JP2017512291A - 荷重偏向領域を備えた管カップリング - Google Patents

Abstract

２本の管を接合するカップリング、例えばケーシング用継手がそれぞれの管のねじ山付き端部に係合するねじ山を備えた互いに反対側の端部及び横応力又は横荷重に応答してカップリングに或る程度の屈曲性を与える全体として中央に配置された波形区分を有する。

Description

本開示内容、即ち本発明は、一般に、管材、特に油・ガス井用のケーシングストリングを形成するよう連結される管材を互いに連結するための装置及び方法に関する。一観点では、本発明は、管材の端部を互いに連結するカップリングに関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１４年２月１２日に出願された米国特許出願第６１／９３８，７２２号についてパリ条約に基づく優先権を主張しており、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

炭化水素流体、例えば石油や天然ガスの産出のための坑井は、典型的には、螺合連結部によって端と端が互いに連結されるドリルパイプ（掘管）の管材（又は「継手」）で構成された「ドリルストリング」の下端部にドリルビットを連結し、次にドリルビットが炭化水素産出地下地層に侵入するまでドリルビットを地中に回転させることによって掘削される。坑井が掘削された後、典型的には、裸孔を管状ケーシングで内張りして土壌物質が裸孔内に崩れ落ち、かくして部分的に又は完全に裸孔を崩壊させるのを阻止することが必要である。したがって、ドリルストリングを掘削裸孔から抜き出した後、通常、ケーシングストリングが裸孔内に設置される。ケーシングストリングは、ドリルパイプよりも大きく、しかも裸孔よりも僅かに小さい直径を有する管材で構成される。

典型的な従来型ケーシング連結部は、雌ねじ付き「ボックス」端部と雄ねじ付き「ピン」端部とから成る。ボックス端部ねじ山を直接ケーシング本体の内周部中に機械加工するのが良い。変形例として（そしてより一般的には）、ボックス端部ねじ山を管状カップリングの内部に機械加工するのが良く、次に、この管状カップリングをケーシング継手のピン端部に螺着してボックス端部を形成する。ピン端部ねじ山をケーシング本体の外周部に直接機械加工する。ボックス端部ねじ山をケーシング本体中に機械加工する場合、ボックス端部ねじ山は、連結部を弱体化させる場合がある。と言うのは、材料がねじ切りによって必然的に除去されるからである。幾つかの場合、ねじ切りに起因した材料の削り取りを見込んでスエージ加工され、その結果、ねじ山付きゾーンの正味の断面積は、ケーシングのねじ山が設けられていない部分の断面積以上になる。大抵の場合、カップリングを用いた連結は、カップリングの壁厚がケーシングの壁厚を超える場合が多いので、十分に強固である。

カップリングが用いられる場合、各ケーシング継手は、各端部のところにピンを有することになる。カップリングは一般に、各端部のところに雌ねじ付きボックス（当該技術分野においては「ボックス・バイ・ボックス（box by box）」と呼ばれている）を備えた管状スリーブを有する。カップリングの一方のボックス端部は、第１のケーシング継手のピン端部に螺着され（「ピン・バイ・ボックス（pin by box）」連結方式）、次に、第２のケーシング継手のピン端部は、カップリングの他方のボックス中に螺入される。管状セクションを互いに連結するために説明した手順は、連結部を「組み立てる（making up ）」と通称され、管状セクションを連結解除する逆の手順は、連結部を「解体する（breaking out）」と呼ばれる。

第３のケーシング継手のピン端部は、第２のケーシング継手の他方のボックス端部に同様な仕方で連結され、そしてケーシングストリングが所望の長さまで組み立てられるまでこうした連結が行われる。完全なケーシングストリングが裸孔内に設置された後、セメント系スラリをケーシングストリングの外面と裸孔との間の環状空間中に導入することによってケーシングストリングを定位置にセメント固定する。

