(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素井戸の探査又は作業用管状コンポーネントのねじの谷底（３；４）の幅を検査する装置（９）であって、それぞれが第１の端部（９１２，９２２）および第２の端部（９１０，９２０）を備える２本のアーム（９１，９２）を備え、前記第２の端部（９１０，９２０）同士の間の角変位（ｅ）を可能にする変形可能部（９５）によって前記第１の端部（９１２，９２２）同士が互いに接合され、前記アーム（９１，９２）および前記変形可能部（９５）は、単一の部材を形成し、前記第２の端部（９１０，９２０）の各々が、前記ねじの谷底の間のねじの山頂に圧力を加えるよう構成されたショルダ（９３，９４）および前記ねじの谷底の幅を画定するフランクと接触する接触要素（９３０，９４０）を保持し、前記検査装置は、更に、角変位（ｅ）を決定する手段（９０）を備える検査装置。
【請求項２】
前記角変位（ｅ）を決定する手段（９０）がセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項３】
前記接触要素（９３０，９４０）が前記第２の端部（９１０，９２０）上に取外し可能に取付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項４】
前記第２の端部（９１０，９２０）がそれぞれ前記接触要素（９３０，９４０）を保持する嵌合可能かつ取外し可能なプレートからなることを特徴とする請求項３に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項５】
前記接触要素（９３０，９４０）がそれぞれ略球形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項６】
前記接触要素（９３０，９４０）がそれぞれ略円筒形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項７】
前記円筒形の接触要素同士が平行であることを特徴とする請求項６に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項８】
円筒形の接触要素同士が略一直線上に存在することを特徴とする請求項６に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項９】
互いに対向する円筒形の接触要素の面とは反対側の面が突出していることを特徴とする請求項８に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項１０】
前記アームの前記第２の端部（９１０，９２０）同士の間の角変位（ｅ）を発生するように前記変形可能部（９５）の厚みが前記アームの厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のねじ切り（３；４）を検査する装置（９）。
【請求項１１】
炭化水素井戸の探査又は作業用管状コンポーネントのねじ切り（３）を検査する方法であって、
・請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検査装置は、前記装置（９）の一方の前記接触要素（９３０）が前記ねじ切り（３）のロードフランク（３０）に接触し、前記接触要素（９４０）がねじ切り（３）のスタブフランク（３１）に接触し、前記２つの接触要素が同一のねじの谷底内に存在するように、位置決めされ、前記第２の端部（９１０，９２０）の各々が、前記ねじの谷底の間のねじの山頂に圧力を加えるよう構成されたショルダ（９３，９４）を保持し、
・角変位（ｅ）が測定され、
・既に測定された前記角変位（ｅ）に応じて決定したねじの谷底の幅が参照値（ｅ‐ｒｅｆ）と比較される
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記検査装置（９）を位置決めする際、前記２つの接触要素のうち少なくとも一方が前記ねじの谷底（３３）にも接触していることを特徴とする請求項１１に記載のねじ切り（３）を検査する方法。
【請求項１３】
前記検査装置（９）を位置決めする際、前記ショルダ（９３，９４）の少なくとも一方が前記ねじの山頂（３２）のうちの一方をそれぞれ圧迫することを特徴とする請求項１１に記載のねじ切り（３）を検査する方法。
【請求項１４】
