[发明专利]用于烃井钻探和开采的管形构件和制成的螺纹接头

说明书

技术领域

本发明的目的在于一种被使用于烃井钻探和开采的构件，更为确切的说这类构件的端部，所述端部是阳式或阴式类型的端部，并能够连接到也被使用于烃井钻探和开采的另一构件的对应端部。

背景技术

“被使用于烃井钻探和开采的”组件指的是各种这样的元件，所述元件大致是管形的，用于组装到同一类型或非同一类型的另一元件，以最终组成要么是能够钻探烃井的钻杆柱，要么是用于维护如“修井立管(work over riser)”或用于开采如立管的海底立管，要么是参与烃井开采的套管柱或油管柱。本发明特别是适用于在钻杆柱中使用的构件，如例如钻杆“Drill Pipes”、加重钻杆“Heavy Weight Drill Pipes”、钻铤“Drill Collars”，和称为“钻具接头”的钻杆和加重钻杆的连接部分。

已知地，在钻杆柱中使用的每个构件通常包括配有阳式螺纹区域的一端部和配有阴式螺纹区域的一端部，所述端部每个通过旋拧与另一构件的对应端部进行组装，组装限定连接。在烃井表面钻探时如此组成的钻杆柱被置于转动；因此构件应在其间用较大的扭矩被旋拧，以能够传递足够的转动扭矩，以允许在烃井中进行钻探，而不会旋开或过度扭转。借助于布置在用于被拧紧的每个构件上的止挡面的紧固配合，通常达到拧紧扭矩。

然而，在某些钻探或使用接头的条件中，气体会处于承压状态。到这里由止挡面所保证的密封性从而不再得到保证。同样地，在两构件的接头处，需要保证加强的和对应高压的一种密封水平。为此，已知地，在其它类型的接头上，如在申请人的第904号目录中所描述的接头，在接头的阳式端部上，在螺纹区域之外，布置一密封区域，所述密封区域用于与布置在接头的阴式端部上的密封表面径向紧固配合。更为确切的说，在两表面之间的紧固配合通过阳式端部的密封表面在阴式端部的密封表面下方的压紧安装来执行，和这在通过旋拧组装接头时执行。为了方便压紧安装，已知地，例如在每个阳式和阴式端部上运用形状例如是截锥形的密封表面。

不过，考虑到趋于要求与非常高的压力相兼容的密封性的现行规范的演变，在密封表面处需要施加较高的接触压力，这些接触压力通过在阳式元件和阴式元件之间的干涉来实施。干涉指的是：在在压紧安装前承载阳式端部的密封表面的部分的平均直径值，和一旦阳式端部在阴式端部中紧持承载阳式端部的密封表面的部分的平均直径值之间的差。

考虑到在钻杆柱中所使用的构件的厚度，根据由标准API7要求的尺寸规格，大约为4.8mm到101.6mm(即0.19英寸到4英寸)，该标准是由美国石油学会(American Petroleum Institute)对于钻探构件所规定的标准，在压紧安装时会存在咬刹的问题，所述咬刹与接触压力值和从而与干涉和与构件的厚度相关。对于用于修井立管高压(Work Overiser high Pressure)或对于厚套管柱或厚油管柱的接头也存在相同的问题。

为了降低咬刹的风险，已设计出许多解决方案。已研究在于降低干涉的第一改良途径。然而出现的是，该第一改良途径与可接受的机加工误差是不相兼容的。实际上，需要限制所容许的最大间距和承载阳式密封表面的部分的平均直径的同心性缺陷，同时保持密封性。

第二改良途径在于降低干涉，同时延伸密封表面。不过，在试验时所出现的是，伸长在两密封表面之间的接触长度增大所述接触的不稳定性，和从而会在某些运行条件中引起密封性的丧失。

第三改良途径在于主要地降低承载阳式密封表面的部分的径向硬度。这通过在内止挡面处在阳式端部的终端部分的厚度边侧中以及在阴式端部的凸肩的厚度边侧中布置槽道获得。

这种解决方案也具有这样的优点：由于轴向硬度减小，在内止挡面处保证改良的接触压力。因此，当管形构件处于拉伸状态时，由于最初挨着凸肩被强力旋拧的阳式端部的终端部分的回弹，止挡面保持相接触。因此，可在止挡面处保证密封性和从而省掉分别地在阳式和阴式端部的圆周形外和内表面上布置的密封表面。

不过，如在专利文献FR2937077中所提出的现有技术提出在止挡面处分布接触压力，当靠近在阳式端部的终端部分中以及在阴式端部的凸肩的厚度边侧中实施的槽道时，所述接触压力减小。此外，与在槽道和管形构件外部之间限定的区域中所施加的接触压力相比较，在槽道和管形构件内部之间所限定的区域处接触压力较小。接触压力的这些不平衡性具有这样的弊端：弱化在止挡面之间的接触，这会造成密封性缺陷或构件的旋开。

发明内容