CN1272521C - 带有加强接合件的管状螺纹连接件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种其尖端带有凸唇(18)的外螺纹连接器(1)，凸唇具有凸接合面(13)和凸止动(14)横向面(16)邻近凸接合面；还涉及内螺纹元件(21)，为了与外螺纹元件的相应装置配合，包括凹接合面(23)和设置在凹肩上且邻近凹接合面的凹止动横向面。由凸止动面(16)和凹止动面(26)的压力所产生的轴向压应力作用下的环形凹肩区域(24)具有内周边面(27)，该面的直径(IDB)在接近所述凹止动面(26)处至少局部地小于凸唇(18)的内周边面(17)的直径(IDP)。两个直径(IDB/IDP)的比例R大于等于0.9且小于1。

Description

带有加强接合件的管状螺纹连接件
技术领域
本发明涉及管状螺纹连接件，其包括位于第一管状元件端部并通过拧螺纹连接到位于第二管状元件端部的内螺纹上的外螺纹。
背景技术
这种连接件尤其被用以构成用于碳氢化合物井或地热井的管套柱或生产管套或钻套。
外螺纹和内螺纹元件中的每个都被位于长管子的一端，第一管的外螺纹元件被拧入另一管的内螺纹元件中，目的是为了构成一个完整的螺纹连接。
或者，外螺纹连接被置于长管子的两端中的每个上，这些长管子通过短管子或联接器连接，这些短管子或联接器的端部带有两个内螺纹元件：这样的两个长管子之间的连接器被认为是“螺纹联接器”并使用两个管状螺纹连接。
更具体的，本发明涉及一种被称为高级(premium)连接的螺纹连接，其包括和接合面相联系的径向干涉金属-金属密封面，该接合面是为了精确地定位所述密封面。
这样的高级螺纹连接在诸如欧洲专利EP 488 912中进行了描述，并且其可以确保在不同应用结构(轴向张力或压力，内部或外部压力，弯曲等)中螺纹连接的流体密封。
用于以倾斜或甚至水平的角度钻斜井的现有技术要求管随着进入井的同时旋转，并用螺纹连接来连接这些管子。
这些技术要求以大的装配力矩来构成螺纹连接，该力矩总是远远大于进入井时使用的力矩，如果不能达到这个条件，密封面的位置可能会变动，而使连接泄漏。
因为所需的力矩，以及作用在被井(斜井)的几何尺寸所弯曲的部分上的弯曲载荷，接合面受到较大的载荷。
在更为具体的套管柱和管套的情况下，为井提供多个同心管套，并且需要对组成管套的内径和外径进行限定，以便允许最多的管套进入井内。
在螺纹元件上、基本垂直于轴定位的接合面的径向厚度受到限定，并且在这样的螺纹连接的情况下，这些接合面受到很大的应力的作用，该应力会导致不能接受的塑性变形。
国际专利文件WO 97/29627和WO 00/14441公开了允许以很大的力矩构成的管状螺纹连接，该连接导致螺纹的螺纹面全部地或部分地起接合面的作用。
发明内容
本发明的目的是制造一种带有一对凸和凹接合面的高级螺纹连接，该连接尤其抗塑性变形，且不会使螺纹齿侧面起接合面的作用。
本发明的目的是可应用于高级螺纹连接，且对于每一个螺纹元件有一个或多个接合件，但是，其中，主接合件(其首先参与接合接触并受最大应力)设置在外螺纹的自由前端，并且以对应的方式设置在内螺纹元件上。
本发明的目的是可应用于任何其他类型的螺纹，螺纹类型或密封面类型。
本发明的管状螺纹连接包括在第一管状元件的一端的外螺纹元件和在第二管状元件一端的内螺纹元件。
该外螺纹元件包括外螺纹并以凸唇中止。
该凸唇包括：
●外周边面，其上形成有凸密封面；
●凸环形接合面，该面基本上横向定位，靠近凸密封面并与其相连，并且由凸螺纹元件的自由端的前表面所构成；
●内周边面。
术语“基本横向定位的表面”意味着平面和非平面两者，例如，锥面，该锥面的母线相对螺纹连接轴的法向平面不超过30度。
该内螺纹元件为与外螺纹元件上的对应装置配合包括内螺纹，带有凹密封面的内周边面和凹肩。
该凹肩具有凹环形接合面，该面基本上横向定位，靠近所述凹密封面或与其相连，并限定出凹环形肩区域，随着所述凸接合面挤压所述凹接合面，该区域受轴向压载荷的作用。
外螺纹被拧进内螺纹，直至所述凸接合面抵靠所述凹接合面，所述凸密封面随后和所述凹接合面发生径向干涉。
根据本发明的一个特征，凹环形肩区域包括内周边面，该内周边面的内径至少在接近所述凹接合面处小于凸唇的内周边面的直径，这两个直径的比例R小于1，大于等于0.9。
这样的特征使得可以在凹环形肩区域内减小等价von Mises应力，在大量的现有技术的螺纹连接中，该应力大于凹接合件内应力，根据本发明的发明人，这一点是由于邻近接合面所产生的应力的三轴性：凹接合件内的主应力都是压应力，而在凹环形肩区域，仅有轴应力是压应力，其他的两个主应力是拉伸应力。
该特征使得螺纹管状连接内的通路可以保持足够的内径。
在专利FR1488719和FR1489013的附图中，公开了一种带有接合面和密封面的螺纹管状连接，并且在外螺纹元件的端部设置凸唇，在内螺纹元件上设置凹肩，凹环形肩区域的内周边面的内径在接近所述凹接合面处小于凸唇的内周边面的直径。
