CN110249106B - 螺纹管状连接 - Google Patents

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Abstract

用于钻井或操作烃类井的螺纹管状连接包括：纵向轴线；金属公扣构件，其具有锥形双头楔形公扣螺纹，锥形双头楔形公扣螺纹带有燕尾楔形螺纹以及位于小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头之间的公扣密封表面；以及金属母扣构件，其具有锥形双头楔形母扣螺纹，锥形双头楔形母扣螺纹带有燕尾楔形螺纹以及位于小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头之间的母扣密封表面，其中管状连接没有限定公扣构件相对于母扣构件的最终上扣位置的任何最终上扣止动肩部，小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组的尺寸被设计成具有第一轴向间隙和第二轴向间隙。

Description

螺纹管状连接
技术领域
本发明涉及一种用于钻井或操作烃类井的螺纹管状连接。管状连接用于将两个管段连接在一起，以形成更大的管。这些类型的管可以是钻管、套管、衬管或经常用于钻井、完井或生产井的其他油田管。
背景技术
典型地，在阳-阴螺纹管状连接中，连接的公部件被称为“公扣部件(pinmember)”，而母部件被称为“母扣部件(box member)”。术语“上扣”是指将公扣构件接合到母扣构件中并通过施加扭矩将构件螺纹拧在一起。
公扣构件和母扣构件通常具有配合的密封表面，上述密封表面在完成上扣之后彼此接触以形成金属对金属的密封。金属对金属的密封将连接管段的内部与外界隔离。
关于螺纹的几何形状，术语“负载侧面”表示螺纹的侧壁表面，上述侧壁表面背离相应的公扣或母扣构件的外端，在上述外端上形成螺纹并支撑置于垂直位置下时(例如悬挂在井眼中时)下管段的重量(即，拉伸载荷)。类似地，术语“入扣侧面”表示螺纹的侧壁表面，上述侧壁表面面朝相应的公扣或母扣构件的外端并且支撑使得接头朝向彼此压缩的力，所述力诸如在接头初始上扣期间的上部管状构件的重量，或诸如施加的以将下部管状构件推抵钻孔底部的力(即压缩力)。
“楔形螺纹”的特征在于无论特定的螺纹形状如何，螺纹在宽度上在公扣构件和母扣构件上沿相反方向增加。螺纹在宽度上沿着连接的变化率由通常称为“楔形比”的变量定义。楔形比(虽然在技术上不是比率)是指入扣侧面导程(lead)和负载侧面导程(lead)之间的差异，这导致螺纹在宽度上沿着连接而变化。螺纹的“导程”是指连续螺纹上的螺纹组件之间的差异距离。这样，“入扣侧面导程”是沿着螺纹管状连接的轴向长度的连续螺距的入扣侧面之间的距离。
专利号为6,206,436的美国专利中提供了楔形比的详细讨论，该美国专利授予给Mallis并转让给本发明的受让人。该美国专利以其全部内容通过引用并入本文。
楔形螺纹在授予给Blose的专利号为RE 30,647的美国专利、授予给Reeves的专利号为RE 34,467的美国专利、授予给Ortloff的专利号为4,703,954的美国专利和授予给Mott的专利号为5,454,605的美国专利中公开，上述所有美国专利都转让给本发明的受让人并以它们的全部内容通过引用并入本文。
尽管存在各种楔形螺纹连接，其具有最终上扣止动肩部，当完成旋转上扣时，该最终上扣止动肩部限定公扣构件相对于母扣构件的最终上扣位置，但是楔形螺纹典型地不具有这样的最终上扣止动肩部。这使得它们的上扣“不确定”，并且因此，与具有最终上扣止动肩部的管状连接相比，针对将施加的给定的扭矩范围，在上扣期间公扣构件相对于母扣构件的位置可以更多地变化。
如所指出的那样，“上扣”是指将公扣构件和母扣构件螺纹拧在一起。最终的上扣是指通过将公扣构件和母扣构件螺纹拧在一起直到达到所需的扭矩量来完成上扣的情况。
由于金属对金属的径向密封需要公元件和母元件的密封表面的非常精确的相对定位，因此具有金属对金属的径向密封和楔形螺纹以及没有最终上扣止动肩部的管状连接的上扣是不确定的这一事实是一个主要问题。为了正常工作，需要精确定位密封表面以产生正确的接触压力。因此，密封表面必须相对于彼此定位在特定位置处，并且在那个最终位置中的变化可能导致密封表面不产生所需的接触压力。
在带有楔形螺纹的管状连接中，螺纹之间的楔入效应将控制上扣过程。因此，密封表面的轴向位置通常相对于螺纹进行测量。
