CN110651146A - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

螺纹接头包括公扣(10)和母扣(20)。公扣(10)从公扣(10)的顶端侧朝向管主体侧依次具备：内密封面(11)、内侧外螺纹部(12)、台肩部(13)、外侧外螺纹部(14)以及外密封面(15)。母扣(20)从母扣(20)的管主体侧朝向顶端侧依次具备：内密封面(21)、内侧内螺纹部(22)、台肩部(23)、外侧内螺纹部(24)以及外密封面(25)。在母扣(20)的内密封面(21)与内侧内螺纹部(22)之间设有沿着周向的内槽部(16)，公扣(10)的内侧外螺纹部(12)的一部分齿收纳于内槽部(16)。由此，能够稳定地确保针对内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷的密封性能。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本发明涉及钢管的连结所使用的螺纹接头。

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。钢管被依次连结。对于该连结使用螺纹接头。

钢管用螺纹接头的形式被大致区分成组合型和整体型。在组合型的螺纹接头的情况下，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。而且，钢管与管接头被连结。在整体型的螺纹接头的情况下，连结对象的一对管材都是钢管，而不使用单独的管接头。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。而且，一个钢管与另一个钢管被连结。

形成有外螺纹部的管端部的接头部分包括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括要收纳外螺纹部的要素，因此，被称为母扣。这些公扣和母扣是管材的端部，因此，均是管状。

另外，钢管用螺纹接头的形式有时也根据母扣的外径分类成标准直连型、嵌入式直连型、细长型等。细长型的螺纹接头是以母扣的危险截面的截面积与公扣的管主体的截面积大致相等的管接头(以下，也称为“标准管接头”)为指标而确定的。具体而言，对于细长型的螺纹接头，母扣的最大外径比标准管接头的外径小。标准直连型和嵌入式直连型的螺纹接头是以公扣的管主体为指标而确定的。具体而言，对于标准直连型的螺纹接头，母扣的最大外径与公扣的管主体的外径大致相等。对于嵌入式直连型的螺纹接头，母扣的最大外径处于标准直连型的螺纹接头的母扣的最大外径与细长型的螺纹接头的母扣的最大外径的中间。总之，从母扣的最大外径相对于公扣的管主体的外径较小的螺纹接头起依次成为标准直连型的螺纹接头、嵌入式直连型的螺纹接头以及细长型的螺纹接头。没有明确地划分标准直连型、嵌入式直连型以及细长型的定义。不过，在当前流通的钢管用螺纹接头中，大致将母扣的最大外径到公扣的管主体的外径的110％程度为止的钢管用螺纹接头称为标准直连型或嵌入式直连型。

一般而言，危险截面是指螺纹部的啮合区域的端部的位置处的截面。通常，在危险截面的位置，承载拉伸载荷的截面积最小。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。

近年来，油井的高深度化和超深海化正在进展。在这样的油井环境中，螺纹接头从存在于外部和内部的流体(例：气体、液体)受到较高的压力。而且，螺纹接头反复受到拉伸和压缩的载荷。另外，在上述的油井环境中，油井管配置成多层。通常，对于多层构造的油井管的连接，经常使用母扣的外径与公扣的外径是相同程度的嵌入式直连型的螺纹接头。其原因在于，公扣的内径由API(American Petroleum Institute(美国石油协会))的标准来规定，与此相伴母扣的外径也被限制。在这样的限制下，对于螺纹接头，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”)，要求优异的密封性能。而且，针对拉伸载荷和压缩载荷，也要求优异的密封性能。

例如日本特开平9-126366号公报(专利文献1)公开一种谋求了针对内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷的密封性能的提高的钢管用螺纹接头。对于专利文献1所记载的螺纹接头，作为由公扣的外螺纹部和母扣的内螺纹部构成的螺纹部，采用锯齿型的锥螺纹。该螺纹部被台肩部划分成内侧螺纹部和外侧螺纹部。也就是说，在公扣的顶端侧设有内侧螺纹部。在母扣的顶端侧设有外侧螺纹部。在内侧螺纹部与外侧螺纹部之间设有台肩部。而且，在内侧螺纹部的内侧(公扣的顶端侧)设有内密封部。在外侧螺纹部的外侧(母扣的顶端侧)设有外密封部。

在紧固时，由于公扣相对于母扣的拧入，公扣的台肩部所包含的台肩面与母扣的台肩部所包含的台肩面接触。而且，内侧螺纹部和外侧螺纹部各自的外螺纹部和内螺纹部嵌合。由此，螺纹密封部分别由内侧螺纹部和外侧螺纹部形成。另外，公扣的内密封部所包含的内密封面与母扣的内密封部所包含的内密封面干涉，以较高的面压接触。公扣的外密封部所包含的外密封面与母扣的外密封部所包含的外密封面干涉，以较高的面压接触。由此，基于面接触形成的密封部分别由内密封部和外密封部形成。

