CN114599853A - 包含中间肩部的螺纹连接件 - Google Patents

Abstract

螺纹管状连接件包括第一管状部件(12)和第二管状部件(14)。第一管状部件(12)包含限定于第一管状部件的内表面上的阴部分(10)。阴部分包含内螺纹部分(16d)和外螺纹部分(16b)，所述内螺纹部分和外螺纹部分通过第一肩部(26)相对于第一管状部件的纵向轴线(X)径向地偏移。第二管状部件(14)包含限定于第二管状部件的外表面上的阳部分(18)。阳部分将被插入至阴部分中并且包含内螺纹部分(18d)和外螺纹部分(18b)，所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分通过第二肩部(28)相对于第二管状部件的纵向轴线径向地偏移。一旦阳部分连接至阴部分，第二肩部就抵接所第一肩部。所述螺纹管状连接件包括短长度的内部液密密封。

Description

包含中间肩部的螺纹连接件

技术领域

本公开涉及用于连接管状部件的设备和方法，并且更具体地，涉及金属管状部件，所述金属管状部件通过形成于所述管状部件的纵向端部上的带螺纹的阳部分和带螺纹的阴部分连接。

背景技术

某些类型的螺纹管状连接件主要被用来连接管状部件，所述管状部件形成作为油井等的一部分的套管柱、油管柱或钻管柱以定位或运输烃。在套管柱上使用螺纹管状连接件，用以提供钻孔稳定性，和/或提供光滑的钻孔以容许更小的套管柱、油管或工具通过。这样的螺纹管状连接件受到在强度方面也波动的应力的各种组合。例如，所述应力可以为轴向张力或轴向压缩压力或内部压力、或者外部流体压力、弯曲力、扭转力等等中的一个或组合。尽管存在应力与困难的操作条件的结合，管状连接件被设计成抵抗破裂并且还提供液密密封或气密密封。当管道降低至井中时或者在操作期间，所述应力可能在本质上改变。例如，拉伸应力可能暂时改变为压缩应力。

存在多种烃运载管，所述烃运载管在机械特征和紧密性方面产生令人满意的结果。一些烃运载管涉及管状元件的使用，每个管状元件具有一个阳螺纹端部和一个阴螺纹端部，从而有助于薄组件。与采用联接件或套筒的组件或T&C连接件相反，这些组件通常被称为一体式组件或连接件。

这样的一体式组件通常在管上制成，所述管的直径在对应于阴螺纹的端部处扩大并且所述管的直径在对应于阳螺纹的端部处减小。可以进行这一点以便在管的厚度中具有足够的材料以确保使所述管连接的组件的几何和机械强度。

发明内容

在一个方面中，螺纹管状连接件包括第一管状部件和第二管状部件。所述第一管状部件包含限定于所述第一管状部件的内表面上的阴部分。所述阴部分包含内螺纹部分和外螺纹部分，所述内螺纹部分和外螺纹部分通过第一肩部相对于所述第一管状部件的纵向轴线径向地偏移。所述阴部分的外螺纹部分比所述阴部分的内螺纹部分更靠近于阴部分的轴向自由端部。所述第二管状部件包含限定于所述第二管状部件的外表面上的阳部分。所述阳部分将被插入至所述阴部分中。所述阳部分包含内螺纹部分和外螺纹部分，所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分通过第二肩部相对于所述第二管状部件的纵向轴线径向地偏移。一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述第二肩部就抵接所述第一肩部。所述阴部分包括内部端部部分。所述阴部分的内部端部部分包括圆锥形部段。所述阳部分包括在所述阳部分的内螺纹部分与阳部分的自由端部之间延伸的外部端部部分。阳部分的外部端部部分包括圆顶形部段。一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述圆顶形部分和所述圆锥形部段就接触以形成内部液密密封。通过在装配之前分别在圆顶形部分外径与圆锥形部段内径之间限定径向确定的密封过盈来建立这样的内部液密密封。

所述圆顶形部段包括轴向末端，以使得所述圆顶形部段的距所述自由端部最远的轴向末端处于所述阳部分的自由端部的小于10mm的轴向长度处。这样的受限制的轴向长度容许使用管道壁的较小的宽度来提供所述密封，并且容许提供径向地更靠近于相应的第一和第二管状件的内径的阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分、阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分。

所述阴部分的内部端部部分包含用来容置所述阳部分的外部端部部分的终端肩部，以使得所述阳部分的自由端部和所述终端肩部在所述液密密封的下游间隔开，以使得在所述阳部分的自由端部与所述终端肩部之间观察到0.3mm至3mm之间的轴向间隙。所述阴部分的内螺纹部分的终端肩部以及所述阳部分的自由端部的表面垂直于所述连接件的轴线。这种设计有助于制造过程，并且在机加工之后更易于控制。

