CN105518364B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

该钢管用螺纹接头具备：套筒，其为第2管材的开口端；和截锥状的销，其为第1管材的一端，且被***所述套筒中，所述销具有外螺纹部和包含锥面的密封部，所述外螺纹部为锥螺纹，所述套筒具有内螺纹部和包含锥面的密封部，所述内螺纹部为锥螺纹，在所述销和所述套筒的联结开始前的状态下，所述销的所述锥面的最小直径比所述套筒的所述锥面的最大直径小。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本发明涉及钢管用螺纹接头。

本申请基于2013年9月6日在日本提出申请的特愿2013-184717号主张优先权，将其内容引用于本说明书中。

背景技术

油井和天然气井等(以下统称为“油井”)中，作为套管(casing)或配管(tubing)等的油井管，使用通过螺纹接头依次连结的钢管。通常，作为这种螺纹接头，应用美国石油协会(American Petroleum Institute)标准所规定的仅具有锥螺纹的接头。该螺纹接头由具有锥螺纹的外螺纹部的第1管材、和具有锥螺纹的内螺纹部的第2管材构成。通过第1管材的外螺纹部拧入第2管材的内螺纹部中，第1管材和第2管材被连结。

钢管用螺纹接头的方式大致分为联接(coupling)方式和整体(integral)方式。联接方式的情况下，第1管材为钢管，第2管材为联接件(短管)。该情况下，在钢管的两端部形成外螺纹部，在联接件的两端部形成内螺纹部。即，联接方式中，相邻的钢管经由联接而被连结。

另一方面，整体方式的情况下，第1管材和第2管材都是钢管，不使用联接件。该情况下，在钢管的一端部形成外螺纹部，在另一端部形成内螺纹部。即，整体方式中，不使用联接件，相邻的钢管彼此被直接连结。

一般地，形成有外螺纹部的第1管材的接头部分包含***内螺纹部的要素，因此被称为销(pin)。另一方面，形成有内螺纹部的第2管材的接头部分包含接受外螺纹部的要素，因此被称为套筒(box)。以下，也将包含外螺纹部的接头部分称为销，将包含内螺纹部的接头部分称为套筒。

钢管用螺纹接头中，销的外螺纹部被拧入套筒的内螺纹部，外螺纹部与内螺纹部嵌合贴合。不具有密封面(无螺纹面)的API标准的螺纹接头等中，通过这样使外螺纹部和内螺纹部嵌合贴合，确保螺纹接头的密封性和耐压性。

近年，随着使用螺纹接头的油井环境的高深度化和严酷化，特别是在套管所使用的大径钢管的螺纹接头中，要求更优异的密封性和耐压性。为此，在销的外表面和套筒的相对的内表面分别设置无螺纹面(密封面)，使这些密封面嵌合的金属接触密封件(metaltouch seal)作为密封机构被广泛使用。

金属接触密封件中，销的外径设定得比套筒的内径略大(将其径差称为“密封干涉量”)。金属接触密封件中，销和套筒嵌合而在径向产生干涉，由此在扩径了的套筒与缩径了的销之间，各自会产生回复到原来直径的弹性回复力。该弹性回复力使密封面紧密地贴合。

以提高密封性和耐压性为目的，曾提出专利文献1～3所公开的螺纹接头。

例如，专利文献1所公开的管用螺纹接头，在与鼻顶端(nose tip，凸部顶端)离开的位置设置密封部，使鼻部从密封部直到肩部(抵接面)长长地延伸，由此提高密封性和耐压性。

专利文献2、3所公开的钢管用螺纹接头，第1管材(销)和第2管材(套筒)各自除了彼此嵌合贴合的锥螺纹(外螺纹部、内螺纹部)以外，还具有密封面和抵接面(肩面)。因此，专利文献2、3所公开的钢管用螺纹接头，销和套筒的密封面随着销的拧入，彼此接触发生贴合，由此形成金属接触所带来的密封(金属接触密封)。另外，销和套筒的抵接面随着销的拧入彼此接触发生贴合，承担限制销的拧入的塞(stopper)的作用，并且承担赋予与向外螺纹部拧入的行进方向相反方向的载荷、即赋予螺纹的拧紧轴向力(make-up axial force)的作用。

在先技术文献

专利文献1：日本国特开2012-149760号公报

专利文献2：国际公开WO2011/060894号公报

专利文献3：日本国特开2012-506000号公报

发明内容

在油井的现场，将2根管材连结时，使用被称为动力钳的拧紧装置，销被拧入套筒。此时，拧紧扭矩和拧入的进行(拧紧转数的增加)处于如图8所示的关系，因此销向套筒的拧入状态(销与套筒的联结状态)通过监控(测定)拧入所需要的拧紧扭矩来掌握。

在销向套筒的拧入正常进行的情况下，如图8所示，拧紧扭矩随着拧入的进行(拧紧转数的增加)缓缓且单调地上升。然后，在拧入即将结束之前抵接面彼此接触，由此拧紧扭矩急剧地上升(将其称为台肩(shouldering))。

另一方面，在拧入的过程中发生擦伤(galling)等异常的情况下，在发生台肩之前，拧紧扭矩过度地上升。

专利文献1所公开的管用螺纹接头，在将螺纹接头螺合联结的过程中，销和套筒的密封面彼此以小的接触幅度并且以高的平均接触压力接触同时发生滑动，因此难以抑制擦伤的发生。此外，专利文献2、3所公开的钢管用螺纹接头，尽管销向套筒的拧入正常地进行，但拧紧扭矩在拧入的过程中过度地上升、和/或不规则地变动(即，产生拧紧扭矩的驼峰(humping))。

