CN1420974A

CN1420974A - 抗疲劳的形成有腰部的螺纹管件

Info

Publication number: CN1420974A
Application number: CN01807420A
Authority: CN
Inventors: 莱昂内尔·维迪隆
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Wa Lou Rick Of France Oil And Gas Co; Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: ES2236207T3; DE60108949D1; CZ20023598A3; DZ3270A1; WO2001075345A1; AR027665A1; JP2003529733A; EP1269059B1; CA2400820C; PL197968B1; EA004342B1; UA73983C2; CA2400820A1; FR2807095A1; DE60108949T2; BR0109604A; BR0109604B1; JP4746246B2; EP1269059A1; CN1215277C

Abstract

本发明涉及一种螺纹管件(2)，具有例如在螺纹(4)下面的材料上形成的一条槽(30)的一个斜面，以降低最先啮合螺纹牙(22)处的壁的刚度。槽(30)可避免在螺纹管件(2)的最先啮合螺纹牙(22)和相配合的螺纹管件的相应的最后啮合螺纹牙上的拉伸负载。该二个螺纹管件可以装配在一起形成一个螺纹管接头。改进的负载传递特性可以减小由于疲劳造成的、在受到循环负载作用的螺纹管接头上出现裂纹的危险，同时不会降低螺纹管接头的静态性能。

Description

抗疲劳的形成有腰部的螺纹管件

技术领域

本发明涉及特别能承受静态应力和循环应力的螺纹管连接的阳螺纹管件或阴螺纹管件。

本发明还涉及特别适合于承受静态和循环应力的螺纹管连接。

背景技术

螺纹管连接包括在第一管端部的阳螺纹管件和在第二管端部的阴螺纹管件。第二管可是长度很大的管或一个管接头。这种螺纹连接具体地用于构成油气并或类似的井(例如地热井)的套管柱(casing strings)或生产管柱(production strings)或钻管柱(drill pipe strings)。

在美国石油学院(API)说明书5B中，API提出了套管之间或生产管之间带有锥螺纹、梯形螺纹或倒圆的三角形螺纹的螺纹管连接。

还已知有其他形式的使用直螺纹或两种螺纹高度的锥螺纹的螺纹管连接。例如，可参见美国专利US 4521042号和US 5687999号。

近来，尽管由于需要，套管或生产管的厚度有限制，但为了能开采深井，将不同直径的立柱一根插在另一根中，套管或生产管要基本上可承受静态应力的不同组合(拉伸、轴向压缩、平面弯曲、内部或外部压力)。

相反，只用于钻井的钻管基本上受循环应力(动态应力)作用，但其尺寸不受限制，因为在一个给定时间，给定直径的一柱钻管位于井下。

如果不严格限制的话，工作过程中，循环应力会导致疲劳断裂。疲劳断裂在螺纹根部开始，一般是在工作中处在负载下面的承载螺纹牙齿侧面的侧面上，更具体地说，是在钻管每一个螺纹管件的最后啮合螺纹牙上发生断裂。

在本说明书的其余部分中，术语“第一螺纹牙”是指在通过螺纹管件轴线的纵向截面上，位于螺纹管件自由端的螺纹。相应地，最后的螺纹牙是指位于螺纹另一端的螺纹牙。

术语“啮合螺纹牙”是指螺纹管连接中，将负载从一个螺纹管件传递至配合的另一个螺纹管件的螺纹牙。

当螺纹连接受到拉伸负载作用时，啮合螺纹牙为负载侧接触并将负载从一个螺纹管件传递至配合的螺纹管件的螺纹牙。

延伸来说的话，在本发明书中所用的术语“螺纹管件的啮合螺纹牙”是指，当将二个螺纹管件连接，构成一个螺纹管连接时，将负载传递至配合螺纹管件的相应螺纹上的螺纹牙。

从螺纹件的设计中已知螺纹管件的啮合螺纹的位置。这是由要连接的螺纹件的名义尺寸决定的理论参数。

这样，可以很好地决定螺纹管连接的螺纹管件的最后或最先啮合螺纹的位置。

然而，疲劳断裂的问题现在不仅在钻管中碰到，而且在某些油气井的生产管柱中也碰到。

能够制成这种管柱的螺纹管连接，必须能够承受大的静态应力和循环应力。

这种对应力承受的要求，现在在连接海床与离开海岸的油气开采平台的水下管柱中碰到。

讲英语的本领域技术人员称为“riser”(“立管”)的管柱受到由波浪、潮汐和平台本身的移动在管柱上产生振动造成的水流引起的循环应力的作用。所有的应力主要都是循环弯曲应力和/或拉抻-压缩应力。

