JPH07214210A - ドリルパイプの応力除去溝 - Google Patents
ドリルパイプの応力除去溝Info
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- JPH07214210A JPH07214210A JP6226294A JP22629494A JPH07214210A JP H07214210 A JPH07214210 A JP H07214210A JP 6226294 A JP6226294 A JP 6226294A JP 22629494 A JP22629494 A JP 22629494A JP H07214210 A JPH07214210 A JP H07214210A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
- F16L13/02—Welded joints
- F16L13/04—Welded joints with arrangements for preventing overstressing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
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- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 疲労寿命を増大する。
【構成】 ドリルパイプ継手は、両端に肉厚を増加する
ためのアップセット端部１６，１８を有するチューブ部
１４と、該チューブ部の両端に接続された工具継手部２
０，２２とを有する。各工具継手部はテーパ部３０，３
６を介して小径の溶接ネック部３２，３８に接続された
円筒部２８を有する。前記テーパ部と溶接ネック部の接
続部は曲率半径を有し、前記溶接ネック部は該溶接ネッ
ク部に溶接されたチューブ部のアップセット端部に等し
い肉厚を有する。ドリルパイプが曲げ回転によって生じ
る応力変化にさらされるときの該ドリルパイプのチュー
ブ部の疲労寿命を増大するために、溶接ネック部に応力
除去溝４０，４２が設けられている。該応力除去溝の一
端は、弓形で、テーパ部と溶接ネック部の間のアール部
を延長したものである。応力除去溝は断面が弓形である
か、あるいは弓形の端部と該端部の間に円筒部とを備え
たものでもよい。
ためのアップセット端部１６，１８を有するチューブ部
１４と、該チューブ部の両端に接続された工具継手部２
０，２２とを有する。各工具継手部はテーパ部３０，３
６を介して小径の溶接ネック部３２，３８に接続された
円筒部２８を有する。前記テーパ部と溶接ネック部の接
続部は曲率半径を有し、前記溶接ネック部は該溶接ネッ
ク部に溶接されたチューブ部のアップセット端部に等し
い肉厚を有する。ドリルパイプが曲げ回転によって生じ
る応力変化にさらされるときの該ドリルパイプのチュー
ブ部の疲労寿命を増大するために、溶接ネック部に応力
除去溝４０，４２が設けられている。該応力除去溝の一
端は、弓形で、テーパ部と溶接ネック部の間のアール部
を延長したものである。応力除去溝は断面が弓形である
か、あるいは弓形の端部と該端部の間に円筒部とを備え
たものでもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にはパイプの応力
除去溝に関し、詳しくはドリルパイプのチューブ部の疲
労寿命を増加するための応力除去溝に関する。
除去溝に関し、詳しくはドリルパイプのチューブ部の疲
労寿命を増加するための応力除去溝に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドリルパイプの疲労破損は、該パイプが
曲げ状態で回転した時に生じる応力反転によって起こ
る。この応力は、チューブ部の両端の厚肉のアップセッ
ト部に隣接するドリルパイプの薄肉部、すなわち厚肉の
アップセット部が消失（フェードアウト）する部分に集
中する。ドリルパイプは今日、上部駆動、深層井戸、高
角度穴の出現によってますます高い応力にさらされるよ
うになっている。このような状況はＨ2Ｓ、ＣＯ2及び海
水が増加する敵対性環境ではさらに悪化する。ボーリン
グ請負業者や石油掘削操業者はＩＡＤＣやＡＰＩととも
に膨大な数の損傷の調査を行った。損傷の大部分は、チ
ューブ部と該チューブ部のアップセット端部の間の肉厚
の急激変化部で起こっている。チューブ部の滑り損傷も
その問題に寄与していた。この領域の内部プラスチック
コーティングの急速な劣化もその問題にかかわっている
ことが観察された。ＡＰＩによるドリルパイプの物理的
試験および有限要素解析によると、短くて急激なアップ
セット部がドリルパイプの壁と融合する消失（フェード
アウト）部においてチューブの内面に高い応力集中が生
じている。
曲げ状態で回転した時に生じる応力反転によって起こ
る。この応力は、チューブ部の両端の厚肉のアップセッ
ト部に隣接するドリルパイプの薄肉部、すなわち厚肉の
アップセット部が消失（フェードアウト）する部分に集
中する。ドリルパイプは今日、上部駆動、深層井戸、高
角度穴の出現によってますます高い応力にさらされるよ
うになっている。このような状況はＨ2Ｓ、ＣＯ2及び海
水が増加する敵対性環境ではさらに悪化する。ボーリン
グ請負業者や石油掘削操業者はＩＡＤＣやＡＰＩととも
に膨大な数の損傷の調査を行った。損傷の大部分は、チ
ューブ部と該チューブ部のアップセット端部の間の肉厚
の急激変化部で起こっている。チューブ部の滑り損傷も
その問題に寄与していた。この領域の内部プラスチック
コーティングの急速な劣化もその問題にかかわっている
ことが観察された。ＡＰＩによるドリルパイプの物理的
試験および有限要素解析によると、短くて急激なアップ
セット部がドリルパイプの壁と融合する消失（フェード
アウト）部においてチューブの内面に高い応力集中が生
じている。
【０００３】１９９１年１２月３日に出願された現在継
続中の発明の名称「金属チューブの端部を内方および外
方にアップセットする方法」のアメリカ特許出願第０７
／８０１９６９号、本願出願人が所有するアメリカ特許
第５１８４４９５号には、ドリルパイプのチューブ部の
端をアップセットし、比較的厚い内部円筒状アップセッ
ト部と公称肉厚チューブ部との間に十分に長い内部円錐
胴状遷移部を形成する方法が記載されている。以下、こ
の遷移部の長手軸方向の長さをＭｉｕと称する。このＭ
ｉｕ部を延長すると、チューブ部の疲労寿命が大いに増
加する。例えば、ＡＰＩによって規定された比較的短い
Ｍｉｕを有する３つの継手Ａ、Ｂ及びＣと、それぞれ６
−１１/１６インチ、７−３/８インチ、７−３/４イン
チのＭｉｕテーパ部を有する３つの継手Ｄ、ＥおよびＦ
を、１００フィート当たり３３°の曲率に相当する曲率
半径１７３フィートで曲げた状態で回転させた。継手
Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ２３７，６１８、２３５，２
９６、２０５，８８４サイクルで損傷した。継手Ｄ、Ｅ
及びＦは、それぞれ３８２，６６６、４６２，０２８、
５６９，６６４サイクルで損傷した。これらのテスト
は、内面および外面アップセットドリルパイプのＭｉｕ
テーパ部を延長するとチューブ部の疲労寿命が増加する
ことを示している。この出願は引例によってここに包含
されている。
続中の発明の名称「金属チューブの端部を内方および外
方にアップセットする方法」のアメリカ特許出願第０７
／８０１９６９号、本願出願人が所有するアメリカ特許
第５１８４４９５号には、ドリルパイプのチューブ部の
端をアップセットし、比較的厚い内部円筒状アップセッ
ト部と公称肉厚チューブ部との間に十分に長い内部円錐
胴状遷移部を形成する方法が記載されている。以下、こ
の遷移部の長手軸方向の長さをＭｉｕと称する。このＭ
ｉｕ部を延長すると、チューブ部の疲労寿命が大いに増
加する。例えば、ＡＰＩによって規定された比較的短い
Ｍｉｕを有する３つの継手Ａ、Ｂ及びＣと、それぞれ６
−１１/１６インチ、７−３/８インチ、７−３/４イン
チのＭｉｕテーパ部を有する３つの継手Ｄ、ＥおよびＦ
を、１００フィート当たり３３°の曲率に相当する曲率
半径１７３フィートで曲げた状態で回転させた。継手
Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ２３７，６１８、２３５，２
９６、２０５，８８４サイクルで損傷した。継手Ｄ、Ｅ
及びＦは、それぞれ３８２，６６６、４６２，０２８、
５６９，６６４サイクルで損傷した。これらのテスト
は、内面および外面アップセットドリルパイプのＭｉｕ
テーパ部を延長するとチューブ部の疲労寿命が増加する
ことを示している。この出願は引例によってここに包含
されている。
