CN1863983B - 一种设有相互定向的螺纹单元的管状部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在根据本发明的方法中，在管状部件(10)的两端处连续加工出各自的螺纹单元之后，将第二定向量规拧在第二螺纹单元上，以检查量规上的标记(4)是否与定向标记(11)对齐，在已经加工出第一单元且已将第一定向量规拧在第一单元上与在该量规上的标记轴向对齐之后，该定向标记(11)被画在该部件上。如果没有与定向标记(11)对齐，利用相应地变化的参数重复对第二单元进行加工。本发明可应用在油气井的钻探和作业中。

Description

一种设有相互定向的螺纹单元的管状部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造管状部件的方法。 

背景技术

在管状部件的两端设有螺纹单元和装配止挡邻接部，螺纹单元包括阳螺纹或阴螺纹，装配止挡邻接部能形成管状部件的管柱的一部分，其中，两个相邻部件是通过将一个部件的一个螺纹单元的阳螺纹装配在另一个部件的一个螺纹单元的阴螺纹中而彼此组装在一起的，相应的止挡邻接部形成相互支承接触，所述方法包括以下步骤： 

a)将部件安装在车床的夹盘上； 

b)用车床在部件的一端处加工出第一螺纹单元； 

c)使车床夹盘中的部件旋转；以及 

d)使用在程序控制下从给定位置相对于车床架被移动的加工工具，用车床在所述部件的另一端处加工出第二螺纹单元； 

所述方法可被应用于长度很长的管状部件例如管道或者应用于短的管状部件例如联管节。 

例如上面提到的管状部件的管柱通常被用作钻井或开采油气井的管柱。 

用于加工这种管柱的管状部件常用方法不能确保，在将这两个部件邻接装配之后，一个部件的给定母线与另一个部件的给定母线对齐。 

当这些部件沿着其母线接纳有细长附件时，这样的一致性是必要的。这些母线必须与下一个部件的母线对齐，例如形成控制线路或电缆串。 

US-B-6363598描述了一种用于管状部件的管柱的制造方法，该管状部件的管柱由长度很长的管道和短长度的联管节交替地构成，在该长度很长的管道的每端都设有带锥形螺纹的阳螺纹单元，在短长度的 联管节的每端都设有带锥形螺纹的阴螺纹单元，每个阳螺纹单元被拧入阴螺纹单元形成邻接接触。在该方法中，在这些部件上形成的定向标记相互对齐。 

这种已知的方法必须在每个螺纹单元上进行多次连续加工操作：去掉所述单元的端部；在阴螺纹单元的情况下，加工出内部台肩；加工出锥形表面；然后车出螺纹。必须使用管柱中所有部件的共同参数进行这些操作。该文件没有描述在一端设有阳螺纹单元以及在另一端设有阴螺纹单元的长度很长的管道的制造。 

发明内容

本发明的目的在于使管状部件的管柱中的部件被正确地对齐，并克服已知方法的局限。 

具体而言，本发明涉及一种在引言中限定的类型的方法，该方法包括： 

·在步骤b)和步骤c)之间： 

e)将第一定向量规拧在第一螺纹单元上，该量规包括与第一螺纹单元的螺纹相匹配的螺纹和装配止挡邻接部，且在其外圆周上具有标记，以使螺纹单元的止挡邻接部和定向量规形成相互支承接触； 

f)在部件的外圆周上画出与定向量规上的标记轴向对齐的定向标记； 

·在步骤c)中，放置该部件，以使该部件的定向标记相对于夹盘定位在与步骤f)中相同的角向位置处。 

·在步骤d)中，在至少一个初步测试之后，限定所述工具的起始位置，在该初步测试中在步骤a)、b)、e)、f)、c)和d)之后是以下步骤： 

g)使第二定向量规拧在第二螺纹单元上，以使该螺纹单元的止挡邻接部和定向量规形成相互支承接触，该第二定向量规包括与第二螺纹单元的螺纹相匹配的螺纹和装配止挡邻接部，且在其外圆周上具有标记； 

