專利名稱：具有局部初始加工余量的管形密封接頭通過(guò)塑性擴(kuò)張的實(shí)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尤其用于井例如烴井和地?zé)峋墓苄谓宇^領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，這些接頭用于使長(zhǎng)度大的管彼此連接，或使長(zhǎng)度大的管與套管連接，以構(gòu)成套裝管(或“套筒”)管柱或生產(chǎn)管(或“管道”)管柱。
此外，這些接頭必須經(jīng)得起巨大的彎曲應(yīng)力、拉應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、有時(shí)是扭應(yīng)力以及內(nèi)部和外部之間巨大的壓差。此外，這些接頭有時(shí)必須也是氣密的。因此，接頭常常是螺紋式的，套管和管一般是鋼制的或用具有高彈性極限的合金(也可熱處理而成)制的。在螺紋接頭的情況下，氣密性往往由“金屬對(duì)金屬”類型的緊密接觸的密封止擋面加以確保。
為了減小管的初始體積，以及可選地為了鉆鑿直徑均勻的井，有人已經(jīng)提出，尤其是文獻(xiàn)US 6,604,763和WO03/071086提出，借助于一稱為“球”的擴(kuò)管工具，在現(xiàn)場(chǎng)用力使管在直徑上擴(kuò)張。密封螺紋接頭，例如文獻(xiàn)EP0488912中所述的密封螺紋接頭，可經(jīng)得起這種擴(kuò)張，但在擴(kuò)張時(shí)有損于其密封性能，具有一凸陽(yáng)式密封面的凸陽(yáng)式元件的端部接頭在擴(kuò)張時(shí)朝軸線傾斜(“香蕉”效應(yīng))，從而破壞密封性。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，本申請(qǐng)人在文獻(xiàn)WO 02/01102中提出一種管形螺紋接頭，其中，凸陽(yáng)式接頭在端部配有插入到一凹槽中的一環(huán)形指桿，凹槽形成指桿的一支承件，擴(kuò)張時(shí)阻止凸陽(yáng)式指桿朝軸線傾斜。
但是，這種螺紋接頭在擴(kuò)張率大于10％時(shí)，不具有足夠高的密封性能。實(shí)際上，擴(kuò)張球引發(fā)的變形移動(dòng)甚至消除凸陽(yáng)式指桿和凹槽之間的接觸，從而移動(dòng)、降低甚至消除密封面之間的緊密接觸。
所謂“緊密接觸”，這里是指顯示出兩接觸面之間的接觸壓力的接觸。接觸壓力越高，接頭可承受的流體壓力可越高，而密封性不被破壞。除在螺紋接頭內(nèi)部或外部可能施加的流體壓力之外，軸向拉伸或壓縮負(fù)荷可改變接觸壓力，從而改變密封性能。換句話說(shuō)，根據(jù)這些接頭的實(shí)施方式，面對(duì)內(nèi)壓或外壓，其密封性可能不相同，也不穩(wěn)定，隨負(fù)荷而變化。
為了改變這種狀況，本申請(qǐng)人在文獻(xiàn)FR 02/03842(2002年3月27日登記，2002年1月3日登記的文獻(xiàn)FR 02/00055的國(guó)內(nèi)優(yōu)先申請(qǐng))中提出一種金屬/金屬管形密封接頭，其配有一在WO 02/01102中所述的環(huán)形指桿(或唇部)，具有在擴(kuò)張之后一個(gè)強(qiáng)力壓緊在另一個(gè)上的傾斜的凸陽(yáng)式和凹陰式肩部，凹陰式件上的肩部由一凹槽的邊構(gòu)成，凸陽(yáng)式元件上的肩部可預(yù)先存在，或者在擴(kuò)張時(shí)，在凹槽的底部向內(nèi)壓凸陽(yáng)式元件而成。
該接頭設(shè)計(jì)成在通常大于10％的高擴(kuò)張率下是密封的，但是，當(dāng)在各種安裝方式中所要求的密封性能很高時(shí)，其密封性能可能不足。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在改變這種狀況，尤其是在各種安裝方式所要求的密封穩(wěn)定性方面，特別是在通常大于10％的擴(kuò)張率很高的情況下。
為此，本發(fā)明提出一種可擴(kuò)張的管形接頭，其包括[12]*一方面，一第一管形件，其具有一配有陽(yáng)螺紋的第一部分以及一延伸所述第一部分的第二部分，所述第二部分包括(i)一第一外表面，(ii)一第一環(huán)形唇部，其具有一第一軸向止擋面和一第一內(nèi)表面，在其一部分軸向長(zhǎng)度上由所述第一外表面加以限定，(iii)一第二止擋面；[13]*另一方面，一第二管形件，其具有(i)陰螺紋，其對(duì)應(yīng)于陽(yáng)螺紋，且擰在其上，(ii)一第二環(huán)形唇部，其具有一第三止擋面、一相對(duì)于所述第一內(nèi)表面的第二外表面、和一第二內(nèi)表面，(iii)一第四軸向止擋面，以及(iiii)一第三內(nèi)表面，其延伸在所述第四軸向止擋面和所述陰螺紋之間，與所述第二外表面和第四止擋面一起限定一與所述第一唇部對(duì)應(yīng)的環(huán)形腔室。
該接頭的特征在于，一者，第一管形件在延伸第二止擋面的一第四內(nèi)表面處具有選擇的局部環(huán)形厚度余量，二者，第二管形件在其第三內(nèi)表面的一選擇部位具有一內(nèi)環(huán)形凹槽，其基本上布置在第一外表面和環(huán)形厚度余量處，三者，第一和第二管形件成形為第一唇部接納在環(huán)形腔室中，且第二止擋面支承在第三止擋面上和/或第一止擋面支承在第四止擋面上，以便當(dāng)以后在可擴(kuò)張的管形接頭上進(jìn)行塑性變形的直徑擴(kuò)張時(shí)，在第一外表面處形成一環(huán)形肩部，其具有至少一部分凹槽構(gòu)形，且與之進(jìn)行密封的緊密接觸。
厚度余量的存在和在擰緊之后凹槽在厚度余量處的定位，可在擴(kuò)張時(shí)在凹槽上有效地形成第一唇部的第一外表面。因此，肩部具有選擇的構(gòu)形。這樣，對(duì)于很高的直徑擴(kuò)張率(直至約35％)來(lái)說(shuō)，通過(guò)第一管形件的環(huán)形肩部和第二管形件的環(huán)形凹槽之間的緊密接觸(與密封)，確保高質(zhì)量的密封性。
本發(fā)明的可擴(kuò)張管形接頭可具有其他單獨(dú)的或結(jié)合的性能，尤其是[17]-第一唇部沿接頭的縱向軸線方向的曲率可在擴(kuò)張時(shí)確定第一唇部的內(nèi)端部部分和第二外表面之間的另一緊密密封接觸，[18]-第一管形件可具有一局部環(huán)形厚度余量，其沿第二止擋面的方向例如按照約5°至約30°、優(yōu)選的是約10°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大，[19]-第一管形件可在其第一部分處在其相對(duì)于陽(yáng)螺紋的內(nèi)表面上具有一錐形喉部，一環(huán)形凹處確定在所述喉部。該喉部例如起初可按照約2°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大，[20]-第二部分的最大厚度余量例如可根據(jù)一稱為“打孔器”(drift)的緩沖器(tampon)的直徑起初小于一選定值，[21]-第二唇部的第二內(nèi)表面起初可在靠近第三止擋面的一區(qū)域具有一選定的局部環(huán)形厚度余量，以便在擴(kuò)張時(shí)沿凹槽方向增大第一唇部的變形作用，[22]-第二唇部的厚度余量起初可小于第一管形件的厚度余量，[23]-第二唇部的厚度余量可根據(jù)一稱為“打孔器”(drift)的緩沖器(tampon)的直徑起初小于一選定值，[24]-第二唇部在縱向方向上的延伸部分與腔室在橫向方向上的延伸部分之間的比率起初可為約1至約3，優(yōu)選的是約1.2至約1.6，[25]-凹槽起初可具有至少兩個(gè)曲線部分，其可選地由一基本上呈柱形的中央部分分開(kāi)。