JPS6221956B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6221956B2
JPS6221956B2 JP57221716A JP22171682A JPS6221956B2 JP S6221956 B2 JPS6221956 B2 JP S6221956B2 JP 57221716 A JP57221716 A JP 57221716A JP 22171682 A JP22171682 A JP 22171682A JP S6221956 B2 JPS6221956 B2 JP S6221956B2
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JP
Japan
Prior art keywords
pin
box
face
yield strength
shoulder
Prior art date
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Expired
Application number
JP57221716A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58110793A (en
Inventor
Rodonii Hooru Jeemusu
Ashurei Kaningamu Robaato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hughes Tool Co
Original Assignee
Hughes Tool Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hughes Tool Co filed Critical Hughes Tool Co
Publication of JPS58110793A publication Critical patent/JPS58110793A/en
Publication of JPS6221956B2 publication Critical patent/JPS6221956B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042Threaded

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアースボーリングドリルパイプに係
り、一層詳細には、ドリルパイプの部分を相互に
連結するための工具継手に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to earth boring drill pipes, and more particularly to tool joints for interconnecting sections of drill pipes.

油井及びガス井のような深い井はドリルパイプ
のストリングにより回転される回転ドリルビツト
により掘削される。ドリルパイプはそれぞれ約30
フイート(9m)の長さの個々の部材を互いに連
結することにより完成される。各部材は工具継手
と呼ばれるねじ結合部により互いに連結される。
工具継手がドリリング中に通常受けるトルクに耐
えなければならず、またドリルパイプの中を下方
に圧送されているドリリング流体が継手から漏出
するのを防止するためのシーリングの機能をも有
していなければならない。ドリリング流体は侵食
性を有するので、その工具継手からの漏出は摩耗
の原因となり、早期故障を招く。
Deep wells, such as oil and gas wells, are drilled by rotating drill bits that are rotated by strings of drill pipe. Each drill pipe is about 30
It is completed by connecting together the individual members with a length of feet (9 m). Each member is connected to each other by a threaded joint called a tool joint.
The tool fitting must withstand the torques normally experienced during drilling and must also provide a sealing function to prevent drilling fluid being pumped down the drill pipe from leaking out of the fitting. Must be. Because drilling fluids are aggressive, their leakage from tool joints causes wear and premature failure.

工具継手はピン部材及びボツクス部材から構成
されている。ピン部材は外ねじ及び外側環状連結
肩部を有する。ボツクス部材は内ねじと連結肩部
に当接する面またはリムとを有する。従来のドリ
ルパイプには、ピンの当接面により接触されるべ
き内側肩部がボツクス部材内に設けられている。
工具継手部材が連結される時、ボツクス端面とピ
ン連結肩部との間に降伏強さの約1/2の圧力を生
ずるようなトルクが作用する。
The tool joint is composed of a pin member and a box member. The pin member has external threads and an external annular connecting shoulder. The box member has internal threads and a surface or rim that abuts the connecting shoulder. Conventional drill pipes include an inner shoulder within the box member that is to be contacted by the abutment surface of the pin.
When the tool joint members are connected, a torque is exerted between the box end face and the pin connection shoulder to create a pressure of approximately 1/2 the yield strength.

ドリリング中に例えばビツトまたはパイプが動
きにくくなつたために追加トルクを受けると、ピ
ン及びボツクスにその降伏強さを越えるような力
が加わる可能性がある。従つて、大きなトルクに
耐える能力、好ましくはドリルパイプ自体よりも
大きなトルクに耐える能力を有する工具継手を用
いることが非常に重要である。
If additional torque is applied during drilling, for example due to a bit or pipe becoming stuck, pins and boxes can be subjected to forces that exceed their yield strength. Therefore, it is very important to use a tool joint that has the ability to withstand large torques, preferably greater than the drill pipe itself.

本発明によれば、ピンまたはボツクスの厚みを
増すことなく鋼を更に硬化させることなく降伏強
さを実質的に高めた工具継手が得られる。ボツク
スにはそのねじの下側に内側肩部が設けられてい
る。ピンはその先端に、ボツクス内の内側肩部と
当接する面を有する。ピン及びボツクスの寸法
は、手で締められた時にボツクス端面がピンの外
側肩部と接触するように計算されている。しか
し、ピン端面とボツクスの内側肩部との間には間
隙が存在する。工具継手がその正常な連結トルク
を生ずる状態まで完全に連結された時、ボツクス
端面は工具継手の降伏強さの約1/2の正常な圧力
を生ずる状態でピンの外側肩部に当接する。ピン
端面は正常な連結トルクに於てボツクスの内側肩
部に小さな圧力した与えず、または全く圧力を与
えない。
The present invention provides a tool joint with substantially increased yield strength without increasing pin or box thickness or further hardening the steel. The box is provided with an inner shoulder on the underside of the screw. The pin has a surface at its tip that abuts the inner shoulder within the box. The dimensions of the pin and box are calculated so that the end face of the box contacts the outer shoulder of the pin when hand-tightened. However, a gap exists between the pin end face and the inside shoulder of the box. When the tool joint is fully connected to its normal connection torque, the box end faces will abut the outer shoulder of the pin with a normal pressure of approximately 1/2 the yield strength of the tool joint. The pin end face exerts little or no pressure on the inside shoulder of the box under normal connection torque.

