JP2008185204A - Special screw joint for oil well pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油井管を接続する油井管用特殊ねじ継手に関する。 The present invention relates to a special threaded joint for oil well pipes for connecting oil well pipes.
近年、開発の容易な油井、ガス井が減少するとともに、より高深度でかつ高温高圧の井戸が増加している。また、掘削技術の進歩に伴い、傾斜井戸、水平井戸など、より複雑な形状の井戸が増加している。これに伴い、油井管のねじ継手に対する要求、例えば、引張、圧縮、内外圧、曲げなどの複合荷重下における気密性などの要求もますます高度化している(非特許文献1)。 In recent years, oil wells and gas wells that are easy to develop have decreased, and wells at higher depths and higher temperatures and pressures have increased. In addition, with the progress of drilling technology, wells with more complicated shapes such as inclined wells and horizontal wells are increasing. Along with this, requirements for threaded joints of oil well pipes, such as airtightness under complex loads such as tension, compression, internal / external pressure, bending, etc., are becoming increasingly sophisticated (Non-Patent Document 1).
油井管用特殊ねじ継手には、図1(a)に示すような構造を有するものがある。
この特殊ねじ継手は、雄ねじ部を有するピン1と、この雄ねじ部とねじ結合する雌ねじ部を有するカップリング2とから構成され、シール性を向上させるため、メタル‐メタル接触によりシール部4となる角部がピン1に、この角部とメタル‐メタル接触する環状凹部がカップリング2のボックス側2Aに設けてある。またシール部4に連なるショルダー部5もメタル‐メタル接触することでガスシール部を形成する。
Some special threaded joints for oil country tubular goods have a structure as shown in FIG.
This special threaded joint is composed of a
この特殊ねじ継手の雄ねじ部と雌ねじ部は、テーパねじとされている。ピン1に設けた雄ねじ部をピンねじ部、カップリング2のボックス側2Aに設けた雌ねじ部をボックスねじ部と呼ぶ。
なお、図1(b)は、ねじ結合部3の状態を示す要部断面図、また図1(c)は、メタル‐メタル接触することで形成されたシール部4とショルダー部5の接触状態を示す要部断面図である。
The male screw portion and the female screw portion of this special threaded joint are tapered screws. The male screw portion provided on the
1B is a cross-sectional view of the main part showing the state of the
このねじ結合部3以外のガスシール部となる部分は、一般に先端R0.8mm程度のポイントカットツールと呼ばれる菱形の工具で送り0.1mm/回転程度で切削加工され、加工後の表面粗さがRa≦1.6μmに仕上げられる。
また、9%以上のCrを含有する高合金鋼油井管については、継手の締結時に、ゴーリングと呼ばれるかじりがねじ結合部3やシール部4、ショルダー部5に発生しやすいことが知られている。そしてゴーリングを防止するため、通常、鋼管の製造工程で、ガラス、アルミナ、セラミック、ステンレス等からなるショット粒を用いたブラスト処理がピンねじ部の表面に施され、一方、ボックス側2Aの素地表面には銅めっき等のめっき処理が施される(特許文献1)。
The part to be a gas seal part other than the
Further, for high alloy steel oil well pipes containing 9% or more of Cr, it is known that galling called goling is likely to occur in the
なお、ブラスト処理後のピンねじ部の表面粗さはRa1.0〜3.0μm程度まで上昇する。継手を締結する時には、このピンねじ部表面の微小な凹みが一種の油溜りとなり、その凹みに溜まった油の潤滑作用により、ゴーリングが防止できると考えられている。
しかし、ピンねじ部表面およびシール部に微小な凹みが連続して存在した場合、継手締結後のガスのリークパスとなり、シール性低下の要因となる。
もう一方のボックス側2Aの素地表面には、厚さ5〜20μm程度のCuめっき,Cu‐Snめっき等のめっきが施される。このゴーリングを防止するめっきは、継手の締結時に、締付け-締戻し作業を繰り返しても、素地を露呈させるようなものでない、硬質めっきとされる。この硬質めっきは、ゴーリングに起因して生じるガスリークパス発生を抑止する効果はあるものの、ピン側の表面性状に起因するガスリークパスを抑止する効果はない。
However, if minute dents are continuously present on the surface of the pin screw portion and the seal portion, a gas leak path after fastening of the joint is formed, which causes a decrease in sealing performance.
