CN105431665A - 4牙螺纹牙型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种装置，其形成每英寸牙数(TPI)为四的管道螺纹牙型。该螺纹牙型被配置为具有承载牙侧、承载牙侧角、嵌入牙侧、嵌入牙侧角、牙顶以及牙底。由于螺纹泄漏，在4500磅/平方英寸以及更大压力下使用4牙螺纹牙型的水压试验产生失效。在187400磅及更大的负荷下使用4牙螺纹牙型的拉伸试验在3535磅/平方英寸和更大的力下产生剪断。
Description
技术领域
本发明主要涉及管道螺纹牙型，尤其涉及4牙螺纹牙型(即，每英寸四牙的管道牙型)。
背景技术
用于石油管线的常见管道通常的特征是每英寸牙数(TPI)为八(8)的螺纹牙型，也已知为8牙(8-round)。这种螺纹牙型能够承受美国石油协会(API)标准所要求的高压和相关的拉伸负荷。然而，每英寸八牙的螺纹牙型易于在安装时错扣，尤其是在大尺寸管道中。
此外，虽然可能存在上百种螺纹牙型，但是由于脱落和破裂的问题，许多适于金属管道的螺纹牙型(例如锯齿螺纹)不能被加工于复合管道中。脱落和破裂的问题尤其出现于锯齿螺纹的尖角。同样地，作为普遍用于现代油井和气井完井的高性能螺纹类型，特殊螺纹可用于多种构造中，并且通常被设计为提供优良的液压密封、提高的抗拉能力并且容易装配。然而，由于复合管道的加工问题，因此特殊螺纹也不能被完全提供在复合管道中。
发明内容
因此，存在对于一种螺纹牙型的需求，其不易在安装时错扣并且能够被加工于复合管道中，同时仍然能够承受高压和拉伸负荷。
附图说明
参考附图能够更好地理解本发明的多个方面，其中：
图1示出本发明的螺纹牙型的示意图；
图2示出用于水压试验的爆裂试验；
图3示出用于拉伸试验的管轴组件；
图4A-4B示出张拉试验组件；
图5A-5D示出拉伸试验样本；并且
图6A-6B示出上卸扣试验样本。
具体实施方式
现在详细参考附图中所示的非限制性实施方式的描述。虽然所述实施方式可能使用特定材料或构造，但是并不意味着将本发明限制于本文所公开的一个实施方式或多个实施方式。因此，所提出的实施方式的多种修改对于本领域技术人员是显而易见的，并且本文所述的一般原理可被应用于其他非限制性实施方式，而不脱离本发明的本质或范围。如此，不同可选实施方式的详细描述不应解释为限制权利要求中所阐述的装置、***和方法的范围或广度。
图1示出用于管道的4牙螺纹牙型的示例实施方式，其包括承载牙侧、嵌入牙侧、牙顶以及牙底。承载牙侧以承载牙侧角倾斜，该承载牙侧角是从垂直于管道轴线的线测量的。嵌入牙侧以嵌入牙侧角倾斜，该嵌入牙侧角也是从垂直于管道轴线的线测量的，但是在相反的方向上。在图1所示的示例实施方式中，承载牙侧角是62度，并且嵌入牙侧角是25度，然而嵌入牙侧角可以是15度和25度之间的任意角度。因此，在示出的示例实施方式中，承载牙侧与嵌入牙侧之间的角度可以是77度至87度的范围。此外，图1所示的螺纹牙型包括3/4”的每英尺锥度(TPF)。
图1示出的实施方式是示例性的，并且用于示出4牙螺纹牙型。当然，在应用中，螺纹牙型被应用于外(阳)螺纹部和内(阴)螺纹部，其被配置为在两条管道之间形成完整的螺纹连接。此外，示例的4牙螺纹牙型可被提供在大直径和小直径管道上。
根据图1的4牙螺纹牙型的4牙螺纹样品的拉伸试验结果显示，4牙螺纹牙型可以比传统的8牙螺纹牙型承受两倍多的拉伸负荷。通过确定在每平方英寸啮合面积的基础上需要何种拉伸力来剪切啮合的螺纹，从而测量螺纹牙型的强度。在拉伸试验中，传统的8牙螺纹牙型通常在大约1500磅/平方英寸时失效。如果试验样品被加压，并且拉伸负荷作为端部推力的结果，则试验结果在剪切之前提高到大约2000磅/平方英寸。在没有压力的直拉试验中，第一4牙螺纹牙型样品在3800磅/平方英寸时失效。在两个额外的试验中，4牙螺纹牙型在3700和3900磅/平方英寸时失效。