前記接触要素と前記ロードフランク（３０）およびスタブフランク（３１）のそれぞれとの間の接触が前記ロードフランク（３０）およびスタブフランク（３１）のそれぞれのの高さの中間（ｈ／２）で行われることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のねじ切り（３）を検査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素井戸の探査又は作業に用いられる管状コンポーネントの両端部の一方に近接して作製されたねじの谷底の幅を検査する装置に関する。また、本発明は、上記ねじ切りを検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素井戸の探査又は作業に用いられる管状コンポーネントのねじ切りの適合性を検査することができる。使用中（掘削作業中又は作業中）に掛かる荷重のため、ねじ切り部分は、仕様通りに機械加工され、公差を忠実に守ることが望ましい。
【０００３】
数多くの検査装置が知られている。
【０００４】
例えば、文献欧州特許第１８３７６２０号には、正確な位置で、Ｖ字形断面又は切頂Ｖ字形断面を有する歯又はねじ山からなるテーパード多条ねじ切りの形状を検査するリングゲージが記述されている。このゲージは、リングゲージの直径がねじ切りの直径よりも小さくなるまでテーパードねじ切りに螺入されることによってロックされる。この種の装置では、ねじ切り部分のごく限られた部分の情報しか得られない。
【０００５】
文献米国特許第１７９２９３６号には、環状部と、一定のリードを有するねじ切りへの締付作業を「シミュレート」するアームとからなるゲージが記述されている。この検査作業は、実行するのが容易ではないため、非常に時間がかかる。アームおよびゲージをねじ切り上に載置しなければならず、その後、締付をシミュレートしなければならない。
【０００６】
文献仏国特許第９５４２６５号には、長手方向にそれぞれ延設されたＶ字形断面を有する数個のねじ山からなるフラットゲージであって、ねじ山の幅が長手方向に沿って変化するように一連の長手方向が一点で集中しているフラットゲージが記述されている。この装置では、ねじの谷底および山頂のサイズに関する正確な値を示すことができない。
【０００７】
文献仏国特許第２９３８０５５号には、セルフロックねじ切りを検査する少なくとも２つのねじからなるゲージが記述されている。その原理は、ゲージのロック位置を確認することからなり、そのロック位置においてねじ切り部分の寸法が正しいことを立証することが可能になる。しかし、このゲージは、セルフロック型ねじ切りのみを対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第１８３７６２０号
【特許文献２】米国特許第１７９２９３６号
【特許文献３】仏国特許第９５４２６５号
【特許文献４】仏国特許第２９３８０５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、既知の装置は使用に関して汎用性がない。これらのゲージは、単一の特殊なタイプのねじ切りの特定の一か所を検査するためにしか使用できない。常に非常に正確な測定が得られるとは限らない。
【００１０】
本出願人は、多様なねじ切り断面に使用可能な、より精密かつ正確な測定を得ることができる検査装置を開発しようと考えた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
より厳密には、本発明は、炭化水素井戸の探査又は作業用管状コンポーネントのねじの谷底の幅を検査する装置であって、それぞれが第１および第２の端部を備える２本のアームからなり、第２の端部同士の間で角変位を可能にする変形可能部によって上記第１の端部同士が互いに接合され、上記第２の端部がそれぞれ接触要素を保持する検査装置であって、更に上記角変位を決定する手段を備える検査装置を提供する。
【００１２】
補完的又は代替的な任意の特徴を以下に規定する。
【００１３】
上記アームの一方は更にアーム同士の相対的位置を確認するセンサを備えてもよい。
【００１４】
上記接触要素は上記可動端部に取外し可能に取付けられてもよい。
【００１５】
上記可動端部はそれぞれ上記接触要素を保持する嵌合可能かつ取外し可能なプレートを備えていてもよい。
【００１６】
上記接触要素はそれぞれ略球形でもよい。
【００１７】
上記接触要素はそれぞれ略円筒形でもよい。
【００１８】
上記円筒形の接触要素の軸同士は平行でもよい。
【００１９】
上記円筒形の接触要素同士は略一直線に整列していてもよい。
【００２０】
互いに対向する上記円筒形の接触要素の面とは反対側の面が突出していてもよい。
【００２１】
上記可動端部がそれぞれショルダを備えていてもよい。
【００２２】
上記アームおよび上記変形可能部は単一の部材を形成してもよく、上記アームの上記可動端部同士の間での上記角変位を可能にするために上記変形可能部の厚みが上記アームの厚みよりも小さい。
