JPS61218892A

JPS61218892A - 油井管用管継手

Info

Publication number: JPS61218892A
Application number: JP5914785A
Authority: JP
Inventors: 河嶋　寿一; 森田　喜保
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-03-22
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1986-09-29
Also published as: JPH0155836B2

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、原油や天然ガス等を地中深くから採取するの
に使用される油井管の管継手であって、雌螺子部材に気
密性保持用の樹脂リングを挿入装着したものに関する。

「従来の技術」油井の深さは数千ｍにも及び、近年では１万ｍにも達し
ようとしている。このような油井に竪て込まれる油井管
は膨大な数にのぼるが、これらは総て管継手によって一
連に接続される。かかる管継手には、管及び管継手自体
の重量に起因する軸方向の引張力、周囲から外周面に及
ぼされる地圧力、内部流体による内周面への押圧力等、
各種の苛酷な力が作用する。これらの力が、油井深度の
増大に従い、一層苛酷なものとなることは言うまでもな
い、このような厳しい条件下において使用し得る管継手
にあっては、強大な引張荷重に耐え得ると同時に、確実
な気密性能を有することが要求される。そこで、上記要
求に応するべく、従来より多くの提案がなされてきた。

耐引張荷重に関しては、継手部分における螺子部の形状
、ピッチ等を改良することで良好な結果が得られている
。一方、気密性能に関しては、一般に、継手の螺子無し
部にテーパ状のリップ部を形成してメタル対メタルシー
ル部を設ける技術が知られている。

ところで、メタル対メタルのシール部にあっては、締結
時の焼付の問題があった。該シール部には、通常１００
〜１５０ｋｒ／’ｗ２の高面圧力が加えられており、締
結時の潤滑が不足するとシール部に焼付が生じ易い、こ
の焼付が発生すると、気密性能が損なわれ、内部流体の
漏出を引き起こす、そこで、メタル対メタルシール部に
金属被膜、化成被膜、または樹脂被膜等を形成すること
により、高潤滑性を確保し、焼付を防止する技術も提案
されている。

しかし、それでもなお気密性が不充分な場合があり、ま
た、万一、メタル対メタルシール部に焼付が発生したり
表面疵が生じた場合にも気密性を維持する目的で、第４
図に示したような油井管用管継手が提案されていた。第
４図は、雌螺子部材ｌに管体２が締結された状態を示す
部分半断面図であり　継手の接合部にはメタル対メタル
シール部３が設けられている。雌螺子部材１は、螺子部
１ａに環状溝４を周設し、該環状溝４に樹脂リング５を
挿入装着したものである。該樹脂リング５の材質はテフ
ロン等の弗素系樹脂であり、前記環状溝４よりも若干大
きく成形されている。管体２に刻設された雄螺子部２ａ
を雌螺子部材１に螺合させ、締付回転していくと、樹脂
リング５は雄螺子部２ａの螺子部によって変形作用と圧
縮作用とを同時に受けながら、Ｒｅｌ！子部材１と管体
２との間隙を充填する。従って、内部流体が仮にメタル
対メタルシール部３から継手接合部に浸出したとしても
、樹脂リング５によって外部への漏出を防止することが
できる。また、メタル体メタルシール部３を有さない管
継手においては樹脂リング５が主要なシール部材となる
ので、樹脂リング５の気密性能を如何に向上させ得るか
は非常に重要な課題であったΦ 「発明が解決しようとする問題点」従来、環状溝５は旋削によって周設され、その表面粗さ
は約１２Ｊ４Ｒｍａｘであった。一方、管体２の雄螺子
部２ａの表面粗さは、環状溝４表面の表面粗さよりも小
さく、約６ｕａＲｓｉａｘである。また、雄螺子部２ａ
には、螺合に先立って潤滑剤が塗布される。

従って、樹脂リング５と管体２との間の摩擦係数よりも
、樹脂リング５と環状溝４表面との間の摩擦係数の方が
大きくなるから、継手締結時に樹脂リング５が環状溝４
に対して滑り回転することも少なく、環状溝４内で螺子
部の形状に沿って滑らかに変形し、良好な状態に充填さ
れていた。〔第５図（８）参照〕しかし、このような良
好な状態が得られたのは、鋼管が炭素鋼や低合金鋼等の
材質を用いて製造されていた場合のことである。

