CN114945730A - 具有通过增材制造实现的密封支承部的螺纹接头 - Google Patents
具有通过增材制造实现的密封支承部的螺纹接头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114945730A CN114945730A CN202080070797.6A CN202080070797A CN114945730A CN 114945730 A CN114945730 A CN 114945730A CN 202080070797 A CN202080070797 A CN 202080070797A CN 114945730 A CN114945730 A CN 114945730A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- threaded
- sealing surface
- joint
- value
- male
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 89
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 11
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 claims description 9
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical compound C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 ferro 55 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明涉及螺纹管接头(1)，用于油气井的钻井、开采或者油和气的运输，螺纹管接头具有插入式螺纹管件(2)和包容式螺纹管件(3)，包容式螺纹管件具有包容式内螺纹部分(5)和包容式非螺纹部分(6)，插入式螺纹管件具有插入式外螺纹部分(7)和插入式非螺纹部分(8)，其特征在于，插入式管件(2)或包容式管件(3)中至少一个具有主体(4)和通过增材制造增加的增加部分(9)，增加部分具有至少一个第一密封面。
Description
技术领域
本发明涉及钢制的螺纹管组件，特别是具有通过增材制造实现的密封支承部的螺纹管接头，用于油气井的钻井、开采或者油气的运输。
背景技术
这里，所谓“组件”，是指用于井的钻井或开采的任何零配件且至少具有一个连接件或连接器或者螺纹端部，并用于与另一个组件进行螺纹装配，以与所述另一个组件一起构成一个螺纹管接头。例如，组件可以是长度较长的管件(尤其是长度约为十米)，例如长度为数十厘米的管或套管，或者这些管件的配件(悬挂装置或“支架”、截面改变件或“跨越接头”、安全阀、钻杆连接件或“接头工具”、“子部件”等等)。
管接头配有螺纹端部。这些螺纹端部互补，可使插入式管件(“销”)和包容式管件(“箱”)两个管件彼此连接。因此有插入式螺纹端部和包容式螺纹端部。称为优质或半优质的所述螺纹端部一般具有至少一个止动面。第一止动面可由两个螺纹端部的基本上径向定向的两个表面形成，其配置成在螺纹端部彼此进行螺纹连接或进行压紧时彼此接触。止动面一般相对于连接件的主轴线具有负角。也是公知地，接头上的中间止动面具有至少两级螺纹面。
一般来说，由于技术和机加工的原因，同一组件的不同部分，涉及管件或者螺纹端部，被设计成采用同一种材料(合金或者非合金)。
优质连接件具有称为密封支承部的密封面，密封面至少一个在销上，至少一个相应的在箱上，用于在销和箱连接件彼此装配时进行干涉接触，形成液体和/或气体密封性。密封支承部必须保持密封性，在连接件装配时，以及当具有装配在油井管柱中的这些连接件的管使用时，防止液体和/或气体通过，即当连接件经受内部压力或外部压力、压紧作用或拉伸作用、环境温度或高温时，密封作用必须在尽可能大的范围得到保持，该范围相应于连接件的工作范围。
因此，相应的插入式和包容式的密封支承部进行由接触压力形成的径向干涉，螺纹构件的自由端的相对侧的螺纹上的螺纹型面即“支承面”在接触压力下进行接触，从而轴向压紧唇部。
干涉密封支承部如果几何形状不适合，则可能在螺纹连接过程中出现卡住问题。因此，如果接触压力尤其是集中在密封支承部的有效宽度上的接触压力不够，那么，可能存在泄漏的危险。
为避免泄漏危险，集中在接触长度上的接触压力必须大于以牛顿/毫米表示的某值；该集中的接触压力随着在螺纹连接和使用中施以外力结束时构件的相对定位给出的几何形状而变化。
干涉是密封压力区域中插入式接合部(Dm)和包容式接合部(Df)之间直径差别的结果。差值Dm-Df为正，插入式直径大于包容式直径。因此，在接合面11(见图1和2)形成接触压力。
所谓截头圆锥形，是指截锥体形，即一个实心锥体或者一个棱锥体以一个与底面平行的平面且呈圆环面形状地截去顶部的基部部分。
一般来说，密封支承部设计成在其构成材料的弹性范围进行工作，以便在各种连续外力作用下保持密封质量。
但是，为确保良好的密封性，密封支承部必须装配成形成很大的接触压力。尤其是在装配过程中，在力求高性能时，有时会达到太大的接触压力，具有塑化作用的危险，或者具有卡住的危险。所谓卡住，指的是材料被撕裂的情况：在卡住情况下，密封作用大受影响。
