JP3297697B2 - Threaded joint for oil country tubular goods with excellent external pressure resistance - Google Patents

Threaded joint for oil country tubular goods with excellent external pressure resistance

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JP3297697B2
JP3297697B2 JP25116396A JP25116396A JP3297697B2 JP 3297697 B2 JP3297697 B2 JP 3297697B2 JP 25116396 A JP25116396 A JP 25116396A JP 25116396 A JP25116396 A JP 25116396A JP 3297697 B2 JP3297697 B2 JP 3297697B2
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seal
forming
pin
box
external pressure
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正明 杉野
三幸 山本
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住友金属工業株式会社
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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、天然ガスや原油の
探査または生産用の油井、とくに高い外圧のかかる海水
や地下水などの層の下にあるガスや油などの埋蔵物を汲
み上げる油井での使用に好適な管の継手に関する。
The present invention relates to oil wells for exploration or production of natural gas and crude oil, particularly in oil wells that pump reserves such as gas and oil under seawater and groundwater layers under high external pressure. It relates to a pipe joint suitable for use.
【0002】[0002]
【従来の技術】今日、深さ数千mにもおよぶ天然ガス田
や油田等の探査および生産に使用される油井管を接続す
る技術としてねじ継手が広く用いられている。油井管用
ねじ継手には、管の一端にピン部を、他端にボックス部
を形成し、管同士を接続するインテグラル方式と、二つ
のボックス部をもつカップリングと両端にピン部をもつ
管とを接続するカップリング方式がある。これらねじ継
手には共通して、1)接続された管の自重による軸方向の
引張力に耐え得ること、2)内部の流体による内圧あるい
は外部の流体による外圧に耐え得ること、3)数十回の繰
り返し使用ができること、などの性能が要求される。近
年、井戸の深さが深くなる傾向にあり、また今まで掘削
の対象とされなかった大水深部の油田や極地などの劣悪
な埋蔵環境下においても採掘や生産が行われる場合が多
くなってきており、上記要求性能はますます厳しくなっ
てきている。
2. Description of the Related Art Today, threaded joints are widely used as a technology for connecting oil country tubular goods used for exploration and production of natural gas fields and oil fields having a depth of several thousand meters. For oil well pipe threaded joints, there is an integral method that connects the pipes by forming a pin at one end of the pipe and a box at the other end, and a coupling with two box sections and a pipe with pin sections at both ends. There is a coupling method for connecting the. In common with these threaded joints, 1) withstand the axial tensile force due to the weight of the connected pipe, 2) withstand the internal pressure of the internal fluid or the external pressure of the external fluid, 3) dozens of Performance such as being able to be used repeatedly. In recent years, the depth of wells has tended to be deeper, and mining and production have often been carried out even in poorly buried environments such as deep oil fields and polar regions that have not been targeted for drilling until now. Therefore, the required performance is becoming more and more severe.
【0003】このような要求に対応して締結状態におい
てシール部およびトルクショルダ部を有する継手に関し
て多くの提案がなされてきた。
In response to such demands, many proposals have been made on joints having a seal portion and a torque shoulder portion in a fastened state.
【0004】図1(a)は、本発明が対象とする、締結
状態においてシール部とトルクショルダ部が、ピンの雄
ねじ部より先端側で、同時にボックスの雌ねじ部より奥
側にあるカップリング方式のねじ継手の“管軸を含む平
面による断面”図である。図1(b)はそのねじ部、シ
ール部を含む継手内部の拡大図である。以後の説明にお
いて、“管軸を含む平面による断面”のことを単に“断
面”という。また、“奥”とはボックス内面の雌ねじ部
より奥の部分、すなわちカップリング中心に近い部分を
指す。
FIG. 1 (a) shows a coupling system in which the seal portion and the torque shoulder portion in the fastening state are located on the tip side of the male screw portion of the pin and at the same time are located on the back side of the female screw portion of the box. FIG. 4 is a “cross-section by a plane including a tube axis” of the threaded joint of FIG. FIG. 1B is an enlarged view of the inside of the joint including the screw portion and the seal portion. In the following description, the “cross section by a plane including the tube axis” is simply referred to as “cross section”. The term “rear” refers to a portion of the inner surface of the box that is deeper than the female screw portion, that is, a portion closer to the center of the coupling.
【0005】図1に示すように、この継手においては、
管10の端部であるピン部11の雄ねじ12より先の外
周面に、円錐面状のシール形成面13がある。また、カ
ップリング20の内部であるボックス部21の雌ねじ2
2より奥の内周面は、同じく円錐面をなし、その有効径
がピン側シール形成面13の有効径より小さいシール形
成面23がある。管とカップリングを螺合し、両者のシ
ール形成面を嵌合させることにより、締結状態でシール
部を形成する。ここで、「有効径」とは、締結していな
い状態において、管軸18あるいはカップリング軸18
のまわりの回転面であるピン部あるいはボックス部のシ
ール形成面の基準位置の平均直径をいう。また、「基準
位置」とは、ピン先端13あるいはボックス奥23のう
ち締結時シール部を形成する位置に対応する締結しない
状態でのそれぞれの表面位置をいう。ピン側の有効径が
ボックス側より大きいにもかかわらずボックスに嵌合さ
れるのは、締結時、弾性変形が生じるためである。ま
た、「円錐面」とは、管軸18あるいはカップリング軸
18を回転軸とする円錐面で、かつピン部の場合はピン
先端ほど管軸に近づき、ボックス部ではボックスの奥ほ
どカップリング軸に近づく面をさす。締結したとき、こ
の円錐面同士が幅(“断面”上で点でない)をもって接
触する。本発明の対象もこのような形状のシール形成を
行う継手を対象とする。
As shown in FIG. 1, in this joint,
A conical seal forming surface 13 is provided on the outer peripheral surface of the pin portion 11 which is the end portion of the tube 10 ahead of the external thread 12. The internal thread 2 of the box portion 21 inside the coupling 20
The inner peripheral surface deeper than 2 also has a conical surface, and has a seal forming surface 23 whose effective diameter is smaller than the effective diameter of the pin side seal forming surface 13. The pipe and the coupling are screwed together, and the seal forming surfaces of the two are fitted to form a seal portion in a fastened state. Here, the “effective diameter” means that the pipe shaft 18 or the coupling shaft 18
Mean diameter at the reference position of the seal forming surface of the pin portion or the box portion, which is the rotating surface around. The “reference position” refers to a surface position of the pin tip 13 or the back of the box 23 in a state where the seal portion is not fastened corresponding to a position where the seal portion is formed at the time of fastening. The reason why the pin is fitted into the box even though the effective diameter on the pin side is larger than the box side is that elastic deformation occurs at the time of fastening. Further, the “conical surface” is a conical surface having the pipe shaft 18 or the coupling shaft 18 as a rotation axis. In the case of a pin portion, the tip of the pin is closer to the tube axis, and in the box portion, the coupling shaft is deeper in the box. Refers to the side approaching. When fastened, the conical surfaces contact with a width (not a point on the "cross-section"). The subject of the present invention is also directed to a joint for forming a seal having such a shape.
【0006】このシール部においてメタルタッチシール
が構成されることにより、油井管内部の流体による内圧
負荷あるいは管外部の流体による外圧負荷に対する気密
性能が確保される。
By forming a metal touch seal in the seal portion, airtight performance against internal pressure load due to fluid inside the oil country tubular good or external pressure load due to fluid outside the pipe is secured.
【0007】なお、ピン先端において表面にシール形成
面およびトルクショルダ形成面を有するねじの無い部分
をリップ部15という。
[0007] A portion without a screw at the tip of the pin and having a seal forming surface and a torque shoulder forming surface on its surface is referred to as a lip portion 15.
【0008】ピン部11のシール形成面13よりさらに
先端にあるトルクショルダ形成面14と、ボックス部2
1のシール形成面23のさらに奥にあるトルクショルダ
形成面24とを、突き合わせることによりトルクショル
ダ部が形成される。トルクショルダ部が形成されること
により、過度の塑性変形が生じる程の高い接触面圧がシ
ール部に発生しないように、締結トルクが適正な値にコ
ントロールされる。
[0008] A torque shoulder forming surface 14 which is further distal than the seal forming surface 13 of the pin portion 11, and a box portion 2
A torque shoulder portion is formed by abutting a torque shoulder forming surface 24 deeper than the first seal forming surface 23. By forming the torque shoulder portion, the fastening torque is controlled to an appropriate value so that a high contact surface pressure that causes excessive plastic deformation does not occur in the seal portion.
【0009】つぎに外圧に対する漏れを防止するねじ継
手の構造について説明する。
Next, the structure of a threaded joint for preventing leakage due to external pressure will be described.
【0010】このような油井管用ねじ継手において、内
部の流体が漏洩しないように気密性能を確保することは
もちろんであるが、掘削対象以外の外部の高圧流体が管
内部に浸入すること、いわゆる外圧漏れを防止すること
も重要である。すなわち、もし、外部の高圧流体が継手
部分から油井管内部に浸入すると、内部を流れる生産対
象流体に泥水等が混入し品質が低下するという弊害が生
ずる。さらに悪いことには、内部の生産対象流体あるい
は掘削用循環水の粘度や比重などの物理的性質が急激に
変化するため油井の圧力コントロールが困難になり、圧
力不足が原因で汲み上げ不能に陥るか、または、最悪の
場合、油井の噴壊を招くおそれがある。そのため、油井
管継手の気密性能を担うシール部の構造にはこれまでに
さまざまな形態の発明がなされてきた。
In such a threaded joint for oil country tubular goods, it is a matter of course to ensure airtightness so as to prevent the internal fluid from leaking. However, external high-pressure fluid other than the object to be excavated enters the inside of the pipe, so-called external pressure. It is also important to prevent leakage. That is, if an external high-pressure fluid enters the inside of the oil country tubular good through the joint portion, muddy water or the like is mixed into the fluid to be produced flowing inside, thereby deteriorating the quality. To make matters worse, the physical properties such as the viscosity and specific gravity of the fluid to be produced or the circulating water for drilling change rapidly, making it difficult to control oil well pressure and making pumping impossible due to insufficient pressure. Or, in the worst case, it could lead to the eruption of the oil well. Therefore, various forms of the invention have been hitherto made on the structure of the seal portion, which is responsible for the airtightness of the oil country tubular goods.
