ねじ結合
炭化水素坑井の探査及び作業で使用されるねじ結合１は第１管状部品と第２管状部品と含み、第１管状部品はその外周面に配置されたねじ山領域５を含む雄型端部３を含み、第２管状部品はその内周面に配置されたねじ山領域４を含む雌型端部２を含み、雄型端部の前記ねじ山領域５は雌型端部の前記ねじ山領域４の中につなぎ上げられ、ねじ山領域は各々雄及び雌のねじ山４０、５０を含み、ねじ山４０、５０はルート、クレスト、スタビングフランク及びロードフランクを含み、溝がルートに各々近接する雌型端部及び／又は雄型端部のねじ山領域４０のロードフランクに設けられ、雄型端部のねじ山領域５０のロードフランク及び／又はクレストに近接する雌型端部から各々に軸方向に突出するボスが設けられ、ボスは凸面及び凹面を含み、ボスは結合状態で半径隙間が凹面と溝の間に位置し、かつ軸向隙間がボス端部と溝底部の間に位置する状態で溝に格納される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に炭化水素坑井の採掘又は作業に用いられる管状部品の緊密結合分野に関する。採掘又は作業の間、結合は高い圧縮及び引張応力を受けるが、分解してはならない。
【背景技術】
【０００２】
そのような結合は、軸方向の引張又は圧縮応力、内部又は外部の流体圧力性応力、曲げ又は捻じり応力も受けて、場合により組み合わされて強度が変動する。緊密性は、応力や現場での過酷な使用条件にもかかわらず、持続されなければならない。ねじ結合は、特に摩耗で性能劣化せずに、数回は組立及び分解できなければならない。管状部品は分解後に他の使用条件下で再使用されてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４８２２０８１号明細書
【特許文献２】米国特許第５４６２３１５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／２７３６３号明細書
【特許文献４】欧州特許第１０４６１７９号明細書
【特許文献５】欧州特許第１３０２６２３号明細書
【特許文献６】特開２００２−０８１５８４号公報
【特許文献７】欧州特許第０４８８９１２号明細書
【特許文献８】米国特許第３８７０３５１号明細書
【特許文献９】国際公開第２００７／０１７０８２号パンフレット
【特許文献１０】米国特許第４６１１８３８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６０４７７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
張力を受けるとジャンプアウトという現象が生じて１のねじ山から他のねじ山へと伝搬する可能性があり、これにより結合が分解するリスクがある。その現象は内圧が高いと促進される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、炭化水素坑井の探査又は作業のための張力的挙動が改善された結合に関する。ねじ結合は第１及び第２の管状部品を含む。第１部品はその外周面上に配置されたねじ山領域を含む雄型端部を含む。第２部品はその内周面上に配置されたねじ山領域を含む雌型端部を含む。雄型端部のねじ山領域は雌ねじ端部のねじ山領域に入って組立てられる。ねじ山領域は各々雄と雌のねじ山を含む。ねじ山はルート、クレスト、スタビングフランク及びロードフランクを含む。ルート近傍の雌型端部及び／又は雄型端部各々のねじ山領域のロードフランクに溝が設けられている。クレスト近傍の雄型端部及び／又は雌型端部各々のねじ山領域のロードフランクから軸方向に突出したボスが設けられている。ボスは凸面及び凹面を含む。結合状態で凹面と溝の間に位置する半径隙間でボスは溝に格納される。軸方向隙間は結合状態でボス端部と溝底部の間に位置する。
【０００６】
雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面は対応する隣接面に対して軸方向に隣接して接続してよい。
【０００７】
ボスは螺旋状に連続してよく、不連続でもよい。ねじ山は軸方向寸法が一定でもよい。軸方向隙間は結合状態で雄ねじ山と雌ねじ山のスタビングフランク間に位置してよい。スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で0.05mm〜1mmの範囲であってよい。
【０００８】
ボス端部と溝底部の間の軸方向隙間は結合状態で0.011mm〜2mmの範囲であってよい。
【０００９】
ボスの凹状面と溝の間の半径隙間は結合状態で0.005mm〜2mmの範囲であってよい。
【００１０】
ねじ山の軸方向寸法は変化してよい。
【００１１】
雌型端部のねじ山領域のクレストと雄型端部のねじ山領域のルートの間及び／又は雄型端部のねじ山領域のクレストと雌型端部のねじ山領域のルートの間の半径隙間は、結合状態で0.05mm〜0.5mmの範囲、好ましくは0.2mm未満であってよい。直径方向の干渉は、雌型端部のねじ山領域のクレストと雄型端部のねじ山領域のルートの間又は雄型端部のねじ山領域のクレストと雌型端部のねじ山領域のルートの間に設けられてよい。
【００１２】
スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で0.05mm〜2mmの範囲であってよい。
【００１３】
ボスの大直径軸面は雄型端部のねじ山領域のクレストに整列してよい。
【００１４】
雄型端部のねじ山領域のクレストは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雄型端部のねじ山領域のルートは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雌型端部のねじ山領域のクレストは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雌型端部のねじ山領域のルートは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。
【００１５】
雌型端部のねじ山領域のスタビングフランクは、10°〜35°の範囲、好ましくは15°〜25°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含んでよい。雄型端部のねじ山領域のスタビングフランクは10°〜35°の範囲、好ましくは15°〜25°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含んでよい。雄型端部及び雌型端部のねじ山領域のロードフランクは3°〜15°の範囲、好ましくは3°〜5°の範囲の角度で負に傾斜した直線部分を含んでよい。
【００１６】
ボスの軸方向長は0.1mm〜1mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.4mmの範囲であってよい。ボスの軸方向長はボスの半径方向高の50％〜150％の範囲、好ましくは80％〜120％の範囲であってよい。ボスの半径方向高は0.1mm〜1.5mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲であってよい。ボスの半径方向高は、ねじ山の半径方向高の5％〜45％の範囲、好ましくは10％〜30％の範囲であってよい。ボス端部は実質的に放射状であってよい。ねじ山の直径は変化してよい。
【００１７】
管状部品の外部直径は250mmを超えてよく、好ましくは350mmを超えてよい。管状部品はケーシングであってよい。
【００１８】
雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面は、対応する隣接面に対して軸方向に隣接して接続してよい。
【００１９】
雄型及び雌型端部は、金属／金属シールで締め付けることにより、互いに協働できるシール面を各々含んでよい。
【００２０】
「つなぎ上げ」という用語は、ねじ山領域の相互的係合に関して、一方の部品の、他方に対する相対的な回転及び移動の操作を意味する。「結合」又は「組立」という用語は、相対的な回転及び移動を継続する結果、２つの部品間に所定の組立トルクが生じる、つなぎ上げに続く操作を意味する。これが結合状態である。フランクの角度は、ルートに接続するフィレット半径のレベルでフランクの基部を通過する半径方向の平面に対して時計回り方向に測定される。
【００２１】
本発明の更なる特性及び利点は以下の詳細説明及び添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】長手方向の断面における第１のねじ結合を図式的に示したものである。
【図２】長手方向の断面における第２のねじ結合を図式的に示したものである。
【図３】長手方向の部分断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図４】長手方向の部分断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図５】長手方向の片側断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図６】高い軸方向負荷を受けた結合を図式的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面は、本発明を完成させるだけでなく、必要な場合はその定義をももたらす。
【００２４】
