JPS6283586A - Oil well pipe joint having excellent sealing property - Google Patents

Oil well pipe joint having excellent sealing property

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JPS6283586A
JPS6283586A JP22569585A JP22569585A JPS6283586A JP S6283586 A JPS6283586 A JP S6283586A JP 22569585 A JP22569585 A JP 22569585A JP 22569585 A JP22569585 A JP 22569585A JP S6283586 A JPS6283586 A JP S6283586A
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JP
Japan
Prior art keywords
box
pin
seal ring
alloy
pipe joint
Prior art date
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Pending
Application number
JP22569585A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
広一郎 石原
森田 喜保
河嶋 寿一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6283586A publication Critical patent/JPS6283586A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 (産業上の利用分野) 天然ガスや原油を産出する井戸の深さは、近年になって
地下1万mにも達する(噴量にある。本発明は、このよ
うな深井戸に竪で込まれる油井管用の管継手に関するも
のである。
[Detailed description of the invention] "Objective of the invention" (Industrial application field) In recent years, the depth of wells that produce natural gas and crude oil has reached as much as 10,000 meters underground (depending on the amount of injection). The invention relates to a pipe joint for oil country tubular goods inserted vertically into such deep wells.

(従来の油井管継手) 深井戸に竪で込まれる油井管は莫大な数にのぼり、これ
らの油井管はインテグラル式管継手やカップリング式管
継手によって一連に接続される。
(Conventional OCTG) A huge number of OCTG are installed vertically into deep wells, and these OCTG are connected in series using integral type pipe fittings or coupling type pipe fittings.

第5図はカンプリング式の管継手を横倒し、その一部を
切り欠いて示す正面図である。このような油井管継手に
は、土圧による外問からの圧縮力や内部流体による内周
面への押圧力等の影響に対してよく耐え、しかも内部流
体が決して漏洩しない確実な気密性を有することが厳し
く要請されている。そこで第6図に示す如き構成が採ら
れている。
FIG. 5 is a front view showing a Campling-type pipe joint laid sideways and partially cut away. Oil country tubular joints of this type must withstand the effects of external compressive force due to earth pressure and pressing force on the inner circumferential surface due to internal fluid, and must also have reliable airtightness to ensure that internal fluid never leaks. It is strictly required to have one. Therefore, a configuration as shown in FIG. 6 is adopted.

第6図は前記第5図中に矢符で示す部分を拡大視し、カ
ップリングAに設けられたボックスaと、油井管Bの管
端に設けられたピンbとが連結のため締付けられつつあ
る一時点の状態を示す図である。同図に示すようにピン
bの先端部b1とボックスaの奥部記とは相互に対応す
るテーパー状に形成されており、通常の場合、ピンbに
おける先端部blの最小外径は、ボックスaにおける奥
部a1の最大内径よりも僅かに大きく形成されている。
FIG. 6 is an enlarged view of the part indicated by the arrow in FIG. 2 is a diagram showing a state at a certain point in time. As shown in the figure, the tip b1 of the pin b and the inner part of the box a are formed in a tapered shape that corresponds to each other, and normally, the minimum outer diameter of the tip b1 of the pin b is the box a. It is formed slightly larger than the maximum inner diameter of the inner part a1 at a.

従って油井管BとカップリングA(第5図参照)とを締
め付けると、ボックスaの奥部a1における切上部〜か
ら漸次小径化されたテーパー内周面a3に沿うようにピ
ンbの先端部blが縮径されつつ挿入される。このため
ピンbのテーパー外周面b3とボックスaのテーパー内
周面おとの間ではメタル対メタルによる高面圧接触のメ
インシール部が形成される。またピンbの先端環状面一
は、恰も軸先の如く管軸方向に対して約100°に(頃
斜して形成されているため、前記油井管Bとカップリン
グAとの締め付は完了時には、該ピンbの先端環状面一
とボックスaの内環状面a4との間でメタル対メタルに
よる高面圧接触のサブシール部が形成される。尚該サブ
シール部は、ピンbとボックスaとを増し締めするとき
に生ずる斜交分力によりピンbの先端環状面一がその外
周方向へ拡管されるようになり、前記メインシール部に
おける気密性を一層効果的なものに助勢するという作用
をも営む。
Therefore, when the oil country pipe B and the coupling A (see Fig. 5) are tightened, the tip end bl of the pin b is moved along the tapered inner circumferential surface a3 whose diameter is gradually reduced from the cut end at the deep part a1 of the box a. is inserted while being reduced in diameter. Therefore, a main seal portion with high surface pressure metal-to-metal contact is formed between the tapered outer peripheral surface b3 of the pin b and the tapered inner peripheral surface of the box a. In addition, the annular tip end of pin b is flush with the pipe axis at an angle of about 100 degrees (slanted) to the pipe axis direction, just like the tip of the shaft, so the tightening of the OCTG B and coupling A is completed. Sometimes, a metal-to-metal sub-seal with high surface pressure contact is formed between the tip annular surface of the pin b and the inner annular surface a4 of the box a. The oblique force generated when retightening causes the annular surface of the distal end of pin b to expand in the direction of its outer periphery. Also runs a business.

