牙底冷軋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及對(例如，石油工業(yè)中使用的管道中的)螺紋的牙底半徑進行拋光的裝置，更特別地，涉及一種改進的牙底冷軋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油工業(yè)中，各段管道通過螺紋連接在一起以形成鉆柱(即一段串接管道)。然而，隨著大位移鉆井、多分支側(cè)井和水平井的越來越普及，鉆柱螺紋連接部上承受的應(yīng)力和彎矩在增加。管道連接部數(shù)量的增加以及增加的應(yīng)力導(dǎo)致鉆柱出現(xiàn)井下故障的可能性增加。維修單個井下故障的成本可能超過一百萬美元。
[0003]牙底冷軋是對旋轉(zhuǎn)肩臺連接部中新切削出的或者之前切削出的螺紋的牙底半徑進行拋光的工藝。使輪廓與被拋光的螺紋類似的硬質(zhì)軋輥與螺紋的牙底半徑接觸。施壓壓力以使所述硬質(zhì)軋輥穿入到牙底半徑的切削表面中。這樣使材料變形并且對材料進行冷加工，實現(xiàn)對螺紋的改進的表面磨光，并且將牙底材料的晶粒壓緊并移位。
[0004]業(yè)界經(jīng)驗已經(jīng)表明，牙底冷軋相比于類似的未處理過的連接部在相同的工況下可以將螺紋連接部的疲勞壽命增加三到五倍。一些研宄指出高達27倍的疲勞壽命的提高的實驗結(jié)果歸因于牙底冷乳工藝。例如見Journal of Strain Analysis第40卷第83-93頁(2004 年 9 月 30 日)Knight, M.J.，Brennan、F.P.和 Dover, ff.D.的 “Fatigue LifeImprovement of Threaded Connect1ns by Cold Rolling”。這些各方面的研宄將疲勞壽命的增加歸因于下面的一個或多個因素:
[0005](I)牙底冷軋在螺紋的牙底區(qū)域中形成了殘余壓縮應(yīng)力薄區(qū)。這種殘余壓縮應(yīng)力補償了維修中產(chǎn)生的張緊應(yīng)力，并降低了螺紋牙底關(guān)鍵應(yīng)力區(qū)域中的總應(yīng)力。
[0006](2)平滑硬質(zhì)軋輥的拋光效應(yīng)將螺紋切削操作中留下的小的劃痕和棱線平整成更均勻的表面，這些劃痕具有小的頂尖半徑，據(jù)信這是顯著應(yīng)力集中的根源所在。因此，這些劃痕看上去是疲勞故障的裂紋蔓延點。
[0007](3)劃痕為化學腐蝕提供了最好的位置。劃痕的顯微表面是非常粗糙和多孔的。這樣使大的表面區(qū)域和許多分子鍵合位置遭受鉆柱環(huán)境中的液體和氣體的腐蝕作用。拋光使該表面平滑，并且減少了凸起和雜質(zhì)。易于減小該表面的面積并且將其密集壓緊。
[0008](4)牙底冷軋具有對材料表面加工硬化的效果。在原子層面，據(jù)信鋼晶粒結(jié)構(gòu)內(nèi)晶格的壓縮位移使晶體結(jié)構(gòu)從重復(fù)并均勻的原子結(jié)構(gòu)變化到在圖案中具有許多錯位的結(jié)構(gòu)。據(jù)信這些錯位使晶體結(jié)構(gòu)互鎖，對進一步的變形具有更大的抵抗力。這種對進一步的變形增加的抵抗力有助于防止萌發(fā)裂紋，并有助于阻止顯微裂紋生長成對接頭的完整性造成威脅的結(jié)構(gòu)裂縫。在實驗室研宄中，在冷軋接頭中產(chǎn)生的裂紋具有顯著更低的裂隙長寬比(即裂紋長度與裂紋深度的比例)。該比例30% -50%的降低意味著在冷軋接頭中產(chǎn)生的裂紋更可能深和短，而不是長和淺。長和淺的裂紋更可能導(dǎo)致接頭突然和完全的結(jié)構(gòu)故障。部分穿過段壁的深裂紋可以經(jīng)由循環(huán)鉆進流體的壓力下降而檢測到，從而可以在接頭完全結(jié)構(gòu)故障之前對破壞的鉆柱進行提早修復(fù)。
[0009]由于前面的優(yōu)點，現(xiàn)在通常在許多用在石油工業(yè)中的鉆柱管上的新切削和重新切削的螺紋上執(zhí)行牙底冷軋。其是一種省錢的工藝。其可以顯著增加典型鉆柱中每個旋轉(zhuǎn)肩臺連接部的疲勞壽命。其還可以減小修理該領(lǐng)域中連接部的頻率，以及由于是井下故障而必須將其釣起的頻率。
