JP2017532512A - 多目的二重当接シール接続 - Google Patents
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Abstract
二重当接ショルダを有し、第2の管状コンポーネントと組み合わされる第1の管状コンポーネントを備えたねじ接続(30)であって、前記管状コンポーネントは炭化水素坑井の探査または稼働を目的とし、・前記第1の管状コンポーネント(C1)は外部当接部(BE)を有し、雄ねじ接続部(PC1)がその軸方向の末端において内部当接部(BI)を画定する非ねじ終端部(PT1)によって延長され、・前記第2の管状コンポーネント(C2)は自由端において前記外部当接部に押し付けられるベアリング面(SA)を画定する雌型の末端を有し、前記雌型の末端は内表面に前記雄ねじ接続部と組み合わされる雌ねじ接続部(PC2)を有し、前記内部当接部に対して押し付けられる内部ショルダ(EI)で終端し、非ねじの始端部(PT2)が前記雌ねじ接続部と内部ショルダを繋なぎ、前記雄ねじ接続部と前記内部当接部の間に位置する封止面を局所的に形成する最大の半径方向の干渉部を有し、前記最大の干渉部は、前記内部当接部から非ゼロの距離に配置され、この距離は前記終端部の軸方向の距離(d1)の少なくとも50%を上回る。【選択図】 図3
Description
本発明は、油田またはガス田で使用される管状コンポーネント等の鋼管同士を特に接続するために使用される高品質の管状ねじ接続に関する。特に、本発明は、掘削(drilling)に使用される管状コンポーネント、および高い内圧および外圧の条件下で採用される管状コンポーネントに適用される。これらの管状コンポーネントは、岩石の水圧破砕、坑井のセメンチングのための作業中、または坑井に対して完全性の試験を行うときに直面する荷重等の引張荷重および圧縮荷重の両方に耐えなければならず、これらの作業は、これらが海上で行われるときには、より一層重要である。
掘削のためおよびシールを保証するために使用できる接続が必要である。
また、本発明は、海中のウェルヘッドを掘削プラットフォームに接続する「海上」プラットフォームとして知られるプラットフォームから海上で使用されるストリングに適用され、これらのストリングは、波、潮流および海流の作用による曲げ、引張およびねじり応力だけでなく大きな疲労応力を受ける。「ドリルパイプライザ」として知られる海上で使用されるこれらのストリングは、生産の準備ができている坑井の操作パラメータを監視するために必要な道具および器具(この場合は「ワークオーバーライザ」として知られる)と、坑井の生産の最初のステップのために必要な道具および器具(この場合は「早期生産ライザ」として知られる)を搬送するために使用することができる。
これらのストリングは、頻繁に組立および解体され、これらの使用中ずっと完全性が維持される接続を必要としている。
これらの管の間に形成される接続のシールに対しては、その柱状構造物の内部と外部の間に生じ得る大きな圧力変化のため、改良の必要性が存在する。また、生産現場で行われる様々な活動、特に掘削とセメンチングの両方のために管の多目的使用を可能にする接続の経済的な必要性が存在する。
先行技術では、掘削ステップのためには、内部当接と外部当接の両方による、すなわちねじ部の上流と下流の二重当接ねじ接続(double abutment threaded connection)を使用することが一般的である。特に、米国特許第5908212号、国際公開第2005/095840号および国際公開第2006/092649号には、この種類の二重当接部を備える様々なねじ接続の解決法が開示されており、各々が、ねじ部のねじ山の設計、ねじ部の傾き、当接部の軸方向の荷重の分布、またはこの種類の接続に必要な組立トルク―これらは全て実施条件を事実上規定するパラメータである―のトレードオフを表している。
さらに、米国特許第6511102号には、海底のウェルヘッドを海上の石油プラットフォームに接続するために使用される固定ストリング専用の接続が記載されている。この米国特許第6511102号には、張力下での耐力(capacity)を増大させるために使用可能なねじ山を備え、二重シール面を有する二重当接ねじ接続が開示されている。このねじ接続は、坑井内での臨時作業用のストリングの実施、または照明装置および付属品を必要とする坑井内での生産試験を行うには十分であるが、この接続は15000psiを超える内圧の動作条件に関して保証されておらず、10000psi以下の外圧の動作条件に対しても保証されていない。さらに、この種類の接続は、当接面積が小さいため、掘削作業での使用が妨げられる。
