CN108700230A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

螺纹接头由公扣(10)和母扣(20)构成。公扣(10)从公扣(10)的顶端朝向管主体依次具备第1外螺纹部(11)、第1密封面(12)、台肩面(13)、第2密封面(14)以及第2外螺纹部(15)。母扣(20)具备第1内螺纹部(21)、第1密封面(22)、台肩面(23)、第2密封面(24)以及第2内螺纹部(25)。从第1密封面(12、22)的边界(P1)到台肩面(13、23)的位置(P3)为止的距离(L1)以及从第2密封面(14、24)的边界(P2)到位置(P3)为止的距离(L2)分别是15mm以上，距离(L1)和距离(L2)的合计距离(L)是50mm以上。由此，螺纹接头能够发挥优异的密封性能。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本发明涉及用于钢管的连结的螺纹接头。

背景技术

在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)中，为了开采地下资源，使用被称为油井管(OCTG：Oil Country Tubular Goods)的钢管。钢管依次连结，其连结使用螺纹接头。

钢管用螺纹接头的形式被大致分成组合型和整体型。在组合型的情况下，作为连结对象的一对管材中的一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹部。并且，钢管与管接头连结起来。在整体型的情况下，作为连结对象的一对管材都是钢管，不使用额外的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成有外螺纹部，在另一端部的内周形成有内螺纹部。并且，一个钢管和另一个钢管连结起来。

通常而言，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包含要插入内螺纹部的要素，因此被称为公扣。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包含收纳外螺纹部的要素，因此被称为母扣。这些公扣和母扣为管材的端部，因此均呈管状。

近年来，油井的高深度化和超深海化正在发展。在这样的环境下，为了高效地开发油井，油井管配置为多层。多层构造的油井管的连接大多使用母扣的外径与公扣的外径处于同程度的螺纹接头。其原因在于，由于在多层构造的内侧的油井管与外侧的油井管之间需要间隙，因此内侧的油井管的母扣的外径的扩大受到外侧的油井管的公扣的内径的限制。在这样的制约下，对于螺纹接头，要求具有针对来自内部的压力(以下，也称为“内压”)和来自外部的压力(以下，也称为“外压”)的优异的密封性能。

例如，作为实现优异的密封性能的螺纹接头，存在螺纹部采用也被称为楔型螺纹的燕尾形的锥螺纹的螺纹接头。在楔型螺纹中，载荷牙侧面(以下，也称为“载荷面”)和插入牙侧面(以下，也称为“插入面”)的牙型半角均是负角，在紧固完成时，载荷面彼此接触且插入面彼此接触。由此，螺纹部整体牢固地嵌合。而且，在紧固状态下，螺纹部的螺纹牙顶面与螺纹槽底面相互接触并密合。这样，采用楔型螺纹的螺纹接头由于在螺纹部没有间隙，因此能够实现优异的密封性能。

美国专利第7，690，696号说明书(专利文献1)和美国专利申请公开第2006/0145480号说明书(专利文献2)公开了螺纹部采用楔型螺纹的螺纹接头。

在专利文献1的螺纹接头中，螺纹部沿着管轴线分割成两个，而且在该两段螺纹部的边界设有台肩部。与该台肩部相邻地设有基于面接触的密封部。在专利文献1的螺纹接头中，利用将楔型螺纹处的没有间隙的嵌合密合和台肩面彼此的按压接触组合而成的锁定效果，谋求密封性能的提高。

不过，在专利文献1的螺纹接头的情况下，为了以紧固状态实现没有间隙的密合，对于楔型螺纹的螺纹部和台肩部中的任一者设定的设计尺寸的公差变小。由此，不仅制造成本上升，也会引起加工尺寸偏离公差。若产生公差偏离，则无法充分地体现锁定效果，有可能无法获得所期待的那样的密封性能。

相对于此，在专利文献2的螺纹接头的情况下，与上述专利文献1的螺纹接头同样地，在两段螺纹部的边界设有台肩部和密封部。此外，对于两段螺纹部中的任一个螺纹部，在载荷面彼此之间、插入面彼此之间、螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间等形成有间隙。若设为这样的结构，则对于螺纹部设定的设计尺寸的公差变大。由此，能够降低制造成本，易于使加工尺寸处于公差内。