坑井は、上述の掘削及びケーシング施工手順を用いて掘削されるのが最も一般的である。しかしながら、ドリルストリングとしてケーシングを用いて坑井を掘削するのがますます通例になっており、ドリルビットは、ケーシングストリングの下端部に連結される（「ケーシング施工掘削」又は「ケーシングを用いた掘削」と通称されている手順）。裸孔が標的地層に達すると、ケーシングストリングを定位置にセメント固定するだけで良い。この手順では、ドリルビットを地中に残しておくことが必要であるが、別個のドリルストリングを用いてこれを裸孔から抜き出す必要がないようにし、次にケーシングを別個の作業で裸孔中に進行させることによって、時間と費用の両面において節約するほうがドリルビットのコストよりも価値がある。

世界中の油・ガス井は、連結部の耐引張り性、耐圧縮性、耐ねじり性及び／又は耐屈曲性（即ち、耐曲げ性）を超えていたためにケーシング連結部の破損を生じていた。これは、傾斜（方向性）掘削技術を用いて掘削され、しかも比較的急な曲げ部（又は「ドッグレッグ」）を必要とする逸れた状態の（即ち、垂直ではない）坑井及び地下地層が運動の影響を受けやすい場合には特に問題となる。かかる運動は、地層中への水蒸気注入を必要とする炭化水素産出プロセスによって引き起こされる場合があり、かかる運動の結果として、ケーシング内に引張り応力、圧縮応力、ねじり及び／又は屈曲応力が生じる。かかるケーシング連結部破損に影響を及ぼす一要因は、ケーシングのために通常用いられている管材に施されたねじ山が典型的なドリルパイプに施されたねじ山よりも堅牢度が低い傾向があるということにある。長年にわたり、多くの代替的な連結設計及び構想がこれら問題を解決するために導入されたが、「推奨される」ねじ設計例であっても、これらは、上述したような過酷な条件下では破損してしまう。加うるに、ケーシングが裸孔中にセメント固定されているにもかかわらず、ケーシング連結部破損が起こる場合のあることが注目に値する。

上述の問題については、互いに異なる掘削方式との関係で以下の段落に更に詳細に説明する。

傾斜掘削
逸れた状態の又は方向性のある坑井を掘削する場合、ドリルビットの方向の是正が常時行われている。急な是正を行ってドリルビットを坑跡上で戻す場合、これは、坑井内に過酷なドッグレッグを生じさせる場合がある。ドッグレッグは、掘削裸孔中の角度変化を意味している（例えば、３０°のドッグレッグは、裸孔の１００フィート（３０．４８ｍ）長さにわたって観察し又は測定して裸孔の方向又は向きにおいて３０°の全角度変化又は偏向を意味している）。かかる極端な曲がり部が裸孔内に生じている場合、ケーシングは、ケーシングが裸孔中に進められる場合、このドッグレッグを通らなければならない。ケーシングストリング及び個々のケーシング継手相互間の連結部の全ては、構造的に過剰の応力を受けることなくこの曲がり部を通過しなければならない。ケーシングをいったん設置すると、１つ又は２つ以上のケーシング連結部は、このドッグレッグ内に位置する場合がある。これは、ドッグレッグ領域中のケーシング及び連結部に構造的応力（大抵の場合、曲げモーメント）を生じさせ、各連結部内の互いに螺合しているねじ山を分離する傾向がある。この結果、これら螺合連結部の封止能力が劇的に低下する場合があり、多くの場合、完全な連結部破損が起こる場合がある。

水蒸気注入
多くの新たな坑井設計例、特に、オイルサンド（又はこれらが「タールサンド」と呼ばれる場合がある）からの重油の産出又はビチューメンの取り出しに使用可能に開発され又は意図された坑井設計例は、油又はビチューメンの粘度を減少させてこれが地表まで流れることができるようにするために炭化水素を含んだ地下地層中への水蒸気の注入を必要とする。この周知の一例は、水蒸気支援重力排出プロセス、即ちＳＡＧＤ法である。水蒸気のかかる注入は、地層中に局所シフティング運動を生じさせる場合があり、かかる局所シフティング運動は、ケーシング連結部に作用する引張り荷重、圧縮荷重及び／又は曲げ荷重を生じさせる場合がある。