したがって、高い組立トルクを得るために使用することができ、多目的に使用され、かつ、掘削に加えて、坑井セメンテーション、坑井封止および完全性試験を実施すること、または第1の生産ステップにおいてウェルヘッドから行われる試験から選択される少なくとも一つのその他の作業に使用することができる二重当接接続の改良の必要性がある。シール試験を行うことと共に坑井セメンテーションにより、ストリングは非常に高い内圧を受ける。セメンテーション作業は、坑井に落とされたケーシングを所定の位置に固定すること、または将来的な作業を視野に入れてまたはその坑井の稼働期間の終わりに坑井の入口を一時的に閉鎖することを意図している。
特に、ストリング内の低圧条件等の異常な圧力条件下での掘削のために使用され得る接続への必要性がある。
本発明は、二重当接ショルダを有し、第2の管状コンポーネントと組み合わされる第1の管状コンポーネントを備えたねじ接続を提供することによって生じる問題への解決法を提供することを目的とし、前記管状コンポーネントは炭化水素坑井の探査または稼働を目的とし、
・ 前記第1の実質的に円筒形の管状コンポーネントは回転軸を有し、雄型の末端を備え、前記雄型の末端は外部当接部を備え、雄ねじ接続部がその軸方向の末端において内部当接部を画定する非ねじ終端部によって延長され、非ねじ雄ベースが前記外部当接部と前記雄ねじ接続部の間に画定され、
・ 前記第2の実質的に円筒形の管状コンポーネントは、自由端において前記外部当接部に押し付けられるベアリング面を画定する雌型の末端を備え、前記雌型の末端は内表面に前記雄ねじ接続部と組み合わされる雌ねじ接続部を有し、前記内部当接部に押し付けられる内部ショルダで終端し、非ねじの始端部が前記雌ねじ接続部と内部ショルダを繋なぎ、雌型の非ねじベースが前記雌ねじ接続部と前記ベアリング面の間に画定され、
前記雄ねじ接続部と前記内部当接部または前記外部当接部の何れかの間に配置する封止面を局所的に形成する最大の半径方向の干渉部を有し、前記最大の干渉部は前記内部当接部および前記外部当接部から夫々非ゼロの距離に配置され、この距離は前記終端部の軸方向の距離と前記始端部の軸方向の距離の間の最小値の少なくとも50%を上回ることを特徴とする。
・ 前記第1の実質的に円筒形の管状コンポーネントは回転軸を有し、雄型の末端を備え、前記雄型の末端は外部当接部を備え、雄ねじ接続部がその軸方向の末端において内部当接部を画定する非ねじ終端部によって延長され、非ねじ雄ベースが前記外部当接部と前記雄ねじ接続部の間に画定され、
・ 前記第2の実質的に円筒形の管状コンポーネントは、自由端において前記外部当接部に押し付けられるベアリング面を画定する雌型の末端を備え、前記雌型の末端は内表面に前記雄ねじ接続部と組み合わされる雌ねじ接続部を有し、前記内部当接部に押し付けられる内部ショルダで終端し、非ねじの始端部が前記雌ねじ接続部と内部ショルダを繋なぎ、雌型の非ねじベースが前記雌ねじ接続部と前記ベアリング面の間に画定され、
前記雄ねじ接続部と前記内部当接部または前記外部当接部の何れかの間に配置する封止面を局所的に形成する最大の半径方向の干渉部を有し、前記最大の干渉部は前記内部当接部および前記外部当接部から夫々非ゼロの距離に配置され、この距離は前記終端部の軸方向の距離と前記始端部の軸方向の距離の間の最小値の少なくとも50%を上回ることを特徴とする。
一例として、この最大の半径方向の干渉部が、前記雄ねじ接続部と前記内部当接部の間に位置してもよい。
特に、前記内部当接部から前記最大の半径方向の干渉部まで連続的な干渉が生成されてもよい。
更に詳しくは、前記最大の半径方向の干渉部が、トロイダル部の頂点とテーパ部の間の相互作用によって得られ、前記トロイダル部が、前記終端部と前記始端部の何れか一方によって提示され、前記テーパ部が、前記終端部と前記始端部の何れか他方によって提示されてもよい。
一例として、前記トロイダル部が前記始端部によって提示され、前記テーパ部が前記終端部の雄型の傾き領域によって提示されてもよい。
特に、前記トロイダル部の曲率半径は50mm超であり、例えば300mm程度であってもよい。
特に、前記トロイダル部の頂点が、前記内部当接部に対して軸方向の距離を置いて配置され、この軸方向の距離は、前記内部ショルダに対する前記始端部の軸方向の距離の60%〜90%の範囲内、特に70%〜80%の範囲内であってもよい。
有利には、前記雄型の傾き領域に対する前記トロイダル部の頂点の衝撃点が、前記内部当接部に対して5〜25mmの範囲内、好ましくは10〜20mmの範囲内、特に約18mmの軸方向の距離にあってもよい。
