(57)【要約】シール可能なねじ継手を作るために雄要素（１）の端部にリップ（５）を有し、該リップのためのハウジングを雌要素（２）に備え、１０％を超える直径の拡張を受けた後に最大内部通路断面を備える拡張されるねじ接続であって、拡張の前に自由雄端面（９）が雌ハウジングの部分的に横方向の肩面（１０）に雄端面（９）と肩面（１０）の係合用のさねはぎ形状を介して受けられ、雄リップ（５）の外周面（７）は雌ハウジング（６）の内周面（８）に対して若干の遊びを有するねじ接続。こういったねじ接続は、石油井戸のケーシング及びチュービングのために特に有用である。
2004502104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パイプ（１１）の一端に設けられる雄のねじ要素（１）と、第２パイプ（１２）の一端に設けられる雌ねじ要素（２）とを含んでなる管状ねじ接続であって、前記雄ねじ要素はその自由端に向かって雄ねじ（３）と、ねじ接続の軸に関して横方向の環状雄端面（９） で終端する外周面（７）を含む雄リップ（５）とを含み、前記雌ねじ要素（２） は前記雄ねじ（３） に対応する雌ねじ（４）と、前記雄リップを納めるための非ねじ雌ハウジング（６）とを有し、該雌ハウジングは内周面（８）と、環状かつ部分的に横向きの雌肩面（１０）とを含み、前記雄ねじ（３）は前記環状雄端面が前記雌肩面（１０）に係合する位置において前記雌ねじ （４）に螺合され、
ねじ接続をシール可能なようにし、かつ、塑性変形である直径方向の拡張を受けた後に通路としての最大内部断面を持たせるために、前記拡張の前に前記雄端面（９）及び前記雌肩（１０）の環状面は前記雄端面（９）を前記雌肩（１０）の前記環状面に埋め込むように相補的形状を有していることと、
前記雄舌（５）の前記外周面（７）が前記雌ハウジング（６）の前記内周面（８）に対して小さいクリアランスを持って配設されていることとを、
特徴とするねじ接続。
【請求項２】
請求項１のねじ接続であって、前記雄端面（９）はねじ接続の内部側に位置する横面（１５）と、該横面の外側に位置し軸方向に突出した環状の舌（１３）によって形成されるさねはぎ溝を有し、かつ、前記雌肩面（ｌ０）はねじ接続の内部に向いた側に位置する横面（１６）と、該横面の外側に位置する環状溝（１４）によって形成されるさねはぎ溝を有し、前記雄さねはぎ溝の前記横面（１５）は前記雌さねはぎ溝の前記横面（１６）と協働し、前記舌（１３）は前記溝（１４） と協働するねじ接続。
【請求項３】
請求項２のねじ接続であって、前記舌（１３）と前記溝（１４）の環状壁は、ねじ接続の接続位置において、前記溝の前記環状壁（１８、２６）が前記舌の前記環状壁（１７、２５）に締めばめされるように配設されているねじ接続。
【請求項４】
請求項３のねじ接続であって、前記舌（１３）の前記環状壁（１７、２５）はわずかにテーパ付けされ前記舌の自由端に向かって直線的に先細りし、前記溝（１４）の前記環状壁（１８、２６）はわずかにテーパ付けされ前記溝の底に向かって直線的に先細りし、前記溝の前記環状壁の傾斜は前記舌の環状壁の傾斜に等しいねじ接続。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記雄及び雌さねはぎ溝の横面（１５、１６）が互いに突き合わさるねじ接続。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記舌（１３）の半径方向の厚み（ｅｄ）が前記雄リップ（９）の横面（１５）のものにほぼ等しいねじ接続。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記舌（１３）の軸方向の長さ（ｈｄ）は前記舌の半径方向の厚み（ｅｄ）にほぼ等しいねじ接続。
【請求項８】
請求項２ないし７のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記雄リップの前記外周面（７）と前記雌ハウジングの前記内周面（８）は筒状であるねじ接続
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記雄リップ（５）が前記第１パイプ（１１）の厚みの１／３ないし２／３の範囲の厚み（ｅｌ）を持つねじ接続。
【請求項１０】
請求項１ないし〜９のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記リップ（５）は、長さ（１１）対厚み（ｅｌ）比の範囲が１ないし４である、長さ（１１） と厚み（ｅｌ）を持つねじ接続。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記雄要素（１）は、前記雄ねじ（３）の端部において、前記雄ねじと前記雄リップ（５）の間に溝（２１）を有するねじ接続。
【請求項１２】
請求項１１のねじ接続であって、前記雄ねじと前記雄リップ（５）の間の前記溝（２１）は前記雄ねじ（３）の高さと等しい深さ（ｈｇ）を有するねじ接続。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２のねじ接続であって、前記雄ねじと前記雄リップ（５）の間の前記溝（２ｌ）は長さ（１ｇ）と深さ（ｈｇ）を有し、前記雄リップの長さが前記溝深さの２ないし８倍の範囲にあるねじ接続。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のねじ接続であって、前記第１及び第２パイプ（１１、１２）は、前記両ねじ要素（１， ２）及び前記パイプの本体の両方において同じ内径（ＤＩ）を持つねじ接続。
