JP4920164B2 - 連続的な外形を有するチューブのためのねじりネジ山をつけた継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、特に天然ガス又は油田の産出産業で使用される管のための荷重直径ゼロな完全なネジ山のついた継ぎ手に関する。前記管はガス、石油又は炭化水素を汲むための導管及び掘孔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）
天然ガス及び油の産出産業では、石油、ガス及び炭化水素の埋蔵の場所が非常な深度に達するために、石油又はガス井戸の掘削時は一連のそれらの両端が共に接続されるべき前もって決められた長さの管又は鉄管が使用される。
【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貯蔵に達するまで井戸掘削される。これらの垂直孔の深さは数千メーターに達することがある。掘削中に、掘孔はそれらの全長をくまなく金属被覆されたラインである。各々１０メーターの長さを持って区分けされた金属管は、ネジ山のついた継ぎ目によって共に接続される。一続きの管状からなるこれらの管は、繋ぎ目を除いてその長さの隅から隅まで一定の直径で、継ぎ目の外部直径は一般に一続きの管より少なくとも１インチ（２５．４ｍｍ）大きい。
【０００４】
掘孔の全深みをくまなくラインにするために、はめ込み式構造物を形成するよう、機械耐久力及び地層の地質学特性による理由で深度では直径が減少した一連の部材が使用される。それに続き、垂直孔の底の直径は圧力及び抽出される流体の流れ率によって不変なので、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。このものの不利な結果として、掘削コストが高い、また更に、これらの被覆は大量の材料を必要とし、それゆえに高コストになる。更に、より小さな井戸直径は掘削時間と井戸の仕上げ時間の減少を可能にする。この結果、抽出された流体と等量となる垂直孔の直径ゆえに被覆に使われるチューブの直径を最小限に減少させすることが重要である。
【０００５】
ひとたび掘削を終了すると、地下産出地帯からガス、石油又は液状の炭化水素を汲み出すはずであり、掘孔井戸の内部に上述の管状のチューブが挿入される。このチューブが井戸の全深さに敷設され、またそれゆえに数千メーターの長さに達することができる、このラインは上記で言及したタイプの継ぎ目によって約１０メーターの長さを持っているチューブの接続により形成されている。通常、このチューブ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】
上記の両方の場合、チューブはネジ山のついた継ぎ目によって共に結合し、チューブの端が一方に雄のネジ山がついている、かつ他方が雌のネジ山がついている場合に完全なタイプになってもよく、又はチューブの両端が雄のネジ山がついて、共の結合がスリーブネジ部又は両端が雌のネジ山によって接続される不完全タイプがありえる。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おり、チューブに関する継ぎ目の外部直径が大きければ大きいほど、その結果、ラインと堀孔の全体寸法は増加する。
【０００７】
石油会社が石油、ガス及び炭化水素の採鉱コストを最小限に減らすことを要求した後、相当の努力は井戸の直径とそれゆえ使用するチューブの直径を縮小するために行われた。
【０００８】
その結果、チューブの外部直径、掘削コスト及び設置の材料量を制限したために、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た。それは要求性能及び許される最大の全体の寸法によって３つの異なるタイプに分類することができる。しばしば“半同一面”と呼ばれる最初のタイプは、その外部直径がチューブの外部直径の６％以上を超過しない不完全タイプの継ぎ目である。通常“近同一面”と呼ばれる第２のタイプは、チューブの外部直径より約２−３％大きい外部直径の完全タイプの継ぎ目である。最後の“同一面”と呼ばれる第三のタイプは、その外部直径がチューブ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一連の長さ及び垂直孔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、一連に耐久する荷重、つまり一連の内部的及び／又は外部的に作用する圧力に基づく。
【００１０】
もし継ぎ目の直径が縮小される場合、減少した構造耐久力を補うことができる解決法を見つけることが必要である。事実、継ぎ目の部分のチューブのききめは必然的にチューブ本体以下であり、これはネジ山をつけたような構造用部材は気密材及び肩がチューブの壁の厚み内に設置され、また雄のネジ部又は雌のネジ部の重大な部分である縮小された根本箇所によるものである。
【００１１】
継ぎ目を壊す原因を最小に減少させるのは根本的に重要なことで、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、それゆえ継ぎ目に万一後者の破損の場合にはオペレーターが直接介入することはほとんど不可能であり、特に石油又はガス貯蔵が悪性のエレメントを含んでいる場合、抽出プラントから非常に重大な経済的結果を受けるかもしれず、また相当の環境被害を引き起こすかもしれない。
