CN114026309A

CN114026309A - 钢管用螺纹接头

Info

Publication number: CN114026309A
Application number: CN202080046092.0A
Authority: CN
Inventors: 井瀬景太; 杉野正明; 鹈饲信; 中野日香理
Original assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: BR112021021518A2; US20220220813A1; JPWO2021029370A1; WO2021029370A1; AU2020327779A1; AU2020327779B2; CA3140090C; CN114026309B; US11753878B2; EP4012239A4; MX2021015733A; EP4012239A1; CA3140090A1; JP7182010B2

Abstract

本发明的目的在于，在具有包含中间密封部和中间台肩的二段螺纹的钢管用螺纹接头中，实现密封性能的进一步的提高。公扣(2)包括内侧密封部(22)、内侧外螺纹部(23)、中间台肩(24)、中间密封部(25)以及外侧外螺纹部(26)。母扣(3)包括内侧密封部(32)、内侧内螺纹部(33)、中间台肩(34)、中间密封部(35)以及外侧内螺纹部(36)。公扣(2)包含位于内侧外螺纹部(23)的基端部附近的公扣中间危险截面(PICCS)。母扣(3)包含位于内侧内螺纹部(33)的里侧端部附近的母扣危险截面(BCCS)和位于外侧内螺纹部(36)的里侧端部附近的母扣中间危险截面(BICCS)。公扣(2)和母扣(3)满足以下的关系：PICCSA+BICCSA＞BCCSA 0.70≤PICCSA/BICCSA≤0.95。

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

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，使用构筑多段井壁的套管、配置于该套管内而生产油、气的管道。上述套管、管道通过多个钢管依次连结而成，该连结使用螺纹接头。油井所使用的钢管也被称为油井管。

螺纹接头的形式大致被分为整体型和组合型。

在整体型中，将油井管彼此直接连结。具体而言，在油井管的一端设有内螺纹部，在另一端设有外螺纹部，向一个油井管的内螺纹部拧入另一个油井管的外螺纹部，从而将油井管彼此连结。

在组合型中，借助管状的管接头将油井管彼此连结。具体而言，在管接头的两端设有内螺纹部，在油井管的两端设有外螺纹部。并且，向管接头的一个内螺纹部拧入一个油井管的一个外螺纹部，并且向管接头的另一个内螺纹部拧入另一个油井管的一个外螺纹部，从而将油井管彼此连结。即，在组合型中，连结对象的一对管材中的一个管材是油井管，另一个管材是管接头。

通常，形成有外螺纹部的油井管的端部包含向形成于油井管或管接头的内螺纹部***的元素，因此被称为公扣。形成有内螺纹部的油井管或管接头的端部包含承接形成于油井管的外螺纹部的元素，因此被称为母扣。

近年，高温高压深井的开发进一步发展。在深井中，通常使用具有较高的耐压性的厚壁的油井管。另外，根据地层压力的深度分布的复杂程度，还需要增加套管的段数等，因此有时使用接头的最大外径和油井管的管主体的外径大致相同程度的细长型的螺纹接头。在上述厚壁接头、细长接头中，不仅要求较高的强度和密封性能，还为了多层地配置油井管而施加严格的外径尺寸的制约。

在尺寸制约较大的厚壁接头、细长接头中，如日本特许第5908905号公报(专利文献1)、国际公开第2017/104282号公报(专利文献2)以及国际公开第2015/194160号公报(专利文献3)所公开的那样，通过在接头部的轴向中间设置中间台肩面和中间密封部并利用在其前后分别配置螺纹部而成的二段螺纹构成外螺纹部和内螺纹部的设计较多。对于在公扣顶端还具有内侧密封部的构造的螺纹接头而言，中间密封部主要是为了确保针对外压的密封性能而设置的。

在这样的设计的螺纹接头中，如上述专利文献1所还公开的那样，在接头部的中间存在危险截面(PICCS和BICCS)。

危险截面(CCS)是指在紧固状态下承受拉伸载荷的面积最小的接头部分的横截面。在承载有过大的拉伸载荷的情况下，在危险截面的位置产生断裂的可能性变高。

在由一般的一段螺纹构成外螺纹部和内螺纹部的情况下，在紧固状态下的外螺纹部与内螺纹部的啮合端中，外螺纹部的顶端侧的啮合端处的内螺纹部的螺纹槽底位置的母扣的横截面成为危险截面。将危险截面积CCSA相对于油井管的管主体的横截面积A的比例(CCSA/A)称为接头效率，作为接头部分的拉伸强度相对于油井管主体的拉伸强度的指标而被广泛使用。在组合型的螺纹接头中，大多如下设计：管接头的危险截面积CCSA比油井管的管主体的横截面积A大且比管主体的横截面积A的110％小。