在这两个文件中，没有对这些直径的比例给出数值的限定。
此外，在专利FR1489013中，没有功能和内径差相关联；只能假设凹环形肩区域的内周边面的较小的直径是制造螺纹凹元件而镦锻管而产生的。
在涉及用于管套的螺纹连接的专利FR 1488719的情况中，凹环形肩区域的内径小于凸唇，以避免在钻管进入套管柱的过程中冲击力(shock)损坏凸唇，并因而损害螺纹连接的密封。所以，除了在本发明的情况下，内径差的功能还有许多。
优选地，比例满足下面的关系：
1.7 - 0.7 S 2 ≤ R ≤ 1.2 - 0.2 S 2
其中，S等于所述凸接合面的外边缘的直径和凸唇内径之间的比值。
该特征趋于使凸接合件和凹环形肩区域之间的等价应力的差最小化，并因而优化本发明的螺纹连接的几何尺寸。
有益地，本发明的螺纹连接的凹肩部的内周边面在所述内周边面截交最大剪切锥形面的点具有的最小直径，该最大剪切锥形面限定如下：
●它是顶点半角为45度且与凹螺纹元件共轴的锥形面；
●其在凹肩区域内的直径随着到所述凹接合面的距离的增加而减小；
以及
●其通过所述凹接合面的外边缘。
另外，有益地，在所述凹接合面的一侧的端部，凹肩的内周边面的直径等于凸唇的内周边面的内径。
优选地，凹肩的内周边面包括被称为过渡部分的第一部分和具有最小内径的第二圆柱状部分，该过渡部分的内径从所述凹接合面开始逐渐减小。
在过渡部分和凹肩的内周边面的圆柱状部分之间限定出联接点。
另外，优选地，该联接点基本位于所述凹接合面的一侧上的所述过渡部分的一端与凹肩的内周边面和最大剪切力的锥形面的截交点之间的轴向距离的中点。
附图说明
根据下面本发明的详细描述和附图，本发明另外的优点和特征将会变得明了，附图中：
图1示出了现有技术的螺纹联接的连接方式；
图2示出了图1中组件的螺纹连接的凹凸接合件的详细情况；
图3示出了本发明的螺纹连接的详细情况；
图4示出了图3放大后的详细情况；
图5示出了图4的一个变形；
图6是用于过力矩测试的图表，示出了接合件变形前作为圈数的函数的装配力矩。
具体实施方式
图1和图2示出了在两个长钢管子10和10’之间的现有技术的螺纹联接的连接方式。
管子10和10’的各端带有外螺纹元件11，11’。
外螺纹元件11包括锥形外螺纹12，并且用凸唇18将其在其自由端的一侧中止。
凸唇18包括：
●外周边面，其带有相对外螺纹元件的轴XX倾斜(例如)20度的锥形凸密封面13；
●基本上横向定位的环状凸接合面16，该面由外螺纹元件的自由端的前表面构成。该凸接合面16邻近凸密封面13，并通过复曲面连接到凸密封面，该复曲面曲率半径的数量级为一毫米以避免使该连接处易碎。示例中所示的凸接合件14是称为反接合件或负角度接合件的接合件，其中，接合面16是凹陷的锥形面，其顶点半角是75度，因而相对轴XX的法向成15度角。
●内周边面17，其内径IDp通过机械加工获得，这样，不论管10厚度发生怎样的变化，该面17的轴与外螺纹元件的重合。该表面17一方面与管10的当前的内周边面连接，另一方面，在B点与凸接合面16连接。
管10，10’由包括两个对称地布置在联接器20的每一端的内螺纹元件21，21’的连接器20装配。
内螺纹元件21，21’包括设置得与外螺纹元件11，11’的相应装置配合的装置，用以构成两个管状螺纹连接1，1’。
由于连接的对称性，将仅描述螺纹连接1。
内螺纹元件21包括对应于外螺纹12的内螺纹22、包括锥形凹密封面23和设置有基本横向定位的凹环形面26的凹肩的内周边面，该凹环形面由顶点半角是75度的外凸锥形面形成。
凹接合件26的表面邻近凸密封面23，并且通过曲率半径较小的复曲面连接到凸密封面，以防止连接处变得脆弱，在外螺纹元件中也有这种情况。
点A表示出了凹接合面26的外边，并表示出了在凹密封面23上的凹肩的根部。它与凸接合面16的外边合在一起。
在螺纹连接的装配位置，外螺纹12被拧入内螺纹22中，直到凸接合件14在接触应力下抵住环形凹肩区域24。
接合面16，26的准横向配置允许外螺纹元件11相对内螺纹元件21定位，该相对位置由装配力矩精确的确定。
在螺纹连接的装配位置，凸密封面13径向地与凹密封面23发生干涉，即，对于凸密封面和凹封面的对应直线部分，凸支承直径在装配前稍大于凹支承直径。
这样的径向干涉在密封面13，23之间产生了很高的接触压力。该接触压力能够使螺纹连接对于内部或外部流体是密封的，而不论是何种应力(内部或外部应力、张力、压力、扭力、弯曲力，带有或不带有周期性的温度变化)，也无论是单一的或是组合的。
希望有高的装配力矩以防止外螺纹元件11相对内螺纹元件21旋转，尤其是当管套随着其进入井内而旋转时。
该装配力矩导致金属接合件14的轴向压缩，但不会导致其塑性变形。
另外，对于斜井，弯曲应力包括额外的作用在接合件上的压载荷。
如果管套受到轴向压载荷或/或热周期的作用，也会出现这样的情况。