如果第一和第二螺纹单元的螺纹都是阳螺纹或都是阴螺纹，在步骤g)中使用的第二定向量规为第一定向量规，或者如果一个螺纹单元为阳螺纹而另一个螺纹单元为阴螺纹且当第一和第二定向量规被拧至邻接时，第二定向量规为与所述第一定向量规相匹配的类型并具有与第一定向量规的标记轴向对齐的标记；以及 

h)将部件上和定向量规上的标记之间的角度偏移量与预先限定的设定值Q相比较，加工工具的新起始位置被限定为相对于初始位置轴向偏移了一个数值，该数值随任何存在的偏差值的方向和幅度的变化而确定。 

设定值Q可通过试验方法确定，因为它随多个参数例如装配扭矩和油脂量而变化。 

在本说明书中，术语“标记”或“定向标记”是指设置在大致回转体形状的物体上以标出该物体的特定母线的标记。这种标记的形式可以是沿着物体的圆周面上的所述母线画出的线。可通过施加墨水或留下持久痕迹的任何物质或使用尖缘刺划来完成该标记。术语“角度偏移量”是指绕着回转体的轴线在两个单元例如标记之间的角位移，术语“偏差值”或“角度偏差值”是指在所形成角度偏移量和为此所建立的设定值之间的差值。 

本发明选择的补充特征或者可选特征如下： 

·加工工具的起始位置的轴向偏移包括一数值： 

$C=P\×\frac{\mathrm{\α}+Q}{2\mathrm{\π}}$

P为螺距，α为以弧度值计量的所述偏差值。 

·所述数值C由下面的公式算出： 

$C=\frac{P}{\mathrm{\π}}\×(\frac{B}{D}+\frac{Q}{2})$

B为部件上的标记和轴向半平面之间的直径为D的所述部件的圆周表面所对的圆弧长度，该轴向半平面包含所述定向量规的标记，所述圆弧具有弧度值α。 

Q是这样确定的，即在管状部件的相互装配时，在相应标记之间 的角度偏移量为10°或更小，优选为5°或更小。 

·部件的定向标记包括第一基本标记和第二基本标记，该第一基本标记画在第一螺纹单元的区域中与定向量规的标记轴向对齐，该第二基本标记然后画在第二螺纹单元的区域中与第一基本标记的角向位置相同； 

·所述第一螺纹单元包括阳螺纹。 

管状部件包括长度很长的管道和短的联管节，长度很长的管道的每一端设有阳螺纹单元，在短的联管节的每一端设有阴螺纹单元，阳螺纹单元被装配到联管节的阴螺纹单元中的位置。 

·管状部件为长度很长的管道，其一端设有阳螺纹单元，其另一端设有阴螺纹单元； 

·管状部件的两端设有相同类型的螺纹单元。 

本发明还涉及一种由管状部件形成的管柱，该管状部件能根据以上所限定的方法而得到。其中，两个相邻的部件是通过将一个部件的一个螺纹单元的阳螺纹装配到另一个部件的一个螺纹单元的阴螺纹中而相互装配在一起的，相应的止挡邻接部形成彼此支承接触，所述部件在其外圆周上具有各自的定向标记，在两个连续部件各自的定向标记之间的角度偏移量不大于10°。 

本发明还涉及一种管状部件，在其两端分别设有螺纹单元和相应的装配止挡邻接部，该螺纹单元分别包括阳螺纹和阴螺纹，所述螺纹单元可通过本发明的方法得到。该管状部件在其外圆周上具有定向标记，其中，所述螺纹单元被加工成，通过使相应的止挡邻接部形成相互支承接触而将所述阳螺纹装配到相同的管状部件的阴螺纹中时，在两个部件的定向标记之间的角度偏移量不大于10°。 

