WO2014199619A1 - 油井管用ねじ継手 - Google Patents

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screw
box
pitch
thread
pin
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Inventor
孝将 川井
高橋　一成
博 近常
吉川　正樹
順 高野
拓也 長濱
植田　正輝
佐藤　秀雄
関　春彦
毅 米山
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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    • 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
    • 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
    • F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
    • F16L15/004—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface
    • 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
    • F16L15/06—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints characterised by the shape of the screw-thread

Definitions

  • the present invention relates to threaded joints for threaded joints for threaded joints (threaded joints, for oil, country, tubulars, and more), and more particularly for searching and producing oil wells and gas wells.
  • the present invention relates to a threaded joint for oil well pipes having excellent properties.
  • Threaded joints are widely used for the connection of steel pipes used in oil industry such as oil well pipes (petroleum installation).
  • API American Petroleum Institute
  • standard threaded joints defined in the API have been typically used to connect steel pipes used for oil and gas exploration and production.
  • the wells of crude oil (natural oil) and natural gas (deep gas) have become deep wells, vertical wells, horizontal wells, directional wells, etc.
  • the drilling and production environment has become harsh.
  • Premium joints usually have a taper thread (seal) thread), seal (portion) (more specifically metal touch seal (metal to metal seal)), shoulder (shoulder) (more specifically torque shoulder)
  • a male thread member (externally-threaded member) formed on the end of the pipe (hereinafter referred to as a pin) and a female thread member (internally-threaded member) connecting the pins (hereinafter referred to as a box) Are called coupling-type joints.
  • the taper screw is important to firmly fix the pipe joint, and the seal part plays a role of ensuring gas tightness by making metal contact between the box and the pin at this part, and the shoulder part is tightening of the joint Inside it becomes a shoulder face that acts as an abutment.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a conventional example of a premium joint for oil well pipes, which is a vertical cross-sectional view (a cross-sectional view in which a pipe axis extends in a cross section) of a threaded joint of a circular pipe.
  • the threaded joint includes a pin 3 and a box 1 corresponding to the pin 3, and the pin 3 has a male screw portion 7 on the outer surface thereof, and has no screw provided adjacent to the male screw portion 7 on the tip end side of the pin 3.
  • It has a nose 8 (also called a pin nose) that is a length portion.
  • the nose portion 8 has a seal portion (specifically, a metal touch seal portion) 11 on its outer peripheral surface, and a shoulder portion 12 on its end surface.
  • Corresponding box 1 has a female screw portion 5 and a seal portion, which are parts that can be screwed or contacted with the male screw portion 7, the seal portion 11, and the shoulder portion 12 of the pin 3, respectively, on the inner surface thereof. 13 and a shoulder portion 14.
  • the seal portion 11 is provided at the tip of the pin 3, and a desired sealing performance can be realized by applying an appropriate tightening torque (make up torque).
  • an appropriate tightening torque make up torque
  • the tightening torque is affected by lubrication conditions, surface quality, and the like. Therefore, as a design not largely depending on these, there is a radial seal method (also referred to as a radial seal type) in which the radial component of the seal contact pressure is relatively strong.
  • the radial seal type is similar to the conventional threaded joint having the seal portion at the tip of the pin in that the radial seal type has the seal portion at a portion different from the shoulder portion.
  • the threaded part of a threaded joint does not fit uniformly, and generally a concentrated load (concentrated load) occurs at the screw end (pin tube end), and this concentrated load becomes excessive. There is seizure (galling).
  • Patent Document 1 As a related art related to this point, in Patent Document 1, it is assumed that concentrated load is generated on the stubbing flank surfaces at both ends of the screw, and seizure at the end of the box is a problem. Therefore, in the above-described prior art, the pitch is slightly increased only in the final pass or the final number of passes of threading, and the stubbing flank surface 31 is cut while the pitch of the load flank surface 30 is kept constant. Thus, the concentrated load is reduced by opening a gap between both stubbing flank surfaces 31B and 31P.