一例として、前記最大の半径方向の干渉部は、前記ねじ接続部の始点から半径距離を置いて配置され、この半径距離は例えば2〜5mmの範囲内であってもよい。
特に、前記雄ねじおよび雌ねじ接続部は、接続の軸に対して8.33cm/m(1.0インチ/フィート)〜10cm/m(1.2インチ/フィート)の範囲のねじの傾き(Y)を有してもよい。
また、本発明は、本発明のねじ接続の連結方法に関し、前記ねじ接続は、13.02cm(5インチと8分の1インチ)を超える外径および7.18cm(2インチと8分の7インチ)を超える内径を有するとき、22250N/mを超える公称組立トルクで組み合わされる。
特に、この連結方法の特徴は、前記ねじ接続が20.32cm(8インチ)を超える外径および13cm(5.119インチ)を超える内径を有するとき、公称組立トルクが70000N/mを超えてもよい。
本発明の接続は、API標準に従って生成される接続の公称組立トルクよりも高い公称組立トルクを得るために使用可能である。本発明の接続は、半径方向のメタル‐メタル干渉によって得られる環状の封止システムがない先行技術の接続の公称組立トルクの少なくとも90%を得るために使用可能である。
本発明は、以下の説明および添付図面によってさらに理解を深めることができる。これらの図面は専ら指標として示されたものであって、本発明を決して制限するものではない。
図1は、本発明の管状コンポーネントのストリングの使用を示す図であり、海上の石油プラットフォームを表している。
図2は、本発明の二重当接ねじ接続の図1の差し込み図Aの詳細な縦断面図である。
図3は、図2の差し込み図Bの詳細な縦断面図であり、本発明のねじ接続の雄要素と雌要素が互いに分離されている。
図4は、図3の差し込み図C1の詳細な縦断面図であり、本発明のねじ接続の雄要素の非ねじ終端部の封止部を表している。
図5は、図3の差し込み図C2の詳細な縦断面図であり、本発明のねじ接続の雌要素の非ねじ始端部の封止部を表している。
図6は、本発明のねじ接続の係合状態のねじ接続部の縦断面図である。
図7は、本発明の接続の組立時の当接部および最大のメタル‐メタルの半径方向の干渉領域の弾性変形の変化のグラフである。
図8a,8b,8cは、組立時に本発明のねじ接続のねじ接続部と内部当接の間の部分が係合するときの詳細な断面図であり、図8cは、組立後に最終的な位置にある接続を表している。
図1は、本発明が有益な効果のために使用され得る海上の掘削施設10を表している。記載の例では、施設10は、海上に浮遊している海上プラットフォーム12を含んでいる。プラットフォーム12は、坑井の組立および坑井を稼働するために使用される様々な要素を把持して操作するための回転テーブル16および様々な付属設備を備えるリグ14を含んでいる。したがって、プラットフォーム12は、海底Fに掘削される海底坑井20の真上に位置する。海底坑井20は、ここでは、ケーシングされた状態21で表されている。施設10は、海流に曝される導管を形成し、坑井形成のステップのため、特に掘削のために保護された内部空間を維持し、浮遊プラットフォーム12とウェルヘッド23を接続するストリング22(マリンライザという)を含んでいる。
図1に示す例では、ドリルストリング24が、ストリング22内に移動可能に配置されている。ドリルストリング24は、各々の末端を介して末端同士を繋いで接続された複数の管状コンポーネントを含んでいる。本発明の管状コンポーネントは、鋼から作製される。
本発明によれば、図示のドリルストリングの管状コンポーネントは、本発明のねじ接続30を用いて末端同士が組み合わされる。組み合わせは、「ピン」として知られる雄ねじ接続部と「ボックス」として知られる雌ねじ接続部の間で行われる。
管状ねじ接続は、最適化された組立仕様に応じて、例えば引張荷重だけでなく稼働中の意図しないジャンプアウトに関して、および最適化された封止性能に関して、生成される接続において最適化した機械的強度が確保される。
詳細には、図2において、本発明のねじ接続30は、第1の管状コンポーネントC1および第2の管状コンポーネントC2を含んでいる。
第1の管状コンポーネントC1は、回転軸Xを有する実質的に円筒形の第1の本体3を含んでいる。この第1の本体3は、第2の管状本体10に対して例えば摩擦によって環状に溶接される。特に、第1の本体3は、その外径PODおよび内径PIDによって画定されもてよい。局所的に溶接領域6の近くでは、第1の本体3は、その本体の他の部分の肉厚よりも大きな肉厚を有している。この肉厚は、より大きな外径PUOD、またはより小さな内径PUIDによって局所的に得られてもよい。特に、第1の本体3の外径PODは、7.30cm(2インチ+8分の7インチ)〜22.86cm(9インチ)の範囲内、好ましくは10.16cm(4インチ)〜19.37cm(7インチ+8分の5インチ)の範囲内であり、14.92cm(5インチ+8分の7インチ)を含んでいる。
