JP2015534614A - 管状ねじ接続 - Google Patents

Abstract

管状ねじ接続が第１のチューブと第２のチューブを含み、前記第１のチューブがピン部材を含み、前記第２のチューブがボックス部材を含み、前記ピンの各断面領域が前記ボックス部材のボックス臨界断面の断面領域の約?５％の範囲内にあり、前記ピンと前記ボックスの各々の断面領域が、前記ボックスのボックス中間臨界断面と前記ピン部材のピン中間臨界断面の和の約?５％の範囲内にあり、組み立てられた状態において、前記管状ねじ接続の軸方向において偏心流体密封シールを形成するように前記ピンの第１のシール面が径方向において前記ボックスの第２のシール面と係合する。【選択図】図１

Description

本発明は、管状ねじ接続、およびねじによって接続されるチューブの接続部または組立体に関する。

本願明細書に記載されたチューブは産業界で使用され、具体的には、チュービング、管状プロダクションアクセサリのライン、または油井またはガス井の操業または探鉱または開発のためのケーシングまたはライナーまたはライザーのためのストリングラインに用いられる組立体またはねじ接続に用いられている。また、本願明細書に記載されているねじ付き組立体または結合部は、例えば、地熱発電所または蒸気プラントのパイプラインまたは管状アクセサリを組み立てることが所望される可能性がある場合の何らかの目的のためにも用いることができる。本願明細書に記載されているねじ付き組立体は、以下で説明するように、特に、油井またはガス井のケーシング、またはケーシングストリングの底部を越える所謂ライナーに用いられる金属チューブのアセンブリに有用である。

厳しい使用条件下であっても、機械的特性および気密性の観点から満足な結果が得られる石油またはガス運搬チューブの多くの種類の組立体が公知である。それらの組立体の幾つかは、両端部に円錐台形の雄型ねじが備えられたチューブの使用を伴い、それらのチューブは、対応する２つの円錐台形の雌型ねじを有するカップリングによって組み立てられる。この組立て方法には、雄型ねじと雌型ねじの間に生じる正の干渉の存在により、該組立体の２つのコンポーネントを固定するという利点がある。

しかしながら、それらのカップリングの外径は、対応するチューブの外径よりも大きく、それらの組立体がケーシングチューブとともに使用される場合、該カップリングの外径を収容するために、増大した直径の掘削孔が穿孔される必要がある。４，０００メートルを超える深さの大深度坑井の場合、ケーシングストリングの対応するチューブよりも僅かに大きい外径の細いカップリングを用いるとして、坑井の最初のケーシングストリングの初期直径と結果として表面近傍の坑井の直径は、カップリングを用いると大きさが倍になる可能性がある。

この問題を解消するため、カップリングまたはスリーブが不要な組立体を用いることができる。この場合、管状要素は、１つの雄型ねじ末端と、１つの雌型ねじ末端を夫々有し、それによって薄い組立体を形成する。これらの組立体または結合部は、一般に、カップリングまたはスリーブを利用する組立体または結合部と対比して、一体化組立体または結合部と呼ばれている。ケーシングストリングの底部において該ケーシングストリングに吊るされ、掘削孔には固定されず、場合により石油またはガス産出層に届くように水平方向に向かうライナーの場合、一体化結合部に対する同じ要求も満たされる。具体的には、非在来型のガス貯留層、例えば所謂シェールガス貯留層の開発は、一体化結合部を伴うそのような小径の細いライナーを必要とする。

一体化組立体は、一般に、雌型ねじに対応する末端に拡大した直径を含み、雄型ねじに対応する末端に縮小した直径を含むチューブ上に形成される。これは、該チューブに接合する組立体の幾何学的および機械的強度を確保するように、該チューブの厚みに十分な物理的形状を有するためである。

また、単一のもののみの代わりに、２つの連続する部分または段にねじを用いることにより、雌型組立体の強度を補強することも可能である。ねじの各段は、異なるねじ径を有し、中央リング状隣接部によって隔てられている。この隣接部は、ねじの十分な締付けを可能にするとともに、過剰なねじ留めを回避することを可能にする。負のロードフランクを有するねじの場合、該隣接部は、それらの負のロードフランクに対してそれらのねじを締め付けることを可能にし、これによって、強い圧力と結合する可能性があるか、またはその可能性のない引張り応力の作用により、ねじの離脱のリスクが低減する。しかし、ねじの段間の隣接部は、接合組立体内の径方向材料厚さの配分を要し、それによって、該結合部における該組立体全体の外径が増加する。

一実施例において、第１のチューブ（「第１の管状部材」ともいう）と、第２のチューブ（「第２の管状部材」ともいう）を含む管状ねじ接続が設けられる。該接続は、例えばねじセミフラッシュ接続であってもよい。第１のチューブは、第１のチューブの本体の末端から第１のチューブの終端側末端まで延びる（「管状雄型末端」ともいう）ピン部材を含んでいる。第１のチューブの本体は、第１のチューブの軸方向に沿って実質的に一定の内径および外径を有することができる。該ピン部材は、雄ねじの２つの径方向オフセット部分（段）を含んでいる。該雄ねじの２つの径方向オフセット部分は、第１のねじ部と第２のねじ部を含んでいる。第１のねじ部は、第１のシール面によって第２のねじ部と隔てられている。第１のねじ部は、第１のチューブの終端側末端と第１のシール面の間に配置され、第２のねじ部は、第１のシール面と第１のチューブの本体の末端の間に配置される。

