JP2001524196A - 超高トルクダブルショルダー型工具継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボックス（１２）の横断方向の座繰り断面積とピン（１０）とを相関させることによりネジ連結の捩り強度を最大化させる超高トルクダブルショルダー工具連結である。ピン（１０）は、ベース部分（７４）とノーズ部分（２４）とを持つ。ノーズ部分（２４）は、ノーズ断面積（２８）を定める。ピンの雄ネジ（２２）は１／１２より大きくないテーパーを持つ。ボックス（１２）は座繰り断面積（４６）とボックス断面積（５２）とを持つ。工具継手の全強度は、ネジ連結の捩り強度、ノーズ断面積（２８）、及び座繰り断面積（４６）に依存する。

Description

【発明の詳細な説明】 超高トルクダブルショルダー型工具継手発明の分野 本発明は、一般に掘削作業中にネジ連結を通してトルクを伝達し得る油田用の 筒状ネジ連結に関する。特に、本発明は、通常、回転ショルダー連結部（rotary shouldered connection）と呼ばれ、半径方向外向きのショルダーと半径方向内 向きのショルダーとの間にテーパーネジを組み込んだドリルパイプ、ドリルカラ ー又は工具継手の油田用の筒状ネジ連結に関する。ダブルショルダー連結は、大 きなトルクに耐えかつ筒状体の捩り強度に匹敵する捩り強度を維持するように設 計される。発明の背景 油田用の筒状体のダブルショルダーネジ連結は、筒状体の一方の端部のピンコ ネクター及び他方の端部のボックスコネクターを備えることが典型的である。各 コネクターは、別の筒状体の向かい合った端部の対応コネクターと適するように される。 ピンコネクターは、通常、大きい内径又は流路、及び半径方向外向きの外側シ ョルダー及び半径内側のピン面との間を軸方向に伸びている雄ネジを備える。ピ ンコネクターは、外側ショルダーと雄ネジとの間を軸方向に伸びているベース部 分、及びピン面と雄ネジとの間を軸方向に伸びているノーズ部分も備える。ボッ クスコネクターは、典型的に、ピンコネクターの内径により実質的に構成される 流路を定めている内径、ピンコネクターによるネジ連結のために半径方向内向き の内側ショルダーと半径方向外向きのボックス面との間を軸方向に伸びている雌 ネジ、及び雌ネジとボックス面との間に置かれた座繰り部分を備える。 雄ネジと雌ネジとは、典型的に、ノーズ部分に隣接した第１のピンネジ山から ベース部分に隣接した最後のピンネジ山に半径方向外向きに伸びているテーパー を有し、これはピン及びボックスのコネクターとの迅速かつ効果的な連結を許す に十分にテーパーにされる。 通常のドリルパイプにおいては、ピンのノーズ又は面と当たって組み合うため のボックス部材の内側ショルダーは無いことが普通である。ピン及びボックスの コネクターが面において回転可能に連結されたとき、トルクは、最後のネジ山と 組み合ったピンがその降伏強度の約半分の応力を受ける大きさに達する。もし掘 削作業中に追加のトルクが加えられると、ピンボックスコネクターのネジの捩り 強度を越える可能性がある。従って、弱いネジ連結を克服するために高いトルク 伝達能力を有する工具継手を使うことが有利である。 高トルクに耐える能力を有するネジ連結を作るための多くの試みが行われてき たが、ネジ連結を含んだ工具継手全体の強度よりもネジを横切る剪断応力が弱く ないようにするために、極めて僅かの試みがトルクに耐える能力に集中されただ けである。ネジ連結におけるトルクに耐えるようにしようとした結果として、最 大内径又は流路を維持すると同時に工具継手に種々の設計変更がなされた。 例えば、ホール他の米国特許４５４８４３１号は、通常の工具継手より大きな トルク負荷に耐えるように設計された工具継手を与える。ホール他の設計は、ネ ジの長さを大きくして直径を小さくしたピンノーズ部分を有するネジ連結を組み 入れる。従って、ホール他の工具継手の捩り強度は、ピンのノーズ部分の直径に 依存するため、ネジの長さを大きくすると捩り強度に悪影響を与える。ホールそ の他の設計の試験により後 で判定されたように、予期された最小内径に適したネジ長さで設計された継手の 設計は、利用するには小さすぎる最大直径を有するピンのノーズ部分の断面積を 生ずる。