JPH0225075B2

JPH0225075B2 -

Info

Publication number: JPH0225075B2
Application number: JP58150428A
Authority: JP
Inventors: Aaru Pataason Birii; Pii Shunaidaa Waaren
Original assignee: Lone Star Steel Co LP
Current assignee: Lone Star Steel Co LP
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1990-05-31
Also published as: EP0104720A1; US4508375A; EP0104720B1; DE3368452D1; JPS5954882A; KR840006263A; KR880001896B1; ATE24345T1

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野この発明は高圧・臨界作業油井及びガス井の重
量壁・高性能ケーシングに使用する管接続構造に
関する。さらに詳述すれば、この発明は改良形の
テーパー及びノコ歯ネジを有する管接続構造に関
する。

発明の背景近年、試掘用及び生産用に掘られている油井及
びガス井は一般に15000ないし35000フイート
（4572〜10668ｍ）に達している。その場合、圧力
及び温度はそれぞれ15000psi（1.030×10⁸Pa）及
び250゜F（121℃）にもなりうる。このような状況
下では、管（一般に油井管製品OCTGとして知
られている）は米国特許第4354882号に開示され
ているように高い信頼性、高負荷下での優れた抵
抗性及び高い腐食抵抗をもつ必要がある。さら
に、高い応力に対しても強度及び抵抗が大でなけ
ればならない。油井管製品（OCTG）には３種
類の基本タイプがあり、各々が油井及びガス井の
孔あけと生産に使われる。これらの基本タイプと
はドリルパイプ、ケーシング及びチユービングで
ある。

典型的な例でいえば、管の各端にネジが形成さ
れており、メネジ付きのカツプリングにより接続
されている。管のネジもカツプリングのネジも、
そこから油井及びガス井内を通つて下方に向つて
延びている管及びカツプリングの全重量を支える
ことのできるものでなければならず、また、油井
又はガス井の孔あけと生産中に受ける高い内外圧
に耐えるものでなければならない。一般に使われ
ているケーシングの重さは10ないし100ポンド／
フイート（15ないし149Kg／ｍ）を超す。長さが
15000ないし35000フイート（4572ないし10668ｍ）
の場合にケーシングの上端のネジが耐えねばなら
ない引張荷重は極めて大きい。

引張荷重が非常に大きいと、接続部のベース・
メタルの破裂のため、あるいは咬み合つているオ
ネジとメネジの急激な離脱により、接続部が破壊
されることがある。後者の失敗態様は「引落し」
と呼ばれている。

ケーシングの接続部にあつても、もちろん漏れ
を防がねばならず、シール手段を設けなければな
らない。ネジ結合の係脱は、摩損なしに、しかも
ネジ山を破損することなしに行なえるものでなけ
ればならない。さらに管をさし込んだ後、比較的
少ない回りで連結できるのが望ましい。

一般に使われているケーシングの接続法はカツ
プル型式と一体ジヨイント型式である。カツプル
型の接続法では、管の各端にオネジを形成して、
カツプリングと呼ばれているメネジ付きコネクタ
により結合している。一体ジヨイント型式では、
一端にオネジを形成して他端にメネジを形成した
管を使用するので、カツプリングを必要としな
い。

以下の特許及び刊行物は最近の技術状態を示し
ている。

イートン（Eaton）の米国特許第2062407号は
一体ジヨイント型式のネジ付きパイプジヨイント
構造を示している。広いネジの山頂と谷底を有す
るノコ歯型式のネジが形成してあり、破損を防止
するようになつており（第６頁、第２欄、第48−
50行目）、迅速かつ容易な組立を可能とし（第７
頁、第２欄、第28−40行目）、ジヨイントのメネ
ジ領域の端部におけるフープ強度を改良している
（第３頁、第２欄、第36−46行目）フレーム
（Frame）の米国特許第2204754号はアクメ型ネ
ジを有する一体ジヨイント型式のネジ付き管接続
構造を示している。ネジの山頂と谷底が平坦でか
つジヨイントの軸芯に対して平行である（第２
頁、第１欄、第34−42行目）。１インチ当り５条
（１ｍ当り197条）が設けてあり、両端部がテーパ
ーになつている。しかし、ネジの中央部ではその
ようになつておらず、0.75インチ／フイート
（0.0625ｍ／ｍ）及び1.75インチ／フイート
（0.1458ｍ／ｍ）の間になつている（第２頁、第
２欄、第21−27行目）。

ローリン（Rollins）の米国特許第2885225号は
ドリルパイプ型式のカツプリングを示している。
二条ネジの構造が１インチ当り３ないし５条
（118ないし197条／ｍ）になつていて（第２欄、
第37−43行目）、約1.5インチ／フイート（0.125
ｍ／ｍ）のテーパーとなつている（第１欄、第63
−67行目）。このテーパーのために迅速かつ容易
な組付けができ、しかも最適のさし込みを促進す
る（第１欄、第65−67行目）。ネジには平坦なネ
ジの山頂と谷底が形成してあり、テーパーに対し
て平行となつている（第４欄、第11−20行目）。

クローセル二世（Kloesel₁Jr.）その他の米国
特許第3355192号は一体型式のパイプジヨイント
を示している。修正ノコ歯二重ネジが形成してあ
り、1.5インチ／フイート（0.125ｍ／ｍ）のテー
パーにしてある（第３欄、第40−47行目及び第５
欄、第40−45行目））。

