鋼管用螺紋接頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼管用螺紋接頭。
[0002] 本申請基于2013年9月6日在日本提出申請的特愿2013-184717號主張優(yōu)先權(quán)，將 其內(nèi)容引用于本說明書中。
【背景技術(shù)】
[0003] 油井和天然氣井等（以下統(tǒng)稱為"油井"）中，作為套管(casing)或配管(tubing)等 的油井管，使用通過螺紋接頭依次連結(jié)的鋼管。通常，作為這種螺紋接頭，應(yīng)用美國石油協(xié) 會(American Petroleum Institute)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的僅具有錐螺紋的接頭。該螺紋接頭由具 有錐螺紋的外螺紋部的第1管材、和具有錐螺紋的內(nèi)螺紋部的第2管材構(gòu)成。通過第1管材的 外螺紋部擰入第2管材的內(nèi)螺紋部中，第1管材和第2管材被連結(jié)。
[0004]鋼管用螺紋接頭的方式大致分為聯(lián)接(coupling)方式和整體（integral)方式。聯(lián) 接方式的情況下，第1管材為鋼管，第2管材為聯(lián)接件(短管）。該情況下，在鋼管的兩端部形 成外螺紋部，在聯(lián)接件的兩端部形成內(nèi)螺紋部。即，聯(lián)接方式中，相鄰的鋼管經(jīng)由聯(lián)接而被 連結(jié)。
[0005] 另一方面，整體方式的情況下，第1管材和第2管材都是鋼管，不使用聯(lián)接件。該情 況下，在鋼管的一端部形成外螺紋部，在另一端部形成內(nèi)螺紋部。即，整體方式中，不使用聯(lián) 接件，相鄰的鋼管彼此被直接連結(jié)。
[0006] -般地，形成有外螺紋部的第1管材的接頭部分包含插入內(nèi)螺紋部的要素，因此被 稱為銷(pin)。另一方面，形成有內(nèi)螺紋部的第2管材的接頭部分包含接受外螺紋部的要素， 因此被稱為套筒(box)。以下，也將包含外螺紋部的接頭部分稱為銷，將包含內(nèi)螺紋部的接 頭部分稱為套筒。
[0007] 鋼管用螺紋接頭中，銷的外螺紋部被擰入套筒的內(nèi)螺紋部，外螺紋部與內(nèi)螺紋部 嵌合貼合。不具有密封面(無螺紋面)的API標(biāo)準(zhǔn)的螺紋接頭等中，通過這樣使外螺紋部和內(nèi) 螺紋部嵌合貼合，確保螺紋接頭的密封性和耐壓性。
[0008] 近年，隨著使用螺紋接頭的油井環(huán)境的高深度化和嚴(yán)酷化，特別是在套管所使用 的大徑鋼管的螺紋接頭中，要求更優(yōu)異的密封性和耐壓性。為此，在銷的外表面和套筒的相 對的內(nèi)表面分別設(shè)置無螺紋面（密封面），使這些密封面嵌合的金屬接觸密封件(metal touch seal)作為密封機(jī)構(gòu)被廣泛使用。
[0009] 金屬接觸密封件中，銷的外徑設(shè)定得比套筒的內(nèi)徑略大(將其徑差稱為"密封干涉 量"）。金屬接觸密封件中，銷和套筒嵌合而在徑向產(chǎn)生干涉，由此在擴(kuò)徑了的套筒與縮徑了 的銷之間，各自會產(chǎn)生回復(fù)到原來直徑的彈性回復(fù)力。該彈性回復(fù)力使密封面緊密地貼合。
[0010] 以提高密封性和耐壓性為目的，曾提出專利文獻(xiàn)1~3所公開的螺紋接頭。
[0011]例如，專利文獻(xiàn)1所公開的管用螺紋接頭，在與鼻頂端(nose tip，凸部頂端)離開 的位置設(shè)置密封部，使鼻部從密封部直到肩部(抵接面)長長地延伸，由此提高密封性和耐 壓性。