有利地，在本发明的管柱和管状部件中，所述角度偏移量不大于5°。 

附图说明

在下面的说明中，将参照附图更详细地描述本发明的特点和优点。 

图1简要示出了本发明的方法所用的阳螺纹和阴螺纹定向量规，所述阳螺纹和阴螺纹定向量规被彼此拧在一起，它们各自的止挡邻接部相互支承接触。 

图2简要示出了图1中的一个定向量规，它被拧到在本发明方法的步骤g)中刚被加工出螺纹单元上。 

图3简要示出了通过装配而彼此组装在一起的两个管状部件。 

具体实施方式

为了实施本方法，至少需要一个定向量规。如果将要生产的是设置有相应的阳螺纹和阴螺纹单元的管状部件，则相应地需要两个定向量规，即阳螺纹定向量规和阴螺纹定向量规。 

图1示出了两个这样的定向量规，即阳螺纹量规1和阴螺纹量规2。每个量规都设有相应标记3和4，标记3和4的形式为沿着相应量规的外圆周表面的母线延伸的线。在FR-A-2559580中详细地描述了所述量规，引用该文献将使说明书更完整。可以看出，当两个量规的止挡邻接部彼此支承接触时，标记3和4彼此对齐，即它们处于由螺纹的轴线限定的同一半平面中。 

图2简要示出了图1中的一个定向量规，在预先测试期间，该定向量规被拧在由本发明方法的步骤d)中加工出的相应螺纹单元上，例如阴螺纹量规2被拧在管状部件10的一端加工出的阳螺纹单元上。在步骤f)中，定向标记11已被画在部件10上，取决于在步骤b)中加工出的在部件10的相对端部处的螺纹单元(未示出)是阳螺纹还是阴螺纹，该标记11与量规1的标记3或量规2的标记4对齐。 

在说明书的其它部分中，假设在部件上的标记和定向量规上的标记之间的角度偏移量的设定值Q等于0。然而，应该清楚的是，该值可不等于0，例如在装配管状部件以形成管柱期间，特别是锥形螺纹在具有径向干涉装配(radial interference fit)的情况下，设定值Q取决于所施加的扭矩和/或引入到螺纹连接中的油脂数量。通过将获得的在彼此装配完成时的两个部件之间的角度偏移量与观察到的在一个所 述部件和方法步骤g)中的相应定向量规之间的角度偏移量相比较，通过预先测试来确定Q的值。 

在所示情况下，量规2的标记4与标记11之间间隔一段圆弧长度B，该圆弧长度B是沿着具有直径D的部件10的外圆周测得的，该圆弧长度对应于α弧度的弧线，其中α＝2B/D。由此，标记4和11相互偏移了角度α。 

考虑到偏移量α，不得不重复步骤d)，使加工工具的起始位置轴向偏移一数值， 

$C=P\×\frac{\mathrm{\α}+Q}{2\mathrm{\π}}$

当已经重复该步骤时，重复步骤g)将通常显示，如果Q＝0，则角度偏移量α等于0，或者大体上等于Q的绝对值。 

然后，能使用这样限定的起始点加工管状部件，而不再需要步骤g)和h)。 

可从图2中看出，标记11在靠近第二次加工出的螺纹单元处在部件10上延伸一个较短的长度。事实上，它是第二基本标记。该第二基本标记已经被画上，与未示出的第一基本标记轴向对齐，第一基本标记自身在步骤b)中已经被画在靠近第一次加工出的螺纹单元附近。实际上，直接在很长的管状部件上画出与在步骤e)和f)中使用的定向量规上的标记对齐且延伸到第二螺纹单元的区域的定向标记是不方便的。例如，为了确定第二基本标记的位置，可使用以下程序。可使用百分表(dial gauge)来确定第一基本标记划过的管状部件的圆周最高点的位置。使夹盘中的部件转动，以使第一基本标记面对百分表的尖端。保持该部件的方位，和前面一样，必须被第二基本标记划过的管状部件的圆周最高点的位置被确定，沿着百分表的尖端顶靠的母线画出该标记，由此该标记与第一基本标记轴向对齐。显然，可以使用与同一母线的远点相关的任何其它适合方法，例如定位上部母线的气泡水平仪或确定位于部件中间高度处母线的铅垂线。百分表可被用来标记圆周的最低点或如沿着部件的纵向轴线看过去的最左点或最右点。 

