JP6210257B2 - 長尺たわみ管用着脱式継手 - Google Patents

Description

発明は、パイプ状及びロッド状の長尺物用の着脱式継手、すなわち長尺のたわみ管及びフレキシブルロッド、組立式パイプラインを接合するための、並びに掘削パイプ、ケーシングパイプ、チュービングパイプを接合するための着脱式継手に関するものである。

坑井における技術的作業を実施するために長尺たわみ管を実際に使用してみると、坑井の深さが増すにつれて、組立式長尺たわみ管を備える方が目的に適うことが分かる。このほか、たわみ管柱及びパイプラインから損傷個所を取り除いたのち、パイプ両端の機械的接合を行うことができるようにしておくことが必要である。いずれにせよ、長尺物の両端を、捻じれなしに、安全に、堅牢にそして気密に接合することを可能ならしめる着脱式継手が必要とされる。

接合されるパイプ両端と剛性接合されたネジ式ニップル及びネジ式スリーブによって構成される、長尺たわみ管用の着脱式継手が知られている。パイプを組み立てる際、接合されるニップルの端面間距離は、ネジピッチの倍数となる。組立の際に、上記の、接合されるニップル端面間距離を保障するために、継手には、ニップルの溝に宛がわれる突起部を有するカリパスが含まれている。スリーブ端面と一方のニップル端面との間には、圧縮ばねが挿入されている。スリーブ及びニップルのネジはシングルスレッド又はマルチスレッドの形で製作されている（特許文献１）。

欠点は、接合されるパイプ端が相互に固定的に配置されているため、スリーブのネジ山とニップルのネジ山とを合わせることが困難となり、補足的な固定金具の付いた着脱式継手の組立が複雑化することにある。そのほか、ネジ山に締め代がなく、継手の気密性が損なわれる。

中空体より成る、長尺たわみ管用着脱式継手が知られている。この場合、中空体は相互に管でつながった上端及び下端を有し、中空体上端にコイル管の緊定・圧縮装置を備え、中空体下端に中空体に対して可動的な、厚くなった部分をもち、この部分には凸部があり、その凸部より下部の中空体上に凸部のためのストップリングが取り付けられている。中空体下端には凹部があり、可動部の肩にはホゾ（複数）がある。可動部が、中空体に対して上部にある場合には、中空体には、例えば、ボルトのついた穴（複数）があり、そのボルトは回転した際に、可動部の環状溝に入り、可動部を中空体に対して固定する。可動部肩の凸部（複数）は、中空体の凹部にはまり込んでおり、それによってそれらの凸部が相互に対して回転することを防止する（特許文献２）。

欠点は、複雑で、高価な製作過程を要し、ボルトによる固定が不確かであり、部品の数が多い点にある。軸方向及び半径方向のクリアランスが大きく、締め代がないことにより、着脱式継手全体の安定性が低下する。

それぞれが、複数又は単数の長尺たわみ管及びダウンホールツールに取り付けられる、二つの接合され、密閉される部分から成り、原型とみなされている、長尺たわみ管用の着脱式継手が知られている。一方の接合部には、スプラインが施され、円錐頂点に向かって細くなっている円錐形の凸部があり、他方の接合部には、スプライン溝が施され、円錐頂点に向かって狭くなっている雌型円錐形の凹部がある。それぞれの円錐接合対に対しては、接合した円筒部が円錐頂点にある。ストッパースリーブをロックするためには、環状溝のついた二つの半環がある（特許文献３）。

欠点は、複雑で高価なテーパースプライン加工及び対応テーパー溝加工を接合される円錐部に施さなければならない点にある。ロックスリーブと継手上部との間に軸方向及び半径方向のクリアランスが恒常的に見られ、また、上部と下部との間のネジ山の締め代がないことが、継手の気密性に著しい影響を及ぼしている。

ロシア特許第２２３１６１６号明細書 米国特許第６４３９６１８号明細書 米国特許第６４６０９００号明細書

発明が解決しようとする課題は、上記欠点の除去である。技術的成果は、坑井における上げ下ろし作業及び技術的作業を実施する際の、ネジの弛みを防ぐための着脱式継手を取り付けることが可能な、気密性、堅牢性及び安定性に優れた接合を可能にした点にある。

