CN1651712A - 用于油井管的细型螺纹接头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于油井管的螺纹接头，该接头能够保证对于实际用在深井中足够的连接效率，该接头降低了接头外径，及具有改进的抗弯强度，抗压强度，及抗过扭矩能力，这些能力足以由侧线技术所使用。所述接头是一种用于油井管的一体螺纹接头，该接头具有至少70％的连接效率，该接头外径大于油井管体的外径，但至多是油井管体的外径的1.08倍，并且所述螺纹部分具有梯形横截面，所述螺纹的承载螺纹半角(α)在0到－20度的范围而其入扣螺纹半角(θ)在35到50度的范围。

Description

用于油井管的细型螺纹接头
技术领域
本发明涉及一种用于深埋在地下以从地下开采天然气或原油的油井管或天然气井管的螺纹接头，特别是涉及一种用于油井管的接头外径较小的细型螺纹接头。
背景技术
当今，用于开采天然气和原油的井正在变成具有达到几千米深度的深井。螺纹接头被广泛用于连接用于这种油井和天然气井的油井管和天然气管(下面总称为油井管)。
近几年，由于天然气和原油的价格一直在降低，为了降低油井开发费用，挖掘新井已经用降低油井钻孔直径的方式进行。为了节省费用还采用了利用在旧井的井壁管中形成孔，将管插入该孔中并且将其送进含油层的侧线技术(side track technique)再利用干涸的旧井。
在这些情形中，利用细型螺纹接头是有效的，该细型螺纹接头是具有较小外径的接头。
在JP-A 10-89554(1998)中披露了这种细型螺纹接头。它是用于油井管的整体式细型螺纹接头，并具有用于外螺纹部分和内螺纹部分的螺纹连接的螺纹部分，用于保持气密性的金属密封部分，及用于调节扣紧扭矩的扭矩肩部。为了增加对压缩的抵抗力，扭矩肩部的强度制造得比接头和油井管体的其它部分的强度高。该日本的公布示出了实施例，其中扭矩肩部位于螺纹部分的中心。
在法国专利7622543中示出了另一种形式的细型螺纹接头。在此例中，接头的外径通过扩大油井管体的一端被增加以便形成接头的内螺纹部分及成型管体的另一端以便在其上形成外螺纹部分。
发明内容
确实，用这种传统的技术，可以使接头的外径变细。然而，用上述的传统细型螺纹接头能够获得的效果是有限的，并且它们具有以下问题。
首先，接头的最小横截面，即其危险横截面，的面积与油井管体的横截面的面积的面积比较小，由此接头的强度低。
此外，传统的细型螺纹接头在抗压强度，抗弯强度，及抗过扭矩方面不足。
本发明的目的是提供一种螺纹接头，该接头能够保证足够实际用在深井中的连接效率，该接头具有减小的接头外径，及它提高了侧线设计所必需的抗弯强度，抗压强度，及抗过扭矩能力。
作为为了实现上述目的的各种研究的结果，本发明发现通过使用下面的结构的结合，用于油井管的细型接头能够第一次被制造，该结构使螺纹接头的外径变细到油井管体外径的至多1.08倍，并且该结构能够保证至少70％的连接效率的高强度，并且具有极佳的抗弯强度，抗压强度，及抗过扭矩能力，并且它们实现本发明。
(i)用于接头的内螺纹和外螺纹的螺纹形状具有梯形的横截面，具有0到-20度的承载螺纹半角(α)和35到50度的入扣螺纹半角(θ)。
(ii)用于调节扣紧扭矩的扭矩肩部位于油井管的外表面侧。优选方式是它具有大体上垂直于油井管轴线的形状。
(iii)用于保证对作用于油井管的内压或外压或两者的气密性的密封部分位于油井管的内表面侧。
优选方式是，接头通过在API EUE(外加厚管端)管上形成上述的螺纹形状构成。
因此，本发明如下。
(1)一种用于油井管的细型一体接头，该接头具有用于以螺纹连接方式连接外螺纹部分和内螺纹部分的内螺纹和外螺纹部分，及位于油井管的内表面侧用于保证对作用于油井管的内压或外压或两者的气密性的金属密封部分，并且还具有位于油井管的外表面侧并用于调节扣紧扭矩的扭矩肩部，其特征在于：该接头具有至少70％的连接效率，该接头外径大于油井管体的外径，但至多是油井管体的外径的1.08倍，并且所述螺纹部分具有梯形横截面，所述螺纹的承载螺纹半角在0到-20度的范围并且其入扣螺纹半角在35到50度的范围。
(2)根据上面在(1)中所述的用于油井管的细型一体接头，其中所述扭矩肩部的横截面形状实质上垂直于所述油井管的轴线延伸。
(3)一种用于油井管的细型接头，通过在API EUE(外加厚管端)管上形成如上面在(1)或(2)中所述的螺纹获得。
4.根据上面在(1)到(3)中所述的一种用于油井管的细型接头中的任一项，其中所述螺纹的承载螺纹半角(α)是0到-15度。
5.根据上面在(1)到(4)中所述的一种用于油井管的细型接头中的任一项，其中所述螺纹的入扣螺纹半角(θ)是40到50度。
