CN104968883B - 管状连接中心肩部密封 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连接第一管状部件和第二管状部件的金属间密封系统，所述系统包含所述第一管状部件上的第一密封配置和所述第二管状部件上的第二密封配置。所述第一密封配置包含第一环形槽和第一环形齿，且所述第二密封配置包含第二环形槽和第二环形齿。所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合第一环形肩面以界定第一肩部。所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合第二环形肩面以界定第二肩部。所述部件的表面的主密封接触的位置与所述第一肩部和所述第二肩部轴向分隔开。

Description

管状连接中心肩部密封

交叉引用

本申请要求2013年2月5日提交的第61/760,833号美国临时申请和2013年3月14日提交的第13/827,195号美国专利申请的权益，所述申请的全文是以引用方式并入本文。

技术领域

本申请涉及石油天然气工业中通常使用的种类且包含中心肩部密封的管状连接，且更特定地说涉及一种中心肩部密封配置，其使金属间接触密封表面的径向力和箍紧力与所述中心肩部分离。

背景技术

石油天然气上游生产工业为寻找并生产未加工的碳氢化合物而钻的井的深度越来越深且越来越复杂。所述工业常规上使用钢管(石油工业用管材)以保护井眼(套管)并控制其中(管中)产生的流体。制造套管和管且以相对较短长度运输套管和管，且每次在井眼中安装一种长度的套管和管，每一长度连接到相邻长度。随着对石油天然气的探索驱使公司进行更深且更困难的钻井，对套管和管的需求也在拉力和压力两者方面成比例地增长。斜井和水平井技术的发展加剧了此趋势，从而对套管和管需求添加增加扭转负载的进一步考虑。

此领域内存在两种普通类别的连接器。最常见的连接器是螺纹式和耦接式连接器，其中在管的两个长接头的端部处加工的两个销或公螺纹是通过在相对较短的部件(耦接件)上加工的两个内螺纹或母螺纹接合，其中耦接件的外径大于管的外径且内径大致相同。另一类别的连接器是整体式连接器，其中销部件被螺合到管的全长接头的一端上且内螺纹部件被螺合到第二全长接头中。所述两个接头然后可直接接合而无需中间耦接部件。管体的端部可经进一步处理以促进连接的螺合。

现有技术表明石油工业用管材使用多种不同的螺纹、肩部和密封配置。现有技术中使用的一种类型的肩部和密封组合是所谓的中心肩部密封配置。如本文使用，“中心肩部密封件”被理解为意指安置在至少两个螺合部分之间的连接段，所述段展现出销部件与内螺纹部件之间或销部件和内螺纹部件与诸如环形密封套筒的第三组件之间的直接接触表面，使得所述段提供密封以防止液体或气体通过组装连接件(跨组装连接件的螺纹)。

第5,415,442号和第5,462,315号美国专利公开了图1中表示的中心肩部配置，其中连接件的组装(配齐)期间产生总共5个金属间密封件：锁定双肩部密封件400的外部斜边处的2个金属间密封件，其中密封表面418和438接触且其中密封表面422和442接触；和锁定双肩部密封件400内部的3个零空隙表面，即，密封圆柱形表面接触的壁表面处的一个零空隙表面410、销肩420的环形正面接触内螺纹底切表面448处的另一零空隙表面，和内螺纹肩部440的正面接触销底切表面428处的另一零空隙表面。因此，中心肩部密封件400形成具有匹配的金属间密封表面的极其适合的金属间密封件，所述密封表面允许在用力拧紧组装连接件时，在密封件内积累存储能量，使得当在管上且还在连接件上施加各种负载时，所述密封件将继续执行并维持密封接合。显然，所有金属间密封件是形成于中心肩部的多组接触环形面之间的轴向空间450内，且肩部密封件400的外部斜边处的金属间密封件(其中的每一个展现出径向力)各自定位成紧邻所述组接触环形面中的相应接触环形面。

