JPS5845632B2 - 管継手 - Google Patents

管継手

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JPS5845632B2
JPS5845632B2 JP52046701A JP4670177A JPS5845632B2 JP S5845632 B2 JPS5845632 B2 JP S5845632B2 JP 52046701 A JP52046701 A JP 52046701A JP 4670177 A JP4670177 A JP 4670177A JP S5845632 B2 JPS5845632 B2 JP S5845632B2
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fitting
pair
dovetail
screws
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トマス・エル・ブローズ
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Hydril LLC
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/006—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with straight threads
    • F16L15/009—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with straight threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • E21B17/0423—Threaded with plural threaded sections, e.g. with two-step threads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/006—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with straight threads
    • F16L15/007—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with straight threads with more than one threaded section

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に油井の管類、ケーシング、配管およびド
リルパイプ（これらすべてを、便宜上、管という）に使
用可能であるねじ連結継手に関する。
さらに詳細にいうと、本発明は継手のピン部材と箱部材
との軸線方向および半径方向の分離を妨げるように前記
両部材を連結する装置に関する。
環境保護に対する関心が増大するにつれて、石油産業で
使用する管連結継手を、作業に特有なあらゆる条件のも
とに最大の安全性をもって実用し得ることが重要性を増
しつつある。
これらの性能を充足することが要求される基本的な技術
はあらゆる操作応力またはひずみのレベルにわたって満
足されねばならない。
今日、管の連結部がさらされる可能性がある役割に特有
なあらゆる操作応力またはひずみの条件のもとで上記の
要求を満たす管の連結部は世界のどこでも生産されてい
ない。
たいていの場合、安全性の限界は、本来、性能が激しく
増大するにつれて一層小さくなる。
物質自体が冶金的性質の限界により破裂しまたは破砕し
て機能が止まってしまうまで、引張り、圧縮、内圧、外
圧、ねじれ、曲げ、熱変化、あるいはこれらの組み合わ
せにより生じる負荷応力またはひずみによって弱められ
ないような機械的な完全性を有する連結部が要求されて
いる。
本発明の主要な目的は、その構成要素がねじと環状の肩
の双方でかみ合わされ、またその構成要素が内圧または
外圧によって半径方向に分離し得す、さらにその構成要
素がねじまたは肩がかみ合っている区域において一方ま
たは双方の継手の構成要素を塑性的に変形させることな
く軸線方向に加えられる引張りまたは圧縮性の荷重によ
り分離し得ない管継手を提供することである。
基本的には、本発明は軸線を限定するピン部材および箱
部材を有する管継手に具体化され、この管継手は（１）
各構成要素に設けた相互に係合する第１の対および第２
の対のねじを有し、第１の対のねじが第２の対のねじか
ら軸線方向に隔置されており、また （２）各構成要素に設けたはｇ切頭円錐形の第１の対の
肩を有し、これらの肩は軸線方向に見て前記第１の対お
よび第２の対のねじの間に位置しており、また継手を組
み立てるとばち形の相互のはめ合い（ｄｏｖｅｔａｉｌ
１ｎｔｅｒｆｉｔ ）ができる。
このｒｔｆ、ち形の相互のはめ合い」の用語については