在這種情況下，這些部分起初可具有基本上相同的曲率半徑，例如約2mm至約20mm。當(dāng)管形件中至少一管形件屬于一長(zhǎng)度大的管時(shí)，凹槽起初具有的徑向深度的最大值優(yōu)選的是選定成，凹槽的底部的材料截面大于所述管的一通常部分的最小截面與接頭的拉伸效率系數(shù)的乘積(produit)。所謂一管的“通常部分”，是指遠(yuǎn)離其兩端部的、直徑基本上恒定的中央部分，[26]-陽(yáng)螺紋和陰螺紋優(yōu)先地在錐形螺紋和柱形螺紋中加以選擇，每種螺紋形成于至少一部分管形件上，[27]-第一唇部可在擰緊時(shí)在彈性變形范圍內(nèi)進(jìn)行軸向壓縮，[28]-在擰緊期間，第一止擋面可開(kāi)始支承在第四止擋面上，然后，第二止擋面支承在第三止擋面上，[29]-第二和第三止擋面起初可具有分別為凸起的和凹入的錐面、在縱向方向相對(duì)于一橫向平面基本上相同的斜面，以便在擰緊之后(優(yōu)選的是一旦第二止擋面支承在第三止擋面上)，以及在擴(kuò)張之前，在第一內(nèi)表面和第二外表面之間進(jìn)行緊密密封接觸。在這種情況下，斜面例如起初為約+5°至約+30°，[30]-陽(yáng)螺紋和陰螺紋的螺紋可配有一承載邊，其具有一負(fù)角，約-3°至-15°，[31]-陽(yáng)螺紋和陰螺紋的螺紋可配有一嚙合邊，其具有一正角，約+10°至+30°。在這種情況下，在擰緊之后和在擴(kuò)張之前，陽(yáng)螺紋和陰螺紋可在其嚙合邊之間具有一軸向間隙，約0.05mm至約0.3mm，[32]-第一管形件起初可在其第一外表面處和在其第一部分之前具有一錐形斜面，當(dāng)使之朝第一部分移動(dòng)時(shí)，限定一朝內(nèi)的局部環(huán)形凹處。在這種情況下，斜面相對(duì)于縱向方向具有一基本上連續(xù)的、約8°至約12°的坡度，[33]-第一唇部的第一內(nèi)表面起初可相對(duì)于縱向方向傾斜一例如約0.1°至約15°的角度，[34]-第二管形件可屬于一長(zhǎng)度大的管或者一陰/陰類型的基本上對(duì)稱的連接套管(因此，第一管形件屬于一長(zhǎng)度大的管的端部)。如果是一套管，其可具有在兩側(cè)由兩第二管形件延伸的一中央部分，其在一外表面上配有一區(qū)域，其厚度不足量(sous-épaisseur)選定成，套管在該區(qū)域處的初始厚度大于或等于管的在其端部形成第一管形件的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積。
本發(fā)明還涉及從上述類型的可擴(kuò)張管形接頭擴(kuò)張的管形接頭的實(shí)施方法。
在該方法中，擴(kuò)張可在第一唇部的一內(nèi)端部部分和第二外表面之間確定另一緊密密封接觸。
此外，首先，擰緊可使第一止擋面支承在第四止擋面上，以使第一唇部在彈性變形范圍內(nèi)進(jìn)行軸向壓縮。
另外，可進(jìn)行擰緊，直至第一止擋面支承在第四止擋面上，然后，第二止擋面支承在第三止擋面上。
盡管是非限制性地，這種方法特別適于接頭按照至少等于10％的擴(kuò)張率進(jìn)行徑向擴(kuò)張。


參照附圖和下面的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)越性將得到更好的理解，附圖如下[41]圖1是本發(fā)明可擴(kuò)張螺紋接頭的一實(shí)施例的一部分的縱向剖面示意圖；[42]圖2是錐形陰螺紋和對(duì)應(yīng)的錐形陽(yáng)螺紋的一部分在擰緊和擴(kuò)張之前的縱向剖面示意圖；[43]圖3是圖1所示可擴(kuò)張螺紋接頭的第一管的凸陽(yáng)式端部的一部分的縱向剖面示意圖；[44]圖4是圖1所示可擴(kuò)張螺紋接頭的第二管的凹陰式端部的一部分的縱向剖面示意圖；[45]圖5是在第一擰緊階段在圖3和4所示的凸陽(yáng)式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面示意圖；[46]圖6是在第二擰緊階段在圖3和4所示的凸陽(yáng)式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面圖；[47]圖7是在塑性變形擴(kuò)張階段在圖3和4所示的凸陽(yáng)式和凹陰式端部上產(chǎn)生的作用力的縱向剖面示意圖； 圖8是圖3和4所示的凸陽(yáng)式和凹陰式端部在擴(kuò)張階段之后所經(jīng)受的變形的縱向剖面示意圖；[49]圖9是本發(fā)明的對(duì)稱布置的兩個(gè)可擴(kuò)張螺紋接頭的一組裝件的一實(shí)施例的一部分的縱向剖面示意圖；[50]圖10是本發(fā)明可擴(kuò)張螺紋接頭的一第一管的凸陽(yáng)式端部的另一實(shí)施例的一部分的縱向剖面示意圖；[51]圖11是本發(fā)明可擴(kuò)張螺紋接頭的一第二管的凹陰式端部的另一實(shí)施例的一部分的縱向剖面示意圖；以及[52]圖12是圖10和11所示的管的凸陽(yáng)式和凹陰式端部在擰緊階段之后的相對(duì)位置的縱向剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖不僅可用于補(bǔ)全本發(fā)明，而且必要時(shí)有助于指出其特征。
本發(fā)明涉及尤其可用于烴井或類似的井例如地?zé)峋墓苄温菁y接頭以及相關(guān)的實(shí)施方法。
如前序部分所述，本發(fā)明的管形螺紋接頭可通過(guò)長(zhǎng)度大的金屬管的彼此組裝或者長(zhǎng)度大的管與套管的組裝，構(gòu)成套裝管管柱或生產(chǎn)管管柱。
首先，參照?qǐng)D1至8，描述本發(fā)明的管形接頭的一第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，如圖1局部所示，接頭可連接具有回轉(zhuǎn)軸線XX的長(zhǎng)度大的即數(shù)米長(zhǎng)的兩管T1和T2，確切地說(shuō)，一第一管T1的凸陽(yáng)式端部EM(或凸陽(yáng)式管形件)和一第二管T2的凹陰式端部EF(或凹陰式管形件)。在所示的實(shí)施方式中，管T1和T2例如具有一通常部分，其初始外徑等于約193.68mm(或7″5/8)。一管的通常部分是遠(yuǎn)離其兩端部的、直徑基本上恒定的中央部分。
如圖1所示，一管T1的凸陽(yáng)式端部EM具有兩部分P1和P2。第一部分P1延伸管T1的中央部分，配有外陽(yáng)螺紋FM，優(yōu)選的是錐形的，但也可以是柱形的。
例如，如圖2所示，配設(shè)錐形螺紋，其圓錐度ΔD/D為10％，其中，D是直徑。此外，螺紋之間的軸向間隙(或縱向間隙)起初大得足以在進(jìn)行直徑擴(kuò)張時(shí)提供一定的移動(dòng)自由度，下面將予以描述。例如，陽(yáng)螺紋FM和陰螺紋FF的螺紋嚙合邊(或“刺穿(stabbing)邊”)FS之間的軸向間隙為約0.05mm至約0.3mm。
另外，為確保良好的拉伸性能尤其是壓縮性能，從而在擴(kuò)張之前、在擴(kuò)張期間和在擴(kuò)張之后減小陽(yáng)螺紋和陰螺紋脫開(kāi)或磨碎的危險(xiǎn)，螺紋的承載邊(或“加載(loading)邊”)FL例如相對(duì)于徑向方向傾斜一約-3°至約-15°的優(yōu)選地等于約-10°的負(fù)角α1，而螺紋的嚙合邊FS例如相對(duì)于徑向方向傾斜一約+10°至約+30°的優(yōu)選地等于約+15°的正角α2。
負(fù)角α1可避免嚙合的螺紋脫開(kāi)或磨碎，拉伸下尤其如此。此外，正角α2越大，螺紋的嚙合越容易，但是，耐壓縮性越降低。
重要的是應(yīng)當(dāng)指出，陽(yáng)螺紋FM和陰螺紋FF都可在至少一部分管形件EM、EF上形成。換句話說(shuō)，它們可實(shí)施成一個(gè)或多個(gè)部分。當(dāng)它們由兩部分構(gòu)成時(shí)，它們可選地可在徑向上不同的兩表面上形成，或者在同一表面上形成。