第２のチューブは、第２のチューブの本体の末端から、第２のチューブの終端側末端まで延びる（「管状雌型末端」とも称される）ボックス部材を含んでいる。第２のチューブの本体は、第２のチューブの軸方向に沿って、実質的に一定の内径および外径を有することができる。該ボックス部材は、雌ねじの２つの径方向オフセット部分（段）を含んでいる。該雌ねじの２つの径方向オフセット部分は、第３のねじ部と第４のねじ部を含んでいる。第３のねじ部は、第２のシール面によって第４のねじ部と隔てられている。第３のねじ部は、第２のチューブの終端側末端と、第２のシール面の間に配置され、第４のねじ部は、第２のシール面と、第２のチューブの本体の末端の間に配置される。組立てられた状態において、第１のシール面は、該管状ねじ接続の軸方向に延びる流体密封偏心シールを形成するように、径方向において第２のシール面と係合している。

テーパ状ねじの２つの段は、第１の管状部材および第２の管状部材の一方の終端側末端にランイン（ｒｕｎ−ｉｎ）部を、反体側にランアウト（ｒｕｎ−ｏｕｔ）部を含んでいる。第１の管状部材の各ランイン部は第２の管状部材のランアウト部と係合し、第２の管状部材の各ランイン部は第１の管状部材のランアウト部と係合する。該ボックスの外径は第１および第２の管状部材の公称外径よりもわずか１０％（好ましくは、わずか６％）大きい。

該ピン部材は、第１のチューブの本体の末端に近接する第２のねじ部のねじ谷底部に配設されたピン臨界断面（ｐｉｎ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ：ＰＣＣＳ）を有する。ＰＣＣＳは、該ピンの全てのねじにわたって伝達される全張力を受ける。該ボックス部材は、第２のチューブの本体の末端に近接する第４のねじ部のねじ谷底部に配設されたボックス臨界断面（ｂｏｘ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ：ＢＣＣＳ）を有する。ＢＣＣＳは、該ボックスの全てのねじにわたって伝達される全張力を受ける。該ボックス部材は、第２のチューブの第２のシール面に近接する第３のねじ部のねじ谷底部に配設されたボックス中間臨界断面（ｂｏｘ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ：ＢＩＣＣＳ）を有する。ＢＩＣＣＳは、該ボックスの第３のねじ部にわたって伝達される張力を受ける。該ピン部材は、第１のチューブの第１のシール面に近接する第１のねじ部のねじ谷底部に配設されたピン中間臨界断面（ｐｉｎ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ：ＰＩＣＣＳ）を有する。ＰＩＣＣＳは、該ピンの第１のねじ部にわたって伝達される張力を受ける。本発明の一実施の形態において、第１および第２のチューブは下記の関係を満たす。
・ ＰＣＣＳはＢＣＣＳの約±５％以内であり、
・ ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは約±５％以内（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）であり、
・ ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２．０以上である。

本発明の他の実施の形態において、第１および第２のチューブは下記の関係を満たす。
・ ＰＣＣＳはＢＣＣＳの約±５％以内であり、
・ ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは約±５％以内（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）であり、
・ 第２のねじ部の全長は、第１のねじ部の全長で割り算すると、２．０以上になる。

添付図面とともに検討すれば、以下の詳細な説明によって本発明およびこれに付随する多くの効果が、より良く理解される。
図１は、本発明の非限定的な実施の形態による、雄型管状要素と雌型管状要素が合わせて組み立てられた結合部の断面である。 図２は、本発明の非限定的な実施の形態による、図１に示された結合部のシール部の詳細な断面図である。 図３は、本発明の非限定的な実施の形態による、図１に示された結合部のねじランイン部の内の１つの詳細な断面図である。 図４は、中央肩部、ピンおよびボックスの末端側終端近傍に末端シールを含む従来の結合部の断面図である。 図５は、雄型円錐台形ねじ切り部分の側面図の軸Ｘ１−Ｘ１に沿った部分切取り図である。 図６は、本発明の非限定的な実施の形態による、図１の結合部のねじランイン部の内の１つの詳細な断面図である。

以下の説明で用いられている幾つかの専門用語は、便宜的なものに過ぎず、および非限定的である。「組立体」または「結合部」または「接合部」という用語は、これらの用語が、更なる意味の具体的な用語を示す特定の文脈で用いられている場合を除いて、以下の説明において同じ意味を有する。「パイプ」という用語は、既存の、または、産業界で使用される可能性のある如何なる種類のチューブ、管状コンポーネント、管状アクセサリも包含する。「隣接部」または「隣接面」または「肩部」という用語は、これらの用語が、更なる意味の具体的な用語を示す特定の文脈で用いられている場合を除いて、以下の説明において同じ意味を有する。

米国特許第５，６８７，９９９号の明細書には、ねじ部の末端を越えた、結合部の内部末端および外部末端に、２つの流体密封金属間シール面を備えた接続について記載されている。米国特許第５，６８７，９９９号の明細書の内容は、参照によって本願明細書に組み込まれ、米国特許第５，６８７，９９９号の明細書の図２、３は、本開示の図４、５として再現されている。

