CN107075925B

CN107075925B - 多用途双抵接部密封连接

Info

Publication number: CN107075925B
Application number: CN201580055764.3A
Authority: CN
Inventors: R·布朗利; F·卡罗
Original assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: CN107075925A; EA201790605A1; EP3207208A1; US20170298698A1; MX2017004917A; US10563466B2; FR3027338B1; FR3027338A1; AR102282A1; EP3207208B1; CA2962539A1; EA031062B1; BR112017007196B1; WO2016059103A1; JP2017532512A; AU2015332753B2; AU2015332753A1; BR112017007196A2

Abstract

一种具有双抵接肩部的螺纹连接(30)，其包括装配在第二管状部件上的第一管状部件，所述管状部件旨在用于勘探或操作碳氢化合物井，·第一管状部件(C1)具有外侧抵接部(BE)、经由在其轴向端部限定了内侧抵接部(BI)的凸出螺纹连接部分(PC1)延伸的无螺纹的末端部分(PT1)；·第二管状部件(C2)包括凹入端部，其在自由端部限定了压抵外侧抵接部的支承表面(SA)并且终止于压抵内侧抵接部的内侧肩部(EI)，凹入螺纹连接部分(PC2)与凸出螺纹连接部分装配，无螺纹的初始部分(PT2)将凹入螺纹连接部分连接到内侧肩部，螺纹连接包括局部形成密封表面的位于凸出螺纹连接部分和内侧抵接部之间的最大径向干涉，这个最大径向干涉位于与内侧抵接部相距非零距离(d5)的位置处，这个距离至少大于所述末端部分的轴向距离(d1)的一半。

Description

多用途双抵接部密封连接

技术领域

本发明涉及优质螺纹管连接，所述螺纹管连接具体地用于连接钢管，所述钢管例如为用于油田或气田中的管状部件。具体地，本发明适用于钻井的部件以及在高的内部压力和外部压力条件下所使用的部件。这些部件必须承受拉伸载荷和压缩载荷，例如在用于岩体水力劈裂、固井或者在井上进行完整性测试的操作过程中所遇到的载荷；当在海上进行这些操作时，这些操作甚至更为危险。

需要一种能够用于钻井并且确保密封的连接。

本发明还适用于用作海上管柱，所述海上管柱从被称为“海上”平台的平台将海底井口装置连接到钻井平台，并且受到由于海浪、潮汐和海流作用而受到大的疲劳应力以及弯曲应力、拉伸应力和扭转应力。称为“钻柱立管”的这些海上管柱可以用于传送监视准备好生产的井的操作参数所必需的工具和仪器(该情况下称为“修井立管”)以及用于井生产中的第一步骤所必需的工具和仪器(在该情况下称为“早期生产立管”)。

这些管柱频繁地组装和拆除，并且需要在使用期间保持其完整性的连接。

由于在立柱内部和外部之间可能存在大的压力变化，需要改进在这些管之间形成的连接的密封。还存在对连接的经济需求，所述连接允许多用途的管用于在生产现场实施各种活动，特别地用于钻井和固井。

背景技术

在现有技术中，针对钻井步骤，通常使用具有内抵接部和外抵接部(即螺纹部分的上游和下游)的双抵接部螺纹连接。具体地，文献US-5908212、WO-2005/095840和WO-2006/092649公开了设置有这种类型的双抵接部的各种螺纹连接方案，并且每一种螺纹连接方案均代表螺纹部分的螺纹、螺纹部分的倾斜度、抵接部上轴向负载的分布或者这种类型的连接所需的装配扭矩的设计中的折衷——这些均是实际上限定所述螺纹连接方案的实施条件的所有参数。

此外，文献US6511102描述了专用于固定管柱的连接，所述连接用于将海底井口装置连接至海上石油平台。文献US6511102公开了设置有螺纹的一种双抵接部螺纹连接，所述双抵接部螺纹连接可以用于增加其在张力下的能力，并且具有双密封表面。虽然螺纹连接对于在旨在用于井内的特定工作的管柱或需要插入轻型仪器和附件来实施实施生产测试中的应用是令人满意的，但是该连接未被验证可在高于15000psi的内部压力以及不高于10000psi的外部压力的操作情况下使用。此外，这种类型的连接具有小的抵接表面积，这妨碍其用于钻井操作中。

