JP2016524099A - パイプジョイント - Google Patents

Abstract

本発明は、井戸孔内に設置される配管類、ケーシングおよびライナー等の管状部材間にジョイントを形成する方法および装置を提供する。スリーブ形状のコネクタは、各管状部材の端部上に位置決めされ、管状部材の端部はスリーブ上で形状変化し、金属シールに金属を形成する。ある実施形態によると、スリーブは、管状部材の端部上で形状変化し、コネクタは、円周方向配置の溝と位置決め用の分割溝を持つ研削内面を有し、軸荷重と捩り荷重への負担能力を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、井戸孔内に設置される配管類、ケーシングおよびライナー等の管状部材間にジョイントを形成する方法および装置に関する。本発明は、より詳しくは、金属封止結合部に金属を形成するよう結合される各管状部材上に、スリーブを形状変化させることに関するが、これに限定されない。

油井およびガス井戸を探査および建設する場合、配管類、ケーシングおよびライナー等の管状部材を井戸孔内に設置する。井戸孔は各々、深さ数百メートルにも達するため、固定長で製造した管状部材を現場で組立てて結合する。管状部材の結合方法の典型例として、ネジ結合部を使用し、井戸孔内に管状ひもを挿入して形成する方法がある。このような結合方法を実現するには、各管状部材の第１端部を箱形断面とし、対向する端部は雄ネジと雌ネジの山を有し、ピン形断面に機械加工して、管状部材を製造する。管状部材の端部の外面は、１つの管状部材を所定位置に保持可能となるよう固定し、第２管状部材は、第１端部との結合部がネジ式となるよう形成し、回転して結合する。このような結合部の公知の問題として、管状ひもが井戸孔内で接着すると、ネジ結合部が外れることがあるため、ネジ方向と反対方向にひもが回転できない問題がある。さらに、標準式のネジ結合部において、結合部での管状部材の内部と外部との間に、信頼性の高いシールを設置できないという問題がある。

したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、少なくともいくつかの従来技術の問題を解決する、管状部材の結合方法を提供することである。

本発明の第１の発明は、
（ａ）管状コネクタを形成する工程と；
（ｂ）管状コネクタの第１端部を、第１管状部材の第１端部上に位置決めする工程と；
（ｃ）油圧力を利用して、前記管状コネクタと前記第１管状部材との間の金属シールに金属を形成し、前記第２管状部材の第１端部を、前記管状コネクタの第２端部に挿入する工程と；
（ｄ）油圧力を利用して、前記管状コネクタと前記第２管状部材との間の金属シールに金属を形成する工程と；
を備える、第１管状部材および第２管状部材の結合方法を提供することである。

このように、ジョイントは、第１管状部材および第２管状部材との間に形成され、これにより、従来のネジ結合部の問題が解決され、結合部で管状部材の内部と外部との間にシールを設置し、管状部材の端部で結合部を形成するためのいかなる機械加工も必要としない。

作動力に油圧を用いる。前記油圧の作動力は、コネクタまたは管状部材の断面に均一に分布する。

好ましくは、前記方法は、前記管状部材の内面に力を加えて、前記コネクタの内面を拡張および接触する工程を含む。代替方法として、前記方法は、コネクタの外面に力を加えて、半径方向内向きに移動させ、前記管状部材の外面に接触させる工程を含む。このように、コネクタと各管状部材との間に締めしろが形成される。

好ましくは、前記方法は、前記コネクタ上の円周方向配置の溝で金属シールに金属を形成する工程を含む。このように、溝で軸方向荷重強度が確保される。

好ましくは、前記方法は、前記コネクタ上の位置決め用溝で金属シールに金属を形成する工程を含み、前記位置決め用溝は、コネクタの円周方向に拡張しない。このように、回転（トルク）抵抗が生じ、管状部材同士の回転が起こらずコネクタに対する回転も生じない。

好ましくは、前記方法は、前記コネクタに各管状部材を形状変化させる工程を含む。このように、高圧および高荷重の状態で、金属シールに金属が形成される。

好ましくは、油圧は、油圧作動流体のポンプ供給により生じる。このように、金属シールへの金属の形成を制御可能にする。

本発明の第２の発明は、略円筒体を備える第１管状部材および第２管状部材を結合するコネクタを提供し、より詳しくは、前記円筒体は、前記第１管状部材の第１端部と前記第２管状部材の第１端部上に位置決めするため、それを貫通する孔を持ち、前記円筒体は、略均一な直径を持つ外面と研削内面を有し、複数の円周方向配置の溝は、内面全周に拡張し、少なくとも１つの円周方向配置の溝は、前記コネクタの各端部方向に位置決めされ、少なくとも１つの位置決め用溝は、前記コネクタの端部方向に位置決めされ、前記少なくとも１つの位置決め用溝は、前記コネクタの内面の円周以下の長さで拡張する、第１管状部材および第２管状部材を結合するコネクタを提供することである。

