JPS62196486A - 油井管用管継手 - 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】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下から産出される天然ガスや原油を採取す
るために、地下深く竪で込まれる油井管の管継手に関し
、特に外径が小さくかつ高強度を有する管継手に関する
ものである。 〔発明の背景〕 原油、天然ガス等を産出する井戸の深さは、数ｉｏｏｏ
ｍにおよび、近年その深さはさらに増大して１００００
　ｍにも達する傾向にある。このよ・）な深さの井戸や
脆弱地質域の井戸構成は、第４図に示す通り、油井管を
多層構造とし、原油等を直接採取するチューブ１を土庄
から保護している。すなわち、先ずコンダクタ−２，サ
ーフェイスケーシング３．プロテクティブケーシング４
を地表側からそれぞれの内面側へ順次深くなるように竪
で込み、続いてプロダクションライナー５をプロテクテ
ィブケーシング４の内面側下方へセットしている。 そして、前記プロダクションライナー５を地表側へ通ず
るタイバツクケーシング６で連結し、最後に、これらの
管５及び６の内面側へチューブ１及びバッカー７を挿入
配置して多層構造の井戸を構成している。 このような井戸の構成にあって、最深部に達する井戸径
は小さくならざるを得ない。井戸径が小さくなると天然
ガスや原油の生産効率が低下するため、井戸径は極力大
きくすることが要望されている。また井戸に竪で込まれ
る各油井管（第４図において、符号１乃至６で示す部材
の総てをいう）の本数しよ莫大な本数に上っており、こ
れらはそれぞれ総て管継手によって一連に接続されてい
る。 従って、それぞれの管継手は管本体及び管継手自体の自
重集積による軸方向の引張力に耐え得るものでなければ
ならず、また土圧又は内部流体による押圧力等にも充分
耐え得ることが必要である。 各油井管１乃至６にあっては、これらの作用する圧力等
が異なることから、各油井管Ｉ乃至６のそれぞれについ
てその肉厚や継手強度等が設定されている。例えば、プ
ロダクションライナー５の場合は、その総長さが比較的
短く、自重による引張荷重も小さいことから、継手強度
は管本体の６５％程度で充分であり、カンプリング外径
は管本体の外径とほぼ等しくすることが可能である。一
方、タイバツクケーシング６はプロテクテイブケーシン
グ４の内部へ挿入されるので、管外径は小さいことが要
求され、しかも全長が比較的長いので自重による引張荷
重も大きく、管本体に対して７０〜９０％の継手強度が
必要である。 前記第４図に示す井戸構成にあって、プロダクションラ
イナー５をタイバツクケーシング６で吊下げる方式にし
たのは、プロダクションライナー５を直接地表まで延長
して配置する場合は、総長さが長くなり、その継手部分
に作用する引張荷重が大きく、これに耐え得るためには
、継手部分の外径を大きくして継手強度を確保する必要
があるからである。つまり、井戸径が小さくなり、原油
や天然ガス等の採取量が少なくなるからである。 これに対して、タイバツクケーシング６を用いる場合は
、プロダクションライナー５がプロテクティブケーシン
グ４に吊下げられている関係上、タイバツクケーシング
６の継手強度は自重による引張強度に耐え得るものであ
ればよく、総長さも前記の場合に比較して短いことから
、管径を充分大きくすることが可能である。具体的な管
径の設定例に基づいてこのことを説明すると、プロテク
ティブケーシング４の外径を９．６２５インチ、内径を
８．５インチとした場合、プロダクションライナー５を
地表まで連続して配置する井戸構造では、その外径をフ
インチ、継手外径を７．フインチとすることが必要であ
る。ところが、プロダクションライナー５をタイバツク
ケーシング６で連結する井戸構造（第４図の構造）では
、両管５及び６の外径を７．６２５インチとすることが
でき、また継手外径は８．１６インチ以下（管本体に対
して１．０７倍以下）にすることが可能である。 本発明は、前記タイバツクケーシング６の継手構造に関
するものである。 〔従来の技術〕 従来のタイバツクケーシング６の継手強度は、前述の如
