JP2024507382A - 応力が低減されたダウンホール管を接続する連結具 - Google Patents

Abstract

管状体と、雌連結部と、雄連結部と、管状体の外表面上に形成された雄ねじ山、および管状体の内表面に形成された雌ねじ山のうち少なくとも１つと、を備え、少なくとも１つのねじ山が、山頂と、谷底と、一対のフランクとを含む、ねじ山形状を有し、山頂および谷底がそれぞれ、ねじ山形状の全長に沿ってそれぞれの第１および第２のキャンバー半径Ｒｂ、Ｒｂ－Ｔを中心にしてキャンバーが与えられ、各キャンバー半径Ｒｂ、Ｒｂ－Ｔが連結具の外径よりも大きく、雄ねじ山がキャンバー半径Ｒｂｍを有し、雌ねじ山がキャンバー半径Ｒｂｆを有し、各キャンバー半径（Ｒｂ、Ｒｂ－Ｔ）が、７００～１９００ｍｍであることを特徴とする、ダウンホール管を接続する連結具。【選択図】図４

Description

本開示は、概して、ドリルストリング連結具向けのキャンバー付きねじ（cambered thread）に関し、特に、限定的にではないが、衝撃削岩に利用されるドリルストリング向けのキャンバー付きねじに関する。

ＥＰ１５１１９１１／米国特許第８，０６６，３０７号は、互いに接合されてドリルストリングを形成する要素の雄ねじ山および雌ねじ山を含む、衝撃削岩用のドリルラン（drill run）またはドリルストリングのねじ継手であって、雄ねじ山および雌ねじ山が台形形状を有し、ねじ山がねじ山の長さに沿って７度未満の円錐角を有する円錐形の傾斜を有し、ねじ山のフランクとねじ山の頂点に対して接線方向の線との間のフランク角が４５度未満であることを特徴とする、ねじ継手を開示している。

米国特許第４１２１８６２号は、ねじの入口および出口に先細のピッチ径を有する管状接続部を開示している。ＵＳ２００６／１１８３４０号は、台形形状およびわずかな円錐形の傾斜を有するねじ接手を開示している。

ＥＰ‘９１１号特許の円錐ねじは、その長さにわたって均等に曲げ荷重を分配するのには最適ではなく、また円錐ねじは好都合な連結および分解時間をもたらすものでもない。ＥＰ‘９１１号特許の円錐ねじの耐摩耗性には改善の余地がある。ＥＰ３５３６８９４は、ねじ山の山頂および谷底がそれぞれ、ねじ山形状の全長に沿ってそれぞれの第１および第２のキャンバー半径を中心にしてキャンバーが与えられ、各キャンバー半径が連結具の外径よりも大きく、それによって、曲げ荷重を受けたときの連結具の特性および剛性が改善された、キャンバー付きねじを開示している。しかしながら、連結具の応力レベルを低減して、早期破断のリスクが低減され、寿命が増加した、連結具を提供するという要件がある。

本開示は、概して、ドリルストリング連結具向けのキャンバー付きねじに関し、特に、限定的にではないが、衝撃削岩に利用されるドリルストリング向けのキャンバー付きねじに関する。一実施形態では、ダウンホール管を接続する連結具は、管状体と、雌連結部と、雄連結部と、管状体の外表面上に形成された雄ねじ山、および管状体の内表面上に形成された雌ねじ山のうち少なくとも１つとを含む。少なくとも１つのねじ山は、山頂と、谷底と、一対のフランクとを含む、ねじ山形状を有する。山頂および谷底はそれぞれ、第１および第２のキャンバー半径をそれぞれ中心にしてキャンバーが与えられる。各キャンバー半径は連結具の外径よりも大きく、各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）が、７００～１９００ｍｍ、好ましくは８００～１７００ｍｍ、より好ましくは９００～１５００ｍｍ、さらにより好ましくは１０５０～１４００ｍｍ、さらにより好ましくは１１００～１３００ｍｍであるという点で特徴付けられる。

