JP5908905B2 - 管状ねじ式接続 - Google Patents

Description

管状ねじ式接続が提供される。特に、高い引張効率を有する管状ねじ式接続が提供される。

本発明の開示は、ねじによって接合される管のジョイント又はアセンブリに関するものである。ここで記述される管とは、産業において、特に、管状製品付属品のチュービングやライン用、あるいは、油井又はガス井の運転や探査、開発用のケーシング、ライナー、又はライザー用のストリングラインで使用されるアセンブリやねじ式ジョイントにおいて使用されるものである。ここで記述されるねじ式アセンブリやジャンクションは、例えば、地熱発電所や蒸気発電所のような、パイプラインや管状付属品を組み立てることが望ましいとされるあらゆる目的に対して使用されてもよい。ここで記述されるねじ式アセンブリは、以下に説明されるように、油井やガス井のケーシング用、あるいはケーシングストリングの底部を越える所謂ライナー用の金属管アセンブリにおいて特に有用である。

多くのタイプのアセンブリは、石油やガス搬送管用として知られ、機械的特性及び気密性の観点において厳しい使用条件下でも満足のいく結果を生じる。これらのアセンブリの幾つかには、両端に円錐台の雄ねじを備えた管が使用され、これらの管は、二つの対応する円錐台の雌ねじを有した継ぎ手によって組み立てられる。このようなアセンブリは、雄ねじと雌ねじとの間に生じ得る正の干渉の存在により、アセンブリ剛体の二つの構成要素を提供するという利点がある。

しかしながら、これら継ぎ手の外径は、対応する管の外径よりも大きく、これらのアセンブリがケーシング管と共に使用される場合、継ぎ手は、継ぎ手の外径に適応するような径の大きな掘削孔を必要とする。４０００メートル超えの深さを有する非常に深い井戸では、井戸の最初のケーシングストリングの先端の直径、すなわち、サーフェス近傍の井戸の直径は、ケーシングストリングの対応する管よりも僅かだけ大きな外径を有する細い継ぎ手を使用する場合よりも、これらの継ぎ手を使用する場合では２倍の大きさとなる。

この問題を防ぐために、継ぎ手あるいはスリーブの無いアセンブリを使用してもよい。この場合、管状要素の各々は、一つの雄ねじ端部と一つの雌ねじ端部を有し、細いアセンブリを構成する。一般的に、これらのアセンブリまたはジャンクションは、継ぎ手やスリーブを採用したアセンブリやジャンクションと対比して、統合アセンブリや統合ジャンクションと呼ばれる。ケーシングストリング底部で懸架されるが、掘削孔には固定されず、かつしばしば水平に延出してオイル又はガス生成地層に達するライナーにおいて、同じニーズが統合ジャンクションに対しても要求される。特に、所謂シェールガス貯留層のような非従来型のガス貯留層の開発には、そのような統合ジャンクションを有する小径で細いライナーを必要とする。

一般的に、統合アセンブリは、雌ねじに対応する端部には拡張径、雄ねじに対応する端部には縮小径を有する管で作られる。これは、管に十分な厚さをもたせる材料となり、管同士を接合したアセンブリの幾何学的且つ機械的強度を確保するためになされる。

また、単体のみで使用する代わりに、連続した二つのセクションや段（ステップ）部にねじ切りを使用することによって、雄―雌アセンブリの強度を強化することも可能である。各ねじ切り段部分は、異なるねじ山直径を有し、中心環状当接部によって分離されている。この当接部によって、ねじの十分な締め付けを達成すると共に過剰なねじ込みを回避することが可能となる。負の負荷フランクを有するねじの場合、当接部によって、それらの負のフランクでこれらのねじを締め付けることが可能となる。これにより、牽引応力には強い圧力が伴うかもしれないし伴わないかもしれないが、この応力の作用によってねじの噛合いが解かれるというリスクが減少する。

好適には、ねじ切り段部同士の間にある当接部は、雄ねじ要素が雌ねじ要素内に進入するのを停止するために、過剰なねじ込みを防止するように高い強度を有する。この場合、当接部は、中央止め肩部として作用する。この結果を達成出来るのは、中央当接部が、大きな断面を有するアセンブリの二つの構成要素が強固に接続されるように構成されるような領域に存在する場合である。

中央肩部が封止部としても作用出来るように、より複雑な中央肩部構造が、ねじ切り段部同士の間で使用されることができる。しかしながら、良好な密閉性を達成するためには、接触表面で弾性的な締め付けを有することが必要である。なぜなら、そうでない場合、塑性変形によってのみ締め付けが行われるというリスクが生じるからである。この場合、ジャンクションでは、連続する負荷変化（例えば、内圧−外圧の繰り返し）、あるいはねじ留めとねじ外し操作の過程で、ジャンクションの密閉性の品質が急速に失われる。このような密閉性が喪失する原因は、本質的に、塑性変形により、更には磨耗により表面が損傷されることが原因である。

