(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セントラライザ装置であって、
中央取付けロッドと、
中央取付けロッドに取り付けられていて、少なくともその長さの一部に沿って自由に動くことができる２つの浮動ばね機構と、
中央取付けロッドの周りに互いに間隔を置いて設けられた３以上の相互に結合された相互結合アームとを有し、
相互結合アームの各々は、ヒンジによって連結された長さの等しい２つのアーム部分で構成され、ヒンジから見て遠くに位置したアーム部分の端部は、それぞれ対応関係にある浮動ばね機構に設けられたピボットに連結されていて、相互結合アームが２つの浮動ばね機構相互間に吊り下げられると共に側方に開閉できるようになっており、
相互結合アームは各々、ヒンジの近くに位置して、ボアホールの壁に係合するようになっており、
浮動ばね機構は、
各々、全体として軸方向に動くことができるばねと、
ばねからの軸方向力を伝達し、この軸方向力を、相互結合アーム部分の各々に設けられているピボット回りの回転力に変換し、アーム部分が側方に開放されるように付勢する回転力付勢手段と、
取付けロッドに取り付けられ、前記回転力付勢手段による回転力の付勢を妨げる遮断手段と、
浮動ばね機構のばねに連結されたリンク装置と、
を有し、
前記リンク装置は、浮動ばね機構と遮断手段が係合する前に、取付けロッドの遮断手段に係合し、それにより、取付けロッドに作用する軸方向力を伝達して浮動ばね機構のばねに作用する力に変換するするように配置されていることにより、前記ばねの軸方向力の回転力への変換が遮断されることを特徴とするセントラライザ装置。
【請求項２】
遮断手段は、各浮動ばね機構の内部で取付けロッドに設けられたカラーであることを特徴とする請求項１記載のセントラライザ装置。
【請求項３】
浮動ばね機構は、ピボットの近くに位置したばねの端部に作用する圧力板を有していることを特徴とする請求項２記載のセントラライザ装置。
【請求項４】
リンク装置は、圧力板に取り付けられていて、浮動ばね機構を貫通して浮動ばね機構の内縁部を越えたところまで延びるスリーブを有し、スリーブは、軸方向に動いてばねに当たり、遮断手段の作用を受けてばねに作用するよう設けられていることを特徴とする請求項３記載のセントラライザ装置。
【請求項５】
リンク装置は、圧力板に取り付けられていて、浮動ばね機構の中を軸方向に延びるスリーブを有し、スリーブは、遮断手段と係合し、浮動ばね機構と遮断手段の係合の前に前記ばねに作用し始めるように、浮動ばね機構が初期の非圧縮状態にあるとき、浮動ばね機構の端部縁部分を軸方向に越えて延びるように構成されていることを特徴とする請求項３記載のセントラライザ装置。
【請求項６】
軸方向力を浮動ばね機構のばねから伝達して相互結合アーム部分の各々に設けられているピボット回りの回転力にする手段は、圧力板を有し、更に、
相互結合アーム対のアーム部分が浮動ばね機構のピボットのところで互いに連結されている相互結合アーム対のアーム部分の端部のところに設けられたカムと、圧力板に連結されていて、カムに係合するアクチュエータロッドとを有し、
ばねにより得られた軸方向力が、カム、アクチュエータロッド及び圧力板を介して伝達されてピボット回りの回転力になり、該回転力は、相互結合アームを押圧して側方へ開くようにし、ボアホールの壁により相互結合アームに及ぼされる力が、ばねに作用するようになっていることを特徴とする請求項２記載のセントラライザ装置。
【請求項７】
前記各浮動ばね機構のばねは全体として、中央取付けロッドの長さの少なくとも一部に沿って、中央取付けロッドに対して軸方向に動くことができることを特徴とする請求項１記載のセントラライザ装置。
【請求項８】
セントラライザ装置であって、
中央取付けロッドと、
中央取付けロッドに取り付けられていて、少なくともその長さの一部に沿って自由に動くことができる２つの浮動ばね機構と、
中央取付けロッドの周りに互いに間隔を置いて設けられた３以上の相互に結合された相互結合アームとを有し、各アームは、ヒンジによって連結された長さの等しい２つのアーム部分で構成され、ヒンジから見て遠くに位置したアーム部分の端部は、それぞれ対応関係にある浮動ばね機構に設けられたピボットに連結されていて、相互結合アームが２つの浮動ばね機構相互間に吊り下げられると共に側方に開閉できるようになっており、
相互結合アームは各々、ヒンジの近くに位置して、ボアホールの壁に係合するようになっており、
浮動ばね機構は、ばねと、軸方向力をばねから伝達して相互結合アーム部分の各々に設けられているピボット回りの回転力にし、アーム部分が側方に開放するよう付勢されるようにする手段とを有し、
アーム部分の少なくとも１つが、ピボット近傍の凹状プロフィールの切欠部分を有し、凹状プロフィールに作用する力は、凹状プロフィールに切欠が設けられていない場合に比して、ピボットからさらに離れて作用するようになっていることを特徴とするセントラライザ装置。
