(57)【要約】      （修正有）【課題】ショルダ角度θが０°以上の場合に圧縮負荷付与時におけるピンノーズの局部的塑性変形を防止して気密性確保を達成する手段を提供する。【解決手段】ボックス部材1のピンノーズ先端対応点Ｐから、該ピンノーズ先端対応点Ｐに最も近接した雌ねじ山であるリップ属雌ねじ山50の荷重面18ｂまでの管軸方向距離であるボックス側リップ長さＬを、前記リップ属雌ねじ山50から２周回以上後進した位置の雌ねじ山の挿入面19bと締付時に該挿入面19bに対面する雄ねじ山の挿入面19aとの管軸方向間隔である挿入面隙間δの300倍以上、即ち、Ｌ≧３００×δとした。【選択図】図１
2014013052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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)の先端に設けられたショルダ部(12)とを有するピン部材(3)と、前記雄ねじ部(7)とねじ結合される雌ねじ部(5)と、前記ピン部材(3)のノーズ部(8)であるピンノーズ(8)の外周面に相対する内周面(30)と、前記ピン部材(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部材(1)とを有し、
前記ピンノーズ(8)の外周面(20)は凸曲面(20)であり、
前記ボックス部材(1)の前記内周面(30)は、ピン部材(3)との結合時に前記ピンノーズ(8)の前記凸曲面(20)と干渉するテーパ面(30)であり、
前記ショルダ部(12,14)のショルダ角度θが０°以上であり、
前記ねじ結合により前記ピン部材(3)とボックス部材(1)とが結合されて前記ピンノーズ(8)の前記凸曲面(20)と前記ボックス部材(1)の前記テーパ面(30)とがメタル‐メタル接触しその接触界面がシール部(40)をなす管のねじ継手において、
前記ボックス部材(1)のピンノーズ先端対応点（Ｐ）から、該ピンノーズ先端対応点（Ｐ）に最も近接した雌ねじ山であるリップ属雌ねじ山(50)の荷重面(18ｂ)までの管軸方向距離であるボックス側リップ長さＬを、前記リップ属雌ねじ山(50)から２周回以上後進した位置の雌ねじ山の挿入面(19b)と締付時に該挿入面(19b)に対面する雄ねじ山の挿入面(19a)との管軸方向間隔である挿入面隙間δの３００倍以上としたことを特徴とする管のねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管のねじ継手に関し、詳しくは一般に油井やガス井の探査や生産に使用されるチュービングおよびケーシングを包含する油井管、すなわちＯＣＴＧ(oil country tubular goods)、ライザー管、ならびにラインパイプなどの鋼管の接続に用いるのに好適な、シール性と耐圧縮性に優れた管のねじ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ継手は、油井管など産油産業設備に使用される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管の接続には、従来ＡＰＩ（米国石油協会）規格に規定された標準的なねじ継手が使用されてきた。しかし、近年、原油や天然ガスの井戸は深井戸化が進み、垂直井から水平井や傾斜井が増加していることから、掘削・生産環境は苛酷化している。また、海洋や極地など劣悪な環境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、耐曲げ性能、外圧シール性能（耐外圧性能）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と呼ばれる高性能の特殊ねじ継手を使用することが増加している。
【０００３】
プレミアムジョイントは、通常、テーパねじ、シール部（詳しくはメタルタッチシール部）、ショルダ部（詳しくはトルクショルダ部）をそれぞれ備えるピン部材とボックス部材とを結合した継手である。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部材とピン部材とがこの部分でメタル接触することでシール性を確保する役目を担い、ショルダ部は継手の締付け中にストッパの役目を担うショルダ面となる。
