WO2020039875A1 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents

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WO2020039875A1
WO2020039875A1 PCT/JP2019/030172 JP2019030172W WO2020039875A1 WO 2020039875 A1 WO2020039875 A1 WO 2020039875A1 JP 2019030172 W JP2019030172 W JP 2019030172W WO 2020039875 A1 WO2020039875 A1 WO 2020039875A1
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pin
box
shoulder surface
shoulder
threaded joint
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PCT/JP2019/030172
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Inventor
景太 井瀬
日香理 中野
正明 杉野
Original Assignee
日本製鉄株式会社
バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
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    • F16L15/04—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with additional sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
    • F16L15/004—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface

Definitions

  • the present invention relates to a threaded joint used for connecting steel pipes.
  • oil wells In oil wells, natural gas wells, and the like (hereinafter collectively referred to as “oil wells”), steel pipes called OCTG (Oil Country Tubular Goods) are used to extract underground resources.
  • OCTG Oil Country Tubular Goods
  • the steel pipes are connected sequentially.
  • a threaded joint is used for connecting steel pipes.
  • Types of threaded joints for steel pipes are broadly classified into coupling types and integral types.
  • one of the pair of pipes to be connected is a steel pipe, and the other is a coupling.
  • a male screw portion is formed on the outer periphery of both ends of the steel pipe, and a female screw portion is formed on the inner periphery of both ends of the coupling. Then, the steel pipe and the coupling are connected.
  • the pair of pipes to be connected are both steel pipes, and no separate coupling is used.
  • a male screw portion is formed on the outer circumference of one end of the steel pipe, and a female screw portion is formed on the inner circumference of the other end. And one steel pipe and the other steel pipe are connected.
  • the joint portion at the pipe end where the male screw portion is formed is called a pin because it includes an element inserted into the female screw portion.
  • the joint portion at the pipe end where the female screw portion is formed is called a box because it includes an element for receiving the male screw portion. Since these pins and boxes are the ends of the tubing, they are both tubular.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a conventional typical threaded joint for steel pipes.
  • the threaded joint shown in FIG. 1 is a coupling type threaded joint, and is composed of a pin 10 and a box 20 (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-096489 (Patent Document 1)).
  • the pin 10 includes an annular shoulder surface 12, an annular sealing surface 13, and a male screw portion 14 in order from the tip of the pin 10 toward the tube main body 11 of the pin 10.
  • the sealing surface 13 is adjacent to the shoulder surface 12.
  • the box 20 includes an annular shoulder surface 22, an annular sealing surface 23, and a female screw portion 24 in order from the tube main body 21 of the box 20 toward the tip of the box 20.
  • sealing surface 23 is adjacent to shoulder surface 22.
  • the shoulder surface 12 of the pin 10 comes into contact with the shoulder surface 22 of the box 20 by screwing the pin 10 into the box 20. Subsequently, when the pin 10 is rotated by a predetermined amount, a fastening axial force is generated in the male screw portion 14 and the female screw portion 24 that mesh with each other, and the fastening is completed. In a state where the fastening is completed (hereinafter, also referred to as a “fastened state”), the sealing surface 13 of the pin 10 comes into contact with the sealing surface 23 of the box 20 while interfering with each other, and a sealing portion is formed by metal contact. With this seal portion, the sealing performance of the threaded joint is ensured.
  • the compressive load is received by the contact surface between the shoulder surface 12 of the pin 10 and the shoulder surface 22 of the box 20 (hereinafter, also referred to as “shoulder contact surface”).
  • shoulder contact surface the entire area of the shoulder surface 12 of the pin 10 contacts the entire area of the shoulder surface 22 of the box 20 in order to ensure the maximum area of the shoulder contact surface. That is, the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the shoulder surface 12 of the pin 10 is substantially the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the shoulder surface 22 of the box 20.
  • One object of the present invention is to provide a threaded joint for steel pipes that can sufficiently secure sealing performance against external pressure even when a thick steel pipe is used.
  • the threaded joint for a steel pipe includes a tubular pin and a tubular box.
  • the pin includes an annular shoulder surface, an annular seal surface adjacent to the shoulder surface of the pin, and a male thread portion in order from the tip of the pin toward the tube body of the pin.
  • the box includes, in order from the tube body of the box toward the tip of the box, an annular shoulder surface, an annular sealing surface adjacent to the shoulder surface of the box, and a female screw portion.
  • the shoulder surface of each of the pin and the box inclines from the plane perpendicular to the tube axis in the direction in which the pins are screwed.
  • the diameter of the inner periphery of the shoulder surface of the pin is smaller than the diameter of the inner periphery of the shoulder surface of the box.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a conventional typical threaded joint for steel pipes.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the threaded joint for steel pipe of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view in which the vicinity of the tip of the pin of the threaded joint shown in FIG. 2 is enlarged.
  • FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view of the vicinity of the tip of the pin of the threaded joint shown in FIG.
  • the first method was derived from the following inferences. If the thickness of the pin seal portion 15 is large, the radial rigidity of the pin seal portion 15 is increased. As a result, the elastic recovery force of the pin seal portion 15 is improved, and the contact force between the sealing surface 13 of the pin 10 and the sealing surface 23 of the box 20 in the fastened state (hereinafter, also referred to as “seal contact force”) is increased. The sealing performance against internal and external pressures is improved. Further, the diameter reduction deformation of the pin seal portion 15 when an external pressure is applied to the pin 10 is suppressed. Therefore, even when an external pressure is applied, a decrease in the seal contact force can be reduced. Therefore, it may be said that a decrease in sealing performance against external pressure can be suppressed.
  • the area of the shoulder surface 12 of the pin 10 is large due to the thickening of the pin seal portion 15.
  • the entire shoulder surface 12 of the pin 10 contacts the entire shoulder surface 22 of the box 20. Therefore, the area of the shoulder surface 22 of the box 20 is large. That is, the area of the shoulder contact surface is large.
  • shoulder contact force the contact force between the shoulder surface 12 of the pin 10 and the shoulder surface 22 of the box 20 (hereinafter, also referred to as “shoulder contact force”) is uneven within the shoulder contact surface. become.
  • the seal portion adjacent to the shoulder contact surface is greatly affected. Therefore, in actuality, the contact of the seal portion becomes unstable, and the sealing performance decreases.
  • the rigidity of the pin seal 15 in the radial direction is low due to the thinning of the pin seal 15.
  • the pin seal portion 15 is liable to be reduced in diameter. Therefore, the sealing performance against external pressure actually decreases.
  • neither the first nor the second technique can ensure the sealing performance against external pressure.
