JP2004504563A - パイプの完全なネジ山のついた継ぎ手 - Google Patents

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Abstract

パイプの完全なネジ山のついた継ぎ手は、雄のエレメント(1)及び雌のエレメント(2)から形成され、それぞれ外側表面上と内部表面上に同じ円錐形値を有し、かつ2つの半径方向に間隔を置いて配置された2つの切頭円錐形でネジ山がついた部分(6、7、8、9)が設置され、両方はパイプ軸に関して平行及び直交する環状の肩(5’、5”)によってそれそれ分割される。それらは、2つの気密面(12’、13’、12”、13”)を備え、それらの一方は円錐形で他方は球形である。2つのエレメント(1、2)がねじ込まれた後、前記2つの環状の肩(5’、5”)は接触する。各々の雄(1)及び雌(2)のエレメントは、それぞれの外側及び内側表面に沿って継ぎ目を潤滑にする油脂の膨張を可能にするためにネジ山をつけた部分と環状の肩(5’、5”)の間に円周くぼみ(14、15)から構成される。

Description

【0001】
(発明の分野)
本発明は、特にガス田又は油田の開発産業で使用される管の直径寸法を縮小したパイプの完全なネジ山のついた継ぎ手に関係がある。前記パイプはガス又は石油を汲むための導管及び井戸のための被覆の両方として使用することができる。
【0002】
(背景技術)
天然ガス及び油の開発産業では、一般に捜し出された場所での炭化水素採掘抗が非常な深度に達するために互いの両端が接続されるべき固定長の管が使用される。
【0003】
最も一般に使用される掘削技術では、井戸は地表面あるいは海表面から始まり油田又はガス田に達するために掘削される。前記井戸は数千メーターの深さを持つことができる。掘削中に、前記井戸はそれらの全長の金属パイプで内側が覆われる。約10メーターの長さを持って区分けされた金属パイプは、ネジ山のついた継ぎ目によって互いに接続される。従って、これらの管はその全長が同じ直径を有する管状のラインを形成するが、しかし継ぎ目の外部直径は一般にこのラインより少なくとも1インチ(25.4mm)大きい。
【0004】
井戸の全深みのための被覆を形成するために、いくつかのラインでは“はめ込み式”構造物を形成するために、機械抵抗及び場所の地質学特性によりラインの深度ではより小さな直径より大きなものが使用される。それに続き、井戸の底の直径は圧力及び抽出される流体の流れによって変化するので、より深い井戸では、地上にあるであろう直径より大きくなる。前記のものの不利な結果として、掘削コストが高い、また更に、これらの井戸の被覆は大量の材料を必要とし、それゆえに非常に高価になる。更に、より小さな井戸直径は短い掘削・被覆時間を意味する。従って、抽出された流体と等量となる井戸直径及び被覆パイプ直径を最小限にするのことが本質的である。
【0005】
ひとたび掘削を終了すると、地下産出地帯からガス又は石油を汲み出すはずであり、被覆井戸の内部に別の管状のラインが挿入される。井戸の全深さ、またそれゆえに数千メーターの長さに達することがあり、このラインは更に前記の継ぎ目によって約10メーターの長さを持っているパイプの接続により形成されている。通常、この第2種のラインもその全長にわたり同じ直径を有しているが、しかし継ぎ目は、それが前の場合に生じたように、その外部直径は一般により大きい。
【0006】
前記の両方の場合、パイプはネジ山のついた継ぎ目によって接続され、パイプの端が雄のネジ山がついている及び他方が雌のネジ山がついている場合に完全になりえ、又はパイプの両端が雄のネジ山がついて、両側の連結が雌のネジ山によって接続される連結タイプがありえる。通常、継ぎ目の存在は、継ぎ目があるラインの外部直径の増加を含んでいる;もしパイプと比較すれば継ぎ目の外部直径が大きいほど、ラインと内径の一般的な寸法は大きい。
【0007】
石油会社が石油とガスの採鉱コストを最小限にすることを要求した後、きわだった努力は井戸の直径とそれゆえ管の直径を縮小するために行われた。
【0008】
