CN1284945C - 螺纹管道接头 - Google Patents

Abstract

一种螺纹管道接头，其包括阳构件(1)和阴构件(2)，阳构件(1)和阴构件(2)上带有螺纹并设有相应互补的密封面，当相互旋合时，限定了凹槽(13)，齿根(7)和齿顶(8)，预定长度的凹槽(13)形成在阴构件(2)上，齿根(7)和齿顶(8)处于特定段的螺纹之间，从而形成了用于容纳接头润滑油的凹槽，在旋紧接头的过程中，润滑油从阴构件(2)和阳构件(1)之间的空间中流出。

Description

螺纹管道接头

技术领域

本发明涉及一种用于钻杆的接头，更准确地说，涉及一种用于碳氢化合物勘探和开采中的联接管的带螺纹的接头，尤其用于石油和/或天然气的开采和/或抽吸井的井筒。所述接头采用凸/凹形式，其中螺纹与密封面的一特定标志与凹槽一起用以收集过多的润滑油，确保能避免由上紧过程中产生的压力峰值，以及即使在高轴向拉力载荷下也能保证良好的密封性能。这样的管道既可用于钻井的井筒，又可用作抽吸天然气和石油的管道。

背景技术

在石油和天然气的开采业中，在初部钻探阶段，钻探是在海床或陆地上进行的，直至可达几千米深处的储油层或储气层。在这样的初步钻探阶段，为了保护和引导钻杆，要用预定长度的管道对钻井进行封装，随着钻探深度的增加，通过螺纹接头将所述管道端部彼此相连。

一但钻井完成，另一种管状的管道被插入到所述封装的井中，该管道用于将地下含油层中的天然气或原油抽吸到地面。这种管道沿着整个井深敷设，因此可达到几千米的深度，也可以利用与上述相同类型的接头联接形成约数十米长的管道。

由于腐蚀性元素的存在，以防井中通常存在有侵蚀性的条件下，所述由碳钢或抗腐蚀合金制成的管道必须能够抵抗在井底的应力，例如，抽吸流体的压力、井中的温度，特别在很深的深度、管道体积的相对变化、由管道的重量产生的机械应力等条件下，要一直能够确保天然气和石油的密封。因此，接头与管道的主体具有相同的特性是十分重要的，其能够转向的或水平的，以便即使在严酷的条件下也能保持对于流体的气密性和确保井壁的连续性，所述严酷的条件会因环境、井的深度和构造而不同。

为了使接头的旋紧过程以及此后的密封和整体性更安全和更可靠，对螺纹接头进行了持续的开发，并对润滑装置的性能和效果进行了试验，所述润滑装置用于避免滞塞(油脂或油滴；或有助旋紧的井筒)或改善密封。

所述润滑油处于该接头的阴螺纹和阳螺纹之间的金属/金属接触区域中的空隙中，以确保不存在没有被润滑的区域。然而，如果不采取适当的措施，在整体接头中使用润滑油是十分危险的。事实上，随着运作的进程，特别是当密封面开始接触并开始上紧时，润滑油被封闭在螺纹齿之间的间隙中以及密封面和螺纹之间的区域中，因此而受到强大的压力。然而，由于润滑油是不可压缩的，就会产生极端有害的极高的压力峰值，这会导致接头、特别是导致金属/金属密封面的变形。

为了解决这个问题，美国专利4,830,411提出增大螺纹之间间隙以储存润滑油；然而，将发现当旋紧接头时，仍然会产生非常高的压力峰值，即使是瞬间的，润滑油也会流动从而压力降低，所以因压力峰值而导致的问题并没有得到解决。

在美国专利5,649,725中，提出了一种用于收集在旋紧接头时从螺纹区域泄漏出的润滑油的凹槽。然而，这种类型的接头主要致力于界定在组装管道时螺纹面发生滑动的距离长度，以消除卡死现象，将其确定为管道外部的一具体功能。另一方面，该申请没有解决因旋紧过程中产生的高压力峰值而引出的问题，特别是由于该凹槽的非优选设计的情况下，只提出了其长度可根据螺纹等级而变化的间隔。然而在这种情况下，因接头组装过程中产生的高峰值压力所带来的问题并没有得到满意的解决。