  • the present inventors focused on the pin seal portion and the shoulder contact surface in view of the problems of the first and second methods. Specifically, the thickness of the pin seal portion is increased, and the area of the shoulder contact surface is reduced. Thereby, the shoulder contact force becomes uniform in the shoulder contact surface while the radial rigidity of the pin seal portion is increased. Therefore, it is possible to stabilize the contact of the seal portion. As a result, sealing performance against external pressure can be ensured.
  • the threaded joint for a steel pipe includes a tubular pin and a tubular box.
  • the pin includes an annular shoulder surface, an annular seal surface adjacent to the shoulder surface of the pin, and a male thread portion in order from the tip of the pin toward the tube body of the pin.
  • the box includes, in order from the tube body of the box toward the tip of the box, an annular shoulder surface, an annular sealing surface adjacent to the shoulder surface of the box, and a female screw portion.
  • the shoulder surface of each of the pin and the box inclines from the plane perpendicular to the tube axis in the direction in which the pins are screwed.
  • the diameter of the inner periphery of the shoulder surface of the pin is smaller than the diameter of the inner periphery of the shoulder surface of the box.
  • the threaded joint of the present embodiment is used for connecting a thick steel pipe used for a casing or tubing.
  • the wall thickness of the thick steel pipe exceeds 1 inch (25.4 mm).
  • the area of the shoulder surface of the pin is large, and the area of the shoulder surface of the box is small. This is because the diameter of the inner peripheral edge of the shoulder surface of the pin is smaller than the diameter of the inner peripheral edge of the shoulder surface of the box. This increases the thickness of the pin seal portion, thereby increasing the radial rigidity of the pin seal portion. In addition, since the area of the shoulder contact surface is small, the shoulder contact force becomes uniform within the shoulder contact surface.
  • the shoulder surface of the pin comes into pressure contact with the shoulder surface of the box in a hook-like form.
  • the shoulder surfaces of the pin and the box are inclined from the plane perpendicular to the tube axis in the direction in which the pins are screwed.
  • the pin seal portion always receives a reaction force in the direction in which the diameter is increased. Therefore, when an external pressure is applied to the pin, the pin seal portion is unlikely to be reduced in diameter.
  • the angle of inclination of the shoulder surface of each of the pin and the box with respect to a plane perpendicular to the pipe axis is 5 ° to 20 °. If the inclination angle of the shoulder surface is 5 ° or more, the shoulder surface of the pin effectively presses and contacts the shoulder surface of the box in a hook-like form in the fastened state. Preferably, the inclination angle of the shoulder surface is 10 ° or more. On the other hand, if the inclination angle of the shoulder surface is 20 ° or less, the deformation of the shoulder portion of the box is small even when a compressive load is repeatedly applied. Therefore, the pressing contact between the shoulder surfaces in the hook-like form is effectively maintained.
  • the thickness tp of the annular pin shoulder region that appears when the shoulder surface of the pin is projected on a plane perpendicular to the tube axis is preferably 60% or more of the wall thickness t of the tube body of the pin. . If the thickness tp of the pin shoulder region is 60% or more of the thickness t of the tube body of the pin, the thickness of the pin seal portion is effectively increased.
  • the upper limit of the thickness tp of the pin shoulder region is not particularly limited. However, if the thickness tp of the pin shoulder region is too large, it becomes difficult to secure the length of the male screw portion. Therefore, the thickness tp of the pin shoulder region is preferably 80% or less of the wall thickness t of the tube body of the pin.
  • the thickness tb of the annular box shoulder region that appears when the shoulder surface of the box is projected onto a plane perpendicular to the tube axis is 20% or more and 55% or less of the wall thickness t of the tube body of the pin.
  • the box shoulder region corresponds to an annular shoulder contact surface region that appears when the shoulder contact surface is projected onto a plane perpendicular to the tube axis.
  • the thickness tb of the box shoulder region is not less than 20% of the wall thickness t of the pin tube body, when an excessive compressive load is applied to the threaded joint, the shoulder surface and adjacent to the shoulder surface. Plastic deformation of the seal surface can be suppressed, and the contact state of the seal surface can be stabilized. Therefore, a sealing contact force can be secured. More preferably, the thickness tb of the box shoulder region is 30% or more of the wall thickness t of the tube body of the pin. On the other hand, if the thickness tb of the box shoulder region is 55% or less of the wall thickness t of the tube body of the pin, the area of the shoulder contact surface is effectively reduced. More preferably, the thickness tb of the box shoulder region is 45% or less of the thickness t of the tube body of the pin.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the threaded joint for steel pipe of the present embodiment.
  • 3 and 4 are enlarged longitudinal sectional views of the vicinity of the tip of the pin of the threaded joint shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a fastening state.
  • FIG. 4 shows a state in which the pin 10 is separated from the box 20 for convenience of explanation. 2 to 4 indicate the direction in which the pin 10 is screwed into the box 20.
  • the longitudinal section means a section including the pipe axis CL (see FIG. 2) of the threaded joint.
  • the threaded joint of the present embodiment is a coupling type threaded joint and includes a pin 10 and a box 20.
  • the pin 10 is a thick steel pipe.
  • the pin 10 includes an annular shoulder surface 12, an annular sealing surface 13, and a male screw portion 14 in order from the tip of the pin 10 toward the tube main body 11 of the pin 10.
  • the shoulder surface 12 of the pin 10 is also referred to as a “pin shoulder surface”.
  • the sealing surface 13 of the pin 10 is also called a “pin sealing surface”.
  • the pin shoulder surface 12 is an annular surface that forms the tip end surface of the pin 10, and is inclined in the screwing direction of the pin 10 from a plane perpendicular to the tube axis CL.
  • the outer peripheral edge 12b of the pin shoulder surface 12 protrudes in the screwing direction of the pin 10 than the inner peripheral edge 12a of the pin shoulder surface 12 (the edge closer to the pipe axis CL).
  • the pin seal surface 13 is adjacent to the pin shoulder surface 12. That is, the pin seal surface 13 is connected to the outer peripheral edge 12b of the pin shoulder surface 12.
  • the pin seal surface 13 is a tapered annular surface.
  • the pin seal surface 13 may have a shape combining a tapered annular surface and a surface corresponding to the peripheral surface of a rotating body obtained by rotating a curve such as an arc around the tube axis CL.
  • the diameter of the pin seal surface 13 is smaller toward the tip end of the pin 10 (the pin shoulder surface 12 side).
  • the box 20 includes an annular shoulder surface 22, an annular sealing surface 23, and a female screw portion 24 in order from the pipe main body 21 of the box 20 toward the tip of the box 20.