【０００４】チューブ部をアップセット部に接続する長
いテーパ部を有するパイプの同様なテストによると、チ
ューブ部の内側のテーパ部に隣接するチューブ部におい
て応力の大幅な減少を示した。事実問題として、チュー
ブ部の内側の応力は外側の応力よりも小さい。これは、
検査のときにいくつかの問題を解決する。今日の検査技
術では、プラスチックでコーティングされたドリルパイ
プの内側のクラックを見つけることは大変困難である。
チューブ部の外側のクラックを見つけることがより容易
である。また、長く緩やかなテーパ部にプラスチックの
均一なコーティングを施すことは、短く高角度のテーパ
部にそのようなコーティングを施すことよりも容易であ
る。これによりドリルパイプに相当な寿命が付加される
と確信されている。
いテーパ部を有するパイプの同様なテストによると、チ
ューブ部の内側のテーパ部に隣接するチューブ部におい
て応力の大幅な減少を示した。事実問題として、チュー
ブ部の内側の応力は外側の応力よりも小さい。これは、
検査のときにいくつかの問題を解決する。今日の検査技
術では、プラスチックでコーティングされたドリルパイ
プの内側のクラックを見つけることは大変困難である。
チューブ部の外側のクラックを見つけることがより容易
である。また、長く緩やかなテーパ部にプラスチックの
均一なコーティングを施すことは、短く高角度のテーパ
部にそのようなコーティングを施すことよりも容易であ
る。これによりドリルパイプに相当な寿命が付加される
と確信されている。
【０００５】従来、応力除去溝は、ドリルカラーと厚肉
ドリル工具の接続部の曲げ応力を減少するために、当該
接続部に機械加工されていた。今日、この特徴的な方法
は標準的に実施され、大変うまくいっているように思わ
れる。その理由は、ドリルカラー及び厚肉ドリル工具が
その接続部において曲がる傾向にあるからである。材料
を切削して接続部を製作すると、その接続部はそれが接
続される厚肉本体よりも曲げ抵抗が小さい。接続部の応
力除去溝により剛性が減少して、接続部が撓みやすくな
り、曲げ応力が減少する。これにより接続部の疲労寿命
が増大する。
ドリル工具の接続部の曲げ応力を減少するために、当該
接続部に機械加工されていた。今日、この特徴的な方法
は標準的に実施され、大変うまくいっているように思わ
れる。その理由は、ドリルカラー及び厚肉ドリル工具が
その接続部において曲がる傾向にあるからである。材料
を切削して接続部を製作すると、その接続部はそれが接
続される厚肉本体よりも曲げ抵抗が小さい。接続部の応
力除去溝により剛性が減少して、接続部が撓みやすくな
り、曲げ応力が減少する。これにより接続部の疲労寿命
が増大する。
【０００６】ドリルパイプでは、ドリルカラーと全く対
照的である。ドリルパイプは、厚肉アップセット部及び
工具継手部（ツールジョイント部）においては曲がら
ず、アップセット部の外れすなわちフェードアウト部又
はその近傍の薄肉チューブにおいて曲がる。チューブ部
のアップセット部を見ると、溶接部やその熱影響部があ
るため、応力除去溝を設ける箇所はない。溶接部がドリ
ルパイプのチューブ部より強くなるのを保証するため
に、この領域に最大のアップセット肉厚が要求される。
このため、溶接部の工具継手側が考慮される。この部分
は、工具継手部の金属が１２０，０００ｐｓｉ（８２８
ＭＰａ）の最小降伏点を有するように入念に規制されて
いるので、溝にとって理想的な箇所である。したがっ
て、この部分は、断面積が大きいため、ドリルパイプの
チューブ部よりも一様に強くなっている。材料の肉厚及
び強度が一定であるため、この領域における応力除去溝
の効果は実質的に一定であろう。
照的である。ドリルパイプは、厚肉アップセット部及び
工具継手部（ツールジョイント部）においては曲がら
ず、アップセット部の外れすなわちフェードアウト部又
はその近傍の薄肉チューブにおいて曲がる。チューブ部
のアップセット部を見ると、溶接部やその熱影響部があ
るため、応力除去溝を設ける箇所はない。溶接部がドリ
ルパイプのチューブ部より強くなるのを保証するため
に、この領域に最大のアップセット肉厚が要求される。
このため、溶接部の工具継手側が考慮される。この部分
は、工具継手部の金属が１２０，０００ｐｓｉ（８２８
ＭＰａ）の最小降伏点を有するように入念に規制されて
いるので、溝にとって理想的な箇所である。したがっ
て、この部分は、断面積が大きいため、ドリルパイプの
チューブ部よりも一様に強くなっている。材料の肉厚及
び強度が一定であるため、この領域における応力除去溝
の効果は実質的に一定であろう。
【０００７】応力除去溝のスペースを設けるために、溶
接ネック部を約２1/2インチ延長するべきである。これ
により応除去溝は溶接部及びその熱影響部から離れた状
態に保たれる。この点における応力除去溝により、アッ
プセット部の剛性が減少し、いくらかの可撓性が許容さ
れて、ドリルパイプのチューブ部及びその溶接領域の曲
げ応力が減少する。本願の親出願であるアメリカ特許出
願第０７／９８５，８３２号には、溶接ネック部の２1/
2インチの延長は、応力除去溝を工具継手部の半径の外
方に保持するのに役立つことが述べられている。以下に
説明するように、工具継手部のテーパ部に、工具継手部
の拡大部に隣接する応力除去溝の弓形部の一部を形成す
ることは明らかに有益である。
接ネック部を約２1/2インチ延長するべきである。これ
により応除去溝は溶接部及びその熱影響部から離れた状
態に保たれる。この点における応力除去溝により、アッ
プセット部の剛性が減少し、いくらかの可撓性が許容さ
れて、ドリルパイプのチューブ部及びその溶接領域の曲
げ応力が減少する。本願の親出願であるアメリカ特許出
願第０７／９８５，８３２号には、溶接ネック部の２1/
2インチの延長は、応力除去溝を工具継手部の半径の外
方に保持するのに役立つことが述べられている。以下に
説明するように、工具継手部のテーパ部に、工具継手部
の拡大部に隣接する応力除去溝の弓形部の一部を形成す
ることは明らかに有益である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、工具
継手部の溶接ネック部に応力除去溝を設けることによっ
て、アップセット端部及び該アップセット端部に溶接さ
れる工具継手部を備えたチューブ部を有するドリルパイ
プ継手の疲労寿命を増大することにある。
継手部の溶接ネック部に応力除去溝を設けることによっ
て、アップセット端部及び該アップセット端部に溶接さ
れる工具継手部を備えたチューブ部を有するドリルパイ
プ継手の疲労寿命を増大することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、工具継手部の溶接ネ
ック部に応力除去溝を設けて、テーパ部と溶接ネック部
の間のアール部を延長して当該溝の一部を形成し、該溝
を弓形あるいは両端が弓形で中間が円筒形にすることに
よって、ドリルパイプ継手の疲労寿命を増大することに
ある。
ック部に応力除去溝を設けて、テーパ部と溶接ネック部
の間のアール部を延長して当該溝の一部を形成し、該溝
を弓形あるいは両端が弓形で中間が円筒形にすることに
よって、ドリルパイプ継手の疲労寿命を増大することに
ある。
【００１０】本発明の他の目的及び特徴は、工具継手部
の溶接ネック部に応力除去溝を設けて、チューブ部の断
面積に対する当該溝における断面積の比に約１．６の安
全率を設けることによって、ドリルパイプ継手の疲労寿
命を増大することにある。
の溶接ネック部に応力除去溝を設けて、チューブ部の断
面積に対する当該溝における断面積の比に約１．６の安
全率を設けることによって、ドリルパイプ継手の疲労寿
命を増大することにある。
【００１１】本発明の他の目的及び特徴は、ドリルパイ
プ継手に弓形で約１/８インチから１/４インチの深さの
応力除去溝を提供することにある。
プ継手に弓形で約１/８インチから１/４インチの深さの
応力除去溝を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的及び特徴は、チューブ部
に溶接された工具継手部の溶接ネック部に配置され、両
側に弓形部を備えた円筒部を含む、ドリルパイプ継手の
チューブ部の応力除去溝を提供することにある。
に溶接された工具継手部の溶接ネック部に配置され、両
側に弓形部を備えた円筒部を含む、ドリルパイプ継手の
チューブ部の応力除去溝を提供することにある。
【００１３】本発明の他の目的及び特徴は、工具継手部
の溶接ネック部に配置され、両側に弓形部を備えた円筒
部を含み、その弓形部の一方の側が工具継手部と溶接ネ
ック部の間のアール部を延長したものである、ドリルパ
イプ継手のチューブ部の応力除去溝を提供することにあ
る。
の溶接ネック部に配置され、両側に弓形部を備えた円筒
部を含み、その弓形部の一方の側が工具継手部と溶接ネ