米国特許第５，６８７，９９９号

一例として、第１の管（第１の管状部材とも呼ばれる）と第２の管（第２の管状部材とも呼ばれる）を含むねじ式管状接続が提供される。この接続は、例えば、ねじ式半同一平面接続となることが出来る。第１の管は、第１の管本体部の端部から第１の管の終端へ延出するピン部材（管状雄端部とも呼ばれる）を含む。第１の管の本体部は、その第１の管の軸方向に沿って、実質的に一定の内径と外径を有することができる。ピン部材は、半径方向でオフセットされた雄ねじの二つのセクション（段部）を含む。半径方向でオフセットされた雄ねじの二つのセクションは、第１のねじセクションと第２のねじセクションを含む。第１のねじセクションは、中央肩部とも呼ばれる第１の当接面によって、第２のねじセクションから分離されている。第１のねじセクションは、第１の管の終端と第１の当接面との間に位置し、且つ第２のねじセクションは、第１の当接面と第１の管本体部の端部との間に位置する。

第２の管は、第２の管本体部の端部から第２の管の終端部へ延出するボックス部材（管状雌端部とも呼ばれる）を含む。第２の管の本体部は、第２の管の軸方向に沿って実質的に一定の内径と外径を有することができる。ボックス部材は、半径方向で相殺される雌ねじの二つのセクション（段部）を含む。半径方向で相殺される雌ねじの二つのセクションは、第３のねじセクションと第４のねじセクションを含む。第３のねじセクションは、中央肩部とも呼ばれる第２の当接面によって、第４のねじセクションから分離されている。第３のねじセクションは、第２の管の終端と第２の当接面との間に位置し、且つ第４のねじセクションは、第２の当接面と第２の管本体部の端部との間に位置する。

２段のテーパー状ねじ切り部の各々は、第１の管状部材と第２の管状部材の各々の終端の側にランイン部を、且つ反対側にランアウト部を含む。第１の管状部材の各ランイン部は、第２の管状部材のランアウト部と係合し、且つ第２の管状部材の各ランイン部は、第１の管状部材のランアウト部と係合する。ボックスの外径は、第１と第２の管状部材の呼び外径よりも１０％以下（好ましくは、６％以下）だけ大きい。

ピン部材は、第１の管本体部の端部に最も近い第２のねじセクションのねじ谷底部の位置にピン臨界断面（ＰＣＣＳ)を有する。このＰＣＣＳは、ピンの全てのねじを介して伝達される全張力を受ける。ボックス部材は、第２の管本体部の端部に最も近い第４のねじセクションのねじ谷底部の位置にボックス臨界断面（ＢＣＣＳ)を有する。このＢＣＣＳは、ボックスの全てのねじを介して伝達される全張力を受ける。ボックス部材は、第２の管の第２の当接部に最も近い第３のねじセクションのねじ谷底部の位置にボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）を有する。このＢＩＣＣＳは、ボックスの第３のねじセクションを介して伝達される張力を受ける。ピン部材は、第１の管の第１の当接部に最も近い第１のねじセクションのねじ谷底部の位置にピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）を有する。このＰＩＣＣＳは、ピンの第１のねじセクションを介して伝達される張力を受ける。

第１と第２の管は、以下の関係を満たす：
ＰＣＣＳは、ＢＣＣＳのおよそ±５％以内であり、且つ
ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ+ＰＩＣＣＳ）のおよそ±５％以内である。

添付の図面に関連して考察される時に、以下の詳細な説明を参照することによって本発明がより良く理解されるので、本発明の更なる完全な理解及びそれに付随する利点の多くが、容易に得られるであろう。
図１は、一緒に組み付けられた雄と雌管状要素を有するジョイントの断面図である。 図２は、図１に示すジョイントのストップ肩部と分離封止部の詳細な断面図である。 図３は、図１に示すジョイントの一方のねじランイン部の詳細な断面図である。 図４は、ピンとボックスの終端近くの中央肩部と終端封止部を含むジョイントの断面図である。 図５は、雄の円錐台ねじ切りセクションのプロファイルのＸ１−Ｘ１軸に沿う部分切り欠き図である。

以下の記載で使用される幾つかの用語は、便宜的なものに過ぎず、限定するものではない。以下の記載においては、用語“アセンブリ”又は“ジョイント”又は“ジャンクション”は、これらの用語の各々が特定の用語に更なる意味を与える特定の文脈において使用される場合を除いて、同じ意味を有することを意図して使用される。用語“パイプ”は、現在存在している或いは産業において使用されると思われる、あらゆるタイプの管又は管状コンポーネント又は管状付属品を包含することを意図して使用される。以下の記述においては、用語“当接部”又は“当接面”又は“肩部”は、これらの用語の各々が特定の用語に更なる意味を与える特定の文脈において使用される場合を除いて、同じ意味を有することを意図して使用される。