より大きい内径は、ピンのベース、座繰り部分及びネジに比して不適切 な強度のピンノーズを作る。従って、このネジ連結は平衡が取られていなかった 。 米国特許５４９２３７５号は、ホール他の特許に対する改良を示す。’３７５ 号の特許は、適宜の与えられた内径に対してネジの長さとノーズ直径とを最適化 することによりネジ連結の捩り強度を最大にすることに向けられる。しかし、ホ ール他の特許も’３７５号の特許もノーズの直径又は横断断面積とネジの長さと を関係つけることを必須とせずに、幾何学的に平衡の取れたネジ連結に向けられ た。 更に、米国特許４５４９７５４号は、雌ネジに関する雄ネジのテーパーを減ら すことにより、即ち雄ネジのテーパーが雌ネジのテーパーより一般に小さいよう に雄ネジのテーパーを雌ネジのテーパーと関連つけることにより、複数のネジに 沿って荷重を線形に分布させるネジ設計を利用する。発明の概要 本発明は、油田における生産及び／又は完成用途に使用されるダウンホール（ downhole）用の新規なネジの設計を組み入れる。ネジ連結は、筒状体の一方の端 部の雄のピン部材とこれを差し込む別の筒状体の一方の端部の雌のボックス部材 とより構成され、各筒状体は一方の端部のピン部材と他方の端部のボックス部材 とを持つ。本発明の新規なネジの設計は、ピン部材の半径方向外向きの外側ショ ルダーとボックス部材の半径方向内向きの内側ショルダーとの間にテーパーネジ を組み込んだダブ ルショルダー連結を利用する。このねじ連結は、ネジ連結におけるトルクに耐え るように幾何学的に平衡を取られ、最後のピンネジ山に隣接した半径方向区域に 予備荷重が加えられた後、ピン面と半径方向内向きのショルダーとが組み合う。 筒状体の内径又は掘削用の液体の伝達用の通路に第１の考慮が払われる。そこで 、このネジ連結の内径は、一般に、連結の強度にまさる優先度が取られる。 本発明は、ボックスの横断断面積とピンのノーズ横断断面積とを相関させるこ とによりネジ連結の捩り強度を最大にすることに向けられる。本発明は、半径方 向外向きの外側ショルダーと半径方向内向きのピン面との間を軸方向に伸びてい る雄ネジを有する筒状のピンの使用により以上の諸目的を達成する。ピンは、外 側ショルダーと雄ネジとの間を軸方向に伸びているベース部分、及びピン面と雄 ネジとの間を軸方向に伸びているノーズ部分を備える。ノーズ部分は、ノーズ部 分の内径とノーズ部分の外径との間のノーズ断面積を定める。雄ネジは、ノーズ 部分に隣接した第１のピンネジ山からベース部分に隣接した最後のピンネジ山に 半径方向外向きに伸びている標準の工具継手テーパーより実質的に小さいテーパ ーを有し、好ましくは雌ネジより小さいテーパーでかつ３０.４８cm（１フィー ト）当たり２５.４mm（１インチ）以下のテーパーを持つ。 筒状ボックスは、ピンとの連結のためにネジが切られ、半径方向内向きの内側 ショルダーから半径方向外向きのボックス面との間を軸方向に伸びている雌ネジ を持つ。ボックスは雌ネジとボックス面との間に座繰り部分を持つ。座繰り部分 は、座繰り部分の内径と座繰り部分の外径との間の座繰り部分の断面積を定める 。ボックスは内側ショルダーに関し て雌ネジと反対に軸方向で間隔を空けた位置において、ボックスの内径とボック スの外径との間にボックス断面積を定める。ネジ連結が組み立てられるとき、最 後のピンネジ山に隣接した半径方向の区域に予備荷重が誘導され、ピン面と内側 ショルダーとが組み合わせられる。組立作業にネジ連結に加えられた追加のトル クが、弱いネジ連結を経て伝達され、ピン面と内側ショルダーとの面結合を作る 。その結果、工具継手の全体の強度は、組み合わせられたピン面及び内側ショル ダーに隣接した区域におけるネジの捩り強度に依存する。 ネジ連結の捩り強度は、組み合わせられた座繰り断面積とノーズ断面積とをボ ックス断面積の少なくも７０％に制限することにより改良される。このため、座 繰り断面積（Ａ１）とノーズ断面積（Ａ２）とボックス断面積（Ａ３）との間に Ａ１＋Ａ２≧（７０％）Ａ３という関係があある。以上の関係は、内側ショルダ ーとボックス面との間に、少なくも３８.１mm（１.