[發(fā)明專利]用于鉆探和操作油氣井的螺紋連接部

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080021712.1
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN102428245A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·格朗熱;O·卡龍;E·韋爾熱
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司;住友金屬工業(yè)株式會社
• 主分類號: E21B17/042
• 分類號: E21B17/042
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 張濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于制造螺紋連接部的套件，該螺紋連接部用于鉆探和操作油氣井，該套件包括第一管狀部件和第二管狀部件，其中一個管狀部件設(shè)有陽螺紋端部，而另一個管狀部件設(shè)有陰螺紋端部，這兩個端部能夠通過自鎖裝配而配合。本發(fā)明還涉及通過裝配連接兩個管狀部件而形成的螺紋連接部。

背景技術(shù)

術(shù)語“用于鉆探和操作油氣井的部件”是指任何這樣的元件，該元件具有大致管狀形狀以旨在連接到相同或不同類型的另一元件，從而在完成時構(gòu)成用于鉆探油氣井的鉆柱或用于維護的立管(如檢查立管(work?over?riser))或用于操作的立管(如采油立管)，或者在操作井時涉及的套管柱或油管柱。本發(fā)明尤其適用于在鉆柱中使用的部件，如鉆桿、重鉆桿、鉆鋌、以及連接鉆桿和重鉆桿的稱為鉆具接頭的部件。

已知的是，在鉆柱中使用的各個部件通常包括設(shè)有陽螺紋區(qū)的端部和/或設(shè)有陰螺紋區(qū)的端部，每個端部用于通過裝配而與另一部件的對應(yīng)端部相連接，裝配件限定了連接部。這樣構(gòu)成的鉆柱在鉆探時從井的表面被驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)；因此，這些部件必須以高扭矩裝配到一起，以便能夠傳送足以允許無中斷或者甚至無越扭矩地執(zhí)行鉆井的旋轉(zhuǎn)扭矩。

在常規(guī)的產(chǎn)品中，裝配扭矩通常是因通過緊固在用于裝配的各個部件上設(shè)置的抵接表面而產(chǎn)生的配合來實現(xiàn)的。然而，由于抵接表面的范圍是管的厚度的一部分，所以當(dāng)施加了過高的裝配扭矩時，迅速到達抵接表面的臨界塑化閾值。

因此，研發(fā)了能夠減輕抵接表面不能承受的載荷的至少一部分、或者甚至全部的螺紋。該目的是通過使用自鎖螺紋(如在現(xiàn)有技術(shù)文獻US?Re?30647和US?Re?34467中描述的自鎖螺紋)來實現(xiàn)的。在這種類型的自鎖螺紋中，陽端部螺紋(也稱為牙)的牙側(cè)和陰端部螺紋(也稱為牙)的牙側(cè)具有恒定的螺距，但是螺紋寬度可變。

更確切地說，分別對于陽端部的螺紋、陰端部的螺紋，隨著分別離開陽端部、離開陰端部的距離增大，螺紋牙頂(或牙)的寬度遞進地增大。因此，在裝配期間，陽螺紋和陰螺紋(或牙)在對應(yīng)于鎖緊點的位置處完成互鎖。更確切地說，對于自鎖螺紋，當(dāng)陽螺紋(或牙)的牙側(cè)鎖到對應(yīng)的陰螺紋(或牙)的牙側(cè)上時，發(fā)生了鎖緊。當(dāng)?shù)竭_鎖緊位置時，彼此裝配到一起的陽螺紋區(qū)和陰螺紋區(qū)具有對稱面，沿著該對稱面，位于陽螺紋區(qū)端部的陽牙和陰牙的公共中高度(common?mid-height)處的寬度對應(yīng)于位于陰螺紋區(qū)端部的陽牙和陰牙的公共中高度處的寬度。

因此，裝配扭矩由牙側(cè)之間的所有接觸表面(即，比現(xiàn)有技術(shù)的抵接表面構(gòu)成的總表面區(qū)域大很多的總表面區(qū)域)承受。

為了加強陽螺紋與陰螺紋的互鎖，陽螺紋和陰螺紋(或牙)具有大致榫形輪廓，使得在裝配后它們中的一個穩(wěn)固地配合在另一個內(nèi)。該榫形結(jié)構(gòu)意味著避免了當(dāng)螺紋區(qū)彼此裝配時與陽螺紋與陰螺紋脫開相對應(yīng)的跳出風(fēng)險。更確切地說，相比于在API5B中限定的“梯形”螺紋(其中，軸向?qū)挾葟穆菁y的基部起向螺紋牙頂減小)，并且相比于如在API7中限定的“三角”螺紋，榫形螺紋的幾何形狀增大了連接部的徑向剛度。

此外，由于針對流體密封性的一再增長的挑戰(zhàn)，必須確保與兩個管狀部件之間的螺紋連接部處的高壓對應(yīng)的加強的緊密度。為此，除了保證緊密性的螺紋牙側(cè)外，已知的是還要使螺紋牙頂和牙底緊密接觸。因此，在螺紋本身處，在連接部的內(nèi)部與連接部的外部之間提供了緊密性。

然而，當(dāng)在裝配期間使螺紋牙頂和牙底緊密接觸時，榫形結(jié)構(gòu)存在幾個缺點。螺紋牙側(cè)與通過螺紋牙底的軸線形成負(fù)角(即，與在梯形螺紋結(jié)構(gòu)的情況下使用的角度相反的角度)的事實增大了在裝配或斷開連接部期間陽螺紋與陰螺紋咬磨的風(fēng)險。這意味著裝配過程是困難的，并且減小了螺紋的疲勞強度。

為了克服該問題，幾篇文獻(如US-6?254?146、US-4?600?024和WO-2008/039317)提出了一種牙側(cè)結(jié)構(gòu)，該牙側(cè)結(jié)構(gòu)使用小面以減小裝配期間螺紋牙頂和螺紋牙底之間的接觸壓力。因此，螺紋具有總體上呈榫形的輪廓，同時減小了螺紋牙底和螺紋牙頂?shù)谋砻婷娣e。然而，該結(jié)構(gòu)沒有解決使螺紋牙頂和牙底之間充分接觸的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明的目的是保證在裝配期間螺紋牙頂與螺紋牙底之間的接觸壓力最小，以便解決咬磨的問題，并確保在裝配結(jié)束時(即，在導(dǎo)致連接的緊固操作期間)，在螺紋牙頂與螺紋牙底之間有高接觸壓力。該高接觸壓力尤其使得能夠增大連接的緊密性。