JP2874615B2 - Screw joint for pipe connection - Google Patents

Screw joint for pipe connection

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JP2874615B2
JP2874615B2 JP27772595A JP27772595A JP2874615B2 JP 2874615 B2 JP2874615 B2 JP 2874615B2 JP 27772595 A JP27772595 A JP 27772595A JP 27772595 A JP27772595 A JP 27772595A JP 2874615 B2 JP2874615 B2 JP 2874615B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、石油・天然ガスお
よび蒸気や熱水を探査・生産する油井、ガス井、地熱井
および産業廃棄物を地下に圧入廃棄する圧入井あるいは
石油・天然ガス等の二・三次回収用圧入井等を構成する
管接続用のねじ継手に関するものであり、特に深井戸の
場合や腐食性環境が厳しい場合等における使用に適した
管接続用ねじ継手に関するものである。なお、以下の説
明において、管接続用ねじ継手としてはその代表例であ
る油井管用ねじ継手を例にとって本発明を説明する。
The present invention relates to an oil well, a gas well, a geothermal well for exploring and producing oil and natural gas, steam and hot water, and an injection well or an oil and natural gas for injecting industrial waste underground. The present invention relates to a threaded joint for pipe connection forming a press-fit well for secondary and tertiary recovery, and particularly to a threaded joint for pipe connection suitable for use in deep wells or in severe corrosive environments. . In the following description, the present invention will be described by taking a typical example of a threaded joint for oil country tubular goods as a threaded joint for pipe connection.

【0002】[0002]

【従来の技術】油井管用ねじ継手には従来API規格
(米国石油協会規格) のラウンドねじ継手やバットレス
ねじ継手が多用されてきているが、油井・ガス井等の深
井戸化および圧力、温度、腐食環境等の苛酷化に伴い、
管の自重による破断に対し強度の高いかつ、気密性のよ
い継手が求められている。
2. Description of the Related Art Conventional threaded joints for oil country tubular goods have API standards
(American Petroleum Institute Standard) round threaded joints and buttressed threaded joints have been widely used, but with the deepening of oil and gas wells and the severeness of pressure, temperature, corrosive environment, etc.,
There is a need for a joint that has high strength against breakage due to the weight of the pipe and has good airtightness.

【0003】図1は、その一例としてカップリング方式
の油井管用ねじ継手を示す断面図である。図1(a) はそ
の全体を一部断面で示す側面図であり、図1(b) はカッ
プリング20のボックス部21の断面を示す拡大図であり、
そして図1(c) は鋼管10のピン部11の拡大断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a coupling type oil country tubular good threaded joint as an example. FIG. 1A is a side view showing a part of the entire structure in a cross section, and FIG. 1B is an enlarged view showing a cross section of a box portion 21 of the coupling 20.
FIG. 1C is an enlarged sectional view of the pin portion 11 of the steel pipe 10.

【0004】図1(a) に示すように、油井管としての鋼
管10' 、10はカップリング20によってねじ接続されてお
り、カップリング20の両側にはボックス部21が、そして
鋼管10、10' の先端にはピン部11がそれぞれ設けられて
いる。
[0004] As shown in Fig. 1 (a), steel pipes 10 'and 10 as oil country tubular goods are screw-connected by couplings 20, box parts 21 are provided on both sides of the coupling 20, and steel pipes 10 and 10 are provided. ′ Are provided with pin portions 11 respectively.

【0005】図1(b) に示すように、ボックス部21はテ
ーパ状の雌ねじ22を備えており、また図1(c) に示すよ
うに、ピン部11には同じくテーパ状の雄ねじ12が設けら
れている。
As shown in FIG. 1 (b), the box portion 21 has a tapered female screw 22. As shown in FIG. 1 (c), the pin portion 11 has a tapered male screw 12 as well. Is provided.

【0006】このようにして、カップリング方式のねじ
継手は、鋼管10の端部に設けたテーパ状の雄ねじ12を有
するピン部11と、カップリング20の内部に設けたテーパ
状の雌ねじ22を有するボックス部21とを螺合させること
により、二つの鋼管10、10'を接続するのである。
As described above, the coupling type threaded joint comprises the pin portion 11 having the tapered male screw 12 provided at the end of the steel pipe 10 and the tapered female screw 22 provided inside the coupling 20. The two steel pipes 10 and 10 'are connected by screwing with the box portion 21 having the same.

