▶ ユナイテッド ステイツ スチール コーポレイションの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-07
(54)【発明の名称】耐漏れ性が向上したねじ付き管の連結
(51)【国際特許分類】
F16L 15/04 20060101AFI20231130BHJP
【ＦＩ】
F16L15/04 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023530544
(86)(22)【出願日】2021-11-23
(85)【翻訳文提出日】2023-07-12
(86)【国際出願番号】 US2021060543
(87)【国際公開番号】W WO2022109464
(87)【国際公開日】2022-05-27
(31)【優先権主張番号】63/117,227
(32)【優先日】2020-11-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518399313
【氏名又は名称】ユナイテッド ステイツ スチール コーポレイション
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＳＴＡＴＥＳ ＳＴＥＥＬ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110001438
【氏名又は名称】弁理士法人 丸山国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バーネット，アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】ガリカパティ，チャンドラシェカー
(72)【発明者】
【氏名】ベネット，フレデリック シー．
(72)【発明者】
【氏名】クラットワーシー，マシュー
(72)【発明者】
【氏名】トゥーマ，キース エイ．
【テーマコード（参考）】
3H013
【Ｆターム（参考）】
3H013JA01
3H013JA03
(57)【要約】
提供されるねじ付き管は、ボックス部材に連結するピン部材を有する。ピン部材は、その管の端部の外面の周りを螺旋方向に延びるくさび形のピンねじを含む。ピン部材は、その管の前端部から離れる方向にピンねじの直径が大きくなるテーパが付けられている。ボックス部材は、その管の端部の内面の周りを螺旋方向に延びるくさび形のボックスねじを含む。ボックス部材は，その管の前端部から離れる方向にボックスねじの直径が小さくなるテーパが付けられている。ピン部材のピンクレストはピンねじに沿って幅が大きくなり、ボックスねじのボックスルートはボックスねじに沿って幅が小さくなる。ピン部材とボックス部材が組み立てられると、ピンねじのクレストの幅は、ボックスねじのルートの幅が大きくなる割合とは異なる割合で大きくなる。
【選択図】 図２
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の管状コンポーネントと第２の管状コンポーネントとを含むねじ連結体であって、前記第１の管状コンポーネントは、前記第１の管状コンポーネントの前面から、前記第１の管状コンポーネントの前面とは反対側の前記第１の管状コンポーネントの後面に向けて、長手方向軸線に沿って前記第１の管状コンポーネントの周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのピンねじを含み、
前記第２の管状コンポーネントは、前記第２の管状コンポーネントの前面から、前記第２の管状コンポーネントの前面とは反対側の前記第２の管状コンポーネントの後面に向けて、長手方向軸線に沿って前記第２の管状コンポーネントの周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのボックスねじを含み、前記第１の管状コンポーネントと連結できるよう構成されており、
前記少なくとも１つのピンねじは、前記第１の管状コンポーネントの前面と前記第１の管状コンポーネントの後面との間で、前記第１の管状コンポーネントの一部分に沿って、ピンテーパ角度でテーパが形成され、
前記少なくとも１つのボックスねじは、前記第２の管状コンポーネントの前面と前記第２の管状コンポーネントの後面との間で、前記第２の管状コンポーネントの一部分に沿ってボックステーパ角度でテーパが形成され、
前記ボックステーパ角度は、前記ピンテーパ角度とは異なり、
前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点と前記少なくとも１つのピンねじの終点との間で、前記少なくとも１つのピンねじの少なくとも一部分に沿って、ピンクレストの幅の比率で変化し、
前記少なくとも１つのボックスねじのルートの幅は、前記少なくとも１つのボックスねじの始点と前記少なくとも１つのボックスねじの終点との間で、前記少なくとも１つのボックスねじの少なくとも一部分に沿って、ボックスルートの幅の変化率で変化し、及び
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率と異なる、ねじ連結体。
【請求項2】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも２°小さい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項3】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも１°小さい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項4】
前記ルートの幅の比率は、前記ピンの幅の比率より少なくとも１０％大きい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項5】
前記ルートの幅の比率は、前記ピンの幅の比率より少なくとも５％大きい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項6】
前記少なくとも１つのピンねじの終点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅の２倍より小さい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項7】
前記ルートの幅の比率は、前記クレストの幅の比率より大きい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項8】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より小さい、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項9】
前記ねじ連結体は、金属対金属シーリング部材を含む、請求項１に記載のねじ連結体。
【請求項10】
第１の端部を含むねじ付き管であって、前記第１の端部は、前記第１の端部の前面から、前記第１の端部の前面とは反対側の前記第１の端部の後面に向けて、長手方向軸線に沿って前記第１の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのピンねじを含み、
前記少なくとも１つのピンねじは、前記第１の端部の前面と前記第１の端部の後面との間で、前記第１の端部の一部分に沿ってピンテーパ角度でテーパが形成され、
前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点と前記少なくとも１つのピンねじの終点との間で、前記少なくとも１つのピンねじの少なくとも一部分に沿ってピンクレストの幅の変化率で変化し、
前記第１の端部は、第２の管の第２の端部と連結できるよう構成されており、
