CN108779881A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

提供一种能够不降低针对外压的密封性能地提高针对内压的密封性能的钢管用螺纹接头。钢管用螺纹接头(1)具备公扣(10)和母扣(20)。公扣(10)具有公扣唇部(11)以及外螺纹部(13)，该公扣唇部(11)包含公扣内侧密封面(11a)和凸头部(11b)。外螺纹部(13)和母扣(20)的内螺纹部(23)由具有燕尾形状的锥螺纹形成。在紧固状态下，外螺纹部(13)的***牙侧面与内螺纹部(23)的***牙侧面隔开间隙地相对。外螺纹部(13)与公扣内侧密封面(11a)之间的距离(D)是外螺纹部(13)的螺距的1.5倍以上。凸头部(11b)的长度(L)比外螺纹部(13)的螺距大。距离(D)与长度(L)之差是外螺纹部(13)的螺距以下。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本公开涉及钢管的连结所使用的螺纹接头。

背景技术

例如，在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)的勘探或生产、油砂、页岩气等非常规型资源的开发、二氧化碳的回收、储存(CCS(Carbon dioxide Capture andStorage))、地热发电或者温泉等中，使用被称为油井管的钢管。钢管彼此的连结使用螺纹接头。

这种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，在作为连结对象的一对管材中，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有外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹部。并且，通过将钢管的外螺纹部拧入管接头的内螺纹部来将两者紧固而连结在一起。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有外螺纹部，在另一端部的内周形成有内螺纹部。并且，通过将一个钢管的外螺纹部拧入另一个钢管的内螺纹部来将两者紧固而连结在一起。

通常，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包括要***内螺纹部的要素，因此被称为公扣。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包含接收外螺纹部的要素，因此被称为母扣。由于这些公扣和母扣处于管材的端部，因此均呈管状。

在油井中，由于为了使坑壁在挖掘中不倒塌而在利用油井管对坑壁进行加强的同时进行掘进，因此结果成为油井管配置为多层的构造。近年来，油井的高深度化和超深海化逐渐发展，但在这样的环境下，为了效率良好地开发油井，油井管的连接大多使用接头部的内径和外径与钢管的内径和外径为同等程度大小的螺纹接头。通过使用这样的螺纹接头，能够尽量缩小配置为多层的油井管彼此之间的间隙，即使井较深，井的直径也不会变得太大，能够高效地开发油井。在这样的内径和外径的制约下，要求螺纹接头针对来自内部的压力流体(以下也称为“内压”)和来自外部的压力流体(以下也称为“外压”)具有优异的密封性能。

作为用于确保密封性能的螺纹接头，公知有具有基于金属-金属接触的密封部的螺纹接头。在此说明的基于金属-金属接触的密封部是指如下构造：公扣的密封面的直径比母扣的密封面的直径稍大(将该直径之差称为干涉量)，若对螺纹接头进行紧固而将密封面彼此嵌合，则会因干涉量而导致公扣的密封面缩径且母扣的密封面扩径，在欲使各自的密封面恢复成原来的直径的弹性恢复力的作用下，在密封面产生接触压力而整周密合，发挥密封性能。

作为接头部的内径和外径与钢管的内径和外径为同等程度大小的螺纹接头，例如存在被称为齐平型(日文：フラッシュ型)、半齐平型(日文：セミフラッシュ型)、细长型以及特殊间隙型(以下统称为“细长型”)等的螺纹接头。在细长型的螺纹接头中，由于内径和外径被严格地限制，因此设有内压用的密封面(公扣内侧密封面)的公扣的顶端部的壁厚较小，无法充分地增大公扣内侧密封面的弹性恢复力。

为了提高针对内压的密封性能，公知有在比公扣内侧密封面更靠公扣的顶端侧的位置设有凸头部的技术。例如，在欧洲专利第1836426号说明书的图1以及美国专利第4795200号说明书的图1和图2中公开了在公扣的顶端设有凸头部的螺纹接头。

凸头部由于不与母扣发生干涉，因此具有增大公扣内侧密封面的弹性恢复力的功能。即，由于利用凸头部增大了公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的密合力，因此针对内压的密封性能提高。

发明内容

通过在公扣的顶端设有凸头部，能够提高针对内压的密封性能。然而，在细长型的螺纹接头中，凸头部的壁厚受到尺寸的制约而变得非常小，存在无法充分地确保针对内压的密封性能的可能性。若为了提高针对内压的密封性能而增大公扣的顶端部的壁厚，则公扣的其他的部分即外螺纹部、后述的外侧密封部等的直径也一律变大，其结果相反侧的母扣总体上受到接头部的外径尺寸的制约而壁厚变小，母扣侧的外侧密封部的壁厚也变小而针对外压的密封性能降低。

本公开的目的在于，提供一种能够不降低针对外压的密封性能地提高针对内压的密封性能的钢管用螺纹接头。

本公开的钢管用螺纹接头具备管状的公扣和管状的母扣。母扣具有比钢管主体的外径的108％小的外径。母扣供公扣***而与公扣紧固在一起。公扣包含公扣唇部、公扣台肩面、外螺纹部以及公扣外侧密封面。公扣唇部包含公扣内侧密封面和凸头部。公扣内侧密封面设于公扣的顶端部的外周面。凸头部设于比公扣内侧密封面靠公扣的顶端侧的位置。凸头部的外周面具有比母扣的内周面的与其相对的部分的直径小的直径。凸头部的外周面具有与公扣内侧密封面的形状不连续的形状。公扣台肩面设于公扣的钢管主体侧的端部。外螺纹部在公扣唇部与公扣台肩面之间设于公扣的外周。外螺纹部由具有燕尾形状的锥螺纹形成。公扣外侧密封面在公扣唇部与公扣台肩面之间设于公扣的外周面。母扣包含母扣内侧密封面、母扣台肩面、内螺纹部以及母扣外侧密封面。母扣内侧密封面与公扣内侧密封面相对应地设于母扣的内周面。母扣内侧密封面在紧固状态下与公扣内侧密封面接触。母扣台肩面与公扣台肩面相对应地设于母扣的端面。母扣台肩面在紧固状态下与公扣台肩面接触。内螺纹部与外螺纹部相对应地设于母扣的内周。内螺纹部由具有燕尾形状的锥螺纹形成。内螺纹部具有在紧固状态下与外螺纹部的***牙侧面隔开间隙地相对的***牙侧面。母扣外侧密封面与公扣外侧密封面相对应地设于母扣的内周面。母扣外侧密封面在紧固状态下与公扣外侧密封面接触。将外螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离设为D，将凸头部的管轴线方向上的长度设为L，将外螺纹部的螺距设为P，这三者满足以下的式(1)～(3)。