【請求項９】
凹状のプロフィールが、次の数学公式によって近似的に表され、
【数１】
0004711589.tif 000008
上式において、ｘ及びｙは、ピボットを中心とする、水平軸線及び垂直軸線に関して測定した部分の表面の要素のｘ座標及びｙ座標を表していることを特徴とする請求項８記載のセントラライザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ワイヤラインツールを油井の通過の際に心出しする装置に関する。石油産業によって用いられているダウンホール（下げ孔）データ収集のためのプロダクション物理検層（ロッギング）が広く知られている。かかるツールは、コンパクトであってスリムであり、しかも形状が全体として円筒形であることによりこれらの周囲環境に適合するようになっていて、最も狭いボアホール内に嵌まってダウンホール環境の苛酷な圧力及び状況に耐えることができるようになっている。多数の個々のツールを長手方向に互いに連結して或る範囲のデータ収集機能を備えたツールストリングを形成することが慣例である。ツールストリングは、両端部に連結されたケーブル又はワイヤラインにより油ボアホール中に引き入れられる。ワイヤラインツールの場合、ワイヤラインは又、電力をツールストリングに供給するのに用いられる。
【０００２】
一般に、セントラライザは、ワイヤラインツールを垂直の油井、ずれた油井又は水平に掘削された油井内を昇降するときにワイヤラインツールを支持するのに用いられる。ツールの中には、適正な測定等を行うため、或いはそれぞれ意図した機能を実行するために心出しされることが必要なものがあり、セントラライザは、ずれた穴に沿うスムーズな通過を可能にするために用いられることが多く、かかる通過には、ボアホールの大径部分から小径部分に移る際のツールストリングの信頼性の高い導入が挙げられる。
【０００３】
セントラライザは、好ましくはホイール又は車輪を備えた弓形ばね又はばね押しリンク装置を用いて具体的に構成されるのが通例である。既存の設計物は、大径のボアホールから小径のボアホールに入るのが困難な場合がある。というのは、重量のある水平のツールストリングを支持するのに十分強力でなければならないばね付勢組立体は、ボアホールの狭い部分を通るようにするために押し縮められて閉じられる必要があるからである。このようにばね押しリンク装置に作用する力は、ワイヤライン又はケーブルからもたらされるのでケーブルが耐えることができる最大荷重によって制限される。したがって、ワイヤラインツールストリングの通過に対する抵抗は、直径が突然小さくなる油井の部分で見受けられる。
【０００４】
本発明者の理解によれば、水平又はほぼ水平の坑井内でツールストリングの重量を支持する効率を損なわないで、工夫された設計により大きな孔から小さな孔内へ一層容易に引き込まれるセントラライザ装置を提供することが有利である。
【０００５】
〔発明の概要〕
本発明は、特許請求の範囲の独立形式の請求項に記載されている。本発明の有利な特徴は、従属形式の請求項に記載されている。
【０００６】
油井ワイヤラインツールストリング用の好ましいセントラライザにつき図面を参照して以下に詳細に説明する。広義には、セントラライザは、中央取付けロッド及び２つの浮動ばね機構を有し、多数の相互に結合されたセントラライザアームが中央取付けロッドと浮動ばね機構との間に連結されている。相互結合されたセントラライザアームは、これらのピボットジョイントの近くに設けられた凹状プロフィールの部分を有していて、アームに作用する閉鎖力がピボットから長い距離を置いたところで作用するようになっている。これにより、閉鎖モーメントを増大させると共にセントラライザが断面の小さなボアホール内へ一層容易に引き込むようにする効果が得られる。浮動ばね機構は、ばねの圧力板に作用するスリーブを更に有し、セントラライザ装置をボアホール内へ引き込む軸方向力が直接伝達されてばねに加わる力になるようにし、それにより、ばねがセントラライザアームに及ぼす開放モーメントを減少させ、ばねを閉じやすくする。
次に、本発明を図面を参照して例示として詳細に説明する。
【０００７】
〔好ましい実施形態の説明〕
図１に示す好ましいセントラライザ装置１０は、中央取付けツールロッド２０を有し、浮動ばね機構３０，９０が中央取付けツールロッド２０に取り付けられた状態でそれぞれスラスト伝達カラー２２，２４とロッド終端部１６０，１８０との間で自由に動くことができるようになっている。
【０００８】
ロッド終端部１６０，１８０はそれぞれ、結合レセプタ１６２及び電気式ジャック１６４、結合ジャック１８２及び電気ソケット１８４を有しており、セントラライザツールとツールストリング中のその隣に位置する装置とのしっかりとした物理的及び電気的結合を容易にするのに役立つ。ワイヤラインツールストリング中のツール相互間の電気的接続は、各ツールに電力を供給するために必要である。電力は、地面から同軸ケーブルを介してツールストリングに供給され、この同軸ケーブルは、ワイヤラインそれ自体の中心に沿って延び、ツール相互間の電気的接続は、回路を構成する。
