WO2020195621A1 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents

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WO2020195621A1
WO2020195621A1 PCT/JP2020/009003 JP2020009003W WO2020195621A1 WO 2020195621 A1 WO2020195621 A1 WO 2020195621A1 JP 2020009003 W JP2020009003 W JP 2020009003W WO 2020195621 A1 WO2020195621 A1 WO 2020195621A1
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WO
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stubing
pin
screw
male screw
box
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PCT/JP2020/009003
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理彦 岩本
侑助 豊田
康弘 神地
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日本製鉄株式会社
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a threaded joint for steel pipes, and more particularly to a coupling type threaded joint for connecting two steel pipes to each other.
  • oil wells For example, exploratory drilling or production of oil wells and natural gas wells (hereinafter collectively referred to as "oil wells"), development of non-conventional resources such as oil sands and shale gas, carbon capture and storage (CCS (Carbon)). In dioxide Capture and Storage)), geothermal power generation, hot springs, etc., steel pipes called oil well pipes are used. Threaded joints are used to connect the steel pipes.
  • the types of threaded joints for steel pipes of this type are roughly divided into coupling type and integral type.
  • the coupling type of the pair of pipe materials to be connected, one pipe material is a steel pipe and the other pipe material is a coupling.
  • male threads are formed on the outer circumferences of both ends of the steel pipe, and female threads are formed on the inner circumferences of both ends of the coupling. Then, the male screw of the steel pipe is screwed into the female screw of the coupling, whereby both are fastened and connected.
  • the pair of pipe materials to be connected are both steel pipes, and separate couplings are not used.
  • a male screw is formed on the outer circumference of one end of the steel pipe, and a female screw is formed on the inner circumference of the other end. Then, the male screw of one steel pipe is screwed into the female screw of the other steel pipe, whereby both are fastened and connected.
  • the joint part of the pipe end where the male thread is formed is called a "pin” because it contains an element to be inserted into the female thread.
  • the joint portion of the pipe end portion on which the female thread is formed is referred to as a "box” because it contains an element that accepts the male thread. Since these pins and boxes are the ends of the pipe material, they are both tubular.
  • the well is dug while reinforcing the well wall with oil well pipes so that the well wall does not collapse during excavation, resulting in a structure in which oil well pipes are arranged multiple times.
  • the inner and outer diameters of joints are made of steel pipes for connecting oil well pipes. Threaded joints that are about the same as or slightly larger than the inner and outer diameters are often used. By using such a threaded joint, it is possible to minimize the gap between the well pipes arranged in a plurality of wells, and even if it is deep, the diameter of the well does not become so large and the well can be efficiently developed.
  • the threaded joint has a fluid pressure from the inside (hereinafter, also referred to as “internal pressure”) and a fluid pressure from the outside (hereinafter, also referred to as “external pressure”).
  • Excellent sealing performance is required.
  • a large tensile load or compressive load is applied to the threaded joint due to thermal expansion of the oil well pipe.
  • the threaded joint is also required to have excellent sealing performance.
  • metal seal As a threaded joint for ensuring sealing performance, one having a metal-metal contact seal (hereinafter referred to as "metal seal”) is known.
  • metal seal With a metal seal, the diameter of the seal surface of the pin is slightly larger than the diameter of the seal surface of the box, and when the thread joints are fastened and the seal surfaces are fitted together, the seal surface of the pin is reduced in diameter and the box The diameter of the sealing surface is expanded, and the elastic recovery force of each sealing surface to return to the original diameter generates contact pressure on the sealing surface to bring them into close contact with each other all around the structure to exhibit sealing performance.
  • a threaded joint for ensuring sealing performance there is also known one having a structure in which a threaded portion has sealing performance without a metal seal or in combination with a metal seal. Specifically, in the region where the threaded portion has a predetermined length or longer in the fastened state, the gap between the threaded surfaces of the pin and the box is small, and a viscous lubricant called dope is present in the gap, and the pin and the box have a viscous lubricant. It is a structure in which a contact surface pressure is applied to the screw surface due to the interference of the screw diameter (hereinafter, this structure is referred to as a “screw seal (structure)”). A screw joint having such a screw seal and having a sealing performance against internal pressure and external pressure is also known.
  • the purpose of the present disclosure is to provide a threaded joint for steel pipes that can be fastened quickly and properly.
  • the threaded joint for steel pipes includes a first steel pipe, a second steel pipe, and a coupling for connecting the first and second steel pipes to each other.
  • the first steel pipe includes a first pipe body and a tubular first pin.
  • the first pin is formed continuously with the main body of the first pipe and is formed at the tip of the first steel pipe.
  • the second steel pipe includes a second pipe body and a tubular second pin.
  • the second pin is formed continuously with the second pipe body and is formed at the tip of the second steel pipe.
  • the coupling includes a tubular first box and a tubular second box. The first box is fastened to the first pin by inserting the first pin.
  • the second box is formed on the opposite side of the first box, and the second pin is inserted and fastened to the second pin.
  • Each of the first and second pins contains a male screw formed on the outer circumference of the pin.
  • Each of the first and second boxes corresponds to a male screw and includes a female screw formed on the inner circumference of the box.
  • the male and female threads are trapezoidal threads and tapered threads. At least a portion of the male and female threads in the fastened state constitutes a thread seal.
  • the male thread includes a male thread thread surface, a male thread bottom surface, a male thread stubing surface formed on a side closer to the tip of the pin, and a male thread load surface formed on a side far from the tip of the pin.
  • the male thread stubing surface is formed on the side far from the pipe axis of the steel pipe, and is formed on the side close to the pipe axis with the first male screw stubing step having a stubing angle of -10 to 15 degrees, and has a stubing angle of 20 to 60 degrees. It has a second male screw stubing step.
  • the second male thread stubing step has a height of 20 to 60% of the height of the male thread.
  • the female thread includes a female thread surface facing the male thread bottom surface, a female thread bottom surface facing the male thread surface, a female thread stubing surface facing the male thread stubing surface, and a female thread loading surface facing the male thread load surface.
  • the female thread stubing surface is formed on the side far from the tube axis and has the same stubing angle as the stubing angle of the first male thread stubing stage, and is formed on the side close to the tube axis and of the second male thread stubing stage. It has a second female screw stubing step having the same stubing angle as the stubing angle.
  • the first pin further includes a first pin shoulder surface formed at the tip of the first pin.
  • the second pin further includes a second pin shoulder surface formed at the tip of the second pin and in contact with the first pin shoulder surface in the fastened state.
  • the first pipe body includes an annular first marking groove formed on the outer periphery of the first pipe body.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the threaded joint for steel pipe according to the embodiment along the pipe axis direction.
  • FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view showing the shapes of the male and female threads shown in FIG. 1, respectively.
  • FIG. 3 is an enlarged vertical cross-sectional view of the male and female threads shown in FIG.
  • the threaded joint for steel pipes includes a first steel pipe, a second steel pipe, and a coupling for connecting the first and second steel pipes to each other.
  • the first steel pipe includes a first pipe body and a tubular first pin.
  • the first pin is formed continuously with the main body of the first pipe and is formed at the tip of the first steel pipe.
  • the second steel pipe includes a second pipe body and a tubular second pin.
  • the second pin is formed continuously with the second pipe body and is formed at the tip of the second steel pipe.
  • the coupling includes a tubular first box and a tubular second box. The first box is fastened to the first pin by inserting the first pin.
  • the second box is formed on the opposite side of the first box, and the second pin is inserted and fastened to the second pin.
  • Each of the first and second pins contains a male screw formed on the outer circumference of the pin.
  • Each of the first and second boxes corresponds to a male screw and includes a female screw formed on the inner circumference of the box.
  • the male and female threads are trapezoidal threads and tapered threads. At least a portion of the male and female threads in the fastened state constitutes a thread seal.
  • the male thread includes a male thread thread surface, a male thread bottom surface, a male thread stubing surface formed on a side closer to the tip of the pin, and a male thread load surface formed on a side far from the tip of the pin.
  • the male thread stubing surface is formed on the side far from the pipe axis of the steel pipe and is formed on the side close to the pipe axis with the first male screw stubing step having a stubing angle of -10 to 15 degrees and has a stubing angle of 20 to 60 degrees. It has a second male screw stubing step.
  • the second male thread stubing step has a height of 20 to 60% of the height of the male thread.