当具有双头(two-step)螺纹的管状连接时，必须选择一个螺纹头作为以便轴向定位密封表面的参考螺纹头。由于两个楔形螺纹头都是不确定的，因此不知道哪个螺纹头将控制上扣并因此控制密封表面的定位。如果密封表面的定位不是基于控制上扣过程的螺纹头，则不能确保密封表面在最终上扣时相对于彼此的轴向位置。这可能导致脱离密封，并且可能出现密封性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的或至少可替代的螺纹管状连接。根据本发明的管状连接包括纵向轴线、金属公扣构件和金属母扣构件。公扣构件具有锥形的双头楔形公扣螺纹，双头楔形公扣螺纹包括小直径公扣螺纹头、大直径公扣螺纹头以及位于小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头之间的公扣密封表面。小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头各自包括外部燕尾楔形螺纹。金属母扣构件具有锥形的双头楔形母扣螺纹，双头楔形母扣螺纹包括小直径母扣螺纹头、大直径母扣螺纹头以及位于小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头之间的母扣密封表面。小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头各自包括内部燕尾楔形螺纹。双头楔形公扣螺纹和双头楔形母扣螺纹的楔形螺纹具有入扣侧面和负载侧面。小直径公扣螺纹头和小直径母扣螺纹头构造成在管状连接的旋转上扣期间协作并形成小直径楔形螺纹组。大直径公扣螺纹头和大直径母扣螺纹头构造成在管状连接的旋转上扣期间协作并形成大直径楔形螺纹组。公扣密封表面和母扣密封表面构造成形成金属对金属的径向密封。管状连接没有限定公扣构件相对于母扣构件的最终上扣位置的任何最终的上扣止动肩部。小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中的一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在管状连接的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹之间具有第一轴向间隙，以及小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组的中的另一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在管状连接的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹之间具有第二轴向间隙。第一轴向间隙大于第二轴向间隙。管状连接的旋转上扣的主要部分涉及在上扣期间向管状连接施加扭矩，该扭矩在最佳上扣扭矩的20-80％之间。管状连接的旋转上扣以及因此公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的定位由首先被激励的楔形螺纹组控制。由于第一轴向间隙大于第二轴向间隙，因此确保具有第二轴向间隙的楔形螺纹组首先被激励并因此控制上扣。因此，通过选择具有第二轴向间隙的楔形螺纹作为参考螺纹组，确保参考螺纹组是控制上扣的参考螺纹组。当上扣是具有双头楔形螺纹并且没有最终上扣止动肩部的管状连接且上扣完成时，这允许实现公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的更精确定位。
在现场出售的带有螺纹管状连接的管段的规格总是表明完成连接的旋转上扣的最佳上扣扭矩。最佳上扣扭矩处于最大上扣扭矩和最小上扣扭矩之间。
具有第二轴向间隙的楔形螺纹组实际上被充分地激励，以在最佳上扣扭矩的约20％的扭矩下控制上扣。当达到80％的扭矩时，公扣构件和母扣构件实际上位于它们相对于彼此的最终位置处。这意味着当上扣期间施加大于最佳上扣扭矩的80％(并且达到最佳上扣扭矩)的扭矩时在公扣和母扣构件之间将不存在任何(显著的)位移。作为其结果，当上扣期间施加最佳上扣扭矩的80％的扭矩时，公扣密封表面和母扣密封表面实际上达到它们相对于彼此的最终位置。
当上扣期间施加了在最佳上扣扭矩的20-80％之间的扭矩时由于第二轴向间隙小于第一轴向间隙的事实，确保了具有第二轴向间隙的楔形螺纹组从充分激励的时刻开始就控制上扣，直到达到公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的最终位置。
