CN104755693A - 用于特种管道连接器的椭圆形底切肩 - Google Patents

Abstract

一种管状连接器将一连串管状部件中的两个管状部件连接起来。管状连接器具有销端管状部件，其具有轴线和销端。销端凸缘定位在销端的外径上，并且在销端凸缘与销端的结合部附近具有底切。管状连接器还具有盒端管状部件，其具有盒端。盒端肩位于盒端与盒端管状部件的结合部附近。盒端肩在其上具有底切。销端固定在盒端上，使得销端管状部件和盒端管状部件连接在一起，应用于销端管状部件和盒端管状部件上的应力通过底切进行分布。

Description

用于特种管道连接器的椭圆形底切肩

技术领域

本发明大体涉及油气井的钻井和生产，尤其涉及具有椭圆形底切肩的管状连接器。

背景技术

海上油气井时常包含一个或多个大直径管道(例如16英寸或更大的直径)的套管柱。从海底油井设备延伸至地面的采油立管也是由相当大直径的管道组成。无论是在套管柱还是在采油立管柱中，管道的接头都通过螺纹接头而连接在一起。典型的螺纹接头在盒的圆锥形部分上具有内螺纹，其与销上的外螺纹相接合。销通常在螺纹的底部处具有外肩，其在组装时与盒的缘边相接合。

许多现有技术的立管或管状部件接头连接器使用销盒类型的连接器。这些销盒类型的连接器在一端具有带较大直径部分的第一管状部件，即盒，以及在一端具有带较小直径部分的第二管状部件，即销。销插入到盒端中，以便通过任何合适的方法连接这两个管状部件，例如将销拧入到盒中、槽的凸轮接合等等。大体上，管状部件跨越相当短的距离而过渡至较大直径的连接器部分，时常在连接器和管道之间具有基本接近直角的角度。这些直角过渡提供了基本上平坦的表面，其垂直于管状部件的轴线，以便与用于操作管状部件的管道提升机相接合。不幸的是，这些过渡区域时常遭遇高的应力，这可造成连接器的过早失效。目前已经通过增加过渡长度努力减少这种应力；然而，较长的过渡大体需要增加提升机的夹紧直径，因为管状部件在提升机的接合点处的厚度将由于过渡的增加而增加。较长的过渡需要使用特种提升机来适应较厚的管道直径。

发明内容

通过本发明的优选实施例大体可解决或绕过这些问题以及其它问题，并且大体可获得技术优势。根据本发明的一个实施例，公开了一种管状连接器，其具有销，销带有孔和外螺纹。销的外凸缘在一侧具有台肩，并且在相反的侧具有销过渡肩，其面向与台肩相反的方向。销过渡肩处于垂直于轴线的平面中。销具有毗连销过渡肩的圆柱形部分，其具有比外凸缘的外径更小的外径。盒具有带内螺纹的孔，内螺纹与销的外螺纹相接合。盒具有抵靠在台肩上的缘边。盒具有与缘边相反的圆柱形部分，其具有比盒的包含内螺纹的部分更小的外径，从而限定了处于垂直于轴线的平面中的盒过渡肩。环形底切凹槽定位在至少一个过渡肩上，位于与连接过渡肩的圆柱形部分的结合部处。

底切凹槽在横截面上优选具有部分椭圆形的剖面。当从横截面观察时，底切凹槽是连续的U形曲线，其具有比径向宽度更大的轴向深度。

当从横截面观察时，底切凹槽具有内弯曲壁、外弯曲壁、以及将内弯曲壁和外弯曲壁连接起来的弯曲底座。内弯曲壁与毗连过渡肩的圆柱形部分是齐平的。底切凹槽具有径向宽度，其小于过渡肩的径向宽度的一半，其中底切凹槽定位在过渡肩上。

各个过渡肩可具有一个底切凹槽，或者只有一个过渡肩具有底切凹槽。如果定位在外凸缘的过渡肩上，这底切凹槽具有轴向深度，其小于外凸缘的轴向厚度的一半。在那种情况下，与比外凸缘的外径处测量时相比，在底切凹槽和台肩之间测量时, 外凸缘具有更小的轴向厚度。

