(57)【要約】  コイル状チューブストリングへ取り付けられたダウンホール装置を有するダウンホールアセンブリの二つの部分を連結する分離アセンブリである。この分離アセンブリは、ダウンホールアセンブリの一つの部分へ連結された第１のハウジングと、ダウンホールアセンブリの別の部分へ連結された第２のハウジングとを有している。これらのハウジングはリリースアセンブリによって解放可能に連結されている。リリースアセンブリは、回転運動を並進運動に変換する連結部によって、モータ上に設けられた駆動トレインへ結合されている。リリースアセンブリは、両方のハウジングへ係合する連結位置とハウジングを分離することができる解放位置とを有するロッキング部材を有している。モータはコイル状チューブの中を貫いて延びる導体によって地表へ連結されており、リリースアセンブリを連結位置と解放位置との間で移動させるために、モータは地表から駆動される。
2005511929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表から延びる井戸の中でダウンホール作業を行うためのダウンホールアセンブリであって、
コイル状チューブストリングと、
前記ストリングへ取り付けられたダウンホール装置と、
前記ストリング及び装置の第１の部分を前記ストリング及び装置の第２の部分へ連結する分離アセンブリと、
モータと、
を有し、前記分離アセンブリが係合部材を有し、この係合部材が、前記第１及び第２の部分と係合する第１の位置と、前記第１及び第２の部分の係合を外す第２の位置とを有し、前記モータが地表から駆動されて、前記第１及び第２の位置の間で前記係合部材を移動させるようになっているアセンブリ。
【請求項２】
前記コイル状チューブストリングが前記コイル状チューブストリング上に配置された少なくとも一つの導体を有し、前記導体が前記モータを地表と接続している請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記分離アセンブリが内側及び外側のハウジングを有し、前記係合部材が前記第１の位置で前記内側及び外側のハウジングと係合し、前記第１の部分が前記外側ハウジングへ取り付けられており、前記第２の部分が前記内側ハウジングへ取り付けられている請求項１記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記分離アセンブリが往復部材を有し、その往復部材が、前記第１の位置において、前記係合部材を係合状態に維持し、前記第２の位置において、前記係合部材の係合を外すようになっている請求項１記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記分離アセンブリが前記往復部材とモータとの間に連結部を有しており、回転運動を往復運動へ変換するようになっている請求項４記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記分離アセンブリが前記内側ハウジングと連結部との間にスラストベアリングを有する請求項５記載のアセンブリ。
【請求項７】
地表から井戸の掘削作業を行うための分離装置であって、
本体と、
前記本体上に配置されたモータと、
親ねじと、
リリースプランジャと、
前記本体上で前記リリースプランジャのまわりに配置された複数のピンと、
を有し、モータは地表から選択的に駆動可能であり、親ねじは前記モータへ結合された一端部を有し、リリースプランじゃは前記親ねじの他端部へ結合されている分離装置。
【請求項８】
前記本体がキャビティを有し、
前記モータ、親ねじ及びリリースプランジャが前記キャビティの中に配置されている請求項７記載の分離装置。
【請求項９】
前記ピンの一端部を受容するための内部リセスを有するハウジングをさらに有し、前記リリースプランジャが前記ピンの他端部を受容するように適合された外側溝を有している請求項８記載の分離装置。
【請求項１０】
前記リリースプランジャが長手方向に細長いスロットを有し、そのスロットの中には、ガイドピンが前記本体上で摺動するように配置されている請求項９記載の分離装置。
【請求項１１】
前記リリースプランジャが前記プランジャの第１及び第２の部分を接合するユニバーサルカップリングを有し、前記第２の部分が前記親ねじへ結合されている請求項１０記載の分離装置。
【請求項１２】
前記リリースプランジャのまわりに配置されたピストンをさらに有する請求項１１記載の分離装置。
【請求項１３】
前記ピストン及び前記リリースプランジャとシール係合する第１のシールと、
前記ピストン及び前記本体とシール係合する第２のシールと、
をさらに有する請求項１１記載の分離装置。
【請求項１４】
前記リリースプランジャの前記第１の部分に隣接して配置された圧力リリースをさらに有する請求項１３記載の分離装置。
【請求項１５】
前記本体がフィッシングネックをさらに有する請求項１３記載の分離装置。
【請求項１６】
前記本体のまわりにハウジングをさらに有し、前記本体及びハウジングが相互に係合するスプラインを有する請求項１５記載の分離装置。
【請求項１７】
コイル状チューブアセンブリのための電気機械式分離装置であって、
キャビティを有する本体と、
前記キャビティ内に収容された電気モータと、
前記キャビティ内に収容された親ねじと、
前記キャビティ内に収容されたプランジャと、
前記プランジャから半径方向に延びる少なくとも一つのピンと、
を有し、前記本体がコイル状チューブへ結合可能であり、前記親ねじが前記電気モータへ結合された一端部を有し、前記プランジャが前記親ねじの他端部へ結合されており、前記プランジャがそのまわりに少なくとも一つの周辺溝を有し、前記ピンが前記外側周辺溝の中へ移動可能である分離装置。
【請求項１８】
前記本体に対して入れ子式に係合して前記本体と連結されているコイル状チューブを有し、前記コイル状チューブが少なくとも一つの内側周辺溝を有している請求項１７記載の分離装置。
【請求項１９】