第5,765,836号和第6,041,487号美国专利公开了图2中表示的中心肩部配置，其中销部件与内螺纹部件之间建立总共至少两个且多达7个金属间密封件。7个密封件中有3个密封件是截头圆锥密封件。第一外截头圆锥密封件120是通过销截头圆锥形表面与内螺纹截头圆锥形表面在中心肩部的径向外侧处接合而形成，且第二内截头圆锥密封件122是形成于销截头圆锥形表面与内螺纹截头圆锥形表面之间的中心肩部的径向内侧处。第三截头圆锥密封件是形成于中间销截头圆锥形表面与内螺纹中心截头圆锥形表面之间的中心截头圆锥密封件124。形成两个环形肩部密封件，即第一内环形肩部密封件126、第二外环形肩部密封件128，其各自由销部件和内螺纹部件的接合环形表面形成。还形成两个圆柱形密封件。第一外圆柱形密封件130是通过销外密封件圆柱形表面和内螺纹外密封件圆柱形表面在径向外侧处接合而形成，且第二内圆柱形密封件132是通过销密封件圆柱形表面和内螺纹密封件圆柱形表面在径向内侧处接合而形成。显然，此布置还将暴露于大的径向力和箍紧力(即，接触密封件122和120)的金属间密封件中的每一个放置成紧邻所述组接触环形面中的相应接触环形面(即，环形接触密封件126和128处)且同样地放置在两个环形肩部密封件之间的轴向空间150内。

在前述专利的中心肩部配置中，肩部连接件内的轴向负载趋向于在环形肩部接触件的轴向位置附近(例如，在图2中的环形肩部密封件126和128处，且类似地在形成于图1的布置中的环形肩部密封件处)产生最高应力。因此，最高应力和材料屈服或变形趋向于发生在轴向区域450、150内或附近，在每一情况中，轴向区域450、150是界定在连接件的环形肩部之间。

需要一种中心肩部连接件，其提供有效密封并同时避免中心肩部的高应力区域和有可能屈服区域中的径向密封力的潜在问题。

发明内容

一方面，一种连接第一管状部件和第二管状部件(例如，诸如第一石油工业用管材和第二石油工业用管材)的金属间密封系统包含所述第一管状部件上的第一密封配置和所述第二管状部件上的第二密封配置。所述第一密封配置包含第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定。所述第二密封配置包含第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定。所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部。所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部。所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的位置与所述第一肩部轴向分隔开；且所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的位置与所述第二肩部轴向分隔开。

在前述段落的系统的一个实施方案中，在所述第一肩部附近在所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间提供空隙；且在所述第二肩部附近在所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间提供空隙。

在所述两个前述段落中的任一个的系统的一个实施方案中，所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的所述位置与所述第一肩部轴向地分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约2英寸之间，且所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的所述位置与所述第二肩部轴向地分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约1英寸之间。

在所述三个前述段落中的任何一个的系统的一个实施方案中，所述第一肩部的平面中的所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向外的表面之间的径向间隔是介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间，且所述第二肩部的平面中的所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向里的表面之间的径向间隔是介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间。

在所述四个前述段落中的任何一个的系统的一个实施方案中，所述径向面向里的底切表面接合所述径向面向外的底切表面。

在所述五个前述段落中的任何一个的系统的一个实施方案中，所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的所述位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：(i)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；(ii)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；(iii)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；或(iv)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分。同样地，所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的所述位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：(i)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；(ii)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分；(iii)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；或(iv)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分。

另一方面，一种连接第一管状部件和第二管状部件的金属间密封系统包含所述第一管状部件上的第一密封配置和所述第二管状部件上的第二密封配置。所述第一密封配置包含第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定。所述第二密封配置包含第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定。所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部。所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部。所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面和所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面经配置使得所述表面之间的主密封接触的位置位于所述第一肩部与所述第二肩部之间的轴向区域外侧。同样地，所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面和所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面经配置使得所述表面之间的主密封接触的位置位于所述轴向区域外侧。

在前述段落的系统的一个实施方案中，所述轴向区域在大约千分之20英寸与大约千分之250英寸之间延伸。

在所述两个前述段落中的任一个的系统的一个实施方案中，所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的所述位置是在所述轴向区域外部，但是在所述轴向区域的至少大约千分之1750英寸内；且所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的所述位置是在所述轴向区域外部，但是在所述轴向区域的至少大约千分之750英寸内。

