油井管用螺纹接头制造技术

一种油井管用螺纹接头，包括：在管的前端部具有凸曲面形状的密封构成部分的阳螺纹管和具有锥形密封部的阴螺纹管，其特征在于，凸曲面形状与锥形密封部接触时，相当于接触面所承受的最大接触面压Ｐｃｍａｘ的６０％的接触面压Ｐｃ６０大于施加在螺纹接头上的内压Ｐｉ，并且小于螺纹接头材料的比例极限σｒ，锥形密封部的锥度角度θｓ相对于锥形螺纹的角度θｔ为θｓ≥θｔ，凸曲面形状的曲面半径Ｒ为９０ｍｍ以上且１７０ｍｍ以下，上述角度θｓ在顶角处为１．４－９．５度，凸曲面形状的轴向长度以切点为中心沿轴向前后各具有至少１．５ｍｍ以上的长度，凸曲面及锥形密封部的表面粗糙度Ｈ为１２ｓ以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及油井管用螺纹接头。
技术介绍
近来被挖掘的油田、气田向高深度化和高压力化发展。与此相伴地，因密封性和耐久性对油井管中所使用的螺纹接头提出了高的性能要求。为了应对该问题，开发出了许多特殊螺纹。现有技术的特殊螺纹是通过图1所示那样的公接头(pin)(阳螺纹)前端和母接头(box)(阴螺纹)内部构成金属密封的螺纹。关于这种特殊螺纹的密封形状，已经进行了很多开发和研究。作为其中之一，开发出来的有如特开昭61-6488号公报所述的螺纹，通过具有凸曲面形的密封面的公接头和具有锥形密封面的母接头的组合而构成的被称为切点密封(tangent point seal)的密封，可靠性比较高。不过，即使密封是将具有凸曲面形的密封面的公接头和具有锥形的密封面的母接头的组合这样的基本形状作成相同的密封，在其具体设计中，如果密封的过盈量、长度、锥度等尺寸没有正确地确定的话，该密封也可能产生密封部的粘扣、施加在管上的内压的泄漏等问题。
技术实现思路
即，在现有技术的特殊螺纹中，存在着几个需要解决的问题。首先，作为第一问题点，从防止嵌合时密封的塑性变形的观点出发，密封部的最大接触面压Pcmax的上限应该满足下述条件。即，Pcmax＜(螺纹接头材料的屈服应力σr)。但是，密封部的最大接触面压Pcmax即使设定得比屈服应力低，实际上在螺纹嵌合时，在密封部上产生塑性变形，之后，反拧该螺纹，再次进行螺纹的嵌合时，因该塑性变形，相应地产生密封部不能获得既定的接触面压Pc的问题。此外，作为第二问题点，从确保密封的耐泄漏性能的观点出发，以往密封部的最大接触面压Pcmax的下限满足下述条件。即，(施加在螺纹接头上的内压Pi)＜(接触面压Pcmax)。该条件尽管是必要条件，但是不能说是充分条件。即，即使密封部的最大接触面压Pcmax的下限满足上述条件，在密封部的实际接触长度短的情况下，密封部产生泄漏。而且，作为第三问题点，公接头的凸曲面上的表面粗糙度与粘扣以及泄漏非常有关系。申请人获得了下述见解包括该凸曲面上的表面粗糙度在内的密封部的精度如果不好的话，就会造成密封部的粘扣或者泄漏。本专利技术鉴于此，目的在于改善这些问题点，提供一种密封性能优良且保养性高的油井管用螺纹接头。本专利技术的油井管用螺纹接头，是锥形螺纹接头1)包括在管的前端部具有相对于管轴方向为凸曲面形状的密封构成部分的阳螺纹管和具有与上述密封构成部分对置的锥形密封部的阴螺纹管，其特征在于，上述凸曲面形状与锥形密封部接触时，相当于接触面所承受的最大接触面压Pcmax的60％的接触面压Pc60设计成大于施加在螺纹接头上的内压Pi，并且小于螺纹接头材料的机械强度的比例极限σe。另外，本专利技术的油井管用螺纹接头，2)在上述1)中，锥形密封部的密封锥度角度θs相对于锥形螺纹的锥度角度θt为θs≥θt，凸曲面形状的曲面半径R为90mm以上且170mm以下。3)在上述1)或2)中，上述锥形密封部的密封锥度角度θt在顶角处为1.4-9.5度。4)在上述1)-3)中，上述凸曲面形状的轴向长度以切点为中心沿轴向前后各具有至少1.5mm以上的长度。5)在上述1)-4)中，上述凸曲面及锥形密封部的表面粗糙度H为12s以下。通过本专利技术的油井管用螺纹接头，能够提供一种密封性能好而且保养性优良、经济的油井管系统。附图说明图1是表示本实施例的螺纹接头部的基本形状的示意图。图2是表示具有凸曲面形的密封部的公接头和具有锥形的密封部的母接头的组合中的嵌合后的接触面压Pc的计算结果的图。图3是表示本实施例的密封部的基本形状的示意图。