[发明专利]具有不对称螺旋型线的螺纹连接件

说明书

通过将阳工具接头与阴工具接头上扣而获得一种用于油气井套管的螺纹管状连接件，该连接件包括螺纹部分(16a，18a)，使得阳螺纹部分和相应的阴螺纹部分各自包括螺旋，该螺旋设置有承载牙侧、螺纹牙顶、插入牙侧、螺纹牙底，使得承载牙侧的螺距(LFLp，LFLb)和插入牙侧的螺距(SFLp，SFLb)满足以下条件：【数学式22】SFLb＝LFLb＝SFLp＝LFLp＝k。阳螺旋的齿宽(Wtp)和阴螺旋的齿宽(Wtb)是使得【数学式23】或【数学式24】和【数学式25】Wtp+Wtbk。

技术领域

本发明涉及旨在通过螺纹连接的管的连接件或组件，并且涉及工业中使用的管，特别是旨在装备用于石油或天然气井的勘探、探井或开采的管柱或生产管配件或套管柱的螺纹组件或接头，以及用于例如在地热能源工业或蒸汽生产中可能需要组装管线或管道配件的任何应用的螺纹组件或接头。根据本发明的螺纹组件特别适用于组装用于石油或天然气井套管的金属管，如下文所述。

背景技术

在本文中，除了特定的上下文，否则“组件”或“连接”或“接合”或“接头”等词语具有相同的含义。“管”是指现有的或适用于工业应用的任何类型的管或管状部件或管道附件，这些管通常是金属管。特别地，这些管是由钢获得的无缝管，例如在API规范5CT中定义的那些，或者根据标准ISO11960:2004的无缝管。优选地，根据本发明的连接件在由具有高负载断裂强度的材料(例如介于862和965MPa之间(在125和140ksi之间)等级的钢)制成的管之间获得。

从机械特性和密封性的角度来看，已知有多种用于油气管的组件，即使在恶劣的使用条件下其也能提供令人满意的结果。这些组件中的一些需要管，该管在两端配备有截头圆锥形阳螺纹，通过具有两个对应的截头圆锥形阴螺纹的联接件组装这些管。由于阳螺纹和阴螺纹之间可能产生正干涉，这种组件模式的优点是使组件的两个部件刚性化。这些是螺纹联接连接件，也称为TC连接件。

然而，这些联接件的外径大于对应管的外径，并且当这些组件用于套管时需要生产直径更大的钻孔。在深度超过4000m的非常深的井的情况下，套管将需要深入井中，并且已知优选的是不带联接件的组件，如文献US 2992019、EP 0767335或US 2013/0015657中所教导的那样。在这种情况下，每个管都包括配备有阳工具接头的一端和配备有阴工具接头的第二端。管通过阳和阴工具接头之间的连接端对端地组装。这些组件由术语“整体”表示。

为了响应抵抗内部和外部压力的需求的升高，从文献US 4662659中获知整体连接，该整体连接在中间支座的任一侧配备有两个交错螺纹部分，该中间支座被设计成负角，以增加对压力的抵抗。此外，在该中间支座的一侧或在该中间支座的任一侧，该文献教导通过锥形表面之间的径向干涉来密封区域，锥形表面的锥角相对于彼此略微改变角度γ。根据该文献，密封件专门设置在两个螺纹部分之间的中央且靠近中间支座。文献US 20190040978通过在中间支座的任一侧指定这些密封件的特定几何形状以及通过修改螺纹的形状并选择具有燕尾形轮廓的螺纹提出了文献US 4662659的替代方案。

此外，从文献US 2017 0101830已知另一种连接件，该连接件在中间支座的任一侧配备有两个交错螺纹部分。根据该文献，在螺纹部分和该中间支座之间提供密封件。现在，该密封件的限定降低了中间支座的性能和容量，因此该文献教导在阳工具接头的远端水平处提供额外的支座表面。替代地，其他文献提出修改螺纹以补偿中间支座在压缩下的较低性能。这些替代螺纹因此被称为“燕尾”螺纹并且以将螺纹部分锁定在一起的方式。为此，建议螺纹部分的螺距值对于承载牙侧和插入牙侧不同，使得该螺纹的螺旋拥有：齿宽，该齿宽从一端到另一端随着螺旋的匝而逐渐增加；在该螺旋的螺旋部之间限定的中空部，该中空部按照相同的进程减小。因此，进行螺纹部分的装配，直到不仅在插入牙侧之间而且在承载牙侧之间获得接触为止。虽然这种称为“自锁楔形螺纹”的连接件非常有效，但很难加工并且在组装时难以掌握。