ところで、深井戸内に竪で込まれる油井管Bの個数は前
述した如(莫大なものであり、これに伴ってカップリン
グAの個数も莫大となる。従って各管継手には、油井管
Bや力・7プリングAの@重が累積されることによる管
軸方向への強大な引張荷電が作用する。このため従来は
、管継手におけるねし部のピンチや基準山形を改良する
等していたが、それでもなお前記メインシール部及びサ
ブシール部において微小隙間が発生し、該微小隙間から
内部流体が漏れることがあった。そこで第5図に示すよ
うに管継手におけるボックスa側のねじ部又はピンb側
のねじ部にテフロンリングCを嵌め込んでシール作用を
補助するようにしていた。
By the way, as mentioned above, the number of OCTGs B vertically installed in a deep well is enormous, and accordingly, the number of couplings A is also enormous.Therefore, each pipe joint has OCTGs B A strong tensile charge is applied in the direction of the tube axis due to the accumulation of force and weight of 7 pulling A.For this reason, in the past, measures such as pinching the neck part of the pipe joint and improving the standard chevron shape were used. However, a small gap still occurred in the main seal part and the sub-seal part, and the internal fluid sometimes leaked from the small gap.Therefore, as shown in Fig. 5, the screw part on the box a side of the pipe joint or A Teflon ring C was fitted into the threaded portion on the pin b side to assist in sealing action.

(発明が解決しようとする問題点) ピンbとボックスaとの螺合時には、両者に対するテフ
ロンリングCの接触面圧を全周にわたって均一に高くす
る必要がある。従ってその締付時においては、テフロン
リングCが管継手のねじ部に沿って大きく流動変形する
ようにしていた。このためテフロンリングCには、前記
変形に対する流動性及び締付時の破断を防ぐための靭性
が必要とされていた。しかし流動性又は靭性が大きすぎ
ると、ピンbとボックスaとの間に局部的な隙間が存在
していた場合等に、該隙間へテフロンリングCが偏って
流動してしまい、所定の接触面圧が得られないというこ
とがあった。このようにテフロンリングCは、流動性及
び靭性について相反する要請を満たすものでなくてはな
らなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) When the pin b and the box a are screwed together, it is necessary to uniformly increase the contact pressure of the Teflon ring C against both over the entire circumference. Therefore, during tightening, the Teflon ring C was designed to flow and deform largely along the threaded portion of the pipe joint. For this reason, the Teflon ring C was required to have fluidity against the deformation and toughness to prevent breakage during tightening. However, if the fluidity or toughness is too large, if there is a local gap between pin b and box a, the Teflon ring C will flow unevenly into the gap, and the specified contact surface There were times when I couldn't get enough pressure. In this way, Teflon ring C had to satisfy conflicting demands regarding fluidity and toughness.

一方、地下数千m乃至17jmにも及ぶ深井戸では、そ
の深奥部の温度雰囲気が400〜500℃という極めて
高温度となる。しかし前記テフロンリングCは融点が3
00℃前後と低く、その使用可能な条件、換言すれば井
戸における使用可能な深さ領域が狭隘に限定されるもの
であった。また300℃以下の使用可能領域内であった
としても、テフロンリングCの圧縮クリープ強度や圧縮
降伏応力は充分なものといえず、特にこれらの値は熱サ
イクルに対して影響され易く、シール材としての信頼性
は極めて乏しいものであった。なお、油井管継手に用い
られるシール材には、引張荷重の増加又は雰囲気温度の
上昇等に伴う隙間拡大に対して、即座にこの隙間を埋め
る機能が要求されている。
On the other hand, in deep wells that extend from several thousand meters to 17 meters underground, the temperature atmosphere in the deep parts of the wells reaches an extremely high temperature of 400 to 500 degrees Celsius. However, the Teflon ring C has a melting point of 3
The temperature is as low as around 00°C, and the usable conditions, in other words, the usable depth range in a well, are narrowly limited. Furthermore, even if it is within the usable temperature range of 300°C or less, the compressive creep strength and compressive yield stress of Teflon Ring C cannot be said to be sufficient, and these values are particularly susceptible to thermal cycles, and the sealing material Its reliability was extremely poor. It should be noted that sealing materials used in oil country tubular joints are required to have the ability to immediately fill gaps that widen due to increases in tensile load or ambient temperature.

