CN104145074A - 连接器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于使得管状元件相互连接的连接器组件。该连接器组件包括至少一个阳螺纹构件、至少一个阴螺纹构件和用于每个阴螺纹构件的相应涂覆层。每个阳螺纹构件具有螺纹外表面，而每个阴螺纹构件具有螺纹内表面，从而允许阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起。在此，相应的涂覆层定位在阳螺纹构件的螺纹表面和阴螺纹构件的螺纹表面之间。每个涂覆层与所述螺纹表面相比材料更软。该连接器组件还包括移除装置，该移除装置用于在旋接阳螺纹构件和阴螺纹构件期间移除多余的涂覆材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于使得管状元件相互连接的连接器组件。该连接器组件包括阳螺纹构件和阴螺纹构件，所述阳螺纹构件具有螺纹外表面，而且所述阴螺纹构件具有对应的螺纹内表面，从而允许所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起。
背景技术
这种类型的连接器通常用于油田应用，例如，用于连接井筒套管或者生产管的各分段。经常，要求用于油田应用的连接器提供液密和/或气密的密封并且具有至少大约等于由连接器所连结的管分段的管身强度。
API(美国石油组织)螺纹连接器是通用类型的连接器，其在相对低成本的条件下表现得较好。然而，API一直没有提供可靠的气密密封。鉴于此，API螺纹连接器通常主要用于液体服务应用，而较昂贵的优质连接器用于要求气密密封的应用，例如应用于气井的生产管中。
需要使得API螺纹连接器适于要求气密密封的应用。为了提高API螺纹连接器的气密性，已经提出了将软金属镀层施加到螺纹表面上。这种镀层材料的示例包括磷酸锌、锌和锡。
美国专利US 5,212,885公开了一种螺纹连接器，其中，每个阳螺纹构件的螺纹段均用带作标记，并且其中，阴螺纹构件的螺纹表面均镀有锡。螺纹润滑剂被施加到阴螺纹构件的螺纹，并且阳螺纹构件和阴螺纹构件被旋拧在一起直到阴螺纹构件的面涂覆带为止。如果阴螺纹构件的面适当地定位在阳螺纹构件的带上并且如果旋接扭矩处于预定限制内，则认为该连接可接受。
然而，如果涂覆层太厚，则US 5,212,885的连接器可能难以或者不能进行适当旋接。特别地，阳螺纹构件和/或阴螺纹构件可发生不被允许的变形。此外，旋接扭矩可够变得过大，并且可能发生差的螺纹啮合，这对连接器的性能造成负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服了现有技术的问题的改进的连接器。
根据本发明，提供了一种用于使得管状元件相互连接的连接器组件，所述连接器组件包括至少一个阳螺纹构件、至少一个阴螺纹构件、和用于对每个阴螺纹构件的相应涂覆层，每个阳螺纹构件具有螺纹外表面，而每个阴螺纹构件具有螺纹内表面，从而允许所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起，由此相应的涂覆层定位在阳螺纹构件的螺纹表面和阴螺纹构件的螺纹表面之间，每层涂覆层与所述螺纹表面相比材料更软，所述连接器组件还包括移除装置，该移除装置用于在将阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起期间从涂覆层移除多余的涂覆材料。
通过在连接器旋接期间移除涂覆层的多余的涂覆材料，即使初始的涂覆层太厚而不能适当地装配在螺纹表面之间，也能够将涂覆层的厚度准确地调整至阳螺纹构件和阴螺纹构件的啮合螺纹表面的尺寸。
适当地，涂覆层因将阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起而易于发生塑形变形，并且其中，用于从涂覆层移除多余的涂覆材料的所述移除装置包括至少一条通道，所述通道布置成允许因所述塑形变形而将所述多余的涂覆材料压入到通道中，各通道设置在阳螺纹构件和阴螺纹构件中的一个内。以这种方式，将多余的涂覆材料挤入到通道中，从所述通道可充分排放所述涂覆材料。涂覆材料的塑形变形的其它优势在于：用涂覆材料填充啮合螺纹表面之间的任何不期望的间隙，使得实现啮合螺纹表面的气密密封。
