JP2002061780A

JP2002061780A - 管継手

Info

Publication number: JP2002061780A
Application number: JP2001175859A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nagasaku; 重夫永作; Atsushi Maeda; 惇前田; Katsutoshi Sumiya; 勝利炭谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP3744385B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１〜２°傾けて井戸掘りを行い、または、パ
ワートングを用いてハンドタイトおよびパワータイトに
相当する締め付けを連続して行なう場合、ボックス部に
ピン部が確実に落とし込まれず、あるいは、落とし込み
が不十分なときでも、焼き付きを低減し、締め付け作業
性を良好とする管継手を提供する。【解決手段】テーパ雄ねじに螺合するテーパ雌ねじを
下記形状とする。スタブ側のクリアランスＣ : 0.5 〜1.0m
m スタブ側のねじ山角度θ : 15〜60 ねじ山頂面とねじ谷底面 : 軸心と平行雄ねじスタブ側コーナ部の半径Ｒ : 1.0 〜1.25
mm さらにピン部における不完全ねじ部のテーパ：完全ねじ
部の基準テーパの0.96〜0.90倍とすると好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスや原油の
探査、生産に使用される油井管用の管継手に係り、特に
ねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性が
良好で、その後に発生することがあるねじの損傷レベル
を低減する管継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスや原油の探査、生産に使用され
る油井管を接続する技術として、ねじ継手が広く採用さ
れている。このねじ継手には、管の一端にピン部を、他
端にボックス部を形成して管同士を直接結合するインテ
グラル方式と、両端にボックス部を形成した短管を介し
て、端部にピン部を形成した二つの管を接続するカップ
リング方式とがある。以下、カップリング方式の継手を
例にとって説明するが、インテグラル方式の継手につい
ても同様である。

【０００３】多くのガス田、油田の現場では、継手の締
め付け作業は、図７に示すようにして行われる。すなわ
ち、予め工場において端部に短管１が締め付け装着され
た油井管２を、その短管１を上方に向けて支持し、この
短管１に、接続しようとする別の油井管２のピン部２ｂ
を締め付ける。その場合に、接続しようとする油井管２
のピン部２ｂを短管１のボックス部１ａ内に挿入する際
に、予め短管１の周囲に設けた嵌め込み時の損傷予防治
具である、例えばプラスチック製スタビングガイド（図
示せず）を介して油井管２を短管１内に鉛直に落とし込
んでいる。

【０００４】落とし込みが完了した後、スタビングガイ
ドを取り外し、接続しようとする油井管２をストラップ
レンチ又はオペレータの人力によって２〜３ターン回転
させることで、接続しようとする油井管２のピン部２ｂ
と短管１のボックス部１ａのねじが噛み合った状態に
し、その後、パワートング、つまり、トルク付加装置
（図示せず）にて所定のトルクを付与して締め込みを実
施する。

【０００５】ところで、オペレータの実施していたハン
ドタイトは、まさしく人間の力程度の小さなトルク（１
９．６〜５７６Ｎ・ｍ程度）で回転するものである。し
かし、ピン部とボックス部のねじの噛み合いが不完全な
場合は、５７６Ｎ・ｍ程度のトルクでは廻らず、回転さ
せるためにはそれ以上のトルクを要する。これは、ピン
部とボックス部のねじの噛み合い状態の不備を意味する
ので、このような場合、オペレータは接続しようとする
油井管を少し吊り上げたり、逆方向に少し廻したりして
芯出しをやり直すといった微調整を行っていた。なお、
微調整が完了した後は、５７６Ｎ・ｍ以下の僅かなトル
クにてねじが噛み合いながら回転可能となるので、接続
しようとする油井管を２〜３ターン締め付け方向に回転
させる。

【０００６】しかしながら、最近、オフショア（海上油
田）などでは、スタビングガイドを用いた油井管の落と
し込みの後、オペレータの介在したハンドタイトによる
２〜３ターンの油井管の回転を必要としない締め付けが
要望されてきている。つまり、図８に示すように、自動
式のパワートング３が接続しようとする油井管２を掴
み、このまゝの状態で、これまでのハンドタイト及びパ
ワータイトに相当する締め付けを連続して実施しようと
するものである。