一つの解決策が米国特許第５，６８７，９９９号に記載されており、二つの流体密閉金属間封止面を、ねじ切り部の端部を跨いでジョイントの内端及び外端に配置することを含んでいる。米国特許第５，６８７，９９９号の全体の内容が、参照によって本明細書に組み込まれ、且つ米国特許第５，６８７，９９９号の図２と図３は、本開示の図４と図５に再現されている。

図４に示されているように、この例では、各雄と雌要素において、二つのねじ切りセクション、すなわち、ねじ切りセクション４と５を雄要素１として、またねじ切りセクション６と７を雌要素２として有し、それらの間には、環状の当接面又は肩部２４が位置している。これらのねじ切りセクション４と５、及び６と７の中間部は、円錐台形状である。

雄要素の円錐台ねじ切りセクション４と５及び雌要素の円錐台ねじ切りセクション６と７の４つの円錐台ねじ切りセクションは、それらの端部の各々に、ねじ山の高さがゼロ値へと減少する、消失ねじ山領域を有する。ねじ山の高さの減少は、雄又は雌要素の軸に対してねじ山の頂点を一定の直径に機械加工して所謂ランアウトねじ部を生成するか、又はその軸に対して一定の直径のねじ谷底部を機械加工して所謂ランインねじ部を生成することによって達成される。二つの雄と雌要素を組み付けることによって、それらのねじは、対応するハウジング内で、ねじの中間部分及び消滅ねじ部を有する端部領域の両方と係合する。

図４に示されるように、これらの端部領域では、消滅ねじ部の頂点と谷底部は、円錐台の外径１６と１７又は円錐台の内径１８と１９が収束することにより外側へ又は内側へ向かって制限され、それらの各々は、ねじ切りの中間部の表面、及び円筒形内径２０、２１、又は円筒形外径２２、２３を引き延ばしている。これらの円筒形面２１、２２の直径同士間の差が、アセンブリ３の中央領域の環状当接部又は肩部２４の径方向高さ“Ｄ”に対応することが分かる。この環状当接部又は肩部２４は、雄要素１と雌要素２の互いに当接する二つの面を有することによって構成される。

図４に示されるジョイントでは、当接部２４は、気密機能及び封止機能を果たしていない。特に、当接部２４では、アセンブリの全ての通常運転条件下で封止状態は提供されない。代わりに、二つの流体密封金属間封止面２７、２８が、ねじ山部分の端部を跨いで、ジョイントの内端と外端に配置されている。

図５に示されるように、３０で示されるような、雄ねじの負荷フランクは、要素のＸ１−Ｘ１軸に垂直に延出する線に対して約−３°から−２０°の負の傾斜Ａの母線を有する。ねじ込み時には、負の負荷フランクを有するこれらのねじと当接部２４との間の協働によって、雄要素１と雌要素２を互いに締め付け合わせることが可能となる。これにより、実質的に、ねじの未接合や分離といったリスクが取り除かれる。

図４と図５に示す接続では、Ｘ１−Ｘ１軸に対して垂直な、雄と雌要素の肩部（又は当接部）の面により、ジョイントの機械的強度が所定の半径方向差Ｄに対して増加する。その結果、雄要素１の臨界厚みＥ２及び雌要素２の臨界厚みＥ１に対して、可能な限り大きな値が付与され得る。中央領域における金属／金属気密表面−すなわち、既に説明されているように、米国特許第５，６８７，９９９号によれば、この領域の剛性により有効性が十分でない表面−が存在しないことにより、二つの円錐台ねじ切りセクションは、互いにより近接して移動することが可能となり、従って、前述の特許によれば、二つの雄要素と雌要素との間の接合作用が向上する。

しかしながら、図４に示す接続において、厚い壁部に位置する封止面２７、２８により半径方向に空間が占有されるため、この接続における高い封止性の結果からは、高い引張効率は生じないことになる。特に、本出願人は、図４に示される接続の引張効率は、７０％から８０％の引張効率を達成するに過ぎないことを見出した。接続の引張効率は、ねじ上の最も小さな“臨界断面”とパイプ本体断面との比であり、接続の性能を制限する。一方で、雄と雌部の端部の厚みが増加することによって、中央肩部面積のサイズが減少し、これにより、圧縮に対する接続抵抗が減少する。