【０００９】
したがって、終端部１６０，１８０は、ツールストリング中へ一体化できるよう設計された任意のツールに共通の相補するレセプタとコネクタの対を形成していることが理解されよう。結合レセプタ１６２は、隣のツールロッドの結合ジャック（符号１８２で示すものと同一）を受け入れてしっかりとした物理的連結部を形成し、それと同時に、終端部１６０の電気式ジャック１６４は、その隣のロッドの電気ソケット１８４によって受け入れられてしっかりとした電気的接続部が形成される。
【００１０】
セントラライザ１０の好ましい実施形態は、９０°間隔で中央取付けツールロッドの周りに設けられた４つのセントラライザアーム対を更に有している。分かりやすくするため、図１は、図面の平面（紙面）内に位置する２つのアーム対１２０，１４０しか示していない。図面の平面に垂直に更に２つのアーム対が設けられている。以下の説明全体を通じ、符号は、アーム１２０の構成部品及び動作モードにだけ付けられているが、他のアームは互いに同一であり、したがってかかる符号は他の３つのアームにそのまま当て嵌まることは理解されるべきである。
【００１１】
アーム対１２０は、相互に結合されたアーム対組立体を形成するようヒンジジョイント７０のところで互いに連結された２つのアーム部分６０，８０を有している。ローラホイール６８，８８が、各アーム部分６０，８０の結合端部の近くでヒンジジョイント７０から等距離のところに位置した軸受６６，８６に取り付けられている。
【００１２】
図２は、浮動ばね機構３０の部分４０へのアーム部分６０の取付け方を示している。ローラホイールから見て遠くに位置したアーム部分６０の端部は、浮動ばね機構３０のアーム取付け部分４０に取り付けられたピボットピン５０の周りにヒンジ動作する。ピボットピン５０を中心として回転するアーム部分６０は、その運動が案内４４のリップ又は唇部によって案内される。案内４４のリップは、アームの下面に切断形成された溝と協働する。溝は、図面では見えない。したがって、結合状態のアーム対１２０は、横方向に自由に開閉することができる。
【００１３】
図面の平面にはない２つのアーム対について示された案内４６，４８は、形状が案内４４と同一であるが、想像線で示されている。図面の平面から見て観察者に向かって延びるアームについてのピボットピン５２も又、アーム取付け部分４０の下面上に見える。
【００１４】
アーム取付け部分４０は、浮動ばね機構３０のハウジング３２と一体に形成されている。浮動ばね機構は、端板３４、ばね３６及びハウジング３２の中心を通る取付けツールロッド２０により装置の長手方向における軸方向運動に拘束されている。ばね３６は、端板３４による圧縮力を受けたままハウジング内に収められており、端板３４から見て遠くに位置するばねの端部は、圧力板３８に当接している。
【００１５】
ピボットピン５０のところにヒンジ留めされたアーム部分６０の端部は、アクチュエータロッド４２に係合するカム６２を有している。アクチュエータロッドは、圧力板３８に連結され、アーム部分６０がピボットピン５０の周りに時計回りの方向に回動すると、カム６２がアクチュエータロッド４２に作用して圧力板３８をばね３６に押し付け、それによりばねを圧縮するようになっている。
【００１６】
このピボット及びばね構造は、浮動ばね機構９０に連結されたアーム部分８０の端部と同一であるが、これと鏡像関係をなしていること及び同一のピボット留め構造は、アーム１２０について他の３つのアーム対について採用されていることが分かる。
【００１７】
図３を参照すると、好ましい実施形態の浮動ばね機構９０は、ばね９６の圧力板９８に連結されたリンク装置として働くスリーブ９９を有していることが分かる。スリーブは、浮動ばね機構９０のアーム取付けのピボット部分１００を軸方向に貫通して自由に摺動することができ、アーム取付けのピボット部分１００を越えて僅かに延び、したがって浮動ばね機構がスラスト伝達カラー２４に係合させられることになるような場合には、まず最初に、カラー２４とスリーブ９９との係合が生じ、そしてスリーブ９９が軸方向内方に押され、それにより圧力板９８がばね９６を圧縮するようになる。
【００１８】
２つの機構３０，９０は、同一構造のものである。浮動ばね機構３０は、圧力板３８に連結されたスリーブ（これは、スリーブ９９に相当している）を更に有し、このスリーブは、上述したようにアーム取付け部分４０を越えて延びているが、これは図３の図では見えない。同様に、浮動ばね機構９０は、カム６２と協働するアクチュエータロッド又はピン４２を有している。しかしながら、これらのことは図３では見えない。
