CN101641542B - 超高转矩的无涂布油螺纹接头 - Google Patents

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Abstract

一种高转矩螺纹接头包括具有螺纹的套管元件和具有被构造和定位成与套管元件的螺纹匹配的螺纹(10)的插头元件。梯形螺纹采用侧面对侧面接触的螺纹牙形，具有正的且非常低的负载侧面角(β1或a)和正的且非常低的入扣侧面角(β2或b)，其中螺纹涂有固体无涂布油表面处理层。

Description

超高转矩的无涂布油螺纹接头
技术领域
本发明涉及一种具有侧面对侧面接触的螺纹牙形的高转矩螺纹接头，梯形螺纹具有正的且非常低的负载侧面角(β1或a)以及正的且非常低的入扣侧面角(β2或b)，其中螺纹涂有固体无涂布油表面处理层。
背景技术
在油气行业，需要具有“超高转矩性能”的螺纹接头，这在数字上意味着具有大约40％的管体阻力的超转矩能力。常规技术通常提供大约20％的超转矩能力。有限的现有技术能够达到超高转矩能力。一种技术需要楔形螺纹并在美国专利No.Re.34,467(Reeves)和WO 94/29627(Mott)中示出。美国专利No.6,412,831(Noel等)公开了为了获得高紧固转矩而对楔形螺纹的变形。
已知美国专利No.Re.34,467中描述的斜楔形螺纹提供不寻常的强连接以将相连的插头元件和套管元件的应力和应变控制在容许水平内。出于这一原因，在许多重载应用中采样楔形螺纹。楔形螺纹通常为燕尾形，具有负载侧面和入扣侧面，它们向外发散以形成基本上比相邻根部更宽的顶部。这样形成互锁螺纹牙形构造，并且螺纹不会压靠在肩部上以支承由组装产生产生的负载。然而，螺纹的燕尾形存在的问题是除非在组装和拆开过程中连接件的轴向对准是正确的，否则插头元件和套管元件的螺纹边缘会发生接触。这种接触可以防止插头元件在组装过程中完全穿过套管元件并且会对螺纹产生破坏。
WO94/29627是楔形螺纹的另一实例，其具有比相应根部更宽的顶部，并且入扣侧面和负载侧面通常都在相同方向上成一定角度，或者具有常规相对于连接的纵向轴线测得的正和负角。这种构造可以降低螺纹边缘在组装和拆开过程中形成接触的概率，由此将螺纹损坏的危险降至最低。
然而，在’627公开文献和’467专利中披露的楔形螺纹构造通常的缺陷是对最终的转矩点的能量吸收非常低、因在最后接合螺纹中存在高应力而导致的低疲劳强度、以及通常被称为回弹的更高趋势的脱扣。这种楔形螺纹连接件需要严格的机械加工偏差，从而使它们制造困难和昂贵，以及难以检查缺陷。另外，布置在负载侧面一侧和/或入扣侧面一侧的楔形螺纹的锐角具有对连接功能不利的尖锐的刃。这种螺纹在使用过程中还因螺纹根部开槽而变得更容易受到成形角度导致的损坏。
美国专利No.6,412,831公开了一种两个金属管的螺纹连接，其包括在插头元件具有外梯形螺纹以及在套管元件上具有匹配的内梯形螺纹的型式的锥形螺纹。尽管螺纹在顶部的宽度小于螺纹在根部的宽度，但这一点通过较小的负负载侧面角(a优选为-3°)与更大的正入扣侧面角(b优选为13°)配对来实现，二者结合以在负载侧面与入扣侧面表面之间限定仍然为正的(优选10°)的夹角(δθ)。同时阳元件和阴元件被说成能够到达一定位置，超过该位置外螺纹的两个侧面与内螺纹的两个侧面形成接触，但要强调要紧的是需要粘性油脂形式的涂布油。(参加第8栏，第46行)。
因此，实现具有更高转矩的组装需要粘性油脂用于’831专利中示出的改进的楔形螺纹几何结构。这是不利的。尽管不会存在任何半径干涉，但粘性涂布油的存在在顶部和根部上都形成了较高压力，其使侧面之间的接触压力变小，并导致转矩降低。出于这些原因，以及环境原因，特别要求避免为达到高转矩值而采用涂布油。