前記リリースプランジャが前記本体上のプランジャガイドピンを受容する長手方向に細長いスロットを有し、前記親ねじが移動したときに前記プランジャの回転を防止している請求項１７記載の分離装置。
【請求項２０】
ダウンホールツールを分離するために選択的に駆動される分離装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジングへ解放可能にロックすることができる本体と、
前記本体の中に収容された電気的に駆動可能な電源と、
前記本体を前記ハウジングへ解放可能にロックするロックと、
前記ロックと係合させたり係合を解除したりするための可動部材と、
を有し、前記可動部材が前記ロックへ結合された一端部と、前記電源へ結合された他端部とを有している分離装置。
【請求項２１】
前記ロックが、
前記プランジャから半径方向に延びる複数のピンと、
プランジャと、
を有し、プランジャはそのまわりに溝を有し、前記溝が、前記ロックのロックを外すために、前記ピンの一端部を受容するように寸法設定されている請求項２０記載の分離装置。
【請求項２２】
前記可動部材が親ねじを有している請求項２０記載の分離装置。
【請求項２３】
前記プランジャが前記本体上のガイドピンを受容する長手方向のスロットを有している請求項２１記載の分離装置。
【請求項２４】
前記ロックが前記ハウジングの中に内側チャネルを有し、前記内側チャネルが、前記ロックをロックするために、前記ピンの他端部を受容するように寸法設定されている請求項２１記載の分離装置。
【請求項２５】
井戸掘削作業用の分離装置であって、
内側溝を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された本体と、
前記本体の中に配置されたプランジャと、
前記プランジャとねじ係合される親ねじと、
前記親ねじへ結合された電気モータと、
前記本体上に取り付けられた複数のピンと、
を有し、前記プランジャは二つの外側溝を有し、掘削位置、解放位置及び非係合位置の間で可動であり、前記ピンは前記プランジャと係合するようになっている分離装置。
【請求項２６】
コイル状チューブからボトムホールアセンブリの係合を外すための方法であって、
電気命令信号を介して電気モータを駆動する段階と、
ねじを回す段階と、
プランジャ上の溝を半径方向に延びるピンと揃えるのに十分な距離だけ前記リリースプランジャを軸方向に移動させる段階と、
を有し、前記ねじは、前記電気モータへ結合されるとともに、リリースプランジャへねじ結合されている方法。
【請求項２７】
リリースプランジャを軸方向に移動させ続ける段階をさらに有し、その段階は、前記半径方向に延びるピンの外側端がコイル状チューブの内側に設けられた各溝から外れるまで続けられる請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
コイル状チューブからツールを外す方法であって、
前記コイル状チューブの一部へ結合された本体内の電気モータへ電気命令信号を送る段階と、
前記電気命令信号に応じて電気モータを駆動させる段階と、
前記電気モータ及びリリースプランジャへ結合された機構を回転させる段階と、
前記リリースプランジャの回転運動を防止する段階と、
前記プランジャ上に設けられた溝を半径方向に延びるピンの内側端と揃えるのに十分な距離だけ前記リリースプランジャを軸方向に移動する段階と、
を有し、前記コイル状チューブがその内側にチャネルを有している方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合衆国政府によって支援された調査又は開発に関する陳述
該当なし
【０００２】
発明の背景
発明の分野
この発明はダウンホールアセンブリ用の解放可能な連結装置(connection)に関する。詳しくは、この発明はダウンホールツールをコイル状チューブストリングへ連結する解放可能な連結装置に関する。さらに詳しくは、この発明は、スタックダウンホール掘削ツール(stuck downhole drilling tool)又はボトムホールアセンブリ（ＢＨＡ）からコイル状チューブストリングを取り外すために、地表から電気的に駆動される連結装置に関する。
【０００３】
関連技術の説明
益々、オイル及びガスの井戸の掘削は、もはや地表から所望の炭化水素領域まで垂直方向にまっすぐなボアホールを掘削することではなくなっている。むしろ、偏向した、横方向の、又は上方へ傾斜していることもあるボアホールを掘削するために、方向性掘削などの技法及び技術が開発されてきている。長いリーチ(extended reach)の井戸の中で連結式のドリルパイプを使用することは経済的に現実的でないことが普通である。従って、ボアホールの最大長さを越える十分な量を貯蔵するためにリールに巻かれた一つ又は複数の連続した接合されていないチューブを含むコイル状チューブを用いて、ボアホールを掘削するためのツール及び方法が開発されている。コイル状チューブは金属のコイル状チューブ、又は最近の技術を用いたコンポジットコイル状チューブである。
【０００４】
井戸の掘削用途においては、ダウンホールモータ、ステアリングアセンブリ及びビットなどの種々のコンポーネントを有するＢＨＡが、ボアホールを掘削するためにコイル状チューブストリングの端部へ連結される。チューブストリングをＢＲＡから取り外したいような状況が起こり得る。それは、例えば、掘削のときにＢＲＡがボアホールの中でスタックしてしまい、チューブストリングをＢＲＡから外して、フィッシング(fishing)、ジャーリング(jarring)又はその他のＢＲＡ回収作業をやりやすくしなければならないときなどである。
【０００５】
掘削のために接合パイプを使用するときには、ねじ連結部へトルクを加えて従来の分離手段を駆動して、ＢＨＡを分離することができる。しかし、金属やコンポジットのコイル状チューブなどの連続チューブを使用するときは、チューブストリングをＢＲＡから外すのにトルクを加えることができず、軸方向の分離手段を利用しなければならない。チューブストリングとＢＲＡアセンブリとの間に一つ又は複数の軸方向リリースデバイスを予め設置することによって、分離が必要になったときにコイル状チューブストリングをダウンホールで分離する手段を提供することができる。