上記課題の解決及び技術的成果の達成は、以下のことにより行われた： 長尺たわみ管の着脱式継手は、接合されるパイプの両端に取り付けられた、一方のニップルの端には突起部が、他方のニップルの端には対応溝がついた、ネジ式ニップル及びネジ式スリーブによって構成され、その際、両ニップルのネジのピッチは異なり、ネジ式スリーブにはネジ部が二つあり、それぞれのネジ部のネジピッチは、相互に接合できるように、対応するニップルのネジピッチに一致しており、しかも、ネジピッチが大きい方のニップルには、ニップルの円筒溝又は無ネジ部の形で逃げが設けられ、逃げの長さと接合されるパイプが密着するまでの近接距離との和は、スリーブ上のピッチがより大きいねじ山の長さよりも大きい。スリーブは、ネジピッチの小さいほうのニップルに前もってねじ込んでおく方が望ましい。

スリーブ及びニップルのネジは、シングルスレッドでも、マルチスレッドでもよい。一方のニップルの端の突起部及び他方のニップルの端の対応溝は、着脱式継手の軸方向に配置される。

長尺たわみ管をパイプ柱に接合する場合には、パイプ壁に沿って配置され、取り付けられている電気ケーブル、電線及び／又は油圧配管が、それぞれのパイプの外部及び内部に、パイプごとに取り付けられる。

パイプ内に、内部空間を二つの回路に分離する壁を追加設置し、パイプ接合時にこの二つの回路が相互に兼用され、組み立てられたパイプ柱においては、別個の回路が形成されるようにしてもよい。

二つのニップル端を突き合わせ接合する際には、伸縮性のある気密シールを施すか、又は「メタル―メタル」タイプの端面シールを用いることが望ましい。

本発明は、以下の図面によって示される。
パイプ及び着脱式継手部品の分解組立図を示す。 組立前の着脱式継手を示す。 組立後の着脱式継手を示す。 二つの止めスリーブを有する、着脱式継手のニップルの実施例を示す。 二つの止めスリーブを有する、スリーブを示す。 二つの止めスリーブを有する、着脱式継手用ニップルの２番目の実施例を示す。 継手組立前の、簡略型着脱式継手を示す。 継手組立終了後の、簡略型着脱式継手を示す。 継手組立開始前の、簡略型ガイドブッシュ付き着脱式継手を示す。 継手組立完了後の、簡略型ガイドブッシュ付き着脱式継手を示す。

着脱式継手は、長尺たわみ管１及び２より成り、たわみ管末端部には、例えば溶接によって、ネジ式ニップル３及び４が取り付けられており、これらのニップルはネジ式スリーブ５によって結合されている（図１）。ニップル３には、ネジ山６が、ニップル４にはネジ山７が施されており、その際、ネジ山６のピッチはネジ山７のピッチよりも小さい。ニップル４には、円筒溝の形で逃げ１７が設けられており、この逃げの長さと接合されるパイプの近接距離との和は、スリーブ上の、大きい方のピッチをもったネジ山の長さよりも大きい。ネジ山６及び７の長さ並びに逃げ17の長さは設計値である。ニップル３及び４の端面には、相互に対応するくぼみ８及び突起９が、円周に沿って配置されており、この二つのニップルが、たとえばスプラインの形で、軸方向に、相互に対して相対的に移動できるようになっている。着脱式継手の気密性を保障するために、ニップル３及び４には、シール１０及び１１が取り付けられている。着脱式継手の心出しのために、両ニップルの端面接触部は円錐形に仕上げられ、嵌合するようになっている。スリーブ５のネジ式継手を取り付けるために、両端に、小さいピッチのネジ山６付きの止めスリーブ１４及び大きいピッチのネジ山７付き止めスリーブ１５を取り付けてもよい（図４、５、６）。スリーブ及びニップルのネジ山は、巻き方向が同一（右巻き又は左巻き）で、シングルスレッドでも、マルチスレッドでもよい。ネジ山６及び７を分離するため、及びスリーブにおけるネジ山加工を行いやすくするために、加工用の溝１８を施してもよい。簡略型着脱式継手（図７及び８）では、端面シール１６を用いてもよい。接合端の心出しを簡略化し、接合部の曲げ強さを高めるために、一方のニップルにガイドブッシュ１９を、他方のニップルにはそれに対応する溝２０を備えてもよい（図９及び１０）。