不过，在专利文献2的螺纹接头的情况下，仅设置有1处基于面接触的密封部。因此，在过大的压力(内压和外压)施加于螺纹接头的情况下，存在无法维持密封性能的可能性。特别是，在母扣的外径与公扣的外径处于同程度的螺纹接头的情况下，鉴于公扣和母扣的壁厚的扩大受到限制，由此难以确保密封性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7，690，696号说明书

专利文献2：美国专利申请公开第2006/0145480号说明书

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种能够可靠地发挥优异的密封性能的钢管用螺纹接头。

用于解决问题的方案

本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头是如下钢管用螺纹接头：由管状的公扣和管状的母扣构成，将所述公扣拧入所述母扣来紧固所述公扣和所述母扣，该钢管用螺纹接头包含如下那样的结构。

(1)所述母扣的外径小于所述公扣的管主体的外径的110％。

(2)所述公扣从所述公扣的顶端朝向管主体依次具备燕尾形状的锥螺纹的第1外螺纹部、第1密封面、台肩面、第2密封面以及燕尾形状的锥螺纹的第2外螺纹部。

(3)所述第1密封面具有第1锥面和所述第1锥面的两端的第1弯曲面。所述第2密封面具有第2锥面和所述第2锥面的两端的第2弯曲面。从所述第1锥面与所述公扣的顶端侧的所述第1弯曲面之间的边界到所述台肩面为止的管轴线方向上的距离L1是15mm以上。从所述第2锥面与所述公扣的管主体侧的所述第2弯曲面之间的边界到所述台肩面为止的管轴线方向上的距离L2是15mm以上。所述距离L1和所述距离L2的合计距离L是50mm以上。

(4)所述母扣从所述母扣的管主体朝向顶端依次具备燕尾形状的锥螺纹的第1内螺纹部、第1密封面、台肩面、第2密封面以及燕尾形状的锥螺纹的第2内螺纹部。

(5)在紧固状态下，在上述的螺纹接头中，

·所述台肩面彼此接触，所述第1密封面彼此接触，所述第2密封面彼此接触，

·在所述第1外螺纹部与所述第1内螺纹部的插入牙侧面彼此之间形成有间隙，并且在所述第1外螺纹部的螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的螺纹牙顶面之间或在所述第1外螺纹部的螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的螺纹槽底面之间形成有间隙，

·在所述第2外螺纹部与所述第2内螺纹部的插入牙侧面彼此之间形成有间隙，并且在所述第2外螺纹部的螺纹槽底面与所述第2内螺纹部的螺纹牙顶面之间或在所述第2外螺纹部的螺纹牙顶面与所述第2内螺纹部的螺纹槽底面之间形成有间隙。

在上述的螺纹接头中，优选的是，所述螺纹牙顶面与所述螺纹槽底面之间的所述间隙是0.10mm以上且小于0.20mm。

在上述的螺纹接头中，优选的是，设为如下结构：在沿着管轴线的纵截面中，管轴线与所述台肩面所成的角度是75°～105°。

在上述的螺纹接头中，优选的是，所述合计距离L是90mm以下。

在上述的螺纹接头中，优选的是，由所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部构成的第1螺纹部以及由所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部构成的第2螺纹部是1条螺纹或两条螺纹。

发明的效果

本发明的钢管用螺纹接头具有下述的显著的效果：

能够可靠地发挥优异的密封性能。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。

图2是放大图1所示的钢管用螺纹接头中的两段螺纹部的边界附近而成的纵剖视图。

图3是放大图1所示的钢管用螺纹接头的第1螺纹部而成的纵剖视图。

图4是放大图1所示的钢管用螺纹接头的第2螺纹部而成的纵剖视图。

图5是表示本实施方式的公扣中的、第1密封面与台肩面之间的尺寸关系的图。

图6是表示本实施方式的公扣中的、第2密封面与台肩面之间的尺寸关系的图。

图7是示意性地表示基于面接触的内侧密封部的区域的纵剖视图。

图8是示意性地表示基于面接触的外侧密封部的区域的纵剖视图。

具体实施方式

如上所述，在钢管用螺纹接头中，由于母扣的外径的扩大受到限制，因此大多使用母扣的外径与公扣的外径处于同程度的螺纹接头。在这种螺纹接头中，为了确保密封性能，大多设有基于面接触的密封部。