【０００６】
コイル状チューブストリングを分離するために様々な軸方向分離手段が使用されてきた。そのうちのあるものは、ピストンを駆動して解放を行うために、地表から分離手段まで延びる油圧ライン又は電気ラインを使用している。米国特許第5,984,006号に開示されているそうしたデバイスの一つは、コイル状チューブを一つ又は複数のダウンホールツールから電気的に解放することが可能な緊急リリースツールを有している。リリースツールは、ローディングナットによってコイル状チューブへ押しつけられた解放可能なスリップを有している。コイル状チューブは、ダウンホールリリース手段へ電気信号を送ることによって解放される。いったん駆動されると、リリース手段は、ピストンがスリップハウジングへ係合するまで、ピストンを上方へ押し上げる。スリップハウジングはローディングナットへ結合されている。リリース手段はピストンを上方へ押し続け、その結果として、スリップハウジングを上方へ押し続け、ローディングナットを解放可能なスリップから分離し、それによって解放可能なスリップをコイル状チューブから外す。
米国特許第5,323,853号に開示されている別の手段は、ピストンの油圧式又は電気的駆動に頼るリダンダント解放機構を有している。井戸の穴の内側を走っていて、リリースを駆動するために必要な追加のラインやケーブルは、通常の掘削作業のときに流体の流れを妨害するという欠点を生じる。
【０００７】
別のタイプの周知のリリース手段は、駆動のために、流体の流れを導き、背圧を形成してピストンを駆動している。米国特許第5,718,291号には、そうしたリリース機構の一つが開示されている。このリリース機構は、駆動のために、その機構を貫く流れによって発生される背圧を使用するか、又は、流れが妨害される場合には、機構の中の通路内に形成される圧力を使用している。第１のモードにおいては、シフト可能なスリーブ上方のリストリクタの中を貫く流れによって形成される背圧が付勢スプリングに打ち勝って、通路が塞がれるまでＪスロットアセンブリの中でスリーブを移動させる。そのあと、第２の通路の中に形成される圧力がシアピンに打ち勝って、ピストンを動かし、機構の二つのセグメントを一体にロックしているドッグを解放する。流れが妨害されると、第２の通路の中に形成される圧力によって、ピストンはシフティングスリーブに抗して移動して、スプリングの力に打ち勝ち、Ｊスロットアセンブリの中でスリーブを選択的に移動させる。このリリース機構の欠点は、スリーブを適切に揃えてＪスロットアセンブリの上部に係合させることが面倒であり、地表からポンプをオン、オフして圧力を形成したり除去したりする必要があることである。
【０００８】
さらに別の従来のリリーシデバイスは、駆動のために、地表から井戸の中へボールを落下させ、流路をシールし、ボールの背後に圧力を形成して分離を行っている。そうしたボールドロップリリースデバイスの一つが米国特許第5,419,399号に開示されている。このデバイスはハウジングを有しており、摺動ピストンがこのハウジングの内部に設けられ、シアスクリュ(shear screws)によって、ハウジングへ解放可能に連結されている。ボールが地表から井戸の中へ落下され、ピストンの上端へ着座し、流路を塞いで、シアスクリュに打ち勝つだけの十分な圧力をピストンのマンドレルに形成する。マンドレルは下方へ移動し、それによって、キーが揃って、マンドレル上に設けられた環状の溝の中に嵌ってノッチを分離させ、チューブを掘削装置から分離できるようにする。このデバイスの欠点は、キーを溝の中に落下させることに失敗したときには、オペレータがデバイスを引き戻したり激しく揺すったりしてキーを溝の中に落下させなければならないことである。
【０００９】
別のボールドロップリリースデバイスが米国特許第5,526,888号に開示されている。このデバイスは、ラッチブロックによって挿入可能に連結されロックされる上側及び下側のハウジングと、ラッチブロックを動作させるスロット付きピストンと、パイロットピストンと、パイロットピストンの動きによって動作するロックアウト機構とを有している。シーリングボールが井戸の中に落下され、パイロットピストンに着座して、シアピンに打ち勝つだけの十分な圧力差を形成し、それによって、パイロットピストンが軸方向に下方へシフトできるようにする。パイロットピストンの動きによって、ロックアウト機構が解放され、スロット付きピストンが軸方向に延びて、ラッチブロックを後退させ、上側及び下側のハウジングを分離する。
この発明は従来の技術の欠点を克服している。
【特許文献１】米国特許第５，９８４，００６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３２３，８５３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７１８，２９１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４１９，３９９号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５２６，８８８号明細書
【特許文献６】米国特許出願第０９／５３４，６８５号明細書
【特許文献７】米国特許出願第０９／５０４，５６９号明細書
【特許文献８】米国特許出願第０９／０８１，９６１号明細書
【発明の開示】
【００１０】
この発明の分離アセンブリは、コイル状チューブストリングに取り付けられたダウンホール装置を有するダウンホールアセンブリの二つの部分を連結している。分離アセンブリはダウンホールアセンブリの一つの部分へ連結された第１のハウジングと、ダウンホールアセンブリの別の部分へ連結された第２のハウジングとを有している。これらのハウジングはリリースアセンブリによって解放可能に連結されている。リリースアセンブリは、回転運動を並進運動へ変換する連結部によってモータ上に設けられた駆動トレインへ結合されている。リリースアセンブリはロッキング部材を有しており、ロッキング部材は両方のハウジングへ係合する連結位置と、ハウジングの一方を分離する分離位置とを有している。モータはコイル状チューブの中を延びる導体によって地表へ連結されており、連結位置と分離位置との間でリリースアセンブリを移動させるために、モータは地表から駆動される。
