技术领域
[0001] 本
发明涉及用于管状部件的紧密连接件的领域，所述连接件特别是用于油气井的钻探或操作。在钻探或操作期间，所述连接件经受大的压缩和拉伸应
力，并且一定不能分开。
背景技术
[0002] 这种连接件经受轴向拉伸或压缩
应力、内部或外部
流体压应力、弯曲或甚至
扭转应力，这些应力可能为组合的且具有可能
波动的强度。无论应力和现场恶劣使用条件如何，均必须维持紧密性。
螺纹连接件必须能够上紧和卸开若干次而不降低它们的性能（特别是由于磨损）。在卸开之后，管状部件可以在其他服务条件下再使用。
[0003] 在张紧时，称为跳接（jump-out）的现象可能发生，并且从一个螺纹传播到另一螺纹，从而引起连接件分开的
风险。该现象由高的内部压力促进。
发明内容
[0004] 本发明提出了在拉伸性能方面改进的连接件。
[0005] 螺纹连接件包括第一和第二管状部件。所述第一部件包括设有外周面的阳端部，所述外周面包括螺纹区、密封表面接着轴向抵接表面。所述第二部件包括设有内周面的阴端部，所述内周面包括轴向抵接肩部、密封表面和螺纹区。所述阳端部的所述螺纹区螺纹接合到所述阴端部的所述螺纹区内，使得相应的密封表面干涉
接触并且使得相应的抵接表面接触。所述螺纹区设有螺纹部，所述螺纹部包括牙底、牙顶、插入牙侧和承载牙侧，其中在连接状态下在所述螺纹牙顶与牙底之间存在轴向间隙，并且在连接状态下在所述插入牙侧之间存在径向间隙。所述螺纹部的轴向尺寸变化。所述承载牙侧和所述插入牙侧在它们径向尺寸的至少一部分上具有负
角。
[0006] 术语“旋拧”意为使用螺纹区的相互
啮合使一个部件相对于另一部件相对旋转和平移的操作。术语“连接”和“上紧”意为下述操作：其后继于旋拧，使相对旋转和平移继续，在两个部件之间产生给定的上紧
扭矩。牙侧的角度沿顺
时针方向相对于径向平面（在与牙底相连的弯曲部分的高度处穿过牙侧的基部）进行测量。
附图说明
[0007] 从下面的详细描述和附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：
[0008] ·图1以纵向截面图示了第一螺纹连接件；
[0009] ·图2以纵向截面图示了第二螺纹连接件；
[0010] ·图3以纵向截面半视图图示了连接件的螺纹区；
[0011] ·图4图示了连接件的螺纹区的细节；以及
[0012] ·图5图示了阳部分的一端。
[0013] 附图将不仅用于使本发明完整，而且若必要，有助于本发明的定义。
具体实施方式
[0014] 为了改进连接件，
申请人已经开发了称为高级连接件的优良连接件，所述连接件超过API标准。作为一个选项，密封表面可以设置为与螺纹区相邻，所述表面在部件旋拧时进行干涉接触。
[0015] 在管状阳部件和管状阴部件中的每一个的端部处设有螺纹区。管状阴部件可以为大长度管，或相反地，为短联接式管。对于高压流体（液体或气体）的紧密性由此源自于使密封表面彼此径向干涉接触。径向干涉接触的强度是阳螺纹区和阴螺纹区的相对轴向
定位的函数，所述相对定位由分别设置在阳端部和阴端部上的抵接表面的接触决定。
[0016] 相对定位源自于抵接部的接触。抵接表面设置在连接件的内表面上。在其外周缘上，阳端部包括通过密封表面延伸的螺纹区，密封表面本身通过终结在抵接表面中的终端部分延伸，该抵接表面相对于连接件的旋
转轴线径向定向。在其内周缘上，阴端部包括通过密封表面延伸的螺纹区，密封表面本身又通过终结在抵接表面中的终端部分延伸，该抵接表面相对于连接件的