  • the shoulder surface 22 of the box 20 is also referred to as a “box shoulder surface”.
  • the sealing surface 23 of the box 20 is also called a “box sealing surface”.
  • the box shoulder surface 22 is an annular surface corresponding to the pin shoulder surface 12, and is inclined in the screwing direction of the pin 10 from a plane perpendicular to the pipe axis CL.
  • the inner peripheral edge 22a of the box shoulder surface 22 (the edge closer to the tube axis CL) is more advanced in the screwing direction of the pin 10 than the outer peripheral edge 22b of the box shoulder surface 22 (the edge farther from the tube axis CL).
  • Box seal surface 23 is adjacent to box shoulder surface 22. That is, the box seal surface 23 is connected to the outer peripheral edge 22b of the box shoulder surface 22.
  • the box seal surface 23 is a tapered annular surface corresponding to the pin seal surface 13.
  • the box seal surface 23 may have a shape in which a tapered annular surface and a surface corresponding to a peripheral surface of a rotating body obtained by rotating a curve such as an arc around the tube axis CL may be combined. .
  • the male thread 14 of the pin 10 corresponds to the female thread 24 of the box 20.
  • the male screw portion 14 and the female screw portion 24 include a screw top surface, a screw bottom surface, an insertion flank surface, and a load flank surface, respectively.
  • the diameter Dpi of the inner peripheral edge 12a of the pin shoulder surface 12 is smaller than the diameter Dbi of the inner peripheral edge 22a of the box shoulder surface 22. That is, the area of the pin shoulder surface 12 is large, and the area of the box shoulder surface 22 is small. Therefore, the area of shoulder contact surface 30 is small.
  • the diameter Dpi of the inner peripheral edge 12 a of the pin shoulder surface 12 is the same as the inner diameter of the tube body 11 of the pin 10. That is, the inner diameter of the pin 10 is constant.
  • the inclination angles ⁇ p and ⁇ b of the pin shoulder surface 12 and the box shoulder surface 22 with respect to a plane perpendicular to the tube axis CL are 5 ° to 20 °.
  • the thickness tp of the annular pin shoulder region that appears when the pin shoulder surface 12 is projected on a plane perpendicular to the tube axis CL is 60% or more of the wall thickness t of the tube body 11 of the pin 10.
  • the thickness tb of the annular box shoulder region that appears when the box shoulder surface 22 is projected onto a plane perpendicular to the tube axis CL is 20% or more and 55% or less of the wall thickness t of the tube body 11 of the pin 10.
  • the male thread 14 engages with the female thread 24 by screwing the pin 10 into the box 20.
  • a portion of the pin shoulder surface 12 contacts the entire area of the box shoulder surface 22. That is, the pin shoulder surface 12 contacts the box shoulder surface 22 in the range of the shoulder contact surface 30.
  • a part of the pin shoulder surface 12 comes into pressure contact with the entire area of the box shoulder surface 22 in a hook-like form.
  • a tightening axial force is generated in the male screw portion 14 and the female screw portion 24 that mesh with each other, and the fastening is completed.
  • the pin seal surface 13 comes into contact with the box seal surface 23 while interfering with each other, and a seal portion is formed by metal contact. With this seal portion, the sealing performance of the threaded joint is ensured.
  • the area of the pin shoulder surface 12 is large and the area of the box shoulder surface 22 is small. This increases the thickness of the pin seal portion 15, thereby increasing the radial rigidity of the pin seal portion 15. Further, since the area of the shoulder contact surface 30 is small, the shoulder contact force becomes uniform within the shoulder contact surface 30.
  • a part of the pin shoulder surface 12 comes into pressure contact with the entire area of the box shoulder surface 22 in a hook-like form in the fastened state.
  • the pin seal portion 15 always receives a reaction force in the direction of increasing the diameter. Therefore, when an external pressure is applied to the pin 10, the pin seal portion 15 is unlikely to be deformed in a reduced diameter.
  • the material was an isotropically hardened elasto-plastic body.
  • the elastic modulus was 210 GPa, and the yield strength as 0.2% proof stress was 110 ksi (758.3 MPa). Tightening was performed until the pin shoulder surface came into contact with the box shoulder surface and then further rotated 1.0 / 100.
  • Test No. 1 and 3 to 6 are examples of the present invention assuming the threaded joint of the present embodiment, and the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface is smaller than the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. Reference numeral 2 is a reference comparative example assuming a conventional threaded joint, in which the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. 7 to 9 are comparative examples in which the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. 2 Specific evaluation of sealing performance is shown in Test No. 2 was used as a reference. That is, the test No. In the test No. 2, the seal contact force when the external pressure and the compressive load were applied and the seal contact force when the external pressure alone was applied were set as reference (1.00). No. 2 for each of the test Nos. Were compared.
  • Table 1 shows the test results.
  • the results shown in Table 1 show the following. Test No. of the present invention example. In Test Nos. 1 and 3 to 6, Test Nos. In comparison with No. 2, the sealing performance was improved. This is because the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was smaller than the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface. In particular, the test No. In the cases of 1 and 3 to 6, the sealing performance is further improved. This is because the thickness tp of the pin shoulder region is 60% or more of the thickness t of the tube body of the pin, and the thickness of the pin seal portion is effectively increased. Further, the thickness tb of the box shoulder region is 55% or less of the thickness t of the tube body of the pin, and the area of the shoulder contact surface is effectively small.
  • the sealing performance was lower than that of No. 2. This is because the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface is the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • the thickness tp of the pin shoulder region did not reach 60% of the thickness t of the tube body of the pin, so that the thickness of the pin seal portion was reduced.
  • Example 2 [Test condition] In Example 2, the same FEM analysis as in Example 1 was performed. In particular, in Example 2, the inclination angle of the shoulder surface was set to 5 °. Other common conditions were the same as those in Example 1 described above. The changed dimensional conditions (diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface and diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface) are as shown in Table 2 below.
  • Test No. Reference numerals 10 and 12 to 15 are examples of the present invention assuming the threaded joint of the present embodiment, and the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface is smaller than the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. Reference numeral 11 is a reference comparative example assuming a conventional threaded joint, in which the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. 16 to 18 are comparative examples, in which the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • Test No. 11 The sealing performance was evaluated in the same manner as in Example 1 above. The specific evaluation of the sealing performance is shown in Test No. 11 was used as a reference. That is, the test No. In the test No. 11, the seal contact force under the application of the external pressure and the compressive load and the seal contact force under the load of the external pressure alone were set as reference (1.00). Test No. 11 for the seal contact force of No. 11 Were compared.
  • Table 2 above shows the test results.
