JPH04157280A - 疲労特性およびねじり特性の優れた石油掘削管用ねじ継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はドリルパイプ、ドリルカラーなどのように油井
掘削に使用される管のねじ継手に関するものである。

（従来の技術） 近年、高傾斜掘りゃ水平掘りに代表されるように、坑井
の曲げ角度は年々増加の一途をたどっている。これに伴
い、ドリルバイブやドリルカラーなどの石油掘削管はま
すます大きな疲労損傷を受けるようになってきた。特に
、これらの管はテーバ−ねじ継手で接続され使用される
ので、ねじ部の疲労破壊が問題となる。

このような疲労破壊は、例えば復旧作業に時間を要する
ことから掘削コストを上昇させたり、最悪の場合その坑
井を放棄しなければならない事態になる。また、坑井の
曲げ角度の増大により、従来よりも大きなねじり性能が
要求されるようになってきた。

このような要求に対し、まず、疲労性能向上では第８図
で示すように、おねじ付け根部に曲げ応力を緩和する応
力除去溝Ａを設ける方法や、あるいは第９図に示したよ
うにおねじ山１をめねじ挿入方向に漸低状に切削し、ね
じ重荷重分担を均一化する方法など疲労特性を改善する
手段がこうじられている。

また、ねじり性能の向上に対しては、第１０図に示すよ
うにめねじおよｉおねじ先端部にオーバートルクによる
過度の軸力を吸収する補助シ＝ルダ一部Ｂを設ける等の
手段がこうじられていた。

しかしな゛がらミいずれの方法も、疲労性能およびねじ
り性能双方を向上させる手段ではなく、上述の問題点を
完全に解決するものではなく、より高級なねじ継手の改
善が望まれていた。　　　□（発明が解決しようとする
課題） 本発明は疲労特性およびねじり特性の優れた石油掘削管
用ねじ継手を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、おねじ付け根部に応力除去溝を有する
テーパーねじ継手のめねじ先端部内径を、応力除去溝部
外径以上、応力除去溝が無い場合のおねじ付け根部最大
外径以内としたことを特徴とする特許 管用ねじ継手である。

以下本発明の作用を説明する。

まず、ねじ山高さの削減は、ねじ締結時におこるおねじ
第ｌねじ山（おねじ付け根部側から数えて１番目のねじ
山）への荷重集中を低下させる効果かあ！！第５図はお
ねじ第１ねじ山高さを削減した継手、応力除去溝がある
継手および通常の継手がＡＰＩ推奨トルクにて締結され
た場合のねじ重荷重分担を有限要素法にて求めたもので
ある。

同図からわかるように、ねじ山高さの削減により第１ね
じ山への荷重集中は２２％程度低下している。これによ
り、ねじ平の平均応力は低下する。

この原理を第６図に分かり易く示した。

まず、めねじ−山を片ｉち梁とみなす。この片持、ち、
梁はおねじ山との接触から荷重をうける。ここで、片持
ち梁自由端におけるたわみ量が、おねじ山高さを削減し
ない（ａ）と高さ削減した（ｂ）で、同じであると仮定
すると、作用点が固定端からより遠い（ｂ）のほうが、
荷重は小さくて済む。すなわち、ねじ山高さ削減は平均
応力低下の効果がある。

なお、第５図からわかるように、応力除去溝は荷重集中
の緩和に対してほとんど効果がない。

次に、応力除去溝は曲げ応力振幅を減少させる効果があ
る。第７図は応力除去溝がある継手、おねじ第ｌねじ山
高さを削減した継手および通常のかあ−る。これは、、
通常の継手の場合、おおじ付けるが、応力除去溝によ′
り画性が低下し曲げの集中るようにねじ山一さの削減は
応力振幅の減少に対量゛後に、めねじ先端部゛内径を、
応力除去溝部外径以上、応力除去溝が無い場合のおねじ
付け根部最大外径思入とすることのね□らいは、めねじ
のねじり強さ向上である゛。通常の゛規格継手のめねじ
先端部内径は応力除去溝が無い場合のおねじ付け根部最
大外径ｉ上とな−そいるが、本発明のように応力除去溝
を有しかつおねじ付け根側に位置するねじ山高さが削減
されていると、第１図に示すようにめねじ先端内径を通
常より小さくできる。

第１１！Ｕ−にお′いて１”：テーパーおねじ、２：テ
ーパーめねじ、３：応力味去溝、４：高さ削減されたお
ねじ山、５：めねじ先端部の増肉幅を示している。

すなわち先端部の肉厚を増加さ妊ることができる。めね
じねしり強さは先端部の断加積に依存するので、゛ねじ
り強度は向上する。油井掘削で、めねじ先端部が過度の
ねじりにより拡がるいわゆるスウェルドボックスが多発
しており、゛このような事故を防止するのに本発明継手
は有効で“ある。

以上述べたように、本発明は、平均応力の低下と応力振
幅の低下の両面から継手の疲労性能を向上させ、さらに
、応力除去溝およびねじ山高さ削減から生じる空間を使
用しめねじねじり強さを向上させるものである。

以下、本発明の実施例を図面に示す実施例ねじ継手を参
照しながら説明する。　　・ 第２図は、本発明の実施例石油掘削管用ねじ継手断面形
状を示す。実施例の継手はＡＰＩ規格ＮＣ４０、外径１
３３．４關内径５０．８ｍｍに対し、本発明に従い加工
修正が施されたものである。この継手は通常、めねじの
ねじり強度のほうがおねじ強度よりも弱い組合せのねじ
である。

