[发明专利]由销形部分和箱形部分构成的管的螺纹接头

说明书

本发明涉及一种连接管子用的螺纹接头，其用于石油和天然气的试验挖掘，生产或类似情况，具体说是涉及由销形部分和箱形部分构成的管的表面密封类型的螺纹接头。

通常，API标准的圆螺纹接头和锯齿螺纹接头用于连接石油领域的管状物。然而由于油井和气井这些年越来越深，因而使开掘条件困难，一个螺纹接头受到大的三维负荷，且受到苛刻的应力。特别在一个生产井内，接头受到一个来自管内的周向应力，接头在3-轴向应力下必须保持气密。

一个圆螺纹接头和锯齿螺纹接头不能足够地适合这个要求。一种表面密封类型螺纹接头，其包含为上述原因而研究的金属密封表面，并且表面密封类型的螺纹接头已开始在若干井中使用。现在将参考图1A,1B,2A和2B描述表面密封类型螺纹接头的结构。

图1A是一个局部剖开的视图表明了油田领域管状物的连接部件，图1B是这部分的放大视图。管P和P通过接头C相互连接。每个管P的端部包括销形部分10，该端部被插入接头C。接头C包括一用于容纳销形部10的一个箱形部20。一个螺纹接头通过螺纹连接销形部10和箱形部20。

表面密封类型的螺纹接头包括在外周上的一个阳螺纹11，其朝着顶端不断减小直径而渐细。密封部分12形成在阳螺纹11的顶端，它朝着顶端不断减小直径而渐细。销形部分10的顶端是一个肩部13，其是一个局部反向的锥表面，该表面有一个相对垂直于管轴线的横断面的反向角。另一方面，箱形部分20内包括一个阴螺纹21、其对应于阳螺纹11。对应于密封部分12的密封部分22形成在箱形部分20的后部，并且在箱形部20的更后部形成对应于肩部13的肩部23。

当阳螺纹11拧入阴螺纹21时，密封部分12和22互相接触。因此允许肩部13和23互相邻接，销部10和箱部20面对面地密封。为了在密封表面产生足够大的表面压力，在销形侧面密封部分12和箱形侧面密封部分22之间提供称作干涉的直径差。

干涉S如下表达：

S=D_PX-D_BX

D_PX：销形侧密封部分峰径(峰点)

D_BX：箱形侧密封部分峰径(峰点)：因此，S＞0，也就是D_PX＞D_BX。因而产生干涉，在螺纹拧入过程(图2A)，密封部分12和22开始互相干涉。在相邻的肩部13和23上完成连接(图2B)。从密封部分12和22之间的干涉开始直到连接结束，轴线方向的行程这里称作螺纹拧入量MOS(密封上的补充)。

在这种管用金属表面密封类型的螺纹接头中，由于密封部分12和22之间的直径差，从密封部分12和22之间产生干涉开始到连接结束期间，即，当在密封上补充螺纹拧入量MOS时，密封部分12和22在螺旋方向滑动，此时保持一个高的表面压力。因此，在密封部分12和22上可能产生擦伤。当擦伤产生时，密封表面变得粗糙，局部地产生间隙或过度干涉，密封性能被破坏。

在油田领域管状物中使用的接头有相当大的直径，可能产生擦伤，因为密封部分12和22的滑动距离Ls(即，密封部分12和22带有互相摩擦地在一螺旋方向移动的距离)是长的，并且接触表面压力P是大的。如果管子由不锈钢制成，不锈钢是镍、铬等合金，或由纯钛或钛合金制成，因为其热传导率比钢管低，大量的热被积累在滑动部分，甚至在小尺寸管子上也经常产生擦伤。

日本专利申请公开60-121385(1985)公开了一种管接头，接头上形成镀铁层和包含磷酸的化学合成薄膜用于阻止螺纹表面的擦伤。

同时，日本专利申请公开号61-286688(1986)公开的一种管接头，其满足下列关系：

L≥(D-d)tanγ

在此，L：锥度延伸尺寸

D：销形部分最小外径

d：箱形锥形部分最大内径

γ：箱形锥形部分的倾斜角因此避免终端表面的接触，日本专利申请公开号61-286689(1986)公开的管接头满足下列关系：

R=(m-m₁)2/2(t-t₁)

其中R：销形顶部曲率半径

m：锥形外周表面总长

m₁：锥形外周表面有效密封长度

t：锥形外周表面最小厚度

t₁：环形端表面厚度因此，其中销形顶部分的直径当通过机械夹紧时适度地变小，于是阻止由于夹紧应力集中产生的擦伤。