JPH0231271B2 - - Google Patents
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- JPH0231271B2 JPH0231271B2 JP59125346A JP12534684A JPH0231271B2 JP H0231271 B2 JPH0231271 B2 JP H0231271B2 JP 59125346 A JP59125346 A JP 59125346A JP 12534684 A JP12534684 A JP 12534684A JP H0231271 B2 JPH0231271 B2 JP H0231271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal
- threaded
- seal component
- joint
- male
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
- F16L15/001—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads
- F16L15/004—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with axial sealings having at least one plastically deformable sealing surface
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/042—Threaded
-
- 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
- F16L15/00—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は油井管用ネジ継手に関する。
〔従来の技術及びその問題点〕
油井管用のネジ継手は高圧、高荷重下で使用さ
れるため高いシール性や強度が要求され、このよ
うな要求に応じ従来より数多くの継手構造が研究
開発されている。従来このような油井管用ネジ継
手として、雄ネジ部先端のテーパ状シール構成部
（外周面部）と雌ネジ部内方のテーパ状シール構
成部（内周面部）とでメタルシールを構成せしめ
且つ雄ネジ部先端と雌ネジ部内方のストツパー部
端面とを突合せた構造や、上記雄ネジ部側のシー
ル構成部を管軸方向で凸曲面状に構成せしめた構
造等、所謂メタルシール方式の継手が知られてい
る。しかし、この種の継手は実際上その気密性が
いまひとつ十分でなく、また応力腐食割れも生じ
易いという問題を有している。特にこの継手構造
では、シール性を向上させる目的から、当接して
いる雄ネジ部先端面とストツパ部端面にそれぞれ
一定の傾斜をもたせることにより雄ネジ部に押し
上げ力が働くようにし、この押し上げ力により雄
ネジ部側シール構成部を雌ネジ部側に強く押し付
けその部分のシール性を向上させるようにしてい
るが、このような構造で上記押し上げ作用を得る
ためには、雄ネジ部の先端面を相当に強くストツ
パー部の端面に押し当てる必要があり、このた
め、ストツパー部の付根付近に曲げモーメントや
くさび効果による引裂力が働き、この部分が応力
腐食を受け易いという難点がある。 〔問題点を解決するための手段及び実施例〕 本発明はこのような従来の問題に鑑みなされた
もので、応力腐食割れ等の問題を生ずることがな
く、しかも優れた強度及びシール性を有する油井
管用継手の構造を提供せんとするものである。 このため本発明は、第１図に示すように、雄ネ
ジ部先端の管軸方向で凸曲面状に形成されたシー
ル構成部３（外周面部）と雌ネジ部内方のテーパ
状シール構成部４（内周面部）とで主シール部Ｓ
を構成し且つ雄ネジ部１の先端と雌ネジ部内方の
ストツパー部５端面とを突合せた継手構造を採用
するとともに、このような構造において、継手部
各部を次のように構成せしめたものである。 (イ) ネジ部に縮代Δd（＝d1−d2）を設けるととも
に、ネジ部のロードフランク角αを０〜1.1゜に