図１〜図３は、９０％又はそれ以上の引張効率を有する接続の例を示している。以下に詳細に説明されるように、本例では、中央肩部を封止部として利用していない。他の態様として、本例では、より大きな肩部面積を採用することによって、接続の組み立てトルク及び圧縮に対する抵抗を最小にしている。また、本例では、負の負荷フランクを有するねじを採用して、例えば、油井における張力下でのねじのジャンプアウトのリスクも回避している。

図１は、第１の管状部材と第２の管状部材を含む接続を示している。第１の管状部材は管状雄端部１０１を備え、第２の管状部材は管状雌端部１０２を備える。第１の管状部材の管状雄端部１０１は“ピン”と呼ばれ、第２の管状部材の雌端部１０２は“ボックス”と呼ばれる。図１の例は、ねじ式半同一平面型接続、即ち、ボックスの外径が、パイプの外径よりも僅かに大きい接続を示し、二つの部材、ピン１０１とボックス１０２が、端部形成されている。ピン１０１とボックス１０２の各々は、２段のテーパー状ねじ切り部と直線状中央肩部１２４を含んでいる。ピンは、小径のねじセクション１０４と大径のねじセクション１０５を含んでいる。ボックスは、小径のねじセクション１０６と大径のねじセクション１０７を含んでいる。接続は、雌ねじ部分（１０４、１０６）と雄ねじ部分（１０５、１０７）を有する。これらの二つの部分間に、封止部１２５と特徴的肩部１２４がある。

図１に示す接続のねじの構成は、図４と図５の例を参照して述べられたのと同様である。従って、ねじ切り部の各段部は、部材の自由端（終端）の側にあるランイン部とその反対側にあるランアウト部から成る。ピン１０１の各ランイン部は、ボックス１０２のランアウト部と係合し、ボックス１０２の各ランイン部は、ピン１０１のランアウト部と係合する。ランイン及びランアウトセクションは、完全なランイン／ランアウトセクションであってもよいし、又は、不完全なランイン／ランアウトセクションであってもよく、即ち、後者の場合、ねじ山の高さがゼロ値まで減少しない。ねじ山の高さの消失率は、長いねじ山部分になるのを回避するようにランイン／ランアウトセクションに沿って変化してもよい。加えて、図３を参照して更に詳細に説明されるように、係合したねじのランインセクションとランアウトセクションとの間の遷移点は、同じ位置でなくてもよい。

図１に示す接続の引張効率を増加するために、本例では、各ねじの端部にランイン部とランアウト部を有する２段接続に加えて、接続の４つの臨界断面間に特別な均衡を備えている。これらのセクションは、ピン臨界断面積（ＰＣＣＳ）１７１、ボックス中間臨界断面積（ＢＩＣＣＳ）１７２、ピン中間臨界断面積（ＰＩＣＣＳ）１７３、及びボックス臨界断面積（ＢＣＣＳ）１７４を含む。ＰＣＣＳ１７１は、（管状雄端部とも呼ばれる）ピン１０１の断面積であり、全てのねじを介して伝達される全張力を受け、管状雄端部１０１の自由端（終端）とは反対の管状雄端部１０１の端に位置する。ＢＣＣＳ１７４は、（管状雌端部とも呼ばれる）ボックス１０２の断面積であり、全てのねじを介して伝達される全張力を受け、管状雌端部１０２の終端とは反対側の管状雌端部１０２の端に位置する。ＢＩＣＣＳ１７２は、管状雌端部１０２の断面積であり、管状雌端部１０２の雄ねじ部分１０７を介して伝達される張力を受け、管状雌端部１０２の自由端（終端）とは反対側の雄ねじ部分１０７の端に位置する。ＰＩＣＣＳは、管状雄端部１０１の断面積であり、管状雄端部１０１の雌ねじ部分１０４を介して伝達される張力を受け、管状雄端部１０１の自由端（終端）とは反対側の雌ねじ部分１０４の端に位置する。

記載された接続の４つの臨界断面のうちの一つの断面積が十分に高くない場合、その位置で破断が生じる可能性がある。ＰＣＣＳとＢＣＣＳは、ピン１０１とボックス１０２の各端近くでの破断のリスクを表す。ＰＩＣＣＳとＢＩＣＣＳの合計は、中央肩部１２４近くでの張力による破断のリスクを表す。本願の発明者は、以下の特別な関係を満たすことにより張力効率を改善するということを見出した：
ＰＣＣＳ〜（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）〜ＢＣＣＳ
本例では、記号“〜”は、±５％以内と同等の意味を意図して使用される。

本発明者は、上述された方法で上記４つの臨界断面同士の効率の均衡を保つことにより、より多くのトルク抵抗を得るために肩部面積を最大化しながら、接続の効率（〜９０％）を最大化し且つそれを維持し、更に、接続の軸方向の性能を確保することを見出した。

