平衡的螺纹牙形、采用平衡的螺纹牙形的管材和相关方法技术

公开了一种具有纵向轴线(55)、第一端(60)和第二端(80)的管状构件(50)。该管状构件包括公连接器，该公连接器包括外侧肩台(62)、与所述外侧肩台轴向地间隔开的内侧肩台(64)、以及在所述外侧肩台和内侧肩台之间的区域中且相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩的多个螺纹(68)。所述螺纹具有以每英寸的螺纹数(TPI)测量出的轴向密度，并且，当所述公连接器以螺纹配合的方式与母连接器接合时，每个螺纹都沿径向突出距离Hc接触母连接器上的相应的母螺纹。另外，所述螺纹被构造成使得乘积

Balanced threaded teeth, pipes with balanced thread shapes and related methods

A tubular member (50) having a longitudinal axis (55), a first end (60) and a second end (80) is disclosed. The tubular member includes a male connector, the male connector includes an outer shoulder (62), the medial shoulder and the lateral shoulder is axially spaced (64), and between the lateral and medial shoulder shoulder area and relative to the longitudinal axis to shrink more than one thread per foot size 1 to 1.5 inches of the tapered (68). The thread with the thread per inch (TPI) to measure the axial density, and, when the male connector engages in thread fit with the female connector, each thread along the radial protrusion distance Hc female connector on the corresponding contact female thread. In addition, the thread is configured to produce a product

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平衡的螺纹牙形、采用平衡的螺纹牙形的管材和相关方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年1月22日提交的专利技术名称为“BalancedThreadForm,TubularsEmployingtheSame,andMethodsRelatingThereto(平衡的螺纹牙形、采用平衡的螺纹牙形的管材及其相关方法)”的美国专利申请No.14/602,947的优先权，出于所有目的，该美国申请的全部内容在此通过引用的方式并入本文。关于联邦资助研究或开发的声明不适用。
技术介绍
本公开主要涉及螺纹连接。更具体地，本公开涉及用于井下管材(例如，钻杆)的螺纹连接。螺纹管材在许多行业应用中都是常见的，例如油气钻井、开采、运输、提炼等。在油气钻井操作中，钻头被以螺纹配合的方式附接在螺纹管材的一端处，并且该管材被旋转(例如，从地面旋转，在井下由泥浆马达旋转，等等)以形成井眼。随着钻头在地层中前进，另外的管材在地面处被以螺纹配合的方式附接，由此形成钻柱。在这些操作期间，希望沿钻柱在每个相邻管材之间的螺纹连接的强度足够大，以抵抗所有预期的运行负荷(例如，扭力、张力、压缩等)，从而确保钻柱的整体性。
技术实现思路