地下地層のシフティングは、坑井の水平部分と比較して、坑井の逸れ部分において最も過酷であるが、破損は、これらの両方の場合に起こる場合があり、実際に起こる。水蒸気が地下塊状体（例えば、オイルサンド地層内の地下塊状体）に入ってこれに浸透すると、水蒸気は、地層を加圧し、それにより水蒸気が施された水蒸気注入ゾーンに隣接して上、下、そして左右から隣接の地層ゾーンに圧力を及ぼすバルーン様効果を生じさせる。種々の圧力を受けた隣接の地層ゾーン中にセメント固定されたケーシングストリングが存在する場合、ケーシングは、ケーシング連結部の破損を招く極めて大きな構造的応力を受ける場合がある。

この種のケーシング破損の恐れに起因して、多くの坑井は、水蒸気が施された水蒸気注入ゾーン（傾斜又は異形部）の上方の中間ケーシングストリングで終端し、別のケーシングストリングが可動ケーシングハンガを備えた状態で水平区分を続行させる。しかしながら、中間ケーシングの底部分は、依然として、水蒸気により引き起こされる運動を受けることになる。地層の体積が膨張する（水蒸気の注入に起因して）と又は地層の体積が収縮する（水蒸気の冷却に起因して）と、地層は、ケーシングに対して側方に（即ち、横断方向に）作用する荷重を生じさせ、かくしてケーシング中に局所曲げ応力を生じさせる。ケーシング連結部に作用するかかる側方又は横荷重は、１つのケーシング継手のピン端部をカップリング内で曲げ、かくしてピン雄ねじをカップリングボックスの螺合相手の雌ねじから離し、かくしてねじ山接触表面積を減少させ、したがって連結部の有効封止面積を減少させる。

幾つかの場合において、ケーシング連結部に対するかかる横荷重の実際の結果は、例えばケーシングが軸方向圧縮を受けた場合、過酷ではなく、軸方向圧縮は、連結部内の曲げにより生じた引張り応力と部分的に又は完全に相殺する。しかしながら、ケーシング内の軸方向引張りによって問題が深刻化した場合、弱体化された連結部は、漏れを生じるか完全に破損する（即ち、ばらばらになる）かのいずれかを生じる場合がある。

ケーシングストリングが地層運動（即ち、水蒸気により引き起こされる）と裸孔異形部（ドッグレッグ）の相乗作用を受けると、連結部の破損の可能性が高くなる。大抵の過酷なドッグレッグは、標的要件が満たされると、坑井の異形部の底部に向かって起こるように思われる。大抵の地層運動も又、この同じ領域で起こる傾向がある。横荷重がケーシング連結部に加えられると、ピン端部が曲がってピンねじ山をカップリング内のボックスねじ山から分離させる。２つの螺合しているねじ山を結合するものが何もないので、連結部の強度は、ねじ山接触面積の減少により弱くなる。

典型的な連結部の破損は、ねじ山に大きな応力が加わり、その結果、管連結部が半径方向に広がってねじ山が互いに対してずれるようになった場合に起こる。この結果、漏れ通路が生じると共に／或いはカップリング連結部の壊滅的な破損が起こる。これは、典型的には、大きな応力を受けて引張り状態にあるねじ山が追加の曲げ又はねじり荷重を受けたときに引き起こされる。大抵の市販のねじ山設計例は、これら応力に打ち勝ち又は少なくとも許容可能な応力限度を高めるように設計されている。別の典型的な連結部破損は、カップリングがケーシングパイプに対して本質的に軸方向に剛性である場合であって且つ連結部が大きな度合いの軸方向引張りと曲げを同時に受けた場合に起こる。連結部のこの例の典型的な破損の結果として、ねじ山の開始部のところでケーシングの局所降伏が生じ、このねじ山は、ケーシングの外部に切り込んでピンねじ山が形成される。この局所降伏は、狭い領域内の極めて大きな応力によって作られ、かなり大きな歪がこの応力に加えられた場合、その結果として最終的なケーシング破損が起こる。

提案された公知のカップリングの例が次の米国特許明細書、即ち、第４，７１２，８１５号明細書、第６，６０９，７３５号明細書、第７，３４７，４５９号明細書及び第８，１６７，３４０号明細書に記載されている。

