CN108138994B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

提供一种能够使密封性能提高的钢管用螺纹接头。钢管用螺纹接头(1)包括公扣(10)和母扣(20)。母扣(20)的外径比钢管主体(30)的外径的108％小。公扣(10)具备：包括第1密封面(11)的公扣唇部(12)；1段锥螺纹的外螺纹部(13)；以及第2密封面(14)。母扣(20)具备：第1密封面(21)；1段锥螺纹的内螺纹部(23)；以及包括第2密封面(24)的母扣唇部(22)。在紧固状态下，第1密封面(11、21)彼此接触，第2密封面(14、24)彼此接触。外螺纹部(13)在公扣唇部(12)侧的端部具有与管轴线(CL)平行且直径相同的多个螺纹槽底面。内螺纹部(23)在母扣唇部(22)侧的端部具有与管轴线(CL)平行且直径相同的多个螺纹槽底面。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本公开涉及钢管的连结所使用的螺纹接头。

背景技术

在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)中，为了开采地下资源，而使用套管、管道等油井管。油井管大多采用钢管，其连结使用螺纹接头。

这种钢管用螺纹接头的形式被大致分成组合(coupling)型和整体(integral)型。在组合型的情况下，连结对象的一对管材中的、一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成内螺纹部。并且，钢管的外螺纹部被拧入管接头的内螺纹部，由此，两者被紧固而连结。在整体型的情况下，连结对象的一对管材都是钢管，不使用单独的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成外螺纹部，在另一端部的内周形成内螺纹部。并且，一个钢管的外螺纹部被拧入另一个钢管的内螺纹部，由此，两者被紧固而连结。

一般而言，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包括要插入内螺纹部的要素，因此，被成为公扣(pin)。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包括接收外螺纹部的要素，因此，被成为母扣(box)。由于这些公扣和母扣处于管材的端部，因此，均呈管状。

油井为了在挖掘过程中使坑壁不倒塌而利用油井管一边对坑壁进行加强一边掘进，因此，结果成为油井管呈多重配置的构造。近年来，油井的高深度化和超深海化不断发展，在这样的环境下，为了效率良好地开发油井，油井管的连接经常使用接头部的内径、外径与钢管的内径、外径为同等大小的螺纹接头。通过使用这样的螺纹接头，能够极力缩小多重配置的油井管彼此的间隙，即使再深，井的直径也不会变得太大，而能够高效地开发油井。在这样的内径、外径的制约下，要求螺纹接头对于来自内部的压力流体(以下也称为“内压”)和来自外部的压力流体(以下也称为“外压”)具有优异的密封性能。

例如，作为用于确保密封性能的螺纹接头，公知有在紧固状态下构成基于金属-金属接触的密封部。下述的各专利文献公开有具有这样的密封部的螺纹接头。在此说明的基于金属-金属接触的密封部是指如下构造：当公扣的密封面的直径比母扣的密封面的直径稍大(将该直径之差称为干涉量)，且将螺纹接头紧固而使密封面彼此嵌合时，由于干涉量，公扣的密封面缩径，母扣的密封面扩径，在欲使各密封面恢复成原来的直径的弹性恢复力的作用下在密封面产生接触压力，从而整周密合，发挥密封性能。

在日本特公平2-31271号公报的螺纹接头中，在螺纹部采用1段锥螺纹，在公扣的顶端侧具有内密封部。该内密封部由设置于公扣的顶端的密封面和以与公扣的密封面对应的方式设置于母扣的密封面构成。在日本特公平2-31271号公报的螺纹接头中，在公扣和母扣被紧固在一起之际，密封面彼此嵌合而密合。

美国发明专利第4,494,777号说明书的螺纹接头与日本特公平2-31271号公报的螺纹接头同样地，在螺纹部采用了1段锥螺纹。不过，在美国专利第4,494,777号说明书的螺纹接头中，在公扣的钢管主体侧设置有外密封部。该外密封部由设置于公扣的钢管主体侧的端部的凹面和凸面以及以与公扣的凹面和凸面分别对应的方式设置于母扣的凸面和凹面构成。在美国发明专利第4,494,777号说明书的螺纹接头中，在公扣和母扣被紧固在一起之际，公扣的凹面和凸面分别与母扣的凸面和凹面接触。

在日本特许第3426600号公报的螺纹接头中，在螺纹部采用两段锥螺纹，在两段锥螺纹之间具有密封部。该密封部由设置于公扣和母扣各自的中间部的台肩构造构成。各台肩构造的表面在纵截面观察中形成为反S字状。由此，在日本特许第3426600号公报的螺纹接头中，公扣和母扣被紧固在一起之际，台肩构造彼此以啮合的方式接触。

在美国发明专利申请公开第2012/0043756号说明书和美国发明专利第5,687,999号说明书的螺纹接头中，在螺纹部采用两段锥螺纹，在公扣的顶端侧和钢管主体侧分别具有内密封部和外密封部。内密封部由设置于公扣的顶端部的密封面和以与该密封面对应的方式设置于母扣的密封面构成。外密封部由设置于公扣的钢管主体侧的端部的密封面和以与该密封面对应的方式设置于母扣的密封面构成。在美国发明专利申请公开第2012/0043756号说明书和美国发明专利第5,687,999号说明书的螺纹接头中，在公扣和母扣被紧固在一起之际，相对应的密封面彼此接触。

发明内容

发明要解决的问题

例如，存在母扣的外径与钢管主体的外径之差较小的被称为平齐型(日文：フラッシュ)型、半平齐型(日文：セミフラッシュ)型、以及细长型(以下统称为“细长型”)的螺纹接头。在细长型的螺纹接头中，内径和外径被严格地限制。因此，在将密封部设置于细长型的螺纹接头的端部的情况下，公扣和/或母扣的设置有密封部的部分的壁厚变小。

日本特公平2-31271号公报的螺纹接头仅具有设置于公扣的顶端侧的内密封部。根据该结构，在内压施加到螺纹接头之际，也存在公扣的顶端部有被朝向母扣按压的情况，能够维持对于内压的密封性能。另一方面，在外压施加到螺纹接头之际，在经由螺纹的间隙传递而进入到接头内部的外压的作用下薄壁的公扣的顶端部被下压，在内密封部处的公扣与母扣之间容易产生间隙。因而，在日本特公平2-31271号公报的螺纹接头中，难以确保对于外压的密封性能。

