JP5371007B2 - 油井管用のねじ継手 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ継手に関し、さらに詳しくは、油井管用のねじ継手に関する。

油井管は、油井やガス井の生産や探査に利用される。油井管は、チュービングやケーシングを含む。油井管同士の接続には、ねじ継手が用いられる。

ねじ継手には、Ｔ＆Ｃ（Threaded and Coupled）型のねじ継手と、インテグラル型のねじ継手とがある。Ｔ＆Ｃ型のねじ継手は、２つの油井管の端部に形成された２つのピンと、カップリングの両端に形成された２つのボックスとを含む。各ピンは複数の雄ねじが形成された外面を有し、各ボックスは複数の雌ねじが形成された内面を有する。各ピンが各ボックスに挿入され、締め付けられる。つまり、Ｔ＆Ｃ型のねじ継手では、カップリングを介して２つの油井管が接続される。

一方、インテグラル型のねじ継手（以下、インテグラルねじ継手という）は、第１油井管の端に形成されたボックスと、第２油井管の端に形成されたピンとを含む。第１油井管のボックスに第２油井管のピンが挿入され、締め付けられると、第１及び第２油井管は互いに接続される。要するに、インテグラルねじ継手では、第１油井管が第２油井管に直接接続される。インテグラルねじ継手を利用すれば、カップリングは不要である。

このようなねじ継手では耐焼き付き性が求められる。特に、クロム（Ｃｒ）含有量が高い高合金（たとえば、Ｓ１３Ｃｒ鋼やＣＲＡ）からなるねじ継手では焼付きが発生しやすいため、優れた耐焼付き性が求められる。耐焼付き性を向上するために、上述の高合金からなるＴ＆Ｃ型のねじ継手では、カップリングが浸漬めっき処理される。カップリングは短尺の鋼管であるため、容易にめっき処理することができる浸漬めっき処理により、ボックスの内面にめっき層が形成され、耐焼き付き性が向上する。

一方、インテグラルねじ継手の場合、浸漬めっき処理を施しにくい。なぜなら、油井管は長尺であり、通常のサイズのめっき浴に漬けることができないためである。そのため、インテグラル継手では通常、めっき処理の代わりに、サンドブラスト処理が施される。サンドブラスト処理により、ピンの外面及びボックスの内面は所定の粗さを有し、ピン外面及びボックス内面には微小な凹凸が多数形成される。ピンをボックスに挿入するとき、ピン外面及びボックス内面にドープと呼ばれる潤滑剤が塗布される。ピン外面及びボックス内面が粗さを有していれば、ピン外面及びボックス内面に塗布された潤滑剤が各々の表面の凹凸に溜まる。そのため、耐焼き付き性が向上する。

しかしながら、サンドブラスト処理による耐焼付き性は、めっき層の形成による耐焼付き性よりも劣る。さらに、従来の潤滑剤は、亜鉛や鉛等の重金属を含むことにより、高い潤滑性を有していたが、重金属の環境への影響を考慮して、一部の現場では、重金属を含まない潤滑剤の使用が求められるようになってきた。重金属を含まない潤滑剤は、重金属を含む潤滑剤よりも潤滑性に劣る。そのため、インテグラルねじ継手の耐焼付き性のさらなる向上が求められている。

インテグラルねじ継手において、油井管の端部をめっき処理する技術が特開昭６０−９８９３（特許文献１）及び実公平３−１８５０７号公報（特許文献２）に開示されている。

これらの文献では、筒状セルの一端に、油井管の端部が挿入される。このとき、電極が、油井管端部の外面に対向する。ピンが筒状セルに挿入された後、管状セルにめっき処理液が供給され、めっき処理が実行される。

特開昭６０−９８９３ 実公平３−１８５０７号公報 特開２００６−１１８７２０号公報

しかしながら、上述の特許文献１及び２では、油井管の端部を筒状セルに挿入したのち、筒状セルと油井管との間をパッキング等により密閉したり、めっき処理後に筒状セルを油井管から取り外したりしなければならない。このような作業は煩雑であり、作業者の負担も大きい。

本発明の目的は、従来よりも容易に製造でき、優れた耐焼付き性を有する油井管用のねじ継手を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明によるねじ継手は、油井管用のねじ継手である。ねじ継手は、ボックスと、ピンとを備える。ボックスは、第１油井管の端部に形成される。ピンは、第２油井管の端部に形成され、ボックスに挿入される。ボックスは内面を有し、内面は、雌ねじ部と、内面メタルシール部とを含む。雌ねじ部は、複数の雌ねじが形成される。ピンは外面を有し、外面は、雄ねじ部と、外面メタルシール部とを含む。雄ねじ部は、複数の雄ねじが形成される。外面メタルシール部は、内面メタルシール部に対応する。ピン及びボックスの少なくとも一方は、筆めっき法により外面上又は内面上に形成されるめっき層を含む。

