(57)【要約】  拡張型ねじ式接続部とその製造方法  拡張型ねじ式接続部は、第１と第２のねじ領域（２１、２２）と、突出隣接面（４１ａ）を含む第１環状トング（４１）と第１凹面（４３）を備える挿入領域（２５）と、を備える雄型端部（１）を備える第１管状コンポーネント；第３と第４のねじ領域（２３、２４）と、突出隣接面（４２ａ）を含む第２環状トング（４２）と第２凹面（４４）を備える挿入領域（２６）と、を備える雌型端部（２）を備える第２管状コンポーネント；第１と第２のトング（４１、４２）は各々、組立状態で第２と第１の凹面（４４、４３）に係合すること、少なくとも一方のトングの隣接面が少なくとも１の凹面と接触すること、雄型端部（１）は第１ねじ領域と第１トングとの間に第１表面（４７）を備えること及び雌型端部は第３ねじ領域と第２凹面との間に第２表面（４８）を備えること；及び前記第１と第２の表面（４７、４８）は、組立状態で大きな半径寸法領域（４９）と小さな半径寸法領域（５０）を備える環状空間を画定し、この管状空間が、拡張後にメタル-メタル接触封止（６０）を形成すること及び第１トング（４１）が第２トング（４２）と連関すること、を備える。【選択図】図１
2013519854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素坑井の探査又は開発で用いられる拡張型ねじ式接続部であって、前記接続部は、外周面上に配置される第１と第２のねじ領域（２１、２２）と、前記第１と第２のねじ領域（２１、２２）との間に設けられた挿入領域（２５）とを備える雄型端部（１）を備え、前記挿入領域（２５）が突出隣接面（４１ａ）を備える第１環状トング（４１）と前記第１トングに隣接し、かつ、前記トングから後退した第１凹面（４３）とを備える第１管状コンポーネントと；内周表面上に配置される第３と第４のねじ領域（２３，２４）と、前記第３と第４のねじ領域（２３，２４）との間に設けられた挿入領域（２６）とを備える雌型端部（２）を備え、前記挿入領域（２６）は突出隣接面（４２ａ）を備える第２環状トング（４２）と前記第２トングに隣接し、かつ、前記トングから後退した第２凹面（４４）とを備える第２管状コンポーネント；前記雄型端部の前記第１と第２のねじ領域は、前記雌型端部の第３と第４のねじ領域と一致して互いに組み合わさり、ねじ領域（２１、２２、２３、２４）は各々雄型と雌型のねじ山を備え；第１と第２のトング（４１、４２）は組立状態で第２と第１の凹面（４４、４３）に係合され、前記第１と第２のトングの少なくとも１の隣接面は前記第１又は第２の凹面と各々接触し、雄型端部（１）は前記第１ねじ領域と前記第１トングとの間に第１表面（４７）を備え、及び、前記雌型端部は前記第３ねじ領域と前記第２凹面との間に第２表面（４８）を備え；ここで、前記第１と第２の表面（４７、４８）は、組立状態で前記第１と第３ねじの領域側の半径が大きい領域（４９）及び前記第１トングと第２凹面側の半径が小さい領域（５０）を備える環状空間を画定し、前記半径が小さい領域は拡張後にメタル-メタル封止（６０）を形成でき、そして、前記第１トング（４１）は前記第２トング（４２）と連関することを特徴とする、前記拡張型ねじ式接続部。
【請求項２】
前記第１トング（４１）と前記第１凹面（４３）との間に配置される雄型端部の表面及び前記第２トング（４２）と前記第２凹面（４４）との間に配置される雌型端部の表面は、組立状態で接触することを特徴とする、請求項１記載のねじ式接続部。
【請求項３】
前記雄型端部（１）の前記第１表面（４７）は、最大直径がその長さの１／３〜２／３の間に位置することを特徴とする、請求項１又は２記載のねじ式接続部。
【請求項４】
前記第１トング（４１）に近接する前記雄型端部（１）の第１表面の直径は、前記第１ねじ領域（２１）に近接するその直径よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項５】
前記メタル-メタル接触封止は、雄型端部の第１トングに近接する突出部分により形成されることを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項６】
前記第１と第３ねじの領域側の半径が大きい領域（４９）は、先細り内部表面と円弧状外部表面との間、円弧状の内部表面と先細り外部表面との間、又は２つの円弧状の表面間の間に画定されることを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項７】
前記第１トングと第２凹面側の半径が小さい領域（５０）の半径はゼロ寸法であることを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項８】
雄型端部（１）の第１表面（４７）及び／又は雌型端部（２）の第２表面（４８）には、第１ねじ領域に近接した環状溝（４７ｅ、４８ｃ）があることを特徴とする、請求項１〜７いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項９】
前記溝（４７ｅ、４８ｃ）の深さは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６％から１３％の範囲であることを特徴とする、請求項８記載のねじ式接続部。
【請求項１０】
前記第１と第３のねじの領域（２１、２３）及び／又は第２と第４のねじ領域（２２，２４）は、半径方向へ自動掛止するねじ山、好ましくは蟻継ぎ形状の自動掛止するねじ山を備えることを特徴とする、請求項１〜９いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項１１】
前記雄型端部（１）の第１表面（４７）の長さは管状コンポーネントの通常部分の厚みの１５０％から１７５％の範囲であり、雌型端部（２）の第２表面（４８）の長さは管状コンポーネントの通常部分の厚みの１４５％から１７０％の範囲であり、かつ、第２凹面（４４）の長さは管状コンポーネントの通常部分の厚みの１６％から２４％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１０いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項１２】
