JPS62228785A - 金属−複合材管状継手 - Google Patents

金属−複合材管状継手

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JPS62228785A
JPS62228785A JP61301118A JP30111886A JPS62228785A JP S62228785 A JPS62228785 A JP S62228785A JP 61301118 A JP61301118 A JP 61301118A JP 30111886 A JP30111886 A JP 30111886A JP S62228785 A JPS62228785 A JP S62228785A
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    • 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
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    • F16L47/20—Connecting arrangements or other fittings specially adapted to be made of plastics or to be used with pipes made of plastics based principally on specific properties of plastics
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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〕 本発明は管状継手に関し、特に金属−複合材管状継手に
関する。
〔従来の技術〕
この分野の種々の目的に対し種々の継手がある。
そのような目的の一つは油井において用いられるような
掘穿リグ内のパイプセクションを接続することである。
そのような場合にはパイプセクションと継手は数百フィ
ートの長さをもつ管状ケーシング内に配置される。この
構造は高い軸方向荷重のみならずケーシングの内径によ
り加わる寸法的な圧迫にさらされる。
これらの目的には金属の物理特性およびグラファイトと
ガラスのような複合材の物理特性並びに経済性を利用し
うる継手を用いることが望ましい。
金属と複合材とを組合わせる上での一つの問題は経済的
な利点を与えつつ荷重と圧力に耐えるような要素を製造
する方法である。
米国特許第３６６１６７０号、 同第４０９３２８０号、同第４２４８０６２号、同第４
２５９３８２号および同第４３５１３６４号には従来の
継手の例が示されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のように金属と反合材の物性の利点を共に用いるこ
との出来る管状継手が得られるならば好都合であるが、
これまではそれが可能でなかった。
また、そのような継手は製造が容易であり且つ組立も経
済的でなければならない。すなわち調合材で継手の大部
分を形成し、両端に金属部分を配置するように出来れば
それを達成することが出来、またこれらは容易に結合出
来るものでなくてはならない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、金属−睨合封管状継手は継手に加わる
機械的負荷を移すための内側金属または諜合材スリーブ
を有する。複数のファイバ層からなる腹合チューブがこ
の内層スリーブに装着される。軸方向負荷転移組立体が
この複合チューブの上に装着される。継手の製造を容易
にするためにこの組立体は互いにロックされる複数の金
属部材で形成される。カップリング装置が継手の一端に
設けられて継手を別途固定部材を用いることなくパイプ
あるいは他の継手のような他の管状構造体に脱着可能に
結合するようになっている。継手の結合した端部は流体
の漏れを防止するためのシーリング装置を備える。
上記組立体は夫々１２０＠の弧をカバーする３個の同一
構造のセグメントからなり、これらが組立されたとき環
形の部材となるようになっており、そしてこれら要素は
結果として生じるフープ歪みを支持するように作用する
金属カラにより互いにロックするようにしてもよい。
この複合チューブはグラフアイ！・層で形成することが
出来、ファイバが０°と９０°で交互に配置される。成
る場合には他の角度を用いてもよい。
目的によっては中間層をグラスファイバで形成してもよ
い。
ゴムのようなエラストマのライナーを最内層として種々
の要素の間に設けて耐腐蝕性を向上しそして不透過性の
バリアを形成する表面を与えるようにすることが出来る
。
【作　用〕
