CN1678861A - 相对于外部介质密封的管形丝扣接头 - Google Patents

Abstract

外螺纹(3)及内螺纹(4)式管形接头，其中，靠近内管件(2)自由端(14)处有一环形槽(20)，所述槽可接收可变形的密封环(35)，所述环与槽的周向面(22)及所述外螺纹的衰减螺纹(13)密封接触，轴向抵靠在所述第一肩部(25)上，所述肩部朝向所述自由端，限定了所述槽。

Description

相对于外部介质密封的管形丝扣接头

技术领域

[01]本发明涉及一管形丝扣接头的实施方法，所述接头包括一外管件、一内管件、一可变形的密封环，所述外管件包括一外锥形螺纹，所述内管件包括一内锥形螺纹，所述内螺纹可通过旋拧与外螺纹协作，所述密封环插在内外管件之间，以防止流体流到管垫外面和所述螺纹协作区之间，密封环与外螺纹密封接触，内管件有一环形槽，可接收密封环，所述槽轴向地设在其自由端和内螺纹之间，轴向上被第一肩部限制，所述第一肩部朝向所述自由端，密封环轴向抵靠在所述第一肩部上，与所述槽的周向面密封接触。

背景技术

[02]已知这类管形丝扣接头，其中，外管件形成于长管端部，内管件形成于另一长管或短些的管形件如连接套管端部上，所述接头可把许多管端部相连，形成一柱，尤其在碳氢化合物井内，其中，所述柱可用于开采碳氢化合物(生产管柱)或支承地面(井筒)。

[03]美国石油学院很久就确定了所述锥形螺纹、圆三角形螺纹或梯形螺纹式管形丝扣接头的特殊API 5B及5CT。所述接头的密封性只能依靠含固体微粒的脂肪，所述脂肪充填在内外螺纹之间的螺旋空间内。

[04]曾提出提高所述接头的密封性：可在内外管件上，设置金属密封表面，所述表面可在径向紧压下相互接触，也可采用可变形材料聚四氟乙烯如密封环，或综合上述方法。

[05]文件EP 0 488 912 A中描述了一管形丝扣接头，所述接头包括一圆锥台形金属密封表面及一相应的金属密封表面，所述前一表面在外螺纹件端，所述后一表面设在内螺纹件上。所述管形丝扣接头对在接头内、外流动的流体，具有良好的密封性。但流体可能从外面渗透在整个或部分螺纹上，若流体为腐蚀性，可能会腐蚀所述螺纹。

[06]文件DE 4 317 591 A中所述管形丝扣接头也有同样的优点及不足，所述文件中描述了一可变形的密封环，所述环放在内螺纹件的环形沟里，压印在靠近外螺纹件自由端的外螺纹里。

[07]当管形丝扣接头应用在安放在海底及海洋平台之间的所述海底升降机“risers”时，以把海底矿井的生产管与海水隔开，来自外部的所述渗露特别有害，因为海水可能会严重腐蚀内外螺纹之间的空间。

[08]US 5 687 999 A中描述了一锥形螺纹式管形丝扣接头，所述接头在螺纹的两纵向端上有金属密封支座，因此可避免上述问题。但洋流施加在海底柱上的环形拉力，可能会由于内外表面相互滑移，从而使密封表面裂开。当然，可固定螺纹件的自由端，以防止所述滑移，但这至少会增大管端厚度，因此即会增加成本。

发明内容

[09]本发明的目的在于解决上述缺陷，因而提出一种管形丝扣接头实施方法，所述接头尤其适合承受环形应力的海底升降管柱。

[10]本发明的目的特别在于实施一管形丝扣接头，所述接头的内外管件相当接近矿井管柱中常用的，尤其厚度上，因而实施成本低。

[11]根据本发明的管形丝扣接头的实施，须可直接实施在长管端部上(整体式装配)，也可应用在连接两长管的一管及一套管之间(套管式装配)。

[12]本发明的目的尤其在于提出一种引言部分所述的方法，认为：可在所述外螺纹周围安装一可变形的密封环，插入外管件自由端，把外螺纹卡入内螺纹中旋紧，所述密封环在旋拧时，通过所述第一肩部沿外管件被推动，被内管件驱动旋转，径向地压缩在它所压印的外螺纹和槽的所述周向面之间。