【０００７】このようなハンドフリーのパワートングは
油圧による駆動装置（トルク発生装置）を備えており、
例えば外径が１７８ｍｍ程度の油井管に対して３３８１
０Ｎ・ｍのトルクを簡単に付加することができる。

【０００８】しかし、これらのパワートングでは５７６
Ｎ・ｍレベルの微小なトルクでトングの動きを制御する
ことは難しく、これまでオペレータの実施してきた５７
６Ｎ・ｍレベルのきめ細かなハンドタイト作業を行うこ
とは困難であった。つまり、力に任せた締め付け作業に
なるため、落とし込み時にねじの噛み合いが不完全な場
合にはねじの損傷につながる場合が発生する。

【０００９】ここに、従来技術において、例えば特開平
１１−２２３２８４号公報では、接続しようとする油井
管のピン部を短管のボックス部に落とし込んだ後に、で
きるだけ速く、また、少ないターン数にてねじ込むこと
ができる管継手が提案されているが、この管継手では、
油井管のピン部がスタビングガイド等によって鉛直方向
に確実に短管のボックス部に落とし込まれていることが
前提である。

【００１０】また、上記公報では、油井管のピン部にお
けるねじのスタビング逃げ角βを３°傾斜させている。
しかし、本来このスタビング逃げ角βは、油井管用ＡＰ
Ｉ規格のねじにおけるバットレスねじ（１６インチ（40
6.4mm)以上）のねじ形状の場合、ねじの噛み合いを改善
するため、昔から鉛直に平行、すなわち、スタビング逃
げ角β＝０°として規定されており、この考え方によれ
ば理論的には油井管のピン部と短管のボックス部におけ
るねじの噛み合いは保証される。したがって、スタビン
グ逃げ角βに敢えて角度を付けるならば、ねじ高さが小
さくなって軸力を受け持つ部分の減少につながる。

【００１１】さらに、上記公報では、落とし込み時にお
けるねじの噛み合い性を改善するため、油井管のピン部
と短管のボックス部のねじに対して最も噛み合い易い位
置をマーキングすることが提案されており、オペレータ
がそのマークを合わせて締め付けることは不可能ではな
いものの、夜などの暗いところでは、マークの確認がし
づらいので、必ずしも適切な技術的手段とはいえない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最新の技術
の導入により、油井管を井戸に降下させてゆく場合、地
下の諸データ（温度、圧力、深さなど）を調査する必要
があり、そのためにワイヤライン（センサーの接続線）
を取り付けることがある。その場合、図９（ａ）に示し
たように、鉛直方向に井戸掘りを実施する従来方法で
は、油井管２が中心近傍で揺れるとワイヤライン４を切
断する危険性が大きくなる。

【００１３】そこで、このワイヤライン４を破壊するこ
となく地中に降下させるため、図９（ｂ）に示したよう
に、鉛直に対して１〜 1.5°傾けて井戸掘りを実施する
技術が発達しつつある。

【００１４】しかしながら、このような技術を採用する
場合、周辺装置も傾斜させた状態でハンドタイトを行な
い、次いでパワータイトを実施することが要求される。
全ての装置が鉛直に対して１〜 1.5°傾斜した状態に保
持されていればハンドタイトもパワータイトも何ら問題
はないが、パワートングは水平に設置される可能性が高
いので、ハンドタイト、パワータイト時にあたかも曲げ
を負荷しながらの締め付け作業となり得ることから、管
継手に対しては厳しい締め付け条件が発生することにな
る。

【００１５】しかしながら、従来、このような問題につ
いての改善の提案はない。本発明の課題は、上記した問
題点に鑑みてなされたものであり、例えば１〜２°傾け
て井戸掘りを実施する場合のように、ボックス部に接続
しようとするピン部が確実に落とし込まれていなかった
り、落とし込みが不十分な場合であっても、ねじ部に関
しての焼き付きを低減し、締め付け作業性を良好ならし
めて、その後に発生することがあるねじの損傷のレベル
を低減する管継手を提供することである。

