JPS6283585A - シ−ル性に優れた油井管継手 - Google Patents
シ−ル性に優れた油井管継手Info
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- JPS6283585A JPS6283585A JP22569485A JP22569485A JPS6283585A JP S6283585 A JPS6283585 A JP S6283585A JP 22569485 A JP22569485 A JP 22569485A JP 22569485 A JP22569485 A JP 22569485A JP S6283585 A JPS6283585 A JP S6283585A
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- Japan
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- box
- pin
- seal ring
- temperature
- country tubular
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「発明の目的」
(産業上の利用分野)
天然ガスや原油を産出する井戸のaさは、近年になって
地下1万mにも達する傾向にある。本発明は、このよう
な深井戸に竪で込まれる油井管用の管継手に関するもの
である。
地下1万mにも達する傾向にある。本発明は、このよう
な深井戸に竪で込まれる油井管用の管継手に関するもの
である。
(従来の油井管継手)
深井戸に竪で込まれる油井管は莫大な数にのぼり、これ
らの油井管はインテグラル式管継手やカップリング式管
継手によって一連に接続される。
らの油井管はインテグラル式管継手やカップリング式管
継手によって一連に接続される。
第5図はカップリング式の管継手を横倒し、その一部を
切り欠いて示す正面図である。このような油井管継手に
は、土圧による外周からの圧縮力や内部流体による内周
面への押圧力等の影響に対してよく耐え、しかも内部流
体が決して漏洩しない確実な気密性を有することが厳し
く要請されている。そこで第6図に示す如き構成が採ら
れている。
切り欠いて示す正面図である。このような油井管継手に
は、土圧による外周からの圧縮力や内部流体による内周
面への押圧力等の影響に対してよく耐え、しかも内部流
体が決して漏洩しない確実な気密性を有することが厳し
く要請されている。そこで第6図に示す如き構成が採ら
れている。
第6図は前記第5図中に矢符で示す部分を拡大視し、カ
ップリングAに設けられたボックスaと、油井管Bの管
端に設けられたピンbとが連結のため締付けられつつあ
る一時点の状態を示す図である。同図に示すようにピン
bの先端部blとボックスaの奥部社とは相互に対応す
るテーパー状に形成されており、通常の場合、ピンbに
おける先端部b1の最小外径は、ボックスaにおける奥
部狙の最大内径よりも僅かに大きく形成されている。従
って油井管BとカンプリングA(第5図参照)とを締め
付けると、ボックスaの奥部記における切上部−から漸
次小径化されたテーパー内周面ゐに沿うようにピンbの
先端部b1が縮径されつつ挿入される。このためピンb
のテーパー外周面bsとボックスaのテーパー内周面お
との間ではメタル対メタルによる高面圧接触のメインシ
ール部が形成される。またピンbの先端環状面一は、恰
も軸先の如く管軸方向に対して約100°に傾斜して形
成されているため、前記油井管BとカンプリングAとの
締め付は完了時には、該ピンbの先端環状面一とボック
スaの内環状面a4との間でメタル対メタルによる高面
圧接触のサブシール部が形成される。なお該サブシール
部は、ピンbとボックスaとを増し締めするときに生ず
る斜交分力によりピンbの先端環状面一がその外周方向
へ拡管されるようになり、前記メインシール部における
気密性を一層効果的なものに助勢するという作用をも営
む。
ップリングAに設けられたボックスaと、油井管Bの管
端に設けられたピンbとが連結のため締付けられつつあ
る一時点の状態を示す図である。同図に示すようにピン
bの先端部blとボックスaの奥部社とは相互に対応す
るテーパー状に形成されており、通常の場合、ピンbに
おける先端部b1の最小外径は、ボックスaにおける奥
部狙の最大内径よりも僅かに大きく形成されている。従
って油井管BとカンプリングA(第5図参照)とを締め
付けると、ボックスaの奥部記における切上部−から漸
次小径化されたテーパー内周面ゐに沿うようにピンbの
先端部b1が縮径されつつ挿入される。このためピンb
のテーパー外周面bsとボックスaのテーパー内周面お
との間ではメタル対メタルによる高面圧接触のメインシ
ール部が形成される。またピンbの先端環状面一は、恰
も軸先の如く管軸方向に対して約100°に傾斜して形
成されているため、前記油井管BとカンプリングAとの
締め付は完了時には、該ピンbの先端環状面一とボック
スaの内環状面a4との間でメタル対メタルによる高面
圧接触のサブシール部が形成される。なお該サブシール
部は、ピンbとボックスaとを増し締めするときに生ず
る斜交分力によりピンbの先端環状面一がその外周方向
へ拡管されるようになり、前記メインシール部における
気密性を一層効果的なものに助勢するという作用をも営
む。
