JPS6018688A - グル−プ加工を施した端面を有する高気密性継手 - 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】 本発明は鋼管継手に係シ、とくに高圧ガス井などに用い
られる鋼管継手のように軸力下、内圧下に於いて高気密
性を要求されるネジ継手の先端形状に関するグループ加
工を施した端面を有する高気密性継手である。

最近の油井は硫化水素環境にさらされる他、深井戸化に
よって大きな軸力および内圧が加わる傾向にある。した
がってこのような油／ガス井に用いるケーシング、チュ
ービングは大きな軸力下に於いて、内部のガスのリーク
を防止する必要があり、とくに硫化水素を多く含むガス
丼では気密性の優れた特殊継手を用いている。

従来、高気密性継手としていくつかの形状を有する継手
が開発され利用されてきたが、高軸力下、高内圧下に於
ける耐リーク限界向上、継手先端の保護、トルクコント
ロールの容易さなどの面で一長一短がある。

第１図に従来用いられてきた特殊継手の一例を示す。ピ
ンノーズ１の端面はボックス２側との係合において図示
の如く傾斜をもって加工されている。この部分は主とし
てメークアップによるトルク荷重を受け持つ機能を有す
る（いわゆるトルクショルダーＡ）と同時にシール効果
も有する。さらに主シール機能はトルクショルダ一部Ａ
に近接する傾斜メタルシール部Ｂにある。本継手ではシ
ール効果を確実なものとするため上記部分、すなわちト
ルクショルダ一部Ａとメタルシール部Ｂは変形する程度
Ｋまでメ−クアツブすることを必要としている。

しかしこのような過大な締付は力でメークアップした継
手をさらにゆるめて再メークアップするときけ、初回以
上に大きな力でメークアップしないとシール機能は失わ
れてしまう。したがって繰返しメークアップが進むにつ
れてシール部の変形は一層大きくなシ、極端な場合には
第２図に示すような塑性変形Ｃを生ずることもある。ケ
ーシング継手では最低４回、チュービング継手では最低
１０回の繰返しメークアップに耐える必要がある。しか
し牙１図に示す継手ではこのような繰返しメークアップ
はむずかしい。

一方このような塑性変形を避けるためにメタルシール部
に工夫を施した継手もある。

第３図はその一例でビン側のメタルシール部に曲率Ｒを
もたせ、−力対応するボックス２側メタルシール部を直
線状にしてビンノーズ先端１−１およびボックス肩部２
−１の塑性変形を防止しつ＼曲率をもたせたメタルシー
ル部で局所的に接触圧を高めて気密性を確保している。

このタイプでは確かに過大な塑性変形を防ぐこ・とけ可
能である。たｙし、第１図および牙３図の継手で共通し
ていえることはいずれも軸引張荷重が作用したときリー
クを生ずる危険の高いことである。すなわち、軸荷重に
よってトルクショルダ一部の面圧が低下し、その結果リ
ークの危険が高まる。

気密性を向上させる別の方法は第４図に示すようにボッ
クスメネジ部にグループ（溝）を設け、こ＼にテフロン
リング３を圧入して、オネジを締め込み、スパイラル状
の間隙を完全に児頭してリークを防止するものである。

この方法の欠点は異物をネジ間に夾雑することにより継
手の応力を増加させることである。とくにカップリング
（ボックス）の引張周方向応力はとくに硫化水素環境で
はきわめて危険である。

すなわち、このような高い応力は硫化物応力腐食割れ（
５ｕｌｆｉｄｅ　５ｔｒｅｓｓ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　
ＣｒａｃｋｉｎｇまたはＳＳＣ）の原因となりカップリ
ングが縦割れを引き起こすこともある。

このＳＳＣを避けるためには当然応力を軽減させなけれ
ばならない。（カップリング外表面に於ける許容最大応
力として、その材料の規格最小降伏応力を目標にすれば
良い。） 又シール性向上の他の手段としてスズ（Ｓｎ　）などの
軟込金属を厚目（約６０μ）にメッキすることも効果が
あるが、この場合もカップリングフープ応力の増加は避
けられず、また高圧ガスに対してのシールには必ずしも
難点がないとはいえない。

本発明は上述の従来の継手を改良して安定した高気密性
を付与すると＼もに、繰返しメークアップ性、あるいは
カップリング外表面の応力を一定値以下に抑制するなど
の諸工夫を加えたものである。

本発明は雄ネジ部とネジ無しのビンノーズからなるビン
と、これに螺合する雌ネジ部と前記ビンノーズに対応す
るショルダーとからなる継手において、ビンノーズ端面
又はこれＶＣ接触するショルダ一部に数条の同心円状の
グループを形成したことを特徴とするグループ加工を施
した端面を有する高気密性継手である。

本発明の要旨は、ピンノーズ端面に管軸を中心とした同
心円状の数条のグループを加工し、相対応するボックス
ショルダー側面との接触圧を高めて以て継手に高気密性
を付与したものである。さらに気密効果をより確実なも
のとするだめ、従来の特殊継手で公知に々っているビン
ノーズ・フランク面でのシールも併用する。

両者の組合せ効果によって過大締め込み防止によるカッ
プリングフープ応力の抑制、繰返しメークアップ性、ト
ルク制御安定性などの特殊継手として不可欠の特性を具
備して、なおかつ最も重要な気密性それも引張荷重によ
って影響されることのない高気密性を確保することを可
能としたものである。

以下に本発明の詳細を述べる。

而して本発明の構成はオネジ側のネジ部先端に設けたネ
ジ加工を施さないピンノーズ１−２と、これと相対応す
るボックス２すなわちメネジ側のショルダ一部２−１の
組合せからなる。