图10是表示产生了拧紧扭矩的驼峰的情况的、拧紧转数与拧紧扭矩的关系的示意图。如图10所示，如果在销的拧入过程中产生拧紧扭矩的驼峰，则难以准确地掌握销的拧入状态。因此，有时会在驼峰产生时判断为拧入已经结束。如果错误地判断拧入的结束，则拧入变得不充分，存在第1管材与第2管材的连结不完全的可能性。

因此，本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供一种能够抑制在销与套筒的联结时产生的、拧紧扭矩的驼峰的钢管用螺纹接头。

为了解决上述课题，本发明采用以下技术方案。

(1)本发明涉及的第1方式，是将第1管材和第2管材连结的钢管用螺纹接头，具备：套筒，其为所述第2管材的开口端；和截锥状的销，其为所述第1管材的一端，且被***所述套筒中，所述销具有外螺纹部和包含锥面的密封部，所述外螺纹部为锥螺纹，所述套筒具有内螺纹部和包含锥面的密封部，所述内螺纹部为锥螺纹，在所述外螺纹部和所述内螺纹部通过螺合而联结时，在该联结的过程中，所述销的所述密封部与所述套筒的所述密封部彼此接触之后，所述外螺纹部的螺纹谷底部和所述内螺纹部的螺纹牙顶部彼此接触，在所述联结开始前的状态下，所述销的所述锥面的最小直径比所述套筒的所述锥面的最大直径小。

(2)在上述(1)所述的方式中，所述销的所述密封部可以设置在比所述外螺纹部靠所述销的顶端侧的位置、和比所述外螺纹部靠所述销的基端侧的位置这两个位置。

(3)在上述(1)或(2)所述的方式中，所述销可以还具有设置在比所述销的所述密封部靠所述销的顶端侧的R部，所述套筒可以还具有设置在比所述套筒的所述密封部靠所述套筒的顶端侧的R部。

(4)在上述(1)～(3)的任一项所述的方式中，所述外螺纹部可以沿着所述第1管材的管轴方向被分割为多个，在所述管轴方向上彼此相邻的所述外螺纹部之间还设置有所述销的所述密封部。

(5)在上述(1)～(4)的任一项所述的方式中，所述销可以还具有在其顶端或基端设置的抵接面。

(6)在上述(1)～(5)的任一项所述的方式中，所述第1管材和所述第2管材可以分别为钢管。

(7)在上述(6)所述的方式中，所述第1管材和所述第2管材的主体部分的外径可以为190mm以上，在所述联结的开始前的状态下，所述套筒的外径可以超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的100％且低于其104％。

(8)在上述(7)所述的方式中，在所述联结的开始前的状态，所述销的所述锥面的所述最小直径和所述套筒的所述锥面的所述最大直径之差，可以超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的0％且为其0.3％以下。

(9)在上述(1)～(5)的任一项所述的方式中，所述第1管材可以为钢管，所述第2管材可以为联接件。

(10)在上述(9)所述的方式中，所述第1管材的主体部分的外径可以为190mm以上。

(11)在上述(10)所述的方式中，在所述联结的开始前的状态，所述销的所述锥面的所述最小直径和所述套筒的所述锥面的所述最大直径之差，可以超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的0％且为其0.3％以下。

根据上述各方式，能够抑制在销与套筒的联结时产生的拧紧扭矩的驼峰。

附图说明

图1A是表示本发明的第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头的要部的纵截面图，是表示销与套筒的联结前的状态的图。

图1B是表示图1A所示的钢管用螺纹接头中的销与套筒的联结初期的状态的图。

图1C是表示图1A所示的钢管用螺纹接头中的销与套筒的联结结束时的状态的图。

图2A是图1B的放大图，是表示销的顶端侧的图。

图2B是图1B的放大图，是表示销的基端侧的图。

图3A是图1B的用X表示的部分的放大图，是表示外螺纹部和内螺纹部的图。

图3B是图1C的用Y表示的部分的放大图，是表示外螺纹部和内螺纹部的图。

图4A是表示图1A所示的钢管用螺纹接头中的销与套筒的联结途中的状态的图，是表示销的顶端侧的图。

图4B是图1C的放大图，是表示销的顶端侧的图。

图5A是表示图1A所示的钢管用螺纹接头中的销与套筒的联结途中的状态的图，是表示销的基端侧的图。

图5B是图1C的放大图，是表示销的基端侧的图。

图6是表示本发明的第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头的变形例的纵截面图。

图7是表示本发明的第2实施方式涉及的钢管用螺纹接头的纵截面图。

图8是表示本发明的第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头中的拧紧转数与拧紧扭矩的关系的示意图。

图9A是表示拧紧扭矩的驼峰产生的钢管用螺纹接头的放大图，是表示销的顶端侧的图。

图9B是表示拧紧扭矩的驼峰产生的钢管用螺纹接头的放大图，是表示销的基端侧的图。

图10是表示拧紧扭矩的驼峰产生的钢管用螺纹接头中的拧紧转数与拧紧扭矩的关系的示意图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的各实施方式详细地说明。再者，在本说明书和附图中，对于具有实质上相同功能构成的构成要素，通过附带相同标记来省略重复说明。

(第1实施方式)

[钢管用螺纹接头的构成例]