【0007】しかし、近年の悪化した環境下で用いられ
る油井管ねじ継手では、特に生産用ケーシング (プロダ
クションケーシング) やチュービングパイプ用として
は、単に雄ねじ12と雌ねじ22からなるねじ要素のみで構
成されているものは少なく、図1(b) 、(c) にそれぞれ
示すように、ピン部11とボックス部21のそれぞれにメタ
ルシール部13、23やトルクショルダー部14、24を同時に
備えているものが多い。
However, oil country tubular goods threaded joints used under the deteriorated environment in recent years, particularly for production casings (production casings) and tubing pipes, are constituted only by a screw element consisting of a male screw 12 and a female screw 22. As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the pin 11 and the box 21 have metal seals 13, 23 and torque shoulders 14, 24 at the same time. Many.

【0008】つまり、ねじ継手部のピン部11の先端には
テーパ状のメタルシール部13およびトルクショルダー部
14が設けられ、ボックス部21の内方には上記ピン部のテ
ーパ状メタルシール部13に対応するテーパ状のメタルシ
ール部23および上記ピン部のトルクショルダー部14に対
応するトルクショルダー部24が設けられている。
That is, a tapered metal seal portion 13 and a torque shoulder portion are provided at the tip of the pin portion 11 of the threaded joint portion.
14, a tapered metal seal portion 23 corresponding to the tapered metal seal portion 13 of the pin portion and a torque shoulder portion 24 corresponding to the torque shoulder portion 14 of the pin portion are provided inside the box portion 21. Is provided.

【0009】このメタルシール部は、径方向の干渉量つ
まりピン部のメタルシール部13の外径がボックス部のメ
タルシール部23の内径より大でありこの差を干渉量と呼
ぶが、これを有しており、継手を螺合すると、この干渉
量により両メタルシール部の接触面に面圧が発生し、こ
の面圧により良好な気密性の保持が期待される。
In this metal seal portion, the amount of interference in the radial direction, that is, the outer diameter of the metal seal portion 13 of the pin portion is larger than the inner diameter of the metal seal portion 23 of the box portion, and this difference is called the amount of interference. When the joint is screwed together, a surface pressure is generated on the contact surfaces of the two metal seal portions due to the amount of interference, and good airtightness is expected to be maintained by the surface pressure.

【0010】トルクショルダー部14、24は、ピン部11お
よびボックス部21のこの部分を互いに突き当てることに
より、過度の塑性変形が生じるような高い接触面圧がメ
タルシール部13、23に発生しないようにして、ねじ継手
の締結を確実なものにするためのものである。このトル
クショルダー部14、24の垂直面に対する角度をショルダ
ー角度といい、従来は0〜3度程度であった。
[0010] The torque shoulder portions 14 and 24 do not generate a high contact surface pressure on the metal seal portions 13 and 23 such that excessive plastic deformation occurs by abutting the pin portion 11 and the box portion 21 against each other. Thus, the fastening of the threaded joint is ensured. The angle of the torque shoulder portions 14, 24 with respect to the vertical plane is referred to as a shoulder angle, which has conventionally been about 0 to 3 degrees.