設定する。 (ロ) 雄ネジ部側シール構成部２の管軸方向での凸
曲面（円弧面）を100mm以上の曲率半径をもつ
て構成せしめるとともに、雌ネジ部側シール構
成部４のテーパ角θを1.0〜4.0゜とする。 (ハ) 雄ネジ部側シール構成部３の外径D1と雌ネ
ジ部側シール構成部の内径D2とをD1＞D2とし
てシール部縮代ΔD（＝D1−D2）を設けるとと
もに、このシール部縮代ΔDを、これによるシ
ール部面圧Ｐが、 （ネジ継手に加わる内圧）＜Ｐ ＜（ネジ継手材料の降伏強さ） となるよう形成せしめる。 (ニ) シール部縮代ΔDとネジ部縮代Δdとの関係を
ΔDΔdとする。 以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。 第１図はカツプリング部材Ｂ（スリーブ継手）
による本発明継手構造の一例を示すもので、カツ
プリング部材Ｂの両端には雌ネジ部２，２が形成
され、これらに管体A1，A2先端の各雄ネジ部１
が接続され継手を構成している。 カツプリング部材Ｂの各継手構造において、雄
ネジ部１先端の外周面はネジ山がない平滑面でし
かも管軸方向で凸曲面状に構成されており、一方
のシール構成部３を形成している。また雌ネジ部
２の内方の内周面はネジ山がない平滑面でしかも
テーパ状に構成され、他方のシール構成部４を形
成している。これら両シール構成部３及び４で主
シール部Ｓが構成される。一方、前記シール構成
部４の端にはストツパ部５が形成され、その端面
５１に雄ネジ部の先端面が当接する。 以上の基本的な構造において、本発明ではネジ
部の構造、主シール部Ｓの構造及びネジ部と主シ
ール部Ｓとの相互関係がそれぞれ特定されてい
る。 まずネジ部に関し、本発明ではこの部分におい
てもシールが形成されるようにするため、（雄ネ
ジ基本径d1）＞（雌ネジ基本径d2）としてネジ部縮
代Δd（＝d1−d2）を設け、さらに、ネジ部を０〜
1.1゜のロードフランク角αをもつて構成せしめて
いる。このロードフランク角αが大きいとネジの
締付時或いは引張荷重下において大きなカツプリ
ング周方向応力が生じ、応力腐食割れを生ぜしめ
る原因を作る。本発明者等の実験によれば、管軸
方向に引張力が働いた場合、上記ネジ部位置での
摩擦係数が0.02以上となると周方向に不都合な応
力が働くことが明らかとなつた。したがつて、こ
の摩擦係数0.02を下回るようにするためロードフ
ランク角はその上限が1.1゜に規制され、０〜1.1゜
の範囲に設定されている。 主シール部Ｓに関し、本発明では雄ネジ部１側
に設けられた凸曲面状のシール構成部３の外径
D1（シール部中央、タンジエントポイントにおけ
る外径）と雌ネジ部２側に設けられたテーパ状の
シール構成部４の内径D2（シール部中央、タンジ
エントポイントにおける内径）とをD1＞D2とす
ることにより、雄ネジ部側にシール部縮代ΔDを
設けているが、さらにこのシール部縮代ΔDを、
これによつて得られるシール部面圧Ｐが次の条件
を満すようにして形成せしめている。 Ｐ＜（ネジ継手材料の降伏強さ） Ｐ＞（ネジ継手内部にかかる圧力） 油井管のネジ継手は数回の締付・締戻しを受け
るため、この繰り返し作業によつてもシール部面
圧が変化せず、常にシール性能が確保される必要
があり、このためシール部面圧Ｐは管体Ａやカツ
プリング部材Ｂの降伏強さより低く抑えられる必
要がある。一方、切削により形成されるシール面
は、ミクロ的に見ると完全に平滑ではなく、凹凸
が存在する。したがつて気密を保持するには、シ
ール部面圧Ｐがネジ継手内部にかかる流体圧力よ
りも大きくなくてはならない。本発明では、この
ような両面を満足するシール部面圧Ｐが得られる
ようそのシール部縮代ΔDが規制される。 この点に関し、本発明者等は次のような実験を
行ない、本発明の上記構成を有する油井管用ネジ
継手では繰り返し使用されてもそのシール効果が
安定して得られることを確認している。即ち、主
シール部Ｓのタンジエントポイントにおける雄ネ
ジ部１側シール構成部３の外径D1と雌ネジ部２
側シール構成部４の内径D2との間でD1＞D2とな
るように構成された全く同じ継手を２本用意し、