第2の管状コンポーネントC2と関連付けるため、第2の本体10は、第2の管状コンポーネントC2が有する相補的な接続要素13と協働することができる接続要素11を有している。接続要素11と接続要素13の係合により、本発明のねじ接続30が形成される。図2に表された例では、接続要素11は雄要素であり、接続要素13は雌要素である。
特に、回転軸Xを有する実質的に円筒形であるツールジョイントとして知られる第2の本体10は、その最大の外径TJODおよびその内径TJIDによって画定され得る。特に、第2の本体10の最大の外径TJODは、12.06cm(4インチ+4分の3インチ)〜22.22cm(8インチ+4分の3インチ)の範囲内である。第2の本体10の外径は、第1の本体3の外径よりも大きい。特に、第2の本体10の最大の内径TJIDは、6.19cm(2インチ+16分の7インチ)〜14.29cm(5インチ+8分の5インチ)の範囲内、さらには最大で15.87cm(6インチ+4分の1インチ)である。
第2の本体10は、好ましくは120000〜140000psiの範囲内の降伏強度を有する130ksiとほぼ同程度のグレードの鋼から作製されもてよいが、この鋼は、より高い約140ksi、150ksiおよび165ksiのグレードから、および約80ksiまたは95ksiまたは実際には110ksiに規定されるグレード等のより低い鋼のグレードから選択されてもよい。
第2の管状コンポーネントC2は、第1の本体3’および第3の本体12を含んでいる。第1の本体3’は、第1の本体3と実質的に同一の構造および同一の寸法特徴を有している。この第1の本体3’も、第3の本体12と夫々溶接領域6において環状に溶接される。第3の本体12は、上記の相補的な接続要素13を有している。
接続30は、第2の本体10および第3の本体12の外径および内径が、少なくとも差し込み図Bによって表わされる接続領域の近くに同一の最大の外形寸法および同一の内径を有するように製造される。
第3の本体12は、第2の本体10と同一のグレードの鋼から製造されると有利である。
接続要素11および接続要素13の外形は、好ましくは機械加工によって得られる。特に、これらの機械加工された部分には、化学的または機械的な表面処理が行われてもよい。これは、マンガンまたは亜鉛を使用するリン酸塩皮膜処理、または実際にはサンディング処理による処理でもよい。表面処理の後、保存または組立グリースが接続要素11および接続要素13に塗布されもてよい。
接続30は、内側と外側の両方で二重当接する。
第2の本体10は、その外周面に外部当接部BEを有している。この外部当接部BEは、平らな環状の陥凹の形状を呈している。この陥凹の平らな部分は、軸Xと鋭角または直角を成し、特に図3では90°を成している。
外部当接部BEは、ベースB1を介して雄ねじ接続部PC1と繋がっている。雄ベースB1は、ねじが切られておらず、軸Xに沿って延在し、その外周面に軸Xに実質的に平行な環状の表面を有している。雄ねじ接続部PC1の全体的な形状は、ベースB1から離れるにつれて減少する直径を有する外側円錐台状である。雄ねじ接続部PC1は、その外周面にねじが切られている。雄ねじ接続部PC1は、非ねじ終端部PT1によって延長される。終端部PT1は、その自由な軸方向の末端において内部当接部BIを形成する横断面と繋がる。
この内部当接部BIは、平らな環状の表面の形状を呈している。この表面の平らな部分は、軸Xと鋭角または直角を成し、特に図3では90°を成している。内部当接部BIは、本体C1によって画定される内周と繋がっている。
外部当接部BE、雄ベースB1、雄ねじ接続部PC1、および終端部PT1によって外周面が画定される本体C1の領域において、内径TJIDは実質的に一定である。
実際、この接続が二つの本体C1と本体C2の間で行われる場合、これらの本体の夫々の回転軸は実質的に一致する。
第3の本体12は、軸Xに沿って延在する。第3の本体12は、例えば最大の外径TJODに略等しい最大の外径を有する円形の断面を有している。本発明の接続30が形成されるときに第1の本体10に面する第3の本体12の自由な軸方向の末端は、ベアリング面SAを画定している。
ベアリング面SAは、平らな環状の表面の形状を呈している。この表面の平らな部分は、軸Xと鋭角または直角を成し、特に図3では90°を成している。ベアリング面SAは、第2の本体12の外周面と繋がっている。ベアリング面SAは、この中空の第3の本体12の内周面、特にこの内周面の雌ベースB2にも繋がっている。雌ベースB2は、ねじが切られておらず、軸Xに平行な軸を有する円筒形の内周面を画定している。
