JP7421146B2 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents
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Description
本開示は、鋼管用ねじ継手に関し、さらに詳しくは、2本の鋼管を互いに連結するためのカップリング型ねじ継手に関する。
例えば、油井や天然ガス井等(以下、総称して「油井」ともいう)の試掘又は生産、オイルサンドやシェールガス等の非在来型資源の開発、二酸化炭素の回収や貯留(CCS(Carbon dioxide Capture and Storage))、地熱発電、あるいは温泉等では、油井管と呼ばれる鋼管が用いられる。鋼管同士の連結には、ねじ継手が用いられる。
この種の鋼管用ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型とに大別される。カップリング型の場合、連結対象の一対の管材のうち、一方の管材が鋼管であり、他方の管材がカップリングである。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじが形成され、カップリングの両端部の内周に雌ねじが形成される。そして、鋼管の雄ねじがカップリングの雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。インテグラル型の場合、連結対象の一対の管材がともに鋼管であり、別個のカップリングを用いない。この場合、鋼管の一端部の外周に雄ねじが形成され、他端部の内周に雌ねじが形成される。そして、一方の鋼管の雄ねじが他方の鋼管の雌ねじにねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。
一般に、雄ねじが形成された管端部の継手部分は、雌ねじに挿入される要素を含むことから、「ピン」と称される。一方、雌ねじが形成された管端部の継手部分は、雄ねじを受け入れる要素を含むことから、「ボックス」と称される。これらのピン及びボックスは、管材の端部であるため、いずれも管状である。
油井は、掘削中に坑壁が崩れないように、油井管で坑壁を補強しながら掘り進むため、結果的に油井管が多重に配置された構造になる。近年、油井の高深度化及び超深海化がますます進展しているが、このような環境では、効率よく油井を開発するため、油井管の接続に、継手部の内径及び外径が鋼管の内径及び外径と同程度か又はわずかに大きい程度であるねじ継手が多用される。このようなねじ継手を用いることで、多重に配置される油井管同士の隙間を極力小さくすることができ、深くても井戸の径があまり大きくならず効率的に油井を開発できる。このような内径及び外径の制約の下で、ねじ継手には、内部からの流体圧力(以下、「内圧」ともいう)及び外部からの流体圧力(以下、「外圧」ともいう)に対し、優れた密封性能が要求される。さらに、例えば大深度の油井に用いられる場合等では油井管の熱膨張によって、ねじ継手に大きな引張荷重や圧縮荷重がかかる。このような環境においても、ねじ継手には優れた密封性能を備えることも要求される。
密封性能を確保するためのねじ継手として、メタル-メタル接触によるシール(以下、「メタルシール」という。)を有するものが知られている。メタルシールとは、ピンのシール面の径がボックスのシール面の径よりも僅かに大きく、ねじ継手を締結してシール面同士が嵌め合わされると、ピンのシール面が縮径し、ボックスのシール面が拡径し、それぞれのシール面が元の径に戻ろうとする弾性回復力によってシール面に接触圧力が発生して全周密着し、密封性能を発揮する構造である。また、密封性能を確保するためのねじ継手として、メタルシールを備えずに又はメタルシールと併用して、ねじ部で密封性能をもたせる構造を備えるものも知られている。具体的には、締結状態でのねじ部の所定長さ以上の領域において、ピンとボックスのねじ面どうしの隙間が小さくその隙間にドープと呼ばれる粘性を持った潤滑剤を存在させるとともに、ピンとボックスのねじ径の干渉によりねじ面に接触面圧をもたせた構造(以下、この構造を「ねじシール(構造)」という。)である。このようなねじシールを備えることにより、内圧及び外圧に対する密封性能を有するねじ継手も知られている。
本明細書は、以下の先行技術文献を引用により援用する。
本開示の目的は、迅速かつ適正に締結が可能な鋼管用ねじ継手を提供することである。
本開示に係る鋼管用ねじ継手は、第1鋼管と、第2鋼管と、第1及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第1鋼管は、第1管本体と、管状の第1ピンとを含む。第1ピンは、第1管本体と連続的に形成され、第1鋼管の先端部に形成される。第2鋼管は、第2管本体と、管状の第2ピンとを含む。第2ピンは、第2管本体と連続的に形成され、第2鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第1ボックスと、管状の第2ボックスとを含む。第1ボックスは、第1ピンが挿入されて第1ピンと締結される。第2ボックスは、第1ボックスの反対側に形成され、第2ピンが挿入されて第2ピンと締結される。