内密封部主要担负防止螺纹接头的内部的流体不慎进入螺纹密封部的区域的作用。也就是说，内密封部有助于针对内压的密封性能的提高。外密封部主要担负防止螺纹接头的外部的流体不慎进入螺纹密封部的区域的作用。也就是说，外密封部有助于针对外压的密封性能的提高。

对于专利文献1所记载的螺纹接头，构成内侧螺纹部的公扣的内侧外螺纹部与母扣的内侧内螺纹部在整个区域中啮合。不过，在母扣的内侧内螺纹部的区域的靠近内密封部的一部分区域中，齿的顶端被切割为与管轴线平行，而成为螺纹高度较低的不完全螺纹。若该区域是完全螺纹，则在紧固时有可能损伤公扣的内密封面。当然，内侧外螺纹部与内侧内螺纹部在该不完全螺纹的区域也啮合。

同样地，构成外侧螺纹部的公扣的外侧外螺纹部与母扣的外侧内螺纹部在整个区域中啮合。不过，在公扣的外侧外螺纹部的区域的靠近外密封部的一部分区域中，齿的顶端被切割为与管轴线平行，而成为螺纹高度较低的不完全螺纹。若该区域是完全螺纹，则在紧固时有可能损伤母扣的外密封面。当然，外侧外螺纹部和外侧内螺纹部在该不完全螺纹的区域也啮合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-126366号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的螺纹接头的情况下，若内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷被单纯地施加各一次，则密封性能良好。不过，根据本发明人等所进行了的试验，在拉伸载荷和内压以例如一定程度的次数反复施加于该螺纹接头的情况下，有时在内密封部发生内压的泄漏。也就是说，专利文献1所记载的螺纹接头的密封性能不稳定。

本发明的目的在于提供具有下述的特性的钢管用螺纹接头：

在内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷被反复施加的环境下，也能够稳定地确保密封性能。

用于解决问题的方案

本发明的实施方式的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣从公扣的顶端侧朝向管主体侧依次具备：内密封面、内侧外螺纹部、台肩部、外侧外螺纹部以及外密封面。母扣从母扣的管主体侧朝向顶端侧依次具备：内密封面、内侧内螺纹部、台肩部、外侧内螺纹部以及外密封面。螺纹接头具备下述(1)和(2)的结构中的至少一者。

(1)在母扣的内密封面与内侧内螺纹部之间设有沿着周向的内槽部，公扣的内侧外螺纹部的一部分齿收纳于内槽部；

(2)在公扣的外密封面与外侧外螺纹部之间设有沿着周向的外槽部，母扣的外侧内螺纹部的一部分齿收纳于外槽部。

发明的效果

本发明的实施方式的钢管用螺纹接头具有下述的显著的效果：

在内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷被反复施加的环境下，也能够稳定地确保密封性能。

附图说明

图1A是针对发生了内压泄漏的螺纹接头观察内密封部附近的内侧外螺纹部的纵截面时的示意图。

图1B是针对发生了内压泄漏的螺纹接头观察内密封部附近的内侧内螺纹部的纵截面时的示意图。

图2A是表示发生了内压泄漏的螺纹接头的内密封部及其附近的纵剖视图。

图2B是将图2A的内密封部附近的内侧螺纹部放大而得到的纵剖视图。

图3A是表示发生了外压泄漏的螺纹接头的外密封部及其附近的纵剖视图。

图3B是将图3A的外密封部附近的外侧螺纹部放大而得到的纵剖视图。

图4是表示本实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。

图5是表示图4所示的螺纹接头的内密封部及其附近的纵剖视图。

图6是表示图4所示的螺纹接头的外密封部及其附近的纵剖视图。

图7A是表示内密封部的试验结果的图。

图7B是表示外密封部的试验结果的图。

具体实施方式

本发明人等为了达成上述目的，针对专利文献1所记载的螺纹接头，准备各种尺寸的样品，实施了反复施加内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷的试验。

对于任一样品，均在施加有拉伸载荷和内压时，在内密封部发生了内压的泄漏。另外，对于任一样品，均在施加有拉伸载荷和外压时，在外密封部发生了外压的泄漏。另外，在有些情况下，在施加了压缩载荷时发生了内压泄漏和外压泄漏。因而，推测为起因于螺纹形状的设计而发生内压泄漏和外压泄漏。

因此，将发生了内压泄漏的螺纹接头分解，详细地分别研究了公扣和母扣。同样地，将发生了外压泄漏的螺纹接头分解，详细地分别研究了公扣和母扣。

图1A和图1B是表示针对发生了内压泄漏的螺纹接头观察内密封部附近的内侧螺纹部的纵截面时的观察状况的一个例子的示意图。在这些图中，图1A表示公扣的内侧外螺纹部的一部分，图1B表示母扣的内侧内螺纹部的一部分。此外，在绕管轴线的每隔90°(出于方便，分别表示为0°、90°、180°以及270°)的各位置进行了公扣和母扣各自的内侧螺纹部的截面观察。图1A表示180°的位置处的状况。图1B表示270°的位置处的状况。

