JPS616488A - 油井管用ネジ継手 - Google Patents

油井管用ネジ継手

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JPS616488A
JPS616488A JP59125346A JP12534684A JPS616488A JP S616488 A JPS616488 A JP S616488A JP 59125346 A JP59125346 A JP 59125346A JP 12534684 A JP12534684 A JP 12534684A JP S616488 A JPS616488 A JP S616488A
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threaded
seal component
joint
male
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徳屋　友彦
植木　幹雄
堀　光昭
安岡　秀憲
市原　卓三
俊雄 佐藤
健一 遠山
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
    • F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
    • F16L15/004—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油井管用ネジ紺、手に関する。
〔従来の技術及びその問題点〕
油井管用のネジ継手は高圧、高荷重下で使用されるため
高いシール性や強度が景求さｔｌこのような要求に応じ
従来よシ数多くの継手構造が研究開発さｎている。従来
このような油井管用ネジ継手として、雄ネジ部先端のテ
ーパ状シール構成部（外周面部つと雌ネジ部内方のテー
パ状シール構成部（内周面部）とでメタルゾールを構成
せしめ且つ雄ネジ部先端と雌ネジ部内刀のストッパー部
端面とを突合せた構造や、上記雄ネジ部側のシール構成
部を管軸方向で凸曲面状に構成せしめた構造等、所謂メ
タルノールカ式の継手が知ら扛ている。しかし、この種
の継手は実際上その気密性がいまひとつ十分でなく、ま
た応力腐食割ｎも生じ易いという問題を有している。特
にこの継手構造ては、シール性を向上させる目的・から
、当接している雄ネジ部先端面とストッパ部端面にそ才
ｔぞｔ一定の餉斜全もたせることによシ雄ネン部に押し
上は力が働くようにし、この押し上げ力によシ雄ネジ部
側シール構成部を雌ネジ部側に強く押し伺けその部分の
シール性を向上させるようにしているか、このような構
造で上記押し上げ作用を得るためには、雄ネジ部の先端
面を相当に強くストン・ぐ一部の端面に押し当てる必要
があわ、このため、ストッパー部の伺根付近に曲はモー
メントやくさび効果による引裂力が働き、この部分が応
力腐食を受は易いという難点がある。
〔問題点を解決するた応の手段及び実施例〕本発明はこ
のような従来の問題に鑑みなされたもので、応力腐食割
れ等の問題を生ずることがなく、しかも優扛た強度及び
シール性を有する油井管用継手の構造を提供せんとする
ものである。
このため本発明は、第１図に示すように、雄ネジ部先端
の管軸方向で凸曲面状に形成されたシール構成部（３）
（外周面部）と雌ネジ部内方のテーパ状シール構成部（
４）（内周面部）とで主シール部（Ｓ）を構成し且つ雄
ネジ部（１）の先端と雌ネジ部内方のストッパー部（５
）端面とを突合せた継手構造を採用するとともに、この
ような構造において、継手部各部を次のように構成せし
めたものである。
（イ）ネジ部に縮代Δｄ　（＝ｄ＋　　ｄ２）　ｋ設け
るとともに、ネジ部のロードフランク角（α）を０〜１
．１に設定する◇ （ロ）雄ネジ部側シール構成部（２）の管軸方向での凸
曲面（円弧面）　ｆ　１００　ｒａｎ以上の曲率半径を
もって構成せしめるとともに、雌ネジ部側シール構成部
（４）のテーパ角（θ）　ｉ　１．０〜４．０とする。
（ハ）雄ネジ部側シール構成部（３）の外径Ｄ１と雌ネ
ジ部側シール構成部の内径Ｄ２とｆ　Ｄｔ　＞　Ｄ２と
してシール部組化ΔＤ（−Ｄｔ　　Ｄｚ）’ｅ設けると
ともに、このシール部組化ΔＤを、これによるシール部
面圧Ｐが、 （ネジ継手に加わる内圧）＜Ｐ＜（ネジ継手材料の降伏
強さ）となるよう形成せしめる。
に）シール部組化ΔＤとイ・ン部縮代Δｄとの関係なΔ
１〕〉Δｄとする。
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
第１図はカップリング部材（Ｂ）（スリーブ継手〕によ
る本発明継手構造の一例を示すもので、カップリング部
材ＣＢ）の両端には雌ネジ部（２）　（２）が形成さｎ