前記第２の端部は、前記第２の端部の前面から、前記第２の端部の前面とは反対側の第２の端部の後面に向けて、前記長手方向軸線に沿って前記第２の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのボックスねじを含み、前記第１の端部と連結できるよう構成されており、
前記少なくとも１つのボックスねじは、前記第２の端部の前面と前記第２の端部の後面との間で、前記第２の端部の一部分に沿ってボックステーパ角度でテーパが形成され、
前記ボックステーパ角度は、前記ピンテーパ角度と異なり、
前記少なくとも１つのボックスねじのルートの幅は、前記少なくとも１つのボックスねじの始点と前記少なくとも１つのボックスねじの終点との間で前記ボックスねじの少なくとも一部分に沿ってボックスルートの幅の変化率で変化し、
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率と異なる、ねじ付き管。
【請求項11】
前記ねじ付き管は、前記第１の端部と反対側に位置する反対側の端部をさらに具えており、前記反対側の端部は、反対側の前面から前記第１の端部の前面に向けて、前記長手方向軸線に沿って前記反対側の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つの反対側のボックスねじを含み、前記第１の端部と連結できるよう構成されており、
前記少なくとも１つの反対側のボックスねじは、前記反対側の端部の前面と前記第１の端部の前面との間で、前記反対側端部の一部分に沿って反対側のボックステーパ角度でテーパが形成され、
前記反対側のボックステーパ角度は、前記ピンテーパ角度とは異なり、
前記少なくとも１つの反対側のボックスねじのルートの幅は、前記少なくとも１つの反対側のボックスねじの始点と前記少なくとも１つの反対側のボックスねじの終点との間で、前記少なくとも１つの反対側のボックスねじの少なくとも一部分に沿って反対側のボックスルートの幅の変化率で変化し、
前記反対側のボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率と異なる、請求項１１に記載のねじ付き管。
【請求項12】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも２°小さい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項13】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも１°小さい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項14】
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率より少なくとも１０％大きい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項15】
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率より少なくとも５％大きい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項16】
前記少なくとも１つのピンねじの終点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅の２倍より小さい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項17】
前記ルートの幅の比率は、前記クレストの幅の比率より大きい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項18】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より小さい、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項19】
前記ねじ連結体は、金属対金属シーリング部材を含む、請求項１０に記載のねじ連結体。
【請求項20】
第１の端部を含むねじ付き管であって、前記第１の端部は、前記第１の端部の前面から、前記第１の端部の前面とは反対側の第１の端部の後面に向けて、長手方向軸線に沿って前記第１の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのボックスねじを含み、
前記少なくとも１つのボックスねじは、前記第１の端部の前面と前記第１の端部の後面との間で、前記第１の端部の一部分に沿ってボックステーパ角度でテーパが形成され、
前記少なくとも１つのボックスねじのルートの幅は、前記少なくとも１つのボックスねじの始点と前記少なくとも１つのボックスねじの終点との間で、前記少なくとも１つのボックスねじの少なくとも一部分に沿ってボックスルートの幅の変化率で変化し、
前記第１の端部は、第２の管の第２の端部と連結できるよう構成されており、
前記第２の端部は、前記第２の端部の前面から、前記第２の端部の前面とは反対側の第２の端部の後面に向けて、前記長手方向軸線に沿って前記第２の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つのピンねじを含み、前記第１の端部と連結できるよう構成されており、
前記少なくとも１つのピンねじは、前記第２の端部の前面と前記第２の端部の後面との間で、前記第２の端部の一部分に沿ってピンテーパ角度でテーパが形成され、
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度と異なり、
前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点と前記少なくとも１つのピンねじの終点との間で、前記少なくとも１つのピンねじの少なくとも一部分に沿ってピンクレストの幅の変化率で変化し、及び
前記ピンクレストの幅の変化率は、前記ボックスルートの幅の変化率と異なる、ねじ付き管。
【請求項21】
前記ねじ付き管は、前記第１の端部と反対側に位置する反対側の端部をさらに具えており、前記反対側の端部は、反対側の前面から前記第１の端部の前面に向けて、前記長手方向軸線に沿って前記反対側の端部の周りを螺旋方向に延びる少なくとも１つの反対側のピンねじを含み、前記第１の端部と連結できるよう構成されており、
前記少なくとも１つの反対側のピンねじは、前記反対側の端部の前面と前記第１の端部の前面との間で、前記反対側の端部の一部分に沿って反対側のピンテーパ角度でテーパが形成され、
前記反対側のピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度とは異なり、
前記少なくとも１つの反対側のピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つの反対側のピンねじの始点と前記少なくとも１つの反対側のピンねじの終点との間で、前記少なくとも１つの反対側のピンねじの少なくとも一部分に沿って反対側のピンクレストの幅の変化率で変化し、
前記反対側のピンクレストの幅の変化率は、前記ボックスルートの幅の変化率と異なる、請求項２０に記載のねじ付き管。
【請求項22】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも２°小さい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項23】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より少なくとも１°小さい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項24】
