(57)【要約】モジュール式バースト・ディスク・アセンブリのための1つ若しくは複数の容器を含む修正されたケーシング結合部分。このバースト・ディスク・アセンブリは、ねじ山若しくはスナップ・リングによって保持され、且つ保持用ねじ山若しくは一体型ｏ−リング・シールによって密封される。このディスクは、ユーザによって特定された圧力で、且つトラップされたアニュラス圧力によって外側ケーシングの完全性が脅かされる前に、破損する。この設計によって、バースト・ディスク・アセンブリは、パイプの出荷前に、若しくは現場で取付けることが可能にされる。
2005519206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する複数の井戸ケーシングの間にトラップされたアニュラス圧力によって、海洋の油及びガス井戸が破損するのを防止するための方法であって、
バースト・ディスクが含まれるモジュール式バースト・ディスク・アセンブリを収納するための少なくとも1つの容器を含むようにケーシング結合部分を修正するステップと、
前記モジュール式バースト・ディスク・アセンブリを前記の修正されたケーシング結合部分の前記容器の内部に取付けるステップとを有し、
前記バースト・ディスク・アセンブリの前記バースト・ディスクは、連続する複数の井戸ケーシングの間にトラップされたアニュラス圧力に露出されており、
前記バースト・ディスクは、ユーザにより特定された圧力で破損するように選択されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記バースト・ディスク・アセンブリは、前記容器の内部の内側ねじ山領域と噛合うねじ山付外側部分を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バースト・ディスク・アセンブリは、前記ケーシング結合部分の前記容器の内部に、スナップ・リングによって固定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バースト・ディスク・アセンブリは、外側ねじ山領域によって、前記ケーシング結合部分の前記容器の内部に密封されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記バースト・ディスク・アセンブリは、一体型o−リング・シールによって、前記ケーシング結合部分の内部に密封されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バースト・ディスク・アセンブリが破損する前記の選択された圧力は、温度補正されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
更に、前記パイプを処理する際に、前記バースト・ディスクを保護するように、前記バースト・ディスク・アセンブリ内に設けられた孔の内部に保護キャップを挿入するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
バースト・ディスク・アセンブリであって、
内側環状凹部を備えている下側領域、及び六角レンチの挿入のために前記環状凹部と連絡する六角孔を備えている上側領域を備えた円筒状本体と、
上面、下面、及び前記上面と前記下面とを連絡させる孔を備えているディスク保持器と、
前記円筒状本体と前記ディスク保持器の前記上面との間に挿入されるバースト・ディスクであって、ユーザにより特定された圧力で破損するように選択された材料で構成されているバースト・ディスクとを有することを特徴とするバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項９】
更に、o−リングの挿入のために、前記ディスク保持器の前記底面内にo−リング溝を有することを特徴とする請求項８に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１０】
更に、前記円筒状本体の前記上側領域上に外側ねじ山面を有することを特徴とする請求項８に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１１】
前記ねじ山面は、UNFねじ山であるねじ山を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１２】