旋转轴线径向定向。连接件由此具有双重抵接部。其他连接件具有在螺纹区的径向外部或内部的单一抵接部。
[0017] 申请人已经特别关注于直径大于300mm，更具体地大于375mm的大直径螺纹连接件。这种连接件偶尔经受强的拉伸和压缩
载荷。由此，期望的是连接件在拉伸和压缩作用下表现良好。当拉伸载荷过大时，螺纹能够通过脱离现象而彼此分离，脱离现象导致连接件的两个部件分离。从技术和成本角度来说后果可能是特别恼人的。这在螺纹具有圆锥
母线时尤其如此；螺纹的跳接能够导致连接件完全分开。
[0018] US 4 822 081描述了用于在石油勘探管中使用的阳连接件和阴连接件的螺纹。螺纹为当肩部和端表面刚接触时利用牙侧之间的接触自
锁定的类型。抵接表面以不同的角度成锥形。螺纹也沿径向方向自扣紧。这类自锁定和自扣紧螺纹连接件必须需要非常高的上紧扭矩，这对于大直径管而言难以实现。由于螺纹中的空体积很低，因此旋拧可能导致油脂在高压力的作用下出来，这可能导致
泄漏。由于工业公差而使抵接表面相对于螺纹的轴向
位置不确定，可能导致密封表面的较差定位以及由此产生的泄漏。旋拧操作的结束几乎不能通过确定扭矩的上限而检测到，这是由于在旋拧期间缺少有效抵接。抵接可以在最后的上紧期间达到。过大的旋拧扭矩可能导致密封表面的塑性
变形，这严重影响连接件的密封。
[0019] 文献US-5 462 315描述了具有在螺纹的两部分之间的中央
密封件的管状连接件。螺纹的承载牙侧在上紧之后相互接触。缺点与前述类型的缺点基本相同。
[0020] 文献US 2002/27363、EP-1 046 179和EP-1 302 623设想螺纹牙侧在上紧之后接触。
[0021] 文献JP 2002/081584公开了具有钩协作的螺纹轮廓。这些钩支承所有的拉伸载荷和径向移位载荷，这些载荷可能由于重复的循环力而导致对螺纹的损坏。由于传递拉伸载荷的表面积小，因此拉伸载荷必须保持为低。插入牙侧陡峭地倾斜，这对耐压强度是有害的。由于在螺纹牙顶与牙谷之间的干涉，因此必需高的旋拧扭矩。
[0022] 申请人已经开发一种连接件，其大大减小了在低旋拧扭矩下独立于螺纹位置的跳接风险，这容许支承表面正确地定位并且具有用于油脂的足够空间。螺纹具有可变的螺纹宽度。插入牙侧之间的轴向间隙在连接状态下，即在上紧之后存在，而且在螺纹牙底与牙顶之间存在径向间隙。螺纹的承载牙侧为负角。螺纹部的插入牙侧为正角。抵接部容许密封表面的正确定位。
[0023] 如在图1中可见的，螺纹管状连接件1包括阴端部2和阳端部3。阴端部2和/或阳端部3可以属于长度为几米、例如大约为10米至15米长的管。一个端部、通常为阴端部可以构成联接件的端部，换言之，短长度管能够将两个大长度管连接在一起，这两个大长度管各设有两个阳端部（称为T&C连接的螺纹联接式连接）。联接件可以设有两个阴端部。在变型中，大长度管可以设有一个阳端部和一个阴端部（一体螺纹连接）。连接件1为工业化批量生产类型。
[0024] 连接件1可以用来构成用于油气井的
套管柱或管柱、或用于相同井的修井立管或
钻杆管柱。
[0025] 管可以生产为不同类型的非
合金钢、低
合金钢或
高合金钢，或者甚至为
铁合金或有色合金，这些管基于它们的服务条件（例如机械应力的
水平、在管内侧和外侧的流体的
腐蚀性等等）而进行
热处理或冷加工。还可能的是使用涂有防护覆层（例如耐腐蚀的合金或合成材料）的低
耐腐蚀性钢管。
