本發(fā)明涉及管狀螺紋接頭的領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及在石油和天然氣、能源或儲存工業(yè)、特別是在烴井開采、烴輸送、碳捕獲或地?zé)崮苤惺褂玫慕饘俟軤盥菁y接頭。

背景技術(shù)：

1、“螺紋接頭”在此是指由旋擰在一起的基本上管狀的金屬部件構(gòu)成的組件。管狀部件可以是管或在本發(fā)明的領(lǐng)域中通常使用的任何其他類型的連接部件、比如套筒。這種金屬管狀部件具有優(yōu)選地等于或大于450mpa的彈性極限。

2、每個管狀部件具有設(shè)置有陽型螺紋區(qū)域或陰型螺紋區(qū)域的端部部分，該端部部分旨在旋擰至類似部件的對應(yīng)的端部部分。如此組裝，螺紋管狀部件形成所謂的接頭或連接部。

3、這些接頭經(jīng)受各種各樣的應(yīng)力，這些應(yīng)力包括拉伸應(yīng)力或軸向壓縮、內(nèi)部或外部流體壓力以及彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，這些應(yīng)力可以組合并且具有波動強(qiáng)度。盡管存在這些應(yīng)力并且盡管存在苛刻的工地使用條件，但必須確保流體密封性。

4、近年來，操作者在本發(fā)明的領(lǐng)域中的需求已經(jīng)改變。因此，操作者越來越多地要求螺紋接頭對所有這些應(yīng)力、特別是在施加至接頭的應(yīng)力的負(fù)載超過所述接頭的彈性極限時(shí)具有更好的抵抗性。

5、為了解決該需求，現(xiàn)有技術(shù)在專利ep3572612中描述了一種管狀螺紋接頭，該管狀螺紋接頭包括從第一管狀構(gòu)件的主體延伸的管狀陰型端部和從第二管狀構(gòu)件的主體延伸的管狀陽型端部。該接頭具有兩個分層的螺紋部分，在這兩個分層的螺紋部分之間設(shè)置有第一止擋部。接頭還包括由陽型自由端部和陰型內(nèi)肩部形成的第二止擋部。形成該接頭的管狀部件的螺紋具有螺距完全相同的負(fù)載螺紋面和插入螺紋面。這種接頭的缺點(diǎn)在于在螺紋的負(fù)載螺紋面和/或插入螺紋面上存在殘余軸向游隙。當(dāng)這種接頭經(jīng)受高機(jī)械應(yīng)力時(shí)，存在該軸向游隙導(dǎo)致泄漏的高風(fēng)險(xiǎn)。由于該軸向游隙，在聯(lián)接期間、特別是為了限制泄漏的風(fēng)險(xiǎn)而添加的油脂儲存在形成于負(fù)載螺紋面與插入螺紋面之間的空隙中。因此，當(dāng)這種接頭從第一牽引應(yīng)力狀態(tài)切換至第二壓縮應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，在第一應(yīng)力狀態(tài)下打開的空隙被閉合，由此重新打開在第一應(yīng)力狀態(tài)下接觸但在第二應(yīng)力狀態(tài)下不再接觸的螺紋的螺紋面之間的空隙。這種從一種應(yīng)力狀態(tài)至另一種應(yīng)力狀態(tài)的切換使油脂從在接頭的第一應(yīng)力狀態(tài)下打開的空隙移動至在接頭切換至第二應(yīng)力狀態(tài)時(shí)形成的空隙。在油脂在螺紋中這樣運(yùn)動的情況下，負(fù)載螺紋面和插入螺紋面彼此交替地間隔開，然后直接接觸，以及負(fù)載螺紋面和插入螺紋面彼此交替地直接接觸，然后間隔開，這取決于接頭的應(yīng)力狀態(tài)。螺紋的螺紋面規(guī)律地直接接觸的事實(shí)顯著增加了卡住的風(fēng)險(xiǎn)，這顯著降低了接頭的使用壽命。因此，這種接頭必須頻繁更換，這使得對于操作者而言維護(hù)更加復(fù)雜并且產(chǎn)生額外的操作成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的第一目的是在提高螺紋接頭對機(jī)械應(yīng)力的抵抗性的同時(shí)顯著降低螺紋接頭中卡住的風(fēng)險(xiǎn)。此外，本發(fā)明的第二目的是在簡化現(xiàn)場操作的同時(shí)降低由使用螺紋接頭而產(chǎn)生的操作成本。

2、因此，本發(fā)明提供了一種螺紋接頭，該螺紋接頭具有縱向軸線x，所述接頭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旋擰至彼此，

