CN104812989B - 管状螺纹连接件 - Google Patents
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Abstract
螺纹管状连接件包括第一管件和第二管件。第一管件包括阳接头构件且第二管件包括阴接头构件。阳接头临界截面的截面积在阴接头构件的阴接头临界截面的截面积的大约±5％内。阳接头临界截面和阴接头临界截面中的每一个的截面积在阴接头构件的阴接头中间临界截面的截面积和阳接头构件的阳接头中间临界截面的截面积的总和的大约±5％内。在上紧状态下，在阳接头上的第一密封表面沿径向方向接合在阴接头上的第二密封表面，以便形成不透流体的偏心密封部，所述不透流体的偏心密封部沿螺纹管状连接件的轴向方向延伸。
Description
技术领域
本发明涉及管状螺纹连接件、以及待通过螺纹接合的管件的接合件或组件。
背景技术
在此描述的管件应用于工业中，并且具体地应用于组件或者螺纹联结件中，所述组件或者螺纹联结件应用于管柱线路，所述管柱线路用于油管或者管状生产配件的线路，或者用于套管或衬管或立管，以用于操作或者勘探或者开采油井或天然气井。在此描述的螺纹组件或者联结件也可以用于可能期望其组装管道或者管状配件的任何用途，诸如在地热或蒸汽发电厂中。如以下所解释的那样，在此描述的带螺纹的组件尤其在组装金属管中有用，所述金属管用于油井或天然气井的套管或者用于所谓的衬管，所述衬管位于套管柱的底部之外。
己知多种类型的组件用于石油或天然气载管，从机械特性和紧密性角度来看，即使在苛刻的使用条件下，所述载管也产生了令人满意的结果。这些组件中的某些涉及到使用在两个端部处装配有公截头锥形螺纹的管件，所述管件由具有两个对应的母截头锥形螺纹的联接件组装而成。这种组装方式提供了一种优势，即，由于存在能够在公螺纹和母螺纹之间产生的正过盈，所以致使组件的两个部件坚固。
然而，这些联接件的外径大于对应管件的外径，并且当这些组件与套管一起使用时，联接件需要钻出具有扩增直径的钻孔，以容纳联接件的外径。在深度超过4,000米的非常深的井的情况中，钻井使用这些联接件时井的第一套管柱的初始直径并且继而井在地表附近的直径可以是所述井能够使用纤细联接件时上述初始直径和地表附近直径的两倍大，所述纤细联接件的外径仅仅略微大于套管立柱的对应的管件的外径。
为了防止遇到这种困难，可以使用没有联接件或套筒的组件。在这种情况中，管状元件均具有一个公螺纹端部和一个母螺纹端部，从而产生薄组件。与应用联接件或套筒的组件或联结件相比，这些组件或者联结件通常称作整体式组件或者联结件。在底部悬挂在套管柱上的衬管没有胶结到钻孔而且通常水平行进而抵达石油或天然气产层的情况中也满足对整体式联结件的同样的需求。特别地，开采非传统性气田(诸如，所谓的页岩气储层)需要具有整体式联结件的小直径并且纤细的衬管。
整体式组件通常在管件上形成，所述管件在对应于母螺纹的端部处具有扩展的直径而在对应于公螺纹的端部处具有缩减的直径。这样做是为了使得在管件的厚度中具有足量的材料，以确保将管件接合的组件的几何特性和机械强度。
还能够通过在两个连续区段或者两个连续阶梯部中使用螺纹取代仅仅在一个连续区段或者一个阶梯部中使用螺纹，来加强公-母组件的强度。螺纹的阶梯部中的每一个均具有不同的螺纹直径并且由中央环状抵接部分开。这种抵接部使得能够充分紧固螺纹而同时又避免过度上紧。在具有负承载牙侧的螺纹的情况中，抵接部使得能够在这些螺纹的负牙侧上紧固这些螺纹，并且这降低了因可以或者不可以与强压力相组合的牵引应力的作用而造成的螺纹脱离的风险。然而，螺纹的阶梯部之间的抵接需要在联结组件内分配径向材料厚度，由此增加组件在联接处的整体外径。
发明内容
在一个示例中，提供了一种螺纹管状连接件，其包括第一管件(也称为第一管状构件)和第二管件(也称为第二管状构件)。连接件可以例如是螺纹半埋入连接件。第一管件包括阳接头构件(也称为管状公端部)，所述阳接头构件从第一管件的主体一端部延伸到第一管件的终端。第一管件的主体可以沿第一管件的轴线方向具有基本恒定的内径和外径。阳接头构件包括外螺纹的两个径向偏移区段(阶梯部)。外螺纹的两个径向偏移区段包括第一螺纹区段和第二螺纹区段。第一螺纹区段通过第一密封表面与第二螺纹区段分离。第一螺纹区段位于第一管件的终端和第一密封表面之间，并且第二螺纹区段位于第一密封表面和第一管件的主体的所述端部之间。
