專利名稱：石油工業(yè)中使用的密封管連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在諸如軸向拉伸、軸向壓縮、彎曲、內(nèi)部壓力或外部壓力及其組合的靜態(tài)應(yīng)力下的密封螺紋管連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
所述密封螺紋管連接結(jié)構(gòu)(下文也被稱為連接結(jié)構(gòu))可以通過將位于第一管狀部件的一端處的陽元件和位于第二管狀部件的一端處的陰元件連接而制造，所述第一管狀部件例如可以是大長度管，所述第二管狀部件例如可以是大長度管或聯(lián)接件，每個(gè)所述元件均設(shè)有金屬密封面，并且徑向緊靠在另一個(gè)元件的金屬密封面上。所述連接結(jié)構(gòu)特別地用于制造例如用于烴類井或者用于類似井(諸如地?zé)峋?的密封套管柱或者管柱。所述連接結(jié)構(gòu)的陽元件和陰元件的金屬(或者金屬對(duì)金屬)密封面是保證連接的緊密性的極其重要的區(qū)域。在油氣井中，所述連接結(jié)構(gòu)受到由外部環(huán)境產(chǎn)生或者由在所述連接結(jié)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的流體產(chǎn)生的諸如拉伸、壓縮、彎曲和壓力之類的各種應(yīng)力。這些不同的應(yīng)力在例如用于上緊套管的步驟期間(外部壓力增大)或者生產(chǎn)步驟期間(內(nèi)部壓力增大)或者維護(hù)操作期間 (停止生產(chǎn)然后重新開始生產(chǎn))可能隨時(shí)間而變化并且單獨(dú)作用或者同時(shí)起作用。不但希望所述連接結(jié)構(gòu)能夠承受這種機(jī)械應(yīng)力，而且希望其在應(yīng)用時(shí)保持密封。 為此，已具體針對(duì)采用金屬/金屬密封面的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究。所述連接結(jié)構(gòu)的總體原理是使兩個(gè)表面通過緊密接觸來協(xié)作，一個(gè)表面屬于第一管狀部件的陽端部，另一個(gè)表面屬于第二管狀部件的陰端部。陽端部和陰端部均包括螺紋區(qū)域，以使該陽端部和陰端部能夠通過上緊(make up)而連接。此外，密封面的尺寸定為使得陽端部和陰端部在上緊期間能夠過盈接觸，過盈接觸由兩個(gè)密封面之間的徑向壓緊而形成。舉例來說，文獻(xiàn)FR4913746提出一種螺紋連接結(jié)構(gòu)，該螺紋連接結(jié)構(gòu)包括第一管狀部件和第二管狀部件，第一管狀部件和第二管狀部件均設(shè)有相應(yīng)的陽端部和陰端部，所述陽端部在其外周面上包括螺紋區(qū)域和密封面，并且該陽端部終止于相對(duì)于所述連接軸線徑向取向的末端面，所述陰端部在其內(nèi)周面上包括螺紋區(qū)域和密封面，并且該陰端部終止于相對(duì)于所述連接軸線徑向取向的末端面，所述陰端部的螺紋區(qū)域與所述陽端部的螺紋區(qū)域通過上緊而協(xié)作，所述密封面通過與陽端部的密封面壓緊而協(xié)作。陰端部的密封面以與末端面相鄰的方式設(shè)置在所述端部的內(nèi)周面上。在該密封面與螺紋區(qū)域之間，設(shè)置有徑向剛度減小的區(qū)域，從而該區(qū)域能夠由于施加于其上的壓力而徑向變形。該徑向剛度減小的區(qū)域通過在位于陰端部的螺紋區(qū)域與密封面之間的部分上減去該連接結(jié)構(gòu)的環(huán)形部分來獲得。減去環(huán)形部分實(shí)際上通過在內(nèi)周處挖出凹槽而獲得。為此，當(dāng)施加外部壓力時(shí)該部分能夠徑向變形，并且由此產(chǎn)生額外的彈性能量，該彈性能量能夠?qū)⒌谝幻芊饷婧偷诙芊饷鏀D壓在一起而形成緊密接觸。