在通道设置在阳螺纹构件中并且阳螺纹构件的螺纹外表面在阳螺纹构件的端面处渐缩成较小直径的情况中，通道优选地形成在所述阳螺纹构件的端面附近。优选地，形成在阳螺纹构件中的通道从阳螺纹构件的外表面延伸至阳螺纹构件的内表面。
类似地，在通道设置在阴螺纹构件中并且阴螺纹构件的螺纹内表面在阴螺纹构件的端面处渐变成较大直径的情况中，通道优选地形成在所述阴螺纹构件的端面附近。为了充分排放多余的涂覆材料，形成在阴螺纹构件中的通道优选地从阴螺纹构件的内表面延伸至阴螺纹构件的外表面。
在一个变型实施例中，用于从涂覆层移除多余的涂覆材料的所述移除装置包括设置在阳螺纹构件和阴螺纹构件中的一个处的切削刃，所述切削刃布置成，在将阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起时切掉多余的涂覆材料。适当地，切削刃设置在阳螺纹构件的螺纹外表面处。例如，切削刃由螺纹外表面的螺纹的尖锐端部形成。
适当地，涂覆层包括焊料或者钎焊料，并且其中，焊剂或者钎焊剂被施加到选自阳螺纹构件的螺纹外表面和阴螺纹构件的螺纹内表面的表面，以便在所选的表面温度升高时促进将涂覆层结合到所选的表面。
在一个优选实施例中，温度升高的至少一部分是由于在将阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起期间阳螺纹构件和阴螺纹构件之间的摩擦而引起的。在一个实施例中，涂覆层包括焊料，并且将所述涂覆层散布在所选的表面上所需的整体温度升高是由于在旋接阳螺纹构件和阴螺纹构件期间阳螺纹构件和阴螺纹构件之间的摩擦而引起的。在此，所需的所述温度可以相对低，例如低于400℃，或者甚至低于150℃。所述温度例如大约为100℃至125℃。
当阳螺纹构件和阴螺纹构件旋拧在一起时，阳螺纹构件的螺纹外表面和阴螺纹构件的螺纹内表面沿着重叠长度相互重叠。在涂覆层结合到结合表面的结合强度太高的情况中，这可能导致在连接器旋接期间在啮合的螺纹表面之间产生较高的摩擦力，优选的是沿着所述重叠长度的未涂覆部分不设置涂覆层。优选地，沿着重叠长度的相对端部部分设置涂覆层，其中，未涂覆部分在所述相对的端部部分之间延伸。
在一个优选实施例中，连接器组件包括第一所述阴螺纹构件、第二所述阴螺纹构件、第一所述涂覆层和第二所述涂覆层，其中，在使用的第一阶段期间，阳螺纹构件被旋拧到第一阴螺纹构件，由此第一涂覆层定位在阳螺纹构件的螺纹表面和第一阴螺纹构件的螺纹表面之间，并且其中，在使用的第二阶段期间，阳螺纹构件被旋拧到第二阴螺纹构件，由此，第二涂覆层定位在阳螺纹构件的螺纹表面和第二阴螺纹构件的螺纹表面之间。
有时，出于操作原因，需要破坏阳螺纹构件和第一阴螺纹构件之间的连接。在已经破坏阳螺纹构件和第一阴螺纹构件之间的连接之后，通过用第二阴螺纹构件和第二涂覆层替换第一阴螺纹构件和第一涂覆层，实现了连接器满足油田工业资质的总体要求，该总体要求是连接器必须能够旋接和断连至少三次，而又没有出现低于规定操作范围的性能恶化。为了确保在重复旋拧和旋松连接之后阳螺纹构件的螺纹保持未被损坏，优选的是第一涂覆层结合到第一阴螺纹构件的螺纹内表面，以及优选的是第二涂覆层结合到第二阴螺纹构件的螺纹内表面。
附图说明
在下文中，参照附图，通过举例的方式更为详细地描述本发明，附图中：
图1以局部纵向截面图示意性示出了根据本发明的连接器组件的一个实施例；
图2示意性示出了图1的实施例的细节；
图3示意性示出了用于在本发明的连接器组件中使用的变型的阳螺纹构件的一个实施例；
图4示意性示出了图3的变型的阳螺纹构件的端视图；
图5示意性示出了用于在本发明的连接器组件中使用的变型的阳螺纹构件的另一个实施例；
图6示意性示出了图5的变型的阳螺纹构件的端视图；
图7以局部纵向截面图示出了根据本发明的连接器的另一个实施例；
图8示出了用于在本发明的连接器组件中使用的变型的阳螺纹构件的又一个实施例；和
图9示出了用于本发明的连接器组件的尖锐切削刃的另一个实施例。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