【請求項１５】
請求項１４のねじ接続であって、前記第１及び第２パイプ（１１、１２）は、前記両ねじ要素（１， ２）及び前記パイプの本体の両方において同じ外径（ＤＥ）を持つねじ接続。
【請求項１６】
請求項１４のねじ接続であって、一体型のねじ接続。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の管状ねじ接続から塑性変形である直径方向の拡張の後に生じるシールされた管状ねじ接続。
【請求項１８】
請求項１７のシールされた管状ねじ接続であって、前記管状ねじ接続が受けた前記直径方向の拡張は１０％を超えるシールされた管状ねじ接続。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の管状ねじ接続であって、前記ねじ要素（１）（２）は鋼から作られ、該鋼は、加工硬化によるエージングに該鋼が反応しないようにする窒素を固定する要素を含み、かつ、前記鋼はその均一な延性を最大にするために熱処理されているねじ接続。
【請求項２０】
シール特性が必要とされない請求項１ないし１６のいずれか１つに記載された管状ねじ接続（以下「初期管状ねじ接続」という）を用いてシールされた管状ねじ接続を製造する方法であって、前記初期管状ねじ接続の前記パイプの内径（ＤＩ）よりも大きい直径を備える拡張マンドレル（３０）を前記初期管状ねじ接続の内部で軸方向に移動通過させて前記初期管状ねじ接続に塑性変形である直径方向の拡張を与えて、前記マンドレルの通過の間に最初に同時に前記雄リップ（５）と前記雌ハウジング（６）に塑性曲げ変形を生じさせ、次に、雌ハウジングだけに前記曲げ変形をまっすぐにする逆方向の塑性変形を与えて最終的に前記雄リップを前記雌ハウジングに締めばめする方法。
【請求項２１】
請求項２０の方法であって、前記雄リップ（５）の曲げ限界を前記雄リップの端部の前記雄ねじ側に設けた溝（２１）の存在によって定める方法。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１の方法であって、る一体型の前記初期管状ねじ接続を使用し、前記拡張マンドレル（３０）を前記雄ねじ要素（１）から前記雌ねじ要素（２）に向かって移動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は直径方向の拡張により塑性変形を受ける管状ねじ接続に関し、かつ、そのような拡張の後に得られる管状ねじ接続に関する。
【０００２】
【従来技術】
２本の長尺パイプの間、または、長尺パイプとカップリング（継手）の間に形成されて地熱井戸のケーシングストリングまたはチュービングストリングのような炭化水素井戸等のためのケーシングストリングまたはチュービングストリングの作製に特に使用される管状ねじ接続は知られている。
【０００３】
伝統的に、井戸は異なった直径のツールで孔明けされ、井戸の上部は大径ツール、例えば５００ｍｍのオーダのものを使用して孔明けされ、井戸の下部は１５０ｍｍのオーダのより小さい直径で孔明けされる。次に井戸は、地表面から吊り下げられた複数の同心のストリングを用いてケーシングされ、大径のパイプは地表面から数百メートルの深さにまで伸び、小径のパイプは地表面から井戸の底まで伸びる。ケーシングパイプと地盤との間のスペースは通常セメント付けされる。
【０００４】
井戸が完全に穿孔されケーシングされると、チュービングストリングは小径ケーシングストリングの中に下ろされて炭化水素が地表面まで上昇することが許容される。
【０００５】
したがって、鑿井（さくせい）には、地表面の近くであまりに大径のケーシングパイプを必要とすることがないようにできる限り肉薄の多数の寸法が異なるパイプの使用を必要とする。
【０００６】
必要とされる機械的特性を考慮に入れ、ケーシングパイプおよび生産パイプは一般に熱処理鋼から生産され、かつ、ねじ接続によって互いに接続され、ねじ接続部の厚みは一般にパイプの通常の部分の厚みよりも厚く、同心のストリング間の直径のギャップを必要としている。
【０００７】
全米石油協会のＡＰＩ規格５ＣＴは、長尺パイプ（一体型継手チューブ、エキストリームラインケーシング）の間の管状ねじ接続と、カップリングを使用することで２本の長尺パイプを接続するための２つのねじ接続を含むねじ継手接続を規定している。
【０００８】
多くの特許がそのような接続やねじ接続を改良している。例えば、フランス特許ＦＲ １ ４８９ ０１３、ヨーロッパ特許ＥＰ ０ ４８８ ９１２および米国特許４ ４９４ ７７７は管状ねじ接続を製作することを目的としており、この管状ねじ接続は、雄要素と雌要素の間の金属対金属シール面および合口のおかげで、特に良好なシールを与える接続であり、「プレミアム」接続として知られている。
【０００９】
ごく最近、炭化水素井戸で管状ストリングを使用する新しい方法が考えられた。この方法はマンドレルをコラムの内部に押し通すことでストリング内のパイプの直径を１０％―２０％拡張する（広げる）ことを含む。特許または特許出願ＷＯ ９３／２５７９９、ＷＯ ９８／００６２６、ＷＯ ９９／０６６７０、ＷＯ ９９／３５３６８、ＷＯ ００／６１９１５、ＧＢ ２ ３４４ ６０６、およびＧＢ ２ ３４８ ６５７を参照されたい。
【００１０】
