WO2001094832A1

WO2001094832A1 - Joint de tuyaux

Info

Publication number: WO2001094832A1
Application number: PCT/JP2001/004834
Authority: WO
Inventors: Shigeo Nagasaku; Jun Maeda; Katsutoshi Sumitani
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.; Vallourec Mannesmann Oil & Gas France
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2001-12-13
Also published as: MXPA02012145A; EP1310719A4; US20030122378A1; CN1282843C; DE60110805D1; DE60110805T2; EP1310719B1; ATE295499T1; BR0111985B1; CN1436289A; CA2411447C; AU2001264222A1; US6698802B2; BR0111985A; ES2241831T3; CA2411447A1; EP1310719A1; WO2001094832A8

Description

明細書管継手

技術分野

本発明は、天然ガスや原油の探査、生産に使用される油井管用の管継手に係り、特にねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性が良好で、その後に発生することがあるねじの損傷レベルを低減する管継手に関する。

背景技術

天然ガスや原油の探査、生産に使用される油井管を接続する技術として、ねじ継手が広く採用されている。このねじ継手には、管の一端にピン部を、他端にボックス部を形成して管同士を直接結合するィンテグラル方式と、両端にボックス部を形成した短管を介して、端部にピン部を形成した二つの管を接続するカップリング方式とがある。以下、カップリング方式の継手を例にとって説明するが、ィンテグラル方式の継手についても同様である。

多くのガス田、油田の現場では、継手の締め付け作業は、図 7に示すようにして ί亍われる。

すなわち、予め工場において端部に短管 1が締め付け装着された油井管 2を、その短管 1を上方に向けて支持し、この短管 1に、接続しょうとする別の油井管 2のピン部 2 bを締め付ける。その場合に、接続しょうとする油井管 2のピン部 bを短管 1のボックス部 1 a内に挿入する際に、予め短管 1の周囲に設けた嵌め込み時の損傷予防治具である、例えばプラスチック製ス夕ビングガイド（図示せず）を介して油井管 2を短管 1内に鉛直に落とし込んでいる。

落とし込みが完了した後、スタビングガイドを取り外し、接続しょうとする油井管 2をストラップレンチ又はオペレータの人力によって 2〜 3ターン回転させることで、接続しょうとする油井管 2のピン部 2 bと短管 1のボックス部 1 aのねじが嚙み合った状態にし、その後、パワートング、つまり、トルク付加装置 (図示せず）にて所定のトルクを付与して締め込みを実施する。

ところで、オペレータの実施していたハンド夕ィトは、まさしく人間の力程度の小さなトルク（ 1 9 . 6〜 5 7 6 N · m程度）で回転するものである。しかし、ピン部とボックス部のねじの嚙み合いが不完全な場合は、 5 7 6 N · m程度のトルクでは廻らず、回転させるためにはそれ以上のトルクを要する。これは、ピン部とボックス部のねじの嚙み合い状態の不備を意味するので、このような場合、オペレータは接続しょうとする油井管を少し吊り上げたり、逆方向に少し廻したりして芯出しをやり直すといった微調整を行っていた。なお、微調整が完了した後は、 5 7 6 N · m以下の僅かなトルクにてねじが嚙み合いながら回転可能となるので、接続しょうとする油井管を 2〜3ターン締め付け方向に回転させる。しかしながら、最近、オフショァ（海上油田）などでは、ス夕ビングガイドを用いた油井管の落とし込みの後、オペレータの介在したハンド夕イトによる 2〜 3夕一ンの油井管の回転を必要としない締め付けが要望されてきている。つまり、図 8に示すように、自動式のパワートング 3が接続しょうとする油井管 2を摑み- このまの状態で、これまでのハンドタイト及ぴパワータイ卜に相当する締め付けを連続して実施しょうとするものである。

このようなハンドフリーのパワートングは油圧による駆動装置（トルク発生装置）を備えており、例えば外径が 1 7 8 mm程度の油井管に対して 3 3 8 1 0 N . mのトルクを簡単に付加することができる。