筆めっき法は、めっき浴を利用する他のめっき法よりも容易にめっき層を形成できる。そのため、従来よりも容易に、優れた耐焼付き性を有するねじ継手を製造できる。

好ましくは、雌ねじ及び雄ねじの各々は、ねじ底面と、一対のフランク面と、一対のフランク面の間に配置されるねじ山面とを含む。雌ねじは雄ねじよりも高い。めっき層は、外面上に形成される。めっき層はさらに、第１〜第３めっき部を含む。第１めっき部は、雄ねじのねじ山面上に形成される。第２めっき部は、内面メタルシール部上に形成される。第３めっき部は、雄ねじのねじ底面上に形成され、第１及び第２めっき部よりも薄い。

この場合、焼付きやすい内面メタルシール部に形成される第２めっき部を厚く形成しても、雄ねじ及び雌ねじの過剰な干渉を抑えることができる。そのため、焼付き性を向上しつつ、締め付け時のトルクの過剰な上昇を抑えることができる。

好ましくは、ピンの外面及びボックスの内面は切削により形成される。ボックスの内面はさらに、切削ままである。ここで、「切削まま」とは、切削後に他の表面処理を実施しないことをいう。表面処理とはたとえば、サンドブラスト処理やショットブラスト処理等である。

この場合、ピンの外面に形成されためっき層がボックスの内面に接触したとき、めっき層が傷つきにくく、剥がれにくい。

好ましくは、めっき層は、サンドブラスト処理された外面上に形成される。

この場合、めっき層とピンの外面との密着性が向上する。

本発明の実施の形態による油井管の一部断面図を含む側面図である。 図１に示した油井管により構成されるインテグラルねじ継手の断面図である。 図２のうち、ピンとボックスとが締結された部分の拡大図である。 図１中のボックスの先端部分の断面図である。 図４中の雌ねじ近傍の拡大図である。 図１中のピンの先端部分の断面図である。 図６中の雄ねじ近傍の拡大図である。 筆めっき装置の概略図である。 雌ねじよりも高い雄ねじを有するインテグラルねじ継手の断面図である。 図９に示すインテグラルねじ継手において、筆めっき法によりめっき層を形成した場合の模式図である。 雄ねじよりも高い雌ねじを有するインテグラルねじ継手の断面図である。 図２に示したインテグラルねじ継手において、筆めっき法によりめっき層を形成した場合の雄ねじと雌ねじ近傍の断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［インテグラルねじ継手の構成］
図１は、本実施の形態による油井管の側面図である。図１を参照して、油井管１は長手方向に延びる鋼管である。油井管１は中空体であり、長手方向に延びる貫通孔５を有する。

油井管１は、本体４と、ピン２と、ボックス３とを備える。ピン２は、油井管１の一方の端部に配置され、ボックス３は油井管１の他方の端部に配置される。ピン２とボックス３との間には本体４が配置される。本体４は、油井管１の長手方向に延びる。図１では本体４の中央部分が省略されている。

ピン２、ボックス３及び本体４はいずれも円筒状であり、いずれの横断面も円環状である。ピン２、ボックス３及び本体４はいずれも、油井管１の中心軸Ｃ１と同軸に配置される。

ピン２は、外面２０と内面２２とを有する。ピン２の先端２３は、油井管１の端に相当する。ピン２の後端２４は本体４の端につながる。ピン２の内径は、本体４の内径と実質的に同じである。一方、ピン２の外径は、ピン２の先端２３から後端２４に向かって大きくなる。要するに、ピン２の外面２０はテーパ形状を有し、先端２３の外径よりも大きい後端２４の外径を有する。外面２０には、複数の雄ねじ２１が形成される。外面２０は、切削加工により形成される。

ボックス３は、外面３０と内面３２とを有する。ボックス３の後端３３は、油井管１の端に相当する。ボックス３の先端３４は、本体４の端につながる。ボックス３の外径は、本体４の外径よりも若干大きい。ボックス３の内径は、本体４の内径よりも大きく、ボックス３の後端３３から先端３４に向かって小さくなる。要するに、内面３２はテーパ形状を有し、先端３４の内径よりも大きい後端３３の内径を有する。内面３２には、複数の雌ねじ３１が形成される。各雌ねじ３１は各雄ねじ２１に対応する。内面３２は、切削加工により形成される。