首先，对本发明的第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1(以下，也简单称为“螺纹接头”)进行说明。图1A～图1C是表示本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1的纵截面图。再者，图1A是将销20向套筒30拧入前的状态(销20和套筒30的联结前的状态)的图，图1B是表示销20的拧入初期的状态(销20与套筒30的联结初期的状态)的图，图1C是表示销20的拧入结束了的状态(销20与套筒30的联结结束时的状态)的图。对于销20和套筒30的联结以后叙述。

本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1如图1A～图1C所示，是为了将上部管材2(第1管材)和下部管材3(第2管材)沿着管轴CL的方向(管材的长度方向、管材的连结方向、或铅垂方向；参照图1A)串联地连结(接合)而使用的。钢管用螺纹接头1具备：在上部管材2的一端(下端)设置的截锥状的销20、和在下部管材3的开口端(上端)设置的套筒30。再者，钢管用螺纹接头1是上部管材2和下部管材3都为钢管的整体方式的螺纹接头。另外，以下将管轴CL的方向称为“管轴方向”。

如图1A所示，在上部管材2的下端(一端)设置的截锥状的销20中，从销20的顶端侧起，依次设置有顶端面25、第1R部26(第1曲线部)、第1密封部22、外螺纹部21、第2R部27(第2曲线部)、第2密封部23和抵接面24。再者，图1A中，省略了第1R部26和第2R部27的图示。外螺纹部21是锥螺纹，在销20的外周面形成为螺旋状。抵接面(肩面)24是沿着径向(相对于管轴方向垂直的方向)的环状面，相对于径向稍微倾斜。抵接面24的倾斜角优选为例如20°以下，更优选为15°。在此，所谓锥螺纹，是指在截锥的外面或内面设置的螺纹。

再者，在图1A中，下侧是销20中的顶端侧(前端侧)，上侧是套筒30中的顶端侧(前端侧)。另外，将销20和套筒30的与顶端侧相反的一侧称为基端侧(后端侧)。以后，在本说明书的全部图中是同样的。

另外，如图1A所示，在下部管材3的开口端(上端)设置的套筒30中，从套筒30的基端侧起，依次设置有基端面35、第3密封部32、第3R部36(第3曲线部)、内螺纹部31、第4密封部33、第4R部37(第4曲线部)和抵接面34。再者，图1A中，省略了第3R部36和第4R部37的图示。内螺纹部31与外螺纹部21同样是锥螺纹，在套筒30的内周面形成为螺旋状。

套筒30的第3密封部32、内螺纹部31、第4密封部33和抵接面34，分别与销20的第1密封部22、外螺纹部21、第2密封部23和抵接面24对应地设置。再者，将在以后叙述，销20的外螺纹部21的螺纹牙和套筒30的内螺纹部31的螺纹牙，在与管轴方向平行的截面观察的情况下，具有倒梯形的形状(以后称为燕尾形状)，彼此啮合。

图2A是图1B的放大图，是表示销20的顶端侧(套筒30的基端侧)的图。如图2A所示，第1密封部22具有在销20的外周面形成的第1锥面22a(第1密封锥面)和第1曲率面22b。

在与管轴方向平行的截面观察销20情况下，第1锥面22a以规定角度(锥角)倾斜。即，第1锥面22a在销20的外周面，形成从销20的基端侧向着顶端侧逐渐缩径的截锥面。锥面22a的锥角优选设为例如2～21°，更优选设为2～15°，进一步优选设为2～7°。

在与管轴方向平行的截面观察销20的情况下，第1曲率面22b由圆弧等的以规定曲率描绘的曲线形成，将第1密封部22(第1锥面22a)和外螺纹部21平滑地连接。这样，设置第1曲率面22b，将第1密封部22(第1锥面22a)和外螺纹部21平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第1曲率面22b可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

销20的第1R部26(销20的前方R部)具有平滑地变小且带有圆角的形状(参照图2A的斜线部)，将第1密封部22和顶端面25平滑地连接。即，第1R部26(第1曲线部)具有相当于圆弧等的以规定曲率描绘的曲线绕管轴CL旋转得到的旋转体的周面的面(曲率面或R面)。这样，设置第1R部26，将第1密封部22和顶端面25平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第1R部26可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

另外，如图2A所示，套筒30的第3密封部32具有第3锥面32a(第3密封锥面)。在与管轴方向平行的截面观察套筒30的情况下，第3锥面32a以规定角度(锥角)倾斜。即，第3锥面32a在套筒30的内周面，形成从套筒30的基端侧朝向顶端侧逐渐扩径了的截锥面。第3锥面32a的锥角优选为例如2～21°，更优选为2～15°，进一步优选为2～7°。

套筒30的第3R部36(套筒30的后方R部)具有平滑地变大且带有圆角的形状(参照图2A的斜线部)，将第3密封部32和内螺纹部31(在图2A中未图示)的后端31e平滑地连接。即，第3R部36(第3曲线部)具有相当于圆弧等的以规定曲率描绘的曲线绕管轴CL旋转得到的旋转体的周面的面(曲率面或R面)。这样，设置第3R部36，将第3密封部32和内螺纹部31的后端31e平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第3R部36可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

销20的第1锥面22a的锥角、和套筒30的第3锥面32a的锥角是恒定的。另外，第1锥面22a的锥角与第3锥面32a的锥角实质上相同。在此，锥角实质上相同是指允许±0.75°的差。

另外，第3锥面32a比第1锥面22a长。即，第3锥面32a中的前端32b与后端32c之间的距离比第1锥面22a中的前端22c与后端22d之间的距离大。

另外，如图2A所示，第1密封部22、第3密封部32、第1R部26和第3R部36是无螺纹部。

再者，优选第3密封部32仅由第3锥面32a构成。该情况下，锥面彼此以大的面积接触，因此能够抑制平均接触压。其结果，能够提高耐擦伤性能。

图2B是图1B的放大图，是表示销20的基端侧(套筒30的顶端侧)的放大图。如图2B所示，销20的第2密封部23具有在销20的外周面形成的第2锥面23a(第2密封锥面)。

