CN103124829A - 扭矩增大的螺纹连接器 - Google Patents

Abstract

用于提高管状构件之间的螺纹连接器的扭矩能力的装置和方法。该装置可包括与第二管状构件(200)联接的第一管状构件(110)、以及扭矩构件(300)，其中，该扭矩构件(300)被相对于第二管状构件(200)扭转，并且其中，锥形表面(122，310)在锥形表面界面处接合在所述扭矩构件(200)和第一管状构件(110)之间。

Description

扭矩增大的螺纹连接器

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月7日提交的、发明名称为″扭矩增大的螺纹连接器″的美国临时申请No.61/361,988的优先权。

背景技术

本公开涉及管状的螺纹连接器等。更具体地，本公开涉及一种以提高螺纹扭矩能力的方式利用螺纹部分来连接管状构件的装置和方法。

在油气开采领域，管路或其它管状部可经由螺纹连接器(例如相配合的阳螺纹端-阴螺纹端(pin and box ends)来连接。在诸如钻井等的向下钻进操作期间，螺纹连接器往往承受很大的扭力。连接器的扭矩或屈服强度由螺纹轮廓、材料特性和相配合的螺纹部件的尺寸决定。然而，由于空间限制或井眼中的其它限制，螺纹连接器的设计时常受限于所能使用的尺寸和螺纹类型，因而限制了连接器的屈服强度。例如，两个管状部件之间的旋转肩台连接器可包括设置在阳螺纹端与阴螺纹端的内肩台之间的内部连结肩台(internal makeup shoulder)。与内部连结肩台的连接可能具有减小的扭矩能力并且可能易于受到在阳螺纹中开始的疲劳裂纹的影响。因此，希望以其它方式提高螺纹连接器的屈服强度或扭矩强度。

还存在对于如下螺纹连接器的需要：该螺纹连接器有利地提高了螺纹连接器的扭矩能力，特别地，它同时仍处于当前的井下设计规范和土层钻孔的几何尺寸限制内。

附图说明

为了更详细描述本公开的优选实施例，现在将参考附图，其中：

图1是根据本文公开的原理的、扭矩增大的螺纹连接器的实施例的第一管状构件或锥形阳螺纹支承心轴的截面；

图2是图1中的局部A的放大视图；

图3是根据本文公开的原理的、扭矩增大的螺纹连接器的第二管状构件或轴承适配器和阴螺纹端的截面图；

图4是根据本文公开的原理的、扭矩增大的螺纹连接器的心轴垫片的截面图；

图5是根据本文公开的原理的、扭矩增大的螺纹连接器的扭矩构件或锥形环构件的截面图；并且

图6是包括图1、3、4和图5中的构件的、组装在一起的扭矩增大的螺纹连接器的实施例的截面图。

具体实施方式

在附图和以下描述中，通常在整个说明书和所有附图中采用相同的附图标记来标示相同部件。这些附图并非必须成比例的。本公开的某些特征可能按比例或者以某种程度的示意形式而放大地示出，并且，为了清楚简明起见，未示出常规元件的某些细节。本公开可以具有不同形式的实施例。具体实施例被详细地描述并示出于附图中，但应当理解的是，本公开应认为是本公开原理的例示，并非旨在将本公开限制于在此图示和描述的实施例。应清楚认识到的是，下面论述的实施例的不同教导可以单独使用或者以任何适当的组合方式使用，以产生所期望的结果。

除非另有说明，所使用的术语″连接″、″接合″、″联接″、″附接″或者描述元件之间的相互作用的任何其它术语的任一形式都不意味着将相互作用限制为这些元件之间的直接相互作用，而是，还可以包括所述元件之间的间接相互作用。在接下来的论述和权利要求书中，所使用的术语″包括″和″包含″是开放式的，因此，应当理解为表示“包括，但不限于……”。术语″阴螺纹端″是指其内表面中被切割出阴螺纹的一段管路的端部，而术语″阳螺纹端″是指其外表面中被切割出阳螺纹的一段管路的端部。另外，为了便于描述，引用术语″左″和″右″。本文使用的术语″管路″、″管状构件″、″外壳″等应该包括管道及其它大致圆柱形的物体。对本领域的技术人员来说，通过阅读以下对实施例的详细描述并参考附图，上述各个特征以及下文更详细描述的其它特征和特性将变得显而易见的。