【００１９】
好ましい実施形態の動作モードにつき以下に説明する。
図１は、２本のパイプ２００を通って移動しているセントラライザ装置を示している。２本のパイプ２００相互間には、大径の領域が存在し、アームのセントラライザアームは、これと接触した状態で示されている。この構成は、説明のために過ぎず、セントラライザが大径のボアホールからこれよりも小さな直径のボアホール内へまさに引き込まれようとする状況をシミュレートするようになっている。小径のボアホールは、パイプ２００として概略的に示されている。明らかなこととして、セントラライザが右又は左のいずれかに引き込まれる場合、これは狭い又は小径のボアホール２００の狭窄部又は絞り部内へ押し込まれることになる。
【００２０】
セントラライザ１０の終端部１６０，１８０は、ツールストリング中のその隣のツールロッドの対応関係をなす終端部に連結されている。ただし、これらの技術的事項は図示されていない。ツールストリング端部のところのツールロッドは、ツールストリングを油井中へ引き込むのに役立つケーブル又はワイヤラインに連結されている。図示の例では、装置は、左側に引かれている。
【００２１】
セントラライザ１０が狭い又は小径のボアホール部分２００内に引き込まれると、先導する伸長状態のアーム部分６０の縁部が狭い又は小径のボアホールの縁部に接触して心出し力を受け、この心出し力は、アームをばね３６の作用に抗して下方に押す。図６Ｃは、アーム及びセントラライザに作用する力を示している。摩擦がない状態では、アームにおける力は、アーム表面に垂直であるが、アームは摺動して幅の狭いボアホールの最も前方に位置する縁部に当たるので、摩擦力が接線方向に作用する。したがって、摩擦の結果として分解された心出し力は、法線に対し角度φをなして作用する。
【００２２】
アーム部分６０に作用する心出し力は、アームを下方に押し、アーム対１２０が装置の中央長手方向軸線に向かって入っていくにつれて平べったくなって閉じるようになり、アーム対１２０が平べったくなると、浮動ばね機構３０，９０は次にツール取付けロッドに沿ってこれらのそれぞれの終端部１６０，１８０に向かって軸方向に押される。さらに、アーム対が平べったくなってアーム部分６０がピボットピン５０の回りに回動すると、アーム部分のカム６８はばねの圧力板３８に連結されたアクチュエータロッド４２に圧接する。このように、狭いボアホールの壁から心出し力によって送られるピボットピン５０回りのトルクが、カム、アクチュエータロッド及びばね圧力板を介して伝達されてばね３６に加わる圧縮力となり、したがってばねは圧縮される。同じことは、アーム部分８０が浮動ばね機構９０に取り付けられたそのピボットピンの周りに回動する際にも当て嵌まり、浮動ばね機構のばね９６を圧縮させる。
【００２３】
したがって、圧縮状態のばね３６，９６の付勢力は、結合状態のアーム対１２０を外方に押し、ローラホイール６８，８８をボアホールの外壁と接触状態に維持するようになっている。
【００２４】
セントラライザアームを付勢して外方に開くようにするために好ましい実施形態において採用された浮動ばね構成は、従来公知のセントラライザで採用されている端部ばね付勢構成と比べて多くの利点を有している。
【００２５】
かかるセントラライザでは、端部ばねを用いることにより心出しアームに外向きの付勢力が加えられ、ばねの一端部は、ツールケーシングの端部に取り付けられ、ばねの他端部は通常、セントラライザアームが取り付けられたピボット箇所を備えたマウントに取り付けられている。マウントは、ばねの作用に抗してツールの本体に沿って摺動するようになっている。しかしながら、この設計には多くの欠点があり、具体例として例えば、セントラライザアームが完全に閉じられると、端部ばねから得られる開放付勢力はもはやアームを外方に押すように働かない場合が挙げられる。また、ばねにより得られる開放力は、アームが取り付けられているマウントには作用するが、アームそれ自体には作用せず、更に、この力が、アームを外方に回すのではなく、ツール本体に沿って長手方向に作用する。
【００２６】
好ましい実施形態の設計では、端部ばねを全く用いないで済ますことができ、これに代えて浮動ばね機構が採用されている。浮動ばね機構のばね３０は、圧力板３８、アクチュエータロッド４２及びカム６２を介して、開放力を従来設計の場合のようにマウントではなく、アームに直接及ぼす。さらに、カム６２をピボット５０の一方の側に位置決めすることにより、ばね３６からの長手方向力が、直接ピボット周りの回転モーメントに変換される。
【００２７】
アーム対１２０，１４０の構成、浮動ばね機構３０，９０の位置、及びばね３６，９６の位置は全て、装置が図４の極めて狭い孔を通過する場合と同様、平べったくされた構造的特徴で示されている。
【００２８】