本发明的管状部件可以是： 

·长度很长的管道，在其一端设有阳螺纹单元，在其另一端设有阴螺纹单元； 

·长度很长的管道，在其两端设有相同类型的螺纹单元，即都是阳螺纹或都是阴螺纹； 

·联管节，其两端都设有相同类型的螺纹单元，例如阴螺纹； 

·组件，由这样的管道和这样的联管节形成。 

本发明的管状部件在其两端分别设有螺纹单元和相应的装配止挡邻接部，而且在其外圆周上具有定向标记，该螺纹单元包括阳螺纹和阴螺纹，其特征在于，所述螺纹单元被加工成，以便当其阳螺纹被装配到相同的管状部件的阴螺纹中，使相应的止挡邻接部形成相互支承接触时，在两个部件的定向标记之间的角度偏移量不大于10°。这样的螺纹单元的加工意味着相对于止挡邻接部固定配置螺纹。 

在垂直于螺纹轴线的平面中螺纹的横截面是封闭曲线；距离该轴线的螺纹最小距离，对阳螺纹来说与螺纹根部的半径相等，或者对阴螺纹来说与螺纹牙顶半径相等。距离该轴线的螺纹最大距离，对阳螺纹来说与螺纹牙顶半径相等，或者对阴螺纹来说与阴螺纹的螺纹根部半径相等。当阳螺纹被装配到相配的阴螺纹中，在同一平面中螺纹的横截面基本上一致。 

图3局部地示出以图中左手侧的横截面表示的两个相同管状部件10-1和10-2。部件10-1包括在其一端的阳螺纹13-1和在其另一端的阴螺纹14-1，部件10-2的阳螺纹13-2被装配到阴螺纹14-1中，直到分别与螺纹14-1和13-2相关的装配止挡邻接部16-1和15-2形成彼此支承接触。然后，在部件10-1和10-2上分别画出的定向标记17-1和17-2彼此偏移圆周距离B，该圆周距离B对应于角度偏移量α。 

如上所述，在位于距离邻接部16-1和15-2轴向距离L处的任意平面P2中螺纹14-1和13-2的横截面基本上一致。由于两个部件是相同的，平面P1中的螺纹13-1的横截面相对于平面P2中的螺纹13-2的横截面偏移，偏移的角度α与标记17-2相对于标记17-1 的角度相同，平面P1位于离开与螺纹13-1相关的邻接部15-1轴向距离L处，平面P1中的螺纹13-1的横截面与平面P2中的螺纹13-2的横截面类似。该角度偏移量α也为平面P1中的螺纹13-1的横截面相对于螺纹14-1在平面P2中的横截面的角度，螺纹14-1在平面P2中的横截面与螺纹13-2的横截面基本上一致。从而，为了使在标记17-1和17-2之间的角度偏移量不大于10°，并由此使部件10-1符合本发明，在径向平面P1中的阳螺纹13-1的横截面和在径向平面P2中的阴螺纹14-1的横截面之间的角度偏移量必须不大于10°，径向平面P1和P2位于分别离开与其相关的止挡邻接部15-1和16-1相同的任意距离L处。 

Claims (13)

1.一种制造管状部件(10-1)的方法，该管状部件在其两端中的每一端处设有螺纹单元和装配止挡邻接部，该螺纹单元包括阳螺纹(13-1)或阴螺纹(14-1)，该装配止挡邻接部能够形成管状部件的管柱的一部分，在该管柱中，通过将一个部件的一个螺纹单元的阳螺纹(13-2)装配在另一个部件的一个螺纹单元的阴螺纹(14-1)中两个相邻部件(10-2、10-1)被相互组装在一起，所述相应的止挡邻接部发生相互支承接触，该方法包括以下步骤：

a)将部件(10)安装在车床的夹盘上；

b)用车床在所述部件的一端处加工出第一螺纹单元；

c)使车床夹盘中的部件旋转；以及

d)使用在程序控制下从给定位置相对于车床架被移动的加工工具，用车床在所述部件的另一端处加工出第二螺纹单元；

其特征在于：

·在步骤b)和步骤c)之间：

e)将第一定向量规拧在第一螺纹单元上，该量规包括与第一螺纹单元的螺纹相匹配的螺纹和装配止挡邻接部，且在其外圆周上具有标记，以使螺纹单元的止挡邻接部和定向量规形成相互支承接触；

f)在所述部件的外圆周上画出与定向量规上的标记轴向对齐的定向标记；

·在步骤c)中，放置所述部件，以使该部件的定向标记相对于夹盘定位在与步骤f)中相同的角向位置处。

·在步骤d)中，在至少一个初步测试之后，限定所述工具的起始位置，在该初步测试中在步骤a)、b)、e)、f)、c)和d)之后是以下步骤：

g)使第二定向量(2)规拧在第二螺纹单元上，以使该螺纹单元的止挡邻接部和定向量规形成相互支承接触，该第二定向量规(2)包括与第二螺纹单元的螺纹相匹配的螺纹和装配止挡邻接部，且在其外圆周上具有标记(4)；

