專利名稱：用于連續(xù)外形的管道的螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對于管子來說是零徑向障礙的整體螺紋接頭，特別是用于天然氣和采油業(yè)中使用的管子。所述管子既可以用作管子抽取氣體、油或者可液化的碳?xì)浠衔铮部捎米骶椎奶坠堋?br> 背景技術(shù)：
在天然氣和采油業(yè)中，當(dāng)鉆油井或者氣井時，使用預(yù)先限定長度的管或者套管，它們必須在端部連接在一起而形成管路，從而能夠到達(dá)非常深處的油、氣和可液化的碳?xì)浠衔锏膬印?br> 最一般采用的鉆井技術(shù)是從地表面或者海的表面鉆起，直至到達(dá)油田或者儲氣層。這些豎井的深度能夠達(dá)到幾千米。在鉆井過程中，井孔與金屬套管在其整個長度上對齊。金屬套管的管件，每個約為10米長，由螺紋接頭連接在一起。這些套管形成筒形管道，在其全長上直徑不變，除了在接頭處，外部直徑通常比管道大至少1英寸(25.4毫米)。為了在整個深度上與井孔對齊，采用若干個管道，這些管道由于系統(tǒng)的機(jī)械阻力和地質(zhì)特性，具有管道達(dá)到的較大深度時減小的直徑，從而構(gòu)成一個套管結(jié)構(gòu)。隨之而來的是，由于在豎井底部的直徑是根據(jù)壓力和被排出的液體的流量而固定的，因此井越深，表面的直徑越大。其缺點是鉆井成本高，和這些表面處治層所需的材料量也高，因此成本高。井的較小的直徑也能夠減少完成鉆井所用的鉆井時間。其結(jié)果是，重要的是減小豎井的直徑到最小，因此減小用于制造表面處治層的管子的直徑，而給出同樣的流體排出量。
一旦鉆井操作完成，在襯砌的孔口壁中插入一個管子，用于從地下的儲層中抽取氣、油或者可液化的碳?xì)浠衔铩４斯茏映寥氲骄恼麄€深度，并且其能夠達(dá)到幾千米的長度，是由連接各為大約10米的管子形成的，由上述形式的接頭連接。通常，此管子在整個長度上的直徑不變，除了在接頭的地方，在前面的例子中，接頭的外徑處通常較大。
在上述的兩種情況下，管子由螺紋接頭連接在一起，其可以是組合式的，即管子的一端具有一陽螺紋，另一端具有陰螺紋，或者是套筒式的，即管子的兩端具有陽螺紋，由螺紋套筒或者由兩端具有陰螺紋的套管連接在一起。通常，接頭的出現(xiàn)造成接頭處管線直徑的增加，接頭的外徑比管子直徑大。
考慮到生產(chǎn)油的公司將抽取油、氣和可液化的碳?xì)浠衔锏某杀窘档偷阶钚〉男枰?，已?jīng)作了很大的努力來減小井的直徑和所用管子的直徑。
為了限定管子的外徑，繼而限定鉆井的成本和被安裝的材料，采用具有小直徑尺寸的螺紋接頭。根據(jù)所需的性能和允許的最大外部尺寸，可以分成三種形式。第一種是，稱作“半平齊的”，是一種套管式的接頭，其外部直徑不超過管子外部直徑的6％。第二種是，稱作“接近平齊的”，是一種組合式的接頭，其外部直徑不超過管子外部直徑的2-3％。最后，第三種是，稱作“平齊的”，是一種組合式的接頭，其外部直徑與管的外部直徑相等。
根據(jù)管道承受的負(fù)載，作用于管道內(nèi)部和/或外部的壓力，管道的長度，和與豎井的直徑尺寸相關(guān)的可允許的最大直徑尺寸，選擇不同形式的接頭。
如果接頭的直徑減小，需要找出解決辦法，補(bǔ)償其減小的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。事實上，由于結(jié)構(gòu)元件，如螺紋、密封件、和肩部在管壁的厚度中存在，管子在接頭區(qū)域的效率必然比管子本體的效率低，并且繼而導(dǎo)致管段中陽螺紋和陰螺紋的危險區(qū)域的減弱。將接頭失效的產(chǎn)生減小到最小是很重要的，因為管子的失效，畢竟是在操作中已經(jīng)設(shè)置在地下，因此在接頭失效的情況下，操作者沒有可能直接介入到接頭，可以對采油廠造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)后果，并且可能對環(huán)境造成很大破壞，特別是在油或者氣儲層包含腐蝕性元素的情況下。
為此，過去付出了很大努力改進(jìn)接頭，使它們的效率達(dá)到最好的水平，盡力實現(xiàn)各種需要，即次數(shù)、沖突的最小的外部尺寸、最大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、和防止液體從井中出入的緊密性之間的平衡。事實上，管子承受壓力、拉力、和彎曲載荷，并且承受來自外側(cè)的流體和/或在管子自身內(nèi)側(cè)循環(huán)的流體產(chǎn)生的壓力。