【００１６】さらに本発明の課題は、ボックス部に接続
しようとするピン部が確実に落とし込まれていなかった
り、落とし込みが不十分な場合であってもパワートング
を用いてハンドタイトおよびパワータイトに相当する締
め付けを連続して行なってもねじの損傷のレベルを低減
する管継手を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】従来にあっては、ボック
ス部に接続しようとするピン部が確実に落とし込まれて
いなかったり、落とし込みが不十分な場合に、この落と
し込み後にオペレータによる微小な噛み合わせ作業を行
っていた。しかしながら、そのようなオペレータによる
ハンドタイトが行われないという前提では、ねじ部の焼
き付きを低減して締め付け作業性を良好とするには、継
手そのものの形状を工夫することで、ハンドタイトによ
る微小な噛み合わせ作業を不要とすることが必要にな
る。

【００１８】ところで、ピン部をボックス部に対して鉛
直方向に落とし込んだ場合には、ピン部のテーパ雄ねじ
とボックス部のテーパ雌ねじの噛み合いの組合わせは、
例えば図１０（ａ）〜（ｃ）に示したような状態に大別
される。このうち図１０（ｃ）の場合には、ピン部２ｂ
のテーパ雄ねじとボックス部１ａのテーパ雌ねじは完全
に噛み合っていることになるので、ハンドタイトを確実
とするためには更に１〜２ターン回転させることが必要
ではあるものの、両者を噛み合わせるための回転は不要
である。

【００１９】一方、図１０（ａ）および（ｂ）の場合に
は、それらの噛み合わせ状態から図１０（ｃ）の状態に
噛み合わせるためには、１ターン又は０．５ターンの回
転が必要になる。

【００２０】図１０（ｃ）の噛み合わせ状態に落とし込
むことは通常は、容易ではないので、図１０（ａ）〜
（ｃ）に示したどのような噛み合わせ状態であっても、
ハンドタイトレベル（約５７６Ｎ・ｍ程度）の僅かな回
転力にて、少ない抵抗でピン部が回転可能になるように
することが必要となる。

【００２１】ここに、本発明は、ねじ形状が落とし込み
時の締め込み易さ及びねじの損傷程度にどのような影響
を及ぼすかについて各種検証を行った結果に基づいてな
されたものである。すなわち、本発明によれば、管の端
部外周面にテーパ雄ねじを形成したピン部と、管又は短
管の端部内周面に前記テーパ雄ねじに螺合するテーパ雌
ねじを形成したボックス部とのねじ込みによる管継手に
おいて、スタブ側のクリアランスＣを０．５〜１．０mm
とし、スタブ側のねじ山角度θを１５〜６０°とし、螺
合するテーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とね
じ谷底面が軸心と平行となるようにし、雄ねじスタブ側
コーナの丸みを有する部分（以下、「雄ねじスタブ側コ
ーナ部」とも称する）の曲率半径Ｒを１．０〜１．２５
mmとし、そして好ましくはピン部における不完全ねじ部
のテーパを完全ねじ部の基準テーパの０．９６〜０．９
０倍とする。

【００２２】かくして、本発明によれば、ボックス部に
ピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込
みが不十分な場合であっても、ハンドタイトによる回転
を行なってからパワートングによる締付けを行っても、
あるいはそのまゝハンドフリーのパワートングによる回
転を与えてねじの締付けを行なってもよく、いずれの場
合も、ねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作
業性を良好ならしめて、その後に発生することがあるね
じの損傷のレベルを低減することができる。

【００２３】本発明によれば芯出しを行なう微調整およ
びそれに続く１〜０．５ターンの回転により行なう噛み
合わせ調整は不用である。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明にかかる管継手について図
面を参照しつつ説明する。スタブ側のクリアランスＣについて：図１において、ピ
ン部２ｂとボックス部１ａにおけるスタブ側のクリアラ
ンスは図示の符号「Ｃ」にて規定できる。すなわち、本
発明においてクリアランスＣは、ねじ締め付け完了時点
における両スタブ側面の間の軸方向距離と定義される。

【００２５】このクリアランスＣがゼロ (０) の場合
は、丁寧に落とし込みを行ってハンドタイトすれば、ね
じの締め込みは可能であるものの、本発明で対象として
いる傾斜した油井管のねじ継手では、ねじ同士の接触面
積が多く、疵が発生し易い。

【００２６】一方、クリアランスＣを大きくすればする
ほど、ねじ同士のガタが大きくなり、落とし込み時の自
由度は大きくなる。但し、本発明者らの実験によれば、
クリアランスＣが1.0 mmを超えると、元来、軸力を受け
るねじのねじ幅ｂが小さくなって所要の引張負荷に耐え
られなくなり、ねじそのものが変形することになる。

