JPS6179798A

JPS6179798A - 耐ゴ−リング性と耐食性の優れた油井管継手

Info

Publication number: JPS6179798A
Application number: JP20041984A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Fukui; 国博福井; Minoru Nishihara; 西原　実; Akio Ikeda; 昭夫池田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-09-27
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1986-04-23

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、高クロム含有鋼からなる油井管継手、特にネ
ジ部とメタルシール部とを備え、少なくともその表面の
一部が２層あるいは３層の金属層で被覆されている油井
管継手に関する。

（従来の技術）石油資源の開発が進み、それに伴い近年の油井は深くな
り、高温、高圧下さらには高席食性環墳下での原油採掘
を余儀なくされている。かかる状況下では継手の接続強
度および気密性を非常に高めた管継手が要求されている
。第１図には管継手を構成スるピンｌとボックス２の一
部の断面を示すが、ピンｌは油井管の一部をなすもので
あり、一方、ボックス２はカップリング管の一部をなす
ものである。第１図に示すように、ピン１とボックス２
のそれぞれには継手部を構成するネジ部３゜３°と、メ
タルシール部４，４”とが設けられており、このメタル
シール部はさらにサブシール部５，５゛おメインシール
部５，５゛とに分かれる。かかる管継手の接続強度およ
び気密性を高めるにはメタルシール部（サブシール部と
メインシール部）の領域を増大させるか、または、ネジ
の形状を角形とすることなどが行われている。

しかし、深井戸用の油井管には通常８．５〜１４．０ｋ
ｇＺ諦（５，０００〜２０，０００ｐｓｉ）という高圧
がかかるため、油井管継手には高度の気密性が要求され
る。したがって、一般に、かかる高圧に耐えるに十分な
気密性を発揮させるにはメタルシール部およびネジ部に
おいて高面圧を与えなけらばならず、その結果メタルシ
ール部およびネジ部でのゴーリング（焼付き）発生が避
けられなかった。

一方、従来、油井管の材料としては、普通鋼あるいはク
ロム（Ｃｒ）やモリブテン（Ｍｏ）を数重量％含有する
Ｃｒ−Ｍｏ５ｌａが用いれらていたが、前述のように近
年、油井の条件が益々厳しくなるにしたがって、Ｈ２Ｓ
やＣＯ２を伴う腐食環境下でも耐食性等の性耀を十分発
揮する油井管をとの要望のもとに、Ｃｒを１０％以上含
む高クロム含有鋼からなる油井管が用いられている。し
かし、かかる高クロム含有鋼は熱放散性が悪く、ゴーリ
ング発生は特に顕著となり、その改善が望まれている。

したがって、かかる油井管継手、とくに高クロム含有鋼
の油井管継手におけるゴーリング発生を防止するために
、メタルシール部表面をりん酸塩、修酸塩等で化成処理
したり、メタルシール部表面および／またはネジ部表面
にＦｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ等の活性化金属層を設け、その
上層へＣｕ、　Ｐｂ、　５ｎＳＺｎ等の延性良好な金属
をメッキし、耐ゴーリング性および気密性を向上させる
ことも知られている（特開昭５８−３１０９７号参照）
。

そして、油井管同士をカンプリング管で締結するときに
潤滑密封剤として使用されるグリースへの保油性を付与
させるため、油井管母材表面をサンドブラスト処理する
ことも行われている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来のりん酸塩、修酸塩等の化成処理で
は充分な処理被膜の形成が行われず、また前記活性化金
属層とその上層へＣｕ、　Ｐｂ、　Ｓｎ、　Ｚｎ等をメ
ッキする公知技術は処理工程数が多く、作業が容易でな
い。

また、Ｃｕ、　Ｐｂ、　Ｓｎ等の延性良好な耐ゴーリン
グ性金属をメッキしたものは、高合金油井管の使用され
る高温、高圧下のサワーガス（Ｈ２Ｓ、ＣＯ２＋水）含
有環境下ではＣｕ、　Ｓｎ、　Ｐｂが腐食され易く、よ
って継手にシール不良等が生して洩れ事故等が発生する
ことがある。