[0012] 專利文獻(xiàn)2、3所公開的鋼管用螺紋接頭，第1管材(銷)和第2管材(套筒)各自除了 彼此嵌合貼合的錐螺紋(外螺紋部、內(nèi)螺紋部）以外，還具有密封面和抵接面(肩面）。因此， 專利文獻(xiàn)2、3所公開的鋼管用螺紋接頭，銷和套筒的密封面隨著銷的擰入，彼此接觸發(fā)生貼 合，由此形成金屬接觸所帶來的密封(金屬接觸密封）。另外，銷和套筒的抵接面隨著銷的擰 入彼此接觸發(fā)生貼合，承擔(dān)限制銷的擰入的塞(stopper)的作用，并且承擔(dān)賦予與向外螺紋 部抒入的行進(jìn)方向相反方向的載荷、即賦予螺紋的抒緊軸向力(make-up axial force)的 作用。
[0013] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1:日本國特開2012-149760號公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)2:國際公開W02011/060894號公報(bào) [0016] 專利文獻(xiàn)3:日本國特開2012-506000號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 在油井的現(xiàn)場，將2根管材連結(jié)時(shí)，使用被稱為動力鉗的擰緊裝置，銷被擰入套筒。 此時(shí)，擰緊扭矩和擰入的進(jìn)行(擰緊轉(zhuǎn)數(shù)的增加)處于如圖8所示的關(guān)系，因此銷向套筒的擰 入狀態(tài)(銷與套筒的聯(lián)結(jié)狀態(tài))通過監(jiān)控(測定)擰入所需要的擰緊扭矩來掌握。
[0018] 在銷向套筒的擰入正常進(jìn)行的情況下，如圖8所示，擰緊扭矩隨著擰入的進(jìn)行（擰 緊轉(zhuǎn)數(shù)的增加)緩緩且單調(diào)地上升。然后，在擰入即將結(jié)束之前抵接面彼此接觸，由此擰緊 扭矩急劇地上升(將其稱為臺肩（shouldering))。
[0019]另一方面，在抒入的過程中發(fā)生擦傷（galling)等異常的情況下，在發(fā)生臺肩之 前，擰緊扭矩過度地上升。
[0020] 專利文獻(xiàn)1所公開的管用螺紋接頭，在將螺紋接頭螺合聯(lián)結(jié)的過程中，銷和套筒的 密封面彼此以小的接觸幅度并且以高的平均接觸壓力接觸同時(shí)發(fā)生滑動，因此難以抑制擦 傷的發(fā)生。此外，專利文獻(xiàn)2、3所公開的鋼管用螺紋接頭，盡管銷向套筒的擰入正常地進(jìn)行， 但擰緊扭矩在擰入的過程中過度地上升、和/或不規(guī)則地變動（即，產(chǎn)生擰緊扭矩的駝峰 (humping))〇
[0021] 圖10是表示產(chǎn)生了擰緊扭矩的駝峰的情況的、擰緊轉(zhuǎn)數(shù)與擰緊扭矩的關(guān)系的示意 圖。如圖10所示，如果在銷的擰入過程中產(chǎn)生擰緊扭矩的駝峰，則難以準(zhǔn)確地掌握銷的擰入 狀態(tài)。因此，有時(shí)會在駝峰產(chǎn)生時(shí)判斷為擰入已經(jīng)結(jié)束。如果錯(cuò)誤地判斷擰入的結(jié)束，則擰 入變得不充分，存在第1管材與第2管材的連結(jié)不完全的可能性。
[0022] 因此，本發(fā)明是鑒于上述情況完成的，其目的在于提供一種能夠抑制在銷與套筒 的聯(lián)結(jié)時(shí)產(chǎn)生的、擰緊扭矩的駝峰的鋼管用螺紋接頭。
[0023]為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0024] (1)本發(fā)明涉及的第1方式，是將第1管材和第2管材連結(jié)的鋼管用螺紋接頭，具備： 套筒，其為所述第2管材的開口端;和截錐狀的銷，其為所述第1管材的一端，且被插入所述 套筒中，所述銷具有外螺紋部和包含錐面的密封部，所述外螺紋部為錐螺紋，所述套筒具有 內(nèi)螺紋部和包含錐面的密封部，所述內(nèi)螺紋部為錐螺紋，在所述外螺紋部和所述內(nèi)螺紋部 通過螺合而聯(lián)結(jié)時(shí)，在該聯(lián)結(jié)的過程中，所述銷的所述密封部與所述套筒的所述密封部彼 此接觸之后，所述外螺紋部的螺紋谷底部和所述內(nèi)螺紋部的螺紋牙頂部彼此接觸，在所述 聯(lián)結(jié)開始前的狀態(tài)下，所述銷的所述錐面的最小直徑比所述套筒的所述錐面的最大直徑 小。
