管的螺纹接头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种管的螺纹接头。在现有技术中，未确立在台肩角度θ为0°以上的情况下防止在受到压缩载荷时栓杆头的局部塑性变形来实现确保气密性的方式。在本发明的管的螺纹接头中，将箱侧唇缘长度L设为插入面间隙δ的300倍以上、即L≥300×δ，其中，箱侧唇缘长度L是从箱部件（1）的栓杆头前端对应点（P）到最接近该栓杆头前端对应点（P）的内螺纹牙的属于唇缘的内螺纹牙（50）的负载面（18b）之间的管轴向距离，插入面间隙δ是从上述属于唇缘类内螺纹牙（50）后退两圈以上的位置的内螺纹牙的插入面（19b）与在紧固时同该插入面（19b）相对的外螺纹牙的插入面（19a）之间的管轴方向间隔。
【专利说明】管的螺纹接头
【技术领域】
[0001]本发明涉及管的螺纹接头，详细而言涉及适用于包含通常在油井、气井的勘探、生产中使用的管道以及壳体的油井管、即0CTG(oil country tubular goods石油专用管材)、立管、以及管线管等钢管的连接的、密封性和耐压缩性优越的管的螺纹接头。
【背景技术】
[0002]螺纹接头广泛应用于油井管等产油工业设施所使用的管的连接。以往，为了进行油、气的勘探、生产所使用的管的连接而使用API (美国石油协会)标准所规定的标准的螺纹接头。但是，近年来，原油、天然气井的深井化取得进展，在直井的基础上增加了水平井、定向井，因此挖掘、生产环境变苛刻。另外，由于在海洋、极地等恶劣环境下的井的开发增加，所以要求螺纹接头实现耐压缩性能、耐弯曲性能、外压密封性能(耐外压性能)等多样化性能。因此，使用被称为高级接头的高性能的特殊螺纹接头的情况增加。
[0003]高级接头是将通常分别具备锥形螺纹、密封部(详细而言为金属接触密封部)、台肩部(详细而言为扭矩台肩部)的栓杆部件与箱部件结合的接头。为了牢固地固定管接头，锥形螺纹尤为重要，密封部担负供箱部件与栓杆部件在该部分金属接触从而确保密封性的作用，台肩部为在接头的紧固中担负限位器的作用的台肩面。
[0004]图2?图4是油井管用高级接头的示意性说明图，上述图2?图4是圆管的螺纹接头的纵向剖视图。螺纹接头具备栓杆部件3和与此对应的箱部件1，栓杆部件3(栓杆3)在其外表面具有外螺纹7和在栓杆3的前端侧与外螺纹7邻接地设置的被称为头部8 (栓杆头8)的无螺纹部。头部8在其外周面具有密封部11，在其端面具有台肩部12。相对的箱部件I在其内表面分别具有能够与栓杆3的外螺纹7、密封部11、以及台肩部12螺合或者接触的部分、即内螺纹5、密封部13、以及台肩部14。
[0005]近年来，反映出油井管的使用环境变得苛刻，从而对螺纹接头的性能也要求在较高的轴向力、内压、外压下不产生泄露。
[0006]其中，作为提供特别耐压缩载荷的螺纹接头的方式，公知有例如专利文献I所记载的方式，即:一种管螺纹接头，其具有设置于第一管状部件的端部的外螺纹要素、即栓杆；和设置于第二管状部件的端部的内螺纹要素、即箱，其中，栓杆与箱分别具备螺纹部和至少一个扭矩台肩面，栓杆的螺纹部的外螺纹牙与箱的螺纹部的内螺纹牙嵌合，栓杆的至少一个扭矩台肩面与箱的至少一个扭矩台肩面在管接头的轴向抵接，该抵接的扭矩台肩面的一方是构成该部件的横截面方向端面的端面台肩面，外螺纹部以及内螺纹部的螺纹牙是分别具备顶面、负载面以及插入面并且通过谷部而分离的近似梯形形状的螺纹牙，该管螺纹接头中，具有该端面台肩面的部件中的端面台肩面与最接近端面台肩面的嵌合螺纹牙的负载面之间的轴向距离亦即唇缘长度，是栓杆以及箱的嵌合螺纹部中的、在外螺纹牙的负载面与内螺纹牙的负载面抵接时外螺纹牙的插入面与内螺纹牙的插入面之间的轴向间隙距离亦即插入面间隙的140倍以上。