図４に示されるように、雄型要素および雌型要素は、２つのねじ切り部分、すなわち、雄型要素１のねじ切り部分４、５と、雌型要素２のねじ切り部分６、７とを備えた領域を有し、それらの間には、リング状隣接面または肩部２４が配設される。それらのねじ切り部分４、５およびねじ切り部分６、７の中間部は円錐台形状である。

該雄型要素の４つの円錐台形のねじ切り部分４、５と、該雌型要素のねじ切り部分６、７は、それらの末端の各々に、先細りのねじの高さがゼロ値まで減少する該ねじから成るゾーンを有している。該ねじの高さの減少は、所謂ランアウトねじ部を形成するように、該ねじの頂部を該雄型要素または雌型要素の軸に関して一定の直径に機械加工、または所謂ランインねじ部を形成するように、該軸に関して一定の直径のねじ谷底部を機械加工することによって実現することができる。２つの雄型および雌型要素を組み立てることによって、それらのねじが、該ねじ切り部の中間部および該先細りのねじを備えた末端ゾーンの両方において、対応するハウジング内に完全に係合する。

図４に示すように、これらの末端ゾーンにおいて、該先細りのねじの頂部および谷底部は、円錐台形の外径１６、１７または円錐台形の内径１８、１９の収束によって、外側または内側に向かって制限され、該外径および内径の各々は、該ねじ切り部の中間部の表面、および円筒形の内径２０、２１または円筒形の外径２２、２３を延長する。これらの円筒形面２１、２２の直径の差は、組立体３の中央ゾーンにおけるリング状隣接部または肩部２４の径方向高さ「Ｄ」に一致する。このリング状隣接部または肩部２４は、互いに隣接する雄型要素１および雌型要素２の２つの面を有することによって組み立てられる。

図４に示す結合部において、隣接部２４は何らかの気密または密封機能を実行しない。具体的には、隣接部２４は該組立体の全ての通常の動作条件下でシールを形成しない。その代わりに、２つの流体密封金属間シール面２７、２８が、該ねじ部の末端を越えた、該結合部の内部末端および外部末端に配置される。

図５に示すように、雄型ねじのロードフランク、例えば符号３０は、該要素の軸Ｘ１−Ｘ１に対して直角に延びる線に対して約−３度〜−２０度の負の傾角Ａを伴う母線を有する。螺合時には負のロードフランクを伴うこれらのねじと隣接部２４との協働が、雄型要素１と雌型要素２を互いに接触させて締付けることを可能にする。これによって、該ねじにおける解体または分離のリスクが実質的になくなる。

図４、５に示す接続において、Ｘ１−Ｘ１軸に直角な雄型要素および雌型要素の肩部（または、隣接）面は、所定の径方向の差Ｄの場合、該結合部の機械的強度を向上させる。その結果、雄型要素１の臨界厚さＥ２および雌型要素２の臨界厚さに、可能な限り大きな値を与えることも可能である。該中央ゾーン内の金属／金属気密面、すなわち、既に説明したように、その有効性が米国特許第５，６８７，９９９号の明細書に照らして、このゾーンの剛性により十分でない面がないことが、２つの円錐台形のねじ切り部分を互いに近づけて動かすことを可能にし、それに伴って、前記特許に照らして、該２つの雄型要素および雌型要素の間の結合作用を改善できる。

しかし、図４に示す接続における厚い壁の位置に配設された封止面２７、２８によって占められる径方向空間のため、この接続の高い封止特性は高い引張効率をもたらさない。具体的には、図４に示す接続の引張効率が７０〜８０％の引張効率しか実現しないことを、本出願人は決定した。接続の引張効率は、ねじの最小「臨界部分」と、パイプ本体断面の比であり、該接続の能力を制限する。一方、該雄型部および雌型部の末端の厚さを増すと、中央肩部領域のサイズが小さくなって、該接続の圧縮に対する耐性が低下する。

図１〜３は、約８１％〜９２％、好ましくは約８５％〜９２％の引張効率を有する実施例の接続を示す。以下でより詳細に説明するように、本実施例は、中央肩部を用いていない。他の態様において、本実施例は、外側半径における（該接続の中心線軸の方への）偏心シールの半径の内側よりも、（該接続の中心線軸から離れる）偏心シールの外側の半径に、より大きな材料厚さを配分することにより、該接続の内部耐圧性を最大限にする。また、本実施例は、限定するものではないが、組立時の軸方向固定効果を与えるとともに、例えば、油井において張力を受けたときのねじのジャンプアウトのリスクを回避または低減するために、負のロードフランクを備える蟻継ぎ状のねじも用いる。

図１は、第１の管状部材および第２の管状部材を含む接続を示す。第１の管状部材には、管状雌型末端１０１が設けられ、また、第２の管状部材には、管状雌型末端１０２が設けられている。第１の管状部材の管状雄型末端１０１は、「ピン」とも呼ばれ、また、第２の管状部材の雌型末端１０２は、「ボックス」とも呼ばれている。図１の実施例は、ねじ付きセミフラッシュ接続であり、すなわち、ボックスの外径が、パイプの外径よりもわずかに大きく、２つの部材、すなわち、ピン１０１およびボックス１０２には末端が形成されている。ピン１０１およびボックス１０２は、テーパ状ねじから成る２つの段と、偏心シール１２５とを含んでいる。該ピンは、小径のねじ部１０４および大径のねじ部１０５を含んでいる。該ボックスは、小径のねじ部１０６および大径のねじ部１０７を含んでいる。該接続は雌ねじ部（１０４、１０６）および雄ねじ部（１０５、１０７）を有している。偏心シール部１２５が雌ねじ部（１０４、１０６）と雄ねじ部（１０５、１０７）の間に配設される。

