CN108474504B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

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Abstract

公扣(10)从公扣(10)的顶端侧起依次具备台肩面(11)、第1密封面(12)、第1外螺纹部(13)、第2密封面(14)以及第2外螺纹部(15)。母扣(20)具备台肩面(21)、第1密封面(22)、第1内螺纹部(23)、第2密封面(24)以及第2内螺纹部(25)。第1外螺纹部(13)和第1内螺纹部(23)各自的载荷牙侧面(13d、23d)的牙型半角小于0°。第1外螺纹部(13)从靠近第2密封面(14)的一侧起依次划分为不完全螺纹部区域(31b)和完全螺纹部区域(31a)。不完全螺纹部区域(31b)的长度是螺距的3倍以上，该不完全螺纹部区域(31b)的螺纹高度比完全螺纹部区域(31a)的螺纹高度低。在不完全螺纹部区域(31b)，在螺纹牙顶面(13a、23a)与螺纹槽底面(23b、13b)之间形成间隙。

Description

钢管用螺纹接头
技术领域
本发明涉及用于钢管的连结的螺纹接头。
背景技术
在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)中，为了开采地下资源，使用套管、管道等被称为油井管(OCTG：Oil Country Tubular Goods)的钢管。钢管依次连结，其连结使用螺纹接头。
钢管用螺纹接头的形式被大致分成组合型和整体型。在组合型的情况下，作为连结对象的一对管材中的一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成内螺纹部。并且，钢管与管接头连结起来。在整体型的情况下，作为连结对象的一对管材都是钢管，不使用额外的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成外螺纹部，在另一端部的内周形成内螺纹部。并且，一个钢管和另一个钢管连结起来。
通常而言，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包含要***内螺纹部的要素，因此被称为公扣(pin)。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包含收纳外螺纹部的要素，因此被称为母扣(box)。这些公扣和母扣为管材的端部，因此均呈管状。
近年来，油井的高深度化和超深海化正在发展，随之，油井环境成为高温、高压且高腐蚀性这样的严酷的环境。为了应对这样的严酷的环境，大多使用厚壁的钢管作为油井管。对于连接这些钢管的螺纹接头，要求具有针对来自内部的压力(以下，也称为“内压”)和来自外部的压力(以下，也称为“外压”)的优异的密封性能。
作为关于厚壁钢管的螺纹接头谋求密封性能的提高的现有技术，存在下述的技术。国际公开第WO01/029476号(专利文献1)公开了具备两处基于面接触的密封部的螺纹接头。在该专利文献1的技术中，公扣从公扣的顶端侧朝向管主体侧依次具备台肩面、第1密封面、第1外螺纹部、第2密封面以及第2外螺纹部。母扣与公扣的上述各部分别相对应地具备台肩面、第1密封面、第1内螺纹部、第2密封面以及第2内螺纹部。由第1外螺纹部和第1内螺纹部构成的第1螺纹部是锥螺纹的梯形螺纹。由第2外螺纹部和第2内螺纹部构成的第2螺纹部也同样。
第1螺纹部和第2螺纹部分别在紧固完成的状态下嵌合密合，成为过盈配合的状态。第1密封面相互间和第2密封面相互间分别随着公扣的拧入而相互接触，在紧固完成的状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态。台肩面相互间随着公扣的拧入而相互接触并被按压，起到限制公扣的拧入的止挡件的作用。台肩面起到止挡件的作用，并且在紧固完成的状态下起到对第1螺纹部和第2螺纹部各自的公扣的载荷牙侧面施加所谓的螺纹的紧固轴力的作用。
在专利文献1所公开的第1螺纹部和第2螺纹部的情况下，在紧固完成的状态下，公扣的载荷牙侧面和母扣的载荷牙侧面相互间接触，并且公扣的螺纹槽底面与母扣的螺纹牙顶面接触，而且公扣的螺纹牙顶面与母扣的螺纹槽底面也接触。
在这样的结构的专利文献1的螺纹接头的情况下，利用第1螺纹部的嵌合密合和第2螺纹部的嵌合密合，确保了牢固的螺纹结合。此外，通过第1密封面相互间的嵌合密合，形成了基于面接触的靠内部的密封部，确保了主要针对内压的密封性能。另外，通过第2密封面相互间的嵌合密合，形成了基于面接触的靠外部的密封部，确保了主要针对外压的密封性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第WO01/029476号
发明内容
发明要解决的问题