接頭還必須具有良好的阻力特性，以旋緊并鎖定。
結(jié)構(gòu)問題和緊密性問題通常由流體的溫度、它們產(chǎn)生腐蝕的能力、和采油區(qū)域的環(huán)境狀況加重。
在過去，針對上述需要已經(jīng)提出過各種解決辦法。
專利US 5462315描述了一種接頭的實施例，其具有減小的直徑尺寸，該發(fā)明的一種變化中甚至可以是零。該接頭具有一個中央的肩部，其支承了陽件側(cè)，也支承陰件側(cè)，一個突起和一個凹槽平行于管子的軸線，帶有對應(yīng)的表面，從而較好地配合，而帶有接頭的兩個件的阻止作用。出現(xiàn)在肩部的突起上的是兩個密封表面。該肩部將兩個錐形或者錐形-圓柱形的徑向相互有階梯的螺紋部分分開。
此接頭很有效，但是有一個特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，具有很高的生產(chǎn)成本。
專利US 5427418描述了一種零直徑障礙的接頭，帶有一個錐形螺紋，并且一個牙形帶有承載面的大角度。螺紋中的潤滑脂確保了緊密性。
此接頭能夠?qū)崿F(xiàn)高效率，但是沒有設(shè)計一個肩部來保護(hù)該接頭，防止可能的過大的旋緊力矩，以及因此防止影響其功能的過大的壓力，并且未設(shè)置金屬密封。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服上述由已知的管接頭帶來的缺點，提供一種新的對齊式的組合接頭，雖然具有現(xiàn)有技術(shù)的其它接頭的零直徑障礙，但是不出現(xiàn)前面存在的缺點。
本發(fā)明的一個具體的目的是，提供一種組合的接頭，其直徑尺寸不大于管子全長的直徑尺寸，具有減小的生產(chǎn)成本，同時保證高的強(qiáng)度值，和緊密性。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種有利于安裝的形狀。
上述目的由一種根據(jù)權(quán)利要求1的用于管子的螺紋的組合接頭實現(xiàn)，包括一個陽件，其外表面設(shè)置有一截錐形的螺紋部分，一個陰件，其內(nèi)表面設(shè)置有一截錐形的螺紋部分，各所述陽件和陰件設(shè)置有兩個密封表面，它們設(shè)置在所述相關(guān)的螺紋部分的相對的軸向端部，并且在第一種情況下具有外部密封功能，在第二種情況下具有內(nèi)部密封功能，并且具有兩個環(huán)形的肩部，基本上位于與所述陽件和陰件的軸線垂直的平面內(nèi)，所述相關(guān)的兩個螺紋部分被設(shè)計成以可逆的方式旋在一起，一個在另一個的內(nèi)側(cè)，直到所述兩個環(huán)形的肩部之間產(chǎn)生接觸，所述接頭的特征在于，所述陽件和陰件的所述相關(guān)的兩個螺紋部分具有相同的錐度值，并且所述陽件和陰件的所述相關(guān)的兩個密封表面中的一個是錐形或圓柱形，另一個是球面形狀。
由于此實施例，該接頭使得由管構(gòu)成的管道能夠易于安裝，螺紋和密封的損壞的風(fēng)險被減小，同時，保證管子在接頭處的最佳強(qiáng)度和緊密性。
在本發(fā)明的一較佳實施例中，內(nèi)部密封的兩個表面中的一個是錐形，另一個是球面形，外部密封的兩個表面中的一個具有一個錐形或圓柱形，另一個是球面形。
本發(fā)明的其它較佳實施例在從屬權(quán)利要求中詳細(xì)描述。


在隨后的詳細(xì)描述的較佳的但是非排它的平齊式的組合接頭的實施例中，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點會更清楚，該描述是通過非限定性的示例借助于附圖進(jìn)行的。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個通過接頭縱向軸線的平面的剖視圖，兩個件在分開的位置；圖2表示圖1的接頭，兩個件在被連接的位置；和圖3是表示圖1所示的接頭的螺紋的細(xì)節(jié)的放大圖。
本發(fā)明較佳實施例的描述參見各圖，根據(jù)本發(fā)明的接頭包括兩個管件，或者管部，即陽件1和陰件2。該接頭限定一個內(nèi)部件20，和一個外部件30。在內(nèi)部件20中有流體流動，如天然氣或者油或者其它類似的流體，在外部件30中也可以充有各種性質(zhì)的、通常也是在壓力下的氣體或者液體。管2的外徑3的尺寸D在接頭區(qū)域內(nèi)等于管自身的遠(yuǎn)離接頭部分的外徑減去管的制造公差。而且具有陽螺紋的管1在其全長，除其螺紋區(qū)域外，具有一個不變尺寸D的外徑4。