有利には、上記により、ねじの長さに沿った平均として応力が可能な限り低く低減された、ねじ付き連結具が提供される。結果的に、曲げながら接触圧を均等に分配することにより、ねじの長さに沿った摩耗がより均等に生じるので、早期の不具合が起こりにくい。半径が小さすぎる場合、応力集中が大きくなりすぎ、早期の不具合／ツール寿命の低減がもたらされることになり、キャンバーが小さすぎる場合、ねじが削孔の間ともに保持されるのに十分にきつく連結されなくなる。

好ましくは、雄ねじ山はキャンバー半径Ｒ_ｂｍを有し、雌ねじ山はキャンバー半径Ｒ_ｂｆを有し、雄ねじキャンバー半径対雌ねじキャンバー半径の比Ｒ_ｂｍ／Ｒ_ｂｆは、＞１．０かつ≦１．１、好ましくは１．０１～１．０５、さらにより好ましくは１．０１～１．０３である。有利には、上記により、ねじの長さに沿った平均として応力が可能な限り低く低減された、ねじ付き連結具が提供される。さらに、この比の範囲内で、応力はねじの長さに沿って最も均等に分配され、高応力集中ピークが局在化領域に存在することが回避される。結果的に、ねじの長さに沿った摩耗がより均等に生じるので、早期の不具合が起こりにくく、したがって部品の寿命が増加する。

実施形態の一態様では、各フランクは直線であり、各フランクはそれぞれの円弧によって、隣接した山頂および／または谷底に接続される。

実施形態の別の態様では、各キャンバー半径の円弧に垂直なねじ山形状の中心線は、連結具の長手方向軸線に対して、少なくとも１つのねじ山の始まりに隣接して鋭角であってほぼ垂直な第１の角度で傾斜し、また少なくとも１つのねじ山の終わりに隣接して第２の角度で傾斜し、第２の角度は第１の角度よりも小さい。

実施形態の別の態様では、各キャンバー半径は、連結具の外径の少なくとも５倍である。実施形態の別の態様では、ねじ山形状は非対称である。実施形態の別の態様では、ねじ山形状は台形である。実施形態の別の態様では、少なくとも１つのねじ山のスイープ角は１～１０度である。実施形態の別の態様では、谷底および山頂は同心である。実施形態の別の態様では、谷底の円弧長さおよび山頂の円弧長さは等しい。実施形態の別の態様では、谷底の円弧長さおよび山頂の円弧長さは等しくない。

実施形態の別の態様では、接続部は、雌ねじ山を有する雌連結部と、雄ねじ山を有し、雌ねじ山にねじ込まれる雄連結部とを含む。連結具が圧縮状態にあるとき、フランクのうち一方は接触フランクであり、他方のフランクは非接触フランクである。各フランクは直線である。各ねじ山形状は、それぞれのキャンバー半径の円弧に垂直な中心線を有する。各フランクは、それぞれの中心線に対して傾斜したフランク角を有する。各接触フランク角は、それぞれの非接触フランク角よりも大きい。

任意に、各非接触フランク角は４５度未満である。ＥＰ‘９１１号特許は、ねじ山頂点から測定されるものとしてフランク角を定義しているので、ＥＰ‘９１１号の教示は、フランク角が４５度超過であると解釈される。非接触フランク角を最小限に抑えることによって、分解が容易になり、分解中の衝撃波の伝達が促進される。

実施形態の別の態様では、各連結具は金属または合金から作製される。雄連結部は、外径部分と、雄ねじ山を有する縮径部分と、２つの部分を接続する肩部とを有する。肩部は、雌連結部の端部と係合されて、金属間シールを形成する。

実施形態の別の態様では、衝撃削孔用のドリルロッドは、ロッド本体と、雌ねじ山を有し、ロッド本体の第１の端部に溶接された雌連結部と、雄ねじ山を有し、ロッド本体の第２の端部に溶接された雄連結部とを含む。任意に、連結具の外径は５～２０センチメートルであり、各キャンバー半径は１メートル超過である。

