JPS5944552B2 - 高気密性油井管用ネジ継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に気密性の優れた油井管用ネジ継手に関する
ものである。

近年高深度、高圧ガス井の開発が進むにつれて引張強度
が大きく気密性の高いかつ腐食・エロージョンに耐える
ＡＰＩネジ（ラウンド、バットレス）を凌駕する使用特
性の優れた油井管継手が要求されるようになってきた。

前記の緒特性の中でも気密性は極めて重要である。

これは可燃性ガスの漏洩により油田の火災、爆発の危険
を伴なうこと、また硫化水素の如き有毒ガスの洩れによ
って重大な人身事故を招く危険があるためである。

従来、ネジ部の気密性を高めるためには、加工公差を厳
しく管理しクリアランスを可能な限り小さくすること、
またネジ部にばＳｎの如き展延性の優れた軟質の金属を
メッキすること、クリアランスを充填するような極微小
の金属粉、カルシウム・リチウムベース石けんを混入し
たグリースを塗油することが知られている。

またメークアップ（締込み）する際のトルクおよびター
ン（締込み回転数）の管理が重要である。

但しこれらの方策を以ってしても高温、高圧といった最
近の厳しい油井環境では雌ネジと雄ネジとのクリアラン
スが皆無である限りガスの洩れを防ぐことは出来ない。

このため継手を構成するピン（鋼管）およびボックス（
カップリング）に金属対金属接触をなすシール部を設け
た特殊継手あるいはネジ部に環状溝を設はテフロンリン
グを挿入した気密性を向上させるタイプの特殊継手が用
いられるようになってきた。

前者のタイプとして幾つかの特殊継手が公知となってい
る。

たとえばボックス内端部に凸円すい内面を有する周縁肩
部を設け、かつネジ部の端末とこの周縁肩部との間に延
在するネジ無し内面を設け、これに対応するようにピン
端部は凹円すい内面状としかつネジ部とピン端部の間に
ネジ無し外面を設けた特殊継手がその−っであり（特公
昭４５−１８０９６号公報）メークアップによって雄の
凹円すい面とメスの凸円すい面が衝接し、金属対金属接
触をなすのが特徴である。

一方、前記した継手に類似する特殊継手として、ボック
ス内端部に凸円すい内面を有する周縁肩部を設け、カリ
ボックス内面ネジの先にネジを切らない傾斜面を形成し
、ピンの構造をボックスと対応させた形状とした継手も
公知である。

この継手も前者の場合と同様第１のシール部は肩部凹凸
円すい面で形成される。

但し前者と異なる点はピンと、ボックス傾斜面に膨張部
を設け、この部分の金属対金属接触により第２のシール
部を形成するのが特徴である（特開昭４８−１７１２５
号公報）。

これらの金属対金属接触を気密性確保のための基本要素
とする特殊ネジ継手においてはそれぞれのＷ書において
述べているような効果は期待されようが、以下に述べる
問題が指摘される。

まず前者の場合には、ピン先端が唯一の密封箇所であり
、効果的な金属対金属接触を得るためには、加工誤差か
ら生じるクリアランスを補償する程度に相肖大きなトル
クでメークアップする必要がある。

しかし過度の締付けは、後述するように不均一な塑性変
形を接触部に発生させる恐れがある。

そのため再締付け（リピートメークアップ）時に初期の
気密効果を著しく減することがあり、またネジ部に焼付
きキズを生ずる原因ともなる。

リピートメークアップはケーシングでは最大３回、チュ
ービングでは最大１０回行なわれ、いずれの場合にも疵
の発生がなく高い気密性が要求されることはいうまでも
ない。

また実際の油井管継手の使用環境では引張、圧縮、曲げ
荷重等が同時に負荷された状態での気密性が問題となる
。

例えば継手に内圧と引張荷重が作用した場合を考えたと
き、引張荷重の増加に伴ない、金属対金属接触をなすシ
ール部の面圧は減 。

少し、最終的にはこれら気密面間に微小隙間の生ずる恐
れがある。

また、高精度に仕上げられたピン先端の密封面が保護さ
れることなく外部に直接露出しているため当然、現場作
業では、この点充分注意しているであろうがもし、プロ
テクターを イ外し、締結する前に密封面を誤まった疵
をつげるようなことになれば金属対金属接触による気密
性保持は難しい。

本発明は従来の金属対金属接触型気密性継手におけるこ
れら諸問題を解決した気密性の優れた油井管ネジ継手の
提供を目的とする。

本発明の継手の構造の概要を説明すると、内面に雌ネジ
をもつボックスと外面に雄ネジをもつピンとを螺合する
管のネジ継手において、ピン側はネジなし先端部に２ケ
所の肩部（ショルダー）とその中間に円錐面を設け、ボ
ックス側はこのピン先端形状に対応する２ケ所の肩部と
円錐面を備え、ネジ締付けによって上記円錐面が金属対
金属接触をなす、第１の密封面を形成し、さらに、雄ネ
ジに近い肩部がこれに対応する雌ネジに近い肩部と衝接
し、締付位置を制御すると同時に第２の密封機構を形成
し、ピン先端ネジなし最先端部とこれに対応するボック
ス最深肩部とが密封機能を有しない。

つまり本発明の継手は、ピン先端あるいはボックス最深
部に気密を目的とした円錐面と、気密および締付位置制
御を目的とした肩部を隣合せに集約させ、完壁な気密性
能を具備させることに成功した継手である。

次に本発明を図面に基いて詳細に述べる。

第１図は本発明の嵌合状態を示すものでその主要部分を
拡大した断面図である。

管本体１の一端にテーパ雄ネジが加工されその先端部に
は前述の通り２ケ所の肩部７，６が管軸と直角にそして
その間に気密円錐面８が加工されているボックス２には
前記雄ネジ３に嵌合する雌ネジ３′が加工され雄ネジ先
端形状に対応するように２ケ所の肩部７′。

６′および気密円錐面８′が加工されている。

２ケ所の肩部は設計上の工夫があり、ネジ側に近い肩部
７．Ｔ′は締付けにより、衝接し密封部を形成するが、
残りの肩部６，６′は締込終了時において隙間Ｃを持つ
か又は軽度に接触しても、実質的に密封機能をもってい
ない。

また、ピンおよびボックスの円錐面は（同一）勾配をも
つ金属対金属接触をなす気密面である。

而して本発明のネジ継手の気密機能は次の通りである。

ネジ締付けによって、最初にピン先端円錐面８とこれに
対応するボックス側円錐面８′とが接触し、第１の密封
面を形成する。

締込みが進むにつれ接触面の干渉式すなわち面圧は増大
し密封効果は向上する。

ピン先端ネジなし部が降伏しない程度に出来るだけ高い
気密性を確保するためピン先端部４に周方向圧縮変形を
充分に与えた後に、ピンおよびボックスの肩部７，７′
を衝接させ、つづくネジ締付けによって肩部７，７′は
第２の密封面を形成し締込みを完了する。

この時残りの肩部６，６′間には隙間をもたせている。

なおピン先端ネジなし部肩部は管軸と直角あるいは傾き
をもっても何ら気密機能には影響しない。

即ち前記気密機能には次の特長がある。

（１）第１、第２の密封面を形成し面圧を高めることに
より気密性を保持する。

（２）締込位置を規定することにより前記第１の密封面
およびネジ嵌合部に塑性変形またはゴーリングの生ずる
ことを防止している。

故にリピートメークアップに際し、気密性は最初の締込
みと何ら変りなく確保される。

（３） ピン先端の加工を気密円錐面８をはさみ、そ
の両側に肩部６，７を階段状に配置するよう工夫したの
は、ピン側２ケ所の密封部、つまり肩部７、円錐面が（
ぼみを形成し、打疵の生じに（い構造をしている。

この点は従来の継手にない新しい発想である。

またネジ継手に内圧と過大な引張荷重が作用した場合、
引張荷重により第２の密封面の面圧は減少するが第１の
密封面はネジ締付けによって周方向の大きな面圧のため
引張荷重による影響は何ら受けず内圧に対する気密性が
確保される。

（４） エロージョン、コロ−ジョン防止のタメ、締
付完了時ピン先端ネジなし先端肩部６とボックス肩部６
′に小さな隙間Ｃを持たせた。

なおその隙間はピン先端部を薄肉にしているため仮りに
ピン先端肩部６がボックス肩部６′に衝接した場合の過
大変形防止とピン先端肩部が打疵などにより変形しそれ
が不均一衝接となり気密性保持の危険防止のためである
。