  • the results shown in Table 2 show the following. Test No. of the present invention example. In Test Nos. 10 and 12 to 15, Test Nos. As compared with No. 11, the sealing performance was improved. This is because the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface was smaller than the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • test No. 16 to 18 reference test Nos.
  • the sealing performance was lower than that of No. 11. This is because the diameter Dpi of the inner peripheral edge of the pin shoulder surface is the same as the diameter Dbi of the inner peripheral edge of the box shoulder surface.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the type of the threaded joint may be either a coupling type or an integral type.
  • the threaded joint of the present invention can be effectively used for connecting steel pipes used as oil country tubular goods.

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Abstract

開示される鋼管用ねじ継手はピン（１０）とボックス（２０）とからなる。ピン（１０）は、ピン（１０）の先端からピン（１０）の管本体（１１）に向けて順に、環状のショルダ面（１２）と、ショルダ面（１２）に隣接する環状のシール面（１３）と、雄ねじ部（１４）とを含む。ボックス（２０）は、ボックス（２０）の管本体（２１）からボックス（２０）の先端に向けて順に、環状のショルダ面（２２）と、ショルダ面（２２）に隣接する環状のシール面（２３）と、雌ねじ部（２４）とを含む。ピンショルダ面（１２）及びボックスショルダ面（２２）は、管軸（ＣＬ）に垂直な面からピン（１０）のねじ込み進行方向に傾倒する。ピンショルダ面（１２）の内周縁（１２ａ）の直径（Ｄｐｉ）が、ボックスショルダ面（２２）の内周縁（２２ａ）の直径（Ｄｂｉ）よりも小さい。

Description

鋼管用ねじ継手
　本発明は、鋼管の連結に用いられるねじ継手に関する。
　油井、天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう）において、地下資源を採掘するために油井管（OCTG：Oil Country Tubular Goods）と呼ばれる鋼管が使用される。鋼管は順次連結される。鋼管の連結にねじ継手が用いられる。
　鋼管用ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型に大別される。カップリング型ねじ継手の場合、連結対象の一対の管材のうち、一方の管材が鋼管であり、他方の管材がカップリングである。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじ部が形成され、カップリングの両端部の内周に雌ねじ部が形成される。そして、鋼管とカップリングとが連結される。インテグラル型ねじ継手の場合、連結対象の一対の管材がともに鋼管であり、別個のカップリングを用いない。この場合、鋼管の一端部の外周に雄ねじ部が形成され、他端部の内周に雌ねじ部が形成される。そして、一方の鋼管と他方の鋼管とが連結される。
　雄ねじ部が形成された管端部の継手部分は、雌ねじ部に挿入される要素を含むことから、ピンと称される。一方、雌ねじ部が形成された管端部の継手部分は、雄ねじ部を受け入れる要素を含むことから、ボックスと称される。これらのピンとボックスは、管材の端部であるため、いずれも管状である。
　図１は、従来の典型的な鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。図１に示すねじ継手はカップリング型ねじ継手であり、ピン１０とボックス２０とから構成される（例えば、特開平１０－０９６４８９号公報（特許文献１）参照）。
　ピン１０は、ピン１０の先端からピン１０の管本体１１に向けて順に、環状のショルダ面１２と、環状のシール面１３と、雄ねじ部１４とを含む。ピン１０において、シール面１３はショルダ面１２に隣接する。ボックス２０は、ボックス２０の管本体２１からボックス２０の先端に向けて順に、環状のショルダ面２２と、環状のシール面２３と、雌ねじ部２４とを含む。ボックス２０において、シール面２３はショルダ面２２に隣接する。
　ピン１０とボックス２０を連結する際、ボックス２０へのピン１０のねじ込みにより、ピン１０のショルダ面１２がボックス２０のショルダ面２２と接触する。引き続きピン１０を所定量回転させると、互いに噛み合う雄ねじ部１４と雌ねじ部２４に締付け軸力が発生し、締結が完了する。締結が完了した状態（以下、「締結状態」ともいう）では、ピン１０のシール面１３がボックス２０のシール面２３と干渉しながら接触し、メタル接触によるシール部が形成される。このシール部により、ねじ継手のシール性能が確保される。
　近年、油井の高深度化及び超深海化が進展し、これに伴い、油井環境は高温・高圧の過酷な環境になっている。このような油井環境では、油井管に負荷される圧縮荷重、引張荷重、外部からの圧力（以下、「外圧」ともいう）、及び内部からの圧力（以下「内圧」ともいう）は極めて高い。そのため、特にケーシングやチュービングに用いられる油井管として、厚肉鋼管が使用される。このような厚肉鋼管の連結に図１に示すようなねじ継手を用いる場合、そのねじ継手には厚肉鋼管本体と同等の強度と高いシール性能が要求される。特に外圧に対するシール性能が要求される。
　ここで、ピン１０のショルダ面１２とボックス２０のショルダ面２２との接触面（以下、「ショルダ接触面」ともいう）によって、圧縮荷重が受け止められる。図１を参照して、従来のねじ継手では、ショルダ接触面の面積を最大限に確保するために、ピン１０のショルダ面１２の全域がボックス２０のショルダ面２２の全域と接触する。つまり、ピン１０のショルダ面１２の内周縁の直径Ｄｐｉは、ボックス２０のショルダ面２２の内周縁の直径Ｄｂｉと実質的に同じである。
特開平１０－０９６４８９号公報
　本発明の１つの目的は、厚肉鋼管を用いる場合であっても、外圧に対するシール性能を十分に確保することができる鋼管用ねじ継手を提供することである。
　本発明の実施形態による鋼管用ねじ継手は、管状のピンと管状のボックスとからなる。ピンは、ピンの先端からピンの管本体に向けて順に、環状のショルダ面と、ピンのショルダ面に隣接する環状のシール面と、雄ねじ部とを含む。ボックスは、ボックスの管本体からボックスの先端に向けて順に、環状のショルダ面と、ボックスのショルダ面に隣接する環状のシール面と、雌ねじ部とを含む。ピン及びボックスそれぞれのショルダ面は、管軸に垂直な面からピンのねじ込み進行方向に傾倒する。ピンのショルダ面の内周縁の直径が、ボックスのショルダ面の内周縁の直径よりも小さい。