米国特許第４，７１２，８１５号明細書 米国特許第６，６０９，７３５号明細書 米国特許第７，３４７，４５９号明細書 米国特許第８，１６７，３４０号明細書

管状連結部が特に横荷重を受けたときに封止能力及び／又は構造強度の低下を最小限に抑えるよう管状区分を連結し、例えばケーシング継手を連結する改良された仕方が要望されている。かかる荷重は、水蒸気により引き起こされる地層運動及び裸孔形態（例えば、逸れた裸孔中のドッグレッグ）又は他の作動上の要因に起因して生じる他形式の荷重に起因している場合がある。

一般に、本発明は、２本の管、例えばケーシング継手を接合するカップリング及び結合方法を提供する。一観点では、本発明のカップリングは、カップリングに上述したような横応力又は横荷重に応答して或る程度の屈曲性をもたらす波形区分を有する。かかる屈曲性により、カップリングを管又はパイプ（本件では、管とパイプは区別なく用いられる）に連結するねじ山への横応力又は横荷重の伝達が低減する。

一観点では、本発明は、管状部材に設けられたねじ山と相補する互いに反対側のねじ山付き端部を備えたカップリングを提供し、そして曲げ応力を螺合連結部から遠ざかって集中させる幾何学的形状をカップリングに与えることによってねじ山付き端部を備えた２つの管状部材を連結する方法を提供する。

かくして、一観点では、本発明は、２つの管セグメントを互いに連結するための管カップリングであって、管セグメントの各々は、外面にねじ山付き部分が設けられた区分を含むピン端部を有し、管カップリングは、
‐全体として管状の本体を有し、この管状本体は、管状本体を貫通して延びるボアと、外面と、内面と、互いに反対側の第１及び第２の端部とを有し、
‐第１及び第２の端部の各々の内面は、対応の管セグメントのねじ山付き部分に係合するようになったねじ山付き部分及び上述の波形の内面を有し、
‐カップリングの外面は、波形区分の外面を有し、カップリング区分の厚さは、カップリングの長さに沿って全体として中央における制限された角度偏向を可能にした状態で、ねじり剛性及び曲げ剛性を提供するよう維持されることを特徴とする管カップリングを提供する。

別の観点では、本発明は、２つの管セグメントを互いに連結するためのカップリングであって、管セグメントの各々は、外面にねじ山付き部分が設けられた区分を含むピン端部を有し、このカップリングは、
‐全体として管状の本体を有し、管状本体は、管状本体を貫通して延びるボアと、外面と、内面と、互いに反対側の第１及び第２の端部とを有し、
‐第１の端部と第２の端部との間に配置された波形区分を有し、
‐第１及び第２の端部の各々の内面は、管セグメントの対応のピン端部のねじ山付き部分に係合するようになったねじ山付き部分を有し、
‐波形区分は、ベース管セグメントのねじり性能特性、圧縮／引張り性能特性及び圧力性能特性を維持しながら横方向撓みを許容するようになっていることを特徴とするカップリングを提供する。

別の観点では、本発明のカップリングは、ピン・ボックス連結部のねじ山付き区分に通常加わる曲げ／横応力を許容する波形区分を有する。

別の観点では、本発明のカップリングは、曲げ／横荷重がピンねじ山とボックスねじ山との螺合係合状態に悪影響を及ぼさないよう設計されている。

別の観点では、本発明のカップリングでは、波形区分の区分厚さ及び半径は、最適の曲げ／横方向剛性を許容するよう適合可能であり、それにより、隣り合う管及びこれらの相対的ねじ山に加わる応力が最小限に抑えられる。

別の観点では、本発明のカップリングは、各々がカップリングの互いに反対側の端部のところに配置された第１及び第２の心合せリングを更に有する。第１及び第２の心合せリングは、好ましくは、減少した内径を有するカップリングの領域を有し、これら心出しピンは、ピンシールリングと反対側のカップリングのねじ山付き部分の側部上に設けられる。

別の観点では、本発明のカップリングは、隣り合う管状部材のピン端部に当接する少なくとも１つのピンシールリングを有する。ピンシールリングは、曲げ／横荷重をカップリングの波形区分中に差し向ける。