しかし、これらのパワートングでは 5 7 6 N · mレベルの微小なトルクでトングの動きを制御することは難しく、これまでォペレ一夕の実施してきた 5 7 6 N • mレベルのきめ細かなハンドタイト作業を行うことは困難であった。つまり、力に任せた締め付け作業になるため、落とし込み時にねじの嚙み合いが不完全な場合にはねじの損傷につながる場合が発生する。

ここに、従来技術において、例えば特開平 1 1一 2 2 3 2 8 4号公報では、接続しょうとする油井管のピン部を短管のボックス部に落とし込んだ後に、できるだけ速く、また、少ないターン数にてねじ込むことができる管継手が提案されているが、この管継手では、油井管のピン部がス夕ビングガイド等によって鉛直方向に確実に短管のボックス部に落とし込まれていることが前提である。

また、上記公報では、油井管のピン部におけるねじのスタビング逃げ角 iSを 3 ° 傾斜させている。しかし、本来このス夕ビング逃げ角 iSは、油井管用 A P I規格のねじにおけるバットレスねじ（ 1 6インチ（406. 4mm)以上）のねじ形状の場合、ねじの嚙み合いを改善するため、昔から鉛直に平行、すなわち、ス夕ビング逃げ角 iS = 0 ° として規定されており、この考え方によれば理論的には油井管のピン部と短管のボックス部におけるねじの嚙み合いは保証される。したがって、ス夕ビング逃げ角に敢えて角度を付けるならば、ねじ高さが小さくなつて軸力を受け持つ部分の減少につながる。

さらに、上記公報では、落とし込み時におけるねじの嚙み合い性を改善するため、油井管のピン部と短管のボックス部のねじに対して最も嚙み合い易い位置をマーキングすることが提案されており、オペレータがそのマークを合わせて締め付けることは不可能ではないものの、夜などの暗いところでは、マークの確認がしづらいので、必ずしも適切な技術的手段とはいえない。

発明の開示

ところで、最新の技術の導入により、油井管を井戸に降下させてゆく場合、地下の諸データ（温度、圧力、深さなど）を調査する必要があり、そのためにワイャライン（センサーの接続線）を取り付けることがある。その場合、図 9 ( a ) に示したように、鉛直方向に井戸掘りを実施する従来方法では、油井管 2が中心近傍で揺れるとワイヤライン 4を切断する危険性が大きくなる。

そこで、このワイヤライン 4を破壊することなく地中に降下させるため、図 9 ( b ) に示したように、鉛直に対して 1〜 1. 5° 傾けて井戸掘りを実施する技術が発達しつつある。

しかしながら、このような技術を採用する場合、周辺装置も傾斜させた状態でハンドタイトを行ない、次いでパワータイトを実施することが要求される。全ての装置が鉛直に対して〜 1. 5° 傾斜した状態に保持されていればハンドタイトもパワータイトも何ら問題はないが、パワートングは水平に設置される可能性が高いので、ハンドタイト、パワー夕イト時にあたかも曲げを負荷しながらの締め付け作業となり得ることから、管継手に対しては厳しい締め付け条件が発生することになる。

しかしながら、従来、このような問題についての改善の提案はない。

本発明の目的は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、例えば 1〜2 ° 傾けて井戸掘りを実施する場合のように、ボックス部に接続しょうとするピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合であっても、ねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性を良好ならしめて、その後に発生することがあるねじの損傷のレベルを低減する管継手を提供することである。

さらに本発明の目的は、ボックス部に接続しょうとするピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合であってもパワートングを用いてハンド夕ィトおよびパワータイ卜に相当する締め付けを連続して行なってもねじの損傷のレべルを低減する管継手を提供することである。

従来にあっては、ボックス部に接続しょうとするピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合に、この落とし込み後にオペレータによる微小な嚙み合わせ作業を行っていた。しかしながら、そのようなオペレー夕によるハンドタイ卜が行われないという前提では、ねじ部の焼き付きを低減して締め付け作業性を良好とするには、継手そのものの形状を工夫することで、ハンドタイトによる微小な嚙み合わせ作業を不要とすることが必要になる。

