JP5575591B2 - 油井用鋼管の継手部の冷却装置及び冷却方法、並びに油井用鋼管の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、油井用鋼管の継手部の冷却方法及び冷却装置、並びに油井用鋼管の製造装置に関する。本発明は、具体的には、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤を加温して油井用鋼管の継手部に噴霧塗布した後に、この継手部を迅速かつ確実に冷却することによって固体潤滑被膜を継手部に形成するための冷却装置及び冷却方法、並びに油井用鋼管の製造装置に関する。

接続用の外面ねじおよび内面にテーパー状に切削したリセスと呼ばれる逃がし部が、油井用鋼管の管端の継手部に設けられている。潤滑剤が、防錆および焼き付き防止のために、この継手部に塗布される。従来、コンパウンドグリースからなる塗布剤は、油井用鋼管の外面に塗布され、その後にブラシを用いて均等に塗り広げられてきた。

北東大西洋の海洋汚染防止に関するオスパール条約（オスロ・パリ条約ＯＳＰＡＲ）が１９９８年に発効した。これを契機として、海洋汚染防止のための規制がいっそう強化されている。例えば、海上リグを設けられたガス井や油井を領域内に有する国又は地域は、海洋汚染の原因物質の排出を最小限に抑制するために、その掘削に関して環境への排出の可能性がある物質の環境影響度の評価を施工者に要求し、基準を満たさない物質の使用を禁止する傾向にある。

このように、地球環境保護の観点から、油井用鋼管の継手部に使用される潤滑剤が重金属を含有しないことが望まれ、特に海洋での掘削に関しては、海洋に潤滑剤を流出しないことが求められる。

特許文献１には、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネートおよび塩基性カルボキシレートから選んだ一種または二種以上の塩基性油剤５５〜７０質量部、脂肪酸金属塩２０〜２５質量部、ワックス類１０〜２０質量部を含有し、海水中における２８日後の生分解性（ＢＯＤ）が２０％以上であって、グリス潤滑油の現場での塗布を必要とせずに、従来の重金属含有グリス潤滑油と同等のレベルの防錆性、耐焼付き性および気密性を油井用鋼管の継手部の嵌合部（ねじ部およびねじ無し金属接触部）に付与することが可能であるために厳しい環境規制を満足できる潤滑被膜形成用組成物が開示される。

また、油井用鋼管の現地施工性を向上するため、粘着性を有する従来の潤滑剤に替えて、固体潤滑剤の開発及び使用が望まれている。特許文献２には、環境への影響が少ない物質により構成されるとともに、海洋への流出を防止できるだけではなく粘着性を有さないことから施工作業性も良好な固体潤滑剤が開示される。

さらに、特許文献３には、油井用鋼管の製管工程において、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤を例えば１３０℃程度に加温し、加温された固体潤滑剤を、例えば１３０℃程度に加温された油井用鋼管の管端の継手部に噴霧塗布してから継手部を冷却することによって、継手部のねじ面に、潤滑性を有する固体潤滑被膜を、充分な密着力で、薄くかつ均一に、さらには、製管工場から油井掘削現場までの間の運搬や保管において発錆しないように強固に、形成することが開示される。

特開２００８−９５０１９号公報 国際公開第２００９／７２４８６号パンフレット 国際公開第２００７／４２２３１号パンフレット

特許文献３により開示された製管工程によって、継手部のねじ面に固体潤滑被膜を形成された油井用鋼管は、その後に、表面検査工程、及び、管端部への樹脂製プロテクタ嵌合工程へと送られる。しかし、油井用鋼管が１３０℃程度に加温されたままの状態でこれらの工程へ送られると、これらの工程の作業者が火傷を負う恐れがあるとともに、装着可能温度を下回るまで樹脂製プロテクタの装着を待つ必要がある。このため、継手部のねじ面に固体潤滑被膜を形成された油井用鋼管は、表面検査工程及び樹脂製プロテクタ嵌合工程へ送られるまでの間に、所定の温度（例えば常温）まで冷却される必要がある。

固体潤滑剤を噴霧塗布された後の油井用鋼管を長時間放置すれば、油井用鋼管の温度を例えば常温まで低下することは可能である。しかし、これでは油井用鋼管の生産性が著しく低下する。

本発明は、特許文献３により開示された工程によって継手部のねじ面に固体潤滑被膜を形成された油井用鋼管の継手部へ向けて、液体窒素を噴出することによって、この継手部を迅速かつ確実に冷却でき、これにより、油井用鋼管の生産性を低下することなく、継手部に、潤滑性を有する固体潤滑被膜を、充分な密着力で、薄くかつ均一に、さらには、製管工場から油井掘削現場までの間の運搬や保管において発錆しないように強固に、形成することが可能になるという重要な知見に基づいて、完成された。

