用于特種管道連接器的橢圓形底切肩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及油氣井的鉆井和生產(chǎn)，尤其涉及具有橢圓形底切肩的管狀連接器。
【背景技術(shù)】
[0002]海上油氣井時常包含一個或多個大直徑管道(例如16英寸或更大的直徑)的套管柱。從海底油井設(shè)備延伸至地面的采油立管也是由相當大直徑的管道組成。無論是在套管柱還是在采油立管柱中，管道的接頭都通過螺紋接頭而連接在一起。典型的螺紋接頭在盒的圓錐形部分上具有內(nèi)螺紋，其與銷上的外螺紋相接合。銷通常在螺紋的底部處具有外肩，其在組裝時與盒的緣邊相接合。
[0003]許多現(xiàn)有技術(shù)的立管或管狀部件接頭連接器使用銷盒類型的連接器。這些銷盒類型的連接器在一端具有帶較大直徑部分的第一管狀部件，即盒，以及在一端具有帶較小直徑部分的第二管狀部件，即銷。銷插入到盒端中，以便通過任何合適的方法連接這兩個管狀部件，例如將銷擰入到盒中、槽的凸輪接合等等。大體上，管狀部件跨越相當短的距離而過渡至較大直徑的連接器部分，時常在連接器和管道之間具有基本接近直角的角度。這些直角過渡提供了基本上平坦的表面，其垂直于管狀部件的軸線，以便與用于操作管狀部件的管道提升機相接合。不幸的是，這些過渡區(qū)域時常遭遇高的應力，這可造成連接器的過早失效。目前已經(jīng)通過增加過渡長度努力減少這種應力；然而，較長的過渡大體需要增加提升機的夾緊直徑，因為管狀部件在提升機的接合點處的厚度將由于過渡的增加而增加。較長的過渡需要使用特種提升機來適應較厚的管道直徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例大體可解決或繞過這些問題以及其它問題，并且大體可獲得技術(shù)優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，公開了一種管狀連接器，其具有銷，銷帶有孔和外螺紋。銷的外凸緣在一側(cè)具有臺肩，并且在相反的側(cè)具有銷過渡肩，其面向與臺肩相反的方向。銷過渡肩處于垂直于軸線的平面中。銷具有毗連銷過渡肩的圓柱形部分，其具有比外凸緣的外徑更小的外徑。盒具有帶內(nèi)螺紋的孔，內(nèi)螺紋與銷的外螺紋相接合。盒具有抵靠在臺肩上的緣邊。盒具有與緣邊相反的圓柱形部分，其具有比盒的包含內(nèi)螺紋的部分更小的外徑，從而限定了處于垂直于軸線的平面中的盒過渡肩。環(huán)形底切凹槽定位在至少一個過渡肩上，位于與連接過渡肩的圓柱形部分的結(jié)合部處。
[0005]底切凹槽在橫截面上優(yōu)選具有部分橢圓形的剖面。當從橫截面觀察時，底切凹槽是連續(xù)的U形曲線，其具有比徑向?qū)挾雀蟮妮S向深度。
[0006]當從橫截面觀察時，底切凹槽具有內(nèi)彎曲壁、外彎曲壁、以及將內(nèi)彎曲壁和外彎曲壁連接起來的彎曲底座。內(nèi)彎曲壁與毗連過渡肩的圓柱形部分是齊平的。底切凹槽具有徑向?qū)挾?，其小于過渡肩的徑向?qū)挾鹊囊话耄渲械浊邪疾鄱ㄎ辉谶^渡肩上。
[0007]各個過渡肩可具有一個底切凹槽，或者只有一個過渡肩具有底切凹槽。如果定位在外凸緣的過渡肩上，這底切凹槽具有軸向深度，其小于外凸緣的軸向厚度的一半。在那種情況下，與比外凸緣的外徑處測量時相比，在底切凹槽和臺肩之間測量時，外凸緣具有更小的軸向厚度。
[0008]優(yōu)選實施例的一個優(yōu)點是，其提供了管狀連接器，其在管狀部件和管狀連接器之間較長的距離上過渡。這種過渡降低了跨越管狀部件和連接器之間的過渡部分的應力。另夕卜，公開的實施例提供了一種可供傳統(tǒng)管道提升機使用的管狀連接器。
【附圖說明】
[0009]為了獲得并可更詳細地理解將變得清晰易懂的本發(fā)明的特征、優(yōu)勢和目的以及其它方面，上面簡要概括的本發(fā)明的更具體的說明可參照其在附圖中所示的實施例，附圖形成本說明書的一部分。然而，應該注意，附圖只顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并因此不應被認為是其范圍的限制，因為本發(fā)明可容許其它同等有效的實施例。