因而，需要对双抵接部连接进行改进，所述改进的双抵接部连接能够用于获得高的装配扭矩，并且在使用中具有多种用途，除了钻井之外，所述双抵接部连接还可以用于生产的第一步骤中的至少一个其他操作，所述至少一个其他操作选自固井、实施井密封和整体性测试或者在对井口装置实施的测试。固井以及实施密封测试将管柱暴露至非常高的内部压力。固井操作旨在将降入井内的套管固定在合适的位置，或考虑到将来的工作或者在井的工作期结束时，暂时关闭井的入口。

具体地，需要一种连接，所述连接能够用于在非常规压力条件(例管柱内的低压条件)下钻井。

发明内容

本发明旨在通过提供具有双抵接肩部的螺纹连接来解决所提出的问题，所述螺纹连接包括装配在第二管状部件上的第一管状部件，所述第一管状部件和所述第二管状部件旨在用于勘探或操作碳氢化合物井；

·大体圆筒形的所述第一管状部件具有旋转轴线并且包括凸出端部，所述凸出端部包括外侧抵接部、凸出螺纹连接部分、无螺纹的凸出基部，所述凸出螺纹连接部分经由无螺纹的末端部分延伸，所述无螺纹的末端部分在其轴向端部处限定了内侧抵接部，所述无螺纹的凸出基部限定在所述外侧抵接部和所述凸出螺纹连接部分之间；

·大体圆筒形的所述第二管状部件包括凹入端部，所述凹入端部在自由端部处限定了支承表面，所述支承表面压抵所述外侧抵接部，这个凹入端部在其内表面上具有凹入螺纹连接部分并且终止于压抵所述内侧抵接部的内侧肩部，所述凹入螺纹连接部分与所述凸出螺纹连接部分装配，无螺纹的起始部分将所述凹入螺纹连接部分连接至所述内侧肩部，无螺纹的凹入基部限定在所述凹入螺纹连接部分和所述支承表面之间，

所述连接包括局部形成密封表面的最大径向干涉，所述最大径向干涉位于所述凸出螺纹连接部分与所述内侧抵接部或所述外侧抵接部之间，这个最大径向干涉位于分别与所述内侧抵接部和所述外侧抵接部相距非零距离的位置处，这个距离至少大于所述末端部分的轴向距离和所述起始部分的轴向距离之间的最小值的50％。

作为示例，这个最大径向干涉可以位于所述凸出螺纹连接部分和所述内侧抵接部之间。

特别地，从所述内侧抵接部至最大径向干涉形成连续的干涉以防止形成能够具有截获气体的风险的体积，对于所述连接，所述体积将在操作期间产生操作风险。

更特别地，最大径向干涉能够通过环形部分的顶端和渐缩的部分之间的相互作用来获得，所述环形部分位于所述末端部分或所述起始部分中的一个上，而所述渐缩的部分位于所述末端部分或所述起始部分中的另一个上。

作为示例，所述环形部分可以位于所述起始部分上，而所述渐缩的部分可以位于所述末端部分的凸出倾斜区域上。

特别地，所述环形部分的曲率半径可以大于50mm，例如为300mm的数量级。

特别地，所述环形部分的顶端相对于内侧抵接部位于轴向距离处，所述轴向距离能够位于所述起始部分相对于所述内侧肩部的轴向距离的60％至90％的范围之间，特别地位于70％至80％的范围之间。

有利地，所述环形部分的所述顶端在所述凸出倾斜区域上的压紧位置可以相对于所述内侧抵接部位于轴向距离处，所述轴向距离位于5mm至25mm的范围之间，优选地位于10mm至20mm的范围之间，特别地约为18mm。

作为示例，所述最大径向干涉位于与所述螺纹连接部分的起始点相距径向距离的位置处，这个径向距离例如位于2mm至5mm的范围之间。

特别地，这些相应的凸出螺纹连接部分和凹入螺纹连接部分相对于螺纹连接的轴线的螺纹倾斜度(Y)可以位于在8.33cm/m(1.0英寸/英尺)至10cm/m(1.2英寸/英尺)的范围之间。

最后，本发明还涉及一种用于联接根据本发明的螺纹连接的方法，在所述方法中，当本发明的螺纹连接的外径大于13.02cm(5 1/8英寸)且内径大于7.18cm(2 7/8英寸)时，所述连接形成大于22250N/m的标称装配扭矩。