D≥P×1.5 (1)

L＞P (2)

|D－L|≤P (3)

根据本公开的钢管用螺纹接头，能够不降低针对外压的密封性能地提高针对内压的密封性能。

附图说明

图1是表示实施方式的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

图2是图1所示的螺纹接头的螺纹部的放大图。

图3是图1所示的螺纹接头的管轴线方向上的内端部的放大图。

图4是图1所示的螺纹接头的螺纹部的放大图。

图5是以往的钢管用螺纹接头的纵剖视图。

具体实施方式

在钢管用螺纹接头中，在有限的壁厚中配置螺纹部、密封部以及台肩部等需要的构成要素，同时需要确保针对外压和内压的密封性能。特别是对于细长型的螺纹接头，如上述那样，由于尺寸制约非常严格，因此仅凭1处密封部已经不可能实现针对外压和内压这双方的较高的密封性能。因而，在细长型的螺纹接头中，为了兼顾针对外压的密封性能和针对内压的密封性能，需要独立地设有针对外压发挥密封性能的外侧密封部和针对内压发挥密封性能的内侧密封部。

通常，内侧密封部设于螺纹接头的管轴线方向上的内端部。也就是说，内侧密封部大多配置于比螺纹部靠管轴线方向上的内侧的位置。内侧密封部包括公扣内侧密封面和母扣内侧密封面。公扣内侧密封面设于构成公扣的顶端部的公扣唇部的外周面。通过如此设置，公扣唇部的壁厚变小，公扣唇部易于在作用于其内周面的内压的载荷的作用下被按压于母扣。其结果，公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的密合力增大，针对内压的密封性能提高。内压的载荷使密合力增大的增大效果通过充分地确保螺纹部与公扣内侧密封面之间的距离而变大。

除了内压的载荷使密合力增大以外，还存在优选在螺纹接头的管轴线方向上的内端部设有内侧密封部的理由。例如，在对公扣和母扣进行紧固时，有时在螺纹部的表面和/或密封部的表面涂敷润滑剂。通过在比螺纹部靠管轴线方向上的内侧的位置设有内侧密封部，在紧固中或者在紧固后的钢管的使用中，能够抑制润滑剂向钢管的内部流出。

另外，通过在比螺纹部靠管轴线方向上的内侧的位置设有内侧密封部，能够抑制原油、天然气等内部流体进入螺纹部。因而，能够防止因进入螺纹部的狭窄的间隙的内部流体而产生间隙腐蚀从而导致在螺纹部开孔或螺纹部断裂这样的情况。

不过，在细长型的螺纹接头中，设有内侧密封面的公扣唇部的壁厚必须非常小。因此，即使增大内侧密封部的干涉量，公扣内侧密封面的弹性恢复力也不会大幅增大。因而，在细长型的螺纹接头中，即使施加了作用于公扣唇部的内周面的内压的载荷的效果，公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面的密合力也不会大幅增大，无法大幅地提高针对内压的密封性能。

在此，针对内压的密封性能不是指在仅作用有内压的载荷的状态下的密封性能。针对内压的密封性能是指在除了内压的载荷之外反复施加有例如管轴线方向上的拉伸、压缩、弯曲、外压的载荷等在实际使用中设想的各种载荷时的密封性能或者在施加上述各种载荷后的密封性能。作为以实体样品对反复的复合载荷的作用下的螺纹接头的密封性能进行评价的方法，例如存在由API5C5、ISO13679规定的评价试验。

如上所述，在细长型的螺纹接头中，受到其尺寸的制约，仅凭内侧密封部难以确保针对内压的优异的密封性能。为了在细长型的螺纹接头中提高针对内压的密封性能，公知有在公扣唇部的顶端设有凸头部的结构。

凸头部构成为不与母扣发生干涉。因此，凸头部具有增大欲使因与母扣内侧密封面之间的干涉而缩径的公扣内侧密封面恢复成原本的直径的弹性恢复力的功能。因而，认为：若在公扣唇部设有凸头部，即使不增大内侧密封部的干涉量，内侧密封部的密合力也会增大，针对内压的密封性也会提高。

然而，实际上，单凭在公扣唇部设有凸头部无法大幅地增大内侧密封部的密合力。其原因在于，在细长型的螺纹接头中，受到其尺寸的制约，凸头部的壁厚变得非常小。

另外，由于凸头部不与母扣发生干涉，因此内压的载荷作用于内周面和外周面这两者。也就是说，凸头部在作用有内压的载荷时要停留于其位置，不具有内压的载荷使密合力增大的增大效果。

而且，通过设有凸头部，公扣唇部的刚度变高，公扣唇部不易产生变形。根据实施方式的螺纹接头的设计者等的研究，在该情况下，通过确保螺纹部与公扣内侧密封面之间的距离而获得的、内压的载荷使密合力增大的增大效果减小。

