[发明专利]具有多面螺纹面的螺纹结构

说明书

                        技术领域

本发明总体上涉及一种用于管连接的螺纹结构，更具体说是涉及用于对流通管道进行固定以形成期望的连续流通路径的螺纹连接结构。

                        背景技术

在本领域中已知有各种螺纹连接，对首尾相接的流通管道进行连接，以便形成用于输送流体的连续的流通路径。例如，在从地下地层开采碳氢化合物和其它形式的能源时，把这种螺纹连接用于套管柱中。例如，这些套管柱包括钻管、油井套管和开采管道，这些都是公知的并被称作“油田管件”。本发明的螺纹连接的其它应用包括水平/无沟槽钻进作业，这些是与建筑行业相关的非油田应用。所有这些类型的物件都采用所说的这种螺纹连接来连接相邻的管道段或管接头。

近年来，螺纹技术已有很多的进步。在1981年授予Blose的Re.30647中公开了一种具有独特螺纹结构的管连接，这种独特的螺纹结构提供非常牢固的连接，同时还能控制相连的外螺纹元件和内螺纹元件中的应力和张力。这种螺纹结构的特点是，使螺旋螺纹配合，这些螺旋螺纹在相反的方向上螺纹宽度呈锥形，从而使相对的螺纹面呈楔状配合，以便限制这种连接结构的转动。

如果对这种楔形螺纹进行适当地设计，那么这种楔形螺纹就能提供高抗扭性能，从而当构成这种连接时，不会把轴向或径向应力传递到这种管连接中。在操作中，具有高抗扭性能的管连接能阻止这种连接中的附加配合，从而在必要时能更容易地打开这种连接。通过减小螺纹连接中的轴向或径向应力，来提供一种更坚固的连接，这种连接能经受更大的操作应力和张力。然而，传统的螺纹连接采用相互啮合的螺纹结构，这种螺纹结构设置在环形压缩的外螺纹中以及环形张力的内螺纹中，Blose连接对啮合元件内所产生的应力进行控制，以便把两个元件拉在一起，而不是使两个元件相互分开。

1986年7月15日授予Blose的美国专利US4600224是对基本的楔形螺纹构思的一种改进和进一步的完善。在US4600224所公开的发明中，公开了一种连接，这种连接具有“人”字形荷载螺纹面。通过特殊的螺纹结构来控制螺纹连接的径向结合，其中，通过在螺纹连接的两个荷载支承螺纹表面之间的人字形式的相互配合，而不是仅仅依靠螺纹宽度，来限制螺纹径向移动到相配合的螺纹槽内。

由于螺纹的螺旋楔作用以及作用在螺纹上的刺戳和荷载支承表面上的作用力的径向分量的平衡，在这种连接的外螺纹和内螺纹元件的任何一个中均不会产生应力的径向分量。还可以控制这种螺纹连接的轴向配合，而无需通过这些螺纹本身的楔作用来使一台肩邻靠到接头上。通过控制配合螺纹之间的径向相互配合，就能控制润滑剂的阻塞。

1992年12月7日授予Reeves的Re34467中，旨在对基本的Blose楔形螺纹结构进行改进。正如专利权人所述，当Blose连接被转动，以便与前部和后部的螺纹荷载螺纹面接合时，不可压缩的螺纹润滑剂或其它液体会被阻挡在相啮合的荷载螺纹面之间。被阻挡的螺纹润滑剂能阻止力矩的形成，并给出一个错误的力矩指示，这会导致压力和张力都比在Blose的连接中所期望的压力和张力小，从会降低设计强度和荷载能力。Re.34467中所描述的发明旨在通过把螺纹润滑剂从在连接处相啮合的荷载螺纹面之间排除，从而排除错误指示力矩的可能性。

在传统的现有技术中的连接中，在形成连接期间，通常只有一个单一的荷载螺纹面啮合，并且在邻近后部螺纹面处形成间隙。通过在传统的螺纹结构的后部螺纹面上提供螺纹间隙，从而在形成连接时提供一条螺旋状的排出流动通道，或一个用于接收流动的液体螺纹润滑剂的过多部分的储蓄池。由于Blose的螺纹成螺旋状地构造成“楔形”，因此，在形成连接时，必须在螺纹齿顶和齿根之间提供径向间隙，以便提供所期望的排出路径来排出一些被阻挡的润滑剂。Re.34467通过对Blose楔形螺纹结构的几何形状进行优化来消除润滑剂阻挡的问题。

正如专利权人所描述的那样，在进行旋转以便构成这种连接期间，外螺纹元件的齿根壁与内螺纹元件的齿顶壁接触，以便在它们之间不会发生液体阻挡。在前面的Blose的连接中，螺纹齿根和螺纹齿顶并不啮合。螺纹润滑剂会被阻挡在螺纹齿根和螺纹齿顶之间长长的螺旋状空间内。在Re.34467中，对螺纹进行了修改，使得在荷载螺纹面啮合之前齿根和齿顶相互啮合，从而使得在完全形成连接之前，齿根和齿顶之间的螺纹润滑剂从这些表面之间被挤压出来。