CN101287941B

CN101287941B - 用于联接的管道的方法和连接件

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Publication number: CN101287941B
Application number: CN2006800079341A
Authority: CN
Inventors: R·W·德兰格; 马修·艾伦·黑格勒; 安代尔·格雷戈里·贝利
Original assignee: V&M Atlas Bradford LLC
Current assignee: Vam USA LLC
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-01-05
Also published as: CA2593318C; CA2593318A1; MX2007008413A; AR051898A1; PL1836425T3; EP2527701A1; WO2006076194A3; EP1836425A4; EP1836425B1; US20060152000A1; US7438329B2; CN101287941A; ES2411704T3; WO2006076194A2; EP1836425A2

Abstract

一种带螺纹的联接连接器，所述连接器具有相等高度即在销和箱螺纹上高度相同、负载荷齿侧的锥形螺纹，偏斜的锥形螺纹形成有扭矩凸肩，所述扭矩凸肩由相邻标准联接器材料构成的联接器内的中心点处的销前端形成。在联接器由薄壁联接器材料构成的情况下，连接件设计满足了工业标准的内/外压力性能要求，且能力等于或超过“特殊”连接件的内/外压力性能要求。

Description

用于联接的管道的方法和连接件

技术领域

本发明涉及用于将带螺纹的管状体的端部固定在一起从而形成这些管状体的结构上坚固且防止泄漏的连接的方法和连接件。更具体地，本发明涉及用于将管状管道体的带螺纹的端部固定在一起从而接合的销和联接的螺纹将形成牢固的机械接合以及高压防泄漏螺纹密封的带螺纹的联接和销组件，以及相关的方法。

背景技术

在构造油井和气井中使用的管状管道体通常在它们的端部由带螺纹的连接器固定在一起，所述带螺纹的连接器采用螺纹和密封设计，该螺纹和密封设计能够经受在带螺纹的部件之间作用的结构力以及能够防止高压的井流体流过连接件的接合的螺纹。

其中密封不是螺纹设计的目的的连接件经常利用补充的密封环和/或金属对金属密封实现密封(密封环和/或金属对金属密封构造为连接件的一体的构件)。装有这些密封改进部件的连接件通常被称为“特殊连接件”。特殊连接件设计会需要使用这样的联接器，其联接壁比用于使得联接器满足美国石油学会(API)的规定的联接器材料(接箍料coupling stock)的联接壁更厚。需要这些具有较重壁的联接器以提供扭矩凸肩以维持很高的联接刚性，在极度内部/外部压力或拉伸/压缩载荷期间，所述很高的联接刚性有助于适应在联接器中的应力。当条件允许时，通常理想的是尽可能地避免这些特殊连接器的添加的部件，例如密封环、金属对金属密封以及重的壁联接器材料，因为这会增加成本并使得它们的使用复杂化。

具有例如根据API联接器做出的的尺寸和规格的联接器材料在此被称为“标准联接器材料”。标准联接器材料一般具有较薄的壁结构并且比需要用于很多特殊连接件的壁结构更容易获得。与需要具有厚于标准联接器材料中壁厚的壁厚的连接件相比，可使用标准联接器材料建造的连接件制造上更便宜。即使在标准联接器材料的范围内，因为钢成分不同，通过使用可能的最薄的壁的标准联接器材料，也可以实现成本节省的最大化。

下面的表列出了在构造用于典型管道尺寸的API联接器中使用的“标准联接器材料”的规格：

用于套管的标准联接器材料

标称OD，英寸

螺纹类型

Nom.壁(英寸)

Wt/ft

(Ibs)

FBS

套管联接器材料(接箍料)

4-1/25.000
	短长支壁(buttress)
.466
		.479
.443
		22.59
23.15
		21.58
4.185
		4.162
4.225

55.563
	短长支壁
.507
		.529

.483
		27.40
28.47
		26.23
4.675
		4.638
4.718

5-1/26.050
	短长支壁
.500
		.526
.477
		29.66
31.06
		28.42
5.175
		5.130
5.215

6-5/87.390
	短长支壁
.635
		.662
.607
		45.85
47.61

	44.01
		6.278
	6.232
		6.328

		77.656
短长支壁
		.573
	.603
		.552
	43.39
		45.46
	41.92
		6.653
	6.600
		6.690

		7-5/88.500
短长支壁
		.706
	.735
		.683
	58.82
		61.01
	57.07
		7.265
	7.214

7.305

8-5/89.625
	短长支壁
.781
		.826
.760
		73.84
77.69
		72.02
8.258
		8.180
8.295

9-5/810.625
	短长支壁
.781
		.829
.760
		82.19
86.81
		80.15
9.258
		9.175
9.295

10-3/4

	11.750
		短支壁
	.786
			.759
	92.12
			89.18
	10.375
			10.422

			11-3/412.750
短支壁
			.786
	.763
			100.53
	97.77
			11.375
	11.415

	13-3/814.375
		短支壁
	.786
			.760
	114.18
			110.61
	13.000
			13.045

	1617.000
		短支壁
	.803
			.833
	139.04
			143.96
	15.594
			15.543

			18-5/820.000
短支壁
			1.018
	1.048
			206.57
	212.32
			18.219
	18.166

	2021.000
		短支壁
	.803
			.834
	173.37
			179.79
	19.594
			19.541

除了成本更高之外，厚壁联接设计降低了通过连接器的中心间隙。对于任何在传统的串设计(string design)中使用的给定的管道尺寸而言，所有的联接器材料的标称外径是相同的。联接强度可以通过增加朝向联接器的中心的壁厚而获得，然而，这种增强导致通过联接器的间隙减小。减小的联接间隙通常与通过被接合在联接器中的管道的间隙的不希望的减少相关联。