ドリリング動作中に、もし追加トルクを受けれ
ば、工具継手は更に締まり、ピン端面をボツクス
の内側肩部に当接させる。ボツクスの沈み穴部分
及びピンの根元部分がそれらの降伏強さに到達す
る時点とほぼ同一かつそれ以後でない時点でピン
の先端部分がその降伏強さに到達するように選定
されている。内側連結肩部は工具継手を引離すの
に必要なトルクの大きさを増す。
During a drilling operation, if additional torque is applied, the tool joint tightens further, forcing the pin end face to abut the inside shoulder of the box. The tip portion of the pin is selected to reach its yield strength at approximately the same time, and no later than, the sink portion of the box and the root portion of the pin reach their yield strength. The inner connecting shoulder increases the amount of torque required to pull the tool joint apart.

以下、図面により本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図面には、下側ドリルパイプ部分13内に取付
けられた上側ドリルパイプ部材11が示されてい
る。ドリルパイプ部材11及び13の端部は、互
いに連結された状態で、工具継手を構成する。ピ
ン15は上側ドリルパイプ部材11の下端及び下
側ドリルパイプ部分13の下端(図示せず)に形
成されている。ピン15は外側環状連結肩部17
を有する。逃げ溝19が外側肩部17の内側円周
上に設けられている。根元部分21は外側肩部1
7から下方に延びている。根元部分21は円筒状
であり、ねじは切られていない。再加工時に連結
肩部17から除去された金属の量を測定するのに
用いるため、連結肩部17から下方に短い間隔を
おいてベンチマーク肩部23が形成されている。
一組のねじ25が根元部分21の下側のピン15
上に形成されている。ねじ25はテーパ付であ
り、円筒状先端部分27に終端している。先端部
分27は、上側ドリルパイプ部材11の軸線に対
して垂直な平面内に位置する円形リムである面2
9で終端している。
The drawing shows an upper drill pipe member 11 mounted within a lower drill pipe section 13. The ends of the drill pipe members 11 and 13 are connected to each other to form a tool joint. A pin 15 is formed at the lower end of the upper drill pipe member 11 and the lower end of the lower drill pipe section 13 (not shown). Pin 15 connects to outer annular connecting shoulder 17
has. A relief groove 19 is provided on the inner circumference of the outer shoulder 17. The root part 21 is the outer shoulder part 1
It extends downward from 7. The root portion 21 is cylindrical and unthreaded. A benchmark shoulder 23 is formed at a short distance downwardly from the connecting shoulder 17 for use in measuring the amount of metal removed from the connecting shoulder 17 during rework.
A set of screws 25 are attached to the lower pin 15 of the root portion 21.
formed on top. Thread 25 is tapered and terminates in a cylindrical tip portion 27. The tip portion 27 has a surface 2 which is a circular rim located in a plane perpendicular to the axis of the upper drill pipe member 11.
It ends with 9.

下側ドリルパイプ部分13の上端は、上側ドリ
ルパイプ部材11の上端(図示せず)と同様に、
ボツクス31として形成されている。ボツクス3
1はピン15を受入れ、また上端にリムまたは面
33を含んでいる。面33は下側ドリルパイプ部
分13の軸線に対して垂直な平面内に位置する円
形で平らな面である。面33はピン15の外側肩
部17と当接する。ボツクス31の内孔は、ベン
チマークとして用いるため面33の下側に短い距
離を於て形成された上向きの肩部35を含んでい
る。ベンチマーク35は、再加工中に面33から
除去された金属の量を使用者が知り得るようにす
る役割をする。
The upper end of the lower drill pipe section 13 is similar to the upper end of the upper drill pipe member 11 (not shown).
It is formed as a box 31. box 3
1 receives a pin 15 and also includes a rim or surface 33 at its upper end. Surface 33 is a circular, flat surface located in a plane perpendicular to the axis of lower drill pipe section 13. Surface 33 abuts outer shoulder 17 of pin 15. The bore of box 31 includes an upwardly directed shoulder 35 formed a short distance below surface 33 for use as a benchmark. Benchmark 35 serves to allow the user to know the amount of metal removed from surface 33 during rework.