ック部の間のアール部を延長したものである、ドリルパ
イプ継手のチューブ部の応力除去溝を提供することにあ
る。
【００１４】本発明の他の目的は、工具継手部のテーパ
部のアール部と熱影響部との間に実質的に延びる応力除
去溝を提供して、断面係数を減少し、溶接ネック部の可
撓性を増加し、ドリルパイプのチューブ部の応力を減少
することにある。
部のアール部と熱影響部との間に実質的に延びる応力除
去溝を提供して、断面係数を減少し、溶接ネック部の可
撓性を増加し、ドリルパイプのチューブ部の応力を減少
することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、４−１/２インチ以
上のＭｉｕと、パイプのアップセット端部に溶接される
少なくとも１つの工具継手部の溶接ネック部に配置され
た応力除去溝とを備えたドリルパイプ継手を提供するこ
とにある。
上のＭｉｕと、パイプのアップセット端部に溶接される
少なくとも１つの工具継手部の溶接ネック部に配置され
た応力除去溝とを備えたドリルパイプ継手を提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のこれら及びその
他の目的、特徴および利点は、添付図面および特許請求
の範囲を考慮することにより当業者に明らかとなる。こ
の明細書で使用される「ドリルパイプ継手」は、両端が
アップセットされて肉厚が増加し、その各端部に工具継
手部を備えた比較的薄い壁を有するチューブを意味す
る。雌形工具継手部はボックス、雄形工具継手部はピン
と称される。
他の目的、特徴および利点は、添付図面および特許請求
の範囲を考慮することにより当業者に明らかとなる。こ
の明細書で使用される「ドリルパイプ継手」は、両端が
アップセットされて肉厚が増加し、その各端部に工具継
手部を備えた比較的薄い壁を有するチューブを意味す
る。雌形工具継手部はボックス、雄形工具継手部はピン
と称される。
【００１７】本発明の特徴によると、両端に肉厚を増加
するためのアップセット端部を有するチューブ部と、該
チューブ部の両端に接続された工具継手部とを有し、各
工具継手部はテーパ部を介して小径の溶接ネック部に接
続された円筒部を有し、前記テーパ部と溶接ネック部の
接続部は曲率半径を有し、前記溶接ネック部は該溶接ネ
ック部に溶接されたチューブ部のアップセット端部に等
しい肉厚を有するドリルパイプの継手において、ドリル
パイプが曲げ回転によって生じる応力変化にさらされる
ときの該ドリルパイプのチューブ部の疲労寿命を増大す
るために、溶接ネック部に応力除去溝が設けられ、該応
力除去溝の一端は、弓形で、テーパ部と溶接ネック部の
間のアール部を延長したものである。
するためのアップセット端部を有するチューブ部と、該
チューブ部の両端に接続された工具継手部とを有し、各
工具継手部はテーパ部を介して小径の溶接ネック部に接
続された円筒部を有し、前記テーパ部と溶接ネック部の
接続部は曲率半径を有し、前記溶接ネック部は該溶接ネ
ック部に溶接されたチューブ部のアップセット端部に等
しい肉厚を有するドリルパイプの継手において、ドリル
パイプが曲げ回転によって生じる応力変化にさらされる
ときの該ドリルパイプのチューブ部の疲労寿命を増大す
るために、溶接ネック部に応力除去溝が設けられ、該応
力除去溝の一端は、弓形で、テーパ部と溶接ネック部の
間のアール部を延長したものである。
【００１８】好ましい実施例では、前記応力除去溝の円
筒部における工具継手部の溶接ネック部の断面積は、ド
リルパイプのチューブ部の断面積よりも大きい。さらに
好ましくは、前記応力除去溝における断面積は、チュー
ブ部の断面積の約１．６倍である。前記応力除去溝の他
端は弓形であり、両弓形端部の中間の部分は円筒形であ
るのが好ましい。好ましくは、前記円筒部の両端の弓形
部は約２1/2インチの半径を有する。
筒部における工具継手部の溶接ネック部の断面積は、ド
リルパイプのチューブ部の断面積よりも大きい。さらに
好ましくは、前記応力除去溝における断面積は、チュー
ブ部の断面積の約１．６倍である。前記応力除去溝の他
端は弓形であり、両弓形端部の中間の部分は円筒形であ
るのが好ましい。好ましくは、前記円筒部の両端の弓形
部は約２1/2インチの半径を有する。
【００１９】さらに好ましい実施例では、前記工具継手
部はボックス形であり、該工具継手部と溶接ネック部の
間のテーパ部は１８°である。また、前記工具継手部は
ピン形であり、該工具継手部と溶接ネック部の間のテー
パ部は３５°である。さらに、前記工具継手部はピン形
であり、該工具継手部と溶接ネック部の間のテーパ部は
１８°である。
部はボックス形であり、該工具継手部と溶接ネック部の
間のテーパ部は１８°である。また、前記工具継手部は
ピン形であり、該工具継手部と溶接ネック部の間のテー
パ部は３５°である。さらに、前記工具継手部はピン形
であり、該工具継手部と溶接ネック部の間のテーパ部は
１８°である。
【００２０】本発明のさらなる特徴によると、円筒部
と、該円筒部にテーパ部を介して接続された小径の溶接
ネック部とを有し、前記溶接ネック部は工具継手部が溶
接されるチューブ部の端部に等しい肉厚を有する、ドリ
ルパイプの工具継手部において、前記工具継手部が接続
されるドリルパイプが曲げ回転によって生じる応力変化
にさらされるときの該ドリルパイプのチューブ部の疲労
寿命を増大するために、溶接部と工具継手部の間の溶接
ネック部に応力除去溝が設けられ、該応力除去溝は円筒
形中間部と両端の弓形端部を有する、ことを特徴とする
ドリルパイプの工具継手部。
と、該円筒部にテーパ部を介して接続された小径の溶接
ネック部とを有し、前記溶接ネック部は工具継手部が溶
接されるチューブ部の端部に等しい肉厚を有する、ドリ
ルパイプの工具継手部において、前記工具継手部が接続
されるドリルパイプが曲げ回転によって生じる応力変化
にさらされるときの該ドリルパイプのチューブ部の疲労
寿命を増大するために、溶接部と工具継手部の間の溶接
ネック部に応力除去溝が設けられ、該応力除去溝は円筒
形中間部と両端の弓形端部を有する、ことを特徴とする
ドリルパイプの工具継手部。
【００２１】好ましい実施例では、前記応力除去溝にお
ける工具継手部の溶接ネック部の断面積は、前記工具継
手部が接続されるチューブ部の非アップセット端部の断
面積よりも大きい。特に、前記応力除去溝における断面
積は、前記工具継手部が接続されるチューブ部の断面積
の１．６倍であるのが好ましい。また、好ましくは、前
記工具継手部のテーパ部に隣接する弓形端部は、当該テ
ーパ部を弓形に延長したものである。前記各弓形端部は
約２．５インチの曲率半径を有するのが好ましい。
ける工具継手部の溶接ネック部の断面積は、前記工具継
手部が接続されるチューブ部の非アップセット端部の断
面積よりも大きい。特に、前記応力除去溝における断面
積は、前記工具継手部が接続されるチューブ部の断面積
の１．６倍であるのが好ましい。また、好ましくは、前
記工具継手部のテーパ部に隣接する弓形端部は、当該テ
ーパ部を弓形に延長したものである。前記各弓形端部は
約２．５インチの曲率半径を有するのが好ましい。
【００２２】
【実施例】図１は、ＡＰＩ規則７：回転掘削設備の第１
９、２０及び２１頁に規定されたドリルカラーの接続部
応力除去の特徴を示す。これに代わる他のボックス形の
応力除去の特徴は第２１頁に示されているが、図面には
示していない。図１に示す「ボアバック構造」は実際の
運転状態で大いに信頼でき推奨されることが証明されて
いるからである。ボアバック形応力除去の特徴は、口径
がドリルカラーと等しい径に減少する手前で、ボックス
部の穴１０ａがねじ部から十分な距離だけ延長されてい
ることにある。
９、２０及び２１頁に規定されたドリルカラーの接続部
応力除去の特徴を示す。これに代わる他のボックス形の
応力除去の特徴は第２１頁に示されているが、図面には
示していない。図１に示す「ボアバック構造」は実際の
運転状態で大いに信頼でき推奨されることが証明されて
いるからである。ボアバック形応力除去の特徴は、口径
がドリルカラーと等しい径に減少する手前で、ボックス
部の穴１０ａがねじ部から十分な距離だけ延長されてい
ることにある。
【００２３】ピン部の応力除去溝１２ａはねじ部と肩部
１２ｂの間に位置している。応力除去溝はピン部の円筒
状表面１２ｃに切削されることがある。
１２ｂの間に位置している。応力除去溝はピン部の円筒
状表面１２ｃに切削されることがある。
【００２４】図２は、チューブ部１４を有するドリルパ
イプ継手の正面図である。チューブ部は、その両端で外
方および内方にアップセットされて、増加した外径と減
少した内径を有し、肉厚が増加されている部分１６と１
８が設けられている。チューブ部のアップセット端部は
溶接部２４と２６によって工具継手部２０と２２に溶接
されている。工具継手部２０は内方にねじが切られた円