第二部分P2在管T1的端部延伸第一部分P1。首先，如圖3所示，它具有一第一環(huán)形唇部(或環(huán)形指桿)L1，其包括一第一軸向止擋面SB1，起初基本上是平的，且垂直于管T1的縱向方向A(平行于XX)；一第一內(nèi)表面SI1，起初沿第一部分P1的方向基本上垂直地延伸第一軸向止擋面SB1，且朝管T1內(nèi)定向(即在陽(yáng)螺紋FM的相對(duì)一側(cè))；以及一第一外表面SE1的一部分，也沿第一部分P1的方向延伸第一軸向止擋面SB1，且朝管T1外定向。凸陽(yáng)式元件EM的第二部分P2的第一外表面SE1從第一止擋面SB1延伸至陽(yáng)螺紋FM處。第二部分P2還具有一第二止擋面SB2，其延伸第一內(nèi)表面SI1，且由一(第四)內(nèi)表面SI4加以延伸，后者至少局部地呈柱形，用于與在管T1中循環(huán)的流體(或氣體)進(jìn)行接觸。第一軸向止擋面SB1、第一內(nèi)表面SI1和第二止擋面SB2限定現(xiàn)有技術(shù)人員所稱的一“凸陽(yáng)式角槽”。
如圖3所示，鑒于下述一原因，第一內(nèi)表面SI1可相對(duì)于管T1的縱向方向A偏移(或傾斜)一選定的角度α3。因此，它起初形成一錐面。傾角優(yōu)選的是約0.1°至約15°，優(yōu)選地等于約2.5°。此外，如圖所示，第一外表面SE1可略微凸起，確切地說(shuō)，呈環(huán)形，其大半徑例如為20mm至100mm，以便在一凹槽G1向內(nèi)壓，見(jiàn)下文。
如圖4所示，一管T2的凹陰式端部EF也具有兩部分P3和P4。盡可能布置在管T2的端部的第一部分P3配有與陽(yáng)螺紋FM相對(duì)應(yīng)的內(nèi)陰螺紋FF。
第二部分P4朝管T2的中央部分延伸第一部分P3。首先，它具有一第二環(huán)形唇部(或環(huán)形指桿)L2，其包括一第三止擋面SB3；一第二外表面SE2，朝管T2外定向，沿著與第一部分P3相對(duì)的方向延伸第三止擋面SB3，且用于相對(duì)于第一內(nèi)表面SI1進(jìn)行布置；以及一第二內(nèi)表面SI2，至少局部地呈柱形，朝管T2內(nèi)定向，且也沿著與第一部分P3相對(duì)的方向延伸第三止擋面SB3。
它還具有一第四軸向止擋面SB4和一第三內(nèi)表面SI3，所述第四軸向止擋面SB4起初基本上是平的，且垂直于管T2的縱向方向A，所述第三內(nèi)表面SI3局部地呈柱形，朝管T2內(nèi)定向，且沿第一部分P3的方向延伸第四軸向止擋面SB4。第三內(nèi)表面SI3的一部分連同第二外表面SE2和第四止擋面SB4，限定第一唇部L1的一對(duì)應(yīng)的環(huán)形腔室(或凹槽)LO，以便在管T1和T2的擰緊階段接納所述第一唇部L1，下面將予以描述。
腔室LO在與第二唇部L2的軸向長(zhǎng)度相等的一選定軸向長(zhǎng)度PR上、沿一選定的徑向深度H(垂直于縱向方向A)進(jìn)行延伸。優(yōu)選的是，比率PR/H為約1至約3，優(yōu)先地為約1.2至約1.6。優(yōu)選的是，其等于約1.5。例如，PR等于4mm，H等于2.7mm，這樣，比率PR/H基本上等于1.5。如下文所述，這兩尺寸PR和H選擇成使第一唇部L1及其根部區(qū)域進(jìn)行選定的變形。
第三止擋面SB3、第二外表面SE2和第四軸向止擋面SB4限定現(xiàn)有技術(shù)人員所稱的一“凹陰式槽”。
此外，一環(huán)形凹槽G1限定在第三內(nèi)表面SI3的至少一部分上。優(yōu)選的是，它起初具有基本上呈柱形的、在兩側(cè)由兩曲線部分PC1和PC2延伸的一中央部分PC。優(yōu)選的是，這些曲線部分C1和C2起初的曲率半徑基本上相同，優(yōu)選的是約2mm至約20mm。但是，該凹槽G1可僅具有兩曲線部分。
例如，凹槽G1具有一中央部分PC以及曲線部分C1和C2，所述中央部分PC在等于約2mm的軸向長(zhǎng)度PR′、等于約1mm的徑向深度H′上延伸，所述曲線部分C1和C2的曲率半徑等于約5mm。凹槽G1的徑向深度H′一般由管T2在所述凹槽的對(duì)稱平面PSG處的厚度加以限定，其不應(yīng)小于用于計(jì)算螺紋接頭臨界截面的最小厚度。確切地說(shuō)，徑向深度H′的最大值選定成，凹槽G1的底部的材料正截面大于管T1或T2在其通常部分的截面(或者如果它們是不同的，則為這兩截面中最小的)與接頭的拉伸效率系數(shù)的乘積。螺紋件的臨界截面與管(T1、T2)的截面之間的比率構(gòu)成連接件(或接頭)的效率的特征，其與管的截面一起是設(shè)計(jì)一管形管柱的一輸入數(shù)據(jù)。
在該配置中，凹槽G1的對(duì)稱平面PSG與限定腔室(或凹槽)LO的底部的第四軸向止擋面SB4相距一選定的軸向距離D。例如，采用前述數(shù)值，距離D等于約5.61mm。此外，在擰緊之后，凹槽G1的中央部分PC基本上垂直于厚度余量SA1。
如下文所述，曲率半徑(尤其是螺紋一側(cè))、徑向深度H′、軸向長(zhǎng)度PR和徑向深度H，選擇成使第一唇部L1和在其根部的第二部分P2區(qū)域進(jìn)行選定的變形。
第二部分P4也具有另一(第五)柱形內(nèi)表面SI5，其沿著與第一部分P3相對(duì)的方向(即沿管T2的中央部分的方向)延伸第二止擋面SB2，且用于與在管T2中循環(huán)的流體(或氣體)進(jìn)行接觸。
根據(jù)本發(fā)明，第四內(nèi)表面SI4在第二止擋面SB2附近沿管T1的內(nèi)部的方向具有一局部環(huán)形厚度余量SA1。
優(yōu)選地是，如圖3和5至7所示，該厚度余量SA1在凹槽G1的中央部分PC的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后減小。這種減小優(yōu)選地沿第一部分P1的方向基本上是連續(xù)的。例如，它相對(duì)于縱向方向A成一角度α9，約5°至30°，優(yōu)選地約10°至20°，優(yōu)選地等于約12°。
恒定厚度區(qū)域處的最大厚度余量限定凸陽(yáng)式元件EM的最小內(nèi)徑。該內(nèi)徑必須大于一緩沖器(現(xiàn)有技術(shù)人員稱為“打孔器(drift)”)的直徑。緩沖器(或打孔器(drift))是在管下到井中之前插入到所述管內(nèi)的一工具，以確保所述管具有最小自由內(nèi)徑，保證工具進(jìn)入管柱而無(wú)鉤住危險(xiǎn)。當(dāng)它小于上述值時(shí)，厚度余量的最佳值由擴(kuò)張時(shí)使第一唇部L1最大限度地安裝在凹槽G1的底部所需要的材料量加以固定，以使之根據(jù)需要進(jìn)行變形。例如，該厚度余量等于約0.8mm。
該厚度余量SA1提供剩余材料，在下面將予以描述的直徑擴(kuò)張階段，可填補(bǔ)凹槽G1的空著的空間，且使第一唇部L1及其附近變形，以形成一肩部或環(huán)形凸起EP，其不僅可使管T1相對(duì)于管T2進(jìn)行軸向固定，而且還通過(guò)“金屬對(duì)金屬”類型的緊密接觸形成一密封區(qū)域。
本發(fā)明的擴(kuò)張的管形接頭使用具有以下一些階段的方法進(jìn)行擴(kuò)張。
在圖5示出的第一階段，將管之一例如管T1的端部例如凸陽(yáng)式端部EM擰緊在另一管例如管T2的端部例如凹陰式端部EF上，直至第一唇部L1的第一軸向止擋面SB1支承在腔室(或凹槽)LO的第四軸向止擋面SB4上。
為了便于進(jìn)行這種擰緊，如圖4所示，第二唇部L2的第二外表面SE2可在其與第三止擋面SB3的連接處，相對(duì)于縱向方向A，在一短距離上具有選定角度為α5的傾斜度。因此，它起初形成一錐面斜面。優(yōu)選的是，該傾角起初為約+8°至約+12°的角度。優(yōu)選的是，它等于約10°。尤其是在意外干擾的情況下，這種傾斜度便于第一唇部L1進(jìn)入腔室(或凹槽)LO，從而減小第一唇部L1尤其是其第一內(nèi)表面SI1的端部棱卡住或損壞的可能的危險(xiǎn)。實(shí)際上，在第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上之前，這種干擾可發(fā)生在第一內(nèi)表面SI1和第二外表面SE2之間。
然后，在第二階段，繼續(xù)進(jìn)行擰緊，直至第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上。在第一止擋面SB1支承在第四止擋面SB4上之后，繼續(xù)擰緊可在使第一唇部L1進(jìn)行軸向壓縮時(shí)，將彈性勢(shì)能儲(chǔ)存在所述第一唇部L1中。
在圖6示出的第三階段，也繼續(xù)擰緊，以沿接頭的軸線方向使第一唇部L1在徑向上預(yù)加應(yīng)力。該徑向預(yù)應(yīng)力可得益于第二止擋面SB2和第三止擋面SB3相對(duì)于一垂直于縱向方向A的平面的、基本上相同的、選定角度為α4的傾斜度。
優(yōu)選的是，如圖3和4所示，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3起初具有分別為凸起的與凹入的錐面以及基本上相等的傾斜度。所謂“基本上相等的傾斜度”，這里是指彼此相等的約為±5°的傾斜度。優(yōu)選的是，該公共傾斜度為約+5°的角度α4至約+30°的角度α4。優(yōu)選的是，它等于約10°。該傾斜度可在擴(kuò)張階段之前，固定在第一內(nèi)表面SI1和第二外表面SE2之間。這種固定可在擴(kuò)張階段之前，確保密封性，尤其是氣密性。
因此，在擴(kuò)張之前，在存在軸向拉力或軸向壓縮力的內(nèi)壓下，獲得極佳的氣密性，且在存在軸向壓縮力的外壓下，獲得良好的密封性。
產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力在圖6上用箭頭F1和F2標(biāo)示。
在第四階段，在管T1和T2之一中軸向插入一直徑擴(kuò)管工具，例如一具有錐形頭部的球，其最大直徑大于管T1和T2的初始內(nèi)徑DI(等于圖1所示的內(nèi)半徑RI的2倍)，且基本上等于其最終的內(nèi)徑。插入方向的選擇不具有實(shí)際重要性。因此，球可從一凸陽(yáng)式端部EM朝一凹陰式端部EF軸向移動(dòng)，反之亦然。
球的移動(dòng)以現(xiàn)有技術(shù)人員公知的方式進(jìn)行(尤其參見(jiàn)文獻(xiàn)US 6,604,763和WO 03/071086)，例如借助于鉆桿或者施加液壓進(jìn)行牽引。球例如呈一錐柱形形狀，具有一負(fù)責(zé)進(jìn)行擴(kuò)張和由一中央柱形部分延伸的圓錐形進(jìn)入部分。但是，其形狀也可以是球面的或雙圓錐形的(圓錐形進(jìn)入部分由一柱形部分延伸，所述柱形部分本身由一圓錐形出口部分延伸)。球的這三部分的連接半徑根據(jù)需要加以選擇。
其他擴(kuò)張工具可用于代替球，例如具有三個(gè)進(jìn)行機(jī)械擴(kuò)張的滾筒的回轉(zhuǎn)式擴(kuò)管工具。這種擴(kuò)張工具(包括球)及其使用方式尤其如文獻(xiàn)WO 02/081863、US 6,457,532和US 2002/0139540所述。
直徑擴(kuò)張?jiān)谒苄宰冃畏秶鷥?nèi)進(jìn)行。由于產(chǎn)生的塑性變形增大管形件的彈性極限，因此，必須使用支持這種變形的金屬。例如，起初具有310MPa(45KSI)彈性極限的一管在擴(kuò)張之后可使該極限達(dá)到380MPa(55KSI)。
當(dāng)球到達(dá)凸陽(yáng)式端部EM的第二部分P2的第四內(nèi)表面SI4和凹陰式端部EF的第二部分P4的第五內(nèi)表面SI5處時(shí)，擴(kuò)張的材料強(qiáng)制第一唇部L1在凹槽G1中變形。接頭在擴(kuò)張期間經(jīng)受的變形在圖7上用箭頭F3至F6標(biāo)示。
確切地說(shuō)，由于它經(jīng)受的不同應(yīng)力，尤其是由于其厚度余量SA1，第一唇部L1被強(qiáng)制彎曲(箭頭F4)，且至少局部地具有凹槽G1的形狀。厚度余量SA1提供剩余材料，可填補(bǔ)凹槽G1的空著的空間，因此可使第一唇部L1和位于其之前的區(qū)域具有至少一部分所述凹槽G1的構(gòu)形，從而基本上具有所述的變形。
如圖8所示，以及如前所述，變形在凸陽(yáng)式端部EM的第一外表面SE1處，在第一唇部L1之前，產(chǎn)生一肩部或環(huán)形凸起EP，其可通過(guò)下述方式的緊密接觸，形成一密封區(qū)域。
用球進(jìn)行擴(kuò)張，由于凹陰式件EF的直徑大于凸陽(yáng)式元件EM的直徑，因此，凸陽(yáng)式元件EM的擴(kuò)張率大于凹陰式件EF的擴(kuò)張率。
因此，由于材料的保持，凸陽(yáng)式元件EM的收縮量大于凹陰式件EF的收縮量，這表現(xiàn)為這兩構(gòu)件沿著圖7中的箭頭F5和F6所示的脫離方向進(jìn)行軸向相對(duì)移動(dòng)。這種移動(dòng)使傾斜肩部EP一個(gè)強(qiáng)力壓緊在另一個(gè)上，形成所要求的密封性?？勺⒁獾剑?dāng)接頭施以軸向牽引力時(shí)，接觸壓力或壓緊力也得到加強(qiáng)。
由于擴(kuò)張時(shí)的軸向脫離，第一唇部L1和第二唇部L2的軸向長(zhǎng)度必須精確選擇。實(shí)際上，如果第一唇部L1太短，就有從其腔室LO脫出、朝接頭的軸線傾斜的危險(xiǎn)，從而在擴(kuò)張之后失去密封性。如果第二唇部L2太長(zhǎng)，則腔室LO難以加工。
擴(kuò)張時(shí)得益于凹槽G1的形狀和厚度余量SA1的第一唇部L1的曲率，表現(xiàn)為第一唇部L1的端部的內(nèi)部部分和第二外表面SE2之間的第二緊密接觸。
因此，第一唇部L1強(qiáng)力支承和固定于在凹槽G1的壁上構(gòu)成的肩部和第二外表面SE2之間。對(duì)于可能的不同安裝方式、包括與牽引力或軸向壓縮力相結(jié)合或不相結(jié)合的內(nèi)壓和外壓來(lái)說(shuō)，這種雙重接觸可確保穩(wěn)定的極佳密封性。
為了便于第一唇部L1彎曲和加強(qiáng)肩部或凸起EP和凹槽G1之間的接觸，如圖3和5至7所示，可在第一外表面SE1處，在第一部分P1之前配設(shè)一朝向管T1內(nèi)部的凹處DC1。該凹處DC1優(yōu)選基本上是連續(xù)的。因此，它起初構(gòu)成一錐面斜面。例如，它相對(duì)于縱向方向A成一角度α6，約8°至12°，優(yōu)選地等于約10°。例如，該凹處DC1開(kāi)始于與第一軸向止擋面SB1(沿縱向方向A)相距等于約7.8mm的距離處。
此外，為了布置所需的材料，管T1可在其第一部分P1和第二部分P2處，在凸陽(yáng)式元件EM加工之前，進(jìn)行半頂角為α7的錐形縮徑，當(dāng)指向凸陽(yáng)式元件EM的自由端時(shí)，錐體的直徑連續(xù)減小。
這種縮徑可在第二部分P2處增大材料厚度，容納厚度余量SA1。在凸陽(yáng)式元件EM加工、尤其是厚度余量SA1加工之后，縮徑軌跡表現(xiàn)為當(dāng)指向凸陽(yáng)式元件EM的自由端時(shí)朝向管內(nèi)部的一局部環(huán)形凹處DC2。
為了不影響球在管T1中的推進(jìn)，縮徑優(yōu)選基本上是連續(xù)的，角度α7為約2°至約20°，優(yōu)選等于約5°。
當(dāng)?shù)谝淮讲縇1的第一內(nèi)表面SI1具有一傾斜度(例如約為2.5°)時(shí)，這可使第二唇部L2更靠近管T2的外部布置。因此，當(dāng)球到達(dá)第二唇部L2處時(shí)，其可靠近管T2的外部。此外，這樣可限制“香蕉”效應(yīng)，其趨向于使第二唇部L2朝管T2的空腔的內(nèi)部極度傾斜。
