BR132016007355E2

BR132016007355E2 - TUBULAR CONNECTION WITH TORQUE SHOULDER THAT EXTENDS HELICOIDALLY

Info

Publication number: BR132016007355E2
Application number: BR132016007355-2A
Authority: BR
Inventors: J. Hou Fu; O. Banker Edward; Broussard Ryan
Original assignee: Ultra Premium Oilfield Services, Ltd.
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2017-10-31

Abstract

conexão tubular com ombro de torque que se estende de forma helicoidal uma conexão tubular inclui um membro de pino e um membro de caixa. o membro de pino tem uma primeira estrutura de rosca e um ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino da primeira estrutura de rosca. o membro de caixa tem uma segunda estrutura de rosca e um segundo ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa da segunda estrutura de rosca. a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca são dimensionadas e localizadas para controlar uma posição de inserção da conexão tubular, e na posição de inserção o primeiro ombro de torque helicoidal não engata ou axialmente sobrepõe com o segundo ombro de torque helicoidal. um método para juntar membros tubulares usando um ombro de torque helicoidal é também fornecido.helically extending torque shoulder tubular connection a tubular connection includes a pin member and a housing member. the pin member has a first screw frame and an axially spaced helical torque shoulder along the pin member of the first screw frame. the housing member has a second thread structure and a second axially spaced helical torque shoulder along the housing member of the second thread structure. the first thread frame and the second thread frame are sized and located to control an insertion position of the tubular connection, and in the insertion position the first helical torque shoulder does not engage or axially overlaps with the second helical torque shoulder. A method for joining tubular members using a helical torque shoulder is also provided.

Description

“CONEXÃO TUBULAR COM OMBRO DE TORQUE QUE SE ESTENDE DE FORMA HELICOIDAL” Certificado de Adição de Invenção do BR 11 2015 012235 3 depositado em 25/11/2013 Referências Cruzadas [001] Este pedido é uma continuação em parte do Pedido de Patente USN ° 13/798,330, reivindica o benefício do Pedido Provisório US N ° 61/730,720, depositado em 28 de novembro de 2012, a totalidade dos quais sendo aqui incorporada por referência.“Helically extending TORCH TUBULAR CONNECTION” Certificate of Invention of BR 11 2015 012235 3 filed on 11/25/2013 Cross References [001] This application is a continuation in part of USN Patent Application No. 13 / 798,330, claims the benefit of US Provisional Application No. 61 / 730,720, filed November 28, 2012, all of which are incorporated herein by reference.

Campo Técnico [002] O presente pedido refere-se a conexões tubulares e, mais particularmente, a uma conexão tubular que tem um arranjo de ombro de torque helicoidal.Technical Field [002] This application relates to tubular fittings, and more particularly to a tubular fitting having a helical torque shoulder arrangement.

Fundamentos [003] A indústria de exploração e rendimento de óleo e gás perfura poços cada vez mais profundos e complexos para encontrar e produzir hidrocarbonetos brutos. A indústria utiliza rotineiramente tubo de aço (Oil Country Tubular Goods) para proteger o furo do poço (revestimento) e para controlar os fluidos produzidos nele (tubulação). O revestimento e a tubulação são feitos e transportados em comprimentos relativamente curtos e instalados no poço um comprimento de cada vez, cada comprimento sendo conectado ao seguinte. Como a busca por óleo e gás tem levado empresas a perfurar poços mais profundos e difíceis, as exigências sobre revestimento e tubulação têm crescido proporcionalmente em termos tanto de forças de tração e de pressão. A tecnologia em desenvolvimento de poços desviados e horizontais têm exacerbado esta tendência, adicionando aos requisitos de revestimento e tubulação uma análise adicional de cargas de torção crescentes.Fundamentals [003] The oil and gas exploration and yield industry drills ever deeper and more complex wells to find and produce crude hydrocarbons. The industry routinely uses steel country tubular goods to protect the borehole (casing) and to control the fluids produced in it (tubing). Casing and tubing are made and transported in relatively short lengths and installed in the well one length at a time, each length being connected to the next. As the search for oil and gas has led companies to drill deeper and harder wells, coating and piping requirements have grown proportionally in terms of both tensile and pressure forces. Developing technology for offset and horizontal wells has exacerbated this trend, adding to the casing and piping requirements an additional analysis of increasing torsional loads.

[004] Duas classes gerais de conectores existem dentro deste campo. O mais comum é o conector acoplado e rosqueado, onde dois pinos, ou roscas macho, os quais são maquinados nas extremidades de duas longas juntas de tubo, são unidos por duas caixas, ou roscas fêmeas, maquinadas em um membro relativamente curto, um acoplamento, com um diâmetro exterior maior do que o tubo, e com aproximadamente o mesmo diâmetro interior. A outra classe é o conector integral, em que o membro de pino é rosqueado em uma extremidade de uma junta de total comprimento de tubo e o membro de caixa é rosqueado para dentro da segunda junta de total comprimento. As duas juntas podem, então, serem diretamente unidas sem a necessidade de um membro de acoplamento intermediário. As extremidades do corpo do tubo podem ser ainda processadas para facilitar o rosqueamento da conexão.[004] Two general classes of connectors exist within this field. The most common is the coupled and threaded connector, where two pins, or male threads, which are machined at the ends of two long pipe joints, are joined by two boxes, or female threads, machined in a relatively short member, a coupling. having an outside diameter larger than the pipe and approximately the same inside diameter. The other class is the integral connector, wherein the pin member is threaded at one end of a full length pipe joint and the housing member is threaded into the second full length joint. The two joints can then be directly joined without the need for an intermediate coupling member. The ends of the tube body can be further processed to facilitate threading of the fitting.

[005] Um perfil de rosca é geralmente definido por um vale de rosca, um topo de rosca, um flanco de inserção e um flanco de carga, conforme é genericamente mostrado na Fig. 1. Em uma rosca convencional, o "ângulo incluído", o ângulo entre os flancos de carga e de inserção é positivo, o que significa que a largura do topo da rosca é menor do que a largura da ranhura de rosca com a qual ela é inicialmente engatada. Assim, o dente do pino é facilmente posicionado dentro da ranhura da caixa à medida em que as roscas são montadas por rotação de um membro para dentro do outro. Na posição de montagem final, um ou ambos os topos e vales podem ser ligados, e pode existir folga entre os flancos de carga ou os flancos de inserção. Isso permite que a rosca seja facilmente montada. Como refletido na posição de rosca exemplificativa mostrada nas Figs. 2A (posição de inserção), 2B (posição engatada) e 2C (posição totalmente encaixada), esta folga evita que os flancos de carga e de inserção desenvolvam interferência positiva com sua superfície de casamento, o que faria com que a rosca "bloqueasse" e não engatasse plenamente.[005] A thread profile is generally defined by a thread valley, a screw top, an insertion flank, and a load flank as generally shown in Fig. 1. In a conventional thread, the "included angle" , the angle between the load and insertion flanks is positive, which means that the width of the top of the thread is smaller than the width of the thread slot with which it is initially engaged. Thus, the pin prong is easily positioned within the housing groove as the threads are assembled by rotating one member into another. In the final mounting position, one or both of the tops and valleys may be connected, and there may be clearance between the load flanges or the insertion flanks. This allows the thread to be easily assembled. As reflected in the exemplary thread position shown in Figs. 2A (insertion position), 2B (engaged position) and 2C (fully engaged position), this clearance prevents the load and insertion flanks from positively interfering with their wedding surface, which would cause the thread to "lock" and did not fully engage.

[006] Uma série de avanços ao longo dos anos têm dado origem a conexões "premium". Pode-se genericamente caracterizar essas conexões, em comparação com as conexões especificadas pela API (American Petroleum Institute - Instituto de Petróleo Americano) e outras organizações similares, na medida em que apresentam: 1) perfis de rosca mais sofisticados; 2) uma ou mais superfícies de vedação metal-com-metal; e 3) um ou mais ombros de torque. O(s) ombro(s) de torque é(são) um mecanismo usado para posicionar geometricamente a(s) vedação(ões) de metal e para reagir contra as roscas para resistir a torque aplicado externamente, enquanto mantendo tensão circunferencial relativamente baixa no interior da(s) seção(ões) rosqueada(s) da conexão. A resistência a torque é uma função da área do ombro de torque.[006] A number of advances over the years have given rise to "premium" connections. These connections can be broadly characterized as compared to the connections specified by the American Petroleum Institute (API) and other similar organizations in that they feature: 1) more sophisticated thread profiles; 2) one or more metal-to-metal sealing surfaces; and 3) one or more shoulders of torque. Torque shoulder (s) is a mechanism used to geometrically position the metal seal (s) and to react against threads to resist externally applied torque while maintaining relatively low circumferential stress on the inside the threaded section (s) of the fitting. Torque resistance is a function of the shoulder area of torque.

