用於製造螺紋連接件的組件、用於上緊和卸開所述連接件的方法以及所述連接件在修井...的製作方法

2023-05-13 02:45:11 1

專利名稱：用於製造螺紋連接件的組件、用於上緊和卸開所述連接件的方法以及所述連接件在修井 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於製造螺紋連接件的組件，所述螺紋連接件用於鑽探或操作油氣井。所述組件包括第一和第二管狀部件，第一和第二管狀部件均在其一個端部處設有陽型螺紋區；以及第三管狀部件，其優選地比前兩個部件短，並且在其每一個端部處設有在旋擰時能夠與所述陽螺紋區協作的陰型螺紋區。本發明還涉及用於上緊所述組件的方法以及由所述組件的上緊而生成的螺紋連接件。
背景技術：
術語「用於鑽探和操作油氣井的部件」意為形狀上 為基本管狀的下述任意元件其意為與相同類型的另一元件等相連以由此構成能夠鑽探油氣井的管柱，或例如用於維護的修井立管，或者在油井操作中涉及的套管柱或管件。術語「連接件」也意為管狀部件之間的連接件。兩根大長度管可以通過將一根管的設有陽螺紋的端部上緊到另一根管的設有陰螺紋的端部內而相連。兩根大長度管可以使用短很多的管狀部件(也稱為聯接件)、通過將聯接件的每一個陰端部與大長度管狀部件的陽螺紋端部上緊而相連。使用高上緊扭矩將用於鑽探應用或用於操作油氣井的部件上緊到一起。該高扭矩通常藉助於設置在每一個部件上的抵接表面的緊固協作而實現，或者藉助於稱為自鎖定的螺紋而實現。但是，某些應用誘發高應力，例如在立管中。由於該原因，為了防止部件旋鬆，必須使用較高的上緊扭矩。但是，上緊扭矩受塑化風險的限制。由此，連接件必須被調整以適應不當旋鬆的風險。為了克服這些缺點，已經作出了改進。由此，文獻US-5 794 985提出了具有聯接件的連接件，其中，陽部件的端部被一個配合到另一個內以防止旋轉，並且由此防止部件彼此獨立地卸開。但是，儘管該布置導致難於卸開，但是其也使得將陽部件上緊到聯接件內複雜化。事實上，陽部件必須相對於彼此定位，使得它們的端部能夠配合到一起並且同時上緊到聯接件內而不會使它們彼此角度偏移。

發明內容
本發明涉及管狀部件的組件，所述管狀部件能夠被容易地一個旋擰到另一個內以產生連接件，所述連接件在工作時不當旋鬆的風險較低。更準確地，用於產生螺紋連接件的組件包括具有相同迴轉軸線的第一和第二管狀部件，第一和第二管狀部件均在其一個端部處設有在外周面上製造的陽螺紋區，所述端部均終結於設有直接驅動爪扣裝置的終端表面以可旋轉地固定所述第一和第二管狀部件。所述組件包括也具有迴轉軸線的第三管狀部件，並且在所述第三管狀部件的每個端部處在其內周面上設有兩個定向的陰螺紋區，所述兩個陽螺紋區中的一個能夠通過旋擰與所述兩個陰螺紋區中的一個協作，而另一陽螺紋區能夠通過旋擰與另一陰螺紋區協作。所述第一管狀部件的陽端部以及所述第三管狀部件的對應陰端部包括用於自由旋轉的裝置，使得在所述陽螺紋區上緊到所述陰螺紋區內的最後，承載所述陽螺紋區和陰螺紋區的所述管狀部件相對於彼此自由旋轉。下面描述本發明的可選特徵，這些特徵可以是補充或替代的。所述第一和第二部件的所述陽螺紋區可以相對於彼此沿相反的方向定向。所述第三管狀部件的長度可以比前兩個部件短至少10倍。所述用於自由旋轉的裝置可能包括溝槽，所述溝槽垂直於所述陽螺紋區和所述陰螺紋區中的迴轉軸線開槽，使得一旦所述陽螺紋區和所述陰螺紋區已經一個上緊到另一個內，由設置在一個所述螺紋區上的兩個連續的溝槽限定的每個插置區就面對設置在另一螺紋區上的溝槽。