図２は、インテグラルねじ継手の構成を示す。油井管１Ａ及び１Ｂは、油井管１と同じ構成を有する。油井管１Ａのボックス３に油井管１Ｂのピン２が挿入され、油井管１Ｂが油井管１Ａに接続される。インテグラルねじ継手１０は、油井管１Ａのボックス３と、油井管１Ｂのピン２とを含む。要するに、油井管１Ａ及び１Ｂは、インテグラルねじ継手１０により、互いに接続される。

図３は図２に示すインテグラルねじ継手１０の拡大断面図である。図３を参照して、ピン２の先端２３は、ボックス３の先端３４と接触し、ピン２の後端２４はボックス３の後端３３と接触する。ピン２の外面２０の前部及び後部は、ボックス３の内面３２と離れた配置され、環状の隙間２７及び２８が形成される。隙間２７及び２８には、締め付け前に外面２０に塗布された潤滑剤が流入する。

［ボックス３の構成］
図４は、図１中のボックス３の先端近傍部分の拡大図である。ボックス３の内面３２は、ボックス３の後端３３から先端に向かって順に、雌ねじ部３１０、リセス部３２０、内面メタルシール部３３０及びショルダ部３４０を含む。

雌ねじ部３１０は、環状である。雌ねじ部３１０には複数の雌ねじ３１が形成されている。ショルダ部３４０は、環状であり、ボックス３の先端に配置される。内面３２と、本体４の内面４２との間に段差が設けられており、ショルダ部３４０はその段差に相当する。ボックス３内にピン２が挿入されるとき、ショルダ部３４０はピン２の先端と面接触する。そのため、インテグラルねじ継手１０の気密性が向上する。

リセス（Recess）部３２０は雌ねじ部３１０と内面メタルシール部３３０との間に配置される。ピン２がボックス３に挿入されたとき、リセス部３２０はピン２の外面２０と接触せず、外面２０から離れて配置され、図３に示す隙間２７を形成する。ピン２がボックス３に挿入されたとき、隙間２７には、外面２０に過剰に塗布された潤滑剤が流入する。要するに、リセス部３２０は、過剰な潤滑剤の逃げ場を提供する。

内面メタルシール部３３０は、ショルダ部３４０とリセス部３２０との間に配置される。内面メタルシール部３３０は、なめらかな表面であり、ピン２の外面２０に形成されるメタルシール部と面接触する。そのため、内面メタルシール部３３０は、インテグラルねじ継手１０の気密性を向上する。

図５は、雌ねじ部３１０の拡大図である。図５を参照して、雌ねじ３１は、台形状のバットレスねじである。雌ねじ３１は、ねじ山（Thread Crest）面３１Ａと、一対のフランク面３１Ｂ及び３１Ｃとを含む。一対のフランク面３１Ｂ及び３１Ｃは、スタブフランク（Stab flank）面３１Ｂと、ロードフランク（Lord Flank）面３１Ｃとを含む。隣り合う２つの雌ねじ３１の間には、ねじ底（Thread Root）面３１Ｄが配置される。

図５において、ねじ山面３１Ａはスタブフランク面３１Ｂの下端とロードフランク面３１Ｃの下端との間に配置される。スタブフランク面３１Ｂの上端及びロードフランク面３１Ｃの上端は、それぞれ異なるねじ底面３１Ｄに接続される。各フランク面３１Ｂ及び３１Ｃと、ねじ山面３１Ａとの接続部分は丸みを帯びている。また、各フランク面３１Ｂ及び３１Ｃとねじ底面３１Ｄとの接続部分は滑らかに湾曲している。
ねじ山面３１Ａは、中心軸Ｃ１方向に延びる平坦部を有する。ロードフランク面３１Ｃは、スタブフランク面３１Ｂよりも、ボックス３の先端３４側に配置される。スタブフランク面３１Ｂと、中心軸Ｃ１と垂直に配置される仮想平面Ｐ１とがなす角度Ａ１は−５°〜＋４５°である。一方、ロードフランク面３１Ｃと、仮想平面Ｐ１とがなす角度Ａ２は−１°〜−１５°である。ピン２がボックス３に挿入されたとき、ピン２の雄ねじはロードフランク面３１Ｃと面接触する。ねじ底面３１Ｄは、中心軸Ｃ１方向に延び、実質的に平坦である。