  • the female thread includes a female thread surface facing the male thread bottom surface, a female thread bottom surface facing the male thread surface, a female thread stubing surface facing the male thread stubing surface, and a female thread loading surface facing the male thread load surface.
  • the female thread stubing surface is formed on the side far from the pipe axis and has the same stubing angle as the stubing angle of the first male thread stubing stage. It has a second female screw stubing step having the same stubing angle as the stubing angle.
  • the first pin further includes a first pin shoulder surface formed at the tip of the first pin.
  • the second pin further includes a second pin shoulder surface formed at the tip of the second pin and in contact with the first pin shoulder surface in the fastened state.
  • the first pipe body includes an annular first marking groove formed on the outer periphery of the first pipe body.
  • the first and second steel pipes can be quickly and appropriately fastened to the coupling.
  • the second pipe body may include an annular second marking groove formed on the outer periphery of the second pipe body.
  • the first marking groove may have a width narrower than the width of the second marking groove.
  • the first box may further include a tubular first recess.
  • the first recess is formed at the open end of the first box and has an inner peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the first pipe body and is separated from the outer peripheral surface.
  • the second box may further include a tubular second recess.
  • the second recess is formed at the open end of the second box and has an inner peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the second pipe body and is separated from the outer peripheral surface.
  • the dope does not protrude from the opening end of the coupling and reach the marking groove.
  • the portion of the male screw of the second pin and the female screw of the second box that constitutes the screw seal has a screw diameter smaller than the screw diameter interference amount of the male screw of the first pin and the female screw of the first box that constitutes the screw seal. It may have an amount of interference.
  • the male screw of the first pin and the female screw of the first box may include a complete screw and an incomplete screw formed between the first pipe body and the complete screw.
  • the first pin and the first box may be glued together with all or part of the incomplete screw in the fastened state.
  • the steel pipe may have an outer diameter of more than 16 inches.
  • the pipe assembly includes a first steel pipe and a coupling for connecting the first and second steel pipes to each other.
  • the first steel pipe includes a first pipe body and a tubular first pin.
  • the first pin is formed continuously with the main body of the first pipe and is formed at the tip of the first steel pipe.
  • the coupling includes a tubular first box and a tubular second box.
  • the first box is fastened to the first pin by inserting the first pin.
  • the second box is formed on the opposite side of the first box, and the second pin of the second steel pipe is inserted and fastened to the second pin.
  • the first pin includes a male screw formed on the outer circumference of the pin.
  • the first box corresponds to a male screw and includes a female screw formed on the inner circumference of the box.
  • the male and female threads are trapezoidal threads and tapered threads. At least a portion of the male and female threads in the fastened state constitutes a thread seal.
  • the male thread includes a male thread thread surface, a male thread bottom surface, a male thread stubing surface formed on a side closer to the tip of the pin, and a male thread load surface formed on a side far from the tip of the pin.
  • the male thread stubing surface is formed on the side far from the pipe axis of the steel pipe, and is formed on the side close to the pipe axis with the first male screw stubing step having a stubing angle of -10 to 15 degrees, and has a stubing angle of 20 to 60 degrees.
  • the second male thread stubing step has a height of 20 to 60% of the height of the male thread.
  • the female thread includes a female thread surface facing the male thread bottom surface, a female thread bottom surface facing the male thread surface, a female thread stubing surface facing the male thread stubing surface, and a female thread loading surface facing the male thread load surface.
  • the female thread stubing surface is formed on the side far from the tube axis and has the same stubing angle as the stubing angle of the first male thread stubing stage, and is formed on the side close to the tube axis and of the second male thread stubing stage.
  • the first pin further includes a first pin shoulder surface formed at the tip of the first pin.
  • the first pipe body includes an annular first marking groove formed on the outer periphery of the first pipe body. The open end of the first box is positioned within the width of the first marking groove.
  • the screw joint 10 is a coupling type and includes a steel pipe 20 m, a steel pipe 20f, and a coupling 50 for connecting the steel pipes 20m and 20f to each other.
  • the steel pipes 20m and 20f are not particularly limited, but may have an outer diameter of more than 16 inches.
  • the steel pipe 20 m includes a pipe body 21 m and a tubular pin 30 m.
  • the pin 30m is formed continuously with the pipe body 21m and is formed at the tip portion 22m of the steel pipe 20m.
  • the steel pipe 20f includes a pipe body 21f and a tubular pin 30f.
  • the pin 30f is formed continuously with the pipe body 21f and is formed at the tip portion 22f of the steel pipe 20f.
  • the coupling 50 includes a tubular box 40m and a tubular box 40f.
  • the box 40m is fastened to the pin 30m by inserting the pin 30m.
  • the box 40f is formed on the opposite side of the box 40m, and the pin 30f is inserted and fastened to the pin 30f.
  • Each of the pins 30m and 30f includes male screws 31m and 31f formed on the outer circumference of the pins 30m and 30f.
  • Each of the boxes 40m and 40f corresponds to the male threads 31m and 31f, and includes the female threads 41m and 41f formed on the inner circumference of the boxes 40m and 40f.
  • the male screws 31m and 31f and the female screws 41m and 41f are trapezoidal screws and tapered screws.
  • the pin 30m is called “mill end” because it is pre-fastened to the box 40m at the factory.
  • the pin 30f is called the "field end” because it is fastened to the box 40f at the well.
  • the male screws 31m and 31f are spirally formed on the outer circumferences of the pins 30m and 30f, and the diameter of the spiral becomes smaller as they approach the tips of the pins 30m and 30f (pin shoulder surfaces 24m and 24f).
  • the female threads 41m and 41f are spirally formed on the inner circumferences of the boxes 40m and 40f, and the diameter of the spiral increases as they approach the opening ends 51m and 51f of the boxes 40m and 40f.
  • the preferred taper ratio of the taper screw is 6.0 to 18.0%.
  • the taper ratio is designed so that an appropriate threaded length can be obtained in relation to the wall thickness of the steel pipes 20m and 20f.
  • the taper ratio may be constant, but it is preferable that the taper ratios of the male threads 31m and 31f become smaller as the distance from the tips of the pins 30m and 30f increases.
  • At least a part of the male threads 31m and 31f and the female threads 41m and 41f in the fastened state constitutes a screw seal.
  • a part of the male threads 31m and 31f and the female threads 41m and 41f constituting the screw seal has a length of three times or more the wall thickness of the steel pipes 20m and 20f in the pipe axial direction.
  • the male threads 31m and 31f and the female threads 41m and 41f constituting the screw seal are complete threads. The longer the screw seal, the better the sealing performance. On the other hand, if the length of the screw seal is too long, thread cutting requires cost and labor, and there is a risk that goring is likely to occur at the time of fastening.
  • the length of the screw seal is preferably 8 times or less the wall thickness.
  • the screw joint 10 has such a screw seal, but does not have a metal seal.
  • a Teflon® ring seal may be used in combination with the screw seal. Dope intervenes in the gaps between the screw seal surfaces. Sealing performance is improved by the intervention of dope.
  • the portion of the male screw 31 m of the pin 30 m and the female screw 41 m of the box 40 m that constitutes the screw seal constitutes the screw seal of the male screw 31 f of the pin 30f and the female screw 41 f of the box 40 f. It has a screw diameter interference amount smaller than the screw diameter interference amount of the portion (screw seal portion).
  • the screw diameter interference amount is the difference between the outer diameter of the screw seal portion of the pins 30m and 30f and the inner diameter of the screw seal portion of the boxes 40m and 40f corresponding to the screw seal portion.
  • the screw diameter interference amount is a positive value in the entire area of the screw seal portion.
  • the pin 30m further includes a pin shoulder surface 24m formed at the tip of the pin 30m.
  • the pin 30f further includes a pin shoulder surface 24f formed at the tip of the pin 30f and in contact with the pin shoulder surface 24m in the fastened state.
  • the threaded joint 10 has a so-called Pin to Pin structure.
  • the pin 30 m of the mill end is first fastened to the box 40 m. After that, the field end pin 30f is fastened to the box 40f at the oil well. As a result, the pin shoulder surface 24f of the pin 30f comes into contact with the pin shoulder surface 24m of the pin 30m.
  • the pipe body 21 m includes an annular marking groove 23 m.
  • the marking groove 23m is formed on the outer circumference of the pipe body 21m.
  • the tube body 21f includes an annular marking groove 23f.
  • the marking groove 23f is formed on the outer periphery of the pipe body 21f.