在管状连接的一个实施例中，第一轴向间隙和第二轴向间隙在最佳上扣扭矩时为0毫米。这意味着在每个小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中，负载侧面在最佳的上扣扭矩下与彼此接触，并且入扣侧面在最佳的上扣扭矩下与彼此接触。
在管状连接的一个实施例中，公扣构件包括另一个公扣密封表面，母扣构件包括另一个母扣密封表面，另一个公扣密封表面和另一个母扣密封表面构造成与彼此配合以形成另一个金属对金属的径向密封，并且具有第一轴向间隙的楔形螺纹组位于金属对金属的径向密封和另一个金属对金属的径向密封之间。在金属对金属的径向密封和另一个金属对金属的径向密封之间楔形螺纹组的上扣受到金属对金属的径向密封的影响，特别是在所述楔形螺纹组设置有燕尾楔形螺纹的情况下。在金属对金属的两个径向密封处的径向干涉将使公扣构件向内移动并使母扣构件向外移动。这会对所述楔形螺纹组的楔形螺纹产生影响。如果使用燕尾楔形螺纹，则公扣构件和母扣构件的这种移动将在燕尾楔形螺纹之间产生额外的楔入。如果具有第二轴向间隙的楔形螺纹组位于金属对金属的两个径向密封之间，则这可能导致上扣的过早结束并因此脱离密封。
在管状连接的一个实施例中，管状连接仅包括一个金属对金属的径向密封。
在管状连接的一个实施例中，第一轴向间隙是第二轴向间隙的两倍大。
在管状连接的一个实施例中，具有第一轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第一入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第一负载侧面间隙，以及具有第二轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第二入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第二负载侧面间隙。
在管状连接的一个实施例中，第一入扣侧面间隙小于第二入扣侧面间隙。与完成上扣时具有第二轴向间隙的楔形螺纹组相比，具有第一轴向间隙的楔形螺纹组可具有低得多的扭矩干涉。使第一入扣侧面间隙小于第二入扣侧面间隙将导致具有第一轴向间隙的楔形螺纹组中的更高的扭矩干涉。
在管状连接的一个实施例中，第一入扣侧面间隙等于第二入扣侧面间隙减去0.010和0.015毫米之间的一个值(或减去0.013毫米)。这倾向于在具有第一轴向间隙的楔形螺纹组中产生合适的较高扭矩干涉。
在管状连接的一个实施例中，第一入扣侧面间隙等于第二入扣侧面间隙减去0.0004和0.0006英寸之间的一个值(或减去0.0005英寸)。
在管状连接的一个实施例中，第一负载侧面间隙大于第二负载侧面间隙。
在管状连接的一个实施例中，第二负载侧面间隙为0毫米(意味着负载侧面与彼此接触)。这对于利用具有第二轴向间隙的楔形螺纹组来控制旋转上扣具有积极作用。
在管状连接的一个实施例中，第一入扣侧面间隙在0.010和0.015毫米之间(或者是0.013mm)，第一负载侧面间隙在0.035和0.040毫米之间(或者是0.038mm)，并且第二入扣侧面间隙在0.023和0.028毫米之间(或者是0.025毫米)。这允许更精确地控制旋转上扣。
在管状连接的一个实施例中，第一入扣侧面间隙在0.0004和0.0005英寸之间(或者是0,0005英寸)，第一负载侧面间隙在0.0014和0.0016英寸之间(或者是0,0015英寸)，并且第二入扣侧面间隙在0.0009和0.0011英寸之间(或者是0.001英寸)。
在管状连接的一个实施例中，第一负载侧面间隙大于第一入扣侧面间隙。
在管状连接的一个实施例中，第二入扣侧面间隙大于第二负载侧面间隙。
在管状连接的一个实施例中，第一轴向间隙由第一入扣侧面间隙和第一负载侧面间隙形成，以及第二轴向间隙由第二入扣侧面间隙和第二负载侧面间隙形成。
在管状连接的一个实施例中，公扣构件包括公扣自由端，并且具有第一轴向间隙的楔形螺纹组比具有第二轴向间隙的楔形螺纹组更靠近公扣自由端定位。
在管状连接的一个实施例中，公扣构件包括公扣自由端，并且具有第一轴向间隙的楔形螺纹组比具有第二轴向间隙的楔形螺纹组更远离公扣自由端定位。
可以组合管状连接的上述实施例的特征，其中可以进行任何数量的所述实施例的任何组合。
本发明还涉及一种根据本发明的对螺纹管状连接进行上扣的方法，包括下述步骤：选择具有第二轴向间隙的楔形螺纹组作为用于管状连接旋转上扣的参考螺纹组，以及基于参考螺纹组控制螺纹管状连接的上扣，以将公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此定位。
在该方法的一个实施例中，通过在管状连接上施加从最佳上扣扭矩的20％直到最佳上扣扭矩的80％的扭矩来控制公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的定位。