［ピン２の構成］
図６は、図１中のピン２の先端２３近傍部分の拡大断面図である。図６を参照して、ピン２の外面２０は、ピン２の後端２４から先端２３に向かって順に、雄ねじ部２１０、リセス部２２０、外面メタルシール部２３０及びショルダ部２４０を含む。雄ねじ部２１０は環状である。雄ねじ部２１０には複数の雄ねじ２１が形成されている。ショルダ部２４０は、環状であり、先端２３の端面に相当する。ショルダ部２４０は、締結時に、対応するショルダ部３４０と面接触し、気密性を向上する。ショルダ部２４０はほぼ平坦である。リセス部２２０は環状であり、締結時に、対応するリセス部３２０と離れて配置され、隙間２７を形成する。外面メタルシール部２３０は環状であり、ショルダ部２４０とリセス部２２０との間に配置される。外面メタルシール部２３０はなめらかな表面を有する。外面メタルシール部２３０は、締結時、対応する内面メタルシール部３３０と密着し、インテグラルねじ継手１０の気密性を向上する。

図７は、図６中の雄ねじ２１の拡大図である。雄ねじ２１は、台形状のバットレスねじであり、雌ねじ３１と対応する。雄ねじ２１は、ねじ山面２１Ａと、一対のフランク面（スタブフランク面２１Ｂ及びロードフランク面２１Ｃ）とを含む。隣り合う２つの雄ねじ２１の間には、ねじ底面２１Ｄが配置される。ピン２がボックス３に挿入されるとき、図３に示すとおり、隣り合う雌ねじ３１の間に、雄ねじ２１が挿入される。これにより、ピン２がボックス３に締結される。

スタブフランク面２１Ｂの上端とロードフランク面２１Ｃの上端との間には、ねじ山面２１Ａが配置される。スタブフランク面２１Ｂの下端及びロードフランク面２１Ｃの下端は、それぞれ異なるねじ底面２１Ｄに接続される。各フランク面２１Ｂ及び２１Ｃと、ねじ山面との接続部分は丸みを帯びている。また、各フランク面２１Ｂ及び２１Ｃとねじ底面との接続部分は滑らかに湾曲している。

ねじ山面２１Ａは中心軸Ｃ１方向に延びる。スタブフランク面２１Ｂは、ロードフランク面２１Ｃよりも先端２３側に配置される。スタブフランク２１Ｂと仮想平面Ｐ１とがなす角度Ａ１は−５°〜＋４５°であり、ロードフランク２１Ｃと仮想平面Ｐ１とがなす角度Ａ２は−１°〜−１５°である。締結時、ロードフランク面２１Ｃは、対応するロードフランク面３１Ｃと面接触し、インテグラルねじ継手１０の気密性を向上する。ねじ底面２１Ｄは、中心軸Ｃ１方向に延び、実質的に平坦である。

［めっき層］
図６及び図７に示すとおり、ピン２はさらに、めっき層５０を含む。めっき層５０は金属からなり、たとえば、銅（Ｃｕ）や、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）及びこれらの元素を含有する合金等である。めっき層５０は、外面２０上に形成され、より具体的には、ねじ部２１０、リセス部２２０及び外面メタルシール部２３０上に形成される。本実施の形態では、ボックス３はめっき層５０を含まない。要するに、めっき層５０は外面２０に形成され、内面３２に形成されない。

めっき層５０は筆めっき法により形成される。そのため、従来のめっき浴を用いためっき法と比較して、ピン２の外面２０上にめっき層５０が容易に形成される。これにより、インテグラルねじ継手１０は、サンドブラスト処理による従来の表面処理に比べて優れた耐焼付き性を有する。

［めっき層５０の形成方法］
めっき層５０は、図８に示す筆めっき装置１００により形成される。図８を参照して、筆めっき装置１００は、筆具１１０と、電源装置１２０と、供給装置１３０と、複数の位置決めローラ１４０とを備える。

筆具１１０は、電極材１１１と、絶縁体１１２と、柄１１３とを含む。電極材１１１は板状であり、カーボンからなる。絶縁体１１２は電極材１１１の下面及び側面を覆う。絶縁体１１２は、電解液に溶けず、浸透性を有する。絶縁体１１２はたとえば、脱脂綿やフェルトである。柄１１３は棒状であり、電極材１１１の上面に立てて配置される。柄１１３は絶縁材料で構成される。柄１１３はさらに、柄１１３の上端と下端との間を貫通する貫通孔１１４を有する。貫通孔１１４には、リード線１２１が挿入される。リード線１２１の先端は、電極材１１１と接続され、リード線１２１の後端は、電源装置１２０に接続される。

電極材１１１はさらに、上面と下面との間を貫通する貫通孔１１５を有する。貫通孔１１５は、供給装置１３０から供給される電解液が供給される。めっき処理時、電極材１１１は、絶縁体１１２を介して油井管１に電解液を供給する。