所述阴部分的内部端部部分从所述终端肩部延伸至所述阴部分的内螺纹部分，以使得所述阴部分的内部端部部分的轴向长度大于10mm。但是，所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段的轴向长度优选地小于10mm。所述圆顶形部段和所述圆锥形部段接触以形成液密密封，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述液密密封的轴向长度小于8mm。通过径向过盈获得所述密封，所述径向过盈具有1mm的最大径向过盈、或者具有2mm的最大直径过盈。

所述内部液密密封的减小的锥度角容许更多的材料可用于机加工其它部分、尤其是接头的内部和外螺纹部分以及肩部。利用本发明的内部液密密封，不再需要比根据API标准可接受的那些管道更厚的管道。所述内部液密密封更靠近于相应的第一和第二管状件的内径，临界横截面处的管道宽度因此高于或至少等于管道的在管道宽度的最高公差水平中的管道宽度。在API公差内，所有管道都达到相同的特性。临界横截面处的管道剩余宽度减小临界横截面的总体塑性变形并且增加所展示的工作载荷包络线。

例如，所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段的锥度可以包括于15％至25％之间。优选地，所述圆顶形部段可以由单个曲率半径限定，所述单个曲率半径在10mm至100mm之间、更优选地在10mm至40mm之间、甚至更优选地在20mm至30mm之间、并且例如等于25mm。较大的半径确保即使当销部在使用期间偏转时，销部的半径也将保持与销部的圆锥形部分表面接触。特别地，所述圆顶形部段的、最靠近于所述自由端部的末端切向地连接阳部分的圆锥形表面(51)，以使得所述阳部分的圆锥形表面的锥度大于所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段的锥度。现在由于本发明的密封设计，利用相对较大的半径，即使所述销部偏转，由于它的半径，也保持接触，并且保持在内部或外部压力下的性能水平、以及拉伸循环和压缩循环。半径被选择成不太高，以便容许更集中的压力接触区。在所述阳部分的圆锥形表面与所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段之间限定径向间隙，以便在装配时以及另外在压缩或拉伸状态下防止在与所述圆顶形部段无关的位置处的任何接触。

所述阴部分的内部端部部分可以包括在所述阴部分的内螺纹部分与所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段之间的凹槽，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述阳部分的所述内螺纹部分的至少一部分就位于所述凹槽中。临界横截面可以限定于所述凹槽的位置处。所述凹槽包括通过更陡的锥形部分连接至所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段的圆柱形部分，这样的更陡的锥形部分与所述螺纹连接件的轴线(X)形成在5°至45°之间的、优选地在20°至30°之间的、例如在24°至26°之间的角度(其中目标值等于25°)。

所述阴部分可以包括在所述阴部分的外螺纹部分与阴部分的自由端部之间的阴部分的外部锥形部分，并且对应地，所述阳部分可以包括限定于所述第二管状件的所述阳部分的外螺纹部分与管道主体之间的阳部分的外部锥形部分，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述阳部分的和所述阴部分的外部锥形部分就接触以形成第二液密密封，所述阳部分的和所述阴部分的外部锥形部分具有比所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段更陡的锥度。

所述阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分以及所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分以在5.26％至6.25％之间的、优选地为6％或更小的、更优选地在5.5％至5.6％之间的值成锥形。所述阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分以及所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分包含具有冠部表面和根部表面的齿，优选地所述螺纹为梯形齿。所述冠部表面和所述根部表面为平坦的并且平行于相应的管状部件的纵向轴线。所述阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分以及所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分包含齿，以使得在每个纵向端部处多个所述梯形齿为较短的齿。

当所述第二肩部抵接所述第一肩部时，限定配合的肩部接触面积，所述配合的肩部接触面积在所述第一肩部和所述第二肩部中为相同的。所述配合的肩部接触面积与所述第一管状部件的标称横截面的面积的比率大于15％且小于25％，并且所述配合的肩部接触面积与所述第二管状部件的标称横截面的面积的比率大于15％且小于25％。

附图说明

将容易地获得对本发明以及其许多伴随优点的更完整的理解，因为当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，本发明以及其许多伴随优点将被更好地理解，其中：

