JPH0354430A - 油井管継手の締付方法及び締付異常判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、油井管をいわゆるトルクショルダータイプの
継手によって連結する際に用いる油井管継手の締付方法
及びその異常判定方法に関する．

【従来の技術】

従来、油井管を連結するための継手として、第４図に示
されるようなプレミアムジョイントがよく用いられてい
る．第４図に示されたプレミアムジョイントは、いわゆ
るトルクショルダータイプと称されるもので、パイプ２
の先＠２ａとメタル−メタルシールされるショルダーシ
ール面１ａが備えられている． 一般に、油井管を連結する場合、継手と油井管あるいは
油井管と油井管のそれぞれのねじを手締めした後に機械
締めするようにしている．従来、このｎ械締めは、締付
トルクＴを検出し、該締付トルクＴが予め定められた最
終トルクＴｅに到達した時点で終了とするという手順で
行われている． ところで、トルクショルダータイプの油井管継手による
連結の場合、ｉ械締めを行ったときの締吋トルクＴの曲
線は第５図に示されるようになる．第５図において、締
付開始から滑らかに上昇する部分は、継手１と油井管２
とのねじ同士の摩擦によって締付トルクＴが上昇してい
る部分である．締付トルクＴは、途中で屈折点Ｐを境に
して急激に立上がる特性となっている．この屈折点Ｐは
、ショルダーシール面１ａに油井管２の先端２ａが接触
した時点に相当している．締付トルクＴがここから急激
に立上がるのは、継手１のショルダーシール面１ａとパ
イブ２の先端２ａとの間に、締付による圧縮トルク（シ
ールトルクΔ丁）の反力が発生するためである． このシールトルクΔＴは、これが小さ過ぎると、メタル
−メタルシール部に必要な面圧を得ることができなくな
り、本来得られるべきシール性能が損われる。逆に、こ
のシールトルクΔＴが大き過ぎると、油井管２の先端部
２ａに、該シールトルクの反力に起因した座屈が発生し
てしまう．

【発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の締付方法によれば、前述したよう
に、最終トルクＴｅのみが菅埋され、継手の締付けは、
締付トルクＴがこの最終トルクＴｅに至った時点で完了
するという手順によっていたため、前記シールトルクΔ
Ｔが一切考慮されないという問題があった．即ち、一ａ
に、屈折点Ｐにおける締付トルク（屈折点トルク）Ｔｘ
は、めねじ、おねじのねじ径の干渉量、あるいは潤滑剤
によるめねじ、おねじの摩ＩＪ！！係数の変化等で変動
する．そのため、最終トルクＴｅのみを管理していたの
では当該最終トルクＴｅと屈折点トルクＴ×との差に相
当するシールトルクΔＴを管理することかできないとい
う問題があったものである．従って、従来の締付方法で
は、たとえ最終トルクＴｅが同一となる時点で締付を完
了したとしても、そのときの屈折点トルクＴＸがたまた
ま高かったときにはシールトルクΔＴが十分でなく（シ
ール性能が十分でなく）、逆に屈折点トルクＴｘかたま
たま低かったときは、シールトルクΔＴが大きくなり過
ぎてパイプの先端部に座屈が発生したりするという不具
合が生じることがあった．本発明は、このような従来の
問題に鑑みてなされたものであって、確実にメタル−メ
タルシールの面圧（シールトルク）を管理することがで
き、良好なシール性能を維持すると共に、油井管の先端
部の座屈を防止することができる油井管継手の締付方法
を提供することを目的とする．又、本発明は、このシー
ルトルクをも考慮した上で、締付けが良好に行われたか
否かを判定することのできる油井管継手の締付異常判定
