JPS6283584A - 油井管継手 - 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】 ｒ産業上の利用分野Ｊ 本発明は、原油や天然ガス等を地中′深（から採取する
のに使用される油井管継手であって、雌螺子部材に挿入
装着された気密性保持用の樹脂リングの変形、流動を防
止して高気密性を確保することができ、しかも耐焼付性
に優れた油井管継手に関する。

ｒ従来の技術Ｊ 油井の深さは数千ｍにも及び、近年では１万ｍにも到達
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
による軸方向の引張力をはじめ、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も使用し得るためには、強大
な引張ｒｉｒ１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、従来から多くの管継手の改良に関する提案がなさ
れてきた。

前記引張荷車に対しては、継手螺合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、雄螺子部
材の蝮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や雌螺子部材に環状溝を
周設して樹脂リングを挿入装着する技術等が知られてい
る。第４図に、メタル対メタルシール部Ｍを設けると共
に、樹脂リング４を挿入装着した従来の油井管継手を示
した。

上記従来の油井管継手は、雌螺子部材ｌの螺子無し部１
１内面と雄螺子部材２先端に設けられたリップ部５の外
表面（メタルシール部）２１との間で、継手締付時にメ
タル対メタルシール部Ｍを形成する如くなされている。

該メタル対メタルシール部Ｍは、面圧を高めてシール性
確保を図るため僅かに雄〉雌となるような径差に設計さ
れており、通常１００〜１５０ｋｇ／ｍＪＯ高面圧力が
加えられている。

そのため、締結時の潤滑が不足すると焼付が生じ易い。

そこで、メタル対メタルシール部Ｍ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、焼付を防止することも行われている。

しかし、膨大な数の油井管を接続する管継手には前述し
たように過大な引張力が作用し、そのため、メタル対メ
タルシール部Ｍの面圧力が弱められてシール性が低下す
る。このシール性低下の現象は、近年の油井深度の増大
に伴いますます大きくなる傾向にある。また、管継手を
反復使用すること等によりメタル対メタルシール部Ｍに
焼付が発生したり表面疵が生じたりすることも考えられ
る。そこで、気密性能をより確実なものとするために、
前述の第４図に示した如＜、雌螺子部材１の螺子部ｌＯ
に環状Ｉ？ＩＪ３を周設し、該環状溝３にテフロン等の
樹脂リング４を挿入装着した油井管継手が用いられてい
る。

第５図は、上記樹脂リング４が雄螺子部材２の螺子部に
よって変形される状態を示したものである。雄螺子部材
２を雌螺子部材ｌに螺合させ、締付回転していくと、樹
脂リング４は雄螺子部２０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、雌螺子部材ｌと雄螺子
部材２との間隙を充填する。前記雌螺子部材１の環状溝
３は切削によって周設され、その表面粗さは約１２４Ｒ
ｍａｘである。一方、雄螺子部材２の雄螺子部２０の表
面粗さは約５４Ｒ＋ｍａｘであり、環状溝３表面の表面
粗さよりも小さい。しかも、雄螺子部２０には、螺合に
先立って潤滑剤が塗布される。従って、環状溝３表面と
樹脂リング４との間の摩擦抵抗よりも、雄螺子部材２と
樹脂リング４との間の摩擦抵抗の方が小さくなるから、
継手締結時に樹脂リング４が環状溝３内で滑り回転する
こともなく、雄螺子部２０の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。

依って、内部流体が仮にメタル対メタルシール部Ｍから
継手接合部に浸出したとしても、樹脂リング４によって
外部への漏出を防止することができる。また、メタル対
メタルシール部Ｍを有さない管継手においては樹脂リン
グ４が主要なシール部材となる。

「発明が解決しようとする問題点」 最近では油井環境の劣悪化に伴い、耐熱性、耐腐蝕性に
優れた高合金鋼が油井管に使用されることが多くなって
いる。ところが、高合金鋼は、これまで油井管に用いら
れていた低合金鋼や炭素鋼グレード品に比して耐焼付性
が低い。そこで、焼付防止対策として、雌螺子部材１側
には銅、銀。

