(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼管の腐食劣化を解決する鋼管及びカップリングの全表面をFRPコートすることを可能とした複合鋼管構造を提供する。【解決手段】FRPコート材の250℃耐熱性向上とパッキンの耐圧100MPa、欠陥バブルの無い鋼管内面コート成形、ネジ部のFRP化を行なった。高伸度の耐食性の高耐熱樹脂は、エポキシ変性により可能として、フッ素パッキンの表面強化により高圧化、遠心成形による内面積層、ピンネジキャップの接着とカップリング内にFRP高圧ネジ成形で全面FRPコートを可能にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管内面に１〜4mmの強化繊維内在のFRP耐食積層を行い、端面にパッキンを入れられる凹部を持ち、テーパネジを持つFRP製のピンキャップを鋼管に接合してなる複合鋼管と、鋼管継手内面にFRP製のカップリングネジを内装してなる複合鋼管とを繊維強化したFRP製のパッキンを仲介して防水構造としたことを特徴とする油井用の耐食複合鋼管。
【請求項２】
油井用の耐食複合鋼管であって、カップリングネジは１/8〜１/32テーパの8〜10ラウンドネジを用いて、液体と接する内面すべてを１〜4mmFRP耐食面でコート、必要によっては管外面にFRP0.1〜1mmトップコート、継手と管端部にパッキンを介して密封する構造の油井複合鋼管。
【請求項３】
油井複合鋼管にて、鋼管表面とFRP積層界面は、機械的なサンデイング鋼管面に例えばウレタン系プライマーを介して例えばビニルエステル系やイソ系など不飽和プリエステルやFRPマトリックス樹脂や、変性ウレタンエポキシ樹脂など耐食耐熱性樹脂とガラス繊維を管内面は遠心成形により積層、その後に端部のピンネジキャップを接着して、最後に管外面をマットライニングして、耐食複合鋼管を製造する方法。
【請求項４】
油井用の複合鋼管のパッキンにおいて、表面にはガラス繊維強化を行い、必要な場合にはネジ形状を有して、軸方向のパッキン表面補強により超高圧パッキンを可能にする強化構造を持つパッキン。
【請求項５】
複合鋼管に用いられるパッキンにおいて、表面が強化繊維で補強され、さらに内部には剛体のシール部増圧機能を持つメカを収納したフッ素樹脂と、必要によっては体積変化防止のためのナノシリコンなどを分子間に充填してなる複合樹脂を用いることで高温膨張を防止などする機能を持たせたパッキン。
【請求項６】
鋼管のねじ継手の中間部に配置してなる固定パッキンにおいて、片方にネジ形状を持ったフッ素樹脂など耐熱性のある樹脂母材と，必要によっては他の微小径の材料を添加してなるパッキン材の表面周囲をガラス繊維など強化繊維により表面強化して、超高圧固定パッキンを形成した特徴を持つ油井鋼管ネジ継手用のパッキン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
油井鋼管および金属管の耐食仕様と耐食鋼管継手に係る。
【背景技術】
【０００２】
油井管として鋼管は古くから利用されており、API技術標準など管の品質に関する標準化もなされている。しかし、鋼管であることから、材料は錆びる金属材料からなる。さらに、老朽化した油井には油層に塩分や硫化水素など含有する注水による油分の回収などして油の生産を行うことから、鋼管の最も弱い腐食劣化による耐久性問題の克服が重要な課題となってきた。
【０００３】
鋼管の耐食性向上には、2つの方法がある。一つはクロムやニッケルなどを加えて、例えばCr13（13クロム）〜25Cr/25Niなど耐食金属を加えた合金とする対策と、他の一つには薬液面にのみ耐食材を塗膜する方法、例えばクロムメッキやプラスチックコートなどがある。
【０００４】
しかし、前者は高価な希少金属を使用することから、コストUPとなること、さらに金属材料であることから、材料が固くネジ部の水密構造に防水機能を確保するための応力集中による変形でのシール部が必要となることから、この高いストレス部分の疲労劣化や金属特有のミル（製缶時）表面傷や表面化学劣化傷からの母材亀裂伝播破壊問題の解決が品質安定のため要求される。
後者の耐食材による表面処理には、同様の問題に加えて、異種のプラスチックを用いると、鋼管継手の内部コートができない問題の解決が求められる。
【０００５】
さらに、鋼管継手によく使用される柔軟性を持つフッ素樹脂などによるパッキンの使用などに際しては、パッキン材の性能が鋼管の継手性能を左右する。すなわち、鋼管の特徴である高温高圧の性能が活かされず、プラスチック材のパッキンの性能に影響されることになる。
【０００６】
すなわち、市場が要求する耐食高圧管は、金属材料の基本的な欠点である耐食性に弱いこと、固くて変形しにくいことからメカニカルシール構造部からの劣化など多くの問題を抱えることから、この問題克服が重要課題と定義し、本発明はこの問題解決を行った成果について以下に詳細に発明技術内容を示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】下左近峻志他著  「油井用の耐食GPI規格FRP高圧管」  配管技術２０１４．８  Vol.５６  No.９  日本工業出版  ｐｐ．１７−２５  ２０１４年８月
【発明の概要】
【０００８】
本発明の基本構成を図１に示す。鋼管とカップリング鋼管を用いた鋼管の耐食性能を得るための方法を示す。その基本的な原理は、要求される耐食性能は耐酸性であり、最大でpH2程度である。酸に分解する性質の金属材料では難解な耐酸性の要求値であるが、プラスチック材料から見れば劣化が全く生じない程度の耐酸性要求値である点に注目して、“鉄さび防止にはペンキを塗る習慣”の原点である、金属管全表面を耐食FRP材料によるカバーを施すことで解決する考え方を採用する。
【０００９】
採用されるFRP材料（繊維強化プラスチック材料）には、形成塗膜のクラック伝播を防止するための強化繊維としては、ガラス繊維やカーボン繊維が採用され、目的の耐食性能を保証する樹脂材には熱硬化性のエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などが採用される。また、それらの樹脂は必要な耐食性能と耐熱性能を持ち、金属管の変形に従属する必要な伸び靱性や強度を持たせるための、ウレタン変性やシリコン変性などして、例えば管内面積層用樹脂とするウレタンエポキシ変性ポリエステル樹脂、ピンネジキャップには接着性に優れた変性樹脂、ピンネジカップリングには注型用の変性樹脂などが選ばれ、鋼管との界面にはウレタン変性のシランカップリング剤など混入したプライマーなどウレタンエポキシ変性の必要接着剤など、鋼管を覆うに必要な樹脂性能を持つ各種樹脂を選択して用いる。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、腐食する鋼管を腐食から守ることにあり、これには腐食しないFRP材による全面コートが発明の基本をなす。しかし、金属材料に比べて樹脂材料は強度が弱く、樹脂との接合強度も低い。
【００１１】
さらに、全面をピンホールなどが生じない完全コートをする製作法の解決が求められる。特に鋼管内面の無欠陥コートや、ネジ部の精密な成形コートが不可欠である。
【００１２】
管とカップリングとの間に用いる高圧パッキンは通常のプラスチック単体では強度不足から最大で20〜40MPaが限界であるため、高圧パッキンの技術開発も必要である。
【００１３】
使用するFRP材料を構成する樹脂材の耐熱性の向上が必要となる。従来の成形に用いられる熱硬化性の樹脂材は、最大で熱変形温度は150℃が限界であるが、油井管のEOR（再生油井）には250℃以上の性能が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
鋼管をコートするFRP材料に採用される樹脂材としては、クラック発生防止に必要な伸び靱性（引張伸び最低5％以上20％以下）が必要となり、基本は熱硬化性の加工性能からエポキシ変性ポリエステル樹脂（ビニルエステル系）を採用する。100℃以下ではウレタン・エポキシ変性のビニルエステル樹脂が採用され、170℃以下ではノボラックエポキシ変性等樹脂を採用、170℃以上の高温樹脂ではビスフェミルイミダゾール、ビスマリイミド、ポリイミド変性などと、シリコン変性などが採用され、約300℃まで熱変形温度を高めた樹脂を採用する。
【００１５】
鋼管の内面コートには、遠心成形法が採用され、鋼管内部をまずブラスト処理して表面を磨き、次いでウレタンなど必要プライマーで金属とプラスチックとの接合プライマー処理を行い、最内面は一方向ガラス繊維を周方向に配列して、必要な液状となる熱硬化性を遠心鋳造することで、完全脱泡してなる内面コートを行う。
【００１６】
管端部はピンネジキャップを別にプレス成型などして作ったものを、鋼管先端を切削してなる表面プライマー処理して、ウレタンやエポキシ接着剤による層間接着を行い、さらに、必要によっては管外面にFRP巻きつけライニングと未硬化状態での外面セパレータフイルム仕上げすることで、全面FRP加工する。
【００１７】
カップリングは切削鋼管を型内で高圧FRP樹脂インジェクション成形によりネジ加工及び表面コート加工を行う。さらに、パッキン材は高圧パッキンとするための表面FRP加工を施す。例えばフッ素樹脂リングの表面にフッ素樹脂液を付けたガラス繊維を巻きつけ、型内で高温加圧成形で必要な形状のパッキンを作る。なお、パッキン材の熱膨張を防止するためなどのために、ナノシリコン材を混入すること、他のポリマーブレンドを行い、目的の容積維持特性を維持する。
【発明の効果】
【００１８】
鋼管及びカップリング鋼管からなる一般油井鋼管が、鋼管の基本的な欠点であった耐食性（耐酸性能）の備わった、耐食複合鋼管として従来は金属管では得られなかったpH2の耐酸性能を持ち、耐圧100MPa,  耐熱 250℃で永久の耐久性（40年以上）が得られる性能を持つ発明効果が得られた。
【００１９】
従来鋼管継手は応力集中の金属接触シール形式であったものが、FRP管の応力分散と柔軟変形自在の樹脂ネジを採用することで、ネジのシールに多彩な選択が可能となった。
【００２０】
高圧高温パッキンの発明により、従来型の鋼管ネジ部のパッキンに採用すれば、従来パッキンでは最大250℃40MPaであった鋼管ネジ継手が、350℃100MPaまで適用できる。すなわち、耐食金属管のパッキン問題の解決で高温高圧使用が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
Steel Coupling    鋼管継手
Steel Pipes    鋼管
Pin thread attachment    FRP材キャップねじ
Coupling thread attachment    FRP材継手ネジ
FRP  Inside  Protector    FRP材内面耐食層
End  Packing    ガラス繊維表面強化パッキン
【図１】図１は複合油井鋼管の構造断面図。
【図２】図２はT型内装ブースタパッキン。
【図３】図３はL型内装ブースタパッキン。
【図４】図４はデルタブースタ内装パッキン。
【図５】図５は2段ブースタパッキン。（実施例１）
【図６】図６はネジ形状パッキン使用のカップリングネジ構造。鋼管カップリングネジ継手の一般的な構造を示す。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、高温高圧パッキンの詳細構造を示す。ピンネジキャップとカップリングネジ内面とのシールは、図１に示す取付では鋼管先端に取り付けられたパッキンは、カップリング内径が約１/32（ネジは１/16） と一部が先細にできていることから、押し込まれるに従い径が小さくなりシール効果ができる内圧状態となる。この状態で図２に示す内面液の圧力が作用すると、ブースタによる必要シール部の接合圧が1.5倍以上増加して、シール効果を高めることができる。最大で3倍程度まで増圧可能となる構造を示す。
【００２３】
図３は、図２と同様のパッキンの構造であって、ブースタの面積比が1.5倍、シール理論の最適値のフレームとの2分体の構造を示す。
【００２４】
図４は同様にフレームがブースタの押し込みによりメカニカルで増圧する構造を示す。内部の機構に戻り防止などを持たせると、ロック機能が得られる。
【実施例１】
【００２５】
図５の実施例は、受圧部面積がブースタの1.5倍とすることで、パッキン材の粘弾性体の使用も可能となる。
【実施例２】
【００２６】
図６の実施例では、採用されるネジパッキンには、強化繊維内在の表面に覆われたフッ素樹脂などからなるねじ付パッキンである。容積比率で＋２〜５％を採用する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
継手ネジ及び接合シールもすべて樹脂からなるFRPで構成することから、鋼管の端部にはピンネジカップ、カップリングにはネジ加工したFRPが必要になる。さらに、これらのシールは、端部にシールを目的とする柔軟なフッ素樹脂表面を強化した高圧用FRP製のパッキンを必要とする。また、FRPネジ間にシリコンコーキング剤を用いたシールや強固な変性エポキシ接着剤を用いたねじ間の溶接相当の反応型の樹脂シール材を用いたシールなども目的に合った、分解・組み立てなど必要条件から自由選択できる。
【符号の説明】
【００２８】
MPa  メガパスカル（圧力単位）
【００２９】
図１中の符号の説明：
t1    管厚
t2    強化層厚
t3    継手管厚
t4    管端部厚
t5    管端面耐食層厚
D1    管外径
D2    管内径
D3    継手外径
D4    ネジ基準中心
D5    ネジ端部基準中心径
D7    鋼管内径
D8    ピンキャップ外径
L1    ピンネジキャップ長さ
L2    カップリング長さ
L4    カップリングネジ長さ
L5    カップリング入口長さ
L6    ハメアイ
【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】
2016023775.tif 000007
【図６】
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