第1及び第2ピンの各々は、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第1及び第2ボックスの各々は、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有する。第2雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの20~60%の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有する。第1ピンはさらに、第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含む。第2ピンはさらに、第2ピンの先端に形成され、締結状態で第1ピンショルダ面と接触する第2ピンショルダ面を含む。第1管本体は、第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含む。
本実施形態に係る鋼管用ねじ継手は、第1鋼管と、第2鋼管と、第1及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第1鋼管は、第1管本体と、管状の第1ピンとを含む。第1ピンは、第1管本体と連続的に形成され、第1鋼管の先端部に形成される。第2鋼管は、第2管本体と、管状の第2ピンとを含む。第2ピンは、第2管本体と連続的に形成され、第2鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第1ボックスと、管状の第2ボックスとを含む。第1ボックスは、第1ピンが挿入されて第1ピンと締結される。第2ボックスは、第1ボックスの反対側に形成され、第2ピンが挿入されて第2ピンと締結される。第1及び第2ピンの各々は、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第1及び第2ボックスの各々は、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有する。第2雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの20~60%の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有する。第1ピンはさらに、第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含む。第2ピンはさらに、第2ピンの先端に形成され、締結状態で第1ピンショルダ面と接触する第2ピンショルダ面を含む。第1管本体は、第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含む。
この実施形態によれば、迅速かつ適正に第1及び第2鋼管をカップリングに締結することができる。
第2管本体は、第2管本体の外周に形成される環状の第2マーキング溝を含んでもよい。第1マーキング溝は、第2マーキング溝の幅よりも狭い幅を有してもよい。
この場合、第1鋼管をカップリングに適正に締結することがより容易になり、かつ、第2鋼管をカップリングに迅速に締結することができる。
第1ボックスはさらに、管状の第1リセスを含んでもよい。第1リセスは、第1ボックスの開口端部に形成され、第1管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。第2ボックスはさらに、管状の第2リセスを含んでもよい。第2リセスは、第2ボックスの開口端部に形成され、第2管本体の外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。
この場合、ドープがカップリングの開口端からはみ出してマーキング溝に到達することはない。
第2ピンの雄ねじ及び第2ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分は、第1ピンの雄ねじ及び第1ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有してもよい。
この場合、第2鋼管のねじ込み過程における、供回りによる第1ピンの回転量を抑えることができる。
第1ピンの雄ねじ及び第1ボックスの雌ねじは、完全ねじと、第1管本体と完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含んでもよい。第1ピン及び第1ボックスは、締結状態で、不完全ねじの全部又は一部で接着されてもよい。
この場合、第2鋼管のねじ込み過程における、供回りによる第1ピンの回転量を抑えることができる。
鋼管は、16インチを超える外径を有してもよい。