そのような拡張は、例えば、地盤に明けた孔の周面とパイプの外周面との間のスペースをセメント付けする必要はなくケーシングストリングを置くことができ、小さいサイズのストリングを孔に対して下ろすことができる。
【００１１】
そのような拡張はまた、腐食またはドリリングストリングによる摩擦により生じたケーシング又はチュービングパイプの穴を塞ぐことや、所定位置に一旦置かれたときに所望の直径に拡張される小さいサイズのパイプを下降させることを可能にする。
【００１２】
しかしながら、その拡張技術は、とりわけ、全長に渡り一定の直径を持つ井戸を掘ることを可能にし、そして、ケーシングは一定の直径を有するストリングを使用することで実行することができ、次に、パイプは非拡張状態で投入された後にその場所で井戸の直径まで広げられる。
【００１３】
最大直径かつ最も肉厚のパイプをなくすことにより、井戸に合わせるのに必要であるパイプの数を実質的に減少させ、その結果井戸の費用を削減することが可能になる。後でドリリングストリングとして機能するケーシングストリングを用いて直接井戸を掘ることを考えることさえできる。
【００１４】
しかしながら、米国特許４ ４９４ ７７７に記載されるような従来技術の管状のねじ接続はそのような使用を可能にしない。
【００１５】
そのような接続を用いると、拡張の後に：
・シールの不在が観測され、このことは、特に、コラムに沿ってマンドレルに水圧力を与えることによってなされる拡張を妨げ、
・雄端部から接続の内部に向かってスプルーが観測され、このことはストリングの操作上の内径によって定まるスペース内に突出する内部突起を形成し操作上の内径を容認できないほどかなり減少させ、
・ことによると、パイプ本体の厚みに対する雄要素と雌要素の厚みの変化に因りある特定の非常に大きな応力を受けたゾーンが変形容量を超えることによって舌の破断が認められる。
【００１６】
この理由で、拡張技術を扱う上で引用される文献は、パイプの接続の実施形態として、溶接接続（表面から広がる突き合わせ溶接が以前になされたパイプのコイル）あるいは摩擦接続（「すべり（ｓｌｉｐ）」）を説明するだけであり、一方、ねじ接続は、機械的強さ、すべての用途条件下におけるシール性、そして、接続・解体を繰り返して行えるという、これらを合せ持った性能で知られている。
【００１７】
米国特許５ ９２４ ７４５とＷＯ ９８／４２９４７は、パイプ内に拡張マンドレルを通すことによってパイプが炭化水素生産井戸の底において直径方向に拡張することを許容する長手方向のスロットを備える「ＥＳＴ」パイプ（拡張可能なスロット付き管（ｅｘｐａｎｓｉｂｌｅ ｓｌｏｔｔｅｄ ｔｕｂｉｎｇ））として知られるパイプを接続するねじ接続を説明していることに留意されたい。そのようなねじ接続において、パイプはその壁を横切るスロットを備え、該スロットはパイプの外側にある流体（現場から出る炭化水素）がパイプ内に入ってそこで表面が上昇することを許容するが、ねじ接続はシールを与えることを目的としているのではない。
【００１８】
その結果、我々は井戸内で拡張操作に耐えることができ、かつ、その操作の後に液密、できれば気密な管状のねじ接続を開発しようとした。
【００１９】
また、我々は単純かつ安価な管状ねじ接続を求めた。
【００２０】
我々はまた、操作状態において良い治金特性を備え、その結果、拡張の後その状態で十分な降伏強度を備え、もろさがなく、かつ、硫化物による応力割れのない優れた特性を有するねじ接続を求めた。
【００２１】
【発明の開示】
本発明によると、拡張管状ねじ接続は第１パイプの端部に雄外ねじを有する雄ねじ要素と、第２パイプの端部に雌内ねじを有する雌ねじ要素を含む。
【００２２】
雄ねじ要素は、雄ねじを超えて雄ねじ要素の自由端の方へ移動した位置に、外周面を備え部分的に横向きの環状雄端面において終端するねじ無し（非ねじ）の雄リップを有する。
【００２３】
雌ねじ要素は雄ねじと螺合する雌ねじと、雄リップのための非ねじ雌ハウジングを含む。このハウジングは内周面と、第２パイプの内周面に接続される部分的に横向きの環状雌肩面を含む。雄ねじは、雄端面が雌肩面に係合する位置で雌ねじに螺合する。
【００２４】
管状ねじ接続をシールすることができ、かつ、それが塑性変形である直径方向の拡張を受けた後に最大内部断面を有する通路を備えることができる本発明の一般的特徴によると、雄端面と雌肩面は、拡張の前に、雄端面を雌肩面に埋め込ませることができる相補的形状を有する。
【００２５】
さらに、雄リップの外周面はその外側に位置する雌ハウジングの内周面との間に小さいクリアランスを有する。
【００２６】
雄端面を雌肩面の中に埋め込むことは、雌端の向こう側に位置する第２パイプの完全厚みゾーンが拡張の間に接続の軸に関して傾いたときに、雄リップの自由端に曲げモーメントが生じること意味する。
【００２７】
埋込みは、直径方向の拡張状態において、雄リップの外周面の一部と雌ハウジングの内周面の対応する一部の間の金属／金属接触圧によって、ねじ接続に環状のシールゾーンを構成することを可能にする。
【００２８】
埋込みはまた、拡張の間に前述の自由端がストリングの内部に向かって下がって、そのような埋込みがないとき内側に突出する自然傾向を防ぐことができる。予期されない方法で発明者によって確立される拡張の間のこの挙動は説明の詳細な部分で説明される。
【００２９】
用語「雄リップの外周面と雌ハウジングの内周面の間の小さいクリアランス」はこれらの面に対する垂直距離が０．３ｍｍ以下のクリアランスを意味する。
【００３０】
このクリアランスにより雄リップの外周面と雌ハウジングの内周面間に実質的な半径方向の干渉がないことは、これらの周面が拡張されていない接続においてシール面として機能しないことを意味する。発明者は、ねじ接続を拡張する前のこれらの周面の半径方向の干渉が拡張の後にシールされた接続の生産に必要でないことを確証した。
【００３１】
また、彼らは、これらの面間にあまりに多くのスペースがあると、シールされたねじ接続を得るために必要な締めばめを拡張の後に面間に形成することができないことを確証した。
【００３２】
従来技術ドキュメントである米国特許４ ６１１ ８３８は、雌ハウジングに対応する雄リップを備え、雄端部の環状面が環状歯を含み、雌肩の環状面が環状溝を含み、これらは互いに突き合わせられ、雄リップは環状の外周端面を持ち、雌ハウジングはテーパ付きの内周面を持つねじ接続を説明している。
【００３３】
これらの周面は組合わせの最後において半径方向に干渉してシール面を構成する。米国特許４ ６１１ ８３８は、これらの周面の形状と、歯の下面のための溝の下面の支持効果とにより、組合わせの最後において雄リップの環状外周面を雌ハウジングのテーパ付きの内周面に対して最大に半径方向の干渉を行わせること（そして、それによりねじ接続にシールを与えること）を目的とする。
【００３４】
しかしながら、その特許における雄端面はねじ接続の雌肩のものに完全に埋め込まれるというわけではなく、その結果、雄リップの自由端に曲げモーメントを伝えることができない。なぜなら、自由端での舌の上壁と溝底部でで溝の上壁の間に空きスペースが存在するからである。
【００３５】
そのドキュメントには、塑性変形の直径方向の拡張のシール面に関する効果に関するいかなる提案がなく、また、ねじ接続が首尾よくそのような拡張を受けることができるといういかなる提案もない。発明者の経験では、米国特許４ ６１１ ８３８に従うねじ接続のシールはそのような拡張の後に確実にすることができなかった。
【００３６】
米国特許３ ８７０ ３５１は米国特許４ ６１１ ８３８に近い構成の雄リップ及び雄端部と、雌ハウジングの構成を説明している。自由雄端は凸状に曲げられ、凹状に曲げられた雌肩面で支持されて２セットの金属対金属シール面を生成し、１セットは曲げられた２つの面のレベルに位置し、もう一方のセットは雄リップの外周面上かつ雌ハウジングの内周面上に位置する。そのような構成はシール周面間の半径方向の干渉を増加させることができる。
【００３７】
国際出願ＷＯ ９９／０８０３４は、角ねじを備えるねじ接続であって、雌ハウジングに対応する雄リップを備え、互いに突き合わされかつ互いに内部に埋め込まれるさねはぎ溝形状の環状雄端面と雌肩面を備えるねじ接続を説明する。雄リップの外周面と雌ハウジングの内周面は、雄雌さねはぎ溝が埋め込まれ組み合わせの終わりの際に互いを放射状に干渉して１セットのシール周面を形成する筒状部分を有する。
【００３８】
最後に、米国特許６ ０４７ ９９７は、特別のシールを要求しない地下ダクトのためのドリリングストリング構造について説明する。その特許における雄端面は雌肩面に埋め込まれているが、図は雄リップの外周面と雌ハウジングの内周面間の大きいスペースを示す。
【００３９】
これらの４つの引用されたドキュメントのいずれも本発明で要求されるものと同じ構造について説明していない。さらに、それらのいずれもねじ接続の直径方向の拡張を考えておらず、また、そのような拡張の後にシールされたねじ接続を生成する可能性について説明していない。
【００４０】
望ましくは、本発明に従って、雄端面を雌肩に埋め込むことを可能にするために、雄端面は、ねじ接続の内部に向いた側に設けた横面と、その反対側に設けた軸方向に突出した環状舌によって構成されるさねはぎ溝形状を有する。雄端面と協働するために、雌肩面は、ねじ接続の内部に向いた側に設けた横面と、その反対側に設けた軸方向に突出した環状溝によって構成されるさねはぎ溝形状を有し、雄さねはぎ溝の横面は雌さねはぎ溝ものと協働し、環状舌は環状溝と協働する。
【００４１】
非常に望ましくは、本発明では、溝の環状の壁は舌のものと締めばめされる。
【００４２】
有利なことに、組み合わせ位置において、内部側のさねはぎ溝の横面は互いに突き合わされる。それに代えて、横面を単に疑似接触とすることができる。
【００４３】
ここでも望ましくは、雄さねはぎ溝の舌の半径方向の厚みは実質的に同じさねはぎ溝の横面のものと等しい。
【００４４】
ここでも望ましくは、雄さねはぎ溝の舌の軸方向の高さは実質的にその半径の厚みと等しい。
【００４５】
ここでも望ましくは、雄リップの外周面と雌ハウジングの内周面は円筒面である。これらの非干渉面を機械加工することはこのように特に簡単でありかつ安い。
【００４６】
有利なことに、雄リップの厚みは第１パイプの厚みのｌ／３ないし２／３の範囲にある。雄リップのこの範囲の厚みは、ねじ接続の適切な軸方向引張強度を与えるのに十分であるねじ底部の重要な断面を確保することができる。
【００４７】
ここでも有利なことに、雄さねはぎ溝の横面から測定される雄リップの長さの雄リップの厚みに対する長さ厚み比は１ないし４の範囲である。
【００４８】
この比の最小値は、拡張の間に雄リップと雌ハウジングの塑性変形を許容する。これらの塑性変形は高接触圧に対する互いの面支持を生成し、その結果、拡張の後にねじ接続のためのシールを提供する。
【００４９】