由于在第二唇部L2的第二內(nèi)表面SI2處，在第三止擋面SB3附近，配設(shè)一朝管T2的內(nèi)部方向的局部環(huán)形厚度余量SA2，所述靠近可更為有力。優(yōu)選的是，如圖4至7所示，該厚度余量SA2在第二唇部L2的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后減小。這種減小優(yōu)選基本上是連續(xù)的。因此，它起初構(gòu)成一錐形斜面。例如，它相對(duì)于縱向方向A成一角度α8，約8°至12°，優(yōu)選等于約10°。
該厚度余量SA2優(yōu)選的是取決于厚度余量SA1，優(yōu)選小于所述厚度余量SA1。不管怎么樣，它小于由緩沖器(或“打孔器”(drift))的直徑限定的一最大值。例如，該厚度余量SA2約為0.2mm至1mm，優(yōu)選的是等于約0.5mm。不同的厚度余量SA1和SA2提供的初始偏差便于尤其是第一唇部L1的最終變形。但是，這種偏差不應(yīng)太大，因?yàn)樗赡芟谝淮讲縇1的第一內(nèi)表面SI1的傾斜度(當(dāng)它存在時(shí))提供的前述作用。
如上所述，球的進(jìn)入而產(chǎn)生的擴(kuò)張結(jié)果如圖8所示。重要的是要注意到，在套管式連接接頭中(而不是在全部接頭中)，由于擴(kuò)張產(chǎn)生軸向脫離，因此，第一唇部L1和第二唇部L2的變形在套管的相對(duì)的兩端部可不完全相同。但是，這種區(qū)別(或非對(duì)稱現(xiàn)象)比FR02/03842中所述的套管式連接接頭中更小。
重要的是也要注意到，螺紋接頭的構(gòu)件在球進(jìn)入之后的彈性恢復(fù)，在發(fā)生塑性變形之前可忽略不計(jì)。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D9描述本發(fā)明的兩個(gè)對(duì)稱布置的接頭的一組裝件的一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，兩接頭可通過(guò)一連接套管M式管形件連接兩個(gè)大長(zhǎng)度的管T1和T2。該套管M這里相對(duì)于與管T1和T2的縱向方向A相垂直的一對(duì)稱平面PSM呈對(duì)稱形狀。此外，它是凹陰/凹陰式的。
這種套管M具有一在兩側(cè)由兩個(gè)第一部分P3′和兩個(gè)第二部分P4′延伸的中央部分PCM，它們與上述管T2的凹陰式端部EF的第一部分(P3)和第二部分(P4)是同一類型的。因此，管T2的凹陰式端部的第一部分(P3)和第二部分(P4)也適用于套管M的第一部分P3′和第二部分P4′。
如圖所示，套管M的中央部分PCM優(yōu)選具有一環(huán)形凹槽G2(也稱為“新月形部分”)，其局部地限定一定中心于對(duì)稱平面PSM上的厚度余量。
該新月形部分G2可在其最厚的部分減小套管M的厚度，從而減小壓力和擴(kuò)張作用力。此外，它可較好地控制止擋面(SB1至SB4)和支承部分的不同部位的變形，使接頭在擴(kuò)張之后具有基本上筆直的外觀(外回轉(zhuǎn)面)。因此，套管M在其對(duì)稱平面PSM處的厚度應(yīng)選擇成大于或等于第一管形件形成于其端部的管T1和T2的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積。
優(yōu)選的是，新月形部分基本上延伸在相對(duì)的兩個(gè)第二唇部L2的兩個(gè)第三軸向止擋面SB3之間。但是，它可在較大的距離上尤其是延伸在兩個(gè)凹陰式螺紋FF的最后的螺紋之間。最后的螺紋這里是位于第三止擋面SB3一側(cè)的螺紋。
此外，該新月形部分G2可呈盆形，配有一具有最大厚度不足量(在對(duì)稱平面PSM處)的中央部分以及傾斜角度優(yōu)選小于約30°優(yōu)選的是等于約15°的傾斜側(cè)壁。
重要的是要注意到，新月形部分(因而凹槽G2)不是相對(duì)于平面PSG強(qiáng)制性地對(duì)稱。實(shí)際上，它可在平面PSG的兩側(cè)具有兩不對(duì)稱的部分。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D10至12，描述本發(fā)明的管形接頭的另一實(shí)施例。
該實(shí)施例與參照?qǐng)D1至8所述的實(shí)施例具有許多相似性。因此，其共同的構(gòu)件具有相同的標(biāo)號(hào)。此外，形狀基本上相同的、確?；旧舷嗤饔玫臉?gòu)件不再描述。
另外，該實(shí)施例如同前述實(shí)施例那樣，不僅涉及接頭——該接頭使長(zhǎng)度大的且具有回轉(zhuǎn)軸線XX的一第一管T1的凸陽(yáng)式端部EM(或凸陽(yáng)式管形件)與同樣長(zhǎng)度大的且具有回轉(zhuǎn)軸線XX的一第二管T2的凹陰式端部EF(或凹陰式管形件)進(jìn)行連接，而且還涉及兩接頭通過(guò)一連接套管M式管形件的組裝，所述兩接頭對(duì)稱布置的、如以上圖9所示的、可連接兩個(gè)長(zhǎng)度大的管T1和T2。
這與前述實(shí)施例的主要區(qū)別在于第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的實(shí)施細(xì)節(jié)，以及可選地在于第一管形件EM和第二管形件EF的第一外表面SE1和第三內(nèi)表面SI3的實(shí)施細(xì)節(jié)，在擴(kuò)張之前，其可進(jìn)行第一和第三密封(或緊密接觸)。
第二止擋面SB2和第三止擋面SB3起初始終具有錐面，其相對(duì)于一垂直于縱向方向A的平面具有基本上相同的、選定角度為α4的傾斜度。但是，在該第二實(shí)施例中，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的錐面分別為凹入的和凸起的。
傾角α4選擇成第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上，使第一外表面SE1(第一唇部L1的)在第三內(nèi)表面SI3上進(jìn)行第一徑向緊密密封接觸。
優(yōu)選的是，如圖10至12所示，第二止擋面SB2和第三止擋面SB3基本上具有一相同的初始傾斜度。優(yōu)選的是，該公共傾斜度為約+5°的角度α4至約+30°的角度α4。優(yōu)選的是，它等于約10°。
當(dāng)擰緊階段第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上時(shí)，第一唇部L1強(qiáng)制地指向連接件的外部。這樣可在徑向上使第一唇部L1預(yù)加應(yīng)力，從而加強(qiáng)其在腔室LO處與第二管形件EF的接觸。
另外，較好的是，第二管形件EF的第三內(nèi)表面SI3包括一部分DC3，其布置在其與第四止擋面SB4的連接處和凹槽G1的第二曲線部分C2之間，其中起初確定一第一密封面，其總體上相對(duì)于與縱向方向A呈橫向的平面具有選定角度為α10的傾斜度。
該第一密封面DC3可選地由一朝向第三內(nèi)表面SI3的內(nèi)部的第三局部環(huán)形凹處加以限定。它可呈一錐面或一凸面的形狀，可選地具有一環(huán)形部分。
第一密封面(可選地，第三局部環(huán)形凹處)DC3的傾角α10起初優(yōu)選為約+1°至約+30°，優(yōu)選的是等于約10°。
此外，第一管形件EM的第一外表面SE1具有一末端區(qū)域，其位于其與第一止擋面SB1連接的部位(因此位于第一唇部L1的部位)，其中，起初限定一第二密封面，其總體上相對(duì)于與縱向方向A呈橫向的平面具有選定角度為α11的傾斜度。
該第二密封面可選地由一朝向第一內(nèi)表面SE1的內(nèi)部的第四局部環(huán)形凹處加以限定。它可呈一錐面或一凸面的形狀，可選地具有一環(huán)形部分。
該第二密封面DC4用于在擰緊階段在徑向上壓緊在第二管形件EF的第一密封面DC3上。