円筒状の沈み穴部分37がベンチマーク35の
すぐ下に位置している。沈み穴部分37は根元部
分21とほぼ同一の長さだけ延びているが、根元
部分21の内径よりも大きい内径を有する。その
結果、根元部分21と沈み穴部分37との間に環
状のキヤビテイが生じている。一組の内ねじ39
が沈み穴部分37の下側に位置している。ねじ3
9はテーパ付であり、ねじ25と噛合うように形
成されている。
A cylindrical sinkhole portion 37 is located directly below the benchmark 35. The sinkhole portion 37 extends approximately the same length as the root portion 21, but has an inner diameter that is larger than the inside diameter of the root portion 21. As a result, an annular cavity is formed between the root portion 21 and the sinkhole portion 37. A set of internal threads 39
is located below the sinkhole portion 37. screw 3
9 is tapered and is formed to mesh with the screw 25.

ボツクス31はねじ39の下側に位置する円筒
状の根元部分41を有する。根元部分41は上向
きの環状内側肩部43に終端している。内側肩部
43は下側ドリルパイプ部分13の軸線に対して
垂直な平面内に位置しており、ピン端面29によ
り当接されるべく構成されている。逃げ溝45は
内側肩部43と根元部分41との交わりに形成さ
れている。内側肩部43の下側のボツクス31の
軸線方向通路47はピン15の軸線方向通路49
の直径に等しい直径を有する。凹んだ環状範囲5
1が沈み穴部分37の外側側壁に形成されてい
る。凹んだ範囲51はねじ39を含む部分の外径
よりもわずかに小さい直径を有する。
The box 31 has a cylindrical root portion 41 located below the screw 39. Root portion 41 terminates in an upwardly directed annular inner shoulder 43 . The inner shoulder 43 lies in a plane perpendicular to the axis of the lower drill pipe section 13 and is configured to be abutted by the pin end surface 29 . The relief groove 45 is formed at the intersection of the inner shoulder portion 43 and the root portion 41. The axial passage 47 of the box 31 below the inner shoulder 43 is connected to the axial passage 49 of the pin 15.
has a diameter equal to the diameter of Concave annular range 5
1 is formed on the outer side wall of the sinkhole portion 37. The recessed area 51 has a diameter slightly smaller than the outer diameter of the part containing the screw 39.

ボツクス31及びピン15は、外側肩部17か
らピン端面29までの距離をボツクス端面33か
ら内側肩部43までの距離よりも少し短くするよ
うに寸法を選定されている。また、ボツクス31
及びピン15は、二つの部材11及び13がレン
チまたは工具を使用せずに手でしつかり連結され
た時にピン端面29と内側肩部43との間に間隙
が存在するように寸法を選定されている。手で締
めた時には、ボツクス端面33と外側肩部17と
の間に圧力は存在しないが、それらは互いに接触
している。
Box 31 and pin 15 are dimensioned so that the distance from outer shoulder 17 to pin end face 29 is slightly shorter than the distance from box end face 33 to inner shoulder 43. Also, Box 31
and the pin 15 is dimensioned such that a gap exists between the pin end face 29 and the inner shoulder 43 when the two members 11 and 13 are tightly connected by hand without the use of a wrench or tool. ing. When hand-tightened, there is no pressure between the box end face 33 and the outer shoulder 17, but they are in contact with each other.

作動中、ドリルパイプ部材11及び13はピン
根元部分21及びボツクス沈み穴部分37の降伏
強さの約2/1に等しい圧力を生ずるようなトルク
で連結されている。降伏強さはピン根元部分21
またはボツクス沈み穴部分37に永久変形を生ず
るような圧力(圧縮力もしくは引張力)である。
トルクが与えられるにつれて、沈み穴部分37は
縮み、ピン根元部分21は伸び、その結果ピン端
面29は下方に進む。連結に必要なトルクを与え
られた状態で、ピン端面29は内側肩部43に対
してごく僅かな間隙をおいているか、それと接触
しているかの何れかである。しかし内側肩部43
における圧力は外側肩部17に於ける圧力よりも
小さい。
In operation, drill pipe members 11 and 13 are connected with a torque that creates a pressure equal to approximately 2/1 of the yield strength of pin root portion 21 and box sink portion 37. Yield strength is at the pin base 21
Alternatively, it is a pressure (compressive force or tensile force) that causes permanent deformation in the box sink hole portion 37.
As torque is applied, the sinkhole portion 37 contracts and the pin root portion 21 extends, so that the pin end surface 29 advances downwardly. Under the application of the necessary torque for connection, the pin end face 29 either has a negligible clearance from or is in contact with the inner shoulder 43. However, the inner shoulder 43
The pressure at is less than the pressure at the outer shoulder 17.