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率より少なくとも１０％大きい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項25】
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率より少なくとも５％大きい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項26】
前記少なくとも１つのピンねじの終点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅は、前記少なくとも１つのピンねじの始点における前記少なくとも１つのピンねじのクレストの幅の２倍より小さい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項27】
前記ボックスルートの幅の変化率は、前記ピンクレストの幅の変化率より大きい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項28】
前記ピンテーパ角度は、前記ボックステーパ角度より小さい、請求項２０に記載のねじ連結体。
【請求項29】
前記ねじ連結体は、金属対金属シーリング部材を含む、請求項２０に記載のねじ連結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０２０年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／１１７，２２７号の非仮出願であって、当該仮特許出願の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６３／１１７，２２７号の非仮出願であって、当該仮特許出願の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
＜発明の分野＞
本発明は、ねじ付き管の連結に関し、より具体的には、耐漏れ性(leak tightness)を向上させるためのくさび形状を有するねじ付き管の連結に関する。
本発明は、ねじ付き管の連結に関し、より具体的には、耐漏れ性(leak tightness)を向上させるためのくさび形状を有するねじ付き管の連結に関する。
【背景技術】
【0003】
＜背景情報＞
ねじ付き管の連結は、石油・ガス産業で使用され、特に、米国特許第６，７２２，７０６号に開示されているくさびねじ形態を有するねじ連結がある。他のねじ付き管の連結は、米国特許第６，９７６，７１１号、第７，５６２，９１１号、及び米国出願公開第２０１１／０２７８８３８号に開示されている。これらの米国特許及び米国出願公開はすべて、引用を以て本明細書に組み込まれるものとする。
ねじ付き管の連結は、石油・ガス産業で使用され、特に、米国特許第６，７２２，７０６号に開示されているくさびねじ形態を有するねじ連結がある。他のねじ付き管の連結は、米国特許第６，９７６，７１１号、第７，５６２，９１１号、及び米国出願公開第２０１１／０２７８８３８号に開示されている。これらの米国特許及び米国出願公開はすべて、引用を以て本明細書に組み込まれるものとする。
【0004】
ねじ連結は、連結部のシーリング能力を向上させるために金属対金属シール部材を含んだり、又は余分の金属対金属シーリング部材を使用することなく連結部のねじのシーリング能力を向上させるために、軟質金属のコーティング及び／又は嫌気性(anaerobic)のねじコンパウンドを含む場合がある。金属対金属シール、軟質金属コーティング、又は特殊な嫌気性ねじコンパウンドを使用しないねじの場合、所望のシール性能を得るために、通常、比較的高いトルクを必要とするが、これは局部的応力(localized stress)が高くなり、疲労寿命に悪影響を与え得る。また、このようなねじ形状は、ねじコンパウンドをトラップする傾向があり、これがブレイクアウトトルク低下(low breakout torques)の原因ともなり、性能に悪影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【0005】
＜発明の要旨＞
本発明は、ボックス部材に連結するピン部材を有するねじ付き管(threaded pipe)を提供する。ピン部材は、その管の端部の外面の周りを螺旋方向に延びるくさび形のピンねじ(wedge-shaped pin threads)を含む。ピン部材は、その管の前端部から離れる方向にピンねじの直径が大きくなるようにテーパが形成されている。ボックス部材は、その管の端部の内面の周りを螺旋方向に広がるくさび形のボックスねじを含む。ボックス部材は、その管の前端部から離れる方向にボックスねじの直径が小さくなるようにテーパが形成されている。ピン部材のねじクレストは、ピンねじに沿って幅が大きくなり、ボックスねじのねじルートは、ボックスねじに沿って幅が小さくなる。ボックス部材とピン部材が組み立てられると、ピンねじのクレストの幅は、ボックスねじのルートの幅の増加とは異なる割合で増加する。
本発明は、ボックス部材に連結するピン部材を有するねじ付き管(threaded pipe)を提供する。ピン部材は、その管の端部の外面の周りを螺旋方向に延びるくさび形のピンねじ(wedge-shaped pin threads)を含む。ピン部材は、その管の前端部から離れる方向にピンねじの直径が大きくなるようにテーパが形成されている。ボックス部材は、その管の端部の内面の周りを螺旋方向に広がるくさび形のボックスねじを含む。ボックス部材は、その管の前端部から離れる方向にボックスねじの直径が小さくなるようにテーパが形成されている。ピン部材のねじクレストは、ピンねじに沿って幅が大きくなり、ボックスねじのねじルートは、ボックスねじに沿って幅が小さくなる。ボックス部材とピン部材が組み立てられると、ピンねじのクレストの幅は、ボックスねじのルートの幅の増加とは異なる割合で増加する。
【0006】
本発明の一態様は、第１の管状コンポーネントと第２の管状コンポーネントとを含むねじ連結体(threaded connection)を提供するもので、第１の管状コンポーネントは、第１の管状コンポーネントの前面から、該前面とは反対側の第１の管状コンポーネントの後面に向けて、当該第１の管状コンポーネントの長手方向軸線に沿って該第１の管状コンポーネントの周りを螺旋方向に延びるピンねじを含み、第２の管状コンポーネントは、第２の管状コンポーネントの前面から、該前面とは反対側の第２の管状コンポーネントの後面に向けて、当該第２の管状コンポーネントの長手方向軸線に沿って該第２の管状コンポーネントの周りを螺旋方向に延びるボックスねじを含み、第２の管状コンポーネントは第１の管状コンポーネントと連結できるよう構成されている。ピンねじは、第１の管状コンポーネントの前面と第１の管状コンポーネントの後面との間で、第１の管状コンポーネントの一部分にピンテーパ角度でテーパが形成されている。ボックスねじは、第２の管状コンポーネントの前面と第２の管状コンポーネントの後面との間で、第２の管状コンポーネントの一部分にボックステーパ角度でテーパが形成されている。ボックステーパ角度は、ピンテーパ角度と異なる。ピンねじのクレストの幅は、ピンねじの始点(start)とピンねじの終点(end)との間でピンねじの少なくとも一部分に沿ってクレストの幅の割合で変化する。ボックスねじのルートの幅は、ボックスねじの始点と終点との間のボックスねじの少なくとも一部分に沿ってルートの幅の割合で変化する。ボックスねじルートの幅の変化率は、ピンねじクレストの幅の変化率と異なる。
【0007】