そしてこの機能は、シール材を形成する材料の形状復元
性によって支配されるものである。そこで前記テフロン
リングCを形成するテフロンについて第4図に示す如く
形状復元性を調査した。まず、ピンbとボックスaとの
接触面圧を想定してテフロンに所定の圧縮力を加えて応
力を生じさせ、該圧縮応力を徐々に除荷していったとき
の歪回復率を測定した。また測定は、テフロンを20℃
に保持した状態で行った。その結果、約15%という高
い値が測定されたが、この値は圧縮応力が3.5Kgf
/mdからOという楕めて低い応力領域のみに限られて
おり、ピンbとボックスaとを軸合した場合等の高い接
触面圧が作用した時にはこの値は殆ど期待できないもの
であった。しかもテフロンは、前述した如く圧縮降伏応
力が5Kgf / *d以下と極めて乏しいものである
ため、圧縮応力をそもそも3.5Kgf / vat 
シか付加できなかったということも、見逃せない重要な
欠点である。なおかつ、これらの諸欠点に加え、テフロ
ンリングCは油井管BとカソプリングAとの螺脱時ごと
に新品のものに交換しなければならないという欠点をも
有していた。
This function is controlled by the shape recovery property of the material forming the sealing material. Therefore, the shape restorability of Teflon forming the Teflon ring C was investigated as shown in FIG. First, assuming the contact surface pressure between pin b and box a, a predetermined compressive force was applied to Teflon to generate stress, and the strain recovery rate was measured when the compressive stress was gradually unloaded. . In addition, the measurement was performed using Teflon at 20°C.
The test was carried out while being held at . As a result, a high value of approximately 15% was measured, which corresponds to a compressive stress of 3.5Kgf.
This value is limited to an extremely low stress region from /md to O, and this value could hardly be expected when high contact surface pressure is applied, such as when pin b and box a are aligned. Moreover, as mentioned above, Teflon has an extremely poor compressive yield stress of 5Kgf/*d or less, so the compressive stress is 3.5Kgf/vat in the first place.
The fact that it was not possible to add additional light is also an important drawback that cannot be overlooked. Furthermore, in addition to these drawbacks, the Teflon ring C also has the drawback that it must be replaced with a new one every time the oil country pipe B and the cassop ring A are unscrewed.

本発明は、上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、強大な引張荷mや高温雰囲気に影響されることなく
、シール性に高い信頼性が得られ、しかも螺合や螺脱を
幾度となく繰り返すことのできるシール性に優れた新規
な油井管継手(以下、本発明油井管継手という)を提供
することを目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and is capable of achieving high reliability in sealing performance without being affected by strong tensile loads or high-temperature atmospheres, and also allows easy screwing and unscrewing. It is an object of the present invention to provide a novel oil country tubular joint (hereinafter referred to as the oil country tubular goods joint of the present invention) with excellent sealing properties that can be repeated many times.

「発明の構成」 (問題点を解決するための手段) 本発明油井管継手の要旨とするところは、ピンの先端外
周面とボックスの奥部内周面とでメタル対メタルのシー
ル部を構成する油井管継手であって、前記シール部に形
状記憶合金製のシールリングが介設されてなり、前記形
状記憶合金の逆変態点温度は油井深奥部環境下の温度よ
りも低く、油井深奥部環境下における前記シールリング
はその形状回復度が前記ピン及びボックスの変形度より
も大きく管軸廻りの径方向へ拡大するようになされてい
ることである。
"Structure of the Invention" (Means for Solving the Problems) The gist of the oil country tubular joint of the present invention is that a metal-to-metal seal is formed between the outer circumferential surface of the tip of the pin and the inner circumferential surface of the deep part of the box. The oil well pipe joint is provided with a seal ring made of a shape memory alloy interposed in the seal portion, and the reverse transformation point temperature of the shape memory alloy is lower than the temperature in a deep oil well environment, The degree of shape recovery of the lower seal ring is larger than the degree of deformation of the pin and box so that it expands in the radial direction around the tube axis.

なお、本明細害において「形状記憶効果合金」とは、熱
弾性型マルテンサイト変態を有する合金であって、その
特性として、逆変態点温度以下で原形に外力を加えると
変形し、その外力を除去しても略々その変形形状を維持
すると共に、該変形形状のものを前記逆変態点温度以上
に加熱すると前記原形に復元するという形状記憶効果を
示す。また一方、逆変態点温度以上では外力により大き
く変形させても該外力を除去すると前記原形に復元する
という擬弾性挙動を示す。そしてこのような形状記憶合
金の代表的なものとしてはNi−Ti合金、Au−Cd
合金、Cu−Zn系合金等が挙げられる。
In this specification, the term "shape memory effect alloy" refers to an alloy that has a thermoelastic martensitic transformation, and its characteristic is that it deforms when an external force is applied to the original shape below the reverse transformation temperature, and Even when removed, the deformed shape is maintained substantially, and when the deformed shape is heated above the reverse transformation point temperature, it exhibits a shape memory effect in that it returns to its original shape. On the other hand, at a temperature higher than the reverse transformation point, even if the material is greatly deformed by an external force, it exhibits pseudoelastic behavior in which it returns to its original shape when the external force is removed. Typical shape memory alloys include Ni-Ti alloy and Au-Cd.
Examples include alloys, Cu-Zn alloys, and the like.

(作用) シールリングは形状記↑、9合金によって形成されてお
り、逆変態点温度以上の使用環境下に曝されることで、
形状回復によりピン及びボックスの変形度よりも大きく
拡大変形するようになっている。
(Function) The seal ring is made of 9 alloy, and when exposed to an environment with a temperature higher than the reverse transformation temperature,
Due to shape recovery, the deformation is enlarged to a degree greater than the degree of deformation of the pin and box.