その結果、ラインの外部直径、掘削コスト及び必要な材料量を減少させるために、ネジ山がついた継ぎ目を有した直径の寸法が縮小したものが使用され、それは要求性能及び許される最大の寸法によって3つの異なるタイプに分類することができる。多くの場合“半同一面”と呼ばれる最初のタイプは、その外部直径がパイプの外部直径の6%以上を超過しない連結継手である。通常“近同一面”と呼ばれる第2のタイプは、パイプの外部直径より約2−3%大きい外部直径の完全な継ぎ目である。“同一面”と呼ばれる最後のタイプは、その外部直径がパイプの外部直径に相当する完全な継ぎ目である。
【0009】
異なる継ぎ目タイプのその長さ及び井戸の直径に関して許容されるその最大直径の寸法の選択は、パイプラインに荷重する内部的及び/又は外部的に作用する圧力に依存する。
【0010】
もし継ぎ目の直径が縮小される場合、より低い構造抵抗を補うことができる新しい解決法を見つけることが必要である。事実、継ぎ目を閉じた部分のききめは必然的にパイプ未満であり、これはネジ山をつけたような構造用部材は密封材及び肩がパイプ壁の厚み内に設置され、また雄又は雌のエレメントの重大な部分である縮小された箇所を含んでいるからである。
【0011】
パイプを壊す原因を最小化するのは極めて重要なことで、前記破損がとりわけパイプが地下に置かれた後であれば、それゆえオペレーターが故障した継ぎ目を交換することはほとんど不可能であり、特に油田又はガス田が悪性のエレメントを含んでいる場合、非常に重大な経済的結果を受けることになり、環境問題を引き起こすことができる。
【0012】
その結果、過去に多くの継ぎ目の改善、また流体の流出及び/又は流入に対する最小寸法、最大構造抵抗及び絞張がこれらの中で時々対照的にある異なる要求を平衡に保って、最適の有効レベルに達するために行われた。事実、管はいくつかの力、すなわち圧縮、引張り、屈曲及び抽出された流体によって及び/又は管の内部で循環する流体によって生じた圧力を受ける。
【0013】
継ぎ目は、更にねじり込む及びつかみこむことに対する最適の抵抗を持っているはずである。
【0014】
構造及び密閉性の問題は、多くの場合、流動性の温度によって、それらの腐食性によってあるいは採掘鉱区の環境条件によって悪化する。
【0015】
過去に、いくつかの解決法は前記の条件を満たすために提案された。
【0016】
国際特許出願WO−A−93/18329は、中央の肩を有し縮小された直径の寸法を備えた継ぎ目に関する。前記肩は、雄のエレメント上及び雌のエレメント上の両方で2つの継ぎ目のエレメントを閉鎖するために連結される同種の表面があって、パイプ軸と平行な突出部及びくぼみを備える。肩突出部においては、2つの気密面が設置される。肩は2つの半径方向にずらしてネジ山をつけた部分である円錐形又は円錐形かつ円筒状に分割される。
【0017】
この継ぎ手は非常に効率的であるが、しかし非常に高い生産コストを含む特に複雑な構造を備えている。
【0018】
ヨーロッパ特許出願EP−A−767335は、雄及び雌のエレメントの端に中央の肩及び2つの金属密封材を配置したのをもたらす縮小した直径の寸法を備えた継ぎ目に関する。肩は円錐形かつ円筒状の2つの半径方向にずらしてネジ山をつけた部分に分割される。
【0019】
この継ぎ目の構造物は前のものより単純であるが、しかし円錐形の円筒状にネジ山をつけるのは常に比較的複雑である。更に、両端の継ぎ目を密閉した2つの密封材はその内部を密閉し、それにより、ねじりを潤滑にさせる油脂を圧縮する継ぎ目の絞張の負の効果を可能にする。
【0020】
(発明の要約)
本発明の第一の目的は、前記の問題を含んでいない先行技術の継ぎ目と同じ寸法を持っているが、新しい“近同一面”継ぎ目によって先行技術の継ぎ目の前記の欠点を克服することである。
【0021】
その本発明の特別の目的は、高い抵抗及び運用上の絞張を確保するが、直径の寸法を縮小しかつより低い生産コストを備えた完全な継ぎ目を提供することである。
【0022】
本発明の更なる目的は、その設置を単純化するこの継ぎ目の具体化を提供することである。
【0023】