总的来说，如图1和图2所示，在现有技术的螺纹连接中，凹肩的顶端具有圆柱形的内圆周面27，其内径和凸唇18的凸内周边面17相同。
这样可以防止：
●流体的内部循环中产生紊流，尤其是在外螺纹元件11和内螺纹元件21之间的连接处，该紊流产生侵蚀腐蚀现象；以及
●在操作过程中，工具或设备掉进管套而导致在连接处出现阻塞和损坏。
本申请的发明人惊奇地发现，在图1和图2所示的螺纹连接的过力矩测试中，环形凹肩区域24的金属总是在凸接合件14之前发生塑性变形。
他们做出的解释使人们认识到密封面的存在所造成的影响，该密封面与在应力的三轴对称性上的接合件邻近，如图2所示。
考虑在凸接合件14内的金属基础立方体(elementary cube)15。该立方体15受到一组应力的作用，这一组应力可以沿轴向、径向和圆周方向分别简化成三个主应力σAP、σRP和σCP。
轴向应力σAP基本上来自于装配力矩并且是压应力(负号)。
径向应力σRP基本上来自密封面13，23之间的径向干涉，并且也是压应力。反接合面16，26的负角度趋向于加强密封面在径向应力σRP上的轴向干涉效果。
圆周应力σCP主要来自于密封面13，23之间的轴向干涉，该力趋于限定凸唇的直径以使圆周应力σCP仍然是压应力，该力的强度也可以被接合件14的反配置所加强。
考虑到环形凹肩区域24内的基本金属立方体25，该立方体25受到一组三个主应力的作用，因而：
●轴向应力σAB也是压应力(负值)。
●径向应力σRB主要由凹密封面23上(并且恰好在反接合面26上)的径向干涉的影响所造成，是拉伸应力(正值)。
●圆周应力σCB也由凹密封面23和反接合面26上的径向干涉所造成，同样也是拉伸应力(正值)。
根据已知的材料塑性的理论，当例如von Mises应力的等价应力高于材料的屈服强度时，开始发生塑性变形，其中，等价应力是两个同一时间的主应力之间的代数差的函数。
由于三个主应力σAP，σRP，σCP具有相同的符号，故对于凸接合件14中的立方体15，该等价von Mises应力相对较低；相反，由于两个主应力(σRB，σCB)为正(拉伸应力)而同时第三个(σAB)为负(压应力)，故对于在环形凹肩区域24内的基础立方体25，该等价应力相对较高。
所以，在使螺纹连接受过力矩时，在凹肩的基础立方体25内的等价应力将会比凸接合件14的基础立方体15的等价应力更快地超过材料的屈服强度。
本申请的发明人得出结论：局部地在环形凹肩区域24内增加材料的屈服强度，例如通过感应淬火或压前喷沙，或者通过增加施加应力的表面积来减小受到轴向压力的环形凹肩区域24处的等价应力，都是有益的。
考虑到在联接器内执行热处理或机械处理的困难，发明人选择了加厚凹肩部分，如图3、图4和图5所示。
图3和图4不同于图2之处在于：环形凹肩区域24在内侧被加厚，这样，内周边表面27的最小内径IDB局部地小于凸唇18的内周边表面17的内径IDP。
凹肩的内周边表面27是圆锥形表面，并具有在凹接合面一侧26上的被称为“过渡部分”的锥形面29，和直径为IDB的第二圆柱部分30。
锥形面29和内螺纹元件共轴，其顶点半角是30度，且其直径随着到凹接合面26的距离的增加而减小。在凹接合面26端部B上的锥形面29的内径与凸唇19的内周边面17的内径IDP相等，以便从外螺纹元件11到内螺纹元件21，内径没有变化。
角度θ小于45度以限制在流体内部循环流中的紊流的风险，并且也排除了工具掉进管套内的风险。我们将在下面看到为什么为将角度θ限制得很小。
所以，锥形面29在凸唇的内周边面17和凹肩的内周边面27的圆柱形部分30之间形成了平缓的连接。
当然，凹肩的内周边面27的圆柱形部分30的直径IDB小于IDP的值，否则，环形凹肩区域24得不到加强。
直径IDB是IDP的0.9倍或更大，以便保持管套内侧足够的流截面。小于IDP的0.9倍的直径IDB只能允许少数的管套被一个插入到另一个的内侧，并且设计这种管套本身就是很昂贵的。
当知道为使凹接合件和凸接合件的强度一样大将环形凹肩区域24的厚度增加到超过直径IDP并不起作用时，发明人发现IDB和IDP之间的比例R应该在 和
Figure C0181156300122
范围内，并且最好等于 其中，S等于ODA/IDP，并且ODA是凹接合面16的外边缘的直径，该直径等于通过位于环形凹肩区域24根部的点A的直径。
根据IDP和ODA的当前值可以得到在0.95到0.98之间的R值。
有益地，对于给定直径的管子，直径IDB大于由API确定或由管状螺纹连接制造商指定的“偏移”直径，通过移动和管相连的、具有给定直径的心轴监测该偏移，以确保该管套可以使直径大到给定值的工具掉进去，却不存在工具阻塞的风险。管10，10’的内径因而必须大于偏移直径，尤其是在它们的当前部分。
发明人还发现，根据附图3，在内周边表面27的整个长度上加厚肩部没有什么作用。
