JPH0127315B2 - - Google Patents
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- JPH0127315B2 JPH0127315B2 JP9236381A JP9236381A JPH0127315B2 JP H0127315 B2 JPH0127315 B2 JP H0127315B2 JP 9236381 A JP9236381 A JP 9236381A JP 9236381 A JP9236381 A JP 9236381A JP H0127315 B2 JPH0127315 B2 JP H0127315B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- curvature
- metal
- joint
- seal part
- oil country
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Earth Drilling (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
Description
本発明はクロム含有量の高い油井管用継手に関
するものである。 この種の油井管において継手部におけるシール
性は重要な事項である。そこで一般的に第１図に
示す継手構造をもつてそのシール性を確保してい
る。すなわち油井管１相互（他方の油井管は図示
省略）をカツプリング継手２により連結する場
合、ねじ部３が終りそれより先端が管１側からみ
て先細のテーパをなして相互に接触するメタル−
メタルシール部４と、このメタル−メタルシール
部の入口部に継手２側に曲率中心を有する円弧シ
ール部５とを形成しておき、継手２の回転締付け
により前記シール部４，５に圧入代を与えて接触
面に高面圧を発生させシールを図つている。 従来、円弧シール部５の曲率半径Ｒとしては、
高気密用（1000〜2000気圧）では１〜４mmが、中
気密用（数百気圧）では200〜300mmが採用されて
いる。ところで、シール性は接触部の面圧ととも
に接触巾とも関係する。これを第２図によつて説
明すれば、曲率半径がR1，R2として異なる円弧
シール部５に対して同じ荷重Ｗが作用した場合、
それぞれ接触巾b1，b2が異なるため、面圧P1，P2
も異なる。そして高気密用としては曲率半径を１
〜４mmとし、面圧を300Kg／mm2程度を与えている。
しかしながら、曲率半径を大きくすれば、第２図
のように最高面圧が低下するからといつて、接触
巾が大きくなるため、シール性がそのまま低下す
るとは限らない。また最高面圧をあまり高くして
おくと、焼付を生じるから、焼付防止の点でも曲
率半径の値を適切に設定することが重要になつて
くる。 一方、従来油井管の材料としては、普通鋼、あ
るいはクロム（以下Crとする）やモリブデン
（以下Moとする）を数重量％含有するCr−Mo鋼
が用いられていたが、近年、油井の条件が益々厳
しくなるにしたがつて、H2SやCO2を伴う腐食環
境下でも耐食性等の性能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。 油井管の継手シール部には、焼付やムシレの防
止の点から何らかの表面処理を行う必要がある。
そこで従来の一般的な材質の油井管に対して、リ
ン酸亜鉛またはリン酸マンガン等による化成処理
を行つていた。しかし前述の高クロム含有鋼に対
して、この種の化成処理を行わんとしても、化学
反応が十分でなく付着性が悪いものである。 本発明は、以上のような円弧シール部の曲率半
径によるシール性と焼付性の問題、ならびに各シ
ール部での焼付防止と表面処理の困難性に対処す
るために提案されたもので、その目的は高クロム
含有鋼油井管用継手であつてシール性に優れかつ
焼付防止を確実に達成できる油井管用継手を提供
することにある。 この目的の達成のため、本発明は、円弧シール
部の曲率半径を比較的大きな10〜50mmとし、かつ
ねじ部および各シール部全面を、従来の化成処理
に代つて、銅または亜鉛メツキを行うものであ
る。 すなわち、本発明の油井管用継手は、クロムを
10％以上含有する高クロム含有鋼からなり、鋼管
と継手との螺合面が終りそれより先端が鋼管側か
らみて先細のテーパをなして相互に接触するメタ
ル−メタルシール部と、このメタル−メタルシー
ル部の入口部に形成された継手側に曲率中心を有
する円弧シール部とを有する油井管用継手であつ
