JPH06281060A - トルク抵抗の優れたドリルパイプ継手 - Google Patents
トルク抵抗の優れたドリルパイプ継手Info
- Publication number
- JPH06281060A JPH06281060A JP7310493A JP7310493A JPH06281060A JP H06281060 A JPH06281060 A JP H06281060A JP 7310493 A JP7310493 A JP 7310493A JP 7310493 A JP7310493 A JP 7310493A JP H06281060 A JPH06281060 A JP H06281060A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pin
- torque
- drill pipe
- screw
- box
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 油井又はガス井および地熱井における傾斜・
水平掘技術の普及に伴い、トルク抵抗の高いドリルパイ
プネジ継手の需要に対応した継手を提供する。 【構成】 内面に雌ネジを加工したボックスと、外面に
雄ネジを加工したピン、さらに第３の部品としてボック
ス雌ネジ最奥部にトルクリングを配置したドリルパイプ
継手において、そのネジ継手締込み最終段階でピン先端
がトルクリングをボックスネジ最奥部のネジ無し内面テ
ーパ部に沿って押し込んでいく機能を有し、押し込みが
進むにつれトルク抵抗が上昇していく構造を具備したド
リルパイプネジ継手。 【効果】 高いトルク負荷に対してもショルダー近傍に
疲労寿命に有害な引張応力を発生させない、高トルク・
高疲労強度を兼備したパイプ継手を提供する。
水平掘技術の普及に伴い、トルク抵抗の高いドリルパイ
プネジ継手の需要に対応した継手を提供する。 【構成】 内面に雌ネジを加工したボックスと、外面に
雄ネジを加工したピン、さらに第３の部品としてボック
ス雌ネジ最奥部にトルクリングを配置したドリルパイプ
継手において、そのネジ継手締込み最終段階でピン先端
がトルクリングをボックスネジ最奥部のネジ無し内面テ
ーパ部に沿って押し込んでいく機能を有し、押し込みが
進むにつれトルク抵抗が上昇していく構造を具備したド
リルパイプネジ継手。 【効果】 高いトルク負荷に対してもショルダー近傍に
疲労寿命に有害な引張応力を発生させない、高トルク・
高疲労強度を兼備したパイプ継手を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、油又はガス井および
地熱井等の傾斜・水平坑井において、最近とみにニーズ
が高まってきた高トルク抵抗を具備した掘削用ドリルパ
イプ継手に関するものである。
地熱井等の傾斜・水平坑井において、最近とみにニーズ
が高まってきた高トルク抵抗を具備した掘削用ドリルパ
イプ継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】掘削用ドリルパイプ継手は、ＡＰＩで規
格化されており、数種の形状がある。細部形状は異なる
が、概ね図５のような形状をしている。ドリルパイプＡ
は図４のように地層掘削用ビットＢと地表のロータリテ
ーブルＣをつなぐシャフトでビットに回転力を伝達する
役目を担っている。坑井掘削では、ドリルパイプと坑壁
との接触摩擦によりトルクロスが生じ、これが大きくな
ると地表からは大きな伝達トルクが必要となる。近年盛
んになってきた水平掘り技術では、図３に示すようにド
リルパイプＡの重量が直接坑壁Ｄに作用し、接触摩擦力
が大きくなる為、地表からの伝達トルクは増々増加の傾
向にある。この為地表附近のドリルパイプには時に過剰
なトルク負荷がかかり、捩り破損の心配がでてきた。
格化されており、数種の形状がある。細部形状は異なる
が、概ね図５のような形状をしている。ドリルパイプＡ
は図４のように地層掘削用ビットＢと地表のロータリテ
ーブルＣをつなぐシャフトでビットに回転力を伝達する
役目を担っている。坑井掘削では、ドリルパイプと坑壁
との接触摩擦によりトルクロスが生じ、これが大きくな
ると地表からは大きな伝達トルクが必要となる。近年盛
んになってきた水平掘り技術では、図３に示すようにド
リルパイプＡの重量が直接坑壁Ｄに作用し、接触摩擦力
が大きくなる為、地表からの伝達トルクは増々増加の傾
向にある。この為地表附近のドリルパイプには時に過剰
なトルク負荷がかかり、捩り破損の心配がでてきた。
【０００３】通常、ドリルパイプ母管の捩り強度は、材
料自身のせん断降伏に依存している為、接触摩擦力に依
存する継手捩り強度より圧倒的に大きく、捩り破損の危
険は継手にある。従って、継手の捩り強度をドリルパイ
プの捩り強度に近づける工夫が求められている。継手の
トルク抵抗を高めるには、トルクショルダー部の接触抵
抗を高めるか、ネジ部の接触抵抗を高めるか２通りの方
法がある。最近の発明（米国特許４５４８４３１；“Ｔ