图1为处于分离状态中的第一管状部件的第一端部的一半的示例性实施例以及第二管状部件的第二端部的一半的示例性实施例的局部剖视图；

图2为处于连接状态中的第一管状部件的第一端部的一半以及第二管状部件的第二端部的一半的局部剖视图；

图3为处于连接状态中的第一管状部件的第一肩部部分和第二管状部件的第二肩部部分的近距离局部剖视图；

图4为处于分离状态中的第一管状部件的螺纹部分的一组齿和第二管状部件的螺纹部分的一组齿的示例性实施例的近距离局部剖视图；

图5为给定的螺纹部分内的纵向端部区域和中间区域的示例性实施例的示意图；

图6为处于连接状态中的阳部分的自由端部和阴部分的终端肩部的示例性实施例的近距离局部剖视图；

图7为包含第一端部和第二端部的管状部件的示例性实施例的侧视图；

图8为图8中的管状部件的沿着管状部件的纵向轴线切割的侧视剖视图；以及

图9a和图9b为当第一端部与第二端部装配在一起时根据FEA的等效塑性应变的近距离局部剖视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中在这些视图中，相同的附图标记表示相同的或对应的部件。

本文中公开的螺纹连接件涉及管状部件，所述管状部件连接以形成能够达到较大长度的管状结构。使用本文中公开的管状部件所组装的管状结构形成内部通道，所述内部通道容许比如油、气体、水等等的流体运动通过其中。

参考图1，在分离状态中示出第一管状部件12与第二管状部件14之间的螺纹管状连接件10的示例性实施例。第一管状部件12和第二管状部件14可以相同地成形，以使得第一管状部件12和第二管状部件14中的每一个可以包含在第一端部10a处的阴部分16和在第二端部10b处的阳部分18。具体地，图1示出横跨第一管状部件12的第一端部10a的上半部部分的剖视图以及横跨第二管状部件14的第二端部10b的上半部部分的剖视图。为了清晰地示出，未示出第一管状部件12的第一端部10a和第二管状部件14的第二端部10b的整个横截面。

图7示出整个管状部件的示例性实施例。图7的管状部件可以为第一管状部件12或第二管状部件14。鉴于管状部件12、14在组装之后所采取的取向，第一端部10a和第二端部10b也可以被称为上游端部和下游端部。第一管状部件12可以由第一壁22限定，而第二管状部件14可以由第二壁24限定。第一壁22和第二壁24在远离它们各自的阳部分和阴部分的位置处具有相同的标称壁厚度和相同的外径。

图8示出管状部件的剖视图，其中所述管状部件被沿着管状部件的纵向轴线切割。第一管状部件12的第一端部10a被构造成具有螺纹管状连接件10的阴部分16，所述阴部分也被称为箱部(box)。阴部分16形成于第一壁22的内部或内表面上，以使得第一壁22的厚度沿图1中的向左方向沿着阴部分16从标称壁厚度逐渐减小。第一管状部件12的第一端部10a的外径可以相对于第一管状部件12的其它纵向定位的部分沿着阴部分16扩大。

第一管状部件12的第二端部10b被构造成具有螺纹管状连接件10的阳部分18，所述阳部分也被称为销部(pin)。阳部分18形成于第二壁24的外部或外表面上，以使得第二壁24的厚度可以沿图1中的向右方向沿着阳部分18从标称壁厚度逐渐减小。沿着阳部分18的内径可以与第二管状部件14的其它纵向定位部分相同。由于如图1和图2中所示的端部定径工艺，沿着阳部分18b的内径可以减小。第一管状部件12的阳部分18被构造成被插入至第二管状部件12的阴部分16中并且与该阴部分互锁，如图2中所示。因此，阳部分18的长度和阴部分16的长度可以为大致上类似的。

阴部分16可以包含外部端部部分16a、外螺纹部分16b、第一肩部部分16c、内螺纹部分16d以及内部端部部分16e。外部端部部分16a可以包含用于使阳部分18进入的大致截头圆锥形开口。阴部分16中的外螺纹部分16b和内螺纹部分16d被构造成通过螺纹接合而与阳部分18中的对应特征部互锁。外螺纹部分16b和内螺纹部分16d为锥形的，以使得第一壁22沿图1中的向右方向、沿着阴部分16逐渐变厚。稍后将更详细地描述螺纹部分的齿。阴部分16的外螺纹部分16b和内螺纹部分16d可以通过第一肩部部分16c相对于管状部件12的纵向轴线X径向地偏移并且相对于第一壁22横向地偏移，所述第一肩部部分可以包含第一横向表面26。虽然图1至图2中的第一横向表面26被示出为围绕管状部件12的纵向轴线X径向地定向，但是第一横向表面26还可以被以不同的取向实施。

阳部分18可以包含外部端部部分18a、外螺纹部分18b、第二肩部部分18c、内螺纹部分18d以及内部端部部分18e。外部端部部分18a可以为截头圆锥形的，以大致上配合于阴部分16的外部端部部分16a的截头圆锥形开口内。阳部分18中的外螺纹部分18b和内螺纹部分18d被构造成通过螺纹接合和互锁分别与阴部分16的外螺纹部分16b和内螺纹部分16d适配在一起。阳部分18中的外螺纹部分18b和内螺纹部分18d可以为锥形的，以使得第二壁24沿图1中的向右方向、沿着阳部分18逐渐变薄，如关于图4更详细地描述的那样。阳部分18的内螺纹部分18d和外螺纹部分18b可以通过第二肩部部分18c相对于管状部件14的纵向轴线径向地偏移并且相对于第二壁24横向地偏移。