本発明の他の態様は、第１の管端部を提供するもので、該第１の管端部は、第１の端部の前面から、該前面とは反対側の第１の端部の後面に向けて、当該第１の端部の長手方向軸線に沿って該第１の端部の周りを螺旋方向に延びるピンねじを含む。ピンねじは、第１の端部の前面と第１の端部の後面との間で、第１の端部の一部分にピンテーパ角度でテーパが形成されている。ピンねじのクレストの幅は、ピンねじの始点とピンねじの終点との間でピンねじの少なくとも一部分に沿ってピンクレストの幅の変化率で変化する。第１の端部は、第２の管の第２の端部と連結できるよう構成されている。第２の端部は、第２の端部の前面から、該前面とは反対側の第２の端部の後面に向けて、当該第２の管の長手方向軸線に沿って該第２の端部の周りを螺旋方向に延びるボックスねじを含み、第２の端部は第１の端部と連結できるよう構成されている。ボックスねじは、第１の端部の前面と第１の端部の後面との間で、第１の端部の一部分にボックステーパ角度でテーパが形成されている。ボックステーパ角度は、ピンテーパ角度とは異なる。ボックスねじのルートの幅は、ボックスねじの始点とボックスねじの終点との間でボックスねじの少なくとも一部分に沿ってボックスルートの幅の変化率で変化する。ボックスのルート幅変化率は、ピンのクレスト幅変化率と異なる。
【0008】
本発明のさらなる態様は、ねじ付き管を提供するもので、該ねじ付き管は、第１の端部を含み、当該第１の端部は、第１の端部の前面から、該第１の端部の前面とは反対側の第１の端部の後面に向けて、当該第１の端部の長手方向軸線に沿って該第１の端部の周りを螺旋方向に延びるボックスねじを含む。ボックスねじは、第１の端部の前面と第１の端部の後面との間で、第１の端部の一部分にボックステーパ角度でテーパが形成されている。ボックスねじのルートの幅は、ボックスねじの始点と終点との間で、ボックスねじの少なくとも一部分に沿ってボックスルートの幅の変化率で変化する。第１の端部は、第２の管の第２の端部と連結できるよう構成されている。第２の端部は、第２の端部の前面から、該前面とは反対側の第２の端部の後面に向けて、当該第２の端部の長手方向軸線に沿って該第２の端部の周りを螺旋方向に延びるピンねじを含み、第２の端部は第１の端部と連結できるよう構成されている。ピンねじは、第１の端部の前面と第１の端部の後面との間で、第１の端部の一部分にピンテーパ角度でテーパが形成されている。ピンテーパ角度は、ボックステーパ角度と異なる。ピンねじのクレストの幅は、ピンねじの始点とピンねじの終点との間で、ピンねじの少なくとも一部分に沿ってピンクレストの幅の変化率で変化する。ピンクレストの幅の変化率は、ボックスルートの幅の変化率と異なる。
【0009】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図ｌは、本発明の一実施形態に係る２つのねじ付き管について、ボックス（雌）部材とピン（雄）部材の連結を示す側断面図である。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
＜発明の詳細な説明＞
本発明のねじ付き管の連結は、くさびねじ形状を有するねじ連結体であり、余分な金属対金属シーリング部材や、特別なコーティングや特別なねじコンパウンドを必要とせずに、シーリング能力を向上させるものである。ねじ要素は、ピンノーズに近いねじでシーリング能力が向上するように改変されており、管内部の圧力に曝されるねじ連結体のシーリング性能を向上させることができる。本発明のねじ付き管の連結は、シーリング能力の向上に加えて、疲労破壊を起こしやすい重要なピンねじにおける局所的応力を低減する。同じ原理を用いて、ボックス面に近いねじのシーリング能力を向上させて、管外部の圧力に曝されるねじ連結体のシーリング性能を向上させることができる。改変されたねじの特徴により、ねじコンパウンドの排出の制御が容易になるため、ねじコンパウンドのトラッピング(trapping)の可能性及びその結果生じ得る問題を低減することができる。また、連結のブレイクアウトトルク(breakout torque)も有意に向上し、一部のバックオンマシン(buck-on machines)の制限に適合するのに十分な低トルクにて、また、重要な高トルク用途に対応できる高トルクにて、所望通りの機能を発揮することができる。これらの原理を組み合わせることで、ピンノーズに近いねじ及びボックス面に近いねじのシーリング能力を向上させて、外部圧力と内部圧力の両方の圧力に曝されるねじ連結部のシーリング性能を向上させることができる。
本発明のねじ付き管の連結は、くさびねじ形状を有するねじ連結体であり、余分な金属対金属シーリング部材や、特別なコーティングや特別なねじコンパウンドを必要とせずに、シーリング能力を向上させるものである。ねじ要素は、ピンノーズに近いねじでシーリング能力が向上するように改変されており、管内部の圧力に曝されるねじ連結体のシーリング性能を向上させることができる。本発明のねじ付き管の連結は、シーリング能力の向上に加えて、疲労破壊を起こしやすい重要なピンねじにおける局所的応力を低減する。同じ原理を用いて、ボックス面に近いねじのシーリング能力を向上させて、管外部の圧力に曝されるねじ連結体のシーリング性能を向上させることができる。改変されたねじの特徴により、ねじコンパウンドの排出の制御が容易になるため、ねじコンパウンドのトラッピング(trapping)の可能性及びその結果生じ得る問題を低減することができる。また、連結のブレイクアウトトルク(breakout torque)も有意に向上し、一部のバックオンマシン(buck-on machines)の制限に適合するのに十分な低トルクにて、また、重要な高トルク用途に対応できる高トルクにて、所望通りの機能を発揮することができる。これらの原理を組み合わせることで、ピンノーズに近いねじ及びボックス面に近いねじのシーリング能力を向上させて、外部圧力と内部圧力の両方の圧力に曝されるねじ連結部のシーリング性能を向上させることができる。
【0016】
ねじ連結体に対する要求の高まりにより、安価な製造コストを維持し、かつ、容易にアクセス可能なバックオンユニットのトルク制限に対応し得る十分に低い締付けトルク(make-up torques)で機能することができると共に、液体及び気体のシーリング能力の向上、運転トルク容量の向上、及び疲労性能の向上を達成できるねじ連結体が求められている。本発明のねじ付き管の連結は、以下を組み込むことにより、これらの要件を満たすものである。
【0017】
本発明のねじ付き管の連結は、くさび形ねじを少なくとも組み込むことにより、これらの要件を満たすことができる。組み立てられたねじのくさび作用により、より大きなトルク容量が可能になり、延長された水平シェール井戸にケーシングを設置する際、狭い場所から引き出す(get out of tight spots)のに使用する高いトルクが作業者に提供される。
【0018】
また、本発明のねじ付き管の連結は、異なるねじリードを少なくとも組み込むことにより、これらの要件を満たすことができる。雄部材すなわちピンと、雌部材すなわちボックスとの間を異なるリードにすることにより、ピンノーズに近いねじは、他のすべてのねじよりも確実に係合される。ピンノーズに近いねじに高いひずみがもたらされ、ねじ形状の隙間が最終的に埋められるので、高い運転トルク容量での機能を失うことなく、比較的低いトルクで、気体及び液体に対する耐漏れ性が向上する。
【0019】
本発明のねじ付き管の連結は、異なるねじテーパを少なくとも組み込むことにより、これらの要件を満たすことができる。テーパの組合せにより、ピンノーズに向かってねじ干渉(thread interference)をより高くすることができ、ピンノーズ近傍の接触応力が高くなるのでシーリング能力が向上し、連結部の端部に近い応力が低くなるので疲労寿命が向上する。
【0020】
ねじ付き管の連結の複合的な特徴は、高トルクが必要な用途、合理的な気密性が求められる用途、１００％軸方向効率(100% axial efficiencies)が求められる用途、及びクリアランスが厳しい(tight clearance)用途において有用である。
