JPH04362388A - 皮膜密着性及び耐隙間腐食性に優れた管継手 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管、特に高合金からな
る油井管の配管にあたり、同種の管材（カップリング材
も含めて言う）を継ぐ場合に生じる隙間腐食を防止した
管継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】油井においては、各種金属管材からなる
油井管が原油や天然ガスの採取・生産のため、地盤の表
面に垂直、あるいは垂直に近い角度にて地下数千ｍに及
んで配管される。前記油井管としては、原油および天然
ガスを地下の産出層から地上に導くためのチュービング
、掘られた井戸の保護のために前記チュービングの周囲
に設けられるケーシング、石油二次回収用のスチームイ
ンジェクションパイプおよびＣＯ２配管等の管材が含ま
れる。したがって、本明細書における「油井管」は、こ
れらの全ての管を含んで言う。

【０００３】かかる油井管においては、近年、資源減少
のため苛酷な環境での原料生産を余儀無くされている。 すなわち、高温状態でしかも炭酸ガスや硫化水素等を高
濃度で含有するような環境下での原油等の採取・輸送が
行われている。そこでかかる環境条件に耐えるため、従
来の油井管よりＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等の元素の含有量を高
めたりあるいはその他に希土類元素等を加えたいわゆる
高合金油井管の使用が増加しつつある。かかる高合金油
井管の使用により耐全面腐食性、耐応力腐食割れ性等に
ついてはほとんど問題なくなった。

【０００４】他方、油井管で原油等を輸送する過程で同
材質の油井管同士をネジ継手構造により連結する際に、
油井管同士を完全に密接してシールすることは実際上不
可能であり、不可避的に継手の先端部分には周囲が高合
金からなり、一方が腐食環境に開いた隙間が存在するこ
とになる。

【０００５】ところで、ネジ継手構造部分に上記隙間が
存在すると、この隙間部では液体の流動がほとんどない
ため、鉄等の金属が腐食されて生じた水素イオン等が高
濃度で溜まりやすく、ｐＨが非常に低下し、母材部より
激しい腐食が生じる。すなわち隙間腐食は母材部の腐食
環境より弱い環境下でも発生する。この隙間腐食が生じ
ると、応力腐食割れに発展する危険があるとともに、シ
ール面を侵食することにより継手としての重要機能であ
るシール性を損なう結果となる。

【０００６】従来、かかる隙間腐食を防止する方法とし
ては耐食性が非常に良好な材料を継手部に用いる方法が
ある。このような材料としては例えば、炭酸ガス環境で
は、Ｃｒを７．５％以上含む９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、１３Ｃ
ｒ鋼、２相ステンレス等がある。また硫化水素環境下で
はＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏを多く含む、例えば、ＵＮＳ　ＮＯ
　Ｓ３１８０３　（２２Ｃｒ−５Ｎｉ−３Ｍｏ−０．１
Ｎ…２相ステンレス）、ＵＮＳ　ＮＯ８８２５　（２２
Ｃｒ−４２Ｎｉ−３Ｍｏ）、ＵＮＳ　ＮＯ６９７５（２
５Ｃｒ−５０Ｎｉ−６Ｍｏ）、Ｔｉ、Ｔｉ合金等が挙げ
られる。

【０００７】また、例えば特開平１−１９９０８８号公
報では、重量％でＣｒを７．５％以上含有する同一材質
同士の油井管のネジ継手部分に１〜１００　μｍの非金
属層を被覆することにより、腐食環境から遮断し、隙間
腐食を防止することを開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、隙間を
有する連結構造においては、その隙間部において生じた
Ｆｅイオン、水素イオンＨ＋　が溜まり易く、水和イオ
ンＦｅＯＨ＋　の生成も加わり、ｐＨが著しく低下し、
激しい腐食が生じる。したがって、上記に例示したよう
な耐食性が非常に良好な材料を使用したとしても、高合
金材料の耐食限界の様な厳しい腐食環境下では、かかる
隙間腐食に耐えることができないことが多い。

【０００９】また、上記公報技術に従って被覆する非金
属層を、導体と絶縁物とに分けて考えると、導体により
被覆したとしても、全く貫通孔の存在しない無欠陥の皮
膜形成は事実上不可能で、通常かなり多量の貫通孔が生
成されるので、その皮膜欠陥部の腐食が促進されること
を防止できない。一方、絶縁物で被覆した場合でも、そ
の被覆の被覆率次第ではやはり隙間腐食を生じ、いずれ
にしても上記公報技術では隙間腐食を充分に防止できな
い。

【００１０】他方、かかる皮膜欠陥部を減少させるには
皮膜の厚みを大きくして貫通孔数を減少させればよいと
も考えられるが、皮膜厚みの増大は母材への密着性の低
下を招き、継手締結時等に、母材と皮膜とのヤング率の
相違に起因する剪断応力等により皮膜が剥離するおそれ
がある。