本実施形態に係るパイプアセンブリは、第1鋼管と、第1及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備える。第1鋼管は、第1管本体と、管状の第1ピンとを含む。第1ピンは、第1管本体と連続的に形成され、第1鋼管の先端部に形成される。カップリングは、管状の第1ボックスと、管状の第2ボックスとを含む。第1ボックスは、第1ピンが挿入されて第1ピンと締結される。第2ボックスは、第1ボックスの反対側に形成され、第2鋼管の第2ピンが挿入されて第2ピンと締結される。第1ピンは、ピンの外周に形成される雄ねじを含む。第1ボックスは、雄ねじに対応し、ボックスの内周に形成される雌ねじを含む。雄ねじ及び雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。締結状態で雄ねじ及び雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成する。雄ねじは、雄ねじ山面と、雄ねじ底面と、ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含む。雄ねじスタビング面は、鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有する。第2雄ねじスタビング段は、雄ねじの高さの20~60%の高さを有する。雌ねじは、雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含む。雌ねじスタビング面は、管軸から遠い側に形成され、第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、管軸に近い側に形成され、第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有する。第1ピンはさらに、第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含む。第1管本体は、第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含む。前記第1ボックスの開口端は第1マーキング溝の幅内に位置付けられる。
以下、図面を参照し、鋼管用ねじ継手の一実施形態を説明する。図中同一又は相当部分には同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。
図1を参照して、ねじ継手10はカップリング型であり、鋼管20mと、鋼管20fと、鋼管20m,20fを互いに連結するためのカップリング50とを備える。鋼管20m,20fは、特に限定されないが、16インチを超える外径を有していてもよい。鋼管20mは、管本体21mと、管状のピン30mとを含む。ピン30mは、管本体21mと連続的に形成され、鋼管20mの先端部22mに形成される。鋼管20fは、管本体21fと、管状のピン30fとを含む。ピン30fは、管本体21fと連続的に形成され、鋼管20fの先端部22fに形成される。カップリング50は、管状のボックス40mと、管状のボックス40fとを含む。ボックス40mは、ピン30mが挿入されてピン30mと締結される。ボックス40fは、ボックス40mの反対側に形成され、ピン30fが挿入されてピン30fと締結される。ピン30m,30fの各々は、ピン30m,30fの外周に形成される雄ねじ31m,31fを含む。ボックス40m,40fの各々は、雄ねじ31m,31fに対応し、ボックス40m,40fの内周に形成される雌ねじ41m,41fを含む。雄ねじ31m,31f及び雌ねじ41m,41fは、台形ねじであり、かつ、テーパねじである。
ピン30mは、工場でボックス40mと予め締結されるため、「ミルエンド」と呼ばれる。ピン30fは、油井でボックス40fと締結されるため、「フィールドエンド」と呼ばれる。
雄ねじ31m,31fはピン30m,30fの外周に螺旋状に形成され、その螺旋の径はピン30m,30fの先端(ピンショルダ面24m,24f)に近づくにつれて小さくなる。雌ねじ41m,41fはボックス40m,40fの内周に螺旋状に形成され、その螺旋の径はボックス40m,40fの開口端51m,51fに近づくにつれて大きくなる。テーパねじの好ましいテーパ比は、6.0~18.0%である。テーパ比は、鋼管20m,20fの肉厚との関係で適正なねじ部の長さが得られるよう設計される。テーパ比は一定でもよいが、雄ねじ31m,31fのテーパ比は、ピン30m,30fの先端から遠ざかるにつれて小さくなるのが好ましい。
締結状態で雄ねじ31m,31f及び雌ねじ41m,41fの少なくとも一部はねじシールを構成する。ねじシールを構成する雄ねじ31m,31f及び雌ねじ41m,41fの一部は、管軸方向において、鋼管20m,20fの肉厚の3倍以上の長さを有する。ねじシールを構成する雄ねじ31m,31f及び雌ねじ41m,41fは完全ねじである。ねじシールの長さが長いほど密封性能に優れる。一方、ねじシールの長さが長すぎると、ねじ切りにコストと手間がかかるほか、締結時にゴーリングは発生しやすくなる恐れがある。ねじシールの長さは、肉厚の8倍以下であることが好ましい。ねじ継手10は、このようなねじシールを有するが、メタルシールを有しない。ただし、テフロン(登録商標)リングシールがねじシールと併用されてもよい。ねじシール面どうしの隙間にはドープが介在する。ドープの介在により密封性能が向上する。
ピン30mの雄ねじ31m及びボックス40mの雌ねじ41mのうちねじシールを構成する部分(以下、「ねじシール部」という。)は、ピン30fの雄ねじ31f及びボックス40fの雌ねじ41fのうちねじシールを構成する部分(ねじシール部)のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有する。ねじ径干渉量とは、ピン30m,30fのねじシール部の外径とそのねじシール部に対応するボックス40m,40fのねじシール部の内径との差である。ねじシール部において、ピン30m,30fの雄ねじ31m,31fの外径は、その部位に対応するボックス40m,40fの雌ねじ41m,41fの内径よりも大きい。すなわち、ねじシール部の全域において、ねじ径干渉量は正の値である。