装置が狭い又は小径のボアホールから大径のボアホール内へ入ろうとする場合、圧縮状態の相互に結合されたアーム対１２０は、もはやボアホールの外壁によっては拘束されず、圧縮状態のばね３６がアーム部分６０のカムに作用することにより、アーム部分６０は、ピボットピン５０の回りに反時計回り且つ外方に回動し、他方、圧縮状態のばね９６がアーム部分８０のカムに作用することにより、アーム部分６０はそのピボットピンの回りに時計回りに且つ外方に回動し、したがってローラホイールは、広いボアホールの壁と接触したままになる。
相互結合アーム対の各々のアーム部分は、閉鎖を容易にするために有利には浅い作用角度をもたらすよう差し向けられている。
【００２９】
好ましい実施形態の相互結合アーム対１２０は、中央ピボット７０の各側に連結されたツインローラホイール６８，８８を有している。この構成は有利には、特にボアホールの表面が凸凹である場合に、例えば単一のローラホイールよりもスムーズな通過を可能にする。ボアホールの先導壁によりアーム部分に及ぼされる心出し力は、ワイヤライン又はケーブルにより得られるプルイン（引込み）力に起因している。これはケーブルが耐えることができる最大荷重によって制限されるので、好ましい実施形態は、ケーブルにより得られるプルイン力の単位当たりのアーム部分に加わる心出し力を有利に増大させる多数の構造的特徴を備えている。
【００３０】
図１に示す好ましい実施形態のアーム部分６０は、ボアホール壁からの心出し力により相互結合アーム対１２０に加わる閉鎖力を有利に増大させる凹状プロフィール又は凹み６４を有している。
【００３１】
図６Ｂを参照すると、好ましい実施形態のアーム部分６０は、ピボットと心出し力の作用点との間でアームの有効長さを長くするのに役立つキンク（よじれ）を有していることが分かる。これは、略図であるが、基本的な原理を示している。
【００３２】
説明を簡単にするため、以下の説明においては、摩擦を無視して作用力がただ単純にアーム部分に垂直に働くものとする。
アーム部分６０が図６Ａに示すように単に真っ直ぐである場合、点Ｃのところでアーム部分に接触するボアホール壁により及ぼされる心出し力は、点Ａのところでピボットピンの周りにトルクを及ぼし、このトルクは、点Ａと点Ｃの間の距離、即ち作用箇所からピボットまでの距離に力を掛けて得られる積に等しい。
【００３３】
しかしながら、図６Ｂに示す好ましい実施形態のアーム部分６０は、アームが角度θをなして延びる起点としての点Ｂのところにキンクを有している。心出し力の作用距離はこの場合、距離ＢＣ＋ＡＢｃｏｓθにより与えられる。心出し力の大きさが同一の場合、好ましいアーム部分の設計の結果として、ピボットピン周りのトルクが大きくなり、したがって一層閉じやすい相互結合アーム対構造が得られる。
【００３４】
摩擦力を考慮した状態が図６Ｃに示されている。この状態では、合力が作用する距離ｘは、次の方程式で示すことができる。
【数２】
0004711589.tif 000002
上式において、ｄは、アームのピボットと曲がり部との間の距離、ｈは、中央ピボットからのボアホール壁の隙間（クリアランス）、θは、アームの曲げ角度、φは、ボアホール壁からの合力がアーム部分に作用する摩擦角、ψは、合力の線が水平線となす角度である。
【００３５】
図６Ｃを参照すると次式が得られる。
【数３】
0004711589.tif 000003
寸法ｒ，ｌは、作動上の制約条件により一定である。
ケーブルに働く軸方向の引張力Ｐに起因して生じる正味の閉鎖モーメントＭは次式で与えられることが分かる。
【数４】
0004711589.tif 000004
【００３６】
Ｐは、ケーブル強度によって制限される。
このモーメントに対応する心出し力は、次式で与えられる。
【数５】
0004711589.tif 000005
【００３７】
この設計の有効性は、比Ｐ／ＣＦにより定まる「プルインファクター」で決まることが分かろう。本発明者の理解によれば、この比を最小限に抑えることが特に有利である。
方程式（３），（４）を組み合わせると、次式が得られる。
【数６】
0004711589.tif 000006
【００３８】
これは、図６Ｃの簡単な設計の場合につき、ｌ＝１２インチ、ｒ＝６インチ、ｈ＝０．２５インチの値を用いて図７においてｄに対してプロットされている。（なお、１インチは、２．５４ｃｍである。）
この例では、ｄが２インチ以上であれば、小さいプルインファクターが得られるので有利であり、即ち、ワイヤライン又はケーブルによって及ぼされるプルイン力の可能な限り多くの割合が伝達されてセントラライザアームに加わる心出し力となることが分かる。
【００３９】
アーム部分６０の実際のアームプロフィール６４はかかる簡単な場合に限定される必要はないことは明らかであり、好ましい実施形態では、図６Ｂに示す人間工学的な設計を切欠き部分によってアームに取り入れられる。
【００４０】
次に参照すべき図８は、セントラライザアームの好ましいプロフィールを詳細に示している。