【0011】それらを概括すればつぎのとおりである。These are summarized as follows.
【0012】シールはその設置箇所により、継手のねじ
部よりもボックス奥側に設置された内部シール、ボック
ス先の部分に設置された外部シール、ねじ部に設置され
た中間シールおよびこれらの組み合わせシールに大別で
きる。さらにその密封態様には、ピン部とボックス部の
シール形成面の嵌合によりメタルタッチシールを形成す
る方法、テフロンリングなどの軟質材料からなるパッキ
ン材をピン部材とボックス部材の間に挿入する方法、ト
ルクショルダ部に高い気密性を付与してシール機能も併
せもつショルダを形成する方法およびこれらをいくつか
組み合わせた方法がある。また、特殊なものとして、ね
じ部のすき間を非常に小さくし、そのすき間をグリース
やコンパウンドで埋めることによりねじ自体に気密性能
を持たせ、いわゆるねじシールを形成する方法などがあ
る。またそれぞれの態様において、気密性能を向上させ
るために、シール形成面あるいはショルダ形成面、ねじ
形成面などに合金や軟金属のメッキあるいは合成樹脂に
よる被覆、リン酸亜鉛やリン酸マンガンなどによる表面
処理、メタルタッチシール部の密封面圧を高めるための
残留応力付与といった工夫を施したものがある。
Depending on the location of the seal, the seal may be an internal seal installed at the back of the box from the thread of the joint, an external seal installed at the tip of the box, an intermediate seal installed at the screw, or a combination of these seals. Can be roughly divided into Further, the sealing mode includes a method of forming a metal touch seal by fitting the seal forming surface of the pin portion and the box portion, and a method of inserting a packing material made of a soft material such as a Teflon ring between the pin member and the box member. There are a method of forming a shoulder having a sealing function by imparting high airtightness to the torque shoulder portion, and a method of combining some of them. Also, as a special method, there is a method of forming a so-called screw seal by making the screw itself have an airtight performance by making the gap of the screw portion extremely small and filling the gap with grease or a compound. In each of the embodiments, in order to improve the airtight performance, a seal forming surface, a shoulder forming surface, a screw forming surface, or the like is coated with an alloy or soft metal or coated with a synthetic resin, and a surface treatment is performed with zinc phosphate, manganese phosphate, or the like. In addition, there is a technique in which a residual stress is applied to increase the sealing surface pressure of the metal touch seal portion.
【0013】下記の(a)〜(d)にこれらシール態様の代表
例およびその問題点を説明する。
The following (a) to (d) show typical examples of these sealing modes and their problems.
【0014】(a) 図1に示すように、ボックス部の雌ね
じよりも奥に設置される内部シールは一般用途の油井管
用ねじ継手において最も多いシール形態であり、気密性
能や取り扱い性を向上させるために多くのシール部形状
およびトルクショルダ部形状が考案されている。
(A) As shown in FIG. 1, the inner seal installed deeper than the female screw in the box portion is the most common type of seal for a threaded joint for oil country tubular goods for general use, and improves airtightness and handleability. For this purpose, many seal shapes and torque shoulder shapes have been devised.
【0015】図2は、ピン部のシール形成面13を、大
きな曲率半径をもつ曲線弧を管軸に関して回転させてで
きる回転面とし、ボックス部のシール形成面23はテー
パ状の直線を回転させた円錐面とし、シール形成部の密
封箇所の形態を面接触でなく線接触とすることにより、
密封面圧を高め確実な密封性能が得られるようにしたカ
ップリング方式のねじ継手(特公平2−31271号公
報)を表す断面図である。すなわち、図2に示すよう
に、ピン側のシール形成面との接触が“断面”上で点と
なり、そこに応力を集中させ密封面圧を高くしたもので
ある。実際には、締結した状態では弾性変形などのた
め、その程度は小さいものの接触は幅をもったものにな
る。
FIG. 2 shows the seal forming surface 13 of the pin portion as a rotating surface formed by rotating a curved arc having a large radius of curvature with respect to the tube axis, and the seal forming surface 23 of the box portion rotates a tapered straight line. By making the shape of the sealed part of the seal forming part a line contact instead of a face contact,
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a coupling type screw joint (Japanese Patent Publication No. 2-31271) in which a sealing surface pressure is increased to ensure reliable sealing performance. That is, as shown in FIG. 2, the contact with the seal forming surface on the pin side becomes a point on the "cross-section", and stress is concentrated there to increase the sealing surface pressure. Actually, in the fastened state, due to elastic deformation or the like, the contact is wide although the degree is small.
【0016】図3は、ピン側トルクショルダ形成面とボ
ックス側のトルクショルダ形成面の“断面”上における
曲線弧を、それぞれ異なる曲率R1 およびR2 を持つ凸
曲線および凹曲線とし、ピン側トルクショルダ形成面の
曲率半径R1 をボックス側トルクショルダ形成面の曲率
半径R2 より小さくとり、かつR1 の曲率半径中心をR
2 のそれより管内側(管軸寄り)とした継手(特公昭5
2−11765号公報)を表す断面図である。トルクシ
ョルダ形成面をこのような形状にすると、同図において
ピン側リップ部15の管軸中心方向へのたわみは軽減さ
れる。さらに製作誤差によるシール部の周方向に不均一
な接触圧は自動的に均一な接触圧に再配分され、トルク
ショルダ部14、24とシール部13、23の2カ所で
良好な密封状態が得られるようになる。
FIG. 3 shows that the curved arcs on the “cross-section” of the pin-side torque shoulder forming surface and the box-side torque shoulder forming surface are convex and concave curves having different curvatures R 1 and R 2 , respectively. taken smaller than the radius of curvature R 2 of the box side torque shoulder forming face curvature radius R 1 of the torque shoulder forming face, and a radius of curvature center of the R 1 R
Fitting with pipe inside (closer to pipe axis) than that of 2
FIG. When the torque shoulder forming surface is formed in such a shape, the bending of the pin side lip portion 15 in the direction of the center of the tube axis is reduced in FIG. Furthermore, uneven contact pressure in the circumferential direction of the seal portion due to manufacturing error is automatically redistributed to uniform contact pressure, and a good sealing state is obtained at the two locations of the torque shoulder portions 14 and 24 and the seal portions 13 and 23. Will be able to
【0017】さらに、メタルタッチシールの近傍に、テ
フロンリングなどのパッキン材を挿入し、高圧流体に対
してはメタルタッチシールによる密封部で、低圧流体に
対してはパッキン材による密封部で気密性能を負担しよ
うとする形態のものもある(特公昭52−11768号
公報、特公昭52−11769号公報、特公昭52−3
8249号公報、特公平4−9956号公報など)。
Further, a packing material such as a Teflon ring is inserted in the vicinity of the metal touch seal, and a high-pressure fluid is sealed by a metal touch seal, and a low-pressure fluid is sealed by a packing material. (Japanese Patent Publication No. 52-11768, Japanese Patent Publication No. 52-11969, Japanese Patent Publication No. 52-3)
No. 8249, Japanese Patent Publication No. 4-9956, etc.).
【0018】これら内部シールの継手は、いずれも、1)
シール部の形状が複雑であり加工が困難であるか、ある
いは製造のコストがかかりすぎるため実用的でない。2)
外圧に対する気密性能について全く考慮されていない
か、あるいは考慮していても設計の段階では、実際にど
れ程の耐外圧性能を有するのか予測がつかない、といっ
た共通の問題点がある。
Each of these internal seal joints has the following characteristics:
It is not practical because the shape of the seal portion is complicated and processing is difficult, or the production cost is too high. 2)
There is a common problem that the hermetic performance against external pressure is not taken into consideration at all, or even if it is taken into consideration, it is not possible to predict how much external pressure resistance it actually has at the design stage.
【0019】(b) 図4は、ねじ部の中ほどに、トルクシ
ョルダ部14、24と、2カ所のメタルタッチシール部
13、23および17、27を設けた中間シールによる
カップリング方式の継手(特公平4−8678号公報)
を表す断面図である。ねじ部でのシールを改良しようと
する発明は、同図に示す継手の他に、内面のメタルタッ
チシールとねじ部内のメタルタッチシールを組み合わせ
たものがある(特公平4−29915号公報)。
(B) FIG. 4 shows a coupling joint of an intermediate seal provided with torque shoulder portions 14 and 24 and two metal touch seal portions 13, 23 and 17 and 27 in the middle of the screw portion. (Japanese Patent Publication No. 4-8678)
FIG. An invention for improving the seal at the threaded portion includes a combination of a metal touch seal at the inner surface and a metal touch seal at the threaded portion in addition to the joint shown in the same figure (Japanese Patent Publication No. 4-29915).
【0020】図5は、内部シール13、23と併設して
ボックス側雌ねじ中ほどに環状の溝30を設け、テフロ
ンリングなどのパッキン材31を挿入した継手(特開昭
55−119281号公報、特公昭57−32273号
公報)を表す断面図である。この他に内部シールと併設
するシールを設けた継手として、完全ねじ部中央付近の
1山ないし2山に金属メッキあるいは表面処理を施し
て、このねじ山部分に密封能力を持たせた継手(特開昭
63−130986号公報)がある。
FIG. 5 shows a joint in which an annular groove 30 is provided in the middle of the female screw on the box side along with the internal seals 13 and 23, and a packing material 31 such as a Teflon ring is inserted (Japanese Patent Laid-Open No. 55-119281, It is a sectional view showing Japanese Patent Publication No. 57-32273). In addition, as a joint provided with a seal that is provided with the internal seal, one or two ridges near the center of the complete thread portion are subjected to metal plating or surface treatment, and the thread portion is provided with sealing ability (special feature). JP-A-63-130986).