这种对承受应力的要求在岸上油井中也可碰到。特别是，当为了加固油井(经常是偏离垂直线和有弯曲地方的油井)而投下转动的管子时，更会碰到这种要求。这时，投下转动的管子会产生回转弯曲。

因此，为了提高疲劳强度，需要改进用于套管，生产管或立管的螺纹管连接。

先前技术的螺纹管连接或非管连接(例如螺钉螺母形式)提供了一种改善受到循环变化的轴向拉伸负载作用的螺纹连接的疲劳强度的装置。

专利申请WO 00/06931描述了一种螺纹管连接的阴螺纹管件。该阴螺纹管件的外圆周表面形成有锥度，并且随着靠近阴螺纹的自由端，直径减小，使得在第一螺纹牙处螺纹下面的材料厚度减小。这使得非常细长的阴螺纹自由端对冲击很敏感。

包括US 5779416和专利申请JP 04157280与JP 0157283在内的许多文献提出在受拉力作用的阳螺纹管件的最后一个啮合阳螺纹牙以外的没有螺纹的部分上，使用一个U形的槽。这种槽的一个主要缺点是减小了在轴向拉力作用下应力最大的螺纹连接的临界横截面积，因而降低了螺纹连接承受拉力静态负载的性能。

US 3933074说明了一种螺拴连接的螺母，其中，在最先啮合螺纹牙上的内螺纹，被许多在螺纹圆周上均匀分布的下凹的轴向槽断开，目的是将螺钉和螺母之间的轴向拉伸应力的最大传递区，从最先啮合的阳螺纹牙移向螺拴轴向长度的中间。

长度可达到螺纹长度一半和深度可达到螺纹高度80％的这些槽，增加了最先啮合螺纹牙的挠性，但使形成这些槽的区域的螺纹承载表面减小大约20％。当要求承受静态应力的能力大和螺纹管连接内外都要密封时，这是一个缺点。

另外，在第一螺纹牙一侧，螺母支承在螺钉头上(在螺钉的最后螺纹牙一侧)的解决方法并不能当然地直接适用于螺纹管连接。

专利FR 1317815描述了在钻管阴螺纹管件的外圆周表面上形成的、不是太深的轮廓为盆形的环形槽。

在该专利的图中，该槽形成在螺纹的中间，对第一或最后螺纹牙的壁没有影响。这可以将应力集中散布在整个阳螺纹上，同时增加了位于螺纹中间的槽下面的螺纹上的应力。

但是，该专利没有指出，图中所示的应力场相应于什么应力(扭转、拉伸、压缩、弯曲)。这些应力场似乎是由钻管螺纹件的组合状态产生的应力。

还应注意，在该专利的图中，该槽具有与螺纹管连接轴线平行的平的底部和陡的螺纹牙齿侧面。该螺纹牙齿侧面粗略地与该槽的底部和外圆周表面垂直。

专利申请JP 58-187684和EP 0032265描述了一种形成在螺纹件的内圆周表面上、在没有螺纹的唇部自由端上，或基本上形成在所述唇部上的、带有盆形轮廓的环形槽的阳螺纹件。

在该二个文献中，所提供的唇部是为了改善除疲劳强度外的螺纹管连接的其他特性(磨损强度，应力腐蚀强度，螺纹件锁紧就位)；而这二个文献中没有任何内容建议在阳螺纹唇部下形成的槽(在日本专利文献的情况下，可能稍微从最初的二个阳螺纹下突出出来)可以改善螺纹管连接的疲劳强度。

