JPS61136087A - 油井管用管継手 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下から産出される天然ガスや原油を採をす
るために、地中深く竪で込まれる油井管の管継手に関す
るものである。

〔発明の背景〕

原油を産出する井戸の深さは、数１０００ｍに及び、近
年その深さは更に増大して１００００ｍにも達する傾向
にある。このような井戸に竪で込まれる油井管は莫大な
数にのぼるが、これらは総て管継手によって一連に接続
される。かかる管継手に対しては、各種の苛酷な力が作
用する。まず第１に管や管継手自体の重量が集積された
軸方向の引張力、第２に土庄による外周面への圧縮力、
第３に内部流体による内周面への押圧力その他である。

これらの力は、井戸の深化に伴って一層苛酷なものとな
ることはいうまでもない。このように次第に増大する苛
酷な条件下で使用し得る管継手にあっては、強大な引張
荷重に耐え得ること及び確実な気密的シール性を保持で
きることが非常に重要である。それで、従来からこれら
の要求に応ずべく多くの提案がなされてきた。

〔従来の技術及びその欠点〕

以下は、従来の提案技術について検討する。強大な引張
荷重に耐え得る技術は、継手部分のねじ部の形状、ピッ
チ等を改良することで満足する結果が得られている。ま
た気密的シール性については、ねじ部でのシールの他に
テーパー状のリップ部を形成してメタル対メタルのシー
ル部を設けることで、ある程度のシール性を確保するよ
うにしている。

ところが、メタル対メタルのシール部にあっては、締付
時のゴーリング（焼付）の問題がある。

通常、油井管と継手のシール部には、１００〜１５０ｋ
ｇ　／　ｗ　’の高面圧が加えられており、締結時にシ
ール部の潤滑が不足するとゴーリングが発生し易い。こ
のゴーリングが発生するとシール不良の原因となり、管
継手全体としての気密的シール性に対する信頼が失われ
、原油若しくはガス漏れ等の事故に至ることがあった。

それで、その対策の１つとして、従来ではリン酸亜鉛被
膜、シュウ酸鉄被膜等の化成被膜及びＺｎメッキを、前
記メタル対メタルのシール部に施している。また特に高
潤滑を必要とする場合、或いは化成被膜の形成しに（い
高合金材料についてはＣｕメッキやＭｏＳ２ペーストを
用いていた。然しなから、前記化成被膜及びＺｎメッキ
の場合には、潤滑が不十分で耐ゴーリング性に劣り、わ
ずか数回・　　の使用でゴーリングが発生するという欠
点があった。またＣｕメッキの場合には、硫化水素等の
環境下では著しく腐蝕されるため、近年開発されている
腐蝕環境下での使用に耐える高合金材料に使用すること
は不適当であった。更に、Ｍｏ３２ペーストを用いる場
合は、相手方部材との密着力が弱いため剥離し易く、ま
た前記シール部へのＭｏＳ２ペーストの供給付着がし難
いという問題があり、高潤滑性が得られなかった。

第１表は、耐ゴーリング性を評価する試験方法として、
タイト試験の場合とバウデン摩擦試験の場合を用い、シ
ュウ酸鉄とＣｕメッキを母材のメタル対メタルシール部
へ施した従来技術の試験結果を示すものである。母材は
第３表に示す二相ステンレス鋼である。尚、タイト試験
とは、実継手で締付−締戻しを繰り返し、ゴーリング発
生までの繰り返し回数を耐ゴーリング性として評価した
ものである。またバウデン摩擦試験は、バウデン摩擦試
験機によるゴーリング発生までの摺動回数を耐ゴーリン
グ性として評価したものである。バウデン摩擦試験の試
験条件は以下の通りである。

バウデン摩擦試験条件。

ビン側の試験片 先端形状　：直径３／１６インチの半球表面あらさ：　
　０．５　ｐ　ｍＲｍａｘ以下プレート側の試験片 形状　　　＝３寵Ｘ　１５ｍ　ｘ　１００　ｔｍ表面あ
らさ＝２〜３５μｍＲｍａｘ 摺動条件 押付荷重　：３ｋｇｆ 摺動長さ　：　１０ｎ＋ 摺動速変　：４ｔｘ／ｓｅｅ 温度　　　＝２００℃ 潤滑剤　　ニスレッドコンパウンドＬｏｇ／ｒｒｆであ
る。