この比の最大値は、先に説明したように雄リップをパイプストリング内に突出させることになる雄リップの制御できない座屈を防止することを可能にする。
【００５０】
非常に有利なことに、雄ねじ要素は、雄ねじの端部において雄リップと雄ねじの間に溝を有する。この溝は、ねじ接続の拡張の間に雄リップの塑性変形を容易にする。
【００５１】
望ましくは溝の深さは実質的に雄ねじの高さと等しいので、雄ねじの底部は溝の底部に対して開放されている。
【００５２】
ここでも望ましくは、溝の長さはその深さの２〜８倍の範囲にある。２未満の長さ／深さ比のときは、溝はリップの塑性変形を容易に生じさせない。８を超える長さ／深さ比は、拡張の間に材料をコラムの内部に向かって座屈させる高いリスクをもたらすだろう。
【００５３】
発明は、有利なことに、テーパ付きねじを持つねじ接続と、単一段および／又は多段のまっすぐなねじを持つねじ接続のどちらにも適用することができる。
【００５４】
ここでも有利なことに、第１パイプと第２パイプは２つのねじ要素のレベルにおいて、そして、パイプ本体のレベルにおいて同じ内径を有し、拡張操作を容易にする。ここでも有利なことに、外径についても同じである。
【００５５】
非常に有利なことに、ねじ接続が現実に一体的であり、すなわち、各パイプは一端に雄ねじ要素を持ち、他端に雌ねじ要素を持つ長尺パイプであり、１本のパイプの雄要素は別のパイプその他ストリングを構成する物の雌要素に組み合わされる。
【００５６】
本発明の目的は上で定義されるねじ接続の塑性変形範囲内での直径方向の拡張から生じるシールされたねじ接続を保護範囲とすることである。
【００５７】
望ましくは、実行される直径方向の拡張は１０％以上である。
【００５８】
本発明はまた、非拡張または拡張状態における上に説明したねじ接続であって、加工硬化によるエージングに対して鋼を反応させないようにする窒素固定要素を含む鋼から生産されねじ接続を保護範囲とすることを目的とする。この鋼はまた、その一様な伸び特性を最大にするために熱処理される。これは使用中の良い特性をもたらす。
【００５９】
本発明はまた、シールされた管状ねじ接続を生成する方法を保護することを目的とする。
【００６０】
この方法によれば、シール特性が必要とされない上で説明される発明の管状ねじ接続（「初期管状ねじ接続」と呼ぶ）から開始し、この初期管状ねじ接続は、初期管状ねじ接続のパイプの内径よりも大きい直径の拡張マンドレルを初期管状ねじ接続内で移動させるように使用することで塑性変形領域での直径方向の拡張を受ける。
【００６１】
雄リップと雌ハウジングの寸法は、マンドレルの通過の間に雄リップと雌ハウジングが最初に一緒に塑性曲げ変形を受け、次に、雌ハウジングだけが上記塑性変形を真っすぐにする逆方向の塑性変形を受けるように設けられ、これにより、最終的に雄リップを雌ハウジングに締めばめする。
【００６２】
望ましくは、雄リップの曲げ範囲は、雄ねじ側の雄リップ端部に設けた溝の存在によって定められる。
【００６３】
ここでも望ましくは、使用される初期管状ねじ接続は現実に一体的であり、拡張マンドレルは雄ねじ要素から雌ねじ要素に向かって移動される。
【００６４】
【発明の実施の形態】
添付図面は本発明の実施の形態を示すが、この実施の形態に制限されるものではない。
【００６５】
図１は本発明のねじ接続を示し、該ねじ接続は第１パイプ１１の端部に設けた雄ねじ要素１を含み、雄ねじ要素１は第２パイプ１２に設けた雌ねじ要素２内に入って隣接し係合する。雄ねじ要素の内径はパイプ１１、１２の内径ＤＩと等しい。さらに、雌ねじ要素の外径は、本実施の形態では、パイプ１１、１２の外径ＤＥと等しいが、異なることとすることもできる。
【００６６】
図１に示すねじ接続は、直径方向の拡張操作が行われる前の隣接状態の単純な組み合わせ状態のものである。
【００６７】
図示の第２パイプ１２は長尺パイプであるが、雌要素２と、該雌要素と対称に配設された第２雌要素を備えるカップリングとすることもでき、このカップリングの該第２雌要素を他の長尺パイプの端部に位置する雄要素に係合させることができる。
【００６８】
雄要素１は図２に単独で示される。雄要素１はテーパの付いた台形ねじである雄ねじ３を有し、溝２ １とリップ５によって構成される非ねじ部によって自由端に向かって延伸し、雄環状端面９で終端する。
【００６９】
溝２ １は浅いＵ型である。それはねじを超えたところからすぐ始まり、その深さｈｇは雄ねじ３の高さと等しい。したがって、溝の底は雄ねじの最初のねじ山の脚に到達する。溝の幅ｌｇは実質的にその深さｈｇの４倍に等しい。
【００７０】
リップ５は以下のものを有する。
【００７１】
ａ）  筒状の外周面７
ｂ）  内周面１９（これは、第１パイプ１１の筒状の内周面の端部領域である）
リップ５は、実質的にパイプ１１の厚みｅｔの半分に等しい一定の厚みｅｌを有する。溝の端から面１５（以下で定義される）までの舌の厚みは実質的にリップの厚みｅｌの３倍に等しい。
【００７２】
雄端面９は図８に詳細に示すようにさねはぎ溝を形成する。このさねはぎ溝は、雄環状横面１５と、軸方向に突出する環状の舌１３によって構成される。雄環状横面１５はねじ接続の内部側に向いたさねはぎ溝の側面に位置する。
【００７３】
舌１３の壁１７、２５は正確には平行ではなく、舌の自由端に向かってわずかに直線的に狭まっている。これらの壁はアセンブリの軸と同軸であるわずかにテーパの付いた面内にあり、１〜２度の頂半角（壁の頂部がなす角度の半分の角度）を備える。舌１３の半径方向の厚み（ｅｄ）は実質的に横面１５の厚みと同じであるが、舌１３の（軸方向に突出する）長さ（ｈｄ）は舌の半径方向の厚み（ｅｄ）と実質的に等しい。