く、管本体の７０〜９０％を満足すればよく、第５図及
び第６図に示す継手構造が採られている。 第５図に示す継手構造は、油井管１０とカップリング１
１の継手部分に、所定のテーパー角をもって完全ねじを
切上げ、油井管１０の継手部分における破断位置の断面
Ｉ！ＩＳ　＜危険断面積）が管本体断面積Ｓｏの７０〜
９０％となるようにすることで、前記継手強度を満足す
るようにしている。また第６図に示す継手構造は、油井
管１２の基端側から所定範囲及びカップリング１３の内
奥から所定範囲を完全ねじとし、該部分から管本体の外
径寸法に至る範囲及びカップリングＩ３の外端部に至る
範囲にあっては、不完全ねじとしている。そして、油井
管１２の継手部分における破断位置の断面積Ｓが管本体
断面積Ｓｏのやはり７０〜９０％となるようにし、継手
強度を確保している。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、第５Ｔｌ！Ｊに示す継手構造にあっては、引
張荷重が作用すると、最終ねしかみ合い部（同図の最も
左側に位置するねじ部）に荷重が集中し、カップリング
１１の外端部を拡径するため、ねじのかみ合いが減少す
る。一度、ねじのかめ合いがなくなると、油井管１０の
基端側（同図の右側）に位置する次のねじかみ合い部に
荷重が集中し、順次断面積が小さくなる管本体は引張応
力増加のため、縮径するようになり、更にねじのかｈ合
いがな（なる。この現象は油井管１０の法線側及び力・
２・ブリング１１の内奥側・・、と次々に移行し、て発
Ｌ１゛シ、最終的には管本体がカップリングより抜は出
るジャンプアウト破損が生じていた。 また第

【３図に示す継ｆ構造にあっこは、不完全ねじ部
の影響でね１５山での荷重分担率が変化１−２、最終ね
しかみ合い部から油井管１２の基端側へ、２〜３つ移行
したねじ山に最大荷車が作用する。不完全ねじ部を有す
る場合には、ジャンプアウト破損シ３１；生じ難り、前
記最大ｔｊ重重用用位置管本体が破断する。然しなから
、不完全ねし長さはねし山高さとねしテーパーにより決
定され、−・般には３０〜６０　ｍ　＃　Ｊｉ　＜なっ
ているので、完全ねｊ、′２と合わせた加工ねじ長さが
増加する。このため、ねじ加工精度が悪くなり、真円度
が得られなくなる結果、管棒体Ｉ２及びカンブリング１
３のねしかみ合いを充分に確保できなくなり、ジャンプ
アウト破損が牛１、ツ易くなるという危険性を多分に有
しｒいた。 〔発明の目的〕 ４−発明は従来の前記問題４λに鑑みでこれを改良除去
したものであって、ね（づ拓さを減少させてねじ真円度
を保つと共に、引張倚重士でのジャンプアウト破損を防
＋１−．　Ｌ　ｆＵる構造の油井管用管継手を提供セ”
んとするものである。 ［問題へを解決するための１段〕 ｉ：１記問題点を解決゛↓るための本発明の手段は、強
度が管本体部５）の７０・・９０％で、外径がｂ・外径
の１．０７倍以下の油井管継１：、乙こおいて、管の基
端側外周面に刻設された雄ねし部と１．カップリングの
内奥側内周面に刻設された即ねし部とを完全ねじに形成
すると５）（に、］１；ｊ記雄ねじ部ねじ山の管本体側
へ向かう側面と前記雌ねじ部ねじ山の力・ノブリング内
奥へ向かう側面とを、Ｊ々−いに負角をもって接する傾
斜面とした返り状ねじ山に形成し、また前記カップリン
グの外端部側に厚さ３ＩＩ１．ｒｔさｌｏｗｉｉ以ヒの
オーバーハング部を形成して成り、前記雄ねじ部と雌ね
じ部とは、最終ねし噛合い位置からそれぞれ管基端側又
はカップリング内奥側へ１５ｍ以十ｎ９ねじ全長の１／
３以下の範囲内で、雌雄ねじの各山頂と谷底とが接触し
ないねじ締め代の無い部分を設し、ｆている。 〔作　用〕 第１図及び第２図に示す如く、管２２の雄ねじ部２８と
、カップリング２１の雌ねじ部２４とを完全ねじにする
ことで、ねじ部全長を短くしている。そして、雄ねじ部
ねじ山３８の管２２本体側へ向かう側面３８ａ　と、雌
ねじ部ねじ山３４のカップリング内奥へ向かう側面３４
ａとを、互いに負角をもって接する傾斜面とＬまた返り
状ねじ山としている。またカップリング２１の外端部側
に所定厚さ及び所定長さのオーバーハング部３０を形成
している。オーバーハング部３０の厚さと長さ及びねＬ
；＋Ｊｊ３４．３８の負角は、第３図に通り、それぞれ