本発明の特徴は、添付の図面を参照して行われる以下の詳細な説明において明らかになろう。

本発明の観点によるカップリングの断面図である。 本発明の別の観点によるカップリングの断面図である。 本発明の観点によるカップリングの有限要素解析（ＦＥＡ）結果を表す部分断面図である。

添付の図１及び図２に示されているように、本発明は、全体として円筒形のカップリング２の実施形態を教示しており、このカップリングの本体内には波形の応力又は歪逃がし区分２０が形成されている。波形区分２０は、好ましくは、カップリング２の中央領域に形成される。図示の実施形態では、波形区分２０は、カップリング２の外面上に形成された２つの「谷部」４，６を有し、谷部は各々、カップリング２の外面上にこれ又形成された「山部」５の互いに反対側にそれぞれ位置している。本発明の一観点では、特にカップリングの壁厚が全体として一定に保たれている場合、山部５の形成の結果として、谷部７は、カップリング２の内面上に形成される。波形区分２０については、本明細書においては上述の山部５及び谷部４，６，７を備えた状態で説明する。しかしながら、理解されるように、本明細書で用いられる「波形」という用語は、かかる山部及び谷部の任意の数を有する区分を含むものである。したがって、本発明は、図示の特定の実施形態には限定されない。

図示の実施形態では、カップリングは、波形部又は波形区分２０を通る横方向平面に関して対称である。しかしながら、この対称性がカップリング製造の使用と利用の両方の目的にとって好都合であるが、対称性は、必要不可欠ではなく、かかる対称性は、変形実施形態には存在しない場合がある。

図１は、本発明の一観点によるカップリングを概略的に示している。図示のように、カップリング２は、カップリング端部相互間に延びる中央ボアを有する。中央ボアは、各カップリング端部に隣接して位置する波形に起伏した円筒形ボア区分を有し、典型的には、各円筒形ボア区分は、テーパ付きボア区分に移行し、このテーパ付き移行部分の直径は、これがカップリング２内で内方に進むにつれて減少し、テーパ付きボア区分は、テーパ付きのボックスねじ山を有している。説明の便宜上、ねじ山は、図１には示されていない。

本発明の好ましい実施形態では、１つ又は２つ以上の円筒形又はピンシールリング８が全体としてテーパ付きボア区分相互間の中央領域でカップリング中に設けられ又は形成されている。ピンシールリング８は、好ましくは、カップリングに連結されている管状部材１のボアに対応した内径を有する。即ち、リング８の壁は、管状部材１がいったんカップリングに連結されると、かかる管状部材の端フェースとの接触を可能にするよう寸法決めされている。図１及び図２に示されているように、円筒リング８の軸方向長さ及び位置は、管状部材１のピン端部がカップリング２中にねじ込まれると、このピン端部が円筒形リング８のフェースにしっかりと当接し、それにより好ましくは当該技術分野において知られているような流体密金属間シールを形成するよう選択されている。この機能に関して言えば、円筒形リング８は、ピンシールリングと別称される場合がある。また、図１及び図２に示されているように、カップリング２は、好ましくは、本質的に２つのピンシールリング８を備え、各ピンシールリングは、管状部材１のそれぞれのピン端部に当接するようになっている。それにもかかわらず、ピンシールリングは、本明細書においては、これらが２つの互いに反対側のフェースを有する単一要素として機能するので、単数形で述べられることになる。本明細書の再検討の際に理解されるように、ピンシールリング８がカップリングに設けられることは、好ましいが、必須であるというわけではない。好ましい実施形態では、ピンシールリング８は、カップリングの内面の一部として形成される。別の実施形態では、ピンシールリングは、カップリングのボア内に設けられ又は配置される別個の要素であっても良い。ピンシールリング８は又、偏向応力をカップリング２の中央本体部分に向かって差し向けたりカップリングと管状部材１との間の螺合連結部から遠ざかるよう差し向けたりする際に役立つ。

先行技術の連結設計例の中には、カップリング内に流体密シールをもたらすようねじ山間接触を利用しているものがあるが、かかる連結部は、曲げ荷重を結合領域から適切に遠ざけて伝達することがないことが判明している場合が多い。しかしながら、図１及び図２に示されているようなカップリングの好ましい構造により、有効荷重伝達は、ねじ山分離が万一生じた場合であっても維持される。と言うのは、各管状部材１のピン端部が加重条件下においてそれぞれのピンシールリング８に当接した状態のままだからである。

