[发明专利]旋拧扭矩较小的螺纹接头

说明书

技术领域

本发明的目的在于被使用于钻探或开采油藏层或气藏层的管形构件。本发明特别是适用于从海上平台在海上所使用的构件，特别是适用于在接地钻柱中布置的构件。

背景技术

称为“海底取油管”的将海上平台连接到海底的管道，保证在船舶和从海底形成的井内部之间的拓扑学和液动力连续性。接地钻柱在该管道中被下降。

接地钻柱对于放下元件——如套管、采油管或多样的工艺装备，如例如要从海底布置在井口的海底井楼——是有用的。特别地这些海底井楼可包括安全装置，旨在避免在井中的过压。这些元件是重型的和在形成接地钻柱的每个管形构件上施加数千吨的拉伸应力。

接地钻柱通过首尾相接地拧紧的一系列管形构件形成。常见地，每个构件包括称为“阳螺纹端”的阳式螺纹连接端部，与称为“阴螺纹端”的阴式螺纹连接端部轴向地相对。

阳式连接端部从一外台肩竖立，形成用于阴式连接端部的前表面的一环形支承区域，该阳式连接端部用于与该前表面旋拧在一起。当前表面止挡台肩时，接头得到保证。接头应能够耐抗在拉伸方面所施加的至少千吨的应力。

作为示例，要应用的以达到螺纹接头的可靠连接的旋拧扭矩根据要遵循的旋拧扭矩曲线来确定。

图1的曲线表示根据所执行的转动圈数的接头的旋拧(或紧固)扭矩。如可以观察到，在两螺纹端部之间的接头的旋拧扭矩曲线分解为三部分。

第一部分P1，在第一部分，管形螺纹接头的第一构件的阳式螺纹元件(或“阳螺纹端”)的外螺纹不具有与该同一管形螺纹接头的第二构件的对应阴式螺纹元件(或“阴螺纹端”)的内螺纹的径向紧持。

第二部分P2，在第二部分，阳式螺纹元件和阴式螺纹元件的螺纹的几何干涉产生径向紧持，这随着旋拧而增大(产生较小的不过是递增的旋拧扭矩)。

第三部分P3，在第三部分，阳式螺纹元件的正端部表面与阴式螺纹元件的紧固台肩的环形表面轴向止挡。该第三部分P3对应终端的旋拧阶段。

对应第二部分P2的结束和第三部分P3的开始的旋拧扭矩CAB被称为台肩扭矩。

对应第三部分P3的结束的旋拧扭矩CP被称为屈服扭矩。超过该屈服扭矩CP，认为阳式紧固台肩(阳式螺纹元件的端部部分)和/或阴式紧固台肩(位于阴式螺纹元件的台肩的环形表面后侧的区域)经受塑性变形，这会使在密封面之间的接触的密封性能失效。

在屈服扭矩CP和台肩扭矩CAB的值之间的差被称为台肩阻上的扭矩CSB(CSB＝CP-CAB)。管形螺纹接头是在旋拧末优化紧持的对象，这是对螺纹组合件对例如拉伸作用力以及对在投用时的偶然松旋的最优机械强度，以及最优的密封性能的保证。

螺纹接头的设计商从而被引导对于给定的一类螺纹接头限定最优的旋拧扭矩值，所述旋拧扭矩值对于这类接头的所有组合件而言应小于屈服扭矩CP(以避免台肩的屈服和所产生的弊端)和大于台肩扭矩CAB。

扭矩小于CAB的旋拧末期实际上不允许保证阳式元件和阴式元件的正确的相对定位和由此在其密封面之间的有效紧持。此外存在松旋的风险。台肩扭矩CAB的有效值对于同一类接头而言从一组合件到另一组合件波动很大，这是因为所述值取决于螺纹以及阳式和阴式密封面的直径的和轴向的机加工误差，和适以使得最优旋拧扭矩大体上大于台肩扭矩CAB。

因此，台肩阻上的扭矩CSB的值越大，用以限定最优旋拧扭矩的裕度越大，而螺纹接头越为耐抗投用时的应力。

在石油领域中，与转动钻探构件相关的规范API7(API用于“American Petroleum Institute)设置特定的一螺纹类型以及一种单台肩(称为“外台肩”)系统。该外台肩在阴式元件的情形中通过该元件的自由端部部分提供和在阳式元件的情形中通过终止大致圆柱形的主体的径向环形(外)表面提供，从主体的外表面限定一凸肩和通过圆柱形基底——外径小于主体的外径——连接到一连接部分，所述连接部分的整体形状是截锥形的，外径随着远离基底递减，并且在外部配有阳式螺纹部分，所述阳式螺纹部分能够在另一钻探构件的一阴式元件的对应的螺纹部分中拧紧，该阳式螺纹部分大致延伸到阳式元件的自由端部。

在石油领域中，规范ISO-13268更为特定地适用于“立管”和特别是接地钻柱。

不同的钻探构件制造商提出具有更为先进的螺纹以及具有双台肩的阳式和阴式元件。这些特定提议具有允许以类似的尺寸传递更大的扭矩的目的。作为交换，为了正确地运行，具有双台肩的阳式和阴式元件应非常良好地被调节，以使得在两台肩上的支承能够和谐地进行。