参照图1和图2，示出了用于使得两个管状元件2、4相互连接的连接器1。连接器1包括：钢制的阴螺纹构件6；钢制的第一阳螺纹构件8，该第一阳螺纹构件具有末端9并且与管状元件2一体形成；和钢制的第二阳螺纹构件10，该第二阳螺纹构件10具有末端11并且与管状元件4一体形成。阴螺纹构件6和阳螺纹构件8、10都具有管状形状。第一阳螺纹构件8具有径向向内朝向第一阳螺纹构件8的末端9略微渐缩的螺纹外表面12。类似地，第二阳螺纹构件10具有径向向内朝向第二阳螺纹构件10的末端11略微渐缩的螺纹外表面16。阴螺纹构件6具有：第一螺纹内表面20，所述第一螺纹内表面20对应于第一阳螺纹构件8的螺纹外表面12，以便允许第一阳螺纹构件8旋拧到阴螺纹构件6；和第二螺纹内表面22，所述第二螺纹内表面22布置成与第一螺纹内表面20相对并且对应于第二阳螺纹构件10的螺纹外表面16，以便允许第二阳螺纹构件10旋拧到阴螺纹构件6。在图1的构造中，第一阳螺纹构件8完全旋拧到阴螺纹构件6，而第二阳螺纹构件10仅仅部分地旋拧到阴螺纹构件6。附图标记23表示阴螺纹构件6的对称轴线。
第一阳螺纹构件8设置有位于末端9附近的通孔24，由此通孔24从第一阳螺纹构件8的螺纹外表面12延伸至内表面26。在图2中更为详细地示出了通孔24。以类似的方式，第二阳螺纹构件10设置有位于末端11附近的通孔28，由此，通孔28从第二阳螺纹构件10的螺纹外表面16延伸至内表面30。此外，阴螺纹构件6在内部设置有由相对软金属制成的涂覆层32。在此相对软金属意味着涂覆层的金属比相应的螺纹表面12、16、20、22的钢软。用于涂覆层32的适当金属包括例如巴氏合金、诸如铜和锡的纯金属、或者这些金属的合金。
通过例如火焰喷涂或者电沉积来适当地将这种软金属沉积在阴螺纹构件6的螺纹内表面20、22上。在此，涂覆层32的涂层例如结合到螺纹内表面20、22。
在一个实施例中，涂覆层32沿着每个内螺纹内表面20、22延伸的长度可以小于整个长度。更确切地说，涂覆层32沿着螺纹内表面20、22的一部分在轴向方向上从对称轴线23延伸。
参照图3和图4，其示出了在连接器1中使用的变型的阳螺纹构件40。变型的阳螺纹构件40具有螺纹外表面42，其中，螺纹44终止于端面14附近的尖锐切削刃46。在本示例中，变型的阳螺纹构件40未设有通孔。然而，如果需要的话，与图1、2的实施例相似，变型的阳螺纹构件可以设有通孔。
图5和图6示出了在连接器组件1中使用的阳螺纹构件40的另一个实施例。阳螺纹构件40具有螺纹外表面42，其中，螺纹44终止于端面14附近的尖锐切削刃46。阳螺纹构件40设有通孔24。在俯视图(图5)中，通孔或者开口24可以呈(略微)椭圆形，以便提高多余材料的排放量。而且，开口24可以布置成相对于半径r成角度α(图6)。
除了第一阳螺纹构件8之外，阴螺纹构件也可以设置有通孔54，所述通孔54优选地位于阴螺纹端部50附近、端面56附近。在此，通孔54可以从阴螺纹构件6的螺纹内表面16延伸至外表面52(图7)。此外，阴螺纹构件6或者相应的阳螺纹构件8可以在阴螺纹构件的开口54附近设置有涂覆层32。
图8示出了用于在连接器组件1中使用的阳螺纹构件40的又一个实施例。阳螺纹构件40具有螺纹外表面42，其中，螺纹44终止于端面14附近的尖锐切削刃46。阳螺纹构件40设置有通孔24，所述通孔24为椭圆形的。尖锐边缘46具有第一侧边60，所述第一侧边60与螺纹44对齐。第二侧边64布置成相对于第一侧边成角度δ并且朝向所述螺纹44的相对侧边62延伸。
图9示出了螺纹44的切削刃46的实施例。切削刃包括顶部表面80，所述顶部表面80从表面42朝向螺纹44的顶部倾斜。在侧视图中，顶部表面80将类似于如图6所示的切削刃，即，布置成相对于表面42成角度γ。切削刃46还设置有左侧表面82和右侧表面84。侧表面82、84具有侧边86、88，所述侧边86、88与螺纹44的侧边对齐。侧表面82、84分别从侧边86、88处开始朝向顶部表面80倾斜。侧表面82、84分别如图箭头90、92所示提高了多余材料的排放。
在前端处，左侧表面82、顶部表面80和右侧表面84分别具有宽度L1、L2、L3。分别用L4和L5表示螺纹的高度和宽度。在此，L1+L2+L3的和为L5。在一个优选实施例中，L1:L2:L3之比为大约1:1:1。