此外，4牙螺纹的两个样品的压力试验也显示出出色的结果。第一4牙螺纹牙型样品被置于2500磅/平方英寸下一天一夜，并且没有出现泄漏。第二4牙螺纹牙型样品经受爆裂试验，并且在3700磅/平方英寸时使试验接头失效。以下提供试验装置和试验结果的更详细说明。
水压试验
图2示出爆裂试验装置，以用于6-5/8”YellowBox组件的样本的水压试验，该组件使用上文中关于图1所述的4牙螺纹牙型，并且具有4TPI(每英寸牙数)3/4”TPF(每英尺锥度)。为了方便起见，(60/25)表示具有60(62)度的嵌入牙侧角和25度的承载牙侧角的4牙螺纹牙型。
图2所示的试验组件包括：钢端盖(6.5”L4长度的60/25母扣端)、接头(6.5”L460/25公扣端×4.0”L460/25公扣端)、接合器(4.0”L460/25母扣端×4.0”L460/25母扣端)、接头(4.0”L460/25公扣端×6.5”L460/25公扣端)以及钢端盖(6.5”L460/25母扣端)。
以下进行4牙螺纹牙型样本的组装和试验。使用清洁布和软刷来清除母扣(内螺纹/阴螺纹)和公扣(外螺纹/阳螺纹)的螺纹上的杂物。Teflon胶带被施加于公扣螺纹上。Teflon胶带以顺时针方向绕紧公扣端部，从4牙螺纹牙型的较大主体端部的收尾终点开始直到公扣上的最后的螺纹，并且回到收尾终点。在施加Teflon胶带期间，尝试在每次缠绕时完全覆盖4牙螺纹牙型的每条螺纹。随后将TF-15类型的螺纹脂(制造商：Jet-Lube股份有限公司)施加于母扣(内螺纹)和公扣(外螺纹)的螺纹。随后手动组装螺纹接头，直至“用手紧固”。随后使用动力钳通过约为2700磅英尺的扭力值来完成组装。
进行水压试验以测量4牙螺纹牙型的最大水压。最初，试验样品被不间断地从0磅/平方英寸加压到2000磅/平方英寸。随后，在5至10分钟的间隔内，以500磅/平方英寸的增量加压试验样品，直至压力为4000磅/平方英寸。随后，在5分钟的间隔内，以250磅/平方英寸的增量降低压力。重复这个过程，直到失效。所有的失效都归因于螺纹泄漏。表1中示出水压试验的结果。
表1
拉伸试验
图3示出管轴组件，以用于9-5/8”YellowBox组件的七个(7)样本的拉伸试验，该组件使用具有4TPI3/4”TPF的4牙螺纹牙型(60/25)和(60/15)。为了方便起见，(60/25)表示具有60度的嵌入牙侧角和25度的承载牙侧角的4牙螺纹牙型，(60/15)表示具有60度的嵌入牙侧角和15度的承载牙侧角的4牙螺纹牙型。
以下进行4牙螺纹牙型样本的组装和试验。使用清洁布和软刷来清除公扣(外螺纹/阳螺纹)和母扣(内螺纹/阴螺纹)的螺纹上的杂物。Teflon胶带被施加于公扣螺纹上。胶带以顺时针方向绕紧公扣端部，从螺纹的较大主体端部的收尾终点开始直到公扣上的最后的螺纹，并且回到收尾终点。在施加Teflon胶带期间，尝试在每次缠绕时完全覆盖4牙螺纹牙型的每条螺纹。随后将TF-15类型的螺纹脂(制造商：Jet-Lube股份有限公司)施加于母扣和公扣的螺纹。
随后手动组装接头，直至“用手紧固”。随后使用动力钳通过约为2700磅英尺的扭力值来完成组装。参见图4A-4B。
执行拉伸负荷试验，以验证4牙螺纹牙型的拉伸强度。在拉伸负荷试验中，使用钢夹具来拉动图2所示的组件。在拉伸负荷试验期间总共拉动了6个样品。图4A-4B中示出了安装在拉伸试验机上的组件。
使用标准的美国石油协会(API)8牙螺纹连接的丰富经验表明，在直拉拉伸试验中预期的螺纹剪切约为1600磅/平方英寸。换言之，每平方英寸的啮合螺纹通常承受约为1600磅/平方英寸的剪切负荷。在以下的表2中示出的剪切力值表示每平方英寸的4牙螺纹牙型的啮合螺纹的极限剪切强度。
