CN101194126B - 用于管状连接件的浮动楔形螺纹和形成管状连接件的方法 - Google Patents

Abstract

一种管状连接件(50)包括在第一级(41)上具有初始组装位置的第一螺纹(74，54)以及在第二级(42)上的第二螺纹(55，75)，所述第二螺纹是楔形螺纹并在第一螺纹的初始组装位置处于插入螺纹面(79)和负载螺纹面(59)上具有选定间隙(90)。

Description

用于管状连接件的浮动楔形螺纹和形成管状连接件的方法

技术领域

本发明主要涉及在油气井钻井和生产中采用的螺纹管状接头，例如管道、套管、管线以及钻管，即通常大家总称的油田管材。具体地，本发明涉及通过相对旋转并施加转矩来连接销钉元件和套管元件以实现组装的管状接头。更具体地，本发明涉及具有负载螺纹面、插入螺纹面和正止动转矩肩部的两级楔形螺纹，该螺纹在管状接头的阳螺纹与套管元件之间提供可靠的加压密封连接，而无需为了组装施加过多转矩和工作能量。

背景技术

为了以首尾相连关系连接流动管道以形成运输加压流体用的连续流动路径，众所周知的是采用螺纹管连接。油田管件的一种特定用途是通过将多段管件连接在一起在所需深度钻孔。所述接头被用于支承压缩和拉伸载荷，从一个元件向下一元件传递旋转力或转矩并对通过管状元件内部传送的加压流体通道进行密封。油田管材通常采用带螺纹的端部连接件或接头连接相邻区段的管道、管路或管状元件。设计用在油田管材的这样的带螺纹的端部连接的实例在美国专利No.2,239,942、2,992,019、3,359,013、RE30,647和RE34,467中被公开了，这些专利都被转让给本发明的受让人。

在授予Blose的美国专利No.RE30,647中公开了一种用于管状连接件的特殊螺纹形式或结构，其提供异常坚固的连接，同时将连接后的销钉元件和套管元件内的应力和应变控制在容许水平内。所述销钉元件具有至少一个大体燕尾形的外螺纹，外螺纹的宽度在沿螺纹件的一个方向上增加，而套管元件具有至少一个大体上燕尾形的匹配内螺纹，内螺纹的宽度在另一方向上增加。这样，这副匹配的螺旋状螺纹提供了相向的阳螺纹螺纹面和阴螺纹螺纹面的楔形接合，这种接合限制阳螺纹和套管元件之间的相对旋转程度并限定实现连接的强制组装条件。这被称为“楔形螺纹”。在这种楔形螺纹结构中，能采用螺牙夹角以及螺纹宽度来控制给定组装转矩下在阳螺纹和套管元件内产生的应力和应变预载荷状态。因此，通过为特定应用或用途特制楔形螺纹结构，管状连接件或接头仅受所选材料的特性的限制。

应当认识到在此采用的某些术语同通常对它们的理解一样，其中管状接头被连接在沿所述管件的中心轴线的竖直位置，例如当为下降到井孔内要组装支管时。因此，术语“负载螺纹面”指的是螺纹的侧表面，该侧表面远离上面形成螺纹的相应阳螺纹或套管元件的外端并支承悬挂在井孔内的下方管件的重量(也就是拉伸载荷)。术语“插入螺纹面”指的是螺纹的侧表面，该侧表面面向相应阳螺纹或套管元件的外端并承受彼此相向挤压所述接头的力，这样的力比如是在接头的初始组装过程中上方管件的重力或者推动下方管件压靠在钻孔底部所施加的力(也就是压紧力)。术语阴螺纹的“面”是套管元件中从阴螺纹向外面对的一端，术语阳螺纹的“前端”是销钉元件中从连接件的螺纹向外面对的一端。在组装连接件时，阳螺纹的前端被插进阴螺纹的所述面并穿过所述面。

如图1所示，现有技术的单级连接件10包括销钉元件11和套管元件12.套管元件12在上面形成有锥形内螺纹结构14，该内螺纹结构适于与形成在销钉元件11上互补的锥形外螺纹结构15接合以通过可拆开的方式机械地固定套管元件和销钉元件.

套管元件12的内螺纹14具有插入螺纹面18、负载螺纹面16、牙根20和牙顶24。阴螺纹14是楔形螺纹，基本上沿螺纹14的整个螺旋线长度的一个方向上宽度以均匀比率逐渐增大。销钉元件11的外螺纹15具有插入螺纹面19、负载螺纹面17、牙根21和牙顶25。外螺纹15是楔形螺纹，基本上沿螺纹15的整个螺旋线长度的另一方向宽度以均匀比率逐渐增大。阴螺纹和阳螺纹14和15相向增大的螺纹宽度和锥度分别促使相应螺纹的互补螺纹面、牙根和牙顶在连接件的旋转组装过程中同时移动形成强制接合。楔形螺纹可以具有矩形形状的横截面，燕尾形形状的横截面、或者连续沿逐渐成锥形的楔形螺纹的螺旋线长度的其它形状。在连接件旋转组装时，螺纹面对面的接合能够提供防止流体在螺纹之间流动的密封表面。在形成楔形螺纹连接的井中设置螺纹密封。在组装时可以在销钉元件11的锥形部分26和套管元件12的锥形内部27设置附加密封，例如在连接件端部的重叠部分之间通过径向干涉形成的金属对金属(metal-to-metal)的密封。

销钉元件11或套管元件12限定了组装连接件10的纵向轴线13。阴螺纹和销钉元件的牙根和牙顶大体上为平的并平行于连接件的纵向轴线13，并且具有足够宽度防止在组装连接件时螺纹发生任何永久变形。例如，在螺纹的牙根处具有的最小螺纹宽度大于螺纹的高度，这大体上能够提供支撑受负载螺纹面的适当剪切面积。通过外螺纹15的牙根和牙顶的直径从销钉元件11的前端到连接处逐渐增大并且通过内螺纹16的牙顶和牙根的直径从套管元件12的面到连接处逐渐增大形成锥度。

图2表示现有技术的两级楔形螺纹连接件28。销钉元件29与套管元件30螺纹接合以形成沿中心轴线40同轴的连接件28。包括连接件的螺纹被分成两个不同的“级”，大级通过括号31表示，小级通过括号32表示。当销钉元件29“被插入”套管元件30时，销钉元件29在小级32处的螺纹的牙顶33在它们最大设计高度也不会与套管元件30在大级31处的螺纹牙顶32干涉。销钉元件29的小级32比套管元件30在大级31处的最小的牙顶对牙顶(crest-to-crest)的螺纹直径小。越过大的阴螺纹件的外螺纹和数个啮合螺纹，小的阳螺纹的外螺纹能够被“插入”。小螺纹和大螺纹每转一圈进行接合以组成连接件。因而，在相同数量的接合螺纹下减少了螺纹在旋转中相互滑动或摩擦的圈数。

通常，连接件被设计成包括金属对金属的密封以保持管道流体压力在连接处的密闭。一般来说，沿着围绕连接处的周向连续接触区域，当两金属表面之间的接触压力超过要被密封的流体压力时，会形成金属对金属的密封。通常在连接件的组装过程中形成所述接触压力，尽管一些形式的金属对金属的密封会通过从内部使管道增压另外被加强。金属对金属的密封的优点是不会因在井中经常发现的高温或化工产品而性能变差。光滑、均匀的表面便于形成密封。备选地，可以通过提供进行不连续的同时变形和压缩所需的足够的力，在相对的阳螺纹与阴螺纹表面之间形成连续的圆周接触压力区域来促进形成密封。为此有时采用正止动(positive-stop)转矩肩部。

以上所述的图2表示具有金属对金属密封34的管状接头的实施方式，所述密封位于大级31与小级30之间.通过销钉元件29与套管元件30上在39处的环形肩部的金属表面之间的干涉以及所产生的金属对金属的接触压力形成密封34.环形肩部的表面在提供表面对表面的密封接合时的压缩中出现微量弹性变形，同时在两级上的交互接合螺纹有效地提供对所施加的转矩的正止动.金属对金属的密封还被示出于销钉元件29的前端35.当连接件28组装时通过负载螺纹面的接合和旋转产生的轴向力使互补表面被推到一起.还应当认识到，在连接件的套管元件30的底端36处也能形成金属对金属的密封.因而，可以在端部35或36任一处或者在两级连接件的中间34、或者在位置34，35和/或36中不止一个的任意组装处形成金属对金属的密封.