そして該シールリングは、ビンの先端外周面とボックス
の奥部内周面との間に介設されていると共に、前記形状
回復による拡大変形の方向がビン及びボックスにおける
管軸廻りの径方向に沿うように設定されている。つまり
シールリングは、その内径を縮小する方向及び外径を拡
大する方向への双方に向かって拡大変形する。従って、
本発明油井管継手を油井深奥部へ竪て込んだ場合は、ビ
ンの先端外周面とボックスの奥部内周面とをシールリン
グが互いに相反して押圧するようになる。このため、前
記ピンの先端外周面とボックスの奥部内周面とで構成さ
れるシール部に、仮に、引張荷重の増加等によるテーパ
ー状の隙間が形成されても、ビン及びボックスに対して
シールリングが互いに密着した状態となり、ソール性が
害されることはない。しかもシールリングを形成する形
状記憶合金は、逆変態点温度以上に曝されることで前記
径方向に沿って形状回復すると共に擬弾性挙動を示すも
のであるから、前記ビンとボックスとの間のテーパー状
隙間が徐々に拡大しようとする際にも、この拡大変動に
速やかに追従して常に所定の押圧状態が緩まないように
なっている。また本発明油井管継手は、ピンとボックス
との螺合時においてシールリングに永久的な変形を起こ
させるものではなく、螺合や螺脱を幾度となく繰り返し
ても実質的に変形をきたすものでないことはいうまでも
ない。
The seal ring is interposed between the outer peripheral surface of the tip of the bottle and the inner peripheral surface of the inner part of the box, and the direction of expansion deformation due to the shape recovery is along the radial direction around the tube axis of the bottle and the box. It is set as follows. In other words, the seal ring expands and deforms both in the direction of decreasing its inner diameter and in the direction of increasing its outer diameter. Therefore,
When the oil country pipe joint of the present invention is inserted vertically into the deep interior of an oil well, the seal rings will press against each other the outer circumferential surface of the tip of the bottle and the inner circumferential surface of the deep part of the box. For this reason, even if a tapered gap is formed in the sealing portion consisting of the outer circumferential surface of the tip of the pin and the inner circumferential surface of the inner part of the box due to an increase in tensile load, the seal against the bottle and box will be sealed. The rings are in close contact with each other, and the sole properties are not impaired. Moreover, the shape memory alloy that forms the seal ring recovers its shape along the radial direction and exhibits pseudoelastic behavior when exposed to a temperature higher than its reverse transformation temperature. Even when the tapered gap gradually expands, this expansion variation is quickly followed to ensure that the predetermined pressing state does not loosen at all times. In addition, the oil country tubular joint of the present invention does not cause permanent deformation of the seal ring when the pin and box are screwed together, and does not substantially deform even if screwed together and unthreaded many times. Needless to say.

(実施例) 以下本発明を、その実施例を示す図面に基づいて説明す
ると次のとおりである。
(Example) The present invention will be described below based on drawings showing examples thereof.

第1図は本発明油井管継手を示すものであって、ビン2
とボックスlとの螺合状態を示す部分断面図である。同
図に示すように本発明油井管継手の最も主要なところは
、ピン2の先端外周面23とボックス1の奥部内周面1
aとで形成されるメインシール部に、形状記憶合金製の
シールリング3が介設されている点にある。
FIG. 1 shows the oil country pipe joint of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a state in which the box L and the box L are screwed together. As shown in the figure, the most important parts of the oil country pipe joint of the present invention are the outer peripheral surface 23 of the tip of the pin 2 and the inner peripheral surface 1 of the inner part of the box 1.
A seal ring 3 made of a shape memory alloy is interposed in the main seal portion formed by a.

本実施例においては、シールリング3を形成する形状記
憶合金にN1−T+金合金用いた。
In this example, N1-T+gold alloy was used as the shape memory alloy forming the seal ring 3.

Ni−Ti合金は前述した如く形状記憶合金の代表的な
ものとして公知であり、一般に、Tiが原子パーセント
で48〜52%となされている。該N1Ji合金は加熱
することで記憶した形状に回復するという特性を有して
おり、その加熱温度が高くなる程、形状記憶効果(形状
回復力)も大きくなることが判明している。またNi−
Ti合金の中でも特にTiが49.8原子パーセントの
ものは、逆変態点温度以下の温度領域、即ち約92℃以
下の温度領域内において圧縮応力(仮想接触面圧)を徐
々に除荷してゆくと、その除荷過程中における20Kg
f/−からOの応力領域で歪が7〜10数%も回復する
ようになっている。そのうえ、上記形状記憶効果に伴う
歪の回復率に加えて、前記加熱温度がNi−Ti合金に
おける逆変態点温度以上の温度領域であるときには、第
3図に示すように圧縮応力の除荷過程中における40K
gf/−から30Kg4/−までの高い応力領域内で、
速やかに5%もの歪を回復するという1疑弾性挙動を示
すようになっている。尚、参考までに付記すると、ピン
2及びボックスlを形成する材料として一般に用いられ
る、例えばICr−AM。
As mentioned above, the Ni-Ti alloy is known as a typical shape memory alloy, and generally contains Ti in an atomic percent range of 48 to 52%. The N1Ji alloy has the property of recovering to a memorized shape by heating, and it has been found that the higher the heating temperature, the greater the shape memory effect (shape recovery force). Also Ni-
Among Ti alloys, especially those containing 49.8 atomic percent Ti, the compressive stress (virtual contact surface pressure) is gradually unloaded in the temperature range below the reverse transformation temperature, that is, the temperature range below about 92°C. Eventually, 20Kg during the unloading process.
The strain is recovered by 7 to 10% in the stress range from f/- to O. Furthermore, in addition to the strain recovery rate due to the shape memory effect, when the heating temperature is in a temperature range equal to or higher than the reverse transformation point temperature of the Ni-Ti alloy, the unloading process of compressive stress occurs as shown in FIG. 40K inside
Within the high stress region from gf/- to 30Kg4/-,
It exhibits a pseudoelastic behavior in which it quickly recovers as much as 5% strain. For reference, ICr-AM, for example, is commonly used as a material for forming the pin 2 and the box l.