更に、臨界断面同士の関係は、２％、更には１％という、より小さな差を含むことができる。中央肩部近辺の破断を防止するために、好ましくは、ＰＩＣＣＳとＢＩＣＣＳの合計は、ＰＣＣＳやＢＣＣＳの最高値よりも大きい。

以下で述べられる比較例を参照して議論されるように、図４に示す接続は、臨界同士の上記関係には従っていない。代わりに、図４における接続は、より低い接続臨界断面比（パイプ断面との比較における％）の特徴を有し、これにより、図１乃至図３で述べられる例よりも小さな接続引張効率（即ち、接続比では最小値）を特徴としている。

図４の接続において、雄要素１と雌要素２の厚い端部の封止面２７、２８により半径方向に空間が占有され、それにより、ＰＣＣＳとＢＣＣＳが減少する。一方、図１乃至図３の例は、中央封止構成を含み、この構成では、ピン側大径ねじ１０５及びボックス側小径ねじ１０６の端部を、主な欠点無しに図４の接続の場合よりも厚くさせることができ、それ故、上述の臨界断面同士の新規な関係を確実にすることができる。

図２に示されるように、本例の封止部１２５は、中央に位置し、また、肩部１２４から明確に離間し区別される。ピン１０１の封止面１５２は、ボックス１０２の封止面１６２と共に、半径方向における封止を行う。ボックス１０２とピン１０１の夫々の中央肩部面１５４と１６４は、２段のテーパー状ねじ切り部同士の間に位置して、ストップ肩部を形成する。従って、接続が組み上げられると、ピンとボックスの肩部面１５４と１６４が係合され、ピンとボックスの封止面１５２と１６２が両者間の半径方向の干渉により緊密に接触する。しかしながら、接続部が張力下にある時、ピンとボックスの肩部面１５４と１６４は、それらが緊密に接触しているとしても、封止部を形成するようには設計されていない。特に、肩部面１５４と１６４は、ピンとボックスが通常の操作中の典型的に経験される張力下にある時、封止部を形成しない。

図４の二つの終端封止部２７、２８の代わりに、図１の単一の中央封止部を選択することによって、それら封止部によって占有される半径方向の空間を減少させ、ＰＣＣＳとＢＣＣＳの両方及び／又は肩部面積を増加させることが可能になる。また、このような選択によって、終端封止部間の範囲に留まらない潤滑ドープ塗料を過剰に塗布した場合に、ドープ塗料の圧力によりピンとボックスがジャンプアウトするというリスクの影響が少ない接続部が与えられる。

封止部１２５の封止面１５２と１６２は、両者とも、実質的に同じテーパーである円錐面となることが出来るし、あるいは、面１５２と１６２の一方が凸状に***した面、例えば、１０〜１００ｍｍのトーラス半径によって画定された輪環状面となり、他方の面が円錐状となることも出来る。円錐状面のテーパー度合いは、一方が封止部１２５によって占有される半径方向の空間を制限し、他方が封止面の摩擦のリスクを制限するような、二つの制限間で行われてもよい。例えば、１／６（１６．７％）の封止テーパーが選択され得る。

図２に示されるように、ボックスとピンの面は、ピンの面１５３とボックスの面１６３との間に半径方向の間隙を提供するように成形される。これらの面は、封止部を作らないし作ることができない。間隙１８１は、外部負荷印加中に封止部１２５とストップ肩部１２４との間の相互作用を制限する。具体的に、封止部１２５は、引張及び圧縮中に封止部１２５での肩部の変形の影響を制限し、そうすることにより、周期的な負荷状態下での接続性能を最大化するために、肩部１２４から分離される。間隙１８１の軸方向の間隙は、例えば、３ｍｍ〜１５ｍｍとなり、半径方向の間隙（半径方向の間隙は、直径の差である直径方向の間隙の半分）は、例えば、０．１２５ｍｍ〜０．４ｍｍとなり得る。

肩部１２４と更に大きなねじ切り段部との間には、ピン１０１とボックス１０２各々に更に円筒形面１５５と１６５がある。また、これらの円筒形面１５５と１６５との間に半径方向間隙１８２が常に存在する。円筒形面１５５と１６５は、封止部を作らないし作ることができない。間隙１８２は、組み上げられた時には、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍの間隙を有する半径方向の間隙となる。

第３の間隙、即ち、間隙１８３は、封止部１２５と、封止部１２５の間隙１８１とは反対側にあるねじとの間に位置する。間隙１８３は、ピン１０１とボックス１０２の各々の円筒形面１５１と１６１との間に形成される半径方向の間隙である。間隙１８３は、組み上げられた時には、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍの間隙を有する。