そこで、延性と耐食性に優れたＡｕ、　Ｐｔ、　Ｐｄ等
の貴金属を継手接合部全体にメ・ツキすることも一応考
えられるが、それはコストが非常に高くなり実用的でな
い。

（問題点を解決すべき手段）本発明ではそうした従来法の問題点を解消するため、油
井管継手の継手部分（ネジ部およびメタルシール部）に
Ｃｕ、　Ｓｎまたはｐｂメッキを施し、さらに、少なく
とも油井管継手のネジ締結後に腐食環境にさらされる部
分（サブシール部、メインシール部）には貴金属メッキ
を施すのであって、油井管継手の耐ゴーリング性のみが
要求される箇所と、耐ゴーリング性と耐食性の双方が要
求される箇所とにそれぞれ必要機能に応じて必要とする
メッキ層を施したのである。

よって、ここに本発明の要旨とするところは、クロムを
１０％以上含有する高クロム含有鋼からなる、メタルシ
ール部とネジ部とを備えた油井管継手において、該メタ
ルシール部と該ネジ部の両表面にＣｕ、　Ｓｎ、　Ｐｂ
およびそれらの合金のうちの１種からなる軟質金属層を
形成し、更に該軟質金属層を設けた少なくともメタルシ
ール部の表面に金、白金族金泥およびこれらの合金のう
ちの１種からなる被２層を被覆形成したことを特徴とす
る耐ゴーリング性と耐食性の（登れた油井管継手である
。

すなわち、本発明の特徴とする点はゴーリングの発生が
問題となる油井管継手のネジ部、さらには耐ゴーリング
性の優れたＳｎ、　ＰｂまたはＣｕもしくはそれら各金
属の合金からなる軟質金属層を設け、サワーガス環境下
にさらされ腐食が問題となる少なくともメタルシール部
には、軟質金属層上にさらに、耐食性また耐ゴーリング
性、延性に優れたＡｕまたは白金族金属あるいはそれら
各金属の合金の薄い金属層を形成することにある。その
場合、上述の各金属被ｒｉ、層を設けるに先立って高ク
ロム合金鋼母材の表面にまずＦｅ、、Ｎｉ、　Ｚｎ、　
Ｃｏ、　Ｃ１１％　Ｍｎ、Ｃｒのうちの１種の金属また
は合金の活性死金ｍＨを形成させておくこともその上に
被覆する金属層の密着性を改善するうえでは望ましい。

なお、上記のＳｎ、　Ｐｂ、　Ｃｕはそれら各金属の合
金であってもとくに制限されず、耐ゴーリング性が優れ
ている限りにおいて使用され、また上記Ａｕ、白金族金
属についても耐食、耐ゴーリング性を満足するかぎりに
おいてそれらをヘースとする各種合金も同様に１吏用さ
れる。

（作用）まず、本発明では、高クロム含有鋼母材の表面にまずＦ
ｅ、　Ｎｉｓ　Ｚｎｓ　Ｃｏ、Ｃｕ、　Ｍｎ、　Ｃｒの
うちの１種の金属または合金の活性化金属層を形成させ
ておくことも望ましく、そうした活性化金属層の働きは
その上層に形成されるＣｕ、　Ｓｎ、　Ｐｂ等の耐ゴー
リング層を強力に密着させる（ストライクＮ）ことにあ
り、よって密着力の必要度により適宜採用してよい。

上記Ｎｉ、　Ｆｅ等のストライク層の厚みは最大２μｍ
程度までが好ましく、薄い方がそれだけ密着性が増大す
るので望ましい。

ここに、本発明者らの実験結果によれば、各種材料の耐
ゴーリング性能については、ＣｕＳＳｎ、、Ｐｂ＞Ｚｎ
≧化成被膜の順で改善効果がみられることが分かった。

したがって、本発明は特にそれらからＣｕ、　Ｓｎ、　
Ｐｂを選び、それらを継手接合部にまず被覆するのであ
る。

本発明で形成される前記Ｃｕｓ　Ｓｎ等の軟質金属層の
厚みは２〜２０μｌ程度であり、２０μ醜を越えるとネ
ジ締付時にトルク上昇を生じ、２μｍより薄いとゴーリ
ング防止が有効に行われない。