次いで、ドリルパイプ部材は井の中に下げら
れ、ドリリングのために回転される。ドリリング
中、もしドリルストリングの下端のドリルビツト
または構造の動きが重くなれば、継手は追加トル
クをうける。この追加トルクにより沈み穴部分3
7が一層縮み、ピン根元部分21が一層伸びるの
で、ピン端面29が内側肩部43に押付けられき
つく当接する。理想的には、ピン根元部分21お
よびボツクス沈み穴部分37の累積降伏強さが到
達される時点とほぼ同一の時点またはそれよりも
遅くない時点で先端部分27の降伏強さが到達さ
れるように寸法選定が行なわれている。ピン端面
29により内側肩部43に加えられる追加圧力は
工具継手を降伏させるのに必要なトルクの大きさ
を著しく増す。
The drill pipe member is then lowered into the well and rotated for drilling. During drilling, if the movement of the drill bit or structure at the lower end of the drill string becomes heavy, the joint experiences additional torque. With this additional torque, the sunken hole part 3
7 is further contracted and the pin root portion 21 is further extended, so that the pin end surface 29 is pressed against the inner shoulder portion 43 and comes into tight contact. Ideally, the yield strength of the tip portion 27 is reached at approximately the same time as, or no later than, the cumulative yield strength of the pin root portion 21 and box sink portion 37 is reached. Dimensions are selected. The additional pressure exerted on the inner shoulder 43 by the pin end face 29 significantly increases the amount of torque required to yield the tool joint.

根元部分21、沈み穴部分37及び先端部分2
7はその際にピン端面29が内側肩部43に及ぼ
す圧力を越える圧力でボツクス端面33を外側肩
部17にきつく押付けるためのばね手段としての
役割をする。これらの部材の長さは、もしドリリ
ング中に追加トルクを受けるならば、これらの部
材の変形を許すのに十分なばね作用を生じ、その
結果ピン端面29を内側肩部43に当接させるよ
うに選定されている。これらの寸法がどのように
決定されるかを説明するため、A.P.I.
(American Petroleum Institute)標準の32/1イ
ンチ(8.89cm)I.F.工具継手の変更の実例を説明
する。まず、孔47及び49はこのサイズの工具
継手に対する標準直径の孔であり、この寸法は
6.82cmである。ピンの根元部分21の外径は、そ
の最後に係合するピンねじにおける標準工具継手
ピンの最小外径である9.36cmに選定される。根元
部分21の最小厚みは、ピン15が従来公知のピ
ンの根元部分よりも低い強度を有さないことを保
証するように選定されている。根元部分21の断
面積は31.56cm2と計算される。
Root portion 21, sink hole portion 37 and tip portion 2
7 then serves as spring means for pressing the box end face 33 tightly against the outer shoulder 17 with a pressure that exceeds the pressure exerted by the pin end face 29 on the inner shoulder 43. The length of these members is such that, if subjected to additional torque during drilling, there is sufficient spring action to allow deformation of these members, thereby causing pin end face 29 to abut inner shoulder 43. has been selected. To explain how these dimensions are determined, the API
(American Petroleum Institute) Demonstrates a modification of a standard 32/1 inch (8.89 cm) IF tool fitting. First, holes 47 and 49 are standard diameter holes for a tool joint of this size;
It is 6.82cm. The outside diameter of the pin root portion 21 is selected to be 9.36 cm, which is the minimum outside diameter of a standard tool joint pin in its last engaged pin thread. The minimum thickness of the root portion 21 is selected to ensure that the pin 15 has no lower strength than the root portion of conventionally known pins. The cross-sectional area of the root portion 21 is calculated to be 31.56 cm 2 .

沈み穴部分37がピン根元部分21よりも実質
的に早い時期に損傷しないことを保証するため、
沈み穴部分37の断面積は根元部分21の断面積
と実質的に同一に選定されている。このことを達
成するため、好ましい実施例では、沈み穴の直径
は工具継手ボツクスの標準沈み穴直径により決定
されている。次に、凹んだ範囲51の外径が、沈
み穴部分37の断面積をピン根元部分21の断面
積と実質的に同一にするように計算される。凹ん
だ範囲51は、沈み穴部分37の外径の摩耗を防
止する役割をする。(さもなければ断面積は設計
上の必要値以下に減ずるであろう。)もし設計上
の必要値以下に減ぜられれば、沈み穴部分37は
根元部分21よりも早い時点で損傷するであろ
う。好ましい実施例では、凹んだ範囲51の外径
は12.22cmである。好ましい実施例では、その内
径は10.35cmに選定されており、その結果断面積
は33.11cm2になる。ピン根元部分21の断面積と
沈み穴部分37の断面積との差は1.55cm2であり、
約5%の差である。
To ensure that the sinkhole portion 37 is not damaged substantially earlier than the pin root portion 21,
The cross-sectional area of the sinkhole portion 37 is selected to be substantially the same as the cross-sectional area of the root portion 21. To accomplish this, in the preferred embodiment, the diameter of the sinkhole is determined by the standard sinkhole diameter of the tool joint box. The outer diameter of the recessed area 51 is then calculated to make the cross-sectional area of the sink portion 37 substantially the same as the cross-sectional area of the pin root portion 21. The recessed area 51 serves to prevent wear on the outer diameter of the sinkhole portion 37. (Otherwise, the cross-sectional area would be reduced below the design requirement.) If reduced below the design requirement, the sinkhole section 37 would fail at an earlier point than the root section 21. Dew. In the preferred embodiment, the outer diameter of recessed area 51 is 12.22 cm. In a preferred embodiment, its internal diameter is chosen to be 10.35 cm, resulting in a cross-sectional area of 33.11 cm 2 . The difference between the cross-sectional area of the pin base portion 21 and the cross-sectional area of the sink hole portion 37 is 1.55 cm 2 ,
The difference is about 5%.

