[发明专利]用于钻探和操作烃井的部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钻探和操作烃井的部件，更准确地，涉及这种部件的端部，所述端部是凸形或凹形并且能够连接到同样用于钻探和操作烃井的另一部件的对应端部。

术语“用于钻探和操作烃井的部件”意思是任何具有大致管形的、待连接到相同类型的或不同的另一个元件来最终构成用于钻探烃井的钻柱或者用于维修工作的上升管道的元件，所述上升管道例如为井操作中所涉及的井修上升器(workover riser)、套管柱(casing string)或厚壁油管柱(thick tubingstring)。本发明特别适用于钻柱中所用的部件，所述部件例如钻管、重载钻管、钻铤(drill collar)和用于钻管和重载钻管的称为工具接头的连接部件。

背景技术

已知，钻柱中所用的各部件通常包括：设置有凸形螺纹区域的端部和设置有凹形螺纹区域的端部，每个端部将通过与另一个部件的对应端部上紧(makeup)而组装；以及限定出连接部的组件。这样构造的钻柱在钻探期间在井的表面旋转；由于这个原因，所述部件必须以大扭矩上紧，以便能够传递足以容许在井中钻探而不会破裂(break-out)或过度扭转(overtorquing)的回转扭矩。上紧扭矩通常通过在待上紧的部件的每一个中提供的抵靠表面的紧密(tightening)配合来实施。

还已知，泥(mud)在压力下在钻柱内部运动到井的底部，以便保障钻头(drill bit)的正常工作，以及将岩屑(debris)带到地面。

然而，在一些钻探情况或使用连接件的情况下，在压力下可能出现气体。到这时，由抵靠表面所保障的紧密性不再确保。因此，有必要保障对应于两个部件之间连接处的高压力的更高程度的密封。为此，已知其它类型的连接件，例如在申请人目录号码940中所描述的TOP连接件，在所述连接件的凸形端部上在螺纹区域之外提供一种有待通过与设置在所述连接件的凹形端部的密封表面的径向干涉而配合的密封表面。更准确地，所述两个表面之间的干涉配合，通过在借助上紧的连接件组装过程中将凸形端部的密封表面压装(force-fitting)在凹形端部的密封表面下方而实现。为了便于压装，已知例如在凸形端部和凹形端部的每一个上采用渐缩的(tapered)密封表面。

然而，因为现行规格中的变化趋向于要求与非常高压力相兼容的紧密性，所以有必要在密封表面强加(impose)高接触压力，所述接触压力由凸形元件与凹形元件之间的干涉产生。术语“干涉”意思是在压装前凸形端部的承载密封表面的部分的平均直径值与所述凸形端部插入所述凹形端部后所述凸形端部的承载密封表面的部分的平均直径值之间的差异。

由于根据标准API7所要求的尺寸规格，钻柱中所用部件的厚度为12.7至63.5毫米(即0.5至2.5英寸)这一等级，所以在压装过程中引起粘扣(galling)问题，所述粘扣是接触压力值的函数，因此也是所述部件的厚度和干涉的函数，其中所述标准API 7是美国石油组织(American PetroleumInstitute)为钻探部件所确定的标准。因为高压井修上升器或厚壁套管或油管的连接，而产生相同的问题。

为了减小粘扣的风险，已考虑了多种解决方案。人们已经研究了由减小干涉而构成的第一改进途径。其看来与可能的加工公差不兼容。实际上，在保持密封的同时在承载凸形密封表面的部分的平均直径中最大容许的偏差和同心度(concentricity)缺陷应当是受限制的。

第二改进途径包括在延伸密封表面的同时减小干涉。然而，在测试过程中注意到，延伸所述两个密封表面之间的接触长度，增大所述接触的不稳定性以及可能导致在一些维护(service)情况下紧密性的损失。

发明内容

由于这个原因，本发明的目的是，通过主要减小承载凸形密封表面的部分的径向刚度而不损失太多轴向刚度，来克服密封表面的粘扣(galling)问题。

更准确地，本发明提供一种大致管形的、用于钻探和操作烃井的部件，所述部件设置有第一端部，所述第一端部能够连接到钻柱另一部件的第二端部，所述第一端部包括设置有第一抵靠表面的终端部，所述第一抵靠表面适于通过与所述第二端部上的对应抵靠表面相干涉而配合，并且所述第一端部设置有适于通过与所述第二端部上的对应密封表面相干涉而配合的密封表面，适于上紧到所述第二端部的对应螺纹区域中的螺纹区域位于所述终端部之前，其特征在于，可压缩容积设置在所述第一终端部的厚度中并且部分位于所述密封表面的下方，以将所述终端部的径向刚度减小至少20％，而同时保留轴向刚度的至少60％。