对于在近年的严酷的环境下使用的螺纹接头、特别是厚壁钢管的螺纹接头，要求进一步提高针对内压和外压的密封性能。
本发明的目的在于，提供具有下述的特性的钢管用螺纹接头：
维持针对内压的密封性能，并且提高针对外压的密封性能。
用于解决问题的方案
本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头是一种螺纹接头，其由管状的公扣和管状的母扣构成，将所述公扣拧入所述母扣来紧固所述公扣和所述母扣。
所述公扣从顶端侧起依次具备台肩面、第1密封面、锥螺纹的第1外螺纹部、第2密封面以及锥螺纹的第2外螺纹部。
所述母扣从管主体侧朝向顶端侧依次具备台肩面、第1密封面、锥螺纹的第1内螺纹部、第2密封面以及锥螺纹的第2内螺纹部。
所述第1外螺纹部具有螺纹牙顶面、螺纹槽底面、***牙侧面以及载荷牙侧面。
所述第1内螺纹部具有：螺纹槽底面，其与所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面相对；螺纹牙顶面，其与所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面相对；***牙侧面，其与所述第1外螺纹部的所述***牙侧面相对；以及载荷牙侧面，其与所述第1外螺纹部的所述载荷牙侧面相对。
所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部各自的所述载荷牙侧面的牙型半角小于0°。
所述第1外螺纹部从靠近所述第2密封面的一侧起依次划分为不完全螺纹部区域和完全螺纹部区域。
所述不完全螺纹部区域的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的3倍以上，该不完全螺纹部区域的螺纹高度比所述完全螺纹部区域的螺纹高度低。
在紧固完成的状态下，
在所述完全螺纹部区域，所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的所述螺纹槽底面接触，并且所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部各自的所述载荷牙侧面相互间接触，在所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的所述螺纹牙顶面之间形成间隙，并且在所述第1外螺纹部与所述第1内螺纹部各自的所述***牙侧面相互间形成间隙，
在所述不完全螺纹部区域，在所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的所述螺纹槽底面之间形成间隙。
在上述的螺纹接头中，优选设为如下结构：所述不完全螺纹部区域的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的8倍以下。
在上述的螺纹接头中，优选设为如下结构：所述公扣在所述第1外螺纹部与所述第2密封面之间具备在紧固完成的状态下不与所述母扣接触的环状部。在该螺纹接头的情况下，优选的是，所述环状部的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的3倍以下。
在上述的螺纹接头中，优选设为如下结构：所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的所述螺纹牙顶面之间的间隙为0.05mm以上。
在上述的螺纹接头中，优选采用下述的结构。
所述第2外螺纹部具有螺纹牙顶面、螺纹槽底面、***牙侧面以及载荷牙侧面。
所述第2内螺纹部具有：螺纹槽底面，其与所述第2外螺纹部的所述螺纹牙顶面相对；螺纹牙顶面，其与所述第2外螺纹部的所述螺纹槽底面相对；***牙侧面，其与所述第2外螺纹部的所述***牙侧面相对；以及载荷牙侧面，其与所述第2外螺纹部的所述载荷牙侧面相对。
所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述载荷牙侧面的牙型半角小于0°。
在紧固完成的状态下，所述第2外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第2内螺纹部的所述螺纹牙顶面接触，并且所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述载荷牙侧面相互间接触，在所述第2外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第2内螺纹部的所述螺纹槽底面之间形成间隙，并且在所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述***牙侧面相互间形成间隙。
发明的效果
本发明的钢管用螺纹接头具有下述的显著的效果：
能够维持针对内压的密封性能，并且提高针对外压的密封性能。
附图说明