【００２７】これに対して、クリアランスＣが非常に小
さい場合には、ねじの締め付け時の弾性変形により、ピ
ン部のスタブ側面とボックス部のスタブ側面とが接触
し、焼き付きをおこすことがある。しかし、本発明者ら
は、クリアランスＣがそのような値よりも大きな場合で
あっても、ピン部をボックス部に傾斜させて落とし込む
ことも含めた落とし込み性能の面からは制約があること
を見い出した。

【００２８】本発明者らの落とし込み試験結果によれ
ば、クリアランスＣが小さくなると、落とし込み性能は
悪化し、クリアランスＣがねじ加工時の公差も考慮して
0.5mm未満となると、落とし込み性能は悪化し、焼き付
きが発生する場合がある。そこで、クリアランスＣの下
限を0.5mm とした。

【００２９】したがって、スタブ側のクリアランスＣ
は、ねじ加工時の公差も考慮して0.5〜1.0mm とした。

【００３０】スタブ側のねじ山角度θについて：ピン部
２ｂとボックス部１ａにおけるスタブ側のねじ山角度θ
は図１のθにて規定できる。この角度θが大きくなるほ
ど、ピン部２ｂとボックス部１ａにおけるねじスタブ面
での擦り合わせにより芯出し効果が期待でき、落とし込
み後にねじ同士が芯を出す方向で締め込まれるので、ね
じの損傷程度が少なくなる。但し、この角度が６０°を
超えると、ピン部２ｂのねじ山がなくなるほどねじ幅ｂ
が小さくなってしまう。つまり、実際のネジ形状とし
て、ネジ山の平行部が規定できなく、ＢＴＣタイプのネ
ジ形状とは、認められなくなる。

【００３１】一方、スタブ側のねじ山角度θは小さいほ
ど軸方向に対する耐力が大きくなるものの、斜めにスタ
ビングした場合は、１５°未満ではスタブ接触部にスジ
疵や焼き付きが発生する。

【００３２】そこで、本発明ではスタブ側のねじ山角度
θを１５〜６０°の範囲とした。序いでながら、通常の
ＢＴＣの場合はこのねじ山角度は１０度である。

【００３３】テーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂
面とねじ谷底面が軸心となす角度について：油井管の外
径が大きくなるのに従って重量も増加し、各々のねじに
付与される荷重も増加して、ハンドタイトに要するトル
クも増加するので、総合的には落とし込みやハンドタイ
トがより困難となる傾向にある。従って、その対策とし
て、ＡＰＩ規格による油井管用のバットレスねじでは、
外径が１６インチ(406.4mm)以上の場合にはねじ山を軸
芯に平行と規定することで、落とし込み後のピン部とボ
ックス部のねじ山の接触面を軸芯に平行となし、ハンド
タイト時の矯正効果を狙っている。

【００３４】一方、外径が１３・３／８インチ(339.7m
m) 以下の油井管の場合、ＡＰＩ規格では長年１６イン
チ(406.4mm) 以上の場合の考え方を規格に反映していな
いので、そのねじ山はテーパ（１／１６）に平行と規定
されている。

【００３５】しかしながら、ボックス部に接続しようと
するピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落と
し込みが不十分な場合に、この落とし込み後にオペレー
タによる微小な噛み合わせ作業を許されない前提におい
て、ねじ部に関しての焼き付きを低減して締め付け作業
性を良好ならしめるためには、１３・３／８インチ(33
9.7mm) 以下の油井管であっても１６インチ(406.4mm)
以上の場合と同様の考え方を採用することが望ましい。

【００３６】そこで、本発明では、外径の大小を問わ
ず、テーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とねじ
谷底面を、図１に示したように、軸芯、つまり軸中心５
と基準値にて平行になるように規定した。当然ながら、
公差が規定されるわけで、本発明では、テーパとしては
０±０．２％と規定する。

