JP6151793B2 - ダブルショルダ型ツールジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ダブルショルダ型ツールジョイントに関し、特に、繰り返し締め付け・締め戻しが行われても水密性に優れるダブルショルダ型ツールジョイントに関する。

大水深掘削や水平井戸の掘削に使用されるドリルパイプは、従来からツールジョイントにより接続されている。ツールジョイントの詳細はＡＰＩ（米国石油協会）規格５ＤＰに規定されている。掘削時に必要な高いトルクを伝達するため、ツールジョイントの外径は管体部の外径より大きな径で形成され、内径は管体部の内径よりも小さな径で形成される。しかし、ツールジョイントの外径及び内径には限度があり、ツールジョイントのトルク性能は、管体部のトルク性能に比べて、一般的に低いものになっている。従って、このような場合、高トルク性能を有するダブルショルダ型のツールジョイントの使用が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載されたツールジョイントは、ダブルショルダ型のツールジョイントであって、ドリルパイプの一端に形成され雌ネジ部を備えたボックスと、他のドリルパイプの一端に形成され、雄ネジ部を備えたピンとを螺合する管継手からなる。ドリルパイプは、ボックスとピンとを備えるツールジョイントにより順次ドリルパイプを接続するように構成されている。

ボックスは、その先端に平行で形成されたボックス入口スリーブと、ボックス入口スリーブと所定のテーパで形成された雌ネジ部と、ボックス奥部に形成された平行なボックス奥部スリーブと、ボックス奥部スリーブの端部から延び管軸に対し直角に形成された内面肩部と、管軸に沿って中空部を提供する管内径部と、ボックスの外周面を形成するボックス外径部とを備える。また、ピンは、管軸と平行な外周面を有するピンノーズと、ピンノーズに続いて形成され、ボックスと同じテーパを有する雄ネジ部と、雄ネジ部に続き、管軸に平行な外周面を有するピンベースと、ピン外径部から管軸に対し直角に形成された外面肩部と、ピンの外周面を形成するピン外径部とを備える。

このような構成とされたダブルショルダ型のツールジョイントは、ボックス入口スリーブの内周面とピンベースの外周面を管軸と平行に形成し、ボックス奥部スリーブの内周面とピンノーズの外周面を管軸と平行に形成したため、ピンノーズの肉厚及びボックス入口スリーブの肉厚を従来のものに比べて厚くすることができる。これにより、ボックス入口スリーブ先端部と外面肩部との接触面積及びピンノーズ先端部と内面肩部との接触面積を増加させることができ、耐トルク性能を向上させ、ツールジョイントの寿命を延ばすことができるとされている。

特表２００７−５３０８７５号公報

しかし、ツールジョイントショルダは、締付トルクの受圧面となっている為、繰り返して使用され、何度も締め付けられるので、面粗度の維持管理は難しく、水密性を期待することができない。また、ツールジョイント又はそれが複数本繋がれた状態でリグ上の床面に立てかけられる場合があり、ピン側のピンノーズ先端部が受圧面となってこの内面受圧面が損傷を受ける場合もあり、十分な水密性を発揮しない場合もあるという問題があった。

従って、本発明の目的は、ツールジョイントのシール面（ピンシール面、ボックスシール面を含む）が損傷を受けにくく、連結して使用した場合の水密性に優れたダブルショルダ型のツールジョイントを提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、管軸と直交する第１の接触面を有するボックス入口スリーブ、前記管軸に対して所定のテーパを有する雌ネジ部、前記管軸と直交する第２の接触面を有するボックス奥部スリーブを有するボックスと、前記第１の接触面に接触する第３の接触面を有するピンベース、前記雌ネジ部にネジ係合する雄ネジ部、前記第２の接触面に接触する前記管軸と直交する第４の接触面を有するピンノーズを有するピンと、を有し、前記ボックスの先端部に前記第１の接触面から前進した部位に第５の接触面を、及び前記ピンの先端部に前記第４の接触面から前進した部位に第６の接触面を備えて突出して形成されたガード部を更に有し、前記ピンと前記ボックスは、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部によりネジ係合され、前記ネジ係合により締め付けた際、外面受圧を確保する前記第１の接触面と前記第３の接触面が最初に接触するようそれぞれの前記接触面の寸法が設定されていることを特徴とするダブルショルダ型ツールジョイントを提供する。

