CN107850242A - 螺纹管连接 - Google Patents
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Abstract
螺纹管连接包括：纵向轴线；公扣构件，其包括公扣远端、相对于纵向轴线具有公扣锥角α1的锥形公扣螺纹以及位于公扣螺纹和公扣远端之间的公扣密封表面；以及母扣构件，其包括母扣远端、母扣密封表面以及锥形母扣螺纹，所述锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有恒定母扣锥角β1并且位于母扣密封表面和母扣远端之间；并且其中公扣螺纹配置成通过上扣沿着配合区域与母扣螺纹配合，同时沿着配合区域的至少一部分在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈；公扣密封表面和母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封，并且公扣锥角α1大于母扣锥角β1。
Description
技术领域
本发明涉及适于在烃类行业中使用的螺纹管连接。通常通过上扣来连接管，其中在烃类井的勘探、运行和/或生产的情况下，所述管预期构成套管或管柱。
管连接包括纵向轴线、公扣构件(通常也被称为阳构件)和母扣构件(通常也被称为阴构件)。公扣构件包括公扣远端、相对于纵向轴线具有公扣锥角α的锥形公扣螺纹以及位于公扣螺纹和公扣远端之间的公扣密封表面。母扣构件包括母扣远端、母扣密封表面以及锥形母扣螺纹，所述锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有母扣锥角β并且位于母扣密封表面和母扣远端之间。公扣螺纹配置成通过上扣沿着配合区域与母扣螺纹配合，同时沿着配合区域的至少一部分在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈。公扣密封表面和母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封。
背景技术
当阳螺纹节圆直径(阳螺纹基本直径)大于阴螺纹节圆直径(阴螺纹基本直径)时，产生径向螺纹过盈。结果，在上扣过程中，公扣螺纹和母扣螺纹将更接近地彼此接触。在上扣完成之后，公扣螺纹和母扣螺纹将径向力施加到彼此之上。所述径向力形成径向螺纹过盈。
在已知的螺纹连接中，径向螺纹过盈确保公扣构件和母扣构件之间的适当的应力分布。但是，径向螺纹过盈会导致在金属对金属密封处的过度应力。在所述情况下，公扣密封表面和母扣密封表面处的接触轴承应力会损坏金属对金属密封。其可能导致擦伤或可能使得该连接的材料屈服，使得金属对金属密封在反复上扣和卸扣时不能可靠地工作。
为了试图解决该问题，US5338074提供了一种管连接，该管连接具有在公扣构件或母扣构件之一上以恒定锥角α延伸的锥形螺纹，以及在公扣构件或母扣构件的另一个上具有以锥角β1延伸的第一部分和以不同的锥角β2延伸的第二部分的另一锥形螺纹。恒定锥角α等于第一部分的锥角β1。第二部分邻近于金属对金属密封定位，并且具有比第一部分的锥角β1更陡的锥角β2。这样做是为了提供位于密封表面附近的在公扣构件和母扣构件的螺纹之间的间隙，以便在公扣密封表面和母扣密封表面上达到更好的力分布。
US5338074存在的缺点是在管连接中出现有害的应力集中。
本发明尤其基于这样的洞察：即从第一部分的锥角β1到第二部分的更陡锥角β2的突然改变在管连接中引起有害的应力集中，更具体地，在位于母扣螺纹的最后啮合齿处的临界横截面处在管连接中引起有害的应力集中。该问题尤其与短螺纹相关，也就是说尤其与例如具有少于7个节距(也称为螺纹圈数)的螺纹相关，因为锥度的变化在所述情况中足够急促以在锥形发散的方向上产生期望的过盈释放。
另外，认识到当如在US5338074中所述的锥度变化应用于短螺纹(例如，具有少于7个节距的螺纹)时，这也会造成控制问题，因为测量的精确度会由于仅在一个或两个节距上控制锥度而受损。当螺纹较短时，例如在具有少于7个节距的双台阶或单台阶螺纹的情况下，节距的数量不足以确保初始锥度和最终锥度之间的适当过渡。
换言之，在如US5338074中所述的螺纹连接中(其螺纹具有锥度不同的两个区段)，不可能以相同的准确度控制螺纹的两个锥形区段，这主要是因为对锥度的控制在较大数量节距上测量时更加精确。
在锥形螺纹例如总共具有七个螺纹节距并且第一锥形部分具有五个螺纹节距的情况下，第二锥形部分将仅具有两个螺纹节距。当沿着增加的螺纹节距数量进行所述测量时，锥度测量的准确度增加。如果螺纹具有的节距数量少，则螺纹的测量将是不准确的。这意味着不能以至少与第一锥形部分相同的准确度来控制第二锥形部分。
发明内容