本発明は、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤を加温して、加温された鋼管の継手部に噴霧塗布した後にこの鋼管を、例えば常温に冷却するための油井用鋼管の継手部の冷却装置であって、鋼管の端部の内側にこの鋼管の略軸方向へ向けて配置されるとともに、液体窒素を水平方向に噴出するための冷却ノズルを備え、液体状態の液体窒素を噴射することにより継手部を冷却すること、および、冷却ノズルは、液体窒素の噴射方向が開放された防護カバーを備えることを特徴とする油井用鋼管の継手部の冷却装置である。

別の観点からは、本発明は、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤を加温して、加温された鋼管の継手部に噴霧塗布した後にこの鋼管を例えば常温に冷却するための油井用鋼管の継手部の冷却方法であって、鋼管の端部の内側に、この鋼管の略軸方向へ向けて配置される冷却ノズルから、液体状態の液体窒素を水平方向に噴出することにより継手部を冷却すること、および、冷却ノズルは、液体窒素の噴射方向が開放された防護カバーを備えることを特徴とする油井用鋼管の継手部の冷却方法である。

これらの本発明では、（ａ）冷却ノズルを鋼管の内部の所定の位置へ出し入れするための冷却ノズル移動機構を備えること、（ｂ）冷却ノズルと鋼管の内面との間の距離を所定の距離に保つ冷却ノズル案内機構を備えること、（ｃ）鋼管の内面の温度に応じて、冷却ノズルからの液体窒素の噴射量を制御するための噴射量制御機構を備えること、（ｄ）冷却装置が継手部を超えて存在する平行部も冷却することが、それぞれ望ましい。

さらに別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係る油井用鋼管の継手部の冷却装置と、鋼管を、鋼管の軸方向と略直交する方向へ横送りするとともに、上記の冷却装置に対する所定の位置で停止するための横送り装置とを備えることを特徴とする油井用鋼管の製造装置である。

本発明によれば、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤を加温してから、加温された鋼管の継手部に噴霧塗布した後、この鋼管を迅速かつ確実に常温に冷却することができ、これにより、油井用鋼管の生産性を低下することなく低コストで、潤滑性を有する固体潤滑被膜を、鋼管の継手部のネジ面に、充分な密着力で、薄くかつ均一に、さらには、製管工場から油井掘削現場までの間の運搬や保管において発錆しないように強固に、形成することができるようになる。

図１は、本発明に係る油井用鋼管の継手部の冷却装置の一例を、その一部を、簡略化及び省略するとともに透視した状態で、示す斜視図である。 図２は、油井用鋼管の継手部の冷却状況を示す二面図であって、図２（ａ）は図１におけるＡ矢視図であり、図２（ｂ）は図１におけるＢ矢視図である。 図３は、冷却する油井用鋼管の熱量分布の概略を示す説明図である。 図４は、油井用鋼管（例えば８ ５／８”サイズ）冷却時の油井用鋼管と冷却ノズルの各噴出孔（総孔数７６個、孔径０．８ｍｍ）の配置関係の一例を模式的に示す説明図である。 図５は、冷却ノズルの各噴出孔（総穴数７６個、孔径０．８ｍｍ）の配置の一例を模式的に示す説明図である。 図６は、冷却ノズルの防護カバーの設置部近傍を模式的に示す説明図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、いずれも、油井用鋼管の継手部の冷却状況を示す説明図であって、図１におけるＢ矢視図である。

本発明を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る油井用鋼管２の継手部２ａの冷却装置１の一例を、一部簡略化及び省略しながら示す斜視図である。また、図２は、油井用鋼管２の継手部２ａの冷却状況を示す二面図であって、図２（ａ）は図１におけるＡ矢視図であり、図２（ｂ）は図１におけるＢ矢視図である。

図１に示すように、冷却装置１は、継手部２ａに固体潤滑剤を塗布された鋼管（ピン）を冷却しながら、油井用鋼管２を量産するための装置である。冷却装置１は、冷却ノズル３と、冷却ノズル移動機構４と、冷却ノズル案内機構５と、液体窒素供給系６と、図示しない噴射量制御機構とを備える。以下、冷却装置１のこれらの構成要素を順次説明する。

［冷却ノズル３］
鋼管２は、その下部二箇所を二基のターニングローラ７、７により支持される。ターニングローラ７は図１中の矢印方向へ回転する。これにより、鋼管２は図１中の矢印方向へ回転する。

鋼管２の継手部２ａの鋼管軸方向長さＬは、図１に示す例では１４５ｍｍである。継手部２ａは、図示しない前工程である固体潤滑剤噴霧塗布工程において、適当な温度（例えば１３０℃）に加熱された状態で、加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる性質を有する固体潤滑剤（例えば特許文献３により開示された固体潤滑剤）を、適当な温度（例えば１３０℃）に加温して、噴霧塗布される。

継手部２ａは、後述するようにして、冷却装置１により所定の温度（例えば常温）に迅速かつ確実に冷却される。
冷却ノズル３は、液体窒素を噴射するためのノズルであって、中空の筒体からなる本体３ａを有する。冷却ノズル３は、鋼管２の継手部２ａの内側にこの鋼管２の略軸方向へ延設して配置される。図１に示す例では、冷却ノズル３の本体３ａの外径は１２．７ｍｍであり、本体３ａに直径０．８ｍｍの噴出孔３ｂが６９個穿設される。本体３ａはステンレス鋼製である。なお、冷却ノズル３の鋼管２の鋼管軸方向長さは、継手部２ａの全域を確実に冷却するために、２１３ｍｍと継手部２ａの鋼管軸方向長さＬよりも長く設定する。

冷却ノズル３には、パイプ８ａ及びスライドブロック８ｂを介して、噴射オン−オフ弁９が接続されている。噴射オン−オフ弁９が開くことにより冷却ノズル３の噴出孔３ｂから液体窒素が噴出し、噴射オン−オフ弁９が閉じることにより冷却ノズル３の噴出孔３ｂからの液体窒素の噴出が停止する。

なお、冷却ノズル３の各噴出孔３ｂが液体窒素の噴出後、水分により凍結して閉塞しないように、液体窒素を噴射しない時に気体の窒素が噴射オン−オフ弁９の出側（冷却ノズル３側）から常時噴出するようにしておくことが望ましい。

なお、図１では省略したが後述する図６に示すように、冷却ノズル３は、ステンレス鋼製の防護カバー３ｃにより被われており、冷却効率を上げるとともに、液体窒素の飛散を防止し、また一番低温となるノズル部に直接触れないように設けられている。防護カバー３ｃについては後述する。

冷却ノズル３から噴出する冷却媒体として液体窒素を用いる理由を説明する。油井用鋼管の製管工程において、鋼管２（ピン）の継手部２ａ（ねじ面）に固体潤滑被膜を形成する際には、１３０℃程度に加温された状態で固体潤滑剤を塗布する。塗布後、長時間放置すれば常温程度まで冷却されるので次工程に搬送することが可能になるが、これでは生産性が著しく低い。そこで、固体潤滑剤を塗布された鋼管２を急冷し、生産性を向上することが有効である。鋼管２の急冷方法として、空冷や水冷を用いることが簡単であるが、いずれの冷却方法も冷却能力は低く、あまり生産性を向上できない。そこで、本発明では、冷却能力の高い低温の液化ガスを用いる。

安価で比較的安全な液化ガスとして、液体炭酸ガスや液体窒素が一般的に知られるが、（ａ）環境的見地から炭酸ガスの大気放出を避けたいこと、（ｂ）比較試験結果より、液体窒素のほうが液体炭酸ガスよりも冷却効率が良く、使用量を低減できること（油井用鋼管を同様に冷却する際、重量比で液体窒素の使用量を１とすると液体炭酸ガスの使用量は１．４７であること）、（ｃ）液体炭酸ガスを液体の状態で維持するためには２ＭＰａ以上の設計圧力とすることが一般的であるとともに液体窒素設備の一般的な設計圧力１ＭＰａ未満と比較して２倍以上の設計圧力差となるため、圧力設備の板厚を増加せざるをえなくなり、液体炭酸ガス設備が液体窒素設備よりも高価となること、（ｄ）液体炭酸ガスは、圧力を維持しないと液体の状態で保存できないものであり、大気圧にすると凝固し固体（一般名：ドライアイス）となるため、液体炭酸ガスをノズルで噴射させると、噴射停止後にノズル内の液体炭酸ガスが固体となり目詰まりを起こし易く、目詰まりした部分を加温し固体を昇華させると、冷却設備を加温することとなるため、加温後に装置を稼働させる際には装置を冷却するエネルギーロスが発生するのに対し、液体窒素の場合は窒素自体が固化することはないが、大気中の水分が結露・氷結することがあるため、ノズル内に大気が入らないように気化した窒素ガスを僅かに流しパージするなど比較的簡単な方法があること等の理由により、液体窒素を用いることとした。

図３は、冷却する油井用鋼管２（８ ５／８’’サイズ）の熱量分布の概略を示す説明図である。図３のグラフの横軸は、油井用鋼管２の軸方向の開口部からの距離（ｍｍ）を示し、左側縦軸は軸方向距離１ｍｍ当たりの冷却する総熱量（Ｊ）を示し、右側縦軸は軸方向距離１ｍｍ当たりの熱容量（Ｊ／Ｋ）および加熱後温度（℃）を示す。

熱量分布は、油井用鋼管２の種類・温度条件により異なる。図３に示す例は、油井用鋼管２がＳＵＳ４３０製とし、密度は７．７０ｇ／ｃｍ^３、比熱は０．４６Ｊ／（ｇ・℃）として計算した。

また、 熱容量および総熱量は、油井用鋼管２の軸方向１ｍｍ当たりの体積を概算で求め算出した。１ｍｍ当たりの熱容量は、概算体積×密度×比熱により算出した。１ｍｍ当たりの冷却する総熱量は、熱容量×冷却する温度（例えば１３０℃→５０℃に冷却する場合、冷却する温度は８０℃）により算出した。

図３に示すように、冷却する油井用鋼管２の肉厚はその軸方向について変化しているとともに、油井用鋼管２の軸方向各部位の熱容量はその部位の肉厚に比例するので、冷却する油井用鋼管２の熱量分布は、油井用鋼管２の軸方向について一定ではない。このため、鋼管２を均一に冷却するためには、工夫が必要になる。

図４は、油井用鋼管２（例えば８ ５／８”サイズ）冷却時の油井用鋼管２と冷却ノズル３の各噴出孔３ｂ（総孔数７６個、孔径０．８ｍｍ）の配置関係の一例を模式的に示す説明図である。図４，５におけるユニオン側が鋼管２の軸方向端部開口側を示し、図４，５における先端側が鋼管２の軸方向内部側を示す。

固体潤滑被膜は、油井用鋼管２の継手部（テーパー部）２ａに塗布されるため、冷却は継手部２ａを主とする。しかし、伝熱等によりテーパー部２ａより右側の平行部２ｃまで加熱されているため、継手部２ａを超え、油井用鋼管２の本体の内部（平行部２ｃ）まで噴出孔３ｂを形成し冷却することが望ましい。例えば、図４に示すように、最初の平行部２ｃの４５ｍｍの部分も合わせて最大冷却部２ｄとする。また、最大冷却部２ｄ以降の平行部についても伝熱により若干加熱されているため、全体温度をできるだけ均一に下げる目的で、かつ液体窒素のロスを最小限にする目的で、最大冷却部２ｄ以降の噴出孔３ｂは、最大冷却部２ｄより大幅に減少させた数、例えば１／２以下の数で形成しておくことが望ましい。図４では、最大冷却部２ｄ以降４５ｍｍの範囲２ｅで８個の噴出孔３ｂを配し、さらに４５ｍｍの範囲２ｆで４個の噴出孔３ｂを配している。

図５は、冷却ノズル３の各噴出孔３ａ（総穴数７６個、孔径０．８ｍｍ）の配置の一例を模式的に示す説明図である。
最大冷却部２ｄの６４個の噴出孔３ｂは、Ａ列、Ｂ列、Ｃ列にそれぞれ２１個、２２個、２１個配列し、中心のＢ列からそれぞれ４５度の角度とする。

範囲２ｅでは、Ａ列、Ｃ列にそれぞれ４個ずつ噴出孔３ｂを配し、９０度の角度とする。範囲２ｆでは中心のＢのみに噴出孔３ｂを配する。
噴出孔３ｂの配列の角度を中心Ｂ列から４５度とする理由は、噴射した液体窒素が油井用鋼管２に当たり、跳ね返るものを、後述する防護カバー３ｃ内に集めて冷却効率を向上するためである。噴出孔３ｂの配列、角度はこのような目的を達成できる範囲で適宜調整すればよい。

図６は、冷却ノズル３の防護カバー３ｃの設置部近傍を模式的に示す説明図である。
冷却ノズル３には、液体窒素の噴射方向が開放された防護カバー３ｃが取り付けられている。防護カバー３ｃの開放幅は、噴射された液体窒素が油井用鋼管２に衝突し跳ね返った後、再び防護カバー３ｃ内に集められる大きさであることが望ましい。防護カバー３ｃを取り付けることにより、冷却効率が向上する。試験結果では同じ温度まで冷却する時間が、防護カバー有と無とでは、１：１．９の差があり、液体窒素の使用量もこの時間差に比例する。この理由は、噴射された液体窒素が油井用鋼管２に衝突した後に跳ね返ったものが飛散せずに防護カバー３ｃ内に集められ、防護カバー３ｃを伝って再度油井用鋼管２に滴り落ちて油井用鋼管２の冷却に寄与すること、及び、防護カバー３ｃ内に溜まった冷気が油井用鋼管２の冷却に寄与することであると考えられる。

そのため、防護カバー３ｃはできるだけ小さく、またできるだけ油井用鋼管２に接近させて配置することが望ましい。防護カバー３ｃは、後述するローラー２０、２１を収容する程度の大きさとし、幅５０ｍｍ、深さ４０ｍｍ、運転時の油井用鋼管２との隙間５ｍｍとする。

なお、防護カバー３ｃを設置する目的は、冷却効率の向上、及び液体窒素の飛散防止の他に、極低温となるノズル部に誤って作業者が直接触れることを防止することもある。
液体窒素を噴射する噴出孔３ｂの具体的な数、及びその径は、油井用鋼管２の径および肉厚により変わる総熱量の違いにより適宜設定することが望ましい。

さらに、噴出孔３ｂと油井用鋼管２の距離は、出来るだけ近いことが望ましい。試験結果では、３０ｍｍ距離が離れると冷却能力が２４％低下した。
冷却装置１では、後述するローラー２０、２１が油井用鋼管２に接触しながら冷却するようにしているため、噴出孔３ｂと油井用鋼管２との距離は約１４ｍｍで一定となるように設定してある。

このように、冷却装置１は、油井用鋼管２の端部である継手部２ａの内側に油井用鋼管２の略軸方向へ向けて配置されるとともに、液体窒素を噴出するための冷却ノズル３を備える。

［冷却ノズル移動機構４］
冷却ノズル３に接続されたパイプ８ａ及びスライドブロック８ｂは、冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用ボールスクリュー１０と、冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用ボールスクリュー１０を駆動する冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１とに接続される。冷却パイプ８ａ及びスライドブロック８ｂは、冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１を起動することにより、鋼管２の半径水平方向へ移動し、これにより、冷却ノズル３も鋼管２の半径水平方向へ移動する。

また、冷却ノズル３、パイプ８、噴射オン−オフ弁９、冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用ボールスクリュー１０、及び冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１は、いずれも、支持プレート１２に搭載される。支持プレート１２は、矩形平板状の外形を有し、鋼管２の軸方向へ向けて延設される。

支持プレート１２は、冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用ボールスクリュー１３と、冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用ボールスクリュー１３を駆動する冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用サーボモーター１４とに接続される。支持プレート１２は、冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用サーボモーター１４を起動することにより、鋼管２の半径垂直方向へ移動し、これにより、冷却ノズル３も鋼管２の半径垂直方向へ移動する。

さらに、スライドブロック８ｂは、冷却ノズルパイプ軸方向移動用エアシリンダ１５に接続される。冷却ノズルパイプ軸方向移動用エアシリンダ１５は、支持プレート１２に搭載される。スライドブロック８ｂは、冷却ノズルパイプ軸方向移動用エアシリンダ１５を起動することにより、鋼管２の軸方向へ移動し、これにより、冷却ノズル３も鋼管２の軸方向へ移動する。

冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用ボールスクリュー１３、及び冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用サーボモーター１４は、いずれも、冷却ノズル移動機構本体１６に支持される。

冷却ノズル移動機構本体１６は、その底部に、本体軸方向移動用ボールスクリュー１７と、この本体軸方向移動用ボールスクリュー１７を駆動する本体軸方向移動用サーボモーター１８とを装着される。本体軸方向移動用ボールスクリュー１７は、ベース基盤１９に搭載される。冷却ノズル移動機構本体１６は、本体軸方向移動用サーボモーター１８を起動することにより、鋼管２の軸方向へ移動し、これにより、冷却ノズル３も鋼管２の軸方向へ移動する。

このように、冷却機構３は、冷却ノズル移動機構４により、鋼管２の中心に位置するように、上下方向、左右方向及び鋼管軸方向の３方向に変位自在に支持される。
はじめに、冷却ノズル３は、冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１及び冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用サーボモーター１４により、予め鋼管２の中心と一致する位置に調整されて、存在する。

そして、鋼管２が後述する横送り装置により搬送され、ターニングローラ７、７上に配置された後、冷却ノズル３を搭載する支持プレート１２は、本体軸方向移動用サーボモーター１８が起動することにより、鋼管２の管端位置が検出されるまで前進し、その位置で一旦停止する。その後、冷却ノズル３は、冷却ノズルパイプ軸方向移動用エアシリンダ１５が起動することによりさらに前進し、冷却ノズル３を鋼管２の継手部２ａの内部の所定の位置まで装入されて停止する。

冷却ノズル３が鋼管２の継手部２ａの内部の所定の位置まで装入された後、鋼管２の内面方向に冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１を起動し、冷却ノズル３を鋼管２の内面に押し付ける。冷却ノズル３の近傍に配置された近接スイッチがオンすることにより、冷却ノズル３が鋼管２の継手部２ａの内面に接触するまで、冷却ノズル３を半径方向に移動させる。

なお、以上説明した冷却ノズル移動機構４とは異なり、例えば汎用の多関節型産業用ロボットにより冷却ノズル移動機構を構成するようにしてもよい。この場合には、多関節型産業用ロボットに、適当なエンドエフェクタ（効果器）を介して冷却ノズル３を保持させればよい。

このように、冷却装置１は、冷却ノズル３を鋼管２の継手部２ａの内部の所定の位置へ出し入れするための冷却ノズル移動機構４を備える。

［冷却ノズル案内機構５］
冷却ノズル３の両端には、冷却ノズル案内機構５として、ローラー２０、２１が配置されている。ローラー２０、２１は、上述したように、冷却ノズル３が鋼管２の継手部２ａの内部の所定の位置まで装入された後に鋼管２の内面方向に冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター１１を起動して冷却ノズル３を鋼管２の内面に押し付ける操作によって、鋼管２の継手部２ａの内面に当接し、これにより、冷却ノズル３に穿設された各噴出孔３ｂと、鋼管２の継手部２ａの内面との間の距離が、一定に保たれる。

このように、冷却装置１は、冷却ノズル３と鋼管２の内面との間の距離を所定の距離に保つ冷却ノズル案内機構５を備える。

［液体窒素供給系６］
液体窒素供給系６は、冷却ノズル３に液体窒素を供給するためのものである。液体窒素２２は、屋外に設置されたタンク２３に貯蔵され、図示しないタンク車により運搬及び補給される。

液体窒素供給系６は、図１に示すように、タンク２３と、配管２４と、主開閉バルブ２５と、液体窒素貯留ヘッダーレベル調整用バルブ２６と、液体窒素貯留ヘッダー２７と、液体窒素貯留レベルセンサー２８と、安全弁２９と、噴射オン−オフ弁９とを有する。

冷却装置１を使用する前に、液体窒素２２を液体窒素貯留ヘッダー２７にあるレベルまで溜まるまで、予め供給しておく。液体窒素貯留ヘッダー２７の手前に設置された液体窒素貯留ヘッダーレベル調整用バルブ２６をオン−オフ制御することにより、タンク２３から液体窒素貯留ヘッダー２７への液体窒素２２の供給量を制御して、液体窒素貯留ヘッダー２７内に収容される液体窒素２２の量を一定範囲とする。

液体窒素貯留ヘッダー２７の上部に配置された安全弁２９は、液体窒素貯留ヘッダー２７内の圧力が液体窒素２２が蒸発により所定のレベル以上になると、作動して窒素を噴出する。

液体窒素貯留ヘッダー２７は、冷却ノズル３よりも高いレベルに配置されており、冷却ノズル３へ液体窒素貯留ヘッダー２７の底部から液体状態の窒素を供給できるように構成されている。なお、冷却ノズル３へ液体窒素を送る噴射オン−オフ弁９は、冷却ノズル３の直近に設置して応答性を高めることが望ましい。

なお、液体窒素貯留ヘッダー２７の上部は常に圧力が負荷された状態で気体の窒素が溜まっており、この気体の窒素を、上述したように、冷却ノズル３から液体窒素を噴射しない時に噴射オン−オフ弁９の出側（冷却ノズル３側）から常時噴出することにより、冷却ノズル３の凍結による詰まりを防止できるために、望ましい。

このように、液体窒素供給系６は、鋼管２の継手部２ａの冷却に用いる液体窒素を安定的にかつ十分な量供給するために、タンク２３に接続され、その配管２４は、冷却ノズル３よりも高い位置に設置され、配管２４の最上部に安全弁２９を設置し、安定供給のために冷却ノズル３の直近でタンク２３からの配管２４よりも下方に液体窒素貯留ヘッダー２７を配置し、この液体窒素貯留ヘッダー２７のレベルを一定に保つようにするためにタンク２３につながる配管２４との接続部に配置された液体窒素貯留ヘッダーレベル調整用バルブ２６を開閉制御する。

