JP2003529733A - 疲労耐性斜面式ねじ込み管状要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、最初にかみ合うねじ山２２における壁の剛性を低減させるためにねじすじ４下方の材料内に作られた溝３０のような、斜面を有するねじ込み管状要素２に関する。溝３０は、ねじ込み要素２上に作られる同要素の最初にかみ合うねじ山２２と、ねじ込み管状継ぎ手を形成するように同要素に組立てられる、結合されたねじ込みり要素の最後にかみ合う対応するねじ山とにおける付加的引っ張り荷重を避けることを可能にする。荷重移転を改良することで、ねじ込み管状継ぎ手の静的性能を低下させることなく、周期的荷重にさらされる同継ぎ手の疲労に起因する初期亀裂の危険性を制限している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、特に静的及び周期的応力の双方に対抗し得るねじ込み管状つなぎの
雄又は雌ねじ込み管状要素に関する。

【０００２】 本発明は、同様に特に静的及び周期的応力の双方に対抗するのに適したねじ込
み管状つなぎにも関する。

【０００３】 ねじ込み管状つなぎは、第１パイプ端の雄ねじ込み要素及び長大なパイプ又は
つなぎでもよい第２パイプ端の雌ねじ込み要素から成る。そんなねじ込み管状つ
なぎは、特に炭化水素井又は、例えば、地熱井のような類似の井戸用のケーシン
グストリング（穴あけ機械）又は生産ストリング又はドリルパイプストリングを
構成するのに用いられる。

【０００４】 アメリカ石油協会（ＡＰＩ）は、そのＡＰＩ仕様５Ｂにおいて、特に台形又は
丸めた三角形ねじ山の先細りねじ切り、即ち、ねじすじを有するケーシングパイ
プ間又は生産パイプ間のねじ込みつなぎを限定している。

【０００５】 直線又は先細り２段ねじ山を用いる他の型のねじ込みつなぎもまた知られてい
る。例えば、米国特許ＵＳ４，５２１，０４２及びＵＳ５，６８７，９９９参照
のこと。

【０００６】

【従来の技術】

最近まで、深井戸を開発し、異なった直径の各種の円柱を互いに挿入し得る必
要性から生じる制限された厚さにもかかわらず、ケーシングパイプ又は生産パイ
プは本質的に異なった組み合わせの静的応力（引っ張り、軸方向圧縮、平面屈曲
、内部又は外部圧力）に対抗できなければならなかった。

【０００７】 対照的に、井戸掘りのみに用いられるドリルパイプは、実質的な周期的応力（
動的のもの）にさらされるが、所定の直径の単一ストリングは所与の時に掘られ
る孔用なのでサイズ制限は受けない。

【０００８】 厳密には制限されないとしても、作動中周期的応力は疲労破裂をもたらし、そ
れは、概して作動中荷重下にある荷重側面側で、特にドリルパイプの各ねじ込み
要素の最後にかみ合うねじ山の谷底で始まる。

【０００９】 本明細書の以下の記載では「第１ねじ山」の用語は、ねじ込み要素の軸を貫通
する縦方向断面においてねじ込み要素の自由端側に位置するねじ山を意味する。
その結果として、最後のねじ山はねじ切り（ねじすじ）の他端に位置するもので
ある。

【００１０】 「かみ合うねじ山」の用語は、１つのねじ込み管状要素から、かみ合ったねじ
込み管状要素へ荷重を移すねじ込み管状つなぎのねじ山を第１に意味する。

【００１１】 ねじ込み管状つなぎが引張り荷重にさらされると、かみ合うねじ山では荷重側
面が接触して一ねじ込み要素からの荷重をかみ合ったねじ込み要素へ移す。

【００１２】 拡張により、本明細書で用いられる「かみ合った管状要素のかみ合うねじ山」
の用語は、これらの２つのねじ込み管状要素がねじ込み管つなぎを構成する時に
かみ合った管状要素の対応するねじ山に荷重を移すことを意図するねじ山を意味
する。ねじ込み管状要素のかみ合ったねじ山の位置はねじ込み要素の設計（デザ
イン）から知られる。これは連結されるべきねじ込み要素の公称寸法によって限
定される理論的要因（ファクタ）である。

【００１３】 従って、かみ合った最後又は最初のねじ山の位置は、ねじ込みつなぎを意図す
るねじ込み管状要素に関して完全に限定される。

【００１４】 しかし疲労特性（作用）の問題は、現在ドリルパイプにおいてのみならずある
炭化水素井戸に対する生産パイプストリングでも同様に遭遇する。

【００１５】 そのようなストリングを生産し得るねじ込み管状つなぎは、高度の静的及び周
期的応力を許容し得るものでなければならない。

【００１６】 海底炭化水素開発プラットフォームを海岸炭化水素開発プラットフォームと連
結する水中ストリングにおいてそのような応力特性上の要求に遭遇している。

【００１７】 英語を話す当業者には「竪管（ライザー）」として知られる、そのようなパイ
プ支柱は、実際、特に支柱に振動を誘導する海流、波、潮流及びプラットフォー
ム自体の可能な移動によって生じる周期的応力にさらされ、すべての応力は主と
して周期的な曲げ応力、引っ張り‐圧縮応力を誘導する。

【００１８】 陸上井戸でも特に、非常に頻繁に垂直線からそれて曲がりを有する井戸の場合
において井戸を固定するために回転するパイプを落下させる時に応力特性上のそ
のような要求に遭遇する。回転落下は、次いで回転曲がりを発生させる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】