[007] Outro tipo de sistema de rosca que tem sido utilizado neste domínio é conhecido como uma rosca do tipo “wedge" (cuneiforme), que é formada por um sistema de roscas de diferentes graus de cauda com largura ou passo variante. Este tipo de arranjo de rosca permite que roscas sejam facilmente engatadas e montadas, e ainda desenvolvam interferência positiva entre flancos opostos da rosca na posição totalmente montada. A rosca do tipo “wedge” geralmente tem uma maior resistência a torque que outras conexões rosqueadas premium. A "rosca wedge" tem certas desvantagens, a principal sendo que ela é muito mais difícil de fabricar e medir do que uma rosca de um único passo. A fabricação de uma rosca wedge em um cone aumenta ainda mais a dificuldade de tanto o processo de rosqueamento quanto o processo de medição.Another type of thread system that has been used in this domain is known as a wedge type thread, which is formed by a thread system of varying degrees of tail with varying width or pitch. thread arrangement allows threads to be easily engaged and assembled, yet develop positive interference between opposing threads flanks in the fully assembled position. The wedge thread generally has greater torque resistance than other premium threaded fittings. wedge thread "has certain disadvantages, the main one being that it is much more difficult to manufacture and measure than a one-step thread. Making a wedge thread into a cone further increases the difficulty of both the threading process and the measurement process.

[008] O que é necessário pelos perfuradores e produtores de poços de óleo e gás profundos, de alta pressão, quentes e/ou desviados é uma conexão rosqueada que tem características de alto torque com relativa facilidade de usinagem e custo de rendimento.What is required by deep, hot, and / or diverted deep oil and gas well drilling and producers is a threaded connection that has high torque characteristics with relative ease of machining and cost effectiveness.

SUMÁRIOSUMMARY

[009] Em um aspecto, um método de ligação de comprimento tubular de revestimento ou tubulação de óleo envolve as etapas de: utilizar um primeiro membro tubular tendo um membro de pino associado com uma primeira estrutura de rosca e um primeiro ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino a partir da primeira estrutura de rosca; utilizar um segundo membro tubular tendo um membro de caixa associado com uma segunda estrutura de rosca e um segundo ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa a partir da segunda estrutura de rosca; engatar o membro de pino e o membro de caixa um com o outro em uma posição de inserção que é definida pela interação da primeira estrutura de rosca e da segunda estrutura de rosca, na posição de inserção o primeiro ombro de torque helicoidal não entrando em contato ou se sobrepondo axialmente com o segundo ombro de torque helicoidal; rodar pelo menos um do primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular de modo que a interação entre a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca guia o primeiro ombro de torque helicoidal em alinhamento cooperativo com o segundo ombro de torque helicoidal; e continuar a rotação de pelo menos um do primeiro membro tubular ou o segundo membro tubular até que o primeiro ombro de torque helicoidal engate completamente com o segundo ombro de torque helicoidal.[009] In one aspect, a tubular length lining or oil pipe connection method involves the steps of: utilizing a first tubular member having a pin member associated with a first threaded structure and a first spaced helical torque shoulder axially along the pin member from the first thread structure; utilizing a second tubular member having a casing member associated with a second screw frame and a second axially spaced helical torque shoulder along the casing member from the second screw frame; engaging the pin member and housing member with each other in an insertion position that is defined by the interaction of the first thread structure and the second thread structure, in the insertion position the first helical torque shoulder not contacting each other or axially overlapping with the second shoulder of helical torque; rotating at least one of the first tubular member or the second tubular member so that the interaction between the first thread structure and the second thread structure guides the first helical torque shoulder in cooperative alignment with the second helical torque shoulder; and continuing to rotate at least one of the first tubular member or second tubular member until the first helical torque shoulder engages completely with the second helical torque shoulder.

[010] Em outro aspecto, uma conexão tubular inclui um membro de pino e um membro de caixa. O membro de pino tem uma primeira estrutura de rosca e um ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de pino da primeira estrutura de rosca. O membro de caixa tem uma segunda estrutura de rosca e um segundo ombro de torque helicoidal espaçado axialmente ao longo do membro de caixa a partir da segunda estrutura de rosca. A primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca são dimensionadas e localizadas para controlar uma posição de inserção da conexão tubular, e, na posição de inserção, o primeiro ombro de torque helicoidal não engata ou sobrepõe axialmente com o segundo ombro de torque helicoidal.[010] In another aspect, a tubular connection includes a pin member and a housing member. The pin member has a first screw frame and an axially spaced helical torque shoulder along the pin member of the first screw frame. The housing member has a second thread structure and a second axially spaced helical torque shoulder along the housing member from the second thread structure. The first thread frame and the second thread frame are sized and located to control an insertion position of the tubular connection, and in the insertion position the first helical torque shoulder does not engage or overlap axially with the second helical torque shoulder. .

[011] Em um exemplo, a primeira estrutura de rosca e a segunda estrutura de rosca podem ser respectivas roscas de passo constante cônicas e o primeiro e segundo ombros de torque helicoidal podem ser formados por respectivas estruturas não-cônicas.[011] In one example, the first thread structure and the second thread structure may be respective conical constant pitch threads and the first and second helical torque shoulders may be formed by respective non-conical structures.

[012] Os detalhes de uma ou mais concretizações são apresentados nos desenhos acompanhantes e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens serão evidentes a partir da descrição e desenhos, e a partir das reivindicações.Details of one or more embodiments are given in the accompanying drawings and description below. Other features, objects and advantages will be apparent from the description and drawings, and from the claims.

Desenhos [013] Vários aspectos e vantagens concomitantes de uma ou mais modalidades exemplares e modificação aos mesmos se tornarão mais prontamente apreciados conforme o mesmo se torna melhor entendido por referência à seguinte descrição detalhada, quando tomada em conjunto com os desenhos que acompanham, em que: [014] A Fig. 1 é um perfil esquemático de uma forma de rosca;Drawings Various aspects and concomitant advantages of one or more exemplary embodiments and modifications thereof will become more readily appreciated as it becomes better understood by reference to the following detailed description, when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: : Fig. 1 is a schematic profile of a thread shape;

[015] As Figs. 2A, 2B e 2C mostram uma parte de uma conexão em condições de inserção, engate e montagem respectivamente;[015] Figs. 2A, 2B and 2C show a part of a connection in insertion, engagement and mounting conditions respectively;

[016] A Fig. 3 mostra uma conexão premium exemplificativa com uma superfície de ombro de torque cilíndrica;[016] Fig. 3 shows an exemplary premium connection with a cylindrical torque shoulder surface;

[017] A Fig. 4 mostra uma concretização de uma conexão com um ombro de torque helicoidal que corre em um ombro de torque cilíndrico;Fig. 4 shows an embodiment of a connection with a helical torque shoulder running on a cylindrical torque shoulder;

[018] As Figs. 5 e 6 mostram uma outra concretização de uma conexão com um ombro de torque helicoidal que corre em um ombro de torque cilíndrico; e [019] A Fig. 7 mostra uma concretização de conexão na qual o ombro de torque helicoidal é formado por uma estrutura de cauda em cunha.Figs. 5 and 6 show another embodiment of a connection with a helical torque shoulder running on a cylindrical torque shoulder; and [019] Fig. 7 shows a connection embodiment in which the helical torque shoulder is formed by a wedge tail structure.

[020] As. Figs. 8A, 8B e 8C mostram plotagem de montagem torque vs. volta exemplar de ombros de torque helicoidais e cilíndricos.As. Figs. 8A, 8B, and 8C show torque vs. plot mounting plot. exemplary back of helical and cylindrical torque shoulders.

[021] A Fig. 9 mostra uma concretização de ligação de aresta exemplar de um ombro de torque helicoidal e cilíndrico híbrido.Fig. 9 shows an exemplary edge bonding embodiment of a hybrid cylindrical helical torque shoulder.

[022] FIG. 10 mostra uma concretização de ligação de semi-aresta exemplar de um ombro de torque de vedação de ombro central e helicoidal.[022] FIG. 10 shows an exemplary semi-edge bonding embodiment of a central and helical shoulder sealing torque shoulder.

Descrição Detalhada [023] A presente conexão tubular fornece um arranjo ombro de torque helicoidal.Detailed Description [023] This tubular connection provides a shoulder arrangement of helical torque.

[024] Na concretização principal, o ombro de torque que se estende circunferencialmente da forma convencional (por exemplo, o ombro normalmente encontrado no pino-nariz para a base-caixa de uma conexão premium rosqueada e acoplada, ou um ombro central) é complementado ou suplantado por um ombro de torque que se estende helicoidalmente.[024] In the main embodiment, the circumferentially extending torque shoulder in the conventional manner (for example, the shoulder normally found on the nose pin to the housing base of a threaded and coupled premium connection, or a center shoulder) is complemented. or supplanted by a helically extending torque shoulder.

[025] Como mencionado acima, a maioria das conexões "premium", per conexão esquemática parcial de pino 10 e caixa 12 mostrada na Fig. 3, incluem roscas 14, uma vedação de metal 16, e um ombro de torque positivo 18. Como o primeiro membro da conexão é montado no segundo, membro de casamento, as roscas contatam em algum ponto em seus respectivos flancos "de inserção". À medida em que o primeiro membro 10 é rodado para o segundo, acionado por um momento externo ao membro, as roscas engatam, e o primeiro membro da conexão rosqueada move para o interior do segundo membro, limitado pela geometria das roscas engatadas. À medida em o engate de a rosca se aproxima da montagem completa, duas estruturas opostas, os "ombros de torque", entram em contato.[025] As mentioned above, most "premium" connections, per partial pin 10 and box 12 schematic connection shown in Fig. 3, include threads 14, a metal seal 16, and a positive torque shoulder 18. As The first member of the fitting is mounted on the second, matching member, the threads contact at some point on their respective "insertion" flanks. As the first member 10 is rotated to the second, driven for a moment outside the member, the threads engage and the first member of the threaded connection moves into the second member, limited by the geometry of the engaged threads. As the thread hitch approaches full assembly, two opposing structures, the "torque shoulders", come into contact.

[026] O ombro de torque convencional, normalmente encontrado na interface pino-nariz a base-caixa de uma conexão premium rosqueada e acoplada, é uma superfície de ombro cilíndrica, como representada na Fig. 3, em torno da circunferência completa de ambos os membros. Ambos os ombros estão localizados em planos respectivos (por exemplo, 20) substancialmente perpendiculares ao eixo longitudinal 22 do membro/conexão (por exemplo, no caso de superfícies de ombro que se estendem radialmente apenas como mostrado) ou ao longo das respectivas extensões axiais, relativamente estreitas (por exemplo, a extensão axial 24, no caso dos ombros que se estendem em algum ângulo com relação à direção radial). Em ambos os casos, a qualquer distância radial dada a partir do eixo central do membro/conexão, uma linha que se estende circunferencialmente pode ser definida ao longo da superfície para aquela distância radial e a linha vai ficar em um plano substancialmente perpendicular ao eixo de conexão. Como a superfície de vedação de metal 16A do primeiro membro entra em contato com a superfície de vedação de metal 16B do segundo membro, a reação entre os dois gera uma força de oposição e momentaneamente prende o movimento relativo axial continuado dos elementos rosqueados. As roscas do primeiro membro, movidas pelo momento externo, continuam a rodar, provocando um deslocamento tal que o contato de rosca move de engate a flanco de inserção a engate a flanco de carga.[026] The conventional torque shoulder, typically found at the pin-nose to box-to-box interface of a threaded and coupled premium fitting, is a cylindrical shoulder surface, as shown in Fig. 3, around the full circumference of both ends. members. Both shoulders are located in respective planes (e.g. 20) substantially perpendicular to the longitudinal axis 22 of the limb / fitting (e.g. in the case of shoulder surfaces extending radially as shown) or along their axial extensions, relatively narrow (eg axial extension 24 for shoulders extending at some angle to radial direction). In either case, at any radial distance given from the central axis of the member / connection, a circumferentially extending line may be defined along the surface for that radial distance and the line will lie in a plane substantially perpendicular to the axis of connection. As the metal sealing surface 16A of the first member contacts the metal sealing surface 16B of the second member, the reaction between the two generates an opposing force and momentarily holds the continued axial relative movement of the threaded members. The externally moved first member threads continue to rotate, causing displacement such that the thread contact moves from engagement to insertion flange to load flange engagement.

[027] Uma vez que os flancos de carga das roscas estão engatados, qualquer momento crescente adicional aplicado externamente provoca uma reação entre os flancos de carga da rosca e a vedação metal-metal, forçando o primeiro membro para o interior do segundo ao longo do trajeto definido pela geometria da rosca, e engatando ainda mais as vedações metálicas, ultrapassando a resistência das vedações que interferem no encaixe. Uma vez que a superfície do ombro de torque 18A do primeiro membro entra em contato com a superfície de ombro de torque 18B do segundo membro, a continuação da rotação não é possível. O contato entre cada um dos ombros de torque membros resiste a movimento circunferencial adicional.[027] Once the thread loading flanges are engaged, any additional externally applied rising moment causes a reaction between the thread loading flanges and the metal-metal seal, forcing the first member into the second along the second. path defined by the thread geometry, and further engaging the metal seals, exceeding the resistance of the seals that interfere with the fit. Since the torque shoulder surface 18A of the first limb contacts the torque shoulder surface 18B of the second limb, further rotation is not possible. The contact between each of the shoulders torque members resists additional circumferential movement.

[028] Se o momento externo é suficientemente grande, e a capacidade de carga e de cisalhamento das roscas for suficientemente grande, o(s) ombro(s) de torque irá(ão) produzir, eles mesmos, a força de reação entre os ombros de cada membro tornando-se maior do que a capacidade de cisalhamento ou corte do ombro.[028] If the external momentum is sufficiently large, and the shear load and shear capacity is sufficiently large, the torque shoulder (s) will themselves produce the reaction force between the shoulders of each limb becoming larger than the shear or shear capacity of the shoulder.

[029] A presente descrição é dirigida a uma solução para aumentar a resistência a torque de uma conexão através do aumento da área de superfície do ombro de torque, uma vez que a tensão de contato é diretamente proporcional à força e inversamente proporcional à área. Para uma dada espessura de parede de tubo, as roscas devem utilizar uma certa percentagem da profundidade radial de espessura da seção de parede para gerar a área de carga e de cisalhamento necessária para que as roscas transmitam a carga do tubo. A percentagem real de área transversal é uma função da geometria da rosca: passo de rosca, altura de rosca, e cone de rosca. A porção restante da profundidade ou espessura radial da seção de parede pode ser usada para superfícies de vedação metal com metal e o ombro de torque.[029] The present description is directed to a solution for increasing the torque resistance of a connection by increasing the shoulder shoulder surface area, since the contact voltage is directly proportional to the force and inversely proportional to the area. For a given pipe wall thickness, the threads must use a certain percentage of the radial depth of the wall section to generate the loading and shear area required for the threads to transmit the pipe load. Actual percentage cross-sectional area is a function of thread geometry: thread pitch, thread height, and thread cone. The remaining portion of the radial depth or thickness of the wall section can be used for metal to metal sealing surfaces and the torque shoulder.

[030] O frio que forma o nariz do pino para reduzir o diâmetro interno do membro de pino permite que o projetista aumente a área de superfície de ombro de torque, mas tem limitações. Um dos requisitos mais importantes da Oil Country Tubular Goods é o “diâmetro de drift", o maior cilindro de um diâmetro e comprimento especificados que vai passar através dos tubos e conexões montados. O diâmetro de drift é apenas ligeiramente menor do que o diâmetro interior nominal do corpo do tubo. Por isso, o pino só pode ser formado em uma pequena quantidade, o que limita o aumento da área de superfície de ombro a uma pequena quantidade.[030] The cold forming the nose of the pin to reduce the pin diameter allows the designer to increase the shoulder shoulder surface area, but has limitations. One of the most important requirements of Oil Country Tubular Goods is the “drift diameter”, the largest cylinder of a specified diameter and length that will pass through the assembled pipes and fittings. The drift diameter is only slightly smaller than the inside diameter. Therefore, the pin can only be formed in a small amount, which limits the increase in shoulder surface area to a small amount.

[031] Nas concretizações ilustradas nas Figs. 4-6, o ombro de torque convencional 30, normalmente encontrado na interface pino-nariz caixa-base de uma conexão premium rosqueada e acoplada, é complementado por um conjunto de superfícies helicoidais 32 e 34, usinadas em uma seção cilíndrica 36 do corpo do tubo paralelo ao seu eixo longitudinal 38. O membro de pino 10 ombro de torque helicoidal tem dois flancos 32A, 34A ligados por um vale em topo em torno de uma hélice de três voltas. O membro de caixa 12 teria correspondentes flancos de ombro de torque de casamento correspondentes. Cada uma destas superfícies tem o potencial de acrescentar área de superfície no ombro de torque cilíndrico. Embora as extensões das superfícies possam variar desde menos de uma volta a mais do que três voltas, o principal problema é encontrar as superfícies que irão suportar a reação das superfícies de ombro de torque primário 30A e 30B, ainda cilíndricas, contra as superfícies de flanco de carga das roscas de conexão.In the embodiments illustrated in Figs. 4-6, the conventional torque shoulder 30, commonly found on the pin-nose to base-box interface of a threaded and coupled premium connection, is complemented by a set of helical surfaces 32 and 34 machined in a cylindrical section 36 of the body of the tube parallel to its longitudinal axis 38. The helical torque shoulder pin member 10 has two flanks 32A, 34A connected by a top valley around a three-turn propeller. Box member 12 would have corresponding matching matching torque shoulder flanks. Each of these surfaces has the potential to add surface area at the shoulder of cylindrical torque. Although surface extensions can range from less than one turn to more than three turns, the main problem is finding surfaces that will withstand the reaction of the still cylindrical 30A and 30B primary torque shoulder surfaces against the flank surfaces. load of the connecting threads.