优选实施例的一个优点是，其提供了管状连接器，其在管状部件和管状连接器之间较长的距离上过渡。这种过渡降低了跨越管状部件和连接器之间的过渡部分的应力。另外，公开的实施例提供了一种可供传统管道提升机使用的管状连接器。

附图说明

为了获得并可更详细地理解将变得清晰易懂的本发明的特征、优势和目的以及其它方面，上面简要概括的本发明的更具体的说明可参照其在附图中所示的实施例，附图形成本说明书的一部分。然而，应该注意，附图只显示了本发明的优选实施例，并因此不应被认为是其范围的限制，因为本发明可容许其它同等有效的实施例。

图1是根据一个实施例的在海底井口组件和地面平台之间延伸的立管的示意图。

图2是根据一个实施例的用于连接图1立管的两个管状部件的接头部分的侧视截面图。

具体实施方式

现在将在后文中参照附图更完整地描述本发明，附图显示了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来体现，并且不应该被理解为只局限于这里陈述的所示实施例。相反，提供了这些实施例，使得本发明公开将显得完整且完全，并且将本发明的范围完整地传达给本领域中的技术人员。全篇相似的标号表示相似的元件。

在以下论述中，为了提供对本发明的完整理解，阐述了许多特定的细节。然而，本领域中的技术人员应该懂得本发明可在没有这些特定细节的条件下实现。另外，在极大程度上，已经省略了与钻井操作、海底组件连接、立管用途等等相关的细节，因为这种细节对于获得本发明的完整理解并不被认为是必须的，并且被认为是本领域中的技术人员的技术范围内。

这里描述了连接管状部件以形成管柱的典型实施例。在图1的侧视图中显示了海上平台11的一个示例，其具有悬垂于海底的管柱13，用于与海床上所示的海底井口组件15相连接。管柱13可由多个管状部件，例如下管状部件17和上管状部件19形成，它们在平台11和海底井口组件15之间延伸几千英尺。在图1的实施例中，管柱13通过在接头21处按照下面更详细所述的方法连接管状部件17,19而进行组装。

参照图2，其显示了处于构建位置的接头21的截面图。下管状部件17具有销端23，其具有位于下管状部件17的外径部分上的向上面向的台肩25。如图2中所示，销端23包括外径凸缘27，其具有比下管状部件17的圆柱形部分的直径更大的外径。凸缘27可沿着下管状部件17的轴线31而与销端23的鼻端29轴向间隔开。台肩25从销端23的外径径向向外延伸至凸缘27的外径上。销端23包括向上延伸的销33。销33包括靠近凸缘27的圆柱形的近侧销端部分35。近侧销端部分35可连接靠近向上面向的肩25的凸缘27。销33包括圆锥形的中间销端部分37，其从近侧销端部分35朝着鼻端29而延伸。在所示的实施例中，中间销端部分37从近侧销端部分35逐渐缩小至销33的鼻部或远侧销端部分39，鼻部或远侧销端部分39位于销33的端29处。在所示的实施例中，中间销端部分37在近侧销端部分35处比在远侧销端部分39处更宽。在中间销端部分37的外径表面上形成了螺纹或槽41。远侧销端部分39大体可为圆柱形的，如图2中所示，并且具有轴向长度，使得端29可与中间销端部分37间隔开。远侧销端部分39还包括位于鼻端29处的向上面向的鼻状肩43。鼻状肩43可为平的，或者其可为圆锥形的。本领域中的技术人员将认识到，在其它实施例中，向上面向的肩43可为如图所示的圆柱形。

