石油工業用的自鎖螺紋形的管接頭的製作方法

2023-05-12 00:22:36 3

相關應用的交叉引用

本專利申請涉及第10/558410號美國專利申請，其作為美國專利7661728公開於2010年2月16日，其全部內容作為引用合在本發明中，另外本專利申請也涉及第13/139522號美國專利申請，其在2011年8月5日提交，其全部內容作為引用合在本發明中。

本發明涉及一種螺紋管接頭，其具有包括陽螺紋的陽管狀元件和包括陰螺紋的陰管狀元件，所述陰螺紋與所述陽螺紋裝配配合。

背景技術：

所述螺紋的螺線與所述螺線之間的螺谷的軸向寬度，至少在螺紋的一部分軸向長度上沿接頭的軸線逐步變化，以致在開始裝配時，每個螺紋的螺線以軸向間隙接納在另一個螺紋的螺谷中，所述間隙逐步減小，直至在裝配期間變為零。

這種螺紋接頭一般具有燕尾型面的螺線，其生產費時、成本高。另外，因為這種螺紋接頭的主要優點是提供高抗扭強度，所以其可以應用於長支管，或者用於需要高抗扭強度的套管鑽井應用。但是，由於扭矩而增大的應力水平可導致疲勞性能降低，這是一個問題，因為這些應用也要求在旋轉幾小時之後保持密封性能。

技術實現要素：

一種螺紋接頭，其具有第一管狀部件和第二管狀部件，每個管狀部件都設有相應的陽端部和陰端部。陽端部在其外周表面上具有至少一個螺紋區域並且結束於一個相對於螺紋接頭的軸線徑向取向的終端表面。陰端部在其內周表面上具有至少一個螺紋區域並且結束於一個相對於螺紋接頭的軸線徑向取向的終端表面。

陽螺紋區域的螺齒的寬度cwtp從相應於最靠近陽端部的終端表面的螺齒的寬度的值cwtpmin增大到相應於最遠離所述終端表面的螺齒的寬度的值cwtpmax。陽螺紋區域的螺谷的寬度cwrp從相應於最遠離陽端部的終端表面的螺谷的寬度的值cwrpmin增大到相應於最靠近所述終端表面的螺谷的寬度的值cwrpmax。

陰螺紋區域的螺齒的寬度cwtb從相應於最遠離陰端部的終端表面的螺齒的寬度的值cwtbmax減小到相應於最靠近所述終端表面的螺齒的寬度的值cwtbmin。陰螺紋區域的螺谷的寬度cwrb從相應於最靠近陰端部的終端表面的螺谷的寬度的值cwrbmax減小到相應於最遠離陰端部的終端表面的螺谷的寬度的值cwrbmin，以致陽螺紋區域和陰螺紋區域的至少一部分根據自鎖裝配進行配合。