ヨーカム（Yocum）の米国特許第3346278号は
一体型のパイプジヨイントのテーパー付きＶネジ
を示している。オネジがメネジの基本テーパーに
対して20％ないし80％の基本テーパーを有する
（第２欄、第25−28行目）。このような構造にする
ことにより先行のオネジと最奥のメネジとの間に
シールを形成するといわれている。それによりテ
ーパーの許容差を緩かにしている（第３欄、第34
−40行目）。

ノオサコ（Nowosadko）の米国特許第
3427707号はネジ無し式のパイプジヨイントを示
している。メス部材をオス部材よりも大きなテー
パーに加工して、オス部材の先行端におけるシー
ルを確実にしている（第２欄、第37−41行目）。

ブロース（Blose）その他の米国特許第
3224799号は一体型式のネジ付きチユーブジヨイ
ントを示している。ノコ歯型式のネジに約１イン
チ／フイート（0.0833ｍ／ｍ）のテーパーを付け
て、より深いさし込みを可能とし、さらに迅速な
組付けを可能としている（第２欄、第51−54行目
及び第３欄、第44−47行目）。またオネジの実際
のテーパーをメネジのテーパーよりもわずかに深
くするようにすることも示唆している（第３欄、
第47−55行目）。

ブラント（Blount）その他の米国特許第
3307860号はパイプカツプリングを示している。
内面を厚い肉厚にした中央領域と肩部を有し、柔
軟なシールリングを肩部にパイプの両端縁により
押圧している（第６欄、第36−51行目、第４欄、
第49−55行目）。修正ノコ歯ネジでテーパーがつ
いている（第３欄、第13−13行目）。

ブロース（Blose）その他の米国特許第
3572777号はパイプカツプリングを示しているが、
中央部分が肉厚になつていて、内側に溝が形成し
てあり、柔軟なシールリングをその溝に入れてパ
イプの両端で押圧している（第３欄、第１−18行
目）。ネジはアクメ型式またはノコ歯型式となつ
ており、比較的急な勾配のテーパーとなつている
（第１欄、第５−16行目）。

アメリカ石油協会（API）の規格5B（1979年３
月）はテーパー付きノコ歯ケーシングネジを有す
る管接続構造を示している。このAPIの管接続構
造はパイプの端部のオス結合部材とそれに対応す
るメス結合部材を有するカツプリング部材とから
成り立つている。ネジは外径13.375インチ
（0.339725ｍ）以下の寸法で0.75インチ／フイー
ト（0.0625ｍ／ｍ）のテーパー上に形成されてい
る。オス結合部材のテーパーはプラス0.0035イン
チ／インチからマイナス0.0015インチ／インチ
（プラス0.0035ｍ／ｍないしマイナス0.0015ｍ／
ｍ）の許容差を有する。メス結合部材のテーパー
はプラス0.0045インチ／インチからマイナス
0.0025インチ／インチ（プラス0.0045ｍ／ｍない
しマイナス0.0025ｍ／ｍ）の許容差を有する。不
都合な最大テーパー領域（すなわちカツプリング
側にマイナスでパイプ端部側にプラス）は0.006
インチ／インチ（0.006ｍ／ｍ）である。アメリ
カ石油協会（API）のノコ歯ネジは角を丸くした
実質的に矩形形状をしており、平行なネジの山頂
と谷底とを有し、0.200インチ（5.08×10^-3ｍ）の
ネジピツチ、3゜の負荷フランク、10゜の追イ側フ
ランク及び0.062インチ（1.5748×10^-3ｍ）のネジ
山の高さ、プラス又はマイナス0.001インチ
（2.54×10^-5ｍ）の許容差を有する。

アメリカ石油協会（API）のオス結合部材のネ
ジの山頂は0.100インチ（2.54×10^-3ｍ）の長さを
有し、プラス0.000インチからマイナス0.003イン
チ（プラス0.000ｍないしマイナス7.62×10^-5ｍ）
（8.625インチ［0.219075ｍ］以上の寸法でプラス
0.000インチないしマイナス0.005インチ［プラス
0.000ｍないしマイナス1.27×10^-4ｍ］）となつて
いる。ネジの山頂の負荷フランク端部の丸みのあ
る角は0.008インチ（2.032×10^-4ｍ）の半径とな
つており、許容差がプラス0.002インチないしマ
イナス0.000インチ（プラス5.08×10^-5ｍないしマ
イナス0.000ｍ）である。ネジの山頂の追イ側フ
ランク端部の丸みのある角は0.030インチ（7.62
×10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプラス0.002
インチないしマイナス0.000インチ（プラス5.08
×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）である。ネジ
の谷底は0.100インチ（2.54×10^-3ｍ）の長さを有
し、許容差がプラス0.003インチないしマイナス
0.00インチ（プラス7.62×10^-5ｍないしマイナス
0.000ｍ）（8.625インチ［0.219075ｍ］以上の寸法
でプラス0.005インチないしマイナス0.000インチ
［プラス1.27×10^-4ｍないしマイナス0.000ｍ］）で
ある。ネジの谷底のいずれかの端部の丸みのある
角は0.008インチ（2.032×10^-4ｍ）の半径を有し、
許容差がプラス0.000インチないしマイナス0.002
インチ（プラス0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5
ｍ）である。