すなわち、ねじり破壊の形態としてスウエルドボックス
が起こる継手である。この実施例の応力除去溝の管軸方
向長さはＡＰＩ規格に従い２５．４ｍｍである。従って
、おねじの第１および第２ねじ山（おねじ付け根部から
数えて１番目と２番目のねじ山）は削り取られている。

ねじ山高さの削減はおねじの第３ねじ山および第４ねじ
山に対し施されている。めねじ先端部内径は高さ削減さ
れた第３ねじ山の外径より僅かに大きく設定しである。

以後、この継手を継手Ａと呼ぶ。

第３図に示した実施例も継手Ａと同様にＡＰＩ規格ＮＣ
４０、外径１３３．４Ｎ、内径５０．８ｍに対し、本発
明に従い加工修正が施されたものである。しかしながら
、応力除去溝はＡＰＩ規格と異なり、第１ねし山および
第２ねじ山は削り取られていないことが特徴である。

すなわち、応力除去溝の管軸方向長さは１２ｍｍであり
、ＡＰＩ規格に比べ短い。ねじ山高さの削減はおねじの
第１ねし山および第２ねじ山に対し施されている。めね
じ先端部内径は高さ削減された第１ねじ山の外径より僅
かに大きく設定しである。

以後、この継手を継手Ｂと呼ぶ。

第４図に示した実施例も継手Ａと同様にＡＰＩ規格ＮＣ
４０、外径１３３．４■１１内径５０．８■１こ対し、
本発明に従い加工修正が施されたものである。応力除去
溝の管軸方向長さもＡＰＩ規格に従い２５．４關である
。従って、おねじの第１および第２ねじ山（おねじ付け
根部から数えて１番目と２番目のねじ山）は削り取られ
ている。しかしながら、継手Ａとは異なり、ねじ山高さ
の削減は行っていない。めねじ先端部内径は第３ねじ山
の外径より僅かに大きく設定しである。以後、この継手
を継手Ｃと呼ぶ。

第１表に示すＡＰＩ規格のテーパーねじ継手に対し、第
２表に示した種々の加工修正を施した継手について、回
転曲げ疲労試験およびねじり試験を行った。

第　　　１　　　表 ねじ種　　寸　法（ｍｍ）　　　引張特性（ＭＰａ）、
。４ｏ　　　外径　１３３．４　　　降伏強さ　９３５
内径　５０．８　　　引張強さ　ｌロ６３第　　　２　
　　表 継手、）種類　　疲労限度　　ねじり降伏強さ（Ｎ−ｍ
）　　　　　　　（Ｎ−ｓ） 本発明　継手Ａ　　　　４００００　　　　　５２００
０本発明　継手Ｂ　　　　４２５００　　　　　４９５
００本発明　継手Ｃ３７５００４５０００ 第２表かられかるように、継手Ａは、第１図に示したＡ
ＰＭ応力除去溝付き継手、第２図に示した漸低状ねじ山
削減継手および通常のＡＰＩ継手に比べ、疲労特性が向
上している。また、ねじり特性はＡＰＩ規格継手に比べ
向上している。

継手Ｂは疲労特性は継手Ａよりも勝っているが、ねじり
性能は継手Ａよりやや劣る。これは、疲労については継
手Ａに対しねじ山の数が多い分ねじ山の分担荷重が減っ
たこと、ねじりについては、めねじ先端の増肉が継手Ａ
まりも小さかったことによる。ただし、いずれの特性も
ＡＰＩ規格継手に比べ向上している。

継手Ｃは、応力除去溝の効果により疲労性能は向上した
が、ねじりについては増肉が僅かであったため向上は小
であった。

（発明の効果） 以上述べたように本発明継手を管継手に使用することに
より、一部のねじ山に集中する荷重を各ねじ山に分担さ
せ、かつ、ねじ底の応力振幅を減少させることから、疲
労特性を改善し、加えてめねじ先端の増肉からねじり″
強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のおねじの部分断面図、第２図〜第４図
は本発明の他の例のおねじの部分断面図、第５図はねじ
山荷重分担−ねじ山番号の図表、第６図はねじ山高さ削
減による荷重分担軽減の原理を示したもので、（ａ）は
通常ねじ山、（ｂ）は高さ削減したねじ山の例で、印は
模式図、（ロ）は荷重の作用図、第７図（ａ）はおねじ
第１ねじ座の応力分布図、（ｂ）は荷重条件の説明図、
第８図は従来例の説明図、第９図〜第１０図は従来例の
他の説明図である。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　失策５図 起し山＃、ｇ 第６図 （ｃｔ）　　　　　　　　（す あ木じ第１）ａし鬼蛮うフｔカ　（ＭＰ（Ｚ〕第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. おねじ付け根部に応力除去溝を有するテーパーねじ継手
   のめねじ先端部内径を、応力除去溝部外径以上、応力除
   去溝が無い場合のおねじ付け根部最大外径以内とし、さ
   らにおねじ付け根部側に位置する単数以上のおねじ山高
   さを削減したことを特徴とする疲労特性およびねじり特
   性の優れた石油掘削管用ねじ継手。