【0011】図2は、特開昭60−260792号公報に開示さ
れた気密性と外力に対する抵抗性を高めたメタルシール
部13およびトルクショルダー部14を示す模式説明図であ
る。これはメタルシール部13およびトルクショルダー部
14を曲率がR1、R2、R3と異なる曲面で構成し、三軸圧縮
力を作用させる構成とするものである。なお、上記公報
においてショルダー角度については言及していないが、
図面上からは25〜30度程度である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a metal seal portion 13 and a torque shoulder portion 14 having improved airtightness and resistance to external force disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-260792. This is the metal seal part 13 and the torque shoulder part
14 is constituted by a curved surface having a curvature different from that of R 1 , R 2 , and R 3 so as to apply a triaxial compression force. Although the above publication does not refer to the shoulder angle,
It is about 25 to 30 degrees from the drawing.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】図1に示したメタルシ
ール部をもつ油井管用ねじ継手は、ピン部11のテーパ状
雄ねじ12の先端側にメタルシール部13を有し、通常この
メタルシール部13の肉厚が管体に比し著しく薄く、径方
向の干渉量が設けられているため内圧に対しては良好な
気密性を有し、管体が破壊するまで内圧を保持すること
もある。しかし、油井は多重の鋼管で構成されており鋼
管と鋼管の間には深さに応じて働く土圧 (地質圧、地層
圧) に対応すべく比重の大きい液体を入れバランスを保
っている。
A threaded joint for an oil country tubular good having a metal seal portion shown in FIG. 1 has a metal seal portion 13 on the tip end side of a tapered male screw 12 of a pin portion 11 and usually has a metal seal portion. The thickness of 13 is remarkably thinner than the tube, and it has good radial tightness against internal pressure due to the amount of interference in the radial direction, and may maintain the internal pressure until the tube breaks . However, the oil well is composed of multiple steel pipes, and a liquid with a high specific gravity is maintained between the steel pipes to maintain the earth pressure (geological pressure, geological pressure) that works according to the depth.

【0013】しかし時折このバランスがくずれて、外圧
が直接鋼管に作用することがある。この場合にはカップ
リングとピン部の間の噛み合いねじ部の隙間を通って外
圧がメタルシール部13まで達し、ピン部先端のシールリ
ップ部17 (図1(c) のトルクショルダー部14からベベル
部16の付近の部分) を軸の中心へ向かって押し曲げる方
向に作用する。その結果、両メタルシール部23、13は押
し開らかれ、気密が破られることになる。
Occasionally, however, this balance is lost and the external pressure can act directly on the steel pipe. In this case, the external pressure reaches the metal seal portion 13 through the gap of the engagement screw portion between the coupling and the pin portion, and the seal lip portion 17 at the tip of the pin portion (from the torque shoulder portion 14 in FIG. (The part near the part 16) is pressed and bent toward the center of the shaft. As a result, the two metal seal portions 23 and 13 are pushed open, and the airtightness is broken.

【0014】一方、特開昭60−260792号公報に開示され
ているように、メタルシール部13およびトルクショルダ
ー部14を曲率の異なる3本の曲線で三軸圧縮力を作用さ
せる構成とする方法は、構造が複雑で、製作が困難であ
り、また、トルクショルダー部14の傾き、つまりショル
ダー角度が大きいためリップ部先端が薄くなり、剛性を
低下させるという欠点がある。
On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-260792, a method in which a metal seal portion 13 and a torque shoulder portion 14 are configured to apply a triaxial compression force by three curves having different curvatures. However, there is a disadvantage that the structure is complicated and manufacturing is difficult, and the inclination of the torque shoulder portion 14, that is, the shoulder angle is large, so that the tip of the lip portion becomes thin and the rigidity is reduced.

【0015】かくして、本発明の目的は、管の内部より
も外部に高い圧力が働く場合であっても、気密性に優れ
たカップリング方式またはインテグラル方式のねじ継手
を提供することにある。
Thus, an object of the present invention is to provide a coupling or integral type threaded joint having excellent airtightness even when a higher pressure acts on the outside than on the inside of the pipe.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
を解決するため、外圧によりシール性が破れたものを詳
細に調査した結果、これらはトルクショルダー部に傾
きがないもの、また傾きがあっても大きすぎるもの、
メタルシール部のリップ根元厚さ (図1(c) のS1) が管
肉厚(WT)に比べかなり薄いものであるという知見を得
た。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted a detailed investigation on the cases where the sealability has been broken by external pressure. Something that is too big,
It has been found that the lip base thickness (S 1 in FIG. 1 (c)) of the metal seal portion is considerably thinner than the pipe wall thickness (WT).

【0017】これらの知見に基づき、(1) トルクショル
ダー部の傾き、つまりショルダー角度 (θ) を5〜20°
とすることと、(2) メタルシール部のリップシール部の
根元厚さ(S1)と管厚さ(WT)との間の下記式[1] で定義し
たリップ率を0.52以上とする継手により接続された油井
管がAPIの圧縮変形破壊 (コラプス) 圧力までの外圧
に対するシール性を保持できることを確認し、本発明を
完成した。
Based on these findings, (1) the inclination of the torque shoulder portion, that is, the shoulder angle (θ) is 5 to 20 °
And (2) a joint in which the lip ratio defined by the following equation [1] between the base thickness (S 1 ) of the lip seal portion of the metal seal portion and the pipe thickness (WT) is 0.52 or more. It was confirmed that the oil country tubular goods connected by the method can maintain the sealing property against the external pressure up to the compression deformation fracture (collapse) pressure of the API, and completed the present invention.

