极厚壁油井管用螺纹接头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及极厚壁油井管用螺纹接头（threaded joint for heavy-walled oil country tubular goods)，详细来说，涉及在如下的管的连接中优选使用的耐久性 (durability)优良的极厚壁油井管用螺纹接头：一般在油井（oil well)和气井（gas well)的探查和生产中使用的包括管体（tubing)和壳体（casing)的0CTG(oil country tubular goods:石油专用管材）、立管（riser pipe)、以及线管（line pipe)等钢管。另 外，耐久性指的是，在除了高的压缩力（compressing force)例如管的管轴方向的屈服载 荷（yield load)(屈服应力X未加工部的截面积）的80%以上的压缩力以外、还作用有 高的外压例如API i丹塌压力（API5C3记载的API Collapse Pressure)的80%以上相当的 外压的状况下，能够不发生磨损（galling)地维持充分的密封性（seal ability against external pressure)白勺f生能。
【背景技术】
[0002] 管用螺纹接头广泛应用于在油井管等产油产业（oi 1 industry)的设备 (petroleum installation)中使用的钢管的连接。在用于油和气体的探查和生产中的钢管 的连接中，通常使用以往API (美国石油协会（American Petroleum Institute))标准规定 的标准的螺纹接头。
[0003]另外，近些年，原油（crude oil)和天然气（natural gas)的井不断深井化（deep well)，相对于垂直井（vertical well)，水平井（horizontal well)和倾斜井（directional well)等增多，因此挖掘和生产环境严酷化。而且，由于在海洋和极地（polar region)等恶 劣的环境（appalling circumstance)下的井的开发增加等，对耐压缩性能（compression resistance)、耐弯曲性能（bending resistance)、外压密封性能（seal ability against external pressure)(耐外压性能（external pressure resistance)等，对螺纹接头的要 求性能变得多样化。由此，使用称为高级接头（premium joint)的高性能的特殊螺纹接头 (special threaded joint)的情况增加，对其性能的要求也不断增加。
[0004] 通常，高级接头为，各自具备锥螺纹（tapered thread)、金属接触密封部（metal to metal seal)(以下，称为密封部（seal portion))以及扭矩肩部（torque shoulder)(以 下，称为肩部（shoulder))，将形成于管端部的外螺纹部件（externally-threaded member) (以下，称为销（pin))和连结该销彼此的内螺纹部件（internally-threaded member)(以 下，称为盒（box))结合而成的联轴器形式（coupling-type)的接头。锥螺纹对于管接头 稳固地固定是重要的，密封部负担着通过盒与销在该部分发生金属接触来确保密封性的作 用，肩部成为在接头的紧固中负担止动件（abutment)的作用的肩面（shoulder face)。
[0005] 图3(a)~图3(c)是油井管用高级接头的示意性说明图，这些是圆管的螺纹接头 的纵剖视图。螺纹接头具备销3和与销3嵌合的盒1。销3在其外面具有外螺纹部7和在销 3的前端侧与外螺纹部7相邻设置的没有螺纹的长度部分即鼻部（nose)(也称为销鼻（pin nose)))8。鼻部8在其外周面具有密封部13,在其端面具有肩部14。与销3嵌合的盒1在 其内面具有分别与销3的外螺纹部7、密封部13和肩部14螺纹连接或者接触的部分、即内 螺纹部5、密封部11以及肩部12。在此，图3(a)中的单点划线为管轴。
[0006] 在图3(a)~图3(c)的现有例中，密封部11、13是位于鼻部8的前端部的所谓销前 端密封型，能够通过施加适当的紧固转矩（makeup torque)来实现预期的密封性能。然而， 在图3(a)~图3(c)的现有例中，紧固转矩受润滑条件（lubrication condition)以及表 面性状（surface quality)等影响。因此，作为受这些条件影响不大的设计，存在着将密封 接触压力的半径方向成分相对加强了的半径方向密封方式（也称为径向密封型（radial seal type))。径向密封型的密封部11、13-般位于鼻部8的管轴方向中间部。
[0007] 另外，伴随于上述的井的高深度化，为了应对高温高压环境，而使用高耐腐蚀性、 高强度且极厚壁的油井管的情况增加。
[0008] 在这样的趋势下，作为对在维持螺纹接头自身的气密性能（gas tight)的同时，在 大的压缩载荷（compressive load)下也具有高的耐磨损能力和密封性能的螺纹接头的要 求所对应的现有技术，已知有使盒侧的肩部的抵接面的截面积（将所述抵接面正投影到管 轴正交面的区域的面积）相对于销原管截面积（对钢管端部进行销加工后的钢管的销未加 工部的截面积）的比为规定值（0. 5)以上的手段（参照专利文献1)。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本专利第4257707号公报（日本特表2005-526936号公报） 【实用新型内容】