該接頭的陰件2具有一個錐形基體的內(nèi)螺紋8。該螺紋有一個錐度值為6.25％到12.5％之間。上述范圍是最佳的，因為一方面，選擇較低的值會引起螺紋過長，從而使陽件不易進(jìn)入到陰件中，并且另一方面，選擇較高的值將意味著在螺紋部分得到的齒太少，因此螺紋沒有足夠的支承能力。本發(fā)明的一個有利的變化是，該螺紋可以在其全長上都有。在管2的內(nèi)側(cè)螺紋8的端部，有一個環(huán)形的肩部6″，在垂直于管的軸線的平面內(nèi)。陰件2在肩部6″與螺紋部分8之間的連接區(qū)域具有一個帶有錐度的環(huán)形區(qū)域11＂。此表面的錐度是12.5％到25％之間，從而保證與陽件1的相互接觸表面的良好密封。上述值的范圍證明是適合于螺紋的最佳的錐度值，并且限制了影響所述密封的有效性的拉力載荷的不良效果。
在管2的螺紋8的外端部設(shè)置有一個球面12″，當(dāng)旋在陽件1上之后，其與后者的錐形區(qū)域12′接觸。
特別參見圖3，螺紋齒的外形是“鉤”形的，負(fù)載的側(cè)面9是負(fù)角度α，其角度值是0°到-10°之間，導(dǎo)入側(cè)面10是正角度β，在20°到45°之間。這些值的范圍是很大的優(yōu)點，同時，保持接頭易于制造。有負(fù)角度的負(fù)載側(cè)面使得接頭的兩個件有效的配合，并且減少了在高拉力載荷下接頭打開的可能性。有正角度但不是大角度的導(dǎo)入側(cè)面使得螺紋能夠在抵抗壓負(fù)荷時有效地合作。
陽件1在面對陰件的螺紋區(qū)域的外表面區(qū)域，有一個螺紋7，以相互類似的方式設(shè)置。
連接區(qū)域12′在外肩部5′和螺紋部分7的起始部之間，具有一個錐形表面，錐度值的范圍是0％到25％之間。當(dāng)接頭旋上以后，此表面壓靠在陰件的球面12″上，并且該尺寸和公差這樣選擇，即金屬-金屬接觸保證緊密，防止接頭外側(cè)的任何壓力下的液體或者氣體滲透。
陽件1在其端部具有一個球面形狀的表面11′，當(dāng)與陰件2旋在一起以后，壓靠陰件的錐形表面11″。在此第二區(qū)域，在兩個件1和2之間也產(chǎn)生一個金屬-金屬的接觸壓力，產(chǎn)生一個抵抗管內(nèi)側(cè)的流體壓力的密封。
接頭的端部的兩個區(qū)域11′，11″和12′，12″的選擇，在該區(qū)域產(chǎn)生相對面的金屬密封，具有一個球面和錐形或者一個球面和圓柱形，根據(jù)本發(fā)明，使接頭不對作用于其上的壓力負(fù)荷敏感并且已經(jīng)證實對于薄管是最佳的。事實上，使制成密封表面11′和12″的端部薄，管內(nèi)側(cè)和外側(cè)的壓力作用在所述端部上，很容易引起變形。因此，一個球面的密封表面與截錐形密封相比，能夠保持最佳接觸，截錐形密封在此情況下，因為端部彎曲造成的轉(zhuǎn)動，不能保持整個密封帶上的接觸。
在管1的外部設(shè)置的螺紋7的端部上，管1具有一個環(huán)形的肩部5′，設(shè)置在與管的軸線垂直的平面內(nèi)。當(dāng)陽件和陰件旋在一起以后，陰件2的肩部6″與陽件1的端部表面6′壓靠，并且陽件1的肩部5′與陰件的端部5″壓靠。接頭的制造和制造公差是這樣的，即內(nèi)肩部不與外肩部接觸，該外肩部被固有地加強(qiáng)，從而不引起過大的螺紋壓力。雙肩部保護(hù)接頭不受到過大的扭轉(zhuǎn)載荷(“超扭矩”)，該過大的扭轉(zhuǎn)載荷可能因為旋緊時的不正確的操作，和尤其是安裝期間的操作造成的。這樣的載荷會導(dǎo)致過大的壓力在接頭上，并且影響其功能。
陽件1的螺紋的牙形與陰件2的螺紋牙形相同。有利的是，螺紋部分的整個長度上的螺紋具有完全的外形。
根據(jù)本發(fā)明的一種變化，可以設(shè)想，陽件的螺紋部分7的端部區(qū)域7′在環(huán)形密封表面12′的附近具有不完全外形的螺紋。陰件的一側(cè)12″的相應(yīng)的區(qū)域8，即面向部分7′的部分是完全螺紋。螺紋部分8的相對端部區(qū)域8′，即在密封表面11″的附近的區(qū)域具有不完全外形的螺紋，與之面對的陽件的螺紋部分7具有完全的螺紋。
如上，根據(jù)本發(fā)明的接頭的優(yōu)點是明顯的，其確保了最優(yōu)的操作和效率。
權(quán)利要求
