JPH08145248A

JPH08145248A - 油井鋼管用ネジ継手

Info

Publication number: JPH08145248A
Application number: JP28802994A
Authority: JP
Inventors: Takuya Atsumi; 卓彌厚見
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、締め付け、弛めを繰返し行っても油
井管との焼付きが起き難い油井管用ネジ継手を提供する
ことを目的としている。【構成】Ｃｒを重量比で１０％以上含有する高クロム鋼
からなり、且つネジ部及びメタルシール部を有する油井
鋼管用ネジ継手において、雄雌どちらか一方のネジ部及
びメタルシール部の表面硬度を他方より少なくとも１０
Ｈｖ（ビッカース硬度）以上大きくし、その硬度を上げ
た側の表面平均粗さを０．２５μｍ以上１．００μｍ以
下にしてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油井鋼管用ネジ継手に
関し、詳しくは、そのネジ部及びメタルシール部を改質
して油井管に対する耐焼付き性に優れたネジ継手とする
技術に係わる。

【０００２】

【従来の技術】原油を吸い上げる油井の深さは、一般に
数千ｍに及び、近年では１万ｍにも達しようとしてい
る。このような油井に用いる油井管は、膨大な本数にの
ぼるが、これらは総てネジ継手によってシール性を確保
しつつ一連に接続されて使用されている。該ネジ継手に
は、油井管及び該ネジ継手自体の重量に起因する軸方向
の引張力、周囲から外周面に及ぼされる地圧力、内部流
体による内周面への押圧力等、各種の苛酷な力が作用す
る。そして、これらの力は、前記した油井深度の増大に
従い、一層苛酷なものとなることは言うまでもなく、か
かる厳しい条件下において使用するネジ継手には、強大
な引張荷重に耐え得ることと同時に油井管に対する確実
な耐焼付き性を有することが要求される。そこで、上記
要求に応ずるべく、従来より多くの提案がなされてき
た。

【０００３】まず、耐引張荷重に関しては、継手部分の
ネジ部形状、ピッチ等を改良することで良好な結果が得
られている。しかし、耐焼付き性に関しては、ネジ部及
びメタル対メタルシール部（以下、メタルシール部とい
う）に締め付け時の焼付きの問題が残された。該メタル
シール部は、通常１００〜２００ｋｇ／ｍｍ² の高面圧
力が加えられており、締め付け時の潤滑が不足すると油
井管のメタルシール部とで焼付きが生じやすい。この焼
付きが発生すると、シール性能が損なわれて、ネジ継手
全体としてのシール性に対する信頼が失われ、原油もし
くはガス漏れ等の事故に至ることがあった。その対策の
１つとして、特公平１−１２９９５号公報は、上記メタ
ルシール部に、ビッカース硬度で３００以下、且つ融点
が４００℃以下の例えば銅、亜鉛などの金属あるいはそ
の合金メッキでコーティングしたネジ継手を開示した。
また、特開昭６３−５０４６２号公報は、上記メタルシ
ール部に、イオン化した例えばＣｒ，Ｔｉ，Ｎｉなどの
粒子を照射することによりメタルシール部の表面改質、
つまり硬度、摩擦係数、摩耗、耐食性の付与、を行う方
法を開示した。さらに、ネジ継手の材質がステンレス鋼
の場合には、該ネジ継手のメタルシール部のみを所謂シ
ョットピーニングし、相手方は前述のメッキによるコー
ティングを施して使用するようになった。

【０００４】しかしながら、上述のような対策では、初
回締め付け時の焼付き発生という事故はほぼ防げるが、
締め付け及び弛め戻しを数回繰り返した時の耐焼付き性
に対する信頼は依然として高まらなかった。なぜなら
ば、該ネジ継手を一度締め付けた後に再度弛めて２度あ
るいは３度と繰返し使用する間に、現実に焼付きがしば
しば起きたからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、締め付け、弛めを繰返し行っても油井管との焼
付きが起き難い油井管用ネジ継手を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、油井管用ネジ継手の耐焼付き性に関して鋭
意研究を行い、該ネジ継手の耐焼付き性にはネジ部及び
メタルシール部のショットピーニング後の表面粗さが大
きな影響を及ぼしていることを見いだし、さらに研究を
重ねることによって本発明を想案するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、Ｃｒを重量比で１０
％以上含有する高クロム鋼からなり、且つネジ部及びメ
タルシール部を有する油井鋼管用ネジ継手において、雄
雌どちらか一方のネジ部及びメタルシール部の表面硬度
を他方より少なくとも１０Ｈｖ（ビッカース硬度）以上
大きくし、その硬度を上げた側の表面平均粗さを０．２
５μｍ以上１．００μｍ以下にしてなることを特徴とす
る油井鋼管用ネジ継手である。また、本発明は、上記一
方のネジ部及びメタルシール部を銅メッキしたことを特
徴とする油井鋼管用ネジ継手である。