アーム部分６０は、ピボット５０を通り、アームの上側と下側の両方に実質的に平行にアームに沿って延びる長手方向軸線２００を有している。参照しやすくするため、図８は、水平、垂直をそれぞれ表すｘ′軸、ｙ′軸を有している。これらには、ｘ′座標と、ピボット５０からの閉鎖力が作用する垂直距離を表す上述の変数ｘとの混乱を避けるためにプライム符号（′）が付けられている。かくして、図８のアーム部分は、これが付勢されてカム６２及び浮動ばね機構のばね３６を介して開く場合、使用中であれば角度をなした状態で示されていることが理解されよう。好ましい実施形態では、軸線２００は、ｘ′軸に対し３１°の角度をなしている。
【００４１】
アーム部分がその長さ全体に沿って実質的に真っ直ぐなプロフィールを有し、好ましい実施形態の切欠き部分と同一の切欠き部分を有していない場合、軸線２００は、アーム内の実質的に中心に位置し、アーム長さに沿って実質的に平行に延びる。
しかしながら、好ましい実施形態では、アーム部分の長さの第２部分につき、アームの上方側部又は前（先導）縁部、即ち、ボアホール内の狭窄部又は絞り部と接触する縁部は、この軸線の後に位置する。アーム部分の前縁部は、ピボット５０を支持するアーム部分の端部のところでのみ軸線の前方に延び、したがってピボットをアーム断面に対して一層中心に調節できるようになっている。アームの前縁部は、ローラを取り付ける端部のところでこの軸線と交わり、ローラホイール６８が取り付けられたピボット６６の近くではこの軸線に平行に延びる。ローラピボットの実際の位置は、軸線２００のすぐ後である。アーム対１２０を構成するようアーム部分６０が他方のアーム部分８０に連結されているところのヒンジ７０も又、軸線２００の後ろに配置されている。
【００４２】
セントラライザアーム部分の前縁部をこの軸線の後ろに配置するということは、前縁部に作用する力により、アーム部分がピボットから直接延びると共に軸線に沿って延びる真っ直ぐな前縁部を有している場合よりも、ピボット回りにアーム部分に加わるモーメントが大きくなることを意味しており、これは図６Ａ〜図６Ｃについて上述した説明から理解されよう。
【００４３】
また、前縁部を軸線の後ろに配置することにより、セントラライザアームは、遭遇する狭窄部又は絞り部に対し浅い作用角度を取ることができる。作用角度が浅いということは、アームと狭窄部又は絞り部との間に働く摩擦力が小さいことを意味している。
【００４４】
図６Ａ〜図６Ｃに示したように、摩擦の作用により、狭窄部又は絞り部によりアームに加えられた閉鎖力は、接触箇所のところで法線から遠ざかってアームプロフィールに逸らされた方向に働く。この方向の逸れは、高い摩擦が働けば、軸線回りの閉鎖モーメントはそれだけ効果が低くなるという結果をもたらしがちである。
【００４５】
アームに働く摩擦力を減少させることにより、アーム部分の浅い作用角は、アームの摩滅を減少させると共にアームに加わる閉鎖力が可能な限り大きな閉鎖モーメントに変換されるようにするので有利である。
【００４６】
アーム部分の前縁部は、切欠き又は凹状部分６４によって軸線２００の後ろに位置するようになる。この部分は、アームの上方側部又は前縁部に切断された２つの領域６３，６５で構成されている。これら２つの領域は、点Ｂ′のところで交わり、この点Ｂ′は、図６Ｂに示す真っ直ぐなアームプロフィール中の符号Ｂが付けられたキンクに相当していることが理解されよう。
【００４７】
真っ直ぐなアームプロフィール中のキンクに相当する点Ｂの位置は、ｘ′軸上に示されている。線３００が、この点とヒンジ７０及びピボット５０に結んで、図８上にマップされたとした場合に位置決めされる図６Ｂに示す単純化されたアームの幾何学的形状を示している。
【００４８】
凹状部分６４の第１の領域６３は、ピボット５０の近くで始まり、互いに隣接する２つの表面で構成された上方側部又は前縁部を有している。これら表面のうち第１の表面６３０は、点６３１に至るまで軸線２００及びアームの下面と実質的に平行に延び、第２の表面６３２が、この点６３１のところで、軸線２００と交わり、これを越えてその後ろに延び、そして点Ｂ′に至るような角度で続いている。
【００４９】
第２の領域６５は、点Ｂ′のところで始まる。この第２の領域は、単一の表面６５０中に形成された上方側部又は前縁部を有し、この表面６５０は、軸線２００から遠ざかるが、第２の表面６３２の角度よりも一層ゆるやかな角度で延び、点６５１に至り、ここで終端する。点６５１は、点Ｂ′よりも一層、軸線２００の後ろに位置している。
【００５０】
点６５１以降では、アームプロフィールは、実質的に軸線２００に平行に真っ直ぐに延び、ついにはローラホイールの軸受６６の近くの領域に到達し、ここで軸線２００に向かって上に傾斜して戻り、それにより軸受６６を取り付けるための隙間又はクリアランスが得られている。
【００５１】