作为螺纹处理的常规涂布油或油脂(也就是作为API的改进油脂的API 5A3)的优点和缺点是已知的。无需施加作为润滑剂的涂布油或油脂的干式螺纹预处理的特定类别目前也是已知的，这种干式螺纹预处理在此广义上被称为“无涂布油”。
申请人在此通过参考引入美国专利申请公开No.2005/0176592A1的公开内容以公开通过向螺纹表面施加包含本身导电的聚合物的干膜来获得无涂布油的干式润滑剂涂层的其他细节。申请人还在此通过参考引入美国专利No.6,971,681 B2的公开内容以公开在油气提炼行业采用的提高连接接头的抗腐蚀性和抗磨损性的螺纹干式表面处理的细节。
发明内容
一方面，本发明涉及螺纹接头，其包括具有螺纹的套管元件和被构造和定位成与套管元件的螺纹匹配的螺纹的插头元件，其中套管元件和插头元件各自具有侧面对侧面接触的螺纹牙形以及在匹配的插头和套管上匹配的低且正的负载侧面角(β1或a.)和低且正的入扣侧面角(β2或b.)。通常从与连接中心线正交的垂直线测得，低且正的侧面角应该为大约3°到大约15°，更优选为大约3°到大约10°，并且更优选为大约3°到大约5°。低、正的角度值的这些组合限定了在螺纹两个侧面表面之间具有夹角(δθ)的梯形螺纹，所述夹角范围在6°到30°之间并且优选为8°。套管元件和插头元件中的至少一个的螺纹还可以具有倒角。
套管元件和插头元件任一个或二者上的加工螺纹随后得到预处理，具有无涂布油表面层。无涂布油表面涂层可以与公开的数学模型完全符合并避免组装和拆卸之间压力差的影响。无涂布油表面处理层和用于负载和入扣侧面角的低的正值的独特组合配合产生在组装或拆卸连接中恒定的极高转矩。高组装和拆卸转矩对于采用旋转刀具的钻孔操作尤其有利，因为其极大地降低了脱扣(回弹)的危险。
在考虑以下结合附图的详细描述后将会清楚地了解到本发明的这些和其他方面，附图中描述和示出本发明优选实施方式。
附图说明
图1以剖视图示意性表示具有梯形螺纹的插头元件和套管元件的螺纹构造，插头元件和套管元件的梯形螺纹各自具有根据本发明的无涂布油涂层，以及
图2以剖视图示意性表示具有梯形螺纹的插头元件和套管元件的优选螺纹构造，所述螺纹在每个侧面表面与相邻顶部表面或根部表面之间得到倒角或磨圆，螺纹的每个表面具有根据本发明的无涂布油涂层，以及
图3表示用于具有根据本发明实施方式的优选尺寸的插头元件的改进的偏梯形型式的梯形螺纹构造的正的、低负载和入扣侧面角，以及
图4表示用于具有根据本发明实施方式的优选尺寸的套管元件的改进的偏梯形型式的梯形螺纹构造的正的、低负载和入扣侧面角，以及
图5是表示用于具有API涂布油或根据本发明的无涂布油涂层的不同构造的最大转矩变化的表，以及
图6是表示根据本发明作为不同干涉值的函数的不同低负载和入扣侧面角组合的最大转矩变化的曲线图，以及
图7是表示根据本发明作为不同低到更高入扣侧面角的函数的最大转矩变化的曲线图。
图8是表示根据本发明用于不同螺纹几何构造的最大转矩变化的表。
具体实施方式
本发明提供一种具有由梯形螺纹限定的侧面对侧面接触的螺纹牙形的螺纹接头，所述梯形螺纹具有正的且非常低的负载侧面角(β1或a)以及正的且非常低的入扣侧面角(β2或b)。具体地，本发明提供一种包括套管元件和插头元件的螺纹接头，插头元件和套管元件各自因梯形螺纹牙形而具有侧面对侧面的接触，侧面之间的夹角δθ优选大约为8°，由优选各自在大约3°到5°之间非常低但正的负荷和侧面角限定。用于套管元件和插头元件的这种螺纹经机械加工后以及在施加无涂布油涂层后在图1和2中示意性示出。
