CN110476000B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

提供一种难以产生错扣且耐压缩载荷性能良好的钢管用螺纹接头。螺纹接头(10)包括公扣(30)和母扣(40)。公扣(30)的外螺纹插入牙侧面(34)具有两个外螺纹插入牙侧段(341、342)。外螺纹插入牙侧段(341)形成于距钢管(20)的管轴线(X)较远的那一侧，具有‑10～15度的插入牙型半角(α1)。外螺纹插入牙侧段(342)形成于距管轴线(X)较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角(α2)。母扣(40)的内螺纹插入牙侧面(44)具有两个内螺纹插入牙侧段(441、442)。内螺纹插入牙侧段(441)形成于距管轴线(X)较远的那一侧，具有与外螺纹插入牙侧段(341)的插入牙型半角(α1)相同的插入牙型半角(α1)。内螺纹插入牙侧段(442)形成于距管轴线(X)较近的那一侧，具有与外螺纹插入牙侧段(342)的插入牙型半角(α2)相同的插入牙型半角(α2)。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本公开涉及一种钢管用螺纹接头，更详细而言，涉及一种用于将两根钢管相互连接的螺纹接头。

背景技术

例如，在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)的勘探或生产、油砂、页岩气等非常规型资源的开发、二氧化碳的回收、储存(CCS(Carbon dioxide Capture andStorage))、地热发电或温泉等中，使用被称为油井管的钢管。钢管彼此的连结使用螺纹接头。

这种钢管用螺纹接头的形式被大致分为组合型和整体型。在组合型的情况下，在作为连结对象的一对管材中，一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹。并且，通过将钢管的外螺纹拧入管接头的内螺纹而将两者紧固并连结在一起。在整体型的情况下，作为连结对象的一对管材均是钢管，不另外使用单独的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成有外螺纹，在另一端部的内周形成有内螺纹。并且，通过将一个钢管的外螺纹拧入另一个钢管的内螺纹而将两者紧固并连结在一起。

通常，形成有外螺纹的管端部的接头部分包含插入内螺纹的要素，因此被称为“公扣”。另一方面，形成有内螺纹的管端部的接头部分包含承接外螺纹的要素，因此被称为“母扣”。上述的公扣和母扣是管材的端部，因此均呈管状。

对于油井而言，为了使坑壁在挖掘中不倒塌，在利用油井管加强坑壁的同时进行掘进，因此结果成为油井管配置为多层的构造。近年，油井的高深度化和超深海化逐渐进展，但在这样的环境下，为了高效地开发油井，油井管的连接大多使用接头部的内径和外径与钢管的内径和外径相同程度或接头部的内径和外径比钢管的内径和外径稍大程度的螺纹接头。通过使用这样的螺纹接头，能够极力减小配置为多层的油井管彼此的间隙，即使较深，也能够在井的直径不明显变大的条件下高效地开发油井。在这样的内径和外径的制约下，对于螺纹接头，要求针对来自内部的流体压力(以下也称为“内压”)和来自外部的流体压力(以下也称为“外压”)的优异的密封性能。并且，例如在使用于大深度的油井的情况等情况下，会因油井管的热膨胀而对螺纹接头施加较大的拉伸载荷、压缩载荷。在这样的环境下，对于螺纹接头，也要求具备优异的密封性能。

作为用于确保密封性能的螺纹接头，已知具有基于金属-金属接触的密封(以下称为“金属密封”。)的螺纹接头。金属密封是指如下构造：公扣的密封面的直径比母扣的密封面的直径稍大(将该直径的差称为“干涉量”)，若紧固螺纹接头而将密封面彼此嵌合，则会因干涉量而使公扣的密封面缩径并使母扣的密封面扩径，在各自的密封面要恢复为原来的直径的弹性恢复力的作用下，在密封面产生接触压力而整周密合，发挥密封性能。另外，作为用于确保密封性能的螺纹接头，已知具备如下构造的螺纹接头：不具备金属密封而利用螺纹部来实现密封性能、或者同时利用螺纹部和金属密封来实现密封性能。具体而言，是如下构造：在紧固状态下的螺纹部的预定长度以上的区域中，公扣和母扣的螺纹面彼此的间隙较小并使被称为涂料的具有粘性的润滑剂存在于该间隙，并且利用公扣和母扣的螺纹径的干涉使螺纹面产生接触面压(以下将该构造称为“螺纹密封(构造)”。)。还已知如下螺纹接头：通过具备这样的螺纹密封而具有针对内压和外压的密封性能。

作为要求螺纹接头具有的另外的性能，例如，如后所述，列举出在紧固时不易产生错扣、粘扣。对此，在日本特开平8-303657号公报的第0041段中记载了如下内容：“为了容易进行工具的导入和去除，优选的是，对外螺纹的牙的卡合牙侧面(engaging flank或stabbing flank)赋予绝对值更大的角度。该角度相对于与螺纹的轴线垂直的面成例如约10°～45°。另外，为了有助于不会因钩扣(catching)而破坏螺纹地向内螺纹壳体内导入外螺纹元件，优选的是，在与外螺纹的牙的顶端相连的最大直径部分设置一定角度的卡合牙侧面。若该角度相对于与螺纹的轴线垂直的面处于30°与70°之间，则是有利的。”。

发明内容

日本特开平8-303657号公报所公开的螺纹接头具备优异的性能。然而，本发明人进行深入研究，结果如后面所详述的那样，新发现在错扣的产生容易程度、被施加压缩载荷时的性能的方面存在改善的余地。