[0010]可以從德克薩斯州77041休斯敦5050Ashley Court的Cutting Tools公司獲知一條牙底冷軋生產(chǎn)線。
[0011]因此，提供一種對物品上的新切削的或重新切削的螺紋進行牙底冷軋的改進裝置通常是所需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]利用對所披露的實施方式的相應(yīng)的部件、部分或表面的圓括號內(nèi)的參考標記，僅為了說明而不是限定的目的，本發(fā)明提供了一種用于對諸如管道之類的物體(O)上的螺紋(T)進行牙底軋制，尤其是牙底冷軋的改進裝置(20)。
[0013]在一種型式中，該改進的裝置大體上包括本體(21)，該本體具有通道(22)，并且具有與所述通道聯(lián)通的圓柱形開口(23);安裝在所述本體上用于在所述通道內(nèi)密封滑動的蓄能器活塞(24);通過螺紋安裝在所述本體上的粗調(diào)螺釘(25);作用在所述粗調(diào)節(jié)螺釘與所述蓄能器活塞之間的彈性構(gòu)件(26);安裝在所述本體上用于在所述圓柱形開口內(nèi)密封滑動的致動器活塞(28A，28B)，在所述蓄能器活塞與所述致動器活塞之間的所述通道內(nèi)限定腔室(29)，所述致動器活塞具有朝向所述腔室的近端(30)，并且還具有遠端(31);鄰近所述遠端可轉(zhuǎn)動地安裝在所述致動器活塞上的螺紋輥(32);所述本體具有與所述腔室聯(lián)通的第一開口(33);通過螺紋安裝所述本體上的所述第一開口中的微調(diào)螺釘(34);其中所述腔室(29)完全填充有液體；其中所述粗調(diào)螺釘和微調(diào)螺釘(25，34)中的至少一個相對于所述本體的位置可以選擇性地調(diào)節(jié)，以便可控制地改變所述腔室的容積和所述腔室內(nèi)的流體壓力。該裝置可以安裝在機床(35)上并且當所述物體(O)和該裝置(20)相對于彼此轉(zhuǎn)動時選擇性地朝向所述物體運動以對該物體上的螺紋進行牙底軋制。
[0014]所述本體可以具有圍繞所述通道(22)的一部分的抵接表面(44)，以限制所述蓄能器活塞(24)在遠離所述粗調(diào)螺釘(25)的方向上運動。
[0015]所述粗調(diào)螺釘(25)相對于所述抵接表面(44)的位置可以選擇性地調(diào)節(jié)以改變由所述彈性構(gòu)件(26)施加在所述蓄能器活塞(24)上的力。
[0016]所述粗調(diào)螺釘(25)相對于所述抵接表面(44)的位置可以調(diào)節(jié)成使得所述彈性構(gòu)件(26)根據(jù)所述彈性構(gòu)件的位移在所述蓄能器活塞(24)上施加基本恒定的力。
[0017]所述彈性構(gòu)件可以包括貝氏彈簧(41)或貝氏彈簧垛。
[0018]所述本體可以具有與所述腔室(29)聯(lián)通的第二開口(36)，該裝置可以包括以可操作方式布置在所述第二開口中的壓力計(39)以感測所述腔室中的壓力。
[0019]所述本體可以具有與所述腔室(29)聯(lián)通的第三開口(38)，封閉插塞(40)可以與所述本體通過螺紋接合以封閉所述第三開口。
[0020]該改進的裝置可以用于對物體(O)上的內(nèi)或外螺紋⑴進行牙底軋制。
[0021]該裝置(20)可以安裝在機床(35)上，而沒有與該裝置連接的任何外部流體連接部分。
[0022]因此，本發(fā)明的總體目的是提供一種用于對諸如一段管道之類的物體上的螺紋進行牙底軋制的改進裝置。
[0023]另一個目的是提供一種用于對物體上的螺紋進行牙底軋制的改進裝置，該裝置可以安裝在機床上并且相對于所述物體運動，以在所述物體和該裝置相對于彼此轉(zhuǎn)動時對所述物體上的螺紋進行牙底軋制，并且該裝置不需要任何外部流體連接部分。
[0024]這些以及其他目的和優(yōu)點將會從本書面說明書的前述內(nèi)容、附圖和所附的權(quán)利要求中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0025]圖1是用于對物體上的外螺紋進行牙底冷軋的改進