在所述三个前述段落中的任何一个的系统的一个实施方案中，所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的所述位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：(i)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；(ii)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；(iii)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；或(iv)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分。同样地，所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的所述位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：(i)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；(ii)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分；(iii)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；或(iv)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分。

下文附图和描述中说明一或多个实施例的细节。根据描述和附图且根据权利要求书将明白其它特征、目的和优点。

附图说明

图1是一种现有技术的肩部密封件布置的部分横截面；

图2是另一现有技术的中心肩部密封件布置的部分横截面；

图3是中心肩部密封件的一个实施例的部分横截面；

图4是中心肩部密封件的另一实施例的部分横截面；且

图5是中心肩部密封件的另一实施例的部分横截面，其中到连接件的相对侧的主密封接触的位置包含到中心肩部的一侧的接合螺纹，但是不具有到中心肩部的另一侧的任何接合螺纹。

具体实施方式

参考图3，示出了两个管状部件202与204之间的中心肩部连接件200的部分横截面。管状部件202形成连接件的销部分，且管状部件204形成连接件的内螺纹端。206处示出了连接件的轴向中线，且应认识到，中心肩部连接件的全横截面将包含轴向中线的相对侧上(即，图3中的中线206以下)的组件的镜像。

管状部件202上的密封配置包含环形槽208和环形齿210。环形槽208是由径向面向里(即，面朝中线206)的底切表面212、相邻的环形肩面214和相邻的径向面向外的表面216界定。环形齿是由径向面向里的底切表面212、环形齿面218和径向面向外的表面220界定。在所说明的实施例中，表面216包含过渡到肩面214的角半径，且表面220包含过渡到齿面218的角半径。

管状部件204上的密封配置包含环形槽222和环形齿224。环形槽222是由径向面向外的底切表面226、相邻的环形肩面228和相邻的径向面向里的表面230界定。环形齿224是由径向面向外的底切表面226、环形齿面232和径向面向里的表面234界定。在所说明的实施例中，表面230包含过渡到肩面228的角半径，且表面234包含过渡到齿面232的角半径。

图3示出了配齐状态中的连接件，其中环形齿224是定位在环形槽208内使得环形齿面232接合环形肩面214以界定一个肩部，其是由肩部平面236表示。同样地，环形齿210是定位在环形槽222内使得环形齿面218接合环形肩面228以界定另一肩部，其是由肩部平面238表示。在所说明的实施例中，底切表面212和226也彼此接合，这可充当进一步密封位置，如同接合肩部可充当密封位置一样。260和262处还示意地示出了连接件的相对轴向侧处的接合螺纹段或管状部件。

如所说明，可在肩部平面236附近在径向面向外的表面216与径向面向里的表面234之间提供空隙。径向面向外的表面216与径向面向里的表面234之间的主密封接触的位置(所述位置在图3中的240处示出)与肩部平面236轴向分隔开以界定与肩部平面236轴向地分隔开的金属间密封接触区域242(由交叉线中示出的表面的介入表示)。如本文使用，术语两个指定表面之间的“主密封接触的位置”意指所述两个表面之间的最大接触压力的位置。因此，例如，在一些实施例中，表面216和234可在肩部平面236附近(例如，肩部平面236与238之间的轴向区域246内)彼此稍微接触，同时表面216与234之间的主密封接触的位置与肩部平面236进一步分隔开。通常，最大接触压力的位置和因此主密封接触的位置将发生在表面之间的最大介入的位置附近。

也可在肩部平面238附近在径向面向里的表面230与径向面向外的表面220之间提供空隙，或如上文提及，表面之间的只稍微接触可发生在肩部平面238附近。无论如何，径向面向里的表面230与径向面向外的表面220之间的主密封接触的位置(所述位置在图3中的243处示出)与肩部平面238轴向分隔开以界定与肩部平面238轴向地分隔开的金属间密封接触区域244(由交叉线中示出的表面的介入表示)。显然，在所说明的实施例的两个主密封接触区域242和244的情况中，主密封接触的位置是位于两个肩部平面236与238之间界定的连接件的轴向区域246外侧。

表面之间(例如，216与234或220与230之间)的主密封接触的确切位置可基于各种因素(包含连接件中需要的必要扭力限制以及管状连接件的厚度和直径)而改变。

例如：主密封接触240的位置可与肩部平面236轴向分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约1英寸之间；主密封接触243的位置可与肩部平面238轴向分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约1英寸之间；轴向区域246可在大约千分之20英寸与大约千分之250英寸之间延伸；肩部平面236中的径向面向外的表面216与径向面向外的表面220之间的径向间隔可介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间；且肩部平面238中的径向面向里的表面230与径向面向里的表面234之间的径向间隔可介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间。

在所说明的实施例中，表面216、220、230和234中的每一个被示为曲面。例如当考虑沿延伸通过连接件的中轴206且平行于连接件的中轴206延展的平面的两个维度时，这些曲面可包含椭圆形曲线、圆形曲线、任何适当类型的半径变化的曲线(例如，对于大部分有效密封，曲率半径通常介于大约0.5”与大约15”之间)或其组合，和当任何这样的曲线绕连接件的中轴206旋转时产生的对应3-D表面形状。然而，应认识到，表面无需全部为曲线型，或就此而言根本不为曲线型。例如，在图3的实施例的一个可修改的版本中，表面220和234保持为曲线型，但是表面216和230被制造为截头圆锥形，使得主密封接触240和243的每一位置是相对于曲面与截头圆锥形表面之间的介入而制造。

参考图4中示出的替代实施例，示出了具有轴向中线306的中心肩部密封配置300的实施例，其中主金属间接触密封件并非由曲面部分形成。在此布置中，管状部件302上的销端包含环形槽308和环形齿310。环形槽308是由径向面向里(即，面朝中线306)的底切表面312、相邻的环形肩面314和相邻的径向面向外的表面316界定。环形齿是由径向面向里的底切表面312、环形齿面318和径向面向外的表面320界定。管状部件304上的内螺纹端包含环形槽322和环形齿324。环形槽322是由径向面向外的底切表面326、相邻的环形肩面328和相邻的径向面向里的表面330界定。环形齿324是由径向面向外的底切表面326、环形齿面332和径向面向里的表面334界定。

表面316包含圆柱形部分316a和截头圆锥形部分316b，而表面334包含圆柱形部分334a和截头圆锥形部分334b。可在表面部分316a与334a之间提供空隙，但是截头圆锥形部分316b和334b以某种方式介入，以产生与肩部平面336轴向分隔开的主密封接触340的位置，由介入接触区域342表示。表面320包含圆柱形部分320a和截头圆锥形部分320b，而表面330包含圆柱形部分330a和截头圆锥形部分330b。可在表面部分320a与330a之间提供空隙，但是截头圆锥形部分320b和330b以某种方式介入，以产生与肩部平面338轴向分隔开的主密封接触343的位置，由介入接触区域344表示。最有效的是，每一截头圆锥形部分316b、334b、320b、330b相对于连接件的中轴306的圆锥角(例如，在图4中的一个实例中由相对于平行于中轴306延展的线321的角度θ表示)以及并有截头圆锥形表面部分的其它实施例的圆锥角可介于大约1°与大约7°之间。还示出了中心肩部的相对轴向侧上的接合螺纹段360和362。密封件的轴向位置和管状部件的径向厚度可类似于上文关于图3的实施例提及的轴向位置和径向厚度。

还有其它变动是可行的。应认识到，与肩部轴向分隔开的主金属间接触密封件中的任一个可由以下项形成：(i)一个表面的截头圆锥形部分和另一表面的截头圆锥形部分；(ii)一个表面的截头圆锥形部分和另一表面的曲线部分；(iii)一个表面的曲线部分和另一表面的截头圆锥形部分；或(iv)一个表面的曲线部分和另一表面的曲线部分。

