[发明专利]管状接头的螺纹构件

说明书

技术领域

本发明涉及一种固接管状流动导管以形成所需连续流动通路用的那类螺纹连接的螺纹构件(thread form)。 

背景技术

在现有技术中，已知许多首尾相接而形成流体输送连续流动通路的供连接管状流动导管用的螺纹连接。这种流动导管的典型实例包括用于油、气体、水和废物处理井的套管、可膨胀套管、管系、钻杆和提升器，并用于水平且无管沟钻井应用场合。在油田套管和管系情况下，惯例使用一定长度的金属管，管段连接成串。管串有效地形成一个较长的管道，意欲提供能及达产油层或产气层所处深度的工具，以便将之抽出地表面。 

管段由外螺纹接头或“阳螺纹接头”在端口处固接起来，也就是说以螺纹方式接纳于内螺纹接头或“阴螺纹接头”内。一般说来，各管段在一个管端上有阳螺纹接头，而在相对的管端上有阴螺纹接头。某些管子有固接到双阳螺纹接头管段一端的内螺纹接头，以形成阴螺纹接头。单独的管段常常被称为“管节”。管系与套管的管节通常为30英尺长，但可从20英尺长度变到40英尺或更长。 

建井中所用的各种管串通常在钻机或修井作业机的底盘上组装。当后续管节添加到管串时，管串得以加长，并降到井中。在这个组装程序过程中，使添加到管串上的管节下降，阳螺纹接头向下或阳螺纹接头向上，进入朝上或朝下对着伸出钻机底盘的阴螺纹接头。这个程序一般被称为“插入(stabbing)”阳螺纹接头进入阴螺纹接头。在插入后，使所添加的管节旋转，以使阳螺纹接头和阴螺纹接头啮合，将接头固接到管串上。在“去插入”或拆卸管串时，或者为了“去插入”或拆卸管串，过程基本颠倒过来。一旦没有阴螺纹接头，除下的接头便移到贮存处所。 

近年来，在所论及类型的螺纹技术方面已有很大进展。例如，1981年为Blose出版的Re.Pat.No.30,647公开了一种管状接头，该接头的螺纹构件提 供了非常强固的接头，同时控制接头所连接阳螺纹和阴螺纹接头元件中的应力和应变。该螺纹构件以配套螺旋纹为特征，在相对向螺纹宽度上楔削，以保证相对齿侧楔状啮合，制约接头旋转装配。这种楔式螺纹，如果设计得当，会产生高扭转抗力，而不会在装配接头时诱导轴向或径向应力进入管状接头，使接头更易于卸开，如果必需这样做的话。通过降低螺纹连接中的轴向或径向应力，就可在理论上提供坚固的接头，这种接头能承受更大程度的工作应力和应变。 

1986年7月15日出版、授予Blose的美国专利No.4,600,224，涉及对基础楔式螺纹构思的精细设计和更进一步改进。′224专利所公开的发明中，展示了一种负载侧面为“人字形”的接头。螺纹连接的径向装配受特定螺纹结构控制，其中螺纹径向移动到配接螺纹槽内是受螺纹连接的两个承载螺纹表面之间人字型啮合限制的，而不是仅取决于螺纹宽度。 

1992年12月7日为Reeves出版的Re.Pat.No.34,467声称是对基础Blose楔式螺纹设计的改进。正如专利权人所解释的那样，当旋转地装配Blose接头以使正背两个螺纹负载侧面都啮合时，不可压缩螺纹润滑剂或其他的液体可截留在啮合负载侧面之间。这种截留的螺纹润滑剂可抗拒装配扭矩，并发出错误的扭矩指示，该错误指示导致应力和应变比Blose接头引起的预期应力和应变低，从而降低设计强度和承载能力。Re.Pat.No.34,467中所述发明的目的在于，通过从螺纹负载侧面之间排除装配时带进啮合部的螺纹润滑剂来排除扭矩错误指示的可能性。 

在Re.Pat.No.30,647和Re.Pat.No.34,467中，优选的螺纹的横截面为“鸠尾形”，螺纹顶处较螺纹根部处宽。美国专利No.4,600,224是一种偏离Blose的设计，其中公开了半鸠尾螺纹或部分鸠尾螺纹。然而，按照术语“鸠尾”的传统定义，螺纹顶部宽度仍然大于螺纹根部宽度。 

授予Kris L.Church的美国专利No.6,254,146和6,722,706，是要进一步完善所论述类型的螺纹构件。Church的这些早期专利中所展现的螺纹构件包括特定螺纹结构，其中一个螺纹径向移动到匹配螺纹槽中是受螺纹连接的两个匹配螺纹表面之间的复杂轮廓啮合控制的。该复杂的轮廓可存在于插入侧面上，可存在于负载侧面上，或可存在于两个齿侧面的结合部上。在相啮合螺纹的匹配顶部之间提供受控的公隙来预防螺纹顶部和根部间残存润滑剂所引起液压增大。插入侧面和负载侧面复杂的轮廓优选为多刻面齿侧面，这 些多刻面齿侧面各至少具有三个刻面和四种半径。阳螺纹接头元件顶部具有顶部宽度，而阳螺纹接头元件根部具有根部宽度。顶部的宽度小于螺纹根部的宽度，这全然与一般的鸠尾设计相反。