图1是表示第1实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。
图2是放大图1所示的钢管用螺纹接头中的第2密封部附近的纵剖视图。
图3是表示第2实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。
图4是放大图3所示的钢管用螺纹接头中的第2密封部附近的纵剖视图。
具体实施方式
本发明人为了达成上述目的，着眼于具备两处基于面接触的密封部的螺纹接头，针对能够最大限度地发挥各密封部的密封性能的结构反复进行了深入研究。该螺纹接头的主要的结构如下。在公扣的顶端设有台肩面。螺纹部分割为靠内部的第1螺纹部(以下，也称为“内侧螺纹部”)和靠外部的第2螺纹部(以下，也称为“外侧螺纹部”)这两者，第1螺纹部和第2螺纹部均是锥螺纹的梯形螺纹。在台肩面与第1螺纹部之间设有基于第1密封面相互间的面接触的第1密封部(以下，也称为“内密封部”)。在第1螺纹部与第2螺纹部之间设有基于第2密封面相互间的面接触的第2密封部(以下，也称为“中间密封部”)。内密封部有助于主要针对内压的密封性能。中间密封部有助于主要针对外压的密封性能。作为研究的结果，首先获得了下述的见解。
作为提高针对外压的密封性能的方法，想到了以下的方法。第1方法是增大中间密封部处的嵌合量(干涉量)。其原因在于，在中间密封部提高密封面相互间的接触面压。
在第1方法中，在将公扣***母扣之际，需要避免公扣的第1外螺纹部与母扣的第2密封面之间的接触、以及公扣的第2密封面与母扣的第2内螺纹部之间的接触。因此，必须将尺寸设计为，公扣的第2密封面的最大径比母扣的第2内螺纹部的最小径小，母扣的第2密封面的最小径比公扣的第1外螺纹部的最大径大。为了增大中间密封部处的干涉量，存在加剧第1螺纹部和第2螺纹部的螺纹锥度的斜度的方法。此外，存在如下方法：在公扣的第1外螺纹部和母扣的第2内螺纹部的区域中的靠近中间密封部的区域设置螺纹高度比完全螺纹部的螺纹高度低的不完全螺纹部。
不过，在过度地加剧螺纹锥度的斜度的情况下，设置于公扣顶端的台肩面的面积减小，耐压缩性能降低。而且在该情况下，螺纹部的啮合长度变短，产生跳扣(公扣意外从母扣拔出的事态)的危险性增大。由于这些问题，加剧螺纹锥度的斜度的方法存在极限。另外，在第1方法中，若使干涉量过大，则在将公扣和母扣紧固之际有可能会产生粘附。因此，增大干涉量的方法存在极限。
第2方法是将公扣的中间密封部的区域厚壁化。其理由如下。随着向螺纹接头施加外压，公扣缩径变形，中间密封部的密封面相互间的接触松动。从这点来看，通过公扣的厚壁化提高了缩径阻力。不过，公扣的内径由API(American Petroleum Institute(美国石油协会))的标准规定，鉴于油井的构造上的制约，公扣的外径的扩大是有限的。因此，将公扣的中间密封部的区域厚壁化的方法存在极限。
因而，作为提高针对外压的密封性能的方法，仅靠上述的第1方法和第2方法是存在极限的。
因此，本发明人想到：在对螺纹接头施加有较高的外压时，是否只要能使母扣的中间密封部的区域缩径，就能够增大中间密封部的密封面相互间的接触面压。作为深入研究的结果，发现了以下的结构是有效的。
在将中间密封部(第2密封部)夹在中间的内侧螺纹部(第1螺纹部)和外侧螺纹部(第2螺纹部)中的内侧螺纹部中，在靠近中间密封部的区域降低相互啮合的公扣的外螺纹部与母扣的内螺纹部中的公扣的外螺纹部的螺纹高度。若设为这样的结构，则在螺纹高度变低的不完全螺纹部区域，螺纹的嵌合密合缓和。由此，在对螺纹接头施加有较高的外压时，母扣的内侧螺纹部的不完全螺纹部区域和与该不完全螺纹部区域相连的中间密封部的区域缩径。其结果，在中间密封部，密封面相互间的接触面压增大，针对外压的密封性能提高。
不过，需要留意以下的方面。首先，若内侧螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角是比0°大的正角，则即使随着施加外压而母扣缩径，也从公扣(外螺纹部)的载荷牙侧面受到反作用力，因此母扣的缩径被阻碍。因而，将内侧螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角设为小于0°的负角，以能够容许母扣的缩径。
而且，在如上述专利文献1的螺纹接头那样采用了在紧固完成的状态下公扣的螺纹槽底面与母扣的螺纹牙顶面接触那样的内侧螺纹部的情况下，即使在靠近中间密封部的区域降低公扣(外螺纹部)的螺纹高度，在该不完全螺纹部区域也维持公扣的螺纹槽底面与母扣的螺纹牙顶面之间的接触状态。因此，伴随着施加外压的母扣的缩径被阻碍。另外，在上述专利文献1的螺纹接头中，若在靠近中间密封部的区域降低母扣的第1内螺纹部的螺纹高度，则载荷牙侧面相互间的接触面积减小。由此，在对螺纹接头施加有拉伸载荷和压缩载荷时，作用于内侧螺纹部的应力相对变高，存在内侧螺纹部发生塑性变形的可能。而且，存在发生跳扣的可能。因而，采用公扣的螺纹牙顶面与母扣的螺纹槽底面接触那样的内侧螺纹部，以能够容许母扣的缩径。