アメリカ石油協会（API）のメス結合部材のネ
ジの山頂は長さが0.099インチ（2.5146×10^-3ｍ）
であり、許容差がプラス0.000インチないしマイ
ナス0.003インチ（プラス0.000ｍないしマイナス
7.62×10^-5ｍ）である。山頂の各端の丸い角は半
径が0.008インチ（2.032×10^-4ｍ）であり、許容
差がプラス0.002インチないしマイナス0.000イン
チ（プラス5.08×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）
である。ネジの谷底は長さが0.101インチ
（2.5654×10^-3ｍ）であり、許容差がプラス0.003
インチないしマイナス0.000インチ（プラス7.62
×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）である。谷底
の負荷フランク端部の丸みのある角は半径が
0.008インチ（2.032×10^-4ｍ）であり、許容差が
プラス0.000インチないしマイナス0.002インチ
（プラス0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5ｍ）で
ある。ネジの谷底の追イ側フランク端部の丸みの
ある角は半径が0.030インチ（7.62×10^-4ｍ）であ
り、許容差がプラス0.000インチないしマイナス
0.002インチ（プラス0.000ｍないしマイナス5.08
×10^-5ｍ）である。

このようなアメリカ石油協会（API）のノコ歯
ネジの許容差によると、ネジの形状はネジの谷底
及び山頂と3゜の負荷フランクで接触することにな
り、小さな直径の管では追イ側10゜フランクに
0.007インチ（1.778×10^-4ｍ）程度の隙間ができ
る。この隙間は漏れ通路となるので、ネジ潤滑油
内の固形物によりシールしなければならない。
0.75インチ／フイート（0.0625ｍ／ｍ）のアメリ
カ石油協会（API）のテーパーであると、1.984
インチ（0.0503936ｍ）の不完全ネジ部（非シー
ルネジ）となる。公称７インチ（0.1778ｍ）の外
径ケーシングは4.200インチ（0.10668ｍ）のノコ
歯ネジ長さに相当する。

この発明はこのようなアメリカ石油協会
（API）の管接続構造を改良するものであり、従
来品に比較して、ネジの最大隙間を減少させ、不
完全ネジ部の減少とネジ部の全長の増加とを組合
せて、漏れ通路を増大させ、かつジヨイント部に
おける高い支持圧とシーリング性とを提供する良
好なテーパーのずれをオス部材の小さい方の端部
の近くで起こさせるようにして、結合強度を大き
くするものである。

発明の簡単な説明ネジ付きの管接続構造は高圧・臨界作業用の油
井及びガス井に使用する重量壁・高性能のケーシ
ングに適用するものである。この管接続構造は一
体ジヨイント型式のものでもよく、またネジ付き
カツプル型式のものでもよく、直径で約1.750イ
ンチ／フイート（0.1458ｍ／ｍ）の第１及び第２
の係合可能なテーパーにそれぞれ形成されたネジ
を有する。アメリカ石油協会（API）の従来の規
格5Bのテーパーに比較すると、この発明による
テーパーはメステーパーの狭い方の端部における
メス部材の厚みを増加させる。それにより、接続
部の結合強度と内部耐力とを増加させる。完全ネ
ジ部の長さも増加させ、漏れ抵抗を強化する。オ
ス部材のメス部材内へのさし込みを深くし、迅速
な組付けと摩耗の減少とを可能とする。漏れ通路
の隙間を減少させる。メス部材内のオス部材の位
置許容差を減少させ、正確な組付けが可能とな
る。オス及びメスのテーパーネジのテーパー許容
差をずらせて、オス部材に低いテーパーをとり、
メス部材に高いテーパーをとり、良好なテーパー
のずれを生じさせ、シールを確実にし、オス部材
の狭い方の端部近くにおける結合部の衝合を確実
にする。

発明の詳細な説明以下、図面を参照して説明する。図中、同一の
部材又は部分には同一の参照符号を付けている。
ネジ付きカツプル形式のジヨイントを例にとつ
て、この発明を説明するが、一体形式のジヨイン
トの例にも適用できることはいうまでもない。

オス部材１はネジ付きのテーパー状の端部を有
する。ノコ歯形式のネジ３が形成してある。この
テーパーは第１図に線Ａによつて示されているよ
うに直径で1.750インチ／フイート（0.1458ｍ／
ｍ）であり、許容差が直径でプラス0.001イン
チ／インチないしマイナス0.003インチ／インチ
（プラス0.001ｍ／ｍないしマイナス0.003ｍ／ｍ）
である。第１図において、オス部材１の中心線は
線Ｂによつて示されている。完全ネジ長さの面は
線Ｃによつて示されている。消失ポイントの面は
線Ｄによつて示されている。管の肉厚は線Ｅによ
つて示されている。好ましくは、管の開放端２は
第１図に角度Ｆによつて示されているようにベベ
ル形状にして、そぎ端になるのを防ぐ。このベベ
ル形状の角度は65゜にするのが一般的である。メ
ス部材の開放端２の傾斜角に合せて他のベベル角
度を採用することもできる。

典型的な例について説明すれば、管の外径は約
4.5インチ（0.1143ｍ）から約13.375インチ
（0.339725ｍ）までの範囲内にし、肉厚は約0.5イ
ンチ（0.0127ｍ）から約1.25インチ（0.03175ｍ）
までの範囲内にする。特に望ましい外径は７イン
チ（0.1778ｍ）、7.625インチ（0.193675ｍ）及び
9.625インチ（0.24475ｍ）である。テーパー、ネ
ジの形状及び許容差は直径や肉厚によつて変化は
しないが、ネジの長さは変化させる必要がある場
合もある。