このように、管状部材とコネクタとの間の金属シールに金属を形成する場合、円周方向配置の溝により、ジョイント内の垂直荷重の分布が改善され、管状部材は、位置決め用溝内に配置されるシールにより、コネクタに対し回転が起こらない。

好ましくは、前記内面は、前記孔に突出する貫板を含む。このように、管状部材は、貫板を当接することにより、コネクタ内の固定位置に位置決めされる。

好ましくは、前記孔は、前記管状部材の内径以上の内径を有する。このように、前記コネクタは、ジョイントで管状部材間の貫通孔を遮蔽することはない。

さらに、本発明の特徴的な形態を、本明細書に記載する。

後述の添付図面の縮尺は、必ずしも実際の比率を示すものではない。本発明の特徴として、縮尺を誇張し模式的に表示し、また、明瞭さや簡潔さを優先すべく、従来技術の要素を詳細に表示しないことがある。所望の結果を得るため、以下記載の実施形態の異なる教示が、単独で、または適当な組み合わせにより使用されることは、十分理解されるであろう。

したがって、図面および明細書はあくまで発明の性質の１つの例証にすぎず、これに限定されない。さらに、明細書記載の技術用語および言い回しは、記述目的のみに使用し、発明の範囲を限定するものではない。「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」および「関する」等の表現やこれらの類似表現は、広い概念を意図し、以下記載の発明の主題、類似の発明および未記載の追加の主題を包含し、他の追加的な主題や構成要素、その個数または工程を排除することを意図しない。同様に、「備える」は、法的目的が適用可能な範囲で、「含む」または「含有する」と同義とする。

本明細書記載のすべての数字は、近似値と見なされる。単数形である要素すべてまたは装置の構成要素を（制限なく）含む、本明細書記載の他の構成要素は、複数形の要素も含むものと見なされる。

本発明の実施形態は、例示のみを目的として、以下の添付図面を参照して記載する。
図１は、本発明の第１実施形態による、２つの管状部材間のジョイントの模式図を示す。 図２は、本発明の第２実施形態による、２つの管状部材間のジョイントの模式図を示す。 図３は、本発明の実施形態による、管状部材の結合に使用するコネクタの模式図を示す。

図１は、参照番号１０で表示のジョイントを示し、管状コネクタ１６により、第１管状部材１２と第２管状部材１４との間に結合部を形成する。

第１管状部材１２は、第１直径２２を持つ内面２０と第２直径２６を持つ外面２４を形成する略円筒体を備え、略円筒体は、それを貫通する孔１８を有する。第１管状部材１２は金属構造で、管状ひも、ケーシングおよびライナーで使用されるように、製油およびガス産業で設置される管状部材に典型な寸法を有する。第１管状部材１２は、孔１８の長手方向軸に略垂直である、環状端面３０を持つ第１端部２８を有する。

第２管状部材１４は、第１直径３６を持つ内面３４と第２直径４０を持つ外面３８を形成する略円筒体を備え、略円筒体は、それを貫通する孔３２を有する。第２管状部材１４は金属構造で、管状ひも、ケーシングおよびライナーで使用されるように、製油およびガス産業で設置される管状部材に典型な寸法を有する。第２管状部材１４は、孔３２の長手方向軸に略垂直である、環状端面４４を持つ第１端部４２を有する。

当業者には明らかなように、管状部材１２、１４の各端部２８、４２には特別な機械加工が不要なため、未加工の円筒体が使用できる。したがって、管状部材１２、１４は、製油およびガス産業で設置される従来の管状部材よりも安価で、容易に製造される。

管状コネクタ１６は、内面５０と外面５２を形成する略円筒体４６を有する金属スリーブで、略円筒体は、それを貫通する孔４８を持つ。内面５０は研削され、外面５２は均一な直径５４を有する。内面５０は、コネクタ１６の第１端部５８と第２端部６０との間の孔４８に突出する貫板５６を含む。貫板５６は、内面５０周りの円周方向に拡張し、対向する第１環状面６２と第２環状面６４を形成する。好ましい実施形態では、第１環状面６２と第２環状面６４の寸法は、第１管状部材１２と第２管状部材１４の端面３０、４４それぞれに一致する。このように、環状面６２、６４は当接面と見なされ、コネクタ１６内の第１管状部材１２と第２管状部材１４の位置決めをより容易にする。