第二肩部部分18c可以包含第二横向表面28，一旦阳部分18如图2中所示与阴部分16螺纹连接或配合，所述第二横向表面就接触第一横向表面26。第二横向表面28不需要围绕管状部件14的纵向轴线垂直地定向，只要第二横向表面28与第一横向表面26类似地定向即可。阴部分16的内部端部部分16e可以被成形为容置阳部分18的内部端部部分18e。具体地，阴部分16的内部端部部分16e可以包含终端肩部30，并且阳部分18的内部端部部分18e可以相应地包含阳轴向自由端部20，如稍后将更详细地描述的。此外，除了在第一端部10a和第二端部10b处之外，每个管状部件12、14的外径可以为恒定的。每个管状部件12、14的外径可以沿着第一端部10a为最大的并且可以沿着第二端部10b为最小的。此外，除了沿着第一端部10a和第二端部10b之外，每个管状部件12、14的内径可以为恒定的，如图2的连接状态中所示。管状部件12、14的内径可以沿着第一端部10a为最大的并且可以沿着第二端部10b为最小的。

图2示出一旦阳部分18被插入且螺纹连接至阴部分16中，第一端部10a的阴部分16和第二端部10b的阳部分18如何互锁以达到连接状态。阴部分16的第一横向表面26和阳部分18的第二横向表面28被构造成在连接状态中彼此抵接。因此，第一横向表面26和第二横向表面28的几何形状影响螺纹连接件的压缩载荷能力。横向表面26、28可以为环形的。在一个实施例中，第一肩部部分16c的环形第一横向表面26的配合的肩部接触面积可以为第一管状部件12的标称横截面的面积的大于15％且小于25％，而第二肩部部分18c的环形第二横向表面28的配合的肩部接触面积可以为第二管状部件14的标称横截面的面积的大于15％且小于25％。

管状部件的标称横截面可以被限定为在除了第一端部10a或第二端部10b之外的部段(在该部段处管状部件具有标称外径和标称内径)处横跨管状部件的横截面。在另一个实施例中，第一肩部部分16c的环形第一横向表面26的配合的肩部接触面积可以为第一管状部件12的标称横截面的面积的大于17％且小于23％，而第二肩部部分18c的环形第二横向表面28的配合的肩部接触面积可以为第二管状部件14的标称横截面的面积的大于17％且小于23％。第一肩部部分16c和第二肩部部分18c可以帮助提供针对沿管状部件12、14的轴向方向作用的压缩载荷的支撑。

此外，阴部分16和阳部分18的形状使得沿着管状部件12、14的纵向轴线在预定区域处在阴部分16的内表面与阳部分18的外表面之间形成间隙29、31。所述间隙可以用来利于阴部分16与阳部分18之间的组装，以使装配变得容易。例如，如图3中所示，可以邻近于第一肩部部分16c和第二肩部部分18c提供间隙29以利于管状部件12、14的组装。

螺纹部分(无论是内螺纹部分16d或18d还是外螺纹部分16b或18b，或者无论是阳部分18的一部分还是阴部分16的一部分)可以包含不同形状的齿。如图1中所示，给定的螺纹部分可以分成两个纵向端部区域36a、36b以及位于两个纵向端部区域36a、36b之间的中间区域38。在给定的螺纹部分内，齿32可以具有相同的长度，其中螺纹部分内的插入齿侧(stabbing flank)导程和承载齿侧(loading flank)导程彼此相等。在给定的螺纹部分内，齿32的高度可以变化，以使得中间区域38完全由高的、完全形成的齿32构成，而纵向端部区域36a、36b由较短的齿34构成。较短的齿34可以具有相同的长度，但是也可以在高度方面彼此不同或者在形状方面不同。较短的齿34也可以为梯形的。较短的齿34和完全形成的齿32都可以为梯形的，但是较短的齿34可以为不同形状的梯形。此外，螺纹部分的每个纵向端部区域36a、36b可以包含多个较短的齿34。此外，较短的齿34可以随着它们接近中间区域38而在高度方面逐渐增大，并且可以随着它们远离中间区域38而在高度方面逐渐减小。

图4为齿32的近距离视图，所述齿可以组成阴部分16的外螺纹部分16b和内螺纹部分16d的一部分或者阳部分18的外螺纹部分18b和内螺纹部分18d的一部分。在图4中，阴部分16和阳部分18的齿以分离状态示出。