ベースB2は、ベアリング面SAと雌ねじ接続部PC2を繋げている。雌ねじ接続部PC2は、内周面の周りに略テーパ形状を有し、雄ねじ接続部PC1のねじと協働することができるねじを有している。
ベアリング面SAと外部当接部BEの間に画定される接触面の寸法を最適化するために、ベースB1は円筒形のまま、ベースB2が傾けられてもよい。
雌ねじ接続部PC2は、始端部PT2によって内部へ延長される。この始端部PT2は、実質的に軸Xに沿って延在する。この始端部PT2は、軸Xに対して横断して画定される内部ショルダEIと繋がっている。内部ショルダEIは、内部当接部BIの軸Xに対する傾きと実質的に同一の軸Xに対する傾きを有している。図3に見られるように、内部ショルダEIは、軸Xに垂直な平面において平らな環状の表面を画定している。
接続30が形成されるとき、ベアリング面SAは、外部当接BEの表面の少なくとも一部を覆うように外部当接部BEと接触し、同様に、内部当接部BIは、内部ショルダEIの表面の少なくとも一部を覆うように内部ショルダEIと接触する。
雄ねじ接続部PC1と雌ねじ接続部PC2が有するねじ山間の相互作用によって形成されるねじ接続30の接続部が、図6により詳細に表されている。
特に、ねじの傾きYは、接続軸Xに対して8.33cm/m(1.0インチ/フィート)〜10cm/m(1.2インチ/フィート)の範囲内である。好ましくは、これらのねじ山は、フランク間の干渉の状態にあってもよい。一例として、雄ねじ接続部PC1および夫々の雌ねじ接続部PC2のねじ山は、ねじの軸Yに対して35°〜42°の範囲内の、特に約40°のスタビングフランク14と、ねじの軸Yと25°〜34°の範囲内の角度、特に約30°の角度を形成するロードフランク15とを有してもよい。一例として、ねじ山の谷底16は、楕円形の一部の形状を有してもよい。ねじ山の山頂17は、ねじの勾配とは反対の方向に勾配を有することが有利な場合がある。
特に、この接続部は、米国特許第5908212号に記載のねじ等のねじを含んでもよい。このねじは、テーパねじまたは台形ねじを含んでもよい。この接続部は、完全ねじ山領域の上流および下流にあり、同一のねじ山形状を有する不完全ねじ山領域を含んでもよい。
本発明のねじ接続30は、終端部PT1と始端部PT2の間、すなわち内部ショルダEIに対する内部当接部のBIの加圧係合によって得られる内部当接部と雌ねじ接続部PC2との雄ねじ接続部PC1の係合によって得られる接続部の間に生成されるメタル‐メタルシール部を含んでいる。この例を、以下により詳細に説明する。
しかしながら、その代わりに、詳細には提供されない上記に定められた一実施の形態との対称性によって推測される一実施の形態では、メタル‐メタルシール部は、ベースB1およびベースB2の箇所に、すなわち外部当接部BEと接続部の間に形成されてもよい。
このメタル‐メタルシール部は、環状の干渉領域の局所的な形成によって、特に半径方向の干渉によって得られる。
終端部PT1は、フィレット部40を介して内部当接部BIと繋がっている。フィレット部40は、例えば1mm〜1.6mmの範囲内の曲率半径、好ましくは約1.3mmであるように選択された曲率半径を有する丸みを帯びた部分である。フィレット部40から開始される終端部PT1の外周面は、軸Xに対して傾いた雄型の傾き領域41を有している。特に、この傾きは、軸Xに対するねじ軸Yの傾きよりも大きい。特に、この雄型の傾き領域41は、軸Xと5°〜15°の範囲内の角度、例えば7.125°(テーパ1/4)とほぼ同程度の角度を成している。雄型の傾き領域41は、この例では、同一の傾きによって連続的に傾いている。雄型の傾き領域41は、テーパ部を画定している。
終端部PT1は、内部当接部BIと雄ねじ接続部PC1の間で軸Xに平行な軸方向の距離d1に沿って延在する。この距離d1は、5mm〜50mmの範囲内でもよい。
好ましくは、雄型の傾斜領域41が同一の傾きで延在する軸方向の距離d3は、フィレット部40から画定される。この距離d3は、軸方向の長さd1の50%超、好ましくは70%超相当である。
始端部PT2は、フィレット部43を介して内部ショルダEIと繋がっている。フィレット部43は、例えば1〜1.6mmの範囲内の曲率半径、好ましくは約1.3mmの曲率半径を有する湾曲部である。フィレット部43から開始して、始端部PT2は、軸Xに対して傾いた雌型の傾き雌領域42と、トロイダル部45と、を連続的に含んでいる。
