JPH0378517B2 - - Google Patents

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JPH0378517B2
JPH0378517B2 JP25712584A JP25712584A JPH0378517B2 JP H0378517 B2 JPH0378517 B2 JP H0378517B2 JP 25712584 A JP25712584 A JP 25712584A JP 25712584 A JP25712584 A JP 25712584A JP H0378517 B2 JPH0378517 B2 JP H0378517B2
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JP
Japan
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resin
surface roughness
metal
mos
galling resistance
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JP25712584A
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Hideo Yamamoto
Toshiaki Mase
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下から産出される天然ガスや原油
を採取するために、地中深く竪て込まれる油井管
の管継手に関するものである。 〔発明の背景〕 原油を産出する井戸の深さは、数1000mに及
び、近年その深さは更に増大して10000mにも達
する傾向にある。このような井戸に竪て込まれる
油井管は莫大な数にのぼるが、これらは総て管継
手によつて一連に接続される。かかる管継手に対
しては、各種の苛酷な力が作用される。まず第1
に管や管継手自体の重量が集積された軸方向の引
張力、第2に土圧による外周面への圧縮力、第3
に内部流体による内周面への押圧力その他であ
る。これらの力は、井戸の深化に伴つて一層苛酷
なものとなることはいうまでもない。このように
次第に増大する苛酷な条件下で使用し得る管継手
にあつては、強大な引張荷重に耐え得ること及び
確実な気密的シール性を保持できることが非常に
重要である。それで、従来からこれらの要求に応
ずべく多くの提案がなされてきた。 〔従来の技術及びその欠点〕 以下は、従来の提案技術について検討する。強
大な引張荷重に耐え得る技術は、継手部分のねじ
部の形状、ピツチ等を改良することで満足する結
果が得られている。また気密的シール性について
は、ねじ部でのシールの他にテーパー状のリツプ
部を形成してメタル対メタルのシール部を設ける
ことで、ある程度のシール性を確保するようにし
ている。 ところが、メタル対メタルのシール部にあつて
は、締付時のゴーリング(焼付)の問題がある。
通常、油井管と継手のシール部には、100〜150
Kg/mm2の高面圧が加えられており、締結時にシー
ル部の潤滑が不足するとゴーリングが発生し易
い。このゴーリングが発生するとシール不良の原
因となり、管継手全体としての気密的シール性に
対する信頼が失われ、原油若しくはガス漏れ等の
事故に至ることがあつた。 それで、その対策の1つとして、従来ではリン
酸亜鉛被膜、シユウ酸鉄被膜等の化成被膜及び
Znメツキを、前記メタル対メタルのシール部に
施している。また特に高潤滑を必要とする場合、
或いは化成被膜の形成しにくい高合金材料につい
てはCuメツキやMoS2ペーストを用いていた。然
しながら、前記化成被膜及びZnメツキの場合に
は、潤滑が不十分で耐ゴーリング性に劣り、わず
か数回の使用でゴーリングが発生するという欠点
があつた。またCuメツキの場合には、硫化水素
等の環境下では著しく腐蝕されるため、近年開発
されている腐蝕環境下での使用に耐える高合金材
料に使用することは不適当であつた。更に、
MoS2ペーストを用いる場合は、相手方部材との
密着力が弱いため剥離し易く、また前記シール部
へのMoS2ペーストの供給付着がし難いという問
題があり、高潤滑性が得られなかつた。 第1表は、耐ゴーリング性を評価する試験方法
として、タイト試験の場合とバウデン摩擦試験の
場合を用い、シユウ酸鉄とCuメツキを母材のメ
タル対メタルシール部へ施した従来技術の試験結