さらに補足すると、鋼管２を効率よく冷却するためには、気化ガスを含まない液体化窒素を安定的に供給する必要がある。冷却装置１は、液体窒素貯留ヘッダー（気液分離器）２７をできるだけ冷却ノズル３の近傍に配置することによって液体窒素貯留ヘッダー２７から冷却ノズル３までの距離を短くし、その間で発生する気化ガスを減らすことができる。また、屋外に設置された液体窒素供給タンク２３から液体窒素貯留ヘッダー２７までの間で発生した気化ガスを、冷却ノズル３の直近で除去することができる。この液体窒素貯留ヘッダー２７は液体窒素貯留レベルセンサー２８により、液面レベルを常に一定以上とするようにコントロールされ、液量が少なくなった場合は液体窒素貯留ヘッダー２７内のガスを自動で大気放出することにより液面を高く維持する。ただし、通常は冷却ノズル３の結露・氷結防止用のパージガスとして有効的に消費されているため、通常連続運転中は無駄となる大気放出は少ない。

このように、冷却装置１は、冷却ノズル３に液体窒素を供給するための液体窒素供給系６を備える。

［噴射量制御機構］
冷却装置１は、油井用鋼管２の継手部２ａの内面の温度を測定する測温装置（例えば非接触温度計）と、この測温装置の測温結果に応じて冷却ノズル３からの液体窒素の噴射量を制御するための噴射量制御機構（図示しない）とを備えることが望ましい。

これにより、油井用鋼管２を回転させながら冷却ノズル３から液体窒素を継手部２ａへ向けて噴射した後に、非接触温度計により継手部２ａの表面が所定の温度に低下したことを確認し、これにより、噴射量制御機構が液体窒素供給系６に制御信号を出力することによって、冷却ノズル３からの液体窒素の噴射を停止する。

その後、冷却ノズル移動機構４は、上述した動作と逆の動作を行い、冷却ノズル３を上述した原位置に退避・復帰させることにより、冷却装置１による冷却が完了する。その後、冷却装置１による冷却を完了した油井用鋼管２を搬出し、次の油井用鋼管の冷却を待機する。

冷却装置１は、以上のように構成される。
また、本発明に係る油井用鋼管２の製造装置は、この冷却装置１と、鋼管２を、鋼管２の軸方向と略直交する方向（図１における白抜き矢印方向）へ横送りするとともに、冷却装置１に対する所定の位置（図１に例示する位置）で停止するための横送り装置（図示しない）とを備える。この横送り装置は、この種の搬送装置として当業者には周知であるので、この横送り装置に関する説明は省略する。

この製造装置によれば、量産のため連続して油井用鋼管が横送りされるラインにおいて、以下に列記する手順で油井用鋼管２を冷却する。
（ｉ）冷却装置１の前面に油井用鋼管２が搬入された際に、冷却ノズル３が自動的に前進して油井用鋼管２の管端位置を検出した後に停止する。

（ｉｉ）冷却ノズル３が油井用鋼管２の内部であって油井用鋼管２の中央に有効に収まるように冷却ノズル３を前進させ、所定の位置に冷却ノズル３が停止する。
（ｉｉｉ）冷却ノズル３を、半径水平方向または半径垂直方向に移動させ、油井用鋼管２の内面に押し付け、冷却ノズル３と油井用鋼管２の継手部２ａとの間の距離を一定に保つ。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、いずれも、油井用鋼管２の継手部２ａの冷却状況を示す説明図であって、図１におけるＢ矢視図である。図７（ａ）は冷却ノズル３を半径水平方向へ移動させた場合を示し、図７（ｂ）は冷却ノズル３を半径垂直方向へ移動させた場合を示す。

冷却装置１により冷却を開始される前の温度が１３０℃である油井用鋼管２を、図７（ａ）又は図７（ｂ）に示す冷却手段によって冷却した。冷却ノズル３からの液体窒素の噴射時間ｔは、６０、８０又は１００秒間とした。結果を表１にまとめて示す。なお、表１は、管内面冷却を行い、温度の測定ポイントは、基本的に管外面とし、１００秒の管内面の測定値は冷却ノズル３を取り出してから測定した。

表１に示す結果から、図７（ａ）に示すように液体窒素を水平方向に噴射したほうが垂直方向に噴射するよりも冷却効果が大きいことがわかる。この理由は、ノズルより噴射された液化窒素が、油井用鋼管に衝突した後、液体状態で残った液化窒素が重力により油井用鋼管下面に流れ移動し、下面に向けて噴射した場合に比べ、広い面積を冷却するためと考えられる。

（ｉｖ）液体窒素２２を冷却ノズル３から噴射することによって、鋼管２の継手部２ａ（加熱されたネジの周辺全体）を冷却する。
（ｖ）鋼管２の継手部２ａが所定の温度に低下した後に自動的に液体窒素の供給を停止し、冷却装置１を原位置に復帰させ、次の油井用鋼管の冷却に備える。