ピン30mはさらに、ピン30mの先端に形成されるピンショルダ面24mを含む。ピン30fはさらに、ピン30fの先端に形成され、締結状態でピンショルダ面24mと接触するピンショルダ面24fを含む。ねじ継手10は、いわゆるPin to Pin構造を有する。本実施形態に係るねじ継手10では、通常は、まずミルエンドのピン30mがボックス40mに締結される。その後、油井でフィールドエンドのピン30fがボックス40fに締結される。その結果、ピン30fのピンショルダ面24fがピン30mのピンショルダ面24mと接触する。
管本体21mは、環状のマーキング溝23mを含む。マーキング溝23mは、管本体21mの外周に形成される。管本体21fは、環状のマーキング溝23fを含む。マーキング溝23fは、管本体21fの外周に形成される。マーキング溝23mは、マーキング溝23fの幅wfよりも狭い幅wmを有する(wm<wf)。マーキング溝23m,23fは、旋盤で鋼管20m,20fを回転させながら管本体21m,21fをバイトで切削することにより形成される。したがって、マーキング溝23m,23fは周方向に延びて管本体21m,21fを1周する。
より具体的には、フィールドエンドでは、マーキング溝23fは、ボックス40fの開口端51fを中心に±α(例えばα=0.75mm)に位置する。マーキング溝23fの幅wfは2α(例えば1.5mm)である。一方、ミルエンドでは、マーキング溝23mは、ボックス40mの開口端51mを中心に、先端から遠い側で+(α-β)に、先端に近い側で-αに位置する。ここで、β≦3/4α(例えば0.5mm)である。マーキング溝23mの幅wmは2α-β(例えば1.0mm)である。したがって、ボックス40mの開口端51mはマーキング溝23mの幅wm内に位置付けられる。
ボックス40mはさらに、管状のリセス52mを含む。リセス52mは、ボックス40mの開口端部に形成され、管本体21mの外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。ボックス40fはさらに、管状のリセス52fを含む。リセス52fは、ボックス40fの開口端部に形成され、管本体21fの外周面と対向しかつ外周面から離間する内周面を有する。リセス52m,52fの各々は、管軸方向において、例えば15mm、少なくとも5mmの長さを有する。
図2及び図3を参照して、雄ねじ31m,31f(以下、これらを併せて単に「31」と表示する。)は、雄ねじ山面32と、雄ねじ底面33と、雄ねじスタビング面34と、雄ねじロード面35とを含む。雄ねじスタビング面34は、ピン30m,30fの先端に近い側に形成される。雄ねじロード面35は、ピン30m,30fの先端から遠い側に形成される。
雄ねじスタビング面34は、2つの雄ねじスタビング段341,342を有する。雄ねじスタビング段341は、鋼管20の管軸Xから遠い側に形成され、スタビング角α1を有する。雄ねじスタビング段342は、管軸Xに近い側に形成され、スタビング角α2を有する。スタビング角α1,α2は、管軸Xに垂直な平面Yに対して雄ねじスタビング面34(雄ねじスタビング段341,342)が傾斜する角度である。スタビング面34がオーバーハングしている場合、スタビング角α1は負になる。スタビング角α2はスタビング角α1よりも大きい(α2>α1)。スタビング角α1は、-10~15度である。スタビング角α1の上限は、好ましくは14度であり、さらに好ましくは13度であり、さらに好ましくは12度である。α1が小さいほど、耐圧縮性能は高い。スタビング角α1の下限は、好ましくは0度であり、さらに好ましくは8度である。一方で、α1が大きいほど、ねじ部を形成する際の切削加工は容易である。スタビング角α1は、例えば約10度である。スタビング角α2は、20~60度である。スタビング角α2の上限は、好ましくは50度であり、さらに好ましくは40度であり、さらに好ましくは32度である。α2が小さいほど、耐圧縮性能は高い。スタビング角α2の下限は、好ましくは23度であり、さらに好ましくは26度であり、さらに好ましくは28度である。α2が大きいほど、クロススレッドがより生じにくくなる。スタビング角α2は、例えば約30度である。したがって、雄ねじスタビング面34はほぼ中腹で窪んでいる。
雄ねじスタビング段342の高さ(雄ねじ底面33から雄ねじスタビング段341,342の境界までの長さ)は、雄ねじの高さの25~60%、例えば35%である。
雌ねじ41m,41f(以下、これらを併せて単に「41」と表示する。)は、雌ねじ山面42と、雌ねじ底面43と、雌ねじスタビング面44と、雌ねじロード面45とを含む。雌ねじ山面42は、雄ねじ底面33と対向する。雌ねじ底面43は、雄ねじ山面32と対向する。雌ねじスタビング面44は、雄ねじスタビング面34と対向する。雌ねじロード面45は、雄ねじロード面35と対向する。