美国发明专利第4,494,777号说明书的螺纹接头仅具有设置于公扣的钢管主体侧的外密封部。根据该结构，在外压施加到螺纹接头之际，也存在母扣的端部被朝向公扣按压的情况，能够维持对于外压的密封性能。另一方面，在内压施加到螺纹接头之际，在经由螺纹的间隙传递而进入到接头内部的内压的作用下薄壁的母扣的端部被上推，在外密封部处的公扣与母扣之间容易产生间隙。因而，在美国发明专利第4,494,777号说明书的螺纹接头中，难以确保对于内压的密封性能。

在日本特许第3426600号公报的螺纹接头中，在公扣和母扣的中间部设置有密封部。根据该结构，能够在公扣和母扣中确保密封部的壁厚，因此，与日本特公平2-31271号公报和美国发明专利第4,494,777号说明书那样的螺纹接头相比较，能够提高密封性能。然而，当利用密封部将螺纹部分割成两段时，各段螺纹能够使用的壁厚变小。其结果，完全螺纹部区域变小，成为螺纹高度较低的螺纹，螺纹结合的强度、特别是抗拉强度明显降低。也就是说，当较高的内压或外压进入接头内部时，较低的螺纹或不完全螺纹易于在径向上脱离，即使是较低的拉伸载荷，也容易产生跳扣(螺纹的脱开)。因而，日本特许第3426600号公报的螺纹接头也无法充分确保接头强度和密封性能。

美国发明专利申请公开第2012/0043756号说明书和美国发明专利第5,687,999号说明书的螺纹接头具有内密封部和外密封部这两者。在该结构的情况下，内密封部针对内压发挥功能，外密封部针对外压发挥功能。然而，在美国发明专利申请公开第2012/0043756号说明书和美国发明专利第5,687,999号说明书的螺纹接头中，与日本特许第3426600号公报的螺纹接头同样地，由于螺纹部被分割成两段，因此，螺纹结合的强度不足。因此，在美国发明专利申请公开第2012/0043756号说明书和美国发明专利第5,687,999号说明书的螺纹接头中，也无法期待充分的接头强度和密封性能。

如此，在上述的各专利文献所公开那样的螺纹接头中，无法确保充分的接头强度和对于内压、外压这两者的密封性能。

本公开的目的在于提供一种在不使接头强度、特别是抗拉强度降低的前提下能够使对于内压、外压这两者的密封性能提高的钢管用螺纹接头。

本公开的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。在钢管用螺纹接头中，通过将公扣拧入到母扣而将公扣和母扣紧固在一起。母扣的外径比钢管主体的外径的108％小。公扣从顶端朝向钢管主体依次具备公扣唇部、外螺纹部、以及第2密封面。公扣唇部包括第1密封面。外螺纹部由1段锥螺纹构成。母扣具备第1密封面、内螺纹部、以及母扣唇部。第1密封面与公扣的第1密封面对应。内螺纹部与外螺纹部对应，并由1段锥螺纹构成。母扣唇部包括与公扣的第2密封面对应的第2密封面。在紧固状态下，第1密封面彼此接触，并且，第2密封面彼此接触。外螺纹部在公扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。内螺纹部在母扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。

根据本公开的钢管用螺纹接头，不使接头强度、特别是抗拉强度降低，就能够使对于内压、外压这两者的密封性能提高。

附图说明

图1是表示实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖视图。

图2是将图1所示的钢管用螺纹接头的螺纹部放大的纵剖视图。

图3是将图1所示的钢管用螺纹接头的管轴线方向的内端部放大的纵剖视图。

图4是将图1所示的钢管用螺纹接头的管轴线方向的外端部放大的纵剖视图。

图5是将上述实施方式的变形例的钢管用螺纹接头的管轴线方向的内端部放大的纵剖视图。

图6是将与图5所示的钢管用螺纹接头不同的变形例的钢管用螺纹接头的管轴线方向的外端部放大的纵剖视图。

图7是将与图5及图6所示的钢管用螺纹接头不同的变形例的钢管用螺纹接头的管轴线方向的内端部放大的纵剖视图。

图8是将与图5～图7所示的钢管用螺纹接头不同的变形例的钢管用螺纹接头的螺纹部放大的纵剖视图。

图9是表示实施例和比较例的钢管用螺纹接头的模型的纵剖视图。

图10是将图9所示的钢管用螺纹接头的模型的管轴线方向的外端部放大的纵剖视图。

图11是将图9所示的钢管用螺纹接头的模型的螺纹部放大的纵剖视图。

具体实施方式

如上所述，在细长型的螺纹接头中，内径和外径被严格地限制。因此，需要在非常有限的壁厚中配置螺纹部、密封部等所需要的构成要素，确保预定的接头强度的同时，实现优异的密封性能。然而，在细长型的螺纹接头中，通常，难以充分地确保设置密封部的部分的壁厚。

例如，在仅具有内密封部的螺纹接头的情况下，也存在内压将公扣的顶端部按压于母扣的情况，而能够发挥对于内压的密封性能。然而，外压在螺纹部的间隙传递而到达公扣的顶端部，将薄壁的公扣的顶端部下压，因此，在施加了外压的情况下，在公扣与母扣之间容易产生间隙。因而，在仅设置内密封部的结构中，无法发挥对于外压的密封性能。

另一方面，在仅具有外密封部的螺纹接头的情况下，也存在外压将母扣的端部按压于公扣的情况，而能够发挥对于外压的密封性能。然而，内压在螺纹部的间隙传递而到达母扣的端部，将薄壁的母扣的端部上推，因此，在施加了内压的情况下，在公扣与母扣之间容易产生间隙。因而，在仅设置外密封部的结构中，无法发挥对于内压的密封性能。

也存在将密封部设置于螺纹接头的中间部的结构。该结构是在细长型的螺纹接头中能够使密封部的壁厚最大的结构。而且，根据该结构，在密封部的两侧存在螺纹结合，因此，能够获得较高的密封性能。