低合金鋼は、形状記憶効果や擬弾性挙動を有していない
ことはいうまでもないが、弾性による歪の回復率も、圧
縮応力の除荷過程中における70Kgf/ adから5
Kgf/s+/の応力領域で僅かに0.4%しか示さな
い、また、このNi−Ti合金は圧縮降伏応力が20K
gf / Iadを越えるものであり、この値はシール
材の強度としては充分にしてなお余りがある。
It goes without saying that low alloy steel does not have a shape memory effect or pseudoelastic behavior, but the elastic strain recovery rate also increases from 70 Kgf/ad to 5 during the unloading process of compressive stress.
This Ni-Ti alloy shows only 0.4% in the stress region of Kgf/s+/, and the compressive yield stress of this Ni-Ti alloy is 20K.
gf/Iad, and this value is more than sufficient for the strength of the sealing material.

尚、く表 1〉は、このNi−Ti合金における機械的
性質をテフロン及びガラス繊維入テフロンにおけるそれ
と対比させたものである。〈表 1〉からも分かるよう
にこのNi−Ti合金は、引張強さ。
Table 1 compares the mechanical properties of this Ni-Ti alloy with those of Teflon and glass fiber-containing Teflon. As can be seen from Table 1, this Ni-Ti alloy has a high tensile strength.

伸び、圧縮降伏応力、ヤング率、融点のいずれもが油井
管継手用のシール材として通しており、テフロンやガラ
ス繊維入テフロン等とは比較にならない、またこのNi
−Ti合金における熱膨張係数は僅かな値であり、同時
にピン2及びボックスlを形成する前記lCr−!4M
o低合金鋼と略々近似な値である。従ってこのNi−T
i合金が過激な熱サイクルを受けたとしても、前記ピン
2又はボックスlに対して熱膨張量の相違による全隙間
を発生させることはない。尚、〈表 2〉中に示すNi
−Ti合金は、Tiが原子パーセントで49.8%のも
のを示す。
The elongation, compressive yield stress, Young's modulus, and melting point are all acceptable as a sealing material for oil country tubular joints, and they cannot be compared with Teflon or glass fiber-filled Teflon.
-The coefficient of thermal expansion in the Ti alloy is small, and at the same time the lCr-! which forms the pin 2 and the box l! 4M
o The value is almost similar to that of low alloy steel. Therefore, this Ni-T
Even if the i-alloy is subjected to extreme thermal cycling, it will not create any gap between the pin 2 or the box l due to the difference in thermal expansion. Furthermore, Ni shown in Table 2
-Ti alloy shows 49.8% Ti in atomic percent.

第2図に示すように、シールリング3はNi−Ti合金
を切削加工又は粉末冶金加工等することによって円環状
に形成されている。また該シールリング3の断面形状は
、前記第1図に示すように平行四辺形であって、その長
辺側がピン2における先端外周面2aのテーパーと同じ
傾斜で形成されている。これに対してボックスlの奥部
内周面1aには、前記シールリング3が丁度嵌まり込む
大きさの嵌入段部1bが穿設されている。また該嵌入段
部1bは、ボックス1における奥部内周面1aよりも−
回り外周方向へ窪むようにして形成された周面1cに設
けられている。従って該嵌入段部lb内にシールリング
3が装着されたボックスlへ、ピン2を挿入して締め付
けると、シールリング3とピン2の先端外周面1aとの
間にクリアランスが生じるようになっている。該クリア
ランスは、ピン2とボックス1との締付時においてメイ
ンシール部がゴーリング(焼付)を起こさないための措
置である。
As shown in FIG. 2, the seal ring 3 is formed into an annular shape by cutting or powder metallurgy processing a Ni-Ti alloy. The cross-sectional shape of the seal ring 3 is a parallelogram, as shown in FIG. On the other hand, a fitting stepped portion 1b having a size in which the seal ring 3 is just fitted is bored in the inner peripheral surface 1a of the box l. Further, the fitting step portion 1b is -
It is provided on the circumferential surface 1c that is formed so as to be recessed toward the outer circumferential direction. Therefore, when the pin 2 is inserted and tightened into the box l in which the seal ring 3 is installed in the fitting step lb, a clearance is created between the seal ring 3 and the outer peripheral surface 1a of the tip of the pin 2. There is. This clearance is a measure to prevent galling (seizure) of the main seal portion when the pin 2 and box 1 are tightened.

