(57)【要約】      （修正有）【課題】最も強度低下する管端部の許容軸方向接触面の座屈圧縮力を保持する型と内外圧の継手シール優先型を選択可能にするカップリングと、軸圧縮強度劣化とならないスクリーン穴加工を提供する。【解決手段】異方性複合材を生かし、座屈圧縮力を保持する型にはバットレス配管ネジ、耐圧シール性能を優先する型にはラウンドねじを設け、一方、座屈強度劣化を防止して3%の開口率を得るための加工穴条件を適用すれば、ケーシング管外径に6ｍｍ加えた最小径で軸力座屈の強度劣化がないセミフラッシュカップリングが可能となった。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス採掘管のケーシング管において、管本体両端面を１/8〜1/32テーパに管外面に先端部管肉厚が管厚の１/3以上保つ長さに研削した面に、接続用のバットレスまたはラウンドネジ部を片面に持つ端部を耐食面で覆う構造のピンキャップを両端に接着し、管径より片方で管厚の1/3以内に大きくしたカップリング径の内部にピンキャップネジに合う内ネジを用いたことを特徴とする油井用セミフラッシュカップリングの構造。
【請求項２】
セミフラッシュカップリングにおいて、接続ネジはバットレス（角ネジ）を採用し、内部中央部に凸型の管端面を接合させることで管体に加わる軸力向上を目的とした特徴のセミフラッシュカップリングの構造。
【請求項３】
ＦＲＰ製ガス採掘ケーシング管のスクリーン加工において、管端部の接触部座屈力以上の圧縮強度を保持可能な異方性材料の選択と少なくとも管厚同等以下の穴幅と支柱中央座屈が生じない幅と長さを選択して、少なくとも管表面積の2.5%以上を開口したことを特徴とするスクリーニング加工。
【請求項４】
フラッシュジョイントにおいて、加工端部は管厚の１/３以上を残しで管両端に凹凸テーパ研削加工を行った後、凹凸ピンキャップに内外面に配管ネジのバットレスネジを設けて、ピンキャップの凸管端面はセミフラッシュ用も同じであるが、凹管端面ピンキャップは両ピンキャップ端部にデッドスペース部材を持った形状構造を持つことを特徴とするフラッシュジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガス採掘ケーシング管に関するＦＲＰ材料によるセミフラッシュ継手の構造。
【背景技術】
【０００２】
石油ガスなど深層地下での採掘には、ケーシング管と呼ばれる垂直掘保護管と深層地下での水平掘採油・ガス管がある。特にシェールガスや石炭層からの天然ガス採掘管はスクリーニング（穴付）水平ケーシング管が多く採用される。地層に含まれる石油ガスは少量であることから、必要管路が長い。すなわち、石油ガス採掘コストを低下させるには、効率よいケーシングの敷設と耐久性維持が不可欠である。
このためには、掘削コストを最小にするために有効穴を最小にしたいこと、さらに生産石油ガスを大量に搬出したいことから、ケーシング管の有効外径を最小にして内径を最大にする必要がある。そのためには施工時の必要軸力を持った、スクリーニング穴による劣化を無くした管と、それを可能にする継手が必要になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】下左近峻志、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】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基本となるケーシング管には配管施工時に加わる押し込み荷重に耐えるための座屈強度と他に施工後に必要な場所ではガス送り内圧が作用する。強度問題の課題は管端部の座屈強度と同等以上の強度を持つカップリングの最小径がどこまで小さくできるかである。従来のカップリングは、鋼管ではAPI規格、FRP管ではGPI標準に示されているが、おおむねケーシング管の肉厚以上のカップリング肉厚で形成されている。これをどこまで薄くできるかが第１の課題である。
【０００５】
次に、施工後のケーシング管の目的は2つある。1つは生産ガスの送りであり、他の一つはケーシング管外部に発生しているガスの取り込みである。すなわち、ケーシング管外部からのガスの取り込みには内外圧共に作用しないが、ガスの送り部はガス発生個所の圧力が内圧として加わる。特にケーシング管と地下からの取り出しにチュービング管を同一管で地表まで接続すると、地表近地下内圧が伝達されるため、対内圧シールも要求される。
【０００６】
さらに、配管材の取り換え不要な水平ケーシングで、押し込み時の圧縮強度のみ必要なフラッシュジョイントのケーシング管は、内外圧も不要であり、圧縮力のみ最大となる必要な継手が要求される。
【０００７】
一方、スクリーン部は研削加工などして、強化層が露出して強化材が酸化劣化することも懸念される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図２、図３に示す共通の基本構造は、（3）ピンキャップを介在すること、ピン部接着面のせん断強度の集中を防ぐ最も良い勾配は1/16テーパであること、さらに採用されるネジは内圧作用のスクリーン穴のないケーシング管では図２のラウンドネジと、解体不用の時は最大強度を得るためのネジ表面の物理的研磨のうえ、例えばウレタン系接着剤による完全固定が望ましい。他方、スクリーン穴付のケーシング管は、図３のネジがバットレスを採用し、カップリング内側に凸部を設けてピン端部を接合する構造とするセミフラッシュカップリングの構造が問題を解決する。
【０００９】
さらに、シール機能と押し込み圧縮機能を併せ持った領域に適合するのが図３であり、ラウンドネジを用いたピン接合構造を採用して、ネジ面のシール効果を最大にするためのねじ込による面圧向上のために、例えば高粘度のエポキシ系接着剤を用いたセミフラッシュカップリングが中間的な目的用途に適する。
【００１０】
一方、座屈強度劣化を防止して3%の開口率を得るためのケーシング管の材料設計、加工穴条件設計は、多くの発明実施と理論解析から、表１に示す条件を適用すれば、ケーシング管の持つ圧縮座屈力を損なうことがないセミカップリング最小外径が、ケーシング管径に6ｍｍ（セミフラッシュ管厚はケーシング管厚よりわずか3ｍｍの増肉で可能となった。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
さらに、スクリーニングの穴つまり対策には、図４に示す管外方向に末広がりの穴形状が、定期的な酸性水による逆水圧洗浄で問題が解決する。
【００１３】
また、スクリーニング穴加工により研削した管断面の強化層の対酸腐食保護には、図５に示す（9）スクリーン耐食キャップの取付が効果的である。
【発明の効果】
【００１４】
ケーシング管の端面ピン部が薄くなり、壊れやすく取扱いが困難であるが、セミフラッシュから完全にケーシング管と同じ径のフラッシュジョイントも図6に示す凹部ピンキャップに両端ピン先端が接合する構造を適用すれば、セミフラッシュカップリングに比べて約20%強度低下となるが、ケーシング管外径のフラッシュジョイントが可能であることも実施例で明らかとなった。
【００１５】
また、これらを構成する樹脂の選択により耐食性能、耐熱性能、接着性能の特徴を生かせば、例えば樹脂は100℃ではウレタン変性エポキシ樹脂、150℃ではノボラックエポキシ変性ウレタン樹脂、200℃以上ではアクリル変性エポキシなどが適する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１はセミフラッシュカップリングの構造図。      （1）ケーシング管：石油・ガスなどの井戸掘削に使用される井戸の内側に使用する管。管はガラス繊維などからなる強化層の内面に耐食層を持つ。      （2）セミフラッシュカップリング：カップリングの機能は両端に凹配管ネジを持ち、フラッシュとはケーシング管の外径と同じを意味する。セミフラッシュとは通常のカップリングとフラッシュカップリングの中間を意味する。標準カップリングより外径がかなり小さい。管と同様に強化層を持ち、内面に配管ネジと耐食層を持つ。      （3）ピンキャップネジ：ケーシング管端部に配管ネジの機能を持たせるために別に成形したキャップネジ部材。ピンキャップはねじ面・内面と管端面を耐食層で覆う構造になっている。
【図２】図２はセミフラッシュカップリング内・外圧型（中央スペース型）継手構造図。（4）耐食層：管内面に1〜1.5ｍｍ厚さにガラス繊維を混入しない耐食樹脂層。（5）接着面：ピンキャップネジと管とを接着する面。（6）スペース：ラウンドねじ（ネジ頭が丸いねじ）面に接合圧力（機密性）を生じるに必要なスペース。
【図３】図３はセミフラッシュカップリング軸圧縮型（中央部凸型）継手構造図。      Ｌ１      カップリング部全長      Ｌ２      カップリング長さ      Ｌ３      ピンキャップ長さ      Ｌ４      内面ピンキャップ管端部耐食層厚さ（2〜3ｍｍ）      Ｌ５      カップリング内部凸部厚さ      Ｌ６      ピンキャップの管外面露出部長さ（15〜25ｍｍ）      Ｄ１      ケーシング管内径      Ｄ２      ケーシング管外径      Ｄ３      セミフラッシュカップリング外径      Ｄ４      ケーシング管端部研削最小径
【図４】図４はセミフラッシュカップリング付スクリーンケーシング管の構造。      （7）スクリーン高速研磨刃：ダイヤモンド粒子付着の高速丸刃の研磨刃を用いて穴は管外面側が広がるようにして、穴へのごみつまりを防止する。（8）スクリーン：  管の軸方向に短冊状に定区間に管表面積に対して2.5~4％開ける穴。
【図５】図５はスクリーニングの耐食層構造。      （9）スクリーン耐食キャップ：研削加工で明けた穴の表面に耐食層を必要とするときに別に成形した耐食樹脂からなるキャップを接着内挿する。
【図６】図６はフラッシュジョイントの構造。      （10）ピンキャップネジ凹凸：管端部が凹部、凸部の2種となるにそれぞれの端部に、耐食樹脂で別に作られた2種のピンキャップをそれぞれ接着することで、フラッシュ継手を構築する構造。特に、凹部のピンキャップは雌ネジでキャップ両端部にデッドスペースとならない不均一形状態を必要とする構造体からなる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
表１に示すセミカップリングの最適実施条件は、一般汎用材（E-Glass 23μロービング）を使用する場合、内圧重視の場合≪条件A≫の２：１材料配向設計が適する。
【００１８】
ケーシング管施工時に必要な軸方向圧縮力が最大となる最適実施条件は、≪条件B≫の１：１配向の材料設計が最適である。
【００１９】
何れの配向設計材であっても、スリット加工による圧縮座屈劣化を防止するための設計条件としては、≪スリット加工≫条件に示す設計条件を満足する穴加工を行えば、座屈劣化が防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、図１に示すFRPケーシング管のカップリング構造において、図２に示す管の内外圧を優先するセミカップリング構造と、図３に示す軸力優先するセミカップリング構造がある。前者は主にスクリーニングの無い、配管部に適用される。必要な軸力と許容シール圧を得るには、ねじ間のシール特性に優れたラウンドねじを用いて完全接着を必要とする。他方の軸力重視の場合は、ケーシング管端部が接合するようにすること、軸力に強いバットレスネジを採用する。両方が必要な中間的な要求では図3に示す管端面を接合するラウンドねじを用いた、特別な高粘度の接着剤を用いたネジ間を一体化させる組み合わせも選択される。
【００２１】
図４はスクリーン加工を示す説明図である。スクリーニング開口率は通常3%程度必要であり、開口による座屈強度劣化の防止が必要となる。複合材料の特徴である周方向対軸方向の強度比は自由に選択できる。一方、複合材料の欠点は強化繊維の連続性がなくなる部位の強度低下である。ケーシング管では管端部がその位置になり、端部の軸方向座屈強度は最も弱い。すなわち、ケーシング管の軸方向座屈強度は、継手の座屈強度を含めて、スクリーン穴による強度劣化の許容範囲は管端面強度以上あればよいことになる。
【００２２】
これは、開口率3%を確保して、さらに強度劣化しないための材料設計、スクリーン穴の形状と配置が重要な条件となる。さらに、スクリーン穴加工の強化繊維層の暴露する部位の耐食性劣化、セミフラッシュ継手の最小の外径となるケーシング管と同じとする場合のフラッシュジョイントを可能にするための発明も必要となる。
【符号の説明】
【００２３】
Taper1/16  管端部の勾配（傾斜の比率）。
ＲＴＣ８/inch    インチ８山の丸頭配管ネジ（ラウンドネジと呼ぶ）。
ＢＴＣ８/inch    インチ８山の角頭配管ネジ（バットレスネジと呼ぶ）。
MPa    メガパスカル物理力学単位。
【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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