JPS6026877A

JPS6026877A - 油井管用管継手

Info

Publication number: JPS6026877A
Application number: JP13309283A
Authority: JP
Inventors: 河嶋　寿一; 森田　喜保
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1985-02-09

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、雌継手端部の内奥シール部に、圧縮残留応力
を付与するための加工が施されている油井管用管継手に
関する。

油井管用管継手（以下、単に管継手という）Ｋは、大別
してカップリング式とインテグラル式の二種がある。本
発明はいずれの方式の管継手にも実施可能であり、それ
ら両方式に実施して全く同様の作用効果を奏するもので
あるが、以下では、便宜上カップリング式のものを例に
挙げて説明する０従来から実施されている管継手の基本的構造は第１図の
如くである。即ち、外観形状が円筒状のカップリング１
と、このカップリング１の両継手端部に螺合される管６
，６′とによって構成される。

カップリング１の内向に、両端から軸線方向の奥に進む
に従い、通常音。テーバ２もって内径が減少するＡ　、
Ｐ、工規格にもとすくバットレス型の雌ねじが刻設され
、この雌ねじが切り止められた部分より内奥には、四段
の雌ねじに絖り署。チー・（で平滑仕上けされたメイン
シール曲３，３′が形成され、内奥の極するところに軸
心に回って突出する環状の肩部２が形成され、該肩部２
においてＨｔＪ記メインシール面３．３′と交わる側周
面が平滑仕上げされたサブ７−ル面４，４′となってい
る０第２図は第１図の楕円で囲んだ部分を拡大して示し
たものであるが、前記のサブアール面４は管６の内６壁
に垂直な線に対する傾斜角θがｌＯ〜２０”ｋな丁より
に形成されている。カップリングＩＩＣ螺合される管６
の端部には、前記カップリング１の雌ねじに対応する雄
ねじが刻設され、雄ねじか切シ止められた部分よシ先に
はねじの無いリップ部７が設けられている。そして、リ
ップ部７の外周面は、前記カップリングｌのメインシー
ル面３に対応するメインシール面８となっておシ、リッ
プ部７の先端面ニカップリング１のサブシール面４に対
応するサブシール面９となっている。このようになされ
たカップリンク１と管６とが螺合されて、パワータイト
により強力に締め付けられると、相互のメインシール面
３，８及びサブシール面４．９間士は、互に大きな血圧
をもって当接し、金鶏面対金属面よシなる気密的シール
状態が得られる。

気密的シール全確保するためのメインシール面３．８相
互間の血圧は、螺合締め付は時のリップ部７が、サブシ
ール面４，９の傾斜角θに沿って半径方向に拡径される
ことによって発生するものである。油井管は地下数１０
００ｍの深さに達するまて竪て込筐れ、極めて苛酷な条
件下で使用される。このような場合の管継手には、あく
捷でも確実なシール状態を保持することが要求されるか
ら、その螺合締め伺ははややもすると過度に行なわれる
傾向がある。そうすると、カップリング１におけるメイ
ンシール面３とサブシール面４とが交わる周状コーナ部
５に半径方向の太きｌ引張応力が発生し、これが原因し
て肩部２が髪形破損したり、サブシール面４，９間に浸
入した流体によって肩部２附近が腐食されたりして、却
ってシール効果を損することがあった。本発明者が、管
６とカップリング１を螺合締め付けを行なった場合、サ
ブシール面４，９の傾斜角０とメインシール面３，８間
に生ずる面圧力及びコーナ都５に発生する引張応力との
関係を調査したところ、第３図に示す如くであった。こ
の調査は、外径１３８．６ｗｎ、肉厚７．７２ｍｍの管
６と径１５３．７ｍｍのカップリング１を締付トルク９
００Ｋｇ・ｆ−ｍで締め付けて行なったものである。な
お、カップリング１と管６の製作に用いら；ｈ　ｆｃ鋼
材の降伏点は７７　Ｋｇ−ｆ／１ｕｒ２＊引張強さに８
８Ｋｇ・ｆ　／　腐＋２て゛あり、コーナ都５の曲率半
径ｌｄｌ■であった。同図中、実線はメインシール面３
に発生する血圧力の変化を示すものであり、破線はコー
ナ都５に発生する引張応力のべ化を示すものである。同
図に見られるとおり、サブシール面４の傾斜角θが大き
くなるにつれてメインシール面３の血圧力は増加し、従
って気密性も同上する。しかしまた、コーナ都５に発生
する引張応力も増加することとなり、これが局部的に材
料の降伏点以上となる。しかも原油採取現場での管の接
続作業では、締付トルクの管理が十分に行なわれず、し
ばしば締め過ぎとなる傾向にあり、ためにカップリング
１の肩部２が破損する場合がある。