具有一个或多个负夹角负载螺纹面的螺纹连接能促进连接处的密封。负夹角螺纹面是不与连接件中心线垂直的螺纹面，而具有与互补螺纹面形成俘获机构的角度。例如，在具有燕尾形横截面的螺纹中，通过在内外燕尾形螺纹之间的负夹角螺纹面产生相反方向的径向力。该相反方向的径向力将内和外螺纹拉在一起。如果内和外螺纹具有相应的尺寸和形状，所述俘获动作能够在相邻表面之间、在牙根与牙顶之间、和/或在负载螺纹面与插入螺纹面之间形成足够的表面对表面的接触压力以在连接处实现压力密封。

尽管负夹角螺纹面对某些密封作用是有利的，但当旋转管状元件以组装连接件时，旋转转矩必须克服接触力或压力下一个表面对另一表面的滑动或摩擦引起的任何摩擦阻力。在大的表面对表面的接触压力或者在大的组装接触面积的情况下完成连接件的组装需要较大的转矩量。用于给定面积的大接触压力或用于给定接触压力的大接触面积需要相应较大的转矩用于组装。随着连接件直径的增大，螺纹摩擦面积增大，这使得相同量的表面对表面接触压力需要更大的转矩量。此外，在螺纹之间相同摩擦接触状态下完成组装所需的旋转圈数越多，需要的输入功和能量越多。

在Enderle所有的美国专利No.6,174,001和No.6,270,127中，公开了用于管状连接件的两级、低转矩楔形螺纹。其中的一级被设置为在组装时沿互补的插入螺纹面、负载螺纹面、牙根和牙顶中的至少一个存在干涉接触，并且沿另一级在沿互补的插入螺纹面、负载螺纹面、牙根和牙顶中的至少一个设置间隙，目的是减小连接件组装时的转矩量同时保持转矩灵敏度、密封性能以及结构用途所必需的螺纹。在楔形螺纹领域中，一直需要研究接触部分与间隙部分之间的所需关系并需要另外提供特定的基础和标准以确定在组装时形成接触的楔形螺纹表面之间以及具有间隙的表面之间的有效关系。

发明内容

本发明的一方面提供对现有技术的楔形螺纹连接的改进，这些螺纹连接在特定螺纹表面之间具有接触并在其它表面之间具有间隙。本发明致力于减小通常在连接件最终强制组装时对两级楔形螺纹上的两级的负载螺纹面和插入螺纹面保持同时接触而保证连接所需的组装转矩的有效量值。发明人已经发现，在典型的两级楔形螺纹中，组装转矩被两级螺纹上的负载螺纹面和插入螺纹面的大接触表面面积抵制。因而，已经发现施加非常大的组装转矩会导致接触表面产生非常小的弹性变形。而且本发明人已经发现不足的塑性变形会导致拆卸(breakout)阻力不充足并且会导致形成金属对金属的密封的接触压力不充足。为了解决这些结论和发现的问题，根据本发明一种实施方式的改进是在以下两者之间或者三者之中具有新的且有效的关系：组装时的变形量、组装时两级楔形螺纹连接件形成接触的部分的弹性变形限量、以及在楔形螺纹在初始组装时不形成接触的部分上设置的间隙量。

本发明的一种实施方式提供两级楔形螺纹中仅一级的组装接合.在组装时，另一级螺纹在插入螺纹面和负载螺纹面上都具有微量间隙.因而，需要减小后的组装转矩量提供可靠密封连接.在组装过程中不完全接合的螺纹之间存在的摩擦接触量减小.特别地，根据组装时弹性变形量以及所涉及的材料的弹性变形极限选定间隙.据此唯一选定的间隙提供在组装时不会超过弹性极限的可靠连接并且为两级螺纹提供有效的强度，所述两级螺纹包括螺纹最初接触的部分以及随后在连接件承受大作用力时会接触的螺纹间隙部分.

在本发明的一种实施方式中，带螺纹的管状连接件具有销钉元件和套管元件，销钉元件具有在一个方向上宽度增大的两级外螺纹，套管元件具有在另一方向上宽度增大的两级相应外螺纹，这使得互补的内和外楔形螺纹在连接件组装时向内或相外移动接合。向连接件施加转矩使第一级楔形螺纹移动达到接合并在阳螺纹和套管元件的表面之间产生适当的金属对金属的接触压力，从而在连接件组装时形成压力密封。第二级楔形螺纹被设计并定位成，在施加任何外部作用载荷或力之前，第一级螺纹组装时在第二级螺纹的插入螺纹面与负载螺纹面之间存在微小间隙。在这一实施方式中，第一级楔形组装时螺纹的最大变形和第二级楔形螺纹的插入螺纹面之间的间隙的总和不大于形成楔形螺纹的材料的弹性变形极限。

在一种实施方式中，设置正止动转矩肩部并且通过第一级楔形螺纹与正止动转矩肩部之间的轴向力产生金属对金属的接触压力。根据本发明的一方面，组装时正止动转矩肩部的最大变形总量处于正止动转矩肩部的材料的弹性范围内并且不大于第二级楔形螺纹的负载螺纹面之间的间隙。

根据本发明的另一实施方式，提供一种两级螺纹连接件。组装时第一级接合并止动在固定轴向位置。组装时和向连接件施加任何作用载荷或压缩力之前的固定轴向位置可以被称为“初始组装位置”。第二级螺纹包括楔形螺纹、组装时不接合的螺纹面。第一级螺纹可以被称为“接合螺纹”或“接合级”并且第二组螺纹可以被称为“浮动楔形螺纹”或“浮动级”。在接合螺纹的初始组装位置的浮动楔形螺纹的负载螺纹面与插入螺纹面之间设置间隙。该间隙这样被选定，在超过连接件用的任何材料的弹性变形极限之前，所述材料在组装要接合的楔形螺纹时发生变形，浮动楔形螺纹将承受拉伸载荷。

根据本发明的另一实施方式，提供一种两级螺纹连接件。第一级接合并止动在组装时的固定轴向位置或初始组装位置。第二级螺纹包括浮动楔形螺纹，在所述接合螺纹处于初始组装位置时，浮动楔形螺纹的螺纹面组装时不会接合。在浮动楔形螺纹的负载螺纹面与插入螺纹面之间设置间隙。该间隙被选定为，在超过连接件用的任何材料的弹性变形极限之前，所述材料在组装要接合的楔形螺纹时发生变形，浮动楔形螺纹将承受压缩作用力。