上述したように、プルインファクターに最も大きな影響を及ぼすアームの幾何学的形状のパラメータは、点Ｂの位置、即ち、キンクが図６Ｂに示す真っ直ぐなアームの幾何学的形状中に生じる位置である。ピボットから点Ｂまでの距離（ｄ）は、図７においてプルインファクターに対してプロットされている。このグラフの曲線は、水平に投影されたアームの長さ（ｌ）、垂直に投影されたアームの長さ及び中央ピボットからのボアホール壁の隙間で決まる。
【００５２】
図７において、ｌ＝１２インチ、ｒ＝６インチ、ｈ＝０．２５インチの値の場合、ｄの最適値は、２インチ以上であることが分かる。しかしながら、実際問題として、閉じられたセントラライザアームがツール本体の包絡線内に収まる必要があるという制約により、ｄは最適値よりも低い値に選択される場合がある。これは許容できる。というのは、プルインファクターの改善結果の大部分は、ｄの値が小さい場合に得られるからである。
【００５３】
図８に示す好ましい実施形態では、ｄの値は１インチであり、ピボット５０からヒンジ７０まで軸線２００に沿って測ったアームそれ自体の長さは、約８．５インチであり、ピボット５０からヒンジ７０までｙ′軸に沿って測定した横方向長さは、約３．９インチであり、又、凹状部分の第２の領域６５の延びる先である点６５１は、ピボット５０からアーム軸線２００に沿って測定して約３．８インチのところに位置している。
【００５４】
ｄの最も実用的な値がいったん分かると、２つの領域６３，６５のプロフィールを、以下の公式にしたがって書き表すことができる。ｘ′をピボット５０から測定した表面の一要素の水平位置として取り、ｙ′をピボット５０から測定した表面の一要素の垂直位置として取ると、ｘ′＜ｄ、即ち、第１の領域のプロフィールの場合、これに当て嵌まるにはｙ′＜ｈという条件が必要である。このことは、図８から理解でき、図８では、点Ｂ′に隣接した第２の表面６３２のプロフィールは、実質的にｘ′軸線に平行であって真っ直ぐである。第２の表面６３０は、実質的に軸線２００に平行に延び、ピボット５０の周りのアームのプロフィールがピボットの線を辿るのではみ出る度合いが少なくなっている。
ｘ′＞ｄの場合、即ち、第２の領域６５の表面の場合、この表面は、以下の条件が当て嵌まるということを必要条件として定められる。
【数７】
0004711589.tif 000007
【００５５】
この条件の結果として、領域６５中のアームプロフィールの作用角は常時４５°よりも小さいということになる。ただし、狭窄部又は絞り部が実質的に水平であり、即ち、水平の狭窄部又は絞り部がアームの接線に対し４５°以下の角度でアームプロフィールに出会うものとする。これは、以下のようにして理解できる。ボアホールのケーシングは、ピボット５０からセントラライザアーム上の一点まで引かれた直線としてみなすことができる。実際問題として、ケーシングは、ピボットからｈの距離を置いたところで引かれることが必要であるが、ｈは、アーム部分の他のパラメータと比較して小さいので、適当な近似を取ると無視できる。この線とｘ′軸のなす角度は、方程式６の第１項、即ちａｒｃｔａｎ（ｘ′／ｙ′）によって与えられる。方程式６の第２項は、接点のところのアーム部分の接線とｘ′軸のなす角度である。この角度は、ａｒｃｔａｎ（ｄｘ′／ｄｙ′）によって与えられる。この方程式６は、これら２つの線のなす角度の差が４５°以下であることを必要としている。
【００５６】
好ましい実施形態では、４５°という値を選択した。というのは、これは、かなりの摩擦を避けるのに十分であることが判明しているからである。しかしながら、他の角度も同じように作用することが可能である。
【００５７】
アームの好ましい凹状部分を、２つの部分６３，６５から成るものとして説明しており、第２の部分は、方程式６にしたがって湾曲した表面を有している。しかしながら、凹状部分を、湾曲した部分ではなく、実質的に真っ直ぐな部分を用いて近似させることができ、その目的は、例えばアーム部分の前縁部が軸線２００の後ろに配置されているとすれば、製造を一層容易にすることにある。
【００５８】
アームの横断面プロフィールについては上述しなかった。上述した利点を得る目的に関しては、横断面が円形であるということを言えば十分である。しかしながら、実際問題として、アームはツール本体の各側に位置したピボットのところでツール本体に連結されているが、ツールそれ自体の中心上で互いに連結されていることに鑑みると、アームのプロフィールは複雑になろう。アームの複雑な断面形状については、本明細書ではそれ以上説明する必要はないであろう。
アームプロフィール６４は、浮動ばね機構のピボットピンの近くに位置した相互に結合された各アーム対の各アーム部分の共通の特徴であることが理解される。
【００５９】
