JPS60238738A - 油井管継手の締付試験法及び締付試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下から産出される天然ガスや原油を採取す
るために、地中深く竪て込まれる油井管の継手部分の締
付試験法及び締付試験装置に関するものである。

（従来の技術〕 原油を産出する井戸の深さは、数１０００ｍにおよび、
近年その深さは更に増大して１００００ｍにも達する傾
向にある。このような井戸に竪て込まれる油井管は実大
な数にのぼるが、これらは総て管継手によって一連に接
続される。かかる管継手に対しては、各種の苛酷な力が
作用する。まず第１に管や管継手自体の重量が集積され
た軸方向の引張力、第２に土圧により外周面への圧縮力
、第３に内部流体による内周面への押圧力その他である
。

内周面への押圧力は、通常、４００〜２０００ｋｔｒｆ
　／ａ（６０００〜３００００Ｐｓｉ）の高圧である。

これらの力は、井戸の深化に伴って一層苛酷なものとな
ることはいうまでもない、このように次第に増大する苛
酷な条件下で使用し得番管継手にあっては、強大な引張
荷重に耐え得ること及び確実な気密的シール性を保持で
きることが非常に重要である。それで、従来にあっては
、継手部分のねじ構造（ねじの形状、傾斜角度、高さ２
幅など）を改良することにより、強大な引張荷重に耐え
得る管継手を実現している。またメタル対メタルシール
部を形成し、高面圧を得ることにより、確実な気密的シ
ール性を確保するようにしている。

しかしながら、実際の管継手にあっては、高面圧とする
ことにより、ねじ部およびメタル対メタルシール部にお
いて、「焼付」や「むしれ」などの問題（以下は、総称
して「焼付」という）があった、「焼付」が発生すると
、該部分のシール性が損なわれることは周知の事実であ
る。この「焼１　付」の問題を解決するために、従来は
、メタル対メタルシール部に表面処理を施している０表
面処理方法としては、化成処理被膜としての燐酸Ｚｎ。

燐酸ＭｎおよびＺｎ、　Ｃｕ等のメッキ、更にはサンド
ブラスト等が用いられている。

ところで、このような苛酷な条件下で使用される管継手
にあっては、実際の使用条件と同じ条件か若しくはそれ
以上の苛酷な条件に耐え得るものでなければならないこ
とは、上述のことから明らかである。それで、従来にあ
っては、実際に施した表面処理剤の焼付を防止する効果
が、どの程度の高面圧まで発揮されているかを評価する
試験が行われている。すなわち、表面処理剤と焼付との
関係を評価する試験が行われている。

（発明が解決しようとする問題点・） 従来の油井管において行われている焼付評価試験は、単
に締付試験（パワータイト試験）を繰り返して行うもの
である。このような締付試験では、締付による圧縮応力
が雄ねじ部を有する管の材料強度以上になると、該管が
降伏して縮径し、更に締め込み（回転量を増加）を行っ
ても、面圧の増加は得られず、また焼付を発生させるこ
とができず、信頼できる試験がなされないという欠点が
あった。即ち、正確なデータが得られず、表面処理剤の
優劣の評価を行うことができなかった。

「発明の構成Ｊ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は従来の前記欠点に鑑みてこれを改良除去したも
のであって、メタル対メタルシール部を有する油井管用
のねじ継手にあって、雄ねじを刻設した管端部の管内部
へ、テーパ一部と螺子部とを形成した中心軸を嵌挿する
と共に、前記テーパ一部へ割リングを外嵌し、押さえリ
ング等を介して前記中心軸の螺子部へ螺合させたナツト
等で前記割リングを押圧することにより、該割リングを
前記管端部の内周面へ密着させて該管端部の圧縮塑性変
形を防止するようにし、このような状態で継手の締付試
験を行うようにしたことで、表面処理剤の耐焼付性能を
定量的に判別することのできる締付試験法を提供せんと
するものである。

また本発明にあっては、上記締付試験を実現するために
、テーパ一部と螺子部とを有する中心軸と、前記テーパ
一部へ外嵌された割リングと、前記螺子部へ蝮着された
ナンドと、前記割リングとナツトとの間に配された押さ
えリングとよりなる締付試験装置を開発した。