陽螺紋和陰螺紋的螺齒的最大寬度(cwtpmax，cwtbmax)和最小寬度(cwtpmin，cwtbmin)配置成：

以及

陽螺紋的螺谷的最大寬度cwrpmax和最小寬度cwrpmin配置成cwrpmax≤3cwrpmin。

陰螺紋的螺谷的最大寬度cwrbmax和最小寬度cwrbmin配置成cwrbmax≤3cwrbmin。

附圖說明

在下面參照附圖所作出的說明中，更詳細地闡明了實施例的特徵和優點。

圖1是具有自鎖螺紋形狀的普通接頭的示意圖；

圖2是具有自鎖螺紋形狀的普通接頭的示意圖；

圖3是具有自鎖螺紋形狀的接頭的管狀元件的普通陽端部的細部圖；

圖4是具有自鎖螺紋形狀的接頭的管狀元件的普通陰端部的細部圖；

圖5是一個實施例的示意性橫橫截面圖；

圖6是示出了一個實施例中螺紋尾部槽部分的示意圖；

圖7是一個實施例中接頭的管狀元件的陽端部的細部圖；

圖8是一個實施例中接頭的管狀元件的陰端部的細部圖；

圖9是一個實施例中自鎖幹涉配合接頭的陽螺紋區域和陰螺紋區域兩個區域的細部圖；

圖10是根據一個實施例的密封區域的細部圖；

圖11是用於一個實施例的漸變線構型的示意圖；

圖12a-c是螺紋尾部實施例的示意圖；

圖13是一個實施例中插入件和螺紋尾部槽的示意圖；

圖14是一個實施例的第二實施變型的示意性橫橫截面圖；以及

圖15a-b和16a-b示出圖12a和12c的實施例中應力集中水平。

具體實施方式

這裡所述的一個實施例的目的和特徵是提供一種螺紋管接頭，其具有一個陽管狀部件和一個陰管狀部件，所述螺紋管接頭具有符合材料性質技術要求和提供密封接觸的螺紋幾何形狀。螺紋管接頭可用鋼製成。鋼的機械性能，即屈服強度、拉伸強度、韌性等等使鋼成為一種用於螺紋管接頭的優選材料。本發明中使用的術語密封接觸意味著兩個表面之間彼此緊壓接觸，以形成金屬－金屬密封，特別是氣密密封。一個實施例是增大接頭的剛度，提高接頭的疲勞性能。

通過參考本說明書包括附圖，這裡所述的示例性的螺紋管接頭的這些以及其他目的、優點和特徵，對於現有技術的普通技術人員來說將是顯而易見的。

普通管接頭的元件示於圖1-4。圖1示出普通螺紋管接頭，其具有一個帶陽端部1的管狀元件和一個帶陰端部2的管狀元件。每個端部具有相應的錐形螺紋區域3a、4a，所述錐形螺紋區域通過兩個元件的裝配一起配合用於相互連接。螺紋區域3a、4a是「自鎖」式的，螺紋的軸向寬度和/或螺紋之間螺谷的軸向寬度可逐漸變化，以致在裝配期間可獲得逐漸軸向幹涉配合，進入最終鎖定位置。

圖2示出從終端表面7限定的距離vpest(自鎖螺紋的實際定位端部)，其中，vpest是恆定寬度螺紋開始的點。圖2還示出距離pdap(螺紋中徑軸向位置)，其中，陽螺齒和陰螺齒的寬度相等。pdap的構思還示於圖3和4。

如圖3和4所示，普通管接頭的螺紋區域3a和4a具有一個對稱平面100，其與陽端部的終端表面7相距距離pdap。在該對稱平面100上，與對稱平面100鄰接的陽螺齒的寬度cwtpref和陰螺齒的寬度cwtbref相等。

如圖3和4以普通管接頭的陽端部1的縱向如圖3和4所示，普通管接頭的螺紋區域3a和4a具有一個對稱平面100，其與陽端部的終端表面7相距距離pdap。在該對稱平面100上，與對稱平面100鄰接的陽螺齒的寬度cwtpref和陰螺齒的寬度cwtbref相等。

如圖3和4以普通管接頭的陽端部1的縱向橫截面圖和陰端部2的縱向橫截面圖所示，最靠近陽端部1的終端表面7的螺齒(或螺紋)的寬度cwtpmin是整個陽螺紋區域3a的最小值，也相當於最遠離所述終端表面7的螺谷的寬度cwrpmin。

類似地，如圖3和4所示，在普通管接頭中，最靠近陰端部2的終端表面8的螺齒(或螺紋)的寬度cwtbmin是整個陰螺紋類似地，如圖3和4所示，在普通管接頭中，最靠近陰端部2的終端表面8的螺齒(或螺紋)的寬度cwtbmin是整個陰螺紋區域4a的最小值，也相當於最遠離所述終端表面8的螺谷的寬度cwrbmin。為了獲得螺紋區域的徑向幹涉配合，陽螺紋區域3a的最窄螺齒的寬度cwtpmin等於陰螺紋區域4a的最窄螺谷的寬度cwrbmin。