他们指出，环形凹肩区域24的最大变形区域是与内螺纹元件共轴的锥形面32，该内螺纹元件通过在凹轴承表面23一侧上的凹肩根部穿的A点，该锥形面的顶点半角为45度并且在环形凹肩区域24内的直径随着到接合面26的距离的增加而减小。
沿锥形面的变形为剪切变形，发明人发现通过在最大剪切变形的锥形面32和凹肩的内周边表面27之间的D的截面处形成最小的内径IDB，可以使剪应力最小化。
所以，应该明白，如果锥形面29的角度θ小于15度，在锥形面29内直径不是最小内径IDB的地方，最大剪切锥形面32可能会截交内周边面27，其结果是直径为IDB的柱状部分30被不必要地加厚。
有益地，锥形面29和面30的点C基本定位在点B和点D之间的中间位置。
图5示出了图4的变形，其中，过渡部分不是锥形面，而是和内螺纹元件共轴的复曲面39。
在如图5所示的纵向截面中，该复曲面39是以弧形或圆形的形式出现的：
●其直径大约是10mm；
●其中，中心指向内螺纹元件的材料；
●通过和凸唇的内周边面17连接的点B；
●其中，B点的切线与螺纹元件的轴线XX成30度角，因而也与内周边面17的母线成30度角；
●在C点有凹肩的内周边面27的柱状部分30的切线。
这样的复曲面同时在内周边面17和直径为IDB的柱状部分之间形成了连续的连接，这样其在B点的切线与轴XX的角度在15度到45度的范围内。
凹肩的内周边面的过渡部分也可能是其他的连续形式，例如，两个一组的彼此邻接并相切的复曲面，并具有相反的曲率和切线，一个在B点与内周边面17相切，另一个在C点的柱状面30相切。
本发明的范围还涵盖不紧挨着接合面16，26的密封面；另外，图2到图5示出了密封面13，23和对应的接合面16，26之间的具有小的曲率半径的复曲面连接面。其他类型的面也可以提供在本发明范围内的连接，只要密封面处的径向干涉能够减小凹环形肩区域的径向拉伸应力和圆周应力即可。
本发明可以应用在各种螺纹连接结构中，包括：
●整体或联接的螺纹连接；
●用于直径很大或很小的管的螺纹连接(例如，管套或套管柱)；
●与外部接合件(凹接合件在内螺纹元件的自由端)的连接或几套接合件的连接；
●与密封面的螺纹连接，该密封面是锥形的或非锥形的，例如，两个螺纹元件都是复曲面或一个螺纹元件是复曲面而相对元件是锥形的；
●与直(平)接合面或与负角度的螺纹连接；在接合件是反接合件或接合件带有负角度的情况下，优选的接合件相对螺纹元件的轴XX的法线的角度是20度或更小，最好在5度到10度的范围内；
●与锥形或者螺纹的单阶或多阶的(single-step or multistep)的螺纹连接，；
●与各种形状螺纹的螺纹连接，如三角形、圆形或梯形螺纹；
●与各种宽度的螺纹的连接。
示例
第一示例
在两系列的VAM TOP型螺纹连接上进行装配-拆卸实验，该螺纹连接取自Vallourec Oil & Gas 1994年7月的VAM目录n°940：
●外管直径：177.8mm(7”)；
●管厚：10.36mm(29lb/ft)；
●凸出端的外径(ODA)：170.8mm；
●凸唇内径(IDP)：161.3mm；
●偏移直径：153.90mm(6.059”)；
●管级：API L80(屈服强度552MPa或更大)。
根据图2的是标准P系列，其凹肩区域的凹内径IDB等于凸内径IDP。
根据本发明对Q系列进行了修改，其对应于图5的图：在该Q系列中的凹接合件的加强致使柱状部分30的直径IDB为156.2mm，比偏移直径大；直径为10mm的复曲面部分39在柱状部分30的前端，这样最大剪切锥形32和凹内周边面27的截交点D出现在直径为IDB的柱状部分30内。
对于Q系列，比例R＝IDB/IDP等于0.97，且正好在根据ODA的值由权利要求3所限定的范围(0.96-0.99)内。
在这些装配-拆卸测试中，装配力矩被作为装配圈数的函数来记录，相对同一系列在每次装配测试中增加一圈以逐渐升高最大力矩，直至接合件发生塑性变形。
在所有的装配拆卸测试中，螺纹、密封面和接合面首先被涂覆上API 5A2类型的油脂。
图6示出了Q系列的螺纹连接的最终装配测试中，装配力矩T作为圈数N的函数的图表。
在该图表上，力矩在E点(力矩TE)上方几乎垂直地迅速上升，E点表示接合件相遇。该迅速上升在点F(力矩TF)前基本是直线。
在点F(图形不再是线性部分)以上，至少一个管开始发生塑性内陷。
值Topt对应于装配力矩的推荐值；该值在TE和TF之间。
  力矩   P系列   Q系列
  TE   3300   8100
  Topt   12740
  TF   21200   36600
  TF-TE   17900   28500
                     表一：装配力矩的结果
从表1中的值可以看出，测量由接合件所产生的装配力矩部分的数值(TF-TE)在用于Q系列的本发明的螺纹连接的情况下相对现有技术螺纹连接P明显地增加了(+60％)。
第二示例