近来，工业上需要带螺纹的管道连接件满足某些新的性能和测试标准。作为此需要的一部分，连接件受到对于新的工业标准的规格的严格测试。一个这种工业标准是国际标准化组织(ISO)13679规格。ISO 13679是国际规格，该国际规格概述了在测试用于石油和天然气工业的套管和管连接件中将要使用的规程。通过测试在使用中管和套管连接件经历的极端使用条件和载荷，此规格发展到更加实际有效的性能参数。ISO 13679规格部分由下面的判定而引起：需要在现有的连接件中的设计变化以获得用于连接器的有用的操作载荷包络线(service load envelopes)。该规格的一个方面需要连接件被如此方式组装，即在最后组装的时候，在轴向存在连接器的预载荷。已经发现的是，当连接器上的轴向载荷从拉伸转向压缩时，此轴向预载荷在提高加压能力上是有利的。

施加预载荷的扭力通常被称为“delta扭矩”。Delta扭矩可以被限定为最终的组装扭矩的一部分，所述最终的组装扭矩在分解在组装期间出现的径向螺纹干涉之后形成为轴向干涉分量。附图中的图12图示了扭矩(T)vs.转动(TN)的表，所述表定义了凸肩扭矩(ST)、delta扭矩(DT)和最终扭矩(FT)。扭矩T标出在垂直轴上，且相对于联接器的销转动TN的量标出在水平轴上。在凸肩接合之前在组装中经历的最大径向干涉通常被称为凸肩扭矩ST。delta扭矩的下限即凸肩扭矩有助于(attributable to)螺纹干涉，该螺纹干涉出现在连接件因为在销和箱中的轴向干涉连接部件的接合而被阻止旋转之前。Delta扭矩的上限，或最终扭矩，是在组装期间施加到连接件上的总扭矩。要理解的是，预载荷力的大小是delta扭矩的大小的函数。增加delta扭矩可以通过降低凸肩扭矩和/或增加连接件的最终扭矩而实现。

总而言之，给连接件施加预载荷需要连接件被组装有存储在连接件中的很高的扭矩力。扭矩的上限通常由液力钳的性能确定，所述液力钳用于将扭矩施加到在井场的连接件上。在井场处可获得的组装扭矩必须被分配以在连接件内实现径向力和轴向力的最优平衡。这需要在连接件中强加径向干涉水平(interference levels)，所述干涉水平足以给螺纹施加能量以便密封，同时保存(conserve)用于施加实现希望的轴向预载荷所需要的最终扭矩的钳扭矩性能。

当轴向压缩载荷被施加到连接件上时，或者在测试期间或者在井中使用期间，轴向预载荷将可能过限(exceed)。在这发生的情况下，当载荷牙侧脱离且刺入牙侧间隙(stab flank clearance)减小并最终接合时，级联(cascading)“微小移动”效应沿螺纹向下出现。此微小移动扰乱了在传统螺纹设计中的螺纹脂(thread compound)，并可以导致泄漏出现。为了增加预载荷以便克服此泄漏的敏感性，增加最终扭矩并不必然是经济的选择。除了钻塔钳会经常缺乏增加足够的最终扭矩的性能这一事实之外，施加到管道上的很高的扭矩值会增加损坏管道体和/或管道螺纹的机率。

现有技术已经提出了各种组装方法和螺纹设计，以便防止受到很高的轴向拉伸和压缩载荷的连接器中的泄漏。除了给连接件施加预载荷，现有技术提出了专门的连接件螺纹构造，用于改进接合的带螺纹连接器之间的密封。现有技术特别教导了下面的螺纹设计：在受到轴向拉伸和压缩载荷的环境中该螺纹设计采用用于密封内部和外部压力的螺纹密封。这些现有技术设计中的一部分以负载荷牙侧螺纹、直径(径向)干涉水平、扭矩凸肩和专门的螺纹间隙为特征以便提高螺纹密封。在销和箱之间偏斜的锥形(biased tapers)用于帮助由螺纹的脂与螺纹牙形分界面所形成的密封也是现有技术连接件的特征。也提出了含有扭矩凸肩(该扭矩凸肩通过将接合在联接器内的两个管道接头的销前端相邻而获得)的设计。现有技术设计中一些也将相邻的销前端凸肩与现有技术设计中一个或更多的其它改进密封的特征结合在一起。现有技术的设计者也认识到在易于获得的、经济的美国石油学会(API)的联接器材料的范围内构造连接件的优点。然而，现有技术中没有一种教导或建议了容易制造的、经济的连接件，该连接件利用在通常用于组装在井场处的连接件的动力钳(或动力大钳)的工作性能范围内的最终组装扭矩，在承受高轴向应力载荷环境内的传统的联接器材料中提供了令人满意的螺纹密封。

发明内容

本发明成功地将新组装中单独的现有技术设计特征的优点并入到单个连接件内，以获得经济的、有效的高压螺纹密封，所述高压螺纹密封使用标准联接器材料便宜地制造，并且在最终组装扭矩值的情况下组装，所述最终组装扭矩值在钻井平台场处钳的能力范围内，并具有使得在连接件受到高的轴向应力载荷的测试或工作环境中不存在泄漏的能力。这些有利的结果在没有使用金属至金属密封或补充O形圈密封的情况下获得。