另一方面，在二段螺纹构造的螺纹接头中，如上所述，在接头部的轴向中央部也存在承受拉伸载荷的面积变小的横截面，该横截面被称为中间危险截面(ICCS)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5908905号公报

专利文献2：国际公开第2017/104282号

专利文献3：国际公开第2015/194160号

发明内容

发明要解决的问题

在具有中间台肩面和中间密封部的二段螺纹构造的螺纹接头中，当公扣的中间危险截面(PICCS)的面积(PICCSA：Pin Intermediate Critical Cross Section Area)和母扣的中间危险截面(BICCS)的面积(BICCSA：Box Intermediate Critical Cross SectionArea)变化时，作用各种复合载荷的情况的对各危险截面分配的载荷的比例变化，危险截面附近的延伸变形、弯曲变形的运动变化。其结果，对位于公扣和母扣的中间危险截面之间的中间密封部的密封性能产生影响。

在PICCSA+BICCSA一定的情况下，若PICCSA过大，则BICCSA过小，例如在承载有拉伸载荷的情况下BICCS附近的母扣的延伸变形量变大。其结果，公扣的中间密封部的密封面和母扣的中间密封部的密封面在轴向上错开，因此实质上的密封干涉量变小而密封面间的接触力降低，因此密封性能降低。再者，BICCSA较小表示管接头的比中间台肩靠近管接头端部的部分较薄，即，中间密封部附近的刚度较低，在复合载荷下容易产生管接头的弯曲变形等。

另一方面，若PICCSA过小，则PICCS附近的公扣的延伸变形量变大。其结果，公扣的中间密封部的密封面和母扣的中间密封部的密封面在轴向上错开，因此实质上的密封干涉量变小而密封面间的接触力降低，因此密封性能降低。

这样，密封性能不仅根据PICCS和BICCS的面积和而变化，还根据如何对PICCS和BICCS分配面积而变化。

在上述专利文献1中，公开了一种螺纹接头，在该螺纹接头中，通过即使为了获得更多的抗扭力而使肩部面积最大化也将CCS的面积设为PICCS和BICCS的面积之和的±5％以内，从而保持4个危险截面彼此的效率的均衡，由此能够确保连接的效率的最大化和连接的轴向的性能。

在上述专利文献2中，公开了如下内容：通过适当地设定公扣和母扣的中间台肩面彼此的干涉量来实现确保密封性能和抑制间隙腐蚀的产生。

在上述专利文献3中，公开了如下内容：通过在公扣顶端的内侧台肩面与内侧密封面之间设置与内侧密封面相连的管口部，能够利用管口部的弹性恢复获得内侧密封面彼此的接触面压的放大效果，由此主要获得针对内压的较高的密封性能。

但是，在上述专利文献1～3中，均未公开PICCS和BICCS的面积比率对螺纹接头的密封性能产生的影响。

本公开的目的在于，在包含中间密封部和中间台肩的二段螺纹构造的钢管用螺纹接头中，确保优异的密封性能。

用于解决问题的方案

本公开的钢管用螺纹接头由管状的公扣和管状的母扣构成，是将所述公扣向所述母扣拧入而将所述公扣和所述母扣紧固的钢管用螺纹接头。所述公扣能够自所述公扣的顶端侧依次包括第1外螺纹部、中间密封部以及第2外螺纹部，在所述第1外螺纹部与所述公扣的中间密封部之间设置朝向顶端侧的中间台肩面。所述母扣能够自所述母扣的里侧依次包括在紧固状态下供所述公扣的第1外螺纹部嵌合的第1内螺纹部、在紧固状态下供所述公扣的中间密封部嵌合的中间密封部以及在紧固状态下供所述公扣的第2外螺纹部嵌合的第2内螺纹部，在所述第1外螺纹部与所述母扣的中间密封部之间设置中间台肩面。所述母扣的中间台肩面与所述公扣的中间台肩面在轴向上相对。所述公扣可以还包含位于所述第1外螺纹部的基端侧(即，与顶端侧相反的那一侧的端部侧)的端部附近的公扣中间危险截面。所述母扣可以还包含位于所述第1内螺纹部的里侧的端部附近的母扣危险截面和位于所述第2内螺纹部的里侧的端部附近的母扣中间危险截面。