このために、ケーシングパイプ、生産パイプ又は竪管に対するねじ込み管状つ
なぎの疲労強度を増大させるためにそれらに対する改良が追及されてきた。

【００２０】 ねじ込み管状又は非管状つなぎ（例えば、ネジ‐ナット型）に係る先行技術は
、周期的に変化し得る軸方向引っ張り荷重にさらされるねじ込みつなぎの疲労強
度を改良する手段を提案している。

【００２１】 特許出願第ＷＯ ００/０６９３１号は、ねじ込み管状つなぎに係る雌ねじ込み
要素につき記載している。同つなぎは、その外周面は先細りにされ、第１ねじ山
のレベルにおいてねじ切り下方の材料厚さが低減されるように雌自由端が近づく
につれて減少する直径を有する。そこでは結果として非常に細い雌自由端への衝
撃に対する大きな感度が生じる。

【００２２】 ＵＳ ５，７７９，４１６、ＪＰ ０４，１５７，２８０及びＪＰ ０４，１５
７，２８３等多くの文献記載のものは、雄ねじ込み要素の張力下における非ねじ
込み部分の最後にかみ合う雄ねじ山を越えるＵ形溝を用いる。そのような溝は、
軸方向張力下で最も応力を受けるねじ込みつなぎの臨界断面を低減させ、従って
、ねじ込みつなぎの静的引っ張り性能を低下させる主要な欠点を有する。

【００２３】 ＵＳ３，９３３，０７４は、ボルト締付けつなぎ用ナットにつき記載している
。そこでは、かみ合う第１雌ねじ山からボルトの軸方向長さの中央に向けてネジ
及びナット間の軸方向引っ張り応力に対する最大転移区域を変えるために、かみ
合う第１溝山において内部ねじ切りが外周上に規則的に設けられる複数の中空軸
方向チャンネルによって中断される。

【００２４】 その長さがねじ切りの長さの半分に達すると共にその深さがねじ山の高さの８
０％に及び得るこれらのチャンネルは、かみ合う第１ねじ山の柔軟性は増加させ
るが、ねじ山が作られる区域におけるねじ山の支持面は約２０％だけ減少させる
。これは静的応力に対する高耐性が求められると共につなぎの内部及び外部が密
閉されるねじ込みつなぎが求められる場合には不利である。

【００２５】 さらに、ナットがネジ‐ケーシングヘッドに対する第１ねじ山の側面（ネジの
最後のネジ山の側面）上に支持されるボルトに関する解決策は必ずしもねじ込み
管状つなぎに直接適用できない。

【００２６】 特許第ＦＲ１，３１７，８１５号は、ドリルパイプの雌ねじ込み要素の外周面
に形成された比較的浅い盆（ボウル）状断面輪郭を有する管状溝につき記載して
いる。

【００２７】 同特許の図面では、溝はねじ切りの中央に配置され、第１又は最終溝のレベル
において壁に対する影響はない。それは全雄ねじ切り上での応力の集中を拡散さ
せ得ると同時に、該ねじ切りのほぼ中央の溝下方に位置するねじ山のレベルにけ
る応力を増加させる。

【００２８】 それにもかかわらず同発明は、同図に示された応力フィールド（ねじれ、張力
、圧縮、曲げ）がどの応力に対応するかにつき言及していない。それらは単にド
リルパイプのねじ込み要素のまとめられた状態から結果的に生じる応力であると
思われる。

【００２９】 なお同特許の図において、溝はねじ込みつなぎの軸に平行な平坦底面と、溝底
及び外周面に関してほぼ垂直な急勾配の側面とを有することにも注目される。

【００３０】 特許出願ＪＰ第５８‐１８７６８４号及びＥＰ第０，０３２，２６５号は雄ね
じ込み要素につき記載している。同要素は、自由端で非ねじ込み舌状体レベルに
おいて雄ねじ込み要素の外周面に形成されるか又は本質的に前記舌状体のレベル
において形成された盆状断面輪郭の環状溝を備える。

【００３１】 これらの２つの文献は、疲労強度（摩損強度、応力腐食強度、正しい位置での
ねじ込み要素の不動化）以外のねじ込み管状つなぎ特性の改良に関して舌状体を
規定しているが、雄舌状体下方に形成される（また、日本文献の場合では多分初
めの２つの雄ねじ山下方に僅かに突出する）溝によりねじ込み管状つなぎの疲労
強度を改良し得ることについては何等の示唆も与えない。

【００３２】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、特に下記２項目の応力の双方に耐性を有する、ねじ込み管状
つなぎに対する雄又は雌ねじ込み管状要素を製造することである。即ち、 ａ）単一又は結合（例えば、張力＋内部圧力）された静的応力、特に軸方向張
力、軸方向圧縮、曲げ、ねじれ、内部又は外部圧力、連結中の移動 ｂ）周期的応力、特に曲げ応力及び引張り‐圧縮応力 以下本明細書では反疲労断面輪郭を有するようなねじ込み要素につき記載する
。

【００３３】 同様に本発明は、本発明のねじ込み管状要素があらゆる型のねじ切りで形成し
得ることを保証することも目的とする。即ち、１つ又はそれ以上の段状部分（ス
テップ）、干渉又は非干渉でよい、台形又は三角形ねじ山を有する、先細り、直
線、直線‐先細りの組合わせ。非干渉ねじ切りは、例えば、ヨーロッパ特許出願
ＥＰ第０，４５４，１４７号に記載された、かみ合ったねじ山（耐久性ねじ山
として知られる）のものと同時接触する２つの側面を有するか、ＷＯ ００／１
４４４１に記載された型の軸方向締まりばめを有する型のもの、又は、例えば、
ＵＳＲｅ３０，６４７に記載されたような可変幅を有する楔型のものでよい。