オプションとして、本発明の一観点では、カップリング２は、図２に示されているように心合せ又は荷重偏向リング９を備えるのが良い。心合せリング９は、ピンの端とピンシールリング８との間における角度のある荷重伝達の有効性を保証すると共に／或いは維持し、そしてねじ山３から横荷重を除くのに役立つ。一観点では、カップリング２のボアは、好ましくは、心合せリング９をボックスねじ山３の外側でカップリング２の各端部に隣接して形成するよう機械加工される。本発明の一観点では、各心合せリング９の内周部（内径）は、好ましくは、管状部材１の外周部（外径）に対して厳しい公差の締り嵌めを提供するよう寸法決めされる。これにより、更に、管状部材１のピン端部は、チュービングストリング内に曲げを生じさせる外部からの加重にもかかわらず、ピンシールリング８のそれぞれのフェースに対して直角のままであるようになる。加うるに、心合せリング９は、ケーシングの受ける横応力又は横荷重がねじ山３によって吸収され、そしてかかる荷重をカップリング２の波形区分２０に伝達し、次に取り付け状態の管状部材１の本体上に伝達することによりかかる横応力又は横荷重の伝達を軽減するのに役立つ。特に、管状部材１及びピンがカップリング２内で曲がると（或いは、曲がろうとすると）、心合せリング９及びピンシールリング８は、管状部材１の外面及びピンフェースに対して反作用し、かくしてもしそのように構成されていなければカップリング２内のピン及びボックスねじ山３のねじ山分離を生じさせるカップリング２内におけるピン端部の変形を阻止する。

この目的のために心合せリング９の更に高い有効性を促進するため、管状部材１の各端部は、ピンねじ山１０に隣接して位置する周辺領域が機械加工されるのが良く、それにより心合せリング９内における正確な嵌合状態を保証し、それにより従来製造されている管の示す場合のある或る程度の断面非真円性を許容する。

心合せリング９は、カップリング２内でピンねじ山とボックスねじ山３を同心状に互いに保持するので、カップリングの軸方向張力及び圧縮性能は、管状ストリング内に生じ又はこれに対して及ぼされる曲げモーメント及び横方向力により生じるねじ分離を受けるカップリングの場合のように低下するということはない。さらに、ピンシール８及び心合せリング９を備えたカップリング２は、図３に示されているようにカップリング波形区分２０を介する偏向を可能にすることによってねじ山３に加わる曲げ荷重／横荷重を劇的に減少させる。

心合せリング９（設けられている場合）の追加の利点は、これら心合せリングが連結部形成作業中に掘削案内としての役目を果たすことができるということにある。

当業者には理解されるように、波形区分２０は、カップリング２が全体として、予想される使用中の加重に抵抗するのに十分な機械的強度を保つようにするよう設計されると共に構成されている。幾つかの場合、これは、波形区分２０の断面が管状部材１を連結しているときに同一の軸方向圧縮及び引張り能力を有することが必要な場合があるが、これは、必ずしもそうではない（と言うのは、加重条件が変化する場合があるからであり、幾つかの場合、選択された管状部材の構造的強度は、設計上の要件を著しく超える場合がある）。

カップリング２は、油田管類を互いに連結するために用いられる任意公知のねじ山設計と適合性があり又はこのねじ山設計を用いるように構成されるのが良い。多くの既存のカップリング設計例は、管状部材がカップリング中にねじ込まれているときに互いに連結される管状部材のピン端部のノーズ間封止を可能にするよう構成される。類似のシールは、本発明のカップリングを用いて実現されるが、２つのピンノーズが互いに密着するのではなく、これら２つのピンノーズは、ピンシールリング８に密着する。ボックスねじ山に対するピンシールリング９の配置場所をカップリング２の製造中に正確に制御することできるので、従来型カップリングの不正確な組み立てに起因する封止上の問題が回避される。例えば、従来型カップリングが第１の管状部材のピン端部上に遠すぎるところまで螺着された場合、カップリングの他方のボックス中にねじ込まれる第２の管状部材のピン端部は、第２の管状部材のテーパ付きピンねじ山がカップリング内の螺合相手のボックスねじ山に完全に係合する前に、第１の管状部材のピン端部に当接する場合があり、かくして、カップリングを介する隣りの管状部材中への曲げ又は横荷重を伝達する能力が制限される。この問題は、本発明のカップリングを用いると、起こらない。と言うのは、ピンシールリング８がカップリング２内に受け入れ可能な管状部材１の長さを制限するのに役立つからである。