筒部２８からなるボックス形接続部である。テーパ部３
０は大径円筒部２８と溶接ネック部３２の間に遷移領域
を提供している。テーパ部３０は、通常１８°のテーパ
を有し、それが坑井穴に降下されたり該穴から引上げら
れたりする時に昇降機に係合してドリルパイプを支持す
るための肩部を提供している。工具継手部２２は、外ね
じ３４と、ボックス形接続部のテーパ部３０と類似した
テーパ部３６と、溶接ネック部３８とを有するピン形接
続部である。本発明による応力除去溝４０と４２は、溶
接部２４と２６に隣接する各工具継手部の溶接ネック部
に配置されている。
イプ継手の正面図である。チューブ部は、その両端で外
方および内方にアップセットされて、増加した外径と減
少した内径を有し、肉厚が増加されている部分１６と１
８が設けられている。チューブ部のアップセット端部は
溶接部２４と２６によって工具継手部２０と２２に溶接
されている。工具継手部２０は内方にねじが切られた円
筒部２８からなるボックス形接続部である。テーパ部３
０は大径円筒部２８と溶接ネック部３２の間に遷移領域
を提供している。テーパ部３０は、通常１８°のテーパ
を有し、それが坑井穴に降下されたり該穴から引上げら
れたりする時に昇降機に係合してドリルパイプを支持す
るための肩部を提供している。工具継手部２２は、外ね
じ３４と、ボックス形接続部のテーパ部３０と類似した
テーパ部３６と、溶接ネック部３８とを有するピン形接
続部である。本発明による応力除去溝４０と４２は、溶
接部２４と２６に隣接する各工具継手部の溶接ネック部
に配置されている。
【００２５】外径が４インチから５1/2インチにわたる
ドリルパイプの応力除去溝の好ましい寸法が下記表１に
列挙され、それは約１．６の安全率を提供している。同
表は、内方アップセット（Ｉ．Ｕ．）のドリルパイプと
内外方アップセット（Ｉ．Ｅ．Ｕ．）のドリルパイプに
おける、ＡＰＩのテーパ部と規格外のロングテーパ部を
備えた溝の寸法を与えている。表中の各寸法の位置は図
４に示されている。
ドリルパイプの応力除去溝の好ましい寸法が下記表１に
列挙され、それは約１．６の安全率を提供している。同
表は、内方アップセット（Ｉ．Ｕ．）のドリルパイプと
内外方アップセット（Ｉ．Ｅ．Ｕ．）のドリルパイプに
おける、ＡＰＩのテーパ部と規格外のロングテーパ部を
備えた溝の寸法を与えている。表中の各寸法の位置は図
４に示されている。
【表１】
【００２６】上記表１に列挙された溝を受け入れるため
には、溶接ネック部を約２1/2インチ延長しなければな
らない。図４の溝であって、Ｒ1が１1/4インチに等し
く、Ｒ3が1/4インチに等しい溝を備えたワークの最初の
テストを、図５に示す装置を使用して行った。後方チャ
ック５０と前方チャック５２を有する旋盤を使用した。
公称肉厚が０．３６２インチ(９．１９ｍｍ)で、５イン
チ、１９．５ｌｂｓ/ｆｔ、Ｉ.Ｅ.Ｕ.、Ｓ−１３５のド
リルパイプをテストプログラムとして選択した。全ての
試験サンプルは１２０インチの長さに切断した。変数で
はない相当Ｍｉｕ長さを有するロングテーパのアップセ
ットを選択することを試みた。全てのサンプルは、ボッ
クス形接続部の中心線がチューブ両端の中心線と０．０
２５インチ（０．６３５ｍｍ）の範囲内で同心となるよ
うに加工した。各サンプルの外表面には、同じ位置、す
なわち工具接続部外径と１８°の昇降機用肩部５６の交
点から２０インチ（５０８ｍｍ）の位置に、ストレイン
ゲージ５４を貼着した。これはストレインゲージをドリ
ルパイプサンプルのチューブ部に設けたことになる。３
３°／１００フィートの穴の曲率をシミュレートするた
めに、テーパ部５６の大径端から１０５インチのところ
で、各テストサンプルを２−３/１６インチに等しい寸
法ｄだけ撓ませた。パイプ端近傍に同じ撓みをもたせて
複数のテストサンプルについて疲労テストを行い、比較
目的のため同一の穴曲率を通して行う掘削をシミュレー
トした。ストレインゲージのデータによると、同じ撓み
状態で、溶接ネック部応力除去溝を有するサンプルにお
ける応力は、約１，０４０ｐｓｉ（７．１７ＭＰａ）で
あり、ロングテーパのアップセットのみを有する前述の
サンプルよりも小さかった。同一型式の回転片持ち梁疲
労試験機で図４の溶接ネック部応力除去溝を備えた３つ
の試験片をテストして破損させた。これらのテストの結
果を表２に示す。表３は試験片の機械的性質を示す。表
２に示す疲労テスト結果は、表４のＡＰＩアップセット
及びロングテーパのアップセットの疲労テスト結果と比
較することができる。
には、溶接ネック部を約２1/2インチ延長しなければな
らない。図４の溝であって、Ｒ1が１1/4インチに等し
く、Ｒ3が1/4インチに等しい溝を備えたワークの最初の
テストを、図５に示す装置を使用して行った。後方チャ
ック５０と前方チャック５２を有する旋盤を使用した。
公称肉厚が０．３６２インチ(９．１９ｍｍ)で、５イン
チ、１９．５ｌｂｓ/ｆｔ、Ｉ.Ｅ.Ｕ.、Ｓ−１３５のド
リルパイプをテストプログラムとして選択した。全ての
試験サンプルは１２０インチの長さに切断した。変数で
はない相当Ｍｉｕ長さを有するロングテーパのアップセ
ットを選択することを試みた。全てのサンプルは、ボッ
クス形接続部の中心線がチューブ両端の中心線と０．０
２５インチ（０．６３５ｍｍ）の範囲内で同心となるよ
うに加工した。各サンプルの外表面には、同じ位置、す
なわち工具接続部外径と１８°の昇降機用肩部５６の交
点から２０インチ（５０８ｍｍ）の位置に、ストレイン
ゲージ５４を貼着した。これはストレインゲージをドリ
ルパイプサンプルのチューブ部に設けたことになる。３
３°／１００フィートの穴の曲率をシミュレートするた
めに、テーパ部５６の大径端から１０５インチのところ
で、各テストサンプルを２−３/１６インチに等しい寸
法ｄだけ撓ませた。パイプ端近傍に同じ撓みをもたせて
複数のテストサンプルについて疲労テストを行い、比較
目的のため同一の穴曲率を通して行う掘削をシミュレー
トした。ストレインゲージのデータによると、同じ撓み
状態で、溶接ネック部応力除去溝を有するサンプルにお
ける応力は、約１，０４０ｐｓｉ（７．１７ＭＰａ）で
あり、ロングテーパのアップセットのみを有する前述の
サンプルよりも小さかった。同一型式の回転片持ち梁疲
労試験機で図４の溶接ネック部応力除去溝を備えた３つ
の試験片をテストして破損させた。これらのテストの結
果を表２に示す。表３は試験片の機械的性質を示す。表
２に示す疲労テスト結果は、表４のＡＰＩアップセット
及びロングテーパのアップセットの疲労テスト結果と比
較することができる。
【表２】
【表３】
【表４】
【００２７】３タイプの全ての試験片に対して破損に至
るまでのサイクルを平均した。これらの比較を表５に示
す。ＡＰＩアップセットは２２６，３００サイクル、ロ
ングテーパは４７１，５００サイクル、および溶接ネッ
ク部応力除去溝を備えたロングテーパは８６０，０００
サイクルであった。同表から明らかなように、ロングテ
ーパアップセットの疲労寿命はＡＰＩサンプルの疲労寿
命の２倍以上であり、ロングテーパアップセットを組み
合わせた溶接ネック部応力除去溝の疲労寿命はロングテ
ーパアップセットの疲労寿命の殆ど２倍であってテスト
されたＡＰＩアップセット試験片の約４倍であった。
るまでのサイクルを平均した。これらの比較を表５に示
す。ＡＰＩアップセットは２２６，３００サイクル、ロ
ングテーパは４７１，５００サイクル、および溶接ネッ
ク部応力除去溝を備えたロングテーパは８６０，０００
サイクルであった。同表から明らかなように、ロングテ
ーパアップセットの疲労寿命はＡＰＩサンプルの疲労寿
命の２倍以上であり、ロングテーパアップセットを組み
合わせた溶接ネック部応力除去溝の疲労寿命はロングテ
ーパアップセットの疲労寿命の殆ど２倍であってテスト
されたＡＰＩアップセット試験片の約４倍であった。
【表５】
【００２８】本願出願の親出願であるアメリカ特許出願
第０７／９８５，８３２号を１９９２年１２月３日に出
願した後、エクストラロングテーパ（Ｍｉｕ）単独のも
の及び図２−４に示す応力除去溝を組み合わせたもの有
効性を決めるために、４つの異なるモデルに対して有限
要素解析（ＦＥＡ）を行った。第１解析モデルはエクス
トラロングテーパ単独（ＸＴＬ ＯＮＬＹ）とした。第
２解析モデルは、親出願第０７／９８５，８３２（図２
−４）の記載に従って応力除去溝を組み合わせたエクス
トラロングテーパ（ＸＴＬ）とした。第３解析モデル
は、溝なしであるが２1/2インチのより長い溶接ネック
部を付加したエクストラロングテーパ（ＸＴＬ）を備え
たものとした。第４解析モデルは、ＡＰＩ３−９/１６
で、内径アップセット、２．５インチのロングテーパ、
２インチのフェードアウト部における内部テーパ半径を
備えたものとした。最初に、工具継手部の外径の縁から