【００３４】 さらなる目的は、ねじ込み要素が容易に製造されかつ検査され得ることである
。

【００３５】 本発明のねじ込み要素は、炭化水素生産パイプストリング、井戸ケーシング又
は水中開発「竪管」用のねじ込みつなぎを構成するか又は同様な用途に用いられ
得るものでなければならない。

【００３６】 なおさらなる目的は、たとえ周期的応力下でも、特にガス気密に密閉されるね
じ込み管状つなぎを生産することである。

【００３７】 一変形では、本発明のねじ込み要素はドリルパイプストリングで用いられ得る
ものでなければならない。

【００３８】 なおさらなる目的は、ねじ込み要素、例えば、雌要素の１つのみが周期的応力
に対抗するために改変されているが、改変されていないかみ合ったねじ込み要素
に配慮するねじ込み管状つなぎを生産することである。

【００３９】 一変形では、ねじ込み管状つなぎの両ねじ込み管状要素が周期的応力に対抗す
るように改変されている。

【００４０】 反疲労断面輪郭を有する雄又は雌ねじ込み管状要素がパイプ端において形成さ
れ、同ねじ込み管状要素が雄型又は雌型からなるかどうかに依存して、その外周
面上の雄ねじ切りか又はその内周面上の雌ねじ切りを含む。

【００４１】 前記ねじ込み管状要素は、かみ合う型のねじ込み管状つなぎ（即ち、もし考慮
中のねじ込み要素が雄ならば雌であり、逆もまた同じである）にねじ込むことに
よって静的及び周期的応力の双方に対抗し得るねじ込み管状つなぎを構成するよ
うに連結することを意図する。

【００４２】 このねじ込み管状要素は、かみ合う第１ねじ山の柔軟性を増加させ、従って、
これらの２つの要素が引張り荷重にさらされるねじ込み管状つなぎを形成する時
該ねじ込み管状要素のかみ合う第１ねじ山と、かみ合ったねじ込み管状要素の最
後にかみ合うねじ山との間の荷重移動を低減させることを意図する手段を含む。

【００４３】 この手段は、ねじ切りが形成される壁と反対の周面から始まるねじ込み要素壁
上の溝の形のウエストから成る。ねじ山谷底の包絡線 （エンベロープ）及びね
じ切りのものと反対の周面間に形成される溝は、ねじ山の外形には影響を与えな
い。

【００４４】 同溝はねじ切りに対応して形成されている。

【００４５】 本発明による溝は、かみ合う第１みぞ山のレベルにおいてねじすじ下方の壁厚
、即ち、該溝山谷底から始めて測定された壁の厚さは溝によって減少される。

【００４６】 この溝の機能は、かみ合う第１みぞ山のレベルにおいてねじすじ下方の壁の剛
性を低下させることであり、同壁の剛性はねじすじ下方の壁の剛性と共に変化す
る。

【００４７】 壁の剛性のそのような低下は、かみ合う第１ねじ山の剛性を低下させるか又は
各ねじ山の柔軟性を増大させ、従ってそれらのレベルにおいて引っ張り荷重移動
の量を低下させる。そこでは考慮中のねじ込み要素とかみ合うと共にねじ込み管
状つなぎを構成するように同要素と共に正しく組み込まれた、ねじ込み要素上で
かみ合う最終ねじ山レベルにおいて応力ピークを結果的に低減させる。

【００４８】 同様な溝寸法で、本発明による溝を設けることで、ねじ込み管状つなぎのかみ
合ったねじ込み要素と正しく組合った時、考慮中のねじ込み要素の静的及び動的
（疲労）作動特性の双方を最適化しかつ確保し得ることを発明者は立証している
。

【００４９】 溝は、ねじすじの第１にかみ合うねじ山下方で始まるのが望ましい。

【００５０】 溝は、ねじすじ中央の断面及び最後にかみ合うねじ山レベルで位置づけられた
断面間に構成された軸方向間隔内で終わるのが望ましい。

【００５１】 本発明の溝は、同一横断面内のねじ込み管状要素の軸周りの回転体であるのが
望ましい。従ってそれは、ねじ込み管状要素の周りと同一に剛性を円周状に低下
させる。

【００５２】 本発明の溝は、ねじ込み管状要素の軸方向で徐々に変化するように下方からね
じ山を支える壁の剛性を低下させるのもまた望ましい。

【００５３】 そのような配置は、荷重移動構造の剛性を低下させる有利な効果を破壊しかつ
疲労破裂さえも開始させ得る応力の局部集中を回避する。

【００５４】 本発明の溝のレベルにおけるねじすじ下方の壁厚は、望ましくはかみ合う第１
及び第６ねじ山間の間隔内に位置する横断平面で最小である。

【００５５】 ねじすじ下方のこの最小壁厚は、ねじ山高さより大きいか又は等しくかつ有利
にもねじ山高さの２倍とほぼ等しいことが非常に望ましい。

【００５６】 そのような深い溝を形成する概念は、ドリル現場でしばしば困難な条件での各
ねじ込み要素の用法及び限定された厚さにもかかわらず作動中支持されるべき応
力を考慮して、それらの耐性を強化することを志向する一般的意見とは逆である
。