  • the present inventors can reduce the contact reaction force with the threaded portion on the pin tube end side by optimizing the thread pitch on the center side of the box. Thus, it was discovered that seizure could be prevented, and the present invention was made based on this discovery.
  • the present invention is as follows.
  • the oil well pipe screw that becomes the shoulder surface that abuts against the other side when the screw joint is tightened.
  • the female thread pitch (pitch of internal thread) is set closer to the center of the box than the 1/2 position of the entire length of the thread from the thread end on the box end
  • the pitch change position (pitch change position) is the same value as the male screw pitch, and the pitch gap defined below is changed to the pitch change position by changing the pitch to a value less than the male screw pitch at the pitch change position. From the center of the box to the end of the screw, and finally the value is 0.2 to 0.8 times the screw gap before the pitch change (before the pitch change position). Threaded joint for oil well pipes with excellent seizure resistance.
  • the thread gap is the distance between the stub flank surfaces facing each other within the complete mating range, with the load flank surfaces facing each other at the box end within the complete mating range of the pin and box thread. This is the distance in the tube axis direction.
  • the concentrated load of the pin pipe end side thread portion can be reduced, and a threaded joint for oil well pipes excellent in seizure resistance can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view illustrating an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph illustrating a thread gap distribution (a) and a thread pitch distribution (b) in the tube axis direction according to the present invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating the axial reaction force acting on the load flank surface of each screw of the male screw portion during tightening.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory view illustrating a conventional special threaded joint.
  • the threaded joint according to the present invention occupies the pipe end of the steel pipe 2 for oil country tubular goods, and forms a male screw part 7, a nose part 8 extending from the male screw part 7 to the pipe end side, and a tip of the nose part 8.
  • a box 1 having a pin 3 having a shoulder portion 12, a female screw portion 5 screwed to the male screw portion 7 to form a screw portion, and a shoulder portion 14 abutting against the shoulder portion 12 of the pin 3.
  • the pin 3 and the box 1 are connected by the screw connection, and metal-to-metal contact with each other is made between the respective screw portions 5 and 7 and the shoulder portions 12 and 14, and the contact portion is a seal portion 11.
  • 13, and the shoulder portions 12 and 14 of the pin 3 and the box 1 are shoulder surfaces that come into contact with the counterpart when the screw joint is tightened (see FIG. 1A).
  • the threaded joint is the same as the conventional premium joint illustrated in FIG.
  • the female screw pitch 20B is set to the same value as the male screw pitch 20P from the screw end portion on the box end side to the pitch change position PCP taken closer to the center of the box than 1/2 position of the total length of the screw portion ( (Refer FIG.1 (b)). Then, at the pitch change position PCP, a pitch change (change of pitch) for changing the female screw pitch 20B to a value less than the male screw pitch 20P causes the above defined screw gap 10 to move from the pitch change position PCP to the center of the box. It is gradually reduced to the screw end position (see FIG. 1C). Finally, the value is 0.2 times or more and 0.8 times or less the screw gap before the pitch change position PCP.
  • the load flank surface 30B becomes closer to the box end as it approaches the pin pipe end. Gradually shift to the side. As a result, the screw gap 10 gradually decreases, and accordingly, a gap 32 is generated between the load flank surfaces 30P and 30B facing each other, and the gap 32 increases as it approaches the pin tube end side.
  • the effect of reducing the contact surface pressure acting on the load flank surface 30P (the effect of reducing the surface pressure) is manifested. Accordingly, the concentrated load acting on the load flank surface 30P on the pin tube end side at the time of tightening is dispersed and effectively reduced (referred to as a load dispersion effect).
  • the screw gap 10 to be gradually reduced needs to be 0.2 to 0.8 times that before the pitch change.
  • the pitch change position PCP to the end of the female thread 5 at the center of the box (which is called a short pitch area) is too long, the pitch can be changed with very high accuracy. Is not suitable for industrial production (industrial production), and the contact pressure increases only in the vicinity of the end of the pin tube, but there is a wide area where there is no concentrated load. However, if it is included in the shortened pitch region, it is necessary that the shortened pitch region is less than 1/2 of the entire length of the threaded portion because the load dispersion effect is poor.
