JPH04282091A

JPH04282091A - ねじ継手付ｆｒｐ管

Info

Publication number: JPH04282091A
Application number: JP4683291A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Taniguchi; 谷口　邦利; Masato Ohira; 大平　正人
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1992-10-07

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、両端にねじ継手部を有
するＦＲＰ管に関し、特に、原油や天然ガスの採掘用油
井管として好適な、使用後の取り外しが容易なねじ継手
付ＦＲＰ管に関する。

【０００２】

【従来の技術】原油・天然ガス採掘用の油井管としては
鋼管が一般的であるが、近年、油井が深くなるにつれて
、その環境はＣＯ２　、Ｈ２　Ｓ、Ｃｌ等の腐食物質を
多く含む厳しいものとなっている。さらに、原油資源の
枯渇に伴い、ＣＯ２　や塩水を注入して採掘する、いわ
ゆる強制二次回収方式が多用されるようになってきたた
め、環境の腐食性は一層厳しくなってきている。かかる
状況下で、従来から使われてきた炭素鋼鋼管の耐食性不
足が指摘され、最近では、各種の内面コーティングや、
クロム、ニッケル等を多量に含有する耐食鋼製の鋼管の
使用などの腐食対策をとることが一般化している。とこ
ろが、内面コーティングは、管端腐食、ピンホール、あ
るいはワイヤライン操作によるコーティング損傷などの
問題があって、実際上は油井管の寿命延長に余り有効で
あるとは言えない。また、耐食鋼鋼管の使用も、材料が
クロムやニッケルを多量に含む高合金鋼であるため、コ
ストが嵩む不利がある。

【０００３】このような事情から、クロム・ニッケル含
有耐食鋼より安価で、しかも上記のような油井環境下に
おいて優れた耐食性を示すＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）製の管（ＦＲＰ管）を油井管に使用することが試み
られるようになり、既に米国においてはＡＰＩ（アメリ
カ石油協会）で油井管用ＦＲＰ管が規格化され、実用段
階に入っている。

【０００４】ところで、油井管は、ある井戸で一定期間
使用した後、取り外して、別の井戸に再使用するのが普
通である。このため、継手は通常ねじ継手が使用される
。ＦＲＰ製油井管もその例外ではなく、継手としてＦＲ
Ｐ管のねじ継手が使用される。ねじ継手によるＦＲＰ製
油井管の接続は、別途の継手部材を使用するのではなく
、通常は、ＦＲＰ管の両端に雄ねじ部と雌ねじ部を設け
たねじ継手付のＦＲＰ管を油井管として用い、管端同士
をねじ込みにより直接接続することで行われる。ＦＲＰ
製のねじ継手を使用する場合も、鋼製ねじ継手の場合と
同様に、ねじ締付け時、気密性確保のため、雄ねじと雌
ねじ間にコンパウンドと呼ばれる潤滑剤を使用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＦＲＰ製の
ねじ継手の場合、コンパウンドを使用してねじ継手付の
ＦＲＰ管を接続し、油井中である期間使用すると、油井
の高温環境によりコンパウンドが固着してしまい、取り
はずしのためのトルク（ブレークトルク）が増大し、ね
じがはずせない、或いは無理にねじを戻そうとすると、
ねじ部を損傷するか、場合によってはＦＲＰ管本体を破
壊するといった問題点を生じていた。この問題を解決す
るため、先に、本発明者らは、ねじ面に金属めっきを施
して潤滑性を高めることにより、コンパウンドの固着を
防止することを提案した（特開昭６３−２９３３８４号
公報参照）。この手段は、実用上の効果は認められたも
のの、製造工程にめっき工程が加わるため、コストが嵩
むという別の難点があった。本発明は、上述した従来技
術の問題点を解決しようとするもので、その具体的な目
的は、使用に供した後、容易に取り外すことができ、且
つ経済的に製造可能なねじ継手付ＦＲＰ管を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々検討した結果、継手部のねじ形成部分
のマトリックス樹脂に、黒鉛、二硫化モリブデン、タル
ク、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹
脂から選んだ１種もしくは２種以上の材料の粉末を、体
積比率で１０〜５０％含有させることにより、ブレーク
トルクを低下させ、一定期間使用した後でもＦＲＰ管を
傷つけることなく取り外せることを見出した。

【０００７】ここに、本発明は、両端にねじ継手部を有
するＦＲＰ管であって、少なくとも一方のねじ継手部の
ねじ形成部分のマトリックス樹脂が、黒鉛、二硫化モリ
ブデン、タルク、およびＰＴＦＥ樹脂から選んだ１種も
しくは２種以上の材料の粉末を、体積比率で１０〜５０
％含有することを特徴とする、ねじ継手付ＦＲＰ管であ
る。