ｏｏｌ Ｊｏｉｎｔ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ／ｅ
ｘｔｅｒｎａｌ ｍａｋｅ−ｕｐ ｓｈｏｕｌｄｅｒ
ｓ”）では、図２のように継手の外側の第１トルクショ
ルダー９，１０のほかに内側にも第２のトルクショルダ
ー４を設け、ショルダー抵抗を２倍にする方法が提案さ
れている。該発明により、需要家の一次要求には応えら
れたと思われるが、ドリルパイプには、トルク抵抗の他
に充分な回転曲げ疲労強度を具備していることも望まれ
る。
料自身のせん断降伏に依存している為、接触摩擦力に依
存する継手捩り強度より圧倒的に大きく、捩り破損の危
険は継手にある。従って、継手の捩り強度をドリルパイ
プの捩り強度に近づける工夫が求められている。継手の
トルク抵抗を高めるには、トルクショルダー部の接触抵
抗を高めるか、ネジ部の接触抵抗を高めるか２通りの方
法がある。最近の発明（米国特許４５４８４３１；“Ｔ
ｏｏｌ Ｊｏｉｎｔ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｌ／ｅ
ｘｔｅｒｎａｌ ｍａｋｅ−ｕｐ ｓｈｏｕｌｄｅｒ
ｓ”）では、図２のように継手の外側の第１トルクショ
ルダー９，１０のほかに内側にも第２のトルクショルダ
ー４を設け、ショルダー抵抗を２倍にする方法が提案さ
れている。該発明により、需要家の一次要求には応えら
れたと思われるが、ドリルパイプには、トルク抵抗の他
に充分な回転曲げ疲労強度を具備していることも望まれ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の先行発
明では、高トルク負荷時の過度の継手締込みにより、内
側ショルダー・コーナ部１１に過剰な引張応力が発生
し、使用中の疲労破壊の危険を内在している。従って、
第２のショルダー構成にさらなる工夫が必要である。本
発明は、かかる背景に鑑みて、高締込みトルクを与えて
も、継手の疲労強度が低下しない、油井用掘削継手を提
供することを目的とする。
明では、高トルク負荷時の過度の継手締込みにより、内
側ショルダー・コーナ部１１に過剰な引張応力が発生
し、使用中の疲労破壊の危険を内在している。従って、
第２のショルダー構成にさらなる工夫が必要である。本
発明は、かかる背景に鑑みて、高締込みトルクを与えて
も、継手の疲労強度が低下しない、油井用掘削継手を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のネジ継手の主要
な構成は、図１のように雌ネジ７を備えたボックス１
（カラーとも呼ぶ）と、外面に雄ネジ８を加工したピン
２及び第３の部品としての、ボックス雌ネジ７の最奥部
に配置したトルクリング３の組合せにより構成される。
具体的には、内面に雌ネジ部７をもち先端部にネジ無し
衝接部９をもつボックス１と、外面に雄ネジ８をもちネ
ジの始端部に前記ボックス側の衝接部９が接触すべき肩
部１０をもつピン２からなっており、且つピンの先端部
を切り欠いて衝接部４を形成するとともに、このピン２
の衝接部４とボックス１のネジ後端に形成したネジ無し
テーパ部６の空間に、略その形状に合致するトルクリン
グ３を装着したドリルパイプ継手である。従って、前記
トルクリング３は図のようにテーパ部に沿う形状である
ため、外面が傾斜部３ａをもった楔型の断面となってい
る。また、ボックス１先端下面５とピン２の同嵌合面は
滑らかな接触状態としている。
な構成は、図１のように雌ネジ７を備えたボックス１
（カラーとも呼ぶ）と、外面に雄ネジ８を加工したピン
２及び第３の部品としての、ボックス雌ネジ７の最奥部
に配置したトルクリング３の組合せにより構成される。
具体的には、内面に雌ネジ部７をもち先端部にネジ無し
衝接部９をもつボックス１と、外面に雄ネジ８をもちネ
ジの始端部に前記ボックス側の衝接部９が接触すべき肩
部１０をもつピン２からなっており、且つピンの先端部
を切り欠いて衝接部４を形成するとともに、このピン２
の衝接部４とボックス１のネジ後端に形成したネジ無し
テーパ部６の空間に、略その形状に合致するトルクリン
グ３を装着したドリルパイプ継手である。従って、前記
トルクリング３は図のようにテーパ部に沿う形状である
ため、外面が傾斜部３ａをもった楔型の断面となってい
る。また、ボックス１先端下面５とピン２の同嵌合面は
滑らかな接触状態としている。
【０００６】トルクリング３は、ボックスネジ最奥部の
設置状態において、テーパ部６の開始端Ｒをとり過度の
応力集中を生じないようにする。又、トルクリングの材
質は、継手の締込み、緩めの繰返し使用に対しても、確
実な反発力を持続するように、高強度材料、例えばバネ
鋼やアルミニウム合金、銅合金等のような材質が望まし
い。ボックス端円筒状接触部（図１の５）のクリアラン
スは過度な干渉による応力が発生しないよう、又隙間が
あきすぎないような加工公差が望ましい。実用上は、±
０．２mm程度が適当である。
設置状態において、テーパ部６の開始端Ｒをとり過度の
応力集中を生じないようにする。又、トルクリングの材