ところで、ピン部をボックス部に対して鉛直方向に落とし込んだ場合には、ピン部のテ一パ雄ねじとボックス部のテーパ雌ねじの嚙み合いの組合わせは、例えば図 1 0 ( a ) 〜（c ) に示したような状態に大別される。このうち図 1 0 ( c ) の場合には、ピン部 2 bのテ一パ雄ねじとボックス部 1 aのテーパ雌ねじは完全に嚙み合っていることになるので、ハンドタイトを確実とするためには更に 1〜 2ターン回転させることが必要ではあるものの、両者を嚙み合わせるための回転は不要である。

一方、図 1 0 ( a ) および（b ) の場合には、それらの嚙み合わせ状態から図 1 0 ( c ) の状態に嚙み合わせるためには、 1ターン又は 0 . 5ターンの回転が必要になる。

図 1 0 ( c ) の嚙み合わせ状態に落とし込むことは通常は、容易ではないので- 図 1 0 ( a ) 〜（ c ) に示したどのような嚙み合わせ状態であっても、ハンド夕ィトレベル（約 5 7 6 N · m程度）の僅かな回転力にて、少ない抵抗でピン部が回転可能になるようにすることが必要となる。

ここに、本発明は、ねじ形状が落とし込み時の締め込み易さ及びねじの損傷程度にどのような影響を及ぼすかについて各種検証を行った結果に基づいてなされたものである。すなわち、本発明によれば、管の端部外周面にテーパ雄ねじを形成したピン部と、管又は短管の端部内周面に前記テーパ雄ねじに螺合するテ一パ雌ねじを形成したボックス部とのねじ込みによる管継手において、ス夕ブ側のクリアランス Cを 0 . 5〜 1 . O mmとし、スタブ側のねじ山角度 Θを 1 5 ~ 6 0 ° とし、螺合するテーパ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面が軸心と平行となるようにし、雄ねじスタブ側コーナの丸みを有する部分（以下、「雄ねじスタブ側コーナ部」とも称する）の曲率半径 Rを 1 . 0〜 1 . 2 5 mm とし、そして好ましくはピン部における不完全ねじ部のテ一パを完全ねじ部の基準テーパの 0 . 9 6〜0 . 9 0倍とする。

かくして、本発明によれば、ボックス部にピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合であっても、ハンドタイトによる回転を行なつてからパワートングによる締付けを行っても、あるいはそのま、ハンドフリ —のパワー卜ングによる回転を与えてねじの締付けを行なってもよく、いずれの場合も、ねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性を良好ならしめて、その後に発生することがあるねじの損傷のレベルを低減することができる。

本発明によれば芯出しを行なう微調整およびそれに続く 1〜0 . 5ターンの回転により行なう嚙み合わせ調整は不用である。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の管継手のねじ形状の説明図である。

図 2は、ピン部に形成したねじ部の説明図である。

図 3 ( a ) 〜（c ) は、ピン部の不完全ねじ部とボックス部の完全ねじ部のテ —パの違いによってピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧についての相違を説明する模式図である。

図 4は、曲げ負荷がない場合の締め付け時におけるピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧を示したグラフである。

図 5は、曲げ負荷が作用した場合の締め付け時におけるピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧を示したグラフで、図 5 (a) は、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部のテーパよりも大きい場合および小さい場合、図 5 (b) は、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部のテ一パと等しい場合である。

図 6は、落とし込みテストの方法の説明図で、図 6 ( a ) は鉛直に落とし込む場合、図 6 ( b ) は傾斜させて落とし込む場合である。

図 7は、カツプリング方式の管継手の締め付け作業の説明図である。

図 8は、パワートングを使用した場合の締め付け作業の説明図である。

図 9は、ワイヤラインを取り付ける場合の説明図で、図 9 ( a ) は鉛直タイプ、図 9 ( b ) は傾斜タイプである。

図 1 0 ( a ) 〜（c ) は、落とし込み時におけるねじの嚙み合い状態をそれぞれ説明した模式図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明にかかる管継手について図面を参照しつつ説明する。