複数の位置決めローラ１４０は、２列に並んで配置される。各列の複数の位置決めローラは同軸上に配列される。各列は油井管１の中心軸Ｃ１と並行し、２つの列の間に油井管１が配置される。位置決めローラ１４０が回転すると、油井管１が中心軸Ｃ１周りを回転する。そのため、ピン２の全周にめっき処理を行うことができる。

位置決めローラ１４０のうち、導電性を有する位置決めローラ１４０Ａには、端子１２２が接続されている。端子１２２は、リード線１２３を介して電源装置１２０と接続される。めっき処理時、筆具１１０と、油井管１と、電源装置１２０とは、電解回路を形成する。

供給装置１３０は、めっき浴１３１と、ポンプ１３２とを備える。めっき浴１３１は、電解液が貯められた槽である。めっき浴１３１はさらに、ピン２の下方に配置され、めっき処理時にピン２から滴る電解液を溜める。ポンプ１３２は、めっき浴１３１内に貯められた電解液を貫通孔１１５に供給する。電解液は、供給管１３３及び１３４を通って貫通孔１１５に供給され、絶縁体１１２を通過してピン２の外面２０に供給される。

［筆めっき処理方法］
上述の筆めっき装置１００を用いた筆めっき処理について説明する。初めに、油井管１を２列に並んだ位置決めローラ１４０上に配置する。このとき、ピン２は、めっき浴１３１の上方に配置される。

次に、外面２０に付着する油脂等を除去する。具体的には、油脂等を溶剤により除去したり、電解脱脂処理により除去したりする。

次に、筆具１１０を用いてめっき処理を行う。電源装置１２０は、筆具１１０を陽極に接続し、油井管１を陰極に接続する。このとき、リード線１２１が電源装置１２０の陽極に接続され、リード線１２３が電源装置の陰極に接続される。ポンプ１３２により電極材１１１に電解液を供給しながら、絶縁体１１２を外面２０に接触し、筆具１１０をすり動かす。このとき、外面２０上にめっき層５０が形成される。

このように、めっき層５０を形成するために筆めっき装置１００を使用すれば、めっき浴１３１にピン２を浸漬してめっき処理する必要はない。そのため、めっき層５０が形成された油井管１を容易に製造することができる。

［めっき層の厚さと雄ねじ及び雌ねじの高さとの関係］
筆めっき法により形成されためっき層５０は、不均一な厚さを有する。図７を参照して、めっき層５０のうち、ねじ山面２１Ａ上に形成されるめっき部５０Ａは、ねじ底面２１Ｄ上に形成されるめっき部５０Ｄよりも厚い。また、各フランク面２１Ｂ及び２１Ｃ上に形成されるめっき部５０Ｂ及び５０Ｃは、めっき部５０Ａよりも薄い。各めっき部５０Ａ〜５０Ｄ内における厚さはほぼ一定である。

さらに、図６に示すピン２の先端部の外面メタルシール部２３０上に形成されるめっき部５０Ｅは、めっき部５０Ｄよりも厚いものの、めっき部５０Ａより薄い。

このように、筆めっき法により形成されためっき層５０の厚さが場所によって異なる理由は定かではない。しかしながら、以下の理由が推定される。ねじ山面２１Ａは、上述のめっき処理時において、筆具１１０と接触しやすい。一方、ねじ底面２１Ｄは、筆具１１０と接触しにくい。そのため、めっき部５０Ａがめっき部５０Ｄよりも厚くなると推定される。さらに、外面メタルシール部２３０はなめらかな表面であり、凹凸が形成されていない。そのため、外面メタルシール部２３０は、ねじ底面２１Ｄよりも筆具１１０と接触しやすい。したがって、めっき部５０Ｅはめっき部５０Ｄよりも厚い。

このような、異なる厚さを有するめっき層５０に対応するために、インテグラルねじ継手１０では、雌ねじ３１は雄ねじ２１以上の高さを有する。これにより、締結時に過剰な負荷（トルク）をかけるのを抑制しつつ、耐焼き付き性を向上する。以下、この点について詳述する。

インテグラルねじ継手の中には、たとえば、特開２００６−１１８７２０号公報に記載されているように、雄ねじが雌ねじよりも高いものもある。図９に示すように、ピン２００の雄ねじ２０１が、ボックス３００の雌ねじ３０１よりも高い場合、雄ねじ２０１のねじ山面２０１Ａが雌ねじ３０１のねじ底面３０１Ｄに接触する。そして、雌ねじ３０１のねじ山面３０１Ａと雄ねじ２０１のねじ底面２０１Ｄとの間に隙間３０２が形成される。