前記ねじ山面は、NPTねじ山であるねじ山を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１３】
更に、スナップ・リングとして作用するように前記本体の前記上側領域上に配置されたリッジ若しくはリップを有することを特徴とする請求項８に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１４】
前記ディスクは、INCONEL(登録商標)で作られていることを特徴とする請求項８に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【請求項１５】
前記本体及び前記ディスク保持器は、316ステンレス鋼で作られていることを特徴とする請求項８に記載のバースト・ディスク・アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に油及びガスの井戸の損傷を防止するための方法に関するものであり、特に、危険なアニュラス圧力上昇により井戸ケーシングが損傷するのを防止するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一番最初のマルチ・ストリングが完了して以来、アニュラス圧力上昇（APB）の物理的現象と、それに関連する井戸のケーシング・ストリング及びチュービング・ストリング上に及ぼされる負荷とに見舞われてきた。近年、掘削及び仕上の技術者によってAPBに焦点が当てられてきた。最新の坑井仕上において、APBの原因になる要素の激しさが度を増してきており、それは特に、深海の井戸で顕著である。
【０００３】
APBは、海底坑口装置（subsea wellhead installation）に関連して理解するのが最も分かりやすい。油及びガスの井戸において、地層の一部が井戸の残り部分から分離される必要があるのは珍しくない。これは、通常、後のストリングからセメント・コラムの上部を前のケーシング・シューより上に、アニュラスの内側に持ち上げることによって達成される。これによって、地層が分離されると同時に、セメントをケーシング・シューの内側に持ち上げられることによって、自然フラクチャ傾斜（nature's fracture gradient）により提供される安全弁が効果的にブロックされる。シューでの漏洩の代わりに、その面からの放出が不可能である場合には、ケーシング上に何らかの上昇圧力が及ぼされる。大部分の陸上の井戸、及び多くの海洋プラットフォーム井戸は、全てのケーシング・アニュラス（casing annulus）へのアクセスを提供し、圧力増加が測定されると迅速に放出を行い得る坑口装置を備えている。残念ながら、海底坑口装置の多くは、各ケーシング・アニュラスへのアクセスを有しておらず、密封されたアニュラスが生成されてしまうことが多い。アニュラスが密封されているので、温度上昇によって内部圧力が非常に増大してしまう可能性がある。
【０００４】
大部分のケーシング・ストリング及びは置換流体（displaced fluids）は、ほぼ静温度で設置される。海底での温度は約34°Fである。生産流体（production fluids）は「熱い」地層から得られ、生産流体がその表層に近付く際に置換流体の放散及び加熱が行われる。置換流体は加熱されると、膨張し、かなりの圧力増加を生じ得る。この状態は、全ての採収井において共通に存在するが、深海の井戸においてもっとも顕著である。生産の際に、製造流体の高温とは対照的に置換流体が低温であるために、深海の井戸は、アニュラス圧力上昇に脆弱である可能性がある。更に、海底坑口装置は、全てのアニュラスへのアクセスを提供しておらず、且つ密封されたアニュラスの内部におけるどのような圧力増加も放出が不可能である。場合によっては、この圧力が非常に大きくなって、内側ストリングの崩壊、若しくは、時には外側ストリングの破裂すら生じて、それにより井戸が破壊されてしまう可能性がある。
【０００５】
APB問題のこれまでの解決方法の1つは、外側ストリング・ケーシングに接合部を設け、且つ非常に薄い壁を生成するように一部を圧延することであった。しかしながら、圧延された壁が損傷若しくは破裂する圧力を決定するのは非常に困難である。このために、過度に弱体化された壁が、その圧力試験の際に破裂してしまうという状況が生じる可能性があった。別の場合には、圧延された壁が強固過ぎて、外側ストリングの破裂の前に、内側ストリングの崩壊を生じてしまう可能性があった。