の数値が増大するに連れ、カップリング２１の拡径量を
少なくする傾向にある。 また雌雄ねじ部２４．２８におけるねじ締め代は、締結
時に、管２２をｔＩｆＩ径させ、カップリング２１の外
端部側を拡径ざセるように作用する。最終ねし噛合い位
置から管基端側及びカソノ“リング内奥側・・ねじ締め
代の無い部分を設けることにより、最終ねじ噛合い位置
において管２２を縮径させる応力と、カップリング２１
を拡径させる応力とを減少さゼでいる。 このようもこ管２２に作用ｔ−る縮径）芯内と、カップ
リング２１に対する拡ｉ￥応力とを著しく減少さ・仕る
ことで、雌雄ねじ部２４．３８のかみ合いが順次外れる
というジャンプアウト損傷を防【ｌ−できる。 以下に本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて説明
すると次の通りである。 〔実施例〕 第１図及び第２図は、４発明に係る油井管用管継手（第
４図のタイバツクケーシング６の管継手であり、以下は
本管継丁という）の一実施例である。第１図は、本管継
丁の半切左辺を示す概略紺断面図である。同図において
、２１は力２．プリングであり、２２はカップリング２
１の左端からｑ合された管である。カップリング２１に
おける継手部２３の内周には、内奥（右方）に向かうに
従って通常１／１６テーバーをもって減径するＡ、Ｐｊ
規格に基づく雌ねじ２４が刻設されている。そして、雌
ねし２４が切り止められた部分より尿臭には、雌ねじ２
４に続いてねじ山にして１．５〜３山に相当する範囲に
、１／１６〜１／１０テーパーのねじ熱部があり、この
ねじ熱部の内周面が内周シール面２５ａとなっている。 内周シール面２５ａの最内奥端は、軸心方向に突出した
肩部２５によって終止し、該肩部２５の側面は突当シー
ル面２５ｂとなっている。肩部２５はカップリング２１
の中央部内周に位置している。 他方、管２２にも、管基端部２７の外周面に、前記カン
プリング２１の雌ねじ２４に対応して螺合関係を得べき
雄ねじ２８が刻設されている。そして、雄ねじ２８が切
り止められた部分より先端に、１／１６〜１／１０テー
パーのねじの無いリップ部２９が形成されている。リッ
プ部２９の外周面は、前記内周シール面２５ａに対応す
る外周シール面２９ａとなっており、リップ部２９の基
端面は前記突当シール面２５ｂに対応する外周シール面
２９ｂとなっている。なお、前記雌ねじ部２４と雄ねじ
部２８とは、完全ねじである。両ねじ部２４．２８を完
全ねじとしたのは、不完全ねじ部を設ける場合はその分
だけ有効ねし領域が長くなり、ねじ加工が困難となるか
らである。 これらの点においては、従来の管継手と本質的に変わる
ところはない。本管継手において従来と著しく異なる点
は、雄ねじ２８と雌ねじ２４が返り状のねじ山を有して
いる点と、カップリング２１の外端部側にオーバーハン
グ部３０が設けられている点と、雌雄ねじ２４．２８の
最終かみ合い位置より管２２の基端部２７側及びカップ
リング２１の内奥側にねじ締め代の無い部分３１を形成
している点の三点である。ここにおいて、返り状のねし
山とは、雄ねじ２８におけるねじ山３８の管２２本体（
左方）に向かう側面３８ａと雌ねじ２４におけるねじ山
３４のカップリング２１内奥（右方）に向かう側面３４
ａとが、互いに負角をもって接する傾斜面をもったねし
山に形成されているものをいう。従って、管２２に白抜
き矢印方向の引張力Ｐが作用した場合には、雄ねじ２８
におけるねし山の管２２本体に向かう傾斜面３８ａと雌
ねじ２４におけるねじ山のカップリング２１内奥に向か
う傾斜面３４ａは、前記引張力に逆らうように作用する
。 またオーバーハング部３０は、カンプリング２１におけ
る有効ねし領域の最も左端に位置するねじから辺端に１
０ｗ以上の長さく第２図の寸法Ｌ）で設けられており、
その内周面はねじの無い平湯面となっている。またオー
バーハング部３０の外端面の厚さｔは、３鶴以上に設定
されている。オーバーハング部３０を設けた理由は、カ
ップリング２１の外端部側の剛性を増大させることで、
該カップリング２１の最終ねしかみ合い部における拡径
作用を防止し、ジャンプアウト損傷が発生するのを抑止