本发明的一种实施方式包括两级楔形螺纹设计.组装时，一级将被强制接合(“接合螺纹”)，例如用负载螺纹面将正止动转矩肩部的相对表面推压在一起，并且另一级在插入螺纹面和负载螺纹面上都具有间隙(“浮动楔形螺纹”).组装时正止动转矩肩部的变形量将小于正止动转矩肩部的材料的弹性变形极限(没有任何塑性变形).在浮动楔形螺纹上的插入螺纹面之间以及负载螺纹面之间的间隙很小.对于插入和负载螺纹面的间隙可以相等或不同.在一种实例中，在浮动楔形螺纹插入螺纹面上的间隙小于或者至少不大于达到正止动转矩肩部的弹性极限所需的附加变形量.因而，当向被连接的管状元件施加附加压缩力时，在浮动楔形螺纹的插入螺纹面开始承受附加力之前不会被超出正止动转矩肩部的总弹性变形极限.在另一实例中，所述间隙也小于或至少不大于正止动转矩肩部的组装变形，使得在浮动楔形螺纹的负载螺纹面开始承受增加的载荷力之前不会解除正止动转矩肩部处的接触.由此便于保持金属对金属的密封.利用浮动楔形螺纹的插入和负载螺纹面二者上的适当间隙，在不超过弹性极限并且不使正止动转矩肩部处的接触松动的情况下能够处理在弯曲过程中可能同时发生的拉伸或压缩以及拉伸和压缩.

从以下描述和附加权利要求中将会清楚地了解到本发明的其它方面和优点。

附图说明

图1是现有技术单级螺纹管状连接件的局部剖视图。

图2是现有技术两级楔形螺纹管状连接件的局部剖视图。

图3是根据本发明一种实施方式的管状连接件的局部剖视图。

图4是根据图3所示本发明实施方式的管状连接件的局部剖视图。

图5A是根据本发明实施方式的接合螺纹的放大局部剖视图。

图5B是根据本发明实施方式的接合螺纹的放大剖视图。

图5C是根据本发明实施方式的接合螺纹的放大剖视图。

图5D是根据本发明实施方式的接合螺纹的放大剖视图。

图6A是根据本发明实施方式的浮动楔形螺纹的放大剖视图。

图6B是根据本发明实施方式的浮动楔形螺纹的放大剖视图。

图6C是根据本发明实施方式的浮动楔形螺纹的放大剖视图。

图6D是根据本发明实施方式的浮动楔形螺纹的放大剖视图。

图7是根据本发明备选实施方式的管状连接件的局部剖视图。

图8是根据本发明备选实施方式的管状连接件的局部剖视图。

图9是根据本发明备选实施方式的管状连接件的局部剖视图。

具体实施方式

现有技术的楔形螺纹设计与其它螺纹设计相比具有一些显著的优点，这些优点包括高扭力、高压缩和可靠的内和外压力密封性能。然而，本发明人已经发现在设计采用楔形螺纹技术的连接件时有几个要涉及的考虑因素。正在进行的考虑因素是降低组装连接件所需的转矩量和功。通过多次反复的连接和拆开与采用油井管状元件有关的连接件，所述效果会提高。另一考虑因素是提供一种在使用过程中保持固定和密封的连接件。另一考虑是提供可以充分承载周期工作载荷、力、转矩和弯曲力矩(也就是具有同时拉伸和压缩的特性)的连接件。其它考虑包括与连接件的多次组装和拆卸相关的固有的磨损特性、平直率、磨蚀和疲劳度。另一考虑是在施加组装转矩和/或使用过程中连接部分塑性变形的可能性。另一考虑是充分压缩金属对金属的表面所需的转矩量以确保可靠连接并绕整个螺纹连接件圆周提供高接触压力密封。在螺纹之间的接触表面或在正止动转矩肩部处于管状材料弹性极限内的变形用于形成可靠连接并且还可以用于组装时提供压力密封。在螺纹上、在任何正止动转矩肩部以及在任何金属对金属的密封表面上的组装转矩和作用力的组合效果通常不应该超过由所涉及材料的屈服强度决定的材料的弹性极限。

锥形两级楔形螺纹的采用与均匀尺寸的螺纹相比利于降低了摩擦和降低消耗的能量.两级且锥形的阳螺纹和阴螺纹在螺纹首次接触之前使螺纹可以深深插入锥形阴螺纹内.至少在最终组装阶段之前锥度有助于防止牙顶和牙根干涉.楔形螺纹组装还更容易，因为它们在螺纹面之间具有空间直至组装时仅留最后少许.当阳螺纹楔形螺纹的尺寸与阴螺纹楔形螺纹的尺寸严格匹配时，克服摩擦并形成适当的螺纹变形以固定连接所需的大部分转矩仅在组装旋转的最后阶段产生.因而，两级锥形楔形螺纹的采用减小了组装所需的摩擦、转矩和做功量，这是因为组装需要更少的旋转(与均匀螺纹相比)并且楔形螺纹在高的表面对表面的接触压力下不接合直至组装旋转的最后部分.

总的来说，根据本发明的一方面，螺纹管状连接件具有销钉元件和套管元件，所述销钉元件具有在一个方向上宽度增大的第一级外楔形螺纹，所述套管元件具有在另一方向上宽度增大的对应第一级内楔形螺纹，使得互补的内和外楔形螺纹在连接件组装时移动形成接合。在一种实施方式中，连接件包括正止动转矩肩部。第一级螺纹和正止动转矩肩部被设计并定位成使得在组装第一级螺纹和正止动转矩肩部时在第二级螺纹的插入螺纹面之间以及在负载螺纹面之间存在微小间隙。例如，在第二级插入螺纹面和负载螺纹面处的微小间隙的范围从几万分之一英寸到几千分之一英寸。与两级楔形螺纹两级同时组装相比，需要更小的转矩量提供充分的弹性压缩并由此在正止动转矩肩部和/或螺纹处提供可靠组装和完全的表面对表面的密封。

在一种实施方式中，两级楔形螺纹的一级中至少负载螺纹面通过施加组装转矩得到接合。接合的负载螺纹面由此提供轴向定向的力将正止动转矩肩部的相对表面推压在一起。由此这一级楔形螺纹被强制接合并且另一级楔形螺纹具有间隙。组装时接合的级和楔形螺纹可以被称为“接合级”或“接合螺纹”。具有间隙的级和螺纹可以被称为“浮动级”和“浮动楔形螺纹”。施加的组装转矩量决定了完全组装时连接件相关部分的正止动位置或“初始组装位置”，并且在施加外部轴向拉伸载荷之前，向连接件施加压缩力或弯曲力矩。如此形成连接件以及选择组装转矩，以在组装时，在阳螺纹和阴螺纹的相应负载螺纹面之间以及在浮动楔形螺纹的阳螺纹和阴螺纹的相应插入螺纹面之间都形成选定或调节的轴向间隙。