一般来说，在现有技术中，为了减小接触压力最大值，就要增大接触半径，但是这样，接触质量下降很多，变得不稳定。因此要减少相互影响，从而根据对称轴线的距离(图4)，因而根据密封性能，减小接触压力曲线下的面积。
因此，需要改进密封支承部，以便在两个连接件装配期间，减少卡住危险，分配接触压力，或者耐受暂时的高接触压力。实际上，材料硬度的降低意味着接触压力的分布，这可避免在螺纹连接时达到材料的弹性极限，因此也避免材料塑性变形。
因此，连接件的密封面是许多设计方案的结果。一般来说，这些方案的实施方式基于以下方略：高材料厚度，以便能耐受压力，但是，高厚度会因为太高的接触压力而发生卡住的危险。
公知地，在现有技术中，US3870351的解决方案是扩大接触面积，其具有环形密封面的几何形状。该解决方案可在两个连接件装配时，改善密封面之间接触作用力分布的再现性。但是，在上述方案中，这种几何形状具有局限性。
在现有技术中，US2005248153提出的解决方案涉及密封支承部，其布置在长唇部上，在装配期间使密封支承部具有移动灵活性。由该文献可见，整管均匀使用同一种材料，例如符合标准API的类P110。
在现有技术中，US 2010/0301603 Al提出的解决方案涉及优质螺纹管接头领域的发明，其用于连接钢管，例如钻井管，例如内管或外管。其尤其说明，大压力流体(液体或气体)的密封性是因为密封支承部的相互径向压紧。径向压紧强度取决于插入式和包容式螺纹构件的相对轴向定位，因此限定成由螺纹连接止动件使这些构件止动。该文献旨在改进螺纹管接头的密封性，尤其是处于其随时可用结构的螺纹管接头的密封性。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的所述问题，通过增材制造实施一个增加的部分。
本发明涉及螺纹管接头，用于油气井的钻井、开采或者油和气的运输，螺纹管接头具有插入式螺纹管件和包容式螺纹管件，包容式螺纹管件具有包容式内螺纹部分和包容式非螺纹部分，插入式螺纹管件具有插入式外螺纹部分和插入式非螺纹部分，其特征在于，插入式管件或包容式管件中至少一个具有主体和通过增材制造增加的增加部分，增加部分具有至少一个第一密封面。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分通过焊补、电子束熔融、金属粉床上的激光熔融或者“选择性激光熔融”、选择性激光热熔、直接金属喷镀或者“直接能量喷镀”、粘结料的喷射沉积或者激光喷射沉积、电弧增材制造的沉积，由增材制造实现。
根据一种实施方式，螺纹管接头在插入式管件或者包容式管件中的另一个上具有与第一密封面相应的第二密封面，其特征在于，第一密封面或第二密封面中的一个或另一个是截头圆锥形，而第一密封面或第二密封面中的另一个是环形密封面。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，在至少0.6毫米的深度上，增加部分的硬度小于主体的硬度。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的长度L大于或等于最小长度Lmin，使得：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的长度L小于或等于最大长度Lmax，使得：
Lmax＝1，5 x Lmin′
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的长度L大于或等于4毫米。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的厚度Ep大于或等于最小厚度Epmin，使得：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的厚度Ep小于或等于最大厚度Epmax，使得：
Epmax＝1，5 x Epmin′
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的厚度Ep大于或等于0.6毫米。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的摩擦系数大于主体的摩擦系数。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分的金属选自合金钢、高合金钢、铜镍合金、钛合金、铜、白铜、微晶陶瓷。
根据一种实施方式，螺纹管接头的特征在于，增加部分所用材料的杨氏模数在110GPa至210GPa之间，优选在110GPa至160GPa之间。
本发明也包括通过增材制造增加的增加部分的实施方法，其如下所述：
获得螺纹管接头的一种方法在于，增加部分的实施方法选自焊补方法、电子束熔融方法、金属粉床上的激光熔融方法或“选择性激光熔融”方法、激光选择性热熔方法、直接金属喷镀方法或“直接能量喷镀”方法、粘结料的喷射沉积方法或激光喷射沉积方法、电弧增材制造沉积方法。
例如，试验以钛合金、Fero 55、司太立特合金之类的材料，用直接金属喷射沉积方法，或者用电弧增材制造沉积方法进行。
在其他实施例中，可用陶瓷和微晶陶瓷之类的材料，用金属粉床上激光熔融方法或“选择性激光熔融”方法实施增加部分。
在其他实施例中，可用铜镍合金或者微合金钢之类的材料，例如使用“电弧”增材技术实施增加部分。
在其他实施例中，可同时在插入式管件(2)上和在包容式管件(3)上，通过增材制造，实施一个增加部分(9)。
