特許ウォッチ

公開番号2024114125
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2023019624
出願日2023-02-13
発明の名称管用ねじ継手
出願人日本製鉄株式会社,バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
代理人個人,個人
主分類F16L 15/04 20060101AFI20240816BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】2段ねじの中間にトルクショルダとして機能する中間ショルダを設けた管用ねじ継手において、繰り返し複合荷重が負荷される状況における耐圧縮性能の向上を図る。
【解決手段】ピン中間ショルダ面23及びボックス中間ショルダ面33を、径方向内端よりも径方向外端がピン2の管端側に傾倒するテーパー面により構成するとともに、ボックス端部ショルダ面34を、径方向内端が径方向外端よりもボックス3の開口端側に傾倒するテーパー面により構成する。また、ピン中間ショルダ面23及びボックス中間ショルダ面33が接触開始する時点ではピン端部ショルダ面24とボックス端部ショルダ面34とは接触せず、締結完了時点で、若しくは、締結状態で軸方向圧縮荷重が負荷された場合に、ピン端部ショルダ面24がボックス端部ショルダ面34に接触するよう構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
管状のピンと、該ピンを受け入れる開口端部を有する管状のボックスとから構成され、前記ピンが前記ボックスにねじ込まれて前記ピンと前記ボックスとが締結される管用ねじ継手であって、
前記ピンは、第１雄ねじと、前記第１雄ねじよりもピンの管端側に設けられ且つ前記第１雄ねじよりも小径の第２雄ねじと、前記第１雄ねじと前記第２雄ねじとの間に設けられたピン中間ショルダ面と、前記ピンの管端部に設けられたピン端部ショルダ面と、前記第２雄ねじと前記ピン端部ショルダ面との間に設けられたピンシール面とを備え、
前記ボックスは、締結完了時点で前記第１雄ねじが嵌合する第１雌ねじと、締結完了時点で前記第２雄ねじが嵌合する第２雌ねじと、締結完了時点で前記ピン中間ショルダ面に接触するボックス中間ショルダ面と、前記ピン端部ショルダ面に対応して設けられたボックス端部ショルダ面と、前記第２雌ねじと前記ボックス端部ショルダ面との間に設けられて締結完了時点で前記ピンシール面に全周にわたって接触するボックスシール面とを備え、
前記ピン中間ショルダ面及び前記ボックス中間ショルダ面は、径方向内端よりも径方向外端が前記ピンの管端側に傾倒するテーパー面により構成され、
前記ボックス端部ショルダ面は、径方向内端が径方向外端よりも前記ボックスの開口端側に傾倒するテーパー面により構成されており、
前記ピン中間ショルダ面及び前記ボックス中間ショルダ面が接触開始する時点では前記ピン端部ショルダ面と前記ボックス端部ショルダ面とは接触せず、
締結完了時点で、若しくは、締結状態で軸方向圧縮荷重が負荷された場合に、前記ピン端部ショルダ面が前記ボックス端部ショルダ面に接触する、
管用ねじ継手。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
請求項１に記載の管用ねじ継手において、前記ピン中間ショルダ面及び前記ボックス中間ショルダ面の中間ショルダ角θ
１
が１５°より大きい、管用ねじ継手。ここで、中間ショルダ角θ
１
は、前記ピン中間ショルダ面及び前記ボックス中間ショルダ面を構成するテーパー面のテーパー母線と、管軸に直交する平面とのなす角度である。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の管用ねじ継手において、前記ボックス端部ショルダ面の端部ショルダ角θ
２
が１５°より大きい、管用ねじ継手。ここで、端部ショルダ角θ
２
は、前記ボックス端部ショルダ面を構成するテーパー面のテーパー母線と、管軸に直交する平面とのなす角度である。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の管用ねじ継手において、前記ピンは油井管の一端部に形成されており、前記ボックスは、前記油井管を他の油井管に連結するためのカップリングの一端部に形成されている、管用ねじ継手。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の管用ねじ継手において、前記ピンは第１の油井管の縮径加工された一端部に形成されており、前記ボックスは第１の油井管と同じ外径及び内径を有する第２の油井管の拡径加工された一端部に形成されており、
第１の油井管の前記ピンの管端部は、第２の油井管の前記ボックスの前記ボックス端部ショルダの径方向内端よりも径方向内方に位置する内周面を有し、