還應(yīng)注意，在螺紋區(qū)域?qū)儆凇白枣i”式螺紋區(qū)域的情況下， 由于存在凹進(jìn)所述陰端部的內(nèi)周的凹槽從而較薄的區(qū)域可以被認(rèn)為是一種改進(jìn)。實(shí)際上，該類螺紋加工需要加工出被稱為“引入”槽的凹槽，該凹槽的厚度優(yōu)選至少等于待被加工的齒的高度，其長度優(yōu)選至少等于引導(dǎo)部的一半?！耙搿辈圩饔靡栽试S在加工螺紋區(qū)域期間切削工具的接合與分離。必須使環(huán)形部分的一部分的變薄最優(yōu)化，以承受壓應(yīng)力并且提供具有足夠彈性變形范圍的薄部。然而，當(dāng)壓力超過凹槽許可的最大彈性變形閾值時(shí)該方案存在限制。當(dāng)所述連接結(jié)構(gòu)穿過位于較大深度的流體的容器(pocket)時(shí)在密封面為外表面的情況下可能發(fā)生以上情況。類似地，當(dāng)密封面為內(nèi)表面時(shí)，在流體在中斷之后再次開始全速運(yùn)動(dòng)時(shí)可能超過凹槽容許的最大壓力值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服薄部在外部壓力下塌縮或者在內(nèi)部壓力的情況下裂開的問題，本發(fā)明提出改變密封區(qū)域的斜度，該斜度通常沿與螺紋區(qū)域的方向相同的方向。更具體的是，本發(fā)明提出將密封區(qū)域的斜度的取向反向，從而該新的取向抵抗薄部的塌縮。本發(fā)明大體上提出確?？拷軤畈考亩瞬康哪┒嗣娑ㄎ坏拿芊鈪^(qū)域的接觸穩(wěn)定性。更具體的是，本發(fā)明提供一種密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該密封螺紋連接結(jié)構(gòu)包括第一管狀部件和第二管狀部件，所述第一管狀部件和所述第二管狀部件均設(shè)有相應(yīng)的陽端部和陰端部，所述陽端部在其外周面上包括至少一個(gè)螺紋區(qū)域以及至少一個(gè)密封面，并且該陽端部終止于末端面，該末端面相對(duì)于連接軸線橫向取向，所述陰端部在其內(nèi)周面上包括至少一個(gè)螺紋區(qū)域，該至少一個(gè)螺紋區(qū)域通過上緊而與所述陽端部的所述螺紋區(qū)域協(xié)作，所述螺紋區(qū)域根據(jù)與所述連接軸線形成錐角為α的錐形母線傾斜；至少一個(gè)密封面，該至少一個(gè)密封面定位成沿徑向過盈接觸區(qū)域與所述陽端部的所述至少一個(gè)密封面協(xié)作；并且所述陰端部終止于一末端面，該末端面相對(duì)于所述連接軸線橫向取向，所述至少一個(gè)密封面的所述接觸區(qū)域處的切線沿與所述螺紋連接結(jié)構(gòu)的所述軸線形成角度β的直線傾斜，所述螺紋連接結(jié)構(gòu)的特征在于，由相對(duì)于所述螺紋區(qū)域的所述錐形母線限定的斜度沿著與由所述至少一個(gè)密封面的所述接觸區(qū)域處的所述切線限定的斜度相反的方向。以下給出本發(fā)明的作為補(bǔ)充或替代的任選特征。在所述至少一個(gè)密封面的所述接觸區(qū)域處的所述切線形成絕對(duì)值在1度至30度的范圍內(nèi)的角度β。所述陽端部的所述至少一個(gè)密封面布置在所述陽端部的靠近該陽端部的所述末端面的外周面上，所述陰端部的所述密封面布置成面向所述陽端部的所述密封面。所述陰端部的所述至少一個(gè)密封面布置在所述陰端部的靠近所述陰端部的所述末端面的內(nèi)周面上，所述陽端部的所述密封面布置成面向所述陰端部的所述密封面。所述密封面是錐形面，所述錐形面限定與所述連接軸線形成角度β的錐形母線。所述密封面是半徑為R的環(huán)面表面，該環(huán)面表面在所述接觸區(qū)域處的切線與所述連接軸線形成角度β。所述密封面中的一個(gè)密封面是錐形面；所述另一個(gè)對(duì)應(yīng)的面對(duì)的密封面是半徑為 R的環(huán)面，并且在所述錐形面與所述環(huán)面表面之間的所述接觸區(qū)域處的所述切線與所述連接結(jié)構(gòu)的所述軸線形成角度β。