在油田技术以及本公开的概念所适用的其它领域内，本公开的概念的使用不限于管路的螺纹连接器，在其它螺纹连接器应用中也可可以找到其用途。

通过提供在连接器的连结部(makeup)处接合的、第二或附加的连结肩台或者第二或附加的扭矩界面，可提高旋转肩台连接器的扭矩能力。在某些实施例中，该第二连结肩台是除了主连结肩台或主扭矩界面之外的、也接合在连接器的连结部处的肩台。然而，某些螺纹连接器不具有足够的外部材料来提供附加的外部连结肩台。下文描述的实施例包括用于这种连接器的第二外部连结肩台和界面。

参考图1，第一管状构件110包括：螺纹端或阳螺纹端112；阴螺纹端114；和锥形的中间本体部分116。该构件110还被称为锥形阳螺纹支承心轴。心轴110包括中心流道118。在图2中，以图1中的局部A示出了阳螺纹端112。阳螺纹端112包括螺纹部分120、中间的外锥形表面122、和主外表面124。阳螺纹112的末端包括接合表面或肩台130。在某些示例性实施例中，外锥形表面122包括相对于第一管状构件110的纵向轴线105测量的、7至8度的倾斜角。在某些可替代实施例中，该倾斜角为7.5度。在其他一些实施例中，该倾斜角在1度至10度之间，但它也可低于或高于这个范围。

参见图3，也可称为轴承适配器和阴螺纹端的第二管状构件200包括：驱动端202；具有中心孔205的中间部分204；以及阴螺纹端206。在其它实施例中，该管形构件200包括其它种类的适配器、连接器、附件等。阴螺纹端206包括阴螺纹腔208以及接合表面或肩台230，该阴螺纹腔208用于容纳另一管状构件(例如阳螺纹构件110)的阳螺纹端。阴螺纹腔208包括：具有接合表面或肩台220的垫片座214；以及内表面螺纹210。在某些实施例中，阴螺纹腔208不包括垫片座214，而是具有均一的平坦端面。

参见图4，示出了心轴垫片250，心轴垫片250包括：第一接合表面252、与之相反的第二接合表面254；以及中心孔口或中心孔256。在某些实施例中，不包括心轴垫片250。

参见图5，示出了扭矩构件300。扭矩构件300还被称为锥形环构件。该锥形环构件300包括外表面302、接合表面或肩台304、端面306、以及中心孔或中心通道308。中心孔308包括内锥形表面310。在某些实施例中，锥形表面310的倾斜角与锥形表面122的倾斜角相匹配或相当。在某些示例性实施例中，内锥形表面310包括相对于扭矩构件300的纵向轴线303测量的、7至8度的倾斜角。在某些可替代实施例中，该倾斜角为7.5度。在其他一些实施例中，该倾斜角在1度至10度之间，但它也可低于或高于这个范围。

现参见图6，将描述最终形成的、扭矩增大的螺纹连接器或联接器100的组装。首先，将锥形环构件300套在锥形阳螺纹心轴110的阳螺纹端112上。在某些实施例中，锥形环构件300包括具有足够内径的中心孔308，以允许阳螺纹端112的螺纹部120穿过。在其它实施例中，中心孔308的内表面包括与螺纹部120接合的相匹配的螺纹部，以允许环300在阳螺纹端112上朝着锥形表面122通过螺纹接合的方式轴向移位。然后，阳螺纹端112和阴螺纹端206通过螺纹部120、210的螺纹接合而连结在一起，从而形成螺纹界面125。阳螺纹端112和阴螺纹端206在第一内部连结肩台处接合，然后在第二外部连结肩台处接合，该第二外部连结肩台包括锥形环构件和锥形表面界面，如下文将更充分描述的。

在某些实施例中，第一内部连结肩台包括心轴垫片250。内部阴螺纹肩台220与垫片250的表面252接合而形成界面221，阳螺纹端面130与垫片的相反的另一表面254接合而形成另一个界面131。为了允许加工偏差，可在轴向长度上调整该垫片250，以提供对阳螺纹部件和阴螺纹部件之间的间距的精确控制并确保两个肩台界面在连结期间接合。最后，界面131提供了内部扭矩连结肩台或内部扭矩界面。在可替代实施例中，不包括心轴垫片250，并且，第一内部连结肩台是阳螺纹端面130和内部阴螺纹肩台220之间的直接界面。

除了第一内部连结肩台之外，组装后的连接器100还包括第二外部连结肩台。外部阴螺纹肩台230在阳螺纹端112和阴螺纹端206的连结期间与锥形环表面304接合，从而提供第二外部连结肩台或扭矩界面235。几乎与此同时，内锥形表面310支靠并接合外锥形表面122，从而形成锥形界面315。锥形表面122向锥形表面310和扭矩构件300提供轴向支靠力，该锥形表面310和扭矩构件300又向第二扭矩肩台或界面235提供轴向支靠力。因此，这两个联接在一起的管状构件110、200包括直接式的内部扭矩肩台或扭矩界面131以及经由轴向加强的扭矩构件300实现的第二外部扭矩肩台或扭矩界面235。