  • the length of the shortened pitch region is not less than the length corresponding to three threads (3 pitches in terms of screw pitch).
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a pitch change according to the present invention
  • FIG. 2 (a) shows the relationship between the number of threads and the screw gap as an index of the pipe axis direction distance from the pin tube end side
  • FIG. 2B is a graph showing the relationship between the number of threads and the female thread pitch.
  • a threaded joint composed of a pin formed by threading a pipe end of a steel pipe having an outer diameter of 7-5 / 8 " ⁇ thickness of 0.625" and a box corresponding thereto is targeted.
  • the tube axial reaction force (concentrated load) acting on the load flank surface of each thread portion was calculated by FEM (finite element method).
  • FEM finite element method
  • Table 1 shows the dimensions of the threaded part, which consists of a pin formed by threading the end of a steel pipe with an outer diameter of 9-5 / 8 "x thickness of 0.545" and a corresponding box.
  • a Make & Break test for repeated tightening and tightening in accordance with ISO 13679: 2002 was performed on the threaded joint for oil well pipes, which indicates the level of (dimensional (data of thread).
  • the test conditions are: thread interference (high) (high) (0.305 mm), seal interference (high) (high) (1.016 mm), tightening torque (high) (50,000 N ⁇ m) It was.
  • the amount of seal interference refers to the portion to be the pin-side seal portion and the box-side seal portion when the pin drawing and the box drawing are overlapped so that their tube axes and the shoulder portions coincide with each other. It is twice the maximum value in the radial direction of the tube in the region where the part interferes (value per diameter).
  • the screw interference amount is the part to be used as the pin-side screw part and the box-side screw part. This is twice the value in the radial direction of the tube in the region where the portion to be interfered with (a value per diameter).
