(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の管状部材を接合する金属間シールシステムであって、
第１の環状溝及び第１の環状歯を含む前記第１の管状部材における第１のシール構成であって、前記第１の環状溝は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成され、前記第１の環状歯は、前記径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される、前記第１のシール構成と、
第２の環状溝及び第２の環状歯を含む前記第２の管状部材における第２のシール構成であって、前記第２の環状溝は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成され、前記第２の環状歯は、前記径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される、前記第２のシール構成と、
を備え、
前記第２の環状歯は前記第１の環状溝内に位置付けられ、前記第２の環状歯面が前記第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、
前記第１の環状歯は前記第２の環状溝内に位置付けられ、前記第１の環状歯面が前記第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成し、
前記第１の管状部材の前記第１の径方向外向きの面と、前記第２の管状部材の前記第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、前記第１のショルダーから軸方向に離れており、
前記第２の管状部材の前記第１の径方向内向きの面と、前記第１の管状部材の前記第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、前記第２のショルダーから軸方向に離れている、システム。
【請求項２】
前記第１のショルダーに隣接して、前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間にクリアランスが設けられ、
前記第２のショルダーに隣接して、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間にクリアランスが設けられる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置よりも長い距離だけ、前記第１のショルダーから軸方向に離れている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、約１０００分の２５〜約２インチだけ、前記第１のショルダーから軸方向に離れており、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、約１０００分の２５〜約１インチだけ、前記第２のショルダーから軸方向に離れている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のショルダーの平面における前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチであり、前記第２のショルダーの平面における前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記径方向内向きのアンダーカット面は前記径方向外向きのアンダーカット面とかみ合う、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成され、
前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の管状部材の前記第１の径方向外向きの面および前記第２の管状部材の前記第２の径方向内向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が、前記第１のショルダーと前記第２のショルダーとの間の軸領域外にあるように構成され、前記第２の管状部材の前記第１の径方向内向きの面および前記第１の管状部材の前記第２の径方向外向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が前記軸領域外にあるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記軸領域は、約１０００分の２０〜約１０００分の２５０インチの間で延びる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
第１および第２の管状部材を接合する金属間シールシステムであって、
第１の環状溝及び第１の環状歯を含む前記第１の管状部材における第１のシール構成であって、前記第１の環状溝は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成され、前記第１の環状歯は、前記径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される、前記第１のシール構成と、
第２の環状溝及び第２の環状歯を含む前記第２の管状部材における第２のシール構成であって、前記第２の環状溝は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成され、前記第２の環状歯は、前記径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される、前記第２のシール構成と、
を備え、
前記第２の環状歯は前記第１の環状溝内に位置付けられ、前記第２の環状歯面が前記第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、
前記第１の環状歯は前記第２の環状溝内に位置付けられ、前記第１の環状歯面が前記第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成し、
前記第１の管状部材の前記第１の径方向外向きの面および前記第２の管状部材の前記第２の径方向内向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が、前記第１のショルダーと前記第２のショルダーとの間の軸領域外にあるように構成され、