ピン２００の外面に、筆めっき法によりめっき層５０を形成する。このとき、図１０に示すとおり、ねじ山面２０１Ａには、めっき部５０Ａが形成される。そのため、ピン２００とボックス３００とを締結するとき、ねじ山面２０１Ａとねじ底面２０１Ｄとは、図９と比較して、めっき部５０Ａの厚み分だけ離れる。ピン２００とボックス３００との間の距離が離れれば、それだけ締め付け時に必要なトルクが増大する。したがって、トルクの増大を抑えるためには、めっき部５０Ａが過剰に厚くならないようめっき処理する必要がある。

しかしながら、めっき部５０Ａを薄くすれば、ピン２００の外面メタルシール部上に形成されるめっき部５０Ｅも当然に薄くなる。外面メタルシール部は、ボックス３００の内面メタルシール部と面接触するため、特に焼付きが発生しやすい。そのため、めっき部５０Ｄを薄くするのは好ましくない。

つまり、雄ねじが雌ねじよりも高い場合、締結時に必要なトルクを過剰に増大することなく、優れた耐焼き付き性を得るのは難しい。

そこで、本実施の形態によるインテグラル型ねじ継手１０では、雌ねじ３１が雄ねじ２１よりも高い。換言すれば、ねじ山面３１Ａとねじ底面３１Ｄとの間の距離は、ねじ山面２１Ａとねじ底面２１Ｄとの間の距離よりも大きい。この場合、図９の場合と比較して、外面メタルシール部２３０上のめっき部５０Ｅを厚く形成でき、かつ、締結時に必要なトルクも抑制できる。

図１１は、めっき層５０が形成されていないピン２と、ボックス３とを含むインテグラルねじ継手の断面図である。図１１を参照して、雌ねじ３１が雄ねじ２１よりも高いため、ねじ山３１Ａとねじ底面２１Ｄとが接触する。一方、ねじ山面２１Ａとねじ底面３１Ｄとが離れて配置され、所定の隙間３５０が形成される。つまり、ピン２とボックス３とは、図９の場合と異なる箇所で接触する。

ボックス３とこのような関係を有するピン２の外面２０に筆めっき法によりめっき層５０を形成する。この場合、図１２に示すように、めっき部５０Ｄがねじ山３１Ａと接触する。さらに、めっき部５０Ａはねじ底面３１Ｄと接触せず、ねじ底面３１から離れて配置される。めっき部５０Ａとねじ底面３１Ｄとの間に形成される隙間３５１は、図１１に示す隙間３５０と比較して、めっき部５０Ａとめっき部５０Ｄとの差分だけ狭い幅となる。さらに、外面メタルシール部２３０にはめっき部５０Ｅが形成される。

つまり、インテグラルねじ継手１０では、締結時のピン２の外面２０とボックス３の内面３２との間の距離は、めっき部５０Ｄの厚さに依存し、めっき部５０Ａの厚さに依存しない。インテグラルねじ継手１０では、めっき部５０Ａは隙間３５０内に形成され、ボックス３０の内面３２と接触しにくいためである。上述のとおり、めっき部５０Ｄはめっき部５０Ａよりも薄い。したがって、仮に、図９に示すピン２００とボックス３００との間の距離と、図１１に示すピン２とボックス３との間の距離が同じとなるように、めっき層５０を形成した場合、図１１のピン２の外面メタルシール部２３０に形成されるめっき部５０Ｅの方が、図９に示すピン２００の外面メタルシール部に形成されるめっき部５０Ｅよりも厚くなる。
したがって、インテグラルねじ継手１０は、図９及び図１０に示すインテグラルねじ継手と比較して、めっき部５０Ｅを厚く形成しても締結時のトルクが増大しにくい。その結果、インテグラルねじ継手１０は、締結時のトルクが増大するのを抑制しつつ、耐焼付き性を向上できる。

［外面２０及び内面３２の表面処理について］
上述のとおり、従来のインテグラル継手では通常、ピンの外面及びボックスの内面は、サンドブラスト処理が実施される。サンドブラスト処理により、ピンの外面及びボックスの内面の表面粗さが大きくなり、潤滑剤が保持されやすくなるためである。

しかしながら、インテグラルねじ継手１０においては、ボックス３の内面３２は、切削まま（As-Machine）であるのが好ましい。つまり、切削加工により雌ねじ３１を含む内面３２を形成した後、サンドブラスト処理等の他の表面処理を施さない方が好ましい。