以下は本発明の締付試験法及び締付試験装置を図面に示
す実施例に基づいて説明する。

〔実施例〕

第２図はカンプリング式継手の実施例を示すもので、第
３図は管ｌの先端部を示す断面図、第４図はカップリン
グ２の上記管先端部に対応する部分を示す断面図である
。同図に示す如く、管ｌには雄ねじ３が刻設され、雄ね
じ３が切止められた先にテーパー状の外周面４ａを有す
るリップ部４が形成され、その先は端面５となっている
。これに対応してカップリング２には、雌ねじ６が刻設
され、雌ねじ６が切止められたところより内奥に、リッ
プ部４のテーパー状外周面４ａに対応するテーパー状の
ねじ無し内周面７が形成され、その先は肩部側面８とな
っている。

本実施例にあっては、このようなカップリング式継手に
あって、第１図に示す如く、管１の先端部の内部へ締付
試験装置９を装着している。締付試験装置９は、テーパ
一部１０と螺子部１１とを有する中心軸１２と、前記テ
ーパ一部１０へ外嵌された割リング１３と、前記螺子部
１１へ螺着されたナフト１４と、前記割リング１３とナ
ンド１４との間へ遊挿された押さえリング１５とで構成
されている。前記割リング１３は、第５図に示す如く、
分割溝１６と、後端面（第１図の右側端面）の三個所位
置に凹部１７を有している。また押さえリング１５は、
第６図に示す如く、割リング１３の凹部１７に対応して
先端面（第１の左側端面）の三個所位置に凸部１８を有
している。これらの凹部１７と凸部１８とは、中心軸１
２へ装着された状態にあってそれぞれが嵌合し、ナツト
１４の螺着時に、押さえリング１５と割リング１３との
間で涜りが行われないようになされている。

〔作用〕

次に、上述の実施例に基づいて、本発明の締付試験方法
並びに締付試験装置９の動作態様を説明する。

まず、中心軸１２のテーパ一部１ｏに割リング１３を外
嵌し、次に押さえリング１５を遊挿する。そして、平座
金１９（第１図参照）を介してナツト１４を中心軸１２
の螺子部１１へ螺着する。このような状態で、締付試験
装置９を雄ねじ３の形成された管１５の端面５側からそ
の内部へ装着する。然る後は、ナツト１４を端金調節し
、押さえリング１５を介して割リング１３をテーパ一部
１ｏの傾斜に沿って第１図の左方向へ拡開摺動させる。

この摺動により、割リング１３はその外周面１３ａが管
１の内周面１ａへ密着するようになる。

このような状態で、カップリング２と管１とを炊合させ
、締付試験を行う、試験は、管１のリップ部外周面４ａ
とカップリング２のねじ無し陛周面７とが面接触して摺
動す゛る距離を段階的に増加させ、増加の度ごとに締戻
しを行い、メタル対メタルシール部の焼付発生状況を観
察して行った。ここにおいて、摺動距離とは、雄ねじ３
と雌ねじ６のリード角に沿ってリップ部外周面４ａ若し
くはねじ無し内周面７の噛み込み開始点がスパイラル状
に摺動する距離のことである。この摺動距離を増加させ
るということは、ねじ無し内周面７がリップ部外周面４
ａを径方向へ圧縮するしめ代を変えるということであり
、該面接触部の面圧を増加させることになる。つまり、
メタル対メタルシール部の面圧を増加させるものである
。なお、リップ部外周面４ａとねじ無し内周面７のテー
パー角を変更することも、これらの接触面圧を増減させ
る要因ではあるが、この要因は、摺動距離に対する接触
面圧の増減率を変化させるというものであり、結局は、
摺動距離によって面圧を増加させることが可能である。

