JP4856841B2 - パイプと一体化されたネジ山付き継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、特にガス田又は油田の開発産業で使用される管の直径寸法を縮小したパイプと一体化されたネジ山付き継ぎ手に関係がある。前記パイプはガス又は石油を汲むための導管及び井戸のための被覆の両方として使用することができる。
【０００２】
（背景技術）
天然ガス及び油の開発産業では、一般に捜し出された場所での炭化水素採掘抗が非常な深度に達するために互いの両端が接続されるべき固定長の管が使用される。
【０００３】
最も一般に使用される掘削技術では、井戸は地表面あるいは海表面から始まり油田又はガス田に達するために掘削される。前記井戸は数千メーターの深さを持つことができる。掘削中に、前記井戸はそれらの全長の金属パイプで内側が覆われる。約１０メーターの長さを持って区分けされた金属パイプは、ネジ山のついた継ぎ目によって互いに接続される。従って、これらの管はその全長が同じ直径を有する管状のラインを形成するが、しかし継ぎ目の外部直径は一般にこのラインより少なくとも１インチ（２５．４ｍｍ）大きい。
【０００４】
井戸の全深みのための被覆を形成するために、いくつかのラインでは“はめ込み式”構造物を形成するために、機械抵抗及び場所の地質学特性によりラインの深度ではより小さな直径より大きなものが使用される。それに続き、井戸の底の直径は圧力及び抽出される流体の流れによって変化するので、より深い井戸では、地上にあるであろう直径より大きくなる。前記のものの不利な結果として、掘削コストが高い、また更に、これらの井戸の被覆は大量の材料を必要とし、それゆえに非常に高価になる。更に、より小さな井戸直径は短い掘削・被覆時間を意味する。従って、抽出された流体と等量となる井戸直径及び被覆パイプ直径を最小限にするのことが本質的である。
【０００５】
ひとたび掘削を終了すると、地下産出地帯からガス又は石油を汲み出すはずであり、被覆井戸の内部に別の管状のラインが挿入される。井戸の全深さ、またそれゆえに数千メーターの長さに達することがあり、このラインは更に前記の継ぎ目によって約１０メーターの長さを持っているパイプの接続により形成されている。通常、この第２種のラインもその全長にわたり同じ直径を有しているが、しかし継ぎ目は、それが前の場合に生じたように、その外部直径は一般により大きい。
【０００６】
前記の両方の場合、パイプはネジ山のついた継ぎ手によって接続されるが、それらは一体化することができ、この場合、パイプの端に雄のネジ山がついており、及び他方に雌のネジ山がついている、又は、二種一組のタイプでも良く、この場合、パイプの両端に雄のネジ山がついて、両側の連結が雌のネジ山のついた種によって接続される。通常、継ぎ手の存在は、継ぎ手があるラインの外部直径の増加を含んでいる；もしパイプと比較すれば継ぎ手の外部直径が大きいほど、ラインと内径の一般的な寸法は大きい。
【０００７】
石油会社が石油とガスの採鉱コストを最小限にすることを要求した後、きわだった努力は井戸の直径とそれゆえ管の直径を縮小するために行われた。
【０００８】
その結果、ラインの外部直径、掘削コスト及び必要な材料量を減少させるために、ネジ山がついた継ぎ手を有した直径の寸法が縮小したものが使用され、それは要求性能及び許される最大の寸法によって３つの異なるタイプに分類することができる。多くの場合“半同一面”と呼ばれる最初のタイプは、その外部直径がパイプの外部直径の６％以上を超過しない連結継ぎ手である。通常“近同一面”と呼ばれる第２のタイプは、パイプの外部直径より約２−３％大きい外部直径の一体化された継ぎ手である。“同一面”と呼ばれる最後のタイプは、その外部直径がパイプの外部直径に相当する一体化された継ぎ手である。
【０００９】
異なる継ぎ目タイプのその長さ及び井戸の直径に関して許容されるその最大直径の寸法の選択は、パイプラインに荷重する内部的及び／又は外部的に作用する圧力に依存する。
【００１０】