用在这里的用于油井管的一体螺纹接头是指用于油井管的螺纹接头，该接头以螺纹连接方式连接油井管，每一个管在其一端具有外螺纹，在该端部螺纹形成在油井管的外表面上，而在其相对的一端具有内螺纹，在该端部螺纹形成在油井管的内表面上。
附图说明
图1是用于示出螺纹接头总体结构的局部截面示意图。
图2是用于示出螺纹形状的局部截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
图1是表示根据本发明的螺纹接头的总体结构的示意图。
根据本发明的螺纹接头是用于油井管的一体螺纹接头，其中外螺纹部分和内螺纹部分形成在每一个油井管体的相对的两端上，外螺纹部分和内螺纹部分中的每一个都具有螺纹部分。
外螺纹部分和内螺纹部分由外螺纹和内螺纹以螺纹连接方式连接。在图示的实例中，仅仅示出了在油井管体的端部上具有螺纹部分10的外螺纹部分12，但由于对于本领域的普通技术人员从本说明书的解释内螺纹部分是不言而喻的，因此内螺纹部分被省略。
根据本发明，用于油井管的螺纹接头还包括在油井管的内表面上用于保证对内压或外压或两者的气密性的金属密封部分14。此外，用于调节扣紧扭矩的扭矩肩部16设置在油井管外表面侧。
使扭矩肩部位于油井管外表面侧的优点是与当扭矩肩部位于螺纹的中央或油井管内表面侧面上时的情形相比，容易为扭矩肩部保持较大的面积。因此，能够增强抗压强度，抗弯强度，及抗过扭矩的能力。此外，用于油井管螺纹连接的扣紧条件能够容易地从油井管的外面确定也是重要的。扭矩肩部的截面形状优选是实质上垂直于油井管的轴线延伸。
扭矩肩部的截面形状优选是实质上垂直于油井管的轴线延伸的原因如下。
如果扭矩肩部的截面形状不大体垂直地延伸，在接头用过扭矩被扣紧的状态下，在油井管径向上的作用力作用在外螺纹部分的扭矩肩部或内螺纹部分的扭矩肩部上，以至使其容易变形。相反，当扭矩肩部的截面形状大体垂直地延伸，很难发生这种变形，因此增强了抗过扭矩的能力和抗压强度。
接头外径由D1表示，而连接效率定义为在接头部分截面最小的位置上的截面面积S′与油井管体的截面面积S的比值(S′/S)。
连接效率表明接头相对于管体的强度。因此，100％的连接效率指接头的强度与管体的强度相同。
在本发明中，尽管随管体的壁厚有一些变化，连接效率或相对于管体的强度至少是70％。连接效率也可以表示为接头最危险位置上的截面面积与管体的截面面积的比值，所述最危险位置即具有最小截面面积的位置，如在螺纹部分的端部螺纹脱开啮合的位置，。
连接效率越小，接头强度越低。因此，连接效率优选尽可能大，但接头的外径增加到那样的程度，获得细型接头变得较困难。在本发明的情形中，用一体的接头，其中外螺纹形成在油井管的一端上而内螺纹形成在油井管的另一端上，可以通过使连接效率的数量级为70％达到变细。
根据实施本发明的优选方式，API EUE(外加厚管端)管用作形成这种螺纹的管。它们是仅仅在管子的两端在外表面侧或向外增加壁厚的管子。利用这种管子，能够容易地制造用于油井管的螺纹接头，该接头具有至少70％的连接效率并且其接头外径大于油井管体外径，但至多是油井管体外径的1.08倍。
图2是螺纹接头外螺纹的一部分的放大视图。在图中，具有梯形横截面的螺纹部分由承载螺纹半角(α)和入扣螺纹半角(θ)限定。螺纹的承载螺纹半角(α)沿顺时针方向测量，并且在本发明中它在0到-20度的范围内。另一方面，入扣螺纹半角(θ)沿逆时针方向测量，并且在本发明中它在+35到+50度的范围内。选值为，α＝0到-15度而θ＝+40到+50度。
如果承载螺纹半角小于-20度，即如果该负值的绝对值变得大于20，在形成螺纹的车削操作时在该侧面部分的附近变得容易形成诸如毛刺的加工缺陷，因此承载螺纹半角至少-20度，其优选值是至少-15度。
为了在入扣时提高稳定性，入扣螺纹半角是35到50度。这是由于如果它小于35度或大于50度，从下面的观点来看它变得不利。即，当入扣螺纹半角小于35度时，在插入时，如果外螺纹部分和内螺纹部分的管子的纵轴不彼此对准并且彼此偏离某一角度，很难使它们恢复到管子的纵轴彼此对准的合适的入扣状态。另一方面，如果入扣螺纹半角超过50度，螺纹的横截面变小，以至螺纹的强度降低。如果接头的外径大于管体外径的1.08倍，当进行增加管子端部壁厚的处理时，被增加的壁厚的数量如此大，以至处理变得困难并且增加了制造费用。
在本发明中，当利用API EUE管加工时，加厚部分的外径能够容易被制成至多1.08倍。
优选方式使用EUE管的原因是在加工管子制造加厚管的情形，通过向外增加管子端部的壁厚形成外加厚管端或EUE的加工能够获得大量的加工，并且加工费用比当制造较重的加厚管，其中在管子端部上进行加工以便向内同样增加壁厚时低。