結合を改善するため、本出願人はプレミアム結合という優れた結合を開発したが、これはＡＰＩ規格を超える。場合によっては、シール面はねじ山領域に隣接して設けられてよく、このシール面は、部品をつなぎ上げる際に干渉するように接触する。
【００２５】
ねじ山領域は、雄型及び雌型の管状部品の各々の端部に設けられる。雌型の管状部品は長い管であってよく、又は対照的に、短いカップリング・タイプの管であってよい。高圧下での流体（液体又は気体）に対する緊密性は、したがって、シール面を相互に放射状に干渉しあうように接触させることに起因する。半径方向の干渉の強度は、雄型及び雌型のねじ山領域の相対的な軸方向位置決めの関数であり、この相対的位置決めは、例えば雄型端部及び雌型の各端部に設けられた隣接面の接触によって決定される。
【００２６】
相対的位置決めは、隣接接触に起因するので、隣接面は結合の内部表面上に設けられる。その外縁部では、雄型端部はシール面によって拡張されたねじ山領域を含み、このシール面はそれ自体が隣接面で終わる末端部分によって拡張され、この隣接面は結合の回転軸に対して放射状に向いている。その内縁部では、雌型端部はシール面によって拡張されたねじ山領域を含み、このシール面はそれ自体が隣接面で終わる末端部分によって拡張され、この隣接面は、結合の回転軸に対して放射状に向いている。当該結合は、したがって、２重の隣接面を備える。他の結合は、ねじ山領域の外部又はねじ山領域の内部に放射状に単一の隣接面を備える。
【００２７】
本出願人は特に、直径が300mmを超える、より詳細には375mmを超える大直径のねじ結合に重点的に取り組んだ。このような結合は、場合によっては、強い引張荷重及び圧縮性負荷を受ける。したがって、張力下及び圧縮状態における良好な結合性能が望まれる。張力荷重が過度であると、結合の２つの部品を離すように働く自発的現象により、ねじ山は互いに分離しうる。その結果は、技術面及び費用面で特に悩ましいものとなりうる。これは特に、ねじの噛み合わせがテーパー型母線である場合にあてはまり、ねじ山のジャンプアウトは、結合が完全に分解する原因となる。
【００２８】
特許文献１には、油井探査管で用いられる、雄型と雌型の結合のためのねじの噛み合わせが記載されている。ショルダ及び端面がちょうど接触状態にある場合、このねじ山はフランク間で接触する自動ロックタイプである。隣接面は、異なる角度のテーパー状である。ねじ山はまた半径方向で自己固定される。そのタイプの自己ロック及び自己固定のねじ結合は、非常に高い組立トルクが必要であるが、大直径の管ではこのようなトルクを達成することは困難である。ねじの噛み合わせでの空隙率は非常に低く、そのため、つなぎ上げによってグリースは高圧下におかれ、それによりリークが起きるかもしれない。ねじ山に対する隣接面の軸方向位置は、工業的許容性のために不確定であり、シール面の位置決め精度は低下し、その結果、リークが起こるかもしれない。つなぎ上げ操作の終わりは、つなぎ上げの間に正の隣接が存在しないため、トルクの上限を決定することによりかろうじて検知することができる。隣接は最後の組立の間に達成される。つなぎ上げトルクが過度であるとシール面を塑性変形する可能性があり、これは結合の気密に悪影響を与える。
【００２９】
特許文献２には、ねじの噛み合わせの２つの部分間が中心的に気密されている管状結合が記載されている。ねじ山のロードフランクは、組立後は、相互に接触している。不都合な点は、上記のタイプのものと実質的に同じである。
【００３０】
特許文献３、特許文献４及び特許文献５は、組立後のねじ山平面の接触を想定している。
【００３１】
特許文献６には、フックと協働したねじ山のプロファイルが記載されている。これらのフックは引張荷重及び半径方向変位荷重の全てを支持しており、このことは反復的、周期的負荷のあるねじ山にダメージを与えうる。引張荷重は表面積が狭いのために、低いままでなければならず、この表面積を経由して引張荷重が伝搬する。スタビングフランクは急傾斜しており、これは圧縮強度には悪影響を与える。ねじ山のクレストとバレーの間の干渉のため、高いつなぎ上げトルクが必要である。
【００３２】
本出願人は、つなぎ上げトルクが低くてもねじ山の部分と関係なくジャンプアウトのリスクを大きく低減する結合を開発し、これにより、軸受面が適切に位置決めされて、グリースのための十分な空間がもたらされる。ねじの噛み合わせは、ねじ山の幅が可変である。スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で、即ち、組立後、存在しており、半径隙間もねじ底とねじ頂点の間に存在する。ねじ山のロードフランクは負の角度である。ねじ山のスタビングフランクは正の角度である。隣接によりシール面を適切に位置決めできる。
【００３３】
図１に示すように、ねじ管状結合１には雌型端部２及び雄型端部３がある。雌型端部２及び／又は雄型端部３は、長さ数メートルの管に属し、例えば長さ１０〜１５メートルのオーダーである。１の端部、一般には雌端部は、カップリングの端部を構成し、すなわち、短管が、各雄型端部を備える２の長管を共に結合できるようにする（ねじとカップリングによるＴ＆Ｃ結合）。カップリングは２つの雌型端部を備えてよい。変形例として、長管は、１の雄型端部及び１の雌型端部を備えてよい（完全ねじ結合）。結合１は、工業的に大量生産されるタイプである。
【００３４】
結合１は、炭化水素坑井のためのストリングのケーシング若しくはチュービング又は同様な坑井のための坑井改修の昇水管若しくはドリルパイプ・ストリングを構成するのに用いられてよい。
【００３５】
管は、非合金、低合金若しくは高合金の鋼鉄又は鉄若しくは非鉄合金といった異なるタイプで製造されてよく、これらは機械的ストレスの程度、管の内部又は外部での流体の腐食性質等の使用条件に依存して、熱処理又は冷間加工される。例えば、耐腐食性である合金又は合成材料が保護コーティングとして施された耐腐食性の低い鋼鉄管を用いうる。
【００３６】
雌ねじ端部２には雌ねじ山領域４を含む。雌ねじ山領域４は、例えば0.5°〜5°の範囲、好ましくは1°〜3°の範囲の半値角のテーパー状である。雌ねじ山領域４は雌要素２の内部に配置されている。雄型端部３は、雄型端部３の外面に配置された雄ねじ山領域５を含む。雄ねじ山領域５は雌ねじ山領域４と結合する。雄ねじ山領域５には、実質的に雌ねじ山領域４のテーパーに等しいテーパーがある。
【００３７】
ねじ山領域４及び５について、隣接面７及び８の反対側に、雄型端部３は、結合の軸２０に実質的に垂直である遠位面６を含む。「遠位面」との用語は、連続又は不連続のねじ山領域と、雄又は雌の要素の自由端部の間に位置する表面を意味する。遠位面はこの自由端部に位置してよい。この場合、遠位面６は末端である。雄ねじ山領域５は、末端面６からシール面を格納するのに十分な距離まで延びている。末端面６は、結合状態で、雌型端部２の、実質的に放射状のいかなる随意の面、特にショルダから、例えば少なくとも0.1mm離れている。
【００３８】
雌型端部２の遠位面の形態は環状面で、この場合は実質的に放射状である。遠位面は、雌型端部２と雄型端部３の間の相対的な軸方向運動を制限することができる軸方向の隣接面８を形成している。隣接面８は、隣接面７を形成する雄端部３のショルダと接触しており、この場合は実質的に放射状である。隣接面８は放射状又は半径方向の面に対して45°までの角度で傾斜してよい。隣接面８は、特許文献７のテーパー形状、特許文献８若しくは特許文献９のドーナツ形状又は特許文献１０の多段形状、特許文献１１の突起又はこれらの組み合わせを具備してよい。当該文献は参照されることが勧められる。図１に示された例では絶対角度は１°未満である。雌型端部２及び雄型端部３の隣接面７及び８は、結合の外部側面に放射状に配置されている。隣接面７及び８は、雌ねじ山領域４及び雄ねじ山領域５と結合１の外面の間に配置される。
【００３９】
雌型端部２はねじ山領域４と隣接面８の間に実質的にテーパー状又は円筒状の非ねじ面１４を含み、これはねじ山領域５と隣接面７の間に配置された雄型端部３の実質的にテーパー状又は円筒状の面１５から放射状に離れている。面１４と１５の間の空き空間は、つなぎ上げの際にグリースがねじ山領域４と５の間から排出される場合、グリース用液溜めとなりうる。当該面１４及び１５により、機械加工挿入物が通過することができる。
【００４０】
隣接面８と反対のねじ山領域４の側面では、雌型端部２は凹部１０及び回転表面１２を含む。図１では、凹部１０は、ねじ山領域４のねじ底を拡張する面の形態である。凹部１０はねじ山領域４からの機械加工工具の除去を促進する。凹部１０は、つなぎ上げの際にグリースがねじ山領域４と５の間から排出される場合、グリース用の液溜めとなりうる。凹部１０は、ねじ山領域４のねじ底と同じテーパーがある形状であってよい。回転表面１２は隣接面８と反対方向に凹部１０を拡張する。回転表面１２は隣接面８の反対方向で直径が減少する。回転表面１２はテーパー状でよい。本発明の場合、回転表面１２は、軸平面内の断面で円形又は楕円形アークのドーム形状である。円形又は楕円形アークの半径は、8mm〜25mmの範囲であってよい。これを超えると、雌型端部２は、実質的に円筒状の回転面１６を含む。
【００４１】
雄型端部３は雄ねじ山領域６を超えて遠位の末端面６まで軸方向に延びるリップ９を含む。リップ９の外部はねじ山領域５のねじ底を拡張する非ねじ面を含む。非ねじ面はねじ山領域５のねじ底と同じテーパーがあってもよい。ねじ山領域５とは反対の軸方向に、リップ９は回転面１３を外部に含む。回転面１３の軸方向長は、回転表面１２の軸方向長よりもわずかに短い。回転面１３の一部及び回転表面１２の一部は、図に示された結合１の結合位置で放射状に相互干渉する接触状態にある。シール面を形成する回転表面１２及び１３により結合の内部と外部の間の流体運動を防ぐことできる。他の実施形態では、回転面１３は円形又は楕円形アークのドーム形状でありえ及び／又は回転表面１２はテーパー状であってよい。