本公开的目的在于，提供一种难以产生错扣且耐压缩载荷性能良好的钢管用螺纹接头。

本公开的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣形成于钢管的一个顶端部。母扣供公扣插入而与公扣紧固。公扣包含外螺纹。外螺纹形成于公扣的外周。母扣包含内螺纹。内螺纹与外螺纹对应，形成于母扣的内周。外螺纹和内螺纹是梯形螺纹且是锥螺纹。在紧固状态下，外螺纹和内螺纹的至少一部分构成螺纹密封。外螺纹包含外螺纹牙顶面、外螺纹槽底面、外螺纹插入牙侧面以及外螺纹载荷牙侧面。外螺纹插入牙侧面形成于距公扣的顶端较近的那一侧。外螺纹载荷牙侧面形成于距公扣的顶端较远的那一侧。外螺纹插入牙侧面具有第1外螺纹插入牙侧段和第2外螺纹插入牙侧段。第1外螺纹插入牙侧段形成于距钢管的管轴线较远的那一侧，具有-10～15度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段具有外螺纹的高度的20～60％的高度。内螺纹包含内螺纹牙顶面、内螺纹槽底面、内螺纹插入牙侧面以及内螺纹载荷牙侧面。内螺纹牙顶面与外螺纹槽底面相对。内螺纹槽底面与外螺纹牙顶面相对。内螺纹插入牙侧面与外螺纹插入牙侧面相对。内螺纹载荷牙侧面与外螺纹载荷牙侧面相对。内螺纹插入牙侧面具有第1内螺纹插入牙侧段和第2内螺纹插入牙侧段。第1内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较远的那一侧，具有与第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。第2内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有与第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。

附图说明

图1是实施方式1的钢管用螺纹接头的沿着管轴线方向的纵剖视图。

图2是分别表示图1所示的外螺纹和内螺纹的形状的放大纵剖视图。

图3是图1所示的外螺纹和内螺纹的放大纵剖视图。

图4是图1所示的公扣的放大纵剖视图。

图5是实施方式2的钢管用螺纹接头的沿着管轴线方向的纵剖视图。

图6是实施方式3的钢管用螺纹接头的沿着管轴线方向的纵剖视图。

图7是现有技术的螺纹接头的外螺纹和内螺纹的放大纵剖视图。

图8是表示在装置上连接钢管的情形的图。

图9是用于说明在连接钢管时产生的错扣的纵剖视图。

图10是在插入牙型半角较小的外螺纹和内螺纹产生了错扣时的放大纵剖视图。

图11是在插入牙型半角较大的外螺纹和内螺纹产生了错扣时的放大纵剖视图。

图12是在图2和图3所示的外螺纹和内螺纹产生了错扣时的放大纵剖视图。

图13是在图7所示的外螺纹和内螺纹产生了错扣时的放大纵剖视图。

图14是当在图7所示的外螺纹和内螺纹存在切削毛刺的情况下产生了错扣时的放大纵剖视图。

图15是当在图2和图3所示的外螺纹和内螺纹存在切削毛刺的情况下产生了错扣时的放大纵剖视图。

图16是表示具有图2和图3所示的外螺纹和内螺纹的螺纹接头的压缩载荷试验结果的纵剖视图。

图17是表示具有图7所示的外螺纹和内螺纹的螺纹接头的压缩载荷试验结果的纵剖视图。

图18是表示对图2和图3所示的外螺纹施加压缩载荷时的插入牙侧面的接触应力的计算结果的一个例子的图。

图19是表示对图7所示的外螺纹施加压缩载荷时的插入牙侧面的接触应力的计算结果的分布的一个例子的图。

具体实施方式

本实施方式的钢管用螺纹接头是用于将两根钢管相互连接的螺纹接头。本螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣形成于钢管的一个顶端部。母扣供公扣插入而与公扣紧固。公扣包含外螺纹。外螺纹形成于公扣的外周。母扣包含内螺纹。内螺纹与外螺纹对应，形成于母扣的内周。外螺纹和内螺纹是梯形螺纹且是锥螺纹。在紧固状态下，外螺纹和内螺纹的至少一部分构成螺纹密封。外螺纹包含外螺纹牙顶面、外螺纹槽底面、外螺纹插入牙侧面以及外螺纹载荷牙侧面。外螺纹插入牙侧面形成于距公扣的顶端较近的那一侧。外螺纹载荷牙侧面形成于距公扣的顶端较远的那一侧。外螺纹插入牙侧面具有第1外螺纹插入牙侧段和第2外螺纹插入牙侧段。第1外螺纹插入牙侧段形成于距钢管的管轴线较远的那一侧，具有-10～15度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段具有外螺纹的高度的20～60％的高度。内螺纹包含内螺纹牙顶面、内螺纹槽底面、内螺纹插入牙侧面以及内螺纹载荷牙侧面。内螺纹牙顶面与外螺纹槽底面相对。内螺纹槽底面与外螺纹牙顶面相对。内螺纹插入牙侧面与外螺纹插入牙侧面相对。内螺纹载荷牙侧面与外螺纹载荷牙侧面相对。内螺纹插入牙侧面具有第1内螺纹插入牙侧段和第2内螺纹插入牙侧段。第1内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较远的那一侧，具有与第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。第2内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有与第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。