发明内容

本发明的目的是要提供螺纹管连接的阳螺纹管件或阴螺纹管件，这些螺纹管件可以承受：

a)静态应力，特别是轴向拉伸，轴向压缩、弯曲、扭转、内压力或外压力，和在连接过程中错位(dislodging)，包括简单或组合的静态应力(例如拉伸+内压力)；

b)循环应力，特别是弯曲应力和拉伸压缩应力。

在本说明书的其余部分中，将说明具有抗疲劳轮廓的螺纹管件。

本发明的另一个目的是保证本发明的螺纹管件可用所有形式的螺纹制成：锥形螺纹、普通的直螺纹、直螺纹与锥形螺纹的组合、单一或多个螺纹牙高度，梯形螺纹或三角形螺纹。这些螺纹使可以是过盈的或不过盈的。不过盈的螺纹可以是如欧洲专利申请EP 0454147中所述的形式，其二个螺纹牙齿侧面与配合螺纹的二个螺纹牙齿侧面同时接触(称为“粗螺纹”)；这些螺纹可以是如文献WO 00/14441中所述的轴向为压配合的形式，或者如US Re 30647中所述的宽度变化的楔形式。

本发明的再一个目的是使该螺纹管件容易制造和检查。

本发明的螺纹管件必须能用于构成油气井的生产管柱、套管柱或水下开采的“立管”或类似用途的螺纹管连接。

本发明还有一个目的是提供一种密封的、特别是在循环应力作用下不漏气的螺纹管连接。

在一个变例中，本发明的螺纹件必须能用于钻管柱中。

本发明再一个目的是要提供一种螺纹管连接，其中，只有一个螺纹管件(例如阴螺纹管件)经过改造可以承受循环应力，而含有一个配合的螺纹管件没有经过改造。

在一个变型中，该螺纹管连接的二个螺纹管件都经过改造，可以承受循环应力。

带有抗疲劳轮廓的阳螺纹管件或阴螺纹管件形成在管的端部。根据该螺纹管件是阳螺纹或阴螺纹形式的不同，该螺纹管件包括在其外圆周表面上的阳螺纹或在其内圆周表面上的阴螺纹。

所述螺纹管件用于通过拧入配合的螺纹管件中进行联接(即，如果所考虑的螺纹是阳螺纹，则为阴螺纹；或相反)，构成可以承受静态和循环应力的螺纹管连接。

这个螺纹管件包括增加最先啮合螺纹牙挠性的装置，其目的是当两个螺纹管件构成一个受拉力负载作用的螺纹管连接时，减小螺纹管件的最先啮合螺纹牙和配合的螺纹管件的最后啮合螺纹牙之间的负载传递。

该装置包括在螺纹管件壁上的槽形式的一个腰部，该腰部从与形成有螺纹的圆周表面相对的圆周表面开始。在螺纹根部的包络线和与该包络线相对的圆周表面之间形成的槽，不影响螺纹的几何形状。该槽是与螺纹相适应地形成的。

根据本发明，该槽是这样的：在最先啮合螺纹牙处，螺纹下面的壁厚，即从螺纹牙根部开始测量的壁厚，被该槽减小。

该槽的作用是减小最先啮合螺纹牙处螺纹下面的壁的刚度。该壁的刚度随着螺纹下面的壁厚而变化。

壁刚度的减小，减小了最先啮合螺纹牙的刚度，或增加了其挠性。这样可减小在该螺纹牙上传递的拉伸负载的大小。还有一个效果是减小了与上述螺纹件配合的螺纹件上的最后啮合螺纹牙处的应力峰值。将该二个螺纹件装配就位，可构成一个螺纹管连接。