次に、沈み穴部分37の長さが選定される。こ
の長さはトルクを与えられた時に必要な変形を生
ずるのに十分な長さでなければならない。好まし
い実施例では、沈み穴部分37の長さは2インチ
(5.08cm)に選定された。根元部分21の長さは
ねじの係合のためにそれよりも少し長く、5.56cm
に選定された。
Next, the length of sinkhole portion 37 is selected. This length must be long enough to produce the necessary deformation when torqued. In the preferred embodiment, the length of the sinkhole section 37 was selected to be 2 inches (5.08 cm). The length of the root portion 21 is slightly longer due to the screw engagement, 5.56 cm.
was selected.

次に、降伏強さにおける変位の大きさが、この
工具継手に用いられている鋼の降伏強さをヤング
率で割ることにより決定される。この値は8,
274/1,971,970=0.004cm/1cmである。即
ち、この形式の鋼材は8.274barの応力を与えられ
ると、部材の長さの1cm当り0.004cmの変形(圧
縮もしくは伸長)をする。
The magnitude of the displacement in yield strength is then determined by dividing the yield strength of the steel used in this tool joint by Young's modulus. This value is 8,
274/1,971,970=0.004cm/1cm. That is, when this type of steel is subjected to a stress of 8.274 bar, it will deform (compress or expand) by 0.004 cm per cm of the length of the member.

連結中、沈み穴部分37は縮み、また根元部分
21は伸びる。降伏強さの1/2即ち4.147barの圧
力を生ずるトルクに於て、5.56cmに0.004cm/1
cmを掛け、且2で割つて、0.011125cmとなる。沈
み穴部分37は、その長さ2インチ(5.08cm)に
0.004cm/1cmを掛け、且2で割り、根元部分2
1の断面積対沈み穴部分37の断面積の比を掛け
た値に等しい大きさだけ縮む。その結果、降伏強
さの1/2における合計変形は0.00967cmとなる。従
つて、降伏強さの1/2におけるピン端面29の合
計相対運動は0.011125cm及び0.00967cmまたは
0.02079cmの和である。降伏強さの3/4における変
形は0.03119cmであり、降伏強さにおける変形は
0.04160cmである。
During connection, the sinkhole portion 37 contracts and the root portion 21 expands. At a torque that produces a pressure of 1/2 of the yield strength or 4.147 bar, 0.004 cm/1 at 5.56 cm
Multiply by cm and divide by 2 to get 0.011125 cm. Sink hole portion 37 is 2 inches (5.08 cm) long.
Multiply 0.004cm/1cm and divide by 2, base part 2
1 multiplied by the cross-sectional area of the sinkhole portion 37. As a result, the total deformation at 1/2 of the yield strength is 0.00967 cm. Therefore, the total relative movement of the pin end face 29 at 1/2 of the yield strength is 0.011125 cm and 0.00967 cm or
The sum is 0.02079cm. The deformation at 3/4 of the yield strength is 0.03119cm, and the deformation at the yield strength is
It is 0.04160cm.