在上述实施方式中，外螺纹插入牙侧面具有：第1外螺纹插入牙侧段，其形成于距钢管的管轴线较远的那一侧，具有-10～15度的插入牙型半角；以及第2外螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角，并且，内螺纹插入牙侧面具有：第1内螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较远的那一侧，具有与第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角；以及第2内螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较近的那一侧，具有与第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。其结果，难以产生错扣且耐压缩载荷性能良好。

外螺纹还包含第1外螺纹圆面。第1外螺纹圆面形成于外螺纹牙顶面与外螺纹插入牙侧面之间的角。内螺纹还包含第1内螺纹圆面。第1内螺纹圆面形成于内螺纹牙顶面与内螺纹插入牙侧面之间的角。

在该情况下，比上述相比更难以产生错扣。

外螺纹还包含第2外螺纹圆面、第3外螺纹圆面以及第4外螺纹圆面。第2外螺纹圆面形成于外螺纹牙顶面与外螺纹载荷牙侧面之间的角。第3外螺纹圆面形成于外螺纹槽底面与外螺纹插入牙侧面之间的角。第4外螺纹圆面形成于外螺纹槽底面与外螺纹载荷牙侧面之间的角。内螺纹还包含第2内螺纹圆面、第3内螺纹圆面以及第4内螺纹圆面。第2内螺纹圆面形成于内螺纹牙顶面与内螺纹载荷牙侧面之间的角。第3内螺纹圆面形成于内螺纹槽底面与内螺纹插入牙侧面之间的角。第4内螺纹圆面形成于内螺纹槽底面与内螺纹载荷牙侧面之间的角。

在该情况下，比上述相比更难以产生错扣。

外螺纹载荷牙侧面具有-10～3度的载荷牙型半角。内螺纹载荷牙侧面具有与外螺纹载荷牙侧面的载荷牙型半角相同的载荷牙型半角。

在该情况下，耐拉伸载荷性能提高，难以产生所谓的滑脱。

外螺纹牙顶面、外螺纹槽底面、内螺纹牙顶面以及内螺纹槽底面与管轴线平行地形成。

在该情况下，插入性能提高。

在紧固状态下，在外螺纹插入牙侧面与内螺纹插入牙侧面之间具有60～120μm的间隙。

在该情况下，密封性能提高，并且难以产生粘扣(烧结)。

在紧固状态下，在外螺纹牙顶面与内螺纹槽底面之间具有0～50μm的间隙。在紧固状态下，在外螺纹槽底面与内螺纹牙顶面之间具有0～50μm的间隙。

在该情况下，密封性能提高。

公扣还包含公扣台肩面。公扣台肩面形成于公扣的顶端部。母扣还包含母扣台肩面。母扣台肩面在紧固状态下与公扣台肩面接触。

在该情况下，耐压缩载荷性能提高，并且能够控制螺纹彼此的干涉量。

外螺纹包含具有随着远离公扣的顶端而变小的锥度比的锥螺纹。

在该情况下，随着远离公扣的顶端而接触压逐渐降低。

公扣还包含公扣密封面。公扣密封面形成于公扣的顶端与外螺纹之间且是公扣的外周。母扣还包含母扣密封面。母扣密封面与公扣密封面相对，形成于母扣的内周，在紧固状态下与公扣密封面密合。外螺纹和内螺纹的构成螺纹密封的一部分在管轴线方向上具有钢管的壁厚的3倍以上的长度。

在该情况下，密封性能提高。

另一实施方式的钢管用螺纹接头是用于将两根钢管相互连接的螺纹接头。本螺纹接头包括管状的第1公扣、管状的第2公扣以及管接头。第1公扣形成于钢管的一个顶端部。第2公扣形成于钢管的另一个顶端部。管接头包含管状的第1母扣和管状的第2母扣。第1母扣供第1公扣插入而与第1公扣紧固。第2母扣形成于与第1母扣相反的那一侧，供第2公扣插入而与第2公扣紧固。第1公扣和第2公扣分别包含外螺纹。外螺纹形成于公扣的外周。第1母扣和第2母扣分别包含内螺纹。内螺纹与外螺纹对应，形成于母扣的内周。外螺纹和内螺纹是梯形螺纹且是锥螺纹。在紧固状态下，外螺纹和内螺纹的至少一部分构成螺纹密封。外螺纹包含外螺纹牙顶面、外螺纹槽底面、外螺纹插入牙侧面以及外螺纹载荷牙侧面。外螺纹插入牙侧面形成于距公扣的顶端较近的那一侧。外螺纹载荷牙侧面形成于距公扣的顶端较远的那一侧。外螺纹插入牙侧面具有第1外螺纹插入牙侧段和第2外螺纹插入牙侧段。第1外螺纹插入牙侧段形成于距钢管的管轴线较远的那一侧，具有-10～15度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角。第2外螺纹插入牙侧段具有外螺纹的高度的20～60％的高度。内螺纹包含内螺纹牙顶面、内螺纹槽底面、内螺纹插入牙侧面以及内螺纹载荷牙侧面。内螺纹牙顶面与外螺纹槽底面相对。内螺纹槽底面与外螺纹牙顶面相对。内螺纹插入牙侧面与外螺纹插入牙侧面相对。内螺纹载荷牙侧面与外螺纹载荷牙侧面相对。内螺纹插入牙侧面具有第1内螺纹插入牙侧段和第2内螺纹插入牙侧段。第1内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较远的那一侧，具有与第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。第2内螺纹插入牙侧段形成于距管轴线较近的那一侧，具有与第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。