５インチ）の軸方向の長さを 有する座繰り部分を有することを要求すると同時に維持することができる。そこ で、ネジ連結の捩り強度は、Ａ１＋Ａ２＝（７０％）Ａ３に依存し、かつネジが ３０.４８cm（１フィート）当たり２５.４mm（１インチ）以下のテーパーを持つ か、或いは座繰り部分が少なくも３８.１ｍｍ（１.５インチ）の軸方向長さを有 するかのいずれかに依存する。 本発明の１実施例においては、座繰り断面積は、最後のピンネジ山の根元とこ れに半径方向で隣接したピンの内径との間の断面積より少なくも１０％大きく、 そして雌ネジ及び雄ネジのネジ山は２５.４mm当たりネジ山数が約３.５の軸方向 間隔を持つ。更に、ノーズ部分の内径は、内側ショルダーに関して雌ネジと反対 の軸方向で間隔を空けられた位置 におけるボックスの内径より小さくはなく、更にボックスの外径は、ボックス面 と内側ショルダーとの間のボックスの外径より大きくない。 本発明の別の実施例においては、ベース部分の外径及び座繰り部分の内径は、 ピンとボックスとが連結されたとき、少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の 半径方向間隙を定める。ノーズ部分の外径及びノーズ部分と半径方向で隣接する ボックスの内径は、同様にピンとボックスとが連結されたとき、少なくも０.７ ６２mm（０.０３インチ）の半径方向間隙を定める。 本発明のネジ連結を形成する好ましい方法により、ピンには、半径方向外向き の外側のショルダーと半径方向内向きの内側ショルダーとの間を軸方向に伸びて いる雄ネジが形成される。ピンは、外側のショルダーと雄ネジとの間を軸方向に 伸びているベース部分、及びピン面と雄ネジとの間を軸方向に伸びているノーズ 部分を備える。ノーズ部分も、ノーズ部分の内径とノーズ部分の外径との間にノ ーズ断面積を定める。雄ネジは、ノーズ部分に隣接した第１のピンネジ山からベ ース部分に隣接した最後のピンネジ山に半径方向外向きに伸びている３０.４８c m（１フィート）当たり２５.４mm（１インチ）以下のテーパーを持つ。 ピンとのネジ連結のために筒状のボックスが形成され、これは、半径方向内向 きの内側ショルダーと半径方向外向きの外側ショルダーとの間を軸方向に伸びて いる雌ネジを持つ。ボックスは、雌ネジとボックス面との間に座繰り部分を備え る。座繰り部分は、座繰り部分の内径と座繰り部分の外径との間の座繰り断面積 を定める。ボックスは、ボックスの内径とボックスの外径との間に、内側ショル ダーに関して反対に軸方向で間隔を空けられた位置においてボックス断面積を定 める。座繰り断面 積とノーズ断面積とはボックス断面積の少なくも７０％の組合せ断面積を定める 。次いで、ピンとボックスとが連結されてボックス面と外側ショルダーとを組み 合わせ、そして最後のピンネジ山に半径方向で隣接した区域において、ピンとボ ックスの両者に予備荷重応力が誘導される。最後に、ネジ連結が筒状体の捩り強 度に匹敵する捩り強度を持つように、掘削作業中にピン面と内側ショルダーとの 面組合せを通してトルクが伝達される。 従って、ネジ連結におけるトルクに耐えることができかつ筒状体の捩り強度に 匹敵する捩り強度を有する改良されたダブルショルダーネジ連結を提供すること が本発明の一般目的である。 ボックス断面積の少なくも７０％の組み合わせられた座繰り断面積とノーズ断 面積を有するダブルショルダーネジ連結を提供することが本発明の別の目的であ る。 引張り状態に置かれたときに、ピン部材とボックス部材とを固定するに十分な 軸方向間隔を有しかつネジを経て内側ショルダーへのトルクの伝達を容易にする 雄ネジと雌ネジとを有する改良されたダブルショルダーネジ連結を提供すること が本発明のなお別の目的である。 次のように平衡の取れた形状を有するダブルショルダーネジ連結を提供するこ とが本発明のなお別の目的である。即ち、 １．Ａ１＋Ａ２≧（７０％）Ａ３、及び ２．雄ネジのテーパーは３０.４８cm（１フィート）当たり２５.４mm（１イン チ）より大きくない。又は ３．座繰り部分の軸方向長さが少なくも３８.１mm（１.５インチ）である。 