在以往的螺纹接头中，例如，在公扣的顶端部设置有内侧密封部，在母扣的顶端部(母扣的与管主体侧相反的那一侧)设置有外侧密封部。由于内侧密封部靠近内部，因此该内侧密封部主要有助于针对内压的密封性能。由于外侧密封部靠近外部，因此该外侧密封部主要有助于针对外压的密封性能。并且，在内侧密封部与外侧密封部之间的区域设有两段螺纹部。而且，在该两段螺纹部的边界设有台肩部。螺纹部采用例如偏梯形的锥螺纹。

在这样的结构的以往的螺纹接头中，在密封部(内侧密封部和外侧密封部)的区域中公扣和母扣的壁厚变薄。其原因在于，在确保公扣和母扣的危险截面的面积的同时必须在公扣和母扣各自的顶端部设置密封部。在此所谓的危险截面是位于螺纹部的啮合区域的端部且负担拉伸载荷的截面积最小的位置的截面。危险截面的位置及其截面积是用于决定螺纹接头的抗拉强度的要素。

若密封部的区域的壁厚较薄，则在对螺纹接头施加了过大的压力(内压和外压)时，密封部的区域过度地变形，有可能无法维持密封性能。

相对于此，所述专利文献2的螺纹接头能够抑制在施加压力时密封部的区域过度地变形。其原因在于，在所述专利文献2的螺纹接头中，由于密封部在两段螺纹部的边界处与台肩部相邻地设置，因此能够在密封部的区域确保公扣和母扣的壁厚。

另外，在所述专利文献2的螺纹接头的情况下，采用燕尾形状的螺纹部。并且，对于两段螺纹部中的任一个螺纹部，在载荷面彼此之间、插入面彼此之间、螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间等形成有间隙。即，螺纹部并不是在整个区域内没有间隙地嵌合密合。

在此，在具有没有间隙的楔型螺纹的螺纹部的螺纹接头(例：所述专利文献1的螺纹接头)的情况下，存在以下的问题。在紧固之际，螺纹部处的嵌合密合比抵肩(日文：ショルダリング)(台肩面相互抵接)先发生。因此，在抵肩时紧固扭矩变得过大，紧固作业产生故障。另外，在紧固完成时螺纹部已经充分地啮合，无法以台肩部充分地负担载荷。因此，螺纹部受到的损伤变大。

对此，对于上述的具有存在间隙的燕尾形状的螺纹部的螺纹接头，具体而言，对于具有在插入面彼此之间存在间隙且在螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间存在间隙的螺纹部的螺纹接头，在紧固之际，螺纹部的塑性变形的产生延迟与所存在的间隙相对应的时间长度，能够使台肩部充分地负担载荷。

因而，具有存在间隙的螺纹部的螺纹接头与具有没有间隙的螺纹部的螺纹接头相比，能够发挥优异的密封性能。

不过，即使是具有存在间隙的螺纹部的螺纹接头，在施加有过大的内压和外压的螺纹接头中，优选的是，不是仅在1处设置密封部(参照所述专利文献2的螺纹接头)，而是各自单独地设置内压用的内侧密封部和外压用的外侧密封部。其原因在于，利用各自单独的密封部的设置，能够有效地分担内压和外压，能够进一步确保密封性能。

关于这一点，在所述专利文献2的螺纹接头中，如上所述，与台肩部相邻地仅设置有1处密封部。假设要在所述专利文献2的螺纹接头设置两处密封部，则会分别在将台肩部夹在中间的两侧，与台肩部相邻地设置内侧密封部和外侧密封部。在该情况下，内侧密封部和外侧密封部靠近。

不过，在内侧密封部和外侧密封部靠近的螺纹接头的情况下，在紧固的过程中内侧密封部的接触和外侧密封部的接触相互作用，各自的密封面彼此不能充分地嵌合密合。因此，各密封部的干涉量(过盈量)变得不充分，反而无法发挥密封性能。

因而，内侧密封部与外侧密封部靠近的状态是不恰当的，需要使内侧密封部与外侧密封部之间的距离延长至一定程度。若确保内侧密封部与外侧密封部之间的距离，则在紧固的过程中内侧密封部的接触和外侧密封部的接触之间的相互作用会被缓和。由此，各自的密封面彼此的嵌合密合变得充分，能够可靠地发挥优异的密封性能。

另外，随着确保内侧密封部与外侧密封部之间的距离，在公扣和母扣中，分别在两密封部之间形成有足够长度的刚体部。该刚体部以在施加压力时使密封部的区域同样地扩径或缩径的方式发挥作用。利用该作用，抑制了在各自的密封面产生挠曲的情况，能够期待密封性能的提高。