  • the marking groove 23m has a width wm narrower than the width wf of the marking groove 23f (wm ⁇ wf).
  • the marking grooves 23m and 23f are formed by cutting the pipe bodies 21m and 21f with a cutting tool while rotating the steel pipes 20m and 20f with a lathe. Therefore, the marking grooves 23m and 23f extend in the circumferential direction and make one round of the pipe body 21m and 21f.
  • the width wf of the marking groove 23f is 2 ⁇ (for example, 1.5 mm).
  • the marking groove 23m is located at + ( ⁇ - ⁇ ) on the side far from the tip and - ⁇ on the side near the tip, centering on the opening end 51m of the box 40m.
  • ⁇ ⁇ 3/4 ⁇ for example, 0.5 mm.
  • the width wm of the marking groove 23 m is 2 ⁇ - ⁇ (for example, 1.0 mm). Therefore, the opening end 51 m of the box 40 m is positioned within the width wm of the marking groove 23 m.
  • the box 40m further includes a tubular recess 52m.
  • the recess 52m is formed at the open end of the box 40m and has an inner peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the pipe body 21m and is separated from the outer peripheral surface.
  • the box 40f further includes a tubular recess 52f.
  • the recess 52f is formed at the open end of the box 40f and has an inner peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the pipe body 21f and is separated from the outer peripheral surface.
  • Each of the recesses 52m and 52f has a length of, for example, 15 mm, at least 5 mm in the tube axial direction.
  • the male threads 31 m and 31f are the male thread thread surface 32, the male thread bottom surface 33, the male thread stubing surface 34, and the male thread. Including the road surface 35.
  • the male screw stubing surface 34 is formed on the side close to the tip of the pins 30m and 30f.
  • the male screw load surface 35 is formed on the side far from the tips of the pins 30m and 30f.
  • the male screw stubing surface 34 has two male screw stubing steps 341 and 342.
  • the male screw stubing step 341 is formed on the side of the steel pipe 20 far from the pipe shaft X and has a stubing angle ⁇ 1.
  • the male screw stubing step 342 is formed on the side close to the pipe axis X and has a stubing angle ⁇ 2.
  • the stubing angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are angles at which the male screw stubbing surfaces 34 (male screw stubbing steps 341 and 342) are inclined with respect to the plane Y perpendicular to the pipe axis X. When the stubing surface 34 is overhanging, the stubing angle ⁇ 1 becomes negative.
  • the stubing angle ⁇ 2 is larger than the stubging angle ⁇ 1 ( ⁇ 2> ⁇ 1).
  • the stubing angle ⁇ 1 is ⁇ 10 to 15 degrees.
  • the upper limit of the stubing angle ⁇ 1 is preferably 14 degrees, more preferably 13 degrees, still more preferably 12 degrees.
  • the lower limit of the stubing angle ⁇ 1 is preferably 0 degrees, more preferably 8 degrees.
  • the larger ⁇ 1 the easier the cutting process when forming the threaded portion.
  • the stubing angle ⁇ 1 is, for example, about 10 degrees.
  • the stubing angle ⁇ 2 is 20 to 60 degrees.
  • the upper limit of the stubing angle ⁇ 2 is preferably 50 degrees, more preferably 40 degrees, still more preferably 32 degrees. The smaller ⁇ 2, the higher the compression resistance.
  • the lower limit of the stubing angle ⁇ 2 is preferably 23 degrees, more preferably 26 degrees, still more preferably 28 degrees. The larger ⁇ 2, the less likely it is that cross-threading will occur.
  • the stubing angle ⁇ 2 is, for example, about 30 degrees. Therefore, the male screw stubing surface 34 is recessed in the middle part.
  • the height of the male screw stubing step 342 (the length from the male screw bottom surface 33 to the boundary between the male screw stubing steps 341 and 342) is 25 to 60% of the height of the male screw, for example, 35%.
  • the female threads 41m and 41f (hereinafter, collectively referred to as “41”) include a female thread thread surface 42, a female thread bottom surface 43, a female thread stubing surface 44, and a female thread load surface 45.
  • the female thread surface 42 faces the bottom surface 33 of the male thread.
  • the female thread bottom surface 43 faces the male thread thread surface 32.
  • the female thread stubing surface 44 faces the male thread stubing surface 34.
  • the female thread load surface 45 faces the male thread load surface 35.
  • the female screw stubing surface 44 has two female screw stubing steps 441 and 442.
  • the female thread stubing step 441 is formed on the side far from the tube shaft X and has the same stubing angle ⁇ 1 as the stubbing angle ⁇ 1 of the male thread stubing step 341.
  • the female thread stubing step 442 is formed on the side close to the tube shaft X and has the same stubing angle ⁇ 2 as the stubbing angle ⁇ 2 of the male thread stubing step 342. Therefore, the female screw stubing surface 44 bulges substantially in the middle.
  • the stubing angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the male screw stubing stages 341 and 342 and the stubizing angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the female screw stubbing stages 441 and 442 do not have to be completely the same, and may be substantially the same. That is, the stubing angles ⁇ 1 and ⁇ 2 may have an error due to cutting.
  • the female screw stubing step 442 preferably has the same height as the male screw stubing step 342. As a result, the gap between the screw surfaces of the pin and the box does not become larger than necessary, and the screw seal structure can exhibit good sealing performance.
  • the height of the male thread stubing step 342 and the height of the female thread stubing step 442 do not have to be exactly the same, but may be substantially the same. That is, these heights may have an error due to cutting.
  • the male screw 31 further includes a male screw round surface 36 to 39.
  • the male thread round surface 36 is formed at a corner between the male thread thread surface 32 and the male thread stubing surface 34.
  • the male thread round surface 37 is formed at a corner between the male thread thread surface 32 and the male thread load surface 35.
  • the male thread round surface 38 is formed at a corner between the male thread bottom surface 33 and the male thread stubing surface 34.
  • the male thread round surface 39 is formed at a corner between the male thread bottom surface 33 and the male thread load surface 35.
  • the female screw 41 includes the female screw round surfaces 46 to 49.
  • the female thread round surface 46 is formed at a corner between the female thread thread surface 42 and the female thread stubing surface 44.
  • the female thread round surface 47 is formed at a corner between the female thread thread surface 42 and the female thread load surface 45.
  • the female thread round surface 48 is formed at a corner between the female thread bottom surface 43 and the female thread stubing surface 44.
  • the female thread round surface 49 is formed at a corner between the female thread bottom surface 43 and the female thread load surface 45.
  • the round surfaces 36 to 39 and 46 to 49 are so-called R surfaces (round chamfer surfaces) and have a predetermined radius of curvature.
  • the radius of curvature is 0.1 to 1.2 mm, preferably 0.3 to 0.8 mm.
  • the male screw load surface 35 has a load angle ⁇ .
  • the load angle ⁇ is an angle at which the male screw load surface 35 is inclined with respect to the plane Y perpendicular to the pipe axis X. When the load surface 35 is overhanging, the load angle ⁇ becomes negative.
  • the load angle ⁇ is ⁇ 10 to 3 degrees, preferably ⁇ 5 to -1 degree, for example, about -3 degree.
  • the female thread load surface 45 has the same load angle ⁇ as the load angle ⁇ of the male thread load surface 35.
  • the load angle ⁇ of the male thread load surface 35 and the load angle ⁇ of the female thread load surface 45 do not have to be exactly the same, and may be substantially the same. That is, the load angle ⁇ may have an error due to cutting.
  • the male thread surface 32, the male thread bottom surface 33, the female thread thread surface 42, and the female thread bottom surface 43 are formed parallel to the pipe axis X. Specifically, the lines of the surfaces 32, 33, 42, and 43 appearing in the vertical cross section including the pipe axis X are parallel to the pipe axis X.
  • the male screw stubing surface 34 and the female screw stubing surface 44 have a gap of 60 to 120 ⁇ m between them in the fastened state. Further, the male thread surface 32 and the female thread bottom surface 43 have a gap of 0 to 50 ⁇ m between them in the fastened state. The male thread bottom surface 33 and the female thread surface 42 also have a gap of 0 to 50 ⁇ m between them in the fastened state.
  • the pin 30m of the mill end of the steel pipe 20m is screwed into the box 40m.
  • the pin 30 m is screwed so that the opening end 51 m of the box 40 m is within the width wm of the marking groove 23 m.
  • the steel pipe 20 m of the mill end is fastened to the coupling 50.
