钢管用螺纹接头制造技术

提供能够提高针对内压和外压的密封性能的钢管用螺纹接头。螺纹接头(1)包括公扣(10)和母扣(20)。公扣10包括外螺纹(11)、头部(12)、公扣台肩面(13)以及公扣密封面(14)。母扣(20)包括内螺纹(21)、母扣台肩面(23)以及母扣密封面(24)。母扣密封面(24)具有位于锥面(242)上的管轴线方向(CL)上的中点的密封点(SP)。头部(12)的顶端与密封点(SP)之间的管轴线方向(CL)上的距离L

Threaded joint for steel pipe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢管用螺纹接头
本公开涉及一种钢管用螺纹接头。
技术介绍
例如，在油井、天然气井等(以下，也统称为“油井”)的勘探或生产、油砂、页岩气等非常规型资源的开发、二氧化碳的回收、贮存(CCS(CarbondioxideCaptureandStorage))、地热发电或者温泉等中，使用被称为油井管的钢管。在钢管彼此的连结中使用螺纹接头。这种钢管用螺纹接头的形式大致分为组合型和整体型。在组合型的情况下，在作为连结对象的一对管材中，一管材是钢管，另一管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹。并且，钢管的外螺纹拧入管接头的内螺纹，由此两者紧固而连结。在整体型的情况下，作为连结对象的一对管材均是钢管，不使用另外的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成有外螺纹，在另一端部的内周形成有内螺纹。并且，一钢管的外螺纹拧入另一钢管的内螺纹，由此两者紧固而连结。通常，形成有外螺纹的管端部的接头部分包括插入内螺纹的要素，因此被称为“公扣”。另一方面，形成有内螺纹的管端部的接头部分包括承接外螺纹的要素，因此被称为“母扣”。上述的公扣和母扣是管材的端部，因此均呈管状。对于油井而言，在利用油井管加强坑壁的同时进行掘进以避免坑壁在挖掘中坍塌，因此结果成为油井管配置为多层的构造。近年，油井的高深度化和超深海化逐渐发展，在这样的环境中，为了高效地开发油井，在油井管的连接中大多使用接头部的内径和外径与钢管的内径和外径为相同程度或接头部的内径和外径比钢管的内径和外径稍大的螺纹接头。通过使用这样的螺纹接头，能够极力减小配置为多层的油井管彼此的间隙，即使较深也能够不怎么扩大井的直径地高效开发油井。在这样的内径和外径的制约下，对于螺纹接头而言，要求针对来自内部的流体压力(以下，也称为“内压”。)和来自外部的流体压力(以下，也称为“外压”。)的优异的密封性能。而且，例如在用于大深度的油井的情况等情况下，由于油井管的热膨胀，较大的拉伸载荷、压缩载荷施加于螺纹接头。在这样的环境中，对于螺纹接头而言也要求具备优异的密封性能。作为用于确保密封性能的螺纹接头，公知具有基于金属-金属接触的密封(以下，称为“金属密封”。)的螺纹接头。金属密封是指如下构造：公扣的密封面的直径比母扣的密封面的直径稍大(将该直径之差称为“干涉量”。)，若紧固螺纹接头而密封面彼此嵌合，则因干涉量而导致公扣的密封面缩径，母扣的密封面扩径，在各个密封面要恢复为原来的直径的弹性恢复力的作用下，在密封面产生接触压力而整周密合，发挥密封性能。日本特表2006-526747号公报(专利文献1)公开一种由公扣和母扣构成的钢管用螺纹接头。公扣具有外螺纹、密封面以及台肩面。与之对应，母扣具有内螺纹、密封面以及台肩面。公扣具有设于密封面与台肩面之间的头部。头部不与母扣的对应的部分接触。记载了如下内容：台肩角相对于与管轴线垂直的平面呈4度～16度为佳。日本特开2013-29176号公报(专利文献2)公开一种由公扣和母扣构成的钢管用螺纹接头。公扣具有：外螺纹部；头部，其自外螺纹部向管端侧延伸；以及台肩部，其设于头部的顶端。母扣具有：内螺纹部，其与外螺纹部螺纹结合而构成螺纹部；密封面，其与公扣的头部外周面相对；以及台肩部，其与公扣的台肩部抵接。公扣的头部外周面呈向外侧凸起的曲面形状。母扣的密封面呈单一的锥形状。公扣的头部外周面与母扣的密封面进行金属-金属接触，其接触部构成密封部。日本特开2014-13052号公报(专利文献3)公开一种由公扣构件和母扣构件构成的管的螺纹接头。公扣构件具有：外螺纹部；头部，其自外螺纹部向管端侧延伸；以及台肩部，其设于头部的顶端。母扣构件具有：内螺纹部，其与外螺纹部螺纹结合；内周面，其与作为公扣构件的头部的公扣头部的外周面相对；以及台肩部，其与公扣构件的台肩部抵接。公扣头部的外周面是凸曲面。母扣构件的内周面是在与公扣构件结合时与公扣头部的凸曲面干涉的锥面。台肩部的台肩角为0度以上。利用螺纹结合将公扣构件与母扣构件结合从而公扣头部的凸曲面与母扣构件的锥面进行金属-金属接触，其接触界面构成密封部。本说明书引用下述的文献。专利文献1：日本特表2006-526747号公报专利文献2：日本特开2013-29176号公报专利文献3：日本特开2014-13052号公报
技术实现思路