其它方案，例如在美国专利5,137,310中，提供了从密封面开始接触的时刻到接头最终上紧时刻之间的时间间隔减小到最小，通过一相对于接头轴线的高锥度密封面来将所封闭的润滑油体积减小到最小来实现。这些方案，尽管从减小润滑油中的压力峰值的观点看被证实是有效的，但由于密封面的高锥度，从高轴向拉力载荷下密封的观点看却发现是不可靠的。

因此，直至目前还没有顺利解决接头易于组装的问题，使该接头能在没有不良负作用的前提下被完全上紧，且即使在强大的轴向拉力载荷下也能确保密封。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接头，该接头在上紧后，降低了接头中润滑油的压力同时具有良好的性能标准。

本发明的另一目的在于提供一种接头，该接头即使使用了过量的润滑油也能保持良好的性能，这种情况适用于用户使用中的不正常操作。

本发明的另一目的在于提供一种在安装操作的过程中易于组装和上紧的接头，该接头可与自动设备同时使用。

本发明的另一目的在于提供一种既能用碳钢又能用抗蚀合金制造、且既能与碳钢又能与抗蚀合金结合使用的接头，所述抗蚀合金可以是含有高含量铬或铬/镍合金的不锈钢，其中铬的存在易导致密封面的卡死，因此在设计和施工时需要采取特殊的措施。

1.上述目的及其它目的将通过下面的描述而明了，这些目的通过本发明提供的螺纹管道接头而实现；该管道接头包括一大体呈圆柱形具有一定标称尺寸的阳构件，在靠近该阳构件的一端处带有阳螺纹，以及一大致成管状、靠近端部分别带有螺纹的阴构件；该阳构件包含有齿，该齿具有导入齿侧面和承载齿侧面，此两种齿侧面之间具有齿根，以及处于所述端部和所述对应螺纹之间、带有第一密封面的第一无螺纹表面；该阴螺纹带有齿，该齿分别具有导入齿侧面和承载齿侧面，此两种齿侧面之间具有齿根，且在所述端部和所述对应螺纹之间带有第二密封面，该第二密封面与第一密封面互补；当相互旋合在一起时，在所述阳螺纹和所述阴螺纹之间限定了用以储存润滑油的空间；所述阳构件和所述阴构件形成了接头的公共几何轴线；所述阴构件在相应的阴螺纹和所述第二密封面之间还设有一凹槽，所述凹槽大致呈环形，构成了贮油器；在上紧接头的过程中，该凹槽允许阴阳构件螺纹之间的间隙中的润滑油流出，其特征在于，沿平行于接头轴线的方向测量时，凹槽的长度介于4到10毫米之间，该测量是从距离阴构件的邻接面5至12毫米处开始的，以立方厘米表示的凹槽体积的绝对值至少为所述阴构件以毫米表示的标称外径数值的25倍。

在本发明的一具体实施例中，结合上述凹槽，该接头的特征在于，在齿的阳螺纹的齿顶和阴螺纹的齿根之间以及相对应齿的导入齿侧面之间存在一间隙，该间隙限定了一孔腔区域，在接头的纵向轴剖面中，该孔腔区域的面积大于0.4平方毫米。

另外，在组装过程中，阳构件和阴构件端部的相应密封面的第一接触点以及密封面的最终旋紧位置之间轴向距离可选择，该距离完全低于凹槽的长度，选择特别低的值可推迟密封的形成，从而推迟了对用作为接头中油滴和润滑油的凹槽的封闭，减少了被封闭的油滴的量。

最后，接头的设计，尤其涉及螺纹和凹槽的相对位置，要使得在接头被完全上紧时，最靠近凹槽的阳螺纹的齿不会完全占据凹槽自身的空间。

通过将构成本发明管道接头的构件和这些构件的创新的几何特征相结合，产生了在前序中所寻找的具有优化性能的接头。

这样，就同时达到了降低接头中润滑油压力和在接头的两构件之间形成更好的密封性能的目的，还保持了可在即使高应力下使用的高结构性能标准，所述高应力尤其是在轴向方向上，从而用力于将其用于特殊的用途。