ピン２の外面にめっき層５０を形成し、かつ、ボックス３の内面３２を切削ままとすれば、インテグラルねじ継手の耐焼付き性はさらに向上する。その理由は定かではないが、以下の理由が考えられる。ボックス３の内面３２がサンドブラスト処理された場合、内面３２は粗く、微小な凹凸が多数形成される。そのため、ボックス３にピン２が挿入され、締め付けられると、内面３２の微小な凹凸がめっき層５０と接触する。このとき、内面３２の微小な凹凸は、めっき層５０に局所的な応力集中を与え、めっき層５０の一部を削ったり、内面３２から剥がしたりする。

一方、内面３２が切削ままであれば、内面３２は微小な凹凸はほとんどなく、なめらかな表面である。このような内面３２にめっき層５０が接触した場合、めっき層５０は上述のような局所的な応力集中を内面３２から受けにくい。そのため、めっき層５０が削られにくく、剥がれにくい。その結果、優れた耐焼付き性が得られるものと推定される。

さらに好ましくは、めっき層５０は、サンドブラスト処理された外面２０上に形成される。この場合、外面２０は微小な凹凸を有するため、切削ままの場合と比較して、外面２０の表面積は大きい。そのため、めっき層５０の外面２０に対する密着性は向上する。その結果、めっき層５０は剥がれにくく、優れた耐焼付き性が得られる。

以上、本発明のインテグラルねじ継手は、上述の実施の形態に限られない。上述の実施の形態では、雌ねじ３１は雄ねじ２１よりも高いとしたが、雌ねじ３１は雄ねじ２１と同じ高さであってもよい。この場合、締結時のトルクは増大するものの、優れた耐焼付き性が得られる。

上述の実施の形態では、ピン２の外面２０は、先端部に外面メタルシール部２３０を有した。しかしながら、外面２０は、複数の外面メタルシール部を有してもよい。たとえば、外面２０の先端部と後端部とに、環状の外面メタルシール部が形成されてもよい。また、外面２０の先端部、中央部、後端部のそれぞれに外面メタルシール部が形成されてもよい。この場合、各外面メタルシール部の間に、雄ねじ部２１０が配置される。

上述の実施の形態では、ピン２の外面２０上にめっき層５０が形成された。しかしながら、ピン２の外面２０の代わりに、ボックス３の内面３２上にめっき層５０が形成されてもよい。この場合であっても、内面３２上に形成されためっき層５０により、耐焼付き性が向上する。

インテグラルねじ継手を有する一対の油井管を複数準備し、耐焼付き性を調査した。

［供試材(Specimens)について］

表１を参照して、各試験番号の油井管はいずれも７．６２５インチの外径と、０．３７５インチの肉厚を有した。油井管の材質はいずれも、ＡＰＩ規格で規定されるＬ８０−１３Ｃｒに相当する材質であった。

試験番号１及び３のインテグラルねじ継手では、ピンの外面及びボックスの内面にサンドブラスト処理を実施した。試験番号２のインテグラルねじ継手では、ピンの外面は切削ままであり、ボックスの内面にサンドブラスト処理を実行した。試験番号４及び５のインテグラルねじ継手では、ピンの外面及びボックスの内面ともに、切削ままとした。

ピン及びボックスは、図１〜図７に示す構成とした。各試験番号の雄ねじ及び雌ねじの形状は次のとおりであった。雄ねじ２１の高さは１．０４７ｍｍであり、雌ねじ３１の高さは１．０４７ｍｍであった。
また、雄ねじ２１及び雌ねじ３１の角度Ａ１（図５及び図７参照）は＋２５度であり、角度Ａ２は−１０度であった。雄ねじ２１のねじ山面２１Ａの幅Ｗ２１Ａは１．５６４ｍｍであり、ねじ底面２１Ｄの幅Ｗ２１Ｄは２．０６５ｍｍであった。雌ねじ３１のねじ山面３１Ａの幅Ｗ３１Ａは１．５６４ｍｍであり、ねじ底面３１Ｄの幅３１Ｄは２．０６５ｍｍであった。

試験番号４及び５ではさらに、筆めっき法により、ピンの外面にめっき層５０を形成した。試験番号４及び５のめっき層５０の厚さは、表２のとおりであった。

表２中のめっき部５０Ａは、ねじ山面２１Ａ上に形成されためっき部を示す。同じく、めっき部５０Ｄは、ねじ底面２１Ｄに形成されためっき部を示し、めっき部５０Ｅは、外面メタルシール部２３０上に形成されためっき部を示す。
表２は以下の方法で求めた。各試験番号４及び５において、任意の１０個の雄ねじ２１を選択した。選択された各雄ねじ２１において、めっき部５０Ａ及び５０Ｄの厚さを周方向に９０度ピッチで４箇所測定した。測定には電磁膜厚計を用いた。測定された値の平均値を、めっき部５０Ａ及び５０Ｄの厚さと定義した。