采用同样的槽的尺寸，本发明者发现，设置根据本发明的槽可以优化和保证，所考虑的螺纹件与配合的螺纹件以螺纹管的形式连接时，所考虑的螺纹件的静态和动态(疲劳)特性。

最好，该槽从螺纹的最先啮合螺纹牙下面开始。

该槽的端部最好在螺纹中间的横截面和最后啮合螺纹牙处的横截面之间的轴的区间上。

最好，本发明的槽是在同一个横向横截面上、围绕着螺纹件轴线的回转体。这样，可围绕螺纹件沿圆周方向同样地减小刚度。

最好，本发明的槽能减小在下面垂直支承螺纹的壁的刚度，使该刚度在螺纹件的轴向方向上逐渐变化。

这种结构可避免局部应力集中，而这种局部应力集中可以破坏结构刚度减小对负载传递的有利影响，甚至会造成疲劳断裂。

在本发明的槽处，在第一和第6个啮合螺纹牙之间的区间上的横向平面上，最好使螺纹下面的壁厚最小。

更好是，螺纹下面的这个最小壁厚大于或等于螺纹牙高度，最好大致等于2倍螺纹高度。

形成这个深槽的思路与流行的意见相反，后者考虑到钻井现场困难的使用条件和工作过程中要承受的应力，尽管厚度有限制，仍主张增强螺纹件的强度。

更好是，在槽处的螺纹下面的壁厚最小，并在不为零的轴向长度上保持不变。

更好是，因为槽的关系，螺纹下面的壁厚为在称为“低刚度区”的区域中的在螺纹下面的最小壁厚的100％～120％。

该低刚度区配置在围绕螺纹下面的最小壁厚的横向平面周围，并且在轴向的延伸长度等于螺距的3倍或更多。

这可使由于螺纹件加工公差的影响，在最先啮合螺纹牙相对于设计位置有变化的区间上，刚度减小最多。

最好，该槽的轮廓是这样的：能使在承受轴向拉伸负载时，螺纹件的临界截面位于上述腰部的外面。更好是，因为该槽的关系，在最后三个啮合螺纹牙处的螺纹下面的壁厚，为没有腰部区域的该壁厚的80％～100％。全部拉伸负载必须由螺纹的最后啮合螺纹牙处的壁的临界横截面吸收。

最好，该槽的侧面相对于螺纹件轴线倾斜45°或更小角度。

最好，总的来说，朝向螺纹件自由端的槽侧面相对于螺纹件轴线的倾斜度，大于其他的槽侧面相对于螺纹件轴线的倾斜度。

最好，该槽的轮廓为由彼此相切连接的、半径有限或无限大的一系列圆弧构成的曲线。半径为无限大的圆弧相应于一条直线段。

最好，该槽通过复曲面形状的切向连接区，与形成不下凹部分的圆周表面而连接。

在一个变型中，该槽可以部分或完全地用弹性模量比螺纹件的弹性模量小的材料填充。

最好，无论本发明的槽采用什么样的实施例，螺纹牙都为梯形形状。

本发明还涉及一种可承受静态应力和循环应力的螺纹管连接，包括在第一管的端部上的阳螺纹件，该阳螺纹件利用在阳螺纹件上形成的阳螺纹和在阴螺纹件上形成的阴螺纹，而螺纹联接到在第二管的端部上的阴螺纹件。

术语“管”是指长度大的管和短管(例如管接头)。

有利的是，阳螺纹件和阴螺纹件中至少有一个管件带有本发明的腰部。

从循环应力作用下的性能观点来看，更有利的是，阳螺纹件和阴螺纹件上都带有本发明的腰部。

本发明的其他优点和特性从下面的详细说明和附图中将会清楚。这个详细说明和附图不但可以帮助理解本发明，而且有助于确定本发明。

附图说明

下面的附图不是本发明的实施例和螺纹管连接的螺纹件的应用的限制性说明。

图1～7为通过要考虑的螺纹件或螺纹管连接的轴线的纵向半剖视图；

图1表示本发明的阴螺纹件；

图2表示先前技术的阳螺纹件；

图3表示由图1和图2所示的螺纹件连接得到的本发明的螺纹管连接；

图4为本发明的阳螺纹件；

图5表示将图1所示的螺纹件与图4所示的螺纹件连接得到的本发明的又一个螺纹管连接；

图6表示包括图3所示的本发明的二个螺纹管连接的螺纹接头连接；

图7表示图1所示的本发明的阴螺纹件的变型。

具体实施方式

图2表示先前技术的阳螺纹件1。这个阳螺纹件1形成在管101的端部。它包括由在管101的外圆周表面105上加工出的长度为L_FM的锥螺纹部分构成的阳螺纹3。

阳螺纹3的螺纹牙11的形状为梯形。这些螺纹牙在与螺纹件1的自由端相反的一侧，具有承载螺纹牙齿侧面13。当二个螺纹件连接而构成一个受到轴向拉力作用的螺纹管连接时，承载螺纹牙齿侧面13将负载从一个螺纹件3传递至配合的另一个螺纹件4。