【０００８】

【作用】本発明のねじ継手付ＦＲＰ管はブレークトルク
が低く、油井管として一定期間使用した後も容易にねじ
を戻して取り外すことができる。その理由は、ねじ形成
部分のマトリックス樹脂に添加した上記の粉末がねじ表
面において潤滑剤として作用し、静摩擦係数が低下する
ためであると考えられる。

【０００９】本発明のねじ継手付ＦＲＰ管は、油井管用
に限られるものではなく、例えば、温泉配管、化学プラ
ント配管などの他の用途向けのものにも適用できる。但
し、本発明のねじ継手付ＦＲＰ管の特徴は、高温での使
用後に再使用のために容易に取り外しできることである
ので、特に再使用されることの多い油井管に好適である
。

【００１０】ねじ継手付ＦＲＰ管の１例として、図１に
、ＡＰＩ規格に適合した油井管用のねじ継手付ＦＲＰ管
の例を、寸法入りの断面で示す。この例では、図の左側
の管端部に雄ねじが、右側の管端に雌ねじが、いずれも
３　１／２　ＥＵＥラウンドネジの規格の形状で形成さ
れている。図２は雄ねじ部の部分拡大断面図、図３は雌
ねじ部の部分拡大断面図であり、図２および図３に斜線
で示した部分がねじ形成部分である。通常は、図１に示
すように、ＦＲＰ管の一端に雄ねじを、他端には、この
雄ねじに合致した寸法の雌ねじを設けて、１種類のねじ
継手付ＦＲＰ管で次々に接続可能であるようにするが、
場合によっては、両端ともに雄ねじまたは雌ねじを設け
てもよく、管端のねじの種類は限定されない。

【００１１】かかる構造のねじ継手付ＦＲＰ管自体は周
知であり、その製造方法や使用材料（マトリックス樹脂
と強化用繊維）　についても当業者にはよく知られてい
るので、詳しい説明は省略する。従来公知の各種の方法
ならびに樹脂および強化用繊維材料を用いて、本発明の
ねじ継手付ＦＲＰ管を製造することができる。例えば、
管本体の成形は、フィラメントワインディング（ＦＷ）
法やテープラッピング法が好都合である。マトリックス
樹脂は通常は熱硬化性樹脂であり、強化用繊維はガラス
繊維が最も一般的であるが、炭素繊維や各種有機繊維（
アラミド繊維など）を用いることもできる。

【００１２】雄ねじおよび雌ねじの形成も、従来より公
知の適当な方法を利用して行うことができる。例えば、
雄ねじは、機械的研削加工によって形成することができ
る。雌ねじは、ＦＷ法によるＦＲＰ管の成形時に、金型
として雄ねじ付マンドレルを使用して成形と同時に雌ね
じを形成することができる。カップリングの場合には、
雄ねじ同様、研削加工によって雌ねじを形成してもよい
。

【００１３】本発明の特徴は、少なくとも一方のねじ継
手部のねじ形成部分（即ち、図２および図３の斜線部）
のマトリックス樹脂に、黒鉛、二硫化モリブデン、タル
ク、およびＰＴＦＥ樹脂から選んだ１種もしくは２種以
上の材料の粉末を、体積比率で１０〜５０％含有させた
点にある。従って、ＦＲＰ管の製造中、両端のねじの形
成が予定される部分（図１の１点鎖線が通っている部分
）の少なくとも片方を成形する時に、上記粉末材料が添
加されたマトリックス樹脂を用いて成形を行う。それ以
外は、従来のねじ継手付ＦＲＰ管と同様の方法で製造す
ればよい。

【００１４】マトリックス樹脂への粉末材料の添加量を
１０〜５０　ｖｏｌ％と限定した理由は、添加量１０　
ｖｏｌ％未満ではブレークトルクの低下効果が認められ
ず、一方５０ｖｏｌ％を超えて添加すると、添加量が多
くなり過ぎて樹脂量が不足し、強度が低下するため、ね
じそのものの欠陥が発生し易くなり、さらに損傷を受け
るとねじが欠け易くなるからである。好ましい添加量は
、１５〜３０　ｖｏｌ％である。なお、粉末材料の添加
量は、樹脂と粉末との合計量に基づく粉末の割合である
。添加粉末の種類については、種々検討したが、黒鉛、
二硫化モリブデン、タルク（即ち、含水けい酸マグネシ
ウム）、およびＰＴＦＥ樹脂の４種類が有効であること
が認められた。この４種類の材料のそれぞれ単独でも、または２種類以
上を混合して添加してもよい。添加粉末の粒径は限定さ
れないが、タルクを除いて通常は１０μｍ以下が好まし
い。