【００１１】そこで本発明の課題は、高合金等の油井管
を継ぐ場合に生じる隙間腐食を有効に防止し得る皮膜密
着性および耐隙間腐食性を兼ね備えた管継手を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題は、Ｃｒを７．
５重量％以上含有する高耐食性金属管材が直接あるいは
カップリング材を介して螺合連結される連結構造におい
て、シール面を含め管が直接環境に曝される管端部分を
、被覆率９９％以上、厚み０．４μｍ以上、１μｍ未満
の絶縁性皮膜で被覆したことで解決できる。

【００１３】さらに、Ｃｒを７．５重量％以上含有する
高耐食性金属管材が直接あるいはカップリング材を介し
て螺合連結される連結構造において、シール面を含め管
が直接環境に曝される管端部分を、ＴｉＮまたはＴｉＣ
で０．４〜５μｍの下地処理をした上に、被覆率９９％
以上、厚み０．４〜５μｍの絶縁性皮膜層を被覆してな
る二重層あるいはそれらを反復積層してなる多重層を有
することでも解決できる。なお、本発明において、管と
しては油井管のみに限定されることはなく、例えば海水
および土壌運搬用パイプライン、プラント用パイプライ
ン等にも適用し得る。

【００１４】次に上記手段についてより詳細に説明する
。本発明では、上述したように、無欠陥コーティングは
事実上不可能であり、皮膜にピンホール等の欠陥が生じ
ることは避け得ないものであることを前提とし、その代
わりに重要なことは、コーティング後における以下に定
義される被覆率であり、この被覆率が９９％以上で、厚
み０．４μｍ以上で１μｍ未満の絶縁性皮膜で被覆する
こととした。そこでこの絶縁性皮膜のコーティング条件
、絶縁部位の限定、密着性の向上について次に説明する
。

【００１５】（１）絶縁コーティングの条件被覆率（％
）は、母材のみが溶解しうるような液中において、定電
位分極によりその電流をモニターすることにより得られ
る次の式で定義される。

【００１６】

【数１】

【００１７】なお、ここでいう絶縁性皮膜は１０８　Ω
ｃｍ以上の比抵抗をもつものをいい、具体的にはＡｌ２
Ｏ３　、Ｓｉ３Ｎ４　等である。

【００１８】（２）絶縁性皮膜部位の限定この種の連結
構造としては、図１に示すように、管材１とカップリン
グ２とが螺合連結されるカップリングタイプと、図２に
示すように、管材３と管材４とを直接螺合連結するアプ
セットタイプがある。いずれにしても、本発明では、Ａ
〜Ｄの部分を、図３〜図６に示すように、隙間部分にお
いてシール面を含めて直接環境に晒される部分を、絶縁
性皮膜１０により被覆する。この絶縁性皮膜１０は隙間
部に施すのが必要条件であるが、この部位のみをコーテ
ィングするのは実際上困難であり、他の部分（シール面
）にもコーティングされていても目的を達成できる。

【００１９】（３）密着性の向上 絶縁性皮膜を形成する前に予め、ＴｉＮまたはＴｉＣで
下地コーティングすることにより母材および絶縁性皮膜
材料との密着性を向上させ、これにより絶縁性皮膜の剥
離を防止し、皮膜全体の密着性を向上させることができ
る。ＴｉＮまたはＴｉＣのコーティングと絶縁性皮膜の
コーティングを繰り返すことにより、多層化してもよく
、これにより、密着性がより高い厚肉皮膜が得られる。

【００２０】

【作用】本発明では、ネジ継手の隙間部に被覆率が９９
％以上の絶縁性皮膜を形成しているため、薄くても電流
の導通が充分遮断されるため、金属イオン等の蓄積によ
る腐食を防止できる。この場合、その皮膜厚みが０．４
μｍ未満では前記皮膜欠陥が直接的に腐食に大きく作用
することになる。他方で、皮膜厚みが１μｍ以上では、
母材である金属管への密着性が低下してしまう。そこで
本発明により、皮膜厚みを０．４以上、１μｍ未満とす
ることにより、隙間腐食効果と皮膜密着性を兼備した絶
縁性皮膜を得ることができる。他方、このように薄い皮
膜でも腐食防止効果が得られるため、ネジ継手部の寸法
を高精度として、継手の最重要機能であるシール性を充
分に確保することができる。

