(57)【要約】  ねじ式管状接続（３０）は、外部当接部（ＢＥ）によって終端され、且つ軸端で内部当接面（ＢＩ）を形成する末端部（ＰＴ１）によって延長された雄型ねじ接続部（ＰＣ１）に連結された第１の本体（Ｃ１）を備え、前記接続は、一方の自由端で前記外部当接部のために支持面（ＳＡ）を画成する第２の本体（Ｃ２）を備え、前記本体は、前記雄型ねじ接続部上に構成される雌型ねじ接続部（ＰＣ２）に前記支持面を連結する内面上に初期部（ＰＴ２）を有し、且つ前記内部当接部と対向する内部ショルダー（ＥＩ）で終わり、  前記外部当接部、前記内部当接部、前記支持面及び／又は前記内部ショルダーの一つの間の前記連結輪郭は、断面の直径が変更可能で、前記末端部又は初期部より短い前記本体の長さを越えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の管状コンポーネント上に構成される第１の管状コンポーネントを備えるねじ式管状接続（３０）であって、前記管状コンポーネントは炭化水素坑井の探査又は採掘を目的とし、特にランディングストリングの形成のため、
前記第１の管状コンポーネントは、外部当接部（ＢＥ）によって終端された、回転軸（Ｘ）を有する第１の実質的に円筒形の本体（Ｃ１）を備え、前記外部当接部（ＢＥ）は、前記外部当接部から前記第１の本体に向かって増加する外径を有する第４の輪郭（４４）を介して前記第１の本体の外周に連結され、且つ軸端で内部当接面（ＢＩ）を形成する末端非ねじ部（ＰＴ１）によって延長された雄型ねじ接続部（ＰＣ１）に連結され、前記内部当接部（ＢＩ）は、前記内部当接部から前記第１の本体の内部に向かって減少する内径を有する第１の輪郭（４１）を介して前記第１の本体の内周に連結され、
前記第２の管状コンポーネントは、前記外部当接部のために、一方の自由端で支持面（ＳＡ）を画成する第２の実質的に円筒形の本体（Ｃ２）を備え、前記支持面は、前記支持面から前記本体に向かって増加する外径を有する第３の輪郭（４３）を介して前記第２の本体の外周に連結され、前記本体は、前記雄型ねじ接続部上に構成が可能な雌型ねじ接続部（ＰＣ２）に前記支持面を連結する内面上に初期の非ねじ部（ＰＴ２）を有し、且つ前記内部当接部と対向する内部ショルダー（ＥＩ）で終わり、前記内部ショルダーは、前記内部ショルダーから前記本体の内部に向かって減少する内径を有する第２の輪郭（４２）を介して前記第２の本体の内周に連結され、
前記第１の輪郭と前記第２の輪郭の内、少なくとも一方は凸状又は凹状であり、
前記回転軸に沿った前記第１の輪郭（４１）及び／又は前記第２の輪郭（４２）の長さ（Ｌ１、Ｌ２）は１．５８７５ｍｍ（１／１６”）より長く、且つ前記末端部（ＰＴ１）の長さより短く、
及び／又は前記回転軸に沿った前記第３の輪郭（４３）及び／又は前記第４の輪郭（４４）の長さ（Ｌ３，Ｌ４）は１．５８７５ｍｍ（１／１６”）より長く、且つ前記初期部（ＰＴ２）の長さより短いことを特徴とするねじ式管状接続。
【請求項２】
前記第１，前記第２，前記第３及び前記第４の輪郭（４１，４２，４３，４４）の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）は３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、好ましくは１０〜２５ｍｍの範囲、より好ましくは１５〜２０ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の接続。
【請求項３】
前記第３の輪郭が前記第４の輪郭と対称であることを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項４】
前記第１の輪郭が前記第２の輪郭と対称であることを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項５】
前記輪郭の内の一つが１０度より大きい傾斜を有することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項６】
前記輪郭の内の一つが凸状の湾曲部を有することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項７】
前記輪郭の内の一つが凹状の湾曲部を有することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項８】
前記輪郭の内の一つが円形又は楕円形の弧であることを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項９】