第二管件包括阴接头构件(也称为管状母端部)，所述阴接头构件从第二管件的主体一端部延伸到第二管件的终端。第二管件的主体可以沿第二管件的轴线方向具有基本恒定的内径和外径。阴接头构件包括内螺纹的两个径向偏移区段(阶梯部)。内螺纹的两个径向偏移区段包括第三螺纹区段和第四螺纹区段。第三螺纹区段通过第二密封表面与第四螺纹区段分离。第三螺纹区段位于第二管件的终端和第二密封表面之间，并且第四螺纹区段位于第二密封表面和第二管件的主体的所述端部之间。在上紧状态下，第一密封表面沿径向方向接合第二密封表面，以便形成不透流体的偏心密封部，所述偏心密封部沿螺纹管状连接件的轴向方向延伸。
锥形螺纹的两个阶梯部中的每一个均在第一管状构件和第二管状构件中的相应一个的终端的一侧上包括切入部分而在相反侧上具有退出部分。第一管状构件上的每个切入部分均啮合第二管状构件上的退出部分，而第二管状构件上的每个切入部分均啮合第一管状构件上的退出部分。阴接头的外径比第一和第二管状构件的标称外径大不超过10％(优选地不超过6％)。
阳接头构件具有阳接头临界截面(PCCS)，所述阳接头临界截面位于第二螺纹区段的最靠近第一管件的主体的所述端部的螺纹牙底处。PCCS承受经过阳接头的所有螺纹传递的全部张力。阴接头构件具有阴接头临界截面(BCCS)，所述阴接头临界截面位于第四螺纹区段的最靠近第二管件的主体的所述端部的螺纹牙底处。BCCS承受经过阴接头的所有螺纹传递的全部张力。阴接头构件具有阴接头中间临界截面(BICCS)，所述阴接头中间临界截面位于第三螺纹区段的最靠近第二管件的第二密封表面的螺纹牙底处。BICCS承受经过阴接头的第三螺纹区段传递的张力。阳接头构件具有阳接头中间临界截面(PICCS)，所述阳接头中间临界截面位于第一螺纹区段的最靠近第一管件的第一密封表面的螺纹牙底处。PICCS承受经过阳接头的第一螺纹区段传递的张力。在本发明的一个实施方式中，第一和第二管件满足以下关系：
PCCS在BCCS的大约±5％内，
PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±5％内，并且
BICCS/PICCS不小于2.0。
在本发明的另一实施方式中，第一和第二管件满足以下关系：
PCCS在BCCS的大约±5％内，
PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±5％内，并且第二螺纹区段的整体长度除以第一螺纹区段的整体长度不小于2.0。
附图说明
因为当结合附图考虑时通过参照以下详细描述将更好地理解本发明，所以将易于更完全地了解本发明以及本发明的许多伴随优势，附图中：
图1是根据本发明的非限定性实施方式的公管状元件和母管状元件组装在一起的接合件的剖视图；
图2是根据本发明的非限定性实施方式的图1中示出的接合件的密封部分的详细剖视图；
图3是根据本发明的非限定性实施方式的图1中示出的接合件的螺纹切入部分之一的详细剖视图；
图4是传统接合件的剖视图，所述传统接合件包括中心肩部和在阳接头和阴接头的终端附近的端部密封部；并且
图5是公截头锥形螺纹区段的型廓沿轴线X1-X1的局部断面图；
图6是根据本发明的非限定性实施方式的图1的接合件的螺纹切入部分之一的详细剖视图。
具体实施方式
在以下描述中使用的某些术语仅仅是为了方便而非限制。术语"组件"或"接合件"或"联结件"在以下描述中旨在具有相同的意义，除了在赋予特定术语其它意义的特定上下文中使用这些术语中的每一个的情况之外。术语"管道"旨在涵盖当前存在或者易于投入工业使用的任何类型的管件或管状构件或者管状配件。术语"抵接部"或者"抵接表面"或者"肩部"旨在于以下描述中具有相同的意义，除了在赋予特定术语其它意义的特定上下文中使用这些术语中的每一个的情况之外。
美国专利No.5,687,999描述了一种连接件，其中在螺纹部分的端部之外两个不透流体的金属对金属的密封表面位于接合件的内端和外端处。美国专利No.5,687,999的全部内容通过引用结合于此，并且美国专利No.5,687,999中的图2和图3重现为本申请的图4和图5。
如图4所示，在这个示例中，公元件和母元件均具有带有两个螺纹区段的区域，分别是公元件1具有螺纹区段4、5，而母元件2具有螺纹区段6、7，在所述螺纹区段4、5和螺纹区段6、7之间定位有环状抵接表面或肩部24。这些螺纹区段4、5和6、7的中间部分为截头锥形。
公元件的两个截头锥形螺纹区段4、5和母元件的两个截头锥形螺纹区段6、7在它们端部中的每一个处均具有消没(vanishing)螺纹区域，在所述消没螺纹区域中，螺纹的高度减小为零值。通过以下方式来减小螺纹高度：通过相对于公元件或母元件的轴线将螺纹牙顶机械加工成恒定的直径，以产生所谓的退出螺纹部分；或者通过相对于轴线机械加工恒定直径的螺纹牙底，以产生所谓的切入螺纹部分。通过组装两个公元件和母元件，它们的螺纹在对应的壳体中完全接合，在螺纹的中间部分中和具有消没螺纹的端部区域中都完全接合。
如图4所示，在这些端部区域中，通过截头锥形大直径16、17或者截头锥形小直径18、19以及柱形小直径20、21或者柱形大直径22、23的聚合，朝向外侧或者朝向内侧限制消没螺纹的牙顶和牙底，所述截头锥形大直径16、17或者截头锥形小直径18、19中的每一个均延长了螺纹的中间部分的表面。可以发现，这些柱形表面21和22的直径之间的差异对应于组件3的中央区域中的环形抵接部或肩部24的径向高度"D"。这种环形抵接部或肩部24通过使得公元件1的表面和母元件2的表面相互抵接在一起而上紧。
在图4中示出的接合件中，抵接部24没有执行任何紧密或密封功能。具体地，抵接部24在组件的所有常规操作条件下均没有提供密封。替代地，将两个不透流体的金属对金属密封表面27、28在螺纹部分的端部之外布置在接合件的内端和外端处。
如图5所示，公螺纹的诸如30的承载牙侧具有母线，所述母线相对于垂直于元件的轴线X1-X1延伸的线具有大约-3°至-20°的负倾角A。在旋拧时，这些具有负承载牙侧的螺纹和抵接部24之间的协作使得能够将公元件1和母元件2紧固在彼此上。这实际上消除了在螺纹处解体或者分离的风险。
在图4和图5示出的连接件中，对于给定径向差D，公元件和母元件上的垂直于X1-X1轴线的肩部(或抵接部)表面增加了接合件的机械强度。因此，还可以对公元件1的临界厚度E2和母元件2的临界厚度E1赋予尽可能大的值。在中央区域(根据美国专利No.5,687,999，由于该区域的刚度，因此如己经解释的那样所述中央区域的表面的效率不令人满意)中不存在金属对金属紧密表面使得可以使两个截头锥形螺纹区段更靠近彼此移动，并且因此根据所述专利可以改进公元件和母元件之间的接合作用。
然而，由于在图4所示的连接件中由位于厚壁位置处的密封表面27和28占据的径向空间，这种连接件的高密封性能没有导致产生高拉伸效率。具体地，本申请人己经确定图4中示出的连接件的拉伸效率仅仅实现了70％至80％的拉伸效率。连接件的拉伸效率是螺纹的最小"临界截面"与管道本体横截面的比率，并且限制了连接件的性能。另一方面，增加公部分和母部分的端部的厚度减小了中心肩部区域的尺寸，并且因此减小了连接件抗压缩的能力。
图1-3示出了示例性连接件，所述示例性连接件具有范围从大约81％至大约92％、并且优选从大约85％至大约92％的拉伸效率。如下文更详细说明的那样，本示例不利用中心肩部。在另一方面，本示例通过在偏心密封部半径外侧(远离连接件的中心线轴线)的半径处比在偏心密封部半径内(朝向连接件的中心线轴线)分配更多的材料厚度而最大化连接件的内压阻。本示例并非限定性地也采用具有负承载牙侧的鸠尾形螺纹，以在上紧时提供轴向锁定作用，并且避免或降低在例如油井中在张力下发生螺纹跳接的风险。
图1示出了连接件，所述连接件包括第一管状构件和第二管状构件。第一管状构件设置有管状公端部101而第二管状构件设置有管状母端部102。第一管状构件的管状公端部101称作"阳接头"并且第二管状构件的母端部102称作"阴接头"。因1中的示例是带螺纹的半埋入式连接件，即，在两个构件阳接头101和阴接头102为端部形成的情况下，在所述连接件中，阴接头的外径仅仅略微大于管道外径。阳接头101和阴接头102中的每一个均包括锥形螺纹的两个阶梯部和偏心密封部125。阳接头包括小直径螺纹区段104和大直径螺纹区段105。阴接头包括小直径螺纹区段106和大直径螺纹区段107。连接件具有内部螺纹部分(104，106)和外部螺纹部分(105，107)。偏心密封部分125位于内部螺纹部分(104，106)和外部螺纹部分(105，107)之间。
图1示出的连接件的螺纹的构造可以与参照图4和图5的示例描述的构造相似。因此，螺纹的每一个阶梯部均在构件的自由端(终端)的一侧上包括切入部分，而在相反的一侧上包括退出部分。阳接头101上的每一个切入部分啮合阴接头102上的退出部分，而阴接头102上的每一个切入部分均啮合阳接头101上的退出部分。切入区段和退出区段可以是完全的切入/退出区段或者是不完全的切入/退出区段，即，在所述不完全的切入/退出区段中，螺纹高度没有减少为零。螺纹高度消没率还可以沿着切入/退出区段变化，以避免长的螺纹部分。另外，如将参照图3更加详细讨论的那样，位于啮合螺纹的切入区段和退出区段之间的过渡点可以不处于同一位置。
替换性地，图1中示出的连接件的螺纹的构造可以是如图6所示的鸠尾形。在阳接头101上的鸠尾形螺纹234的轴向截面随着与连接件中心线的距离增加而增加轴向宽度。同样地，在阴接头102上的鸠尾形螺纹236的轴向截面随着与连接件中心线的距离减小而增加轴向宽度。
鸠尾形螺纹234的承载牙侧230可以具有负承载角度222。承载角度222限定在承载牙侧230的截面表面和垂直于元件轴线250延伸的线220之间。在一个实施方式中，承载角度222在大约-0.5度和大约-1.5度之间。在本发明的另一实施方式中，承载角度222在大约-0.9度和-1.1度之间。在本发明的又一实施方式中，承载角度222是大约-1度。
鸠尾形螺纹234的插入牙侧232可以具有负插入角度224。插入角度224限定在插入牙侧232的截面表面和垂直于元件轴线250延伸的线220之间。在一个实施方式中，插入角度224在大约-3.5度和大约-4.5度之间。在本发明的另一实施方式中，插入角度224在大约-3.9度和-4.1度之间。在本发明的又一实施方式中，插入角度224是大约-4度。
为了增加图1中示出的连接件的拉伸效率，除了在每一个螺纹的端部处的具有切入部分和退出部分的两阶梯部连接件之外，本示例还包括连接件的四个临界截面之间的特定平衡。这些截面包括阳接头临界截面(PCCS)171、阴接头中间临界截面(BICCS)172、阳接头中间临界截面(PICCS)173、以及阴接头临界截面(BCCS)174。PCCS 171是阳接头(也称作管状公端部)101的截面积，所述截面积承受经过所有螺纹传递的全部张力并位于管状公端部101的与管状公端部101的自由端(终端)相反的端部处。BCCS 174是阴接头(也称作管状母端部)102的截面积，所述截面积承受经过所有螺纹传递的全部张力，并且位于所述管状母端部102的与所述管状母端部102的终端相反的端部处。BICCS 172是管状母端部102的截面积，所述截面积承受经过管状母端部102的外部螺纹部分107传递的张力，并且位于所述外部螺纹部分107的与管状母端部102的自由端(终端)相反的端部处。PICCS是管状公端部101的截面积，所述截面积承受经过管状公端部101的内部螺纹部分104传递的张力，并且位于内部螺纹部分104的与管状公端部101的自由端(终端)相反的端部处。
如果在连接件的指出的这四个临界截面之一处的截面积不够高，则在该位置处可能导致断裂。PCCS和BCCS代表分别在阳接头101和阴接头102的端部附近发生断裂的风险。PICCS和BICCS的总和代表偏心密封部125附近因张力发生断裂的风险。本申请的发明人认识到通过满足以下特定关系能够实现提高的拉伸效率：
PCCS～(BICCS+PICCS)～BCCS
在本示例中，符号"～"指的是在±5％的范围内相等。
同时本发明人认识到以上述方式平衡以上提及的四个临界截面之间的效率使连接件的效率最大化并且保持(～90％)，同时最大化密封区域，以获得更多的抗扭力并且仍然确保连接件的轴向性能。
而且，临界截面之间的关系能够包括2％或甚至1％的较小的差异。优选地，PICCS和BICCS的和大于PCCS和BCCS的最高值，以防止在偏心密封部附近发生断裂。在优选实施方式中，管状连接件不包括任何扭矩肩部。在另一实施方式中，螺纹管状连接件的偏心密封部125是在螺纹管状连接件内的唯一不透流体的密封部。
如图2所示，本示例的密封部125具有在阳接头101上的密封表面152，以与在阴接头102上的密封表面162一起提供沿径向方向的密封。因此，当连接件上紧时，阳接头和阴接头的密封表面152和162由于它们之间的径向过盈而紧密接触。
如图2所示，阴接头和阳接头的表面成形为在阳接头上的表面153和阴接头上的对应表面163之间提供径向间隙210。这些表面不形成密封。
第二间隙212位于密封部125和密封部125与间隙210相反侧上的螺纹之间。间隙212是径向间隙，所述径向间隙形成在位于阳接头101上的柱形表面151和位于阴接头102上的柱形表面161之间。间隙210配置成减轻在上紧时短螺纹区段104和106中的应力。间隙210和212可以是对称的。在优选实施方式中，间隙210和212并非对称且由表面153限定的凹槽可以被添加以允许密封表面152的更大柔性。柔性可以减轻或移除在密封部125上的应力集中以及稍微增加密封性能。凹槽153可以位于阴接头密封部的过渡角度处，并且被倒圆至将近0.5mm。凹槽153的直径可以比阳接头密封部125的直径小1mm。
返回参考图1，根据本发明的非限定性实施方式的螺纹管状连接件包括第一管件，所述第一管件具有从第一管件的主体一端部延伸到第一管件的终端的阳接头构件101。阳接头构件101包括外螺纹的两个径向偏移区段：第一螺纹区段104和第二螺纹区段105。第一螺纹区段104通过第一密封表面152与第二螺纹区段105分离。第一螺纹区段104位于第一管件的终端和第一密封表面152之间。第二螺纹区段105位于第一密封表面152和第一管件的主体的所述端部之间。
第二管件包括从第二管件的主体一端部延伸到第二管件的终端的阴接头构件102。阴接头构件包括内螺纹的两个径向偏移区段：第三螺纹区段107和第四螺纹区段106。第三螺纹区段107通过第二密封表面162与第四螺纹区段106分离。第三螺纹区段107位于第二管件的终端和第二密封表面162之间。第四螺纹区段106位于第二密封表面162和第二管件的主体的所述端部之间。
阳接头构件包括阳接头临界截面(PCCS)171，所述阳接头临界截面位于第二螺纹区段的最靠近第一管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处。阴接头构件包括阴接头临界截面(BCCS)174，所述阴接头临界截面位于第四螺纹区段的最靠近第二管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处。阴接头构件102包括阴接头中间临界截面(BICCS)172，所述阴接头中间临界截面位于第三螺纹区段的最靠近第二管件的第二密封表面的螺纹啮合牙底处。阳接头构件101包括阳接头中间临界截面(PICCS)173，所述阳接头中间临界截面位于第一螺纹区段的最靠近第一管件的第一密封表面的螺纹啮合牙底处。
在上紧状态下，第一密封表面152沿径向方向接合第二密封表面162，以便形成不透流体的偏心密封部125，所述偏心密封部沿螺纹管状连接件的轴向方向延伸。在这个实施方式中，密封部125是偏心的，因为所述密封部定位成比第二管件的终端更靠近第一管件的终端。第一和第二管件满足以下关系：
PCCS在BCCS的大约±5％内，PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±5％内，并且BICCS/PICCS不小于2.0。
在优选实施方式中，BICCS/PICCS在2和5之间。在另一实施方式中，BICCS/PICCS在2.5和3.0之间。在又一实施方式中，BICCS/PICCS不小于将近2.0且不小于30.8*OACE-25，其中，OACE是十进制格式下的整体连接效率。
根据本发明的一个实施方式，在上紧状态下，不透流体的偏心密封部125可以通过第一间隙部分153/163沿螺纹管状连接件的轴向方向分离于第二螺纹区段105和第三螺纹区段107，阳接头101和阴接头102在第一间隙部分153/163处沿径向方向彼此隔开，以使得第一间隙210在第一间隙部分153/163处形成在阳接头和阴接头之间。第一间隙210可以包括从3mm至15mm的轴向间隙和从0.125mm至0.4mm的径向间隙。
根据本发明的一个实施方式，在上紧状态下，不透流体的密封部205通过第二间隙部分151/161沿螺纹管状连接件的轴向方向分离于第一螺纹区段104和第四螺纹区段106。阳接头和阴接头在第二间隙部分151/161处沿径向方向彼此隔开，以使得第二间隙212在第二间隙部分151/161处形成在阳接头101和阴接头102之间。第二间隙212可以在上紧时包括例如0.1mm至2mm的轴向间隙。
在优选实施方式中，第一、第二、第三、以及第四螺纹区段均包括鸠尾形螺纹。鸠尾形螺纹的承载牙侧可以具有负斜率。鸠尾形螺纹可以具有在-3.5和-4.5度之间的插入牙侧角度。插入牙侧角度可以在-3.9和-4.1度之间。鸠尾形螺纹可以具有在-0.5和-1.5度之间的承载牙侧角度。在优选实施方式中，承载牙侧角度在-0.9和-1.1度之间。在一个实施方式中，牙顶和牙底可以平行于螺纹锥度。在非限制性示例中，没有设计牙侧过盈，其中螺纹设计成在上紧期间当阴接头和阳接头的螺纹宽度相等且啮合时锁定。在一个实施方式中，螺纹不形成不透流体的密封部。
在优选实施方式中，螺纹可以具有增加的可变宽度。承载牙侧和插入牙侧具有不同导程以便形成可变宽度螺纹，但是在螺纹长度方面没有改变且没有扰动。在一个实施方式中，对于第一、第二、第三以及第四螺纹区段的螺纹楔率是相同的。楔率可以基于几何考虑选择，诸如，螺纹长度、牙侧角度、牙侧螺距、牙侧半径以及螺纹高度。楔率也可以基于制造考虑选择，诸如，制造周期时间、流程数和切割插入件的尺寸。在非限定性实施方式中，楔率可以在3-6％内、或3.5％和4.5％之间、或4％和4.25％之间。在非限定性实施方式中，螺纹螺距可以在2-5TPI的范围内、或在3-4TPI内。
在优选实施方式中，PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±3％内。在另一实施方式中，PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±2％内。在优选实施方式中，(BICCS+PICCS)比PCCS和BCCS大。
在优选实施方式中，螺纹管状连接件的拉伸效率为从大约81％至大约92％，并且优选从大约85％至大约92％。在另一实施方式中，螺纹管状连接件的拉伸效率在89％和91％之间。在另一实施方式中，螺纹管状连接件的拉伸效率在89％和90％之间。
在优选实施方式中，PCCS在BCCS的大约±5％内，PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的大约±5％内，并且第二(和/或第三)螺纹区段的整体长度除以第一(和/或第四)螺纹区段的整体长度不小于2.0。在优选实施方式中，长螺纹区段与短螺纹区段的这种螺纹长度比率在2.0和4之间、并且优选在2.5和4之间。在另一实施方式中，螺纹长度比率不小于将近2.0，并且不小于37.2*OACE-30.5，其中，OACE是十进制格式下的整体连接效率，诸如90％。
在另一实施方式中，第二螺纹区段中的螺纹总数除以第一螺纹区段中的螺纹总数大于1.5且小于3.0。在又一实施方式中，第二螺纹区段中的螺纹总数除以第一螺纹区段中的螺纹总数大于1.7且小于2.5。在另一实施方式中，第二螺纹区段中的螺纹总数除以第一螺纹区段中的螺纹总数大于1.5且不小于19.2*OACE-15.3，其中，OACE是十进制格式下的整体连接效率，诸如89％。
图4中示出的连接件不遵循上述临界截面之间的关系。替代地，图4中的连接件的特征在于较低的连接件临界截面比率(按照与管道横截面相比时的百分比)，因此连接件的拉伸效率(即，连接件比率中的最小比率)小于例如在图1-3中的拉伸效率。
在图4中的连接件中，在公元件1和母元件2的厚端部处由密封表面27、28占据的径向空间减小了PCCS和BCCS。与之相比，图1-3中的示例包括偏心密封构造，所述偏心密封构造允许阳接头上的大直径螺纹105的厚端部和阴接头上的小直径螺纹106的厚端部较之图4中的连接件而言更厚，而同时又没有产生主要缺陷，并且因此确保了以上陈述的临界截面之间的新型关系。
代替图4中的两个终端密封部27、28而选择图1中的唯一偏心密封部125允许减小由密封部占据的径向空间而后增加PCCS和BCCS。这种选择还致使连接件对于在过度涂润滑脂、没有将润滑脂限制在终端密封部之间的情况中因润滑脂压力所导致的阳接头和阴接头发生跳接的风险不是那么敏感。
密封部125的密封表面152和162可以是两个基本相同锥度的锥形表面，或者表面152和162中的一个可以是凸起的隆起表面，例如，由介于10mm和100mm之间的环半径限定的圆环表面，而另一个表面可以是锥形的。例如，可以选择1/6(16.7％)的密封锥度。密封表面152和162的构造可以基于密封考虑选择，而无需基于减少磨损考虑选择。
如上所述，阳接头和阴接头的螺纹切入基于图4中示出的柱形-锥形连接件。柱形-锥形阳接头在外部螺纹区段上的切入和柱形-锥形阴接头在内部螺纹区段上的切入如下使得肩部区域最大化：(柱形切入长度*螺纹锥度)/2＝因一个切入螺纹部分所产生的肩部高度的增加值。当在肩部124的每个侧部上(一个在阳接头上，另一个在阴接头上)均设有一个切入螺纹部分时，肩部高度的总共增加值将是因每个切入螺纹部分而产生的增加值的总和。图3示出图1中示出的接合件的螺纹切入部分之一的详细剖视图。具体地，图3图解了阴接头102的螺纹107的退出部分和阳接头101的螺纹105的切入部分。线193和194代表遵循锥形路径的线。切入螺纹部分中的阳接头牙底由于机械加工插入件的形状而成锥形。
啮合螺纹的切入区段和退出区段之间的过渡点不必处于同一位置。切入部分的螺纹柱形长度可以例如介于3至4个螺纹螺距之间。
螺纹锥度可以从1/18(5.555％)至1/6(16.67％)。针对连接件的每个尺寸选择螺纹锥度有助于：
1.确保连接件PCCS～(BICCS+PICCS)～BCCS的效率；
2.确保充分发展的螺纹区域，以避免跳接；以及
3.最大化肩部高度，以最大化扭矩能力和/或抗压缩载荷或弯曲载荷的能力。
螺纹锥度在两个阶梯状的螺纹104(106)和105(107)之间可以不同。
内部螺纹部分和外部螺纹部分的长度不同，以最大化中间截面的效率。内部螺纹部分长度可以例如从小于外部螺纹部分的100％至外部螺纹部分的10％，并且优选小于外部螺纹部分的50％。
此外，发展的全部螺纹区域可以大于位于PCCS和BCCS之间的最小临界截面的130％而不大于250％。
明显地，根据以上教导能够对本发明进行多种修改和变型。因此应当理解的是在所附权利要求的范围内，除了在此特别说明，否则可以用其它方法实践本发明。
还能够通过其它螺纹型廓替代图5的钩状螺纹。
还能够使用干润滑剂以取代标准的复合润滑脂(RP API 5A3)，以实现小的径向间隙210和212。
Claims (21)
1.一种螺纹管状连接件，包括：
第一管件，所述第一管件包括从第一管件的主体的一端部延伸到第一管件的终端的阳接头构件，阳接头构件包括外螺纹的两个径向偏移区段，所述外螺纹的两个径向偏移区段包括第一螺纹区段和第二螺纹区段，第一螺纹区段通过第一密封表面与第二螺纹区段分离，第一螺纹区段位于第一管件的终端和第一密封表面之间，并且第二螺纹区段位于第一密封表面和第一管件的主体的所述端部之间；和
第二管件，所述第二管件包括从第二管件的主体的一端部延伸到第二管件的终端的阴接头构件，阴接头构件包括内螺纹的两个径向偏移区段，所述内螺纹的两个径向偏移区段包括第三螺纹区段和第四螺纹区段，第三螺纹区段通过第二密封表面与第四螺纹区段分离，第三螺纹区段位于第二管件的终端和第二密封表面之间，并且第四螺纹区段位于第二密封表面和第二管件的主体的所述端部之间，
其中，阳接头构件包括阳接头临界截面PCCS，所述阳接头临界截面位于第二螺纹区段的最靠近第一管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处，阴接头构件包括阴接头临界截面BCCS，所述阴接头临界截面位于第四螺纹区段的最靠近第二管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处，阴接头构件包括阴接头中间临界截面BICCS，所述阴接头中间临界截面位于第三螺纹区段的最靠近第二管件的第二密封表面的螺纹啮合牙底处，并且阳接头构件包括阳接头中间临界截面PICCS，所述阳接头中间临界截面位于第一螺纹区段的最靠近第一管件的第一密封表面的螺纹啮合牙底处，
其中，在上紧状态下，第一密封表面沿径向方向接合第二密封表面，以便形成不透流体的偏心密封部，所述偏心密封部沿螺纹管状连接件的轴向方向延伸，
其中，第一和第二管件满足以下关系：
PCCS在BCCS的±5％内，
PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的±5％内，并且
BICCS/PICCS不小于2.0。
2.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，偏心密封部定位成比起第二管件的终端更靠近于第一管件的终端。
3.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，BICCS/PICCS在2.0和5.0之间。
4.根据权利要求3所述的螺纹管状连接件，其中，BICCS/PICCS在2.5和3.0之间。
5.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，管状连接件不包括扭矩肩部。
6.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，偏心密封部是在螺纹管状连接件内的唯一不透流体的密封部。
7.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，在上紧状态下，不透流体的偏心密封部通过第一间隙部分沿螺纹管状连接件的轴向方向与第二螺纹区段和第三螺纹区段分离，阳接头构件和阴接头构件在第一间隙部分处沿径向方向彼此隔开，以使得第一间隙在第一间隙部分处形成在阳接头构件和阴接头构件之间。
8.根据权利要求7所述的螺纹管状连接件，其中，第一间隙包括从3mm至15mm的轴向间隙和从0.125mm至0.4mm的径向间隙。
9.根据权利要求7所述的螺纹管状连接件，其中，在上紧状态下，不透流体的偏心密封部通过第二间隙部分沿螺纹管状连接件的轴向方向与第一螺纹区段和第四螺纹区段分离，阳接头构件和阴接头构件在第二间隙部分处沿径向方向彼此隔开，以使得第二间隙在第二间隙部分处形成在阳接头构件和阴接头构件之间。
10.根据权利要求9所述的螺纹管状连接件，其中，第二间隙包括从0.1mm至2mm的轴向间隙。
11.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，其中第一、第二、第三以及第四螺纹区段均包括鸠尾形螺纹，鸠尾形螺纹的承载牙侧具有负斜率。
12.根据权利要求11所述的螺纹管状连接件，其中，鸠尾形螺纹具有在-3.5和-4.5度之间的插入牙侧角度。
13.根据权利要求12所述的螺纹管状连接件，其中，插入牙侧角度在-3.9和-4.1度之间。
14.根据权利要求12所述的螺纹管状连接件，其中，鸠尾形螺纹具有在-0.5和-1.5度之间的承载牙侧角度。
15.根据权利要求13所述的螺纹管状连接件，其中，承载牙侧角度在-0.9和-1.1度之间。
16.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的±2％内。
17.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其中，螺纹管状连接件的拉伸效率在81％和92％之间。
18.一种螺纹管状连接件，包括：
第一管件，所述第一管件包括从第一管件的主体的一端部延伸到第一管件的终端的阳接头构件，阳接头构件包括外螺纹的两个径向偏移区段，所述外螺纹的两个径向偏移区段包括第一螺纹区段和第二螺纹区段，第一螺纹区段通过第一密封表面与第二螺纹区段分离，第一螺纹区段位于第一管件的终端和第一密封表面之间，并且第二螺纹区段位于第一密封表面和第一管件的主体的所述端部之间；和
第二管件，所述第二管件包括从第二管件的主体的一端部延伸到第二管件的终端的阴接头构件，阴接头构件包括内螺纹的两个径向偏移区段，所述内螺纹的两个径向偏移区段包括第三螺纹区段和第四螺纹区段，第三螺纹区段通过第二密封表面与第四螺纹区段分离，第三螺纹区段位于第二管件的终端和第二密封表面之间，并且第四螺纹区段位于第二密封表面和第二管件的主体的所述端部之间，
其中，阳接头构件包括阳接头临界截面PCCS，所述阳接头临界截面位于第二螺纹区段的最靠近第一管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处，阴接头构件包括阴接头临界截面BCCS，所述阴接头临界截面位于第四螺纹区段的最靠近第二管件的主体的所述端部的螺纹啮合牙底处，阴接头构件包括阴接头中间临界截面BICCS，所述阴接头中间临界截面位于第三螺纹区段的最靠近第二管件的第二密封表面的螺纹啮合牙底处，并且阳接头构件包括阳接头中间临界截面PICCS，所述阳接头中间临界截面位于第一螺纹区段的最靠近第一管件的第一密封表面的螺纹啮合牙底处，
其中，在上紧状态下，第一密封表面沿径向方向接合第二密封表面，以便形成不透流体的偏心密封部，所述偏心密封部沿螺纹管状连接件的轴向方向延伸，
其中，第一和第二管件满足以下关系：
PCCS在BCCS的±5％内，
PCCS和BCCS中的每一个在(BICCS+PICCS)的±5％内，并且
第二螺纹区段的整体长度除以第一螺纹区段的整体长度不小于2.0，
其中，所述螺纹管状连接件不包括扭矩肩部。
19.根据权利要求18所述的螺纹管状连接件，其中，第三螺纹区段的整体长度除以第四螺纹区段的整体长度不小于2.0。
20.根据权利要求18所述的螺纹管状连接件，其中，第二螺纹区段的整体长度除以第一螺纹区段的整体长度在2.5和4之间。
21.根据权利要求18所述的螺纹管状连接件，其中，第二螺纹区段中的螺纹总数除以第一螺纹区段中的螺纹总数大于1.5且小于3.0。
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