ところで、前記シールリング3は、ボックス1における
前記嵌入溝1bへ嵌め入れる前に拡大後の形状を記憶さ
せておく必要がある。そこで本実施例においては、前述
した如<  Ni−Ti合金から切削加工又は粉末冶金
加工等によってシールリング3を製造する際に、該シー
ルリング3の外形状を拡大後の形状に設定した(これを
原形とする)。そして該原形のシールリング3を逆変態
点温度以下の温度雰囲気下において適宜の型等に装填し
、その内径寸法を拡大する方向及び外径寸法を縮小する
方向に圧縮加工し、前記ボックス1における嵌入dlb
に丁度嵌まり込む形状に変形させた。尚、シールリング
3の原形を設定する場合に、ピン2の先端外周面1aに
対するクリアランスを埋めることができ、しかも充分な
接触面圧を奏し得るように、その内径寸法を考慮してお
かなければならない、また、シールリング3の圧縮変形
後において適宜の熱処理等を加えておくことが好ましい
By the way, before the seal ring 3 is fitted into the fitting groove 1b of the box 1, it is necessary to memorize the enlarged shape. Therefore, in this example, when manufacturing the seal ring 3 from a Ni-Ti alloy by cutting or powder metallurgy as described above, the outer shape of the seal ring 3 was set to the expanded shape (this ). Then, the seal ring 3 in the original shape is loaded into an appropriate mold in an atmosphere at a temperature below the reverse transformation point temperature, and compressed in the direction of enlarging the inner diameter dimension and the direction of reducing the outer diameter dimension. inset dlb
It was deformed into a shape that fits perfectly. In addition, when setting the original shape of the seal ring 3, the inner diameter dimensions must be taken into consideration so that the clearance to the outer peripheral surface 1a of the tip of the pin 2 can be filled and sufficient contact surface pressure can be exerted. Moreover, it is preferable to apply appropriate heat treatment or the like after the seal ring 3 is compressed and deformed.

このようになされた本発明油井管継手の使用伏況を説明
する。ピン2とボックス1とを形状記憶合金の逆変態点
温度以下の雰囲気下において所定トルクで機械締めした
状態では、メタル対メタルのメインシール部及びサブシ
ール部によって従来と同様な完璧なシール作用が営まれ
ている。またこの状態では、ピン2の先端外周面2aに
対してソールリング3が無接触のままにある。そして本
発明油井管継手が井戸内に竪で込まれ、引張荷重が増加
することによってピン2とボックスlとのメインシール
部にテーパー状の隙間が発生したとする。そしてこの状
態で本発明油井管継手を取り巻く温度雰囲気が形状記憶
合金の逆変態点塩度(49,8%Ti原子パーセントの
Ni −Ti合金における逆変態温度は92℃)以上に
上昇すると、この温度上昇に伴ってシールリング3が形
状記憶効果を発現し、原形に形状回復しようとしてピン
2及びボックス1の径方向へ拡大変形する。従ってシー
ルリング3は、形状を回復しようとする力がピン2及び
ボックス1とによって阻まれる形となり、内部歪を蓄積
した状態となる。このため、シールリング3はピン2及
びボックスlに対して相互に高接触面圧を伴った密着状
態を維持するようになる。また、本発明油井管継手を取
り巻(雰囲気温度が形状記↑、α合金の前記逆変態点温
度以上に曝された状態下では、シールリング3は擬弾性
挙動を発現するようになっている。つまり、前記形状記
憶効果によって高い接触面圧を保ちつつも、引張荷重の
増加や雰囲気温度の上昇等によって時として、ピン2及
びボックス1に対するシールリング3の接触面圧が惣激
に低下傾向を示すことがある。このようなとき前記擬弾
性挙動は、前記の如き接触面圧の低下を即座に回復し、
ピン2とボックスlとの隙間の拡大変動に追従するよう
になる。〈表 2〉に本発明油井管継手の気密性を試験
した結果を示す。また〈表 3〉にテフロンリングのみ
を装着した従来の油井管継手の気密性を試験した結果を
示す。〈表 2〉とく表 3〉とを比較することで明白
なように、本発明油井管継手では少なくとも7Kgf/
mjに近い内圧に耐えており、一般に油井管継手として
必要とされる6、2Kgf/ヨIの内圧は充分克服して
いる。これに対して従来の油井管継手では、テフロンリ
ングを装着する溝の内部面粗さによっては僅か3Kgf
/−の内圧でも漏れが確認された。このことからも分か
るように、テフロンリングを装着するにあたっては、テ
フロンリング用溝の内部面を所定の粗さに仕上げなけれ
ばならず、それだけサンドブラストやローレット等の加
工に要する手間も必要となる。
The usage conditions of the oil country tubular joint of the present invention thus constructed will be explained. When pin 2 and box 1 are mechanically tightened to a specified torque in an atmosphere below the reverse transformation point temperature of the shape memory alloy, the metal-to-metal main seal and sub-seal provide the same perfect sealing action as before. It is rare. Further, in this state, the sole ring 3 remains in no contact with the outer peripheral surface 2a of the tip end of the pin 2. Assume that the oil country tubular joint of the present invention is inserted vertically into a well, and as a result of increased tensile load, a tapered gap is generated in the main seal portion between the pin 2 and the box l. In this state, when the temperature atmosphere surrounding the oil country tubular joint of the present invention rises above the reverse transformation point salinity of the shape memory alloy (the reverse transformation temperature in a Ni-Ti alloy with 49.8% Ti atomic percent is 92°C), this As the temperature rises, the seal ring 3 develops a shape memory effect and expands and deforms in the radial direction of the pin 2 and box 1 in an attempt to recover its original shape. Therefore, the seal ring 3 is in a state in which the force to restore its shape is blocked by the pin 2 and the box 1, and internal strain is accumulated. Therefore, the seal ring 3 maintains a close contact state with the pin 2 and the box l with high mutual contact surface pressure. In addition, the seal ring 3 exhibits pseudo-elastic behavior when the oil country tubular joint of the present invention is surrounded by an atmosphere where the temperature is above the reverse transformation point temperature of the α alloy. In other words, while maintaining a high contact pressure due to the shape memory effect, the contact pressure of the seal ring 3 with respect to the pin 2 and box 1 sometimes tends to decrease dramatically due to an increase in tensile load, a rise in ambient temperature, etc. In such a case, the pseudoelastic behavior immediately recovers the decrease in contact surface pressure as described above,
It comes to follow the enlargement fluctuation of the gap between pin 2 and box l. Table 2 shows the results of testing the airtightness of the oil country tubular joint of the present invention. Additionally, Table 3 shows the results of testing the airtightness of conventional oil well pipe joints equipped with only Teflon rings. As is clear from a comparison between Table 2 and Table 3, the oil well pipe joint of the present invention has a power consumption of at least 7 kgf/
It can withstand an internal pressure close to mj, and can sufficiently overcome the internal pressure of 6.2 Kgf/I, which is generally required for oil well pipe joints. On the other hand, with conventional oil well pipe fittings, the amount of pressure is only 3 kgf depending on the internal surface roughness of the groove where the Teflon ring is installed.
Leakage was confirmed even at an internal pressure of /-. As can be seen from this, when installing a Teflon ring, the inner surface of the Teflon ring groove must be finished to a predetermined roughness, which requires more time and effort for processing such as sandblasting and knurling.