  • the mill-end steel pipe 20 m and the coupling 50 form a pipe assembly, and the pipe assembly is shipped from the factory to the oil well.
  • the pin 30f at the field end of the steel pipe 20f is screwed into the box 40f.
  • the pin 30f is screwed in while the steel pipes 20m and 20f are gripped without gripping the coupling 50.
  • the pin 30f is screwed so that the opening end 51f of the box 40f is within the width wf of the marking groove 23f.
  • the field-end steel pipe 20f is fastened to the coupling 50.
  • the threaded joint 10 is manufactured.
  • the screw joint 10 since the marking groove 23 m is formed, at the mill end, the steel pipe 20 m is placed at a desired position while visually checking the positional relationship between the marking groove 23 m and the opening end 51 m of the box 40 m. It can be fastened to the coupling 50.
  • the pin shoulder surface 24f of the pin 30f abuts against the pin shoulder surface 24m of the mill end. At this time, the fastening torque rises sharply. Therefore, if the steel pipe 20f is screwed in while monitoring this torque change, the steel pipe 20f can be fastened to the coupling 50 with an appropriate torque. However, in order to confirm this, it is necessary to perform a monitor operation to confirm the increase in torque after the fastening work one by one.
  • the marking groove 23f is also formed in the steel pipe 20f, after tightening the steel pipe 20f with an appropriate torque set in advance, the positional relationship between the opening end 51f of the box 40f and the marking groove 23f can be visually confirmed. can do. As a result, the steel pipe 20f can be quickly and appropriately fastened to the coupling 50 without strictly monitoring the torque change as described above.
  • recesses 52m and 52f are formed at the open ends of the boxes 40m and 40f. Therefore, even if the dope intervening in the gap between the screw seal surfaces seeps out, it accumulates in the gap between the recesses 52m and 52f and the pipe body 21m and 21f. Therefore, the dope does not protrude from the opening ends 51m and 51f of the coupling 50 and reach the marking grooves 23m and 23f. As a result, the positional relationship between the marking grooves 23m and 23f and the opening ends 51m and 51f can always be visually observed.
  • the amount of screw diameter interference at the field end is smaller than the amount of screw diameter interference at the mill end. Therefore, the contact surface pressure between the pin 30f and the box 40f in the screwing process of the steel pipe 20f is smaller than the contact surface pressure between the pin 30m and the box 40m until the pin shoulder surface 24f comes into contact with the pin shoulder surface 24m. Therefore, the amount of rotation of the mill end due to rotation at the time of fastening at the field end can be reduced to zero or less than the allowable amount.
  • “Rotating” is a phenomenon in which when the field-end steel pipe 20f is rotated and the pin 30f is screwed into the box 40f, the coupling 50 rotates together with the steel pipe 20f, that is, the mill-end steel pipe 20m rotates. is there.
  • the screw diameter interference amount of the mill end is preferably a predetermined value or less in order to prevent seizure.
  • the amount of screw diameter interference at the field end is preferably a predetermined value or more in order to improve the sealing performance of
  • the pin 30 m and the box 40 m of the mill end include zones Z1 to Z3 in order from the tip of the pin 30 m.
  • the male thread 31 m of the mill end pin 30 m and the female thread 41 m of the box 40 m may include a complete thread and an incomplete thread formed between the tube body 21 m and the complete thread. Complete threads are formed in zone Z2. Incomplete threads are formed in zones Z1 and Z3.
  • the mill end pin 30 m and the box 40 m may be glued together with zone Z3 incomplete screws in the fastened state. Specifically, the pin 30 m and the box 40 m may be glued together with all or part of the incomplete screw in zone Z3.
  • the pin 30 m and the box 40 m may be glued together with a portion of the complete screw adjacent to the incomplete screw.
  • the amount of rotation of the mill end due to rotation can be reduced to zero or less than the allowable amount in the process of screwing the steel pipe 20f of the field end.
  • the adhesive is applied in advance to the zone Z3 to which the pin 30 m and the box 40 m are to be adhered, and the dope is applied to the zone Z2 in advance.
  • the adhesive may be applied to the entire zone Z3, or may be applied to a part of the zone Z3. Further, the adhesive may be applied so as to protrude from a part of the zone Z2 adjacent to the zone Z3. Further, the adhesive may be applied only to the male screw 31 m, the female screw 41 m only, or both.