　本発明の実施形態による鋼管用ねじ継手によれば、厚肉鋼管を用いる場合であっても、外圧に対するシール性能を十分に確保することができる。
図１は、従来の典型的な鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。 図２は、本実施形態の鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。 図３は、図２に示すねじ継手のピンの先端付近を拡大した縦断面図である。 図４は、図２に示すねじ継手のピンの先端付近を拡大した縦断面図である。
　上記の課題を解決するため、本発明者らは種々の解析及び試験を実施し、鋭意検討を重ねた。その結果、下記の知見を得た。
　厚肉鋼管を用いるねじ継手でシール性能を高めようとする場合、以下の手法が考えられる。第１の手法として、図１を参照して、ピン１０のシール面１３を含む部分１５（以下、「ピンシール部」ともいう）の肉厚を厚くすることが考えられる。
　第１の手法は以下の推論から導き出された。ピンシール部１５の肉厚が厚ければ、ピンシール部１５の半径方向の剛性が高まる。これにより、ピンシール部１５の弾性回復力が向上し、締結状態でピン１０のシール面１３とボックス２０のシール面２３との間の接触力（以下、「シール接触力」ともいう）が高まり、内圧および外圧に対するシール性能が高まる。また、ピン１０に外圧が負荷されたときのピンシール部１５の縮径変形が抑制される。そのため、外圧が負荷された場合でもシール接触力の低下を小さくすることができる。したがって、外圧に対するシール性能の低下を抑制することができる、と言えるかもしれない。
　第１の手法では、ピンシール部１５の厚肉化により、ピン１０のショルダ面１２の面積が大きい。従来のねじ継手では、ピン１０のショルダ面１２の全域がボックス２０のショルダ面２２の全域と接触する。そのため、ボックス２０のショルダ面２２の面積も大きい。つまり、ショルダ接触面の面積が大きい。
　しかしながら、ショルダ接触面の面積が大きすぎる場合、ピン１０のショルダ面１２とボックス２０のショルダ面２２との間の接触力（以下、「ショルダ接触力」ともいう）がショルダ接触面内で不均一になる。ショルダ接触面に隣接するシール部はその影響を大きく受ける。そのため、実際には、シール部の接触が不安定になり、シール性能が低下する。
　このような第１の手法に対して、第２の手法として、ピンシール部１５の肉厚を薄くすることが考えられる。この場合、ピンシール部１５の薄肉化により、ピン１０のショルダ面１２の面積が小さくて、ボックス２０のショルダ面２２の面積も小さい。これにより、ショルダ接触面の面積が小さい。そのため、ショルダ接触力の均一化が図れる。
　しかしながら、第２の手法では、ピンシール部１５の薄肉化により、ピンシール部１５の半径方向の剛性が低い。これにより、ピン１０に外圧が負荷されたとき、ピンシール部１５が縮径変形し易い。そのため、実際には、外圧に対するシール性能が低下する。
　要するに、第１及び第２の手法のいずれでも外圧に対するシール性能を確保することができない。
　そこで、本発明者らは、第１及び第２の手法の問題点を踏まえて、ピンシール部とショルダ接触面に着目した。具体的には、ピンシール部の肉厚を厚くするとともに、ショルダ接触面の面積を小さくする。これにより、ピンシール部の半径方向の剛性が高まりつつ、ショルダ接触力がショルダ接触面内で均一になる。そのため、シール部の接触の安定化を図ることが可能になる。その結果、外圧に対するシール性能を確保することができる。
　本発明の鋼管用ねじ継手は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
　本発明の実施形態による鋼管用ねじ継手は、管状のピンと管状のボックスとからなる。ピンは、ピンの先端からピンの管本体に向けて順に、環状のショルダ面と、ピンのショルダ面に隣接する環状のシール面と、雄ねじ部とを含む。ボックスは、ボックスの管本体からボックスの先端に向けて順に、環状のショルダ面と、ボックスのショルダ面に隣接する環状のシール面と、雌ねじ部とを含む。ピン及びボックスそれぞれのショルダ面は、管軸に垂直な面からピンのねじ込み進行方向に傾倒する。ピンのショルダ面の内周縁の直径が、ボックスのショルダ面の内周縁の直径よりも小さい。
　典型的な例では、本実施形態のねじ継手は、ケーシングやチュービングに用いられる厚肉鋼管の連結に使用される。厚肉鋼管の肉厚は１インチ（２５．４ｍｍ）を超える。
　本実施形態のねじ継手によれば、ピンのショルダ面の面積が大きくて、ボックスのショルダ面の面積が小さい。ピンのショルダ面の内周縁の直径が、ボックスのショルダ面の内周縁の直径よりも小さいからである。これにより、ピンシール部の肉厚が厚いため、ピンシール部の半径方向の剛性が高まる。また、ショルダ接触面の面積が小さいため、ショルダ接触力がショルダ接触面内で均一になる。
　さらに本実施形態のねじ継手によれば、締結状態でピンのショルダ面がボックスのショルダ面とフック状の形態で押圧接触する。ピン及びボックスそれぞれのショルダ面が、管軸に垂直な面からピンのねじ込み進行方向に傾倒するからである。これにより、ピンシール部は常時拡径する方向に反力を受ける。そのため、ピンに外圧が負荷されたとき、ピンシール部が縮径変形し難い。
　以上のことから、厚肉鋼管を用いる場合であっても、シール部の接触が安定する。したがって、外圧に対するシール性能を十分に確保することができる。
　上記のねじ継手では、管軸に垂直な面に対するピン及びボックスそれぞれのショルダ面の傾斜角が５°～２０°であることが好ましい。ショルダ面の傾斜角が５°以上であれば、締結状態でピンのショルダ面がボックスのショルダ面とフック状の形態で有効に押圧接触する。好ましくは、ショルダ面の傾斜角は１０°以上である。一方、ショルダ面の傾斜角が２０°以下であれば、圧縮荷重が繰り返し負荷されてもボックスのショルダ部の変形が小さい。そのため、フック状の形態でのショルダ面同士の押圧接触が有効に維持される。
　上記のねじ継手では、ピンのショルダ面を管軸に垂直な面に投影したときに現れる環状のピンショルダ領域の厚さｔｐが、ピンの管本体の肉厚ｔの６０％以上であることが好ましい。ピンショルダ領域の厚さｔｐがピンの管本体の肉厚ｔの６０％以上であれば、ピンシール部の肉厚が有効に厚くなる。
　一方、ピンショルダ領域の厚さｔｐの上限は特に限定されない。ただし、ピンショルダ領域の厚さｔｐがあまりに厚すぎると、雄ねじ部の長さを確保することが難しくなる。そのため、ピンショルダ領域の厚さｔｐはピンの管本体の肉厚ｔの８０％以下であることが好ましい。
　上記のねじ継手では、ボックスのショルダ面を管軸に垂直な面に投影したときに現れる環状のボックスショルダ領域の厚さｔｂが、ピンの管本体の肉厚ｔの２０％以上５５％以下であることが好ましい。ボックスショルダ領域は、ショルダ接触面を管軸に垂直な面に投影したときに現れる環状のショルダ接触面領域に相当する。
　ボックスショルダ領域（ショルダ接触面領域）の厚さｔｂがピンの管本体の肉厚ｔの２０％以上であれば、ねじ継手に過大な圧縮荷重が負荷された場合、ショルダ面ならびにこれに隣接するシール面の塑性変形を抑制することができ、シール面の接触状態を安定にすることができる。そのため、シール接触力を確保することができる。より好ましくは、ボックスショルダ領域の厚さｔｂがピンの管本体の肉厚ｔの３０％以上である。一方、ボックスショルダ領域の厚さｔｂがピンの管本体の肉厚ｔの５５％以下であれば、ショルダ接触面の面積が有効に小さくなる。より好ましくは、ボックスショルダ領域の厚さｔｂがピンの管本体の肉厚ｔの４５％以下である。