雌ねじスタビング面44は、2つの雌ねじスタビング段441,442を有する。雌ねじスタビング段441は、管軸Xから遠い側に形成され、雄ねじスタビング段341のスタビング角α1と同じスタビング角α1を有する。雌ねじスタビング段442は、管軸Xに近い側に形成され、雄ねじスタビング段342のスタビング角α2と同じスタビング角α2を有する。したがって、雌ねじスタビング面44はほぼ中腹で膨らんでいる。雄ねじスタビング段341,342のスタビング角α1,α2と雌ねじスタビング段441,442のスタビング角α1,α2とは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、スタビング角α1,α2は切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
雌ねじスタビング段442は、雄ねじスタビング段342の高さと同じ高さを有するのが好ましい。これにより、ピンとボックスのねじ面どうしの隙間が必要以上に大きくならず、ねじシール構造で良好な密封性能を発揮することができる。雄ねじスタビング段342の高さと雌ねじスタビング段442の高さとは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、これらの高さは切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
雄ねじ31はさらに、雄ねじラウンド面36~39を含む。雄ねじラウンド面36は、雄ねじ山面32と雄ねじスタビング面34との間の角に形成される。雄ねじラウンド面37は、雄ねじ山面32と雄ねじロード面35との間の角に形成される。雄ねじラウンド面38は、雄ねじ底面33と雄ねじスタビング面34との間の角に形成される。雄ねじラウンド面39は、雄ねじ底面33と雄ねじロード面35との間の角に形成される。
雌ねじ41は、雌ねじラウンド面46~49を含む。雌ねじラウンド面46は、雌ねじ山面42と雌ねじスタビング面44との間の角に形成される。雌ねじラウンド面47は、雌ねじ山面42と雌ねじロード面45との間の角に形成される。雌ねじラウンド面48は、雌ねじ底面43と雌ねじスタビング面44との間の角に形成される。雌ねじラウンド面49は、雌ねじ底面43と雌ねじロード面45との間の角に形成される。
ラウンド面36~39,46~49は、いわゆるR面(丸いチャンファ面)であり、所定の曲率半径を有する。曲率半径は、0.1~1.2mmであり、好ましくは0.3~0.8mmである。
雄ねじロード面35は、ロード角βを有する。ロード角βは、管軸Xに垂直な平面Yに対して雄ねじロード面35が傾斜する角度である。ロード面35がオーバーハングしている場合、ロード角βは負になる。ロード角βは、-10~3度であり、好ましくは-5~-1度であり、例えば約-3度である。雌ねじロード面45は、雄ねじロード面35のロード角βと同じロード角βを有する。雄ねじロード面35のロード角βと雌ねじロード面45のロード角βとは完全に同じでなくてもよく、実質的に同じであればよい。すなわち、ロード角βは切削加工に伴う誤差を有する場合がある。
雄ねじ山面32、雄ねじ底面33、雌ねじ山面42、及び雌ねじ底面43は、管軸Xと平行に形成される。具体的には、管軸Xを含む縦断面に現れる面32,33,42,43の線が管軸Xと平行である。
図3に示されるように、雄ねじスタビング面34及び雌ねじスタビング面44は、締結状態でそれらの間に60~120μmの隙間を有する。また、雄ねじ山面32及び雌ねじ底面43は、締結状態でそれらの間に0~50μmの隙間を有する。雄ねじ底面33及び雌ねじ山面42もまた、締結状態でそれらの間に0~50μmの隙間を有する。
以下、ねじ継手10の製造方法、すなわち2本の鋼管20m,20fをカップリング50を用いて締結する方法の一例を説明する。
工場において、鋼管20mのミルエンドのピン30mはボックス40mにねじ込まれる。このとき、ピン30mは、ボックス40mの開口端51mがマーキング溝23mの幅wmの範囲内に入るようにねじ込まれる。これにより、ミルエンドの鋼管20mがカップリング50に締結される。ミルエンドの鋼管20m及びカップリング50がパイプアセンブリを構成し、このパイプアセンブリが工場から油井に向けて出荷される。
そして、油井において、鋼管20fのフィールドエンドのピン30fがボックス40fにねじ込まれる。このとき、カップリング50が把持されることなく、鋼管20m及び20fが把持されながら、ピン30fがねじ込まれる。また、ピン30fは、ボックス40fの開口端51fがマーキング溝23fの幅wfの範囲内に入るようにねじ込まれる。これにより、フィールドエンドの鋼管20fがカップリング50に締結される。このように、2本の鋼管20m,20fがカップリング50により互いに連結された結果、ねじ継手10が製造される。
鋼管20mのミルエンドのピン30mをボックス40mにねじ込む際には、ねじ込みの進行に伴い徐々にトルクが上昇するものの急激なトルク上昇は生じない。そのため、後述するフィールドエンドのねじ込みと異なり、トルクの変化からは適切な締結位置を把握しにくい。しかし、ねじ継手10によれば、マーキング溝23mが形成されているため、ミルエンドでは、マーキング溝23mとボックス40mの開口端51mとの位置関係を目視で確認しながら、所望の位置で鋼管20mをカップリング50に締結することができる。