ところで、深井戸内に竪で込まれる油井管Bの個数は前
述した如く莫大なものであり、これに伴ってカンプリン
グAの個数も莫大となる。従って各管継手には、油井管
BやカンプリングAの荷重が累積されることによる管軸
方向への強大な引張荷重が作用する。このため従来は、
管継手におけるねじ部のピンチや基準山形を改良する等
していたが、それでもなお前記メインシール部及びサブ
シール部において微小隙間が発生し、該微小隙間から内
部流体が漏れることがあった。そこで第5図に示すよう
に管継手におけるボックスa側のねじ部又はビンb側の
ねじ部にテフロンリングCを嵌め込んでシール作用を補
助するようにしていた。
述した如く莫大なものであり、これに伴ってカンプリン
グAの個数も莫大となる。従って各管継手には、油井管
BやカンプリングAの荷重が累積されることによる管軸
方向への強大な引張荷重が作用する。このため従来は、
管継手におけるねじ部のピンチや基準山形を改良する等
していたが、それでもなお前記メインシール部及びサブ
シール部において微小隙間が発生し、該微小隙間から内
部流体が漏れることがあった。そこで第5図に示すよう
に管継手におけるボックスa側のねじ部又はビンb側の
ねじ部にテフロンリングCを嵌め込んでシール作用を補
助するようにしていた。
(発明が解決しようとする問題点)
ピンbとボックスaとの甥合時には、両者に対するテフ
ロンリングCの接触面圧を全周にわたって均一に高くす
る必要がある。従ってその締付時においては、テフロン
リングCが管継手のねじ部に沿って太き(流動変形する
ようにしていた。このためテフロンリングCには、前記
変形に対する流動性及び締付時の破断を防ぐための靭性
が必要とされていた。しかし流動性又は靭性が大きすぎ
ると、ピンbとボックスaとの間に局部的な隙間が存在
していた場合等に、該隙間へテフロンリングCが偏って
流動してしまい、所定の接触面圧が得られないというこ
とがあった。このようにテフロンリングCは、流動性及
び靭性について相反する要請を満たすものでなくてはな
らなかった。
ロンリングCの接触面圧を全周にわたって均一に高くす
る必要がある。従ってその締付時においては、テフロン
リングCが管継手のねじ部に沿って太き(流動変形する
ようにしていた。このためテフロンリングCには、前記
変形に対する流動性及び締付時の破断を防ぐための靭性
が必要とされていた。しかし流動性又は靭性が大きすぎ
ると、ピンbとボックスaとの間に局部的な隙間が存在
していた場合等に、該隙間へテフロンリングCが偏って
流動してしまい、所定の接触面圧が得られないというこ
とがあった。このようにテフロンリングCは、流動性及
び靭性について相反する要請を満たすものでなくてはな
らなかった。
一方、地下数千m乃至1万mにも及ぶ深井戸では、その
深奥部の温度雰囲気が400〜500℃という極めて高
温度となる。しかし前記テフロンリングCは融点が30
0℃前後と低く、その使用可能な条件、換言すれば井戸
における使用可能な深さ領域が狭隘に限定されるもので
あった。また300℃以下の使用可能領域内であったと
しても、テフロンリングCの圧縮クリープ強度や圧縮降
伏応力は充分なものといえず、特にこれらの値は熱サイ
クルに対して影響され易く、シール材としての信頼性は
極めて乏しいものであった。なお、油井管継手に用いら
れるシール材には、引張荷重の増加又は雰囲気温度の上
昇等に伴う隙間拡大に対して、即座にこの隙間を埋める
機能が要求されている。
深奥部の温度雰囲気が400〜500℃という極めて高
温度となる。しかし前記テフロンリングCは融点が30
0℃前後と低く、その使用可能な条件、換言すれば井戸
における使用可能な深さ領域が狭隘に限定されるもので
あった。また300℃以下の使用可能領域内であったと
しても、テフロンリングCの圧縮クリープ強度や圧縮降
伏応力は充分なものといえず、特にこれらの値は熱サイ
クルに対して影響され易く、シール材としての信頼性は
極めて乏しいものであった。なお、油井管継手に用いら
れるシール材には、引張荷重の増加又は雰囲気温度の上
昇等に伴う隙間拡大に対して、即座にこの隙間を埋める
機能が要求されている。
そしてこの機能は、シール材を形成する材料の形状復元
性によって支配されるものである。そこで前記テフロン
リングCを形成するテフロンについて第4図に示す如く
形状復元性を開査した。まず、ピンbとボックスaとの
接触面圧を想定してテフロンに所定の圧縮力を加えて応
力を生じさせ、該圧縮応力を徐々に除荷していったとき
の歪回復率を測定した。また測定は、テフロンを20℃
に保持した状態で行った。その結果、約15%という高
い値が測定されたが、この値は圧縮応力が3.5Kgf
/、−から0という極めて低い応力領域のみに限られて
おり、ピンbとボックスaとを螺合した場合等の高い接
触面圧が作用した時にはこの値は殆ど期待できないもの
であった。しかもテフロンは、前述した如く圧縮降伏応
力が5Kgf/m♂以下と)tめて乏しいものであるた
め、圧縮応力をそもそも3.5Kgf/dL、か付加で
きなかったということも、見逃せない重要な欠点である
。なおかつ、これらの諸欠点に加え、テフロンリングC
は油井管BとカンブリングAとの螺脱時ごとに新品のも
のに交換しなければならないという欠点をも有していた
。
性によって支配されるものである。そこで前記テフロン
リングCを形成するテフロンについて第4図に示す如く