　なお、厳密には、ピンの縦断面において、ショルダ面とシール面との間に角部が存在する。この角部はピンにおけるショルダ面とシール面とを滑らかにつなぐ。同様にボックスの縦断面において、ショルダ面とシール面との間に隅部が存在する。この隅部はボックスにおけるショルダ面とシール面とを滑らかにつなぐ。これらの角部及び隅部の縦断面における半径は最大でも１．５ｍｍ程度である。この場合、ピンショルダ領域の厚さｔｐは角部の領域を含まない。同様に、ボックスショルダ領域の厚さｔｂは隅部の領域を含まない。
　以下に、図面を参照しながら、本実施形態の鋼管用ねじ継手の具体例を説明する。
　図２は、本実施形態の鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。図３及び図４は、図２に示すねじ継手のピンの先端付近を拡大した縦断面図である。図３には、締結状態が示される。図４には、説明の便宜上、ピン１０をボックス２０から分離した状態が示される。図２～図４中の白抜き矢印は、ボックス２０に対するピン１０のねじ込み進行方向を示す。本明細書において、縦断面とは、ねじ継手の管軸ＣＬ（図２参照）を含む断面を意味する。
　図２～図４を参照し、本実施形態のねじ継手はカップリング型ねじ継手であり、ピン１０及びボックス２０とから構成される。ピン１０は厚肉鋼管である。
　ピン１０は、ピン１０の先端からピン１０の管本体１１に向けて順に、環状のショルダ面１２と、環状のシール面１３と、雄ねじ部１４とを含む。以下、ピン１０のショルダ面１２を「ピンショルダ面」ともいう。ピン１０のシール面１３を「ピンシール面」ともいう。
　ピンショルダ面１２は、ピン１０の先端面を形成する環状面であり、管軸ＣＬに垂直な面からピン１０のねじ込み進行方向に傾倒する。これにより、ピンショルダ面１２の外周縁１２ｂ（管軸ＣＬから遠い側の縁）は、ピンショルダ面１２の内周縁１２ａ（管軸ＣＬに近い側の縁）よりも、ピン１０のねじ込み進行方向に突出する。ピンシール面１３はピンショルダ面１２に隣接する。つまり、ピンシール面１３はピンショルダ面１２の外周縁１２ｂに接続する。ピンシール面１３はテーパ状の環状面である。ただし、ピンシール面１３は、テーパ状の環状面と、円弧等の曲線を管軸ＣＬ周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面と、を組み合わせた形状であってもよい。ピンシール面１３は、ピン１０の先端側（ピンショルダ面１２側）ほど直径が小さい。
　ボックス２０は、ボックス２０の管本体２１からボックス２０の先端に向けて順に、環状のショルダ面２２と、環状のシール面２３と、雌ねじ部２４とを含む。以下、ボックス２０のショルダ面２２を「ボックスショルダ面」ともいう。ボックス２０のシール面２３を「ボックスシール面」ともいう。
　ボックスショルダ面２２は、ピンショルダ面１２に対応する環状面であり、管軸ＣＬに垂直な面からピン１０のねじ込み進行方向に傾倒する。これにより、ボックスショルダ面２２の内周縁２２ａ（管軸ＣＬに近い側の縁）は、ボックスショルダ面２２の外周縁２２ｂ（管軸ＣＬから遠い側の縁）よりも、ピン１０のねじ込み進行方向とは反対方向に突出する。ボックスシール面２３はボックスショルダ面２２に隣接する。つまり、ボックスシール面２３はボックスショルダ面２２の外周縁２２ｂに接続する。ボックスシール面２３は、ピンシール面１３に対応するテーパ状の環状面である。ただし、ボックスシール面２３は、テーパ状の環状面と、円弧等の曲線を管軸ＣＬ周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面と、を組み合わせた形状であってもよい。
　ピン１０の雄ねじ部１４はボックス２０の雌ねじ部２４に対応する。雄ねじ部１４及び雌ねじ部２４は、それぞれねじ頂面、ねじ底面、挿入フランク面及び荷重フランク面を含む。
　本実施形態では、ピンショルダ面１２の内周縁１２ａの直径Ｄｐｉが、ボックスショルダ面２２の内周縁２２ａの直径Ｄｂｉよりも小さい。つまり、ピンショルダ面１２の面積が大きくて、ボックスショルダ面２２の面積が小さい。そのため、ショルダ接触面３０の面積が小さい。なお、ピンショルダ面１２の内周縁１２ａの直径Ｄｐｉは、ピン１０の管本体１１の内径と同じである。つまり、ピン１０の内径は一定である。
　また本実施形態では、管軸ＣＬに垂直な面に対するピンショルダ面１２及びボックスショルダ面２２それぞれの傾斜角θｐ及びθｂは、５°～２０°である。ピンショルダ面１２を管軸ＣＬに垂直な面に投影したときに現れる環状のピンショルダ領域の厚さｔｐが、ピン１０の管本体１１の肉厚ｔの６０％以上である。ボックスショルダ面２２を管軸ＣＬに垂直な面に投影したときに現れる環状のボックスショルダ領域の厚さｔｂが、ピン１０の管本体１１の肉厚ｔの２０％以上５５％以下である。
　ピン１０とボックス２０を連結する際、ボックス２０へのピン１０のねじ込みにより、雄ねじ部１４が雌ねじ部２４と噛み合う。ピンショルダ面１２の一部がボックスショルダ面２２の全域と接触する。つまり、ショルダ接触面３０の範囲でピンショルダ面１２がボックスショルダ面２２と接触する。引き続きピン１０を所定量回転させると、ピンショルダ面１２の一部がボックスショルダ面２２の全域とフック状の形態で押圧接触する。これにより、互いに噛み合う雄ねじ部１４と雌ねじ部２４に締付け軸力が発生し、締結が完了する。締結状態では、ピンシール面１３がボックスシール面２３と干渉しながら接触し、メタル接触によるシール部が形成される。このシール部により、ねじ継手のシール性能が確保される。
　図２～図４を参照し、本実施形態のねじ継手によれば、ピンショルダ面１２の面積が大きくて、ボックスショルダ面２２の面積が小さい。これにより、ピンシール部１５の肉厚が厚いため、ピンシール部１５の半径方向の剛性が高まる。また、ショルダ接触面３０の面積が小さいため、ショルダ接触力がショルダ接触面３０内で均一になる。
　さらに本実施形態のねじ継手によれば、締結状態でピンショルダ面１２の一部がボックスショルダ面２２の全域とフック状の形態で押圧接触する。これにより、ピンシール部１５は常時拡径する方向に反力を受ける。そのため、ピン１０に外圧が負荷されたとき、ピンシール部１５が縮径変形し難い。
　以上のことから、厚肉鋼管を用いる場合であっても、シール部の接触が安定する。したがって、外圧に対するシール性能を十分に確保することができる。
　本実施形態による効果を確認するため、弾塑性有限要素法による数値シミュレーション解析（ＦＥＭ解析）を実施した。
　［実施例１］
　［試験条件］
　ＦＥＭ解析では、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉ、及びボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉを種々変更したカップリング型ねじ継手のモデルを用いた。共通の条件は下記のとおりである。
・鋼管（ピン本体部）の寸法：７－５／８ｉｎｃｈ×１．０６ｉｎｃｈ（外径１９３．７ｍｍ、肉厚２７．０ｍｍ）
・鋼管のグレード：ＡＰＩ規格のＰ１１０（公称降伏応力が１１０ｋｓｉの炭素鋼）
・ショルダ面（ピンショルダ面及びボックスショルダ面）の外周縁の直径Ｄｏ：１７９．９ｍｍ
・ショルダ面の傾斜角：１５°
・ねじピッチ：５．０８ｍｍ
・荷重フランク面のフランク角：－３°
・挿入フランク面のフランク角：１０°
・挿入フランク面における隙間：０．１５ｍｍ