如在图1A中以虚线圆标记表示的那样，在内密封部附近的内侧外螺纹部，载荷牙侧面的顶端部变形了。也就是说，在内密封部附近的内侧外螺纹部，确认到过量的载荷施加到载荷牙侧面的顶端部的痕迹。如在图1B中以虚线圆标记表示的那样，在内密封部附近的内侧内螺纹部也发生了同样的现象。

另外，虽未图示，但在发生了外压泄漏的螺纹接头的情况下，在外密封部附近的外侧外螺纹部，确认到过量的载荷施加到载荷牙侧面的顶端部的痕迹。另一方面，在外密封部附近的外侧内螺纹部，确认到过量的载荷施加到载荷牙侧面的顶端部的痕迹。

总之，可知：在发生了内压泄漏的螺纹接头的情况下，在内密封部的附近，公扣的内侧外螺纹部的一部分齿(尤其是，载荷牙侧面)与母扣的内侧内螺纹部不恰当地干涉。可知：在发生了外压泄漏的螺纹接头的情况下，在外密封部的附近，母扣的外侧内螺纹部的一部分齿(尤其是，载荷牙侧面)与公扣的外侧外螺纹部不恰当地干涉。

因此，本发明人等着眼于内密封部附近的内侧螺纹部的不恰当的干涉，对由该干涉导致的内压泄漏的发生机理进行了研究。另外，本发明人等着眼于外密封部附近的外侧螺纹部的不恰当的干涉，对由该干涉导致的外压泄漏的发生机理进行了研究。

图2A和图2B是用于说明内压泄漏的发生机理的示意图。在这些图中，

图2A是表示螺纹接头的内密封部及其附近的纵剖视图。图2B是将图2A的内密封部附近的内侧螺纹部放大而得到的纵剖视图。

参照图2A和图2B，对于专利文献1所记载的螺纹接头，在施加有内压时(参照图2A中的空心箭头)，公扣10的顶端部10a以扩径的方式弹性变形。尤其是，内侧内螺纹部22在内密封部1附近的一部分是螺纹高度较低的不完全螺纹。因此，即使该不完全螺纹与内侧外螺纹部12啮合，公扣10的顶端部10a也能够以扩径的方式变形直到彼此的螺纹牙顶面与螺纹牙底面接触。由此，内密封部1的接触面压提高(参照图2A中的空心箭头)，针对内压的密封性能提高。

不过，若内压被解除(没有图2A中的空心箭头的状态)，则公扣10的顶端部10a以缩径的方式复原。由此，如图2B所示，不完全螺纹(内侧内螺纹部22的一部分)的载荷牙侧面22d的顶端部与内侧外螺纹部12的载荷牙侧面12d的顶端部相互接触。该接触区域较窄。若在此时施加拉伸载荷(参照图2A中的阴影箭头)，则过量的载荷施加于各载荷牙侧面12d和22d的顶端部。由此，各载荷牙侧面12d和22d的顶端部变形，而且，变形后的内侧外螺纹部12的一部分齿骑上母扣20的内侧内螺纹部22的一部分(不完全螺纹)齿。在成为该状态的情况下，即使接下来施加内压，公扣10的顶端部10a的扩径变形也会被约束。因而，内密封部1的接触面压不会变高。其结果，针对内压的密封性能降低。

图3A和图3B是用于说明外压泄漏的发生机理的示意图。在这些图中，图3A是表示螺纹接头的外密封部及其附近的纵剖视图。图3B是将图3A的外密封部附近的外侧螺纹部放大而得到的纵剖视图。

参照图3A和图3B，对于专利文献1所记载的螺纹接头，在施加有外压时(参照图3A中的空心箭头)，母扣20的顶端部20a以缩径的方式弹性变形。尤其是，外侧外螺纹部14在外密封部5附近的一部分是螺纹高度较低的不完全螺纹。因此，即使该不完全螺纹与外侧内螺纹部24啮合，母扣20的顶端部20a也能够以缩径的方式变形直到彼此的螺纹牙顶面与螺纹牙底面接触。由此，外密封部5的接触面压提高(参照图3A中的空心箭头)，针对外压的密封性能提高。