3、-第一部件包括第一管和設(shè)置在所述第一管的一個端部處的陽型元件，陽型元件從第一管到所述陽型元件的陽型內(nèi)止擋表面依次包括：陽型外止擋表面、具有自鎖可變寬度螺紋輪廓的至少第一陽型螺紋部分以及陽型內(nèi)止擋表面，

4、-第二部件包括第二管和設(shè)置在所述第二管的一個端部處的陰型元件，陰型元件從第二管到所述陰型元件的陰型外止擋表面依次包括：陰型內(nèi)止擋表面、具有自鎖可變寬度螺紋輪廓的至少第一陰型螺紋部分、陰型唇部以及陰型外止擋表面，

5、陰型內(nèi)止擋表面與陰型外止擋表面之間的第一軸向長度bsl大于陽型內(nèi)止擋表面與陽型外止擋表面之間的第二軸向長度psl，

6、第一軸向長度bsl和第二軸向長度psl使得在陽型外止擋表面與陰型外止擋表面之間形成空隙，所述空隙能夠在施加軸向壓縮負(fù)載時(shí)通過陽型外止擋表面與陰型外止擋表面之間的接觸而閉合。

7、形成在陽型外止擋表面與陰型外止擋表面之間的空隙在所施加的壓縮負(fù)載超過接頭的彈性極限時(shí)有助于減小施加在螺紋的螺紋面上的壓縮力。因此，當(dāng)管狀部件旋擰至彼此并且施加軸向壓縮負(fù)載時(shí)，一旦軸向壓縮負(fù)載超過螺紋的彈性極限，陽型外止擋表面和陰型外止擋表面就接觸。這意味著壓縮負(fù)載一方面立即地分布在螺紋的螺紋面上，并且另一方面分布在陽型外止擋部的表面和陰型外止擋部的表面上。負(fù)載的這種分布有助于保持由螺紋提供的流體密封性。因此，陽型元件和陰型元件的這種結(jié)構(gòu)提供了在壓縮下、特別是在超過接頭的彈性極限的壓縮下表現(xiàn)更好的接頭。

8、接頭的內(nèi)徑從外止擋表面朝向內(nèi)止擋表面軸向減小。因此，外止擋表面一定高于中間止擋部的表面，并且中間止擋表面一定高于內(nèi)止擋表面。因此，與其中止擋接觸發(fā)生在內(nèi)肩部或中間肩部處的接頭相比，止擋接觸發(fā)生在外止擋表面之間的事實(shí)提供了更大的止擋接觸表面，并且因此提供了更大的扭矩能力。換句話說，與內(nèi)肩部或中間肩部處的止擋接觸相比，止擋接觸發(fā)生在外止擋表面之間的事實(shí)使得能夠承受更大的軸向壓縮負(fù)載。

9、自鎖可變寬度螺紋、比如在本發(fā)明中使用的那些自鎖可變寬度螺紋防止在接頭的螺紋中形成空隙。因此，當(dāng)?shù)谝还軤畈考偷诙軤畈考龜Q至彼此并且不施加軸向壓縮負(fù)載時(shí)，接頭的完整性、并且特別是流體密封性完全由一方面第一管狀部件的螺紋的負(fù)載螺紋面與插入螺紋面與另一方面第二管狀部件的螺紋的負(fù)載螺紋面與插入螺紋面之間的接觸產(chǎn)生的扭矩提供。因此，利用這種接頭，不需要使用油脂來確保流體密封性，這減少了所使用的油脂的量并且因此降低了操作成本。此外，由于螺紋之間不存在軸向游隙，因此在應(yīng)力狀態(tài)改變期間、例如當(dāng)從牽引狀態(tài)切換至壓縮狀態(tài)時(shí)卡住的風(fēng)險(xiǎn)接近零，并且因此，這種接頭的使用壽命顯著增加。

10、根據(jù)一個實(shí)施方式，陽型元件包括陽型外座部，該陽型外座部從陽型外止擋表面延伸至陽型螺紋部分。

11、根據(jù)一個實(shí)施方式，陽型外止擋表面相對于第一軸線y傾斜角度α，所述第一軸線y垂直于縱向軸線x，并且陰型外止擋表面相對于第二軸線y”傾斜角度β，所述第二軸線y”垂直于縱向軸線x，角度α和角度β使得陽型外止擋表面和陰型外止擋表面基本上平行。換句話說，角度α和角度β基本上相等。

12、這些特征意味著，無論角度α和角度β的值如何，陽型外止擋表面和陰型外止擋表面總是彼此面對，由此使陽型外止擋表面與陰型外止擋表面之間的接觸表面最大化，這有助于改善接頭在壓縮下的性能。

