钢管用螺纹接头制造技术

本发明专利技术提供一种钢管用螺纹接头。该钢管用螺纹接头由具有螺纹形状为三角螺纹的外螺纹部的公扣，及具有螺纹接合于该外螺纹部的三角螺纹的内螺纹部和设置于顶端的无螺纹套筒部的母扣构成，满足由美国石油协会规定的圆螺纹接头的规格，改善了耐粘结性。缩短或者删除无螺纹套筒部，使得母扣的无螺纹套筒部的母扣轴向长度为由上述规格规定的值的1／2以下（包括零）。并且，也可以在母扣端部设置洼下部，及／或变更由上述规格规定的母扣形状，使得内螺纹部末端的斜角在内螺纹牙的斜面角度的±15°以内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于连结在开采、生产埋藏在地下的原油、天然气、甲烷水合物、地下水、温泉等气体状或液体状的地下资源时所采用的钢管(其代表例是油井管)的钢管用螺纹接头。更具体地讲，本专利技术涉及改良钢管用螺纹接头中的、特别是美国石油协会(American Petroleum Institutes, API)的规格所规定的圆螺纹(round thread)接头。
技术介绍
油井管等地下资源开采用的钢管通常由螺纹接头连接。这种螺纹接头通常采用公扣一母扣构造，该公扣一母扣构造由具有外螺纹部的公扣和具有螺纹接合于该外螺纹部的内螺纹部母扣构成。作为典型的结构，公扣形成在被连结的钢管的两管端部的外表面上，母扣形成在被称作接箍的另外的连结用构件的内表面上。将上述这样的螺纹接头称作接箍方式的螺纹接头。此外，也存在整体(integral)方式的螺纹接头，该整体方式的螺纹接头在钢管的一端的外表面上设有公扣、在其另一端的内表面上设有母扣，不使用接箍而直接将钢管彼此连结起来。公扣和母扣的螺纹牙可从梯形螺纹(偏梯形螺纹)、三角螺纹(圆螺纹)、倒钩螺纹(hook thread)等中选择。在上述这样的钢管用螺纹接头中，存在被称为所谓的API接头的、由美国石油协会规格化的标准的螺纹接头。图4是表示接箍方式的API规格的圆螺纹接头的纵截面形状的剖视图。 图4所示的接箍方式的圆螺纹接头I由分别形成在被连结的钢管2、3的管端部的外表面上的公扣、形成在较短的连结构件(接箍)4的内表面上的母扣构成。公扣通过在钢管2、3的管端部的外表面上设置锥形外螺纹部2a、3a而形成，该锥形外螺纹部2a、3a是螺纹牙在钢管轴向上的截面形状为大致三角形的圆螺纹。与公扣相对的母扣通过在接箍4的内表面的两侧设置由螺纹接合于公扣的外螺纹部2a、3a的圆螺纹构成的锥形内螺纹部4a而形成。除了内螺纹部4a之外，各母扣还在接箍4的轴向两端部包括具有比钢管2、3的外径大的内径的无螺纹套筒部4b。该无螺纹套筒部4b具有嵌入引导的作用。利用机械紧固进行螺纹接头的连结，该机械紧固采用利用液压或水压工作的、被称作动力大钳(power tong)的紧固机进行。通过达到规定的转矩反作用力或到达既定的紧固位置，完成紧固。通过将完成紧固后的公扣和母扣的螺纹彼此从刚好接触的位置进一步旋入而使其紧嵌，从而非常牢固地将其连接起来。例如，由外螺纹及内螺纹的偏芯、砂或石等的咬入以及润滑剂不足这样的紧固时的微小的不良导致螺纹部发生粘结(galling)。通常，为了不发生粘结，对螺纹接头的紧固设备、螺纹接头、涂敷于螺纹部的润滑剂以及现场的紧固过程进行管理。但是，在近年来开发有所增加的、处于恶劣的环境下的油井中，有时无法充分地进行上述管理，经常发生粘结，成为问题。迄今为止，也提出了很多通过改良涂敷于螺纹接头表面的润滑剂、根据情况预先形成在该表面的润滑覆膜以及该表面的表面处理方法(例如表面粗糙化处理)来防止粘结(改善耐粘结性)的尝试。另外，也提出了通过设计螺纹牙的形状来防止粘结的技术方案。对于通过改良润滑覆膜、表面处理来谋求防止粘结的钢管用螺纹接头而言，为了不损伤该润滑覆膜或表面处理，在操作时大多需要细心的注意。由于向油井现场的输送中途、现场的粗暴操作以及不细致的库存管理等，容易发生润滑覆膜的剥离等不良，若发生该不良，则无法提高耐粘结性能。关于螺纹牙形状的改良，在美国专利第6447025号中公开了一种使圆螺纹的公扣的外螺纹牙的顶部的圆角在插入面侧比在载荷面侧大的钢管用螺纹接头。