これらを各10回締め付け・締め戻して、締め戻し
時にD1及びD2の寸法計測を行なつた。その時の
結果を第２図に示す。尚、上記継手ではD1＞D2
にした結果、主シール部Ｓに締代ΔDが設けられ
ることになつたが、該締代ΔDによるシール部面
圧Ｐは、この継手内部にかかる圧力よりも大きく
且つ該継手材料の降伏強さよりも小さいものであ
り、又この締代ΔDはネジ部に設けられた締代Δd
よりも大きいものにした。更に、締め付け時の締
め付けトルクは、規定トルクの許容範囲下限の80
％（158Kg・ｍ）と上限の120％（240Kg・ｍ）で、
実験を行なつている。 同図によれば、初回の締め付けにより雄ネジ部
１側シール構成部３の外径D1はいずれの締め付
けトルクの場合も2/100mm程度の微少量減少して
いるが、嵌合がなじんだ後の２回目以降略一定と
なり安定する。又雌ネジ部２側シール構成部４の
内径D2については、初回の締め付けでいずれの
締め付けトルクの場合もごく微少量で大きくなつ
ているが、やはりなじんだ後の２回目以降は同じ
く略一定となつて安定する。従つて繰り返し継手
を使用しても２回目以降はΔDが略一定となり、
そのシール効果が一定に維持されることがわか
る。尚、初回の締め付けでD1及びD2が変化する
のは、切削時のシール面にはミクロ的に見て凹凸
が存在するものの、初回の締め付けでその表面粗
さが低減されることによるものと思われる。 さらに、主シール部Ｓを構成する両シール構成
部の構造に関し、まず、雌ネジ側シール構成部４
は1.0〜4.7゜のテーパ角をもつて構成されている。
油井管には内圧だけでなく管自重等により強い引
張力が働き、この引張力は管体の降伏強さに相当
する程度に大きなものとなる場合もある。本発明
者等が検討したところによれば、このような引張
力が加わつた場合、雌ネジ部側シール構成部には
伸びが発生し、雄ネジ部側シール構成部３と雌ネ
ジ部側シール構成部４との位置ずれが生じてシー
ル部面圧を下げてしまうという問題があることが
判つた。このような場合でも適正な接触面圧Ｐを
維持するためには、雌ネジ部側シール構成部４の
テーパ角θは小さい程効果があり、種々の実験に
よりテーパ角が4.7゜以下であれば有効であり、
2.0゜以下であればより有効であることが確められ
た。一方この部分をシール構成部とするためには
一定程度以上のテーパ角θが必要であり、1.0゜が
下限角度とされる。また、このようにテーパ角θ
を小さくすることにより、ネジ継手内部に内圧が
加わつた際、雄ネジシール部が押し上げられるこ
とによりシール部の接触面圧が増加（セルフシー
ル効果）し、気密性がより向上することが確認さ
れている。 次に雄ネジ部側シール構成部３に関し、管軸方
向での凸曲面が100mm以上の曲率半径で構成され
る。上記したようなシール縮代ΔDが一定の場
合、シール部を形成すべき上記凸曲面の曲率半径
が小さい程シール接触面積が小さくなり、接触面
圧が増加するため一見気密性が良くなるようにみ
える。しかし本発明者等が検討したところ、継手
内部に圧力が掛つた場合前述したセルフシール効
果により接触面圧が急増し、シール部が変形し易
いという事実が判明した。このため本発明では、
一定以上のシール接触面積を確保すべくシール構
成部３の凸曲面の曲率半径を所定長さ以上に設定
したものである。本発明者等の実験では、曲率半
径（Ｒ）100mm以上で概ね良好な結果が得られ、
また特に外径60.3φから114.3φのサイズの管体に
あつてはＲ：150〜250mmが最適であることが確め
られた。このようなことから、本発明ではシール
構成部３の凸曲面は100mm以上が曲率半径で構成
される。 以上のようなネジ部及び主シール部それぞれの
構造上の規制に加え、本発明では両部分に形成さ
れるシールの相互関係を規制するものであり、具
体的には主シール部Ｓにおけるシール部縮代ΔD
とネジ部におけるネジ部縮代Δdとの関係をΔD
Δdとする。ネジ部縮代Δdがシール部縮代ΔDよ
り大きいと、ネジ部の干渉によりシール部面圧Ｐ
が設計値より低下してしまうという問題を生ず
る。従来の継手構造では、このような観点からシ
ール部とネジ部に構造上の配慮を加えた例は見当