前記第２の管状部材の前記第１の径方向内向きの面および前記第１の管状部材の前記第２の径方向外向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が前記軸領域外にあるように構成される、システム。
【請求項１１】
前記軸領域は、約１０００分の２０〜約１０００分の２５０インチの間で延びる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、前記軸領域外にあるが、前記軸領域から少なくとも約１０００分の１７５０インチ以内にあり、
前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、前記軸領域外にあるが、前記軸領域から少なくとも約１０００分の７５０インチ以内にある、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成され、
前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成される、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
センターショルダーの高応力エリアから金属間シールを離間させる当該センターショルダーを有する管状部材を製造する方法であって、
各々がピン端および箱形端を有する、第１および第２の管状部材を製造することを備え、
各ピン端は、第１の環状溝および第１の環状歯を有するセンターショルダー構成と、前記センターショルダー構成の片側における少なくとも第１のねじ部とを含み、前記第１の環状溝は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成され、前記第１の環状歯は、前記径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成され、
各箱形端は、第２の環状溝および第２の環状歯を有するセンターショルダー構成と、前記センターショルダー構成の片側における少なくとも第１のねじ部とを含み、前記前記第２の環状溝は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成され、前記第２の環状歯は、前記径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成され、
前記第１の管状部材の前記ピン端と前記第２の管状部材の前記箱形端とを組み立てると、
前記第２の環状歯が前記第１の環状溝内に位置付けられ、前記第２の環状歯面が前記第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、かつ、前記第１の環状歯が前記第２の環状溝内に位置付けられ、前記第１の環状歯面が前記第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成するように、
前記第１の管状部材の前記ピン端の前記第１の径方向外向きの面と、前記第２の管状部材の前記箱形端の前記第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置が、前記第１のショルダーから軸方向に離れるように、かつ、
前記第２の管状部材の前記箱形端の前記第１の径方向内向きの面と、前記第１の管状部材の前記ピン端の前記第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置が、前記第２のショルダーから軸方向に離れるように、
前記第１の管状部材の前記ピン端の前記センターショルダー構成及び前記第１のねじ部は、寸法が定められ、かつ、そのように前記第２の管状部材の前記箱形端の前記センターショルダー構成及び前記第１のねじ部との接合を成すように構成される、方法。
【請求項１５】
前記第１のショルダーに隣接して、前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間にクリアランスが設けられ、
前記第２のショルダーに隣接して、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間にクリアランスが設けられる、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置よりも長い距離だけ、前記第１のショルダーから軸方向に離れている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、約１０００分の２５〜約２インチだけ、前記第１のショルダーから軸方向に離れており、前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、約１０００分の２５〜約１インチだけ、前記第２のショルダーから軸方向に離れている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のショルダーの平面における前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチであり、前記第２のショルダーの平面における前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記径方向内向きのアンダーカット面は前記径方向外向きのアンダーカット面とかみ合う、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の径方向外向きの面と前記第２の径方向内向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向外向きの面の曲線部分および前記第２の径方向内向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成され、
前記第１の径方向内向きの面と前記第２の径方向外向きの面との間の前記一次シール接触の位置は、
（ｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、
（ｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分、
（ｉｉｉ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、または