【0018】ここに、本発明の要旨は、例えば図1(a)
〜(c) に示すごとく、ピン部11とボックス部21とから構
成され、ピン部11およびボックス部21のそれぞれにメタ
ルシール部13, 23とトルクショルダー部14, 24とを有す
る管接続用ねじ継手であって、トルクショルダー部14,
24のショルダー角度 (θ) が5〜20°であり、かつピン
部のメタルシールリップ部17の根元の厚さ(S1)と管厚さ
(WT)との間に下記[1]で定義されるリップ率が52%以上
であることを特徴とする管接続用ねじ継手にある。 (S1/DB) / (WT/OD) ≧ 0.52 ・・・ [1] ただし、DB:シールリップ部の根元の内径、OD:管
外径である。
Here, the gist of the present invention is, for example, as shown in FIG.
As shown in (c), a pipe connection screw composed of a pin portion 11 and a box portion 21 and having metal seal portions 13 and 23 and torque shoulder portions 14 and 24 in the pin portion 11 and the box portion 21, respectively. A joint, the torque shoulder portion 14,
24 has a shoulder angle (θ) of 5 to 20 °, and the thickness (S 1 ) at the base of the metal seal lip 17 of the pin portion and the pipe thickness
(WT) and a lip ratio defined by the following [1] is 52% or more. (S 1 /DB)/(WT/OD)≧0.52 [1] where DB is the inner diameter at the root of the seal lip, and OD is the outer diameter of the tube.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明にかかるねじ継手の構成を
上記のように規定した理由についてその作用とともに説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The reason why the structure of the threaded joint according to the present invention is defined as described above will be described together with its operation.

【0020】本発明においてトルクショルダー部に5〜
20度の傾き、つまりショルダー角度を設けるのは、リッ
プ部に外圧が作用したとき半径方向の変形を防止するた
めである。このショルダー角度が5°未満では前記変形
を防止するに十分な支持力が得られないからである。ま
た、20°を越えるとピン部の先端部およびボックス部の
トルクショルダー部の周辺部が鋭角となり、材料体積の
減少により剛性不足となって変形しやすく、十分な支持
力が期待できなくなる。従って、本発明ではこのショル
ダー角度を5〜20°の間に限定した。好ましくは、10〜
15°である。
In the present invention, 5 to 5
The reason for providing the inclination of 20 degrees, that is, the shoulder angle, is to prevent radial deformation when external pressure acts on the lip portion. If the shoulder angle is less than 5 °, a sufficient supporting force for preventing the deformation cannot be obtained. On the other hand, if the angle exceeds 20 °, the tip portion of the pin portion and the peripheral portion of the torque shoulder portion of the box portion become acute angles. Therefore, in the present invention, this shoulder angle is limited to between 5 and 20 degrees. Preferably, 10-
15 °.

【0021】次に、本発明においては、ピン部のメタル
シール部におけるシールリップ部の根元厚さS1とシール
リップ部の根元の径DBとの比を、管厚さWTと管本体の外
径ODの比の52%以上とする (式[1] の関係) のは、AP
I規定の最小コラプス圧に対してピン部のシールリップ
部の変形を小さくし、メタルシール部のシール性を保持
するに必要な剛性をシールリップ部にもたせるためであ
り、もちろんショルダー角度が5〜20°であることと共
に所定の耐外圧機能を持たせるもので、リップ厚単独で
はそのようなすぐれたシール性を保持できるとは限らな
い。つまりピン部のシールリップ部がある程度大きく変
形するとメタルシール部のシール機構がこわされて耐外
圧シール性を保持できなくなる。
Next, in the present invention, the base thickness S 1 and the seal lip portion of the seal lip portion of the metal seal part of the pin portion the ratio of the root diameter DB, outside the pipe thickness of WT and tube body The ratio of the diameter OD should be 52% or more (relationship of equation [1]).
This is to reduce the deformation of the seal lip portion of the pin portion with respect to the minimum collapse pressure specified in I and to give the seal lip portion the rigidity necessary to maintain the sealing performance of the metal seal portion. With a lip thickness of 20 °, it is not always possible to maintain such excellent sealing properties by providing a predetermined external pressure resistance function. In other words, if the seal lip portion of the pin portion is deformed to some extent, the sealing mechanism of the metal seal portion is broken, and the external pressure seal resistance cannot be maintained.