附图说明
螺纹管状连接的实施例和对螺纹管状连接进行上扣的方法将仅通过示例的方式参考所附示意图来描述，其中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中：
图1A示意性地示出根据本发明的管状连接的第一实施例的剖视图；
图1B示意性地示出图1A的管状连接的公扣构件的剖视图；
图1C示意性地示出图1A的管状连接件的母扣构件的剖视图；
图1D示意性地示出在旋转上扣期间图1A的部分D的放大视图；
图1E示意性地示出在旋转上扣期间图1A的部分E的放大视图；
图1F示意性地示出图1D的第一替代实施例；
图1G示意性地示出图1E的第一替代实施例；
图1H示意性地示出图1D的第二替代实施例；
图1I示意性地示出图1E的第二替代实施例；
图2示意性地示出根据本发明的管状连接的第二实施例的剖视图；
图3示意性地示出根据本发明的管状连接的第三实施例的剖视图；
图4示意性地示出根据本发明的管状连接的第四实施例的剖视图；以及
图5示意性地示出与图1A的管状连接的上扣有关的曲线图。
具体实施方式
图1A示出根据本发明的管状连接1的第一实施例的剖视图。管状连接1包括纵向轴线2、金属公扣构件3和金属母扣构件9。管状连接1示出为管状连接1的旋转上扣已经完成的情况。
在图1B中示出公扣构件3的剖视图。公扣构件3具有锥形的双头楔形公扣螺纹4，其包括小直径公扣螺纹头5、大直径公扣螺纹头6以及位于小直径公扣螺纹头5和大直径公扣螺纹头6之间的公扣密封表面7。小直径公扣螺纹头5和大直径公扣螺纹头6各自包括外部燕尾楔形螺纹8。公扣构件3具有公扣自由端34。
在图1C中示出母扣构件9的剖视图。金属母扣构件9具有锥形的双头楔形母扣螺纹10，其包括小直径母扣螺纹头11、大直径母扣螺纹头12以及位于小直径母扣螺纹头11和大直径母扣螺纹头12之间的母扣密封表面13。小直径母扣螺纹头11和大直径母扣螺纹头12各自包括内部燕尾楔形螺纹14。母扣构件9具有母扣自由端35。
如图1A中所示，小直径公扣螺纹头5和小直径母扣螺纹头11构造成在管状连接1的旋转上扣期间配合并形成小直径楔形螺纹组15。大直径公扣螺纹头6和大直径母扣螺纹头12在管状连接1的旋转上扣期间配合并形成大直径楔形螺纹组16。
公扣密封表面7和母扣密封表面13构造成形成金属对金属的径向密封17。公扣构件3包括另一个公扣密封表面23，并且母扣构件9包括另一个母扣密封表面24。另一个公扣密封表面23和另一个母扣密封表面24构造成形成另一个金属对金属的径向密封25。
管状连接1没有限定公扣构件3相对于母扣构件9的最终上扣位置的任何最终的上扣止动肩部。母扣构件9确实具有过度上扣止动肩部36以限制在过度旋转上扣的情况下损坏管状连接1。
当管状连接1的旋转上扣完成时，公扣构件3如图1A中所示相对于母扣构件9定位。公扣构件3的公扣自由端34位于与母扣构件9的过度上扣扭矩肩部36相距一定距离处。因此，公扣自由端34没有抵靠过度上扣止动肩部36。这使得管状连接1的旋转上扣“不确定”。
小直径楔形螺纹组15的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹8,14之间具有第一轴向间隙21。大直径楔形螺纹组16的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹8,14之间具有第二轴向间隙22。第一轴向间隙21大于第二轴向间隙22，使得大直径楔形螺纹组16控制公扣密封表面7和母扣密封表面13相对于彼此的定位。
管状连接1的旋转上扣的主要部分涉及在上扣期间向管状连接1施加扭矩，该扭矩在最佳上扣扭矩的20-80％之间。
管状连接1允许选择大直径楔形螺纹组16(具有第二轴向间隙22)作为用于管状连接1的旋转上扣的参考螺纹组19。管状连接1的旋转上扣因此可基于参考螺纹组19控制，以将公扣密封表面7和母扣密封表面13相对于彼此定位。这以类似的方式应用于另一个公扣密封表面23和另一个母扣密封表面24。
小直径楔形螺纹组15(具有第一轴向间隙21)比大直径楔形螺纹组16(具有第二轴向间隙22)更靠近公扣自由端34定位。
当达到最佳上扣扭矩时，完成管状连接1的上扣。第一轴向间隙21和第二轴向间隙22在最佳上扣扭矩下可以是0毫米。这意味着在小直径楔形螺纹组15和大直径楔形螺纹组16中的每一个螺纹组中，负载侧面29A，29B在最佳上扣扭矩下与彼此接触并且入扣侧面28A，28B在最佳上扣扭矩下与彼此接触。