（ｉｖ）前記第１の径方向内向きの面の曲線部分および前記第２の径方向外向きの面の曲線部分
のいずれかの間の干渉によって形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の管状部材の前記第１の径方向外向きの面および前記第２の管状部材の前記第２の径方向内向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が、前記第１のショルダーと前記第２のショルダーとの間の軸領域外にあるように構成され、前記第２の管状部材の前記第１の径方向内向きの面および前記第１の管状部材の前記第２の径方向外向きの面は、これらの面の間の一次シール接触の位置が前記軸領域外にあるように構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記軸領域は、約１０００分の２０〜約１０００分の２５０インチの間で延びる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
管状部材を接合する方法であって、
（ａ）各々がピン端および箱形端を有する第１および第２の管状部材を用いることであって、
各ピン端は、第１の環状溝および第１の環状歯を有するセンターショルダー構成と、前記センターショルダー構成の片側における少なくとも第１のねじ部とを含み、前記第１の環状溝は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成され、前記第１の環状歯は、前記径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成され、
各箱形端は、第２の環状溝および第２の環状歯を有するセンターショルダー構成と、前記センターショルダー構成の片側における少なくとも第１のねじ部とを含み、前記第２の環状溝は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成され、前記第２の環状歯は、前記径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される、
前記第１および第２の管状部材を用いることと、
（ｂ）前記第１の管状部材の前記ピン端を前記第２の管状部材の前記箱形端とかみ合わせることと、
（ｃ）前記第１および第２の管状部材の各々の少なくとも前記第１のねじ部の相互作用が前記第１および第２の管状部材を同時に動かすように、前記第１の管状部材と前記第２の管状部材との間の相対回転を生じさせることと、
（ｄ）前記第１の管状部材の前記ピン端と前記第２の管状部材の前記箱形端との組立てを完成させることであって、
前記第２の環状歯が前記第１の環状溝内に位置付けられ、前記第２の環状歯面が前記第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、前記第１の環状歯が前記第２の環状溝内に位置付けられ、前記第１の環状歯面が前記第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成するように、
前記第１の管状部材の前記ピン端の前記第１の径方向外向きの面と、前記第２の管状部材の前記箱形端の前記第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置が、前記第１のショルダーから軸方向に離れるように、かつ、
前記第２の管状部材の前記箱形端の前記第１の径方向内向きの面と、前記第１の管状部材の前記ピン端の前記第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置が、前記第２のショルダーから軸方向に離れるように、
前記第１の管状部材の前記ピン端と前記第２の管状部材の前記箱形端との組立てを完成させることと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によってその全体が本願に組み込まれる、２０１３年２月５日に出願された米国特許仮出願第６１／７６０，８３３号および２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２７，１９５号の利益を主張するものである。
【０００２】
本出願は、センターショルダーシールを含む、石油およびガス産業において一般に用いられる類の管状接合に関し、特に、センターショルダーから金属間接触シール面の径方向力およびフープ力を離すセンターショルダーシール構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
石油およびガスの上流産出産業は、未加工の炭化水素を発見および産出するために、深さおよび複雑さが増し続ける井戸を掘削する。この産業は通常、ボーリング孔を保護するため（ケーシング）、およびそこから産出される流体を制御するため（配管）に、鋼管（油井管）を用いる。ケーシングおよび配管は、比較的短い長さで製造および輸送され、１つの長さで同時にボーリング孔内に設置され、それぞれの長さが次へ接合されている。石油およびガスの探索は、企業をより深く困難な井戸の掘削へと導くので、ケーシングおよび配管における需要は比例して引張力および押圧力の両方の観点から増し続けている。偏向した水平な井戸の開発技術はこの傾向を深刻化させ、ケーシングおよび配管要件に、増加するねじれ荷重という更なる配慮事項を付加する。
【０００４】
一般的な２つの種類の接合具がこの分野に存在する。最も一般的な接合は、パイプの２つの長い接合部の両端に加工されたピン、すなわち雄ねじが、パイプよりも大きい外形およびほぼ等しい内径を有する連結器である比較的短い部材に加工された２つの箱、すなわち雌ねじによって接合されるねじ連結接合具である。もう１つの種類は、ピン部材がパイプのフルレングス接合部の一端に通され、箱部材が第２のフルレングス接合部に通される一体型接合具である。その結果２つの接合部は、中間連結部材を必要とせずに直接接合され得る。パイプ体の両端は、接合の螺合を容易にするために更に加工され得る。
【０００５】
従来技術は、油井管のための様々なねじ、ショルダー、およびシール構成の使用を実施する。従来技術において用いられるショルダーおよびシールの組み合わせの１種は、いわゆるセンターショルダーシール構成である。本明細書で用いられる場合、「センターショルダーシール」は、少なくとも２つのねじ部の間に配置される接合部分を意味し、この部分は、ピン部材と箱部材との間、またはピン部材および箱部材と例えば環状シールスリーブなどの第３の要素との間に直接的な接触面を示し、それによってこの部分が、組み立てられた接合を（接合のねじ部を越えて）介した液体やガスの通過を防止するためのシールを提供する。