フィールドエンドでは、鋼管20fをねじ込んでいくと、ピン30fのピンショルダ面24fがミルエンドのピンショルダ面24mに突き当たる。このとき、締結トルクが急激に上昇する。したがって、このトルク変化をモニタしながら鋼管20fをねじ込んでいけば、適切なトルクで鋼管20fをカップリング50に締結することができる。しかし、その確認を行うためには、1本ずつ締結作業の後にトルクの上昇を確認するモニタ作業が必要となる。
これに対し、鋼管20fにもマーキング溝23fを形成しておけば、予め設定した適切なトルクで鋼管20fを締め付けた後、ボックス40fの開口端51fとマーキング溝23fとの位置関係を目視で確認することができる。これにより、上述したようなトルク変化のモニタ作業を厳密に行わなくても、迅速かつ適正に鋼管20fをカップリング50に締結することができる。
ここで、鋼管20fを適正に締結できるか否かは、先に締結される鋼管20mが適正に締結されているか否かによるところが大きい。そこで、ミルエンドのマーキング溝23mの溝幅wmをフィールドエンドのマーキング溝23fの溝幅wfよりも狭くしておけば、ミルエンドの鋼管20mの締結をより厳密に管理することができる。
これらの結果、油井フィールドで、締結トルクを厳密にモニタすることなく、締結が可能である。そのため、締結トルクを監視するための機器が不要で、ランニングが容易でかつ能率が上がる。
また、ボックス40m,40fの開口端部にリセス52m,52fが形成されている。そのため、ねじシール面どうしの隙間に介在するドープが浸み出して来ても、リセス52m,52fと管本体21m,21fとの隙間に溜まる。したがって、ドープがカップリング50の開口端51m,51fからはみ出してマーキング溝23m,23fに到達することはない。その結果、マーキング溝23m,23fと開口端51m,51fとの位置関係を常に目視することができる。
また、フィールドエンドのねじ径干渉量はミルエンドのねじ径干渉量よりも小さい。そのため、鋼管20fのねじ込み過程におけるピン30fとボックス40fとの接触面圧は、ピンショルダ面24fがピンショルダ面24mと接触するまで、ピン30mとボックス40mとの接触面圧よりも小さい。そのため、フィールドエンドにおける締結時に供回りによるミルエンドの回転量をゼロ又は許容量以下にすることができる。「供回り」は、フィールドエンドの鋼管20fを回転させてピン30fをボックス40fにねじ込むときに、カップリング50が鋼管20fと一緒に回転、つまりミルエンドの鋼管20mに対して回転してしまう現象である。ミルエンドのねじ径干渉量は、焼き付きを防止するため、所定の値以下であるのが好ましい。フィールドエンドのねじ径干渉量は、ねじシールの密封性能を上げるため、所定の値以上であるのが好ましい。
また、ミルエンドのピン30m及びボックス40mは、ピン30mの先端から順にゾーンZ1~Z3を含む。ミルエンドのピン30mの雄ねじ31m及びボックス40mの雌ねじ41mは、完全ねじと、管本体21mと完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含んでもよい。完全ねじは、ゾーンZ2に形成される。不完全ねじは、ゾーンZ1及びZ3に形成される。ミルエンドのピン30m及びボックス40mは、締結状態で、ゾーンZ3の不完全ねじで接着されてもよい。具体的には、ゾーンZ3の不完全ねじの全部又は一部でピン30m及びボックス40mは接着されてもよい。これに加え、不完全ねじに隣接する完全ねじの一部でピン30m及びボックス40mは接着されてもよい。ミルエンドのピン30m及びボックス40mが接着されている場合、フィールドエンドの鋼管20fのねじ込み過程において、供回りによるミルエンドの回転量をゼロ又は許容量以下にすることができる。
ミルエンドの締結時には、ピン30m及びボックス40mを接着しようとするゾーンZ3には接着剤を予め塗布し、ゾーンZ2にはドープを予め塗布する。これにより、焼き付きを防止し、かつ、ねじシールの密封性能を確保することが容易になる。接着剤はゾーンZ3の全部に塗布されてもよいが、一部に塗布されてもよい。また、接着剤はゾーンZ3に隣接するゾーンZ2の一部にはみ出て塗布されてもよい。また、接着剤は雄ねじ31mのみ、雌ねじ41mのみ又は両者に塗布されてもよい。
以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
10:ねじ継手
20m,20f:鋼管
21m,21f:管本体
23m,23f:マーキング溝
24m,24f:ピンショルダ面
30m,30f:ピン
31,31m,31f:雄ねじ
32:雄ねじ山面
33:雄ねじ底面
34:雄ねじスタビング面
341,342:雄ねじスタビング段
35:雄ねじロード面
40m,40f:ボックス
41,41m,41f:雌ねじ
42:雌ねじ山面
43:雌ねじ底面
44:雌ねじスタビング面
441,442:雌ねじスタビング段
45:雌ねじロード面
50:カップリング
51m,51f:開口端
52m,52f:リセス
20m,20f:鋼管
21m,21f:管本体
23m,23f:マーキング溝
24m,24f:ピンショルダ面
30m,30f:ピン
31,31m,31f:雄ねじ
32:雄ねじ山面
33:雄ねじ底面
34:雄ねじスタビング面
341,342:雄ねじスタビング段
35:雄ねじロード面
40m,40f:ボックス