【0021】
本発明は、ねじ連結体、組み立てられた連結体、一体型のアプセットされたねじ連結体、及び一体型ねじ連結体を含み、ボックス／連結部ねじのクレストの直径が、ボックスねじと完全に係合する１番目の完全な形態のピンねじにおけるピンねじのルート径と同じであるか、又は該ルート径よりも小さい。
【0022】
ねじ付き連結体が組み立てられると、ピンねじの変化幅は、ボックスねじの変化幅よりも小さい。ねじ幅の変化の差によって生じる歪みは、性能を損なわない程度の歪みである。ピンねじのテーパは，ボックスねじのテーパよりも小さく、これもまた、生じる歪みは性能を損なわない程度の歪みである。
【0023】
形態の限定(configuration limits)は、隣接する金属対金属シールの有無にかかわらず、くさび作用(wedging action)を有するねじに適用可能であり、ダブテール(dovetail)ねじ又はカットされた(faceted)ダブテールねじの形状を有する。
【0024】
図１及び図２は、本発明の一実施形態であって、耐漏れ性が向上したねじ付き管連結体のボックス部材及びピン部材を示す。図１に示す上側ボックス／雌部材及び下側ピン／雄部材の特徴、及び該特徴に関連する幾何学的パラメータ又は制限事項(constraints)は、耐漏れ性を高めるために制御される。本明細書で使用する「ロードフランク(load flank)」という用語は、ねじが形成されているそれぞれの雄部材又は雌部材の外側端部から離れる方向を向いているねじの側壁を意味する。「スタブフランク(stab flank)」という用語は、それぞれの雄部材又は雌部材の外側端部に接近する方向を向いている側壁面を意味し、部材の初期組立中の継手の重量を支える。
【0025】
図１及び図２に示す本発明のねじ付き管の連結は、ボックス部材の内径に近い位置で一番目に係合したピンねじでのピンとボックスとの相互作用がよりタイトになるため、耐漏れ性が向上する。内圧に対するシーリング性能は、螺合位置(make-up position)において一番目のねじが他のねじよりもタイトに接触している場合に向上する。
【0026】
図１を参照すると、２つの管の端部間にねじ連結体１００が示されている。ねじ連結体１００は、雌管連結部２１０を含む第１の管２００と、雄管連結部３１０を含む第２の管３００との間での連結である。管２００、３００は、筒状の形状であり、管２００は、管外径２０２、管内径２０４を有し、管３００は、管外径３０２、管内径３０４を有する。管内径２０４、３０４は、管流路２０６、３０６を囲んでおり、これら管流路により、液体又は気体などの流体が管２００、３００の中心を通って移動することができる。
【0027】
図１及び図２を参照すると、雌管連結部２１０は、第１の管２００の内面に形成されたボックスねじ２２０を含む。ボックスねじ２２０は、ボックスねじ溝２３０を含み、該ボックスねじ溝２３０は、第１の管２００の端面２１２から第１の管２００の反対側端部に向けて、第１の管２００の内面の周りを、長手方向軸線１１０に沿って長手方向を螺旋方向に回転する。個々のボックスねじ２３１は、第１の管２００の内面の周りをボックスねじ溝２３０が１回転したものである。ボックスねじ２２０は、雌管連結部２１０において、個々のボックスねじ２３１をそれぞれ含む。
【0028】
図１及び図２を参照すると、雄管連結部３１０は、第２の管３００の外面に形成されたピンねじ３２０を含む。ピンねじ３２０は、ピンねじ歯３３０を含み、該ピンねじ歯３３０は、第２の管３００の端面３１２から第２の管３００の反対側端部に向けて、第２の管３００の外面の周りを、長手方向軸線１１０に沿って長手方向を螺旋方向に回転する。個々のピンねじ３３１は、第２の管３００の外面の周りをピンねじ歯３３０が１回転したものである。ピンねじ３２０は、雄管連結部３１０において、個々のピンねじ３３１をそれぞれ含む。
【0029】
次いで図２を参照すると、幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、雌管連結部２１０の断面図を示しており、一連の個々のボックスねじ２３１が見られる。個々のボックスねじ２３１は、一番目のボックスねじ２３２、２番目のボックスねじ２３４、中間のボックスねじ２３５、最後から２番目のボックスねじ２３６、及び最後のボックスねじ２３８を含む。断面図に見られる個々のボックスねじ２３１の数は、ボックスねじ溝２３０がボックスねじ２２０の長さを通して回転する全回転数に依存し得る。例えば、ボックスねじ溝２３０がボックスねじ２２０の長さ全体にわたって回転する全回転数が５つの場合、雌管連結部２１０の断面図において、５つの個々のボックスねじ２３１が見られることができる。ボックスねじ２２０の長さ全体にわたる回転の全回転数は、５つよりも少なくても多くてもよく、この場合、断面図において見られる個々のボックスねじ２３１は５つよりも少ないか、又は５つよりも多くなる。
【0030】
ボックスねじ溝２３０は、ボックスルート２４２、ボックスクレスト２４４、ボックスロードフランク２４６、及びボックススタブフランク２４８を含み得る。ボックスルート２４２は、第１の管２００の外径に最も近い表面である。雌管連結部２１０のボックスねじ２２０は、ボックスねじ２２０の直径が、第１の管の端面２１２で大きく、長手方向軸線１１０に沿って、第１の管２００の反対側の端部に向けて小さくなるように、半径方向内向きにテーパが付けられている。図２に示されるように、ボックスねじ２２０は、管の長手方向軸線１１０から測定されたボックステーパ角度ＡＢを有する。ボックステーパ角度ＡＢは、典型的には、０．１°～１０°であり、例えば、１．５°～５°の範囲であり得る。ボックステーパ角度ＡＢは、典型的には、少なくとも０．１°、又は少なくとも０．５°、又は少なくとも１°であってよい。
【0031】
ボックステーパ角度ＡＢは、ボックスねじ２２０を通して一定であってよく、その結果、それぞれの個々のボックスねじ２３１を横切る直線となる。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックステーパ角度ＡＢは、ボックスねじ２２０を横切って変化してもよく、その結果、個々のボックスねじ２３１は、雌管連結部２１０のボックスねじ２２０を横切って凹状曲線又は凸状曲線を形成する。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックステーパ角度ＡＢは、ボックスねじ２２０を横切って変化し、その結果、ボックスねじ２２０を横切る直線、凸状曲線及び／又は凹状曲線の幾つかの組合せとなる。
【0032】
ボックスねじ溝２３０が長手方向軸線１１０と平行して雌管連結部２１０に沿って螺旋状に進むにつれて、ボックスルート２４２の直径は、ボックスねじ溝２３０の少なくとも一部分が雌管連結部２１０のテーパに沿って減少し得る。ボックスルート２４２の直径が減少すると、ボックスねじ溝２３０のその位置では、ボックスルート２４２の直径が大きいボックスねじ溝２３０の別の位置と比較して、管壁の厚さが増加する。
【0033】
ボックススタブフランク２４８は、第１の管の端面２１２に向いたボックスねじ溝２３０の側面である。ボックススタブフランクエッジ２５８は、ボックススタブフランク２４８におけるボックスねじ溝２３０の外縁である。長手方向軸線１１０に沿った同一断面図において隣接する２つのボックススタブフランクエッジ２５８間の距離は、ボックススタブフランクリードＳＦＬｂである。ボックススタブフランクリードＳＦＬｂは、ボックスねじ溝２３０の少なくとも一部を通して等しいか又は実質的に等しくてよい。長手方向軸線１１０に沿う第１の管２００の断面図においてボックススタブフランクリードＳＦＬｂは、ボックスねじ溝２３０の全体を通じて一定又は実質的に一定のままであってよい。例えば、１番目のボックスねじ２３２のボックススタブフランクリードＳＦＬｂ及び２番目のボックスねじ２３４のボックススタブフランクリードＳＦＬｂは、最後から２番目のボックスねじ２３６のボックススタブフランクリードＳＦＬｂ及び最後のボックスねじ２３８のボックススタブフランクリードＳＦＬｂに等しいか又は実質的に等しくてよい。