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Abstract

迅速かつ適正に締結が可能な鋼管用ねじ継手を提供する。ねじ継手は、鋼管２０ｍと、鋼管２０ｆと、鋼管２０ｍ，２０ｆを互いに連結するためのカップリング５０とを備える。鋼管２０ｍ，２０ｆの管本体２１ｍ，２１ｆは、それぞれ、管本体２１ｍ，２１ｆの外周に形成される環状のマーキング溝２３ｍ，２３ｆを含む。

Description

鋼管用ねじ継手
　本開示は、鋼管用ねじ継手に関し、さらに詳しくは、２本の鋼管を互いに連結するためのカップリング型ねじ継手に関する。
　例えば、油井や天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう）の試掘又は生産、オイルサンドやシェールガス等の非在来型資源の開発、二酸化炭素の回収や貯留（ＣＣＳ（Carbon dioxide Capture and Storage））、地熱発電、あるいは温泉等では、油井管と呼ばれる鋼管が用いられる。鋼管同士の連結には、ねじ継手が用いられる。
　この種の鋼管用ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型とに大別される。カップリング型の場合、連結対象の一対の管材のうち、一方の管材が鋼管であり、他方の管材がカップリングである。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじが形成され、カップリングの両端部の内周に雌ねじが形成される。そして、鋼管の雄ねじがカップリングの雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。インテグラル型の場合、連結対象の一対の管材がともに鋼管であり、別個のカップリングを用いない。この場合、鋼管の一端部の外周に雄ねじが形成され、他端部の内周に雌ねじが形成される。そして、一方の鋼管の雄ねじが他方の鋼管の雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。
　一般に、雄ねじが形成された管端部の継手部分は、雌ねじに挿入される要素を含むことから、「ピン」と称される。一方、雌ねじが形成された管端部の継手部分は、雄ねじを受け入れる要素を含むことから、「ボックス」と称される。これらのピン及びボックスは、管材の端部であるため、いずれも管状である。
　油井は、掘削中に坑壁が崩れないように、油井管で坑壁を補強しながら掘り進むため、結果的に油井管が多重に配置された構造になる。近年、油井の高深度化及び超深海化がますます進展しているが、このような環境では、効率よく油井を開発するため、油井管の接続に、継手部の内径及び外径が鋼管の内径及び外径と同程度か又はわずかに大きい程度であるねじ継手が多用される。このようなねじ継手を用いることで、多重に配置される油井管同士の隙間を極力小さくすることができ、深くても井戸の径があまり大きくならず効率的に油井を開発できる。このような内径及び外径の制約の下で、ねじ継手には、内部からの流体圧力（以下、「内圧」ともいう）及び外部からの流体圧力（以下、「外圧」ともいう）に対し、優れた密封性能が要求される。さらに、例えば大深度の油井に用いられる場合等では油井管の熱膨張によって、ねじ継手に大きな引張荷重や圧縮荷重がかかる。このような環境においても、ねじ継手には優れた密封性能を備えることも要求される。
　密封性能を確保するためのねじ継手として、メタル－メタル接触によるシール（以下、「メタルシール」という。）を有するものが知られている。メタルシールとは、ピンのシール面の径がボックスのシール面の径よりも僅かに大きく、ねじ継手を締結してシール面同士が嵌め合わされると、ピンのシール面が縮径し、ボックスのシール面が拡径し、それぞれのシール面が元の径に戻ろうとする弾性回復力によってシール面に接触圧力が発生して全周密着し、密封性能を発揮する構造である。また、密封性能を確保するためのねじ継手として、メタルシールを備えずに又はメタルシールと併用して、ねじ部で密封性能をもたせる構造を備えるものも知られている。具体的には、締結状態でのねじ部の所定長さ以上の領域において、ピンとボックスのねじ面どうしの隙間が小さくその隙間にドープと呼ばれる粘性を持った潤滑剤を存在させるとともに、ピンとボックスのねじ径の干渉によりねじ面に接触面圧をもたせた構造（以下、この構造を「ねじシール（構造）」という。）である。このようなねじシールを備えることにより、内圧及び外圧に対する密封性能を有するねじ継手も知られている。
　本明細書は、以下の先行技術文献を引用により援用する。
ＷＯ２０１８／１８０２１８Ａ１ ＷＯ２０１８／０５２１４１Ａ１ ＵＳ５２３３７４２Ａ ＷＯ２００１／０８６１８５Ａ１ ＷＯ２００８／０２９９５７Ａ１ ＷＯ２００５／０４０６５７Ａ１ ＵＳ４６４１４１０Ａ
開示の概要
　本開示の目的は、迅速かつ適正に締結が可能な鋼管用ねじ継手を提供することである。
　本開示に係る鋼管用ねじ継手は、第１鋼管と、第２鋼管と、第１及び第２鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第１鋼管は、第１管本体と、管状の第１ピンとを含む。第１ピンは、第１管本体と連続的に形成され、第１鋼管の先端部に形成される。第２鋼管は、第２管本体と、管状の第２ピンとを含む。第２ピンは、第２管本体と連続的に形成され、第２鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第１ボックスと、管状の第２ボックスとを含む。第１ボックスは、第１ピンが挿入されて第１ピンと締結される。第２ボックスは、第１ボックスの反対側に形成され、第２ピンが挿入されて第２ピンと締結される。第１及び第２ピンの各々は、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第１及び第２ボックスの各々は、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、－１０～１５度のスタビング角を有する第１雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、２０～６０度のスタビング角を有する第２雄ねじスタビング段とを有する。第２雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの２０～６０％の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第１雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第１雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第２雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第２雌ねじスタビング段とを有する。第１ピンはさらに、第１ピンの先端に形成される第１ピンショルダ面を含む。第２ピンはさらに、第２ピンの先端に形成され、締結状態で第１ピンショルダ面と接触する第２ピンショルダ面を含む。第１管本体は、第１管本体の外周に形成される環状の第１マーキング溝を含む。
図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手の管軸方向に沿った縦断面図である。 図２は、図１に示される雄ねじ及び雌ねじの形状をそれぞれ示す拡大縦断面図である。 図３は、図１に示される雄ねじ及び雌ねじの拡大縦断面図である。
　本実施形態に係る鋼管用ねじ継手は、第１鋼管と、第２鋼管と、第１及び第２鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第１鋼管は、第１管本体と、管状の第１ピンとを含む。第１ピンは、第１管本体と連続的に形成され、第１鋼管の先端部に形成される。第２鋼管は、第２管本体と、管状の第２ピンとを含む。第２ピンは、第２管本体と連続的に形成され、第２鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第１ボックスと、管状の第２ボックスとを含む。第１ボックスは、第１ピンが挿入されて第１ピンと締結される。第２ボックスは、第１ボックスの反対側に形成され、第２ピンが挿入されて第２ピンと締結される。第１及び第２ピンの各々は、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第１及び第２ボックスの各々は、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、－１０～１５度のスタビング角を有する第１雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、２０～６０度のスタビング角を有する第２雄ねじスタビング段とを有する。第２雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの２０～６０％の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第１雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第１雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第２雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第２雌ねじスタビング段とを有する。第１ピンはさらに、第１ピンの先端に形成される第１ピンショルダ面を含む。第２ピンはさらに、第２ピンの先端に形成され、締結状態で第１ピンショルダ面と接触する第２ピンショルダ面を含む。第１管本体は、第１管本体の外周に形成される環状の第１マーキング溝を含む。
　この実施形態によれば、迅速かつ適正に第１及び第２鋼管をカップリングに締結することができる。
　第２管本体は、第２管本体の外周に形成される環状の第２マーキング溝を含んでもよい。第１マーキング溝は、第２マーキング溝の幅よりも狭い幅を有してもよい。
　この場合、第１鋼管をカップリングに適正に締結することがより容易になり、かつ、第２鋼管をカップリングに迅速に締結することができる。
　第１ボックスはさらに、管状の第１リセスを含んでもよい。第１リセスは、第１ボックスの開口端部に形成され、第１管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。第２ボックスはさらに、管状の第２リセスを含んでもよい。第２リセスは、第２ボックスの開口端部に形成され、第２管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。