第一螺纹牙21为位于螺纹件1的自由端7一侧的螺纹牙。

螺纹牙23为该螺纹件螺纹的最后螺纹牙，并且是一个逐渐消失的螺纹牙，即螺纹牙顶被管101的外圆周表面105截短的螺纹牙。

螺纹牙21和23分别为与螺纹管连接的阴螺纹件的相应螺纹牙啮合的第一个和最后一个螺纹牙(参见图3)。

与形成有螺纹的阳螺纹件圆周表面104相对的阳螺纹件1的内圆周表面103，从管101的本体向着阳螺纹件的自由端7均匀地延伸。

图2中还表示了在第一螺纹牙21和自由端7之间的一个没有螺纹的唇部。这个唇部的外圆周表面上有一个支承表面5。

螺纹下面的壁由螺纹根部19和内圆周表面103之间的壁材料制成。

这个壁的刚度不是无穷大的，而是其刚度，特别是轴向刚度，与螺纹下面的壁的厚度成正比。

因为螺纹有锥度，因此这个刚度从螺纹的一端至另一端会稍有变化。但因为螺纹的锥度小(在根据API说明书5B的“锯齿”螺纹的情况下，为6.25％)，因此这个变化有限。

图1表示本发明的阴螺纹件2。阴螺纹件2形成在管102的端部，包括由在管102的内圆周表面上加工出的长度为L_FF的锥螺纹构成的阴螺纹4。

阴螺纹4与阳螺纹件1的阳螺纹3啮合，即它们具有相同的螺距，相同的锥度，相同的参考中径和相同的螺纹形状。

阴螺纹4的螺纹牙12的形状为梯形。该螺纹牙包括与阳螺纹3的承载螺纹牙齿侧面13配合的承载螺纹牙齿侧面14。

第一螺纹牙22位于阴螺纹件2的自由端10上，而最后一个螺纹牙24位于该螺纹的另一端。在下面可看出，它们也是第一个和最后一个啮合螺纹牙。

阴螺纹件的外圆周表面104与形成阴螺纹4的表面相对。

该外圆周表面，利用一条槽30与阳螺纹4相适应地下凹或形成一个腰部。槽30带有倾斜很小的侧面：在阴螺纹件自由端一侧的侧面36，相对于阴螺纹件2的轴线XX倾斜15°，而侧面38与该轴线倾斜9°。这样，总的来说，侧面36相对于所述轴线倾斜比侧面38倾斜大。

槽30使螺纹下面的材料厚度大大减小，因此使该螺纹下面的壁的刚度大大降低。

在这种情况下，该槽造成的螺纹壁厚度，比在没有形成腰部区域中的B点上测量的螺纹下面的壁的厚度减小超过80％。

该槽从最先啮合螺纹牙22处的点A开始。由于该槽的位置，在最先啮合螺纹牙(图1中的螺纹牙22和它右边的三个螺纹牙)处的螺纹壁的刚度减小，结果使最先啮合螺纹牙的挠性增加。

从自由端10一侧的螺纹外面开始的槽，对增加强度是没有效果的或几乎没有效果，并可降低自由端10的强度。

槽从该螺纹下面进一步延伸，会在槽D底部或者稍微超过的螺纹下面，形成一个轴向拉伸应力的临界横截面；而正常的临界截面是位于最后一个螺纹牙下面的壁的横截面。这会使在轴向拉力作用下，螺纹连接的静态性能恶化。

槽30是围绕阴螺纹件2轴线的一个回转体。槽30纵截面的轮廓由一系列的彼此相切的圆弧或直线构成，因此，该结构的刚度在轴向方向是逐渐变化的。

特别是，槽底部的轮廓由大半径的圆弧构成。该半径可以为无限大，这样该圆弧相当于例如与螺纹锥度平行的直线。

在第4和第5个啮合螺纹牙之间的点D上，螺纹下面的壁厚最小(e_min)。在横截面平面40的点D处，螺纹下面的壁的刚度也最小。

如上所述，有利的是，该槽底部在一小段轴向长度上延伸大约为2个螺距长度的直线长度，该直线的斜度与螺纹的锥度相同，因此，螺纹下面的壁厚和该壁的刚度，在所述轴向直线长度上最小和固定不变。

与螺纹锥度垂直测量的厚度e_min2等于螺纹牙高度h_f。

在厚度只比厚度e_min2稍大一点的点E和F之间的低刚度区中，螺纹下面的壁的刚度差不多也是最小的。该区的厚度为最小厚度的100％～120％，刚度相对于最小厚度值变化的比例也相同。