本发明的钢管用螺纹接头是基于以上的见解而完成的。以下，说明本发明的钢管用螺纹接头的实施方式。
[第1实施方式]
图1是表示第1实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。图2是放大该钢管用螺纹接头中的第2密封部附近的纵剖视图。如图1和图2所示，本实施方式的螺纹接头是组合型的螺纹接头，由公扣10和母扣20构成。
公扣10从公扣10的顶端侧朝向管主体侧依次具备台肩面11、第1密封面12、第1外螺纹部13、第2密封面14以及第2外螺纹部15。第1密封面12和第2密封面14均呈锥状。严格来说，第1密封面12和第2密封面14分别呈由相当于越朝向公扣10的顶端侧而直径越缩小的圆台的周面的面形成的形状、或将该圆台的周面与相当于使圆弧等曲线绕管轴线CL旋转而获得的旋转体的周面的面组合而成的形状。
台肩面11是与管轴线CL大致垂直的环状面。严格来说，台肩面11是从与管轴线CL垂直的面向公扣10的拧入行进方向倾倒的环状面，越朝向其外周侧而越朝向公扣10的顶端侧倾倒。
另一方面，母扣20从母扣20的管主体侧朝向顶端侧依次具备台肩面21、第1密封面22、第1内螺纹部23、第2密封面24以及第2内螺纹部25。这些母扣20的台肩面21、第1密封面22、第1内螺纹部23、第2密封面24以及第2内螺纹部25分别与公扣10的台肩面11、第1密封面12、第1外螺纹部13、第2密封面14以及第2外螺纹部15相对应地设置。
公扣10的第1外螺纹部13和母扣20的第1内螺纹部23是相互啮合的锥螺纹的梯形螺纹，构成靠内部的第1螺纹部(内侧螺纹部)。公扣10的第2外螺纹部15和母扣20的第2内螺纹部25也是相互啮合的锥螺纹的梯形螺纹，构成靠外部的第2螺纹部(外侧螺纹部)。在第1实施方式的螺纹接头的情况下，仅是在第1螺纹部与第2螺纹部之间增加了第2密封面14、24，因此第1螺纹部的锥面与第2螺纹部的锥面一致。
如图2所示，关于内侧螺纹部，公扣10的第1外螺纹部13具有螺纹牙顶面13a、螺纹槽底面13b、位于拧入方向的前侧的***牙侧面13c以及与该***牙侧面13c相反的一侧的载荷牙侧面13d。另一方面，母扣20的第1内螺纹部23具备：螺纹牙顶面23a，其与第1外螺纹部13的螺纹槽底面13b相对；螺纹槽底面23b，其与第1外螺纹部13的螺纹牙顶面13a相对；***牙侧面23c，其与第1外螺纹部13的***牙侧面13c相对；以及载荷牙侧面23d，其与第1外螺纹部13的载荷牙侧面13d相对。
关于外侧螺纹部，公扣10的第2外螺纹部15具有螺纹牙顶面15a、螺纹槽底面15b、位于拧入方向的前侧的***牙侧面15c以及与该***牙侧面15c相反的一侧的载荷牙侧面15d。另一方面，母扣20的第2内螺纹部25具备：螺纹牙顶面25a，其与第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b相对；螺纹槽底面25b，其与第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a相对；***牙侧面25c，其与第2外螺纹部15的***牙侧面15c相对；以及载荷牙侧面25d，其与第2外螺纹部15的载荷牙侧面15d相对。
本实施方式中的第1螺纹部的锥螺纹是偏梯形的锥螺纹，载荷牙侧面13d、23d的牙型半角是小于0°的负角。在此所谓的牙型半角是与管轴线CL呈直角的面和牙侧面所成的角度，在此以顺时针为正(参照图2)。第2螺纹部的锥螺纹也同样。
在此，关于内侧螺纹部，公扣10的第1外螺纹部13从靠近第2密封面14的一侧起依次划分为不完全螺纹部区域31b和完全螺纹部区域31a。该不完全螺纹部区域31b的沿着管轴线CL的长度是第1外螺纹部13的螺距的3倍以上。而且，在第1外螺纹部13中，不完全螺纹部区域31b的螺纹高度比完全螺纹部区域31a的螺纹高度低。第1外螺纹部13中的不完全螺纹部区域31b的螺纹槽底面13b与完全螺纹部区域31a的螺纹槽底面13b位于同一锥面上。第1外螺纹部13中的不完全螺纹部区域31b的螺纹牙顶面13a从完全螺纹部区域31a与不完全螺纹部区域31b之间的边界起位于与管轴线CL平行的圆筒面上。
关于外侧螺纹部，母扣20的第2内螺纹部25从靠近第2密封面24的一侧起依次划分为不完全螺纹部区域32b和完全螺纹部区域32a。该不完全螺纹部区域32b的沿着管轴线CL的长度并没有特别限制，从实用方面来看，该长度是第2内螺纹部25的螺距的3倍～8倍左右。而且，在不完全螺纹部区域32b中，第2内螺纹部25的螺纹高度比完全螺纹部区域32a的螺纹高度低。第2内螺纹部25中的不完全螺纹部区域32b的螺纹槽底面25b与完全螺纹部区域32a的螺纹槽底面25b位于同一锥面上。
第1外螺纹部13的螺纹槽底面13b位于第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b的锥形的延长面上。