果を示すものである。母材は第3表に示す二相ス
テンレス鋼である。尚、タイト試験とは、実継手
で締付−締戻しを繰り返し、ゴーリング発生まで
の繰り返し回数を耐ゴーリング性として評価した
ものである。またバウデン摩擦試験は、バウデン
摩擦試験機によるゴーリング発生までの摺動回数
を耐ゴーリング性として評価したものである。バ
ウデン摩擦試験の試験条件は以下の通りである。 バウデン摩擦試験条件、 ピン側の試験片 先端形状:直径3/16インチの半球 表面あらさ:0.5μmRmax以下 プレート側の試験片 形状:3mm×15mm×100mm 表面あらさ:2〜35μmRmax 摺動条件 押付荷重:3Kgf 摺動長さ:10mm 摺動速度:4mm/sec 温度:200℃ 潤滑剤:スレツドコンパウンド10g/m2 である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は従来の油井管用管継手の前記欠点に鑑
みてこれを改良除去したものであつて、一般材質
から高合金材料までの広範囲の材質に対して使用
可能で且つ腐蝕の心配がなく、Cuメツキ並以上
の高潤滑が得られる耐ゴーリング性に優れた油井
管用管継手を提供せんとするものである。 而して本発明の要旨は、メタル対メタルのシー
ル部を有する油井管用の管継手であつて、前記メ
タル対メタルシール部の少なくとも一方側の表面
あらさを5〜25μmRmaxとし、該表面に粒径10μ
m以下のMoS2粉末を20〜90wt%の割合で分散混
合した合成樹脂の被膜を前記表面あらさの実測最
大高さ以下5μm以上の厚みに形成したことを特
徴とする油井管用管継手である。 以下に、本発明の構成を、図面を参照して更に
詳細に説明すると次の通りである。 第1図はカツプリング式の油井管用管継手部分
を示す半縦断面図である。同図において、1は油
井管、2はカツプリング、3は油井管1に形成さ
れた雄ねじ、4はカツプリング2に形成された雌
ねじである。油井管1における雄ねじ3の先端に
は、ねじ部の形成されてないテーパー状のリツプ
部5が形成されている。またカツプリング2にお
ける雌ねじ4の奥部には、前記リツプ部5に対応
するテーパ状のねじ無部6が形成されている。前
記リツプ部5と管端5a並びにねじ無部6と段部
6aがメタル対メタルシール部7である。本発明
は、該メタル対メタルシール部7に、耐ゴーリン
グ性、耐腐蝕性に優れ、広範囲の材料に使用が可
能な樹脂被膜が形成せんとするものである。 ところで、一般に、樹脂被膜は非導電体であ
り、金属と接しても局部電池を形成せず、これが
塗布された母材の防蝕性に何等悪影響を与えるも
のではない。また樹脂自身は高分子であるため分
解や変質が起こりにくいという性質を持つてい
る。この特性は本発明の対象である油井管用管継
手の潤滑下地材として最適である。本発明者ら
は、樹脂被膜に耐ゴーリング性を付与する実験を
繰り返した結果、以下の条件下であれば樹脂被膜
がCuメツキと同等以上の充分な耐ゴーリング性
を発揮するということを見い出した。 すなわち、 被膜を形成する樹脂に添加するMoS2粉末の
粒径は10μm以下であること。 被膜を形成する樹脂は、MoS2粉末を20〜
90wt%含むものであること。 母材のメタル対メタルシール部7は、表面あ
らさが5〜25μmRmaxに仕上げられているこ
と。 樹脂被膜の厚みは、表面あらさの実測最大高
さ以下5μm以上であること。 である。上記により、最大高さRmax(最大あ
らさに相当)は5〜25μmでなければならないの
で、被膜厚みの上限も5〜25μmの間となる。
尚、最大高さとは、複数存在する谷から山の頂ま
での高さのうちで、最も大きい値のものをいう。 第2図は、油井管1におけるリツプ部5の面へ
樹脂被膜8を形成した場合の模式的拡大断面図で
ある。そして同図のAの上記条件を満足した状態
を示し、同図のBは樹脂被膜8の厚みを最大高さ
Rmaxよりも厚くした状態を示している。 次に、前記条件の限定理由並びに該限定理由を
見い出すに至つた実験方法について第3図乃至第
5図を参照して説明する。なお、いずれの場合も
バウデン摩擦試験に用いる材料は、第3表に示す
二相ステンレス鋼(第1表の従来の場合と同じ)
である。また第3図及び第4図の場合において、
バウデン摩擦試験に用いるプレートの表面あらさ
は15μmRmaxであり、被膜厚は10μmである。前
記表面あらさは、サンドブラスト又はシヨツトブ
ラスト等で形成すればよい。 先ず、MoS2粉末の粒径を限定した理由である