最も望ましい実施例について説明すれば、管の
外径が7.016インチ（0.1782064ｍ）であり、内径
が5.556インチ（0.1411224ｍ）であり、肉厚Ｅが
0.730インチ（0.018542ｍ）である。消失ポイン
トＤの面から開放端２までのネジの長さは5.500
インチ（0.1397ｍ）であり、面Ｄと面Ｃとの間の
部分は0.850インチ（0.02159ｍ）である。面Ｃと
開放端２との間の部分は4.650インチ（0.11811
ｍ）である。

第２図を参照して説明する。メスのカツプリン
グ部材４は実質的に管状の部材であり、軸Ｈを中
心として軸方向全体に伸びている穴を有する。こ
の穴は両方の開放端５及び６から中心位置７に向
つてテーパーがついており、その内面にノコ形式
の歯ネジ８が形成してある。符号Ｇによつて示さ
れているように、テーパーは直径で1.750イン
チ／フイート（0.1458ｍ／ｍ）であり、許容差は
直径でプラス0.0045インチ／インチないしマイナ
ス0.001インチ／インチ（プラス0.0045ｍ／ｍな
いしマイナス0.001ｍ／ｍ）である。好ましくは、
第２図に符号Ｉで示されているように、メスのカ
ツプリング部材の開放端５及び６はオス部材のベ
ベル形状と同一の角度でベベル形状に形成する。

実際の使用にあたつては、第１の管のネジ付き
オス部材の端部をメスのカツプリング部材４の開
口５又は６にさし込む。そして、ネジ３をネジ８
にねじ結合させる。さらに第２の管のネジ付きオ
ス部材の端部をメスのカツプリング部材の他方の
開口にさし込み、それのネジをメネジ８にねじ結
合させる。しかる後、第１及び第２の管をメスの
カツプリング部材に対して回転させ、結合を確実
にする。ネジ３とネジ８とのねじ結合の関係は第
６図に示してある。

前述のような外径７インチ（0.1778ｍ）の管状
のオス部材を例にとつて説明する。製造するカツ
プリング部材の外径は8.000インチ（0.2032ｍ）
とし、その許容差はプラス及びマイナス0.060イ
ンチ（プラス及びマイナス1.524×10^-3ｍ）とし、
長さを13.00インチ（0.3302ｍ）とし（補強リン
グ付き）、許容差をプラス0.050インチないしマイ
ナス0.000インチ（プラス1.27×10^-3ｍないしマイ
ナス0.000ｍ）とし、ネジの長さを5.500インチ
（0.1397ｍ）よりも長くする。メスのカツプリン
グ部材にはメネジを形成して、外径７インチ
（0.1778ｍ）の管状のネジ付き端部を受けいれる
ようにする。もちろん、メスのカツプリング部材
の寸法は管及びそのネジ付き端部の寸法に合わせ
るものである。これらの寸法が変化しても、ネジ
の形状、テーパー及び許容差は変化しないが、ネ
ジの長さや、カツプリング等の外径、又はその両
方は変化させる必要があるかもしれない。

第１部材（オス部材）のテーパーと第２部材
（メス部材）のテーパーとのプラス及びマイナス
の許容差は、典型的には、オス部材のテーパーが
メス部材のテーパーよりも小さくなるように設定
する。このようにすれば、第９図に概略を示すよ
うに、両テーパーにわずかなズレが生じる。この
ようなテーパーのズレは良好なズレと称されてお
り、第７図や第８図に概略を示す従来のテーパー
と相違している。第７図に示す従来のテーパーに
あつては、両テーパーが完全に合致している。第
８図に示す従来のテーパーにあつては、わずかに
テーパーがずれているが、不都合なテーパーのズ
レとなつている。この発明における良好なテーパ
ーのズレはオス部材の開放端部（すなわち狭い方
の端部２）の近傍の結合部において高い支持圧と
シーリング性をもたらす。その結合部分の位置は
メス部材の最大の肉厚の近くである。従つて、支
持圧とシーリングが最大となり、そこでの結合が
最も強くなる。

アメリカ石油協会（API）の規格5Bの接続構
造にはみられない本発明による管接続構造の別の
効果は、アメリカ石油協会（API）の接続構造の
0.750インチ／フイート（0.0625ｍ／ｍ）のテー
パーに対して1.750インチ／フイート（0.1458
ｍ／ｍ）の高いテーパーによるものである。本発
明のように高いテーパーであると、不完全ネジ部
（シール無しの部分）の長さが0.050インチ
（0.02159ｍ）であり、アメリカ石油協会（API）
の接続構造における不完全ネジ部の1.984インチ
（0.0503936ｍ）と大幅に相違している。完全ネジ
部が1.134インチ（0.0288036ｍ）だけ増加するこ
とにより、リーク抵抗が著しく増大し、結合強度
を改善するものである。

ネジ付きカツプル形式のジヨイントの強さは、
第２図に破線９により示しているように、メスの
カツプリング部材の両端にネジの無いくぼみ延長
部を任意に付加することにより増加させることが
できる。そのような延長部は補強部として作用
し、メスのカツプリング部材の自由端の高い引張
フープ応力を減少させる。第２図にＪで示すよう
に、このネジの無い延長部の幅は、好ましい実施
例にあつては、0.500インチ（0.0127ｍ）である。
また、メスのカツプリング部材の中心部には、一
体的なネジ無しの肉厚部を任意に設けることもで
きる。それにより、結合強度は増加させるが、組
付け後の管構造の流路直径を制限することがな
く、かつ、カツプリング部材の外径を増加させる
こともない。これにより、結合領域の長さを増加
させることもある。