因而，在细长型的螺纹接头中，为了有效地增大内侧密封部的密合力，螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离与凸头部的管轴线方向上的长度之间的平衡是重要的。然而，在以往的细长型的螺纹接头中，未考虑该平衡。

为了提高针对内压的密封性能，使公扣内侧密封面与母扣内侧密封面恰当地接触也是重要的。

在细长型的螺纹接头中，受到尺寸的制约，公扣唇部的壁厚较小。因此，在内压的载荷作用于公扣唇部的内表面时，螺纹部与公扣内侧密封面之间的部分向外周侧鼓起，公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面倾斜。根据设计者等的研究，这样的公扣内侧密封面的倾斜随着螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离变长而变大。若公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面倾斜，则公扣内侧密封面与母扣内侧密封面的接触位置会移动，针对内压的密封性能变得不稳定。即，公扣内侧密封面与母扣内侧密封面的接触位置会因紧固中的滑动而从相适的位置偏离，内部流体产生泄漏的可能性变高。

公扣内侧密封面与母扣内侧密封面的接触位置的移动或者公扣内侧密封面和/或母扣内侧密封面的管轴线方向上的偏离也由于压缩载荷而产生。由于细长型的螺纹接头的直径较大且壁厚较薄，因此与其他类型的螺纹接头相比，细长型的螺纹接头由于压缩载荷而产生的公扣与母扣的相对偏离较大。为了提高密封性能，需要抑制这样的公扣与母扣的相对偏离。

以往，设计了具有各种类型的螺纹的螺纹接头。其中，能够使由压缩载荷导致的公扣与母扣的相对偏离变得最小的螺纹是在紧固状态下外螺纹的***牙侧面与内螺纹的***牙侧面接触的类型的螺纹。只要各***牙侧面呈负角，也就是说呈相对于与管轴线方向垂直的面向公扣的顶端侧倾倒的形状，就能够进一步减小公扣与母扣的相对偏离。

作为代表性的螺纹，存在螺纹宽度沿着导程逐渐变化且截面形状呈燕尾形状的螺纹(以下称为燕尾螺纹)。燕尾螺纹通常具有自紧作用。因此，应用了燕尾螺纹的螺纹接头通常不具有用于限制公扣相对于母扣的拧入的台肩部。

应用了燕尾螺纹的螺纹接头通过***牙侧面彼此和载荷牙侧面彼此相互接触、外螺纹和内螺纹嵌合来完成紧固。对于这样的螺纹接头，紧固完成的位置有时因例如导程误差、***牙侧面和/或载荷牙侧面的角度误差、椭圆误差或者螺纹宽度误差等而大幅改变。因而，难以稳定地导入密封部的干涉量，密封性能变得不稳定。

除了具有自紧作用的燕尾螺纹之外，作为能够减少公扣与母扣的相对偏离的螺纹，存在截面形状呈燕尾形状且在紧固状态下在外螺纹的***牙侧面与内螺纹的***牙侧面之间形成有间隙的螺纹。设计者等想到了如下内容：通过在细长型的螺纹接头采用这种螺纹，能够没有弊端地减小在细长型的螺纹接头中易于变大的公扣与母扣的相对偏离，能够获得稳定的密封性能。

在紧固状态下在外螺纹的***牙侧面与内螺纹的***牙侧面之间形成有间隙的螺纹接头不易受到上述的各种误差的影响。另外，若在该螺纹接头设有台肩部，则能够利用台肩部管理紧固的完成位置。因而，能够抑制紧固的完成位置改变，密封部的干涉量稳定而能够使密封性能稳定。

基于以上那样的见解，设计者等设计了能够维持针对外压的密封性能并且提高针对内压的密封性能的钢管用螺纹接头。

实施方式的钢管用螺纹接头具备管状的公扣和管状的母扣。母扣具有比钢管主体的外径的108％小的外径。母扣供公扣***而与公扣紧固在一起。公扣包含公扣唇部、公扣台肩面、外螺纹部以及公扣外侧密封面。公扣唇部包含公扣内侧密封面和凸头部。公扣内侧密封面设于公扣的顶端部的外周面。凸头部设于比公扣内侧密封面靠公扣的顶端侧的位置。凸头部的外周面具有比母扣的内周面的与其相对的部分的直径小的直径。凸头部的外周面具有与公扣内侧密封面的形状不连续的形状。公扣台肩面设于公扣的钢管主体侧的端部。外螺纹部在公扣唇部与公扣台肩面之间设于公扣的外周。外螺纹部由具有燕尾形状的锥螺纹形成。公扣外侧密封面在公扣唇部与公扣台肩面之间设于公扣的外周面。母扣包含母扣内侧密封面、母扣台肩面、内螺纹部以及母扣外侧密封面。母扣内侧密封面与公扣内侧密封面相对应地设于母扣的内周面。母扣内侧密封面在紧固状态下与公扣内侧密封面接触。母扣台肩面与公扣台肩面相对应地设于母扣的端面。母扣台肩面在紧固状态下与公扣台肩面接触。内螺纹部与外螺纹部相对应地设于母扣的内周。内螺纹部由具有燕尾形状的锥螺纹形成。内螺纹部具有在紧固状态下与外螺纹部的***牙侧面隔开间隙地相对的***牙侧面。母扣外侧密封面与公扣外侧密封面相对应地设于母扣的内周面。母扣外侧密封面在紧固状态下与公扣外侧密封面接触。将外螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离设为D，将凸头部的管轴线方向上的长度设为L，将外螺纹部的螺距设为P，这三者满足以下的式(1)～(3)(第1结构)。

D≥P×1.5 (1)

L＞P (2)

|D－L|≤P (3)