【００１１】
一つの実施形態は、選択的に駆動される分離アセンブリを特徴としている。この分離アセンブリは、外側ハウジングと、キャビティを有するとともに外側ハウジングの内部に配置されている内側ハウジングと、内側ハウジングを外側ハウジングに対して解放可能にロックするためにキャビティ内に配置されたロッキングアセンブリと、このロッキングアセンブリを駆動するためにキャビティの中に収容されている電気的に駆動可能な電源と、この電源へ結合された駆動トレインと、ロッキングアセンブリを係合させたり係合をはずしたりするために、ロッキングアセンブリを駆動トレインへ結合する連結部とを有している。この発明の一つの実施形態においては、分離アセンブリはダウンホールアセンブリの中に配置されており、ダウンホールアセンブリは、地表から選択的に駆動が可能な電気モータへと地表まで延びる導体を有するコイル状チューブへ取り付けられたボトムホールアセンブリと、第１及び第２の端部を有するとともに第１の端部において電気モータへ結合されている親ねじと、親ねじの第１の端部へ結合されるとともにユニバーサルジョイントによってリリースシャフトへ連結されたリードスリーブとを有する。リリースシャフトは環状溝を備えた外側表面と、内側ハウジングの中に設けられた横穴の中に配置された複数のロッキングピンとを有している。ロッキングピンの一端部は、ロックされていない解放位置では、リリースシャフト溝の中に配置され、他端部は、ロックされた連結位置においては、外側ハウジングのまわりの内側溝の中に配置される。
【００１２】
この発明は、また、コイル状チューブからボトムホールアセンブリを外す方法も有している。この方法は、命令信号を介して電気モータを駆動する段階と、電気モータ及びリリースシャフトへ結合された親ねじを回す段階と、リリースシャフト上の溝を半径方向に延びるピンと揃えるのに十分な距離だけリリースシャフトを軸方向に移動させる段階と、リリースシャフトを移動させ、カムの作用によってピンの他端部を外側ハウジングの溝から離脱させる段階とを有する。
【００１３】
この発明の一つの実施形態においては、分離アセンブリはスタックした箇所の上方でダウンホールアセンブリの一部を解放するために使用される。この発明の分離アセンブリは、コイル状チューブ掘削作業において最も有用である。これらの分離アセンブリの複数をダウンホールアセンブリの異なる位置に展開することができる。これによって、ダウンホールアセンブリ中の一つ又は複数の分離アセンブリを選択的に駆動して、スタックした箇所に最も近い分離アセンブリを解放することが可能であり、従って、引き出される(fish out)ダウンホールアセンブリの長さを最小限に抑え、うまくフィッシング作業を行うチャンスが大いに増大し、フィッシングのときにＢＲＡコンポーネントに与える損傷を最小限に抑えることができる。
【００１４】
この発明の特徴は、分離アセンブリが共通の電気的及び機械的連結を有していることである。さらに、分離アセンブリは選択的に再連結可能である。これによって、オペレータは分離アセンブリを取り外すために分離アセンブリを活性化(activate)することが可能になる。分離アセンブリが活性化されたにもかかわらずダウンホールアセンブリがスタックしたままである場合には、ダウンホールアセンブリがスタックした箇所はたぶん分離アセンブリからアップホールにある。オペレータは分離装置へ信号を送って再連結することができる。次に、オペレータは最初に活性化された分離アセンブリからアップホールの分離アセンブリを活性化することができる。この発明の別の特徴は、こうしたタイプの用途に対して簡単で一般的に使用されるテーパウェッジロック機構(taper wedge lock mechanism)を使用しないことである。しかし、テーパウェッジロックは、掘削における長期間のダウンホール振動のあとに止まってしまって、自動的にロックして(self-locking)しまう傾向がある。このことは、不可能ではなくても、解放作業を難しくする。この発明の分離アセンブリはロッキングピン及びリリースシャフトを利用している。幾何学的形状が丸いため、解放を妨げる自動ロックの可能性が最小限に抑えられる。
【００１５】
したがって、この発明は従来のデバイスの様々な欠点を克服することができる特徴及び利点の組み合わせを有する。上述した様々な特性やその他の特徴は、この発明の実施形態についての以下の詳しい説明を読むことによって、さらには、添付図面を参照することによって、当該分野の技術者には即座に明らかとなろう。
この発明の実施形態をより詳細に説明するために、ここで添付図面が参照される。
【００１６】
好ましい実施形態の詳細な説明
この発明は様々な形の実施形態が可能である。図面には、この発明の特定の実施形態が示されており、ここで詳しく説明される。ここでの説明はこの発明の原理の実例であり、ここに図示され説明されているものにこの発明を限定するものではないことに留意すべきである。
【００１７】