鉴于US5338074，本发明的目的在于提供一种改进的管连接。这通过一种管连接来实现，所述管连接包括纵向轴线、公扣构件和母扣构件，其中公扣构件包括公扣远端、相对于纵向轴线具有恒定公扣锥角α1的锥形公扣螺纹以及位于公扣螺纹和公扣远端之间的公扣密封表面，母扣构件包括母扣远端、母扣密封表面以及锥形母扣螺纹，所述锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有恒定母扣锥角β1并且位于母扣密封表面和母扣远端之间，并且其中公扣螺纹配置成通过上扣沿着配合区域与母扣螺纹配合，同时沿着配合区域的至少一部分在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈，公扣密封表面和母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封，并且所述公扣锥角α1大于母扣锥角β1。
由于公扣锥角α1沿着整个公扣螺纹是恒定的，母扣锥角β1沿着整个母扣螺纹是恒定的，并且公扣锥角α1大于母扣锥角β1，径向螺纹过盈可在金属对金属密封附近减少，同时避免公扣锥角α1的突然变化。这样，在管连接处，更具体地在位于母扣螺纹的最后啮合齿处的临界横截面处，有害的应力集中的风险降低。此外，整个螺纹的节距可以用来控制螺纹的准确度。
此外，已经发现本发明的实施例将通过金属对金属密封提供螺纹连接的密封性能的增强。
在过盈密封的情况下，发散锥度的主要目的是减少金属对金属密封附近的螺纹过盈，以减少推压力并增加有效密封过盈。
在过盈密封中，主要的密封机制是由于有效密封过盈。换言之，用作过盈密封的金属对金属密封依赖于有效密封过盈来产生适当的接触应力。当使用螺纹连接时，内部压力的增加对有效密封过盈具有相对较小的影响。
有效密封过盈被定义为密封过盈减去密封附近的螺纹过盈。
因此，由于发散锥度，金属对金属密封附近的螺纹过盈的减少增加有效密封压力，从而增强密封性。
在压力激励密封的情况下，发散锥度的主要目的是在金属对金属密封附近形成间隙，从而允许公扣密封以压力激励，即向外弯曲，这增加配合的密封表面之间的接触压力。
压力激励密封是下述密封，其中密封机制通过由于内部压力引起的接触压力的增加而产生。换言之，与过盈密封相比，当施加内部压力时接触压力的增加速率较高。
压力激励密封在加工密封时需要一定的挠曲性，以允许密封的正确激励(例如，由于内部压力，公扣前端密封件必须向外挠曲以增加密封接触压力)。
在压力激励密封的情况下，在密封附近获得足够的间隙值以增加挠曲性，并允许如上所述对密封进行适当的激励。
公扣锥角α1沿着公扣螺纹的公扣节圆直径测得，以及母扣锥角β1沿着母扣螺纹的母扣节圆直径测得。
径向螺纹过盈沿着配合的公扣螺纹和母扣螺纹在朝向公扣密封表面和母扣密封表面的方向上逐渐并连续地减少。
下面将描述根据本发明的管连接的实施例。根据本发明的管连接还可以具有任何数量的下述实施例的特征的任何组合。
已经发现，当公扣螺纹和母扣螺纹的锥形形式符合特定特性时，管连接中应力集中的负面影响进一步降低。
在管连接的一个实施例中，公扣锥角α1相对于纵向轴线在1.4°至5°之间，并且包括1.4°至5°。
在管连接的一个实施例中，母扣锥角β1相对于纵向轴线在1.4°至5°之间，并且包括1.4°至5°。
在本领域内众所周知的是，公扣和母扣的锥角还可以表示为直径锥度，即每圈螺纹的公扣螺纹或母扣螺纹的节圆直径的直径变化。
在管连接的一个实施例中，直径公扣锥度在0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)之间，并且包括0.356毫米/圈至2.286毫米/圈。
在管连接的一个实施例中，直径母扣锥度在0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)之间，并且包括0.356毫米/圈至2.286毫米/圈。
在管连接的一个实施例中，直径公扣锥度比直径母扣锥度大0.0127毫米/圈至0.0381毫米/圈(0.0005英寸/圈至0.0015英寸/圈)之间，并且包括0.0127毫米/圈至0.0381毫米/圈(0.0005英寸/圈至0.0015英寸/圈)。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹和母扣螺纹具有相同的节距(毫米/圈或英寸/圈)。节距是沿螺纹的每圈轴向位移。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹和母扣螺纹的节距在6.883毫米/圈至13.081毫米/圈(0.271英寸/圈至0.515英寸/圈)之间，并且包括6.883毫米/圈至13.081毫米/圈(0.271英寸/圈至0.515英寸/圈)。
在管连接的一个实施例中，在上扣结束时公扣螺纹和母扣螺纹沿着配合区域彼此啮合，并且沿着整个配合区域在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈。该实施例尤其适用于由公扣密封表面和母扣密封表面形成的金属对金属密封是过盈密封的情况。