［２］［１］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記ピンの先端部に形成された前記ガード部は、前記第６の接触面が、前記ボックス奥部スリーブの前記第２の接触面から後退して形成された第７の接触面と接触するように構成されてもよい。

［３］［１］または［２］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記ボックスの先端部に形成された前記ガード部は、前記第５の接触面が、前記ピンベースの前記第３の接触面から後退して形成された第８の接触面と接触するように構成されてもよい。

［４］［２］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記ピンと前記ボックスは、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部によりネジ噛合され、前記ネジ噛合により締め付けた際、前記第１の接触面と前記第３の接触面、前記第２の接触面と前記第４の接触面、前記第６の接触面と前記第７の接触面が順次接触するようそれぞれの接触面の寸法が設定されてもよい。

［５］［２］または［４］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記第４の接触面と前記第２の接触面とのシール幅は、１ｍｍから２ｍｍに形成されてもよい。

［６］［２］または［４］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記第４の接触面は、前記ピンノーズの前記第６の接触面から２ｍｍから５ｍｍだけ後退した位置に形成されてもよい。

［７］［５］または［６］のダブルショルダ型ツールジョイントにおいて、前記第２の接触面と前記第４の接触面は、それぞれ表面粗さ３２Ｓ以下に形成されてもよい。

本発明によれば、ツールジョイントのシール面（ピンシール面、ボックスシール面を含む）が損傷を受けにくく、連結して使用した場合の水密性に優れたダブルショルダ型のツールジョイントを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント、及び、ドリルパイプの全体を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図１の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合していない断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図１の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合している断面図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント、及び、ドリルパイプの全体を示す図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合していない断面図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合している断面図である。 図７Ａは、ピンノーズの部分詳細断面図である。 図７Ｂは、ボックス奥部スリーブの部分詳細断面図である。 図７Ｃは、ツールジョイントが締結された状態におけるピンノーズとボックス奥部スリーブの接触状態を示す部分詳細断面図である。 図８は、ドリルパイプのネジ噛合時の回転角θと締め付けトルクＴとの関係を示す関係図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント（ドリルパイプ）の外観図である。 図９Ｂは、比較する従来のダブルショルダ型のツールジョイント（ドリルパイプ）の外観図である。 図１０は、横軸を荷重、縦軸を圧力として荷重条件を示すＶＭＥカーブである。 図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピン３がピンガード部３０を有し、かつ、ボックス２がボックスガード部２０を有する構成を示す断面図である。

（本発明の第１の実施の形態）
（ツールジョイント及びドリルパイプの全体構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント、及び、ドリルパイプの全体を示す図である。このダブルショルダ型のツールジョイント１は、ドリルパイプ４の一端に形成され雌ネジ部２３を備えたボックス２と他端に形成され雄ネジ部３３を備えたピン３とを有するドリルパイプ４であって、他の同様のドリルパイプ４のボックス２の雌ネジ部２３又はピン３の雄ネジ部３３と螺合して順次接続される管継手である。ドリルパイプ４は、ボックス２とピン３とを備えるツールジョイント１により順次ドリルパイプ４を接続するように構成されている。

（ツールジョイントの構成）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図１の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合していない断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図１の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合している断面図である。このツールジョイント１は、雌ネジ部２３を有するボックス２と、雄ネジ部３３を有するピン３とから構成される。