[032] Nas concretizações ilustradas, o ombro de torque helicoidal está na natureza de um desenho trapezoidal "Flanco-a-Flanco". Como pode ser visto na Fig. 6, o ombro de torque helicoidal pode incluir chanfros de início 50. O membro de caixa também pode incluir uma zona de folga 52 entre a superfície de vedação de metal da caixa 16B e o início da superfície de ombro de torque da caixa 34B para permitir que o nariz do pino e o início associado do ombro de torque helicoidal do pino entre em um local um bem curto (por exemplo, justo de modo axial à direita na vista da Fig. 6) ao início da superfície de ombro de torque da caixa 34B. Durante a montagem, ambos os flancos que se estendem helicoidalmente/superfícies de ombro do ombro de torque helicoidal de um membro entram em contato com os flancos/superfícies de ombro de casamento do ombro helicoidal do outro membro antes de completar a montagem (por exemplo, à medida em que o ombro de torque helicoidal no pino 10 move para dentro do ombro de torque helicoidal na caixa 12).[032] In the illustrated embodiments, the helical torque shoulder is in the nature of a "Flank-a-Flank" trapezoidal design. As can be seen from Fig. 6, the helical torque shoulder may include start chamfers 50. The housing member may also include a clearance zone 52 between the metal sealing surface of housing 16B and the beginning of the shoulder surface. housing torque 34B to allow the pin nose and associated start of the pin helical torque shoulder to enter a very short place (e.g., right axially tight in the view of Fig. 6) at the beginning of the chest torque shoulder surface 34B. During mounting, both helically extending flanks / shoulder surfaces of the one-member helical torque shoulder contact the flanks / shoulder surfaces of the other member's helical shoulder before completing the assembly (for example, as the helical torque shoulder on pin 10 moves into the helical torque shoulder on housing 12).

[033] As superfícies de flanco, usinadas em um ângulo leve medido a partir da perpendicular ao eixo longitudinal do corpo do tubo, permite a rotação adicional da conexão acionada pelo momento externamente aplicado. Como as superfícies de flanco estão ainda mais impulsionados conjuntamente, a força normal entre as superfícies de flanco aumenta, e a força de atrito aumentada resultante resiste ao momento externamente aplicado; ou seja, é necessário um maior momento, torque, para continuar a impulsionar os dois membros em conjunto.[033] Flank surfaces, machined at a slight angle measured from perpendicular to the longitudinal axis of the tube body, allow for additional rotation of the externally applied moment-driven connection. As the flank surfaces are further driven together, the normal force between the flank surfaces increases, and the resulting increased frictional force resists the externally applied momentum; that is, a higher moment, torque, is required to continue to drive the two members together.

[034] À medida em que os membros são completamente montados, a forma de ombro de torque helicoidal termina e as duas superfícies de ombro de torque cilíndricas engatam, aumentando grandemente os requisitos de torque da montagem. Além disso, uma vez que o membro de engate é preso pelo ombro cilíndrico perpendicular, qualquer momento crescente aplicado externamente continua a forçar uma reação cada vez maior entre os flancos de carga das superfícies de ombro de torque helicoidais e as superfícies de ombro cilíndricas.[034] As the members are fully assembled, the helical torque shoulder shape ends and the two cylindrical torque shoulder surfaces engage, greatly increasing the torque requirements of the assembly. In addition, since the engaging member is held by the perpendicular cylindrical shoulder, any externally applied increasing momentum continues to force an increasing reaction between the load flanks of the helical torque shoulder surfaces and the cylindrical shoulder surfaces.

[035] A reação entre os flancos de carga do pino e os flancos de carga da caixa resulta em uma força de compressão que atua sobre o membro de pino, à medida que os flancos de carga da caixa forçam os flancos de carga e todo o membro de pino para dentro do membro de caixa. A reação entre os flancos de carga da caixa e os flancos de carga do pino resulta em uma força de tensão que atua sobre o membro de caixa à medida que os flancos de carga do pino forçam os flancos de carga e todo o membro de caixa para longe do ombro de torque cilíndrico.[035] The reaction between the pin load flanks and the box load flanks results in a compressive force acting on the pin member as the box load flanks force the load flanks and the entire load. pin member into the box member. The reaction between the case load flanks and the pin load flanks results in a tensile force acting on the box member as the load flanges of the pin force the load flanks and the entire box member to stop. away from the shoulder of cylindrical torque.

[036] À medida que as forças aumentam impulsionadas pelo momento externo crescente, o efeito Poisson impulsiona ambos os membros de pino e caixa: diametralmente aumentando a circunferência do pino, a qual está em compressão; diametralmente reduzindo a circunferência da caixa, que está em tensão. Esta reação inicia nas superfícies de ombro cilíndricas e transfere de volta a conexão, começando com o ombro de torque helicoidal. O efeito Poisson bloqueia as superfícies helicoidais, começando imediatamente na interseção do ombro de torque cilíndrico e indo através dos ombros de torque helicoidais na direção das roscas. Este mecanismo de trava permite que ambos os flancos do ombro de torque helicoidal aumentem a área efetiva do ombro de torque combinado.[036] As forces increase driven by increasing external momentum, the Poisson effect drives both pin and housing members: diametrically increasing the circumference of the pin, which is in compression; diametrically reducing the circumference of the housing, which is in tension. This reaction begins on the cylindrical shoulder surfaces and transfers back the connection, starting with the helical torque shoulder. The Poisson effect blocks the helical surfaces, starting immediately at the intersection of the cylindrical torque shoulder and going through the helical torque shoulders toward the threads. This locking mechanism allows both helical torque shoulder flanks to increase the effective area of the combined torque shoulder.

[037] Esta concretização da invenção oferece uma série de vantagens.[037] This embodiment of the invention offers a number of advantages.

[038] O ombro de torque helicoidal requer apenas algumas superfícies usinadas de forma helicoidal.[038] The helical torque shoulder requires only a few helically machined surfaces.

[039] As superfícies são semelhantes em forma de rosca, embora com função diferente, e podem ser usinadas de maneira semelhante às roscas.[039] Surfaces are similar in thread form, although with different function, and can be machined similar to threads.

[040] O ombro de torque helicoidal da concretização ilustrada é fabricado em um caminho cilíndrico, paralelo ao eixo longitudinal do corpo de tubo, simplificando ainda mais a usinagem e medição das superfícies. No entanto, em outras concretizações, o ombro de torque helicoidal pode ser usinado em um caminho afunilado.[040] The helical torque shoulder of the illustrated embodiment is manufactured in a cylindrical path parallel to the longitudinal axis of the tube body, further simplifying machining and surface measurement. However, in other embodiments, the helical torque shoulder may be machined in a tapered path.

[041] A área de superfície engatada pode ser ampliada mudando a forma (por exemplo, para tubos com paredes mais espessas, a altura das superfícies pode ser aumentada, ou o passo variado).[041] The engaged surface area can be enlarged by changing the shape (eg for thicker walled pipes, the height of the surfaces can be increased, or the pitch varied).

[042] Outras concretizações desta invenção podem oferecer vantagens adicionais ou complementares. Por exemplo, a descrição acima descreveu superfícies formadas de forma trapezoidal com um ângulo leve em relação à perpendicular do eixo do tubo. Mesmo um leve ângulo irá gerar algumas forças radiais. Estas forças radiais tenderão a forçar os dois membros a se separarem, com o efeito mais prejudicial sobre o membro com a seção transversal mais fina; na concretização ilustrada, o pino. Uma concretização alternativa pode utilizar superfícies helicoidais de formato quadrado ou retangular, com o ângulo entre as superfícies de flanco e a perpendicular ao eixo longitudinal do tubo em ou perto de zero.Other embodiments of this invention may offer additional or complementary advantages. For example, the above description described trapezoidally formed surfaces at a slight angle to the pipe axis perpendicular. Even a slight angle will generate some radial forces. These radial forces will tend to force the two members apart, with the most detrimental effect on the member with the thinnest cross section; In the illustrated embodiment, the pin. An alternative embodiment may use square or rectangular shaped helical surfaces, with the angle between the flank surfaces and the perpendicular to the longitudinal axis of the pipe at or near zero.

[043] Outras concretizações podem usar uma forma mais complexa, com alguns flancos tendo ângulos negativos, ou ângulos em calhas. O ombro de torque helicoidal ilustrado segue um perfil cilíndrico em relação ao eixo da conexão e, portanto, não requer uma folga de engate axial como formas de rosca completas usadas em aplicações de revestimento e de tubulação de campos petrolíferos. As conexões rosqueadas devem ter a característica de serem capaz de ser montadas sobre uma plataforma de perfuração. Isto requer alguma profundidade "de inserção" para estabilizar o comprimento do tubo na torre de suspensão, enquanto os trabalhadores da plataforma inicializam o contato entre os dois membros e os rodam em conjunto. As roscas principais 14, neste contexto, desempenham essa função, enquanto o ombro de torque helicoidal só precisa ser otimizado para reagir ao momento aplicado externamente, o torque "make-up". Assim, na conexão contemplada, as superfícies de ombro de torque helicoidais não serão engatadas ou axialmente sobrepostas quando os dois membros estiverem na posição de inserção definida pelas roscas principais que a operação de formação. Só depois de uma rotação relativa de um membro provocar o movimento axial dos membros, em conjunto, as superfícies de ombro helicoidais começarão a sobrepor-se e axialmente e a mover-se um para dentro do outro.[043] Other embodiments may use a more complex shape, with some flanks having negative angles, or gutter angles. The illustrated helical torque shoulder follows a cylindrical profile with respect to the connection shaft and therefore does not require an axial engagement clearance as full thread forms used in oilfield casing and casing applications. Threaded connections must be capable of being mounted on a drilling rig. This requires some "insertion" depth to stabilize the length of the tube in the suspension tower, while platform workers initialize contact between the two members and rotate them together. The main threads 14, in this context, perform this function, while the helical torque shoulder only needs to be optimized to react to the externally applied moment, the make-up torque. Thus, in the contemplated connection, the helical torque shoulder surfaces will not be engaged or axially overlapped when the two members are in the insertion position defined by the main threads that the forming operation. Only after a relative rotation of a limb causes axial movement of the limbs together will the helical shoulder surfaces begin to overlap axially and move into each other.