（５） ピン先端ネジなし部の円錐面を有する肉厚を薄
くすることにより第２図ａに示すごと（、ボックスの変
形はピンの変形応力の１／４程度となりピン先端部が容
易に変形するため、従来のネジ継手に比較して低トルク
によって充分な密封面圧を得ることができる。

なお第２図すは第２図ａを作成するための試験方法の説
明図で、Ｐはピン歪ゲージ、Ｂはボックス歪ゲージ、Ｔ
はテーパ面を示す（７“０．ＤＸ３２ ｌｂｓ／ｆｔ。

Ｌ８０）。

（６）第３図は本発明のネジ締付トルクと締付回数の関
係を示す図である。

テーパネジを有するネジ継手において、ネジ締付けによ
って、締付はトルクは徐々に上昇する。

すなわち、ネジ締付はトルクはＯＡの如くなる。

ピン先端ネジなし部の円錐面８とそれに対するボックス
の円錐面８′がＡ点で接触しＡＢ間の締付けにより円錐
面８．８′に気密保持に必要な面圧（第一密封面）が得
られる。

Ｂ点はピン先端ネジなし先端肩部７とそれに対応するボ
ックスの肩部７′との衝接点（第二密封面）で衝接後急
激にトルクが増加し、衝接面に必要な面圧が得られ６点
で締付けが完了する。

従って従来のネジ継手に対してＢＣ間を太き（とれトル
ク管理が容易である。

本発明は以上の如き極めて画期的な効果を奏するもので
ある。

以上本発明によるネジ継手の機能について主要部分にて
説明してきたが実用例を以下に記す。

第４図はカップリングタイプ、第５図はインテグラルタ
イプのものを示す。

また本発明は継手外面に採用すれば、継手の外から中へ
の漏洩を防止でき第６図にその継手形状を示す。

また第７図に示すように本発明の継手内面に更に継手外
面にヒドリルのトリプルシールのような円錐面による密
封面を設ければ継手の外から中への漏洩を防止出来る。

図中実線の円内が本発明の適用場所である。なお本発明
者らの第４図に示すようなカンプリングタイプでの試験
によると、ＡＰＩ、５Ａ、Ｌ８０グレード、外径１７７
．８ｍｍ、肉厚１１．５１ｍｍの鋼管にＡＰＩ、５Ｂバ
ントレスネジを切ったネジ継手にピン先端ネジなし先端
肩部６，７の肉厚をそれぞれ２．５．５．５ ｍｍとし
ピン先端密封面８の長さを６ｍｍとした本発明のネジ継
手を適用し、締付は弛め締付けを数回繰返した後、管の
降伏内圧の８０％に相当する窒素ガス圧６３７ｋｇ／ｃ
ｎｌおよび管の降伏強度の８０％に相当する引張荷重の
３３８ Ｔｏｎを同時に負荷して、かつ１６３°Ｃと６
７℃の温度間で熱サイクルを１００回加えたが、継手は
何ら気密性を損うことなく、実用上すぐれた気密性能を
有することが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の継手構造を示す説明図、第２図ａは本
発明のピン先端ネジなし部の薄肉内面部とそれに対応す
るボックス外表面部のネジ締付は時の応力を示す図、第
２図すは第２図ａを作成するだめの試験方法の説明図、
第３図は締付けｌ・ルクと締付は回転数との関係を表わ
す図、第４図乃至第７図は本発明による高気密性油井管
用ネジ継手の実用例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内面に雌ネジをもつボックスと、外面に雄ネジをも
   つピンとを螺合する管のネジ継手において、ネジなし先
   端部に階段状に配置した２箇所の肩部とその中間が円錐
   面から構成されるピン側と、該ピン側先端形状に対応す
   る２箇所の肩部と円錐面から構成されるボックス側とか
   らなり、両者の締込みによって形成される前記円錐面の
   金属対金属接触による第一の密封部と、締込み終段でピ
   ンの雄ネジに近い肩部がこれに対応するボックスの雌ネ
   ジに近い肩部と衝接して形成される第二の密封部とを備
   え、且つ締込み完了点でピンネジなし最先端肩部とこれ
   に対応するボックス最深肩部とは、実質的に密封部の機
   能を有しないように構成したことを特徴とする高気密性
   油井管用ネジ継手。