　この場合、ドープがカップリングの開口端からはみ出してマーキング溝に到達することはない。
　第２ピンの雄ねじ及び第２ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分は、第１ピンの雄ねじ及び第１ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有してもよい。
　この場合、第２鋼管のねじ込み過程における、供回りによる第１ピンの回転量を抑えることができる。
　第１ピンの雄ねじ及び第１ボックスの雌ねじは、完全ねじと、第１管本体と完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含んでもよい。第１ピン及び第１ボックスは、締結状態で、不完全ねじの全部又は一部で接着されてもよい。
　この場合、第２鋼管のねじ込み過程における、供回りによる第１ピンの回転量を抑えることができる。
　鋼管は、１６インチを超える外径を有してもよい。
　本実施形態に係るパイプアセンブリは、第１鋼管と、第１及び第２鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第１鋼管は、第１管本体と、管状の第１ピンとを含む。第１ピンは、第１管本体と連続的に形成され、第１鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第１ボックスと、管状の第２ボックスとを含む。第１ボックスは、第１ピンが挿入されて第１ピンと締結される。第２ボックスは、第１ボックスの反対側に形成され、第２鋼管の第２ピンが挿入されて第２ピンと締結される。第１ピンは、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第１ボックスは、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、－１０～１５度のスタビング角を有する第１雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、２０～６０度のスタビング角を有する第２雄ねじスタビング段とを有する。第２雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの２０～６０％の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第１雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第１雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第２雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第２雌ねじスタビング段とを有する。第１ピンはさらに、第１ピンの先端に形成される第１ピンショルダ面を含む。第１管本体は、第１管本体の外周に形成される環状の第１マーキング溝を含む。前記第１ボックスの開口端は第１マーキング溝の幅内に位置付けられる。
　以下、図面を参照し、鋼管用ねじ継手の一実施形態を説明する。図中同一又は相当部分には同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。
　図１を参照して、ねじ継手１０はカップリング型であり、鋼管２０ｍと、鋼管２０ｆと、鋼管２０ｍ，２０ｆを互いに連結するためのカップリング５０とを備える。鋼管２０ｍ，２０ｆは、特に限定されないが、１６インチを超える外径を有していてもよい。鋼管２０ｍは、管本体２１ｍと、管状のピン３０ｍとを含む。ピン３０ｍは、管本体２１ｍと連続的に形成され、鋼管２０ｍの先端部２２ｍに形成される。鋼管２０ｆは、管本体２１ｆと、管状のピン３０ｆとを含む。ピン３０ｆは、管本体２１ｆと連続的に形成され、鋼管２０ｆの先端部２２ｆに形成される。カップリング５０は、管状のボックス４０ｍと、管状のボックス４０ｆとを含む。ボックス４０ｍは、ピン３０ｍが挿入されてピン３０ｍと締結される。ボックス４０ｆは、ボックス４０ｍの反対側に形成され、ピン３０ｆが挿入されてピン３０ｆと締結される。ピン３０ｍ，３０ｆの各々は、ピン３０ｍ，３０ｆの外周に形成される雄ねじ３１ｍ，３１ｆを含む。ボックス４０ｍ，４０ｆの各々は、雄ねじ３１ｍ，３１ｆに対応し、ボックス４０ｍ，４０ｆの内周に形成される雌ねじ４１ｍ，４１ｆを含む。雄ねじ３１ｍ，３１ｆ及び雌ねじ４１ｍ，４１ｆは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。
　ピン３０ｍは、工場でボックス４０ｍと予め締結されるため、「ミルエンド」と呼ばれる。ピン３０ｆは、油井でボックス４０ｆと締結されるため、「フィールドエンド」と呼ばれる。
　雄ねじ３１ｍ，３１ｆはピン３０ｍ，３０ｆの外周に螺旋状に形成され、その螺旋の径はピン３０ｍ，３０ｆの先端（ピンショルダ面２４ｍ，２４ｆ）に近づくにつれて小さくなる。雌ねじ４１ｍ，４１ｆはボックス４０ｍ，４０ｆの内周に螺旋状に形成され、その螺旋の径はボックス４０ｍ，４０ｆの開口端５１ｍ，５１ｆに近づくにつれて大きくなる。テーパねじの好ましいテーパ比は、６．０～１８．０％である。テーパ比は、鋼管２０ｍ，２０ｆの肉厚との関係で適正なねじ部の長さが得られるよう設計される。テーパ比は一定でもよいが、雄ねじ３１ｍ，３１ｆのテーパ比は、ピン３０ｍ，３０ｆの先端から遠ざかるにつれて小さくなるのが好ましい。
　締結状態で雄ねじ３１ｍ，３１ｆ及び雌ねじ４１ｍ，４１ｆの少なくとも一部はねじシールを構成する。ねじシールを構成する雄ねじ３１ｍ，３１ｆ及び雌ねじ４１ｍ，４１ｆの一部は、管軸方向において、鋼管２０ｍ，２０ｆの肉厚の３倍以上の長さを有する。ねじシールを構成する雄ねじ３１ｍ，３１ｆ及び雌ねじ４１ｍ，４１ｆは完全ねじである。ねじシールの長さが長いほど密封性能に優れる。一方、ねじシールの長さが長すぎると、ねじ切りにコストと手間がかかるほか、締結時にゴーリングは発生しやすくなる恐れがある。ねじシールの長さは、肉厚の８倍以下であることが好ましい。ねじ継手１０は、このようなねじシールを有するが、メタルシールを有しない。ただし、テフロン（登録商標）リングシールがねじシールと併用されてもよい。ねじシール面どうしの隙間にはドープが介在する。ドープの介在により密封性能が向上する。
　ピン３０ｍの雄ねじ３１ｍ及びボックス４０ｍの雌ねじ４１ｍのうちねじシールを構成する部分（以下、「ねじシール部」という。）は、ピン３０ｆの雄ねじ３１ｆ及びボックス４０ｆの雌ねじ４１ｆのうちねじシールを構成する部分（ねじシール部）のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有する。ねじ径干渉量とは、ピン３０ｍ，３０ｆのねじシール部の外径とそのねじシール部に対応するボックス４０ｍ，４０ｆのねじシール部の内径との差である。ねじシール部において、ピン３０ｍ，３０ｆの雄ねじ３１ｍ，３１ｆの外径は、その部位に対応するボックス４０ｍ，４０ｆの雌ねじ４１ｍ，４１ｆの内径よりも大きい。すなわち、ねじシール部の全域において、ねじ径干渉量は正の値である。
　ピン３０ｍはさらに、ピン３０ｍの先端に形成されるピンショルダ面２４ｍを含む。ピン３０ｆはさらに、ピン３０ｆの先端に形成され、締結状態でピンショルダ面２４ｍと接触するピンショルダ面２４ｆを含む。ねじ継手１０は、いわゆるPin to Pin構造を有する。本実施形態に係るねじ継手１０では、通常は、まずミルエンドのピン３０ｍがボックス４０ｍに締結される。その後、油井でフィールドエンドのピン３０ｆがボックス４０ｆに締結される。その結果、ピン３０ｆのピンショルダ面２４ｆがピン３０ｍのピンショルダ面２４ｍと接触する。
　管本体２１ｍは、環状のマーキング溝２３ｍを含む。マーキング溝２３ｍは、管本体２１ｍの外周に形成される。管本体２１ｆは、環状のマーキング溝２３ｆを含む。マーキング溝２３ｆは、管本体２１ｆの外周に形成される。マーキング溝２３ｍは、マーキング溝２３ｆの幅ｗｆよりも狭い幅ｗｍを有する（ｗｍ＜ｗｆ）。マーキング溝２３ｍ，２３ｆは、旋盤で鋼管２０ｍ，２０ｆを回転させながら管本体２１ｍ，２１ｆをバイトで切削することにより形成される。したがって、マーキング溝２３ｍ，２３ｆは周方向に延びて管本体２１ｍ，２１ｆを１周する。
　より具体的には、フィールドエンドでは、マーキング溝２３ｆは、ボックス４０ｆの開口端５１ｆを中心に±α（例えばα＝０．７５ｍｍ）に位置する。マーキング溝２３ｆの幅ｗｆは２α（例えば１．５ｍｍ）である。一方、ミルエンドでは、マーキング溝２３ｍは、ボックス４０ｍの開口端５１ｍを中心に、先端から遠い側で＋（α－β）に、先端に近い側で－αに位置する。ここで、β≦３／４α（例えば０．５ｍｍ）である。マーキング溝２３ｍの幅ｗｍは２α－β（例えば１．０ｍｍ）である。したがって、ボックス４０ｍの開口端５１ｍはマーキング溝２３ｍの幅ｗｍ内に位置付けられる。
　ボックス４０ｍはさらに、管状のリセス５２ｍを含む。リセス５２ｍは、ボックス４０ｍの開口端部に形成され、管本体２１ｍの外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。ボックス４０ｆはさらに、管状のリセス５２ｆを含む。リセス５２ｆは、ボックス４０ｆの開口端部に形成され、管本体２１ｆの外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。リセス５２ｍ，５２ｆの各々は、管軸方向において、例えば１５ｍｍ、少なくとも５ｍｍの長さを有する。
　図２及び図３を参照して、雄ねじ３１ｍ，３１ｆ（以下、これらを併せて単に「３１」と表示する。）は、雄ねじ山面３２と、雄ねじ底面３３と、雄ねじスタビング面３４と、雄ねじロード面３５とを含む。雄ねじスタビング面３４は、ピン３０ｍ，３０ｆの先端に近い側に形成される。雄ねじロード面３５は、ピン３０ｍ，３０ｆの先端から遠い側に形成される。
　雄ねじスタビング面３４は、２つの雄ねじスタビング段３４１，３４２を有する。雄ねじスタビング段３４１は、鋼管２０の管軸Ｘから遠い側に形成され、スタビング角α１を有する。雄ねじスタビング段３４２は、管軸Ｘに近い側に形成され、スタビング角α２を有する。スタビング角α１，α２は、管軸Ｘに垂直な平面Ｙに対して雄ねじスタビング面３４（雄ねじスタビング段３４１，３４２）が傾斜する角度である。スタビング面３４がオーバーハングしている場合、スタビング角α１は負になる。スタビング角α２はスタビング角α１よりも大きい（α２＞α１）。スタビング角α１は、－１０～１５度である。スタビング角α１の上限は、好ましくは１４度であり、さらに好ましくは１３度であり、さらに好ましくは１２度である。α１が小さいほど、耐圧縮性能は高い。スタビング角α１の下限は、好ましくは０度であり、さらに好ましくは８度である。一方で、α１が大きいほど、ねじ部を形成する際の切削加工は容易である。スタビング角α１は、例えば約１０度である。スタビング角α２は、２０～６０度である。スタビング角α２の上限は、好ましくは５０度であり、さらに好ましくは４０度であり、さらに好ましくは３２度である。α２が小さいほど、耐圧縮性能は高い。スタビング角α２の下限は、好ましくは２３度であり、さらに好ましくは２６度であり、さらに好ましくは２８度である。α２が大きいほど、クロススレッドがより生じにくくなる。スタビング角α２は、例えば約３０度である。したがって、雄ねじスタビング面３４はほぼ中腹で窪んでいる。