优选的是，在将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述公扣中间危险截面的面积设为PICCSA、将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述母扣中间危险截面的面积设为BICCSA并且将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述母扣危险截面的面积设为BCCSA时，所述公扣和所述母扣满足以下的关系：

PICCSA+BICCSA＞BCCSA

0.70≤PICCSA/BICCSA≤0.95。

发明的效果

根据本公开，在包含中间密封部和中间台肩的二段螺纹构造的钢管用螺纹接头中，能够确保优异的密封性能。

附图说明

图1是表示实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。

图2是表示公扣中间危险截面积相对于母扣中间危险截面积的面积比与密封性能评价值的关系的图表。

图3是表示公扣中间危险截面积相对于钢管的管主体的截面积的比率与母扣中间危险截面积相对于钢管的管主体的截面积的比率之和与密封性能评价值的关系的图表。

具体实施方式

本实施方式的钢管用螺纹接头由管状的公扣和管状的母扣构成。公扣和母扣通过公扣向母扣拧入而紧固。公扣可以设于油井管等钢管的端部。母扣可以设于管接头的端部、其他钢管的端部。

公扣能够自其顶端侧依次包括管口部、内侧密封部、内侧外螺纹部、中间台肩部、中间密封部以及外侧外螺纹部。此外，也可以不设置管口部和内侧密封部。另外，由公扣的顶端面构成内侧台肩面。在设有管口部的情况下，由管口部的顶端面构成内侧台肩面。在未设置管口部且公扣的顶端部由内侧密封部构成的情况下，由内侧密封部的顶端面构成内侧台肩面。在管口部和内侧密封部均未设置的情况下，能够由内侧外螺纹部的顶端面或自内侧外螺纹部朝向顶端侧延伸的其他部位的顶端面构成内侧台肩面。公扣的内侧台肩面朝向轴向顶端侧。

内侧外螺纹部设于内侧密封部与中间台肩部之间。内侧外螺纹部可以具有随着到达顶端侧而直径逐渐变小的外周面。在内侧外螺纹部的外周面可以设有随着到达顶端侧而逐渐缩径的锥螺纹。

中间台肩部设于内侧外螺纹部与中间密封部之间。中间台肩部能够包含相对于公扣的轴向正交或锥状的中间台肩面。中间台肩面可以朝向轴向顶端侧。

中间密封部设于中间台肩部与外侧外螺纹部之间。

外侧外螺纹部可以具有随着到达顶端侧而直径逐渐变小且顶端的外径比内侧外螺纹部的基端的外径大的外周面。在外侧外螺纹部的外周面可以设有随着到达顶端侧而逐渐缩径的锥螺纹。

所述母扣能够自其里侧依次包括与公扣的管口部对应的凹部、与公扣的内侧密封部对应的内侧密封部、与公扣的内侧外螺纹部对应的内侧内螺纹部、与公扣的中间台肩部对应的中间台肩部、与公扣的中间密封部对应的中间密封部以及与公扣的外侧外螺纹部对应的外侧内螺纹部。所述凹部能够构成为在紧固状态下供管口部向内部***，并且在管口部与凹部之间形成有间隙。在该情况下，能够由凹部的里侧端面构成内侧台肩面。此外，在公扣不具备管口部的情况下，优选不设置凹部。另外，在公扣不具备内侧密封部的情况下，优选在母扣也不设置内侧密封部。

内侧内螺纹部设于内侧密封部与中间台肩部之间。内侧内螺纹部可以具有与公扣的内侧外螺纹部对应的构造，具有随着到达母扣的里侧而直径逐渐变小的内周面。在内侧内螺纹部的内周面能够设置随着到达母扣的里侧而逐渐缩径的锥螺纹。

中间台肩部设于内侧内螺纹部与中间密封部之间。中间台肩部能够包含与母扣的轴向正交或圆锥状的中间台肩面。该中间台肩面与公扣的中间台肩面在轴向上相对。

中间密封部设于中间台肩部与外侧内螺纹部之间。

外侧内螺纹部能够具有与公扣的外侧外螺纹部对应的构造，具有随着到达母扣的里侧而直径逐渐变小且里侧端的外径比内侧内螺纹部的近前侧端的外径大的内周面。在外侧内螺纹部的内周面能够设置随着到达母扣的里侧而逐渐缩径的锥螺纹。