第1外螺纹部13和第1内螺纹部23(内侧螺纹部)以及第2外螺纹部15和第2内螺纹部25(外侧螺纹部)分别能够相互拧入，在紧固完成的状态下相互嵌合密合，成为过盈配合的状态。第1密封面12、22相互间和第2密封面14、24相互间分别随着公扣10的拧入而相互接触，在紧固完成的状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态，形成基于面接触的第1密封部(内密封部)和第2密封部(中间密封部)。台肩面11、21相互间随着公扣10的拧入而相互接触并被按压，在紧固完成的状态下，对公扣10的载荷牙侧面13d、15d施加紧固轴力。
关于紧固完成的状态的内侧螺纹部，在完全螺纹部区域31a和不完全螺纹部区域31b中的任一者都成为下述的状态。第1外螺纹部13的载荷牙侧面13d与第1内螺纹部23的载荷牙侧面23d相互接触。在第1外螺纹部13的螺纹槽底面13b与第1内螺纹部23的螺纹牙顶面23a之间形成间隙。在第1外螺纹部13的***牙侧面13c与第1内螺纹部23的***牙侧面23c之间形成间隙。不过，在完全螺纹部区域31a，成为第1外螺纹部13的螺纹牙顶面13a与第1内螺纹部23的螺纹槽底面23b相互接触的状态。相对于此，在靠近第2密封面14、24(中间密封部)的不完全螺纹部区域31b，在第1外螺纹部13的螺纹牙顶面13a与第1内螺纹部23的螺纹槽底面23b之间形成间隙，第1螺纹部的嵌合密合被缓和。
关于紧固完成的状态的外侧螺纹部，在完全螺纹部区域32a和不完全螺纹部区域32b中的任一者都成为下述的状态。第2外螺纹部15的载荷牙侧面15d与第2内螺纹部25的载荷牙侧面25d相互接触。在第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a与第2内螺纹部25的螺纹槽底面25b之间形成间隙。在第2外螺纹部15的***牙侧面15c与第2内螺纹部25的***牙侧面25c之间形成间隙。不过，在完全螺纹部区域32a，成为第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b与第2内螺纹部25的螺纹牙顶面25a相互接触的状态。相对于此，在靠近第2密封面14、24(中间密封部)的不完全螺纹部区域32b，在第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b与第2内螺纹部25的螺纹牙顶面25a之间形成间隙，第2螺纹部的嵌合密合被缓和。
话虽如此，关于紧固完成的状态的外侧螺纹部，也可以与上述的形态相反，在完全螺纹部区域32a和不完全螺纹部区域32b中的任一者，都是第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a与第2内螺纹部25的螺纹槽底面25b接触的形态。在该情况下，第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b和第2内螺纹部25的螺纹牙顶面25a在完全螺纹部区域32a和不完全螺纹部区域32b中的任一者都不相互接触，而是在两者之间形成间隙。
在这样的结构的第1实施方式的螺纹接头中，第1螺纹部(内侧螺纹部)的载荷牙侧面13d、23d的牙型半角小于0°。在该第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b中，第1螺纹部的嵌合密合被缓和。由此，在对螺纹接头施加有较高的外压时，母扣20的第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b和与该不完全螺纹部区域31b相连的作为中间密封部的第2密封面24的区域缩径。其结果，第2密封面14、24面相互间的接触面压增大，针对外压的密封性能提高。
通过作为内密封部的第1密封面12、22相互间的面接触，维持了针对内压的密封性能。
此外，在第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b，第1外螺纹部13与第1内螺纹部23的接触区域仅成为载荷牙侧面13d、23d。在该情况下，乍看来，由于第1螺纹部的啮合面积减小，因此紧固状态可能会变得不稳定。不过，实际上，在第1螺纹部的外侧配置有第2螺纹部，因此紧固状态因该第2螺纹部的啮合而稳定。
以下，对主要的部位的优选的形态进行补充。
在第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b和完全螺纹部区域31a中，在第1外螺纹部13的螺纹槽底面13b与第1内螺纹部23的螺纹牙顶面23a之间，间隙被设定为在承载外压时母扣20的缩径不被阻碍。例如，优选的是，该间隙为0.05mm以上。该间隙的上限并没有特别规定，但若该间隙过大，则第1螺纹部的啮合面积显著减小。由此，在对螺纹接头施加有拉伸载荷和压缩载荷时，作用于第1螺纹部的应力相对变高，存在第1螺纹部发生塑性变形的可能。而且，存在发生公扣10意外从母扣20拔出的事态(跳扣)的可能。因而，根据实用性，优选将该间隙的上限设为0.25mm左右。