ｌこｎらに管体（Ａｌ）　（Ａ２　）先端の各雄ネジ部
（１）が接続され継手を構成している。
カップリング部材（Ｂ）の各継手構造において、雄ネジ
部（１）先端の外周面はネジ山がない平滑面でしかも管
軸方向で凸曲面状に構成されておシ、一方のシール構成
部（３）全形成している。また雌ネジ部（２）の内方の
内周面はネジ山がない平滑面でしかもテーパ状に構成さ
ｎ１他方のシール構成部（４）全形成している。こむ。
ら両シール構成部（３）及び（４）で主シール部（Ｓ）
が構成さｎる。一方、前記シール構成部（４）の端には
ストッパ部（５）が形成さｔｌその端面（５１）に雄ネ
ジ部の先端面が当接する。
以上の基本的な構造において、本発明ではネジ部の構造
、主シール部（Ｓ）の構造及びネジ部と主シール部（Ｓ
）との相互関係がそｎぞｎ特定さｎている。
まずネジ部に関し、本発明ではこの部分においてもソー
ルが形成さｎるようにするため、（雄坏ジ基本径ｄ＋）
＞（雌ネジ基本径ｄ２）としてネジ部縮代Δｄ（＝ｄｔ
　　ｄ２）’ｅ設け、さらに、ネジ部を０〜１．１のロ
ードクランク角θをもって構成せしめている。このロー
ドクランク角θが太きいとネジの締付時或いは引張荷重
下において大きなカップリング周方向応力が生じ、応力
腐食割扛を生ぜしめる原因を作る。
本発明者等の実験によりは、管軸方向に引張力が働いた
場合、上記ネジ部位置での摩擦係数が０．０２以上とな
ると周方向に不都合な応力が働くことが明らかとなった
。したがって、この摩擦係数０．０２を下回るようにす
る産めロードフランク角はその上限が１１に規制さＡ、
Ｏ〜１，１の範囲に設定さ君ている。
主シール部（Ｓ）に関し、本発明では雄ネジ部（１）側
に設けられた凸曲面状のシール構成部（３）の外径Ｄ＋
　（シール部中央における外径）と雌ネジ部（２）側に
設けられたデーパ状のシール構成部（４）の内径Ｄ２　
（シール部中央における内径）と’Ｋ　Ｄｌ＞　Ｄ２と
することにより、雄ネジ部側にシール部糺代ｊＤヲ設け
ているが、さらにこのシール部組化ΔＩ）ｉ、これによ
ってイセら扛るシール部面圧Ｐが次の条件ヲ満すように
して形成、ゼしめている。
１）　（、（ネジ紘手月料の降伏強さ）］、）　＞　（
ネジ紺、手内部にかかる圧力）油井管のネジ継手は数回
の締付・締戻しを受けるため、この繰シ返し作業によっ
てもシール部面圧が変化せず、常にシール性能が確保さ
ｎる必要がちυ、このためシール部面圧Ｐは管体（Ａ）
やカップリング部材（Ｂ）の降伏強さよりも低く抑えら
扛る必要がある。一方、切削によシ形成されるシール面
は、ミクロ的に見ると完全に平滑ではなく、凹凸が存在
する。したがって気密を保持するには、シール部面圧Ｐ
がネジ継手内部にかかる流体圧力よυも大きくなくては
ならない。本発明では、このような両面を満足するシー
ル部面圧Ｐが得られるようそのシール部組化４Ｄが規制
さｎるＯ さらに、主シール部（Ｓ）　’に構成する両シール構成
部の構造に関し、まず、雌ネジ側シール構成部（４）は
１．０〜４．７のテーパ角をもって構成されている。油
井管には内圧だけでなぐ管自重等によシ強い引張力が働
き、この引張力は管体の降伏強さに和尚する程度に大き
なものとなる場合もある。本発明者等が検討したところ
によ扛ば、このような引張力が加わつ／ヒ場合、雌ネジ
部側シール構成部には伸びが発、生じ、雄ネジ部側ソー
ル構成部（３）と雌ネジ部側シール構成部（４）との位
置ず石、が生じてシール部面圧を下げてしまうという問
題があることが判った。このような場合でも適正な接触
■１圧Ｐを雑損するためには、雌ネジ部側ソール構成部
（４）のテーパ角θは小さい程効果があシ、秒々の実験
によりテーパ角が４７以下であわば有効であシ、２０以
下であｒ、げよシネ効であることが確めら扛た。−力こ
の部分をシール構成部とするためには一定程度以上のテ
ーパ角θが必要であり、１０が下限角度とさ′ｉ’Ｌる
。捷た、このようにテーパ角θを小さくすることによυ
、ネジ継手内部に内圧が加わった際、雄ネジシール部が
押し上げられることによりシール部の接触面圧が増加（
セルフシール効果）し、気密性がよシ向上することが確
認されている。
次に雄ネジ部側シール構成部（３）に関し、警乗（１方
向での凸曲面が１００１００ｒ：、Ｊ土の曲率半径で構
成さｎる。上記したようなンール縮代ΔＤが一定の場合
、シール部を形成すべき上記凸曲面の曲率半径が小さい
程シール接触面積が小さくなシ、接触面圧が増加するた
め一見気密性が良くなるようにみえる。しかし本発明者
等が検討したととる、継手内部に圧力が担った場合前述
したセルフシール効果によ多接触面圧が急増し、シール
部が変形し易いという事夾が判明した。このため本発明
では、−元以上のシール接触面積を確保すべくシール構
