[发明专利]具有连接器的金属管

说明书

本发明涉及一种管元件，该管元件具有金属管和至少一个金属连接器，该金属连接器固定在金属管的一个端部上，使得可以在金属管和金属连接器之间传递扭矩和轴向力，其中，金属连接器具有尤其是圆锥形的螺纹或法兰，通过所述螺纹或法兰可以将金属连接器与另一个管元件的另一个金属连接器螺纹连接，以便连接两个管元件。例如使用这种管元件，以便由其组装更长的钻杆，如它在石油钻孔中所需。此外，本发明涉及一种用于制造这种管元件的方法。

在现有技术中，金属管与金属连接器通过摩擦焊连接，如它例如在WO98/13574A1中所示。这种连接方式的缺点是，通过在连接区域内的焊接引起金属管和金属连接器中的结构变化，该结构变化不利地影响所使用的高合金钢的强度特性。因此，在焊接之后需要特殊的热处理，这使得制造耗费大并且昂贵。

本发明所要解决的技术问题是，改进这种管元件，该管元件具有在金属管和金属连接器之间的更简单安装的并且更可靠的连接装置。

该技术问题对于管元件来说按本发明解决的方式是，金属连接器与内套筒通过圆柱形螺纹螺纹连接，使得在设计成圆锥形地朝管端部变尖的连接区域内，将金属管面状地夹紧在外侧上的金属连接器与内侧上的内套筒之间。通过金属连接器在金属管上摩擦配合式的固定，不再需要进行再处理。通过圆锥形连接区域的坡度和长度可以确定夹紧力并且适应于各种要求。圆锥形朝管端部变尖理解为，直径在连接区域内向外朝圆柱形螺纹减小。由此可以制造连接装置，通过该连接装置可以传递较大的力矩和较高的轴向力。因此用于钻杆的管元件也是可行的，如它应用在石油钻孔中。在管元件用于钻杆时，优选金属连接器可以设计具有用于连接两个管元件的圆锥形的螺纹、尤其是在石油工业中常用的API螺纹。本发明的另一个优点是，金属连接器和金属管之间的连接装置被设计为由于螺纹连接可重新松脱，从而在圆锥形的螺纹磨损时可以例如更换或修理金属连接器，而不必更换或输送整个管元件。这对于具有长至15m的长度的这种管元件是非常有利的。

同样也可以使用按本发明的管元件用于其他类型的管或管道或管形驱动轴。例如用于在海上输油(用于所谓的立管)中的管连接装置或作为钻孔的衬套(所谓的套管或衬垫)。在管形驱动轴的情况下，金属连接器优选配设有法兰用于与另一个管元件连接。

优选考虑钢作为用于金属连接器和金属管的材料。对于按本发明的管元件来说也可行的是，金属管和/或金属连接器由铝合金、钛、钛合金、灰铸铁或铸钢制成。

作为第一金属连接器的补充，在对置的管端部上可以存在第二金属连接器，该第二金属连接器如同第一金属连接器那样连接。由这种具有两个金属连接器的管元件可以组装更长的钻杆或另外的管道。一个金属连接器优选具有圆锥形的内螺纹，并且第二金属连接器具有圆锥形的外螺纹。因此获得真正结构相同的管元件，这简化了应用。备选地，也可以分别设计一个具有两个配备了圆锥形内螺纹的金属连接器的管元件和一个具有两个配备了圆锥形外螺纹的金属连接器的管元件，所述管元件始终交替地组装。

为了实现特别牢固的连接，有利的是，金属连接器设计为，使得它在内侧具有圆锥形连接区域，该圆锥形连接区域与金属管的连接区域的外侧接触，并且相对于管的轴线具有在0.1°到30°之间、优选0.5°到5°之间的圆锥体的螺旋角。通过该螺旋角获得足够长的连接区域，以确保在夹持区域内良好的挤压。

此外，会有利的是，内套筒在外侧上具有圆锥形连接区域，该圆锥形连接区域与金属管的连接区域接触，并且相对于管的轴线具有在0.1°到30°之间、优选0.5°到5°之间的圆锥的螺旋角。

为了实现与金属管良好的连接，在内套筒的连接区域3.1的外侧上的粗糙度和/或在金属管的连接区域1.1的内侧上的粗糙度应当足够高。

在金属管的壁厚在连接区域内沿轴向方向保持基本上恒定时，获得特别可靠的连接和简化的制造可能性。也就是说，在内套筒上的圆锥形区域的螺旋角和在连接区域内的金属连接器上的圆锥形区域仰角相同，这导致特别好的夹紧。金属管的壁厚在连接区域内优选为3mm到20mm之间、特别优选在5mm到12mm之间，以便能承受负载。

当金属管尤其在未被金属连接器或另一个金属连接器覆盖的整个区域内被由纤维加强的塑料纤维增强塑料构成的料层包围时，可以明显提高抗内压的强度以及耐磨损强度。作为纤维增强塑料可以尤其考虑CFK(碳纤维增强塑料)。该料层可以例如通过对金属管一层或多层的缠绕和之后的硬化而制成。为了实现足够好的效果，该料层的厚度应当优选为2mm到8mm之间。