不过，若外压被解除(没有图3A中的空心箭头的状态)，则母扣20的顶端部20a以扩径的方式复原。由此，如图3B所示，不完全螺纹(外侧外螺纹部14的一部分)的载荷牙侧面14d的顶端部与外侧内螺纹部24的载荷牙侧面24d的顶端部相互接触。其接触区域较窄。若在此时施加拉伸载荷(参照图3A中的阴影箭头)，则过量的载荷施加于各载荷牙侧面14d和24d的顶端部。由此，各载荷牙侧面14d和24d的顶端部变形，而且，变形后的外侧内螺纹部24的一部分齿骑上公扣10的外侧外螺纹部14的一部分(不完全螺纹)齿。在成为该状态的情况下，即使接下来施加外压，母扣20的顶端部20a的缩径变形也会被约束。因而，外密封部5的接触面压不会变高。其结果，针对外压的密封性能降低。

根据以上内容可以说：在内密封部的附近，只要能够防止公扣的内侧外螺纹部的一部分齿骑上母扣的内侧内螺纹部的齿，就能够稳定地确保针对内压的密封性能。另外，可以说：在外密封部的附近，只要能够防止母扣的外侧内螺纹部的一部分齿骑上公扣的外侧外螺纹部的齿，就能够稳定地确保针对外压的密封性能。

本发明的钢管用螺纹接头是基于上述的见解完成的。

本发明的实施方式的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣从公扣的顶端侧朝向管主体侧依次具备：内密封面、内侧外螺纹部、台肩部、外侧外螺纹部以及外密封面。母扣从母扣的管主体侧朝向顶端侧依次具备：内密封面、内侧内螺纹部、台肩部、外侧内螺纹部以及外密封面。螺纹接头具备下述(1)和(2)的结构中的至少一者。

(1)在母扣的内密封面与内侧内螺纹部之间设有沿着周向的内槽部，公扣的内侧外螺纹部的一部分齿收纳于内槽部；

(2)在公扣的外密封面与外侧外螺纹部之间设有沿着周向的外槽部，母扣的外侧内螺纹部的一部分齿收纳于外槽部。

根据这样的螺纹接头，在采用了上述(1)的结构的情况下，在基于公扣的内密封面与母扣的内密封面之间的接触而成的内密封部的附近，能够防止公扣的内侧外螺纹部的一部分齿(尤其是，载荷牙侧面)与母扣的内侧内螺纹部不恰当地干涉。其原因在于，在内密封部附近，虽然存在内侧外螺纹部的齿，但不存在与该内侧外螺纹部的齿啮合的内侧内螺纹部。由此，即使是在拉伸载荷和内压施加于螺纹接头的情况下，也能够防止公扣的内侧外螺纹部的一部分齿骑上母扣的内侧内螺纹部的齿。其结果，内密封部处的接触面压的降低被抑制，能够稳定地确保针对内压的密封性能。

另一方面，在采用了上述(2)的结构的情况下，在基于公扣的外密封面与母扣的外密封面之间的接触而成的外密封部的附近，能够防止母扣的外侧内螺纹部的一部分齿(尤其是，载荷牙侧面)与公扣的外侧外螺纹部不恰当地干涉。其原因在于，在外密封部附近，虽然存在外侧内螺纹部的齿，但不存在与该外侧内螺纹部的齿啮合的外侧外螺纹部。由此，即使是在拉伸载荷和外压施加于螺纹接头的情况下，也能够防止母扣的外侧内螺纹部的一部分齿骑上公扣的外侧外螺纹部的齿。其结果，外密封部处的接触面压的降低被抑制，能够稳定地确保针对外压的密封性能。为了稳定地确保针对内压和外压这两者的密封性能，采用上述(1)的结构和(2)的结构这两者即可。

作为典型的例子，本实施方式的螺纹接头是整体型的螺纹接头。不过，螺纹接头的形式并没有特别限定，也可以是组合型。

作为典型的例子，本实施方式的螺纹接头是被称为嵌入式直连型或标准直连型的螺纹接头。也就是说，母扣的外径超过公扣的管主体的外径的100％，且是110％以下。不过，螺纹接头的形式并没有特别限定，也可以是细长型。

作为典型的例子，由内侧外螺纹部和内侧内螺纹部构成的螺纹部以及由外侧外螺纹部和外侧内螺纹部构成的螺纹部分别是锯齿型的锥螺纹。在该情况下，锥螺纹分别包括：螺纹牙顶面、螺纹牙底面、插入牙侧面以及载荷牙侧面。而且，内侧外螺纹部的螺纹牙顶面与内侧内螺纹部的螺纹牙底面接触，并且，内侧外螺纹部的载荷牙侧面与内侧内螺纹部的载荷牙侧面接触。外侧外螺纹部的螺纹牙底面与外侧内螺纹部的螺纹牙顶面接触，并且，外侧外螺纹部的载荷牙侧面与外侧内螺纹部的载荷牙侧面接触。载荷牙侧面的牙侧角是负角。

