JP3309445B2 - 油井管用ネジ継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、油井管用ネジ継手に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油井管用ネジ継手は、高圧、高荷重下で
使用されるため、高いシール性および強度が要求され
る。このような要求に応じて従来から数多くの継手が研
究開発されている。

【０００３】図７はAPI 規格によって規定されている従
来の油性管用継手を示す一部断面図である。図７に示す
ように、API 規格によって規定されている油井管用継手
（以下、「API-継手」という）は、カップリングＢと、
鋼管Ａ（「ピン」と称される）とからなり、鋼管Ａの外
周面に形成された雄ネジ１と、カップリングＢの内周面
に形成された雌ネジ２とによってシール部が構成されて
いる。トルクストップ（カップリング、鋼管が破壊しな
い程度の面圧で適正に締め付けることを目的とするネジ
の締め付け停止）は締め付け中のトルク管理によって位
置を管理することにより行われ、鋼管Ａ同士が突き当た
ることはない（以下、「先行技術１」という）。

【０００４】図８は特開昭61-6488 号公報に開示された
油井管用継手を示す一部断面図である。図８に示すよう
に、カップリングＢの長手方向中央部の内周面には突出
部９が形成されている。鋼管Ａの外周面には、鋼管Ａの
雄ネジ１の先端から鋼管Ａの先端に至るまで凸曲面状の
一方のメタルシール部が構成されている。カップリング
Ｂの内周面には、突出部９の両端面から雌ネジ２の先端
に至るまでテーパー状に形成された他方のメタルシール
部が構成されている。一方および他方のメタルシール部
によってメタルシール部５が構成されている。突出部９
の両側端面と鋼管Ａの先端面とを当接させて内面ショル
ダー８を構成し、内面ショルダー８の突き当てによりト
ルクストップとする。鋼管Ａ同士が突き当たることはな
い（以下、「先行技術２」という）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１は、下記の
問題点を有している。 鋼管とカップリングのシールが雄ネジ１と雌ネジ２
の螺合部のみによって行なわれるため、管体円周方向
（鋼管外周面およびカップリング内周面）にネジの無い
平滑面でメタルコンタクトするメタルシール部を有せ
ず、内部媒体が高温、高圧のガス等の場合には、耐圧能
力が不足し、内部媒体のリーク（漏れ）が発生する。

【０００６】 メカニカルなトルクストップが設けら
れていないため、鋼管とカップリングの螺合により発生
する締め付け中のトルク（緩い、きつい）管理だけがト
ルクストップの指標となり、一定の締め付け位置管理が
困難である。

【０００７】先行技術２は、下記の問題点を有してい
る。 管体円周方向にメタルコンタクトするメタルシール
部は有するものの、その部分の加工公差（鋼管とカップ
リングのメタルシール部の径の寸法公差）が、±0.025m
m 程度と非常に小さいので、加工能率の低下が大きい。
ちなみに、API-継手の加工公差は±0.2mm 程度である。
また、当然に頻繁にネジ切機の加工径の修正を実施する
必要があり、ネジ切り能率が悪く、これも製造原価の増
加を招く。

【０００８】 カップリングＢは、中央部にトルクス
トップのための突出部９を有している。この突出部９を
設けるには、突出部９の突出量に相当する部分（図８中
にクロスハッチングで示すＴ）を切削し、しかる後にネ
ジ切り（雌ネジ）加工しなければならない。従って、従
来と比べてカップリングＢの切削する体積が大きくネジ
切能率の低下が著しい。

【０００９】 鋼管ＡおよびカップリングＢのネジ部
１、２の長さが長いので、ネジ加工時の切粉が排出され
にくい。このため、ネジ切り能率が悪く、製造原価が増
大する。

【００１０】 先行技術１（API-継手）との間に互換
性がない。即ち、先行技術２は上記のように鋼管Ａおよ
びカップリングＢのネジ部１、２の長さがAPI-継手より
長い特殊な形状のため、鋼管およびカップリングを共に
新たに製造しなければならず、現在最も普及しているAP
I-継手を使用することができない。更に、従来からAPI-
継手用に使用されていた補修器具、アクセサリー類等を
使用できず、使用者、需要者等に新たな器具購入のため
の経済的な負担を含む不利益を強いることになる。

【００１１】 鋼管ＡとカップリングＢによる締め付
け時の焼付け防止のために、鋼管とカップリングの螺合
部にグリスを供給するが、グリスは金属（Pb、Zn) 等を
含み粘度も高いため、締め付け完了時においてメタルシ
ール部５と螺合部との間に残留しているグリスの圧力が
高くなり、メタルシール部５の面圧が低下し、場合によ
っては、継手のシール機能に影響を及ぼすこともあり得
る。