が、これは第3図に示す通りである。ところで、
この場合のMoS2粉末の添加量は70wt%、基本樹
脂は低分子エポキシ樹脂である。その他の条件は
上述の通りである。この第3図から明らかなこと
は、粒径は10μmを境にして大きくなると耐ゴー
リング性が急激に低下し、摩擦時の粒子の剥離量
は逆に急激に増大するということである。従つ
て、MoS2粉末の粒径は10μm以下が好ましいも
のである。 次に、MoS2粉末の混合割合を限定した理由に
ついて、第4図を参照して説明する。この第4図
は、シリコン樹脂(分子量約2000),低分子エポ
キシ樹脂(分子量約20000)、ポリエーテルサルホ
ンを基材としての樹脂としている。試験方法は、
それぞれの樹脂について、平均粒径6μm(粒径
分布幅3〜10μm)のMoS2粉末を10〜95wt%の
範囲内で適宜変更して添加し、これは各含有率そ
れぞれについてバウデン摩擦試験を行つて耐ゴー
リング性を比較した。その他の試験条件は前述の
通りである。尚、第4図において、耐ゴーリング
性150回のところに引かれている一点鎖線はCuメ
ツキを施した場合の値を示すものである。この第
4図の結果から明らかなことは、いずれの樹脂の
場合もMoS2粉末の含有量が15wt%以下では耐ゴ
ーリング性が低いということである。また耐ゴー
リング性は、20wt%を境として急激に上昇し、
90wt%以上で再び急激に低下している。特に、
ポリエーテルサルホン,低分子エポキシ樹脂の場
合は、いずれもMoS2粉末の含有量が20〜90wt%
の範囲内で、Cuメツキの場合における耐ゴーリ
ング性(150)以上となつている。 尚、このようにMoS2粉末を添加すると急激に
耐ゴーリング性が向上し、Cuメツキと同等以上
の潤滑を示す樹脂として、他にもエポキシフエノ
ール樹脂(分子量1000〜3000),アクリル樹脂
(分子量2000〜5000),ウレタン化油(分子量3000
〜10000),フエルール樹脂(分子量2000〜5000),
レゾルシンエポキシ樹脂(分子量20000〜50000),
ポリアミド樹脂(ナイロン66),ポリオキシベン
ゾイル(エコノール),ポリイミド樹脂,イソシ
アネート樹脂等の樹脂が確認された。またこれら
の樹脂であつても、Cuメツキと同等以上の耐ゴ
ーリング性を得るために必要なMoS2粉末の含有
量はいずれの樹脂とも共通しており、略々20〜
90wt%であつた。 ところで、MoS2は潤滑性の良好な固体潤滑剤
として公知であり、この添加量が増えた場合には
潤滑性の向上が得られるのは当然であるかの如く
考えられている。然しながら、第4図の実験によ
れば、シリコン脂肪の場合と、ポリエーテルサル
ホン及び低分子エポキシ樹脂でMoS2の含有量が
90wt%を越えた場合とにあつては、耐ゴーリン
グ性が極めて低いという結果である。これは、い
ずれもMoS2粉末を含有してなる樹脂被膜の密着
性が低く、摩擦試験時に剥離を生じたためであ
る。従つて、このMoS2粉末を混合してなる合成
樹脂を潤滑剤として使用する技術のみでは、目的
を達成できないことが明らかである。 次に母材(リツプ部5)の表面あらさと樹脂被
膜の厚みを限定した理由について、第5図は参照
して説明する。この場合のMoS2粉末の添加量は
70wt%、平均粒径は6μm(分布幅3〜10μm)、
基材としての樹脂は低分子エポキシ樹脂である。
第5図はバウデン摩擦試験結果であり、母材とし
ての二相ステンレス鋼よりなるプレートの表面あ
らさを、2〜35μmRmaxに調整してこれらを横
軸にとり、それぞれについて前記混合割合の樹脂
を被膜厚み3〜30μm塗布したものについて行つ
たものである。尚、第5図において、耐ゴーリン
グ性150回のところに引かれている一点鎖線もま
た、Cuメツキを施した場合の値を示すものであ
る。 この第5図から明らかなことは、被膜厚みが
3μmの場合は、表面あらさに拘わらず低い耐ゴ
ーリング性を示していることである。これは潤滑
不足が原因である。また被膜厚み5μmでは、母
材の表面あらさが5〜25μmRmaxの範囲で耐ゴ
ーリング性がCuメツキと同等以上となつている。
注目すべきは、被膜厚み10μmでは表面あらさが
10μm以上のときに、被膜厚み20μmでは表面あ
らさが20μm以上のときに、いずれもCuメツキと
同等以上になつていることである。つまり、表面
あらさが被膜厚みより大であるとき(被膜厚みが
表面あらさよりも小であるとき)に、Cuメツキ
と同等以上の耐ゴーリング性を示しているという