[0025] (2)在上述(1)所述的方式中，所述銷的所述密封部可以設(shè)置在比所述外螺紋部靠 所述銷的頂端側(cè)的位置、和比所述外螺紋部靠所述銷的基端側(cè)的位置這兩個(gè)位置。
[0026] (3)在上述（1)或（2)所述的方式中，所述銷可以還具有設(shè)置在比所述銷的所述密 封部靠所述銷的頂端側(cè)的R部，所述套筒可以還具有設(shè)置在比所述套筒的所述密封部靠所 述套筒的頂端側(cè)的R部。
[0027] (4)在上述（1)~(3)的任一項(xiàng)所述的方式中，所述外螺紋部可以沿著所述第1管材 的管軸方向被分割為多個(gè)，在所述管軸方向上彼此相鄰的所述外螺紋部之間還設(shè)置有所述 銷的所述密封部。
[0028] (5)在上述（1)~(4)的任一項(xiàng)所述的方式中，所述銷可以還具有在其頂端或基端 設(shè)置的抵接面。
[0029] (6)在上述（1)~（5)的任一項(xiàng)所述的方式中，所述第1管材和所述第2管材可以分 別為鋼管。
[0030] (7)在上述(6)所述的方式中，所述第1管材和所述第2管材的主體部分的外徑可以 為190mm以上，在所述聯(lián)結(jié)的開始前的狀態(tài)下，所述套筒的外徑可以超過所述第1管材的所 述主體部分的所述外徑的100%且低于其104%。
[0031] (8)在上述(7)所述的方式中，在所述聯(lián)結(jié)的開始前的狀態(tài)，所述銷的所述錐面的 所述最小直徑和所述套筒的所述錐面的所述最大直徑之差，可以超過所述第1管材的所述 主體部分的所述外徑的〇 %且為其〇. 3 %以下。
[0032] (9)在上述（1)~(5)的任一項(xiàng)所述的方式中，所述第1管材可以為鋼管，所述第2管 材可以為聯(lián)接件。
[0033] (10)在上述(9)所述的方式中，所述第1管材的主體部分的外徑可以為190mm以上。
[0034] (11)在上述（10)所述的方式中，在所述聯(lián)結(jié)的開始前的狀態(tài)，所述銷的所述錐面 的所述最小直徑和所述套筒的所述錐面的所述最大直徑之差，可以超過所述第1管材的所 述主體部分的所述外徑的〇 %且為其〇. 3 %以下。
[0035] 根據(jù)上述各方式，能夠抑制在銷與套筒的聯(lián)結(jié)時(shí)產(chǎn)生的擰緊扭矩的駝峰。
【附圖說明】
[0036] 圖IA是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的鋼管用螺紋接頭的要部的縱截面圖，是 表示銷與套筒的聯(lián)結(jié)前的狀態(tài)的圖。
[0037] 圖IB是表示圖IA所示的鋼管用螺紋接頭中的銷與套筒的聯(lián)結(jié)初期的狀態(tài)的圖。
[0038] 圖IC是表示圖IA所示的鋼管用螺紋接頭中的銷與套筒的聯(lián)結(jié)結(jié)束時(shí)的狀態(tài)的圖。
[0039] 圖2A是圖IB的放大圖，是表示銷的頂端側(cè)的圖。
[0040] 圖2B是圖IB的放大圖，是表示銷的基端側(cè)的圖。
[0041] 圖3A是圖IB的用X表示的部分的放大圖，是表示外螺紋部和內(nèi)螺紋部的圖。
[0042]圖3B是圖IC的用Y表示的部分的放大圖，是表示外螺紋部和內(nèi)螺紋部的圖。
[0043]圖4A是表示圖IA所示的鋼管用螺紋接頭中的銷與套筒的