所述溝槽可以以規則的方式設置在基本等於所述螺紋區的引導部(lead)的1.5倍的引導部上。所述第一和第二管狀部件的所述陽端部的所述終端表面可以各包括圓環部分，所述圓環部分設有以同心方式設置的傾斜面，使得由此構成所述直接驅動爪扣裝置的所述部分一個配合到另一個內。所述第一和第二管狀部件的所述陽端部的所述終端表面可以各包括密封表面，所述密封表面能夠彼此協作以形成金屬/金屬密封。所述第一和第二管狀部件的所述陽端部的所述終端表面可以各包括抵接表面，所述抵接表面能夠通過緊固而彼此協作。在每個終端表面上，所述密封表面可以設置在所述圓環部分與所述抵接表面之間，所述圓環部分比所述抵接表面更遠離所述連接件的軸線4。所述陽螺紋區以及其對應的陰螺紋區可以具有錐形母線，以便有利於所述管狀部 件的相互旋擰。用於上緊根據本發明的組件的方法包括 旋擰第一部件，所述第一部件的陽螺紋區設有用於在第三部件的對應陰螺紋區中自由旋轉的裝置，直到所述部件相對於彼此自由旋轉為止； 隨後將第二部件擰入所述第三部件的所述對應陰螺紋區內，直到所述第一和第二管狀部件的終端表面一個配合到另一個內為止，所述配合通過所述第一管狀部件的自由旋轉而變為可能； 隨後將固定配合到一起的所述第三部件與所述第一和第二部件旋擰至預定扭矩CO。用於卸開根據本發明的組件的方法包括 將所述陽型第二管狀部件從所述第一和第三部件旋鬆； 隨後將所述第一部件從所述第三部件旋鬆。本發明還涉及螺紋連接件在修井立管中的使用。


在下面參照附圖的描述中，將更詳細公開本發明的特徵和優點。圖I是通過上緊使管狀部件的組件相連而得的連接件的圖解縱向截面圖2是圖I的連接件的第一管狀部件的細節圖解縱向截面圖；圖3是圖I的連接件的第二管狀部件的細節圖解縱向截面圖；圖4是圖I的連接件的第三管狀部件的細節圖解縱向截面圖；圖5是圖I的連接件的第一管狀部件的端部的圖解圖；圖6是圖I的連接件的第一管狀部件的圖解縱向截面圖；圖7是圖I的連接件的第一管狀部件的圖解俯視圖。
具體實施例方式圖I示出了使管狀部件的組件相連而得的螺紋連接件，所述連接件具有迴轉軸線4。 如圖2中可見，該組件包括具有迴轉軸線4的第一管狀部件，第一管狀部件在其一個端部I上設置有在所述部件的外周面上製造的陽螺紋區10。術語「周面」意為在管狀部件的整個周邊上縱向延伸的表面。相比之下，在管狀部件的自由邊緣處徑向延伸的表面不認為是周面。術語「螺紋區」意為屬於管狀部件的周面且包括螺紋的任何區域，螺紋可能是連續的、中斷的、多頭的、單頭的、規則的、不規則的等等。端部I終結於終端表面15。術語「終端表面」意為在部件的端部I的自由邊緣處在其厚度上延伸的表面。換言之，遠端表面呈相對於連接件的軸線4大致徑向定向的環狀表面的形式。如圖3中可見，該組件還包括第二管狀部件，第二管狀部件具有相同的迴轉軸線4，並且在其一個端部3處設有在所述部件的外周面上製造的陽螺紋區30。所述端部3終結於終端表面35。如圖4中可見，該組件還包括第三管狀部件，第三管狀部件具有相同的迴轉軸線4，並且在其每一個端部2、2』處設有在所述部件的內周面上製造的陰螺紋區20、20』。如圖I中可見，第一管狀部件的陽螺紋區10能夠在旋擰時與第三管狀部件的兩個陰螺紋區中的一個20協作。第二管狀部件的陽螺紋區30能夠在旋擰時與第三管狀部件的兩個陰螺紋區中的另一個20』協作。第一和第二管狀部件能夠使用直接驅動爪扣14、34可旋轉地彼此固定。術語「直接驅動爪扣」指的是用於例如使用齒、凹口、溝槽等使兩個機械零件直接相聯接的任何裝置，這意味著所述機械零件能夠可旋轉地固定。如圖2和圖4中可見，第一管狀部件的端部I和第三管狀部件的對應陰端部2包括用於自由旋轉的裝置11、21。