雄ネジが、ノーズ部分に隣接した第１のピンネジ山からベース部分に隣接した 最後のピンネジ山に半径方向外向きに伸びている３０.４８cm（１フィート）当 たり２５.４mm（１インチ）より大きくないテーパーを有するダブルショルダー ネジ連結を提供することが本発明の特徴である。 本発明のなお別の特徴は、雌ネジとボックス面との間に約３８.１mm（１.５イ ンチ）の軸方向長さを有する座繰り部分を持ったダブルショルダーネジ連結を提 供することである。 ネジの切られたピンとボックスとの迅速かつ効果的な連結を可能とするに十分 なテーパーを有するネジ連結を提供することが本発明の利点である。 大きいノーズ断面積を提供することが本発明の別の利点である。 ピンとボックスとが組み合わせられたとき、ベース部分の外径と座繰り部分の 内径との間に少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の半径方向間隙を有するダ ブルショルダーネジ連結を提供することが本発明の別の利点である。 ピンとボックスとが組み合わせられたとき、ベース部分の外径とノーズ部分に 半径方向で隣接したボックスの内径との間に少なくも０.７６２mm（０.０３イン チ）の半径方向間隙を有するダブルショルダーネジ連結を提供することが本発明 のなお別の利点である。 雌ネジのテーパーより小さい雄ネジのテーパーを有するダブルショルダーネジ 連結を提供することが本発明の更に別の利点である。 本発明のこれら及びその他の目的、特徴、及び利点は付属図面を参照した以下 の詳細な説明より明らかになるであろう。図面の簡単な説明 図１は、ネジ連結のための位置にある本発明によるピン及びボックスの長手方 向の１／４断面図である。 図２は、図１において囲まれた部分の拡大詳細図である。 図３は、図１において囲まれた部分の拡大詳細図である。好ましい実施例の詳細な説明 図１を参照すれば、ドリルパイプの一方の端部のネジを切られた筒状のピン１ ０が、ドリルパイプの別の端部のネジの切られた筒状ボックス１２との組み合わ せ連結のための位置に置かれる。ピン１０を有するパイプは、その他方の端部に １２と同様な対応するボックスを持つ。同様に、ボックス１２を有するパイプは その他方の端部に１０と同様なピンを持つ。 筒状ピン１０は、半径方向外向きの外側ショルダー１８及び半径方向内向きの ピン面２６の間を軸方向に伸びている雄ネジ２２を持つ。ピン１０は、外側ショ ルダー１８と雄ネジ２２との間を軸方向に伸びているベース部分１６、及びピン 面２６と雄ネジ２２との間を軸方向に伸びているノーズ部分２４も持つ。ノーズ 部分２４は、ノーズ部分２４の内径３０とノーズ部分３０の外径３２との間のノ ーズ断面積２８を定める。 ノーズ断面積２８は、ネジ連結の捩り強度のための材料である。ノーズ断面積 ２８はネジの軸方向長さとテーパーとの関数である。単位長さあたりネジ山数が 少ないほど及びテーパーが浅いほど、ネジ連結全体の捩り強度が大きくなる。逆 に、より急なテーパーは筒状のパイプ部分の迅速な連結を許す。単位長さ当たり のネジ山の数が多くなると、捩り荷重下のパイプ部分の滑り又は外れが小さくな る。従って、ネジ連結によ り高トルク連結をなし得るネジ連結を達成するには、幾つかの幾何学的寸法の平 衡を取らねばならない。 本発明は、３０.４８cm（１フィート）当たり３１.７５から５０.８mm（１ 1/ 4から２インチ）のパイプの標準ネジテーパーを２５.４mm（１インチ）以下に減 らす。このため、雄ネジ２２は、ノーズ部分２４に隣接した第１のピンネジ山３ ４からベース部分１６に隣接した最後のピンネジ山３６に半径方向外向きに伸び る。雄ネジ２２は、第１のピンネジ山３４から最後のピンネジ山３６に半径方向 外向きに伸びている３０.４８cm（１フィート）当たり２５.４mm（１インチ）以 下、好ましくは３０.４８cm（１フィート）当たり２０.３２mm（０.８インチ） 以下のテーパーを持つ。 筒状のボックス１２は、ピン１０と連結するためのネジが切られ、半径方向内 向きの内部ショルダー４０と半径方向外向きのボックス面４２との間を軸方向に 伸びている雌ネジ３８を持つ。