在管连接的一个实施例中，在上扣结束时公扣螺纹和母扣螺纹沿着配合区域彼此啮合，并且沿着配合区域的第一部分在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈，沿着配合区域的第二部分在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在间隙，并且所述配合区域的第二部分比所述配合区域的第一部分更靠近所述公扣密封表面和所述母扣密封表面定位。公扣螺纹与母扣螺纹之间的间隙在朝向公扣密封表面和母扣密封表面的方向上增加。该实施例尤其适用于当由公扣密封表面和母扣密封表面形成的金属对金属密封是压力激励密封的情况。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹和母扣螺纹分别是设置在公扣构件和母扣构件上的唯一螺纹。该管连接的实施例具有单台阶螺纹。
在管连接的一个实施例中，公扣构件包括另一锥形公扣螺纹，该另一锥形公扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定公扣锥角α2并位于与公扣螺纹相距有距离处，母扣构件包括另一锥形母扣螺纹，该另一锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定母扣锥角β2并位于与母扣螺纹相距有距离处，该另一公扣螺纹配置成通过上扣沿着另一配合区域与该另一母扣螺纹配合，同时沿着该另一配合区域的至少一部分在另一公扣螺纹和另一母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈。管连接的该实施例具有双台阶螺纹。管连接可以包括如下配置，其中：
-公扣螺纹比另一公扣螺纹更靠近公扣远端定位，并且另一母扣螺纹定位成比母扣螺纹更靠近母扣远端定位；或者
-另一公扣螺纹比公扣螺纹更靠近公扣远端定位，并且母扣螺纹比另一母扣螺纹更靠近母扣远端定位。
在管连接的一个实施例中，公扣构件包括另一锥形公扣螺纹，该另一锥形公扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定公扣锥角α2并位于与公扣螺纹相距有距离处，公扣构件设置有位于所述另一公扣螺纹与所述公扣远端之间的另一公扣密封表面，所述母扣构件包括另一锥形母扣螺纹，该另一锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定母扣锥角β2并位于与所述母扣螺纹相距有距离处，该母扣构件具有另一母扣密封表面，该另一母扣螺纹位于另一母扣密封表面和母扣远端之间，该另一公扣螺纹配置成通过上扣沿着另一配合区域与另一母扣螺纹配合，同时沿着另一配合区域的至少一部分在另一公扣螺纹和另一母扣螺纹之间存在另一径向螺纹过盈，并且另一公扣密封表面和另一母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成另一金属对金属密封。管连接的该实施例具有双台阶螺纹和两个金属对金属密封。管连接可以包括如下配置，其中：
-公扣螺纹和公扣密封表面比另一公扣螺纹和另一公扣密封表面更靠近公扣远端定位，并且另一母扣螺纹和另一母扣密封表面比母扣螺纹和母扣密封表面更靠近母扣远端定位；或者
-所述另一公扣螺纹和所述另一公扣密封表面比所述公扣螺纹和所述公扣密封表面更靠近所述公扣远端定位，并且所述母扣螺纹和所述母扣密封表面比所述另一母扣螺纹和另一母扣密封表面更靠近所述母扣远端定位。
在管连接的一个实施例中，另一公扣锥角等于另一母扣锥角，或者另一公扣锥角大于另一母扣锥角。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹是公扣楔形螺纹，其具有在沿着纵向轴线的第一方向上宽度增加的公扣齿，并且母扣螺纹是母扣楔形螺纹，其具有在沿着纵向轴线的相反的第二方向上宽度增加的母扣齿。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹和另一公扣螺纹中的每一个是分别具有公扣齿和另一公扣齿的公扣楔形螺纹，公扣齿和另一公扣齿中的每一个在沿着所述纵向轴线的第一方向上宽度增加，所述母扣螺纹和所述另一母扣螺纹中的每一个是分别具有母扣齿和另一母扣齿的母扣楔形螺纹，并且所述母扣齿和另一母扣齿中的每一个在沿着纵向轴线的相反的第二方向上宽度增加。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹和母扣螺纹中的每一个都具有燕尾形螺纹牙型。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹、另一公扣螺纹、母扣螺纹和另一母扣螺纹中的每一个具有燕尾形螺纹牙型。
