[发明专利]钢管用螺纹接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连结在开采、生产埋藏在地下的原油、天然气、甲烷水合物、地下水、温泉等气体状或液体状的地下资源时所采用的钢管（其代表例是油井管）的钢管用螺纹接头。更具体地讲，本发明涉及改良钢管用螺纹接头中的、特别是美国石油协会（American Petroleum Institutes，API）的规格所规定的圆螺纹（round thread）接头。

背景技术

油井管等地下资源开采用的钢管通常由螺纹接头连接。这种螺纹接头通常采用公扣－母扣构造，该公扣－母扣构造由具有外螺纹部的公扣和具有螺纹接合于该外螺纹部的内螺纹部母扣构成。作为典型的结构，公扣形成在被连结的钢管的两管端部的外表面上，母扣形成在被称作接箍的另外的连结用构件的内表面上。将上述这样的螺纹接头称作接箍方式的螺纹接头。此外，也存在整体（integral）方式的螺纹接头，该整体方式的螺纹接头在钢管的一端的外表面上设有公扣、在其另一端的内表面上设有母扣，不使用接箍而直接将钢管彼此连结起来。公扣和母扣的螺纹牙可从梯形螺纹（偏梯形螺纹）、三角螺纹（圆螺纹）、倒钩螺纹（hook thread）等中选择。

在上述这样的钢管用螺纹接头中，存在被称为所谓的API接头的、由美国石油协会规格化的标准的螺纹接头。图4是表示接箍方式的API规格的圆螺纹接头的纵截面形状的剖视图。

图4所示的接箍方式的圆螺纹接头1由分别形成在被连结的钢管2、3的管端部的外表面上的公扣、形成在较短的连结构件（接箍）4的内表面上的母扣构成。公扣通过在钢管2、3的管端部的外表面上设置锥形外螺纹部2a、3a而形成，该锥形外螺纹部2a、3a是螺纹牙在钢管轴向上的截面形状为大致三角形的圆螺纹。与公扣相对的母扣通过在接箍4的内表面的两侧设置由螺纹接合于公扣的外螺纹部2a、3a的圆螺纹构成的锥形内螺纹部4a而形成。除了内螺纹部4a之外，各母扣还在接箍4的轴向两端部包括具有比钢管2、3的外径大的内径的无螺纹套筒部4b。该无螺纹套筒部4b具有嵌入引导的作用。

利用机械紧固进行螺纹接头的连结，该机械紧固采用利用液压或水压工作的、被称作动力大钳（power tong）的紧固机进行。通过达到规定的转矩反作用力或到达既定的紧固位置，完成紧固。通过将完成紧固后的公扣和母扣的螺纹彼此从刚好接触的位置进一步旋入而使其紧嵌，从而非常牢固地将其连接起来。

例如，由外螺纹及内螺纹的偏芯、砂或石等的咬入以及润滑剂不足这样的紧固时的微小的不良导致螺纹部发生粘结（galling）。通常，为了不发生粘结，对螺纹接头的紧固设备、螺纹接头、涂敷于螺纹部的润滑剂以及现场的紧固过程进行管理。但是，在近年来开发有所增加的、处于恶劣的环境下的油井中，有时无法充分地进行上述管理，经常发生粘结，成为问题。

迄今为止，也提出了很多通过改良涂敷于螺纹接头表面的润滑剂、根据情况预先形成在该表面的润滑覆膜以及该表面的表面处理方法（例如表面粗糙化处理）来防止粘结（改善耐粘结性）的尝试。另外，也提出了通过设计螺纹牙的形状来防止粘结的技术方案。

对于通过改良润滑覆膜、表面处理来谋求防止粘结的钢管用螺纹接头而言，为了不损伤该润滑覆膜或表面处理，在操作时大多需要细心的注意。由于向油井现场的输送中途、现场的粗暴操作以及不细致的库存管理等，容易发生润滑覆膜的剥离等不良，若发生该不良，则无法提高耐粘结性能。

关于螺纹牙形状的改良，在美国专利第6447025号中公开了一种使圆螺纹的公扣的外螺纹牙的顶部的圆角在插入面侧比在载荷面侧大的钢管用螺纹接头。由此，会防止螺纹紧固时的划伤（scratch）、磨损损伤。但是，在该螺纹牙形状中，虽然在紧固初期能够防止公扣和母扣相对的螺纹的斜面损伤，但是无法防止由后述的局部的高接触状态引起的粘结。

在日本特开2001－56075号公报所公开的钢管用螺纹接头中，公扣的外螺纹的螺距被设定在比母扣的内螺纹的螺距小1微米～7微米的范围内。由此抑制由公扣因嵌合时的泊松效果而沿轴向伸长所导致的螺纹斜面的接触力增大，从而提高耐粘结性能。即，在将公扣和母扣的螺纹部充分嵌合，公扣因泊松效果而沿轴向伸长的状态下，该钢管用螺纹接头能够发挥提高耐粘结性的效果。但是，在公扣和母扣的螺纹部尚未嵌合的紧固初期的阶段中，由公扣和母扣的螺纹螺距之差导致在螺纹斜面产生不必要的接触力，反而变得容易发生粘结。

发明内容