[0010]圖1是根據(jù)一個實施例的在海底井口組件和地面平臺之間延伸的立管的示意圖。
[0011]圖2是根據(jù)一個實施例的用于連接圖1立管的兩個管狀部件的接頭部分的側(cè)視截面圖。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在將在后文中參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖顯示了本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明可以許多不同的形式來體現(xiàn)，并且不應該被理解為只局限于這里陳述的所示實施例。相反，提供了這些實施例，使得本發(fā)明公開將顯得完整且完全，并且將本發(fā)明的范圍完整地傳達給本領(lǐng)域中的技術(shù)人員。全篇相似的標號表示相似的元件。
[0013]在以下論述中，為了提供對本發(fā)明的完整理解，闡述了許多特定的細節(jié)。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應該懂得本發(fā)明可在沒有這些特定細節(jié)的條件下實現(xiàn)。另外，在極大程度上，已經(jīng)省略了與鉆井操作、海底組件連接、立管用途等等相關(guān)的細節(jié)，因為這種細節(jié)對于獲得本發(fā)明的完整理解并不被認為是必須的，并且被認為是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0014]這里描述了連接管狀部件以形成管柱的典型實施例。在圖1的側(cè)視圖中顯示了海上平臺11的一個示例，其具有懸垂于海底的管柱13，用于與海床上所示的海底井口組件15相連接。管柱13可由多個管狀部件，例如下管狀部件17和上管狀部件19形成，它們在平臺11和海底井口組件15之間延伸幾千英尺。在圖1的實施例中，管柱13通過在接頭21處按照下面更詳細所述的方法連接管狀部件17，19而進行組裝。
[0015]參照圖2，其顯示了處于構(gòu)建位置的接頭21的截面圖。下管狀部件17具有銷端23，其具有位于下管狀部件17的外徑部分上的向上面向的臺肩25。如圖2中所示，銷端23包括外徑凸緣27，其具有比下管狀部件17的圓柱形部分的直徑更大的外徑。凸緣27可沿著下管狀部件17的軸線31而與銷端23的鼻端29軸向間隔開。臺肩25從銷端23的外徑徑向向外延伸至凸緣27的外徑上。銷端23包括向上延伸的銷33。銷33包括靠近凸緣27的圓柱形的近側(cè)銷端部分35。近側(cè)銷端部分35可連接靠近向上面向的肩25的凸緣27。銷33包括圓錐形的中間銷端部分37，其從近側(cè)銷端部分35朝著鼻端29而延伸。在所示的實施例中，中間銷端部分37從近側(cè)銷端部分35逐漸縮小至銷33的鼻部或遠側(cè)銷端部分39，鼻部或遠側(cè)銷端部分39位于銷33的端29處。在所示的實施例中，中間銷端部分37在近側(cè)銷端部分35處比在遠側(cè)銷端部分39處更寬。在中間銷端部分37的外徑表面上形成了螺紋或槽41。遠側(cè)銷端部分39大體可為圓柱形的，如圖2中所示，并且具有軸向長度，使得端29可與中間銷端部分37間隔開。遠側(cè)銷端部分39還包括位于鼻端29處的向上面向的鼻狀肩43。鼻狀肩43可為平的，或者其可為圓錐形的。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認識到，在其它實施例中，向上面向的肩43可為如圖所示的圓柱形。