本公开的一些实施例涉及一种可布置在管状构件的一端处并具有纵向轴线的螺纹公连接器。在一个实施例中，该螺纹公连接器包括公扣外侧肩台以及与该公扣外侧肩台轴向间隔开的公扣内侧肩台，该公扣外侧肩台被构造成：当公连接器与母连接器以螺纹配合的方式接合时，该公扣外侧肩台接合相匹配的螺纹母连接器上的母扣外侧肩台，其中，该公扣内侧肩台被构造成：当公连接器与母连接器以螺纹配合的方式接合时，该公扣内侧肩台接合母连接器上的母扣内侧肩台。另外，该公连接器在公扣外侧肩台与公扣内侧肩台之间的区域中包括相对于纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩的多个螺纹。所述多个螺纹中的每个螺纹都包括冠部、从冠部径向向内布置的根部、在冠部和根部之间延伸的入扣侧面(stabflank)、以及在冠部和根部之间延伸的承载侧面(loadflank)，其中，入扣侧面比承载侧面更靠近公扣内侧肩台。所述多个螺纹具有承压强度，该承压强度代表了使承载侧面塑性变形所需的力的度量值。所述多个螺纹具有剪切强度，该剪切强度代表了剪切所述承载侧面与入扣侧面之间的螺纹所需的轴向力的度量值。所述多个螺纹被构造成使得该承压强度等于剪切强度的0.95至1.05倍。其它实施例涉及一种制造管状构件的方法，该管状构件包括纵向轴线、第一端以及与第一端相反的第二端。在一个实施例中，该方法包括：(a)在管状构件的第一端上形成螺纹公连接器，其中，该螺纹公连接器包括公扣外侧肩台以及与公扣外侧肩台轴向地间隔开的公扣内侧肩台。另外，该方法还包括：(b)在管状构件的第二端上形成螺纹母连接器，其中，该螺纹母连接器包括母扣外侧肩台以及与母扣外侧肩台轴向地间隔开的母扣内侧肩台。此外，该方法还包括：(c)沿着所述公构件在公扣外侧肩台和公扣内侧肩台之间的区域中形成多个公螺纹，并且沿着所述母构件在母扣外侧肩台和母扣内侧肩台之间的区域中形成多个母螺纹。所述公螺纹和母螺纹中的每一个都相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩，并且所述多个公螺纹和多个母螺纹具有以每英寸的螺纹数(TPI)衡量的轴向密度。所述多个公螺纹中的每个公螺纹和所述多个母螺纹中的每个母螺纹都包括冠部、根部、在冠部与根部之间延伸的入扣侧面、以及在冠部和根部之间延伸的承载侧面。每个公螺纹上的入扣侧面都比该公螺纹上的承载侧面更靠近公扣内侧肩台。每个母螺纹上的入扣侧面都比该母螺纹上的承载侧面更靠近母扣外侧肩台。当所述公构件以螺纹配合的方式接合另一管状构件上的母构件时，所述多个公螺纹中的每个公螺纹都沿着承载侧面在径向突出距离Hc上接触相应的母螺纹。当所述母构件以螺纹配合的方式接合另一管状构件上的公构件时，所述多个母螺纹中的每个母螺纹都沿着承载侧面在所述径向突出距离Hc上接触相应的公螺纹。所述多个公螺纹和母螺纹被构造成使得所述公螺纹和母螺纹的乘积(Hc)(TPI)大于等于0.95但小于等于1.05。又一些其它实施例涉及一种管状构件，该管状构件具有纵向轴线、第一端以及与第一端相反的第二端。在一个实施例中，该管状构件包括布置在第一端处的第一螺纹母连接器以及布置在第二端处的第一螺纹公连接器。第一公连接器包括公扣外侧肩台以及与该公扣外侧肩台轴向间隔开的公扣内侧肩台，该公扣外侧肩台被构造成：当公连接器以螺纹配合的方式与第二母连接器接合时，该公扣外侧肩台接合另一管状构件的第二螺纹母连接器上的母扣外侧肩台，其中，该公扣内侧肩台被构造成：当公连接器以螺纹配合的方式与第二母连接器接合时，该公扣内侧肩台接合第二母连接器上的母扣内侧肩台。另外，第一公连接器在公扣外侧肩台与公扣内侧肩台之间的区域中包括相对于纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩的多个螺纹。所述多个螺纹中的每个螺纹都包括冠部、从冠部径向向内地布置的根部、在冠部和根部之间延伸的入扣侧面、以及在冠部和根部之间延伸的承载侧面。该入扣侧面比承载侧面更靠近公扣内侧肩台。所述多个螺纹具有以每英寸的螺纹数(TPI)衡量的轴向密度。当公连接器以螺纹配合的方式与第二母连接器接合时，螺纹公连接器上的所述多个螺纹中的每个螺纹都沿着承载侧面在径向突出距离Hc上接触第二母连接器上的相应的母螺纹。所述多个螺纹被构造成使得乘积(Hc)(TPI)大于等于0.95但小于等于1.05。