【０００６】
ケーシングの圧力試験を可能にするように十分な内部圧力を確実に保持し、且つ内側ストリングの崩壊圧力若しくは外側ストリングの破裂圧力をわずかに下回る圧力で崩壊若しくは破裂し得るケーシング結合部分が必要とされている。
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００７】
本発明の目的の1つは、ケーシングの圧力試験を可能にするように十分な内部圧力を保持し、且つ圧力が所定レベルに達すると確実に解放がなされるケーシング結合部分を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、内側ストリングの崩壊圧力よりも小さく、且つ外側ストリングの破裂圧力よりも小さい圧力で解放がなされるケーシング結合部分を提供することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、製造が非常に安価であり、実装が容易であり、且つ非常に狭い一定範囲内の圧力において信頼性があるケーシング結合部分を提供することである。
【００１０】
上記の目的は、ユーザにより特定されている圧力で破損するモジュール式バースト・ディスク・アセンブリを収容するための容器を、少なくとも1つ含むように修正されたケーシング結合部分を生成することによって達成される。このバースト・ディスク・アセンブリは、ねじ山若しくはスナップ・リング等の適切な方法で保持され、保持用ねじ山若しくは一体型o−リング・シールのいずれかによって密封される。このバースト・ディスクが破損する圧力は、ユーザによって特定され、温度に対する補正がなされる。このディスクは、トラップされたアニュラス圧力によって内側若しくは外側のいずれかがケーシングの完全性が脅かされた場合に破損する。この設計によって、破損ディスクアセンブリは、所定位置に実装することも、パイプの出荷前に実装することも可能にされる。
【００１１】
更なる目的、特性、及び利点は、以下の説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図３は、従来式の海底油井リグの単純化された図を示している。デリック３０２が、デッキ３０４の上に立てられている。このデッキ３０４は、浮遊するワーク・ステーション３０６によって支持されている。通常、デッキ３０４の上には、ポンプ３０８とデリック３０２の下に配置された巻上装置３１０とが設けられている。ケーシング３１２が、デッキ３０４から吊下げられ、海中導管３１４、海底坑口装置３１６、及び穿孔３１８の中へと通されている。この海底坑口装置３１６は、海底３２０に基礎がおかれる。
【００１３】
油及びガスの井戸の構築の際に、地面の地下層を通して掘削するように通常は回転ドリルが用いられて、穿孔３１８が形成される。回転ドリルによる地面を通る掘削がなされる際に、「泥水」として業界で公知である掘削流動体が穿孔３１８を通して循環される。この泥水は、通常、ドリル・パイプの内部を通して表層からポンピングされる。ドリル・パイプを通して掘削流動体を連続的にポンピングすることによって、この掘削流動体は、ドリル・パイプの底部から外に循環され、且つ穿孔３１８の壁とドリル・パイプとの間の環状の間隙を通して、井戸の面へのバックアップをし得る。所定の地質学的情報を所望する場合、及び泥水が再循環される必要がある場合に、通常、この泥水は表層に戻される。この泥水は、潤滑の支援、ドリル・ビットの冷却、及び穿孔３１８が掘削される際に生じる堀りくずの除去の容易化に用いられる。更に、孔の中の泥水コラムにより生じる静水圧によって、それがなければ、坑井内に発生した高圧から生じてしまう噴出が防止される。高圧から生じる噴出の防止のために、掘削の際に想定されるあらゆる圧力よりも大きい静水圧を有するように、この泥水には重い重量がかけられる。
【００１４】