The substrate surface on the
そこで本出願人は、ピン側の締結前の表面粗さがRa1.0〜3.0μmであり、かつボックス側の素地上に厚さ5〜20μmのゴーリング防止用めっき層およびさらにその上に厚さ1μm以上の軟質めっき層を有する油井管用特殊ねじ継手を提案した(特願2006−234774号:平成18年8月31日)が、めっき層が2層で、めっき層の形成が容易でなかった。 Therefore, the present applicant has a surface roughness before fastening on the pin side of Ra 1.0 to 3.0 [mu] m and a thickness of 5 to 20 [mu] m on the box side substrate, and further a thickness on the plating layer. A special threaded joint for oil well pipes having a soft plating layer of 1 μm or more was proposed (Japanese Patent Application No. 2006-234774: August 31, 2006). However, there are two plating layers and the formation of the plating layer is not easy It was.
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、ピン側の表面性状に起因するガスリークパスを抑止する効果が十分あり、しかも表面改質処理が容易でシール性をさらに向上させ得る油井管用特殊ねじ継手を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a special threaded joint for oil well pipes that has a sufficient effect of suppressing a gas leak path due to the surface properties on the pin side, and that can be easily improved in surface modification and can further improve sealing performance. The purpose is to provide.
すなわち、本発明は、鋼管の管端に雄ねじ部とメタル‐メタル接触によりシール部となる角部を有するピン、およびボックス側に前記雄ねじ部とねじ結合する雌ねじ部と前記角部とメタル‐メタル接触する環状凹部を有するカップリングとから構成される油井管用特殊ねじ継手において、少なくとも前記シール部となる角部の締結前表面粗さがRa1.0〜3.0μmであり、かつ前記ボックス側の素地上に厚さ5〜20μmのホワイトメタル層が形成されてなることを特徴とする油井管用特殊ねじ継手である。 That is, the present invention includes a pin having a corner portion that becomes a seal portion by a metal-metal contact with a male screw portion at a pipe end of a steel pipe, and a female screw portion that is screw-coupled to the male screw portion on the box side, the corner portion, and a metal-metal. In a special threaded joint for oil country tubular goods composed of a coupling having an annular concave portion in contact with each other, the surface roughness before fastening of at least the corner portion serving as the seal portion is Ra 1.0 to 3.0 μm, and the box side A special threaded joint for oil country tubular goods, wherein a white metal layer having a thickness of 5 to 20 μm is formed on a substrate.
本発明によれば、ピン側の表面性状に起因するガスリークパスを抑止する効果が十分あり、しかも表面改質処理が容易でガスシール性をさらに向上させ得る。このため、鋼管の製造工程の切削加工ないしブラスト処理で、ピン側の表面性状にばらつきが生じても、安定して優れたシール性を発揮できる油井管用特殊ねじ継手が得られる。 According to the present invention, there is a sufficient effect of suppressing a gas leak path caused by the surface properties on the pin side, and the surface modification treatment is easy and the gas sealing property can be further improved. For this reason, a special threaded joint for oil well pipes can be obtained that can stably exhibit excellent sealing performance even if variations occur in the surface properties on the pin side by cutting or blasting in the manufacturing process of the steel pipe.
本発明は、少なくとも、メタル‐メタル接触によりシール部4となるピン側の角部をブラスト処理し、その締結前表面粗さをRa1.0〜3.0μmとし、かつボックス側の素地上に厚さ5〜20μmのホワイトメタル層を形成してなる。
この本発明にかかる油井管用特殊ねじ継手は、ピン1の角部以外の部分、すなわちピンねじ部などにも鋼管の製造工程でブラスト処理を施すのは構わない。一方、カップリング2を製造する工程で、ボックス側2Aの素地上に厚さ5〜20μmのホワイトメタル層を形成する。このホワイトメタル層を形成するには、先ず、カップリング2の部材に機械加工を施し、ボックスねじ部、環状凹部、ショルダー部5となる部分を形成し、ボックス側2Aの素地を露呈させれば、継手の締結時に、締付け‐締戻し作業を繰り返しても、ゴーリングが発生しないホワイトメタル層を形成することができる。
In the present invention, at least the corner portion on the pin side that becomes the seal portion 4 is blasted by metal-metal contact, the surface roughness before fastening is Ra 1.0 to 3.0 μm, and the box side substrate is thick. A white metal layer having a thickness of 5 to 20 μm is formed.