在紧固状态下，公扣的管口部向母扣的凹部***。在紧固状态下，公扣的内侧密封部以过盈配合的状态嵌合于母扣的内侧密封部。在紧固状态下，公扣的内侧外螺纹部螺纹嵌合于母扣的内侧外螺纹部。在紧固状态下，公扣的中间台肩部的中间台肩面与母扣的中间台肩部的中间台肩面在轴向上相对。优选的是，在紧固状态下，公扣的中间台肩的中间台肩面与母扣的中间台肩的中间台肩面接触。在紧固状态下，公扣的中间密封部以过盈配合的状态嵌合于母扣的中间密封部。在紧固状态下，公扣的外侧外螺纹部螺纹嵌合于母扣的外侧内螺纹部。另外，优选的是，在紧固状态下，公扣的内侧台肩面与母扣的内侧台肩面接触。

公扣还包含位于内侧外螺纹部的锥形状的大径侧的端部附近的公扣中间危险截面。公扣中间危险截面的位置是内侧外螺纹部的大径侧端部附近中的截面积最小的位置。典型地，在紧固状态下，内侧外螺纹部和内侧内螺纹部的载荷牙侧面彼此的接触消失的位置的公扣的横截面成为公扣中间危险截面。

母扣还包含位于内侧内螺纹部的锥形状的小径侧(即母扣的里侧)的端部附近的母扣危险截面和位于外侧内螺纹部的锥形状的小径侧的端部附近的母扣中间危险截面。母扣危险截面的位置是内侧内螺纹部的小径侧的端部附近中的截面积最小的位置。典型地，在紧固状态下，内侧外螺纹部和内侧内螺纹部的载荷牙侧面彼此的接触消失的位置的母扣的横截面成为母扣危险截面。另外，母扣中间危险截面的位置是外侧内螺纹部的小径侧的端部附近中的截面积最小的位置。典型地，在紧固状态下，外侧外螺纹部和外侧内螺纹部的载荷牙侧面彼此的接触消失的位置的母扣的横截面成为母扣中间危险截面。

优选的是，在将公扣和母扣未紧固时的公扣中间危险截面的面积设为PICCSA、将公扣和母扣未紧固时的母扣中间危险截面的面积设为BICCSA并且将公扣和母扣未紧固时的母扣危险截面的面积设为BCCSA时，公扣和母扣满足以下的关系：

PICCSA+BICCSA＞BCCSA

0.70≤PICCSA/BICCSA≤0.95。

此外，在本公开中，上述各危险截面设为不包含各锥螺纹的螺纹牙的截面，各危险截面的面积定义为公扣或母扣的除了各锥螺纹的完全螺纹部和不完全螺纹部的螺纹牙以外的部分的横截面积。

另外，公扣的内周面可以在管口部、内侧密封部、内侧外螺纹部、中间台肩、中间密封部以及外侧外螺纹部的范围具有大致相同的内径。在内侧密封部和管口部中，也可以具有随着到达顶端侧而逐渐缩径的内周面。

另外，母扣的外周面可以在内侧密封部、内侧内螺纹部、中间台肩、中间密封部以及外侧内螺纹部的范围具有大致相同的外径。

上述PICCSA/BICCSA更优选0.73以上，进一步优选0.75以上。

上述PICCSA/BICCSA更优选0.91以下，进一步优选0.90以下。

在一实施方式中，公扣的公扣中间危险截面与中间密封部之间的轴向距离比母扣的母扣中间危险截面与中间密封部之间的轴向距离大。由此，能够减小针对作用于母扣的中间密封部的外压的缩径变形量，能够期待中间密封部的针对外压的密封性提高。

优选的是，公扣设于钢管的端部，母扣设于管接头。更详细而言，钢管具有管主体，公扣自管主体的端部沿着轴向延伸。管主体是在紧固状态下未***到母扣的部分。在该情况下，优选的是，使管接头的母扣危险截面积BCCSA比钢管的管主体的截面积A大。由此，在螺纹接头部分处，能够确保与钢管的拉伸强度同等以上的拉伸强度。另外，本发明能够适当地实施于管主体的壁厚为20mm以上的钢管用的螺纹接头。在此，管主体的壁厚为20mm以上表示管主体的最小壁厚为20mm以上。

(钢管用螺纹接头的结构)

参照图1，本实施方式的钢管用螺纹接头1是组合型的螺纹接头，包括管状的公扣2和供公扣2拧入而与公扣2紧固的管状的母扣3。在图示例中，公扣2设于油井管T的端部，母扣3设于管接头C的端部。

