JP6830480B2 - 改善された管状ねじ部材の圧力試験プラグ - Google Patents

Description

本発明は、管状部材に対する圧力試験を行うためのプラグに関し、特に、ねじ部分及び封止部分が一方の端部に設けられた管状部材に対して行うように意図される試験を行うためのプラグに関わる。

油井又は同様の井戸のためのプロダクションストリング（production strings）、ケーシングチュービングストリング（casing tubing strings）、又は、ドリルロッドストリング（drill rod strings）を組み立てるために、いわゆる上位（又はプレミアム）管状ねじ継手が開発されている。プレミアムねじ継手は、第１管状部材の雄型プレミアムねじ端部と第２管状部材の雌型プレミアムねじ端部との協調により形成される。

雄型プレミアムねじ端部は、ねじ山と、自由端と、ねじ山と自由端との間に形成される封止面とを備え、封止面が該自由端からゼロ以外の距離だけ離間されたところに位置することができる。環状リップは、ねじ山と封止面との間と、封止面と自由端との間との少なくとも一方に設けられればよい。封止面は、メタル／メタル干渉を介して雌型プレミアムねじ端部の補完的な封止面と協調するように意図される。自由端は、軸方向ねじ止め部を形成してもよい。封止面及び補完的な封止面は、特に、これら面の一方が円錐台状表面を展開し、他方が円環状表面を展開する例において、異なるプロファイル（外形）を有してもよい。

これらねじ継手がそれ自体で正規であり、それらの性能も確立しているので、継手とは独立して、管状部材自体の性能、特に、圧力強度を試験可能にする必要である。本発明は、このような試験を行う際に特に使用され、試験がプレミアムねじ端部に如何なる影響も与えないことを保証することができる。これは、管が備えるプレミアムねじ端部の需要の多い品質を無くした状態で管の品質を確認することは不利(有害)であるためである。

内圧封止テストを受けるべき試験すべき管状部材は、例えば、アクセサリ（安全弁、ストリングハンガ、ストリングセクションリデゥーサ）、又は、油井の管状ストリングにねじ込まれることにより挿入されるように意図される管状サブアセンブリでもよい。試験は、水、ガス、又は、代替的に、例えば、油等の他の流体を用いて行われてもよい。

従来技術では、米国特許第２，６６３，１８３号明細書及び米国特許第４，４０７，１７１号明細書は、雌型ねじ部分と協調するように意図される、漏れ試験を行うためのプラグを開示し、これらのねじ部分は、上述のようなプレミアム部分ではない。

さらに、欧州特許第１９２４８３２号明細書は、非常に高圧で試験を行うことができる雄型及び雌型プレミアムねじ端部に適した試験方法を開示する。該文献は、特に、端部に属する軸止め部とプラグの底部との間でプラグの封止リングを軸方向に圧縮し、これにより、該ねじ端部を有する部材内に試験圧力を確立するように、端部の雄ねじ山に組み合わせプラグをねじ込むことを教示している。これで十分であるが、このタイプのプラグでは、すべてのタイプのプレミアムねじ端部に試験を行うことができない。特に、そのようなプラグが欧州特許第２２１２５１０号明細書及び国際公開第２０１３／１０８９３１号に教示されるタイプの雄型ねじ端部で使用されると、継手にわたる漏れは顕著である。

本発明の目的は、軸止め部を有さないプレミアムねじ部分にとって十分であり、軸止め部が漏れ路を提供するように構成されるプレミアムねじ部分にも適した試験の解決策を提供することである。封止リングの硬度及び弾性特性の最適な妥協点に対する標準的な追求の代替例として、本発明の目的は、追加的な費用を発生させることなく前述の問題に対する新規の有効的な解決策を示すことである。

したがって、本発明は、雄ねじ要素が雄ねじ山及び封止面を備えるように、該雄ねじ要素を自由端に備える管状部材に好適な圧力試験のためのプラグであって、雄ねじ山と互換性のある互換性ねじ山と、内部環状溝と、内部環状溝内に保持される封止リングと、を備え、封止リングは、雄ねじ要素の外周と内部環状溝の底部との間で半径方向に圧縮される、プラグに関する。