下面更具体地由实例描述本发明的操作和效果。
实例
准备具有外径101.6毫米及壁厚6.65毫米的管体的APIEUE油井管。形成如图1和图2所示的根据本发明的螺纹，并且制造包含外螺纹部分和内螺纹部分的用于油井管的一体螺纹接头。
在该接头上进行下述试验。
作为对比实例，在具有外径101.6毫米及壁厚6.65毫米的普通管子上形成螺纹，以便制造用于油井管的一体螺纹接头，并且在该接头上进行试验。试验依照由API所规定的试验方法进行。
[拉伸断裂试验]
拉伸载荷施加到整个试验组件，组件包括沿管子轴向的扣紧接头，并且根据断裂时的载荷进行评价。
[抗压强度试验]
在试验组件受到由气体产生的内部压力的同时，沿管子的轴向重复施加拉伸和压缩载荷，并且测量在由于内部压力开始发生泄漏的时刻的压缩载荷。根据该压缩载荷值，计算相对于接头屈服载荷的比值并且用于评价该指标。
[抗弯强度试验]
在试验组件受到由内部压力和沿管子轴向的拉伸载荷同时，对试验组件施加机械弯曲力，并且测量由于内部压力开始发生泄漏时的弯曲角。抗弯曲性由每100英尺(30.48米)长的弯曲角评价。
[抗过扭矩试验]
在外螺纹的扭矩肩部和内螺纹的扭矩肩部被扣紧到彼此接触后继续扣紧关节，根据扭矩肩部屈服时刻的扭矩值进行评价。
表1总结了试验结果。
本发明的实例的拉伸断裂发生在外螺纹部分的不完整螺纹部分，并且此时的载荷是油井管体的拉伸断裂载荷的78％。与对比实例的55％相比，该值被极大地提高。此外，该值超过了根据本发明的实例的连接效率所预期的约74％的数值。
至于抗压强度，尽管对于对比实例它是油井管体的此值的40％，但在本发明的实例中，获得了油井管体的此值的80％，因此显示出了是对比实例值的两倍的极佳的性能。
至于抗弯青岛，对比实例的弯曲角是10度，但对本发明的实例，获得了60度的弯曲角值，因此获得了对比实例值的六倍的极佳性能。
对于抗过扭矩，当对比实例的扭矩值被定在1.0，对于本发明的实例获得2.0的力矩值，因此获得了是对比实例值的两倍的极佳的性能。
                                          表1
                 螺纹形状               结果
  连接效率(％) D1/D0      α(度)      θ(度)   抗弯强度    抗压强度     抗过扭矩
  本发明 74 1.06 -15 +45 60° 80％ 2.0
  对比实例 55 1.0 -15 +45 10° 40％ 1.0
(注)
α：          承载螺纹半角
θ：          入扣螺纹半角
抗弯强度：    每100英尺的弯曲角
抗过扭矩：    相对于对比实例的1.0的扭矩值的指数
D1/D0：       接头外径(D1)与油井管体外径(D0)的比值
工业使用性
根据本发明，(i)通过在API EUE管上形成螺纹，能够降低接头的外径并且能够提高连接效率，(ii)通过增加扭矩肩部的面积比，能够提高抗压缩性能和抗过扭矩性能，及(iii)通过利用承载螺纹半角是负角的结构，能够增加连接强度。由联合这些因素的协同效应，能够提供螺纹接头，该接头具有较高的连接效率，较小的接头外径，及良好的抗弯强度，抗压强度，及抗过扭矩能力。

Claims (6)

1.一种用于油井管的细型一体接头，该接头具有用于以螺纹连接方式连接外螺纹部分和内螺纹部分的内螺纹和外螺纹部分，及位于油井管的内表面侧并用于保证对作用于油井管上的内压或外压或两者的气密性的金属密封部分，并且还具有位于油井管的外表面侧并用于调节扣紧扭矩的扭矩肩部，其特征在于：该接头具有至少70％的连接效率，该接头外径大于油井管体的外径，但至多是油井管体的外径的1.08倍。
2.根据权力要求1所述的用于油井管的细型一体接头，其中所述螺纹部分具有梯形横截面，所述螺纹的承载螺纹半角(α)在0到-20度的范围而其入扣螺纹半角(θ)在35到50度的范围。
3.根据权力要求1所述的用于油井管的细型一体接头，其中所述扭矩肩部的横截面形状实质上垂直于所述油井管的轴线延伸。
4.一种用于油井管的细型接头，其通过在API EUE(外加厚管端)管上形成如权力要求1或权力要求2所述的螺纹获得。
5.根据权力要求1到3中任一项所述的用于油井管的细型接头，其中所述螺纹的承载螺纹半角(α)是0到-15度。
6.根据权力要求1到4中任一项所述的用于油井管的细型接头，其中所述螺纹的入扣螺纹半角(θ)是40到50度。
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