半径が大きい環状空間の領域における雄型端部（１）の厚みは管状コンポーネントの通常部分の厚みの６６％から７６％の範囲であり、半径が小さい環状空間の領域における雄型端部（１）の厚みは管状コンポーネントの通常部分の厚みの７５％から８５％の範囲であり、かつ、半径が大きい環状空間の領域における雌型端部（２）の厚みは管状コンポーネントの通常部分の厚みの４５％から５５％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１１いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項１３】
前記第１トングと前記第２ねじ領域との間の雄型端部（１）の厚みは管状コンポーネントの通常部分の厚みの５０％から５５％の範囲であり、かつ、前記第２トングと前記第４ねじ領域との間の雌型端部（２）の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６２％から７６％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１２いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項１４】
前記第１トング（４１）と前記第１凹面（４３）の半径は管状コンポーネントの通常部分の厚みの２２％から２７％の範囲であり、前記第２トング（４２）の半径は管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲であり、かつ、第２凹面（４４）の半径は管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１３いずれか１項記載のねじ式接続部。
【請求項１５】
請求項１〜１４いずれか１項記載のねじ式接続部から開始する、緊密ねじ式接続部を製造する方法であって、前記ねじ式接続部は、軸方向に移動する拡張ボールを用いて塑性変形範囲内で直径方向に拡張されるが、ここで当該ボールの直径は前記接続部で軸方向に移動する管状コンポーネントの内径よりも長く；前記環状空間は、前記第１表面が直径方向へ拡張する間に前記第２表面へ半径が移動するような大きさであるが、ここで、前記拡張は前記第１と第２の表面が半径方向へ干渉してメタル-メタル封止を形成すると共に半径が大きい環状空間の領域が存在するように拡張する；ことを特徴とする、前記方法。
【請求項１６】
前記第１表面は前記第１トングの方向へ軸方向が移動し、前記第１トングは、前記第１トングの内表面と前記第２トングの外表面とが半径方向へ干渉してメタル-メタル封止を形成するように、第２トングの方向へ傾倒されることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
拡張の程度が１５％より高い、好ましくは２０％より高いことを特徴とする、請求項１５又は１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、炭化水素等の坑井、例えば地熱井に用いられる、管状コンポーネントの緊密接続部の分野に関する。当該接続部は掘削又は作業中に高い圧縮応力及び引張応力を受けるが壊れてはならない。また、接続部は、内部又は外部の流体圧応力及び曲げやねじり荷重又はこれらの組み合わせを受けるが、強度が変動したり、頻度も変化したりする。緊密性は、負荷や過酷な現場の条件にかかわらず確保されなければならない。
【背景技術】
【０００２】
長年、管はそのままで永久塑性変形を起こすように直径方向に拡張されてきた。接続部は、当該接続部が管と共に直径方向に拡張されて塑性変形しても動作を続けなければならない。塑性が直径に拡張した後、ねじ式接続部は、当該接続部が評価される本質的な特性を維持しながら、外部または内部の加圧の存在に関係なく、特に機械的張力／圧縮挙動並びに緊密性を保つことが望まれる。
【０００３】
出願人の特許文献１は、「Ｓ」字の上部と下部の半径方向にある隙間Ｓ形状プロファイルと凹面内で各々係合する２つのトングを備える接続部を提案する。組立終期では、トングの実質的な半径方向表面と実質的な円筒状表面の間が接触して、前記の実質的な円筒状表面間が互いに向き合う。直径方向に拡張中、トングの一方は他方に対して傾倒して、接続部の緊密性が補強される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＦＲ２８３４３２６
【特許文献２】ＦＲ１４８９０１３
【特許文献３】ＥＰ４８８９１２
【特許文献４】ＵＳ４４９４７７７
【特許文献５】ＷＯ９３／２５７９９
【特許文献６】ＷＯ９８／００６２６
【特許文献７】ＷＯ９９／０６６７０
【特許文献８】ＷＯ９９／３５３６８
【特許文献９】ＷＯ００／６１９１５
【特許文献１０】ＧＢ２３４４６０６
【特許文献１１】ＧＢ２３４８６５７
【特許文献１２】ＵＳ５９２４７４５
【特許文献１３】ＷＯ９８／４２９４７
【特許文献１４】ＷＯ２００５／０６４２１９
【特許文献１５】ＵＳ６４０９１７５
【特許文献１６】ＵＳ２００６／１６２９３７
【特許文献１７】ＵＳ２００７／１０２９７
【特許文献１８】ＷＯ２００６／４７６８５
【特許文献１９】ＷＯ２００７／１６０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は当該状態を改良したもので、拡張作用が高い場合（特に、１５％を超える場合）、実際には、圧縮拡張作用の緊密性が改良された。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
拡張型ねじ式接続部は、炭化水素坑井や地熱井の探査や開発で用いられてよい。拡張型接続部は、外周表面に配置される第１と第２のねじ領域と、第１と第２のねじ領域との間に設けられる挿入領域とを含む雄型端部を備える第１管状コンポーネントを備える。挿入領域は、突出隣接面を備える第１環状トングと前記第１トングに隣接しかつ、それから後退した第１凹面とを備える。
【０００７】