不过，乍看来，在过大的压缩载荷施加于螺纹接头时，成为内侧密封部和外侧密封部各自的密封面彼此沿着管轴线方向分开的情形，从而对密封性能的降低产生担忧。不过，由于在内侧密封部与外侧密封部之间配置有台肩部，利用该台肩部负担压缩载荷，因此各密封面彼此不会沿着管轴线方向分开，不会引起密封性能的降低。

本发明的钢管用螺纹接头是基于以上的见解完成的。以下，对本发明的钢管用螺纹接头的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。图2是放大图1所示的钢管用螺纹接头中的两段螺纹部的边界附近而成的纵剖视图。如图1和图2所示，本实施方式的螺纹接头是整体型的螺纹接头，由公扣10和母扣20构成。不过，本实施方式的螺纹接头也能够适用于组合型的螺纹接头。

本实施方式的螺纹接头以母扣20的外径与公扣10的外径处于同程度的螺纹接头为对象。因此，母扣20的外径是公扣10的管主体的外径的100％以上且小于110％。

公扣10从公扣10的顶端侧朝向管主体侧依次具备第1外螺纹部11、第1密封面12、台肩面13、第2密封面14以及第2外螺纹部15。第1密封面12和第2密封面14均呈锥状。严格来说，第1密封面12和第2密封面14分别呈由与越是公扣10的顶端侧则直径越缩小的圆台的周面相当的面构成的形状，或呈将该圆台的周面以及与使圆弧等曲线绕管轴线CL旋转而得到的旋转体的周面相当的面组合而成的形状。

台肩面13是与管轴线CL大致垂直的环状面。在图1和图2中，表示台肩面13从与管轴线CL垂直的面向公扣10的拧入行进方向稍微倾倒的状态。即，表示台肩面13越是外周侧则越朝向公扣10的顶端侧稍微倾倒的状态。

另一方面，母扣20从母扣20的管主体侧朝向顶端侧依次具备第1内螺纹部21、第1密封面22、台肩面23、第2密封面24以及第2内螺纹部25。这些母扣20的第1内螺纹部21、第1密封面22、台肩面23、第2密封面24以及第2内螺纹部25分别设为与公扣10的第1外螺纹部11、第1密封面12、台肩面13、第2密封面14以及第2外螺纹部15相对应。

公扣10的第1外螺纹部11和母扣20的第1内螺纹部21是相互啮合的燕尾形状的锥螺纹，构成靠近内部的第1螺纹部(内侧螺纹部)。公扣10的第2外螺纹部15和母扣20的第2内螺纹部25也是相互啮合的燕尾形状的锥螺纹，构成靠近外部的第2螺纹部(外侧螺纹部)。

图3和图4是放大图1所示的钢管用螺纹接头的螺纹部而成的纵剖视图。其中，图3表示第1螺纹部，图4表示第2螺纹部。

如图3所示，关于内侧螺纹部，公扣10的第1外螺纹部11具有螺纹牙顶面11a、螺纹槽底面11b、在拧入过程中先行的的插入牙侧面11c(以下，也称为“插入面”)以及与该插入面11c相反的一侧的载荷牙侧面11d(以下，也称为“载荷面”)。另一方面，母扣20的第1内螺纹部21具备与第1外螺纹部11的螺纹槽底面11b相对的螺纹牙顶面21a、与第1外螺纹部11的螺纹牙顶面11a相对的螺纹槽底面21b、与第1外螺纹部11的插入面11c相对的插入面21c以及与第1外螺纹部11的载荷面11d相对的载荷面21d。

如图4所示，关于外侧螺纹部，公扣10的第2外螺纹部15具有螺纹牙顶面15a、螺纹槽底面15b、在拧入过程中先行的的插入面15c以及与该插入面15c相反的一侧的载荷面15d。另一方面，母扣20的第2内螺纹部25具备与第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b相对的螺纹牙顶面25a、与第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a相对的螺纹槽底面25b、与第2外螺纹部15的插入面15c相对的插入面25c以及与第2外螺纹部15的载荷面15d相对的载荷面25d。

第1螺纹部的载荷面11d、21d和插入面11c、21c以及第2螺纹部的载荷面15d、25d和插入面15c、25c的牙型半角均是小于0°的负角。在此所谓的牙型半角是与管轴线CL呈直角的面和牙侧面所成的角度。在图3和图4所示的螺纹接头的情况下，载荷面11d、21d、15d、25d的牙型半角以顺时针为正，插入面11c、21c、15c、25c的牙型半角以逆时针为正。