在上述实施方式中，外螺纹插入牙侧面具有：第1外螺纹插入牙侧段，其形成于距钢管的管轴线较远的那一侧，具有-10～15度的插入牙型半角；以及第2外螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角，并且，内螺纹插入牙侧面具有：第1内螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较远的那一侧，具有与第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角；以及第2内螺纹插入牙侧段，其形成于距管轴线较近的那一侧，具有与第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角。其结果，难以产生错扣且耐压缩载荷性能良好。

第1公扣还包含第1公扣台肩面。第1公扣台肩面形成于第1公扣的顶端。第2公扣还包含第2公扣台肩面。第2公扣台肩面形成于第2公扣的顶端，在紧固状态下与第1公扣台肩面接触。

在该情况下，耐压缩载荷性能提高，并且能够控制螺纹彼此的干涉量。

[实施方式1]

以下，参照附图，说明钢管用螺纹接头的实施方式。对图中相同和相当的结构标注相同的附图标记，不重复进行相同的说明。

参照图1，实施方式1的钢管用螺纹接头10是用于将两根钢管20相互连接的螺纹接头。螺纹接头10包括管状的公扣30和管状的母扣40。公扣30形成于钢管20的一个顶端部22。母扣40供公扣30插入而与公扣30紧固。

在此，实施方式1的钢管用螺纹接头10为组合型，包括管接头50和两个公扣20、20。一个公扣30形成于一个钢管20的顶端部22。另一个公扣30形成于另一个钢管20的顶端部22。管接头50包含环状的突出部52和两个母扣40、40。一个母扣40形成于管接头50的一个端部。另一个母扣40形成于管接头50的另一个端部。突出部52形成于管接头50的中央部。一个母扣40供一个公扣30插入而与一个公扣30紧固。另一个母扣40形成于与一个母扣40相反的那一侧，供另一个公扣30插入而与另一个公扣30紧固。

公扣30包含外螺纹31。外螺纹31形成于公扣30的外周。母扣40包含内螺纹41。内螺纹41与外螺纹31对应，形成于母扣40的内周。外螺纹31和内螺纹41是梯形螺纹且是锥螺纹。即，外螺纹31呈螺旋状形成于公扣30的外周，其螺旋的直径随着靠近公扣30的顶端而变小。内螺纹41呈螺旋状形成于母扣40的内周，其螺旋的直径随着靠近母扣40的开口端而变大。锥螺纹的优选的锥度比为6.0～18.0％。锥度比设计为在与钢管的壁厚之间的关系中能够获得适当的螺纹部的长度。锥度比也可以恒定，但优选的是，如后面所详述的那样，外螺纹31的锥度比随着远离公扣30的顶端而变小。

在紧固状态下，外螺纹31和内螺纹41的至少一部分构成螺纹密封。外螺纹和内螺纹的构成螺纹密封的一部分在管轴线方向上具有钢管20的壁厚的3倍以上的长度。构成螺纹密封的外螺纹和内螺纹是完全螺纹。螺纹密封的长度越长，密封性能越优异。另一方面，若螺纹密封的长度过长，则螺纹切削耗费成本、工夫，除此之外，存在在紧固时容易产生粘扣的可能。优选的是，螺纹密封的长度为壁厚的5倍以下。此外，在图1中，螺纹接头10不具有金属密封。

参照图2和图3，外螺纹31包含外螺纹牙顶面32、外螺纹槽底面33、外螺纹插入牙侧面34以及外螺纹载荷牙侧面35。外螺纹插入牙侧面34形成于距公扣30的顶端较近的那一侧。外螺纹载荷牙侧面35形成于距公扣30的顶端较远的那一侧。

外螺纹插入牙侧面34具有两个外螺纹插入牙侧段341、342。外螺纹插入牙侧段341形成于距钢管20的管轴线X较远的那一侧，具有插入牙型半角α1。外螺纹插入牙侧段342形成于距管轴线X较近的那一侧，具有插入牙型半角α2。插入牙型半角α1、α2是外螺纹插入牙侧面34(外螺纹插入牙侧段341、342)相对于与管轴线X垂直的平面Y倾斜的角度。在插入牙侧面34悬突的情况下，插入牙型半角α1为负。插入牙型半角α2比插入牙型半角α1大(α2＞α1)。插入牙型半角α1为-10～15度，优选为8～12度，例如为约10度。插入牙型半角α2为20～60度，优选为28～32度，例如为约30度。因而，外螺纹插入牙侧面34在大致中腹处凹陷。

外螺纹插入牙侧段342的高度(从外螺纹槽底面33到外螺纹插入牙侧段341与外螺纹插入牙侧段342的分界的长度)为外螺纹的高度的25～60％，例如35％。

内螺纹41包含内螺纹牙顶面42、内螺纹槽底面43、内螺纹插入牙侧面44以及内螺纹载荷牙侧面45。内螺纹牙顶面42与外螺纹槽底面33相对。内螺纹槽底面43与外螺纹牙顶面32相对。内螺纹插入牙侧面44与外螺纹插入牙侧面34相对。内螺纹载荷牙侧面45与外螺纹载荷牙侧面35相对。