  • test results are shown in Table 1. As shown in Table 1, the inventive examples did not cause seizure at any level, and passed the Make & Break test.

Abstract

　従来技術では、スタビングフランク面３１Ｂにて接触する場合を想定したものであるため、ピン管端側のねじ部のロードフランク面３０Ｐに高い集中荷重が作用する場合にはこれを低減することができない。　プレミアムジョイントにおいて、雌ねじピッチ２０Ｂを、ボックス１端側のねじ端部からねじ部全長の１/２位置よりボックス中央側寄りにとったピッチ変更位置ＰＣＰまでは雄ねじピッチ２０Ｐと同じ値とし、前記ピッチ変更位置ＰＣＰで雄ねじピッチ未満の値に変更するピッチチェンジにより、ねじギャップ１０を、前記ピッチ変更位置ＰＣＰからボックス中央側のねじ端部まで漸減させ、最終的に前記ピッチチェンジより前のねじギャップ１０の０．２倍以上０．８倍以下の値とした。

Description

油井管用ねじ継手
　本発明は、耐焼付き性(galling resistance)に優れた油井管用ねじ継手(threaded joint for oil country tubular goods)に関し、詳しくは一般に油井(oil well)やガス井(gas well)の探索や生産に使用されるチュービング(tubing)およびケーシング(casing)を包含するＯＣＴＧ（ｏｉｌ　ｃｏｕｎｔｒｙ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｇｏｏｄｓ）、ライザー管(riser pipe)、ならびにラインパイプ(line pipe)などの鋼管の接続に用いるのに好適な、耐焼付き性に優れた油井管用ねじ継手に関する。
　ねじ継手は、油井管など産油産業（oil industry）の設備（petroleum installation）に使用される鋼管の接続に広く使用されている。オイルやガスの探索や生産に使用される鋼管の接続には、従来ＡＰＩ（米国石油協会(American Petroleum Institute)）規格に規定された標準的なねじ継手が典型的には使用されてきた。しかし、近年、原油(crude oil)や天然ガス(natural gas)の井戸は深井戸化(deep well)が進み、垂直井 (vertical well)から水平井(horizontal well)や傾斜井(directional well)等が増えていることから、掘削・生産環境は苛酷化している。また、海洋や極地(polar region)など劣悪な環境(appalling circumstance)での井戸の開発が増加していることなどから、耐圧縮性能(compression resistance)、耐曲げ性能(bending resistance)、外圧シール性能(sealabilityagainst external pressure)（耐外圧性能(external pressure resistance)）など、ねじ継手への要求性能は多様化している。そのため、プレミアムジョイント(premium joint)と呼ばれる高性能の特殊ねじ継手(special threaded joint)を使用することが増加しており、その性能への要求もますます増加している。
　プレミアムジョイントは、通常、テーパねじ (tapered thread)、シール部(seal portion)（詳しくはメタルタッチシール部(metal to metal seal)）、ショルダ部(shoulder)（詳しくはトルクショルダ部(torque shoulder)）をそれぞれ備える、管端部に形成した雄ねじ部材(externally-threaded member)（以下、ピン(pin)と呼ぶ）と該ピン同士を連結する雌ねじ部材(internally-threaded member)（以下、ボックス(box)と呼ぶ）とを結合したカップリング形式(coupling-type)の継手である。テーパねじは管継手を強固に固定するために重要であり、シール部はボックスとピンとがこの部分でメタル接触することで気密性(gas tight)を確保する役目を担い、ショルダ部は継手の締め付け中にストッパ(abutment)の役目を担うショルダ面(shoulder face)になる。