特に、内部環状溝は、雄ねじ山と自由端との間に位置する部分であって、特に、雄ねじ山からゼロ以外の距離離れた部分に面した管状部材との組立位置に位置決めされればよい。

好ましくは、内部環状溝は、封止面と自由端との間に位置する部分に面した管状部材との組立位置に位置決め可能である。

特に、この内部環状溝の底部は、円錐台状表部を有すればよい。該底部は、封止面を有する円錐台状部分と自由端との間に位置するリップの傾斜と同じ傾斜を有してもよく、リップの傾斜は、円錐台状部分の傾斜よりも小さければよい。これらの特徴により、封止リングの圧縮の均一性を向上させることができる。

有利には、封止リングは、特に互いに同心で相似関係にある半径方向内周及び半径方向外周を含む第１セクションを有すればよい。そのような構成では、第１セクションの同心の内周及び外周の傾斜は、リップの傾斜と同一であればよい。

特に、内部環状溝は、円錐台状部分に面した管状部材との組立位置において、封止面上の一部に位置決めされればよい。

例えば、封止リングは、半径方向内周及び半径方向外周をそれぞれ含む第２セクションを備え、該第２セクションの半径方向内周は、封止面を有する円錐台状部分の傾斜と同一の傾斜を有すればよい。

また、封止リングは、内部環状溝における封止リングの正確な位置決めに対するポカよけ特性として機能を果たす面取りした内周を含む第３セクションも有すればよい。この面取りした内周により、プラグにおける管状部材のより良い係合を保証することができ、それにより、管状部材の自由端が内部環状溝から封止リングを移動させるのを防止することができる。

有利には、プラグは、互換性ねじ山と内部環状溝との間に円錐台状内表面をさらに備えればよく、該円錐台状内表面は、組立位置に位置する円錐台状内表面に対向する封止面から０．０５ｍｍより大きいゼロ以外の直径方向の距離だけ離れればよい。ゼロ以外の直径方向の距離が設けられることにより、加圧時に管状部材の末端の膨張を制限することができ、また、プラグのねじ込み及び取り外し中に、試験すべき管状部材とプラグとの接触を回避することができる。円錐台状内表面は、雄ねじ要素の封止面に対して静的支持面を提供する。

一実施形態によれば、封止リングは、９０から１００ショアＡの間の硬度を有する材料により製造されればよく、特に、ポリウレタン又はテフロン（登録商標）からなればよい。

ねじ要素へのプラグの螺合を支援し、ねじ込みの終わりを確認することを補助するために、プラグは、管状部材の自由端に接触する内部軸止め面を備えてもよい。

より具体的には、雄ねじ山が台形タイプの場合には、互換性ねじ山も台形タイプとなるが、互換性ねじ山は、雄ねじ山と互換性ねじ山が協調しても該雄ねじ山のねじの谷と頂との間に半径干渉がない限りにおいて、該雄ねじ山の補完的なねじ山と異なってもよい。補完的よりもむしろ互換性のあるねじ山を使用することにより、試験が行われている間、ねじ山の完全な状態を保つことができる。

特に、試験が行われる圧力を与えるので、有利に、互換性ねじ山と内部環状溝は、プラグの金属製本体に形成されればよい。

本発明の解決手段の利点は、再利用可能であり、手動でのねじ込みが容易なプラグを提供することである。

本発明は、完全に非制限的な例により考察され、添付図面に例示される一実施形態の詳細な説明を研究することでより良く理解されるであろう。

圧力試験すべき管状部材と組み立てられる本発明によるプラグの縦断面における図を示す。 図１の細部Ａの図を示す。 本発明によるプラグを上から見た図を示す。 封止リングが設けられていない、本発明によるプラグの細部Ａの図を示す。 本発明によるプラグの封止リングの縦断面における図を示す。 圧力試験すべき管状部材と組み立てられる本発明によるプラグの実施形態の変形例の縦断面における詳細図を示す。

図１は、圧力試験すべき管状部材の雄ねじ要素１を示す。ここでは、管状部材は、中空であるように描写される。この点は図１には詳細に示されていないが、管状部材は、該管状部材の回転軸Ｘに対して、軸方向に対抗する二つの端部で開口される。その場合、圧力試験を行うために、第２端部が、例えば、本発明のプラグを用いて、密閉されるように閉塞される必要がある。