符号７で示すように、メスのカツプリング部材
４の中心部にくぼみを設け、そこに柔軟なシール
リングを配置することもできる。このシールリン
グの内面はカツプリング部材の中心部よりも小さ
な直径となつており、オス部材の開放端２のベベ
ルＦに合致する角度で外方向に向いたベベル形状
すなわち傾斜形状になつている。このようなベベ
ル形状にすることにより、オス部材の一方又は両
方がメスのカツプリング部材にさし込まれるや否
や、リングがメスのカツプリング部材内にはめ込
まれるようになる。単一の柔軟なシールリングの
形状及び配置をそのようにすることにより、開放
端２を有効にシールすることができる。

アメリカ石油協会（API）の接続構造にみられ
ない本発明の管接続構造の他の効果は、第１部材
（オス部材）のテーパーと第２部材（メス部材）
のテーパーとの許容差を制限したことによる。ア
メリカ石油協会（API）のカツプリングのテーパ
ーの許容差はメス部材でプラス0.0045インチ／イ
ンチないしマイナス0.0025インチ／インチ（プラ
ス0.0045ｍ／ｍないしマイナス0.0025ｍ／ｍ）で
あり、オス部材でプラス0.0035インチ／インチな
いしマイナス0.0015インチ／インチ（プラス
0.0035ｍ／ｍないしマイナス0.0015ｍ／ｍ）であ
る。従つて、不都合な最大テーパー（すなわちメ
ス部材でマイナス、オス部材でプラス）はアメリ
カ石油協会（API）の接続構造では0.006イン
チ／インチ（0.006ｍ／ｍ）であり、これに対し、
この発明の接続構造にあつては、0.002インチ／
インチ（0.002ｍ／ｍ）であり、結局、３対１の
改良がなされたことになる。前述のプラス及びマ
イナスの許容差のバラツキに鑑みて、これはオス
部材の狭い方の端部近くにおけるオス部材とメス
部材との結合部の高い支持圧とシール性を確実に
するものであり、結合を最も強くする。

アメリカ石油協会（API）の接続構造の0.750
（0.0625ｍ／ｍ）のテーパーに対して、本発明に
おいてはテーパーを1.750インチ（0.1458ｍ／ｍ）
に増加したが、そのことによるさらに別の本発明
の効果は、完全ネジ部の長さを増加させることで
ある。これは、漏れ通路の長さを増加させること
になり、しかも結合部の強度を増加させることに
もなるのである。外径７インチ（0.1778ｍ）、肉
厚0.730インチ（0.018542ｍ）のケーシングに対
して、ネジ部の長さは本発明では5.500インチ
（0.1397ｍ）であるのに対し、アメリカ石油協会
（API）の接続構造では4.200インチ（0.10668ｍ）
である。

第３図、第４図及び第５図において、基準線と
軸線との間の角度（全て90゜）はＸによつて示さ
れている。

第３図を参照する。メス部材の内部のネジ８は
ほぼ矩形形状になつており、角に丸みがついてお
り、ネジの山頂及び谷底は互いに平行になつてお
り、かつピツチラインＯに対しても平行になつて
いる。これらのネジは、0.200インチ（5.08×10^-3
ｍ）のネジピツチＫ（５条／インチ［197条／ｍ］）
を有し、3゜の負荷フランクＷを有し、10゜の追イ
側フランクＶを有し、0.062インチ（1.5748×10^-3
ｍ）のネジの高さＬを有し、許容差がプラス
0.001インチないしマイナス0.001インチ（プラス
2.54×10^-5ｍないしマイナス2.54×10^-5ｍ）であ
る。第３図に示してあるように、Ｍ及びＮによつ
て示されている距離は各々0.031インチ（7.874×
10^-4ｍ）である。ネジの山頂１７は0.099インチ
（2.5146×10^-3ｍ）の長さＱを有し、許容差がプ
ラス0.000インチないしマイナス0.001インチ（プ
ラス0.000ｍないしマイナス2.54×10^-5ｍ）であ
る。山頂１７の追イ側フランク端部の丸みのつい
た角２０と山頂１７の負荷フランク端部の丸みの
ついた角２１はそれぞれ0.008インチ（2.032×
10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプラス0.002イ
ンチないしマイナス0.000インチ（プラス5.08×
10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）である。ネジの
谷底１６は0.101インチ（2.5654×10^-3ｍ）の半径
Ｒを有し、許容差がプラス0.001インチないしマ
イナス0.000インチ（プラス2.54×10^-5ｍないしマ
イナス0.000ｍ）である。ネジの谷底１６の負荷
フランク端部の丸みのついた角１８は0.008イン
チ（2.034×10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプ
ラス0.000インチないしマイナス0.002インチ（プ
ラス0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5ｍ）であ
る。ネジの谷底１６の追イ側フランク端部の丸み
のついた角１９は0.030インチ（7.62×10^-4ｍ）の
半径を有し、許容差がプラス0.000インチないし
マイナス0.002インチ（プラス0.000ｍないしマイ
ナス5.08×10^-5ｍ）である。