らず、上記ネジ部の干渉が、主シール部における
シール効果がいまひとつ十分でない一因であつた
と考えられる。本発明はこのような従来考慮の対
象とされていなかつた構造的な要素に着目し、こ
れを規制した点にその特徴の１つを有する。 なお、第１図は、雌ネジ部がカツプリング部材
Ｂである場合について説明したが、カツプリング
部材を用いず管端どうしを直接接続させる形式の
継手についても同様に適用できることは言うまで
もない。 本発明者等は、本発明の構成による油井管継手
の耐圧性能を評価するため、API−RP−37
（Recommended Practice Proof−Test
Procedure for Evaluation of High−Pressure
Casing and Tubing Connection Designs）に準
拠した耐圧性能テストを行ない、下記表に示す結
果を得た。
れるため高いシール性や強度が要求され、このよ
うな要求に応じ従来より数多くの継手構造が研究
開発されている。従来このような油井管用ネジ継
手として、雄ネジ部先端のテーパ状シール構成部
（外周面部）と雌ネジ部内方のテーパ状シール構
成部（内周面部）とでメタルシールを構成せしめ
且つ雄ネジ部先端と雌ネジ部内方のストツパー部
端面とを突合せた構造や、上記雄ネジ部側のシー
ル構成部を管軸方向で凸曲面状に構成せしめた構
造等、所謂メタルシール方式の継手が知られてい
る。しかし、この種の継手は実際上その気密性が
いまひとつ十分でなく、また応力腐食割れも生じ
易いという問題を有している。特にこの継手構造
では、シール性を向上させる目的から、当接して
いる雄ネジ部先端面とストツパ部端面にそれぞれ
一定の傾斜をもたせることにより雄ネジ部に押し
上げ力が働くようにし、この押し上げ力により雄
ネジ部側シール構成部を雌ネジ部側に強く押し付
けその部分のシール性を向上させるようにしてい
るが、このような構造で上記押し上げ作用を得る
ためには、雄ネジ部の先端面を相当に強くストツ
パー部の端面に押し当てる必要があり、このた
め、ストツパー部の付根付近に曲げモーメントや
くさび効果による引裂力が働き、この部分が応力
腐食を受け易いという難点がある。 〔問題点を解決するための手段及び実施例〕 本発明はこのような従来の問題に鑑みなされた
もので、応力腐食割れ等の問題を生ずることがな
く、しかも優れた強度及びシール性を有する油井
管用継手の構造を提供せんとするものである。 このため本発明は、第１図に示すように、雄ネ
ジ部先端の管軸方向で凸曲面状に形成されたシー
ル構成部３（外周面部）と雌ネジ部内方のテーパ
状シール構成部４（内周面部）とで主シール部Ｓ
を構成し且つ雄ネジ部１の先端と雌ネジ部内方の
ストツパー部５端面とを突合せた継手構造を採用
するとともに、このような構造において、継手部
各部を次のように構成せしめたものである。 (イ) ネジ部に縮代Δd（＝d1−d2）を設けるととも
に、ネジ部のロードフランク角αを０〜1.1゜に
設定する。 (ロ) 雄ネジ部側シール構成部２の管軸方向での凸
曲面（円弧面）を100mm以上の曲率半径をもつ
て構成せしめるとともに、雌ネジ部側シール構
成部４のテーパ角θを1.0〜4.0゜とする。 (ハ) 雄ネジ部側シール構成部３の外径D1と雌ネ
ジ部側シール構成部の内径D2とをD1＞D2とし
てシール部縮代ΔD（＝D1−D2）を設けるとと
もに、このシール部縮代ΔDを、これによるシ
ール部面圧Ｐが、 （ネジ継手に加わる内圧）＜Ｐ ＜（ネジ継手材料の降伏強さ） となるよう形成せしめる。 (ニ) シール部縮代ΔDとネジ部縮代Δdとの関係を
ΔDΔdとする。 以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。 第１図はカツプリング部材Ｂ（スリーブ継手）
による本発明継手構造の一例を示すもので、カツ
プリング部材Ｂの両端には雌ネジ部２，２が形成
され、これらに管体A1，A2先端の各雄ネジ部１
が接続され継手を構成している。 カツプリング部材Ｂの各継手構造において、雄
ネジ部１先端の外周面はネジ山がない平滑面でし
かも管軸方向で凸曲面状に構成されており、一方