因此，除了也联接在两个管状构件110、200之间的主内部连结肩台131之外，还可以通过提供在联接一起的管状构件110、200之间接合的第二外部连结肩台235来增强或最大化旋转肩台连接器100的扭矩能力。在与内部连结肩台连接的情况下，可能没有足够的材料来提供附加的外部连结肩台。环构件300为这种连接器提供了第二外部连结肩台235，同时，还与和第二管状构件200连接的基础管状构件110一起提供了锥形支靠界面315。在某些实施例中，在连接器100的连结期间，扭矩界面131、235几乎同时彼此接合。在某些实施例中，长度可调的垫片250可用于确保内部扭矩界面和外部扭矩界面131、235二者在连结期间的同时接合。

因此，在某些实施例中，所述扭矩构件能够移动到第一管状构件上或从第一管状构件上移走，并提供用于与第二管状构件的外部肩台或外表面接合的可调节的外部肩台。所述扭矩构件还提供了该扭矩构件和第一管状构件之间的锥形表面界面，用于连接器的扭转动作的轴向支靠力。通过这种方式，外部阴螺纹端的肩台被相对于包括由上述锥形表面界面提供的附加轴向支靠力的扭矩构件扭转。

在某些实施例中，用于提高管状连接器的扭矩能力的装置包括：第一管状构件，该第一管状构件包括第一端和外锥形表面；扭矩构件，该扭矩构件具有内锥形表面，该扭矩构件以可移动方式联接在所述第一端上；第二管状构件，该第二管状构件包括联接到所述第一端的第二端，并且其中，该扭矩构件相对于第二管状构件的端部包括第一未扭转位置和第二扭转位置，并且其中，所述锥形表面彼此接合。在某些实施例中，第一管状构件包括在第一扭矩界面处与第二管状构件的内部肩台接合的端面，并且所述扭矩构件在第二扭矩界面处接合第二管状构件的端部。在某些实施例中，该扭矩构件在第二扭转位置中接合在第二管状构件的端部的外部肩台处。在某些实施例中，第一管状构件包括具有螺纹部分的阳螺纹端，其中第二管状构件包括具有用于接收阳螺纹端螺纹的螺纹部分的阴螺纹端，并且其中，所述扭矩构件的内锥形表面在与第一、第二管状构件的彼此接合的螺纹轴向间隔开的位置上接合第一管状构件的外锥形表面。

在某些实施例中，该装置还包括：接合在第一管状构件的端部和第二管状构件的端部之间的内部连结肩台；以及，接合在所述扭矩构件与第二管状构件的端部之间的外部连结肩台。在某些实施例中，所述锥形表面被接合在扭矩构件和第一管状构件之间，以支持所接合的外部连结肩台。

在某些实施例中，用于提高管状连接器的扭矩能力的装置包括：第一管状构件，该第一管状构件联接到第二管状构件并且在它们之间具有第一扭矩界面；和可移动的扭矩构件，该扭矩构件联接到第一管状构件和第二管状构件并提供了第一管状构件和第二管状构件之间的第二扭矩界面，该第二扭矩界面包括位于扭矩构件和第一管状构件之间的锥形表面。在某些实施例中，第一扭矩界面包括第一管状构件的端面和第二管状构件的内部肩台。在某些实施例中，第二扭矩界面包括扭矩构件的端面和第二管状构件的外部肩台。在某些实施例中，所述锥形表面轴向支持所述第二扭矩界面。在某些实施例中，第一扭矩界面包括在第一管状构件和第二管状构件之间的内部连结肩台，而第二扭矩界面包括在扭矩构件和第一管状构件之间的外部连结肩台。在某些实施例中，所述扭矩构件被利用第一管状构件锁固在第二管状构件和所述锥形界面之间。

在某些实施例中，用于提高管状连接器的扭矩能力的方法包括：将扭矩构件连接到第一管状构件的端部；将第二管状构件的端部连接到第一管状构件的端部；使第一管状构件相对于第二管状构件扭转；以及，将扭矩构件的内锥形表面与第一管状构件的外锥形表面接合。该方法可以包括：使第二管状构件相对于扭矩构件扭转，以使所述锥形表面接合。该方法可以包括：在彼此接合的所述锥形表面处，将扭矩构件锁固在第二管状构件和第一管状构件之间。该方法还可以包括：在第一管状构件和第二管状构件之间提供第一内部扭矩界面，并且，通过扭矩构件在第一管状构件和第二管状构件之间提供第二外部扭矩界面。该方法还可以包括：利用彼此接合的所述锥形表面来轴向支持第二外部扭矩界面。