本発明の継手はその内側スリーブにより機械的負荷を逃
がしその上の複合チューブにより複数の金属を組立て形
成出来る軸方向負荷転移組立体によって製造が容易とな
る。
〔実施例〕
第１，２図は本発明の管状継手１０を示す。継手１０は
掘穿リグを用いる油井の分野あるいは高負荷で流体を移
送する他の分野において生じるような高い軸方向負荷お
よび圧力に耐えるように特に構成されている。継手１０
はその構造が比較的複雑ではあるが、その特徴は種々の
要素が現存の高速管製造技術を用いて組立出来ることで
ある。
本発明の好適な実施例を高い軸方向負荷および高い圧力
が加わる油井掘穿リグに用いる場合につき説明するが、
本発明は他の目的にも使用出来るものである。
第２図に示すように、継手１０はブチルゴムのようなエ
ラストマ材料からなる内側ライナ１２を含む。段付スリ
ーブ１４がこのライナ１２の上に装着される。スリーブ
１４はチタン合金のような金属またはグラファイトのよ
うなものからなり、継手に加えられる機械的負荷を移す
ように機能する。ゴムライナ１６のような剪断層がスリ
ーブ１４の４二に設けられて剪断負荷の集中ではなく負
荷の分散と層１６の夫々の側での部材間の親和性を向上
させる。次に複合チューブ１８が継手１０の端部で剪断
層１６にそして継手１０の他の部分で内層１２に接触す
るように形成される。別の剪断縁２０が継手１０のそれ
ぞれの端で複合チューブ１８の上に装着される。
第２図に示すように複合チューブ１８の夫々の端部はチ
タンまたはインコネルのような適当な材料からなる、継
手１０に対して流体シールを与えるシールリング２２の
環形窪み内にそう人される。
ｍ２図はまた継手１０の特に重要な部材すなわち軸方向
負荷転移部祠２４を示している。第３図について後述す
るようにこの部材２４は実際には３個の環形セグメント
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃからなる組立体であって夫々の
セグメントは１２０”となって組立体としてセグメント
カラを形成する。
カラ２４の一端の部分２６は外側にねじを宵し、継手１
０が対応する内ねじを有するカップリング装置をもつ他
の管状部材に接続出来るようなカップリング装置を形成
する。他の管状部材とはパイプあるいは他の継手である
。継手の場合には内ねじを有するカラのような適当なア
ダプタを永久的にあるいは脱着可能に継手の一方に装着
して他の継手への脱着可能な接続をすることが出来る。
組立体２４の個々のセグメントはプレスフィツトスリー
ブ２８により互いにロックされる。スリーブ２８とセグ
メントカラ２４は鋼のような適当な金属材料で形成する
ことが出来る。スリーブ２８は組立体２４の要素を互い
にロックするばかりでなく、結果としてのフープストレ
スを支持するように機能する。
継手１０の最後の要素はオーバラップ３０でありこれは
継手１０のスリーブ２８と組立体２４との端の領域内に
設けられる。オーバラップ３０は継手１０のこの部分に
おける内側端の曲げストレスを最少にするように機能す
る。
継手１０はその使用により適当な長さとすることが出来
る。一般には掘穿リグ用としては約１５ｎ１であ。継手
１０は比較的長いがその厚みは最少とされ、これは継手
がケーシングにそう人される場合特にを利である。
継手１０は高い軸方向負荷と高い内圧を支持することの
出来る継手をつくるために比較的複雑な構造となってい
るが、継手１０は高速チューブ製造を可能にする構造で
ある。以下の説明は継手１０の好適な製造方法を述べる
ものである。
内層１２はテフロンのようなもので適当にコーティング
された鋼製マンドレルのまわりにストリップとして巻か
れる。あるいは内層１２は他の層が形成されたマンドレ
ルが除去された後に継手の内側に液体ゴムをスプレーす
ることにより形成出来る。内層１２のライナ材料はチュ
ーブ内の温度および化学的雰囲気のような因子を考慮し
て選ばれるが、層１２は耐腐蝕性でなければならない。
内層１２は良好な表面と流体に対し不透過バリアを与え
るように機能する。
段付スリーブ１４が次に内層１２に隣接して配置される
。スリーブ１４はゴムまたはグラファイトエポキシでコ
ーティングされたチタン合金で形成される。エポキシ樹
脂はスリーブ１４を内層すなわちライナ１２に接着する
ために用いることが出来る。スリーブ１４は複合継手に
加わる機械的負荷を移す手段を与える。
次に組付けられる部材は剪断層１６であり、これはスリ
ーブ１４の上に巻かれた例えば厚さ約０．５ｍｍのシー
トへと切断されカレンダ処理されたＮＲＢゴムでつくら
れる。スリーブ１４がグラファイト複合物でつくられる
ならばスリーブ１４を剪断層１６に接着させるようにフ
ィルム状接着剤が使用される。層１６はスリーブ１４と
複合チューブ１８の間のなじみ性を向上させる機能を有
する。層１６はそれが剪断負荷を分散させてその負荷の