コネクタ１６の内面５０上の第１端部５８方向に、円周方向配置の溝６６が形成される。図１には溝６６が３つ示されているが、いかなる個数でもよい。同様に、コネクタ１６の内面５０上の第２端部６０方向に、円周方向配置の溝６８が形成される。上記同様、図１には溝６８が３つ示されているが、設置の数に制限はない。

コネクタ１６と第１管状部材１２の第１端部２８との間の金属シール、およびコネクタ１６と第２管状部材１４の第１端部４２との間の金属シールに金属を形成する。金属シールは、参照番号７０で表示の油圧式工具を使用して形成される。そのような油圧式工具７０の操作は、英国特許第2398312号に詳細に記載され、パッカー工具１１２を、その適切な変形例を含め図２７に示す。封止手段９２は、適切な変形例としてシール組立部品２１４、２１５により提供され得る。英国特許第2398312号の全体は、参照することにより本明細書に組み入れられたものとする。

油圧式工具７０の主要な特徴は、本明細書に記載され、図１に模式的に示される。油圧式工具７０は、コネクタ１６の孔４８内に同軸上に位置決めする円筒体７２を有する。円筒体７２は、円筒体７２の内部から円筒体７２の外面７６まで油圧作動流体を流す流入口７４を含む。第１端部７８には、シール８０が配置される。シール８０は選択的に付勢され、孔４８をふさぎ、管状部材１２、１４の外面７６と内面２０、５０との間にシールを形成する。対向する端部８２には、シール８４が配置される。シール８４は、典型的にはシール８０と同じ設計で、選択的に付勢され、管状部材１２、１４の外面７６と内面２０、５０との間にシールを形成する。シール８０、８４との間の距離は、１つの管状部材１２、１４上の一連の溝６６、６８に確実にまたぐように設置されるよう選択される。シール８０、８４はパッカーとして公知であることは、当業者には理解頂けるであろう。

第１管状部材１２の第１端部２８を使用する場合、管状部材１２の端部２８上にスリーブを位置決めする方法と同様に、コネクタ１６の第１端部５８に挿入する。コネクタ１６を端部２８上に位置決めすると、端面３０は環状面６２に当接する。コネクタ１６の内面５０と部材１２の外面２４との間に小さな隙間ができる。部材１２の外面２４は、溝６８全体を覆う。溝６８は、管状部材１２が後述する溝６８に曲がる際に圧縮される、シーラント、泡状物質またはジェルの形状である材料で充填される。

油圧式工具７０は、コネクタ１６内に挿入され、第１管状部材１２の孔１８内に位置決めされる。シール８０、８４は、溝６８をまたぐように設置され、管状部材１２の内面２０上に位置するよう配置される。油圧式工具７０は端部５８、６０のどちらからでもコネクタ１６に挿入可能であるが、油圧式工具７０を第２端部６０に貫通して挿入して、移動距離を短くできるので、より都合が良い。シール８０、８４を位置決めすると付勢され、半径方向外向きに拡張し、円筒体７２の外面７６と第１管状部材１２の内面２０との間にシールを形成する。

シール８０、８４を付勢すると、チャンバ８６が、外面７６、内面２０およびシール８０、８４で仕切られるように形成される。油圧作動流体は、工具円筒体７２を経由してポンプ供給され、流入口７４を出て、チャンバ８６に入る。チャンバ８６に油が充填されると、ポンプ供給を繰り返し行うことで、シール８０、８４間の内面２０上に直接作用する流体圧力の使用により、管状部材１２の端部２８が半径方向外向きに移動する。油圧作動流体の圧力が十分に達すると、管状部材１２の端部２８が半径方向外向きに移動し、コネクタ１６の内面５０へ管状部材１２が形状変化する。この装置を図１に示す。