在两种尺寸为A和B的VAM ACE型螺纹连接上进行测试，螺纹连接取自在第一实施例中限定的VAM的目录的L80级。
测试样品的特征显示在表2中。
(*)带有API 5A2型油脂
表2：测试样本
表3 示出了在力矩Topt下装配前后的内径。
可以看出，对于标准螺纹连接(A3，B3)和对于根据本发明修改过的连接(A1，A2，B1，B2)来说，内径IDB总是大于偏移直径(见表2)。
  样本序号      凸内径IDP(mm)      凹内径IDB(mm)     比例R(＝IDB/IDP)   锥形倒角角度(*)   分类
装配前 装配后 装配前 装配后 装配前 装配后
  A1   220.09 219.56 213.89 214.08 0.972 0.975   35°   本发明
  A2   10°   对比例
  A3   219.58   219.79   220.00   0.999   B1.002   现有技术
  B1   77.96 77.76 73.66 73.83 0.945 0.951   35°   本发明
  B2   10°   对比例
  B3   77.68   77.66   77.84   0.996   1.002   现有技术
(*)(附图标记29，图4)
                          表3：内径测量结果
a)表4示出了导致塑性变形的过力矩测试的结果。螺纹、密封面和接合面已经被涂覆API5A2型油脂。
  样品序号                            过力矩测试
  在塑性变形点的力矩TF(N.m)   接合件/肩部，视觉观察
  A1   96079   即不变形也不磨损粘结
  A2   71905   凹接合件塑性变形
  A3   68317   凹接合件和凸端塑性变形(A点)
  B1   8414   凹接合件磨损粘结但没有塑性变形
  B2   6100   凹接合件塑性变形
  B3   4952   凹接合件塑性变形
                  表4：过力矩测试结果
过力矩测试结果可以以递减的次序进行分类，尤其是依据力矩TF的标准以及接合件和肩部的视觉外观：
1)被35°的锥形倒角加强的凹接合件(测试A1，B1)；
2)被10°的锥形倒角加强的凹接合件(测试A2，B2)；
3)标准凹接合件(测试A3，B3)。
在A1和B1中的TF的值比在标准螺纹连接中的大40％到70％；该值比A2和B2中的标准螺纹连接的大5％到23％。
通过图4中的点C和D的相对位置可以解释用于带有35°锥形倒角的螺纹连接的结果相比带有10°锥形倒角的螺纹连接是最好的原因。
在螺纹连接A1和B1的情况下，图4中的点D和点B相比位于点C的上方，所以位于直径为最小直径IDB的恒定区域内，但这并不适用于螺纹连接A2和B2：
见表5：
样品 倒角          轴向距离 BC/BD IDD/IDP(*) IDB/IDP
  BC(mm)   BD(mm)
  A1   35°   4.4   12.8   0.4   0.972   0.972
  A2   10°   17.6   11.8   1.5   0.981   0.972
  B1   35°   3.1   5.9   0.5   0.945   0.945
  B2   10°   12.2   4.6   2.7   0.979   0.945
(*)IDD＝D点的内径
                    表5：点C和D的相对位置
在测试A和B1的情况下，点C大约在点B和点D轴向的中间。
b)内压下的扭力实验
首先以表2中的推荐装配力矩(Topt)装配从A和B系列中选出的类似的螺纹连接。
这些螺纹连接随后经受合成应力以便模拟出连接的管旋转着进入井内，同时施加：
a)对样品A1到A3施加43.7MPa的内压，对样品B1到B3施加56.0MPa的内压，这样的内压导致在管体内产生的应力等于特定最小屈服强度(根据表2是552MPa)的80％；及
b)变化的扭力矩。
表6给出了力矩T1的值，超过该值时，连接开始泄漏。
应该注意，对于由10°的倒角(样品A2和B2)加强的接合件，泄漏T1之前的最大扭力矩与现有技术参考(样品A3，B3)相比稍微增加(小于10％)；相反，对于由35°的倒角(样品A1，B1)加强的接合件，该值增加了30％到45％。
  样品序号   泄漏力矩T1的值(N.m)
  A1   93182
  A2   76068
  A3   71406
  B1   11807
  B2   8816
  B3   8149
               表6：内压下的扭力测试结果
c)装配-拆卸周期。
样品A1在装配力矩为图2所示的推荐装配力矩的1.5倍时，经受10个连续的装配-拆卸周期。在记录装配-拆卸力矩中没有遇到问题，并且从视觉上看，在10个装配-拆卸周期后，样品没有显示出异常。

