JPS6026878A - 油井用鋼管継手 - Google Patents

油井用鋼管継手

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JPS6026878A
JPS6026878A JP13359783A JP13359783A JPS6026878A JP S6026878 A JPS6026878 A JP S6026878A JP 13359783 A JP13359783 A JP 13359783A JP 13359783 A JP13359783 A JP 13359783A JP S6026878 A JPS6026878 A JP S6026878A
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JP
Japan
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box
nose
bottle
face
flank
Prior art date
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Pending
Application number
JP13359783A
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English (en)
Inventor
赤瀬 繁之
井上 靖介
神山 藤雅
丸山 和士
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)

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】 (1)産業上の利用分野 本発明は油田において用いられる油井用鋼管継手で特に
気密性を必要とする場所に用いられる継手に関するもの
である。
(2)従来技術 近年、世界的彦石油事情の悪化から、各国で油井の掘削
が活発化しているが、その環境はだんだんと厳しいもの
になってきて、深層化、高温高圧化、寒冷化、海底化に
向っており、また今丑でかえ勺みられなかった硫化水素
(H2S)性の油田も掘削の対象となった。
ここで要求される継手の性質としては高い応力に耐えら
れる強度が必要なことはもちろんのこと、高速度で上昇
してくる石油中に含まれる岩石等の微粒子によって生じ
るエロージョンに対して強いこと、気体、特にH2Sの
漏洩がないことおよび継手自体が高価なために使いすて
をせずある油田の採取が終れば、次の油田でも使用でき
るという繰夛返し、使用性能が高いことである。
ところで硫化水素(H2S)は人体に有害であるのみな
らず高応力状態の鍋に浸入すると、その部分を急速に腐
食し、割れを誘起させる性質を有する。そこで硫化水素
(Has)が存在する油田においては長い油井ス) I
Jソング string )の内で応力が最大になって
いる継手内のねじ部に硫化水素(H2S)が浸入すると
、使用中に継手部から破断し、採油中断と云う経済的な
大損害をおこすとともに、作秦者々らびに付近の住民に
重大な災害をおよばずことになる。
現在一般的に使用されているアメリカ石油協会(API
)規格の継手は第1図に示す形をしているがビン1の雄
ねじ3頂部とボックス2の雌ねじ4底部が形成するラセ
ン状の間隙を通ってガスが容易に漏洩する構造となって
いるので、硫化水素(H2S )の油田にはAPI規格
継手は用いられない。
又API規格継手の油井ス) IJソング内面は、継手
部で不連続的な段が付いているので、そこで原油の上昇
流が乱流となる。高圧油田では流速が速くなり、原油中
に含寸れる岩石等の硬質物罠より乱流ケ所に二ローショ
ンが発生するので高圧油田にも用いられない。
そこで気密性と内面のなめらかさを兼ねそなえた継手、
いわゆるプレミアムジヨイントが使用される。
現在使用されているプレミアムジヨイントは2つのタイ
プに大別される。
1つのタイプは第2図に示すように鋼管端部内面の雌ね
じを有する機械加工した部分2(以下ボックスと記す)
のねじの一部を切取って溝をっけ、そこにテフロンリン
グTを嵌め込み、その後、鋼管端部外面の雄ねじを有す
る機械加工した部分1(以下ビンと記す)を螺合すると
比較約款かいテフロンリングTが雄ねじ3にそって変形
密着し、気密構造となる継手である。
しかし継手加工工場であらかじめボックス2に嵌め込ん
だテフロンリングTは運搬中の振動により脱落したシ、
あるいは現場でビン1を回転琲合中に雄ねじ3によp押
出されることが往々にしてあシ、その場合は気密構造と
ならなく、テフロン用溝が雌ねじ部の肉厚を薄くして継
手の強度低下をもたらす欠点がある。
他のタイプを第3図に示す。ビンエをボックス2に螺合
させピンノーズ先端面5とボックス端面7に、あるいは