先端部分27の長さは、ピン根元部分21及び
沈み穴部分37と同時にまたはそれよりも少し早
い時点で先端部分を降伏強さに到達させるように
選定される。先端部分の長さを必要以上に長くす
るのを避けるため、降伏強さの3/4に於てピン端
面29が最初に内側肩部43に接触するという規
範が選ばれた。この点で、ピン根元部分21及び
沈み穴部分37はピン端面29を下方に0.03119
cm動かしている。降伏強さに達するには、ピン根
元部分21及び沈み穴部分37は0.01038cmの追
加変形をしなければならない。この変形により先
端部分27は0.01038cm縮む。先端部分27の長
さは、0.01038cm縮んだ時に降伏強さに達するよ
うに選定されている。前記のように、この形式の
鋼の変形は降伏強さ対ヤング率または0.004cm/
1cmの割合で生ずる。ピン根元部分21及び沈み
穴部分37と同時に先端部分29が降伏強さに達
するために必要とされる縮みは約0.01016cmであ
るから、先端部分27の長さは2.54cmでなければ
ならない。
The length of the tip section 27 is selected to allow the tip section to reach yield strength at the same time as, or slightly earlier than, the pin root section 21 and the sinkhole section 37. To avoid making the length of the tip part longer than necessary, a norm was chosen in which the pin end face 29 first contacts the inner shoulder 43 at 3/4 of the yield strength. At this point, the pin root portion 21 and the sink hole portion 37 are 0.03119 below the pin end surface 29.
cm is moving. To reach yield strength, the pin root portion 21 and the sink hole portion 37 must undergo an additional deformation of 0.01038 cm. This deformation causes the tip portion 27 to shrink by 0.01038 cm. The length of the tip portion 27 is selected so that the yield strength is reached when it is shrunk by 0.01038 cm. As mentioned above, the deformation of this type of steel is the yield strength versus Young's modulus or 0.004 cm/
Occurs at a rate of 1 cm. The length of the tip section 27 must be 2.54 cm since the shrinkage required for the tip section 29 to reach yield strength at the same time as the pin root section 21 and sink hole section 37 is approximately 0.01016 cm.

先端部分27の外径に対して、ねじ25及び3
9はそれらの強さを減ずることなく出来る限り切
頭された。選定された長さは約6.0325cmである。
これらのねじの切頭端における最小外径よりも少
し小さい直径が先端部分27の外径、好ましい実
施例では8.097cm、として選定された。
With respect to the outer diameter of the tip portion 27, the screws 25 and 3
9 were decapitated as much as possible without reducing their strength. The selected length is approximately 6.0325 cm.
A diameter slightly smaller than the smallest outer diameter at the truncated ends of these screws was selected as the outer diameter of the tip portion 27, which in the preferred embodiment is 8.097 cm.

次に決定すべき寸法は内側肩部43の位置であ
る。設計規範は、外側肩部17で降伏強さの1/2
の圧力を生ずる全連結トルクに於て、ピン端面2
9が内側肩部43に(圧力を及ぼすとしても)僅
かな圧力を及ぼすようにすることである。ピン端
面29は全連結トルク及び降伏強さの1/2の圧力
に於て下方に0.02080cm動くように先に決定され
た。手で締めた際のピン端面29と内側肩部43
との間の0.030cmの垣隙は全連結トルクに於てピ
ン根元部分21及び沈み穴部分37の変形による
0.02080cmの動きのために約0.0101cmに減ずるこ
とになる。外側肩部17に降伏強さの3/4までの
圧力を作用させる追加トルクが加わると、ピン根
元部分21及び沈み穴部分37は0.01038cmの追
加変形を生ずる。それにより降伏強さの3/4の圧
力に於てピン端面29は最初に内側肩部43と接
触することになる。降伏強さの3/4乃至1倍の圧
力を生ずる追加トルクは、もし拘束されなけれ
ば、ピン端面29を下方に追加的に0.01038cm動
かす。しかし、ピン端面29が降伏強さの3/4に
於て内側肩部43と接触しているので、先端部分
27は0.01038cm縮むことになる。これは降伏強
さに於て先端部分27が受ける変形の大きさであ
る。従つて、先端部分27はピン根元部分21及
び沈み穴部分37と同時に降伏強さに到達する。
The next dimension to be determined is the position of the inner shoulder 43. The design standard is 1/2 of the yield strength at the outer shoulder 17.
At the full coupling torque that produces a pressure of , the pin end face 2
9 exerts little (if any) pressure on the inner shoulder 43. The pin end face 29 was previously determined to move 0.02080 cm downward at full connection torque and a pressure of 1/2 yield strength. Pin end face 29 and inner shoulder 43 when tightened by hand
The 0.030cm gap between the
For a movement of 0.02080cm, it will be reduced to about 0.0101cm. When an additional torque is applied to exert pressure on the outer shoulder 17 to 3/4 of its yield strength, the pin root portion 21 and the sink hole portion 37 experience an additional deformation of 0.01038 cm. This causes the pin end face 29 to initially contact the inner shoulder 43 at a pressure of 3/4 of the yield strength. The additional torque resulting in a pressure of 3/4 to 1 times the yield strength, if unconstrained, would move the pin end face 29 downward an additional 0.01038 cm. However, since the pin end face 29 is in contact with the inner shoulder 43 at 3/4 of its yield strength, the tip portion 27 will shrink by 0.01038 cm. This is the amount of deformation experienced by tip portion 27 at yield strength. Therefore, the tip portion 27 reaches its yield strength at the same time as the pin root portion 21 and the sink portion 37.