若第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b的长度过短，则在承载外压时母扣20不有效地缩径。因而，将不完全螺纹部区域31b的长度的下限设为第1外螺纹部13的螺距的3倍。不完全螺纹部区域31b的长度的更优选的下限是第1外螺纹部13的螺距的4倍。
另一方面，若第1螺纹部的不完全螺纹部区域31b的长度过长，则存在下述的不良情况。随着由承载外压导致的母扣20的缩径而密封性能提高的效果饱和。另外，第1螺纹部的啮合面积显著减小。由此，在对螺纹接头施加有拉伸载荷和压缩载荷时，存在第1螺纹部发生塑性变形、或者产生跳扣的可能。因而，优选将不完全螺纹部区域31b的长度的上限设为第1外螺纹部13的螺距的8倍。不完全螺纹部区域31b的长度的更优选的上限是第1外螺纹部13的螺距的7倍。
第1螺纹部(内侧螺纹部)的载荷牙侧面13d、23d的牙型半角的下限并没有特别规定。其原因在于，只要载荷牙侧面13d、23d的牙型半角是小于0°的负角，在承载外压时就不阻碍母扣20的缩径。不过，若根据螺纹切削加工的实用性，则优选将载荷牙侧面13d、23d的牙型半角的下限设为-(负)15°。该牙型半角的更优选的下限是-10°。
[第2实施方式]
图3是表示本发明的第2实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。图4是放大该钢管用螺纹接头中的第2密封部附近的纵剖视图。图3和图4所示的第2实施方式的螺纹接头是将所述图1和图2所示的第1实施方式的螺纹接头变形而成的，适当省略与第1实施方式重复的说明。
如图3和图4所示，公扣10在第1外螺纹部13与第2密封面14之间具备环状部16。另一方面，母扣20在第1内螺纹部23与第2密封面24之间形成有环状槽，具备通过该环状槽的形成而造形出的环状部26。母扣20的环状部26与公扣10的环状部16相对应地设置，在紧固完成的状态下不与公扣10的环状部16接触。即，在紧固完成的状态下，在公扣10的环状部16与母扣20的环状部26之间形成间隙。能够将在紧固时涂敷的剩余的润滑剂(以下，也称为“涂料”)收纳于该间隙，因此避免由涂料的压力上升导致的第2密封面14、24相互间的接触面压意外地降低。
在此，若公扣10的环状部16的沿着管轴线CL的长度过长，则存在下述的不良情况。在将螺纹接头的全长设为恒定的情况下，第1螺纹部和第2螺纹部的整体的长度实质上变短。由此，在对螺纹接头施加有拉伸载荷和压缩载荷时，作用于第1螺纹部和第2螺纹部的应力相对变高，存在第1螺纹部和第2螺纹部发生塑性变形的可能。而且，存在产生跳扣的可能。因而，优选环状部16的长度是第1外螺纹部13的螺距的3倍以下。
根据第2实施方式的螺纹接头，也起到与上述第1实施方式同样的效果。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变更。例如，在上述的实施方式中，第1外螺纹部13中的不完全螺纹部区域31b的螺纹牙顶面13a位于与管轴线CL平行的圆筒面上，但也可以位于相对于管轴线CL倾斜的锥面上。另外，在上述的实施方式中，第1外螺纹部13的螺纹槽底面13b位于第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b的锥形的延长面上，但也可以位于该延长面与外径比该延长面小了第2外螺纹部15的螺纹高度的两倍的量的锥面之间。
另外，上述的实施方式的螺纹接头能够适用于整体型和组合型中的任一个。
实施例
为了确认本发明的效果，实施了基于弹塑性有限单元法的数值模拟分析。
＜试验条件>
在FEM分析中，制作了多个组合型的油井管用螺纹接头的模型。针对这些模型，对第1螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角、第1螺纹部中的间隙的形成部位和该间隙的尺寸、第2螺纹部中的间隙的形成部位、第1螺纹部中的不完全螺纹部区域的长度以及环状部的长度进行了各种变更。
通用的条件如下。
·钢管的尺寸：10-1/8[inch]×0.8[inch](外径为257.2mm、壁厚为20.3mm)、管接头的外径：276.6mm
·钢管和管接头的等级：API标准的Q125(屈服应力为125[ksi]的碳钢)
·螺纹形状(第1螺纹部和第2螺纹部)：锥度为1/10、螺纹高度(完全螺纹部区域)为1.575[mm]、螺距为5.08[mm]、***牙侧面的牙型半角为10°、***牙侧面相互间的间隙为0.15[mm]