【００３７】雄ねじスタブ側コーナ部の曲率半径Ｒにつ
いて：ＡＰＩ規格による油井管用のバットレスねじで
は、ボックス部１ａにおけるスタブ受部のコーナ部１ａ
ａの半径は０．２mmと規定されている。ピン部２ｂのボ
ックス部１ａへの落とし込みが傾斜して行われた場合に
は、ボックス部１ａにおけるスタブ受部のコーナ部１ａ
ａと、ピン部２ｂにおけるスタブ側のコーナ部２ｂａが
最初に接触する。この接触時、本発明者らの実験によれ
ばピン部２ｂにおけるスタブ側のコーナ部２ｂａの曲率
半径Ｒ（以下「半径Ｒ」ともいう）が１．０mm未満の場
合には、局部応力が大きくなり、スジ疵や焼き付きの原
因となった。

【００３８】一方、ピン部２ｂにおけるスタブ側のコー
ナ部２ｂａの半径Ｒを大きくすれば、ボックス部１ａに
おけるスタブ受部とのクリアランスＣａを大きくするこ
とができる。そして、このクリアランスＣａが大きいほ
ど、ピン部２ｂとボックス部１ａの落とし込み時におけ
る自由度は高くなる。しかしながら、ピン部２ｂにおけ
るスタブ側のコーナ部２ｂａの半径Ｒが１．２５mmを超
えると、ピン部２ｂにおけるスタブ面の平行部がなくな
って、ねじと認められなくなる。そこで、本発明では、
ピン部２ｂにおける雄ねじスタブ側コーナ部２ｂａの半
径Ｒを１．０〜１．２５mmとした。

【００３９】ＡＰＩ規格のＢＴＣのネジは、ピンのコー
ナ部半径Ｒは０．７６mmであるが，本発明者らのテスト
によれば斜めのスタビング時に、コーナ部に疵が発生し
た。よって公差を０．２５mm持たせることを踏まえ、
１．０mmとした。

【００４０】なお、ボックス部におけるスタブ受部のコ
ーナ部の半径を大きくすることは、スタブ面積が減少し
てスタブ面の焼き付きの原因になること、及び、ねじの
噛み合いのためのハンドタイトの安定性を低下させるこ
とから望ましくない。

【００４１】次に、本発明におけるより好ましい態様に
ついて説明する。ピン部における不完全ねじ部のテーパについて：図２
は、ピン部に形成したねじ部の説明図である。

【００４２】図３（ａ）〜（ｃ）は、ピン部の不完全ね
じ部とボックス部の完全ねじ部のテーパの違いによって
ピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧についての相
違を説明する図である。

【００４３】図２に示すように、ピン部２ｂにおける不
完全ねじ部２ｂｂは、継手の締め付け時はボックス部の
完全ねじ部と干渉して締め付けられることになる。この
際、図３(a) に示すように、ピン部２ｂにおける不完全
ねじ部２ｂｂとボックス部１ａにおける完全ねじ部のテ
ーパが同一であれば、ピン部２ｂのねじ底とボックス部
１ａのねじ山に設計通りの干渉が発生して、締め付け
時、不完全ねじ部２ｂｂにおけるピン部２ｂのねじ底と
ボックス部１ａのねじ山の干渉により発生する面圧ｂ0
は、完全ねじ部におけるピン部２ｂのねじ底とボックス
部１ａのねじ山の干渉により発生する面圧ａと等しくな
る。

【００４４】また、図３（ｂ）に示すように、ピン部２
ｂにおける不完全ねじ部２ｂｂのテーパがボックス部１
ａにおける完全ねじ部のテーパより大きい場合には、ピ
ン部２ｂのねじ底とボックス部１ａのねじ山が設計値以
上に高い干渉を発生させ、締め付け時、不完全ねじ部２
ｂｂにおけるピン部２ｂのねじ底とボックス部１ａのね
じ山の干渉により発生する面圧ｂ1 が完全ねじ部におけ
る面圧ａよりも大きくなって、不完全ねじ部２ｂｂにお
いてピン部２ｂのねじ底とボックス部１ａのねじ山間で
焼き付きを発生させる。