【００２１】さらに、本発明に従って、予め上記絶縁性
皮膜を形成する前に、ＴｉＮやＴｉＣを下地コーティン
グすることにより、密着力をより向上させることができ
る結果、ある程度絶縁性皮膜の厚みを厚くすることがで
き、耐隙間腐食性をより向上させることもできる。しか
し、下地コーティングの厚さが０．４μｍ未満ではその
効果が得られず、５μｍ超えるとその効果は消失する。 また、絶縁性皮膜が５μｍを超えると下地皮膜を設けて
も剥離してしまう。またさらに、この二重層を反復積層
する場合、その合計厚さが１５μｍを超えると剥離し易
くなるので、かかる場合の合計厚さは１５μｍ以下とす
るのが望ましい。なお、上記したように多層コーティン
グを施したものでも、最外層に絶縁コーティングがあれ
ば、より好適に上記作用効果を奏しうる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を高合金油井管に適用した場合
の具体例について詳説する。まず、ＰＶＤ（イオンプレ
ーティング、スパッタリング、真空蒸着、溶射等）、Ｃ
ＶＤ、プラズマＣＶＤ等で絶縁性皮膜材をコーティング
した材料を作成した。母材として、８０ｋｓｉ　グレー
ドの９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼およびＡＩＳＩ４２０（１３Ｃｒ
鋼）、１１０ｋｓｉグレードのＵＮＳ　ＮＯＳ３１８０
３（２２Ｃｒ−５Ｎｉ−３Ｍｏ−０．１Ｎ…２相ステン
レス）、ＵＮＳＮＯ８８２５（２２Ｃｒ−４２Ｎｉ−３
Ｍｏ）、ＵＮＳ　ＮＯ６９７５（２５Ｃｒ−５０Ｎｉ−
６Ｍｏ）を使用した。また絶縁性皮膜材としては、ＰＶ
Ｄ：Ａｌ２　Ｏ３　、ＣＶＤ：Ｓｉ３　Ｎ４　、溶射：
Ａｌ２　Ｏ３　を用いた。比較として、皮膜なしおよび
導電性のＴｉＮコーティング材も用いた。 ■被覆率の測定 母材のみが溶解しうるような液中（例えば、炭素鋼は５
％Ｈ２　ＳＯ４　）において、定電位分極によりその電
流をモニターし、前述の被覆率の定義式により、被覆率
を求めた。 ■腐食実験 炭酸ガス環境（３０気圧ＣＯ２　、５％ＮａＣｌ）で７
２０時間、および硫化水素ガス環境（１０気圧Ｈ２　Ｓ
＋１０ａｔｍ　ＣＯ２、５％ＮａＣｌ＋０．５％ＣＨ３
　ＣＯＯＨ）で７２０時間の腐食実験をそれぞれ行った
。

【００２３】本腐食実験に供した試験片としては、図７
に示すように、金属管材用材料５に絶縁性皮膜１０をコ
ーティングした供試材を２枚重ね合わせボルト６で締結
したものを使用した。 ■密着性の評価 密着性はスクラッチテストで評価した。スクラッチテス
トは、ダイヤモンドチップを用いて荷重１５０ＮまでＡ
Ｅ（アコースティックエミッション）、すなわち、皮膜
剥離を生じないものを良好とした。上記■〜■の結果を
表１および表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１・表２から明らかなように、本発明に
より規定される絶縁性皮膜を形成することにより、皮膜
密着性および耐隙間腐食性の双方に優れたものとなるこ
とが判る。

【００２７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、同種金属
管材を継ぐ場合の継手部に生じる隙間腐食を確実に防止
できる。また、シール性に影響を及ぼすネジ部寸法の高
精度維持が可能でかつ絶縁性皮膜の密着性向上が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カップリングタイプの連結構造を示す縦断面図
である。

【図２】アプセットタイプの連結構造を示す縦断面図で
ある。

【図３】図１のＡ部の拡大図である。

【図４】図１のＢ部の拡大図である。

【図５】図２のＣ部の拡大図である。

【図６】図２のＤ部の拡大図である。

【図７】腐食試験における試験片の斜視図である。

【符号の説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃｒを７．５重量％以上含有する高耐食性
   金属管材が直接あるいはカップリング材を介して螺合連
   結される連結構造において、シール面を含め管が直接環
   境に曝される管端部分を、被覆率９９％以上、厚み０．
   ４μｍ以上、１μｍ未満の絶縁性皮膜で被覆したことを
   特徴とする皮膜密着性及び耐隙間腐食性に優れた管継手
   。
2. 【請求項２】Ｃｒを７．５重量％以上含有する高耐食性
   金属管材が直接あるいはカップリング材を介して螺合連
   結される連結構造において、シール面を含め管が直接環
   境に曝される管端部分を、ＴｉＮまたはＴｉＣで０．４
   〜５μｍの下地処理をした上に、被覆率９９％以上、厚
   み０．４〜５μｍの絶縁性皮膜層を被覆してなる二重層
   あるいはそれらを反復積層してなる多重層を有すること
   を特徴とする皮膜密着性及び耐隙間腐食性に優れた管継
   手。