根据本发明的一种实施方式，组装转矩这样进行选择，接合螺纹在轴向上的变形小于制成螺纹的材料的弹性极限并且正止动转矩肩部在轴向上的变形也小于正止动转矩肩部材料的弹性极限。因而，在施加组装转矩时，接合螺纹提供轴向定向力以推压正止动转矩肩部的阳螺纹表面接靠在正止动转矩肩部的阴螺纹表面上并由此促使在接合楔形螺纹以及在正止动转矩肩部上都发生轴向弹性变形。阳螺纹和阴螺纹的浮动楔形螺纹的相对位置在组装时于“浮动”负载螺纹面之间在轴向上形成间隙，该间隙小于接合螺纹的负载螺纹面的轴向变形。此外浮动插入螺纹面之间的间隙小于正止动转矩肩部的轴向变形。因而，浮动楔形螺纹在组装时不会提供任何显著的轴向定向力并且不会显著地抵制组装转矩。在该实施方式中，最初通过接合螺纹的负载螺纹面承载管状元件上的工作载荷。最初通过正止动转矩肩部承载压缩作用力。浮动楔形螺纹最初不会承载大量的轴向定向工作载荷或力。浮动楔形螺纹最初不会承载任何大的拉伸载荷，这是因为在初始的组装位置在阳螺纹和阴螺纹的浮动负载螺纹面之间存在间隙。浮动楔形螺纹最初不会承载任何大的压缩作用力，这是因为在初始组装位置在浮动插入螺纹面之间存在间隙。

图3表示本发明连接件50的一种实施方式，其包括在两级楔形构造上沿中心轴线53形成的套管元件52的内螺纹54和55以及销钉元件51的外螺纹74和75.内螺纹54和55的宽度基本上沿每个螺纹54和55的整个螺线长度在一个方向上以均匀比率逐渐增大.外螺纹74和75的宽度基本上沿螺纹74和75的整个螺线长度在另一方向上以均匀比率逐渐增大.

内螺纹54被形成为沿小直径级(下面称为小级)41与外螺纹74接合。内螺纹55被形成为沿大直径级(下面称为大级)42与外螺纹75浮动接合。尽管在图3中示出的螺纹看上去具有大体上矩形的横截面，但应当认识到楔形螺纹可以具有其它形状例如燕尾形螺纹或钩形螺纹，以实现与这些其它形状的楔形螺纹相关的目的和效果。因而，多种不同的螺纹形式可以组合使用并且不会脱离本发明的其它方面。

在图4中，示出了与图3中所示的两级楔形构造类似的燕尾形楔形螺纹构造的附加细节。在套管元件52的阴螺纹部分上并沿小级41形成内螺纹54。内螺纹54包括插入螺纹面58、负载螺纹面56、牙根60以及牙顶64。在销钉元件51的阳螺纹部分上并沿小级41形成互补的外螺纹74。外螺纹74包括互补的插入螺纹面78、负载螺纹面76、牙根80和牙顶84。

在套管元件52的阴螺纹上沿大级42形成内螺纹55。内螺纹55具有插入螺纹面59、负载螺纹面57、牙根61和牙顶65。在销钉元件51的阳螺纹上沿大级42形成互补的外螺纹75。外螺纹75包括互补的插入螺纹面79、负载螺纹面77、牙根81和牙顶85。

在连接件50的旋转组装过程中，螺纹54和74相对增大的螺纹宽度(或楔形形状)促使相应螺纹的互补螺纹面在销钉元件51的阳螺纹和套管元件52的阴螺纹管状件的相对旋转时相向移动成强制接合。销钉元件51的阳螺纹和套管元件52的阴螺纹的相应锥形促使互补的牙根和牙顶相向移动接合。在该实施方式中，在销钉元件51的阳螺纹的前端表面67与套管元件52的阴螺纹的内径(ID)表面87之间形成正止动转矩肩部66。接合的内和外螺纹54和74的导程分别推动阳螺纹前端表面67接靠在阴螺纹ID表面87上以形成防止流体在正止动转矩肩部66处流动的密封。特别地，施加在连接件50上的组装转矩促使小级41内的负载螺纹面56和76接合并由此迫使正止动转矩肩部66的表面67和87达到表面对表面的接合。为了方便，内和外螺纹55和75一起可以被称为“接合螺纹”43。当施加的组装转矩足以被接合螺纹43和正止动转矩肩部66相对表面上的应力以及产生的应变抵制时，停止旋转。通过材料的弹性模量和强度确定接合螺纹面56，76和正止动转矩肩部表面67，87的应变量以及由此产生的变形量。组装时销钉元件51的阳螺纹和套管元件52的阴螺纹的相对位置由此被固定或正止动在初始组装位置，该位置可以根据施加的组装转矩量确定。

大级42的内和外螺纹55和75这样形成，当如上所述强制组装小级41时，在插入螺纹面59和79之间保持小间隙90并且还在负载螺纹面57和77之间保持小间隙92。楔形内和外楔形螺纹55和75分别与插入螺纹面59和79之间的间隙90以及负载螺纹面之间的间隙92一起被称为“浮动楔形螺纹”44。

尽管接合的楔形螺纹43在某些情形下适于形成在图3和4所示的小级41上，但应当认识到接合的楔形螺纹43可以形成在小级41或大级42的任一个上，并且浮动楔形螺纹44可以形成在另一级上，无论在大级42或小级41上，都不会脱离本发明的范围。

在阳螺纹前端67和阴螺纹内径(ID)87边界形成正止动转矩肩部66.在该实施方式中，接合螺纹43、浮动楔形螺纹44以及正止动转矩肩部66在销钉元件51的阳螺纹与套管元件52的阴螺纹之间形成螺纹连接件50.因而，在施加选定量的组装转矩以组装连接件50时，在接合级内至少销钉元件51的负载螺纹面56和套管元件52的负载螺纹面57形成接合并强制推动正止动转矩肩部66达到表面对表面的接合.根据该实施方式的一个有用方面，正止动转矩肩部66的接触面积小于负载螺纹面56和57的接触面积，使得组装时连接件上的最大轴向变形处于正止动转矩肩部66上.这样便于在阳螺纹和阴螺纹管状元件51和52的内径上形成压力密封.在正止动转矩肩部66上的完全密封防治管状元件内部的受压流体进入螺纹连接件50的螺纹54，74内和它们之间.

应当认识到尽管组装时至少接合螺纹43的负载螺纹面56和76将接合，但接合螺纹43的插入螺纹面58和78也可以在组装时接合。例如，如果接合螺纹43是楔形螺纹，则它们可以这样形成，它们同时在负载螺纹面56和76以及插入螺纹面58和78处组装。这一构造对于某些目的是有效的，例如为了使螺纹面与牙根和牙顶的表面形成密封接合。然而，插入螺纹面58和78无需接合，尽管负载螺纹面56和76强制组装压靠在正止动转矩肩部66上。

在组装时，可以在阴螺纹的面94与阳螺纹的OD 96之间形成轴向间隙98。因而，阴螺纹的面94和阳螺纹的OD 96不会接触。在接合螺纹43的小级41与浮动楔形螺纹44的大级42之间的边界102上也形成间隙100。这样使正止动转矩肩部66的位置、强度和轴向变形成为组装时建立浮动楔形螺纹44的内和外螺纹55和75的相对位置的主要因素。

参照图4和5A-5D，可以更详细地理解多种备选实施方式中接合螺纹43多个部分的相互作用。在图5A所示的备选实施方式中，接合螺纹43的负载螺纹面56和76、插入螺纹面58和78、阴螺纹牙根60和阳螺纹牙顶80以及阴螺纹牙顶64和阳螺纹牙根84在组装时都形成表面对表面的接触以便于密封。

备选地，如图5B所示，接合螺纹43可以这样形成，负载螺纹面56和76接合并且插入螺纹面57和78被轴向上的小间隙95间隔。这种构造有助于确保通过接合的负载螺纹面56和76产生的整个轴向力的大部分，如果不是全部，被施加在正止动转矩肩部66上。