41,41m,41f:雌ねじ
42:雌ねじ山面
43:雌ねじ底面
44:雌ねじスタビング面
441,442:雌ねじスタビング段
45:雌ねじロード面
50:カップリング
51m,51f:開口端
52m,52f:リセス
Claims (6)
- 第1鋼管と、
第2鋼管と、
前記第1及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備え、
前記第1鋼管は、
第1管本体と、
前記第1管本体と連続的に形成され、前記第1鋼管の先端部に形成される管状の第1ピンとを含み、
前記第2鋼管は、
第2管本体と、
前記第2管本体と連続的に形成され、前記第2鋼管の先端部に形成される管状の第2ピンとを含み、
前記カップリングは、
前記第1ピンが挿入されて前記第1ピンと締結される管状の第1ボックスと、
前記第1ボックスの反対側に形成され、前記第2ピンが挿入されて前記第2ピンと締結される管状の第2ボックスとを含み、
前記第1及び第2ピンの各々は、前記ピンの外周に形成される雄ねじを含み、
前記第1及び第2ボックスの各々は、前記雄ねじに対応し、前記ボックスの内周に形成される雌ねじを含み、
前記雄ねじ及び前記雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじであり、
締結状態で前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成し、
前記雄ねじは、
雄ねじ山面と、
雄ねじ底面と、
前記ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、
前記ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含み、
前記雄ねじスタビング面は、
前記鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有し、
前記第2雄ねじスタビング段は、前記雄ねじの高さの20~60%の高さを有し、
前記雌ねじは、
前記雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、
前記雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、
前記雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、
前記雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含み、
前記雌ねじスタビング面は、
前記管軸から遠い側に形成され、前記第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、前記第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有し、
前記第1ピンはさらに、前記第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含み、
前記第2ピンはさらに、前記第2ピンの先端に形成され、締結状態で前記第1ピンショルダ面と接触する第2ピンショルダ面を含み、
前記第1管本体は、前記第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含み、
前記第2ピンの雄ねじ及び前記第2ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分は、前記第1ピンの雄ねじ及び前記第1ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有する、ねじ継手。 - 第1鋼管と、
第2鋼管と、
前記第1及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備え、
前記第1鋼管は、
第1管本体と、
前記第1管本体と連続的に形成され、前記第1鋼管の先端部に形成される管状の第1ピンとを含み、
前記第2鋼管は、
第2管本体と、
前記第2管本体と連続的に形成され、前記第2鋼管の先端部に形成される管状の第2ピンとを含み、
前記カップリングは、
前記第1ピンが挿入されて前記第1ピンと締結される管状の第1ボックスと、
前記第1ボックスの反対側に形成され、前記第2ピンが挿入されて前記第2ピンと締結される管状の第2ボックスとを含み、
前記第1及び第2ピンの各々は、前記ピンの外周に形成される雄ねじを含み、
前記第1及び第2ボックスの各々は、前記雄ねじに対応し、前記ボックスの内周に形成される雌ねじを含み、
前記雄ねじ及び前記雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじであり、
締結状態で前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成し、
前記雄ねじは、
雄ねじ山面と、
雄ねじ底面と、
前記ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、
前記ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含み、
前記雄ねじスタビング面は、