在第1结构中，外螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离D是外螺纹部的螺距P的1.5倍以上。凸头部的管轴线方向上的长度L比螺距P大。另外，外螺纹部与公扣内侧密封面之间的距离D与凸头部的长度L之差为螺距P以内。通过以这样的平衡在公扣唇部配置公扣内侧密封面和凸头部，能够在利用凸头部增大公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面的密合力的同时抑制凸头部降低与外螺纹部和公扣内侧密封面之间的距离相应的内压的载荷使密合力增大的增大效果。因而，能够有效地增大公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的密合力。

在第1结构中，由于在公扣唇部设有凸头部，因此公扣唇部的弯曲刚度较大，在公扣唇部难以产生变形。因而，能够抑制公扣内侧密封面因内压的载荷而相对于母扣内侧密封面发生倾斜。因此，抑制了公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的接触位置的移动，能够防止针对内压的密封性能的降低。

根据第1结构，外螺纹部和内螺纹部各自由具有燕尾形状的锥螺纹形成。由于在紧固状态下在外螺纹部的***牙侧面与内螺纹部的***牙侧面之间形成有间隙，因此螺纹接头不易受到各种误差的影响。另外，在紧固状态下，通过公扣台肩面与母扣台肩面接触，能够使紧固的完成位置稳定。因而，能够稳定地导入密封部的干涉量，能够使针对内压和外压的密封性能稳定。

如以上那样，根据第1结构，即使不变更用于针对外压的密封性能的构成要素，也能够确保针对内压的较高且稳定的密封性能。也就是说，能够不降低针对外压的密封性能地提高针对内压的密封性能。

公扣内侧密封面能够设为凸状面，该凸状面包含：锥面，其朝向公扣的顶端侧缩径；以及圆弧面，其分别与锥面的两端连续。也可以是，母扣内侧密封面包含比公扣内侧密封面的锥面长的锥面(第2结构)。

通常，公扣内侧密封面由曲率半径较大的单一的圆弧面形成。这样的公扣内侧密封面的形状成为在由于内压的载荷而公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面发生倾斜时公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的接触位置大幅移动的原因。

另一方面，在第2结构中，公扣内侧密封面由锥面和与锥面的两端连续且曲率半径较小的圆弧面形成。根据该结构，在紧固过程的大部分，公扣内侧密封面的锥面与母扣内侧密封面的锥面接触并滑动，在紧固的最终阶段和紧固完成后，钢管主体侧的圆弧面与母扣内侧密封面的锥面接触。通过如此使曲率半径较小的圆弧面与母扣内侧密封面接触，即使公扣内侧密封面相对于母扣内侧密封面发生倾斜，也能够减小公扣内侧密封面与母扣内侧密封面之间的接触位置的移动量。因而，能够使针对内压的密封性能稳定。

也可以是，圆弧面的曲率半径是3mm～30mm(第3结构)。

也可以是，公扣外侧密封面配置于公扣的钢管主体侧的端部(第4结构)。

根据第4结构，在管轴线方向上的两端分别配置有由公扣内侧密封面和母扣内侧密封面形成的内侧密封部以及由公扣外侧密封面和母扣外侧密封面形成的外侧密封部。因而，由外螺纹部和内螺纹部形成的螺纹部配置于内侧密封部与外侧密封部之间，例如，螺纹部能够由1段螺纹形成。在该情况下，由于能够使用于螺纹部的壁厚变大，因此能够充分地确保完全螺纹部区域。其结果，能够抑制螺纹结合的抗拉强度的降低，能够确保接头强度。

也可以是，距离D是螺距P的3倍以下(第5结构)。

根据第5结构，公扣唇部不会变得过长，能够降低材料成本和/或制造成本。

也可以是，由外螺纹部和内螺纹部形成的螺纹部具有沿着导程变化的螺纹宽度(第6结构)。

在第6结构中，在紧固过程的大部分，外螺纹部的***牙侧面与内螺纹部的***牙侧面之间的间隙较大，在紧固即将完成之前该间隙变小。因此，与具有恒定螺纹宽度的螺纹部且即使在紧固中***牙侧面彼此之间的间隙也较小的螺纹接头相比，不易产生粘附。

也可以是，外螺纹部的***牙侧面与内螺纹部的***牙侧面之间的间隙是100μm以下(第7结构)。

也可以是，由外螺纹部和内螺纹部形成的螺纹部是1条螺纹或两条螺纹(第8结构)。

[实施方式]

以下，参照附图，对钢管用螺纹接头的实施方式进行说明。对图中相同和相当的结构标注相同的附图标记，不重复进行相同的说明。

图1是表示实施方式的钢管用螺纹接头1的概略结构的纵剖视图。螺纹接头1是整体型的螺纹接头。不过，螺纹接头1也能够适用于组合型。

螺纹接头1各自具备管状的公扣10和母扣20。通过将公扣10***母扣20来将公扣10和母扣20紧固在一起。

对于螺纹接头1，以接头部的外径与钢管的外径之差较小的细长型的螺纹接头为对象。因此，母扣20的外径比公扣10的钢管主体的外径的108％小。母扣20的外径是公扣10的钢管主体的外径的100％以上。公扣10的内径比由API(American Petroleum Institute(美国石油协会))的标准所规定的通径大。

本实施方式中的公扣10的钢管主体是指包含公扣10在内的钢管中的未***母扣20的部分。以下，为了便于说明，有时将公扣10的顶端侧称为管轴线方向上的内侧，将公扣10的钢管主体侧称为管轴线方向上的外侧。

如图1所示，公扣10具备公扣唇部11、公扣台肩面12、外螺纹部13以及公扣外侧密封面14。

公扣唇部11构成公扣的顶端部。公扣唇部11包含公扣内侧密封面11a、凸头部11b以及基部11c。公扣内侧密封面11a设于公扣唇部11的外周面。凸头部11b设于比公扣内侧密封面11a靠公扣10的顶端侧的位置。也就是说，凸头部11b配置于公扣10的最顶端。基部11c是公扣唇部11中的比公扣内侧密封面11a靠外螺纹部13侧的部分。