【００４２】
回転面１３は実質的にテーパー状である。テーパーの角度は、1°〜45°の範囲、3°〜20°の範囲が好ましく、例えば6°である。回転面１３のテーパーの角度はねじ山領域４及び５のテーパー角度よりも大きくてよい。遠位末端面６は、ねじ山領域４の反対側の回転面１３の端部と結合する。結合は、面７及び８により形成された軸方向隣接を含み、これにより、結合状態で回転表面１２及び１３により形成されるシール領域の位置決めが正確になる。
【００４３】
図２の実施形態は、シールを形成する回転表面１２が例えば1°〜30°の範囲の半値角でテーパー状であることを除き、上記実施形態と類似である。シールを形成する回転面１３は、1°〜30°の範囲である半値角でテーパー状である。回転面１３の半値角は、回転表面１２の半値角よりも小さい。公知の方法では、直径方向の干渉を図示するために、回転表面１２及び１３は相互侵入のように表される。明らかに、回転表面１２及び１３は相互接触領域でわずかに変形する。回転表面１２は、実質的に放射状のショルダ１８の後に凹部１０に軸方向で続く。
【００４４】
第２シール領域は、隣接面７、８とねじ山領域４、５の間で軸方向に設けられている。非ねじ山内部表面１４には、軸方向断面でわずかにドーム化された、例えば円形又は楕円形アークがある。雌型端部２の内部表面１４はねじ底４０の延長に位置している。雄型端部３の外面１５はねじ頂点５０の延長に位置する。外面１５は、例えば1°〜45°の範囲の半値角でテーパー状である。内部表面１４及び外面１５は直径方向で干渉するように配列されている。
【００４５】
雄型端部３は、隣接面７に近接するシール面１５及び隣接面７に対して遠位にあるシール面１３を含む。シール面１３は、結合状態又は組立状態で、シール面１２と緊密に接触する。シール面１５は、雄ねじ山領域５と雄型３の外面３ａの間に配置されている。シール面１５は、結合状態又は組立状態で、シール面１４と緊密に接触している。
【００４６】
雄型端部３のリップ９は、シール面１５と雄型端部３の口径３ｂの間に延びる、実質的に放射状の末端面６を含む。口径３ｂの直径は変化してよい。このことは、厚さが過剰であるとよりよい接触圧力をもたらすことを意味する。末端面６の半径は、管の直径次第で0.5mm〜16mmでよく、管直径は550mmまででよく、250mmより大きいのが好ましく、350mmより大きいのがより好ましい。結合状態では、末端面６は雌型端部２の実質的に放射状のいかなる面からも、例えば少なくとも０．１ｍｍは離れている。結合には軸方向の隣接があるが、これによって、結合状態において一方ではシール面１２及び１３、他方ではシール面１４及び１５により形成された、２つのシール領域の位置決めが正確になる。
【００４７】
図３で示されるように、雌ねじ山領域４は、軸方向長がクレストに近接するねじ山４０を含み、これは基部に近接する軸方向長より短い。雄ねじ山領域５は、軸方向長がクレストに近接するねじ山５０を含み、これは基部に近接する軸方向長より長い。１つのねじ山のスタビングフランクの傾斜角度は時計回りで、この角度は結合の軸に垂直な半径方向の面に対して測定される。１つのねじ山のロードフランクの傾斜角度は反時計回りで、この角度は、結合の軸に垂直な半径方向の面に対してとられる。雌ねじ山領域４のスタビングフランクの傾斜角度は、雄ねじ山領域５のスタビングフランクの傾斜角度に実質的に等しい。雌ねじ山領域４のロードフランクの傾斜角度は、雄ねじ山領域５のロードフランクの傾斜角度に実質的に等しい。「フランクの傾斜」という用語は、当該フランクのテーパー部分の傾斜又は２つの曲率半径の間の変曲点での接線の傾斜のいずれかを意味する。
【００４８】
ねじ山４０、５０は、クレスト４１、５１、ルート４２、５２、ロードフランク４３、５３、及びスタビングフランク４４、５４を含む。結合の面取りは、フランクとクレストの間、及びフランクとルートの間にもたらされる。クレスト４１、５１及びルート４２、５２の幅は一定で管の軸に沿っている。クレスト４１、５１及びルート４２、５２の直径は、ねじの噛み合わせのテーパーのため、管の軸に沿って相当するねじ山の位置の関数として変化してよい。ねじ山４０、５０のクレスト４１、５１及びルート４２、５２はねじ結合の軸に並行である。これにより、つなぎ上げの間の機械加工及び係合が促進される。
【００４９】
ロードフランク４３は、半径方向の面に対して3°〜15°、好ましくは3°〜5°で傾斜してよい。ロードフランク４４は、半径方向の面に対して3°〜15°、好ましくは3°〜5°で傾斜してよい。スタビングフランク４４は、10°〜35°、好ましくは15°〜25°で傾斜してよい。スタビングフランク５４は10°〜35°で傾斜してよい。ルート４２の長さは0.5mm〜3mmの範囲でよい。ルート５２の長さは0.5mm〜3mmの範囲でよい。ねじ山４０及び５０の高さは3〜25の範囲での比率をもたらす。
【００５０】
さらに、溝又はチャネル４５は、ねじ山４０のロードフランク４３の基部に設けられる。溝４５はルート４２の延長に形成される。溝４５の半径方向寸法は0.11mm〜2mmの範囲である。溝４５の軸方向の寸法は0.1mm〜1.5mmの範囲である。溝４５は一般に、螺旋形状である。軸方向断面では、溝４５は実質的に放射状の底部４５ａ、大直径縁４５ｂ及び小直径縁４５ｃを含む。小直径縁４５ｃは実質的に軸状又はテーパー状である。大直径４５ｂは実質的に軸状で、好ましくはルート４２と同じ直径である。
【００５１】
あるいは、溝がねじ山５０のロードフランク５３の基部に設けられ、かつ、ボスがねじ山４０のロードフランク４３のクレストに設けられる。
【００５２】
ねじ山５０のロードフランク５３はボス５５を備える。ボス５５は、クレスト５１の延長に形成される。ボス５５の半径方向寸法は、ねじ山５０の半径方向寸法で、0.1mm〜1.5mmの範囲である。ボス５５の軸方向寸法は、ねじ山５０のルート５２の軸方向寸法で、0.1mm〜1mmの範囲である。ボス５５は一般に螺旋形状である。軸方向断面で、ボス５５は、実質的に放射状の面５５ａ、大直径縁５５ｂ及び小直径縁５５ｃを含む。実質的に放射状の面５５ａはボス５５の自由端を形成しうる。大直径縁５５ｂは凸状である。小直径縁５５ｃは凹状である。小直径縁４５ｃは実質的に軸状である。大直径縁５５ｂは、好ましくはクレスト５１と同じ直径であり、実質的に軸状である。ボス５５の断面積は、0.01mm２〜3mm２の範囲であってよい。ボス５５の半径方向寸法は、0.1〜1.5mmのオーダー、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲である。ボス５５の軸方向寸法は、0.1mm〜1mmのオーダーであり、0.2mm〜0.5mmの範囲が好ましい。
【００５３】
ボス５５の半径方向高はねじ山の半径方向高の比として表してよく、例えば5％〜45％の範囲、10％〜30％の範囲であるのが好ましい。ボス５５の軸方向の長さはその半径方向高の比として表してよく、例えば50％〜150％の範囲、80％〜120％の範囲であるのが好ましい。
【００５４】
（組立後の）結合状態では、半径方向の隙間が小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間に存在する。この半径方向の隙間は0.1mm〜2mmの範囲であってよい。
【００５５】
（組立後の）結合状態では、半径方向の隙間が雌ねじ山領域４のねじ山４０のクレスト４１と雄ねじ山領域５のねじ山５０のルート５２の間に存在する。半径方向の隙間は、0.05mm〜0.5mmのオーダーである。結合状態における半径方向の隙間は、望ましいグリースの量及び機械加工公差に従って選択しうる。機械加工の質が高い場合、0.15mm以下の隙間が望ましい。結合状態では、半径方向の隙間は、ねじ山４０のルート４２とねじ山５０のクレスト５１の間に存在してよい。半径方向の隙間は0.05mm〜0.5mmのオーダーである。あるいは、0〜1mmのオーダーの干渉が可能である。
【００５６】
（組立後の）結合状態では、軸向隙間は、図３〜５で示されるように、雌ねじ山領域４のねじ山４０のスタビングフランク４４及び５４の各々と雄ねじ山領域５のねじ山５０の間に存在する。軸向隙間は0.002mm〜1mmのオーダーである。結合状態における軸向隙間は、望ましいグリースの量、フランクの角度及び機械加工公差に従って選択しうる。機械加工が高品質で実行される場合は0.5mm以下の隙間が望ましい。ロードフランク４３及び５３は、組立後に干渉負荷を吸収する。
【００５７】
ねじの噛み合わせは放射状に保持するフックを相互に形成する。
【００５８】
結合の面取りは、0.05mm〜3mmの範囲であってよい。結合の面取りは、ロードフランクの最下部で応力の集中を軽減し、結合の疲労挙動を改善する。
【００５９】
図３の例において、スタビングフランク４４及び５４の角度は25°に等しい。ロードフランク４３及び５３の角度は3°に等しい。クレスト４１とルート５２の間の半径隙間は、0.15mmに等しい。スタビングフランク４４と５４の間の軸方向隙間は0.5mmのオーダーである。小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間の半径隙間は0.1mmに等しい。ボス５５の半径方向寸法は0.38mmに等しい。ボス５５の軸方向寸法は0.35mmに等しい。