第1外螺纹部11和第1内螺纹部21(内侧螺纹部)以及第2外螺纹部15和第2内螺纹部25(外侧螺纹部)分别能够相互拧入，在紧固状态下相互嵌合密合，成为过盈配合的状态。第1密封面12、22彼此和第2密封面14、24彼此分别随着公扣10的拧入而相互接触，在紧固状态下嵌合密合，成为过盈配合的状态。由此，第1密封面12、22彼此形成基于面接触的第1密封部(内侧密封部)。第2密封面14、24彼此形成基于面接触的第2密封部(外侧密封部)。

台肩面13、23彼此随着公扣10的拧入而相互接触并被按压，起到限制公扣10的拧入的止挡件的作用。台肩面13、23利用那样的相互的按压接触而形成台肩部，起到止挡件的作用。台肩面13、23在紧固状态下，对第1螺纹部和第2螺纹部各自的公扣10的载荷面11d、15d施加所谓的螺纹的紧固轴力，并且起到负担由其反作用力产生的载荷的作用。

关于紧固状态的内侧螺纹部，第1外螺纹部11的载荷面11d和第1内螺纹部21的载荷面21d彼此相互接触。另外，第1外螺纹部11的螺纹牙顶面11a与第1内螺纹部21的螺纹槽底面21b相互接触。而且，在第1外螺纹部11的插入面11c与第1内螺纹部21的插入面21c彼此之间形成有间隙。在第1外螺纹部11的螺纹槽底面11b与第1内螺纹部21的螺纹牙顶面21a之间形成有间隙。不过，也可以与这样的方式相反，是第1外螺纹部11的螺纹槽底面11b与第1内螺纹部21的螺纹牙顶面21a相互接触且在第1外螺纹部11的螺纹牙顶面11a与第1内螺纹部21的螺纹槽底面21b之间形成有间隙的方式。

关于紧固状态的外侧螺纹部，第2外螺纹部15的载荷面15d和第2内螺纹部25的载荷面25d彼此相互接触。另外，第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b和第2内螺纹部25的螺纹牙顶面25a相互接触。而且，在第2外螺纹部15的插入面15c与第2内螺纹部25的插入面25c彼此之间形成有间隙。在第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a与第2内螺纹部25的螺纹槽底面25b之间形成有间隙。不过，也可以与这样的方式相反，是第2外螺纹部15的螺纹牙顶面15a与第2内螺纹部25的螺纹槽底面25b相互接触且在第2外螺纹部15的螺纹槽底面15b与第2内螺纹部25的螺纹牙顶面25a之间形成有间隙的方式。

图5是表示本实施方式的公扣中的、第1密封面与台肩面之间的尺寸关系的图。如图5所示，公扣10的第1密封面12具有第1锥面12a和第1弯曲面12b、12c。第1弯曲面12b、12c存在于第1锥面12a的两端。位置P1是第1锥面12a与公扣10的顶端侧的第1弯曲面12c之间的边界。位置P3是公扣10的台肩面13的最大径的位置。从位置P1到位置P3为止的管轴线CL方向上的距离L1是15mm以上。

图6是表示本实施方式的公扣中的、第2密封面与台肩面之间的尺寸关系的图。如图6所示，公扣10的第2密封面14具有第2锥面14a和第2弯曲面14b、14c。第2弯曲面14b、14c存在于第2锥面14a的两端。位置P2是第2锥面14a与公扣10的管主体侧的第2弯曲面14b之间的边界。从位置P2到位置P3为止的管轴线CL方向上的距离L2是15mm以上。而且，距离L1和距离L2的合计距离L是50mm以上。

总之，在本实施方式中，内侧密封部(第1密封部)由公扣10的第1密封面12与母扣20的第1密封面22之间的面接触形成。由作为公扣10的第1密封面12的第1锥面12a与第1弯曲面12c之间的边界的位置P1限定内侧密封部的位置。由作为公扣10的第2密封面14的第2锥面14a与第2弯曲面14b之间的边界的位置P2限定外侧密封部(第2密封部)的位置。而且，在内侧密封部与外侧密封部之间配置有台肩部。由公扣10的台肩面13的位置P3限定该台肩部的位置。并且，内侧密封部与外侧密封部之间的管轴线方向上的距离相当于从内侧密封部的位置P1到台肩部的位置P3为止的距离L1与从外侧密封部的位置P2到台肩部的位置P3为止的距离L2的合计距离L，具有一定程度的长度。

此外，如图2所示，公扣10和母扣20在内侧密封部与台肩部之间形成有间隙C1，相互不接触。同样地，公扣10和母扣20在外侧密封部与台肩部之间形成有间隙C2，相互不接触。

这样，在本实施方式的钢管用螺纹接头中，在分割成两个区域的燕尾形状的螺纹部之间依次设有内侧密封部、台肩部以及外侧密封部，确保了从内侧密封部到外侧密封部为止的距离。而且，在螺纹部中，在插入面彼此之间存在间隙，而且在螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间存在间隙。通过采用这样的结构，本实施方式的螺纹接头针对内压和外压可靠地发挥优异的密封性能。

以下，对主要的部位的优选的方式进行补充。

[内侧密封部与外侧密封部之间的距离L]

内侧密封部与外侧密封部之间的距离L是50mm以上。若该距离L小于50mm，则在紧固的过程中内侧密封部的接触和外侧密封部的接触相互作用，反而无法发挥密封性能。距离L的优选的下限是55mm。

另一方面，距离L的上限没有特别规定。不过，若距离L过长，则会产生以下的不良情况。由于接头部整体的长度增加，因此制造成本上升。另外，由于随着接头部整体的长度的增加而施加有压力的区域增加，因此接头部易于发生塑性变形，在腐蚀环境下存在断裂的危险性。因而，为了避免产生这些不良情况，距离L的优选的上限是90mm。距离L的更优选的上限是80mm。

[从密封部(内侧密封部和外侧密封部)到台肩部为止的距离L1、L2]

以相对于内侧密封部与外侧密封部之间的距离L的关系设定从内侧密封部到台肩部为止的距离L1和从外侧密封部到台肩部为止的距离L2，两者均设为15mm以上。若距离L1、L2小于15mm，则难以确保密封面。距离L1、L2的优选的下限是20mm。

[台肩部]

在沿着管轴线的纵截面中，优选管轴线与台肩面所成的角度设为75°～105°。若该角度小于75°，则台肩面彼此成为从与管轴线垂直的面向公扣的拧入行进方向大幅度倾倒并以钩状的形态按压接触的状态。因此，台肩部易于塑性变形，密封性能变得不稳定。台肩面的角度的更优选的下限是85°。

另一方面，若该角度超过105°，则台肩面彼此成为从与管轴线垂直的面向与公扣的拧入行进方向相反的方向大幅度倾倒的状态。因此，随着台肩面彼此的按压接触，缩径的力作用于公扣，同时扩径的力作用于母扣，密封面彼此的接触面压降低。台肩面的角度的更优选的上限是95°。此外，台肩面的最佳的角度是90°。其原因在于，若台肩面的角度是90°，则密封性能稳定并且台肩部的加工变得容易。

若公扣和母扣的台肩面的宽度过小，则无法充分地负担载荷，耐压缩性能降低。因而，优选公扣和母扣的台肩面的宽度设为各自的管主体的壁厚的10％以上，更优选设为15％以上。

[密封部(内侧密封部和外侧密封部)]

在密封部的区域中，若公扣和母扣中的任一者的壁厚过厚，则与其相对应地另一者的壁厚变薄，该另一者的刚度降低。刚度降低后的公扣或母扣的耐压力性能降低。因而，优选在密封部的区域中公扣的壁厚和母扣的壁厚设为各自的管主体的壁厚的45％以上且80％以下。各壁厚的优选的下限是10.5mm。各壁厚的优选的上限是17mm。

若密封面的锥度的斜度过于急剧，则在施加拉伸载荷时密封性能降低。另一方面，若密封面的锥度的斜度过于平缓，则由于密封部整体的长度增加，因此制造成本上升。因而，优选密封面的锥角相对于管轴线为2°～10°。密封面的锥角的更优选的下限是3°。密封面的锥角的更优选的上限是7°。

[螺纹部(内侧螺纹部和外侧螺纹部)]

若螺纹部的锥度的斜度过于急剧，则螺纹部整体的长度变得过短，扭矩性能大幅降低。另一方面，若螺纹部的锥度的斜度过于平缓，则由于螺纹部整体的长度增加，因此制造成本上升。因而，优选螺纹部的锥角相对于管轴线为1.5°～4°。螺纹部的锥角的更优选的下限是2.0°。螺纹部的锥角的更优选的上限是3.6°。