内螺纹插入牙侧面44具有两个内螺纹插入牙侧段441、442。内螺纹插入牙侧段441形成于距管轴线X较远的那一侧，具有与外螺纹插入牙侧段341的插入牙型半角α1相同的插入牙型半角α1。内螺纹插入牙侧段442形成于距管轴线X较近的那一侧，具有与外螺纹插入牙侧段342的插入牙型半角α2相同的插入牙型半角α2。因而，内螺纹插入牙侧面44在大致中腹处鼓起。外螺纹插入牙侧段341、342的插入牙型半角α1、α2和内螺纹插入牙侧段441、442的插入牙型半角α1、α2也可以不完全相同，实质上相同即可。即，存在插入牙型半角α1、α2具有伴随着切削加工而产生的误差的情况。

优选的是，内螺纹插入牙侧段442具有与外螺纹插入牙侧段342的高度相同的高度。由此，公扣和母扣的螺纹面彼此的间隙不会大至需要以上，能够利用螺纹密封构造发挥良好的密封性能。外螺纹插入牙侧段342的高度和内螺纹插入牙侧段442的高度也可以不完全相同，实质上相同即可。即，存在上述的高度具有伴随着切削加工而产生的误差的情况。

外螺纹31还包含外螺纹圆面36～39。外螺纹圆面36形成于外螺纹牙顶面32与外螺纹插入牙侧面34之间的角。外螺纹圆面37形成于外螺纹牙顶面32与外螺纹载荷牙侧面35之间的角。外螺纹圆面38形成于外螺纹槽底面33与外螺纹插入牙侧面34之间的角。外螺纹圆面39形成于外螺纹槽底面33与外螺纹载荷牙侧面35之间的角。

内螺纹41包含内螺纹圆面46～49。内螺纹圆面46形成于内螺纹牙顶面42与内螺纹插入牙侧面44之间的角。内螺纹圆面47形成于内螺纹牙顶面42与内螺纹载荷牙侧面45之间的角。内螺纹圆面48形成于内螺纹槽底面43与内螺纹插入牙侧面44之间的角。内螺纹圆面49形成于内螺纹槽底面43与内螺纹载荷牙侧面45之间的角。

圆面36～39、46～49是所谓的R面(圆形倒角面)，具有预定的曲率半径。曲率半径为0.1～1.2mm，优选为0.3～0.8mm。

外螺纹载荷牙侧面35具有载荷牙型半角β。载荷牙型半角β是外螺纹载荷牙侧面35相对于与管轴线X垂直的平面Y倾斜的角度。在载荷牙侧面35悬突的情况下，载荷牙型半角β为负。载荷牙型半角β为-10～3度，优选为-5～-1度，例如为约-3度。内螺纹载荷牙侧面45具有与外螺纹载荷牙侧面35的载荷牙型半角β相同的载荷牙型半角β。外螺纹载荷牙侧面35的载荷牙型半角β和内螺纹载荷牙侧面45的载荷牙型半角β也可以不完全相同，实质上相同即可。即，存在载荷牙型半角β具有伴随着切削加工而产生的误差的情况。

外螺纹牙顶面32、外螺纹槽底面33、内螺纹牙顶面42以及内螺纹槽底面43与管轴线X平行地形成。具体而言，面32、33、42、43的显现于包含管轴线X的纵截面的线与管轴线X平行。

如图3所示，在紧固状态下，在外螺纹插入牙侧面34与内螺纹插入牙侧面44之间具有60～120μm的间隙。另外，在紧固状态下，在外螺纹牙顶面32与内螺纹槽底面43之间具有0～50μm的间隙。另外，在紧固状态下，在外螺纹槽底面33与内螺纹牙顶面42之间也具有0～50μm的间隙。

再次参照图1，公扣30还包含形成于公扣30的顶端部的公扣台肩面24。母扣40还包含在紧固状态下与公扣台肩面24接触的母扣台肩面54。

参照图4，外螺纹31包含具有随着远离公扣30的顶端而变小的锥度比TR1～TR4的锥螺纹。例如，TR1＝12.5％，TR2＝12.0％，TR3＝11.5％，TR4＝11.0％。

[实施方式2]

也可以是，如图5所示，螺纹接头10具备金属密封。具体而言，公扣30还包含公扣密封面26，该公扣密封面26形成于公扣30的顶端与外螺纹31之间且是公扣30的外周。母扣50还包含母扣密封面56，该母扣密封面56与公扣密封面26相对，形成于母扣50的内周，在紧固状态下与公扣密封面26密合。公扣密封面26和母扣密封面56构成金属密封。

[实施方式3]

也可以是，如图6所示，母扣50不具备上述的突出部52。在该情况下，一个公扣30的公扣台肩面24与另一个公扣的公扣台肩面24在紧固状态下相互接触。该实施方式3具有所谓的Pin to Pin构造。

[现有技术]

参照图7，在日本特开平8-303657号公报所公开的螺纹接头中，公扣的外螺纹31p包含外螺纹牙顶面32p、外螺纹槽底面33p、外螺纹插入牙侧面34p以及外螺纹载荷牙侧面35p。外螺纹插入牙侧面34p具有两个外螺纹插入牙侧段341p、342p。插入牙侧段342p的插入牙型半角α2p比插入牙侧段341p的插入牙型半角α1p小(α2p＜α1p)。因而，外螺纹插入牙侧面34p在大致中腹处鼓起。

另一方面，母扣的内螺纹41p包含内螺纹牙顶面42p、内螺纹槽底面43p、内螺纹插入牙侧面44p以及内螺纹载荷牙侧面45p。内螺纹插入牙侧面44p具有两个内螺纹插入牙侧段441p、442p。内螺纹插入牙侧段441p的插入牙型半角α1p与外螺纹插入牙侧段341p的插入牙型半角α1p相同。内螺纹插入牙侧段442p的插入牙型半角α2p与外螺纹插入牙侧段342p的插入牙型半角α2p相同。因而，内螺纹插入牙侧面44p在大致中腹处凹陷。