【００６０】
図４及び５の例において、スタビングフランク４４及び５４の角度は、15°〜25°の範囲である。ロードフランク４３及び５３の角度は等しく、3°〜5°の範囲である。クレスト４１とルート５２の間の半径隙間は0.05mm〜0.15mmの範囲である。スタビングフランク４４と５４の間の軸方向隙間は0.5mmのオーダーである。小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間の半径隙間は0.2mmに等しい。ボス５５の半径方向寸法は0.35mmに等しい。ボス５５の軸方向寸法は0.35mmに等しい。
【００６１】
図５の例において、溝４５の小直径縁４５ｃの角度は好ましくは1°〜30°の範囲で、テーパー状である。ボス５５の小直径縁５５ｃの角度は好ましくは10°〜30°の範囲で、テーパー状である。小直径縁４５ｃ及び５５ｃのテーパーは等しくてよい。
【００６２】
図６は高い引張応力を受けた結合を示したものである。雌型端部２は外部に変形する傾向があり、雌要素２の自由端での隣接面８に近接する面１４に近づくにつれて、直径は拡大する。雄ねじ山５６と係合している最後の雌ねじ山４６は大きな半径方向に変形される。最後の雌ねじ山４６の溝４５は、弾性変形又は塑性変形した状態で、雄ねじ山５６のボス５５と接触している。雄ねじ山５７と係合している最後から２番目の雌ねじ山４７は、より短い半径方向に変形を受ける。最後から２番目の雌ねじ４７の溝４５は、わずかに弾性変形した状態で雄ねじ山５７のボス５５と接触している。雄ねじ山５８と係合した最後から３番目の雌ねじ山４８は、わずかな半径方向に離れており、半径方向の隙間は、最後から３番目の雌ねじ山４８の溝４５の小直径縁４５ｃと雄ねじ山５７のボス５５の小直径縁５５ｃの間で保存されている。したがって、自由端から第３番目のねじ山４８は正常な機械的機能をもたらすことができる。最初の２つのねじ山４７及び４８により、軸方向張力の反作用を受けて、雌型端部２の直径の増大が軽減される。最初の２つのねじ山４７及び４８は半径方向の完全な結合を維持し、軸方向の張力を受ける従来の結合で生じると予想されるジャンプアウトを防ぐ。
【００６３】
雌型４及び雄型５のねじ山領域は多条ねじ、好ましくは２重ねじを構成してよい。これによりつなぎ上げが速くなる。
【００６４】
変形例では、スタビングフランク４４及び５４の角度は、0〜-5°であってよい。
【００６５】
本結合は坑井の内部ケーシングを構成するのによく適合する。
【００６６】
本発明は、上記の結合及び管に限定されず、単なる実施例を目的とし、本明細書添付された請求の範囲の文脈において、当業者によって想定されうるいかなる変形例をも包含する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に炭化水素坑井の採掘又は作業に用いられる管状部品の緊密結合分野に関する。採掘又は作業の間、結合は高い圧縮及び引張応力を受けるが、分解してはならない。
【背景技術】
【０００２】
そのような結合は、軸方向の引張又は圧縮応力、内部又は外部の流体圧力性応力、曲げ又は捻じり応力も受けて、場合により組み合わされて強度が変動する。緊密性は、応力や現場での過酷な使用条件にもかかわらず、持続されなければならない。ねじ結合は、特に摩耗で性能劣化せずに、数回は組立及び分解できなければならない。管状部品は分解後に他の使用条件下で再使用されてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４８２２０８１号明細書
【特許文献２】米国特許第５４６２３１５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／２７３６３号明細書
【特許文献４】欧州特許第１０４６１７９号明細書
【特許文献５】欧州特許第１３０２６２３号明細書
【特許文献６】特開２００２−０８１５８４号公報
【特許文献７】欧州特許第０４８８９１２号明細書
【特許文献８】米国特許第３８７０３５１号明細書
【特許文献９】国際公開第２００７／０１７０８２号パンフレット
【特許文献１０】米国特許第４６１１８３８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６０４７７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
張力を受けるとジャンプアウトという現象が生じて１のねじ山から他のねじ山へと伝搬する可能性があり、これにより結合が分解するリスクがある。その現象は内圧が高いと促進される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、炭化水素坑井の探査又は作業のための張力的挙動が改善された結合に関する。ねじ結合は第１及び第２の管状部品を含む。第１部品はその外周面上に配置されたねじ山領域を含む雄型端部を含む。第２部品はその内周面上に配置されたねじ山領域を含む雌型端部を含む。雄型端部のねじ山領域は雌ねじ端部のねじ山領域に入って組立てられる。ねじ山領域は各々雄と雌のねじ山を含む。ねじ山はルート、クレスト、スタビングフランク及びロードフランクを含む。ルート近傍の雌型端部及び／又は雄型端部各々のねじ山領域のロードフランクに溝が設けられている。クレスト近傍の雄型端部及び／又は雌型端部各々のねじ山領域のロードフランクから軸方向に突出したボスが設けられている。ボスは凸面及び凹面を含む。結合状態で凹面と溝の間に位置する半径隙間でボスは溝に格納される。軸方向隙間は結合状態でボス端部と溝底部の間に位置する。
【０００６】
雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面は対応する隣接面に対して軸方向に隣接して接続してよい。
【０００７】
ボスは螺旋状に連続してよく、不連続でもよい。ねじ山は軸方向寸法が一定でもよい。軸方向隙間は結合状態で雄ねじ山と雌ねじ山のスタビングフランク間に位置してよい。スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で0.05mm〜1mmの範囲であってよい。
【０００８】
ボス端部と溝底部の間の軸方向隙間は結合状態で0.011mm〜2mmの範囲であってよい。
【０００９】
ボスの凹状面と溝の間の半径隙間は結合状態で0.005mm〜2mmの範囲であってよい。
【００１０】
ねじ山の軸方向寸法は変化してよい。
【００１１】
雌型端部のねじ山領域のクレストと雄型端部のねじ山領域のルートの間及び／又は雄型端部のねじ山領域のクレストと雌型端部のねじ山領域のルートの間の半径隙間は、結合状態で0.05mm〜0.5mmの範囲、好ましくは0.2mm未満であってよい。直径方向の干渉は、雌型端部のねじ山領域のクレストと雄型端部のねじ山領域のルートの間又は雄型端部のねじ山領域のクレストと雌型端部のねじ山領域のルートの間に設けられてよい。
【００１２】
スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で0.05mm〜2mmの範囲であってよい。
【００１３】
ボスの大直径軸面は雄型端部のねじ山領域のクレストに整列してよい。
【００１４】
雄型端部のねじ山領域のクレストは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雄型端部のねじ山領域のルートは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雌型端部のねじ山領域のクレストは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。雌型端部のねじ山領域のルートは実質的に軸状又はテーパー状であってよい。
【００１５】
雌型端部のねじ山領域のスタビングフランクは、10°〜35°の範囲、好ましくは15°〜25°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含んでよい。雄型端部のねじ山領域のスタビングフランクは10°〜35°の範囲、好ましくは15°〜25°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含んでよい。雄型端部及び雌型端部のねじ山領域のロードフランクは3°〜15°の範囲、好ましくは3°〜5°の範囲の角度で負に傾斜した直線部分を含んでよい。
【００１６】
ボスの軸方向長は0.1mm〜1mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.4mmの範囲であってよい。ボスの軸方向長はボスの半径方向高の50％〜150％の範囲、好ましくは80％〜120％の範囲であってよい。ボスの半径方向高は0.1mm〜1.5mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲であってよい。ボスの半径方向高は、ねじ山の半径方向高の5％〜45％の範囲、好ましくは10％〜30％の範囲であってよい。ボス端部は実質的に放射状であってよい。ねじ山の直径は変化してよい。
【００１７】
管状部品の外部直径は250mmを超えてよく、好ましくは350mmを超えてよい。管状部品はケーシングであってよい。
【００１８】
雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面は、対応する隣接面に対して軸方向に隣接して接続してよい。
【００１９】