手で締める際にピン端面29と内側肩部43と
の間に0.030cmの所望の間隙を得るため、ボツク
ス端面33から内側肩部43までの距離はピン外
側肩部17からピン端面29までの距離よりも
0.030cm大きい距離即ち14.584cmに選定されてい
る。これが理想的な寸法であるが、これらの寸法
に対する実際上の製造許容差は14.554及び14.584
cmの合計寸法からプラス0及びマイナス0.0127cm
である。その結果、手で締める際のピン端面29
と内側肩部43との間の間隙が最小値0.0177cmと
理想的な最大値0.030cmとの間となる。もし工具
継手が理想的な間隙ではなく最小間隙を有するな
らば、先端部分27はピン根元部分21または沈
み穴部分37が降伏する以前に降伏することにな
る。また、全連結トルクに於て、ピン端面29は
内側肩部43にある圧縮力を及ぼす。その理由
は、手で締めた際から降伏強さの1/2の圧力が作
用するまでの0.02080cmの合計変形のために、手
で締めた際の0.0177cmの最小間隙が先端部分27
を0.00254cm縮ませるからである。0.00254cmの変
形は降伏強さ3/4の圧力で先端部分27に生じ、
他方ピン根元部分21及び沈み穴部分37は降伏
強さの1/2の圧力にある。先端部分27は0.0101
cmの縮みに於てその降伏強さに達する。ピン根元
部分21及び沈み穴部分37のトルクが降伏強さ
の1/2から3/4に増大すると、これらの部材は
0.01038cmの変形をする。従つて、先端部分27
は根元部分21及び沈み穴部分37が降伏強さの
3/4に達する以前に降伏強さに達する。それによ
り先端部分27にクラツキングを生じ得るが、こ
れは根元部分21または沈み穴部分37にクラツ
キングが生じる場合に比べて有害でない。先端部
分27のクラツキングはドリルストリングの分離
を惹起しない。先端部分27が降伏する点まで及
びこの点を越えると、先端部分は追加トルクに耐
える能力を有さない。
In order to obtain the desired gap of 0.030 cm between the pin end face 29 and the inner shoulder 43 when tightening by hand, the distance from the box end face 33 to the inner shoulder 43 is equal to the distance from the pin outer shoulder 17 to the pin end face 29. than distance
The distance is selected to be 0.030 cm larger, that is, 14.584 cm. Although this is the ideal dimension, the actual manufacturing tolerances for these dimensions are 14.554 and 14.584
Plus 0 and minus 0.0127cm from the total dimensions in cm
It is. As a result, the pin end surface 29 when tightening by hand
The gap between the inner shoulder portion 43 and the inner shoulder portion 43 is between a minimum value of 0.0177 cm and an ideal maximum value of 0.030 cm. If the tool joint has a minimum clearance rather than an ideal clearance, the tip portion 27 will yield before the pin root portion 21 or the sinkhole portion 37 yields. Also, at full coupling torque, the pin end face 29 exerts a compressive force on the inner shoulder 43. The reason is that due to the total deformation of 0.02080cm from when hand-tightened until a pressure of 1/2 of the yield strength is applied, the minimum gap of 0.0177cm when hand-tightened is the tip part 27.
This is because it shrinks by 0.00254cm. A deformation of 0.00254 cm occurs in the tip portion 27 at a pressure of 3/4 of the yield strength,
On the other hand, the pin root portion 21 and the sink hole portion 37 are at a pressure of 1/2 of the yield strength. Tip part 27 is 0.0101
Its yield strength is reached at a contraction of cm. When the torque of the pin root part 21 and the sink hole part 37 increases from 1/2 to 3/4 of the yield strength, these members
Deforms 0.01038cm. Therefore, the tip portion 27
The root part 21 and the sinkhole part 37 have the yield strength.
Yield strength is reached before reaching 3/4. Although this may cause cracking in the tip portion 27, this is less harmful than if cracking were to occur in the root portion 21 or the sinkhole portion 37. Cracking of the tip portion 27 does not cause separation of the drill string. Up to and beyond the point where tip section 27 yields, it has no ability to withstand additional torque.