附图说明

以下将参照优选实施例对本发明进行描述，所述实施例是以附图中本发明的目的和范围的非限定性实例的方式进行说明的，其中：

图1是本发明的接头在组装之后的剖面图；

图2是图1的局部放大视图，具体示出了螺纹端部、用于油滴和密封面的贮油器；

图3是图2的局部放大图。

具体实施方式

参照附图，现在以非限定性方式对本发明的接头进行描述。

采用了标称直径为D的联接管的本发明的接头，包括带有阳螺纹1’的阳构件，和带有阴螺纹2’的阴构件2。该管和阴阳构件的公共轴表示为A。

阳螺纹1’和阴螺纹2’的全部齿1”、1的2”分别具有导入齿侧面6和5，在图2中，导入齿侧面6和5相对于轴线A的垂线P向左倾斜一β角，该β角介于10°和25°之间，以及承载齿侧面4和3，在图2中，承载齿侧面4和3相对于轴线A的垂线P倾斜一α角，该α角介于-4°和3°之间。齿顶8和齿根7相对于管道的轴线A倾斜一γ角，γ角值在0°和4°之间。

阳构件1的里侧部分包括一具有锥度的无螺纹表面12，该表面结束于第一密封面10。阴构件2的最里侧部分具有一凹槽13和第二密封面11，当该接头被完全上紧时，该第二密封面11与第一密封面10相接触。阳构件1的内端面具有一圆台形的邻接面14，邻接面14平行于对应的阴构件2的邻接面15，当构件1和2完全组合在一起时，该两表面相互接触。

在螺纹联接该接头期间，螺纹齿的导入齿侧面6、5和阳螺纹的齿顶8、阴螺纹的齿根7相距一定距离，从而在其间形成一定的间隙以保持面积为S的油滴，在区域S形成在该接头的总轴向剖面上，且包含在阳螺纹的齿顶8、阴螺纹的齿根7和导入齿侧面5和6的表面之间。此面积S大于0.4平方毫米，优选介于0.4和0.6平方毫米之间。

当旋动该接头时，该螺纹中的油滴流入区域A中的螺纹之间，流向凹槽13，该凹槽从到阴构件的邻接面15为预定距离L处开始，该距离L的值包含在5到12毫米之间。在平行于接头轴线方向上测量，所述凹槽13长度为X，X值介于4到10毫米之间，优选介于4到8毫米之间，进一步优选介于5到8毫米之间。以立方厘米表示时，凹槽13的体积的绝对值至少等于管道1标称外径D以毫米表示的数值的25倍，优选高于D30倍。

在该接头中，第一密封面10和第二密封面11的轮廓优选这样配置，使得在旋动接头的过程中，δ小于长度X，优选小于0.6X，更优选小于0.5X；其中δ是沿着轴向，在第一密封面10和第二密封面11的第一接触点以及两构件1和2旋紧的最终位置之间测量的。在第一密封面10和第二密封面11之后，在旋动期间，已经形成了第一接触点，介于密封面和螺纹之间的润滑油不能再流出，而是聚集在凹槽13中。减小距离δ会导致封闭凹槽13的滞后，因而减少了所封闭的油量。

通过持久的上紧接头，第一密封面10和第二密封面11以相接触的形式相互滑动，形成金属对金属密封面，直至邻接面14和15进入永久接触的状态，表示接头完全上紧了且进一步加强了接头密封。

在以特别优选的实施例中，当接头被完全组装起来时，最靠近第一密封面10的阳螺纹的齿不会占用凹槽13的空间；换句话说，导入齿侧面6将处于阳螺纹最靠前的位置，与齿侧面3’结合最紧密，从而将凹槽13的整个可见留给了润滑油，这样就防止了有害压力峰值的产生。

由于采用了本发明的尺寸和体积，当流道被封闭时，接头中存流的润滑油量就小于用于容纳润滑油的容量。这样接头中的润滑油就不会受到压缩，因而永远不会产生压力峰值。凹槽13的优化容量具有不会产生无法接受的接头损害的好处。