第二密封面(可選地，第四局部環(huán)形凹處)DC4的傾角α11起初優(yōu)選為約+1°至約+30°，優(yōu)選的是等于約10°。
傾角α10和α11優(yōu)選相同。但是，這不是必須的。實(shí)際上，例如可配設(shè)成，第一密封面DC3和第二密封面DC4之一呈錐形或凸起，具有一非零傾斜度，而另一密封面例如呈柱形，具有零傾斜度。
第一密封面DC3和第二密封面DC4可選地由第三和第四局部環(huán)形凹處加以限定，分別布置成在擰緊階段可在徑向上一個(gè)壓緊在另一個(gè)上，形成第三緊密密封接觸。
此外，第一密封面DC3和第二密封面DC4可布置成，第一緊密密封接觸在第三緊密密封接觸之后形成。實(shí)際上，這可加強(qiáng)第一緊密密封接觸。
換句話說(shuō)，在擰緊階段，優(yōu)選是，第一唇部L1首先通過(guò)第一密封面DC3與第二密封面DC4接觸，然后，第二止擋面SB2支承在第三止擋面SB3上。
在該實(shí)施例中，環(huán)形凹槽G1的中央部分PC例如在等于約2.2mm的軸向長(zhǎng)度PR′、等于約1mm的徑向深度H′上延伸，所述曲線部分C1和C2的曲率半徑例如等于約5.3mm。此外，凹槽G1的對(duì)稱平面PSG與限定腔室(或凹槽)LO的底部的第四軸向止擋面SB4相距的軸向距離D例如等于約5.7mm。
腔室LO在與第二唇部L2的軸向長(zhǎng)度相等的一選定軸向長(zhǎng)度PR上、沿一選定的徑向深度H(垂直于縱向方向A)進(jìn)行延伸。比率PR/H優(yōu)選始終為約1至約3，優(yōu)選地約為1.4至1.9，優(yōu)選地等于約1.7。例如，PR等于4.2mm，H等于2.4mm，這樣，比率PR/H等于1.7。
此外，如同前述實(shí)施例那樣，第二唇部L2的第二外表面SE2可在其與第三止擋面SB3的連接處，相對(duì)于縱向方向A，在一短距離上具有選定角度為α5的傾斜度。因此，所述傾斜度起初形成一錐面斜面，其傾斜度起初為約+8°的角度至約+12°的角度，優(yōu)選地等于約10°。如前所述，這便于第一唇部L1進(jìn)入腔室(或凹槽)LO中，在發(fā)生意外干擾的情況下尤其如此。
此外，如同前述實(shí)施例那樣，第一唇部L1的第一內(nèi)表面SI1優(yōu)選相對(duì)于管T1的縱向方向A傾斜一選定的角度α3。因此，它起初形成一錐面。傾角優(yōu)選始終為約0.1°至約15°，優(yōu)選地等于約2.5°。如前所述，該傾斜度可在球通過(guò)時(shí)使第二唇部L2靠近管T2的外部，從而限制香蕉效應(yīng)。
另外，如同前述實(shí)施例那樣，為了便于第一唇部L1彎曲和加強(qiáng)肩部或凸起EP和凹槽G1之間的接觸，第一外表面SE1可在第一部分P1之前具有一朝向管T1內(nèi)部的、優(yōu)選基本上是連續(xù)的第一凹處DC1。該第一凹處DC1起初相對(duì)于縱向方向A構(gòu)成一角度為α6的錐形斜面，所述角度約8°至12°，優(yōu)選地等于約10°。例如，該凹處DC1開(kāi)始于與第一軸向止擋面SB1(沿縱向方向A)相距等于約8.1mm的距離處。
如同前述實(shí)施例那樣，第四內(nèi)表面SI4可在第二止擋面SB2附近沿管T1的內(nèi)部的方向具有一局部環(huán)形厚度余量SA1。優(yōu)選的是，如圖10和12所示，該厚度余量SA1在凹槽G1的中央部分PC的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后，優(yōu)選朝第一部分P1的方向基本上連續(xù)地減小。例如，它可相對(duì)于縱向方向A形成一角度α9，其為約5°至約30°，優(yōu)選約10°至20°，優(yōu)選地等于約12°。
同樣，如同前述實(shí)施例那樣，第二唇部L2的第五內(nèi)表面SI5可在第三止擋面SB3附近沿管T1的內(nèi)部的方向具有一局部環(huán)形厚度余量SA2。優(yōu)選的是，如圖11和12所示，該厚度余量SA2在第二唇部L2的延伸區(qū)域基本上是恒定的，然后優(yōu)選基本上連續(xù)地減小。因此，它起初構(gòu)成一錐形斜面。例如，它可相對(duì)于縱向方向A形成一角度α8，其為約8°至約12°，優(yōu)選地等于約10°。該厚度余量SA2優(yōu)選的是取決于厚度余量SA1，優(yōu)選小于所述厚度余量SA1。例如，該厚度余量SA2約為0.3mm至0.8mm，優(yōu)選的是等于約0.5mm。
從以上參照?qǐng)D10至12所述類型的可擴(kuò)張接頭進(jìn)行擴(kuò)張的接頭基本上與參照?qǐng)D5至8所述的接頭相同。
在第一階段，將管之一例如管T1的端部例如凸陽(yáng)式端部EM擰緊在另一管例如管T2的端部例如凹陰式端部EF上，直至第二密封面DC4與第一密封面DC3接觸，形成第三緊密密封接觸。
在第二階段，繼續(xù)擰緊，直至第一唇部L1的第二止擋面SB2支承在第二唇部L2的第三止擋面SB3上，形成第一外表面SE1在第三內(nèi)表面SI3上的第一徑向緊密密封接觸。
在第三階段，繼續(xù)擰緊，以便借助于第二止擋面SB2和第三止擋面SB3的傾斜度(或坡度)，且借助于第一密封面DC3和所述腔室LO的及所述第一唇部L1的的第二密封面DC4的傾斜度(或坡度)，使所述第一唇部L1在徑向上預(yù)加應(yīng)力，直至特定的力矩。
唇部L1和腔室LO的內(nèi)外表面之間的接觸與前述實(shí)施例中一樣得到加強(qiáng)，從而在直徑擴(kuò)張階段之前確保接頭的較大的密封性。
因此，在擴(kuò)張之前，在存在軸向牽引力或軸向壓縮力的內(nèi)壓下，獲得極佳的防流體密封性。
第四階段與前述階段相同，在第四階段，用一直徑擴(kuò)張工具例如一具有錐形頭部的球軸向插入到管T1和T2之一中，在塑性變形范圍內(nèi)使接頭進(jìn)行直徑擴(kuò)張。
在擴(kuò)張的最后階段，第四緊密密封接觸確定在第一唇部L1的一自由端(在其第一內(nèi)表面SI1的部位)和第二唇部L2的第二外表面SE2之間。因此，第一唇部L1由于第四緊密接觸而由其自由端進(jìn)行固定，且由于第二緊密接觸而由在第一外表面SE1處延伸它的“凸起”進(jìn)行固定。
當(dāng)?shù)谝还苄渭﨓M具有一第一密封面DC3時(shí)，可選地當(dāng)?shù)诙苄渭﨓F具有一第二密封面DC4時(shí)，一旦第四階段終止，一接頭組裝件的上游一側(cè)和下游一側(cè)之間的密封性能偏差基本上減小。這是上游一側(cè)接觸壓力增大的結(jié)果，而不損害下游一側(cè)的接觸壓力。
借助于本發(fā)明，可獲得支持高擴(kuò)張率的、甚至很高的擴(kuò)張率的、通常為10％至35％的可擴(kuò)張管形接頭，而在擴(kuò)張之前和之后確保高質(zhì)量的密封性。顯然，本發(fā)明也適用于低于10％的擴(kuò)張率。
此外，本發(fā)明可在套管式組裝的情況下不過(guò)分地使擴(kuò)張時(shí)的變形“不對(duì)稱”，因此可獲得在套管的中央部分的每一側(cè)形成的擴(kuò)張螺紋接頭的良好密封性。
此外，本發(fā)明可使用大范圍的鋼和合金，只要材料具有足以進(jìn)行擴(kuò)張的展性。如果是鋼，則材料可以是非合金鋼，或錳鋼，或鉻-鉬合金鋼，或微合金鋼，或硼鋼，或前述成分的化合物(鉻-鉬-鈮-硼合金鋼)，或含13％的馬氏體鉻的鋼，或含22％或25％的鉻的雙奧氏體鐵氧體鋼，或奧氏體不銹鋼。例如，碳-錳合金鋼可用于非腐蝕性井，或者含0.2％的碳和13％的鉻的鋼(X20鉻13-根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)命名，AISI(美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì))420-根據(jù)美國(guó)命名)可用于含二氧化碳的腐蝕性井。