上記軟質金属層のうえにはＡｕ、　Ｐｔ等の貴金属のメ
ッキ層が設けられるが、その場合とくに腐食環境にさら
されるのはメタルシール部であって、したがって少なく
ともメタルシール部にそのような貴金属の金属層が設け
られればよいが、より好ましくは、ネジ部をも含めた接
合部全体に貴金属メッキ層を設ける。

かかるＡｕ、　Ｐｄ、　Ｐｔおよびそれら合金の金属層
の厚みは０．１　μｍ以上を要するが上限値はコスト上
許容される適当値としてよいが、０．１　μｍより薄い
とメッキ欠陥等を生じ、下層の前記Ｃｕ、　Ｓｎ等軟質
金属の腐食防止に役立たない。

ここで以上の各金属層のメッキ法に゛ついてその操作方
法をさらに具体的に説明する。

前記各種金属の薄層の形成法としては、電気メツキ法、
イオンブレーティング法等が適用されるが、下層のＦｅ
、　Ｎｉ等の活性化金属層（ストライク層）の形成は前
記特開昭５８−３１０９７号公報に記載されるごと（、
Ｆｅ、　Ｎｉ等の塩化物を含有する酸性水溶液中で高ク
ロム含有鋼母材をまず陽極電解し、次にこの水２８液中
に保持したまま、直ちに陰極電解することにより行うこ
とができ、中間層あるいは場合によっては最下層となる
Ｃｕ、　Ｓｎ等の軟質金属層の形成は浸漬電気メツキ法
またはブラシ電極電気メッキ法またはイオンブレーティ
ング法で行うことができ、本発明の方法において活性化
層の形成を省略する場合には密着性能の良好なイオンブ
レーティング法を採用するのが好ましい。

そして、最外層の篩、Ｐｄ、　Ｐｔ等の貴金属層の形成
は、浸漬電気メツキ法またはブラシ電極電気メツキ法さ
らにはイオンブレーティング法で行うことができる。

通常の浸１電気メッキ法やイオンブレーティング法はマ
スキングがむずかしいので、メタルシール部のみに貴金
属メッキを施こすような場合は部分メッキ法であるブラ
シ電極電気メツキ法によるのが好ましい。

添付の第２図はその実施概説図であり、回転されている
油井管１１　（ピン側）のネジ部にブラシ電極１２を接
触させ、ポンプ１３よりメッキ液を圧送して電極間に通
電することにより、ピン側のメタルシール部のみに最外
層として金、白金族金属あるいはそれらの合金の１種の
金属をメッキしている伏況を示している。なお、符号１
５はメッキ液収容パンであり、ブラシ電極１２からピン
またはボ・ノクスを伝って落下するメッキ液の回収の役
目を果している。

１丘■ 以上説明したプラン電極を使った電気メ・ツキ法により
油井管継手部のピン側またはボックス１．ＩｔｌＪのネ
ジ部とメタルシール部にそれぞれ本発明にしたがって各
種金属メッキを指示厚さまで施こし、このようにして得
た油井管（ピン側）とカップリング管（ボックスｆｉ１
１　）とについてパワータイト試験を行った。結果を下
掲第１表にまとめて示す。なお、下掲表において「切削
３μｍ」とは切削表面仕上げの表面粗さが３μｍであっ
たことを、「ショットＩＯμｍ」とはショットピーニン
グ表面仕上げの表面粗さが１０．ｕｍであったことを示
す。

このときの試験要領は次の通りであった。

管の外径ニア３．０ｍｍ材質：　２５Ｃｒ−５ＯＮｉ−６Ｍｏ−Ｆｅ　（強度７
７　ｋｇｆ　／　：ｎふ）メインシール部テーパー：　
　ｌ／１０締付、締戻し速度：　Ｑ、５　ｒｐｍ潤滑用コンパウンド使用第１表また、耐食性の検討のため、Ｃｒ　２０％含有の高クロ
ム合金！ｌｌ製油井管（ＡＰＩ　Ｐ−１１０，外径６０
．３ＩｌｌＩ１１、肉厚７−１ｑｓ　）を用いてそのネ
ジ部およびメタルシール部の両方に各種金属メッキをそ
れぞれ５〜２０μ僧の厚さで施こし、次いで、メタルシ
ール部のみにさらにＡｕ、　Ｐｔ、およびそれらの合金
を０．５〜２μｍの厚さでメッキした。　Ａｕおよびそ
の合金は厚さ□０．５　Ｊｌｌｌ　、　ｐｔおよびその
合金は厚さ２μｍであうた１次いで、これと同種合金鋼
のカフプリング管（ボックス）を同様に処理してから、
それらを懐合した後、温度２５８℃、２０九Ｍａｃｌ水
溶液、１０ａｔｍ　、Ｃ０２＋１）、１ｓｔｖｓＨ２Ｓ
の環境下で５００時間にわたって、付加応力０．９　σ
ｙ、内圧６００気圧の付加条件下で回転速度０．５ｒｐ
ｍで締結、締戻しをして試験をした。