如图4中所示，具有梯形构造的齿可以包含插入齿侧32a、承载齿侧32b、冠部表面32c以及根部表面32d。在梯形的完全形成的齿32的一个实施例中，冠部表面32c和根部表面32d可以为圆柱形的，以使得冠部表面32c和根部表面32d如图4中所示在纵向方向上沿着横截面为平坦的并且彼此平行。冠部表面32c和根部表面32d彼此间隔开，以提供油脂可以停留于其中的凹穴31，这样的凹穴31产生用于油脂的螺旋线形路径(图3)。此外，冠部表面32c和根部表面32d可以平行于管状部件12、14的纵向轴线X。然而，中间区域38中的完全形成的齿32可以被形成为沿着中间区域38呈锥形，以使得锥轴线Y与管状部件的纵向轴线X成一定角度，如图4中所示。

在阴部分16的一个实施例中，锥轴线Y可以使得阴部分16的沿着外螺纹部分16b和内螺纹部分16d的内径沿图4中的向右方向近似地减小这样的值，所述值处于每16英寸间隔为1英寸至每19英寸间隔为1英寸之间的范围。类似地，在阳部分18的一个实施例中，锥轴线Y可以使得阳部分18的沿着外螺纹部分18b和内螺纹部分18d的外径沿图4中的向右方向近似地减小这样的值，所述值处于每16英寸间隔为1英寸至每19英寸间隔为1英寸之间的范围。图4进一步示出平行于锥轴线Y并且与冠部表面32c和根部表面32d相切的轴线Y'。

在图5中示意性地示出的螺纹部分的实施例中，中间区域38中的完全形成的齿32以及两个纵向端部区域36a和36b的较短高度的齿34可以包含与纵向轴线X平行的冠部表面32c和根部表面32d。如图5中所示，纵向端部区域36a、36b可以占据螺纹部分的在长度方面不同的部分，以使得一个纵向端部区域包含比另一个纵向端部区域更多数量的较短的齿。在连接状态中，冠部表面32c与根部表面32d间隔开，以便容许被成形为用于润滑剂的螺旋线形路径的凹穴31(图3)。

此外，虽然阳部分18的齿32和阴部分16的齿32可以被对应地成形以便彼此紧密地配合，但是阳部分18的齿形状和阴部分16的齿形状可以形成一个或多个凹穴。例如，在图4的实施例中，阳部分18的承载齿侧32b与冠部表面32c之间的拐角可以包含斜面区域42，所述斜面区域在该第一区域中在阳部分18的齿32与阴部分16的齿32之间提供一些空间。此外，插入齿侧32a与冠部表面32c之间的拐角可以包含斜面区域44，所述斜面区域在该第二区域中在阳部分18的齿32与阴部分16的齿32之间产生凹穴，如图4中所示。这样的凹穴可以容许将施加至阴部分16和阳部分18的润滑剂收集于其中，或者提供所述凹穴以利于管状部件12、14之间的螺纹连接。这样的凹穴还改进了阳部分18至阴部分16中的滑动和装配性能。

进一步，如上文所讨论的，阳部分18可以在它的内部端部部分18e处包含自由端部20，并且阴部分16的内部端部部分16e可以包含终端肩部30，所述终端肩部被成形为容置阳部分18的自由端部20，如图6中所示。内部端部部分16e被限定于终端肩部30与内螺纹部分16d之间。内部端部部分18e被限定于内螺纹部分18d与阳轴向自由端部20之间。内部端部部分18e的沿着X轴线的轴向长度可以小于10mm。内部端部部分18e的沿着X轴线的轴向长度为限定于外螺纹部分18b的外部末端18b1与自由端部20之间的轴向长度的小于10％、并且甚至优选地低于8％，所述外部末端18b1为该外螺纹部分18b的距管状部件14的其中壁24的厚度为其最大宽度的部分最近的点，壁24的该最大宽度为该管状部件14的标称宽度。

虽然内部端部部分16e被构造成容置内部端部部分18e，但是内部端部部分16e和内部端部部分18e可以仅仅在有限区域中彼此接触以形成液密密封。内部端部部分16e的箱部表面52可以适于接触内部端部部分18e的销部表面50。

销部表面50被形成为圆顶形构造，其具有相对大的曲率半径，而箱部表面52被形成为圆锥形构造，以使得可以沿着这些表面50、52形成液密密封。那里所提供的密封为金属-金属密封类型。当连接件被设计成使得在特定位置处确定给定的直径差时，确定过盈配合，以使得在连接状态中，销部表面50被径向地压配合抵靠局部地具有比为圆顶形表面50提供的直径更小的直径的箱部表面52。例如，确定在径向尺寸方面在0.1mm至1mm之间的、等同于直径尺寸方面0.2mm至2mm的最大密封过盈。