本发明的连接件可以具有多达三倍的现有技术设计中的delta扭矩，这部分是因为更低的凸肩扭矩，部分是因为设计允许更高的最终载荷。

本发明的优选实施例是锥形的、带螺纹和联接的连接器，所述连接器具有相等高度(在销和箱螺纹上高度相同)、负载荷牙侧的锥形螺纹，偏斜的锥形螺纹形成有在由相邻标准联接器材料构成的联接器内组装的相邻销。在联接器由标准联接器材料构成的情况下，本发明的设计满足了工业标准的内/外压力性能要求，且能力等于或超过“特殊”连接件的内/外压力性能要求。

在凸肩连接件的组装的最初部分期间，扭矩能量被消耗在摩擦损失中和在径向方向上的偏转连接部分中。由这些摩擦损失和径向偏转消耗的扭矩能量降低了可用于轴向给连接件预加载荷的最终扭矩力。本发明的设计平衡了径向干涉和预载荷扭矩，以维持在传统的现场组装设备的能力范围内的最终扭矩下的可密封性。此目的部分利用螺纹设计实现，该螺纹设计降低了获得凸肩接触所需要的扭矩。

本发明的设计防止了由在标准联接器材料构成的联接器内的微小移动所引起的泄漏。

本发明的联接器设计降低了凸肩扭矩，这允许在最终组装时获得更大的delta扭矩，且没有必要需要更高的最终组装扭矩。

本发明的设计利用螺纹设计防止了由微小移动引起的泄漏，所述螺纹设计允许在井场处的现有的管道组装设备的能力范围内，将更高的最终扭矩施加到利用标准的联接器材料构成的组件中。

本发明的有利结果部分是通过结合联接刚性、最优的销前端厚度以及大的delta扭矩而获得，而不需要超出现场组装设备的能力的高的最终扭矩值。在标准的联接器材料的中心处的壁保持在标定厚度处或附近以便在完全组装位置处利用第一接合的销端部螺纹使得径向稳定最优化，从而提高连接件的密封能力。所有的这些结果在使用标准联接器材料的连接件中实现。

本发明部分涉及联接器和销螺纹构造，以及相关的方法，用于将管状管道主体的螺纹端部固定在一起，从而接合的销和联接器螺纹将形成牢固的机械接合和抗高压的螺纹密封，且其中这种密封利用标准的联接器材料获得而没有必要使用金属对金属密封。

在本发明的优选的形式中，用于支壁(加固)套管管道螺纹的API联接器材料被内部机加工有锥形螺纹，所述锥形螺纹从每一个联接器端部延伸到联接器的中心。将由联接器固定的管接头的销端部被机加工有外螺纹，所述外螺纹与联接器螺纹配合从而销端面在联接器的中心接合，以便在最终的组装扭矩被施加到连接件之前提供共用的扭矩凸肩。通过使得箱螺纹完全延伸直到标准API支壁联接器材料的内径，本发明的设计的优选实施例使得可获得的联接器厚度(在联接器的中心)最大化。此特征不仅有助于联接刚性而且提供了显著的成本节约，这些有助于使得对连接件的机加工容易和简单。使用最薄的标准联接器材料(支壁)减小了成本并允许形成用于凸肩的最厚的销壁端部，同时维持通过连接件的连接的销以及联接件的最大可能的中心开口。

在本发明的优选形式中，通过使得销和箱螺纹的标定螺纹高度构造为大体上相同的高度、并通过在制造公差范围内使得刺入牙侧间隙构造到最可能的小，这在组装期间在螺纹刺入牙侧之间产生没有磨蚀(non-galling)的干涉，在销和联接器之间的密封得以增强。负载荷牙侧螺纹几何结构设置在配合的销和联接器螺纹内以在组装的后部期间在销和联接器之间施加径向压缩力。在销面接合之后将扭矩施加到连接件上，这实现在最终组装扭矩处的轴向预载荷，当连接件处于拉伸状态下时，所述轴向预载荷防止接合的销和箱螺纹的轴向分离。

在本发明的优选的形式中，每一个销的外螺纹从邻近所述销面的销的一部分移除以形成销前端。没有螺纹的销前端吸收并存储在将两个销端部在联接器内扭转在一起期间所施加的压缩的、预加载的力。销前端壁厚对销前端长度的比值维持得尽可能地高，以便在将扭矩施加到连接件期间允许最大轴向干涉。

在产生预载荷的所述压缩加扭矩期间，在销前端上缺少接合的外螺纹从而提高了轴向压缩的量、预存于轴向压缩的销端部内的反弹力。尽管在预加载扭矩期间在销前端内的力存储的最优化也可以通过移除中心联接器螺纹的一部分而不是通过移除销前端螺纹而实现，用于移除销前端螺纹的加工过程获得了相同的效果并比移除中心联接器螺纹所需的加工过程更简单和更便宜，从而进一步有助于连接件简化制造和节约成本。

