JPH0579583A

JPH0579583A - 管継手

Info

Publication number: JPH0579583A
Application number: JP3099293A
Authority: JP
Inventors: Richard Werner Delange; ワーナーデラングリチヤード; Merle Edward Evans; エドワードエヴアンスマール; Donna Saunders Anderson; サーンダーズアンダーソンドナ
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1993-03-30
Also published as: EP0454148A3; CA2041346A1; EP0454148A2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】この型式の機械的継手に最近発達した一層厳
しい試験に合格するように設計された管継手を提供す
る。【構成】コネクタの最も外側の領域に設けられ、高い
外部圧力又は内部圧力をシールしない直角または直角に
近いトルク肩３，４（製造公差内で５°以下のわずかな
逆角度を含む）を特徴とする、管ケーシング用の面一又
は面一に近い連結部のコネクタが開示される。隣接した
半径方向の締り嵌めシール５，６は、押し潰し圧力に対
してシールするが、ボッツス１とピンのねじ山内の高い
隙間圧力をシールしないように設計される。コネクタ
は、フック付ねじ山形状で互いに保持され、隙間圧力が
ピンとボックスのねじ山７，８の間を通るとき、継手の
機械的一体性を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、石油・ガス産業にお
いて広く用いられるねじ継手に関する。

【０００２】

【従来の技術／発明が解決しようとする課題】石油・ガ
ス産業は、天然ガスの備蓄のためますます深く掘り続け
ている。より深くなることは、より高い圧力と機械的高
負荷を意味する。それはまた、油井の全深さに到達した
とき必要な内径が得られるように、油井をますます大き
い外径のケーシングを用いて造らなければならないこと
を意味する。空間を最小にするのに用いられた１つの方
法は、ケーシングストリングの巻上装置が、出来るだけ
流線形であるコネクタを使用することである。

【０００３】これらの薄いコネクタは、良好な隙間特性
を有するが、より嵩張る連結コネクタが有する強度を欠
く。この理由のため、これらの面一又は面一に近い外径
のコネクタについて疲労がしばしば生じた。この型式の
疲労は、極めて高価なことがある。最近、生産者は、か
かる深い環境について設計を認可する前に、極めて厳し
い性能確認を要求している。試験範囲の最近の追加の１
つは、ピン端とボックス端の間に隙間ガス圧の導入を要
求し、引張又は圧縮のような、加えられた機械的負荷と
の組合せで、機械的初期疲労なしに互いに保持するコネ
クタの能力を評価することである。最近利用できる面一
又は面一に近いコネクタの設計は、この試験を満たす問
題がある。なぜなら、すべての設計が、「負の角度」で
生じる外部トルク肩を組込んでいるからである。「負の
角度」は、コネクタの方に逆戻りするものである。これ
らの「トラップ角度」を使用する肩は、通常コネクタ内
にガス圧力を効果的に閉じ込めるので、圧力がボックス
部材を膨張させる程に高まり、「ジャンプアウト」やピ
ンねじ山の外れを起こす。これらのコネクタのあるもの
は、「フック付ねじ山」（山の頂が隣接する谷底に重な
る）を使用するが、係止形式のねじ山でさえも、圧力が
ある点以上になると、負の肩角度を有する薄いコネクタ
のボックスとピンを互いに保持するのに十分ではない。

【０００４】この問題を扱い逆の肩を依然有する１の仕
方が米国特許第3,359,013 号に開示されている。この特
許は、隣接したテーパのほぼ半径方向の締り嵌めシール
を有し、形状が截頭形( すなわち、逆の角度) である外
部トルク肩を示す。ねじ山は通常の截頭バットレス型す
なわちフック無しのねじ山として示される。この特許
は、ガスの閉じ込め問題は、逆角度のトルク肩で起こる
ことを言及している。これらの閉じ込められたガスは、
ピン・ボックスの機械的疲労を引き起こす。解決法とし
て、この特許は、ガスの逃げ通路として肩を横切る溝を
組み込むことによって、逆角度のトルク肩のシール能力
を破る手段を教示する。この文献は更に、ガスの逃げを
助けるように半径方向のシール要素に溝を加えることも
教示する。シール溝は商品化されなかった。製造上及び
溝が継手の結合及び取り外しにより損傷を受けるならば
関係するメンテナンス上の幾つかの困難がある。

【０００５】米国特許第1,927,656 号は、フック付ねじ
山形状を使用しないねじ継手を示す。この特許は、隣接
した僅かに傾斜したシールを有する外部肩を開示する。
この文献は、ねじ山を通るガスが継手を傷付けることを
教示し、米国特許第1,927,656 号の請求の範囲に提案さ
れた設計は、ガスを設計によりねじ山から排除すること
により、ねじ山を通るガスによる継手疲労の問題を克服
する。

【０００６】本発明の装置は、この型式の機械的継手に
最近発達した一層厳しい試験に合格するように設計され
た。この設計は、平らな、すなわち直角の肩面、或いは
継手の長さ方向軸線から大きい角度に配置された肩面を
特徴とする。直角肩の基準は、機械公差を有することが
理解される。従って、５°以下のわずかに負の角度でさ
え、所望の目的を達成するだろう。肩面により、圧力が
フック付ねじ山を損傷するほど厳しいレベルに達する前
に、ガス圧力をコネクタの外に逃がすことができる。肩
は、継手に一緒にトルクが加えられるとき、発生する支
持圧力によりシールをおこなう。しかし、肩のこの支持
圧力は、継手内部に生じる高い圧力をシールするのに十
分ではなく、肩は、結局、油井の輪の中にガスを洩ら
す。

【０００７】この発明の他の特徴は、管コネクタの外側
に存在する圧力（押潰し圧力）に対して圧力を完全に維
持することにある。肩はかかる圧力に対してシールする
ようになっておらず、従って、本発明は、肩に隣接して
配置されたシール要素を有し、一方がピンに、他方がボ
ックスにある２つの半径方向に係合する合わせ面でシー
ルが行われる。好ましくは、締り嵌めがシールを得るよ
うに形成され、ボックスの外部に外部圧力が加えられる
とシールが締まり、これにより、管に加わる押し潰し圧
力をシールすることができる。同時に、ねじ山の間の隙
間圧力は外部に逃げることができる。というのは、外部
圧力がシール要素を高めるとき、隙間圧力はシール要素
を高められないからである。

【０００８】本発明の所望の特徴は、フック付ねじ山の
使用によって、互いに係止された位置にピンとボックス
が維持されることにある。これにより、ピンとボックス
のねじ山の間に入り込む隙間圧力が、コネクタの一体性
が危険にさらされる前に、逃げることができる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】コネクタの最も外側の領
域に設けられ、高い外部圧力又は内部圧力をシールしな
い直角または直角に近いトルク肩（製造公差内で５°以
下のわずかな逆角度を含む）を特徴とする、管ケーシン
グ用の面一又は面一に近い連結部のコネクタが開示され
る。隣接した半径方向の締り嵌めシールは、押し潰し圧
力に対してシールするが、ボッツスとピンのねじ山内の
高い隙間圧力をシールしないように設計される。コネク
タは、フック付ねじ山形状で互いに保持され、隙間圧力
がピンとボックスのねじ山の間を通るとき、継手の機械
的一体性を維持する。

【００１０】

【実施例】図１及び図２を参照すると、ボックス部材１
及びピン部材２が、軸線９を形成する管端に機械加工さ
れている。油田で使用するための管は、典型的には、一
端にピン部材、他端にボックス部材を有するねじが加工
されている。継手が図１に示すように組立られたとき、
ボックス１の肩４はピン２の肩３と接触する。ボックス
１のシール要素５が、ピン２のシール要素６と締り嵌め
を形成する。面５と６との締り嵌めは、外部流体圧力に
対する漏れのないシールを形成する。