、「発明の詳細な説明」の末尾にその意味を詳細に説明
する。
本発明の別の目的は、上記の継手を形成するものとして
特徴づけられる個々のピン部材および箱部材を提供する
ことである。
さらに、継手はピン部材と箱部材のうちの一方の部材の
端に第２の対の環状の肩を備えることができ、これらの
肩は一般には接近して隔置せられ、組み立てに際して第
１の対の肩が十分にコイニング（ｃｏｉｎｉｎｇ ）
（当たり合って圧縮され変形すること）する場合にはば
ち形の相互のはめ合いができるように切頭円錐形であり
、また切頭円錐形で近接して隔置された第３の対の肩を
前記ピン部材と箱部材のうちの他方の部材の端に備える
ことができ、これらの肩は継手の組み立てに際して第１
の対の肩が十分にコイニングする場合にはばち形の相互
のはめ合いを形成するようになっている。
さらに、第１の対および第２の対のねじは、相互にかみ
合った負のフランクと、係合しないままになる正のフラ
ンクをもつことができる。
本発明の上記およびその他の目的および利益は、図示し
た実施例の細部と共に、下記の記載および図面から一層
十分に理解されるであろう。
まず第３図を参照すると、管継手２１０にはピン部材２
１１と箱部材２１２があり、この継手は軸線２１３を限
定している。
前記両部材に設けた相互に係合するねじ装置には、前記
ピン部材にフープ応力を生じさせるものとして特徴づけ
られる第１および第２のらせんねじ２１４および２１５
と、第３および第４のらせんねじ２１４′および２１５
′とがある。
第１の対のねじ２１４および２１５は第２の対のねじ２
１４′および２１５′から軸線方向に隔置されており、
また第１の対のねじ２１４および２１５は第２の対のね
じ２１４′および２１５１よりも軸線２１３から大きい
半径方向の距離を有し２段になった形状を形成している
。
ねじ２１４と２１５とは、ねじ２１４のフランク２１６
がねじ２１５のフランク２１７と係合することによって
できるばち形の相互のほめ合いを有する。
同様にねじ２１４′のフランク２１６／はねじ２１５′
のフランク２１７′と係合してばち形の相互のはめ合い
を形成する。
ピン部材と箱部材に形成される反対側のフランク２１８
と２１９およびフランク２１８′と２１９′は、一般に
互いに係合しないで、正規に組み立てたときにそれらの
間に約０．０５０８ｃＩｒＬ（０，０２０インチ）のす
き間が生じる。
ピン部材２１１と箱部材２１２は、たとえば油井で使用
するドリルパイプまたは管類またはケーシングのような
管部材２２０および２２１にそれぞれ溶接することがで
きる。
環状の溶接部が、軸方向かつ半径方向の平面（ａｘｉａ
ｌ ｒａｄｉａｌ ｐｌａｎｅ ）において三角形の横
断面を有するように、第３図において参照符号２２２お
よび２２３で示されている。
前記溶接部に近接したピン部材、箱部材および管部材に
形成した斜面は、参照符号２２４から２２７までに示さ
れている。
相互に係合しているフランク２１６と２１７とは、フラ
ンク２１６′と２１７′と同様に、軸方向かつ半径方向
の平面において負の角θを郭定し、これらの角はそれぞ
れ、第１図、第２図、第５図および第６図において明ら
かであるように、軸線２１３に垂直な別の平面２２８と
２２８′とから測定される。
代表的には、また最良の結果を得るためには、角θは約
−１５°であり得る。
フランク２１８と２１９ならびに２１８′と２１９′と
はθよりも大きい負の角△で延びることができ、また継
手軸線２１３に垂直な別の平面２２９と２２９１から測
ると、代表的に約３００であり得る。
本願明細書においては、上記のように「負の角」という
語を使用しているが、以下この用語を定義することにす
る。
第５図において、角θは軸線２１３に垂直な平面２２８
とフランクすなわち斜面２１６とによって形成されとお
り、平面２２８とフランク２１６とはそれぞれ直線２２
８と直線２１６において軸方向かつ半径方向の平面と交
わっている。
角θの大きさは前記両直線の交点がこの角の頂点となる
ので、基準になる直線２２８を前記頂点のまわりに直線
２１６と一致するまで左まわり、すなわち時計の針と反
対の方向にまわしたときの回転の量によって定まる。
この角θのように、軸線２１３に垂直な直線を頂点を中
心として左まわりに回転させて大きさを測定する角を「
負の角」という。
本発明の重要な方面によれば、継手はまたピン部材およ
び箱部材に形成されたはｇ環状であって好ましくは切頭
円錐形の平行な肩２３９および２４０を有し、これらの
肩は第１の対および第２の対のねじから軸線方向に隔置
されかつこれらの対のねじの中間にあって加圧されるか
または密封を保持する相互のはめ合いを有し、またこれ
らの肩は軸方向かつ半径方向の平面においてばち形を郭
定し、またばち形の角は、有利には、継手の軸線に垂直
な平面から測って正であり得る。
したがって、肩２３９および２４０はピン部材および箱
部材の半径方向および軸線方向の分離を妨げ、またこれ