图1D和图1E分别示意性地示出在旋转上扣的主要部分期间图1A的部分D和E的放大视图。双头楔形公扣螺纹4的楔形螺纹8具有入扣侧面28A和负载侧面29A。双头楔形母扣螺纹10的楔形螺纹14具有入扣侧面28B和负载侧面29B。
小直径楔形螺纹组15的楔形螺纹8,14包括在它们的入扣侧面28A，28B处的第一入扣侧面间隙30(图1D)。大直径楔形螺纹组16的楔形螺纹8,14包括在它们的入扣侧面28A，28B处的第二入扣侧面间隙31(图1E)。
小直径楔形螺纹组15的楔形螺纹8,14包括在它们的负载侧面29A，29B处的第一负载侧面间隙32(图1D)。大直径楔形螺纹组16的楔形螺纹8,14包括在它们的负载侧面29A，29B处的第二负载侧面间隙33(图1E)。
第一入扣侧面间隙30和第一负载侧面间隙32具有相同的尺寸。第二入扣侧面间隙31和第二负载侧面间隙33具有相同的尺寸。
第一轴向间隙21由第一入扣侧面间隙30和第一负载侧面间隙32形成。第二轴向间隙22由第二入扣侧面间隙31和第二负载侧面间隙33形成。
图1F和图1G分别示出图1D和图1G的第一替代实施例。在该第一替代实施例中，第一入扣侧面间隙30小于第二入扣侧面间隙31。第一负载侧面间隙32大于第二负载侧面间隙33。
由于第一轴向间隙21大于第二轴向间隙22，因此当完成上扣时，与大直径楔形螺纹组16相比时，小直径楔形螺纹组15可具有低得多的扭矩干涉。使第一入扣侧面间隙30小于第二入扣侧面间隙31将导致小直径楔形螺纹组15中的更高的扭矩干涉。
在另一替代实施例中，第一负载侧面间隙32制成小于第二负载侧面间隙33。在这种情况下，第一入扣侧面间隙30将大于第二入扣侧面间隙31。
图1H和图1I分别示出图1D和1E的第二替代实施例。在该第二替代方案中，第一入扣侧面间隙30小于第二入扣侧面间隙31。第一负载侧面间隙32大于第二负载侧面间隙33。更具体地，第二负载侧面间隙33为0毫米(意味着负载侧面29A、29B与彼此接触)。
另外，第一负载侧面间隙32大于第一入扣侧面间隙30，以及第二入扣侧面间隙31大于第二负载侧面间隙33。这对于楔形螺纹组15、16的配合楔形螺纹8、14之间的干涉具有积极影响。
第一入扣侧面间隙30为0.013毫米，第一负载侧面间隙32为0.038毫米，以及第二入扣侧面间隙31为0.025毫米。在管状连接1的另一个实施例中，第一入扣侧面间隙30在0.010和0.015毫米之间，第一负载侧面间隙32在0.035和0.040毫米之间，以及第二入扣侧面间隙31在0.023和0.028毫米之间。
如图1A中所示，小直径楔形螺纹组15(具有第一轴向间隙21)位于金属对金属的径向密封17和另一个的金属对金属的径向密封25之间。小直径楔形螺纹组15的上扣受到金属对金属的两个径向密封17、25的影响。金属对金属的径向密封17、25两者处的径向干涉将使公扣构件3向内移动并使母扣构件9向外移动。由于小直径楔形螺纹组15包含燕尾楔形螺纹8、14，因此公扣构件3和母扣构件9的这种移动将在燕尾楔形螺纹8、14之间产生额外的楔入。
图2示出根据本发明的管状连接1的第二实施例的剖视图。该实施例与图1A的不同之处在于，大直径楔形螺纹组16的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第一轴向间隙21，并且小直径楔形螺纹组15的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第二轴向间隙22。此外，另一个金属对金属的径向密封25靠近母扣自由端34定位。具有第一轴向间隙21的楔形螺纹组比具有第二轴向间隙22的楔形螺纹组更远离公扣自由端34定位。
图3示出根据本发明的管状连接1的第三实施例的剖视图。该实施例与图1A的不同之处在于，管状连接1仅包括一个金属对金属的径向密封17。小直径楔形螺纹组15的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第一轴向间隙21，以及大直径楔形螺纹组16的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第二轴向间隙22。
图4示出根据本发明的管状连接1的第四实施例的剖视图。该实施例与图3的不同之处在于，大直径楔形螺纹组16的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第一轴向间隙21，以及小直径楔形螺纹组15的尺寸被设计成在管状连接1的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹8、14之间具有第二轴向间隙22。