パイプの接合は以下の要領にて行われる。ネジ式ニップル３及び４を、接合対象のパイプ１及び２の末端部に差し込み、溶接、接着又は機械的方法（圧入、Ｇｒｕｂ Ｓｃｒｅｗ／Ｄｉｍｐｌｅ、Ｓｕｒ−Ｇｒｉｐ又はその他の接合方法）により固定する（図１）。この後、ニップル３に、ネジ山６の全長分だけスリーブをねじ込む。ニップル３及び４が両端に取り付けられ、ネジ式スリーブ５がニップル３に取り付けられた、接合対象のパイプ１及び２を相互に接近させる（図２）。ニップル４をスリーブ５に挿入し、さらに接近させると、ニップル４の突起９が、ニップル３のくぼみ８に設計値分だけ挿入され、スリーブ５のネジ山７の開始端が、ニップル４のネジ山７の開始端と接触する。スリーブ５が回転すると、ニップル４のネジ山７に沿ってねじ込みが行われ、それと同時に、ニップル３のネジ山６からスリーブ５がねじ戻される。しかし、ネジ山７のピッチが、ネジ山６のピッチよりも大きいので、両ニップルは相互に接近する（図３）。ネジ式継手の各部分の相互シフト値を決定するために、以下の式が用いられる：
В = С-А, and С - Т-М,
ただし、
Bは、接近因子（スリーブ５のネジ山７の開始端が、ニップル４のネジ山７の開始端と接触したときの、ニップル３の端面１２とニップル４の端面１３との間の距離）。
Aは、ねじ戻し因子（ピッチの小さいネジ山６が施されたニップル３からのスリーブ５のねじ戻し値）
Cは、ねじ込み因子（ピッチの大きいネジ山7が施されたニップル4に対するスリーブ５のねじ込み値）
Tは、ニップル４の基準点とピッチの大きいネジ山7が施されたスリーブ５末端の基準点との間の、スリーブ５のねじ込み開始前の距離。
Mは、ニップル４の基準点とピッチの大きいネジ山７が施されたスリーブ５末端の基準点との間の、スリーブ５のねじ込み終了後の距離。
パイプ両端が完全に接合されるまでの、スリーブ５のネジ山の回転数nは、以下の式によって決定される： n = B : b、ただし、bは大きいネジ山ピッチと小さいネジ山ピッチとの差である。

ニップル３及び４の円錐端面１２及び連結端面１３が接触し、パイプ両端が完全に接合する際に、スリーブ５を増し締めすると、両ネジ山の締め代が増し、そのことによってネジ結合の強度及び密着度が増す。スリーブ５を増し締めする場合には、二つのパイプレンチを使用してもよい。その際、２番目のパイプレンチでニップル３又はニップル４をつかんでもよい。坑井にて複雑な作業を行う際のスリーブ５のネジの弛みを防止するためには、止めスリーブ１４及び１５（図４、５及び６）によって、又は両者のうちの一方のみによってスリーブ５のネジを固定してもよい。継手の着脱は、坑井において手作業で行うことができる。 固定された配管、たとえばガス管及び水道管並びに野外のパイプラインに対しては、簡略型実施形態（図７及び８）が用いられ、その際には、接合されるパイプ両端に異なったピッチのネジ山が刻まれるか、又は別形態として、それぞれのパイプ末端に同一のネジ山が施されるが、パイプライン組立時には異なったピッチのパイプが交互に入れ替わる。どちらの場合にも、末端には、異なったピッチのネジ山が付いたネジ式スリーブが用いられる。パイプ接合端面には「メタル―メタル」タイプのシール又は伸縮性のあるシールを使用することができる。ニップル端にスプライン部がないことを考慮して、パイプライン組立に際しては、接合対象のパイプを、例えば、パイプレンチによって固定的に保持する必要がある。スリーブをねじ込む際に、特にパイプライン組立の初期に、パイプラインそのものの回転を防止するために、２番目のパイプレンチによって、パイプラインを動かないように保持することができる。パイプラインの検査で、ネジ結合の、又はパイプ本体の漏れが発見された場合には、漏れのある部分を機械的に交換することによって容易く問題を解決することができる。同様にして、パイプラインの断管発生箇所を取り除くことができる。パイプラインにハーネス、支管、ダンパー、フローメーター等を追加設置する必要がある場合、パイプラインの当該ネジ部の交換によって、迅速かつ安全にそれを行うことができる。 全てのネジのためにシーリンググリースを用いることができる。