好ましい実施形態の中央取付けロッドは、ロッドの中心から等距離を置いた一定の位置にスラスト伝達カラー２２，２４を備えており、更に、浮動ばね機構のばね３６，９６の各々に連結されたスリーブ（９９）を有している。このようなスラスト伝達カラー及びスリーブにより、プルイン力又は導入力が、先導する浮動ばね機構のばねを圧縮するのに直接役立ち、それにより、相互結合状態のアーム対１２０，１４０を容易に平たく閉じさせるさせることができる。これは、図３を参照すると理解でき、図３は、別な視点からの浮動ばね機構を示しており、スリーブ９９が示されている。図３では、便宜上、セントラライザがボアホール中へ右側に引かれつつあるるものと仮定する。
【００６０】
スラスト伝達スリーブ９９は、各浮動ばね機構のばねの圧力板９８に取り付けられていて、ばねを圧縮している間、又はばねが伸びつつあるときに、ピボット部分及び浮動ばね機構の内部で自由に摺動することができる。スラスト伝達スリーブ９９は、浮動ばね機構９０のピボット部分１００の端部を僅かに越えて延びている。スラストを中央取付けツールロッド２０からばね９６の圧力板９８に伝達するのに他の構成を採用できる。
【００６１】
ツールロッドを右側に引くようなプルイン力がツールロッドに加えられると、ロッド及びスラスト伝達カラーも又右側に移動するが、浮動ばね機構はそうとはならない。スラスト伝達スリーブ９９の設けられていないようなセントラライザでは、設けられていないが故に、先導側のスラスト伝達カラー２４が浮動ばね機構９０に係合して、これに直接作用するようになり、それにより浮動ばね機構を狭い又は小径のボアホール内へ押し込め、それにより、閉鎖力が壁からセントラライザのアームに作用するのを助ける。当然のことながら、それと同時に、後続側のスラスト伝達カラー２２が、後続側の浮動ばね機構３０から引き離されることとなって、したがって、閉じようとする力の作用を助ける役目を果たさない。
【００６２】
しかしながら、好ましい本実施形態では、スラスト伝達スリーブ９９は、アーム取り付けピボット部分１００に遭遇する前にスラスト伝達カラー２２，２４と係合し、それにより軸方向プルイン力が先導浮動ばね機構９０のばねに直接作用することができるようになる。
【００６３】
ツールロッドに加えられるプルイン力により、先導スラスト伝達カラー２４は、スラスト伝達スリーブ９９に係合するまでは、先導浮動ばね機構９０に接近するようになる。プルイン力により更に右側へ移動すると、先導スラスト伝達カラー２４は、まず、スラスト伝達スリーブ９９に、続いて圧力板９８に作用し、それによりばね９６が圧縮される。このバネ９６が圧縮されることにより、ばね９６により相互結合アーム対に及ぼされていた開放力は小さくなり、アーム対が、ボアホールの壁からのアームに作用する力により、一層閉じやすくなる。
【００６４】
同様な説明は、セントラライザツールが逆方向に移動している場合であっても浮動ばね機構３０の場合に当て嵌まる。この場合、浮動ばね機構３０は、先導ばね機構であり、中央カラー２２は、浮動ばね機構３０のスラスト伝達カラー９９に作用する。
【００６５】
上述の好ましい実施形態は、４つの相互に結合されたアーム対組立体を有しているが、３以上のアーム対を用いると十分な安定化力をもたらすことができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  セントラライザアームを部分的に開いた状態で、直径の小さなボアホールの部分に導入されている本発明の好ましい実施形態のセントラライザを示す図である。
【図２】  図１のセントラライザの浮動ばね及び取付け状態のピボット構造を示す図である。
【図３】  別な形態で示す図１のセントラライザの浮動ばね及び取付け状態のピボット構造を示す図である。
【図４】  セントラライザアームを完全に閉じた状態の図１のセントラライザを示す図である。
【図５】  図４に示すセントラライザの浮動ばね及び取付け状態のピボット構造を示す図である。
【図６Ａ】  摩擦のない状態における真っ直ぐなセントラライザアームに作用する力を示す図である。
【図６Ｂ】  摩擦がない状態における好ましい実施形態のセントラライザアームに作用する力を示す図である。
【図６Ｃ】  摩擦を考慮した場合における好ましい実施形態のセントラライザアームに作用する力を示す図である。
【図７】  図６Ｃに示すようにセントラライザアームのピボットから曲がり部までの距離をｄの関数としてプロットしたプルインファクター（Pull-in Factor）、即ちセントラライザ力に対するプルイン力の比を表すグラフ図である。
【図８】  好ましいセントラライザツールのアームの側面図であって、好ましいアームのプロフィールを示す図である。
【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６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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