らの肩は緊密な密封を形成する。
上記の平面は第１図、第２図および第６図において参照
符号２４１および２４２で示されている。
第１図から第３図までに示すように、第２の対の切頭円
錐形の平行な肩２３５と２３６はそれぞれピン部材の端
と箱部材とに形成することができ、また第３の対の切頭
円錐形の平行な肩２３７と２３８とは箱部材の端とピン
部材とに形成することができる。
肩２３５と２３６とは、肩２３７と２３８と同様に、正
規に組み立てると、隔置せられ、その間隔は０．０５０
８ＣｒｆＬ（０，０２０インチ）より小さく、約０．０
３８１ｃＩｒＬ（０，０１５インチ）であることが好ま
しい。
軸線２１３に垂直な参照符号２４１から２４３までで示
す平面から測った３対の肩のばち形の正の角ψに注意さ
れたい。
最良の結果を得るために角ψは約５°であり得る。
本願明細書においては、上記のように１正の角」という
語を使用しているが、以下この用語を定義することにす
る。
第４図において、角ψは軸線２１３に垂直な平面２４２
と斜面である肩２３７との間に形成されており、平面２
４２と平面２３７とはそれぞれ直線２４２と直線２３７
において軸方向かつ半径方向の平面と交わっている。
角ψの大きさは前記両直線の交点がこの角の頂点になる
ので、基準になる直線２４２を前記頂点を中心として直
線２３７と一致するまで右まわり、すなわち時計の針と
同じ方向にまわしたときの回転の量によって定まる。
この角ψのように、軸線２１３に垂直な直線を頂点を中
心として右まわりに回転させて大きさを測定する角を「
正の角」という。
継手を組立てると、その結果として第１の対の環状の肩
２３９と２４０とが最初に加圧ならびに密封をする相互
の係合をして、すなわちコイニングをして、さらに相互
にかみ合っているねじと協力して継手部材の半径方向の
分離を妨げ、また継手部材の軸線方向の分離を防止する
。
特に相互にかみ合っているねじの負の角を形成するフラ
ンクは前記半径方向の分離の防止に寄与する。
継手の組立てに際して軸線方向に力が加えられると、第
１の対の肩２３９と２４０とが最初にコイニングし、ピ
ン部材と箱部材とをねじだけが係合している場合よりも
強固に連結するか、両部材のさらに強固な連結が望まれ
る場合には、さらに大きな力が軸線方向に加えられ、そ
れによって第２の対および第３の対の肩２３５と２３６
および２３７と２３８とが相互に係合してコイニングし
、これらの肩のコイニングにより前記両部材をさらに強
固に連結して、これらの部材が半径方向および軸線方向
に分離しないように保持することを補助すると共に、上
記のように大きな力が加えられても相互に係合している
ねじが変形しないようにする。
すなわち、第２および第３の肩は、この分野における組
み立てのあらゆる条件のもとでピン部材と箱部材とを確
実にかみ合わせて密封することを確保する安全装置とし
て作用する。
さらに、上述した肩のはまり合いによって、連結部の全
体にわたって固定がもたらされ、また高い組み立てトル
クを加えても、肩がコイニングしてもまたは曲がるとき
に継手部材を分離する傾向がより少なくなるであろう。
なぜならば、隣接する互いにかみ合ったねじが、肩が互
いに他の肩の上に登って継手部材を分離しようとする傾
向に抵抗するからである。
この利点は、互いにはまり合った肩によって提供される
流体圧により生じる継手部材の分離に対する抵抗に追加
されるものである。
またこの発明の継手は、組み立てが容易で迅速に行うこ
とができ、またフックの形状をしたねじが係合している
のでねじの安定がよく、さらにまたねじと肩の両者によ
り金属対金属のシールが行われるので、連結部の密封を
十分に維持することができる。
本願明細書においてはｎ−３１’ち形」および「ばち形
の相互のはめ合い」という語を使用しているが、以下こ
の用語を定義することにする。
第３図に示すように、ピン部材２１１に形成されるねじ
２１４のフランク２１６は箱部材２１２に形成されるね
じ２１５のフランク２１７と係合しており、軸方向かつ
半径方向の平面において、前記両フランクの線は、第１
図および第２図に示すように、軸線２１３に垂直な平面
２２８との間に負の角θを形成している。
ねじ２１４およびねじ２１５に形成される反対側のフラ
ンク２１８と２１９とが軸線２１３に垂直な平面２２９
との間に角θと大きさが等しい正の角を形成すると仮定
すれば（実際にはθよりも大きい負の角△が形成されて
いる）、ねじ２１４のフランク２１６と２１８との間に
形成されるねじの山の区域はねじ２１５のフランク２１
７と２１９との間に形成されるねじの谷の中にはまりこ
み、両者の間にはばち形（はとの尾のように先端がひろ
がった形）の相互のはめ合いができる。
そこで本願明細書においては このようなフランク２１
６と２１７との形状を「ばち形」と表現し、さらに前記
両フランクが係合している状態を「ばち形の相互のはめ
合い」と表現したのである。
フランク２１６／と２１７′の形状についても上記と同
じである。