雌ネジ３８は、ピン１０とボックス１２とが連結 されたときに雄ネジ２２と雌ネジ３８とを横切る荷重を線形に分布させるために 雄ネジ２２のテーパーより大きいテーパーを有することが好ましいが、雌ネジ３ ８と雄ネジ２２とは同じテーパーを持つことができる。そこで、雌ネジ３８は、 ボックス１２の軸線に関して約１.８°の角度３９を形成するテーパーを持ち、 これはピン１０の軸線に関して約１.６°の角度２０を形成する雄ネジ２２のテ ーパーより大きい。 引張り状態に置かれたネジ連結の滑りを減らすために、好ましい実施例におい ては、雄ネジ２２の２５.４mm（１インチ）当たりのネジ山の数は約３.５である 。ボックス１２は、雌ネジ３６とボックス面４２と の間の軸方向長さ４５が約３８.１mm（１.５インチ）以上、好ましくは５０.８m m（２インチ）以上ある座繰り（ｃｏｕｎｔｅｒｂｏｒｅ）部分４４を持つ。座 繰り部分４４の軸方向の長さ４５は、トルク又は応力が筒状連結の応力限界を越 えないようにこの部分の上の材料の質量又は体積を大きくするために、十分な長 さでなければならない。座繰り部分４４は、座繰り部分４４の内径４８と座繰り 部分４４の外径５０との間の座繰り断面積４６を定める。ボックス１２も、内側 ショルダー４０に関して雌ネジ３８と反対の軸方向で間隔を空けた位置において 、ボックス１２の内径５４とボックス１２の外径５６との間にボックス断面積５ ２を定める。 好ましい実施例においては、座繰り断面積４６は、最後のピンネジ山５８の根 元とこれに半径方向で隣接したピン１０の内径６０との間の断面積より少なくも １０％大きい。最後のピンネジ山とこれに半径方向で隣接したピン１０の内径６ ０との間の断面積及び座繰り断面積４６の間の捩り強度を匹敵し得るように維持 することが重要である。そこで、匹敵し得る捩り強度を維持しかつ説明された区 域の筒の疲労を防ぐために、座繰り断面積４６を、最後のピンネジ山５８の根元 とこれに半径方向で隣接したピン１０の内径６０との間の断面積に匹敵するよう に維持することが好ましい。座繰り断面積４６は、座繰り部分４４の外径５０を 摩耗させかつ摩擦により生ずる材料の減少を考えて、最後のピンネジ山５８の根 元とこれに半径方向で隣接したピン１０の内径６０との間の断面積より１０％大 きいことが好ましい。 ピン１０とボックス１２とが連結されるとき、ボックスの面４２と外部ショル ダー１８とは、使用前に、面結合で組み合うように置かれる。 組立作業中、最後のピンネジ山３６に半径方向で隣接した区域内でピン１０とボ ックス１２の両者に軸方向の予備応力が加えられ、ピン面２６と内側ショルダー ４０とが組み合わせられる。最後のピンネジ山３６に半径方向で隣接した区域に おけるピン１０とボックス１２の両者への予備荷重応力を制限するために、ピン 面２６と内側ショルダー４０の面結合より前にボックス面４２と外側ショルダー １８とが最初に組み合うように、ピン面２６と内側ショルダー４０とが少なくも ０.１７２mm（０.００５インチ）の軸方向間隙を形成することが好ましい。説明 されたネジ結合の寸法が、ピン面２６と内側ショルダー４０とが組み合わせられ るまでの、ネジ連結により掘削作業中に遭遇するトルクの伝達が可能となる。組 み合わせられたピン面２６と内側ショルダー４０とにおいて遭遇する追加のトル クは、ボックス１２の雌ネジ３８の最後の組み合ったネジ山６２の付近に集中さ れる。そこで、雌ネジ３８における最後のボックスネジ山６２に半径方向で隣接 する区域において遭遇する軸方向の圧縮荷重のため、座繰り断面積４６とノーズ 断面積２８との組合せが、ボックス断面積５２の少なくも７０％，好ましくはボ ックス断面積５２の少なくも７５％であることが要求される。 ノーズ断面積２８及び座繰り断面積４６の組み合わせ捩り強度は、座繰り部分 ５０の外径の増加により、又はノーズ部分３０の内径の減少により操作し得るが 、流路又はネジ連結の内径に、その降伏強度に対する大きな強度低下を与える。 従って、本発明は、最適な流路及び上に説明されたようなピン１０及びボックス １２の特別な形状を相関させることによりピン１０及びボックス１２の最大内径 を許す。 好ましい実施例においては、ノーズ部分２４の内径３０はボックス１ ２の内径５４よりも小さくはなく、また、ボックス１２の外径５６は、ボックス 面４２と内側ショルダー４０との間のボックス１２の外径５０より大きくない。 