1.一種用于管子的整體螺紋接頭，包括一個陽件(1)，其外表面設(shè)置有一截錐形的螺紋部分(7)，和一個陰件(2)，其內(nèi)表面設(shè)置有一截錐形的螺紋部分(8)，各所述陽件(1)和陰件(2)設(shè)置有兩個密封表面(11′，12′，11″，12″)，其設(shè)置在軸端與所述的相關(guān)的螺紋部分(7，8)相對，其具有在第一種情況下的外部密封，和第二種情況下的內(nèi)部密封，兩個環(huán)形的密封肩部(5′，6′，5″，6″)，基本上位于與所述陽件(1)和陰件(2)的軸線垂直的平面內(nèi)，所述相關(guān)的兩個螺紋部分(7，8)被設(shè)計成以可逆的方式旋在一起，一個在另一個的內(nèi)側(cè)，直到所述兩個環(huán)形的肩部(5′，5″，6′，6″)之間產(chǎn)生接觸，所述整體螺紋接頭的特征在于，所述陽件(1)和陰件(2)的所述相關(guān)的兩個螺紋部分(7，8)具有同樣的錐度值，并且所述陽件(1)和陰件(2)的所述相關(guān)的兩個密封表面(11′，11″，12′，12″)中的一個是錐形或圓柱形，另一個是球面形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的接頭，其特征在于內(nèi)部密封的兩個表面，一個是錐形，另一個是球面形狀，外部密封的兩個表面，一個是錐形或圓柱形，另一個是球面形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的接頭，其特征在于接頭的所述陰件(2)的外徑(3)的尺寸(D)，與陰件(2)在其長度的其余部分上外徑(4)的尺寸(D)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的接頭，其特征在于所述陽件(1)和陰件(2)的所述相關(guān)的兩個螺紋部分(7，8)各具有同樣的錐度值，該值在6.25％-12.5％之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的接頭，其特征在于所述陽件(1)和陰件(2)的所述相關(guān)的錐形密封表面(12′，11″)具有在12.5％-25％之間的錐度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的接頭，其特征在于所述螺紋的牙形具有負(fù)角度(α)的承載側(cè)面(9)，和正角度(β)的導(dǎo)向側(cè)面(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的接頭，其特征在于所述負(fù)角度(α)的值是0°和-10°之間，所述正角度(β)的值是20°和45°度之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的接頭，其特征在于所述陽件(1)和陰件(2)的所述螺紋部分(7，8)在其全長上具有一完全的螺紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的接頭，其特征在于所述陽件(1)和陰件(2)之間的所述螺紋部分(7，8)中至少一個在其第一端上具有一區(qū)域(7′，8′)是不完全的螺紋。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接頭，其特征在于所述陽件(1)和陰件(2)之間的所述螺紋部分(7，8)中的所述至少一個的另一個，在與所述第一端軸向相對的端部上，還具有一區(qū)域(7′，8′)是不完全的螺紋。
全文摘要
一種平齊式的整體螺紋接頭，帶有截錐形螺紋，有兩個密封表面(11′，12′，11″，12″)設(shè)置在螺紋部分(7，8)的端部，還有兩個環(huán)形的密封肩部(5′，6′，5″，6″)。所述陽件(1)和陰件(2)的所述相關(guān)的兩個螺紋部分(7，8)具有同樣的錐度值，兩個密封表面(11′，12′，11″，12″)在一種情況下是錐形或圓柱形，另一種情況下是球面形狀。各陽件和陰件的螺紋部分具有一端部區(qū)域帶有一不完全的螺紋。
文檔編號E21B17/042GK1457413SQ01813923
公開日2003年11月19日 申請日期2001年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月9日
發(fā)明者朱塞佩·德拉皮納, 朱塞佩·羅蒂尼, 安杰洛·西尼奧雷利 申請人:達(dá)爾米內(nèi)公司