本发明涉及一种密封式金属管接头，特别是用于泵送流体的管道和井管的接头，这种井管主要用于（但不是仅仅用于）勘探和生产烃类流体和地热流体。 当然，对于这种用途，管道之间的接头可以这样来构成：或者是在管子的一端切出外螺纹，另一端切出内螺纹，形成整体连接;或者在管子两端都切出外螺纹，然后用一个两端都带有内螺纹的空心管套将其连接起来，形成管套连接。一般说来，上述螺纹最好是带锥度的。
这些接头不仅要保证上述管子之间的连接并具有足够经受机械应力的强度，而且必须能防止管子内流体的液体或气体的漏泄。其密封可通过阳端管件和阴端管件上的外螺纹和内螺纹间适当的公盈而形成，或者利用合适的密封表面来实现，这种表面和螺纹分开，在适当加压使内外螺纹接合在一起时，就可防止液体渗漏。当然，上述两种技术可结合应用。
众所周知，当用来拧紧接头的扭矩大于材料的屈服强度时，螺纹和所用的辅助密封件中诱发地应力可以引起损伤，使接头的密封作用失效。特别是在经过多次反复拧紧和松开之后，情况更是如此。这种缺点已由本专利申请人提出的欧州专利EP273016中公开的螺纹结构所克服。
然而，已经意识到，上述接头还能够进一步改进，即适当修改支座表面并插入一个特殊的密封表面（下称：“密闭式金属密封”或“金属密封”），从而在可达到的拧紧/松开循环次数和有关的过扭矩两个方面提高其可拧性，保证在各种情况下都具有良好的密封状态。
当然，过扭矩可因应力过大而产生塑性变形，使密封件（或表面）的形状产生永久变形，因此，管子是否能再使用就成问题，或者根本不能再次使用。管子即使是第一次使用也可能受到损伤，并可能出现应力腐蚀现象。
因此，为了克服这些困难，必须结合一个或多个带有一个能够有效地限制公盈的机械单元（支座）的密封装置（密闭式金属密封），因此，即使在拧紧接头的扭矩增加到比接头材料的屈服强度大的情况下，也能有效地限制密封机构本身的应力。
这种原理的应用是人所共知的，但是，由于它是从几何形状上采取解决办法，因此，不能保证所需的高可靠性。
美国专利USP4153283公开了一种结合支座和密封表面的特殊办法，它利用阳端管件的球形表面和阴端管件的锥形表面（金属密封）间的配合，阴端管件中还附设有一连续的平支座。但是这种解决办法不能保证接头不存在上述缺点。事实上，当组装管子时，锥形表面与球形表面首先沿一圆周线相接触，随后由于拧紧管子时产生变形，使接触线变成了一个小平面。由于上述密封表面的接触是赫兹型的，也就是说，其特征是应力随弹性变形的增加而快速增高，即使施加极小的载荷，也容易造成局部超过弹性极限，因此，在安装管套组时，球形表面会发生塑性变形，使接头很快渗漏。因此，当接头松开后，不管采用什么办法，都不能再度使用。
此外，对于使用正确的类似接头，其锥形支座表面的角度为15～20°左右，由于过扭矩会产生一径向推力分量而出现局部过应力的危险，结果这一角度可能加大。
为了克服这些缺点，另一些接头则采用两个锥形表面间的配合来进行金属密封，这两个表面一个在阳端管件上，另一个在阴端管件上，它们应相互配合良好。这些表面设计成有较大面积相接触（因此有较长的母线，例如5～10mm相接触）。在这种情况下，压力总是很小，并且密封基本上取决于两个锥形表面相配合时所产生的迷宫效应。
但是，这种类型的接头要求锥形表面加工十分精确，因此，技术上、经济上和质量控制上都存在问题。实际上，一个表面与另一个表面间匹配的可能性等于零。
本发明的目的是为了避免上述现有技术的各种困难，而发展一种新的泵送液体的管件和井管用的接头。这种接头形成密闭式金属密封的表面配合特殊，，而且还可能带有特殊的支座表面。
实现本发明的目的采用如下措施：根据本发明的接头包括一个带有至少一圈锥形外螺纹的阳端管件和一个带有相匹配的内螺纹的阴端管件。所述阳端管件的端部上每一螺纹之外有一大体上是轴向的锥形密封，可能也有一锥形的、大体为横向的内支座表面，所述表面与阴端管件上类似的密封面和支座表面相配合，阴端管件沿母线的密封面长度比阳端管件相应的密封面的长度大，所述接头的特征在于阳端管件和阴端管件的两个密封面都带有6.25～9.25%的锥度，阳端管件和阴端管件相应表面相配合的阳端管件密封表面长度为0.5和2.5mm。