拡張型ねじ式接続部は、内周表面上に配置される第３と第４のねじ領域と、前記第３と第４のねじ領域との間に設けられる挿入領域とを含む雌型端部を備える第２管状コンポーネントを備える。挿入領域は、突出隣接面を備える第２環状トングと前記第２トングに隣接し、かつ、それから後退した第２凹面とを備える。雄型端部の第１と第２のねじ領域は、雌型端部と組み立てるため、雌型端部の第３と第４のねじ領域と一致する。当該ねじ領域は各々雄型と雌型のねじ山を備える。第１と第２のトングは組立状態で第１と第２の凹面に各々係合し、第１と第２のトングの少なくとも１の隣接面は少なくとも第２又は第１の凹面と接触する。雄型端部は第１ねじ領域と第１トングとの間に第１表面を備え、雌型端部は第３ねじ領域と第２凹面との間に第２表面を備える。前記第１と第２の表面は、組立状態で第１と第３ねじの領域側に半径が大きい領域と第１トングと第２凹面側に半径が小さい領域を備える環状空間を画定する。半径が小さい領域は、拡張後のメタル-メタル接触による封止を形成しうる。第１トングは第２トングと連関する。
【０００８】
半径が大きい領域は、前記トング間のメタル-メタル封止を接触させるため、拡張中に雄型端部の変形を促進し、第１トングの第２トングへの傾倒を促進する。半径が小さい領域は、直径の拡張の開始から第１と第２の表面の間にメタル-メタル封止を形成することができる。
【０００９】
１の実施の形態では、第１トングと第１凹面との間に配置される雄型端部の表面と、第２トングと第２凹面との間に配置される雌型端部の表面とは、組立状態で接触する。前記表面の軸方向の長さは、前記第１と第２の表面の軸方向長さと比べると比較的短い。
【００１０】
１の実施の形態では、雄型端部の第１表面は突出する。雄型端部の第１表面は、軸部分で第１ねじ領域に近接する凹部と第１トングに近接する凸部を備えてよい。
【００１１】
１の実施の形態では、雄型端部の第１表面の最大直径は、第１ねじ領域から当該長さの１／３と２／３の間、好ましくは、１／２と２／３の間に位置する。
【００１２】
１の実施の形態では、第１トングに近接する雄型端部の第１表面の直径は、第１ねじ領域に近接するその直径より長い。
【００１３】
１の実施の形態では、メタル-メタル接触封止は、雄型端部の第１トングに近接する突出部分により形成される。先細り部分は雌型端部の第２凹面に近接して設けられてよい。
【００１４】
１の実施の形態では、雄型端部の第１表面は第１トングの近くで先細りになる。雌型端部の第２表面は第２凹面の近くで先細りになってよい。
【００１５】
１の実施の形態では、第１と第３のねじ領域側の半径が大きい領域は、内部先細り表面と円弧状の外部表面との間に画定される。
【００１６】
他の実施の形態では、半径が大きい前記領域は、円弧状の内部表面と先細りの外部表面との間に画定される。他の実施の形態では、半径が大きい前記領域は、円弧状の２つの表面の間に画定される。
【００１７】
１の実施の形態では、第１トング側と第２凹面側の半径が小さい領域の半径はゼロ寸法である。場合によっては、干渉部が設けられる。つまり、組立中に雄型端部と雌型端部との間が接触する。初めから直径拡張により、雄型端部の第１表面と雌型端部の第２表面との間のメタル-メタル封止が形成される。
【００１８】
他の実施の形態では、第１トングと第２凹面側の半径が小さい領域は半径方向に非ゼロ寸法である。組立ては容易である。
【００１９】
他の実施の形態では、雄型端部の第１表面には第１ねじ領域に近接する環状溝がある。第１ねじ領域に近接する雌型端部の第２表面には、例えば、第３ねじ領域の延長部に環状溝又は単純で安価な機械加工形状があってよい。雄型端部の第１表面から設けられる環状溝は、第１トングの直径拡張と傾倒を促進する。
【００２０】
他の実施の形態では、雌型端部の第２表面には第３ねじ領域に近接する環状溝があり、かつ、雄型端部の第１表面、例えば、第１ねじ領域の延長部は単純な形状でよい。
【００２１】
前記溝の深さは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６％から１３％の範囲にあってよい。用語「管状コンポーネントの通常部分」は、２つの端部間、例えば、雄型端部と雌型端部との間に位置する領域を意味する。
【００２２】
１の実施の形態では、第１と第３のねじの領域及び／又は第２と第４のねじ領域は、組立状態で、スタビングフランクと負荷フランクの両方に干渉するねじ山を備える。しかしながら、組み立てを促進するために、スタビングフランクに隙間を設けることが有利である。
【００２３】
１の実施の形態では、第１と第３のねじ領域及び／又は第２と第４のねじ領域は、半径方向自動掛止めねじ山を備える。半径方向自動掛止めねじ山は、負角のフック及び／又はフランクを含んでよい。半径方向自動掛止めねじ山は蟻継ぎの形態であってよい。ねじ山の形状は、結合解除や飛び出しを防ぐように選択される。
【００２４】
１の実施の形態では、雄型端部の第１表面の長さは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの１５０％から１７５％の範囲にある。
【００２５】
１の実施の形態では、雌型端部の第２表面の長さは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの１４５％から１７０％の範囲にある。
【００２６】
１の実施の形態では、第２凹面の長さは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの１６％から２４％の範囲にある。
【００２７】
１の実施の形態では、半径が大きい環状空間の領域での雄型端部の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６６％から７６％の範囲にある。
【００２８】
１の実施の形態では、半径が小さい環状空間の領域での雄型端部の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの５０％から８５％の範囲にある。
【００２９】
１の実施の形態では、半径が大きい環状空間の領域での雌型端部の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの４５％から５５％の範囲にある。
【００３０】
１の実施の形態では、第１トングと第３ねじ領域との間の雄型端部の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの５０％から５５％の範囲にある。
【００３１】
１の実施の形態では、第２トングと第４ねじ領域との間の雌型端部の厚みは、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６２％から６６％の範囲にある。
【００３２】
１の実施の形態では、第１トングと第１凹面の半径寸法は、管状コンポーネントの通常部分の厚みの２２％から２７％の範囲にある。
【００３３】
１の実施の形態では、第２トングの半径寸法は、管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲にある。
【００３４】
１の実施の形態では、第２凹面の半径寸法は、管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲にある。
【００３５】
１の実施の形態では、第１と第２トングの軸方向断面は概して矩形である。
【００３６】
１の実施の形態では、半径が大きい環状空間の領域と半径が小さい領域は連続する。
【００３７】
また、本発明は、前記のねじ式接続部から開始する緊密ねじ式接続部を製造するための方法に関する。前記ねじ式接続部は、管状コンポーネントの内径よりも直径が長い拡張ボールを用いて、塑性変形範囲内で直径が拡張される。当該拡張ボールは前記接続部で軸方向に移動する。前記環状空間は、前記第１と第２の表面が半径方向に干渉して、メタル-メタル封止を形成すると共に半径が大きい環状空間の領域が存続するように、直径拡張で、第１表面が第２表面に向かって軸方向に移動するような寸法にされる。また、前記環状空間は、雄型要素を保ちつつ、雌型要素の変形中に沈下が生じるという事実に起因して第１表面が半径方向に移動するような寸法となる。
【００３８】
１の実施の形態では、第１表面は、第１トングの方向へ軸方向に移動する。第１トングは、第１トングの内部表面と第２トングの外部表面とが半径方向に干渉して、メタル-メタル封止を形成するように、第２トングの方向へ傾倒される。それにより、２つの軸方向へ離間したメタル-メタル封止が得られる。
【００３９】
１の実施の形態では、拡張の程度は１５％を超え、好ましくは、２０％を越える。
【００４０】
本発明の他の特徴と利点は、以下の記載と添付の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】組立状態及び拡張状態で第１のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図２】組立状態及び拡張状態で第１のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図３】第１のねじ式接続部の雌型端部の詳細図である。
【図４】第１のねじ式接続部の雄型端部の詳細図である。
【図５】組立状態及び拡張状態で第２のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図６】組立状態及び拡張状態で第２のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図７】組立状態及び拡張状態で第３のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図８】組立状態及び拡張状態で第３のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図９】組立状態及び拡張状態で第４のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図１０】組立状態及び拡張状態で第４のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図１１】組立状態及び拡張状態で第５のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図１２】組立状態及び拡張状態で第５のねじ式接続部の長手方向断面を線図で示す。
【図１３】蟻継ぎねじ山の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
添付の図面は本発明を完成するのに役立つのみならず、必要に応じて発明を定義するのに寄与する。本発明は、本発明を制限せずに記載された管接続部の例示に制限されず、当業者により予測されうるあらゆる変形を含む。
【００４３】
炭化水素用坑井や地熱坑井を掘削することを考察する。従来、坑井の上部は、例えば、約５００ｍｍの大直径ツールを用いて深さ数１０メートルで比較的浅く穿孔し、当該直径の管状ストリングを用いてケーシングされる。そして、穿孔穴の直径は坑底に向かって段階的に短くなり、非常に短い直径で穿孔されてよく、上記例では約１５０ｍｍである。当該坑井はいくつかの同軸の管状ストリングを用いてケーシングされ、各管状ストリングは対応する直径の穿孔が終わると下降され、環状ストリングはすべて表面から垂下され；最大直径の管は表面から数１０メートルの深さまで延出し、最小直径の管は表面から数千メートルの深さであってよい坑底まで延出する。ケーシング管と地面との間の空間は、例えば、セメントで固められる。
【００４４】
坑井が完全に穿孔されケーシングされた後、生産用の管状ストリングが、特に、炭化水素を表面へ上げるため、即ち、坑井での実際の稼動で、下降される。この配管ストリングの外径は、ケーシングされるストリングの内径よりもわずかに短いことが理解されるであろう。従って、坑井の設備を整えることは、このタイプの接続部の利点のために、種々の長さの直径の管が多数、通常、ねじ式接続部を用いて端部間が接続されることを意味する。当該管は、ケーシング管が表面近くで大きくなり過ぎないようにできるだけ薄いことが求められる。しかしながら、ねじ式接続部に適用される要求と仕様が満たされると、管の通常部分の厚みに比較して厚いねじ式接続部となり；これは、同軸のストリング間の直径が坑井の深さにより長くなければならないことを意味する。
【００４５】
管は、管のねじ末端を一方から他方へ組み立てること（一体接続部）により又は当該端部を覆うねじカップリングにより共に接続される。当該管は、先行する管の端部又はカップリングへの組立後、連続的に差し込まれる。
【００４６】