[错扣]

如图8所示，当在装置上连接钢管20时，悬吊带管接头50的钢管20，进行螺纹的插入。在使螺纹嵌合、旋转而紧固的过程中，将不使螺纹旋转地使螺纹嵌合的位置称为“插入位置”。在钢管20与管接头50的管轴线一致的状态的理想的插入位置处，外螺纹牙顶面与内螺纹牙顶面以整体接触。然而，在海上、陆上的作业时，悬吊的钢管20受到浪、风的影响而摆动，因此大多伴随1度左右的摆角。

如图9中的单点划线所示，若将公扣30倾斜地插入母扣40，则在插入位置处成为在外螺纹牙顶面与内螺纹牙顶面之间产生了螺距偏移的状态下的不当的嵌合，产生即使使公扣30旋转螺纹也会立刻咬合而锁定的现象。将该现象称为“错扣”。将产生存在节距偏移的不当的嵌合的角度称为节距偏移角。在存在超过节距偏移角的摆角时容易产生错扣。若产生错扣，则必须使公扣30反转而从母扣40卸下，因此钢管20的连接作业所耗费的时间变长。

若产生错扣，则如图10所示，位于公扣的插入牙侧面34p与外螺纹牙顶面32p之间的外螺纹圆面36p与位于母扣的插入牙侧面44p与内螺纹牙顶面42p之间的内螺纹圆面46p相互锁定。若外螺纹和内螺纹这两者的插入牙型半角较小，则容易产生错扣。

相对于此，如图11所示，若外螺纹和内螺纹这两者的插入牙型半角较大，则容易解除锁定且难以产生错扣。然而，若插入牙型半角较大，则容易产生螺纹的啮合因管轴线方向的压缩载荷而解除，外螺纹牙顶面越过内螺纹牙顶面的现象即跳扣。另外，若为了提高较高的外压或内压下的密封性能而增大螺纹的径向上的干涉量，则施加于插入牙侧面的压力升高，因此容易产生粘扣。

如表1所示，产生错扣的节距偏移角的下限取决于螺距和钢管的外径。若使螺距比3牙/英寸大，则螺纹的设计变得困难。在外径超过16英寸的钢管中，在3牙/英寸的情况下产生错扣的节距偏移角接近1度。即，特别是在外径超过16英寸这样的大径的钢管中，期望难以产生错扣的构造。当然，在外径为16英寸以下的钢管中也是，也可以设为难以产生错扣的构造。

[表1]

本实施方式的目的在于，通过将插入牙侧面设为两段而使错扣难以产生，并且不降低耐压缩载荷性能和耐粘扣性能地维持耐压缩载荷性能和耐粘扣性能。

如图12和图13所示，若将插入牙侧面设为两段且减小螺纹的间隙，则能够维持基于螺纹面的密封性能。此外，为了在维持耐压缩载荷性能和耐粘扣性能的同时使错扣难以产生，增大设为两段的插入牙侧面中的一个插入牙侧面(插入牙侧段)的插入牙型半角即可。若增大插入牙型半角，则容易解除锁定且难以产生错扣。

与图13所示的现有技术的形态相比，在图12所示的实施方式中，减小距刚度较高的母扣主体较近的那一侧的插入牙侧段441的插入牙型半角，因此插入牙侧段441承受较大的压缩载荷。因此，能够在到极限压缩载荷为止维持螺纹的啮合。另外，即使与压缩载荷同时施加有内压，也不会在螺纹的径向上产生间隙，能够维持密封性能。并且，在到因极限压缩载荷而产生跳扣的极限为止内螺纹约束外螺纹，因此螺纹的啮合难以解除。

公扣的外螺纹在管轴线方向上的顶端部处成为完全螺纹，在后端部处成为不完全螺纹。如图14和图15所示，在不完全螺纹的螺纹牙顶面32p、32的端处，在切削时产生由工具导致的毛刺BR。存在该毛刺BR与母扣的螺纹面锁定而产生错扣的情况。当在不完全螺纹存在毛刺BR的情况下，为了容易解除由毛刺BR导致的锁定，当在恢复外螺纹相对于内螺纹的相对的倾斜的基础上依次解除锁定时，与毛刺BR相对的面是平面且插入牙型半角较大为佳。

如图14所示，不完全螺纹的毛刺BR在与位于母扣的内螺纹牙顶面42p与插入牙侧面44p之间的内螺纹圆面46p接触过程中不滑动。因此，在图14所示的形态中，难以解除锁定且容易产生错扣。

另一方面，如图15所示，若插入牙侧段442的插入牙型半角较大，则不完全螺纹的毛刺BR在与该插入牙侧段442的面接触过程中滑动。因此，在图15所示的形态中，容易解除锁定且难以产生错扣。

如以上所述，根据本实施方式，容易解除锁定且难以产生错扣。并且，能够不降低耐压缩载荷性能和耐粘扣性能地维持耐压缩载荷性能和耐粘扣性能。

以上，说明了实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨就能够进行各种变更。

实施例

为了确认上述实施方式的效果，实施了实管试验和基于弹塑性有限元法(FEM)的数值模拟分析。将试验的条件和结果示于表1。

[表2]

[实管试验]

如下所述，使用了实际的钢管。

·尺寸：18-5/8、136#(公称外径473.08mm、壁厚14.71mm)