由此，会防止螺纹紧固时的划伤(scratch)、磨损损伤。但是，在该螺纹牙形状中，虽然在紧固初期能够防 止公扣和母扣相对的螺纹的斜面损伤，但是无法防止由后述的局部的高接触状态引起的粘结。在日本特开2001 - 56075号公报所公开的钢管用螺纹接头中，公扣的外螺纹的螺距被设定在比母扣的内螺纹的螺距小I微米 7微米的范围内。由此抑制由公扣因嵌合时的泊松效果而沿轴向伸长所导致的螺纹斜面的接触力增大，从而提高耐粘结性能。即，在将公扣和母扣的螺纹部充分嵌合，公扣因泊松效果而沿轴向伸长的状态下，该钢管用螺纹接头能够发挥提高耐粘结性的效果。但是，在公扣和母扣的螺纹部尚未嵌合的紧固初期的阶段中，由公扣和母扣的螺纹螺距之差导致在螺纹斜面产生不必要的接触力，反而变得容易发生粘结。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种不依赖于润滑覆膜、表面处理的改良且不变更螺纹牙形状、螺纹螺距就能够稳定地发挥优良的耐粘结性能的、包括由API规格化的圆螺纹(即接头轴向的螺纹牙的截面形状为大致三角形的螺纹，在本说明书中称作三角螺纹)的钢管用螺纹接头。本专利技术人利用接箍方式的螺纹接头对在施工现场产生的API规格的圆螺纹接头的粘结发生状况进行了详细的调查。其结果，自形成在钢管管端部的外表面的公扣的外螺纹部的轴向中央部朝向钢管主体侧地发生粘结，而在形成于接箍内表面的母扣的内螺纹部中，从接箍的端部到内螺纹部的轴向中央附近地发生了粘结。即，在外螺纹部的中央部的钢管顶端侧的位置和内螺纹部的中央部的接箍里侧的位置上，未发生粘结。由于粘结是由螺纹的接触压力局部极大地升高而引起的，因此，本专利技术人利用有限元法解析的数值模拟详细地研究了在螺纹接头的哪个部位会产生较高的接触压力。其结果，明确了位于接箍的端部的螺纹牙的接触压力与设置在其他部位的螺纹牙的接触压力相t匕，要高出几倍 几十倍左右。即，得到如下见解粘结的主要发生原因是位于接箍的端部的螺纹牙局部地以较高的接触压力接触(以下简记为“高接触状态”)。本专利技术人认为只要能够缓和接箍的端部(S卩，母扣的作为用于收容公扣的开口部的顶端部)的位置的螺纹牙的高接触状态，就能够消除粘结，进一步研究了接箍的端部的螺纹牙呈高接触状态的原因，其结果，明确了以下列举的(a)及(b)这两个原因。(a)螺纹的接触压力的平均大小是由嵌合力、即通过将大径的外螺纹部强行旋入小径的内螺纹部中而产生的内螺纹与外螺纹之间的互推力决定的。换言之，可以说螺纹的接触压力是由因外螺纹部而发生了扩径的内螺纹部欲收缩成原来的直径的弹性恢复力、因内螺纹部而发生了缩径的外螺纹部欲扩张成原来的直径的弹性恢复力这两种弹性恢复力产生的。在此，在接箍的轴向中央部附近的螺纹牙中，该弹性恢复力由相邻的几个螺纹牙分担，因此，每一个螺纹牙的负担变小，从而会防止螺纹的接触压力的过度上升。相对于此，在接箍端部附近的螺纹牙中，接箍的端部的无螺纹套筒部也负担欲收缩成原来的直径的弹性恢复力，因此，与接箍的轴向中央部附近的螺纹牙相比，接触压力过度上升。(b)接近接箍端部的螺纹牙是具有由内螺纹末端的斜面(bevel)(倒角)切掉螺纹牙的一部分而成的不完整形状的不完整螺纹部，由于该不完整形状的角部为部分接触(partial contact)，因此，接箍的内螺纹端部的螺纹牙的接触压力局部地过度上升。本专利技术人认为只要能够消除这两个原因或其中任一个原因，或者能够降低这两个原因或其中任一个原因的程度，就能够飞跃性地提高耐粘结性，从而进一步进行了反复研究，其结果，得到如下的见解为了降低API规格的圆螺纹接头中接箍的端部的螺纹牙的局 部接触压力，下述的(i) (iii)是有效的。(i)去除或者缩短设置在接箍端部的无螺纹套筒部；(ii)在接箍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉野正明，永作重夫，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：