スタブ側のクリアランス Cについて：

図 1において、ピン咅 2 bとボックス部 1 aにおけるスタブ側のクリアランスは図示の符号「C」にて規定できる。すなわち、本発明においてクリアランス C は、ねじ締め付け完了時点における両スタブ側面の間の軸方向距離と定義される _c このクリアランス Cがゼロ（0 ) の場合は、丁寧に落とし込みを行ってハンドタイ卜すれば、ねじの締め込みは可能であるものの、本発明で対象としている傾斜した油井管のねじ継手では、ねじ同士の接触面積が多く、疵が発生し易い。一方、クリアランス Cを大きくすればするほど、ねじ同士のガ夕が大きくなり、落とし込み時の自由度は大きくなる。但し、本発明者らの実験によれば、クリアランス Cが 1. 0 随を超えると、元来、軸力を受けるねじのねじ幅 bが小さくなつて所要の引張負荷に耐えられなくなり、ねじそのものが変形することになる。これに対して、クリアランス Cが非常に小さい場合には、ねじの締め付け時の弾性変形により、ピン部のスタブ側面とボックス部のスタブ側面とが接触し、焼き付きをおこすことがある。しかし、本発明者らは、クリアランス Cがそのような値よりも大きな場合であっても、ピン部をボックス部に傾斜させて落とし込むことも含めた落とし込み性能の面からは制約があることを見い出した。

本発明者らの落とし込み試験結果によれば、クリアランス Cが小さくなると、落とし込み性能は悪化し、クリアランス Cがねじ加工時の公差も考慮して 0. 5腿未満となると、落とし込み性能は悪化し、焼き付きが発生する場合がある。そこで、クリアランス Cの下限を 0. 5mm とした。

したがって、スタブ側のクリアランス Cは、ねじ加工時の公差も考慮して 0. 5

〜1. OlDffl とした。

スタブ側のねじ山角度 0について：

ピン部 2 bとボックス部 1 aにおけるスタブ側のねじ山角度 0は図 1の 0にて規定できる。この角度 Θが大きくなるほど、ピン部 2 bとボックス部 1 aにおけるねじスタブ面での擦り合わせにより芯出し効果が期待でき、落とし込み後にねじ同士が芯を出す方向で締め込まれるので、ねじの損傷程度が少なくなる。但し- この角度が 6 0 ° を超えると、ピン部 2 bのねじ山がなくなるほどねじ幅 bが小さくなつてしまう。つまり、実際のネジ形状として、ネジ山の平行部が規定できなく、 B T Cタイプのネジ形状とは、認められなくなる。

一方、スタブ側のねじ山角度 0は小さいほど軸方向に対する耐力が大きくなるものの、斜めにス夕ビングした場合は、 1 5 ° 未満ではスタブ接触部にスジ疵や焼き付きが発生する。

そこで、本発明ではスタブ側のねじ山角度 Θを 1 5〜 6 0 ° の範囲とした。序いでながら、通常の B T Cの場合はこのねじ山角度は 1 0度である。

テ一パ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面が軸心となす角度について：

油井管の外径が大きくなるのに従って重量も増加し、各々のねじに付与される荷重も増加して、ハンドタイトに要するトルクも増加するので、総合的には落とし込みやハンド夕イトがより困難となる傾向にある。従って、その対策として、 A P I規格による油井管用のバットレスねじでは、外径が 1 6インチ（406. 4mm) 以上の場合にはねじ山を軸芯に平行と規定することで、落とし込み後のピン部とボックス部のねじ山の接触面を軸芯に平行となし、ハンドタイト時の矯正効果を狙っている。

一方、外径が 1 3 · 3 / 8インチ（339. 7mm) 以下の油井管の場合、 A P I規格では長年 1 6インチ（406. 4mm) 以上の場合の考え方を規格に反映していないので、そのねじ山はテーパ（ 1 / 1 6 ) に平行と規定されている。

しかしながら、ボックス部に接続しょうとするピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合に、この落とし込み後にオペレータによる微小な嚙み合わせ作業を許されない前提において、ねじ部に関しての焼き付きを低減して締め付け作業性を良好ならしめるためには、 1 3 · 3 / 8インチ（3 39. 7mm) 以下の油井管であっても 1 6インチ（406. 4mm) 以上の場合と同様の考え方を採用することが望ましい。

そこで、本発明では、外径の大小を問わず、テ一パ雄ねじ及びテ一パ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面を、図 1に示したように、軸芯、つまり軸中心 5と基準値にて平行になるように規定した。当然ながら、公差が規定されるわけで、本発明では、テ一パとしては 0 ± 0 . 2 %と規定する。