[0016]凸緣27具有向下面向的過渡肩47，其將凸緣27的外徑與下管狀部件17的下圓柱形部分連接起來。過渡肩47和臺肩25都處于大體垂直于軸線31的平面中。凸緣27可包括底切45，其是在銷17的下圓柱形部分與過渡肩47的結(jié)合部處圍繞銷17而延伸的環(huán)形槽或凹槽。底切45在凸緣27中大體與軸線31同心地向上延伸。直接位于過渡肩47下面的下管狀部件17的大體圓柱形的表面用于與提升機(未顯示)相接合，以便吊起和進一步操作下管狀部件17。當從圖2中的橫截面觀察時，底切45具有彎曲的內(nèi)壁45a、彎曲的外壁45b、以及將內(nèi)壁45a連接到外壁45b上的彎曲的底座45c。在橫截面中，底切45具有連續(xù)彎曲的U形槽的外觀，其具有部分橢圓形的形態(tài)。內(nèi)壁45a與下管狀部件17的圓柱形的外表是齊平的。底切45的徑向?qū)挾刃∮诘浊?5的軸向深度。底切45的徑向?qū)挾刃∮谶^渡肩47的徑向?qū)挾鹊囊话搿５浊?5的軸向深度小于從臺肩25至過渡肩47的外凸緣27的軸向厚度的一半。從底切底座45c至臺肩25測量的外凸緣27的軸向厚度小于沿著外徑27測量的厚度。
[0017]橢圓形底切45在凸緣27和下管狀部件17之間提供較長的過渡區(qū)域，從而減少了在凸緣27和下管狀部件17之間的過渡區(qū)域處的應力。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應該懂得，底切45的深度或半徑將依賴于具體連接器的類型和連接器的尺寸而變化。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還應該認識到底切45可用任何合適的制造工藝，例如通過機械加工或鍛造而制成。
[0018]繼續(xù)參照圖2，上管狀部件19包括盒端49，其具有與銷端23的凸緣27的外徑基本相等的外徑。盒端49從上管狀部件19向下懸垂，并且具有限定了向下面向的肩51的下端或緣邊。盒端49處的管狀壁在緣邊51處具有一定的厚度，其基本上等于凸緣27的臺肩25的寬度。盒端49具有與銷33的長度基本相等的長度，并且包括遠側(cè)盒端部分53、中間盒端部分55和近側(cè)盒端部分57。近側(cè)盒端部分57連接上管狀部件19。近側(cè)盒端部分57可選地可具有比上管狀部件19的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑，從而在近側(cè)盒端部分57連接上管狀部件19的地方形成向下面向的內(nèi)肩58。遠側(cè)盒端部分53可定位在與近側(cè)盒端部分57相反的盒端部分49的一端處。遠側(cè)盒端部分53可基本上是圓柱形的，并且具有與下管狀部件17的凸緣27的外徑相等的外徑和比上管狀部件19的內(nèi)徑更大的內(nèi)徑。在所示的實施例中，遠側(cè)盒端部分53的內(nèi)徑與近側(cè)銷端部分35的外徑基本相等，使得遠側(cè)盒端部分53可包圍下管狀部件17的近側(cè)銷端部分35。中間盒端部分55具有在遠側(cè)盒端部分53和近側(cè)盒端部分57之間延伸的大致圓錐形的內(nèi)徑。中間盒端部分55可具有成形于內(nèi)徑表面上的螺紋59，其與銷端中間部分37的外徑表面上的螺紋41相配合。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應該懂得，銷端中間部分37和中間盒端部分55的圓錐形表面的角度可為基本相同的，使得螺紋41，59可擰緊在一起，從而將上管狀部件19連接到下管狀部件17上。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應該懂得，上管狀部件19和下管狀部件17可通過任何合適的方法連接起來。例如，上管狀部件19和下管狀部件17可通過螺紋連接器進行固定，如這里所示的凸輪連接器、筒夾連接35.益寺寺。
[0019]近側(cè)盒端部分57大體可為圓柱形的，并且從上管狀部件19延伸至中間盒端部分55。近側(cè)盒端部分57可具有上管狀部件19的外