(以下余白) 次頁へ続く く表2〉 く表3〉 (別態様の検討) シールリング3用の嵌入溝は、ピン2の先端外周面2a
側に設けておいてもよく、ピン2の先端外−周面2aと
ボックス1の奥部内周面1aとの双方に設けておいても
よい。また、該シールリング3の装着位置は、ピン2及
びボックスlにおけるメインシール部内であればどこで
もよく、例えばメインシール部の中央部等にテフロンリ
ング用の嵌入溝を穿設したものであってもよい、勿論、
シールリングを形成する形状記憶合金は、Ni4i合金
に限定されるものではない、また、テフロンリングも併
用すればなお一層のシール効果が期待できる。
(Margins below) Continued on next page Table 2〉 Table 3〉 (Study of another aspect) The fitting groove for the seal ring 3 is the outer peripheral surface 2a of the tip of the pin 2.
It may be provided on the side, or may be provided on both the outer peripheral surface 2a of the tip of the pin 2 and the inner peripheral surface 1a of the box 1. Further, the seal ring 3 may be installed anywhere within the main seal portion of the pin 2 and the box l; for example, a fitting groove for a Teflon ring may be bored in the center of the main seal portion. Good, of course.
The shape memory alloy forming the seal ring is not limited to the Ni4i alloy, and further sealing effects can be expected if a Teflon ring is also used.

このように本発明油井管継手の細部にわたる構成や形状
は、実施の態様に応じて適宜変更可能なものである。
As described above, the detailed configuration and shape of the oil country tubular joint of the present invention can be changed as appropriate depending on the embodiment.