[0007]据此，通过防止栓杆头部8在施加压缩载荷时的塑性变形，能够确保气密性。[0008]专利文献1:日本特表2009-531603号公报
[0009]在上述专利文献I中，端面台肩面构成栓杆部件或者箱部件的横截面方向端面，因此意味着构成与部件的管轴正交的台肩面。然而，按如作为现有例的图3所示，通常台肩部12、14的相互抵接面并非形成与管轴正交的面，而是形成以通过栓杆前端并与管轴正交的垂直面60为圆锥底、且在从该圆锥底观察时在紧固时的螺纹接头长度方向的非中央侧具有顶点的直圆锥的锥面。即，台肩部12、14的相互抵接面与上述垂直面60所成的角度Θ亦即台肩角度Θ通常为0°以上(优选大于0°而在15°以下)，与此相对，在专利文献I中仅将θ=0°的情况作为对象，除去了 Θ >0°的情况。因此，不明确专利文献I的发明特定条件即唇缘长度与插入面间隙之间的特定关系(唇缘长度3 140Χ插入面间隙)，在Θ >0°的情况下是否也能够成为通过防止栓杆头部8在施加压缩载荷时的塑性变形来确保气密性的临界条件。
[0010]即，在现有的技术中存在如下课题，即:尚未确立在台肩角度θ为0°以上的情况下通过防止栓杆头部在施加压缩载荷时的局部塑性变形来实现确保气密性的机构。
【发明内容】
[0011]本发明的
【发明者】们为了解决上述课题而专心研究，其结果，基于如下见解完成了本发明，即，管的螺纹接头具有:栓杆部件，其具有外螺纹部、比该外螺纹部向管端侧延伸的头部、以及设置于该头部的前端的台肩部；和箱部件，其具有与上述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部、与上述栓杆部件的头部即栓杆头的外周面相对的内周面、以及与上述栓杆部件的台肩部抵接的台肩部，上述栓杆头的外周面为凸曲面，上述箱部件的上述内周面是在该箱部件与栓杆部件结合时与上述栓杆头的外周面干涉的锥形面，上述台肩部的台肩角度Θ为O。以上(优选大于0°而在15°以下)，上述栓杆部件与箱部件通过上述螺纹结合而结合，从而上述栓杆头的上述凸曲面与上述箱部件的上述锥形面金属-金属接触，并且接触界面成为密封部，在上述管的螺纹接头中发现:
[0012](a)在受到压缩载荷时的栓杆头的塑性变形以栓杆头前端部为中心局部地开始，以位于该栓杆头前端部的附近并以较高面压力与箱部件的上述锥形面接触的上述凸曲面为界面的栓杆部件部分优先受到塑性变形，以及
[0013](b)对于有效防止在以较高面压力与上述箱部件的上述锥形面接触的栓杆头前端部附近的位置优先产生的塑性变形的方式，将箱侧唇缘长度L设为插入面间隙δ的300倍以上，S卩，L3 300X δ，其中，箱侧唇缘长度L是从箱部件的栓杆头前端对应点到最接近该栓杆头前端对应点的内螺纹牙即属于唇缘的内螺纹牙的负载面之间的管轴向距离，插入面间隙S是从属于上述唇缘的内螺纹牙后退两圈以上的位置的内螺纹牙的插入面与在紧固时同该插入面相对的外螺纹牙的插入面之间的管轴向间隔。
[0014]即，本发明如下。
[0015](技术方案I)
[0016]一种管的螺纹接头，其具有:栓杆部件(3)，该栓杆部件(3)具有外螺纹部(7)、比该外螺纹部(7)向管端侧延伸的头部(8)、以及设置于所述头部(8)的前端的台肩部(12)；和箱部件(1)，该箱部件(I)具有与所述外螺纹部(7)螺纹结合的内螺纹部(5)、与所述栓杆部件(3)的头部(8)即栓杆头(8)的外周面相对的内周面(30)、以及与所述栓杆部件(3)的台肩部(12)抵接的台肩部(14)，所述栓杆头(8)的外周面(20)为凸曲面(20)，所述箱部件