上述の締付試験にあって、本実施例の締付試験装置９は
、管１のリップ部４が圧縮塑性変形するのを防止する。

このため、ある接触面圧において、リップ部外周面４Ｂ
とねじ無し内周面７との間のメタル対メタルシール部に
必ず焼付の発生が生じる。

本発明は、この焼付発生時の接触面圧を調べることで、
メタル対メタルシール部に施した表面処理剤の耐焼付性
能を定量的に評価せんとするものである。

第７図乃至第９図は、表面処理方法を変えて上述の締付
試験を行い、これを従来の場合と比較した結果を示すも
のである。試験は、それぞれの表面処理方法についてリ
ップ部外周面４ａ及びねじ無し内周面７のテーパー角を
変更して行った。第７図は、管１のリップ部外周面４ａ
を切削により表面粗さが３−３となるべく仕上げ、また
ねじ無し内周面７へ１０μ稲の厚みでＣｕメッキした表
面処理の結果を示すものである。また第８図は、リップ
部外周面４ａをサンドブラストで１０〜１５μ積に仕上
げ、ねじ無し内周面７を１０μ請の厚みでＣｕメッキし
た表面処理の場合の結果、第９図はリップ部外周面４ａ
及びねじ無し外周面７ともにサンドブラストで１０〜１
５μｍに仕上げ加工した場合の結果を示すものである。

この第７図乃至第９図の結果からも明らかなように、本
発明に係る各実施例の試験結果では、焼付発生と接触面
圧との関係が定量的である。これに対して、従来技術の
ものは、いずれの場合も焼付発生はなく、表面処理剤の
耐焼付性能に対する評価を行い得ないものである。これ
は、締付時の圧縮応力によりリップ部４が圧縮塑性変形
を起こしているからに他ならない。

ところで、本発明の技術は上述のカップリング式継手に
のみ適用されるものではな（、管どうし　゛を直接接続
するいわゆるインテグラル式継手の場合でも適用可能で
ある。

ｒ発明の効果Ｊ 以上説明したように本発明によれば、メタル対メタルシ
ール部を有する油井管用のねじ継手にあって、上記シー
ル部の焼付発生状況および上記シール部に施した焼付防
止のための表面処理剤の耐η 焼付性能を定量的に評価することができ、要求に応じた
この種継手の設計製造が容易である。また実用に供され
るねし継手にあっては、従来、雄ねじ側の管端部が圧縮
塑性変形した状態で、表面処理剤の耐焼付性能などを評
価しているのに対し、本発明では、圧縮塑性変形しない
状態で耐焼付性能を評価しており、実際に供されている
ねじ継手のものよりもさらに厳しい評価が行え、高い信
頼性を保障することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の締付試験装置をカップリング式継手に
装着した状態を示す縦断面図、第２図はカップリング式
継手を示す半断面図、第３図は管の雄ねじ部分を示す縦
断面図、第４図はカップリングの雌ねじ部分を示す縦断
面図、第５ＷＪは締付試験装置の割リングを後端面側か
ら見た斜視図、第６図は同装置の押さえリングを先端面
側から見た斜視図、第７図乃至第９図はそれぞれ表面処
理剤を変えて本発明の試験方法と従来の場合とを比較し
た結果を示す図面である。 ３・・・雄ねじ　１・・・管 １０・・・テーパ一部　１１・・・螺子部１２・・・中
心軸　１３・・・割リング１５・・・押さえリング　１
４・・・ナツト９・・・締付試験装置 特許出願人　住友金属工業株式会社 代　理　人　弁理士　内田敏彦 第２図 第３図 第７図 櫂勧距難ｘ　６６．７　ｍｍ 第８図 一一一一一　従来方承　Δ、・、■　・　鮎鵜支摺動距
ｍ１ｌｌ　Ｘ　６６．７　ｍｍ 第９図 一一一一一　夜来方法 摺勅距亀ｘ　６６．７ｍｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メタル対メタルシール部を有する油井管用のねし継
   手にあって、雄ねじを刻設した管端部の管内部へ、テー
   パ一部と甥子部とを形成した中心軸を嵌挿すると共に、
   前記テーパ一部へ副リングを外嵌し、押さえリング等を
   介して前記中心軸の甥子部へ蝙合させたナツト等で前記
   割リングを押圧することにより、該割リングを前記管端
   部の内周面へ密着させて該管端部の圧ｗｉ塑性変形を防
   止するようにし、このような状態で継手の締付試験を行
   うようにしたことを特徴とする油井管継手の締付試験法
   。 ２、テーパ一部と螺子部とを有する中心軸と、前記テー
   パ一部へ外嵌された割リングと、前記甥子部へ頓着され
   たナツトと、前記副リングとナンドとの間に配された押
   さえリングとより成る油井管継手の締付試験装置。