在与管轴方向平行的截面观察销20的情况下，第2锥面23a以规定角度(锥角)倾斜。即，第2锥面23a在销20的外周面，形成有从销20的基端侧朝向顶端侧逐渐缩径了的截锥面。第2锥面23a的锥角优选为例如2～21°，更优选为2～15°，进一步优选为2～7°。

销20的第2R部27(销20的后方R部)具有平滑地变大且带有圆角的形状(参照图2B的斜线部)，将第2密封部23和外螺纹部21(在图2B中未图示)的后端21e平滑地连接。即，第2R部27(第2曲线部)具有相当于圆弧等的以规定曲率描绘的曲线绕管轴旋转得到的旋转体的周面的面(曲率面或R面)。这样，设置第2R部27，将第2密封部23和外螺纹部21的后端21e平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第2R部27可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

套筒30的第4密封部33具有在套筒30的内周面形成的第4锥面33a(第4密封锥面)和第2曲率面33b。

在与管轴方向平行的截面观察套筒30的情况下，第4锥面33a以规定角度(锥角)倾斜。即，第4锥面33a在套筒30的内周面，形成有从套筒30的基端侧朝向顶端侧逐渐扩径了的截锥面。第4锥面33a的锥角优选为例如2～21°，更优选为2～15°，进一步优选为2～7°。

在与管轴方向平行的截面观察套筒30情况下，第2曲率面33b由圆弧等的以规定曲率描绘的曲线形成，将第4密封部33(第4锥面33a)和内螺纹部31(在图2B中未图示)平滑地连接。这样，设置第2曲率面33b，将第4密封部33(第4锥面33a)和内螺纹部31平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第2曲率面33b可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

套筒30的第4R部(套筒30的前方R部)37具有平滑地变小且带有圆角的形状(参照图2B的斜线部)，将第4密封部33和套筒30的抵接面34平滑地连接。即，第4R部37(第4曲线部)具有相当于圆弧等的以规定曲率描绘的曲线绕管轴CL旋转得到的旋转体的周面的面(曲率面或R面)。这样，设置第4R部37，将第4密封部33和套筒30的抵接面34平滑地连接，由此能够防止联结时的擦伤。再者，第4R部37可以包含圆弧，也可以包含圆弧以外的曲线。

销20的第2锥面23a的锥角和套筒30的第4锥面33a的锥角是恒定的。另外，第2锥面23a的锥角与第4锥面33a的锥角实质上相同。锥角实质上相同是指允许±0.75°的差。

另外，第2锥面23a比第4锥面33a长。即，第4锥面33a中的前端33c与后端33d之间的距离，比第2锥面23a中的前端23b与后端23c之间的距离小。

另外，如图2B所示，第2密封部23、第4密封部33、第2R部27和第4R部37是无螺纹部。

再者，优选销20的第2密封部23仅由第2锥面23a构成。该情况下，锥面彼此以大的面积接触，因此能够抑制平均接触压。其结果，能够提高耐擦伤性能。

图3A是图1B中用X表示的部分的放大图，是表示外螺纹部21和内螺纹部31的图。如图3A所示，外螺纹部21具有螺纹牙顶部21c、螺纹谷底部21d、***齿侧面(stabbing flanksurface)21a和负载齿侧面(load flank surface)21b。销20具有锥形，因此螺纹牙顶部21c和螺纹谷底部21d的直径沿着管轴方向变化。螺纹牙顶部21c和螺纹谷底部21d在管轴方向上是平行的。在螺纹牙顶部21c和螺纹谷底部21d分别设置有连接弯曲部。

再者，外螺纹部21具有螺纹牙顶部21c的宽度(管轴方向中的螺纹牙顶部21c的长度)比基底部(螺纹牙的根部)的宽度大的燕尾形状。

另外，如图3A所示，内螺纹部31具有螺纹牙顶部31c、螺纹谷底部31d、***齿侧面31b、负载齿侧面31a。套筒30具有锥形，因此螺纹牙顶部31c和螺纹谷底部31d的直径沿着管轴方向变化。螺纹牙顶部31c和螺纹谷底部31d在管轴方向上是平行的。在螺纹牙顶部31c和螺纹谷底部31d分别设置有连接弯曲部。

再者，与外螺纹部21的情况同样地，内螺纹部31也具有燕尾形状(倒梯形形状)。

螺纹牙顶部21c、31c和螺纹谷底部21d、31d具有沿着管轴方向变化的宽度，例如，螺纹牙顶部21c的宽度L如下所示。

L＝L0+Ax···(式1)

在此，L0和A是常数，x是沿着管轴方向的位置，宽度L与管轴方向平行地测定。

钢管用螺纹接头1中，外螺纹部21的螺纹牙顶部21c的宽度沿着管轴方向减少(即，从销20的基端侧朝向顶端侧减少)，外螺纹部21的螺纹谷底部21d的宽度沿着管轴方向增加(即，从销20的基端侧朝向顶端侧增加)。另外，内螺纹部31的螺纹牙顶部31c的宽度沿着管轴方向增加(即，从套筒30的顶端侧朝向基端侧增加)，内螺纹部31的螺纹谷底部31d的宽度沿着管轴方向减少(即，从套筒30的顶端侧朝向基端侧减少)。