（以下余白、次頁へ続く） 第１表 この第１表からも明らかなように、シュウ酸鉄被膜をメ
タル対メタルシール部に形成する従来の技術は、タイト
試験及びバウデン試験のいずれにおいても耐ゴーリング
性が不十分である。それにＣｕメッキの場合は、充分な
耐ゴーリング性を示すものの腐蝕環境下での使用に耐え
得ないことは前述の通りである。

また従来にあっては、Ａｕメッキ等の貴金属メッキを施
すことで、腐蝕環境下での使用に耐え、且つ同時に耐ゴ
ーリング性を向上させることのできるものがある。然し
ながら、この場合には局部電池の作用により、母材自体
が腐蝕するという問題があった。

要するに、従来の油井管用管継手にあっては、耐ゴーリ
ング性、耐腐蝕性、母材としての材料の使用範囲の点で
充分に満足するものが得られていなかった。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は従来の油井管用管継手の前記欠点に鑑みてこれ
を改良除去したものであって、一般材質から高合金材料
までの広範囲の材質に対して使用可能で且つ腐蝕の心配
がな（、Ｃｕメッキ並以上の高？１２Ｉ滑が得られる耐
ゴーリング性に優れた油井管用管継手を提供せんとする
ものである。

而して本発明の要旨は、メタル対メタルのシール部を有
する油井管用の管継手であって、前記メタル対メタルシ
ール部の少なくとも一方側の表面あらさを５〜２５μｍ
Ｒｍａｘとし、該表面に粒径１０μｍ以下のＭｏＳ２粉
末を２０〜９０ｗｔ％の割合で分散混合した合成樹脂の
被膜を前記表面あらさ以下の厚みで形成したことを特徴
とする油井管用管継手である。

以下に、本発明の構成を、図面を参照して更に詳細に説
明すると次のｉｌりである。

第１１！Ｉはカップリング式の油井管用管継手部分を示
す半縦断面図である。同図において、１は油井管、２は
カップリング、３は油井管１に形成された雄ねじ、４は
カップリング２に形成された雌ねじである。油井管１の
雄ねじ３の先端には、ねじ部の形成されてないテーパー
状のリップ部５が形成されている。またカップリング２
の雌ねじ３の奥部には、前記リップ部５に対応するテー
パー状のねじ熱部６が形成されている。前記リップ部５
と管端５ａ並びにねじ熱部６と段部６ａがメタル対メタ
ルシール部７である。本発明は、該メタル対メタルシー
ル部７に、耐ゴーリング性、耐腐蝕性に優れ、広範囲の
材料に使用が可能な樹脂被膜を形成せんとするものであ
る。

ところで、一般に、樹脂被膜は非導電体であり、金属と
接しても局部電池を形成せず、塗布した母材の腐蝕に何
隻影響を与えるものではない、また樹脂自身は高分子で
あるため分解や変質が起こりにくいという性質を持って
いる。この特性は本発明の対象である油井管用管継手の
潤滑下地材として最通である。本発明者らは、樹脂被膜
に耐ゴーリング性を付与する実験を繰り返した結果、以
下の条件下であれば樹脂被膜がＣｕメッキと同等以上の
充分な耐ゴーリング性を発揮するということを見い出し
た。

すなわち、 ■、被被膜形成する樹脂に添加するＭｏＳ２粉末の粒径
は１０μｍ以下であること。

■、被被膜形成する樹脂は、ＭｏＳ２粉末を２０〜９０
訂％含むものであること。

■、母材のメタル対メタルシール部７は、表面粗さが最
大高さ５〜２５μｍＲｍａｘになされでいること。

■、樹脂被膜の厚みは、前記表面あらさの最大高さ以下
であること。

である。

第２図は、上記条件の下でメタル対メタルシール部７の
リップ部５へ、樹脂液ｌＩｗ８を形成した場合の拡大断
面図である。

次に、前記条件の限定理由並びに該固定理由を見い出す
に至った実験方法について第３図乃至第５図を参照して
説明する。なお、いずれの場合もバウデン摩擦試験に用
いる材料は、第３表に示す二相ステンレス鋼（第１表の
従来の場合と同じ）である。また第３図及び第４図の場
合において、バウデン摩擦試験に用いるプレートの表面
あらさば１５μａＲ＋ｓａｘであり、被膜厚は１０μｍ
である。前記表面あらさば、サンドブラスト又はショツ
トブラスト等で形成すればよい。

先ず、ＭｏＳ２粉末の粒径を限定した理由であるが、こ
れは第３図に示す通りである。ところで、この場合のＭ
ｏＳ２粉末の添加量は７０−ｔ％、基材樹脂は低分子エ
ポキシ樹脂である。その他の条件は上述の通りである。