その結果ルま第２表にまとめて示すとおりであり、Ｚｌ
、Ｃｕ、　Ｓｎメッキのメタルシール部は腐食が発生す
るけれどもさらにその上に資金属（＾ｕ、Ｐｔ）メッキ
を施した場合ののそれは全く腐食されないことが知られ
る。

貴金属メ・ツキ層１よかならずしもネジ部にまで施す必
要はないが、より完全に腐食を防止するためにＬよ、好
ましく′Ｌま継手面全体り、：施し、使用時に内側の軟
質金属層と腐食環境と・の接触を可及、′的りこ阻止す
る。

第２表なお、各種金属材料の腐食性＜ｒｓ食速度）につき、Ｈ
２Ｓの分圧の変化との関係を調べた結果を第４図に示し
た。この結果からＡｕ、Ｐｔ等は耐食性が非常に良く、
メタルシール部にこれらを施すのが良いことが判る。

以上の結果から、特にサワーガスにも接触するメタルシ
ール部は、耐ゴーリング性のみでなく耐食性にも優れた
＾す、白金族金属のメッキを最外層に施こしたものとす
ることが好適であり、またサワーガスとの接触の少ない
ネジ部は、耐ゴーリング性のみに優れたＳｎｓ　Ｐｂ、
　Ｃｕ等の金属メ・ツキを施こせば充分であることが理
解できる。

よって、このように油井管継手の各部分を耐ゴーリング
性と耐腐食の必要条件に応じて、メッキ金属を使い分け
て施こすことによって、油井管継手部に必要充分な性能
を付与させることができるのである。

（発明の効果）本発明の構成によれば、油井管継手部のゴーリングおよ
び腐食の問題を、無用な表面処理を行わず、必要最少限
度のメッキ処理を施こすことによって解決できるもので
ある。

したがって、例えば海底工高深度の油田より採掘する際
には、使用される多数の油井管継手部を低コストで構成
することができ、産業界に貢献するところが非常に大き
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、油井管継手部の断面；第２図は、油井管のブラシ電極電気メツキ法によってメ
ッキを施こす概説図；第３図は、各種金属のＨ２Ｓに対する腐食性を示すグラ
フである。に油井管（ピン側）２：カップリング管管（ボックス（則）３．３“：ネジ
部　　　４．４’　：メタルシール部５．５”：メイン
シール部６．６’　：サブシール部１１：油井管（ピン側）１２：ブラシ電極　　１３：メノキ液圧送ポンプ１４：
直流電源　　　１５：メッキ液収容パン１６：カップリ
ング管（ボックス側）出願人　　住友金属工業株式会社代理人　　弁理士　広　瀬　章　−（他Ｉ名）Ｌｌ記

Claims

【特許請求の範囲】

（１）クロムを１０％以上含有する高クロム含有鋼から
なる、メタルシール部とネジ部とを備えた油井管継手に
おいて、該メタルシール部と該ネジ部の両表面にＣｕ、
Ｓｎ、Ｐｂおよびそれらの合金のうちの１種からなる軟
質金属層を形成し、更に該軟質金属層を設けた少なくと
もメタルシール部の表面に金、白金族金属およびこれら
の合金のうちの１種からなる被覆層を被覆形成したこと
を特徴とする耐ゴーリング性と耐食性の優れた油井管継
手。
（２）前記メタルシール部およびネジ部の表面を、予じ
め、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒのうち
の１種の金属またはそれらの合金からなる活性化金属層
で被覆し、該活性化金属層のうえに前記軟質金属層をも
うけたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の油
井管継手。