実施形態の別の態様では、ドリルストリングはドリルロッドを含む。

以下、本発明の特定の実施例について、単なる例として、添付図面を参照して記載する。

本開示の一実施形態による、雄連結具および雌連結具を有し、各連結具がキャンバー付きねじ山を含む、ドリルロッドを示す図である。 キャンバー付きねじを設計するためのキャンバー付きつる巻き線（cambered helix）を示す図である。 キャンバー付きねじのパラメータを示す図である。 キャンバー付きつる巻き線の式を示す図である。 雄キャンバー付きねじのプロファイルを示す図である。 図４の部分の拡大図である。 キャンバー付き雌ねじのプロファイルを示す図である。 図６の部分の拡大図である。 互いにねじ止めされた雄および雌連結具を示す図である。 荷重ケースとしての回転曲げを使用するＤａｎｇ ｖａｎ基準を使用してキャプチャされた安全係数画像を示す図であり、図９ａは、キャンバー半径が好ましい範囲内にあるときのＤａｎｇ ｖａｎ基準を示し、図９ｂは、半径が好ましい範囲の上にあるときのＤａｎｇ ｖａｎ基準を示し、図９ｃは、半径が好ましい範囲の下にあるときのＤａｎｇ ｖａｎ基準を示す。

図１は、本開示の一実施形態による、雌連結具２および雄連結具４を有し、各連結具がキャンバー付きねじ山２ｔ、４ｔをそれぞれ含む、ドリルロッド１を示している。ドリルロッド１は、鋼など、金属または合金から作製されてもよい。ドリルロッド１はまた、浸炭などによって表面硬化されてもよい。各連結具２、４は、中間ロッド本体３に溶接５などで取り付けられて、ドリルロッド１の長手方向端部を形成してもよい。各溶接５は、摩擦溶接など、シームレスであってもよい。ドリルロッド１には、中を通る流れ孔が形成されてもよい。ドリルロッド１は６メートルの長さを有してもよい。

ドリルストリング（図示なし）は、一端のドリルビットおよび他端のシャンクアダプタと共に、複数のドリルロッド１を互いにねじ止めすることによって（図８）形成されてもよい。ドリルビットおよびシャンクアダプタも、キャンバー付きねじ山２ｔ、４ｔのどちらかを有してもよい。ドリルストリングは、トップハンマー（図示なし）またはダウンホールハンマー（図示なし）を用いた衝撃削岩に使用されてもよい。ダウンホールハンマーが使用される場合、ハンマーは、ドリルストリングの一部として組み立てるため、キャンバー付きねじ山２ｔ、４ｔそれぞれを有してもよい。

あるいは、ドリルロッド１は一対の雄連結具４を有してもよく、一対の雌連結具２を有するスリーブ（図示なし）が、一対のドリルロッドを互いに接続するのに使用されてもよい。あるいは、キャンバー付きねじ山２ｔ、４ｔは、油田ドリルパイプ、油田ケーシングもしくはライナー、油田生産用導管、または油田吸盤ロッドなど、他のタイプのダウンホール管を接続するのに使用されてもよい。

雄連結部４は、ロッド本体３の下端部に接続する外径上部部分と、外側の雄ねじ山４ｔが外表面に形成された縮径下部部分と、上部および下部部分を接続する肩部４ｓとを有する、管状体を有してもよい。雄連結部の上部部分は、外表面に形成された複数のレンチフラットを有してもよい。上部部分の流れ孔は、ノズルと、のど部の一部分とを含んでもよい。のど部は、肩部４ｓおよび下部部分を通って延在してもよい。

雌連結部２は、ロッド本体３の上端部に接続される下部部分を有する管状体を有してもよい。雌連結部２は、その流れ孔に隣接して内表面に形成された内側の雌ねじ山２ｔを有してもよい。流れ孔は、別のドリルロッドの雄連結部４の縮径下部部分を受け入れるようにサイズ決めされてもよい（図８）。雄連結部４は、肩部４ｓが雌連結具の頂部２ｐに当接するまで、雌連結部２にねじ込まれてもよく、それによって、流れ孔を隔離すると共に２つのドリルロッドを互いに締結する、金属間シールが作られる。雌連結部２の流れ孔は、雌ねじ山２ｔの下端部に隣接して配置されたディフューザを含んでもよい。

あるいは、雄連結部４はロッド本体３の上端部に接続されてもよく、雌連結部２はロッド本体の下端部に接続されてもよい。この代替例では、雄連結部４のノズルはディフューザとなり、雌連結部２のディフューザはノズルとなる。