術語「用於自由旋轉的裝置」意為使得在將陽螺紋區10擰入對應陰螺紋區20內的最後，第一和第三管狀部件忽略摩擦而相對於彼此自由旋轉的任何布置。在圖2和圖4中的變型中，該布置設置在所述螺紋區上。上述組件由此能夠構成設有「防旋鬆」功能的連接件。術語「防旋鬆」意為連接件在不合適的時刻、即在不期望時不會旋鬆的能力。更具體地，當例如其在操作期間經受扭轉應力時，設有這種功能的連接件必須不被旋鬆。這種連接件的防旋鬆功能關聯於下述事實不能通過在兩個部件之間施加扭轉力矩使第一管狀部件與第二管狀部件分開。直接驅動爪扣防止一個部件相對於另一部件旋轉。
在優選實施例中，陽螺紋區10、30沿相反的方向定向。由此，第一部件的陽螺紋區10能夠沿順時針方向定向，而第二部件的陽螺紋區30能夠沿逆時針方向定向。要重申的是，陰螺紋區沿與對應陽螺紋區相同的方向定向。事實上，如果第一和第二管狀部件的陽螺紋區沿相反的方向定向，則第三管狀部件的兩個陰螺紋區也沿彼此相反的方向定向。該構造的優點在於連接件的防旋鬆功能增強。在該情況下不能通過在兩個部件之間施加扭轉力矩使第一管狀部件與第三管狀部件分開。事實上，第一管狀部件沿旋緊方向的旋轉導致第二部件也沿旋緊方向旋轉。這具有將終端表面抵靠彼此擠壓的效果。在優選實施例中，第三管狀部件比前兩個部件短至少10倍。換言之，第三部件是被稱為「聯接件」的短管，其旨在使大長度管的前兩個部件相連。這稱為T&C、螺紋聯接式連接件。在這種類型的構造中，扭轉應力首先影響兩根連續的大長度管而非一個大長度管及與其連接的聯接件。由此，所需的防旋鬆功能在於防止第一部件相對於第二部件旋鬆。作為示例，聯接型管的尺寸介於0. 2米與0. 7米之間，而大長度管的尺寸介於6米與15米之間。根據圖2、圖4和圖7中詳細示出的第一實施例，用於自由旋轉的裝置包括溝槽11、21，溝槽11、21垂直於第一和第三管狀部件的所述陽螺紋區10和陰螺紋區20中的迴轉軸線4開槽，使得一旦所述陽螺紋區和所述陰螺紋區已經一個上緊到另一個內，由設置在一個所述螺紋區上的兩個連續的溝槽限定的每個插置區就面對設置在另一螺紋區上的溝槽。更準確地，第一和第三管狀部件的陽螺紋區10和陰螺紋區20的一部分已經被溝槽切除。由於該原因，當由陽螺紋區的兩個連續溝槽限定的插置區中的每一個面對陰螺紋區的溝槽時，第一部件的陽端部忽略摩擦而在第三部件的陰端部中自由旋轉。但是，通過施加力能夠使第一部件繼續向第三部件內前進以將第一部件旋入第三部件內，從而繼續使第一部 件與第三部件嚙合。該力是必要的，這是由於部件的嚙合因螺紋區已被溝槽切除而趨於被消除。如果第一部件的螺紋區相對於第三部件偏移，使得在上緊的最後，第一部件的螺紋區面對在第三部件的內周面上產生的寬溝槽，而第三部件的螺紋區面對在第一部件的外周面上形成的寬溝槽，則另一實施例是可能的。第一和第三部件的螺紋區隨後將不再彼此嚙合。該另一實施例由於螺紋區將不再完全彼此接合而比第一實施例差。在張緊的情況下，應力將不再分布在整個螺紋區上而僅分布在第一和第三部件的一個螺紋部上。有利地，用於自由旋轉的裝置的第一實施例具有溝槽，所述溝槽規則地設置在基本等於螺紋區10、20的引導部的I. 5倍的引導部上。這意為著確保在螺紋區的螺紋部之間的接觸的均勻分布。優選地，溝槽在第一和第三部件的螺紋區上具有相同的寬度。由此，它們具有等於螺紋區10、20的引導部的0. 75倍的寬度。根據優選實施例，第一和第二管狀部件的陽端部1、3的終端表面15、35各包括圓環部分14、34，圓環部分14、34設有以同心方式設置的傾斜面140，使得所述部分14、34配合到彼此之內。