[发明专利]假拟两级连接件

说明书

发明背景

经常在钻孔、完井和形成井的过程中采用套管接头、衬垫、钻管和钻铤(总体被称为“管状元件”)。套管接头例如可以布置在井孔中以稳定地层，防止地层免受升高的井孔压力(例如超过地层压力的井孔压力)等等。可以通过螺纹连接、焊接以及本领域已知的其它连接以首尾相连方式连接套管接头。连接可以被设计成在连接的套管接头的内部与环形空间之间形成密封，所述环形空间形成于套管接头的外壁与井孔壁之间。该密封可以是例如弹性密封(例如O形环密封)、靠近所述连接形成的金属对金属的密封、或本领域已知的类似密封。在一些连接件中，在内螺纹与外螺纹之间形成密封。具有该特征的密封被称为具有“螺纹密封”。在此采用的“螺纹密封”意思是在套管元件的至少一部分内螺纹与销钉元件的外螺纹之间形成密封。

将会认识到在此采用的某些术语通常被理解为管状接头例如在组装管柱以降入井孔内时沿管状元件的中心轴线连接在垂直位置。因而，术语“载荷齿侧面(load flank)”表示螺纹面向远离其上形成螺纹的相应销钉或套管元件的外端并支承悬挂在井孔中的下管状元件的重量(也就是拉伸载荷)的侧壁表面。术语“入扣齿侧面”表示螺纹面向相应销钉或套管元件的外端并承受相向压缩接头的力例如在接头的初始组装过程中上管状元件的重量或者例如施加成将下管状元件推压在钻孔底部的力(也就是压缩力)。术语“套管的面”是套管元件面向套管螺纹外部的一端并且术语“销钉的前端”是销钉元件面向连接件螺纹外部的一端。在组装连接件时，销钉的前端扣入并穿过套管的面。

一种通常被用于形成螺纹密封的螺纹是楔形螺纹。在图1中示出了具有楔形螺纹的连接。“楔形螺纹”特征在于螺纹宽度(也就是载荷齿侧面225和226与入扣齿侧面232和231之间的轴向距离)在销钉元件101和套管元件102上的相对方向上增大。在授予Blose的美国专利号RE30,647、授予Reeves的美国专利号RE34,467、授予Ortloff的美国专利号4,703,954、以及授予Mott的美国专利号5,454,605中全面公开了楔形螺纹，这些专利都转让给本发明的受让人并在此引入作为参考。在销钉元件101上，销钉螺纹牙顶222向着销钉元件101的远端收缩，同时套管螺纹牙顶291变宽。沿轴线105(从右到左)移动，销钉螺纹牙顶222变宽，同时套管螺纹牙顶291收缩。在图1中，螺纹表面是锥形的，这意味着销钉螺纹106从开始到末端直径上增大，同时套管螺纹107以互补方式直径减小。具有螺纹锥形提高了销钉元件101扣入套管元件101内的能力并在连接件上分布应力。

通常，利用具有宽牙顶和齿根的自由运动螺纹难以获得螺纹密封，然而相同的螺纹形式在用于楔形螺纹时可以具有螺纹密封。多种螺纹形式可以用于以下公开的本发明的实施方式。一种适当的螺纹形式的实例是在授予Klementich并在此结合作为参考的美国专利号5,360,239中公开的半燕尾形螺纹形式。另一螺纹形式包括授予Church并在此引入作为参考的美国专利号6,722,706中公开的多层面载荷齿侧面或入扣齿侧面。在授予Watts的美国专利号6,578,880中公开了具有大体上矩形的开放螺纹形式。以上每种螺纹形式都是可以用于本发明具有楔形螺纹或自由运动螺纹的实施方式的示例性螺纹形式。本领域普通技术人员将会认识到在此包含的教导并不局限于具体的螺纹形式。

对于楔形螺纹，通过进行连接组装时在销钉载荷齿侧面226与套管载荷齿侧面225之间以及在销钉入扣齿侧面232与套管入扣齿侧面231之间的至少一部分连接件上的干涉引起的接触压力实现螺纹密封。齿根292和221与牙顶222和291之间的接近或干涉在其发生在至少一部分齿侧面干涉的位置上时实现螺纹密封。利用销钉元件101和套管元件102上的齿根和牙顶之间增大的干涉(“齿根/牙顶干涉”)并通过增大齿侧面干涉而产生更高压力。这种特定的连接件还包括通过分别位于销钉元件101和套管元件102上的相应密封表面103和104之间的接触实现的金属对金属的密封。