【００４５】これに対して、図３（ｃ）に示すようにピ
ン部２ｂにおける不完全ねじ部２ｂｂのテーパがボック
ス部１ａにおける完全ねじ部のテーパより小さい場合に
は、ピン部２ｂのねじ底とボックス部１ａのねじ山が設
計値より低い干渉となり、締め付け時、不完全ねじ部２
ｂｂにおけるピン部２ｂのねじ底とボックス部１ａのね
じ山の干渉により発生する面圧ｂ2 が完全ねじ部におけ
る面圧ａよりも小さくなって、締め付け時においても不
完全ねじ部２ｂｂにおいてピン部２ｂのねじ底とボック
ス部１ａのねじ山間で焼き付きを発生させることはな
い。

【００４６】一方、１〜２°傾けて井戸掘りを実施する
場合には、常に曲げが負荷された状態となることから、
ピン部における不完全ねじ部のテーパとボックス部にお
ける完全ねじ部のテーパとの関係が上記したどのような
ものであっても、ピン部の不完全ねじ部では、曲げの内
側部 (圧縮状態) に相当する片面は、上記したねじ干渉
面圧が高い反面、曲げの外側部 (引張状態) に相当する
１８０°反対側の面は、ねじ干渉面圧が低く負荷される
ことになる。

【００４７】鉛直に井戸掘りを実施する場合の締め付け
時におけるねじ部での干渉面圧を表したのが図４であ
り、１〜２°傾けて井戸掘りを実施する場合の締め付け
時におけるねじ部での干渉面圧を表したのが図５であ
る。

【００４８】この図４及び図５中の〇印はピン部におけ
る不完全ねじ部のテーパとボックス部における完全ねじ
部のテーパとが同じである場合の不完全ねじ部における
干渉面圧、△印はピン部における不完全ねじ部のテーパ
がボックス部における完全ねじ部のテーパより大きい場
合における不完全ねじ部の干渉面圧、□印はピン部にお
ける不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ね
じ部のテーパより小さい場合における不完全ねじ部の干
渉面圧であり、それぞれ図３(a) 、図３(b) 、図３(c)
に相当する。

【００４９】図４の結果から以下のことが明らかであ
る。ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部
における完全ねじ部のテーパより大きい場合 (△印) に
は、不完全ねじ部の干渉面圧が高いのに対して、ピン部
における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完
全ねじ部のテーパよりも小さい場合 (□印) は、不完全
ねじ部の干渉面圧は低くなる。

【００５０】また、ピン部における不完全ねじ部のテー
パがボックス部における完全ねじ部のテーパと等しい場
合 (○印) は、不完全ねじ部の干渉面圧は前記の両場合
の中間に位置する。

【００５１】図５(a) および(b) 中のそれぞれ○印、△
印および、□印により表される合計９本のグラフのうち
で、同種の印にて表される各３本のグラフなかの上方に
位置するものは、管継手の曲げの内側部に相当する面に
おける干渉面圧を表し、中間に位置するグラフは、曲げ
の中立部に相当する面における干渉面圧を表し、そし
て、下方に位置するグラフは、曲げの外側部に相当する
面における干渉面圧を表す。

【００５２】同図(a) 中の△印にて示されるグラフのと
おり、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス
部における完全ねじ部のテーパよりも大きい場合に、傾
斜した状態で管継手を締め付けると、管継手の軸に対す
る左右の面 (曲げの外側部の面および曲げの内側部の
面) におけるねじ干渉部の面圧には大きな差異が生じ、
しかも干渉面圧の絶対値も高くなる。

【００５３】これに対して、□印にて示されるグラフの
とおり、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボック
ス部における完全ねじ部のテーパよりも小さい場合に
は、傾斜した状態で管継手を締め付けても、管継手の軸
に対する左右の面におけるねじ干渉部の面圧の差異は小
さく、また、面圧の絶対値も低くなる。

【００５４】また、同図(b) 中の○印にて示されるグラ
フのとおり、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボ
ックス部における完全ねじ部のテーパと等しい場合に
は、不完全ねじ部の干渉面圧は前記の両場合の中間の値
となる。

【００５５】すなわちテーパ雄ねじの不完全ねじ部のテ
ーパを調整することにより、斜めに締付けてもねじの面
圧分布を、通常の垂直に締付ける場合と同等にさせるこ
とが可能となる。