するためである。 更に、ねじ締め代の無い部分（以下は、締め代熱部とい
う）３１とは、いわゆる雌雄ねじ２４及び２８の各ねじ
山の山頂と谷底とが接触しないように、両者間にクリア
ランスδを形成したものをいう。 このクリアランスδは、締め代による管２２の縮径作用
を無くすためのものである。他方、締め代有りの部分３
２は、カップリング２１と管２２との面圧により締付ト
ルクを発生させるものである。なお、ねじ無リップ部２
９では前記外周シール面２５ａ、　２９ａ及び２５ｂ、
　２９ｂとでのシール性が確保されている。 締め代熱部３１の締め代有部３２に対する長さは、管２
２の縮径応力とカップリング２１の拡径応力とを勘案し
た場合に、できるだけ大きい方が望ましい。 ところが、この締め代熱部の割合を大きくすると、締付
トルクが低下し、使用中に緩みが生じる危険がある。そ
のため、締め代熱部３１の長さは、ねじ全長の１／３以
下の範囲内が適当であり、また最終ねじかみ合い位置（
引張荷重作用時に荷重を受は持つねじ山のうち、カップ
リング２１外端部に最も近いねし山の位置）から、管基
端部２７側及びカップリング２１内奥側へ１５ｍ以上が
適当である。１５Ｕ以上としたのは、締め代の影響がカ
ップリング外端部に及ばなくなる領域の限界と考えられ
ている数値である。 第２図は、第１図におけるオーバーハング部３０の近傍
部を拡大して示した模式図である６雄ねじ部２８におり
るねじ山３８の管２２本体へ向かう側面３８ａは、ねじ
山３８の基部に立てられた垂線ｖ６ご対して一〇の傾斜
角をも−、て形成されている６通常、ねじ山３８の管２
２本体に向かう側面３８８の傾斜角は一３′前後であり
、反対側の傾斜角θｌは１０°前後である。管２２に白
抜き矢印方向の強大な引張力Ｐが作用すると、ねじ山３
８とねじ山２４とが接する傾斜面−Ｌの点Ｏには、この
傾斜面と直角な方向の力Ｆが作用する。この場合、力Ｆ
はねじ山３４に対して、管２２の軸線に沿う分力Ｆ１と
この軸線と直交する方向の分力Ｆ２との二分力が作用す
る。そして、分力Ｆｌ　はカップリング２１の内部層を
延伸するように働き、分力Ｆ２はカップリング２１を縮
径するように働く。然しながら分力Ｆ、は、分力Ｆ２よ
りもよりも遥かに大きい。従って、いまもし、オーバー
ハング部３０がない従来のカンプリングを想定」゛ると
、カップリング２１の外端部はなお幾分の拡径作用を受
け、これがねじ山３８とねじ山３４のかみ合いを緩くす
ることとなる。 オーバーハング部３０は、この場合の拡径作用を拘束し
て阻止するものである。すなわち、カップリング２１に
刻設された総てのねじ山３４！ご作用する分力Ｆｌ　は
、有効ねじの最終かみ合い位置にあるねし山の近傍に集
積されるが、オーバーハング部３０自体は、直接には分
力ＦＩの作用を受けることがなく、却って集積された分
力Ｆｌを吸収し、拡径作用がオーバーハング部３０の端
面３０ａに及ぶことはない。その結果、カップリング２
１の外端部には縮径する方向の分力Ｆ２のみが集積され
ることとなり、カップリング外端部はむしろ縮径″４る
こととなる。オーバーハング部３０は、端面３０ａの厚
さｔが３　ｍｍ以上あることが必要であり、またその長
さＩ、はｌＱｍ以−トを必要がある。これは、Ｌが１０
ｍ１ｌ以下であると最終かめ合いねじ部に発生する拡径
応力の影響を受は易いからであり、またｔが３１禦以下
であると、締結時に端面３０ａと管２２本体側とが接触
した場合にオーバーハング部３０が容易に変形する虞れ
があるからである６要するに、Ｌ古ｔの限定理由はオー
バーハング部３０の充分な剛性を確保するためである。 またオーバーハング部３０は、その長さし、！：端面３
０ａの厚さｔの値が増大するほどに分力Ｆ１の吸収容量
が増大し、カップリング２】の縮径量も増大する。とこ
ろが、ある一定の値で飽和状態に落ち着く。従って、そ
れ以上り及びｔを大きくしても、カップリング２１の重
量を増大させるだけである。 このように、本実施例にあっては、返り伏ねし＋ＩＪ３
４．３８を形成したことと、オーバーハング部３０を形
成したこと、更には締め代熱部３１を形成したこととに
より、カップリング２１の拡径作用を防止し、ジャンプ
アウト損傷を防止している。また前記雌雄ねじ部２４．
２８が完全ねじであるので、管継手に必要な有効ねし領