雄ねじ要素１は、テーパ状雄ねじ山２と、ねじ要素１の自由端４側に進むとねじ山２を超えて位置決めされる非ねじ領域３とを備える。ねじ山２は、油井で使用すべき一連の管における別の管状部材との後の組立のために設けられる。

図２において、非ねじ領域３の半径方向の外部表面は、ねじ山２と自由端４との間に、封止面６を有する円錐台状部５を備える。封止面６は、試験すべき管状部材が補完的な管状部材と組み立てられるとき、メタル／メタル封止を形成するために補完的な表面と干渉するように意図される。円錐台状部５と自由端４との間には、ねじ要素１の半径方向の外部表面は、環状リップ８及びノーズ７を有する。環状リップ８は、円筒形でも円錐台状でもよいが、後者の場合には、リップの円錐台状部分の傾斜は、円錐台状部５の傾斜より小さい。ノーズ７は、自由端４の端面９との連結を提供し、該端面９は、該部材が補完的な部材と組み立てられるときの軸止め面を形成する。

また、図１は、圧力試験すべき部材の内部空間を隔離させるように意図した試験プラグ１０を示す。このプラグ１０は、雄ねじ要素１の周りに搭載されるように意図される略管状壁１１を形成する本体を備える。好ましくは、プラグの本体は、金属よりなる。また、プラグ１０は、管状壁を横切る横底部１２を備える。加圧流体のための入口１３及び出口１４は、底部を通る。

また、横底部１２は、少なくとも一つのアンカー点１５を外部に備える。図３によれば、脆弱領域の生成を回避するとともに、これらのアンカー点に吊り具を固定することができるように、底部１２は、本例では、直径方向に対向し、底部１２の中心からある距離に位置する二つのアンカー点１５’及び１５”を備える。

管状壁１１は、その内周にテーパ状雌型ねじ山１６を備える。雌型ねじ山１６は、雄ねじ山２と互換性がある。これにより、例えば、１０００Ｎ．ｍ未満、好ましくは約２００Ｎ．ｍのねじ切りトルクを与えるチェーンレンチを用いて、手動でプラグ１０を要素１にねじ込むことができる。

管状壁１１は、内部環状肩部１７を形成する内部段差を備える。プラグの内部環状肩部１７は、止め面９とのねじ込み終了止めを介して協調するように意図される。図２からも分かるように、肩部１７は、ねじ込み中に対向する止め面９と略同じ円錐角を有する。肩部１７は、ねじ要素１に対するプラグ１０の位置決めがねじ込みの過剰トルクを必要としないので、止め面９のごく一部と相互に作用してもよい。

管状壁１１は、内部環状肩部１７と互換性ねじ山１６との間に、セクション１８を備える。セクション１８には、プラグの内部に開口される環状溝１９が形成される。封止リング２０が環状溝１９に追加される。封止リング２０は、環状溝の前フランク２１及び後フランク２２に対して半径方向内方に突出し、該突出は、これら前フランク２１と後フランク２２との間に局在される。封止リング２０は、環状溝の半径深さよりも大きい厚さを有する。環状溝は、プラグの回転軸でもある軸Ｘに沿って軸向寸法を有し、該軸向寸法は、同じ軸に対する封止リングの軸向寸法よりも大きい。環状溝１９における封止リング２０の軸向クリアランスにより、環状溝にリングをはめ込んだり、取り外したりすることを容易にするクリアランスを設けることができる。該軸向クリアランスにより、リングに対する製造公差及び環状溝に対する機械加工公差に対するリングの寸法的変動を吸収することができる。最後に、該軸向クリアランスは、試験すべき管状部材と上記プラグを一緒にねじ込んだ終わりにリングが半径圧縮下に置かれると、リングの軸向膨張を許容することができる。

図４では、前フランク２１及び後フランク２２は、軸Ｘに対して略垂直な面において環状溝１９の底部２３から立ち上がっている。環状溝の底部２３は、第１フィレット半径部２４によって後フランク２２に接続される軸Ｘに対して傾斜「ｉ」の円錐台状表部４０を有する。円錐台状表部４０は、前フランク２１の範囲まで底部壁２３全体を表わしてもよい。しかしながら、本例では、環状溝をより簡単に機械加工する目的で、円錐台状表部４０は、底部２３の一部のみを表し、底部２３は、円錐台状表部４０に連続するとともに、第２フィレット半径部２５によって前フランク２１に接続される円筒部４１を備える。第１フィレット半径部２４は、試験が行われる際にこの点に応力が集中することを制限するように、フィレット半径部２５よりも大きい曲率半径を有する。