所述環(huán)面的半徑R位于30mm至IOOmm的范圍內(nèi)。在與包含所述密封面的周面相反的周面上設(shè)置與所述末端面相鄰的斜面。所述斜面相對(duì)于所述連接軸線以角度Y傾斜，所述角度Y位于1度至30度的范圍內(nèi)。所述斜面與所述連接軸線形成角度Y，該角度Y與由所述密封面之間的所述接觸區(qū)域處的所述切線與所述連接軸線形成的角度基本相等。所述螺紋區(qū)域以自鎖緊的方式協(xié)作。所述螺紋區(qū)域分別由第一螺紋區(qū)域和第二螺紋區(qū)域構(gòu)成，所述第一螺紋區(qū)域和所述第二螺紋區(qū)域相對(duì)于彼此呈階梯狀。


以下參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)的示意圖，其中密封面靠近于陰端部的末端面設(shè)置。圖2是對(duì)于圖1所示的連接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的連接結(jié)構(gòu)的示意圖，其中密封面靠近于陽端部的末端面設(shè)置。
具體實(shí)施例方式圖1所示的螺紋管連接結(jié)構(gòu)是密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該密封螺紋連接結(jié)構(gòu)包括第一管狀部件和第二管狀部件，第一管狀部件和第二管狀部件均設(shè)有相應(yīng)的陽端部1和陰端部 2。陽端部1和陰端部2均分別終止于相對(duì)于連接軸線10橫向取向的末端面7、14。術(shù)語 “相對(duì)于連接軸線橫向取向”是指相應(yīng)的末端面7、14不與連接軸線平行，而是屬于與連接軸線相交的平面，該平面與連接軸線的正交線形成小于45度的角。這些末端面可以是旨在通過抵接與而對(duì)應(yīng)表面協(xié)作的軸向抵接面，以經(jīng)受在陽端部上緊到陰端部中期間形成的上緊轉(zhuǎn)矩。陽端部1在其外周面上包括螺紋區(qū)域3 ；類似地，陰端部2在其內(nèi)周面上包括螺紋區(qū)域4，相應(yīng)的區(qū)域3、4在兩個(gè)端部1和2通過上緊而相互連接期間協(xié)作。螺紋區(qū)域3和4 限定與螺紋連接軸線10形成角度α的錐形母線20，從而以連接軸線10為基準(zhǔn)并利用反三角取向，角度α為零度或更大。該角度通常位于1度至45度的范圍內(nèi)。對(duì)于管連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和對(duì)于管連接結(jié)構(gòu)外的介質(zhì)的流體密封通過兩個(gè)金屬/ 金屬密封面5、6來提供，密封面5、6靠近陰端部2的末端面14定位。更具體地，密封面6 布置在陰端部2的靠近末端面14的內(nèi)周面上，末端面14自身沿基本上垂直于連接軸線10 的線取向。面向密封面6的密封面5設(shè)置在陽端部1的外周面上。兩個(gè)密封面定位成當(dāng)陽端部上緊到陰端部中時(shí)形成過盈接觸。術(shù)語“過盈接觸”是指陽端部1在密封面5處的外徑略大于陰端部2在密封面6處的內(nèi)徑。在圖1所示的實(shí)施方式中，密封面6是半徑為R的環(huán)面表面。陰端部的內(nèi)周在環(huán)面表面的每一側(cè)均包含錐形面。在環(huán)面表面6與螺紋區(qū)域4 之間為薄錐形部18。實(shí)際上，該薄部18通過在陰端部2的位于螺紋區(qū)域4的一端的內(nèi)周中挖槽而形成，以在加工螺紋期間容易接合和分離工具。為此，該薄部具有減小的徑向剛度，這致使在外部壓力增大至其超過薄部的容許閾值時(shí)所述連接結(jié)構(gòu)在該區(qū)域中脆弱。陰端部 2的末端面14和環(huán)面表面16通過錐形面16連接，該錐形面16設(shè)置在陰端部的內(nèi)周中并且與所述末端面14相鄰。與末端面14相鄰的錐形面16與該末端面14形成接近90°的角度，并且具有沿與螺紋區(qū)域3和4相同的方向的斜度。