点E和F之间的轴向距离为螺距的3～4倍，点E和F包围着厚度和刚度最小的平面40上的点D。

槽30的端部34在与自由端10相对的一侧、随后的啮合螺纹牙处。在最后啮合螺纹牙外面的B点处，不再有槽。

在最后三个啮合螺纹牙处，螺纹下面的壁的刚度，相对于没有形成腰部的壁的刚度，几乎没有降低，因为在最后三个啮合螺纹牙处的螺纹下面的壁厚为没有形成腰部区域(例如B点)的螺纹下面的壁厚e_T2的80％～100％。结果，阴螺纹件2的轴向拉伸应力临界截面为B点处的截面，该截面与同样的但没有槽的螺纹件截面比较，没有减小。

槽30与管102的外圆周没有下凹的表面104，在点32处，通过一个复曲面连接。在纵截面上，该复曲面的轮廓为一个圆弧。

槽30在自由端一侧的点34处，也通过一个复曲面与直径比表面104小的圆柱形表面106连接，使A点处的壁厚比B点处的壁厚减小。

注意，可以选择使用在阴螺纹4以外、向着管子本体的横向的靠紧表面8和支承表面6。

图3表示将图1和图2所示的螺纹件连接形成一个螺纹管连接100。在这个螺纹管连接100中，阳螺纹件1和阴螺纹件2的阳螺纹3和阴螺纹4相配合，直到例如作为选择的螺纹件1和2的横向表面7和8靠紧。支承表面5和6在接触压力作用下接触，形成一对金属对金属的支承密封表面。

由于在油井中垂直安装在管柱中的管的重量的作用，螺纹管连接100受到轴向拉伸负载作用。

另外，在图3所示的情况下，螺纹管连接100受到轴向拉伸负载作用。该轴向拉伸负载是由于横向表面7，8在几个KN·m的大扭矩作用下靠紧，使承载螺纹牙齿侧面13、14受拉力作用而产生的反作用引起的。

阴螺纹件2的轴向拉伸应力临界截面，与同样的但没有槽的螺纹件的临界截面比较没有减小，因此，螺纹管连接100对轴向拉伸应力的静态性能，与先前技术的螺纹管连接比较没有改变。

在这些循环力上可以叠加循环力。

螺纹的每一个螺纹牙都必须将一部分拉力负载传递给配合螺纹的相应的螺纹牙。

这部分负载从相同螺纹的一个螺纹牙至另一个螺纹牙都不是固定不变的，因此，阴螺纹件上的槽30的作用是使不同的螺纹牙之间的负载传递平衡。在图3所示的情况下，至少是使阴螺纹的最先啮合螺纹牙和阳螺纹的最后啮合螺纹牙上的负载传递平衡。

没有这个槽，在这些螺纹牙上的传递的负载要大得多。这样，阳螺纹的最后螺纹牙受到大的应力作用，这个应力进一步被在螺纹根部、承载螺纹牙齿侧面与螺纹牙根部连接半径处的几何应力集中效应放大。过大的传递负载和应力集中结合，使连接半径成为在受循环应力作用的螺纹管连接中，疲劳裂纹开始的位置，而在静态负载情况下，这种应力的增加不会导致断裂。

通过减小阴螺纹的最先的螺纹牙下面的壁的刚度和选择承载螺纹牙齿侧面13，14和螺纹牙根部19，18之间的大的连接半径，而在本发明中得到的负载传递的平衡，可大大降低危险区中的应力，从而可避免在工作过程中，与阴螺纹的最先啮合螺纹牙相适应的阳螺纹的最后啮合螺纹牙疲劳断裂的危险。

应当注意，在阳螺纹件上没有槽的情况下，在阳螺纹的最先啮合螺纹牙和阴螺纹的最后啮合螺纹牙上的负载传递仍是不平衡的，但在先前技术的螺纹管连接的这些区域上，较少出现疲劳裂纹。