　変更した寸法条件は下記の表１のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ＦＥＭ解析では、材料を等方硬化の弾塑性体とした。弾性係数は２１０ＧＰａとし、０．２％耐力としての降伏強度は１１０ｋｓｉ（７５８．３ＭＰａ）とした。締付けは、ピンショルダ面がボックスショルダ面に接触してからさらに１．０／１００回転した状態まで行った。
　試験Ｎｏ．１及び３～６は本実施形態のねじ継手を想定した本発明例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉよりも小さかった。試験Ｎｏ．２は従来のねじ継手を想定した基準の比較例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであった。試験Ｎｏ．７～９は比較例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであった。
　［評価方法］
　ＦＥＭ解析では、締結状態のモデルにＩＳＯ１３６７９　２０１１年版のＳｅｒｉｅｓ　Ａ試験を模擬した荷重ステップ（内圧、外圧、引張荷重及び圧縮荷重）を負荷した。その荷重ステップ履歴の外圧サイクルにおける荷重点のうちの外圧及び圧縮荷重の荷重点、及び外圧のみの荷重点に着目し、それぞれの荷重点におけるシール部のシール性能を評価した。ここでは、外圧及び圧縮荷重の負荷時のシール接触力［Ｎ／ｍｍ］、及び外圧のみの負荷時のシール接触力［Ｎ／ｍｍ］を調査した。ここでいうシール接触力とは、「シール面同士の平均接触面圧」×「接触幅」の値であり、この値が高いほどシール性能が良いことを意味する。
　シール性能の具体的な評価は試験Ｎｏ．２を基準にして行った。つまり、試験Ｎｏ．２における外圧及び圧縮荷重の負荷時のシール接触力、及び外圧のみの負荷時のシール接触力をそれぞれ基準（１．００）とし、試験Ｎｏ．２のシール接触力に対する各試験Ｎｏ．のシール接触力の比率を比較した。
　［試験結果］
　上記の表１に試験結果を示す。表１に示す結果から、次のことが示される。本発明例の試験Ｎｏ．１及び３～６では、基準となる比較例の試験Ｎｏ．２と比べ、シール性能が向上した。これは、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉよりも小さかったことに起因する。特に、試験Ｎｏ．１及び３～６では、シール性能が一層向上する。これは、ピンショルダ領域の厚さｔｐがピンの管本体の肉厚ｔの６０％以上であり、ピンシール部の肉厚が有効に厚くなったことに起因する。また、ボックスショルダ領域の厚さｔｂがピンの管本体の肉厚ｔの５５％以下であり、ショルダ接触面の面積が有効に小さかったことに起因する。
　これに対し、比較例の試験Ｎｏ．７～９では、基準となる試験Ｎｏ．２と比べ、シール性能が低下した。これは、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであったことに起因する。特に、ピンショルダ領域の厚さｔｐがピンの管本体の肉厚ｔの６０％に達しなかったため、ピンシール部の肉厚が薄くなったことにも起因する。
　［実施例２］
　［試験条件］
　実施例２では、上記の実施例１と同様のＦＥＭ解析を実施した。特に、実施例２では、ショルダ面の傾斜角を５°にした。それ以外に共通の条件は、上記の実施例１と同じであった。変更した寸法条件（ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉ、及びボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉ）は下記の表２のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　試験Ｎｏ．１０及び１２～１５は本実施形態のねじ継手を想定した本発明例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉよりも小さかった。試験Ｎｏ．１１は従来のねじ継手を想定した基準の比較例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであった。試験Ｎｏ．１６～１８は比較例であり、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであった。
　［評価方法］
　上記の実施例１と同様にシール性能を評価した。シール性能の具体的な評価は試験Ｎｏ．１１を基準にして行った。つまり、試験Ｎｏ．１１における外圧及び圧縮荷重の負荷時のシール接触力、及び外圧のみの負荷時のシール接触力をそれぞれ基準（１．００）とし、試験Ｎｏ．１１のシール接触力に対する各試験Ｎｏ．のシール接触力の比率を比較した。
　［試験結果］
　上記の表２に試験結果を示す。表２に示す結果から、次のことが示される。本発明例の試験Ｎｏ．１０及び１２～１５では、基準となる比較例の試験Ｎｏ．１１と比べ、シール性能が向上した。これは、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉよりも小さかったことに起因する。
　これに対し、比較例の試験Ｎｏ．１６～１８では、基準となる試験Ｎｏ．１１と比べ、シール性能が低下した。これは、ピンショルダ面の内周縁の直径Ｄｐｉがボックスショルダ面の内周縁の直径Ｄｂｉと同じであったことに起因する。
　その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、ねじ継手の形式は、カップリング型及びインテグラル型のいずれでも構わない。
　本発明のねじ継手は、油井管として用いる鋼管の連結に有効に利用することができる。
　１０　ピン
　１１　管本体
　１２　ショルダ面
　１２ａ　内周縁
　１２ｂ　外周縁
　１３　シール面
　１４　雄ねじ部
　１５　ピンシール部
　２０　ボックス
　２１　管本体
　２２　ショルダ面
　２２ａ　内周縁
　２２ｂ　外周縁
　２３　シール面
　２４　雌ねじ部
　３０　ショルダ接触面
　Ｄｏ　ショルダ面の外周縁の直径
　Ｄｐｉ　ピンショルダ面の内周縁の直径
　Ｄｂｉ　ボックスショルダ面の内周縁の直径
　ｔｐ　ピンショルダ領域の厚さ
　ｔｂ　ボックスショルダ領域の厚さ
　ｔ　ピンの管本体の肉厚
　ＣＬ　管軸
 

Claims (4)

  1. 　管状のピンと管状のボックスとからなる鋼管用ねじ継手であって、
    　前記ピンは、前記ピンの先端から前記ピンの管本体に向けて順に、環状のショルダ面と、前記ピンの前記ショルダ面に隣接する環状のシール面と、雄ねじ部とを含み、
    　前記ボックスは、前記ボックスの管本体から前記ボックスの先端に向けて順に、環状のショルダ面と、前記ボックスの前記ショルダ面に隣接する環状のシール面と、雌ねじ部とを含み、
    　前記ピン及び前記ボックスそれぞれの前記ショルダ面は、管軸に垂直な面から前記ピンのねじ込み進行方向に傾倒し、
    　前記ピンの前記ショルダ面の内周縁の直径が、前記ボックスの前記ショルダ面の内周縁の直径よりも小さい、鋼管用ねじ継手。
  2. 　請求項１に記載の鋼管用ねじ継手であって、
    　前記管軸に垂直な面に対する前記ピン及び前記ボックスそれぞれの前記ショルダ面の傾斜角が５°～２０°である、鋼管用ねじ継手。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の鋼管用ねじ継手であって、
    　前記ピンの前記ショルダ面を前記管軸に垂直な面に投影したときに現れる環状のピンショルダ領域の厚さが、前記ピンの前記管本体の肉厚の６０％以上である、鋼管用ねじ継手。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