图5示出与图1A的管状连接的上扣有关的曲线图。示出公扣构件3和母扣构件9之间的转数(N)与上扣扭矩(T)之间的关系。最佳上扣扭矩(Top)与最佳上扣扭矩的20％(T0.2)和80％(T0.8)的水平一起表示。在上扣期间，公扣密封表面7和母扣密封表面13之间的以获得安全的金属对金属的径向密封17的最相关的位移在最佳上扣扭矩的20-80％之间产生。
本发明还涉及根据以下任何条款的螺纹连接和方法。
1.用于钻井或操作烃类井的螺纹管状连接，其包括：
-纵向轴线；
-金属公扣构件，其具有锥形双头楔形公扣螺纹，锥形双头楔形公扣螺纹包括小直径公扣螺纹头、大直径公扣螺纹头以及位于小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头之间的公扣密封表面，其中小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头各自包括外部燕尾楔形螺纹；以及
-金属母扣构件，其具有锥形双头楔形母扣螺纹，锥形双头楔形母扣螺纹包括小直径母扣螺纹头、大直径母扣螺纹头以及位于小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头之间的母扣密封表面，其中小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头各自包括内部燕尾楔形螺纹；其中
-双头楔形公扣螺纹和双头楔形母扣螺纹的楔形螺纹具有入扣侧面和负载侧面；
-小直径公扣螺纹头和小直径母扣螺纹头构造成在管状连接的旋转上扣期间配合并形成小直径楔形螺纹组；
-大直径公扣螺纹头和大直径母扣螺纹头构造成在管状连接的旋转上扣期间配合并形成大直径楔形螺纹组；
-公扣密封表面和母扣密封表面构造成形成金属对金属的径向密封；
-管状连接没有限定公扣构件相对于母扣构件的最终上扣位置的任何最终上扣止动肩部；
-小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中的一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在管状连接的旋转上扣的主要部分期间之间在其楔形螺纹之间具有第一轴向间隙，以及小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中的另一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在管状连接的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹之间具有第二轴向间隙，该第一轴向间隙大于第二轴向间隙。2.根据条款1所述的螺纹管状连接，其中具有第二轴向间隙的楔形螺纹组控制公扣密封表面和母扣密封表面在旋转上扣的主要部分期间相对于彼此的定位。
3.根据条款1或2所述的螺纹管状连接，其中所述管状连接的旋转上扣的主要部分涉及在上扣期间向所述管状连接施加扭矩，所述扭矩在所述最佳上扣扭矩的20-80％之间。
4.根据任一前述条款所述的螺纹管状连接，其中所述公扣构件包括另一个公扣密封表面，所述母扣构件包括另一个母扣密封表面，所述另一个公扣密封表面和所述另一个母扣密封表面构造成与彼此配合以便形成另一个金属对金属的径向密封，并且具有第一轴向间隙的楔形螺纹组位于金属对金属的径向密封和另一个金属对金属的径向密封之间。
5.根据条款1-3中任一条款所述的螺纹管状连接，其中所述管状连接仅包括一个金属对金属的径向密封。
6.根据任一前述条款所述的螺纹管状连接，其中
-具有第一轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第一入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第一负载侧面间隙；以及
-具有第二轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第二入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第二负载侧面间隙。
7.根据条款6所述的螺纹管状连接，其中所述第一入扣侧面间隙小于所述第二入扣侧面间隙。
8.根据条款6或7所述的螺纹管状连接，其中第一入扣侧面间隙等于第二入扣侧面间隙减去0.010和0.015毫米之间的一个值(或减去0.013毫米)。
9.根据条款6-8中任一条款所述的螺纹管状连接，其中第一负载侧面间隙大于第二负载侧面间隙。