·材料：API(American Petroleum Institute)标准的P110钢(公称屈服强度862N/mm²、弹性模量205kN/mm²、泊松比0.3)

实施例的螺纹接头具有上述的两段的插入牙侧面。插入牙型半角α1为10度，插入牙型半角α2为30度。比较例1、2均如通常那样具有仅1段的插入牙侧面。比较例1的插入牙型半角为10度，比较例2的插入牙型半角为30度。

利用实施例和比较例1、2的螺纹接头连接上述钢管，通过试验评价了这些螺纹接头的插入性能、装卸性能以及密封性能。具体而言，作为插入性能试验，进行如下试验，即，在模拟了在使用油井管时悬吊于装置上的钢管摆动的状态的状况下，在到螺纹部的径向上的干涉产生之前的状态为止利用螺纹接头连接钢管并解除连接(Stabbing Make/StabbingBreak test)，依据是否产生错扣来评价插入性能。作为装卸性能试验，进行如下试验，即，在到螺纹接头的径向上的干涉量成为预定的量为止拧紧钢管并拧回该钢管(Make/Breaktest)，依据是否产生粘扣来评价装卸性能。另外，作为密封性能试验，进行如下试验，即，对在内部填充有液体的紧固状态的螺纹接头施加与钢管的公称屈服强度同等(100％)的压缩载荷，依据液体泄漏的有无来评价密封性能。

对于实施例，进行了5次插入性能试验，在5次中均未产生错扣。另外，对于实施例，进行了3次装卸性能试验，在3次中均未产生粘扣。与之相对地，对于比较例1，进行了5次插入性能试验，在5次中的4次产生了错扣。另外，对于比较例1，未进行装卸性能试验，认为只要能够不产生错扣地插入，就不会产生粘扣。另外，对于比较例2，进行了3次插入性能试验，在3次中均未产生错扣。对于比较例2，进行了3次装卸性能试验，在第3次中产生了粘扣。

另外，密封性能试验的结果，实施例未产生液体泄漏。与之相对地，比较例1、2均产生了液体泄漏。

[FEM分析]

与实施例同样，比较例3的螺纹接头的外螺纹和内螺纹也具有两段的插入牙侧面。比较例3的螺纹接头是上述的现有技术的螺纹接头。比较例3的插入牙型半角α1为30度，插入牙型半角α2为10度。

对于实施例和比较例3的螺纹接头，将模拟了单纯压缩载荷的情况的计算结果的一个例子示于图16和图17。在上述的图中，在实施例和比较例3中的任一者中，均表示公扣30承受过大的压缩载荷而产生了压曲的状态。不过，对于由压曲导致的变形量而言，图16所示的实施例的该变形量比图17所示的比较例3的该变形量小。因而，判明实施例比比较例3难以压曲，即，实施例具有更优异的耐压缩载荷性能。

利用图18和图19所示的施加压缩载荷时的插入牙侧面的接触应力的计算结果的一个例子说明其理由。图18是实施例中的接触应力分布的例子。图17是比较例3中的接触应力分布的例子。在图18和图19中的任一者中，施加压缩载荷时的插入牙侧面的接触应力在两段的插入牙侧面中的插入牙型半角较小的面中较高。即，推断图18的实施例利用距刚度更高的母扣主体侧较近的面支承较高的接触应力，因此具有更优异的耐压缩载荷性能。

Claims (15)

1.一种螺纹接头，其中，

该螺纹接头包括：

公扣，其呈管状，形成于钢管的一个顶端部；以及

母扣，其呈管状，供所述公扣插入而与所述公扣紧固，

所述公扣包含外螺纹，该外螺纹形成于所述公扣的外周，

所述母扣包含内螺纹，该内螺纹与所述外螺纹对应，形成于所述母扣的内周，

所述外螺纹和所述内螺纹是梯形螺纹且是锥螺纹，

在紧固状态下，所述外螺纹和所述内螺纹的至少一部分构成螺纹密封，

所述外螺纹包含：

外螺纹牙顶面；

外螺纹槽底面；

外螺纹插入牙侧面，其形成于距所述公扣的顶端较近的那一侧；以及

外螺纹载荷牙侧面，其形成于距所述公扣的顶端较远的那一侧，

所述外螺纹插入牙侧面具有：

第1外螺纹插入牙侧段，其形成于距所述钢管的管轴线较远的那一侧，具有8～12度的插入牙型半角；以及

第2外螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角，

所述第2外螺纹插入牙侧段具有所述外螺纹的高度的20～60％的高度，

所述内螺纹包含：

内螺纹牙顶面，其与所述外螺纹槽底面相对；

内螺纹槽底面，其与所述外螺纹牙顶面相对；

内螺纹插入牙侧面，其与所述外螺纹插入牙侧面相对；以及

内螺纹载荷牙侧面，其与所述外螺纹载荷牙侧面相对，

所述内螺纹插入牙侧面具有：

第1内螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较远的那一侧，具有与所述第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角；以及

第2内螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较近的那一侧，具有与所述第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角，

所述插入牙型半角是所述外螺纹插入牙侧面或所述内螺纹插入牙侧面相对于与所述管轴线垂直的平面倾斜的角度。

2.根据权利要求1所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹还包含第1外螺纹圆面，该第1外螺纹圆面形成于所述外螺纹牙顶面与所述外螺纹插入牙侧面之间的角，