域を少なくでき、カップリング２１の全長を少なくでき
る。このため、雌雄ねじ部２４．２Ｆｌの加工に際して
、真円度精度乙こ優れたものを得ることが可能である。 第３図は、外径７゜６２５インチ、肉厚１２．７ｍ、降
伏応力６３Ｋｇｆ　７ｍｍ２の材料を用いて、オーバー
ハング部３０の長さＩ、と、端面、３０ａの厚さｔと、
ねじｔｌＪ３４及び３日の傾斜面角θを変更した場合の
カップリング２１の拡径量を示すものである。この特性
図からも明らかな如く、いずれの数値もその値（ただし
、傾斜面角θの場合は、−〇の値）が増加するほどにカ
ンプリング２１の拡径量は少なくなっており、しかもこ
れらの各要素は密接に関連していることがわかる。また
オーバーハング部３０の長さ■、は、いずれの特性曲線
によっても１０龍まではカップリング２１の拡径量の変
化が大きく、ｔｏｎを超えたあたりから拡径量の変化が
少なく安定している。従って、長さ■、は１０ｗ以上を
相当とし、あまり長くなり過ぎるとねｊづ部の真円度加
工が困難となる等の製造上の問題もあることから、１．
は２０寵以下が最適である。 次に本発明の技術を通用した供試体と、従来技術を通用
した供試体とに基づき、破損試験を行−２た場合の比較
結果について説明する。第１表は供試体の諸条件を示す
ものであり、第２表は試験結果を示すものである。 これらの第１表及び第２表かられかることは、本発明の
技術を適用した供試体にあっては、ジャンプアウト破損
は生じておらず、カップリング２１は破断に至るまで継
手として充分に機能しているということである。また真
円度についても、ねじ全長が短いため良好である。即ち
、本発明の供試体はこの種管継手として優れたものであ
る。 以上説明したように本発明にあっては、管とカップリン
グの雌雄ねじの山形を互いに返り状に形成し、カップリ
ングの外端部に所要長さのオーバーハングを設け、雌雄
ねじ部の最終ねしかみ合い位置からそれぞれ管基端側又
はカップリング内実側へ所要長さの締め代熱部を形成し
たことにより、最終ねしかみ合い部近傍においてねじ締
め代による管の縮径力を無くし、また管継手に軸方向の
引張荷重が負荷された場合に生ずるカップリングの拡径
作用を拘束阻止して、その緊締力を増大し、もって優れ
た耐引張強度とシール性を確保できるものであるから、
天然ガスや原油採取産業界の苛酷な使用条件によく耐え
得る管継手を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係るものであり、第１図は
管継手の半切左辺を示す概略縦断面図、第２図は第１図
の部分拡大図、第３図はオーバーハング部の長さ及び端
面厚さ、傾斜面角と、カンプリング拡径量の関係を示す
特性図、第４図は本発明が対象とする井戸構造を示す概
略図面、第５図及び第６図はそれぞれ従来の管継手の半
切左辺を拡大して示す概略縦断面図である。 ２２・・・管　　　　　　２８・・・雄ねじ部２１・・
・カップリング　　２４・・・雌ねじ部３４ａ、　３８
ａ・・・傾斜面　　３０・・・オーバーハング部特許出
願人　　　住友金属工業株式会社代　理　人　　　弁理
士　内田敏彦 ■・−・・−ｔ＝３．０・３ 第３図 ！ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、強度が管本体部分の７０〜９０％で、外径が管外径
   の１．０７倍以下の油井管継手において、管の基端側外
   周面に刻設された雄ねじ部と、カップリングの内奥側内
   周面に刻設された雌ねじ部とを完全ねじに形成すると共
   に、前記雄ねじ部ねじ山の管本体側へ向かう側面と前記
   雌ねじ部ねじ山のカップリング内奥へ向かう側面とを、
   互いに負角をもって接する傾斜面とした返り状ねじ山に
   形成し、また前記カップリングの外端部側に厚さ３ｍｍ
   、長さ１０ｍｍ以上のオーバーハング部を形成して成り
   、前記雄ねじ部と雌ねじ部とは、最終ねじ噛合い位置か
   らそれぞれ管基端側又はカップリング内奥側へ１５ｍｍ
   以上且つねじ全長の１／３以下の範囲内で、雌雄ねじの
   各山頂と谷底とが接触しないねじ締め代の無い部分を設
   けたことを特徴とする油井管用管継手。