特别地，这种联接方法的特征可以使得当本发明的螺纹连接的外径大于20.32cm(8英寸)且内径大于13cm(5.119英寸)时，标称装配扭矩可以大于70000N/m。

本发明的连接可以用于获得高于根据美国石油学会(API)标准生产的那些连接的标称装配扭矩。本发明的连接可以用于获得现有技术连接的标称装配扭矩的至少90％，且现有技术连接没有通过径向金属-金属干涉获取的环形密封系统。

附图说明

从下面的描述和附图中将更好地理解本发明。附图仅以指示的方式呈现，而不以任何方式限制本发明。附图中：

·图1示出了海上石油平台，所述海上石油平台示出了根据本发明的管状部件的管柱的使用；

·图2是根据本发明的双抵接部螺纹连接沿着图1的插入框A的详细纵向剖视图；

·图3是图2的插入框B的详细纵向剖视图，其中本发明的螺纹连接的凸出元件和凹入元件示出为彼此分离；

·图4是图3的插入框C1的详细纵向剖视图，其中，图4示出了位于本发明的螺纹连接的凸出元件的无螺纹的末端部分中的密封部分；

·图5是图3的插入框C2的详细纵向剖视图，其中，图5示出了位于根据本发明的螺纹连接的凹入元件的无螺纹的起始部分中的密封部分；

·图6是与根据本发明的螺纹连接接合中的螺纹连接部分的纵向剖视图；

·图7示出了在装配根据本发明的连接期间，抵接部的弹性变形和最大金属-金属径向干涉区域的弹性变形的变化；

·图8a、8b和8c示出了在装配本发明的螺纹连接期间，当螺纹连接部分和内侧抵接部之间开始接合时，位于接合的螺纹连接部分和内侧抵接部之间的部分的详细剖视图；图8c示出了装配完成后，处于其最终位置的连接。

具体实施方式

图1示出了海上钻井设施10，其中可以使用本发明以获得有利效果。在所述的示例中，设施10包括浮在海上的海上平台12。平台12包括钻井装置14，所述钻井装置14装配有转盘16以及各种配件以用于抓握和操纵各种元件，所述各种元件用于建造油井并且对油井进行操作。平台12因而直接位于钻入海底F内的海底井20上方。海底井20此处示为包封在21内。设施10包括管柱22(术语称为隔水管)，所述管柱22通过形成暴露于洋流的管道并且维持用于井的形成步骤(特别地用于钻井)的受保护的内部空间来连接漂浮平台12和井口装置23。

在图1所示的示例中，钻柱24可移动地布置在管柱22中。钻柱24包括多个管状部件，所述管状部件经由其端部从而端部对端部地相连接。本发明的管状部件由钢制成。

根据本发明，使用根据本发明的螺纹连接30将所示钻柱的管状部件形成为端部对端部的装配。在已知为“销”的凸出螺纹连接部和已知为“箱”的凹入螺纹连接部之间实施装配。

与优化的装配规格相符的螺纹管连接确保了所形成的连接中的例如关于拉伸负载、同时关于服役期间的防意外跳脱以及关于优化的密封性能的优化的机械强度。

详细地，如图2中所示，本发明的螺纹连接30包括第一管状部件C1和第二管状部件C2。

第一管状部件C1包括第一主体3，所述第一主体3为具有旋转轴线X的大体圆筒形。该第一主体3环形焊接(例如通过摩擦焊接)至第二管状主体10。特别地，第一主体3可以由其外径P_OD和其内径P_ID所限定。在靠近焊接区域6的局部处，第一主体3的壁厚大于该第一主体其余部分的壁厚。该壁厚可由较大的外径PU_OD或者较小的内径PU_ID而局部地获得。特别地，第一主体3的外径P_OD的范围位于7.30cm(2 7/8英寸)至22.86cm(9英寸)之间，优选地位于10.16cm(4英寸)至19.37cm(7 5/8英寸)之间，包括14.92cm(5 7/8英寸)。

为了能够与第二管状部件C2相联，第二主体10具有连接元件11，所述连接元件11能够与由第二管状部件C2承载的互补连接元件13相配合。将连接元件11和连接元件13接合形成了本发明的螺纹连接30。在图2所示的示例中，连接元件11是凸出元件，而连接元件13是凹入元件。