【００２３】
本発明は、炭化水素井戸の探査又は作業用管状コンポーネントのねじ切りを検査する方法であって、
・本発明による検査装置は、当該装置の上記接触要素の一方が上記ねじ切りのロードフランクに接触し、他方の接触要素が上記ねじ切りのスタブフランクに接触し、上記２つの接触要素が同一のねじの谷底内に存在するように位置決めされ、
・角変位ｅが測定され、
・先に測定された角変位ｅが参照値ｅ‐ｒｅｆと比較される
方法に関する。
【００２４】
第１の変形例では、上記検査装置を位置決めする際、上記２つの接触要素のうちの少なくとも一方が上記ねじの谷底と接触する。
【００２５】
第２の変形例では、上記検査装置を位置決めする際、上記ショルダのうちの少なくとも一方がねじの山頂に圧力を加える。
【００２６】
上記接触要素と上記フランクとの間の接触が上記ねじ切りの上記フランクの高さの中間で行われてもよい。
【００２７】
本発明のその他の利点および特徴は、以下の非制限的な例示の詳細な説明および添付の図面から明らかになるが、これらの記述および図面は、本発明をより良く理解するのに役立つだけでなく、適宜、その定義付けに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】２つのねじ切り管状コンポーネントの締付による接合の断面図を示す。
【図２】管状コンポーネントのねじ切りの断面図の詳細を示す。
【図３】それぞれ本発明の一実施例の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施形態の詳細図を示す。
【図５】本発明の実施形態の詳細図を示す。
【図６ａ】本発明の実施形態の詳細図を示す。
【図６ｂ】本発明の実施形態の詳細図を示す。
【図７】本発明の実施形態の詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、ねじ切りによって互いに接合させることを意図しかつ炭化水素井戸の作業ストリングに組み込まれることを意図する２つの略管状のコンポーネント同士の間のねじ切り接合を示す。この接合は、従来のように、雄型端部１を備えるコンポーネントと、雌型端部２を備えるコンポーネントからなり、雄型端部１は雌型端部２に接合可能である。この種の接合において、端部１は、第１の封止ゾーン５および第２の封止ゾーン６を形成するために、雌型端部２の第１および対応する第２の封止面と締結することによってそれぞれ協働することができる第１および第２の封止面を有する。また、端部１は、雌型端部２の対応するねじ切りゾーン４内へ締め付け可能な雄型ねじ切りゾーン３からなり、これらのねじ切りゾーンは２つの封止ゾーン５と６との間に設けられる。端部１および２は各先端面７および８でそれぞれ終端する。
【００３０】
図２は、セルフロック雄型ねじ切りのねじ切りゾーン３の詳細を示す。補完的な雌型ねじ切りは図２には示していない。「セルフロック」ねじ切りという用語は、以下に詳述する特徴を備えるねじ切りを意味する。雄型ねじ切りは、雌型ねじ切りと同様に、一定のリードを有する。雄型ねじ切りおよび雌型ねじ切りの幅は、締付の際に雄型および雌型ねじが所定の位置でロックし合うことで終了するように、それぞれの先端面７，８の方向に減少する。
【００３１】
より正確には、雌型ねじ切りのロードフランクのリードは、雌型ねじ切りのスタブフランクのリードと同様に、一定である。そのロードフランクのリードはそのスタブフランクのリードよりも大きい。
【００３２】
雄型ねじ切り３のスタブフランク３１のリードは、雄型ねじ切りのロードフランク３０のリードのように、一定である。そのスタブフランク３１のリードは、そのロードフランク３０のリードよりも小さい。
【００３３】
接触は、主に、雄型および雌型スタブフランク３１と同様に、雄型ロードフランク３０と雌型ロードフランク３０との間で行われる。一般的に、雄型ねじの谷底と雌型ねじの山頂が接触する一方で、雄型ねじの山頂と雌型ねじの谷底間では変位が起こる。間隙は、締付中にグリースが避難できることおよび、グリースによる過圧のリスクを回避することを意味する。
【００３４】
ねじ切りは、ロードフランク同士の間で一定幅のリードＬＦＰｐおよびスタブフランク同士の間で一定幅ＳＦＰｐのリードと、管状コンポーネントの先端面７の方向に値ＷＩＤＴＨｍｉｎから値ＷＩＤＴＨｍａｘまで増加するねじの谷底の幅とを有する。
【００３５】
雄型ねじと雌型ねじは、締付後にしっかりと嵌合し合うように、ダブテール形の断面を有すると有利である。この追加的な保証によって、接合が大きな曲げ、引張、又は圧負荷にさらされた際に雄型および雌型ねじが離れることに相当する離脱（ジャンピングアウトとして知られる）のリスクがなくなる。ねじ切り１および２は、雄型要素の雌型要素内への係止を加速するため、テーパ１００を有する母線に続くテーパード断面を有すると有利である。
【００３６】
一般的に、このテーパ母線は、軸１０と１．５度〜５度の角を成す。本事例のテーパ母線はロードフランクの中心を通るものと定義される。
【００３７】
図３は、ねじ切り３に適応させた検査装置９を示す。検査装置９は、２本のアーム９１、９２を備える。アーム９１は、第１の端部９１２および第２の端部９１０を備え、アーム９２は、第１の端部９２２および第２の端部９２０を備える。第１の端部９１２、９２２は、変形可能部９５を介して互いに接合されているという点で「固定されている」とする。変形可能部９５を使用して、可動端部と呼ぶアームの第２の端部９１０、９２０の枢動によって角変位「ｅ」を行うことができる。言い換えれば、可動端部と呼ぶ第２の端部９１０、９２０は、同一平面に残る円弧状の軌道に沿って互いに対して離間又は接近することができる。可動とする第２の端部９１０、９２０は、それぞれ、接触要素９３０、９４０を保持する。また、検査装置は角変位ｅを決定する手段９０を備える。
【００３８】
角変位ｅを決定する手段９０は、センサを形成する装置を備えると有利である。この装置は各アームに取付けてもよい。一例として、装置９のサイズに対応する小型の誘導接触型センサ、又は、例えば容量性センサ等の非接触センサ、又は、渦電流センサ、又は、光学技術（レーザ、共焦点）を使用するセンサを使用することができると思われる。これらのセンサは、接触要素９３０と９４０との間の距離を測定することを意図している。従って最大測定範囲は変位ｅに等しい。センサは、使用および環境条件下での精度（確度）、体積（ｂｕｌｋ）、測定範囲、および安定性の基準に従って選択される。必要となる精度（確度）の基準は測定範囲の約０．０１％の大きさに対応する。
【００３９】
アーム９１、９２および変形可能部９５は、一体成形品として形成されると有利である。変形可能部９５は可撓性であり、撓むことでアームの可動端部９１０と９２０との間の角変位ｅを可能にする。これは適切な材質および寸法を使用することによって達成される。本例では、アームおよび変形可能部は鋼から形成され、アームの厚みよりも変形可能部の厚みが小さい。
【００４０】
変形可能部９５は可撓性であるだけでなく弾性であり、静止時、即ち、検査装置が運転していない時にアームが参照位置にあるようにすると有利である。
【００４１】
その他の実施例としては、例えば、ねじを使用してアームの固定端同士を接合すること、およびアームを参照位置に保持するためにアームの固定端同士の間にばねを介在させることが考えられる。
【００４２】
変形可能部およびアームが鋼製一体成形品を形成する場合の検査装置の寸法は、ねじ切りの高さｈとねじの谷底の幅ＷＩＤＴＨに応じて、以下の通りである。
・接触要素の直径は０．５ｈ〜１．２ｈの範囲である。
・静止時の変位は０．１ＷＩＤＴＨ〜０．６ＷＩＤＴＨの範囲である。
・接触要素の長さは１ｍｍ〜２ｈの範囲である。
・アームの厚みの比は２よりも大きく、
この厚みの差は、主に、一本のアームに対する移動を規制することを可能にする。
従って、固定されたままのアームが基準として作用し、他方の可動アームの変位ｅの測定がより容易である。
・変形可能部の厚みは薄い方のアームの厚みの０．００５〜０．５倍の範囲であり、
アームの厚みに対して、特に薄い方のアームの厚みに対して、変形可能部の厚みを減少させることによって、変形可能部には、アームの互いに対する変位ｅを発生するのに望ましい可撓性が与えられる。
【００４３】
接触要素９３０、９４０は、可動端部９１０、９２０上に取外し可能に取付けられると有利である。これは、もし必要ならば、端部のみ交換する必要がある事を意味する（磨耗、破損等）。
【００４４】
可動端部９１０、９２０は、それぞれ接触要素９３０、９４０の一方を支持する嵌合可能かつ取り外し可能なプレートを備えることが有利である。これによって、接触要素を迅速に交換することができるようになる。プレートはねじ９１１、９２１を使用してそれぞれのアーム上に嵌合させて固定させる。
【００４５】
第１の実施形態では、図４および図５に見られるように、接触要素９３０、９４０はそれぞれ略球形をしている。接触要素９３０、９４０はそれぞれ半径Ｒ１、Ｒ２を有する。この構成は、接触要素とねじ切りのフランクとの間の接触が点接触であることを意味する。同様に、検査装置がねじの谷底に圧力を加える場合、接触要素とねじの谷底との間の接触も点接触である。
【００４６】
第２の実施形態では、接触要素９３０、９４０はそれぞれ略円筒形部の形状を有する。
【００４７】