【0022】このリップ率の上限は特に制限はないが、
好ましくは55〜65%である。なお、シールリップ部17の
根元厚さとは、図1(c) に示すピン部11のメタルシール
部13の側の不完全ねじ部15の切り始め部の厚さ、または
ベベル部16の根元の厚さS1である。
The upper limit of the lip ratio is not particularly limited,
Preferably it is 55 to 65%. The thickness of the root of the seal lip 17 is the thickness of the starting portion of the incomplete thread 15 on the side of the metal seal 13 of the pin 11 shown in FIG. and a thickness of S 1.

【0023】ここで、上述の[1] の式を満足させるため
の手段としては、シールリップ部17の根元の径DBを管外
径ODに対し、下記の式が成り立つようにすればよい。こ
こに、IDは管内径、WTは管肉厚である。
Here, as a means for satisfying the above-mentioned equation [1], the following equation may be satisfied with respect to the diameter DB at the root of the seal lip portion 17 with respect to the tube outer diameter OD. Here, ID is the pipe inner diameter, and WT is the pipe wall thickness.

【0024】 DB≧ (ID+α) OD/ (OD−0.52WT) ・・・(2) ここで、αはシールリップ部17の内径の面取代であり、
外径により多少変えるべきであろうが、一般には、α≒
2.0 mmで通常問題ない。また、場合によってはα=0で
もいい。
DB ≧ (ID + α) OD / (OD−0.52WT) (2) where α is a chamfer allowance of the inner diameter of the seal lip portion 17,
Although it should be changed slightly depending on the outer diameter, in general, α ≒
2.0 mm is usually fine. In some cases, α = 0 may be used.

【0025】このようにして上記の式(2) を満足するDB
を決め、そのDBの径と管外径との間にねじを配置する。
図3は、このようにしてピン部におけるねじ形状の決定
方法を模式的に説明するものである。図中、DBが決まれ
ば、必要とするねじ長さに基づいて容易にねじ形状を設
計できる。
Thus, the DB satisfying the above equation (2)
And place a screw between the diameter of the DB and the outside diameter of the tube.
FIG. 3 schematically illustrates a method of determining the thread shape in the pin portion in this manner. In the figure, once the DB is determined, the screw shape can be easily designed based on the required screw length.

【0026】次に、このようにしてDBが決まったら、今
度はこのDBに基づいて(1) 式からS1 の範囲を求め、
これを満足するリップシール部17の根元厚さS1、S1' 、
S1"のいずれかを選択すればよい。つまり、図4に示す
ようにリップシール部17の根元厚さS1はシールリップ部
の内面のリセス (面取り) の形に合わせ、A:S1、また
はB:S1' 、またはC:S1" とをそれぞれ変更でき、そ
のうちから式(1) を満足するS1を採用する。
Next, when the DB is determined in this manner, the range of S 1 is obtained from the equation (1) based on the DB.
The thickness of the base of the lip seal portion 17 satisfying this, S 1 , S 1 ′,
S 1 ". That is, as shown in FIG. 4, the root thickness S 1 of the lip seal portion 17 is adjusted to the shape of the recess (chamfer) of the inner surface of the seal lip portion, and A: S 1 or B: S 1 ', or C: S 1 "and the possible changes respectively, employing a S 1 satisfying formula (1) from them.

【0027】なお、ねじのベベル部は通常ほぼ一定形状
のため決定する必要はない。また、シールリップ部の長
さは概ね10〜15mm (外径により変わる) の範囲にあるた
め、それを想定し特に規定しない。
Note that the bevel portion of the screw does not need to be determined because it is usually almost constant in shape. In addition, since the length of the seal lip portion is generally in a range of 10 to 15 mm (depending on the outer diameter), it is assumed that the length is not specified.