移除销前端螺纹而不是中心的联接器螺纹也保证了在联接器的中心处的联接器壁厚被维持在与标准的联接器材料的标定壁厚大体上相同，从而使得在联接器的中心处的剩余壁厚最大化，以便保持对当管柱(pipestring)受到测试或被使用时由所施加的力和压力导致的径向应变的最大抵抗性。要理解的是，如果需要，联接器的内部中心区域也可以在与直径减小的销前端重叠的区域内是没有螺纹的，从而防止销前端与联接器的接合，同时在标准联接器材料毛坯的中心处保持最大的壁体积。

通过使得邻近的销前端端面接合而形成共用的扭矩凸肩消除了对在联接器的内表面上形成扭矩凸肩的需要，以及对需要更厚、非标准的联接器材料以维持想要的性能的设计的需要。通过选择与螺纹锥形、螺纹干涉以及联接器厚度一致的最优的销前端长度对扭矩凸肩面积比，限定扭矩凸肩面积的相邻的销前端面被最大化。使得销前端壁厚最大化也使得用于给连接件预加载荷的容许的扭矩最大化。销前端厚度被例如螺纹锥形、干涉和联接器厚度的因素所限制。在确定充分的销前端厚度中，销前端长度对扭矩凸肩面积比值的上下限被确定以使得本发明的连接件的性能被最优化。最优化的比值是销前端刚性对容许最终扭矩的测量结果。在设计外径范围内，所述比值随壁厚的增加而减小。使用相对薄的支壁标准联接器材料允许销前端的厚度最大化。

本发明的用于销前端长度/扭矩凸肩面积比值的优选的下限设计是0.025。在销前端长度被设定为两倍的螺纹导程(thread lead)的情况下，更重壁的设计将需要更长的销前端长度以维持用于在组装期间预加载的足够比值。本发明的销前端长度/扭矩凸肩面积比值的上限优选是0.35。本发明的最小的销前端厚度由此按需要被限制以便在组装期间提供足够的预载荷。

本发明的设计几乎提供了三倍的传统连接件的delta扭矩，部分是由于与一些传统的连接件相比允许更低的凸肩扭矩以及更高的最终扭矩的螺纹设计。

所述螺纹尺寸、构造以及销面预加载配合而形成大体上刚性的、不移动的连接件，尽管在测试或实际使用期间在连接件的轴向载荷中会出现变化，所述不移动的连接件在不需要金属对金属密封的情况下也没有干扰形成在管道油(pipe dope)和螺纹之间的密封，从而维持了销和联接器之间的密封。

本发明的前面的特征、目的和优点以及其它，通过参照下面的附图说明书以及权利要求将更易于理解和掌握。

附图说明

图1是局部剖开的纵截面视图，图示了现有技术的连接件，其中销被组装到切去中心的联接器内，且销具有销对销前端凸肩；

图2是局部剖开的横截面视图，图示了现有技术的连接件，其中销被组装到切去中心的联接器内，且销具有销对销前端凸肩；

图3是图示现有技术的连接件的横截面视图，其中销被组装到中心扩大的连接件内，且销前端接合内部联接器扭矩凸肩；

图4是放大的横截面视图，图示了现有技术的连接件中销和箱螺纹的接合的细节；

图5是四分之一截面视图，图示了本发明的连接件，且由标准的联接器材料材料构造的联接器具有销对销前端凸肩；

图6是放大的横截面视图，图示了在联接器的中心部分处本发明的连接件的销对销前端接合中的细节；

图7是放大的截面视图，图示了在连接件的压缩载荷之前在本发明的连接件的螺纹之间的刺入的牙侧间隙；

图8是放大的截面视图，图示了在压缩载荷期间在本发明的螺纹的载荷牙侧之间所允许的最大尺寸的间隙；

图9是放大的截面视图，图示了在本发明的联接器的中心处的构造的细节；

图10是放大的截面视图，图示了在本发明的销前端部分处的构造的细节；

图11是放大的截面视图，图示了本发明的修改的形式的细节；和

图12是在组装凸肩连接件中的扭矩对转动的图形表示，图示了凸肩扭矩、delta扭矩和最终扭矩。

具体实施方式

图1图示了现有技术的连接器，该连接器以10表示，其中销12和14连接在联接器16内。两个销12和14在形成在它们的轴向端处的前端处接合以形成共用的扭矩凸肩。联接器16的中心部分包括中心扩大的区域18，所述区域18起由钢芯制成的制动器(mill make-up arrester)的作用，并在联接器的中心提供了联接强度。在扩大的区域18的任一轴向侧上的凹入的区域20和22没有螺纹，从而销12和14的销前端被自由地轴向施加应力，而不将轴向压力传递到周围的联接器16上。在销12上的螺纹24和在销14上的螺纹26接合内部联接器螺纹以便提供机械接合和螺纹密封。螺纹24和26设置有负载荷牙侧以便在销螺纹和联接器之间施加径向压缩力。

图1中的现有技术的连接件的设计需要联接器16的中心壁区域18被径向扩大以容纳由钢芯制成的制动器，同时被径向减小以便形成凹入的区域20和22。到扩大的区域18需要具有大于在标准的联接器材料中所找到的壁厚的联接器材料的程度时，设计的成本增加。而且，将凹部20和22机加工到联接壁中以防止在销和在销前端区域内的联接器之间传递轴向应力，这增加了连接件的制造成本并且降低了联接壁强度。到折衷联接强度的程度时，连接刚性降低且由销与联接器之间的微小移动导致的泄漏的可能性增加。