図２Ａは、キャンバー付きねじ２ｔ、４ｔを設計するためのキャンバー付きつる巻き線６を示している。図２Ｂは、キャンバー付きねじ２ｔ、４ｔのパラメータを示している。図３Ａ～３Ｈは、キャンバー付きつる巻き線６の式を示している。キャンバー付きねじ２ｔ、４ｔを設計するのに、ドリルロッド１の寸法を利用して、開始径Ｄ_０、終了径Ｄ_１、および（線形）長さＬなど、１つまたは複数のねじ山パラメータが指定されてもよい。ねじ山パラメータが指定されると、図３Ａの式を利用してキャンバー半径Ｒ_ｂが計算されてもよい。キャンバー半径Ｒ_ｂは、中心点Ｃ_ｐから延在してもよく、雄ねじ山４ｔの山頂および雌ねじ山２ｔの谷底を規定してもよい。ねじ山パラメータは、キャンバー半径Ｒ_ｂが、５倍または１０倍など、連結部２、４の外径よりも大きくなるように、指定されてもよい。連結部２、４の外径は５～２０センチメートルであってもよく、キャンバー半径Ｒ_ｂは、１．０５メートル～１．７メートルなど、１メートル超過であってもよい。

キャンバー半径Ｒ_ｂが計算されると、図３Ｂの式を利用してスイープ角γが計算されてもよい。スイープ角γは１～１０度であってもよい。スイープ角γが計算されると、図３Ｃ～３Ｇのパラメトリック計算式を使用して、キャンバー付きつる巻き線６が生成されてもよい。キャンバー付きつる巻き線６は、キャンバー付きねじ２ｔ、４ｔのアウトラインを規定するのに使用されてもよい。パラメトリック計算式では、Ｒ（ｔ）は、ドリルロッド１の長手方向軸線Ｇ_Ｌを中心にしたキャンバー付きつる巻き線の動径座標であってもよい。図３Ｅ～３Ｇの式の規約は、左ねじの場合は負（図示）、右ねじの場合は正であってもよい。

雌ねじ山２ｔおよび雄ねじ山４ｔは、１つのドリルロッド１の雄ねじ山が別のドリルロッドの雌ねじ山にねじ込まれてもよいように（図８）、補完的であってもよい。ねじ山２ｔ、４ｔのねじ止めおよびねじ抜きを容易にするため、雄ねじ山４ｔおよび雌ねじ山２ｔは、互いに類似しているが同一の鏡像ではなくてもよい。上述の設計プロセスは、雌ねじ山２ｔに関して一回、雄ねじ山４ｔに関してもう一回実施されてもよい。雌ねじ山２ｔおよび雄ねじ山４ｔはそれぞれ二条ねじであってもよい。

ねじ付き連結具における応力を低減するため、各キャンバー半径Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔは、７００～１９００ｍｍ、好ましくは８００～１７００ｍｍ、より好ましくは９００～１５００ｍｍ、さらにより好ましくは１０５０～１４００ｍｍ、さらにより好ましくは１１００～１３００ｍｍであるべきである。

好ましくは、雄ねじＲ_ｂｍのキャンバー半径と雌ねじＲ_ｂｆのキャンバー半径との比は、＞１．０～≦１．１、好ましくは１．０１～１．０５、さらにより好ましくは１．０１～１．０３であるべきである。

比が≦１．０の場合、第１の雄ねじ２０の領域における応力の高集中が存在することになる。比が１．１超過の場合、最も遠い雄ねじ２２の領域における応力の高集中が存在することになる。

あるいは、キャンバー付きねじ２ｔ、４ｔは右ねじであってもよい。あるいは、雌ねじ山２ｔおよび雄ねじ山４ｔはそれぞれ一条ねじまたは三条ねじであってもよい。

図４は、キャンバー付き雄ねじ４ｔのプロファイル７ｍを示している。図５Ａおよび５Ｂは、図４の部分の拡大図である。雄ねじ山４ｔのアウトラインが生成されると、プロファイル７ｍが決定されてもよい。プロファイル７ｍは、肩部４ｓからのスタンドオフ距離Ｘ_０で始まってもよい。プロファイル７ｍは、プロファイルの山頂が、長手方向軸線Ｇ_Ｌに平行であって終了径Ｄ_１にオフセットした軸線Ｇ_１と交差する地点で終わってもよい。スイープ角γは、プロファイル７ｍの始まりから終わりまでの弓状範囲を規定してもよく、１～１０度であってもよい。

