[發明專利]在石油工業中使用的密封管狀連接結構，和用于構造所述連接結構的方法

無效

• 申請號: 200980149461.2
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN102245955A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: E·韋爾熱;B·馬隆;D·達利;S·貝尼厄
• 申請（專利權）人: 瓦盧萊克曼內斯曼油氣法國公司;住友金屬工業株式會社
• 主分類號: F16L15/04
• 分類號: F16L15/04;E21B17/042
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 余全平

技術領域

本發明涉及用于特別地使用于鉆井或操作碳烴井的管狀組件的密封連接結構的領域。在這些應用中，由于連接結構經受大的壓縮和拉伸負荷，在使用中連接結構需要具有突出的密封性。

背景技術

美國石油協會(API)，在技術規范5CT和5B中限定標準的連接結構，其特別地包括兩連接組件的螺紋區域的聯接；密封性產生于應用插入在陽式螺紋區域和陰式螺紋區域之間的潤滑脂，并且因此，密封的性能局限于以相當低的壓力移動的液體或氣體。

為了加強密封性，現有技術描述的優質的連接結構，其特別地由申請人開發，所述連接結構超過API的標準，并且具有接近螺紋區域的“密封”表面，當組件被裝配時，所述表面被進行過盈接觸。

在陽式管狀組件和陰式管狀組件的每個的端部設置螺紋區域也是公知的。需要注意的是，陰式管狀組件可是長管，或相反地，是聯接件類型的短管。在高壓下的流體密封性(對液體或氣體)因此產生于在徑向過盈發生后密封表面的相互接觸。徑向緊密的強度是陽式螺紋區域和陰式螺紋區域的相對軸向位置的函數，所述相對定位例如通過使在陽式端部和陰式端部中設置的抵接面相接觸來確定，或通過使用自鎖螺紋來確定。

在相對定位產生于使抵接面相接觸的情形中，在現有技術中也公知：在連接結構的內側設置抵接面。更為確切地說，陽式端部的外周邊包括通過一密封面延長的螺紋區域，該密封面本身通過一終端部分延長，該終端部分在一抵接面中終止，該抵接面相對于連接結構的旋轉軸線徑向地取向。相似地，陰式端部的內周邊包括一凹槽(也稱作凹面)，凹槽一方面通過一環形面和一密封面限定，所述環形面相對于所述連接結構的軸線徑向地取向。陰式密封面本身通過一螺紋區域延長。因此，當陽式端部的密封面挨著對應的陰式端部的密封面進行過盈安裝時，如同與對應的抵接面一樣，陽式端部的終端部分的外表面(稱作終端表面)不與陰式端部的凹槽相接觸。為了方便在兩管狀組件之間的連接，也被稱之為裝配，保證使得陽式端部的終端部分在裝配時無摩擦地挨著陰式端部的凹槽抵接。因此，只是密封面進行過盈接觸。因此，在陽式端部的終端部分的外周邊表面和陰式端部的凹形部分的內周邊表面之間限定一空間。

如上所述，優質的連接結構經受軸向拉伸或壓縮負荷、內部或外部流體壓力、和彎曲或扭轉應力，這些可以相組合且可在強度上有變化。盡管存在應力和現場服務條件惡劣，密封性需要得到保證。螺紋連接結構必需能夠多次進行裝配和斷開，而在性能上沒有減效，特別地因刮擦而在性能上也沒有減效。在斷開后，管狀組件可在其它服務條件下被重新使用。

為了模擬這些多種應力的場景，螺紋連接結構可經歷根據ISO標準13679：2002的組合應力循環。該組合應力循環包含在一安全性能范圍內，其被稱作VME(等效應力橢圓)，通過材料的屈服強度和管狀組件的幾何結構來確定。該循環因此預備對螺紋連接結構的應用交替的應力，其組合內部壓力和/或軸向張力或軸向壓力或其組合外部分壓力和/或軸向張力或軸向壓力。螺紋連接結構的密封面需要在整個循環中保持密封性。

作為示例，文獻WO-2004/109173描述一種螺紋連接結構，其包括一陽式端部，陽式端部配有一軸向抵接部分和用于與陰式端部的一軸向抵接部分相接觸，以及一唇緣在螺紋區域和軸向抵接部分之間延長，所述唇緣包括接近螺紋區域的基本錐形的一密封面且因此離開軸向抵接部分一距離，在密封面和軸向抵接部分之間的唇緣的終端部分具有一外表面，外表面的直徑略小于陰式端部的對應表面。該類型的螺紋連接結構在測試中和實際服務條件下表現良好。

然而，申請人發現直到現在都被忽視的一種物理現象；在文獻WO-2004/109173中描述的類型的螺紋連接結構中，壓力陷閉在陽式端部的終端部分和陰式端部的對應表面所限定的小容積中。在高軸向拉伸負荷施加在螺紋連接結構上的情形中，陽式和陰式軸向抵接部分會變得相互分離，密封面保持緊密(密封)接觸。在螺紋連接結構中存在的流體繼而會蔓延進小容積中。此后，當拉伸負荷停止和當負荷變成壓縮負荷時，軸向抵接部分又相互接觸，陷閉流體——流體的壓力是當拉伸負荷停止時在連接結構中充盈的壓力。在連接結構的內部壓力繼而降低的情形下，所述小容積保持填充有所述流體，該流體的壓力大于在連接結構內部充盈的壓力。