【０００６】
米国特許第５，４１５，４４２号および第５，４６２，３１５号は、図１に示されるセンターショルダー構成を開示し、この構成において、合計５つの金属間シールが接合のアセンブリ（組立て）中に生成され、シール面４１８および４３８が接触し、シール面４２２および４４２が接触する、固定された２重ショルダーシール４００の外側斜角に２つの金属間シール、および、固定された２重ショルダーシール４００の内側に、シール円柱面が接触する壁面における１面４１０、ピンショルダーの環状面表面４２０が箱形アンダーカット面４４８に接触する別のゼロクリアランス面、および箱型ショルダー４４０の面表面がピンアンダーカット面４２８に接触する別のゼロクリアランス面の３つのゼロクリアランス面。このように、センターショルダーシール４００は、パイプや接合に様々な負荷が加えられた時にシールがシールのかみ合わせを実行および維持し続けるように、組み立てられた接合の電動締め付け時にシール内に貯蔵されるエネルギの蓄積を可能にする接合金属間シール面を有する非常に密接に閉まった金属間シールを形成する。但し、全ての金属間シールは、センターショルダーの接触環状面のセットの間の軸空間４５０内に形成され、各々が半径方向力を示す、ショルダーシール４００の外側斜角における金属間シールの各々が接触環状面のセットの各１つのすぐ近くに位置する。
【０００７】
米国特許第５，７６５，８３６号および第６，０４１，４８７号は、図２に示されるセンターショルダー構成を開示し、この構成において、合計で少なくとも２つかつ最大７つの金属間シールがピン部材と箱部材との間に確立される。７つのシールのうち３つは円錐台シールである。第１の外側の円錐台シール１２０は、センターショルダーの径方向外側におけるピン面および箱形円錐台形面のかみ合わせによって形成され、第２の内側の円錐台シール１２２は、センターショルダーの径方向内側におけるピン面と箱形円錐台形面との間に形成される。第３の円錐台シールは、中間ピン面と箱形センター円錐台形面との間に形成されるセンター円錐台シール１２４である。２つの環状ショルダーシールが形成される。第１の内側環状ショルダーシール１２６および第２の外側環状ショルダーシール１２８、各々がピン部材および箱部材のかみ合った環状面による。２つの円柱形シールも形成される。第１の外側円柱形シール１３０は、径方向外側におけるピン面および箱形外側シール円柱面のかみ合わせによって形成され、第２の内側円柱形シール１３２は、径方向内側におけるピン面および箱形シール円柱面のかみ合わせによって形成される。但し、この構成も、大幅な径方向力およびフープ力に晒される金属間シールの各々（すなわち、接触シール１２２および１２０）を、接触環状面のセットの各１つ（すなわち、環状接触シール１２６および１２８）のすぐ近く、かつ２つの環状ショルダーシールの間の軸空間１５０内に配置する。
【０００８】
上述の特許のセンターショルダー構成において、ショルダー接合における軸負荷は、環状ショルダー接触の軸方向位置の付近で（例えば、図２における環状ショルダーシール１２６および１２８で、また同様に図１の構成において形成された環状ショルダーシールで）最大圧力を生じる傾向がある。故に、最大圧力および材料の降伏や歪みが、いずれの場合にも接合の環状ショルダー間に形成される軸領域４５０、１５０内で、またはその付近で生じやすくなる。
【０００９】
必要とされるのは、センターショルダーの降伏し得るエリアおよび高圧力の領域における径方向シール力の潜在的な問題を回避しつつ、効果的なシールを提供するセンターショルダー接合である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様において、（例えば第１および第２の油井管などの）第１および第２の管状部材を接合する金属間シールシステムは、第１の管状部材における第１のシール構成、および第２の管状部材における第２のシール構成を含む。第１のシール構成は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成される第１の環状溝と、径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される第１の環状歯とを含む。第２のシール構成は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成される第２の環状溝と、径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される第２の環状歯とを含む。第２の環状歯は第１の環状溝内に位置付けられ、第２の環状歯面が第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成する。第１の環状歯は第２の環状溝内に位置付けられ、第１の環状歯面が第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成する。第１の管状部材の第１の径方向外向きの面と第２の管状部材の第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、第１のショルダーから軸方向に離れており、第２の管状部材の第１の径方向内向きの面と第１の管状部材の第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、第２のショルダーから軸方向に離れている。
【００１１】
前段落のシステムの一実施形態において、第１のショルダーの付近で、第１の径方向外向きの面と第２の径方向内向きの面との間にクリアランスが設けられ、第２のショルダーの付近で、第１の径方向内向きの面と第２の径方向外向きの面との間にクリアランスが設けられる。
【００１２】
前２段落のいずれかのシステムの一実施形態において、第１の径方向外向きの面と第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、第１のショルダーから約１０００分の２５〜約２インチ軸方向に離れており、第１の径方向内向きの面と第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、第２のショルダーから約１０００分の２５〜約１インチ軸方向に離れている。