図５Ａを特に参照すると、プロファイル７ｍのねじ山形状は第１の山頂Ａ_１を含んでもよい。ねじ山形状は台形形状を有してもよい。第１の山頂Ａ_１は、（外側）キャンバー半径Ｒ_ｂを有する円弧であってもよく、第２の円弧Ａ_２まで延在してもよい。中心線Ｃ_Ｌは、鋭角であってほぼ垂直な第１の角度δ_０でオフセット軸Ｇ_１に対して傾斜してもよい。第２の円弧Ａ_２は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第２の円弧Ａ_２は、第１の山頂Ａ_１から非接触フランクＥ_１まで延在してもよい。第２の円弧Ａ_２は、第１の山頂Ａ_１および非接触フランクＥ_１に対して接線方向であってもよい。

非接触フランクＥ_１は、中心線Ｃ_Ｌに対して第１のフランク角αで傾斜した直線であってもよい。第１のフランク角αは３５～５５度であってもよく、または第１のフランク角は４５度未満であってもよい。非接触フランクＥ_１は第２の円弧Ａ_２から第３の円弧Ａ_３まで延在してもよい。第３の円弧Ａ_３は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第３の円弧Ａ_３は、非接触フランクＥ_１から第１の谷底Ａ_４まで延在してもよい。第３の円弧Ａ_３は、非接触フランクＥ_１および第１の谷底Ａ_４に対して接線方向であってもよい。ねじ山形状は、第１の谷底Ａ_４と第２の山頂Ａ_７との間で高さＴを有してもよい。第１の谷底Ａ_４は、内側キャンバー半径Ｒ_ｂ－Ｔを有する円弧であってもよく、第３の円弧Ａ_３から第５の円弧Ａ_５まで延在してもよい。高さＴは、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満であってもよいので、キャンバー半径に関して上述したように、内側キャンバー半径Ｒ_ｂ－Ｔも雄連結部４の外径よりも大きい。第１の谷底Ａ_４は第１の山頂Ａ_１と同心であってもよい。中心線Ｃ_Ｌは、各キャンバー半径Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔの円弧に垂直であってもよい。

第５の円弧Ａ_５は、キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第５の円弧Ａ_５は、第１の谷底Ａ_４から接触フランクＥ_２まで延在してもよい。第５の円弧Ａ_５は、第１の谷底Ａ_４および接触フランクＥ_２に対して接線方向であってもよい。接触フランクＥ_２は、中心線Ｃ_Ｌに対して第２のフランク角βで傾斜した直線であってもよい。第２のフランク角βは４０～４５度であってもよい。第１のフランク角αは第２のフランク角βよりも小さくてもよく、それによって非対称のねじ山形状が得られる。接触フランクＥ_２は第５の円弧Ａ_５から第６の円弧Ａ_６まで延在してもよい。第６の円弧Ａ_６は、接触フランクＥ_２から第２の山頂Ａ_７まで延在してもよい。第６の円弧Ａ_６は、接触フランクＥ_２および第２の山頂Ａ_７に対して接線方向であってもよい。第２の山頂Ａ_７は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂを有する円弧であってもよい。

ねじ山形状は、プロファイル７ｍの始まりと第２の山頂Ａ_７の中心との間の（円弧長さ）ピッチＰを有してもよい。第１の山頂Ａ_１は、第２の山頂Ａ_７の円弧長さの２分の１にも等しくてもよい、円弧長さＸ_１を有してもよい。第１の谷底Ａ_４も、円弧長さＸ_１の２倍に等しい円弧長さを有してもよい。

あるいは、山頂および谷底は異なる円弧長さを有してもよい。あるいは、第２のフランク角は４５度未満であってもよい。

図５Ｂを特に参照すると、各キャンバー半径Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔを中心にしたプロファイル７ｍのキャンバーにより、プロファイル７ｍの端部に隣接したねじ山形状の中心線Ｃ_Ｌは、第１の角度δ_０よりも小さい第２の鋭角δ_１で、オフセット軸Ｇ_１に対して傾斜してもよい。