通常，可使用车床加工工艺生产销部件和内螺纹部件中的每一个，其中切削刀片经压型以在每一部件上产生所需中心肩部配置。通过正确地指定、选择并加工径向面向外的表面和径向面向里的表面中的每一个的径向位置和来自期望中线的沿这些表面的每一点，可预选择最大介入的位置以定位主密封接触的位置使其与连接件的肩部轴向分隔开。

现在参考图5，示出了具有轴向中线506的中心肩部密封配置500的实施例，其中连接件的一侧不具有接合螺纹。在此布置中，管状部件502上的销端包含环形槽508和环形齿510。如在先前实施例中，环形槽508是由径向面向里(即，面朝中线506)的底切表面、相邻的环形肩面514和相邻的径向面向外的表面516界定。环形齿510是由径向面向里的底切表面、环形齿面518和径向面向外的表面520界定。管状部件504上的内螺纹端包含环形槽522和环形齿524。环形槽522是由径向面向外的底切表面、相邻的环形肩面528和相邻的径向面向里的表面530界定。环形齿524是由径向面向外的底切表面、环形齿面532和径向面向里的表面534界定。

在所说明的实施例中，表面516和表面534经配置使得主密封接触540的位置与肩部平面536与538之间的轴向区域546分隔开的距离大于表面520与530之间的主密封接触543的位置与轴向区域546分隔开的距离。在此布置中，主密封接触540的位置可与肩部平面536轴向分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约2英寸之间；主密封接触543的位置可与肩部平面538轴向分隔开，分隔距离是介于大约千分之25英寸与大约1英寸之间；轴向区域546可在大约千分之20英寸与大约千分之250英寸之间延伸；肩部平面536中的径向面向外的表面516与径向面向外的表面520之间的径向间隔可介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间；且肩部平面538中的径向面向里的表面530与径向面向里的表面534之间的径向间隔可介于大约千分之40英寸与大约千分之500英寸之间。在此情况中，主密封接触540的位置将通常是在轴向区域546的1.75英寸内。

表面516和534包含提供有空隙的相应圆柱形表面部分516A和534A。表面部分516A后面是曲面部分516B，且表面部分534A后面是截头圆锥形表面部分534B，其中主密封接触540的位置发生在部分516B与534B之间。表面530包含截头圆锥形部分530A，后面是另一更陡峭的截头圆锥形部分530B，且表面520包含过渡到圆柱形部分520B的曲线部分520A。主密封接触的位置是在表面部分530A与表面部分520A之间。应注意，如先前讨论，其它表面变动是可行的。接合螺纹段562被定位到中心肩部的一侧，具体是更靠近连接件的外径的侧，而连接件的相对侧不具有任何接合螺纹。显然，在连接件的此相对侧上，可如示出般在销尖肩面与内螺纹肩面之间提供间隙550以防止销尖段由于材料在高温下的扭力、压缩和膨胀而屈服。然而，所述面可在诸如配齐时、压缩期间或材料膨胀期间发生接触。还示出了内螺纹部件504的表面530中的涂料释放凹口560，其将随着连接件的构成而吸收过量的螺纹涂料。

图5的配置尤其适用于结合地热市场(诸如蒸汽辅助重力泄油市场)中使用的管件使用。虽然图5的实施例在连接件的一侧处不具有任何接合螺纹段，但是应认识到，变动是可行的，所述变动包含其中还在包含进一步与轴向肩部区域546分隔开的主密封接触540的位置的连接件的侧上提供接合螺纹段的实施方案。

因此，提供一种生产具有中心肩部的管状部件的方法，所述中心肩部使金属间密封件与所述中心肩部的高应力区域分离。所述方法涉及：生产第一管状部件和第二管状部件，其各自具有销端和内螺纹端，其中：(a)每一销端包含：中心肩部配置，其具有第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的较大直径侧上；(b)每一内螺纹端包含：中心肩部配置，其具有第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的较大直径侧上；(c)所述第一管状部件的所述销端的所述中心肩部配置和第一螺纹段经配置用于与所述第二管状部件的内螺纹端的所述中心肩部配置和第一螺纹段匹配连接，使得当所述第一管状部件的所述销端和所述第二管状部件的所述内螺纹端配齐时：(i)所述第二环形齿将定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部，且所述第一环形齿将定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；(ii)所述第一管状部件的所述销端的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的位置将与所述第一肩部轴向分隔开；且(iii)所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述销端的所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的位置将与所述第二肩部轴向分隔开。