本発明の第１の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント１は、管軸５０と直交する第１の接触面であるボックス入口スリーブ端面２１を有するボックス入口スリーブ２２、管軸５０に対して所定のテーパを有する雌ネジ部２３、管軸５０と直交する第２の接触面であるボックスシール面２８を有するボックス奥部スリーブ２４を有するボックス２と、第１の接触面（ボックス入口スリーブ端面２１）に接触する第３の接触面である外面肩部端面３５を有するピンベース３４、雌ネジ部２３にネジ噛合する雄ネジ部３３、第２の接触面（ボックスシール面２８）に接触する管軸５０と直交する第４の接触面であるピンシール面３９を有するピンノーズ３２を有するピン３と、を有し、ボックス２の先端部に、第１の接触面（ボックス入口スリーブ端面２１）から前進した部位に第５の接触面であるボックス入口ガード面２０ｂを、又は、ピン３の先端部に、第４の接触面（ピンシール面３９）から前進した部位に第６の接触面であるピンノーズ端面３１を備えるガード部（ボックスガード部２０又はピンガード部３０）を有して構成されている。なお、前進とは、管軸５０に沿って、ドリルパイプ４の管中央側から管端側へ進む方向である。

ここで、ボックス２又はピン３は、その先端部にガード部（ボックスガード部２０又はピンガード部３０）を有する。ボックス２にのみボックスガード部２０を有する構成、ピン３にのみピンガード部３０を有する構成、及び、ボックス２及びピン３にボックスガード部２０及びピンガード部３０を有する構成のいずれの構成も可能である。なお、ガード部（ボックスガード部２０又はピンガード部３０）は、ドリルパイプ４（ボックス２又はピン３）と同一材料により一体に形成されたものである。

ボックス２にボックスガード部２０を有する構成では、ボックス２における第１の接触面であるボックス入口スリーブ端面２１から前進した（すなわち、ボックス奥部スリーブ２４からボックス入口スリーブ２２へ進む方向の）部位に第５の接触面であるボックス入口ガード面２０ｂを備えて突出するようにガード部（ボックスガード部２０）が形成されている。この構成の場合には、ボックス入口ガード面２０ｂは、ピンベース３４の外面肩部端面３５から後退して（すなわち、ピンガード部３０からピンベース３４へ戻る方向に）形成された第８の接触面である外側肩部ガード端面３６ｂと接触する。なお、後退とは、管軸５０に沿って、ドリルパイプ４の管端側から管中央側へ進む方向である。

図２に示すＤｆは、ボックス２のボックス外径部２６においてガード部を除いた直径を示す。このＤｆは、ＡＰＩ５ＤＰで、Rotary Shoulder Connection Bevel Diameter として規定された値である。ガード部（ボックスガード部２０）を設けることによって小径化したボックス外径部２６の外径寸法Ｄｆは、このＡＰＩ５ＤＰの規格を満たす値に設定されているので、ボックス２とピン３の接触面を確保して耐トルク性能を担保できる。これにより、ガード部を設ける構成であっても、ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５との接触幅が十分に確保され、耐トルク性能を担保することができると共に、ＡＰＩ規格に準拠したツールジョイント及びドリルパイプとすることができる。なお、ピン３側の内周面３６ａの直径も、上記のガード部（ボックスガード部２０）とスキマ嵌合が可能な状態で形成されており、ボックス２と同様に、ＡＰＩ５ＤＰのＤｆ値の目的を満たす。

また、ピン３にピンガード部３０を有する構成では、ピン３における第４の接触面であるピンシール面３９から前進した部位に第６の接触面であるピンノーズ端面３１を備えて突出して形成されたガード部（ピンガード部３０）が形成されている。この構成の場合には、ピンノーズ端面３１は、ボックス奥部スリーブ２４のボックスシール面２８から後退して（すなわち、ボックス入口スリーブ２２からボックス奥部スリーブ２４へ戻る方向に）形成された第７の接触面である内面肩部端面２５ｂと接触する。

ボックス２は、管軸５０と直交する第１の接触面であるボックス入口スリーブ端面２１と内周面２２ａを有するボックス入口スリーブ２２、管軸５０に対して１／６のテーパを有する雌ネジ部２３、管軸５０と直交する第２の接触面であるボックスシール面２８と内周面２４ａを有するボックス奥部スリーブ２４を有している。