また、地中深く竪で込まれた管継手に大きな引張荷重が
作用した場合には、サブシール面４での血圧が低下し、
内部流体の浸入によって、高い引張応力が生じているコ
ーナ都５が腐食され、時には腐食割れが発生するおそれ
があった。

本発明は、前記従来の欠点に鑑み、カップリングのコー
ナ都５［、予め圧縮残留応力を付与すべく加工を施して
おき、螺合締め付は時にコーナ都に生ずる引張力の影響
全抑制し、もって従来の欠点を解消し得る管継手用カッ
プリングの提供を目的とするものである。即ち不発明の
要旨は、管継手の雌継手端部内奥に形成されたメインシ
ール周面とサブシール周面とが父わる周状コーナ郡に、
圧縮残留応力を付与するための加工が施されていること
を特徴とする油井管用管継手にある。

以下に、不発明を、図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

カップリング１のコーナ都５に対する圧縮加工は、例え
ば第４図に示すローラ加工装置を用いて行なうｏローラ
加工装置１０に、丸棒状のホルダ１１の先に分岐杆１２
　、１２’を備え、分岐杆１２゜１２′の先端に回転自
在な円盤状ロー２１３　、　ｌ　３’を保持したもので
ある。そして分岐杆１２　、　ｌ　２’の交叉支点はホ
ルダ１１内に挿入さ力、た操作杆１４の端部［軸支され
ており、操作杆１４の操作によって開き角度が調節され
るようＶＣなっている。このようになされたローラ加工
装置１０分、図示しない〃ロエ台等に固定し、分岐杆１
２　、　ｌ　２’の開度ｋＭａ小し良状態で準備する。

一方、カップリンクｌは、ホルダ１１の延長線上に同心
に保持された図示しない回転チャックに挾持し、ホルダ
１１の先がカップリングｌの内部に挿入されるよ′）に
カップリング１を前進（凶では左方へｉ１ｊ進）させる
。

そしてローラ１３　、１３’の周縁がコーナ部５に適正
に尚接されるように分岐杆１２　、１２’の開度を調節
して保持し、カップリング１を押し利けて回転させるも
のとする。勿論、カップリングｌの方を固定保持し、ロ
ーラ加工装置１０の方を回転させ、かつ前進後退させる
ものであってもよく、またカップリング１とローラ加工
装＠１０とを共に垂直方向に保持するものであってもよ
い。分岐杆１２　、１２’の先端にはローラｌ　３　、
１３’の代シにボールを保持させてもよい。

コーナ部５の加工状況を拡大して示せば第５図及び第６
図の如くである。コーナ部５は曲率Ｒで形成されており
、これに対するローラ１３の周縁は曲率ｒで形成されて
いる。Ｒに対するｒの関係ばＲ＞　ｒであり、ｒは只の
３０〜８０％の範囲とするのが好ましい。これより太き
くても小さくてもコーナ部５の加工は困難となる。特に
小さ丁ぎるとローラ１３の周縁が破損されやすい。因み
に、コーナ部５の曲率Ｒ９よ０．５〜３０程度である。

加工の際の押圧力はカップリング１を形成する材料の強
度によって異なる。一応の目標は、材料の降伏点の１〜
３倍とする。降伏点以下の押圧力では、管継手を諦め付
けたときにコーナ部５に作用する引張応力を吸収し得る
圧縮応力を付与することは困難である。また降伏点の３
倍金越える押圧力で加工すると、コーナ都５近傍に変形
が生じてシール性を害するおそれがある。通常は３０〜
３００”’／、、２の押圧力で加工するのが好ましい。

この方ロエによって、コーナ部５には、第６図に示すよ
りな断面３ケ月状の加工影響領域１５が得られる。その
加工深さは、５０〜２００μの範囲で充分である〇七ね
、は、管継手を締め付けたときに引張応力が作用するの
は、コーナ部５の極く表面層に限られるからである。

コーナ部５の加工は、第７図に示す方法によってもよい
。この失施例て゛は、端面の外径が加工に供されるカッ
プリング１のコーナ部５内径に近似な円筒状の治具１６
．１６”ｉ用いた。この治具１６゜１６’の端部外周縁
は、前記ローラ１３　、１３’の曲率ｒと等しい曲率を
もって断面凸状に形成されている。このようになさｉ″
した治具１６，１６’にカップリング１の両端から挿入
し、挿入した２個の治具１６，１６”！ｒ上下方回に保
持して加工台１７上に載置し、上部の治具１６を図示し
ないプレス装置で数回押圧する。このよ′）にｊれは、
肩部２の両側にあるコーナ部５．５”ｉ同時に加工でき
る。