雌型の傾き領域42はテーパ面を画定している。この雌型の傾き領域42の傾きは、特に、軸Xに対するねじ軸の傾きよりも大きい。特に、この雌型の傾き領域42は、軸Xに対して、5°〜15°の範囲内の角度、例えば7.125°(テーパ1/4)とほぼ同程度の角度を成している。好ましくは、雌型の傾き領域42の傾きは、雄型の傾き領域41の傾きと実質的に同一であるように選択される。同一の傾きのために、これらの傾き領域に沿う傾きの変更は、任意の点で、接線が回転軸と80°未満、好ましくは70°未満の角度であれば許容される。
始端部PT2は、内部当接部EIと雌ねじ接続部PC2の間で軸Xに平行な軸方向の距離d2に沿って延在する。この距離d2は、5mm〜50mmの範囲内でもよい。
好ましくは、トロイダル部45は、大きい曲率半径を有している。トロイダル部45は、管の内側に向かって突出し、半径方向の干渉によるシールを局所的に保証するような方法で雄型の傾き領域41と干渉接触が意図されている。
トロイダル部45は、可能な限り干渉圧力を分散するため、および雄型の傾き領域41の局所的な可塑化を回避するために、50mm〜800mmの範囲内の曲率半径、例えば300mmとほぼ同程度の曲率半径を有している。
トロイダル部45の頂点46は、本発明の接続30が生成されるときの終端部(PT1)の雄型の傾き領域41と始端部(PT2)の間で望ましい最大の半径方向の干渉の位置を画定する。この頂点46は、内部ショルダEIの軸Xに平行な距離d5にて画定される。
トロイダル部45の頂点46は、内部当接部BIに対する雄型の傾き領域41へのトロイダル部45のこの頂点の衝撃点の軸方向の距離に実質的に同一な軸方向の距離d5に画定される。
この距離d5は、内部当接部に対して接続要素11と接続要素13の間で得られる最大の半径方向の干渉の位置を画定している。この距離d5は、例えば5mm〜25mmの範囲内、好ましくは10mm〜20mmの範囲内、例えば18mmとほぼ同程度である。この距離d5は、距離d1の半分および距離d2の半分によって画定される最小値よりも大きい。
d5>最小値(d1の50%、d2の50%)
好ましくは、d5>最小値(d1の70%、d2の70%)
全ての場合において、d5はd3未満かつd2未満である。
d5>最小値(d1の50%、d2の50%)
好ましくは、d5>最小値(d1の70%、d2の70%)
全ての場合において、d5はd3未満かつd2未満である。
軸方向の距離d5は、例えば内部ショルダに対して始端部PT2の軸方向の距離d2の60%〜90%の範囲内、特にこの距離d2の70%〜80%の範囲内である。
軸方向の距離d5は、例えば内部当接部に対して終端部PT1の軸方向の距離d1の60%〜90%の範囲内、特にこの距離d1の70%〜80%の範囲内である。
したがって、内部当接部が潰れることやシールの形成のランダム性を防止するために、最大干渉面46は、内部当接BIから離れて配置される。この離間は、接続30が形成されるまで雌要素内へ雄要素を連結する間に封止領域を損傷する恐れを生じることなく、内部当接部に沿う案内機能が提供されることも意味している。最大封止面46の位置のさらなる利点は、連結時の摩滅を制限すること、および組立の最後の応力のピークを制限することである。
図7は、このグラフの軸Aに沿う接続30の組立時の軸Bに沿う弾性変形のパーセンテージとして測定された変形の有限要素法の計算によって決定される変化に相当する。
組立開始時、期間t1に渡る特定の回転数に関しては、内部当接部BIも外部当接部BEも接続において提供される半径方向の干渉が最も大きい部分も変形されない。次に、期間t2中の組立の進行により、トロイダル部45の頂点46と雄型の傾き領域41の間で半径方向の干渉が徐々に形成される。図8aは、期間t2の開始時に形成される接続に相当する。接続30に関して、この期間t2のこの干渉領域での変形には非常に緩やかで段階的な上昇があることが分かる。図8bは、期間t2の終わりに向かう接続に相当する。
最後に、組立の終盤において、期間t3は、当接部を接触させることが意図されており、まず外部当接部が接触させられ、次に内部当接部が接触させられる。期間t3は、接続30のための所定の組立トルクに到達することによって終了する。終端部PT1および始端部PT2のこの特別な構成は、最大干渉領域46が常にその降伏強度の100%未満の変形度に維持可能なことを意味している。図8cは、期間t3の終わりの接続に相当する。
この特別な構成は、接続30の形成時に摩滅が回避できることを意味している。
本発明の接続30は、その全使用期間を通して20000psiの内圧および15000psiの外圧の条件下でのシールを保証しながら100回連続して組み立てられ、分解される試験に合格するという利点を有している。