[13]此处，词“密封”、“密封接触”不一定表示防止流体接触螺纹的任何可能，但至少表示可限制其渗进螺纹里，事实上，以防止流体变化，因此即防止明显腐蚀。

[14]本发明的可选、辅助或替代性特征如下：

[15]-密封环材料为合成材料、韧性材料及合成材料。

[16]-密封环材料与外管件的摩擦系数很小。

[17]-密封环为加填充物或不加填充物的聚四氟乙烯。

[18]-外螺纹在其自由端相对处，包括所谓衰减螺纹(filets ditsévanouissants)，所述螺纹的径向高度通常从一额定值减少为零值，密封环密封接触在所述衰减螺纹的至少部分轴向长度上。

[19]-密封环接触在所述衰减螺纹的整个轴向长度上。

[20]-密封环安装在所述衰减螺纹周围。

[21]-外管件在衰减螺纹的至少部分轴向长度上被加工，其恒定直径大于相关螺纹底的直径。

[22]-绕恒直径外管件区安放密封环。

[23]-所述槽有第二肩部，所述肩部轴向地朝向第一肩部，其最小直径也比第一肩部大，密封环的部分空间被轴向地压缩在第一、二肩部之间。

[24]-第一肩部或第一、二肩部中至少之一，相对于螺纹轴倾斜。

[25]-所述槽通过一扩大部分，通向内管件自由端。

[26]-外管件靠近其自由端处，有一轴向止动表面，所述表面可与内管件的止动表面协作，以限制旋拧。

[27]-可安装辅助密封装置，以防止流体渗漏到接头内部和螺纹协作区之间的任何可能。

[28]-把密封环紧固在外螺纹上。

[29]-把密封环在一温度下安装在外螺纹周围，使其内径大于相邻螺纹的外径，在常温下，其内径小于相邻螺纹的外径。

[30]-密封环为一沿轴向方向延伸的矩形截面的圆环。

[31]-密封环安装在外螺纹周围后，其外径略小于所述槽周向面的最小半径。

[32]本发明的目的还在于提出可通过上述方法实施的一管形丝扣接头，所述接头包括一外管件、一内管件及一可变形的密封环，所述外管件包括一外锥形螺纹，所述内管件包括一内锥形螺纹，所述内螺纹可通过旋拧与外螺纹协作，所述密封环插在内外管件之间，以防止流体渗漏到管垫外面和所述螺纹协作区之间，密封环与外螺纹密封接触，内管件有一环形槽，以接收密封环，所述槽向地设在其自由端和内螺纹之间，轴向上被第一肩部限制，所述第一肩部朝向所述自由端，密封环轴向抵靠在所述第一肩部上，与所述槽的周向面密封接触。

[33]根据本发明的管形丝扣接头可包括下列特征中的至少几项：

[34]-第一、第二肩部分别垂直于螺纹的轴、相对于后者倾斜。

[35]-槽的直径朝内管件自由端的方向，有规律地增大，其周向壁相对于螺纹的轴，极大地倾斜，所述螺纹和所述自由端相对，形成一肩部，旋拧螺纹件时，所述肩部可推动密封环，使其角逐渐缩小。