此外，材料可選地進(jìn)行熱處理，以便具有大于一選擇值或在選擇的數(shù)值范圍的彈性極限。最小彈性極限例如可在300MPa至1000MPa的甚至更大的范圍進(jìn)行選擇。
本發(fā)明不局限于上述的僅僅作為例子的管形螺紋密封接頭的實(shí)施方法和實(shí)施方式，而包括現(xiàn)有技術(shù)人員在下面權(quán)利要求書的范圍內(nèi)所實(shí)施的所有其他實(shí)施例。
因此，所述的陽(yáng)螺紋和陰螺紋每個(gè)都實(shí)施成一單個(gè)部分，但是，它們可實(shí)施成多個(gè)部分。此外，可配設(shè)成使用特定分開(kāi)的密封面，以耐外壓。在這種情況下，它們可或者朝凹陰式端部進(jìn)行布置，或者布置在螺紋的中間。
權(quán)利要求
1.可擴(kuò)張的管形接頭，所述管形接頭一方面包括一第一管形件(EM)，所述第一管形件具有一配有陽(yáng)螺紋(FM)的第一部分(P1)和一延伸所述第一部分的第二部分(P2)，并且所述第二部分包括(i)一第一外表面(SE1)，(ii)一第一環(huán)形唇部(L1)，其具有一第一軸向止擋面(SB1)和一第一內(nèi)表面(SI1)，且由所述第一外表面(SE1)在其一部分軸向長(zhǎng)度上加以限定，以及(iii)一第二止擋面(SB2)，所述管形接頭另一方面包括一第二管形件(EF)，所述第二管形件具有(i)一陰螺紋(FF)，其與所述陽(yáng)螺紋(FM)偶配，且擰緊在其上，(ii)一第二環(huán)形唇部(L2)，其具有一第三止擋面(SB3)、一面對(duì)于所述第一內(nèi)表面(SI1)布置的第二外表面(SE2)、和一第二內(nèi)表面(SI2)，(iii)一第四軸向止擋面(SB4)，以及(iv)一第三內(nèi)表面(SI3)，其延伸在所述第四軸向止擋面(SB4)和所述陰螺紋(FF)之間，并與所述第二外表面(SE2)和所述第四止擋面(SB4)一起形成一偶配所述第一唇部(L1)的環(huán)形腔室(LO)，其特征在于，所述第一管形件(EM)在延伸所述第二止擋面(SB2)的一第四內(nèi)表面(SI4)處具有一選擇的局部環(huán)形厚度余量(SA1)；所述第二管形件(EF)在其第三內(nèi)表面(SI3)的一選擇部位具有一內(nèi)環(huán)形凹槽(G1)，該內(nèi)環(huán)形凹槽(G1)基本上布置在所述第一外表面(SE1)和所述環(huán)形厚度余量(SA1)處；所述第一管形件(EM)和第二管形件(EF)成形為使得所述第一唇部(L1)接納在所述環(huán)形腔室(LO)中，且所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上、和/或所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上，以便當(dāng)以后在可擴(kuò)張的管形接頭上進(jìn)行塑性變形范圍內(nèi)的直徑擴(kuò)張時(shí)，允許在所述第一外表面(SE1)處形成一，該環(huán)形肩部(EP)具有凹槽(G1)的至少一部分構(gòu)形，且與之進(jìn)行密封且緊密接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)和第二管形件(EF)成形為在所述擴(kuò)張之后，另一緊密密封接觸形成在所述第一唇部(L1)的一部分內(nèi)端部和所述第二外表面(SE2)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)起初朝所述第二止擋面(SB2)的方向具有不斷增加的局部環(huán)形厚度余量(SA1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接頭，其特征在于，所述局部環(huán)形厚度余量(SA1)沿著約5°至約30°、優(yōu)選約10°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)起初在其第一部分(P1)處、在其相對(duì)于所述陽(yáng)螺紋(FM)的內(nèi)表面上具有一錐形縮徑，其中形成一局部環(huán)形凹處(DC2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接頭，其特征在于，所述縮徑沿著相對(duì)于縱向方向(A)的約2°至約20°的坡度基本上連續(xù)增大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第二部分(P2)的所述最大厚度余量(SA1)起初小于根據(jù)一緩沖器的直徑選定的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)的所述第二內(nèi)表面(SI2)起初在靠近所述第三止擋面(SB3)的一區(qū)域具有一選定的局部環(huán)形厚度余量(SA2)，以便在擴(kuò)張時(shí)沿所述凹槽(G1)的方向增大所述第一唇部(L1)的變形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)的所述厚度余量(SA2)小于所述第一管形件的厚度余量(SA1)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)的所述厚度余量(SA2)起初小于一根據(jù)一緩沖器的直徑選定的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第二管形件(EF)起初在其第二唇部(L2)在縱向方向上的延伸部分(PR)及其腔室(LO)在一橫向平面上的延伸部分(H)之間的比率為約1至約3，優(yōu)選約1.2至約1.6。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述凹槽(G1)起初具有至少兩個(gè)曲線部分(C1，C2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的接頭，其特征在于，所述曲線部分(C1，C2)起初具有基本上相同的曲率半徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接頭，其特征在于，所述曲率半徑起初為約2mm至約20mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述兩曲線部分(C1，C2)由一基本上呈柱形的中央部分(PC)分開(kāi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述管形件(EM，EF)中至少一管形件屬于一長(zhǎng)度大的管(T1，T2)；且所述凹槽(G1)起初具有一徑向深度(H′)，所述徑向深度(H′)的最大值選定成所述凹槽(G1)的底部的材料截面大于所述管(T1，T2)的一通常部分的最小截面與所述接頭的拉伸效率系數(shù)的乘積。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述陽(yáng)螺紋(FM)和所述陰螺紋(FF)在包括錐形螺紋和柱形螺紋的組類中加以選擇，每種螺紋形成于至少一部分管形件(EM，EF)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)和第二管形件(EF)成形為在擰緊之后，所述第一唇部(L1)在彈性變形范圍內(nèi)受到軸向壓縮。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)和所述第二管形件(EF)成形為在所述擰緊期間，所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上，然后，所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接頭，其特征在于，所述第二止擋面(SB2)和第三止擋面(SB3)起初具有的錐面分別為凸起的和凹入的，所述錐面的傾斜度相對(duì)于一與縱向方向(A)呈橫向的平面基本上相同，以便在所述擰緊之后和在所述擴(kuò)張之前，在所述第一內(nèi)表面(SI1)和所述第二外表面(SE2)之間進(jìn)行緊密密封接觸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接頭，其特征在于，所述傾斜度起初為約+5°至約+30°。