また第３図に示すように、ピン部材２１１に形成される
肩２３９は箱部材２１２に形成される肩２４０と係合し
ており、軸方向かつ半径方向の平面において、前記両肩
の線は軸線２１３に垂直な平面２４３との間に正の角ψ
を形成している。
もしこの両肩の線と軸線２１３に垂直な別の平面に対し
て対称な線を形成する２つの係合した肩があると仮定す
れば（実際にはこのような肩は存在しない）、ピン部材
と箱部材との間にはこれらの肩の区域においてばち形の
相互のはめ合いができる。
ソコで本願明細書では肩２３９と２４０とのこのような
形状を「ばち形」と表現し、さらに両肩が係合している
状態を「ばち形の相互のはめ合い」または「ばち形の係
合」と表現しているのである。
上記のことは肩２３５と２３６および肩２３７と２３８
の形状についても同じである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を実施したピン部材を通る軸方向かつ
半径方向の平面における断面図、第２図は、本発明を実
施した箱部材を通る軸方向かつ半径方向における断面図
、第３図は、本発明を実施した管継手を通る軸方向かつ
半径方向の平面における断面図、第４図は、第１図の線
４における拡大部分断面図、第５図は、第１図の線５に
おける拡大部分断面図、第６図は第２図の線６における
拡大部分断面図、第７図は、第２図の線７に沿った拡大
部分断面図、第８図は、第３図の線８における拡大部分
断面図である。 ２１０・・・・・・管継手、２１Ｌ２１２・・・・・・
ピンおよび箱部材、２１４，２１５・・・・・・第１の
対のねじ、２１４’、２１５’・・・・・・第２の対の
ねじ、２２０゜２２１・・・・・・管部材、２３５，２
３６，２３７゜２３８．２３９．２４０・・・・・・肩
。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ピン部材とこのピン部材に連結するようにされた箱
    部材とから戒り軸線を郭定する管継手であって、前記ピ
    ン部材は、第１組および第２組のねじを有し、前記第１
    組のねじは前記第２組のねじから軸線方向に隔置されて
    おり、さらに前記ピン部材は、軸線方向に見て前記第１
    組と第２組のねじとの間に配置された実質的に切頭円錐
    形の第１の肩と、前記第２組のねじの前記第１の肩から
    遠い方の端にある実質的に切頭円錐形の第２の肩とを有
    し；前記箱部材は、第１組および第２組のねじを有し、
    これらの第１組と第２組のねじは、前記管継手を組み立
    てると、それぞれ、前記ピン部材の第１組および第２組
    のねじと係合して該管継手の第１の対および第２の対の
    ねじを構成することができるようになっており、さらに
    前記箱部材は、実質的に切頭円錐形の第１および第２の
    肩を有し、これらの第１と第２の肩は、前記管継手を組
    み立てると、それぞれ、前記ピン部材の第１および第２
    の肩と係合して該管継手の第１の対および第２の対の肩
    を構成することができるようになっており；前記第１の
    対および第２の対のねじは、軸線方向における横断面に
    おいてばち形のフランクを有し、これらのフランクは軸
    方向かつ半径方向の平面において前記軸線に垂直な平面
    に対して負の角を成しており、前記ばち形のフランクは
    前記管継手を組み立てるとばち形の相互のはめ合いを形
    成し、また前記第１の対のねじと前記軸線との半径方向
    の間隔が前記第２の対のねじと前記軸線との半径方向の
    間隔よりも大きく、二段になったねじを郭定するように
    なっており；前記第１の対および第２の対の肩は、軸線
    方向における横断面がばち形であり、かつ軸方向かつ半
    径方向の平面において前記軸線に垂直な平面に対して正
    の角を成しており、前記第１の対の肩は前記管継手を組
    み立てるとばち形の相互のはめ合いを形成し；前記第２
    の対の肩は、前記管継手を正規に組み立てると、向き合
    っているが隔置される関係にあり、また前記第１の対の
    肩が十分にコイニングした場合には、ばち形の相互のは
    め合いを形成するようになっている管継手。 ２、特許請求の範囲第１項に記載する管継手において、
    前記第１の対の肩が前記軸線に垂直な平面に対して５°
    の角をなしている管継手。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載する管継
    手において、前記第２の対の肩が前記軸線に垂直な平面
    に対して５°の角をなしている管継手。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項の何れか１つの項
    に記載する管継手において、前記ピン部材に設けた第１
    組および第２組のねじのフランクが前記箱部材に最初に