第４図を参照する。オス部材のネジ３はほぼ矩
形形状になつており、丸みのついた角と平行な山
頂１０及び谷底１１を有する。これらの谷底１１
及び山頂１０はピツチラインＰに対しても平行で
ある。Ｌ，Ｍ，及びＮによつて示されているよう
に、ネジ３のネジ高さはメス部材のネジ８のネザ
高さと同じである。Ｗ及びＶによつて示されてい
るように、ネジ３の負荷フランク及び追イ側フラ
ンクはそれぞれ3゜及び10゜である。従つて、メス
部材４と同一の角度である。Ｋによつて示されて
いるように、ネジピツチは0.200インチ（5.08×
10^-3ｍ）であり、メス部材のネジ８のネジピツチ
と同一である。ネジの谷底１１は0.101インチ
（2.5654×10^-3ｍ）の長さＳを有し、許容差がプ
ラス0.001インチないしマイナス0.000インチ（プ
ラス2.54×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）であ
る。谷底１１の追イ側フランク端部の丸みのつい
た角１４と谷底１１の負荷フランク端部の丸みの
ついた角１５はそれぞれ半径が0.008インチ
（2.032×10^-4ｍ）であり、許容差がプラス0.000イ
ンチないしマイナス0.002インチ（プラス0.000ｍ
ないしマイナス5.08×10^-5ｍ）である。ネジの山
頂１０は長さＴが0.099インチ（2.5146×10^-3ｍ）
であり、許容差がプラス0.000インチないしマイ
ナス0.001インチ（プラス0.000ｍないしマイナス
2.54×10^-5ｍ）である。ネジの山頂１０の負荷フ
ランク端部の丸みのある角１２は半径が0.008イ
ンチ（2.032×10^-4ｍ）であり、許容差がプラス
0.002インチないしマイナス0.000インチ（プラス
5.08×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）である。ネ
ジの山頂１０の追イ側フランク端部の丸みのつい
た角１３は半径が0.030インチ（7.62×10^-4ｍ）で
あり、許容差がプラス0.002インチないしマイナ
ス0.000インチ（プラス5.08×10^-5ｍないしマイナ
ス0.000ｍ）である。

オス部材のネジ３とメス部材のネジ８との谷底
及び山頂の許容差はAPIの規格5Bのネジ許容差
に比較して制限されており、第５図に示すような
ネジ形状となる。すなわち、最大追イ側フランク
隙間は、符号２３−２３及び２５−２５で示すよ
うに、0.004インチ（1.016×10^-4ｍ）が可能とな
り、谷底及び山頂の最大隙間は、符号２２−２２
及び符号２４−２４で示すように、0.002インチ
（5.08×10^-5ｍ）が可能となる。第６図において、
追イ側フランクの公称隙間は符号２６−２６及び
符号２７−２７で示すように0.002インチ（5.08
×10^-5ｍ）であり、谷底と山頂との隙間は実質的
にゼロである。

APIの規格5Bのネジ許容差によるネジ形状で
あると、ネジの谷底及び山頂並びに3゜の負荷支持
フランクへの接触が生じ、小さな直径の管で
0.007インチ（1.778×10^-4ｍ）程度の隙間が追イ
側10゜フランクに生じ得る。この隙間は漏れ通路
を形成し、従つてネジ潤滑油内の固形物によりシ
ールしなければならない。他方、この発明の接続
構造による最大0.004インチ（1.016×10^-4ｍ）の
追イ側フランクの隙間は最大漏れ隙間の寸法を
APIの接続構造に比較して約43％減少させる。従
つて、APIの規格5Bの管接続構造に比較して、
この発明の管接続構造はメス側テーパーの狭い方
の端部におけるカツプリング肉厚を増大させ、そ
の結果、管接続に対して結合強度と内部応力を増
大させる。

この発明による管接続構造は長い完全ネジ部を
有し、漏れ抵抗を増加させ、結合強度を著しく増
大させる。例えば、外径７インチ（0.1778ｍ）、
肉厚0.730インチ（0.018542ｍ）のケーシングに
あつては、完全ネジ部の長さは110％も増加する。
この発明の大きなテーパーにより、オス部材のメ
ス部材へのさし込みはより深くなり、迅速な組付
けと、摩損の減少をもたらす。また、ネジ許容差
が制限されているため、APIの接続構造に比べて
漏れ通路の断面積が43％も減少する。オス部材と
メス部材との位置決め許容差が減少することによ
り、正確な組付けが可能となる。この発明の管接
続構造の結合強度はほとんどの場合パイプ本体の
耐力を超すものである。

この発明の管接続構造は特殊な隙間についても
作ることができ、現場工場で補修可能である。

本発明の特徴をさらに明確に示すために、研究
所でのテスト結果を説明し、この発明による管接
続構造の効果を明らかにする。しかしながら、こ
れは発明の限界を説明するためでもなく、特許請
求の範囲を制限するものでもない。

研究所でのテスト結果次に述べるテストは外径７インチ（0.1778ｍ）、
肉厚0.730インチ（0.018542ｍ）のケーシングで、
90000psi（6.179×10⁸Pa）の最小耐力と
5.000″（0.127ｍ）のネジ長さを有するものについ
て行つた。

(1) 最大及び最小組付け及びトルクの決定。所望
の性能のために適当な組付け及びトルクを得る
べく、所定の位置まで亜鉛メツキまたは錫メツ
キをほどこしたメス部材にオス部材を組付け
た。組付け後の管接続構造について静圧テスト
を行い、最小耐力に基づくAPIの公称内部降伏
圧力（17830psi［1.224×10⁸Pa］）の約100％を
かけ、95％肉厚を残した。このテストに続き、
結合部分を切断して、ネジの破損を調べた。