実際、このシールは、ISO標準ISO−13628に従って有効であった。直径TJODが13.02cm(5インチと8分の1インチ)の接続部という状況において30000psiの内圧に関して気密シールも実証された。
有限要素法のモデリング試験を用いて、本発明の接続30は、200MPaを超える圧力荷重、例えば400MPaを超える圧力荷重、さらには600MPaの圧力荷重に対するシールとしても有効であった。
実際、本発明によれば、本発明の接続30は、以下に定義される二つの条件によって課せられる基準を満たしている。
(1)比率=トロイダル部45の半径(mm単位)/直径で測定される最大の半径方向の干渉(mm単位)
直径で測定される最大の半径方向の干渉は、図8cで表される値imaxの二倍に相当し、imaxは、半径で測定される最大の半径方向の干渉に相当する。
直径で測定される最大の半径方向の干渉は、図8cで表される値imaxの二倍に相当し、imaxは、半径で測定される最大の半径方向の干渉に相当する。
(2)比率>−0.261×[MPaの第2の本体10の鋼のグレード]+400
一例として、第2の本体10が、130ksiグレードの鋼、すなわち896MPaグレードの鋼から製造されるとき、寸法は例えばトロイダル部45の曲率半径が300mmであり、直径の最大の半径方向の干渉が0.41mmであるように選択される。
一例として、第2の本体10が、130ksiグレードの鋼、すなわち896MPaグレードの鋼から製造されるとき、寸法は例えばトロイダル部45の曲率半径が300mmであり、直径の最大の半径方向の干渉が0.41mmであるように選択される。
接続30が形成されるとき、最大の半径方向の干渉部46は、ねじ部に既に働いている荷重に影響を与えないようにねじ部の始点に対して半径距離eの位置に存在することが有利である。この半径距離eは、例えば2mm〜5mmの範囲内であり、例えば3.12mmとほぼ同程度である。
図8bおよび図8cから分かるように、雄型の傾き領域41と雌型の傾き領域42は、半径方向の干渉状態にあるように設けられることが有利である。特に、傾き領域41と傾き領域42の間の干渉iは、最大の半径方向の干渉imaxよりも小さい値である。一例として、傾きは同一であるため、干渉接触状態にある領域41および領域42の部分の全体に渡って一定である干渉iは、imaxの3分の2未満、さらにはimaxの半分未満である。したがって、干渉領域は軸方向の距離d5の全長に渡って延在する。好ましくは、接続30が形成されるとき、第2の本体10と第3の本体12の間で得られる干渉は、フィレット部43からこの最大の干渉の位置46まで、さらには接続部の方向に最大の干渉の位置46を少し超えて連続的に延在する。
終端部PT1上では、雄型の傾き領域41は、終端部PT1に直接隣接する雄ねじ接続部PC1のねじ山の谷にて観察される直径より厳密に小さい直径を有する円筒形の部分48までフィレット半径47を介して接続される。或いは、フィレット47は鋭い角度であって、丸みを帯びていなくてもよい。円筒形の部分48は、雄ねじ接続部PC1と繋がる傾いたフィレット部50にフィレット半径49を介して繋がっている。
頂点46の基準径D46は、円筒形の部分48の基準径D48未満である。特に、基準径D46と基準径D48との差は0.5mm〜1mmの範囲内であり、例えば0.81mmとほぼ同程度である。
始端部PT2上では、トロイダル部45は、傾いたフィレット部52に凸面状のフィレット半径51を介して繋がっている。傾いたフィレット部52は、雌ねじ接続部PC2と繋がっている円筒形の部分54にフィレット半径53を介して繋がっている。
軸方向の距離d4は、雌型の傾き領域42の軸Xに沿う距離とトロイダル部45の軸Xに沿う距離の合計の軸Xに沿う軸方向の距離を画定している。この距離d4は、軸方向の長さd2の50%超、より好ましくは70%超に相当する。実際、トロイダル部45はその頂点46の両側に延出するため、d4はd5よりも大きい。特に、トロイダル部は、頂点46がトロイダル部45の中央に配置されないように設計される。トロイダル部45は、第2の部分60の軸方向の距離よりも大きな軸方向の距離に渡って延在する雌型の傾き領域42に対して頂点46とフィレット62の間に部分61を含み、この第2の部分60は、頂点46と凸面状のフィレット半径51の間に画定される。フィレット62は、例えばトロイダル部45と雌型の傾き領域42の両方に対して接線方向に接続するように設計される。