[36]-所述扩大部分及第一肩部之间由一圆柱形表面28相连。

附图说明

[37]下文将参照附图，更详细描述本发明的特征及优点。附图中：

[38]图1为外管件的一半轴剖面图，所述外管件为根据本发明的管形丝扣接头的一构件。

[39]图2为密封材料环的一半轴剖面图，所述密封环旋拧图1、4中的部件后，形成根据本发明的管形丝扣接头的密封环。

[40]图3为图1细部的放大示意图。

[41]图4为内管件的一半轴剖面图，所述内管件可连接图1中的外管件，形成根据本发明的管形丝扣接头。

[42]图5为根据本发明装配的接头的一半轴剖面图。

[43]图6至8为内管件内缘变型的一半轴剖面图，图6、7还示出了相连的密封环。

具体实施方式

[44]图1所示的外螺纹件实施在长管101的端部上。它包括一梯形螺纹式连续外锥形螺纹3。在其部分长度11上，螺纹3由所谓完整螺纹形成，即其螺纹高度恒定，等于螺纹底包壳15和螺纹顶包壳17之间的一额定值，两个都为圆锥台形。螺纹其余部分13上，螺纹不完整或衰减，其圆锥台形螺纹底包壳延伸了完整螺纹的底包壳，而其螺纹顶包壳由管101的圆柱形外周向面19构成。后文将描述圆柱形加工面，因此，衰减螺纹的高度从上述额定值逐渐减小为零。

[45]没有所述圆柱形加工面时，螺纹部分11、13之间的接合点A对应完整螺纹的顶包壳17和周向面19之间的相交处。螺纹位置可通过加工，相对于管101的自由端7，被准确确定，点A的轴位置取决于管的有效外径，对此，例如，未热冲压焊接管的公差等于±1％。

[46]部件1包括一外缘9，它延伸在其自由端7和螺纹3之间。自由端可由垂直于螺纹轴的一平面确定。最好如图所示，它由一圆锥台形凹面确定，所述表面7顶角一半例如等于75°。把外管件旋拧在内管件里时，所述表面可作为轴向止动器，文件EP 0 488 912 A中详细描述了其作用。

[47]端面7连接圆锥台形密封表面5，如EP 0 488 912 A中所述。

[48]可看到，实施本发明时，无需改变现有外管件。

[49]图2示出了一可变形密封材料环30，所述环的摩擦系数最好很小，所述材料例如为聚四氟乙烯、加入玻璃纤维强化了的聚四氟乙烯、聚酰胺或软金属如铜。环30有一矩形截面的旋转复曲面，因此有一圆柱形外旋转周向面31、和表面31共轴的一圆柱形内旋转周向面32、两端面33和34，所述两端面是平的，且垂直于表面31、32的轴。有利地是，内表面32的最初直径在安装环处，略小于管件1的外径，如安装在衰减螺纹13周围的外表面19的直径。所选外表面31的直径，即环30的径向厚度，可在旋拧中，使环插入为此设置在内管件上的槽中，并在旋拧结束后，使环与内外管件密封接触，如后文所述的。

[50]管101的外表面19一般呈一定的椭圆形，如图3所示，有利地是，可通过加工一圆柱形旋转表面，可取消或减小衰减螺纹式螺纹部分13的至少部分长度上的所述椭圆形。在图3所示实施例中，设有两圆柱形加工面。第一圆柱形表面41直径小些，始于螺纹部分11内，主要延伸在螺纹部分13里，第二圆柱形表面43直径更大，沿一弧形凹型面45，连接表面41，一直延伸到管101的非螺纹部分处，此处，它沿弧形凹型面47连接外表面19。表面41的直径及型面45的轴位置，可使加工不会影响螺纹的底包壳15。有利地是，环30接收在圆柱形表面41上。表面43一般可方便把外管件插入内管件里。

[51]要把环30安装在外管件1上，有利地是，可将其加热至一温度，在所述温度上，其内径在必须接收所述外管件处，其外径比外管件的大，例如圆柱形表面41的直径。环可通过抵靠在止动表面7上的一工具被固定。冷却后，环通过轴向夹紧，固定在外管件上。

[52]图4中所示的内螺纹管件2，实施在短管或套管102的端部上，所述套管可把两长管如101以所谓“套接丝扣装配法”组装在一起，其外螺纹管件分别旋拧在套管两端的两内螺纹管件内。作为变型，内螺纹管件可实施在一长管端部上，以可将其和管101装配在一起，管件1和2因而形成所谓整体式丝扣接头。

