JPS59137693A - 油井管用管継手 - 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】 本発明は、地下から産出される原油を採取するために、
地中に竪て込まれる油井管の管継手構造に関する０ 原油を産出する井戸の深さは数１０００ｍに及び、近年
その深さは更に増大して１００００ｍにも達する傾向に
あるＯＣのような井戸に竪で込まれる油井管は膨大な本
数にのぼるが、それらは総て管継手によって接続される
０この管継手に要求される最重要事項は、強大な引張荷
重によく耐えること、及び内部の流体が漏洩することの
ない確実なシール性を保持することの２点であるＯこれ
らの要求事項は、井戸の深さの増大につれて厳しいもの
となり、その要求に応ずべく数多（の提案がなされてき
た。例えば特公昭３５−７６３Ｌｌ号公報、特公昭４１
−１７４２号公報、特公昭４５−１８０９６号公報、特
公昭５２−２７３６７号公報、史には、米国特計第２９
０７５８９号明細書、米国特計第２９８０４５１号明細
書及び米国特ＩｌｆＦ第２９９２０１９号明細書等に記
載され九管継手がそれである。それらの管継手のうち最
も基本的なものは、第１図に示す如くである０ 第１図に示された管継手は、外観形状が円筒状をなすカ
ップリングＡの両端に、管Ｃ，σを螺合するものである
。カップリングＡの内ｉ＆］ｖｃは、両端から軸方回の
内奥に進むに従い、通常暑．テーパをもって内径が減少
するＡ．Ｐ．■規格にもとず（バットレス型の雌ねじが
刻設され、内奥の中央部には半径方回に突出形成された
肩都Ｂが設けられている。他方、管Ｃ，σには、いずれ
もその端都に、前記のカップリンクＡＫ刻設された雌ね
じと同じテーバの雄ねじが刻設されている。このような
管継手においてシール性を保持するうえで最も重要な部
分け、届部Ｂの近傍部分である。肩部Ｂの近傍部分を拡
大して示せば第２図の如くである。第２図に見られる如
く、管Ｃ，σの先端寄り部で雄ねじが切り止められた都
分以端《肩都Ｂに近い部分》には、ねじ山にして１．５
〜３山に相当する範囲にわたってねじの無いリップ部Ｄ
，Ｄ’が設けられている。このリップ都Ｄ，Ｄ’の外周
面には、テーパ状の雄ねじに続く適宜テーバ《暑。〜暑
。】になる平坦な外周シールｌ′ｆ［］Ｄ，．Ｄ：が形
成されており、リップ部Ｄ，Ｄ’の先端にはオーバハン
グ状ｔ＋１！ａｔＣ′の軸方向内壁に対する角度加釣１
００’）の先端シール曲馬，川が形成されている。他方
、カップリングＡＫおける肩部Ｂの近傍にも、ｌ１１配
リツ７゛都Ｄ，Ｄ’の外周面のテーバと同じテーパにな
るねじの無い部分が設けられ、前記外周シール而Ｄｌ＋
”１に対応する内周シール而Ｂ，，Ｂｉと、先端シール
曲馬，Ｄ；に対応する突当シールｒｆＩＢ，，Ｂ長が形
成されている。そして、カップリングＡに対して管Ｃ，
Ｃ′が螺合され、強力に締め付けられると、外周シール
而ｎ，，ｎｇと内周シール面Ｂ１，Ｂｊ，光端シール而
Ｄ．，Ｄ茎と突当シール面Ｂ，，ＢＳは、それぞれ互に
当接して金縞面対金属面よりなる気密シール状態が得ら
れる。

金輌面対金属面による気密シールの確保においては、２
つの問題がある０それは加工上の問題と使用上の問題で
ある。加工上の問題は、ねじの刻設とシール面の形成に
極めて精度の高い仕上げ加工が必要であるということで
ある。しかもそれらけいずｔもテーパ状に仕上けられな
ければならないから、精密仕上げが一層困難となシ、こ
れが管継手の製作コストに大きな影響を及ほしている。