【0034】
ボックスロードフランク２４６は、第１の管の端面２１２から離れる方向を向いたボックスねじ溝２３０の側面である。ボックスロードフランクエッジ２５６は、ボックスロードフランク２４６のボックスねじ溝２３０の外縁である。長手方向軸線１１０に沿った同じ断面図において隣接する２つのボックスロードフランクエッジ２５６間の距離は、ボックスロードフランクリードＬＦＬＢである。ボックスロードフランクリードＬＦＬＢは、ボックスねじ溝２３０の少なくとも一部分を通して等しいか、又は実質的に等しくてよい。第１の管２００の長手方向軸線１１０に沿う断面図におけるボックスロードフランクリードＬＦＬｂは、ボックスねじ溝２３０の全体にわたって一定又は実質的に一定のままであってよい。例えば、１番目のボックスねじ２３２のボックスロードフランクリードＬＦＬＢと２番目のボックスねじ２３４のボックスロードフランクリードＬＦＬＢとの間の距離は、最後から２番目のボックスねじ２３６のボックスロードフランクリードＬＦＬＢと最後のボックスねじ２３８のボックスロードフランクリードＬＦＬＢと等しいか又は実質的に等しくてもよい。
【0035】
ボックスクレスト２４４は、１つのボックスねじ２３１のボックススタブフランクエッジ２５８と、隣接するボックスねじ２３１のボックスロードフランクエッジ２５６との間にあって、ボックスねじ溝２３０の外側のボックスねじ２２０の表面である。
【0036】
ボックススタブフランク２４８及び／又はボックスロードフランク２４６は角度を形成されたボックスねじ溝２３０がダブテール形状に形成され、ボックスルート２４２が、同じボックスねじ２３１のボックススタブフランクエッジ２５８とボックスロードフランクエッジ２５６の間の水平距離よりも広くなるようにしている。
【0037】
ボックスねじ２２０のボックスルート２４２は、長手方向軸線１１０に沿う長手方向において、第１の管の端面２１２から第２の管の反対側端部の長手方向の幅が減少し得る。図２に示すように、ボックスのルートの幅はＷＢＮで表され、Ｎは、１番目のボックスのルートの幅ＷＢ１から最後のボックスのルートの幅ＷＢＬまでのボックスの番号である。例えば、ＷＢ２は、２番目のボックスのルートの幅を表し、ＷＢ３は、３番目のボックスのルートの幅を表し、ＷＢ４は、４番目のボックスのルートの幅を表す。ボックスねじ２２０の幅の変化率は、典型的には、ＷＢＬがＷＢ１よりも８０％小さくてよく、例えば、７５％以下、又は５０％以下である。ボックスねじ２２０の幅の変化率の結果、最後のボックスのルートの幅ＷＢＬは、１番目のボックスのルートの幅ＷＢ１よりも小さい。ボックスの各ボックスルートは、前のボックスのボックスルートよりも小さくすることができる。例えば、ＷＢ１＞ＷＢ２＞ＷＢ３＞ＷＢ４＞・・・＞ＷＢＬである。ボックスルート２４２の幅の変化率は、ボックスねじ２２０の全体を通じて一定であってもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックスルート２４２の幅の変化率は、ボックスねじ２２０の全体にわたって可変であってよく、例えば、ボックスルート２４２の幅の変化は増加率及び／又は減少率である。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックスルート２４２の幅の変化率は、ボックスねじ２２０の一部を０とすることができ、その結果、ボックスねじの一部を通してボックスルート２４２の幅は一定である。例えば、ＷＢ１＞ＷＢ２＝ＷＢ３＝ＷＢ４＞・・・＞ＷＢＬ、又はＷＢ１＞ＷＢ２＞ＷＢ３＝ＷＢ４＝・・・＝ＷＢＬである。
【0038】
引き続き図２における幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、雄管連結部３１０の断面図を参照すると、一連の個々のピンねじ３３１があり、該ピンねじは、１番目のピンねじ３３２、２番目のピンねじ３３４、中間のピンねじ３３５、最後から２番目のピンねじ３３６、及び最後のピンねじ３３８を含む。断面図に見られる個々のピンねじ３３１の数は、ピンねじ歯３３０がピンねじ３２０の長さを通して回転する全回転数に依存し得る。例えば、ピンねじ歯３３０がピンねじ３２０の長さ全体にわたって回転する数が５回転の場合、５つの個々のピンねじ３３１が雄管連結部３１０の断面図に見られることができる。ピンねじ３２０の長さ全体にわたる回転数は５回より少なくてもよく、５回より多くてもよく、その場合、断面図に見られるピンの数は５つよりも少ないか、又は５つよりも多い。
【0039】
ピンねじ歯３３０は、ピンルート３４２、ピンクレスト３４４、ピンロードフランク３４６、及びピンスタブフランク３４８を含み得る。ピンルート３４２は、第２の管３００の外径に最も近い表面である。雄管連結部３１０のピンねじ３２０の直径は、第２の管の端面３１２で小さく、第２の管３００の反対側端部に向けて長手方向軸線１１０に沿う方向で大きくなるように、半径方向外向きにテーパが付けられている。図２に示されるように、ピン３３１は、管の長手方向軸線１１０から測定されたピンテーパ角度Ａｐを有する。ピンテーパ角度Ａｐは、典型的には、０°～１０°であり、例えば、１．５°～５°の範囲であってよい。ピンテーパ角度Ａｐは、少なくとも０．１°、又は少なくとも０．５°、又は少なくとも１°であってよい。
【0040】
ピンテーパ角度Ａｐは、ピンねじ３２０を通して一定であってよく、その結果、個々の各ピンねじ３３１を横切って直線となる。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ピンテーパ角度Ａｐは、ピンねじ３２０を横切って変化してもよく、その結果、個々のピンねじ３３１は、雄管連結部３１０のピンねじ３２０を横切って凹状曲線又は凸状曲線を形成する。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ピンテーパ角度Ａｐは、ピンねじ３２０を横切って変化し、その結果、ピンねじ３２０を横切る直線、凸状曲線、及び／又は凹状曲線の幾つかの組合せとなる。
【0041】
ピンスタブフランク３４８は、第２の管の端面３１２に向いたピンねじ歯３３０の側面である。ピンスタブフランクエッジ３５８は、ピンスタブフランク３４８のピンルート３４２の外縁である。長手方向軸線１１０に沿った同じ断面図において隣接する２つのピンスタブフランクエッジ３５８の間の距離は、ピンスタブフランクリードＳＦＬｐである。ピンスタブフランクリードＳＦＬｐは、ピンねじ歯３３０の少なくとも一部分を通して等しいか、又は実質的に等しくてよい。長手方向軸線１１０に沿った第２の管３００の断面図における２つの隣接するピンスタブフランクリードＳＦＬｐは、ピンねじ歯３３０の全体を通じて一定又は実質的に一定のままであってもよい。例えば、１番目のピンねじ３３２のピンスタブフランクリードＳＦＬｐ及び２番目のピンねじ３３４のピンスタブフランクリードＳＦＬｐは、最後から２番目のピンねじ３３６のピンスタブフランクリードＳＦＬｐ及び最後のピンねじ３３８のピンスタブフランクリードＳＦＬｐと等しいか又は実質的に等しくてよい。長手方向軸線１１０に沿った第２の管３００の断面図におけるピンスタブフランクリードＳＦＬｐは、長手方向軸線１１０に沿った第１の管２００の断面図におけるボックススタブフランクリードＳＦＬｂより小さくてもよいし、大きくてもよい。
【0042】