【００１２】
その結果、過去に多くの努力が継ぎ目の改善、また全体の最小寸法、最大構造耐久力及び井戸での流体の流出又は流入を防止する絞張がこれらの中で時々相反的にある様々な要求間に適した平衡に保つように努めを達成することで、最適の有効レベルに達するために直接向けられた。事実、管は圧縮、引張り、屈曲及び外部から作用する流体及び／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すばらしい特有の耐久力を持っているはずである。
【００１４】
構造の問題及び絞張の問題は、多くの場合、流動性の温度によって、それらの腐食に対する性能によってあるいは抽出領域に起きる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上記で言及した要求を満たす目的の継ぎ目が提案された。
【００１６】
米国特許５４６２３１５号明細書には、継ぎ目の直径寸法が減少した実施例が記載され、発明のある別体がゼロかもしれない。継ぎ目は、荷重に耐える、雄の側と雌の側の両方に、チューブ軸と平行な突出部及び細長い隙間、そして継ぎ目の２つの部材のためにブロッキング機能を完全にかみ合うような同種の表面を備えた中央の肩を有す。２つの気密面が肩突起部に存在する。肩は、互いに関して半径方向にずらされて、円錐形又は円錐形の円筒状の形状にネジ部を２つの部分に分離する。
【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】
米国特許５４２７４１８号明細書には、荷重直径ゼロの、円錐形のネジ部及び大きな角度の荷重側面を備えた歯の側面を備えた継ぎ目が記述されている。絞張はネジ部に閉じ込めたグリースによって確保される。
【００１９】
この継ぎ目の能率は高い値に達することができるが、しかし肩を、ねじり留めるトルクを超過する可能性、そしてその結果その機能性を害する過度の応力から継ぎ目を保護するつもりはなく、またそれは金属密閉材を提供しない。
【００２０】
（発明の要約）
本発明の主要な目的は、前記に言及された欠点を示さない先行技術の他の継ぎ手としての荷重直径ゼロではあるが、新しい埋込一体型継ぎ手によってチューブのための公知の継ぎ手によって示される、上記で言及した欠点を克服することである。
【００２１】
本発明の特別の目的は、生産コストを減少し、同時にすえた所で強度と絞張で高い値を保証して、その長さの端から端までチューブの直径の寸法ほど大きくない直径の寸法の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、設置を容易にする形状を提供することである。
【００２３】
上記の目的は、ネジ山のついた埋込一体型チューブ用継ぎ手によって達成され、請求項１によれば、その外側表面に切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７）が設けられた雄部材（１）と、その内側表面に切頭円錐形状のネジ山がついた部分（８）が設けられた雌部材（２）とを備えてなり、前記雄部材（１）及び雌部材（２）の２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれが同じ円錐値を有しており、２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれは、前記雄部材及び雌部材（１、２）の長手方向軸に直交する平面内に実質的に位置する二対の環状の肩（５’、６’、５’’、６’’）の少なくとも第一対の間で接触が生じるまで、一方を他方の内部へ、可逆的な方法で、同時にねじれるように設計され、前記雄部材（１）及び雌部材（２）には、前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれの隣接した各端部にそれぞれ配置された二対の封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）が設けられ、第一対の封止面では外部密封の機能を備え（１２’、１２’’）、第二対の封止面では内部密封の機能を備えており（１１’、１１’’）、ここで、二対の封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）のそれぞれの第一表面は、球状であり、雄部材及び雌部材それぞれの環状である他方の肩（６’、６’’）が、前記雄部材及び雌部材（１、２）の前記軸に直交する平面内に実質的に位置しており、前記雄部材又は雌部材のいずれか一方の２つの封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）のそれぞれの第二表面は、円柱状であり、前記雄部材（１）及び雌部材（２）の２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれが、６．２５％〜１２．５％の間に含まれる円錐値を有することで特徴づけられる。
【００２４】
この具体化のおかげで、一続きの管の設置を容易にすることができ、継ぎ目及び気密材の固着の危険を減少し、同時に一続きでの継ぎ目で最適の強度及び絞張を保証できる。
【００２５】