【００５７】 溝のレベルにおけるねじすじ下方の壁の厚さは最小でかつゼロでない軸方向長
さにつき一定であることが再び非常に望ましい。

【００５８】 溝のために、ねじすじ下方の壁の厚さは「低剛性区域」と呼ばれる区域のねじ
すじ下方の最小壁厚の１００％乃至１２０％であることが再び非常に望ましい。

【００５９】 この低剛性区域は、ねじすじ下方の最小壁厚の横断面のまわりに配置されかつ
ねじ山ピッチの３倍又はそれ以上の軸方向長さに亘って延びる。

【００６０】 これは、ねじ込み管状要素の機械加工公差のために、設計に関してかみ合う第
１ねじ山の位置づけ上の実際の変化に備えるのに十分な間隔に亘る剛性の実質的
最大低減を可能にする。

【００６１】 溝の断面輪郭は、特定の引っ張り荷重の軸方向作用力に対するねじ込み要素の
臨界部分がウエストの外部に位置づけらるようにするのが望ましい。溝のために
、かみ合う最後の３つのねじ山レベルにおけるねじすじ下方の壁厚は、非ウエス
ト区域の８０％乃至１００％の範囲にあることが再び望ましい。引っ張り荷重の
全部がねじすじの最後のねじ山レベルにおいて壁の臨界断面によって実際吸収さ
れなければならない。

【００６２】 溝は各側面を含み、ねじ込み管状要素の軸に関するその傾斜は４５°又はそれ
未満であることが望ましい。

【００６３】 ねじ込み要素の自由端側に向けられた溝側面は、ねじ込み要素の軸に関して他
の溝側面より全体的により傾斜するのが望ましい。

【００６４】 溝の断面輪郭は、互いに正接接合された有限又は無限の半径を有する一連の円
弧によって構成された曲線であることが再び望ましい。無限半径を有する円弧は
直線区分に相当する。

【００６５】 溝は、周面の現在中空でない部分を接合し、そこでは円環面形状の正接接合区
域を介して溝が形成されるのが再び望ましい。

【００６６】 一変形では、溝はねじ込み管状要素のものより低い弾性率を有する材料で部分
的又は完全に満たし得る。

【００６７】 本発明の溝の実施形態にかかわらず、溝山の形状は台形であるのが再び望まし
い。

【００６８】 本発明は静的及び周期的応力に対して高耐性を有するねじ込み管状つなぎにも
関し、同つなぎは、雄ねじ込み管状要素上の雄ねじすじ及び雌ねじ込み管状要素
上の雌ねじすじによって第２パイプ端において雌ねじ込み管状要素にねじ込むこ
とによって接続された第１パイプ端の雄ねじ込み管状要素から成る。

【００６９】 「パイプ」の用語は、カプリング（連結器）のような長いパイプ及び短いパイ
プの双方を意味する。

【００７０】 有利なことに、２つの雄又は雌ねじ込み管状要素の少なくとも一方は本発明の
ウエストを有する型からなる。

【００７１】 周期的応力下の性能の観点から非常に有利なことに、該２つの雄及び雌要素は
本発明のウエストを有する型からなる。

【００７２】 本発明の他の利点及び特性は以下の詳細な説明及び添付図から明らかになるで
あろう。この詳細な説明及び添付図は、本発明の知識を明確にするのみならず、
その限定にも適宜貢献する。

【００７３】

【発明の実施の形態】

図２は先行技術の雄ねじ込み管状要素１を示す。

【００７４】 この雄ねじ込み要素１はパイプ１０１の端部に形成される。

【００７５】 それは、パイプ１０１の外周面１０５上に機械加工された長さL_FMの先細りに
されたねじ込み部分からなる雄ねじすじ（ねじ切り）３から成る。

【００７６】 ねじすじ３の各ねじ山１１の形状は台形である。ねじ込み要素１の自由端と反
対側のねじ山は、ねじ込み管状つなぎを形成するためにこれらの２つのねじ込み
要素が連結されて軸方向張力にさらされる時一方のねじ込み要素３から の荷重
をかみ合ったねじ込み要素４へ移動し得る荷重側面１３を有する。

【００７７】 第１ねじ山２１はねじ込み要素１の自由端７側に位置するものである。

【００７８】 ねじ山２３はねじすじの最後のねじ山であり、消滅するねじ山、即ち、その頂
部がパイプ１０１の外周面１０５によって切頭されるねじ山である。

【００７９】 ねじ山２１及び２３は、連結されたねじ込みつなぎ上の雌ねじ込み管状要素の
対応する各ねじ山とそれぞれかみ合うように設計された第１及び最終ねじ山であ
る（図３参照）。

【００８０】 ねじ込み要素１の内周面１０３は、ねじすじが形成される周面１０４の反対の
周面であり、パイプ１０１の本体からねじ込み要素の自由端７まで一様に延びる
。

【００８１】 図２は、第１ねじ山２１及び自由端７間に配置された自由選択の非ねじ込みリ
ップ（舌状体）をも示す。この舌状体はその外周面上に軸受（ベアリング）面５
を有する。

【００８２】 ねじすじ下方の壁は、ねじ山谷底１９及び内周面１０３間の壁材料によって構
成される。

【００８３】 この壁は、非常に硬くはなく、ねじすじ下方の壁厚に比例するある剛性、特に
軸方向剛性を有する。

【００８４】 この剛性は、ねじすじの先細りのためにねじすじの一方端から他方端非常に僅
かに変化するが、この変化はねじすじの先細りが低下（ＡＰＩ仕様５Ｂによる「
バットレス（支持部）」ねじすじの場合には６．２５％）するにつれて限定され
る。