特别地，已知为钻具接头的第二主体10可以由其最大外径TJ_OD和其内径TJ_ID所限定，所述第二主体10为具有旋转轴线X的大体圆筒形。特别地，第二主体10的最大外径TJ_OD的范围位于12.06cm(43/4英寸)至22.22cm(8 3/4英寸)之间。第二主体10的外径大于第一主体3的外径。特别地，第二主体10的最大内径TJ_ID的范围位于6.19cm(2 7/16英寸)至14.29cm(5 5/8英寸)之间，甚至高达15.87cm(6 1/4英寸)。

第二主体10优选由等级在130ksi数量级且屈服强度位于120000psi至140000psi之间的钢制成；但是第二主体10也可以从约140ksi、150ksi和165ksi的更高等级的钢中选取，以及从低等级钢中选取，所述低等级钢例如为约80ksi或95ksi或甚至110ksi的低等级钢。

第二管状部件C2包括第一主体3’和第三主体12。第一主体3’与第一主体3的结构和尺寸特征大体相同。该第一主体3’也与第三主体12分别环形焊接在6处。该第三主体12具有上述的互补连接元件13。

连接30形成为使得第二主体10和第三主体12的外径和内径至少在插入框B所示的其连接区域附近处具有相同的最大外径和相同的内径。

有利的是，第三主体12由与第二主体10相同等级的钢制成。

连接元件11和连接元件13的轮廓优选地通过机械加工获得。特别地，可以在这些机加工部分上进行化学或机械表面处理。所述处理还可以是通过使用锰或锌的磷酸化处理或者甚至是磨砂处理。在表面处理之后，存储或装配润滑脂可以沉积在连接元件11和连接元件13上。

该连接30在内侧和外侧具有双抵接部。

第二主体10在其外周处具有外侧抵接部BE。该外侧抵接部BE呈平坦环形凹口的形状。这个凹口的平面与轴线X形成锐角或直角(特别地图3中为90°)。

外侧抵接部BE经由基部B1连接至凸出螺纹连接部分PC1。凸出基部B1无螺纹；凸出基部B1沿着轴线X延伸，并且在其外周处具有大体平行于轴线X的环形表面。连接部分PC1的基本形状为外部截头的圆锥形，其直径随着远离所述基部B1的距离增加而减小。连接部分PC1在其外周上承载螺纹。连接部分PC1经由无螺纹的末端部分PT1延伸。末端部分PT1连接至横向表面，所述横向表面在末端部分PT1的自由轴向端部处形成内侧抵接部BI。

该内侧抵接部BI呈平坦环形表面。该表面的平面与轴线X形成锐角或直角(特别地图3中为90°)。内侧抵接部BI连接至由主体C1限定的内周。

其中主体C1的外周由外侧抵接部BE、凸出基部B1、连接部分PC1和末端部分PT1限定的区域中，内径TJ_ID基本上恒定。

在实践中，当在两个主体C1和C2之间形成连接时，主体的相应的旋转轴线基本上重合。

第三主体12沿着轴线X延伸。所述第三主体12具有圆形横截面，第三主体12的最大外径例如基本上等于最大外径TJ_OD。当形成本发明的连接30时，第三主体12的朝向第一主体10定向的自由轴向端部限定了支承表面SA。

支承表面SA呈平坦环形表面。该表面的平面与轴线X形成锐角或直角(特别地图3中为90°)。支承表面SA连接至第三主体12的外周。支承表面SA还连接至这个中空第三主体12的内周，特别地是连接至该内周的凹入基部B2。凹入基部B2无螺纹；凹入基部B2限定了圆筒形内周，并且圆筒形内周的轴线平行于轴线X。

凹入基部B2将支承表面SA连接至凹入螺纹连接部分PC2。连接部分PC2具有围绕其内周的大体渐缩的形状，并且具有能够与凸出连接部分PC1的螺纹相配合的螺纹。

为了优化限定在支承表面SA和外侧抵接部BE之间的接触表面的尺寸，凹入基部B2可以倾斜，而凸出基部B1保持圆筒形。

凹入连接部分PC2经由起始部分PT2在内侧延伸。该起始部分PT2基本上沿着轴线X延伸。该起始部分PT2连接至限定横向于轴线X限定的内侧肩部EI。内侧肩部EI相对于轴线X的倾斜度基本上与内侧抵接部BI相对于轴线X的倾斜度相同。如图3中可见，内侧肩部EI在垂直于轴线X的平面内限定了平坦环形表面。