【０００４】
図２〜図４は、油井管用プレミアムジョイントの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である。ねじ継手は、ピン部材3とこれに対応するボックス部材１とを備えており、ピン部材3（ピン3）は、その外面に雄ねじ7と、ピン3の先端側に雄ねじ7に隣接して設けられたノーズ部8（ピンノーズ8）と呼ばれるねじ無し部とを有する。ノーズ部8は、その外周面にシール部11を、その端面にはショルダ部12を有する。相対するボックス部材1は、その内面に、それぞれピン3の雄ねじ7、シール部11、およびショルダ部12と螺合するか、または接触することができる部分である、雌ねじ5、シール部13、および、ショルダ部14を有している。
【０００５】
近年、油井管の使用環境の苛酷化を反映し、ねじ継手の性能についても、高い軸力、内/外圧下でリークが発生しないことが要求される。
このうち、特に圧縮負荷に強いねじ継手を提供する手段として、例えば特許文献１に記載される処の、第１管状部材の端部に設けた雄ネジ要素であるピンと第２管状部材の端部に設けた雌ネジ要素であるボックスとから構成される管ネジ継手において、ピンとボックスはそれぞれネジ部および少なくとも１つのトルクショルダ面を備え、ピンのネジ部の雄ネジ山はボックスのネジ部の雌ネジ山と嵌合し、ピンの少なくとも１つのトルクショルダ面はボックスの少なくとも１つのトルクショルダ面と管継手の軸方向に当接し、該当接するトルクショルダ面の一方は、その部材の横断面方向端面を構成する端面ショルダ面であり、雄ネジ部および雌ネジ部のネジ山はそれぞれ、頂面、荷重面および挿入面を備え、かつ谷部により離間している略台形形状のネジ山である管ネジ継手であって、該端面ショルダ面を有する部材における端面ショルダ面と端面ショルダ面に最も近接した嵌合ネジ山の荷重面との間の軸方向距離であるリップ長さが、ピンおよびボックスの嵌合ネジ部における雄ネジ山の荷重面が雌ネジ山の荷重面と当接している時の雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の軸方向隙間距離である挿入面隙間の１４０倍以上であることを特徴とする管ネジ継手が知られている。
【０００６】
これによれば、圧縮負荷付与時におけるピンノーズ8の塑性変形を防止することにより、気密性を確保できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３１６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１において、端面ショルダ面は、ピン部材或いはボックス部材の横断面方向端面を構成するものであるから、部材の管軸と直交するショルダ面を意味している。然しながら、従来例である図３に示されるとおり、ショルダ部12,14の相互当接面は、管軸との直交面を成すのではなく、ピン先端を通り管軸と直交する垂直面60を円錐底とし該円錐底から見て締付け時のねじ継手長さ方向の反中央側に頂点をもつ直円錐の錐面を成すようにされるのが一般的である。即ち、ショルダ部12,14の相互当接面と前記垂直面60との成す角度θであるショルダ角度θは、一般には０°以上（好ましくは０°超１５°以下）とされているのに対し、特許文献１ではθ＝０°の場合のみが対象とされ、θ＞０°の場合は除外されている。そのため、特許文献１の発明特定要件であるリップ長さと挿入面隙間との特定の関係（リップ長さ≧１４０×挿入面隙間）が、θ＞０°の場合でも圧縮負荷付与時におけるピンノーズ8の塑性変形防止による気密性確保の臨界条件となりうるものなのか不明である。
【０００９】
すなわち、従来の技術では、ショルダ角度θが０°以上の場合に圧縮負荷付与時におけるピンノーズの局部的塑性変形を防止して気密性確保を達成する手段は未だ確立していないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、前記課題を解決する為に鋭意検討し、その結果、