形状復元性を開査した。まず、ピンbとボックスaとの
接触面圧を想定してテフロンに所定の圧縮力を加えて応
力を生じさせ、該圧縮応力を徐々に除荷していったとき
の歪回復率を測定した。また測定は、テフロンを20℃
に保持した状態で行った。その結果、約15%という高
い値が測定されたが、この値は圧縮応力が3.5Kgf
/、−から0という極めて低い応力領域のみに限られて
おり、ピンbとボックスaとを螺合した場合等の高い接
触面圧が作用した時にはこの値は殆ど期待できないもの
であった。しかもテフロンは、前述した如く圧縮降伏応
力が5Kgf/m♂以下と)tめて乏しいものであるた
め、圧縮応力をそもそも3.5Kgf/dL、か付加で
きなかったということも、見逃せない重要な欠点である
。なおかつ、これらの諸欠点に加え、テフロンリングC
は油井管BとカンブリングAとの螺脱時ごとに新品のも
のに交換しなければならないという欠点をも有していた
。
本発明は、上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、強大な引張荷重や高温雰囲気に影響されることなく
、シール性に高い信頼性が得られ、しかも螺合や螺脱を
幾度となく繰り返すことのできるシール性に優れた新規
な油井管継手(以下、本発明油井管継手という)を提供
することを目的とする。
て、強大な引張荷重や高温雰囲気に影響されることなく
、シール性に高い信頼性が得られ、しかも螺合や螺脱を
幾度となく繰り返すことのできるシール性に優れた新規
な油井管継手(以下、本発明油井管継手という)を提供
することを目的とする。
「発明の構成」
(問題点を解決するための手段)
本発明油井管継手の要旨とするところは、ピンの先端環
状面とボックスの奥部内環状面とでメタル対メタルのシ
ール部を構成する油井管継手であって、前記シール部に
形状記憶合金製のシールリングが介設されてなり、前記
形状記憶合金の逆変態点温度は油井深奥部環境下の温度
よりも低く、油井深奥部環境下の温度における前記シー
ルリングはその形状回復度が前記ピン及びボックスの変
形度よりも大きく 管軸方向へ拡大するようになされて
いることである。
状面とボックスの奥部内環状面とでメタル対メタルのシ
ール部を構成する油井管継手であって、前記シール部に
形状記憶合金製のシールリングが介設されてなり、前記
形状記憶合金の逆変態点温度は油井深奥部環境下の温度
よりも低く、油井深奥部環境下の温度における前記シー
ルリングはその形状回復度が前記ピン及びボックスの変
形度よりも大きく 管軸方向へ拡大するようになされて
いることである。
なお、本明細書において「形状記憶合金」とは、熱弾性
型マルテンサイト変態を有する合金であって、その特性
として、逆変態点温度以下で原形に外力を加えると変形
し、その外力を除去しても略々その変形形状を維持する
と共に、該変形形状のものを前記逆変態点温度以上に加
熱すると前記原形に復元するという形状記憶効果を示す
。また一方、逆変態点温度以上で外力により大きく変形
させても該外力を除去すると前記原形に復元するという
擬弾性挙動を示す、そしてこのような形状記憶合金の代
表的なものとしてはNi−Ti合金、Au−Cd合金、
Cu−Zn系合金等が挙げられる。
型マルテンサイト変態を有する合金であって、その特性
として、逆変態点温度以下で原形に外力を加えると変形
し、その外力を除去しても略々その変形形状を維持する
と共に、該変形形状のものを前記逆変態点温度以上に加
熱すると前記原形に復元するという形状記憶効果を示す
。また一方、逆変態点温度以上で外力により大きく変形
させても該外力を除去すると前記原形に復元するという
擬弾性挙動を示す、そしてこのような形状記憶合金の代
表的なものとしてはNi−Ti合金、Au−Cd合金、
Cu−Zn系合金等が挙げられる。
(作用)
シールリングは形状記憶合金によって形成されており、
逆変態点温度以上の使用環境下に曝されることで、形状
回復によりピン及びボックスの変形度よりも大きく拡大
変形するようになっている。
逆変態点温度以上の使用環境下に曝されることで、形状
回復によりピン及びボックスの変形度よりも大きく拡大
変形するようになっている。
そして該シールリングは、ピンの先端環状面とボックス
の奥部内環状面との間に介在されていると共に、前記形
状回復による拡大変形の方向がピン及びボックスの管軸
方向に沿うように設定されている。従って、本発明油井
管継手を油井深奥部へ竪で込んだ場合は、ピンの先端環
状面とボックスの奥部内環状面とをシールリングが互い
に相反して押圧するようになる。このため、前記ピンの
先端環状面とボックスの奥部内環状面とで構成されるシ
ール部に、仮に、引張荷重の増加等による隙間が形成さ
れても、ピン及びボックスに対してシールリングが互い
に密着した状態となり、シール性が害されることはない
、しかもシールリングを形成する形状記憶合金は、逆変
態点温度以上に曝されることで前記管軸方向に沿って形
状回復すると共に、擬弾性挙動を示すものであるから、
前記ピンとボックスとの間の隙間が徐々に拡大しようと
する際にも、この拡大変動に速やかに追従して常に所定
の押圧状態が緩まないようになっている。
の奥部内環状面との間に介在されていると共に、前記形
状回復による拡大変形の方向がピン及びボックスの管軸
方向に沿うように設定されている。従って、本発明油井
管継手を油井深奥部へ竪で込んだ場合は、ピンの先端環
