[发明专利]密封式金属管接头

说明书

本发明涉及一种密封式金属管接头，特别是用于泵送流体的管道和井管的接头，这种井管主要用于（但不是仅仅用于）勘探和生产烃类流体和地热流体。

当然，对于这种用途，管道之间的接头可以这样来构成：或者是在管子的一端切出外螺纹，另一端切出内螺纹，形成整体连接;或者在管子两端都切出外螺纹，然后用一个两端都带有内螺纹的空心管套将其连接起来，形成管套连接。一般说来，上述螺纹最好是带锥度的。

这些接头不仅要保证上述管子之间的连接并具有足够经受机械应力的强度，而且必须能防止管子内流体的液体或气体的漏泄。其密封可通过阳端管件和阴端管件上的外螺纹和内螺纹间适当的公盈而形成，或者利用合适的密封表面来实现，这种表面和螺纹分开，在适当加压使内外螺纹接合在一起时，就可防止液体渗漏。当然，上述两种技术可结合应用。

众所周知，当用来拧紧接头的扭矩大于材料的屈服强度时，螺纹和所用的辅助密封件中诱发的应力可以引起损伤，使接头的密封作用失效。特别是在经过多次反复拧紧和松开之后，情况更是如此。这种缺点已由本专利申请人提出的欧州专利EP273016中公开的螺纹结构所克服。

然而，已经意识到，上述接头还能够进一步改进，即适当修改支座表面并插入一个特殊的密封表面（下称：“密闭式金属密封”或“金属密封”），从而在可达到的拧紧/松开循环次数和有关的过扭矩两个方面提高其可拧性，保证在各种情况下都具有良好的密封状态。

当然，过扭矩可因应力过大而产生塑性变形，使密封件（或表面）的形状产生永久变形，因此，管子是否能再使用就成问题，或者根本不能再次使用。管子即使是第一次使用也可能受到损伤，并可能出现应力腐蚀现象。

因此，为了克服这些困难，必须结合一个或多个带有一个能够有效地限制公盈的机械单元（支座）的密封装置（密闭式金属密封），因此，即使在拧紧接头的扭矩增加到比接头材料的屈服强度大的情况下，也能有效地限制密封机构本身的应力。

这种原理的应用是人所共知的，但是，由于它是从几何形状上采取解决办法，因此，不能保证所需的高可靠性。

美国专利USP4153283公开了一种结合支座和密封表面的特殊办法，它利用阳端管件的球形表面和阴端管件的锥形表面（金属密封）间的配合，阴端管件中还附设有一连续的平支座。但是这种解决办法不能保证接头不存在上述缺点。事实上，当组装管子时，锥形表面与球形表面首先沿一圆周线相接触，随后由于拧紧管子时产生变形，使接触线变成了一个小平面。由于上述密封表面的接触是赫兹型的，也就是说，其特征是应力随弹性变形的增加而快速增高，即使施加极小的载荷，也容易造成局部超过弹性极限，因此，在安装管套组时，球形表面会发生塑性变形，使接头很快渗漏。因此，当接头松开后，不管采用什么办法，都不能再度使用。

此外，对于使用正确的类似接头，其锥形支座表面的角度为15～20°左右，由于过扭矩会产生一径向推力分量而出现局部过应力的危险，结果这一角度可能加大。

为了克服这些缺点，另一些接头则采用两个锥形表面间的配合来进行金属密封，这两个表面一个在阳端管件上，另一个在阴端管件上，它们应相互配合良好。这些表面设计成有较大面积相接触（因此有较长的母线，例如5～10mm相接触）。在这种情况下，压力总是很小，并且密封基本上取决于两个锥形表面相配合时所产生的迷宫效应。

但是，这种类型的接头要求锥形表面加工十分精确，因此，技术上、经济上和质量控制上都存在问题。实际上，一个表面与另一个表面间匹配的可能性等于零。

本发明的目的是为了避免上述现有技术的各种困难，而发展一种新的泵送液体的管件和井管用的接头。这种接头形成密闭式金属密封的特殊配合表面，而且还可能带有特殊的支座表面。

实现本发明的目的采用如下措施：根据本发明的接头包括一个带有至少一圈锥形外螺纹的阳端管件和一个带有相匹配的内螺纹的阴端管件。所述阳端管件的端部上每一螺纹之外有一大体上是轴向的锥形密封，可能也有一锥形的、大体为横向的内支座表面，所述表面与阴端管件上类似的密封面和支座表面相配合，阴端管件沿母线的密封面长度比阳端管件相应的密封面的长度大，所述接头的特征在于阳端管件和阴端管件的两个密封面都带有6.25～9.25%的锥度，阳端管件和阴端管件相应表面相配合的阳端管件密封表面长度为0.5和2.5mm。