【００５６】以上の観点から、本発明では、テーパ雄ね
じにおける不完全ねじ部のテーパを完全ねじ部の基準テ
ーパよりも小さくすることが好ましい。本発明者らの実
験によれば、１〜２°傾けて井戸掘りを実施する場合に
おいて、不完全ねじ部のテーパを完全ねじ部の基準テー
パの０．９６〜０．９０倍とした場合には、不完全ねじ
部において焼き付きやスジ疵が発生しなかった。そこ
で、本発明では、ピン部における不完全ねじ部のテーパ
を完全ねじ部の基準テーパの０．９６〜０．９０倍を好
ましい範囲とした。

【００５７】ＡＰＩ規格のＢＴＣのねじは、ピン部のね
じテーパは基準値が６．２５％で、公差が＋０．３５％
−０．２５％（「６．２５％＋０．３５％−０．２５
％」と記す）であり、またボックス部のねじテーパは
６．２５％±０．２５％である。よってピンのねじテー
パがボックス部の最小のねじテーパを下回るためには、
ピン部は６．０％以下であることが好ましい。つまり、
６．０／６．２５を計算して、０．９６倍以下とのテー
パ比を算出した。また、ねじのかみ合いを確実にするた
めピン部のねじテーパを大幅に低減することは出来ず、
発明者の引っ張り破断試験の結果から、ボックス部の最
大ねじテーパ：６．５％に対して組み合わせられるピン
部のねじテーパは５．８％以上であることが好ましいこ
とがわかった。つまり０．９倍以上の比率とすることが
好ましい。

【００５８】０．９倍未満では引張り破断強度の劣化が
見られる。上記の関係を満足させるためにはボックス部
のねじテーパに関しては、製造公差の制約が必要であり
通常０．３％である。

【００５９】よって、ボックス部は６．０％〜６．３０
％とすることが好ましい。実施例以下、本発明の管継手の効果を確認するために行った実
験結果について説明する。

【００６０】本発明者らは、外径が１７７．８mmで肉厚
が１１．５１mmの油井管を用いて、ねじの形状の影響が
落とし込み後の締め付けやすさ及びねじの損傷にどのよ
うに影響するのかを検証した。

【００６１】使用したねじ形状を表１に、実験結果を表
２に示した。表１の各記号は図１に示すそれに同じであ
る。ただし「Ｒ」は雄ねじスタブ側コーナ部２ｂａの曲
率半径である。

【００６２】落とし込み性能の評価として、図６（ａ）
に示したように、油井管２を鉛直に嵌め込んだ場合と、
図６（ｂ）に示したように、強制的に油井管２を０．４
°、０．８°、１．２°、１．６°、及び、２．５°傾
けて芯出しができていない状態で落とし込みを実施した
場合における、その際のハンドタイトのしやすさとねじ
の損傷レベルを、各種寸法の油井管用ＡＰＩ規格ねじに
おけるバットレスねじ（ピッチ５山／インチ）のねじ形
状のものについて各々実験した。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】初めに、上記表１のNo.1〜No.3について確
認した。表２の結果より、確実な芯出しを実施できれば
従来のねじ形状でも何ら問題はないものの、０．４°か
ら０．８°へと少しずつ傾斜してゆくと雄ねじと雌ねじ
の非定常な接触（部分的に曲げが負荷された状態）によ
りねじ表面は損傷してゆくことが判明した。そして、傾
斜角度が１．２°を超えると落とし込みが不可能であっ
た。

【００６６】なお、「○」印はハンドタイトが可能で、
ねじ部の損傷がないもの、「△」印はハンドタイトは可
能であるものの、部分的に手入れが可能なねじクレスト
損傷があるもの、「×」印はハンドタイトは可能である
ものの、手入れが不可能な多数のねじ損傷があるもの、
「−」印は落とし込みが不可能なものを示す。

【００６７】次に、スタブ側の角度θの影響をNo.4〜6
、12および23について調査し、また、スタブ側のクリ
アランスＣの影響をNo.7〜9 、15および21について調査
した。また、テーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂
面とねじ谷底面が軸心となす角度の影響をNo.8、10、20
および24について調査し、雄ねじスタブ側コーナ部の半
径Ｒの影響をNo.10 、11、12、13、17および22について
調査し、ピン部における不完全ねじ部のテーパの影響を
No.12 〜20および25について調査した。