使用上の問題は、井戸に竪て込んで原油を採取している
途中で、リップ部Ｄ，Ｄ’に変形が生じてシール性が損
なわれるようになることにある。管Ｃ，ｃＩｔ地中深く
竪で込んで原油を採取する場合、管継手の部分には、第
３図に示す白抜き矢印方向の引張荷重Ｔ（５０〜１００
０ｔｏｎ，）と黒塗り矢印方同の内圧Ｐ（１０００〜２
０００Ｋレ一りが負荷され、かつ、反復継続的な振動が
加わるものである。その結果、リップ部Ｄ，Ｄ’が塑性
変形し、金属面対金属面間の血圧が低下し、遂ｈには間
隙Ｇ，Ｇ’が生じて、内部流体の漏洩事故を惹起するこ
とがある。

しかもＣのような漏洩事故の危険は、１個の管継手につ
き、左石両側に存在する。

本発明は、前記従来の管継手が有する問題に鑑み、これ
を解決することにより、製造コスト全低減し、かつ、使
用中に金属シール面の血圧低下や隙間が生ずるおそれを
なくシ、そのうえ、漏洩の危険個所を従米のしに減少せ
しめる管継手の提供金目的とするものである。以下に、
本発明に係る管継手を図面に示すス施例に基いて説明す
る。

第４図は、本発明に係る管継手の主要部構造を示す都分
断面図である。同図において１はカップリングであＤ、
６＊６’ｔａカップリング１０両端から螺合した管であ
る。第４図に図示の本発明に係る管継手において、従来
の管継手を図示した第２図のものと大きく異なる点は、
管６の先端部と管６′の先端部とｔ−直接当接せしめて
シールを組み立てた点である。カップリング１の内周面
には、両端部から内奥部に向う雌ねじ２．２′が刻股さ
れ、管６と６′にはそれぞれ前記雌ねじ２と２′に螺合
せしめる友めの雄ねじ７．７′が刻設されている。これ
らのねじは、従来の管継手におけるテーパねじと異なっ
て、いずれも管６，６′の軸線に対して平行な平行ねじ
てある０これは、管６の先端部と管６′の先端部同志を
直接当接せしめてシムルを組み立てる場合に、両者を的
確に合一合致せしめる次めである。雌ねじ２．２′及び
雄ねじ７．７′の種類については、特に限定するもので
はない０カップリング１の内奥中央部には、所定の幅を
もった環状突起３が形成されている。４．４′は環状突
起３を削出する際に形成された空聞部である０管６．６
′の端都にはねじの刻設されていないねじ無し部８，８
′と、゜ねじ無し部８．８′か ら管６．６′の軸心方回に段差をもって形成されたリッ
プ部９．９′が設けられ、ねじ無し部８．８′とリツブ
ｆＡ９，９’の境界部には、外周から軸心方回に回う深
さをもったスリット１０．１０’が穿設されている０こ
のスリットｌＯ，ｌＯ’Ｈ、管６と６′とをカップリン
グｌに螺合して強力に締め付けた場合に、リップ部９．
９′に弾性変形を起さしめるために設けられた。

第５図（ａ）（ｂ）ｉ！、シール部の形状と機能ｔ更に
詳しく説明するための拡大模式図であり、カップリング
１と管６と含分離して示したものである。同図の（ａ）
はカップリング１０内央中央部にある環状突起３の近傍
を表わしたものである０３ａは内同シール面であって、
管６の端部近傍を表わした（Ｃ）図におけるリップ部９
の外周シール面９ｂが当接することによってサブシール
が組み立てられる。

内周シール面３＆の幅Ｗは６〜１６ｍ＋である０３ｂは
突起側面であって、管６をカップリング１に螺入した場
合、ねじ無し部８の段差ｒｆｉ］８ａが当接して螺入限
度を決定するストツバの役目を果たす０他方の突起側而
３ｂ′についても同様である。突起側面３ｂの高さｈは
４〜１０ｍｍである０内周シール而３ａは雌ねじ２の山
よりも２〜５簡突出して設けられている。また、内周シ
ール面３ａと突起側ＩＮ！１３ｂとが直交する部分には
１〜２ｖｒｍのｒ１が付されている。管６の端部近傍を
表わした第５図（ｋｌ）において、雄ねじ７が切夛止め
られた位置から先端までの長さｌは８〜１５ｍであり、
その中にねじ無し部８とリップ部９がある０ねじ無し部
８の外周面は雄ねじ７の谷底の延長線上にあり、管６の
内周面までの厚さｔは４〜１０諭である。リップ部９の
長さｌと厚さｔｌｎ共に４〜８配である。