附图说明
下面，根据参照附图给出的详细说明，本发明的其他特征和优越性将显而易见，附图如下：
图1是沿管的轴线X的纵向剖面示意图，示出第一种实施方式的螺纹管接头，其中，插入式管件的增加部分通过增材制造进行实施。
图2是沿管的轴线X的纵向剖面示意图，示出第一种实施方式的变化的螺纹管接头，其中，包容式管件的增加部分通过增材制造进行实施。
图3示出现有技术的连接件的接触压力曲线与本发明的密封面的相应的压力曲线的比较。
图4示出现有技术中接触压力曲线随距对称轴线的距离而变化的图形。
图5示出本发明中接触压力曲线随对称轴线的距离而变化的图形。
图6示出现有技术中应力分布随深度而变化的图形。
图7示出具有通过增材制造增加的增加部分的连接件的应力分布随深度而变化的图形。
具体实施方式
附图不仅可用于补全本发明，而且必要时有助于指出其特征。其在本发明范围是非限制性的。
图1示出螺纹管接头1，其在插入式管件2上具有增加部分9。该增加部分9通过增材制造而成并具有插入式密封面10，插入式密封面建立一个金属-金属密封件15。在对接头上施加的大范围的应力，例如内部压力、外部压力、压紧作用力、拉伸作用力，该金属-金属密封件15确保接头在安装状态以及在接头使用期间的密封性。
螺纹管接头1以轴向或者纵向视图示出。
根据本发明的其他实施例，增加部分通过9增材制造而成，其硬度小于非增加部分即插入式或者包容式主体4在至少0.6毫米深度上的硬度。
根据本发明的另一个实施例，增加部分9通过增材制造而成，其摩擦系数大于插入式或包容式主体4的摩擦系数。
与插入式和包容式管件的主体间的摩擦系数比较起来，本发明也可大大增大通过增材制造增加的增加部分与相应管件主体的材料之间的摩擦系数。
摩擦系数的增大伴随着两个螺纹管件连接时可采用的螺纹连接力矩值的增大。
硬度尤其取决于所用材料的类型，但是，材料可选择成，增加部分9的硬度小于插入式或包容式主体4的硬度。
根据本发明的一个方面，增加部分9的金属选自合金钢、高合金、铜镍合金、钛合金、陶瓷、微晶陶瓷，或者铜、白铜、司太立特合金、fero 55。
有利地，增材制造可获得双组件形管件(甚至多组件形管件)，例如，一方面是用于主体的一种组件或材料，另一方面是用于增加部分的一个或者多个不同的组件。与现有技术的管件相反，现有技术的管件设计成在整个管件上具有一个单组件。
有利地，本发明可减少成本高的机加工操作。
有利地，本发明可增大和改善通过逐层构建方式获得的管件的几何复杂程度。
有利地，多个不同的部分，例如具有不同尺寸、不同复杂程度、一种或不同的材料，可一起同时构成，或者在构建期间予以增加。
有利地，多种功能可高度独特化地予以增加。
根据本发明的一个方面，长度L大于或等于具有密封面且通过增材制造增加的增加部分9的最小长度Lmin。长度L沿管的轴线X延伸。该等式可应用于环形或环锥形密封面，即其具有曲率半径R，且锥体要么位于插入式管件2上，要么位于包容式管件3上。或者，圆环面要么位于包容式管件3上，要么位于插入式管件2上。
另外，该最小长度取决于密封直径Ds、干涉值intf、支承密封面的唇部的厚度e、环形部分的半径R以及材料的泊松系数v。应用了放大系数12.8。该系数考虑到在施加拉伸/压紧作用力时，插入式构件之间的相对移动。实际上，作为例子，在张力作用下，包容式非螺纹部分6，即包容式管件的在螺纹面与止动面之间的长度，是伸长的，因此，接触得到调整。因此，12.8的系数考虑到这些变化，以确保在施加拉伸力/压紧力或任何其他压力时，通过增材制造实现的部分的密封面在相应的表面上保持良好接触。作为安全系数，加上+2。
Lmin是这样的：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据本发明的一变型，增加部分9的长度L大于或等于4毫米。
根据另一方面，具有密封面且通过增材制造增加的增加部分9的厚度Ep大于或等于最小厚度Epmin。该等式可应用于环形或环锥形密封面，即其具有曲率半径R。
该最小厚度(或高度)Epmin取决于密封直径Ds、干涉值intf、支承密封面的唇部的厚度e、环形部分的半径R以及材料的泊松系数v。采用放大系数5.031。该系数相应于半接触长度乘以0.7861，其可计算剪应力最大的深度，即(12.8/2)x0.7861≈5.031。“0.7861”相应于线性接触范围中赫兹理论的系数。
Epmin是这样的：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据本发明的一变型，增加部分9的厚度Ep大于或等于0.6毫米。
我们发现，最大长度Lmax可固定于最小长度的1.5倍，这可确保通过增材制造增加的增加部分的工作，无需通过增材制造制造太大的部分，从而避免无用的附加成本。
同样，通过增材制造增加的增加部分的最大厚度Epmax可固定于通过增材制造增加的增加部分的最小厚度的1.5倍。
对于螺纹管接头1的增加部分9的附图和尺寸确定的选择是示意性的。
如图2所示，根据本发明的其他实施例，螺纹管接头1在包容式管件3上具有一个增加部分9。该增加部分9增材制造而成，具有一个包容式密封面11，其用于确立一个金属对金属密封件15。根据本发明的其他实施例，增加部分9通过增材制造而成，其硬度小于非增加部分即插入式或者包容式主体4在至少0.6毫米深度上的硬度。
根据本发明的另一个实施例，增加部分9增材制造而成，其摩擦系数大于插入式或包容式主体4的摩擦系数。