１０５インチのところに２−３/１６インチの変位を与
えた片持ち梁状態で、各モデルについてＦＥＡ解析を行
った。第２のＦＥＡ解析は、２００，０００ｉｎ−ｌｂ
の曲げモーメントを有する純曲げ状態で行った。その結
果を表６に示すが、モデル番号は前述のモデル番号を参
照のこと。最後のＦＥＡ解析はピン形工具継手に限定し
た。それはドリルストリングにおいて一般に破損が生じ
るところだからである。
第０７／９８５，８３２号を１９９２年１２月３日に出
願した後、エクストラロングテーパ（Ｍｉｕ）単独のも
の及び図２−４に示す応力除去溝を組み合わせたもの有
効性を決めるために、４つの異なるモデルに対して有限
要素解析（ＦＥＡ）を行った。第１解析モデルはエクス
トラロングテーパ単独（ＸＴＬ ＯＮＬＹ）とした。第
２解析モデルは、親出願第０７／９８５，８３２（図２
−４）の記載に従って応力除去溝を組み合わせたエクス
トラロングテーパ（ＸＴＬ）とした。第３解析モデル
は、溝なしであるが２1/2インチのより長い溶接ネック
部を付加したエクストラロングテーパ（ＸＴＬ）を備え
たものとした。第４解析モデルは、ＡＰＩ３−９/１６
で、内径アップセット、２．５インチのロングテーパ、
２インチのフェードアウト部における内部テーパ半径を
備えたものとした。最初に、工具継手部の外径の縁から
１０５インチのところに２−３/１６インチの変位を与
えた片持ち梁状態で、各モデルについてＦＥＡ解析を行
った。第２のＦＥＡ解析は、２００，０００ｉｎ−ｌｂ
の曲げモーメントを有する純曲げ状態で行った。その結
果を表６に示すが、モデル番号は前述のモデル番号を参
照のこと。最後のＦＥＡ解析はピン形工具継手に限定し
た。それはドリルストリングにおいて一般に破損が生じ
るところだからである。
【表６】
【００２９】その解析結果によると、最大応力は、エク
ストラロングテーパ（ＸＴＬ）と親出願の低応力（ＬＯ
−ＳＴＲＥＳＳ）溝との組み合わせである第２モデルの
溝で生じた。応力は、片持ちＦＥＡでは５６，８７７ｐ
ｓｉ、純曲げＦＥＡでは４０，８７３ｐｓｉであった。
ストラロングテーパ（ＸＴＬ）と親出願の低応力（ＬＯ
−ＳＴＲＥＳＳ）溝との組み合わせである第２モデルの
溝で生じた。応力は、片持ちＦＥＡでは５６，８７７ｐ
ｓｉ、純曲げＦＥＡでは４０，８７３ｐｓｉであった。
【００３０】第２モデルの溝における高応力は重大な問
題ではなく、溝の位置する工具継手部の溶接ネック部が
極厚肉であるため、一般にドリルパイプの疲労寿命に影
響を与えない。さらに、溝の下の部分は、溝に滑らかな
表面仕上がなされているため、高い応力に抵抗すること
が大いに可能である。これにより、溝の表面の腐食効果
が減少する。この滑らかな表面仕上はフェードアウト部
には存在しない、そこはミルでなされたパイプの表面仕
上のままである。また、ＦＥＡ応力が著しく高いように
思われても、実際の疲労テストでは、パイプは全てフェ
ードアウト部で破損した。そこは、前述した理由のた
め、溝により高い応力があったとしても破損が予期され
るところである。さらに、坑井穴で運転されるパイプス
トリングにおけるドリルパイプの個々の接続部は片持ち
梁のようには決して曲がらない。そのため、片持ち梁に
生じる応力に基づいてＦＥＡ解析によって得られる応力
は実際の掘削操作で生じる応力を真正に示すものではな
い。
題ではなく、溝の位置する工具継手部の溶接ネック部が
極厚肉であるため、一般にドリルパイプの疲労寿命に影
響を与えない。さらに、溝の下の部分は、溝に滑らかな
表面仕上がなされているため、高い応力に抵抗すること
が大いに可能である。これにより、溝の表面の腐食効果
が減少する。この滑らかな表面仕上はフェードアウト部
には存在しない、そこはミルでなされたパイプの表面仕
上のままである。また、ＦＥＡ応力が著しく高いように
思われても、実際の疲労テストでは、パイプは全てフェ
ードアウト部で破損した。そこは、前述した理由のた
め、溝により高い応力があったとしても破損が予期され
るところである。さらに、坑井穴で運転されるパイプス
トリングにおけるドリルパイプの個々の接続部は片持ち
梁のようには決して曲がらない。そのため、片持ち梁に
生じる応力に基づいてＦＥＡ解析によって得られる応力
は実際の掘削操作で生じる応力を真正に示すものではな
い。
【００３１】それにもかかわらず、溝における応力を減
少しようと努力しているうちに、図６−８に示すよう
に、応力除去溝の片側が工具接続部のテーパ部のアール
部を溶接ネック部に延長したものとなるように、溝を再
設計した。
少しようと努力しているうちに、図６−８に示すよう
に、応力除去溝の片側が工具接続部のテーパ部のアール
部を溶接ネック部に延長したものとなるように、溝を再
設計した。
【００３２】例えば、図６は一体に接続された溶接ネッ
ク部７２を有するボックス形工具継手部７０を示す。溶
接ネック部の小径部とボックス形工具継手部７０との間
の遷移部は、テーパ部７４を介在している。テーパの角
度は１８°である。それは、該テーパ部に係合してドリ
ルパイプを支持する昇降機のテーパであるために要求さ
れている。溶接ネック部は、溶接部７８を介してドリル
パイプのチューブ部（不図示）の内／外方アップセット
部７６に溶接されている。
ク部７２を有するボックス形工具継手部７０を示す。溶
接ネック部の小径部とボックス形工具継手部７０との間
の遷移部は、テーパ部７４を介在している。テーパの角
度は１８°である。それは、該テーパ部に係合してドリ
ルパイプを支持する昇降機のテーパであるために要求さ
れている。溶接ネック部は、溶接部７８を介してドリル
パイプのチューブ部（不図示）の内／外方アップセット
部７６に溶接されている。
【００３３】本発明の好ましい実施例によると、溝８０
は、弓形部８２によって形成され、該弓形部はテーパ部
７４から延長されて円筒部８４の面に湾曲している。溝
の他の側では、弓形部８６は円筒部８４から溶接ネック
部７２の外径部まで外方に湾曲している。その溝は、溶
接ネック部の端の約１インチの範囲に延びている。これ
により、溝は熱影響部に含まれないように溶接部に隣接
する熱影響部から十分離される。
は、弓形部８２によって形成され、該弓形部はテーパ部
７４から延長されて円筒部８４の面に湾曲している。溝
の他の側では、弓形部８６は円筒部８４から溶接ネック
部７２の外径部まで外方に湾曲している。その溝は、溶
接ネック部の端の約１インチの範囲に延びている。これ
により、溝は熱影響部に含まれないように溶接部に隣接
する熱影響部から十分離される。
【００３４】円筒部８４の両側の弓形部の曲率半径は、
好ましくは約２1/2インチである。
好ましくは約２1/2インチである。
【００３５】ピン形工具継手９４の溶接ネック部９２の
溝９０を、図７に示す。弓形部９６は、ピン形工具継手
部９４を溶接ネック部９２に接続する部分の外表面にあ
るテーパ部９８の延長である。ピン形のテーパは一般に
３５°である。
溝９０を、図７に示す。弓形部９６は、ピン形工具継手
部９４を溶接ネック部９２に接続する部分の外表面にあ
るテーパ部９８の延長である。ピン形のテーパは一般に
３５°である。
【００３６】弓形部９６の一端は円筒部９８と融合し、
該円筒部の他端は、応力除去溝９０の他の弓形端部を形
成する弓形部１００に接続されている。ここでさらに説
明すると、弓形部の半径Ｒ1は外径５インチのドリルパ
イプに対して約２1/2インチであるのが好ましい。ま
た、その溝は、熱影響部から離すために、溶接ネック部
の端から少なくとも約１インチのところで終わるように
配置されている。
該円筒部の他端は、応力除去溝９０の他の弓形端部を形
成する弓形部１００に接続されている。ここでさらに説
明すると、弓形部の半径Ｒ1は外径５インチのドリルパ
イプに対して約２1/2インチであるのが好ましい。ま
た、その溝は、熱影響部から離すために、溶接ネック部
の端から少なくとも約１インチのところで終わるように
配置されている。
【００３７】図６及び図７の溝は、可撓性を増大するた
めに溶接ネック部のかなり長い部分にわたって断面係数
を減少するように設計され、これにより、溶接ネック部
の強度を過度に減少することなく、ドリルパイプのチュ
ーブ部の内表面にある内方テーパ端部のフェードアウト
部で生じる応力が減少する。この発明の溝は第５モデル
であり、これを以下の表７において「修正溝」という。
めに溶接ネック部のかなり長い部分にわたって断面係数
を減少するように設計され、これにより、溶接ネック部
の強度を過度に減少することなく、ドリルパイプのチュ
ーブ部の内表面にある内方テーパ端部のフェードアウト
部で生じる応力が減少する。この発明の溝は第５モデル
であり、これを以下の表７において「修正溝」という。
【表７】
【００３８】修正されたデザインによりかなりの応力の
減少があったことが分かる。修正溝の応力は、片持ち梁
のＦＥＡ解析で、ピン形に対しては１１，４２８ｐｓｉ