さらに管軸に対し直角またはある角度をもって加工した
ピンノーズ端面１−１又は当該ピンノース端面と衝接す
るボックス側ショルダー２−１端面のどちらか一方に同
心円状のグループ４加工を施すことを必須条件とする。

シール機能はピンノーズフランク面とピンノーズ端面の
二ケ所の金属対金属接触部による。

とくに本発明の顕著な効果としてピンノーズ端面のグル
ープ加工により金属接触部の局部的面圧が高まる結果と
して内圧として作用する高圧ガスに対するシール効果が
飛躍的に向上することである。

第５図（α）は本発明の継手一般形状および継手各部の
名称を示す。第５図（ｂ）　ａさらにピンノーズ端面の
形状を示す。ピンノーズ端面１−１には管軸を中心に同
心円状にグループ４を加工する。グループ４の形状は第
５図（ｂ）に示すように正弦波状あるいは三角波状（黒
塗り）のものが提案される。グループのピッチ（ｐ）、
深さくＷ）、グループの山と谷の曲率半径（ｒ）、角度
（θ）を適当に決めることによって当初の目的の高気密
性継手の製造が可能である。

つき゛に実施例により本発明の効果をさらに具体的に示
す。

表は外径フインチ、重量四ポンド／フート、果を示す。

ネジ部はＡＰＩバットレスでピン先端には長さ１６燗、
端面の厚さ６．５晒のノーズを加工しである。ノーズ端
面は管軸に直角である。

表に於いて符号３Ｎ１〜３は比較のためピンノーズ端面
にグループ加工をしない平滑のもの、残りの３Ｎ４〜１
５はピッチ（ｐ）、グループの山および谷底の半径（ｒ
）、グループの深さくＷ）を種々変えてグループ加工を
行なったものである。グループ加工はそれぞれのグルー
プ形状に合せた総形バイトを準備して行なった。

ガスリーク試験はＡＰＩＲＰ３７に従って実施した。す
なわちガス圧力（Ｎｔガス）：管体または継手の降伏内
圧の８０％（４ｓｓ、４に）／ｃｒｄ）、引張荷重：管
体または継手の降伏荷重の８０チ（２４４，ｓｔ）、温
度サイクル：最高１６３℃（３２５０Ｆ）、最低６７℃
（１５００Ｆ）上記温度サイクルを１００サイクルかけ
てリークのないこと。

試験の結果は表に示すようにノーズ端面が平滑の場合は
リークが見られだが、本発明のグループ加工を実施した
場合はすべて［リークなし１と判定される。この場合グ
ループ形状の気密性への影響は明確に認められないが、
グループ形状の決定は気密性以外に原管寸法、締め付は
後の端面の変形など考慮して決めれば良いと考える。

次に繰返しメークアップ特性を見る。第６図は端面グル
ープ加工した表中嵐３Ｎ−４（ｐ＝１　ｗｍ　、　ｒ　
＝　０．２８３　ｗ　ｓ　Ｗ　＝　０．３　ｔｔｒｍ　
）を４回繰返しメークアップしたときのトルクおよびピ
ン１、ボックス２の応力を示すが、繰返しによってこれ
らの曲線が変らないこと、すなわち安定した繰返しメー
クアップ特性が得られることがわかる。また、ネジおよ
びフランク面に於いてコーリングの発生は認められない
。

次にカップリングのフープ応力であるが、最終完全ネジ
山に対応するカップリングの外表面応力は当該サイズで
約４０Ｋｙ／ｄ（最小規格降伏点の約７０％）と十分に
低い値である。また、フープ応力はグループ形状に関係
なくはｙ上記の値を示すが、これはトルクショルダーに
ょシ過大なメークアップが防止されるからである。

以上によシ管軸に対し直角なピンノーズ端面にグループ
加工を施した継手の使用特性とくに気密性を紹介したが
、オフ図及びその拡大図（２８図）に示すように管軸に
直角な面一に対し負の角度（−例として１５ｏ）をつけ
たいわゆるインバースアップ／ｌ／　（Ｉｎｖｅｒｓｅ
　Ａｎｇｌｅ　）　（Ｄビンノーン端面にグループ加工
を施すと、過大メークアップなしで高気密性が得られる
。

なおピンノーズ端面にグループ加工エを実施する代シに
ボックスショルダー側面にグループ加工することも本発
明の高気密性継手と同一の効果をもたらす。

さらにピンノーズ端面グループ加工の副次的効果として
グループ底にコンパウンドが保持すれて、この結果ピン
ノーズ端面およびボックスショルダー側面のゴーリング
を防止することが挙げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の鋼管継手断面図、第２図はその使用後の
変形例を示す断面図、第３図及び第４図は同じ一般の他
の例の鋼管継手断面図、第５図（ｃＬ）、（ｂ）は本発
明による継手断面を示し、（ｔｌ、）は縦断面図、（ｂ
）けピンノーズ端面の拡大図、第６図は本発明の継手の
試験結果図、オフ図は本発明の他の実施例を示す断面図
、牙８図は牙７図の拡大図である。 １−１はピンノーズ端面、２−１はボックス側ショルダ
ー、４は同心円状のグループ。 特許出願人　新日本製鉄株式会社 音　／届 ｆ 大２ｎ 肴３図 ケ４呂 、−Ｘ左図（Ｗ） ３９．５層（し） 扱６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 雄ネジ部とネジ無しのピンノーズからなるビンと、これ
   に螺合する雌ネジ部と前記ピンノーズに対応するショル
   ダーとからなる継手において、ピンノーズ端面又はこれ
   に接触するショルダ一部に数条の同心円状のグループを
   形成したことを特徴とする、グループ加工を施した端面
   を有する高気密性継手。