て、前記円弧シール部の曲率半径を10〜50mmと
し、かつねじ部およびメタル−メタルシール部を
全面に銅または亜鉛メツキ処理したことを特徴と
するものである。 なお、本発明の高クロム含有鋼には、Cr10％
以上とともにNiその他の成分を含む、フエライ
ト系、マルテンサイト系、オーステナイト系或い
はフエライトとオーステナイトの２相系その他油
井管用材料として用いられる全ての鋼が含まれ
る。 前述のように、高クロム含有鋼では化成処理被
膜の付着性が悪い。そこで本発明者は、それに代
る表面処理法について種々の実験を行つた。その
実験の一つは次の通りである。 すなわち、試験片として第３図のような先端が
２mmφの截頭円錐状の試験片Ａと、第４図のよう
な正方形板試験片Ｂとを用意し、試験片Ｂの表面
Boに各種の表面処理を行つた。試験順序は、(1)
試験片Ｂ上に油井管用継手のねじ部に一般に塗布
されるグリースの一種であるコンパウンドを塗布
した後、その上から試験片Ａを所定の荷重で押付
ける、(2)その試験片Ａを実際の継手による締結を
想定した回転数で所定時間回転させる、(3)その回
転中のトルクを連続的に測定し、第６図のように
トルクが急激に増大した時点で焼付が生じたと判
定する（なお、同時に試験片Ｂ表面の損傷状態を
も観察、その結果も参考にして焼付の有無の判定
の参考とする）、(4)焼付が生じていない場合には、
押付荷重を増大し、焼付が生じるまで(2)〜(3)の操
作を繰返す。ここで、本実験では、第５図に示す
ように押付荷重を接触面圧が20Kgｆ／mm2のステツ
プで増加するようにし、その押付回転時間を各ス
テツプ60秒とした。なお、ステツプロード方式で
なくても、連続増加方式でもよい。かかる試験に
よつて得られた、各表面処理における焼付発生面
圧を求め、これを表面処理層のビツカース硬度と
の関係で整理した結果を第７図に示した。 この第７図をみると、Cu又はZnメツキが、高
面圧でも焼付が生じ難く、焼付防止に対して優れ
た表面処理法であることが判明する。この種の
CuまたはZnは、融点が比較的高いため、継手締
結時の摩擦熱により溶融しないこと、ならびに硬
度が低く、母材よりも先に降伏し、接触面での潤
滑効果を持つことの理由により、耐焼付性の点で
優れていると考えられる。 他方、円弧シール部の曲率半径Ｒによつて、シ
ール性能が変化することは先に述べた通りであ
る。そこで、実際その曲率半径Ｒはいかなるもの
が最適なのかについて考察するために次の試験を
行つた。 第８図に示すように、内側に円形凹部を有し環
部の横断面が曲率半径Ｒを有し、さらに円形凹部
に対して外部から内圧Ｐを作用させるための連通
孔が形成された試験片Ｃと、平板状の試験片Ｄと
を用意した。試験片Ｃについては、種々のＲをも
つたものを多数用意した。これら試験片Ｃ，Ｄに
対してCuメツキを施し、かつ試験片Ｄ上には前
述のコンパウンドを塗布した。次いで、試験片Ｃ
を所定の初期押付荷重Ｗをもつて試験片Ｄに押付
け、この状態で内圧Ｐを作用させ、漏れが生じる
まで加圧し、押付加重Ｗと漏れ開始圧力Ｐを調べ
た。その結果は、第９図に示す通りである。 同図は、内圧による荷重減少を考慮すると、線
分−より右側に測定点がくるほど、シール性
能が低下することを意味している。同図には曲率
半径Ｒが４mm、30mm、292mmとしたときの結果が
示されており、これによれば、Ｒ＝292mmでは内
圧1000気圧以上でシール性能の低下がみられるの
に対し、Ｒ＝４mmおよび30mmでは十分なシール性
能を有していることがわかる。 ここで、Ｒ＝４mmとしてもよいのであるが、こ
こに焼付防止の点がからんでくる。すなわち、曲
率半径Ｒと最高接触面圧Pmaxとの関係は、 となる。したがつて、従来の円弧シール部の曲率
半径１〜４mmは、焼付防止という点からは望まし
いものではなく、後述の実施例にみられるよう
に、焼付防止とシール性能確保の両点から、10〜
50mmとするのが好ましいことが判明した。 次にそれぞれ好適曲率半径Ｒ内にある、10mm、
30mm、および50mmの円弧シール部を有しCuメツ
キが施された油井管継手について試験を行つた。 また、比較例として、曲率半径が４mm、８mm、
60mm、80mmおよび100mmの円弧シール部を有し、
Cuメツキが施された油井管継手についても試験
を行つた。 油井管の鋼種は次表に示す２種のものである。
するものである。 この種の油井管において継手部におけるシール
性は重要な事項である。そこで一般的に第１図に
示す継手構造をもつてそのシール性を確保してい