低下し、ボックス形に対しては１２，３９８ｐｓｉ低下
した。また、純曲げにおいては、応力は、ピン形に対し
ては８，２２８ｐｓｉ低下し、ボックス形に対しては
８，６３０ｐｓｉ低下した。片持ち梁のＦＥＡ解析で
は、フェードアウト部における応力は、ＸＬＴロングテ
ーパアップセットの比較して、ピン形で９６６ｐｓｉ低
下し、ボックス形で１，３３２ｐｓｉ低下した。これら
の応力の減少により、ドリルパイプにかなりの疲労寿命
が付加される。
減少があったことが分かる。修正溝の応力は、片持ち梁
のＦＥＡ解析で、ピン形に対しては１１，４２８ｐｓｉ
低下し、ボックス形に対しては１２，３９８ｐｓｉ低下
した。また、純曲げにおいては、応力は、ピン形に対し
ては８，２２８ｐｓｉ低下し、ボックス形に対しては
８，６３０ｐｓｉ低下した。片持ち梁のＦＥＡ解析で
は、フェードアウト部における応力は、ＸＬＴロングテ
ーパアップセットの比較して、ピン形で９６６ｐｓｉ低
下し、ボックス形で１，３３２ｐｓｉ低下した。これら
の応力の減少により、ドリルパイプにかなりの疲労寿命
が付加される。
【００３９】表８は、本発明の修正された応力除去溝に
対する好ましい寸法を示す。
対する好ましい寸法を示す。
【表８】
【００４０】ピン形の応力はボックス形の応力より高い
ことが表７から明らかであるので、ピン形工具継手部の
応力を減少するようさらに努力して、図８のピン形工具
継手部１１０に３５°よりはむしろ１８°のテーパ部１
１４を設けた。ピン形の厚肉部はボックス形の厚肉部よ
り短いので、応力除去溝１１６は円筒状中央部を有して
いない。この代わりに、テーパ部１１４と溶接ネック部
１１８の間のアール部の延長である弓形部１１６が溝の
一方の側を形成し、弓形１１６の連続である弓形部１１
７が溝の他方を側を形成している。好ましくは、Ｒ2は
約２−１/２インチである。
ことが表７から明らかであるので、ピン形工具継手部の
応力を減少するようさらに努力して、図８のピン形工具
継手部１１０に３５°よりはむしろ１８°のテーパ部１
１４を設けた。ピン形の厚肉部はボックス形の厚肉部よ
り短いので、応力除去溝１１６は円筒状中央部を有して
いない。この代わりに、テーパ部１１４と溶接ネック部
１１８の間のアール部の延長である弓形部１１６が溝の
一方の側を形成し、弓形１１６の連続である弓形部１１
７が溝の他方を側を形成している。好ましくは、Ｒ2は
約２−１/２インチである。
【００４１】図８のピン形の他の利点は、「ピン−アッ
プ」運転することができることにある。今日、ドリルパ
イプはある環境ではこのようにして運転される。ダッド
マンのアメリカ特許第４，７６０，８８９号参照。
プ」運転することができることにある。今日、ドリルパ
イプはある環境ではこのようにして運転される。ダッド
マンのアメリカ特許第４，７６０，８８９号参照。
【００４２】以上の説明から、明らかなように、本発明
は前述の目的を全て達成するのによく適ったものであ
り、装置及び構造に備わっている自明な他の利点をあわ
せ持つものである。
は前述の目的を全て達成するのによく適ったものであ
り、装置及び構造に備わっている自明な他の利点をあわ
せ持つものである。
【００４３】ある特徴及びサブコンビネーションは有用
であり、他の特徴及びサブコンビネーションを参照する
ことなく利用することができることは、理解されるであ
ろう。これは特許請求の範囲から予期され、その範囲内
のことである。
であり、他の特徴及びサブコンビネーションを参照する
ことなく利用することができることは、理解されるであ
ろう。これは特許請求の範囲から予期され、その範囲内
のことである。
【００４４】本発明の範囲を逸脱することなく多くの形
態を実施することができるので、前に述べたあるいは添
付図面に示した全ての事項は、あくまで説明のためのも
のであってそれに限定するものではないと解釈すべきで
ある。
態を実施することができるので、前に述べたあるいは添
付図面に示した全ての事項は、あくまで説明のためのも
のであってそれに限定するものではないと解釈すべきで
ある。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、工具継手部の溶接ネック部に応力除去溝を設
けることによってドリルパイプ継手の疲労寿命が増大す
る。
によれば、工具継手部の溶接ネック部に応力除去溝を設
けることによってドリルパイプ継手の疲労寿命が増大す
る。
【図１】 ドリルカラー又は厚肉ドリル工具に対する応
力除去溝のＡＰＩの研究を示す、ボックス形工具継手部
及びピン形工具継手部の半断面図である。
力除去溝のＡＰＩの研究を示す、ボックス形工具継手部
及びピン形工具継手部の半断面図である。
【図２】 本発明に従って２つの応力除去溝が設けられ
たドリルパイプ継手の正面図である。
たドリルパイプ継手の正面図である。
【図３】 図２の４−４線における拡大断面図である。
【図４】 本発明の応力除去溝の好ましい形状を示す断
面図である。
面図である。
【図５】 ドリルパイプ試験片の疲労寿命をテストする
のに使用された疲労テストスタンドの側面図である。
のに使用された疲労テストスタンドの側面図である。
【図６】 本発明の改良された応力除去溝の他の実施例
を備えた１８°のテーパ部を有するボックス形工具継手
部の半断面図であり、その図においては溝の一方の側が
１８°のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延
長したものであり、溝の中央は円筒形であってそれによ
り溝の長さがその深さを増大することなく広がってい
る。
を備えた１８°のテーパ部を有するボックス形工具継手
部の半断面図であり、その図においては溝の一方の側が
１８°のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延
長したものであり、溝の中央は円筒形であってそれによ
り溝の長さがその深さを増大することなく広がってい
る。
【図７】 図６の改良された応力除去溝の他の実施例を
備えた３５°のテーパ部を有するピン形工具継手部の半
断面図であり、その図においては溝の一方の側が３５°
のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延長した
ものであり、溝の中央は円筒形であってそれにより溝の
長さがその深さを増大することなく広がっている。
備えた３５°のテーパ部を有するピン形工具継手部の半
断面図であり、その図においては溝の一方の側が３５°
のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延長した
ものであり、溝の中央は円筒形であってそれにより溝の
長さがその深さを増大することなく広がっている。
【図８】 本発明の弓形溝を備えたピン形工具継手部の
半断面図であり、その図においては溝の一方の側が１８
°のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延長し
たものである。
半断面図であり、その図においては溝の一方の側が１８
°のテーパ部と溶接ネック部との間のアール部を延長し
たものである。
１４…チューブ部、 １６，１８，７６…アップセット端部、 ２０，７０…ボックス形工具継手部、 ２２，９４，１１０…ピン形工具継手部、 ２４，２６，７８…溶接部、 ２８…円筒部、 ３０，３６，７４，９８，１１４…テーパ部、 ３２，３８，７２，９２，１１８…溶接ネック部、 ４０，４２，８０，９０…応力除去溝、 ９６，１００…弓形部、 ８４，９７…円筒部 １１６，１１７…湾曲部。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１０月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】外径が４インチから５1/2インチにわたる
ドリルパイプの応力除去溝の好ましい寸法が下記表１に
列挙され、それは約１．６の安全率を提供している。同
表は、内方アップセット（Ｉ．Ｕ．）のドリルパイプと
内外方アップセット（Ｉ．Ｅ．Ｕ．）のドリルパイプに
おける、ＡＰＩのテーパ部と規格外のロングテーパ部を
備えた溝の寸法を与えている。表中の各寸法の位置は図
４に示されている。
ドリルパイプの応力除去溝の好ましい寸法が下記表１に
列挙され、それは約１．６の安全率を提供している。同
表は、内方アップセット（Ｉ．Ｕ．）のドリルパイプと
内外方アップセット（Ｉ．Ｅ．Ｕ．）のドリルパイプに
おける、ＡＰＩのテーパ部と規格外のロングテーパ部を
備えた溝の寸法を与えている。表中の各寸法の位置は図
４に示されている。
【表１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】弓形部９６の一端は円筒部９９と融合し、