先端シール面９ａは、他方の管６′の先端シール面と互
Ｋ当接することによってメインシールを組み立てる。こ
の先端シール面９ａは、管６の軸方向に対してオーバハ
ング状であり、管内壁に垂直な線に対してなす角θが１
〜２°である。このオーバハング状の先端シール面９ａ
Ｉ／′１半径１００〜３００叫の湾曲凸面としておくの
が好ましい。外周シール而９ｂＶｉ、ねじ無し都８の外
周面よりも段差８だけ小径の水平面である。この外周シ
ール面９ｂが、カップリングｌの内周シール面３ａに当
接することによってサブシールを組み立てるものである
ことは、既に述べたところである０先端シール而９ａと
外周シール面９ｂとは、半径ｒ，の曲面によって接続さ
れている。ｒ２は、ほぼ１０ｍｍ’″Ｃある。

ねじ無し都８とリップ都９との聞Ｋは、管６の軸心に回
う方向の深さをもったスリッ｝１０が周投されている。

スリット１ｏの問隙量ｃＦｉＯ．５〜２．０閣であり、
スリッ｝１０の底と管壁との距離ｔ′は２〜５ｗｎであ
る。スリット１ｏけ、先端シール而９ａに対して抑圧カ
が作用した場合に、リップ部９が点ｐＴｈ中心としてス
リッ｝１０の開口量が狭ばまる方回の弾性撓みを生ぜし
めるために設けられたものである。ｔ＃の董が小さすぎ
ると、先端シ−ル面９ａｉ他方の管６′の先端シール面
に邑接せしめてメインシールを組み立てる場合において
、相互間の面圧が大きいときに、座屈現象奮起こすおそ
れがあり、反対にｔ＃の量が大きすぎると先端シール面
９ａにゴーリング（ｇａｌｌｉｎｇ）と呼ばれる一種の
焼付傷が生ずるおそれがあり、共にクール効果を害する
ようになる。先端シール面９ａに作用していた押圧力が
解除されると、それまでスリット１０の開口量が狭くな
る方向に撓んでいた弾性変化は、元に復する０なお、前
記のｈはｔと近仰であり、Ｗはｌと近似であり、Ｗはｌ
′の２倍にほぼ等しい。前記した各部の寸法は、本発明
の管継手が適用される管のグレード、材質、外径、肉厚
、シールを確保するに必要とされる血圧等を参考にして
具体的に選択決定されるものであることはいうまでもな
い０また、内周シール面３ａ．先端シール面９ａ及び外
周シール面９’ｂｌ：、３−８以上の精密仕上面に切削
されることを要゛丁る、管６′の管端部形状及び各部の
寸法については図示して説明することはしなかったが、
前記管６についての説明と同じであるＣとは多言を要し
ない０次に、ＩｔＪ記の如き構成になるカップリング１
と管６．６’Ｗｅ用いて管継手を組み立てる場合につい
て説明する０１ず、カップリングｌの一方端に、一方の
管（この天施例では管６′）′ヲ螺合し、管６′の段差
面がカップリング１の環状突起３の突起側＠３１ｌ／に
緩〈当接する程度に螺入丁る０この場合、管６′のリッ
プ部における先端シール面は、内周シール面３ａの幅Ｗ
の中心をやや越える位＠まで進入しており、外周シール
面は内周シール面３ａに触れてはいない。次に、他方の
管（この実施例で＃−［１６）’ｅカップリングｌの他
端からハンドタイトで螺入し、次いでパワータイトで締
め付けを行なう。パワータイトで締め付ける段階では、
管６のリップ部９は環状突起３の内周シールｔｈ１３ａ
領域に進入し、やがて先端シール面９ａが、既に螺スさ
れている管６′の先端シール面に当接し、かくしてメイ
ンシールが組み立てられる０この状態において更に締め
伺けると、管６のリップ部９と管６′のリツブ都ｑとは
、共に撓みｔ起こして外周シ一ル血９ｂが内周シーＡＫ
ｆｎ３ａに当接してサブシールが組み立てられる。そし
て締め付けトルクが規定値に達したことを確認してパワ
ータイトを停止すればよい。パワータイトによ４締め付
け時の締め付けトルクとシール面の面圧の上昇状襲の一
例を示せば第６図の如くである。第６図は、外径５″／
ｉ（１３９−７ｓｍ＋）、肉厚７．７２ｍｓの管の管継
手について夷験した結果を示すものである？Ｃの図によ
ると、トルク曲線はメインシールが組み立てられると急
に上昇し、メインシールに併せてサブシールが組み立て
られると曲線は更に急上昇する。しかしシール面の血圧
は、サブシールが組み立てられてより後から緩くなる傾
向を示し、規定締め付け時には飽和状態になろうとする
傾向を示している。