のシール構成部３を形成している。また雌ネジ部
２の内方の内周面はネジ山がない平滑面でしかも
テーパ状に構成され、他方のシール構成部４を形
成している。これら両シール構成部３及び４で主
シール部Ｓが構成される。一方、前記シール構成
部４の端にはストツパ部５が形成され、その端面
５１に雄ネジ部の先端面が当接する。 以上の基本的な構造において、本発明ではネジ
部の構造、主シール部Ｓの構造及びネジ部と主シ
ール部Ｓとの相互関係がそれぞれ特定されてい
る。 まずネジ部に関し、本発明ではこの部分におい
てもシールが形成されるようにするため、（雄ネ
ジ基本径d1）＞（雌ネジ基本径d2）としてネジ部縮
代Δd（＝d1−d2）を設け、さらに、ネジ部を０〜
1.1゜のロードフランク角αをもつて構成せしめて
いる。このロードフランク角αが大きいとネジの
締付時或いは引張荷重下において大きなカツプリ
ング周方向応力が生じ、応力腐食割れを生ぜしめ
る原因を作る。本発明者等の実験によれば、管軸
方向に引張力が働いた場合、上記ネジ部位置での
摩擦係数が0.02以上となると周方向に不都合な応
力が働くことが明らかとなつた。したがつて、こ
の摩擦係数0.02を下回るようにするためロードフ
ランク角はその上限が1.1゜に規制され、０〜1.1゜
の範囲に設定されている。 主シール部Ｓに関し、本発明では雄ネジ部１側
に設けられた凸曲面状のシール構成部３の外径
D1（シール部中央、タンジエントポイントにおけ
る外径）と雌ネジ部２側に設けられたテーパ状の
シール構成部４の内径D2（シール部中央、タンジ
エントポイントにおける内径）とをD1＞D2とす
ることにより、雄ネジ部側にシール部縮代ΔDを
設けているが、さらにこのシール部縮代ΔDを、
これによつて得られるシール部面圧Ｐが次の条件
を満すようにして形成せしめている。 Ｐ＜（ネジ継手材料の降伏強さ） Ｐ＞（ネジ継手内部にかかる圧力） 油井管のネジ継手は数回の締付・締戻しを受け
るため、この繰り返し作業によつてもシール部面
圧が変化せず、常にシール性能が確保される必要
があり、このためシール部面圧Ｐは管体Ａやカツ
プリング部材Ｂの降伏強さより低く抑えられる必
要がある。一方、切削により形成されるシール面
は、ミクロ的に見ると完全に平滑ではなく、凹凸
が存在する。したがつて気密を保持するには、シ
ール部面圧Ｐがネジ継手内部にかかる流体圧力よ
りも大きくなくてはならない。本発明では、この
ような両面を満足するシール部面圧Ｐが得られる
ようそのシール部縮代ΔDが規制される。 この点に関し、本発明者等は次のような実験を
行ない、本発明の上記構成を有する油井管用ネジ
継手では繰り返し使用されてもそのシール効果が
安定して得られることを確認している。即ち、主
シール部Ｓのタンジエントポイントにおける雄ネ
ジ部１側シール構成部３の外径D1と雌ネジ部２
側シール構成部４の内径D2との間でD1＞D2とな
るように構成された全く同じ継手を２本用意し、
これらを各10回締め付け・締め戻して、締め戻し
時にD1及びD2の寸法計測を行なつた。その時の
結果を第２図に示す。尚、上記継手ではD1＞D2
にした結果、主シール部Ｓに締代ΔDが設けられ
ることになつたが、該締代ΔDによるシール部面
圧Ｐは、この継手内部にかかる圧力よりも大きく
且つ該継手材料の降伏強さよりも小さいものであ
り、又この締代ΔDはネジ部に設けられた締代Δd
よりも大きいものにした。更に、締め付け時の締
め付けトルクは、規定トルクの許容範囲下限の80
％（158Kg・ｍ）と上限の120％（240Kg・ｍ）で、
実験を行なつている。 同図によれば、初回の締め付けにより雄ネジ部
１側シール構成部３の外径D1はいずれの締め付
けトルクの場合も2/100mm程度の微少量減少して
いるが、嵌合がなじんだ後の２回目以降略一定と
なり安定する。又雌ネジ部２側シール構成部４の
内径D2については、初回の締め付けでいずれの
締め付けトルクの場合もごく微少量で大きくなつ
ているが、やはりなじんだ後の２回目以降は同じ
く略一定となつて安定する。従つて繰り返し継手
を使用しても２回目以降はΔDが略一定となり、
そのシール効果が一定に維持されることがわか