図１に示す接続のねじの構成は、図４、５の実施例のそれと同様であってもよい。したがって、ねじの各段は、該部材の自由端（終端側末端）の側にランイン部、反対側にランアウト部を備えている。ピン１０１の各ランイン部は、ボックス１０２のランアウト部と係合し、ボックス１０２の各ランイン部は、ピン１０１のランアウト部と係合する。該ランインおよびランアウト部分は、完全なランイン／ランアウト部分、または、不完全なランイン／ランアウト部分であってもよく、すなわち、後者の場合、ねじの高さは、ゼロまで減少しない。ねじ高さの消散率は、長いねじ付き分を避けるために、該ランイン／ランアウト部分に沿って変えてもよい。加えて、図３に関連して更に詳細に議論するように、係合したねじのランイン部分とランアウト部分との間の移行点は、同じ位置になくてもよい。

別法として、図１に示す接続のねじの構成は、図６に示すような蟻継ぎ状であってもよい。ピン１０１の蟻継ぎ状ねじ２３４の軸方向断面は、該接続の中心線からの距離が減少するにつれて軸方向幅が増加する。同様に、ボックス１０２の蟻継ぎ状ねじ２３６の軸方向断面は、該接続の中心線からの距離が減少するにつれて軸方向幅が増加する。

蟻継ぎ状ねじ２３４のロードフランク２３０は、負の荷重角度２２２を有することができる。荷重角度２２２は、ロードフランク２３０の断面と、該要素の軸２５０に直角に延びるライン２２０の間に画成される。一実施の形態において、荷重角度２２２は、約−０．５度〜−１．５度である。本発明の他の実施の形態において、荷重角度２２２は約−０．９度〜−１．１度である。本発明の更に他の実施の形態において、荷重角度２２２は約−１度である。

蟻継ぎ状ねじ２３４のスタブフランク２３２は、負のスタブ角度２２４を有することができる。スタブ角度２２４は、スタブフランク２３２の断面と、該要素の軸２５０に直角に延びるライン２２０の間に画成される。一実施の形態において、スタブ角度２２４は約−３．５度〜−４．５度である。本発明の他の実施の形態において、スタブ角度２２４は約−３．９度〜−４．１度である。本発明の更に他の実施の形態において、スタブ角度２２４は約−４度である。

図１に示す接続の引張効率を向上させるため、各ねじの末端にランイン部およびランアウト部を備えた２段接続にし、この実施例では、該接続の４つの臨界部分間に特定のバランスを含んでいる。それらの部分は、ピン臨界断面（ＰＣＣＳ）１７１、ボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）１７２、ピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）１７３、ボックス臨界断面（ＢＣＣＳ）１７４を含んでいる。ＰＣＣＳ１７１は、全てのねじにわたって伝達される最大限の引張を受け、管状雄型末端１０１の自由端（終端側末端）の反対側の管状雄型末端１０１の末端に配設される（管状雄型末端とも呼ばれる）ピン１０１の断面領域である。ＢＣＣＳ１７４は、全てのねじにわたって伝達される最大限の引張を受け、管状雌型末端１０２の終端側末端の反対側の管状雌型末端１０２の末端に配設される（管状雌型末端とも呼ばれる）ボックス１０２の断面領域である。ＢＩＣＣＳ１７２は、管状雌型末端１０２の雄ねじ部１０７にわたって伝達される引張を受け、管状雌型末端１０２の自由端（終端側末端）の反対側の雄ねじ部１０７の末端に配設される管状雌型末端１０２の断面領域である。ＰＩＣＣＳは、管状雄型末端１０１の雌ねじ部１０４にわたって伝達される引張を受け、管状雄型末端１０１の自由端（終端側末端）の反対側の雌ねじ部１０４の末端に配設される管状雄型末端１０１の断面領域である。

言及した該接続のこれらの４つの臨界部分が十分に高くない場合、その場所で破断が生じる可能性がある。ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは、ピン１０１およびボックス１０２の夫々の末端近傍で破断のリスクを呈している。ＰＩＣＣＳとＢＩＣＣＳの合計は、偏心シール１２５近傍の引張による破断のリスクを呈している。本願の発明者は、次の特定の関係、すなわち、ＰＣＣＳ〜（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）〜ＢＣＣＳを満たすことにより、向上した引張効率を実現できることを認識した。本実施例において、符号「〜」は±５％以内に等しいことを意味している。

上記方法で上述した４つの臨界部分間の効率のバランスが、より大きなトルク耐性を得るためにシール領域を最大化し、且つ該接続の軸方向性能を確保ながら、該接続の効率を最大化して（〜９０％）維持することを、本願の発明者は認識した。