将上述的金属密封与阳端管件上和相应的阴端管件上的支座表面结合起来十分有效，上述支座表面与接头轴线的垂直平面成5～10°角，所述表面只有在螺纹和密封表面相互配合并受压后才起作用。
受压一词意思是获得能保证下列条件的最小应力状态：
-在相接触的螺纹齿腹有足够的压力，以防止当扭矩小于拧紧扭矩时发生松扣，同时也提供沿螺纹的二次密封作用。
-在密封表面上有足够的接触压力，以防止在极限使用状态下发生渗漏。
本发明提出的接头可带有现时已知的任一类型的螺纹，或者从现有技术综合出来的各种类型的螺纹，特别是任何型式的单螺纹或多螺纹，包括阴阳管件都带有相匹配的锥形螺纹的接头通常所采用的钩形螺纹。按照通常所用的型式，上述螺纹的公盈减小了，但阴端管件的螺纹齿顶与阳端管件相应的螺纹齿根精确配合，反之，阳端管件的螺纹齿顶并不同阴端管件螺纹的相应齿根相接触。
在钩形螺纹的实施例中，将阳端管件引入阴端管件的螺纹齿腹与接头轴线的垂直平面形成一0～-3°的负角（钩形），而第二齿腹以同样的方向倾斜，与上述平面成8～16°角，上述齿腹间的距为0.035～0.35mm。
根据本发明的接头最好带有欧洲专利EP273016公开的螺纹结构，这种螺纹是这样的：阴端管件螺纹齿顶最好与阳端管件螺纹相应的齿根相配合，而阳端管件的齿顶则不与Antares螺纹相应的齿根接触。
作为这种螺纹制造方法的实例，一种直径为7英寸的井套管接头可做成带一具有8.5%锥度的螺纹，装配后保持接触的螺纹第一齿腹与垂直于接头轴线的平面成2.26°的公称角度而第二齿腹则在组成接头后，在与第一齿腹相反的方向上以25°的公称角度与上述平面倾斜，上述第二齿腹之间的公称距离为0.05mm。
上述两个实施例中所示的尺寸都不仅限于公称值，它们可随接头尺寸的变化而变化。
本发明所提供的接头不排除使用辅助密封件，例如，将一个塑料密封圈放入沿阴端管件的支座表面上切出的一个沟槽内，并位于阳端管件和阴端管件的两个支座表面间适当的位置上。
这样，保护了金属-金属接头免受与管道本身接触的流体中所含的任何腐蚀剂的侵蚀。
在与上述腐蚀介质接触的接头的内表面采用保护树脂（例如：环氧树脂、酚醛树脂）的内衬，可以进一步保护接头。
按照本发明提出的形成密闭式金属密封的各单元的特殊结合，特别是与本发明的支座相结合时，具有比现有已知接头更多的优点。
事实上，带有5～10°角的支座，具有较高的抗塑性变形能力，即使在过扭矩情况下，也是如此。这一角度确实能在尖部产生一切向拉应力状态，这就增加了密封表面间的接触压力，但不造成永久变形。
由两个等锥度表面（其中一个长0.5～2.5mm）间配合而形成的密闭式金属密封有两个优点：
-与锥形表面/球形表面型的密封相比较，两等锥表面不是沿一条在随后的拧紧过程中因变形而变成一个有限表面的曲线相接触，而是正好从有限尺寸的环形表面的开始处发生接触，该环形表面在达到塑化作用之前可以承受较大的应力。
-与采用两个锥形表面间接触的接头相比，根据本发明的有限的接触面积可得到较高的接触压力，因此既允许相互配合且仍安全地保持在弹性变形范围内。
根据本发明提出的一小而有限的接触表面，能保证可靠而均匀的接触压力。
这一优点特别重要，因为它允许精确地计算出当一给定的力作用在上述有离开趋势的表面时，保证接触而不漏泄所需的扭矩。相反地对于其它类型的接头，这些状态只有当接头制造十分精密而且阳端管件与阴端管件精确对中时才能达到，而在实际应用上，这是肯定达不到的事情。
当接触表面的几何形状由于通常受使用应力的影响而改变时，随着反复拆卸和装配次数的增加，本发明的接头肯定会有更多的优点。
下面报告的数据完全是为了说明上述的实施例，决无限制本发明的范围和目的之意。
为了检查本发明的金属密封的严密性并与其它两种按照现有技术制造的接头进行比较，计算了当施加F＝105KN/mm2的接触作用力时，作用在接头的金属密封上的理论接触压力。制造接头用钢的屈服强度YS为420N/mm2。在密封表面上接头的平均直径D为80mm。这三种不同的金属密封的特征是：
a）锥形表面与球形表面间理论上的点接触（比较例）;
b）两锥形表面间的接触（本发明）;