【0021】これら中間シールの継手のうち、特公平4
−8678号公報(図4)および特公平4−29915
号公報に提示する継手は、上記内面シールと同様の問題
点がある。すなわち、1段目と2段目のねじピッチを精
密に合わせないといけないなど高い加工精度が要求され
るため、加工時間の長時間化、歩留まりの悪化を招き製
造コストの増大を招く。また、外圧に対してどれ程の気
密性能を有するかは実体試験を行うまで不明である。ま
た特開昭55−119281号公報や特公昭57−32
273号公報に示す継手(図5)は、ボックス側雌ねじ
部中ほどの環状溝に挿入したテフロンリングなどによる
密封面が、通常の低圧流体に対し密封効果を発揮する
が、高圧流体に対してはあまり密封効果は期待できない
という問題をもつ。特開昭63−130986号公報の
ようなねじ部中ほどの1山ないし2山を金属メッキある
いは表面処理する方法は、上記の問題点に加え、幾度か
継手の締め付けとゆるめを繰り返す間に被覆材が摩耗し
たり、欠落したりするために気密性能が低下し、数十回
の使用に耐えられないという欠点がある。
Of these intermediate seal couplings,
-8678 (FIG. 4) and Japanese Patent Publication No. Hei 4-29915.
The joint presented in the above publication has the same problem as the inner surface seal. That is, since high processing accuracy is required such that the thread pitches of the first and second stages must be precisely adjusted, the processing time is prolonged, the yield is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. Further, it is not known how much airtightness it has against external pressure until a substantive test is performed. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-119281 and Japanese Patent Publication No. 57-32
In the joint shown in FIG. 273 (FIG. 5), a sealing surface such as a Teflon ring inserted into an annular groove in the middle of the female screw portion on the box side exerts a sealing effect with respect to a normal low-pressure fluid. Has a problem that the sealing effect cannot be expected so much. The method of plating or surface-treating one or two ridges in the middle of the threaded portion as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 63-130986, in addition to the above-mentioned problems, involves coating the joint while repeating the tightening and loosening of the joint several times. There is a disadvantage that the airtightness is reduced due to wear or chipping of the material, and the material cannot withstand several tens of uses.
【0022】(c) 図6は、内部シール13、23と併設
してピン側外面の雄ねじ部の付け根部にトルクショルダ
用肩部14を設け、ボックス部先端に設けたトルクショ
ルダ用平坦面24をそれに突き合わせることにより形成
される外面トルクショルダ部にトルク制御能力に加えて
密封能力をも付与した継手(実公平1−12051号公
報)を表す断面図である。
(C) FIG. 6 shows a torque shoulder shoulder 14 provided at the base of the external thread on the pin side outer surface in parallel with the inner seals 13 and 23, and a torque shoulder flat surface 24 provided at the tip of the box portion. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a joint (Japanese Utility Model Publication No. 1-12051) in which an outer surface torque shoulder portion formed by abutting the outer surface with a sealing capability in addition to a torque controlling capability.
【0023】この外部シールでは、管軸方向に垂直な面
からなるトルクショルダ面に気密性能が付与されている
が、上記(b) の問題点と同様、外圧に対しどれほどの気
密性能があるのか疑わしい。
In this external seal, airtightness is imparted to the torque shoulder surface formed of a surface perpendicular to the tube axis direction. As with the problem (b), how much airtightness is provided against external pressure? I doubt it.
【0024】(d) ねじ部に気密性能を付与したねじシー
ルの例としては、ねじ全面にスズなどの軟金属メッキを
施したもの、あるいは特公平3−75796号公報のよ
うにボックス側雌ねじ部およびシール形成部全面に合成
材料ライニングを貼り付けたものがある。
(D) Examples of the screw seal having a screw portion provided with airtightness include a screw having a soft metal plating such as tin on the entire surface, or a box side female screw portion as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-75796. In addition, there is one in which a synthetic material lining is attached to the entire surface of the seal forming portion.
【0025】この継手では、ボックス側雌ねじ部および
シール形成部に合成材料ライニングを均一に貼り付ける
技術が難しく、加工時間の長時間化、歩留まりの悪化を
招き製造コストの増大を招く。また現場での繰り返し使
用中にライニング材が損傷および欠落し気密性能が低下
してしまう可能性がある。
In this joint, it is difficult to uniformly apply a synthetic material lining to the box-side female screw portion and the seal forming portion, and the processing time is prolonged, the yield is deteriorated, and the manufacturing cost is increased. In addition, the lining material may be damaged or missing during repeated use on site, and the airtightness may be reduced.
【0026】[0026]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、油井
管用ねじ継手に要求される基本的な性能を全て備えるこ
とに加えて、さらに耐外圧性に優れた油井管用ねじ継手
を提供することにある。具体的には、API Bulletin 5C3
で規定される管本体の崩壊外圧Ppの1.2 倍以上の外
圧が作用しても漏れが発生しない耐外圧性を有する油井
管用ねじ継手の提供にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a threaded joint for oil country tubular goods which has all the basic performances required for a threaded type joint for oil country tubular goods, and which is more excellent in external pressure resistance. It is in. Specifically, API Bulletin 5C3
An object of the present invention is to provide a threaded joint for an oil country tubular good having an external pressure resistance which does not cause leakage even when an external pressure of 1.2 times or more of the collapse external pressure Pp of the pipe main body specified in the above.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を解決するため、内部シールを有する油井管用ねじ
継手について、ピン部とボックス部を締結した状態で内
圧が作用した時と外圧が作用した時のメタルシール形成
部およびトルクショルダ形成部の挙動の違いについて詳
細な検討を行い、下記の事項を確認した。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have developed a screw joint for an oil country tubular good having an internal seal when an internal pressure is applied with a pin portion and a box portion fastened and when an external pressure is applied. A detailed study was conducted on the difference between the behavior of the metal seal forming part and the behavior of the torque shoulder forming part when the gas acted, and the following items were confirmed.
【0028】1) 図7は、継手の内面に内圧Pi40が
負荷された場合、ピン側シール形成面13がボックス側
シール形成面23に押しつけられる様子を表す断面図で
ある。すなわち、内圧Pi が増加するにしたがい、シー
ル部の密封面圧も増加するため、シール形成部の気密性
能がより向上する。
1) FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the pin-side seal forming surface 13 is pressed against the box-side seal forming surface 23 when the internal pressure Pi40 is applied to the inner surface of the joint. That is, as the internal pressure Pi increases, the sealing surface pressure of the seal portion also increases, so that the airtightness of the seal forming portion is further improved.
【0029】図8は、これに対し、ねじ部のすき間を通
ってシール部密封面の直前まで浸透してきた外圧Pe 4
2によって、気密性能が低下する様子を表す断面図であ
る。同図にみられるように、外圧Peによりシール形成
部とねじの切れ上がり部の間にある空間32を膨らます
向きに力が加わり、特に内外圧力差のために、ピン部側
リップ部15の有効径を縮径させる向きの力Fe 43が
大きくなる。この力Fe は、ピン側シール形成面13と
ボックス側シール形成面23とを引き離す方向に作用す
るため、外圧Pe が増加すればするほどシール部の密封
面圧は小さくなる。ここで、Pe 42は正味の作用外圧
(kgf/mm2 )であり、Fe 43は内外圧力差によ
って発生する力(kgf)をさす。
FIG. 8 shows an external pressure Pe 4 that has penetrated to the area just before the sealing surface of the seal portion through the gap of the screw portion.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the hermetic performance is reduced by No. 2. As shown in the figure, a force is applied in a direction to expand the space 32 between the seal forming portion and the cut portion of the screw by the external pressure Pe. The force Fe 43 in the direction of reducing the diameter increases. Since this force Fe acts in a direction to separate the pin-side seal forming surface 13 and the box-side seal forming surface 23, as the external pressure Pe increases, the sealing surface pressure of the seal portion decreases. Here, Pe 42 is a net working external pressure (kgf / mm 2 ), and Fe 43 is a force (kgf) generated by an internal / external pressure difference.
【0030】しかしながら、シール形成部を特殊な形状
にしたり、密封部分を増やすことはいたずらに加工の手
間やコストを増大させ、また取り扱い性の低下にもつな
がるため、実用的でない。そこで本発明は、製造コスト
および取り扱い性の面で有利な、円錐面状のシール形成
部およびトルクショルダ形成部からなる内部シールの形
状、すなわち図1に示す形状を対象にした。このような
継手に外圧が作用したときのシール形成部近傍の力学的
挙動について詳しい調査を行った結果、つぎのことが確
認できた。
However, it is not practical to form the seal forming portion in a special shape or to increase the number of sealed portions, since this unnecessarily increases the processing labor and cost, and also reduces the handleability. Therefore, the present invention is directed to the shape of the internal seal including the conical seal forming portion and the torque shoulder forming portion, that is, the shape shown in FIG. 1, which is advantageous in terms of manufacturing cost and handleability. As a result of a detailed investigation on the mechanical behavior near the seal forming portion when an external pressure acts on such a joint, the following was confirmed.
【0031】2) 図9は、継手締結時のシール部および
トルクショルダ部の接触面圧分布を表す断面図である。
同図において、ピン側シール形成面の有効径をボックス
側シール形成面の有効径より大きくしているために、ピ
ン先端のリップ部で縮径方向に曲げ変形が生じる。この
とき、リップ部の自由端よりも付け根側のほうが曲げ剛
性が高いために、シール形成面における接触圧分布は、
自由端側よりも付け根側のほうが大きくなる接触圧分布
45(図9)のようになる。
2) FIG. 9 is a sectional view showing the contact surface pressure distribution of the seal portion and the torque shoulder portion when the joint is fastened.
In the figure, since the effective diameter of the pin-side seal forming surface is made larger than the effective diameter of the box-side seal forming surface, bending deformation occurs in the lip portion at the tip of the pin in the diameter reducing direction. At this time, since the bending rigidity is higher at the root side than at the free end of the lip portion, the contact pressure distribution on the seal forming surface is:
The contact pressure distribution 45 (FIG. 9) becomes larger on the base side than on the free end side.
【0032】トルクショルダ部についても、ピン先端リ
ップ部の縮径方向の曲げ変形により、トルクショルダ形
成面のシール形成部側の接触しろの方が管内面側(管軸
側)のそれよりも大きくなるために、図9に示すような
接触圧分布45となる。
In the torque shoulder portion as well, due to the bending deformation in the radial direction of the pin tip lip portion, the contact margin on the seal forming portion side of the torque shoulder forming surface is larger than that on the tube inner surface side (tube axis side). Therefore, a contact pressure distribution 45 as shown in FIG. 9 is obtained.
【0033】図10は、この締結された状態に外圧を作
用させたときのシール部およびトルクショルダ部の接触
面圧分布を表す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the contact surface pressure distribution of the seal portion and the torque shoulder portion when an external pressure is applied to this fastened state.
【0034】また、図11は、ねじ部に近いピンの平行
部(以後、「ねじ無し平行部」という)に、外圧に起因
する力Fe43 が作用することによってこの部分が縮径
方向にたわむ様子を表す断面図である。同図に示すよう
に、外圧に起因する力Fe によりシール形成部の付け根
側の嵌合しろは小さくなる。それに比べて、トルクショ
ルダ形成面の管内面側端28(▲印の部位)がちょうど
支点のような働きをするため、リップ部の最先端部は逆
に拡径方向に反るように変形し、シール形成面の先端側
の嵌合しろは大きくなる。またトルクショルダ部につい
ても、管内面側端28がピン側リップ部のたわみ変形の
支点反力によって接触圧が高くなり、反対にシール形成
部側はリップ最先端部の拡径方向に反るような変形によ
って接触しろが小さくなるため接触圧が低くなる。
FIG. 11 shows a state in which a force Fe43 caused by an external pressure acts on a parallel portion of the pin close to the screw portion (hereinafter referred to as a "threadless parallel portion"), and this portion bends in the diameter-reducing direction. FIG. As shown in the figure, the fitting margin on the base side of the seal forming portion is reduced by the force Fe caused by the external pressure. On the other hand, since the inner end 28 (marked by ▲) of the torque shoulder forming surface acts just like a fulcrum, the tip of the lip portion is deformed so as to bend in the radially expanding direction. Therefore, the fitting margin on the tip end side of the seal forming surface becomes large. As for the torque shoulder part, the contact pressure of the inner end 28 on the inner surface of the pipe is increased by the fulcrum reaction force of the bending deformation of the pin-side lip part, and the seal forming part side is warped in the radially expanding direction of the lip tip part. The contact pressure is reduced because the contact margin is reduced due to the excessive deformation.
【0035】上記2)の詳細な検討より、外圧に対する気
密性能、すなわち外圧負荷時のシール部の接触面圧分布
には、つぎに示すの5つの形状因子が主に影響すること
を確認できた。
From the detailed examination of the above 2), it was confirmed that the following five form factors mainly affect the airtight performance against external pressure, that is, the contact surface pressure distribution of the seal portion under the external pressure load. .
【0036】トルクショルダ形成面の支点の役割の効
果を左右する“ショルダ角θ(゜)”、 ピン先端のねじ無し平行部のたわみ量を左右する“リ
ップ厚比R”および“リップ長さL(mm)”、 シール形成部の形状そのものを決定する“シール長さ
S(mm)”および“シールテーパT” 図12は、上記の5つの形状因子を“断面”上で表した
図面である。ただし、ここで、“リップ厚比R”は、
(ピン側リップ部肉厚)/(リップ部外径)と(管本体
肉厚)/(管本体外径)との比を指し、管本体サイズを
加味した因子である。
The "shoulder angle θ (゜)" which determines the effect of the role of the fulcrum of the torque shoulder forming surface, the "lip thickness ratio R" and the "lip length L" which determine the amount of deflection of the threadless parallel portion at the tip of the pin. (Mm) "," seal length S (mm) "and" seal taper T "that determine the shape of the seal forming portion itself. FIG. 12 is a drawing showing the above five form factors on a" cross section ". . Here, the “lip thickness ratio R” is
It refers to the ratio of (pin side lip portion thickness) / (lip portion outer diameter) to (tube body wall thickness) / (tube body outer diameter), and is a factor in consideration of the tube body size.
【0037】本発明は、これら5つのシール形状因子の
とりうる値の範囲および漏れ発生外圧との関係を調査
し、両者の関係を決定することにより完成されたもので
あり、下記の油井管用ねじ継手を要旨とする(図1
(a)、(b)および図12参照)。
The present invention has been completed by investigating the relationship between the range of possible values of these five seal form factors and the external pressure at which leakage occurs, and determining the relationship between the two. The joint is the gist (Fig. 1
(See (a) and (b) and FIG. 12).
【0038】『ピンとボックスを螺合させ、ピン先端の
ねじ部の先の外周面に設けたシール形成面と、ボックス
のねじ部より奥の内周面に設けたシール形成面とを嵌合
させることによりシール部を形成し、同時にピン最先端
に設けたトルクショルダ形成面と、ボックス最奥の肩部
に設けたトルクショルダ形成面とを突き合わせることに
よりトルクショルダ部を形成するねじ継手であって、ピ
ン先端部とそれに相対するボックス奥部の形状の範囲を
決定する下記の条件(イ)、(ロ)、(ハ)および
(ニ)をすべて満足することを特徴とする、耐外圧性に
優れた油井管用ねじ継手。』 (イ) ピン先端外周面のシール形成面またはボックス
奥内周面のシール形成面は、管軸またはカップリング軸
を回転軸とし、それぞれ、ピン先端ほどまたはボックス
の奥ほど軸に近づく円錐面である。
[The pin and the box are screwed together, and the seal forming surface provided on the outer peripheral surface of the tip of the threaded portion of the pin and the seal forming surface provided on the inner peripheral surface behind the threaded portion of the box are fitted. A threaded joint that forms a seal portion by forming a torque shoulder portion at the same time by abutting a torque shoulder forming surface provided at the foremost pin of the pin with a torque shoulder forming surface provided at the shoulder at the innermost portion of the box. Characterized by satisfying all of the following conditions (a), (b), (c), and (d) that determine the range of the shape of the pin tip and the back of the box opposite thereto: Excellent threaded joint for oil country tubular goods. (A) The seal-forming surface on the outer peripheral surface of the pin tip or the seal-forming surface on the inner peripheral surface of the box uses the pipe axis or the coupling axis as the rotation axis. It is.
【0039】(ロ) ピン先端のシール形成面の基準位
置における有効径はボックス奥のシール形成面の基準位
置における有効径より大きい。
(B) The effective diameter of the seal forming surface at the pin tip at the reference position is larger than the effective diameter of the seal forming surface at the back of the box at the reference position.
【0040】(ハ) ピン先端および相対するボックス
奥の形状を決定する5つの因子、ショルダ角:θ
(゜)、リップ厚比:R、リップ長さ:L(mm)、シー
ル長さ:S(mm)およびシールテーパ:Tが、それぞ
れ、下記の範囲にある。
(C) Five factors that determine the shape of the pin tip and the back of the box facing each other, shoulder angle: θ
(゜), lip thickness ratio: R, lip length: L (mm), seal length: S (mm), and seal taper: T are in the following ranges, respectively.
【0041】0°≦θ(゜)≦20°、0.25≦R≦
0.75 6mm≦L(mm)≦30mm、 3mm≦S(mm)≦10mm、1/16≦T≦1 (ニ) ショルダ角:θ(゜)、リップ厚比:R、リッ
プ長さ:L(mm)、シール長さ:S(mm)およびシール
テーパ:T の1次多項式である関数fが、 f > 1.2 を満足する。 ただし、 上記の本発明は、ピン部の先端の形状を決める5つの因
子のそれぞれの範囲(条件(ハ))およびそれらに加え
て5つの因子の一次多項式fが決める1つの範囲(条件
(ニ))のみを指定すれば、API Bulletin 5C3 で規定
される管の崩壊外圧の1.2 倍の外圧が作用しても漏れ
の発生しないメタルシールを有するねじ継手が得られる
ことを意味する。これら5つの因子は当該ピン先端部に
対応するボックスの奥の形状をも決定するのは明らかで
ある。
0 ° ≦ θ (゜) ≦ 20 °, 0.25 ≦ R ≦
0.76 mm ≤ L (mm) ≤ 30 mm, 3 mm ≤ S (mm) ≤ 10 mm, 1/16 ≤ T ≤ 1 (d) Shoulder angle: θ (゜), lip thickness ratio: R, lip length: L (Mm), the seal length: S (mm) and the seal taper: T. The function f, which is a first-order polynomial, satisfies f> 1.2. However, According to the present invention described above, each range (condition (c)) of the five factors that determine the shape of the tip of the pin portion and one range (condition (d)) that is determined by the first-order polynomial f of the five factors in addition to them. Specifying only means that a threaded joint having a metal seal that does not leak even when an external pressure of 1.2 times the external collapse pressure of the pipe specified in API Bulletin 5C3 is applied is obtained. Clearly, these five factors also determine the shape of the back of the box corresponding to the pin tip.