优选螺纹部中的螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间的间隙是0.10mm以上且小于0.20mm。若螺纹部的间隙小于0.10mm，则在紧固之际，螺纹部的塑性变形提前开始，对台肩部的载荷负担变得不充分。螺纹部的间隙的更优选的下限是0.12mm。另一方面，若螺纹部的间隙是0.20mm以上，则特别是内侧密封部的密封性能降低。螺纹部的间隙的更优选的上限是0.16mm。这些螺纹部的间隙范围对于插入面的间隙而言也是同样的。

从实际应用方面上优选的是，螺纹部是1条螺纹或两条螺纹。

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。

此外，利用一系列的机械加工，与其他部位一起造形出构成上述的基于面接触的密封部(内侧密封部和外侧密封部)的各密封面。此时，与加工其他部位时相比，加工各密封面时的工具的进给速度被设为低速。由此，各密封面与其他部位的加工表面相比明显平滑。

图7和图8是示意性地表示基于面接触的密封部的区域的纵剖视图。在图7中例示有内侧密封部(第1密封部)。在图8中例示有外侧密封部(第2密封部)。如图7所示，内侧密封部指第1密封面12、22彼此以紧固状态相互接触的区域Sa。内侧密封部的管轴线方向上的长度优选为1mm～7mm。另一方面，第1密封面12、22不是仅指以紧固状态相互接触的区域Sa，而是指作为密封面被加工为平滑的表面的区域Sb、Sc的整个区域。区域Sc相当于上述的公扣10的第1锥面12a。即，第1密封面12、22是在紧固的过程中一边相互接触一边滑动的区域(也包含存在滑动的可能性的区域)，包含被加工为与以紧固状态相互接触的区域Sa同等的表面精度的区域Sb、Sc的整个区域。对于图8所示的外侧密封部而言也是同样的。

若将公扣10从母扣20拆卸并观察密封面，则能够识别密封部。其原因在于，在密封面残留有密封部(紧固状态下的接触区域Sa)的痕迹(进行了剧烈滑动的区域)。

实施例

为了确认本发明的效果，实施了基于弹塑性有限单元法的数值模拟分析。

＜试验条件>

在FEM分析中，制作了多个所述图1所示的整体型的钢管用螺纹接头的模型。对于这些模型，对从内侧密封部到台肩部为止的距离L1和从外侧密封部到台肩部为止的距离L2进行了各种变更。通过该变更，变更了内侧密封部与外侧密封部之间的距离L。而且，对台肩面的角度也进行了各种变更。

作为用于比较的以往例，制作了下述的模型。在该以往例的模型的接头中，在公扣的顶端部设置有内侧密封部，在母扣的顶端部设置有外侧密封部。另外，在内侧密封部与外侧密封部之间的区域设置有两段偏梯形的锥螺纹部，并且在该两段螺纹部的边界设有台肩部。

各模型的主要尺寸如下述的表1～表3所示。在这些表中，表2表示公扣的各项尺寸，表3表示母扣的各项尺寸。

[表1]

表1

备注)*标记：表示脱离本发明所规定的条件。

[表2]

表2

[表3]

表3

其他的通用的条件如下所述。

·钢管的尺寸：14[inch]、115[lb/ft](外径是355.6mm、内径是314.35mm、壁厚是20.625mm)

·钢管的等级：API标准的Q125(屈服强度是125ksi(862MPa)的碳钢)

＜评价方法>

在FEM分析中，对紧固状态的各模型依次施加了模拟了ISO13679的Series A试验的载荷。通过对该载荷的作用下的外侧密封部(第2密封部)的密封接触力[N/mm]即“密封面彼此的平均接触面压”ד接触宽度”的最小值进行比较，对针对外压的密封性能进行了评价。接触力的值越高表示密封部的密封性能越好。同样地，对于内侧密封部(第1密封部)，也通过对密封接触力进行比较，对针对内压的密封性能进行了评价。

＜试验结果>

将试验结果示于下述的表4。

[表4]

表4

如表4所示，全部满足本发明所规定的条件的本发明例的试验No.4～No.9与不满足本发明所规定的条件中的任一个的试验No.1的以往例以及比较例的试验No.2和No.3相比，显著提高了外侧密封部和内侧密封部的接触力。即使在75°～95°的范围内变更台肩面的角度，也同样能够确认此倾向。由此，能够证实：通过采用本发明的钢管用螺纹接头，能够可靠地提高针对内压和外压的密封性能。