    　前記ボックスの前記ショルダ面を前記管軸に垂直な面に投影したときに現れる環状のボックスショルダ領域の厚さが、前記ピンの前記管本体の肉厚の２０％以上５５％以下である、鋼管用ねじ継手。
     
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CA3109443A CA3109443C (en) 2018-08-24 2019-08-01 Threaded connection for steel pipes
MX2020013350A MX2020013350A (es) 2018-08-24 2019-08-01 Conexion roscada para tubos de acero.
US17/056,811 US11774014B2 (en) 2018-08-24 2019-08-01 Threaded connection for steel pipes
JP2020538269A JP7065977B2 (ja) 2018-08-24 2019-08-01 鋼管用ねじ継手
CN201980054771.XA CN112585389A (zh) 2018-08-24 2019-08-01 钢管用螺纹接头
BR112020024954-8A BR112020024954B1 (pt) 2018-08-24 2019-08-01 Conexão roscada para tubos de aço

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119565A (ja) * 1995-10-25 1997-05-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 管接続用ねじ継手
JPH1096489A (ja) 1996-09-24 1998-04-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐外圧性に優れた油井管用ねじ継手
JP2005526936A (ja) * 2002-04-30 2005-09-08 テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト ネジ式管継手
JP2013511672A (ja) * 2009-11-20 2013-04-04 ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス ねじ付き接続部
JP2017072187A (ja) * 2015-10-07 2017-04-13 Ｊｆｅスチール株式会社 油井管ケーシング用ねじ継手

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2122757A (en) * 1935-07-05 1938-07-05 Hughes Tool Co Drill stem coupling
US2580818A (en) * 1948-05-01 1952-01-01 Charles A Bashford Connector for conduits
US4373754A (en) * 1978-08-09 1983-02-15 Hydril Company Threaded connector
US4244607A (en) * 1979-01-02 1981-01-13 Hydril Company Cylindrical threaded connection
US4488738A (en) * 1981-05-12 1984-12-18 Valdes Osvaldo J Synthetic plastic pipe coupling and method of assembly
US4988127A (en) * 1985-04-24 1991-01-29 Cartensen Kenneth J Threaded tubing and casing joint
US6059321A (en) * 1998-08-06 2000-05-09 Group Timerline, Inc. Grip coupling for joining conduit
IT1309704B1 (it) * 1999-02-19 2002-01-30 Eni Spa Giunzione integrale di due tubazioni
FR2889727B1 (fr) 2005-08-09 2007-09-28 Vallourec Mannesmann Oil Gas F Joint filete tubulaire etanche aux liquides et aux gaz
RU2324857C1 (ru) * 2006-10-11 2008-05-20 Темлюкс Холдинг Лимитед С.А. Резьбовое соединение насосно-компрессорной трубы
CA2701417C (en) * 2007-10-03 2013-07-16 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Threaded joint having a contactless region with a tapered surface portion
JP5815861B2 (ja) * 2012-01-19 2015-11-17 新日鐵住金株式会社 管ねじ継手のボックス用プロテクタ
CN104060946A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 宝山钢铁股份有限公司 超高抗扭金属气密封钻杆接头
CA2934937C (en) 2014-01-09 2018-06-05 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Threaded joint for steel pipes
US11493154B2 (en) * 2015-12-11 2022-11-08 Vallourec Oil And Gas France Threaded connection including an intermediate shoulder
MX2019007612A (es) * 2017-01-18 2019-08-29 Nippon Steel Corp Conexion roscada.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09119565A (ja) * 1995-10-25 1997-05-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 管接続用ねじ継手
JPH1096489A (ja) 1996-09-24 1998-04-14 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐外圧性に優れた油井管用ねじ継手
JP2005526936A (ja) * 2002-04-30 2005-09-08 テナリス・コネクシヨンズ・アクチエンゲゼルシヤフト ネジ式管継手
JP2013511672A (ja) * 2009-11-20 2013-04-04 ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス ねじ付き接続部
JP2017072187A (ja) * 2015-10-07 2017-04-13 Ｊｆｅスチール株式会社 油井管ケーシング用ねじ継手

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