在一个实际的实施例中，开口24的最大直径与最小直径的比值如介于1:1至3:1的范围或者更大，例如为大约1:2。角度α可以处于0度至30度的范围内。
尖锐切削刃46可以具有呈V状、角度为β(在俯视图中，见图5)的前缘。角度β可以处于大约20度至180度的范围内。优选地，角度β可以处于20度至40度的范围内。在侧视图中(图6)，尖锐切削刃46的前缘可以布置成相对于阳螺纹40的外表面的切线成角度γ。在此，角度γ可以处于大约1度至60度的范围内，例如处于大约25度至45度的范围内。当角度β为大约180度时，角度γ将优选地处于1度至60度的范围内。在图8的实施例中，角度δ可以处于大约10度至45度的范围内，并且优选地处于大约20度至30度的范围内。
开口24可以布置成与所述切削刃46的所述前缘相距距离D1。在此。D1可以小于围绕末端40的一绕圈的距离。最佳地，距离D1处于阳螺纹40的一绕圈的距离的大约20％至60％的范围内。
开口或者通孔24可以具有这样的直径，所述直径大约为螺纹之间的距离D2(图5)或者更小。例如，开口24的直径处于大约D2的70％至90％的范围内。
尽管没有示出，但是与图3至图6示出的阳螺纹构件的端部类似地，阴螺纹构件6的端部可以设置有开口24和/或尖锐切削刃。另外地或者替代地，这种开口和/或切削刃可以用作阳螺纹构件中的切削刃或者开口的替代物。
在图1、2的实施例的正常使用期间，阳螺纹构件8、10初始通过手紧紧旋拧到阴螺纹构件6，然后使用合适的扳手完全旋拧到阴螺纹构件6，直到达到期望的旋接扭矩或者直到每个阳螺纹构件上的标记(未示出)到达阴螺纹构件的端面处为止。在图1示出的阶段时，已经将第二阳螺纹构件10用手紧紧旋拧到阴螺纹构件6，直到第二阳螺纹构件10的末端11碰触涂覆层32为止。已经使用扳手将第一阳螺纹构件8完全旋拧到阴螺纹构件6，由此涂覆层32夹在第一阳螺纹构件8的螺纹外表面12和阴螺纹构件6的螺纹内表面20之间。由于涂覆材料柔软和啮合的螺纹表面12、20的夹紧作用，涂覆层32发生塑性变形并且被压入到阳螺纹构件8的通孔24中。结果，存在于啮合的螺纹表面12、20之间的多余的涂覆材料48通过通孔24被挤出。类似地，当使用扳手将第二阳螺纹构件10进一步旋拧到阴螺纹构件6中时，涂覆层32挤压在第二阳螺纹构件10的螺纹外表面16和阴螺纹构件6的螺纹内表面22之间。存在于啮合的螺纹表面16、22之间的涂覆层32的任何多余的涂覆材料由此通过通孔28被挤出。剩余的涂覆层32精确地装配在啮合的螺纹表面12、20与啮合的螺纹表面16、22之间。由此向连接器1赋予了气密密封，而没有导致产生过大的旋接扭矩或者没有引发阳螺纹构件或者阴螺纹构件的不可接受的变形。
在图3和图4的变型的实施例的正常使用期间，阳螺纹构件40旋拧到阴螺纹构件6。在将阳螺纹构件40和阴螺纹构件6旋拧在一起期间，由螺纹44的尖锐的切削刃46切掉涂覆层32的任何多余的涂覆材料。
因此，本发明的连接器防止了因涂覆层太厚而导致的问题并且使得能够将涂层适当地分布在所选的表面上。而且，连接器使得能够实现连接器的气密密封。在此，本发明使得能够改进具有相对有成本效益的API连接器，以便提供这些优势，从而提供了相对低廉的气密连接器。
本发明并不局限于本发明的上述实施例，其中，在所附的权利要求的范围内可想到多种变型方案。例如可以组合相应实施例的特征。
Claims (19)
1.一种用于使得管状元件相互连接的连接器组件，所述连接器组件包括：
至少一个阳螺纹构件，所述阳螺纹构件具有螺纹外表面；
至少一个阴螺纹构件，所述阴螺纹构件具有对应于所述阳螺纹构件的所述螺纹外表面的螺纹内表面，从而允许所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起；
至少一层涂覆层，所述涂覆层定位在所述螺纹外表面和所述螺纹内表面之间，每个所述涂覆层与所述螺纹外表面和所述螺纹内表面相比材料更软；以及
移除装置，所述移除装置用于在将所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起期间从所述涂覆层移除多余的涂覆材料。