图3和4示意性表示优选实施方式的细节，其包括3.5英寸的OD以及改进的偏梯形螺纹形状，其中向侧面表面与顶部表面或根部表面的相交区域施加倒角或磨圆，为了表示清楚不具有无涂布油涂层。图3表示用于具有根据本发明实施方式的优选尺寸的插头元件的梯形螺纹构造的优选正的负荷和入扣侧面角。图4表示用于具有根据本发明实施方式的优选尺寸的套管元件的梯形螺纹构造的优选正的负荷和入扣侧面角。螺纹接头的插头元件部分和螺纹接头的套管元件部分的螺纹各自具有大约3°的负荷侧面角(β1或a)以及大约5°的入扣侧面角(β2或b)。然而，本发明并不受到限制并且可以考虑从垂直于连接中心线的平面测得的大约3°到大约15°的有效正侧面角。优选地，侧面角的范围从大约3°到大约10°。如图3和4所示，通过机械加工限定3°的负荷侧面角和5°的入扣侧面角。机械加工后施加在套管元件和插头元件任一或二者的螺纹上的无涂布油涂层的薄层非常薄且均匀，并且不会改变几何尺寸。
以下从弹性力学数学理论得出的数学模型被用于计算作为螺纹侧面角函数的确定牙形的期望转矩：
T = μ · π · δ · E · ( b 2 - a 2 ) · ( c 2 - b 2 ) · [ sec ( β 1 ) + sec ( β 2 ) ] ( 1 - υ 2 ) · b · ( c 2 - a 2 ) [ L tan ( β 1 ) + tan ( β 2 ) + b · υ ] - - - ( 1 )
其中：
T＝转矩；
μ＝摩擦系数；
δ＝半径干涉；
E＝弹性模量；
a＝内半径；
b＝螺纹中间半径；
β1＝负载侧面角；
β2＝入扣侧面角；
v＝泊松系数；以及
L＝主动全螺纹的轴向长度。
C＝外半径
一旦插头元件和套管元件的优选侧面牙形已经确定，并且套管元件和插头元件已经根据优选侧面牙形得到机械加工，则可以在有涂布油或无涂布油的状态下组装接头。然而，已经发现采用粘性涂布油因集存在侧面表面之间以及配合螺纹的顶部与根部之间的空间中的粘性涂布油随时间的加压流动或移动而导致与上述数学模型存在偏差。在这一方案中的涂布油可以作为使顶部和根部中的压力均匀的非压缩介质。因此，涂布油的存在被发现在组装时非常难以实现完全的侧面对侧面的接触。令人惊讶的是，在此教导的无涂布油干层构造可以完全符合数学模型。另外，利用无涂布油涂层，可以在接头的初始组装时实现所需完全的侧面对侧面的接触，并且与有涂布油一样随时间不存在任何变化。
除了侧面对侧面接触的螺纹牙形和低侧面角，根据本发明的螺纹牙形优选还包括在侧面表面与顶部或根部表面的相交区域的倒角或圆角，以提高螺纹入扣，如图1，3和4所示。顶部和根部表面可以与在此公开的负载侧面和入扣侧面表面的角度相一致的任何牙形和倒角形状。本发明并不局限于任何特定根部或顶部表面形状，并且可以在不脱落本发明范围的前提下做出变形(例如在根部和顶部中的一个或二者上包括凹槽)。另外，接头可以被构造成具有或不具有转矩肩部。例如，如果转矩足够高，可以通过位置限定组装，而无需转矩肩部。实施例1和2不包括转矩肩部。实施例3和4包括转矩肩部。
用于所有实施方式的半径干涉值(δ)较低并且优选范围在大约0-大约0.5mm。
本发明的连接可以应用于每种类型的连接，尤其是阴元件形成在管的端部或采用在两端具有两个阴元件以连接两个阳管件的套筒的情况下。用于连接的有效材料是常用的碳钢、不锈钢或屈服强度在大约552MPa(80ksi)到1034MPa(150ksi)的铬合金钢并且优选的连接采用等级L80的API钢。尽管图3和4中示出了3.5英寸的OD实施方式，但下文优选的实施例是用于4.5英寸OD连接和7英寸OD连接，它们也是常用的API连接件尺寸。
提供由图1和2的剖视图示出的梯形螺纹组合以提供在此采用的特定参数的简略定义。套管元件和插头元件的特征在于锥形阳螺纹和阴螺纹具有常用负载侧面角β1、常用入扣侧面角β2，阳螺纹螺距TPM与阴螺纹螺距TPF相同，每个阳或阴螺纹的两个侧面表面之间的夹角δθ是正的并小于大约20°。如图所示，入扣侧面表面和负载侧面表面在匹配时将形成实质性的表面接触。在那些螺纹表面上施加包含干润滑剂的薄无涂布油层，其具有厚度为10μm-20μm量级的厚度DFt。图2与图1的不同在于侧面表面与根部和顶部表面相交，具有圆角或倒角过渡。
