管状螺纹接头的制作方法

本发明涉及管状螺纹接头的领域。具体地，本发明涉及在石油和天然气、能源或储存工业、特别是在烃井开采、烃输送、碳捕获或地热能中使用的金属管状螺纹接头。

背景技术：

1、“螺纹接头”在此是指由旋拧在一起的基本上管状的金属部件构成的组件。管状部件可以是管或在本发明的领域中通常使用的任何其他类型的连接部件、比如套筒。这种金属管状部件具有优选地等于或大于450mpa的弹性极限。

2、每个管状部件具有设置有阳型螺纹区域或阴型螺纹区域的端部部分，该端部部分旨在旋拧至类似部件的对应的端部部分。如此组装，螺纹管状部件形成所谓的接头或连接部。

3、这些接头经受各种各样的应力，这些应力包括拉伸应力或轴向压缩、内部或外部流体压力以及弯曲应力或扭转应力，这些应力可以组合并且具有波动强度。尽管存在这些应力并且尽管存在苛刻的工地使用条件，但必须确保流体密封性。

4、近年来，操作者在本发明的领域中的需求已经改变。因此，操作者越来越多地要求螺纹接头对所有这些应力、特别是在施加至接头的应力的负载超过所述接头的弹性极限时具有更好的抵抗性。

5、为了解决该需求，现有技术在专利ep3572612中描述了一种管状螺纹接头，该管状螺纹接头包括从第一管状构件的主体延伸的管状阴型端部和从第二管状构件的主体延伸的管状阳型端部。该接头具有两个分层的螺纹部分，在这两个分层的螺纹部分之间设置有第一止挡部。接头还包括由阳型自由端部和阴型内肩部形成的第二止挡部。形成该接头的管状部件的螺纹具有螺距完全相同的负载螺纹面和插入螺纹面。这种接头的缺点在于在螺纹的负载螺纹面和/或插入螺纹面上存在残余轴向游隙。当这种接头经受高机械应力时，存在该轴向游隙导致泄漏的高风险。由于该轴向游隙，在联接期间、特别是为了限制泄漏的风险而添加的油脂储存在形成于负载螺纹面与插入螺纹面之间的空隙中。因此，当这种接头从第一牵引应力状态切换至第二压缩应力状态时，在第一应力状态下打开的空隙被闭合，由此重新打开在第一应力状态下接触但在第二应力状态下不再接触的螺纹的螺纹面之间的空隙。这种从一种应力状态至另一种应力状态的切换使油脂从在接头的第一应力状态下打开的空隙移动至在接头切换至第二应力状态时形成的空隙。在油脂在螺纹中这样运动的情况下，负载螺纹面和插入螺纹面彼此交替地间隔开，然后直接接触，以及负载螺纹面和插入螺纹面彼此交替地直接接触，然后间隔开，这取决于接头的应力状态。螺纹的螺纹面规律地直接接触的事实显著增加了卡住的风险，这显著降低了接头的使用寿命。因此，这种接头必须频繁更换，这使得对于操作者而言维护更加复杂并且产生额外的操作成本。

技术实现思路

1、为了克服上述缺点，本发明的第一目的是在提高螺纹接头对机械应力的抵抗性的同时显著降低螺纹接头中卡住的风险。此外，本发明的第二目的是在简化现场操作的同时降低由使用螺纹接头而产生的操作成本。

2、因此，本发明提供了一种螺纹接头，该螺纹接头具有纵向轴线x，所述接头包括第一管状部件和第二管状部件，第一管状部件和第二管状部件旋拧至彼此，

3、-第一部件包括第一管和设置在所述第一管的一个端部处的阳型元件，阳型元件从第一管到所述阳型元件的阳型内止挡表面依次包括：阳型外止挡表面、具有自锁可变宽度螺纹轮廓的至少第一阳型螺纹部分以及阳型内止挡表面，

4、-第二部件包括第二管和设置在所述第二管的一个端部处的阴型元件，阴型元件从第二管到所述阴型元件的阴型外止挡表面依次包括：阴型内止挡表面、具有自锁可变宽度螺纹轮廓的至少第一阴型螺纹部分、阴型唇部以及阴型外止挡表面，

5、阴型内止挡表面与阴型外止挡表面之间的第一轴向长度bsl大于阳型内止挡表面与阳型外止挡表面之间的第二轴向长度psl，

6、第一轴向长度bsl和第二轴向长度psl使得在阳型外止挡表面与阴型外止挡表面之间形成空隙，所述空隙能够在施加轴向压缩负载时通过阳型外止挡表面与阴型外止挡表面之间的接触而闭合。

7、形成在阳型外止挡表面与阴型外止挡表面之间的空隙在所施加的压缩负载超过接头的弹性极限时有助于减小施加在螺纹的螺纹面上的压缩力。因此，当管状部件旋拧至彼此并且施加轴向压缩负载时，一旦轴向压缩负载超过螺纹的弹性极限，阳型外止挡表面和阴型外止挡表面就接触。这意味着压缩负载一方面立即地分布在螺纹的螺纹面上，并且另一方面分布在阳型外止挡部的表面和阴型外止挡部的表面上。负载的这种分布有助于保持由螺纹提供的流体密封性。因此，阳型元件和阴型元件的这种结构提供了在压缩下、特别是在超过接头的弹性极限的压缩下表现更好的接头。

8、接头的内径从外止挡表面朝向内止挡表面轴向减小。因此，外止挡表面一定高于中间止挡部的表面，并且中间止挡表面一定高于内止挡表面。因此，与其中止挡接触发生在内肩部或中间肩部处的接头相比，止挡接触发生在外止挡表面之间的事实提供了更大的止挡接触表面，并且因此提供了更大的扭矩能力。换句话说，与内肩部或中间肩部处的止挡接触相比，止挡接触发生在外止挡表面之间的事实使得能够承受更大的轴向压缩负载。