一方、めっき部５０Ｅの厚さは以下の方法により求めた。外面メタルシール部２３０上に形成されためっき部５０Ｅの任意の１０地点を選択した。各地点を含む各横断面において、周方向に９０度ピッチで４箇所の厚さを測定した。測定された厚さの平均値を、めっき部５０Ｅの厚さと定義した。

表２に示すとおり、めっき部５０Ａは、めっき部５０Ｄよりも厚かった。また、めっき層５０Ｅは、めっき部５０Ｄよりも厚かった。

［試験方法］
上述の試験番号１〜５の供試材を用いて、ＩＳＯ１３６７９に準拠したメイクブレイク試験を実施した。初めに、各供試材のピンの外面及びボックスの内面に潤滑剤（ドープ）を塗布した。潤滑剤には、重金属を含まない、いわゆるグリーンドープを使用した。具体的には、潤滑剤には、Ｊｅｔ Ｌｕｂｅ社製の商品名ＳＥＡＬ ＧＵＡＲＤ ＥＣＦを使用した。潤滑剤の使用量は、ＩＳＯ１３６７９で規定される範囲の下限値とした。

続いて、ピンをボックスに挿入し、所定の締付けトルク及び回転数でピンを軸周りに回し、締め付けた。このとき、締付けトルク値はＩＳＯ１３６７９で規定される範囲の上限値とした。また、回転数は３ｒｐｍとした。

上記の条件に基づいて、ピンとボックスの締付け（メイクアップ）及び締め戻し（ブレイクアウト）を繰り返した。そして、ピンの外面に焼付きが発生したときの、メイクアップ及びブレイクアウトの繰り返し回数を調査した。焼付き発生の有無は、目視により観察した。

［調査結果］
調査結果を表１に示す。表１を参照して、試験番号１〜３のインテグラルねじ継手では、メイクアップ及びブレイクアウトを１回行った後、ピンの外面及びボックスの内面に焼付きが観察された。一方、試験番号４及び５のインテグラルねじ継手では、繰り返し回数が３回を超えた。具体的には、試験番号４のインテグラルねじ継手では、繰り返し回数が７回であった。つまり、メイクアップ及びブレイクアウトを６回繰り返しても、焼付きが発生しなかった。また、試験番号５のインテグラルねじ継手では、繰り返し回数が８回であった。試験番号４及び５のインテグラルねじ継手では、ピンの外面にめっき層が形成され、かつ、ボックスの外面が切削ままであったため、優れた耐焼付き性を示したと推定される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

１ 油井管
２ ピン
３ ボックス
４ 本体
１０ ねじ継手
２０ 外面
２１Ａ，３１Ａ ねじ山面
２１Ｂ，２１Ｃ，３１Ｂ，３１Ｃ フランク面
２１Ｄ ねじ底面
２２ 内面
３０ 外面
５０ めっき層
１００ 筆めっき装置
１１０ 筆具
１１１ 電極材
１１２ 絶縁体
１１３ 柄
２３０ 外面メタルシール部
３３０ 内面メタルシール部

Claims (2)

1. 油井管用のインテグラル型ねじ継手であって、
   第１油井管の端部に形成されるボックスと、
   第２油井管の端部に形成され、前記ボックスに挿入されるピンとを備え、
   前記ボックスは内面を有し、
   前記内面は、
   複数の雌ねじが形成される雌ねじ部と、
   内面メタルシール部とを含み、
   前記ピンは外面を有し、
   前記外面は、
   複数の雄ねじが形成される雄ねじ部と、
   前記内面メタルシール部に対応する外面メタルシール部とを含み、
   前記ピンは、筆めっき法により前記外面上に形成されるめっき層を含み、
   前記雌ねじ及び雄ねじの各々は、
   ねじ底面と、
   一対のフランク面と、
   前記一対のフランク面の間に配置されるねじ山面とを含み、
   前記雌ねじは前記雄ねじよりも高く、
   前記めっき層は、
   前記雄ねじのねじ山面上に形成される第１めっき部と、
   前記外面メタルシール部上に形成される第２めっき部と、
   前記雄ねじのねじ底面上に形成され、前記第１及び第２めっき部よりも薄い、第３めっき部とを含む、インテグラル型ねじ継手。
2. 請求項１に記載のインテグラル型ねじ継手であって、
   前記めっき層は、サンドブラスト処理された前記外面上に形成される、インテグラル型ねじ継手。

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