もし継ぎ目の直径が縮小される場合、より低い構造抵抗を補うことができる新しい解決法を見つけることが必要である。事実、継ぎ目を閉じた部分のききめは必然的にパイプ未満であり、これはネジ山をつけたような構造用部材は密封材及び肩がパイプ壁の厚み内に設置され、また雄又は雌のエレメントの重大な部分である縮小された箇所を含んでいるからである。
【００１１】
パイプを壊す原因を最小化するのは極めて重要なことで、前記破損がとりわけパイプが地下に置かれた後であれば、それゆえオペレーターが故障した継ぎ目を交換することはほとんど不可能であり、特に油田又はガス田が悪性のエレメントを含んでいる場合、非常に重大な経済的結果を受けることになり、環境問題を引き起こすことができる。
【００１２】
その結果、過去に多くの継ぎ目の改善、また流体の流出及び／又は流入に対する最小寸法、最大構造抵抗及び絞張がこれらの中で時々対照的にある異なる要求を平衡に保って、最適の有効レベルに達するために行われた。事実、管はいくつかの力、すなわち圧縮、引張り、屈曲及び抽出された流体によって及び／又は管の内部で循環する流体によって生じた圧力を受ける。
【００１３】
継ぎ目は、更にねじり込む及びつかみこむことに対する最適の抵抗を持っているはずである。
【００１４】
構造及び密閉性の問題は、多くの場合、流動性の温度によって、それらの腐食性によってあるいは採掘鉱区の環境条件によって悪化する。
【００１５】
過去に、いくつかの解決法は前記の条件を満たすために提案された。
【００１６】
国際特許出願ＷＯ−Ａ−９３／１８３２９は、中央の肩を有し縮小された直径の寸法を備えた継ぎ目に関する。前記肩は、雄のエレメント上及び雌のエレメント上の両方で２つの継ぎ目のエレメントを閉鎖するために連結される同種の表面があって、パイプ軸と平行な突出部及びくぼみを備える。肩突出部においては、２つの気密面が設置される。肩は２つの半径方向にずらしてネジ山をつけた部分である円錐形又は円錐形かつ円筒状に分割される。
【００１７】
この継ぎ手は非常に効率的であるが、しかし非常に高い生産コストを含む特に複雑な構造を備えている。
【００１８】
ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−７６７３３５は、雄及び雌のエレメントの端に中央の肩及び２つの金属密封材を配置したのをもたらす縮小した直径の寸法を備えた継ぎ目に関する。肩は円錐形かつ円筒状の２つの半径方向にずらしてネジ山をつけた部分に分割される。
【００１９】
この継ぎ目の構造物は前のものより単純であるが、しかし円錐形の円筒状にネジ山をつけるのは常に比較的複雑である。更に、両端の継ぎ目を密閉した２つの密封材はその内部を密閉し、それにより、ねじりを潤滑にさせる油脂を圧縮する継ぎ目の絞張の負の効果を可能にする。
【００２０】
（発明の要約）
本発明の第一の目的は、前記の問題を含んでいない先行技術の継ぎ手と同じ寸法を持っているが、新しい“近同一面”継ぎ手によって先行技術の継ぎ手の前記の欠点を克服することである。
【００２１】
その本発明の特別の目的は、高い抵抗及び運用上の絞張を確保するが、直径の寸法を縮小しかつより低い生産コストを備えた一体化された継ぎ手を提供することである。
【００２２】
本発明の更なる目的は、その設置を単純化するこの継ぎ手の具体化を提供することである。
【００２３】
これらの目的はパイプと一体化された継ぎ手によって達成され、請求項１によれば、切頭円錐形のネジ山をつけた部分を２つの半径方向に間隔を置いて配置された、パイプ軸に直交する平面上にある第１の環状の肩によって前記２つの部分に分割した、外部表面を備えた雄のエレメント及び切頭円錐形のネジ山をつけた部分を２つの半径方向に間隔を置いて配置された、パイプ軸に直交する平面上にある第２の環状の肩によって前記２つの部分に分割した、内部表面を備えた雌のエレメントから構成され、各々の前記の雄及び雌のエレメントはネジ山をつけた部分に関しての向かい合った両端にそれぞれ置かれた２つの気密面を設置し、前記のそれぞれの２つのネジ山をつけた部分は、前記２つの環状の肩の間の接触をさせるために他方の内部を一方が相互的に又は可逆的にねじで締めることができ、各雄及び雌のエレメントの対応する２つのネジ部が同じ円錐形値を持っている点で、かつ前記雄及び雌のエレメントの前記のそれぞれの２つの気密面の第１の１つは円錐形を持ち及び第２の１つは球面形を持っている点で特徴づけられる。