如图3所示，初始试验件被组装，其包括下列：半联轴器，其具有L4＝6.5”的8牙螺纹；接头，其在一端具有L4＝6.5”的传统8牙螺纹牙型，并且在另一端具有L4＝5.5”的4牙螺纹牙型；接合器，其在两端都具有L4＝5.5”的4牙螺纹牙型；接头，其在一端具有L4＝5.5”的4牙螺纹牙型，并且在另一端具有L4＝6.5”的传统8牙螺纹牙型；以及半联轴器，其具有L4＝6.5”的8牙螺纹牙型。使用具有300000磅量程的电子吊秤来测量每次拉动的拉伸力。安装在试验框架中的15”液压缸提供用于每次拉动的拉伸力。
在此没有记录的第一次拉动剪切了传统8牙螺纹牙型连接，尽管其在螺纹长度上短了一英寸。准备了第二样品，其中4牙螺纹牙型上的L4被减少到3.5”。传统8牙螺纹再次失效。以下记录的最终样本1准备有2.5”的L4。尺寸M是0.713，因此留有1.787”的有效啮合螺纹长度。以下试验并记录了六个这种样品，其中三个为60/25的4牙螺纹牙型并且三个为60/15的4牙螺纹牙型。
表2
从上述表2中的结果可以看出，4牙螺纹牙型的剪切强度的平均值是传统8牙螺纹牙型的2至2.4倍。在试验过程中，参见图5A-5D，在玻璃纤维(接头)到玻璃纤维(接合器)的连接处出现剪切失效，然而在所有的六个试验中样品主体都没有损坏。
为了确定4牙螺纹牙型重复地上卸扣的能力，具有9-5/8”尺寸螺纹的8英寸接头和接合器被扭转至2700磅/平方英寸，并且连续地卸扣10次。在10个这种循环之后检查螺纹，并且发现没受到明显的擦伤、破裂或任何其他损伤。参见图6A-6B。
本文中提供的本发明以清晰和简明的术语完全地描述了螺纹牙型，以使本领域技术人员理解和实践本发明，并且本文中描述的一般原则可被应用于其他实施方式，而不脱离本发明的实质或范围。因此，应理解的是，本文中提供的说明和附图代表本发明目前优选的实施方式，并且因此代表本发明广泛构思的主题。
Claims (13)
1.一种螺纹牙型，其包括：
预定的每英寸牙数；
承载牙侧，其具有承载牙侧角；
嵌入牙侧，其具有嵌入牙侧角；
牙顶部，其位于嵌入牙侧与承载牙侧之间；以及
牙底部，其位于承载牙侧与嵌入牙侧之间，其中在牙底部中，承载牙侧角大约为嵌入牙侧角的2.4与4.0倍之间。
2.根据权利要求1所述的螺纹牙型，其中，所述预定的每英寸牙数比标准的预定的每英寸牙数小。
3.根据权利要求2所述的螺纹牙型，其中，所述预定的每英寸牙数是每英寸4牙。
4.根据权利要求1所述的螺纹牙型，其中，所述牙顶部被配置为具有0.020英寸的半径。
5.根据权利要求1所述的螺纹牙型，其中，所述牙底部被配置为具有0.017英寸的半径。
6.根据权利要求1所述的螺纹牙型，其中，承载牙侧角处于60度与62度之间。
7.根据权利要求1所述的螺纹牙型，其中，嵌入牙侧角处于15度与25度之间。
8.一种复合管道，其包括：
第一螺纹端部，其包括每英寸四牙的螺纹牙型；
螺纹牙型包括：
承载牙侧，其具有承载牙侧角；
嵌入牙侧，其具有嵌入牙侧角；
牙顶部，其位于嵌入牙侧与承载牙侧之间；以及
牙底部，其位于承载牙侧与嵌入牙侧之间，其中在牙底部中，承载牙侧角大约为嵌入牙侧角的2.4与4.0倍之间。
9.根据权利要求8所述的复合管道，其中，承载牙侧角处于60度与62度之间。
10.根据权利要求8所述的复合管道，其中，嵌入牙侧角处于15度与25度之间。
11.一种螺纹接合器，其包括：
内部4牙螺纹牙型，其具有：
承载牙侧，其具有承载牙侧角；
嵌入牙侧，其具有嵌入牙侧角；
牙顶部，其位于嵌入牙侧与承载牙侧之间；以及
牙底部，其位于承载牙侧与嵌入牙侧之间，其中在牙底部中，承载牙侧角大约为嵌入牙侧角的2.4与4.0倍之间。
12.根据权利要求11所述的螺纹接合器，其中，承载牙侧角处于60度与62度之间。
13.根据权利要求11所述的螺纹接合器，其中，嵌入牙侧角处于15度与25度之间。
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