(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプジョイントであって、
パイプのためのねじ切りされたジョイントであって、雄ねじを切った部分（１５）を一端に有する第１のパイプ区間の先端側に形成されたピン（１０）と、相補的に雌ねじを切った部分（２５）を一端に有する第２のパイプ区間の先端側に形成されたボックス（２０）とを備え、これらの部分（１５、２５）はねじ切り部分の軸の長手方向に沿ってその内部において係合するよう構成され、ねじ山はパイプ区間の長手軸と同じ方向に傾斜すると共にそれに対して鋭角に傾斜し、雄ねじは他方部分の相補的なストップショルダーに隣接する雄ストップショルダーに向かって延び、相補的なストップショルダーは丸みを帯びた頂点（２３）を有する円錐形のレシーバの形状を呈する凹部を備え、ピン（１０）のストップショルダーは相補的なストップショルダーの対応するショルダー（２１）と摩擦係合するトルクショルダー（１１）を備える、パイプのためのねじ切りされたジョイントを備え、
ピン（１０）のストップショルダーは、ボックスの相補的なストップショルダーの対応する半径面（２２）に隣接する半径面（１２）を更に備え、
ピン（１０）の半径面のカーブを有するシール面（１４）は、相補的なストップショルダーの対応する半径面の、対応するカーブを有するシール面（２４）とシールするように係合し、
カーブを有するシール面（１４、２４）は異なる楕円の円弧上に位置するよう形成された、パイプジョイント。
【請求項２】
請求項１に記載のパイプジョイントであって、
ピン（１０）のカーブを有するシール面（１４）によって描かれる楕円の長軸は、ピン（１０）の主軸に対して１０．０〜１６．０°の角度である、パイプジョイント。
【請求項３】
請求項２に記載のパイプジョイントであって、
長軸は１１．０〜１４．０°の角度である、パイプジョイント。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ピン（１０）のカーブを有するシール面（１４）によって描かれる楕円の中心は、トルクショルダー（１１）及び半径面（１２）から延びる線の交点から、パイプの長手軸に対して平行に、かつパイプ本体に向かって測定すると、０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの距離に位置する、パイプジョイント。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、ボックスのトルクショルダー及び半径面から延びる線の交点から、パイプの長手軸に対して平行に、かつボックスのトルクショルダー（２１）に向かって測定すると、０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの距離に位置する、パイプジョイント。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ピンのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、交点を通過する線であって、ピン部の長手軸に平行である線から半径方向に０．０１０２〜０．０１６５ｃｍの距離に位置する、パイプジョイント。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、交点を通過する線であって、ボックス部の長手軸に平行である線から半径方向に０．０４１９〜０．０５０８ｃｍの距離に位置する、パイプジョイント。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸は、ボックスの主長手軸に対して５．０〜８．０°の角度である、パイプジョイント。
【請求項９】
請求項８に記載のパイプジョイントであって、
当該角度が５．５〜７．０°の角度である、パイプジョイント。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ボックス部のカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸の長さは、０．３６０７〜０．４１９１ｃｍである、パイプジョイント。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
楕円の短軸の長さは、０．０４５７〜０．０５２１ｃｍである、パイプジョイント。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
ピン部のカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸の長さは、０．３１７５〜０．３９３７ｃｍである、パイプジョイント。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のパイプジョイントであって、
楕円の短軸の長さは、０．０５８４〜０．０７６２ｃｍである、パイプジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つのパイプ部間の改良されたシールに関する。本パイプ部は特に、石油・ガス採掘産業における活用が期待されるものである。
【背景技術】
【０００２】
石油・ガス採掘産業において使用される鋼鉄製のパイプの製作に関しては、多くの研究及び技術革新が行われてきた。これは、筒状の管を形成する素材及び手段に焦点を当てるものではなく、二つの異なるパイプを連結し、圧縮力及び引張力の両方に耐え得る液密のジョイントを提供することに焦点を当てるものである。
【０００３】
通常、ジョイントは、それぞれの端部にあらかじめ相補的なねじが切られた二つのパイプをねじ留めすることにより形成され、その自由端に更にパイプを追加することにより、ストリングが形成される。関連する代替法としては、ねじ切りされたジョイントスリーブを使用して二つのパイプの端部を接続する方法があるが、その原理は同じである。
【０００４】
パイプ間のジョイントのシール特性を向上させるために、かつ、通常の動作条件における幾度もの取り扱いに耐え得るシールを提供するために、両パイプの端部におけるねじ切り部、及びねじ切り部の直近周囲から両パイプの端部への領域の形状及び表面を特別に設計して、それらが協働することによりシールを実現している。具体的には、パイプの端部は、パイプの外側にねじ切りされたねじ切り部（ピン又は雄部を形成）、又は、パイプの内面にねじ切りされたねじ切り部（ボックス又は雌部を形成）を有する。ねじ切り部を有する面は、連結プロセスを促進するためにテーパを有していてもよい。
【０００５】
更に、通常冷間成形により、シール形成領域のパイプの直径を、パイプの長手方向に沿って大部分を占める直径よりも大きくして、ジョイントを形成するようにしてもよい。
【０００６】
パイプには通常、パイプの端部とねじ切り部との間にねじが切られていない部分が残されており、このねじが切られていない部分はしばしば、ストップショルダーと称される。このストップショルダーは、パイプジョイントのプライマリーシール領域を構成することが多いため、研究においては特にこのストップショルダーに重点が置かれてきた。ピンにおけるストップショルダーの形状は、通常、ボックス部の対応する凹部と係合するよう形成され、これにより強固なシールが形成される。通常、パイプ間のジョイントを形成するため、及びジョイントの使用時にシールを保つためにトルクが掛けられた状態において、パイプジョイント領域内に生じる歪みを効率的に分散させるように、特定の形状が選択される。シールの液密特性を向上させるため、この形状に加えて、コーティングが施されてもよい。
【０００７】
しかし、多くの石油及びガスの埋蔵地から石油及びガスが枯渇しつつあり、これら資源の価格の高騰が続く中、これまでは非経済的であると考えられてきた埋蔵地からの石油及びガスの採掘を行う必要性及びその機会が増えつつある。例えば、より深く、より近づきにくい場所からの採掘を行う必要がある。更に、可能であれば現存する採掘孔を起点として使い、より近づきにくい鉱床に到達したいという要望もある。加えて、最近の掘削方法では、単一の、通常は垂直方向に延びるダウンホールであって、そこから水平方向に曲がって石油又はガスの鉱床に至るダウンホールを使用することが多い。
【０００８】
この結果、パイプジョイントは、従来よりも高温、かつ圧縮力と引張力の両方において高圧に耐え得るものである必要がある。例えば、ストリングが垂直方向から水平方向に向かう場合、約９０°の湾曲部が必要となることが多い。このような湾曲部により、ジョイントの同じ領域において反対方向に対して圧縮力と引張力の両方が加わることは明白である。
【０００９】
従来技術のジョイントにおける問題点の一つとして、ジョイントを組み立てる際にピンの端部を湾曲させることが挙げられる。これによりかじりが生じ得る。かじりは、最初にジョイントを組み立てる時に発生しなくても、その後の組み立てにおいて発生する可能性がある。この問題点は、製造時の許容範囲を広げることで対処することができるものの、そのためには費用が嵩み、特に通常の動作条件では、この問題を完全に解決することはできない。
【００１０】
オイルパイプの製造時における更なる問題点としては、本業界における様々な用途に使用されるパイプ部を製造するための製造方法が挙げられる。通常パイプ部は、例えばチュービングやケーシングなど、それが用いられる用途によって様々な特性を有することが必要となる。本発明は、幅広いパイプ径に共通するシール領域を有するパイプジョイントについて検討するものであり、これにより、製造コストの削減が可能となる。
【００１１】
本発明の目的は、このような問題に対処することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によると、パイプのためのねじ切りされたジョイントであって、雄ねじを切った部分を一端に有する第１のパイプ区間の先端側に形成されたピンと、相補的に雌ねじを切った部分を一端に有する第２のパイプ区間の先端側に形成されたボックスとを備え、これらの部分はねじ切り部分の軸の長手方向に沿ってその内部において係合するよう構成され、ねじ山はパイプ区間の長手軸と同じ方向に傾斜すると共にそれに対して鋭角に傾斜し、雄ねじは他方部分の相補的なストップショルダーに隣接する雄ストップショルダーに向かって延び、相補的なストップショルダーは丸みを帯びた頂点を有する円錐形のレシーバの形状を呈する凹部を備え、ピンのストップショルダーは相補的なストップショルダーの対応するショルダーと摩擦係合するトルクショルダーを備え、
ピンのストップショルダーは、ボックスの相補的なストップショルダーの対応する半径面に隣接する半径面を更に備え、ピンの半径面のカーブを有するシール面は、相補的なストップショルダーの対応する半径面の、対応するカーブを有するシール面とシールするように係合し、カーブを有するシール面は異なる楕円の円弧上に位置するよう形成された、パイプジョイントが提供される。
【００１３】
ピンのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸は、ピンの主軸に対して１０．０〜１６．０°の角度であることが好ましく、更に、１１．０〜１４．０°の角度であることが好ましい。
【００１４】
ピンのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、トルクショルダー及び半径面から延びる線の交点から、パイプの長手軸に対して平行に、かつパイプ本体に向かって測定すると、０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの距離に位置することが好ましい。
【００１５】
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、ボックス部のトルクショルダー及び半径面から延びる線の交点から、パイプの長手軸に対して平行に、かつボックス部のトルクショルダーに向かって測定すると、０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの距離に位置することが好ましい。
【００１６】
ピンのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、交点を通過する線であって、ピン部の長手軸に平行である線から半径方向に０．０１０２〜０．０１６５ｃｍの距離に位置すると好都合である。
【００１７】
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の中心は、交点を通過する線であって、ボックス部の長手軸に平行である線から半径方向に０．０４１９〜０．０５０８ｃｍの距離に位置すると好都合である。
【００１８】
ボックスのカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸は、ボックスの主長手軸に対して５．０〜８．０°の角度であることが好ましく、更に、５．５〜７．０°の角度であることが好ましい。
【００１９】
ボックス部のカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸の長さは、０．３６０７〜０．４１９１ｃｍであることが好ましい。楕円の短軸の長さは、０．０４５７〜０．０５２１ｃｍであることが好ましい。
【００２０】
ピン部のカーブを有するシール面によって描かれる楕円の長軸の長さは、０．３１７５〜０．３９３７ｃｍであることが好ましい。楕円の短軸の長さは、０．０５８４〜０．０７６２ｃｍであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
ジョイントの一実施形態を表す添付の図面を参照して、本発明の説明を行う。
【図１】パイプ部の長手軸の断面図であり、ピンのシールのシール領域を示す。
【図２】パイプ部の長手軸の断面図であり、ボックスのシールのシール領域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
連結するパイプ部のピン部とボックス部との間に形成されるジョイントのシール領域は重要であり、良好なシールを実現するために、様々な機能が導入されてきた。このシールは、パイプ壁を介して圧力差が生じた際にそれに耐え、かつ液密を保つ必要があるだけでなく、パイプストリングが９０°までの、又はそれ以上の角度のカーブを描く場合に、その完全性を保つ必要があることが多い。本発明は、ピン部及びボックス部の両方にカーブを有するシール面を備え、そのカーブ面のそれぞれを楕円形とすることにより、この問題に対処するものである。本明細書で参照する断面図において、カーブ面は二次元の曲線で表される。
【００２３】
カーブ面は当技術分野において既知であるが、二つの楕円面、特に本明細書において定義され、明確に記載される楕円面を使用することにより、チュービング又はケーシングに使用され得るような様々な直径を有するパイプに適用され得るシールを実現する手段が提供されることが判明した。
【００２４】
本明細書において規定される楕円面は、当技術分野において知られている従来の方法により、簡単に設計することができる。使用されるシール面には前処理を施すことにより、特にジョイントを組み立てる際に生じるかじりに対して、その面の構造強度を増加させることが好ましい。例えば、通常ピン部には、リン酸又はピーニング（アルミニウム又はガラスなどによる）の前処理が施される。モリブデンの補強剤による処理が施されると好ましい。
【００２５】
ボックス部もまた、リン酸及び／又はモリブデン剤による前処理が施されてもよい。ピーニングは原則として表面に好適であるものの、パイプ部本体のシール面の位置の都合上、通常は使用しない。
【００２６】
上記に加えて、ジョイントの組立時にかじりを減少させるため、当技術分野において知られている種類の潤滑油が通常使用される。
【００２７】
ピン部のシール領域を示す図１を参照すると、以下の特徴に注目すべきである。その全体が１０として示されるピンは、端部にトルク面１１を有し、トルク面１１は使用時に、ボックス部の対応するトルク面２１と係合する。この二つの面は、係合時にシールを形成するが、このシールは二つのパイプ部間において重要なものではない。トルク面１１は、カーブを有するノーズ面１３を介して、平坦な半径面１２へと繋がっている。シール面１４は、ボックス部２０の対応する面２４と共に、隣接するパイプ部との間に液密のメインシールを形成する。シール面１４は面１２の一端部から延び、第１のねじ山の頂１５に動作可能に接続される。
【００２８】
上記に記載したとおり、シール面１４は楕円のカーブ部分に位置する。この楕円の位置及び向きを、下記に示すとおり明確に規定することが重要となる。
【００２９】
ピン部の楕円を規定する際に、第一の基準となる点は、ピン１０自体に存在するのではなく、トルク面１１及び半径面１２から延びる線の交点として規定される点である。この点は図１においてＸで示される。この点Ｘから楕円の中心までの距離を、パイプの主長手軸に対して平行に、かつパイプ本体に向かって測定すると、０．６８４８ｃｍである。このパラメータ値は、０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの範囲内であれば好適であることが確認されている。径方向において、楕円の中心は、パイプの主軸に平行な線上であって、当該軸から径方向において外側に０．０１３５ｃｍ変位した場所に位置する。この変位は通常、０．０１０２〜０．０１６５ｃｍであってもよい。楕円の長軸の長さは０．３４４４ｃｍであるが、０．３１７５〜０．３９３７ｃｍの長さであれば好適であることが確認されている。短軸の長さは０．０６５２８ｃｍであるが、０．０５８４〜０．０７６２ｃｍの長さであれば好適であることが確認されている。
【００３０】
図１から分かるように、必要な面を形成するために、楕円の長軸は、ピン部の主軸に対して１２°の角度に設定されている。しかし、１０．０〜１６．０°の範囲、更に好ましくは１１．０〜１４．０°の範囲であれば好適であることが確認されている。
【００３１】
上記に述べたとおり、シール面１４はこのように規定された楕円部分に倣うものである。シール面１４は、パイプの遠位端方向において面１２と繋がり、近位端方向において滑らかに面１６と繋がり、シール面１４は面１６によって頂１５へと繋がる。
【００３２】
図２に示すように、ボックス部２０の対応するシール面２４は、ピン１０に関する説明と同じように規定される。ボックス部２０は、ピン部１０の端部に対して相補的な形状を有する凹部を有し、当該凹部は次の面によって規定される：ボックス部２０の主軸に対して、トルク面１１と同じ又は類似の向きを有するトルク面２１であって、ピン部とボックス部との間のジョイントを組み立てる際にトルク面１１に対して摩擦又はシールするように係合するトルク面。トルク面２１はカーブ面２３を介して平面２２へと繋がる。シール面２４は平面２２から滑らかに延び、ボックス部２０の第１のねじ山の頂２５に動作可能に接続される。
【００３３】
シール面２４もまた、次のように規定される楕円部分に倣うものである。まず、面２１及び２２を延ばし、ボックス部２０本体に実際に位置する点を規定する。この点を図２においてＸで示す。そして、楕円の中心を、主長手軸に平行に、かつボックス部２０の本体から離れるように測定し、０．６７３６ｃｍの距離に設定する。この距離の値は０．６４７７〜０．７１１２ｃｍの範囲内であれば好適であることが確認されている。径方向において、楕円の中心は、パイプの主軸に平行な線上であって、当該軸から径方向において外側に０．０４５２ｃｍ変位した場所に位置する。この変位は通常、０．０１４９〜０．０５０８ｃｍであってもよい。
【００３４】
楕円の長軸の長さは０．３８１８ｃｍであるが、０．３６０７〜０．４１９１ｃｍの長さであれば好適であることが確認されている。短軸の長さは０．０４８８ｃｍであるが、０．４５７２〜０．５２０７ｃｍの長さであれば好適であることが確認されている。
【００３５】
ピン部の楕円面については、楕円の長軸はパイプの主長手軸に対する角度が設定されている。ボックス部の場合は、楕円の長軸は６．１９５°の角度に設定されているが、５．０〜８．０°の範囲、特に５．５〜７．０°の範囲が好適であることが確認されている。
【００３６】
使用時、ジョイントを組み立てるにあたり、ピン及びボックスのねじ切りされた部分にトルクをかけて係合させることにより、ピン部及びボックス部が接続される。二つの部分の間にシールが形成されるまで、トルクがかけられる。この状態は、通常、かけられるトルクの大きさを計測することにより認識される。圧縮力及び引張力下において完全性を保つことのできるシールを二つのカーブ面を使用することにより提供する利点について、ジョイントの湾曲も含め、理解できよう。このような力が働くと、カーブ面はお互いに対して「ロール」して、シール箇所が移動してもその完全性は損なわれることがない。本発明は、効率的なシールを提供することができるよう楕円の湾曲、寸法及び向きを選択した二つの楕円状のカーブ面を使用し、そのシールにより、二つのパイプが動いた場合でも、又は不均衡な内圧及び外圧に晒された場合でも、完全性を保つことが可能である。
【００３７】
更に、ピンの端部は、力が加えられると内側に湾曲する傾向があることが確認されている。このプロセスが極端になると、変形が鋭角となり、その後の組み立てにおいてボックス部にピンの端部が食い込んでかじりが発生する可能性がある。
【００３８】
本発明は、本明細書において例示的にのみ示された詳細事項に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、様々な修正や変更が可能であることが当然のこととして理解されよう。
【図１】
0005706533.tif 000002
【図２】
0005706533.tif 000003