【００６８】表２の結果より、以下に列挙したことが判
明した。スタブ側の角度θは大きいほうが良好な結果が得られ
ており、適正な範囲は１５度〜６０度である。

【００６９】スタブ側のクリアランスＣは大きいほう
が良好な結果が得られており，適正な範囲は０.5〜１．
０mmである。テーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷
底面は軸心と平行なほうが良好である。

【００７０】なお, 平行とは軸心に対して、テーパで表
せば、0 ±０．２％の範囲を言う。(No.8、10、20、24
の比較）雄ねじスタブ側コーナ部の半径Ｒは大きいほうが良好
な結果が得られ、適正な範囲は１．０〜１．２５mmであ
る。

【００７１】ピン部における不完全ねじ部のテーパは
完全ねじ部のテーパより小さいほうが良好な結果が得ら
れており、好ましい範囲は０．９０〜０．９６倍であ
る。 (No.12 、13、16、18〜20、25の比較）表２の結果より、本発明の範囲を全て充足するNo.14 、
16〜20、25では、１．５°以上傾けて井戸掘りを実施す
る場合においても、十分な締め込み性能及びねじの損傷
防止が図れることが確認できた。

【００７２】さらに、ピン部の不完全ねじ部のテーパが
好ましい範囲を満たすNo.17 〜20については、一層優れ
た締め込み性能および損傷防止が図られた。本明細書で
はカップリング方式の管継手について説明したが、本発
明の管継手はインテグラル方式の管継手にも適用が可能
であることは言うまでもない。また、本発明の管継手は
メタルシール部を有するものにも適用可能であることも
言うまでもない。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の管継手に
よれば、ボックス部にピン部が確実に落とし込まれてい
なかったり、落とし込みが不十分な場合であっても、ね
じ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性を良
好ならしめて、その後に発生しえるねじの損傷レベルを
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の管継手のねじ形状の説明図である。

【図２】ピン部に形成したねじ部の説明図である。

【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、ピン部の不完全ねじ部
とボックス部の完全ねじ部のテーパの違いによってピン
部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧についての相違を
説明する模式図である。

【図４】曲げ負荷がない場合の締め付け時におけるピン
部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧を示したグラフで
ある。

【図５】曲げ負荷が作用した場合の締め付け時における
ピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧を示したグラ
フで、図５(a) は、ピン部における不完全ねじ部のテー
パがボックス部における完全ねじ部のテーパよりも大き
い場合および小さい場合、図５(b) は、ピン部における
不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部
のテーパと等しい場合である。

【図６】落とし込みテストの方法の説明図で、図６
（ａ) は鉛直に落とし込む場合、図６（ｂ）は傾斜させ
て落とし込む場合である。

【図７】カップリング方式の管継手の締め付け作業の説
明図である。

【図８】パワートングを使用した場合の締め付け作業の
説明図である。

【図９】ワイヤラインを取り付ける場合の説明図で、図
９（ａ) は鉛直タイプ、図９（ｂ）は傾斜タイプであ
る。

【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、落とし込み時にお
けるねじの噛み合い状態をそれぞれ説明した模式図であ
る。

フロントページの続き (72)発明者炭谷勝利和歌山県和歌山市湊1850番地住友金属工業株式会社和歌山製鉄所内Ｆターム(参考） 3H013 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管の端部外周面にテーパ雄ねじを形成し
たピン部と、管又は短管の端部内周面に前記テーパ雄ね
じに螺合するテーパ雌ねじを形成したボックス部とのね
じ込みによる管継手において、スタブ側のクリアランス
Ｃを０．５〜１．０ｍｍとし、スタブ側のねじ山角度θ
を１５〜６０°とし、螺合するテーパ雄ねじ及びテーパ
雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面が軸心と平行となるよ
うにし、雄ねじスタブ側コーナ部の半径Ｒを１．０〜
１．２５ｍｍとしたことを特徴とする管継手。
【請求項２】ピン部における不完全ねじ部のテーパを
完全ねじ部の基準テーパの０．９６〜０．９０倍とした
ことを特徴とする請求項１記載の管継手。
【請求項３】前記継手がカップリング方式の継手である
ことを特徴とする請求項１または２記載の管継手。
【請求項４】前記継手がインテグラル方式の継手であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の管継手。
【請求項５】前記継手が鉛直方向に１〜２°傾いた状
態で管継手の締め付けが行われる請求項１ないし４のい
ずれかに記載の管継手。