【００１３】
前３段落のいずれか１つのシステムの一実施形態において、第１のショルダーの平面における第１の径方向外向きの面と第２の径方向外向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチであり、第２のショルダーの平面における第１の径方向内向きの面と第２の径方向内向きの面との間の径方向間隔は約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチである。
【００１４】
前４段落のいずれか１つのシステムの一実施形態において、径方向内向きのアンダーカット面は径方向外向きのアンダーカット面とかみ合う。
【００１５】
前５段落のいずれか１つのシステムの一実施形態において、第１の径方向外向きの面と第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、（ｉ）第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、（ｉｉ）第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および第２の径方向内向きの面の曲線部分、（ｉｉｉ）第１の径方向外向きの面の曲線部分および第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、または（ｉｖ）第１の径方向外向きの面の曲線部分および第２の径方向内向きの面の曲線部分のいずれかの間の干渉によって形成される。同様に、第１の径方向内向きの面と第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、（ｉ）第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、（ｉｉ）第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および第２の径方向外向きの面の曲線部分、（ｉｉｉ）第１の径方向内向きの面の曲線部分および第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、または（ｉｖ）第１の径方向内向きの面の曲線部分および第２の径方向外向きの面の曲線部分のうちのいずれかの間の干渉によって形成される。
【００１６】
別の態様において、第１および第２の管状部材を接合する金属間シールシステムは、第１の管状部材における第１のシール構成および第２の管状部材における第２のシール構成を含む。第１のシール構成は、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成される第１の環状溝と、径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される第１の環状歯とを含む。第２のシール構成は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、隣接する第１の径方向内向きの面によって形成される第２の環状溝と、径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される第２の環状歯とを含む。第２の環状歯は第１の環状溝内に位置付けられ、第２の環状歯面が第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成する。第１の環状歯は第２の環状溝内に位置付けられ、第１の環状歯面が第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成する。第１の管状部材の第１の径方向外向きの面および第２の管状部材の第２の径方向内向きの面は、それらの面の間の一次シール接触の位置が第１のショルダーと第２のショルダーとの間の軸領域外にあるように構成される。同様に、第２の管状部材の第１の径方向内向きの面および第１の管状部材の第２の径方向外向きの面は、それらの面の間の一次シール接触の位置が軸領域外にあるように構成される。
【００１７】
前段落のシステムの一実施形態において、軸領域は、約１０００分の２０〜約１０００分の２５０インチの間で延びる。
【００１８】
前２段落のいずれかのシステムの一実施形態において、第１の径方向外向きの面と第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、軸領域外にあるが、軸領域から少なくとも約１０００分の１７５０インチ以内にあり、第１の径方向内向きの面と第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、軸領域外にあるが、軸領域から少なくとも約１０００分の７５０インチ以内にある。
【００１９】
前３段落のいずれか１つのシステムの一実施形態において、第１の径方向外向きの面と第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置は、（ｉ）第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、（ｉｉ）第１の径方向外向きの面の円錐台形部分および第２の径方向内向きの面の曲線部分、（ｉｉｉ）第１の径方向外向きの面の曲線部分および第２の径方向内向きの面の円錐台形部分、または（ｉｖ）第１の径方向外向きの面の曲線部分および第２の径方向内向きの面の曲線部分のいずれかの間の干渉によって形成される。同様に、第１の径方向内向きの面と第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置は、（ｉ）第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、（ｉｉ）第１の径方向内向きの面の円錐台形部分および第２の径方向外向きの面の曲線部分、（ｉｉｉ）第１の径方向内向きの面の曲線部分および第２の径方向外向きの面の円錐台形部分、または（ｉｖ）第１の径方向内向きの面の曲線部分および第２の径方向外向きの面の曲線部分のいずれかの間の干渉によって形成される。
【００２０】