接着，对于将销20拧入套筒30的过程(销20和套筒30的联结过程)进行说明。

在将上部管材2和下部管材3连结时(将销20和套筒30联结时)，首先如图1A所示，沿着管轴方向将销20***套筒30。接着，使销20相对于套筒30，绕管轴C相对旋转。这样，销20向套筒30沿着管轴方向拧入，进行销20的拧入(销20和套筒30的联结)。即，销20向套筒30的拧入从销20的基端侧朝向顶端侧进行(拧入进行方向)。

如图3A所示，在销20和套筒30的联结初期的状态，根据上部管材2整体的重量，成为外螺纹部21的***齿侧面21a与内螺纹部31的***齿侧面31b发生了接触的状态。换句话说，在联结初期的状态下，成为除了***齿侧面21a、31b以外，外螺纹部21和内螺纹部31处于非接触的状态。

从图1B和图3A所示的联结初期的状态，沿着管轴方向，进一步使销20拧入套筒30，则销20的第1密封部22和第2密封部23分别成为与套筒30的第3密封部32和第4密封部33发生了接触从而贴合了的状态。从该状态，进一步使销20拧入套筒30，则外螺纹部21的螺纹谷底部21d、和内螺纹部31的螺纹牙顶部31c彼此接触。

如果进一步使销20拧入套筒30，则如图1C所示，销20的抵接面24和套筒30的抵接面34彼此接触，成为销20的抵接面24按压套筒30的抵接面34的状态，销20的拧入(销20和套筒30的联结)结束。这样，通过使抵接面24、34互相接触，在销20的拧入被限制的同时，与销20的外螺纹部21所拧入的进行方向相反方向的载荷、即螺纹的拧紧轴向力被赋予。

另外，如图1C所示，通过第1密封部22和第3密封部32在接触的同时在径向发生干涉，由此可得到第1密封部22和第3密封部32的至少一部分在整个圆周上贴合的结构(金属接触密封件)。第1密封部22和第3密封部32带来的密封主要承担封闭上部管材2和下部管材3的内压Pin的作用。

同样地，通过第2密封部23和第4密封部33在接触的同时在径向发生干涉，可得到第2密封部23和第4密封部33的至少一部在整个圆周上贴合的结构(金属接触密封件)。第2密封部23和第4密封部33带来的密封主要承担封闭上部管材2和下部管材3的外压Pout的作用。

图3B是在图1C中由Y表示的部分的放大图，是表示联结结束时的状态下的外螺纹部和内螺纹部的图。如图3B所示，在联结结束时的状态，外螺纹部21的负载齿侧面21b和与其相对的内螺纹部31的负载齿侧面31a彼此接触贴合，外螺纹部21的螺纹谷底部21d和内螺纹部31的螺纹牙顶部31c彼此接触贴合。另外，如图3B所示，在联结结束时的状态，在销20的***齿侧面21a和套筒30的***齿侧面31b之间，在管轴方向上具有间隙，在销20的螺纹牙顶部21c和套筒30的螺纹谷底部31d之间，在径向上具有间隙。

如上所述，销20向套筒30拧入，销20和套筒30的联结结束，上部管材2和下部管材3被连结。

[驼峰的产生原因]

接着，对拧紧扭矩的驼峰产生的原因进行说明。图9A和图9B是表示驼峰产生的钢管用螺纹接头50的放大图。再者，图9A表示销20的顶端侧，图9B表示销20的基端侧。

如上所述，在销20和套筒30的联结初期的状态下，是外螺纹部21的***齿侧面21a和内螺纹部31的***齿侧面31b发生了接触的状态，但除此以外，外螺纹部21和内螺纹部31彼此为非接触(参照图3A)。即，在联结初期的状态，在外螺纹部21的螺纹谷底部21d和内螺纹部31的螺纹牙顶部31c之间存在间隙。另外，在外螺纹部21的螺纹牙顶部21c和内螺纹部31的螺纹谷底部31d之间、以及外螺纹部21的负载齿侧面21b和内螺纹部31的负载齿侧面31a之间也存在间隙。

即，在销20和套筒30的联结初期的状态，销20的外螺纹部21和套筒30的内螺纹部31缓缓地啮合，因此螺纹的啮合存在游隙。因此，在拧入进行下去的过程中，上部管材2的管轴(芯)和下部管材3的管轴(芯)有可能错开。

在这样的状况下，判断出在销20和套筒30的联结前的状态下，在销20和套筒30为以下的(i)、(ii)的情况下，即使没有发生擦伤等的异常也会产生驼峰。

(i)销20的第1锥面22a中的前端22c的直径D1比套筒30的第3锥面32a中的前端32b的直径D3大(参照图9A)。即，第1锥面22a的最小直径D1比第3锥面32a的最大直径D3大。

(ii)销20的第2锥面23a中的前端23b的直径D2比套筒30的第4锥面33a中的前端33c的直径D4大(参照图9B)。即，第2锥面23a的最小直径D2比套筒30的第4锥面33a的最大直径D4大。

在此，所谓锥面的直径，是在与管轴方向垂直的截面观察由锥面构成的截锥状的密封部时的直径。

在上述的(i)、(ii)的情况下，如果进行销20和套筒30的联结，则由于以下所示的情况而产生拧紧扭矩的驼峰。

从图9A所示的状态起，向套筒30拧入销20，则在销20的第1密封部22与套筒30的第3密封部32接触之前，销20的第1R部26会与套筒30的第3R部36接触。在第1R部26与第3R部36接触的情况下，根据它们的曲率面(R面)的形状和尺寸，第1密封部22没有平滑地***第3密封部32，上部管材2的管轴和下部管材3的管轴容易错开。