所述内螺纹还包含第1内螺纹圆面，该第1内螺纹圆面形成于所述内螺纹牙顶面与所述内螺纹插入牙侧面之间的角。

3.根据权利要求2所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹还包含：

第2外螺纹圆面，其形成于所述外螺纹牙顶面与所述外螺纹载荷牙侧面之间的角；

第3外螺纹圆面，其形成于所述外螺纹槽底面与所述外螺纹插入牙侧面之间的角；以及

第4外螺纹圆面，其形成于所述外螺纹槽底面与所述外螺纹载荷牙侧面之间的角，

所述内螺纹还包含：

第2内螺纹圆面，其形成于所述内螺纹牙顶面与所述内螺纹载荷牙侧面之间的角；

第3内螺纹圆面，其形成于所述内螺纹槽底面与所述内螺纹插入牙侧面之间的角；以及

第4内螺纹圆面，其形成于所述内螺纹槽底面与所述内螺纹载荷牙侧面之间的角。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹载荷牙侧面具有-10～3度的载荷牙型半角，

所述内螺纹载荷牙侧面具有与所述外螺纹载荷牙侧面的载荷牙型半角相同的载荷牙型半角，

所述载荷牙型半角是所述外螺纹载荷牙侧面或所述内螺纹载荷牙侧面相对于与所述管轴线垂直的平面倾斜的角度。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹牙顶面、所述外螺纹槽底面、所述内螺纹牙顶面以及所述内螺纹槽底面与所述管轴线平行地形成。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

在紧固状态下，在所述外螺纹插入牙侧面与所述内螺纹插入牙侧面之间具有60～120μm的间隙。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

在紧固状态下，在所述外螺纹牙顶面与所述内螺纹槽底面之间具有0～50μm的间隙，并且，在紧固状态下，在所述外螺纹槽底面与所述内螺纹牙顶面之间具有0～50μm的间隙。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述公扣还包含公扣台肩面，该公扣台肩面形成于所述公扣的顶端部，

所述母扣还包含母扣台肩面，该母扣台肩面在紧固状态下与所述公扣台肩面接触。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹包含具有随着远离所述公扣的顶端而变小的锥度比的锥螺纹。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述公扣还包含公扣密封面，该公扣密封面形成于所述公扣的顶端与所述外螺纹之间且是所述公扣的外周，

所述母扣还包含母扣密封面，该母扣密封面与所述公扣密封面相对，形成于所述母扣的内周，在紧固状态下与所述公扣密封面密合。

11.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述外螺纹和所述内螺纹的构成所述螺纹密封的一部分在管轴线方向上具有所述钢管的壁厚的3倍以上的长度。

12.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述钢管具有超过16英寸的外径。

13.根据权利要求1～3中任一项所述的螺纹接头，其中，

所述钢管具有16英寸以下的外径。

14.一种螺纹接头，其用于将两根钢管相互连接，其中，

该螺纹接头包括：

第1公扣，其呈管状，形成于所述钢管的一个顶端部；

第2公扣，其呈管状，形成于所述钢管的另一个顶端部；以及

管接头，其包含第1母扣和第2母扣，该第1母扣呈管状，供所述第1公扣插入而与所述第1公扣紧固，该第2母扣呈管状，形成于与所述第1母扣相反的那一侧，供所述第2公扣插入而与所述第2公扣紧固，

所述第1公扣和所述第2公扣分别包含外螺纹，该外螺纹形成于所述公扣的外周，

所述第1母扣和所述第2母扣分别包含内螺纹，该内螺纹与所述外螺纹对应，形成于所述母扣的内周，

所述外螺纹和所述内螺纹是梯形螺纹且是锥螺纹，

在紧固状态下，所述外螺纹和所述内螺纹的至少一部分构成螺纹密封，

所述外螺纹包含：

外螺纹牙顶面；

外螺纹槽底面；

外螺纹插入牙侧面，其形成于距所述公扣的顶端较近的那一侧；以及

外螺纹载荷牙侧面，其形成于距所述公扣的顶端较远的那一侧，

所述外螺纹插入牙侧面具有：

第1外螺纹插入牙侧段，其形成于距所述钢管的管轴线较远的那一侧，具有8～12度的插入牙型半角；以及

第2外螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较近的那一侧，具有20～60度的插入牙型半角，

所述第2外螺纹插入牙侧段具有所述外螺纹的高度的20～60％的高度，

所述内螺纹包含：

内螺纹牙顶面，其与所述外螺纹槽底面相对；

内螺纹槽底面，其与所述外螺纹牙顶面相对；

内螺纹插入牙侧面，其与所述外螺纹插入牙侧面相对；以及

内螺纹载荷牙侧面，其与所述外螺纹载荷牙侧面相对，

所述内螺纹插入牙侧面具有：

第1内螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较远的那一侧，具有与所述第1外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角；以及

第2内螺纹插入牙侧段，其形成于距所述管轴线较近的那一侧，具有与所述第2外螺纹插入牙侧段的插入牙型半角相同的插入牙型半角，

所述插入牙型半角是所述外螺纹插入牙侧面或所述内螺纹插入牙侧面相对于与所述管轴线垂直的平面倾斜的角度。

15.根据权利要求14所述的螺纹接头，其中，

所述第1公扣还包含第1公扣台肩面，该第1公扣台肩面形成于所述第1公扣的顶端，

所述第2公扣还包括第2公扣台肩面，该第2公扣台肩面形成于所述第2公扣的顶端，在紧固状态下与所述第1公扣台肩面接触。

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