テスト結果は次の通りであつた。10本のオス
部材と５本のメス部材をテストした。組付けは
およそ2800フイート−ポンド（3797N−ｍ）な
いし15900フイート−ポンド（21560N−ｍ）で
あり、基準トルク（1000フイート−ポンド
［1356N−ｍ］）を超したネジ山は0.75山数ない
し3.062山数であつた。接続構造に漏れ現象は
なく、ネジも損傷を受けていなかつた。実際
上、組付けは典型例について言えば5000フイー
ト−ポンド（6780N−ｍ）ないし800フイート
−ポンド（10850N−ｍ）の範囲内に存在する。
従つて、下限を約50％減少させ上限を約20％増
加させることにより、テスト範囲を延ばした。
驚くべきことに、2800フイート−ポンド
（3797N−ｍ）の非常に低いトルクにおいてさ
え接続構造に漏れは生じなかつた。

(2) 引張テスト。オス部材とメス部材を組付けて
軸方向に引張荷重をかけた。

テスト結果は次のとおりであつた。８本の試
料をテストした。最終破損は公称の軸方向の降
伏の104.8％ないし117.7％または公称のAPIの
ノコ歯ジヨイント強度評価の103.7％ないし
116.5％で発生した。いくつかの管接続構造に
おいては、オス部材のネジに破損が生じた。ま
た、メネジに破損が生じたものもあつた。ま
た、いくつかの管接続構造にあつては、ジヨイ
ント部に破損が生じずに、管本体を接続構造か
ら引つぱつたことによつて破損が生じた。これ
は管の強度と管接続部の強度とに良好なバラン
スが存在することを示している。

(3) 静圧テスト。オス部材をメス部材に組付け
た。ネジ部には亜鉛メツキまたは錫メツキがし
てあつた。テストした静圧は最小耐力に基づく
公称のAPIの内部降伏圧力（17830psi［1.224×
10⁸Pa］）の約100％であり、肉厚を95％残し
た。１サイクル当り最高圧力で５分間で、３サ
イクル行つた。実際に採用した圧力は17800psi
（1.222×10⁸Pa）であつた。これは、最小耐力
に基づく公称のAPI内部降伏圧（16430psi
［1.133×10⁸Pa］）を超えるものであり、肉厚の
残余が87.5％となるものである。

テスト結果は次のとおりであつた。９個の試
料をテストしたが、いずれも漏れは生じなかつ
た。一つの試料は偶然に18500psi（1.276×
10⁸Pa）のテストとなつたが、漏れがなかつ
た。

(4) 組合せ荷重。オス部材とメス部材とを組付け
て、内部圧力、軸方向の引つぱり及び曲げを組
合せてテストして穴あけ状況のシユミレートテ
ストを行つた。加えられた最大荷重は15020psi
（1.031×10⁸Pa）の内部圧力（APIの公称の静
圧）、1.035000ポンド（4604000N）の軸方向の
引つぱり（公称のパイプの耐力の80％）及び
100フイート当り（30.48ｍ当り）10゜の二次元
曲げであつた。２つの試料は100フイート−当
り（30.48ｍ当り）6゜の曲げテストを行い、２
つの試料は100フイート−当り（30.48ｍ当り）
10゜の曲げテストを行つた。

テスト結果は次のとおりであつた。すなわ
ち、４つの試料をテストしたが、漏れ現象は発
生しなかつた。

(5) ガステスト。オス部材及びメス部材を組付け
て、１時間ドライ・ニトロジエン・ガスで
16430psi（1.133×10⁸Pa）の内圧（公称のAPI
の基準）のテストを行つた。

テスト結果は次のとおりであつた。２つの試
料をテストしたが漏れ現象は発生しなかつた。

(6) 解体テスト。ネジ部を亜鉛メツキまたは錫メ
ツキしたオス部材及びメス部材を３回完全に組
立てた後解体した。

テスト結果についていえば、５つの試料をテ
ストしたが、３回組付け及び解体を繰り返した
後、全ての試料にネジ破損が認められなかつ
た。

以上、この明細書で使用してきた用語及び表現
はあくまで便宜上説明のために使用したものであ
り、制限的な意味をもたせようとするものではな
い。従つて、明細書に記載し図面に示した特徴事
項の均等物を排除する意味で、そのような用語や
表現を採用したものではない。特許請求の範囲に
記載した本発明の範囲内において、種々の変形例
が可能であることを念のために申し述べる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるオス部材を示す拡大断
面図である。第２図はこの発明によるメスのカツ
プリング部材を示す拡大断面図である。第３図は
メス部材のネジを示す部分拡大断面図である。第
４図はオス部材のネジを示す部分拡大断面図であ
る。第５図はネジ形状が最大隙間許容差にある時
のオス部材とメス部材のネジの相対関係を示す、
この発明による組付け状態の管接続構造の部分拡
大断面図である。第６図はネジ形状が名目隙間許
容差にある時のオス部材とメス部材のネジの相対
関係を示す、第５図に相当する図面である。第７
図は公称の係合テーパーを示す組付け後の接続構
造の概略を示す部分断面図である。第８図は不都
合なテーパーのズレを示す、第７図に似た図であ
る。第９図はこの発明による好ましいテーパーの
ズレを示す、第７図に似た図である。１……オス部材、２……開放端、３……ネジ、
４……カツプリング部材、５，６……開放端、７
……中央位置、８……ネジ。