集中を妨げるから剪断層と呼ぶ。
複合チューブ１８が次にマンドレル上に形成される。第
２図に示すように複合チューブ１８はスリーブ１４の存
在による不規則な形状に合うものでありチューブ１８の
長さ方向の夫々半分は３つのセクションすなわち端部分
１８Ａ、継手部１８Ｂおよび膜部１８Ｃを含んでいる。
端部分１８Ａは内層１２から外向きに伸びてシールリン
グ２２の環形窪み３２に受は入れられる。図示のように
シールリング２２とスリーブ１４の間の端部分１８Ａの
部分は内層１２と接触する。継手部１８Ｂは剪断層１６
と接し膜部１８Ｃは内層１２に接触する。
１（合チューブ１８は継手１０の重要な部分を形成する
。チューブ１８は継手端部を除き金属要素の必要性をな
くして継手の構造に経済性を与えつつそれらの構造的特
性のもつ利点を得るように選ばれた材料でつくられる。
本発明の好適な実施例では複合チューブ１８は多層構成
で形成され、中間層に対し異なった角度で配置されるフ
ァイバで交互の層が形成される。好適なファイバとして
はＡＳ４グラファイト／エポキシファイバおよびＳ２グ
ラスフアイバである。特定の要件によっては他の材料を
使用出来る。特定の材料および傾斜角は所望の結果に従
って選ばれる。例えばグラファイトファイバはガラスフ
ァイバの約４倍の弾性係数を有する。グラファイトファ
イバは高い剛性を示すがグラスファイバより高価である
。他方グラスファイバは耐衝撃性にすぐれている。剛性
が必要であれば層のすべてをグラファイトファイバでつ
くることも出来る。しかしながらそれがそれ程ｉＲ要で
ない場合にはコストの低減のためにグラスファイバを使
用しつる。これらファイバの角度は意図される結果に従
っても変化しうる。小さい角度は強度を上げるが大きい
角度はチューブをフープおよび負荷強度において強いも
のにする。内圧のみを考慮すればよいのであれば５４．
７５’のような同一の角度を第６図に示すように用いる
ことが出来る。角度はチューブの軸に対するものである
。従って００でチューブ軸と同軸となり９０°でその軸
と直角になる。本発明はチューブ１８が１０層からなり
、第１およびそれに次く奇数番の層が９０＠±５＠で中
間層が０″となるようにしてもよい。本発明は第５図の
ように端部分１８Ａと継手部１８Ｂがグラファイトファ
イバ層のみで形成し、膜部１８Ｃがグラスファイバを±
８５ａとしてグラファイトとグラスの交互の層を何する
ようにしてもよい。これは継手部１８Ｂの±８５’の中
間グラファイトファイバがその部分１８Ｂの端部から約
３０ｃｍ離れたところで出入して±８５＠のグラスファ
イバと一緒になるようにさせることにより達成しうる。
この／Ｘイブリット形復合チューブは継手領域に高い合
成強凌および剛性を与えそして継手１０の主たる部分を
つくる膜部のコストを低下させる。本発明の一実施例に
おいてはチューブ１８の壁厚は約８ｎ＋ｍであり、０°
−±８５°の厚さ比は０．３３３である。
複合チューブ１８が形成された後に第２のゴム剪断層２
０がその上に巻かれそして硫化される。
チューブ１８は次にシールリング２２とセグメントカラ
２４を装着するために適した形状に加工される。チュー
ブ１８の下となるアンドレルはこの時点において除去し
てもよい。
ゴム被覆したセグメントカラ２４は複合チューブ１８の
継手部１８Ｂを囲む。第３図に示すようにカラ２４は実
際には夫々１２０°の円弧を形成し、結合されてｍ合継
手部を完全に囲む環形のカラとなる３個のセグメント２
４Ａ、２４Ｂ。
２４Ｃからなる組立体である。カラ２４はセグメント状
であり腹合チューブ１８の」ニに組付けが容易である。
各セグメントは１８０°より小さいから、部品を小さい
トランスをもって正確に寸法づけしつつチューブ１８の
まわりに各セグメントを付着させることが出来る。また
、夫々１８０’の２個のセグメントあるいは４個以上の
セグメントでカラ２４を形してもよい。しかしながら３
個のセグメントを用いる場合には組立が容易になる。
第２図に示すようにカラ２４は外側の２６のところがね
じとなっており、継手１０を他のバイブ継手等への接続
を容易にしている。更にカラ２４は継手１０の主軸方向
負荷移転部材として機能し、従って軸方向負荷移転組立
体と考えることが出来る。
鋼であるとより外側スリーブ２８はカラ２４のまわりに
圧着または収縮付着される。スリーブ２８はカラ２４の
個々のセグメントを保持してフープストレスを担うロッ
ク装置として機能する。
シールリング２２が次に複合チューブ１８の加工端１８
Ａに付着されて高圧流体シールをつくる。
シールリング２２は継手１０金属をパイプあるいは他の
管状構造エレメントと結合するためのシーリング面を与
えるように選ばれた適当な材料で形成出来る。リング２
２用に選ばれた材料はフープ方向の弾性係数がカラ２４
に用いられる金属のそれより大きくならないようなもの
であるべきである。カラ２４が鋼である場合、シールリ
ング２２はチタンあるいはインコネルでつくるとよい。
ねじつきカップリング２６が他の構造エレメントの相補
的カップリングに固定されるとき、シールリング２２は
環形窪み３２内の端部１８Ａのまわりで圧縮されてその
接続を有効にシールする。
また内側隅での曲げストレスを最少とするために金属リ
ング２８と金属カラ２４に隣接したチューブ１８の部分
において例えばグラファイトファイバからなるフープオ
ーバラップ３０を継手１０に設けるとよい。第２図に示
すように継手１０はオーバラップ３０．３０の間の膜部
分に犠牲層１９を備えている。層１９はグラスファイバ
のような適当な材料でつくることが出来る。
継手１０は複合駆動シャフトのようなものの製造に用い
られるような高速フィラメントチューブプロセスを用い
て製造出来る。これに関しては米国特許第４５２８０６
０号を参照するとよく、この製造プロセスは管状継手１
０をつくるべく組合せにより連続したチェーンをつくる
夫々長さ約９Ｉｎのマンドレルを利用する。これらマン
ドレルは連続フィラメント巻付プロセスを通じて動かさ
れてファイバのすべての巻回と枯しがすべての必要な加
工操作に伴って一つの回路内で形成される。
継手１０は金属と上述のフィラメント巻回複合チューブ
の構造的物性を最少の腐蝕、高圧シール能力およびバイ
ブと継手の外径間の最小の差と組合せる。約−４，４℃
〜１３２．２℃の雰囲気内での継手１０の期待される性
能は約７００　ｋｇ／　ｃＪの最大動作圧力、約１１４
８．　９ｋｇ／ｃシの最小バースト圧力、約３７４．７
ｋｇ／ｃシの崩壊圧力、約２４０７ｋｇの最大軸方向負
荷である。長さ約１２ｍの場合のチューブ１０の重量は
約１０９．９ｋｇあるいは約０．０９ｋｇ−ｃｊである
。最大外径は約１６１．３ｍ＋＊であり最小内径は約１
０１．１ｎｎである。
第４図は本発明の継手を用いた油井掘穿リグ３４の概略
図である。リグ３４はそれ自体本発明に係らない任意の
ものでよい。第４図に示すように、リグ３４はケーシン
グ３６を含みその内に加圧流体を運ぶためのバイブ３８
が装着される。バイブ３８の端部４０の内部はねじ切さ
れて継手１０のねじ部２６と係合するようになっている
。リグ３４は本発明の動作条件の一例にすぎない。本発
明は例えば井戸のようなものにも使用出来る。
また継手１０がケーシング内で用いられる場合、ケーシ
ングは直線である必要はなく、曲がっていても不規則な
形でもよい。同様に継手１０はケーシング内で使用され
る必要はない。
（発明の効果〕 本発明の継手１０は高速チューブ製造用の現存の製造技
術を用いて製造することが出来る。更に継手１０は残留
応力の悪影響を受けることなく高い一様の疲労負荷に耐
えることが出来るのみならず腐蝕は最少となる。継手１
０は鋼製エレメントのすべてを内部流体から分離しつつ
高圧シールを与える。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の金属−複合材管状継手の側面図、第２
図は第１図１−１における断面図、第３図は第２図３−
３における断面図、第４図は本発明の継手を用いた油井
リグの概略図、第５図は継手部分の平面図、第６図は膜
部の平面図である。 １０・・・継手、１２・・・ゴムライナ（内層）、１４
・・・段付スリーブ、１６・・・ゴムライナ（剪断層）
、１８・・・複合チューブ、２０・・・剪断層、２２・
・・シールリング、２４・・・セグメントカラー（軸方
向負荷移転部祠）、２８・・・スリーブ、３０・・・オ
ーバラップ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、継手に加わる機械的荷重を移すための内側スリーブ
    と、複数のファイバ層から形成されて上記内側スリーブ
    に同軸に装着される複合チューブと、この複合チューブ
    のまわりに装着された、環形セグメントカラを形成する
    複数の部材からなる軸方向負荷の移転組立体と、上記セ
    グメントカラをつくるために互いに接触して上記複数の
    部材を保持するロック装置と、上記継手の一端において
    この継手を、相補的なカップリング装置を有する他の管
    状構造エレメントに別個の固定部材を用いることなく取
    りはずし可能に結合するためのカップリング装置とから
    なり、上記継手の上記一端にはシーリング装置があり、
    それにより流体が上記継手とその上記他の管状構造エレ
    メントへの接続を通り、漏洩することなく流れるように
    なった金属−複合管状継手。 ２、前記内側スリーブと複合チューブの内面に接触する
    内層と、上記内側スリーブと上記複合チューブの間に配
    置される第１剪断層と、上記複合チューブと前記セグメ
    ントカラの間に配置される第２剪断層とからなる複数の