公扣台肩面12设于公扣10的钢管主体侧的端部。在本实施方式中，公扣台肩面12是与管轴线CL大致垂直的环状面。更具体而言，公扣台肩面12具有其外周侧相对于内周侧向公扣10的拧入行进方向稍微倾倒的形状。

外螺纹部13在公扣唇部11与公扣台肩面12之间设于公扣10的外周。外螺纹部13由1段锥螺纹形成。在外螺纹部13中，螺纹的纵截面形状(以下简称为螺纹形状)是燕尾形状。

公扣外侧密封面14在公扣唇部11与公扣台肩面12之间设于公扣10的外周面。公扣外侧密封面14配置于比外螺纹部13靠管轴线方向上的外侧的位置。

母扣20具备母扣内侧密封面21、母扣台肩面22、内螺纹部23以及母扣外侧密封面24。

母扣内侧密封面21与公扣内侧密封面11a相对应地设于母扣20的内周面。母扣内侧密封面21在紧固状态下与公扣内侧密封面11a接触。

公扣内侧密封面11a和母扣内侧密封面21之间具有干涉量。即，公扣内侧密封面11a的直径比母扣内侧密封面21的直径稍大。因此，公扣内侧密封面11a和母扣内侧密封面21随着公扣10相对于母扣20的拧入而相互接触，在紧固状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态。由此，公扣内侧密封面11a和母扣内侧密封面21形成基于金属接触的内侧密封部。

母扣台肩面22与公扣台肩面12相对应，在母扣22中设于管轴线方向上的外侧的端面。母扣台肩面22是与管轴线CL大致垂直的环状面。更具体而言，母扣台肩面22具有其外周侧相对于内周侧向公扣10的拧入行进方向稍微倾倒的形状。母扣台肩面22在紧固状态下与公扣台肩面12接触。

公扣台肩面12和母扣台肩面22由于公扣10相对于母扣20的拧入而相互接触并按压。公扣台肩面12和母扣台肩面22由于这样的彼此的按压接触而形成台肩部。公扣台肩面12和母扣台肩面22起到限制公扣10的拧入的止挡件的作用。公扣台肩面12和母扣台肩面22起到在接头内部产生螺纹的紧固轴力的作用。

内螺纹部23与外螺纹部13相对应地设于母扣20的内周。内螺纹部23由与构成外螺纹部13的锥螺纹啮合的1段锥螺纹形成。内螺纹部23的螺纹形状是燕尾形状。

由外螺纹部13和内螺纹部23形成的螺纹部的螺纹宽度沿着公扣10的拧入行进方向变化。具体而言，外螺纹部13的螺纹牙宽度沿着螺纹的螺旋线(导程)在右旋螺纹的行进方向上以顶端变细的方式变窄。与其相对的内螺纹部23的螺纹槽宽度也沿着螺纹的螺旋线在右旋螺纹的行进方向上以顶端变细的方式变窄。优选的是，螺纹部是1条螺纹或两条螺纹。

母扣外侧密封面24与公扣外侧密封面14相对应地设于母扣20的内周面。母扣外侧密封面24配置于比内螺纹部23靠管轴线方向上的外侧的位置。母扣外侧密封面24在紧固状态下与公扣外侧密封面14接触。

公扣外侧密封面14与母扣外侧密封面24之间具有干涉量。即，公扣外侧密封面14的直径比母扣外侧密封面24的直径稍大。因而，公扣外侧密封面14和母扣外侧密封面24随着公扣10相对于母扣20的拧入而相互接触，在紧固状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态。由此，公扣外侧密封面14和母扣外侧密封面24形成基于金属接触的外侧密封部。

图2是图1的局部放大图，表示螺纹接头1的螺纹部的概略结构。

如图2所示，在从以通过管轴线CL的平面剖切而成的截面观察时，外螺纹部13分别具有多个螺纹牙顶面13a、螺纹槽底面13b、***牙侧面13c(以下也称为“***面”)以及载荷牙侧面13d(以下也称为“载荷面”)。各***面13c是在公扣10相对于母扣20的拧入过程中先行的面。各载荷面13d是与***面13d相反的一侧的面。

在从以通过管轴线CL的平面剖切而成的截面观察时，内螺纹部23分别具有多个螺纹牙顶面23a、螺纹槽底面23b、***牙侧面23c(以下也称为“***面”)以及载荷牙侧面23d(以下也称为“载荷面”)。内螺纹部23的各螺纹牙顶面23a与外螺纹部13的螺纹槽底面13b相对。内螺纹部23的各螺纹槽底面23b与外螺纹部13的螺纹牙顶面13a相对。内螺纹部23的各***面23c与外螺纹部13的***面13c相对。内螺纹部23的各载荷面23d与外螺纹部13的载荷面13d相对。

如上所述，外螺纹部13和内螺纹部23的螺纹形状是燕尾形状。因而，***面13c、23c各自的牙型半角是小于0°的负角。本实施方式中的牙型半角是垂直于管轴线CL的面与牙侧面所成的夹角。在图2中，***面13c、23c各自的牙型半角以逆时针为正。也就是说，各***面13c、23c在从以通过管轴线CL的平面剖切而成的截面观察时向公扣10的顶端侧倾倒。

载荷面13d、23d各自的牙型半角也是小于0°的负角。在图2中，载荷面13d、23d各自的牙型半角以顺时针为正。各载荷面13d、23d在从以通过管轴线CL的平面剖切而成的截面观察时向与各***面13c、23c相反的一侧即公扣10的钢管主体侧倾倒。