2.根据权利要求1所述的连接器组件，所述移除装置包括切削刃，所述切削刃设置在所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件中的一个上，所述切削刃布置成在将所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起时移除所述多余的涂覆材料的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的连接器组件，其中，所述切削刃设置在所述阳螺纹构件的所述螺纹外表面处。
4.根据权利要求2或3所述的连接器组件，其中，所述切削刃由所述阳螺纹构件的所述螺纹外表面的螺纹的尖锐端部形成。
5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的连接器组件，其中，所述切削刃由所述阴螺纹构件的所述螺纹内表面的螺纹的尖锐端部形成。
6.根据权利要求4或5所述的连接器组件，其中，尖锐的所述切削刃包括：
顶部表面，所述顶部表面从所述螺纹外表面倾斜到所述螺纹的顶部；
左侧表面，所述左侧表面布置在所述顶部表面的左侧上；和
右侧表面，所述右侧表面布置在所述顶部表面的右侧上。
7.根据权利要求6所述的连接器组件，其中，在所述切削刃的前端处，所述左侧表面的左侧宽度(L1)、所述顶部表面的中间宽度(L2)和所述右侧表面的右侧宽度(L3)基本相等。
8.根据权利要求4或5所述的连接器，所述尖锐端部包括：
第一侧部，所述第一侧部与所述螺纹对准；和
第二侧部，所述第二侧壁布置成相对于所述第一侧部成角度δ并且朝向所述螺纹的相对侧部延伸。
9.根据权利要求8所述的连接器组件，其中，所述角度δ处于大约10度至45度的范围内。
10.根据权利要求4或5所述的连接器组件，所述尖锐端部具有顶部表面，所述顶部表面从所述连接器的外表面倾斜到所述螺纹的顶部，其中，所述顶部表面布置成相对于所述外表面成角度γ。
11.根据权利要求10所述的连接器组件，其中，所述角度γ处于大约1度至60度的范围内。
12.根据前述权利要求中的任意一项所述的连接器组件，所述移除装置包括至少一条通道，各通道设置在所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件中的一个内，
其中，形成在所述阳螺纹构件中的通道从所述阳螺纹构件的外表面延伸至内表面，并且其中，形成在所述阴螺纹构件中的通道从所述阴螺纹构件的内表面延伸至外表面。
13.根据权利要求11所述的连接器组件，其中，所述涂覆层因将所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起而易于发生塑性变形，并且
其中，所述至少一条通道允许所述多余的涂覆材料因所述塑性变形而被压入到所述通道中。
14.根据权利要求12或13所述的连接器组件，所述至少一条通道包括设置在所述阳螺纹构件的端面附近的阳通道。
15.根据权利要求12至14中的任意一项所述的连接器组件，所述至少一条通道包括设置在所述阴螺纹构件的端面附近的阴通道。
16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的连接器组件，其中，所述涂覆层包括钎焊料或者焊料，并且其中，将钎焊剂或者焊剂施加到选自所述阳螺纹构件的所述螺纹外表面和所述阴螺纹构件的所述螺纹内表面的表面，以便在所选的表面的温度升高时促进所述涂覆层结合到所选的表面。
17.根据权利要求16所述的连接器组件，其中，所述温度升高的至少一部分是由于在将所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件旋拧在一起期间在所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件之间的摩擦而引起的。
18.根据权利要求16所述的连接器组件，其中，所述涂覆层包括焊料，并且其中，将所述涂覆层分散在所选的表面上所需的全部温度升高是由于在旋接所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件期间在所述阳螺纹构件和所述阴螺纹构件之间的摩擦而引起的。
19.根据权利要求16所述的连接器组件，其中，所需的所述温度低于400℃。
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