可以确定其中表面50和52彼此接触的最大密封过盈点。本发明中所提供的密封为针对气体和/或液体的密封。

例如，所述最大密封过盈点可以沿着X轴线位于距阳部分的自由端部20的轴向距离SP处。最大密封过盈点可以远离圆顶形部分50的末端50a和50b定位。圆顶形部段50的末端(也被称为极点)50a和50b分别处于距自由端部20的非零距离处。例如，末端50b最靠近于自由端部20，而末端50a最远离自由端部20。离自由端部最近的末端50b处于距自由端部20的轴向极点低于2mm、优选地低于1.8mm的轴向距离处。离自由端部20最远的末端50a处于距自由端部20低于10mm的轴向距离处。末端50a与末端50b之间的沿着X轴线的距离优选地低于8mm、并且甚至更优选地低于5mm。如果将表示销部端部和箱部端部的技术图叠加，则在装配位置中，圆顶形部段50与箱部圆锥形表面52之间的重叠将小于8mm、并且优选地小于5mm。在相应的阴部分16与阳部分18的真实装配位置中，由于阳部分的内部端部18e的偏转，液密密封的轴向长度将小于3mm、甚至更好地小于2mm。

圆顶形表面50可以优选地由单个曲率半径形成，例如曲率半径选择于10mm至40mm之间、优选地选择于20mm至30mm之间，例如等于25mm。圆顶形表面50在末端50b处切向地连接至圆锥形表面51。圆锥形表面51通过倒圆角部分53连接至自由端部20的表面54。表面54优选地垂直于X轴线。可选地，表面54可以为倒置的截圆锥形表面，所述倒置的截圆锥形表面与垂直于X轴线的垂线相比限定在-10°至0°之间的角度。与轴线X相比，圆锥形表面51可以以介于20％至50％之间的角度成锥形。圆锥形表面51的锥度可以为例如35％。倒圆角部分53优选地被限定为具有低于3mm、优选地低于2mm的半径。圆顶形表面50在末端50a处切向地连接至圆柱形表面55。圆柱形表面55邻近于内螺纹部分18d。

具有圆顶形构造的圆顶形表面50可以替代地具有一个以上的曲率半径。箱部表面52被形成为圆锥形构造，它可以由介于15％至25％之间的、例如介于19.8％至20.2％之间(其中目标值为20％)的锥度限定。

优选地，箱部中的箱部圆锥形表面52的锥度低于销部的圆锥形表面51的锥度。例如，相应的箱部圆锥形表面52与阳圆锥形表面51的角度差为大约5°。

锥形表面52在末端52b处通过凹形倒圆角部分56连接至终端肩部30的终端肩部表面48。凹形倒圆角部分56优选地被限定为具有低于3mm、优选地低于2mm的半径。倒圆角部分53和凹形倒圆角部分56可以具有相同的曲率半径。优选地，凹形倒圆角部分56具有比销部的倒圆角部分53更大的曲率半径。

在图6中，终端肩部表面48相对于X轴线定向于径向平面中。另外，阳部分的自由端部20以及箱部的终端肩部30可以以间隔开的关系构造，以使得阳部分的自由端部20的表面54与肩部表面48保持平行。在装配时，在阳部分的自由端部20的表面54与肩部表面48之间观察到剩余距离。例如，该剩余距离可以为0.3mm至3mm的轴向间隙。

替代地，终端肩部表面48可以不垂直于X轴线，同时保持与阳部分的自由端部20的表面54间隔开。为了利于组装和保持密封，在倒圆角部分53和56之间限定径向空间46，以使得径向空间46也限定于阳圆锥形部分51与阴圆锥形表面52之间。

与凹形倒圆角部分56相对地，锥形表面52包括第二末端52a。锥形表面52在末端52a处连接至更陡的锥形部分57，这样的更陡的锥形部分57与X轴线相比呈现在5°至45°之间的、优选地在20°至30°之间的、例如为25°的锥度。更陡的锥形部分57的锥度大于锥形表面52的锥度。更陡的锥形部分57连接邻近于阴部分的内螺纹部分16d的圆柱形部分58，以便在内部端部部分16e的内表面上提供凹槽。

设置于圆柱形部分58下方的凹槽有助于机加工过程，并且为螺纹切割工具提供空间以在机加工结束时从阴部分的内螺纹部分16d移除。根据本发明中所选择的螺纹轮廓，需要更陡的锥形部分57不太小，以便避免阴元件的未与螺纹或密封表面接触的较长的无支撑长度。另一方面，需要更陡的锥形部分57不太高，以便避免在更陡的锥形部分57与圆柱形部分58之间的汇合部处产生周向应力。