值得注意的是，具有燕尾形牙型的楔形螺纹的本发明实施例产生连接的密封性并进一步增强连接的密封性。发散的锥形还允许母扣螺纹在它们位于公扣前端密封附近时在径向方向上逐渐拉动公扣螺纹，从而增强金属对金属密封的密封性能(增加密封接触压力)。
在管连接的一个实施例中，公扣构件在公扣螺纹与公扣密封表面之间没有螺纹，并且母扣构件在母扣螺纹和母扣密封表面之间没有螺纹。
在管连接的一个实施例中，公扣构件在公扣密封表面和公扣远端之间没有螺纹，并且母扣构件在沿着纵向轴线的方向上从母扣远端到母扣密封表面没有超过母扣密封表面的螺纹。
在管连接的一个实施例中，公扣螺纹具有公扣齿，母扣螺纹具有母扣齿，并且公扣齿和母扣齿的高度沿着配合区域是恒定的。
在管连接的一个实施例中，另一公扣螺纹具有另一公扣齿，另一母扣螺纹具有另一母扣齿，并且另一公扣齿和另一母扣齿的高度沿着另一配合区域是恒定的。
在管连接的一个实施例中，金属对金属密封是压力激励密封。
在管连接的一个实施例中，金属对金属密封是过盈密封。
在管连接的一个实施例中，另一金属对金属密封是压力激励密封。
在管连接的一个实施例中，另一金属对金属密封是过盈密封。
在管连接的一个实施例中，公扣构件的公扣远端在沿着纵向轴线的方向上不与母扣构件接触。
在管连接的一个实施例中，母扣构件的母扣远端在沿着纵向轴线的方向上不与公扣构件接触。
在管连接的一个实施例中，其中公扣螺纹和母扣螺纹具有少于7圈的螺纹。
在管连接的一个实施例中，另一公扣螺纹和另一母扣螺纹具有少于7圈的螺纹。
本发明还涉及一种螺纹管连接，所述螺纹管连接包括纵向轴线、公扣构件和母扣构件，公扣构件包括公扣远端、相对于纵向轴线具有恒定公扣锥角α1的锥形公扣螺纹以及位于公扣螺纹和公扣远端之间的公扣密封表面，母扣构件包括母扣远端、母扣密封表面以及锥形母扣螺纹，所述锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有恒定母扣锥角β1并且位于母扣密封表面和母扣远端之间，其中公扣螺纹沿着配合区域与母扣螺纹配合，沿着配合区域的至少一部分在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈，公扣密封表面和母扣密封表面以密封的方式彼此接触以便形成金属对金属密封，并且所述公扣锥角大于母扣锥角。根据本发明的管连接还可以具有任何数量的上述实施例的特征的任何组合。
附图说明
根据本发明的管连接的实施例将仅通过示例的方式参考附图进行描述，其中相应的附图标记表示相应的部分，并且其中：
图1示意性地示出根据本发明的管连接的一个实施例的横截面视图；
图2示意性地示出图1所示管连接的公扣螺纹的公扣节圆直径和母扣螺纹的母扣节圆直径的示意图；
图3示意性地示出图1所示管连接的另一公扣螺纹的另一公扣节圆直径和另一母扣螺纹的另一母扣节圆直径的示意图；
图4示意性地示出根据本发明的管连接的备选实施例的公扣螺纹的公扣节圆直径和母扣螺纹的母扣节圆直径的示意图；
图5示意性地示出从现有技术已知的管连接的公扣螺纹的公扣节圆直径和母扣螺纹的母扣节圆直径的示意图；以及
图6示意性地示出根据本发明的管连接的另一个实施例的横截面视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的管连接1的一个实施例的横截面视图。管连接1包括纵向轴线2、公扣构件3和母扣构件8。仅示出管连接1的一部分。管连接1围绕纵向轴线2。公扣构件3连接到第一管18，并且母扣构件连接到第二管19。通过经由公扣构件3和和母扣构件8将第一管18和第二管19相互连接，形成两个管的管柱。
公扣构件3包括公扣远端4、相对于纵向轴线2具有恒定公扣锥角α1的锥形公扣螺纹5，以及位于公扣螺纹5和公扣远端4之间的公扣密封表面7。母扣构件8包括母扣远端9、母扣密封表面12以及锥形母扣螺纹10，锥形母扣螺纹10相对于纵向轴线2具有恒定母扣锥角β1并位于母扣密封表面12和母扣远端9之间。
公扣螺纹5配置成通过上扣沿着配合区域13与母扣螺纹10配合。图1示出上扣完成之后的管连接1。公扣螺纹5与母扣螺纹10沿配合区域13相互啮合。当从公扣远端4到母扣远端9的方向上看时，配合区域13沿着公扣螺纹5和母扣螺纹10从起点40延伸直到终点41。沿着配合区域13的至少部分在公扣螺纹5与母扣螺纹10之间存在径向螺纹过盈14。公扣锥角α1大于母扣锥角β1。
在图1中，如将参考图2所解释的那样，径向螺纹过盈14沿着整个配合区域13存在。如在该技术领域中常见的那样，径向螺纹过盈14在图1中由在公扣螺纹5和母扣螺纹10的齿的齿顶和齿根之间的夸大的重叠来指示。重叠的程度指示公扣螺纹5和母扣螺纹10之间的径向螺纹过盈14的程度。本领域技术人员将会理解的是，这只是示意性地表示过盈的一种方式，并且(如在说明书中所定义的那样)在公扣螺纹和母扣螺纹之间可能存在径向过盈，而没有齿顶到齿根的过盈。换言之，过盈的值与接触的类型(例如，齿顶到齿根、齿侧到齿侧、完全接触)无关。径向螺纹过盈14沿着配合的公扣螺纹5和母扣螺纹10在朝向公扣密封表面7和母扣密封表面12的方向上逐渐且连续地减少。径向螺纹过盈14在配合区域13的终点41处达到最大以及在起点40处最小。