また、臨界部分間の関係は、２％または１％という小さな差を伴ってもよい。好ましくは、該偏心シール近傍の破断を防ぐため、ＰＩＣＣＳとＢＩＣＣＳの合計がＰＣＣＳとＢＣＣＳの最高値よりも大きい。好適な実施の形態では、該管状接続はどのようなトルク肩部も含まない。他の実施の形態では、該管状ねじ接続の偏心シール１２５は、該管状ねじ接続内の単なる流体密封シールである。

図２に示すように、本実施例のシール１２５は、径方向のシールにボックス１０２のシール面１６２を与えるピン１０１のシール面１５２を有する。したがって、該接続が組み立てられるとき、該ピンおよびボックスのシール面１５２、１６２は、これらの間の径方向の干渉によって密接する。

図２に示すように、該ボックスおよびピンの面は、該ピンの面１５３とボックスの対応する面１６３の間に径方向隙間２１０をもたらすように形成されている。これらの面はシールを形成しない。

第２の隙間２１２が、シール１２５と、隙間２１０からシール１２５の反対側のねじの間に配設される。隙間２１２は、ピン１０１およびボックス１０２の円筒形面１５１、１６１間に形成される径方向の隙間である。隙間２１０は、組立時の短いねじ部１０４、１０６の応力を緩和するように構成されている。隙間２１０、２１２は、対称的にすることができる。好適な実施の形態において、隙間２１０、２１２は対称的ではなく、シール面１５２のより大きな柔軟性を可能にするため、面１５３によって画成された溝を加えることができる。その柔軟性は、シール１２５への応力集中を緩和することができ、密封能力を僅かに増すことができる。溝１５３は、該ボックスのシールの移行角度で配置することができ、０．５ｍｍ未満は四捨五入することができる。溝１５３の直径は、該ピンのシール１２５内で直径方向に１ｍｍとすることができる。

図1に示すように、本発明の非限定的な実施の形態の管状ねじ接続は、第１のチューブの本体の末端から、第１のチューブの終端側末端まで延びるピン部材１０１を有する第１のチューブを含んでいる。ピン部材１０１は、雄ねじの２つの径方向オフセット部分、すなわち、第１のねじ部１０４および第２のねじ部１０５を含んでいる。第１のねじ部１０４は、第１のシール面１５２によって、第２のねじ部１０５と隔てられている。第１のねじ部１０４は、第１のチューブの終端側末端と、第１のシール面１５２の間に配設される。第２のねじ部１０５は、第１のシール面１５２と、第１のチューブの本体の末端の間に配設される。

第２のチューブは、第２のチューブの本体の末端から、第２のチューブの終端側末端まで延びるボックス部材１０２を含んでいる。該ボックス部材は、雌ねじの２つの径方向オフセット部分、すなわち、第３のねじ部１０７および第４のねじ部１０６を含んでいる。第３のねじ部１０７は、第２のシール面１６２によって、第４のねじ部１０６と隔てられている。第３のねじ部１０７は、第２のチューブの終端側末端と、第２のシール面１６２の間に配設される。第４のねじ部１０６は、第２のシール面１６２と、第２のチューブの本体の末端の間に配設される。

該ピン部材は、第１のチューブの本体の末端に近接する第２のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン臨界断面（ＰＣＣＳ）１７１を含んでいる。該ボックス部材は、第２のチューブの本体の末端に近接する第４のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス臨界断面（ＢＣＣＳ）１７４を含んでいる。ボックス部材１０２は、第２のチューブの第２のシール面に近接する第３のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）１７２を含んでいる。ピン部材１０１は、第１のチューブの第１のシール面に近接する第１のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）１７３を含んでいる。

組立てられた状態では、第１のシール面１５２は、該管状ねじ接続の軸方向に延びる流体密封偏心シール１２５を形成するように、径方向において第２のシール面１６２と係合する。この実施の形態において、シール１２５は、第２のチューブの終端側末端よりも第１のチューブの終端側末端に近接して配置されるため偏心している。第１および第２のチューブは以下の関係を満たしている。

ＰＣＣＳはＢＣＣＳの約±５％以内であり、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは約±５％以内（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）であり、ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２．０以上である。

好適な実施の形態において、ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２〜５である。他の実施の形態において、ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２．５〜３．０である。更に他の実施の形態において、ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは少なくとも２．０以上であり、少なくとも３０．８×ＯＡＣＥ−２５である。ただし、ＯＡＣＥは１０進フォーマットの全体の接続効率（ｏｖｅｒａｌｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）である。

本発明の実施の形態によれば、組立てられた状態では、流体密封偏心シール１２５は、第１の隙間部１５３／１６３により、該管状ねじ接続の軸方向において第２のねじ部１０５および第３のねじ部１０７と隔てることができ、第１の隙間２１０が第１の隙間部１５３／１６３においてピンとボックスの間に形成され、ピン１０１およびボックス１０２は第１の隙間部１５３／１６３において径方向において互いに隔てられている。第１の隙間２１０は、３ｍｍ〜１５ｍｍの軸向隙間と、０．１２５ｍｍ〜０．４ｍｍの半径隙間を含むことができる。