ビンノーズフランク6とボックスフランク8にメタル接
触をおこさせ、さらに機械を用いて強力に回転させ、押
込んでメタル接触部に塑性変形をおこさせ、より完全に
気密構造とする継手である。接触部分には亜鉛、錫メッ
キあるいは化成処理しているものの往々にして被膜がや
ぶれ鏑同士の接触となり、焼付きをおこし、再使用でき
なくなる欠点がある1、 なお油井用鋼管を次々に接触してゆく方法には、管の一
端にビンを、他端にボックスを加工し、管同士を接続し
てゆくインテクラル方式と、2つのボックスからなるカ
ップリングと両端にビンを加工した管とで接続してゆく
カンブリング方式があるが、そのいずれにもテフロンリ
ングによるシールとメタル接触によるシールが適用され
ている。
(3)発明の目的 本発明の目的は上述の欠点を考慮して、脱落しやすいテ
フロンリングを用いず、しかも焼イづけをおこさないで
繰返し使用出来る高気密性の油井/行鋼管ねし継手を提
供することにある。
(4)発明の構成作用 その要旨上するところは一方の釧管の端部外面に雄ねじ
を有するピンと他方の端部内面に雌ねじを有するボック
スを螺合する鋼管継手において、ビンにビンノーズ第1
端面とビンノーズフランクとビンノーズ第2端面とビン
ノーズ部内径面になめらかガ溝ケ設け、 ボックスにボックス第1端 クとボックス第2端而とボックス第1端面近彷内径面に
なめらかな溝を設け、 ビンノーズフランクが管軸に対して15°以内の夾角を
なし、ビンノーズ第1端面が管軸に対して60°以上の
夾角をなし、ボックスフランクが管軸に対して15°以
内の夾角をなし、ボックス第1端面が管軸に対して60
°以上の夾角をなし、ビンノーズフランクの外径の各点
がボックスフランクの対応する各点の内径より小さく、
ピンノーズ長さがボックスフランクより長く、ビンノー
ズ第1端面がボックス第1端 ンノーズ第1端面とボックス第1端面およびビンノーズ
第2端面とボックス第2端面が当接するよう構成したこ
とを特徴とする油井用鋼管継手にあって、ピンノーズ厚
みを薄くして弾性変形を起しやすぐし、螺合に際してビ
ンノーズ第1端面とボックス第1端面を密着させて気密
S造とし、ピンノーズが過度にねじこまれて座屈又は折
れないようビンノーズ第2端面をボックス第2端而に当
接させてストッパーとし、あわせてビンノーズフランク
を弾性変形させてボックスフランクに密着させ2Nの気
密構造とし、ピンとボックス当接部内径面になめらかな
凹状の溝をつくって乱流がおこらないようにしてエロー
ジョンを防ぐ一方、取外してピンノーズに応力がなくカ
れば弾性力により嗟合前の状態に復元するという再使用
可能の継手である。
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。第4図から
第6図は本発明の1態様を示す油井管用継手であって、
第4図はねじ継手のうちのインテグラル方式のピンを、
第5図はインテグラル方式のボックスを、第6図はビン
とボックスの螺合した状態の各断面を図示したものであ
る。第4図において、ビンノーズフランク14は管軸に
対してθ璽の夾角をなす直線からなっている。ビンノー
ズフランク14が円弧状の場合は、各点における接線が
管軸となす夾角のうち最大の角度を01と定義する。
ビンノーズ第1端面12は管軸に対してθ2の夾角をな
す直線からなり立っている。ビンノーズ第1端面12が
円弧状の場合、各点における接線が管軸となす夾角のう
ち最大の角度を02と定義する。
ビンの溝15は曲線の組合わせからなるなめらかな曲面
となっている。n15が円弧状の曲面で出来ている場合
は各点における接線が管軸となす夾角をθ3とする。
ビンノーズ第1端面12の延長線(以後A’PI とす
ル)トピンノーズフランク14の延長線( 以後1pF
とする)の交点をA1 ビンノーズ第2端面(E。
B“) 13の延長線とIPFの交点をB1なめらかな
溝15の延長線(以後IPGとする)とIlp+の交点
を011’paと内径面DPIの交点をDとそれぞれ定
義すればビンノーズ先端厚み(A−0間の垂直距離)は
TP+ 1 ビンノーズフランク長さくi”B間の管軸
に対して平行な距離)はLPF 、溝の深さく DPI
と0間の最大垂直距離)はHPG 、溝の長さくC−D
間の管軸に対して平行な距離)は1Lpcである。
3は雄ねじ山を示しAPI規格のラウンドねじ又はバン
トレスねじでもよく気密性とは関係がない0 氾5図において、ボックスフランクUは管軸に対してへ
の夾角をなす直線からなシ立っている。
ボックスフランク冴が円弧の場合はビンノーズフランク
14が円弧状の場合の01と同じ定義とする。
ボックス第1端而22が管軸に対してθ5の夾角をなす
直線から成シ立っている。ボックス第1端而22が円弧
の場合はビンノーズ第1端面が円弧状の場合の02と同
じ定義とする。
ボックスの溝5は曲線の組合せからなっておりD′点に