状面とボックスの奥部内環状面とをシールリングが互い
に相反して押圧するようになる。このため、前記ピンの
先端環状面とボックスの奥部内環状面とで構成されるシ
ール部に、仮に、引張荷重の増加等による隙間が形成さ
れても、ピン及びボックスに対してシールリングが互い
に密着した状態となり、シール性が害されることはない
、しかもシールリングを形成する形状記憶合金は、逆変
態点温度以上に曝されることで前記管軸方向に沿って形
状回復すると共に、擬弾性挙動を示すものであるから、
前記ピンとボックスとの間の隙間が徐々に拡大しようと
する際にも、この拡大変動に速やかに追従して常に所定
の押圧状態が緩まないようになっている。
なお、前記シールリングは、井戸から引き抜かれて逆変
態点温度以下の雰囲気に曝されても形状回復によ′る拡
大変形のままの状態にあり、ピン及びボックスに対して
高い接触面圧となっている。しかし、この面圧作用方向
は管軸方向に沿ったものであるから螺脱に障害となるこ
とはない。また本発明油井管継手は、ピンとボックスと
の螺合時においてシールリングに永久的な変形を起こさ
せるものではなく、螺合や螺脱を幾度となく繰り返して
も実質的に変形をきたすものでないことはいうまでもな
い。
態点温度以下の雰囲気に曝されても形状回復によ′る拡
大変形のままの状態にあり、ピン及びボックスに対して
高い接触面圧となっている。しかし、この面圧作用方向
は管軸方向に沿ったものであるから螺脱に障害となるこ
とはない。また本発明油井管継手は、ピンとボックスと
の螺合時においてシールリングに永久的な変形を起こさ
せるものではなく、螺合や螺脱を幾度となく繰り返して
も実質的に変形をきたすものでないことはいうまでもな
い。
(実施例)
以下本発明を、その実施例を示す図面に基づいて説明す
ると次のとおりである。
ると次のとおりである。
第1図は本発明油井管継手を示すものであって、同図(
イ)はボックス1にシールリング3を挿入した状態を示
す部分断面図、同図(ロ)はピン2とボックス1との螺
合状態を示す部分断面図である。同図(ロ)に示すよう
に本発明油井管継手の最も主要なところは、ピン2の先
端環状面2aとボックス1の奥部内環状面1aとで形成
されるサブシール部に、形状記憶合金製のシールリング
3が介在されている点にある。
イ)はボックス1にシールリング3を挿入した状態を示
す部分断面図、同図(ロ)はピン2とボックス1との螺
合状態を示す部分断面図である。同図(ロ)に示すよう
に本発明油井管継手の最も主要なところは、ピン2の先
端環状面2aとボックス1の奥部内環状面1aとで形成
されるサブシール部に、形状記憶合金製のシールリング
3が介在されている点にある。
本実施例においては、シールリング3を形成する形状記
憶合金にNi−Ti合金を用いた。
憶合金にNi−Ti合金を用いた。
Ni−Ti合金は前述した如く形状記憶合金の代表的な
ものとして公知であり、一般に、Tiが原子パーセント
で48〜52%となされている。該Ni−Ti合金は加
熱することで記憶した形状に回復するという特性ををし
ており、その加熱温度が高くなる程、形状記憶効果(形
状回復力)も太き(なることが判明している。またNi
−Ti合金の中でも特にTiが49.8原子パーセント
のものは、逆変態点温度以下の温度領域、即ち約92℃
以下の温度領域内において圧縮応力(仮想接触面圧)を
徐々に除荷してゆくと、その除荷過程中における20K
gf /−から0の応力領域で歪が7〜10数%も回復
するようになっている。そのうえ、上記形状記憶効果に
伴う歪の回復率に加えて、前記加熱温度がこのNi−T
i合金における逆変態点温度以上の温度領域であるとき
には、第3図に示すように圧縮応力の除荷過程中におけ
る40Kgf /−から30Kgf /−までの高い応
力領域内で、速やかに5%もの歪を回復するという擬弾
性挙動を示すようになっている。尚、参考までに付記す
ると、ピン2及びボックス1を形成する材料として一般
に用いられるlCr−%Mo低合金鋼は、形状記憶効果
や擬弾性挙動を有していないことはいうまでもないが、
弾性による歪の回復率も、圧縮応力の除荷過程中におけ
る70Kgf/dから5Kgf /−の応力領域で僅か
に0.4%しか示さない、また更に、このNi−Ti合
金は圧縮降伏応力が20Kgf /−を越えるものであ
り、この値はシール材の強度としては充分にしてなお余
りがある。
ものとして公知であり、一般に、Tiが原子パーセント
で48〜52%となされている。該Ni−Ti合金は加
熱することで記憶した形状に回復するという特性ををし
ており、その加熱温度が高くなる程、形状記憶効果(形
状回復力)も太き(なることが判明している。またNi
−Ti合金の中でも特にTiが49.8原子パーセント
のものは、逆変態点温度以下の温度領域、即ち約92℃
以下の温度領域内において圧縮応力(仮想接触面圧)を
徐々に除荷してゆくと、その除荷過程中における20K
gf /−から0の応力領域で歪が7〜10数%も回復
するようになっている。そのうえ、上記形状記憶効果に
伴う歪の回復率に加えて、前記加熱温度がこのNi−T
i合金における逆変態点温度以上の温度領域であるとき
には、第3図に示すように圧縮応力の除荷過程中におけ
る40Kgf /−から30Kgf /−までの高い応
力領域内で、速やかに5%もの歪を回復するという擬弾
性挙動を示すようになっている。尚、参考までに付記す