在圖3和4所示的普通管接頭中，陽螺紋區域3a和陰螺紋區域4a的最窄螺齒分別夾持在相應的最寬螺齒之間。接近於陽端部和陰端部的終端表面的螺齒的最窄寬度以及夾持這些螺齒的螺齒的最大寬度，可單獨或者結合地產生由於這些最窄螺齒的剪應變而損壞的危險。

位於陽端部1的具有最小寬度cwtpmin的螺齒的剪應變危險大於位於陰端部2的具有最小寬度cwtbmin的螺齒的剪應變危險，因為陽螺紋區域3a不完全接近夾持最小寬度cwtbmin的螺齒的陽螺齒。由於接近具有最小寬度cwtbmin的螺齒，相應的陽螺齒高度低，以允許向非螺紋部分過渡，從而使相應的陰螺齒失效的危險更小。

對於由具有陽端部1的長管狀元件和具有陰端部2的短管狀元件(稱為管周頸圈(collar)之間的管周頸圈形成的接頭來說，對於陽端部1，螺齒不完全接近具有非螺紋部分的過渡段。陽螺齒在陰端部上夾持具有最小寬度cwtbmin的螺齒的危險很小。

圖5示出本發明的管接頭系統的一個非限制性實施例。管接頭系統具有一個陽管狀元件101和一個陰管狀元件102，陽管狀元件和陰管狀元件分別具有一個螺紋陽元件103和一個螺紋陰元件104。或者，本發明也可用於具有一個管周頸圈的三構件式管接頭。

在圖5所示的非限制性實施例中，螺紋陽元件103可具有陽螺旋螺紋，其具有陽齒頂、陽齒根、陽自由端部107、陽入扣側面、以及陽承載側面。陽自由端部107可以是一個垂直於螺紋接頭的軸線的平表面，如圖5的非限制性實施例所示。在一個實施例中，螺紋陰元件104可與螺紋陽元件103進行裝配配合。螺紋陰元件104可具有陰螺旋螺紋，其具有陰齒頂、陰齒根、陰自由端部108、陰入扣側面、以及陰承載側面。陰自由端部108可以是一個垂直於螺紋接頭的軸線的平表面，如圖5的非限制性實施例所示。這些元件後面在本說明書中進一步予以詳細說明，例如，見參考圖9進行的描述。

如圖5的實施例所示，陰管狀元件102亦稱為母接頭元件，具有螺紋尾部槽112，其位於螺紋陰元件104與陰管狀元件102的主要部分之間。螺紋尾部槽112的內徑大於最靠近的嚙合螺紋的外徑。換句話說，螺紋尾部槽的內徑大於最後的嚙合螺齒的直徑的外徑。在一個實施例中，管接頭系統的臨界橫截面是螺紋尾部槽的橫截面。臨界橫截面是承受通過所有螺紋傳送的全部拉力的橫截面區域，在該實施例中，該橫截面區域位於陽管狀元件101的終端部107。

圖6示出一個非限制性實施例，其中，螺紋陽元件103具有存在於母接頭的螺紋尾部槽112中的陽螺齒133。替換地，一個陰螺齒(未示出)，而不是一個陽螺齒133，可存在於母接頭的螺紋尾部槽112中。在任一實施例中，螺紋尾部槽112與螺齒之間有一個徑向間隙。圖5和6示出螺紋尾部槽112與陽螺齒133之間的徑向間隙的一個非限制性實施例。在替換的實施例中，附加螺齒可加入在螺紋尾部槽112中。

圖7示出一個實施例，其中，螺紋陰元件104和螺紋陽元件103的螺紋可如未完全鎖緊螺紋一樣進行互鎖。未完全鎖緊螺紋的螺紋間的螺谷的和具有陽螺線的螺紋與具有陰螺線的螺紋的軸向寬度，在螺紋陽元件103和螺紋陰元件104的至少一部分軸向長度上，沿接頭110的軸線逐漸變化。