１または複数の実施形態の詳細が、添付図面および以下の説明において記載される。該説明、図面、および特許請求の範囲から他の特徴、目的、および利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】１つの従来技術のセンターショルダーシール構成の部分断面図である。
【図２】別の従来技術のセンターショルダーシール構成の部分断面図である。
【図３】センターショルダーシールの１つの実施形態の部分断面図である。
【図４】センターショルダーシールの別の実施形態の部分断面図である。
【図５】接合の両側に対する一次シール接触の位置が、センターショルダーの片側にかみ合ったねじ部を含むが、センターショルダーの他方の側にかみ合ったねじ部を一切有さない、センターショルダーシールの別の実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図３を参照すると、２つの管状部材２０２と２０４との間のセンターショルダー接合２００の部分断面図が示される。管状部材２０２は接合のピン部分を形成し、管状部材２０４は接合の箱形端を形成する。接合の軸方向中心線が２０６に示されており、センターショルダー接合の断面全体は、軸方向中心線の反対側にある（すなわち、図３では中心線２０６の下側の）構成要素の鏡像を含むであろうことが分かる。
【００２３】
管状部材２０２におけるシール構成は、環状溝２０８および環状歯２１０を含む。環状溝２０８は、径方向内向きの（すなわち、中心線２０６の方を向いた）アンダーカット面２１２、隣接する環状ショルダー面２１４、および隣接した径方向外向きの面２１６によって形成される。環状歯は、径方向内向きのアンダーカット面２１２、環状歯面２１８、および径方向外向きの面２２０によって形成される。図示された実施形態において、面２１６は、ショルダー面２１４に移行する角の丸みを含み、面２２０は、歯面２１８に移行する角の丸みを含む。
【００２４】
管状部材２０４におけるシール構成は、環状溝２２２および環状歯２２４を含む。環状溝２２２は、径方向外向きのアンダーカット面２２６、隣接する環状ショルダー面２２８、および隣接する径方向内向きの面２３０によって形成される。環状歯２２４は、径方向外向きのアンダーカット面２２６、環状歯面２３２、および径方向内向きの面２３４によって形成される。図示された実施形態において、面２３０は、ショルダー面２２８に移行する角の丸みを含み、面２３４は、歯面２３２に移行する角の丸みを含む。
【００２５】
図３は、完成した状態の接合を示し、この状態において環状歯２２４は環状溝２０８内に位置付けられ、環状歯面２３２が環状ショルダー面２１４とかみ合って、ショルダー平面２３６によって表される１つのショルダーを形成する。同様に、環状歯２１０は環状溝２２２内に位置付けられ、環状歯面２１８が環状ショルダー面２２８とかみ合って、ショルダー平面２３８によって表される別のショルダーを形成する。図示された実施形態において、アンダーカット面２１２および２２６も互いにかみ合い、かみ合ったショルダーを密封するので更なるシール位置として機能することができる。接合の軸方向の反対側において、かみ合ったねじ部または管状部材も２６０および２６２で概略的に示される。
【００２６】
図示されるように、ショルダー平面２３６の付近で、径方向外向きの面２１６と径方向内向きの面２３４との間にクリアランスが設けられ得る。図３において２４０で示される、径方向外向きの面２１６と径方向内向きの面２３４との間の一次シール接触の位置は、ショルダー平面２３６から軸方向へ離され、ショルダー平面２３６から軸方向に離れた（平行線模様で示された面の干渉によって表される）金属間シール接触域２４２を形成する。本明細書で用いられる場合、２つの特定の面の間の「一次シール接触の位置」という用語は、２つの面の間の最大接触圧の位置を意味する。従って、一例として、いくつかの実施形態において面２１６および２３４は、ショルダー平面２３６の付近で（例えば、ショルダー平面２３６と２３８との間の軸領域２４６内で）互いに僅かに接触し得るが、同時に、面２１６と２３４との間の一次シール接触の位置は、ショルダー平面２３６から更に離れる。一般に、最大接触圧の位置、すなわち一次シール接触の位置は、面の間の最大干渉の位置の付近に生じる。
【００２７】
ショルダー平面２３８の付近で、径方向内向きの面２３０と径方向外向きの面２２０との間にもクリアランスが設けられ得る、あるいは上述したように、面の間の僅かな接触しかショルダー平面２３８の付近に生じない。それとは関係なく、図３において２４３で示す位置である、径方向内向きの面２３０と径方向外向きの面２２０との間の一次シール接触の位置は、ショルダー平面２３８から軸方向に離され、ショルダー平面２３８から軸方向に離れた（平行線模様で示された面の干渉によって表される）金属間シール接触域２４４を形成する。特に、図示された実施形態の一次シール接触域２４２および２４４の両方の場合、一次シール接触の位置は、２つのショルダー平面２３６と２３８との間に形成された接合の軸領域２４６外に位置する。
【００２８】
面（例えば、２１６および２３４または２２０および２３０）の間の一次シール接触の正確な位置は、接合において必要とされるトルクリミットおよび管状接合の厚さおよび直径を含む様々な要因に基づいて変化し得る。
【００２９】
一例として、一次シール接触２４０の位置は、ショルダー平面２３６から約１０００分の２５〜約１インチ軸方向に離れてよく、一次シール接触２４３の位置は、ショルダー平面２３８から約１０００分の２５〜約１インチ軸方向に離れてよく、軸領域２４６は、約１０００分の２０〜約１０００分の２５０インチの間で延びてよく、ショルダー平面２３６における径方向外向きの面２１６と径方向外向きの面２２０との間の径方向間隔は、約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチであってよく、ショルダー平面２３８における径方向内向きの面２３０と径方向内向きの面２３４との間の径方向間隔は、約１０００分の４０〜約１０００分の５００インチであってよい。
【００３０】
