[发明专利]用于油井套管柱的螺纹连接件

说明书

装配公和母工具接头获得的用于油气井套管的螺纹管状连接件，从公工具接头自由边缘(19)依次包括：内金属‑金属密封(25、26)、第一螺纹部分(16a、18a)、中间肩台(22、24)、中间金属‑金属密封(27、28)、第二螺纹部分(16b、18b)，自由边缘(19)距母工具接头非零轴向距离(d)，螺纹部分各包括有承载牙侧、螺纹牙顶、卡合牙侧、螺纹牙底的螺旋线，使得第一螺纹部分的承载牙侧螺距(LFLp1、LFLb1)和卡合牙侧螺距(SFLp1、SFLb1)、相应地第二螺纹部分的承载牙侧螺距(LFLp2、LFLb2)和卡合牙侧螺距(SFLp2、SFLb2)满足条件：[数学式12]SFLb1＝LFLb1＝SFLb2＝LFLb2＝SFLp1＝LFLp1＝SFLp2＝LFLp2。

技术领域

本发明涉及一种用于通过螺纹进行连接的管连接件或组件，涉及工业用管，特别是用于油井或气井勘探、探矿或开采的用于装备管柱或生产管附件或套管柱的螺纹组件或联接件，以及用于任何可能需要组装管道或管附件的应用例如地热能工业或蒸汽生产中的螺纹组件或联接件。根据本发明的螺纹组件特别适用于如下文所述的用于油井或气井套管的金属管组件。

在本文中，除特定上下文外，术语“组件”或“连接件”或“联接件”或“接头”均以相同含义使用。“管”是指现有的或适用于工业中使用的任何类型的管或管状部件或管附件，这些管通常是金属管。特别地，这些管是由钢制成的无缝管，例如在API规范5CT中定义的管或还符合ISO标准11960:2004的管。优选地，根据本发明的连接件是在使用具有高断裂强度的材料例如等级在862MPa至965MPa(即介于125ksi至140ksi之间)的钢制成的管之间获得的。

背景技术

已知众多类型的油管或气管用组件，从机械特性和密封性的角度来看，即使在苛刻的使用条件下这些组件也能提供令人满意的结果。这些组件中的一些需要在两端部配有公截锥形螺纹的管，其通过具有两个对应的母截锥形螺纹的联接器进行组装。这种组装方式的优点在于，由于存在可能在公螺纹和母螺纹之间产生的正干涉而使组件的两个部件具有刚性。这些是又称为TC连接的螺纹连接件。

然而这些联接器的外径大于对应管的外径，当这些组件用于套管中时，要求制造直径增大的井眼。在深度超过4000米的超深井的情况下，套管会需要下降到井中更深处，已知没有联接器的组件是优选的，如文献US 2992019、EP 0767335或还有US 2013/0015657中所教导的。在这种情况下，每根管都包括配有公工具接头的一端部和配有母工具接头的第二端部。管通过公工具接头和母工具接头之间连接而端对端地组装在一起。这些组件用术语“整体式连接件”来表示。

为了满足对抵抗内外压的抗压性更高的需求，从文献US 4662659中已知一种整体式连接件，其在中间肩台两侧配有两个错开的螺纹部分，该中间肩台被设计成具有负角，以增加抗压性。此外该文献教导了在该中间肩台的一侧或在该中间肩台两侧，通过锥形面之间的径向干涉来密封区域，这些锥形面的锥角相对于彼此稍微改变了角度γ。根据该文献，这种密封专门在中央设置在两个螺纹部分之间并靠近中间肩台。文献US 2019 0040978提出了针对文献US 4662659的如下替代方式：在中间肩台的两侧设定这些密封的特定几何形状，以及修改螺纹形状和选择具有燕尾形轮廓的螺纹。

此外，从文献US 2017 0101830中还已知另一种连接件，该连接件在中间肩台的两侧配有两个错开的螺纹部分。根据该文献，在螺纹部分和该中间肩台之间提供密封。如今，这种密封的限定降低了中间肩台的性能和能力，因此该文献教导在公工具接头的远端部处提供额外的台肩面。可替代地，其他文献提出修改螺纹以补偿中间肩台在压缩下较低的性能。因此，这些替代的螺纹被称为“燕尾”螺纹，被装配起来以将螺纹部分锁紧在一起。为此，提出螺纹部分的螺距的值对于承载牙侧和卡合牙侧(stabbing flank)来说不同，以便这种螺纹的螺旋线提出一种随螺旋线的圈匝从一端部到另一端部逐渐增加的牙宽，在该螺旋线的螺旋圈(spire)之间限定的沟槽同样渐进地减小。因此，螺纹部分的装配进行直至不仅卡合牙侧之间而且承载牙侧之间获得接触。虽然这种被称为“楔紧自锁螺纹”的连接件非常有效，但却很难进行机加工和组装时掌控。