この発明のダウンホールアセンブリは、ボトムホールアセンブリへ取り付けられたコンポジットのコイル状チューブストリングを有していることが好ましい。この発明の様々な実施形態は、ボトムホールアセンブリの多数の異なる構造を提供しており、その各々は新規の井戸、長いリーチの井戸、既存井戸の延長、サイドトラック井戸、偏向ボアホール及びその他のタイプのボアホールを含めた多くの異なるタイプの井戸でのダウンホール作業に使用される。ボトムホールアセンブリは井戸の中のダウンホールで作業を行うためのダウンホールツールにすぎないことを理解すべきである。通常、ダウンホール作業は掘削及び井戸の中にペイゾーンを完成させることであるが、この発明はそうした作業に限定されるわけではない。この発明の実施形態は、この発明のシステムを使用した多数の方法を提供している。以下で議論する実施形態の様々な教示は、ダウンホール作業において所望の結果を得るために、個別に使用することもできるし、又は適当に組み合わせて用いることもできることを十分に認識すべきである。特に、この発明のシステムは任意のタイプのダウンホール作業に使用することができる。説明を容易にするために「アップ」又は「ダウン」という用語が参照されるが、「アップ」は地表へ向かう方向を意味し、「ダウン」はボアホールの底部へ向かう方向を意味している。ここで使用する用語「結合」は、恒久的又は選択的に連結が可能な直接又は間接的な連結を意味している。従って、第１のデバイスが第２のデバイスへ連結していれば、その連結は直接連結、又は他のデバイス及び／又は連結を介した間接連結によるものである。
【００１８】
まず、図１Ａを参照する。図にはこの発明の分離アセンブリ１０に対する例示的な作業環境が示されている。地表では、作業システム１２は、電源１４と、地表プロセッサ１６と、コイル状チューブスプール(coiled tubing spool)１８を有している。インジェクタヘッドユニット２０はスプール１８から井戸２２の中へコイル状チューブ３０を供給し、導入する。井戸２２の中へ延びるダウンホールアセンブリ２４はコイル状チューブストリング２６及びボトムホールアセンブリ２８を有している。ボトムホールアセンブリ２８はコンポジットコイル状チューブストリング２６の下端へ取り付けられていて、偏向された(deviated)、又は水平のボアホール３２の中へ延びている。チューブストリング２６の下端は分離アセンブリ１０ａによってボトムホールアセンブリ２８へ連結されている。
【００１９】
コイル状チューブ３０は、以下で説明されるように、コンポジットコイル状チューブであることが好ましいけれども、この発明はコンポジットコイル状チューブに限定されるわけではなく、電気導体が取り付けられたスチールコイル状チューブでもよい。コンポジットチューブストリング２６はコンポジットコイル状チューブから成る複数の長さ部分３０ａ、３０ｂを有している。コイル状チューブ３０の長さ部分３０ａ、３０ｂの隣接する端部はこの発明の分離アセンブリ１０ｂによって連結されている。説明されている好ましい実施形態においては、分離アセンブリ１０ｃはボトムホールアセンブリを形成しているコンポーネントの一つのセットをボトムホールアセンブリ２８の別のコンポーネントセットへ連結している。この実施形態は説明のために述べられており、この発明はダウンホールアセンブリの特定の箇所に限定されるわけではないことを理解すべきである。分離アセンブリ１０がコンポジットコイル状チューブ３０の長さ部分３０ａ、３０ｂを連結するために使用されるのではない場合、又はコンポジットコイル状チューブ３０をボトムホールアセンブリ２８へ連結するために使用されるのではない場合には、別のタイプのコネクタが2000年3月24日に出願された「コイル状チューブコネクタ(Coiled Tubing Connector)」という名称の米国特許出願第09/534,685号に開示されている。分離アセンブリ１０は上述した出願に記載されているコネクタといっしょに使用してもよいことを理解すべきである。
【００２０】
ここで図１Ｂを参照する。図には種々なコンポーネントから形成されたボトムホールアセンブリ２８の一つのタイプが示されている。ボトムホールアセンブリ２８は、駆動シャフト３６上に取り付けられたビット３４と、ベアリングアセンブリ３８と、ステアリングアセンブリ４０と、上側定速（CV）サブ４６と、ワイヤサブを備えた電源部４８と、チェックバルブ５０と、抵抗サブ５２とを有する第１のコンポーネントグループを有している。ステアリングアセンブリ４０は、電子回路部４２と、好ましくはニアビット方向センサ４４とを有している。センサ４４はクリノメータ及び磁力計を有している。ボトムホールアセンブリ２８は、また、方向パッケージ、追加センサ及びダウンホール制御デバイスを有するセンササブ５４と、推進システム５６を含む第２のコンポーネントグループを有している。推進システム５６は、下側トラクタ背圧制御モジュール５８と、下側引っ張り／圧縮サブ６０と、圧力測定サブ６２と、上側トラクタ背圧制御モジュール６４と、上側引っ張り／圧縮サブ６６と、スーパーバイザリサブ６８とを含んでいる。
【００２１】
分離アセンブリ１０はボトムホールアセンブリ２８の第１及び第２のコンポーネントグループを解放可能に連結しており、特に、ビット３４、ステアリングアセンブリ４０及び電源部４８を推進システム５６へ解放可能に連結している。分離アセンブリ１０がコンポジットコイル状チューブ３０をボトムホールアセンブリ２８へ連結するために使用されない場合は、別のタイプのコネクタの一つはフラッパボールドロップリリース７０である。例えば、2000年2月15日に出願された「Recirculatable Ball-Drop Release Device for Lateral Oilwell Drilling Applications」という名称の米国特許出願第09/504,569号が参照される。これは、ここで文献援用される。
【００２２】
ボトムホールアセンブリ１０には他のツールを含めることもできることを理解すべきである。ボトムホールアセンブリ１０を形成するツールは、ダウンホールで行われる作業によって変わる。この発明は特定のボトムホールアセンブリに限定されるわけではなく、他のアセンブリを使用してもよいことを理解すべきである。また、分離アセンブリ１０は、ボトムホールアセンブリ２８を形成する二つのコンポーネントグループを連結するために、使用できることを理解すべきである。
【００２３】
