極厚壁油井管用螺紋接頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及極厚壁油井管用螺紋接頭（threaded joint for heavy-walled oil country tubular goods)，詳細(xì)來說，涉及在如下的管的連接中優(yōu)選使用的耐久性 (durability)優(yōu)良的極厚壁油井管用螺紋接頭：一般在油井（oil well)和氣井（gas well)的探查和生產(chǎn)中使用的包括管體（tubing)和殼體（casing)的0CTG(oil country tubular goods:石油專用管材）、立管（riser pipe)、以及線管（line pipe)等鋼管。另 外，耐久性指的是，在除了高的壓縮力（compressing force)例如管的管軸方向的屈服載 荷（yield load)(屈服應(yīng)力X未加工部的截面積）的80%以上的壓縮力以外、還作用有 高的外壓例如API i丹塌壓力（API5C3記載的API Collapse Pressure)的80%以上相當(dāng)?shù)?外壓的狀況下，能夠不發(fā)生磨損（galling)地維持充分的密封性（seal ability against external pressure)白勺f生能。
【背景技術(shù)】
[0002] 管用螺紋接頭廣泛應(yīng)用于在油井管等產(chǎn)油產(chǎn)業(yè)（oi 1 industry)的設(shè)備 (petroleum installation)中使用的鋼管的連接。在用于油和氣體的探查和生產(chǎn)中的鋼管 的連接中，通常使用以往API (美國石油協(xié)會(huì)（American Petroleum Institute))標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的標(biāo)準(zhǔn)的螺紋接頭。
[0003]另外，近些年，原油（crude oil)和天然氣（natural gas)的井不斷深井化（deep well)，相對(duì)于垂直井（vertical well)，水平井（horizontal well)和傾斜井（directional well)等增多，因此挖掘和生產(chǎn)環(huán)境嚴(yán)酷化。而且，由于在海洋和極地（polar region)等惡 劣的環(huán)境（appalling circumstance)下的井的開發(fā)增加等，對(duì)耐壓縮性能（compression resistance)、耐彎曲性能（bending resistance)、外壓密封性能（seal ability against external pressure)(耐外壓性能（external pressure resistance)等，對(duì)螺紋接頭的要 求性能變得多樣化。由此，使用稱為高級(jí)接頭（premium joint)的高性能的特殊螺紋接頭 (special threaded joint)的情況增加，對(duì)其性能的要求也不斷增加。
[0004] 通常，高級(jí)接頭為，各自具備錐螺紋（tapered thread)、金屬接觸密封部（metal to metal seal)(以下，稱為密封部（seal portion))以及扭矩肩部（torque shoulder)(以 下，稱為肩部（shoulder))，將形成于管端部的外螺紋部件（externally-threaded member) (以下，稱為銷（pin))和連結(jié)該銷彼此的內(nèi)螺紋部件（internally-threaded member)(以 下，稱為盒（box))結(jié)合而成的聯(lián)軸器形式（coupling-type)的接頭。錐螺紋對(duì)于管接頭 穩(wěn)固地固定是重要的，密封部負(fù)擔(dān)著通過盒與銷在該部分發(fā)生金屬接觸來確保密封性的作 用，肩部成為在接頭的緊固中負(fù)擔(dān)止動(dòng)件（abutment)的作用的肩面（shoulder face)。
[0005] 圖3(a)~圖3(c)是油井管用高級(jí)接頭的示意性說明圖，這些是圓管的螺紋接頭 的縱剖視圖。螺紋接頭具備銷3和與銷3嵌合的盒1。銷3在其外面具有外螺紋部7和在銷 3的前端側(cè)與外螺紋部7相鄰設(shè)置的沒有螺紋的長度部分即鼻部（nose)(也稱為銷鼻（pin nose)))8。鼻部8在其外周面具有密封部13,在其端面具有肩部14。與銷3嵌合的盒1在 其內(nèi)面具有分別與銷3的外螺紋部7、密封部13和肩部14螺紋連接或者接觸的部分、即內(nèi) 螺紋部5、密封部11以及肩部12。在此，圖3(a)中的單點(diǎn)劃線為管軸。