同样地，如图9B所示，在销20的第2密封部23与套筒30的第4密封部33接触之前，销20的第2R部27与套筒30的第4R部37接触。这样，在第2R部27与第4R部37接触的情况下，根据它们的曲率面(R面)的形状和尺寸，第2密封部23没有平滑地***第4密封部33，上部管材2的管轴和下部管材3的管轴容易错开。

在如上所述的销20的第1R部26与套筒30的第3R部36发生了接触的状态下，以销20的第1R部26与套筒30的第3R部36不稳定地接触的状态使销20拧入套筒30。同样地，在销20的第2R部27与套筒30的第4R部37发生了接触的状态下，以销20的第2R部27与套筒30的第4R部37不稳定地接触的状态使销20拧入套筒30。如上所述，在销20的外螺纹部21和套筒30的内螺纹部31之间，螺纹的啮合存在游隙，因此这样不稳定的拧入会带来拧紧扭矩的暂时上升和不规则的变动。这样，即使不发生擦伤等，也会发生拧紧扭矩的驼峰。

为了防止以上说明的驼峰的产生，在本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1中，如图2A所示，在销20和套筒30的联结前的状态下，第1锥面22a中的前端22c的直径D1比第3锥面32a中的前端32b的直径D3小。

同样地，本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1，如图2B所示，在销20和套筒30的联结前的状态下，第2锥面23a中的前端23b的直径D2比第4锥面33a中的前端33c的直径D4小。

即，本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1，在销20和套筒30的联结前的状态下，满足第1锥面22a的最小直径D1比第3锥面32a的最大直径D3小这一第1条件(D1<D3)、以及第2锥面23a的最小直径D2比套筒30的第4锥面33a的最大直径D4小这一第2条件(D2<D4)。

图4A是表示销20和套筒30的联结过程的状态的图，是表示销20的顶端侧的放大图。再者，所谓联结过程的状态，是指从图2A所示的联结初期的状态起，将销20进一步向套筒30拧入的状态。钢管用螺纹接头1，如上所述，在销20和套筒30的联结前的状态下，销20和套筒30满足上述第1条件(D1<D3)的关系。因此，如图4A所示，销20的第1R部26不会与套筒30的第3R部36接触，第1锥面22a和第3锥面32a平滑地接触。

图4B是表示销20和套筒30的联结结束时的状态的图，是表示销20的顶端侧的放大图。会在以后叙述，钢管用螺纹接头1中，销20的抵接面24和套筒30的抵接面34接触，销20和套筒30的联结结束(参照图5B)。如图4B所示，在销20和套筒30的联结结束时的状态，第1密封部22的部分或全部在整个圆周与第3锥面32a贴合。此时，在销20的顶端面25和套筒30的基端面35之间具有间隙。

另外，在联结结束时的状态，第1密封部22和第3密封部32在径向发生干涉，因此联结前的状态下的直径D1、D3和联结结束时的状态下的直径D1’、D3’未必一致。

再者，图4B中，第1锥面22a和第3锥面32a接触，但第1曲率面22b和第1锥面22a之中的至少一者与第3锥面32a接触即可。

图5A是表示销20和套筒30的联结过程的状态的图，是表示销20的基端侧的放大图。再者，图5A与图4A对应。如上所述，在销20和套筒30的联结前的状态下，销20和套筒30满足上述第2条件(D2<D4)的关系。因此，如图5A所示，销20的第2R部27没有与套筒30的第4R部37接触，第2锥面23a与第4锥面33a平滑地接触。

图5B是表示销20与套筒30的联结结束时的状态的图，是表示销20的基端侧的放大图。再者，图5B是与图4B对应的图。如图5B所示，在联结结束时的状态，第4密封部33的部分或全部在整个圆周与第2锥面23a贴合。再者，在钢管用螺纹接头1，销20的抵接面24和套筒30的抵接面34接触，销20和套筒30的联结结束。

另外，在联结结束时的状态，第2密封部23和第4密封部33在径向发生干涉，因此联结前的状态下的直径D2、D4和联结结束时的状态下的直径D2’、D4’未必一致。

另外，在图5B，第2锥面23a和第4锥面33a接触，但第4锥面33a和第2曲率面33b之中的至少一者与第2锥面23a接触即可。

再者，如上所述将销20和套筒30联结时，可以使用被称为动力钳的拧紧装置。

如上所述，本第1实施方式涉及的钢管用螺纹接头1中，销20的R部26、27分别没有与套筒30的R部36、37接触。其结果，在将销20拧入套筒30的过程中，销20的管轴(芯)和套筒30的管轴(芯)吻合，拧入顺利地进行。由此，能够抑制拧紧扭矩的驼峰。

另外，销20的R部26、27和套筒30的R部36、37接触的情况下，曲率面彼此接触，因此接触面积变小。该情况下，销20的R部26、27和套筒30的R部36、37在接触的区域产生高的接触压，成为容易引起擦伤的状况。但是，螺纹接头1能够避免销20的R部26、27和套筒30的R部36、37的接触，其结果，能够防止擦伤。因此，螺纹接头1具有难以引起擦伤的优点。

本第1实施方式涉及的螺纹接头1能够应用于整体方式和联接方式的任一种。在整体方式的情况下，上部管材2和下部管材3都是钢管。在联接方式的情况下，上部管材2是钢管，下部管材3是联接件(短管)。