公扣密封表面7和母扣密封表面12配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封15。金属对金属密封15是压力激励密封。在另一个实施例中，金属对金属密封15是过盈密封。
由于公扣锥角α1沿着整个公扣螺纹5是恒定的，母扣锥角β1沿着整个母扣螺纹10是恒定的，并且公扣锥角α1大于母扣锥角β1，径向螺纹过盈14可在金属对金属密封15附近减少，同时避免公扣锥角α1和母扣锥角β1的突然变化，并且将母扣锥角β1和公扣锥角α1之间的角度差保持在最小。这样，管连接1中的有害应力集中的风险被最小化，同时金属对金属密封15的功能被优化。
图1的管连接1具有双台阶螺纹，其具有两个金属对金属密封15和28。公扣构件3包括另一锥形公扣螺纹20，该另一锥形公扣螺纹20相对于纵向轴线2具有另一恒定公扣锥角α2并位于与公扣螺纹5相距有距离处。公扣构件3设置有位于另一公扣螺纹20和公扣远端4之间的另一公扣密封表面22。母扣构件8包括另一锥形母扣螺纹23，该另一锥形母扣螺纹23相对于纵向轴线2具有另一恒定母扣锥角β2并且位于与母扣螺纹10相距有距离处。母扣构件8设置有另一母扣密封表面25。另一母扣螺纹23位于另一母扣密封表面25和母扣远端9之间。
另一公扣螺纹20配置成通过上扣沿着另一配合区域26与另一母扣螺纹23配合。当在从公扣远端4到母扣远端9的方向上看时，另一配合区域26沿着另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23从另一起点43延伸直到另一终点44。沿着另一配合区域26的至少一部分在另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23之间还存在另一径向螺纹过盈27。在图1中，如将参考图3所解释的那样，沿着整个另一配合区域26存在另一径向螺纹过盈27。另一径向螺纹过盈27沿着另一配合区域26是恒定的。另一公扣锥角α2等于另一母扣锥角β2。
在管连接1的备选实施例中，另一公扣锥角α2大于另一母扣锥角β2。在所述情况下，另一径向螺纹过盈27沿着配合的另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23在沿着纵向轴线2的方向上并且朝向另一公扣密封表面22和另一母扣密封表面25逐渐且连续地减少。
另一公扣密封表面22和另一母扣密封表面25配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成另一金属对金属密封28。另一金属对金属密封28是过盈密封。在另一个实施例中，另一金属对金属密封28是压力激励密封。
公扣螺纹5和公扣密封表面7与另一公扣螺纹20和另一公扣密封表面22相比更靠近公扣远端4定位，并且另一母扣螺纹23和另一母扣密封表面25与母扣螺纹10和母扣密封表面12相比更靠近母扣远端9定位。另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23将能量保持在管连接1中，并且公扣螺纹5和母扣螺纹10优化金属对金属密封15的性能。
在管连接1的替代实施例中，另一公扣螺纹20和另一公扣密封表面22与公扣螺纹5和公扣密封表面7相比更靠近公扣远端4定位，并且母扣螺纹10和母扣密封表面12与另一母扣螺纹23和另一母扣密封表面25相比更靠近母扣远端9定位。
公扣螺纹5和另一公扣螺纹20中的每一个都是公扣楔形螺纹30，其分别具有公扣齿31和另一公扣齿38，公扣齿31和另一公扣齿38中的每一个在沿着纵向轴线2的第一方向32上宽度增加，母扣螺纹10和另一母扣螺纹23中的每一个都是母扣楔形螺纹34，其分别具有母扣齿35和另一母扣齿39，并且母扣齿35和另一母扣齿39中的每一个在沿着纵向轴线2的相反的第二方向36上宽度增加。在管连接1的一个备选实施例中，公扣螺纹5的公扣齿31和母扣螺纹10的母扣齿35的宽度和/或另一公扣螺纹20的另一公扣齿38和另一母扣螺纹23的另一母扣齿39的宽度可在沿着纵向轴线2的第一方向32上保持恒定。
公扣螺纹5、另一公扣螺纹20、母扣螺纹10和另一母扣螺纹23中的每一个都具有燕尾形螺纹牙型37。在管连接的备选实施例中，公扣螺纹5和母扣螺纹10和/或另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23具有不同的形式，诸如大致梯形螺纹、偏梯形螺纹、偏梯形变型螺纹、钩形螺纹和三角形螺纹。
在一个备选实施例中，公扣螺纹5和母扣螺纹10具有少于7圈的螺纹。