る。尚、初回の締め付けでD1及びD2が変化する
のは、切削時のシール面にはミクロ的に見て凹凸
が存在するものの、初回の締め付けでその表面粗
さが低減されることによるものと思われる。 さらに、主シール部Ｓを構成する両シール構成
部の構造に関し、まず、雌ネジ側シール構成部４
は1.0〜4.7゜のテーパ角をもつて構成されている。
油井管には内圧だけでなく管自重等により強い引
張力が働き、この引張力は管体の降伏強さに相当
する程度に大きなものとなる場合もある。本発明
者等が検討したところによれば、このような引張
力が加わつた場合、雌ネジ部側シール構成部には
伸びが発生し、雄ネジ部側シール構成部３と雌ネ
ジ部側シール構成部４との位置ずれが生じてシー
ル部面圧を下げてしまうという問題があることが
判つた。このような場合でも適正な接触面圧Ｐを
維持するためには、雌ネジ部側シール構成部４の
テーパ角θは小さい程効果があり、種々の実験に
よりテーパ角が4.7゜以下であれば有効であり、
2.0゜以下であればより有効であることが確められ
た。一方この部分をシール構成部とするためには
一定程度以上のテーパ角θが必要であり、1.0゜が
下限角度とされる。また、このようにテーパ角θ
を小さくすることにより、ネジ継手内部に内圧が
加わつた際、雄ネジシール部が押し上げられるこ
とによりシール部の接触面圧が増加（セルフシー
ル効果）し、気密性がより向上することが確認さ
れている。 次に雄ネジ部側シール構成部３に関し、管軸方
向での凸曲面が100mm以上の曲率半径で構成され
る。上記したようなシール縮代ΔDが一定の場
合、シール部を形成すべき上記凸曲面の曲率半径
が小さい程シール接触面積が小さくなり、接触面
圧が増加するため一見気密性が良くなるようにみ
える。しかし本発明者等が検討したところ、継手
内部に圧力が掛つた場合前述したセルフシール効
果により接触面圧が急増し、シール部が変形し易
いという事実が判明した。このため本発明では、
一定以上のシール接触面積を確保すべくシール構
成部３の凸曲面の曲率半径を所定長さ以上に設定
したものである。本発明者等の実験では、曲率半
径（Ｒ）100mm以上で概ね良好な結果が得られ、
また特に外径60.3φから114.3φのサイズの管体に
あつてはＲ：150〜250mmが最適であることが確め
られた。このようなことから、本発明ではシール
構成部３の凸曲面は100mm以上が曲率半径で構成
される。 以上のようなネジ部及び主シール部それぞれの
構造上の規制に加え、本発明では両部分に形成さ
れるシールの相互関係を規制するものであり、具
体的には主シール部Ｓにおけるシール部縮代ΔD
とネジ部におけるネジ部縮代Δdとの関係をΔD
Δdとする。ネジ部縮代Δdがシール部縮代ΔDよ
り大きいと、ネジ部の干渉によりシール部面圧Ｐ
が設計値より低下してしまうという問題を生ず
る。従来の継手構造では、このような観点からシ
ール部とネジ部に構造上の配慮を加えた例は見当
らず、上記ネジ部の干渉が、主シール部における
シール効果がいまひとつ十分でない一因であつた
と考えられる。本発明はこのような従来考慮の対
象とされていなかつた構造的な要素に着目し、こ
れを規制した点にその特徴の１つを有する。 なお、第１図は、雌ネジ部がカツプリング部材
Ｂである場合について説明したが、カツプリング
部材を用いず管端どうしを直接接続させる形式の
継手についても同様に適用できることは言うまで
もない。 本発明者等は、本発明の構成による油井管継手
の耐圧性能を評価するため、API−RP−37
（Recommended Practice Proof−Test
Procedure for Evaluation of High−Pressure
Casing and Tubing Connection Designs）に準
拠した耐圧性能テストを行ない、下記表に示す結
果を得た。
以上のような本発明の油井管用ネジ継手では、
シール構成部３，４において縮代ΔDにより形成
される主シール部Ｓと、ネジ部縮代Δdにより形
成されるシール部及び雄ネジ部先端とストツパ部
端面との突合せ部に形成されるシール部とにより
その気密性が確保される。そして、このような気