    挿入される前記ピン部材の端から遠ざかるように延びて
    いる管継手。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項の何れか１つの項
    に記載する管継手において、前記第２の対の肩がそれぞ
    れ前記ピン部材の前記の端と前記箱部材の内方端とにあ
    る管継手。 ６ 特許請求の範囲第１項から第５項の何れか１つの項
    に記載する管継手において、前記第２の対の肩の間隔が
    ０．０５０８にア７１より小さい管継手。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載する管継手において、
    前記間隔が０．０３８１ｃｆｒＬである管継手。 ８ 特許請求の範囲第１項から第７項の倒れか１つの項
    に記載する管継手において、前記第１の対および第２の
    対のねじは、隣接するフランクに係合しかつ＝方の軸線
    方向に向いているフランクと、隣接するフランクと係合
    しないままでおりかつ他方の軸線方向に向いている別の
    フランクとを有する管継手。 ９ ピン部材とこのピン部材に連結するようにされた箱
    部材とから成り軸線を郭定する管継手であって、前記ピ
    ン部材は、第１組および第２組のねじを有し、前記第１
    組のねじは前記第２組のねじから軸線方向に隔置されて
    おり、さらに前記ピン部材は、軸線方向に見て前記第１
    組と第２組のねじとの間に配置された実質的に切頭円錐
    形の第１の肩と、前記第２組のねじの前記第１の肩から
    遠い方の端にある実質的に切頭円錐形の第２の肩とを有
    し；前記箱部材は、第１組および第２組のねじを有し、
    これらの第１組と第２組のねじは、前記管継手を組み立
    てると、それぞれ、前記ピン部材の第１組および第２組
    のねじと係合して該管継手の第１の対および第２の対の
    ねじを構成することができるようになっており、さらに
    前記箱部材は、実質的に切頭円錐形の第１および第２の
    肩を有し、これらの第１と第２の肩は、前記管継手を組
    み立てると、それぞれ、前記ピン部材の第１および第２
    の肩と係合して該管継手の第１の対および第２の対の肩
    を構成することができるようになっており；前記第１の
    対および第２の対のねじは、軸線方向における横断面に
    おいてばち形のフランクを有し、これらのフランクは軸
    方向かつ半径方向の平面において前記軸線に垂直な平面
    に対して負の角を成しており、前記ばち形のフランクは
    前記管継手を組み立てるとばち形の相互のはめ合いを形
    成し、また前記第１の対のねじと前記軸線との半径方向
    の間隔が前記第２の対のねじと前記軸線との半径方向の
    間隔よりも大きく、二段になつたねじを郭定するように
    なっており；前記第１の対および第２の対の肩は、軸線
    方向における横断面がばち形であり、かつ軸方向かつ半
    径方向の平面において前記軸線に垂直な平面に対して正
    の角を成しており、前記第１の対の肩は前記管継手を組
    み立てるとばち形の相互のはめ合いを形成し；前記第２
    の対の肩は、前記管継手を正規に組み立てると、向き合
    っているが隔置される関係にあり、また前記第１の対の
    肩が十分にコイニングした場合には、ばち形の相互のは
    め合いを形成するようになっており、この管継手がさら
    に前記箱部材の開口している端と前記ピン部材に設けた
    ねじの端とに第３の対の環状の肩を有し、これらの肩は
    、前記管継手を正規に組み立てると、互いに向き合って
    非常に接近しかつ平行に延びるが隔置される関係になる
    管継手。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載する管継手におい
    て、前記第３の対の肩の間隔が０．０５０８ＣｒｒＬよ
    り小さい管継手。 １１ 特許請求の範囲第１０項に記載する管継手にお
    いて、前記間隔が０．０３８１ＣｒＩＬである管継手。 １２、特許請求の範囲第９項から第１１項の倒れかの項
    に記載する管継手において、前記管継手を組み立てた際
    に前記第１の対の肩が十分にコイニングする場合には、
    前記第３の対の肩が、ばち形の相互のはめ合いになるよ
    うに切頭円錐形であり、前記相互のはめ合いは軸方向か
    つ半径方向の平面において前記軸線に垂直な平面に対し
    て正の角を成している管継手。 １３ 特許請求の範囲第１２項に記載する管継手におい
    て、前記第３の対の肩が前記軸線に垂直な平面に対して
    ５°の角を威している管継手。
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