【００１２】従ってこの発明の目的は、上述の問題点を
解決し、トルクストップを有し、メタルシール部を有す
る従来の継手と同等の耐圧機能を有し、しかも、製造原
価がAPI-継手と同等の油井管用継手を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、先端部外周
面に雄ネジが形成された２つの鋼管と、前記鋼管の各々
の雄ネジと螺合するための雌ネジが両側内周面に形成さ
れたカップリングとからなり、前記雄ネジと前記雌ネジ
とを螺合して前記カップリングの両側に前記鋼管の各々
を接続する構造の油井管用ネジ継手において、前記カッ
プリングの長手方向中央部の内周面に突出部を形成し、
前記突出部の両側端面に、一方の突き当て部を形成し、
前記鋼管の各々の前記雄ネジの先端よりもやや前記鋼管
の先端寄りに、前記突き当て部と当接する他方の突き当
て部を形成し、前記一方の突き当て部と前記他方の突き
当て部とを当接させて前記鋼管と前記カップリングのネ
ジの締め付けのトルクストップのためのショルダーを構
成し、前記カップリングの前記突出部の内周面に、平滑
面で且つテーパー状の一方のメタルシール部を形成し、
前記鋼管の各々の先端と前記他方の突き当て部との間の
外周面に、前記カップリングの長手方向中心に実質的に
至る平滑面で且つ凸曲面状の他方のメタルシール部を形
成し、前記一方のメタルシール部と前記他方のメタルシ
ール部とを当接させてメタルシール部を構成し、そし
て、前記雄ネジおよび雌ネジの先端から前記ショルダー
までの間に前記鋼管と前記カップリングとによって、前
記カップリングの切削刃によるネジ切り加工時に前記切
削刃を逃がすための、且つ、前記鋼管と前記カップリン
グとの間に挟まれたグリスを相当量逃がすための、且
つ、前記鋼管と前記カップリングとの干渉による前記メ
タルシール部のメタルシール面圧への影響を排除するた
めの、空間を形成したことに特徴を有するものである。

【００１４】次に、この発明を図面を参照しながら説明
する。図１はこの発明の第１実施態様を示す一部を断面
で示す側面図、図２は断面図、図３はカップリングを示
す断面図、図４は鋼管を示す断面図である。鋼管Ａ、Ａ
の先端部外周面には、雄ネジ１が形成され、カップリン
グＢの両側内周面には雌ネジ２、２が形成されている。
鋼管Ａ、Ａ先端の雄ネジ１にカップリングＢの雌ネジ
２、２を接続して継手を構成している。

【００１５】カップリングＢの長手方向中央部の内周面
には突出部９が形成されている。突出部９の両側端面に
は、曲面からなる一方の突き当て部8b、8bが形成されて
いる。一方の突き当て部8b、8bとカップリングＢの中心
との間の突出部９の内周面は、ネジ山がない平滑面でテ
ーパー状且つ長手方向で円錐状（conical)に構成され一
方のメタルシール部４を形成している。

【００１６】鋼管Ａ、Ａの雄ネジ１の先端よりもやや鋼
管Ａ、Ａの先端寄りには、曲面からなる他方の突き当て
部8a、8aが形成されている。一方および他方の突き当て
部8bおよび8aによってショルダー８を構成し、突き当て
部8aと8bとを当接させてトルクストップとする。

【００１７】鋼管Ａ、Ａの先端10と他方の突き当て部8a
との間の外周面は、ネジ山が無い平滑面で且つ長手方向
で凸曲面状（spherical)に構成され、他方のメタルシー
ル部３を形成している。他方のメタルシール部３はカッ
プリングＢの長手方向中心に実質的に至るように構成さ
れている。一方および他方のメタルシール部３および４
でメタルシール部（「タンジェントポイント」と称され
る）５が構成される。各々の鋼管Ａの先端面同士を当接
させてネジの締め付けのトルクストップのための内面シ
ョルダー６を構成する。

【００１８】ショルダー８から雄ネジ１および雌ネジ２
の先端までの間には、鋼管ＡとカップリングＢとによっ
て空間７が形成されている。

【００１９】鋼管Ａ、ＡとカップリングＢとの接続は、
下記の工程で行なう。先ず、先行締付け側 (ミルタイト
側＝図２において左側) の鋼管ＡをカップリングＢにネ
ジ込み、ミルタイト側の鋼管Ａの他方の突き当て部8aと
カップリングＢの一方の突き当て部8bとを突き当てるこ
とによってショルダ−８でのトルクストップとする。次
いで、先行締め付け側鋼管Ａが締め付けられているカッ
プリングＢに、締付け側 (フィールドタイト側＝図２に
おいて右側) の鋼管Ａをネジ込み、その先端10が、先に
締付けたミルタイト側の鋼管Ａの先端10に突き当たるこ
とにより内面ショルダー６でのトルクストップとする。
なお、フィールドタイト側の鋼管Ａを締め付けるとき
は、上記のように内面ショルダー６で突き当たりが行な
われ、ショルダー８では突き当たりが行なわれない場合
も発生する。ショルダーはあくまでもトルクストップの
位置付けのためショルダーが開いていたとしても耐圧機
能に影響は及ぼさない。

【００２０】図５はこの発明の第２実施態様を示す断面
図である。本実施態様においては、カップリングとして
API 規格に規定されているAPI-継手のカップリングＢ１
が使用されている。そして、API 規格のカップリングＢ
と螺合可能な鋼管Ａは第１実施態様と同一である。鋼管
Ａ、Ａの先端面10、10によって形成された内面ショルダ
ー６において、先端面10、10同士を突合せてトルクスト
ップとする。また、本実施態様においては、鋼管Ａに設
けられた突き当て部8aは、特に機能しない。

【００２１】図６はこの発明の第３実施態様を示す断面
図である。本実施態様においては、鋼管としてAPI 規格
に規定されているAPI-継手の鋼管Ａ１が使用されてい
る。そして、API 規格の鋼管Ａと螺合可能なカップリン
グＢは第１実施態様と同一である。カップリングＢに形
成された突き当て部8bにおいて、突き当て部8bと鋼管Ａ
１の先端面を突合せてトルクストップとする。

【００２２】

【作用】

(1) 鋼管Ａ、Ａの先端面10は、内面ショルダー６を形
成し、先端面10、10同士を当接させてトルクストップと
する。カップリングＢの突出部９の内周面と、鋼管Ａの
先端部の外周面とをメタルシール部５とし、図面からも
わかるように、突出部９の突出量は先行技術２よりも小
となる。従って、カップリングＢのネジ切り時の切削体
積は、先行技術２よりも小となる。

【００２３】(2) メタルシール部（タンジェントポイ
ント）におけるメタルコンタクト。鋼管Ａおよびカップ
リングＢのメタルシール部３、４の表面粗度は、最大高
さRmaxで20μm 以下に管理する。更に、本発明継手は、
加工公差が±0.050 mm前後であり、抜き取り検査の頻度
は先行技術２より小さく、ネジ切り能率が良好である。
また、メタルシール部５の耐圧能力はAPI5C5クラス1 を
満足する。

【００２４】(3) ショルダーにおける作用。 ショルダー８は、曲面からなる突き当て部8a、8bか
らなっている。このようなショルダーをラウンドショル
ダーという。ただし、突き当て部を直線面により構成し
てもよい。このようなショルダーをスクウェアショルダ
ーという。ラウンドショルダーにおいては、その曲率が
R1.6以下になっていれば、スクウェアショルダーと同等
のトルクストップ機能が得られる。また、スクウェアシ
ョルダーでは、目標トルクの120 ％程度までオーバート
ルクが可能だが、ラウンドショルダーでも耐シール機能
を損なうことなく同等のオーバートルク性能が得られ
る。ただし、加工技術上の点からはラウンドショルダー
が有利である。なお、ショルダー８を曲面によって形成
するときは、鋼管側の突き当て部8aの曲率半径を、カッ
プリング側の突き当て部8bよりも大とする。

【００２５】 本発明は、カップリングＢの加工工程
中の位置ズレに対応できる。即ち、カップリングのネジ
切り加工は、カップリング素材の一方側端の加工完了
後、該素材をチャック本体と共に180 °回転させて、残
った他方側端の加工を実施するため、回転の前後におい
て微小な材料の位置ズレが発生する。これにより、カッ
プリングＢの両側の突き当て部8b、8b間の距離は、その
位置ズレ分だけ影響される。このような場合において
は、図２に示すように、鋼管Ａの先端面10は、デザイン
上カップリング中央位置よりやや反対側（図２において
は右側）へ突出させ、先行締付け側 (ミルタイト＝図２
において左側) の鋼管Ａは、突き当て部8aを突き当て部
8bに当接させショルダー８でトルクストップとする。一
方、残った締付け側 (フィールドタイト＝図２において
右側) は、先端10が先に締付けた鋼管Ａの先端10に突き
当たることにより内面ショルダー６でトルクストップと
する。以上により、内面完全フラッシュ（鋼管の内面段
差が無い状態）となる。

【００２６】(4) 空間の作用。 空間７を設ける位置は、前述したように、雄ネジ１
および雌ネジ２の先端とする。このため、空間７は、カ
ップリングＢの加工時（ネジ切り加工時）にマルチポイ
ント（２〜４ポイント＝切削刃数２〜４）の工具を使用
する際、切削終了後の切削刃の“逃げ”のスペースとし
ての作用を有する。これにより、マルチポイント工具が
使用可能となり、カップリングの加工能率の向上が図れ
る。

【００２７】 空間７はグリスポケットの作用を有す
る。鋼管ＡとカップリングＢとの間に挟まれたグリス
は、前述したように締め付け完了時に大きなグリス圧力
を発生するため、特に径が細く肉厚が薄いチュービング
（鋼管、カップリング）の場合にはメタルシール面圧を
低下させる。このため、空間７をカップリング側にグリ
スを相当量逃がすためのグリスポケットとして作用さ
せ、グリス圧力を０（ゼロ）化する。

【００２８】 空間７は、空間が無かった場合の鋼管
ＡとカップリングＢとの干渉によるメタルシール部５の
メタルシール面圧への影響を排除する作用を有する。

【００２９】(5) API-継手との互換性について。API-
継手は全世界で広く使用されている継手であるが、本発
明継手では、第２、第３実施態様に示すように、API-継
手と互換性を有するので、使用者、需要者側は従来API-
継手に使用していた器具、備品、アクセサリー類を使用
できる。従って、新たにこれらを準備する必要がなく経
済的に有利である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
切削体積を軽減してAPI-継手と同等の原価で製造可能
な、従来のメタルシール付継手と同等の耐圧機能を有
し、API-継手との互換性を有し、しかも、従来の器具類
をそのまま使用することができ需要者への負担が少な
い、油井管用ネジ継手が得られる、工業上有用な効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施態様を示す一部断面図

【図２】この発明の第１実施態様を示す断面図

【図３】カップリングを示す断面図

【図４】鋼管を示す断面図

【図５】この発明の第２実施態様を示す断面図

【図６】この発明の第３実施態様を示す断面図

【図７】API 規格によって規定されている従来の油性管
用継手を示す一部断面図

【図８】従来のメタルシール部を有する油井管用継手を
示す一部断面図。

【符号の説明】

Ａ、Ａ１ 鋼管 Ｂ、Ｂ１ カップリング １ 雄ネジ 10 鋼管の先端面 ２ 雌ネジ ３ メタルシール部 ４ メタルシール部 ５ メタルシール部 ６ 内面ショルダー ７ 空間 ８ ショルダー 8a、8b 突き当て部 ９ 突出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 達雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 小田 龍晴 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−69388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−137693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−171583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−171584（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−157087（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16L 15/00 F16L 15/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部外周面に雄ネジが形成された２つの
   鋼管と、前記鋼管の各々の雄ネジと螺合するための雌ネ
   ジが両側内周面に形成されたカップリングとからなり、
   前記雄ネジと前記雌ネジとを螺合して前記カップリング
   の両側に前記鋼管の各々を接続する構造の油井管用ネジ
   継手において、 前記カップリングの長手方向中央部の内周面に突出部を
   形成し、前記突出部の両側端面に、一方の突き当て部を
   形成し、前記鋼管の各々の前記雄ネジの先端よりもやや
   前記鋼管の先端寄りに、前記突き当て部と当接する他方
   の突き当て部を形成し、前記一方の突き当て部と前記他
   方の突き当て部とを当接させて前記鋼管と前記カップリ
   ングのネジの締め付けのトルクストップのためのショル
   ダーを構成し、 前記カップリングの前記突出部の内周面に、平滑面で且
   つテーパー状の一方のメタルシール部を形成し、前記鋼
   管の各々の先端と前記他方の突き当て部との間の外周面
   に、前記カップリングの長手方向中心に実質的に至る平
   滑面で且つ凸曲面状の他方のメタルシール部を形成し、
   前記一方のメタルシール部と前記他方のメタルシール部
   とを当接させてメタルシール部を構成し、 そして、前記雄ネジおよび雌ネジの先端から前記ショル
   ダーまでの間に前記鋼管と前記カップリングとによっ
   て、前記カップリングの切削刃によるネジ切り加工時に
   前記切削刃を逃がすための、且つ、前記鋼管と前記カッ
   プリングとの間に挟まれたグリスを相当量逃がすため
   の、且つ、前記鋼管と前記カップリングとの干渉による
   前記メタルシール部のメタルシール面圧への影響を排除
   するための、空間を形成したことを特徴とする油井管用
   ネジ継手。