更に、ボックス２は、管軸５０に沿って中空部を提供する管内径部４１と、ボックス２の外周面を形成するボックス外径部２６とを備える。

ボックス外径部２６は、管外径部４０からボックス側テーパショルダ２７を介して徐々に大径になるように形成される。なお、図２、３においては、雌ネジ部２３及び雄ネジ部３３のネジ部分は、テーパを明瞭に示すために簡略化して図示されている。ここで、ボックス入口スリーブ２２及びボックス奥部スリーブ２４は、管軸５０と平行な内周面を有して図示されているが、これに限られない。ボックス入口スリーブ２２及びボックス奥部スリーブ２４は、雌ネジ部２３あるいは雄ネジ部３３のテーパよりも小さいテーパであれば良く、特に、管軸５０に対し１／１２以下のテーパであればよい。また、本発明において平行とは、このような小さなテーパを有した実質的に平行なものも含むものとする。また、管軸に対して直角とは、直角のみならず、ほぼ直角なものをも含む意味である。

ピン３は、管軸５０と直交する第４の接触面であるピンシール面３９とボックス奥部スリーブ２４の内周面２４ａに対応した外周面３２ａを有するピンノーズ３２、雌ネジ部２３にネジ噛合する雄ネジ部３３、管軸５０と直交する第３の接触面である外面肩部端面３５とボックス入口スリーブ２２の内周面２２ａに対応した外周面３４ａを有するピンベース３４を有している。

また、管軸５０に沿って中空部を提供する管内径部４１と、ピン３の外周面を形成するピン外径部３７とを備える。

ピン外径部３７は、管外径部４０からピン側テーパショルダ３８を介して徐々に大径になるように形成される。ここで、ピンノーズ３２及びピンベース３４は、管軸５０と平行な外周面を有して図示されているが、これに限られない。ピンノーズ３２及びピンベース３４は、雌ネジ部２３あるいは雄ネジ部３３のテーパよりも小さいテーパであれば良く、特に、管軸５０に対し１／１２以下のテーパであればよい。

本発明の第１の実施の形態によれば、ボックス２又はピン３は、その先端部に、ボックス入口スリーブ端面２１から前進した部位にボックス入口ガード面２０ｂを備えて突出して形成されたガード部（ボックスガード部２０）、又は、ピンシール面３９から前進した部位にピンノーズ端面３１を備えて突出して形成されたガード部（ピンガード部３０）を有するので、パイプをリグ上の床面に立て掛けても、シール機能を発揮すべきボックス入口スリーブ端面２１又はピンシール面３９がぶつかって損傷することを抑制することができる。すなわち、ガード部（ボックスガード部２０又はピンガード部３０）により、ガード機能とシール機能の両方を備えることができる。

（本発明の第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態においてピン３にのみガード部（ピンガード部３０）を有する構成である。したがって、重複する説明を省略し、第２の実施の形態に基づいて、ドリルパイプ４の内部と外部の水密性を保つためのシール性能等を説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント、及び、ドリルパイプの全体を示す図である。図５は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合していない断面図である。図６は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピンとボックスがネジ噛合している断面図である。また、図７Ａは、ピンノーズの部分詳細断面図、図７Ｂは、ボックス奥部スリーブの部分詳細断面図、図７Ｃは、ツールジョイントが締結された状態におけるピンノーズとボックス奥部スリーブの接触状態を示す部分詳細断面図である。

図４、５、６、及び、図７Ａに示すように、ピンノーズ３２の先端部分は、最も突出したピンノーズ端面３１と、ピンノーズ端面３１からピンベース３４の方向へ後退した部位にピンシール面３９が形成されている。このピンノーズ端面３１とピンシール面３９は、共に、管軸５０に直交する平面である。ここで、ピンシール面３９は、ドリルパイプ４がボックス２の雌ネジ部２３とピン３の雄ネジ部３３とのネジ噛合（螺合）により接続された状態では、締め付けトルクにより面圧がかかった状態で接触しており、ドリルパイプ４の内部と外部の水密性を保つためのシール機能を確保するために、表面粗さ３２Ｓ以下に形成されていることが好ましい。

一方、図７Ｂに示すように、ボックス奥部スリーブ２４は、最も奥まった内面肩部端面２５ｂと、内面肩部端面２５ｂからボックス入口スリーブ２２の方向へ前進した部位にボックスシール面２８が形成されている。この内面肩部端面２５ｂとボックスシール面２８は、共に、管軸５０に直交する平面である。ここで、ボックスシール面２８は、ドリルパイプ４がボックス２の雌ネジ部２３とピン３の雄ネジ部３３との螺合により接続された状態では、締め付けトルクにより面圧がかかった状態で接触しており、ドリルパイプ４の内部と外部の水密性を保つためのシール機能を確保するために、表面粗さ３２Ｓ以下に形成されていることが好ましい。