これらの目的は完全な継ぎ目パイプによって達成され、請求項1によれば、切頭円錐形のネジ山をつけた部分を2つの半径方向に間隔を置いて配置された、パイプ軸に直交する平面上にある第1の環状の肩によって前記2つの部分に分割した、外部表面を備えた雄のエレメント及び切頭円錐形のネジ山をつけた部分を2つの半径方向に間隔を置いて配置された、パイプ軸に直交する平面上にある第2の環状の肩によって前記2つの部分に分割した、内部表面を備えた雌のエレメントから構成され、各々の前記の雄及び雌のエレメントはネジ山をつけた部分に関しての向かい合った両端にそれぞれ置かれた2つの気密面を設置し、前記のそれぞれの2つのネジ山をつけた部分は、前記2つの環状の肩の間の接触をさせるために他方の内部を一方が相互的に又は可逆的にねじで締めることができ、各雄及び雌のエレメントの対応する2つのネジ部が同じ円錐形値を持っている点で、かつ前記雄及び雌のエレメントの前記のそれぞれの2つの気密面の第1の1つは円錐形を持ち及び第2の1つは球面形を持っている点で特徴づけられる。
【0024】
この具体化のおかげで、継ぎ目で配管系の最適の抵抗を確保するができ、この継ぎ目は、継ぎ目の損害の危険を小さくすると共に、配管系の容易な装置を可能にする。
【0025】
本発明の好ましい実施例は、従属請求項に詳細に記述される。
【0026】
(図面の簡単な説明)
本発明の更なる特徴及び利点は、好ましくは非制限的な例として与えられた完全な継ぎ目の具体化に限られない次の詳細な説明によって明白になり、次の図面に関する。
【0027】
(発明の詳細な説明)
前記の図への言及で、本発明によって継ぎ目は2つのエレメントあるいはパイプ、すなわち雄のエレメント1及び雌のエレメント2から構成される。継ぎ目は、例えば、天然ガスか石油あるいは圧縮された別の類似した流体、の流体が流れる内部部分20と通常の圧力でいろいろ違った流体又は液体で満たすことができる外部部分30によって形成される。寸法D’を備えた最大直径を持っている継ぎ目の領域のパイプ2の外部直径3は、寸法D”を備えた、継ぎ目からはるか離れた中央の領域のパイプ2の外部直径4よりわずかに大きい。異なる直径3及び4を有している2つの前記のパイプ領域は、ゆるやかな方法で接続される。寸法D’は寸法D”と同値又は3%以下大きい。
【0028】
継ぎ目の雌のエレメント2は、パイプ軸へのある角度での円錐形の母面を備えた2つの部分又はステップ8及び9に分割されてネジ山をつけた内部を持っている。前記2つの部分8及び9が半径方向にずれて、その全長にわたり完全にネジ山をつけるかもしれない、あるいは不完全な部分を持っているかもしれない。前記具体化が図1及び2中で示される。
【0029】
図4及び5中で示される本発明の別の具体化では、ネジ山をつけた部分7及び8は、それぞれ不完全なネジ山をつけた両端を持つことができる。
【0030】
前記2つの部分8及び9は、6.25〜12.5%の間に含まれる値と同じ円錐形を持っている。一方では、より低い値はあまりにも長いネジ山をつける及び困難な軸継手を含む、また別に、より高い値は歯数の減少及びその結果ネジ山をつけた不十分な支圧強度を含むから、この範囲は最適であることが判明した。
【0031】
ネジ山がついた部分とパイプの内部表面の間の接続する領域では、継ぎ目から離れた雌のエレメントは、パイプ軸に関しての円錐形の表面を持った領域12”を備える。この表面の円錐形は、雄のエレメントに一致して接触する表面を備えて十分な絞張を確保するために12.5%〜25%の間に含まれ、それによりねじり込み段階間の滑動時間を縮小する。
【0032】
この範囲は、ネジ山をつけた円錐形値に関して最適であることが判明し、かつ引張り荷重の負の影響を縮小することができた。2つのネジ山のついた部分8、9の間の接触する領域では、雌のエレメントは、継ぎ目軸に関しての垂直の平面上にあって、その領域はパイプの接合領域の少なくとも25%である肩5”を本質的に設置する。
【0033】
肩5”とネジ山がついた部分8の始めの間で、雌のエレメント2の全体の内部円周に沿って伸びるくぼみ15が設置される。2つのネジ山のついた部分8、9の中にあるくぼみは、継ぎ目の潤滑に使用される油脂の膨張タンクを確保し、またねじり込む間のエレメント1及び2の滑りによって生成された押圧によって乗せて運ぶ。前記解決法の圧縮された油脂過多の開発の制限は、その結果、次の継ぎ目の応力減少と共に継ぎ目の両端で2倍の金属シールの存在によって引き起こされる。
【0034】
雌のエレメント2の端で球面13”が設置され、雄のエレメント1とねじった後に合う面の円錐形の領域13’と接触し、外部圧力への継ぎ目の絞張を確保する。
【0035】