Claims (18)

1.一种管状螺纹连接件，包括：在第一管状元件(10)的端部的外螺纹元件(11)和在第二管状元件(20)的端部的内螺纹元件(21)，该外螺纹元件设置有外螺纹(12)并且终止于凸唇(18)，该凸唇首先包括外周边面，在该外周边面上形成有凸密封面(13)，还包括基本横向定位的靠近所述凸密封面且与其相连的并由外螺纹元件的自由端的前表面构成的凸环形接合面(16，14)，接下来包括内周边面(17)，为了和外螺纹元件的对应装置配合，该内螺纹元件包括内螺纹(22)、内周边面，在该内周边面上形成有凹密封面(23)，以及凹肩，该凹肩一方面具有位于所述凹密封面附近且与其相连的基本横向定位的凹环形接合面(26)，另一方面限定出环形凹肩区域(24)，当所述凸接合面(16)挤压所述凹接合面(26)时该区域受轴向压载荷，该外螺纹被拧进内螺纹直至所述凸接合面抵靠所述凹接合面，然后所述凸密封面与所述凹密封面发生径向干涉，凸接合面(16)的外部边缘的直径(ODA)与处在连接件组装位置中的凹接合表面的外部边缘的直径相同，其特征在于，环形凹肩区域(24)有内周边面(27)，其最小内径(IDB)至少在靠近所述凹接合面(26)处小于凸唇(18)的内周边面(17)的直径(IDP)，这两个直径(IDB-IDP)之间的比例R小于1，但大于或等于0.9。
2.根据权利要求1所述的管状螺纹连接件，其特征在于，比例R满足以下关系：
1.7 - 0.7 S 2 ≤ R ≤ 1.2 - 0.2 S 2
其中，S等于所述凸接合面(16)的外边缘的直径(ODA)和凸唇(18)内径(IDP)之间的比值。
3.根据权利要求2所述的管状螺纹连接件，其特征在于，比例R等于
1.3 - ) . 3 S 2 .
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的管状螺纹连接件，其特征在于，在内周边面(27)截交最大剪切锥形面(32)的点(D)处，凹肩的内周边面(27)具有最小的直径(IDB)，该锥形面与内螺纹元件共轴，顶点半角为45度，其中，环形凹肩区域(24)内的直径随着到所述凹接合面(26)的距离的增加而减小并且通过所述凹接合面(26)的外边缘(A)。
5.根据权利要求1到3中的任一项所述的管状螺纹连接件，其特征在于，凹肩的内周边面(27)在所述凹接合面(26)的一侧上的端部(B)处的直径基本等于凸唇(18)的内周边面(17)的内径(IDP)。
6.根据权利要求5所述的管状螺纹连接件，其特征在于，凹肩的内周边面(27)包括被称为过渡部分(29，39)的第一部分和具有最小内径(IDB)的第二柱状部分(30)，第一部分的内径从凹接合面(26)开始逐渐减小。
7.根据权利要求4所述的管状螺纹连接件，凹肩的内周边面(27)在所述凹接合面(26)的一侧上的端部(B)处的直径基本等于凸唇(18)的内周边面(17)的内径(IDP)，并且其中凹肩的内周边面(27)包括被称为过渡部分(29，39)的第一部分和具有最小内径(IDB)的第二柱状部分(30)，第一部分的内径从凹接合面(26)开始逐渐减小，其特征在于，凹肩的内周边面(27)的过渡部分(29，39)和圆柱状部分(30)在点(C)相交，该点被称作联接点，位于在凹接合面(26)的一侧上的所述过渡部分的端部(B)与凹肩的内周边面(27)和最大剪切锥形面(32)的截交点(D)之间的轴向间距的大致中间。
8.根据权利要求6所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括和内螺纹元件共轴且顶点半角在15度到45度之间的锥形面(29)。
9.根据权利要求7所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括和内螺纹元件共轴且顶点半角在15度到45度之间的锥形面(29)。
10.根据权利要求6所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括和内螺纹元件共轴且顶点半角在30度到45度之间的锥形面(29)。
11.根据权利要求7所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括和内螺纹元件共轴且顶点半角在30度到45度之间的锥形面(29)。
12.根据权利要求6所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分至少包括一个和内螺纹元件共轴的复曲面(39)。
13.根据权利要求7所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分至少包括一个和内螺纹元件共轴的复曲面(39)。
14.根据权利要求12所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括复曲面(39)，其中，在该复曲面的在所述凹接合面(26)的一侧上的切线相对螺纹连接的轴(XX)形成的角度在15度到45度之间。
15.根据权利要求13所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括复曲面(39)，其中，在该复曲面的在所述凹接合面(26)的一侧上的切线相对螺纹连接的轴(XX)形成的角度在15度到45度之间。
16.根据权利要求14所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括复曲面(39)，该复曲面在其对着所述凹接合面(26)的一端处与凹肩的内周边面(27)的圆柱状部分(30)相切。
17.根据权利要求15所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述的凹肩的内周边面(27)的过渡部分包括复曲面(39)，该复曲面在其对着所述凹接合面(26)的一端处与凹肩的内周边面(27)的圆柱状部分(30)相切。
18.根据权利要求1到3中的任一项所述的管状螺纹连接件，其特征在于，所述凹、凸接合面(16，26)形成反接合表面，其相对螺纹元件的轴(XX)成负角，该负角为20度或更小。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3876656B2 (ja) * 2001-07-13 2007-02-07 住友金属工業株式会社 管用ねじ継手
ITRM20020234A1 (it) * 2002-04-30 2003-10-30 Tenaris Connections Bv Giunzione filettata per tubi.
EP1826697A1 (en) * 2006-02-24 2007-08-29 Giga Games System, SL Method for booting and using software for AWP and B type amusing gaming machines, and for C type casino machines
FR2904031B1 (fr) * 2006-07-20 2014-03-07 Vallourec Mannesmann Oil & Gas Element male, pour un composant de forage, a butee externe et butee interne adaptee au refacage sans perte de couple de resistance, et ensemble de composants de forage associe.
CN102011557B (zh) * 2009-09-04 2012-11-14 中国石油天然气集团公司 高气密封油套管特殊螺纹接头
FR2953272B1 (fr) * 2009-11-30 2011-12-16 Vallourec Mannesmann Oil & Gas Joint filete
US8714600B2 (en) * 2010-07-22 2014-05-06 Vladimir Petrovich Aldohin Highly-tight threaded joint
CN102606086A (zh) * 2012-03-27 2012-07-25 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 特殊圆螺纹油套管连接接头
CN102587844B (zh) * 2012-03-27 2015-04-15 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 特殊圆螺纹管接头
CN102852469B (zh) * 2012-04-25 2015-06-10 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 特殊偏梯形螺纹油套管接头
CN103015909B (zh) * 2012-12-25 2015-09-09 马斯特钻探工程（常州）有限公司 一种14-3/4英寸超大口径探矿钻杆
CN103397853A (zh) * 2013-08-06 2013-11-20 天津钢管集团股份有限公司 用于套管的气密封特殊螺纹接头结构
US20150069752A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Baker Hughes Incorporated Modular Tubing Seal Bore System
CN103527107B (zh) * 2013-10-12 2014-07-16 建湖县永维阀门钻件有限公司 一种双向自锁式单头螺纹隔水管接头
US9638357B1 (en) 2015-06-24 2017-05-02 Omax Corporation Mechanical processing of high aspect ratio metallic tubing and related technology
EP3128119A1 (en) 2015-08-05 2017-02-08 Hydril Company Threaded tubular connection
CN110088518B (zh) * 2017-01-18 2021-06-29 日本制铁株式会社 钢管用螺纹接头
NL2018298B1 (en) 2017-02-03 2018-08-28 Hydril Co Threaded tubular connection
US11566730B2 (en) 2017-09-05 2023-01-31 Black Diamond Oilfield Rentals LLC Drill pipe
AR113535A1 (es) * 2017-12-05 2020-05-13 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Unión roscada para tubos de acero
MX2020011162A (es) * 2018-04-25 2021-01-29 Hydril Co Conexion roscada cuneiforme para productos tubulares.
US11156526B1 (en) 2018-05-15 2021-10-26 eWellbore, LLC Triaxial leak criterion for optimizing threaded connections in well tubulars
US11513027B1 (en) * 2018-05-15 2022-11-29 eWellbore, LLC Triaxial leak criterion with thread shear for optimizing threaded connections in well tubulars
EP3572612B1 (en) * 2018-05-25 2020-10-07 Vallourec Oil And Gas France Tubular threaded connection
EP4126452A1 (en) 2020-03-26 2023-02-08 Hypertherm, Inc. Freely clocking check valve
WO2021202390A1 (en) 2020-03-30 2021-10-07 Hypertherm, Inc. Cylinder for a liquid jet pump with multi-functional interfacing longitudinal ends