長尺たわみ管用の着脱式継手となり得るのは：
１． 長尺たわみ管の外径に等しい外径を有するもの
２． 長尺たわみ管の内径に等しい内径を有するもの
３． 長尺たわみ管の外径及び内径とは異なる外径及び内径を有するもの

本長尺たわみ管用着脱式継手は、パイプが相互に相対的に回転することなしにパイプを接合する必要がある場合、通常の掘削パイプ、ケーシングパイプ及びチュービンパイプ用として用いることができる。この場合、パイプ壁に沿って配置され、取り付けられている、結合対象の電気ケーブル、電線及び／又は油圧配管を、パイプ柱の外部及び内部に、パイプごとに、セクションの形で、配置してもよい。別の実施形態として、パイプの内部空間を二つの回路に分離する壁を追加設置し、この二つの回路が、パイプ接合時には相互に補い合い、組み立てられたパイプ柱においては、電気ケーブル、検層器、試験機器の電線、毛細管、フルメタルロッド又は中空ロッド、コイル管等々を下すための独立した二つの回路を形成するようにしたパイプを利用してもよい。長尺のたわみ管、掘削パイプ柱、ケーシングパイプ柱又はチュービングパイプ柱のネジ継手を取り付けるために増し締め用止めスリーブを使用する場合には、これらのパイプ柱は、パイプ柱全体を右及び左に回転させることができる。高価なテーパーネジの代わりに安価な円筒ネジが使用される。本着脱式継手は、いくつかのパイプ柱、たとえば、多回路コイル管を接合するために用いることができる。簡略型着脱式継手（図７及び９）は、様々なガス及び液体を輸送するための、分解容易なパイプラインに使用できる。パイプの両端を接合する場合、両方の端面が接触することを考慮して、掘削パイプ、ケーシングパイプ又はチュービングパイプの接合には、「メタル―メタル」タイプの効率的な端面シールを用いるか、又はよく知られているシーリング剤を使用してもよい。

本発明は、石油採掘業及びその他の工業部門において利用することができる。

Claims (5)

1. 一方のニップルの端には突起部が、他方のニップルの端には対応溝がつき、接合されるパイプの両端に取り付けられているネジ式ニップル及びネジ式スリーブによって構成された長尺たわみ管用の着脱式継手であって、その際、両ニップルのネジのピッチは異なり、ネジ式スリーブにはネジ部が二つあり、それぞれのネジ部のネジピッチは、相互に接合できるように、対応するニップルのネジピッチに一致しており、継手のすべての接合部のネジ山は同一の巻き方向をもっており、しかも、ネジピッチが大きい方のニップルには、ニップルの円筒溝又は無ネジ部の形で逃げが設けられ、逃げの長さと接合されるパイプが密着するまでの近接距離との和は、スリーブ上のピッチがより大きいねじ山の長さよりも大きいことを特徴とする着脱式継手。
2. スリーブが、ピッチが小さいほうのニップルに前もってねじ込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の継手。
3. スリーブ及びニップルのネジ山が、シングルスレッド又はマルチスレッドであることを特徴とする、請求項１に記載の継手。
4. 一方のニップルの末端の突起部及び他方のニップルの末端の、対応する対応溝が、着脱式継手の軸方向に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の継手。
5. ニップルの二つの端面を接合する際に、その突き合わせ接触点に伸縮性をもった気密性シールが施されるか、又はメタル−メタルタイプの端面シールが用いられていることを特徴とする、請求項１に記載の継手。

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