密構造において、雌ネジ部側シール部構成部４の
テーパ角θと雄ネジ部側シール構成部３の凸曲面
率を規制するとともに、シール部縮代ΔDを、こ
れによるシール部面圧Ｐと材料降伏強さ及びネジ
継手に加わる内圧との関係で規制し且つシール部
縮代ΔDとネジ縮代ΔdとをΔDΔdに規制するた
め、主シール部Ｓに高度のシール性を持たせるこ
とができ、またそのシール性能を変化せしめるこ
となく締付け・締戻しによる繰り返し使用を可能
ならしめることができる。さらに本発明の継手で
は、ネジ部をそのロードフランク角αを規制しつ
つ構成せしめることにより、応力腐食割れの原因
となるカツプリング周方向応力の発生が適切に抑
えられる。また、このようなカツプリング周方向
応力の抑制による応力腐食割れ防止効果に加え、
上述したような高度なシール性確保に伴い、互い
に当接する雄ネジ部１先端及びストツパ部５端面
に従来の如き傾斜角を設ける必要がなく、それら
端面の角度を90゜とすることができるため、上記
傾斜角に起因した作用力に基づく応力腐食という
問題を適切に回避できる。
シール構成部３，４において縮代ΔDにより形成
される主シール部Ｓと、ネジ部縮代Δdにより形
成されるシール部及び雄ネジ部先端とストツパ部
端面との突合せ部に形成されるシール部とにより
その気密性が確保される。そして、このような気
密構造において、雌ネジ部側シール部構成部４の
テーパ角θと雄ネジ部側シール構成部３の凸曲面
率を規制するとともに、シール部縮代ΔDを、こ
れによるシール部面圧Ｐと材料降伏強さ及びネジ
継手に加わる内圧との関係で規制し且つシール部
縮代ΔDとネジ縮代ΔdとをΔDΔdに規制するた
め、主シール部Ｓに高度のシール性を持たせるこ
とができ、またそのシール性能を変化せしめるこ
となく締付け・締戻しによる繰り返し使用を可能
ならしめることができる。さらに本発明の継手で
は、ネジ部をそのロードフランク角αを規制しつ
つ構成せしめることにより、応力腐食割れの原因
となるカツプリング周方向応力の発生が適切に抑
えられる。また、このようなカツプリング周方向
応力の抑制による応力腐食割れ防止効果に加え、
上述したような高度なシール性確保に伴い、互い
に当接する雄ネジ部１先端及びストツパ部５端面
に従来の如き傾斜角を設ける必要がなく、それら
端面の角度を90゜とすることができるため、上記
傾斜角に起因した作用力に基づく応力腐食という
問題を適切に回避できる。
第１図は本発明の継手構造の一例を示す説明
図、第２図は繰り返し使用時の継手シール部にお
ける寸法変化を示すグラフ図である。 図において、１は雄ネジ部、２は雌ネジ部、
３，４はシール構成部、５はストツパ部、A1，
A2は管体、Ｂはカツプリング部材、Ｓは主シー
ル部である。
図、第２図は繰り返し使用時の継手シール部にお
ける寸法変化を示すグラフ図である。 図において、１は雄ネジ部、２は雌ネジ部、
３，４はシール構成部、５はストツパ部、A1，
A2は管体、Ｂはカツプリング部材、Ｓは主シー
ル部である。
Claims (1)
- １ 雄ネジ部先端の管軸方向で凸曲面状に形成さ
れたシール構成部と雌ネジ部内方のテーパ状シー
ル構成部とでシール部を構成し且つ雄ネジ部先端
と雌ネジ部内方のストツパー部端面とを突合せて
なる構造のネジ継手において、ネジ部に縮代Δd
を設けるとともに、該ネジ部を０〜1.1゜のロード
フランク角をもつて形成し、前記雄ネジ部側シー
ル構成部の凸曲面を100mm以上の曲率半径で構成
せしめるとともに、雌ネジ部側シール構成部を
1.0〜4.7゜のテーパ角をもつて構成し、且つ雄ネジ
部側シール構成部外径D1と雌ネジ部側シール構
成部内径D2とをD1＞D2とすることによりシール
部縮代ΔDを設けるとともに、このシール部縮代
ΔDを、これによるシール部面圧Ｐが、（ネジ継
手に加わる内圧）＜Ｐ＜（ネジ継手材料の降伏強
さ）となるよう形成せしめ、さらにシール部縮代
ΔDとネジ部縮代ΔdとをΔDΔdとなるよう構成
せしめたことを特徴とする油井管用ネジ継手。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59125346A JPS616488A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 油井管用ネジ継手 |