間隙１８２と１８３を最小化することによって、（ＰＩＣＣＳ＋ＢＩＣＣＳ）又は肩部面積は増加するが、接続を組み上げるのが更に困難になる。

上記のように、ピンとボックスのねじランイン部は、図４に示す円筒形−円錐形接続に基づく。雄ねじセクションに円筒形−円錐形ピンランイン部、雌ねじセクションに円筒形−円錐形ボックスランイン部を有することによって、肩部面積が以下のように最大化する：
（円筒形ランイン部の長さ＊ねじのテーパー）／２＝一つのランインねじ部に起因する肩部高さの増加分
肩部１２４の各側（ピンの一方側、ボックスの他方側）に一つのランインねじ部があるので、肩部の全体高さの増加分は、各ランインねじ部に起因する増加分の合計となる。図３は、図１に示すジョイントのねじのランイン部のうちの一方の詳細な断面図を示している。具体的に、図３は、ボックス１０２のねじ１０７のランアウト部とピン１０１のねじ１０５のランイン部を示している。線１９３と１９４は、テーパーの経路に沿う線を表し、一方で、線１９１と１９２は、円筒の直径を表す。ランインねじ部のピンの谷底部は、テーパー状であるが、機械加工されたインサートねじの形状に起因した、線１９２によって制限される円筒部の面上に横たわっている。

係合されたねじのランインセクションとランアウトセクション間の遷移点は、同じ位置である必要はない。図３における例では、ボックスの円筒部頂点とボックスのテーパー部頂点間の遷移点は、基準Ｊとみなされ、且つピンの円筒部谷底部とピンのテーパー部谷底部間の遷移点は、基準Ｋとみなされる。ランイン部のねじ円筒部の長さは、例えば、ねじピッチで３〜４の間となり得る。図３の接続において、材料Ｇが追加された分は、標準的なランインねじ谷底部が線１９５に沿う場合と比較して、もっぱら肩部の高さ専用となる。

ねじのテーパーは、１／１８（５．５５５％）から１／８（１２．５％）の間であり得る。接続の各サイズに対してねじのテーパーを選択することは、以下の点で有用である。：
１．接続ＰＣＣＳ〜（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）〜ＢＣＣＳの効率を確保する；
２．ジャンプアウトを回避するために、十分な展開ねじ面積を確保する；及び
３．肩部の高さを最大化して、トルク容量及び／又は圧縮負荷又は曲げ負荷に対する抵抗を最大化する。

ねじのテーパーは、階段状の二つのねじ１０４（１０６）と１０５（１０７）との差となり得る。

二つの雌及び雄ねじ部分の長さは、中間断面の効率を最大化するためには、等しくても異なっていてもよい。雌ねじ部分の長さは、例えば、雄ねじ部分の長さの５０％〜１００％となり得る。

加えて、全展開ねじ面積は、ＰＣＣＳとＢＣＣＳ間の最小臨界断面の１３０％より大きいが、２５０％以上にはなり得ない。

以下の表は、図４に示す接続に従って組まれた接続の寸法と、図１乃至図３に示す接続に従って作られた接続の寸法とを比較している。表１は、図１乃至図３に示す接続を使用して構成された４つの異なる接続に関する寸法の例である。上記で述べたように、この接続は、９０％以上の引張効率を達成できる。表１から分かるように、臨界断面は、３％から低くて１％の範囲となる差を有することが出来た。以下の表において、ＰＢＣＳは、管本体の呼び断面積（＝p＊（ＯＤ−パイプ壁の厚さ）＊（パイプ壁の厚さ））を指す。なお、肩部の面積は、体系的に２５％より大きい。ボックス側の外径の増加によって、接続のカテゴリー（同一平面／半同一平面／標準）が定義され、接続の全体的引張効率とトルクの肩部面積に好影響を及ぼす。表１から分かるように、これらの例は、半同一平面タイプの接続に対して外径増加が可能な上位範囲側となっている。

図１乃至図３に示される接続に対する例示寸法

表２は、図４に示す接続を使用して構成された４つの異なる接続に関する寸法の例である。上記で述べたように、この接続では、７０％〜８０％以上の引張効率を達成できるに過ぎない。図２から分かるように、臨界断面は、９％及び１０％という高い差を有することが出来た。また、この接続では、図１乃至図３の接続の場合よりも小さい、２０〜２５％の肩部面積が達成される。

図４に示される接続に対する比較寸法

もちろん、本発明の多くの変更・修正が、上記の教示を踏まえて可能である。従って、本発明は、添付の請求項の範囲内で、ここで具体的に記載されたもの以外でも実施され得ることが理解されるべきである。

特に、図１の直線状肩部１２４以外のタイプの肩部を使用することができ、例えば、接続軸に対して垂直なところから２０°以下の負の角度を有する逆肩部を使用することができる。