標準的計算を通じて、理想的寸法に於て上記の
工具継手のピン根元部分21または沈み穴部分3
7を降伏させるトルクは12.7フイートポンド
(175.6Kg・cm)である。それに比べて、12.7cmの
外径及び6.826cmの内径を有する従来通常の工具
継手は降伏強さで762.73N・cmの追加トルクに耐
える能力しか有さない。工具継手を降伏させるの
に必要なトルクのこの増大は、ドリリング中にド
リルストリングが分離する機会を更に減ずる。工
具継手の強さの増大は、金属の厚みを増したり鋼
の強さを高めたりする必要なしに実現される。
Through standard calculations, the pin root portion 21 or the sink hole portion 3 of the above-mentioned tool joint in the ideal dimensions.
The torque to yield 7 is 12.7 foot pounds (175.6 kg cm). In comparison, a conventional conventional tool joint with an outer diameter of 12.7 cm and an inner diameter of 6.826 cm only has the ability to withstand an additional torque of 762.73 N·cm at yield strength. This increase in the torque required to yield the tool joint further reduces the chance of drill string separation during drilling. The increased strength of the tool joint is achieved without the need to increase the thickness of the metal or increase the strength of the steel.

本発明をその一つの実施例について説明してき
たが、本発明の範囲内で種々の変形が可能である
ことは当業者に明らかであろう。
Although the invention has been described in terms of one embodiment thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made within the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に従つて構成された工具継手の
断面図である。 11…上側ドリルパイプ部材、13…下側ドリ
ルパイプ部分、15…ピン、17…外側肩部、1
9…逃げ溝、21…根元部分、23…ベンチマー
ク肩部、25…ねじ、27…先端部分、29…ピ
ン端面、31…ボツクス、33…ボツクス端面、
35…ベンチマーク、37…沈み穴部分、39…
内ねじ、41…根元部分、43…内側肩部、45
…逃げ溝、47,49…軸線方向通路、51…凹
み範囲。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a tool joint constructed in accordance with the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Upper drill pipe member, 13... Lower drill pipe part, 15... Pin, 17... Outer shoulder part, 1
9... Relief groove, 21... Root portion, 23... Benchmark shoulder, 25... Screw, 27... Tip portion, 29... Pin end face, 31... Box, 33... Box end face,
35...Benchmark, 37...Sinkhole part, 39...
Internal thread, 41... Root portion, 43... Inner shoulder portion, 45
...Escape groove, 47, 49...Axial direction passage, 51...Concave range.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一端にピン15を形成された第一のドリルパ
イプ部材11と一端にボツクス31を形成された
第二のドリルパイプ部材13との間のドリルパイ
プ工具継手にして、前記ピンは外側肩部17と根
元部分21と外ねじ25と先端部分27とピン端
面29とをこの順に含む一連の係合部を有し、前
記ボツクスはボツクス端面33と沈み穴部分37
と内ねじ39と根元部分41と内側肩部43とを
この順に含む一連の係合部を有し、前記ピンの前
記一連の係合部の各々はそれぞれ前記ボツクスの
前記一連の係合部の各対応する部分に係合するよ
う構成されており、前記ピンの前記根元部分21
と前記先端部分27及び前記ボツクスの前記沈み
穴部分37と前記根元部分41の軸線方向長さ及
び半径方向厚さは、前記継手がその降伏強さの半
分まで締付けられる時には前記ボツクス端面33
が前記外側肩部17に対し押付けられる圧力は前
記ピン端面29が前記内側肩部43に対し押付け
られる圧力より大きく、前記継手が前記沈み穴部
分37と前記先端部分27とを可撓的に圧縮しま
た前記ピンの前記根元部分21を可撓的に伸張さ
せつつ更に締付けられる時には前記沈み穴部分3
7と前記ピンの根元部分21の少なくとも一方が
降伏強さに達する時点より遅くない時点にて前記
先端部分27が降伏強さに達するように定められ
ていることを特徴とするドリルパイプ工具継手。
1 A drill pipe tool joint between a first drill pipe member 11 formed with a pin 15 at one end and a second drill pipe member 13 formed with a box 31 at one end, said pin being connected to the outer shoulder 17. The box has a series of engaging parts including, in this order, a root part 21, an external thread 25, a tip part 27, and a pin end face 29, and the box has a box end face 33 and a sink hole part 37.
and an internal thread 39, a root portion 41, and an internal shoulder 43 in this order, each of the series of engagement portions of the pin being connected to the series of engagement portions of the box, respectively. The root portion 21 of the pin is configured to engage a corresponding portion of the pin.
and the axial length and radial thickness of the tip portion 27 and the sink hole portion 37 and root portion 41 of the box are such that the axial length and radial thickness of the box end face 33 when the joint is tightened to half its yield strength.
The pressure with which the pin end face 29 is pressed against the outer shoulder 17 is greater than the pressure with which the pin end face 29 is pressed against the inner shoulder 43, and the joint flexibly compresses the sink portion 37 and the tip portion 27. Further, when the base portion 21 of the pin is flexibly extended and further tightened, the sink hole portion 3
7 and the root portion 21 of the pin, the tip portion 27 is configured to reach its yield strength at a time not later than the time at which at least one of the root portion 21 of the pin reaches its yield strength.
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