在图5A和5B所示的两种实施方式中，牙根和牙顶被示出不具有径向间隙。参照图5C应当认识到在接合螺纹43的其它备选实施方式中，可以在阴螺纹牙根60与阳螺纹牙顶84之间形成小径向间隙104并且可以在阴螺纹牙顶64与阳螺纹牙根80之间形成小径向间隙105。参照图5D也应当认识到可以在成对牙根与牙顶中的一组例如牙根60与牙顶84之间形成牙根到牙顶的间隙105，并且在其它成对的牙根64与牙顶80之间不存在任何间隙。在牙根60和牙顶80之间没有任何间隙表示在相应牙根与牙顶表面之间的干涉能够便于形成压力密封。

尽管在图5A-5D中未示出在接合螺纹43内所有可行的牙根到牙顶的间隙的变化，但应当认识到无论是仅有负载螺纹面56和76接合(参见图5B和5C)或者是负载螺纹面56和76以及插入螺纹面58和78接合(参见图5A和5D)，都可以形成牙根到牙顶的间隙。此外，应当认识到在组装时可以形成牙根到牙顶的径向间隙104而在牙根60和牙顶84不具有任何牙根到牙顶的径向间隙，可以形成牙根到牙顶的间隙105而在牙根80和牙顶64不具有牙根到牙顶的间隙，或者形成牙根到牙顶的径向间隙104和105二者。

参照图4和6A-6C，可以更详细地理解多种备选实施方式中浮动楔形螺纹44多个部分的相互作用.在图6A所示的备选实施方式中，浮动螺纹44这样形成，使得在组装时，在销钉元件51的阳螺纹的负载螺纹面77与套管元件52的阴螺纹的负载螺纹面57之间于轴向上存在间隙90.还在销钉元件51的阳螺纹的插入螺纹面79与套管元件52的阴螺纹的插入螺纹面59之间于轴向上形成间隙92.因而，在施加足够大的作用力时允许销钉元件51的阳螺纹的外螺纹75相对于套管元件52的阴螺纹的内螺纹55轴向移动或“浮动”.如果所施加的作用力足够大到使连接件50的一部分产生另外的弹性变形，则它们足够大到引起“浮动”(或相对移动).如图6A所示，可以在阳螺纹牙根81与阴螺纹牙顶65之间形成微小径向间隙106，并且可以在阳螺纹牙顶85与阴螺纹牙根61之间形成微小径向间隙107.这样可以例如在浮动螺纹44的区域上便于销钉元件51的阳螺纹与套管元件52的阴螺纹之间的相对移动或浮动.

在图6B所示的备选实施方式中，浮动楔形螺纹44的阳螺纹牙根81和阴螺纹牙顶65还有阳螺纹牙顶85和阴螺纹牙根61这样形成，使得它们在组装时形成表面对表面的接触。这样可以例如有效地提供附加刚度、完全的螺纹对螺纹的排列以及流体压力密封。

在图6C所示的备选实施方式中，插入螺纹面59和79之间的间隙93可以小于负载螺纹面57和77之间的间隙91。因而，在浮动楔形负载螺纹面57和77开始承载施加的工作载荷之前允许接合螺纹43的负载螺纹面56和76发生更小量的施加工作载荷的附加变形(在图6C中未示出，参见图4和5A-5B)。

在图6D所示的备选实施方式中，在插入螺纹面59和79之间形成相对更大的间隙99并且在负载螺纹面57和77之间形成相对更小的间隙97。在这种实施方式中，在浮动楔形插入螺纹面59和79开始承载压缩作用力之前，允许在正止动转矩肩部66和/或在接合螺纹43的插入螺而，当附加变形超过浮动楔形螺纹44的负载螺纹面57和77之间的间隙90(或图6C中的93或图6D中的97)时，浮动楔形螺纹44也开始承受工作载荷。当附加变形超过浮动楔形螺纹44的插入螺纹面59和79之间的间隙92(或图6C中的91或图6D中的99)时，浮动楔形螺纹44也开始承受工作载荷或力。

为了避免或降低材料在拉伸工作载荷下的塑性屈服，接合螺纹43在组装时的变形以及在浮动楔形螺纹44的负载螺纹面57和77形成接触之前所允许的附加变形量(也就是接合螺纹43的变形加上浮动负载螺纹面的间隙90，93或97)应该不大于接合螺纹43的材料的弹性极限。同样，为了避免或降低在正止动转矩肩部66的密封损失，正止动转矩肩部66在组装时的变形以及在浮动楔形螺纹44的负载螺纹面57和77形成接触之前所允许的附加变形量(也就是负载螺纹面的间隙92，93或97)应该不大于变形材料的弹性变形极限。

此外，为了避免材料在压缩作用力下的塑性屈服，正止动转矩肩部66的变形总量加上浮动楔形螺纹44的插入螺纹面59和79形成接触之前所允许的附加压缩变形量(也就是正止动转矩肩部的变形加上浮动插入螺纹面的间隙92，91或99)应该不小于变形的正止动转矩肩部材料的弹性极限。同样，在接合螺纹43的插入螺纹面58和78作为转矩止动件的情况下，接合楔形螺纹43的插入螺纹面在组装时的任何变形总量加上浮动楔形螺纹44的插入螺纹面59和79形成接合之前所允许的附加压缩变形量(也就是接合插入螺纹面的变形加上浮动插入螺纹面间隙92，91或99)应该不小于变形的插入螺纹面材料的弹性极限。

尽管密封目的并不重要，因为正止动转矩肩部的接触在压缩载荷下增大，但应当认识到如果浮动插入螺纹面59和79之间接触之前所允许的压缩变形(也就是浮动插入螺纹面间隙92，91或99)不大于接合螺纹43的负载螺纹面56和76的初始组装变形，则将降低或避免接合螺纹43的负载螺纹面56和76之间表面对表面的接触损失.

在拉伸作用载荷的情形下，接合的楔形螺纹43的负载螺纹面56和76最初承受工作载荷。如果工作拉伸载荷促使接合的负载螺纹面56和76的轴向变形超过浮动负载螺纹面57和77之间的间隙，则浮动负载螺纹面57和77将形成接触并且开始支承拉伸工作载荷。因而，已经发现有效地是形成接合螺纹43和浮动楔形螺纹44，使得在组装时接合的负载螺纹面56和76的轴向变形总量加上浮动负载螺纹面之间的轴向间隙总计不大于螺纹接合件材料的弹性变形极限。因此，在浮动楔形螺纹44开始承受工作载荷之前，不会超出接合的负载螺纹面56和76的弹性变形极限。

还已经发现有效地是形成接合螺纹43和浮动楔形螺纹44，使得在接合楔形螺纹43和正止动转矩肩部66组装时，浮动负载螺纹面57和77之间的间隙不大于正止动转矩肩部66的轴向变形。在这一构造中，在浮动插入螺纹面78和79开始承受附加压缩力之前，正止动转矩肩部66在压缩作用力下的总变形不会超过弹性极限。在拉伸工作载荷下，正止动转矩肩部66上的压力将减小，但在浮动楔形螺纹44的负载螺纹面开始承受压缩作用力之前，正止动转矩肩部66相对表面之间的表面对表面的接触不会受到损失。

