(57)【要約】      （修正有）【課題】石油ガスの採掘に必要な油井管は、掘削深度がより深く7000mを超える油井や枯渇油井の油層加熱する再生採掘、シェール層の水圧破砕など、新技術の開発による従来利用できなかった石油ガス資源が採掘可能になり、それに適する高温（250℃）・耐酸性能（pH2）・高圧（100MPa）の仕様を克服する複合材料からなるパッキンを用いた油井管の継手構造を提供する。【解決手段】高温耐食樹脂層を管内面８と継手ネジ部５に設けて、管端部に強化繊維入り台形のパッキン３をカップリング内面センターに有する凸部７に押し込むことで高温高圧の耐食性油井管が成立する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
FRP耐食高圧管継手において、管面に樹脂耐食層を設けて、端部にパッキンが入る窪みを持つネジ付ピンキャップを接合して必要によっては外面に耐食樹脂層を形成、カップリング部は内面にネジ付耐食層を設けて、パッキンが設置される中央部内径側に凸部のストッパーを設け、両サイドにテーパを持った表面強化繊維入りパッキンを用いた構造の管継手。
【請求項２】
鋼管を用いた耐食高圧管継手において、ガラス繊維強化層を鋼管に置き換えて、管面には樹脂耐食層を設けて、端部にパッキンが入る窪みを持つネジ付ピンキャップを鋼管端部に凹凸加工をしてキャップを接着し、必要によっては外面に耐食樹脂層を形成、カップリング部も同様に内面にネジ付耐食層を鋼管内面に凹凸加工をして樹脂をインジェクション成形、パッキンが設置される中央部内径側に凸部のストッパーを設け、両サイドにテーパを持った表面強化繊維入りパッキンを用いた構造の管継手。
【請求項３】
耐食高温高圧管の継手部品のカップリング外表面に凹部を設けて、凹部内に内挿する通信用ICチップとバッテリーを持ち温度と荷重のデジタルデータを定期に採取して長期間集積し、管体のメンテナンス時のパッキン交換と同時に内挿ICチップを回収することで、管体の安全性担保情報とするICチップ付の油井管カップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
耐食材料からなる高圧高温性能を持つ油井管に関する製法と生産設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧油井管の接続部品（カップリング）は、簡易性の必要性からネジによる継手が基本である。ねじ管継手は管の両端に雄ねじ（ピンネジ）を持った管と両端に雌ねじを持った継手管（カップリングネジ）からなるピンとカップリングによるものと、管の両端にピンとカップリングを一対に持った継手の2種からなる。
【０００３】
ネジはネジ山の頂点頭が丸型と角型があり、ねじ面の密封機能が優れているのは丸型、軸方向の強度が高いのは角形である。一方、管材は固い材料の金属、柔らかい材料のプラスチックがあるが、管の密封機能を得るための構造は金属材の鋼管やプラスチック管は共通して2種からなる。一つはネジ面密封であり密閉のためのねじ面の凹凸を埋める役割をする管材に比べてより変形が容易な密封材を用いる方法と、他方はネジ面シールとは無関係にネジによる強い押し圧力で管体とカップリングに精密なシートリング接合で密封に必要なリング部の凹凸を接触変形させてシールする構造がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】下左近峻志、武田諒、田村進一、西野義則、他著  「遠心成形法によるGPI規格FRP高圧管」第５回日本複合材料会議（JCCM‐5）２０１４年３月６日
【発明の概要】
【０００５】
石油ガスの採掘に必要な油井管は、掘削深度がより深くなり7000mを超える油井や、枯渇油井の地層油層を加熱して再生採掘、サンドオイルの加熱水の浸透掘削、シェール層の水圧破砕など、新技術の開発により従来利用できなかった石油ガス資源が採掘可能になり、適する新たな仕様の管が必要となった。
その仕様は、高温（250℃）・耐酸性能（pH2）・高圧（100MPa）を必要とする。従来の耐食金属材料である25Cr・25Ni鋼をもってしても、適用できない。本発明はこの仕様を克服する図１に示す複合材料からなる油井管の継手カップリング構造を可能にした。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シールの基本理論は、適用圧力に耐える強度を持ち圧力流体の耐熱・腐食に耐え、遮断壁の機能を持つことである。すなわち、管内高圧の腐食流体（石油ガス）の継手の必要シール機能の遮断壁を構成する材料は、適用圧力（100MPa）に対しての耐性（少なくとも150MPa以上の耐久強度）を有して、遮断密封機能に必要な精度と変形機能(シール理論では適用圧力の約1.5倍の遮断面圧力を生む機能)を持ち、必要な耐熱（250℃）・構成材料の腐食劣化（pH2）に対する耐久性能（10年以上）を保証する機能を構成する材料・構造が必要である。
【０００７】
一方、メタルシートリングによる密封構造を用いる既存の耐食金属鋼管は、変形が容易でない剛体であり遮断に必要な密封面に必要な均一な面圧を得るための精度と必要な変形を得ることが困難であること、同質金属材の焼き付き対策の環境汚染金属などを使用しない焼き付き防止対策や、金属材料の基本的な弱点である耐酸性の応力腐食割れ対策、さらに電気腐食などから、pH3・200℃・100MPa程度が限界でありpH2以上、250℃以上、100MPa以上のメタルシートリングシールは発明されていない。
【０００８】
他方の高分子材料からなる柔軟な変形をすることでシール性能を得ることができるパッキン材は、耐熱耐食性機能を持つフッ素系またはポリイミド系のゴム材やプラスチック材ではpH2・250℃には耐性を持つが、100MPaの耐性を持たない。
【０００９】
すなわち、如何なる単一材料をもってしても、新市場に必要な耐性をもつ材料、構造を許容しないことが証明される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明を構成する基本は、複合材料からなる材料を用いて、単一材料では不可能な要求機能を造りだしたことにある。目的の高圧・耐食・耐熱管の十分な耐久性があるネジ継手は、まず適用石油ガスに対して接触する素材（表面樹脂）が耐食性と耐熱性に強い材料を用いなければならない。これにはフッ素系やポリイミド系樹脂材は250℃の耐性を持つので、成形性を得るために特別な溶剤なども用いて液体化と熱硬化樹脂とするためのエポキシ基による偏性を行うことで、強化繊維とのカップリングとマトリックス構成をする含浸と樹脂面の形成が可能となり、短時間硬化も可能とした。この樹脂を管内面・外面・ネジ面に使用することで、耐食・耐熱機能問題は解決した。
【発明の効果】
【００１１】
発明した樹脂単体では耐圧に必要な強度がない。管・カップリングの構造強度を受け持つ強化層の材料には、金属材料や無機強化繊維材などを用いることで、目的の必要強度を得ることができる。特に深層井戸などでは地下への管の吊り下げ長さによる必要強度が大きいために、カーボン繊維やガラス繊維により金属管に比べて１/５〜１/７の軽量化が計られる。さらに強化繊維を用いた強化層は金属材料に比べて強度が約2倍と高いことから、軽い特徴から耐高深度、強い特徴から耐圧強度も解決する。一方、安価な鋼管を強化層に使用することで、安価な耐食鋼管も提供可能となる。
【００１２】
さらに、非耐食管であるが、短期間での腐食ガス含有の石油ガス管に使用するためのシール部の高温耐食性を持つ、高圧性能を持つ強化繊維入りパッキンを用いれば、安価な一般鋼管であっても、管体の腐食劣化期間におけるシール劣化の恐れがないために、図１に示す継手構造にして、耐食耐熱複合材からパッキンを用いることで、実用的な使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ピン先端パッキン付の高圧管継手構造図及び自己シールパッキンの詳細構造図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は発明を実施するための最良の形態を示す構造図である。基本特徴はピン部にグローブを有して、カップリングにはパッキンの適正な収納をするための当て壁となる内面に（７）を持ち、全面耐食樹脂層で覆い、互いのネジ部はせん断応力の緩和となる柔軟樹脂材により形成して必要な軸力を得る構造とした。
【００１５】
ねじ部材は軸力のみを負担して、ねじ面圧を発生させる大きな軸力を負担しない、さらに、ねじ部材と強化層の接合力を確保するために、強化層面には物理的な凹凸溝構造となるようにしてねじ部材層との界面の耐せん断力向上を図る構造とする。
【００１６】
ピン先端のグローブは台形の繊維強化パッキンが入り、パッキンを内在するグローブの表面耐食層は、強化繊維層との境界面にはガラス繊維マットによる補強を行うことで、パッキンとの接触に対して十分な強度を確保する。
【００１７】
パッキンは表面強度が少なくとも必要耐圧強度の２倍（許容引張応力は250℃で200MPa、pH2に対応）以上で、実施例では樹脂表面約0.1mmのバックアップにEガラス繊維40〜50％volを約0.2mmの内層で450MPaの表面層強度を得たことから、250℃パッキン耐圧が約200MPaを許容した。すなわち、表面シールに必要な表面樹脂強度が200MPa以上となったことを示す。この考え方は自動車のタイヤの補強繊維なくして高い内圧のタイヤが存在しないことと同じ思考である。
【００１８】
なお、パッキンには初期圧力はセット時に発生させるが、増圧によりパッキンが移動して、最終的にはねじ面の必要シール面を覆う補強シール面によるシールとなる構造となっている。さらに、パッキン内部樹脂には体積変化が最大で約5％程度必要によっては体積吸収可能なプラスチックバルーンなどを内在することもある。
【実施例１】
【００１９】
図１中の（５）のねじは少なくとも継手構成材料で最も剛性が低い材料を採用してネジ間の空間ができないねじ形状を形成して、大きさは例えば８ラウンド（1インチ8山ネジ）を採用、角ネジは6ラウンドを用いる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
発明した樹脂単体では耐圧に必要な強度はないが、金属材料や無機強化繊維材などを用いることで、目的の必要強度を得ることができ、カーボン繊維やガラス繊維による金属管に比べて軽量化が計られる。強度が約2倍と高く軽いことから、耐高深度、強い特徴から耐圧強度も解決する。一方、安価な鋼管を強化層に使用することで、安価な耐食鋼管が提供可能となる。さらには、短期間での腐食ガス含有の石油ガス管に使用するためのシール部の高温耐食性を持つ、高圧性能を持つ強化繊維入りパッキンを用いれば、安価な一般鋼管であっても、管体の腐食劣化期間におけるシール劣化の恐れがないために、図１に示す継手構造にして、耐食耐熱複合材からパッキンを用いることで、実用的な使用が可能となる。
【符号の説明】
【００２１】
(１)    カップリング継手の強化繊維層、または金属材。
(２)    管の強化繊維層、または金属材。
(３)    セルフシール機能を持つ表面強化繊維内在する高温柔軟樹脂（ゴムなど）からなる例えば1/8テーパ形状など有する末広がりで圧力が加わると移動してシール圧力を増加させる機能を持つ台形型パッキン。
(４)    台形型パッキンの表面強化繊維（カーボン、Sガラスなどの繊維）内在パッキン構造を持ち内部樹脂に許容体積変化を大きくするためのバルーンなど混入構造のパッキン。
(５)    丸型ネジと角型ネジの２種の選択ができる１/16テーパねじ。
(６)    管に取りつくピンキャップネジ、ねじの長さは管厚の８〜１２倍でネジ山部の構成素材は強化繊維を内在しない樹脂であって管との接触面層は0.8〜1.2mmであり、50〜300g/平方メートルのチョップドストランドマット（ガラス繊維またはカーボン繊維）を内層とする。
(７)    0.5〜1.5mmの耐食樹脂層で覆われたカップリング凸型センター停止板部を示す、パッキンの適正位置への収納によるパッキンの初期自己シール面圧の確保と管の緩み固定及び内面の継手部の内部流体の発生渦の防止目的に必要。
(８)    管内面樹脂耐食層であって、強化繊維を内在しない0.5〜1.5mmの層でピンキャップネジの端部と一体かして耐食層を形成する。
(９)    カップリングネジ、カップリング強化層の内面にあって強化繊維を内在しないカップリングと同じ樹脂層。
(１０)    1/16テーパネジであってネジ先端のピン部にパッキングローブを持つ構造。
(１１)    PLとはパッキングローブ長さを示す。
(１２)    PHとはパッキン最大高さをそれぞれ示す。
MPa  メガパスカル（物理単位）。
℃    温度単位で摂氏を表す。
pH    酸性アルカリ濃度を示す単位。例えばpH2は硝酸5％濃度程度の酸性を示す。
Cr    クロム材を示し、例えば13Crは鉄に13％クロムを混入させた耐食鋼管。
Ni    ニッケル材を示し、例えば25Cr25Niは鉄に25％Cr,25％クロム含有耐食鋼管。
Eガラス    アルカリ含有率の少ないガラス材で品種を示す。
【図１】
2016089952.tif 000003