説明を通して、「を含む(備える)」という表現は、特に定めがない限り、「を少なくとも一つ含む(備える)」と同義とみなされるべきである。
Claims (12)
- 二重当接ショルダを有し、第2の管状コンポーネントと組み合わされる第1の管状コンポーネントを備えたねじ接続(30)であって、前記管状コンポーネントは炭化水素坑井の探査または稼働を目的とし、
・ 前記第1の実質的に円筒形の管状コンポーネント(C1)は回転軸(X)を有し、雄型の末端を備え、前記雄型の末端は外部当接部(BE)を備え、雄ねじ接続部(PC1)がその軸方向の末端において内部当接部(BI)を画定する非ねじ終端部(PT1)によって延長され、非ねじ雄ベース(B1)が前記外部当接部と前記雄ねじ接続部の間に画定され、
・ 前記第2の実質的に円筒形の管状コンポーネント(C2)は、自由端において前記外部当接部に押し付けられるベアリング面(SA)を画定する雌型の末端を備え、前記雌型の末端は内表面に前記雄ねじ接続部と組み合わされる雌ねじ接続部(PC2)を有し、前記内部当接部に押し付けられる内部ショルダ(EI)で終端し、非ねじの始端部(PT2)が前記雌ねじ接続部と内部ショルダを繋なぎ、雌型の非ねじベース(B2)が前記雌ねじ接続部と前記ベアリング面の間に画定され、
前記雄ねじ接続部と前記内部当接部または前記外部当接部の何れかの間に配置する封止面を局所的に形成する最大の半径方向の干渉部を有し、前記最大の干渉部は前記内部当接部および前記外部当接部から夫々非ゼロの距離(d5)に配置され、この距離は前記終端部の軸方向の距離(d1)と前記始端部の軸方向の距離(d2)の間の最小値の少なくとも50%を上回ることを特徴とする、ねじ接続。 - この最大の半径方向の干渉部が、前記雄ねじ接続部と前記内部当接部の間に配置されることを特徴とする、請求項1に記載のねじ接続。
- 前記内部当接部から前記最大の半径方向の干渉部まで連続的な干渉が生成されることを特徴とする、請求項1または2に記載のねじ接続。
- 前記最大の半径方向の干渉部が、トロイダル部(45)の頂点(46)とテーパ部の間の相互作用によって得られ、
前記トロイダル部が、前記終端部と前記始端部の何れか一方によって提示され、
前記テーパ部が、前記終端部と前記始端部の何れか他方によって提示されることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のねじ接続。 - 前記トロイダル部(45)が前記始端部(PT2)によって提示され、
前記テーパ部が前記終端部(PT1)の雄型の傾き領域(41)によって提示されることを特徴とする、請求項4に記載のねじ接続。 - 前記トロイダル部の曲率半径は50mm超であり、例えば300mm程度であることを特徴とする、請求項4または5に記載のねじ接続。
- 前記トロイダル部の頂点(46)が、前記内部当接部(BI)に対して軸方向の距離(d5)を置いて配置され、
この軸方向の距離は、前記内部ショルダに対する前記始端部の軸方向の距離の60%〜90%の範囲内、特に70%〜80%の範囲内であることを特徴とする、請求項4〜6の何れか1項に記載のねじ接続。 - 前記雄型の傾き領域(41)に対する前記トロイダル部の頂点の衝撃点(46)が、前記内部当接部に対して5〜25mmの範囲内、好ましくは10〜20mmの範囲内、特に約18mmの軸方向の距離に存在することを特徴とする、請求項4〜6の何れか1項に記載のねじ接続。
- 前記最大の半径方向の干渉部(46)は、前記ねじ接続部の始点から半径距離(e)を置いて配置され、この半径距離は例えば2〜5mmの範囲内であることを特徴とする、請求項4〜6の何れか1項に記載のねじ接続。
- 前記雄ねじおよび雌ねじ接続部は、接続の軸に対して8.33cm/m(1.0インチ/フィート)〜10cm/m(1.2インチ/フィート)の範囲のねじの傾き(Y)を有することを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載のねじ接続。
- 請求項1〜10の何れか1項に記載のねじ接続の連結方法であって、
前記ねじ接続は、13.02cm(5インチと8分の1インチ)を超える外径および7.18cm(2インチと8分の7インチ)を超える内径を有するとき、22250N/mを超える公称組立トルクで組み合わされることを特徴とする、ねじ接続の連結方法。 - 前記ねじ接続が20.32cm(8インチ)を超える外径および13cm(5.119インチ)を超える内径を有するとき、公称組立トルクが70000N/mを超えることを特徴とする、請求項11に記載の連結方法。
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