應(yīng)注意，不同的表面通常通過半徑連接在一起，而避免通常為加工規(guī)則所禁止的尖角。環(huán)面表面6是凸出的圓頂環(huán)面表面，其直徑沿末端面14的方向減小。半徑R優(yōu)選地位于30mm至IOOmm的范圍內(nèi)。環(huán)面表面的半徑太大(> 100mm)會(huì)導(dǎo)致與錐形之間 (cone-on-cone)的接觸那樣的缺點(diǎn)。該圓頂表面的半徑太小(< 30mm)會(huì)導(dǎo)致接觸寬度不足。陽端部具有面向密封面6的錐形密封面5，該錐形密封面5的直徑也沿陰元件的末端面14的方向減小。錐形密封面5的錐形母線與連接軸線10形成角度β。類似地，在密封面5、6之間的接觸區(qū)域處的切線30限定與連接軸線10形成角度β的錐度。根據(jù)本發(fā)明，在密封面的接觸區(qū)域處的切線30與相對(duì)于螺紋區(qū)域(3，4)的錐形母線20沿相反方向傾斜。應(yīng)注意，角度α和β的絕對(duì)值不必相同。陽端部1的錐形面5和螺紋區(qū)域3經(jīng)由另一錐形面15連接，該錐形面15的斜度沿與螺紋區(qū)域3的方向相同的方向具有斜度。該表面15被稱作“引導(dǎo)表面”，這是因?yàn)樵陉柖瞬可暇o到陰端部中期間，該表面15能夠引導(dǎo)陰端部2，并且經(jīng)過陽端部1的密封面5與所述引導(dǎo)表面15之間的相交部。實(shí)際上，該相交部的形狀凸出，并且與斜度的變化相對(duì)應(yīng)，這意味著設(shè)置在陰端部的與末端面14相鄰的內(nèi)周上的錐形面16在上緊期間由引導(dǎo)表面15 引導(dǎo)，使得其越過相交部。因此，陰端部2的支承錐形面16的部分在通過相交部期間彈性變形，從而陽端部1和陰端部2彼此卡合。在上緊結(jié)束時(shí)，密封面定位成徑向過盈接觸。有利的是，通過以連接軸線10和正規(guī)三角取向?yàn)榛鶞?zhǔn)，角度β位于1度至30度的范圍內(nèi)。錐形面5的錐度太小會(huì)導(dǎo)致上緊時(shí)磨損的風(fēng)險(xiǎn)，錐度太大會(huì)減小接觸穩(wěn)定性。發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，與在接觸區(qū)域的端部處具有兩個(gè)窄的有效接觸區(qū)域的兩個(gè)錐形面之間的接觸區(qū)域不同，錐形面與圓頂面之間的該接觸區(qū)域能夠形成大的有效軸向接觸寬度以及接觸壓力沿有效接觸區(qū)域的大體拋物線形分布。利用圖1所述的實(shí)施方式的接觸區(qū)域的幾何形狀能夠保持良好的有效接觸寬度，而不考慮連接元件因加工公差引起的軸向定位的變化，并且保持沿圓頂表面的圓頂樞轉(zhuǎn)的有效接觸寬度，從而保持局部接觸壓力的拋物線分布。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須根據(jù)連接結(jié)構(gòu)的尺寸建立角度β的最小值，使得當(dāng)外部壓力P趨于使薄部18撓曲時(shí)，接觸區(qū)域的斜度產(chǎn)生足夠的額外彈性能量，從而第一密封面和第二密封面能夠被擠壓在一起而過盈接觸。類似地，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須建立角度β 的最小值，使得在上緊或脫開期間消除任何的磨損風(fēng)險(xiǎn)。有利的是，為了能夠?qū)㈥柖瞬可暇o到陰端部或從其脫開，并且由于螺紋區(qū)域3、4 的斜度與密封區(qū)域5、6的斜度反向，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須選定角度β的最大值，使得陰端部2的支承表面16的部分因卡合造成的變形保持小于所使用材料的塑性范圍的2%。有利的是，如圖2所示，在與包含密封面6的表面相反的周面上設(shè)置與陰端部2的末端面14相鄰的斜面9。因此，該斜面由于外部壓力P而朝向應(yīng)力的方向，以增強(qiáng)兩個(gè)密封面5和6之間的接觸。優(yōu)選地，斜面9與連接軸線形成角度Y，該角度 與角度β大體相等。