雄ねじス夕ブ側コーナ部の曲率半径 Rについて：

A P I規格による油井管用のバットレスねじでは、ボックス部 1 aにおけるスタブ受部のコーナ部 1 a aの半径は 0 . 2 mmと規定されている。ピン部 2 のボックス部 1 aへの落とし込みが傾斜して行われた場合には、ボックス部 1 aにおけるスタブ受部のコーナ部 1 a aと、ピン部 2 bにおけるスタブ側のコーナ部 2 b aが最初に接触する。この接触時、本発明者らの実験によればピン部 2 におけるスタブ側のコーナ部 2 b aの曲率半径 R (以下「半径 R」ともいう）が 1 . 0 mm未満の場合には、局部応力が大きくなり、スジ疵や焼き付きの原因となつた。

—方、ピン咅 β 2 bにおけるスタブ側のコーナ部 2 b aの半径 Rを大きくすれば- ボックス部 1 aにおけるスタブ受部とのクリアランス C aを大きくすることができる。そして、このクリアランス C aが大きいほど、ピン部 2 bとボックス部 1 aの落とし込み時における自由度は高くなる。しかしながら、ピン部 2 bにおけるスタブ側のコーナ部 2 b aの半径 Rがし 2 5 mmを超えると、ピン部 2 bにおけるスタブ面の平行部がなくなって、ねじと認められなくなる。そこで、本発明では、ピン部 2 bにおける雄ねじスタブ側コーナ部 2 b aの半径 Rを 1 . 0〜 1 . 2 5 mmとした。

A P I規格の B T Cのネジは、ピンのコーナ部半径 Rは 0 . 7 6 mmであるが, 本発明者らのテストによれば斜めのス夕ビング時に、コーナ部に疵が発生した。よって公差を 0 . 2 5 mm持たせることを踏まえ、 1 . O mmとした。

なお、ボックス部におけるスタブ受部のコーナ部の半径を大きくすることは、スタブ面積が減少してスタブ面の焼き付きの原因になること、及び、ねじの嚙み合いのためのハンドタイ卜の安定性を低下させることから望ましくない。

次に、本発明におけるより好ましい態様について説明する。

ピン部における不完全ねじ部のテーパについて：

図 2は、ピン部に形成したねじ部の説明図である。

図 3 ( a ) 〜（c ) は、ピン部の不完全ねじ部とボックス部の完全ねじ部のテ —パの違いによってピン部の不完全ねじ部に発生する干渉面圧についての相違を説明する図である。

図 1に示すように、ピン部 1 bにおける不完全ねじ音 P 2 b bは、継手の締め付け時はボックス部の完全ねじ部と干渉して締め付けられることになる。

この際、図 3 (a) に示すように、ピン部 2 bにおける不完全ねじ部 2 b bとボックス部 1 aにおける完全ねじ部のテーパが同一であれば、ピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山に設計通りの干渉が発生して、締め付け時、不完全ねじ咅 P 2 b bにおけるピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山の干渉により発生する面圧 b O は、完全ねじ部におけるピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 a のねじ山の干渉により発生する面圧 aと等しくなる。

また、図 3 ( b ) に示すように、ピン部 2 bにおける不完全ねじ部 2 b bのテ —パがボックス部 1 aにおける完全ねじ部のテ一パより大きい場合には、ピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山が設計値以上に高い干渉を発生させ、締め付け時、不完全ねじ部 2 b bにおけるピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山の千渉により発生する面圧 b l が完全ねじ部における面圧 aよりも大きくなって、不完全ねじ部 2 b bにおいてピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山間で焼き付きを発生させる。

これに対して、図 3 ( c ) に示すようにピン部 2 bにおける不完全ねじ部 2 b bのテーパがボックス部 1 aにおける完全ねじ部のテーパより小さい場合には、ピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山が設計値より低い干渉となり、締め付け時、不完全ねじ部 2 b bにおけるピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山の干渉により発生する面圧 b 2 が完全ねじ部における面圧 aよりも小さくなって、締め付け時においても不完全ねじ部 2 b bにおいてピン部 2 bのねじ底とボックス部 1 aのねじ山間で焼き付きを発生させることはない。