不过，只要载荷牙侧面彼此接触，内侧外螺纹部与内侧内螺纹部之间的啮合状态、以及外侧外螺纹部与外侧内螺纹部之间的啮合状态就没有特别限定。例如，也可以是，使内侧外螺纹部的螺纹牙底面与内侧内螺纹部的螺纹牙顶面接触来替代内侧外螺纹部的螺纹牙顶面与内侧内螺纹部的螺纹牙底面之间的接触。也可以是，使外侧外螺纹部的螺纹牙顶面与外侧内螺纹部的螺纹牙底面接触来替代外侧外螺纹部的螺纹牙底面与外侧内螺纹部的螺纹牙顶面之间的接触。

对于上述的螺纹接头，优选母扣的内槽部的沿着管轴线的长度比内侧内螺纹部的螺距大。在本说明书中所说的内槽部的长度是距内密封面的端部的长度。优选公扣的外槽部的沿着管轴线的长度比外侧外螺纹部的螺距大。在本说明书中所说的外槽部的长度是距外密封面的端部的长度。

对于该情况的螺纹接头，优选母扣的内槽部的沿着管轴线的长度是内侧内螺纹部的螺距的4倍以下。更优选的长度是螺距的2.5倍以下。由此，能够确保内侧外螺纹部与内侧内螺纹部之间的啮合的长度。另外，优选公扣的外槽部的沿着管轴线的长度是外侧外螺纹部的螺距的4倍以下。更优选的长度是螺距的2.5倍以下。由此，能够确保外侧外螺纹部与外侧内螺纹部之间的啮合的长度。其结果，螺纹接头所容许的拉伸载荷不会降低。

对于上述的螺纹接头，优选母扣的内槽部的深度是内侧内螺纹部的螺纹高度以上且是该内侧内螺纹部的螺纹高度的两倍以下。在本说明书中所说的内槽部的深度是在假定为内侧内螺纹部延长到内槽部的区域时的距螺纹牙顶面的深度。由此，能够确保母扣的危险截面的面积。另外，优选公扣的外槽部的深度是外侧外螺纹部的螺纹高度以上且是该外侧外螺纹部的螺纹高度的两倍以下。在本说明书中所说的外槽部的深度是指在假定为外侧外螺纹部延长到外槽部的区域时的距螺纹牙顶面的深度。由此，能够确保公扣的危险截面的面积。

母扣的内槽部的形状并没有特别限定。例如，内槽部也可以包括与管轴线平行的圆筒面。另外，内槽部也可以包括越是靠近内密封面而直径越小的锥面。该锥面与内密封面相邻。该锥面的锥角比0°大且比90°小。不过，如果该锥角过小，则可能难以确保母扣的危险截面的面积。另一方面，如果该锥角过大，则可能发生应力集中。因此，优选该锥面的锥角是1°以上且50°以下。更优选的锥角是1°以上且30°以下，进一步优选的锥角是3°以上且15°以下。该锥面的锥角也可以与内侧内螺纹部的锥角相同。

另外，内槽部也可以包括越是靠近内侧内螺纹部而直径越小的锥面。该锥面与内侧内螺纹部相邻。该锥面的锥角比0°大且比90°小。不过，如果该锥角过小，则可能难以确保内侧外螺纹部与内侧内螺纹部之间的啮合的长度。另一方面，如果该锥角过大，则可能发生应力集中。因此，该优选锥面的锥角是5°以上且45°以下。更优选的锥角是10°以上且30°以下。

同样地，公扣的外槽部的形状并没有特别限定。例如，外槽部也可以包括与管轴线平行的圆筒面。另外，外槽部也可以包括越靠近外密封面而直径越大的锥面。该锥面与外密封面相邻。该锥面的锥角比0°大且比90°小。不过，如果该锥角过小，则可能难以确保公扣的危险截面的面积。另一方面，如果该锥角过大，则可能发生应力集中。因此，优选该锥面的锥角是1°以上且50°以下。更优选的锥角是1°以上且30°以下，进一步优选的锥角是3°以上且15°以下。该锥面的锥角也可以与外侧外螺纹部的锥角相同。

另外，外槽部也可以包括越靠近外侧外螺纹部而直径越大的锥面。该锥面与外侧外螺纹部相邻。该锥面的锥角比0°大且比90°小。不过，如果该锥角过小，则可能难以确保外侧外螺纹部与外侧内螺纹部之间的啮合的长度。另一方面，如果该锥角过大，则可能发生应力集中。因此，优选该锥面的锥角是5°以上且45°以下。更优选的锥角是10°以上且30°以下。

以下，一边参照附图一边对本实施方式的钢管用螺纹接头的具体例进行说明。

图4是表示本实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。图5是表示图4所示的螺纹接头的内密封部及其附近的纵剖视图。图6是表示图4所示的螺纹接头的外密封部及其附近的纵剖视图。如图4～图6所示，本实施方式的螺纹接头是整体型的螺纹接头，包括公扣10和母扣20。

