钢管用螺纹接头制造技术

通过将外螺纹(11)的顶端部的第1螺纹牙(111)的载荷面底部的曲率半径r1设为螺纹牙高度Th

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢管用螺纹接头


[0001]本公开涉及钢管的连结所使用的钢管用螺纹接头。

技术介绍

[0002]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、储存(CCS：Carbon dioxide Capture and Storage)、地热发电或温泉等中，使用被称为油井管的钢管。钢管彼此的连结使用螺纹接头。这种钢管用螺纹接头的形式大致被分为组合型和整体型。
[0003]在组合型的情况下，借助管状的管接头将钢管彼此连结。典型地，在管接头的两端部的内周分别设有内螺纹，在钢管的两端部的外周分别设有外螺纹。而且，将一个钢管的一端部拧入管接头的一个端部，并且将另一个钢管的一端部拧入管接头的另一个端部，从而将钢管彼此连结。即，在组合型中，直接连结的一对管材中的一个管材是钢管，另一个管材是管接头。
[0004]在整体型的情况下，将钢管彼此直接连结，不使用额外的管接头。具体而言，在钢管的一端部的内周设有内螺纹，在另一端部的外周设有外螺纹，向一个钢管的设有内螺纹部的一端部拧入另一个钢管的设有外螺纹部的另一端部，从而将钢管彼此连结。
[0005]通常，形成有外螺纹的钢管的管端部包含插入于形成有内螺纹的钢管或管接头的管端部的元素，因此被称为“公扣”。形成有内螺纹的钢管或管接头的管端部包含承接形成有外螺纹的钢管的管端部的元素，因此被称为“母扣”。上述公扣和母扣是管材的端部，因此均为管状。
[0006]近年，DwC(Drilling with Casing)、水平挖掘等井开发技术逐渐传播，高扭矩接头的需求急剧增加。本申请申请人以前制造了采用还被称为楔形螺纹的截面形状为燕尾形的锥螺纹的螺纹接头作为比较小径尺寸的钢管用的高扭矩接头。这样的高扭矩接头例如公开于下述的专利文献1。
[0007]楔形螺纹具有插入面节距比载荷面节距小的螺纹牙形，由此公扣的外螺纹的螺纹牙宽度随着沿着螺纹的螺旋到达顶端侧而逐渐变窄，相对的母扣的内螺纹的螺纹槽宽度也同样地随着到达顶端侧而逐渐变窄。另外，外螺纹和内螺纹各自的载荷面和插入面均具有负的牙型半角，在公扣和母扣的紧固完成时，载荷面彼此接触且插入面彼此接触，从而外螺纹和内螺纹各自的螺纹牙彼此牢固地嵌合。根据该结构，采用楔形螺纹的螺纹接头能够发挥较高的耐扭矩性能。
[0008]另外，在下述专利文献1的图5和0065段公开了如下技术：在螺纹牙的载荷面与螺纹牙顶面之间的连接部和螺纹牙的载荷面与螺纹槽底面之间的连接部设有由具有不同的曲率半径的两个弧构成的弯曲部，由此降低载荷面的基部处的集中载荷因素，改善所述连接部的疲劳性能。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：日本特表2007
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504420号公报