13、為了清楚起見，在本技術(shù)中為角度α賦予的所有值都是在陽型外止擋表面與軸線y之間沿逆時(shí)針方向測量的角度。類似地，為角度β賦予的所有值都是在陰型外止擋表面與軸線y”之間沿逆時(shí)針方向測量的角度。

14、根據(jù)一個實(shí)施方式，軸線y和陽型外止擋表面是同軸的，并且軸線y”和陰型外止擋表面是同軸的。因此，所形成的角度α和角度β是零角或平角。零角是值為0°的角度，并且平角是值為180°的角度。

15、根據(jù)一個實(shí)施方式，角度α和角度β均為0°或180°。

16、根據(jù)一個實(shí)施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤30°并且0°≤β≤30°。超過30°，如果軸向壓縮負(fù)載被施加至接頭，則唇部可能開始彎曲，這有破壞唇部的風(fēng)險(xiǎn)。

17、根據(jù)一個實(shí)施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤10°和0°≤β≤10°。

18、根據(jù)一個實(shí)施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤5°和0°≤β≤5°。

19、如果接頭經(jīng)受軸向壓縮負(fù)載，并且特別是如果所述負(fù)載超過所述接頭的彈性極限，則陰型元件的端部傾向于經(jīng)受朝向管的外側(cè)徑向定向的機(jī)械力。該現(xiàn)象傾向于減小陽型外止擋表面與陰型外止擋表面之間的接觸表面，這傾向于使接頭的壓縮性能惡化。陽型外止擋表面和陰型外止擋表面的這種角度傾斜值使得力能夠朝向管的內(nèi)側(cè)徑向定向，由此避免該現(xiàn)象。

20、根據(jù)一個實(shí)施方式，空隙具有在0.10mm與1.75mm之間的軸向長度。優(yōu)選地，空隙具有在0.10mm與0.82mm之間，并且更優(yōu)選地在0.10mm與0.63mm之間的軸向長度。理想地，空隙具有在0.10mm與0.50mm之間的軸向長度。這使得空隙能夠閉合，由此根據(jù)與本發(fā)明的領(lǐng)域相關(guān)的壓縮能力優(yōu)化壓縮強(qiáng)度。

21、優(yōu)選地，空隙具有軸向長度，使得：

22、bsl×(0.5％)/4≤空隙(30)≤bsl×0.7％，其中，bsl以mm為單位。

23、當(dāng)所施加的壓縮負(fù)載超過接頭的彈性極限達(dá)根據(jù)本發(fā)明的接頭的壓縮能力的25％時(shí)，最小值減小施加在螺紋的螺紋面上的壓縮力。

24、當(dāng)所施加的壓縮負(fù)載達(dá)到根據(jù)本發(fā)明的接頭的壓縮能力的100％時(shí)，最大值減小施加在螺紋的螺紋面上的壓縮力。

25、定義

26、在本技術(shù)中，“旋擰狀態(tài)”是指管狀部件彼此連接以形成適合于在本發(fā)明的領(lǐng)域中使用的接頭。通過示例的方式，流體密封性可以視為接頭的在本發(fā)明的領(lǐng)域中使用所必需的特性。

27、“軸向長度”是指沿著縱向軸線x延伸并進(jìn)行測量的長度。

28、為了清楚起見，下面陳述用于測量第一軸向長度bsl和第二軸向長度psl的方法。因此，可以從第一陽型內(nèi)徑向端部至第二陰型內(nèi)徑向端部對第一軸向長度bsl進(jìn)行測量。然后測量徑向投影到軸線x上的點(diǎn)之間的距離。類似地，可以從第一陽型內(nèi)徑向端部至第二陽型內(nèi)徑向端部對第二軸向長度psl進(jìn)行測量。因此，也測量徑向投影到軸線x上的點(diǎn)之間的距離。

29、“自鎖螺紋”是指陽型螺紋的螺紋寬度沿第一方向軸向增加，并且陰型螺紋的螺紋寬度沿第二方向軸向增加，所述第二方向與第一方向相反。自鎖螺紋、比如在本發(fā)明中使用的那些自鎖螺紋的寬度可以在軸向上、即沿著縱向軸線x和/或在徑向上、即沿著垂直于縱向軸線x的軸線變化。在螺紋的寬度徑向變化的情況下，則螺紋具有燕尾形輪廓。

30、在“楔形”螺紋中，螺紋部分具有用于負(fù)載螺紋面和插入螺紋面的不同螺距值，使得在該類型的螺紋中的螺旋線中的齒寬隨著螺旋線的每一圈從一個端部至另一個端部而增加，其中，限定在該螺旋線的圈之間的中空部隨著螺旋線的每一圈而減小。

31、應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明，一旦接頭處于旋擰狀態(tài)，止擋表面可以但不一定處于止擋接觸。