ピンシール面３９とピンノーズ端面３１の間の寸法を図７Ａに示すように、Ｌ１とし、ボックスシール面２８と内面肩部端面２５ｂの間の寸法を図７Ｂに示すように、Ｌ２とする。ドリルパイプ４を接続する際、雄ネジ部３３を雌ネジ部２３にねじ込むに従い、まず外面肩部端面３５とボックス入口スリーブ端面２１が接触し、次に、ピンシール面３９とボックスシール面２８が接触し、さらにねじ込むことにより、ピンノーズ端面３１と内面肩部端面２５ｂが接触する。このように順次接触するよう、Ｌ１＜Ｌ２と設定されている。ここで、上記の寸法Ｌ１、Ｌ２は、２ｍｍから５ｍｍの範囲に設定されている。すなわち、ピンシール面３９は、ピンノーズ３２の第６の接触面（ピンノーズ端面３１）から２ｍｍから５ｍｍだけ後退した（ピンガード部３０からピンベース３４へ戻る方向の）位置に形成されている。ドリルパイプ４をリグ上の床面に立てかけても、ピンシール面３９が変形、打痕等の損傷を受けにくくするためである。尚、Ｌ１、Ｌ２の公差を共に±０．０１ｍｍとすれば、Ｌ１＜Ｌ２とするために、Ｌ２＞Ｌ１＋０．０２ｍｍの寸法で形成される。

ピンシール面３９とボックスシール面２８が接触する幅、すなわち、図７Ｃに示すシール幅Ｗは、１ｍｍから２ｍｍに設定されるのが好ましい。水密性を確保すると共に、片当たり等の接触不良を防止するためである。ここで、シール幅Ｗは、隅部に形成されたＲ部や角部に形成されたＣ面取部を除いた寸法である。

また、図７Ｃに示すように、ピンノーズ３２の外周面３２ａとボックス奥部スリーブ２４の内周面２４ａとのすき間（ピンノーズすき間）の幅を０．５ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下となるように構成する。また、同様に、ピンベース３４の外周面３４ａとボックス入口スリーブ２２の内周面２２ａとのすき間（ピンベースすき間）の幅も０．５ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下となるように構成する。ドリルパイプ４をボックス２とピン３とにより順次接続する際に構造物の強度の最大化を図りながら、構造物に損傷を与えることのない適正な寸法である。

（寸法例）
上記示した各部の寸法例は、例えば、ドリルパイプ４の全長〜１３５００ｍｍ、パイプ外径６０．２ｍｍ〜１６８．３ｍｍ、内径３８．１ｍｍ〜１２７．０ｍｍ、ピンノーズ長１２．７ｍｍ〜３８．１ｍｍのドリルパイプに適用することができる。

ボックス２及びピン３の材質は、特に限定するものではないが、ＡＰＩ規格５ＤＰの規定に適合する強度を有するものであればよい。

（ツールジョイントの接続）
ボックス２とピン３は、雌ネジ部２３と雄ネジ部３３によりネジ噛合され、ネジ噛合により締め付けた際、ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５、ボックスシール面２８とピンシール面３９、内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１が順次接触するようそれぞれの接触面の寸法が設定されている。このような寸法に設定されたツールジョイント１を用いて複数のドリルパイプ４を接続するには、まず、ボックス２とピン３とを対向させ、ボックス２の開口の中にピン３の先端を入れ、ボックス２とピン３の両方あるいは一方を回転させ、ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５が接触し、次に、ボックスシール面２８とピンシール面３９が接触し、さらに、内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１が順次接触するまで締結する。