本公开的目的在于提供能够提高针对内压和外压的密封性能的钢管用螺纹接头。本专利技术人深入研究除了台肩角以外对针对内压和外压的密封性能造成影响的因素。其结果，本专利技术人新获得从公扣的顶端到金属密封的距离对密封性能造成影响的见解。除了该见解之外，本专利技术人还新获得以往未研究的金属密封处的公扣与母扣的壁厚比对密封性能造成影响的见解。基于上述的新的见解，本专利技术人专利技术了以下的螺纹接头。本公开的钢管用螺纹接头包括：管状的公扣，其形成于钢管的一顶端部；以及管状的母扣，其供公扣插入而与公扣紧固。公扣包括：外螺纹，其形成于公扣的外周；头部，其形成于公扣的顶端部，具有比母扣中的在公扣与母扣紧固的状态下与该头部相对的部分的内径小的外径；公扣台肩面，其形成于头部的顶端；以及公扣密封面，其在外螺纹与头部之间形成于公扣的外周面。公扣密封面包括：第1曲率面，其位于距公扣台肩面较近的一侧；第2曲率面，其位于距公扣台肩面较远的一侧；以及第1锥面，其位于第1曲率面与第2曲率面之间。母扣包括：内螺纹，其与外螺纹对应，形成于母扣的内周；母扣台肩面，其与公扣台肩面相对，在公扣与母扣紧固的状态下与公扣台肩面接触；以及母扣密封面，其与公扣密封面相对，在公扣与母扣紧固的状态下与公扣密封面接触。母扣密封面包括：第3曲率面，其位于距母扣台肩面较近的一侧；第4曲率面，其位于距母扣台肩面较远的一侧；以及第2锥面，其位于第3曲率面与第4曲率面之间。母扣密封面具有位于第2锥面上的管轴线方向上的中点的密封点。头部的顶端与密封点之间的管轴线方向上的密封点距离为13mm以上。公扣台肩面或母扣台肩面与垂直于管轴线的平面之间的台肩角为2度～13度。密封点处的母扣的壁厚相对于公扣的壁厚的密封壁厚比为1.7以上。在此，密封点距离也可以为13mm～25mm。台肩角也可以为2度～10度。密封壁厚比也可以为1.8～3.0。附图说明图1是实施方式的组合型的钢管用螺纹接头的沿着管轴线方向的纵剖视图。图2是与图1不同的整体型的钢管用螺纹接头的沿着管轴线方向的纵剖视图。图3是放大图1中的II部而得到的纵剖视图。图4是放大图3中的密封和头部周边而得到的纵剖视图。图5是表示在FEM分析中使用的载荷条件的路径的图表。图6是表示扭矩性能的评价结果的图表。图7是表示复合载荷下的密封性能的评价结果的图表。图8是表示针对外压的密封性能的评价结果的图表。图9是表示针对内压的密封性能的评价结果的图表。具体实施方式以下，参照附图，说明本实施方式的钢管用螺纹接头。对于图中相同和相当的结构，标注相同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢管用螺纹接头，其中，/n该钢管用螺纹接头包括：/n管状的公扣，其形成于所述钢管的一顶端部；以及/n管状的母扣，其供所述公扣插入而与所述公扣紧固，/n所述公扣包括：/n外螺纹，其形成于所述公扣的外周；/n头部，其形成于所述公扣的顶端部，具有比所述母扣中的在所述公扣与所述母扣紧固的状态下与该头部相对的部分的内径小的外径；/n公扣台肩面，其形成于所述头部的顶端；以及/n公扣密封面，其在所述外螺纹与所述头部之间形成于所述公扣的外周面，/n所述公扣密封面包括：第1曲率面，其位于距所述公扣台肩面较近的一侧；第2曲率面，其位于距所述公扣台肩面较远的一侧；以及第1锥面，其位于所述第1曲率面与所述第2曲率面之间，/n所述母扣包括：/n内螺纹，其与所述外螺纹对应，形成于所述母扣的内周；/n母扣台肩面，其与所述公扣台肩面相对，在所述公扣与所述母扣紧固的状态下与所述公扣台肩面接触；以及/n母扣密封面，其与所述公扣密封面相对，在所述公扣与所述母扣紧固的状态下与所述公扣密封面接触，/n所述母扣密封面包括：第3曲率面，其位于距所述母扣台肩面较近的一侧；第4曲率面，其位于距所述母扣台肩面较远的一侧；以及第2锥面，其位于所述第3曲率面与所述第4曲率面之间，/n所述母扣密封面具有位于所述锥面上的管轴线方向上的中点的密封点，/n所述头部的顶端与所述密封点之间的管轴线方向上的密封点距离为13mm以上，/n所述公扣台肩面或所述母扣台肩面与垂直于管轴线的平面之间的台肩角为2度～13度，并且，/n所述密封点处的所述母扣的壁厚相对于所述公扣的壁厚的密封壁厚比为1.7以上。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171109 JP 2017-2166901.一种钢管用螺纹接头，其中，
该钢管用螺纹接头包括：
管状的公扣，其形成于所述钢管的一顶端部；以及
管状的母扣，其供所述公扣插入而与所述公扣紧固，
所述公扣包括：
外螺纹，其形成于所述公扣的外周；
头部，其形成于所述公扣的顶端部，具有比所述母扣中的在所述公扣与所述母扣紧固的状态下与该头部相对的部分的内径小的外径；
公扣台肩面，其形成于所述头部的顶端；以及
公扣密封面，其在所述外螺纹与所述头部之间形成于所述公扣的外周面，
所述公扣密封面包括：第1曲率面，其位于距所述公扣台肩面较近的一侧；第2曲率面，其位于距所述公扣台肩面较远的一侧；以及第1锥面，其位于所述第1曲率面与所述第2曲率面之间，
所述母扣包括：
内螺纹，其与所述外螺纹对应，形成于所述母扣的内周；
母扣台肩面，其与所述公扣台肩...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥洋介，杉野正明，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，瓦卢瑞克石油天然气法国有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP