JPS60241596A - 油井管用管継手 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、地下から産出されてくる天然ガスや原油を採
取するために、地中深く竪で込まれる油井管の管継手に
関し、特に耐引張強度に優れた管継手に関するものであ
る。

原油を産出する井戸の深さは、数１　、０００ｍに及び
、近年その深さは更に増大して１０，０００−にも達す
る傾向にある。このような井戸に竪で込まれる油井管の
本数は膨大な本数にのぼるが、これらは総て管継手によ
って一連に接続される。管継手に対しては、各種の苛酷
な力が作用する。第１に、一連に接続された管や管継手
の本体部等の自重の集積による軸方向の引張力、第２に
、土圧力等による外周面への圧縮力、第３に、内部の流
体による内周面への押圧力その他である。これらの力は
、井戸の深化に伴なって一層苛酷なものとなることはい
うまでもない。斯る苛酷な条件下におかれる管継手に対
して要求される最重要事項は、強大な引張荷重によく耐
えること、確実な気密シール性を保持することの２点で
ある。この要求に応ずべく、管継手に関する多くの提案
が従来なされてきた。

［従来の技術］ 従来の管継手のうち、最も基本的なものは第３図に示す
如くである。

第３図に示すライナー油井管の管継手は、油井管本体３
の左端に形成された雌継手部１と、この雌継手部１に螺
合するように油井管本体３′の右側に形成され雄継手部
２とによって構成される。

雌継手部１の内周には、左端寄りから軸線方向の奥に進
むに従い、適宜のテーバをもって内径が減少するバット
レス型の雌ねじ１ｄが刻設され、雌ねじ１ｄが切り止め
られた部分より以奥には、雌ねじ１ｄに続いてテーバ状
のねじ無し部があり、このねじ無し部の内周面が内周シ
ール面１Ｃとなっている。

内周シール面１Ｇの最内奥端は、軸線方向に突出した肩
部１ｂによって終止されている。更に、雌継手部１の雌
ねじ１ｄが切り込まれる部分より先端には、ねじの無い
口部１ａが形成されている。口部１ａの内周面はテーバ
状の内周シール面１ａ’となっており、口部１ａの先端
面は先端シール面１ａ’となっている。

他方、雄継手部２の外周には、右側先端寄りから軸線方
向の元部に進むに従い外径が拡大するように、前記雌ね
じ１ｄに対応して螺合関係を得るべき雄ねじ２ｄが刻設
され、雄ねじ１ｄが切り止められた部分より元部寄りに
は、雄ねじ１ｄに続いてテーバ状のねじ無し部があり、
このねじ無し部の外周面が前記内周シール面１ａ’に対
応する外周シール面２Ｃとなっている。外周シール面２
Ｃの元部は、半径方向に突出した肩部２ｂによって終止
され一１肩部２ｂの側面は前記先端シール面１ａ’に対
応する突当シール面２ｂ’となっている。更に、雄継手
部２の雄ねじ２ｄが切り込まれる部分より先端には、ね
じの無い口部２ａが形成されている。口部２ａのテーバ
状の外周面は、前記内周面１Ｃに対応する外周シール面
２ａ’が形成されている。そして、雌継手部１と雄継手
部２との螺合状態が強力に締め付けられた場合に、対関
係となる各シール面はそれぞれ互に当接して金属面対金
属面になる気密的シール状態が得られ、雌継手部１の内
奥寄りの内周シール面１Ｃと雄継手部２の内周シール面
２ａ’により内周シール部４が形成されると共に、雌継
手部１の口部寄りの内周シール面１ａ’と雄継手部２の
外周シール面２Ｃにより外周シール部５が形成され、更
に、雌継手部１の先端シール面１ａ’と雄継手部２の突
当シール面２ｂ’とにより肩シール部６が形成される。

油井管用管継手は上述の如くであるから、管継手に要求
される前記最重要事項の耐引張強度とシール性は、結局
、雌継手部１と雄継手部２とのねじ螺合によって確保さ
れるものであり、この螺合間係に障害が発生すると前記
最重要事項は二つとも全うすることができないものとな
る。ところが従来の管継手は、これが地下深く竪で込ま
れると、前述の如く巨大な引張力が作用することによっ
てねじ部に変形を生じ、ややもすると雄継手部２が雌継
手部１から脱却するおそれさえ発生していた。

このような障害について第４図に示す雄ねじ２ｄ’及び
雌ねじ１ｄ’の１組のねじ山に作用する力関係に基づい
て、説明する。即ち、雄継手部２に白抜き矢符方向の引
張力Ｐが作用すると、雌継手部１の雌ねじ山１ｄ’と雄
継手部２の雄ねじ山２ｄ’とが接するねじ斜面の点Ｏに
は、雌ねじ山１ｄ’について、ねじ斜面の鉛直方向にｆ
の力が作用する。この力ｆは軸線方向の力ｆ１と軸線に
垂直な方向の力ｆ２との２分力として作用する。そして
、分力ｆ２は雌継手部２を拡径するように作用する。雌
継手部１の螺合している総ての雌ねじ山１ｄ’にはこの
分力ｆ２が作用しているから、分力ｆ２により発生する
拡径歪みが先端部寄りに累積され、そのため該雌継手部
１の口部１ａ寄りは大きく拡径されるのである。前記ね
じ斜面の点Ｏに反力として作用する力ｆ′は、雄ねじ山
２ｄ’についても同様であり、それらに関する力の作用
については破線で示した。雄継手部２には、軸線方向の
分力ｆｔ２が作用して縮径現象が発生する。雄継手部２
の縮径現象及び雌継手部１の拡径現象の相乗的な作用は
、螺合関係を緩くさせ、ねじ山自体の強度は勿論のこと
管継手全体の耐引張強度も低下させ、同時にシール性も
悪化させる。その結果、従来の管継手にあっては、継手
効率（継手効率とは、継手の危険断面積を管本体断面積
で除した値をいう）により自ずと決定される管継手の所
定耐引張強度より小さな引張荷重が作用した場合でも雄
継手部２が雌継手部１から脱却して油井管を油井深部ま
で落下させることがあり、油井管の接続が極めて困難な
ことから油井を廃坑しなければならない最悪の事態を招
くことがある。

［本発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上述した管継手が有する欠点に鑑み、雄継手
部と雌継手部の螺合間係を緩くさせることなく優れた耐
引張強度とシール性を確保できる管継手を提供すること
である。本発明者は、斯る管継手を完成させるために幾
多の実験を繰返した結果、耐引張強度の向上を図ること
ができる技術を確立した。即ち、ねじ山高さ、完全噛合
ねじ長さ及びねじのＯ−ドフランク角を夫々所定範囲内
とした場合には、油井管本体に強大な引張力が作用した
としても、雌継手部におけるねじ山の傾斜面において軸
線と直交する方向に作用する分力が、従来とは逆に雌継
手部を縮径する方向へ有効に作用して雌継手部と雄継手
部ンの螺合関係を緊締化せしめ、耐引張強度の向上が確
保されることを発見し、かかる知見に基づいて本発明を
完成するに至った。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、油井管用のねじ継手において、ねじ山高さを
１．０乃至２．０■、完全噛合ねじ長さを管本体肉厚の
３倍以上、ねじのロードフランク角を−８乃至−１０度
とすることにより、雄継手部と雌継手部との螺合関係を
緊締状態とし、優れた耐引張強度とシール性を有する管
継手としたことである。

［実施例］ 以下に、本発明に係る油井管用管継手（以下、本管継手
という）を第１図及び第２図に示す実施例に基づいて説
明する。第１図は、本管継手の半裁上部を示す概略断面
図である。油井管本体９の左端に形成された雌継手部７
には、油井管本体９′の右側に形成された雄継手部８が
螺合される。