凸缘27具有向下面向的过渡肩47，其将凸缘27的外径与下管状部件17的下圆柱形部分连接起来。过渡肩47和台肩25都处于大体垂直于轴线31的平面中。凸缘27可包括底切45，其是在销17的下圆柱形部分与过渡肩47的结合部处围绕销17而延伸的环形槽或凹槽。底切45在凸缘27中大体与轴线31同心地向上延伸。直接位于过渡肩47下面的下管状部件17的大体圆柱形的表面用于与提升机(未显示)相接合，以便吊起和进一步操作下管状部件17。当从图2中的横截面观察时，底切45具有弯曲的内壁45a、弯曲的外壁45b、以及将内壁45a连接到外壁45b上的弯曲的底座45c。在横截面中，底切45具有连续弯曲的U形槽的外观，其具有部分椭圆形的形态。内壁45a与下管状部件17的圆柱形的外表是齐平的。底切45的径向宽度小于底切45的轴向深度。底切45的径向宽度小于过渡肩47的径向宽度的一半。底切45的轴向深度小于从台肩25至过渡肩47的外凸缘27的轴向厚度的一半。从底切底座45c至台肩25测量的外凸缘27的轴向厚度小于沿着外径27测量的厚度。

椭圆形底切45在凸缘27和下管状部件17之间提供较长的过渡区域，从而减少了在凸缘27和下管状部件17之间的过渡区域处的应力。本领域中的技术人员应该懂得，底切45的深度或半径将依赖于具体连接器的类型和连接器的尺寸而变化。本领域中的技术人员还应该认识到底切45可用任何合适的制造工艺，例如通过机械加工或锻造而制成。

继续参照图2，上管状部件19包括盒端49，其具有与销端23的凸缘27的外径基本相等的外径。盒端49从上管状部件19向下悬垂，并且具有限定了向下面向的肩51的下端或缘边。盒端49处的管状壁在缘边51处具有一定的厚度，其基本上等于凸缘27的台肩25的宽度。盒端49具有与销33的长度基本相等的长度，并且包括远侧盒端部分53、中间盒端部分55和近侧盒端部分57。近侧盒端部分57连接上管状部件19。近侧盒端部分57可选地可具有比上管状部件19的内径更大的内径，从而在近侧盒端部分57连接上管状部件19的地方形成向下面向的内肩58。远侧盒端部分53可定位在与近侧盒端部分57相反的盒端部分49的一端处。远侧盒端部分53可基本上是圆柱形的，并且具有与下管状部件17的凸缘27的外径相等的外径和比上管状部件19的内径更大的内径。在所示的实施例中，远侧盒端部分53的内径与近侧销端部分35的外径基本相等，使得远侧盒端部分53可包围下管状部件17的近侧销端部分35。中间盒端部分55具有在远侧盒端部分53和近侧盒端部分57之间延伸的大致圆锥形的内径。中间盒端部分55可具有成形于内径表面上的螺纹59，其与销端中间部分37的外径表面上的螺纹41相配合。本领域中的技术人员应该懂得，销端中间部分37和中间盒端部分55的圆锥形表面的角度可为基本相同的，使得螺纹41,59可拧紧在一起，从而将上管状部件19连接到下管状部件17上。本领域中的技术人员应该懂得，上管状部件19和下管状部件17可通过任何合适的方法连接起来。例如，上管状部件19和下管状部件17可通过螺纹连接器进行固定，如这里所示的凸轮连接器、筒夹连接器等等。

近侧盒端部分57大体可为圆柱形的，并且从上管状部件19延伸至中间盒端部分55。近侧盒端部分57可具有上管状部件19的外径更大的外径，使得近侧盒端部分57限定了位于上管状部件19的外径上的向上面向的过渡肩61。过渡肩61可包括底切63，其在横截面上具有与底切45相同的形态。底切63包围了上管状部件19，并且成形于过渡肩61中。底切63是成形于近侧盒端部分57与上管状部件19的结合部处的环形槽。底切63可具有与底切45相同的直径。底切63在近侧盒端部分57和上管状部件19之间提供了较长过渡区域，从而减少了在近侧盒端部分57和上管状部件19之间的过渡区域处的应力。本领域中的技术人员应该懂得，底切63的深度或半径将依赖于具体连接器的类型和连接器的尺寸而变化。本领域中的技术人员还应该认识到底切63可用任何合适的制造工艺，例如通过机械加工或锻造而制成。在所示的实施例中，椭圆形的底切45,63可具有相同的半径。在其它典型的实施例中，椭圆形的底切45,63可具有不同的半径。