然而，在将密封部设置于螺纹接头的中间部的情况下，螺纹部必然由两段螺纹构成。也就是说，螺纹部被分成二部分，因此，各段螺纹能够使用的壁厚理所当然地非常小。其结果，成为几乎没有完全螺纹部区域的、全是不完全螺纹部区域的螺纹，螺纹结合的强度、特别是抗拉强度明显降低。

也存在设置内密封部和外密封部这两者的结构。根据该结构，内密封部针对内压发挥功能，外密封部针对外压发挥功能。因此，与仅设置内密封部和外密封部中的一者的结构相比较，能够对于内压、外压这两者获得优异的密封性能。另外，根据该结构，能够利用1段螺纹构成螺纹部，因此，螺纹结合的强度也不会明显降低。

实施方式的钢管用螺纹接头的设计者等进行了如下研究：针对在公扣的顶端侧和钢管主体侧这两者具有密封部、螺纹部由1段螺纹构成的螺纹接头，使密封性能进一步提高。设计者等进行深入研究的结果发现了如下内容：通过尽可能增大供内密封部设置的公扣的顶端部(以下也称为“公扣唇部”)和供外密封部设置的母扣的端部(以下也称为“母扣唇部”)的各壁厚，能使密封性能大幅提高。

然而，如上所述，在细长型的螺纹接头中，内径和外径被严格地限制。因而，无法为了增大公扣唇部的壁厚而缩小内径，也无法为了增大母扣唇部的壁厚而增大外径。也想到：例如通过缩短螺纹的长度、或降低螺纹牙的高度、亦或使螺纹的锥角平缓等，节约螺纹部所使用的壁厚，增大公扣唇部和母扣唇部的壁厚。然而，在该情况下，能产生如下这样螺纹接头的强度和操作性明显降低的问题：例如，螺纹结合的强度不足而产生螺纹牙的破坏、公扣不慎从母扣拔出的事态(跳扣)；或在将公扣和母扣紧固之际需要使公扣或母扣旋转得非常多；或易于引起螺纹的错位等。

因此，本设计者等着眼于以往的螺纹接头中的螺纹部的端部的啮合状态。由于螺纹部是由设置于管材的外周面或内周面的锥螺纹构成的，因此，在螺纹部的端部，外螺纹或内螺纹的螺纹牙的顶部被切掉，螺纹牙的高度逐渐变低。另一方面，与这些螺纹牙相对应的螺纹槽的深度并未变浅，因此，在螺纹部的端部，即使在螺纹结合后，在螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间也会产生较大的空间。

在对尺寸的限制严格的细长型的螺纹接头中，上述那样的空间是极其浪费的。本设计者等想到了通过在螺纹接头中有效地灵活运用产生该空间的区域，能够使密封性能进一步提高。本设计者等产生了如下构思：通过在螺纹部的端部与螺纹牙的高度逐渐变低相应地使螺纹槽的深度逐渐变浅，从而能够增大公扣唇部和母扣唇部的壁厚。

实施方式的钢管用螺纹接头是基于以上的见解而完成的。实施方式的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。在钢管用螺纹接头中，公扣被拧入母扣而将公扣和母扣紧固在一起。母扣的外径比钢管主体的外径的108％小。公扣从顶端朝向钢管主体依次具备公扣唇部、外螺纹部、以及第2密封面。公扣唇部包括第1密封面。外螺纹部由1段锥螺纹构成。母扣具备第1密封面、内螺纹部、以及母扣唇部。第1密封面与公扣的第1密封面对应。内螺纹部与外螺纹部对应，并由1段锥螺纹构成。母扣唇部包括与公扣的第2密封面对应的第2密封面。在紧固状态下，第1密封面彼此接触，并且，第2密封面彼此接触。外螺纹部在公扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。内螺纹部在母扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。此外，在此“直径相同”是指，利用本领域技术人员通常所使用的NC车床等切削装置、切削刀具以通常的精度进行了加工的情况下的“相同的”直径，以平均直径计算最大也仅有几百微米程度的差。另外，外螺纹部和内螺纹部“具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面”是指，在螺纹接头的纵截面观察中，在各螺纹部存在与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。

在上述的螺纹接头中，外螺纹部在公扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。根据该结构，与沿着朝向公扣唇部而缩径的锥面上配置外螺纹部的全部螺纹槽底面的情况相比较，能够增大公扣唇部的壁厚。因而，能够使由公扣的第1密封面的干涉量带来的弹性恢复力相当大，能够使对于内压的密封性能提高。

在上述的螺纹接头中，在母扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。根据该结构，与沿着朝向母扣唇部而扩径的锥面上设置内螺纹部的全部螺纹槽底面的情况相比较，能够增大母扣唇部的壁厚。因而，能够使由母扣的第2密封面的干涉量带来的弹性恢复力相当大，能够使对于外压的密封性能提高。

在上述的螺纹接头中，外螺纹部和内螺纹部由1段锥螺纹构成。因此，与螺纹部由两段构成的螺纹接头相比较，螺纹部能够使用的壁厚变大，能够充分地确保完全螺纹部区域。因而，能够抑制螺纹结合的抗拉强度降低，能够确保接头强度。

在上述的螺纹接头中，公扣还能够具备设置于顶端和钢管主体侧的端面中的至少一者的台肩面。母扣还能够具备与公扣的台肩面对应的台肩面。也可以是，在紧固状态下，相对应的台肩面彼此接触。