同样，在压缩作用力的情形下，正止动转矩肩部66最初承受压缩作用力。在接合的负载螺纹面56和76以及正止动转矩肩部66组装时，应当认识到在接合的楔形螺纹43的插入螺纹面之间会存在微量间隙或者存在为了接触和压缩轴向变形。或者单独正止动转矩肩部66或者正止动转矩肩部66与接合楔形螺纹43的插入螺纹面58和78承受力，直至轴向变形超过浮动插入螺纹面59和79之间的间隙。如果施加的压缩作用力促使浮动楔形螺纹44的轴向位移超过浮动插入螺纹面59和79之间的间隙，则浮动插入螺纹面59和79将形成接触并开始支承压缩作用力。已经发现有效地是形成两级楔形螺纹，使得当组装时，正止动转矩肩部66的轴向变形总量加上浮动插入螺纹面59和79之间的轴向间隙总计不大于变形材料的弹性变形极限。因而，在开始由浮动楔形螺纹44承受压缩作用力之前不会超出正止动转矩肩部66的弹性变形极限。

还已经发现有效地是形成螺纹43和44，使得在接合楔形螺纹43和正止动转矩肩部66组装时，浮动插入螺纹面59和79之间的间隙不大于接合的负载螺纹面56和76的轴向变形。在压缩作用力下，在接合的负载螺纹面56和76上的变形将减小，但在浮动插入螺纹面59和79开始承受作用力之前接合的负载螺纹面56和76的表面之间的接触不会受到损失。

图7-9表示具有不同构造的两级楔形螺纹结构的本发明备选实施方式的横截面图。图7-9各自表示具有根据本发明备选实施方式形成的螺纹的销钉元件和套管元件的一部分。

图7中所示的实施方式是在管状销钉元件114和管状套管元件116之间形成锥形接头或连接件112的两级楔形螺纹110.在阴螺纹的面120与阳螺纹的外径(OD)122之间形成正止动转矩肩部118.两级楔形螺纹110的大级142在连接件组装时至少接合在销钉元件114的负载螺纹面126与套管元件116的负载螺纹面128之间.正止动转矩肩部118在组装时也得到接合.组装转矩的选定量决定了阳螺纹114和阴螺纹116的相对组装位置.在一种实施方式中，通过施加选定组装转矩，阳螺纹114的插入螺纹面130和阴螺纹116的插入螺纹面132也可以在正止动转矩肩部118形成完全接合时得到接合.在其它实施方式中，插入螺纹面130和插入螺纹面132之间可以具有轴向间隔，或者可以被构造成与以上参照图5A-5D所述的各种构造的接合螺纹类似.

图7所示的两级楔形螺纹110的另一级螺纹141，即小级141这样形成，使得在组装时，分别在阳螺纹114和阴螺纹116的负载螺纹面138和140之间于轴向上存在间隙134，并且使得分别阳螺纹114和阴螺纹116的插入螺纹面135和145之间于轴向上也存在间隙136。因而，在这一级上，阳螺纹114的螺纹可以相对于阴螺纹116的螺纹在轴向上移动或“浮动”。

在阳螺纹114的前端146与阴螺纹116的内径(ID)148之间形成轴向间隔的间隙150。因而前端146和ID 148不会形成正止动转矩肩部。还在这两个不同直径即不同级的螺纹141和142之间的内部边界154上形成间隙152。

还可以在组装时在接合螺纹144的大级142的牙根127，131与相应牙顶129，133之间形成小径向间隙。备选地，牙根127，131和牙顶129，133可以在组装时形成表面对表面的干涉接触以便于密封。类似地，浮动楔形螺纹144的小级141上的牙根137，147和相应牙顶139，149在组装时形成表面对表面的干涉接触。备选地，为了在浮动螺纹144的区域上便于阳螺纹与阴螺纹之间的相对移动或“浮动”，可以在浮动楔形螺纹143的牙根137，147与相应牙顶139，149之间形成微小径向间隙。

尽管接合楔形螺纹144的级被示为具有比浮动楔形螺纹143的级更大的直径，例如参照以上图3和4应当认识到在备选实施方式中，更小直径的螺纹可以是接合螺纹，被用于靠在正转矩止动件上与之接合，并且更大直径的螺纹级是浮动楔形螺纹，被形成为在组装时于负载和插入螺纹面二者之间具有间隙。而且，浮动楔形螺纹可以被形成为具有与以上参照图6A-6D所述类似的多种其它构造。

在图8中，在两级螺纹连接件212的两级之间的边界211处的管状销钉元件214与管状套管元件216之间形成正止动转矩肩部210。在该实施方式中，接合螺纹218被示为是相对更小直径的螺纹并且浮动螺纹220被示为是相对更大直径的螺纹。在备选实施方式中，浮动螺纹可以具有相对更小的直径并且接合螺纹可以具有相对更大的直径。在阴螺纹216的底座224与阳螺纹214的OD 216之间形成轴向间隙222。还可以在阳螺纹214的前端230与阴螺纹216的ID 232之间形成轴向间隙228。

在图9所示的备选实施方式中，两级楔形螺纹连接件234被示出处于阳螺纹236与阴螺纹238之间。虽然不是特定具有正止动转矩肩部，但通过两级楔形螺纹连接件234的一级240中的负载螺纹面258，260和插入螺纹面262，264都表面对表面的匹配接合，形成正转矩止动。在施加选定的组装转矩时，级240中的接合楔形螺纹241被强制接合在插入和负载螺纹面并由此固定阳螺纹236和阴螺纹238的相对轴向位置。另一螺纹级242是浮动楔形螺纹243，其在组装时定位成在形成浮动楔形螺纹243的负载螺纹面270，268与插入螺纹面274，272之间具有轴向间隙。在阴螺纹底部250与阳螺纹OD 252之间形成轴向间隙244。在接合楔形螺纹241的级240与浮动楔形螺纹243的级242之间的内部边界244上形成轴向间隙246。在阳螺纹前端254与阴螺纹ID 256之间形成轴向间隙248。

阳螺纹236和阴螺纹238的接合螺纹241组装成在负载螺纹面258和260与插入螺纹面262和264之间的完全楔形接合以形成相应接合的负载螺纹面与相应接合的插入螺纹面之间的表面对表面的密封.在一种实施方式中，接合螺纹241的牙根261和263以及牙顶265和267也形成表面对表面的接触以进一步便于组装时的密封并且可以被称为金属对金属的密封.这种结构提供了效果与其它实施方式中的正止动转矩肩部相同的正转矩止动件，因为它实现与负载与插入螺纹面之间的金属对金属的接触相同的功能.

根据其它实施方式，通过在螺纹连接件的任意一端或者在螺纹连接件两级之间的内部边界246处形成常规的金属对金属的密封，进一步便于密封，使得在正转矩止动件上实现接合螺纹的组装接合的同时，具有附加的金属对金属的密封。例如，这种金属对金属的密封可以被形成有小的锥角，使得它不会提供正止动件。正止动件的设置可以替换，例如通过接合楔形螺纹241的负载螺纹面和插入螺纹面的正止动接合。

因而，在多种实施方式中描述的内容包括两级楔形螺纹设计。在组装时，一级被强制接合，例如利用负载螺纹面将正止动转矩肩部的相对表面推到一起，另一级在插入和负载螺纹面(“浮动楔形螺纹”)处都具有间隙。组装时正止动转矩肩部的变形量将小于正止动转矩肩部的材料的弹性变形极限(没有任何塑性变形)。浮动楔形螺纹中插入螺纹面之间以及负载螺纹面之间的间隙将变小。所述间隙小于达到正止动转矩肩部弹性极限所需的附加变形量。因而，当向连接的管状元件施加附加压缩力时，在浮动楔形螺纹的插入螺纹面开始承受附加力之前，不会超出正止动转矩肩部的总弹性变形极限。在一种实施方式中，所述间隙还小于正止动转矩肩部的组装变形，使得在浮动楔形螺纹的负载螺纹面开始承受增加的载荷力之前，不会解除在正止动转矩肩部处的接触。通过在浮动楔形螺纹的插入和负载螺纹面处的适当间隙，在不超过弹性极限并且在不放松在正止动转矩肩部处的接触的情况下，能够处理在弯曲过程中可能同时发生的拉伸或压缩以及拉伸和压缩。

尽管已经参照有限数量的实施方式描述了本发明，但本领域技术人员在本说明书的受益下将会认识到，能够想到不脱离在此公开的本发明的范围的其它实施方式。因此，本发明的范围仅应该由附加权利要求来限定。

Claims (39)

1.一种管状连接件，包括销钉元件和套管元件，其特征在于：

所述销钉元件，在销钉元件的接合级上具有第一外螺纹并在销钉元件的浮动级上具有第二外楔形螺纹，第一外螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且第二外楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶；

所述套管元件，在套管元件的接合级上具有第一内螺纹并在套管元件的浮动级上具有第二内楔形螺纹，第一内螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且第二内楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶；以及

其中，当连接件组装时在第二外楔形螺纹的负载螺纹面和插入螺纹面与第二内楔形螺纹的相应插入螺纹面和负载螺纹面之间存在至少一个选定的间隙，根据组装时的弹性变形以及组装时管状连接件至少一种材料的弹性变形极限选择所述至少一个选定的间隙。

2.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括具有弹性变形极限的正止动转矩肩部，并且：

所述正止动转矩肩部在组装时得到接合，并且通过组装时接合级中的负载螺纹面的变形以及正止动转矩肩部的相向表面的变形确定初始组装位置；以及

浮动级中插入螺纹面之间的间隙加上组装时正止动转矩肩部的变形不大于正止动转矩肩部的弹性变形极限。

3.如权利要求2所述的管状连接件，其特征在于，通过施加选定的组装转矩在选定位置于浮动级中插入螺纹面之间形成所述间隙，以将正止动转矩肩部的变形保持在正止动转矩肩部所用材料的弹性变形范围内。

4.如权利要求2所述的管状连接件，其特征在于，

接合级中的所述负载螺纹面具有弹性变形极限；并且

组装时浮动级中的所述负载螺纹面之间的间隙加上接合级中所述负载螺纹面的变形不大于所述第一螺纹的负载螺纹面的弹性变形极限。

5.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括正止动转矩肩部，并且：

接合级中的所述负载螺纹面具有弹性变形极限；

组装时接合级中的所述负载螺纹面接合并且正止动转矩肩部的相向表面接合，通过组装时接合级中的所述负载螺纹面的变形以及组装时正止动转矩肩部的变形确定初始组装位置；并且

组装时浮动级中所述负载螺纹面之间的间隙加上接合级中所述负载螺纹面的变形小于接合级中的所述负载螺纹面的弹性变形极限。

6.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括具有第一弹性变形极限的正止动转矩肩部，并且：

通过组装时接合级中所述负载螺纹面的变形以及组装时正止动转矩肩部的变形确定初始组装位置；

组装时正止动转矩肩部的变形不大于正止动转矩肩部的弹性极限；并且

浮动级中所述负载螺纹面之间的所述间隙不大于组装时正止动转矩肩部的变形。

7.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，在连接件的任意一端或在中间存在金属对金属的密封。

8.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括：

正止动转矩肩部被定位成使接合级中正止动转矩肩部在组装时发生变形；并且

浮动级中的插入螺纹面之间的所述间隙被选定为将正止动转矩肩部的变形保持在正止动转矩肩部所用材料的弹性变形范围内。

9.如权利要求8所述的管状连接件，其特征在于，所述浮动级中的插入螺纹面之间的间隙被选定为加上正止动转矩肩部的初始变形产生的总和不大于正止动转矩肩部的弹性极限，使得在超过正止动转矩肩部的弹性变形极限之前，浮动级中插入螺纹面将接合以支承压缩作用力，由此将正止动转矩肩部的变形保持在弹性变形范围内。

10.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括：

正止动转矩肩部被定位成使连接件接合级中正止动转矩肩部在组装时发生弹性变形；并且

浮动级中负载螺纹面之间的所述间隙被选定为将正止动转矩肩部的变形保持在正止动转矩肩部所用材料的弹性变形范围内。

11.如权利要求10所述的管状连接件，其特征在于，浮动级中负载螺纹面之间的所述间隙被选定为不大于组装时正止动转矩肩部的弹性变形，使得在解除正止动转矩肩部的弹性变形之前，浮动级中负载螺纹面接合以支承拉伸作用载荷，由此将压缩的正止动转矩肩部保持在正止动转矩肩部所用材料的弹性变形范围内。

12.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，还包括：

正止动转矩肩部被定位成接合级中所述负载螺纹面在连接件组装时发生变形；并且

浮动级中负载螺纹面之间的所述间隙被选定为将接合的负载螺纹面的变形保持在接合的负载螺纹面所用材料的弹性变形范围内。

13.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述接合级包括接合楔形螺纹，并且所述接合楔形螺纹中所述负载螺纹面具有弹性变形极限；

通过接合楔形螺纹的插入和负载螺纹面在选定组装转矩的组装确定初始组装位置；并且

组装时浮动楔形级中负载螺纹面之间的所述间隙以及组装时浮动楔形螺纹中插入螺纹面之间的所述间隙被选定为，接合级中负载螺纹面的变形加上浮动楔形级中负载螺纹面之间的所述间隙处于接合楔形螺纹的弹性范围内，并且接合级中插入螺纹面的变形加上浮动楔形级中插入螺纹面之间的所述间隙处于接合楔形螺纹的插入螺纹面的弹性范围内。

14.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述接合级包括接合楔形螺纹并且接合级中所述插入螺纹面具有弹性变形极限；

通过所述插入螺纹面和所述负载螺纹面在选定组装转矩的组装确定初始组装位置；并且

所述浮动级的插入螺纹面上的间隙加上接合级的插入螺纹面的组装变形的总和不大于所述接合级插入螺纹面的弹性变形极限。

15.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述接合级包括接合楔形螺纹，并且接合楔形螺纹中所述负载螺纹面具有弹性变形极限；

通过接合楔形螺纹的插入螺纹面和负载螺纹面在选定组装转矩的组装确定初始组装位置；并且

组装时浮动楔形级中负载螺纹面之间的所述间隙加上接合楔形螺纹的负载螺纹面的组装变形不大于接合楔形螺纹的负载螺纹面的弹性变形极限。

16.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述接合级包括负载螺纹面和正止动转矩肩部，并且通过组装时正止动转矩肩部的初始变形确定初始组装位置；并且

浮动楔形螺纹的负载螺纹面上的所述间隙不大于正止动转矩肩部的组装变形。

17.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述销钉元件具有外径肩部；

所述套管元件具有面；并且

正止动转矩肩部位于所述套管元件的面与所述销钉元件的外径肩部的边界。

18.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

所述销钉元件具有前端；

所述套管元件具有内径肩部；并且

正止动转矩肩部位于所述销钉元件的前端与所述套管元件的内径肩部的边界。

19.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，

正止动转矩肩部位于在所述接合级与所述浮动级之间的所述销钉元件与所述套管元件的边界。

20.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，所述第一和所述第二外和内螺纹具有大体上矩形的横截面。