這種類型的直接驅動爪扣容許圓環部分的漸進配合。應當注意，傾斜面的傾斜方向必須選取為使得部分14和34能夠在部件的旋擰期間進行配合。另外，傾斜面的傾角必須選取為足夠大，使得使用直接驅動爪扣來固定陽部件是足夠的。具體地，傾斜面的傾角必須大於螺紋區20』的螺旋角。對於設有同心且傾斜的面的圓環部分的設計的選取是重要的，因為其容許使用車床容易地執行機加工。有利地，第一和第二管狀部件的陽端部1、3的終端表面15、35各包括密封表面13、33，密封表面13、33能夠彼此協作以形成金屬/金屬密封。事實上，在連接件必須緊密的情況下，需要產生能夠在第一和第三部件以及第二和第三部件處緊密接觸的密封表面。由此，需要使這些密封表面(其通常在部件的周面上製造)移位至終端表面。事實上，由於第一部件必須相對於第三部件自由旋轉，因此緊密接觸是不可能的。關於這種類型的密封表面13、33，能夠參照在所考慮領域中的常規的密封表面。它們可以是在申請W0-03/048623或W0-04/109173中描述的錐形-錐形密封表面或環形_錐 形表面或環形和錐形-錐形表面，這些文獻通過參引的方式併入本文。這些密封表面用於防止流體在連接件的內部與外部之間的運動。密封表面的錐度角可以在1°至45°的範圍內，優選在3°至20°的範圍內，例如6°。有利地，第一和第二管狀部件的陽端部1、3的終端表面15、35各包括抵接表面12、32，抵接表面12、32能夠通過緊固而彼此協作。由於第一和第二部件已經通過在它們的終端表面處的配合而可旋轉地固定，因此除了在所述終端表面上以外不能夠在任何其他位置設置抵接表面。這些抵接表面具有容納大部分上緊扭矩以及由此承載螺紋區的優點。應當注意，對於第一和第三部件的已被溝槽部分地切除的螺紋區而言，這是特別合適的。有利地，抵接表面12和32可以為徑向，並且更準確地位於與連接件的軸線4垂直的平面中，或者它們可以相對於徑向平面以達到45°的角度傾斜。在圖I中圖示的示例中，角度大約為15°至25°。有利地且對於每個終端表面15、35，密封表面13、33已經設置在圓環部分14、34與抵接表面12、32之間。圓環部分14、34最遠離於連接件的軸線4，而抵接表面12、32最靠近軸線4。有利地，陽螺紋區以及其對應的陰螺紋區具有錐形母線，錐形母線能夠有利於管狀部件的相互上緊。錐形母線能夠例如具有範圍為0.5°至3°、優選地範圍為1°至2°的半角。包括第一、第二和第三部件的組件的上緊執行如下 首先，將第一部件擰入第三部件的對應陰螺紋區內直到所述部件相對於彼此自由旋轉為止，其中第一部件的陽螺紋區設有用於自由旋轉的裝置。在用於自由旋轉的裝置為溝槽11、21的情況下，當由設置在一個所述螺紋區上的兩個連續的溝槽限定的每個插置區面對設置在另一螺紋區中的溝槽時，第一部件能夠獨立於第三部件轉動； 隨後將第二部件擰入第三部件的對應陰螺紋區內，直到第一和第二管狀部件的終端表面15、35 —個配合到另一個內為止。所述配合通過第一管狀部件的自由旋轉而變為可能； 最後，將第三部件與牢固配合到一起的第一和第二部件旋擰至預定扭矩CO。扭矩CO根據管狀部件的尺寸以及期望的應用(鑽探、修井立管等)進行選取。在螺紋區具有圓錐母線的情況下，當螺紋牙底鎖靠對應的螺紋牙頂時，第一部件到第三部件內的上緊停止。同樣在該時刻，第一部件相對於第三部件自由旋轉。在螺紋區為圓筒形的情況下，第一部件到第三部件內的上緊通過設置在第一和第三部件上的抵接表面停止。