また、図５のフックねじは、他のねじプロファイルに置き換えられることができる。

また、半径方向の小さな間隙１８２、１８３を実行するように、乾燥潤滑剤を、標準的な化合物ドープ（ＲＰ ＡＰＩ ５Ａ３）の代わりに使用することができる。

Claims (21)

1. ねじ式管状接続であって、
   第１の管と第２の管を備え、
   この第１の管は、第１の管本体の端部から第１の管の終端へ延出するピン部材を含み、このピン部材は、半径方向で相殺される雄ねじの二つのセクションを含み、これら半径方向で相殺される雄ねじの二つのセクションは、第１のねじセクションと第２のねじセクションを含み、第１のねじセクションは、第１の当接面によって第２のねじセクションから分離され、第１のねじセクションは、第１の管の終端と第１の当接面との間に位置し、且つ第２のねじセクションは、第１の当接面と第１の管本体の端部との間に位置し；
   この第２の管は、第２の管本体の端部から第２の管の終端へ延出するボックス部材を含み、このボックス部材は、半径方向で相殺される雌ねじの二つのセクションを含み、これら半径方向で相殺される雌ねじの二つのセクションは、第３のねじセクションと第４のねじセクションを含み、第３のねじセクションは、第２の当接面によって第４のねじセクションから分離され、第３のねじセクションは、第２の管の終端と第２の当接面との間に位置し、且つ第４のねじセクションは、第２の当接面と第２の管本体の端部との間に位置し、
   ピン部材は、第１の管本体の端部に最も近い第２のねじセクションのねじ係合谷底部に位置するピン臨界断面（ＰＣＣＳ）を含み、ボックス部材は、第２の管本体の端部に最も近い第４のねじセクションのねじ係合谷底部に位置するボックス臨界断面（ＢＣＣＳ）を含み、ボックス部材は、第２の管の第２当接部に最も近い第３のねじセクションのねじ係合谷底部に位置するボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）を含み、ピン部材は、第１の管の第１当接部に最も近い第１のねじセクションのねじ係合谷底部に位置するピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）を含み、且つ
   第１と第２の管は、以下の関係：
   ＰＣＣＳは、ＢＣＣＳの略±５％以内であり、且つＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ+ＰＩＣＣＳ）の略±５％以内であること
   を満たし、
   ピン部材は、第１のねじセクションと第１当接面との間に位置する第１の中央封止面を含み、且つボックス部材は、第４のねじセクションと第２当接面との間に第２の中央封止面を含み、且つ
   組み上げられた状態では、ねじ式管状接続の軸方向に延出し第１及び第２当接面から分離され且つ区別される流体密閉封止部を形成するように、第１の中央封止面は、第２の中央封止面と半径方向に係合し、
   第１の中央封止面と第２の中央封止面との間に形成された単一の中央封止部を有し、
   組み上げられた状態では、流体密閉封止部は、ねじ式管状接続の軸方向に、第１の間隙部分によって第１と第２当接面から分離され、ピンとボックスは、第１の間隙がピンとボックス間の第１の間隙部分に形成されるように、第１の間隙部分において半径方向に互いから離間されている
   ことを特徴とするねじ式管状接続。
2. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
   第１の間隙は、３ｍｍから１５ｍｍの軸方向間隙と０．１２５ｍｍから０．４ｍｍの半径方向間隙を含むことを特徴とするねじ式管状接続。
3. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
   組み上げられた状態では、ねじ式管状接続は、第２の間隙部分を含み、この第２の間隙部分は、ボックス側の第２当接面と第３のねじセクションとの間及びピン側の第１当接面と第２のねじセクションとの間に位置され、ピンとボックスは、第２の間隙がピンとボックス間の第２の間隙部分に形成されるように、第２の間隙部分において半径方向に互いから離間され、且つ
   組み上げられた状態では、ねじ式管状接続は、第３の間隙部分を含み、この第３の間隙部分は、ボックス側の第２の中央封止面と第４のねじセクションとの間及びピン側の第１の中央封止面と第１のねじセクションとの間に位置され、ピンとボックスは、第３の間隙がピンとボックス間の第３の間隙部分に形成されるように、第３の間隙部分において半径方向に互いから離間されることを特徴とするねじ式管状接続。
4. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
   第１、第２、第３及び第４のねじセクションの各々は、負の勾配を有する負荷フランクを有するねじ山を含むことを特徴とするねじ式管状接続。
5. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
   第１、第２、第３及び第４のねじセクションの各々は、円錐台形状であり、且つ各々は、第１の端部にランインねじ部、第２の端部にランアウトねじ部、及びランインねじ部とランアウトねじ部との間に全高ねじ部を含むことを特徴とするねじ式管状接続。
6. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
   第１、第２、第３及び第４のねじセクションの各々のテーパーは、１／１８から１／８の範囲内であることを特徴とするねじ式管状接続。
7. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
   第１、第２、第３及び第４のねじセクションの少なくとも一つのランアウトねじ部は、部分的なランアウトねじであることを特徴とするねじ式管状接続。
8. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
   第１と第４のねじセクションの長さは、第２と第３のねじセクションの長さと等しいことを特徴とするねじ式管状接続。
9. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
   第１と第４のねじセクションの長さは、第２と第３のねじセクションの長さの５０％から１００％の範囲であることを特徴とするねじ式管状接続。
10. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
    ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）の略±３％以内であることを特徴とするねじ式管状接続。
11. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
    ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）の略±２％以内であることを特徴とするねじ式管状接続。
12. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
    （ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）は、ＰＣＣＳやＢＣＣＳよりも大きいことを特徴とするねじ式管状接続。
13. 請求項１に記載のねじ式管状接続において、
    ねじ式管状接続の引張効率は、少なくとも９０％であることを特徴とするねじ式管状接続。
14. ねじ式半同一平面接続であって、
    第１の管状部材と第２の管状部材を備え、
    この第１の管状部材は、管状雄端部を含み；
    この第２の管状部材は、管状雌端部を含み、管状雄端部と管状雌端部の各々は、２段のテーパー状ねじ切り部と直線状中央肩部を含み、２段のテーパー状ねじ切り部の各々は、雄ねじ部分と雌ねじ部分を含み、封止部と特徴的肩部は、雌ねじ部分と雄ねじ部分との間に位置され、２段のテーパー状ねじ切り部は、第１の管状部材と第２の管状部材の夫々の終端側にランイン部を、且つ反対側にランアウト部を含み、第１の管状部材側の各ランイン部は、第２の管状部材側のランアウト部と係合し、且つ第２の管状部材側の各ランイン部は、第１の管状部材側のランアウト部と係合し、管状雌端部の外径は、第１と第２の管状部材の呼び外径よりも１０％以下だけ大きく、
    管状雄端部は、管状雄端部の全てのねじを介して伝達される全張力を受け且つ管状雄端部の終端とは反対側の管状雄端部の端に位置される断面積（ＰＣＣＳ）を含み、管状雌端部は、管状雌端部の全てのねじを介して伝達される全張力を受け且つ管状雌端部の終端とは反対側の管状雌端部の端に位置する断面積（ＢＣＣＳ）を含み、管状雌端部は、管状雌端部の雄ねじ部分を介して伝達される張力を受け且つ管状雌端部の終端とは反対側の雄ねじ部分の端に位置する断面積（ＢＩＣＣＳ）を含み、管状雄端部は、管状雄端部の雌ねじ部分を介して伝達される張力を受け且つ管状雄端部の終端とは反対側の雌ねじ部分の端に位置される断面積（ＰＩＣＣＳ）を含み、且つ
    第１と第２の管状部材は、以下の関係：
    ＰＣＣＳは、ＢＣＣＳの略±５％以内であり、且つ
    ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ+ＰＩＣＣＳ）の略±５％以内であること
    を満たし、
    組み上げられた状態では、流体密閉封止部は、ねじ式管状接続の軸方向に、第１の間隙部分によって第１と第２当接面から分離され、管状雄端部と管状雌端部は、第１の間隙が管状雄端部と管状雌端部間の第１の間隙部分に形成されるように、第１の間隙部分において半径方向に互いから離間されている
    ことを特徴とするねじ式半同一平面接続。
15. 請求項１４に記載のねじ式半同一平面接続において、
    ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）の略±３％以内であることを特徴とするねじ式半同一平面接続。
16. 請求項１４に記載のねじ式半同一平面接続において、
    ＰＣＣＳとＢＣＣＳの各々は、（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）の略±２％以内であることを特徴とするねじ式半同一平面接続。
17. 請求項１４に記載のねじ式半同一平面接続において、
    （ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）は、ＰＣＣＳやＢＣＣＳよりも大きいことを特徴とするねじ式半同一平面接続。
18. 請求項１４に記載のねじ式半同一平面接続において、
    半同一平面接続の引張効率は、少なくとも９０％であることを特徴とするねじ式半同一平面接続。
19. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
    第１のねじセクションのテーパーは、第２のねじセクションのテーパーとは異なっていることを特徴とするねじ式管状接続。
20. 請求項５に記載のねじ式管状接続において、
    第１、第２、第３及び第４のねじセクションの少なくとも一つのランインねじ部は、部分的なランインねじであることを特徴とするねじ式管状接続。
21. 請求項１４に記載のねじ式半同一平面接続において、
    管状雌端部の外径は、第１と第２の管状部材の呼び外径よりも６％以下だけ大きいことを特徴とするねじ式半同一平面接続。

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