有利的是，螺紋區(qū)域3、4是已知類型的螺紋，并且被稱為“自鎖式”螺紋(也稱為螺紋的軸向?qū)挾群?或螺紋之間的間隔的漸進(jìn)式變化，并且在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)US Re 344767 中描述)，使得在上緊至最終鎖定位置期間發(fā)生漸進(jìn)過盈。在該情況下，無需抵接面。在如圖2所示的變型中，自鎖式螺紋區(qū)域3、4均分別包括第一部分3a、!3b和第二部分^、4b，所述第一部分和第二部分相對(duì)于彼此呈階梯狀，即第一部分的經(jīng)過螺紋的齒頂或齒根的錐形母線徑向離開第二部分的錐形母線。該構(gòu)造能夠減小螺紋區(qū)域3和4的總長度，同時(shí)保持大的上緊轉(zhuǎn)矩。在圖3所示的另一個(gè)實(shí)施方式中，螺紋管連接結(jié)構(gòu)為包括第一管狀部件和第二管狀部件的密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，第一管狀部件和第二管狀部件均設(shè)有相應(yīng)的陽端部1和陰端部2。陽端部1和陰端部2均終止于相對(duì)于連接軸線10橫向取向的相應(yīng)的末端面7和14。 術(shù)語“相對(duì)于連接軸線橫向取向”是指相應(yīng)的末端面7和14不平行于連接軸線，而是屬于與連接軸線相交的平面，該平面與連接軸線的正交線形成小于45度的角度。這些末端面可以是趨于與對(duì)應(yīng)的表面抵接協(xié)作的軸向抵接面，以在陽端部上緊至陰端部中期間承受上緊轉(zhuǎn)矩。陽端部1在其外周面上包括螺紋區(qū)域3 ；類似地，陰端部2在其內(nèi)周面上包括螺紋區(qū)域4，相應(yīng)的螺紋區(qū)域3、4 一起協(xié)作用于通過兩個(gè)端部1和2的上緊而相互連接。螺紋區(qū)域3和4限定與螺紋連接軸線10形成角度α的錐形母線20，從而以連接軸線10和反三角取向?yàn)榛鶞?zhǔn)，角度α為零度或更大。該角度通常位于1度至45度的范圍內(nèi)。有利的是，螺紋區(qū)域3、4是已知類型的螺紋，并且公知為“自鎖式”螺紋(也稱為螺紋的軸向?qū)挾群?或螺紋之間的間隔的漸進(jìn)式變化)，從而在上緊至最終鎖定位置期間實(shí)現(xiàn)逐漸變緊。在該情況下，不需要抵接面。有利的是，如圖3所示，自鎖式螺紋區(qū)域3、4均分別包括第一部分3a、!3b和第二部分^、4b，所述第一部分和第二部分相對(duì)于彼此呈階梯狀。該構(gòu)造能夠減小螺紋區(qū)域3和4 的總長度，同時(shí)保持大的上緊轉(zhuǎn)矩。對(duì)于管連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和對(duì)于管連接結(jié)構(gòu)外部的介質(zhì)的流體密封通過靠近于陽端部1的末端面7定位的兩個(gè)金屬/金屬密封面11、12來提供。更具體地，密封面12布置在陰端部2的靠近陽端部1的末端面7的內(nèi)周面上，末端面7自身沿大體垂直于連接軸線 10的線取向。面向密封面6的密封面11設(shè)置在陽端部1的外周面上。兩個(gè)密封面定位成當(dāng)陽端部上緊到陰端部中時(shí)過盈接觸。術(shù)語“過盈接觸”是指陽端部1在密封面11處的外徑略大于陰端部2在密封面12處的內(nèi)徑。在圖3所示的實(shí)施方式中，密封面11是錐形面， 該錐形面通過半徑與陰端部的內(nèi)周的其它表面連接，而避免尖角。在環(huán)面表面11與螺紋區(qū)域3之間為薄錐形部13。實(shí)際上，該薄部13是由于在陽端部1的位于螺紋區(qū)域3的一端處的外周中挖槽而形成的，從而在加工螺紋期間工具能夠容易地接合或分離。為此，該薄部具有減小的徑向剛度，這致使當(dāng)內(nèi)部壓力P增大至超過薄部的容許閾值時(shí)所述連接結(jié)構(gòu)在該區(qū)域處脆弱。陽端部1的末端面7和錐形面11通過設(shè)置在陽端部1的外周上并與末端面 7相鄰的錐形面17連接。該連接表面17與末端面7形成接近90°的角，并且該連接表面 17具有與螺紋區(qū)域3和4的方向相同的方向的斜度。應(yīng)注意，不同的表面通常通過半徑連接在一起，從而避免通常為機(jī)加工規(guī)則所禁止的尖角。表面11是錐形面，該錐形面的錐形母線與連接軸線10形成角度β。