金、鉛、亜鉛等の軟質金属メッキを施し、雄螺子部材２
側には、その外表面に充分量の潤滑剤を保持させるため
にサンドブラスト等により表面粗さを１０ｍＲｍａｘ程
度とする粗面化処理を行う必要があった。その結果、雄
螺子部材２と樹脂リング４との間の摩擦抵抗が大きくな
るので、樹脂リング４は螺子部の形状に沿って清らかに
変形することができなくなり、継手締付時には雄螺子部
２０と一体となった状態で環状溝３に対して滑り回転し
つつ雌螺子部材ｌの奥部へ押し込まれ、また、締戻し時
には開口側へ引き戻される。このため、樹脂リング４の
一部４ａが環状溝内から雄螺子部材２と雌螺子部材ｌと
の間隙へ流出することとなる。この流出程度が小さいと
きにはシール性能に影響を及ぼさないが〔第６図ｆａｔ
参照〕、樹脂リング４が溝の両側へ自流れを起こしたり
〔第６図（ｂｌ参照〕、樹脂リング４と環状溝３との間
に隙間が生じたとき〔第６図ｔｅｌ参照〕には、著しく
気密性が損なわれる。これらの図面から判るように、樹
脂リング４が雄螺子部材２及び雌螺子部材１に及ぼす面
圧力が不均一かつ不適切となり、漏出防止効果がｔ４な
われるのである。また、流出度合が甚だしいときには、
（Ｍ脂すング４は螺合する螺子部に噛み込まれ、樹脂リ
ング４の流出部分４ａば雄螺子部材２に対しては縮径さ
せ、雌螺子部材１に対しては拡径させるように作用する
ので、メタル対メタルシール部Ｍのソール性をも悪くシ
て内部流体の漏洩を許す恐れがあった。さらに、このよ
うな状態では、雌螺子部材１と雄螺子部材２どの締付抵
抗が大きくなるので、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８等は上記問題点を解決すべく鋭怠研究に努め、
その結果、次のような知見を得るに至った。

■　雄螺子部材のメタルシール部に適度な粗面化処理を
施し、４ｆｆｉ剤を用いれば焼付は生しない。

しかし、メタルシール部に粗面化処理を施さない場合に
は？Ｉ’Ａ？Ｉ￥刑を表面に塗布しても焼付が発生すう
。これは、メタル対メタルシール部に保持される／ｌＪ
滑剤の９が不充分ｌ【ためであると考えられる。

■　雄螺子部材の端子部に粗面化処理を施すと、樹脂リ
ングの気密性能がＦＭなわれると同時に、メタル対メタ
ルシール部のシール性能も低下する。これは、雄螺子部
と樹脂リングとの間の摩擦抵抗の増大によって、樹脂リ
ングが向流れを起こすことが原因である。

■　雌螺子部材の内周面に銅、ｉａ、金、鉛、亜鉛等の
軟質金属メッキを施し潤滑剤を塗布すれば、雄螺子部材
の螺子部を切削仕上げのままで粗面化処理を施さなくと
も焼付が生じない。その理由は、これらの軟質金属メッ
キ晴自身が塑性流ＩＪＪすることにより／Ｉ２１湯性・
を発揮しているからである。

以上の知見に基づいて、本発明の構成が定められた。こ
れを図面を用いて説明する。

第１図（δ）乃至（Ｃ）は、本発明に係る油井管継手の
一実施例を示したものであり、同図ｔａ）は雌螺子部材
１の要部拡大断面図、同図（ｂｌは雄螺子部材２先端部
の拡大図、同図（Ｃ１は上記の雌蛯子部材１．！：雄螺
子部材２との締結状態を一部切り欠いて示した図面であ
る。

雌螺子部材１及び雄螺子部材２は、いずれもクロムを１
０％以上含有するＡ合金鋼からなる。雌螺子部材ｌの内
周面には螺子部１０にも、螺子無し部１１にも共に銅、
銀、金、鉛、亜鉛等の軟質金属によるメッキが施されて
おり、摩擦抵抗を低減させている。雌螺子部材ｌの螺子
部ＩＯには環状溝３が周設され、該環状溝３にテフロン
等からなる樹脂リング４が挿入装着されている。環状溝
３の周設は、通常、切削によって行われ、その寸法は、
幅が螺子ピッチの１．０〜２．０倍、深さが螺子山高さ
の１．５〜２．０倍である。

雄螺子部材２の先端には螺子無しのリップ部５が設けら
れている。該’）　ツブ部５の外表面はメタルシール部
２１とされており、継手締結時に前記雌螺子部材ｌの螺
子無し部１１と密接してメタル対メタルシール部Ｍを形
成する。上記メタルシール部２１にはサンドブラスト等
によって適度な粗面化処理が施され、継手の螺合に先々
って塗布される潤滑剤がメタルシール部２１表面に保持
さＦ′Ｌ易くなっている。一方、端子部２０表面は切削
仕上げの状態である。

上述した、メタルシール部２１表面のみを粗面化する処
理方法の一実施例を第２図に示した。これは、雄螺子部
材２の端子部２０だけをテーバリング６によって覆い、
この先端の・ノツプ部５を露出させた状態でサンドブラ
スト処理を施すことにより、メタルシール部２１表面だ
けを粗面化するというも　　　　−のである。

「作用」 本発明に係る油井管継手は、雌螺子部材の内周面に銅、
銀、金、鉛、亜鉛等の軟質金属メッキが施されたので、
継手締結時の摩擦抵抗が低減する。

一方、雄螺子部材先端のメタルソール部に粗面化処理が
施されているので、最も焼付の生じ易いメタル対メタル
シール部にＡ’８　ｌ’ｈ剤が充分量保持される、依っ
て、焼付を確実に防止することができる。

また、雄螺子部材の螺子部は切削仕上げの状態とし、潤
滑剤も表面へ塗布されるので、樹脂リングとの間の摩擦
抵抗は非常に小さな値となる。従って、樹脂リングが環
状溝内で回転したり、溝外へ流動したりすることがない
、即ち、樹脂リングのシール性能を損なうことがなくな
る。

ｒ実施例Ｊ 本発明に基づいてカップリングタイプの油井管継手を構
成し、従来品との気密性能を比較した結果をく第１表〉
に示した。

（以下余白） 実験条件は以下に示す通りである。

・雄螺子部材 材’Ｒ２５Ｃｒ−５ＯＮ　ｉ　＆ｖｉ 螺子山高さ　　　　　　　１．　６　　耀麿螺子ピッチ
　　　　　　　５．０１日 テーパ　　　　　　　　　１／１６ ・雄螺子部材 材質　　　　　　　　　２５Ｃｒ　−５ＯＮ　ｉ　ＳＭ
環状溝幅　　　　　　　　７．６　ｍ識環状溝深　　　
　　　　　２．４−膳 ・樹脂リング 材質　　　　　　　　　テフロン リング幅　　　　　　　　　７．２　璽−リング厚　　
　　　　　　　１．８１龍・コンパウンド　　　　　　
ＡＰＩ規格品・締付条件 回転速度　　　　　　　　　　５　　ｒｐｍ締付トルク
　　　　　　　９００ｋｇ−ｍ実験方法は、￥ｆ継手の
螺子部及びメタル対メタルシール部に潤滑剤を塗布した
後、締付、綿房を繰り返し、−回ごとに螺子部及びメタ
ル対メタルシール部を調査し、焼付の発生の有無を観察
する。

締付、綿房は、焼付が発生するまで行い、焼付を生じな
いものについては２０回行った。

く第１表〉において、１１１脂リングの流動状態の判定
及び気密性能の測定は、いずれも締付綿房を焼付が発生
するまで行った後、または焼付を生じないものについて
は２０回ｔ〒った後観察した結果である。

杉（脂リングの流動状態については、第６図（ａｌのよ
うに、１１脂リング４の一部４ａが流出してはいるが、
環状溝３との間に隙間が生じてはいない状態を流動小と
し、同図（ｂｌのように、（１脂リング４が溝の両側へ
自流れを起こしている状態、又は同図（Ｃ１に示したよ
うに、樹脂リング４の一部４ａが雄螺子部材２とｔｉｌ
ｔ螺子部材１との間隙に流出し、しかも、環状溝３との
間に隙間が生じた状態を流動大とした。

また、気密性能の評価は、内部流体く内部へ圧送した窒
素ガスの帰山時圧力を測定したものである。メタルタコ
メタルシール部Ｍのみの場合の漏出時圧力を測定すると
きには、雌螺子部材１例のメタル対メタルシール部Ｍの
付近にドリル等により漏出検知孔７を穿設し、密封状態
の油井管内へ窒素ガスを圧力上昇させつつ圧送して油井
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３図（ｌＩ）参照〕そして、樹脂リング・１のみの
場合の漏出時圧力を測定するときには、雄螺子部材２の
リップ部５のうちメタル対メタルシールを形成しない部
分に内圧作用孔８を穿設し、雄螺子部材１側には）１脂
リング４の装着位置よりム開ロ側に漏出検知孔９を開穿
して、窒素ガスが漏出したときの圧送圧力を測定した。

〔第３図（ｂｌ参照〕〔実験結果〕 ■〔メタル対メタルシール部の比較〕 まった（サンドブラスト処理を施さない従来品（拭清２
，５．８ンにおいては、５又は７回の締付、綿房によっ
て、メタル対メタルシール部に焼付が発生し、メタル対
メタルシール部の気密性能は非常に低かった。（漏出時
圧力９０〜１０５ｋｇ　ｆ　／　ｃｄ　） 一方、本発明品においては、２０回の締付、綿房を行っ
た後でも、噛み合っている螺子部に焼付が生じないのは
勿論のこと、最も焼付の発生し易いメタル対メタルシー
ル部にも焼付が発生することがなく、気密性能が格段に
向上していることが＠認できた。卯ち、本発明品では、
窒素ガスの圧送圧力が油井管本体を破裂させる程の高圧
に達しても、なお気密性が確保されている。（試番１．
４では８５０　ｋｇｆ／ｃｄ以上、試番７では８３０　
ｋｇｆ／ａｎｔ以上） ■〔樹脂リング部の比較〕 雄螺子部材の外表面全体にサンドブラスト処理を施した
従来品（試番３．６．９）においては、焼付の発生は抑
制できるものの、樹脂リングの流動が著しく、その結果
、樹脂リング部における窒素ガスの漏出は３８０〜４１
０　ｋｇｆ／ｃＪで起こる。

これに対して、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が僅かとなり、樹脂リングのシ
ール性能が確保される。即ち、本発明品では、窒素ガス
の圧送圧力が油井管本体の破裂圧力に達しても、なおシ
ール性は保持される。（賦香１，４では８５０　ｋｇｆ
／−以上、賦香７では８３０　ｋｇｆ／ｃｊ以上）■〔
樹脂リングの流動によるメタル対メタルシール部への影
響） 雄螺子部材の外表面全体にサンドブラスト処理を施した
従来品（賦香３，６．９）においては、メタル対メタル
シール部の気密性能が低下する。（漏出時圧力８００〜
８１５ｋｇｆ　／　ｃｄ　）これは、樹脂リングが大き
く流動することによって雄螺子部材は縮径され雌螺子部
材は拡径される状態となるためである。これに対して、
本発明品ではメタル対メタルシール部の気密性能が少し
も損なわれることがない。

なお、本発明に係る油井管継手の形式は、カップリング
タイプと、インテグラルタイプのいずれであっても可能
である。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く、
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、複数個の樹脂リングが挿入装着されていてもよい。

雄螺子部材のメタルシール部に施される粗面化処理とは
、サンドブラストに限るものではなく、ショアドブラス
ト、グリッドプラスト　ローレフト加工、サンドペーパ
ー仕上げ等によることも可能である。

ｒ発明の効果」 以上述べた如く、本発明に係る油井管継手は、繰り返し
て使用してもメタル対メタルシール部に焼付を発生させ
ることがなく、環状溝に挿入装着された＋Ｍ脂リングの
一部を甥子部へ流出させることもない、依って、メタル
対メタルシール部及び樹脂リング部のシール性を少しも
損なうことがないので、気密性能の著しい向上をもたら
す、そして、上記効果は、雌螺子部材の内周面に軟質全
屈メッキを施し、Ｒ螺子部材のメタルシール部に粗面化
処理を施すという簡単な加工により達成できるので製造
が容易である。

また、樹脂リングが不適切な変形を生じることが無くな
るので、雄螺子部材及び雌螺子部材に不必要な応力を及
ぼさない。更に、雄螺子部材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。高合金鋼製の油井管の適用範囲を拡大するこ
とができるので、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ｔａｌ乃至（Ｃ１は、本発明に係る油井管継手の
一実施例を示したものであり、同図（３）は雌螺子部材
の要部拡大断面図、同図（ｂｌは雄螺子部材先端部の拡
大図、同図（Ｃ１け上記の雌螺子部材と雄螺子部材との
締結状態を一部を切り欠いて示した図面である。第２図
は、メタルシール部表面のみを粗面化する処理方法の一
実施例を示したものであり、第３図（ａｌ及び（ｂｌは
、気密性能を評価するための実験方法を説明するための
図面である。第４図は従来の油井管継手の締結状態を示
したもの、第５図は、樹脂リングの雄螺子部材の螺子部
による変形状態を示したもの、第６図（ａｌ乃至（Ｃ１
は、樹脂リングの一部が環状溝内から流出した状態を示
したものである。 １・−雌螺子部材 １０−・・甥子部　１ｔ−・甥子部し部２−・−雄螺子
部材 ２０−・雄螺子部　２１−メタルシール部３−環状溝　
４−樹脂リング　５−・リップ部Ｍ−−メタル対メタル
シール部 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 第２図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、クロムを１０％以上含有する高合金鋼からなる油井
   管継手であって、雌螺子部材の内周面に銅、銀、金、鉛
   、亜鉛等の軟質金属メッキが施されると共に該雌螺子部
   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
   ングが挿入装着されており、雄螺子部材には先端部のメ
   タルシール部のみに粗面化処理が施されていることを特
   徴とする油井管継手。