ここで図２を参照する。ストリング２６を形成するコイル状チューブ３０はコンポジット材料から形成されたチューブを含むことが好ましく、非浸透性流体ライナ７２と、グラスファイバ層７４と、ライナ７２及びグラスファイバ７４のまわりに設けられた複数の導体と、カーボンファイバマトリックスを形成する複数の荷重支持層８２と、摩耗層８４と、ポリビニリデンフルオライド（PVDF）層８６と、グラスファイバから形成された外側摩耗層８８とを有している。複数の導体は、保護樹脂８０の中に埋め込まれた電力導体７６、７８を含む。非浸透性流体ライナ７２はポリ塩化ビニル又はポリエチレンなどのポリマ、又は井戸２２を掘削するときに使用される掘削流体中の化学物質やダウンホールでの温度に耐えることのできる他の任意の材料から形成された内側チューブであることが好ましい。内側ライナ７２は流体に対して非浸透性であり、荷重支持層７４をライナ７２の流路穴８９の中を流れる掘削流体から隔離する。荷重支持層８２は樹脂ファイバであることが好ましく、ストリング２６及びボトムホールアセンブリ２８の重量を含めて、流体の中に吊されたストリング２６の必要な荷重を支えるのに十分な数の層を有している。荷重支持層８２のファイバは熱硬化性樹脂の中に巻かれていることが好ましい。荷重支持層８２はストリング２６の機械的特性を与えている。摩耗層８４は最も外側の荷重支持層８２であることが好ましく、犠牲層である。図には一つの摩耗層８４のみが示されているが、必要に応じて追加の摩耗層を設けてもよい。ＰＶＤＦ層８６は流体に対して非浸透性であり、荷重支持層８２を隔離している。外側の摩耗層８８は最も外側のファイバ層であることが好ましく、犠牲層である。コンポジットコイル状チューブは、また、1998年3月20に出願された「Well System」という名称の米国特許出願第09/081,961号に開示されている。これは、ここで文献援用されている。
【００２４】
コンポジットコイル状チューブ壁内に収容されている電力導体７６、７８は、コンポジットコイル状チューブストリング２６の長さ全体に沿って延びており、ボトムホールアセンブリ２８へ連結されている。導体７６、７８は電源１４及び地表プロセッサ１６へ接続されている。それらのダウンホール端部はボトムホールアセンブリ２８の中に設けられた電子回路パッケージへ接続されている。導体７６、７８は電力及び命令信号の両方をボトムホールアセンブリ２８へ提供する。他のデータも導体７６、７８を介して通信される。
【００２５】
ここで図３及び図４を参照する。図面には内側ハウジング９０と外側ハウジング９２とを有する分離アセンブリ１０が示されている。内側ハウジング９０は、ＢＲＡコンポーネントの第１のグループとねじ係合するためのねじ連結部９４と、ＢＲＡコンポーネントの第１のグループへ電気的接続するための電気接続部９６とを有している。図４に最もよく示されているように、掘削流体を流すために、複数の流路９５が内側ハウジング９０の中を長手方向に延びている。外側ハウジング９２は、ＢＲＡコンポーネントの第２のグループとねじ係合するためのねじ連結部９８と、ＢＲＡコンポーネントの第２のグループと電気的接続するための電気接続部１００とを有している。電気接続部はコンポジットチューブストリング２６の壁の中に設けられた導体７６、７８へ電気的に接続されており、内側ハウジング９０の壁１２８の中を通って長手方向に延びる通路１０１の中を導体が延びている。ハウジング９２を内側ハウジング９０と組み付けやすくするために、外側ハウジング９２は箇所１０２でねじで連結されたアップホール部分９２ａ及びダウンホール部分９２ｂを有している。外側ハウジング９２は、また、その内径上に、長手方向に離間された一対の内部周辺溝９１、９３を有している。内部ロッキング溝９１、９３は円形断面を有していて、カム面を提供している。内側ハウジング９０は上側フィッシングネック１０６を有する。ネック１０６は電気コネクタ１０８を有していて、外側ハウジング９２のアップホール部分９２ｂに取り付けられた電気コネクタ１１２と電気的接続を形成している。内側ハウジング９０は、好ましくは、インボリュートスプライン１０４を介して、外側ハウジング９２と解放可能に結合されている。スプライン１０４は内側及び外側のハウジング９０、９２の間でトルクを伝達する。
【００２６】
ここで図５を参照する。内側ハウジング９０は軸方向に延びる長手方向にキャビティ１１０を有する。キャビティ１１０はボア１１４を形成する径の小さいアップホール部分を有する。ボア１１４のアップホール端部は、外側ハウジング９２のプラグポート１１８ａ、１１８ｂと位置が揃った横アパーチャ１１６で終わっている。アップホールボア１１４は下方を向いた環状ショルダ１２２を形成している。キャビティ１１０の中間的な径の部分はボア１１４とキャビティ１１０の残り１２４との間に配置された径の小さいキャビティ１２０を形成している。径の小さいキャビティ１２０は環状ショルダ１２１を形成している。複数の横ボア１２６が、内側ハウジング９０の外壁１２８を通って、ボア１１４から延びている。
【００２７】
リリースアセンブリ１３０が内側ハウジング９０内に配置されており、リリースシャフト１３４と係合する複数のロッキングピン１３２を有している。ロッキングピン１３２は、横ボア１２６の中へねじ込まれたリテイナ１３６によって、内側ハウジング９０の中に設置されている。リリースシャフト１３４のアップホール端部は径の小さいボア１１４の中に摺動可能に受容されており、そのダウンホール端部は、以下で説明されるように、連結部１３５によって駆動トレイン１４０へ連結されている。駆動トレイン１４０は、以下で説明されるように、キャビティ１１０の中に収容された電気モータ１３８へ取り付けられている。リリースシャフト１３４はその中を長手方向に延びる細長いスロット１４２を有している。スロット１４２は内側ハウジング９０の壁１２８の中に取り付けられたガイドピン１４４を受容していて、リリースアセンブリ１３０と内側ハウジング９０との間が相対的に回転しないようにしている。
【００２８】
図４に最もよく示されているように、各ロッキングピン１３２はそれぞれ内側及び外側の端部１４６、１４８を有しており、リリースシャフト１３４から外側ハウジング９２へ向けて半径方向に延びている。リリースシャフト１３４は、さらに、図６に示されているリリース位置において、ピンの内側端部１４６と位置揃え可能な外側周辺リリース溝１５０を有しており、それによって、ロッキングピン１３２がリリース溝１５０の中に受容されている。外側リリース溝１５０は、一般にフラットな底部及びテーパ状の側部を備えた断面を有している。図３〜図５に示されているように、ピンの内側端部１４６は、連結位置においては、外側周辺リリース溝１５０と位置が揃っていない。