技术实现思路

[0012]专利技术要解决的问题
[0013]本申请申请人进行更大径尺寸的钢管用的高扭矩螺纹接头的开发，但若按照与以往同样的设计基准来设计9
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以上的大径尺寸的螺纹接头，则在依据ISO13679：2011Series A的试制品的复合载荷负载试验中，在负载最大拉伸载荷时，产生公扣的外螺纹部的螺纹牙发生剪切破坏这一问题。此外，在本申请申请人的以往的设计基准中，专利文献1所公开的构成上述弯曲部的两个弧中的连接于载荷面的弧(23)的曲率半径为0.125mm，连接于螺纹槽底面或螺纹牙顶面的弧(24)的曲率半径为0.875mm。
[0014]本公开的目的在于，在大径尺寸的钢管用螺纹接头中也能够发挥较高的耐扭矩性能，并且能够发挥与连结对象的钢管的尺寸相应的耐剪切性能。
[0015]用于解决问题的方案
[0016]本专利技术人为了探明大径尺寸的钢管用的高扭矩螺纹接头的外螺纹部的螺纹牙断裂的原因而反复进行深入研究，结果发现，相对于大径尺寸的钢管所要求的拉伸强度，换言之，耐剪切性能，外螺纹的顶端部的螺纹牙的剪切强度不充分，以外螺纹顶端部的螺纹牙底部为起点而发生剪切破坏。即，当从外螺纹顶端部起一周的螺纹牙(以下，称为“第1螺纹牙”。)最初发生剪切破坏时，载荷集中于在截面中位于其一个内侧(即钢管的管主体侧)的第2螺纹牙而第2螺纹牙发生剪切破坏，当第2螺纹牙发生剪切破坏时，载荷集中于其一个内侧的第3螺纹牙而发生剪切破坏，剪切破坏一个接一个地传播。认为外螺纹的螺纹牙这样在大范围内发生剪切破坏。
[0017]另外，在截面为梯形状的通常的外螺纹中，当负载过大的拉伸载荷时，有时公扣和母扣在径向上变形而跳出，但螺纹牙几乎不在大范围内断裂。另一方面，在上述的高扭矩螺纹接头中，由于截面燕尾形状的外螺纹和内螺纹的螺纹牙彼此牢固地啮合，因此外螺纹和内螺纹的啮合不脱离。
[0018]因此，在利用截面燕尾形状的楔形螺纹构成外螺纹和内螺纹的高扭矩螺纹接头中，为了确保耐跳出性能和耐剪切性能，最初发生剪切破坏的第1螺纹牙的刚度是重要的。
[0019]作为提高外螺纹顶端部的耐剪切性能的手段，本专利技术人着眼于外螺纹的顶端部处的载荷面与螺纹槽底面之间的分界部的曲率半径。认为上述的外螺纹的剪切破坏的原因是应力集中于外螺纹顶端部处的载荷面与螺纹槽底面之间的分界，因此认为通过增大该分界部的曲率半径能够缓和应力集中，耐剪切性能提高。
[0020]另外，认为螺纹牙高度越大，即使作用于载荷面的均布载荷的总和相同，作用于上述分界部的弯矩也越大，上述分界部处的等效塑性应变也越大，因此认为需要利用与螺纹牙高度相应的适当的曲率半径的曲面部构成上述分界部。
[0021]另一方面，若螺纹牙高度变得过大，则螺纹槽的切削加工深度变大，加工性变差，因此即使是大径尺寸的钢管用的螺纹接头，也优选螺纹牙高度为3.0mm以下。另外，为了发挥充分的耐扭矩性能，需要确保载荷面和插入面的接触面积，因此优选螺纹牙高度为1.8mm以上。
[0022]本公开的钢管用螺纹接头是通过综合研究上述的技术见解而发现的。即，本公开
的钢管用螺纹接头包括设于钢管的顶端部的管状的公扣和供所述公扣拧入而与所述公扣紧固的管状的母扣。所述公扣具有形成于所述公扣的外周的外螺纹。所述母扣具有形成于所述母扣的内周且在紧固时嵌合于所述外螺纹的内螺纹。所述外螺纹和所述内螺纹具有载荷面、插入面、螺纹牙顶面以及螺纹槽底面，所述外螺纹和所述内螺纹的插入面节距比所述外螺纹和所述内螺纹的载荷面节距小，在紧固状态下，所述外螺纹的载荷面与所述内螺纹的载荷面接触，并且所述外螺纹的插入面与所述内螺纹的插入面接触。优选的是，所述外螺纹和所述内螺纹的载荷面和所述插入面具有负的牙型半角。
[0023]另外，距所述外螺纹的顶端部为螺纹螺旋方向的预定范围内的所述外螺纹的所述载荷面和所述螺纹槽底面可以经由纵截面中的曲率半径r1满足下述的式(1)的第1曲面部连接。
[0024]r1≥Th
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0.14
…
(1)
[0025]其中，Th是距所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钢管用螺纹接头，其包括设于钢管的顶端部的管状的公扣和供所述公扣拧入而与所述公扣紧固的管状的母扣，所述公扣具有形成于所述公扣的外周的外螺纹，所述母扣具有形成于所述母扣的内周且在紧固时嵌合于所述外螺纹的内螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹具有载荷面、插入面、螺纹牙顶面以及螺纹槽底面，所述外螺纹和所述内螺纹的插入面节距比所述外螺纹和所述内螺纹的载荷面节距小，在紧固状态下，所述外螺纹的载荷面与所述内螺纹的载荷面接触，并且所述外螺纹的插入面与所述内螺纹的插入面接触，所述外螺纹和所述内螺纹的载荷面和所述插入面具有负的牙型半角，其中，距所述外螺纹的顶端部为螺纹螺旋方向的预定范围内的所述外螺纹的所述载荷面和所述螺纹槽底面经由纵截面中的曲率半径r1满足下述的式(1)的第1曲面部连接，r1≥Th
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0.14
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(1)其中，Th是距所述外螺纹的顶端部为螺纹螺旋方向的预定范围内的所述外螺纹的载荷面侧的螺纹牙高度，满足1.8mm≤Th≤3.0mm。2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，所述外螺纹包括：第1螺纹部分，其具有所述第1曲面部；以及第2螺纹部分，其与该第1螺纹部分在螺纹螺旋方向上连续，该第2螺纹部分的所述载荷面和所述螺纹槽底面经由具有与所述第1曲面部相比较小的曲率半径r2的第2曲面部连接，所述第1曲面部自所述外螺纹的顶端部沿着螺纹螺旋方向至少跨x周地设置，其中，x满足下述的式(2)，x＝(r1－r2)/Δp
…
(2)在此，Δp是所述外螺纹的载荷面节距与...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田显，奥洋介，安藤吉则，
申请(专利权)人：瓦卢瑞克石油天然气法国有限公司，
类型：发明
国别省市：