【００１５】この添加粉末は、ＦＲＰ管の両側のねじ形
成部分に添加した方が、ブレークトルクの低下効果が高
くなるが、雄ねじ又は雌ねじの片方のねじ形成部分のみ
に添加することでも、ブレークトルク低下効果はある程
度得られ、使用後のねじの締め戻しが容易となり、本発
明の目的が達成される。また、マトリックス樹脂に上記
の添加粉末を加えるのは、ねじ形成部分のみであり、Ｆ
ＲＰ管本体を成形するためのマトリックス樹脂には添加
しない。これは、添加粉末を多く入れると、パイプ本体
の性能（内圧強度）が低下する傾向があるからである。但し、パイプ本体の性能に悪影響を及ぼさない少量であ
れば、上記粉末をＦＲＰ管本体を成形するためのマトリ
ックス樹脂に添加することは構わない。

【００１６】ねじ形成部分のマトリックス樹脂としては
、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエス
テル樹脂などのＦＲＰ管に多用されている樹脂種を使用
することもできるが、特に熱変形温度が１５０℃以上の
耐熱樹脂、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、
ビスマレイミド樹脂、コプナ樹脂（縮合型多環芳香族樹
脂）、耐熱エポキシ樹脂などを使用した場合に、ブレー
クトルク低下効果が大きくなることが判明した。従って
、このような耐熱樹脂を、少なくともねじ形成部分のマ
トリックス樹脂に使用することが好ましい。耐熱樹脂は
、ねじ形成部分を含むＦＲＰ管全体のマトリックス樹脂
として使用しても構わない。耐熱樹脂の使用が好ましい
理由は、ブレークトルクが増大する原因の一つが、実環
境下での使用温度（５０〜１００℃）によるねじ部分で
のクリープ変形にあることが判明しており、耐熱樹脂を
使用することによりクリープ変形を小さく抑えられるた
めと推定される。

【００１７】

【実施例】次に実施例により本発明をより具体的に例示
する。図１に示した形状および寸法を持つねじ継手付Ｆ
ＲＰ管を、下記の製造条件で製造した。管成形はＦＷ法
により行い、雌ねじ部については管成形時に雄ねじ部付
マンドレル金型を用いて同時に成形した。一方、雄ねじ
部は、砥石による研削加工で形成した。

【００１８】製造条件（１）　管本体部のマトリックス樹脂：エポキシ樹脂（
商品名：エピコート８２８、油化シェルエポキシ製）を
主剤、酸無水物（商品名：ＨＮ−２２００、日立化成製
）を硬化剤とし、これらを１００／８０の重量比で混合
したもの。

【００１９】（２）　繊維：ガラスロービング（商品名
：グラスロンＲ−１１５０、旭ファイバーグラス製）。（３）　ねじ継手の形状：ＡＰＩ規格に適合する８ラウ
ンドねじ（８山／インチ）。寸法は図２および図３の通
り。（４）　ねじ形成部分のマトリックス樹脂：（ａ）　エ
ポキシ樹脂：管本体部のマトリックス樹脂と同じもの。熱変形温度１３５℃。（ｂ）　コプナ樹脂：ナフタレンとパラキシレングリコ
ールを酸触媒下で縮重合させて得た縮合型多環芳香族樹
脂。熱変形温度２５５℃。（ｃ）　耐熱エポキシ樹脂：商品名：スミエポキシＥＬ
Ｍ−１００、住友化学製を主剤、芳香族アミン（商品名
：アンカミン１４８２、アンカ−ケミカル社製）を１０
０／３２の重量比で混合したもの。熱変形温度２１０℃。（５）　ねじ形成部分のマトリックス樹脂に添加した粉
末：（ａ）　黒鉛：商品名：ＵＦＧ−１０、昭和電工製
、平均粒径４μｍ（ｂ）　二硫化モリブデン：商品名：モリパウダーＰＢ
、住鉱潤滑剤製、平均粒径１０μｍ（ｃ）　タルク：日本タルク製、平均粒径４４μｍ（ｄ
）　ＰＴＦＥ：商品名：ルブロンＬ−２、ダイキン工業
製、平均粒径５μｍ（６）　雌ねじ成形方法：ねじ形成部用のマトリックス
樹脂に規定量の添加粉末を均一に混合した後、ＦＲＰ管
本体の成形に先だって、この粉末含有マトリックス樹脂
をマンドレル金型の雄ねじ部表面に、ねじ山を埋めるよ
うに塗布する。次いで、チョップドストランドマットあ
るいはサーフェスマット等のガラス短繊維で上記マトリ
ックス樹脂を保持する。その後、管本体部用の樹脂含浸
ガラスロービングを用いてＦＷ法で雌ねじ継手部および
管本体部を成形する。（７）　雄ねじ成形方法：ＦＷ法による巻付けで管本体
部を成形している途中で、雄ねじ形成予定部分に差し掛
かった時に、ガラスロービングによるＦＷを停止し、チ
ョップドストランドマットまたはサーフェスマット等の
ガラス短繊維基材に上記（６）　と同様の添加粉末を均
一に混合したねじ形成部用のマトリックス樹脂を含浸さ
せたもので巻付けを行い、その部分のみ熱風などで加熱
して半硬化させた後、ＦＷを継続する。成形終了後、パ
イプ全体を加熱して硬化させ、次いで脱型した後、ダイ
ヤモンド研削砥石で雄ねじ加工を行う。