ると、ピン2及びボックス1を形成する材料として一般
に用いられるlCr−%Mo低合金鋼は、形状記憶効果
や擬弾性挙動を有していないことはいうまでもないが、
弾性による歪の回復率も、圧縮応力の除荷過程中におけ
る70Kgf/dから5Kgf /−の応力領域で僅か
に0.4%しか示さない、また更に、このNi−Ti合
金は圧縮降伏応力が20Kgf /−を越えるものであ
り、この値はシール材の強度としては充分にしてなお余
りがある。
尚、く表 1〉は、このNi−Ti合金における機械的
性質をテフロン及びガラス繊維入テフロンにおけるそれ
と対比させたものである。〈表 1〉からも分かるよう
にこのNi−Ti合金は、引張強さ。
性質をテフロン及びガラス繊維入テフロンにおけるそれ
と対比させたものである。〈表 1〉からも分かるよう
にこのNi−Ti合金は、引張強さ。
伸び、圧縮降伏応力、ヤング率、融点のいずれもが油井
管継手用のシール材として通しており、テフロンやガラ
ス繊維入テフロン等とは比較にならない。またこのNi
−Ti合金における熱膨張係数は僅かな値であり、同時
にピン2及びボックス1を形成する前記lCr−’A
Mo低合金鋼と略々近似な値である。従ってこのNi−
Ti合金が過激な熱サイクルを受けたとしても、前記ピ
ン2又はボックス1に対して熱膨張量の相違による歪隙
間を発生させることはない、尚、〈表 1〉中に示すN
i−Ti合金は、Tiが原子パーセントで49.8%の
ものを示す。
管継手用のシール材として通しており、テフロンやガラ
ス繊維入テフロン等とは比較にならない。またこのNi
−Ti合金における熱膨張係数は僅かな値であり、同時
にピン2及びボックス1を形成する前記lCr−’A
Mo低合金鋼と略々近似な値である。従ってこのNi−
Ti合金が過激な熱サイクルを受けたとしても、前記ピ
ン2又はボックス1に対して熱膨張量の相違による歪隙
間を発生させることはない、尚、〈表 1〉中に示すN
i−Ti合金は、Tiが原子パーセントで49.8%の
ものを示す。
く以下余白〉
次頁へ続く
第2図に示すように、シールリング3はNi−Ti合金
を切削加工又は粉末冶金加工等することによって円環状
に形成されている。また前記第1図(イ)に示すように
、ボックス1の奥部内環状面1aには環状の嵌入溝1b
が穿設されており、前記シールリング3が嵌め込まれる
ようになっている。該シールリング3における原形の大
きさは、その外径φ工がボックス1における嵌入溝1b
の外側縁径央よりも小さく、且つその長方形状断面の長
辺長さ21がボックスlにおける嵌入i1bの深さe2
よりも大きくなっている。従ってボックス1の嵌入溝l
b内へシールリング3を嵌入した場合には、該シールリ
ング3の一部が前記嵌入?tilbから突出するように
なる。また、シールリング3におけるピン2側の環状面
3aは、ピン2における先端環状面2aの傾斜角度(約
100” ’)と同じ角度で形成されている。
を切削加工又は粉末冶金加工等することによって円環状
に形成されている。また前記第1図(イ)に示すように
、ボックス1の奥部内環状面1aには環状の嵌入溝1b
が穿設されており、前記シールリング3が嵌め込まれる
ようになっている。該シールリング3における原形の大
きさは、その外径φ工がボックス1における嵌入溝1b
の外側縁径央よりも小さく、且つその長方形状断面の長
辺長さ21がボックスlにおける嵌入i1bの深さe2
よりも大きくなっている。従ってボックス1の嵌入溝l
b内へシールリング3を嵌入した場合には、該シールリ
ング3の一部が前記嵌入?tilbから突出するように
なる。また、シールリング3におけるピン2側の環状面
3aは、ピン2における先端環状面2aの傾斜角度(約
100” ’)と同じ角度で形成されている。
このようになされた本発明油井管継手の使用状況を説明
する。ピン2とボックス1とを形状記憶合金の逆変態点
温度以下の雰囲気下において所定トルクで機械締めする
と、ボックス1における奥部内環状面1aの嵌入溝1b
から突出したシールリング3(第1図(イ)参照)が、
ピン2及びボックス1への密着状態を保ちつつピン2の
先端環状面2aによって圧縮変形され、第1図(ロ)に
示す如く、ピン2及びボックス1の両者に対して相互に
高い接触面圧を発生するようになっている。従ってこの
状態では、メタル対メタルのサブシール部。
する。ピン2とボックス1とを形状記憶合金の逆変態点
温度以下の雰囲気下において所定トルクで機械締めする
と、ボックス1における奥部内環状面1aの嵌入溝1b
から突出したシールリング3(第1図(イ)参照)が、
ピン2及びボックス1への密着状態を保ちつつピン2の
先端環状面2aによって圧縮変形され、第1図(ロ)に
示す如く、ピン2及びボックス1の両者に対して相互に
高い接触面圧を発生するようになっている。従ってこの
状態では、メタル対メタルのサブシール部。
シールリング3対ピン2及びシールリング3対ボツクス
1によって完璧なシール作用が営まれている。そして本
発明油井管継手が井戸内に竪で込まれ、引張荷重が増加
することによってピン2とボックスlとのサブシール部
に隙間が発生したとする。そしてこの状態で本発明油井
管継手を取り巻く温度雰囲気が、形状記憶合金の逆変態
点温度(49,8%T1原子パーセントのNi−Ti合
金における逆変態点温度は約92℃)以上に上昇すると
、この温度上昇に伴ってシールリング3が形状記憶効果
を発現し、前記第1図(イ)に示す如き原形に回復しよ