図８は、ドリルパイプ４のネジ噛合時の回転角θと締め付けトルクＴとの関係を示す関係図である。ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５が接触した後からボックスシール面２８とピンシール面３９が接触するまでの区間Ｒ１（０〜θ１）では、回転角θの増加に伴い締め付けトルクがＴ１まで増大する。これにより外面受圧が確保される。次に、内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１が接触するまでの区間Ｒ２（θ１〜θ２）では、回転角θの増加に伴い締め付けトルクがＴ２まで増大する。これによりシール性能が確保される。さらに、回転角をθ３まで増加させて締め付けることにより、締め付けトルクをＴ３まで増大させる。これにより内面受圧が確保される。

上記の説明から、管内径部４１に最も近い内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１の接触する面は、内面受圧面として機能する。上記の内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１の接触面の近くに平行に位置するピンシール面３９とボックスシール面２８の接触面は、シール面として機能する。また、管外径部４０に最も近いボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５の接触する面は、外面受圧面として機能する。

（締付／締戻し試験）
本発明の実施の形態に係るツールジョイント１、すなわちシールありタイプのダブルショルダ型のドリルパイプの性能評価を、ピンシール面とボックスシール面を有さないシールなしタイプのダブルショルダ型のドリルパイプと比較しながら行なった。

図９Ａは、本発明の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイント（ドリルパイプ）の外観図、図９Ｂは、比較する従来のダブルショルダ型のツールジョイント（ドリルパイプ）の外観図である。図９Ａに示すように、本発明の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントは、ピンノーズ３２の先端部分にピンノーズ端面３１から後退した部位にピンシール面３９が形成されている。一方、比較例とするダブルショルダ型のツールジョイントは、ピンノーズ３２の先端部分はすべてピンノーズ端面となっており、ピンシール面に相当する部分はない。
ここで、ドリルパイプ、ツールジョイントは、以下のような仕様である。
ドリルパイプ：外径８８．９ｍｍ×肉厚１１．４０ｍｍ グレードＧ１０５（ＡＰＩ ５ＤＰより）
ツールジョイント：ＤＳＴＪ−ＳＳＴ３９

性能評価のための試験結果を以下に示すが、圧力試験の前に水密、気密面であるピンシール面、ボックスシール面、ピンノーズ端面、内面肩部端面に実作業相当の磨耗を与えるために５０回の締付け、締戻しを予め行っている。５０回の締付／締戻し試験を完了し、ベーキング（Baking）を行なった。締付／締戻し時に使用した潤滑剤のシール性への影響を除くためである。ここまで終えた上記図９Ａ、Ｂに示す２体の試験体で、曲げ荷重を含めた内圧・引張複合荷重試験を実施した。これにより、ボックスシール面２８とピンシール面３９の接触によるシール効果による、内圧耐性の優位性を確認する。

図１０は、横軸を荷重（Axial Load）、縦軸を圧力(Pressure)として荷重条件を示すＶＭＥカーブである。

（試験条件）
試験条件としては、図１０に示すＶＭＥカーブに沿って、ＬＰ（Load Point）１からＬＰ１３まで内圧を上昇させた際の継手からのリーク発生ポイントを調査する。なお、ＬＰ２→ＬＰ２Ｂへ荷重をかける際、曲げ荷重（７．５°／１００ｆｔ）のみでＬＰ２Ｂまで負荷をかける。以降、内圧を２０００ｐｓｉ／ｓｔｅｐで上昇させる。

（試験結果）
[試験体Ｎｏ．１（シール有り）]
図９Ａに示す試験体Ｎｏ．１（本発明に係るダブルショルダ型のツールジョイント）はリーク発生せず。
最終ＬＰ１３：Total axial load ２８９．０ｋｉｐｓ（１３１ｔｏｎｆ）、引張荷重 １５０．１ｋｉｐｓ（６８ｔｏｎｆ）、内圧 ２７０００ｐｓｉ（１８６．２ＭＰａ）
試験設備ＦＳＴの限界により、試験を終了した。

[試験体Ｎｏ．２（シールなし）]
図９Ｂに示す試験体Ｎｏ．２（従来のダブルショルダ型のツールジョイント）は、ＬＰ６にてリークが発生した。
ＬＰ６ ：Total axial load ４７４．５ｋｉｐｓ（２１５ｔｏｎｆ）、引張荷重 ３９７．３ｋｉｐｓ（１８０ｔｏｎｆ）、内圧 １５０００ｐｓｉ（１０３．４ＭＰａ）
実際には一歩手前のＬＰ５（引張荷重：４８３．５ｋｉｐｓ、内圧：１３０００ｐｓｉ）にて、圧力降下がみられた。