如果第一和第二螺纹单元的螺纹都是阳螺纹或都是阴螺纹，在步骤g)中使用的定向量规为第一定向量规，或者如果一个螺纹单元为阳螺纹而另一个螺纹单元为阴螺纹且当第一和第二定向量规被拧至邻接时，步骤g)中使用的定向量规为与所述第一定向量规相匹配的类型并具有与第一定向量规的标记轴向对齐的标记；以及

h)将所述部件上和所述定向量规上的标记(11、4)之间的角度偏移量与预先限定的设定值Q相比较，加工工具的新起始位置被限定为相对于初始位置轴向偏移了一定量，该一定量随任何存在的偏差值的方向和幅度的变化而确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加工工具的所述起始位置的轴向偏移包括一数值：

$C=P\×\frac{\mathrm{\α}+Q}{2\mathrm{\π}}$

P为螺距，α为以弧度值计量的所述偏差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述数值C由下面的公式算出：

$C=\frac{P}{\mathrm{\π}}\×(\frac{B}{D}+\frac{Q}{2})$

B为所述部件上的标记和轴向半平面之间的直径为D的所述部件的圆周表面所对的圆弧长度，该轴向半平面包含所述定向量规的标记，所述圆弧具有弧度值α。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件的定向标记包括第一基本标记和第二基本标记，该第一基本标记画在第一螺纹单元的区域中与定向量规的标记轴向对齐，该第二基本标记然后画在第二螺纹单元的区域中与第一基本标记的角向位置相同。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一螺纹单元包括阳螺纹。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管状部件包括长度很长的管道和短的联管节，在所述长度很长的管道的每一端设有阳螺纹单元，在所述短的联管节的每一端设有阴螺纹单元，阳螺纹单元被装配到所述联管节的阴螺纹单元中的位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管状部件为长度很长的管道，在其一端设有阳螺纹单元，在其另一端设有阴螺纹单元。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述管状部件的两端设有相同类型的螺纹单元。

9.一种由管状部件形成的管柱，所述管状部件能根据以上权利要求其中之一所限定的方法而得到，每个管状部件在其端部都具有定向标记，所述定向标记对于所述管柱的每个管状部件是对齐的，其中，两个相邻的部件(10-2、10-1)是通过将一个部件的一个螺纹单元的阳螺纹(13-2)装配到另一个部件的一个螺纹单元的阴螺纹(14-1)中而相互装配在一起的，相应的止挡邻接部形成彼此支承接触，所述部件在其外圆周上具有各自的定向标记，在两个相邻部件各自的定向标记之间的角度偏移量不大于10°。

10.根据权利要求9所述的管柱，其中，所述角度偏移量不大于5°。

11.一种管状部件(10-1)，在其两端设有螺纹单元和各自的装配止挡邻接部(15-1、16-1)，该螺纹单元分别包括阳螺纹(13-1)和阴螺纹(14-1)，所述管状部件可从权利要求1-8其中之一所限定的方法中得到，该管状部件在其外圆周上具有定向标记，所述定向标记对于每个管状部件是对齐的，其中，所述螺纹单元被加工成，通过使相应的止挡邻接部形成相互支承接触而将所述阳螺纹装配到相同的管状部件的阴螺纹中时，在两个部件的定向标记之间的角度偏移量不大于10°。

12.根据权利要求11所述的管状部件，其中，在径向平面(P1)中的阳螺纹(13-1)的横截面和在另一径向平面(P2)中的阴螺纹(14-1)的横截面之间的角度偏移量不大于10°，所述径向平面(P1)和所述另一径向平面(P2)位于与其各自相关的邻接部(15-1、16-1)相距相同的轴向距离(L)的位置处。

13.根据权利要求11或12所述的管状部件，其中，所述角度偏移量不大于5°。

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