在一个备选实施例中，另一公扣螺纹20和另一母扣螺纹23具有少于7圈的螺纹。
图2示出图1所示管连接1的公扣螺纹5的公扣节圆直径D1和母扣螺纹10的母扣节圆直径D2的示意图。图2表示类似于图1的横截面视图。公扣节圆直径D1和母扣节圆直径D2相对于纵向轴线2示出。
线I示出公扣节圆直径D1沿着纵向轴线2的变化。线II示出母扣节圆直径D2沿着纵向轴线2的变化。公扣锥角α1是公扣节圆直径D1的线I和纵向轴线2之间的角度。母扣锥角β1是母扣节圆直径D2的线II和纵向轴线2之间的角度。
径向螺纹过盈14存在于其中公扣节圆直径D1大于母扣节圆直径D2的位置处。径向螺纹过盈14在配合区域13的终点41处达到最大，并且在起点40处为零。
为了确定公扣锥角α1和母扣锥角β1，可以在公扣构件3和母扣构件8上测量直径锥度和节距，其中直径锥度是螺纹的节圆直径沿着螺纹在每圈上的变化，节距是沿着螺纹在每圈上的轴向位移。随后，可根据以下公式计算锥角：
图3示出图1所示管连接1的另一公扣螺纹20的另一公扣节圆直径D3和另一母扣螺纹的另一母扣节圆直径D4的示意图。图3是与图2类似的视图。另一公扣节圆直径D3和另一母扣节圆直径D4关于纵向轴线2示出。
线III示出另一公扣节圆直径D3沿着纵向轴线2的变化。线IV示出另一母扣节圆直径D4沿着纵向轴线2的变化。另一公扣锥角α2是另一公扣节圆直径D3的线III和纵向轴线2之间的角度。母扣锥角β2是另一母扣节圆直径D4的线IV和纵向轴线2之间的角度。
在另一公扣节圆直径D3大于另一母扣节圆直径D4的位置处存在另一径向螺纹过盈27。另一径向螺纹过盈27从另一配合区域26的另一终点44直到另一起点43是恒定的。
图4示出根据本发明的管连接1的备选实施例的公扣螺纹5的公扣节圆直径D1和母扣螺纹10的母扣节圆直径D2的示意图。图4是与图2类似的视图。
公扣螺纹5和母扣螺纹10沿着配合区域13彼此啮合。沿着配合区域13的第一部分16在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈14。径向螺纹过盈14在配合区域13的终点41处达到最大，且在中间点42处为零。中间点42位于配合区域13的起点40和终点41之间。沿着从中间点42延伸直到起点40的配合区域13的第二部分17在公扣螺纹5和母扣螺纹10之间存在间隙29。
配合区域13的第二部分17比配合区域13的第一部分16更靠近公扣密封表面7和母扣密封表面12定位。公扣螺纹5和母扣螺纹10之间的间隙29在朝向公扣密封表面7和母扣密封表面12的方向上增加。这尤其非常适合于由公扣密封表面7和母扣密封表面12形成的金属对金属密封15是压力激励密封的情况，特别是使用楔形螺纹(诸如具有燕尾形螺纹牙型的楔形螺纹)的情况。
图5示出从现有技术、更具体地从US5338074已知的管连接1的公扣螺纹5的公扣节圆直径D1和母扣螺纹10的母扣节圆直径D2的示意图。图5是与图2类似的视图。管连接1包括在公扣构件3上具有恒定锥角α的锥形公扣螺纹5。母扣构件8具有锥形母扣螺纹10，其包括具有锥角β1的第一螺纹部分45和具有不同锥角β2的第二螺纹部分46。恒定锥角α等于第一螺纹部分45的锥角β1。第二螺纹部分46位于金属对金属密封15附近，并具有比第一螺纹部分45的锥角β1更陡的锥角β2。
图6示意性地示出根据本发明的管连接1的另一个实施例的横截面视图。管连接1具有单台阶螺纹。该管连接包括纵向轴线2、公扣构件3和母扣构件8。
公扣构件3包括公扣远端4、相对于纵向轴线2具有恒定公扣锥角α的锥形公扣螺纹5以及位于公扣螺纹5和公扣远端4之间的公扣密封表面7。母扣构件8包括母扣远端9、母扣密封表面12以及锥形母扣螺纹10，锥形母扣螺纹10相对于纵向轴线2具有恒定母扣锥角β并且位于母扣密封表面12与母扣远端9之间。
公扣螺纹5配置成通过上扣沿着配合区域13与母扣螺纹10配合。图6示出在上扣完成之后的管连接1。公扣螺纹5和母扣螺纹10沿着配合区域13彼此啮合。沿着整个配合区域13在公扣螺纹5和母扣螺纹10之间存在径向螺纹过盈14，类似于图2所示。在螺纹连接1的备选实施例中，沿着配合区域13的部分存在径向螺纹过盈14，类似于图4所示。
公扣密封表面7和母扣密封表面12配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封15。
公扣锥角α大于母扣锥角β。公扣螺纹5和母扣螺纹10分别是设置在公扣构件3和母扣构件8上的唯一螺纹。示出了公扣节圆直径D1和母扣节圆直径D2。仅示出公扣螺纹5和母扣螺纹10中的一些齿。
根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以按照各种形式实施。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构以不同方式实施本发明的有代表性的基础。此外，本文使用的术语和措辞并非意旨是限制性的，而是为了提供本发明的可理解的描述。