変形実施形態では、カップリング２は、ピンノーズシールを必要としない連結部に対応するようピンシールリング８なしで製造されるのが良いが、横／曲げ荷重抵抗を制限することができる。

以上要約すると、横荷重が本発明の連結部を用いて構成されたケーシングストリングに加えられると、カップリング及び管のねじ山にピン端部のところで生じる応力は、従来型カップリングを用いて生じる応力よりも小さい。カップリングは、偏向応力をねじ山付き区分から遠ざけて応力を許容することができる波形区分２０中に伝達するよう設計されている。心合せリング９とピンシールリング８の組み合わせは、ケーシングストリングに加えられる曲げ／横応力とは無関係に、ピンねじ山とボックスねじ山の実質的に軸方向の関係を維持する。心合せリングは又、連結部の構成中、掘削案内としての役目を果たすことができる。

カップリングの中央に配置された波形区分２０は、引き起こされる曲げ応力に応答して撓み箇所として働き、それにより連結部内に部分的なねじ山分離を生じさせる恐れのある曲げにより生じる偏向を減少させるが、連結部の構造的強度を設計上の要件以下に低下させることはない。この可撓性区分は、所望に応じて広範な曲げ抵抗特性を提供する幾何学的形状及び区分厚さを備えた状態にチューニングできる。

上述したように、本発明のカップリングは、チュービングストリングに加わる応力をそらしてカップリングのねじ山付き連結部から遠ざけることができる。かかる応力は、その代わりに、波形区分２０及び／又は隣接の管状部材の本体に伝達され、管状部材は、一般に、曲がるよう設計され又は構成されている。したがって、本発明のカップリングは、必要に応じて同程度の応力を吸収することができるよう上述したように「チューニング」可能である。即ち、幾つかの場合、カップリングは、隣接の管状部材の強度を下回る又は上回る強度を有するよう設計されることが好ましい場合がある。したがって、これにより、カップリングは、生じる場合のある曲げ応力を少なめに又は多めに吸収することができる。このようにカップリングを構成することができるようにすることにより、チュービングストリングの曲げ又は屈曲が起こる場所に改造を加えることが可能であり、しかも起こる場合のあるチュービングストリングのキンクが回避される。当該技術分野において知られているように、チュービングストリングのキンクの結果として、チュービングストリングのルーメン内に障害物が生じることになり、かかる障害物は、ツールの進行、例えば貫通を阻止する場合がある。

当業者には容易に理解されるように、本発明の範囲及び教示から逸脱することなく、開示した実施形態の種々の改造を想到することができ、かかる改造としては、以後に想到され又は開発される均等な構造又は材料を用いることができる改造が挙げられる。特に理解されるべきこととして、本発明は、任意の説明した実施形態又は図示した実施形態に限定されるものではなく、作用又は機能に結果的にそれほどの変更をきたさない限り、開示し又はクレーム請求した要素又は特徴の変形例の代用は、本発明の範囲からの逸脱を意味しない。また、本明細書において開示すると共に説明した実施形態の互いに異なる教示を所望の結果を得るために別々に又は任意適当な組み合わせの状態で利用できる。

本明細書又は原文明細書において、“comprise”（訳文では、「〜を有する」としている場合が多い）という用語の任意の形態は、かかる用語に続く要素が含まれるが、具体的に言及していない要素が排除されているわけではないということを意味するものとして非限定的に理解されるべきである。不定冠詞“ａ”付きの要素の言及は、かかる要素が１つ存在し且つ１つだけ存在するということを要件とする明示の記載がない限り、２つ以上のかかる要素が存在する可能性を排除しているわけではない。要素相互間の相互作用を説明する“connect ”（訳文では、「〜を連結する」）、“engage”（「〜に係合する」）、“couple”（「〜を結合する」）、“attach”（「〜を取り付ける」）又は任意他の用語は、かかる相互作用がかかる要素相互間の直接的な相互作用に限定することを意味しておらず、要素相互間、例えば二次的な又は中間に位置する構造の間接的な相互作用をも含む場合がある。関係性を表す用語、例えば“parallel”（「平行」）、“perpendicular ”（「垂直」）、“coincident”（「一致」）、“intersecting”（「交差」）、及び“equidistant ”（「等距離」）は、数学上又は幾何学上の絶対的正確さを示し又は必要とすることを意図してはいない。したがって、かかる用語は、文脈上別段の明示の要件がなければ、実質的な正確さ（例えば「実質的に平行」）を示しているに過ぎず又は必要としているに過ぎないことが理解されるべきである。本明細書において用いられる「典型的な」及び「典型的に」という用語は、代表的な又は一般的な使用又は慣例の意味で用いられており、必要不可欠性又は不変性を意味するものと理解されるべきではない。

或る特定の実施形態を参照して本発明に説明したが、かかる実施形態の種々の改造例は、当業者には明らかであろう。本明細書において提供した実施例は、本発明を説明する目的でのみ記載されており、したがって本発明をいかなる仕方においても限定するものではない。本明細書において提供される図面は、本発明の種々の観点を示す目的でのみ添付されており、縮尺通りには描かれておらず、或いは本発明をいかなる仕方においても限定するものではない。本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された本発明の範囲は、上述の説明中に記載された好ましい実施形態によって限定されることはなく、本発明の範囲には全体として本発明と一致した最も広い解釈が与えられるべきである。本明細書において引用した全ての先行技術文献を参照により引用し、これらの開示内容全体を本明細書の一部とする。

Claims (7)

1. ２つの管セグメントを互いに連結するためのカップリングであって、前記管セグメントの各々は、外面にねじ山付き部分が設けられた区分を含むピン端部を有し、前記カップリングは、
   ‐全体として管状の本体を有し、前記管状本体は、前記管状本体を貫通して延びるボアと、外面と、内面と、互いに反対側の第１及び第２の端部とを有し、
   ‐前記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された波形区分を有し、
   ‐前記第１及び前記第２の端部の各々の内面は、管セグメントの対応のピン端部の前記ねじ山付き部分に係合するようになったねじ山付き部分を有し、
   ‐前記波形区分は、前記ベース管セグメントのねじり性能特性、圧縮／引張り性能特性及び圧力性能特性を維持しながら横方向撓みを許容するようになっている、カップリング。
2. 前記波形区分は、１つ又は２つ以上の山部を備えた断面輪郭形状を有する、請求項１記載のカップリング。
3. 前記波形区分は、前記管状本体の長さに沿って全体として中央に配置されている、請求項１又は２記載のカップリング。
4. 波形部の壁厚及びサイズは、所定の曲げ／横剛性を提供し、それにより前記カップリングと前記管セグメントとの間の螺合連結部に加わる応力を最小限に抑えるよう設定されている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のカップリング。
5. 前記第１及び前記第２の端部は、それぞれ、第１及び第２の心合せリングを有し、前記第１及び前記第２の心合せリングは、それぞれの前記管セグメントの外面に係合するようになっている内径減少部を備えた前記カップリングの領域から成る、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のカップリング。
6. 前記カップリングの前記内面の前記ボア内に形成された第１及び第２のピンシールリングを更に有し、前記ピンシールリングは、前記カップリング内に嵌まっている前記管セグメントのそれぞれの端部に当接して該端部に密着するようになっており、前記ピンシールリングは、曲げ荷重を前記波形カップリング区分中に方向付けるようになっている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のカップリング。
7. ２つの管端部を連結する方法であって、前記管端部は各々、雄ねじを有し、前記方法は、管状部材に設けられているねじ山と相補した互いに反対側の雌ねじ付き端部を有するカップリングを提供するステップと、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の前記カップリングを提供するステップとを含む、方法。

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