本文所述的实施例包括旨在解决与特定的现有装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的组合。上文已相当宽泛地概括了所公开的例示性实施例的特征及特定的技术优点，以便能够更好地理解下文的详细说明。通过阅读下文的详细说明并参考附图，本领域技术人员将易于明白上述的各种特点以及其它特征。本领域技术人员应当明白，所公开的构思和特定的例示性实施例可容易地用作修改或设计用于实现本文所述实施例的相同目的的其它结构的基础。附图说明为了详细说明所公开的例示性实施例，现在将参考附图，其中：图1是根据本文公开的原理的、用于在地层中钻出井眼的钻井系统的一个实施例的示意性侧视图；图2是在图1的钻井系统中使用的一个钻杆的斜视截面图；图3是在图1的钻井系统中使用的一个钻杆的侧视截面图；图4是图2和3的钻杆的公螺纹连接器的一部分的放大截面图；图5是图2和3的钻杆的母螺纹连接器的一部分的放大截面图；图6是布置在图4的公螺纹连接器上的完全成型螺纹的放大截面图；图7是布置在图4的公螺纹连接器上的完全成型螺纹的可替代实施例的放大截面图；图8是由图4的螺纹公连接器和另一管状构件的母螺纹连接器形成的螺纹连接的放大截面图；图9是图8的连接中的相互接合的螺纹的放大截面图；并且图10是根据本文公开的原理来制造管状构件的方法的框图。具体实施方式下文的讨论涉及各种例示性实施例。然而，本领域技术人员应当理解，本文公开的示例具有广泛的应用，并且，对任何实施例的讨论都仅是为了举例说明该实施例，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求书在内)仅限于该实施例。附图不必按比例绘制。可能成比例地放大或者以稍微示意性的形式示出本文的特定特征和部件，并且，为了清楚和简明起见，可能未示出常规元件的一些细节。在下文的讨论和权利要求中，术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺纹公连接器，所述螺纹公连接器能布置在管状构件的一端处并具有纵向轴线，其中，所述螺纹连接器包括：公扣外侧肩台，所述公扣外侧肩台被构造成：当所述公连接器以螺纹配合的方式与相匹配的螺纹母连接器接合时，所述公扣外侧肩台接合所述母连接器上的母扣外侧肩台；公扣内侧肩台，所述公扣内侧肩台与所述公扣外侧肩台轴向地间隔开，其中，所述公扣内侧肩台被构造成：当所述公连接器以螺纹配合的方式与所述母连接器接合时，所述公扣内侧肩台接合所述母连接器上的母扣内侧肩台；以及多个螺纹，所述多个螺纹在所述公扣外侧肩台与所述公扣内侧肩台之间的区域中并相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩，其中，所述多个螺纹中的每个螺纹均包括：冠部；从所述冠部径向向内布置的根部；在所述冠部和所述根部之间延伸的入扣侧面；以及在所述冠部和所述根部之间延伸的承载侧面，其中，所述入扣侧面比所述承载侧面更靠近所述公扣内侧肩台；其中，所述多个螺纹具有承压强度，该承压强度代表了使所述承载侧面塑性变形所需的力的度量值；并且其中，所述多个螺纹具有剪切强度，该剪切强度代表了剪切所述承载侧面与所述入扣侧面之间的螺纹所需的轴向力的度量值；并且其中，所述多个螺纹被构造成使得所述承压强度等于所述剪切强度的0.95至1.05倍。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.22 US 14/602,9471.一种螺纹公连接器，所述螺纹公连接器能布置在管状构件的一端处并具有纵向轴线，其中，所述螺纹连接器包括：公扣外侧肩台，所述公扣外侧肩台被构造成：当所述公连接器以螺纹配合的方式与相匹配的螺纹母连接器接合时，所述公扣外侧肩台接合所述母连接器上的母扣外侧肩台；公扣内侧肩台，所述公扣内侧肩台与所述公扣外侧肩台轴向地间隔开，其中，所述公扣内侧肩台被构造成：当所述公连接器以螺纹配合的方式与所述母连接器接合时，所述公扣内侧肩台接合所述母连接器上的母扣内侧肩台；以及多个螺纹，所述多个螺纹在所述公扣外侧肩台与所述公扣内侧肩台之间的区域中并相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩，其中，所述多个螺纹中的每个螺纹均包括：冠部；从所述冠部径向向内布置的根部；在所述冠部和所述根部之间延伸的入扣侧面；以及在所述冠部和所述根部之间延伸的承载侧面，其中，所述入扣侧面比所述承载侧面更靠近所述公扣内侧肩台；其中，所述多个螺纹具有承压强度，该承压强度代表了使所述承载侧面塑性变形所需的力的度量值；并且其中，所述多个螺纹具有剪切强度，该剪切强度代表了剪切所述承载侧面与所述入扣侧面之间的螺纹所需的轴向力的度量值；并且其中，所述多个螺纹被构造成使得所述承压强度等于所述剪切强度的0.95至1.05倍。