公扣10从公扣10的顶端侧朝向管主体侧依次具备：内密封面11、内侧外螺纹部12、台肩部13、外侧外螺纹部14以及外密封面15。母扣20从母扣20的管主体侧朝向顶端侧依次具备：内密封面21、内侧内螺纹部22、台肩部23、外侧内螺纹部24以及外密封面25。母扣20的内密封面21、内侧内螺纹部22、台肩部23、外侧内螺纹部24以及外密封面25分别以与公扣10的内密封面11、内侧外螺纹部12、台肩部13、外侧外螺纹部14以及外密封面15相对应的方式设置。

公扣10的内侧外螺纹部12与母扣20的内侧内螺纹部22是相互啮合的锯齿型的锥螺纹，形成靠内部(靠公扣10的顶端侧)的内侧螺纹部2。公扣10的外侧外螺纹部14与母扣20的外侧内螺纹部24是相互啮合的锯齿型的锥螺纹，形成靠外部(靠母扣20的顶端侧)的外侧螺纹部4。

公扣10的台肩部13包括台肩面13a。母扣20的台肩部23包括台肩面23a。台肩面13a和23a是与管轴线大致垂直的环状面。不过，台肩面13a和23a也可以设为从与管轴线垂直的面向公扣10的拧入行进方向倾斜的环状面。也就是说，台肩面13a和23a也可以越是靠近其外周侧越朝向公扣10的顶端侧倾斜。

在内侧螺纹部2与外侧螺纹部4之间配置有台肩部13和23。由于台肩部13和23，内侧螺纹部2的锥面与外侧螺纹部4的锥面错位。

关于内侧螺纹部2，公扣10的内侧外螺纹部12具备：螺纹牙顶面12a、螺纹牙底面12b、在拧入过程中先行的插入牙侧面12c以及与该插入牙侧面12c相反的一侧的载荷牙侧面12d。另一方面，母扣20的内侧内螺纹部22具备：螺纹牙顶面22a、螺纹牙底面22b、插入牙侧面22c以及载荷牙侧面22d。内侧外螺纹部12的螺纹牙顶面12a与内侧内螺纹部22的螺纹牙底面22b相对。内侧外螺纹部12的螺纹牙底面12b与内侧内螺纹部22的螺纹牙顶面22a相对。内侧外螺纹部12的插入牙侧面12c与内侧内螺纹部22的插入牙侧面22c相对。内侧外螺纹部12的载荷牙侧面12d与内侧内螺纹部22的载荷牙侧面22d相对。载荷牙侧面12d和22d的牙侧角是负角，在紧固状态下载荷牙侧面12d和22d彼此强力地按压。插入牙侧面12c和22c的牙侧角也可以是正角和负角中的任一者。

同样地，关于外侧螺纹部4，公扣10的外侧外螺纹部14具备：螺纹牙顶面14a、螺纹牙底面14b、在拧入过程中先行的插入牙侧面14c以及与该插入牙侧面14c相反的一侧的载荷牙侧面14d。另一方面，母扣20的外侧内螺纹部24具备：螺纹牙顶面24a、螺纹牙底面24b、插入牙侧面24c以及载荷牙侧面24d。外侧外螺纹部14的螺纹牙顶面14a与外侧内螺纹部24的螺纹牙底面24b相对。外侧外螺纹部14的螺纹牙底面14b与外侧内螺纹部24的螺纹牙顶面24a相对。外侧外螺纹部14的插入牙侧面14c与外侧内螺纹部24的插入牙侧面24c相对。外侧外螺纹部14的载荷牙侧面14d与外侧内螺纹部24的载荷牙侧面24d相对。载荷牙侧面14d和24d的牙侧角是负角，在紧固状态下载荷牙侧面14d和24d彼此强力地按压。插入牙侧面14c和24c的牙侧角也可以是正角和负角中的任一者。

内密封面11、21以及外密封面15、25均是锥状。严格来说，内密封面11、21以及外密封面15、25分别是由相当于越是公扣10的顶端侧而直径越缩小的圆台的周面的面构成的形状，或者是将该圆台的周面和相当于使圆弧等曲线绕管轴线旋转而获得的旋转体的周面的面组合而成的形状。

在紧固状态下，内侧外螺纹部12与内侧内螺纹部22嵌合。也就是说，内侧外螺纹部12的螺纹牙底面12b与内侧内螺纹部22的螺纹牙顶面22a接触。内侧外螺纹部12的载荷牙侧面12d与内侧内螺纹部22的载荷牙侧面22d接触。在内侧外螺纹部12的螺纹牙顶面12a与内侧内螺纹部22的螺纹牙底面22b之间形成有间隙。在内侧外螺纹部12的插入牙侧面12c与内侧内螺纹部22的插入牙侧面22c之间形成有间隙。在这些间隙充满有润滑剂。由此，螺纹密封部由内侧螺纹部2形成。