继续参照图2，接头21可按照以下方式进行组装。可使上管状部件19的盒端49靠近下管状部件17的销端23。上管状部件19可经过操作，从而将盒端49放置在销端23周围，使螺纹41,59彼此轴向相邻。在典型的实施例中，将使盒端49靠近肩25，并可坐落在肩25上。螺纹41,59可彼此相接触，但不接合。然后可使上管状部件19相对于下管状部件17旋转，促使螺纹41,59相接合，并将上管状部件19固定到下管状部件17上。本领域中的技术人员应该懂得，上管状部件19和下管状部件17的相对位置可反过来，使得下管状部件17和销端23可刺入到上管状部件19和盒端49中。本领域中的技术人员将还应该懂得，可使用不同的方法将上管状部件19固定到下管状部件17上。

在典型的实施例中，当远侧盒端部分49坐落在凸缘27上时，缘边51可抵靠在台肩25上。在管状部件17,19中引起的应力可穿过销端23和盒端45，应力可在椭圆形底切45,63的较长的过渡路径上进行传递。另外，提升机可与过渡肩47相接合，而不会受到来自椭圆形底切45的干扰。由于凸缘27提升下管状部件17所需要的力的应用而造成的任何应力可在椭圆形底切45的过渡部分上得到较好地分布。

本领域中的技术人员将应该懂得，虽然管状部件被称为下管状部件和上管状部件，但是这些部件并不一定是如图所示彼此相对进行装配或定位的。例如，具有向上面向的肩43的第一管状部件17可沿轴向位于具有盒端49和上述构件的第二管状部件19的上面。然后可大致如上所述操作接头21。本领域中的技术人员应该认识到，在公开的实施例中可设想和包含这种定位。本领域中的技术人员应该认识到，在上管状部件19和下管状部件17反过来，使得管道提升机可通过肩61提升上管状部件19的情况下，椭圆形底切63可提供与下管状部件17的椭圆形底切45相同的减少应力的好处。销端和盒端中的底切可能不一定是必需的。在某些应用中可消除用于盒端的底切。另外，在某些实施例中，盒端在垂直于轴线的平面中可没有上过渡肩。

优选实施例的一个优点是，其提供了管状连接器，其在管状部件和管状连接器之间在较长的距离上过渡。这种过渡降低了跨越管状部件和连接器之间的过渡部分上的应力。另外，公开的实施例提供了一种可供传统管道提升机使用的管状连接器。

应该懂得，本发明可采用许多形式和实施例。因此，在不脱离本发明的精神或范围内可在前文中做出若干变化。因而虽然通过参照某些其优选实施例已经描述了本发明，但是应该注意，所公开的实施例在性质上是说明性的，而非限制性的，并且在前面的公开中可设想广泛范围的变体、修改、变化和替代物，并且在某些情况下，本发明的某些特征可在没有相对应地使用其它特征的条件下加以采用。基于对优选实施例的前面的说明的回顾，许多这种变化和修改可被本领域中的技术人员视为是明显且适宜的。因此，所附权利要求适合宽泛地并以本发明范围相一致的方式进行理解。

Claims (20)

1. 一种管状连接器，其具有轴线并包括：

销，其具有孔和外螺纹；

位于所述销上的外凸缘，其具有在一侧的台肩，以及在相反侧并面向与所述台肩相反的方向的销过渡肩，所述销过渡肩位于垂直于所述轴线的平面中，所述销具有毗连所述销过渡肩的圆柱形部分，所述圆柱形部分具有比所述外凸缘的外径更小的外径；

盒，其具有带内螺纹的孔，所述内螺纹与所述销的外螺纹相接合，所述盒具有抵靠在所述台肩上的缘边；

所述盒具有与所述缘边相反的圆柱形部分，其具有比所述盒的包含所述内螺纹的部分更小的外径，从而限定了处于垂直于所述轴线的平面中的盒过渡肩；和

环形底切凹槽，其定位在所述过渡肩中的至少一个上，位于与连接所述过渡肩中的所述至少一个的圆柱形部分的结合部处。

2. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于，所述底切凹槽在横截面上具有部分椭圆形的剖面。

3. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于，当从横截面观察时，所述底切凹槽是连续的U形曲线，其具有比径向宽度更大的轴向深度。

4. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于，所述过渡肩中的各个具有所述底切凹槽中的一个。

5. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于：

所述底切凹槽定位在所述外凸缘的过渡肩上；且

所述底切凹槽具有轴向深度，其小于所述外凸缘的轴向厚度的一半。

6. 根据权利要求5所述的管状连接器，其特征在于，与在所述外凸缘的外径处测量时相比，在所述底切凹槽和所述台肩之间测量时，所述外凸缘具有更小的轴向厚度。

7. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于：

当从横截面观察时，所述底切凹槽具有内弯曲壁、外弯曲壁、以及将所述内弯曲壁和所述外弯曲壁连接起来的弯曲底座；且

所述内弯曲壁与毗连所述至少一个过渡肩的圆柱形部分是齐平的。

8. 根据权利要求1所述的管状连接器，其特征在于，所述底切凹槽具有径向宽度，其小于所述过渡肩的径向宽度的一半，其中所述底切凹槽定位在所述过渡肩上。

9. 一种管状连接器，包括：

销，其具有孔、轴线和外螺纹；

位于所述销上的外凸缘，其具有位于上侧以便被盒的缘边抵靠的向上面向的台肩，以及位于下侧的销过渡肩，所述销过渡肩处于垂直于所述轴线的平面中；和

环形底切凹槽，其成形于所述过渡肩的内径部分中，所述底切凹槽在横截面上是连续弯曲的，并且具有比径向宽度更大的轴向深度。

10. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于，所述底切凹槽在横截面上具有部分椭圆形的剖面。

11. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于，当从横截面观察时，所述底切凹槽是连续的U形曲线。

12. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于，所述底切凹槽具有轴向深度，其小于所述外凸缘的轴向厚度的一半。

13. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于，与在所述外凸缘的外径处测量时相比，在所述底切凹槽和所述台肩之间测量时，所述外凸缘具有更小的轴向厚度。

14. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于：

当从横截面观察时，所述底切凹槽具有内弯曲壁、外弯曲壁、以及将所述内弯曲壁和所述外弯曲壁连接起来的弯曲底座；其中

所述销具有与所述过渡肩毗连的圆柱形部分；和

所述内弯曲壁与所述圆柱形部分是齐平的。

15. 根据权利要求9所述的管状连接器，其特征在于，所述底切凹槽具有径向宽度，其小于所述过渡肩的径向宽度的一半。

16. 一种管状连接器，其具有轴线并包括：

销，其具有孔和外螺纹；

位于所述销上的外凸缘，其在一侧具有台肩，以及在相反侧并面向与所述台肩相反的方向的销过渡肩，所述销过渡肩位于垂直于所述轴线的平面中，并连接所述销的圆柱形部分，所述圆柱形部分具有比所述外凸缘的外径更小的外径；

盒，其具有带内螺纹的孔，所述内螺纹与所述外螺纹相接合，所述盒具有抵靠在所述台肩上的缘边；

所述盒具有与所述缘边相反的圆柱形部分，其具有比所述盒的包含所述内螺纹的部分更小的外径，从而限定了处于垂直于轴线的平面中的盒过渡肩；和

环形底切凹槽，其定位在各个过渡肩的内径部分上。

17. 根据权利要求16所述的管状连接器，其特征在于，当从横截面观察时，各个底切凹槽是连续的U形曲线，其具有比径向宽度更大的轴向深度。

18. 根据权利要求16所述的管状连接器，其特征在于，：

当从横截面观察时，各个底切凹槽具有内弯曲壁、外弯曲壁、以及将所述内弯曲壁和所述外弯曲壁连接起来的弯曲底座；且

所述内弯曲壁与毗连所述过渡肩的圆柱形部分是齐平的。

19. 根据权利要求16所述的管状连接器，其特征在于，各个底切凹槽具有径向宽度，其小于所述过渡肩的径向宽度的一半，其中所述底切凹槽定位在所述过渡肩上。

20. 根据权利要求16所述的管状连接器，其特征在于，在所述盒的过渡肩中的底切凹槽具有与所述销的过渡肩中的底切凹槽相同的内径和外径。