[0012] 然而，特别地，在由形成销的原钢管的壁厚（对钢管端部进行销加工后的钢管的 未加工部的壁厚）为18mm以上的销和连结该销彼此的盒构成的螺纹接头中，要求非常高 的轴向压缩力和外压的复合载荷下的密封性确保，因此需要在密封部的高接触面压力。另 一方面，接触面压力（contact pressure)过高的话，存在着发生与紧固松脱（Make&Break) 时的滑动相伴的磨损，需要接触面压力取得密封性确保和磨损发生防止这两者的平衡的设 计。
[0013] 然而，在上述现有技术中，仅假定了高压缩力下的性能确保，并未考虑到在除了高 压缩力以外还作用有高外压的状况下兼顾密封性确保和磨损发生防止。通过上述现有技 术，仅使盒侧的肩部抵接面的截面积相对于销原管截面积的比为规定值（0.5)以上的话， 无法在除了高压缩力以外还作用有高外压的状况下兼顾密封性确保和磨损发生防止。
[0014] 因此，本实用新型鉴于上述现有技术的难点，要解决的课题在于，提供一种在除了 高压缩力以外还作用有高外压的状况下能够兼顾密封性确保和磨损发生防止的极厚壁油 井管用螺纹接头。
[0015] 本发明者们为了解决上述课题而专研，结果完成了以下的主要结构的本实用新 型。
[0016] [1] -种极厚壁油井管用螺纹接头，其具有：销，具有对壁厚18_以上的原钢管的 管端部进行锥螺纹加工而成的外螺纹部、从该外螺纹部向管端侧延伸的无螺纹部即鼻部、 及设于该鼻部的前端的肩部；以及盒，具有与所述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部、与所述销 的鼻部外周面相对的密封孔内周面（inner periphery of seal portion of box)、及与所 述销的肩部抵接的肩部，通过所述螺纹结合而将所述销与所述盒结合，所述鼻部外周面与 所述密封孔内周面在管半径方向发生金属接触，其接触部构成对流体进行密封的密封部， 所述极厚壁油井管用螺纹接头的特征在于，成为所述密封部的销侧的面、盒侧的面分别为 凸曲面（convex curve)、锥面，包括下述定义的密封点（seal point)的管半径方向剖面内 的鼻部的厚度即销密封厚度（seal thickness of pin)tsS 15mm以下，所述销密封厚度ts 除以销原管部的外径D而得到的形状参数ts/D为0. 045以上，所述外螺纹部的完整螺纹部 的管轴方向长度即销完整螺纹长度L相对于销原管部的壁厚t的比即完整螺纹长度比L/ t为4.0以下，密封点是如下部位的鼻部外周点：将销和盒两者的相同尺度的图以肩部彼此 一致的方式重叠而形成的重叠部分中管半径方向长度达到最大的部位。
[0017] [2]根据所述[1]记载的极厚壁油井管用螺纹接头，其特征在于，所述形状参数 ts/D 为 0. 060 以上。
[0018] [3]根据所述[1]或[2]记载的极厚壁油井管用螺纹接头，其特征在于，所述销密 封厚度、为12mm以下。
[0019] 实用新型效果
[0020] 根据本实用新型，实现了一种在除了高压缩力以外还作用有高外压的状况下能够 兼顾密封性确保和磨损发生防止的极厚壁油井管用螺纹接头。
【附图说明】
[0021] 图1是示出本实用新型涉及的螺纹接头的设计用各要素的管轴方向剖面的概要 图。
[0022] 图2是示出密封点P以及销密封厚度ts的定义的管轴方向剖面的概要图。
[0023] 图3(a)~图3(c)是示出现有的管用螺纹接头的一例的管轴方向剖面的概要图。
【具体实施方式】
[0024] 参照图1和图2说明本实用新型的实施方式。
[0025] 本实用新型的螺纹接头具有销3和盒1。销3具有对壁厚18mm以上的原钢管的管 端部进行锥螺纹加工而成的外螺纹部7、相对于该外螺纹部7向管端侧延伸的无螺纹部即 鼻部8和设置在该鼻部8的前端的肩部14。盒1具有与所述外螺纹部7螺纹结合的内螺纹 部5 (当然是锥螺纹）、与所述销3的鼻部外周面相对的密封孔内周面16和与所述销3的肩 部14抵接的肩部12。本实用新型的前提为一种极厚壁油井管用螺纹接头（参照图1)，通 过所述螺纹结合，所述销3与所述盒1结合，所述鼻部外周面17与所述密封孔内周面16在 管半径方向发生金属接触，该接触部成为密封流体的密封部（盒1的密封部11、销3的密 封部13)。
[0026] 在本实用新型中，在上述前提下，出于确保充分的密封性，且提高耐磨损性 (galling resistance)，而且使切削加工（cutting work)容易的观点，使在销3成为密封 部13的部位的鼻部外周面17为凸曲面，使在盒1成为密封部11的部位的密封孔内周面16 成为锥面。所述凸曲面为，在管轴方向剖面内成为曲线，使连接该曲线区域的管轴方向两 端的线段位于销体内，形成该曲线区域内的任一点均越靠管端越接近管轴的曲面。所述曲 线可以构成为多个线段以具有共通连线的方式连接的结构，也可以是将曲线之间以直线连 接。而且，所述锥面为，在管轴方向剖面内成为直线，且该直线内的任一点均越靠肩部12越 接近管轴的锥面。
[0027] 并且，在本实用新型中，包括密封点SP的管径方向剖面21内的鼻部8的厚度即销 密封厚度t s(参照图2)为15mm以下。而且，优选、为1mm以上，更优选为3mm以上，进而 优选为5mm以上。在此，如图2所示，密封点SP指的是，将销3和盒1两者的相同尺度的图 以肩部14、12彼此一致的方式重合得到的重