【００２４】
この具体化のおかげで、継ぎ目で配管系の最適の抵抗を確保するができ、この継ぎ目は、継ぎ目の損害の危険を小さくすると共に、配管系の容易な装置を可能にする。
【００２５】
本発明の好ましい実施例は、従属請求項に詳細に記述される。
【００２６】
（図面の簡単な説明）
本発明の更なる特徴及び利点は、好ましくは非制限的な例として与えられた完全な継ぎ手の具体化に限られない次の詳細な説明によって明白になり、次の図面に関する。
【００２７】
（発明の詳細な説明）
前記の図への言及で、本発明によって継ぎ目は２つのエレメントあるいはパイプ、すなわち雄のエレメント１及び雌のエレメント２から構成される。継ぎ目は、例えば、天然ガスか石油あるいは圧縮された別の類似した流体、の流体が流れる内部部分２０と通常の圧力でいろいろ違った流体又は液体で満たすことができる外部部分３０によって形成される。寸法Ｄ’を備えた最大直径を持っている継ぎ目の領域のパイプ２の外部直径３は、寸法Ｄ”を備えた、継ぎ目からはるか離れた中央の領域のパイプ２の外部直径４よりわずかに大きい。異なる直径３及び４を有している２つの前記のパイプ領域は、ゆるやかな方法で接続される。寸法Ｄ’は寸法Ｄ”と同値又は３％以下大きい。
【００２８】
継ぎ目の雌のエレメント２は、パイプ軸へのある角度での円錐形の母面を備えた２つの部分又はステップ８及び９に分割されてネジ山をつけた内部を持っている。前記２つの部分８及び９が半径方向にずれて、その全長にわたり完全にネジ山をつけるかもしれない、あるいは不完全な部分を持っているかもしれない。前記具体化が図１及び２中で示される。
【００２９】
図４及び５中で示される本発明の別の具体化では、ネジ山をつけた部分７及び８は、それぞれ不完全なネジ山をつけた両端を持つことができる。
【００３０】
前記２つの部分８及び９は、６．２５〜１２．５％の間に含まれる値と同じ円錐形を持っている。一方では、より低い値はあまりにも長いネジ山をつける及び困難な軸継手を含む、また別に、より高い値は歯数の減少及びその結果ネジ山をつけた不十分な支圧強度を含むから、この範囲は最適であることが判明した。
【００３１】
ネジ山がついた部分とパイプの内部表面の間の接続する領域では、継ぎ目から離れた雌のエレメントは、パイプ軸に関しての円錐形の表面を持った領域１２”を備える。この表面の円錐形は、雄のエレメントに一致して接触する表面を備えて十分な絞張を確保するために１２．５％〜２５％の間に含まれ、それによりねじり込み段階間の滑動時間を縮小する。
【００３２】
この範囲は、ネジ山をつけた円錐形値に関して最適であることが判明し、かつ引張り荷重の負の影響を縮小することができた。２つのネジ山のついた部分８、９の間の接触する領域では、雌のエレメントは、継ぎ目軸に関しての垂直の平面上にあって、その領域はパイプの接合領域の少なくとも２５％である肩５”を本質的に設置する。
【００３３】
肩５”とネジ山がついた部分８の始めの間で、雌のエレメント２の全体の内部円周に沿って伸びるくぼみ１５が設置される。２つのネジ山のついた部分８、９の中にあるくぼみは、継ぎ目の潤滑に使用される油脂の膨張タンクを確保し、またねじり込む間のエレメント１及び２の滑りによって生成された押圧によって乗せて運ぶ。継ぎ目の両端にある２つの金属の気密面によって引き起こされる、過度の油脂の圧力の増加は、前記解決法によって制限されるが、それには、以下で説明するような継ぎ目の応力の減少が伴う。
【００３４】
雌のエレメント２の端で球面１３”が設置され、雄のエレメント１とねじった後に合う面の円錐形の領域１３’と接触し、外部圧力への継ぎ目の絞張を確保する。
【００３５】
ネジ山をつけた歯の側面は“かぎ付きの”タイプで、０〜−１０°の間に含まれるマイナスのα角の値を有する荷重側面１０、１０〜３０°の間に含まれるプラスのβ角の値を有する差込側面１１を備えている。値のこれらの範囲は著しい長所を持つにもかかわらず、継ぎ目の容易な装置を維持する。マイナス角を備えた荷重側面は、継ぎ目の２つのエレメントの効率的な軸継手を可能にし、高過ぎる引張り荷重のための継ぎ目の回収の可能性の危険を減少する。プラスであるが、あまり大きくない角を備えた差込側面は、圧縮荷重に対する抵抗のネジ山をつけるのに効率的な協力を可能にする。
【００３６】
雌のエレメントのネジ山がついた部分に近い外部表面の領域では、雄のエレメント１は、雌のエレメントの前記ネジ山がついた部分に関しての正確に類似した方法で部分を形作って、完全に逆の方法に置かれたネジ山がついたものが設置される。
【００３７】
エレメント１は、肩５’及び前記肩５’とネジ山がついた部分７の始めの間の円周くぼみ１４によって分離されて、２つのネジ部６、７を設置する。２つの油脂膨張くぼみ１４及び１５の存在は、継ぎ目をねじり込んだ後の油脂の圧力上昇を制限することを可能にし、それにより、継ぎ目に対する過度の応力を回避し、また機能性を改善する。
【００３８】
エレメント１の外部表面とネジ山がついた部分７の始めの間で接続する領域は、１２．５〜２５％の間に含まれる円錐形を備えた円錐形の表面１３’を有する。メタル−メタル接触が継ぎ目の外側の圧縮下の液体又は流体の侵入を回避するために必要な絞張を確保するように、継ぎ目がねじられることと寸法及び許容公差が選択された後、この表面は表面１３”に対する圧力を働かせる。
【００３９】
その端で類似して、雄のエレメント１は球状な表面１２’を有し、雌のエレメント２と共にねじり込んだ後に、前記雌のエレメントの円錐形の表面１２”に対する圧力を働かせる。更にこの第２の領域での圧力は、パイプの内部の流体の圧力から必要な絞張を守る２つのエレメント間のメタル−メタル接触によって生じる。発明によれば、それぞれ球状・円錐形の表面に対応する金属シールが設置される場合、継ぎ目の両端の２つの領域の選択は、作り出された継ぎ目は荷重圧力にはそれほど敏感でなく、また薄い管には最適に作り出される。実際、気密面１２’及び１３’が備える両端の薄さを考えれば、パイプのそれぞれ内部又は外部での圧力が、前記両端に作用することは容易に曲げを引き起こす。従って、球状の気密面は切頭円錐形のシール、この場合では、端を曲げることにより強いられた回転のために密閉部分の全体の接触を維持しないものとは異なり最適の接触を維持することができる。
【００４０】
雄のエレメント１のネジ山がついた形は、前記の雌のエレメント２の１つと同じである。好都合に、ネジ山は完全な側面を持っている。
【００４１】
本発明による別の具体化の中の、また図４及び５で示される、雄のエレメントの両方のネジ山をつけた部分６、７のうちの一方あるいは両方の端、例えば領域６’、肩５’に近接している端に不完全な側面を備えたネジ山を持つことができる。肩５”の横の雌のエレメントの対応する部分８は完全なネジ山のついた領域６”に面している。領域６’の軸方向に反対のネジ山のついた部分８の端の領域８’、すなわち気密面１２”に近いものは、更に不完全な側面を備えたネジ山を持っている。しかしながら、この領域も完全なネジ山を設置することができる。
【００４２】
同じ種類の仕方が、部分７は肩５’の横の完全なネジ山を配置し、また部分９は肩５”の横に不完全なネジ山を持っている領域９’を配置するところの、ネジ山をつけた部分７及び９に当てはまるかもしれない。この具体化の組み合せのあるいは二者択一で、更に部分７は気密面１３’の横に不完全なネジ山を持っている領域７’を設置することができ、また部分９は気密面１３”の横の完全なネジ山を設置することができる。
【００４３】
本発明による継ぎ目の利点は前記のようにそれは明らかであり、先行技術の“半同一面”タイプのものより小さな及び“同一面”タイプのものよりほんのわずかに大きいにすぎない直径の寸法を持っているが、最適の性能及び作業効率を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明による２つのエレメントが離間位置での継ぎ目の軸平面に沿った横断面を示す。
【図２】 ２つのエレメントが組み立てられた位置を備えた図１の継ぎ目を示す。
【図３】 図１のネジ山をつけた継ぎ目の詳細の拡大図を示す。
【図４】 発明による２つのエレメントが離間位置での継ぎ目の別の具体化の軸平面に沿った横断面を示す。
【図５】 ２つのエレメントが組み立てられた位置を備えた図４の継ぎ目を示す。

Claims (10)

1. パイプと一体化されたネジ山付き継ぎ手は、２つの半径方向に間隔を置いて配置されたその外側表面上に配置された雄のエレメント（１）、側面が台形の歯を備えた切頭円錐形でネジ山がついた部分（６、７）、前記２つの部分（６、７）はパイプ軸に直交する平面上にある第１の環状の肩（５’）によって分割され、及び２つの半径方向に間隔を置いて配置されたその内部表面上に設置された雌のエレメント（２）、切頭円錐形のネジ山がついた部分（８、９）、前記２つの部分はパイプ軸に直交する平面上にある第２の環状の肩（５”）で分割されるように構成されており；２つのネジ山をつけた部分（６、７、８、９）は同じ円錐形値を有しており、組み立てられた位置で前記２つの環状の肩（５’、５”）の間に接触をさせるために他方の部分の内部に一方の部分を相互に及び可逆的にねじり適合させられており、前記の雄（１）及び雌（２）のエレメントの各々は２つの気密面（１２’、１３’、１２”、１３”）を備えており、第１の環状の肩（５’）と第２の環状の肩（５”）は環帯の形を有し、該環帯は、いかなる勾配も存在しない完全な平面上にあって、気密面（１２’、１３’、１２”、１３”）は、それぞれ雄（１）及び雌（２）のエレメントの各々のネジ山をつけた部分（６、７、８、９）の各々の軸の端に設置されており；ここにおいて
   前記それぞれの２つの気密面（１２’、１３’、１２”、１３”）の最初のものは円錐形を有しており、第２のものは球形を持っていること；また第１と第２の環状の肩（５’、５”）の表面がパイプの壁の接合領域の２５％と同等あるいはそれより大きいこと；かつ前記の雄（１）及び雌（２）のエレメントの少なくとも一方が、その全表面に沿って前記２つのネジ山をつけた部分の一方とその対応する環状の肩（５’、５”）との間に円周くぼみ（１４、１５）から構成されており、くぼみ（１４、１５）の少なくとも一方は、継ぎ目を潤滑にする油脂の膨張を受けるために設置されていることを特徴とするパイプと一体化されたネジ山付き継ぎ手。
2. 雄（１）及び雌（２）のエレメントの両方がそれらの全表面に沿って、２つのネジ山をつけた部分の一方と対応する環状の肩（５’、５”）の間に置かれた円周くぼみ（１４、１５）から構成されることを特徴とする請求項１による継ぎ手。
3. 前記の雌エレメント（２）の継ぎ目の外部直径（３）の寸法（Ｄ’）が、同じ雌のエレメント（２）の外部直径（４）の寸法（Ｄ”）と同値又は３％以下大きいことを特徴とする請求項２による継ぎ手。
4. 前記の雄（１）及び雌（２）のエレメントの前記対応する２つのネジ山をつけた部分（６、７、８、９）の各々は、６．２５〜１２．５％の間に含まれる同じ円錐形値を有することを特徴とする請求項３による継ぎ手。
5. 前記の雄（１）及び雌（２）のエレメントの前記対応する円錐形の気密面（１３’及び１２”）は、１２．５％〜２５％の間に含まれる円錐形値を有することを特徴とする請求項４による継ぎ手。
6. ネジ山をつけた歯の側面が、マイナス角（α）を備えた荷重側面（１０）及びプラス角（β）を備えた突刺側面（１１）を有することを特徴とする請求項５による継ぎ手。
7. 前記マイナス角（α）が０°〜−１０°の値を含み、また前記プラス角（β）が１０°〜３０°の値を含むことを特徴とする請求項６による継ぎ手。
8. 雄（１）及び雌（２）のエレメントの前記対応する２つのネジ山をつけた部分（６、７、８、９）のそれぞれは、その全長に完全なネジ山を備えたことを特徴とする請求項７による継ぎ手。
9. 雄（１）あるいは雌の（２）エレメントの少なくとも一方の前記２つのネジ山をつけた部分（６、７、８、９）の少なくとも１つが、不完全なネジ山を備えた第１の端（６’、７’）を備えたことを特徴とする請求項７による継ぎ手。
10. 前記雄（１）及び雌（２）のエレメントの少なくとも１つものの他方に対応するネジ山をつけた部分が、更に前記の最初の端に関して軸方向に反対の端に場所に不完全なネジ山を有する第２の領域（８’、９’）を配置したことを特徴とする請求項９による継ぎ手。

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