【0028】このように、ねじの形状は式(2) によって
DBが決まり必要なねじ長さが決まれば、図3にしたがっ
てねじ山の寸法とねじのテーパを適当に選択することに
よってきまり、次に前述のように図4にしたがってS1
決定される。次に、本発明の効果を実施例に基づいてさ
らに具体的に説明する。
As described above, the shape of the screw is given by equation (2).
Once the DB is necessary thread length depends, rule by selecting the taper of the dimensions of the ridge and appropriately in accordance with FIG. 3, then S 1 is determined in accordance with FIG. 4, as described above. Next, the effects of the present invention will be described more specifically based on examples.

【0029】[0029]

【実施例】本例において、ねじ継手は、図1(a) 〜(c)
に示したカップリング方式として、下記の管およびねじ
諸元で、ボックス部およびピン部を成形し、表1に示す
カップリング形状を製作した。なお、ボックス部および
ピン部においてショルダー角度は対称に設けられてい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In this embodiment, the threaded joint is shown in FIGS.
As shown in Table 1, a box part and a pin part were formed with the following tube and screw specifications to produce a coupling shape shown in Table 1. Note that the shoulder angle is provided symmetrically in the box portion and the pin portion.

【0030】 管本体の外径 : 177.8mm (7") 管本体の肉厚 : 14.19mm (0.559") カップリングの外径 : 195.98〜201.68mm 管およびカップリングの材料: 降伏強度70.31 kgf/mm2 の低合金鋼 ねじの形状 : 台形ねじ ねじピッチ : 5.08mm (5山/インチ) ねじテーパ : 1/16 ねじ山高さ : 1.575 mm 表面処理 : リン酸塩被膜処理Outer diameter of pipe body: 177.8 mm (7 ") Wall thickness of pipe body: 14.19 mm (0.559") Outer diameter of coupling: 195.98 to 201.68 mm Material of pipe and coupling: Yield strength 70.31 kgf / mm 2 Low alloy steel Screw shape: Trapezoidal screw Thread pitch: 5.08mm (5 ridges / inch) Thread taper: 1/16 Thread height: 1.575 mm Surface treatment: Phosphate coating

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】テストサンプルのシールリップ部の形状は
図4に示すようにシールリップ部の内径側を削正し、削
正後の管体肉厚(WT)とメタルシールリップ部の根元の厚
さ(S1)との関係で求められるリップ率 (λ) が前記の式
(1) で50〜60%となるようにし、かつトルクショルダー
部の傾き角度であるショルーダ角度 (θ) も種々変化さ
せた。
As shown in FIG. 4, the shape of the seal lip portion of the test sample was obtained by cutting the inner diameter side of the seal lip portion, and the wall thickness (WT) after the cut and the thickness of the root of the metal seal lip portion. (S 1 ) is determined by the above equation.
(1) was set to 50 to 60%, and the shoulder angle (θ), which is the inclination angle of the torque shoulder portion, was also variously changed.

【0033】図5は、この同一素材から種々な「リップ
率 (λ) 」のテストサンプルを造るためにピン部内径を
削正する方法の模式的説明図である。なお、ねじ長さ、
リップ長さ、メタルシール部の寸法等は一定とした。
FIG. 5 is a schematic explanatory view of a method of reducing the inner diameter of the pin portion in order to produce test samples having various “lip ratios (λ)” from the same material. The screw length,
The length of the lip, the dimensions of the metal seal part, etc. were kept constant.