米国石油協会（ＡＰＩ）仕様のＡＰＩ５ＣＴは、２つの非常に長い管の間のねじ式接続部（一体接合配管、エクストリームラインケージング）及びカップリングを使用する２つの非常に長い管の組立ての２つのねじ式接続部を備える、ねじ連結接続部を定義する。当該ＡＰＩ接続部は、ねじ山間の隙間を満たす金属粒子が充填されたグリースが適用されてはじめて緊密になりうる。
【００４７】
明らかに、管間（又は管とカップリングとの間）の接続部は、各接続部がその下に位置する管を少なくとも部分的に支持するため、管が坑井の中に入り込む場合に管が受ける荷重及び広い範囲の支持体の重量にかかわらず、緊密でなければならない。また、ねじ式接続部の機械的性能は当該幾何学的特性に緊密に連関する。
【００４８】
ねじ式接続部で、張力下での接続部の「効率」が定義され、それは、ねじ部領域での管の横断面と管の長手での管の横断面との間の比率により決定される。単一のねじ部がある接続部の場合、当該効率は、先細りのねじ部と逃げねじ山の連結接続部では１００％である。対照的に、カップリングの外径が管の外径よりも長い場合は比較的厚い。一体接続部は、管の端部が鍛造によりかなり厚くなる場合に１００％の効率を達成できるに過ぎない。２ステップの円筒形ねじ部は、等価嵩に対してあまり効率的ではなく、逃げねじ山がある先細りのねじ部よりも位置決め及び組立に時間がかかる。
【００４９】
対照的に、管に作用する内部又は外部の流体圧力が過剰になると、ねじ部間が外れうる。この現象は、用いられるねじ部の形状に部分的にリンクする。ねじ部は、傾斜フランクと丸いクレストがある概して三角形状のねじ部又は傾斜した非対称フランクと切頭クレストがある台形ねじ部である。丸い三角形ねじ山があるねじ部では半径方向の力が大きく、このタイプのねじ部でねじ山の磨耗と離脱がおこる。
【００５０】
そうであっても、用いられるねじ部のタイプに関係なく、粒子が充填されたグリースを用いるにもかかわらず、接触していない表面間の隙間のために高圧の流体が移動しうる漏れチャネルが常にある。所定の引張荷重に対して流体圧の閾値があり、その閾値を越えると、張力と圧力が組合わさって、ＡＰＩねじ式接続部で、接触する雄型部と雌型部のねじ部間がかい離される。
【００５１】
ねじ式接続部はこの状態を回避するように改良されている：例えば、特許文献２〜４の特許は、適切に配置されたメタル-メタルシーリング表面と雄型要素と雌型要素との間の隣接のため、特に緊密な高品質の管状ねじ式接続部を生成することを意図する。
【００５２】
これは、互いに干渉接触する２つの先細りシーリング表面により達成されることができ、雄型シーリング表面は雄型のねじ部を越えて外部に配置され、雌型シーリング表面は雌型要素上に対応して配置されている。横隣接は、シーリング表面を位置決めし当該効果を強めることを共に行うために用いられる。しかしながら、依然として先細り支持表面間が、外圧の影響で分離する危険があり、また管を坑井に搬入する場合又は稼働中に印加される圧縮と引張荷重で表面間が悪化したり、分離したりするリスクがある。
【００５３】
管状ストリングを坑井の中に入れた後、管状ストリングを永久塑性変形で直径拡張させることが意図される。これは、例えば、ストリングの内部に力を加えるボールを用いて行われる：特許文献５〜１１を参照。これは、多くの潜在的利点がある：
・低嵩ストリングが、中に入れられて、そして、強制的に拡張されることができ；
・このように、ケース形成ストリングが、所定位置に置かれることができ；
・同様に、腐食や掘削パイプの摩擦によりおこるケーシングや管状ストリングの穴を塞ぐことができ、又は低嵩管が、坑井の中に入れられ、そして、所定位置において一回で望ましい直径に拡大される；
・最終的かつ、特に、直径が均一な坑井が、最低２つの連続するケーシングストリングにわたって穿孔されうる。ケーシングは、全てが同じ直径の管のストリングのいくつかにより生産され、管は、非拡張状態で導入されて、現場で坑井の直径まで拡張される。
【００５４】
そして、直径が長い管とより厚みがある管で分散して坑井を装備するのに必要な管の数を実質的に減らすことができる。その結果、坑井のコストが下がる。掘削パイプストリングとして作用するケーシングストリングで直接に坑井を穿孔することもできる。しかしながら、拡張後も性能を維持するねじ式接続部を生産することは非常に困難であるが、それは、ねじ式接続部が、作動状態でも信頼でき（全ての接続部が持ちこたえなければならず）かつ、安定していなければならないからである。
【００５５】
特許文献１２及び１３は、拡張を受けるためのねじ式接続部を記載する。しかしながら、当該発明は、長手方向貫通スロットを備えるＥＳＴ（拡張型スロット付き配管）コンポーネントとして知られる接続部コンポーネントに関連し、そこでは、当該コンポーネントは、（拡張マンドレルを前記管に通過させることにより）炭化水素坑井の底で直径拡張され；拡大されると、スロットは、コンポーネントの外部の流体（坑井からの炭化水素）がコンポーネントに入り表面に上げられることができる。この場合、明らかに接続部の封止は重要でなく、かつ、封止は坑底にあるので高い機械的荷重を受けない。本発明は、それ自体が封止され、設計で当該タイプの透過性のコンポーネントを使用しない管に関する。
【００５６】
管状ストリングの塑性拡張に対する第１の提案は、溶接接続部（溶接により事前に隣接される管のロールであって、表面から巻き出される）又はスリップ接続部（複数のスリップ）に基づいていた。しかしながら、当該接続部は、特に、変化する稼動状態下での機械的強度と靭性の組合せ、及び何度もの分解／組立が行われる可能性に関してはねじ式接続部としての性能はない。
【００５７】
特許文献４のねじ式管状接続部のような従来のねじ式管状接続部では、塑性直径拡張ができない。当該接続部が拡張されると、以下のことが観察される：
・（油圧でストリングを貫通するようにボールを押し込み拡張を防止する）封止の欠如；
・動作内径により画定される空間内に内部凹所を形成してストリングの動作内径を大きく、かつ、容認できない程度に減らす接続部の内向きの雄型端部のたわみ；
・恐らく、管厚に比較して雄型と雌型の要素に伴う厚みの変動による、幾つかの特定の応力印加領域において変形容量を超えることによる雄型端部のリップ部の破裂。
【００５８】
