螺紋管道接頭的製作方法

2023-05-14 19:27:16

專利名稱：螺紋管道接頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鑽杆的接頭，更準確地說，涉及一種用於碳氫化合物勘探和開採中的聯接管的帶螺紋的接頭，尤其用於石油和/或天然氣的開採和/或抽吸井的井筒。所述接頭採用凸/凹形式，其中螺紋與密封面的一特定標誌與貯油器一起用以收集過多的潤滑油，確保能避免由上緊過程中產生的壓力峰值，以及即使在高軸向拉力載荷下也能保證良好的密封性能。這樣的管道既可用於鑽井的井筒，又可用作抽吸天然氣和石油的管道。
背景技術：
在石油和天然氣的開採業中，在初部鑽探階段，鑽探是在海床或陸地上進行的，直至可達幾千米深處的儲油層或儲氣層。在這樣的初步鑽探階段，為了保護和引導鑽杆，要用預定長度的管道對鑽井進行封裝，隨著鑽探深度的增加，通過螺紋接頭將所述管道端部彼此相連。
一但鑽井完成，另一種管狀的管道被插入到所述封裝的井中，該管道用於將地下含油層中的天然氣或原油抽吸到地面。這種管道沿著整個井深敷設，因此可達到幾千米的深度，也可以利用與上述相同類型的接頭聯接形成約數十米長的管道。
由於腐蝕性元素的存在，以防井中通常存在有侵蝕性的條件下，所述由碳鋼或抗腐蝕合金製成的管道必須能夠抵抗在井底的應力，例如，抽吸流體的壓力、井中的溫度，特別在很深的深度、管道體積的相對變化、由管道的重量產生的機械應力等條件下，要一直能夠確保天然氣和石油的密封。因此，接頭與管道的主體具有相同的特性是十分重要的，其能夠轉向的或水平的，以便即使在嚴酷的條件下也能保持對於流體的氣密性和確保井壁的連續性，所述嚴酷的條件會因環境、井的深度和構造而不同。
為了使接頭的旋緊過程以及此後的密封和整體性更安全和更可靠，對螺紋接頭進行了持續的開發，並對潤滑裝置的性能和效果進行了試驗，所述潤滑裝置用於避免滯塞(油脂或油滴；或有助旋緊的井筒)或改善密封。
所述潤滑油處於該接頭的陰螺紋和陽螺紋之間的金屬/金屬接觸區域中的空隙中，以確保不存在沒有被潤滑的區域。然而，如果不採取適當的措施，在整體接頭中使用潤滑油是十分危險的。事實上，隨著運作的進程，特別是當密封面開始接觸並開始上緊時，潤滑油被封閉在螺紋齒之間的間隙中以及密封面和螺紋之間的區域中，因此而受到強大的壓力。然而，由於潤滑油是不可壓縮的，就會產生極端有害的極高的壓力峰值，這會導致接頭、特別是導致金屬/金屬密封面的變形。
為了解決這個問題，美國專利4,830,411提出增大螺紋之間間隙以儲存潤滑油；然而，將發現當旋緊接頭時，仍然會產生非常高的壓力峰值，即使是瞬間的，潤滑油也會流動從而壓力降低，所以因壓力峰值而導致的問題並沒有得到解決。
在美國專利5,649,725中，提出了一種用於收集在旋緊接頭時從螺紋區域洩漏出的潤滑油的貯油器。然而，這種類型的接頭主要致力於界定在組裝管道時螺紋面發生滑動的距離長度，以消除卡死現象，將其確定為管道外部的一具體功能。另一方面，該申請沒有解決因旋緊過程中產生的高壓力峰值而引出的問題，特別是由於該貯油器的非優選設計的情況下，只提出了其長度可根據螺紋等級而變化的間隔。然而在這種情況下，因接頭組裝過程中產生的高峰值壓力所帶來的問題並沒有得到滿意的解決。
其它方案，例如在美國專利5,137,310中，提供了從密封面開始接觸的時刻到接頭最終上緊時刻之間的時間間隔減小到最小，通過一相對於接頭軸線的高錐度密封面來將所封閉的潤滑油體積減小到最小來實現。這些方案，儘管從減小潤滑油中的壓力峰值的觀點看被證實是有效的，但由於密封面的高錐度，從高軸向拉力載荷下密封的觀點看卻發現是不可靠的。