【００７４】
雌要素２のみを図３に示す。雌要素２は、雄ねじ３と螺合する台形ねじを備える雌ねじ４と、該雌ねじ４に関して雌要素の自由端の反対側に位置するねじ無し部（非ねじ部）６を含む。この非ねじ部６は、雄要素１のリップ５を収納するハウジングを形成しリップ５と協働する。
【００７５】
雌ハウジング６は、一端において雌ねじ４につながり他端において雌肩１０を介して第２パイプ１２の筒状内周面２０につながる筒状の内周ハウジング面８を有する。内周ハウジング面８の直径は、雄要素が雌要素内に入って組み立てられるときに雄リップ５の外周面７と内周ハウジング面８がその間に小さいクリアランスを有し互いに摺動することができるように、雄リップ５の外周面７の直径よりも極めてわずかだけ大きい。そのクリアランスは、例えば、０．２ｍｍである。
【００７６】
雌肩（図９参照）は、実質的に雄端面９に対応しかつその形状に対応する形状の環状肩面１０を有する。環状肩面１０は、雌横面１６と環状溝１４とで構成されるさねはぎ溝を形成している。雌横面１６はねじ接続の内部を向くさねはぎ溝の側面に位置する。
【００７７】
溝１４は舌１３の長さよりもわずかに大きい軸方向の深さ（Ｐｒ）を持ち、したがって、雄要素と雌要素が接続された位置において、雄環状横面１５と、雌環状横面１６は互いに突き合わさるが、舌１３の端部は溝１４の底に到達しない （図ｌ０参照）。
【００７８】
溝１４の壁１ ８、２６は正確には平行ではなく、溝１４の底に向かって直線的に僅かに狭まっている。これらの壁は接続の軸と同軸である僅かにテーパの付いた面内にあり、その頂半角は、舌１３の壁１７、２５の頂半角と同様に、１〜２度である。
【００７９】
このように、溝１４の半径方向の幅（ｌｒ）は溝の長さの全体に渡っては正確には一定でなく、舌１３の周壁は、組立位置のわずか手前において溝１４の対応する壁に接触する。
【００８０】
このことは、リップ筒状外周面７とハウジング８の間に必要である小さなクリアランスと、溝１４による舌１３の締りばめの両方を提供することを可能にする。この締りばめと横面１５、１６の突き合わせにより、雄端面９を雌肩１０に確実に埋め込むことができるという好ましいモードを構成する。
【００８１】
図４〜７は、最終的にシールされた拡張接続を生じさせる上述したねじ接続によって連結されるパイプにマンドレルを用いて１５％のオーダ（１５％台）の変形量の直径方向の拡張がなされるときに起こる変形現象について説明する。金属材料に対して実行されるそのような変形は金属塑性変形となる。
【００８２】
したがって、例えば、第２パイプ１２の拡張前の外径１３９．７ｍｍ（５ １／２インチ）（拡張部の上流でありかつそのためまだ変形していないもの）は、拡張された第１パイプ１１により、（マンドレルの出口円錐３３のレベル又は出口円錐の下流のレベルにおいて）１５７．５ｍｍ（６．２インチ）へと変化する。この理由で、パイプに使用される金属は塑性変形を受け入れる必要がある。
【００８３】
生じる塑性変形は製品の降伏強度の増加させる。３１０ＭＰａ（４５ＫＳＩ）の初期降伏強度を持つパイプの降伏強度は、変形の後に、３８０ＭＰａ（５５ＫＳＩ）に増える。
【００８４】
直径方向の拡張は、適当な最大の直径を持つマンドレル３０（図４）を使用する公知の方法で実行され、パイプ内のマンドレルの通路はドリリングストリングを使用してマンドレルを引っ張るか、または、例えば水圧下でマンドレルを押すことによって押し広げられる。
【００８５】
マンドレルは、例えば、双円錐形であり、この双円錐形は、拡張を実行する侵入円錐（エントリコーン）３１と、中間筒状部３２と、テーパ付きの出口部分３３を備える。マンドレルのこれらの３つの部分のすべての表面は適当な曲率半径によって相互に連結される。
【００８６】
国際出願ＷＯ ９３／２５８００は、炭化水素井戸の開発に利用するＥＳＴパイプの径方向の拡張に特に適した侵入円錐の角度を開示する。
【００８７】
両端において一定の断面図を備えるパイプ１１、１２は、それらが形成される金属の変形能力が十分であるならば、マンドレルの通路の際にどのような特別な問題も提示しない。
【００８８】
解消すべき問題は、パイプの両端のねじ要素がパイプ本体よりも薄く、雄部分とそれに対応する雌部分が異なる変形を生ずる傾向があるということから起こる。
【００８９】
こういった異なる変形は、本発明のねじ接続を使用して制御されるならば、直径方向の拡張の後にシールされ、パイプの内周面に有害な局部断面を持たないねじ接続を生じさせること可能にする。
【００９０】
図４〜７で示されるようにねじ接続のための拡張の過程を４つのフェーズに分けることができる。
【００９１】
図では、マンドレルがパイプ１１の雄要素１から第２パイプ１２の雌要素２まで移動される拡張操作の好ましい変形モードが示されているが、拡張操作は逆方向に実行することもでき、その場合でも満足できる結果を生じさせる。
【００９２】
ａ）マンドレル円錐の拡張フェーズ
図４はこの段階の間のねじ接続を示す。拡張はマンドレル３０の侵入円錐３１によって実行され、図４は直径方向の拡張の間の雄ねじ３と雌ねじ４を示す。
【００９３】
図４では、マンドレル３０の侵入円錐３１は、雄リップとそれに対応する雌ハウジングゾーンを曲げることによってそれらを変形させて接続軸に関して傾斜させる。