【００８５】

【実施例】

図１は本発明の雌ねじ込み管状要素２を示す。

【００８６】 雌ねじ込み要素２はパイプ１０２の端部に形成される。

【００８７】 それはパイプ１０２の内周面に機械加工された長さＬ_ＦＦの先細りねじ込み部
分から構成された雌ねじすじ（ねじ切り）４から成る。

【００８８】 この雌ねじすじ４は雄ねじ込み要素１の雄ねじすじ３とかみ合う。即ち、それ
らは同一ねじ山ピッチ、同一先細り、同一基準ピッチ直径及び同一ねじ山形状を
有する。

【００８９】 雌ねじすじ４のねじ山１２の形状も台形である。それらは雄ねじ山３の荷重側
面とかみ合う荷重側面４を含む。

【００９０】 第１ねじ山２２はねじ込み要素２の自由端１０側に設けられ、最終ねじ山２４
はねじすじの他端に設けられる。それらも同様に以下で分かるようにかみ合う第
１及び最終ねじ山である。

【００９１】 外周面１０４はねじすじ４が形成される面と反対である。

【００９２】 この面は、極く僅かに傾斜した側面を有する溝３０によってねじすじ４に対応
して中空にされるか又はくびれるようにされる。ねじ込み要素２の軸ＸＸに関し
て自由端側の側面３６は１５°に傾斜され、側面３８は９°に傾斜される。従っ
て、前記軸に関して側面３６は側面３８より全体的にさらに傾斜される。

【００９３】 溝３０はねじすじ下方の材料の厚さ、従ってねじすじ下方の壁の剛性を有意に
低減させる。

【００９４】 この場合には溝によって生じた厚さの減少は、くびれていない区域の点Ｂで測
定したねじすじ下方の壁厚の８０％を超える。

【００９５】 溝はかみ合う第１ねじ山２２の点Ａから始まる。

【００９６】 みぞの位置のために、かみ合う第１ねじ山（図１のねじ山２２及びその右側の
３つのねじ山）におけるねじすじの壁の剛性は低減され、その結果かみ合う第１
ねじ山の柔軟性を増大させる。

【００９７】 自由端１０側のねじすじ外部から始まる溝は、強度耐性に関して有効性が低い
か又は有効性が高くなることは殆どなく、自由端１０の頑丈さを低下させるであ
ろう。

【００９８】 ねじすじのさらに下方で始まる溝は、溝Ｄ又はそれを僅かに超えた底部のレベ
ルにおけるねじすじ下方の軸方向張力の静的応力に対して壁断面を危機的にさせ
得るが、それに反して通常の危機的部分は最終ねじ山の下方のものである。即ち
、それではそれは特に軸方向張力のもとに、ねじ込みつなぎの静的性能劣化に帰
着するであろう。

【００９９】 溝３０はねじ込み管状要素１２の軸周りの回転体である。

【０１００】 縦断面における溝３０の断面輪郭は、構造体の剛性が軸方向において極めて徐
々に変化するように、互いに正接する円又は直線の一連の弧によって構成される
。

【０１０１】 特に、溝底の断面輪郭は、無限にさえなり得る、従って直線に相当する、例え
ば、先細りねじすじと平行になり得る大きな半径を有する円弧で構成される。

【０１０２】 ねじすじ下方にある壁の厚さは、かみ合う4番目及び５番目のねじ山間に位置
する点Ｄで最少（ｅ_ｍｉｎ）になる。横断平面４０上の点Ｄではねじすじ下方の
壁の剛性は従って最少になる。

【０１０３】 有利なことに、上記の通り、溝底は２つのねじ山ピッチ程度の短い軸方向長さ
に亘って先細りねじすじと等しい傾斜を有する直線に従うので、ねじすじ下方の
壁の厚さ、従って壁の剛性は前記軸方向長さに亘って最少かつ一定になるように
される。

【０１０４】 先細りに垂直に測定された厚さｅ_ｍｉｎ２はねじ山高さｈ_ｆと等しい。

【０１０５】 ねじすじ下方の壁の剛性は、点Ｅ及びＦ間に位置する低剛性区域で殆ど最少に
なり、そこでは厚さは厚さｅ_ｍｉｎ２より僅かに高いだけである。即ち、高さは
、例えば、最少厚さの１００％乃至１２０％の範囲内にあり、そこでの剛性は当
該厚さの最小値に関して同一比で変化する。

【０１０６】 点Ｅ及びＦ間の軸方向距離はねじ山ピッチの３乃至４倍の範囲内にあり、点Ｅ
及びＦは平面４０上の点Ｄを囲み、そこでは厚さ及び剛性は最少である。

【０１０７】 溝３０は、かみ合う最後のねじ山のレベルにおいて自由端１０の反対側の３４
で終わる。かみ合う最後のねじ山を丁度超えたＢにおいて溝はなくなる。

【０１０８】 かみ合う最後の各ねじ山レベルにおけるねじ山下方の壁の厚さは、くびれてい
ない区域（例えば、Ｂにおいて）におけるねじすじｅ_Ｔ２下方の壁の厚さの８０
％乃至１００％の範囲にあるので、かみ合う最後の３つのねじ山レベルにおいて
ねじすじ下方の壁の剛性はくびれていない壁のものに関して殆ど減少されない。
その結果、軸方向引張り応力に対するねじ込み要素２の臨界部分はＢの部分であ
り、同部分は同様なねじ込み要素であるが溝のないものに比べて減少されていな
い。