根据本发明的一个实施例，长度L大于或等于具有密封面的通过增材制造增加的增加部分9的最小长度Lmin。该等式可应用于环形或环锥形密封面，即其具有曲率半径R，锥体要么位于插入式管件2上，要么位于包容式管件3上。或者，圆环面要么位于包容式管件3上，要么位于插入式管件2上。
另外，该最小长度取决于密封直径Ds、干涉值intf、支承密封面的唇部的厚度e、环形部分的半径R以及材料的泊松系数v。应用放大系数12.8。该系数考虑到在施加拉伸/压紧作用力时，插入式构件之间的相对移动。实际上，作为例子，在张力作用下，包容式非螺纹部分6，即包容式管件的在螺纹面与止动面之间的长度伸长，因此，接触得到调整。因此，12.8的系数考虑到这些变化，以确保在施加拉伸力/压紧力或任何其他压力时，增材制造部分的密封面在相应的表面上保持良好接触。作为安全系数，应加上+2。
Lmin是这样的：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据本发明的其他实施例，增加部分9的长度L大于或等于4毫米。
根据另一方面，具有密封面的通过增材制造增加的增加部分9的厚度Ep大于或等于最小厚度Epmin。该等式可应用于环形或环锥形密封面，即其具有曲率半径R。
另外，该最小厚度(或高度)Epmin取决于密封直径Ds、干涉值intf、支承密封面的唇部的厚度e、环形部分的半径R以及材料的泊松系数v。采用放大系数5.031。该系数相应于半接触长度乘以0.7861，其可计算剪应力最大的深度，即(12.8/2)x0.7861≈5.031。“0.7861”相应于线性接触范围中赫兹理论的系数。
Epmin是这样的：
其中：
e是支承环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
根据本发明的一变型，增加部分9的厚度Ep大于或等于0.6毫米。
我们发现，最大长度Lmax可固定于最小长度的1.5倍，这可确保通过增材制造增加的增加部分的工作，无需太大的增材制造部分，从而避免无用的附加成本。
同样，通过增材制造增加的增加部分的最大厚度Epmax可固定于通过增材制造增加的增加部分的最小厚度的1.5倍。
对于螺纹管接头1的增加部分9的附图和尺寸确定的选择是示意性的。
图3示出现有技术的连接件的接触压力曲线和本发明的密封面的相应的曲线。横坐标相应于沿密封面的纵向位置。纵坐标相应于接触压力。
曲线21相应于随着沿现有技术的连接件的密封面的纵向位置而变化的接触压力。曲线22相应于随着沿本发明连接件的密封面的纵向位置而变化的接触压力，所述本发明的连接件具有一个增材制造部分，该部分具有密封面，其材料的硬度小于连接件的基底材料的硬度。
示出接触压力分布的曲线21一般是一条抛物线，具有一个最大值。该最大值超过与卡住危险高的压力相应的阈值Pg。
示出本发明连接件的接触压力的曲线22分布在较大的宽度上，降低接触压力分布顶点的高度，以致达不到阈值Pg。还应该指出，曲线22的表面大于曲线21的表面。这就是说，本发明连接件上密封面之间的接触作用力，大于现有技术的连接件上密封面之间的接触作用力。因此，采用本发明的连接件，可增大密封面之间的接触压力，同时减少密封面卡住的危险。
图4示出现有技术的两个密封面之间随距对称轴线的距离而变化的接触压力。连接件完全用弹性模数E1的值为210000Mpa的钢制成。密封面经受70000牛顿的接触作用力，环形密封面的曲率半径为100毫米。其没有本发明的通过增材制造增加的增加部分。
图5示出本发明的两个密封面之间随距对称轴线的距离而变化的接触压力。连接件一方面具有一个用弹性模数E1值为210000Mpa的钢制成的主体4，另一方面具有一个用弹性模数E2＝140000Mpa的钢制成的环形密封面。密封面经受70000牛顿的接触作用力，环形密封面的曲率半径为100毫米。
比较图4和5，两个连接件的区别仅在于是否存在一个通过增材制造增加的增加部分9，增加部分用不同材料制成，杨氏模数较小，且具有环形密封面。
因此，显然，比较表明，相对于现有技术，增加一个本发明的增加部分9，接触压力最大值从图4上的约710Mpa减小到图5上的640Mpa。一方面，距对称轴线的距离从1.25毫米增大到1.45毫米。因此，应当指出，接触压力宽度从2.5毫米增大到2.9毫米，而接触压力最大值同时从约710Mpa减小到640Mpa。另外，考虑图4的参数，曲线下的一半面积为596或曲线下的面积等于1192。考虑图5的参数，曲线下的一半面积为618或曲线下的面积等于1236。曲线下面积的增大表现为密封性能的改进。
因此，相对于现有技术，本发明不仅可减小接触压力最大值，增大接触压力的分布，而且同时还可增大曲线下的面积，即增大密封性能。
图6示出现有技术中随深度变化的应力分布。不同的应力以曲线σy(z)、σx(z)、σz(z)、和τxz(z)示出。应当指出，随着z增大，即越远离表面和深度越大，应力越降低。
图7示出具有通过增材制造增加的增加部分9的连接件的随深度而变化的应力分布。不同的应力以曲线σy(z)、σx(z)、σz(z)、和τxz(z)示出。应当指出，随着z增大，即越远离表面和深度越大，应力越降低。
比较图6和7的结果，在表面上(z＝0)，或者在深度上(例如z＝4)，本发明的应力明显地小于现有技术的应力。
这表明，使用本发明的连接件，可增大干涉作用，而不增大卡住危险。
Claims (14)