雄型及び雌型端部は、金属／金属シールで締め付けることにより、互いに協働できるシール面を各々含んでよい。
【００２０】
「つなぎ上げ」という用語は、ねじ山領域の相互的係合に関して、一方の部品の、他方に対する相対的な回転及び移動の操作を意味する。「結合」又は「組立」という用語は、相対的な回転及び移動を継続する結果、２つの部品間に所定の組立トルクが生じる、つなぎ上げに続く操作を意味する。これが結合状態である。フランクの角度は、ルートに接続するフィレット半径のレベルでフランクの基部を通過する半径方向の平面に対して時計回り方向に測定される。
【００２１】
本発明の更なる特性及び利点は以下の詳細説明及び添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】長手方向の断面における第１のねじ結合を図式的に示したものである。
【図２】長手方向の断面における第２のねじ結合を図式的に示したものである。
【図３】長手方向の部分断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図４】長手方向の部分断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図５】長手方向の片側断面図において、結合のねじ山領域の例を図式的に示したものである。
【図６】高い軸方向負荷を受けた結合を図式的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付図面は、本発明を完成させるだけでなく、必要な場合はその定義をももたらす。
【００２４】
結合を改善するため、本出願人はプレミアム結合という優れた結合を開発したが、これはＡＰＩ規格を超える。場合によっては、シール面はねじ山領域に隣接して設けられてよく、このシール面は、部品をつなぎ上げる際に干渉するように接触する。
【００２５】
ねじ山領域は、雄型及び雌型の管状部品の各々の端部に設けられる。雌型の管状部品は長い管であってよく、又は対照的に、短いカップリング・タイプの管であってよい。高圧下での流体（液体又は気体）に対する緊密性は、したがって、シール面を相互に放射状に干渉しあうように接触させることに起因する。半径方向の干渉の強度は、雄型及び雌型のねじ山領域の相対的な軸方向位置決めの関数であり、この相対的位置決めは、例えば雄型端部及び雌型の各端部に設けられた隣接面の接触によって決定される。
【００２６】
相対的位置決めは、隣接接触に起因するので、隣接面は結合の内部表面上に設けられる。その外縁部では、雄型端部はシール面によって拡張されたねじ山領域を含み、このシール面はそれ自体が隣接面で終わる末端部分によって拡張され、この隣接面は結合の回転軸に対して放射状に向いている。その内縁部では、雌型端部はシール面によって拡張されたねじ山領域を含み、このシール面はそれ自体が隣接面で終わる末端部分によって拡張され、この隣接面は、結合の回転軸に対して放射状に向いている。当該結合は、したがって、２重の隣接面を備える。他の結合は、ねじ山領域の外部又はねじ山領域の内部に放射状に単一の隣接面を備える。
【００２７】
本出願人は特に、直径が300mmを超える、より詳細には375mmを超える大直径のねじ結合に重点的に取り組んだ。このような結合は、場合によっては、強い引張荷重及び圧縮性負荷を受ける。したがって、張力下及び圧縮状態における良好な結合性能が望まれる。張力荷重が過度であると、結合の２つの部品を離すように働く自発的現象により、ねじ山は互いに分離しうる。その結果は、技術面及び費用面で特に悩ましいものとなりうる。これは特に、ねじの噛み合わせがテーパー型母線である場合にあてはまり、ねじ山のジャンプアウトは、結合が完全に分解する原因となる。
【００２８】
特許文献１には、油井探査管で用いられる、雄型と雌型の結合のためのねじの噛み合わせが記載されている。ショルダ及び端面がちょうど接触状態にある場合、このねじ山はフランク間で接触する自動ロックタイプである。隣接面は、異なる角度のテーパー状である。ねじ山はまた半径方向で自己固定される。そのタイプの自己ロック及び自己固定のねじ結合は、非常に高い組立トルクが必要であるが、大直径の管ではこのようなトルクを達成することは困難である。ねじの噛み合わせでの空隙率は非常に低く、そのため、つなぎ上げによってグリースは高圧下におかれ、それによりリークが起きるかもしれない。ねじ山に対する隣接面の軸方向位置は、工業的許容性のために不確定であり、シール面の位置決め精度は低下し、その結果、リークが起こるかもしれない。つなぎ上げ操作の終わりは、つなぎ上げの間に正の隣接が存在しないため、トルクの上限を決定することによりかろうじて検知することができる。隣接は最後の組立の間に達成される。つなぎ上げトルクが過度であるとシール面を塑性変形する可能性があり、これは結合の気密に悪影響を与える。
【００２９】
特許文献２には、ねじの噛み合わせの２つの部分間が中心的に気密されている管状結合が記載されている。ねじ山のロードフランクは、組立後は、相互に接触している。不都合な点は、上記のタイプのものと実質的に同じである。
【００３０】
特許文献３、特許文献４及び特許文献５は、組立後のねじ山平面の接触を想定している。
【００３１】
特許文献６には、フックと協働したねじ山のプロファイルが記載されている。これらのフックは引張荷重及び半径方向変位荷重の全てを支持しており、このことは反復的、周期的負荷のあるねじ山にダメージを与えうる。引張荷重は表面積が狭いのために、低いままでなければならず、この表面積を経由して引張荷重が伝搬する。スタビングフランクは急傾斜しており、これは圧縮強度には悪影響を与える。ねじ山のクレストとバレーの間の干渉のため、高いつなぎ上げトルクが必要である。
【００３２】
本出願人は、つなぎ上げトルクが低くてもねじ山の部分と関係なくジャンプアウトのリスクを大きく低減する結合を開発し、これにより、軸受面が適切に位置決めされて、グリースのための十分な空間がもたらされる。ねじの噛み合わせは、ねじ山の幅が可変である。スタビングフランク間の軸方向隙間は結合状態で、即ち、組立後、存在しており、半径隙間もねじ底とねじ頂点の間に存在する。ねじ山のロードフランクは負の角度である。ねじ山のスタビングフランクは正の角度である。隣接によりシール面を適切に位置決めできる。
【００３３】
図１に示すように、ねじ管状結合１には雌型端部２及び雄型端部３がある。雌型端部２及び／又は雄型端部３は、長さ数メートルの管に属し、例えば長さ１０〜１５メートルのオーダーである。１の端部、一般には雌端部は、カップリングの端部を構成し、すなわち、短管が、各雄型端部を備える２の長管を共に結合できるようにする（ねじとカップリングによるＴ＆Ｃ結合）。カップリングは２つの雌型端部を備えてよい。変形例として、長管は、１の雄型端部及び１の雌型端部を備えてよい（完全ねじ結合）。結合１は、工業的に大量生産されるタイプである。
【００３４】
結合１は、炭化水素坑井のためのストリングのケーシング若しくはチュービング又は同様な坑井のための坑井改修の昇水管若しくはドリルパイプ・ストリングを構成するのに用いられてよい。
【００３５】
管は、非合金、低合金若しくは高合金の鋼鉄又は鉄若しくは非鉄合金といった異なるタイプで製造されてよく、これらは機械的ストレスの程度、管の内部又は外部での流体の腐食性質等の使用条件に依存して、熱処理又は冷間加工される。例えば、耐腐食性である合金又は合成材料が保護コーティングとして施された耐腐食性の低い鋼鉄管を用いうる。
【００３６】
雌ねじ端部２には雌ねじ山領域４を含む。雌ねじ山領域４は、例えば0.5°〜5°の範囲、好ましくは1°〜3°の範囲の半値角のテーパー状である。雌ねじ山領域４は雌要素２の内部に配置されている。雄型端部３は、雄型端部３の外面に配置された雄ねじ山領域５を含む。雄ねじ山領域５は雌ねじ山領域４と結合する。雄ねじ山領域５には、実質的に雌ねじ山領域４のテーパーに等しいテーパーがある。
【００３７】
ねじ山領域４及び５について、隣接面７及び８の反対側に、雄型端部３は、結合の軸２０に実質的に垂直である遠位面６を含む。「遠位面」との用語は、連続又は不連続のねじ山領域と、雄又は雌の要素の自由端部の間に位置する表面を意味する。遠位面はこの自由端部に位置してよい。この場合、遠位面６は末端である。雄ねじ山領域５は、末端面６からシール面を格納するのに十分な距離まで延びている。末端面６は、結合状態で、雌型端部２の、実質的に放射状のいかなる随意の面、特にショルダから、例えば少なくとも0.1mm離れている。
【００３８】
雌型端部２の遠位面の形態は環状面で、この場合は実質的に放射状である。遠位面は、雌型端部２と雄型端部３の間の相対的な軸方向運動を制限することができる軸方向の隣接面８を形成している。隣接面８は、隣接面７を形成する雄端部３のショルダと接触しており、この場合は実質的に放射状である。隣接面８は放射状又は半径方向の面に対して45°までの角度で傾斜してよい。隣接面８は、特許文献７のテーパー形状、特許文献８若しくは特許文献９のドーナツ形状又は特許文献１０の多段形状、特許文献１１の突起又はこれらの組み合わせを具備してよい。当該文献は参照されることが勧められる。図１に示された例では絶対角度は１°未満である。雌型端部２及び雄型端部３の隣接面７及び８は、結合の外部側面に放射状に配置されている。隣接面７及び８は、雌ねじ山領域４及び雄ねじ山領域５と結合１の外面の間に配置される。
【００３９】