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、該ノーズ部の先端に設けられたショルダ部とを有するピン部材と、前記雄ねじ部とねじ結合される雌ねじ部と、前記ピン部材のノーズ部であるピンノーズの外周面に相対する内周面と、前記ピン部材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部材とを有し、
前記ピンノーズの外周面は凸曲面であり、
前記ボックス部材の前記内周面は、ピン部材との結合時に前記ピンノーズの外周面と干渉するテーパ面であり、
前記ショルダ部のショルダ角度θが０°以上（好ましくは０°超１５°以下）であり、
前記ねじ結合により前記ピン部材とボックス部材とが結合されて前記ピンノーズの前記凸曲面と前記ボックス部材の前記テーパ面とがメタル‐メタル接触しその接触界面がシール部をなす管のねじ継手において、
(a) 圧縮負荷付与時のピンノーズの塑性変形は、ピンノーズ先端部を中心に局部的に始まり、その近傍に位置してボックス部材の前記テーパ面と高面圧で接触する前記凸曲面を界面とするピン部材部分は、優先的に塑性変形を受けること、及び、
(b) 前記ボックス部材の前記テーパ面と高面圧で接触するピンノーズ先端部近傍の位置で優先的に発生する塑性変形を有効に防止する手段は、ボックス部材のピンノーズ先端対応点から、該ピンノーズ先端対応点に最も近接した雌ねじ山であるリップ属雌ねじ山の荷重面までの管軸方向距離であるボックス側リップ長さＬを、前記リップ属雌ねじ山から２周回以上後進した位置の雌ねじ山の挿入面と締付時に該挿入面に対面する雄ねじ山の挿入面との管軸方向間隔である挿入面隙間δの３００倍以上、即ち、Ｌ≧３００×δ、とするにあること、
を見出し、斯かる知見に基いて本発明を成した。
【００１１】
即ち本発明は以下のとおりである。
（請求項１）
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)の先端に設けられたショルダ部(12)とを有するピン部材(3)と、前記雄ねじ部(7)とねじ結合される雌ねじ部(5)と、前記ピン部材(3)のノーズ部(8)であるピンノーズ(8)の外周面に相対する内周面(30)と、前記ピン部材(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部材(1)とを有し、
前記ピンノーズ(8)の外周面(20)は凸曲面(20)であり、
前記ボックス部材(1)の前記内周面(30)は、ピン部材(3)との結合時に前記ピンノーズ(8)の前記凸曲面(20)と干渉するテーパ面(30)であり、
前記ショルダ部(12,14)のショルダ角度θが０°以上であり、
前記ねじ結合により前記ピン部材(3)とボックス部材(1)とが結合されて前記ピンノーズ(8)の前記凸曲面(20)と前記ボックス部材(1)の前記テーパ面(30)とがメタル‐メタル接触しその接触界面がシール部(40)をなす管のねじ継手において、
前記ボックス部材(1)のピンノーズ先端対応点（Ｐ）から、該ピンノーズ先端対応点（Ｐ）に最も近接した雌ねじ山であるリップ属雌ねじ山(50)の荷重面(18ｂ)までの管軸方向距離であるボックス側リップ長さＬを、前記リップ属雌ねじ山(50)から２周回以上後進した位置の雌ねじ山の挿入面(19b)と締付時に該挿入面(19ｂ)に対面する雄ねじ山の挿入面(19a)との管軸方向間隔である挿入面隙間δの３００倍以上としたことを特徴とする管のねじ継手。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、前記ボックス側リップ長さＬと前記挿入面隙間δの関係がＬ≧３００×δを満たすねじ継手としたことにより、ショルダ角度θが０°以上であるねじ継手に対する圧縮負荷付与時に前記ボックス部材の前記テーパ面と高面圧で接触するピンノーズ先端部近傍の位置で優先的に発生する塑性変形を有効に防止することができ、以て気密性を確保することができる。この効果の顕現性の点から、θは０°超が好ましく、より好ましくはθは０°超１５°以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の管のねじ継手を示す断面図である。
【図３】図２におけるピンノーズ付近を示す拡大断面図である。