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一唇部(L1)的所述第一內(nèi)表面(SI1)起初相對(duì)于所述縱向方向(A)傾斜一約0.1°至約15°的角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述陽(yáng)螺紋(FM)和陰螺紋(FF)起初具有帶承載邊的螺紋，該承載邊具有約-3°至約-15°的負(fù)角。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述陽(yáng)螺紋(FM)和陰螺紋(FF)起初具有帶嚙合邊螺紋，該嚙合邊具有約+10°至約+30°的正角。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的接頭，其特征在于，所述陽(yáng)螺紋(FM)和陰螺紋(FF)在擰緊之后和在擴(kuò)張之前，在其嚙合邊之間，具有約0.05mm至約0.3mm的軸向間隙。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)起初在其第一外表面(SE1)處，在其第一部分(P1)之前，具有一錐形斜面，該錐形斜面朝內(nèi)形成一局部環(huán)形凹處(DC1)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的接頭，其特征在于，所述斜面相對(duì)于縱向方向(A)具有一約8°至約12°的基本上連續(xù)的坡度。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第二唇部(L2)的第二外表面(SE2)起初在其與所述第三止擋面(SB3)連接的部位，具有一相對(duì)于所述縱向方向(A)傾斜一約8°至約12°、優(yōu)選等于約10°的環(huán)形部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至28中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第一管形件(EM)配有一凸起的第一外表面(SE1)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項(xiàng)所述的接頭，其特征在于，所述第二管形件屬于凹陰/凹陰類型的基本上對(duì)稱的一連接套管(M)，且所述第一管形件(EM)屬于一長(zhǎng)度大的管的一端部。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接頭，其特征在于，所述套管(M)具有一中央部分(PCM)，所述中央部分(PCM)在兩側(cè)由兩個(gè)第二管形件(EF1，EF2)進(jìn)行延伸，且起初在一外表面上配有一環(huán)形區(qū)域(G2)，該環(huán)形區(qū)域(G2)具有一厚度不足量，該厚度不足量選定成所述套管(M)在該區(qū)域(G2)處的初始厚度大于或等于管(T1，T2)——在其端部形成所述第一管形件(EM)——的一通常部分的截面與接頭的效率系數(shù)的乘積。
32.可擴(kuò)張的管形接頭的實(shí)施方法，其特征在于，基于根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的可擴(kuò)張管形接頭，該方法在于-擰緊所述第一管形件(EM)和所述第二管形件(EF)，直至所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上，和/或所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上；且所述第一唇部(L1)接納在所述環(huán)形腔室(LO)中，以及-使所述可擴(kuò)張管形接頭在塑性變形范圍內(nèi)進(jìn)行直徑擴(kuò)張，以便在所述第一外表面(SE1)的部位確定一環(huán)形肩部(EP)，該環(huán)形肩部(EP)具有所述凹槽(G1)的至少一部分構(gòu)形，且與之進(jìn)行緊密且密封的接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述擴(kuò)張?jiān)谒龅谝淮讲?L1)的一內(nèi)端部部分和所述第二外表面(SE2)之間形成另一緊密密封接觸。
34.根據(jù)權(quán)利要求32和33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述擰緊首先強(qiáng)制所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上，以引起所述第一唇部(L1)在彈性變形范圍內(nèi)進(jìn)行軸向壓縮。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)行所述擰緊，直至所述第一止擋面(SB1)支承在所述第四止擋面(SB4)上，然后，所述第二止擋面(SB2)支承在所述第三止擋面(SB3)上。
36.根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述接頭的徑向擴(kuò)張根據(jù)至少等于10％的擴(kuò)張率進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可擴(kuò)張管形接頭，所述管形接頭包括一凸陽(yáng)式管形件(EM)，其配有陽(yáng)螺紋(FM)、一第一環(huán)形唇部(L1)和一第二止擋面(SB2)，所述第一環(huán)形唇部(L1)具有一第一軸向止擋面(SB1)、一第一內(nèi)表面(SI1)和一第一外表面(SE1)，所述管形接頭還包括一凹陰式管形件(EF)，其配有陰螺紋(FF)、一第二環(huán)形唇部(L2)以及第三內(nèi)表面(SI3)和第四軸向止擋面(SB4)，所述第二環(huán)形唇部具有一第三止擋面(SB3)、一第二外表面(SE2)和一第二內(nèi)表面(SI2)，第四軸向止擋面與第二外表面(SE2)一起限定一對(duì)應(yīng)于第一唇部(L1)的第一環(huán)形腔室(LO)。凸陽(yáng)式管形件(EM)起初在延伸第二止擋面(SB2)的一第四內(nèi)表面(SI4)處具有一局部環(huán)形厚度余量(SA1)。凹陰式管形件(EF)在其第三內(nèi)表面(SI3)上具有一環(huán)形凹槽(G1)，其在擰緊之后處于第一外表面(SE1)和環(huán)形厚度余量(SA1)的部位。凸陽(yáng)式管形件和凹陰式管形件成形為，在擰緊之后，第一唇部(L1)接納在環(huán)形腔室(LO)中，第二和第三止擋面一個(gè)支承在另一個(gè)上，以便當(dāng)在塑性變形范圍內(nèi)進(jìn)行直徑擴(kuò)張時(shí)，在第一外表面(SE1)處形成一環(huán)形肩部(EP)，其具有一部分凹槽(G1)的構(gòu)形，且與之進(jìn)行緊密的密封接觸。
文檔編號(hào)E21B43/10GK1902424SQ200480040175
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者L·迪伯杜, B·迪凱納, E·韋爾熱 申請(qǐng)人:瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國(guó)公司