【0034】図中、各符号の説明およびλ1 、S1、WT1
の求め方は次の通りである。 A:ピンリップ長さ B:ピンシール長さ C:ピン完全ネジ部長さ D:ネジテーパ (歪数) E:ピンリセル加工長さ H:ネジ山高さ (ネジハイト) t1〜t4:ケース1〜4の場合のショルダー幅 WT1 〜WT4 :ケース1〜4の場合の管体肉厚 S1:ケース1の場合のリップ根元厚 リップ率 λ1 ={S1/[170.5+Bx (メタルシール部テーハ゜)]}/{WT1/177.8} S1 =t1+1/2 Bx(メタルシール部テーハ゜) +[A-t1xtan(ショルタ゛ー角:θ1)]tan 6° WT1=1/2[177.8-{170.5-2t1-2(E-t1 tanθ1)tan6°}] ここに、A、B、Eそしてメタルシール部テーパは一定
であるから、リップ率λ1 は、ショルダー角度θ1 およ
びショルダー幅t1により定まる。つまりショルダー角度
を一定とすれば特定のt1を定めることにより目的とする
リップ率λ1 を設定できる。
In the figure, the description of each symbol and λ 1 , S 1 , WT 1
Is as follows. A: pin lip length B: pin seal length C: Pin complete thread portion length D: Nejitepa (strain number) E: Pinriseru turning length H: thread height (Nejihaito) t 1 ~t 4: Case 1-4 WT 1 to WT 4 : Pipe wall thickness in cases 1 to 4 S 1 : Lip base thickness in case 1 Lip rate λ 1 = {S 1 /[170.5+Bx (metal seal section wafer)] ]} / {WT 1 /177.8} S 1 = t 1 +1/2 Bx (metal seal part wafer) + [At 1 xtan (short angle: θ 1 )] tan 6 ° WT 1 = 1/2 [177.8- {170.5-2t 1 -2 (Et 1 tan θ 1 ) tan6 °}] Since A, B, E and the taper of the metal seal portion are constant, the lip ratio λ 1 is determined by the shoulder angle θ 1 and the shoulder width t. Determined by 1 . That is, if the shoulder angle is fixed, the target lip ratio λ 1 can be set by determining the specific t 1 .

【0035】このようにして構成した継手のねじ部に潤
滑用グリース (二酸化モリブデン含有) を塗布し、規定
のトルクで連結し、試験体とした。試験体の両端を密閉
した後、筒状圧力容器に装入し、圧力媒体 (水) を介し
て試験体に外圧を負荷した。圧力を30分間保持し異常が
なければ、さらに圧力を段階状(3.43 MPa/1段) に増加
させる試験を行い、管本体が圧縮変形破壊 (コラプス)
するか、継手部のシール性が破れるかのいずれかが起こ
るまで加圧した。得られた結果を表2に示す。
A lubricating grease (containing molybdenum dioxide) was applied to the thread portion of the joint thus configured, and connected with a specified torque to obtain a test specimen. After sealing both ends of the test piece, the test piece was charged into a cylindrical pressure vessel, and an external pressure was applied to the test piece via a pressure medium (water). If the pressure is maintained for 30 minutes and there is no abnormality, a test is performed in which the pressure is further increased stepwise (3.43 MPa / 1 stage), and the pipe body is compressed and deformed (collapse)
Or until the sealability of the joint was broken. Table 2 shows the obtained results.

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】これらの結果から、本発明にかかるねじ継
手A〜Gは、いずれもAPIで規定された管体の最小コ
ラプス保証値までシール性を保持し、それ以上の値では
じめてリークするか、あるいは管体が圧縮変形破壊 (コ
ラプス) した。
From these results, it can be seen that the threaded joints A to G according to the present invention maintain the sealing property up to the minimum collapse guarantee value of the pipe specified by the API, and leak at a value higher than the minimum collapse guarantee value. Alternatively, the tube collapsed due to compression deformation.

【0038】比較例のねじ継手HおよびIは、リップ厚
さが5.18mmおよび5.09mm (リップと管体の(T/D) 比が50
%) と相対的に薄いため、54.3および57.1 MPaで継手か
ら漏れが発生した。
The threaded joints H and I of the comparative examples have lip thicknesses of 5.18 mm and 5.09 mm (the lip-to-tube (T / D) ratio is 50
%), The joint leaked at 54.3 and 57.1 MPa.

【0039】ねじ継手JおよびLは、トククショルダー
角度が3°と小さいため、75.7および78.5 MPaで継手か
ら漏れが発生した。ねじ継手KおよびMは、トルクショ
ルダー角度が25°と大きいため、69.3および80.9 MPaで
継手から漏れが発生した。
Since the thread joints J and L have a small shoulder angle of 3 °, leakage occurred from the joints at 75.7 and 78.5 MPa. Since the threaded joints K and M had a large torque shoulder angle of 25 °, leakage occurred from the joints at 69.3 and 80.9 MPa.

