[發明專利]旋擰扭矩較小的螺紋接頭

有效

• 申請號: 201280066617.2
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN104053852B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: D·大衛;F·卡羅
• 申請（專利權）人: 瓦盧萊克油氣法國公司
• 主分類號: E21B17/042
• 分類號: E21B17/042;F16L15/00
• 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: 劉敏

技術領域

本發明的目的在于被使用于鉆探或開采油藏層或氣藏層的管形構件。本發明特別是適用于從海上平臺在海上所使用的構件，特別是適用于在接地鉆柱中布置的構件。

背景技術

稱為“海底取油管”的將海上平臺連接到海底的管道，保證在船舶和從海底形成的井內部之間的拓撲學和液動力連續性。接地鉆柱在該管道中被下降。

接地鉆柱對于放下元件——如套管、采油管或多樣的工藝裝備，如例如要從海底布置在井口的海底井樓——是有用的。特別地這些海底井樓可包括安全裝置，旨在避免在井中的過壓。這些元件是重型的和在形成接地鉆柱的每個管形構件上施加數千噸的拉伸應力。

接地鉆柱通過首尾相接地擰緊的一系列管形構件形成。常見地，每個構件包括稱為“陽螺紋端”的陽式螺紋連接端部，與稱為“陰螺紋端”的陰式螺紋連接端部軸向地相對。

陽式連接端部從一外臺肩豎立，形成用于陰式連接端部的前表面的一環形支承區域，該陽式連接端部用于與該前表面旋擰在一起。當前表面止擋臺肩時，接頭得到保證。接頭應能夠耐抗在拉伸方面所施加的至少千噸的應力。

作為示例，要應用的以達到螺紋接頭的可靠連接的旋擰扭矩根據要遵循的旋擰扭矩曲線來確定。

圖1的曲線表示根據所執行的轉動圈數的接頭的旋擰(或緊固)扭矩。如可以觀察到，在兩螺紋端部之間的接頭的旋擰扭矩曲線分解為三部分。

第一部分P1，在第一部分，管形螺紋接頭的第一構件的陽式螺紋元件(或“陽螺紋端”)的外螺紋不具有與該同一管形螺紋接頭的第二構件的對應陰式螺紋元件(或“陰螺紋端”)的內螺紋的徑向緊持。

第二部分P2，在第二部分，陽式螺紋元件和陰式螺紋元件的螺紋的幾何干涉產生徑向緊持，這隨著旋擰而增大(產生較小的不過是遞增的旋擰扭矩)。

第三部分P3，在第三部分，陽式螺紋元件的正端部表面與陰式螺紋元件的緊固臺肩的環形表面軸向止擋。該第三部分P3對應終端的旋擰階段。

對應第二部分P2的結束和第三部分P3的開始的旋擰扭矩CAB被稱為臺肩扭矩。

對應第三部分P3的結束的旋擰扭矩CP被稱為屈服扭矩。超過該屈服扭矩CP，認為陽式緊固臺肩(陽式螺紋元件的端部部分)和/或陰式緊固臺肩(位于陰式螺紋元件的臺肩的環形表面后側的區域)經受塑性變形，這會使在密封面之間的接觸的密封性能失效。

在屈服扭矩CP和臺肩扭矩CAB的值之間的差被稱為臺肩阻上的扭矩CSB(CSB＝CP-CAB)。管形螺紋接頭是在旋擰末優化緊持的對象，這是對螺紋組合件對例如拉伸作用力以及對在投用時的偶然松旋的最優機械強度，以及最優的密封性能的保證。

螺紋接頭的設計商從而被引導對于給定的一類螺紋接頭限定最優的旋擰扭矩值，所述旋擰扭矩值對于這類接頭的所有組合件而言應小于屈服扭矩CP(以避免臺肩的屈服和所產生的弊端)和大于臺肩扭矩CAB。

扭矩小于CAB的旋擰末期實際上不允許保證陽式元件和陰式元件的正確的相對定位和由此在其密封面之間的有效緊持。此外存在松旋的風險。臺肩扭矩CAB的有效值對于同一類接頭而言從一組合件到另一組合件波動很大，這是因為所述值取決于螺紋以及陽式和陰式密封面的直徑的和軸向的機加工誤差，和適以使得最優旋擰扭矩大體上大于臺肩扭矩CAB。

因此，臺肩阻上的扭矩CSB的值越大，用以限定最優旋擰扭矩的裕度越大，而螺紋接頭越為耐抗投用時的應力。

在石油領域中，與轉動鉆探構件相關的規范API7(API用于“American?Petroleum?Institute)設置特定的一螺紋類型以及一種單臺肩(稱為“外臺肩”)系統。該外臺肩在陰式元件的情形中通過該元件的自由端部部分提供和在陽式元件的情形中通過終止大致圓柱形的主體的徑向環形(外)表面提供，從主體的外表面限定一凸肩和通過圓柱形基底——外徑小于主體的外徑——連接到一連接部分，所述連接部分的整體形狀是截錐形的，外徑隨著遠離基底遞減，并且在外部配有陽式螺紋部分，所述陽式螺紋部分能夠在另一鉆探構件的一陰式元件的對應的螺紋部分中擰緊，該陽式螺紋部分大致延伸到陽式元件的自由端部。

在石油領域中，規范ISO-13268更為特定地適用于“立管”和特別是接地鉆柱。

不同的鉆探構件制造商提出具有更為先進的螺紋以及具有雙臺肩的陽式和陰式元件。這些特定提議具有允許以類似的尺寸傳遞更大的扭矩的目的。作為交換，為了正確地運行，具有雙臺肩的陽式和陰式元件應非常良好地被調節，以使得在兩臺肩上的支承能夠和諧地進行。