【００２９】
さらに図３〜図５、図５Ａ、図５Ｂを参照する。リリースアセンブリ１３０はユニバーサルジョイント１５４によってリリーシシャフト１３４へ連結された親ねじスリーブ１５２を有する。ユニバーサルジョイント１５４によってリリースシャフト１３４と親ねじスリーブ１５２との間で回転運動が可能となり、ダウンホールアセンブリ２４の曲げに対応できる。ユニバーサルジョイント１５４は三つの部材、すなわち、リリースシャフト１３４、セグメント２２０及び親ねじスリーブ１５２を結合したものであることが好ましい。リリースシャフト１３４はアパーチャ１５６を有し、親ねじスリーブ１５２はアパーチャ１６０を有し、セグメント２２０はアパーチャ２２５、２３０を有する。ユニバーサルジョイント１５４が組み付けられると（図５Ｂ参照）、アパーチャ１５６とアパーチャ２３０とが揃い、アパーチャ１６０とアパーチャ２２５とが揃う。ピン１６４がアパーチャの中へ挿入されており、リリースシャフト１３４と親ねじスリーブ１５２とが分離しないようにされている。
【００３０】
駆動トレイン１４０は支持スリーブ１６６によってキャビティ１１０内に支持されている。支持スリーブ１６６はそれを貫く中央アパーチャ１６８を有する。アパーチャ１６８はその中央部分に環状の制限フランジ１７２を有していて、駆動トレイン１４０を受容するためのブッシュ１７４を形成している。内側ハウジング９０と支持スリーブ１６６との間にはシール１６７、１６９が配置されている。駆動トレイン１４０は、親ねじスリーブ１５２によって一端部がねじで受容された親ねじ１７０を有している。親ねじ１７０は、中央のブラインドボア１７６と、外側環状ベアリングフランジ１７８とを有している。フランジ１７８は、環状制限フランジ１７２と環状ベアリングフランジ１７８との間に配置されたベアリングワッシャ１８０に係合している。
【００３１】
コンバータ１８２が、そのダウンホール端部において、モータ１３８の駆動シャフト１８４へ連結され、また、そのアップホール端部において親ねじ１７０へピン１８６によって結合されている。コンバータ１８２は支持スリーブ１６６のブッシュ１７４の内側で回転する。シール１９４がブッシュ１７４と親ねじ１７０との間に配置されている。
【００３２】
支持スリーブ１６６はフランジ端部１９０を有する。フランジ端部１９０は環状ショルダ１２１と係合している。圧力補償ピストン１９２が親ねじスリーブ１５２のまわりで、支持スリーブ１６６内に配置されている。シール１９６が親ねじスリーブ１５２と圧力補償ピストン１９２との間に配置されており、シール１９８がピストン１９２と支持スリーブ１６６との間に配置されている。
【００３３】
潤滑流体が、ボア１１４、親ねじスリーブ１５２及び中央アパーチャ１６８を含めたリリースアセンブリ１３０及び駆動トレイン１４０のまわりのスペースを満たしている。リリースアセンブリ１３０及び駆動トレイン１４０が移動するとき、潤滑流体は流れることができなければならず、リリースアセンブリ１３０又は駆動トレイン１４０の動きを阻害してはならない。従って、横アパーチャ１１６の中のリリースシャフト１３４のアップホール端部に隣接してアップホール圧力リリースポート２００が配置されており、中央のブラインドボア１７６の中にはダウンホール圧力リリースポート２０２が配置されている。
【００３４】
電気モータ１３８が、キャップスクリュ２０４によって、キャビティ１１０内のモータ１３８のダウンホールに配置された電子回路パッケージ２０８上に取り付けられたリテイナスリーブ２０６へ結合されている。電気モータ１３８は導体７６、７８を介して地表２１２へ連結されており、地表２１２から命令を与えられて時計方向又は反時計方向、すなわち、リリース方向又は連結方向へ回転される。リテイナ２１０はキャビティ１１０のダウンホール端部の中へねじ込まれており、モータ１３８及び電子回路パッケージ２０８を内側ハウジング９０のキャビティ１１０の中に取り付けている。オス型の電気コネクタ９６がリテイナ２１０の中を貫いていて、電子回路パッケージ２０８を内側ハウジング９０のダウンホール端部９４へねじ連結されたボトムホールアセンブリ２８へ連結している。図４に最もよく示されているように、ワイヤウェイ１０１が内側ハウジング９０の壁１２８の中を長手方向に延びていて、分離アセンブリ１０を介した地表２１２からボトムホールアセンブリ２８への電気接続を保っている。
【００３５】
動作時には、電気モータ１３８は地表２１２から駆動され、駆動シャフト１８４によって駆動トレイン１４０を回す。駆動トレイン１４０が回転すると、親ねじ１７０が親ねじスリーブ１５２の内側で回転する。電気モータ１３８の回転方向に応じて、連結部１３５がリリースシャフト１３４をモータ１３８に対して離接させるように往復運動させる。従って、地表からの命令があると、電気モータ１３８がリリースシャフト１３４を図３〜図５に示されている連結位置か、図６及び図７に示されている解放位置へと移動させる。
【００３６】
リリースシャフト１３４、ロッキングピン１３２、内側周辺溝９１、９３及び／又は外側周辺溝１５０のうちの一つ又は複数がロック２１４を有する。ロック２１４は、ＢＲＡコンポーネントの第２のグループへ連結された外側ハウジング９２を、ＢＲＡコンポーネントの第１のグループへ連結された内側ハウジング９０へ解放可能にロックすることができ、一方、連結部１４６はロック２１４を係合及び分離する手段として働く。
【００３７】
図３〜図５に示されている連結位置においては、ロッキングピン１３２は位置が揃っており、外側ハウジング９２の内側周辺溝９１、９３内に配置されていて、外側ハウジング９２と内側ハウジング９０との間の軸方向荷重を支えている。ロッキングピン１３２はリリースシャフト１３４によってロック位置に維持される。
【００３８】