In the special threaded joint for oil country tubular goods according to the present invention, a portion other than the corner portion of the
図2には、このようにして形成したボックス側2Aの素地上のホワイトメタル層6を模式的に示した。tはホワイトメタル層6の厚みを示す。
本発明にかかる油井管用特殊ねじ継手によれば、継手の締結時に、一方のボックス側2Aの素地上に設けたホワイトメタル層6により、他方のピン1側のシール部4となる角部の微小な凹み面が埋められ、これにより、シール部4となる部分に微小な凹みが連続して存在することがほとんどなくなるから、結果としてシール性が向上する。
FIG. 2 schematically shows the
According to the special threaded joint for oil country tubular goods according to the present invention, when the joint is fastened, the
また本発明によれば、図3に示した、ボックス側2Aの素地上に厚みt1が5〜20μmのゴーリング防止用めっき層7、さらにその上に厚みt2が1μm以上の軟質めっき層8を有する場合に比べ、めっき層の形成が容易である。なお図3には、特願2006−234774号で提案した油井管用特殊ねじ継手のボックス側2Aの表面構造を示した。
ここでホワイトメタル層6の厚みtは、5μmに満たないと、耐ゴーリング性に乏しいため、5μm以上とする。ただし、ボックス側2Aの素地上に設けるホワイトメタル層6の厚みtが厚くなるほど、継手の締結時、ねじ結合に要する締め付けトルクが上昇することになる。
In addition, according to the present invention, as shown in FIG. 3, the galling prevention plating layer 7 having a thickness t 1 of 5 to 20 μm is formed on the substrate side of the
Here, when the thickness t of the
普通、最終締め付けトルクが所定の範囲内となったときに、継手締め付けが完了した判断するため、ねじ結合に要するトルクが上昇すると、それ以外のシール部となる部分での締め付けトルクが不十分となり、その結果、シール不足となる。このようなハイショルダー現象を防止するうえで、ボックス側2Aの素地上に設けるホワイトメタル層6の厚みtは20μm以下とする。なお、継手の締付け戻し作業を行う時の潤滑剤は、通常、Cu,Pb等を適量含有するグリース系コンパウンドが用いられる。
Normally, when the final tightening torque is within the specified range, it is judged that the joint has been tightened. Therefore, if the torque required for screw connection rises, the tightening torque at the other seal parts becomes insufficient. As a result, the seal is insufficient. In order to prevent such a high shoulder phenomenon, the thickness t of the
図4には、ハイショルダー現象により、不合格となる場合(破線:ねじ結合トルク大)とそうでない場合(実線:ねじ結合トルク小)を、ピン1周りの回転数であるターンと締付けトルクの関係で例示した。
図中、点A〜B間がねじ結合のみが進行する区間、点B〜C間がメタル−メタル接触によりシール部4が形成される区間、締付けトルクが急上昇する点C以降が、ショルダー部5がガスシール部となる区間であり、そして最大トルクと最小トルクの範囲内のTfが最終締め付けトルクである。
FIG. 4 shows the turn and the tightening torque of the rotation speed around the
In the figure, a section between points A and B where only the screw connection proceeds, a section between points B and C where the seal portion 4 is formed by metal-metal contact, and a point C after the point where the tightening torque suddenly increases are the
締付けトルクが急上昇しはじめる点Cのトルクをショルダートルクという。このショルダートルクがある判定値T1を超えた場合(破線)、ハイショルダー現象によって締め付けトルクが不十分であると判定し、判定値T1を超えない場合(実線)、締め付けトルクが十分であると判定する。例えばショルダートルクの判定値T1=0.75×T2といった値に設定される。ハイショルダー現象が生じると、ねじ結合部3以外でのシール性が不十分となる。
The torque at point C at which the tightening torque begins to rise rapidly is referred to as shoulder torque. When the shoulder torque exceeds a certain determination value T 1 (broken line), it is determined that the tightening torque is insufficient due to the high shoulder phenomenon, and when the determination value T 1 does not exceed the solid value (solid line), the tightening torque is sufficient. Is determined. For example, a determination value T 1 = 0.75 × T 2 is set for the shoulder torque. When the high shoulder phenomenon occurs, the sealing performance except for the
ホワイトメタルとしては、軸受合金として一般的に用いられるPb−Sn−Sb系ホワイトメタル(JIS 5401)のうち、Sb含有量:5〜20mass%、Cu含有量:3〜10mass%、残部Pb、Snおよび不可避的不純物のものが、継手の締結作業を繰り返しても、剥がれず、またハイショルダー現象を防止するうえで好適である。