それ自体が封止された構造があり、かつ、拡張後に望ましい動作容量を有するコンポーネントを接続する意図がある緊密ねじ式接続部を提供することが求められている。求められた封止ねじ式接続部は、ねじ山間の離脱のリスクから適切に保護されるべきである。
【００５９】
特許文献１４は雌型端部の凹部へ入るリップ部を備える雄型端部を提案し、この雄型端部は拡張中に雌型端部の溝に入りかつ、そこで部分的に突出する。雌型端部のリップ部は、直径の拡張に起因する軸方向変位により前記リップ部間が接触しないことを避けるために十分に長く、かつ、雄型端部のリップ部により印加される力に抵抗するために特に強固でなければならない。さらに、ねじ山間の解離のリスクがなお存在する。さらにまた、当該タイプの接続部の張力下での効率は、当該接続部の機械的な性能を制限する雌型要素の小さな危険域のために、実質的に低くなる。同時に、拡張の程度が大きいために、内部支持表面での雄型要素と雌型要素との間の相対変位は、接触の欠如と溝からのリップ部の解離の原因となりうる。
【００６０】
特許文献１５は、雄型端部の終端表面に近接する補充シーリング要素を追加することを提案する。シーリング要素に必要な凹部は、危険域を減らして雄型端部を脆弱化する。ねじ山間の解離と雄型端部と雌型端部相互の軸方向変位のリスクは変わらない。
【００６１】
特許文献１６は、外部から接続部へ加えられたスリーブを記載する。当該スリーブには厚みが加わり、その結果、有効な直径が低下する。スリーブでは拡張がより困難となり、さらに拡張圧力をかけなければならなくなるが、それは望ましくない。
【００６２】
特許文献１７は特許文献１と類似する。雌型端部の危険域は比較的小さい。
【００６３】
特許文献１８は、長さが漸進的に増加して組立状態でフランク間の隙間がゼロ寸法となるようなねじ山を有する拡張型ねじ式接続部を記載する。ねじの谷とねじ山の頂との間に半径方向の隙間が存在し、封止が不完全となる。さらに、拡張には、拡張前に接触したねじ山のフランク間の軸方向隙間が再形成されるリスクがある。このように、漏えいのリスクが顕著である。
【００６４】
特許文献１９は、２つのねじ部間のメタル-メタル接触封止を提案する。ねじ山の軸方向長は、組立終期にフランク間の隙間がゼロ寸法であり漸進的である。当該タイプの接触は、直径拡張が高いとほとんど抵抗できない。雄型と雌型の端部は分離しやすく、それにより、特に、弾性、差分塑性変形と残留応力のために半径方向の空間が形成される。さらに、当該タイプの接続部は、直径拡張を行う条件に感受性が高い。
【００６５】
図１では、接続部は、第１管１１の端部に配置される雄型のねじ要素すなわち端部１を備える。雄型端部１は、組立により第２管１２の端部に配置される雌型要素すなわち端部２に隣接する。ここで、雄型ねじ末端の内径は管１１、１２の内径と等しい。雌型ねじ末端２の外径は管１１、１２の外径と等しいが、これは一例にすぎない。図１では、接続部は、直径拡張動作前の、隣接するように組立てられた状態で示される。図２では、接続部は拡張された状態で示される。示される第２管１２の管は非常に長い。図示しないが、当該第２管は、半径方向平面で対照的であってもなくてもよく、かつ、他の非常に長い管の端部に位置する雄型要素に組立てられる、一方の側に雌型端部２を、他方の側に雌型端部を備えるカップリングであってよい。
【００６６】
雄型端部１は、リップ部／溝領域に近接する先細り部分がある概して円筒状の穿孔１ａを備える。雄型端部１は終端表面１ｂであり、この場合は実質的に放射状である。雄型端部１の終端表面１ｂは雌型端部２から軸方向へ離間する。雄型端部１は、外周表面上に配置される第１ねじ領域２１と外周表面上に配置された直径がより短い第２ねじ領域２２を含む。対応して、雌型端部２は、第１ねじ領域２１と一致する第３ねじ領域２３と第２ねじ領域２２と一致する第４ねじ領域２４を含む。組立状態で、第１と第３ねじの領域２１と２３が係合し、第２と第４のねじ領域２２と２４が係合する。ねじ領域２１、２２、２３、２４は各々ねじ山を備える。
【００６７】
示した実施の形態では、ねじ山は、ねじ山の飛出しを防ぐために負角で半径方向に自動掛止する：図１３も参照のこと。すなわち、ねじ山の少なくとも一部は、ねじ山の谷底よりもねじ山の頂点に近接する幅広の歯がある。
【００６８】
図１３は、組立状態で対応する頂点に関して鋭角を形成するスタビングフランクと荷重フランクがある蟻継ぎ形態のねじ山を示す。より具体的には、ねじ領域２１の歯３１には、形状が実質的に円筒状の頂点３１ａ、荷重フランク３１ｂ及びスタビングフランク３１ｃがある。歯３１は谷底部３３と３５に囲まれる。歯３１は、組立状態で、ねじ領域２３に係合する、より正確には、歯３２と３４との間の谷底部３６に突出する。歯３１の頂点３１ａは、谷底部３６の底に接触する。雌型ねじ領域２２の歯３２、３４は、各々、雄型ねじ領域２１の対応する谷底部３３と３５からわずかに半径方向に離れた頂点３２ａ、３４ａを備える。ねじ領域２１と２３は、先細りである。谷底部３３の直径は谷底部３５の直径よりも長い。歯３４の直径は歯３２の直径よりも長い。
【００６９】
歯３１の荷重フランク３１ｂと歯３４の荷重フランク３４ｂは相互に接触する。歯３１のスタビングフランク３１ｃと歯３２のスタビングフランク３２ｃは、軸方向にわずかに離間する。しかしながら、変形例としては、ねじ部はスタビングフランクにおいて干渉するタイプでよい。この場合、スタビングフランク３１ｃと３２ｃは組立状態で接触する。
【００７０】
図１と２をここで参照し、組立かつ拡張状態で、雄型端部１の第２ねじ領域２２は、終端表面１ｂへ近接するように延長されてよく、円筒状又はわずかに先細った表面でそれから離れてもよい。ねじ領域２１と２２との間に、雄型端部１は、第３と第４のねじ領域２３と２４の間に雌型端部２に設けられた雌型挿入領域２６と接触する雄型挿入領域２５を備える。雄型端部１は、第１ねじ領域２１をこえて第１管１１の方向へ、例えば、先細状の肩部２７を備え、それに第２肩部２９を介して第１管１１の外表面へ接続する実質的に先細り状のシーリング部２８が続く。雌型端部２は、回転外表面２ａと組立状態で肩部２９から離間する、当該例では丸形終端表面２ｂを備える。雌型端部２は、終端表面２ｂと第３ねじ領域２３との間に、拡張状態かつ可能であれば組立状態で先細りの表面２８と接触する内表面２ｃを備える。終端表面２ｂに近接する内表面２ｃは円筒形であり、好ましくは、例えば、円弧形で突出してよい。