最近では油井環境の劣悪化に伴い、耐腐蝕性に優れた高
合金鋼が油井管に通用されることが多くなり、ここに新
たな問題が生ずるようになった。

即ち、高合金鋼は、それまでの油井管に用いられていた
低合金鋼或いは炭素鋼グレード品とは異なって耐焼付性
が低い、そこで、焼付防止対策として、雌螺子部材１側
に銅等の金属メッキが施され、管体２側には潤滑剤が表
面に保持されやす（なるように表面粗さを１０ｍＲｍａ
ｘ程度とするサンドブラスト処理が行われていた。上記
状態では、樹脂リング５と雄螺子部２ａとの間の摩擦係
数の方が、）を脂リング５と環状１４との間の摩擦係数
よりも大きくなっている。それゆえ、樹脂リング５は管
体２の螺子部の形状に沿って滑らかに変形することがで
きず、雄螺子部２ａと一体となった状態で環状溝に対し
て滑り回転しつつ、雌螺子部材１の奥部へ押し込まれる
こととなる。このため、樹脂リング５の一部５ａが管体
２と雌螺子部材１との間隙へ流出しく第５図中）〕、更
には、樹脂リング５と環状溝４との間に隙間が生じる状
態となる〔第５図ｆｃｌ）、これらの図から判るように
、樹脂リング５は環状溝４内において管体２の短連方向
に強（圧縮され、その一部５ａの流出度合が甚だしいと
きには、樹脂リング５が螺合する螺子部に噛み込まれて
破断されることさえある。このような状態では、樹脂リ
ング５が管体２及び雌螺子部材１に及ぼす面圧力は不均
一かつ不適切となり、漏出防止効果が損なわれる。また
、樹脂リング５の流出部分５ａは管体２に対しては縮径
し、雌螺子部材１に対しては拡径するように作用するの
で、内部流体の漏減を許す恐れがあった。その上、これ
と同様の理由で、メタル対メタルシール部を有するもの
にあっては、この部分のシール性をも悪（する。即ち、
管継手卵子部寸法は雄、雌とも同一寸法であるのに対し
て、メタル対メタルシール部は僅かに雌〈雄となるよう
な径差に設計することによりその面圧を高めてシール性
確保を図るのが通例であるが、上記作用により設針時の
径差が消去される傾向を生じ、場合によっては逆転して
シール性が失われるのである。さらに、このような状態
では、樹脂リング５と管体２との締付抵抗が太き（なる
ので、過大な締付トルクが必要となり、作業能率が悪く
なるという欠点もあった。

「問題点を解決するための手段」本発明者等は上記問題点を解決すべく鋭意研究に努めた
。その結果、次のような知見を得るに至った。

■　従来の環状溝の旋削において、表面粗さを増大させ
ただけでは、挿入装着された樹脂リングの滑り回転を阻
止することができない、これは、旋削により形成される
凹凸の方向が滑り回転方向と一致するため、充分な摩擦
抵抗を樹脂リングに与えることが出来ないからであると
考えられる。

■　環状溝の表面粗さが１００１００ＪＪＩＩＲを越え
ると、管継手の気密性能を減する恐れがある。また、環
状溝の形状寸法の許容誤差範囲を越えることになり、Ａ
ＰＩ規格等から逸脱した製品となるので好ましくない。

■　樹脂リングの環状溝内での回転を阻止するためには
、少な（とも２０ｍＲｓａｘ以上の表面粗さが必要であ
る。

以上の知見に基づいて、本発明の構成が定められた。即
ち、本発明の特徴は、油井管用管継手の雌螺子部材の螺
子部に周設された環状溝に気密性保持用の樹脂リングを
挿入装着し、前記環状溝表面の表面粗さを２０〜１００
ｍＲｓａｘとしたことである。

「作用」本発明は、環状溝表面の表面粗さを２０〜１００ＪＪＩ
ＩＲｓａｘとしたので、挿入装着された樹脂リングが環
状溝内で滑り回転したり、管体の螺進方向奥部へ偏って
押し込められたり、または環状溝からはみ出して向流れ
を起こしたりすることがなくなる。

「実施例」本発明に係る油井管用管継手は、主として高台金鋼製の
ものに通用される。第１図に示したように、油井管用管
継手の雌螺子部材１の螺子部１ａに環状溝４が周設され
るが、これは従来通り旋削、その他の手段による。該環
状溝の寸法は、通常その幅が螺子ピンチの１．０〜２．
０倍、深さが螺子山高さの１．５〜２．０倍とされる。

環状溝４に挿入装着される樹脂リングの滑り回転を阻止
するために、環状溝表面４ａに表面粗さ２０〜１００Ｊ
ＪＩＲ■ａｘの凹凸が設けられる。この凹凸の形成は、
ローレット加工やサンドブラスト加工によって行われる
。

第２図及び第３図は、いずれも環状溝４を正面視した図
面である。第３図ｔａｌの如く、環状溝表面４ａの凹凸
の方向が樹脂リングの滑り回転方向と一致すると、充分
に滑り回転を阻止できないことは前述した通りである。

また、第３図（ｂ）のような管体の軸方向に設けられた
凹凸のみであっても、樹脂リングが、環状溝４内で管体
の螺進方向奥部に押し込められて、充填状態に偏りを生
ずるれがある。従って、凹凸は、第２［ｍ（ａｌ乃至（
ｃｌに示した如く、縦横両方向、或いは網目状、または
方向性のない不規則状であることが望ましい。

本発明品と従来品との気密性能を比較した、実験結果を
表１に示した。

気密実験の条件は次の通りである。

管体■ 外径　　　　　　　　　１３９．７ｍ肉厚　　　　　　　　　　　　７．７２龍材質　　　　
　　　　ＡＰＩ規格Ｎ−８０降伏点　　　　　　　　　
５６　ｋｇｆ７ｍ’規定管本体降伏圧力　　６２０　ｋ
ｇｆ／龍２表面処理　　　　　　　サンドブラスト表面
粗さ　　　　　　　　１０　　ｍＲｓ＋ａｘ甥子山高さ
　　　　　　　　１．６　　、ｍ端子ピッチ　　　　　
　　　５．０８ｍテーバ　　　　　　　　　１／１６（以下余白、次頁に続く）管体■ 外径　　　　　　　　　１７７．６ｍ肉厚　　　　　　　　　　　　９．２０鴎材質　　　　
　　　　ＡＰＩ規格Ｃ−９５降伏点　　　　　　　　　
６７　ｋｇｆ／鶴２規定管本体降伏圧力　　６９０　ｋ
ｇｆ／鶴２表面処理　　　　　　　サンドブラスト表面
粗さ　　　　　　　　１０　４Ｒｍａｘ螺子山高さ　　
　　　　　　１．６　鶴螺子ピッチ　　　　　　　　５
．０８鶴テーパ　　゛　　　　　　　１／１６雌螺子部材材質　　　　　　　　ＡＰＩ規格Ｃ−９５表面処理　　
　　　　　銅メッキ環状溝幅　　　　　　　　　７．６　ｆｌ環状溝深　　
　　　　　　　２．５　鶴締付条件回転速度　　　　　　　　　５　ｒｐ−締付トルク　管
体Ｅ　　　　９００ｋｇ−ｍ管体ｕ　　　１２００ｋｇ
−ｍ樹脂リング材質　　　　　　　　　テフロンリング幅　　　　　　　　　６．２　日すング厚　　　
　　　　　　２、Ｏ鰭（以下余白）表１表１において、樹脂リングの流動状態は、管継手の締付
締戻実験を行って観察した結果である。

樹脂リングの流動状態についての判定では、第５図（ａ
＞のように良好な状態を流動なしとし、同図（′ｂ）の
ように、樹脂リング５の一部５ａが流出してはいるが、
環状溝４との間に隙間が生じてはいない状態を流動小と
し、同図（Ｃ１に示したように、樹脂リング５の一部５
ａが管体２と雌螺子部材１との間隙に流出し、しかも、
環状溝４との間に隙間が生じた状態を流動大とした。

また、気密性試験にあたっては、樹脂リング５のみの気
密性能を評価するために、管体２のメタル対メタルシー
ル部３にドリル孔６を穿設し、密封状態の鋼管内に窒素
ガスを圧送し、管継手外に窒素ガスが漏出したときの圧
送圧力を測定した。

（第６図参照）表１から明らかなように、本発明品においては、樹脂リ
ングの一部が螺子部へ流出することは皆無となるか、或
いは、たとえ有ったとしても極めて僅かとなる。また、
従来品と比較して、気密性能に格段の向上が認められる
。従来品であれば、窒素ガスの漏出は、管体■では３０
０　ｋｇｆ／　ｃｍ２　、管体■では２５０　ｋｇｆ　
／　ａｍ２で起こるが、本発明品では、窒素ガスの圧送
圧力が規定管本体降伏圧力（管体■では６２０　ｋｇｆ
／ｃＩＡ’　、管体■では６９０　ｋｇｆ／１２）の高
圧力に達しても気密性が確保されている。特に、大口径
の管体における向上が著しく、実に２．７倍以上もの値
を示している。

なお、本発明に係る油井管用管継手の形式は、カップリ
ングタイプでも、インテグラルタイプのいずれであって
も可能である。また、要求される気密性の程度や油井管
の種類によっては、メタル対メタルシール部を有するも
のであっても、無いものであってもよく、樹脂リングは
複数個が挿入装着されていてもよい、管体及び雌螺子部
材は高合金鋼が通用されたものに限るものではなく、低
合金鋼製あるいは炭素鋼製のものに対しても実施できる
ことは勿論である。環状溝の表面処理方法は、ローレッ
ト加工、サンドブラスト加工に限るものではなく、放電
加工やレーザー加工によって加工することも可能である
０表面処理は、環状溝の底面に施されてあればよいが、
樹脂リングの径方向の摩擦抵抗を大きくするために、環
状溝側面にも凹凸を付与してあれば一層効果的である。

更に、実施例では、樹脂リングの材質にはテフロンを用
いたが、弗素系樹脂に限定されるものではなく、耐熱性
、耐腐蝕性に優れた他の合成樹脂を使用してもよい。

「発明の効果」以上述べた如く、本発明は、管継手の雌螺子部材の螺子
部に周設された環状溝の表面粗さを２０〜１００ＪＪＩ
ＩＲ■ａｘとしたことにより、環状溝に挿入装着された
樹脂リングが、管体締付時において滑り回転することも
、環状溝内で管体の蝦遣方向臭部に偏ることもなく、従
って、樹脂リングは管体の螺子部の形状に沿って滑らか
に変形することができる。また、その一部が螺子部へ流
出することもなくなる。依って、樹脂リングは管体と雌
螺子部材との間隙を良好な状態で充填するので、気密性
能を著しく向上させると共に、管体及び雌螺子部材に不
必要な応力を及ぼさなくなる。更に、管体の締付抵抗を
減少させるものであるから、過大な締付トルクを不要に
し、作業能率を高める。特に、高合金鋼製の油井管に対
して有効であるので、これまで採掘困難であった腐蝕環
境性の油井に対して、威力を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す拡大部分断面図、第２
図（ａ）乃至（Ｃ１は、本発明に係る油井管用管継手の
環状溝表面を表す図面、第３図（ａｌ及び（′ｂ）は、
従来の環状溝表面及び不適当な表面形状を表す図面であ
る。第４図は、従来の油井管用管継手を示す半断面図、
第５図（Ｍｌ乃至ＴＣＩは、樹脂リングの変形状態を説
明する図面、第６図は、気密性能の試験方法を示した図
面である。ｌ−・・雌螺子部材　１ａ・・−螺子部　４−・環状溝
４ａ・−・環状溝表面　５・・・樹脂リング特許出願人
　　住友金属工業株式会社代　理　人　　弁理士　　内１）敏彦（ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）第２図（ａ）　　　　（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、雌螺子部材の螺子部に周設された環状溝に気密性保
持用の樹脂リングを挿入装着してなる油井管用管継手で
あって、前記環状溝表面の表面粗さを２０〜１００μｍ
Ｒｍａｘとしたことを特徴とする油井管用管継手。