本発明の実施の形態によれば、組立てられた状態では、流体密封シール２０５は、第２の隙間部１５１／１６１により、該管状ねじ接続の軸方向において、第１のねじ部１０４および第４のねじ部１０６から隔てられている。該ピンおよび該ボックスは、第２の隙間部２１２が、第２の隙間部１５１／１６１においてピン１０１とボックス１０２の間に形成されるように、第２の隙間部１５１／１６１において径方向において互いに隔てられている。第２の隙間２１２は、組立てられたときに、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍの軸向隙間を含むことができる。

好適な実施の形態において、第１、第２、第３および第４のねじ部は夫々蟻継ぎ状ねじを含んでいる。該蟻継ぎ状ねじのロードフランクは、負の傾きを有することができる。該蟻継ぎ状ねじは、−３．５〜−４．５度のスタブフランク角度を有することができる。そのスタブフランク角度は、−３．９〜−４．１度とすることができる。該蟻継ぎ状ねじは、−０．５〜−１．５度のロードフランク角度を有することができる。好適な実施の形態において、そのロードフランク角度は、−０．９〜−１．１度とすることができる。一実施の形態において、該頂部および該谷底部は、ねじテーパに対して平行にすることができる。非限定的な実施例において、該ボックスおよび該ピンのねじ幅が等しく、組立中に係合して該ねじを固定する場合、意図的なフランク干渉はない。一実施の形態において、該ねじは、流体密封シールを形成しない。

好適な実施の形態において、該ねじは漸増可変幅を有することができる。該ロードフランクおよびスタブフランクは、可変幅ねじを形成するように、異なるリードを有するが、そのねじの長さに関して変化はなく、摂動もない。一実施の形態において、第１、第２、第３および第４のねじウェッジ比は同じである。ウェッジ比は、ねじ長さ、フランク角度、フランクピッチ、フランク半径およびねじ高さ等の幾何学的考察に基づいて選択することができる。また、ウェッジ比は、製造サイクルタイム、パス回数、および切削インサートの寸法等の製造上の考察に基づいて選択することもできる。非限定的な実施の形態において、ウェッジ比は、３〜６％以内、または３．５％〜４．５％、または４％〜４．２５％とすることができる。非限定的な実施の形態において、ねじピッチは２〜５ＴＰＩまたは３〜４ＴＰＩの範囲内とすることができる。

好適な実施の形態において、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは、約±３％（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）以内である。他の実施の形態において、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳの各々は、約±２％（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）以内である。好適な実施の形態において、（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）は、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳよりも大きい。

好適な実施の形態において、該管状ねじ接続の引張効率は、約８１％〜９２％であり、好ましくは約８５％〜９２％である。他の実施の形態において、該管状ねじ接続の引張効率は、８９％〜９１％である。他の実施の形態において、該管状ねじ接続の引張効率は、８９％〜９０％である。

好適な実施の形態において、ＰＣＣＳは、ＢＣＣＳの約±５％以内であり、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは、約±５％（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）以内であり、第２の（および／または第３の）ねじ部の全長を、第１の（および／または第４の）ねじ部の全長で割ると、２．０以上になる。好適な実施の形態において、このような長いねじ部と短いねじ部のねじ長さの比は、２．０〜４であり、好ましくは、２．５〜４である。他の実施の形態において、ねじ長さの比は、少なくとも２．０以上であり、少なくとも３７．２×ＯＡＣＥ−３０．５である。ただし、ＯＡＣＥは１０進フォーマットの全体の接続効率であり、例えば９０％である。

他の実施の形態において、第２のねじ部のねじの総数を第１のねじ部のねじの総数で割ると、１．５以上および３．０未満となる。また、他の実施の形態において、第２のねじ部のねじの総数を第１のねじ部のねじの総数で割ると、１．７以上および２．５未満となる。他の実施の形態において、第２のねじ部のねじの総数を第１のねじ部のねじの総数で割ると、１．５以上となり、少なくとも１９．２×ＯＡＣＥ−１５．３となる。ただし、ＯＡＣＥは１０進フォーマットの全体の接続効率であり、例えば８９％である。

図４に示す接続は、上述した臨界部分間の関係に従わない。その代わり、図４の接続は、（パイプ断面と比較した場合、百分率で）より低い接続臨界部分比と、それに伴って、図１〜３に記載した実施例の場合よりも小さい該接続の引張効率（すなわち、該接続比の最小値）で特徴付けられる。

図４の接続において、雄型要素１および雌型要素２の厚さ末端のシール面２７、２８によって占められる径方向空間は、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳを低減する。対照的に、図１〜３の実施例は、該ピンの大径のねじ１０５の厚さ末端と、該ボックスの小径のねじ１０６の厚さ末端を、大きな欠点を伴うことなく、図４の接続の場合よりも厚く形成でき、それに伴って上記臨界部分間の新規な関係を確実にする偏心シール構造を含んでいる。

図４の２つの端末シール２７、２８の代わりの、図１の単一の偏心シール１２５の選択は、該シールによって占められる径方向空間を減らすことを可能にしている。その結果、ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳの両方を増加させることができる。また、このような選択は、該接続を端末シール間に密閉されないオーバードーピング、潤滑油ドープの場合のドープ圧力によるピンおよびボックスのジャンプアウトのリスクに対する感度を小さくする。