一方、 1〜2 ° 傾けて井戸掘りを実施する場合には、常に曲げが負荷された状態となることから、ピン部における不完全ねじ部のテ一パとボックス部における完全ねじ部のテーパとの関係が上記したどのようなものであっても、ピン部の不完全ねじ部では、曲げの内側部（圧縮状態），に相当する片面は、上記したねじ干渉面圧が高い反面、曲げの外側部（引張状態）に相当する 1 8 0 ° 反対側の面は、ねじ干渉面圧が低く負荷されることになる。

鉛直に井戸掘りを実施する場合の締め付け時におけるねじ部での干渉面圧を表したのが図 4であり、 1〜2 ° 傾けて井戸掘りを実施する場合の締め付け時におけるねじ部での干渉面圧を表したのが図 5である。

この図 4及ぴ図 5中の〇印はピン部における不完全ねじ部のテ一パとポックス部における完全ねじ部のテーパとが同じである場合の不完全ねじ部における干渉面圧、 △印はピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部のテーパより大きい場合における不完全ねじ部の干渉面圧、口印はピン部における不完全ねじ部のテ一パがボックス部における完全ねじ部のテーパより小さい場合における不完全ねじ部の干渉面圧であり、それぞれ図 3 (a) 、図 3 (b) 、図 3 (c) に相当する。

図 4の結果から以下のことが明らかである。

ピン部における不完全ねじ部のテ一パがボックス部における完全ねじ部のテ一パより大きい場合（△印）には、不完全ねじ部の干渉面圧が高いのに対して、ピン部における不完全ねじ部のテ一パがボックス部における完全ねじ部のテ一パよりも小さい場合（口印）は、不完全ねじ部の干渉面圧は低くなる。

また、ピン部における不完全ねじ部のテ一パがボックス部における完全ねじ部のテーパと等しい場合（〇印）は、不完全ねじ部の干渉面圧は前記の両場合の中間に位置する。

図 5 (a) および（b) 中のそれぞれ〇印、 △印および、 □印により表される合計

訂正された甩紙 (規則 91) 9本のグラフのうちで、同種の印にて表される各 3本のグラフなかの上方に位置するものは、管継手の曲げの内側部に相当する面における干渉面圧を表し、中間に位置するグラフは、曲げの中立部に相当する面における干渉面圧を表し、そして、下方に位置するグラフは、曲げの外側部に相当する面における干渉面圧を表す。

同図（a) 中の△印にて示されるグラフのとおり、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部のテ一パよりも大きい場合に、傾斜した状態で管継手を締め付けると、管継手の軸に対する左右の面（曲げの外側部の面および曲げの内側部の面）におけるねじ千渉部の面圧には大きな差異が生じ、しかも干渉面圧の絶対値も高くなる。

これに対して、 □印にて示されるグラフのとおり、ピン部における不完全ねじ部のテーパがボックス部における完全ねじ部のテーパよりも小さい場合には、傾斜した状態で管継手を締め付けても、管継手の軸に対する左右の面におけるねじ干渉部の面圧の差異は小さく、また、面圧の絶対値も低くなる。

また、同図（b) 中の〇印にて示されるグラフのとおり、ピン部における不完全ねじ部のテ一パがボックス部における完全ねじ部のテーパと等しい場合には、不完全ねじ部の干渉面圧は前記の両場合の中間の値となる。

すなわちテ一パ雄ねじの不完全ねじ部のテーパを調整することにより、斜めに締付けてもねじの面圧分布を、通常の垂直に締付ける場合と同等にさせることが可能となる。

以上の観点から、本発明では、テーパ雄ねじにおける不完全ねじ部のテーパを完全ねじ部の基準テーパよりも小さくすることが好ましい。本発明者らの実験によれば、 1〜2 ° 傾けて井戸掘りを実施する場合において、不完全ねじ部のテ一パを完全ねじ部の基準テーパの 0 . 9 6〜0 . 9 0倍とした場合には、不完全ねじ部において焼き付きやスジ疵が発生しなかった。そこで、本発明では、ピン部における不完全ねじ部のテーパを完全ねじ部の基準テーパの 0 . 9 6〜0 . 9 0 倍を好ましい範囲とした。