【0042】また、管本体と継手の降伏強さおよびサイ
ズを指定する必要がないのは、つぎの理由による。すな
わち、管の降伏強さおよびサイズは、API Bulletin 5C3
による“管の崩壊外圧”の計算に使用されており、継
手の耐外圧性が、「“管の崩壊外圧の1.2 倍の外圧”
に耐えうる」と表現すれば、すでにおもてに現れない形
で使用されている。言い換えれば、後記するように外圧
を管の崩壊外圧で規格化したために、実験結果の整理、
すなわち関数fに継手の降伏強さおよびサイズの項が必
要ないのである。
The reason why it is not necessary to specify the yield strength and size of the pipe body and the joint is as follows. That is, the yield strength and size of the pipe are determined by API Bulletin 5C3
It is used in the calculation of “external pressure of pipe collapse” according to the above, and the external pressure resistance of the joint is “external pressure of 1.2 times the external pressure of pipe collapse”.
It is already used in a form that does not appear on the front. In other words, as described later, the external pressure was normalized by the collapse pressure of the pipe,
That is, the function f does not require the terms of the yield strength and size of the joint.
【0043】本発明における条件(イ)、(ロ)、
(ハ)および(ニ)を満たした結果、5つの形状因子は
一義的に決まるわけではなく、5つの因子ともにそれぞ
れ条件(ハ)の範囲を条件(ニ)によって狭められる
が、なおそれぞれの因子は範囲をもつ。その狭められた
範囲のなかにある限り、API Bulletin 5C3 に規定する
崩壊外圧Pp の1.2 倍の外圧に耐えることができる。
その狭められた範囲内で、加工のしやすさなども考慮し
た上で最終的な形状を決定することができる。
In the present invention, the conditions (a), (b),
As a result of satisfying (c) and (d), the five form factors are not uniquely determined. For each of the five factors, the range of the condition (c) is narrowed by the condition (d). Has a range. As long as it is within the narrowed range, it can withstand an external pressure of 1.2 times the collapse external pressure Pp specified in API Bulletin 5C3.
Within the narrowed range, the final shape can be determined in consideration of ease of processing and the like.
【0044】[0044]
【発明の実施の形態】つぎに本発明に関わる構成要件の
限定理由について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the reasons for limiting the constituent elements related to the present invention will be described.
【0045】1.ピン先端の大略の形状(条件(イ)お
よび(ロ)) ピン部あるいはボックス部のシール形成面は、ともに管
軸あるいはカップリング軸のまわりに回転してできる円
錐面とする。円錐面とするのはシール部の全周にわたっ
て完全なメタルタッチシールを得るためである。それぞ
れピン先端ほど、あるいはボックスの奥ほど軸に近づく
テーパ状になっているのは、ピン先端のシール形成用ね
じ無し面をボックス側シール形成用ねじ無し面に挿入し
やすくし、上記したシール部およびトルクショルダ部を
形成しやすくするためである。
1. Approximate Shape of Pin Tip (Conditions (a) and (b)) The seal forming surface of the pin portion or the box portion is a conical surface formed by rotating around a pipe axis or a coupling axis. The conical surface is used to obtain a complete metal touch seal over the entire circumference of the seal portion. The tapered shape approaching the axis toward the end of the pin or the depth of the box facilitates the insertion of the threadless surface for forming the seal at the tip of the pin into the surface without the thread for forming the box-side seal. This is to facilitate the formation of the torque shoulder portion.
【0046】また、シール形成用ねじ無し面の基準位置
において、締結しない状態で、ピン側の有効径をボック
ス側のそれより大きくするのは、締結した状態において
材料(鋼材)の弾性変形を利用してメタルタッチシール
部の面圧を発生させ、密封能力をもたせるためである。
The reason why the effective diameter on the pin side is made larger than that on the box side in the non-fastened state at the reference position of the surface without the screw for forming the seal is to utilize the elastic deformation of the material (steel material) in the fastened state. As a result, the surface pressure of the metal touch seal portion is generated, and the sealing capability is provided.
【0047】2.5つの形状因子 はじめに、本発明を構成する5つの形状因子がとりうる
値の範囲(条件(ハ))の限定理由について述べる。
2.5 Shape Factors First, reasons for limiting the range of values (condition (c)) that the five shape factors that can constitute the present invention can take will be described.
【0048】ショルダ角:θ(゜) まず、ショルダ角θのとりうる値の範囲を0°以上20
°以下とするのは、次の理由による。すなわち、上限を
20°とするのは、ショルダ角が20゜を超えると、と
くにボックス側トルクショルダ部の最奥肩部で過度の塑
性変形が生じ、トルクの制御機能が損なわれて使用でき
なくなるからである。下限を0°とするのは、ショルダ
角が0°未満(すなわち、管軸に垂直な断面を挟んで反
対側への角度=a>0)になると、トルクショルダ面の
反力Ft の半径方向成分F ・cosaが、ピン側シ
ール形成面13をボックス側シール形成面23から引き
離す方向に作用するためにシール部の密封面圧が低下
し、その結果十分な気密性能が得られなくなるからであ
る。
Shoulder angle: θ (゜) First, the range of possible values of the shoulder angle θ is 0 ° to 20 °.
° or less for the following reason. That is, when the upper limit is set to 20 °, when the shoulder angle exceeds 20 °, excessive plastic deformation occurs particularly at the innermost shoulder portion of the box-side torque shoulder portion, and the torque control function is impaired and cannot be used. Because. The lower limit is set to 0 ° when the shoulder angle is less than 0 ° (that is, when the angle on the opposite side across the cross section perpendicular to the tube axis = a> 0), the radius of the reaction force F t of the torque shoulder surface is set. direction component F t · cosa is, the sealing surface pressure of the seal portion in order to act in a direction to separate the pin side seal forming face 13 of the box side seal forming face 23 is decreased, because the results sufficient airtightness can not be obtained It is.
【0049】図13は、このようなショルダ角が0゜未
満の場合のシール部の密閉面圧が低下する様子を表す断
面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing how the sealing surface pressure of the seal portion decreases when the shoulder angle is less than 0 °.
【0050】リップ厚比:R リップ厚比Rを0.25以上0.75以下とするのは、
つぎの理由による。すなわち、上限を0.75とするの
は、実用上、0.75以上のリップ厚比を考慮する必要
がないためである。すなわち、通常は管端をそのままの
肉厚でねじ切り加工を施しピン部を製造するが、テーパ
ねじを用いているため、リップ厚の物理的な上限はねじ
長さ、ねじテーパ、ねじ高さが定まればおのずと決定さ
れる。実用に供される油井管ねじ継手の場合、およその
ところ、ねじ長さは肉厚の3倍以上、ねじテーパは1/
20以上、ねじ高さは約1mm以上で設計されている。
この結果、ねじ切り加工の余裕しろやピン先端の内削分
も含めると、リップ厚比の物理的な上限は0.75程度
となる。
Lip thickness ratio: R The lip thickness ratio R is set to 0.25 or more and 0.75 or less.
For the following reasons. That is, the upper limit is set to 0.75 because it is not necessary to consider a lip thickness ratio of 0.75 or more in practical use. In other words, usually, the pipe end is threaded with the wall thickness as it is to produce the pin portion.However, since the taper screw is used, the physical upper limit of the lip thickness is the screw length, screw taper, and screw height. Once decided, it will be decided naturally. In the case of oil country tubular goods threaded joints used for practical use, the thread length is approximately three times or more the wall thickness, and the thread taper is 1 /
20 or more, and the screw height is designed to be about 1 mm or more.
As a result, the physical upper limit of the lip thickness ratio is about 0.75, including the margin for threading and the internal cutting of the pin tip.
【0051】一方、下限を0.25とするのは、ピン先
端リップ部の厚みがこれよりも薄いと、リップ部の剛性
が小さくなりすぎ、わずかな締め過ぎに対してもピン先
端リップ部に過度の塑性変形が生じ気密性能が低下する
という、いわゆるオーバートルク性能が悪化するからで
ある。
On the other hand, the lower limit is set to 0.25 because if the thickness of the lip portion at the pin tip is smaller than this, the rigidity of the lip portion becomes too small. This is because so-called overtorque performance is deteriorated in that excessive plastic deformation is caused and airtight performance is deteriorated.
【0052】リップ長さ:L(mm) リップ長さLのとりうる値の範囲を6mm以上30mm以下
とするのは、次の理由による。すなわち、図12におい
て、〔シール形成部端からねじの切れ上がりまでの間〕
である〔ねじ無し平行部〕に接して形成されるピン部お
よびボックス部のすき間(空間)のことを〔ねじランア
ウトグルーブ〕と呼ぶが、リップ長さは、(リップ長
さ)=(シール長さ)+〔ねじランアウトグルーブ=ね
じ無し平行部〕で表される。このねじランアウトグルー
ブは、ボックス側のねじ切り加工時の、チェザーと呼ば
れるねじ切り工具の切削屑の逃げ場の役目を果たしてい
る。したがってリップ長さの下限を6mmとするのは、最
低限必要な大きさのねじランアウトグルーブを確保する
ためである。反対に上限を30mmとするのは、ねじラン
アウトグルーブ長さをいたずらに長くしても継手の気密
性能、耐引張性能、耐圧縮性能はほとんど向上せず、逆
に材料コストが増加するだけだからである。
Lip length: L (mm) The reason why the range of the lip length L can be set to 6 mm or more and 30 mm or less is as follows. In other words, in FIG. 12, [from the end of the seal forming portion to the end of the screw]
The gap (space) between the pin portion and the box portion formed in contact with the [threadless parallel portion] is called [screw runout groove], and the lip length is (lip length) = (seal length). ) + [Screw run-out groove = parallel part without screw]. The thread run-out groove serves as an escape area for cutting chips of a thread cutting tool called a chaser at the time of thread cutting on the box side. Therefore, the reason why the lower limit of the lip length is set to 6 mm is to secure a screw runout groove of a minimum required size. On the other hand, the upper limit is set to 30 mm because even if the screw runout groove length is unnecessarily increased, the airtightness, tensile resistance and compression resistance of the joint are hardly improved, and conversely the material cost is increased. is there.