質は、継手の締込み、緩めの繰返し使用に対しても、確
実な反発力を持続するように、高強度材料、例えばバネ
鋼やアルミニウム合金、銅合金等のような材質が望まし
い。ボックス端円筒状接触部（図１の５）のクリアラン
スは過度な干渉による応力が発生しないよう、又隙間が
あきすぎないような加工公差が望ましい。実用上は、±
０．２mm程度が適当である。
【０００７】以下に、本発明継手の使用時の効果につい
て従来継手（図２）の場合と比較しながら述べる。従来
継手は、ピン先端のストッパー部が、ボックスと一体と
なっている為、締込み完了時、ボックスネジ奥コーナー
部（１１）に引張応力が発生していた。これは、ドリル
パイプ使用時の回転曲げ作用による疲労破壊の危険性を
高めデザイン上の問題点となっていた。応力緩和グルー
ブ等、引張応力を低減する対策も提案されているが、抜
本的にゼロにする方法は、ストッパーをつくらない以外
考えつかなかった。
て従来継手（図２）の場合と比較しながら述べる。従来
継手は、ピン先端のストッパー部が、ボックスと一体と
なっている為、締込み完了時、ボックスネジ奥コーナー
部（１１）に引張応力が発生していた。これは、ドリル
パイプ使用時の回転曲げ作用による疲労破壊の危険性を
高めデザイン上の問題点となっていた。応力緩和グルー
ブ等、引張応力を低減する対策も提案されているが、抜
本的にゼロにする方法は、ストッパーをつくらない以外
考えつかなかった。
【０００８】本発明では、ボックスストッパー部を第３
の部品として切り離しているため、この心配がなくな
り、むしろ問題となる部分の応力状態は接触により圧縮
応力となり、耐疲労には好ましい構造となっている。
又、この部分を取替可能なトルクリングとした為、ドリ
ルパイプの繰返し使用に伴う接触部のへたりに対しても
部品交換で対応でき、又トルクリングのテーパ構造と弾
性を利用して、ピン先端とボックス端の同時接触の確実
性を保てる。従来継手では、ピン先端とボックス端を両
方接触させるには、厳しい加工精度が要求され、使用時
に両端の接触を利用してトルク抵抗を高めることが完璧
に行ないにくかった。まして繰返し使用で接触部が摩耗
し、どちらかのストッパーに隙間のあくことは避けられ
なかった。
の部品として切り離しているため、この心配がなくな
り、むしろ問題となる部分の応力状態は接触により圧縮
応力となり、耐疲労には好ましい構造となっている。
又、この部分を取替可能なトルクリングとした為、ドリ
ルパイプの繰返し使用に伴う接触部のへたりに対しても
部品交換で対応でき、又トルクリングのテーパ構造と弾
性を利用して、ピン先端とボックス端の同時接触の確実
性を保てる。従来継手では、ピン先端とボックス端を両
方接触させるには、厳しい加工精度が要求され、使用時
に両端の接触を利用してトルク抵抗を高めることが完璧
に行ないにくかった。まして繰返し使用で接触部が摩耗
し、どちらかのストッパーに隙間のあくことは避けられ
なかった。
【０００９】本発明継手では、ピンの締込み最終段階で
ピン先端がトルクリングに接触し、トルクリングを最初
は僅かに回転させながら押し込んでいく。これにより徐
々にトルクリングのくさび効果が大きくなりピンを押し
戻す力も大きくなり、締込みトルクは急激に高まる。こ
の間ボックス端のトルクショルダーがピン根元に接触
し、締込み位置を固定すると同時に、さらなるトルク抵
抗を生み、ダブルストッパー機能を充分に発揮する。
ピン先端がトルクリングに接触し、トルクリングを最初
は僅かに回転させながら押し込んでいく。これにより徐
々にトルクリングのくさび効果が大きくなりピンを押し
戻す力も大きくなり、締込みトルクは急激に高まる。こ
の間ボックス端のトルクショルダーがピン根元に接触
し、締込み位置を固定すると同時に、さらなるトルク抵
抗を生み、ダブルストッパー機能を充分に発揮する。
【００１０】前記は、本継手の疲労強度を低下させず、
常にダブルストッパーを保証し、高トルク抵抗が得られ
る特徴を説明したものである。次に締込み後、引張応力
負荷時の耐疲労強度維持効果について述べると、従来継
手では、使用時の引張・曲げ荷重により図２の衝接部
４，９の先端にギャップが発生し、ストッパーで受けて
いた曲げ応力が直接ピン、ボックスの根元（夫々１１、
１２）に働き、疲労寿命を低下させる。これは引張荷重
に対してピン・ボックスの両端が離れないような工夫が
ないからである。
常にダブルストッパーを保証し、高トルク抵抗が得られ
る特徴を説明したものである。次に締込み後、引張応力
負荷時の耐疲労強度維持効果について述べると、従来継
手では、使用時の引張・曲げ荷重により図２の衝接部
４，９の先端にギャップが発生し、ストッパーで受けて
いた曲げ応力が直接ピン、ボックスの根元（夫々１１、
１２）に働き、疲労寿命を低下させる。これは引張荷重
に対してピン・ボックスの両端が離れないような工夫が
ないからである。
【００１１】これに対し、本発明では引張曲げ荷重に対
して２通りの工夫がある。第一は、トルクリングにバネ