本発明の第２の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
（１）シール面であるピンシール面３９をピンノーズ端面３１から後退した部位（別の面）に設ける構成としたので、ピンシール面３９はパイプの端面受圧面に連続していないためにパイプをリグ上の床面に立て掛けても、シール面がぶつかって損傷することはなく、また、側面からの損傷を受けにくくなっている。
（２）内面受圧面として機能する内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１の接触面とは別に、ピンシール面３９とボックスシール面２８が確実に接触する構成とされているので、半径方向の締め代管理の為の厳しい寸法管理等の必要性がない。さらに、シール面が管軸に直角となっている為、球形あるいは斜形のシール面ではなく製造時の寸法測定が容易で特殊な測定器具を準備する必要がない。
（３）ＤＳＴＪ（ダブルショルダ型ツールジョイント）技術において、従来同様の締め付けトルクにより、まず外面の受圧面（ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５の接触する外面受圧面）があたり、続いて内面の受圧面（内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１の接触する内面受圧面）が当たる。このとき、本発明のピンシール面３９とボックスシール面２８の接触面であるシール面は、限りなく内面受圧面に近い部位に位置する。これにより、ピン先端の強度を保ちつつ損傷を受けにくい構造とし、かつ、内圧の上昇によるリークを確実に抑制できる。これにより、ツールジョイントのシール面（ピンノーズ先端部）が損傷を受けにくく、連結して使用した場合の水密性に優れたダブルショルダ型のツールジョイントを提供することができる。
（４）シール幅：１ｍｍから２ｍｍ、内面受圧面からシール面までの段差：２ｍｍから５ｍｍ、シール面の粗さ：３２Ｓ以内とすることにより、平均掘削ドリリングマッド圧７０００ｐｓｉの内圧に耐えうるツールジョイント、ドリルパイプが可能となる。
（５）水孔は隙間や疲労き裂などの貫通疵を漏洩ルートとし水圧圧力により侵食を繰り返し大きな開口部になり、圧力損失によるドリルパイプ先端ビットの掘削効率の低減、あるいは水孔部の破断につながり大きな操業トラブル及び時間ロスになる。しかし、内面受圧面と別に、ピンシール面３９とボックスシール面２８によるシール面を有する構成であるので、シール性能によって水孔発生を抑制でき、リグの大きな操業トラブル防止、休止時間の短縮及びドリルパイプ自身の寿命向上を図ることが可能となる。

（本発明の第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態においてボックス２にガード部（ボックスガード部２０）を有する構成である。したがって、重複する説明を省略し、ピン３がピンガード部３０を有し、かつ、ボックス２がボックスガード部２０を有する構成について、図１１に基づいて説明する。

図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るダブルショルダ型のツールジョイントの図４の管軸に沿う断面であって、ピン３がピンガード部３０を有し、かつ、ボックス２がボックスガード部２０を有する構成を示す断面図である。ボックス２とピン３は、雌ネジ部２３と雄ネジ部３３によりネジ噛合され、ネジ噛合により締め付けた際、ボックス入口ガード面２０ｂと外側肩部ガード端面３６ｂ、ボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５、ボックスシール面２８とピンシール面３９、内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１が順次接触するようそれぞれの接触面の寸法が設定されている。このような寸法に設定されたツールジョイント１を用いて複数のドリルパイプ４を接続するには、まず、ボックス２とピン３とを対向させ、ボックス２の開口の中にピン３の先端を入れ、ボックス２とピン３の両方あるいは一方を回転させ、最初にボックス入口ガード面２０ｂと外側肩部ガード端面３６ｂが接触し、次にボックス入口スリーブ端面２１と外面肩部端面３５が接触し、続いてボックスシール面２８とピンシール面３９が接触し、さらに、内面肩部端面２５ｂとピンノーズ端面３１が順次接触するまで締結する。