最后，应当注意，最好选择梯形螺纹，以便避免当连接完成时，在低刚度区EF上阴螺纹件径向膨胀的危险。这种膨胀会造成螺纹件1和2灾难性地错位，而使管柱落入油井中。

图5表示本发明的螺纹管连接的变型200，其中阳螺纹件和阴螺纹件上都有槽。

这样，阴螺纹件2与图1所示的阴螺纹件相同。阳螺纹件51表示在图4中。

这个图中的阳螺纹件51是以图2所示的阳螺纹件1派生出来的，它使后者的内圆周表面103上下凹而形成一个槽31。这个圆周表面103是与形成阳螺纹3的表面相对的表面。

槽31从作为最先啮合螺纹牙的第一螺纹牙21(见图5)的下面开始，末端伸向螺纹的中间。这个槽降低了阳螺纹第一螺纹牙处螺纹下面的壁的刚度。

在螺纹下面壁厚最小的平面41上，第二个和第三个阳螺纹的啮合螺纹牙之间的G点处，刚度的减少达到最大。最小厚度e_min2大约等于螺纹牙高度的二倍。

在点H和I之间的低刚度区，刚度的减小也差不多是最多的。这二个点之间的轴向距离比螺距的3倍略大。

槽31的侧面37，39的倾斜度很小，它们与阳螺纹件5 1的内圆周表面103，通过复曲面在位置33，35处连接。

槽31本身的轮廓由几个彼此相切的圆弧构成。这些圆弧的半径较大，特别是在槽底处更大。

考虑到槽31的轮廓和位置，阳螺纹件51的轴向拉伸应力临界截面为在最后啮合螺纹牙23处的截面。所述临界截面与同样的、但没有槽的阳螺纹件的临界截面比较，没有减小。

在将阳螺纹件51装配入阴螺纹件2中后形成的图5所示的螺纹管连接200的抗疲劳性能，比图3所示的螺纹管连接100更好，因为在每一个螺纹件上都形成槽，因此在每一个螺纹件二个端部的负载传递均匀。

与先前技术的螺纹管连接的静态性能比较，其在轴向拉伸应力下的静态性能没有改变，与同样的、但没有槽的螺纹件比较，螺纹件2和51的临界截面没有减小。

图6表示由二个螺纹管连接100，100’构成的一个螺纹接头连接。

阳螺纹件1，1’形成在长度大的管的端部。

阴螺纹件2，2’对称地形成在可认为是一根非常短的管的管接头202上。

每一个螺纹连接100，100’都与图3所示的螺纹连接相同。

这种形式的已知连接不需进一步说明。

管接头202上的槽30，30’的功能与图1和图3中所示的阴螺纹件2上的槽30的功能相同。

本发明者曾估算了与先前技术的、没有槽的螺纹管连接的同一个螺纹牙相比，图3所示的螺纹管连接中的负载最大的阳螺纹的最后啮合螺纹牙的承载螺纹牙齿侧面13和螺纹牙根部19之间的连接半径处的最大应力σ_max的值的增加。

考虑疲劳性能数据，可以估算出，由于该槽的存在，螺纹上最大应力σ_max的增加为20％的数量级。这说明疲劳工作寿命大大提高。

本发明还包括用与这里详细说明的槽等价的方式，来减小在最先啮合螺纹牙处在螺纹下面的壁的刚度的实施例。

本发明还包括不只是由槽来减小在最先啮合螺纹牙处螺纹下面的壁的刚度的实施例。

如图7所示，槽30部分或完全用弹性模量比螺纹件62的弹性模量小的材料50充满。尤其是，材料50可以粘接在槽的表面上，材料50例如可以由合成材料构成。

本发明还包括螺纹包括几个不同的螺纹部分的螺纹件的实施例。

在这种情况下，本发明提出的目的应理解为，槽要至少形成在这样的一个螺纹部下面的位置：如果没有槽，第一螺纹牙的挠性就会降低很多，并会导致开始出现疲劳裂纹危险。

这种情况的变型是，可以在每一个螺纹部分下面形成槽，以增加每一个螺纹部分的最先啮合螺纹牙的挠性。

Claims

1.一种阳或阴螺纹管件(2，51，62)，具有抗疲劳轮廓，用于螺纹管连接(100，200)，该螺纹管连接可以承受静态应力和循环应力，螺纹管件形成在一个管(101，102，202)的端部上，根据该螺纹管件为阳螺纹式或阴螺纹式的不同，该螺纹管件包括在其外圆周表面上的阳螺纹(3)或在其内圆周表面上的阴螺纹(4)；所述螺纹管件包括在其壁上形成的、与螺纹(3，4)相适应的槽(30，31)形成的一个腰部，该槽从与形成螺纹的表面相对的螺纹管件的圆周表面(103，104)开始，对螺纹的螺纹牙(11，12)的几何形状没有影响，其特征为，至少在最先啮合螺纹牙处，槽(30，31)使螺纹下面的壁厚度减小，因而使其刚度减小。