[0026] 螺纹阴端部2包括阴螺纹区4。阴螺纹区4为锥形，例如具有范围为0.5°至3°，优选地范围为1°至2°的半角。阴螺纹区4设置在阴元件2的内侧上。阳端部3包括设置在所述阳端部3的外表面上的阳螺纹区5。阳螺纹区5与阴螺纹4匹配。阳螺纹区5具有与阴螺纹区4的锥形基本等同的锥形。在关于螺纹区4和5与抵接表面7和8相反的侧上，阴端部2包括与连接件的轴线20基本垂直的远端表面6。术语“远端表面”意为位于螺纹区（连续或不连续）与元件（阳元件或阴元件）的自由端部之间的表面。远端表面可以位于所述自由端部处。在这种情况下，远端表面6为终端。
[0027] 阴螺纹区4延伸直到与终端表面6相邻。在连接状态下，终端表面6与阳端部3的任意可选的基本径向表面特别是肩部分离开例如至少0.1mm。
[0028] 阳端部3的远端表面呈环表面的形式，在该情况下为锥形。远端表面形成能够限制阴端部2与阳端部3之间的相对轴向运动的轴向抵接表面7。抵接表面7接触抵靠阴端部2的肩部，该肩部也形成在该情况下为锥形的抵接表面8。抵接表面7可以为径向或相对于径向平面倾斜达45°的角度。在图1中所示的示例中，该角度大约为15°至25°。
[0029] 在螺纹区4与抵接表面8之间，阴端部包括基本锥形表面12和可选的凹槽10，参见图5。凹槽10可以具有基本圆筒形表面14和设置在螺纹区4与基本锥形表面12之间的回转表面18。基本锥形表面12与抵接表面8相邻。当油脂在旋拧时从螺纹区4与5之间排出时，凹槽10可以作为用于油脂的贮存器。如图1中可见的，螺纹区4的与基本圆筒形表面14相邻的至少一个中空部在连接状态下是空的，并且参与收集过多的油脂。回转表面18将基本圆筒形表面14连接至抵接表面8。抵接表面8可以具有如在文献EP-0 488 912中的锥形，如在文献US-3 870 351或WO-2007/017082中的环面，或如在文献US-4 611 838中的多级，具有如在文献US-6 047 797中的突起，或者这些形状的组合。请读者参照这些文献。
[0030] 阳端部3包括轴向延伸超出阳螺纹区5而直到抵接表面7的唇部9。唇部9的外侧包括基本锥形表面13，基本锥形表面13的轴向长度略长于阴端部2的回转表面12（其为基本锥形）的轴向长度。在图中图示的连接件1的连接位置，回转表面13的一部分和回转表面12的一部分相互径向干涉接触。形成密封表面的回转表面12和13能够防止流体在连接件的内侧与外侧之间运动。密封表面的锥角可以在1°至45°，优选地3°至20°的范围内，例如6°。密封表面的锥角可以大于螺纹区的锥角。连接件包括轴向抵接部，该轴向抵接部确保在连接状态下由回转表面12和13形成的密封区的精确定位。
[0031] 图2的
实施例类似于前述实施例，只是阴端部2的抵接表面7和阳端部3的抵接表面8设置在连接件的径向外侧。抵接表面7和8设置在阴螺纹区4和阳螺纹区5与连接件1的外表面之间。阴端部2包括与抵接表面8相邻的密封表面12和在抵接表面8远侧的密封表面14。密封表面14设置在阴螺纹区4与阴端部2的钻孔之间。密封表面14为基本锥形的，例如角度范围为1°至45°。密封表面12为圆顶形和环形的，例如轴向截面为圆弧。
[0032] 阳端部3包括与抵接表面7相邻的密封表面13和在抵接表面7远侧的密封表面15。在连接或上紧状态下，密封表面13与密封表面12紧密接触。密封表面15设置在阳螺纹区5与阳端部3的钻孔之间。密封表面15为基本锥形的，例如角度范围为1°至45°。