シール１２５のシール面１５２、１６２は、実質的に同じテーパの円錐状面とすることができ、面１５２、１６２の一方は、凸状に突出した面、例えば１０〜１００ｍｍのトーラス半径によって画成されたトーラス面とすることができ、他方の面は円錐状とすることができる。例えば１／６（１６．７％）のシールテーパを選択することができる。シール面１５２、１６２の構造は、封止的考察に基づいて選択することができ、磨耗低減的考察に基づいて選択する必要はない。

上述したように、該ピンおよびボックスのねじランインは、図４に示された円筒状−円錐状接続に基づいている。雄ねじ部の円筒状−円錐状ピンランインと、雌ねじ部の円筒状−円錐状ボックスランインを有することにより、該肩部領域が次のように最大化される。すなわち、（円筒状ランイン長さ×ねじテーパ）＝１つのランインねじ部による肩部高さが増加する。肩部１２４の各側には１つのランインねじ部があるため（一方は該ピンに、他方の１つは該ボックスに）、肩部高さの増加分の合計は各ランインねじ部による増加の合計となる。図３は、図１に示される結合部のねじランイン部の一方の詳細な断面図を示している。具体的には、図３は、ボックス１０２のねじ１０７のランアウト部と、ピン１０１のねじ１０５のランイン部を示している。ライン１９３、１９４は、テーパ状経路をたどるラインを示している。該ランインねじ部のピン谷底部は、加工用インサートの形状によりテーパ状になっている。

係合されたねじのランイン部分とランアウト部分の間の移行点は必ずしも同じ位置になくてもよい。該ランイン部の円筒状ねじ長さは、例えば３〜４のねじピッチとすることができる。

ねじテーパは、１／１８（５．５５５％）から１／６（１６．６７％）とすることができる。接続の各サイズに対する該ねじテーパの選択は、
１．該接続の効率ＰＣＣＳ〜（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）〜ＢＣＣＳを確保し、
２．ジャンプアウトを回避するために開発された十分なねじ領域を確保し、
３．該肩部高さを最大化し、トルク容量および／または圧縮負荷または曲げ荷重に対する耐性を最大化するのに役に立つ。

該ねじテーパは、２つの段状ねじ１０４（１０６）および１０５（１０７）間で異ならせることができる。

２つの雌型ねじ部および雄型ねじ部の長さは、その中間断面の効率を最大化するために異なっている。該雌型ねじ部の長さは、例えば該雄型ねじ部の１００％未満から１０％、好ましくは該雄型ねじ部の５０％未満とすることができる。

加えて、開発されたねじ領域の合計は、ＰＣＣＳとＢＣＣＳとの間の最小臨界断面の１３０％超、且つ２５０％未満とすることができる。

言うまでもなく、上記教示に照らして、本発明の多くの変更および変形が可能である。したがって、本発明を、添付クレームの範囲内で、本願明細書に記載されている方法以外の他の方法でも実施できることを理解すべきである。

また、図５のフック状ねじを他のねじ輪郭に替えてもよい。

また、小径の隙間２１０、２１２を実施するため、標準的なコンパウンドドープ（ＲＰ ＡＰＩ ５Ａ３）の代わりに乾式潤滑剤を用いてもよい。

Claims (21)