穿孔３１８がより深くなるにつれて、圧力がより高くなるので、異なる深さでは異なる泥水が用いられる必要がある。例えば、2,500フィートでの圧力は、1,000フィートでの圧力よりもはるかに高い。1,000フィートで用いられる泥水は、2,500フィートの深さで用いるための重量としては不十分であり、噴出が生じる可能性がある。海中の井戸では、深海での圧力がとてつもなく大きい。従って、極度に深いところでは、穿孔３１８内の高圧に対抗するように、泥水の重量がとりわけ重くなっている必要がある。非常に重いこの泥水を用いることによる問題点は、泥水の静水圧が非常に重圧である場合に、泥水が地層の中に侵入若しくは漏洩して、泥水の循環に損失を生じさせてしまうことである。このために、2,500フィートで用いられるものと同じ重量の泥水を1,000フィートで用いるのは不可能である。この理由により、単一のケーシング・ストリングを、穿孔３１８の所望する最終的な深さまでずっと下側に持っていくことは不可能である。非常に深い場所に到達させるために必要な泥水の重量は、深さがより浅い場所において地層の中に侵入及び漏洩して、循環の損失を生じてしまう。
【００１５】
異なる種類の泥水の利用を可能にするために、穿孔３１８内にできる広範な圧力勾配を除去するように種々のケーシング・ストリングが用いられる。まず最初に、より重い泥水が必要とされる深さに穿孔３１８が掘削される。この必要とされる、より重い泥水は、浅い深さにおいて、地層の中に侵入及び漏洩が開始され得るほどの非常に高い静水圧を有している。これは、大体1,000フィートをわずかに越えた時点で生じる。これが生じると、ケーシング・ストリングが穿孔３１８の中に挿入される。セメント・スラリーがケーシングの中にポンピングされ、掘削の泥若しくは水等の流動体のプラグがセメント・スラリーの後にポンピングされて、それにより、セメントがケーシング外部と穿孔３１８との間のアニュラスの中に強制的に押上げられる。セメント・スラリーを形成するのに用いられる水の量は、選択される水硬性セメントの種類、必要なスラリー粘度、所定の作業に対して必要な強度、及び手元にある一般的な作業条件に応じて、広い範囲に渡って変化し得る。
【００１６】
通常、水硬性セメント、特に、ポルトランド・セメントが穿孔３１８内の井戸ケーシングをセメントで固めるのに用いられる。水硬性セメントは、水中でセメントが固化若しくは硬化するのを可能にする水和反応の発生によって、固化して圧縮強度が高められるセメントである。セメント・スラリーは、ケーシングが所定位置に保持されるように、固化及び硬化され得る。更に、このセメントによって、地下の地層を帯状の分離を提供し、且つ穿孔３１８の腐食若しくは侵食を防止するのに役立つ。
【００１７】
第1ケーシングの固化後、穿孔３１８は、より重い泥水が必要とされる深さに再度到達するまで掘削が続けられて、必要とされるより重い泥水は、地層中への侵入及び漏洩を開始する。同様に、ケーシング・ストリングが穿孔３１８の中に、概ね約2,500フィート、挿入されて、セメント・スラリーは、地下の地層の帯状の分離を提供するだけでなく、所定位置にケーシングを保持するように、固化及び硬化が可能であり、更に、穿孔３１８の腐食若しくは浸食の防止に役立つ。
【００１８】
複数のケーシング・ストリングが穿孔３１８内に用いられ得る別の理由は、地層の一部を井戸の残りの部分から分離するためである。地球上には、各々が岩、塩、砂等で構成される多くの異なる層が存在する。最終的に、穿孔３１８は、他の地層と通じさせるべきではない地層の中に掘削される。例えば、メキシコ湾でみられる特有の特性として、約2,000フィートの深さで流れる高圧の淡水の砂があげられる。高圧であるため、通常、そのレベルで特別なケーシング・ストリングが必要となる。さもなくば、砂が泥水若しくは生産流体の中に漏洩する可能性がある。そのような事態が生じるのを防ぐために、穿孔３１８は、分離される必要のある地層若しくは地層の一部を貫通して掘削され、後のストリングからセメント・コラムの最上部を前のケーシング・シューより上に、アニュラスの内側に、持ち上げることによってケーシング・ストリングが設けられて、それにより、その地層が分離される。これが、分離される必要のある地層の数に応じて、6回行われる必要があり得る。セメントを、前のケーシング・シューより上に、アニュラスの内側に持ち上げることによって、シューの断裂傾斜が防止される。ケーシング・シューがブロックされるので、シューからの圧力の漏洩が防止されて、圧力上昇は全てケーシング上に作用することになる。場合によっては、この過剰な圧力上昇が面から解放されるか、若しくはアニュラスに噴出防止装置（BOP）が取付けられてよい。
【００１９】