この第３図から明らかなことは、粒径は１０μｍを境に
して大きくなると耐ゴーリング性が急激に低下し、摩擦
時の粒子の剥離量は逆に急激に増大するということであ
る。従って、ＭＯ３２粉末の粒径は１０μｍ以下が好ま
しいものである。

次に、ＭＯ３２＄５）末の混合割合を限定した理由につ
いて、第４図を参照して説明する。この第４図は、シリ
コン樹脂（分子量約２０００）　、低分子エポキシ樹脂
（分子量約２０．０００）　、ポリエーテルサルホンを
基材としての樹脂としている。試験方法は、それぞれの
樹脂について、平均粒径６μｍ　（粒径分布幅３〜１０
μｍ）のＭｏＳ２粉末を１０〜’１１５ｗｔ％の範囲内
で適宜変更して添加し、これを各含有率それぞれについ
てバウデン摩擦試験を行って耐ゴーリング性を比較した
。その他の試験条件は前述の通りである。この第４図の
結果から明らかなことは、いずれの樹脂の場合もＭｏＳ
２粉末の含有量が１５ｗｔ％以下では耐ゴーリング性が
低いということである。また耐ゴーリング性は、２０−
ｔ％を境として急激に」二昇し、９０−ｔ％以上で再び
急激に低下している。特に、ポリエーテルサルホン、低
分子エポキシ樹脂の場合は、いずれもＭｏＳ２粉末の含
有量が２０〜９０ｉｖ　ｔ％の範囲内で、Ｃｕメッキの
場合の耐ゴーリング性（１５０）以上となっている。

尚、このようにＭｏＳ２粉末を添加すると急激に耐ゴー
リング性が向上し、Ｃｕメッキと同等以上の潤滑を示す
樹脂として、他にもエポキシフェノール樹脂（分子量１
０００〜３０００）　、アクリル樹脂（分子量２０００
〜５０００）　、ウレタン化部（分子量３０００〜１０
０００　）　、フェルール樹脂（分子量２０００〜５０
００）　。

レゾルシンエポキシ樹脂（分子量２００００〜５０００
０）、ポリアミド樹脂（ナイロン６６）、ポリオキシベ
ンゾイル（エコノール）、ポリイミド樹脂、イソシアネ
ート樹脂等の樹脂が確認された。またこれらの樹脂であ
っても、Ｃｕメッキと同等以上の耐ゴーリング性を得る
ために必要なＭＯ５２粉末の含有量はいずれの樹脂とも
共通しており、略々２０〜９０ｗｔ％であった。

ところで、ＭｏＳ２は潤滑性の良好な固体潤滑剤として
公知であり、この添加量が増えた場合には潤滑性の向上
が得られるのは当然であるかの如く考えられている。然
しなから、第４図の実験によれば、シリコン樹脂の場合
と、ポリエーテルサルホン及び低分子エポキシ樹脂でＭ
ｏＳ２の含有量が９０−ｔ％を越えた場合とにあっては
、耐ゴーリング性が極めて低いという結果である。これ
は、いずれもＭｏＳ２粉末を含有してなる樹脂被膜の密
着性が低く、摩擦試験時に剥離を生じたためである。

従って、このＭＯ５２粉末を混合してなる合成樹脂を１
ｆＪｉｆ）剤として使用する技術のみでは、目的を達成
できないことが明らかである。

次に母材（リップ部５）の表面あらさと樹脂被膜の厚み
を限定した理由について、第５図を参照して説明する。

この場合のＭｏＳ２粉末の添加量は７０−ｔ％、平均粒
径は６μｍ　（分布幅３〜１０μｌ１１）。

基材としての樹脂は低分子エポキシ樹脂である。

試験はバウデン摩擦試験であり、母材としての二相ステ
ンレス鋼のプレートの表面あらさを、２〜３５μｍＲｍ
ａｘに門整し、それぞれについて前記混合割合の樹脂を
被膜厚み３〜３０μｍに塗布して行った。