1.螺纹管接头(1)，用于油气井的钻井、开采或者油和气的运输，螺纹管接头具有插入式螺纹管件(2)和包容式螺纹管件(3)，包容式螺纹管件(3)具有包容式内螺纹部分(5)和包容式非螺纹部分(6)，插入式螺纹管件具有插入式外螺纹部分(7)和插入式非螺纹部分(8)，其特征在于，插入式管件(2)或包容式管件(3)中至少一个具有主体(4)和通过增材制造增加的增加部分(9)，增加部分具有至少一个第一密封面。
2.根据权利要求1所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)通过焊补、电子束熔融、金属粉床上的激光熔融或者“选择性激光熔融”、选择性激光热熔、直接金属喷镀或者“直接能量喷镀”、粘结料的喷射沉积或者激光喷射沉积、电弧增材制造的沉积，由增材制造实现。
3.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其在插入式管件(2)或者包容式管件(3)中的另一个上具有与第一密封面相应的第二密封面，其特征在于，第一密封面或第二密封面中的一个或另一个是截头圆锥形，而第一密封面或第二密封面中的另一个是环形密封面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分的硬度在至少0.6毫米的深度上小于主体(4)的硬度。
5.根据权利要求3和权利要求1、2和4中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的长度L大于或等于最小长度Lmin，使得：
其中：
e是支撑环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面的材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
6.根据权利要求5所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的长度L小于或等于最大长度Lmax，使得：
Lmax＝1，5×Lmin。
7.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的长度L大于或等于4毫米。
8.根据权利要求3所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的厚度Ep大于或等于最小厚度Epmin，使得：
其中：
e是支撑环形密封面的唇部的厚度值；
intf是干涉值；
R是环形密封面的曲率半径值；
v是环形密封面的材料的泊松系数值；
Ds是密封直径值。
9.根据权利要求8所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的厚度Ep小于或等于最大厚度Epmax，使得：
Epmax＝1，5×Epmin。
10.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的厚度Ep大于或等于0.6毫米。
11.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的摩擦系数大于主体(4)的摩擦系数。
12.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的金属选自合金钢、高合金钢、铜镍合金、钛合金、陶瓷、微晶陶瓷，或者铜、白铜、司太立特合金、fero 55。
13.根据前述权利要求中任一项所述的螺纹管接头(1)，其特征在于，增加部分(9)的材料的杨氏模数在110GPa至210GPa之间，优选在110GPa至160GPa之间。
14.用于获得螺纹管接头的方法，其特征在于，增加部分(9)的实施方法选自焊补方法、电子束熔融方法、金属粉床上的激光熔融方法或“选择性激光熔融”方法、激光选择性热熔方法、直接金属喷镀方法或“直接能量喷镀”方法、粘结料的喷射沉积方法或激光喷射沉积方法、电弧增材制造沉积方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1911148A FR3101659B1 (fr) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Joint filete avec portee d’etancheite realisee par fabrication additive |
| FRFR1911148 | 2019-10-08 | ||
| PCT/EP2020/077921 WO2021069402A1 (fr) | 2019-10-08 | 2020-10-06 | Joint filete avec portee d'etancheite realisee par fabrication additive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114945730A true CN114945730A (zh) | 2022-08-26 |
Family
ID=69468733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202080070797.6A Pending CN114945730A (zh) | 2019-10-08 | 2020-10-06 | 具有通过增材制造实现的密封支承部的螺纹接头 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220381380A1 (zh) |