【図４】図２におけるねじ部分を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態の一例を示す断面図である。この例では、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の先端に設けられたショルダ部12とを有するピン部材3と、前記雄ねじ部7とねじ結合される雌ねじ部5と、前記ピン部材3のノーズ部8であるピンノーズ8の外周面20に相対する内周面30と、前記ピン部材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部材1とを有し、
前記ピンノーズ8の外周面20は凸曲面20であり、
前記ボックス部材1の前記内周面30は、ピン部材3との結合時に前記ピンノーズ8の前記凸曲面20と干渉するテーパ面(30)であり、
前記ショルダ部(12,14)のショルダ角度θが０°以上１５°以下であり、
前記ねじ結合により前記ピン部材(3)とボックス部材(1)とが結合されて前記ピンノーズ8の前記凸曲面20と前記ボックス部材1の前記テーパ面30とがメタル‐メタル接触しその接触界面がシール部40をなす管のねじ継手において、
前記ボックス部材1のピンノーズ先端対応点Ｐから、該ピンノーズ先端対応点Ｐに最も近接した雌ねじ山であるリップ属雌ねじ山50の荷重面18ｂまでの管軸方向距離であるボックス側リップ長さＬを、前記リップ属雌ねじ山50から２周回以上後進した位置の雌ねじ山の挿入面19bと締付時に該挿入面19ｂに対面する雄ねじ山の挿入面19aとの管軸方向間隔である挿入面隙間δの３００倍以上、即ち、Ｌ≧３００×δとした。
【００１５】
これにより、圧縮負荷付与時に、ボックス側リップ長さＬの範囲内のボックス部材1の部分に対面するピンノーズ8の部分の圧縮変形を弾性変形範囲内に留めることができて、シール部40が優先的に塑性変形しようとするのを阻止する（シール部40を弾性変形範囲内に保持する）効果が発現し、以て気密性を確保することができる。Ｌ＜３００＊δとするのでは、前記効果に乏しく、気密性の確保が困難である。
【００１６】
又、挿入面隙間δの定義に係る雌ねじ山が前記リップ属雌ねじ山から２周回以上後進した位置（位置XCと云う）の雌ねじ山であるとしたのは、正規のねじ山高さをHとして、δはほぼH/2のねじ山高さの位置で定義されるが、位置XCでは締付時に雌ねじ山と挿入面同士が対面する雄ねじ山（対応雄ねじ山と云う）のねじ山高さがH/2以上になるのに対し、位置XCより前進側の位置では前記対応雄ねじ山のねじ山高さがH/2よりも小さくなって、δが不確定となる場合があるためである。
【００１７】
又、Ｌ/δの上限は特に限定しないが、ねじ切削の生産性の観点からは、Ｌ/δは1000以下とするのが好ましい。
【実施例】
【００１８】
外径=9-5/8インチ、肉厚=0.545インチの鋼管を対象として図１に示したねじ継手形態に則して製作したサンプルについて、サンプルの形状を表１に示す各水準にとり、ＩＳＯ１３６７９のシリーズＡテストを実施した。その結果、表１に示すとおり、本発明例は、比較例よりも優れたシール性を発揮した。
【００１９】
【表１】
2014013052.tif 000003
【符号の説明】
【００２０】
1  ボックス部材
3  ピン（ピン部材）
5  雌ねじ（雌ねじ部）
7  雄ねじ（雄ねじ部）
8  ノーズ部（ピンノーズ）
11  シール部
12  ショルダ部
13  シール部
14  ショルダ部
18b  リップ属雌ねじ山の荷重面
19a  雄ねじ山の挿入面
19b  雌ねじ山の挿入面
20  ピン部材のノーズ部外周面（凸曲面）
30  ピンノーズ外周面に相対するボックス部材の内周面（テーパ面）
40  シール部
50  リップ属雌ねじ山
60  管軸に直交する平面である垂直面
Ｐ  ボックス部材のピンノーズ先端対応点
Ｌ  ボックス側リップ長さ
δ  挿入面隙間
θ  ショルダ角度                                                                                                  
【図１】
2014013052.tif 000004
【図２】
2014013052.tif 000005
【図３】
2014013052.tif 000006
【図４】
2014013052.tif 000007