21.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，第一和第二外和内螺纹具有大体上燕尾形的横截面。

22.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，第一和第二外和内螺纹具有大体上钩形的横截面。

23.如权利要求1所述的管状连接件，其特征在于，所述套管元件的内螺纹包括锥形螺纹并且所述销钉元件的外螺纹包括相应锥形螺纹。

24.一种管状连接件，包括：

在小级中具有初始安装位置的第一螺纹；以及

在大级中的第二螺纹，所述第二螺纹为楔形螺纹，并且在第一螺纹的初始组装位置处的插入螺纹面和负载螺纹面上具有至少一个选定间隙，根据组装时管状连接件的至少一种材料的弹性变形以及管状连接件的至少一种材料的弹性变形极限选择所述至少一个选定间隙。

25.如权利要求24所述的管状连接件，其特征在于，还包括在所述第一螺纹上的相向负载螺纹面以及具有弹性变形极限的带相向表面的正止动转矩肩部，并且

组装时所述第一螺纹上的相向负载螺纹面将接合并且正止动转矩肩部的相向表面将接合，通过组装时所述第一螺纹负载螺纹面的变形以及正止动转矩肩部的变形确定初始组装位置；并且

所述第二螺纹的插入螺纹面之间的间隙加上组装时正止动转矩肩部的变形不大于正止动转矩肩部的弹性变形极限。

26.如权利要求25所述的管状连接件，其特征在于，通过施加选定组装转矩在选定位置形成所述第二螺纹的插入螺纹面之间的所述间隙，以将正止动转矩肩部的变形保持在正止动转矩肩部所用材料的弹性变形范围内。

27.如权利要求24所述的螺纹管状连接件，其特征在于，

所述第一螺纹的负载螺纹面具有弹性变形极限；并且

所述第二螺纹的负载螺纹面之间的间隙加上组装时第一螺纹的负载螺纹面的变形小于第一螺纹的负载螺纹面的弹性变形极限。

28.如权利要求24所述的管状连接件，其特征在于，

所述第一螺纹的插入螺纹面具有弹性变形极限；并且

所述第二螺纹的插入螺纹面之间的间隙加上组装时第一螺纹的插入螺纹面的变形小于第一螺纹的插入螺纹面的弹性变形极限。

29.如权利要求24所述的管状连接件，其特征在于，

大级中负载螺纹面之间的所述间隙以及大级中插入螺纹面之间的所述间隙被选定为，将组装时大级负载螺纹面之间的间隙加上组装时小级的负载螺纹面的变形保持在负载螺纹面所用材料的弹性变形范围内，并且将大级中插入螺纹面的间隙加上小级中插入螺纹面的变形保持在小级中插入螺纹面的弹性变形范围内。

30.如权利要求24所述的管状连接件，其特征在于，在连接件的任意一端或中间存在金属对金属的密封。

31.如权利要求24所述的管状连接件，其特征在于，在连接件的任意一端或中间存在正止动转矩肩部。

32.一种两级螺纹管状连接件，包括销钉元件和套管元件，其特征在于：

所述销钉元件具有宽度在一个方向上增加的第一和第二外螺纹，所述第一外螺纹的直径小于第二外螺纹的直径，并且所述第一和第二外螺纹包括第一和第二外负载螺纹面和外插入螺纹面；

所述套管元件具有宽度在另一方向上的增加的第一和第二内螺纹，所述内螺纹宽度的增加与外螺纹的宽度增加成比例，使得互补的第一和第二内和外螺纹在连接件组装时相向移动接合，所述第一内螺纹的直径大于第二内螺纹的直径并且第一和第二内螺纹包括第一和第二内负载螺纹面和内插入螺纹面；

具有预定弹性的正止动转矩肩部，允许在以预定转矩进行组装时可以产生预定轴向压缩距离；并且

第二内和外螺纹的宽度被选定为在第二内负载螺纹面与第二外负载纹面之间提供选定的负载螺纹面间隙并且在第二内插入螺纹面与第二外插入螺纹面之间提供选定的插入螺纹面间隙，其中选定的负载螺纹面间隙不大于连接件以预定转矩最终组装时正止动转矩肩部的预定轴向压缩，并且选定的插入螺纹面间隙加上最终组装时正止动转矩肩部的预定轴向压缩不大于正止动转矩肩部的弹性变形极限。

33.如权利要求32所述的螺纹连接件，其特征在于，第一和第二外和内螺纹具有矩形横截面。

34.如权利要求32所述的螺纹连接件，其特征在于，第一和第二外和内螺纹具有燕尾形横截面。

35.如权利要求32所述的螺纹连接件，其特征在于，第一和第二外和内螺纹具有钩形横截面。

36.如权利要求32所述的螺纹连接件，其特征在于，套管元件的内螺纹包括锥形螺纹并且销钉元件的外螺纹包括相应的锥形螺纹。

37.一种两级螺纹管状连接件，包括销钉元件和套管元件，其特征在于：

所述销钉元件具有宽度在一个方向上增加的第一和第二外螺纹，所述第一外螺纹的直径小于第二外螺纹的直径，并且第一和第二外螺纹包括第一和第二外负载螺纹面和外插入螺纹面；

所述套管元件具有宽度在另一方向上的增加的第一和第二内螺纹，所述内螺纹宽度的增加与外螺纹的宽度增加成比例，使得互补的第一和第二内和外螺纹在连接件组装时相向移动接合，第一内螺纹的直径大于第二内螺纹的直径并且第一和第二内螺纹包括第一和第二内负载螺纹面和内插入螺纹面；

正止动转矩肩部，其具有弹性变形极限并且允许预定轴向压缩距离，所述轴向压缩距离小于在以预定转矩组装时正止动转矩肩部的弹性变形极限的一半；并且

第一内螺纹和外螺纹的宽度被选定为，在第一内负载螺纹面和插入螺纹面与第一外负载螺纹面和插入螺纹面之间提供选定的间隙，其中选定的间隙小于连接件以预定转矩进行最终组装时预定轴向压缩的一半。

38.一种方法，包括：

旋转接合销钉元件和套管元件，所述销钉元件具有宽度在一个方向上增大的第一和第二外螺纹，所述外螺纹包括负载螺纹面和插入螺纹面，所述套管元件具有宽度在另一方向上增大的第一和第二内螺纹，所述内螺纹包括负载螺纹面和插入螺纹面，所述销钉元件和所述套管元件限定了具有预定弹性的正止动转矩肩部，所述弹性允许在第一或第二外和内螺纹中的一个以预定转矩组装时产生轴向压缩距离；并且第二或第一外螺纹和内螺纹中的另一个的宽度是楔形螺纹并被选定为，在以预定转矩进行最终组装时根据正止动转矩肩部的弹性在外螺纹和内螺纹的负载螺纹面和插入螺纹面之间存在间隙。

39.一种形成管状连接件的方法，包括：

使销钉元件与套管元件旋转接合在一起，所述销钉元件在销钉元件的接合级中具有第一外楔形螺纹并在销钉元件的浮动级中具有第二外楔形螺纹，所述第一外楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且所述第二外楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，所述套管元件在套管元件的接合级中具有第一内楔形螺纹并且在套管元件的浮动级中具有第二内楔形螺纹，第一内楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶，并且第二内楔形螺纹具有负载螺纹面、插入螺纹面、牙根和牙顶；并且当连接件组装在第一外和内楔形螺纹处时在第二外楔形螺纹的负载螺纹面和插入螺纹面与第二内楔形螺纹的相应插入螺纹面和负载螺纹面之间存在至少一个选定的间隙，所述至少一个选定间隙根据组装时管状连接件的至少一种材料的弹性变形进行选择。

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