　雄ねじスタビング段３４２の高さ（雄ねじ底面３３から雄ねじスタビング段３４１，３４２の境界までの長さ）は、雄ねじの高さの２５～６０％、例えば３５％である。
　雌ねじ４１ｍ，４１ｆ（以下、これらを併せて単に「４１」と表示する。）は、雌ねじ山面４２と、雌ねじ底面４３と、雌ねじスタビング面４４と、雌ねじロード面４５とを含む。雌ねじ山面４２は、雄ねじ底面３３と対向する。雌ねじ底面４３は、雄ねじ山面３２と対向する。雌ねじスタビング面４４は、雄ねじスタビング面３４と対向する。雌ねじロード面４５は、雄ねじロード面３５と対向する。
　雌ねじスタビング面４４は、２つの雌ねじスタビング段４４１，４４２を有する。雌ねじスタビング段４４１は、管軸Ｘから遠い側に形成され、雄ねじスタビング段３４１のスタビング角α１と同じスタビング角α１を有する。雌ねじスタビング段４４２は、管軸Ｘに近い側に形成され、雄ねじスタビング段３４２のスタビング角α２と同じスタビング角α２を有する。したがって、雌ねじスタビング面４４はほぼ中腹で膨らんでいる。雄ねじスタビング段３４１，３４２のスタビング角α１，α２と雌ねじスタビング段４４１，４４２のスタビング角α１，α２とは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、スタビング角α１，α２は切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
　雌ねじスタビング段４４２は、雄ねじスタビング段３４２の高さと同じ高さを有するのが好ましい。これにより、ピンとボックスのねじ面どうしの隙間が必要以上に大きくならず、ねじシール構造で良好な密封性能を発揮することができる。雄ねじスタビング段３４２の高さと雌ねじスタビング段４４２の高さとは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、これらの高さは切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
　雄ねじ３１はさらに、雄ねじラウンド面３６～３９を含む。雄ねじラウンド面３６は、雄ねじ山面３２と雄ねじスタビング面３４との間の角に形成される。雄ねじラウンド面３７は、雄ねじ山面３２と雄ねじロード面３５との間の角に形成される。雄ねじラウンド面３８は、雄ねじ底面３３と雄ねじスタビング面３４との間の角に形成される。雄ねじラウンド面３９は、雄ねじ底面３３と雄ねじロード面３５との間の角に形成される。
　雌ねじ４１は、雌ねじラウンド面４６～４９を含む。雌ねじラウンド面４６は、雌ねじ山面４２と雌ねじスタビング面４４との間の角に形成される。雌ねじラウンド面４７は、雌ねじ山面４２と雌ねじロード面４５との間の角に形成される。雌ねじラウンド面４８は、雌ねじ底面４３と雌ねじスタビング面４４との間の角に形成される。雌ねじラウンド面４９は、雌ねじ底面４３と雌ねじロード面４５との間の角に形成される。
　ラウンド面３６～３９，４６～４９は、いわゆるＲ面（丸いチャンファ面）であり、所定の曲率半径を有する。曲率半径は、０．１～１．２ｍｍであり、好ましくは０．３～０．８ｍｍである。
　雄ねじロード面３５は、ロード角βを有する。ロード角βは、管軸Ｘに垂直な平面Ｙに対して雄ねじロード面３５が傾斜する角度である。ロード面３５がオーバーハングしている場合、ロード角βは負になる。ロード角βは、－１０～３度であり、好ましくは－５～－１度であり、例えば約－３度である。雌ねじロード面４５は、雄ねじロード面３５のロード角βと同じロード角βを有する。雄ねじロード面３５のロード角βと雌ねじロード面４５のロード角βとは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、ロード角βは切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
　雄ねじ山面３２、雄ねじ底面３３、雌ねじ山面４２、及び雌ねじ底面４３は、管軸Ｘと平行に形成される。具体的には、管軸Ｘを含む縦断面に現れる面３２，３３，４２，４３の線が管軸Ｘと平行である。
　図３に示されるように、雄ねじスタビング面３４及び雌ねじスタビング面４４は、締結状態でそれらの間に６０～１２０μｍの隙間を有する。また、雄ねじ山面３２及び雌ねじ底面４３は、締結状態でそれらの間に０～５０μｍの隙間を有する。雄ねじ底面３３及び雌ねじ山面４２もまた、締結状態でそれらの間に０～５０μｍの隙間を有する。
　以下、ねじ継手１０の製造方法、すなわち２本の鋼管２０ｍ，２０ｆをカップリング５０を用いて締結する方法の一例を説明する。
　工場において、鋼管２０ｍのミルエンドのピン３０ｍはボックス４０ｍにねじ込まれる。このとき、ピン３０ｍは、ボックス４０ｍの開口端５１ｍがマーキング溝２３ｍの幅ｗｍの範囲内に入るようにねじ込まれる。これにより、ミルエンドの鋼管２０ｍがカップリング５０に締結される。ミルエンドの鋼管２０ｍ及びカップリング５０がパイプアセンブリを構成し、このパイプアセンブリが工場から油井に向けて出荷される。
　そして、油井において、鋼管２０ｆのフィールドエンドのピン３０ｆがボックス４０ｆにねじ込まれる。このとき、カップリング５０が把持されることなく、鋼管２０ｍ及び２０ｆが把持されながら、ピン３０ｆがねじ込まれる。また、ピン３０ｆは、ボックス４０ｆの開口端５１ｆがマーキング溝２３ｆの幅ｗｆの範囲内に入るようにねじ込まれる。これにより、フィールドエンドの鋼管２０ｆがカップリング５０に締結される。このように、２本の鋼管２０ｍ，２０ｆがカップリング５０により互いに連結された結果、ねじ継手１０が製造される。
　鋼管２０ｍのミルエンドのピン３０ｍをボックス４０ｍにねじ込む際には、ねじ込みの進行に伴い徐々にトルクが上昇するものの急激なトルク上昇は生じない。そのため、後述するフィールドエンドのねじ込みと異なり、トルクの変化からは適切な締結位置を把握しにくい。しかし、ねじ継手１０によれば、マーキング溝２３ｍが形成されているため、ミルエンドでは、マーキング溝２３ｍとボックス４０ｍの開口端５１ｍとの位置関係を目視で確認しながら、所望の位置で鋼管２０ｍをカップリング５０に締結することができる。
　フィールドエンドでは、鋼管２０ｆをねじ込んでいくと、ピン３０ｆのピンショルダ面２４ｆがミルエンドのピンショルダ面２４ｍに突き当たる。このとき、締結トルクが急激に上昇する。したがって、このトルク変化をモニタしながら鋼管２０ｆをねじ込んでいけば、適切なトルクで鋼管２０ｆをカップリング５０に締結することができる。しかし、その確認を行うためには、１本ずつ締結作業の後にトルクの上昇を確認するモニタ作業が必要となる。
　これに対し、鋼管２０ｆにもマーキング溝２３ｆを形成しておけば、予め設定した適切なトルクで鋼管２０ｆを締め付けた後、ボックス４０ｆの開口端５１ｆとマーキング溝２３ｆとの位置関係を目視で確認することができる。これにより、上述したようなトルク変化のモニタ作業を厳密に行わなくても、迅速かつ適正に鋼管２０ｆをカップリング５０に締結することができる。
　ここで、鋼管２０ｆを適正に締結できるか否かは、先に締結される鋼管２０ｍが適正に締結されているか否かによるところが大きい。そこで、ミルエンドのマーキング溝２３ｍの溝幅ｗｍをフィールドエンドのマーキング溝２３ｆの溝幅ｗｆよりも狭くしておけば、ミルエンドの鋼管２０ｍの締結をより厳密に管理することができる。
　これらの結果、油井フィールドで、締結トルクを厳密にモニタすることなく、締結が可能である。そのため、締結トルクを監視するための機器が不要で、ランニングが容易でかつ能率が上がる。
　また、ボックス４０ｍ，４０ｆの開口端部にリセス５２ｍ，５２ｆが形成されている。そのため、ねじシール面どうしの隙間に介在するドープが浸み出して来ても、リセス５２ｍ，５２ｆと管本体２１ｍ，２１ｆとの隙間に溜まる。したがって、ドープがカップリング５０の開口端５１ｍ，５１ｆからはみ出してマーキング溝２３ｍ，２３ｆに到達することはない。その結果、マーキング溝２３ｍ，２３ｆと開口端５１ｍ，５１ｆとの位置関係を常に目視することができる。
　また、フィールドエンドのねじ径干渉量はミルエンドのねじ径干渉量よりも小さい。そのため、鋼管２０ｆのねじ込み過程におけるピン３０ｆとボックス４０ｆとの接触面圧は、ピンショルダ面２４ｆがピンショルダ面２４ｍと接触するまで、ピン３０ｍとボックス４０ｍとの接触面圧よりも小さい。そのため、フィールドエンドにおける締結時に供回りによるミルエンドの回転量をゼロ又は許容量以下にすることができる。「供回り」は、フィールドエンドの鋼管２０ｆを回転させてピン３０ｆをボックス４０ｆにねじ込むときに、カップリング５０が鋼管２０ｆと一緒に回転、つまりミルエンドの鋼管２０ｍに対して回転してしまう現象である。ミルエンドのねじ径干渉量は、焼き付きを防止するため、所定の値以下であるのが好ましい。フィールドエンドのねじ径干渉量は、ねじシールの密封性能を上げるため、所定の値以上であるのが好ましい。
　また、ミルエンドのピン３０ｍ及びボックス４０ｍは、ピン３０ｍの先端から順にゾーンＺ１～Ｚ３を含む。ミルエンドのピン３０ｍの雄ねじ３１ｍ及びボックス４０ｍの雌ねじ４１ｍは、完全ねじと、管本体２１ｍと完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含んでもよい。完全ねじは、ゾーンＺ２に形成される。不完全ねじは、ゾーンＺ１及びＺ３に形成される。ミルエンドのピン３０ｍ及びボックス４０ｍは、締結状態で、ゾーンＺ３の不完全ねじで接着されてもよい。具体的には、ゾーンＺ３の不完全ねじの全部又は一部でピン３０ｍ及びボックス４０ｍは接着されてもよい。これに加え、不完全ねじに隣接する完全ねじの一部でピン３０ｍ及びボックス４０ｍは接着されてもよい。ミルエンドのピン３０ｍ及びボックス４０ｍが接着されている場合、フィールドエンドの鋼管２０ｆのねじ込み過程において、供回りによるミルエンドの回転量をゼロ又は許容量以下にすることができる。
　ミルエンドの締結時には、ピン３０ｍ及びボックス４０ｍを接着しようとするゾーンＺ３には接着剤を予め塗布し、ゾーンＺ２にはドープを予め塗布する。これにより、焼き付きを防止し、かつ、ねじシールの密封性能を確保することが容易になる。接着剤はゾーンＺ３の全部に塗布されてもよいが、一部に塗布されてもよい。また、接着剤はゾーンＺ３に隣接するゾーンＺ２の一部にはみ出て塗布されてもよい。また、接着剤は雄ねじ３１ｍのみ、雌ねじ４１ｍのみ又は両者に塗布されてもよい。