雌型端部２はねじ山領域４と隣接面８の間に実質的にテーパー状又は円筒状の非ねじ面１４を含み、これはねじ山領域５と隣接面７の間に配置された雄型端部３の実質的にテーパー状又は円筒状の面１５から放射状に離れている。面１４と１５の間の空き空間は、つなぎ上げの際にグリースがねじ山領域４と５の間から排出される場合、グリース用液溜めとなりうる。当該面１４及び１５により、機械加工挿入物が通過することができる。
【００４０】
隣接面８と反対のねじ山領域４の側面では、雌型端部２は凹部１０及び回転表面１２を含む。図１では、凹部１０は、ねじ山領域４のねじ底を拡張する面の形態である。凹部１０はねじ山領域４からの機械加工工具の除去を促進する。凹部１０は、つなぎ上げの際にグリースがねじ山領域４と５の間から排出される場合、グリース用の液溜めとなりうる。凹部１０は、ねじ山領域４のねじ底と同じテーパーがある形状であってよい。回転表面１２は隣接面８と反対方向に凹部１０を拡張する。回転表面１２は隣接面８の反対方向で直径が減少する。回転表面１２はテーパー状でよい。本発明の場合、回転表面１２は、軸平面内の断面で円形又は楕円形アークのドーム形状である。円形又は楕円形アークの半径は、8mm〜25mmの範囲であってよい。これを超えると、雌型端部２は、実質的に円筒状の回転面１６を含む。
【００４１】
雄型端部３は雄ねじ山領域６を超えて遠位の末端面６まで軸方向に延びるリップ９を含む。リップ９の外部はねじ山領域５のねじ底を拡張する非ねじ面を含む。非ねじ面はねじ山領域５のねじ底と同じテーパーがあってもよい。ねじ山領域５とは反対の軸方向に、リップ９は回転面１３を外部に含む。回転面１３の軸方向長は、回転表面１２の軸方向長よりもわずかに短い。回転面１３の一部及び回転表面１２の一部は、図に示された結合１の結合位置で放射状に相互干渉する接触状態にある。シール面を形成する回転表面１２及び１３により結合の内部と外部の間の流体運動を防ぐことできる。他の実施形態では、回転面１３は円形又は楕円形アークのドーム形状でありえ及び／又は回転表面１２はテーパー状であってよい。
【００４２】
回転面１３は実質的にテーパー状である。テーパーの角度は、1°〜45°の範囲、3°〜20°の範囲が好ましく、例えば6°である。回転面１３のテーパーの角度はねじ山領域４及び５のテーパー角度よりも大きくてよい。遠位末端面６は、ねじ山領域４の反対側の回転面１３の端部と結合する。結合は、面７及び８により形成された軸方向隣接を含み、これにより、結合状態で回転表面１２及び１３により形成されるシール領域の位置決めが正確になる。
【００４３】
図２の実施形態は、シールを形成する回転表面１２が例えば1°〜30°の範囲の半値角でテーパー状であることを除き、上記実施形態と類似である。シールを形成する回転面１３は、1°〜30°の範囲である半値角でテーパー状である。回転面１３の半値角は、回転表面１２の半値角よりも小さい。公知の方法では、直径方向の干渉を図示するために、回転表面１２及び１３は相互侵入のように表される。明らかに、回転表面１２及び１３は相互接触領域でわずかに変形する。回転表面１２は、実質的に放射状のショルダ１８の後に凹部１０に軸方向で続く。
【００４４】
第２シール領域は、隣接面７、８とねじ山領域４、５の間で軸方向に設けられている。非ねじ山内部表面１４には、軸方向断面でわずかにドーム化された、例えば円形又は楕円形アークがある。雌型端部２の内部表面１４はねじ底４０の延長に位置している。雄型端部３の外面１５はねじ頂点５０の延長に位置する。外面１５は、例えば1°〜45°の範囲の半値角でテーパー状である。内部表面１４及び外面１５は直径方向で干渉するように配列されている。
【００４５】
雄型端部３は、隣接面７に近接するシール面１５及び隣接面７に対して遠位にあるシール面１３を含む。シール面１３は、結合状態又は組立状態で、シール面１２と緊密に接触する。シール面１５は、雄ねじ山領域５と雄型３の外面３ａの間に配置されている。シール面１５は、結合状態又は組立状態で、シール面１４と緊密に接触している。
【００４６】
雄型端部３のリップ９は、シール面１５と雄型端部３の口径３ｂの間に延びる、実質的に放射状の末端面６を含む。口径３ｂの直径は変化してよい。このことは、厚さが過剰であるとよりよい接触圧力をもたらすことを意味する。末端面６の半径は、管の直径次第で0.5mm〜16mmでよく、管直径は550mmまででよく、250mmより大きいのが好ましく、350mmより大きいのがより好ましい。結合状態では、末端面６は雌型端部２の実質的に放射状のいかなる面からも、例えば少なくとも０．１ｍｍは離れている。結合には軸方向の隣接があるが、これによって、結合状態において一方ではシール面１２及び１３、他方ではシール面１４及び１５により形成された、２つのシール領域の位置決めが正確になる。
【００４７】
図３で示されるように、雌ねじ山領域４は、軸方向長がクレストに近接するねじ山４０を含み、これは基部に近接する軸方向長より短い。雄ねじ山領域５は、軸方向長がクレストに近接するねじ山５０を含み、これは基部に近接する軸方向長より長い。１つのねじ山のスタビングフランクの傾斜角度は時計回りで、この角度は結合の軸に垂直な半径方向の面に対して測定される。１つのねじ山のロードフランクの傾斜角度は反時計回りで、この角度は、結合の軸に垂直な半径方向の面に対してとられる。雌ねじ山領域４のスタビングフランクの傾斜角度は、雄ねじ山領域５のスタビングフランクの傾斜角度に実質的に等しい。雌ねじ山領域４のロードフランクの傾斜角度は、雄ねじ山領域５のロードフランクの傾斜角度に実質的に等しい。「フランクの傾斜」という用語は、当該フランクのテーパー部分の傾斜又は２つの曲率半径の間の変曲点での接線の傾斜のいずれかを意味する。
【００４８】
ねじ山４０、５０は、クレスト４１、５１、ルート４２、５２、ロードフランク４３、５３、及びスタビングフランク４４、５４を含む。結合の面取りは、フランクとクレストの間、及びフランクとルートの間にもたらされる。クレスト４１、５１及びルート４２、５２の幅は一定で管の軸に沿っている。クレスト４１、５１及びルート４２、５２の直径は、ねじの噛み合わせのテーパーのため、管の軸に沿って相当するねじ山の位置の関数として変化してよい。ねじ山４０、５０のクレスト４１、５１及びルート４２、５２はねじ結合の軸に並行である。これにより、つなぎ上げの間の機械加工及び係合が促進される。
【００４９】
ロードフランク４３は、半径方向の面に対して3°〜15°、好ましくは3°〜5°で傾斜してよい。ロードフランク４４は、半径方向の面に対して3°〜15°、好ましくは3°〜5°で傾斜してよい。スタビングフランク４４は、10°〜35°、好ましくは15°〜25°で傾斜してよい。スタビングフランク５４は10°〜35°で傾斜してよい。ルート４２の長さは0.5mm〜3mmの範囲でよい。ルート５２の長さは0.5mm〜3mmの範囲でよい。ねじ山４０及び５０の高さは3〜25の範囲での比率をもたらす。
【００５０】
さらに、溝又はチャネル４５は、ねじ山４０のロードフランク４３の基部に設けられる。溝４５はルート４２の延長に形成される。溝４５の半径方向寸法は0.11mm〜2mmの範囲である。溝４５の軸方向の寸法は0.1mm〜1.5mmの範囲である。溝４５は一般に、螺旋形状である。軸方向断面では、溝４５は実質的に放射状の底部４５ａ、大直径縁４５ｂ及び小直径縁４５ｃを含む。小直径縁４５ｃは実質的に軸状又はテーパー状である。大直径４５ｂは実質的に軸状で、好ましくはルート４２と同じ直径である。
【００５１】
あるいは、溝がねじ山５０のロードフランク５３の基部に設けられ、かつ、ボスがねじ山４０のロードフランク４３のクレストに設けられる。
【００５２】
ねじ山５０のロードフランク５３はボス５５を備える。ボス５５は、クレスト５１の延長に形成される。ボス５５の半径方向寸法は、ねじ山５０の半径方向寸法で、0.1mm〜1.5mmの範囲である。ボス５５の軸方向寸法は、ねじ山５０のルート５２の軸方向寸法で、0.1mm〜1mmの範囲である。ボス５５は一般に螺旋形状である。軸方向断面で、ボス５５は、実質的に放射状の面５５ａ、大直径縁５５ｂ及び小直径縁５５ｃを含む。実質的に放射状の面５５ａはボス５５の自由端を形成しうる。大直径縁５５ｂは凸状である。小直径縁５５ｃは凹状である。小直径縁４５ｃは実質的に軸状である。大直径縁５５ｂは、好ましくはクレスト５１と同じ直径であり、実質的に軸状である。ボス５５の断面積は、0.01mm２〜3mm２の範囲であってよい。ボス５５の半径方向寸法は、0.1〜1.5mmのオーダー、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲である。ボス５５の軸方向寸法は、0.1mm〜1mmのオーダーであり、0.2mm〜0.5mmの範囲が好ましい。
【００５３】
ボス５５の半径方向高はねじ山の半径方向高の比として表してよく、例えば5％〜45％の範囲、10％〜30％の範囲であるのが好ましい。ボス５５の軸方向の長さはその半径方向高の比として表してよく、例えば50％〜150％の範囲、80％〜120％の範囲であるのが好ましい。
【００５４】
（組立後の）結合状態では、半径方向の隙間が小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間に存在する。この半径方向の隙間は0.1mm〜2mmの範囲であってよい。
【００５５】
（組立後の）結合状態では、半径方向の隙間が雌ねじ山領域４のねじ山４０のクレスト４１と雄ねじ山領域５のねじ山５０のルート５２の間に存在する。半径方向の隙間は、0.05mm〜0.5mmのオーダーである。結合状態における半径方向の隙間は、望ましいグリースの量及び機械加工公差に従って選択しうる。機械加工の質が高い場合、0.15mm以下の隙間が望ましい。結合状態では、半径方向の隙間は、ねじ山４０のルート４２とねじ山５０のクレスト５１の間に存在してよい。半径方向の隙間は0.05mm〜0.5mmのオーダーである。あるいは、0〜1mmのオーダーの干渉が可能である。