另外，在连结大径钢管时容易产生拧紧扭矩的驼峰，因此优选本第1实施方式涉及的螺纹接头1用于大径钢管的连结。例如，在整体方式的情况下，上部管材2(钢管)和下部管材3(钢管)的主体部分(除了销、套筒以外的部分)的外径优选为190mm以上，更优选为240mm以上，最优选为290mm以上。

另外，套筒30的厚度越小，拧紧扭矩的驼峰越容易产生。例如，在联结开始前的状态下，下部管材3的套筒30的外径相对于上部管材2的主体部分(上部管材2中除了销20以外的部分)的外径超过100％且低于其104％的情况下，拧紧扭矩的驼峰容易产生。因此，下部管材3的套筒30的外径相对于上部管材2的主体部分的外径超过100％且低于其104％的情况下，螺纹接头1带来的驼峰抑制效果变大。

上部管材2和下部管材3的主体部分(上部管材2中除了销20以外的部分，下部管材3中除了套筒30以外的部分)的外径的上限没有特别规定。但是，在油井管用途的情况下，埋设于浅的深度的导管等的超大径(超过600mm)的油井管用螺纹接头中基本不使用金属密封。如果考虑这一点，则可以对主体部分的外径为600mm以下的钢管很好地使用螺纹接头1。

联接方式也同样地，优选上部管材2(钢管)的主体部分的外径为190mm以上，更优选为240mm以上，最优选290mm以上。

在此，一般钢管的尺寸(径、长度等)越大，钢管的尺寸精度降低的倾向越大。大径钢管时，该尺寸精度的降低会在销20和套筒30的联结前的状态下，影响到销20和套筒30的密封部(锥面)的正圆度。因此，在对大径钢管的连结使用本第1实施方式涉及的螺纹接头1的情况下，优选考虑各密封部(各锥面)的正圆度，适当地设计销20和套筒30的联结前的状态下的、销20的直径D1、D2和套筒30的直径D3、D4。

具体而言，在联结前的状态下的销20的直径D1、D2以及联结前的状态下的套筒30的直径D3、D4之差小的情况下，正圆度大大降低时无法充分得到驼峰防止效果。另外，在对销20和套筒30实施化学转化处理、镀敷处理等的表面处理的情况下，如果不在该表面处理的厚度以上设置直径D1与直径D3之差、和直径D2与直径D4之差，则无法充分得到驼峰防止效果。另外，在锥面彼此开始接触的时刻，在外螺纹部21和内螺纹部31之间的间隙大，因此如果先设置好径差的裕度，则能够提高驼峰防止效果。

另一方面，如果将联结前的状态下的销20的直径D1、D2和联结前的状态下的套筒30的直径D3、D4之差设定为超出必要得大，则产生增长密封部的锥面的必要，设计浪费过多，制造成本增大。

由以上来看，直径D1与直径D3之差和直径D2与直径D4之差优选超过钢管(上部管材2)的主体部分的外径的0％且为其0.3％以下，更优选超过0.05％且为其0.2％以下。

本第1实施方式中，示出在销20的顶端侧和基端侧设置密封部(第1密封部22、第2密封部23)，并且与其对应的密封部(第3密封部32、第4密封部33)设置于套筒30的情况。但是，根据钢管用螺纹接头1所要求的密封性和耐压性，密封部也可以仅设置于锥螺纹(外螺纹部21、内螺纹部31)的形成区域的前方(顶端侧)和后方(基端侧)的任一方。即，也可以仅设置第1密封部22和第2密封部23之中的任一方，并与其对应地，在套筒30设置第3密封部32或第4密封部33。

另外，本第1实施方式中，示出销20的抵接面24设置于销20的基端(销20的后端)，与其对应地，套筒30的抵接面34设置于套筒30的顶端(套筒30的前端)的情况。但是，考虑钢管用螺纹接头1所要求的密封性和耐压性，也可以如图6所示，在销20的顶端面25设置抵接面25a，与其对应地，在套筒30的基端面设置抵接面35a。

(第2实施方式)

接着，对本发明的第2实施方式涉及的钢管用螺纹接头100进行说明。再者，对于与上述构成要素相同的构成要素，通过附带同一标记而省略以下的说明。

图7是表示本第2实施方式涉及的钢管用螺纹接头100的纵截面图。第1实施方式中，锥螺纹的形成区域为1个，但本第2实施方式中，如图7所示，销20的外螺纹部21沿着管轴方向被分割为2个，形成有上段外螺纹部128和下段外螺纹部129。同样地，套筒30的内螺纹部31沿着管轴方向被分割为2个，形成有上段内螺纹部138和下段内螺纹部139。在上段外螺纹部128和下段外螺纹部129之间(中间部)设置第5密封部121，在上段内螺纹部138和下段内螺纹部139之间设置第6密封部131。再者，第5密封部121和第6密封部131分别由第5锥面121a和第6锥面131a构成。

根据本第2实施方式涉及的钢管用螺纹接头100，与第1实施方式相比，即使在第1密封部22、第2密封部23、第3密封部32和第4密封部33的任一个发生泄漏，由于第5密封部121和第6密封部131发挥后备密封密封的作用，因此能够进一步提高密封性和耐压性。

再者，在本第2实施方式涉及的螺纹接头100中，也可以使销20的外螺纹部21被分割为3个以上，套筒30的内螺纹部31被分割为3个以上。该情况下，在被分割的外螺纹部21之间设置密封部，与其对应，在被分割的内螺纹部31之间设置密封部即可。