　図４は、油井管用プレミアムジョイントの従来例を示す模式的説明図であり、これらは、円管のねじ継手の縦断面図（管軸が断面内で延在する断面図）である。ねじ継手は、ピン３とこれに対応するボックス１とを備えており、ピン３は、その外面に雄ねじ部７と、ピン３の先端側に雄ねじ部７に隣接して設けられたねじの無い長さ部分であるノーズ部(nose)（ピンノーズ(pin nose)とも云う）８を有する。ノーズ部８は、その外周面にシール部（詳しくは、メタルタッチシール部）１１を、その端面にはショルダ部１２を有する。対応するボックス１は、その内面に、それぞれピン３の雄ねじ部７、シール部１１、およびショルダ部１２と夫々、螺合するか、または接触することができる部分である、雌ねじ部５、シール部１３、および、ショルダ部１４を有している。
　なお、ピン３の各ねじ山(thread)とこれに対応するボックス１の各ねじ谷(root of thread)とにおいて、反ピン管端側（ボックス端側）の面はロードフランク面(load flank face)３０（ピン側はＰ、ボックス側はＢを夫々付した）、ピン管端側（ボックス中央側）の面はスタビングフランク面(stabbing flank face)３１（ピン側はＰ、ボックス側はＢを夫々付した）と呼ばれる。
　図４の従来例では、シール部１１がピン３の先端部にあり、適正な締め付けトルク(make up torque)を与えることにより所望のシール性能を実現できるのである。しかし、締付けトルクは潤滑条件(lubrication condition)、表面性状(surface quality)等に影響される。そこで、これらに大きくは依存しない設計として、シール接触圧力の半径方向成分を相対的に強くした半径方向シール方式（ラジアルシール型(radial seal type)とも云う）がある。
　尤も、上記ラジアルシール型も、ショルダ部とは異なる部位にシール部を有すると云う点では、ピン先端部にシール部を有する従来のねじ継手と同様である。
　ところで、ねじ継手のねじ部は均一に嵌合していくわけではなく、一般的にねじ端部（ピン管端部）において集中荷重(concentrated load)が発生し、この集中荷重が過大となる場合には焼付き（ゴーリング(galling)）が発生する。
　この点に関連する従来技術として、特許文献１では、ねじ両端部のスタビングフランク面に集中荷重が発生するとし、特にボックス端部での焼付きが課題であるとしている。そこで上記従来技術では、ねじ切り加工(threading)の最終パス又は最終数パスのみピッチ(pitch)を僅かに大きくし、ロードフランク面３０のピッチは一定に保ったまま、スタビングフランク面３１を削り込むことにより、両スタビングフランク面３１Ｂ、３１Ｐの間に隙間をあけることで集中荷重を低減している。
特開２００１－２１０７２号公報
　しかし、ショルダ部１２、１４を有するねじ継手においては、締め付け中にショルダ部１２、１４がストッパ(abutment)の役目を担うショルダ面となって接触し合うと、ピン管端側のねじ部のロードフランク面３０Ｐに軸方向（管軸方向の意）の接触反力(contact reaction force)が作用し、最大軸方向反力(maximum axial reaction force)が発生することとなる。ところが、上記従来技術では、スタビングフランク面３１Ｂにて接触する場合を想定したものであるため、ピン管端側のねじ部のロードフランク面３０Ｐに高い集中荷重が作用する場合にはこれを低減することができないという課題がある。
　本発明者らは、上記課題を解決するために種々の検討を行った結果、ボックス中央側におけるねじピッチの適正化によりピン管端側のねじ部との接触反力が低減可能であり、これにより焼付きの防止が可能であることを発見し、この発見に基づき本発明を成した。
　本発明は以下の通りである。
　（１）油井管用鋼管の管端部を占有し、雄ねじ部と、該雄ねじ部より管端側に延在するノーズ部と、該ノーズ部の先端をなすショルダ部とを有するピンと、前記雄ねじ部とねじ結合されてねじ部をなす雌ねじ部と、前記ピンのショルダ部に当接するショルダ部とを有するボックスと、を有し、前記ねじ結合により前記ピンと前記ボックスとが結合されて夫々のねじ部とショルダ部との間の部位で互いに相手方とメタル‐メタル接触しその接触部がシール部をなし、前記ピンと前記ボックス夫々のショルダ部はねじ継手締め付け時に相手方と当接するショルダ面となる油井管用ねじ継手であって、前記雌ねじ部において、雌ねじピッチ(pitch of internal thread) を、ボックス端側のねじ端部からねじ部全長の１/２位置よりボックス中央側寄りにとったピッチ変更位置(pitch change position)までは雄ねじピッチと同じ値とし、前記ピッチ変更位置で雄ねじピッチ未満の値に変更するピッチのチェンジにより、下記に定義されるねじギャップを、前記ピッチ変更位置からボックス中央側のねじ端部まで漸減させ、最終的に前記ピッチのチェンジより前（上記ピッチ変更位置より前）のねじギャップの０．２倍以上０．８倍以下の値としたことを特徴とする耐焼付き性に優れた油井管用ねじ継手。