本発明の第３の実施の形態によれば、ピン３がピンガード部３０を有し、かつ、ボックス２がボックスガード部２０を有する構成とされていることにより、ガード部（ボックスガード部２０、ピンガード部３０）によるガード機能を発揮しつつ、ドリルパイプ４の内圧及び外圧に対するシール機能を強化することができる。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。
本発明は、完全かつ明瞭な開示のために特定の実施の形態に関連して説明されているが、添付の特許請求の範囲は上記の実施の形態に限定されず、当業者が本願明細書に記載の基本的な教示に基づき想到しうるあらゆる改良及び代替的構造を内包するように解釈されるものとする。

本発明によれば、ツールジョイントのシール面（ピンシール面、ボックスシール面を含む）が損傷を受けにくく、連結して使用した場合の水密性に優れたダブルショルダ型のツールジョイントを提供することができる。

１…ツールジョイント
２…ボックス
３…ピン
４…ドリルパイプ
２０…ガード部（ボックスガード部）
２０ａ…内周面
２０ｂ…ボックス入口ガード面（第５面）
２１…ボックス入口スリーブ端面（第１面）
２２…ボックス入口スリーブ
２２ａ…内周面
２３…雌ネジ部
２４…ボックス奥部スリーブ
２４ａ…内周面
２５ａ…内周面
２５ｂ…内面肩部端面（第７面）
２６…ボックス外径部
２７…ボックス側テーパショルダ
２８…ボックスシール面（第２面）
３０…ガード部（ピンガード部）
３１…ピンノーズ端面（第６面）
３２…ピンノーズ
３２ａ…外周面
３３…雄ネジ部
３４…ピンベース
３４ａ…外周面
３５…外側肩部端面（第３面）
３６ａ…内周面
３６ｂ…外側肩部ガード端面（第８面）
３７…ピン外径部
３８…ピン側テーパショルダ
３９…ピンシール面（第４面）
４０…管外径部
４１…管内径部
５０…管軸

Claims (7)

1. 管軸と直交する第１の接触面を有するボックス入口スリーブ、前記管軸に対して所定のテーパを有する雌ネジ部、前記管軸と直交する第２の接触面を有するボックス奥部スリーブを有するボックスと、
   前記第１の接触面に接触する第３の接触面を有するピンベース、前記雌ネジ部にネジ係合する雄ネジ部、前記第２の接触面に接触する前記管軸と直交する第４の接触面を有するピンノーズを有するピンと、を有し、
   前記ボックスの先端部に前記第１の接触面から前進した部位に第５の接触面を、及び前記ピンの先端部に前記第４の接触面から前進した部位に第６の接触面を備えて突出して形成されたガード部を更に有し、
   前記ピンと前記ボックスは、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部によりネジ係合され、前記ネジ係合により締め付けた際、外面受圧を確保する前記第１の接触面と前記第３の接触面が最初に接触するようそれぞれの前記接触面の寸法が設定されていることを特徴とするダブルショルダ型ツールジョイント。
2. 前記ピンの先端部に形成された前記ガード部は、前記第６の接触面が、前記ボックス奥部スリーブの前記第２の接触面から後退して形成された第７の接触面と接触する請求項１に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。
3. 前記ボックスの先端部に形成された前記ガード部は、前記第５の接触面が、前記ピンベースの前記第３の接触面から後退して形成された第８の接触面と接触する請求項１又は２に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。
4. 前記ピンと前記ボックスは、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部によりネジ係合され、前記ネジ係合により締め付けた際、前記第１の接触面と前記第３の接触面、前記第２の接触面と前記第４の接触面、前記第６の接触面と前記第７の接触面が順次接触するようそれぞれの接触面の寸法が設定されている請求項２に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。
5. 前記第４の接触面と前記第２の接触面とのシール幅は、１ｍｍから２ｍｍに形成されている請求項２又は４に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。
6. 前記第４の接触面は、前記ピンノーズの前記第６の接触面から２ｍｍから５ｍｍだけ後退した位置に形成されている請求項２又は４に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。
7. 前記第２の接触面と前記第４の接触面は、それぞれ表面粗さ３２Ｓ以下に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のダブルショルダ型ツールジョイント。