さて、図２を参照すれば、雄ネジ２２が、図１の囲まれた部分の詳細図で示さ れる。好ましい実施例においては、第１のピンネジ山３４は、ノーズ部分２４の 外径３２より大きい外径を有する部元６４を持つ。更に、ノーズ部分２４の外径 ３２とノーズ部分に半径方向で隣接するボックス１２の内径６６とは、ピン１０ とボックス１２が連結されたときに少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の半 径方向間隙６８を定める。 さて、図３を参照すれば、図１の囲まれた部分の雌ネジ３８の拡大詳細図が示 される。好ましい実施例においては、ボックス１２は座繰り部分４４に隣接した 第１のボックスネジ山７０を持つ。座繰り部分の内径４８は、第１のボックスネ ジ山７０の根元７２の内径より大きいことが好ましい。更に、ノーズ部分１６の 外径７４と座繰り部分４４の内径４８とは、ピン１０とボックス１２とが連結さ れたとき、少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の半径方向間隙７６を定める 。 本発明により、ネジ連結を形成するための好ましい実施例においては、筒状の ピン１０には、図１に示されるように半径方向外向きの外側ショルダー１８と半 径方向内向きのピン面２６との間を軸方向に伸びる雄ネジ２２が形成される。ピ ン１０は、外側ショルダー１８と雄ネジ２２との間を軸方向に伸びているベース 部分１６、及びピン面２６と雄ネジ２２との間を軸方向に伸びるノーズ部分２４ を持つ。ノーズ部分２４は、ノーズ部分２４の内径３０とノーズ部分２４の外径 ３２との間のノーズ断面積２８を定める。雄ネジ２２は、ノーズ部分２４に隣接 した第１の ピンネジ山３４からベース部分１６に隣接した最後のピンネジ山３６に半径方向 外向きに伸びている３０.４８cm（１フィート）当たり２５.４mm（１インチ）以 下、好ましくは３０.４８cm（１フィート）当たり２０.３２mm（０.８インチ） 以下のテーパーを持つ。 筒状ボックスはピン１０とネジ連結するように形成される。筒状ボックス１２ は、半径方向内向きの内部ショルダー４０と半径方向外向きのボックス面４２と の間を軸方向に伸びる雌ネジ３８を持つ。雌ネジ３８は、ピン１０とボックス１ ２とが連結されたときに雄ネジ２２と雌ネジ３８とを横切る荷重を線形に分布さ せるために雄ネジ２２のテーパーより大きいテーパーを有することが好ましいが 、雌ネジ３８と雄ネジ２２とは同じテーパーを持つことができる。そこで、雌ネ ジ３８は、ボックス１２の軸線に関して約１.８°の角度３９を形成するテーパ ーを持ち、これはピン１０の軸線に関して約１.６°の角度２０を形成する雄ネ ジ２２のテーパーより大きい。 筒状ボックス１２も、雌ネジ３８とボックス面４２との間に座繰り部分４４を 備える。座繰り部分４４の内径４８と外径５０との間の座繰り断面積４６を定め る。更に、ボックス１２は、内側ショルダー４０に関して雌ネジ３８と反対に軸 方向で間隔を空けた位置において、ボックス１２の内径５４と外径５６との間に ボックス断面積５２を定める。 次いで、ボックス１２とピン１０とが結合されて、ボックス面４２と外側ショ ルダー１８とを組み合わせる。組立作業中、最後のピンネジ山３６に半径方向で 隣接した区域内でピン１０とボックス１２の両者に軸方向の予備応力が加えられ 、ピン面２６と内側ショルダー４０とが組み合わせられる。ネジ連結を通してト ルクが伝達されると、ピン１０及び ボックス１２の全捩り強度は一様に維持され、組み合わせられた座繰り断面積４ ６とノーズ断面積２８が、ボックス断面積５２の少なくも７０％，好ましくは少 なくも７５％であることが提供される。 ここに説明されたネジ連結の種々の追加的な変更が、以上の好ましい実施例の 説明より明らかであろう。本発明は、これらの実施例について詳細に説明された が、この説明は図解のためだけのものであり、本発明は説明された実施例に限ら れないことを理解すべきである。この開示に鑑みて、本技術の熟練者には、置き 換え得る諸要素及び作業手法が明らかであろう。請求項により定義される本発明 の精神より離れることなく諸変更を考え行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイルソン，ジエラルド・イー アメリカ合衆国テキサス州77356モンゴメ リー・エイプリルウオーターズノース1104