因此，直至目前還沒有順利解決接頭易於組裝的問題，使該接頭能在沒有不良負作用的前提下被完全上緊，且即使在強大的軸向拉力載荷下也能確保密封。

發明內容
本發明的目的在於提供一種接頭，該接頭在上緊後，降低了接頭中潤滑油的壓力同時具有良好的性能標準。
本發明的另一目的在於提供一種接頭，該接頭即使使用了過量的潤滑油也能保持良好的性能，這種情況適用於用戶使用中的不正常操作。
本發明的另一目的在於提供一種在安裝操作的過程中易於組裝和上緊的接頭，該接頭可與自動設備同時使用。
本發明的另一目的在於提供一種既能用碳鋼又能用抗蝕合金製造、且既能與碳鋼又能與抗蝕合金結合使用的接頭，所述抗蝕合金可以是含有高含量鉻或鉻/鎳合金的不鏽鋼，其中鉻的存在易導緻密封面的卡死，因此在設計和施工時需要採取特殊的措施。
1.上述目的及其它目的將通過下面的描述而明了，這些目的通過本發明提供的螺紋管道接頭而實現；該管道接頭如權利要求1所述，包括包括一大體呈圓柱形具有一定標稱尺寸的陽構件，在靠近該陽構件的一端處帶有陽螺紋，以及一大致成管狀、靠近端部分別帶有螺紋的陰構件；該陽構件包含有齒，該齒具有導入齒側面和承載齒側面，此兩種齒側面之間具有齒根，以及處於所述端部和所述對應螺紋之間、帶有第一密封面的第一無螺紋表面；該陰螺紋帶有齒，該齒分別具有導入齒側面和承載齒側面，此兩種齒側面之間具有齒根，且在所述端部和所述對應螺紋之間帶有第二密封面，該第二密封面與第一密封面互補；當相互旋合在一起時，在所述陽螺紋和所述陰螺紋之間限定了用以儲存潤滑油的空間；所述陽構件和所述陰構件形成了接頭的公共幾何軸線；所述陰構件在相應的陰螺紋和所述第二密封面之間還設有一凹槽，所述凹槽大致呈環形，構成了貯油器；在上緊接頭的過程中，該貯油器允許陰陽構件螺紋之間的間隙中的潤滑油流出，其特徵在於，沿平行於接頭軸線的方向測量時，凹槽的長度介於4到10毫米之間，該測量是從距離陰構件的鄰接面5至12毫米處開始的，以立方釐米表示的凹槽體積的絕對值至少為所述陰構件以毫米表示的標稱外徑數值的25倍。
在本發明的一具體實施例中，結合上述貯油器，該接頭的特徵在於，在齒的陽螺紋的齒頂和陰螺紋的齒根之間以及相對應齒的導入齒側面之間存在一間隙，該間隙限定了一孔腔區域，在接頭的縱向軸剖面中，該孔腔區域的面積大於0.4平方毫米。
另外，在組裝過程中，陽構件和陰構件端部的相應密封面的第一接觸點以及密封面的最終旋緊位置之間軸向距離可選擇，該距離完全低於凹槽的長度，選擇特別低的值可推遲密封的形成，從而推遲了對用作為接頭中油滴和潤滑油的貯油器的凹槽的封閉，減少了被封閉的油滴的量。
最後，接頭的設計，尤其涉及螺紋和凹槽的相對位置，要使得在接頭被完全上緊時，最靠近貯油器的陽螺紋的齒不會完全佔據貯油器自身的空間。
通過將構成本發明管道接頭的構件和這些構件的創新的幾何特徵相結合，產生了在前序中所尋找的具有優化性能的接頭。
這樣，就同時達到了降低接頭中潤滑油壓力和在接頭的兩構件之間形成更好的密封性能的目的，還保持了可在即使高應力下使用的高結構性能標準，所述高應力尤其是在軸向方向上，從而用力於將其用於特殊的用途。
本發明的其它具體實施例如從屬權利要求所述。


以下將參照優選實施例對本發明進行描述，所述實施例是以附圖中本發明的目的和範圍的非限定性實例的方式進行說明的，其中圖1是本發明的接頭在組裝之後的剖面圖；圖2是圖1的局部放大視圖，具體示出了螺紋端部、用於油滴和密封面的注油器；圖3是圖2的局部放大圖。
具體實施例方式
參照附圖，現在以非限定性方式對本發明的接頭進行描述。
採用了標稱直徑為D的聯接管的本發明的接頭，包括帶有外螺紋1』的陽構件，和帶有內螺紋2』的陰構件2。該管和陰陽構件的公共軸表示為A。
螺紋1』和2』的全部齒1」、1的2」分別具有導入齒側面6和5，在圖2中，齒側面6和5相對於軸線A的垂線P向左傾斜一β角，該β角介於10°和25°之間，以及承載齒側面4和3，在圖2中，承載齒側面4和3相對於軸線A的垂線P傾斜一α角，該α角介於-4°和3°之間。齒頂8和齒根7相對於管道的軸線A傾斜一γ角，γ角值在0°和4°之間。
陽構件1的裡側部分包括一具有錐度的無螺紋表面12，該表面結束於部分10。陰構件2的最裡側部分具有一凹槽13和一端面11，當該接頭被完全上緊時，該端面11與表面10相接觸。陽構件1的內端面具有一圓臺形的鄰接面14，鄰接面14平行於對應的陰構件2的圓臺面15，當構件1和2完全組合在一起時，該兩表面相互接觸。
在螺紋聯接該接頭期間，螺紋齒的齒面6、5和8、7相距一定距離，從而在其間形成一定的間隙以保持面積為S的油滴，在區域S形成在該接頭的總軸向剖面上，且包含在陽螺紋8、陰螺紋7和導入齒側面5和6的表面之間。此面積S大於0.4平方毫米，優選介於0.4和0.6平方毫米之間。
當旋動該接頭時，該螺紋中的油滴流入區域A中的螺紋之間，流向貯油器中的凹槽13，該凹槽從到陰構件的鄰接表面15為預定距離L處開始，該距離L的值包含在5到12毫米之間。在平行於接頭軸線方向上測量，所述凹槽13長度為X，X值介於4到10毫米之間，優選介於4到8毫米之間，進一步優選介於5到8毫米之間。以立方釐米表示時，貯油器13的體積的絕對值至少等於管道1標稱外徑D以毫米表示的數值的25倍，優選高於D30倍。
在該接頭中，密封面10和11的輪廓優選這樣配置，使得在旋動接頭的過程中，δ小於長度X，優選小於0.6X，更優選小於0.5X；其中δ是沿著軸向，在兩密封面10和11的第一接觸點以及兩構件1和2旋緊的最終位置之間測量的。在密封面10和11之後，在旋動期間，已經形成了第一接觸點，介於密封面和螺紋之間的潤滑油不能再流出，而是聚集在貯油器的凹槽13中。減小距離δ會導致封閉貯油器13的滯後，因而減少了所封閉的油量。
通過持久的上緊接頭，表面10和11以相接觸的形式相互滑動，形成金屬對金屬密封面，直至支撐面14和15進入永久接觸的狀態，表示接頭完全上緊了且進一步加強了接頭密封。
在以特別優選的實施例中，當接頭被完全組裝起來時，最靠近密封面10的陽螺紋的齒16不會佔用貯油器13的空間；換句話說，齒面6將處於陽螺紋最考前的位置，與齒面3』結合最緊密，從而將貯油器13的整個可見留給了潤滑油，這樣就防止了有害壓力峰值的產生。
由於採用了本發明的尺寸和體積，當流道被封閉時，接頭中存流的潤滑油量就小於用於容納潤滑油的容量。這樣接頭中的潤滑油就不會受到壓縮，因而永遠不會產生壓力峰值。貯油器13的優化容量具有不會產生無法接受的接頭損害的好處。
權利要求
1.一種螺紋管道接頭，包括一近似管狀的標稱外徑(D)靠近一端處帶有相應陽螺紋(1』)的陽構件(1)，和一近似管狀的一端帶有相應陰螺紋(2』)的陰構件(2)；該陽螺紋包括齒(1』)，該齒具有導入齒側面(6)和承載齒側面(4)，該兩齒側面之間為齒根，在所述端部和相應螺紋之間的第一無螺紋面(12)上帶有第一密封面(10)；該陰螺紋包括齒(2』)，該齒具有導入齒側面(5)和承載齒側面(3)，該兩齒側面之間為齒根，在所述端部和相應螺紋之間為第二密封面(11)，該第二密封面(11)與所述第一密封面(10)互補；當相互旋合時，所述陽螺紋在所述陰螺紋之間形成一用以存儲潤滑油的間隙；所述陽構件(1)和所述陰構件(2)形成所述接頭的公共幾何軸線(A)；所述陰構件(2)還在所述相應陰螺紋和所述第二密封面(11)之間設有一凹槽(13)，凹槽(13)呈圓環形，構成了貯油器，在上緊接頭的過程中，該貯油器允許陰構件(2)和陽構件(1)的螺紋之間間隙中的潤滑油流出，其特徵在於，所述凹槽(13)有一長度(X)，沿平行於接頭軸線方向測量時該長度(X)介於4至10毫米之間，該測量是從到陰構件的鄰接面(15)距離(L)處開始的，該距離(L)介於5至12毫米之間，以立方釐米表示的該凹槽的體積絕對值至少為以毫米表示的所述陽構件的標稱外徑(D)數值的25倍。
2.根據權利要求1所述的螺紋管道接頭，其中所述凹槽(13)的長度(X)介於4至8毫米之間。
3.根據權利要求2所述的螺紋管道接頭，其中所述凹槽(13)的長度(X)介於5至8毫米之間。
4.根據權利要求1所述的螺紋管道接頭，其中所述凹槽(13)的體積大於用毫米表示的陽構件(1)的標稱外徑(D)數值的30倍。
5.根據權利要求1所述的螺紋管道接頭，其中在陽構件(1)的螺紋齒頂(8)和陰構件(2)的相鄰螺紋齒間的齒根(7)之間、以及相同齒的導入齒側面(6)和(5)之間限定了一間隙，在該接頭總軸向剖面內，該間隙的面積(S)大於0.4平方毫米，其中密封面(10)和(11)的輪廓要使得在旋合過程中，兩密封面的第一接觸點到陽構件(1)和陰構件(2)的最終旋合位置之間的軸向距離為δ，該δ值小於凹槽(13)的長度(X)。
6.根據權利要求5所述的螺紋管道接頭，其中所述間隙的面積(S)介於0.4至0.6平方毫米之間。
7.根據權利要求5所述的螺紋管道接頭，其中δ值小於凹槽(13)長度(X)的0.6倍。
8.根據權利要求5所述的螺紋管道接頭，其中δ值小於凹槽(13)長度(X)的0.5倍。
9.根據權利要求1所述的螺紋管道接頭，其中，當該接頭被完全旋緊時，當面(14)和(15)已相互接觸時，陽構件(1)上最靠近第一密封面(10)的螺紋齒的齒側面(6)在最大圓周上與最靠近所述凹槽的陰構件(2)端部的齒側面(3』)相對齊，從而使貯油器(13)的整個容積能夠接受潤滑油。
10.根據權利要求1所述的螺紋管道接頭，其中所述陽構件(1)和陰構件(2)的齒(1″、1)和(2″)分別具有導入齒側面(6)和(5)，以及承載齒側面(4)和(3)；導入齒側面(6)和(5)相對於軸線(A)的垂線(P)傾斜一角度β，該β值介於10°到25°之間；承載齒側面(4)和(3)相對於軸線(A)的垂線(P)傾斜一角度α，該α值介於-4°到3°之間。
全文摘要
一種螺紋管道接頭，其包括陽構件(1)和陰構件(2)，陽構件(1)和陰構件(2)上帶有螺紋並設有相應互補的密封面，當相互旋合時，限定了凹槽(13)和間隙(7、8)，預定長度的凹槽(13)形成在陰構件(2)上，間隙(7、8)處於特定段的螺紋之間，從而形成了用於容納接頭潤滑油的貯油器，在旋緊接頭的過程中，潤滑油從陰構件(2)和陽構件(1)之間的空間中流出。
文檔編號F16L15/00GK1653289SQ03810802
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月16日 優先權日2002年5月16日
發明者加布裡埃爾·E·卡爾卡尼奧, 朱塞佩·德拉皮納, 麗塔·G·託斯卡諾, 安東尼奧·波德裡尼 申請人:特納瑞斯連接股份公司