【０１０９】 溝３０は、断面輪郭が縦断面で円弧をなす環状面を介して、３２におけるパイ
プ１０２の中空にされていない外部周面１０４に接合する。

【０１１０】 溝はまた３４における自由端を、環状面を介して、Ａにおける壁厚がＢにおけ
る壁厚に関して低減されるように面１０４のものより小さい直径を有する円筒面
１０６に接合する。

【０１１１】 横断当接面８及びねじ山４を超えてパイプ本体に向けて延びる軸受け面６の自
由選択的存在に注目のこと。

【０１１２】 図３は、ねじ込み環状つなぎ１００を形成する図１及び２のねじ込み要素の連
接を示す。このねじ込みつなぎ１００では、ねじ込み要素１及び２の雄及び雌ね
じすじ３、４は、例えば、ねじ込み要素１及び２の自由選択的横断面７及び８が
当接する点まで組込まれる。

【０１１３】 自由選択的軸受け面５及び６は接触圧力下で接触して一対の金属−金属軸受け
密閉面を形成する。

【０１１４】 ねじ込み環状つなぎ１００は、例えば、井戸のストリングに垂直に取付けられ
た各パイプの重力に起因する軸方向引張り荷重にさらされる。

【０１１５】 さらに、図３に示す場合には、ねじ込みつなぎ１００は、荷重側面１３、１４
を張力下に置く、数ｋＮ.ｍの高トルクのもとで当接する横断面７、８の反作用
によって軸方向引張り荷重にさらされる。

【０１１６】 溝のない類似のねじ込み要素のものに比べて軸方向引張り応力に対するねじ込
み要素２の臨界部分は低減されないが、軸方向引張り応力に対するねじ込みつな
ぎ１００の静的性能は先行技術のねじ込み要素のものに比べて変化されない。

【０１１７】 周期的力がこれらの周期的力に重ねられ得る。

【０１１８】 ねじすじの各ねじ山は引張り荷重の一部分をかみ合ったねじすじの対応するね
じ山に移さなければならない。

【０１１９】 この部分は、同一ねじすじの一方のねじ山から他方のものに対して一定ではな
く、雌ねじ込み要素上の溝３０の役目は、図３の場合ではかみ合う第１ねじ山及
びかみ合う最後のねじ山の少なくとも側面において、異なったねじ山間の荷重移
動を平衡させることである。

【０１２０】 この溝なしでは、これらのねじ山のレベルにおいて荷重移動は遥かに大きいで
あろう。最後の雄ねじ山は、荷重側面及びねじ山谷底間の接合半径内のこれらね
じすじの谷底における幾何学形状応力の集中効果によってさらに増幅された大き
な応力にさらされるであろう。過度の荷重移動及び応力集中の結合によって、そ
れでは接合半径は周期的荷重にさらされたねじ込みつなぎに疲労亀裂が生じる場
所となるが、一方静的荷重の場合のそのような応力の増大は破壊にまで及び得な
い。

【０１２１】 第１雌ねじ山下方の壁の剛性を低下させることよって本発明で得られた荷重移
動の平衡と、荷重側面１３、１４及びねじ山谷底１９、２０間のそれ自体公知の
広接合半径の選択とで、かみ合う第１雌ねじ山に相当するかみ合う最後の雄ねじ
山のレベルにおいて作動中疲労破裂の危険を避けるために臨界区域内の応力を十
分に低減させ得る。

【０１２２】 雄ねじ込み要素上の溝がない場合かみ合う第１雄ねじ山及びかみ合う最後の雌
ねじ山のレベルにおいて荷重移動は不平衡のまま残るが、先行技術のねじ込みつ
なぎ上のこれらの区域では疲労亀裂発生の頻度は少ないことに注目のこと。

【０１２３】 最後に、組み込みが完成した時低剛性区域ＥＦにおいて雌要素の半径方向膨張
の危険を避けるために台形ねじ山を選択することが望ましいことは注目すべきで
ある。そのような膨張はねじ込み要素１、２の破局的移転を起こしてストリング
を井戸の中に落下させる可能性がある。

【０１２４】 図５は本発明のねじ込み環状つなぎの一変形２００を示し、同つなぎでは雄及
び雌の２つの要素の各々が溝を備える。

【０１２５】 雌ねじ込み要素２は従って図１のものと同一である。

【０１２６】 雄ねじ込み要素５１は図４に示す。

【０１２７】 同図の雄ねじ込み要素５１は、このねじ込み要素の内周面１０３の溝３１を中
空化することによって図２の雄ねじ込み要素１から得られる。この周面１０３は
雌ねじすじ３が形成される面と反対の面である。

【０１２８】 溝３１は、かみ合う第１ねじ山（図５参照）である第１ねじ山２１から始まっ
てねじすじの中央に向けて終わる。

【０１２９】 それは第１雄ねじ山のレベルにおけるねじすじ下方の壁の剛性を低減させる。

【０１３０】 この低減は、かみ合う第２及び第３ねじ山間に位置するＧで最大であり、平面
４１ではねじすじ下方の壁厚は最少である。この最少厚さｅ_ｍｉｎはねじ山高さ
の約２倍と等しい。