本文使用的词语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。本文使用的词语“多个”被定义为两个或多于两个。本文使用的词语“另一”被定义为至少第二个或更多个。本文使用的词语“包括”和/或“具有”被定义为包含性的(即，开放式语言，并不排除其他元素或步骤)。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求或本发明的范围。
对于本领域技术人员明显的是，在不脱离如权利要求所限定的范围的情况下，可以对螺纹管连接进行各种修改。
Claims (23)
1.适于在烃类行业中使用的螺纹管连接，所述螺纹管连接包括：
-纵向轴线；
-公扣构件，其包括公扣远端、相对于纵向轴线具有恒定公扣锥角α1的锥形公扣螺纹，以及位于公扣螺纹和公扣远端之间的公扣密封表面；以及
-母扣构件，其包括母扣远端、母扣密封表面以及锥形母扣螺纹，所述锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有恒定母扣锥角β1并且位于母扣密封表面和母扣远端之间；
其中：
-公扣螺纹配置成通过上扣沿着配合区域与母扣螺纹配合，同时沿着配合区域的至少一部分在公扣螺纹和母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈；
-公扣密封表面和母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成金属对金属密封；以及
-公扣锥角大于母扣锥角。
2.根据权利要求1所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹具有直径公扣锥度，所述母扣螺纹具有直径母扣锥度，并且所述直径公扣锥度比直径母扣锥度大0.0127毫米/圈至0.0381毫米/圈(0.0005英寸/圈至0.0015英寸/圈)之间，并且包括0.0127毫米/圈至0.0381毫米/圈(0.0005英寸/圈至0.0015英寸/圈)。
3.根据权利要求1或2所述的管连接，其特征在于，在上扣结束时所述公扣螺纹与母扣螺纹沿配合区域彼此啮合，并且沿着整个配合区域在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈。
4.根据权利要求1或2所述的管连接，其特征在于：
-在上扣结束时，公扣螺纹和母扣螺纹沿着配合区域彼此啮合；
-沿着配合区域的第一部分在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在径向螺纹过盈；
-沿着配合区域的第二部分在公扣螺纹与母扣螺纹之间存在间隙；以及
-配合区域的第二部分比配合区域的第一部分更靠近公扣密封表面和母扣密封表面定位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹分别是设置在所述公扣构件和所述母扣构件上的唯一螺纹。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的管连接，其特征在于：
-公扣构件包括另一锥形公扣螺纹，该另一锥形公扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定公扣锥角α2并位于与公扣螺纹相距有距离处；
-母扣构件包括另一锥形母扣螺纹，该另一锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定母扣锥角β2并位于与母扣螺纹相距有距离处；
-另一公扣螺纹配置成通过上扣沿着另一配合区域与另一母扣螺纹配合，同时沿另一配合区域的至少一部分在另一公扣螺纹与另一母扣螺纹之间存在另一径向螺纹过盈。
7.根据权利要求6所述的管连接，其特征在于：
-公扣螺纹比另一公扣螺纹更靠近公扣远端定位，并且另一母扣螺纹比母扣螺纹更靠近母扣远端定位；或者
-另一公扣螺纹比公扣螺纹更靠近公扣远端定位，并且母扣螺纹比另一母扣螺纹更靠近母扣远端定位。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的管连接，其特征在于：
-公扣构件包括另一锥形公扣螺纹，该另一锥形公扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定公扣锥角α2并位于与公扣螺纹相距有距离处；
-公扣构件设置有位于另一公扣螺纹和公扣远端之间的另一公扣密封表面；
-母扣构件包括另一锥形母扣螺纹，该另一锥形母扣螺纹相对于纵向轴线具有另一恒定母扣锥角β2并位于与母扣螺纹相距有距离处；
-母扣构件设置有另一母扣密封表面；