押圧全線り返す途中で、カップリング１を回転させると
よい。押圧するときの力及び加工深度に、いずれもｌＩ
Ｊ呂己ローラカロエ装置１０による力目工の場合とほぼ
同等である。なお、抑圧の代りに治具１６の上を連打し
てもよい０コーナ部５の加工は筐た、第８図の卯（ショツトブラス
トによってもよい。この実施例では、コーナ部５にノズ
ル１８全臨ませ、該ノズル１８からショット１９を噴出
させてコーナ部５に打ちつけるものとした。ショット１
９には粒径０．１〜０．３網の鋳鋼を用い、これ全２〜
６Ｋｇ・ｆ／ｃｒｒＬ２の圧空と共に噴出させた。ショ
ット１９の噴出量は０．０１〜０．　ＩＫｇ−ｆ　／　
ｃｍ２７ｍｉｎが適当である。加工深度は、…Ｊ記ロー
ラ加工装置１０による加工の場合とほぼ等しくする。

鋼材は、一般に、引張応力が作用した状態においては、
応力腐食を生じやすく、また場合によっては応力腐食割
れを生ずることがあり、こｉ″Ｌは鋼材が管継手に使用
された場合も同様である。管継手にこのよつな応力腐食
が生じた場合は使用に耐えないものとなることは勿論で
ある。そこで不発明者は、前記カップリング１のコーナ
部５に加工を施して、パワータイトの締付時に生ずる引
張応力を吸収し得る如く措置したものが、いかなる耐腐
食性を示すか全調食し、かつ、締付時における肩部２の
耐変形性についても調査した。

第１表及び第２＊にその英験状況を示した。

（以下余白〕第１表と第２表によって明らかな如く、本発明のカップ
リングを用いた管継手には、コーナ部に全く腐食の痕が
見られず、充分な耐腐食性を有するものであることが確
認された。また肩部の耐変形性については、本発明のカ
ップリングは従来のカップリングに比して、１０〜２５
％増しの締付トルクによらなければ変形しないことがわ
かった。

本発明は、以上の如くカップリング内奥のコーナ部に圧
縮残留応力？付与する加工を施すことによって、苛酷な
条件下で使用される油井管の継手に用いて、腐食と荷重
によく耐え、確ヲミなシール性を保持し得るものであり
、かつ締付トルク管理の不充分な原油採取現場によく対
応し得るものである０

【図面の簡単な説明】

第１図は一部断面で示す管継手の概略図、第２図Ｉ／′
ｉ第１１ｇの楕円で囲んだ部分の拡大慶テ面図、第３図
はカップリングにおけるサブシール面の傾斜角と継手締
付時のコーナ部に作用する引張応力及びメインシール部
に作用する面圧力との関係を示すグラフ、第４図はカッ
プリングのコーナ部にローラ加工装置で加工を施してい
る状態全示す断面図、第５図は第４図のコーナ部近傍を
示す拡大断面図、第６図は加工後のコーナ部に圧縮残留
応力が付与された領域を示す拡大断面図、第７図はカッ
プリングのコーナ部にブレス治具を用いて加工を施して
いる状態を示す断面図、第８図はコ〜す都にショツトブ
ラスト刀ロエを施している状態を示す拡大断面図でおる
。１・・・カップリング　２・・・肩部　３，３′・−・
カンプリングのメインシール面　４．４′・・・カップ
リングのサブシール面　５・−・コーナ部　６，６′・
・・危・７・・・リップ都　８・・・管のメインシール
ｉＴｕ　９・・・管のサブ７一ル面　１０・・・ローラ
加工装置　１１・・・ホルダ　１２・・・分岐杆　１３
　、　ｌ　３’・・・ローラ　１４・・・操作杆　１５
・・・加工領域　１６．１６’・・・治具１７・・・加
工台　１８・・・ノズル　１９・・・ショット特許出願
人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士内田敏彦第１図第２図第３図０　３　６　９　１２　１５” サブシール面の傾斜角　θ 第４図５第５図　第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１、管継手の雌継手端部内奥に形成された内周メインシ
ール而と肩部の側周に形成されたサブアール面とが又わ
ってなる周状コーナ部に、圧縮残留応力を付与するため
の加工が施されていることを特徴とする油井管用管継手
。