図６は、キャンバー付き雌ねじ２ｔのプロファイル７ｆを示す。図７Ａおよび７Ｂは、図６の部分の拡大図である。雌ねじ山２ｔのアウトラインが生成されると、プロファイル７ｆが決定されてもよい。プロファイル７ｆは、頂部２ｐからのスタンドオフ距離Ｘ_０で始まってもよい。プロファイル７ｆは、プロファイルの谷底が、長手方向軸線Ｇ_Ｌに平行であって終了径Ｄ_１にオフセットした軸線Ｇ_１と交差する地点で終わってもよい。雌プロファイル７ｆのスタンドオフ距離Ｘ_０は、雄プロファイル７ｍのスタンドオフ距離とわずかに異なってもよい。スイープ角γは、プロファイル７ｆの始まりから終わりまでの弓状範囲を規定してもよく、１～１０度であってもよい。

図７Ａを特に参照すると、プロファイル７ｆのねじ山形状は第１の谷底Ａ_１を含んでもよい。ねじ山形状は台形形状を有してもよい。第１の谷底Ａ_１は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂを有する円弧であってもよく、第２の円弧Ａ_２まで延在してもよい。雌プロファイル７ｆの外側キャンバー半径Ｒ_ｂは、雄プロファイル７ｍの外側キャンバー半径とはわずかに異なってもよい。中心線Ｃ_Ｌは、鋭角であってほぼ垂直な第１の角度δ_０でオフセット軸Ｇ_１に対して傾斜してもよい。第２の円弧Ａ_２は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第２の円弧Ａ_２は、第１の谷底Ａ_１から非接触フランクＥ_１まで延在してもよい。第２の円弧Ａ_２は、第１の谷底Ａ_１および非接触フランクＥ_１に対して接線方向であってもよい。非接触フランクＥ_１は、中心線Ｃ_Ｌに対して第１のフランク角αで傾斜した直線であってもよい。第１のフランク角αは３５～５５度であってもよい。

非接触フランクＥ_１は第２の円弧Ａ_２から第３の円弧Ａ_３まで延在してもよい。第３の円弧Ａ_３は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第３の円弧Ａ_３は、非接触フランクＥ_１から第１の山頂Ａ_４まで延在してもよい。第３の円弧Ａ_３は、非接触フランクＥ_１および第１の山頂Ａ_４に対して接線方向であってもよい。ねじ山形状は、第１の山頂Ａ_４と第２の谷底Ａ_７との間で高さＴを有してもよい。第１の山頂Ａ_４は、内側キャンバー半径Ｒ_ｂ－Ｔを有する円弧であってもよく、第３の円弧Ａ_３から第５の円弧Ａ_５まで延在してもよい。雌プロファイル７ｆの内側キャンバー半径Ｒ_ｂ－Ｔは、雄プロファイル７ｍの内側キャンバー半径とはわずかに異なってもよい。第１の山頂Ａ_４の終点から延在する一対の仮想線によって示されるように、中心線Ｃ_Ｌは、第１の山頂Ａ_４の中点を通って延在してもよい。中心線Ｃ_Ｌは、各キャンバー半径Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔの円弧に対して垂直であってもよい。高さＴは、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満であってもよいので、キャンバー半径に関して上述したように、内側キャンバー半径Ｒ_ｂ－Ｔも雌連結具２の外径よりも大きい。

第５の円弧Ａ_５は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂの１パーセント未満の半径を有してもよい。第５の円弧Ａ_５は、第１の山頂Ａ_４から接触フランクＥ_２まで延在してもよい。第５の円弧Ａ_５は、第１の山頂Ａ_４および接触フランクＥ_２に対して接線方向であってもよい。接触フランクＥ_２は、中心線Ｃ_Ｌに対して第２のフランク角βで傾斜した直線であってもよい。第２のフランク角βは４０～４５度であってもよい。第１のフランク角αは第２のフランク角βよりも小さくてもよく、それによって非対称のねじ山形状が得られる。非対称のねじ山形状は、中心線Ｃ_Ｌからオフセットした地点で交差するフランクＥ_１、Ｅ_２の突出によってさらに示される。雌プロファイル７ｆの第２のフランク角βは、雄プロファイル７ｍの第２のフランク角とはわずかに異なってもよい。接触フランクＥ_２は第５の円弧Ａ_５から第６の円弧Ａ_６まで延在してもよい。第６の円弧Ａ_６は、接触フランクＥ_２から第２の谷底Ａ_７まで延在してもよい。第６の円弧Ａ_６は、接触フランクＥ_２および第２の谷底Ａ_７に対して接線方向であってもよい。第２の谷底Ａ_７は、外側キャンバー半径Ｒ_ｂを有する円弧であってもよい。