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| US06/647,677 US4623173A (en) | 1984-06-20 | 1984-09-05 | Screw joint coupling for oil pipes |
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| GB08423055A GB2160609B (en) | 1984-06-20 | 1984-09-12 | A screw joint coupling for oil pipes |
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| FR8414295A FR2566505B1 (fr) | 1984-06-20 | 1984-09-18 | Raccord visse pour canalisations d'huile |
| IT48869/84A IT1179428B (it) | 1984-06-20 | 1984-09-18 | Perfezionamento nei giunti a vite, ad esempio per condutture di petrolio |
| IN709/MAS/84A IN162725B (ja) | 1984-06-20 | 1984-09-18 | |
| DE3434763A DE3434763C2 (de) | 1984-06-20 | 1984-09-21 | Schraubkupplung für Ölfeldrohre |
| BR8405288A BR8405288A (pt) | 1984-06-20 | 1984-10-19 | Engate de juncao de rosca para canos de oleo |
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|---|---|---|---|
| JP59125346A JPS616488A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 油井管用ネジ継手 |
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|---|---|
| JPS616488A JPS616488A (ja) | 1986-01-13 |
| JPH0231271B2 true JPH0231271B2 (ja) | 1990-07-12 |
Family
ID=14907839
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|---|---|---|---|
| JP59125346A Granted JPS616488A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 油井管用ネジ継手 |
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| JP (1) | JPS616488A (ja) |
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| DE (1) | DE3434763C2 (ja) |
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| GB (1) | GB2160609B (ja) |
| IN (1) | IN162725B (ja) |
| IT (1) | IT1179428B (ja) |
| MX (1) | MX160640A (ja) |
| NO (1) | NO167526C (ja) |
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