る。すなわち油井管１相互（他方の油井管は図示
省略）をカツプリング継手２により連結する場
合、ねじ部３が終りそれより先端が管１側からみ
て先細のテーパをなして相互に接触するメタル−
メタルシール部４と、このメタル−メタルシール
部の入口部に継手２側に曲率中心を有する円弧シ
ール部５とを形成しておき、継手２の回転締付け
により前記シール部４，５に圧入代を与えて接触
面に高面圧を発生させシールを図つている。 従来、円弧シール部５の曲率半径Ｒとしては、
高気密用（1000〜2000気圧）では１〜４mmが、中
気密用（数百気圧）では200〜300mmが採用されて
いる。ところで、シール性は接触部の面圧ととも
に接触巾とも関係する。これを第２図によつて説
明すれば、曲率半径がR1，R2として異なる円弧
シール部５に対して同じ荷重Ｗが作用した場合、
それぞれ接触巾b1，b2が異なるため、面圧P1，P2
も異なる。そして高気密用としては曲率半径を１
〜４mmとし、面圧を300Kg／mm2程度を与えている。
しかしながら、曲率半径を大きくすれば、第２図
のように最高面圧が低下するからといつて、接触
巾が大きくなるため、シール性がそのまま低下す
るとは限らない。また最高面圧をあまり高くして
おくと、焼付を生じるから、焼付防止の点でも曲
率半径の値を適切に設定することが重要になつて
くる。 一方、従来油井管の材料としては、普通鋼、あ
るいはクロム（以下Crとする）やモリブデン
（以下Moとする）を数重量％含有するCr−Mo鋼
が用いられていたが、近年、油井の条件が益々厳
しくなるにしたがつて、H2SやCO2を伴う腐食環
境下でも耐食性等の性能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。 油井管の継手シール部には、焼付やムシレの防
止の点から何らかの表面処理を行う必要がある。
そこで従来の一般的な材質の油井管に対して、リ
ン酸亜鉛またはリン酸マンガン等による化成処理
を行つていた。しかし前述の高クロム含有鋼に対
して、この種の化成処理を行わんとしても、化学
反応が十分でなく付着性が悪いものである。 本発明は、以上のような円弧シール部の曲率半
径によるシール性と焼付性の問題、ならびに各シ
ール部での焼付防止と表面処理の困難性に対処す
るために提案されたもので、その目的は高クロム
含有鋼油井管用継手であつてシール性に優れかつ
焼付防止を確実に達成できる油井管用継手を提供
することにある。 この目的の達成のため、本発明は、円弧シール
部の曲率半径を比較的大きな10〜50mmとし、かつ
ねじ部および各シール部全面を、従来の化成処理
に代つて、銅または亜鉛メツキを行うものであ
る。 すなわち、本発明の油井管用継手は、クロムを
10％以上含有する高クロム含有鋼からなり、鋼管
と継手との螺合面が終りそれより先端が鋼管側か
らみて先細のテーパをなして相互に接触するメタ
ル−メタルシール部と、このメタル−メタルシー
ル部の入口部に形成された継手側に曲率中心を有
する円弧シール部とを有する油井管用継手であつ
て、前記円弧シール部の曲率半径を10〜50mmと
し、かつねじ部およびメタル−メタルシール部を
全面に銅または亜鉛メツキ処理したことを特徴と
するものである。 なお、本発明の高クロム含有鋼には、Cr10％
以上とともにNiその他の成分を含む、フエライ
ト系、マルテンサイト系、オーステナイト系或い
はフエライトとオーステナイトの２相系その他油
井管用材料として用いられる全ての鋼が含まれ
る。 前述のように、高クロム含有鋼では化成処理被
膜の付着性が悪い。そこで本発明者は、それに代
る表面処理法について種々の実験を行つた。その
実験の一つは次の通りである。 すなわち、試験片として第３図のような先端が
２mmφの截頭円錐状の試験片Ａと、第４図のよう
な正方形板試験片Ｂとを用意し、試験片Ｂの表面
Boに各種の表面処理を行つた。試験順序は、(1)
試験片Ｂ上に油井管用継手のねじ部に一般に塗布
されるグリースの一種であるコンパウンドを塗布
した後、その上から試験片Ａを所定の荷重で押付
ける、(2)その試験片Ａを実際の継手による締結を
想定した回転数で所定時間回転させる、(3)その回
転中のトルクを連続的に測定し、第６図のように
トルクが急激に増大した時点で焼付が生じたと判
定する（なお、同時に試験片Ｂ表面の損傷状態を
も観察、その結果も参考にして焼付の有無の判定
の参考とする）、(4)焼付が生じていない場合には、
押付荷重を増大し、焼付が生じるまで(2)〜(3)の操