Claims

【特許請求の範囲】１重量壁・高性能管用の管接続構造において、
オス部材とメス部材が直径で約1.750インチ／フ
イート（0.1458ｍ／ｍ）のそれぞれ第１及び第２
の実質的に合致するテーパーに係合可能なネジを
有し、前記第１テーパーの許容差が直径でプラス
0.001インチ／インチないしマイナス0.003イン
チ／インチ（プラス0.001ｍ／ｍないしマイナス
0.003ｍ／ｍ）であり、前記第２テーパーの許容
差が直径でプラス0.0045インチ／インチないしマ
イナス0.001インチ／インチ（プラス0.0045ｍ／
ｍないしマイナス0.001ｍ／ｍ）であり、前記第
１テーパー及び前記第２テーパーのプラス及びマ
イナスの許容差は、オス部材のテーパーがメス部
材のテーパーより小さくなるようになつており、前記第１テーパーの前記ネジが実質的に矩形形
状となつており、丸みのついた角と平行な山頂及
び谷底を有し、前記山頂及び谷底が前記第１テー
パーの面に平行であり、ネジピツチが0.200イン
チ（5.08×10^-3ｍ）であり、負荷フランクが3゜で
あり、追イ側フランクが10゜であり、ネジ高さが
0.062インチ（1.5748×10^-3ｍ）であり、許容差が
プラス0.001インチないしマイナス0.001インチ
（プラス2.54×10^-5ｍないしマイナス2.54×10^-5
ｍ）であり、前記第１テーパーのネジの山頂が
0.099インチ（2.5146×10^-3ｍ）の長さを有し、許
容差がプラス0.000インチないしマイナス0.001イ
ンチ（プラス0.000ｍないしマイナス2.54×10^-5
ｍ）であり、前記負荷フランク端部の丸みのある
角が0.008インチ（2.032×10^-4ｍ）の半径を有し、
許容差がプラス0.002インチないしマイナス0.000
インチ（プラス5.08×10^-5ｍないしマイナス0.000
ｍ）であり、前記追イ側フランク端部の丸みのあ
る角が0.030インチ（7.62×10^-4ｍ）の半径を有
し、許容差がプラス0.002インチないしマイナス
0.000インチ（プラス5.08×10^-5ｍないしマイナス
0.000ｍ）であり、前記第１テーパーのネジの谷
底が0.101インチ（2.5654×10^-3ｍ）の長さを有
し、許容差がプラス0.001インチないしマイナス
0.000インチ（プラス2.54×10^-5ｍないしマイナス
0.000ｍ）であり、前記負荷フランク端部及び追
イ側フランク端部の丸みのある角が0.008インチ
（2.032×10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプラス
0.000インチないしマイナス0.002インチ（プラス
0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5ｍ）であり、前記第２テーパーの前記ネジが実質的に矩形の
形状をしており、丸みのついた角と平行な山頂及
び谷底を有し、前記山頂及び谷底が第２テーパー
の面に平行であり、ネジピツチが0.200インチ
（5.08×10^-3ｍであり、負荷フランクが3゜であり、
追イ側フランクが10゜であり、ネジ高さが0.062イ
ンチ（1.5748×10^-3ｍ）であり、許容差がプラス
0.001インチないしマイナス0.001インチ（プラス
2.54×10^-5ｍないしマイナス2.54×10^-5ｍ）であ
り、前記第２テーパーのネジの山頂が0.099イン
チ（2.5146×10^-3ｍ）の長さを有し、許容差がプ
ラス0.000インチないしマイナス0.001インチ（プ
ラス0.000ｍないしマイナス2.54×10^-5ｍ）であ
り、前記負荷フランク端部及び前記追イ側フラン
ク端部の丸みのある角が0.008インチ（2.032×
10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプラス0.002イ
ンチないしマイナス0.000インチ（プラス5.08×
10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）であり、前記第
２テーパーのネジの谷底が0.101インチ（2.5654
×10^-3ｍ）の長さを有し、許容差がプラス0.001
インチないしマイナス0.000インチ（プラス2.54
×10^-5ｍないしマイナス0.000ｍ）であり、前記
負荷フランク端部の丸みのある角が0.008インチ
（2.032×10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプラス
0.000インチないしマイナス0.002インチ（プラス
0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5ｍ）であり、前
記追イ側フランク端部の丸みのある角が0.030イ
ンチ（7.62×10^-4ｍ）の半径を有し、許容差がプ
ラス0.000インチないしマイナス0.002インチ（プ
ラス0.000ｍないしマイナス5.08×10^-5ｍ）であ
り、管接続を改良して効果的なテーパーのズレを設
けて、オス部材の狭い方の端部の近傍における結
合部で高い支持圧とシーリング性を得て、最大ネ
ジ隙間を減少させ、不完全ネジ部を少なくし、ネ
ジの全長を増加させ、漏れ通路を著しく増加さ
せ、第２テーパーの狭い方の端部におけるメス部
材の肉厚を増加させ、さし込みを深くし、オス部
材とメス部材の位置許容差を減少させたことを特
徴とする管接続構造。２前記オス部材が細長い管の端部であり、前記
メス部材が２つの前記オス部材を軸方向に合致さ
せて結合するのに使用されるカツプリングである
特許請求の範囲第１項に記載の管接続構造。３前記オス部材が第１の細長い管の端部であ
り、前記メス部材が第２の細長い管の端部である
特許請求の範囲第１項に記載の管接続構造。４前記管の外径が約4.5インチ（0.1143ｍ）な
いし約13.375インチ（0.339725ｍ）の範囲内にあ
り、肉厚が約0.5インチ（0.0127ｍ）ないし約1.25
インチ（0.03175ｍ）の範囲内にある特許請求の
範囲第２項または第３項に記載の管接続構造。