【００５６】
（組立後の）結合状態では、軸向隙間は、図３〜５で示されるように、雌ねじ山領域４のねじ山４０のスタビングフランク４４及び５４の各々と雄ねじ山領域５のねじ山５０の間に存在する。軸向隙間は0.002mm〜1mmのオーダーである。結合状態における軸向隙間は、望ましいグリースの量、フランクの角度及び機械加工公差に従って選択しうる。機械加工が高品質で実行される場合は0.5mm以下の隙間が望ましい。ロードフランク４３及び５３は、組立後に干渉負荷を吸収する。
【００５７】
ねじの噛み合わせは放射状に保持するフックを相互に形成する。
【００５８】
結合の面取りは、0.05mm〜3mmの範囲であってよい。結合の面取りは、ロードフランクの最下部で応力の集中を軽減し、結合の疲労挙動を改善する。
【００５９】
図３の例において、スタビングフランク４４及び５４の角度は25°に等しい。ロードフランク４３及び５３の角度は3°に等しい。クレスト４１とルート５２の間の半径隙間は、0.15mmに等しい。スタビングフランク４４と５４の間の軸方向隙間は0.5mmのオーダーである。小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間の半径隙間は0.1mmに等しい。ボス５５の半径方向寸法は0.38mmに等しい。ボス５５の軸方向寸法は0.35mmに等しい。
【００６０】
図４及び５の例において、スタビングフランク４４及び５４の角度は、15°〜25°の範囲である。ロードフランク４３及び５３の角度は等しく、3°〜5°の範囲である。クレスト４１とルート５２の間の半径隙間は0.05mm〜0.15mmの範囲である。スタビングフランク４４と５４の間の軸方向隙間は0.5mmのオーダーである。小直径縁４５ｃと小直径縁５５ｃの間の半径隙間は0.2mmに等しい。ボス５５の半径方向寸法は0.35mmに等しい。ボス５５の軸方向寸法は0.35mmに等しい。
【００６１】
図５の例において、溝４５の小直径縁４５ｃの角度は好ましくは1°〜30°の範囲で、テーパー状である。ボス５５の小直径縁５５ｃの角度は好ましくは10°〜30°の範囲で、テーパー状である。小直径縁４５ｃ及び５５ｃのテーパーは等しくてよい。
【００６２】
図６は高い引張応力を受けた結合を示したものである。雌型端部２は外部に変形する傾向があり、雌要素２の自由端での隣接面８に近接する面１４に近づくにつれて、直径は拡大する。雄ねじ山５６と係合している最後の雌ねじ山４６は大きな半径方向に変形される。最後の雌ねじ山４６の溝４５は、弾性変形又は塑性変形した状態で、雄ねじ山５６のボス５５と接触している。雄ねじ山５７と係合している最後から２番目の雌ねじ山４７は、より短い半径方向に変形を受ける。最後から２番目の雌ねじ４７の溝４５は、わずかに弾性変形した状態で雄ねじ山５７のボス５５と接触している。雄ねじ山５８と係合した最後から３番目の雌ねじ山４８は、わずかな半径方向に離れており、半径方向の隙間は、最後から３番目の雌ねじ山４８の溝４５の小直径縁４５ｃと雄ねじ山５７のボス５５の小直径縁５５ｃの間で保存されている。したがって、自由端から第３番目のねじ山４８は正常な機械的機能をもたらすことができる。最初の２つのねじ山４７及び４８により、軸方向張力の反作用を受けて、雌型端部２の直径の増大が軽減される。最初の２つのねじ山４７及び４８は半径方向の完全な結合を維持し、軸方向の張力を受ける従来の結合で生じると予想されるジャンプアウトを防ぐ。
【００６３】
雌型４及び雄型５のねじ山領域は多条ねじ、好ましくは２重ねじを構成してよい。これによりつなぎ上げが速くなる。
【００６４】
変形例では、スタビングフランク４４及び５４の角度は、0〜-5°であってよい。
【００６５】
本結合は坑井の内部ケーシングを構成するのによく適合する。
【００６６】
本発明は、上記の結合及び管に限定されず、単なる実施例を目的とし、本明細書添付された請求の範囲の文脈において、当業者によって想定されうるいかなる変形例をも包含する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素坑井の探査及び作業で使用されるねじ結合（１）であって、
前記結合は第１管状部品と第２管状部品と含み、
前記第１管状部品はその外周面に配置されたねじ山領域（５）を含む雄型端部（３）を含み、
前記第２管状部品はその内周面に配置されたねじ山領域（４）を含む雌型端部（２）を含み、
前記雄型端部の前記ねじ山領域（５）は、前記雌型端部の前記ねじ山領域（４）の中につなぎ上げられ、
前記ねじ山領域（４、５）は各々雄及び雌のねじ山（４０、５０）を含み、
前記ねじ山（４０、５０）はルート（４２、５２）、クレスト（４１、５１）、スタビングフランク（４４、５４）及びロードフランク（４３、５３）を含み、
溝（４５）が、前記ルート（４２）に各々近接する前記雌型端部及び／又は雄型端部の、前記ねじ山領域（４０）の前記ロードフランクに設けられ、
前記雄型端部のねじ山領域（５０）の前記ロードフランクから及び／又は前記クレスト（５１）に近接する前記雌型端部から、各々に軸方向に突出するボス（５５）が設けられ、
前記ボス（５５）は凸面（５５ｂ）及び凹面（５５ｃ）を含み、
前記ボス（５５）は、結合状態で半径隙間が前記凹面と前記溝の間に位置し、かつ軸向隙間が前記ボス端部と前記溝底部の間に位置する状態で前記溝（４５）に格納される、
ことを特徴とする、ねじ結合。
【請求項２】
前記ボスは連続的である、請求項１記載のねじ結合。
【請求項３】
前記ボスは不連続的である、請求項１記載のねじ結合。
【請求項４】
前記ボス（５５）の前記端部と前記溝（４５）の前記底部の間の前記軸方向隙間は結合状態で0.011mm〜2mmの範囲である、請求項１〜３いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項５】
前記ボス（５５）の前記凹面と前記溝（４５）の間の前記半径隙間は結合状態で0.005mm〜2mmの範囲である、請求項１〜４いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項６】
前記ねじ山は一定の軸方向寸法を有し、軸方向隙間は結合状態で前記雄及び雌のねじ山の前記スタビングフランク（４４、５４）の間に位置する、請求項１〜５いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項７】
前記スタビングフランク（４４、５４）の間の前記軸方向隙間は、結合状態で0.05mm〜1mmの範囲である、請求項６記載のねじ結合。
【請求項８】
前記ねじ山の軸方向寸法は可変である、請求項１〜５のいずれか１項記載のねじ結合。
【請求項９】
半径隙間が結合状態で前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間及び／又は前記雌ねじ山の前記クレスト（４１）と前記雄ねじ山の前記ルート（５２）の間に位置する、請求項１〜８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１０】
前記雌型端部の前記ねじ山領域（４）の前記クレスト（４１）と前記雄型端部の前記ねじ山領域（５）の前記ルート（５２）の間の前記半径隙間及び／又は前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間の前記半径隙間は、結合状態で0.05mm〜0.5mmの範囲、好ましくは0.2mm未満である、請求項９記載のねじ結合。
【請求項１１】
前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間又は前記雌ねじ山の前記クレスト（４１）と前記雄ねじ山の前記ルート（５２）の間に結合状態で干渉が存在する、請求項１〜８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１２】
前記雄型及び雌型端部の前記ねじ山領域の前記スタビングフランク（４４）は、１０°〜３５°の範囲、好ましくは１５°〜２５°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含む、請求項１〜１１いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１３】
前記雄型及び雌型の端部の前記ねじ山領域の前記ロードフランク（４３）は、３°〜１５°の角度、好ましくは３°〜５°の角度で負に傾斜した直線部分を含む、請求項１〜１２いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１４】
前記ボス（５５）の軸方向長は、0.1mm〜1mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.4mmの範囲である、請求項１〜１３いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１５】
前記ボス（５５）の前記軸方向長は、前記ボスの半径方向高の50〜150％の範囲、好ましくは80％〜120％の範囲である、請求項１〜１４いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１６】