公扣2自油井管T的管主体的端部沿着轴向而向顶端侧延伸。公扣2包含管口部21、内侧密封部22、锥状的内侧外螺纹部23、中间台肩部24、中间密封部25以及锥状的外侧外螺纹部26。各部分21～26分别为管状或环状。

管口部21设于比内侧密封部22靠顶端侧的位置，构成公扣2的顶端部。管口部21的外周面与设于内侧密封部22的外周的内侧密封面相连而向顶端侧延伸。管口部21的外周面可以是随着到达顶端侧而逐渐缩径的锥面。另外，管口部21的外周面也可以是将上述锥面和使圆弧等曲线绕管轴线CL旋转而获得的旋转体的外周面组合而成的形状。管口部21的顶端面构成公扣2的内侧台肩面。该台肩面是与管轴线CL大致垂直的环状面，但其外周侧可以朝向公扣2的顶端侧稍微倾斜。

内侧密封部22设于比内侧外螺纹部23靠顶端侧的位置。内侧密封部22设于管口部21与内侧外螺纹部23之间。在内侧密封部22的外周面形成有随着到达顶端侧而缩径的上述内侧密封面。该密封面的纵截面形状既可以是直线状，也可以是圆弧状，或者，也可以是使直线和圆弧组合而成的形状。

内侧外螺纹部23设于内侧密封部22与中间台肩部24之间。在内侧外螺纹部23的外周面设有随着到达顶端侧而逐渐缩径的锥螺纹。

中间台肩部24设于内侧外螺纹部23与中间密封部25之间，在图1所示的构造中设于公扣2的轴向中央附近。中间台肩部24具有与管轴线CL大致垂直的中间台肩面。中间台肩面由在内侧外螺纹部23与中间密封部25之间设于公扣2的外周的台阶部构成。中间台肩面朝向顶端侧。另外，对于中间台肩面而言，其外周侧或内周侧也可以朝向公扣2的顶端侧而稍微倾倒。

中间密封部25设于中间台肩部24与外侧外螺纹部26之间。在中间密封部25的外周面形成有随着到达顶端侧而缩径的中间密封面。该密封面的纵截面形状既可以是直线状，也可以是圆弧状，或者，也可以是使直线和圆弧组合而成的形状。

在外侧外螺纹部26的外周面设有随着到达顶端侧而逐渐缩径的锥螺纹。外侧外螺纹部26的基端部的外径和内径与油井管T的管主体的外径和内径大致相等。

母扣3包含与管口部21对应的凹部31、与内侧密封部22对应的内侧密封部32、与内侧外螺纹部23对应的锥状的内侧内螺纹部33、与中间台肩部24对应的中间台肩部34、与中间密封部25对应的中间密封部35以及与外侧外螺纹部26对应的外侧内螺纹部36。各部分31～35分别为管状或环状。

凹部31设于比内侧密封部22靠里侧的位置。即，凹部31设于母扣3的最里部。在紧固状态下，公扣2的管口部21***到凹部31。凹部31的里侧端面作为在紧固状态下与公扣2的内侧台肩面接触的内侧台肩面而发挥功能。此外，也可以是，在紧固状态下，公扣2的内侧台肩面和母扣3的内侧台肩面不接触，在两者间形成有间隙。

内侧密封部32设于比内侧外螺纹部33靠里侧的位置。内侧密封部32设于凹部31与内侧内螺纹部33之间。在内侧密封部32的内周面形成有随着到达母扣的里侧(换言之，公扣的顶端侧)而缩径的内侧密封面。该密封面的纵截面形状既可以是直线状，也可以是圆弧状，或者，也可以是使直线和圆弧组合而成的形状。

内侧内螺纹部33设于内侧密封部32与中间台肩部34之间。在内侧内螺纹部33的内周面设有随着到达母扣的里侧而逐渐缩径的锥螺纹。

中间台肩部34设于内侧内螺纹部33与中间密封部35之间，在图1所示的构造中设于母扣3的轴向中央附近。中间台肩部34在紧固状态下位于公扣2的中间台肩部24的顶端侧。中间台肩部34具有与管轴线CL大致垂直的中间台肩面。该中间台肩面由在内侧内螺纹部33与中间密封部35之间设于母扣3的内周的台阶部构成。中间台肩面与公扣2的中间台肩面在轴向上相对。在图示例中，公扣2的中间台肩部24的轴向长度比母扣3的中间台肩部34的轴向长度大。此外，也可以使母扣3的中间台肩部34的轴向长度比公扣2的中间台肩24的轴向长度大。