图2图示了另一现有技术设计，该现有技术设计由30表示，其中销32和34在联接器36内使它们的销前端面紧靠。联接器36具有中心凹入的区域38，所述凹入的区域38防止在销前端与联接器之间的接触以便将轴向销前端力与周围的联接器隔离。连接销和联接器的螺纹设置由负载荷牙侧。图2中的设计需要联接器36的中心区域被内部地机加工以提供凹入的区域38。此机加工减小了可利用的联接壁并降低了连接件的最终强度。联接强度的降低也降低了连接件刚性，这会增加在轴向加载期间微小移动的可能性，从而转而增加了连接件泄漏的可能性。

图3是现有技术的连接件，该连接件以40表示，其中内部扭矩凸肩通过径向内部壁突起42设置，所述内部壁突起42形成在联接器44的中心区域。两个销46和48图示为接合在联接器内且销的前端挤靠在内部径向突起42上。连接件42的制造需要联接器材料，该联接器材料具有等于突起42的壁厚的最小壁厚。为了获得足够的结构强度，通常，联接器壁必须大于在标准联接器材料中的标准联接器壁。与可以使用标准的联接器材料的连接件相比，对于较厚壁的联接器材料的要求增加了连接件的制造成本。

图4图示了现有技术的销和联接器设计的接合螺纹，该设计以50表示。现有技术的螺纹设计50典型地包括销螺纹52，且销螺纹52短于箱螺纹54，结果在最终的组装位置在销和箱之间存在箱底部/销顶部间隙56。在此现有技术的设计中，根部顶部的螺纹间隙对于大多数尺寸的管道大约是0.002英寸。当连接件处于其最终的组装位置时，0.003英寸的刺入的牙侧间隙58也存在于此现有技术的设计中。间隙56作为螺旋形通道延伸贯穿连接件50的长度。所述间隙使用适当的管道润滑剂密封以防止泄漏。当连接件承受轴向载荷的改变时，在间隙56中的管道润滑剂受到微小移动的干扰。如前所述的，在连接件中的微小移动的出现会导致连接件泄漏。

图5图示了本发明的锥形的、带螺纹的和连接的连接器，并且大致以60表示，该连接器具有包括联接器62和两个管道销64和66的偏斜的锥形螺纹形式。在销66的外表面上的锥形螺纹68与对应锥形的螺纹70接合，螺纹70在内部形成在联接器62的一端上。相似地，在销64的外表面上的螺纹72与在内部形成在联接器62的相对端上的螺纹74接合。连接件60的带螺纹的部分包括偏斜的锥形螺纹形式。螺纹68、70和72、74设置有负载荷牙侧。销64具有销前端76且销66具有销前端68。管状销前端76和78在联接器62的中心部分处彼此接合以便提供共有的(mutual)扭矩凸肩。联接器62由用于支壁(加固)连接件的标准联接器材料构造。

图6图示了形成在本发明的连接件的中心区域处的共有的环形销前端扭矩凸肩的细节。销前端78设置有环形销前端82且销前端76设置有环形销前端面80。邻近销前端78的轴向端的外部区域设置有无螺纹的外部圆柱形区域84。相似的圆柱形区域86形成在邻近销前端76的轴向端的外部圆柱形区域上。联接器62的螺纹70图示为覆盖在圆柱形区域84上，且没有与销66的螺纹接合。相似地，联接器62的螺纹74图示为覆盖在圆柱形区域86上，且没有与销64的螺纹接合。销前端面80和82形成环形的共有的扭矩凸肩区域。

图7图示了在本发明的连接件的螺纹构造中的细节。本发明的接合的销和箱螺纹是相同的高度，从而当连接件组装到最终扭矩时，在接合的螺纹的根部和顶部之间不存在任何间隙。图7中的连接件的螺纹被描绘为在连接件受到扭矩预载荷或外部施加的拉伸载荷的情况下，它们将出现。在拉伸载荷的情况下，间隙88存在于带螺纹连接件的刺入的牙侧之间。在本发明的优选的实施例中，间隙88的轴向长度大约为0.003英寸。

图8图示了当连接件受到压缩载荷时的本发明的连接。在此条件下，间隙90形成在接合螺纹的载荷牙侧之间。在本发明的优选形式中，间隙90被限制为0.0030英寸的轴向距离。

通过图7和8，可以理解的是，与在拉伸和压缩载荷之间的应力施加中的转移相关联的微小移动限制了轴向的微小移动量，该轴向的微小移动量由销螺纹之间的轴向尺寸差以及在联接器中相邻的螺纹之间的轴向距离限定。在将压缩力和拉伸力施加到连接的过程中，在接合的螺纹的根部与顶部之间不出现密封表面的任何径向分离。在足够的预载荷的情况下，在拉伸载荷期间在载荷牙侧之间不出现任何分离。在根部和顶部接合之间的微小移动由此被限制为由轴向载荷的改变导致的轴向位移，这对本发明的连接件的接合表面的密封效果具有最小的影响。

图9图示了本发明的联接器62的壁的完全壁厚中心区域。径向尺寸92图示了联接壁的最大尺寸。在本发明的优选设计中，尺寸92大体上等于传统的联接器材料的标定壁厚，优选地用于支壁连接器的。