当形成连接30时，支承表面SA在其表面的至少一部分上与外侧抵接部BE相接触，并且类似地，内侧抵接部BI在其表面的至少一部分上与内侧肩部EI相接触。

在图6中更详细地示出了通过由凸出螺纹连接部分PC1承载的螺纹和由凹入螺纹连接部分PC2承载的螺纹之间的相互作用所形成的螺纹连接30的连接部分。

特别地，螺纹Y相对于连接的轴线X的倾斜度的范围在8.33cm/m(1.0英寸/英尺)至10cm/m(1.2英寸/英尺)之间。优选地，螺纹可以成齿侧面-齿侧面干涉。作为一个示例，凸出连接部分PC1的螺纹以及相应的凹入螺纹部分PC2的螺纹可以具有刺入齿侧面(stabbingflank)14和负载齿侧面15，所述刺入齿侧面14相对于螺纹轴线Y的角度介于35°至42°(特别地约40°)之间，所述负载齿侧面15相对于螺纹轴线Y所形成的角度介于25°至34°(特别地约30°)之间。作为一个示例，螺纹的基部16可以具有椭圆形的一部分的形状。有利的是，螺纹的齿顶17的倾斜的方向与螺纹的基部的倾斜的方向相对。

特别地，连接部分可以包括例如专利US5908212中所述的螺纹。螺纹可以包括锥形或梯形螺纹。连接部分可以在完整螺纹区域的上游和下游处包括具有相同螺纹形式的不完整螺纹区域。

本发明的螺纹连接30包括金属对金属的密封，所述金属对金属的密封形成在末端部分PT1和起始部分PT2之间、以及形成在内侧抵接部和连接部分之间，所述内侧抵接部通过内侧抵接部BI抵靠内侧肩部EI的加压接合而获得，所述连接部分通过将凸出螺纹连接部分PC1与凹入螺纹连接部分PC2接合而获得。下文将更详细地描述该示例。

然而可替代地，在未详细提供并且能够通过与如上限定的实施例相对称地推导出的实施例中，可以在基部B1和基部B2处形成金属对金属的密封，即在外侧抵接部BE和连接部分之间形成金属对金属的密封。

通过局部形成环形干涉区域(特别地通过径向干涉)实现该金属对金属的密封。

末端部分PT1经由圆角部分40连接到内侧抵接部BI。圆角部分40例如为曲率半径介于1mm至1.6mm范围之间(优选选择为约1.3mm)的圆形部分。从圆角部分40开始，末端部分PT1的外周具有相对于轴线X倾斜的区域41。特别地，该倾斜度大于螺纹轴线Y相对于轴线X的倾斜度。特别地，该凸出倾斜区域41与轴线X形成的角度位于5°至15°的范围之间，例如为7.125°的数量级(锥度1/4)。在该示例中，凸出倾斜区域41以相同的倾斜度连续倾斜。凸出倾斜区域41限定了渐缩的部分。

末端部分PT1在内侧抵接部BI和螺纹连接部分PC1之间平行于轴线X沿着轴向距离d1延伸。该距离d1可以处于5mm至50mm的范围之间。

优选地，从圆角角度40限定了轴向距离d3，凸出倾斜区域41以相同倾斜度沿着轴向距离d3延伸。该轴向距离d3占轴向长度d1的50％以上，优选70％以上。

起始部分PT2经由圆角部分43连接到内侧肩部EI。圆角部分43例如为曲率半径介于1mm至1.6mm范围之间(优选地为约1.3mm)的弯曲部分。从圆角部分43开始，起始部分PT2接连地包括凹入区域42和环形部分45，所述凹入区域42相对于轴线X倾斜。

凹入倾斜区域42限定了渐缩的表面。特别地，该凹入倾斜区域42的倾斜度大于螺纹轴线相对于轴线X的倾斜度。特别地，该凹入倾斜区域42与轴线X形成的角度位于5°至15°的范围之间，例如为7.125°的数量级(锥度1/4)。优选地，选择凹入倾斜区域42的倾斜度以使其与凸出倾斜区域41的倾斜度基本相同。对于相同的倾斜度，只要在任何位置处，切线与旋转轴线形成的角度小于80°(优选地小于70°)，则沿着这些倾斜区域的倾斜度的变化是可接受的。