【００２０】表１に、ねじ形成部分のマトリックス樹脂
の種類、このマトリックス樹脂に添加した粉末の種類お
よび添加量、ならびに粉末含有マトリックス樹脂を適用
したねじ部を表示する。

【００２１】得られたねじ継手付ＦＲＰ管のブレークト
ルク値を次の条件で測定した。試験条件供試パイプから雄ねじ部と雌ねじ部を切り出し、コンパ
ウンド　（Ｌ．Ｏ．Ｒ．＃１０５：米国ＯＣＲ社製）を
ねじ面に塗布して、ＡＰＩに規定される２４０　Ｆｏｏ
ｔ−Ｐｏｕｎｄｓ（約３３　ｋｇ−ｍ）のトルクで締付
ける。次いで、軸方向に５　トンの引張荷重をかけ、そ
のまま　２００°Ｆ（約９３℃）　の恒温槽中に３ヶ月
間放置し、その後、締め戻して、締め戻しに必要なトル
ク値を測定する。結果を表２に示す。同表には、締め戻
し後のねじ部の状況も併せて示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】表２から明らかなように、本発明により、
黒鉛、二硫化モリブデン、タルク、ＰＴＦＥ樹脂の少な
くとも１種の粉末をねじ形成部分のマトリックス樹脂に
規定範囲内の量で添加した場合には、無添加の比較例３
に比べて、ブレークトルク値が著しく低下し、容易に締
め戻すことができ、しかも締め戻し後のねじ部は無きず
で健全であり、ＦＲＰ管を再使用することができる。実
施例１〜３の結果を比較すると、雄ねじと雌ねじの両方
に粉末を添加した方がブレークトルク値がより低くなり
、より有効であることが分かる。粉末の添加量が１０ｖ
ｏｌ％未満であると（比較例１）、ブレークトルクの低
下が十分でなく、締め戻し後のねじ部に異常が認められ
た。一方、粉末の添加量が５０　ｖｏｌ％を超えると（
比較例２）、ブレークトルクは十分に低下したが、樹脂
量が少なすぎるためにねじ部が脆くなり、いずれのねじ
部も使用前に既にねじ欠けが発生していた。そのため、
比較例に示したねじ継手付ＦＲＰ管は、ある期間使用し
た後に、締め戻して、再使用することはできない。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明および例証したように、本発
明のねじ継手付ＦＲＰ管は、ねじ部分に摺動性のよい粉
末材料を存在させることにより、ある期間使用後も容易
に締め戻しができ、締め戻し時にねじ継手部や管本体を
損傷する恐れがない。従って、特に管を長く接続して使
用した後、取外して再使用に供される原油・天然ガス掘
削用油井管として極めて好適である。また、本発明のね
じ継手付ＦＲＰ管は、工程の追加や大幅な変更を必要と
せず、従来の装置を利用して製造できるので、経済的で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】油井管用ねじ継手付ＦＲＰ管の形状および寸法
を示す縦断面図である。

【図２】図１のＦＲＰ管の雄ねじ形成部の寸法を示す部
分拡大断面図である。

【図３】図１のＦＲＰ管の雌ねじ形成部の寸法を示す部
分拡大断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　両端にねじ継手部を有するＦＲＰ管で
あって、少なくとも一方のねじ継手部のねじ形成部分の
マトリックス樹脂が、黒鉛、二硫化モリブデン、タルク
、およびポリテトラフルオロエチレン樹脂から選んだ１
種もしくは２種以上の材料の粉末を、体積比率で１０〜
５０％含有することを特徴とする、ねじ継手付ＦＲＰ管
。
【請求項２】　　ねじ継手部のねじ形成部分のマトリッ
クス樹脂が、１５０℃以上の熱変形温度を有する耐熱樹
脂であることを特徴とする、請求項１記載のねじ継手付
ＦＲＰ管。