在FEM分析中，使用模型化而成的钢管用螺纹接头，其中，将材料设为均等硬化的弹塑性体，使弹性模量成为210[GPa]，0.2％的塑性应变的名义屈服强度成为125[ksi](＝862[MPa])。进行紧固直到在从公扣和母扣的台肩面接触后进一步旋转了1.5/100的状态为止。
变更的条件如下述的表1所示。
[表1]
表1
Figure BDA0001737502910000161
备注)“*"标记表示脱离本发明所规定的范围。
试验No.1、No.3、No.4和No.11是不满足本发明所规定的条件的比较例。对于其中的试验No.1、No.3和No.11，在第1螺纹部的完全螺纹部区域中，在外螺纹部(公扣)的螺纹牙顶面与内螺纹部(母扣)的螺纹槽底面之间存在间隙，未设有不完全螺纹部区域。试验No.4的载荷牙侧面的牙型半角是3°的正角。另一方面，试验No.2、No.5～No.10是满足本发明所规定的条件的本发明例。其中的试验No.2是基于所述图1和图2所示的第1实施方式的螺纹接头的试验。试验No.5～No.10是基于所述图3和图4所示的第2实施方式的螺纹接头的试验。
＜评价方法>
在FEM分析中，对紧固完成的状态的模型依次施加了模拟了ISO13679 2011年版的Series A试验的载荷。通过对该载荷的作用下的第2密封部(中间密封部)的接触力[N/mm]即“密封面彼此间的平均接触面压”ד接触宽度”的最小值进行比较，对针对外压的密封性能进行了评价。接触力的值越高表示密封部的密封性能越好。同样地，对于第1密封部(内密封部)，也通过对接触力进行比较，对针对内压的密封性能进行了评价。将试验No.1中的针对内压的密封性能和针对外压的密封性能分别设为1，将相对于该试验No.1的比率作为指标，对密封性能进行了评价。
以以下的4个标准进行了密封性能的评价。
·◎：优。针对外压的中间密封部的密封性能为1.15以上，且针对内压的内密封部的密封性能为1.0以上。
·○：良。针对外压的中间密封部的密封性能为1.10以上，且针对内压的内密封部的密封性能为1.0以上。
·△：可。针对外压的中间密封部的密封性能为1.05以上，且针对内压的内密封部的密封性能为1.0以上。
·×：不可。针对外压的中间密封部的密封性能小于1.05，或针对内压的内密封部的密封性能小于1.0。
＜试验结果>
将试验结果示于上述的表1。
在比较例的试验No.1和No.3中，起因于第1螺纹部的不完全螺纹部区域的长度较短，母扣的缩径受到限制，因此未确认到针对外压的密封性能的改善。
在比较例的试验No.4中，起因于第1螺纹部的载荷牙侧面的牙型半角是正角，母扣的缩径受到限制，因此未确认到针对外压的密封性能的改善。
在比较例的试验No.11中，虽然第1螺纹部的不完全螺纹部区域的长度较短，但确认到针对外压的密封性能的改善。其原因在于，起因于设有较长的环状部，实质上容许了母扣的缩径。不过，由于较长的环状部的设置，第1螺纹部的啮合面积显著减小，因此针对内压的密封性能降低。
在本发明例的试验No.2、No.5～No.10中，第1螺纹部的不完全螺纹部区域的长度足够长，起因于此，母扣有效地缩径，因此确认到针对外压的密封性能的改善，也维持了针对内压的密封性能。其中，在试验No.5、No.7和No.9中，不完全螺纹部区域的长度是外螺纹部的螺距的4倍以上且7倍以下，针对外压的密封性能显著提高。
此外，在本发明例的试验No.8中，起因于第2螺纹部(外侧螺纹部)的干涉产生到中间密封部的附近，中间密封部的实质的干涉量变低，因此针对外压的密封性能的提高的程度比较小。
根据以上的结果能够证实：通过采用本发明的钢管用螺纹接头，能够维持针对内压的密封性能，并且提高针对外压的密封性能。
产业上的可利用性
本发明的螺纹接头能够有效地利用于在严酷的环境中用作油井管的厚壁钢管的连结。
附图标记说明
10、公扣；11、台肩面；12、第1密封面；13、第1外螺纹部；13a、第1外螺纹部的螺纹牙顶面；13b、第1外螺纹部的螺纹槽底面；13c、第1外螺纹部的***牙侧面；13d、第1外螺纹部的载荷牙侧面；14、第2密封面；15、第2外螺纹部；15a、第2外螺纹部的螺纹牙顶面；15b、第2外螺纹部的螺纹槽底面；15c、第2外螺纹部的***牙侧面；15d、第2外螺纹部的载荷牙侧面；16、环状部；20、母扣；21、台肩面；22、第1密封面；23、第1内螺纹部；23a、第1内螺纹部的螺纹牙顶面；23b、第1内螺纹部的螺纹槽底面；23c、第1内螺纹部的***牙侧面；23d、第1内螺纹部的载荷牙侧面；24、第2密封面；25、第2内螺纹部；25a、第2内螺纹部的螺纹牙顶面；25b、第2内螺纹部的螺纹槽底面；25c、第2内螺纹部的***牙侧面；25d、第2内螺纹部的载荷牙侧面；26、环状部；31a、第1螺纹部的完全螺纹部区域；31b、第1螺纹部的不完全螺纹部区域；32a、第2螺纹部的完全螺纹部区域；32b、第2螺纹部的不完全螺纹部区域；CL、管轴线。

Claims (6)

1.一种钢管用螺纹接头，其由管状的公扣和管状的母扣构成，将所述公扣拧入所述母扣来紧固所述公扣和所述母扣，在该钢管用螺纹接头中，
所述公扣从所述公扣的顶端侧起依次具备台肩面、第1密封面、锥螺纹的第1外螺纹部、第2密封面以及锥螺纹的第2外螺纹部，所述台肩面是从与管轴线垂直的面向所述公扣的拧入行进方向倾倒的环状面，越朝向所述公扣的外周侧而越朝向所述公扣的顶端侧倾倒，
所述母扣从所述母扣的管主体侧朝向顶端侧依次具备台肩面、第1密封面、锥螺纹的第1内螺纹部、第2密封面以及锥螺纹的第2内螺纹部，
所述第1外螺纹部具有螺纹牙顶面、螺纹槽底面、***牙侧面以及载荷牙侧面，
所述第1内螺纹部具有：螺纹槽底面，其与所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面相对；螺纹牙顶面，其与所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面相对；***牙侧面，其与所述第1外螺纹部的所述***牙侧面相对；以及载荷牙侧面，其与所述第1外螺纹部的所述载荷牙侧面相对，
所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部各自的所述载荷牙侧面的牙型半角小于0°，
所述第1外螺纹部从靠近所述第2密封面的一侧起依次划分为不完全螺纹部区域和完全螺纹部区域，
所述不完全螺纹部区域的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的3倍以上，该不完全螺纹部区域的螺纹高度比所述完全螺纹部区域的螺纹高度低，
在紧固完成的状态下，
所述公扣的所述台肩面与所述母扣的所述台肩面相互接触并相互按压，
在所述完全螺纹部区域，所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的所述螺纹槽底面接触，并且所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部各自的所述载荷牙侧面相互间接触，在所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的所述螺纹牙顶面之间形成间隙，并且在所述第1外螺纹部与所述第1内螺纹部各自的所述***牙侧面相互间形成间隙，
在所述不完全螺纹部区域，在所述第1外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的所述螺纹槽底面之间形成间隙。
2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述不完全螺纹部区域的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的8倍以下。
3.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述公扣在所述第1外螺纹部与所述第2密封面之间具备在紧固完成的状态下不与所述母扣接触的环状部。
4.根据权利要求3所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述环状部的沿着管轴线的长度是所述第1外螺纹部的螺距的3倍以下。
5.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述第1外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的所述螺纹牙顶面之间的间隙为0.05mm以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，
所述第2外螺纹部具有螺纹牙顶面、螺纹槽底面、***牙侧面以及载荷牙侧面，
所述第2内螺纹部具有：螺纹槽底面，其与所述第2外螺纹部的所述螺纹牙顶面相对；螺纹牙顶面，其与所述第2外螺纹部的所述螺纹槽底面相对；***牙侧面，其与所述第2外螺纹部的所述***牙侧面相对；以及载荷牙侧面，其与所述第2外螺纹部的所述载荷牙侧面相对，
所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述载荷牙侧面的牙型半角小于0°，
在紧固完成的状态下，所述第2外螺纹部的所述螺纹槽底面与所述第2内螺纹部的所述螺纹牙顶面接触，并且所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述载荷牙侧面相互间接触，在所述第2外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述第2内螺纹部的所述螺纹槽底面之间形成间隙，并且在所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部各自的所述***牙侧面相互间形成间隙。
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