前記鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有し、
前記第2雄ねじスタビング段は、前記雄ねじの高さの20~60%の高さを有し、
前記雌ねじは、
前記雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、
前記雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、
前記雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、
前記雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含み、
前記雌ねじスタビング面は、
前記管軸から遠い側に形成され、前記第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、前記第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有し、
前記第1ピンはさらに、前記第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含み、
前記第2ピンはさらに、前記第2ピンの先端に形成され、締結状態で前記第1ピンショルダ面と接触する第2ピンショルダ面を含み、
前記第1管本体は、前記第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含み、
前記第1ピンの雄ねじ及び前記第1ボックスの雌ねじは、完全ねじと、前記第1管本体と前記完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含み、
前記第1ピン及び前記第1ボックスは、締結状態で、前記不完全ねじの全部又は一部で接着される、ねじ継手。 - 請求項2に記載のねじ継手であって、
前記第2ピンの雄ねじ及び前記第2ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分は、前記第1ピンの雄ねじ及び前記第1ボックスの雌ねじのうちねじシールを構成する部分のねじ径干渉量よりも小さいねじ径干渉量を有する、ねじ継手。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のねじ継手であって、
前記第1鋼管及び第2鋼管は、16インチを超える外径を有する、ねじ継手。 - 第1鋼管と、
前記第1鋼管及び第2鋼管を互いに連結するためのカップリングとを備え、
前記第1鋼管は、
第1管本体と、
前記第1管本体と連続的に形成され、前記第1鋼管の先端部に形成される管状の第1ピンとを含み、
前記カップリングは、
前記第1ピンが挿入されて前記第1ピンと締結される管状の第1ボックスと、
前記第1ボックスの反対側に形成され、前記第2鋼管の第2ピンが挿入されて前記第2ピンと締結される管状の第2ボックスとを含み、
前記第1ピンは、前記ピンの外周に形成される雄ねじを含み、
前記第1ボックスは、前記雄ねじに対応し、前記ボックスの内周に形成される雌ねじを含み、
前記雄ねじ及び前記雌ねじは、台形ねじであり、かつ、テーパねじであり、
締結状態で前記雄ねじ及び前記雌ねじの少なくとも一部はねじシールを構成し、
前記雄ねじは、
雄ねじ山面と、
雄ねじ底面と、
前記ピンの先端に近い側に形成される雄ねじスタビング面と、
前記ピンの先端から遠い側に形成される雄ねじロード面とを含み、
前記雄ねじスタビング面は、
前記鋼管の管軸から遠い側に形成され、-10~15度のスタビング角を有する第1雄ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、20~60度のスタビング角を有する第2雄ねじスタビング段とを有し、
前記第2雄ねじスタビング段は、前記雄ねじの高さの20~60%の高さを有し、
前記雌ねじは、
前記雄ねじ底面と対向する雌ねじ山面と、
前記雄ねじ山面と対向する雌ねじ底面と、
前記雄ねじスタビング面と対向する雌ねじスタビング面と、
前記雄ねじロード面と対向する雌ねじロード面とを含み、
前記雌ねじスタビング面は、
前記管軸から遠い側に形成され、前記第1雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第1雌ねじスタビング段と、
前記管軸に近い側に形成され、前記第2雄ねじスタビング段のスタビング角と同じスタビング角を有する第2雌ねじスタビング段とを有し、
前記第1ピンはさらに、前記第1ピンの先端に形成される第1ピンショルダ面を含み、
前記第1管本体は、前記第1管本体の外周に形成される環状の第1マーキング溝を含み、
前記第1ボックスの開口端は前記第1マーキング溝の幅内に位置付けられ、
前記第1ピンの雄ねじ及び前記第1ボックスの雌ねじは、完全ねじと、前記第1管本体と前記完全ねじとの間に形成される不完全ねじとを含み、
前記第1ピン及び前記第1ボックスは締結状態で前記不完全ねじの全部又は一部で接着される、パイプアセンブリ。 - 請求項5に記載のパイプアセンブリであって、
前記第1鋼管は、16インチを超える外径を有する、パイプアセンブリ。
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