根据该结构，能够对公扣相对于母扣的拧入设置限制。另外，通过在紧固状态下相对应的台肩面彼此接触，在接头内部产生螺纹的紧固轴力，能够使螺纹的紧固状态进一步牢固。

在上述的螺纹接头中，也可以是，公扣还具备第1凸头部，该第1凸头部配置于顶端面与公扣的第1密封面之间。

根据该结构，能够使公扣唇部的刚度(公扣的第1密封面的弹性恢复力)进一步提高。因而，能够使对于内压的密封性能进一步提高。

在上述的螺纹接头中，也可以是，母扣还具备第2凸头部，该第2凸头部配置于与公扣的钢管主体侧的端面对应的端面和母扣的第2密封面之间。

根据该结构，能够使母扣唇部的刚度(母扣的第2密封面的弹性恢复力)进一步提高。因而，能够使对于外压的密封性能进一步提高。

在上述的螺纹接头中，也可以是，由外螺纹部和内螺纹部构成的螺纹部的螺纹的纵截面形状(以下简称为螺纹形状)是燕尾形状，螺纹宽度沿着导程逐渐变化。

在上述的螺纹接头中，也可以是，由外螺纹部和内螺纹部构成的螺纹部是单线螺纹或双线螺纹。

在上述的螺纹接头中，也可以是，从外螺纹部起到公扣的第1密封面为止的管轴线方向上的距离是外螺纹部的螺距的1.5倍以上。

在上述的螺纹接头中，也可以是，从内螺纹部起到母扣的第2密封面为止的管轴线方向上的距离是内螺纹部的螺距的1.5倍以上。

[实施方式]

以下，参照附图对钢管用螺纹接头的实施方式进行说明。对图中相同和相当的结构，标注相同的附图标记，不重复进行相同的说明。

图1是表示实施方式的钢管用螺纹接头1的纵剖视图。螺纹接头1是整体型的螺纹接头，包括公扣10和母扣20。不过，螺纹接头1也能够适用于组合型的螺纹接头。

螺纹接头1以母扣20的外径与钢管主体30的外径之差较小的细长型的螺纹接头为对象。因此，母扣20的外径比钢管主体30的外径的108％小。另外，母扣20的外径是钢管主体30的外径的100％以上。钢管主体30是指由螺纹接头1连结的钢管中的、除了公扣10和母扣20以外的部分。

公扣10从顶端朝向钢管主体30依次具备包括第1密封面11的公扣唇部12、外螺纹部13、以及第2密封面14。公扣10还在钢管主体30侧的端部具备台肩面15。此外，公扣10的内径比由API(American Petroleum Institute(美国石油协会))的标准所规定的通径大。以下，为了便于说明，存在将公扣10的顶端侧称为管轴线方向的内侧、将公扣10的钢管主体30侧称为管轴线方向的外侧的情况。

第1密封面11设置于从外螺纹部13向顶端侧延伸的公扣唇部12的外周面。第2密封面14在公扣10的外周面设置于比外螺纹部13靠钢管主体30侧的位置。因而，在公扣10的外周面，外螺纹部13配置于第1密封面11与第2密封面14之间。

第1密封面11和第2密封面14均是锥状。严格来说，第1密封面11和第2密封面14分别呈由相当于越是顶端侧则直径越缩小的圆台的周面的面形成的形状、或由该圆台的周面和相当于使圆弧等曲线绕管轴线CL旋转而获得的旋转体的周面的面形成的形状、亦或将两者组合而成的形状。

台肩面15是与管轴线CL大致垂直的环状面。在图1中，示出台肩面15从与管轴线CL垂直的面向公扣10的拧入行进方向稍微倾倒后的状态、即越是其外周侧则越朝向公扣10的顶端侧稍微倾倒后的状态。

母扣20从管轴线方向的内侧朝向外侧依次具备第1密封面21、内螺纹部23、以及包括第2密封面24的母扣唇部22。母扣20还在其外端具备台肩面25。母扣20的第1密封面21、内螺纹部23、第2密封面24、以及台肩面25分别与公扣10的第1密封面11、外螺纹部13、第2密封面14、以及台肩面15相对应地设置。

公扣10的外螺纹部13和母扣20的内螺纹部23利用相互啮合的1段锥螺纹构成。外螺纹部13和内螺纹部23的螺纹形状是燕尾形状。

外螺纹部13的螺纹宽度和内螺纹部23的螺纹宽度沿着公扣10的拧入行进方向变化。具体而言，外螺纹部13的螺纹牙宽沿着螺纹的螺旋线(导程)在右旋螺纹的行进方向以前方变细的方式变窄，相对的内螺纹部23的螺纹槽宽也沿着螺纹的螺旋线在右旋螺纹的行进方向上以前方变细的方式变窄。

外螺纹部13和内螺纹部23可进行相互的拧入。第1密封面11、21彼此和第2密封面14、24彼此分别随着公扣10的拧入而相互接触，在紧固状态下，嵌合地密合而成为过盈配合的状态。由此，第1密封面11、21彼此形成基于金属接触的第1密封部(内密封部)。第2密封面14、24彼此形成基于金属接触的第2密封部(外密封部)。

台肩面15、25通过公扣10向母扣20的拧入而相互接触并按压，承担对公扣10的拧入进行限制的止挡件的作用。而且，台肩面15、25承担在紧固状态下对公扣10的外螺纹部13施加向与拧入行进方向(前方)相反的方向(后方)的载荷、所谓的螺纹的紧固轴力的作用。台肩面15、25通过这样的相互的按压接触而形成台肩部。

图2是将螺纹接头1的螺纹部放大的纵剖视图。螺纹部由公扣10的外螺纹部13和母扣20的内螺纹部23构成。虽没有特别限定，但优选的是螺纹部为单线螺纹或双线螺纹。

如图2所示，公扣10的外螺纹部13分别具有多个螺纹牙顶面13a、螺纹槽底面13b、位于拧入方向的前侧的插入牙侧面13c(以下也称为“插入面”)、以及与该插入面13c所在侧相反的一侧的载荷牙侧面13d(以下也称为“载荷面”)。母扣20的内螺纹部23分别具备多个螺纹牙顶面23a、螺纹槽底面23b、插入面23c、以及载荷面23d。内螺纹部23的各螺纹牙顶面23a与外螺纹部13的螺纹槽底面13b相对。内螺纹部23的各螺纹槽底面23b与外螺纹部13的螺纹牙顶面13a相对。内螺纹部23的各插入面23c与外螺纹部13的插入面13c相对。内螺纹部23的各载荷面23d与外螺纹部13的载荷面13d相对。