しかしながら、通常、海底坑口装置は、海底に固定されている外側ハウジングと、外側坑口ハウジング内に受入れられている内側坑口ハウジングとを備えている。海底油井が完成する際に、ケーシング及びチュービングのハンガは、ハウジングの上に取付けられているBOPスタックを通して坑口ハウジング内の支持位置に下げられる。井戸の完成後、このBOPスタックは、井戸の流体の製造を制御するための適切な弁を有するクリスマス・ツリーによって、置換される。ケーシング・ハンガが、ハウジングの孔に関して密封され、且つチュービング・ハンガがケーシング・ハンガ若しくはハウジングの孔に関して密封され、それにより、ケーシング・ストリング及びチュービング・ストリングの間のアニュラスと、チュービング・ハンガの上のハウジングの孔との中に流体の防壁が効果的に形成される。ケーシング・ハンガが配置及び密封された後、圧力制御のためにケーシング・アニュラス・シールが取付けられる。井戸の至るところにケーシング・アニュラス・シールが設けられる。シールが坑口の面上にある場合には、このシールは、しばしばケーシング・アニュラスと連通する出入口を有し得る。しかしながら、海底坑口ハウジングには、直径の大きい低圧ハウジングと、直径のより小さい高圧ハウジングが存在する。高圧であるので、安全のために高圧ハウジングはあらゆる出入口の出入りが自由になっている必要がある。一度、高圧ハウジングが密封されてしまうと、噴出防止装置を目的として、ケーシング・ハンガの下に孔を備える方法は存在しない。過剰な圧力上昇を解放する手段を有していない中実の環状構成要素のみが存在する。
【００２０】
図４は、穿孔３１８内のマルチ・ストリング・ケーシングの単純化された図を示している。この穿孔３１８は、内径４３２及び外径４３４を備えたケーシング４３０、内径４３８及び外径４４０を備えたケーシング４３６、内径４４４及び外径４４６を備えたケーシング４４２、内径４５０及び外径４５２を備えたケーシング４４８を有する。ケーシング４３０の内径４３２は、ケーシング４３６の外径４４０よりも大きい。ケーシング４３６の内径４３８は、ケーシング４４２の外径４４６よりも大きい。ケーシング４４２の内径４４４は、ケーシング４４８の外径４５２よりも大きい。環状領域４０２は、ケーシング４３０の内径４３２及びケーシング４３６の外径４４０によって規定される。環状領域４０４は、ケーシング４３６の内径４３８及びケーシング４４２の外径４４６によって規定される。環状領域４０６は、ケーシング４４２の内径４４４及びケーシング４４８の外径４５２によって規定される。環状領域４０２及び４０４は、低圧ハウジング４２６の内部に配置されるのに対して、環状領域４０６は、高圧ハウジング４２８の内部に配置される。環状領域４０２は、概ね環状である領域を示している。環状領域４０２内で圧力増加が生じた場合に、この圧力は、地層４１２の中に逃がすことも可能であり、若しくは出入口４１４を通して面から噴出させることも可能である。環状領域４０４及び４０６内で圧力増加が生じた場合には、地層４１６が、井戸から分離される必要がある地層であるために、この圧力増加を、隣接する地層４１６に逃がすことができない。分離が必要であるため、次のストリングから、セメント４１８の上部が、前のケーシング・シュー４２０より上に、環状領域４０４及び４０６の内側に持ち上げられて、それにより、地層４１６が分離される。環状領域４０４が低圧ハウジング４２６内にあり、且つ出入口４１４が複数のアニュラスと連通していて、全ての過度の圧力上昇を解放するのに用い得るので、環状領域４０４の内部での圧力上昇は解放可能である。対照的に、環状領域４０６は、高圧ハウジング４２８内にあり、且つ安全のために出入口は1つもない。結果として、環状領域４０６は密封されたアニュラスである。環状領域４０６内での圧力増加は、いずれも、面からの解放が不可能であり、この圧力増加が大きくなると、内側ケーシング４４８の崩壊、若しくはこの環状領域４０６を囲むケーシングの破裂が生じ得る。
【００２１】
ある長さの流体が、ケーシングの2つの同心接合部の内径及び外径の間に、中実な環状構成要素内にトラップされてしまう場合がある。取付けの際には、このトラップされた環状流体の温度は、周囲の環境と同じである。周囲の環境が深海の底である場合には、この温度は約34°Fになる可能性がある。井戸の生産が開始されると、過度の圧力上昇が生じ、且つ生産された流体の110°F乃至300°Fの熱によって、トラップされた環状流体の温度上昇が生じる。加熱された流体が膨張して、それにより、圧力の上昇が生じる。10,000フィートにおいて、7インチ35ppf（0.498インチ井戸）ケーシング内の3と1／2インチのチュービングが与えらた場合に、8.6ppg水系仕上流体を仮定すると、生産の際には、流体の熱膨張率が2.5×10−4R−1であり、平均して70°Fに加熱される。制約のない流体（unconstrained fluid）が加熱される場合、
V = V0(1＋αΔT)
で示されるように、より大きな体積に膨張する。
【００２２】
ここで、
V = 膨張後の体積（インチ3）
V0 = 初期の体積（インチ3）
α = 流体の熱膨張率（R−1）
ΔT = 流体の平均温度変化（°F）
である。
【００２３】
流体が解放された場合に生じる流体の膨張は、
V0 = 10,000(π／4)(6.0042−3.52)／144 = 1,298（フィート3）= 231.2（bbl）
V = 231.2[1＋(2.5×10−4×70)] = 235.2（bbl）
ΔV = 4.0（bbl）
となる。
【００２４】
ケーシング及びチュービングが完全に剛体の容器を形成していると仮定した場合に、ここから生じる圧力増加は、
ΔP = (V−V0)／V0BN
である。ここで、
V = 膨張後の体積（インチ3）
V0 = 初期の体積（インチ3）
ΔP = 流体の圧力変化（psi）
BN = 流体の圧縮率（psi−1）
であり、従って、
ΔP = 2.5×10−4×70／2.8×10−6 = 6,250（psi）
である。
【００２５】
得られたこの圧力増加6,250psiにより、外側ケーシング・ストリングの内部バースト圧力若しくは内部ケーシング・ストリングの外部崩壊圧力が、容易に超過され得る。
【００２６】
提案されている本発明は、モジュール式バースト・ディスク・アセンブリに対する1つ以上の容器を含む修正されたケーシング結合部分から構成されている。図１−Ａ及び図１−Ｂの図面を参照すると、本発明のバースト・ディスク・アセンブリの好適実施例が、概略的に１００で図示されている。このバースト・ディスク・アセンブリ１００は、好適には、INCONEL(登録商標)の、クロム、モリブデン、鉄、及びその他の元素を少量含む、ニッケル・ベースの合金で作られている。多くの場合、高温における合金の強度を増大させるように、ニオブが付加される。市販されている9種類くらいの異なるINCONEL（登録商標）合金は、酸化・還元環境、腐食環境、高温環境、及び低温環境に対する優れた耐性、緩和抵抗、並びに優れた機械的特性を有している。信頼性のあるバースト領域が必要とされる要件の範囲内で提供される限りにおいて、バースト・ディスク１０２を生成するのに類似の材料が用いられてもよい。
【００２７】
バースト・ディスク１０２は、316ステンレス鋼でできているディスク保持器１０４と本体１０６との間に挿入されている。この本体１０６は、図示されている好適実施例では、1.250インチの外側直径を有するシリンダ状の構成要素である。本体１０６は、上側平面及び下側平面１１６、１１８の間に規定された、約0.391インチの高さを備えている上部領域R1と、約0.087インチの高さを備えている下部領域R2を有する。更に、この上部領域は、以下で説明されるように、噛合いケーシング結合部分と結合するように、外部にねじ山面１１４を有している。上部領域R1は、約0.055インチの長さで、且つ約45°の最大角を備えている面取りされた端部１３０を有し得る。同様に、下部領域R2は、下面１１６に対して約45°の角度をなす面取り面１３１を有し得る。下部領域R2は、本体１０６の中心軸を通る直径が約0.625インチである内部環状凹部１２０を有している。この内部環状凹部１２０の寸法は、各用途の要件に応じて変化されてよい。本体１０６の上部領域R1は、六角レンチ挿入用の1／2インチの六角孔１２２を有している。内部環状凹部１２０及び六角孔１２２によって、本体１０６の内部に内部ショルダー部１２９が形成される。
【００２８】
ディスク保持器１０４は、高さが約0.172インチであり、上面１２４及び底面１２６を有している。このディスク保持器１０４は、該ディスク保持器１０４の中心軸を通る直径が約0.375インチである連続的な孔１４８を備えている。この孔１４８によって、上面１２４と底面１２６とが連絡される。底面１２６は、o−リング１２８挿入用の約0.139インチ幅のo−リング溝１１０を含んでいる。
【００２９】