螺紋陽元件103可具有帶有由槽分開的具有陽螺紋的螺紋部分，槽的寬度cwrp從相應於最遠離螺紋陽元件103的終端表面107的槽的寬度的值cwrpmin增大到相應於最靠近螺紋陽元件103的終端表面107的槽的寬度的值cwrpmax。

螺紋陰元件104可具有帶有陰螺紋或槽的螺紋部分，槽的寬度cwrb從相應於最遠離螺紋陰元件104的終端表面108的槽的寬度的值cwrbmin增大到相應於最靠近螺紋陰元件104的終端表面108的槽的寬度的值cwrbmax。

在替換實施例中，可使用另一種螺紋，而不使用未完全鎖緊螺紋。

在一個實施例中，陽端部107亦稱管腳端部，具有非鎖緊螺紋尾部，以致螺紋陽元件103與螺紋陰元件104的裝配不受任何軸向對接面限制。換句話說，陽自由端部107不與陰管狀元件對接，陰自由端部108不與陽管狀元件對接。在替換實施例中，存在附加的螺齒133和螺紋尾部槽112，但是，螺紋陽元件103與螺紋陰元件104的裝配受到至少一個軸向對接面限制。換句話說，在螺紋陽元件103與螺紋陰元件104之間進行裝配時，陽螺紋端部的至少一個螺紋位於螺紋尾部槽112中，該至少一個螺紋不與螺紋陰元件接觸。

在圖5-16所示的實施例中，陽管狀元件與陰管狀元件兩者的幾何形狀及其相應的螺紋部分都可以改變。

如圖7的實施例所示，螺紋陽元件103與螺紋陰元件104以標準長度和螺距進行配合，其相應地示於圖8。在該實施例中，最靠近陽端部101的終端表面107的陽端部的螺齒的寬度cwtpmin與最遠離陰端部102的終端表面108的陰端部的螺齒的寬度cwtbmax之間的比選擇為0.2或0.2以上。獲得下述方程式：

[方程式#1]

在一個實施例中，因為cwtpmin與cwtbmax之比接近1，所以接頭對交替的拉伸/壓縮應力的強度提高。

在一個實施例中，與螺紋陽元件103的螺齒最窄的部分不縮短時相比較，螺紋陽元件103的螺齒最窄的部分縮短，形成陽端部101的接近對稱軸線100的終端表面107。因此，最靠近終端表面107的螺齒的寬度增大，這是因為在螺紋陽元件103的螺齒最窄的部分縮短之前，接近值cwtpref相當於與對稱軸線100鄰接的螺齒的寬度。為此，距離pdap縮短，其相當於對稱軸線100與終端表面107之間的距離。

在一個實施例中，為了保持螺紋元件的總長度和保持夾緊扭矩，延長終端表面107的相對端部的螺紋元件。為此，相對於普通管接頭來說，最靠近陰端部102的終端表面108的陰端部102的螺齒的寬度cwtbmin與最遠離陽端部101的終端表面107的陽端部101的螺齒的寬度cwtpmax之間的比減小。這表示如下：

[方程式#2]

在一個實施例中，最靠近陰端部102的終端表面108的陰端部102的螺齒的寬度cwtbmin與最遠離陽端部101的終端表面107的陽端部101的螺齒的寬度cwtpmax之間的不成比例會加重。在一個實施例中，陽端部101在該區域的螺齒可具有斜面，該斜面減少相應的陰端部102的螺齒的剪應變危險。

在保持接頭的標準總長度的實施例中，與陽端部101的終端表面107相對地，螺谷的寬度大大小於相當於標準接頭中螺谷的最小寬度的值cwrpmin。為保持螺紋區域給定的長度和保持負荷側面之間和入扣側面之間的螺距的值，以及為了防止寬度cwrpmin如此小以致所用切削工具在其通過期間斷裂，螺紋陽元件103可以改變。在一個實施例中，當螺紋陽元件103的螺谷的寬度達到閾值cwrpthreshold時，螺紋陽元件103予以改變。在一個實施例中，螺紋陽元件103可以改變到螺齒的高度的值cwrpthreshold的0.7倍以上。