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ネジ連結による高トルク伝達能力を有する油田用の筒状ネジ連結部であっ て、 半径方向外向きの外側ショルダーと半径方向内向きのピン面との間を軸方向に 伸びている雄ネジを有する筒状のピンであって、このピンは外側ショルダーと雄 ネジとの間を軸方向に伸びているベース部分及びピン面と雄ネジとの間を軸方向 に伸びているノーズ部分を有し、前記ノーズ部分が前記ノーズ部分の内径と前記 ノーズ部分の外径との間のノーズ断面積を定めている前記筒状ピンを具備し、 前記雄ネジが前記ノーズ部分に隣接した第１のピンネジ山から前記ベース部分 に隣接した最後のピンネジ山に半径方向外向きに伸びている３０.４８cm（１フ ィート）当たり２５.４mm（１インチ）以下のテーパーを有し、 前記ピンとネジ連結するための筒状ボックスであって、前記筒状ボックスは半 径方向内向きの内側ショルダーと半径方向外向きのボックス面との間を軸方向に 伸びている雌ネジを有しかつ雌ネジと前記ボックス面との間の座繰り部分を有し 、前記座繰り部分は前記座繰り部分の内径と前記座繰り部分の外径との間の座繰 り断面積を定め、更に内側ショルダーに関して雌ネジと反対の軸方向で間隔を空 けられた位置において前記ボックスの内径とボックスの外径との間のボックス断 面積を定めている前記ボックスを具備し、 前記座繰り断面積と前記ノーズ断面積とが前記ボックス断面積の少なくも７０ ％の組合せ断面積を定め、 前記ピンと前記ボックスが組み立てられるときに、前記ピン面と前記 内側ショルダーとが面で組み合うより前に前記最後のピンネジ山と半径方向で隣 接する区域において前記ピン及び前記ボックスの両者に予備荷重応力を誘導する ように前記ボックス面と前記外側ショルダーとが面で組み合う 前記ネジ連結部。 ２．前記組合せ断面積が前記ボックス断面積の少なくも７５％である請求項１ に定めらえたネジ連結部。 ３．前記テーパーが、前記第１のピンネジ山から前記最後のピンネジ山に半径 方向外向きに伸びている３０.４８cm（１フィート）当たり２０.３２mm（０.８ インチ）以下である請求項１に定められたネジ連結部。 ４．前記雌ネジが雄ネジのテーパーより大きいテーパーを有する請求項１に定 められたネジ連結部。 ５．前記座繰り断面積が、最後のピンネジ山の根元とこれに半径方向で隣接し た前記ピンの内径との間の断面積より大きい請求項１に定められたネジ連結部。 ６．前記座繰り断面積が最後のピンネジ山の根元とこれに半径方向で隣接する 前記ピンの内径との間の断面積より少なくも１０％大きい請求項５に定められた ネジ連結部。 ７．前記雌ネジのネジ山及び前記雄ネジのネジ山が、２５.４mm（１インチ） 当たり山数が約４個以下の軸方向間隔を有する請求項１に定められたネジ連結部 。 ８．前記軸方向間隔が、２５.４mm（１インチ）当たり山数で約３.５個以下で ある請求項７に定められたネジ連結部。 ９．前記ボックスが、前記座繰り部分に隣接した第１のボックスネジ 山と前記内側ショルダーに隣接した最後のボックスネジ山とを有し、前記座繰り 部分の内径が第１のボックスネジ山の根元の内径より大きい請求項１に定められ たネジ連結部。 １０．第１のピンネジ山の根元が前記ノーズ部分の外径より大きい外径を有す る請求項１に定められたネジ連結部。 １１．前記ノーズ部分の内径が前記ボックスの内径よりより小さい請求項１に 定められたネジ連結部。 １２．ネジ連結による高トルク伝達能力を有する油田用の筒状ネジ連結であっ て、 半径方向外向きの外側ショルダーと半径方向内向きのピン面との間を軸方向に 伸びているテーパーの雄ネジを有する筒状のピンであって、このピンは外側ショ ルダーと雄ネジとの間を軸方向に伸びているベース部分及びピン面と雄ネジとの 間を軸方向に伸びているノーズ部分を有し、前記ノーズ部分が前記ノーズ部分の 内径と前記ノーズ部分の外径との間のノーズ断面積を定めている前記筒状ピン、 及び 前記ピンとネジ連結するための筒状ボックスであって、前記筒状ボックスは半 径方向内向きの内側ショルダーと半径方向外向きのボックス面との間を軸方向に 伸びている雌ネジを有しかつ前記雌ネジと前記ボックス面との間に少なくも３８ .