【0053】シール長さ:S(mm) シール長さSのとりうる値の範囲を3mm以上10mm以下
とするのは、次の理由による。すなわちシール長さの上
限を10mmとするのは、シール長さが長いとシール形成
部の接触面積が大きくなるとともに接触面圧が小さくな
り、気密性能が低下してしまうからである。またもし気
密性能を確保できるだけの接触面圧を得るためにシール
形成部の嵌合しろを大きくすると、今度はシール形成面
で焼き付きが発生してしまうからである。さらに、シー
ル形成面は通常気密性能を高めるために、他の部位より
も表面粗さが小さくなるように精密切削加工を行い、リ
ン酸亜鉛やリン酸マンガンなどを用いて表面処理が施さ
れているので、シール長さをいたずらに長くすることは
製品精度の低下や製造コストの増加を招き好ましくな
い。
Seal length: S (mm) The reason for setting the range of the seal length S to 3 mm or more and 10 mm or less is as follows. That is, the reason why the upper limit of the seal length is set to 10 mm is that if the seal length is long, the contact area of the seal forming portion is increased, the contact surface pressure is reduced, and the airtightness is reduced. Further, if the fitting margin of the seal forming portion is increased in order to obtain a contact surface pressure sufficient to secure the airtight performance, seizure occurs on the seal forming surface. In addition, the seal-forming surface is usually precision-cut so that the surface roughness is smaller than other parts, and surface treatment is performed using zinc phosphate, manganese phosphate, etc. Therefore, unnecessarily increasing the length of the seal is not preferable because it causes a reduction in product accuracy and an increase in manufacturing cost.
【0054】一方、シール長さの下限を3mmとするのは
つぎの理由による。すなわち、シール長さが短すぎる
と、シール形成面の接触形態が線接触に近い状態にな
り、接触圧が高くなりすぎてシール形成面の焼き付きあ
るいは過度の塑性変形が生じてしまうからである。
On the other hand, the reason for setting the lower limit of the seal length to 3 mm is as follows. That is, if the seal length is too short, the contact form of the seal forming surface becomes close to the line contact, and the contact pressure becomes too high, causing seizure or excessive plastic deformation of the seal forming surface.
【0055】シールテーパ:T 最後にシールテーパTのとりうる値の範囲を1/16以
上1以下とするのは、つぎの理由による。すなわちシー
ルテーパの上限を1とするのは、これより大きいと締結
された継手を含む管本体に軸方向に引張力が作用したと
きに、シール形成面の接触面圧の低下率が大きく、気密
性能が大幅に低下してしまうからである。一方、シール
テーパの下限を1/16とするのは、1/16より小さ
いとシール形成面が接触しながら回転する距離、すなわ
ち摺動距離が長くなり、シール形成面で焼き付きが生じ
る原因になるからである。
Seal Taper: T Finally, the range of the value of the seal taper T is set to 1/16 or more and 1 or less for the following reason. That is, when the upper limit of the seal taper is set to a value larger than this, when a tensile force acts on the pipe body including the fastened joint in the axial direction, the reduction rate of the contact surface pressure of the seal forming surface is large, and the airtightness is increased. This is because the performance is greatly reduced. On the other hand, the reason why the lower limit of the seal taper is set to 1/16 is that if the seal taper is smaller than 1/16, the distance that the seal forming surface rotates while contacting, that is, the sliding distance becomes longer, which causes seizure on the seal forming surface. Because.
【0056】上記の5つの形状因子は、いずれもピン部
に関して記述し、また図12においてピン部に関して表
示されているが、継手として機能するためにはそれに相
対するボックス部内面の形状も、当然ピン部に合わせた
形状としなければならないことはいうまでもない。
The above five form factors are all described with respect to the pin portion and are shown with respect to the pin portion in FIG. 12. However, in order to function as a joint, the shape of the inner surface of the box portion corresponding to the joint portion must be of course. Needless to say, the shape must be adapted to the pin portion.
【0057】3.関数f つぎに、本発明の不等式(ニ)のなかに示される関数f
を設定した理由について述べる。関数fは、図1に示す
内部シールの形状の範囲内で様々な形状のリップ部を有
するカップリング形式の油井管用ねじ継手を作製し、外
圧負荷の実体試験を行い、その結果を解析することによ
って決定された。
3. Function f Next, the function f shown in the inequality (d) of the present invention
The reason for setting is described. The function f is to produce a coupling type threaded joint for oil country tubular goods having lips of various shapes within the range of the shape of the internal seal shown in Fig. 1, perform a substantive test of external pressure load, and analyze the results Determined by
【0058】つぎに関数fを設定する根拠となった実体
試験について述べる。
Next, a description will be given of a substantive test which is the basis for setting the function f.
【0059】a.実体試験 上記供試材のピン先端および相対するカップリング内部
の形状につき、本発明の条件(ハ)に記載されている範
囲で各シール形状因子を変化させることにより、シール
形状の異なる継手を多数製作し、次の外圧負荷試験に供
した。
A. Substantive test A number of joints having different seal shapes were manufactured by changing each seal shape factor within the range described in the condition (c) of the present invention with respect to the shape of the pin tip of the test material and the inside of the coupling facing each other. And subjected to the following external pressure load test.
【0060】a-2.外圧負荷試験 ピン部のねじを設けていない管端に鋼板を溶接すること
によって密封し、カップリング部と締結した後、外圧を
負荷する。そして負荷外圧を徐々に高くし、漏れが発生
するか継手あるいは管本体が圧潰するまで試験を続行
し、最終圧力値を記録した。
A-2. External pressure load test A steel plate is welded to the pipe end where the screw of the pin portion is not provided, and the tube is sealed and fastened to the coupling portion, and then an external pressure is applied. Then, the load external pressure was gradually increased, and the test was continued until leakage occurred or the joint or the pipe body was crushed, and the final pressure value was recorded.
【0061】b.関数fの導出 上記の外圧負荷試験結果を整理することにより、各シー
ル形状因子は上記の範囲内において、それぞれが漏れ発
生外圧とほぼ比例関係にあることを確認した。それぞれ
の影響の仕方はつぎの通りであった。
B. Derivation of Function f By arranging the results of the above-mentioned external pressure load test, it was confirmed that each of the seal shape factors had a substantially proportional relationship with the leakage external pressure within the above range. The effects were as follows.
【0062】(A)ショルダ角θおよびリップ厚比Rは
大きいほど、漏れ発生外圧が高い。
(A) The greater the shoulder angle θ and the lip thickness ratio R, the higher the leakage external pressure.
【0063】(B)シール長さSは短いほど、シールテ
ーパTは小さいほど、漏れ発生外圧が高い。
(B) The shorter the seal length S and the smaller the seal taper T, the higher the external pressure at which leakage occurs.
【0064】(C)リップ長さLは、耐外圧性能に対す
る影響度が低い。
(C) The influence of the lip length L on the external pressure resistance is low.
【0065】これより、各シール形状因子と漏れ発生外
圧(〔API(米国石油協会)のBulletin 5C で規定され
ている崩壊外圧=Pp 〕によって規格化された外圧値)
の関係を一義的に決定するため、実験結果を最小2乗法
により下記の(ホ)式に示す1次の多項式の形に近似を
行い、その係数α0〜α5の値を決定した。 (ホ)・・・f(θ,R,L,S,T) =α0 + α1・θ + α2・R + α3・L + α4・S + α5・T ただし、上記したように、θはショルダ角、Rはリップ
厚比、Lはリップ長さ、Sはシール長さ、Tはシールテ
ーパ、を表す。
From this, each seal form factor and the external pressure at which leakage occurs (the external pressure value standardized by the collapse external pressure defined by Bulletin 5C of the API (American Petroleum Institute) = Pp)
In order to uniquely determine the relationship, the experimental results were approximated by the least squares method in the form of a first-order polynomial shown in the following equation (e), and the values of the coefficients α 0 to α 5 were determined. (E) ... f (θ, R, L, S, T) = α 0 + α 1 · θ + α 2 · R + α 3 · L + α 4 · S + α 5 · T Thus, θ represents the shoulder angle, R represents the lip thickness ratio, L represents the lip length, S represents the seal length, and T represents the seal taper.
【0066】具体的には、APIに規定される崩壊外圧
をPp 、漏れ発生外圧をPとして、f(θ,R,L,S,
T)=P/Pp とおいて、係数α0〜α5の値を求めた。
すなわち、API Bulletin 5C3 に規定する崩壊外圧が5k
g/mm2 のとき、漏れ発生外圧が7kg/mm2(実験値)とす
ると、規格化された外圧として1.4 (=7/5)を右
辺に代入する。他の実験値も同様に代入して、それらに
対して最小2乗法を適用して係数α0〜α5を求めた。そ
の結果は、つぎの通りである。
More specifically, f (θ, R, L, S,
T) = P / Pp, and the values of the coefficients α 0 to α 5 were determined.
In other words, the external collapse pressure specified in API Bulletin 5C3 is 5k
Assuming that the external pressure at which leakage occurs is 7 kg / mm 2 (experimental value) at g / mm 2 , 1.4 (= 7/5) is substituted into the right side as a standardized external pressure. Other experimental values were substituted in the same manner, and the coefficients α 0 to α 5 were obtained by applying the least square method to them. The result is as follows.