外螺纹部13的载荷面13d、插入面13c和内螺纹部23的载荷面23d、插入面23c各自的牙型半角均是小于0°的负角。在此所谓的牙型半角是与管轴线CL呈直角的面和侧面所成的夹角。在图2所示的螺纹接头的情况下，载荷面13d、23d的牙型半角以顺时针为正，插入面13c、23c的牙型半角以逆时针为正。

在紧固状态下，成为如下状态：外螺纹部13的载荷面13d和内螺纹部23的载荷面23d彼此相互接触、外螺纹部13的插入面13c和内螺纹部23的插入面23c彼此相互接触，并且外螺纹部13的螺纹槽底面13b与内螺纹部23的螺纹牙顶面23a彼此接触。在外螺纹部13的螺纹牙顶面13a与内螺纹部23的螺纹槽底面23b之间形成间隙。话虽如此，也可以是，与这样的形态相反，成为如下形态：外螺纹部13的螺纹牙顶面13a与内螺纹部23的螺纹槽底面23b相互接触，在外螺纹部13的螺纹槽底面13b与内螺纹部23的螺纹牙顶面23a之间形成间隙。另外，也可以在外螺纹部13的插入面13c与内螺纹部23的插入面23c之间形成有间隙。

图3是将螺纹接头1的公扣唇部12侧的端部(管轴线方向的内端部)放大的纵剖视图。如图3所示，外螺纹部13在靠公扣唇部12侧的端部具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面131b。外螺纹部13的多个螺纹槽底面中的、从管轴线方向的内端起算的两个以上的螺纹槽底面131b分别具有实质上为圆筒面的形状。也就是说，各螺纹槽底面131b由以管轴线CL为轴心的圆筒面构成。

在管轴线方向上，外螺纹部13的内端部处的螺纹槽的深度朝向公扣唇部12而逐渐变小。外螺纹部13的多个螺纹槽底面中的、除了螺纹槽底面131b以外的螺纹槽底面分别具有与越是靠近公扣唇部12则直径越缩小的圆台的周面相仿的形状。

内螺纹部23的多个螺纹牙顶面中的、与外螺纹部13的螺纹槽底面131b相对应的螺纹牙顶面231a构成为与管轴线CL平行且直径相同。即，在内螺纹部23中，从管轴线方向的内端起算的两个以上的螺纹牙顶面231a与管轴线CL平行且直径相同。螺纹牙顶面231a具有与分别对应的外螺纹部13的螺纹槽底面131b同轴地配置、且直径比该螺纹槽底面131b的直径稍大的圆筒面的形状。因而，在紧固状态下，在各螺纹牙顶面231a与同其相对应的外螺纹部13的螺纹槽底面131b之间产生间隙C1。内螺纹部23的多个螺纹牙顶面中的、除了螺纹牙顶面231a以外的螺纹牙顶面分别具有与越是朝向管轴线方向的内侧则直径越缩小的圆台的周面相仿的形状。

间隙C1是由构成内螺纹部23的螺纹牙顶面231a的圆筒面的直径与构成外螺纹部13的螺纹槽底面131b的圆筒面的直径之差产生的。虽没有特别限定，但例如，C1的平均尺寸在螺纹接头被紧固了的状态下比0μm大，且是900μm以下，更优选是500μm以下。在此叙述为平均尺寸的原因在于，在实际的产品中存在椭圆误差，在整周上C1均匀的情况较少。因而，根据情况的不同，在周向的一部分上既有可能存在C1为零的部分，也有可能存在最大间隙超过900μm的部分。

如上所述，公扣唇部12的第1密封面11在紧固状态下与母扣20的第1密封面21接触。公扣唇部12的外周面中的、除了第1密封面11以外的区域在紧固状态下不与母扣20接触。

优选的是，从外螺纹部13起到第1密封部为止的管轴线方向上的距离L1例如是螺距P1的1.5倍以上。在此，距离L1是从与母扣20的第1密封面21接触的第1密封面11的外端E11起到外螺纹部13的内端E12为止的管轴线方向上的长度。螺距P1是指外螺纹部13中的相邻螺纹牙的载荷面间的管轴线方向上的长度(本说明书中，双线螺纹的情况的螺距也设为该定义)。

图4是将螺纹接头1的母扣唇部22侧的端部(管轴线方向的外端部)放大的纵剖视图。如图4所示，内螺纹部23在靠母扣唇部22侧的端部具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面231b。内螺纹部23的多个螺纹槽底面中的、从管轴线方向的外端起算的两个以上的螺纹槽底面231b分别具有实质上为圆筒面的形状。也就是说，各螺纹槽底面231b由以管轴线CL为轴心的圆筒面构成。在管轴线方向上，内螺纹部23的外端部处的螺纹槽的深度朝向母扣唇部22而逐渐变小。内螺纹部23的多个螺纹槽底面中的、除了螺纹槽底面231b以外的螺纹槽底面分别具有与越是远离母扣唇部22则直径越缩小的圆台的周面相仿的形状。

外螺纹部13的多个螺纹牙顶面中的、与内螺纹部23的螺纹槽底面231b相对应的螺纹牙顶面131a构成为与管轴线CL平行且直径相同。即，在外螺纹部13中，从管轴线方向的外端起算的两个以上的螺纹牙顶面131a与管轴线CL平行且直径相同。螺纹牙顶面131a具有与分别对应的内螺纹部23的螺纹槽底面231b同轴地配置、且直径比该螺纹槽底面231b的直径稍小的圆筒面的形状。因而，在紧固状态下，在各螺纹牙顶面131a与相对应的内螺纹部23的螺纹槽底面231b之间产生间隙C2。外螺纹部13的多个螺纹牙顶面中的、除了螺纹牙顶面131a以外的螺纹牙顶面分别具有与越是朝向管轴线方向的内侧则直径越缩小的圆台的周面相仿的形状。

间隙C2是由构成外螺纹部13的螺纹牙顶面131a的圆筒面的直径与构成内螺纹部23的螺纹槽底面231b的圆筒面的直径之差产生的。虽没有特别限定，但例如，C2的平均尺寸在螺纹接头被紧固了的状态下比0μm大，且是900μm以下，更优选是500μm以下。在此叙述为平均尺寸的原因与前述的C1理由相同。

如上所述，母扣唇部22的第2密封面24在紧固状态下与公扣10的第2密封面14接触。母扣唇部22的内周面中的、除第2密封面24和台肩面25以外的区域在紧固状态下不与公扣10接触。

优选的是，从内螺纹部23起到第2密封部为止的管轴线方向上的距离L2例如是螺距P2的1.5倍以上。在此，距离L2是从与公扣10的第2密封部14接触的第2密封面24的内端E21起到内螺纹部23的外端E22为止的管轴线方向上的长度。螺距P2是指内螺纹部23中的相邻的螺纹牙的载荷面间的管轴线方向上的长度。

如以上那样，在本实施方式的钢管用螺纹接头1中，外螺纹部13在靠公扣唇部12侧的端部具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面131b。因而，与沿着随着靠近公扣唇部12侧而缩径的锥面上配置外螺纹部13的全部螺纹槽底面的情况相比较，能够增大公扣唇部12的壁厚。

在将外螺纹部13的全部螺纹槽底面沿着锥面上设置的情况下，如在图3中以虚线所示，在形成了外螺纹部13之后，需要在公扣唇部12的外周面设置用于供相对于管轴线CL倾斜移动的工具避让的空间。另一方面，如本实施方式那样，在外螺纹部13的公扣唇部12侧的端部的螺纹槽底面131b与管轴线CL平行且直径相同的情况下，在公扣唇部12侧的端部，工具与管轴线CL平行地移动，因此，无需在公扣唇部12设置用于供工具避让的空间。因而，根据本实施方式，能够防止设置有第1密封面11的公扣唇部12的壁厚变小，能够提高公扣唇部12的刚度。因而，能够使对于内压的密封性能提高。

在本实施方式的钢管用螺纹接头1中，内螺纹部23在靠母扣唇部22侧的端部具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面231b。因而，与沿着随着靠近母扣唇部22侧而扩径的锥面上设置内螺纹部23的全部的螺纹槽底面的情况相比较，能够增大母扣唇部22的壁厚。

在将内螺纹部23的全部螺纹槽底面沿着锥面上设置的情况下，如在图4中以虚线所示，在形成了内螺纹部23之后，需要在母扣唇部22的内周面设置用于供相对于管轴线CL倾斜移动的工具避让的空间。另一方面，如本实施方式那样，在内螺纹部23的靠母扣唇部22侧的端部的螺纹槽底面231b与管轴线CL平行且直径相同的情况下，在母扣唇部22侧的端部，工具与管轴线CL平行地移动，因此，无需在母扣唇部22的内周面设置用于供工具避让的空间。因而，根据本实施方式，能够防止设置有第2密封面24的母扣唇部22的壁厚变小，能够提高母扣唇部22的刚度。因而，能够使对于外压的密封性能提高。

在本实施方式的钢管用螺纹接头1中，外螺纹部13和内螺纹部23由1段锥螺纹构成。因此，在螺纹接头1中，与螺纹部由2两段构成的螺纹接头相比较，螺纹部能够使用的壁厚变大，能够充分地确保完全螺纹部区域。因而，能够抑制螺纹结合的抗拉强度的降低，能够确保接头强度。

如此，根据本实施方式，能够确保内密封部所配置的公扣唇部12和外密封部所配置的母扣唇部22的各壁厚，能够对于内压和外压这两者提高密封性能。另外，也不会发生为了使密封性能提高而降低接头强度、特别是抗拉强度的情况。

而且，在本实施方式中，外螺纹部13中的配置于靠公扣唇部12侧的端部的螺纹槽底面131b具有直径比分别对应的内螺纹部23的螺纹牙顶面231a的直径稍小的圆筒面的形状。因而，在螺纹部的内端部，外螺纹部13的螺纹槽底面131b与内螺纹部23的螺纹牙顶面231a之间的间隙C1变小。另外，内螺纹部23中的配置于靠母扣唇部22侧的端部的螺纹槽底面231b具有直径比分别对应的外螺纹部13的螺纹牙顶面131a的直径稍大的圆筒面的形状。因而，在螺纹部的外端部，内螺纹部23的螺纹槽底面231b与外螺纹部13的螺纹牙顶面131a之间的间隙C2变小。即，在本实施方式中，在由锥螺纹构成的螺纹部的内外端部，在螺纹牙顶面与螺纹槽底面之间产生的空间比以往的该空间小。根据本设计者等，通过采用这样的结构，从而使公扣唇部12和母扣唇部22能够使用的壁厚变大。因而，能够使对于内压和外压的密封性能进一步提高。

在本实施方式中，在公扣10的钢管主体30侧的端部设置有台肩面15。在母扣20设置有与公扣10的台肩面15对应的台肩面25。各台肩面15、25在紧固状态下相互接触，因此，能够作为限制公扣10相对于母扣20的拧入的止挡件发挥功能。另外，各台肩面15、25能够在接头内部产生螺纹的紧固轴力。

在本实施方式中，由外螺纹部13和内螺纹部23构成的螺纹部的螺纹形状是燕尾形状，螺纹宽度变化。根据该结构，在紧固状态下，载荷面彼此接触，且螺纹牙顶面与螺纹槽底面相互接触而密合，因此，能够实现优异的密封性能。在公扣10与母扣20之间的紧固完成了时且插入面彼此也接触的情况下，螺纹部整体牢固地嵌合，能够使密合性能进一步提高。

在紧固状态下，第1密封部和第2密封部分别具有嵌合量(干涉量)，以使第1密封面11、21彼此和第2密封面14、24彼此在整周上以相应的接触力密合而能发挥密封性能。因此，当第1密封部和/或第2密封部与螺纹部之间的管轴线方向上的距离过近时，由于第1密封部和/或第2密封部的干涉量而使内螺纹部23自外螺纹部13剥离，在螺纹部的端部处螺纹结合的强度降低。

在本实施方式中，确保从螺纹部起到第1密封部为止的管轴线方向上的距离L1，以使第1密封面11、21彼此的接触以及外螺纹部13和内螺纹部23的接触不相互进行不良影响。另外，确保从螺纹部起到第2密封部为止的管轴线方向上的距离L2，以使第2密封面14、24彼此的接触以及外螺纹部13和内螺纹部23的接触不相互进行不良影响。例如，距离L1、L2分别是螺距P1、P2的1.5倍以上的长度。由此，能够抑制由于第1密封部和/或第2密封部干涉量而造成的螺纹结合的强度降低。