中间密封部35设于中间台肩部34与外侧内螺纹部36之间。在中间密封部35的内周面形成有随着到达母扣的里侧而缩径的中间密封面。该密封面的纵截面形状既可以是直线状，也可以是圆弧状，或者，也可以是使直线和圆弧组合而成的形状。

在外侧内螺纹部36的内周面设有随着到达母扣的里侧而逐渐缩径的锥螺纹。

内侧内螺纹部33能够供内侧外螺纹部23拧入，在紧固状态下相互嵌合紧贴，成为过盈配合的状态。外侧内螺纹部36能够供外侧外螺纹部26拧入，在紧固状态下相互嵌合紧贴，成为过盈配合的状态。内侧密封部22、32随着公扣2的拧入而相互接触，在紧固状态下嵌合紧贴，成为过盈配合的状态。中间密封部25、35也随着公扣2的拧入而相互接触，在紧固状态下嵌合紧贴，成为过盈配合的状态。由此，内侧密封部22、32的内侧密封面和中间密封部25、35的中间密封面分别强力地按压接触而形成金属密封。在这样的结构的螺纹接头中，通过内侧密封部22、32彼此的嵌合紧贴来主要确保针对内压的密封性能。另外，通过中间密封部25、35彼此的嵌合紧贴来主要确保针对外压的密封性能。

公扣2和母扣3的顶端的台肩面彼此以及公扣2和母扣3的中间台肩面彼此随着公扣2的拧入而相互接触并按压，起到限制公扣2的拧入的止挡件的作用。此外，也能够构成为公扣2的顶端台肩面和中间台肩面中的任一者与母扣3不接触。

在紧固状态下，在公扣2的管口部21的外周面与母扣3的凹部31的内周面之间形成有间隙。由此，即使在承受过大的拉伸载荷而公扣2和母扣3的内侧密封面向两密封面彼此的接触压力缓和的方向沿着轴向稍微相对移动的情况下，也能够通过公扣2的内侧密封面和管口部21成为一体而弹性地复原来抑制公扣2和母扣3的内侧密封面彼此的接触压力的降低。

如图1所示，公扣2还包含位于内侧外螺纹部23的锥形状的大径侧(即基端侧)的端部附近的公扣中间危险截面(PICCS)。另外，母扣3还包含位于内侧内螺纹部33的锥形状的小径侧(即母扣的里侧)的端部附近的母扣危险截面(BCCS)和位于外侧内螺纹部36的锥形状的小径侧(即母扣的里侧)的端部附近的母扣中间危险截面(BICCS)。并且，以上述危险截面的面积满足以下的式的方式构成公扣2和母扣3。

(式)

PICCSA+BICCSA＞BCCSA

0.70≤PICCSA/BICCSA≤0.95

在上述式中，PICCSA设为PICCS的面积，BICCSA设为BICCS的面积，BCCSA设为BCCS的面积。

另外，在本实施方式的螺纹接头中，公扣2的公扣中间危险截面(PICCS)与中间密封部25之间的轴向距离比母扣3的母扣中间危险截面(BICCS)与中间密封部35之间的轴向距离大。更优选的是，公扣中间危险截面(PICCS)与中间密封部25之间的轴向距离能够比中间台肩面与中间密封部25之间的轴向距离大。此外，在中间密封部25、35的中间密封面彼此面接触的情况下，上述轴向距离的基准位置可以是面接触范围的轴向中央位置。

再者，管接头C的母扣危险截面积BCCSA比油井管T的管主体的截面积A大。

[钢管用螺纹接头的作用、效果]

根据本实施方式，在包含中间密封部和中间台肩的二段螺纹构造的钢管用螺纹接头中，能够确保优异的密封性能。以下，详细地说明其理由。

公扣中间危险截面(PICCS)和母扣中间危险截面(BICCS)的面积和PICCSA+BICCSA比母扣危险截面(CCS)的面积BCCSA大，因此能够确保螺纹接头1的中间密封部25、35附近的拉伸强度。

另外，公扣中间危险截面积PICCSA比母扣中间危险截面积BICCSA小，但通过将公扣2的中间密封部25设于中间台肩部24与外侧外螺纹部26之间，能够较大地确保中间密封部25的截面积，能够抑制承载较大的外压的情况的中间密封部25的缩径变形。