在一個實施例中，當螺紋陽元件103的螺谷的寬度達到閾值cwrpthreshold時，螺紋陽元件103適合於最遠離終端表面107的一個或多個螺齒漸消的型面。

在一個實施例中，為了防止出現螺紋陽元件3的螺齒不再進行徑向幹涉配合的大螺紋部分，距離vpest和pdap必須大於最小值。換句話說，為了保持確保給定的裝配扭矩值所需的自鎖螺紋形狀的長度，比cwtpmin/cwtbmax不得增大太多，否則，必須延長螺紋陽元件103的螺谷的寬度cwrp容易產生值cwrpthreshold的部分。

在一個實施例中，比cwtpmin/cwtbmax在0.3至0.7的範圍內。

在一個實施例中，對於具有117毫米總長度的螺紋區域來說，有利地以與終端表面107相距50毫米的距離布置pdap，值cwtpmin和cwtbmax為5.3毫米，即比為0.51。螺紋陽元件103的型面恆定的距離為98毫米的距離vpest。對於一個51/2"23.00bs/ftt95的管周頸圈來說，幹涉扭矩保持在26000ft1bs(35000n.m)，無需使螺紋屈服。

如圖9的實施例所示，陽螺紋132和陰螺紋142(或者螺齒)可具有燕尾形型面，以致其在裝配之後牢固地彼此緊配合。這避免跳出危險，其相當於當接頭經受大彎曲應力或拉伸應力時陽螺紋132和陰螺紋142分離。更確切地說，與通常稱為「不規則四邊形」螺紋的、其中軸向寬度從螺紋的齒根向齒頂減小的螺紋相比較，燕尾形螺紋的幾何形狀增大其管周頸圈的徑向剛度。

術語「自鎖螺紋區域」意指具有以下詳述特徵的區域。如圖9的實施例所示，陽螺紋(或者螺齒)132如陰螺紋(或者螺齒)142一樣，具有恆定螺距，雖然其寬度沿其相應的終端表面107、108的方向減小，以致在裝配期間，陽螺紋132和陰螺紋142(或者螺齒)結束於彼此鎖緊在預定位置。更確切地說，螺紋陰元件104的負荷側面140之間的螺距lfpb恆定，如同螺紋陰元件104的入扣側面141之間的螺距sfpb一樣，特徵是負荷側面140之間的螺距大於入扣側面141之間的螺距。同樣，陽入扣側面131之間的螺距sfpp恆定，如同陽負荷側面130之間的螺距lfpp一樣。另外，陽入扣側面131與陰入扣側面141之間相應的螺距sfpp與sfpb等於和小於陽負荷側面130與陰負荷側面140之間相應的螺距lfpp與lfpb，其本身相等。

如圖9的實施例所示，螺紋陽元件103和螺紋陰元件104沿漸變母線120取向，以便於進行裝配。漸變母線102限定成通過負荷側面的中心。在一個非限制性實施例中，漸變母線120與軸線110形成一個範圍在1度至5度之間的角度。

如圖9的實施例所示，接觸主要在陽負荷側面130與陰負荷側面140之間，以及在陽入扣側面131與陰入扣側面141之間。相反，一個間隙h可形成於陽齒頂與陰齒根之間，類似地，一個間隙可布置在陽齒根與陰齒頂之間，以便於進行裝配，防止任何磨損危險。