【０００８】この場合、油井管あるいはネジ継手のいず
れを雄あるいは雌とするかは自由であり、設計にまかさ
れる。

【０００９】

【作用】本発明では、Ｃｒを重量比で１０％以上含有す
る高クロム鋼からなり、且つネジ部及びメタルシール部
を有する油井鋼管用ネジ継手において、雄雌どちらか一
方のネジ部及びメタルシール部の表面硬度を他方より少
なくとも１０Ｈｖ以上大きくし、その硬度を上げた側の
表面平均粗さを０．２５μｍ以上１．００μｍ以下にし
てなるようにしたので、該メタルシール部に潤滑油が常
に存在するようになり、油井管との締め付け、弛めを多
数回に亙り繰返しても焼付きが生じないようになる。ま
た、本発明では、上記雄雌一方のネジ部及びメタルシー
ル部を銅メッキするようにしたので、上記効果は一層促
進される。

【００１０】以下に、図１〜３に基づき、本発明の内容
を説明する。図３は、本発明に係るネジ継手の主要部を
示す縦断面図である。図３では、油井管１の先端が所謂
雄側となり、ネジ部３とメタルシール部４を有し、一
方、雌側はネジ継手２で構成し、そこにもネジ部３とメ
タルシール部４が存在する。本発明者は、図３のネジ継
手２（雌）において、ネジ部３及びメタルシール部４を
微小鋼球を用いた所謂ショットピーニングした後に、そ
の表面平均粗さと、油井管１側（雄）の同部との表面硬
さの差が、雄雌の焼付きに大きく影響していることを確
認した。つまり、ネジ継手２の油井管１に対する耐焼付
き性は、その表面平均粗さが小さいほど、また上記表面
硬さの差が小さいほど、低下することを知った。その理
由は、雄雌両者間の表面硬さの差が小さすぎると、締め
付け弛めを２度あるいは３度と繰返すにつれ、ネジ部及
びメタルシール部の接触部が摩耗して接触面積が増加し
（潤滑油が存在できなくなる）、その結果、摩擦抵抗が
増加して発熱量が大きくなり、雄雌の焼付きが発生し易
くなるためである。また、表面平均粗さが小さすぎる
と、その事実だけでネジ部及びメタルシール部の接触面
積が増加し、前述のごとく発熱量が大きくなり、両者間
の焼付きが発生しやすいためである。

【００１１】また、雄雌どちらか一方のネジ部及びメタ
ルシール部を銅メッキした場合においても、再使用する
につれて銅めっきが剥がれるため、前述と同様に、ネジ
部及びメタルシール部のショットピーニング後の表面平
均粗さと他方側との表面硬さの差を適当な範囲に規制す
ることが、両者間での焼付き発生を抑制するのに重要で
あった。

【００１２】この検討結果より、本発明の目的をより有
効に達成する要件を見いだすため、ネジ部及びメタル対
メタルシール部の表面平均粗さと表面硬さを種々変化さ
せ、ネジ継手の耐焼付き性について追及し、以下に列挙
する本発明に係る要件の限定理由を得た。なお、図１〜
２に結果を示す実験は、銅メッキをしない継手に関して
締め付け及び弛め戻しを１セットとして１０セット繰り
返した後の焼付き発生状況を調査したものであるが、銅
メッキをした場合も結果は同様であった。

【００１３】（１）ネジ部及びメタルシール部の表面硬
さを、雄雌のどちらか一方で他方より少なくとも１０Ｈ
ｖ以上大きくすること。図１に、雌側であるネジ継手の
ネジ部及びメタルシール部の表面硬さと、耐焼付き性と
の関係を示す。図１は、表面硬さが大きい側のネジ部及
びメタルシール部の表面平均粗さｙが０．２５≦ｙ≦
１．００（μｍ）の条件下で、表面硬さに対する耐焼付
き性について調べた結果である。ネジ継手の鋼種は１３
％Ｃｒ鋼であり、雌側にショットピーニング処理を施し
てある。図１より、ネジ部及びメタルシール部の表面硬
さが、雄雌両者間の焼付きに大きな影響を及ぼしている
ことがわかる。定量的には、ネジ部及びメタルシール部
の表面硬さの差が１０Ｈｖより小さい領域では、雄雌間
で焼付きが発生しやすくなる。従って、雄雌いずれかの
ネジ部及びメタルシール部の表面硬さを、一方が他方よ
り少なくとも１０Ｈｖ以上大きくすることにより、両者
間で焼付きが起きないことがわかる。なお、表面硬さの
差をつけるためには、ショットピーニング処理において
単位時間あたりに噴射させる微小鋼球の量に大小をつけ
る等種々の方法があるが、ショットピーニング処理法を
用いる場合は、経済性の点から上限を２０Ｈｖとするの
が妥当と考えられる。