【００７１】
内表面２ｃは、組立及び拡張状態で、直接的に、又は、雄型端部１の肩部２７に実質的に面する凹領域２ｄを介して、雌型端部２の第３ねじ領域２３に連結しうる。凹面２ｄは、内表面２ｃと先細り表面２８との間の拡張後の接触を保ちつつ、かつ、終端表面２ｃが半径方向へ持ち上がるのを防ぐような柔軟性を備える。
【００７２】
雄型と雌型の挿入領域２５と２６は、より詳しくは図３と４で理解できる。雄型挿入領域２５は第１トング４１を備える。雌型挿入領域２６は第２トング４２を備える。トング４１と４２は環状である。トング４１、４２は各々隣接のための突出面４１ａ、４２ａを形成する自由端を備える。各トング４１、４２は、円筒形又はわずかに先細りの小径表面４１ｂ、４２ｃと、円筒形又はわずかに先細りの大径表面４１ｃ、４２ｂを備える。大径表面４１ｃは、雄型挿入領域２５の第１大径表面４７と正接する。
【００７３】
雄型又は雌型の挿入領域２５と２６は、各々第１トング４１及び第２トング４２に隣接して、第１凹面４３又はリベート及び第２凹面又はリベート４４を含む。第１トング４１の小径表面４１ｂは、第１凹面４３を画定してその外壁を形成する。ここで、凹面４３の小径壁は前記第１凹面４３内で第２ねじ領域２２まで延出する実質的に円筒形表面４５により形成される。凹面４３の底は放射状である。第２トング４２の大径表面４２ｂは、第２凹面４４の半径方向に最内部を備え、それにより、小径壁を形成する。第２凹面４４の大径壁は、局所的にわずかに先細り又は丸型である、雌型挿入領域２６の第２表面４８により形成される。第２凹面４４の底は実質的に放射状である。雌型挿入領域２６は、第２トング４２の小径表面４２ｃに正接し、かつ、雌型端部２の前記第２トング４２と第４ねじ領域２４との間に延出する表面４６がある。組立状態で、雄型挿入領域２５の表面４５と雌型挿入領域２６の表面４６は、軸方向へ同じレベルで配置され、かつ、互いに接触してもよく、若しくは、互いにわずかに半径方向の隙間だけ離れてもよい。
【００７４】
一般的に、第１トング４１と第１凹面４３はＳ形状プロファイルがある。第２トング４２と第２凹面４４は、対応する寸法がある逆Ｓ形状プロファイルがあり、それにより、第１トング４１は組立状態で第２凹面４４内に突出し、第２トング４２が第１凹面４３内に突出する。第１トング４１の小径表面４１ｂは組立状態で第２トング４２の大径表面４２ｂと接触状態にある。拡張状態では、第１と第２のトング４１と４２の間の当該接触が保たれながら、軸方向にわずかに後退がおこりうる。
【００７５】
第１表面４７の直径は表面４５の直径よりも長い。外表面４７は、第１ねじ領域２１と第１トング４１との間に延出する。図３と４の実施の形態では、第１表面４７は、第１ねじ領域２１に近接する実質的円筒形の第１部分４７ａ、第１部分４７ａから直径が大きくなり実質的に先細りの第２部分４７ｂ、丸型頂点４７ｃ及び実質的に先細りで、直径が第１ねじ領域２１からの距離が遠くなるにつれて小さくなる第３部分４７ｄを備える。第３部分４７ｄは第１トング４１の大径表面４１ｃと正接に接続する。
【００７６】
雄型挿入領域２５の第１表面４７に向かって、第２表面４８は第３ねじ領域２３と第２凹面４４との間に延出する。拡張前、第２表面４８は、第３ねじ領域２３に近接して実質的に円筒形状である第１部分４８ａと、第１部分４８ａを第２凹面４４まで延長し円弧状の第２の部分４８ｂとを備える。
【００７７】
図１でわかるように、組立状態で、第１と第２の表面４７と４８は、それらの間に、第１ねじ領域２１と第３ねじ領域２３の側の半径が長い領域４９と第１トング４１と第２凹面４４の側の半径が短い又はゼロ寸法の領域５０を含む環状空間をおく。用いるスケールのため、図１の領域５０は半径がゼロ寸法に見える。しかしながら、領域５０の半径は、第１表面４７の頂点４７ｃに近接してゼロ寸法でもよく、頂点４７ｃをこえてゼロ寸法でなく短くてもよい。あるいは、小さな半径寸法領域５０はそれが頂点４７ｃに近接する位置でも連続する。
【００７８】
第１表面４７は、概して突出した形状である。第１表面４７の頂点４７ｃは、第１ねじ領域２１から始まる前記第１表面４７の長さの１／３と２／３の間、好ましくは、その長さの１／２と２／３の間に位置する。第３の部分４７ｄの直径は、第１部分４７ａの直径より大きい。
【００７９】
図２に示す拡張状態では、半径が大きい領域４９の長さが短くなると共にその半径寸法も短くなる。メタル-メタル接触部６０は雌型挿入領域２６の第２表面４８の丸い部分４８ｂへ第１表面４７の頂点４７ｃを圧迫してなる。
【００８０】
第１と第２のトング４１と４２は各々、第２と第１の凹面からわずかに後退する。これにより、第１トング４１の突出面４１ａと第２凹面４４の底との間であって、かつ、第１凹面４３の底に対する第２トング４２の突出面４２ａの軸方向距離となる。第１トング４１は、わずかに時計回り方向へ旋回する。すなわち、第１トング４１の直径は、特に、その突出面４１ａに近づくと短くなる傾向にある。第２メタル-メタル接触部６１は、第１トング４１の小径表面４１ｂと第２トング４２の大径表面４２ｂとの間の境界に形成される。
【００８１】
この接続部の寸法決めは特に複雑である。本実施の形態において、個々に又はその他の方法で用いられる以下の寸法が非常に適切である：
・雄型端部１の第１表面４７の長さが管状コンポーネントの通常部分の厚みの１５０％から１７５％の範囲である。
・雌型端部２の第２表面４８の長さが管状コンポーネントの通常部分の厚みの１４５％から１７０％の範囲である。
・第２凹面４４の長さが管状コンポーネントの通常部分の厚みの１６％から２４％の範囲である。
・半径が大きい環状空間の領域の雄型端部１の厚みが管状コンポーネントの通常部分の厚みの６６％から７６％の範囲である。
・半径が小さい環状空間の領域の雄型端部１の厚みが管状コンポーネントの通常部分の厚みの７５％から８５％の範囲である。
・半径が大きい環状空間の領域の雌型端部２の厚みが管状コンポーネントの通常部分の厚みの４５％から５５％の範囲である。
・第１トングと第３ねじ領域との間の雄型端部１の厚みが管状コンポーネントの通常部分の厚みの５０％から５５％の範囲である。