在紧固状态下，外螺纹部13的螺纹槽底面13b与内螺纹部23的螺纹牙顶面23a相互接触。外螺纹部13的载荷面13d与内螺纹部23的载荷面23d也彼此相互接触。另一方面，外螺纹部13的螺纹牙顶面13a与内螺纹部23的螺纹槽底面23b不相互接触。外螺纹部13的***面13c与内螺纹部23的***面23c彼此也不相互接触。

在紧固状态下，外螺纹部13的***面13c与内螺纹部23的***面23c隔开间隙G地相对。***面13c、23c的间隙G是指，在包含螺纹的节线PL的截面中，从外螺纹部13的***面13c上的与节线PL相交的点到内螺纹部23的与该***面13c相对的***面23c为止的管轴线方向上的距离。节线PL是在包含管轴线CL的纵截面中将位于外螺纹部13的载荷面13d上且高度为载荷面高度的一半的位置的各点连结而成的线。能够考虑导程误差的程度等适当决定间隙G。虽并没有特别限定，但优选间隙G是100μm以下。

外螺纹部13具有一定的螺距P。螺距P是相邻的螺纹牙的载荷面13d间的距离。更详细而言，螺距P是指，在包含螺纹的节线PL的截面中，从某一螺纹牙的载荷面13d与节线PL的交点到位于该螺纹牙的旁边的螺纹牙的载荷面13d与节线PL的交点为止的管轴线方向上的距离。总之，螺距P是外螺纹部13的载荷面节距。在本实施方式中，无论是1条螺纹还是多条螺纹，都如此定义外螺纹部13的螺距P。

图3是图1的局部放大图，表示螺纹接头1的管轴线方向上的内端部的概略结构。

如图3所示，公扣内侧密封面11a是形成于公扣唇部11的外周面的凸状面。公扣内侧密封面11a具有与凸头部11b的外周面的形状不连续的形状。公扣内侧密封面11a具有也与基部11c的外周面的形状不连续的形状。因而，在公扣唇部11的外周面中，在凸头部11b与公扣内侧密封面11a之间以及公扣内侧密封面11a与基部11c之间分别存在明确的分界线。凸头部11b形成为相对于公扣内侧密封面11a向公扣10的内周侧凹陷的凹状。基端部11c形成为相对于外螺纹部13和公扣内侧密封面11a向公扣10的内周侧凹陷的凹状。

凸头部11b的外径比母扣20的内周面的与凸头部11b相对的部分的直径小。因而，凸头部11b在紧固中和紧固后这两种状态下不与母扣20发生干涉。也就是说，在凸头部11b的外周面与母扣20的内周面之间始终存在间隙。

在本实施方式中，凸头部11b实质上呈具有一定外径的圆筒状。然而，凸头部11b的形状并没有特别限定。例如，凸头部11b也可以呈空心圆台的形状等。

基端部11c的外径比母扣20的内周面的与基端部11c相对的部分的内径小。因而，基端部11c也与凸头部11b同样地在紧固中和紧固后不与母扣20发生干涉。在基端部11c的外周面与母扣20的内周面之间也始终存在间隙。

参照图2和图3，考虑与凸头部11b的管轴线方向上的长度L和外螺纹部13的螺距P这两者之间的关系来决定基端部11c的管轴线方向上的长度、也就是说外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的管轴线方向上的距离D。外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的距离D是指从外螺纹部13的内端到基部11c与公扣内侧密封面11a之间的分界线为止的管轴线方向上的长度。在本实施方式中，距离D是公扣唇部11的外周面的、外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的实质上没有台阶的部分的管轴线方向上的长度。凸头部11b的长度L是指从公扣内侧密封面11a与凸头部11b之间的分界线到公扣唇部11的顶端为止的管轴线方向上的长度。在本实施方式中，长度L是公扣唇部11的外周面的、从公扣内侧密封面11a的内端到公扣唇部11的顶端为止的实质上没有台阶的部分的管轴线方向上的长度。

外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的距离D是外螺纹部13的螺距P的1.5倍以上。凸头部11b的长度L比外螺纹部13的螺距P大。距离D与长度L之差在螺距P以内。也就是说，以满足以下的式(1)～(3)的方式来决定外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的距离D、凸头部11b的长度L以及外螺纹部13的螺距P。

D≥P×1.5 (1)

L＞P (2)

|D－L|≤P (3)

例如，从材料或制造成本等观点来看，能够将距离D设为螺距P的3倍以下。然而，距离D的上限并没有特别规定。同样地，长度L的上限也并没有特别规定。

图4是图1的局部放大图，表示螺纹接头1的内侧密封部的概略结构。

公扣内侧密封面11a是包含锥面111和圆弧面112、113的凸状面。锥面111朝向公扣10的顶端侧缩径。锥面111具有相当于与钢管主体侧的直径相比顶端侧的直径较小的圆台的周面的形状。在锥面111的两端分别连接有曲率半径较小的圆弧面112、113。

圆弧面112与锥面111的管轴线方向上的内端平滑地连续。圆弧面113配置于与圆弧面112相反的一侧，与锥面111的管轴线方向上的外端平滑地连续。圆弧面112、113分别具有相当于使圆弧绕管轴线CL旋转而获得的旋转体的周面的形状。

圆弧面112、113各自的曲率半径例如能够设为R3～R30(3mm～30mm)。不过，圆弧面112、113各自的曲率半径并不限定于此。能够考虑锥面111的斜率等来适当决定圆弧面112、113各自的曲率半径。

母扣内侧密封面21包含锥面211。锥面211比公扣内侧密封面11a长。例如，在紧固状态下，锥面211延伸到比公扣内侧密封面11a靠管轴线方向上的外侧的位置。锥面211具有与公扣内侧密封面11a的锥面111的斜率相应的斜率。

[实施方式的效果]