またピン1側のシール部4となる角部の表面粗さは、小さすぎると、ゴーリング防止効果が不十分となり、逆に大きすぎると、ガスリークパスの封鎖が困難となるので、Ra1.0〜3.0μmとする。
As a white metal, among Pb-Sn-Sb white metals (JIS 5401) generally used as a bearing alloy, Sb content: 5 to 20 mass%, Cu content: 3 to 10 mass%, the balance Pb, Sn Inevitable impurities are not peeled even when the joint fastening operation is repeated, and are suitable for preventing the high shoulder phenomenon.
Further, if the surface roughness of the corner portion that becomes the seal portion 4 on the
13%Cr鋼からなる外径5.5”、肉厚0.415”の110ksiグレード油井管用特殊ねじ継手において、最大トルク:24877N・mとしたサンプルのガスシール試験を行なった。この試験に供した発明例、比較例、従来例のサンプルの概略仕様を表1に示す。
発明例、比較例ともに、機械加工でカップリング2の内側であるボックス側2Aの素地を露呈させてボックス側2Aの素地上にホワイトメタル層を形成した。従来例には、ボックス側2Aの素地上にCuめっき層を形成した。
A gas seal test was performed on a sample with a maximum torque of 24877 N · m in a special threaded joint for 110 ksi grade oil well pipes made of 13% Cr steel and having an outer diameter of 5.5 ″ and a wall thickness of 0.415 ″. Table 1 shows the general specifications of the samples of the inventive examples, comparative examples, and conventional examples subjected to this test.
In both the inventive example and the comparative example, the white metal layer was formed on the base of the
グループA:1回目の継手の締結時、最終締付けを行った場合のガスシール試験結果を表2に、グループB:3回目の継手の締結時、最終締付けを行った場合のガスシール試験結果を表3に示した。 Group A: Gas seal test results when the final tightening is performed at the time of the first coupling, and Table B shows the gas seal test results when the final tightening is performed at the time of the third coupling. It is shown in Table 3.
これに対して発明例では、グループAおよびBにおいて、全サンプルにゴーリングが発生せず、またリーク発生もなく合格した。また比較例では、ハイショルダー現象によって、リークが発生した。 On the other hand, in the inventive examples, in groups A and B, no goling occurred in all the samples, and the samples passed without leakage. In the comparative example, a leak occurred due to the high shoulder phenomenon.
W 油井管(鋼管)
t、t1、t2 厚み
1 ピン
2 カップリング
2A ボックス側
3 ねじ結合部
4 シール部
5 ショルダー部
6 ホワイトメタル層
7 ゴーリング防止用めっき層
8 軟質めっき層
W oil well pipe (steel pipe)
t, t 1 , t 2 thickness 1
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007022015A JP2008185204A (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Special screw joint for oil well pipe |
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JP2007022015A JP2008185204A (en) | 2007-01-31 | 2007-01-31 | Special screw joint for oil well pipe |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013224707A (en) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Jfe Steel Corp | Film-forming method of screw joint for steel pipe and screw joint product for steel pipe |
WO2018016422A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | サンデン・オートモーティブコンポーネント株式会社 | Housing seal structure and fluid machine having same |
-
2007
- 2007-01-31 JP JP2007022015A patent/JP2008185204A/en active Pending
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WO2018016422A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | サンデン・オートモーティブコンポーネント株式会社 | Housing seal structure and fluid machine having same |
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