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2239826A (en) * 1940-07-15 1941-04-29 Hughes Tool Co Tool joint
US2532632A (en) * 1948-10-04 1950-12-05 Hydril Corp Tubing and tubing joint
DE1243605B (de) * 1965-08-05 1967-07-06 Mannesmann Ag Futterrohrverbindung
FR1489013A (fr) * 1965-11-05 1967-07-21 Vallourec Joint d'assemblage pour tubes métalliques
FR1488719A (fr) * 1966-08-04 1967-07-13 Mannesmann Ag Raccord pour les tubes de revêtement ou tubages de forages profonds
JPS5944552B2 (ja) 1981-05-14 1984-10-30 新日本製鐵株式会社 高気密性油井管用ネジ継手
JPS58157087U (ja) 1982-04-16 1983-10-20 日本鋼管株式会社 油井管用ネジ継手
US4629224A (en) 1983-04-26 1986-12-16 Hydril Company Tubular connection
US5029906A (en) * 1983-04-29 1991-07-09 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for forming a ventable seal
GB8414203D0 (en) * 1984-06-04 1984-07-11 Hunting Oilfield Services Ltd Pipe connectors
JPS616488A (ja) * 1984-06-20 1986-01-13 日本鋼管株式会社 油井管用ネジ継手
US4619472A (en) 1985-05-02 1986-10-28 Nippon Steel Corporation Pipe coupling
IT1199343B (it) 1986-12-23 1988-12-30 Dalmine Spa Giunto perfezionato per tubi di rivestimento di pozzi
IT1224745B (it) * 1988-10-03 1990-10-18 Dalmine Spa Giunto a tenuta ermetica metallica per tubi
US5137310A (en) * 1990-11-27 1992-08-11 Vallourec Industries Assembly arrangement using frustoconical screwthreads for tubes
FR2673199B1 (fr) 1991-02-21 1994-01-21 Vallourec Industries Revetement de surface anti-grippage pour moyen d'assemblage de tubes par filetages et procede de realisation d'un tel revetement.
JP3057857B2 (ja) 1991-11-08 2000-07-04 日本鋼管株式会社 高トルクツールジョイント
US5454605A (en) 1993-06-15 1995-10-03 Hydril Company Tool joint connection with interlocking wedge threads
FR2725773B1 (fr) 1994-10-13 1996-11-29 Vallourec Oil & Gas Assemblage filete pour tubes
EP1387036B1 (en) * 1994-10-19 2007-04-18 Sumitomo Metal Industries, Ltd Thread joint for tube
CA2163282C (en) * 1994-11-22 2002-08-13 Miyuki Yamamoto Threaded joint for oil well pipes
DK0916883T3 (da) 1997-05-30 2006-10-30 Sumitomo Metal Ind Skrueforbindelse til oliefeltrör
US6042153A (en) * 1998-02-25 2000-03-28 Grant Prideco, Inc. Threaded connection for internally clad pipe
US6609735B1 (en) * 1998-07-29 2003-08-26 Grant Prideco, L.P. Threaded and coupled connection for improved fatigue resistance
UA71575C2 (uk) * 1998-09-07 2004-12-15 Валлурек Маннесманн Ойл Енд Гес Франс Різьбове з'єднання двох металевих труб з великим моментом загвинчування
UA66876C2 (uk) * 1998-09-07 2004-06-15 Валлурек Маннесманн Ойл Енд Гес Франс Різьбове з'єднання двох металевих труб з пазом, виконаним в різьбі
CZ9031U1 (cs) * 1999-05-05 1999-09-06 Lubomír Lanča Těsněný závitový spoj pažnlc pažnico vých kolon
AR020495A1 (es) 1999-09-21 2002-05-15 Siderca Sa Ind & Com Union roscada de alta resistencia al sobretorque y compresion