該円筒部の他端は、応力除去溝９０の他の弓形端部を形
成する弓形部１００に接続されている。ここでさらに説
明すると、弓形部の半径Ｒ1は外径５インチのドリルパ
イプに対して約２1/2インチであるのが好ましい。ま
た、その溝は、熱影響部から離すために、溶接ネック部
の端から少なくとも約１インチのところで終わるように
配置されている。
該円筒部の他端は、応力除去溝９０の他の弓形端部を形
成する弓形部１００に接続されている。ここでさらに説
明すると、弓形部の半径Ｒ1は外径５インチのドリルパ
イプに対して約２1/2インチであるのが好ましい。ま
た、その溝は、熱影響部から離すために、溶接ネック部
の端から少なくとも約１インチのところで終わるように
配置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
Claims (13)
- 【請求項１】 両端に肉厚を増加するためのアップセッ
ト端部を有するチューブ部と、該チューブ部の両端に接
続された工具継手部とを有し、 各工具継手部はテーパ部を介して小径の溶接ネック部に
接続された円筒部を有し、 前記テーパ部と溶接ネック部の接続部は曲率半径を有
し、 前記溶接ネック部は該溶接ネック部に溶接されたチュー
ブ部のアップセット端部に等しい肉厚を有するドリルパ
イプの継手において、 ドリルパイプが曲げ回転によって生じる応力変化にさら
されるときの該ドリルパイプのチューブ部の疲労寿命を
増大するために、溶接ネック部に応力除去溝が設けら
れ、 該応力除去溝の一端は、弓形で、テーパ部と溶接ネック
部の間のアール部を延長したものである、ことを特徴と
するドリルパイプ継手。 - 【請求項２】 前記応力除去溝の円筒部における工具継
手部の溶接ネック部の断面積は、ドリルパイプのチュー
ブ部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に
記載のドリルパイプ継手。 - 【請求項３】 前記応力除去溝における断面積は、チュ
ーブ部の断面積の約１．６倍であることを特徴とする請
求項１に記載のドリルパイプ継手。 - 【請求項４】 前記応力除去溝の他端は弓形であり、両
弓形端部の中間の部分は円筒形であることを特徴とする
請求項１に記載のドリルパイプ継手。 - 【請求項５】 前記円筒部の両端の弓形部は約２1/2イ
ンチの半径を有することを特徴とする請求項４に記載の
ドリルパイプ継手。 - 【請求項６】 前記工具継手部はボックス形であり、該
工具継手部と溶接ネック部の間のテーパ部は１８°であ
ることを特徴とする請求項５に記載のドリルパイプ継
手。 - 【請求項７】 前記工具継手部はピン形であり、該工具
継手部と溶接ネック部の間のテーパ部は３５°であるこ
とを特徴とする請求項５に記載のドリルパイプ継手。 - 【請求項８】 前記工具継手部はピン形であり、該工具
継手部と溶接ネック部の間のテーパ部は１８°であるこ
とを特徴とする請求項５に記載のドリルパイプ継手。 - 【請求項９】 円筒部と、該円筒部にテーパ部を介して
接続された小径の溶接ネック部とを有し、 前記溶接ネック部は工具継手部が溶接されるチューブ部
の端部に等しい肉厚を有する、ドリルパイプの工具継手
部において、 前記工具継手部が接続されるドリルパイプが曲げ回転に
よって生じる応力変化にさらされるときの該ドリルパイ
プのチューブ部の疲労寿命を増大するために、溶接部と
工具継手部の間の溶接ネック部に応力除去溝が設けら
れ、 該応力除去溝は円筒形中間部と両端の弓形端部を有す
る、ことを特徴とするドリルパイプの工具継手部。 - 【請求項１０】 前記応力除去溝における工具継手部の
溶接ネック部の断面積は、前記工具継手部が接続される
チューブ部の非アップセット端部の断面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項９に記載の工具継手部。 - 【請求項１１】 前記応力除去溝における断面積は、前
記工具継手部が接続されるチューブ部の断面積の１．６
倍であることを特徴とする請求項９に記載の工具継手
部。 - 【請求項１２】 前記工具継手部のテーパ部に隣接する
弓形端部は、当該テーパ部を弓形に延長したものである
ことを特徴とする請求項９、１０又は１１のいずれかに
記載の工具継手部。 - 【請求項１３】 前記各弓形端部は約２．５インチの曲
率半径を有することを特徴とする請求項９に記載の工具
継手部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/182,211 US5358285A (en) | 1992-12-03 | 1994-01-13 | Stress relief groove for drill pipe |
| US182211 | 1994-01-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07214210A true JPH07214210A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=22667492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6226294A Pending JPH07214210A (ja) | 1994-01-13 | 1994-09-21 | ドリルパイプの応力除去溝 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5358285A (ja) |
| JP (1) | JPH07214210A (ja) |
| BR (1) | BR9403970A (ja) |
| CA (1) | CA2128114C (ja) |
| DE (1) | DE4437953A1 (ja) |
| FR (1) | FR2714932B1 (ja) |
| GB (1) | GB2285645B (ja) |
| HU (1) | HUT70819A (ja) |
| IT (1) | IT1268847B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5535837A (en) * | 1994-07-05 | 1996-07-16 | Grant Prideco, Inc. | Helical stress relief groove apparatus and method for subterranean well drill pipe assemblies |
| GB2340148B (en) * | 1998-07-30 | 2002-12-31 | Boart Longyear Ltd | Tube rod |
| US6494499B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-12-17 | The Technologies Alliance, Inc. | Threaded connector for pipe |
| US6406070B1 (en) * | 2000-11-03 | 2002-06-18 | Grant Prideco, Lp | Casing drilling connector with low stress flex groove |
| IL145464A0 (en) * | 2001-09-16 | 2002-06-30 | Pc Composites Ltd | Electrostatic coater and method for forming prepregs therewith |
| SE531017C2 (sv) * | 2005-05-09 | 2008-11-18 | Sandvik Intellectual Property | Bergborrningsverktyg |
| US7686343B2 (en) * | 2007-07-19 | 2010-03-30 | ZAO “Kompaniya “Temerso”” | Drill pipe with tool joints |
| US20090304451A1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-10 | Heerema Marine Contractors Nederland B.V. | Load bearing system |
| US8733619B2 (en) | 2010-06-25 | 2014-05-27 | Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo, S.L. | Nickel-base radiant tube and method for making the same |