| EP (1) | EP4041982A1 (zh) |
| CN (1) | CN114945730A (zh) |
| AR (1) | AR120177A1 (zh) |
| AU (1) | AU2020362925A1 (zh) |
| BR (1) | BR112022006042A2 (zh) |
| FR (1) | FR3101659B1 (zh) |
| MX (1) | MX2022004275A (zh) |
| WO (1) | WO2021069402A1 (zh) |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5211765B2 (zh) | 1972-03-31 | 1977-04-02 | ||
| US6863313B1 (en) * | 1998-02-25 | 2005-03-08 | Grant Prideco, L.P. | Threaded connection for internally clad pipe |
| FR2776746B1 (fr) * | 1998-03-26 | 2000-04-28 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Assemblage filete de tubes metalliques destines a contenir un fluide |
| FR2800150B1 (fr) * | 1999-10-21 | 2001-12-07 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Joint tubulaire filette etanche a la pression exterieure |
| UA82694C2 (uk) | 2003-06-06 | 2008-05-12 | Sumitomo Metal Ind | Нарізне з'єднання для сталевих труб |
| CA2552722C (en) * | 2004-01-12 | 2012-08-07 | Shell Oil Company | Expandable connection |
| FR2923283B1 (fr) | 2007-11-07 | 2012-10-05 | Vallourec Mannesmann Oil & Gas | Joint filete comprenant au moins un element filete avec levre d'extremite pour tube metallique. |
| EP2935651A1 (en) * | 2012-12-20 | 2015-10-28 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Pipe connector and method |
| FR3035476B1 (fr) * | 2015-04-23 | 2017-04-28 | Vallourec Oil & Gas France | Joint filete tubulaire dote d'un revetement metallique sur le filetage et la portee d'etancheite |
| EA036439B1 (ru) * | 2016-09-16 | 2020-11-11 | Ниппон Стил Корпорейшн | Резьбовое соединение |
-
2019
- 2019-10-08 FR FR1911148A patent/FR3101659B1/fr active Active
-
2020
- 2020-10-06 BR BR112022006042A patent/BR112022006042A2/pt unknown
- 2020-10-06 US US17/767,337 patent/US20220381380A1/en not_active Abandoned
- 2020-10-06 WO PCT/EP2020/077921 patent/WO2021069402A1/fr active Search and Examination
- 2020-10-06 EP EP20786531.2A patent/EP4041982A1/fr active Pending
- 2020-10-06 MX MX2022004275A patent/MX2022004275A/es unknown
- 2020-10-06 CN CN202080070797.6A patent/CN114945730A/zh active Pending
- 2020-10-06 AU AU2020362925A patent/AU2020362925A1/en not_active Abandoned
- 2020-10-08 AR ARP200102787A patent/AR120177A1/es unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AR120177A1 (es) | 2022-02-02 |
| AU2020362925A1 (en) | 2022-04-14 |
| MX2022004275A (es) | 2022-05-06 |
| US20220381380A1 (en) | 2022-12-01 |
| WO2021069402A1 (fr) | 2021-04-15 |
| EP4041982A1 (fr) | 2022-08-17 |
| FR3101659A1 (fr) | 2021-04-09 |
| FR3101659B1 (fr) | 2022-01-21 |
| BR112022006042A2 (pt) | 2022-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1540227B1 (en) | Threaded tube joint | |
| US4627146A (en) | Method of producing pipe joints | |
| US4645247A (en) | Mechanical pipe joint | |
| EP3389919B1 (en) | Method for connection and tubular connection assembly for improved fatigue performance of metallic risers | |
| US6164663A (en) | Bidirectional metal to metal seal | |
| US20220243845A1 (en) | Threaded joint with shoulder produced by additive manufacturing | |
| KR20070086530A (ko) | 용접되기 어려운 재료를 구비하거나 이 재료로 이루어진하나 이상의 구성요소의 결합 방법, 핏팅 및 관 조인트 | |
| US2981556A (en) | Welding stress-free outlet fitting | |
| JP4551462B2 (ja) | ルーズフランジ式フレア管継手のシール性改善方法、フレア部端面角度制御方法、ルーズフランジ式フレア管継手、ルーズフランジ式フレア管継手用鋼管、ルーズフランジ式フレア管継手用鋼管の製造方法及び鋼管の接合方法 | |
| CN114945730A (zh) | 具有通过增材制造实现的密封支承部的螺纹接头 | |
| CN107002914B (zh) | 流体导管元件以及用于形成流体导管元件的方法 | |
| Groche et al. | Fundamentals of angular joining by means of hydroforming | |
| US6817099B2 (en) | Threaded pipe connection and method | |
| KR102613899B1 (ko) | 금속관의 제조 방법 | |
| RU2742962C1 (ru) | Резьбовое соединение труб для нефтяных скважин | |
| US20190022801A1 (en) | Method of making a corrosion resistant tube | |
| US20210332918A1 (en) | Fluid fitting comprising duplex stainless steel | |
| RU2594036C1 (ru) | Труба с внутренней пластмассовой оболочкой | |
| JP5384416B2 (ja) | ルーズフランジ式フレア管継手、ルーズフランジ式フレア管継手用鋼管、ルーズフランジ式フレア管継手用鋼管の製造方法及び鋼管の接合方法 | |
| CN206904385U (zh) | 可端部螺纹连接的高强度不锈钢复合钢管 | |
| US11400501B2 (en) | Tubular element and assemblies | |
| JPS61283415A (ja) | 耐摩耗二重管の製造方法 | |
| Huitt | Piping for process plants Part 1: The basics | |
| RU57419U1 (ru) | Компактный фланец | |
| PL237041B1 (pl) | Sposób wytwarzania przyłącza z metalowym krążkiem kołnierza dla rurociągu z tworzywa sztucznego, zwłaszcza przyłącza bezspoinowego oraz przyłącze z metalowym krążkiem kołnierza dla rurociągu z tworzywa sztucznego, zwłaszcza przyłącze bezspoinowe dla ciśnieniowego gazowego rurociągu PE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |