(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける装置であって、前記油井管の管端に対して前進・後退可能な装置本体と、前記特殊ねじカップリングの外径サイズに応じて交換可能に装置本体に搭載され、前記特殊ねじカップリングの外径部をクランプした状態で回転可能なアーバーを具備し、該アーバーの前面側には、前記特殊ねじカップリングの内面に突設されるリング状の平行部を外周面で受けることで、前記特殊ねじカップリングの芯出しをする芯出し用治具が設けられていることを特徴とする油井管用カップリング取付装置。
【請求項２】
前記芯出し用治具は、ロックナットで前記アーバーの円錐台状部材に交換可能に固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の油井管用カップリング取付装置。
【請求項３】
前記芯出し用治具に加え、前記芯出し用治具と反対側の特殊ねじカップリングの端面を押す端面プッシャーが具備されていることを特徴とする請求項１または２に記載の油井管用カップリング取付装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける油井管用カップリング取付装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、開発の容易な浅い油井、ガス井が減少するとともに、高温高圧に曝される深い井戸が増加している。また、掘削技術の進歩によって、垂直掘り以外に傾斜掘りあるいは水平掘りなどの井戸掘削法も採用されている。
このような使用環境の変化に伴い、油井管のカップリングに対するシール性能の要求もますます厳しくなっている。たとえば、図６に示したような形状の特殊ねじカップリングＫが知られている（特許文献１）。この特殊ねじカップリングＫは、シール性能を発揮させるため、リング状の平行部ｄの両側に、油井管Ｗの管端Ｗ１のねじ部と螺合される角形のテーパーねじ部ａ、それに続く角部ｂおよびショルダー部ｃを有する。
【０００３】
リング状の平行部ｄは、カップリング製造時、その軸方向中央部内面にそれを取り付ける油井管Ｗの内径Ｄと同寸法に形成する。また、油井管Ｗの管端Ｗ１の角形のテーパーねじ部ａと、それに螺合される角形のテーパーねじ部ａ間のクリアランスｇ１は、図７（ａ）に示したように、従来のラウンド形のテーパーねじ部間のクリアランスｇ２に比べて小さくなるように形成する（  図７（ｂ））。このラウンド形のテーパーねじ部の形状はＡＰＩで定められている。
【０００４】
図８には、油井管のカップリング取り付け工程以降を示した。（ａ）は、特殊ねじカップリングＫを油井管Ｗの管端Ｗ１に取り付けるカップリング取り付け工程、（ｂ）は、それに続く、所定の締め付けトルクで特殊ねじカップリングＫを締め付ける機械締め付け工程、（ｃ）はねじ部を保護するため、プロテクタープラグＪ１、Ｊ２をそれぞれ取り付けるプロテクタープラグ取り付け工程である。
【０００５】
ここで、角形のテーパーねじ部ａを有すると共にリング状の平行部ｄを軸方向中央部内面に有する特殊ねじカップリングＫの場合、テーパーねじ部間のクリアランスｇ１は、従来のラウンド形のクリアランスｇ２に比べて小さい。このため、特殊ねじカップリングＫを油井管Ｗの管端Ｗ１に取り付けるカップリング取り付け工程にて、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止できる、カップリングの中心Ｋ０と管軸Ｗ０とのなす角θの範囲は小さくなる（図９参照）。これに起因し、特殊ねじカップリングＫのカップリング取付失敗率が、従来のラウンド形のねじ部よりも高く、自動化が達成できていなかった。
【０００６】
そこで、特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける作業は、図10に示すように人力で行わざるを得なかった。図10（ａ）、（ｂ）中、８はターニングローラ７を回転させあるいはターニングローラ７の回転を停止したりするフットスイッチを示す。
すなわち、図10（ａ）は、ターニングローラ７の回転を停止し、人力によって最初の角形のテーパーねじ部同士を慎重に螺合させている状態を示し、図10（ｂ）は、引き続き人力によって特殊ねじカップリングＫを保持したまま、ターニングローラ７を回転させ、それ以降の角形のテーパーねじ部同士の螺合を進めている状態を示した。
【０００７】
このように特殊ねじカップリングを油井管Ｗの管端Ｗ１に取り付けるには、人力によって最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止する必要があった。
したがって、特殊ねじカップリングＫのカップリング取り付け工程が自動化できれば、それ以降の機械締め付け工程、プロテクタープラグ取り付け工程は既に自動化済みであるから、人手がかからなくなる。
【０００８】
ところで、パイプに取り付けたカップリングを人力によって容易に取り外すことができる程度に締め付けるための、パイプのカップリング装着装置が特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開2003-74763号公報
【特許文献２】特開平11-230435号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載のカップリング装着装置は、上記した図１０（ｂ）の機械締め付け工程にて、人力によって容易に取り外すことができる程度にカップリングを締め付ける装着装置であり、上記した図１０（ａ）の、特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける工程で、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止できないという点は、未解決で問題点として残っていた。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける際、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止でき、カップリング取付失敗率を下げることが可能な油井管用カップリング取付装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止できる油井管用カップリング取付装置について鋭意検討した結果、特殊ねじカップリングＫが重い場合でも、カップリング中心と回転軸の軸芯のなす角を許容角度内にした状態で特殊ねじカップリングをクランプすることができれば、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止できることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける装置であって、前記油井管の管端に対して前進・後退可能な装置本体と、前記特殊ねじカップリングの外径サイズに応じて交換可能に装置本体に搭載され、前記特殊ねじカップリングの外径部をクランプした状態で回転可能なアーバーを具備し、該アーバーの前面側には、前記特殊ねじカップリングの内面に突設されるリング状の平行部を外周面で受けることで、前記特殊ねじカップリングの芯出しをする芯出し用治具が設けられていることを特徴とする油井管用カップリング取付装置。
２．前記芯出し用治具は、ロックナットで前記アーバーの円錐台状部材に交換可能に固定されてなることを特徴とする上記１．に記載の油井管用カップリング取付装置。
３．前記芯出し用治具に加え、前記芯出し用治具と反対側の特殊ねじカップリングの端面を押す端面プッシャーが具備されていることを特徴とする上記１．または２．に記載の油井管用カップリング取付装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の油井管用カップリング取付装置によれば、アーバーの前面側には芯出し用治具が設けられているので、特殊ねじカップリングの内面に突設されるリング状の平行部を芯出し用治具の外周面で受けることで、特殊ねじカップリングの芯出しをすることができる。このため、特殊ねじカップリングＫが重い場合でも、特殊ねじカップリングを油井管の管端に取り付ける際、カップリング中心と回転軸の軸芯のなす角を許容角度内にした状態で特殊ねじカップリングをクランプすることができる。
【００１４】
よって、特殊ねじカップリングを回転させつつ、油井管の管端に向かって前進させる際、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止でき、カップリング取付失敗率を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明例の油井管用カップリング取付装置について詳述する。
図１（ａ）は本発明例の油井管用カップリング取付装置を示す側面図、図１（ｂ）は芯出し用治具２の作用の説明図である。図２は、本発明例の油井管用カップリング取付装置で特殊ねじカップリングＫをクランプする前の状態を示す側面図である。
本発明例の油井管用カップリング取付装置は、油井管Ｗの管端Ｗ１に対して前進・後退可能な装置本体４と、特殊ねじカップリングＫの外径部をクランプした状態で回転可能なアーバー１を具備する。アーバー１は、特殊ねじカップリングＫの外径サイズに応じて交換可能に装置本体４に搭載されている。また、アーバー１の前面側には、図１（ｂ）にその詳細を示したように、特殊ねじカップリングＫの内面に突設されるリング状の平行部ｄを外周面で受けることで、特殊ねじカップリングＫの芯出しをする芯出し用治具２が設けられている。  
【００１６】
したがって、カップリング取付時に、特殊ねじカップリングＫが重い場合であっても、図１（ｂ）に示したように、芯出し用治具２によってカップリング中心Ｋ０と回転軸３の軸芯３ａのなす角αを、α＜許容角度とした状態で、特殊ねじカップリングＫの外径部をアーバー１でクランプすることができる。
この芯出し用治具２は、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、後面側に突設された回転軸３と同軸に配置される。
【００１７】
ここで、許容角度とは、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止できる、カップリング中心Ｋ０と管軸Ｗ０とのなす角であり、幾何学的な計算あるいは実験によって決定することができる。パイプ外径が60.3〜177.8ｍｍの継目無鋼管の場合、許容角度は1.0度である。
アーバー1で特殊ねじカップリングＫの外径部をクランプした後、アーバー１を所定の回転速度で回転させるには、図示しないモーターを回転させ、モーターに連結された回転軸３を所定の回転速度とすればよい。また、油井管Ｗの管端Ｗ１に対してアーバー１を前進・後退させるには、管軸Ｗ０と同軸に配置された装置本体４を、図示しない移動手段たとえばエアシリンダを作動させる。
【００１８】
このようにすれば、図１(ａ)、（ｂ）に示したように、特殊ねじカップリングを回転させつつ、油井管Ｗの管端Ｗ１に向かって前進させる際、芯出し用治具２によってカップリング中心Ｋ０と回転軸３の軸芯３ａのなす角αの振れ回り角度が許容角度内となり、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良を防止でき、カップリング取付失敗率を下げることができる。
【００１９】
一方、図５（ａ）、（ｂ）には、アーバー１の前面側に芯出し用治具２を具備していない従来例の場合の不具合を示した。従来の油井管用カップリング取付装置では、カップリング取付時に、特殊ねじカップリングＫが重い場合、その自重によってカップリング中心Ｋ０と回転軸３の軸芯３ａのなす角βが、β＞許容角度となる。このため、カップリング中心Ｋ０と回転軸３の軸芯３ａのなす角βが許容角度を超えてしまうから、最初の角形のテーパーねじ部同士の螺合不良が生じやすい。
【００２０】
ところで、本発明に用いるアーバー１は、特殊ねじカップリングＫの外径サイズがある所定範囲内で対応でき、その所定範囲を外れる場合、前面側に芯出し用治具２を有し後面側に回転軸３を有するアーバー１を、外径サイズに応じて対応可能なものと交換する。
本発明においては、上記した芯出し用治具２に加え、芯出し用治具２と反対側の特殊ねじカップリングＫの端面を押す端面プッシャー５が具備されているのが好ましい。このような端面プッシャー５が具備されていると、図２に示したように、載置された特殊ねじカップリングＫを、プッシュ方向９に向けてプッシュシリンダ６で移動させることで、アーバー１の前面に確実に到達させることができる。
【００２１】
次いで特殊ねじカップリングＫがアーバー１の前面に到達した時点で、図３（ａ）に示すアーバー１の待機位置から、円錐台状部材１１に対して相対的にアーバー１を前進させてやれば、図４に示すように、アーバー１と円錐台状部材11との間で、特殊ねじカップリングＫの外径サイズに応じてアーバー１でクランプすることができる。
またアーバー１は、図３、図４に示したように、芯出し用治具２が、ロックナット２ａの収納空間を前側に有する円筒カップ状で、ロックナット２ａでアーバーの円錐台状部材１１に交換可能に固定されてなる構造を有するのが好ましい。この理由は、外径の適切な芯出し用治具２を、油井管の内径Ｄに応じて装着することができるからである。
【００２２】
なお、図３（ａ）は実施例のアーバーの内部構造を示す断面図であり、アーバー１の待機状態を示す。図３（ｂ）はその正面図である。図４は、図３に示すアーバー１で特殊ねじカップリングＫをクランプした状態を示す断面図である。
また、本発明例においては、特殊ねじカップリングＫを油井管の管端に取り付ける際、角形のテーパーねじ部同士が当接するときの押し付け圧力を調整する調整装置が具備されているのが好ましい。
【００２３】
この理由は、調整装置が具備されていると、最初の角形のテーパーねじ部同士が螺合するときの圧力を適切に設定でき、上記した芯出し用治具２の作用・効果と相俟って、カップリング取付失敗率を一段と下げることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は本発明例の油井管用カップリング取付装置を示す側面図、（ｂ）はその芯出し用治具の作用の説明図である。
【図２】本発明例の油井管用カップリング取付装置で特殊ねじカップリングをクランプする前の状態を示す側面図である。
【図３】（ａ）は実施例のアーバーの待機状態を示す断面図、（ｂ）はその正面図である。
【図４】図３に示すアーバーで最小外径の特殊ねじカップリングをクランプした状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は従来例の油井管用カップリング取付装置を示す側面図、（ｂ）は従来例のアーバーで特殊ねじカップリングをクランプした場合の不具合を説明する側面図である。
【図６】特殊ねじカップリングの一例を示す断面図である。
【図７】（ａ）は、角形のテーパーねじ部間のクリアランスを示す要部断面図、（ｂ）はラウンド形のテーパーねじ部間のクリアランスを示す要部断面図である。
【図８】油井管のカップリング取り付け工程以降を説明する斜視図である。
【図９】カップリング取り付け時のカップリング中心と管軸とのなす角θを示す斜視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は特殊ねじカップリングの従来の取り付け法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ｗ  油井管
Ｗ０  管軸
Ｗ１，Ｗ２  管端
Ｄ  油井管の内径
Ｋ  特殊ねじカップリング
Ｋ０  カップリング中心
ａ  テーパーねじ部
ｂ  角部
ｃ  ショルダー部
ｄ  平行部
ｇ１、ｇ２  クリアランス
Ｊ１、Ｊ２  プロテクタープラグ
θ  カップリング中心と管軸とのなす角
α、β  カップリング中心と回転軸の軸芯とのなす角
１  アーバー
２  芯出し用治具
２ａ  ロックナット
３  回転軸
３ａ  回転軸の軸芯
４  装置本体
５  端面プッシャー
６  プッシュシリンダ
７  ターニングローラ
８  フットスイッチ
９  プッシュ方向
10  回転方向
11  円錐台状部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004770846.tif 000008
【図８】
0004770846.tif 000009
【図９】
0004770846.tif 000010
【図１０】
0004770846.tif 000011