另外，外侧外螺纹部14与外侧内螺纹部24嵌合。也就是说，外侧外螺纹部14的螺纹牙顶面14a与外侧内螺纹部24的螺纹牙底面24b接触。外侧外螺纹部14的载荷牙侧面14d与外侧内螺纹部24的载荷牙侧面24d接触。在外侧外螺纹部14的螺纹牙底面14b与外侧内螺纹部24的螺纹牙顶面24a之间形成有间隙。在外侧外螺纹部14的插入牙侧面14c与外侧内螺纹部24的插入牙侧面24c之间形成有间隙。在这些间隙充满有润滑剂。由此，螺纹密封部由外侧螺纹部4形成。

公扣10的内密封面11与母扣20的内密封面21干涉，并以较高的面压接触。由此，基于面接触的密封部由内密封部1形成。另外，公扣10的外密封面15与母扣20的外密封面25干涉，并以较高的面压接触。由此，基于面接触的密封部由外密封部5形成。

台肩面13a和23a彼此随着公扣10相对于母扣20的拧入而相互接触，并按压。在紧固状态下，对公扣10的内侧外螺纹部12的载荷牙侧面12d和外侧外螺纹部14的载荷牙侧面14d施加紧固轴力。

在此，在本实施方式中，在母扣20的内周设有沿着周向的内槽部16。具体而言，内槽部16设于母扣20的内密封面21与内侧内螺纹部22之间。在内密封面21(内密封部1)的附近，虽然存在内侧外螺纹部12的齿，但该内侧外螺纹部12的齿收纳于内槽部16。也就是说，不存在与该内侧外螺纹部12的齿啮合的内侧内螺纹部22。因此，在内密封部1的附近，能够防止公扣10的内侧外螺纹部12的一部分齿与母扣20的内侧内螺纹部22不恰当地干涉。由此，即使是在拉伸载荷和内压施加于螺纹接头的情况下，也能够防止公扣10的内侧外螺纹部12的一部分齿骑上母扣20的内侧内螺纹部22的齿。其结果，内密封部1处的接触面压的降低被抑制，能够稳定地确保针对内压的密封性能。

另外，在本实施方式中，在公扣10的外周设有沿着周向的外槽部26。具体而言，外槽部26设于公扣10的外密封面15与外侧外螺纹部14之间。在外密封面15(外密封部5)的附近，虽然存在外侧内螺纹部24的齿，但该外侧内螺纹部24的齿收纳于外槽部26。也就是说，不存在与该外侧内螺纹部24的齿啮合的外侧外螺纹部14。因此，在外密封部5的附近，能够防止母扣20的外侧内螺纹部24的一部分齿与公扣10的外侧外螺纹部14不恰当地干涉。由此，即使是在拉伸载荷和外压施加于螺纹接头的情况下，也能够防止母扣20的外侧内螺纹部24的一部分齿骑上公扣10的外侧外螺纹部14的齿。其结果，外密封部5处的接触面压的降低被抑制，能够稳定地确保针对外压的密封性能。

本实施方式的内槽部16从内密封面21侧朝向内侧内螺纹部22依次包括：第1锥面16a、圆筒面16b以及第2锥面16c。第1锥面16a的锥角是6°。该锥角与内侧内螺纹部22的锥角相同。第2锥面16c的锥角是15°。

本实施方式的外槽部26从外密封面15侧朝向外侧外螺纹部14依次包括：第1锥面26a、圆筒面26b以及第2锥面26c。第1锥面26a的锥角是6°。该锥角与外侧外螺纹部14的锥角相同。第2锥面26c的锥角是15°。

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，这自不待言。

实施例

为了确认本发明的效果，实施了基于弹塑性有限元法的数值模拟分析(FEM分析)。

[试验条件]

在FEM分析中，制作了所述图4所示的钢管用螺纹接头的模型。作为比较例，制作了使内侧内螺纹部向内槽部的区域延长、使外侧外螺纹部向外槽部的区域延长而成的模型，即专利文献1所记载的钢管用螺纹接头的模型。

与钢管的材质和尺寸有关的主要的各特性如下述这样。

·钢管的尺寸：13-5/8[inch]、88.2[lb/ft](外径346.1mm、壁厚15.9mm)

·钢管的等级：API标准的Q125(由API 5CT规定的油井管用碳钢，拉伸屈服强度是125ksi(862N/mm²))

在FEM分析中，使用了如下钢管用螺纹接头：将材料设为均等硬化的弹塑性体，以弹性模量成为210[GPa]、作为0.2％屈服强度的公称屈服强度成为125[ksi](＝862[MPa])的方式进行了模型化。紧固进行到从公扣与母扣的台肩面彼此接触后进一步旋转了1.5/100的状态。

[评价方法]