A P I規格の B T Cのねじは、ピン部のねじテーパは基準値が 6 . 2 5 %で、公差が + 0 . 3 5 %- 0 . 2 5 % ( 「 6 . 2 5 °/o + 0 . 3 5 %- 0 . 2 5 %」と記す）であり、またボックス部のねじテーパは 6. 2 5%± 0. 2.5%である。よってピンのねじテーパがボックス部の最小のねじテ一パを下回るためには、ピン部は 6. 0%以下であることが好ましい。つまり、 6. 0/6. 2 5を計算して、 0. 9 6倍以下とのテ一パ比を算出した。また、ねじのかみ合いを確実にするためピン部のねじテ一パを大幅に低減することは出来ず、発明者の引っ張り破断試験の結果から、ボックス部の最大ねじテ一パ： 6. 5%に対して組み合わせられるピン部のねじテ一パは 5. 8 %以上であることが好ましいことがわかった。つまり 0. 9倍以上の比率とすることが好ましい。

0. 9倍未満では引張り破断強度の劣化が見られる。

上記の関係を満足させるためにはボックス部のねじテーパに関しては、製造公差の制約が必要であり通常 0. 3%である。

よって、ボックス部は 6. 0%〜6. 3 0%とすることが好ましい。

実施例

以下、本発明の管継手の効果を確認するために行った実験結果について説明する。 ·

本発明者らは、外径が 1 77. 8 mmで肉厚が 1 1. 5 1 mmの油井管を用いて、ねじの形状の影響が落とし込み後の締め付けやすさ及びねじの損傷にどのように影響するのかを検証した。

使用したねじ形状を表 1に、実験結果を表 2に示した。表 1の各記号は図 1に示すそれに同じである。ただし「R」は雄ねじスタブ側コーナ部 2 b aの曲率半径である。

落とし込み性能の評価として、図 6 (a) に示したように、油井管 2を鉛直に嵌め込んだ場合と、図 6 (b) に示したように、強制的に油井管 2を 0. 4° 、 0. 8° 、 1. 2° 、 1. 6° 、及び、 2. 5° 傾けて芯出しができていない状態で落とし込みを実施した場合における、その際のハンド夕ィ卜のしゃすさとねじの損傷レベルを、各種寸法の油井管用 AP I規格ねじにおけるバットレスねじ (ピッチ 5山/ィンチ）のねじ形状のものについて各々実験した。表 1

落とし込みテスト

備考

0 ° 0. 4° 0. 8° 1. 2° 1. 6° 2. 5°

〇〇 X 落とし込みテスト不芳

〇 Δ X //

〇 Δ X 一 _ ― 〃

〇〇〇 Δ X 一〃

〇〇〇〇 Δ X 〃

〇〇〇〇〇 Δ ねじ焼付き

〇〇 Δ X 落とし込みテスト不芳

〇 Ο 〇 Δ X _ 〃

O 〇〇〇 Δ X //

〇〇 Ο Ο Δ X //

〇 Ο 〇〇〇 Δ ねじ焼付き

〇〇 Ο 〇 Δ X 落とし込みテスト不芳

〇〇〇〇〇 Δ ねじ焼付き

〇〇〇〇〇 Δ 本発明例

〇〇〇〇〇 Δ ねじ焼付き

〇〇〇〇〇 Δ 本発明例

〇〇〇〇〇〇〃

〇〇〇〇〇〇

〇〇〇〇〇〇〃

〇〇〇〇〇〇継手圧縮性能劣化

〇〇 Ο 〇〇〇台形ねじ形状損傷

〇〇〇〇〇〇台形ねじ形状損傷

〇〇〇〇〇 Δ ねじ焼付き

〇 . 〇〇〇〇〇本発明例、

継手引張強度低下初めに、上記表 1の No. l〜No. 3について確認した。

表 2の結果より、確実な芯出しを実施できれば従来のねじ形状でも何ら問題はないものの、 0. 4° から 0. 8° へと少しずつ傾斜してゆくと雄ねじと雌ねじの非定常な接触（部分的に曲げが負荷された状態）によりねじ表面は損傷してゆくことが判明した。そして、傾斜角度が 1. 2° を超えると落とし込みが不可能であった。 .