密封表面15的角度小于密封表面14的角度。密封表面15在连接或上紧状态下与密封表面14紧密接触。
[0033] 阳端部3的唇部9包括在密封表面15与阳端部3的钻孔之间延伸的基本径向的终端表面17。基于管的直径，终端表面17可以具有范围从0.5mm至16mm的径向尺寸，其中管直径本身可以达到550mm，同时优选地大于300mm，更优选地为350mm。在连接状态下，终端表面17距阴端部2的任意基本径向表面相隔例如至少0.1mm。连接件包括轴向抵接部，该轴向抵接部在连接状态下提供一方面由密封表面12和13形成而另一方面由密封表面14和15形成的两个密封区的精确定位。
[0034] 如对应于上述两个实施例的图3和图4中可见的，阴螺纹区4包括螺纹部40，其与牙顶相邻的轴向长度大于与基部相邻的轴向长度。阳螺纹区5包括螺纹部50，其与牙顶相邻的轴向长度大于与基部相邻的轴向长度。一个螺纹部的插入牙侧的倾斜角沿顺时针方向为正，该角度相对于与连接件的轴线垂直的径向平面测量。螺纹部的承载牙侧的倾斜角沿顺时针方向为负，该角度相对于与连接件的轴线垂直的径向平面获得。在一个实施例中，螺纹部40、50具有燕尾形轮廓。可选地，承载牙侧的倾斜角不同于插入牙侧的倾斜角。阴螺纹区4的插入牙侧的倾斜角基本等于阳螺纹区5的插入牙侧的倾斜角。阴螺纹区4的承载牙侧的倾斜角基本等于阳螺纹区5的承载牙侧的倾斜角。
[0035] 螺纹部40、50包括牙顶41、51，牙底42、52，承载牙侧43、53以及插入牙侧44、54。连接件弯曲部分设置在牙侧与牙顶之间以及牙侧与牙底之间。牙顶41、51的宽度和牙底
42、52的宽度作为对应螺纹部沿着管的轴线的位置的函数而变化。所述宽度L能够表述如下：
[0036] L=L0+Ax，
[0037] 其中，L0和A为常数，而x是沿着轴线的位置。宽度平行于连接件1的轴线进行测量。由于螺纹的锥形，牙顶41、51的直径和牙底42、52的直径作为对应螺纹部沿着管的轴线的位置的函数而变化。螺纹部40、50的牙顶41、51和牙底42、52平行于螺纹连接件的轴线。这有利于机加工和在旋拧期间的啮合。
[0038] 阳螺纹区5可以具有第一部分，其中其齿的宽度从与最靠近阳端部的终端表面的齿的宽度相对应的值增大到与最远离于所述终端表面的齿的宽度相对应的值，而阴螺纹区4的齿的宽度从与最远离于阴端部的终端表面的齿的宽度相对应的值减小到与最靠近所述终端表面的齿的宽度相对应的值，使得螺纹区4、5在旋拧时协作以在插入牙侧之间留有轴向间隙。
[0039] 最靠近阳端部的终端表面的齿的宽度与最远离于阴端部的终端表面的齿的宽度之间的比率可以在0.1至0.8的范围内。
[0040] 在连接状态下（上紧之后），径向间隙存在于阴螺纹区4的螺纹部40的牙顶41与阳螺纹区5的螺纹部50的牙底52之间。径向间隙大约为0.05mm至0.5mm。径向间隙在连接状态下的选取可以由油脂的期望体积和机加工公差引导。当机加工
质量为高时，0.15mm或更小的间隙是期望的。在连接状态下，图4中可见的径向间隙存在于螺纹部40的牙底42与螺纹部50的牙顶51之间。径向间隙大约为0.05mm至0.5mm。
[0041] 在连接状态下（上紧之后），图4中可见的轴向间隙存在于分别为阴螺纹区4的螺纹部40的插入牙侧44与阳螺纹区5的螺纹部50的插入牙侧54之间。轴向间隙大约为0.002mm至1mm。轴向间隙在连接状态下的选取可以由油脂的期望体积、牙侧角和机加工公差引导。当执行高的机加工质量且牙侧角具有5°或更小的绝对值时，0.05mm或更小的间隙是期望的。承载牙侧43和53在上紧之后承受干涉载荷。