おける接線と管軸とのなす夾角は06である。
壽5が円弧状で出来ている場合はθ3と同じ定義とする
ボックスフランクあの延長線(以後6Bpとする)とボ
ックスフランク第1端 とするンの交点をA’lボックス第2端面(B“ B/
// )乙の延長線(以後lB2とする)と7BFの交
点をB′、なめらかな溝δの延長線(以後lBGとする
)とAB+の交点をC’ + lBGとボックス内径面
DBIとの交点をD′とすれば、ボックス第1端 の垂直距離)はTB+ 1 ボックスフランク長す(A
’〜B′間の管軸に対して平行な距離)はIJBF *
溝の深さく点Cからボックス内径面DBIの延長線に下
した垂線の最大距離)はHB. 、溝の長さくC’〜D
′間の管軸に対して平行な距離)はLBGである。
4は雌ねじを示し、ビンの雄ねじ3と螺合すればよい。
第5図においてボックス第1端面nを右上シの斜面とし
たのは、第4図に示すビン10を回転させ、ビンノーズ
第1端面12が前記端面22に当接し、さらにビン10
をボックス20に押込もうとすると、ビンノーズ11を
押し上げようとする分力を働かすためである。
ビンノーズフランク14の外径の各点がボックスフラン
クあの対応する各点の内径より小さく、ビンノーズフラ
ンク長さLPFがボックスフランク長さLBFよシ長く
、ビンノーズ第1端面12の傾斜角θ2がボックス第1
端面22の傾斜角θ,よシも大きい理由およびビンノー
ズ第2端面13とボックス第2端面るを設けた理由を第
6図を用いて説明する。
第4図のビン10と第5図のボックスかを螺合してゆく
と、まずビンノーズ第1端面12の下端とボックス第1
端面22の下端とが幾何学的、つまりビンノーズ11部
が弾性変形しない状態で当接する。
このときのビンノーズフランク14とボックスフランク
属の間隙の最大値をHPBとする。
この状態では点C(C’)よシ上方は扇状の間隙があり
、ビンノーズフランク14面とボックスフランク路面間
にも最大HPBの隙がある。次にビン10を機械を用い
て回転させさらに右に進ませるとボックス第1端面22
によってビンノーズ11の進行が抑制されているため、
ボックス第1端 を中心として時計方向に回転してθ2−θ5 になった
時に回転が停止する。
ビンノースフランク14は弾性的に上方に曲げられ点E
でボックスフランク冴と接触しビンノーズ長さはLPF
 C < LPF )となる。
この時点でビンノーズ第2端面13がボックス第2端面
Z3に当接しトルクが急上昇して定められた値になれば
螺合作業は完了1 2重の気密構造となる。
す々ワチピンノーズ11部が弾性変形内でビンノーズフ
ランク面Uに当接するようにビンノーズ第2端面13の
位置を決定する。
なおこの場合、Lpc +Lna = L + Lpc
≦50mm。
LBG≦5011m,L≦1 0 0 mmであシ、L
pc > LBa 、 Lpa = LBG + Lp
c < LEGのいずれでもよい。
第7図は本発明継手の別の態様のものを螺合しプζもの
でビンノーズ第1端面12とボックス第1端而nは同じ
曲率の曲面であり、ビンノーズの溝15とボックスの竹
5は直線の組合せがらなり立っている。
ピン10トホンクス印の螺合が完了するとビンノーズ第
1端面12とボックス第1端面22の全面で当接し、ビ
ンノーズ部が上部に少し弾性変形してE′部て商接し、
2重の気密構造となる。
次に数値限定理由を記す。
ビンノーズフランク14の管軸に対する夾角θ8を15
°以内としたのは15°よシ大きな角度とするとビンノ
ーズ厚みTp+があ1シ厚くとれないことがらビンノー
ズの長さが短かぐなシ、弾性変形量も小さくなるからで
ある。
ビンノーズ第1端面の管軸に対する夾角θ,を6重0以
上としたのはこれ未満であると、ビンノーズ先端部(A
点近傍)の肉がうすぐ々す、加工の際変形して加工精度
が充分とれないからである。
ボックスフランク冴の管軸に対する夾角θ4ヲ15。
以下とビンノーズ第1端面12がボックス第1端而22
に幾何学的に接触した際ビンノーズフランク14の傾斜
角θ1≦15°の最大値以上にするとビンノーズフラン
ク14トポツクスフランク別の間隙が大きくなってビン
ノーズフランク14が変形当接しなくなるからである。
ボックス第1端 する夾角θ,を60°以上にしたのはこの角度未満にな
ると、ボックス第1端 くなって変形しやすぐなり充分な加工粒度がとれないか
らである。
次に溝の長さLPG、LEGを5Q1+α以内としたの
は5Qmmを超えると、継手強度が低下しかつバイトホ
ルダーの長さが長くなりすぎて溝加工の際ビビリが発生
し、なめらかな面とならないからである。溝斜面の管軸
に対する夾角θ1.θ6を45°以下としたのは45°
を超えると(を丁の最深部に応力集中がおこり、ビンノ
ーズが折れやすくなるためである。
(5)実施例 次に本発明の実施例を用いて本発明の効果ケさらに具体
的に説明する。
実施例1 接合すべき管(は油井用鋼管API規格N−80、外径
177.8闘、肉厚11.5111+m f:用いた。
なおインテグラル方式の継手は両端をアブセントして厚
肉にした鋼管を加工したものである。試験片はインテグ
ラル方式、カンプリング方式共に2組づつ製作し、比較
材としてAPI規格継手2組を用いた。
試験片の諸元を表処示す。
API 5A2モデイフアイドコンパウンドグリースを
塗布した継手の組立を締付トルク1100 kg−mで
行った6個の試験片について蛋素ガスで管内圧を476
気圧に保ち、引張力135トンで66℃ないし163℃
の温度ザイクルを100回かけたが本発明の継手4個は
全べて継手部からリークせず完全であったが、A、 P
 I規格のものは2個とも窒素ガスの漏洩があった。
実施レリ2 実施例1でガスの漏洩がなかった本怜明のそれぞれのタ
イプの1組づつを締付様にて1100/l;y−mのト
ルクで線側け]y )まずしを10回繰返したが、焼料
はおこらなかった。
(6)発明の効果 以上詳述した様に本発明には従来のプレミアムジヨイン
トの様にテフロンリングの脱落による気密性のそう失、
あるいは全屈の塑性変形的接触に起因する焼付による再
使用不可の問題もなかった。
さらにビンノーズ先端部内面に加工した溝はなめらかな
面を有するため、応力集中が起らずしかも変形が弾性限
内であるため応力が低くH2Sによる応力腐食われもな
く、かつ上列する流体が溝によって乱流となることもな
いので、乱流により生ずるエロージョンも防止出来る優
れた継手であり工業上きわめて有用なものである。
【図面の簡単な説明】 第1図はAPi規格油井用鋼管継手の断面図、第2図は
テフロンリングを用いたプレミアムジヨイントの断面図
、 第3図1はメタル接触型プレミアムジヨイントの断面図
、 第4図は本発明のビンの1態様断mi図、第5図は本発
明のボックスの1態様断面図、第6図は本発明のビンと
ボックスを螺合した場合の当接部詳細図、 第7図は本発明の別の態様のビンとボックスを螺合した
場合の当接部詳細図である。 ■・・・ビン、 2 ボックス、 3・・雄ねじ、 4・・・雌ねじ、 5・・ビンノーズ先端面、 6・・・ビンノーズフランク、 7・ボックス端面、 8・・ボックスフランク、 10・・・ビン、 11・・・ビンノーズ、 12・ ビンノーズ第1端面、 13・・・ビンノーズ第2端面、 14・・・ビンノーズフランク、 15・・ビン側のなめらかな溝、 入・・・ボックス、 21・・・ボックス第1端而近傍、 n・・ボックス第1端面、 る・・ボックス第2端面、 24 ・・・ボックスフランク、 5・・・ボックス側の力めらかな溝。 特許出願人 新日本製鉄株式会社 代理人 弁理士 熊 谷 福 1酎り。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 fil 一方の鋼管の端部外面に雄ねじを有するピンと
    、他方の鋼管の端部内面に雌ねじを有するボックスを螺
    合する鋼管継手において、ピンにピンノーズ第1端面と
    ピンノーズフランクとピンノーズ第2端面とビンノーズ
    部内径面になめらかな溝を設け、ボックスにボックス第
    1端面とボックスフランクとボックス第2端面とボック
    ス第1端而近傍内径面になめらかな溝を設け、ビンノー
    ズフランクが管軸に対して10°以内の夾角をなし、ビ
    ンノーズ第1端面が管軸に対して60’以上の夾角を表
    し、ボックスフランクが管軸に対して10°以内の夾角
    をなし、ボックス第1端 ビンノーズフランクの外径の各点がボックスフランクの
    対応する各点の内径よシ小さく、ビンノーズ長さがボッ
    クスフランクの長さよシ長く、ビンノーズ第1端面がボ
    ックス第1端面より太きな角度を有し、ビンノーズ第1
    端面とボックス第1端面、およびピンノーズ第2端面と
    ボックス第2端 徴とする、油井用鋼管継手。 (2) ピンノーズ内径先端部とボックス第1端面内径
    側先端部からそれぞれの内奥に向って50羽以内に直線
    および/又は円弧の組合せからなるなめらかな港を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の油井用
    鋼管継手。 (3) ピンノーズ部内径面とボックス第1端而近傍内
    径面のなめらかな溝の各点における接線と管軸との夾角
    が45°以内であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の油井用鍋管継手。
JP13359783A 1983-07-23 1983-07-23 油井用鋼管継手 Pending JPS6026878A (ja)

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