　　　　　　　　　　　　　　　　記
　ねじギャップとは、ピンとボックスのねじ部の完全嵌合範囲内において、ボックス端側で向かい合うロードフランク面を隙間なく合わせた状態下で、前記完全嵌合範囲内で向かい合うスタビングフランク面同士間の管軸方向距離のことである。
　本発明によれば、上記構成を採用したことで、ピン管端側ねじ部の集中荷重の低減が達成され、耐焼付き性に優れた油井管用ねじ継手が得られる。
図１は、本発明の実施形態を例示する模式的説明図である。 図２は、本発明による管軸方向のねじギャップ分布（ａ）及びねじピッチ分布（ｂ）を例示するグラフである。 図３は、締め付け時に雄ねじ部の各ねじのロードフランク面に作用する軸方向反力を例示するグラフである。 図４は、従来の特殊ねじ継手を例示する模式的説明図である。
　図１を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明に係るねじ継手は、油井管用鋼管２の管端部を占有し、雄ねじ部７と、該雄ねじ部７より管端側に延在するノーズ部８と、該ノーズ部８の先端をなすショルダ部１２とを有するピン３と、上記雄ねじ部７とねじ結合されてねじ部をなす雌ねじ部５と、上記ピン３のショルダ部１２に当接するショルダ部１４とを有するボックス１と、を有する。上記ねじ結合により上記ピン３と上記ボックス１とが結合されて夫々のねじ部５、７とショルダ部１２、１４との間の部位で互いに相手方とメタル‐メタル接触しその接触部がシール部１１、１３をなし、上記ピン３と上記ボックス１夫々のショルダ部１２、１４はねじ継手締め付け時に相手方と当接するショルダ面となる（図１（ａ）参照）、と云う点では、本発明に係るねじ継手は、図４に例示した従来のプレミアムジョイントと同様である。
　本発明の特徴は、次の通りである。上記雌ねじ部５において、雌ねじピッチ２０Ｂを、ボックス端側のねじ端部からねじ部全長の１/２位置よりボックス中央側寄りにとったピッチ変更位置ＰＣＰまでは雄ねじピッチ２０Ｐと同じ値とする（図１（ｂ）参照）。そして、上記ピッチ変更位置ＰＣＰで、雌ねじピッチ２０Ｂを雄ねじピッチ２０Ｐ未満の値に変更するピッチのチェンジ(change of pitch)により、上記定義したねじギャップ１０を、上記ピッチ変更位置ＰＣＰからボックス中央側のねじ端部位置まで漸減させる（図１（ｃ）参照）。最終的に上記ピッチ変更位置ＰＣＰより前のねじギャップの０．２倍以上０．８倍以下の値とする。
　上記ピッチのチェンジを行うことで、図１（ｃ）に示される様に、ピッチのチェンジ後（ピッチ変更位置ＰＣＰよりピン管端側）は、ピン管端に近づくにつれてロードフランク面３０Ｂがボックス端側に徐々にシフトしていく。その結果、ねじギャップ１０が漸減し、これに伴って、向かい合うロードフランク面３０Ｐ、３０Ｂ同士間に隙間３２が生成し、この隙間３２はピン管端側に近づくほど拡大するから、ピン管端側のロードフランク面３０Ｐに作用する接触面圧を低減する効果（面圧の低減効果）が発現する。従って、締め付け時にピン管端側のロードフランク面３０Ｐに作用する集中荷重が分散されて有効に軽減する効果（荷重の分散効果と云う）が得られる。
　但し、上記漸減したねじギャップ１０の最終値が、ピッチのチェンジ前（ピッチ変更位置ＰＣＰよりボックス端側の領域）のそれの０．２倍未満であると、上記面圧の低減効果に乏しい。一方、上記最終値がピッチのチェンジ前の０．８倍を超えると、ピン管端側のスタビングフランク面３１Ｐ、３１Ｂ同士間の干渉による焼付き発生が懸念される。よって、漸減させるねじギャップ１０は最終的にピッチのチェンジ前のそれの０．２～０．８倍とする必要がある。
　又、ピッチ変更位置ＰＣＰからボックス中央側の雌ねじ部５端までの管軸方向長さ領域（短ピッチ化領域(short pitch area)と云う）を長くしすぎると、非常に精度の高いピッチのチェンジが必要となって工業生産（industrial manufacturing）に適さないと云う難点、及び、接触面圧（contact pressure）が増大するのはピン管端側近傍のみであるのに集中荷重の無い広範な領域までも前記短ピッチ化領域に含めると、上記荷重の分散効果に乏しくなると云う難点から、上記短ピッチ化領域は、ねじ部全長の１/２未満とする必要がある。
　尤も、上記短ピッチ化領域長さが短すぎる場合は、荷重の分散効果が不十分となって上記短ピッチ化領域の外側のねじ部に集中荷重が発生する虞がある。このため、上記短ピッチ化領域長さはねじ山数で３山分（ねじピッチ単位では３ピッチ分）に相当する長さ以上とするのが好ましい。