【０１３１】 剛性の低減は、Ｈ及びＩ間の低剛性区域で実質的に最大であり、これらの２点
間の軸方向距離はねじ山ピッチの僅かに４倍以上である。

【０１３２】 溝３１の側面３７、３９は極僅かに傾斜する。即ち、それらは３３、３５にお
ける環状面を介して雄ねじ込み要素５１の内側周面１０３に接合する。

【０１３３】 溝３１それ自体は、互いに正接する一連の数個の弧によって構成される断面輪
郭を有する。

【０１３４】 溝３１の断面輪郭及び配置を考慮すると、軸方向引っ張り応力に対するねじ込
み要素５１の臨界部分はかみ合う最後のねじ山２３のレベルにおけるものである
。類似のねじ込み要素であるが溝のないものの同部分と比べると前記臨界部分は
低減されていない。

【０１３５】 図５のねじ込みつなぎ２００は、雌ねじ込み要素２内で雄ねじ込み要素５１の
正しい位置に組込まれた後では、図３のものより良好な疲労性能さえ可能にする
。その理由は各要素の各々に溝が形成されていると共に各要素の２つの端部にお
いて荷重移動が一様になされているからである。

【０１３６】 その軸方向引張り応力に対する静的性能は、先行技術のねじ込みつなぎのもの
に比べて依然として変わらず、ねじ込み要素２及び５１の臨界部分は類似のねじ
込み要素であるが溝のないもののそれと比べて低減されない。

【０１３７】 図６は、２つのねじ込み環状つなぎ１００、１００によって構成されたねじ込
み・連結つなぎを示す。

【０１３８】 雄ねじ込み要素１、１は各巨大長パイプの端部に形成される。

【０１３９】 雌ねじ込み要素２、２は、非常に短いと考えられ得るパイプ継ぎ手２０２に対
称的に形成される。

【０１４０】 各ねじ込みつなぎ１００、１００’は図３のものと同一である。

【０１４１】 この種の周知のつなぎはさらなる解説は不要である。

【０１４２】 継ぎ手２０２上の溝３０、３０’の機能は、図１及び３の雌ねじ込み要素２’
内の溝３０のものと同一である。

【０１４３】 我々は、溝のない先行技術の同一ねじ山に比べて図３に示す型のねじ山環状つ
なぎで最も高度に荷重された、かみ合う最後の雄ねじ山の荷重側面１３及びねじ
山谷底１９間の接合半径の最大応力値の増加（利得）を評価しようと試みてきた
。

【０１４４】 疲労特性データを考慮して、溝による最大応力σ_maxの増加はねじ山上で２０
％程度であると評価され、これは疲労作動寿命の非常に実質的な増大を意味する
。

【０１４５】 また本発明は、本明細書に詳記した溝と同じように、かみ合う第１ねじ山のレ
ベルにおいてねじすじ下方の壁の剛性を低下させ得る実施態様をも包含する。

【０１４６】 また本発明は、かみ合う第１ねじ山のレベルにおけるねじすじ下方の壁の剛性
を低下させ手段が溝によってのみ構成されるもの以外の実施形態をも含む。

【０１４７】 図７に示す通り、例えば、溝３０は従ってねじ込み環状要素６２のものより低
い弾性率の材料５０によって部分的に又は完全に満たし得る。この材料５０は特
に溝の表面に接着され、例えば、合成材料で形成し得る。

【０１４８】 また本発明は、ねじすじが幾つかの別個のねじ込み部分を含むねじ込み要素の
実施形態をも包含する。

【０１４９】 この場合には、本発明で請求された対象は、溝が少なくともねじ込み部分下方
に形成され、もしそこで溝がないならば第１ねじ山の柔軟性が最も低減されて疲
労亀裂が生じる危険に及ぶことを意味するものと解釈されなければならない。

【０１５０】 この場合の一変形では、溝は各ねじ込み部分下方に形成されて各ねじ込み部分
のかみ合う第１ねじ山の柔軟性が増加するようにされる。

【図面の簡単な説明】

以下の図面は、本発明のねじ込み管状要素及びねじ込み管状つなぎの実施形態
及び用法に係る非限定的描写である。図１−７は、考慮中のねじ込み管状要素又
はねじ込み管状つなぎの軸を通る半縦断面図である。