【００１４】（２）表面硬さを上げた側の表面平均粗さ
を０．２５μｍ以上１．００μｍ以下にすること。図２
に、雌側のネジ継手本体のネジ部及びメタルシール部の
表面平均粗さとその耐焼付き性の関係を示す。図２は、
該雌側のネジ部及びメタルシール部の表面硬さを雄側の
油井管より少なくとも１０Ｈｖ以上大きくした条件下
で、上記表面平均粗さに対するその耐焼付き性について
調べたものである。この場合も、ネジ継手本体の鋼種は
１３％Ｃｒ鋼であり、その内面にショットピーニング処
理を施してある。図２の結果より、ネジ部及びメタル対
メタルシール部の表面平均粗さが耐焼付き性に大きな影
響を及ぼしていることがわかる。表面平均粗さが０．２
５μｍより小さい領域では焼付きが発生しやすく、ま
た、１．００μｍより大きくなると焼付きが発生しやす
い。表面平均粗さが１．００μｍより大きくなると焼付
きが発生しやすい理由は、表面硬さが大きい側（雌側）
の表面が粗くなり過ぎるために他方側（雄）の表面層を
削り取ることになり、他方側に焼付きの原因になるミク
ロなバリが発生し易くなるからである。

【００１５】従って、表面硬さを上げた雌側の表面平均
粗さを０．２５（μｍ）以上１．００（μｍ）以下にす
ることにより、雄雌間で良好な耐焼付き性が保たれてい
ることがわかる。

【００１６】

【実施例】外径８８．９ｍｍ、肉厚６．４５ｍｍの油井
管を用いて、耐焼付き性の調査を行った。その際に用い
た油井管の成分は表１の通りである。ネジ継手について
は、締め付け及び弛め戻しを各１０回ずつ実施し、油井
管（雄）と該ネジ継手（雌）間の焼付き状況を調査し、
その結果を表２に示した。表２で明らかなように、本発
明に基づいて、雌側のネジ部及びメタルシール部にショ
ットピーニングを行い、その表面平均粗さ及び表面硬さ
を本発明の範囲に規制した実施例Ｎｏ．１〜１０では、
焼付きの発生は一回締め付け及び弛め戻し後はゼロであ
り、さらに１０回後もゼロであった。なお、実施例Ｎ
ｏ．６〜１０は、雄雌どちらか一方のネジ部及びメタル
シール部に銅メッキを施してある。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】これに対して、比較例Ｎｏ．１１、１２
は、雌側であるネジ継手本体のネジ部及びメタルシール
部の表面平均粗さが０．２５（μｍ）より小さいため、
また比較例Ｎｏ．１３、１４は、表面平均粗さが１．０
０（μｍ）より大きいため、さらに比較例Ｎｏ．１５、
１６は、表面平均硬さが所定の範囲よりはずれているた
め、いずれの場合も特に１０回の締め付け及び弛め戻し
後に焼付きが数多く発生している。なお、比較例Ｎｏ．
１７〜２０は、雌側に銅メッキを施してあるが、銅メッ
キしていない場合に比較してやや焼付き発生率は低いも
のの、ネジ部及びメタルシール部の表面平均粗さ及び表
面硬さを本発明の範囲に規制していないため、依然とし
て焼付き発生は大きかった。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、複数
回の締め付け、弛め戻しを繰り返しても、油井管と焼付
かず、シール性が万全な油井鋼管用ネジ継手の提供が可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】油井管とネジ継手間の焼付きに及ぼすネジ継手
の表面硬さの影響を示す図である。

【図２】油井管とネジ継手間の焼付きに及ぼすネジ継手
の表面粗さの影響を示す図である。

【図３】油井管とネジ継手の接合状況を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１油井管（雄ネジ側）２ネジ継手（雌ネジ側）３ネジ部４メタルシール部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｒを重量比で１０％以上含有する高ク
ロム鋼からなり、且つネジ部及びメタルシール部を有す
る油井鋼管用ネジ継手において、雄雌どちらか一方のネジ部及びメタルシール部の表面硬
度を他方より少なくとも１０Ｈｖ（ビッカース硬度）以
上大きくし、その硬度を上げた側の表面平均粗さを０．
２５μｍ以上１．００μｍ以下にしてなることを特徴と
する油井鋼管用ネジ継手。
【請求項２】上記一方のネジ部及びメタルシール部を
銅メッキしたことを特徴とする請求項１記載の油井鋼管
用ネジ継手。