うとしピン2及びボックスlの管軸方向へ拡大変形する
。従ってシールリング3は、形状を回復しようとする力
がピン2及びボックスlとによって■まれる形となり、
内部歪を蓄積した状態となる。このため、シールリング
3はピン2及びボックスlに対して相互に高接触面圧を
伴った密着状態を維持するようになる。また、本発明油
井管継手を取り巻く雰囲気温度が形状記憶合金の前記逆
変態点温度以上に曝された状況下では、シールリング3
は擬弾性挙動を発現するようになっている。つまり、前
記形状記憶効果によって高い接触面圧を保ちつつも、引
張荷重の増加や雰囲気温度の上昇等によって時として、
ピン2及びボックスlに対するシールリング3の接触面
圧が急激に低下傾向を示すことがある。このようなとき
前記擬弾性挙動は、前記の如き接触面圧の低下を部座に
回復し、ピン2とボックスlとの隙間の拡大変動に追従
するようになる。なお、シールリング3は井戸から引き
抜かれて逆変態点温度以下の雰囲気に曝されても原形の
ままの状態(第1図(イ)参照)にあり、ピン及びボッ
クスに対して高い接触面圧を保持したままとなっている
。しかし、この面圧の作用方向は管軸方向に沿ったもの
であるからピン2とボックス1との螺脱作業には何等障
害とならない。く表 2〉に本発明油井管継手の気密性
を試験した結果を示す。試験は、ピン2及びボックス1
が1cr−%Mo低合金鋼を素材として形成され、サブ
シール部及びメインシール部を備えた供試体(X)と、
該供試体(X)に更にテフロンリングを装着した供試体
(Y)と、本発明油井管継手である供試体(Z)とを各
10本づつ用意し、夫々の平均値を比較する形で行った
。試験に用いた油井管は、管径が73麿■、肉厚が71
−2降伏圧が6.5hf/−であった。そして供試体(
Y)におけるテフロンリングの外形寸法は、筒方向長さ
が7.6自魚、筒部肉厚が1.5mm’であり、ボック
ス1側のねじ部に周設されたテフロンリング用の嵌込溝
の内部面粗さが12βmであった。また供試体(Z)に
おけるシールリングの外形寸法は、筒方向長さが2.5
11、筒部肉厚が1.5龍であった。そしてピン2とボ
ックスlとの締付トルクは310kg −mとした。〈
表 2〉からもわかるように、テフロンリングを備えた
供試体(Y)は、油井管内の圧力を僅か3Kg4 /
adにしただけで漏れが確認された。つまり、ピン2と
ボックス1とに相反する引張力が作用しない状態ではテ
フロンリングの効果を期待することはできず、装着条件
の困難さが却って厚き彫りにされた。また雰囲気温度を
300℃と0℃とに交互に繰り返す熱サイクル試験では
、メタル対メタルのみの供試体(X)に比して倍以上の
効果が得られた。このように本発明油井管継手では、メ
タル対メタルの熱膨張又は収縮に対する影響をもシール
リング3が防止していることがわかる。
1によって完璧なシール作用が営まれている。そして本
発明油井管継手が井戸内に竪で込まれ、引張荷重が増加
することによってピン2とボックスlとのサブシール部
に隙間が発生したとする。そしてこの状態で本発明油井
管継手を取り巻く温度雰囲気が、形状記憶合金の逆変態
点温度(49,8%T1原子パーセントのNi−Ti合
金における逆変態点温度は約92℃)以上に上昇すると
、この温度上昇に伴ってシールリング3が形状記憶効果
を発現し、前記第1図(イ)に示す如き原形に回復しよ
うとしピン2及びボックスlの管軸方向へ拡大変形する
。従ってシールリング3は、形状を回復しようとする力
がピン2及びボックスlとによって■まれる形となり、
内部歪を蓄積した状態となる。このため、シールリング
3はピン2及びボックスlに対して相互に高接触面圧を
伴った密着状態を維持するようになる。また、本発明油
井管継手を取り巻く雰囲気温度が形状記憶合金の前記逆
変態点温度以上に曝された状況下では、シールリング3
は擬弾性挙動を発現するようになっている。つまり、前
記形状記憶効果によって高い接触面圧を保ちつつも、引
張荷重の増加や雰囲気温度の上昇等によって時として、
ピン2及びボックスlに対するシールリング3の接触面
圧が急激に低下傾向を示すことがある。このようなとき
前記擬弾性挙動は、前記の如き接触面圧の低下を部座に
回復し、ピン2とボックスlとの隙間の拡大変動に追従
するようになる。なお、シールリング3は井戸から引き
抜かれて逆変態点温度以下の雰囲気に曝されても原形の
ままの状態(第1図(イ)参照)にあり、ピン及びボッ
クスに対して高い接触面圧を保持したままとなっている
。しかし、この面圧の作用方向は管軸方向に沿ったもの
であるからピン2とボックス1との螺脱作業には何等障
害とならない。く表 2〉に本発明油井管継手の気密性
を試験した結果を示す。試験は、ピン2及びボックス1
が1cr−%Mo低合金鋼を素材として形成され、サブ
シール部及びメインシール部を備えた供試体(X)と、
該供試体(X)に更にテフロンリングを装着した供試体
(Y)と、本発明油井管継手である供試体(Z)とを各
10本づつ用意し、夫々の平均値を比較する形で行った
。試験に用いた油井管は、管径が73麿■、肉厚が71
−2降伏圧が6.5hf/−であった。そして供試体(
Y)におけるテフロンリングの外形寸法は、筒方向長さ
が7.6自魚、筒部肉厚が1.5mm’であり、ボック
ス1側のねじ部に周設されたテフロンリング用の嵌込溝
の内部面粗さが12βmであった。また供試体(Z)に