　以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
１０：ねじ継手
２０ｍ，２０ｆ：鋼管
２１ｍ，２１ｆ：管本体
２３ｍ，２３ｆ：マーキング溝
２４ｍ，２４ｆ：ピンショルダ面
３０ｍ，３０ｆ：ピン
３１，３１ｍ，３１ｆ：雄ねじ
３２：雄ねじ山面
３３：雄ねじ底面
３４：雄ねじスタビング面
３４１，３４２：雄ねじスタビング段
３５：雄ねじロード面
４０ｍ，４０ｆ：ボックス
４１，４１ｍ，４１ｆ：雌ねじ
４２：雌ねじ山面
４３：雌ねじ底面
４４：雌ねじスタビング面
４４１，４４２：雌ねじスタビング段
４５：雌ねじロード面
５０：カップリング
５１ｍ，５１ｆ：開口端
５２ｍ，５２ｆ：リセス

Claims (10)

  1. 　第１鋼管と、
    　第２鋼管と、
    　前記第１及び第２鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備え、
    　前記第１鋼管は、
    　第１管本体と、
    　前記第１管本体と連続的に形成され、前記第１鋼管の先端部に形成される管状の第１ピンとを含み、
    　前記第２鋼管は、
    　第２管本体と、
    　前記第２管本体と連続的に形成され、前記第２鋼管の先端部に形成される管状の第２ピンとを含み、
    　前記カップリングは、
    　前記第１ピンが挿入されて前記第１ピンと締結される管状の第１ボックスと、
    　前記第１ボックスの反対側に形成され、前記第２ピンが挿入されて前記第２ピンと締結される管状の第２ボックスとを含み、
    　前記第１及び第２ピンの各々は、前記ピンの外周に形成される雄ねじを含み、
    　前記第１及び第２ボックスの各々は、前記雄ねじに対応し、前記ボックスの内周に形成される雌ねじを含み、
    　前記雄ねじ及び前記雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじであり、
    　締結状態で前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成し、
    　前記雄ねじは、
    　雄ねじ山面と、
    　雄ねじ底面と、
    　前記ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、
    　前記ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含み、
    　前記雄ねじスタビング面は、
    　前記鋼管の管軸から遠い側に形成され、－１０～１５度のスタビング角を有する第１雄ねじスタビング段と、
    　前記管軸に近い側に形成され、２０～６０度のスタビング角を有する第２雄ねじスタビング段とを有し、
    　前記第２雄ねじスタビング段は、前記雄ねじの高さの２０～６０％の高さを有し、
    　前記雌ねじは、
    　前記雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、
    　前記雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、
    　前記雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、
    　前記雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含み、
    　前記雌ねじスタビング面は、
    　前記管軸から遠い側に形成され、前記第１雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第１雌ねじスタビング段と、
    　前記管軸に近い側に形成され、前記第２雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第２雌ねじスタビング段とを有し、
    　前記第１ピンはさらに、前記第１ピンの先端に形成される第１ピンショルダ面を含み、
    　前記第２ピンはさらに、前記第２ピンの先端に形成され、締結状態で前記第１ピンショルダ面と接触する第２ピンショルダ面を含み、
    　前記第１管本体は、前記第１管本体の外周に形成される環状の第１マーキング溝を含む、ねじ継手。
  2. 　請求項１に記載のねじ継手であって、
    　前記第２管本体は、前記第２管本体の外周に形成される環状の第２マーキング溝を含み、
    　前記第１マーキング溝は、前記第２マーキング溝の幅よりも狭い幅を有する、ねじ継手。
  3. 　請求項２に記載のねじ継手であって、
    　前記第１ボックスはさらに、前記第１ボックスの開口端部に形成され、前記第１管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する管状の第１リセスを含み、
    　前記第２ボックスはさらに、前記第２ボックスの開口端部に形成され、前記第２管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する管状の第２リセスを含む、ねじ継手。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のねじ継手であって、
    　前記第２ピンの雄ねじ及び前記第２ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分は、前記第１ピンの雄ねじ及び前記第１ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有する、ねじ継手。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のねじ継手であって、
    　前記第１ピンの雄ねじ及び前記第１ボックスの雌ねじは、完全ねじと、前記第１管本体と前記完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含み、
    　前記第１ピン及び前記第１ボックスは、締結状態で、前記不完全ねじの全部又は一部で接着される、ねじ継手。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のねじ継手であって、
    　前記第１鋼管及び第２鋼管は、１６インチを超える外径を有する、ねじ継手。
  7. 　第１鋼管と、
    　前記第１鋼管及び第２鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備え、
    　前記第１鋼管は、
    　第１管本体と、
    　前記第１管本体と連続的に形成され、前記第１鋼管の先端部に形成される管状の第１ピンとを含み、
    　前記カップリングは、
    　前記第１ピンが挿入されて前記第１ピンと締結される管状の第１ボックスと、
    　前記第１ボックスの反対側に形成され、前記第２鋼管の第２ピンが挿入されて前記第２ピンと締結される管状の第２ボックスとを含み、
    　前記第１ピンは、前記ピンの外周に形成される雄ねじを含み、
    　前記第１ボックスは、前記雄ねじに対応し、前記ボックスの内周に形成される雌ねじを含み、
    　前記雄ねじ及び前記雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじであり、
    　締結状態で前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成し、
    　前記雄ねじは、
    　雄ねじ山面と、
    　雄ねじ底面と、
    　前記ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、
    　前記ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含み、
    　前記雄ねじスタビング面は、
    　前記鋼管の管軸から遠い側に形成され、－１０～１５度のスタビング角を有する第１雄ねじスタビング段と、
    　前記管軸に近い側に形成され、２０～６０度のスタビング角を有する第２雄ねじスタビング段とを有し、
    　前記第２雄ねじスタビング段は、前記雄ねじの高さの２０～６０％の高さを有し、
    　前記雌ねじは、
    　前記雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、
    　前記雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、
    　前記雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、
    　前記雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含み、
    　前記雌ねじスタビング面は、
    　前記管軸から遠い側に形成され、前記第１雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第１雌ねじスタビング段と、
    　前記管軸に近い側に形成され、前記第２雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第２雌ねじスタビング段とを有し、
    　前記第１ピンはさらに、前記第１ピンの先端に形成される第１ピンショルダ面を含み、
    　前記第１管本体は、前記第１管本体の外周に形成される環状の第１マーキング溝を含み、
    　前記第１ボックスの開口端は前記第１マーキング溝の幅内に位置付けられる、パイプアセンブリ。
  8. 　請求項７に記載のパイプアセンブリであって、
    　前記第１ボックスはさらに、前記第１ボックスの開口端部に形成され、前記第１管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する管状の第１リセスを含む、パイプアセンブリ。
  9. 　請求項７又は８に記載のパイプアセンブリであって、
    　前記第１ピンの雄ねじ及び前記第１ボックスの雌ねじは、完全ねじと、前記第１管本体と前記完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含み、
    　前記第１ピン及び前記第１ボックスは締結状態で前記不完全ねじの全部又は一部で接着される、パイプアセンブリ。
  10. 　請求項７～９のいずれか１項に記載のパイプアセンブリであって、
    　前記第１鋼管は、１６インチを超える外径を有する、パイプアセンブリ。
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