この第５図から明らかなことは、被膜厚みが３μｍの場
合は、表面あらさに拘わらず低い耐ゴーリング性を示し
ている。これは潤滑不足が原因である。また被膜厚み５
μｍでは、母材の表面あらさが５〜２５μｍ　Ｒｍａｘ
の範囲で耐ゴーリング性がＣｕメッキと同等以上となっ
ている。注目すべきは、被膜厚み１０μｍでは表面あら
さが１０μｍ以上のとき、被膜厚み２０．ｃＩｍでは表
面あらさが２０μｍ以上のときに、Ｃｕメッキと同等以
上となっていることである。つまり、表面あらさが被膜
厚みよりも大であるとき（被膜厚みが表面あらさよりも
小であるとき）に、Ｃｕメッキと同等以上の耐ゴーリン
グ性を示しているということである。これは樹脂被膜の
厚みと表面あらさとが密接に関係していることを示すと
同時に、母材の表面あらさよりも樹脂被膜の厚みを薄く
して、被膜表面に母材の表面あらさの影響が多少残る程
度の微小かつ緩やかな凹凸をとどめるようにするのがよ
いことを示すものである。

すなわち、被膜厚さを表面あらさより薄くし、被膜表面
に微細な凹凸を設けておくと、実際の締結作業時に通常
使用するｎ滑剤（スレッドコンパランド）が凹部に充填
される状態となり、潤滑剤を介して摩擦面が接触するた
めの被膜と潤滑剤の相乗作用とにより良好な潤滑性が得
られるということを意味する。それに、被膜厚みが表面
あらさより厚くなると（第２図の鎖線参照）、被膜の表
面は平滑面となり、潤滑剤が容易にしごき取られ、潤滑
剤との相乗作用による良好な潤滑性が得られなくなるだ
けでなく、被膜の摩耗や剥離を起こし易くなり、潤滑作
用を持続し難くなるということをも意味するものである
。

ところで、母材の表面あらさば２５μｍＲｍａｘ以上で
は気密的シール性が損なわれることは公知である。従っ
て、母材（リップ部５）の表面あらさば、５〜２５μｍ
Ｒｍａｘが適当となり、樹脂被膜の厚みも５〜２５μ、
　−１）＜適当となる。

上述の検討結果から、本発明の目的達成のためには前述
の■乃至０項に記載した条件を満足する必要のあること
が明らかである。

〔実施例〕

次に、具体的な実施例を第２表及び第３表に基づいて説
明する。第２表は本発明の場合と従来技術の場合とを比
較したものであり、第３表は第２表における母材の材質
を示すものである。なお、耐ゴーリング性の評価はバウ
デン摩擦試験で行い、従来のＣｕメッキの場合の１５０
を平均的指数とし、それ以上の場合は良、それ以下の場
合は不良と判定した。

ｃ以下余白、次頁へ続く） 上記第２表から明らかなように、本発明の場合の耐ゴー
リング性は、いずれも従来のＣｕメッキの場合の耐ゴー
リング性１５０を上回っており、非常に優れている。

ところで、本発明は上述の実施例に限定されるものでは
なく、適宜の変更が可能である０例えば継手はカップリ
ング式の他に油井管と油井管とを直接連結するインテグ
ラル式の継手であってもよい、また母材への表面あらさ
の形成並びにこの凹凸面へのＭｏＳ２粉末を添加した樹
脂被膜の形成は、雄ねじが刻設されたリップ部５でなく
ても、雌ねじ側のねじ熱部６であってもよいことは当然
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にあっては、一般材質から高
合金材料までの広範囲の材質に対して使用でき、且つ腐
蝕環境下での腐蝕の心配もなく、またＣｕメッキ並以上
の高潤滑が得られる耐ゴーリング性に優れた油井管を提
供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明に係るものであり、第１図はカッ
プリング式管継手の半縦断面図、第２図はそのリップ部
の拡大図面、第３図はＭｏＳ２粉末の粒子径と耐ゴーリ
ング性との関係を示す図面、第４図はＭｏＳ２粉末含有
量と耐ゴーリング性の関係を示す図面、第５図は母材表
面あらさと耐ゴーリング性の関係を示す図面である。 ７・・・メタル対メタルシール部 ｌ・・・油井管　　　　　２・・・カップリング特許出
願人　　　住友金属工業株式会社代　理　人　　　弁理
士　内田敏彦 第３ス ＝：：：閣濁セ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、メタル対メタルのシール部を有する油井管用の管継
   手であって、前記メタル対メタルシール部の少なくとも
   一方側の表面あらさを５〜２５μｍＲｍａｘとし、該表
   面に粒径１０μｍ以下のＭｏＳ＿２粉末を２０〜９０Ｗ
   ｔ％の割合で分散混合した合成樹脂の被膜を前記表面あ
   らさ以下の厚みで形成したことを特徴とする油井管用管
   継手。