图4是表示台肩角度对面压的影响的曲线图。图5是表示本实施例的锥形螺纹部的螺纹截面形状的示意图。图6是表示本实施例的最终设计值的图具体实施方式实施方式1按照与上述应解决的问题点相对应的解决方法来依次详细说明本专利技术的实施方式1。首先，相对于第一问题点如上所述，以往，从防止嵌合时密封部产生塑性变形的观点出发，密封部的最大接触面压Pcmax的上限设计成Pcmax＞(螺纹接头材料的屈服应力σr)。但是，实际上，即使密封部的最大接触面压Pcmax设定得比屈服应力低，在螺纹部嵌合时，也在上述密封部上产生塑性变形，反拧该螺纹后，再次进行螺纹的嵌合时，因该塑性变形而使密封部不能获得既定的接触面压Pc。为了防止此问题，在本专利技术的实施方式1中，将最大接触面压Pcmax的上限设定为螺纹接头材料的机械强度的比例极限σe以下，而不是屈服应力σr。另外，接触面压Pc由于与密封过盈量ΔDS成比例，所以需要对ΔDS进行控制。作为具体的例子，以规格为API N80级的油井管为例，虽然引起屈服的应变量是0.5％，但是比例极限的应变量为0.3％。即，ΔDS＜(比例极限应变量)是必要的。接着，相对于第二问题点从申请人所进行的使用了计算机的有限元法所得出的计算结果可知，具有凸曲面形的密封部的公接头和具有锥形的密封部的母接头的组合中的、嵌合后的密封部的接触面压Pc如图2所示那样分布。在以往的限定中，条件是最大接触面压Pcmax＞内压Pi。根据实验结果，点接触中即使满足该关系Pcmax＞Pi，也有时发生泄漏。根据进一步的实验结果知道，在某个接触长度范围内，需要满足接触面压Pc≥Pi。最终被确认的是，在图2所示的接触面压的分布中，如果具有相当于最大接触面压Pcmax的60％的接触面压，且确保接触长度，则具有充分的耐泄漏性能。另外，相对于第三问题点申请人从多个使用实验结果得知，具有凸曲面形的密封部的公接头的密封部的表面粗糙度H需要抑制在12S以下，以防止该部分的粘扣以及泄漏。密封部的表面粗糙度H如果比12S粗糙，比较有发生泄漏的可能。此外，作为其他的用于防止粘扣或者泄漏的对策，列举有适当的密封长度的设定、适当的润滑脂杯的设置、密封锥度角度以及螺纹的锥度角度值的适当设定、台肩角度的适当值的设定等。这些数值，根据通过有限元法进行的确认以及使用实验的结果来设定各自的适当数值。实施例1根据上述实施方式，对外径×管壁厚＝3·1/2″(88.9mm)×0.254″(6.45mm)中的、API N80级的管道系统用的油井管用螺纹接头的1实施例进行说明。图1是表示本实施例1的螺纹接头部的基本形状的示意图。图3是表示本实施例1的密封部的基本形状的示意图。图4是表示台肩角度对面压的影响的曲线图。图5是表示本实施例1的锥形螺纹的螺纹截面形状的示意图。图中，P是具有凸曲面形的密封部的公接头，B是具有锥形密封部的母接头，S是密封部，SR是台肩部，TAP是锥形密封部，BAR是凸曲面形状部，R是凸曲面形状部的曲率半径，TP是凸曲面形状部和锥形密封部的接触点即切点，LP1是凸曲面形状部的轴向长度，LB1是锥形密封部的轴向长度，DP2是凸曲面形状部的切点处的直径，DB2是锥形密封部的切点处的直径。本实施例1中的螺纹接头部的基本形状是图1的耦合型螺纹接头。本实施例1的螺纹接头部通过设于公接头(阳螺纹)P和母接头(阳螺纹)B内部的良好精度的锥形螺纹进行紧固嵌合，将设于公接头P前端的具有曲率半径为R的凸曲面的凸曲面形状部BR和母接头B的锥形密封部TAP在切点TP处、在弹性变形内接合嵌合。本实施例1中的上述锥形螺纹的形状如图5所示，负载角(loadangle)α是2°、插入角(st本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油井管用螺纹接头，包括：在管的前端部具有相对于管轴方向为凸曲面形状的密封构成部分的阳螺纹管、和具有与上述密封构成部分对置的锥形密封部的阴螺纹管，其特征在于，上述凸曲面形状与锥形密封部接触时，相当于接触面所承受的最大接触面压Ｐｃｍａｘ的６０％的接触面压Ｐｃ６０设计成大于施加在螺纹接头上的内压Ｐｉ，并且小于螺纹接头材料的机械强度的比例极限σｒ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木照明，
申请(专利权)人：株式会社美达王，
类型：发明
国别省市：JP[日本]