・第２トングと第４ねじ領域との間の雌型端部２の厚みが管状コンポーネントの通常部分の厚みの６２％から７６％の範囲である。
・第１トング４１と第１凹面４３の半径寸法が管状コンポーネントの通常部分の厚みの２２％から２７％の範囲である。
・第２トング４２の半径寸法が管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲である。
・第２凹面４４の半径寸法が管状コンポーネントの通常部分の厚みの１０％から１５％の範囲である。
【００８２】
図５と６に示される実施の形態では、上記実施の形態と同様の要素は同じ参照番号である。雌型端部２の雌型挿入領域２６の第２表面４８は上記実施の形態と同様である。雄型端部１の雄型挿入領域２５の第１表面４７は、軸部分に丸型谷底部４７ｅを形成する環状溝４７ｅを備える。溝４７ｅは、第１部分４７ａと頂点４７ｃとの間に位置する。すなわち、本実施の形態では、溝４７ｅは図４の第２先細り部４７ｂと置換されている。溝４７ｅは、一方では、当該大半径寸法領域４９の環状空間の半径が長くなると共に、他方、雄型端部１の厚みが低下して拡張動作が容易になる。それにより、拡張に要する力が低下する。溝４７ｅの深さ、すなわち両端間では、管状コンポーネントの通常部分の厚みの６％から１３％の範囲である。
【００８３】
さらに、雌型端部２が雌型挿入領域２６の第２表面４８と接触する前に、雄型端部１を構成する材料の半径方向の外側へ可能な半径方向への移動を高めることで、溝４７ｅは、第１トング４１の半径方向の内側への旋回現象を高める。当該現象は、頂点４７ｃに概ね位置する幾何学的軸か又は雄型挿入領域２５の厚みに位置する領域内、及び、実質的に頂点４７ｃで、トング４１の旋回に対応する。図６に示される拡張状態では、環状空間の半径が大きい領域４９が未だにある程度存在する。メタル-メタル接触６０は実質的に頂点４７ｃで、特に、図６に示される円内で形成される。補助のメタル-メタル接触６１は、図６の円で囲まれた領域内にトング４１と４２との間に形成される。
【００８４】
図７と８の実施の形態では、雄型端部１は第１の実施の形態と同様である。雌型端部２は、実質的に円筒形の第１部分４８ａと第２領域４８ｂとの間の雌型挿入領域２６で形成される溝４８ｃを備え、本形態では第２領域４８ｂは実質的に先細りである。溝４８ｃは、環状であり、軸部分が丸い。溝４８ｃは、第１の実施の形態に比較して、大きな半径寸法領域４９の半径を長くできる。それにより、拡張中に雄型挿入領域２５の半径方向の外側への移動が促進され；第１の実施の形態と比較して、第１表面４７の溝４８ｃとの係合接触が遅延する。しかしながら、第１トング４１の傾倒は、図５と６の実施の形態で観察されるよりもわずかに少なくすることができる。溝４８ｃの深さは管状コンポーネントの通常部分の厚みの６％から１３％の範囲である。
【００８５】
図９と１０の実施の形態では、半径が大きい領域４９と半径が小さい領域５０とを備える環状空間が連続する。すなわち、第１表面４７と第２表面４８は、組立状態で半径方向へ離間する。第１表面４７は、例えば、小さなテーパーがあるねじ領域２１の延長部に位置する第１部分４７ａを備え、切削ツールの移動が容易になる。次に、ねじ領域２１から離れるように移動すると、第１表面４７は、溝４７ｅを画定するわずかな肩部４７ｆを備える。一方で、溝４７ｅは、第１トング４１の大きな直径表面４１ｃに対して大きな半径部分４７ｄに正接に繋がる先細り部４７ｇで画定される。大きな半径部分４７ｄは円筒形でよい。雌型端部２の挿入領域２６の第２表面４８は、実質的に円筒形の第１部分４８ａと、例えば、円弧として形成されるような、きわめてわずかに外側へ突出する第２の部分４８ｂとを備える。
【００８６】
図１０に例示される拡張状態では、大きな半径寸法領域４９の半径は短い。溝４７ｅは、雄型挿入領域２５の材料の半径方向の外側へ移動して充填される傾向がある。第１表面４７の大きな直径部分４７ｄは、メタル-メタル接触部６０を形成するために、第２表面４８の第２部分４８ｂとの接触で、円弧状に外向きに変形する。補充のメタル-メタル接触部６１は、トング４１の半径方向に内側へ移動して形成され、第２トング４２と直径方向に干渉する。
【００８７】
図１１と１２の実施の形態では、第１表面４７は、大きな直径部分４７ｄが軸部分で円弧上に突出し、組立てると、雌型挿入領域２６の第２表面４８の第２の部分４８ｂと接触する点で上記の実施の形態と異なる。すなわち、小さな半径寸法領域５０の半径はゼロ寸法である。第２表面４８は上記の実施の形態と類似する。
【００８８】
一般的に、メタル-メタル接触部６０は直径の拡張中、第１トング４１から離間して、大きな直径部分４７ｄの領域に生成される。実際、第１トング４１は、第２トング４２に対して半径方向の内側に移動する傾向がある。当該移動は、直径の拡張中であれば相対的であり、トング４１と４２は、共に半径方向の外側に移動し、かつ、トング４１はトング４２より移動が短い傾向があり、他方、相対的な半径方向の移動は、第１と第２のトング４１と４２の対向する表面間に補助メタル-メタル封止６１が形成できることを理解すべきである。当該移動は、１５％を超える、好ましくは、２０％を越える程度の拡張に良好に適する。
【図１】
2013519854.tif 000003
【図２】
2013519854.tif 000004
【図３】
2013519854.tif 000005
【図４】
2013519854.tif 000006
【図５】
2013519854.tif 000007
【図６】
2013519854.tif 000008
【図７】
2013519854.tif 000009
【図８】
2013519854.tif 000010
【図９】
2013519854.tif 000011
【図１０】
2013519854.tif 000012
【図１１】
2013519854.tif 000013
【図１２】
2013519854.tif 000014
【図１３】
2013519854.tif 000015
【国際調査報告】
2013519854.tif 000016
2013519854.tif 000017
2013519854.tif 000018
2013519854.tif 000019