10.根据条款6-9中任一条款所述的螺纹管状连接，其中第二负载侧面间隙为0毫米。
11.根据条款6-10中任一条款所述的螺纹管状连接，其中第一入扣侧面间隙在0.010和0.015毫米之间(或者是0.013毫米)，第一负载侧面间隙在0.035和0.040毫米之间(或者是0.038毫米)，以及第二入扣侧面间隙在0.023和0.028毫米之间(或者是0.025毫米)。
12.根据条款6-11中任一条款所述的螺纹管状连接，其中所述第一负载侧面间隙大于所述第一入扣侧面间隙和/或所述第二入扣侧面间隙大于所述第二负载侧面间隙。
13.根据任一前述条款所述的螺纹管状连接，其中所述公扣构件包括公扣自由端，并且具有所述第一轴向间隙的所述楔形螺纹组比具有所述第二轴向间隙的所述楔形螺纹组更靠近所述公扣自由端定位。
14.根据条款1-12中任一条款所述的螺纹管状连接，其中所述公扣构件包括公扣自由端，并且具有所述第一轴向间隙的所述楔形螺纹组比所述具有所述第二轴向间隙的所述楔形螺纹组更远离所述公扣自由端定位。
15.根据任一前述条款所述的螺纹管状连接，其中第一轴向间隙和第二轴向间隙在最佳上扣扭矩下为0毫米。
16.对根据任一前述条款所述的螺纹管状连接进行上扣的方法，包括以下步骤：
-选择具有第二轴向间隙的楔形螺纹组作为用于管状连接的旋转上扣的参考螺纹组；以及
-基于参考螺纹组控制螺纹管状连接的上扣，以将公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此定位。
17.根据条款16所述的方法，其中所述公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的定位通过在所述管状连接上施加从所述最佳上扣扭矩的20％直到所述最佳上扣扭矩的80％的扭矩来控制。
根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以各种形式实施。因此，在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，而是为了提供对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。如本文所用，词语“多个”被定义为两个或多于两个。如本文所用，词语“另一个”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”被定义为包括性的(即，开放式语言，并不排除其他要素或步骤)。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显而易见的是，在不脱离如权利要求和条款限定的范围的情况下，可以对螺纹管状连接和方法进行各种修改。

Claims (19)

1.用于钻井或操作烃类井的螺纹管状连接，其包括：
-纵向轴线；
-金属公扣构件，其具有锥形双头楔形公扣螺纹，锥形双头楔形公扣螺纹包括小直径公扣螺纹头、大直径公扣螺纹头以及位于小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头之间的公扣密封表面，其中小直径公扣螺纹头和大直径公扣螺纹头各自包括外部燕尾楔形螺纹；以及
-金属母扣构件，其具有锥形双头楔形母扣螺纹，锥形双头楔形母扣螺纹包括小直径母扣螺纹头、大直径母扣螺纹头以及位于小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头之间的母扣密封表面，其中小直径母扣螺纹头和大直径母扣螺纹头各自包括内部燕尾楔形螺纹；其中
-双头楔形公扣螺纹和双头楔形母扣螺纹的楔形螺纹具有入扣侧面和负载侧面；
-小直径公扣螺纹头和小直径母扣螺纹头构造成在螺纹管状连接的旋转上扣期间配合并形成小直径楔形螺纹组；
-大直径公扣螺纹头和大直径母扣螺纹头构造成在螺纹管状连接的旋转上扣期间配合并形成大直径楔形螺纹组；
-公扣密封表面和母扣密封表面构造成形成金属对金属的径向密封；
-螺纹管状连接没有限定金属公扣构件相对于金属母扣构件的最终上扣位置的任何最终上扣止动肩部；
-小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中的一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在螺纹管状连接的旋转上扣的主要部分期间在其楔形螺纹之间具有第一轴向间隙，以及小直径楔形螺纹组和大直径楔形螺纹组中的另一个楔形螺纹组的尺寸被设计成在螺纹管状连接的旋转上扣的所述主要部分期间在其楔形螺纹之间具有第二轴向间隙，该第一轴向间隙大于第二轴向间隙；以及