以下，对主要部位的优选形态进行补充。

(螺纹部)

如上所述，在螺纹部的管轴线方向的内端部，在外螺纹部13的螺纹槽底面131b与同其相对应的内螺纹部23的各螺纹牙顶面231a之间存在间隙C1。在螺纹部的管轴线方向上的外端部处，在外螺纹部13的各螺纹牙顶面131a与同其相对应的内螺纹部23的螺纹槽底面231b之间产生间隙C2。优选间隙C1、C2分别根据螺纹部的管轴线方向的内端部和外端部的正圆度(椭圆率)的偏差(制造公差)而设定。正圆度因例如钢管的外径、壁厚尺寸、材质、制造方法等而发生各种变化。然而，总的说来，正圆度是外螺纹部13的完全螺纹牙和内螺纹部23的完全螺纹牙中较低的一者的载荷面的高度(径向的尺寸)的大致5％以上且50％以下，更优选是10％以上且30％以下。

螺纹部的螺纹牙高度和螺纹锥度没有特别限定。螺纹牙高度和螺纹锥度能够与例如钢管的外径、壁厚尺寸等相应地适当调整。在以油井用钢管为对象的情况下，螺纹牙高度能够设定在大致0.8mm～3mm的范围内。在以油井用钢管为对象的情况下，螺纹锥度能够设定在大致1/21～1/4的范围内。

在螺纹部利用燕尾形状的螺纹构成的情况下，并没有特别限定，但载荷面和插入面的各牙型半角的大小在实际应用方面能够设为-31°以上且小于0°。出于制造性等观点考虑，载荷面和插入面的各牙型半角的大小更优选是-16°～-2°。载荷面的牙型半角的大小和插入面的牙型半角的大小也可以不相同。

(钢管用螺纹接头的内径和外径)

在本实施方式中，尤其是，以母扣20的外径与钢管主体30的外径之差较小的被称为平齐型、半平齐型、以及细长型等的钢管用螺纹接头为对象。如上所述，在本实施方式的钢管用螺纹接头1中，母扣20的外径是钢管主体30的外径的108％以下。尤其是，在母扣20的外径与钢管主体30的外径之差更小的平齐型和半平齐型的螺纹接头的情况下，母扣20的外径是钢管主体30的外径的104％以下。螺纹接头1的内径(公扣10的内径)例如以API标准的SPEC5CT的通径为下限。

(密封部)

第1密封面11、21和第2密封面14、24各自的形状和尺寸并没有特别限定。在螺纹接头1的纵截面(以包括管轴线CL在内的平面剖切而成的截面)中，第1密封面11、21和第2密封面14、24的轮廓能够由直线、圆弧、椭圆弧、或者平滑的凸曲线、或它们的组合构成。

(螺纹部与密封部之间的距离)

如上所述，当第1密封部和/或第2密封部与螺纹部之间的管轴线方向上的距离过近时，由于第1密封部和/或第2密封部的干涉量，而使内螺纹部23从外螺纹部13被剥离，在螺纹部的端部处螺纹结合的强度降低。因而，虽然也与螺纹接头1的外径、壁厚尺寸等有关，但优选的是，从螺纹部起到第1密封部为止的管轴线方向上的距离L1、以及从螺纹部起到第2密封部为止的管轴线方向上的距离L2分别是螺距P1、P2的1.5倍以上。出于制造成本、操作性等观点考虑，距离L1、L2能够分别设为螺距P1、P2的5倍以下。

(母扣的端部处的周向上的拉伸屈服强度)

母扣20的端部处的周向上的拉伸屈服强度能够通过冷扩管加工等提高。例如，优选的是母扣20的第2密封面24的周向上的拉伸屈服强度比钢管主体30的拉伸屈服强度高至少5％以上，更优选的是高10％以上。

[变形例]

以上，对实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，就可进行各种变更。例如，如图5和图6所示，公扣或母扣也可以具备凸头部。

图5是将上述实施方式的变形例的钢管用螺纹接头2的管轴线方向的内端部放大的纵剖视图。钢管用螺纹接头2在公扣10A具备凸头部16这点与上述实施方式的钢管用螺纹接头1不同。

如图5所示，凸头部16设置于公扣唇部12的管轴线方向的最内侧。凸头部16配置于公扣10A的顶端面与公扣10A的第1密封面11之间。虽省略图示，但在公扣10A和母扣20A的管轴线方向上的各外端部既可以设置有上述实施方式同样的台肩面，也可以不设置台肩面。

在紧固状态下，凸头部16的外周面没有与母扣20A接触。通过在公扣10A设置这样的凸头部16，能够提高公扣唇部12的刚度。其结果，能够使对于内压的密封性能进一步提高。

图6是将上述实施方式的变形例的钢管用螺纹接头3的管轴线方向的外端部放大的纵剖视图。钢管用螺纹接头3在母扣20B具备凸头部26这点与上述实施方式的钢管用螺纹接头1不同。

如图6所示，凸头部26设置于母扣唇部22的管轴线方向的最外侧。凸头部26配置于母扣20B的第2密封面24与母扣20B的台肩面25之间。即，在凸头部26的顶端设置有台肩面25。

在紧固状态下，母扣20B的台肩面25与上述实施方式同样地与公扣10B的台肩面15接触，但凸头部26的内周面没有与公扣10B接触。通过在母扣20B设置这样的凸头部26，能够提高母扣唇部22的刚度。其结果，能够使对于外压的密封性能进一步提高。

母扣20B的包括凸头部26和第2密封面24在内的母扣唇部22的周向上的拉伸屈服强度能够通过冷扩管加工等提高。优选的是，凸头部26和第2密封面24的周向上的拉伸屈服强度比钢管主体的拉伸屈服强度高至少5％以上，更优选的是高10％以上。