[0006] 在圖3(a)~圖3(c)的現(xiàn)有例中，密封部11、13是位于鼻部8的前端部的所謂銷前 端密封型，能夠通過施加適當(dāng)?shù)木o固轉(zhuǎn)矩（makeup torque)來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的密封性能。然而， 在圖3(a)~圖3(c)的現(xiàn)有例中，緊固轉(zhuǎn)矩受潤滑條件（lubrication condition)以及表 面性狀（surface quality)等影響。因此，作為受這些條件影響不大的設(shè)計(jì)，存在著將密封 接觸壓力的半徑方向成分相對(duì)加強(qiáng)了的半徑方向密封方式（也稱為徑向密封型（radial seal type))。徑向密封型的密封部11、13-般位于鼻部8的管軸方向中間部。
[0007] 另外，伴隨于上述的井的高深度化，為了應(yīng)對(duì)高溫高壓環(huán)境，而使用高耐腐蝕性、 高強(qiáng)度且極厚壁的油井管的情況增加。
[0008] 在這樣的趨勢(shì)下，作為對(duì)在維持螺紋接頭自身的氣密性能（gas tight)的同時(shí)，在 大的壓縮載荷（compressive load)下也具有高的耐磨損能力和密封性能的螺紋接頭的要 求所對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)，已知有使盒側(cè)的肩部的抵接面的截面積（將所述抵接面正投影到管 軸正交面的區(qū)域的面積）相對(duì)于銷原管截面積（對(duì)鋼管端部進(jìn)行銷加工后的鋼管的銷未加 工部的截面積）的比為規(guī)定值（0. 5)以上的手段（參照專利文獻(xiàn)1)。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4257707號(hào)公報(bào)（日本特表2005-526936號(hào)公報(bào)） 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012] 然而，特別地，在由形成銷的原鋼管的壁厚（對(duì)鋼管端部進(jìn)行銷加工后的鋼管的 未加工部的壁厚）為18mm以上的銷和連結(jié)該銷彼此的盒構(gòu)成的螺紋接頭中，要求非常高 的軸向壓縮力和外壓的復(fù)合載荷下的密封性確保，因此需要在密封部的高接觸面壓力。另 一方面，接觸面壓力（contact pressure)過高的話，存在著發(fā)生與緊固松脫（Make&Break) 時(shí)的滑動(dòng)相伴的磨損，需要接觸面壓力取得密封性確保和磨損發(fā)生防止這兩者的平衡的設(shè) 計(jì)。
[0013] 然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，僅假定了高壓縮力下的性能確保，并未考慮到在除了高 壓縮力以外還作用有高外壓的狀況下兼顧密封性確保和磨損發(fā)生防止。通過上述現(xiàn)有技 術(shù)，僅使盒側(cè)的肩部抵接面的截面積相對(duì)于銷原管截面積的比為規(guī)定值（0.5)以上的話， 無法在除了高壓縮力以外還作用有高外壓的狀況下兼顧密封性確保和磨損發(fā)生防止。
[0014] 因此，本實(shí)用新型鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的難點(diǎn)，要解決的課題在于，提供一種在除了 高壓縮力以外還作用有高外壓的狀況下能夠兼顧密封性確保和磨損發(fā)生防止的極厚壁油 井管用螺紋接頭。
[0015] 本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q上述課題而專研，結(jié)果完成了以下的主要結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新 型。