再者，通过将公扣中间危险截面(PICCS)相对于母扣中间危险截面(BICCS)的面积比PICCSA/BICCSA设为0.70以上且0.95以下，即使在承载有拉伸载荷的情况下，也能够将公扣中间危险截面附近的公扣2的延伸量和母扣中间危险截面附近的母扣3的延伸量设为相同程度，由此能够抑制公扣2的中间密封面和母扣3的中间密封面在轴向上错开，并且也能够抑制密封面附近的弯曲变形，维持实质密封干涉量，因此能够防止密封性能降低。

本公开不仅能够应用于组合型的螺纹接头，也能够应用于整体型的螺纹接头。另外，也可以在公扣顶端不设置管口部。另外，各螺纹部的锥螺纹在图1所示的实施方式中由梯形螺纹构成，但也可以是API圆形螺纹、API偏梯形螺纹或楔形螺纹。此外，本公开不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本公开的主旨的范围内进行各种变更。

实施例

为了确认本实施方式的钢管用螺纹接头的效果，实施基于弹塑性有限元法的数值分析模拟。

＜试验条件＞

关于组合型的油井管用螺纹接头，制作改变PICCS和BICCS的面积比PICCSA/BICCSA的多个试样(分析模型)，对各试样中的每个试样实施弹塑性有限元法分析并比较性能之差。各试样是具有图1所示的基本构造的组合型的螺纹接头。共同的试验条件如下所示。

(1)分析模型

制成的分析模型是二维轴对称模型。即，各螺纹部23、26、33、36的螺纹牙不是螺旋构造，而是制成以与设想的实际产品的螺纹牙的节距相同的节距且以相同的截面形状等间隔地设有环状凸部的二维轴对称模型。此外，以往通过各种论文等验证了基于该二维轴对称模型而得到的FEM分析结果在密封性能的评价中能够视同为设想的实际产品的密封性。

(2)钢管的尺寸

7－5/8[inch]×1.06[inch](外径193.7[mm]，壁厚27.0[mm])

(3)钢管的等级

API标准的P110(公称屈服应力为110[ksi]的低合金钢)

此外，在FEM分析中，使用以将材料设为各向同性硬化的弹塑性体，并将弹性系数设为210GPa，且设为0.2％屈服点的屈服强度成为110ksi(758.3MPa)的方式使各试样模型化而成的材料。

(4)二维轴对称模型所设想的螺纹尺寸

螺距：5.08mm

载荷面的牙侧角：－3°

***面的牙侧角：10°

***面间隙：0.15mm

(5)母扣的危险截面积(BCCSA)

钢管的管主体截面积A的106％

＜评价方法＞

首先，对各试样执行模拟紧固的分析，然后，评价对紧固状态的模型施加模拟ISO13679：2011Series A试验的反复复合载荷时的密封性能。关于密封性能，在反复载荷历程的内压循环(第一、第二事项)中，通过将公扣和母扣的内侧密封面彼此的周向每单位长度的接触力除以承载的内压而得到的值的最小值来进行评价，另外，在反复载荷历程的外压循环(第三、第四事项)中，通过将公扣和母扣的中间密封面彼此的周向每单位长度的接触力除以承载的外压而得到的值的最小值来进行评价。上述值越大，表示各密封面的密封性能越优异。另外，使用将试样#9(PICCS和BICCS的面积比PICCSA/BICCSA为1)的内外压循环的性能设为1.000的相对值，按照以下的两个标准评价密封性能。

·○：内压密封性能为1.000以上且外压密封性能为1.100以上

·×：内压密封性能小于1.000或外压密封性能小于1.100

表1总结各试样的试验条件和评价。

[表1]

表1

此外，试样#1～#8是本公开的实施方式，试样#9和试样#10是比较例。另外，试样#2～#5和试样#10是母扣与试样#1相同而改变了公扣的尺寸的试样。另外，试样#6～#9是公扣与试样#1相同而改变了母扣的尺寸的试样。另外，表中的用语的含义如下。

PIN：公扣；BOX：母扣；ICCSA：公扣和母扣的中间危险截面积；Ratio of ICCSA：各中间危险截面积相对于钢管的管主体的横截面积A的比率；Ratio of PICCSA+BICCSA：各试样的公扣中间危险截面积率与母扣中间危险截面积率之和；PICCSA/BICCSA：各试样的公扣中间危险截面积相对于母扣中间危险截面积的比例；Load Cycle：载荷循环的种类；External：外压循环；Internal：内压循环；Sealability：密封性能；Eval.：评价结果。

此外，表1所示的截面积、面积比率是公扣和母扣未紧固的状态下的截面积、面积比率。

基于表1所示的试验结果，图2表示公扣中间危险截面积相对于母扣中间危险截面积的比例与密封性能的关系。另外，图3表示公扣和母扣的中间危险截面积率之和与密封性能的关系。