陰端部具有面向密封面11的錐形密封面12，該密封面12的錐形母線也與連接軸線10形成角度β。與密封面11和12之間的接觸區(qū)域相切的切線30還限定了與連接軸線 10形成角度β的錐度。根據(jù)本發(fā)明，位于密封面的接觸區(qū)域處的切線30和相對(duì)于螺紋區(qū)域3、4的錐形母線20沿相反方向傾斜。應(yīng)注意，角度α和β的絕對(duì)值不必相同。陰端部2的錐形面12和螺紋區(qū)域4經(jīng)由另一個(gè)錐形面8連接，該另一個(gè)錐形面8 沿與螺紋區(qū)域4的方向相同的方向傾斜。該表面8被稱為“引導(dǎo)表面”，因?yàn)樵摫砻?在陽端部上緊到陰端部中期間能夠引導(dǎo)陽端部1并且使其經(jīng)過陰端部2的密封面12與所述引導(dǎo)表面8之間的相交部。實(shí)際上，該相交部的形狀凸出，并且與斜度的變化相對(duì)應(yīng)，這意味著設(shè)置在陽端部的與末端面7相鄰的外周上的錐形面17在上緊而經(jīng)過相交部期間由所述引導(dǎo)表面引導(dǎo)。因此，陽端部1的支承錐形面17的部分在通過相交部期間彈性變形，使得陽端部1和陰端部2彼此卡合。在上緊結(jié)束時(shí)，密封面定位成徑向過盈接觸。有利的是，通過以連接軸線10和根據(jù)三角方向的取向?yàn)榛鶞?zhǔn)，角度β在1度至30 度的范圍內(nèi)。錐形面11和12的錐度太低會(huì)帶來上緊時(shí)磨損的風(fēng)險(xiǎn)，錐度太高會(huì)減小接觸的穩(wěn)定性。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須根據(jù)連接結(jié)構(gòu)的尺寸建立角度β的最小值，使得當(dāng)內(nèi)部壓力P趨于使薄部13撓曲時(shí)，接觸區(qū)域的斜度產(chǎn)生足夠的額外彈性能量，這能夠使第一密封面和第二密封面被擠壓在一起而過盈接觸。類似地，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須建立角度β 的最小值，使得在上緊或脫開期間，消除任何磨損的風(fēng)險(xiǎn)。有利的是，為了能夠?qū)㈥柖瞬可暇o到陰端部中以及從陰端部中脫開，并且由于螺紋區(qū)域3、4的斜度和密封區(qū)域11、12的斜度相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員必須選定角度β的最大值，從而陽端部1的支承密封面17的部分因卡合造成的變形保持小于所使用材料的塑性范圍的2%。有利的是，如圖3所示，在與包含密封面11的周面相對(duì)的周面上設(shè)置與陽端部1 的末端面7相鄰的斜面9’。因此，該斜面由于內(nèi)部壓力P而朝向應(yīng)力的方向，從而增強(qiáng)兩個(gè)密封面11和12之間的接觸。優(yōu)選地，斜面9’與連接軸線形成角度Y，該角度Y與角度β大體相等。應(yīng)注意，本發(fā)明還包含螺紋區(qū)域3、4沿錐形母線20非常輕微地傾斜(或者甚至不傾斜)的情況，錐形母線20與連接軸線10形成錐角α，該錐角α接近于零度(或者甚至等于零度)。在該情況下，密封面5、6或者11、12的接觸區(qū)域處的切線也沿與螺紋連接軸線10形成角度β的直線30傾斜。因此以連接結(jié)構(gòu)的軸線10和根據(jù)三角方向的取向?yàn)榛鶞?zhǔn)，角度β大于零度(優(yōu)選在0度至30度之間)。