[044] Outras concretizações podem na verdade usar uma forma de largura variável de quadrado, quase quadrado ou desenho de cauda de andorinha, em que o contato de flanco pode ser aumentado pelos mecanismos de cunha da rosca tipo wedge acima mencionada. Capacidade de torque aumentada é uma função do aumento da superfície de contato de ambos os flancos dos pares dentes e ranhuras do ombro dentro do ombro de torque em cunha. Este valor pode ser otimizado com base na altura da seção disponível e as rotações de montagem das principais roscas guia (as roscas convencionais localizadas em outros lugares na conexão). A título de exemplo, a Fig. 7 mostra uma concretização em que o ombro helicoidal assume um formato trapezoidal das cunhas (por exemplo, como o ombro de torque helicoidal 100 do membro de pino move-se para dentro do ombro de torque helicoidal 104 do membro de caixa, os ombros movem mediante formação completa; vedação metal para metal é mostrada em 124).[044] Other embodiments may actually use a variable square, nearly square or dovetail design, wherein the flank contact may be increased by the wedge thread wedge mechanisms mentioned above. Increased torque capacity is a function of the increased contact surface of both tooth pair flanks and shoulder grooves within the wedge torque shoulder. This value can be optimized based on the available section height and the mounting speeds of the main guide threads (the conventional threads located elsewhere in the fitting). By way of example, Fig. 7 shows an embodiment in which the helical shoulder assumes a trapezoidal shape of the wedges (for example, how the helical torque shoulder 100 of the pin member moves into the helical torque shoulder 104 of the box member, shoulders move upon full formation, metal to metal seal shown in 124).

[045] A capacidade de torque também é melhorada por qualquer ombro de torque convencional que possa existir dentro da conexão rosqueada, e deve funcionar em conjunto com o ombro de torque helicoidal descrito acima. Um ombro de torque convencional pode ser uma extensão do ombro de torque helicoidal ou ser localizado independentemente dele, em outra parte no interior da conexão.[045] Torque capability is also enhanced by any conventional torque shoulder that may exist within the threaded connection, and should work in conjunction with the helical torque shoulder described above. A conventional torque shoulder may be an extension of the helical torque shoulder or be located independently of it elsewhere within the connection.

[046] Conexões premium têm ombros em locais diferentes, e, em alguns casos, vários ombros. Os locais principais são: [047] Pino-Nariz / Caixa-Base, intersectando o diâmetro interno da conexão (o exemplo aqui dado).[046] Premium connections have shoulders at different locations, and in some cases multiple shoulders. The main locations are: [047] Nose Pin / Base Box, intersecting the inside diameter of the connection (the example given here).

[048] Pino-Base / Caixa-Face; isto é, intersectando o diâmetro externo da conexão.[048] Base Pin / Face Box; that is, intersecting the outside diameter of the connection.

[049] A seção de parede intermediária da conexão, o "ombro central" (por exemplo, por localização do ombro mostrado na Patente US N° 5,415,442, que é aqui incorporada por referência).[049] The middle wall section of the connection, the "central shoulder" (for example, by shoulder location shown in US Patent No. 5,415,442, which is incorporated herein by reference).

[050] Um especialista na técnica irá reconhecer que o conceito de um ombro de torque helicoidal pode ser utilizado em qualquer e todas estas configurações de ombro, com as modificações apropriadas.[050] One skilled in the art will recognize that the concept of a helical torque shoulder may be used in any and all of these shoulder configurations, with appropriate modifications.

[051] Embora uma vedação de metal possa ou não estar presente na conexão rosqueada, uma configuração que utiliza uma vedação de metal com metal entre o ombro de torque helicoidal e roscas convencionais terá uma vantagem adicional sobre uma conexão premium convencional em que o ombro de torque helicoidal vai isolar a vedação de metal com metal da carga de compressão experimentada pelo membro de pino.[051] Although a metal seal may or may not be present in the threaded fitting, a configuration that utilizes a metal to metal seal between the helical torque shoulder and conventional threads will have an added advantage over a conventional premium fitting where the shoulder Helical torque will isolate the metal to metal seal from the compression load experienced by the pin member.

[052] Vedações de metal são formadas por encaixes de interferência de duas superfícies de metal lisas em conjunto. Durante a carga de compressão, a vedação de metal, particularmente do membro de pino, pode ser deformada por causa da carga de compressão excessiva. Devido à pressão de contato produzida pelo encaixe de interferência, as duas superfícies tentam se separar. Embora projetos convencionais utilizem técnicas para manter as duas superfícies em conjunto, a análise mostra algum grau de separação e perda resultante da pressão de contato. O ombro de torque helicoidal vai isolar as superfícies de vedação do efeito de cargas axiais e produzir uma vedação de metal mais estável e consistente sob uma variedade de condições de carga.[052] Metal seals are formed by interference fittings of two smooth metal surfaces together. During compression loading, the metal seal, particularly of the pin member, may be deformed because of excessive compression loading. Due to the contact pressure produced by the interference fit, the two surfaces try to separate. Although conventional designs use techniques to hold the two surfaces together, the analysis shows some degree of separation and loss resulting from contact pressure. The helical torque shoulder will isolate the sealing surfaces from the effect of axial loads and produce a more stable and consistent metal seal under a variety of loading conditions.

[053] As estruturas de ombro de torque helicoidal aqui descritas proporcionam uma superfície de ombro de torque que se estende através de mais do que 360 graus e, de preferência, através de mais de 720 graus. Quando se segue a superfície de ombro helicoidal a uma determinada distância radial a partir do eixo longitudinal central, o trajeto resultante não se situa dentro de um plano substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal do corpo do tubo ou corpo de conexão, ou mesmo uma extensão estreita tal como sugerido na Fig. 3, devido à natureza helicoidal das superfícies.[053] The helical torque shoulder structures described herein provide a torque shoulder surface that extends over more than 360 degrees and preferably over 720 degrees. When following the helical shoulder surface at a given radial distance from the central longitudinal axis, the resulting path is not within a plane substantially perpendicular to the longitudinal axis of the pipe body or connecting body, or even a narrow extension such as as suggested in Fig. 3, due to the helical nature of the surfaces.

[054] Em uma aplicação, um comprimento axial Lhts do ombro de torque helicoidal pode ser 30% ou menos do comprimento total L da conexão, enquanto o comprimento LPT a rosca principal pode ser de cerca de 50% ou mais (por exemplo, 60% ou mais) do comprimento total L da conexão, entendendo-se que o comprimento L da conexão é definido como a distância axial entre (i) o ombro, vedação metal a metal ou rosca mais distante localizada em direção a uma extremidade da conexão e (ii) o ombro, a vedação de metal a metal ou rosca mais distante localizada em direção a uma extremidade oposta da conexão).[054] In one application, an axial length Lhts of the helical torque shoulder may be 30% or less of the total connection length L, while the LPT length of the main thread may be about 50% or more (eg 60 % or more) of the total length L of the fitting, the length L of the fitting being defined as the axial distance between (i) the shoulder, metal-to-metal seal or farthest thread located towards one end of the fitting and (ii) the shoulder, the metal-to-metal seal or farthest thread located toward an opposite end of the fitting).

[055] Em uma implementação, o comprimento axial Lhts do ombro de torque helicoidal pode estar entre cerca de 15% e 45% do comprimento axial Lpt da rosca principal.[055] In one implementation, the axial length Lhts of the helical torque shoulder may be between about 15% and 45% of the axial length Lpt of the main thread.

[056] Em uma aplicação, o ombro de torque helicoidal se estende através de não mais que quatro voltas, enquanto a forma da rosca principal se estende através de pelo menos dez voltas.[056] In one application, the helical torque shoulder extends through no more than four turns, while the shape of the main thread extends through at least ten turns.

[057] Em uma modalidade, o ombro de torque helicoidal pode ser configurado em combinação com um ombro de forque convencional (cilíndrico) para criar um ombro de forque cilíndrico e helicoidal híbrido otimizado de alto-torque (“ombro de torque híbrido de alto torque”). Nesta modalidade, a porção de ombro de torque helicoidal do ombro de torque híbrido de alto-torque é configurada de modo que, se o ombro de torque cilíndrico engata durante montagem, tal engate irá preferencialmente ocorrer após rendimento de ombro de torque helicoidal ter começado, mas não depois de 0,5 voltas após aquele ponto. Isto permite o ombro de torque híbrido a otimamente distribuir tensão entre o ombro de torque helicoidal e subestruturas de ombro de torque cilíndrico do ombro de torque híbrido. Rendimento inclui deformação plástica das roscas de ombro de torque helicoidal e pode ser identificado por uma diminuição na rampa em uma curva de torque vs. montagem, tal como aquela mostrada nas Figuras 8A-8C. Por exemplo, um dente de rosca pode comprimir comprometendo a integridade estrutural do dente e sua estrutura circundante ou uma ranhura de rosca pode ser ampliada causando uma redução em transferência de tensão uniforme através da conexão e criando áreas de alta tensão localizadas que podem afetar a integridade da estrutura global da conexão.[057] In one embodiment, the helical torque shoulder may be configured in combination with a conventional (cylindrical) force shoulder to create an optimized high torque hybrid helical cylindrical force shoulder (“high torque hybrid torque shoulder”). ”). In this embodiment, the helical torque shoulder portion of the high torque hybrid torque shoulder is configured such that if the cylindrical torque shoulder engages during mounting, such engagement will preferably occur after helical torque shoulder performance has begun, but not after 0.5 turns after that point. This allows the hybrid torque shoulder to optimally distribute tension between the helical torque shoulder and cylindrical torque shoulder substructures of the hybrid torque shoulder. Yield includes plastic deformation of the helical torque shoulder threads and can be identified by a decrease in the ramp in a torque curve. assembly as shown in Figures 8A-8C. For example, a threaded tooth may compress compromising the structural integrity of the tooth and its surrounding structure or a threaded groove may be enlarged causing a reduction in uniform stress transfer across the connection and creating localized high stress areas that may affect the integrity. of the overall structure of the connection.