-所述螺纹管状连接的旋转上扣的主要部分涉及在上扣期间向所述螺纹管状连接施加扭矩，所述扭矩是从最佳上扣扭矩的20％直到最佳上扣扭矩的80％的扭矩。
2.根据权利要求1所述的螺纹管状连接，其特征在于，具有第二轴向间隙的楔形螺纹组控制公扣密封表面和母扣密封表面在旋转上扣的主要部分期间相对于彼此的定位。
3.根据权利要求1或2所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一轴向间隙和第二轴向间隙在最佳上扣扭矩下为0毫米。
4.根据权利要求1或2所述的螺纹管状连接，其特征在于，所述金属公扣构件包括另一个公扣密封表面，所述金属母扣构件包括另一个母扣密封表面，所述另一个公扣密封表面和所述另一个母扣密封表面构造成与彼此配合以便形成另一个金属对金属的径向密封，并且具有第一轴向间隙的楔形螺纹组位于金属对金属的径向密封和另一个金属对金属的径向密封之间。
5.根据权利要求1或2所述的螺纹管状连接，其特征在于，所述螺纹管状连接仅包括一个金属对金属的径向密封。
6.根据权利要求1所述的螺纹管状连接，其特征在于，
-具有第一轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第一入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第一负载侧面间隙；以及
-具有第二轴向间隙的楔形螺纹组的楔形螺纹包括在它们的入扣侧面处的第二入扣侧面间隙和在它们的负载侧面处的第二负载侧面间隙。
7.根据权利要求6所述的螺纹管状连接，其特征在于，所述第一入扣侧面间隙小于所述第二入扣侧面间隙。
8.根据权利要求6所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一入扣侧面间隙等于第二入扣侧面间隙减去0.010和0.015毫米之间的一个值。
9.根据权利要求8所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一入扣侧面间隙等于第二入扣侧面间隙减去0.013毫米。
10.根据权利要求6所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一负载侧面间隙大于第二负载侧面间隙。
11.根据权利要求6或10所述的螺纹管状连接，其特征在于，第二负载侧面间隙为0毫米。
12.根据权利要求6所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一入扣侧面间隙在0.010和0.015毫米之间，第一负载侧面间隙在0.035和0.040毫米之间，以及第二入扣侧面间隙在0.023和0.028毫米之间。
13.根据权利要求12所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一入扣侧面间隙是0.013毫米。
14.根据权利要求12所述的螺纹管状连接，其特征在于，第一负载侧面间隙是0.038毫米。
15.根据权利要求12所述的螺纹管状连接，其特征在于，第二入扣侧面间隙是0.025毫米。
16.根据权利要求6或10所述的螺纹管状连接，其特征在于，所述第一负载侧面间隙大于所述第一入扣侧面间隙和/或所述第二入扣侧面间隙大于所述第二负载侧面间隙。
17.根据权利要求1或2所述的螺纹管状连接，其特征在于，
-所述金属公扣构件包括公扣自由端，并且具有所述第一轴向间隙的所述楔形螺纹组比具有所述第二轴向间隙的所述楔形螺纹组更靠近所述公扣自由端定位；或者
-所述金属公扣构件包括公扣自由端，并且具有所述第一轴向间隙的所述楔形螺纹组比具有所述第二轴向间隙的所述楔形螺纹组更远离所述公扣自由端定位。
18.对根据权利要求1-17中任一项所述的螺纹管状连接进行上扣的方法，包括以下步骤：
-选择具有第二轴向间隙的楔形螺纹组作为用于螺纹管状连接的旋转上扣的参考螺纹组；以及
-基于参考螺纹组控制螺纹管状连接的上扣，以将公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此定位。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述公扣密封表面和母扣密封表面相对于彼此的定位通过在所述螺纹管状连接上施加从所述最佳上扣扭矩的20％直到所述最佳上扣扭矩的80％的扭矩来控制。
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