そして、雌継手部７と雄継手部８との螺合状態が強力に
締め付けられた場合に、内周シール部１０が内周シール
面７Ｃと内周シール面８ａ’により形成されると共に、
外周シール部１１が内周シール面１８′と外周シール部
８Ｃにより形成され、更に、肩シール部１２が先端シー
ル面７ａ’と突当シール面８ｂ’とにより形成されるよ
うになっている。これらの点においては、従来の管継手
と本質的に変るところはない。本管継手において従来と
異なる点は、雌ねじ１ｄ及び雄ねじ８ｄのねじ山高さを
１．０乃至２．０■とすると共に、雌ねじ７ｄ及び雄ね
じ８ｄが完全に噛合するねじ長さＬを油井管本体９（又
は９′）の肉厚Ｔの３倍以上とし、更に雄ねじ７ｄのロ
ードフランク角θを−８乃至−１０度と限定した点であ
る。

［作用］ 第２図は、雄ねじ８ｄ及び雌ねじ７ｄの１組のねじ山が
噛合った状態を拡大して示した模式図である。雄ねじ山
８ｄ’の接触面は、雄ねじ山８ｄ’の基部８ｅに立てら
れた垂線Ｖに対して−８乃至−１０度（図において右回
転方向に進む角度を正の角度とする）の傾斜角θをもっ
て形成されている。雄継手部８に白抜き矢符方向の強大
な引張力Ｐが作用すると、雄ねじ山８ｄ’と雌ねじ山７
ｄ’とが接する斜面上の点０には、この傾斜面の鉛直方
向に力Ｆが作用する。この場合、力Ｆは、雌ねじ山７ｄ
’に対して、油井管本体９′（第１図参照）の軸線Ｃに
沿う分力Ｆｌと該軸線と直交する方向の分力Ｆ２との２
分力として作用する。そして、分力Ｆ２は雌継手部７を
縮径するように働く。この縮径作用は、Ｆ２−Ｆ　ｘ　
Ｓｉｎθであることから傾斜角θが大きくなるに従い増
大する。しかし、傾斜角θを増大させることは、雄ねじ
山８ｄ’の傾斜面と°基部８ｅとの交差内角を鋭角にす
ることになり、前記力Ｆに対応して作用する反力Ｆ′に
より雄ねじ山８ｄ’に発生する内部応力が根元部８ｄ’
に集中する応力集中現象を招き、雄ねじ山８ｄ’の強度
を極度に低下することになる。特に、雄ねじ山８ｄ’が
破断延びの小さな脆性材料からなる場合には、低い引張
荷重Ｐであっても根元部８ｄ’が脆性破壊する危険があ
る。逆に、傾斜角θを小さくすることは、前記縮径作用
を充分に発揮させることが出来なくなる。然して、ねじ
のロードフランク角θを−８乃至−１０度とした場合に
は、雄ねじ山８ｄ’の根元部８ｄ’の強度を低下させる
ことなく充分な縮径作用を発揮させることが出来るので
ある。

前記力Ｆに対応して雄ねじ山８ｄ’の斜面に作用する反
力Ｆ′は、根元部８ｄ’に曲げ応力と剪断応力とを発生
させる。この曲げ応力は雄ねじ山８ｄ’の破断に一番影
響を与えるものであり、その太きさはねじ山高さＨに比
例する。そして、ねじ山高さＨについては、雄ねじ山８
ｄ’と雌ねじ山７ｄ’との螺合を確実なものとするため
には大きくする必要があるが、雄ねじ山８ｄ／の強度及
び継手効率を大きくするためには逆に小さくする必要が
ある。

然して、後述する完全噛合ねじ長さＬを管本体肉厚の３
倍以上とする条件下において、ねじ山高さＨを１．０乃
至２．０１とした場合には、斯る二律背反する事項を調
整し、雄ねじ８ｄ’の強度を維持しつつ螺合を確実なも
のとすることが可能となるのである。