在图5和图6中，示出了在公扣或母扣设置凸头部的例子。然而，凸头部也可以设置于公扣和母扣这两者。

在上述实施方式中，在公扣的顶端未设置台肩面，但如图7所示，也可以在公扣10C的顶端设置台肩面17。母扣20C具备与公扣10C的台肩面17相对应的台肩面27。在紧固状态下，公扣10C的台肩面17与母扣20C的台肩面27接触。既可以在公扣10C的钢管主体侧的端面设置有与上述实施方式同样的台肩面，也可以不设置。公扣的台肩面能够设置于公扣的顶端和钢管主体侧的端面中的任一者或两者。在母扣设置与公扣的1个台肩面对应的台肩面或与多个台肩面分别对应的台肩面。

在上述实施方式中，螺纹部由燕尾形状的螺纹构成，但螺纹部的螺纹形状并没有特别限定于此。例如，如图8所示，外螺纹部13A(13)和内螺纹部23A(23)也可以由梯形螺纹构成。虽没有特别图示，在该情况下，外螺纹部13A(13)在管轴线方向的内端部也具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面，内螺纹部23A(23)在管轴线方向的外端部也具有与管轴线CL平行且直径相同的多个螺纹槽底面。

实施例

为了确认本公开的钢管用螺纹接头的效果，实施了基于弹塑性有限元法的数值模拟分析。

＜试验条件>

如图9所示，用于弹塑性有限元分析的钢管用螺纹接头的模型具备：由第1密封面11、21构成的内密封部；由第2密封面14、24构成的外密封部；由台肩面15、25构成的台肩部；以及配置到外密封部与台肩部之间的凸头部26。后述的实施例和比较例的模型的基本结构相同。

作为实施例，针对具有上述的基本结构的螺纹接头，制作了适用了本公开的技术的模型。即，如图10所示，在螺纹部的管轴线方向的外端部，内螺纹部23的多个螺纹槽底面和与其对应的外螺纹部13的螺纹牙顶面与管轴线CL平行。虽省略图示，但在螺纹部的管轴线方向的内端部，外螺纹部13的多个螺纹槽底面和与其对应的内螺纹部23的螺纹牙顶面与管轴线CL平行。公扣唇部的壁厚是6.11mm，母扣唇部的壁厚是7.19mm。

在实施例中，从外螺纹部13起到内密封部为止的管轴线方向上的距离是螺距的两倍。从内螺纹部23起到外密封部为止的管轴线方向上的距离也设为螺距的两倍。

作为用于比较的现有技术(比较例)，具有上述的基本结构，制作了没有适用本公开的技术的模型。将比较例的模型的管轴线方向的外端部的结构在图10中以虚线表示。在比较例的模型中，公扣唇部的壁厚是4.98mm，母扣唇部的壁厚是5.98mm。

通用的试验条件如以下这样。

·钢管的尺寸：14[inch]、115[lb/ft](公称外径是φ355.6mm，公称壁厚是20.63mm)

·钢管的等级：API标准的Q125(由API 5CT规定的油井管用碳钢，屈服强度为125ksi(862N/mm²))

·螺纹的形状和尺寸：燕尾形状(参照图11)，螺纹牙宽和螺纹槽宽沿着拧入行进方向变化，在紧固状态下外螺纹部的螺纹牙顶面与内螺纹部的螺纹槽底面之间以及外螺纹部的插入面与内螺纹部的插入面之间存在间隙，螺纹牙高度是约2mm，螺距是8.47mm，螺纹锥度是1/10，单线螺纹

·螺纹部与内密封部之间、螺纹部与外密封部之间的各距离：19mm

·凸头部的管轴线方向上的长度：20mm

＜评价方法>

在弹塑性有限元分析中，针对制作成的各模型，从台肩环(台肩面15、25彼此抵接)起进一步沿着管轴线方向拧入0.001英寸，依次施加了对ISO13679：2002年版的系列A试验(常温下的反复内压、外压负荷试验)进行模拟了的载荷组合。将比较例的值设为1而以相对值对其分析过程中的内外密封部的密封面压的最小值进行了比较。将分析结果表示在表1中。

[表1]

*将比较例设为1而记载其相对值

如表1所示，与比较例中的内外密封部的密封面压相比，实施例中的内外密封部的密封面压格外高。由此可知：本公开的钢管用螺纹接头与现有技术相比增大公扣唇部和母扣唇部的各壁厚，其结果，具有对于外压和内压的优异的密封性能。

Claims (6)

1.一种钢管用螺纹接头，其包括管状的公扣和管状的母扣，通过将所述公扣拧入到所述母扣而将所述公扣和所述母扣紧固在一起，其中，

所述母扣的外径比钢管主体的外径的108％小，

所述公扣从顶端朝向钢管主体依次具备：包括第1密封面的公扣唇部；由1段锥螺纹构成的外螺纹部；以及第2密封面，

所述母扣具备：与所述公扣的第1密封面对应的第1密封面；与所述外螺纹部对应并由1段锥螺纹构成的内螺纹部；以及包括与所述公扣的第2密封面对应的第2密封面的母扣唇部，

在紧固状态下，所述外螺纹部和所述内螺纹部互相啮合，所述第1密封面彼此接触，并且，所述第2密封面彼此接触，

在所述螺纹接头的纵截面观察中，所述外螺纹部在所述公扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面，

在所述螺纹接头的纵截面观察中，所述内螺纹部在所述母扣唇部侧的端部具有与管轴线平行且直径相同的多个螺纹槽底面。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣还具备设置于顶端和钢管主体侧的端面中的至少一者的台肩面，

所述母扣还具备与所述公扣的台肩面对应的台肩面，

在紧固状态下，相对应的所述台肩面彼此接触。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣还具备第1凸头部，该第1凸头部配置于顶端面与所述公扣的第1密封面之间。

4.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述母扣还具备第2凸头部，该第2凸头部配置于与公扣的钢管主体侧的端面对应的端面和所述母扣的第2密封面之间。

5.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

由所述外螺纹部和所述内螺纹部构成的螺纹部的螺纹形状是燕尾形状，螺纹宽度沿着导程变化。

6.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

由所述外螺纹部和所述内螺纹部构成的螺纹部是单线螺纹或双线螺纹。

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