[发明专利]牙底冷轧装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对(例如，石油工业中使用的管道中的)螺纹的牙底半径进行抛光的装置，更特别地，涉及一种改进的牙底冷轧装置。

背景技术

在石油工业中，各段管道通过螺纹连接在一起以形成钻柱(即一段串接管道)。然而，随着大位移钻井、多分支侧井和水平井的越来越普及，钻柱螺纹连接部上承受的应力和弯矩在增加。管道连接部数量的增加以及增加的应力导致钻柱出现井下故障的可能性增加。维修单个井下故障的成本可能超过一百万美元。

牙底冷轧是对旋转肩台连接部中新切削出的或者之前切削出的螺纹的牙底半径进行抛光的工艺。使轮廓与被抛光的螺纹类似的硬质轧辊与螺纹的牙底半径接触。施压压力以使所述硬质轧辊穿入到牙底半径的切削表面中。这样使材料变形并且对材料进行冷加工，实现对螺纹的改进的表面磨光，并且将牙底材料的晶粒压紧并移位。

业界经验已经表明，牙底冷轧相比于类似的未处理过的连接部在相同的工况下可以将螺纹连接部的疲劳寿命增加三到五倍。一些研究指出高达27倍的疲劳寿命的提高的实验结果归因于牙底冷轧工艺。例如见Journal of Strain Analysis第40卷第83-93页(2004年9月30日)Knight,M.J.,Brennan、F.P.和Dover,W.D.的“Fatigue Life Improvement of Threaded Connections by Cold Rolling”。这些各方面的研究将疲劳寿命的增加归因于下面的一个或多个因素：

(1)牙底冷轧在螺纹的牙底区域中形成了残余压缩应力薄区。这种残余压缩应力补偿了维修中产生的张紧应力，并降低了螺纹牙底关键应力区域中的总应力。

(2)平滑硬质轧辊的抛光效应将螺纹切削操作中留下的小的划痕和棱线平整成更均匀的表面，这些划痕具有小的顶尖半径，据信这是显著应力集中的根源所在。因此，这些划痕看上去是疲劳故障的裂纹蔓延点。

(3)划痕为化学腐蚀提供了最好的位置。划痕的显微表面是非常粗糙和多孔的。这样使大的表面区域和许多分子键合位置遭受钻柱环境中的液体和气体的腐蚀作用。抛光使该表面平滑，并且减少了凸起和杂质。易于减小该表面的面积并且将其密集压紧。

(4)牙底冷轧具有对材料表面加工硬化的效果。在原子层面，据信钢晶粒结构内晶格的压缩位移使晶体结构从重复并均匀的原子结构变化到在图案中具有许多错位的结构。据信这些错位使晶体结构互锁，对进一步的变形具有更大的抵抗力。这种对进一步的变形增加的抵抗力有助于防止萌发裂纹，并有助于阻止显微裂纹生长成对接头的完整性造成威胁的结构裂缝。在实验室研究中，在冷轧接头中产生的裂纹具有显著更低的裂隙长宽比(即裂纹长度与裂纹深度的比例)。该比例30％-50％的降低意味着在冷轧接头中产生的裂纹更可能深和短，而不是长和浅。长和浅的裂纹更可能导致接头突然和完全的结构故障。部分穿过段壁的深裂纹可以经由循环钻进流体的压力下降而检测到，从而可以在接头完全结构故障之前对破坏的钻柱进行提早修复。

由于前面的优点，现在通常在许多用在石油工业中的钻柱管上的新切削和重新切削的螺纹上执行牙底冷轧。其是一种省钱的工艺。其可以显著增加典型钻柱中每个旋转肩台连接部的疲劳寿命。其还可以减小修理该领域中连接部的频率，以及由于是井下故障而必须将其钓起的频率。

可以从德克萨斯州77041休斯敦5050Ashley Court的Cutting Tools公司获知一条牙底冷轧生产线。

因此，提供一种对物品上的新切削的或重新切削的螺纹进行牙底冷轧的改进装置通常是所需的。

发明内容

利用对所披露的实施方式的相应的部件、部分或表面的圆括号内的参考标记，仅为了说明而不是限定的目的，本发明提供了一种用于对诸如管道之类的物体(O)上的螺纹(T)进行牙底轧制，尤其是牙底冷轧的改进装置(20)。