前記雄ねじ山８ｄ’と雌ねじ山７ｄ’とが接する斜面に
作用する力Ｆの大きさには、第１図に示す如く、雄ねじ
８ｄと雌ねじ７ｄとが完全に噛合う長さＬにより決定さ
れる。即ち、完全噛合ねじ長さＬを長くすることは、雄
ねじ８ｄと雌ねじ７ｄとが接する傾斜面の総面積を大き
くすることになるから、引張力Ｐをこの傾斜面総面積で
除して得られた力Ｆの値を小さくできることになる。こ
の力Ｆを小さくすることは、前記雄ねじ山８ｄ’に発生
する内部応力を小さくすると共に、軸線Ｃに沿う第２図
に示す分力Ｆ１　（Ｆｔ’）をも小さくすることが出来
る。ところで、分力Ｆ１は雌継手部７の内面層を延伸す
るように作用し、雌継手部１を拡径する。

更に、分力Ｆｌ’は雄継手部８の外面層を延伸するよう
に作用し、雌継手部８を縮径する。従って、完全噛合ね
じ長さＬを長くして分力Ｆｌ（Ｆｌ’）を小さくするこ
とは雌継手部１の拡径量及び雌継手部８の縮径量を小さ
くすることになる。特に、前述の如くねじのロードフラ
ンク角θを−８乃至−１０度及びねじ高さＨを１．０乃
至２．０＋ｖとする条件下において、完全噛合ねじ長さ
しを管本体肉厚Ｔの３倍以上とした場合には、前記延伸
作用に起因して生じる雌継手部７の拡径量及び雌継手部
８の縮径量を抑制し、雄ねじ山８ｄ’が雌ねじ山７ｄ／
から脱却するのを阻止することができる。なお、完全噛
合ねじ長さＬは、長くする場合にはねじ切り切削の困難
を伴なうことから、一般的に管本体肉厚Ｔの５倍以下と
するのが好ましい。

［試験例］ 本発明者は、ねじ山高さ、完全噛合ねじ長さ及びねじの
ロードフランク角が耐引張強度等にどのような影響を及
ぼすかを調査した。

第１表にその実験状況を示した。

（以下余白） 第１表によって明らかな如く、本発明の油井管用管継手
には、管継手部の内部で破断する前に雌継手部が雄継手
部から脱却しないことが確認された。

［発明の効果］ 本発明に係る油井管用管継手は、雌継手部が雄継手部か
ら脱却しない油井管用管継手とすることができるから、
継手効率により自ずと決定される所定耐引張強度より小
さな引張荷重において、雄継手部が雌継手部から脱却す
ることはなく、シール性は確保される。従って、本発明
に係る油井管用管継手は、雄継手部が雌継手部から脱却
するという不測の事故を回避することが出来る優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る油井管用管継手の実施
例を示す図であって、第１図は管継手部の半裁上部を示
す断面図、第２図は雄ねじ山と雌ねじ山とが噛合った状
態を拡大して示した模式図、第３図及び第４図は従来の
油井管用管継手を示す図であって、第３図は管継手部の
半裁上部を示す断面図、第４図は雄ねじ山と雌ねじ山と
が噛合った状態を拡大して示した模式図である。 １・・・雌継手部　１ｄ・・・雌ねじ部　８・・・雄継
手部８ｄ・・・雄ねじ　θ・・・ねじのロードフランク
角］（・・・ねじの高さ　し・・・完全噛合ねじ長さ特
許出願人　住友金属工業株式会社 代　理　人　弁理士　内１）敏彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　油井管用のねじ継手において、ねじ山高さを１．
   ０乃至２．０　ｍｓ　、完全噛合ねじ長さを管本体肉厚
   の３倍以上、ねじのロードフランク角を−８乃至−１０
   度としであることを特徴とする油井管用管継手。