2.如权利要求1所述的螺纹管件，其特征为，该槽从最先啮合螺纹牙(21，22)的下面开始。

3.如权利要求1或2所述的螺纹管件，其特征为，该槽的末端在螺纹中间的横截面和最后啮合螺纹牙处的横截面之间轴向区间上。

4.如权利要求1～3中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该槽(30，31)为相对于螺纹管件的轴线(XX)的回转体。

5.如权利要求1～4中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，槽(30，31)降低在下面支承螺纹的壁的刚度，使该刚度在螺纹管件的轴线方向上逐渐变化。

6.如权利要求5所述的螺纹管件，其特征为，在该槽处，位于最先啮合螺纹牙(21，22)和第6个啮合螺纹牙(28，29)之间的区间上的横向平面(40，41)上，在螺纹下面的壁厚最小。

7.如权利要求6所述的螺纹管件，其特征为，在该槽处的螺纹下面的最小壁厚(e_min1，e_min2)大于或等于螺纹牙高度(h_f)。

8.如权利要求6所述的螺纹管件，其特征为，螺纹下面的最小壁厚(e_min1，e_min2)大致等于螺纹牙高度(h_f)的2倍。

9.如权利要求6所述的螺纹管件，其特征为，在不为零的轴向距离上，螺纹下面的壁厚最小并为常数。

10.如权利要求6～9中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，因为该槽的关系，在螺纹下面的壁厚在称为低刚度区的(EF，HI)区中的螺纹下面的最小壁厚的100％～120％；该低刚度区围绕着螺纹下面的壁厚最小的横向平面(40，41)分布，并且在轴向方向的延伸长度大于或等于3倍螺距。

11.如权利要求1～10中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该槽的轮廓使螺纹管件的拉伸应力临界横截面位于腰部区域外面。

12.如权利要求1～11中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，由于槽的关系，在最后三个啮合螺纹牙处，螺纹下面的壁厚，为在没有腰部的区域中的螺纹下面的壁厚(e_T1，e_T2)的80％～100％。

13.如权利要求1～12中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，槽的侧面(36，37，38，39)相对于螺纹管件轴线倾斜45°或更小的角度。

14.如权利要求13所述的螺纹管件，其特征为，朝向螺纹管件自由端的槽侧面(36，37)相对于螺纹管件轴线的倾斜度，总的来说大于朝向轴向相反一侧的槽侧面(38，39)相对于螺纹管件轴线的倾斜度。

15.如权利要求1～14中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该槽的轮廓为由彼此相切连接的、半径有限或无限大的一系列圆弧构成的常规曲线。

16.如权利要求1～15中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该槽通过复曲面形状的切向连接区(32，33，35)，与形成该槽的圆周表面上并没有下凹的部分连接。

17.如权利要求1～16中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该槽部分或完全地用弹性模量比螺纹管件的弹性模量小的的材料(50)填充。

18.如权利要求1～17中任何一项所述的螺纹管件，其特征为，该螺纹具有梯形螺纹牙(11，12)。

19.一种螺纹管连接(100，200)，可承受静态应力和循环应力，包括在第一管(101)的端部上的阳螺纹管件，该阳螺纹管件利用在阳螺纹管件上形成的阳螺纹(3)和在阴螺纹管件上形成的阴螺纹(4)，螺纹联接到在第二管(102，202)的端部上的阴螺纹管件，其特征为，阳螺纹管件和阴螺纹管件中的至少一个螺纹管件为根据权利要求1～18中任何一项所述的螺纹管件(2，51，62)。

20.如权利要求18所述的螺纹管连接(100，200)，其特征为，阳螺纹管件和阴螺纹管件二者均为如权利要求1～18中任何一项所述形式的螺纹管件(2，51，62)。