阳部分的内螺纹部分18d的至少一个圈在连接件被装配时位于圆柱形部分58下方并且远离所述圆柱形部分，以使得阳部分的内螺纹部分的该圈(其例如由不完全的螺纹制成)不接合于阴部分的内螺纹部分16d的任何对应的螺纹圈中。圆柱形表面58与阳部分的内螺纹部分18d的不完全的螺纹之间的空间59限定凹穴或凹槽体积，当内部紧密密封开始被激活且装配未完全完成时，所述凹穴或凹槽体积有助于在装配期间释放涂层压力(dopepressure)。

阴部分的内部端部部分16e的沿着X轴线的轴向长度高于10mm。阴部分的内部端部部分16e的沿着X轴线的轴向长度为限定于阴部分的轴向自由端部70与终端肩部30之间的轴向长度的7％至10％、优选地8％至9％。箱部的轴向自由端部70也可以被称为箱部的面。锥形表面52的在末端52a和52B之间的、沿着X轴线的距离优选地低于10mm、并且甚至更优选地低于8mm。在连接件的装配状态中，锥形表面52在圆顶形表面50的两侧上延伸。锥形表面52呈现比圆顶形表面50宽的轴向长度。

与轴线X相比，限定于圆顶形表面50的末端50a和50b之间的假想线限定一倾斜角度。所述倾斜角度小于锥形表面52相对于所述轴线X的倾斜角度。

如在图9a和图9b的近距离视图中所呈现的在装配结束时对连接件中的应变的FEA分析，在第一管状部件12的外周边处、在终端肩部30上方观察到较小的塑性应变。另外，如图9a中所示，在终端肩部30中、凹形倒圆角部分56、或箱部锥形表面52中没有观察到塑化作用。

进一步，阴部分16的外部端部部分16a和阳部分18的外部端部部分18a可以分别包含表面66和表面64，所述表面66和表面64接触以形成第二外部液密密封，如图1和图2中所示。表面66、64都可以被形成为圆锥形构造以实现密封效果。表面64和66可以设置有比执行内部液密密封所需的圆锥形表面52中的一个更陡的同样的锥度角。例如，第二外部液密密封的锥度在25％至55％之间，例如为大约50％、优选地在49.8％至50.2％之间。

另外，阴部分16的表面和阳部分18的表面可以被处理以在管状部件12、14之间提供改进的密封。例如，可以将金属涂层施加至被构造成彼此接触的阳部分18的内部端部部分18e和阴部分的内部端部部分16e。一旦阳部分18被插入至阴部分16中，阳部分18的外部端部部分18e的涂层区域和阴部分的内部端部部分16e的涂层区域就可以彼此接触，以便形成密封并且使得运动通过管状部件12、14的内部通道的流体被防止通过阴部分16与阳部分18之间的汇合部泄漏。可以将所述涂层施加至整个连接件。

本文中所讨论的管状连接件被构造成具有在抗轴向载荷能力方面产生改进性能的尺寸。具体地，螺纹部分呈锥形容许肩部部分16c和18c占据管状部件12、14的壁22、24的厚度的较大部分。如果管状部件12、14的内径减小，则为所有钻孔、或其它套管、或管道、或加工附件限定的通径(drift diameter)将恶化。此外，如果管状部件12、14的外径增大，则管状结构可能不再适合于针对容置先前使用的管状结构的目的而钻出的钻孔，或者管状结构可能与钻孔中的其它应用发生干涉。然而，因为壁22、24的厚度未增大并且管状部件12、14的内径和外径未被显著地影响，所以可以改进抗轴向压缩载荷能力，而不减小管状结构的流体承载能力并且同时保持与钻孔以及其中所使用的其它应用的兼容性。

本公开适用于若干尺寸在7”(177.8mm)至16”(406.4mm)之间的、甚至高达20”(508mm)的外径，并且在其它示例中，适用于在

(250.8mm)至14”(355.6mm)之间的尺寸。管道可以由钢制成，并且在一个示例中，由碳马氏体不锈钢制成，其屈服强度在80ksi至140ksi之间。壁22、24的标称壁厚度可以在0.453英寸(11.5mm)至0.820(20.82mm)之间。通径可以在6英寸(152.4mm)至14.750英寸(374.65mm)之间，并且在其它示例中，在8.5英寸(215.9mm)至12.250英寸(311.15mm)之间。

显然，根据上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，应当理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于本文中具体地描述的方式实施。

Claims (18)

1.一种螺纹管状连接件，包括：

第一管状部件(12)，所述第一管状部件包含限定于所述第一管状部件的内表面上的阴部分(10)，所述阴部分包含内螺纹部分(16d)和外螺纹部分(16b)，所述内螺纹部分和外螺纹部分通过第一肩部(26)相对于所述第一管状部件的纵向轴线(X)径向地偏移；所述阴部分的外螺纹部分比所述阴部分的内螺纹部分更靠近于阴部分的自由端部(70)，以及