おけるシールリングの外形寸法は、筒方向長さが2.5
11、筒部肉厚が1.5龍であった。そしてピン2とボ
ックスlとの締付トルクは310kg −mとした。〈
表 2〉からもわかるように、テフロンリングを備えた
供試体(Y)は、油井管内の圧力を僅か3Kg4 /
adにしただけで漏れが確認された。つまり、ピン2と
ボックス1とに相反する引張力が作用しない状態ではテ
フロンリングの効果を期待することはできず、装着条件
の困難さが却って厚き彫りにされた。また雰囲気温度を
300℃と0℃とに交互に繰り返す熱サイクル試験では
、メタル対メタルのみの供試体(X)に比して倍以上の
効果が得られた。このように本発明油井管継手では、メ
タル対メタルの熱膨張又は収縮に対する影響をもシール
リング3が防止していることがわかる。
く以下余白〉
〈表2〉
(別態様の検討)
前記実施例においては、逆変態点温度以下の雰囲気下で
ピン2とボックス1とを締め付けてシールリング3を圧
縮変形しておき、該シールリングが逆変態点温度以上の
雰囲気に曝されることで変形前の形状に回復するように
拡大変形させた。しかし、第1図(イ)に示す原形のシ
ールリング3を、逆変態点温度以下の雰囲気下において
同図(ロ)に示す如き形状に事前に圧縮変形させておき
、これをボックス1の嵌入溝1bへ装着し、しかる後、
逆変態点温度以下の雰囲気下でピン2とボックス1とを
螺合締結するようにしてもよい、このような場合には咬
合締結時におけるピン2の先端環状面2aとシールリン
グ3の環状面3aとのゴーリング(焼付)を防止するこ
とができる。またシールリング3用の嵌入溝は、ピン2
の先端環状面2a側に設けておいてもよく、ピン2の先
端環状面2aとボックス1の奥部内環状面1aとの双方
に設けておいてもよい。勿論、シールリングを形成する
形状記憶合金は、Ni−Ti合金に限定されるものでは
ない。
ピン2とボックス1とを締め付けてシールリング3を圧
縮変形しておき、該シールリングが逆変態点温度以上の
雰囲気に曝されることで変形前の形状に回復するように
拡大変形させた。しかし、第1図(イ)に示す原形のシ
ールリング3を、逆変態点温度以下の雰囲気下において
同図(ロ)に示す如き形状に事前に圧縮変形させておき
、これをボックス1の嵌入溝1bへ装着し、しかる後、
逆変態点温度以下の雰囲気下でピン2とボックス1とを
螺合締結するようにしてもよい、このような場合には咬
合締結時におけるピン2の先端環状面2aとシールリン
グ3の環状面3aとのゴーリング(焼付)を防止するこ
とができる。またシールリング3用の嵌入溝は、ピン2
の先端環状面2a側に設けておいてもよく、ピン2の先
端環状面2aとボックス1の奥部内環状面1aとの双方
に設けておいてもよい。勿論、シールリングを形成する
形状記憶合金は、Ni−Ti合金に限定されるものでは
ない。
このように本発明油井管継手の細部にわたる構成や形状
は、実施の態様に応じて適宜変更可能なものである。
は、実施の態様に応じて適宜変更可能なものである。
「発明の効果」
以上の説明で明らかなように、本発明に係るシール性に
優れた油井管継手によれば、形状記憶合金によって形成
されたシールリングが雰囲気温度の上昇に応じて管軸方
向へ拡大変形するようになっているため、ピンとボック
スは常に高い接触面圧を保つようになされているもので
あり、しかもピンとポ・7クスとの間の隙間は、ある程
度、拡大範囲が限られているものであるから、前記接触
面圧は、雰囲気温度の上昇と共に高くなる傾向となって
いる。つまり本発明油井管継手は、雰囲気温度が高くな
る程シール作用も効果を増し、内部流体が漏洩すること
は決してない。これに対して従来の油井管継手では、ピ
ン又はボックスに対するテフロンリングの接触面圧は、
ピンとボ・7クスとの締付時に最大の値となり、その後
作用する引張荷重の増加及び雰囲気温度の上界に伴って
小さくなる一方である。尚、形状記憶合金は、一般に曲
げや引張等の外力に対してそれ程強靭とはいえず、油井
管継手自体の成形素材として使用するには不充分である
。またコスト的にも高騰化するおそれがある。そこで本
発明油井管継手においては、これらの不具合に対して、
形状記憶合金を適切な箇所に局部的に用い、且つシール
材としてのみ作用させ、油井管継手としての強度につい
ては従来と同じlCr−%Mo低合金鋼等の材料を使用
して対処させである。つまりこれを換言すれば、従来の
油井管継手においても、シールリング用の嵌入溝を設け
るだけの簡単な改良で本発明の効果が得られるというこ
とである。
優れた油井管継手によれば、形状記憶合金によって形成
されたシールリングが雰囲気温度の上昇に応じて管軸方
向へ拡大変形するようになっているため、ピンとボック
スは常に高い接触面圧を保つようになされているもので
あり、しかもピンとポ・7クスとの間の隙間は、ある程
度、拡大範囲が限られているものであるから、前記接触
面圧は、雰囲気温度の上昇と共に高くなる傾向となって
いる。つまり本発明油井管継手は、雰囲気温度が高くな
る程シール作用も効果を増し、内部流体が漏洩すること
は決してない。これに対して従来の油井管継手では、ピ
ン又はボックスに対するテフロンリングの接触面圧は、
ピンとボ・7クスとの締付時に最大の値となり、その後
作用する引張荷重の増加及び雰囲気温度の上界に伴って
小さくなる一方である。尚、形状記憶合金は、一般に曲
げや引張等の外力に対してそれ程強靭とはいえず、油井