【００９４】
この拡張フェーズの間、マンドレル３０の通路に作用する荷重は第１パイプ１１から徐々に第２パイプ１２に移される。
【００９５】
こうした荷重により、この拡張フェーズの間に雄リップ５は雌肩１０の環状面によって軸方向に圧縮される。
【００９６】
拡張フェーズの終わりは、雄要素の自由端がマンドレル侵入円錐３１の端部に到着することに相当している。
【００９７】
ｂ）曲げフェーズ
この段階の間、雄リップはマンドレルの中央部分３２のレベルに位置する。図５を参照されたい。
【００９８】
ｉ）雄リップ
雄リップ５の各端は反対方向の曲げモーメントを受ける。さねはぎ溝１５、１６と、舌１３／溝１４係合により、雄端面９は雌肩面１０に埋め込まれている。
【００９９】
さねはぎ溝への埋込みにより、雄リップ５の自由端ゾーンが肩を超えて雌要素の完全厚みゾーン２２の傾斜に従うことになる。この完全厚みゾーン２２はまだマンドレルの侵入円錐３１上にあって拡張され続けていて、そのためこの位置で曲げモーメントが生じている。
【０１００】
雄ねじ３側のリップのもう一方の端部はもはや支持されておらず、リップの自由端に作用する曲げモーメントと対照的に反対方向の曲げモーメントをリップに生じさせている。
【０１０１】
雄リップの両端における反対方向の曲げモーメントは、図５に示すように、雄リップ５をバナナ形に曲げ、雄リップ５の外周面７は凸状に曲げられた形を呈する。
【０１０２】
拡張フェーズの終わりにおける雄リップ５の軸方向の圧縮は曲げ動作の効果の下でその反りを容易にする。
【０１０３】
雄リップ５と雄ねじ３の間に位置する溝２１は、雄リップの反りの幅を制限することによってそのそりを倍加する塑性ヒンジとして働く。
【０１０４】
しかしながら、溝２１の下部の金属２３が座屈すると、それは内周面１９から突出することになるので、雄リップにおける軸方向の圧縮応力が溝の下の金属２３に座屈を生じさせないように注意しなければならない。
【０１０５】
ｉｉ）雌ハウジング
同じ曲げ現象は雌ハウジングに起こる。中間部の通路の間に完全厚みゾーン２２（これはリップの比較的薄いゾーンと比べて比較的剛である）が追加拡張を受けるので、ゾーン２２の内径はマンドレルの中間部３２のものよりも大きくなる。追加拡張現象はＷＯ ９３／２５８００で説明された。
【０１０６】
ｃ）まっすぐにするフェーズ
このフェーズは図６に示され、マンドレル３０の中間部３２上を完全厚み雌ゾーン２２が通過することに相当する。
【０１０７】
ｉ）  雌ハウジング
前のフェーズで発生する曲げは、引っ張り及び周方向応力効果でゼロまで減少する傾向がある。この効果は、反りに対向する軸方向に関する曲げ応力を発生させまっすぐにする。これらの圧力によって生み出される曲げモーメントは真っすぐにされた部分の上流の材料の厚みに比例する。完全厚みパイプ１２（ゾーン２２）の到着の瞬間において曲げモーメントは、雌ハウジングの内周ゾーンを真っすぐにするには十分な大きさではなく、雌ハウジングは次に製品の軸の方へ下がる傾向がある。この挙動はパイプ１２の外径の局部的減少として現れる。
【０１０８】
ｉｉ）雄リップ
雌部分が真っすぐになると、曲げで発生する軸方向の大きさの差は減少する。その結果雄リップ５は徐々に圧縮状態を失う。これに続いて、初めは突き合わされていた面１５、１６が分離する。この現象は突き合わせ面１５、１６を開く効果を生む雌ハウジングの内周面８の「急な下がり」によって補強される。前のフェーズで課されたバナナ変形は保存される。
【０１０９】
ｄ）最終状態
図７はマンドレルの通過後のねじ接続の最終状態を示す。
【０１１０】
拡張によって発生する周応力は、雌ハウジングの内面８による雄リップ外周面７の締りばめを導く。面７、８は、拡張された状態におけるシールを確実にした自動締りばめを示したということができる。雄リップ５は軸の方に下がらない。なぜなら、さねはぎ溝９、１０の埋込みによって課される挙動が十分な塑性変形を発生させたからである。
【０１１１】
マンドレル通過後のねじ接続要素のスプリングバックはかかわる塑性変形を考えると無視できる。
【０１１２】
半径方向の締りばめは数十ＭＰａの接触圧を引き起こし、この圧力はねじ接続に適用された外部または内部圧力においてシールを確実にするのに十分である。
【０１１３】
１０〜３０ＭＰａの水圧力でマンドレル３０を押すことによって拡張が実行されるときもまたシールが必要である。既に拡張された接続のレベル（高さ）におけるいかなる漏出もマンドレルをストリングに沿ってさらに貫入すること、即ち、拡張プロセスを妨げる。
【０１１４】
最終状態では舌１３はもはや溝１４内になく、特に溝の内壁１８上にもはやないということが起こるかもしれないことに注意すべきである。
【０１１５】
請求項１とその従属項で要求される特徴は所望の結果を達成することができる。
【０１１６】
雌肩１０の端面に埋め込むことができない雄端面９は、まっすぐにするフェーズの間にこの端面を下げさせ、次にこれにより、最初は突き合わさっていた横面１５，１６を分離させ、雄リップの下端をストリング内へ突出させるという容認できない結果を引き起こす。
【０１１７】
ストリングは、与えられた大きさの装置またはツールをもはや降下させておくことができない。
【０１１８】
拡張の前にねじ接続の雄リップ５の周面７と、雌ハウジングの周面８の間にあまりに多くのクリアランスがあると、拡張操作の終わりにこれらの面の締りばめが生じなくなる。