(I)的所述内周面(30)是在该箱部件(I)与栓杆部件(3)结合时与所述栓杆头(8)的所述凸曲面(20)干涉的锥形面(30)，所述台肩部(12、14)的台肩角度Θ为O。以上，所述栓杆部件(3)与箱部件(I)通过所述螺纹结合而结合，从而所述栓杆头(8)的所述凸曲面(20)与所述箱部件(I)的所述锥形面(30)之间形成金属-金属接触，并且接触界面形成密封部
(40)，所述管的螺纹接头的特征在于，将箱侧唇缘的长度L设为插入面间隙δ的300倍以上，其中，所述箱侧唇缘的长度L是从所述箱部件(I)的栓杆头前端对应点(P)到最接近所述栓杆头前端对应点(P)的内螺纹牙即属于箱侧唇缘的内螺纹牙(50)的负载面(18b)之间的管轴向距离，所述插入面间隙δ是从所述属于箱侧唇缘的内螺纹牙(50)后退两圈以上的位置处的内螺纹牙的插入面(19b)与紧固时同所述插入面(19b)相对的外螺纹牙的插入面(19a)之间的管轴向间隔。
[0017]根据本发明，通过成为上述箱侧唇缘长度L与上述插入面间隙δ的关系满足L ^ 300Χ δ的螺纹接头，从而在对台肩角度Θ为O。以上的螺纹接头施加压缩载荷时，能够有效地防止在以较高面压力 与上述箱部件的上述锥形面接触的栓杆头前端部附近的位置优先产生的塑性变形，能够确保气密性。从突显该效果的角度出发，优选Θ大于0°，更加优选Θ大于0°而在15°以下。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明的实施方式的一个例子的剖视图。
[0019]图2是表示现有的管的螺纹接头的剖视图。
[0020]图3是表示图2中的栓杆头附近的剖视放大图。
[0021]图4是表示图2中的螺纹部分的剖视放大图。
[0022]符号说明
[0023]L...箱部件；3…栓杆(栓杆部件)；5…内螺纹(内螺纹部)；7…外螺纹(外螺纹部)；8…头部(栓杆头)；11…密封部；12...台肩部；13...密封部；14...台肩部；18b…属于唇缘的内螺纹牙的负载面；19a…外螺纹牙的插入面；19b…内螺纹牙的插入面；20…栓杆部件的头部外周面(凸曲面)；30…与栓杆头外周面相对的箱部件的内周面(锥形面)；40…密封部；50…属于唇缘的内螺纹牙；60…与管轴正交的平面亦即垂直面箱部件的栓杆头前端对应点山…箱侧唇缘长度；δ…插入面间隙；Θ…台肩角度。
【具体实施方式】
[0024]图1是表示本发明的实施方式的一个例子的剖视图。在该例中，管的螺纹接头具有:栓杆部件3，其具有外螺纹部7、比该外螺纹部7向管端侧延伸的头部8、以及设置于该头部8的前端的台肩部12 ;和箱部件1，其具有与上述外螺纹部7螺纹结合的内螺纹部5、与上述栓杆部件3的头部8即栓杆头8的外周面20相对的内周面30、以及与上述栓杆部件3的台肩部12抵接的台肩部14，上述栓杆头8的外周面20为凸曲面20，上述箱部件I的上述内周面30是在与栓杆部件3结合时与上述栓杆头8的上述凸曲面20干涉的锥形面