前記ボス（５５）の前記半径方向高は、0.1mm〜1.5mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲である、請求項１〜１５いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１７】
前記ボス（５５）の前記半径方向高は、前記ねじ山の前記半径方向高の5％〜45％の範囲、好ましくは10％〜30％の範囲である、請求項１〜１６いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１８】
前記雌型（４）及び雄型（５）のねじ領域は多条ねじ、好ましくは２重ねじである、請求項１〜１７いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１９】
前記雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面が、相当する隣接面に対して軸方向に隣接して接続する、請求項１〜１８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項２０】
前記雄型及び雌型端部の各々は、金属／金属シールで互いに締め付けて協働するシール面を含む、請求項１９記載のねじ結合。
【請求項１】
炭化水素坑井の探査及び作業で使用されるねじ結合（１）であって、
前記結合は第１管状部品と第２管状部品と含み、
前記第１管状部品はその外周面に配置されたねじ山領域（５）を含む雄型端部（３）を含み、
前記第２管状部品はその内周面に配置されたねじ山領域（４）を含む雌型端部（２）を含み、
前記雄型端部の前記ねじ山領域（５）は、前記雌型端部の前記ねじ山領域（４）の中につなぎ上げられ、
前記ねじ山領域（４、５）は各々雄及び雌のねじ山（４０、５０）を含み、
前記ねじ山（４０、５０）はルート（４２、５２）、クレスト（４１、５１）、スタビングフランク（４４、５４）及びロードフランク（４３、５３）を含み、
溝（４５）が、前記ルート（４２）に各々近接する前記雌型端部及び／又は雄型端部の、前記ねじ山領域（４０）の前記ロードフランクに設けられ、
前記雄型端部のねじ山領域（５０）の前記ロードフランクから及び／又は前記クレスト（５１）に近接する前記雌型端部から、各々に軸方向に突出するボス（５５）が設けられ、
前記ボス（５５）は凸面（５５ｂ）及び凹面（５５ｃ）を含み、
前記ボス（５５）は、結合状態で半径隙間が前記凹面と前記溝の間に位置し、かつ軸向隙間が前記ボス端部と前記溝底部の間に位置する状態で前記溝（４５）に格納される、
ことを特徴とする、ねじ結合。
【請求項２】
前記ボスは連続的である、請求項１記載のねじ結合。
【請求項３】
前記ボスは不連続的である、請求項１記載のねじ結合。
【請求項４】
前記ボス（５５）の前記端部と前記溝（４５）の前記底部の間の前記軸方向隙間は結合状態で0.011mm〜2mmの範囲である、請求項１〜３いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項５】
前記ボス（５５）の前記凹面と前記溝（４５）の間の前記半径隙間は結合状態で0.005mm〜2mmの範囲である、請求項１〜４いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項６】
前記ねじ山は一定の軸方向寸法を有し、軸方向隙間は結合状態で前記雄及び雌のねじ山の前記スタビングフランク（４４、５４）の間に位置する、請求項１〜５いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項７】
前記スタビングフランク（４４、５４）の間の前記軸方向隙間は、結合状態で0.05mm〜1mmの範囲である、請求項６記載のねじ結合。
【請求項８】
前記ねじ山の軸方向寸法は可変である、請求項１〜５のいずれか１項記載のねじ結合。
【請求項９】
半径隙間が結合状態で前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間及び／又は前記雌ねじ山の前記クレスト（４１）と前記雄ねじ山の前記ルート（５２）の間に位置する、請求項１〜８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１０】
前記雌型端部の前記ねじ山領域（４）の前記クレスト（４１）と前記雄型端部の前記ねじ山領域（５）の前記ルート（５２）の間の前記半径隙間及び／又は前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間の前記半径隙間は、結合状態で0.05mm〜0.5mmの範囲、好ましくは0.2mm未満である、請求項９記載のねじ結合。
【請求項１１】
前記雄ねじ山の前記クレスト（５１）と前記雌ねじ山の前記ルート（４２）の間又は前記雌ねじ山の前記クレスト（４１）と前記雄ねじ山の前記ルート（５２）の間に結合状態で干渉が存在する、請求項１〜８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１２】
前記雄型及び雌型端部の前記ねじ山領域の前記スタビングフランク（４４）は、１０°〜３５°の範囲、好ましくは１５°〜２５°の範囲の角度で正に傾斜した直線部分を含む、請求項１〜１１いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１３】
前記雄型及び雌型の端部の前記ねじ山領域の前記ロードフランク（４３）は、３°〜１５°の角度、好ましくは３°〜５°の角度で負に傾斜した直線部分を含む、請求項１〜１２いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１４】
前記ボス（５５）の軸方向長は、0.1mm〜1mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.4mmの範囲である、請求項１〜１３いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１５】
前記ボス（５５）の前記軸方向長は、前記ボスの半径方向高の50〜150％の範囲、好ましくは80％〜120％の範囲である、請求項１〜１４いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１６】
前記ボス（５５）の前記半径方向高は、0.1mm〜1.5mmの範囲、好ましくは0.2mm〜0.5mmの範囲である、請求項１〜１５いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１７】
前記ボス（５５）の前記半径方向高は、前記ねじ山の前記半径方向高の5％〜45％の範囲、好ましくは10％〜30％の範囲である、請求項１〜１６いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１８】
前記雌型（４）及び雄型（５）のねじ領域は多条ねじ、好ましくは２重ねじである、請求項１〜１７いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項１９】
前記雄型端部及び／又は雌型端部の遠位面が、相当する隣接面に対して軸方向に隣接して接続する、請求項１〜１８いずれか１項記載のねじ結合。
【請求項２０】
前記雄型及び雌型端部の各々は、金属／金属シールで互いに締め付けて協働するシール面を含む、請求項１９記載のねじ結合。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５１２３９３（Ｐ２０１３−５１２３９３Ａ）
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４０３２１（Ｐ２０１２−５４０３２１）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００７１９１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６３９７６
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０４２５５２４９）ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス (30)
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＬＯＵＲＥＣ ＭＡＮＮＥＳＭＡＮＮ ＯＩＬ ＆ ＧＡＳ ＦＲＡＮＣＥ
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００７１９１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６３９７６
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０４２５５２４９）ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス (30)
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＬＯＵＲＥＣ ＭＡＮＮＥＳＭＡＮＮ ＯＩＬ ＆ ＧＡＳ ＦＲＡＮＣＥ
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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