第１の変形例では、図７に見られるように、円筒形の接触要素が平行になっている。この構成によって、接触要素とねじ切りのフランクとの接触を線形にすることができるようになる。同様に、検査装置がねじの谷底に圧力を加える場合、接触要素とねじの谷底との接触も線形である。
【００４８】
第２の変形例では、図６ａに見られるように、円筒形の接触要素の軸同士が略一致している。言い換えれば、接触要素が同一直線上に存在する。この構成によって―ねじ切りのフランクが円筒形接触要素の軸に垂直である場合―接触要素とねじ切りのフランクとの間で本質的に表面的な接触を得ることが可能になる。更に、検査装置がねじの谷底に圧力を加える場合、接触要素とねじの谷底との接触が直線である。
【００４９】
検査対象のねじ切りのフランクが傾斜している場合（これは、Ｖ字形断面、切頂Ｖ字形断面、台形断面、ダブテール形断面等を有するねじ切り等、非常に多くのねじ切りの場合である）、対向する円筒形の接触要素の面とは反対側の面を突出させることが好ましい。図６ｂを参照すると、接触要素とフランクとの接触が確実に行われ、その接触が点接触であることが分かる。
【００５０】
一実施形態によれば、図３〜７に見られるように、可動端部９１０、９２０はそれぞれショルダ９３、９４を備える。これにより、ショルダに、結果として検査装置に、ねじの山頂に圧力を加えさせることができる。
【００５１】
本出願人は、ねじの谷底の幅を測定するために、検査装置を開発した。この測定は、以下のステップを備える方法の基礎となる。
・まず、一方の接触要素９３０がねじ切りのロードフランクに接触し、他方の接触要素９４０がスタブフランク３１に接触し、２つの接触要素が同一のねじの谷底３３内に存在するように検査装置が位置決めされ、
・次に、角変位ｅが測定され、
・次に、既に測定した角変位ｅの値が参照値ｅ‐ｒｅｆと比較される。
【００５２】
変位ｅの値は、ねじの谷底の幅ＷＩＤＴＨに関連する。実際、アーム同士の間の角変位から、および検査装置の寸法から始まり、接触要素９３０と９４０との間の距離、ひいては、ねじの谷底の幅ＷＩＤＴＨが計算される。従って、参照値ｅ‐ｒｅｆがねじの谷底の参照値ＷＩＤＴＨｒｅｆに関連する。参照値ＷＩＤＴＨｒｅｆは一般的に製造仕様書に記されている。
【００５３】
可動端部９１０、９２０がそれぞれショルダ９３、９４を備える場合、接触要素の寸法に応じて、上記ショルダがそれぞれねじの谷底３３を構成する２つの連続するねじの山頂３２に圧力を加えてもよく、第１および第２のねじの山頂３２はねじの谷底３３を画定する。
【００５４】
そうでない場合、上記２つの接触要素をねじの谷底３３に接触させる。
【００５５】
従来、接触要素とフランク３０、３１との間の接触は、ねじの谷底の幅をフランクの高さの中間に決定するために、フランクの高さの中間ｈ／２で行われる。
【００５６】
結論として、本検査装置は、多種多様なねじ切り断面を検査するのに使用できるという点で万能であるという利点を有する。
【００５７】
更に、本検査装置は、ねじ切りの様々な部分で測定可能であるため、高い汎用性があるという利点を有する。
【００５８】
更に、センサを使用することで測定を信頼できるものとすることができる。
【００５９】
更に、先行技術の検査ゲージとは異なり、本検査装置は、使用の際にほとんど摩擦を受けないため、摩耗しにくい。
【００６０】
球形又は直線上の円筒形接触要素を使用することによって、ねじ切りのフランクとの接触を点接触にすることができる。検査装置９は、接触要素を非常に正確に位置決めするために、ガイドと組み合わせてもよい。同様に、ねじの谷底の幅がねじ切りの全長に渡って変化するセルフロック式ねじ切りの場合、ねじの谷底の幅の測定は、管状コンポーネントの終端面から所定距離を隔てて行ってもよい。従って、この測定の軸方向位置は、上記ガイドによって考慮される。
【００６１】
同様に、ダブテール形のフランク断面を有するセルフロック式ねじ切りでは、Ｖ字形断面を有するねじ切りの場合のように、ねじ山のフランクが管状コンポーネントの回転軸に垂直ではない。このため、ねじの谷底の幅は、測定がねじの谷底で行われるのか、ねじの谷底の高さの中間で行われるのか、ねじの山頂で行われるのかによって変化する。行われる測定の半径位置を考慮するとガイドも有益である。
【００６２】
平行な円筒形の接触要素を使用することによって、ねじ切りの螺旋角度があるために、ねじ切りのフランクと準線形接触する。検査装置の接触要素を軸方向と半径方向の両方に関して位置決めするために、ガイドの使用が推奨される。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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