ネジ山をつけた歯の側面は“かぎ付きの”タイプで、0〜−10°の間に含まれるマイナスのα角の値を有する荷重側面10、10〜30°の間に含まれるプラスのβ角の値を有する差込側面11を備えている。値のこれらの範囲は著しい長所を持つにもかかわらず、継ぎ目の容易な装置を維持する。マイナス角を備えた荷重側面は、継ぎ目の2つのエレメントの効率的な軸継手を可能にし、高過ぎる引張り荷重のための継ぎ目の回収の可能性の危険を減少する。プラスであるが、あまり大きくない角を備えた差込側面は、圧縮荷重に対する抵抗のネジ山をつけるのに効率的な協力を可能にする。
【0036】
雌のエレメントのネジ山がついた部分に近い外部表面の領域では、雄のエレメント1は、雌のエレメントの前記ネジ山がついた部分に関しての正確に類似した方法で部分を形作って、完全に逆の方法に置かれたネジ山がついたものが設置される。
【0037】
エレメント1は、肩5’及び前記肩5’とネジ山がついた部分7の始めの間の円周くぼみ14によって分離されて、2つのネジ部6、7を設置する。2つの油脂膨張くぼみ14及び15の存在は、継ぎ目をねじり込んだ後の油脂の圧力上昇を制限することを可能にし、それにより、継ぎ目に対する過度の応力を回避し、また機能性を改善する。
【0038】
エレメント1の外部表面とネジ山がついた部分7の始めの間で接続する領域は、12.5〜25%の間に含まれる円錐形を備えた円錐形の表面13’を有する。メタル−メタル接触が継ぎ目の外側の圧縮下の液体又は流体の侵入を回避するために必要な絞張を確保するように、継ぎ目がねじられることと寸法及び許容公差が選択された後、この表面は表面13”に対する圧力を働かせる。
【0039】
その端で類似して、雄のエレメント1は球状な表面12’を有し、雌のエレメント2と共にねじり込んだ後に、前記雌のエレメントの円錐形の表面12”に対する圧力を働かせる。更にこの第2の領域での圧力は、パイプの内部の流体の圧力から必要な絞張を守る2つのエレメント間のメタル−メタル接触によって生じる。発明によれば、それぞれ球状・円錐形の表面に対応する金属シールが設置される場合、継ぎ目の両端の2つの領域の選択は、作り出された継ぎ目は荷重圧力にはそれほど敏感でなく、また薄い管には最適に作り出される。実際、気密面12’及び13’が備える両端の薄さを考えれば、パイプのそれぞれ内部又は外部での圧力が、前記両端に作用することは容易に曲げを引き起こす。従って、球状の気密面は切頭円錐形のシール、この場合では、端を曲げることにより強いられた回転のために密閉部分の全体の接触を維持しないものとは異なり最適の接触を維持することができる。
【0040】
雄のエレメント1のネジ山がついた形は、前記の雌のエレメント2の1つと同じである。好都合に、ネジ山は完全な側面を持っている。
【0041】
本発明による別の具体化の中の、また図4及び5で示される、雄のエレメントの両方のネジ山をつけた部分6、7のうちの一方あるいは両方の端、例えば領域6’、肩5’に近接している端に不完全な側面を備えたネジ山を持つことができる。肩5”の横の雌のエレメントの対応する部分8は完全なネジ山のついた領域6”に面している。領域6’の軸方向に反対のネジ山のついた部分8の端の領域8’、すなわち気密面12”に近いものは、更に不完全な側面を備えたネジ山を持っている。しかしながら、この領域も完全なネジ山を設置することができる。
【0042】
同じ種類の仕方が、部分7は肩5’の横の完全なネジ山を配置し、また部分9は肩5”の横に不完全なネジ山を持っている領域9’を配置するところの、ネジ山をつけた部分7及び9に当てはまるかもしれない。この具体化の組み合せのあるいは二者択一で、更に部分7は気密面13’の横に不完全なネジ山を持っている領域7’を設置することができ、また部分9は気密面13”の横の完全なネジ山を設置することができる。
【0043】
本発明による継ぎ目の利点は前記のようにそれは明らかであり、先行技術の“半同一面”タイプのものより小さな及び“同一面”タイプのものよりほんのわずかに大きいにすぎない直径の寸法を持っているが、最適の性能及び作業効率を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明による2つのエレメントが離間位置での継ぎ目の軸平面に沿った横断面を示す。