実用的な理由により、円筒部４１は、例えば、２．５ｍｍのオーダーのプラグのサイズでも、固定の軸向距離にわたって延在されてもよい。

封止リング２０は、底部２３の円錐台状表部４０と同じ傾斜「ｉ」の傾斜部分４２を備える半径方向外周２６を有する。圧力試験によって封止リング２０が環状溝の前フランク２１側に押し戻される程度まで底部と均一に協調するために、半径方向外周２６は、底部２３の円筒部４１と協調する円筒部４３を備える。

半径方向外周２６の傾斜部分４２は、組立位置において軸Ｘと一致し得るリングの回転軸に対して横方向の第１横面２８に第１フィレット半径部２７によって接続される。第１横面２８は、リングの半径方向内周２９に接続される。半径方向内周２９は、三つの連続した部分３０、３１、３２に分類される。部分３０、３１、３２において、第１部分３０の傾斜は第２部分３１よりも小さく、第２部分３１の傾斜は第３部分３２の傾斜よりも小さい。

第１部分３０は、第１横面２８にフィレット半径４４によって接続される。第１部分は、半径方向外周２６の傾斜部分４２の傾斜「ｉ」と略同じ値の傾斜を有する。該傾斜「ｉ」は、組立位置に位置決めされるとき部分３０と対向するリップ８の部分の傾斜と略等しくなるよう選択される。部分３０は、等方性の均一な圧力応力に耐えるよう構成される。

第１部分３０と第２部分３１との間のスロープの変わり目は、リングの並進運動を制限するように、円錐台状部分５とリップ８との接合部に位置するよう構成される。第２部分３１のスロープは、封止リング２０を均一に圧縮することができるように、円錐台状部分５のスロープと略等しくされる。

第２部分３１と第３部分３２との間のスロープの変わり目は、環状溝１９への封止リングの正確な挿入のために視覚的ポカよけ特性として作用する。第３部分３２は、半径方向外周２６の円筒部４３に接続される、第１横面２８に対して平行な第２横面４５に接続される。第２横面４５と円筒部４３との間のフィレット半径４６は、環状溝１９と封止リング２０との間のそれぞれの機械加工公差に関連する寸法的変動を吸収するよう、第２フィレット半径部２５のそれよりも大きい。

図２から明らかなように、組立位置では、要素１の材料に示されるリング部分は、実際には、雄型要素１の外周と環状溝の底部２３との間に画成される体積内に完全に含まれる。重畳部は、封止リング２０の材料によって吸収され、特に、環状溝１９におけるリングの軸向変形につながる実際の圧縮に対応する。この位置では、封止リング２０は、プラグと試験すべき部材との組立体の封止を保証するように、例えば、２０％の程度で半径方向に圧縮される。

前フランク２１は、組立位置において封止面６に面して配置されるように設計された円錐台状内表面３３に接続される。試験の開始前には、封止面６と、環状溝１９に隣接する円錐台状内表面３３との間にクリアランス（隙間）３４がある。クリアランス３４は、封止リングが該空間に入り込むことを防止するに十分に小さい。さらに、クリアランス３４は、試験圧力の影響下で封止面６がどの塑性変形も実際に経験することなく該対向する表面に当接するに十分である。

「どの塑性変形も実際に経験することなく」といった表現では、高精度の測定手段によって検出されても、関係する部材の使用の特徴に影響を及ぼさない少量の塑性変形は考慮されない。

クリアランス３４は、直径方向のクリアランスに関して少なくとも０．０５ｍｍに等しい値を有する。該値は、管状部材の公称外径の最大で０．３％の直径クリアランスを表わしてもよい。クリアランスは、最大で０．２ｍｍでもよい。

同様のクリアランス５０、特に、クリアランス３４と同一の半径サイズのクリアランスが、リップ８の部分５１と、プラグの内部管状壁５２に半径方向に面して設けられるノーズ７との間に形成されてもよい。また、クリアランス５０は、試験される雄型ねじ端部の半径膨張を制限することができる。