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Publication number Publication date
MXPA02012594A (es) 2004-04-02
DE60128687D1 (de) 2007-07-12
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AU2001269182A1 (en) 2002-01-02
EP1295007A1 (fr) 2003-03-26
CA2410794C (fr) 2007-11-13
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BR0111807B1 (pt) 2009-05-05
WO2001098620A1 (fr) 2001-12-27
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AR029683A1 (es) 2003-07-10
EP1295007B1 (fr) 2007-05-30

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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Wham (Changzhou) Petroleum and natural gas exploration and development special equipment Co., Ltd.

Assignor: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France|Sumitomo Metal Industries Ltd.

Contract fulfillment period: 2008.5.26 to 2018.5.26 contract change

Contract record no.: 2009990000127

Denomination of invention: Tubular threaded joint with reinforced stop

Granted publication date: 20060830

License type: General permission

Record date: 2009.2.23

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: COMMON LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.5.26 TO 2018.5.26; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: VAM (CHANGZHOU )OIL AND GAS PREMIUM EQUIPMENTS CO.

Effective date: 20090223

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: NIPPON STEEL + SUMITOMO METAL CORPORATION

Free format text: FORMER OWNER: CHUGAI SEIYAKU KABUSHIKI KAISHA

Effective date: 20140414

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140414

Address after: French aulnois aimeries

Patentee after: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France

Patentee after: Nippon Steel Corporation

Address before: French aulnois aimeries

Patentee before: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France

Patentee before: Sumitomo Metal Industries Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060830

Termination date: 20140618

EXPY Termination of patent right or utility model