在某些实施例中，用于提高螺纹管状连接器的扭矩能力的装置包括：第一管状构件，该第一管状构件包括具有螺纹部分的阳螺纹端；第二管状构件，该第二管状构件包括阴螺纹端，该阴螺纹端具有用于接收阳螺纹端的螺纹的螺纹部分；以及扭矩构件，该扭矩构件包括与第一管状构件的外锥形表面接合的内锥形表面，所述内锥形表面与第一、第二管状构件的彼此接合的螺纹轴向间隔开。

在其它实施例中，管状构件之间的连接方式包括除了螺纹之外的其他连接方式。

尽管已通过举例的方式在附图和说明书中示出了其特定实施例，但本公开可以有各种变型和替代形式。然而，应当理解，附图和该详细说明并非旨在将本发明限制于所公开的特定形式，相反，本发明应涵盖落入本公开的精神和范围内的所有变型、等同物和替代方案。

Claims (17)

1.一种用于提高管状连接器的扭矩能力的装置，包括：

第一管状构件，所述第一管状构件包括第一端和外锥形表面；

扭矩构件，所述扭矩构件具有内锥形表面，所述扭矩构件以可移动方式联接在所述第一端上；

第二管状构件，所述第二管状构件包括联接到所述第一端的第二端；并且

其中，所述扭矩构件包括第一未扭转位置和相对于所述第二管状构件的端部扭转的第二扭转位置，并且其中所述锥形表面彼此接合。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一管状构件包括在第一扭矩界面处与所述第二管状构件的内部肩台接合的端面，并且，所述扭矩构件在第二扭矩界面处接合所述第二管状构件的端部。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述扭矩构件在所述第二扭转位置接合在所述第二管状构件的端部的外部肩台处。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一管状构件包括具有螺纹部分的阳螺纹端，其中所述第二管状构件包括阴螺纹端，所述阴螺纹端具有用于接收所述阳螺纹端的螺纹的螺纹部分，并且其中，所述扭矩构件的内锥形表面在与所述第一管状构件及所述第二管状构件的彼此接合的螺纹沿轴向间隔开的位置接合所述第一管状构件的外锥形表面。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：接合在所述第一管状构件的端部和所述第二管状构件的端部之间的内部连结肩台；以及，接合在所述扭矩构件与所述第二管状构件的端部之间的外部连结肩台。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述锥形表面被接合在所述扭矩构件和所述第一管状构件之间，以支持被接合的外部连结肩台。

7.一种用于提高管状连接器的扭矩能力的装置，包括：

第一管状构件，所述第一管状构件联接到第二管状构件，并且在所述第一管状构件和所述第二管状构件之间具有第一扭矩界面；和

可移动的扭矩构件，所述扭矩构件联接到所述第一管状构件和所述第二管状构件，并提供了所述第一管状构件和所述第二管状构件之间的第二扭矩界面，所述第二扭矩界面包括位于所述扭矩构件和所述第一管状构件之间的锥形界面。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一扭矩界面包括所述第一管状构件的端面和所述第二管状构件的内部肩台。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二扭矩界面包括所述扭矩构件的端面和所述第二管状构件的外部肩台。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述锥形界面沿轴向支持所述第二扭矩界面。

11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一扭矩界面包括在所述第一管状构件和所述第二管状构件之间的内部连结肩台，而所述第二扭矩界面包括在所述扭矩构件和所述第一管状构件之间的外部连结肩台。

12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述扭矩构件被利用所述第一管状构件锁固在所述第二管状构件和所述锥形界面之间。

13.一种用于提高管状连接器的扭矩能力的方法，包括：

将扭矩构件连接到第一管状构件的端部；

将第二管状构件的端部连接到所述第一管状构件的端部；

使所述第一管状构件相对于所述第二管状构件扭转；以及

将所述扭矩构件的内锥形表面与所述第一管状构件的外锥形表面接合。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：使所述第二管状构件相对于所述扭矩构件扭转，以使所述锥形表面接合。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：在彼此接合的所述锥形表面处，将所述扭矩构件锁固在所述第二管状构件和所述第一管状构件之间。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述第一管状构件和所述第二管状构件之间提供第一内部扭矩界面，并且，通过所述扭矩构件在所述第一管状构件和所述第二管状构件之间提供第二外部扭矩界面。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：利用彼此接合的所述锥形表面沿轴向支持所述第二外部扭矩界面。

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