【００１１】ボックス１の肩４は、ボックス１とピン２
との連結部の軸線９に対して角度Ａをなす。角度Ａの好
ましい角度は９０°であるが、軸線９から８５°から約
１１０°まで変化しても良い。５°以下のわずかに逆の
角度でも、所望の目的を達成し、この継手を先行技術と
区別する。ピン２の肩３は、管の軸線９に対してある角
度をなし、この角度は、ボックスの肩４に関する角度Ａ
と同じか又は大きい。実際上、角度Ａは、肩３と４の材
料の摩擦角以下でなければならない。角度Ａが大きくな
ればなるほど、肩３と４の最初の係合の後の追加のねじ
りにより、シール面５と６を半径方向に離す傾向があ
り、外部圧力に対するシールを効果的でなくする。角度
Ａが８５°以下になると、肩３と４は、図３に示すねじ
山の隙間１２、１３及び１４を通る内部圧力に対してシ
ールする。薄肉のライナー型連結に特に良く適合する、
本発明の継手の所望の特徴は、肩３と４がねじ山の隙間
１２、１３及び１４の圧力に対するシールを形成しない
ことにある。

【００１２】肩３と４は、ねじ山の隙間内の低い圧力に
対するシールを形成する。しかし、低い圧力でさえも、
ボックス１をピン２から半径方向外方に膨張させる。そ
こでこれを防ぐために、ねじ山７と８は、連結部の軸線
９に垂直に形成された線に対して角度Ｂをなす負荷支持
フランク１０と１１を有する。角度Ｂは、０°以上２５
°までが良いが、通常、５−１５°の範囲にある。片側
又は両側で係合する任意の係合ねじ山が適用できる。角
度Ｂは、山の頂１５がねじ山８の谷底１６に張り出す仕
方で向けられることが図３でわかる。この型式のねじ山
は、フック付ねじ山と呼ばれる。流体圧力がねじ山の隙
間１２、１３及び１４に現れる場合に、ねじ山のフック
角度は、圧力が肩３と４及びシール面５と６を横切って
抜ける程大きくなるまで、ピン２とボックス１が離れる
のを阻止する。ねじ山７と８は、軸線９に平行に加工し
ても良く、或いは、軸線９に対して傾斜してもよい。ね
じ山は、互いに軸方向に離され、異なる径に加工して２
段のねじ山を形成する２組の異なるねじ山を使用する仕
方で加工しても良い。２組のねじ山は、軸線９に対して
平行に、或いは軸線９に関して傾斜し、或いは一方が直
線他方が傾斜の組合せに加工しても良い。谷底１６と山
の頂１５は、管の軸線に平行でも、ねじ山と同じ傾斜角
でも、その他の角度でも良い。隙間１２、１３及び１４
は、無しでも、締り嵌めでも、丁度接触するのでも、図
３に示すように隙間でも良い。

【００１３】シール面５と６は、軸線９に対して傾斜す
るのが好ましいが、平行でも良い。軸線９に対する面５
と６の角度は、０°から２０°或いはそれ以上まで変化
しても良い。シール面５と７は、球形でもよく、必ずし
も直線でなくても良く、或いは、一方の面が直線で一方
が僅かに球形の組合せでも良い。シール面５と６の軸方
向長さは、大きく変化しても良く、依然として所望の機
能を果たす。ピンのシール面６は、ボックスの面５より
も僅かに大きい直径に加工され、連結部が組立られたと
き、２つの面の間に締り嵌めを形成する。組立てたピン
２とボックス１は、それらの間の内部シールが、継手内
の内部圧力を保持する上で役立ち、継手内の圧力がねじ
山形状に到らないようにするのを助ける特徴がある。

【００１４】本発明は、ボックスの外径１７が管の外径
１８と同じである平らな端を有する管の連結、又はボッ
クス連結部の外径が管の外径１８よりも僅かに大きい平
らな端管のボックスの連結、或いは、膨径端を有する管
のねじ連結、又は両端にピン連結部がねじ加工され、両
端にボックス連結部がねじ加工されたカップリングで互
いに連結される管のねじ連結に適用できる。この状況に
おいて、カップリングの外径１７は、管外径１８でもよ
く、これと異なっても良い。本発明は、両端にピン連結
部がねじ加工され、両端にボックスねじ山が加工された
カップリングで互い連結する管に用いることができ、こ
の外径１８と内径１９は、ボックスがねじ加工される管
と同じでなくてもよい。