作を繰返す。ここで、本実験では、第５図に示す
ように押付荷重を接触面圧が20Kgｆ／mm2のステツ
プで増加するようにし、その押付回転時間を各ス
テツプ60秒とした。なお、ステツプロード方式で
なくても、連続増加方式でもよい。かかる試験に
よつて得られた、各表面処理における焼付発生面
圧を求め、これを表面処理層のビツカース硬度と
の関係で整理した結果を第７図に示した。 この第７図をみると、Cu又はZnメツキが、高
面圧でも焼付が生じ難く、焼付防止に対して優れ
た表面処理法であることが判明する。この種の
CuまたはZnは、融点が比較的高いため、継手締
結時の摩擦熱により溶融しないこと、ならびに硬
度が低く、母材よりも先に降伏し、接触面での潤
滑効果を持つことの理由により、耐焼付性の点で
優れていると考えられる。 他方、円弧シール部の曲率半径Ｒによつて、シ
ール性能が変化することは先に述べた通りであ
る。そこで、実際その曲率半径Ｒはいかなるもの
が最適なのかについて考察するために次の試験を
行つた。 第８図に示すように、内側に円形凹部を有し環
部の横断面が曲率半径Ｒを有し、さらに円形凹部
に対して外部から内圧Ｐを作用させるための連通
孔が形成された試験片Ｃと、平板状の試験片Ｄと
を用意した。試験片Ｃについては、種々のＲをも
つたものを多数用意した。これら試験片Ｃ，Ｄに
対してCuメツキを施し、かつ試験片Ｄ上には前
述のコンパウンドを塗布した。次いで、試験片Ｃ
を所定の初期押付荷重Ｗをもつて試験片Ｄに押付
け、この状態で内圧Ｐを作用させ、漏れが生じる
まで加圧し、押付加重Ｗと漏れ開始圧力Ｐを調べ
た。その結果は、第９図に示す通りである。 同図は、内圧による荷重減少を考慮すると、線
分−より右側に測定点がくるほど、シール性
能が低下することを意味している。同図には曲率
半径Ｒが４mm、30mm、292mmとしたときの結果が
示されており、これによれば、Ｒ＝292mmでは内
圧1000気圧以上でシール性能の低下がみられるの
に対し、Ｒ＝４mmおよび30mmでは十分なシール性
能を有していることがわかる。 ここで、Ｒ＝４mmとしてもよいのであるが、こ
こに焼付防止の点がからんでくる。すなわち、曲
率半径Ｒと最高接触面圧Pmaxとの関係は、 となる。したがつて、従来の円弧シール部の曲率
半径１〜４mmは、焼付防止という点からは望まし
いものではなく、後述の実施例にみられるよう
に、焼付防止とシール性能確保の両点から、10〜
50mmとするのが好ましいことが判明した。 次にそれぞれ好適曲率半径Ｒ内にある、10mm、
30mm、および50mmの円弧シール部を有しCuメツ
キが施された油井管継手について試験を行つた。 また、比較例として、曲率半径が４mm、８mm、
60mm、80mmおよび100mmの円弧シール部を有し、
Cuメツキが施された油井管継手についても試験
を行つた。 油井管の鋼種は次表に示す２種のものである。
【表】
それぞれの継手について、20回にわたつて締
付、締戻しを行い、シール部における焼付状態を
観察したが、好適曲率半径Ｒ内にある円弧シール
部を有する油井管継手はいずれも焼付がみられな
かつた。またこれらの継手を締結後、内圧試験を
行つたが、いずれも漏れは生じなかつた。ここで
与えた圧力は、パイプの内面が降伏する圧力の80
％で、API（米国石油協会）の規定値にも準じて
いる。 しかしながら、曲率半径が４mm、８mmの円弧シ
ール部を有する油井管継手は、締付、締戻しをそ
れぞれ10回および15回行つた後に、シール部に焼
付がみられた。また、曲率半径が60mm、80mm、
100mmの円弧シール部を有する油井管継手は、内
圧試験において、パイプの内面が降伏する圧力の
それぞれ75％、71％、66％で漏れが生じた。 以上の通り、本発明は、円弧シール部の曲率半
径を10〜50mmとしたから、シール性と耐焼付性を
同時に満足させることができる。そしてねじ部お
よびメタル−メタルシール部全面に、従来の化成
処理被膜に代つて、CuまたはZnメツキを施した
ので、たとえ高Cr含有鋼である対象とする鋼管
に対しても確実に密着させることができ、かつ焼
付防止を達成できる。
付、締戻しを行い、シール部における焼付状態を
観察したが、好適曲率半径Ｒ内にある円弧シール
部を有する油井管継手はいずれも焼付がみられな
かつた。またこれらの継手を締結後、内圧試験を
行つたが、いずれも漏れは生じなかつた。ここで
与えた圧力は、パイプの内面が降伏する圧力の80
％で、API（米国石油協会）の規定値にも準じて
いる。 しかしながら、曲率半径が４mm、８mmの円弧シ
ール部を有する油井管継手は、締付、締戻しをそ
れぞれ10回および15回行つた後に、シール部に焼
付がみられた。また、曲率半径が60mm、80mm、
100mmの円弧シール部を有する油井管継手は、内
圧試験において、パイプの内面が降伏する圧力の
それぞれ75％、71％、66％で漏れが生じた。 以上の通り、本発明は、円弧シール部の曲率半
径を10〜50mmとしたから、シール性と耐焼付性を
同時に満足させることができる。そしてねじ部お
よびメタル−メタルシール部全面に、従来の化成
処理被膜に代つて、CuまたはZnメツキを施した
ので、たとえ高Cr含有鋼である対象とする鋼管
に対しても確実に密着させることができ、かつ焼
付防止を達成できる。
第１図は継手部を示す要部断面図、第２図は曲
率半径と面圧との関係を示す模式図、第３図およ
び第４図は試験片の正面図および斜視図、第５図
は荷重作用方式を示す説明図、第６図は焼付発生
判断時についての説明図、第７図は各種表面処理
と耐焼付性との相関図、第８図は試験片の断面
図、第９図はシール性試験結果を示す相関図であ
る。 １……油井管、２……継手、３……ねじ部、４
……メタル−メタルシール部、５……円弧シール
部。
率半径と面圧との関係を示す模式図、第３図およ
び第４図は試験片の正面図および斜視図、第５図
は荷重作用方式を示す説明図、第６図は焼付発生
判断時についての説明図、第７図は各種表面処理
と耐焼付性との相関図、第８図は試験片の断面
図、第９図はシール性試験結果を示す相関図であ
る。 １……油井管、２……継手、３……ねじ部、４
……メタル−メタルシール部、５……円弧シール
部。
Claims (1)
- １ クロムを10％以上含有する高クロム含有鋼か
らなり、鋼管と継手との螺合面が終りそれより先
端が鋼管側からみて先細のテーパをなして相互に
接触するメタル−メタルシール部と、このメタル
−メタルシール部の入口部に形成された継手側に
曲率中心を有する円弧シール部とを有する油井管
用継手であつて、前記円弧シール部の曲率半径を
10〜50mmとし、かつねじ部およびメタル−メタル
シール部全面に銅または亜鉛メツキ処理したこと
を特徴とする高クロム含有鋼油井管用継手。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9236381A JPS57208384A (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | Joint for steel oil well pipe containing chromium to high degree |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9236381A JPS57208384A (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | Joint for steel oil well pipe containing chromium to high degree |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57208384A JPS57208384A (en) | 1982-12-21 |
| JPH0127315B2 true JPH0127315B2 (ja) | 1989-05-29 |
Family
ID=14052321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9236381A Granted JPS57208384A (en) | 1981-06-17 | 1981-06-17 | Joint for steel oil well pipe containing chromium to high degree |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57208384A (ja) |
-
1981
- 1981-06-17 JP JP9236381A patent/JPS57208384A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57208384A (en) | 1982-12-21 |
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