在上述实施方式中，以能够有效地提高针对内压的密封性能的平衡来确定外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的管轴线方向上的距离D和凸头部11b的长度L。即，外螺纹部13与公扣内侧密封面11a之间的距离D是外螺纹部13的螺距P的1.5倍以上，凸头部11b的长度L比螺距P大。而且，距离D与长度L之差为螺距P以内。由此，能够利用凸头部11b增大内侧密封部的密合力，同时抑制因凸头部11b而降低根据距离D获得的内压的载荷使密合力增大的增大效果。因此，能够有效地增大内侧密封部的密合力。

在上述实施方式中，公扣唇部11具有凸头部11b。因此，公扣唇部11的弯曲刚度较大，不易产生变形。因而，能够抑制公扣唇部11因内压的载荷而向外周侧鼓起，抑制公扣内侧密封面11a相对于母扣内侧密封面21发生倾斜。由此，抑制了公扣内侧密封面11a与母扣内侧密封面21的接触位置的移动，能够使针对内压的密封性能稳定。

对于上述实施方式的螺纹接头1，由于在紧固状态下在外螺纹部13的***面13c与内螺纹部23的***面23c之间形成有间隙，因此不易受到各种误差的影响。另外，由于在紧固状态下公扣台肩面12与母扣台肩面22接触，因此能够管理紧固的完成位置。由此，能够稳定地导入密封干涉量，能够确保针对内压和外压的稳定的密封性能。

这样，对于上述实施方式的螺纹接头1，即使不进行例如增加内侧密封部的干涉量或者降低外侧密封部的密封性能这样的设计上的调整，也能够提高内侧密封部的密合力。因而，能够在维持针对外压的密封性能的状态下稳定地获得针对内压的优异的密封性能。

在上述实施方式中，公扣内侧密封面11a是由锥面111和圆弧面112、113形成的凸状面。母扣内侧密封面21具有比公扣内侧密封面11a长的单一的锥面211。利用这样的结构，在紧固过程的大部分，公扣内侧密封面11a的锥面111与母扣内侧密封面21的锥面211接触地滑动，在紧固的最终阶段和紧固完成后，公扣内侧密封面11a的圆弧面113与母扣内侧密封面21的锥面211接触。由于圆弧面113构成公扣内侧密封面11a的端部，因此与整体由单一的圆弧面形成的以往的公扣内侧密封面相比，该圆弧面113的曲率半径较小。因而，即使公扣内侧密封面11a相对于母扣内侧密封面21发生倾斜，也能够将公扣内侧密封面11a与母扣内侧密封面21的接触位置的移动量抑制得较小。作为结果，能够使针对内压的密封性能更稳定。

在上述实施方式中，公扣外侧密封面14配置于公扣10的钢管主体侧的端部。也就是说，在内侧密封部与外侧密封部之间配置有螺纹部。因此，螺纹部能够由1段螺纹形成，与利用外侧密封部将螺纹部分割成两段的情况相比，能够增大能够使用于螺纹部的壁厚。其结果，完全螺纹部区域变多而能够抑制螺纹结合的抗拉强度的降低，能够确保接头强度。

在具有螺纹宽度恒定的螺纹部的螺纹接头的情况下，在紧固过程中，由于外螺纹部的***面与内螺纹部的***面之间的间隙较小，因此易于产生粘附。相对于此，在上述实施方式中，螺纹部的螺纹宽度沿着导程变化。因此，在外螺纹部13的载荷面13d与内螺纹部23的载荷面23d之间以及外螺纹部13的***面13c与内螺纹部23的***面23c之间存在较大的间隙的状态下，进行紧固过程的大部分。因而，能够抑制产生粘附。

[变形例]

以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨就能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，外侧密封部在管轴线方向上设于比螺纹部靠外侧的位置，但外侧密封部也能够设于螺纹部的中间位置。在该情况下，以多段螺纹形成螺纹部即可。

上述实施方式的螺纹接头具备两处密封部(内侧密封部和外侧密封部)。然而，也能够设为具备3处以上的密封部的螺纹接头。

在上述实施方式中，公扣内侧密封面由包含锥面和两个圆弧面的凸状面形成。然而，公扣内侧密封面的形状并不限定于此。例如，公扣内侧密封面也可以与以往同样地由单一的圆弧面形成。与公扣内侧密封面相对应的母扣内侧密封面的形状也没有特别限定。

在上述实施方式中，在紧固状态下，外螺纹部的螺纹槽底面与内螺纹部的螺纹牙顶面接触，外螺纹部的螺纹牙顶面不与内螺纹部的螺纹槽底面接触。然而，也可以是如下结构：在紧固状态下，外螺纹部的螺纹槽底面不与内螺纹部的螺纹牙顶面接触，外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面接触。

实施例

为了确认本公开的钢管用螺纹接头的效果，实施了基于弹塑性有限元法的数值模拟分析。

＜试验条件＞

在弹塑性有限元分析中，作为对照例、实施例1-1和1-2以及比较例1-1～1-3，使用了具有图1～图4所示的基本结构的螺纹接头的模型。对照例、实施例1-1和1-2以及比较例1-1～1-3的通用的试验条件如以下所述。

·钢管的尺寸：外径为355.6mm、壁厚为20.6mm

·材料：API标准的碳钢Q125(屈服应力为862N/mm²)

·接头的形状：半齐平型，图1所示的具有一段螺纹、外台肩部以及两处密封部(内侧密封部和外侧密封部)的螺纹接头

·螺纹的形状和尺寸：图2所示的螺纹宽度变化、截面形状呈燕尾形状的螺纹，螺纹高度(载荷面高度)为1.6mm、螺距(载荷面节距)为8.5mm

·公扣唇部的形状和尺寸：图3所示的形状的公扣唇部，唇厚为5.3mm，凸头厚为4.4mm

将外螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离D和凸头部的管轴线方向上的长度L的组合示于表1。对于实施例1-1和1-2，使用了全部满足以下的式(1)～(3)的距离D和长度L的组合。对于比较例1-1～1-3，使用了不满足以下的式(1)～(3)中的至少一部分的距离D和长度L的组合。对于对照例，设想不具有凸头部的螺纹接头，将凸头部的长度L设定为0。