　図２は、本発明に係るピッチのチェンジの一例を示すグラフであって、図２（ａ）はピン管端側からの管軸方向距離の指標としたねじ山数とねじギャップとの関係を示すグラフ、図２（ｂ）は上記ねじ山数と雌ねじピッチとの関係を示すグラフである。尚、本例では、外径７-５/８”×肉厚０．６２５”の鋼管の管端部をねじ切削加工してなるピンと、これに対応するボックスとからなるねじ継手を対象とした。ピッチ変更位置ＰＣＰはねじ山数＝５の位置にとり、この位置で雌ねじピッチを０．２０００”から０．１９９６”に変更した。尚ここで、ねじ部全長では、ねじ山数＞２０、である。
　本例のねじ継手（本発明例）について、各ねじ山部位のロードフランク面に作用する管軸方向反力（集中荷重）をＦＥＭ（有限要素法(finite element method)）にて計算した。この計算結果を、ピッチのチェンジを行わない場合（従来例）と比較すると、図３に示すとおり、本発明例では従来例に比べ集中荷重が低減し、最大値は半減していることが分る。
　外径９－５／８”×肉厚０．５４５”の鋼管の管端部をねじ切削加工(threading)してなるピンと、これに対応するボックスとからなる、表１にねじ部寸法諸元(dimensional data of thread)の水準を示すところの、油井管用ねじ継手について、ＩＳＯ　１３６７９：２００２に準拠した、繰り返し締め付け締め戻しを行うＭａｋe　＆　Ｂｒｅａｋ試験を行った。試験条件は、ねじ干渉量(thread interference quantity)「Ｈｉｇｈ」（０．３０５ｍｍ）、シール干渉量(seal interference quantity)「Ｈｉｇｈ」（１．０１６ｍｍ）、締め付けトルク「Ｈｉｇｈ」（５０，０００Ｎ・ｍ）とした。ここで、シール干渉量とは、ピン図面とボックス図面とをそれらの管軸同士及びショルダ部同士が一致するように重ね合わせた時の、ピン側シール部にする部分とボックス側シール部にする部分とが干渉し合う領域の管半径方向寸法の最大値の２倍（直径あたりの値）のことであり、ねじ干渉量とは、その際のピン側ねじ部にする部分とボックス側ねじ部にする部分とが干渉し合う領域の管半径方向寸法の２倍（直径あたりの値）のことである。
　試験結果を表１に示す。表１に示されるとおり、本発明例は何れの水準においても焼付きは発生せず、Ｍａｋe　＆　Ｂｒｅａｋ試験合格となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
１　ボックス
２　油井管用鋼管
３　ピン
５　雌ねじ部（ボックス側）
７　雄ねじ部（ピン側）
８　ノーズ部（ピンノーズ）
１０　ねじギャップ
１１，１３　シール部（メタルタッチシール部）
１２　ショルダ部（ピン側）
１４　ショルダ部（ボックス側）
２０　ねじピッチ（副号のＰはピン側、Ｂはボックス側）
３０　ロードフランク面（副号のＰはピン側、Ｂはボックス側）
３１　スタビングフランク面（添符号のＰはピン側、Ｂはボックス側）
３２　隙間（向かい合うロードフランク面同士間の隙間）
ＰＣＰ　ピッチ変更位置

Claims (1)

  1. 　油井管用鋼管の管端部を占有し、雄ねじ部と、該雄ねじ部より管端側に延在するノーズ部と、該ノーズ部の先端をなすショルダ部とを有するピンと、
    　前記雄ねじ部とねじ結合されてねじ部をなす雌ねじ部と、前記ピンのショルダ部に当接するショルダ部とを有するボックスと、を有し、
    　前記ねじ結合により前記ピンと前記ボックスとが結合されて夫々のねじ部とショルダ部との間の部位で互いに相手方とメタル‐メタル接触しその接触部がシール部をなし、
    　前記ピンと前記ボックス夫々のショルダ部はねじ継手締め付け時に相手方と当接するショルダ面となる油井管用ねじ継手であって、
    　前記雌ねじ部において、雌ねじピッチを、ボックス端側のねじ端部からねじ部全長の１／２位置よりボックス中央側寄りにとったピッチ変更位置までは雄ねじピッチと同じ値とし、前記ピッチ変更位置で雄ねじピッチ未満の値に変更するピッチチェンジにより、下記に定義されるねじギャップを、前記ピッチ変更位置からボックス中央側のねじ端部まで漸減させ、最終的に前記ピッチチェンジより前のねじギャップの０．２倍以上０．８倍以下の値としたことを特徴とする油井管用ねじ継手。
    　　　　　　　　　　　　　　　　　　記
    　ねじギャップとは、ピンとボックスのねじ部の完全嵌合範囲内において、ボックス端側で向かい合うロードフランク面を隙間なく合わせた状態下で、前記完全嵌合範囲内で向かい合うスタビングフランク面同士間の管軸方向距離のことである。
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