[53]图中所示管件2，包括一梯形螺纹式连续内锥形螺纹4，这只能由完整螺纹形成。

[54]螺纹3和4的几何特征可使其通过旋拧而协作。

[55]管件2示出了一内缘10，所述内缘延伸到螺纹4外，直至其自由端14处，所述自由端由垂直于管102的轴的一平面确定。在其中间长度上，内缘10有一内表面16，所述内表面略为圆锥台形，朝自由端14开口，其最小直径略大于管101表面19的最大直径。在表面16两侧，内缘向里凹，以在螺纹4侧形成一环形沟18，在自由端14侧形成密封环的槽20。螺纹4通入沟18内，所述沟中可放出一工具，所述工具可实施螺纹。槽20被一系列圆锥台形、圆柱形及平的表面限定，所述表面之间通过圆形部分相连。第一圆锥台形表面21形成一进入斜面，以方便插入外管件的端部，它连接端面14，其后为一圆柱形表面22，所述表面直径比表面16大。表面22通过一圆锥台形表面24及一平表面25，连接另一更大直径的圆柱形表面23，所述表面24朝向端面14的相对面，所述平表面25垂直于轴，连接圆柱形表面16和23。表面21、22、23、24因而确定了槽的周向面，所述周向面最小半径等于表面22的半径。

[56]在螺纹4相对于自由端14之外，内管件2有一圆锥台形止动表面8——所述表面可与外管件表面7协作，及一圆锥台形密封表面6——所述表面可与外管件密封表面5协作。

[57]旋拧管件1、2装配时，如前所述，环30——其预装在外管件上且其外径因而略小于所述表面22的直径——插入所述表面22内，再进入表面23、24、25限定的扩大处。当其抵靠在径向表面25上时，环被所述表面沿外管件1推动，随内管件相对于外管件旋转。它变形，以进入外螺纹里，再沿衰减螺纹底的增加直径膨大。

[58]图5示出了密封环的末态。它被径向压缩在表面22和外管件衰减螺纹之间，其中，它印刷在其部分长度上，沿外螺纹延伸到接头内，部分插进上述扩大处，直至径向表面25。另外，环的部分空间被轴向压缩在表面24、25之间，有利于密封及环位置的稳定。密封环的轴向长度至少对应螺纹的半步长，有利地是，它为步长的一个小倍数。

[59]上述槽20及环30的形状，其特征并非是局限性的，可改动，这并未超出本发明的范围。图6至8示出了所述改动的几个实施例。

[60]因此，图6示出了内管件2的缘10的一变型，其中，槽20的直径从圆柱形壁16开始直至自由端14，有规律地增大，槽的周向壁26与管轴成一逐渐减小的角。所述倾斜非常接近壁16，形成一肩部27，所述肩部在旋拧螺纹件时，推动密封环。此处，如图2所示，初环30有一矩形横向截面。

[61]在图7所示变型中，槽有一进入斜面21及类似于图3中的一肩部25，斜面与肩部之间由一圆柱形表面28相连。形成密封环35的初环，其型面不再是矩形，而在抵靠在肩部25上的端面34之外，有一薄唇形延伸部分36，所述延伸部分覆盖内管件的圆柱形表面16，进入沟18内，因而使环勾挂在内管件上。

[62]图8示出了另一变型，其中，槽20有类似于图3中用相同标号表示的面21、22、23及25，圆锥台形表面24被一朝向肩部25的平表面28代替。密封环最初有一矩形截面，旋拧后全部插入肩部25、28之间。在所述变型中，省去了沟18，其功能由表面23、25、28限定的环形空间实施。

Claims (22)

1.管形丝扣接头的实施方法，所述接头包括：一外管件(1)，其包括一外锥形螺纹(3)；一内管件(2)，其包括一内锥形螺纹(4)，所述内螺纹可通过旋拧与所述外螺纹(3)协作；和一可变形的密封环(35)，其插在所述内、外管件之间，以阻止在管形接头外部和所述螺纹协作区之间的流体连通，所述密封环与所述外螺纹密封接触，且所述内管件有一环形槽(20)，用于接收所述密封环，所述槽轴向地设在其自由端(14)和所述内螺纹之间，并在轴向上由第一肩部(25)限制，所述第一肩部朝向所述自由端，所述密封环轴向抵靠在所述第一肩部上，且与所述槽的周向面(22)密封接触，