この形状変化工程の間、管状部材１２が、溝６６を弾性膨張により充填し、または少なくとも部分的に充填する。膨張が継続すると、管状部材１２は塑性変形され、コネクタ１６の端部５８を弾性変形させて、接触にともない小さい比率で拡張する。その後、油圧作動流体のポンプ供給が停止する。圧力解放の間に、コネクタ１６の端部５８は原寸法に戻り、管状部材１２の変形した端部２８に対してシールを形成する。この形状変化工程の間、管状部材１２の端部２８の内面２０と外面２４は両方とも、コネクタ１６の端部５８の内面５０の形状になる。溝６８内の材料は、形状変化の間ジョイントとの間の圧縮により、封止が改善され、溝６６にエアポケットが残るのを防ぐ。管状部材１２が溝６６に形状変化される時に周方向に曲がるにともない、溝６６の縁で、コネクタ１６と第１管状部材１２との間に、金属シールに金属が優先的に形成される。各溝６６には２つの封止点があるため、複数の溝には複数の封止点がある。溝６６は、管状部材１２が井戸孔内に挿入されるため配置される場合、垂直荷重を生じる。

コネクタ１６と第１管状部材１２間にジョイントを形成すると、油圧式工具７０上のシール８０、８４は消勢され、その結果内面２０から離れる。油圧式工具７０はその後、コネクタ１６と管状部材１２から離れる。

第２管状部材１４の第１端部４２が、コネクタ１６の第２端部６０に挿入された後、端面４４が貫板５６の第２環状面６４に対向する。油圧式工具７０は、第２管状部材１４の第１端部４２に位置決めされ、溝６８をまたぐように配置される。第２管状部材１４の第１端部４２は、その後、第１管状部材１２に関して、上記記載通りに、コネクタ１６の第２端部６０上に形状変化される。油圧式工具７０は外され、金属シールされるジョイント１０に対し、管状部材１２、１４間に金属が形成される。

形状変化工程後、コネクタ１６の外径５４は略不変で、その結果、コネクタ１６のジョイント１０での配管径の増加率が最小になる。これにより、結合される管状ひもが井戸孔内に入るのに好都合となる。さらに、コネクタ１６の内部孔４８は、ジョイント１０の内径の最小値である。したがって、貫板５６上の環状面６２、６４の寸法を選択して、管状部材１２、１４の孔１８、３２の直径３６と同一またはそれ以上の孔４８を形成することにより、コネクタ１６に形成した貫通孔は、コネクタ１６の使用によりその機能が弱まることはない。

本明細書添付の図２記載の通り、参照番号１１０で表示のジョイントは、本発明の別の実施形態による管状コネクタ１１６により、第１管状部材１１２と第２管状部材１１４との間に結合部を形成する。発明内容を明瞭にするため、１００番台の参照番号を追加した以外、図１記載の要素に対応するものについては図１と同一の番号とした。

第２実施形態のジョイント１１０が第１実施形態のジョイント１０と異なるのは、金属封止工具１７０に油圧式金属を使用し、コネクタ１１６の端部１５８、１６０と管状部材１１２、１１４の端部１２８、１４２との間の金属シールに金属を形成する点である。金属封止工具１７０は、端１５８、１６０の各々でコネクタ１１６の外面１５２周りに位置決めされる。油圧作動流体は、金属封止工具１７０にポンプ供給され、ピストン８８を半径方向内向きに移動させる。ピストン８８は、コネクタ１１６の外面１５２の全周に対して均一に力を加えるよう理想的に配置される。コネクタ１１６の外面１５２に対するピストン８８の力により、コネクタ１１６は、ピストン８８の位置で半径方向内向きに移動する。ピストン８８は、溝１６６に対し位置決めされ、管状部材１１２、１１４の外面１２４、１５２周りに、コネクタ１１６を優先的に収縮させ縮小させる。したがって、コネクタ１１６は、管状部材１１２、１１４の外面１２４、１５２に押圧され、コネクタ１１６と管状部材１１２、１１４間の金属シールに金属を形成する。他の油圧式工具を使用して、コネクタ１１６を管状部材１１２、１１４に押し込み、金属シールへの金属の形成を実現できることは、当業者には理解頂けるであろう。好ましくは、金属封止工具１７０は、回転圧縮工具またはスエージ装置を使用する場合のように、コネクタ１１６周りに圧力が均一となるようにする。

溝を形成せず、または別な封止用形状のものに代えて、それらが管状部材１１２、１１４の外面１２４、１５２方向に内側に押される時に封止を促進するようにすることは理解される。

本明細書添付の図３記載の通り、参照番号２１６で表示のコネクタは、本発明の別の実施形態による２つの管状部材間にジョイントを形成する。発明内容を明瞭にするため、２００番台の参照番号を追加した以外、図１記載の要素に対応するものについては図１と同一の番号とした。