起始部分PT2在内侧抵接部EI和螺纹连接部分PC2之间平行于轴线X沿着轴向距离d2延伸。该轴向距离d2可以位于5mm至50mm的范围之间。

优选地，环形部分45具有大的曲率半径。环形部分45朝向管的内侧凸出，并且旨在与凸出倾斜区域41形成干涉接触，以使得通过径向干涉而局部地确保密封。

环形部分45的曲率半径介于50mm至800mm之间(例如为300mm的数量级)，以便尽可能分散干涉压力，并且避免凸出倾斜区域41的局部塑化。

当形成本发明的连接30时，环形部分45的顶端46限定了末端部分(PT1)和起始部分(PT2)之间期望的最大径向干涉位置。该顶端46限定在与内侧肩部EI的轴线X平行的距离d5处。

环形部分45的顶端46限定了轴向距离d5，该轴向距离d5与凸出倾斜区域41的环形部分45的这个顶端的压紧位置相对于内侧抵接部BI的轴向距离基本上相等。

该距离d5限定了在连接元件11和连接元件13之间所获得的相对于内侧抵接部的最大径向干涉的位置。该距离d5的范围例如在5mm至25mm之间，优选地在10mm至20mm之间，例如为18mm的数量级。该距离d5大于由距离d1的一半和距离d2的一半限定的最小值。

d5>min(d1的50％；d2的50％)

优选地，

d5>min(d1的70％；d2的70％)

在所有情况下，d5小于d3并且小于d2。

例如，轴向距离d5位于起始部分PT2相对于内侧肩部的轴向距离d2的60％至90％的范围内，特别地位于该距离d2的70％至80％的范围内。

例如，轴向距离d5位于末端部分PT1相对于内侧抵接部的轴向距离d1的60％至90％的范围内，特别地位于该距离d1的70％至80％的范围内。

因而，最大干涉表面46布置在与内侧抵接部BI成一定距离的位置处，以便于在形成密封时防止内侧抵接部损毁和形状不规则。这种间隔还意味着在将凸出元件联接在凹入元件内直至形成连接30期间，提供了沿着内侧抵接部的引导功能，而不存在损坏密封区域的风险。该位置从最大密封表面46往回的另一优点是，限制了联接期间的磨损并且限制了装配最后的应力峰值。

图7示出了沿着图表的轴A装配连接30期间通过有限元法计算确定的变形的变化，所述变形的变化被测量为沿着轴B的弹性变形的a％。

在装配开始时，对于经过阶段t1时长的一定数量的圈数，内侧抵接部BI、外侧抵接部BE以及连接中设置的最大径向干涉均不变形。接着，在阶段t2期间，随着装配的进展逐渐地在环形部分45的顶端46与凸出倾斜区域41之间形成径向干涉。图8a示出了在阶段t2开始时正在形成的连接。可以看到，对于连接30，在该阶段t2期间，该干涉区域处的变形非常缓慢并且逐渐上升。图8b示出了接近阶段t2结束时的连接。

最后，在装配的最后部分，阶段t3旨在使抵接部相接触；首先使得外侧抵接部相接触，并且随后使得内侧抵接部相接触。通过达到用于连接30的预定装配扭矩来终止阶段t3。末端部分PT1和起始部分PT2的特定结构意味着是最大干涉区域46可以保持在始终小于其屈服强度的100％的变形度。图8c示出了阶段t3结束时的连接。

该特定结构意味着在形成连接30期间，可以避免磨损。

本发明的连接30的优点在于通过了以下测试：在其整个使用期间，在20000psi内部压力和15000psi外部压力的条件下，连续装配和拆卸100次并且同时确保密封。

实践中，该密封根据ISO标准ISO-13628进行了验证。在直径TJ_OD为13.02cm(5 1/8英寸)的连接的情况下，还证实了内部压力为30000psi的气密性密封。