「発明の効果J 以上の説明で明らかなように、本発明に係るシール性に
優れた油井管継手によれば、形状記憶合金によって形成
されたシールリングが雰囲気温度の上昇に応じて径方向
へ拡大変形するようになっているため、ピンとボックス
は常に高い接触面圧を保つようになされているものであ
り、しかもピンとボックスとの間のテーパー隙間は、あ
る程度、拡大範囲が限られているものであるから、前記
接触面圧は、雰囲気温度の上昇と共に高くなる傾向とな
っている。つまり本発明油井管継手は、雰囲気温度が高
くなる程シール作用も効果を増し、内部流体が漏洩する
ことは決してない、これに対して従来の油井管継手では
、ピン又はボックスに対するテフロンリングの接触面圧
は、ピンとボックスとの締付時に最大の値となり、その
後作用する引張荷重の増加及び雰囲気温度の上昇に伴っ
て小さくなる一方である。尚、形状記す、9合金は、一
般に曲げや引張等の外力に対してそれ程強靭とはいえず
、油井管継手自体の成形素材として使用するには不充分
である。またコスト的にも高騰化するおそれがある。そ
こで本発明油井管継手においては、これらの不具合に対
して、形状記憶合金を適切な箇所に局部的に用い、且つ
シール材としてのみ作用させ、油井管継手としての強度
については従来と同じlCr−%Mo低合金鋼等の材料
を使用して対処させである。つまりこれを換言すれば、
従来の油井管継手においても、シールリング用の嵌入段
部又は嵌入溝を設けるだけの簡単な改良で本発明の効果
が得られるということである。
"Effects of the Invention J As is clear from the above explanation, according to the oil country tubular joint with excellent sealing properties according to the present invention, the seal ring formed of the shape memory alloy moves in the radial direction as the ambient temperature rises. Since the pin and box are designed to expand and deform, the pin and box are designed to maintain high contact pressure at all times, and the tapered gap between the pin and box has a limited expansion range to some extent. Therefore, the contact surface pressure tends to increase as the ambient temperature rises.In other words, in the oil country pipe joint of the present invention, the higher the ambient temperature, the more effective the sealing action becomes, and the internal fluid will not leak. In contrast, in conventional oil country joints, the contact surface pressure of the Teflon ring against the pin or box reaches its maximum value when the pin and box are tightened, and then increases due to the increase in the applied tensile load and the atmospheric temperature. As the size increases, the size of alloy 9 continues to decrease.In general, alloy 9 is not very strong against external forces such as bending and tension, and is insufficient to be used as a forming material for oil country pipe joints themselves. In addition, there is a risk that the cost will rise.Therefore, in the oil country pipe fitting of the present invention, in order to solve these problems, shape memory alloys are locally used in appropriate locations, and the shape memory alloy is used only as a sealing material. In addition, the strength of the oil well pipe joint is addressed by using the same material as before, such as lCr-%Mo low alloy steel.In other words,
This means that even in conventional oil country tubular joints, the effects of the present invention can be obtained by simply improving the fitting steps or grooves for the seal ring.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明油井管継手におけるピンとボックスとの
螺合状態を示す部分断面図、第2図はシールリングを示
す斜視図、第3図はNi−Ti合金における歪の回復率
を示す応力−歪曲線、第4図はテフロンリングにおける
歪の回復率を示す応力−歪曲線、第5図は従来の油井管
継手を一部切り欠いて示す正面図、第6TI!Jは前記
第5図における油井管継手の一部を拡大して示す断面図
である。 1・・・ボックス    1a・・・奥部内周面2・・
・ピン      2a・・・先端外周面3・・・シー
ルリング 特許出願人  住友金厘工業株式会社 代 理 人  弁理士  内1)敏彦 第1図 第2図 第3図 歪回製竿(’/、) 第4図
Fig. 1 is a partial sectional view showing the screwed state of the pin and box in the oil country pipe joint of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing the seal ring, and Fig. 3 is the stress showing the strain recovery rate in the Ni-Ti alloy. - Strain curve, Figure 4 is a stress-strain curve showing the recovery rate of strain in a Teflon ring, Figure 5 is a partially cutaway front view of a conventional oil country tubular joint, and Figure 6TI! J is an enlarged cross-sectional view of a part of the oil country tubular joint in FIG. 5. 1... Box 1a... Inner peripheral surface 2...
・Pin 2a...Tip outer circumferential surface 3...Seal ring Patent applicant Sumitomo Kinryo Industries Co., Ltd. Representative Patent attorney 1) Toshihiko Figure 1 Figure 2 Figure 3 Distorted turning rod ('/, ) Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、ピンの先端外周面とボックスの奥部内周面とでメタ
ル対メタルのシール部を構成する油井管継手であって、
前記シール部に形状記憶合金製のシールリングが介設さ
れてなり、前記形状記憶合金の逆変態点温度は油井深奥
部環境下の温度よりも低く、油井深奥部環境下における
前記シールリングはその形状回復度が前記ピン及びボッ
クスの変形度よりも大きく管軸廻りの径方向へ拡大する
ようになされていることを特徴とするシール性に優れた
油井管継手。
1. An oil well pipe joint in which a metal-to-metal seal is formed between the outer peripheral surface of the tip of the pin and the inner peripheral surface of the inner part of the box,
A seal ring made of a shape memory alloy is interposed in the seal portion, and the reverse transformation point temperature of the shape memory alloy is lower than the temperature in the deep oil well environment, and the seal ring in the deep oil well environment is An oil country pipe joint with excellent sealing performance, characterized in that the degree of shape recovery is greater than the degree of deformation of the pin and box and expands in the radial direction around the pipe axis.
JP22569585A 1985-10-09 1985-10-09 Oil well pipe joint having excellent sealing property Pending JPS6283586A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017512291A (en) * 2014-02-12 2017-05-18 アールジーエル リザーヴァー マネジメント インコーポレイテッド Tube coupling with load deflection area

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017512291A (en) * 2014-02-12 2017-05-18 アールジーエル リザーヴァー マネジメント インコーポレイテッド Tube coupling with load deflection area

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