コネクタ２１６は、コネクタ１６、１１６と同一であるが、端部２５８、２６０に位置決めされるのは２つの円周方向配置の溝２６６、２６８のみであり、第３の溝が分割溝９０、９２になっている点が異なる。分割溝９０、９２は、内面２５０の円周方向に拡張しないが、内面２５０がその原直径２３６に戻る、部分９６ａ、ｂ、ｃをその間に形成する、３つの断面９４ａ、ｂ、ｃを形成するよう遮断される。部分９６ａ、ｂ、ｃは、円周方向配置の溝内に形成されるスピンドルと見なされる。

コネクタ２１６を使用する場合、図１と図２記載の通り、上述の２つの管状部材間にジョイントを形成する。ジョイントが形成されると、円周方向配置の溝２６６、２６８は、各管状部材全周にシールを形成し、流体がコネクタの内部孔２４８と外面２５２との間を通過するのを防ぐ。円周方向配置の溝２６６、２６８は、ジョイントが、井戸孔内に挿入される管状ひも上で使用される場合、コネクタ周りに半径方向に垂直荷重を分散させる。分割溝９０、９２は、コネクタ２１６に対し管状部材が回転しないようにする。分割溝を内面２５０の全周にわたって形成しなければ、いかなるパターンの溝でも使用可能であることは理解される。実際に、単一の分割溝が使用可能である。

本発明の主要な利点は、ジョイントで管状部材とコネクタとの間の金属シールに金属を形成する２つの管状部材を結合する方法を提供することである。

本発明の別の利点は、管状部材において、その端部で特別な結合金具または断面の機械加工を不要にする、２つの管状部材を結合する方法を提供することである。

本発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は、管状部材を結合する場合、相対的な回転を防ぐ管状部材間のジョイントで使用するコネクタを提供することである。

当業者には明らかなように、本明細書記載の発明の範囲を逸脱しない限り、変形例も許容される。例えば、管状部材は金属構造として記載されているが、シールを形成するには端部のみに金属を形成すればよく、したがって管状部材は金属端を持つ複合形状としてもよい。さらに、金属封止工具に、導電体の全長にわたって油圧式金属を拡張して、二重拡張能力を与えて、コネクタと両管状部材との間にシールを同時形成可能にしてもよい。

Claims (10)

1. ａ．管状コネクタを形成する工程と；
   ｂ．管状コネクタの第１端部を、第１管状部材の第１端部上に位置決めする工程と；
   ｃ．油圧力を利用して、前記管状コネクタと前記第１管状部材との間の金属シールに金属を形成し、前記第２管状部材の第１端部を、前記管状コネクタの第２端部に挿入する工程と；
   ｄ．油圧力を利用して、前記管状コネクタと前記第２管状部材との間の金属シールに金属を形成する工程と；
   を備える、第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
2. 前記方法は、前記管状部材の内面に力を加えて、前記コネクタの内面を拡張および接触する工程を含む、請求項１に記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
3. 前記方法は、前記コネクタの外面に力を加えて、半径方向内向きに移動させ、前記管状部材の外面に接触させる工程を含む、請求項１に記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
4. 前記方法は、前記コネクタ上の円周方向配置の溝で金属シールに金属を形成する工程を含む、請求項１〜３いずれかに記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
5. 前記方法は、前記コネクタ上の位置決め用溝で金属シールに金属を形成する工程を含み、前記位置決め用溝は、コネクタの円周方向に拡張しない、請求項１〜４いずれかに記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
6. 前記方法は、前記コネクタに各管状部材を形状変化させる工程を含む、請求項１〜５いずれかに記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
7. 油圧は、油圧作動流体のポンプ供給により生じる、請求項１〜６いずれかに記載の第１管状部材および第２管状部材の結合方法。
8. 略円筒体を備える第１管状部材および第２管状部材を結合するコネクタであって、前記円筒体は、前記第１管状部材の第１端部と前記第２管状部材の第１端部上に位置決めするため、それを貫通する孔を持ち、前記円筒体は、略均一な直径を持つ外面と研削内面を有し、複数の円周方向配置の溝は、内面全周に拡張し、少なくとも１つの円周方向配置の溝は、前記コネクタの各端部方向に位置決めされ、少なくとも１つの位置決め用溝は、前記コネクタの端部方向に位置決めされ、前記少なくとも１つの位置決め用溝は、前記コネクタの内面の円周以下の長さで拡張する、第１管状部材および第２管状部材を結合するコネクタ。
9. 前記内面は、前記孔に突出する貫板を含む、請求項８に記載のコネクタ。
10. 前記孔は、前記管状部材の内径以上の内径を有する、請求項８または９に記載のコネクタ。

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