ピンロードフランク３４６は、第２の管の端面３１２から離れる方向を向いたピンねじ歯３３０の側面である。ピンロードフランクエッジ３５６は、ピンロードフランク３４６のピンルート３４２の外縁である。長手方向軸線１１０に沿った同じ断面図において隣接する２つのピンロードフランクエッジ３５６の間の距離は、ピンロードフランクリードＬＦＬｐである。ピンロードフランクリードＬＦＬｐは、ピンねじ歯３３０の少なくとも一部分を通して等しいか、又は実質的に等しくてよい。第２の管３００の長手方向軸線１１０に沿った断面図における２つの隣接するピンロードフランクリードＬＦＬｐは、ピンねじ３３０の全体を通して一定又は実質的に一定のままであってよい。例えば、１番目のピンねじ３３２のピンロードフランクリードＬＦＬｐ及び２番目のピンねじ３３４のピンロードフランクリードＬＦＬｐは、最後から２番目のピンねじ３３６のピンロードフランクリードＬＦＬｐ及び最後のピンねじ３３８のピンロードフランクリードＬＦＬｐと同じか実質的に同じであってよい。長手方向軸線１１０に沿った第２の管３００の断面図におけるロードフランクリードＬＦＬｐは、長手方向軸線１１０に沿った第１の管２００の断面図におけるボックスロードフランクリードＬＦＬｂよりも大きくてよいし、小さくてもよい。
【0043】
ピンクレスト３４４は、ピンねじ歯３３０に沿った個々のピンねじ３３１の先端部におけるピンねじ３２０の外面である。
【0044】
ピンスタブフランク３４８及びピンロードフランク３４６は、角度が形成されたピンねじ歯３３０がダブテール形状に形成され、ピンルート３４２がピンねじ歯３３０の隣接する個々のピンねじ３３１の２つのピンクレスト３４４間の水平距離よりも広くなるようにしている。
【0045】
ピンねじ３２０のクレスト３４４は、長手方向軸線１１０に沿った長手方向において、第２の管の端面３１２から第２の管の反対側端部に向けて長手方向の幅が大きくなり得る。図２に示すように、ピンのクレストの幅は、ＷＰＮで表され、Ｎは、最初のピンのクレストの幅ＷＰ１から最後のピンのクレストの幅ＷＰＬに至るピンの番号である。例えば、ＷＰ２は２番目のピンのクレストの幅を表し、ＷＰ３は３番目のピンのクレストの幅を表し、ＷＰ４は４番目のピンのクレストの幅を表す。ピンねじ３２０の幅の変化率は、典型的には、ＷＰ１がＷＰＬよりも８０％小さく、例えば、７５％以下、又は５０％以下であってよい。ピンのクレストの幅の変化率は、ピンねじ３２０の全体にわたって一定であってよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ピンクレストの幅の変化率は、ピンねじ３２０の全体を通して可変であってよく、例えば、ピンクレストの幅は、増加率及び／又は減少率であってよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ピンクレストの幅の変化率は、ピンねじ３２０の一部分を通して０であり、その結果、ピンクレスト３４４の幅はピンねじ３２０の一部分を通して一定の結果となる。例えば、ＷＰＬ＞．．．＞ＷＰ４＝ＷＰ３＝ＷＰ２＞ＷＰ１、又はＷＰＬ＝．．．＝ＷＰ４＝ＷＰ３＞ＷＰ４＞ＷＰ１である。
【0046】
ボックスねじ２２０は、ピンねじ３２０を受けるように構成され、第１の管２００と第２の管３００の組立体が作られる。組立体は、液密及び／又は気密であるため、漏れは最小又はゼロになる。組立体は、管の端部どうしを連結するためのバックオンユニットなどの典型的なツールを通じて達成されるトルク（例えば、５，０００フィート・ポンド～５０，０００フィート・ポンド）等の低トルクを通じて達成され得る。
【0047】
この組立体では、２つの管を連結する際に、ねじコンパウンド（例えばドープ）の使用を最小限に抑えることができる。２つの管の端部が組み立てられる際、ねじは、ねじコンパウンドが連結の全体を通じて様々な位置でトラップされることなく、組立体の一端に向けて押し込まれる。このため、組み立てに使用されるねじコンパウンドを少なくすることができる。組立体は、２つの管の間を、金属対金属シーリング部材を用いて作られることもできるし、金属対金属シーリング部材を使用することなく作られることもできる。
【0048】
第１の管２００のテーパと第２の管３００のテーパは、ボックスねじ２２０が、ピンねじ３２０の一部分と最初に接触して係合する部分が、連結時の内径に近いピンねじ３２０の部分（例えば、第２の管の端面３１２に近い部分）で行われるようにバイアスされている(biased)。これにより、半径方向が係合した連結部が得られる。ボックステーパ角度ＡＢは、ピンテーパ角度Ａｐと異なっていてもよい。ボックステーパ角度ＡＢは、ピン角度Ａｐよりも大きくてもよい。ピンテーパ角度Ａｐは、典型的には、ボックステーパ角度ＡＢより少なくとも２°小さい。例えば、ピンテーパ角度Ａｐは、ボックステーパ角度ＡＢよりも少なくとも１°小さくてもよく、ボックステーパ角度ＡＢよりも少なくとも０．５°小さくてもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックステーパ角度ＡＢは、係合を反対方向にバイアスさせるために、ピンテーパ角度Ａｐよりも小さくてよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ピンテーパ角度Ａｐは０°であってよく、ボックステーパ角度ＡＢはピンテーパ角度Ａｐよりも大きくてよく、又は小さくてもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックステーパ角度ＡＢは０°であってよく、ピンテーパ角度Ａｐはボックステーパ角度ＡＢより大きくてもよく、又は小さくてもよい。
【0049】
ボックスねじ２２０及び／又はピンねじ３２０の幅の変化は、最後のボックスのルートの幅ＷＢＬが最初のピンのクレストの幅ＷＰ１よりも小さくなるようにバイアスされることができる。ボックススタブフランクリードＳＦＬｂは、ピンスタブフランクリードＳＦＬｐより小さくてもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックススタブフランクリードＳＦＬｂは、ピンスタブフランクリードＳＦＬｐより大きくても、又は等しくてもよい。ボックスロードフランクリードＬＦＬｂは、ピンロードフランクリードＬＦＬｐより大きくてもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックスロードフランクリードＬＦＬｂは、ピンロードフランクリードＬＦＬｐより小さくてもよいし、等しくてもよい。
【0050】
ボックスねじ２２０のボックスルート２４２の幅の変化率は、ピンねじ３２０のピンクレスト３４４の幅の変化率と異なってもよい。ボックスねじ２２０のボックスルート２４２がボックスねじ２２０の螺旋方向に沿って第１の管の前面２１２の方向に広くなる割合は、ピンクレスト３４４がピンねじ３２０の螺旋方向に沿って第２の管の前面３１２から離れる方向に広くなる割合よりも速くてもよい。組み立てられると、ボックスルートとピンクレストの幅の変化率の差によって、ピンが第２の管の前面３１２から離れる方向でのボックスに対するタイトさが弱くなり得る。また、ボックスルートの幅とピンクレストの幅との差は、第２の管の端面３１２と第１の管の端面２１２との間で増加してもよい。例えば、ＷＢ１－ＷＰＬ＞．．．＞ＷＢ２－ＷＰ４＞ＷＢ３－ＷＰ３＞ＷＢ４－ＷＰ２＞ＷＢＬ－ＷＰ１。ボックスねじ２２０のボックスルート２４２の幅の変化率は、ピンねじ３２０のピンクレスト３４４の幅の変化率よりも０％～１０％大きい範囲であってよく、例えば、０．５％～５％の範囲である。ボックスねじ２２０のボックスルート２４２の幅の変化率は、ピンねじ３２０のピンクレスト３４４の幅の変化率より少なくとも０．１％大きくてよく、例えば、少なくとも０．５％、又は少なくとも１％である。
【0051】