【0040】なお、本例の場合、API規定の計算式に
て計算すると各サンプルの管体の最小コラプス保証圧
は、上記表2の[API最小コラプス保証値」の欄の値であ
る。
In the case of this example, the minimum collapse guarantee pressure of the tube of each sample is the value in the column of [API minimum collapse guarantee value] in Table 2 when calculated by the calculation formula specified by the API.

【0041】また、上述の実施例ではカップリング方式
の場合を説明したが、インテグラル方式の場合 (管体に
直接ピンネジとボックスネジ両方を加工する場合) でも
同様な効果が得られる。
In the above-described embodiment, the case of the coupling method has been described. However, the same effect can be obtained in the case of the integral method (in the case where both a pin screw and a box screw are machined directly on a pipe).

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明による油井管用ねじ継手は、リッ
プ部の厚さを大きく、トルクショルダーの傾き角度を特
定したので、外圧に対する優れたシール性能をもってお
り、APIの規定する管体の最小コラプス (圧壊) 保証
圧力までの外圧に十分耐え得るものである。
The threaded joint for oil country tubular goods according to the present invention has an excellent sealing performance against external pressure because the thickness of the lip portion is large and the inclination angle of the torque shoulder is specified, and the minimum collapse of the pipe defined by the API is achieved. (Crush) It can withstand external pressure up to the guaranteed pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】カップリング方式の油井管用特殊ねじ継手の一
種の断面図であり、図1(a) はその全体を示す側面図、
図1(b) はボックス部の拡大断面図、そして図1(c) は
ピン部の拡大断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a kind of a special threaded joint for oil country tubular goods of a coupling type, and FIG. 1 (a) is a side view showing the whole;
FIG. 1B is an enlarged sectional view of the box portion, and FIG. 1C is an enlarged sectional view of the pin portion.

【図2】先行技術として挙げて気密性と外力に対する抵
抗性に優れた継手のリップ部の一部断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a lip portion of a joint excellent in airtightness and resistance to external force as a prior art.

【図3】ピン部のねじ形状の決定方法の模式的説明図で
ある。
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a method for determining a thread shape of a pin portion.

【図4】シールリップ部の根元厚みS1とピン内面リセス
形状との関係を示す模式的説明図である。
4 is a schematic explanatory view showing the relationship between the root thickness S 1 and the pin inner surface recess shape of the sealing lip.

【図5】今回のテストに用いたサンプル用に、リップ率
を目的の値にすべくピン部内径を削正する方法の模式的
説明図である。
FIG. 5 is a schematic explanatory view of a method of reducing the inner diameter of a pin portion so as to set a lip ratio to a target value for a sample used in a current test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:鋼管 11:ピン部
12:雄ねじ 20:カップリング 21:ボックス部
22:雌ねじ 13, 23:メタルシール部 14, 24:トルクショルダー
部 15:不完全ねじ部 16:ベベル部
17:シールリップ部 WT:管厚さ S1, S1',S1" :リップ根元厚さ
θ:ショルダー角度 DB:リップ根元径
10: Steel pipe 11: Pin part
12: Male thread 20: Coupling 21: Box
22: Female thread 13, 23: Metal seal part 14, 24: Torque shoulder part 15: Incomplete thread part 16: Bevel part
17: seal lip portion WT: pipe thickness of S 1, S 1 ', S 1 ": lip root thickness
θ: Shoulder angle DB: Lip base diameter

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ピン部およびボックス部から構成され、
これらのピン部およびボックス部のそれぞれにメタルシ
ール部とトルクショルダー部とを有する管接続用ネジ継
手であって、前記トルクショルダー部のショルダー角度
を5〜20°に、かつ前記ピン部の前記メタルシール部の
リップ率を52%以上としたことを特徴とする管接続用ね
じ継手。
1. It comprises a pin part and a box part,
A pipe connection threaded joint having a metal seal portion and a torque shoulder portion at each of the pin portion and the box portion, wherein a shoulder angle of the torque shoulder portion is 5 to 20 °, and the metal portion of the pin portion is A threaded joint for pipe connection, characterized in that a lip ratio of a seal portion is 52% or more.
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