【００１５】発明の前述の開示及び説明は、例示及び説
明のためのものであり、寸法、形状及び材料、並びに図
示した構成の詳細の種々の変更は、発明の精神から逸脱
することなく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】完全に組立てた継手の立面断面図である。

【図２】継手の外部肩とシール領域に重きを置く、図１
の詳細図である。

【図３】図１に示すねじ山形状の詳細図である。

【符号の説明】

１ボックス２ピン３、４肩５、６シール面７、８ねじ山９軸線１０、１１負荷フランク１２、１３、１４隙間１５山の頂１６谷底１７ボックスの外径１８管の外径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドナサーンダーズアンダーソンアメリカ合衆国テキサス州 77072 ヒユーストンベルグレン 7202

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピン・ボックス部材を有するねじ付管継
手であって、組立てたピン・ボックスの長さ方向軸線から少なくとも
８５°の角度に配置されたボックスの外部肩と、前記ボックス肩にほぼ平行にピンに配置され、継手の組
立の際、前記ボックス肩に係合する肩とを備え、ねじ山形状を有する形成された前記ピン・ボックスは、
更に、谷底と、山の頂と、各々の谷底及び山の頂のそれぞれの側に配置された引張
フランク及び圧縮フランクとを備え、前記山の頂は、一部が前記谷底に張り出し、一方が前記ピンに配置され他方が前記ボックスに配置さ
れた一対の合わせ面を更に備え、ピンがボックスに係合
するとき、前記両合わせ面は前記肩と前記ねじ山形状の
間にそれぞれ設けられ、前記合わせ面は、継手が組立ら
れるとき通常係合状態にあり、これによりシールを形成
し、前記合わせ面の少なくとも一部が、前記ねじ山形状
内の隙間圧力によって選択的に係合を外すことができ、
前記ピンとボックスの前記ねじ山形状は係合し続ける、
ねじ山付管継手。
【請求項２】前記合わ面は、継手に加えられた外部圧
力に応じてシール圧力が増大するように配置された、請
求項１に記載の装置。
【請求項３】前記肩は、継手の長さ方向軸線から測定
するとき、９０°から９０°にピンとボックスの材料の
摩擦角を加えた角度の間の角度に配置される、請求項２
に記載の装置。
【請求項４】前記合わせ面は、継手の長さ方向軸線に
対して０°から２０°の角度に配置される、請求項３に
記載の装置。
【請求項５】前記合わせ面は、締り嵌めで連結され
る、請求項４に記載の装置。
【請求項６】前記合わせ面は直線である、請求項５に
記載の装置。
【請求項７】前記合わせ面は球形である、請求項５に
記載の装置。
【請求項８】前記合わせ面の一方が直線であり、他方
が球形である、請求項５に記載の装置。
【請求項９】前記ねじ山形状は、前記軸線に対して傾
斜している、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】前記ねじ山形状は、前記軸線に対して
平行である、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】前記ねじ山形状は、軸方向に変位した
位置に位置決めされる、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】前記ねじ山形状は、前記軸線に対して
傾斜している、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】前記ねじ山形状は、前記軸線に対して
平行である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】一方のねじ山形状が平行であり、他方
が前記軸線に対して傾斜している、請求項１１に記載の
装置。
【請求項１５】前記谷底と山の頂が前記ねじ山形状と
同じ角度に配置される、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】前記谷底と山の頂が前記ねじ山形状と
異なる角度に配置さる、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】前記谷底と山の頂が前記ねじ山形状と
同じ角度に配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】前記谷底と山の頂が前記ねじ山形状と
異なる角度に配置さる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】ボックス・ピンの肩が組立てたピン・
ボックスの長さ方向軸線から少なくとも９０°の角度に
配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】ボックスとピンの間に内部シールを更
に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】ボックスとピンの間に内部シールを更
に備える、請求項１９に記載の装置。