2.根据权利要求1所述的螺纹公连接器，其中，所述多个螺纹中的每个螺纹还包括：在所述冠部和所述入扣侧面之间延伸并具有第一曲率半径的第一半径；和在所述冠部和所述承载侧面之间延伸并具有第二曲率半径的第二半径；其中，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。3.根据权利要求2所述的螺纹公连接器，其中，所述第一曲率半径是所述第二曲率半径的至少四倍。4.根据权利要求3所述的螺纹公连接器，其中，所述第一曲率半径为0.065英寸，并且其中，所述第二曲率半径为0.015英寸。5.根据权利要求1所述的螺纹公连接器，其中，所述多个螺纹中的每个螺纹上的所述入扣侧面相对于所述纵向轴线的半径方向以第一角度α取向，并且其中，所述多个螺纹中的每个螺纹上的所述承载侧面相对于所述半径方向以第二角度β取向，其中α等于β。6.根据权利要求1所述的螺纹公连接器，其中，所述多个螺纹中的每个螺纹上的所述入扣侧面相对于所述纵向轴线的半径方向以第一角度α取向，并且其中，所述多个螺纹中的每个螺纹上的所述承载侧面相对于所述半径方向以第二角度β取向，其中α大于β。7.根据权利要求6所述的螺纹公连接器，其中，α等于45°，β等于30°。8.根据权利要求7所述的螺纹公连接器，其中，当沿所述纵向轴线在横截面中观察时，所述螺纹的子集中的每个螺纹的根部具有椭圆形弯曲。9.根据权利要求1所述的螺纹公连接器，其中，所述多个螺纹相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.25英寸的方式渐缩。10.一种制造管状构件的方法，所述管状构件包括纵向轴线、第一端以及与所述第一端相反的第二端，所述方法包括以下步骤：(a)在所述管状构件的第一端上形成螺纹公连接器，其中，所述螺纹公连接器包括公扣外侧肩台以及与所述公扣外侧肩台轴向地间隔开的公扣内侧肩台；(b)在所述管状构件的第二端上形成螺纹母连接器，其中，所述螺纹母连接器包括母扣外侧肩台以及与所述母扣外侧肩台轴向地间隔开的母扣内侧肩台；(c)沿着所述公构件在所述公扣外侧肩台和所述公扣内侧肩台之间的区域中形成多个公螺纹并沿所述母构件在所述母扣外侧肩台和所述母扣内侧肩台之间的区域中形成多个母螺纹，其中，所述公螺纹和所述母螺纹中的每一个均相对于所述纵向轴线以每英尺缩径1.0至1.5英寸的方式渐缩，并且其中，所述多个公螺纹和所述多个母螺纹具有以每英寸的螺纹数(TPI)衡量的轴向密度，并且其中，所述多个公螺纹中的每个公螺纹和所述多个母螺纹中的每个母螺纹均包括：冠部；根部；在所述冠部和所述根部之间延伸的入扣侧面；以及在所述冠部和所述根部之间延伸的承载侧面，其中，每个公螺纹上的所述入扣侧面比该公螺纹上的承载侧面更靠近所述公扣内侧肩台，并且其中，每个母螺纹上的所述入扣侧面比该母螺纹上的承载侧面更靠近所述母扣外侧肩台；其中，当所述公构件以螺纹配合的方式与另一管状构件上的母构件接合时，所述多个公螺纹中的每个公螺纹沿着所述承载侧面在径向突出距离Hc上接触相应的母螺纹；其中，当所述母构件以螺纹配合的方式与另一管状构件上的公构件接合时，所述多个母螺纹中的每个母螺纹沿着所述承载侧面在所述径向突出距离Hc上接触相应的公螺纹；并且其中，所述多个公螺纹和母螺纹被构造成使得：对于所述公螺纹和所述母螺纹，乘积(Hc)(TPI)大于等于0.95但小于等于1.05。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·穆拉多夫，迈克尔·约瑟夫·杰利森，
申请(专利权)人：国民油井华高有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US