[0016] [1] -種極厚壁油井管用螺紋接頭，其具有：銷，具有對(duì)壁厚18_以上的原鋼管的 管端部進(jìn)行錐螺紋加工而成的外螺紋部、從該外螺紋部向管端側(cè)延伸的無螺紋部即鼻部、 及設(shè)于該鼻部的前端的肩部；以及盒，具有與所述外螺紋部螺紋結(jié)合的內(nèi)螺紋部、與所述銷 的鼻部外周面相對(duì)的密封孔內(nèi)周面（inner periphery of seal portion of box)、及與所 述銷的肩部抵接的肩部，通過所述螺紋結(jié)合而將所述銷與所述盒結(jié)合，所述鼻部外周面與 所述密封孔內(nèi)周面在管半徑方向發(fā)生金屬接觸，其接觸部構(gòu)成對(duì)流體進(jìn)行密封的密封部， 所述極厚壁油井管用螺紋接頭的特征在于，成為所述密封部的銷側(cè)的面、盒側(cè)的面分別為 凸曲面（convex curve)、錐面，包括下述定義的密封點(diǎn)（seal point)的管半徑方向剖面內(nèi) 的鼻部的厚度即銷密封厚度（seal thickness of pin)tsS 15mm以下，所述銷密封厚度ts 除以銷原管部的外徑D而得到的形狀參數(shù)ts/D為0. 045以上，所述外螺紋部的完整螺紋部 的管軸方向長度即銷完整螺紋長度L相對(duì)于銷原管部的壁厚t的比即完整螺紋長度比L/ t為4.0以下，密封點(diǎn)是如下部位的鼻部外周點(diǎn)：將銷和盒兩者的相同尺度的圖以肩部彼此 一致的方式重疊而形成的重疊部分中管半徑方向長度達(dá)到最大的部位。
[0017] [2]根據(jù)所述[1]記載的極厚壁油井管用螺紋接頭，其特征在于，所述形狀參數(shù) ts/D 為 0. 060 以上。
[0018] [3]根據(jù)所述[1]或[2]記載的極厚壁油井管用螺紋接頭，其特征在于，所述銷密 封厚度、為12mm以下。
[0019] 實(shí)用新型效果
[0020] 根據(jù)本實(shí)用新型，實(shí)現(xiàn)了一種在除了高壓縮力以外還作用有高外壓的狀況下能夠 兼顧密封性確保和磨損發(fā)生防止的極厚壁油井管用螺紋接頭。
【附圖說明】
[0021] 圖1是示出本實(shí)用新型涉及的螺紋接頭的設(shè)計(jì)用各要素的管軸方向剖面的概要 圖。
[0022] 圖2是示出密封點(diǎn)P以及銷密封厚度ts的定義的管軸方向剖面的概要圖。
[0023] 圖3(a)~圖3(c)是示出現(xiàn)有的管用螺紋接頭的一例的管軸方向剖面的概要圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 參照?qǐng)D1和圖2說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
[0025] 本實(shí)用新型的螺紋接頭具有銷3和盒1。銷3具有對(duì)壁厚18mm以上的原鋼管的管 端部進(jìn)行錐螺紋加工而成的外螺紋部7、相對(duì)于該外螺紋部7向管端側(cè)延伸的無螺紋部即 鼻部8和設(shè)置在該鼻部8的前端的肩部14。盒1具有與所述外螺紋部7螺紋結(jié)合的內(nèi)螺紋 部5 (當(dāng)然是錐螺紋）、與所述銷3的鼻部外周面相對(duì)的密封孔內(nèi)周面16和與所述銷3的肩 部14抵接的肩部12。本實(shí)用新型的前提為一種極厚壁油井管用螺紋接頭（參照?qǐng)D1)，通 過所述螺紋結(jié)合，所述銷3與所述盒1結(jié)合，所述鼻部外周面17與所述密封孔內(nèi)周面16在 管半徑方向發(fā)生金屬接觸，該接觸部成為密封流體的密封部（盒1的密封部11、銷3的密 封部13)。
[0026] 在本實(shí)用新型中，在上述前提下，出于確保充分的密封性，且提高耐磨損性 (galling resistance)，而且使切削加工（cutting work)容易的觀點(diǎn)，使在銷3成為密封 部13的部位的鼻部外周面17為凸曲面，使在盒1成為密封部11的部位的密封孔內(nèi)周面16 成為錐面。所述凸曲面為，在管軸方向剖面內(nèi)成為曲線，使連接該曲線區(qū)域的管軸方向兩 端的線段位于銷體內(nèi)，形成該曲線區(qū)域內(nèi)的任一點(diǎn)均越靠管端越接近管軸的曲面。所述曲 線可以構(gòu)成為多個(gè)線段以具有共通連線的方式連接的結(jié)構(gòu)，也可以是將曲線之間以直線連 接。而且，所述錐面為，在管軸方向剖面內(nèi)成為直線，且該直線內(nèi)的任一點(diǎn)均越靠肩部12越 接近管軸的錐面。
[0027] 并且，在本實(shí)用新型中，包括密封點(diǎn)SP的管徑方向剖面21內(nèi)的鼻部8的厚度即銷 密封厚度t s(參照?qǐng)D2)為15mm以下。而且，優(yōu)選、為1mm以上，更優(yōu)選為3mm以上，進(jìn)而 優(yōu)選為5mm以上。在此，如圖2所示，密封點(diǎn)SP指的是，將銷3和盒1兩者的相同尺度的圖 以肩部14、12彼此一致的方式重合得到的重