ことである。これは樹脂被膜の厚みと表面あらさ
とが密接に関係していることを示すと同時に、母
材の表面あらさよりも樹脂被膜の厚みを薄くし
て、被膜表面に母材の表面あらさの影響が多少残
る程度の微小かつ穏やかな凹凸をとどめるように
するのがよいことを示すものである。 このことを第2図によつて説明すれば、同図A
に示す如く、樹脂被膜8の厚みを表面の最大あら
さ(最大高さRmax)よりも薄くして被膜表面に
微細な凹凸を設けるようにするのである。そうす
ると、実際の締結作業時に通常使用する潤滑剤
(スレツドコンパウンド)が凹部に充填される状
態となり、潤滑剤を介して摩擦面が接触すること
で被膜と潤滑剤との相乗作用により良好な潤滑性
が得られるということを意味する。これに反し
て、同図Bに示す如く、樹脂被膜8の厚みが最大
高さRmaxよりも厚くなると、被膜の表面が平坦
面となり、潤滑剤が容易にしごき取られ、潤滑剤
との相乗作用による良好な潤滑性が得られなくな
るだけでなく、被膜の摩耗や剥離を起こし易くな
り、潤滑作用を持続し難くなるということをも意
味するものである。尚、被膜厚みが5μm未満に
なると、耐ゴーリング性が低下するおそれがある
ので、その下限を5μmとする。 ところで、母材の表面あらさは25μmRmax以
上では気密的シール性が損なわれることは公知で
ある。従つて、母材(リツプ部5)の表面あらさ
は、5〜25μmRmaxが適当となり、樹脂被膜の
厚みも5〜25μmが適当となる。 上述の検討結果から、本発明の目的達成のため
には前述の乃至項に記載した条件を満足する
必要のあることが明らかである。 〔実施例〕 次に、具体的な実施例を第2表及び第3表に基
づいて説明する。第2表は本発明の場合と従来技
術の場合とを比較したものであり、第3表は第2
表における母材の材質を示すものである。なお、
耐ゴーリング性の評価はバウデン摩擦試験で行
い、従来のCuメツキの場合の150を平均的指数と
し、それ以上の場合は良、それ以下の場合は不良
と判定した。
【表】
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明にあつては、一般材
質から高合金材料までの広範囲の材質に対して使
用でき、且つ腐蝕環境下での腐蝕の心配もなく、
またCuメツキ並以上の高潤滑が得られる耐ゴー
リング性に優れた油井管を提供することが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
図面はいずれも本発明に係るものであり、第1
図はカツプリング式管継手の半縦断面図、第2図
A及びBは管継手のメタル対メタルシール部面へ
樹脂被膜を形成した場合の模式的拡大断面図面、
第3図はMoS2粉末の粒子径と耐ゴーリング性と
の関係を示す図面、第4図はMoS2粉末含有量と
耐ゴーリング性の関係を示す図面、第5図は母材
表面あらさと耐ゴーリング性の関係を示す図面で
ある。 7……メタル対メタルシール部、1……油井
管、2……カツプリング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 メタル対メタルのシール部を有する油井管用
    の管継手であつて、前記メタル対メタルシール部
    の少なくとも一方側の表面あらさを5〜25μm
    Rmaxとし、該表面に粒径10μm以下のMoS2粉末
    を20〜90wt%の割合で分散混合した合成樹脂の
    被膜を前記表面あらさの実測最大高さ以下5μm
    以上の厚みに形成したことを特徴とする油井管用
    管継手。
JP25712584A 1984-12-05 1984-12-05 油井管用管継手 Granted JPS61136087A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005098300A1 (ja) 2004-04-06 2005-10-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. 鋼管用ねじ継手、及びその製造方法

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JP3317461B2 (ja) * 1993-06-04 2002-08-26 新日本製鐵株式会社 油井管継手とその表面処理法
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