[058] As Figs. 8A-8C ilustram curvas de torque vs. montagem de concretizações exemplares de ombros de torque cilíndricos e helicoidais híbridos onde cada exemplo foi configurado com diferentes características de tempo com base no começo do rendimento. A Fig. 8A fornece um exemplo onde não existe rendimento do ombro de torque helicoidal antes do engate do ombro de torque cilíndrico. A Fig. 8B fornece um exemplo de um ombro de torque híbrido otimizado de alto-torque onde existe pouco rendimento do ombro de torque helicoidal antes do engate ao ombro de torque cilíndrico. E finalmente, a Fig. 8C fornece um exemplo onde existe um rendimento aumentado do ombro de torque helicoidal antes do engate do ombro de torque cilíndrico. Por estes exemplos, é aparente que a concretização otimizada de alto-torque ilustrada pela curva torque vs. volta de montagem da Fig. 8B resulta na montagem de torque da conexão. Conforme notado cima, na presente invenção, torque é otimizado assegurando que o ombro de torque cilíndrico irá engatar, se todo, não mais que 0,5 voltas após rendimento do ombro de torque helicoidal ter começado. Embora torque de montagem máximo será maximizado se o ombro de torque cilíndrico engatar logo após rendimento do ombro de torque helicoidal ter começado (como refletido na Fig. 8B), deve ser desejável para o ombro de torque cilíndrico engatar em ou logo antes do início do rendimento no ombro de torque helicoidal (como refletido na Fig. 8A). Tal uma configuração irá resultar em redução de tensão dentro da conexão e assim pode ser preferida sob certas circunstâncias.[058] Figs. 8A-8C illustrate torque vs. torque curves. assembly of exemplary embodiments of hybrid cylindrical and helical torque shoulders where each example has been configured with different time characteristics based on the beginning of the yield. Fig. 8A provides an example where there is no yield of the helical torque shoulder prior to engagement of the cylindrical torque shoulder. Fig. 8B provides an example of a high torque optimized hybrid torque shoulder where there is little yield from the helical torque shoulder prior to engagement with the cylindrical torque shoulder. And finally, Fig. 8C provides an example where there is increased yield of the helical torque shoulder prior to engagement of the cylindrical torque shoulder. From these examples, it is apparent that the optimized high-torque embodiment illustrated by the torque vs. torque curve. Mounting loop of Fig. 8B results in mounting torque of the fitting. As noted above, in the present invention, torque is optimized by ensuring that the cylindrical torque shoulder will engage, if at all, no more than 0.5 turns after yield of the helical torque shoulder has begun. Although maximum mounting torque will be maximized if the cylindrical torque shoulder engages soon after yield of the helical torque shoulder has begun (as reflected in Fig. 8B), it should be desirable for the cylindrical torque shoulder to engage at or just prior to the start of shoulder yield of helical torque (as reflected in Fig. 8A). Such a configuration will result in voltage reduction within the connection and thus may be preferred under certain circumstances.

[059] A Fig. 9 ilustra uma concretização de ligação de aresta exemplar de um ombro de torque híbrido de alto-torque 60. Nesta modalidade um ombro de torque helicoidal 62 e um ombro de torque cilíndrico convencional 64 são configurados. Adicionalmente, nesta concretização, uma primeira vedação 66 é configurada entre o ombro de torque helicoidal 60 e roscas de passo constante 68. Uma segunda vedação 70 é configurada entre as roscas de passo constante 68 e o ombro de torque cilíndrico convencional 64. A concretização de ligação de aresta é preferida para uma conexão de alto torque com uma conexão OD minimizada para aplicações que requerem clareza. Um benefício da primeira vedação 66 localizada entre o ombro de torque helicoidal 60 e roscas de passo constante 68 é resistência ao vazamento na pressão interna. Um benefício da segunda vedação 70 localizada próxima ao ombro convencional é resistência ao vazamento em pressão externa. Ainda, configurando duas superfícies de vedação bem como ombros de torque múltiplos, a área da seção transversal crítica é maximizada e cargas de tração altas podem ser alcançadas. Conforme o ombro de torque híbrido de alto torque de ligação de aresta 60 tem um OD menor que o de uma conexão ligada e rosqueada para o mesmo diâmetro de tubo, duas superfícies de vedação são preferidas para resistência ao vazamento conforme a conexão é menor em dureza e força em relação ao corpo do tubo. Outro benefício do ombro de torque cilíndrico convencional 64 é adicionar capacidade de torsão adicional à conexão. Em uma concretização, e como discutido anteriormente com respeito a outras concretizações, uma seção de ombro de torque helicoidal de ombro de torque híbrido de alto torque de ligação de aresta, tal como ilustrado pela modalidade exemplar da Figura 9, pode ser configurado com roscas conformadas em cunha. Em tal uma modalidade, uma forma de cunha ajuda a aumentar o bloqueio radial e pode também fornecer pressão de contato aumentada na uma ou mais vedações. Esta pressão de contato aumentada torna menor provável que as vedações separem sobre uma ampla faixa de condições de carregamento. Experimentos FEA tem sido realizados que indicam que é pressão aumentada na uma ou mais vedações que pode ser configurado em tal uma modalidade tendo roscas conformadas em cunha. Adicionalmente, cada das outras concretizações descritas pode também ser configurada com roscas conformadas em cunha e alcançar benefícios semelhantes com respeito a bloqueio radial aumentado e pressão de vedação aumentada.Fig. 9 illustrates an exemplary edge bonding embodiment of a high torque hybrid torque shoulder 60. In this embodiment a helical torque shoulder 62 and a conventional cylindrical torque shoulder 64 are configured. Additionally, in this embodiment, a first seal 66 is configured between the helical torque shoulder 60 and constant pitch threads 68. A second seal 70 is configured between the constant pitch threads 68 and conventional cylindrical torque shoulder 64. Edge bonding is preferred for a high torque connection with a minimized OD connection for applications requiring clarity. A benefit of the first seal 66 located between the helical torque shoulder 60 and constant pitch threads 68 is leakage resistance at internal pressure. A benefit of the second seal 70 located near the conventional shoulder is leakage resistance at external pressure. In addition, by configuring two sealing surfaces as well as multiple torque shoulders, the critical cross-sectional area is maximized and high tensile loads can be achieved. As the high-torque hybrid bonding shoulder 60 has a lower OD than a bonded and threaded fitting for the same pipe diameter, two sealing surfaces are preferred for leakage strength as the fitting is smaller in hardness. and strength relative to the body of the tube. Another benefit of the conventional cylindrical torque shoulder 64 is that it adds additional torsion capability to the connection. In one embodiment, and as discussed previously with respect to other embodiments, a high torque hybrid torque shoulder helical torque shoulder section of edge bonding, as illustrated by the exemplary embodiment of Figure 9, may be configured with shaped threads. wedge. In such an embodiment, a wedge shape helps to increase radial blockage and may also provide increased contact pressure at one or more seals. This increased contact pressure makes seals less likely to break over a wide range of loading conditions. FEA experiments have been performed which indicate that it is increased pressure on one or more seals that can be configured in such a embodiment having wedge shaped threads. Additionally, each of the other embodiments described may also be configured with wedge-shaped threads and achieve similar benefits with respect to increased radial locking and increased sealing pressure.