なお、「〇」印はハンドタイ卜が可能で、ねじ部の損傷がないもの、「△」印はハンドタイトは可能であるものの、部分的に手入れが^"能なねじクレスト損傷があるもの、「X」印はハンドタイトは可能であるものの、手入れが不可能な多数のねじ損傷があるもの、「一」印は落とし込みが不可能なものを示す。

次に、スタブ側の角度 Θの影響を No.4〜6 、 12および 23について調査し、また、スタブ側のクリアランス Cの影響を No.7〜9 、 15および 21について調査した。また、テ一パ雄ねじ及びテ一パ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面が軸心となす角度の影響を No.8、 10、 20および 24について調査し、雄ねじスタブ側コーナ部の半径 Rの影響を No.10 、 11、 12、 13、 17および 22について調査し、ピン部における不完全ねじ部のテーパの影響を No.12 〜20および 25について調査した。

表 2の結果より、以下に列挙したことが判明した。

①スタブ側の角度 Θは大きいほうが良好な結果が得られており、適正な範囲は 1 5度〜 60度である。

②ス夕ブ側のクリアランス Cは大きいほうが良好な結果が得られており，適正な範囲は 0.5〜1. 0 mmである。

③テ一パ雄ねじ及びテーパ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面は軸心と平行なほうが良好である。

なお，平行とは軸心に対して、テ一パで表せば、 0 ±0. 2%の範囲を言う。 (No. 8、 1 0、 20、 24の比較）

④雄ねじスタブ側コーナ部の半径 Rは大きいほうが良好な結果が得られ、適正な範囲は 1. 0〜 1. 25 mmである。

⑤ピン部における不完全ねじ部のテ一パは完全ねじ部のテーパより小さいほうが良好な結果が得られており、好ましい範囲は 0. 90〜0. 96倍である。 (N o . 1 2、 1 3、 1 6、 1 8〜 2 0、 2 5の比較）

表 2の結果より、本発明の範囲を全て充足する No 1 4、 1 6〜2 0、 2 5では、 1 . 5 ° 以上傾けて井戸掘りを実施する場合においても、十分な締め込み性能及びねじの損傷防止が図れることが確認できた。

さらに、ピン部の不完全ねじ部のテ一パが好ましい範囲を満たす No. 1 7〜 2 0 については、一層優れた締め込み性能および損傷防止が図られた。

本明細書ではカツプリング方式の管継手について説明したが、本発明の管継手はインテグラル方式の管継手にも適用が可能であることは言うまでもない。また、本発明の管継手はメタルシ一ル部を有するものにも適用可能であることも言うまでもない。

産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の管継手によれば、ボックス部にピン部が確実に落とし込まれていなかったり、落とし込みが不十分な場合であっても、ねじ部に関しての焼き付きを低減し、締め付け作業性を良好ならしめて、その後に発生しえるねじの損傷レベルを低減することができる。

Claims

請求の範囲

1. 管の端部外周面にテ一パ雄ねじを形成したピン部と、管又は短管の端部内周面に前記テーパ雄ねじに螺合するテーパ雌ねじを形成したボックス部とのねじ込みによる管継手において、スタブ側のクリアランス Cを 0. 5〜1. Ommとし、スタブ側のねじ山角度 Θを 1 5〜60° とし、螺合するテ一パ雄ねじ及びテ一パ雌ねじのねじ山頂面とねじ谷底面が軸心と平行となるようにし、雄ねじスタブ側コーナ部の半径 Rを 1. 0〜1. 25 mmとしたことを特徴とする管継手。

2. ピン部における不完全ねじ部のテーパを完全ねじ部の基準テーパの 0. 96 〜0. 90倍としたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の管継手。

3. 前記継手が力ップリング方式の継手であることを特徴とする請求の範囲第 1 項または第 2項記載の管継手。 .

4. 前記継手がィンテグラル方式の継手であることを特徴とする請求の範囲第 1 項または第 2項記載の管継手。

5. 前記継手が鉛直方向に 1〜 2° 傾いた状態で管継手の締め付けが行われる請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれかに記載の管継手。