為了卸開連接件，所遵循的方法如下在第一和第二部件具有反向螺紋區的情況下，陽型第一管狀部件能夠從陰型第三部件中旋鬆，所述第一部件隨後導致第二部件從第三部件中旋鬆。還能夠將陽型第二管狀部件從第一和第三部件中旋鬆，以使直接驅動爪扣連接分離，所述第二部件相對於第三部件旋轉地驅動第一部件。接下來，第一部件從第三部件卸開。在第一和第二部件的螺紋區具有相同方向的情況下，陽型第一管狀部件不能從陰型第三部件中旋鬆，所述第一部件隨後導致第二部件上緊到第三部件內。首先必須使陽型第二管狀部件從陰型第三部件中卸開，所述第二部件使第一部件進入自由旋轉，隨後使第一部件從第三部件卸開。該連接件特別應用於立管。使海平面與海底相連的這些立管由於湧浪和海流而特別容易遇到卸開的問題，其中湧浪和海流使部件管柱受到扭轉應力。由此，有利的是使用通過「T&C」聯接件相連且包括具有相同方向的螺紋區的管。事實上，連接件的卸開僅能夠通過保持聯接件且將第二管從聯接件中卸開而實現。·
權利要求
1.一種用於製造螺紋連接件的組件，包括具有相同迴轉軸線(4)的第一管狀部件和第二管狀部件，第一管狀部件和第二管狀部件均分別在其一個端部(I ;3)處設有在其外周面上製造的陽螺紋區(10 ;30)，所述端部(I ;3)各分別終結於終端表面(15 ;35)，所述終端表面包括一起形成直接驅動爪扣裝置的裝置(14 ;34)，以便可旋轉地固定所述第一管狀部件和第二管狀部件；並且所述組件包括第三管狀部件，該第三管狀部件也具有迴轉軸線(4)且在其每個端部(2 ;2』)處在其內周面上設有陰螺紋區(20 ;20』)，所述兩個陽螺紋區(10 ；30)中的一個能夠通過旋擰與所述兩個陰螺紋區(20 ;20』)中的ー個協作，而另ー陽螺紋區(30 ;10)能夠通過旋擰與另ー陰螺紋區(20』 ；20)協作，其特徵在於，所述第一管狀部件的所述陽端部(I)以及所述第三管狀部件的對應陰端部(2)包括用於自由旋轉的裝置(11，21)，使得在將所述陽螺紋區(10)上緊到所述陰螺紋區(20)內的最後，承載所述陽螺紋區和所述陰螺紋區的所述管狀部件相對於彼此自由旋轉。
2.根據權利要求I所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述陽螺紋區(10 ;30)相對於彼此沿相反的方向定向。
3.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述第三管狀部件的長度比前兩個部件短至少10倍。
4.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述用於自由旋轉的裝置(11 ;21)包括溝槽，所述溝槽垂直於所述陽螺紋區和所述陰螺紋區(10，20)中的迴轉軸線(4)開槽，使得一旦所述陽螺紋區和所述陰螺紋區(10，20)已經ー個上緊到另ー個內，由設置在一個所述螺紋區上的兩個連續的溝槽限定的每個插置區就面對設置在另ー螺紋區中的溝槽。
5.根據權利要求4所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在幹，所述溝槽規則地設置在基本等於所述螺紋區(10，20)的引導部的I. 5倍的引導部上。
6.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述第一管狀部件和第二管狀部件的所述陽端部(I ;3)的所述終端表面(15 ;35)各包括圓環部分(14 ;34)，所述圓環部分設有以同心方式設置的傾斜面(140)，使得由此構成所述直接驅動爪扣裝置的所述部分(14，34) ー個配合到另ー個內。