根据图2明显可知，在PICCSA/BICCSA为0.70以上且0.95以下的范围内，针对外压的密封性能显著提升至1.10以上，特别是在0.73以上且0.91以下的范围内，外压密封性能维持于1.13以上。这样得到较高的外压密封性能的试样是试样#1～#8，PICCSA和BICCSA之和比母扣危险截面积(如上所述，钢管的管主体的截面积A的106％)大，并且，PICCSA/BICCSA为0.7以上且0.95以下，因此中间密封部附近的变形量较小，认为能够得到良好的密封性能。

对于试样#9而言，PICCSA+BICCSA比母扣危险截面积大，PICCSA/BICCSA比0.95大，因此中间密封部附近的变形量较大，认为无法获得良好的密封性能。

对于试样#10而言，PICCSA+BICCSA比母扣危险截面积小，并且，PICCSA/BICCSA比0.7小，因此中间密封部附近的变形量较大，无法获得良好的密封性能。

根据以上的结果能够证实，根据本公开，在包含中间密封部的二段螺纹构造的钢管用螺纹接头中，能够获得针对内压和外压的良好的密封性。

附图标记说明

2、公扣；21、管口部；22、第1密封部；23、第1外螺纹部；24、中间台肩部；25、第2密封部；26、第2外螺纹部；3、母扣；31、凹部；32、第3密封部；33、第1内螺纹部；34、中间台肩部；35、第4密封部；36、第2内螺纹部；PICCS、公扣中间危险截面；PICCSA、公扣中间危险截面积；BICCS、母扣中间危险截面；BICCSA、母扣中间危险截面积；BCCS、母扣危险截面；BCCSA、母扣危险截面积；A、钢管的管主体的截面积。

Claims

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，通过将所述公扣向所述母扣拧入而将所述公扣和所述母扣紧固，其中，

所述公扣自所述公扣的顶端侧依次包括第1外螺纹部、中间密封部以及第2外螺纹部，在所述第1外螺纹部与所述公扣的中间密封部之间设有朝向顶端侧的中间台肩面，

所述母扣自所述母扣的里侧依次包括在紧固状态下供所述公扣的第1外螺纹部嵌合的第1内螺纹部、在紧固状态下供所述公扣的中间密封部嵌合的中间密封部以及在紧固状态下供所述公扣的第2外螺纹部嵌合的第2内螺纹部，在所述第1内螺纹部与所述母扣的中间密封部之间设有中间台肩面，所述母扣的中间台肩面与所述公扣的中间台肩面在轴向上相对，

所述公扣还包含位于所述第1外螺纹部的基端侧的端部附近的公扣中间危险截面，

所述母扣还包含位于所述第1内螺纹部的里侧的端部附近的母扣危险截面和位于所述第2内螺纹部的里侧的端部附近的母扣中间危险截面，

在将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述公扣中间危险截面的面积设为PICCSA、将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述母扣中间危险截面的面积设为BICCSA并且将所述公扣和所述母扣未紧固时的所述母扣危险截面的面积设为BCCSA时，所述公扣和所述母扣满足以下的关系：

PICCSA+BICCSA＞BCCSA

0.70≤PICCSA/BICCSA≤0.95。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

PICCSA/BICCSA为0.73以上。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

PICCSA/BICCSA为0.91以下。

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，

所述公扣还包括设于比所述第1外螺纹部靠顶端侧的位置的内侧密封部，所述母扣还包括设于比所述第1外螺纹部靠里侧的位置的内侧密封部，在紧固状态下，将所述公扣的内侧密封部嵌合于所述母扣的内侧密封部。

5.根据权利要求4所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣还包括设于比所述公扣的内侧密封部靠顶端侧的位置的管口部，所述母扣还包括设于比所述母扣的内侧密封部靠里侧的位置的凹部，在紧固状态下，所述管口部***到所述凹部内。

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，

所述公扣还具有由所述公扣的顶端面构成的内侧台肩面，所述母扣还具有与所述公扣的内侧台肩面在轴向上相对的内侧台肩面。

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，

所述公扣自钢管的管主体的端部沿着轴向而向顶端侧延伸，所述母扣设于管接头。

8.根据权利要求7所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述管接头的母扣危险截面积BCCSA比所述钢管的管主体的截面积A大。

9.根据权利要求7或8所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述钢管的管主体的壁厚为20mm以上。