前記ピン端部ショルダ面と前記ボックス端部ショルダ面との接触領域の径方向幅が１ｍｍ未満である、管用ねじ継手。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋼管等の連結に用いられる管用ねじ継手に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
油井、天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう。）においては、地下資源を採掘するため、複数段の井戸壁を構築するケーシングや、該ケーシング内に配置されてオイルやガスを生産するチュービングが用いられる。これらケーシングやチュービングは、多数の鋼管が順次連結されて成り、その連結に管用ねじ継手が用いられる。油井に用いられる鋼管は油井管とも称される。
【０００３】
管用ねじ継手の形式は、インテグラル型とカップリング型とに大別される。インテグラル型の管用ねじ継手は、例えば下記の特許文献１や、特許文献２の図５－図７に開示されており、カップリング型の管用ねじ継手は、例えば特許文献２の図４や、特許文献３等に開示されている。
【０００４】
インテグラル型では、油井管同士が直接連結される。具体的には、油井管の一端には雌ねじ部が、他端には雄ねじ部が設けられ、一の油井管の雌ねじ部に他の油井管の雄ねじ部がねじ込まれることにより、油井管同士が連結される。
【０００５】
カップリング型では、管状のカップリングを介して油井管同士が連結される。具体的には、カップリングの両端に雌ねじ部が設けられ、油井管の両端には雄ねじ部が設けられる。そして、カップリングの一方の雌ねじ部に一の油井管の一方の雄ねじ部がねじ込まれるとともに、カップリングの他方の雌ねじ部に他の油井管の一方の雄ねじ部がねじ込まれることにより、カップリングを介して油井管同士が連結される。すなわち、カップリング型では、直接連結される一対の管材の一方が油井管であり、他方がカップリングである。
【０００６】
一般に、雄ねじ部が形成された油井管の端部は、油井管又はカップリングに形成された雌ねじ部に挿入される要素を含むことから、ピンと称される。雌ねじ部が形成された油井管又はカップリングの端部は、油井管の端部に形成された雄ねじ部を受け入れる要素を含むことから、ボックスと称される。
【０００７】
近年、さらなる高温高圧深井戸の開発が進んでいる。深井戸では、地層圧の深さ分布の複雑さによりケーシングの段数も増やす必要があることなどから、継手の最大外径、すなわちボックスの外径が油井管の管本体の外径とほぼ同程度のねじ継手が用いられることがある。ボックス外径が油井管の管本体の外径にほぼ等しいねじ継手はフラッシュ型ねじ継手とも称される。また、ボックス外径が油井管の管本体の外径の概ね１０８％未満であるねじ継手はセミフラッシュ型ねじ継手とも称される。これらフラッシュ型及びセミフラッシュ型のねじ継手には、高い強度及びシール性能が要求されるだけでなく、限られた管肉厚内にねじ構造及びシール構造を配置するために、各部位には厳しい寸法制約が課されている。
【０００８】
寸法制約が大きいフラッシュ型及びセミフラッシュ型のねじ継手は、特許文献１に開示されているように、継手部の軸方向中間に中間ショルダ面を設け、その前後にそれぞれ内ねじ部及び外ねじ部を配置した２段ねじにより雄ねじ及び雌ねじを構成した継手デザインが採用されることが多い。２段ねじ構造の継手デザインによれば、より大きな危険断面の面積を確保できる。
【０００９】
危険断面（ＣＣＳ）とは、締結状態において引張荷重負荷時に最大応力が生じる継手部分の縦断面（管軸に直交する切断面におけるもの）である。過大な引張荷重が負荷された場合には、危険断面の近傍で破損する可能性が高い。
【００１０】
油井管用ねじ継手では、引張荷重のピンからボックスへの伝搬は、ねじ嵌合範囲全体にわたって軸方向に分散される。したがって、引張荷重のすべてが作用するピンの断面部分はねじ嵌合範囲よりもピンの管本体側となり、引張荷重のすべてが作用するボックスの断面部分はねじ嵌合範囲よりもボックスの管本体側となる。引張荷重のすべてが作用する断面のうち最も断面積が小さいものが危険断面となる。すなわち、締結状態における雄ねじと雌ねじとの噛み合い端のうち、雄ねじ部の先端側の噛み合い端に対応する雌ねじ部のねじ谷底位置を包含するボックスの縦断面（管軸に直交する切断面におけるもの）がボックス危険断面（ＢＣＣＳ）となる。また、締結状態における雄ねじ部と雌ねじ部との噛み合い端のうち、雄ねじ部の管本体側の噛み合い端に対応する雄ねじ部のねじ谷底位置を包含するピンの縦断面（管軸に直交する切断面におけるもの）がピン危険断面（ＰＣＣＳ）となる。ボックス危険断面及びピン危険断面のうち面積が小さい方がそのねじ継手の危険断面（ＣＣＳ）となる。油井管の管本体の断面積に対する危険断面の面積の比を継手効率と呼び、油井管本体の引張強度に対する継手部分の引張強度の指標として広く用いられている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許