従来の管継手にあっては、面圧曲線はトルク曲線の上昇
にも増して急上昇し、規定締め付けのタイミングを誤る
と、直ちにゴーリングカ〆発生するおれがあったが、本
発明に係る管継手の場合は、このようなおそれが全くな
い状態で確実なシールを得ることができる０因みに、こ
の英施例の場合、ゴーリングが発生するおそれのある面
圧は１２０Ｋｇｆ−乃♂以上であり、確夷なシールが得
られる面圧は６０Ｋｇｆ−／一以上である。前記の規定
締め付け時附近から血圧が飽和傾向を示す理由は、リッ
プ部に弾性変形が生じて、最も高い血圧が生じる先端シ
ール曲のものが吸収されるからである０従って、管に過
度の引張力が作用して、管端部の螺合に緩みが生ずるよ
うな場合には、リップ部に貯えられたスプリングバック
力が作用し、弾性撓みを起こしていた部分が復元するた
め、血圧が低下することなく確ヌなシール状態を維持す
ることができるものである。

次に、本発明を各種の油井管用管継手に適用して試験し
た場合につき、従来の管継手と比較した結果を示せば第
１表の如くである０ （以下余白、第鵠頁に続＜ｏ） 第１表に見られる如く、本発明に係る管継手にあっては
、引張荷重を負荷し次場合に、接続した管が破断丁るま
で漏洩事故を生ずることはなかった。ま之破断は管継手
の部分には発生せず、管本体の部分に発生した０このこ
とは管継手に平行ねじを適用しても何等支障のないこと
を示すものである。

本発明に係る管継手は．Ｉｆｌ記の如く優れたシール性
を確保できるものであるが、ねじを平行ねじとすること
によって、その加工コストを、従来のテ／＜ねじ加工に
比して約１０％低減することができた。またリップ部の
加工公差については、従来のものにあっては±０．０２
５ｍ＋＋＋の範囲に収めなければ所望のシール効果を保
証することができなかったが、本発明の場合には±０．
０５ｍｍに緩和することが可能である。従って加工上の
作業性を大幅に改善することができる０更に、従来の管
継手では、１個のカップリングにつき、２個所のメイン
シールが存在していたが、本発明に係る管継手では１個
所のメインシールを組み立てるものとしたから、漏洩危
険個所は従来の”／Ｋ減少するので、この点からしても
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の管継手を示すものであって、
第１図は部分断面で示した管継手の概略図、第２図は管
継手における主要部の部分拡大断面図、第３図は過度の
荷重が作用してシール部に隙聞が生じたところを示す部
分拡大断面図、第４図乃至第６図は本発明に係る管継手
全説明するものであって、第４図は管継＋における主要
部の部分拡大断面図、第５図（ａ）はカップリングの主
要部構造を詳しく説明する友めの拡大模式図、第５図（
ｂ）は管端主要部構造を詳しく説明するための拡大模式
図、第６図は管継手を八ソータイトで締め付ける場合の
トルク曲線と面圧曲線を示すグラフである。 １・・・カップリング２．２′・・・雌ねじ′３・・・
環状突起６．６′・・・管７，７′・・・雄ねじ８．８
′・・・ねじ無し部９．９′・・・リップ部１０．１０
’・・・スリット一５８６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．油井管のねじ継手において、両端から内実に回って
   軸線方回に沿う平行雌ねじが刻設され、その内奥中央部
   に環状突起が形或されたカップリングと、該カップリン
   グの両端から対象的に螺合されるべく、平行雄ねじが刻
   設された２つの管とからなり、該２つの管の雄ねじが切
   り止められた先には、ねじ無し部と軸心方回に向う深さ
   のスリットを介して前記ねじ無し部よりも小径に段差を
   付したリップ部が形成され、該２つの管におけるリップ
   部の先端シール面は、該２つの管がｌｉｉＩ記カップリ
   ングに対象して螺合された場合に、前記環状突起の内周
   面領域内で当接してメインシールを組み立てる如くなさ
   れたことを特徴とする油井管用管継手０