c）两个较大锥形表面间的接触（比较例）。
在所有三种情况下，可按下列公式计算出作为尺寸和使表面压合在一起的接触力之函数的理论接触压力：
Pa= 290/(πDLa)F]]>（假设为赫兹接触）
Pb=Pc= (F)/(πDLb,c) （假设锥度很小）
式中：Pa、Pb、Pc-三种情况（a，b，c）下的接触压力
F-接触力
D-密封表面处接头的平均直径
La-情况a的接触区的宽度，估计为0.2mm。
Lb，c-情况b，c的接触区的宽度，分别等于2mm和5mm。
通过代换并假设在种类接头中的宏观应力为常数，即F＝常数＝105KN/mm2，则
Pa＝1870N/mm2
Pb＝210N/mm2
Pc＝84N/mm2
这些接触压力说明下列现象：
情况a，大大超过钢的屈服强度，所以在密封区产生永久变形。
情况c，弹性变形只有0.01%，所以只有在几何形状精确不变时，密封性才有保证。
情况b，接触压力值最佳，因为弹性变形达到0.1%，即达到屈服强度的一半。
换言之，对于情况a和c，也能推导出一个获得最佳接触压力（210N/mm2）的力F。但是，对于情况a，就要施加很小的力F，这在实践上是很难控制的。而对于情况c，所需的力将是情况b的2.5倍，故应力太高，并且会损伤接头本体。
采用上述的支座可进一步提高本发明的接头的效能。在机械应力和环境（流体温度和腐蚀）应力高的深井里，常常使用金属密封接头头。支座表面受压使阳端管件的端部产生压缩，降低了与流体相接触的管道内表面的拉应力，从而改善了接头的抗应力腐蚀性。
同理，对于预定偏斜或偶然偏斜的深井，与通过接头传递弯曲力矩有关的应力降低，井的中轴线向拱背线移动，从而又得到一种更有利的应力状态。
对于特殊的用途，例如，在常有诸如H2S之类腐蚀流体的环境下使用，本发明的接头如果采用含V、Ti和Nb的Cr-Mn-V或Cr-Mo钢来制造，则特别优越，这些钢要经淬火和回火，因此具有回火马氏体组织。
此外，如果腐蚀流体是高温的（例如：150℃），而且，或许还有高盐分，那么，接头可用不锈钢或镍基合金制造。或许还要进行一般的抗咬合处理例如，离子注入贵金属或硬化元素，或者解沉积硬化金属和或润滑金属（例如Ni+Cr）。事实上，将按照本发明的金属密封与支座结合起来，或者再加上上述第一种用途的Antares螺纹和第二种用途的钩形螺纹，可以保证与上述流体接触的表面的拉应力状态总是处在低水平，故接头对应力腐蚀不那么敏感。
下面参考附图更详细地说明本发明，附图中图解说明了一个实施例，其目的完全是为举例说明本发明，而不是对本发明的范围或下面的权利要求作任何限制。
图1为由阳端1和阴端2组成的螺纹接头的轴向剖面图，为了方便说明起见，阳端和阴端的螺纹均用标号3表面。
方框部位A包括本发明提出的支座和金属密封，这二个部分的细节详见图2和图3。图2表示开始组装时密封面相接触的情况，而图3则表示拧紧后的状况。
图2和图3示出了阴端管件2（在螺纹3的外面）的部分端部，其中有两个锥形内表面10和9，它们与阳端管件的相应表面相配合，分别形成本发明的支座和金属密封。
图2和图3还示出了阳端管件的端部，在它的螺纹3的外部有一系列带有不同角度的普通锥形表面。图中的标号4表示的是将要和阴端管件2的相应表面9相接触而形成密闭式金属密封的表面。而以标号5表示的是与阴端管件2相应表面10相接触的支座表面。这两对表面（4和9）、（5和10）的前者分别有6.25～9.25%的锥度，并且与接头轴的垂直表面形成5～10°角（与后者有关）。
从图中可以看出，表面9比表面4大得多，因此，能保证这两个表面总能相接触，故能达到本发明所预想的结构公差大的目的。
从图2也可以看出，当拧紧接头时，在支座表面5和10到达接触之前，密封部位4和9优先接触。
图3示出了组装后，支座表面5和10也相互接触、接头处于使用状态时的形状。
为了图解方便，金属密封的接触表面予以放大，以便能更清楚地了解接头的密封方法。
根据本发明的接头既可以由两根分别带有阳端和阴端的管子组成（整体连接），也可以在管子的两端做出阳端，再用两端带有内螺纹的管套很方便地将它们连在一起（管套连接）。管套接近中点的中间部体较厚，以便容纳密封和支座区。