ねじ山形状は、プロファイル７ｍの始まりと第２の谷底Ａ_７の中心との間の（円弧長さ）ピッチＰを有してもよい。第１の谷底Ａ_１は、第２の谷底Ａ_７の円弧長さの２分の１にも等しくてもよい、円弧長さＸ_１を有してもよい。雌プロファイル７ｆの円弧長さＸ_１は、雄プロファイル７ｍの円弧長さと異なってもよい。第１の山頂Ａ_４も、円弧長さＸ_１の２倍未満の円弧長さを有してもよい。

あるいは、谷底および山頂は同じ円弧長さを有してもよい。

図７Ｂを特に参照すると、各キャンバー半径Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔを中心にしたプロファイル７ｍのキャンバーにより、プロファイル７ｍの端部に隣接したねじ山形状の中心線Ｃ_Ｌは、第１の角度δ_０よりも小さい第２の鋭角δ_１で、オフセット軸Ｇ_１に対して傾斜してもよい。

接触フランクＥ_２および非接触フランクＥ_１に関する言及は、ドリルストリングが圧縮状態にあるときの削孔に関連する。ドリルストリングをドリル孔から外し、ドリルロッドをねじ外しするとき、ドリルストリングは緊張状態にあり、図８に示されるように、接触フランクＥ_２は非接触フランクになり、非接触フランクＥ_１は接触フランクになる。

図８は、互いにねじ止めされた雄連結部４および雌連結部２を示している。ねじプロファイル７ｍ、ｆが生成されると、各プロファイルは、その切頭などによって、それぞれのキャンバー付きねじ４ｔ、２ｔの幾何学形状を作成するように適合されてもよい。長手方向軸線Ｇ_Ｌに沿った各ねじ山２ｔ、４ｔのキャンバーの曲率により、切頭オジーブ（frusto-ogive）形状がもたらされてもよい。

図９ａ～ｃは、下記の表１で説明されるように、異なるキャンバー半径サイズを有する連結具に関して、荷重ケースとしての回転曲げを使用するＤａｎｇ ｖａｎ基準を使用してキャプチャされた安全係数画像を示している。

画像はＤａｎｇ ｖａｎ基準を使用してキャプチャした。ＬＳ－Ｄｙｎａでの陰的分析を使用して、ｎＣｏｄｅソフトウェアを用いてＤａｎｇ ｖａｎ基準を抽出する。Ｄａｎｇ ｖａｎ基準の値が増加するにつれて、不具合のリスクが増加する。したがって、色が濃いほど不具合のリスクが高いことを意味する。好ましい範囲内であるキャンバー半径の場合、Ｄａｎｇ ｖａｎ基準の釣り合いを取り、雌ねじ全体で高値に達することが可能である。９ｂの好ましい範囲の上にある半径、および９ｃの半径が好ましい範囲の下にあるときの両方の場合、Ｄａｎｇ ｖａｎ基準の釣り合いを取ることは不可能であり、より低い値に達し、したがって不具合のリスクが高くなる。

Claims (18)