１ｍｍ（１.５インチ）の軸方向長さを有する座繰り部分を有し、前記座繰り部 分は前記座繰り部分の内径と前記座繰り部分の外径との間の座繰り断面積を定め 、そして前記ボックスは内側ショルダーに関して雌ネジと反対に軸方向で間隔を 空けられた位置において前記ボックスの内径と前記ボックスの外径との間のボッ クス断面積を定めている前記ボックスを具備し、 前記座繰り断面積及び前記ノーズ断面積が前記ボックス断面積の少なくも７０ ％の組合い断面積を定め、更に 前記ピン及び前記ボックスが組み立てられるときに前記ピン面と前記内側ショ ルダーとが面で組み合い適合するより前に、前記最後のピンネジ山と半径方向で 隣接する区域において前記ピンと前記ボックスの両者の予備荷重応力を制限する ように前記ピン面と前記ボックスの前記内側ショルダーとが少なくも０.１２７m m（０.００５インチ）の軸方向間隔を有する 前記ネジ連結部。 １３．前記座繰り部分の軸方向長さが約５０.８mm（２インチ）である請求項 １２に定められたネジ連結部。 １４．前記組合せ断面積が前記ボックス断面積の少なくも７５％である請求項 １２に定められたネジ連結部。 １５．前記座繰り断面積が、最後のピンネジ山の根元とこれに半径方向で隣接 した前記ピンの内径との間の断面積より大きい請求項１２に定められたネジ連結 部。 １６．前記ピンと前記ボックスとが連結されたとき、前記ベース部分の外径及 び前記座繰り部分の前記内径が少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の半径方 向間隙を定める請求項１２に定められたネジ連結部。 １７．前記ピンと前記ボックスとが連結されたとき、前記ノーズ部分の前記外 径及び前記ボックスの内径が少なくも０.７６２mm（０.０３インチ）の半径方向 間隙を定める請求項１２に定められたネジ連結部。 １８．前記ボックスの前記外径が前記ボックス面と前記内側ショルダーとの間 の前記ボックスの外径より大きくない請求項１２に定められた ネジ連結部。 １９．前記雌ネジが雄ネジのテーパーより大きいテーパーを有する請求項１２ に定められたネジ連結部。 ２０．ネジ連結による高トルク伝達能力を有する油田用の筒状ネジ連結の形成 方法であって、 半径方向外向きの外側ショルダーと半径方向内向きのピン面との間を軸方向に 伸びている雄ネジを有する筒状ピンであって、このピンは外側ショルダーと雄ネ ジとの間を軸方向に伸びているベース部分及びピン面と雄ネジとの間を軸方向に 伸びているノーズ部分を有し、前記ノーズ部分が前記ノーズ部分の内径と前記ノ ーズ部分の外径との間のノーズ断面積を定めている前記筒状ピンを形成し、 前記雄ネジは、前記ノーズ部分に隣接した第１のピンネジ山から前記ベース部 分に隣接した最後のピンネジ山に半径方向外向きに伸びている３０.４８cm（１ フィート）当たり２５.４mm（１インチ）以下のテーパーを有し、 前記ピンとネジ連結するための筒状ボックスであって、前記筒状ボックスは半 径方向内向きの内側ショルダーと半径方向外向きのボックス面との間を軸方向に 伸びている雌ネジを有しかつ雌ネジと前記ボックス面との間の座繰り部分を有し 、前記座繰り部分は前記座繰り部分の内径と前記座繰り部分の外径との間の座繰 り断面積を定め、更に内側ショルダーに関して雌ネジと反対に軸方向で間隔を空 けられた位置においてボックス断面積を定めている前記ボックスを形成し、 前記座繰り断面積と前記ノーズ断面積とが前記ボックス断面積の少なくも７０ ％の組合せ断面積を定め、 前記最後のピンネジ山と半径方向で隣接した区域において前記ボックス面と前 記外側ショルダーとが組み合いかつ前記ピンと前記ボックスの両者の予備荷重応 力を誘導するように前記ボックスと前記ピンとを連結し、そして 掘削作業中、前記ピン面と前記内側ショルダーとの面組合いを経てトルクを伝 達する 前記方法。