【図１】 本発明の雌ねじ込み管状要素を示す。

【図２】 先行技術の雄ねじ込み管状要素を示す。

【図３】 図１及び２のねじ込み要素を連結することによって得られた本発明のねじ込み
管状つなぎを示す。

【図４】 本発明の雄ねじ込み管状要素を示す。

【図５】 図１乃至４のねじ込み要素を連結することによって得られた本発明のさらなる
ねじ込み管状つなぎを示す。

【図６】 図３に示す型からなる本発明の２つのねじ込み管状つなぎから成るねじ込み及
び連結つなぎを示す。

【図７】 図１からなる本発明の雌ねじ込み管状要素の一変形を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイプ（１０１，１０２，２０２）端に形成される、静的及び周
   期的応力の双方に対抗し得るねじ込み管状つなぎ（１００，２００）のための疲
   労耐性断面輪郭を有する雄又は雌ねじ込み管状要素（２，５１，６２）であって
   、該ねじ込み要素が雄又は雌型のいずれかに依存して、その外周面上の雄ねじ切
   り（３）又はその内周面上の雌ねじ切り（４）から成り、前記ねじ込み管状要素
   は、該ねじ切りがそのねじ山（１１，１２）の外形に影響を与えることなく形成
   される場所と反対側のねじ込み管状要素の外周面（１０３，１０４）から開始す
   るねじ切り（３，４）に対応して形成されるねじ込み要素の壁に溝（３０，３１
   ）の形のウエストを含み、各ねじ山の剛性を低減させるように、少なくともかみ
   合う第１ねじ山のレベルにおいて該溝（３０，３１）によって該ねじ切り下方の
   該壁の厚さが低減されることを特徴とする雄又は雌ねじ込み管状要素。
2. 【請求項２】 該溝は、かみ合う該第１ねじ山（２１，２２）下方から始まるこ
   とを特徴とする、請求項１の要素。
3. 【請求項３】 該溝は、該ねじ切り中央の断面及びかみ合う該最終ねじ山の該レ
   ベルの断面間に含まれる軸方向区間で終わることを特徴とする、請求項１又は２
   の要素。
4. 【請求項４】 該溝（３０，３１）は、該ねじ込み管状要素の軸（ＸＸ）に関す
   る回転体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つの要素。
5. 【請求項５】 該溝（３０，３１）は、直下で該ねじ込み管状要素の軸方向で漸
   進的に変化し得るように該ねじ山を支持する該壁の剛性を低減させることを特徴
   とする、請求項１乃至４のいずれか１つの要素。
6. 【請求項６】 該溝の該レベルにおいて該ねじ切り下方の該壁の厚さは、かみ合
   う該第１ねじ山（２１，２２）及びかみ合う第６ねじ山（２８，２９）間の該区
   間に位置する横方向平面（４０，４１）で最小になることを特徴とする、請求項
   ５の要素。
7. 【請求項７】 該溝の該レベルにおいて、該ねじ切り（ｅ_ｍｉｎ１，ｅ_ｍｉｎ２ ）下方の該壁の最小厚さは該ねじの高さ（ｈ_ｆ）より大きいか又は等しいことを
   特徴とする、請求項６の要素。
8. 【請求項８】 該ねじ切り（ｅ_ｍｉｎ１，ｅ_ｍｉｎ２）下方の該壁の最小厚さは
   該ねじの高さ（ｈ_ｆ）のほぼ２倍であることを特徴とする、請求項６の要素。
9. 【請求項９】 該ねじ切り下方の該壁の厚さはゼロでない軸方向距離で最小かつ
   一定であることを特徴とする、請求項６の要素。
10. 【請求項１０】 該溝のために、該 ねじ切り下方の該壁の厚さは、該ねじ切り
    （４０，４１）下方の該壁の該最小厚さの該横方向平面のあたりに設けられる低
    剛性区域と呼ばれる区域（ＥＦ，ＨＩ）の該ねじ切り下方の該壁の最小厚さの１
    ００％乃至１２０％の範囲にあり、この低剛性区域はねじ山ピッチの３倍より大
    きいか又はそれと等しい軸方向長さに亘って延びることを特徴とする、請求項６
    乃至９のいずれか１つの要素。
11. 【請求項１１】 該溝断面輪郭は、引っ張り応力に対する該ねじ込み要素の臨界
    断面がウエスト区域の外部に位置するようにされることを特徴とする、請求項１
    乃至１０のいずれか１つの要素。
12. 【請求項１２】 該溝のために、かみ合う該最後の３つのねじ山レベルにおける
    該ねじ切り下方の該壁の厚さは、非ウエスト区域（ｅ_Ｔ１，ｅ_Ｔ２）の該ねじ切
    り下方の該壁厚の８０％乃至１００％の範囲にあることを特徴とする、請求項１
    乃至１１のいずれか１つの要素。
13. 【請求項１３】 該溝は側面（３６，３７，３８，３９）を有し、該ねじ込み管
    状要素の軸に関する該側面の傾斜が４５°又はそれ未満であることを特徴とする
    、請求項１乃至１２のいずれか１つの要素。
14. 【請求項１４】 該ねじ込み要素の自由端側に向けられた該溝側面（３６，３７
    ）は、反対側に向けられた該溝側面（３８，３９）より該ねじ込み要素の軸に関
    してより包括的に傾斜するようにされることを特徴とする、請求項１３の要素。
15. 【請求項１５】 該溝の断面輪郭は、互いに正接的に連結された有限又は無限の
    各半径の一連の円弧によって構成された規則的曲線であることを特徴とする、請
    求項１乃至１４のいずれか１つの要素。
16. 【請求項１６】 該溝は該周面の現在くぼんでいない部分に連結し、そこでは円
    環形状の正接接合区域（３２，３３，３５）を介して該溝が形成されることを特
    徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１つの要素。
17. 【請求項１７】 該ねじ込み管状要素のものより低い弾性率を有する材料（５０
    ）で該溝が部分的又は完全に満たされることを特徴とする、請求項１乃至１６の
    いずれか１つの要素。
18. 【請求項１８】 該ねじ切りは台形ねじ山（１１，１２）を有することを特徴と
    する、請求項１乃至１７のいずれか１つの要素。
19. 【請求項１９】 静的及び周期的応力の双方に対抗するねじ込み管状つなぎ（１
    ００，２００）であって、雄ねじ込み管状要素上の雄ねじ切り（３）及び雌ねじ
    込み管状要素上の雌ねじ切り（３）を用いてねじ留めにより第２パイプ（１０２
    ，２０２）端に設けられた該雌ねじ込み管状要素に連結された第１パイプ（１０
    １）端の該雄ねじ込み管状要素から成り、該２つのねじ込み管状要素の、雄又は
    雌の、少なくとも１つが請求項１乃至１８のいずれか１つによる型（２，５１，
    ６２）で作られることを特徴とするねじ込み管状つなぎ。
20. 【請求項２０】 雄又は雌の、該２つのねじ込み管状要素は請求項１乃至１８の
    いずれか１つによる型（２，５１，６２）で作られることを特徴とするねじ込み
    管状つなぎ。