バースト・ディスク１０２は、本体１０６の下面１１６とディスク保持器１０４の上面１２４との間に挿入される。本体１０６、ディスク１０２、及びディスク保持器１０４は、溶接部（図１−Ｂにおける１０８）によって互いに保持される。保護キャップ１１２が、バースト・ディスクを保護するように、六角孔１２２の中に挿入され得る。この保護キャップはプラスチック、金属、若しくはバースト・ディスク１０２を保護し得るその他の任意の材料でできていてよい。
【００３０】
バースト・ディスク・アセンブリ１００が、図２−Ａ及び図２−Ｂで示される修正されたケーシング結合部分２０２の中に挿入されている。この修正された結合部分２０２は、図２−Ａ及び図２−Ｂにおいて、上から見た際の断面が図示されており、内径２０４及び外径２０６を含んでいる。内側凹部２０８が、バースト・ディスク・アセンブリ１００を受取るように設けられている。内側凹部２０８は、底壁部分２１２及び側壁２１０を備えている。この側壁２１０は、バースト・ディスク・アセンブリ１００の本体１０６上の噛合いねじ山領域１１４と結合されるように、その長手方向に沿ってねじ山が設けられている。本体１０６上のこのねじ山領域１１４は、例えば、12UNFのねじ山であってよい。バースト・ディスク・アセンブリ１００は、六角トルクレンチを利用して加えられた約200フィート・ポンドの力によって内側凹部２０８内に固定される。o−リング１２８が内側凹部２０８の低壁部分２１２上に確実に固定して取付けられ、密封されるように、この200フィート・ポンドのトルクが用いられる。
【００３１】
修正された結合部分２０２の直径２０４が原因で、若しくは壁領域が非常に薄いことが原因で、o−リング１２８を所定のケーシング内に用いることができない可能性がある。例えば、20インチのケーシングの内側に16インチのケーシングが用いられることがあり、その場合に、ストリング内部に残される空間はほとんどない。通常、16インチ結合部分は17インチの外径を有するが、しかしながら、この例では、空間の欠如を補うために、結合部分を16と1／2インチの直径にせざるを得ない。従って、ケーシング壁が非常に薄くなってしまい、o−リング１２８を接触させて取付けるように、シリンダの内側凹部２０８を機械加工して底壁部分２１２に材料を設けるための空間が十分にとれなくなる可能性がある。この場合、バースト・ディスク・アセンブリ１００を密封するのに、o−リング１２８の代わりにNPTねじ山を用いることが可能である。結合部分及びバースト・ディスク・アセンブリのこの変形実施例が図２−Ｂに図示されている。このアセンブリは、o−リング１２８が用いられている場合のUNF平行のねじ山とは対照的に、NPTアプリケーションがテーパされたねじ山を備えている以外は、図２−Ａと同様である。
【００３２】
同様に、スナップ・リング２３０によっても、固定手段が提供され得る。ねじ山領域１１４が本体１０６上に設ける代わりに、リッジ若しくはリップ２３２が本体１０６から延在されていてもよい。同様に、内側凹部２０８内のねじ山付側壁２１０が、本体１０６から延在するリップ若しくはリッジと嵌合することで内側凹部２０８の内部にバースト・ディスク・アセンブリ１００を固定する機構で置換えられてよい。
【００３３】
次に、バースト・ディスク・アセンブリの取付け及び作動を説明していく。バースト・ディスク１０２が破損する圧力は、地層の温度と、内側ストリングの崩壊圧力及び外側ケーシングの破裂圧力のうちの小さい方とを用いて計算される。更に、バースト・ディスク１００は、所定の閾値圧力に耐え得る必要がある。壁の圧力は概ね、深さに依存し、約1,400psi乃至7,500psiのいずれの値もとり得る。一度、外側ストリングの設定がされてしまえば、セメントによる優れた密封が可能となること、及びストリングが所定位置に適切に設定されることが確実となるように、圧力試験が行われる必要がある。外側ケーシングの圧力試験が行われた後、内側ケーシングが設けられる。内側ケーシングは、自身の内側に崩壊する前に外部に対して耐え得る特定の値を有している。圧力範囲は、外側ケーシングの試験圧力よりも大きく、且つ内側ケーシングの崩壊圧力よりも小さくなるように決定される。
【００３４】