第二管状部件(14)，所述第二管状部件包含限定于所述第二管状部件的外表面上的阳部分(18)，

所述阳部分待被插入至所述阴部分中，所述阳部分包含内螺纹部分和外螺纹部分，所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分通过第二肩部(28)相对于所述第二管状部件的纵向轴线(X)径向地偏移，一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述第二肩部就抵接所述第一肩部，

其中所述阴部分的内部端部部分(16e)包括圆锥形部段(52)，并且其中所述阳部分的在所述阳部分的内螺纹部分(18d)与阳部分的自由端部(20)之间延伸的内部端部部分(18e)包括圆顶形部段(50)，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述圆顶形部段和所述圆锥形部段就接触以形成液密密封，所述阳部分的圆顶形部段包括末端(50a，50b)，以使得所述圆顶形部段的距所述阳部分的自由端部最远的末端(50a)处于所述阳部分的自由端部(20)的小于10mm的轴向长度处。

2.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内部端部部分包含用来容置阳部分的外部端部部分的终端肩部(30)，以使得所述终端肩部与所述阳部分的自由端部在所述液密密封的下游轴向地间隔开。

3.根据权利要求2所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内部端部部分的所述终端肩部和所述阳部分的自由端部的表面(54)垂直于所述第一管状部件和第二管状部件的所述纵向轴线(X)。

4.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段(52)的轴向长度小于10mm。

5.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述圆顶形部段和所述圆锥形部段接触以形成液密密封，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述液密密封的轴向长度小于8mm、甚至小于3mm。

6.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述液密密封通过径向过盈来获得，所述径向过盈具有1mm的最大径向过盈。

7.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述圆顶形部段为倒圆角部分，所述倒圆角部分具有在10mm至40mm之间的、优选地在20mm至30mm之间的、例如为25mm的一个或多个曲率半径。

8.根据权利要求7所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述圆顶形部段为倒圆角部分，所述倒圆角部分具有在10mm至40mm之间的、优选地在20mm至30mm之间的、例如为25mm的单个曲率半径。

9.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段(52)的锥度包括在15％至25％之间，例如在目标值为20％的情况下处于19.8％至20.2％之间。

10.根据权利要求9所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述圆顶形部段的、最靠近于所述阳部分的自由端部的末端(50b)切向地连接阳部分的圆锥形表面(51)，以使得所述阳部分的圆锥形表面(51)的锥度大于所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段(52)的锥度。

11.根据权利要求9或10所述的螺纹管状连接件，其特征在于，径向间隙(46)限定于所述阳部分的圆锥形表面与所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段之间。

12.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内部端部部分包括在所述阴部分的内螺纹部分与所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段之间的凹槽，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述阳部分的内螺纹部分的至少一部分就位于所述凹槽中。

13.根据权利要求12所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述凹槽包括连接至更陡的锥形部分(57)的圆柱形部分，这样的更陡的锥形部分连接至所述阴部分的内部端部部分的圆锥形部段，这样的更陡的锥形部分与所述第一管状部件和第二管状部件的所述纵向轴线(X)形成在5°至45°之间的、优选地在20°至30°之间的角度，例如在目标值等于25°的情况下处于24°至26°之间的角度。

14.根据权利要求13所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述更陡的锥形部分(57)具有比所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段的锥度更陡的锥度。

15.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分以及所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分以在5.26％至6.25％之间的、优选地为6％或更小的、甚至更优选地在5.5％至5.6％之间的值成锥形。

16.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分的内螺纹部分和外螺纹部分以及所述阳部分的内螺纹部分和外螺纹部分包含梯形齿，以使得在每个纵向端部处的多个所述梯形齿为较短的齿。

17.根据权利要求16所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述齿包含冠部表面和根部表面，所述冠部表面和根部表面两者平行于所述管状部件的所述纵向轴线。

18.根据权利要求1所述的螺纹管状连接件，其特征在于，所述阴部分包括在所述阴部分的外螺纹部分(16b)与所述阴部分的自由端部(70)之间的阴部分的外部锥形部分(66)，所述阳部分包括限定于所述第二管状件的管道主体与所述阳部分的外螺纹部分(18b)之间的阳部分的外部锥形部分(64)，以使得一旦所述阳部分连接至所述阴部分，所述阳部分的外部锥形部分(64)和所述阴部分的外部锥形部分(66)就接触以形成第二液密密封，所述阳部分的和所述阴部分的外部锥形部分具有比所述阴部分的内部端部部分的所述圆锥形部段更陡的锥度，例如，其中所述外部锥形部分的锥度包括在25％至55％之间、优选地在49.8％至50.2％之间。

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