【0067】α0 = −3.26×10-1 α1 = +3.19×10-2(1/゜) α2 = +1.43 α3 = −4.67×10-4(1/mm) α4 = +8.39×10-2(1/mm) α5 = −6.22×10-1 これらの係数を上記(ホ)式に代入した一次多項式が、
関数fである。この関数を用いることにより、上記の5
つの形状因子の限定範囲内での任意のシール形状におけ
る漏れ発生外圧が推定可能となり、その推定値と実測値
との誤差は最大で4%程度と非常に精度のよい漏れ発生
外圧予測を行うことができる。
Α 0 = −3.26 × 10 −1 α 1 = + 3.19 × 10 −2 (1 / ゜) α 2 = + 1.43 α 3 = −4.67 × 10 −4 (1 / mm Α 4 = + 8.39 × 10 −2 (1 / mm) α 5 = −6.22 × 10 −1 The first-order polynomial obtained by substituting these coefficients into the above equation (e) is
Function f. By using this function, the above 5
It is possible to estimate the leakage external pressure in any seal shape within the limited range of the two form factors, and to perform a very accurate leakage external pressure prediction with a maximum error of about 4% between the estimated value and the measured value. Can be.
【0068】4.不等式の設定 上記実体試験から得られた各シール形状因子と漏れ発生
外圧の関係を表すfを用いることにより、形状設計の段
階で耐外圧に関する性能設計が容易に行うことができ
る。すなわち、APIの崩壊外圧Ppのy倍の外圧P
(P=y・Pp )が作用しても漏れが発生しないような
密封性能を有するリップ先端形状を設計する場合、関数
fが f(θ,R,L,S,T)>y を満たしさえすれば、5つのシール形状因子を適宜組み
合わせて、外圧Pに耐え得るねじ継手の範囲を決定する
ことができる。本発明の場合、y=1.2 である。本発
明のように管の崩壊外圧の1.2 倍の外圧に耐えること
をうたった油井管用ねじ継手は、これまで例をみない。
このように、多くの試作試験を経ることなく本発明の技
術思想に基づき試作回数を最小にしながら、外圧に対す
る性能を確保した上で、残りの自由度は加工コストを最
小にするような継手にすることも可能であるし、焼き付
きなどの不具合の発生しにくい継手にすることも可能で
ある。ここで“残りの自由度”とは、上記の条件
(イ)、(ロ)、(ハ)および(ニ)は、5つの形状因
子の範囲を決めるが、5つの形状因子をそれぞれ一義的
に決めるものでなく、範囲として決めることをいう。し
たがって、上記したように、その範囲のなかで各因子を
自由に選択することができる。
4. Setting of Inequalities By using f representing the relationship between each seal shape factor obtained from the above-described substantive test and the external pressure at which leakage occurs, performance design relating to external pressure resistance can be easily performed at the stage of shape design. That is, the external pressure P which is y times the API external collapse pressure Pp
When designing a lip tip shape having sealing performance such that no leakage occurs even when (P = y · Pp) acts, even if the function f satisfies f (θ, R, L, S, T)> y Then, the range of the threaded joint that can withstand the external pressure P can be determined by appropriately combining the five seal shape factors. In the case of the present invention, y = 1.2. There has been no example of a threaded joint for oil country tubular goods that has been described to withstand an external pressure of 1.2 times the external pressure of collapse of the pipe as in the present invention.
Thus, while minimizing the number of trial production based on the technical idea of the present invention without going through many trial production tests, while securing the performance against external pressure, the remaining degree of freedom is to joints that minimize the processing cost It is also possible to make the joint less likely to cause problems such as seizure. Here, the “remaining degrees of freedom” means that the above conditions (a), (b), (c) and (d) determine the range of five form factors, but each of the five form factors is uniquely defined. It is not decided but decided as a range. Therefore, as described above, each factor can be freely selected within the range.
【0069】これまでの説明では、“カップリング”と
いう用語を用いて説明するときがあったが、本発明はカ
ップリングのボックス構造が予め接続する管の端に設け
られていても修正する必要はない。したがって、本発明
はカップリング方式およびインテグラル方式の別なく両
方の方式に適用できる。
In the above description, the term “coupling” has been used in some cases. However, the present invention needs to be modified even if the box structure of the coupling is provided at the end of the pipe to be connected in advance. There is no. Therefore, the present invention can be applied to both the coupling method and the integral method.
【0070】[0070]
【実施例】本発明の効果を、図1に示した内部シールを
有するカップリング方式の継手についての実施例に基づ
いて示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The effects of the present invention will be described based on an embodiment of a coupling type joint having an internal seal shown in FIG.
【0071】表1は、それらの継手A、B、C、Dおよ
びEについてピン先端部以外の諸元を表す一覧表であ
る。
Table 1 is a list showing specifications of the joints A, B, C, D and E other than the pin tip.
【0072】また、表2は、上記継手A、B、C、Dお
よびEのピン先端および対応するボックス奥の形状を決
定する5つのシール形状因子の一覧表である。継手A、
BおよびCの5つのシール形状因子の値は、各因子につ
いて本発明で設定された範囲内(条件(ハ))におい
て、条件(ニ)、すなわち管の崩壊外圧の1.2 倍の外
圧に耐えるように決定された。
Table 2 is a list of five seal form factors which determine the shape of the pins of the joints A, B, C, D, and E and the corresponding shapes at the back of the box. Fitting A,
The values of the five seal form factors B and C are within the range set by the present invention for each factor (condition (c)), and are within the condition (d), that is, 1.2 times the external pressure of the collapse of the pipe. It was decided to endure.
【0073】[0073]
【表1】 [Table 1]
【0074】[0074]
【表2】 [Table 2]
【0075】継手DおよびEは、本発明で得られた油井
管用ねじ継手の耐外圧性能が既存の継手よりもどの程度
優れているかを明確にするために、実際に油井において
使用されている比較用の同サイズの油井管用ねじ継手2
種類である。
In order to clarify how the external pressure resistance of the threaded joint for oil country tubular goods obtained by the present invention is superior to that of the existing joints, the joints D and E are comparative examples actually used in oil wells. Threaded joint for oil country tubular goods 2
Kind.
【0076】これらの継手を以下の試験に供試し、その
性能を評価した。
These joints were subjected to the following tests to evaluate their performance.
【0077】a.外圧負荷試験 潤滑用グリスをねじ部およびねじ無し部に塗布し、継手
の締結と解体を10回繰り返した後、継手を締結した状
態でガスにて外圧を負荷した。負荷は、圧力を徐々に増
加させ、漏れが発生するか、継手あるいは管本体が圧潰
するまで試験を行い、最終圧力値を記録した。本試験
は、従来に例を見ないほど耐外圧性を向上させた本発明
の継手の性能を確認するための試験である。
A. External pressure load test After lubricating grease was applied to the threaded portion and the threadless portion, and fastening and disassembly of the joint were repeated 10 times, an external pressure was applied with gas while the joint was fastened. The load was gradually increased in pressure and tested until leakage occurred or the joint or tube body collapsed, and the final pressure value was recorded. This test is a test for confirming the performance of the joint of the present invention in which the external pressure resistance has been improved to an unprecedented level.
【0078】b.引張荷重と内圧の重畳負荷試験 上記試験と同じく継手の締結と解体を10回繰り返した
後、継手を締結し管本体に降伏強度の95%に相当する
応力が生じるような軸方向の引張力( 291.2to
n)を負荷し、さらにそれに加えて管本体に降伏強度の
95%に相当する応力が生じるような内圧(6.6kgf/m
m2)をガスにより負荷する。このときの漏れの発生の有
無を調査する。本試験は、本発明の継手が基本的な性能
を満足することを立証するための試験である。
B. Superimposed load test of tensile load and internal pressure After repeating fastening and disassembly of the joint 10 times in the same manner as the above test, the joint is fastened and an axial tensile force such that a stress equivalent to 95% of the yield strength is generated in the pipe body ( 291.2 to
n), and an internal pressure (6.6 kgf / m) at which a stress equivalent to 95% of the yield strength is generated in the pipe body.
m 2 ) with gas. Investigate the occurrence of leakage at this time. This test is a test to prove that the joint of the present invention satisfies the basic performance.
【0079】表3は、これらの試験結果を表す一覧表で
ある。
Table 3 is a list showing the results of these tests.
【0080】同表より、本発明例の耐外圧性能はピン先
端部の形状設計時の耐外圧性能(API規定の崩壊外圧
の1.2倍 )をいずれも満足している。実際に漏れが発
生した外圧と、関数fにより計算された外圧値との誤差
は最大で2.3% である。さらに、本発明例が、既存の
継手(比較例)に比べて耐外圧性能が優れているのは表
3より明らかである。
As shown in the table, the external pressure resistance of the example of the present invention satisfies the external pressure resistance (1.2 times the collapse external pressure specified by the API) when designing the shape of the pin tip. The error between the external pressure at which the leak actually occurred and the external pressure value calculated by the function f is at most 2.3%. Further, it is clear from Table 3 that the example of the present invention has superior external pressure resistance as compared with the existing joint (comparative example).
【0081】[0081]
【表3】 [Table 3]
【0082】[0082]
【発明の効果】本発明による油井管用ねじ継手は、関数
fに基づいて内部シールの形状が決定され、従来の継手
に例をみない管本体の崩壊圧の1.2倍の耐外圧性能を
満足したうえで、なおかつ加工コストを最小限に抑えた
り、あるいは耐久性を高めたり、またそれらの性能の均
衡をとることが可能であり、今後ますます厳しくなる採
掘条件にも十分耐えうるものである。
The threaded joint for an oil country tubular good according to the present invention has a shape of the inner seal determined based on the function f, and has an external pressure resistance of 1.2 times the collapse pressure of the pipe main body, which is not found in the conventional joint. Satisfactory, yet it is possible to minimize the processing cost, increase the durability, and balance their performance, and can sufficiently withstand the increasingly severe mining conditions in the future is there.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】図1(a)は、本発明が対象とする、カップリ
ング方式のねじ継手の管軸を含む平面による断面図であ
る。図1(b)はそのねじ、シール部を含む継手内部の
拡大図である。
FIG. 1A is a sectional view of a plane including a pipe axis of a coupling type threaded joint to which the present invention is directed. FIG. 1B is an enlarged view of the inside of the joint including the screw and the seal portion.