温度補正を考慮した後に、この圧力範囲に基づいて適切なバースト・ディスク・アセンブリ１００が選択される。生産流体の温度は概ね110°F乃至300°Fである。井戸の内部には温度勾配が存在し、バースト・ディスク・アセンブリ１００の通常の配置では、外側ケーシングへの40乃至50°Fの温度損失がある。温度勾配が存在するのは、熱が、生産パイプを通して次のアニュラスへ、次に、バースト・ディスク・アセンブリ１００が配置されている次のケーシングへと伝達されるからである。更に、いくらかの熱が地層の中に伝達される。所定温度において、バースト・ディスク１０２は、特定の強度を有する。温度が上昇するにつれて、バースト・ディスク１０２の強度は低下する。それゆえに、バースト・ディスク１０２のバースト圧力は、減少する。温度上昇におけるこの強度損失は、与えられた温度に対して強度の損失を補正することによって対処される。
【００３５】
井戸の圧力は、修正された結合部分２０２が取付けられて、井戸の中に下に送られる直前まで分からない場合が多い。バースト・ディスク・アセンブリ１００は、結合部分２１２が井戸の中に送られる前にいつでも取付け可能である。更に、状況によっては、修正された結合部分２０２が変更される必要や、土壇場で圧力定格を変化させる何らかの現象が発生して、そのために現在のバースト・ディスク・アセンブリ１００を取外して置換する必要が生じる可能性がある。準備として、圧力範囲を網羅するように、複数のバースト・ディスク・アセンブリ１００が配列され得る。次に、正確な圧力値が判明すれば、修正された結合部分２０２が井戸の中に送られる直前に、適切なバースト・ディスク・アセンブリ１００を取付けることが可能となる。
【００３６】
バースト・ディスク１０２が破損すると、ディスクの材料が中央部で割れて、次に径方向外向きに割れて、隅部分が浮き上がる。割られたこのディスク材料は、遊離部分のない単一の固体片として残存し、一部分も欠けていない開かれた花若しくは、剥かれたバナナのように見える。保護キャップ１１２は、通り道からアニュラスの中に吹飛ばされる。
【００３７】
バースト・ディスク１０２が破損する圧力は、ユーザによって特定することが可能であり、更に、温度補正がなされる。このバースト・ディスク１０２は、外側ストリング若しくは内側ストリングのいずれかの完全性が、トラップされたアニュラス圧力によって脅かされた際に破損する。この設計によって、バースト・ディスク・アセンブリ１００は、工場若しくは現場で取付けることが可能にされる。保護キャップ１１２は、パイプの出荷及処理の際にバースト・ディスクを保護するように含まれている。
【００３８】
発明は、複数の利点と共に説明されてきた。ケーシングのこの改良型ストリングは、ケーシングの圧力試験を可能にする十分な内圧を保持し、且つ圧力が所定レベルに到達すると、確実に解放若しくは破裂するようになっている。この所定レベルは、内側ストリングの崩壊圧力よりも小さく、且つ外側ストリングの破裂圧力よりも小さくなっている。本発明のバースト・ディスク・アセンブリは、製造が非常に安価であり、且つ固定された非常に狭い圧力範囲における動作に信頼性がある。
【００３９】
本発明は、その形態が1種類だけしか示されていないが、それに制限されるものではなく、その精神から外れることなしに、種々の変更及び修正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１−Ａ】図１−Ａは、バースト・ディスク・アセンブリの断面の分解図である。
【図１−Ｂ】図１−Ｂは、組立てられたバースト・ディスク・アセンブリの断面図である。
【図２−Ａ】図２−Ａは、ねじ山が用いられているケーシングに設けられたバースト・ディスク・アセンブリの断面図である。
【図２−Ｂ】図２−Ｂは、ねじ山が用いられているケーシングに設けられたバースト・ディスク・アセンブリの断面図である。
【図２−Ｃ】図２−Ｃは、スナップ・リングが用いられているケーシングに設けられたバースト・ディスク・アセンブリの断面図である。
【図３】図３は、従来式の海底油井リグの単純化された図である。
【図４】図４は、穿孔の断面図である。
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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【図２−Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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