在FEM分析中，对紧固状态的模型依次施加了对ISO13679 2011年版的Series A试验进行了模拟的载荷步骤(内压、外压、拉伸载荷以及压缩载荷)。对该载荷步骤履历的内压循环(第一、第二象限)和外压循环(第三、第四象限)的内密封部和外密封部各自的接触力[N/mm]进行了比较。密封部的接触力是指“密封面之间的平均接触面压”ד接触宽度”的最小值，该值越高，意味着密封部的密封性能越好。根据内密封部的接触力评价了针对内压的密封性能。根据外密封部的接触力评价了针对外压的密封性能。

在绕管轴线的0°、90°、180°以及270°的各位置进行了内密封部和外密封部各自的接触力的提取。

[结果]

图7A和图7B是汇总试验结果的图。在这些图中，图7A表示内密封部的结果，图7B表示外密封部的结果。如图7A所示，实施例的内密封部的接触力的偏差比比较例的情况的该偏差小。如图7B所示，实施例的外密封部的接触力的偏差比比较例的情况的该偏差小。由此证实了：根据本实施方式的螺纹接头，能够稳定地确保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应用于用作油井管的钢管的连结。

附图标记说明

10、公扣；11、内密封面；12、内侧外螺纹部；12a、螺纹牙顶面；12b、螺纹牙底面；12c、插入牙侧面；12d、载荷牙侧面；13、台肩部；13a、台肩面；14、外侧外螺纹部；14a、螺纹牙顶面；14b、螺纹牙底面；14c、插入牙侧面；14d、载荷牙侧面；15、外密封面；16、内槽部；20、母扣；21、内密封面；22、内侧内螺纹部；22a、螺纹牙顶面；22b、螺纹牙底面；22c、插入牙侧面；22d、载荷牙侧面；23、台肩部；23a、台肩面；24、外侧内螺纹部；24a、螺纹牙顶面；24b、螺纹牙底面；24c、插入牙侧面；24d、载荷牙侧面；25、外密封面；26、外槽部。

Claims (7)

1.一种钢管用螺纹接头，其是包括管状的公扣和管状的母扣的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣从所述公扣的顶端侧朝向管主体侧依次具备：内密封面、内侧外螺纹部、台肩部、外侧外螺纹部以及外密封面，

所述母扣从所述母扣的管主体侧朝向顶端侧依次具备：内密封面、内侧内螺纹部、台肩部、外侧内螺纹部以及外密封面，

该钢管用螺纹接头具备下述(1)和(2)的结构中的至少一者，

(1)在所述母扣的所述内密封面与所述内侧内螺纹部之间设有沿着周向的内槽部，所述公扣的所述内侧外螺纹部的一部分齿收纳于所述内槽部；

(2)在所述公扣的所述外密封面与所述外侧外螺纹部之间设有沿着周向的外槽部，所述母扣的所述外侧内螺纹部的一部分齿收纳于所述外槽部。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

在具备所述(1)的结构的情况下，所述母扣的所述内槽部的沿着管轴线的长度比所述内侧内螺纹部的螺距大，

在具备所述(2)的结构的情况下，所述公扣的所述外槽部的沿着管轴线的长度比所述外侧外螺纹部的螺距大。

3.根据权利要求2所述的钢管用螺纹接头，其中，

在具备所述(1)的结构的情况下，所述母扣的所述内槽部的沿着管轴线的长度是所述内侧内螺纹部的螺距的4倍以下，

在具备所述(2)的结构的情况下，所述公扣的所述外槽部的沿着管轴线的长度是所述外侧外螺纹部的螺距的4倍以下。

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，

在具备所述(1)的结构的情况下，所述母扣的所述内槽部的深度是所述内侧内螺纹部的螺纹高度以上且是所述内侧内螺纹部的螺纹高度的两倍以下，

在具备所述(2)的结构的情况下，所述公扣的所述外槽部的深度是所述外侧外螺纹部的螺纹高度以上且是所述外侧外螺纹部的螺纹高度的两倍以下。

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，

所述母扣的外径是所述公扣的管主体的外径的110％以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其中，

由所述内侧外螺纹部和所述内侧内螺纹部构成的螺纹部以及由所述外侧外螺纹部和所述外侧内螺纹部构成的螺纹部均是锯齿型的锥螺纹。

7.根据权利要求6所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述锥螺纹均包括：螺纹牙顶面、螺纹牙底面、插入牙侧面以及载荷牙侧面，

所述内侧外螺纹部的所述螺纹牙顶面与所述内侧内螺纹部的所述螺纹牙底面接触，并且，所述内侧外螺纹部的所述载荷牙侧面与所述内侧内螺纹部的所述载荷牙侧面接触，

所述外侧外螺纹部的所述螺纹牙底面与所述外侧内螺纹部的所述螺纹牙顶面接触，并且，所述外侧外螺纹部的所述载荷牙侧面与所述外侧内螺纹部的所述载荷牙侧面接触。

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