图10图示了本发明的销66的销前端78中的细节。销前端78的轴向长度由尺寸94限定。销前端长度尺寸94是销前端面80与在销66的端部处的螺纹的终点之间的轴向长度。螺纹终点的精确点是，当销组装入到联接器中以达到最终组装扭矩时，在其处在销螺纹与联接器螺纹之间不存在任何机械接合的点。环形销前端的壁厚由尺寸96限定。销前端凸肩的扭矩凸肩区域由形成销前端面的环形表面80限定。

图11图示了本发明的修改的形式的细节，并大致以100表示。除了联接器的中心没有螺纹之外，连接件100与前面描述的连接件60相似。以104表示的联接器102的最大径向厚度等于传统的API联接器材料的标定壁厚。联接器100中的螺纹到在联接器材料的中心处的平滑的圆柱形表面终止。销76和78的销前端区域与周围的联接器没有接合，以便在没有将预载荷力直接传递到交叠的联接结构的情况下允许向销前端施加预载荷。

尽管前面的说明书、图和权利要求被认为是对做出和使用本发明的方式的说明，但是要理解的是，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以对本发明的方法和连接件做出各种修改。由此，通过示例而不是限制，连接件的螺纹可以是燕尾或双钩或楔形螺纹，而不是被具体描述的负载荷牙侧螺纹。相似地，可以使用具有少于所有用于描述本发明的连接件和方法的单独的特征或优点的各种其它螺纹形式。因此，要理解的是，本发明仅仅由权利要求的限定限制。

Claims

1.一种带螺纹的管道连接件，包括：

联接器主体，所述联接器主体由标准联接器材料构造并具有在内部形成的联接器螺纹；

第一和第二销，所述第一和第二销分别形成在第一和第二管状管道接头的端部；

第一和第二销螺纹，所述第一和第二销螺纹分别沿所述第一和第二销的外表面形成，所述第一和第二销螺纹适于与所述联接器螺纹配合以在所述第一和第二销与所述联接器主体之间形成结构上连接的连接件和高压密封，

所述第一和第二销分别具有沿所述第一和第二销中的每一个的轴向端的轴向端表面形成的第一和第二环形销前端面，所述第一和第二环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成环形销前端面的管状管道的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合；

第一和第二销前端，所述第一和第二销前端分别形成在所述第一和第二销上，并且分别远离它们各自的环形销前端面而轴向延伸第一和第二销前端长度，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二销前端与所述内部形成的联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述第一和第二销前端的径向位置处的所述联接器主体内的轴向力在所述联接器主体与所述第一和第二销前端之间不直接传递，负载荷牙侧螺纹几何结构设置在所述第一和第二销和联接器螺纹内，以便在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述第一和第二环形销前端面的接合之后，在所述第一和第二销和所述联接器之间施加径向压缩力，且

其中所述第一销前端长度对所述第一销的所述第一销前端面的扭矩凸肩面积的比值R落入下面的范围内：0.025≤R≤0.35。

2.根据权利要求1所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一销前端通过将所述第一销的外径减小到所述销的带螺纹区域的直径以下而形成。

3.根据权利要求2所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一销前端通过将螺纹从所述第一销的外径移除而形成。

4.根据权利要求2所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一销前端长度大体上等于所述第一销上的螺纹的两个螺纹圈数的轴向进程。

5.一种带螺纹的管道连接件，包括：

联接器主体，所述联接器主体由标准的联接器材料构造并具有在内部形成的联接器螺纹；

分别沿所述第一和第二销的外表面形成的第一和第二销螺纹，所述第一和第二销螺纹适于与所述联接器螺纹配合以在所述第一和第二销与所述联接器主体之间形成结构上连接的连接件和压力密封，

所述第一和第二销分别具有沿所述第一和第二销的轴向端的轴向端表面形成的第一和第二环形销前端面，每一个所述环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成所述环形销前端面的管状销的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合，

第一和第二销前端，所述第一和第二销前端分别形成在所述第一和第二销上，并且分别远离它们各自的环形销前端面而轴向延伸第一和第二销前端长度，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述销前端与所述内部联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述销前端中的任一个的径向位置处的所述联接器主体内的轴向力在所述联接器主体与所述第一和第二销前端之间不直接传递；和

负载荷牙侧螺纹几何结构，所述负载荷牙侧螺纹几何结构在所述第一和第二销的螺纹和所述配合的联接器螺纹内，藉此在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述第一和第二环形销前端面的接合之后，在所述第一和第二销和所述联接器主体之间施加径向压缩力。

6.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一和第二销前端中的每一个的轴向长度等于形成所述第一和第二销前端的各个第一和第二销上的螺纹的两圈所经过的轴向长度的至少80％。

7.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述标准的联接器材料用于支壁连接件。

8.根据权利要求6所述的带螺纹的管道连接件，其中所述标准的联接器材料用于支壁连接件。

9.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一和第二销前端通过减小它们各自的第一和第二销的外径而形成。

10.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中每一个所述销前端长度大体上等于在它的相关销上两个螺纹圈数的轴向进程。

11.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一和第二销前端每一个都具有落入下面范围内的销前端轴向长度对相关的扭矩凸肩面积的比值R：0.025≤R≤0.35。

12.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器主体具有沿它的内部中心区域形成的螺纹。

13.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器主体具有沿它的内部中心区域不具有螺纹的区域。

14.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中在接合的第一和第二销螺纹和联接器螺纹之间的根部顶部间隙为0.0英寸。

15.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中在所述第一销上的螺纹的轴向测量的螺纹宽度比在邻近的联接器螺纹之间轴向测量的距离小大约0.003英寸。

16.根据权利要求15所述的带螺纹的管道连接件，其中在所述连接件的最终扭矩处，在接合的销与联接器螺纹之间存在的刺入牙侧在轴向测量中分开大约0.003英寸。

17.一种带螺纹的管道连接件，包括：

联接器主体，所述联接器主体具有在内部形成的联接器螺纹；

分别沿所述第一和第二销的轴向端的轴向端表面形成的第一和第二环形销前端面，每一个所述第一和第二环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成所述环形销前端面的管状销的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合；

第一和第二销前端，所述第一和第二销前端形成在所述第一和第二销上，

所述第一和第二销前端分别具有第一和第二销前端长度，并且当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二销前端与所述内部联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述第一和第二销前端中任一个的径向位置处的所述联接器主体内的轴向力不直接在所述联接器主体与所述第一和第二销前端之间传递，且

所述联接器主体具有在所述联接器主体的轴向端之间的中心区域，且壁厚大体上等于用于容纳所述第一和第二销的管道的标准联接器材料的壁厚，且

负载荷牙侧螺纹几何结构设置在所述第一和第二销和联接器螺纹内，以便在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述第一和第二环形销前端面的接合之后，在所述第一和第二销和所述联接器之间施加径向压缩力。

18.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中所述销前端中的每一个的轴向长度等于螺纹形成在其上的各个销上的螺纹的两圈所经过的轴向长度的至少80％。

19.根据权利要求18所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器主体由标准的联接器材料构造。

20.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一和第二销前端通过减小它们的各自的销的外径而形成。

21.根据权利要求20所述的带螺纹的管道连接件，其中所述销前端通过从它们的各自的销的外径移除螺纹而形成。

22.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中每一个所述销前端长度大体上等于在它的相关的销上的两个螺纹圈数的轴向进程。

23.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中所述第一和第二销前端每一个都具有落入下面范围内的销前端轴向长度对相关的扭矩凸肩面积的比值R：0.025≤R≤0.35。

24.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器主体具有沿它的内部中心区域形成的螺纹。

25.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器主体具有沿它的内部中心区域不具有螺纹的区域。

26.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中在接合的销和联接器螺纹之间的根部顶部间隙为0.0英寸。

27.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中在所述第一销上的螺纹的轴向测量的螺纹宽度比在所述联接器主体中邻近的螺纹之间的轴向间隔小大约0.003英寸。

28.根据权利要求17所述的带螺纹的管道连接件，其中在所述连接件的最终扭矩处，在接合的销与联接器螺纹之间存在的刺入牙侧在轴向测量中分开大约0.003英寸。

29.一种用于将两个带螺纹的管道销组装到带螺纹的联接器内、以便形成在所述带螺纹的管道销与所述联接器之间具有牢固的机械接合以及高压密封的连接件的方法，包括以下步骤：

由标准的联接器材料在联接器内形成锥形联接器螺纹；

从所述联接器的端部朝向所述联接器的轴向中心区域形成所述锥形联接器螺纹，其中从在邻近所述中心区域的区域内的所述联接器螺纹的螺纹顶部到所述联接器的外壁的径向测量的所述联接器的壁厚大体上等于所述标准的联接器材料的标定壁厚；

在所述锥形的联接器螺纹上形成负载荷牙侧角；

在所述管道销上形成锥形销螺纹，以便与所述锥形联接器螺纹接合；

在相对于所述联接器螺纹的锥形偏斜的锥形上形成所述销螺纹；

在所述管道销中的每一个的轴向端处形成环形销前端面；

减小邻近所述销前端面中的每一个的所述管道销的外径区域，以在每一个所述管道销上设置销前端；

通过在所述管道销与所述联接器之间施加相对旋转，使得所述管道销中的每一个前进到所述联接器内，直到所述销前端面在所述联接器的大致中心点处彼此接合，实现所述销前端面的初始接合所需的扭矩被定义为凸肩扭矩，和

增加用于使或试图使所述管道销中的一个或两个相对于所述联接器旋转的扭矩，直到达到高于所述凸肩扭矩的最终扭矩，在所述凸肩扭矩和所述最终扭矩之间的扭矩差被定义为delta扭矩，且

其中当所述连接件受到超出设计的运行拉伸载荷的拉伸载荷时，所述delta扭矩足以维持在所述联接器和销螺纹中的载荷牙侧的接合。

30.根据权利要求29所述的方法，进一步包括通过专门用于支壁连接件的标准联接器材料形成所述联接器的步骤。

31.根据权利要求29所述的方法，进一步包括使得所述销前端中的每一个形成有轴向销前端长度，藉此，在每一个所述销前端长度与在邻近它相关的销前端面的区域内的扭矩凸肩面积之间存在的比值R为：0.025≤R≤0.35。

32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括使所述销前端螺纹形成有在相邻的联接器螺纹之间的大体上相同的径向螺纹高度和径向螺纹深度，藉此，所述销螺纹容纳在所述联接器螺纹内从而所述接合的销和联接器螺纹具有相等的高度。

33.根据权利要求32所述的方法，进一步包括使得所述销螺纹形成有比容纳所述销螺纹的邻近的联接器螺纹之间的轴向长度小大约0.003英寸的轴向长度。

34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括当所述连接件被完全组装时，在所述销和联接器螺纹的刺入牙侧之间设置大约0.003英寸的间隙。

35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括当所述连接件被完全组装时，在所述管道销和联接器螺纹的根部和顶部之间形成大约0.00英寸的间隙。

36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括将所述联接器螺纹形成为在所述联接器中的中心点处相遇。

37.根据权利要求5所述的带螺纹的管道连接件，其中所述联接器没有用于使所述第一和第二销接合的任何扭矩凸肩。

38.一种带螺纹的管道连接件，包括：

第一和第二销螺纹，所述第一和第二销螺纹分别沿所述第一和第二销的外表面形成，所述第一和第二销螺纹适于与所述联接器螺纹配合以在所述第一和第二销与所述联接器主体之间形成结构上连接的连接件和压力密封，

第一和第二环形销前端面，所述第一和第二环形销前端面分别沿所述第一和第二销的轴向端的轴向端表面形成，每一个所述环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成环形销前端面的管状管道的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面大致是平坦的，并适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合；

所述销前端分别具有第一和第二销前端长度，所述销前端中的每一个的轴向长度等于形成所述销前端的各个销上的螺纹的两圈所经过的轴向长度的至少80％，并且当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述销前端与所述内部联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述销前端中任一个的径向位置处的所述联接器主体内的轴向力不直接在所述联接器主体与所述销前端之间传递，以及

负载荷牙侧螺纹几何结构设置在所述第一和第二销和联接器螺纹内，以便在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述第一和第二环形销前端面的接合之后，在所述第一和第二销和所述联接器之间施加径向压缩力，

所述联接器主体具有在所述联接器主体的轴向端之间的中心区域，且壁厚大体上等于用于容纳所述销的管道的标准联接器材料的壁厚，所述联接器主体具有沿所述中心区域形成的螺纹。

39.一种带螺纹的管道连接件，包括：

第一和第二销螺纹，所述第一和第二销螺纹分别沿所述第一和第二销的外表面形成，所述第一和第二销螺纹适于与所述联接器螺纹配合以在所述第一和第二销与所述联接器主体之间形成结构上连接的连接件和压力密封，其中，在所述第一销上的螺纹的轴向测量的螺纹宽度比在所述联接器主体中的邻近螺纹之间的轴向间隔小大约0.003英寸，

第一和第二环形销前端面，所述第一和第二环形销前端面分别沿所述第一和第二销的轴向端的轴向端表面形成，每一个所述环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成环形销前端面的管状销的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面大致是平坦的，并适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合；

所述联接器主体具有在所述联接器主体的轴向端之间的中心区域，且壁厚大体上等于用于容纳所述销的管道的标准联接器材料的壁厚。

40.一种带螺纹的管道连接件，包括：

联接器主体，所述联接器主体由标准联接器材料构造，并具有在内部形成的联接器螺纹；

所述第一和第二销分别具有沿所述销的轴向端的轴向端表面形成的第一和第二环形销前端面，每一个所述环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成环形销前端面的管状销的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合，所述联接器主体没有用于使所述第一和第二销接合的任何扭矩凸肩，

第一和第二销前端，所述第一和第二销前端分别形成在所述第一和第二销上，并且分别远离它们各自的环形销前端面而轴向延伸第一和第二销前端长度，所述第一销前端的轴向长度等于所述第一销上的螺纹的两个螺纹圈数的轴向进程，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述销前端与所述内联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述销前端中的任一个的径向位置处的所述联接器内的轴向力在所述联接器主体与所述销前端之间不直接传递，以及

负载荷牙侧螺纹几何结构，所述负载荷牙侧螺纹几何结构在所述第一和第二销的螺纹和所述配合的联接器螺纹内，藉此在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述环形销前端面的接合之后，在所述第一和第二销与所述联接器主体之间施加径向压缩力。

41.一种带螺纹的管道连接件，包括：

第一和第二销螺纹，所述第一和第二销螺纹分别沿所述第一和第二销的外表面形成，所述第一和第二销螺纹适于与所述联接器螺纹配合以在所述销与所述联接器主体之间形成结构上连接的连接件和高压密封，

所述第一和第二销分别具有沿所述第一和第二销中的每一个的轴向端的轴向端表面形成的第一和第二环形销前端面，每一个所述第一和第二环形销前端面具有径向厚度，所述径向厚度限定在形成环形销前端面的管状销的内径和外径之间，当所述第一和第二销与所述联接器主体充分配合时，所述第一和第二环形销前端面适于在所述联接器主体的大致轴向中点处彼此接合；

第一和第二销前端，所述第一和第二销前端分别形成在所述第一和第二销上，并且分别远离它们各自的环形销前端面而轴向延伸第一和第二销前端长度，当所述第一和第二销与所述联接器充分配合时，所述第一和第二销前端与所述内联接器螺纹至少部分地在结构上不连接，藉此，在邻近所述第一和第二销前端的径向位置处的所述联接器内的轴向力在所述联接器与所述第一和第二销前端之间不直接传递，所述联接器没有用于使所述第一和第二销接合的任何扭矩凸肩，其中负载荷牙侧螺纹几何结构设置在所述销和联接器螺纹内，以便在组装所述连接件中施加扭矩期间在所述第一和第二环形销前端面的接合之后，在所述销和所述联接器之间施加径向压缩力，以及

其中所述第一销前端长度对所述第一销的所述第一环形销前端面的扭矩凸肩面积的比值R落入下面的范围内：0.025≤R≤0.35。