[060] A Fig. 10 ilustra uma concretização de ligação de semi-aresta de um ombro central e helicoidal híbrido de alto torque 80. Nesta concretização um ombro de torque helicoidal 82 e um ombro central 84 são configurados. Adicionalmente, nesta modalidade, uma primeira vedação 86 é configurada como parte do ombro central 84. Outras vedações podem opcionalmente ser configuradas. Roscas de passo constante 88 são também configuradas nesta concretização. A concretização de semi-aresta é geralmente preferível para uma conexão de alto torque que compromete entre clareza de OD e força de conexão em tensão e compressão. A vedação e ombro no centro da conexão podem ser configurados como uma vedação de ombro central de bloqueio e podem inclui concretizações adicionais, além do que é ilustrado, de uma vedação de ombro central de bloqueio. Divulgação adicional de outras concretizações de vedação de ombro central que podem ser configurados como parte de um ombro de torque de vedação de ombro central e helicoidal híbrido de alto torque são divulgados no Pedido de Patente U.S. Ns 13/827,195, depositado em 14 de março de 2013, intitulado “Tubular Connection Center Shoulder Seal”. Em particular, Figuras 3-5 e suas descrições que acompanham podem ser configuradas em uma concretização e são aqui incorporados por referência.Fig. 10 illustrates a half-edge connection embodiment of a high torque hybrid helical center shoulder 80. In this embodiment a helical torque shoulder 82 and a central shoulder 84 are configured. Additionally, in this embodiment, a first seal 86 is configured as part of the central shoulder 84. Other seals may optionally be configured. Constant pitch threads 88 are also configured in this embodiment. The semi-edge embodiment is generally preferable for a high torque connection that compromises between OD clarity and tensile and compressive connection strength. The seal and shoulder in the center of the connection may be configured as a locking central shoulder seal and may include additional embodiments, in addition to the illustrated, of a locking central shoulder seal. Further disclosure of other central shoulder seal embodiments that may be configured as part of a high torque hybrid helical center shoulder seal torque shoulder are disclosed in US Patent Application No. 13 / 827,195, filed March 14, 2013 entitled “Tubular Connection Center Shoulder Seal”. In particular, Figures 3-5 and their accompanying descriptions may be configured in one embodiment and are incorporated herein by reference.

[061] Um avanço é um avanço axial de uma rosca helicoidal durante uma volta completa. Em uma conexão típica, o avanço do membro de pino irá geralmente combinar com o avanço do membro de caixa. A presente invenção, entretanto, difere de uma conexão típica em um número de maneiras, incluindo o uso de ambos uma rosca cônica de passo constante e um ombro de torque helicoidal de passo variável. Através de teste deste projeto, foi determinado que um de tanto o avanço de flanco de carga ou o avanço de flanco de inserção do ombro de torque helicoidal deve preferencialmente ser configurado para ser substancialmente igual ao avanço de rosca de passo constante.[061] An advance is an axial advance of a helical thread during a complete revolution. In a typical connection, the advance of the pin member will generally match the advance of the box member. The present invention, however, differs from a typical connection in a number of ways, including the use of both a constant pitch tapered thread and a variable pitch helical torque shoulder. Through testing of this design, it was determined that either the load edge feed or the helical torque shoulder insertion lead should preferably be configured to be substantially equal to the constant pitch thread feed.

[062] As Figs. 9-10 ilustram modalidades onde o avanço de flanco de carga do ombro de torque helicoidal é configurado para ser substancialmente igual ao avanço de rosca de passo constante. Isto fornece um número de benefícios para a conexão. Esta configuração permite interferência para progressivamente construir no lado do flanco de inserção conforme a conexão é montada. Construindo interferência contra o lado de flanco de inserção, forças rotativas são criadas contra os flancos de carga das roscas de passo constante. Se as forças de reação não forem nesta direção, descarregamento e deslocamento da carga poderá ocorrer ao flanco de inserção, assim criando uma distribuição de tensão não preferida na conexão. Adicionalmente, construindo forças de reação no lado do flanco de inserção, aperto da conexão é mantido através da montagem da conexão.[062] Figs. 9-10 illustrate embodiments where the helical torque shoulder loading edge advance is configured to be substantially equal to the constant pitch thread advance. This provides a number of benefits to the connection. This configuration allows interference to progressively build on the side of the insertion flank as the connection is assembled. Constructing interference against the insertion flank side, rotational forces are created against the load flanges of the constant pitch threads. If the reaction forces are not in this direction, unloading and displacement of the load may occur at the insertion flank, thus creating a non-preferred voltage distribution at the connection. Additionally, by building reaction forces on the side of the insertion flank, tightness of the connection is maintained by mounting the connection.

[063] Geralmente, é preferido que interferência é construída no lado do flanco de inserção do ombro de torque helicoidal, ao invés do lado de flanco de carga. Construindo interferência contra o lado de flanco de inserção da conexão, forças de reação são criadas contra os flancos de carga das roscas de passo constante. Se as forças de reação não estão nesta direção, descarregamento e deslocamento de carga irá ocorrer no flanco de inserção, assim criando uma distribuição de tensão não preferida na conexão. Adicionalmente, construindo forças de reação no lado do flanco de inserção, aperto da conexão é mantido.[063] It is generally preferred that interference is constructed on the insertion flank side of the helical torque shoulder, rather than the load flank side. By constructing interference against the insertion flank side of the fitting, reaction forces are created against the load flanges of the constant pitch threads. If the reaction forces are not in this direction, unloading and load shifting will occur at the insertion flank, thus creating a non-preferred voltage distribution at the connection. Additionally, by constructing reaction forces on the side of the insertion flank, tightness of the connection is maintained.

[064] Um método de assegurar a combinação de avanço entre o pino e os membros de caixa é mantendo a distância axial de um dado flanco de carga do ombro de torque helicoidal a um dado flanco de carga das roscas de passo constante substancialmente um intervalo de avanço das roscas de passo constante.[064] One method of ensuring the feed-through combination of the pin and housing members is by maintaining the axial distance of a given helical torque shoulder load flank to a given constant pitch thread load flank substantially a range of feed of constant pitch threads.

[065] Em uma concretização, as roscas de seção de ombro de torque helicoidal são configuradas de modo que a interferência gerada entre o vale de rosca e topo de rosca dos respectivos membros de caixa e pino ocorre, se todo, não antes que 0,5 voltas antes do ponto no qual a conexão alcança seu torque de rendimento. Aqueles versados na técnica estão cientes que qualquer conexão particular terá um torque de rendimento designado. Até aquele momento, uma configuração preferida iria construir substancialmente nenhuma ou muito pouca interferência entre o vale e o topo do ombro de torque helicoidal. Deve ser notado que alguma da interferência limitada que pode ocorrer pode ser devido a variações no processo de fabricação tal como diferenças estruturais pequenas podem resultar em alguma interferência não pretendida ocorrendo. Geralmente então, a configuração da modalidade preferida irá resultar em substancialmente nenhuma interferência até dentro de 0,5 voltas do torque de rendimento. Configurando as roscas de ombro de torque helicoidal desta maneira, desgaste entre as roscas pode ser minimizado durante montagem. Durante montagem as vedações opostas e roscas de passo constante cônicas opostas irão ainda experienciar interferência durante montagem como em uma conexão de ombro de torque típica. Esta configuração permite carga de torque máximo global da conexão de ombro de torque helicoidal enquanto mantendo integridade de conexão e robusteza.[065] In one embodiment, the helical torque shoulder section threads are configured such that interference generated between the thread valley and the top of the respective housing and pin members occurs, if at all, not earlier than 0, 5 turns before the point at which the connection reaches its performance torque. Those skilled in the art are aware that any particular connection will have a designated yield torque. Until that time, a preferred configuration would build substantially no or very little interference between the valley and the top of the helical torque shoulder. It should be noted that some of the limited interference that may occur may be due to variations in the manufacturing process such as small structural differences may result in some unintended interference occurring. Generally then, the preferred embodiment setting will result in substantially no interference within 0.5 turns of the output torque. By configuring the helical torque shoulder threads in this manner, wear between the threads can be minimized during assembly. During mounting the opposite seals and opposite tapered constant pitch threads will still experience interference during mounting as in a typical torque shoulder connection. This configuration allows overall maximum torque load of the helical torque shoulder connection while maintaining connection integrity and robustness.

[066] O tempo de montagem das várias partes da conexão de ombro de torque híbrido de alto torque pode ter um efeito distinto nas capacidades de manuseio do torque global da conexão. Em uma concretização, e como ilustrado nas Figs. 9-10, as roscas de passo constante são configuradas para engatar antes do engate das roscas de ombro de torque helicoidal. Por experimentação, foi determinado que se as roscas de ombro de torque helicoidal fazem contato antes às roscas de passo constante opostas, então tarefas de alinhamento irão ocorrer e a conexão pode não propriamente montar ou se montar as capacidades de torque podem ser diminuídas a interferência não-ideal, distribuição de força de reação, tarefas de alinhamento, e/ou desgaste não-ideal entre roscas opostas. Quando isto ocorre, tarefas de alinhamento podem ocorrer onde as roscas não irão alinhar por causa do topo do pino que irá contactar o topo da caixa ao invés dos vales em uma maneira fora de sincronia, reduzindo drasticamente as chances de sucesso e montagem capaz de carga de torque total de conexão. Tempo é então crucial, e a configuração preferida da caixa e pino é tal que as roscas de passo de uma concretização contactam primeiro e iniciam alinhamento da caixa e pino em avanço das roscas de ombro de torque helicoidal.[066] The assembly time of the various parts of the high torque hybrid torque shoulder connection may have a distinct effect on the overall torque handling capabilities of the connection. In one embodiment, and as illustrated in Figs. 9-10, the constant pitch threads are configured to engage prior to engagement of the helical torque shoulder threads. Through experimentation, it has been determined that if helical torque shoulder threads make contact with opposite constant pitch threads before, then alignment tasks will occur and the connection may not properly assemble or if mounting torque capacities may be diminished, uneven interference may occur. -ideal, reaction force distribution, alignment tasks, and / or non-optimal wear between opposing threads. When this occurs, alignment tasks may occur where the threads will not align because of the top of the pin that will contact the top of the box instead of the valleys in an out of sync way, dramatically reducing the chances of success and load-able mounting. of total connection torque. Time is then crucial, and the preferred configuration of the housing and pin is such that the pitch threads of an embodiment first contact and initiate advancing the housing and pin in advance of the helical torque shoulder threads.