如圖9的實施例所示，螺紋陽元件103和螺紋陰元件104的螺齒的齒頂和螺谷的齒根，可平行於螺紋接頭的軸線110。在一個實施例中，這種構型便於機加工。

在一個實施例中，流體密封由位於陽元件101的終端表面107附近的兩個密封區域105、106提供，防止從管接頭內向外部介質洩漏，且防止從外部介質洩漏到管接頭中。

在圖10所示的一個實施例中，陽端部101的密封區域105可具有一個穹狀面129，該穹狀面徑向向外、直徑向終端表面107減小。在一個實施例中，該穹狀面129的半徑優選小於150毫米，以防止出現與錐體－錐體接觸有關的問題。在另一個實施例中，穹狀面129的半徑大於30毫米，以提供足夠的接觸區域。在一個實施例中，該穹狀面129的半徑優選在30至100毫米的範圍內。

在圖10所示的一個實施例中，與穹狀面相對，陰端部102的密封區域106具有一個錐形面128，該錐形面徑向向內、直徑向陽元件101的終端表面107的方向減小。錐形面128的半頂角的切線在0.025至0.075的範圍內，即錐度在5％至15％的範圍內。在一個實施例中，螺紋齒高至少為5％，以減少裝配磨損的危險。在一個實施例中，螺紋齒高至多為15％，以防止出現與機加工緊容差有關的問題。

發明人發現，錐形面與穹狀面之間的一個接觸區域可形成大有效軸向接觸寬度、接觸壓力沿有效接觸區域基本上呈拋物線的分布，與兩個錐形面之間的接觸區域相比，其在接觸區域的端部具有窄有效接觸區域。

在一個實施例中，因為具有穹狀面和錐形面，儘管由於機加工容差而已連接元件的軸向位置發生變化，但是接觸區域的幾何形狀可提供有效接觸寬度，有效接觸區域沿穹狀面的穹頂部分樞轉，保持局部接觸壓力的拋物線型面。

如圖11的實施例所示，管腳密封配置在由管腳齒根螺紋限定的漸變線120之下，具有一個間隙e。在該實施例中，密封徑向就位配置在螺紋漸變線之下。這種漸變線配置允許直線行程，對於多螺齒插入件來說，插入件初次定位無需插入到螺紋中。在一個優選實施例中，漸變線具有5％至25％之間的斜率，間隙e在0.25毫米至1毫米之間。在替換實施例中，密封徑向就位配置在螺紋漸變線之上，為了使用多螺齒插入件，相對於使用單螺齒插入件時管腳端部的長度來說，管腳端部的長度增大。

圖12a示出具有標準螺紋尾部的實施例。圖12b示出具有寬螺紋尾部的實施例，圖12c示出具有更寬螺紋尾部和附加螺齒133的實施例。圖6示出圖12c所示實施例的細部圖。

在圖12a的實施例中，螺紋尾部與雙螺齒插入件不適配，機加工時間可能長於圖12b或12c所示實施例的機加工時間。

相對於通過有限元分析計算出的期望密封性能來說，圖12c的實施例比圖12a的實施例提供較小的接觸壓力，但是，可以產生比圖12b的實施例高10至30％的接觸壓力。圖12c的實施例減小圖12a的實施例中臨界橫截面與密封區域之間存在的應力橋，如圖15a-b和a-b所示。在一個實施例中，螺紋的負荷側面由倒圓角連接於螺紋齒頂和鄰接的螺紋齒根，以致這些倒圓角減小負荷側面下部的應力集中係數，從而提高接頭的疲勞特性。圖12c的實施例減小第一嚙合管腳螺紋的齒根處的應力集中。在進行的疲勞試驗中，圖12c的實施例示出與空氣中dnv-b1相比基本上為1.15的耐久性saf。在一個實施例中，一個多螺齒插入件用於通過增大通過深度縮短機加工時間。一個雙螺齒插入件的螺齒機加工時間比單螺齒插入件快一倍，在相同的時間，機加工量是單螺齒插入件的兩倍。機加工不受這種配置的負面影響，而實際上得到提高。