以上，说明了本发明的实施方式，但这些实施方式是作为例子提出的，发明的保护范围不仅限定于这些实施方式。这些实施方式可以在其他各种形态下实施，在不脱离发明主旨的范围可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形与发明的保护范围和主旨所包含的内容同样地，包含在专利请求保护的范围所记载的发明及其均等的范围中。

例如，也可以采用上部管材2(第1管材)具备套筒30，下部管材3(第2管材)具备销20的螺纹接头。

实施例

为了确认本发明所带来的效果，制作表1和表2所示的构成整体方式的螺纹接头的钢管，使用拧紧装置实施了销和套筒的联结试验。钢管的材质和尺寸涉及的各种特性如表1所示。

表1

对于销的第1锥面中的前端直径D1和套筒的第3锥面中的前端直径D3的尺寸关系、以及销的第2锥面中的前端直径D2和套筒的第4锥面中的前端直径D4的尺寸关系如表2所示。

表2

实施例中，销的第1、第2密封部的任一个都是销的锥面中的前端直径D1、D2分别比套筒的锥面中的前端直径D3、D4小，因此如图8所示，没有产生拧紧扭矩的驼峰。比较例中，销的第1、第2密封部的任一个都是销的锥面中的前端直径D1、D2分别比套筒的锥面中的前端直径D3、D4大，因此如图10所示，产生了拧紧扭矩的驼峰。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种钢管用螺纹接头，其能够抑制在销和套筒的联结时产生的拧紧扭矩的驼峰。

附图标记说明

1：钢管用螺纹接头(第1实施方式)

2：上部管材(第1管材)

3：下部管材(第2管材)

20：销

21：外螺纹部

22：第1密封部(销的密封部)

22a：第1锥面(第1密封部的锥面)

22b：第1曲率面(第1密封部的曲率面)

22c：第1锥面的前端

22d：第1锥面的后端

23：第2密封部(销的密封部)

23a：第2锥面(第2密封部的锥面)

23b：第2锥面的前端

23c：第2锥面的后端

24：销的抵接面(销的基端面)

25：销的顶端面

26：第1R部(销的前方R部)

27：第2R部(销的后方R部)

30：套筒

31：内螺纹部

32：第3密封部(套筒的密封部)

32a：第3锥面(第3密封部的锥面)

32b：第3锥面的前端

32c：第3锥面的后端

33：第4密封部(套筒的密封部)

33a：第4锥面(第4密封部的锥面)

33b：第2曲率面(第4密封部的曲率面)

33c：第4锥面的前端

33d：第4锥面的后端

34：套筒的抵接面(套筒的顶端面)

35：套筒的基端面

36：第3R部(套筒的后方R部)

37：第4R部(套筒的前方R部)

100：钢管用螺纹接头(第2实施方式)

121：第5密封部(销的密封部)

121a：第5锥面(第5密封部的锥面)

128：上段外螺纹部

129：下段外螺纹部

131：第6密封部(套筒的密封部)

131a：第6锥面(第6密封部的锥面)

138：上段内螺纹部

139：下段内螺纹部

D1：第1锥面的前端直径(第1锥面的最小直径)

D2：第2锥面的前端直径(第2锥面的最小直径)

D3：第3锥面的前端直径(第3锥面的最大直径)

D4：第4锥面的前端直径(第4锥面的最大直径)

CL：管轴

Pin：内压

Pout：外压

Claims (11)

1.一种钢管用螺纹接头，是将第1管材和第2管材连结的钢管用螺纹接头，其特征在于，具备：

套筒，其为所述第2管材的开口端；和

截锥状的销，其为所述第1管材的一端，且被***所述套筒中，

所述销具有外螺纹部和包含锥面的密封部，所述外螺纹部为锥螺纹，

所述套筒具有内螺纹部和包含锥面的密封部，所述内螺纹部为锥螺纹，

在所述外螺纹部和所述内螺纹部通过螺合联结时，在该联结的过程中，所述销的所述密封部与所述套筒的所述密封部彼此接触之后，所述外螺纹部的螺纹谷底部和所述内螺纹部的螺纹牙顶部彼此接触，

在所述联结的开始前的状态下，所述销的所述锥面的最小直径比所述套筒的所述锥面的最大直径小。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述销的所述密封部，设置在比所述外螺纹部靠所述销的顶端侧的位置、和比所述外螺纹部靠所述销的基端侧的位置这两个位置。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述销还具有设置在比所述销的所述密封部靠所述销的顶端侧的R部，

所述套筒还具有设置在比所述套筒的所述密封部靠所述套筒的顶端侧的R部。

4.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述外螺纹部沿着所述第1管材的管轴方向被分割为多个，在所述管轴方向上彼此相邻的所述外螺纹部之间，还设置有所述销的所述密封部。

5.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述销还具有在其顶端或基端设置的抵接面。

6.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述第1管材和所述第2管材分别是钢管。

7.根据权利要求6所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述第1管材和所述第2管材的主体部分的外径为190mm以上，

在所述联结的开始前的状态下，所述套筒的外径超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的100％且低于其104％。

8.根据权利要求7所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，在所述联结的开始前的状态下，所述销的所述锥面的所述最小直径和所述套筒的所述锥面的所述最大直径之差，超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的0％且为其0.3％以下。

9.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述第1管材是钢管，所述第2管材是联接件。

10.根据权利要求9所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，所述第1管材的主体部分的外径为190mm以上。

11.根据权利要求10所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，在所述联结的开始前的状态下，所述销的所述锥面的所述最小直径和所述套筒的所述锥面的所述最大直径之差，超过所述第1管材的所述主体部分的所述外径的0％且为其0.3％以下。