7.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述第一管狀部件和第二管狀部件的所述陽端部(I ;3)的所述終端表面(15 ;35)各包括密封表面(13 ;33),所述密封表面能夠彼此協作以形成金屬/金屬密封。
8.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述第一管狀部件和第二管狀部件的所述陽端部(I ;3)的所述終端表面(15 ;35)各包括抵接表面(12 ;32)，所述抵接表面能夠通過緊固而彼此協作。
9.根據權利要求6、7和8—起所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，在每個終端表面(15 ；35)上，所述密封表面(13 ；33)設置在所述圓環部分(14 ；34)與所述抵接表面(12 ;32)之間，所述圓環部分(14 ;34)比所述抵接表面(12 ；32)更遠離所述連接件的軸線⑷。
10.根據前述權利要求中任一項所述的用於製造螺紋連接件的組件，其特徵在於，所述陽螺紋區以及它們的對應陰螺紋區具有圓錐母線，以有利於所述管狀部件的相互上紫。
11.一種用於通過上緊根據權利要求I至10中任一項所述的組件而製造連接件的方法，其特徵在於，所述方法包括 將第一部件旋擰入所述第三部件的對應陰螺紋區內直到所述第一部件和第三部件相對於彼此自由旋轉為止，其中所述第一部件的陽螺紋區設有用於自由旋轉的裝置(11)； 隨後將所述第二部件旋擰入所述第三部件的對應陰螺紋區內，直到所述第一管狀部件和第二管狀部件的所述終端表面(15、35)—個配合到另ー個內為止，所述配合通過所述第一管狀部件的自由旋轉而變為可能； 隨後將牢固配合到一起的所述第三部件與所述第一部件和第二部件旋擰至預定扭矩CO。
12.ー種用於卸開使用權利要求11中所述方法而獲得的連接件的方法，其特徵在幹，所述方法包括 將陽型第二管狀部件從所述第一部件和第三部件旋鬆； 隨後將所述第一部件從所述第三部件旋鬆。
13.使用根據權利要求11所述的方法獲得的螺紋連接件在修井立管中的用途。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造螺紋連接件的組件，包括具有相同迴轉軸線(4)的第一和第二管狀部件，第一和第二管狀部件均在其一個端部(1；3)處設有在其外周面上製造的陽螺紋區(10；30)，所述端部(1；3)各終結於終端表面(15；35)，終端表面包括一起形成直接驅動爪扣裝置的裝置(14；34)，以便可旋轉地固定所述第一和第二管狀部件；並且組件包括第三管狀部件，其也具有迴轉軸線(4)且在其每個端部(2；2』)處在其內周面上設有兩個陰螺紋區(20；20』)，兩個陽螺紋區(10；30)中的一個能夠在上緊時與兩個陰螺紋區(20；20』)中的一個協作，而另一陽螺紋區能夠在上緊時與另一陰螺紋區協作，其特徵在於，第一管狀部件的陽端部(1)以及第三管狀部件的對應陰端部(2)包括用於自由旋轉的裝置(11，21)，使得在將所述陽螺紋區(10)上緊到所述陰螺紋區(20)內的最後，承載所述陽螺紋區和所述陰螺紋區的所述管狀部件相對於彼此自由旋轉。
文檔編號E21B17/043GK102667050SQ201080053095
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月23日 優先權日2009年11月27日
發明者G·科埃費 申請人:住友金屬工業株式會社, 瓦盧萊克曼內斯曼油氣法國公司