-另一母扣螺纹位于另一母扣密封表面和母扣远端之间；
-另一公扣螺纹配置成通过上扣沿着另一配合区域与另一母扣螺纹配合，同时沿着另一配合区域的至少一部分在另一公扣螺纹和另一母扣螺纹之间存在另一径向螺纹过盈；
-所述另一公扣密封表面和所述另一母扣密封表面配置成在上扣时以密封的方式彼此接触同时形成另一金属对金属密封。
9.根据权利要求8所述的管连接，其特征在于：
-公扣螺纹和公扣密封表面比另一公扣螺纹和另一公扣密封表面更靠近公扣远端定位，并且另一母扣螺纹和另一母扣密封表面比母扣螺纹和母扣密封表面更靠近母扣远端定位；或者
-另一公扣螺纹和另一公扣密封表面比公扣螺纹和公扣密封表面更靠近公扣远端定位，并且母扣螺纹和母扣密封表面比另一母扣螺纹和另一母扣密封表面更靠近母扣远端定位。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的管连接，其特征在于：
-另一公扣锥角等于另一母扣锥角；或者
-另一公扣锥角大于另一母扣锥角。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的管连接，其特征在于：
-公扣螺纹是公扣楔形螺纹，其具有在沿着纵向轴线的第一方向上宽度增加的公扣齿；
-母扣螺纹是楔形母扣螺纹，其具有沿着纵向轴线的相反的第二方向上宽度增加的母扣齿。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的管连接，其特征在于：
-公扣螺纹和另一公扣螺纹中的每一个是分别具有公扣齿和另一公扣齿的公扣楔形螺纹；
-公扣齿和另一公扣齿中的每一个在沿着纵向轴线的第一方向上宽度增加；
-母扣螺纹和另一母扣螺纹中的每一个是分别具有母扣齿和另一母扣齿的母扣楔形螺纹；以及
-母扣齿和另一母扣齿中的每一个在沿着纵向轴线的相反的第二方向上宽度增加。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹中的每一个都具有燕尾形螺纹牙型。
14.根据权利要求6至9中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹、另一公扣螺纹、母扣螺纹和另一母扣螺纹中的每一个都具有燕尾形螺纹牙型。
15.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹具有直径公扣锥度，并且所述母扣螺纹具有直径母扣锥度，并且其中：
-直径公扣锥度在0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)之间，并且包括0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)；或者
-直径母扣锥度在0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)之间，并且包括0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)；或者
-直径公扣锥度和直径母扣锥度中的每一个在0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)之间，并且包括0.356毫米/圈至2.286毫米/圈(0.014英寸/圈至0.090英寸/圈)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述金属对金属密封是压力激励密封。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的管连接，其特征在于，所述金属对金属密封是过盈密封。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的管连接，其特征在于，所述另一金属对金属密封件是压力激励密封。
19.根据权利要求8至17中任一项所述的管连接，其特征在于，所述另一金属与金属密封是过盈密封。
20.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣构件的所述公扣远端在沿着所述纵向轴线的方向上不与所述母扣构件接触。
21.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述母扣构件的所述母扣远端在沿着所述纵向轴线的方向上不与所述公扣构件接触。
22.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述公扣螺纹和所述母扣螺纹具有少于7圈的螺纹。
23.根据前述权利要求中任一项所述的管连接，其特征在于，所述另一公扣螺纹和另一母扣螺纹具有少于7圈的螺纹。
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