管継手自体の成形素材として使用するには不充分である
。またコスト的にも高騰化するおそれがある。そこで本
発明油井管継手においては、これらの不具合に対して、
形状記憶合金を適切な箇所に局部的に用い、且つシール
材としてのみ作用させ、油井管継手としての強度につい
ては従来と同じlCr−%Mo低合金鋼等の材料を使用
して対処させである。つまりこれを換言すれば、従来の
油井管継手においても、シールリング用の嵌入溝を設け
るだけの簡単な改良で本発明の効果が得られるというこ
とである。
第1図(イ)及び(ロ)は本発明油井管継手を示すもの
であって、同図(イ)はボックスにシールリングを挿入
した状態を示す部分断面図、同図(ロ)はビンとボック
スとの螺合状態を示す部分断面図、第2図はシールリン
グを示す斜視図、第3図はNi−Ti合金における歪の
回復率を示す応力−歪曲線、第4図はテフロンリングに
おける歪の回復率を示す応力−歪曲線、第5図は従来の
油井管継手を一部切り欠いて示す正面図、第6図は前記
第5図における油井管継手の一部を拡大して示す断面図
である。 1・・・ボックス 1a・・・奥部内環状面2・
・・ビン 2a・・・先端環状面3・・・シ
ールリング 第2図 (イ) 第 (ロ) 1図 進回復辛(’/、) 第3図 1回1千(0ム) 第4図 第5図 第6図
であって、同図(イ)はボックスにシールリングを挿入
した状態を示す部分断面図、同図(ロ)はビンとボック
スとの螺合状態を示す部分断面図、第2図はシールリン
グを示す斜視図、第3図はNi−Ti合金における歪の
回復率を示す応力−歪曲線、第4図はテフロンリングに
おける歪の回復率を示す応力−歪曲線、第5図は従来の
油井管継手を一部切り欠いて示す正面図、第6図は前記
第5図における油井管継手の一部を拡大して示す断面図
である。 1・・・ボックス 1a・・・奥部内環状面2・
・・ビン 2a・・・先端環状面3・・・シ
ールリング 第2図 (イ) 第 (ロ) 1図 進回復辛(’/、) 第3図 1回1千(0ム) 第4図 第5図 第6図
Claims (1)
- 1、ピンの先端環状面とボックスの奥部内環状面とでメ
タル対メタルのシール部を構成する油井管継手であって
、前記シール部に形状記憶合金製のシールリングが介設
されてなり、前記形状記憶合金の逆変態点温度は油井深
奥部環境下の温度よりも低く、油井深奥部環境下の温度
における前記シールリングはその形状回復度が前記ピン
及びボックスの変形度よりも大きく管軸方向へ拡大する
ようになされていることを特徴とするシール性に優れた
油井管継手。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22569485A JPS6283585A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | シ−ル性に優れた油井管継手 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22569485A JPS6283585A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | シ−ル性に優れた油井管継手 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6283585A true JPS6283585A (ja) | 1987-04-17 |
Family
ID=16833326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22569485A Pending JPS6283585A (ja) | 1985-10-09 | 1985-10-09 | シ−ル性に優れた油井管継手 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6283585A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0577685U (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-22 | 積水化学工業株式会社 | ユニオン継手 |
JP2012511676A (ja) * | 2008-12-10 | 2012-05-24 | ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス | 石油産業で使用される封止型管状連結部品とその連結部品の製造方法 |
-
1985
- 1985-10-09 JP JP22569485A patent/JPS6283585A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0577685U (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-22 | 積水化学工業株式会社 | ユニオン継手 |
JP2012511676A (ja) * | 2008-12-10 | 2012-05-24 | ヴァルレック・マンネスマン・オイル・アンド・ガス・フランス | 石油産業で使用される封止型管状連結部品とその連結部品の製造方法 |
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