ピンねじ３２０のピンクレスト３４４の幅の変化率は、ピンねじ３２０の長さ全体にわたって一定であってもよいし、ピンねじ３２０の一部分のみが一定であってもよい。ボックスねじ２２０のボックスシート２４２の幅の変化率は、ボックスねじ２２０の長さ全体にわたって一定であってもよいし、ボックスねじ２２０の一部分のみが一定であってもよい。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、幅の変化率は、ボックスねじ２２０及びピンねじ３２０の一部分が等しくてもよい。例えば、ＷＢ１－ＷＰＬ＞．．．＞ＷＢ２－ＷＰ４＝ＷＢ３－ＷＰ３＝ＷＢ４－ＷＰ２＞ＷＢＬ－ＷＰ１。幾つかの非限定的な実施形態又は態様において、ボックスシート２４２の幅の拡がり率は、ピンクレスト３４４の幅の増加率よりも小さくてよい。
【0052】
テーパバイアス及び幅バイアスは、連結の力を、ロードフランク面２４６、３４６、及び／又はスタブフランク面２５８、３５８に集中させることができる。バイアスを設けることにより、連結プロセスでの管の回転に際して、一番目のピンねじ３３２がボックスねじ２２０と接触する最初のピンとすることができる。次いで、２番目のピンねじ３３４及びそれ続く各ピンは、制御された順番にてボックスねじ２２０に接触することができる。
【0053】
組み立てられた後は、第１の管２００と第２の管３００の連結部は、極めて高いトルクに耐えることができる。
【0054】
管は、管の一方の端部にボックスねじ２２０、管の反対側の端部にピンねじ３２０、管の両端部にボックスねじ２２０、又は管の両端部にピンねじ３２０を有することができる。
【0055】
図３ａ～３ｃ及び図４ａ～４ｃは、ねじ付き管の連結の３つの異なる構成における応力集中を示す。図３ａ～３ｃ及び図４ａ～４ｃ中、色の濃い陰影部は、応力が増加したことを表している。応力が大きいほど、連結部の耐漏れ性が高いことを示す。
【0056】
図３ａには、名目上テーパのねじを有するボックスねじ５２０と連結されたピンねじ５１０が示されており、ルートクレスト応力(root crest stresses)が最小である。拡大された図４ａに示されるように、最小のルートクレスト応力は、ピンねじ５１０の先端部４１０で見られることができる。１番目のピンねじ６０２、２番目のピンねじ６０４、及び３番目のピンねじ６０６の周囲の陰影は、ピンねじ５１０の反対側の端部の周囲の陰影よりも有意に暗くない。なお、チャンファー部６００は、この分析のためのピンねじとして考慮されていないことに留意される。
【0057】
図３ｂには、バイアスされたテーパを有するボックスねじ５４０と連結されたピンねじ５３０が示されており、ルートクレスト応力が増加している。拡大された図４ｂに示されるように、ルートクレスト応力の増加は、ピンねじ５３０の先端部４２０で見られることができる。１番目のピンねじ６１２の周囲の陰影は、名目上テーパの１番目のピンねじ６０２と比較してはるかに暗く、応力が増加したことを示している。２番目のピンねじ６１４及び３番目のピンねじ６１６での応力は、順次減少したことを示しているが、それでもその応力は、名目上テーパに関するピンの応力よりも依然として高い。図３ａと同様に、チャンファー部６１０は、この解析のためのピンとして考慮されない。
【0058】
図３ｃには、バイアスされたテーパを有し、最初の幾つかのピンねじにフランクロードが集中的に負荷するボックスねじ５６０と連結されたピンねじ５５０が示されており、ルートクレスト応力は、バイアスされたテーパだけの場合と比較して有意に増加している。拡大された図４ｃに示されるように、増加したルートクレスト応力は、ピンねじ５５０の先端部４３０で見られることができる。１番目のピンねじ６２２の周囲の陰影は、１番目のピンねじ６２２の側面での応力集中が非常に大きいことを示している。この高い応力集中は、１番目のピンねじ６２２の後のピンねじでは順次減少するが、２番目のピンねじ６２４、３番目のピンねじ６２６、及びその後のピンねじにも高い応力集中が存在する。図３ｃにも示されるように、個々のピンねじの先端部４３０における応力は、ピンねじ５５０の後端における個々のピンねじの応力よりも有意に高い。図３ａ及び図３ｂと同様に、チャンファー部６２０は、この解析のためのピンとして考慮されない。
【0059】
図５は、有限要素解析グラフを含み、図３ａ～３ｃ及び図４ａ～４ｃに示される３つの異なるタイプのねじ連結体の様々なねじの特徴について、ロードフランク、スタブフランク及びピンルートでの平均接触応力を示している。有限要素解析では、バイアスされたテーパ及びバイアスされたくさびを導入することで、ねじのロードフランク、スタブフランク、ルート及び／又はクレストにおける接触応力が向上することを実証している。接触応力の向上は、ねじのシーリング性能の向上に直接関係する。
【0060】
本発明の管セクション及びねじ付き管の連結体は、当業者に既知の適切な材料から作られることができる。例えば、管セクション及び連結体は、全米腐食技術者協会（ＮＡＣＥ）規格に適合した耐食性合金（Corrosion Resistant Alloys;ＣＲＡｓ）を含むことができる。ＣＲＡ材料の代表例として、ステンレス鋼、オーステナイト鋼、高合金オーステナイト鋼、マルテンサイト鋼、析出硬化鋼、二相鋼、フェライト鋼、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリマー管材料などが挙げられる。
【0061】
本明細書で使用される「含む(including)」、「含む(containing)」及び同様の用語は、本願の文脈において「含む(comprising)」と同義であると理解される。したがって、制限や制約の無いオープンエンドであり、記載されていない追加の要素、材料、段階又は方法ステップの存在を排除するものではない。本明細書で使用される「．．．からなる(consisting of)」の用語は、本願の文脈において、特定されていない任意の要素、材料、段階又は方法ステップの存在を排除するものと理解される。本明細書で使用される「本質的に．．．からなる」の用語は、本願の文脈において、該当する場合には、特定された要素、材料、段階、又は方法ステップを含み、また、本発明の基本的特性又は新規特性に実質的に影響を与えなければ、特定されていない要素、材料、段階、又は方法ステップを含むのと理解される。
【0062】
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるが、具体的実施例で示された数値は、可能な限り正確に報告されている。しかし、どの数値も、それぞれの試験測定で存在する標準偏差から必然的に生じるある程度の誤差を本質的に含んでいる。
【0063】
また、本明細書で記載されたすべての数値範囲は、そこに包含されるすべての下位範囲を含むことが意図されていることを理解されるべきである。例えば、「１～１０」の範囲は、記載された最小値である１と、記載された最大値である１０を含み、さらに１と１０との間にあるすべてのサブ範囲を含むことが意図されており、すなわち、最小値は１に等しいか又は１よりも大きく、最大値は１０に等しいか又は１０よりも小さい。
【0064】
本明細書において、特に記載のない限り、単数形の使用は複数形を含み、複数形は単数形を包含する。また、本明細書において、「又は」の使用は、特に記載のない限り、「及び／又は」を意味し、特定の例において「及び／又は」が明示的に使用されることがあっても、その限りではない。本明細書及び添付の請求項において、冠詞「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、明示的かつ明白に１つの物に限定されない限り、複数の物を含む。
【0065】
本発明について、具体的な実施形態を例示目的で記載したが、当業者であれば、発明から逸脱することなく多くの変形が可能であることは明らかであろう。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【国際調査報告】