| US20120161439A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-06-28 | Rajopadhye Kapil V | Hydraulic flange connection |
| FR2976015B1 (fr) * | 2011-05-30 | 2014-11-07 | Vam Drilling France | Composant tubulaire pour l'exploration d'un puits d'hydrocarbures |
| CN102877797B (zh) * | 2011-07-15 | 2015-12-02 | 中国石油天然气集团公司 | 无吊卡台阶式定向穿越专用钻杆接头 |
| WO2013052626A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | The Unversity Of Akron | Reduced shock breakaway set screw for use with a surgical construct |
| US8608209B1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-17 | Thru Tubing Solutions, Inc. | Downhole safety joint |
| EP3023575A1 (en) * | 2014-11-21 | 2016-05-25 | Sandvik Intellectual Property AB | Drill string rod with shoulder |
| JP6528292B2 (ja) * | 2015-03-18 | 2019-06-12 | エヌケーケーシームレス鋼管株式会社 | ダブルショルダ型ツールジョイントを有する掘削用鋼管 |
| US20210207747A1 (en) * | 2020-01-07 | 2021-07-08 | Trinity Bay Equipment Holdings, LLC | Re-deployable pipe fitting systems and methods |
| US11434700B2 (en) | 2020-12-02 | 2022-09-06 | Saudi Arabian Oil Company | Disconnecting a stuck drill pipe |
| US11788599B1 (en) | 2022-04-11 | 2023-10-17 | DRiV Automotive Inc. | Methods of manufacturing vehicle damper |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1714818A (en) * | 1925-10-07 | 1929-05-28 | Earl A Reed | Hydraulic rotary drill stem |
| US2239942A (en) * | 1939-05-17 | 1941-04-29 | Hydril Company Of California | Well pipe joint |
| US2676820A (en) * | 1951-09-24 | 1954-04-27 | Reed Roller Bit Co | Drill collar |
| AT230307B (de) * | 1962-03-10 | 1963-12-10 | Schoeller Bleckmann Stahlwerke | Mit Ausnehmungen versehene Schwerstange für Tiefbohrungen |
| GB1111995A (en) * | 1964-05-29 | 1968-05-01 | Sandvikens Jernverks Ab | Improvements in threaded drill rod elements |
| US3691882A (en) * | 1971-03-18 | 1972-09-19 | Dulas L Massey | Threaded pipe joint facing tool |
| US4076436A (en) * | 1975-01-06 | 1978-02-28 | Bowen Tools, Inc. | Stress relieved tool elements |
| US4249831A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-10 | Sable Donald E | Well tool |
| US4430787A (en) * | 1981-05-04 | 1984-02-14 | Paramore Harold W | Sucker rods with improved coupling capability and method |
| US4594020A (en) * | 1982-08-13 | 1986-06-10 | Mega Industrial Products, Inc. | Welded oil well pump rod |
| US4601491A (en) * | 1983-10-19 | 1986-07-22 | Vetco Offshore, Inc. | Pipe connector |
| US4760889A (en) * | 1986-09-19 | 1988-08-02 | Dudman Roy L | High bending strength ratio drill string components |
| US4892337A (en) * | 1988-06-16 | 1990-01-09 | Exxon Production Research Company | Fatigue-resistant threaded connector |
| US5040622A (en) * | 1990-05-16 | 1991-08-20 | Shaw Industries Ltd. | Variable depth grooved drill string member |
| US5286069A (en) * | 1992-12-03 | 1994-02-15 | Prideco, Inc. | Stress relief groove for drill pipe |
-
1994
- 1994-01-13 US US08/182,211 patent/US5358285A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-15 CA CA002128114A patent/CA2128114C/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-09-05 HU HU9402552A patent/HUT70819A/hu unknown
- 1994-09-15 GB GB9418623A patent/GB2285645B/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-09-21 JP JP6226294A patent/JPH07214210A/ja active Pending
- 1994-10-04 BR BR9403970A patent/BR9403970A/pt not_active Application Discontinuation
- 1994-10-12 FR FR9412148A patent/FR2714932B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-24 IT IT94RE000087A patent/IT1268847B1/it active IP Right Grant
- 1994-10-24 DE DE4437953A patent/DE4437953A1/de not_active Withdrawn
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| ITRE940087A0 (it) | 1994-10-24 |
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| BR9403970A (pt) | 1995-10-17 |
| IT1268847B1 (it) | 1997-03-13 |
| DE4437953A1 (de) | 1995-07-20 |
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