[發明專利]鋼管用螺紋接頭

有效

• 申請號: 200880119101.3
• 申請日: 2008-10-03
• 公開（公告）號: CN101883944A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 高野隆寬;永作重夫;杉野正明;濱本貴洋;山口優
• 申請（專利權）人: 住友金屬工業株式會社;法國瓦盧萊克曼內斯曼石油天然氣公司
• 主分類號: F16L15/04
• 分類號: F16L15/04
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本發明涉及一般使用于油井、氣井的探測和生產的包括管材和外殼的油井管(oil?country?tubular?goods，OCTG)、立(riser)管和管線等鋼管連接用的螺紋接頭。更加詳細地說，本發明涉及除具有螺紋部之外，還具有密封面和臺肩面的、耐壓密封性優異的鋼管用螺紋接頭。

背景技術

鋼管用螺紋接頭被廣泛地應用于油井管、立管等產油工業設備所使用的鋼管之間的連接，該鋼管用螺紋接頭由設于第1管狀構件的端部的作為外螺紋構件的內套管和設于第2管狀構件的端部的作為內螺紋構件的外套接箍構成，利用均為錐形螺紋的外螺紋和內螺紋的嵌合來進行連結。

作為典型結構，第1管狀構件是油井管等管，而第2管狀構件是其它構件的管接頭(將這種鋼管用螺紋接頭稱為管接頭方式)。在該情況下，分別在管兩端形成內套管，在管接頭的兩側形成外套接箍。也有時不使用管接頭，而使用在管的一端外表面上形成內套管、在另一端的內表面上形成外套接箍的整體方式的鋼管用螺紋接頭。在該情況下，第1管狀構件為第1管，第2管狀構件為第2管。

一直以來，油井管的連結主要使用由API(美國石油協會)規格規定的標準的螺紋接頭。但是，最近，由于原油、天然氣的挖掘、生產環境苛刻化，所以使用被稱為高級接頭(premiumjoint)的高性能的特殊螺紋接頭的情況增加。

在高級接頭中，在內套管和外套接箍上除了分別具有能夠緊固的錐形螺紋之外，還分別包括設于螺紋部附近的周面上的密封面和在接頭緊固中發揮抵接止動作用的臺肩面。在內套管和外套接箍的密封面之間設有被稱為干涉量的半徑方向過盈量，擰入接頭直到內套管和外套接箍的臺肩面彼此抵接時，上述兩構件的密封面彼此沿著接頭的整周緊密結合，形成金屬-金屬直接接觸的密封(金屬密封)。臺肩面除了發揮在緊固時抵接止動的作用之外，也發揮承受作用于接頭的壓縮載荷的作用。

圖1是管接頭形式的一般高級接頭型的鋼管用螺紋接頭的示意說明圖，(A)是整體圖，(B)是局部放大圖。如圖1的(B)所示，該鋼管用螺紋接頭包括設于管端部的作為外螺紋構件的內套管1、和設于管接頭的兩側的與內套管1相對應的作為內螺紋構件的外套接箍2。內套管1在外表面上具有錐形外螺紋11和與外螺紋11相鄰地設于前端、被稱為唇部的無螺紋圓筒碰撞部分(以下，稱為唇部)12。唇部12在外周面上具有密封面13且在端面上具有臺肩面14。密封面13形成為朝向內套管前端去直徑逐漸減小的錐形面(圓臺面)。

與內套管1相對的外套接箍2在內表面具有錐形內螺紋21、密封面23和臺肩面24，上述錐形內螺紋21、密封面23和臺肩面24分別能與內套管1的錐形外螺紋11、密封面13和臺肩面14螺紋配合或抵接。

如圖示那樣，端面形成為臺肩面的唇部大多設于內套管的前端部。臺肩面除了發揮緊固止動(扭矩臺肩)的作用之外，也發揮承受作用于接頭的壓縮載荷的作用。

在垂直井成為主流的時代，鋼管用螺紋接頭若能承受由與該螺紋接頭連結的管的重量產生的拉伸載荷，而且能防止通過其內部的高壓流體發生泄漏，則能充分地發揮作用。但是，近年來，隨著深井化的發展以及在地下坑井彎曲的傾斜井、水平井增加、在海洋、極地等惡劣的環境下的井的開發增加等，強烈地要求鋼管用螺紋接頭提高特別是在存在內外壓力下的耐壓縮性能和密封性能。

在外壓作用于上述的以往的高級接頭的情況下，作用外壓在螺紋的間隙中傳遞，滲透到快到密封面面前的圖1的(B)中以附圖標記31表示的部位。由于唇部12的壁厚比管主體薄很多，所以有時會承受由滲透外壓帶來的縮徑變形。因此，在外壓增高時，在密封面產生間隙，而產生泄漏即外部流體進入管體內部的情況。

此外，在水平井、傾斜井中埋設油井管時等、在壓縮載荷作用于高級接頭的情況下，在幾乎所有的接頭中，考慮插入容易性而將外螺紋和內螺紋之間的間隙設置為較大，所以螺紋呈現出來的壓縮載荷的承受能力小。因此，臺肩承受大部分壓縮載荷。但是，唇部的前端的臺肩面的壁厚(壓縮載荷的受壓面積)通常比管主體小得多，因此，例如在作用有相當于管主體的屈服強度的40～60％那樣的壓縮載荷時，在大多的高級接頭中，唇部會產生大的塑性變形，而使相鄰的密封面的密封性能顯著降低。

為了提高接頭對外壓的密封性(外壓密封性)，只要提高內套管前端的唇部的剛性，以提高該內套管前端的唇部對于縮徑變形的阻力即可。出于該目的，經常使用被稱為鐓鍛的、預先實施管端縮徑加工，增厚唇部的壁厚的方法。