9、自锁可变宽度螺纹、比如在本发明中使用的那些自锁可变宽度螺纹防止在接头的螺纹中形成空隙。因此，当第一管状部件和第二管状部件旋拧至彼此并且不施加轴向压缩负载时，接头的完整性、并且特别是流体密封性完全由一方面第一管状部件的螺纹的负载螺纹面与插入螺纹面与另一方面第二管状部件的螺纹的负载螺纹面与插入螺纹面之间的接触产生的扭矩提供。因此，利用这种接头，不需要使用油脂来确保流体密封性，这减少了所使用的油脂的量并且因此降低了操作成本。此外，由于螺纹之间不存在轴向游隙，因此在应力状态改变期间、例如当从牵引状态切换至压缩状态时卡住的风险接近零，并且因此，这种接头的使用寿命显著增加。

10、根据一个实施方式，阳型元件包括阳型外座部，该阳型外座部从阳型外止挡表面延伸至阳型螺纹部分。

11、根据一个实施方式，阳型外止挡表面相对于第一轴线y倾斜角度α，所述第一轴线y垂直于纵向轴线x，并且阴型外止挡表面相对于第二轴线y”倾斜角度β，所述第二轴线y”垂直于纵向轴线x，角度α和角度β使得阳型外止挡表面和阴型外止挡表面基本上平行。换句话说，角度α和角度β基本上相等。

12、这些特征意味着，无论角度α和角度β的值如何，阳型外止挡表面和阴型外止挡表面总是彼此面对，由此使阳型外止挡表面与阴型外止挡表面之间的接触表面最大化，这有助于改善接头在压缩下的性能。

13、为了清楚起见，在本技术中为角度α赋予的所有值都是在阳型外止挡表面与轴线y之间沿逆时针方向测量的角度。类似地，为角度β赋予的所有值都是在阴型外止挡表面与轴线y”之间沿逆时针方向测量的角度。

14、根据一个实施方式，轴线y和阳型外止挡表面是同轴的，并且轴线y”和阴型外止挡表面是同轴的。因此，所形成的角度α和角度β是零角或平角。零角是值为0°的角度，并且平角是值为180°的角度。

15、根据一个实施方式，角度α和角度β均为0°或180°。

16、根据一个实施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤30°并且0°≤β≤30°。超过30°，如果轴向压缩负载被施加至接头，则唇部可能开始弯曲，这有破坏唇部的风险。

17、根据一个实施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤10°和0°≤β≤10°。

18、根据一个实施方式，角度α和角度β使得：0°≤α≤5°和0°≤β≤5°。

19、如果接头经受轴向压缩负载，并且特别是如果所述负载超过所述接头的弹性极限，则阴型元件的端部倾向于经受朝向管的外侧径向定向的机械力。该现象倾向于减小阳型外止挡表面与阴型外止挡表面之间的接触表面，这倾向于使接头的压缩性能恶化。阳型外止挡表面和阴型外止挡表面的这种角度倾斜值使得力能够朝向管的内侧径向定向，由此避免该现象。

20、根据一个实施方式，空隙具有在0.10mm与1.75mm之间的轴向长度。优选地，空隙具有在0.10mm与0.82mm之间，并且更优选地在0.10mm与0.63mm之间的轴向长度。理想地，空隙具有在0.10mm与0.50mm之间的轴向长度。这使得空隙能够闭合，由此根据与本发明的领域相关的压缩能力优化压缩强度。

21、优选地，空隙具有轴向长度，使得：

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

23、当所施加的压缩负载超过接头的弹性极限达根据本发明的接头的压缩能力的25％时，最小值减小施加在螺纹的螺纹面上的压缩力。

24、当所施加的压缩负载达到根据本发明的接头的压缩能力的100％时，最大值减小施加在螺纹的螺纹面上的压缩力。

25、定义

26、在本技术中，“旋拧状态”是指管状部件彼此连接以形成适合于在本发明的领域中使用的接头。通过示例的方式，流体密封性可以视为接头的在本发明的领域中使用所必需的特性。

27、“轴向长度”是指沿着纵向轴线x延伸并进行测量的长度。

28、为了清楚起见，下面陈述用于测量第一轴向长度bsl和第二轴向长度psl的方法。因此，可以从第一阳型内径向端部至第二阴型内径向端部对第一轴向长度bsl进行测量。然后测量径向投影到轴线x上的点之间的距离。类似地，可以从第一阳型内径向端部至第二阳型内径向端部对第二轴向长度psl进行测量。因此，也测量径向投影到轴线x上的点之间的距离。

29、“自锁螺纹”是指阳型螺纹的螺纹宽度沿第一方向轴向增加，并且阴型螺纹的螺纹宽度沿第二方向轴向增加，所述第二方向与第一方向相反。自锁螺纹、比如在本发明中使用的那些自锁螺纹的宽度可以在轴向上、即沿着纵向轴线x和/或在径向上、即沿着垂直于纵向轴线x的轴线变化。在螺纹的宽度径向变化的情况下，则螺纹具有燕尾形轮廓。

30、在“楔形”螺纹中，螺纹部分具有用于负载螺纹面和插入螺纹面的不同螺距值，使得在该类型的螺纹中的螺旋线中的齿宽随着螺旋线的每一圈从一个端部至另一个端部而增加，其中，限定在该螺旋线的圈之间的中空部随着螺旋线的每一圈而减小。

31、应当注意的是，根据本发明，一旦接头处于旋拧状态，止挡表面可以但不一定处于止挡接触。