本発明によるプラグの実施形態の変形例は図６に示される。変形例では、リップ８は、リップ８全体が環状溝１９に対向する程度に短くされる。環状溝１９は、ノーズ７の一部にさえも部分的に対向している。本構成では、半径機械加工動作をより簡単にするためにも、環状肩部１７は先端が切り取られるため、特に図１及び図２において説明した第１実施形態よりも自由端４との接触面積が小さくなる。

Claims (14)

1. 雄ねじ要素（１）が雄ねじ山（２）及び封止面（６）を備えるように、該雄ねじ要素を自由端（４）に備える管状部材に好適な圧力試験のためのプラグ（１０）であって、
   前記雄ねじ山と互換性のある互換性ねじ山（１６）と、
   内部環状溝（１９）と、
   前記内部環状溝内に保持される封止リング（２０）と、
   を備え、
   前記内部環状溝の前記底部は、前記封止面（６）を有する円錐台状部分（５）と前記自由端（４）との間に位置するリップ（８）の傾斜と同じ傾斜を有し、前記リップの傾斜は、前記円錐台状部分の傾斜よりも小さく、
   前記封止リングは、前記管状部材の圧力試験に際しては、前記雄ねじ要素の外周と前記内部環状溝の底部（２３）との間で半径方向に圧縮され、前記雄ねじ要素の外周と前記内部環状溝の底部（２３）との間を半径方向に封止する、プラグ。
2. 請求項１に記載のプラグにおいて、
   前記内部環状溝は、前記雄ねじ山と前記自由端との間に位置する部分であって、前記雄ねじ山からゼロ以外の距離だけ離れた部分に面した前記管状部材との組立位置に位置決めされる、プラグ。
3. 請求項１又は２に記載のプラグにおいて、
   前記内部環状溝は、前記封止面と前記自由端との間に位置する部分に面した前記管状部材との組立位置に位置決めされる、プラグ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
   前記内部環状溝の前記底部は、円錐台状表部を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラグ。
5. 請求項１に記載のプラグにおいて、
   前記封止リングは、互いに同心で相似関係にある半径方向内周（３０）及び半径方向外周を含む第１セクションを有する、プラグ。
6. 請求項５に記載のプラグにおいて、
   前記第１セクションの前記同心の前記半径方向内周及び前記半径方向外周の傾斜は、前記リップの傾斜と同一である、プラグ。
7. 請求項１に記載のプラグにおいて、
   前記内部環状溝は、円錐台状部分（５）に面した前記管状部材との組立位置において、前記封止面（６）上の一部に位置決めされる、プラグ。
8. 請求項７に記載のプラグにおいて、
   前記封止リングは、半径方向内周（３１）及び半径方向外周をそれぞれ含む第２セクションを備え、該第２セクションの前記半径方向内周（３１）は、前記封止面（６）を有する前記円錐台状部分（５）の傾斜と同一の傾斜を有する、プラグ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
   前記封止リングは、前記内部環状溝における前記封止リングの正確な位置決めのためのポカよけ特性として機能を果たす面取りした内周（３２）を含む第３セクションを有する、プラグ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
    前記互換性ねじ山と前記内部環状溝との間に円錐台状内表面（３３）をさらに備え、該円錐台状内表面は、前記組立位置に位置する前記円錐台状内表面に対向する前記封止面から０．０５ｍｍより大きいゼロ以外の直径距離（３４）離れている、プラグ。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
    前記封止リングは、９０から１００ショアＡの間の硬度を有する材料により製造され、特に、ポリウレタン又はテフロン（登録商標）からなる、プラグ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
    前記管状部材の前記自由端に接触する内部軸止め面（１７）をさらに備える、プラグ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
    前記雄ねじ山は、台形タイプであり、前記互換性ねじ山は、前記雄ねじ山と前記互換性ねじ山が協調しても前記雄ねじ山のねじの谷と頂との間に半径干渉がない限りにおいて、該雄ねじ山の補完的なねじ山と異なる、プラグ。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載のプラグにおいて、
    前記互換性ねじ山と前記内部環状溝は、前記プラグの金属製本体に形成される、プラグ。

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