発明の好ましい実施例では、内部気密の２つの表面のうちの一方が円錐形状、また他方が球面形状を有し、一方外部気密では、２つの表面のうちの一方が円錐又は円柱の形状を有し、また他方が球面形状を有す。
【００２６】
発明の他の好ましい実施例は、従属請求項に詳細に記述される。
【００２７】
（図面の簡単な説明）
本発明の更なる特徴及び利点は、好ましくは図面の付属の挿し絵の補助で非制限的により単に例証として与えられた埋込一体型継ぎ手の具体化に限られない次の詳細な説明からより明白に明らかになるでしょう。
【００２８】
（発明の好ましい実施例の詳細な説明）
上記の図への言及で、発明によって継ぎ目は２つの部材あるいはチューブの部分、すなわち雄の部分１及び雌の部分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別の類似した流体、の流体が流れる内部部分２０と通常は圧力をかけられている様々な性質のガス又は液体で満たされるかもしれない外部部分３０に定義される。継ぎ目の領域のチューブ２の外部直径３の寸法Ｄは、チューブの成形に対する許容誤差を引いて、継ぎ目から遠く離れている部分のチューブ自体の外部直径と等しい。更に、雄のネジ部を有しているチューブ１は、ネジ部をつけた領域自体を除いて、その長さの端から端まで一定の外部直径４の寸法Ｄを有している。
【００２９】
雌の部材２の継ぎ目は、円錐形の母線を備えた内部ねじ部８を持っている。ネジ部は、６．２５％〜１２．５％の値を備えた円錐形を持っている。一方では、より低い値の選択が過度に長いネジ山を作製すること必要とし、雄の部分に雌の部分を挿入させることが困難になるという結果となり、上記に示された範囲が最適であり、また他方では、より高い値の選択は、あまりにもほとんどの歯がネジ部において利用可能ではないことを意味するでしょうし、またそれゆえに、ネジ部は不十分な支圧強度を持っている。発明の別の利点は、ネジ部はその長さの端から端まで完全にするかもしれない。チューブ２の内部のネジ部８の端には、チューブの軸に直交の平面で環状の肩６”を設置したのを有している。
【００３０】
雌の部材２は、肩”６とネジ部８の間の接続領域で、円錐状表面で環状の領域１１”を有している。この表面の円錐は、雄のエレメント１の相互の接触面を備えた充分なシールを保証するために１２．５％〜２５％の間にある。提示した値の範囲は、前述の気密材の効率上の引張荷重の負の効果を制限するように、ネジ部のために採用された円錐値に関して最適であると判明する。
【００３１】
チューブ２はネジ部８の外部の端に、球形表面１２”を提供し、それは、雄の部材１でねじった後に、後者の円錐形の領域１２’に入り込み接触する。
【００３２】
図３への詳細な言及で、ネジ山の歯の側面は“かぎ付きの”タイプであり、０°〜−１０°の間の値のマイナスの角を有する荷重側面９、２０°〜４５°の間のプラスの角を有する差込側面１０を備えている。同時に、継ぎ目の成形の容易さを維持している間、値のこれらの範囲は相当な利点の余裕がある。マイナスの角を備えた荷重側面は、継ぎ目の２つの部材の有効なはめ込みを可能にし、高い引張荷重による継ぎ目の開口の可能性を縮小する。大きくないプラスの角を備えた差込側面は、圧縮荷重に対する耐力へのネジ山の有効な関与を可能にする。
【００３３】
雄の部材１は、雌の部材のネジ山をつけた領域に面する外部表面の領域中に、完全に類似したやり方で形作られた部分である完全な相互の方法でネジ山７セットを有している。
【００３４】
外部の肩５’とネジ山をつけた部分７の開始部の間の接続領域１２’は、０％〜２５％の円錐値を備えた円錐状表面を有している。この表面の継ぎ目をねじった後の雌の部材の球形表面１２”に対する圧力、そして寸法及び公差は、金属−金属接触が継ぎ目の外側にあるかもしれない圧力下のどんな液体あるいはガスの浸透を防ぐ絞張を保証するような方法で選ばれる。
【００３５】
雄の部材１は、その端で球形状の表面１１”を有し、それは雌の部材２でねじった後に、雌の部分の円錐状表面１１”に対し圧するようになる。更に、この第２の領域では、２つの部材１及び２の間の金属−金属接触圧力が生まれ、それはチューブの内部に存在する流体の圧力に対する気密材を形成する。
【００３６】
発明に従って、金属密閉材が球状と円錐状の形状又は球状と円筒状の形状を有する、仕上げ表面で生産される場合、継ぎ目の両端の２つの領域１１’、１１”及び１２’、１２”の選択は、継ぎ目はそれに作用する圧力荷重にそれほど敏感ではなく、そして薄いチューブには最適であると判明した。実際、両端の細長く与えられた気密面１１’と１２”で作られる圧力は、前述の両端に作用してそれぞれチューブの内側及び外側で、それらの歪みを非常に引き起こすであろう。従って、切頭円錐タイプの気密材と比較して、球状の気密面は最適の接触をそれでも維持することができ、切頭円錐タイプの場合、端の歪みによって強いられた回転のために、気密するバンド全体に関する接触を維持するのに失敗する。
【００３７】