    エラストマ層を含むごとくなった特許請求の範囲第１項
    記載の管状継手。 ３、前記セグメントカラがカップリング装置用の外側ね
    じをその最外端に有するごとくなった特許請求の範囲第
    １項または第２項記載の管状継手。 ４、前記ロック装置が前記複数の部材のまわりに装着さ
    れた金属スリーブからなる特許請求の範囲第１項乃至第
    ３項の１に記載する管状継手。 ５、前記金属スリーブと前記セグメントカラが前記複合
    チューブに当る内側隅にオーバーラップを有する、特許
    請求の範囲第４項記載の管状継手。 ６、前記シーリング装置は前記複合チューブの反対側の
    端部に装着されたシーリングリングからなり、このリン
    グが前記セグメントカラの弾性係数より大ではない弾性
    係数を有する金属で形成されるごとくなった特許請求の
    範囲第１項乃至第５項の１に記載する管状継手。 ７、前記シーリングリングは環形の窪みを有し、前記複
    合チューブの反対側の端部がこの環形窪内に装着される
    ごとくなった特許請求の範囲第５項記載の管状継手。 ８、前記軸方向負荷移転組立体は夫々 １２０°の弧にわたり配置される１個のセグメントであ
    り、前記環形セグメントカラを形成する３個の部材から
    なる、特許請求の範囲第１項乃至第７項の１に記載する
    管状継手。 ９、前記複数のファイバ層は管状継手の軸に関し１つの
    角度をもって巻かれた交互の層と、上記軸に関し他の１
    つの角度をもって巻かれた中間層からなり、上記角度が
    ０°と±８５°である特許請求の範囲第１項乃至第８項
    の１に記載する管状継手。 １０、前記ファイバ層が少なくともいくつかのグラファ
    イトまたはガラスファイバからなる層を含むごとくなっ
    た特許請求の範囲第１項乃至第９項の１に記載する管状
    継手。 １１、前記継手の夫々の端部が互いに鏡像構造となって
    一対の継手セクションを形成し、そしてこれら継手セク
    ション間に膜セクションを含むごとくなった特許請求の
    範囲第１項乃至第１０項の１に記載する管状継手。 １２、前記膜セクションが前記継手の長手方向における
    主部分を占め、前記継手セクションにおける前記複数の
    ファイバ層がグラファイトファイバの交互の層であり、
    上記膜セクションにおける上記複数のファイバ層がグラ
    ファイトファイバとガラスファイバの交互となった層で
    ある特許請求の範囲第１項記載の管状継手。 １３、前記継手が管状ケーシング内にあり他の管状構造
    エレメントに脱着可能に結合されるごとくなった特許請
    求の範囲第１項乃至第１２項記載の管状継手。 １４、前記ケーシングが油井堀穿用リグの管状ケーシン
    グであり、前記継手が上記ケーシングに入れ子とされ、
    上記ケーシング内にパイプがあり、このパイプは継手の
    カップリング装置に脱着可能に接続する相補カップリン
    グ装置を有するごとくなった特許請求の範囲第１３項記
    載の管状継手。
JP61301118A 1985-12-19 1986-12-17 金属−複合材管状継手 Granted JPS62228785A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US810702 1985-12-19
US06/810,702 US4647078A (en) 1985-12-19 1985-12-19 Metal to composite tubular joints

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62228785A true JPS62228785A (ja) 1987-10-07
JPH038437B2 JPH038437B2 (ja) 1991-02-06

Family

ID=25204477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61301118A Granted JPS62228785A (ja) 1985-12-19 1986-12-17 金属−複合材管状継手

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4647078A (ja)
EP (1) EP0226996B1 (ja)
JP (1) JPS62228785A (ja)
CA (1) CA1283139C (ja)
DE (1) DE3677736D1 (ja)
NO (1) NO864880L (ja)

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