成部（３）の凸曲面の曲率半径を所定長さ以上に設定し
たものである。本発明者等の実験では、曲率半径（Ｒ）
１００ｍｍ以上で概ね良好な結果が得らｎｌまた特に外
径６０３グから１１４．３．ｍのザイズの管体にあって
はＲ：１５ｏ〜２５０閣が最適であることが確めらｎた
。このようなことから、本発明ではシール構成部（３）
の凸曲面は１００ｍｍ以上が曲率半径で構成でｆる。
以上のようなネジ部及び主シール部そｎぞれの構造」−
の規制に加え、本発明では両部会に形成されるシールの
相互関係を規制するものであシ、具体的には主シール部
（Ｓ）におけるシール部組化ΔＤとネジ部におけるネジ
部組化Δｄとの関係をΔＤ＞Δｄとする。ネジ部組化Δ
ｄがシール部組化ΔＤより太きいと、ネジ部の干渉によ
シ−ル構成部Ｐが設計値よシ低下してし寸うという問題
を生ずる。従来の継手構造では、このような観点からシ
ール部とネジ部に横婬；土の配慮？加えた例は見当らず
、上記ネジ部の干渉が、主シール部におけるシール効果
がい貰ひとつ十分でない一因であったと考えら扛る。本
発明はこのような従来前Ｉの対象とさ才１ていなかった
構造的な要素に層目し、こｆ′ｌ−を規制した点にその
特徴の１つを有する。
なお、第１図は、雌ネジ部がカップリング部材（Ｂ）で
ある場合について説明したが、カップリング部材を用い
ず管端どうしを直接接続させる形式の継手についても同
様に適用できることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上のような本発明の油井管用ネジ継手では、シール構
成部（３）　（４）において縮代ΔＤにより形成される
主シール部（Ｓ）と、ネジ部組化Δｄによシ形成さｎる
シール部及び雄ネジ部先端とストッパ部端面との突合せ
部に形成さするシール部とによシその気密性が確保さｎ
る。
そして、このような気密構造において、雌ネジ部側シー
ル部構成部（４）のテーパ角θと雄ネジ部側シール構成
部（３）の凸曲面率を規制するとともに、シール部組化
ΔＤを、こｎ、によるシール部面圧Ｐと材料降伏強さ及
びネジ継手に加わる内圧との関係で規制し且つンール部
組化ΔＤとネジ縮代ΔｄとをΔＤ〉Δｄに規制するため
、主シール部（Ｓ）に高度のシール性を持たせることが
でき、またそのシール性能を変化せしめるととなく締付
け・締戻しによる繰シ返し使用を可能ならしめることが
できる。さらに本発明の継手では、ネジ部をそのロード
フランク角を規制しつつ構成せしめることにより、応力
腐食割扛の原因となるカップリング周方向応力の発生が
適切に抑えられる。また、このようなカップリング周方
向応力の抑制による応力腐食割を防止効果に加え、上述
したような高度なシール性確保に伴い、互いに当接する
雄坏ジ部（１）先端及びストッパ部（５）端面に従来の
如き傾斜角を設ける必要がなく、そ扛ら端面の角度ヲ９
０゜とすることができるため、上記傾斜角に起因した作
用力に基づく応力腐食という問題を適切に回避できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の継手構造の一例を示す説明図である。 じ］において、（１）は雄坏ン部、（２）は雌ネジ部、
（３１（４＋はシール構成部、（５）はストッパ部、（
Ａ＋）　（Ａ２）は管体、（１３〕はカップリング部材
、（Ｓ）は主シール部である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 雄ネジ部先端の管軸方向で凸曲面状に形 成されたシール構成部と雌ネジ部内方のテ ーパ状シール構成部とでシール部を構成し 且つ雄ネジ部先端と雌ネジ部内方のストッ パー部端面とを突合せてなる構造のネジ継 手において、ネジ部に縮代Δｄを設けるとともに、該ネ
    ジ部を０〜１．１°のロードフランク角をもって形成し
    、前記雄ネジ部側シー ル構成部の凸曲面を１００ｍｍ以上の曲率半径で構成せ
    しめるとともに、雌ネジ部側シ ール構成部を１．０〜４．７°のテーパ角をもって構成
    し、且つ雄ネジ部側シール構成部外 径Ｄ＿１と雌ネジ部側シール構成部内径Ｄ＿２とをＤ＿
    １＞Ｄ＿２とすることによりシール部縮代ΔＤを設ける
    とともに、このシール部縮 代ΔＤを、これによるシール部面圧Ｐが、 （ネジ継手に加わる内圧）＜Ｐ＜（ネジ継手材料の降伏
    強さ）となるよう形成せしめ、さらにシール部縮 代ΔＤとネジ部縮代ΔｄとをΔＤ≧Δｄとなるよう構成
    せしめたことを特徴とする油井管用 ネジ継手。
JP59125346A 1984-06-20 1984-06-20 油井管用ネジ継手 Granted JPS616488A (ja)

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