图3和4分别表示用于插头元件和套管元件之间的侧面表面和入扣表面接触的优选倒角梯形螺纹的一种实施方式的更多细节和尺寸，为了表示清楚未示出无涂布油涂层。这一视图是每英寸5个螺纹的变形偏梯形螺纹，具有侧面对侧面接触的几何结构。以下尺寸典型用于3.5英寸的OD，并说明侧面对侧面接触的几何结构采用非常低但正的负载侧面角和非常低但正的入扣侧面角。
图3表示具有变形偏梯形型式的锥形阳螺纹10的插头元件，其具有负载侧面表面12、入扣侧面表面14、阳螺纹顶部表面16和阳螺纹根部表面18。阳螺纹节线11与顶部间隔的距离13为0.74mm。根部与顶部表面之间的距离15是1.27mm。节线处的螺纹宽度17是2.54mm。节线处的侧面表面间隔19是2.54mm。低但正的负载侧面角β1为3°并且低但正的入扣侧面角β2为5°。侧面表面之间的夹角δθ为8°。套管元件的螺纹螺距TPM是5.08mm。负载侧面倒角R1为0.2mm并且负载侧面圆角R2为0.2mm。
图4表示具有变形偏梯形型式的锥形阴螺纹20的套管元件，其具有负载侧面表面22、入扣侧面表面24、阴螺纹顶部表面26和阴螺纹根部表面28。阴螺纹节线21与顶部间隔的距离23为0.74mm。根部与顶部表面之间的距离25是1.27mm。节线处的螺纹宽度27是2.54mm。节线处的侧面表面间隔29是2.54mm。低但正的负载侧面角β1为3°并且低但正的入扣侧面角β2为5°。侧面表面之间的夹角δθ为8°。入扣侧面圆角R3为0.4mm并且入扣侧面倒角R4为0.4mm。
详细实施例
实施例1
在该第一实施方式中，套管元件和插头元件的侧面对侧面接触的螺纹牙形具有用于套管元件和插头元件二者的低、正的负载侧面角(β1或a.＝3°)和低、正的入扣侧面角(β2或b.＝5°)以限定侧面间夹角δθ为8°的梯形螺纹。第一实施例的其他参数包括：
重量：12.7ppf；
Tpi：5
υ：0.32(碳钢)
OD：4.5”；以及
δ(半径干涉)：1.5×10-4m
该实施方式的接头采用涂布油，尤其是API 5A3(是API变形油脂)进行组装。从下文的表1-1和1-2可以看到，与下文实施例2所示的采用无涂布油的技术相比，拆卸转矩高于组装转矩，从而形成明显的差异。同样注意到，与采用无涂布油的技术相比，最大转矩值远远更低。
表1-1
组装运行 最大转矩(ft-lbs) 肩部转矩(ft-lbs) Delta转矩(ft-lbs) 肩部转数(revs) Delta转数(revs) 肩部处的RPM 最终转数
1  2850  0  0  0  0  0  1.934
2  2316  0  0  0  0  0  1.646
表1-2
拆卸运行 最大转矩(ft-lbs) 最终转数
1  6299  2.833
实施例2
在该第二实施方式中，采用与实施例1相同的材料和螺纹构造。套管元件和插头元件具有用于套管元件和插头元件的侧面对侧面接触的螺纹牙形、3°的低、正的负载侧面角(β1或a.)和5°的低、正的入扣侧面角(β2或b.)，以限定出具有8°侧面间夹角(δθ)的梯形螺纹。该实施方式的接头采用根据在此引入作为参考的US 6,971,681 B2教导的具有干式润滑剂和防腐蚀性能的两层无涂布油浸液涂层得到组装。第一均匀层厚度大致10μm并包括包含Zn颗粒的环氧树脂作为干式腐蚀抑制涂层。第一层由第二均匀层覆盖，其厚度大致10μm并包括在无机粘结剂中的MoS2混合物作为干式润滑剂涂层。从下文的表2-1和2-2中可以看到，组装和拆卸转矩值明显比上文表1-1和1-2详细表示的等效涂布油实施方式的组装和拆卸转矩更高。