[0042] 阴螺纹区4的螺纹部40的承载牙侧43相对于径向平面倾斜，从而在连接件弹性变形的情况下，特别是在具有或不具有内部压力的拉伸下，与阳螺纹区5的螺纹部50的对应的倾斜承载牙侧53相干涉。干涉为径向的，以保持螺纹之间的联接。螺纹彼此形成径向保持钩。承载牙侧43的倾角范围为-1°至-15°。在-1°之上，径向保持效果变低。在-15°之下，可能影响耐压强度。优选的范围为从-3°至-5°。阳螺纹区5的螺纹部50的承载牙侧53的倾角位于相同的理论优选范围内。承载牙侧53的倾角可以等于承载牙侧
43的倾角，或和承载牙侧43的倾角相差例如大约3°。
[0043] 阴螺纹区4的螺纹部40的插入牙侧44相对于径向平面倾斜，从而在连接件弹性变形的情况下，特别是在具有或不具有内部压力的拉伸载荷下，与阳螺纹区5的螺纹部50的对应的倾斜插入牙侧54相干涉。干涉为径向的，以保持螺纹之间的联接。螺纹彼此形成径向保持钩。插入牙侧44的倾角范围为1°至15°。在1°之下，径向保持效果变低。在15°之上，可能影响耐压强度。优选的范围为从3°至5°。阳螺纹区5的螺纹部50的插入牙侧54的倾角位于相同的理论优选范围内。插入牙侧54的倾角可以等于插入牙侧44的倾角，或和插入牙侧44的倾角相差例如大约3°。
[0044] 插入牙侧44的倾角可以等于承载牙侧43的倾角或与承载牙侧43的倾角相差例如大约3°。插入牙侧54的倾角可以等于承载牙侧53的倾角或与承载牙侧53的倾角相差例如大约3°。
[0045] 连接弯曲部分可以在0.005mm至3mm的范围内。连接弯曲部分减小在承载牙侧的底部处的应力集中，并且由此改进连接件的抗疲劳表现。
[0046] 阴螺纹区4和阳螺纹区5可以构成多头螺纹，优选地为双头螺纹。这使得旋拧更快。
[0047] 牙侧可以具有燕尾形轮廓。与轴向宽度从螺纹部的基部到牙顶稳定减小的螺纹部相比，燕尾形螺纹的几何形状增大了在它们相连时的径向
刚度。
[0048] 牙侧可以具有梯形轮廓。插入牙侧之间的轴向间隙可以在0.002mm至1mm的范围内，优选地在0.05mm至0.5mm的范围内。
[0049] 径向间隙可以设置在第一部件的螺纹牙底和/或设置在第一部件的螺纹牙顶处。径向间隙可以在0.05mm至0.5mm的范围内，优选地在0.05mm至0.15mm的范围内。
[0050] 承载牙侧的角度可以范围为-1°至-15°，优选地范围为-3°至-5°。插入牙侧的角度可以范围为1°至15°，优选地范围为3°至5°。承载牙侧可以是与插入牙侧不同的角度。
[0051] 相互接触的抵接表面相对于径向平面可以成范围为0°至45°，优选地范围为5°至20°的角度。
[0052] 螺纹区可以构成多头螺纹部，例如双头螺纹部。
[0053] 阳端部可以在其远端表面与其螺纹区（5）之间包括与设置在阴端部上的对应密封表面协作的金属/金属密封表面。
[0054] 阴端部可以在其远端表面与其螺纹区（6）之间包括与设置在阳端部上的对应密封表面协作的金属/金属密封表面。
[0055] 螺纹区可以具有斜率范围为4%至15%的圆锥母线。
[0056] 本发明并非限于以上仅作为示例进行描述的连接件和管的示例，而是包括能够由本领域的技术人员在所附
权利要求的背景下构想出的任意变型。