[067] É para ser claramente entendido que a descrição acima destina-se unicamente a título de ilustração e exemplo e não se destina a ser levada por meio de limitação, e que outras alterações e modificações são possíveis. Por exemplo, enquanto roscas cônicas de passo constante do tipo usado em conexões premium (por exemplo, per conexões ULTRA-DQx, ULTRA-FJ, ULTRA-QX e ULTRA-SF disponíveis a partir da Ultra Premium Oilfield Products de Houston, Texas) são descritas principalmente em conjunto com as roscas de ombro de torque helicoidal, outros tipos de estruturas de rosca poderiam ser usados em vez das roscas de conexão premium, tais como roscas API Round, API Buttress ou outras.[067] It is to be clearly understood that the above description is for illustration and example only and is not intended to be construed as limiting, and that other changes and modifications are possible. For example, while constant pitch tapered threads of the type used in premium fittings (for example, for ULTRA-DQx, ULTRA-FJ, ULTRA-QX, and ULTRA-SF connections available from Ultra Premium Oilfield Products of Houston, Texas) are mainly described in conjunction with helical torque shoulder threads, other types of thread structures could be used in place of premium connection threads, such as API Round, API Buttress or others.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Tubular connection, characterized in that it comprises: a pin member having: a first tapered constant pitch thread; a first axially spaced helical torque shoulder surface along the pin member of the first tapered constant pitch thread, the first helical torque shoulder surface is non-conical; and a first conventional torque shoulder surface configured at a pin-nose end of the pin member; a housing member having: a second tapered constant pitch thread; a second axially spaced helical torque shoulder surface along the housing member of the second tapered constant pitch thread, the second helical torque shoulder surface is non-conical; and a second conventional torque shoulder surface configured at a shoulder end of the housing member; the pin member and housing member are configured such that during assembly of the first conventional torque shoulder surface and the second conventional torque shoulder surface will engage, if at all, no more than 0.5 turns after shoulder performance. helical torque have begun.

Tubular fitting according to claim 1, characterized in that the recovery surfaces are configured such that the first tapered constant pitch thread and the second tapered constant pitch thread contract first and begin housing and pin alignment. in advance of the first helical torque shoulder threads and second helical torque shoulder threads.

Tubular connection according to claim 1, characterized in that the pin member and the housing member are configured such that any interference generated between a first helical torque shoulder thread valley and a screw top The second shoulder of the helical torque will occur no earlier than 0.5 turns before the point at which the connection reaches its yield torque.

Tubular fitting according to claim 1, characterized in that the first helical torque shoulder surface and the second helical torque shoulder surface are configured with wedge-shaped threads.

Tubular connection according to claim 2, characterized in that upon final recovery of the pin member and housing member the first helical torque shoulder surface is moved in the wedge engagement with the second shoulder shoulder surface. helical torque.

Tubular connection according to claim 1, characterized in that the first helical torque shoulder surface and the second helical torque shoulder surface have a variable width shape.

Tubular connection according to claim 6, characterized in that the first helical torque shoulder surface and the second helical torque shoulder surface have a load flank advance greater than the insertion flank advance.

Tubular connection according to claim 1, characterized in that: a root diameter of the first helical torque shoulder surface is less than both a starting root diameter of the first tapered constant pitch thread and a final root diameter the first conical constant pitch thread; a root diameter of the second helical torque shoulder surface is less than both a start root diameter of the second tapered constant pitch thread and an end root diameter of the second tapered constant pitch thread.

A tubular connection according to claim 8, characterized in that: the pin member includes a first transition zone axially between the helical torque shoulder surface and the first tapered constant pitch thread, the first tapered zone transition including a first sealing surface; the housing member includes a second transition zone axially between the second helical torque shoulder surface and the second tapered constant pitch thread, the second transition zone including a second sealing surface; in complete recovery condition the first sealing surface engages the second sealing surface to seal.

Tubular connection according to claim 9, characterized in that: the axial length of the first helical torque shoulder surface is less than the axial length of the first tapered constant-pitch thread; the axial length of the second helical torque shoulder surface is less than the axial length of the second tapered constant pitch thread.

Tubular connection according to Claim 10, characterized in that: the axial length of the first helical torque shoulder surface is between about 15% and 60% of the axial length of the first tapered constant-pitch thread; The axial length of the second helical torque shoulder surface is between about 15% and 60% of the axial length of the second tapered constant pitch thread.

Tubular connection according to Claim 8, characterized in that: the first helical torque shoulder surface extends for no more than seven turns and the first conical constant pitch thread extends for at least 10 turns; the second helical torque shoulder surface extends for no more than seven turns and the second tapered constant pitch thread extends for at least ten turns.

Tubular connection according to claim 2, characterized in that upon final retrieval of the pin member and housing member the first helical torque shoulder surface and second helical torque shoulder surface are engaged in one location. which is one of (i) a pin-nose / base-box location that intersects the inside diameter of the fitting, (ii) a pin-base / box-face location that intersects the outside diameter of the fitting or (iii) in a section of the intermediate wall of the connection as a center shoulder of the connection.

Tubular connection according to claim 1, characterized in that the lead edge loading of the helical torque shoulder is configured to be substantially equal to the constant pitch thread advance.

15. Tubular connection, characterized in that it comprises: a pin member having: a first tapered constant pitch thread; a first axially spaced helical torque shoulder surface along the pin member of the first tapered constant pitch thread, the first helical torque shoulder surface is non-conical; and a first conventional torque shoulder surface configured at a pin-nose end of the pin member; and a first central shoulder sealing surface configured between the first tapered constant pitch thread and the first helical torque shoulder surface; a housing member having: a second tapered constant pitch thread; a second axially spaced helical torque shoulder surface along the housing member of the second tapered constant pitch thread, the second helical torque shoulder surface is non-conical; a second conventional torque shoulder surface configured at a shoulder end of the housing member; and a second central shoulder sealing surface configured between the second tapered constant pitch thread and the second helical torque shoulder surface; the pin member and housing member are configured such that during assembly of the first conventional torque shoulder surface and the second conventional torque shoulder surface will engage, if at all, no more than 0.5 turns after shoulder performance. helical torque have begun.

Tubular connection according to Claim 15, characterized in that the recovery surfaces are configured such that the first tapered constant pitch threads and the second tapered constant pitch threads contact first and initiate housing and pin alignment. in advance of the first helical torque shoulder threads and second helical torque shoulder threads.

Tubular connection according to claim 15, characterized in that the pin member and the housing member are configured such that any interference generated between a first helical torque shoulder thread valley and a screw top of the second shoulder of helical torque will occur no earlier than 0.5 turns before the point at which the connection reaches its yield torque.

Tubular connection according to Claim 15, characterized in that the first helical torque surface and the second helical torque shoulder surface are configured with wedge-shaped threads.

Tubular connection according to claim 15, characterized in that the lead edge loading of the helical torque shoulder is configured to be substantially equal to the constant pitch thread advance.

20. Method for joining tubular casing or tubular length, the method is characterized by: utilizing a first tubular member having a pin member associated with a first conical constant pitch thread, a first axially spaced helical torque shoulder along the pin member of the first screw frame, and a conventional first torque shoulder surface configured at a pin-nose end of the pin member; utilizing a second tubular member having a casing member associated with a second thread, a second axially spaced helical torque shoulder along the casing member of the second thread structure, and a second conventional torque surface configured at a shoulder end of the cashier member; engaging the pin member and housing member with each other in an insertion position which is defined by interaction of the first conical constant pitch thread and the second conical constant pitch thread, and; rotating at least one first tubular member or second tubular member so that interaction between the first conical constant pitch thread and the second conical constant pitch thread guides the first helical torque shoulder in cooperative alignment with the second helical torque shoulder at A manner such as during recovery of the first conventional torque shoulder surface and the second conventional torque shoulder surface will engage, if at all, no more than 0.5 turns after yield of the helical torque shoulder has begun.

A method according to claim 20, characterized in that it includes continuing to rotate at least one of the first tubular member or the second tubular member until the first helical torque shoulder engages with the second helical torque shoulder.

A method according to claim 21, characterized in that the pin member is integrally formed with the first tubular member and the housing member is integrally formed with the second tubular member.

A method according to claim 20, characterized in that the first tubular member and the second tubular member are configured such that any interference generated between a first helical torque shoulder thread valley and a screw top of the Second shoulder helical torque will occur no earlier than 0.5 turns before the point at which the connection reaches its yield torque.

A method according to claim 20, characterized in that the recovery surfaces are configured such that the first tapered constant pitch threads and the second tapered constant pitch threads contact first and initiate housing and pin alignment at each other. advance of the first tapered constant-pitch threads and the second tapered constant-pitch threads.

A method according to claim 20, characterized in that the first helical torque shoulder surface and the second helical torque shoulder surface are configured with wedge-shaped threads so that the locking threads increase radial locking. and increase sealing pressure of one or more seals configured as part of the connection as the connection is recovered.

A method according to claim 20, characterized in that the feed shoulder advancement of the helical torque shoulder is configured to be substantially equal to the advancement of the constant pitch thread.