表2-1
组装运行 最大转矩(ft-lbs) 肩部转矩(ft-lbs) Delta转矩(ft-lbs) 肩部转数(revs) Delta转数(revs) 肩部处的RPM 最终转数
1  10830  0 0  0  0  0  1.032
2  10320  0 0 0  0  0  0.93
表2-2
  拆卸运行 最大转矩(ft-lbs)   最终转数
  1   10140   1.03
  2   9970   0.94
实施例3
在该第三实施方式中，套管元件和插头元件都具有用于套管元件和插头元件二者的侧面对侧面接触的螺纹牙形、3°的低、正的负载侧面角(β1或a.)和5°的低、正的入扣侧面角(β2或b.)，以限定出具有8°侧面间夹角(δθ)的梯形螺纹。实施例3的接头是等级L80的API钢与转矩肩部的4.5”连接，具有每英尺(ppf)12.6磅的重量和0到0.5mm之间的直径干涉。该第三实施方式的其他参数包括：
重量：12.7ppf；
Tpi：5；
υ：0.32(碳钢)
OD：4.5”；以及
δ(半径干涉)：1.5×10-4。
实施例3的接头采用涂布油，尤其是API 5A3(API改进油脂)进行组装。从下文的表3-1和3-2中可以看到，拆卸转矩比组装转矩更高。再次，与第一实施方式相比存在明显差异，这一点在上文采用无涂布油的技术中详述。
表3-1
  组装运行 最大转矩(ft-lbs) 肩部转矩(ft-lbs) Delta转矩(ft-lbs)   肩部转数(revs)   Delta转数(revs)   肩部处的RPM   最终转数
  1   3313   2143   1170   0.011   1.31   5.3   1.31
  2   2688   1915   773   0.008   1.038   5.1   1.038
表3-2
  拆卸运行 最大转矩(ft-lbs)   最终转数
  1   6508   1.58
  2   7850   1.263
实施例4
在该第四实施方式中，采用与实施例3相同的材料和螺纹构造。套管元件和插头元件具有用于套管元件和插头元件二者的侧面对侧面接触的螺纹牙形、3°的负载侧面角(β1或a.)和5°的入扣侧面角(β2或b.)，以限定出正的8°侧面间夹角(δθ)。该实施方式的接头采用具有润滑和抗腐蚀性能的无涂布油浸液涂层进行组装，第一均匀层是干式腐蚀抑制涂层并且所述第一层由干式润滑剂涂层的第二均匀层覆盖。第一均匀层厚度大致10μm并包括包含Zn颗粒的环氧树脂作为干式腐蚀抑制涂层。第一层由第二均匀层覆盖，其厚度大致10μm并包括在无机粘结剂中的MoS2混合物作为干式润滑剂涂层。
与实施例3一样，实施例4的接头是等级L80的API钢与转矩肩部的4.5”OD连接，具有每英尺(ppf)12.6磅的重量和0到0.5mm之间的低直径干涉。
从下文的表4-1和4-2中可以看到，组装转矩和拆卸转矩明显高于表3-1和3-2所示的采用涂布油的对比实施例中的组装转矩和拆卸转矩。
表4-1
  组装运行   最大转矩(ft-lbs)   肩部转矩(ft-lbs)   Delta转矩(ft-lbs)   肩部转数(revs)   Delta转数(revs)   肩部处的RPM   最终转数
  1   13220   10530   2690   0.721   0.022   5.8   0.743
  2   12510   10050   2460   0.750   0.031   5.51   0.781
  3   12780   10647   2133   0.711   0.029   5.4   0.740
表4-2
  拆卸运行   最大转矩(ft-lbs)   最终转数
  1   12850   1.12
  2   13020   1.45
  3   12540   1.52
通过涂布油实施例1与实施例2中的具有包含干式润滑剂的薄无涂布油层的对比结构的比较，以及从涂布油实施例3与实施例4中的具有包含在腐蚀阻止层上的干式润滑剂层的薄无涂布油层的对比结构的比较，可以看到意外的结构。在组合中，通过采用薄且干式无涂布油浸液涂层与具有非常低、正的负载侧面角、非常低、正的入扣侧面角和侧面对侧面接触的牙形的梯形螺纹构造结合，在组装和拆卸过程中可以获得比采用相同螺纹几何结构但具有常规油脂或涂布油的情形高得多的转矩值。
还令人惊讶地发现当采用在此教导的具有非常低且正的侧面角的无涂布油构造时，用于实现连接的转矩根据入扣侧面角的正值的减小而增大。这一点从下文的实施例5和6中显而易见。
此外，尽管在理论上公式(1)应该准确描述组装和拆卸转矩，但在实验中已经发现，除非采用薄的干式润滑剂和无涂布油浸液，否则因油脂产生的随时间的压力变化而使组装转矩值将达到更小的值。
实施例5
在第五实施方式中，套管元件和插头元件具有用于套管元件和插头元件二者的侧面对侧面接触的螺纹牙形、3°的负载侧面角(β1或a.)和7°的入扣侧面角(β2或b.)，以限定出正的10°侧面间夹角(δθ)。该实施方式的接头采用涂布油(API 5A3)进行组装。可以从下文的表5-1和5-2中看到第五实施方式的组装和拆卸的数据。
表5-1
  组装运行   最大转矩(ft-lbs)   肩部转矩(ft-lbs)   Delta转矩(ft-lbs)   肩部转数(revs)   Delta转数(revs)   肩部处的RPM   最终转数
  1   2588   0   0   0   0   0   0.838
  2   2488   0   0   0   0   0   0.791
  3   2586   0   0   0   0   0   0.882
表5-2
  拆卸运行   最大转矩(ft-lbs)   最终转数
  1   2259   1.222
  2   2248   1.75
  3   2328   2.176
实施例6
在第六实施方式中，套管元件和插头元件具有用于套管元件和插头元件二者的侧面对侧面接触的螺纹牙形、3°的负载侧面角(β1或a.)和7°的入扣侧面角(β2或b.)，以限定出正的10°侧面间夹角(δθ)。该实施方式的接头采用具有润滑和/或防腐蚀性能的无涂布油浸液涂层进行组装。
从下文的表6-1和6-2中可以看到第六实施方式的组装和拆卸的数据。
表6-1
  组装运行   最大转矩(ft-lbs)   肩部转矩(ft-lbs)   Delta转矩(ft-lbs)   肩部转数(revs)   Delta转数(revs)   肩部处的RPM   最终转数
  1   7820   0   0   0   0   0   1.013
  2   7840   0   0   0   0   0   0.97
表6-2
  拆卸运行   最大转矩(ft-lbs)   最终转数
  1   8420   1.02
  2   8200   0.98
实施例6表明，当入扣侧面更大时，组装和拆卸的转矩值更低，从而保持相同的负载侧面角和无涂布油状态。
图5是表示不同构造的负载和入扣侧面角的转矩变化。前15行限定不同螺纹构造的转矩值，其中螺纹通常涂有API 5A3涂布油。后15行限定不同构造的转矩值，其中螺纹相反地涂有与实施例2，4和6的实施方式非常类似但处于7”OD连接内的无涂布油涂层。
图6是表示具有不同负载和入扣侧面角构造的代表性的7英寸OD连接的转矩值作为半径干涉的函数的变化曲线。底部三条曲线绘出了不同螺纹构造的转矩值，其中通常采用具有API 5A3涂布油的螺纹。上面三条曲线绘出了不同螺纹构造的转矩值，其中螺纹相反地涂有根据实施例2，4和6的实施方式但采用7”OD连接的无涂布油涂层。
图7和8分别是表示不可预期结果的曲线图和表，其中最大转矩非常依赖于螺纹几何结构的不可预期参数，尤其是采用无涂布油涂层时处于大约0.5°到45°之间的低、正的入扣侧面角(β2或b.)的值。图8表示在管状形式中在不同梯形螺纹上采用无涂布油涂层的代表性转矩值，每个梯形螺纹具有大约3°的恒定负载侧面角(β1或a.)。
图7和8还表明无涂布油涂层在非常低、正的入扣侧面角(β2或b.)达到大约0.5°的最小正值时可以具有惊人的更高转矩。这一点被认为是固体非粘性无涂布油涂层具有超过摩擦率的结果。重要的是指出这一效应在实践中更有害，因为在这些类型的螺纹几何结构中出现上述粘性涂布油压力效应问题。
为了澄清构思，采用公式(1)，可以比较3°负载侧面角和从0.5°变化到45°的入扣侧面角的转矩值。用于类似的涂布油涂敷的连接的最大转矩值远远小于图7和8所示。
对于小于15°的入扣侧面角，转矩值明显增大，转矩值快速超过2,000lb.ft。从图7中还可以看到入扣侧面角在15°到45°(或更高)之间变化而导致的转矩改变不太明显，因此通过选择高于15°的入扣侧面角来获得高转矩值不是很有效。

Claims (10)

1.一种螺纹接头，包括具有阴螺纹的套管元件和具有被构造成与套管元件的螺纹匹配的阳螺纹的插头元件，其中套管元件和插头元件具有适用于在负载侧面(12，22)与入扣侧面(14，24)之间实现同时匹配接触的梯形螺纹牙形和螺距，并且插头元件螺纹和套管元件螺纹中的至少一个被涂覆含有干式润滑剂的无涂布油固体材料层，其特征在于，
套管元件和插头元件具有范围在0mm-0.5mm之间的半径干涉值，
并且从垂直于接头纵向轴线的平面测得的负载侧面角(β1)和入扣侧面角(β2)每个都是正值并且范围在3°到15°之间。
2.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，正的负载侧面角(β1)在3°到10°之间并且正的入扣侧面角(β2)大于3°且小于15°。
3.如权利要求2所述的螺纹接头，其特征在于，正的负载侧面角(β1)在3°到5°之间并且正的入扣侧面角(β2)大于3°且小于12°。
4.如权利要求3所述的螺纹接头，其特征在于，正的负载侧面角(β1)为3°并且正的入扣侧面角(β2)为5°。
5.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，正的负载侧面角(β1)为3°并且正的入扣侧面角(β2)为3°。
6.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，套管元件和插头元件中的至少一个的螺纹还包括在负载侧面表面(12，22)和入扣侧面表面(14，24)与螺纹顶部表面(16，26)和螺纹根部表面(18，28)相交区域处的倒角。
7.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，套管元件和插头元件中的至少一个的螺纹还包括在顶部或根部的凹槽。
8.如权利要求1所述的螺纹接头，其特征在于，螺纹的负载侧面表面(12，22)与入扣侧面表面(14，24)之间的夹角(δθ)是正的并小于20°。
9.如权利要求8所述的螺纹接头，其特征在于，螺纹的两个侧面表面之间的夹角(δθ)是正的并且范围在6°到17°之间。
10.如权利要求8所述的螺纹接头，其特征在于，螺纹的两个侧面表面之间的夹角(δθ)是正的并且范围在6°到8°之间。
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