方法を提供することを目的とする， 【課題を解決するための手段］ 本発明は、油井管をメタル−メタルシール部を有するト
ルクショルダータイプの継手によって連結する際に用い
る油井管継手の締付方法において、前記継手を締付ける
際の締付トルクを検出する手順と、該締付トルクが急激
に立上がる屈折点トルクを見出す手順と、前記屈折点ト
ルクに予め定められた最小シールトルクを加えた演算ト
ルクを求める手ＩＩと、前記締付トルクが、該演算トル
ク及び予め定められた最小トルクのうち、何れか大きい
方の値に到達したところで、締付けを終了する手順と、
を含むことにより、上記目的を達成したものである． 又、本発明は、油井管をメタル−メタルシール部を有す
るトルクショルダータイプの継手によって連結する際に
用いる油井管継手の締付異常判定方法において、前記継
手を締付ける際の締付トルクを検出する手順と、該締付
トルクが急激に立上がる屈折点トルクを見出す手順と、
該屈折点トルクに予め定められた最小シールトルクを加
えた演算ルトクを求める手順と、該演算トルクが予め定
められた最大トルクを上廻っていたときに、当該締付け
が異常であると判定する手順と、を含むことにより、同
じく上記目的を達成したものである．【作用】 本発明によれば、まず油井管継手の締付方法においては
、継手を締付ける際の締付トルクＴを検出し、該締付ト
ルクＴが急激に立上がる屈折点トルクＴ×を見出し、こ
の屈折点トルクＴｘに予め定められた最小シールトルク
ΔＴｉｉｎを加えた演算トルクＴｃを求めるようにして
いる．その上で、この求められた演算トルクＴｃと予め
定められた最小トルクＴＩｌｉｎとを比較し、このうち
いずれか大きい方の値になったところで締付けを完了す
るようにしている． この結果、締付け完了時のトルク（最終締付トルク）Ｔ
ｆは屈折点トルクＴＸの大小に伴ってばらつくことにな
るが、予め定められた最小シールトルクΔＴｌｌｌｉｎ
は必ず確保されることになり、良好なシール性能を得る
ことができる．ス、屈折点トルクＴ×に最小シールトル
クΔＴＩ′ｌＩｎを加えた演算トルクＴＣが予め定めら
れた最小トルクＴＴＩＩｎを下廻った場合には、この最
小トルクＴｎｉｎになるまで締付けを行うため、継手部
がゆるんでしまうということもない．この場合、現に発
生ずるシールトルクΔＴは、予め定められた最小シール
トルクΔＴｉｉｎよりも大きな値となるが、前記最小ト
ルクＴｎｉｎを、屈折点トルクＴＸが低めにばらついた
ときであってもシールトルクΔＴ（一Ｔｍｉｎ　−Ｔｘ
　）によって油井管が座屈を起こさないようなレベルに
設定しておけば全く問題はない。 一方、油井管継手の締付異常判定方法においては、まず
継手を締付ける際の締付トルクＴを検出し、該締付トル
クＴが急激に立上がる屈折点トルクＴＸを見出すと共に
、この屈折点トルクＴｘに予め定められた最小シールト
ルクΔＴ［ｎを加えた演算トルクＴＣが予め定められた
最大トルクＴ１ａＸを上廻っていたときに当該締付けが
異常であると判定するようにしている． 例えば、屈折点トルクＴｘが非常に高めにばらついた場
合、これに予め定められた最小シールトルクΔＴｍｉｎ
を加えると演算トルクＴｃは非常に高くなってしまう．
しかしながら、このように屈折点トルクＴｘが非常に高
くばらつくというのは、多くの場合、ねじのいずれかの
部分に極めて大きな無理（負荷）がかかつていることが
多く、従って、演算トルクＴｃにまで締付けを行うと、
その部分が損傷してしまうと考えられる． その一方で、その演算トルクＴＣにまで至らないうちに
締付を完了してしまうのは、所定の最小シールトルクΔ
Ｔｌｉｎを確保できないことになり、シール性能の低下
が避けられないことになる．いずれにしても、このよう
な締付けがあった場合には締付けは正常に行われたとは
言い難く、継手あるいは油井管を変える等して対応する
べきである． この異常判定は、屈折点トルクＴｘが見出された時点で
異常判定を行うことができるため、健全な方の継手や油
井管を傷付けなくてすむことが多くなるという点で非常
に有益である。例えば継手のねじの部分の方に阿らかの
異常があり、この異常部分の存在によって屈折点トルク
Ｔｘが高くなった場合、当該屈折点トルクＴ×が見出さ
れた時点で異常判定が行われるため直ちにそれ以上の締
付けを中止することができる． その結果、この継手の異常部分によって健全な油井管の
ねじ部までが損傷を受けてしまうのを防止できる可能性
が高くなり、継手を交換するだけで正常な連結を行うこ
とができることが多くなるものである．

【実施例】

以下、本発明の実施例を添付した図面を参照して詳細に
説明する． 第５図は、トルクショルダータイプの継手における締付
トルクＴと時間の関係を示したものである． 第４図に示したバイプ２の先＠２ａがショルダーシール
面１ａに到達したときから締付トルクＴは急上昇するた
め、この屈折点Ｐを見出し、該屈折点Ｐにおけるトルク
Ｔｘと与えられた３つの初期設定値とで締付機本体の制
御を行う．３つの初期設定値として、最小トルクＴｎｉ
ｎ、最大トルクＴｎａｘ　．　＆小シールトルクΔＴｒ
ｔｉｎを使用する． まず、第３図を用いて、本発明の実施例が適用される諦
付装置の概略梢戒を説明する．第３図において、符号１
はトルクショルダータイプの油井管継手、２は油井管で
ある．油井管継手１にはカップリングチャック３が、又
、油井管２にはパイプチャック４が取り付けられる．符
号５はトルクロードセンサー付駆動部で、制御装置６か
らの指示によりこのトルクロードセンサー付駆動部５を
経由して油井管継手１とパイプ２が締付・連結される． 制御装置６には表示・操作部７が設けられており、又、
ＣＰＵ９、記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）１０が備えら
れている．制御装置８は、トルクロードセンサー付駆動
部５からデータを入力し、後述するフローチャートに従
って演算処理した後、演算結果から締付けの異常を判定
する。異常でないときは、トルクロードセンサー付駆動
部５を制御し、締付けを行わせる． 締付機本体６からの指示により締付けを開始した後、Ｃ
ＰＵ９はロードセンサーから得られるある時刻ｔｉにお
ける締付トルクＴｉと、時刻ｊ　ｉｅ＋における締付ト
ルクＴ　ｉｅｌからΔ’Ｔ’ｉ＝（Ｔ．ヤ＋）−（Ｔｉ
）を得て、勾配Ｍｉ＝ΔＴｉ／（ｔ；ヤ＋−１１）を算
出する． 算出された勾配Ｍｉは、第５図の屈折点Ｐ以後で急に大
きくなることから、この勾配Ｍｉから屈折点トルクＴｘ
を求めることができる．求められた屈折点トルクＴＸか
ら、該屈折点トルクＴ×に最小シールトルクΔＴｌｌｉ
ｎを加えた演算トルクＴＣを算出し、この演算トルクＴ
ｃが前記最小トルクＴｎｉｎを上廻っているときは、締
付機本体６によって演算トルクＴｃまで締め、ここで締
付けを終了する．これにより少なくとも最小シールトル
クΔＴｎｉｎが確保される．演算トルクＴｃが前記最小
トルク’ｒｎｉｎを下廻っていた場合には、最小トルク
Ｔ１ｎまで締付けて締付けを完了する．次に、第ｌ図に
示したフローチャートを参照して上記油井管継手の締付
方法及び締付異常判定方法を、より具体的に説明する． まず、ステップ１０２で制御装置６の記憧８置１０に初
期設定値として最小トルクＴｎｉｎ　，　Ｉｋ大トルク
Ｔｎａｘ　，　Ｉｊｔ小シールトルクΔＴ１ｎを入力し
記憶させる．ステップ１０４では制御装置６によりトル
クロードセンサー付駆動部５を駆動して締付けを開始す
る． 締付けを開始すると共に、ステップ１０６でトルクロー
ドセンサー付駆動部５のセンサーから入力されてくる締
付トルクＴｉをモニタする．ステップ１０８では、勾配
Ｍ＋が順次演算される．より具体的には、この勾配Ｍｉ
の計算は、例えば０．１秒程度の間隔で締付トルクＴｉ
を求め、ばらつきを考慮して５〜１０点の締付トルクを
最小二乗法で平均化し、勾配Ｍ１を前述した弐Ｍ，＝Δ
Ｔｉ／　Ｎ　ｉ＋Ｉ　　ｊ　ｉ　）によって順次求める
ようにする． ステップ１１０では、この勾配Ｍ１の計算の結果により
該勾配Ｍｉの急変があったか否かが判断される．この判
定は勾配Ｍｉが設定勾配ＭＯより大きくなったか否かに
よって行う。設定勾配ＭＯは例えばｔａｎ　４　５゜　
（＝１）、油井管によっては２〜４とする． 勾配Ｍｉが急変したと判定されたときは、ステップ１１
２でそのときの締付トルクＴｉを屈折点トルクＴ×とし
て確定する． ステップ１１４では、この屈折点Ｔ×に初期設定値とし
て記憶している最小シールトルクΔＴ１ｎを加えて／１
ｉｊＭ．トルクＴｃを求める．ステップ１１６以降は求
められた演算トルクＴＣに基づいて締付の合否の判定を
含む分類が行われる． まず、ステップ１１６においては、演算トルクＴｃが予
め設定されている最小トルクＴｌｌｉｎより大きいか否
かが判定される．ここで演算トルクＴＣが最小トルクＴ
Ｉｌｉｎより小さかったときには、ステップ１２０で該
最小トルクＴｌｌｉｎまで締付けたうえで当該締付を完
了する．この結果、実際のシールトルクΔＴは最小シー
ルトルクΔＴＩｌｉｎより大きくなるためトルクショル
ダー面におけるシール性能はより向上する．しかしなが
ら、締付けは最小トルクＴｌｉｎまでしか行っていない
ため、油井管２の先端部２ａが座屈したりする恐れはな
い．それは、屈折点トルクＴ×が低くばらついたときで
あっても油井管の先端に座屈が発生しないように、予め
最小トルクＴ［ｎが設定されているためである． 一方、ステップ１１６でＴｃ　＞Ｔ珀ｉｎが成立したと
きは、ステップ１１８に進んで演算トルクＴＣが最大ト
ルクＴ　ｎａｘより大きいか否かが判定される．もし演
算トルクＴｃが最大トルクＴ　Ｉｌａｘより小さかった
ときには、ステップ１２２に進んで該演算トルクＴｃま
で締付けた上で締付けを完了する．この結果、座屈を起
こすことなく、且つ最小シールトルクΔＴｌ１ｉｎが確
保された締付けが行えることになる． これに対し、ステップ１１８において演算トルクＴｃが
締付最大トルクＴ　ｎａｘより大きいと判定されたとき
には、ステップ１２４に進み、この時点で締付けを中止
すると共に異常を表示する．これは、たとえ最大トルク
Ｔ　ｌａｘまで締付けたとしても所定の最小シールトル
クΔＴ　ｎｉｎが確保できないためであり、又、この最
小シールトルクΔＴ１ｉｎをｉ保するために締付最大ト
ルクＴ　ｉａｘを超えて締付けた場合には油井管先端の
座屈の心配があるためである． 従って、締付けをこの時点で中止することができるため
、例えば異常の原因が継手圓にあった場合にはこの継手
を交換することにより再度締付け直すことが可能となる
． 第２図は、この合否の関係を示したものである。 図において、Ａのラインは屈折点トルクＴＸに最小シー
ルトルクΔＴ１ｎを加えた演算トルクＴｃが，なお最小
トルクＴｌｉｎに至らない例を示している．この場合は
シールトルクΔＴを更に増加し、最小トルクＴＩｌｉｎ
にまで締付けて当該締付けを完了する． なお、この場合の締付けは合格とされる．Ｂのラインは
、屈折点トルクＴ×に最小シールトルクΔＴ　ｍｉｎを
加えた演算トルクＴｃが予め設定された最小トルクＴ１
ｎと最大トルクＴ　ｎａｘとの間に入っている例を示し
ている．この場合、締付けはｙｉｘトルクＴｃまで行わ
れ、従って、最小シールトルクΔＴｌｉｎは必ず確保さ
れる．この締付けは合格とされる． Ｃのラインは、屈折点トルクＴ×に最小シールトルクΔ
Ｔｌｉｎを加えた演算トルクＴｃが最大トルクＴ　ｍａ
ｘより大きくなってしまう例を示している．この場合、
締付けは中止され不合格の判定がなされる． なお、このＣの場合においては、この実施例では演算ト
ルクＴｃが最大トルクＴ　ｌａＸより大き〜）と判断さ
れた時点で異常と判定し、この判定と共に直ちに締付け
を中止するようにしていたが、状況に応じ、例えば締付
けを途中で中止するのが困難な場合等にあっては、一応
最大トルクＴ　ｌ１ａ＋＜まで締付けた上で異常出力を
出すような構成とするようにしてもよい． 【発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明によれば、シールトルクを
も考慮した上で油井管の締付けを行うことができるよう
になり、所定のシール性能を必ず確保することができる
ようになると共に、油井管の先端部を座屈させたりする
ことがなくなるという優れた効果が得られる。 又、シールトルクの観点から締付けの異常を判定するこ
とができるため、極めて信頼性のある締付けを行うこと
ができるようにもなる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の手順を示す流れ図、第２図
は、最小シールトルクと締付トルクとの関係により締付
けの合否を判定する例を示す線図、第３図は、本発明を
実施する自動締付装置の概略構成を示すブロック図、 第４図は、トルクショルダータイプの継手に，り油井管
を接続したときの一部破断の斜視図、＠５図は、締付け
の際の時間と締付トルクのコ化の関係を示す線図である
． １・・・油井管継手、 １ａ・・・油井管継手のショルダーシール面、２・・・
油井管、 ２ａ・・・油井管の先端部、 ５・・・トルクロードセンサー付駆動部、６・・・締付
機本体、 ７・・・表示部、 ΔＴ・・・シールトルク、 ΔＴｉｉｎ・・・最小シールトルク、 Ｔ×・・・屈折点トルク、 Ｔｆ・・・最終締付トルク、 Ｔｃ・・・演算トルク、 Ｔ１・・・時刻ｔｉにおけるトルク、 Ｔ　１ａｘ・・・最大トルク、 Ｔｎｉｎ・・・最小トルク、 辷 Ｍ １ ・・時間ｔ 自 における勾配，

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）油井管をメタル−メタルシール部を有するトルク
   シヨルダータイプの継手によつて連結する際に用いる油
   井管継手の締付方法において、前記継手を締付ける際の
   締付トルクを検出する手順と、 該締付トルクが急激に立上がる屈折点トルクを見出す手
   順と、 前記屈折点トルクに予め定められた最小シールトルクを
   加えた演算トルクを求める手順と、前記締付トルクが、
   該演算トルク及び予め定められた最小トルクのうち、何
   れか大きい方の値に到達したところで、締付けを終了す
   る手順と、を含むことを特徴とする油井管継手の締付方
   法。
2. （２）油井管をメタル−メタルシール部を有するトルク
   シヨルダータイプの継手によつて連結する際に用いる油
   井管継手の締付異常判定方法において、 前記継手を締付ける際の締付トルクを検出する手順と、 該締付トルクが急激に立上がる屈折点トルクを見出す手
   順と、 該屈折点トルクに予め定められた最小シールトルクを加
   えた演算ルトクを求める手順と、 該演算トルクが予め定められた最大トルクを上廻つてい
   たときに、当該締付けが異常であると判定する手順と、 を含むことを特徴とする油井管継手の締付異常判定方法
   。