所述方法其特征在于，在所述外螺纹周围安置一可变形的密封环(30)，插入所述外管件(1)的自由端(7)，并把所述外螺纹(3)旋入所述内螺纹(4)，所述密封环在旋拧时，通过所述第一肩部(25)沿所述外管件被推动、由所述内管件带动旋转、并径向地压缩在所述外螺纹——所述密封环压印在其上——和所述槽(20)的所述周向面(23)之间。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封环由一从如下组类中选取的材料制成：合成材料、韧性材料及组合材料。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述密封环由一具有与所述外管件材料的摩擦系数很小的材料制成。

4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封环由加填充物或不加填充物的聚四氟乙烯制成。

5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述外螺纹在所述外管件的自由端(7)相对处包括所谓的衰减螺纹(13)，所述衰减螺纹的径向高度通常从一额定值减少为零值，并且所述密封环与所述衰减螺纹密封地接触在所述衰减螺纹的至少部分轴向长度上。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述密封环所述衰减螺纹接触在所述衰减螺纹的整个轴向长度上。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述密封环(30)安设在所述衰减螺纹(13)周围。

8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述外管件在所述衰减螺纹的至少部分轴向长度上被加工(41)至一恒定直径，所述恒定直径大于相关螺纹的底直径。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，绕所述加工至恒定直径的外管件区(41)安放所述密封环(30)。

10.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述槽有一第二肩部(24)，所述肩部轴向地朝向所述第一肩部，且其最小直径大于所述第一肩部的最小直径，所述密封环的部分体积被轴向地压缩在所述第一、二肩部之间。

11.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一肩部或所述第一、二肩部中至少之一相对于所述螺纹轴倾斜。

12.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述槽通过一扩大部分(21)通向所述内管件和自由端(14)。

13.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述外管件(1)靠近其自由端处具有一轴向止动表面(7)，所述止动表面可与所述内管件(2)的一止动表面(8)协作，以限制旋拧。

14.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，配设辅助密封装置(5，6)，以禁止在所述管形接头内部和所述螺纹协作区之间的任何流体连通。

15.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，把所述密封环紧固在所述外螺纹上。

16.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，把所述密封环在一温度下安装在所述外螺纹周围，使所述密封环的内径大于相邻螺纹的外径，而在常温下，所述密封环的内径小于相邻螺纹的外径。

17.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述密封环(30)为一具有沿轴向延伸的矩形截面的圆环。

18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述密封环安装在所述外螺纹周围之后，其外径略小于所述槽的周向面的最小半径。

19.通过根据上述权利要求中任一项所述的方法获得的管形丝扣接头，所述接头包括：一外管件(1)，其包括一外锥形螺纹(3)；一内管件(4)，其包括一内锥形螺纹(4)，所述内螺纹可通过旋拧与所述外螺纹(3)协作；和一可变形的密封环(35)，其插在所述内、外管件之间，以阻止在管形接头外部和所述螺纹协作区之间的流体连通，所述密封环与所述外螺纹密封接触，且所述内管件有一环形槽(20)，用于接收所述密封环，所述槽轴向地设在其自由端(14)和所述内螺纹之间，并在轴向上由第一肩部(25)限制，所述第一肩部朝向所述自由端，所述密封环轴向抵靠在所述第一肩部上，且与所述槽的周向面(22)密封接触。

20.按照权利要求19所述的管形丝扣接头，其特征在于，所述第一、第二肩部(25，24)分别垂直于所述螺纹轴、且相对于后者倾斜。

21.按照权利要求19所述的管形丝扣接头，其特征在于，所述槽(20)的直径朝着所述内管件的自由端(14)的方向持续地增大，其周向壁(26)在所述自由端相对处相对于所述螺纹轴极大地倾斜，以便形成一肩部(27)，在旋拧螺纹件时，所述肩部可推动所述密封环，然后其角度逐渐缩小。

22.按照权利要求19所述的管形丝扣接头，其特征在于，所述扩大部分(21)及所述第一肩部(25)之间由一圆柱形表面(28)相连。

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