1. 管状体と、
   雌連結部（２）と、
   雄連結部（４）と、
   前記管状体の外表面上に形成された雄ねじ山（４ｔ）、および、
   前記管状体の内表面に形成された雌ねじ山（２ｔ）
   のうち少なくとも１つと、を備え、
   少なくとも１つの前記ねじ山が、山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）と、谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）と、一対のフランク（Ｅ_１、Ｅ_２）とを含む、ねじ山形状を有し、
   前記山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）および前記谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）がそれぞれ、前記ねじ山形状の全長に沿ってそれぞれの第１および第２のキャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）を中心にしてキャンバーが与えられ、
   各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）が７００から１９００ｍｍであることを特徴とする、ダウンホール管を接続する連結具。
2. 各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）が８００から１７００ｍｍである、請求項１に記載の連結具。
3. 前記雄ねじ山（４ｔ）がキャンバー半径（Ｒ_ｂｍ）を有し、前記雌ねじ山（２ｔ）がキャンバー半径（Ｒ_ｂｆ）を有し、前記雄ねじのキャンバー半径と前記雌ねじのキャンバー半径との比（Ｒ_ｂｍ／Ｒ_ｂｆ）が、＞１．０かつ≦１．１である、請求項１または２に記載の連結具。
4. 各フランク（Ｅ_１、Ｅ_２）が直線であり、
   各フランク（Ｅ_１、Ｅ_２）が、それぞれの円弧（Ａ_２、Ａ_３、Ａ_５、Ａ_６）によって、隣接した山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）および／または谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載の連結具。
5. 各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）の円弧に垂直な前記ねじ山形状の中心線（Ｃ_Ｌ）が、前記連結具の長手方向軸線（Ｇ_Ｌ）に対して、前記少なくとも１つのねじ山の始まりに隣接して鋭角であってほぼ垂直な第１の角度（δ_０）で傾斜し、また前記少なくとも１つのねじ山の終わりに隣接して第２の角度（δ_１）で傾斜し、
   前記第２の角度（δ_１）が前記第１の角度（δ_０）よりも小さい、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の連結具。
6. 各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）が前記連結具の外径の少なくとも５倍である、請求項１から５のいずれか一項に記載の連結具。
7. 前記ねじ山形状が非対称である、請求項１から６のいずれか一項に記載の連結具。
8. 前記ねじ山形状が台形である、請求項１から７のいずれか一項に記載の連結具。
9. 前記少なくとも１つのねじ山のスイープ角（γ）が１から１０度である、請求項１から８のいずれか一項に記載の連結具。
10. 前記谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）および前記山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）が同心である、請求項１から９のいずれか一項に記載の連結具。
11. 前記谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）の円弧長さおよび前記山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）の円弧長さが等しい、請求項１から１０のいずれか一項に記載の連結具。
12. 前記谷底（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）の円弧長さおよび前記山頂（Ａ_１、Ａ_４、Ａ_７）の円弧長さが等しくない、請求項１から１１のいずれか一項に記載の連結具。
13. 前記雌ねじ山（２ｔ）を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の雌連結部（２）と、
    前記雄ねじ山（４ｔ）を有し、前記雌ねじ山（２ｔ）にねじ込まれる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の雄連結部（４）と、を備え、
    前記雌および雄連結部（２、４）が圧縮状態にあるとき、前記フランク（Ｅ_１、Ｅ_２）のうち一方が接触フランク（Ｅ_２）であり、他方のフランクが非接触フランク（Ｅ_１）であり、
    各フランクが直線であり、
    各ねじ山形状が、それぞれのキャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）の円弧に垂直な中心線（Ｃ_Ｌ）を有し、
    各フランクが、それぞれの中心線に対して傾斜したフランク角（α、β）を有し、
    各接触フランク角（β）が、それぞれの非接触フランク角（α）よりも大きい、接続部。
14. 各非接触フランク角が４５度未満である、請求項１３に記載の接続部。
15. 各連結具が金属または合金から作製され、
    前記雄連結部（４）が、外径部分と、前記雄ねじ山を有する縮径部分と、２つの部分を接続する肩部（４ｓ）とを有し、
    前記肩部（４ｓ）が、前記雌連結部（２）の端部（２ｐ）と係合されて、金属間シールを形成する、請求項１４に記載の接続部。
16. ロッド本体（３）と、
    前記雌ねじ山（２ｔ）を有し、前記ロッド本体（３）の第１の端部に溶接された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の雌連結部（２）と、
    前記雄ねじ山（４ｔ）を有し、前記ロッド本体（３）の第２の端部に溶接された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の雄連結部（４）と、を備える、衝撃削孔用のドリルロッド（１）。
17. 前記雌および雄連結具（２、４）の外径が５から２０センチメートルであり、
    各キャンバー半径（Ｒ_ｂ、Ｒ_ｂ－Ｔ）が１メートル超過である、請求項１６に記載のドリルロッド。
18. 請求項１６または１７に記載のドリルロッド（１）を備えるドリルストリング。
    

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