使用有限元法建模测试，还证明了对于超过200Mpa(例如超过400Mpa或甚至600Mpa)的压力负载，本发明的连接30能够密封。

在根据本发明的实践中，根据本发明的连接30满足了下面定义的两个条件所提出的标准：

(1)比＝环形部分45的半径(毫米)/在直径处测得的最大径向干涉(毫米)。

在直径处测得的最大径向干涉对应于图8c中所示的值imax的两倍，imax表示在半径处测得的最大径向干涉。

(2)比>-0.261×[第二主体10的钢等级(Mpa)]+400

作为示例，当由130ksi等级(即896Mpa)的钢制成第二主体10时，则例如选择第二主体的尺寸以使得其环形部分45的曲率半径为300mm，且直径处的最大径向干涉为0.41mm。

有利的是，当形成连接30时，最大径向干涉46相对于螺纹部分的起始处位于径向距离e处，以便不影响已经施加在螺纹部分中的负载。该径向距离e例如位于2mm至5mm的范围之间(例如为3.12mm的数量级)。

有利的是，如图8b和8c中所示，设置有凸出倾斜区域41以及相应的凹入倾斜区域42使得它们也形成径向干涉。特别地，这些倾斜区域41和42之间的干涉i的值小于最大径向干涉imax。作为示例，由于倾斜度相同，在区域41和42的成干涉接触的整个部分上恒定的干涉i例如小于imax的2/3，或甚至小于imax的一半。因而，干涉区域在整个轴向距离d5上延伸。优选地，当形成连接30时，在第二主体10和第三主体12之间获得的干涉连续地从圆角部分43延伸至该最大径向干涉46的位置，或者甚至在连接部分的方向上略超出最大径向干涉46。

在末端部分PT1上，凸出倾斜区域41经由圆角半径47连接至圆筒形部分48，所述圆筒形部分48的直径严格小于凸出螺纹连接部分PC1紧邻末端部分PT1的螺纹齿根中观察得到的直径。可替代地，圆角47可以是锐角并且非圆形。圆筒形部分48经由圆角半径49连接至倾斜的圆角部分50，所述倾斜的圆角部分50提供了与凸出螺纹连接部分PC1的连接。

顶端46处的基准直径D₄₆小于圆筒形部分48的基准直径D₄₈。特别地，这两个基准直径D₄₆和D₄₈之间的差位于0.5mm至1mm的范围之间(例如为0.81mm的数量级)。

在起始部分PT2上，环形部分45经由凸起的圆角半径51连接至倾斜的圆角部分52。倾斜的圆角部分52经由圆角半径53连接至圆筒形部分54，所述圆筒形部分54提供了与凹入螺纹连接部分PC2的连接。

轴向距离d4限定了沿着轴线X的轴向距离，即为凹入倾斜区域42和环形部分45沿着该轴线X的轴向距离之和。该距离d4占轴向长度d2的50％以上，更优选地70％以上。在实践中，由于环形部分45在其顶端46的两侧延伸，因此d4大于d5。在实践中，环形部分设计为使得其顶端46未定中于所述环形部分45的中间。环形部分45包括位于顶端46和连接到凹入倾斜区域42的圆角62之间的部分61，所述部分61延伸的轴向距离大于第二部分60的轴向距离，该第二部分60限定在顶端46和凸起的圆角半径51之间。圆角62例如设计为切向地连接至环形部分45和凹入倾斜区域42。

在说明书全文中，除非另有说明，术语“包括”应当理解为“包括至少一个”。

Claims

1.一种具有双抵接肩部的螺纹连接(30)，所述螺纹连接包括第一管状部件和第二管状部件，所述第一管状部件装配在所述第二管状部件上，所述第一管状部件和所述第二管状部件旨在用于勘探或操作碳氢化合物井；

·大体圆筒形的所述第一管状部件(C1)具有旋转轴线(X)并且包括凸出端部，所述凸出端部包括外侧抵接部(BE)、凸出螺纹连接部分(PC1)、无螺纹的凸出基部，所述凸出螺纹连接部分经由无螺纹的末端部分(PT1)延伸，所述无螺纹的末端部分在其轴向端部处限定了内侧抵接部(BI)，所述无螺纹的凸出基部限定在所述外侧抵接部和所述凸出螺纹连接部分之间；

·大体圆筒形的所述第二管状部件(C2)包括凹入端部，所述凹入端部在自由端部处限定了支承表面(SA)，所述支承表面压抵所述外侧抵接部，这个凹入端部在其内表面上具有凹入螺纹连接部分(PC2)并且终止于压抵所述内侧抵接部的内侧肩部(EI)，所述凹入螺纹连接部分与所述凸出螺纹连接部分装配，无螺纹的起始部分(PT2)将所述凹入螺纹连接部分连接至所述内侧肩部，无螺纹的凹入基部(B2)限定在所述凹入螺纹连接部分和所述支承表面之间，