図示された実施形態において、面２１６、２２０、２３０、および２３４の各々は、曲面として示される。それらの曲面は、一例として、接合の中心軸２０６を通って延びるとともに中心軸２０６に平行に走る平面に沿った２次元において考えられる場合、楕円曲線、円曲線、任意の適切な種類の様々な半径の曲線（例えば、最も効果的なシールの場合、一般に約０．５〜１５インチの曲線半径）、あるいはそれらの組み合わせ、および、接合の中心軸２０６に関する任意のそのような曲線の回転時に生じる対応する３次元面の形状を含んでよい。しかし、面は全体が曲線状である必要はなく、あるいはさらに言うと、全く曲線状でなくてもよいことが分かる。例えば、図３の実施形態の１つの可能な変形バージョンにおいて、面２２０および２３４は曲線状のままであるが、面２１６および２３０は円錐台形状に作られ、そのため一次シール接触２４０および２４３の各位置は、曲面と円錐台形面との間の干渉に対して定められる。
【００３１】
図４に示す代替実施形態を参照すると、一次金属間接触シールが曲面部分によって形成されていない、軸方向中心線３０６を有するセンターショルダーシール構成３００の実施形態が示される。この構成において、管状部材３０２のピン端は、環状溝３０８および環状歯３１０を含む。環状溝３０８は、径方向内向きの（すなわち、中心線３０６の方を向いた）アンダーカット面３１２、隣接する環状ショルダー面３１４、および隣接する径方向外向きの面３１６によって形成される。環状歯は、径方向内向きのアンダーカット面３１２、環状歯面３１８、および径方向外向きの面３２０によって形成される。管状部材３０４の箱形端は、環状溝３２２および環状歯３２４を含む。環状溝３２２は、径方向外向きのアンダーカット面３２６、隣接する環状ショルダー面３２８、および隣接する径方向内向きの面３３０によって形成される。環状歯３２４は、径方向外向きのアンダーカット面３２６、環状歯面３３２、および径方向内向きの面３３４によって形成される。
【００３２】
面３１６は、円柱形部分３１６ａおよび円錐台形部分３１６ｂを含み、面３３４は、円柱形部分３３４ａおよび円錐台形部分３３４ｂを含む。面部分３１６ａと３３４ａとの間にクリアランスが設けられ得るが、円錐台形部分３１６ｂおよび３３４ｂは、干渉接触域３４２によって表される、ショルダー平面３３６から軸方向に離れた一次シール接触３４０の位置を生じるように干渉する。面３２０は、円柱形部分３２０ａおよび円錐台形部分３２０ｂを含み、面３３０は、円柱形部分３３０ａおよび円錐台形部分３３０ｂを含む。面部分３２０ａと３３０ａとの間にクリアランスが設けられ得るが、円錐台形部分３２０ｂおよび３３０ｂは、干渉接触域３４４によって表される、ショルダー平面３３８から軸方向に離れた一次シール接触３４３の位置を生じるように干渉する。最も効果的になるためには、接合の中心軸３０６に対する各円錐台形部分３１６ｂ、３３４ｂ、３２０ｂ、３３０ｂの（例えば、図４に示す一例では、中心軸３０６に平行に走る直線３２１に対する角Θによって表される）円錐角、および円錐台形状の面部分を含む他の実施形態の円錐角は、約１°〜約７°であってよい。センターショルダーの軸方向反対側のかみ合ったねじ部３６０および３６２も示される。シールの軸方向位置および管状部材の径方向厚さは、図３の実施形態に関して上述したものと同様であってよい。
【００３３】
また別の変形例も可能である。ショルダーから軸方向に離れた一次金属間接触シールのいずれかは、（ｉ）一方の面の円錐台形部分および他方の面の円錐台形部分、（ｉｉ）一方の面の円錐台形部分および他方の面の曲線部分、（ｉｉｉ）一方の面の曲線部分および他方の面の円錐台形部分、または（ｉｖ）一方の面の曲線部分および他方の面の曲線部分によって形成され得ることが分かる。
【００３４】
一般に、ピン部分および箱部分の各々は、各部分に所望のセンターショルダー構成を生じるように切り抜かれた切削インサートを伴う旋盤プロセスを用いて生成され得る。径方向外向きの面および径方向内向きの面の各々の径方向位置、およびそれらの面に沿った、意図される中心線からの各点を適切に指定し、選択し、加工することによって、最大干渉の位置は、一次シール接触の位置を接合のショルダーから軸方向に離して定めるように予め選択され得る。
【００３５】
次に図５を参照すると、接合の片側にかみ合ったねじ部を有さない、軸方向中心線５０６を有するセンターショルダー構成５００の実施形態が示される。この構成において、管状部材５０２のピン端は、環状溝５０８および環状歯５１０を含む。上記の実施形態と同様に、環状溝５０８は、径方向内向きの（すなわち、中心線５０６の方を向いた）アンダーカット面、隣接する環状ショルダー面５１４、および隣接する径方向外向きの面５１６によって形成される。環状歯５１０は、径方向内向きのアンダーカット面、環状歯面５１８、および径方向外向きの面５２０によって形成される。管状部材５０４の箱形端は、環状溝５２２および環状歯５２４を含む。環状溝５２２は、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する環状ショルダー面５２８、および隣接する径方向内向きの面５３０によって形成される。環状歯５２４は、径方向外向きのアンダーカット面、環状歯面５３２、および径方向内向きの面５３４によって形成される。
【００３６】
図示された実施形態において、面５１６および面５３４は、一次シール接触５４０の位置が、面５２０と５３０との間の一次シール接触５４３の位置よりも、ショルダー平面５３６と５３８との間の軸領域５４６から更に離れるように構成される。この構成において、一次シール接触５４０の位置は、ショルダー平面５３６から約１０００分の２５インチ〜約２インチ軸方向に離れてよく、一次シール接触５４３の位置は、ショルダー平面５３８から約１０００分の２５インチ〜約１インチ軸方向に離れてよく、軸領域５４６は、約１０００分の２０インチ〜約１０００分の２５０インチに及んでよく、ショルダー平面５３６における径方向外向きの面５１６と径方向外向きの面５２０との間の径方向間隔は、約１０００分の４０インチ〜約１０００分の５００インチであってよく、ショルダー平面５３８における径方向内向きの面５３０と径方向内向きの面５３４との間の径方向間隔は、約１０００分の４０インチ〜約１０００分の５００インチであってよい。この場合、一次シール接触５４０の位置は一般に、１．７５インチの軸領域５４６内になる。
【００３７】