在一個實施例中，螺紋尾部槽112提供一個潤滑液排出空間和一種防止壓力建立的方式。在一個實施例中，螺紋尾部槽112的內徑大於與螺紋尾部槽112鄰接的裝配螺齒的直徑，以致由於存在螺紋尾部槽112，用於管裝組件的臨界橫截面不再存在於管狀元件含有螺紋的部位。而是，由於存在螺紋尾部槽112，用於管裝組件的臨界橫截面位於螺紋尾部槽112處，即位於母接頭部件的非螺紋部分中，有效減小疲勞對部件螺齒的影響。在一個實施例中，螺紋尾部槽的寬度至少是負荷側面螺距的1.5至2倍，以允許插入件在機加工之後從螺紋移去。在一個實施例中，螺紋尾部槽112的寬度配置成至少：

[方程式#3]

其中，lfpb是負荷側面螺距，icw是插入件齒頂寬度，sfpb是入扣側面螺距，lfh是負荷側面高度，tt是漸變線角度。15°的角度相對於垂直於接頭110的軸線的平面111加以限定，如圖13所示。

在圖6所示的一個替換實施例中，存在於螺紋尾部槽的附加螺齒未完全形成。在一個優選實施例中，螺紋尾部槽中的附加螺齒的高度至少為最靠近管狀元件的端部的完全成形螺齒的高度的一半。

該附加螺紋133的存在沿管腳產生良好的應力分布，同無附加螺紋、但所有其他方面類似的實施例比較起來，在外壓施加作用下增大管腳唇部剛度。如上所述，相對於圖12a和圖15a-b所示的實施例來說，圖12c和圖16a-b所示的實施例具有改進的應力分布。圖15b和16b示出每個相應的實施例的應力等值線，圖16b示出與圖15b相比的減小的應力橋。

在一個實施例中，具有附加螺齒的管腳端部的機加工需要附加的機加工時間，但是，機加工時間至少由於選用的插入件的中間通道數量減少而機加工時間減少從而得到補償。

在一個實施例中，外管周頸圈直徑9，在圖1的實施例中標為od，配置成在臨界橫截面滿足拉伸標準和扭矩標準這兩個標準。在一個實施例中，管接頭系統配置成管狀部件上的總應力不超過屈服強度的95％，管周頸圈至少提供102％的拉伸性能，以防止出現任何過早疲勞的問題。確保拉伸效率的最小管周頸圈外徑9根據下式計算：

[方程式#4]

其中，od是以毫米計的外徑，bgdmax是以毫米計的最大母接頭尾部槽直徑，ps是以平方毫米計的管體橫截面。

符合屈服強度標準的最小管周頸圈外徑通過選擇od根據下式確定：

[方程式#5]

其中，σvm是vonvmises等效應力，ys是材料的屈服強度，σα是拉力下的主軸向應力，τ是由管周頸圈外扭矩產生的剪應力。

選用的管周頸圈外徑9的值是從上述拉伸效率和屈服強度標準獲得的最大值，確保管周頸圈直徑滿足拉伸標準和扭矩標準這兩個標準。

在圖14所示的另一個實施例中，管接頭系統可具有兩級s1、s2。因此，第一級s1具有位於陽管狀元件和陰管狀元件之間的螺紋接頭部分、螺紋尾部槽、以及位於陽管狀元件上螺紋尾部槽內的附加螺齒。第二級s2具有位於陽管狀元件和陰管狀元件之間的第二螺紋接頭部分、第二螺紋尾部槽、以及位於陽管狀元件上第二螺紋尾部槽內的附加螺齒。第二級s2也具有金屬－金屬密封接觸部分。在該實施例中，兩級提供雙金屬－金屬密封接觸。在一個實施例中，兩級管接頭系統可用於整體接合件或者厚管，可以進行有效的輔助密封。

因為本發明不超出本發明的範圍可以具有許多可行的實施例，所以顯然，這裡所述或者附圖所示的一切均應理解為說明性和非限制性的。