Claims (10)

1.一种螺纹管道接头，包括一带有基本管状的标称外径(D)的阳构件(1)，在靠近阳构件(1)一端部处带有相应阳螺纹(1’)，该阳螺纹包括齿(1”)，该齿(1”)具有导入齿侧面(6)和承载齿侧面(4)，该两齿侧面之间为齿根，在所述端部和相应螺纹之间的第一无螺纹面(12)上带有第一密封面(10)；和一带有基本管状的阴构件(2)，在靠近阴构件(2)一端部处带有相应阴螺纹(2’)；该阴螺纹包括齿(2”)，该齿(2”)具有导入齿侧面(5)和承载齿侧面(3)，该两齿侧面之间为齿根，在所述端部和相应螺纹之间为第二密封面(11)，该第二密封面(11)与所述第一密封面(10)互补；当相互旋合时，所述阳螺纹在所述阴螺纹之间形成一用以存储润滑油的间隙；所述阳构件(1)和所述阴构件(2)形成所述接头的公共几何轴线(A)；所述阴构件(2)还在所述相应阴螺纹和所述第二密封面(11)之间设有一凹槽(13)，凹槽(13)呈圆环形，构成了贮油器，在上紧接头的过程中，该凹槽允许阴构件(2)和阳构件(1)的螺纹之间间隙中的润滑油流出，其特征在于，所述凹槽(13)有一长度(X)，沿平行于接头轴线方向测量时该长度(X)介于4至10毫米之间，该测量是从到阴构件的邻接面(15)距离(L)处开始的，该距离(L)介于5至12毫米之间，以立方厘米表示的该凹槽的体积绝对值至少为以毫米表示的所述阳构件的标称外径(D)数值的25倍。

2.根据权利要求1所述的螺纹管道接头，其中所述凹槽(13)的长度(X)介于4至8毫米之间。

3.根据权利要求2所述的螺纹管道接头，其中所述凹槽(13)的长度(X)介于5至8毫米之间。

4.根据权利要求1所述的螺纹管道接头，其中所述凹槽(13)的体积大于用毫米表示的阳构件(1)的标称外径(D)数值的30倍。

5.根据权利要求1所述的螺纹管道接头，其中在阳构件(1)的阳螺纹的齿顶(8)和阴构件(2)的相邻的阴螺纹齿间的齿根(7)之间、以及相同齿的导入齿侧面(6，5)之间限定了一间隙，在该接头总轴向剖面内，该间隙的面积(S)大于0.4平方毫米，其中第一密封面(10)和第二密封面(11)的轮廓要使得在旋合过程中，两密封面的第一接触点到阳构件(1)和阴构件(2)的最终旋合位置之间的轴向距离为δ，该δ值小于凹槽(13)的长度(X)。

6.根据权利要求5所述的螺纹管道接头，其中所述间隙的面积(S)介于0.4至0.6平方毫米之间。

7.根据权利要求5所述的螺纹管道接头，其中δ值小于凹槽(13)长度(X)的0.6倍。

8.根据权利要求5所述的螺纹管道接头，其中δ值小于凹槽(13)长度(X)的0.5倍。

9.根据权利要求1所述的螺纹管道接头，其中，当该接头被完全旋紧时，当邻接面(14，15)已相互接触时，阳构件(1)上最靠近第一密封面(10)的螺纹齿的导入齿侧面(6)在最大圆周上与最靠近所述凹槽的阴构件(2)端部的齿侧面(3’)相对齐，从而使凹槽(13)的整个容积能够接受润滑油。

10.根据权利要求1所述的螺纹管道接头，其中所述阳构件(1)和阴构件(2)的齿(1″、1)和(2″)分别具有导入齿侧面(6，5)，以及承载齿侧面(4，3)；导入齿侧面(6，5)相对于轴线(A)的垂线(P)倾斜一角度β，该β值介于10°到25°之间；承载齿侧面(4，3)相对于轴线(A)的垂线(P)倾斜一角度α，该α值介于-4°到3°之间。

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