同样地，提供一种连接用于在油井或气井内使用的管状部件的方法且所述方法涉及：(a)利用第一管状部件和第二管状部件，其各自具有销端和内螺纹端，其中：(i)每一销端包含：中心肩部配置，其具有第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的较大直径侧上；且(ii)每一内螺纹端包含：中心肩部配置，其具有第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的较大直径侧上；(b)接合所述第一管状部件的所述销端与所述第二管状部件的所述内螺纹端；(c)在所述第一管状部件与所述第二管状部件之间产生相对旋转，使得所述第一管状部件和所述第二管状部件的所述第一螺纹段的相互作用使所述第一管状部件和所述第二管状部件一起移动；和(d)完成所述第一管状部件的所述销端和所述第二管状部件的所述内螺纹端的配齐，使得：(i)所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部，且所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；(ii)所述第一管状部件的所述销端的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第二径向面向里的表面之间的主密封接触的位置与所述第一肩部轴向分隔开；且(iii)所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述销端的所述第二径向面向外的表面之间的主密封接触的位置与所述第二肩部轴向分隔开。

应清楚地了解，以上描述只意在以说明和举例的方式进行，而不意在以限制方式进行，且其它改变和修改是可行的。

Claims (23)

1.一种连接第一管状部件和第二管状部件的金属间密封系统，其包括：

所述第一管状部件上的第一密封配置，所述第一密封配置包含第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；

所述第二管状部件上的第二密封配置，所述第二密封配置包含第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；

其中所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部；

其中所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；

其中所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开，使得所述第一肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第一轴向距离；

其中所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置与所述第二肩部轴向分隔开，使得所述第二肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第二轴向距离。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

在相邻于所述第一肩部处在所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间提供空隙；且

在相邻于所述第二肩部处在所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间提供空隙。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开的距离大于所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开的距离。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开，分隔距离是介于千分之25英寸与2英寸之间，且所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第二肩部轴向分隔开，分隔距离是介于千分之25英寸与1英寸之间。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一肩部的平面中的所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向外的表面之间的径向间隔是介于千分之40英寸与千分之500英寸之间，且所述第二肩部的平面中的所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向里的表面之间的径向间隔是介于千分之40英寸与千分之500英寸之间。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述径向面向里的底切表面接合所述径向面向外的底切表面。

7.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入形成：

(i)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入形成：

(i)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面和所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述第一肩部与所述第二肩部之间的轴向区域外侧且其中所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述轴向区域外侧。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述轴向区域在千分之20英寸与千分之250英寸之间延伸。

10.一种连接第一管状部件和第二管状部件的金属间密封系统，其包括：

所述第一管状部件上的第一密封配置，所述第一密封配置包含第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；

所述第二管状部件上的第二密封配置，所述第二密封配置包含第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；

其中所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部；

其中所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；

其中所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面和所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述第一肩部与所述第二肩部之间的轴向区域外侧；

其中所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面和所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述轴向区域外侧。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述轴向区域在千分之20英寸与千分之250英寸之间延伸。

12.根据权利要求10所述的系统，其中：

其中所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是在所述轴向区域外部，但是离所述轴向区域的距离在千分之1750英寸内；

其中所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是在所述轴向区域外部，但是离所述轴向区域的距离在千分之750英寸内。

13.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：

(i)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入而形成：

(i)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分。

14.一种生产具有中心肩部的管状部件的方法，所述中心肩部使金属间密封件与所述中心肩部的高应力区域分离：

生产第一管状部件和第二管状部件，其各自具有销端和内螺纹端，其中：

每一销端包含：中心肩部配置，其具有第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的侧上；

每一内螺纹端包含：中心肩部配置，其具有第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的侧上；

所述第一管状部件的所述销端的所述中心肩部配置和第一螺纹段经配置用于与所述第二管状部件的内螺纹端的所述中心肩部配置和第一螺纹段配合连接且经大小调整，使得当所述第一管状部件的所述销端和所述第二管状部件的所述内螺纹端配齐时：

所述第二环形齿将定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部，且所述第一环形齿将定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；

所述第一管状部件的所述销端的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置将与所述第一肩部轴向分隔开，使得所述第一肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第一轴向距离；且

所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述销端的所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置将与所述第二肩部轴向分隔开，使得所述第二肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第二轴向距离。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

在相邻于所述第一肩部处在所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间提供空隙；且

在相邻于所述第二肩部处在所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间提供空隙。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开的距离大于所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部分隔开的距离。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开，分隔距离是介于千分之25英寸与2英寸之间，且所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置与所述第二肩部轴向分隔开，分隔距离是介于千分之25英寸与1英寸之间。

18.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一肩部的平面中的所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向外的表面之间的径向间隔是介于千分之40英寸与千分之500英寸之间，且在所述第二肩部的平面中的所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向里的表面之间的径向间隔是介于千分之40英寸与千分之500英寸之间。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述径向面向里的底切表面接合所述径向面向外的底切表面。

20.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一径向面向外的表面与所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入形成：

(i)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向外的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向外的表面的曲线部分与所述第二径向面向里的表面的曲线部分；

所述第一径向面向里的表面与所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的所述主密封接触位置是由以下项中的一项之间的介入形成：

(i)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；

(ii)所述第一径向面向里的表面的截头圆锥形部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分；

(iii)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的截头圆锥形部分；或

(iv)所述第一径向面向里的表面的曲线部分与所述第二径向面向外的表面的曲线部分。

21.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一管状部件的所述第一径向面向外的表面和所述第二管状部件的所述第二径向面向里的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述第一肩部与所述第二肩部之间的轴向区域外侧且其中所述第二管状部件的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述第二径向面向外的表面经配置使得所述表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置位于所述轴向区域外侧。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述轴向区域在千分之20英寸与千分之250英寸之间延伸。

23.一种连接管状部件的方法，其包括：

(a)利用第一管状部件和第二管状部件，其各自具有销端和内螺纹端，其中：

每一销端包含：中心肩部配置，其具有第一环形槽和第一环形齿，所述第一环形槽由径向面向里的底切表面、相邻的第一环形肩面和相邻的第一径向面向外的表面界定，所述第一环形齿由所述径向面向里的底切表面、第一环形齿面和第二径向面向外的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的侧上；

每一内螺纹端包含：中心肩部配置，其具有第二环形槽和第二环形齿，所述第二环形槽由径向面向外的底切表面、相邻的第二环形肩面和相邻的第一径向面向里的表面界定，所述第二环形齿由所述径向面向外的底切表面、第二环形齿面和第二径向面向里的表面界定；和至少一个第一螺纹段，其位于所述中心肩部配置的侧上；

(b)接合所述第一管状部件的所述销端与所述第二管状部件的所述内螺纹端；

(c)在所述第一管状部件与所述第二管状部件之间产生相对旋转，使得所述第一管状部件和所述第二管状部件中的每一个的至少一个第一螺纹段的相互作用使所述第一管状部件和所述第二管状部件一起移动；

(d)完成所述第一管状部件的所述销端和所述第二管状部件的所述内螺纹端的配齐，使得：

所述第二环形齿是定位在所述第一环形槽内使得所述第二环形齿面接合所述第一环形肩面以界定第一肩部，且所述第一环形齿是定位在所述第二环形槽内使得所述第一环形齿面接合所述第二环形肩面以界定第二肩部；

所述第一管状部件的所述销端的所述第一径向面向外的表面与所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第二径向面向里的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置与所述第一肩部轴向分隔开，使得所述第一肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第一轴向距离；且

所述第二管状部件的所述内螺纹端的所述第一径向面向里的表面与所述第一管状部件的所述销端的所述第二径向面向外的表面之间的具有最大接触压力的主密封接触位置与所述第二肩部轴向分隔开，使得所述第二肩部和所述具有最大接触压力的主密封接触位置之间存在有第二轴向距离。