【図2】図2は、先行発明のねじ継手を表す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a threaded joint of the prior invention.
【図3】図3は、ピン側トルクショルダ形成面の曲率半
径R1 をボックス側トルクショルダ形成面の曲率半径R
2 より小さくとり、かつR1 の曲率半径中心をR2 のそ
れより管軸よりとした先行発明の継手を表す断面図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a curvature radius R 1 of a pin-side torque shoulder forming surface and a curvature radius R of a box-side torque shoulder forming surface;
2 is a cross-sectional view showing a joint of the prior invention, which is smaller than 2 and the center of the radius of curvature of R 1 is set closer to the tube axis than that of R 2 .
【図4】図4は、ねじ部の中ほどに、トルクショルダ部
14、24と2カ所のメタルタッチシール部13、23
および17、27を設けた先行発明の継手を表す断面図
である。
FIG. 4 is a diagram showing torque shoulders 14 and 24 and two metal touch seals 13 and 23 in the middle of a thread;
FIG. 27 is a cross-sectional view illustrating a joint of the prior invention provided with the joints 17 and 27.
【図5】図5は、内部シール13、23と併設してボッ
クス側雌ねじ中ほどに環状の溝30を設け、テフロンリ
ングなどのパッキン材31を挿入した従来技術の継手を
表す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional joint in which an annular groove 30 is provided in the middle of the box-side female screw in parallel with the internal seals 13 and 23 and a packing material 31 such as a Teflon ring is inserted. .
【図6】図6は、内部シール13、23と併設してピン
側外面の雄ねじ部の付け根部にトルクショルダ用肩部1
4を設けた外面トルクショルダ部に密封能力を付与した
先行発明の継手を表す断面図である。
FIG. 6 is a side view of the shoulder portion 1 for torque shoulder provided at the base of the external thread portion on the outer surface of the pin side together with the inner seals 13 and 23;
4 is a cross-sectional view illustrating a joint of a prior invention in which sealing ability is provided to an external torque shoulder portion provided with a joint 4.
【図7】図7は、継手内面に内圧Pi が負荷された場合
に、ピン側シール形成面13がボックス側シール形成面
23に押しつけられる様子を表す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the pin-side seal forming surface 13 is pressed against the box-side seal forming surface 23 when an internal pressure Pi is applied to the joint inner surface.
【図8】図8は、ねじ部のすき間を通ってシール部密封
面の直前まで浸透してきた外圧Pe によって、気密性能
が低下する様子を表す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which airtightness is deteriorated by an external pressure Pe that has penetrated to a position immediately before a sealing portion sealing surface through a gap of a screw portion.
【図9】図9は、継手締結時のシール部およびトルクシ
ョルダ部の接触面圧分布を表す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a contact surface pressure distribution of a seal portion and a torque shoulder portion when a joint is fastened.
【図10】図10は、締結された状態で外圧を作用させ
たときの、シール部およびトルクショルダ部の接触面圧
分布を表す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a contact surface pressure distribution of a seal portion and a torque shoulder portion when an external pressure is applied in a fastened state.
【図11】図11は、ピンのシール部とねじ部の間にあ
るねじ無し平行部に、内外圧力差に起因する力Fe が作
用することによる、ピン先端の変形の様子を表す断面図
である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state of deformation of a pin tip caused by a force Fe caused by an internal / external pressure difference acting on a threadless parallel portion between a seal portion and a thread portion of the pin. is there.
【図12】図12は、ピン先端での5つの形状因子を
“断面”上で表す図面である。
FIG. 12 is a drawing showing a “cross-section” of five form factors at a pin tip.
【図13】図13は、ショルダ角が0゜未満の場合のシ
ール部の密閉面圧が低下する様子を表す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state where the sealing surface pressure of the seal portion is reduced when the shoulder angle is less than 0 °.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
θ…ショルダ角、r…リップ厚(リップ厚比ではな
い)、L…リップ長さ S…シール長さ、T…シールテーパ 10…管本体 11…ピン部 12…雄ねじ 13…ピン部のシール形成面 14…ピン部のトルクショルダ形成面 15…ピン先端リップ部 16…トルクショルダ形成部の管内面端部 17…中間シールにおける第2のシール形成部 18…管軸またはカップリング軸 20…カップリング 21…ピン部 22…雄ねじ 23…ボックス部のシール形成面 24…ボックス部のトルクショルダ形成面 26…ボックス部のトルクショルダ形成部の管内面端部 27…ボックス部の中間シール形成部 28…外圧が作用したとき、支点として働く位置 30…ねじ部中程に設けられたパッキン材挿入用の環状
溝 31…テフロンなどのリング状パッキン材 40…内圧Pi 41…内圧に起因する面圧増加分 42…外圧Pe 43…外圧に起因する力Fe 44…外圧に起因する面圧低下分 45…締結時の面圧分布 46…外圧負荷時の面圧分布 47…外圧に起因する面圧増加分 48…ショルダ角が負の場合のシール部の面圧低下分
θ: shoulder angle, r: lip thickness (not lip thickness ratio), L: lip length S: seal length, T: seal taper 10: pipe body 11: pin portion 12: male screw 13: seal formation of pin portion Surface 14: Torque shoulder forming surface of pin portion 15: Pin tip lip portion 16: Inner surface end of tube of torque shoulder forming portion 17: Second seal forming portion in intermediate seal 18: Pipe shaft or coupling shaft 20: Coupling DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Pin part 22 ... Male screw 23 ... Seal formation surface of box part 24 ... Torque shoulder formation surface of box part 26 ... Tube inner surface end part of torque shoulder formation part of box part 27 ... Intermediate seal formation part of box part 28 ... External pressure Position acting as a fulcrum when is actuated 30 ... an annular groove for inserting a packing material provided in the middle of the screw portion 31 ... a ring-shaped packing material such as Teflon 40 ... Internal pressure Pi 41 ... Increase in surface pressure caused by internal pressure 42 ... External pressure Pe 43 ... Force Fe caused by external pressure 44 ... Decrease in surface pressure caused by external pressure 45 ... Distribution of surface pressure at fastening 46 ... At the time of external pressure load Surface pressure distribution 47 ... Increase in surface pressure due to external pressure 48 ... Decrease in surface pressure of the seal portion when the shoulder angle is negative
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16L 15/00 - 15/04 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F16L 15/00-15/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】ピンとボックスを螺合させ、ピン先端のね
    じ部の先の外周面に設けたシール形成面と、ボックスの
    ねじ部より奥の内周面に設けたシール形成面とを嵌合さ
    せることによりシール部を形成し、同時にピン最先端に
    設けたトルクショルダ形成面と、ボックス最奥の肩部に
    設けたトルクショルダ形成面とを突き合わせることによ
    りトルクショルダ部を形成するねじ継手であって、ピン
    先端部とそれに相対するボックス奥部の形状の範囲を決
    定する下記の条件(イ)、(ロ)、(ハ)および(ニ)
    をすべて満足することを特徴とする、耐外圧性に優れた
    油井管用ねじ継手。 (イ) ピン先端外周面のシール形成面またはボックス
    奥内周面のシール形成面は、管軸またはカップリング軸
    を回転軸とし、それぞれ、ピン先端ほどまたはボックス
    の奥ほど軸に近づく円錐面である。 (ロ) ピン先端のシール形成面の基準位置における有
    効径はボックス奥のシール形成面の基準位置における有
    効径より大きい。 (ハ) ピン先端および相対するボックス奥の形状を決
    定する5つの因子、ショルダ角:θ(゜)、リップ厚
    比:R、リップ長さ:L(mm)、シール長さ:S(mm)
    およびシールテーパ:Tが、それぞれ、下記の範囲にあ
    る。 0°≦θ(゜)≦20°、0.25≦R≦0.75 6mm
    ≦L(mm)≦30mm、 3mm≦S(mm)≦10mm、1/16≦T≦1 (ニ) ショルダ角:θ(゜)、リップ厚比:R、リッ
    プ長さ:L(mm)、シール長さ:S(mm)およびシール
    テーパ:T の1次多項式である関数fが、 f > 1.2 を満足する。 ただし、
    1. A pin and a box are screwed together, and a seal forming surface provided on an outer peripheral surface of a tip of a threaded portion of a pin and a seal forming surface provided on an inner peripheral surface deeper than a screw portion of the box are fitted. A threaded joint that forms a seal portion by making the torque shoulder forming surface provided at the foremost pin of the pin and the torque shoulder forming surface provided at the shoulder at the back of the box at the same time form a torque shoulder portion Then, the following conditions (a), (b), (c) and (d) for determining the range of the shape of the pin tip and the back of the box facing it.
    A threaded joint for oil country tubular goods with excellent external pressure resistance, characterized by satisfying all of the following. (B) The seal-forming surface on the outer peripheral surface of the pin tip or the seal-forming surface on the inner peripheral surface of the box is a conical surface with the pipe axis or the coupling axis as the rotation axis. is there. (B) The effective diameter at the reference position of the seal forming surface at the tip of the pin is larger than the effective diameter at the reference position of the seal forming surface at the back of the box. (C) Five factors that determine the shape of the pin tip and the back of the opposing box, shoulder angle: θ (゜), lip thickness ratio: R, lip length: L (mm), seal length: S (mm)
    And the seal taper: T are in the following ranges, respectively. 0 ° ≦ θ (゜) ≦ 20 °, 0.25 ≦ R ≦ 0.756 mm
    ≤ L (mm) ≤ 30 mm, 3 mm ≤ S (mm) ≤ 10 mm, 1/16 ≤ T ≤ 1 (d) Shoulder angle: θ (゜), lip thickness ratio: R, lip length: L (mm), A function f that is a first-order polynomial of the seal length: S (mm) and the seal taper: T satisfies f> 1.2. However,
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