チューブ１の外側の部分中のネジ山７セットの端に、チューブ１はチューブの軸に直交する面で環状の肩５’セットを有する。雄と雌の部材を共にねじった後に、雌の部材２の肩６”は雄の部材１の端面６’に対してもたれかけるためにやって来て、また雄の部材１の肩５”は雌の部材２の端面５”に対してもたれかけるためにやって来る。継ぎ目の構成と製作公差は、内部の肩が過度のねじる応力を引き起こさないように、本質的により強健な外部の肩より以前には決して接触に入らないようになっている。そしてまた２段の肩は、とりわけ特に井戸設置中の操作で、ねじる場合に両方の不完全な操作のために生じるかもしれない過度のねじれ荷重の可能性（“ｏｖｅｒｔｏｒｑｕｅ”）から継ぎ目を保護する。そのような荷重は、継ぎ目に対する過度の応力に結びつき、それらの機能性を害するかもしれない。
【００３８】
雄の部材１のネジ山の歯の形状は、上に引用された雌の部材２のネジ山と同じである。利点は、ネジ山はネジ山をつけた部分の長さの隅から隅まで完全な側面を有する。
【００３９】
発明による別例では、環状の気密面１２’に近接する雄のエレメントのネジ山をつけた部分７の端領域７’が、不完全な側面を備えたネジ山を有することは予想されるかもしれない。雌のエレメント上の側面１２”の対応する領域８は、部分７’に面させれ、完全なネジ部を有している。ネジ山をつけた部分８の反対の端の領域８’、つまり気密面１１”の付近の領域で、それ自体不完全な側面を備えたネジ山であり、そしてそれに面する雄の部材の対応するネジ山をつけた部分７は完全なネジ山を有している。
【００４０】
上記で記載されていることから、発明による継ぎ目の利点は、それが最適の開口性能及び効率を確保するという点で明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの部材が離間位置での、発明に適合する継ぎ目の縦の軸を通る平面での断面図を示す。
【図２】 部材の結合位置での図１の継ぎ目を示す。
【図３】 図１で例示されたネジ山をつけた継ぎ目の詳細の拡大図を示す。

Claims (8)

1. ネジ山のついた埋込一体型チューブ用継ぎ手であって、その外側表面に切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７）が設けられた雄部材（１）と、その内側表面に切頭円錐形状のネジ山がついた部分（８）が設けられた雌部材（２）とを備えてなり、前記雄部材（１）及び雌部材（２）の２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれが同じ円錐値を有しており、２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれは、前記雄部材及び雌部材（１、２）の長手方向軸に直交する平面内に実質的に位置する二対の環状の肩（５’、６’、５’’、６’’）の少なくとも第一対の間で接触が生じるまで、一方を他方の内部へ、可逆的な方法で、同時にねじれるように設計され、前記雄部材（１）及び雌部材（２）には、前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれの隣接した各端部にそれぞれ配置された二対の封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）が設けられ、第一対の封止面では外部密封の機能を備え（１２’、１２’’）、第二対の封止面では内部密封の機能を備えており（１１’、１１’’）、ここで、二対の封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）のそれぞれの第一表面は、球状であり、雄部材及び雌部材それぞれの環状である他方の肩（６’、６’’）が、前記雄部材及び雌部材（１、２）の前記軸に直交する平面内に実質的に位置しており、前記雄部材又は雌部材のいずれか一方の２つの封止面（１１’、１２’；１１’’、１２’’）のそれぞれの第二表面は、円柱状であり、前記雄部材（１）及び雌部材（２）の２つの前記切頭円錐形状のネジ山がついた部分（７、８）のそれぞれが、６．２５％〜１２．５％の間に含まれる円錐値を有することを特徴とする継ぎ手。
2. 内部密封では、第二対の封止面の第二表面（１１’’）が円錐形であり、外部密封では、第一対の封止面（１２’、１２’’）の第二表面が円柱形であることを特徴とする請求項１に記載の継ぎ手。
3. 前記雄部材（１）及び前記雌部材（２）の円錐形である封止面（１２’、１１’’）のそれぞれが、１２．５％〜２５％の間の円錐値を有することを特徴とする請求項２に記載の継ぎ手。
4. ネジ山の歯の側面が、マイナス角（α）を備えた荷重側面（９）及びプラス角（β）を備えた差込側面（１０）を有することを特徴とする請求項３に記載の継ぎ手。
5. 前記マイナス角（α）が０°〜−１０°の値を有し、また前記プラス角（β）が２０°〜４５°の値を有すことを特徴とする請求項４に記載の継ぎ手。
6. 前記雄部材（１）及び前記雌部材（２）の両方のネジ山がついた部分（７、８）が、それらの全長にくまなく完全なネジ山を備えることを特徴とする請求項５に記載の継ぎ手。
7. 前記雄部材（１）及び前記雌部材（２）の少なくとも一方のネジ山がついた部分（７、８）が、第一の端部にて不完全なネジ山を備えた領域（７’、８’）を有することを特徴とする請求項５に記載の継ぎ手。
8. 前記雄部材（１）及び前記雌部材（２）のうち他方のネジ山がついた部分（７、８）も、前記第一の端部に対して軸対称の端部に、不完全なネジ山を有する領域（７’、８’）を有することを特徴とする請求項７に記載の継ぎ手。

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