角度β的值被確定為在上述的實(shí)施方式中詳細(xì)描述的所述連接結(jié)構(gòu)的幾何特征和機(jī)械應(yīng)力的函數(shù)。清楚的是，本發(fā)明可應(yīng)用于其中密封面可具有復(fù)雜形狀的不同構(gòu)造。因此，在其中一個(gè)端部中，至少一個(gè)密封面為錐形，在另一個(gè)端部中，對(duì)應(yīng)的密封面是由錐形面(與末端面相鄰)構(gòu)成并且與環(huán)面表面(螺紋側(cè))相切的復(fù)雜表面。還應(yīng)注意，本發(fā)明具體應(yīng)用于其中密封面位于陰端部的末端面?zhèn)壬系倪B接結(jié)構(gòu)。 在該類構(gòu)造中(圖1和圖2所示)，壓力(在該情況下為外部壓力)的變化最難以抵消。最后，應(yīng)注意，本發(fā)明具體應(yīng)用于其中螺紋區(qū)域?yàn)樽枣i式螺紋的連接結(jié)構(gòu)。在該類構(gòu)造中，由于存在引入槽因此具有薄部。
權(quán)利要求
1.一種密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，該密封螺紋連接結(jié)構(gòu)包括第一管狀部件和第二管狀部件， 所述第一管狀部件和所述第二管狀部件均設(shè)有相應(yīng)的陽端部(1)和陰端部O)，所述陽端部(1)在其外周面上包括至少一個(gè)螺紋區(qū)域(3)以及至少一個(gè)密封面(5，11)，并且該陽端部(1)終止于末端面(7)，該末端面(7)相對(duì)于連接軸線(10)橫向取向，所述陰端部(2)在其內(nèi)周面上包括至少一個(gè)螺紋區(qū)域G)，該至少一個(gè)螺紋區(qū)域(4)通過上緊與所述陽端部(I)的所述螺紋區(qū)域C3)協(xié)作，所述螺紋區(qū)域(3，4)根據(jù)與所述連接軸線(10)形成錐角α 的錐形母線00)傾斜；至少一個(gè)密封面(6，12)，該至少一個(gè)密封面(6，12)定位成沿徑向過盈接觸區(qū)域與所述陽端部(1)的所述至少一個(gè)密封面(5，11)協(xié)作，并且所述陰端部終止于末端面(8)，該末端面(8)相對(duì)于所述連接軸線(10)橫向取向，所述至少一個(gè)密封面(5， 6;11，12)的所述接觸區(qū)域處的切線沿與所述螺紋連接結(jié)構(gòu)的所述軸線(10)形成角度β 的直線(30)傾斜，所述螺紋連接結(jié)構(gòu)的特征在于，由相對(duì)于所述螺紋區(qū)域(3，4)的所述錐形母線00)限定的斜度沿著與由所述至少一個(gè)密封面(5，6;11，12)的所述接觸區(qū)域處的所述切線(30)限定的斜度相反的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述至少一個(gè)密封面(5，6； 11，12)的所述接觸區(qū)域處的所述切線形成絕對(duì)值在1度至30度的范圍內(nèi)的角度β。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陽端部(1)的所述至少一個(gè)密封面(11)布置在所述陽端部(1)的靠近所述陽端部的所述末端面(7)的外周面上，所述陰端部O)的所述密封面(1 布置成面向所述陽端部(1)的所述密封面(II)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰端部(2) 的所述至少一個(gè)密封面(6)布置在所述陰端部O)的靠近所述陰端部的所述末端面(14) 的內(nèi)周面上，所述陽端部(1)的所述密封面( 布置成面向所述陰端部O)的所述密封面 (6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封面(5，6;11，12)是錐形面，所述錐形面限定與所述軸線(10)形成角度β的錐形母線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封面(5，6;11，1幻是半徑為R的環(huán)面表面，該環(huán)面表面在所述接觸區(qū)域處的切線與所述連接軸線(10)形成角度β。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個(gè)密封面(5，6 ； 11，12)中的一個(gè)密封面是錐形面；另一個(gè)對(duì)應(yīng)的面對(duì)的密封面(6，5 ； 12，11)是半徑為R的環(huán)面，并且在所述錐形面與所述環(huán)面表面之間的所述接觸區(qū)域處的所述切線與所述連接軸線(10)形成角度β。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述環(huán)面的半徑R 位于30mm至IOOmm的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，在與包含所述至少一個(gè)密封面(11 ；6)的周面相反的周面上設(shè)置與所述末端面(7 ； 14)相鄰的斜面(9 ；9’)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述斜面(9；9’ )相對(duì)于所述連接軸線(10)以角度Y傾斜，所述角度Y位于1度至30度的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述斜面(9;9’ )與所述連接軸線(10)形成角度Y，該角度Y與由所述密封面之間的所述接觸區(qū)域處的所述切線與所述連接軸線(10)形成的角度基本相等。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋區(qū)域(3， 4)以自鎖擰緊的方式協(xié)作。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺紋連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述螺紋區(qū)域(3， 4)分別由第一螺紋區(qū)域(3a，4a)和第二螺紋區(qū)域C3b，4b)構(gòu)成，所述第一螺紋區(qū)域和所述第二螺紋區(qū)域相對(duì)于彼此呈階梯狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種密封螺紋連接結(jié)構(gòu)，其包括第一和第二管狀部件，該第一和第二管狀部件均設(shè)置有相應(yīng)的陽端部(1)和陰端部(2)，陽端部(1)在其外周面上包括至少一個(gè)螺紋區(qū)域(3)以及至少一個(gè)密封面(5，11)，并且終止于與連接軸線(10)橫向取向的末端面(7)，陰端部(2)在其內(nèi)周面上包括通過上緊與陽端部(1)的螺紋區(qū)域(3)協(xié)作的至少一個(gè)螺紋區(qū)域(4)，螺紋區(qū)域(3，4)根據(jù)與連接軸線(10)形成錐角α的錐形母線(20)傾斜；定位成沿徑向過盈接觸區(qū)域與陽端部(1)的至少一個(gè)密封面(5，11)協(xié)作的至少一個(gè)密封面(6，12)，并且所述陰端部終止于相對(duì)于連接軸線(10)橫向取向的末端面(8)，密封面(5，6；11，12)的接觸區(qū)域處的切線沿與所述螺紋連接軸線(10)形成角度β的線(30)傾斜，所述螺紋連接結(jié)構(gòu)的特征在于，由相對(duì)于螺紋區(qū)域(3，4)的錐形母線(20)限定的斜度沿著與由密封面(5，6；11，12)的接觸區(qū)域處的切線(30)限定的斜度相反的方向。
文檔編號(hào)E21B17/042GK102265076SQ200980152798
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者C·帕蒂羅, O·塔塔爾 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社, 瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼油氣法國公司