(30)，上述台肩部(12、14)的台肩角度Θ为O。以上15°以下，通过上述栓杆部件(3)与箱部件(I)上述螺纹结合而结合，从而上述栓杆头8的上述凸曲面20与上述箱部件I的上述锥形面30金属-金属接触，并且接触界面形成密封部40，将箱侧唇缘长度L设为插入面间隙δ的300倍以上，即300Χ δ，其中，箱侧唇缘长度L是从上述箱部件I的栓杆头前端对应点P到最接近该栓杆头前端对应点P的内螺纹牙即属于唇缘的内螺纹牙50的负载面18b之间的管轴向距离，插入面间隙δ是从上述属于唇缘的内螺纹牙50后退两圈以上的位置的内螺纹牙的插入面19b与在紧固时同该插入面19b相对的外螺纹牙的插入面19a之间的管轴向间隔。
[0025]由此，在施加压缩载荷时，能够呈现使箱侧唇缘长度L的范围内的栓杆头8的与箱部件I的部分相对的部分的压缩变形限制在弹性变形范围内，从而阻止密封部40优先塑性变形(将密封部40保持在弹性变形范围内)的效果，能够确保气密性。在设为L < 300X δ时，上述效果不足，从而很难确保气密性。
[0026]另外，插入面间隙δ的定义所涉及的内螺纹牙为从上述属于唇缘的内螺纹牙后退两圈以上的位置(称为位置Xe)的内螺纹牙，是由于如下原因，即:将正规的螺纹牙高度设为H，在大致Η/2的螺纹牙高度的位置定义δ，但在位置XC，紧固时内螺纹牙与插入面彼此相对的外螺纹牙(称为对应外螺纹牙)的螺纹牙高度在Η/2以上，与此相对，在比位置XC更靠前进侧的位置，上述对应外螺纹牙的螺纹牙高度比Η/2小，δ变得不确定。
[0027]另外，不特别地限定L/ δ的上限，但从螺纹切削的生产性的观点来看，优选将L/δ设为1000以下。
[0028][实施例]
[0029]对于以 外径=9-5/8英寸、壁厚=0.545英寸的钢管为对象并按照图1所示的螺纹接头形态制成的样品，将样品的形状取为表1所示的各水准，并实施IS013679的系列A测试。其结果，如表1所示，本发明例发挥出比比较例更优越的密封性。
[0030][表 I]
[0031]
【权利要求】
1.一种管的螺纹接头，其具有:栓杆部件(3)，该栓杆部件(3)具有外螺纹部(7)、比该外螺纹部(7)向管端侧延伸的头部(8)、以及设置于所述头部(8)的前端的台肩部(12);和箱部件(1)，该箱部件(I)具有与所述外螺纹部(7)螺纹结合的内螺纹部(5)、与所述栓杆部件(3)的头部(8)即栓杆头(8)的外周面相对的内周面(30)、以及与所述栓杆部件(3)的台肩部(12)抵接的台肩部(14)， 所述栓杆头(8)的外周面(20)为凸曲面(20)， 所述箱部件(I)的所述内周面(30)是在该箱部件(I)与栓杆部件(3)结合时与所述栓杆头(8 )的所述凸曲面(20 )干涉的锥形面(30 )， 所述台肩部(12、14)的台肩角度Θ为O。以上， 所述栓杆部件(3)与箱部件(I)通过所述螺纹结合而结合，从而所述栓杆头(8)的所述凸曲面(20)与所述箱部件(I)的所述锥形面(30)之间形成金属-金属接触，并且接触界面形成密封部(40)， 所述管的螺纹接头的特征在于， 将箱侧唇缘的长度L设为插入面间隙δ的300倍以上，其中，所述箱侧唇缘的长度L是从所述箱部件(I)的栓杆头前端对应点(P)到最接近所述栓杆头前端对应点(P)的内螺纹牙即属于箱侧唇缘的内螺纹牙(50)的负载面(18b)之间的管轴向距离，所述插入面间隙δ是从所述属于箱侧唇缘的内螺纹牙(50)后退两圈以上的位置处的内螺纹牙的插入面(19b)与紧固时同所述插入面(19b)相对的外螺纹牙的插入面(19a)之间的管轴向间隔。
【文档编号】F16L15/00GK103527870SQ201310279309
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】长滨拓也, 高桥一成, 近常博, 吉川正树, 高野顺, 川井孝将, 植田正辉 申请人:杰富意钢铁株式会社