このようにして、本発明によれば、油井用鋼管２の継手部２の内側に鋼管軸方向へ向けて配置される冷却ノズル３から、液体窒素を噴出することによって、油井用鋼管２の継手部２の内面のねじ面に、潤滑性を有する固体潤滑被膜を、密着性よく、かつ薄く均一に、さらには、製管工場から油井掘削現場までの運搬や保管の際にさびを発生しないように強固に、効率よく低コストで形成することが可能になるので、例えば特許文献３により開示された固体潤滑剤を加温し、加熱された油井用鋼管２の継手部に噴霧塗布した後、この油井用鋼管２を迅速かつ確実に例えば常温に冷却することが可能になる。

具体的には、冷却装置１により、外径３４０ｍｍの寸法を有する油井用鋼管を、１３０℃から常温近くまで約１００秒間の冷却時間で冷却することができ、その際に使用した窒素量は一本あたり１７ｋｇであった。

１ 冷却装置
２ 油井用鋼管
２ａ 継手部
２ｃ 平行部
２ｄ 最大冷却部
２ｅ ４５ｍｍの範囲
２ｆ ４５ｍｍの範囲
３ 冷却ノズル
３ａ 本体
３ｂ 噴出孔
３ｃ 防護カバー
４ 冷却ノズル移動機構
５ 冷却ノズル案内機構
６ 液体窒素供給系
７ ターニングローラ
８ａ パイプ
８ｂ スライドブロック
９ 噴射オン−オフ弁
１０ 冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用ボールスクリュー
１１ 冷却ノズルパイプ半径水平方向移動用サーボモーター
１２ 支持プレート
１３ 冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用ボールスクリュー
１４ 冷却ノズルパイプ半径垂直方向移動用サーボモーター
１５ 冷却ノズルパイプ軸方向移動用エアシリンダ
１６ 冷却ノズル移動機構本体
１７ 本体軸方向移動用ボールスクリュー
１８ 本体軸方向移動用サーボモーター
１９ ベース基盤
２０，２１ ローラー
２２ 液体窒素
２３ タンク
２４ 配管
２５ 主開閉バルブ
２６ 液体窒素貯留ヘッダーレベル調整用バルブ
２７ 液体窒素貯留ヘッダー
２８ 液体窒素貯留レベルセンサー
２９ 安全弁

Claims (7)

1. 加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる固体潤滑剤を加温したままで加温された鋼管継手部に噴霧塗布した後にこの鋼管を冷却するための油井用鋼管の継手部の冷却装置であって、
   前記鋼管の端部の内側に該鋼管の略軸方向へ向けて配置されるとともに、液体窒素を噴出するための冷却ノズルを備え、液体状態の液体窒素を水平方向に噴射することにより前記継手部を冷却すること、および
   前記冷却ノズルは、前記液体窒素の噴射方向が開放された防護カバーを備えること
   を特徴とする油井用鋼管の継手部の冷却装置。
2. 前記冷却ノズルを前記鋼管の内部の所定の位置へ出し入れするための冷却ノズル移動機構を備える請求項１に記載された油井用鋼管の継手部の冷却装置。
3. 前記冷却ノズルと前記鋼管の内面との間の距離を所定の距離に保つ冷却ノズル案内機構を備える請求項１または請求項２に記載された油井用鋼管の継手部の冷却装置。
4. 前記鋼管の内面の温度に応じて、前記冷却ノズルからの前記液体窒素の噴射量を制御するための噴射量制御機構を備える請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された油井用鋼管の継手部の冷却装置。
5. 前記冷却装置が、前記継手部を超えて存在する平行部も冷却することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された油井用鋼管の継手部の冷却装置。
6. 加温状態で流動性を有するとともに常温で固体となる固体潤滑剤を加温したままで鋼管継手部に噴霧塗布した後にこの鋼管を冷却するための油井用鋼管の継手部の冷却方法であって、
   前記鋼管の端部の内側に該鋼管の略軸方向へ向けて配置される冷却ノズルから、液体状態の液体窒素を水平方向に噴出することにより前記継手部を冷却すること、および
   前記冷却ノズルは、前記液体窒素の噴射方向が開放された防護カバーを備えること
   を特徴とする油井用鋼管の継手部の冷却方法。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された油井用鋼管継手部の冷却装置と、
   前記鋼管を、該鋼管の軸方向と略直交する方向へ横送りするとともに、前記冷却装置に対する所定の位置で停止するための横送り装置と
   を備えることを特徴とする油井用鋼管の製造装置。

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