面５１６および５３４は、クリアランスが設けられたそれぞれの円柱形面部分５１６Ａおよび５３４Ａを含む。面部分５１６Ａには曲面部分５１６Ｂが後続し、面部分５３４Ａには円錐台形面部分５３４Ｂが後続し、一次シール接触５４０の位置は部分５１６Ｂと５３４Ｂとの間に生じる。面５３０は、円錐台形部分５３０Ａを含み、続いて別のより傾斜が急な円錐台形部分５３０Ｂが後続し、面５２０は、円柱形部分５２０Ｂに移行する曲線部分５２０Ａを含む。一次シール接触の位置は、面部分５３０Ａと面部分５２０Ａとの間である。但し、上述したように面の他の変形例が可能である。かみ合ったねじ部５６２は、センターショルダーの片側、具体的には接合の外径により近い側に位置し、接合の反対側はかみ合ったねじ部を一切有さない。但し、接合のこの反対側において、高温での材料のトルク、圧縮、および膨張によってピンノーズ部が降伏することを防止するために、図示したようにピンノーズショルダー面と箱形ショルダー面との間に隙間５５０が設けられ得る。しかしそれらの面は、例えば組立て時、圧縮中、または材料膨張中などに接触し得る。また、接合が組み立てられる際に余分なねじドープを受け入れる、箱部材５０４の面５３０におけるドープ逃がし凹部５６０も示される。
【００３８】
図５の構成は、例えば蒸気補助型強制排水市場などの地熱市場において用いられる管形と関連した使用に特に適している。図５の実施形態は接合の片側にかみ合ったねじ部を一切有さないが、接合の、軸方向ショルダー領域５４６から更に離れた一次シール接触５４０の位置を含む側にもかみ合ったねじ部が設けられる実施形態を含む変形例が可能であることが分かる。
【００３９】
このように、センターショルダーの高応力エリアから金属間シールを離すセンターショルダーを有する管状部材を製造する方法が提供される。この方法は、各々がピン端および箱形端を有する第１および第２の管状部材を製造することを含み、ここで、（ａ）各ピン端は、第１の環状溝および第１の環状歯を有するセンターショルダー構成と、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成される第１の環状溝と、径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される第１の環状歯と、センターショルダー構成の大きい方の径側における少なくとも第１のねじ部とを含み、（ｂ）各箱形端は、第２の環状溝および第２の環状歯を有するセンターショルダー構成と、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成される第２の環状溝と、径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される第２の環状歯と、センター―ショルダー構成の大きい方の径側における少なくとも第１のねじ部とを含み、（ｃ）第１の管状部材のピン端の第１のねじ部およびセンターショルダー構成は、第１の管状部材のピン端と第２の管状部材の箱形端とを組み立てると、（ｉ）第２の環状歯が第１の環状溝内に位置付けられ、第２の環状歯面が第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、かつ、第１の環状歯が第２の環状溝内に位置付けられ、第１の環状歯面が第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成するように、（ｉｉ）第１の管状部材のピン端の第１の径方向外向きの面と、第２の管状部材の箱形端の第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置が、第１のショルダーから軸方向に離れるように、かつ（ｉｉｉ）第２の管状部材の箱形端の第１の径方向内向きの面と第１の管状部材のピン端の第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置が、第２のショルダーから軸方向に離れるように、第２の管状部材の箱形端の第１のねじ部およびセンターショルダー構成との接合を成すように構成される。
【００４０】
同様に、油井やガス井において用いるための管状部材を接合する方法が提供され、この方法は、（ａ）各々がピン端および箱形端を有する第１および第２の管状部材を用いること、ここで、（ｉ）各ピン端は、第１の環状溝および第１の環状歯を有するセンターショルダー構成と、径方向内向きのアンダーカット面、隣接する第１の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向外向きの面によって形成される第１の環状溝と、径方向内向きのアンダーカット面、第１の環状歯面、および第２の径方向外向きの面によって形成される第１の環状歯と、センターショルダー構成の大きい方の径側における少なくとも第１のねじ部とを含み、（ｉｉ）各箱形端は、第２の環状溝および第２の環状歯を有するセンターショルダー構成と、径方向外向きのアンダーカット面、隣接する第２の環状ショルダー面、および隣接する第１の径方向内向きの面によって形成される第２の環状溝と、径方向外向きのアンダーカット面、第２の環状歯面、および第２の径方向内向きの面によって形成される第２の環状歯と、センターショルダー構成の大きい方の径側における少なくとも第１のねじ部とを含むこと、（ｂ）第１の管状部材のピン端を第２の管状部材の箱形端とかみ合わせること、（ｃ）第１および第２の管状部材の第１のねじ部の相互作用が第１および第２の管状部材を同時に動かすように、第１の管状部材と第２の管状部材との間の相対回転を生じること、および（ｄ）（ｉ）第２の環状歯が第１の環状溝内に位置付けられ、第２の環状歯面が第１の環状ショルダー面とかみ合って第１のショルダーを形成し、第１の環状歯が第２の環状溝内に位置付けられ、第１の環状歯面が第２の環状ショルダー面とかみ合って第２のショルダーを形成するように、（ｉｉ）第１の管状部材のピン端の第１の径方向外向きの面と、第２の管状部材の箱形端の第２の径方向内向きの面との間の一次シール接触の位置が、第１のショルダーから軸方向に離れるように、および（ｉｉｉ）第２の管状部材の箱形端の第１の径方向内向きの面と、第１の管状部材のピン端の第２の径方向外向きの面との間の一次シール接触の位置が、第２のショルダーから軸方向に離れるように、第１の管状部材のピン端と第２の管状部材の箱形端との組立てを仕上げることを含む。
【００４１】
上記説明は、単に例示および例として意図されており、限定として用いられることは意図されていないこと、および他の変更および改良が可能であることを明確に理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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