1. 本体の末端から終端側末端まで延びるピン部材を含み、前記ピン部材が雄ねじの２つの径方向オフセット部分を含み、雄ねじの前記２つの径方向オフセット部分が第１のねじ部と第２のねじ部を含み、前記第１のねじ部が第１のシール面によって前記第２のねじ部と隔てられ、前記第１のねじ部が前記終端側末端と前記第１のシール面の間に配置され、前記第２のねじ部が前記第１のシール面と前記本体の末端の間に配置される第１のチューブと、
   本体の末端から終端側末端まで延びるボックス部材を含み、前記ボックス部材が雌ねじの２つの径方向オフセット部分を含み、雌ねじの前記２つの径方向オフセット部分が第３のねじ部と第４のねじ部を含み、前記第３のねじ部が第２のシール面によって前記第４のねじ部と隔てられ、前記第３のねじ部が前記終端側末端と前記第２のシール面の間に配置され、前記第４のねじ部が前記第２のシール面と前記本体の末端の間に配置される第２のチューブと、を備え、
   前記ピン部材が、前記第１のチューブの前記本体の末端に近接する前記第２のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン臨界断面（ＰＣＣＳ）を含み、前記ボックス部材が、前記第２のチューブの前記本体の末端に近接する前記第４のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス臨界断面（ＢＣＣＳ）を含み、前記ボックス部材が、前記第２のチューブの前記第２のシール面に近接する前記第３のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）を含み、前記ピン部材が、前記第１のチューブの前記第１のシール面に近接する前記第１のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）を含み、
   組立てられた状態において、前記第１のシール面は、前記管状ねじ接続の軸方向に延びる流体密封偏心シールを形成するように、径方向において前記第２のシール面と係合し、
   前記第１および第２のチューブは、
   ＰＣＣＳがＢＣＣＳの約±５％以内であり、
   ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳが約±５％以内（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）であり、
   ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳが２．０以上である、管状ねじ接続。
2. 前記偏心シールは、前記第２のチューブの前記終端側末端よりも前記第１のチューブの前記終端側末端の近く配置される、請求項１に記載の管状ねじ接続。
3. 前記ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２．０〜５．０である、請求項１に記載の管状ねじ接続。
4. 前記ＢＩＣＣＳ／ＰＩＣＣＳは２．５〜３．０である、請求項３に記載の管状ねじ接続。
5. 前記管状接続はトルク肩部を含まない、請求項１に記載の管状ねじ接続。
6. 前記偏心シールは、前記管状ねじ接続内の流体密封シールにすぎない、請求項１に記載の管状ねじ接続。
7. 前記組立てられた状態において、前記流体密封偏心シールは、前記管状ねじ接続の軸方向に第１の隙間部によって前記第２のねじ部および前記第３のねじ部から隔てられ、前記ピンおよび前記ボックスは、第１の隙間が前記ピンと前記ボックスの間に形成されるように、前記第１の隙間部において前記径方向に互いに離間される、請求項１に記載の管状ねじ接続。
8. 前記第１の隙間が、３ｍｍ〜１５ｍｍの軸向隙間と、０．１２５ｍｍ〜０．４ｍｍの半径隙間を含む、請求項７に記載の管状ねじ接続。
9. 前記組立てられた状態において、前記流体密封偏心シールは、前記管状ねじ接続の軸方向において第２の隙間部によって前記第２のねじ部および前記第４のねじ部から隔てられ、前記ピンおよび前記ボックスは、第２の隙間が前記ピンと前記ボックスの間に形成されるように、前記第２の隙間部において前記径方向において互いに離間される、請求項７に記載の管状ねじ接続。
10. 前記第２の隙間が０．１ｍｍ〜２ｍｍの軸向隙間を含む、請求項９に記載の管状ねじ接続。
11. 前記第１、第２、第３および第４のねじ部は夫々蟻継ぎ状ねじであり、負の傾斜を有する蟻継ぎ状ねじのロードフランクを含む、請求項１に記載の管状ねじ接続。
12. 前記蟻継ぎ状ねじは−３．５〜−４．５度のスタブフランク角度を有する、請求項１１に記載の管状ねじ接続。
13. 前記スタブフランク角度は−３．９〜−４．１度である、請求項１２に記載の管状ねじ接続。
14. 前記蟻継ぎ状ねじは−０．５〜−１．５度のロードフランク角度を有する、請求項１２に記載の管状ねじ接続。
15. 前記ロードフランク角度は−０．９〜−１．１度である、請求項１３に記載の管状ねじ接続。
16. ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳは約±２％（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）以内である、請求項１に記載の管状ねじ接続。
17. 前記管状ねじ接続の引張効率は８１％〜９２％である、請求項１に記載の管状ねじ接続。
18. 本体の末端から終端側末端まで延びるピン部材を含み、前記ピン部材が雄ねじの２つの径方向オフセット部分を含み、雄ねじの前記２つの径方向オフセット部分が第１のねじ部と第２のねじ部を含み、前記第１のねじ部が第１のシール面によって前記第２のねじ部と隔てられ、前記第１のねじ部が前記終端側末端と前記第１のシール面の間に配置され、前記第２のねじ部が前記第１のシール面と前記本体の末端の間に配置される第１のチューブと、
    本体の末端から終端側末端まで延びるボックス部材を含み、前記ボックス部材が雌ねじの２つの径方向オフセット部分を含み、雌ねじの前記２つの径方向オフセット部分が第３のねじ部と第４のねじ部を含み、前記第３のねじ部が第２のシール面によって前記第４のねじ部と隔てられ、前記第３のねじ部が前記終端側末端と前記第２のシール面の間に配置され、前記第４のねじ部が前記第２のシール面と前記本体の末端の間に配置される第２のチューブと、を備え、
    前記ピン部材が前記第１のチューブの前記本体の末端に近接する前記第２のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン臨界断面（ＰＣＣＳ）を含み、前記ボックス部材が、前記第２のチューブの前記本体の末端に近接する前記第４のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス臨界断面（ＢＣＣＳ）を含み、前記ボックス部材が、前記第２のチューブの前記第２のシール面に近接する前記第３のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたボックス中間臨界断面（ＢＩＣＣＳ）を含み、前記ピン部材が、前記第１のチューブの前記第１のシール面に近接する前記第１のねじ部のねじ係合谷底部に配設されたピン中間臨界断面（ＰＩＣＣＳ）を含み、
    組立てられた状態において、前記第１のシール面は、前記管状ねじ接続の軸方向に延びる流体密封偏心シールを形成するように、径方向において前記第２のシール面と係合し、
    前記第１および第２のチューブは、
    ＰＣＣＳが、ＢＣＣＳの約±５％以内であり、
    ＰＣＣＳおよびＢＣＣＳが、約±５％以内（ＢＩＣＣＳ＋ＰＩＣＣＳ）であり、
    前記第２のねじ部の全長を前記第１のねじ部の全長で割った値が２．０以上になる、管状ねじ接続。
19. 前記第３のねじ部の全長を前記第４のねじ部の全長で割った値が２．０以上になる、請求項１８に記載の管状ねじ接続。
20. 前記第２のねじ部の全長を前記第１のねじ部の全長で割った値が２．５〜４になる、請求項１８に記載の管状ねじ接続。
21. 前記第２のねじ部のねじの総数を前記第１のねじ部のねじの総数で割った値が１．５以上および３．０未満になる、請求項１８に記載の管状ねじ接続。
    

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