図６は解放位置における分離アセンブリ１０を示している。地表からの命令によって、電気モータ１３８が駆動し、親ねじ１７０を駆動し、回転させる。親ねじ１７０がねじスリーブ１５２の内側で回転すると、連結部１３５を形成している親ねじ１７０と親ねじスリーブ１５２との間におけるねじ係合のために、リリースシャフト１３４が軸方向にダウンホールへ移動する。親ねじ１７０のスラストはベアリングフランジ１７８及びベアリングワッシャ１８０によって引き受けられる。前述したように、ガイドピン１４４及び長手方向に細長いスロット１４２は、シャフト１３４と内側ハウジング９０の間の相対的回転を防止し、リリースシャフト１３４を軸方向に動かすが、リリースシャフト１３４を回転させることはない。図６に示されているように、親ねじ１７０は、外側周辺溝１５０がロッキングピン１３２と位置が揃うように、リリースシャフト１３４を軸方向に移動させる。
【００３９】
さらに、図６を参照する。図には命令信号が電気モータ１３８へ送られて分離アセンブリ１０が外されたあとの解放位置の分離アセンブリ１０が示されている。モータ１３８の駆動は、好ましくは、コンポジットコイル状チューブストリング２６の壁の中を延びる導体７６、７８を介して、地表２１２から直接行われることが好ましい。例えば、オペレータは命令信号を電気モータ１３８へ送って、モータ１３８に分離アセンブリ１０を外させる。ダウンホールアセンブリ２４の中に複数の分離アセンブリ１０が設けられている場合には、各分離アセンブリ１０には固有の命令アドレスが割り当てられる。地表２１２からの命令には分離される分離アセンブリ１０の命令アドレスが含まれている。特定の分離アセンブリ１０のアドレスが命令信号に一致すると、分離アセンブリ１０の電気モータ１３８が駆動され、親ねじ１７０を回転させる。係合を外す命令に応じて、親ねじ１７０が電気モータ１３８によって駆動されると、親ねじ１７０が軸方向にリリースシャフト１３４を電気モータ１３８の方へ引っ張る。外側周辺溝１５０がいったんロッキングピン１３２と揃うと、図６の解放位置になり、ピン１３２は半径方向に外側周辺溝１５０の中へ移動可能になる。ピン１３２が内側周辺溝９１、９３から出て、外側周辺溝１５０の中へ移動したあと、分離アセンブリ１０は解放位置になり、外側ハウジング１５０は内側ハウジング９０から容易に分離され、穴から引き出される。一方、ＢＲＡの第１のグループを有する内側ハウジング９０はボアホールの中に留まる。
【００４０】
図７は分離位置にある外側ハウジング９２及び内側ハウジング９０を示している。図示されているように、ピン１３２は外側周辺溝１５０の中へ移動しており、外側ハウジング９２は内側ハウジング９０から分離されている。このとき、外側ハウジング９２はボアホールから外へ引き出すことができ、フィッシングネック１０６は、フィッシング作業のために、アップホールにさらされた状態になり、ボアホールの中にスタックしたＢＲＡの部分を回収できる。
【００４１】
分離アセンブリ１０が駆動され、解放位置に設置されたあと、場合によって、外側ハウジング９２は内側ハウジング９０から分離できないことがある。このことは、ダウンホールアセンブリ２６のスタックした箇所が分離アセンブリ１０よりもアップホールであることを示している。この発明によれば、命令信号を電気モータ１３８へ送って、親ねじ１７０を反対方向、すなわち、リリースシャフト１３４を軸方向に電気モータ１３８から離れる方へ押す方向へ回すことができる。次に、ロッキングピン１３２が半径方向外側へカム駆動されて外側端部１４８が内側周辺溝９１、９３へ係合するまで、リリースシャフト１３４が軸方向へ移動される。これによって、図３〜図５に示されているように、通常の作業用のツールがロックされる。オペレータは駆動したばかりの分離アセンブリの上方において別の分離アセンブリ１０を駆動して、もっとアップホールでの解放作業を試みることができる。
【００４２】
この発明の実施形態を示して説明してきたが、この発明の精神又は教示から逸脱することなく、当該分野の技術者によってその修正を行うことが可能である。ここで説明された実施形態は単なる例であり、発明を制限するものではない。このシステム及び装置の多くの変形及び修正がこの発明の範囲内である。従って、保護の範囲はここで説明された実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。保護の範囲には特許請求の範囲の主題の等価物すべてが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】ダウンホールアセンブリを有する井戸の例を示す略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されているボトムホールアセンブリの拡大図である。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂのコンポジットコイル状チューブの断面図であり、チューブの壁の中の導体を示す図である。
【図３】連結された状態にあるこの発明による分離アセンブリの実施形態の縦断面図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】図３に示されている分離アセンブリの一部の拡大図である。
【図５Ａ】図５に示されているユニバーサルジョイントの拡大分解図である。
【図５Ｂ】図５及び図５Ａに示されているユニバーサルジョイントの拡大図である。
【図６】解放された状態にある図３〜図５の分離アセンブリの縦断面図である。
【図７】連結された状態にある図３〜図５の分離アセンブリの縦断面図である。
【図１Ａ】
2005511929.tif 000003
【図１Ｂ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
2005511929.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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