作用を期待できるため、ボックスネジ奥部（図１のＲ）
の僅かな伸びには追従でき、トルクリングとピン先端の
密着を保持できる。第二は、ボックス端円筒内面とピン
根元円筒外面を接触させているため、たとえストッパー
部に隙間があくことがあっても、このスライド円筒部で
曲げモーメントを受けることが出来、疲労破壊の危険部
図１の８に過度の曲げ応力伝達を食い止める。
して２通りの工夫がある。第一は、トルクリングにバネ
作用を期待できるため、ボックスネジ奥部（図１のＲ）
の僅かな伸びには追従でき、トルクリングとピン先端の
密着を保持できる。第二は、ボックス端円筒内面とピン
根元円筒外面を接触させているため、たとえストッパー
部に隙間があくことがあっても、このスライド円筒部で
曲げモーメントを受けることが出来、疲労破壊の危険部
図１の８に過度の曲げ応力伝達を食い止める。
【００１２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高いトル
ク負荷に対してもショルダー近傍に疲労寿命に有害な引
張応力を発生させない、高トルク・高疲労強度を兼備し
たドリルパイプ継手を得ることができる。
ク負荷に対してもショルダー近傍に疲労寿命に有害な引
張応力を発生させない、高トルク・高疲労強度を兼備し
たドリルパイプ継手を得ることができる。
【図１】本発明の継手断面を示す。
【図２】最近知られている耐トルク型のドリルパイプ継
手断面を示す。
手断面を示す。
【図３】水平坑井掘削状況と過大トルク発生を説明する
図。
図。
【図４】一般の油井掘削模式図。
【図５】一般のドリルパイプ構造を説明する図。
１ ボックス ２ ピン ３ トルクリング ４ ピンの衝接部 ５ 円筒状接触部 ６ テーパ部 ７ 雌ネジ部 ８ 雄ネジ部 ９ ネジ無し衝接部 １０ 肩部
Claims (2)
- 【請求項１】 内面に雌ネジ部（７）をもち先端部にネ
ジ無し衝接部（９）をもつボックス（１）と、外面に雄
ネジ（８）をもちネジの始端部に前記ボックス側の衝接
部（９）が接触すべき肩部（１０）をもつピン（２）か
らなるドリルパイプ継手において、ピンの先端部を切り
欠いて衝接部（４）を形成するとともに、このピンの衝
接部（４）とボックス（２）のネジ後端に形成したネジ
無しテーパ部（６）の空間に略その形状に合致するトル
クリング（３）を装着したことを特徴とするトルク抵抗
の優れたドリルパイプ継手。 - 【請求項２】 トルクリング（３）の材質が、バネ鋼、
アルミニウム合金、銅合金のいずれかであることを特徴
とする請求項１記載のトルク抵抗の優れたドリルパイプ
継手。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310493A JPH06281060A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | トルク抵抗の優れたドリルパイプ継手 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310493A JPH06281060A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | トルク抵抗の優れたドリルパイプ継手 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281060A true JPH06281060A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13508670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7310493A Withdrawn JPH06281060A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | トルク抵抗の優れたドリルパイプ継手 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281060A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013511684A (ja) * | 2009-11-18 | 2013-04-04 | ハンティング エナジー サービシーズ、インク | 内部補強リングを備えるドリルステムの管接続 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP7310493A patent/JPH06281060A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013511684A (ja) * | 2009-11-18 | 2013-04-04 | ハンティング エナジー サービシーズ、インク | 内部補強リングを備えるドリルステムの管接続 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |