[发明专利]具有螺旋延伸的扭矩肩部的管状连接件

说明书

交叉引用

本申请要求于2012年11月28日申请的美国临时申请序列号61/730,720和于2013年3月13日申请的美国专利申请序列号13/798,330的优先权，它们的全文通过引用并入于此。

技术领域

本申请涉及管状连接件，更具体地，涉及具有螺旋扭矩肩部装置的管状连接件。

背景技术

油气上游开采工业钻出具有不断增加的深度和复杂性的油气井以便发现和开采未加工的碳氢化合物。该工业通常使用钢管(石油工业用管材)来保护井孔(套管)并控制其中(生产管)开采出的流体。套管和生产管以相对短的长度段制造和运输并且每次在井孔中安装一个长度段，每个长度段连接到下一个长度段。当对油气的搜寻驱使公司钻出更深更困难的油气井时，在拉力和压力方面对套管和生产管的需要成比例地增长得更大。斜井和水平井的开发技术已经加剧了这种趋势，给对套管和生产管的需求增加了对于逐渐增加的扭转载荷的进一步的考虑。

该领域内存在两种基本类型的连接器。最常见的是螺纹耦合连接器，其中在管道两个长接头端部上加工的两个阳螺纹或外螺纹由在相对短的构件上加工的两个阴螺纹或内螺纹连接，该相对短的构件是具有比所述管道更大外径和大致相同内径的联接件。另一种是整体连接器，其中阳接头构件螺纹连接到管道的全长度接头的一端上，阴接头构件螺纹连接到第二全长度接头中。这两个接头然后可以直接连接而不需要中间联接构件。可以进一步处理管道本体的端部以便于连接件的螺纹连接。

螺纹轮廓一般是由正如在图1中总体示出的螺纹牙底、螺纹牙顶、入扣牙侧和承载牙侧限定的。在传统的螺纹中，“夹角”，即承载牙侧与入扣牙侧之间的角度是正的，意思是螺纹牙顶的宽度小于最开始与其接合的螺纹槽的宽度。因此，当这些螺纹通过一个构件转动到另一个构件中而组装时阳接头齿容易定位到阴接头凹槽中。在最终的组装位置中，牙顶和牙底中的一个或两个可以接合，在承载牙侧或入扣牙侧之间可以存在间隙。这使得螺纹能够容易被组装。正如在图2A(入扣位置)，2B(接合位置)和2C(完全上紧位置)中示出的示例性螺纹位置中反映的，该间隙避免了承载牙侧和入扣牙侧与其匹配的表面形成正干涉的情况，这种正干涉将导致螺纹“锁止”并且不完全接合。

这些年的许多进步成就了“优质”连接件。与由API(美国石油组织)和其他类似组织明确提出的连接件相比，人们可以总体上得出这些连接件的特征在于：1)更复杂的螺纹轮廓；2)一个或多个金属对金属密封表面；和3)一个或多个扭矩肩部。所述扭矩肩部是用于在几何上定位金属密封部并反作用于螺纹以抵制外部施加的扭矩的机构，同时保持连接件螺纹部分内具有相对低的圆周应力。扭矩阻力是扭矩肩部面积的函数。

已经用在本领域中的另一种螺纹系统称作“楔形”螺纹，其由具有变化宽度或变化螺距的燕尾形螺纹系统形成。这种螺纹布置使螺纹能够容易接合和组装，但是在完全组装好的位置中形成螺纹的相对牙侧之间的正干涉。楔形螺纹一般具有比其他优质螺纹连接件更大的扭矩阻力。该“楔形螺纹”具有某些缺点，最重要的一个是其比仅具有单螺距的螺纹更难于制造和测量。在锥体上制造楔形螺纹进一步增加了加工螺纹过程和测量过程的难度。

深的高压力热的和/或斜的油气井的钻机和生产者所需的是具有高扭矩特性的螺纹连接件，其加工相对容易并且生产成本相对较低。

发明内容

在一个方面中，一种连接石油工业用管状套管或管件的管状长度段的方法包括以下步骤：使用具有相联的阳接头构件的第一管状构件，该阳接头构件具有第一螺纹结构和沿着所述阳接头构件与所述第一螺纹结构在轴向上隔开的第一螺旋扭矩肩部；使用具有相联的阴接头构件的第二管状构件，该阴接头构件具有第二螺纹结构和沿着所述阴接头构件与所述第二螺纹结构在轴向上间隔开的第二螺旋扭矩肩部；使所述阳接头构件与阴接头构件彼此接合进入由第一螺纹结构和第二螺纹结构相互作用限定的入扣位置，在该入扣位置中，所述第一螺旋扭矩肩部不与所述第二螺旋扭矩肩部接触或轴向重叠；转动所述第一管状构件或第二管状构件中的至少一个，使得所述第一螺纹结构与第二螺纹结构之间的相互作用引导所述第一螺旋扭矩肩部与所述第二螺旋扭矩肩部协作对准；继续转动所述第一管状构件或第二管状构件中的至少一个直到所述第一螺旋扭矩肩部与所述第二螺旋扭矩肩部完全接合。