【０１１９】
拡張の前の初期状態におけるこれらの面間の半径方向の干渉は、拡張操作の際のこれらの面間での異なる変形（反り、ひずみ取り）―これらの変形は拡張操作の終わりこれらの面の締りばめを生成する―に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０１２０】
横面１５、１６及び舌１３／溝１４のシステムに対する環状さねはぎ溝のための好ましい形状は、拡張の間の雄自由端の下がりを防ぐことができるが、これは埋め込まれた面９、１０の可能な実施の形態に関する１例にすぎず、同じ結果を生む他の実施の形態も可能である。
【０１２１】
パイプ１１、１２の厚みｅｔの３分の１未満の厚みｅｌを持つあまりに薄い雄リップ５は横面１５、１６の間で有効な突き合わせもたらさないだろう。対照的に、雄リップ５の厚みがパイプ１１、１２の厚みｅｔの２／３を超えるならば、雌ハウジングゾーンのパイプ１２の厚みは雌ねじ４の限界断面をあまりに小さくし、その結果、ねじの引っ張り抵抗が不十分になる。雄リップ５の長さ／厚み比はリップ５の圧縮及び曲げ挙動を支配する。
【０１２２】
厚みｅｌよりも短い長さｌｌを持つ雄リップ５は、雄リップ５の周面７の十分な曲げ、及び／又は雌ハウジングの周面８の十分なひずみ取り（まっすぐにすること）を許容しない。
【０１２３】
厚みｅ１の４倍の長さｌｌを持つ雄リップ５は雄リップと、雄リップの雄ねじ側の突出部を座屈させるであろう。この効果は雄ねじ３と雄リップ５間の溝２１の存在によって倍加される。この理由のため、望ましくは溝２１の深さは雄ねじの高さに制限され、そして、長さはその深さに関連して制限される。
【０１２４】
実施例
・２９０ＭＰａ（４２ＫＳＩ）の最小の降伏強度となるように処理された炭素綱のパイプで、１３９．７ｍｍの外径ＥＤと、７．７２ｍｍの公称厚ｅｔを持つもの（５ １／２” ｘ  １７．００  ｌｂ／ｆｔ）
この鋼の化学的組成とその熱処理は、可能な最も高い延性と、特に、引張試験の際の断面縮小率ＡＲ（例えば、断面縮小率ＡＲは１５％またはそれ以上）となる前の高均一な伸び性とを生じるように採用された。
【０１２５】
例として、 およそ０．１４％（重量パーセント）に近い十分少ない炭素含有量であり、１％のオーダの比較的高いマンガン含有量であり、鋼中の残留窒素を固定するためにアルミニウムを加えた鋼を選定した。
【０１２６】
窒素量の固定にアルミを加えることが有効であるように鋼が焼なまし、または焼き入れとそれに続く焼き戻しにより熱処理されるならば、０．０１０％の窒素含有量に対し０．０３５％のアルミ含有量が特に適当である。また、窒素の固定のための他の知られている化学元素をアルミニウムに代えて、あるいは、アルミニウムと共に使用することができる。
【０１２７】
また、窒素などの隙間の自由な原子のトレースを排除することを目指す化学組成物はまた、鋼を加工硬化後の有害なエージング現象（これは延性を悪くする）に反応しなくさせる。
【０１２８】
この鋼は、焼きなまされた状態（例えば、冷間加工の後の焼きならし状態もしくは応力除去焼きなまし状態）または構造的に等量状態となることができる。
【０１２９】
・発明の一体型ねじ接続：
・ １ｍｍの半径方向の高さと、４ｍｍの軸方向ピッチを持つ台形ねじを備えるテーパねじ３、４（直径に対するテーパ １２．５％）；
・筒状雄リップ５；
・ 雄リップ厚ｅ１ ＝ ３．２ｍｍ（パイプ厚の４１％）；
・雄リップ長さｌｌ　＝ １１．５ｍｍ；
・ 雄ねじ３と雄リップ５間の溝２１、深さｈｇ ＝ １ｍｍ、長さｌｇ ＝ ４ｍｍ；
・軸方向の長さ１．８ｍｍ、半径方向の厚み１．８ｍｍの舌１３を備える雄端面９；
・ ねじ接続の引張強度 ＞＝ 各パイプ本体１１、１２の張力の５０％
・ パイプストリングの拡張後の結果：
・パイプ１１、１２の外径 ＝ １５７．５ｍｍ（６．２”）；
・パイプ厚：７．２ｍｍ；
・パイプ降伏強度 ＞＝ ４１５ＭＰａ（６０ＫＳＩ）；
・硬度 ＜ ＝ ２２ＨＲｃ（最大値、ＮＡＣＥ規格ＭＲ ０１ ７５）；
・拡張状態及び拡張状態＋経時状態においてなされた以下の試験に合格した：
→内部圧力破壊試験；
→外圧崩壊試験；
→シャルピーＶ衝撃試験；
→ＮＡＣＥ（米国腐食工学協会）規格Ｔｍ０１−７７に従うＳＳＣ（硫化物応力割れ性）試験
上に説明して実施の形態は本発明の保護をそれらの形態に制限するものではなく、詳細に説明していない形態も発明の範囲の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
直径方向の拡張の前の本発明の実施の形態のねじ接続を示す。
【図２】
図ｌのねじ接続の雄要素を示す。
【図３】
図１のねじ接続の雌要素を示す。
【図４】
図４乃至７は拡張の過程で様々な段階での発明のねじ接続を示すものであり、図４はねじ接続の拡張フェーズを示す。
【図５】
曲げフェーズを示す。
【図６】
まっすぐにするフェーズを示す。
【図７】
拡張過程を経たねじ接続の最終状態を示す。
【図８】
雄自由端における図２の細部を示す。
【図９】
雌ハウジングにおける図３の細部を示す。
【図１０】
図ｌの細部を示す。
【国際公開パンフレット】
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2004502104.tif 000033
【国際調査報告】
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