其特征在于，所述螺纹连接包括局部形成密封表面的最大径向干涉，所述最大径向干涉位于所述凸出螺纹连接部分与所述内侧抵接部或所述外侧抵接部之间，这个最大径向干涉位于分别与所述内侧抵接部和所述外侧抵接部相距非零距离(d5)的位置处，这个距离至少大于所述末端部分的轴向距离(d1)和所述起始部分的轴向距离(d2)之间的最小值的50％。

2.根据权利要求1所述的连接，其特征在于，所述最大径向干涉位于所述凸出螺纹连接部分和所述内侧抵接部之间。

3.根据权利要求1或2所述的连接，其特征在于，从所述内侧抵接部至所述最大径向干涉形成连续的干涉。

4.根据权利要求1所述的连接，其特征在于，最大径向干涉通过环形部分(45)的顶端(46)和渐缩的部分之间的相互作用来获得，所述环形部分位于所述末端部分或所述起始部分中的一个上，而所述渐缩的部分位于所述末端部分或所述起始部分中的另一个上。

5.根据权利要求4所述的连接，其特征在于，所述环形部分(45)位于所述起始部分(PT2)上，而所述渐缩的部分位于所述末端部分(PT1)的凸出倾斜区域(41)上。

6.根据权利要求4或5所述的连接，其特征在于，所述环形部分的曲率半径大于50mm。

7.根据权利要求6所述的连接，其特征在于，所述环形部分的曲率半径为300mm的数量级。

8.根据权利要求4所述的连接，其特征在于，所述环形部分的顶端(46)相对于所述内侧抵接部(BI)位于轴向距离(d5)处，所述轴向距离位于所述起始部分相对于所述内侧肩部的轴向距离(d2)的60％至90％的范围之间。

9.根据权利要求8所述的连接，其特征在于，所述环形部分的顶端(46)相对于所述内侧抵接部(BI)的轴向距离(d5)位于所述起始部分相对于所述内侧肩部的轴向距离(d2)的70％至80％的范围之间。

10.根据权利要求4所述的连接，其特征在于，所述环形部分的所述顶端(46)在所述末端部分的凸出倾斜区域(41)上的压紧位置相对于所述内侧抵接部位于轴向距离(d5)处，所述轴向距离位于5mm至25mm的范围之间。

11.根据权利要求10所述的连接，其特征在于，所述环形部分的所述顶端(46)在所述末端部分的凸出倾斜区域(41)上的压紧位置相对于所述内侧抵接部位于轴向距离(d5)处，所述轴向距离位于10mm至20mm的范围之间。

12.根据权利要求10所述的连接，其特征在于，所述环形部分的所述顶端(46)在所述凸出倾斜区域(41)上的压紧位置相对于所述内侧抵接部位于轴向距离(d5)处，所述轴向距离为18mm。

13.根据权利要求4所述的连接，其特征在于，所述最大径向干涉位于与所述螺纹连接部分的起始点相距径向距离(e)的位置处。

14.根据权利要求13所述的连接，其特征在于，所述最大径向干涉与所述螺纹连接部分的起始点相距的径向距离(e)位于2mm至5mm的范围之间。

15.根据权利要求1所述的连接，其特征在于，相应的凸出螺纹连接部分和凹入螺纹连接部分相对于所述螺纹连接的轴线的螺纹倾斜度(Y)位于在8.33cm/m(1.0英寸/英尺)至10cm/m(1.2英寸/英尺)的范围之间。

16.一种用于联接根据权利要求1-15中任一项所述的螺纹连接的方法，其特征在于，当所述螺纹连接的外径大于13.02cm(5 1/8英寸)且内径大于7.18cm(2 7/8英寸)时，所述螺纹连接形成大于22250N/m的标称装配扭矩。

17.一种用于联接根据权利要求1-15中任一项所述的螺纹连接的方法，其特征在于，当所述螺纹连接的外径大于20.32cm(8英寸)且内径大于13cm(5.119英寸)时，所述螺纹连接形成大于70000N/m的标称装配扭矩。