【図2】2つのエレメントが組み立てられた位置を備えた図1の継ぎ目を示す。
【図3】図1のネジ山をつけた継ぎ目の詳細の拡大図を示す。
【図4】発明による2つのエレメントが離間位置での継ぎ目の別の具体化の軸平面に沿った横断面を示す。
【図5】2つのエレメントが組み立てられた位置を備えた図4の継ぎ目を示す。

Claims (11)

  1. パイプの完全なネジ山のついた継ぎ手は、2つの半径方向に間隔を置いて配置されたその外側表面上に配置された雄のエレメント(1)、切頭円錐形でネジ山がついた部分(6、7)、前記2つの部分(6、7)はパイプ軸に直交する平面上にある第1の環状の肩(5’)によって分割され、及び2つの半径方向に間隔を置いて配置されたその内部表面上に設置された雌のエレメント(2)、切頭円錐形のネジ山がついた部分(8、9)、前記2つの部分はパイプ軸に直交する平面上にある第2の環状の肩(5”)で分割されるように構成されており;前記の雄(1)及び雌(2)のエレメントの各々は、対応するネジ部(6、7、8、9)の反対にある軸の両端にそれぞれ配置された2つの気密面(12’、13’、12”、13”)を備えており、前記対応する2つのネジ山をつけた部分(6、7、8、9)は、前記2つの環状の肩(5’、5”)の間に接触をさせるために他方の部分の内部に一方の部分を相互に及び可逆的にねじることができるものからなり、
    各々の雄(1)及び雌(2)のエレメントのそれぞれの2つのネジ山をつけた部分(6、7、8、9)は、同じ円錐形値を有しており、かつ前記の雄及び雌のエレメントの前記それぞれの2つの気密面(12’、13’、12”、13”)の最初のものは円錐形を有しており、また第2のものは球形を持っていることを特徴とするパイプの完全なネジ山のついた継ぎ手。
  2. 前記の雄(1)及び雌(2)のエレメントの少なくとも一方が、その全表面に沿って前記2つのネジ山をつけた部分の一方とその対応する環状の肩(5’、5”)との間に円周くぼみ(14、15)から構成されており、前記くぼみ(14、15)は、継ぎ目を潤滑にする油脂の膨張を受けるために適応されることを特徴とする請求項1による継ぎ目。
  3. 前記の雄(1)及び雌(2)のエレメントの各々がその全表面に沿って、前記2つのネジ山をつけた部分の一方と対応する環状の肩(5’、5”)の間に置かれた前記円周くぼみ(14、15)をから構成されることを特徴とする請求項2による継ぎ目。
  4. 前記の雌エレメント(2)の継ぎ目の外部直径(3)の寸法(D’)が、同じ雌のエレメント(2)の外部直径(4)の寸法(D”)と同値又は3%以下大きいことを特徴とする請求項3による継ぎ目。
  5. 前記の雄(1)及び雌(2)のエレメントの前記対応する2つのネジ山をつけた部分(6、7、8、9)の各々は、6.25〜12.5%の間に含まれる同じ円錐形値を有することを特徴とする請求項4による継ぎ目。
  6. 前記の雄(1)及び雌(2)のエレメントの前記の対応する円錐形の気密面(13’及び12”)は、12.5%〜25%の間に含まれる円錐形値を有することを特徴とする請求項5による継ぎ目。
  7. ネジ山をつけた歯の側面が、マイナス角(α)を備えた荷重側面(10)及びプラス角(β)を備えた差込側面(11)を有することを特徴とする請求項6による継ぎ目。
  8. 前記マイナス角(α)が0〜−10°の値を含み、また前記プラス角(β)が10〜30°の値を含むことを特徴とする請求項8による継ぎ目。
  9. 雄(1)及び雌(2)のエレメントの前記対応する2つのネジ山をつけた部分(6、7、8、9)のそれぞれは、その全長に完全なネジ山を備えることを特徴とする請求項8による継ぎ目。
  10. 雄(1)あるいは雌の(2)エレメントの少なくとも一方の前記2つのネジ山をつけた部分(6、7、8、9)の少なくとも1つが、不完全なネジ山を備えた第1の端(6’、7’)を備えたことを特徴とする請求項8による継ぎ目。
  11. 前記雄(1)及び雌(2)のエレメントの少なくとも1つものの他方に対応するネジ山をつけた部分が、更に前記の最初の端に関して軸方向に反対の端に場所に不完全なネジ山を有する第2の領域(8’、9’)を配置したことを特徴とする請求項10による継ぎ目。
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