产业上的可利用性

本发明的螺纹接头能够有效地利用于用作油井管的钢管的连结。

附图标记说明

10、公扣；11、第1外螺纹部；11a、第1外螺纹部的螺纹牙顶面；11b、第1外螺纹部的螺纹槽底面；11c、第1外螺纹部的插入牙侧面；11d、第1外螺纹部的载荷牙侧面；12、第1密封面；12a、第1锥面；12b、12c、第1弯曲面；13、台肩面；14、第2密封面；14a、第2锥面；14b、14c、第2弯曲面；15、第2外螺纹部；15a、第2外螺纹部的螺纹牙顶面；15b、第2外螺纹部的螺纹槽底面；15c、第2外螺纹部的插入牙侧面；15d、第2外螺纹部的载荷牙侧面；20、母扣；21、第1内螺纹部；21a、第1内螺纹部的螺纹牙顶面；21b、第1内螺纹部的螺纹槽底面；21c、第1内螺纹部的插入牙侧面；21d、第1内螺纹部的载荷牙侧面；22、第1密封面；23、台肩面；24、第2密封面；25、第2内螺纹部；25a、第2内螺纹部的螺纹牙顶面；25b、第2内螺纹部的螺纹槽底面；25c、第2内螺纹部的插入牙侧面；25d、第2内螺纹部的载荷牙侧面；L、第1密封部与第2密封部之间的距离；L1、从第1密封部到台肩部为止的距离；L2、从第2密封部到台肩部为止的距离；P1、第1锥面与公扣的顶端侧的第1弯曲面之间的边界位置；P2、第2锥面与公扣的管主体侧的第2弯曲面之间的边界位置；P3、台肩面彼此的接触区域中的最小径的位置；C1、间隙；C2、间隙；CL、管轴线。

Claims (5)

1.一种钢管用螺纹接头，其由管状的公扣和管状的母扣构成，将所述公扣拧入所述母扣来紧固所述公扣和所述母扣，在该钢管用螺纹接头中，

所述母扣的外径小于所述公扣的管主体的外径的110％，

所述公扣从所述公扣的顶端朝向管主体依次具备燕尾形状的锥螺纹的第1外螺纹部、第1密封面、台肩面、第2密封面以及燕尾形状的锥螺纹的第2外螺纹部，

所述第1密封面具有第1锥面和所述第1锥面的两端的第1弯曲面，

所述第2密封面具有第2锥面和所述第2锥面的两端的第2弯曲面，

从所述第1锥面与所述公扣的顶端侧的所述第1弯曲面之间的边界到所述台肩面为止的管轴线方向上的距离L1是15mm以上，

从所述第2锥面与所述公扣的管主体侧的所述第2弯曲面之间的边界到所述台肩面为止的管轴线方向上的距离L2是15mm以上，

所述距离L1和所述距离L2的合计距离L是50mm以上，

所述母扣从所述母扣的管主体朝向顶端依次具备燕尾形状的锥螺纹的第1内螺纹部、第1密封面、台肩面、第2密封面以及燕尾形状的锥螺纹的第2内螺纹部，

在紧固状态下，

所述台肩面彼此接触，所述第1密封面彼此接触，所述第2密封面彼此接触，

在所述第1外螺纹部与所述第1内螺纹部的插入牙侧面彼此之间形成有间隙，并且在所述第1外螺纹部的螺纹槽底面与所述第1内螺纹部的螺纹牙顶面之间或在所述第1外螺纹部的螺纹牙顶面与所述第1内螺纹部的螺纹槽底面之间形成有间隙，

在所述第2外螺纹部与所述第2内螺纹部的插入牙侧面彼此之间形成有间隙，并且在所述第2外螺纹部的螺纹槽底面与所述第2内螺纹部的螺纹牙顶面之间或在所述第2外螺纹部的螺纹牙顶面与所述第2内螺纹部的螺纹槽底面之间形成有间隙。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述螺纹牙顶面与所述螺纹槽底面之间的所述间隙是0.10mm以上且小于0.20mm。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

在沿着管轴线的纵截面中，管轴线与所述台肩面所成的角度是75°～105°。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述合计距离L是90mm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

由所述第1外螺纹部和所述第1内螺纹部构成的第1螺纹部以及由所述第2外螺纹部和所述第2内螺纹部构成的第2螺纹部是1条螺纹或两条螺纹。