D≥P×1.5 (1)

L＞P (2)

|D－L|≤P (3)

[表1]

	D[mm]	L[mm]	D/P	L/P	|D-L|[mm]
						对照例	22	0	2.59	0	22
实施例1-1	22	18	2.59	2.12	4
						实施例1-2	16	18	1.88	2.12	2
比较例1-1	16	6	1.88	0.71	10
						比较例1-2	22	6	2.59	0.71	16
比较例1-3	28	6	3.29	0.71	22
						比较例2	9.1	13.5	1.07	1.59	4.4

D：外螺纹部与公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离

L：凸头部的管轴线方向上的长度

P：外螺纹部的螺距(8.5mm)

作为用于比较的现有技术(比较例2)，制作了上述的欧洲专利第1836426号说明书的图1所示的螺纹接头的模型。将外螺纹部的螺距设为与上述各实施例等相同的8.5mm，根据由欧洲专利第1836426号说明书的图1获得的各部的尺寸比率算出了比较例2中的外螺纹部与公扣内侧密封面之间的距离D和凸头部的长度L(表1)。同样地，算出了公扣唇部的唇厚是2.72mm，凸头厚是1.53mm。其他的试验条件设为与上述各实施例等通用。

由于在欧洲专利第1836426号说明书中记载了设于公扣唇部的锥面(在图5中用附图标记TS表示)是密封面，因此在比较例2中将位于比该锥面TS靠顶端侧的位置的圆筒部分的管轴线方向上的长度设为凸头部的长度L。另外，外螺纹部与公扣内侧密封面之间的距离D设为外螺纹部与锥面TS之间的圆筒部分(在外周面没有台阶的部分)的管轴线方向上的长度。

<评价方法>

在弹塑性有限元分析中，在将公扣和母扣紧固在一起后，施加了对ISO13679的系列A试验进行了模拟的反复复合载荷。将对照例的值设为1而以相对值对该分析过程中的内侧密封部的密封接触力的最小值(最小密封面压)进行了比较。另外，对第2次施加内压时的公扣内侧密封面的倾斜角进行了比较。将分析评价的结果示于表2。

[表2]

*1：将对照例设为1时的相对值

*2：相对于紧固前的角度的增量

根据表2可知：实施例1-1和1-2的螺纹接头与对照例和各比较例的螺纹接头相比，最小密封面压明显较大，保持了较高的密封接触力。另外，实施例1-1和1-2的螺纹接头与对照例和各比较例的螺纹接头相比，公扣内侧密封面的倾斜角较小，因此可知抑制了公扣内侧密封面的倾斜。因而可知：只要螺纹接头满足上述式(1)～(3)，就会大幅提高针对内压的密封性能且使其稳定。

Claims (8)

1.一种钢管用螺纹接头，其具备：

管状的公扣；以及

管状的母扣，其具有比钢管主体的外径的108％小的外径，供所述公扣***而与所述公扣紧固在一起，

所述公扣包含：

公扣唇部，其包含公扣内侧密封面和凸头部，该公扣内侧密封面设于所述公扣的顶端部的外周面，该凸头部设于比所述公扣内侧密封面靠所述公扣的顶端侧的位置，该凸头部的外周面具有比所述母扣的内周面的与其相对的部分的直径小的直径并且具有与所述公扣内侧密封面的形状不连续的形状；

公扣台肩面，其设于所述公扣的钢管主体侧的端部；

外螺纹部，其在所述公扣唇部与所述公扣台肩面之间设于所述公扣的外周，由具有燕尾形状的锥螺纹形成；以及

公扣外侧密封面，其在所述公扣唇部与所述公扣台肩面之间设于所述公扣的外周面，

所述母扣包含：

母扣内侧密封面，其与所述公扣内侧密封面相对应地设于所述母扣的内周面，在紧固状态下与所述公扣内侧密封面接触；

母扣台肩面，其与所述公扣台肩面相对应地设于所述母扣的端面，在紧固状态下与所述公扣台肩面接触；

内螺纹部，其与所述外螺纹部相对应地设于所述母扣的内周，由具有燕尾形状的锥螺纹形成，具有在紧固状态下与所述外螺纹部的***牙侧面隔开间隙地相对的***牙侧面；以及

母扣外侧密封面，其与所述公扣外侧密封面相对应地设于所述母扣的内周面，在紧固状态下与所述公扣外侧密封面接触，

将所述外螺纹部与所述公扣内侧密封面之间的管轴线方向上的距离设为D，将所述凸头部的管轴线方向上的长度设为L，将所述外螺纹部的螺距设为P，这三者满足以下的式(1)～(3)，

D≥P×1.5 (1)

L＞P (2)

|D－L|≤P (3)。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣内侧密封面是凸状面，该凸状面包含：锥面，其朝向所述公扣的顶端侧缩径；以及圆弧面，其分别与所述锥面的两端连续，

所述母扣内侧密封面包含比所述公扣内侧密封面的锥面长的锥面。

3.根据权利要求2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述圆弧面的曲率半径是3mm～30mm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣外侧密封面配置于所述公扣的钢管主体侧的端部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述距离D是所述螺距P的3倍以下。

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，

由所述外螺纹部和所述内螺纹部形成的螺纹部具有沿着导程变化的螺纹宽度。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述外螺纹部的***牙侧面与所述内螺纹部的***牙侧面之间的所述间隙是100μm以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

由所述外螺纹部和所述内螺纹部构成的螺纹部是1条螺纹或两条螺纹。