前記内部当接部は、第１の傾斜部（５１）を介して前記末端部（ＰＴ１）に連結され、前記内部ショルダーは、第２の傾斜部（５２）を介して前記雌型ねじ接続部（ＰＣ２）によって延長された第２のベース（Ｂ２）に連結され、前記２つの傾斜部は割線であり、各々が前記内部当接部と前記内部ショルダーの間の前記接触面に対してゼロでない角度を形成することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項１０】
前記第１の傾斜部と前記第２の傾斜部が共通の交点を有することを特徴とする、先行する請求項に記載の接続。
【請求項１１】
前記支持面（ＳＡ）は、前記第３の傾斜部（５３）を介して前記初期部（ＰＴ２）に連結され、前記外部当接部は、前記雄型接続部（ＰＣ１）によって延長されたベース（Ｂ１）に前記第４の傾斜部（５４）を介して連結され、前記２つの傾斜部は割線であり、各々が前記外部当接部と前記支持面との間の前記接触面に対してゼロでない角度を形成することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載の接続。
【請求項１２】
前記第３傾斜部と前記第４の傾斜部が共通の交点を有することを特徴とする、先行する請求項に記載の接続。
【請求項１３】
前記第１の本体と前記第２の本体を備え、前記２つの本体が先行する請求項の何れか一項に記載の接続によって保持されるアッセンブリーであって、
前記内部当接部は、前記内部ショルダーと接触することを目的とし、前記第１の本体の重量の少なくとも４．５倍に等しいか、少なくとも２つの、例えば、少なくとも３つの、好ましくは４つの、端部と端部が接続され且つ前記内部当接部によって軸方向に終端された、管状体の重量の少なくとも１．５倍に等しい圧縮力を、降伏を観測することなく支持することが可能なように決定されることを特徴とするアッセンブリー。
【請求項１４】
前記第１の本体は回転パイプ体の一端に溶接され、前記外部当接部は前記溶接部と対向し、且つ前記第２の本体は別の回転パイプ体の一端に溶接され、前記支持面が前記溶接部と軸方向に対向することを特徴とする、先行する請求項の何れか一項に記載のアッセンブリー。
【請求項１５】
先行する請求項の何れか一項に記載のねじ式接続を接続する方法であって、
前記接続のショルダートルクＣＡＢより高い組立トルクが、１０１６８６Ｎ．ｍ（７５０００ｆｔ．ｌｂ）未満のトルク容量を有するトングを用いて得られることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油田又はガス田の掘削又は採掘に使用される管状コンポーネントに関する。具体的には、本発明は、海上基地で使用されるコンポーネント、具体的にはランディングストリング内に配置されるコンポーネントに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
マリンライザーとして知られたパイプが海上基地と海底とを接続し、海底から形成された坑井の内部と浮遊船体との間に位相的及び水力学的連続性を提供している。ランディングストリングは、このパイプに入っている。
【０００３】
ランディングストリングは、ケーシング、チュービング、又は海底の坑井への入口に配置される海底坑口等の装置の様々な部品を降ろすために使用される。具体的には、海中坑口が坑井内の過剰な圧力を防ぐ安全装置を備えてもよい。そのような構成要素は重く、数千トンの引張荷重がランディングストリングを構成する各管状コンポーネントにかかる。
【０００４】
ランディングストリングは、端部と端部とが接続された一連の管状コンポーネントによって形成されている。従来、各コンポーネントは「ピン」として知られた雄型ねじ接続端部を備え、「ボックス」として知られた雌型ねじ接続端部と軸方向に対向している。
【０００５】
雄型接続端部は、組み立てられる雌型端部の前面用の環状支持領域を形成する外部当接ショルダーから延びている。前面がショルダーに当接したとき接続が形成される。接続は引っ張り時に作用する少なくとも千トンの力に耐える必要がある。
【０００６】
これに関連して、ねじ接続において信頼性の高い接続を形成するために加えられる組立トルクは、加えられる組立トルクのプロファイルによって決まる。
【０００７】
図１の曲線は、実行された回転数の関数としての接続の組立トルク（「締付けトルク」ともいう）を表している。図から見て取れるように、２つのねじ端部を接続するための組立トルクのプロファイルは３つの部分から成っている。
【０００８】
第１の部分Ｐ１では、ねじ式管状接続の第１のコンポーネントの雄型ねじ要素（又は「ピン」）の雄ねじと、同じねじ式管状接続の第２のコンポーネントの対応する雌型ねじ要素（又は「ボックス」）の雌ねじとの間に径方向の干渉が生じていない。
【０００９】
第２の部分Ｐ２では、雄型と雌型ねじ要素のねじの幾何学的干渉が径方向の干渉を生じ、組立が続くにつれて増える（小さいけれど組立トルクを増加させる）。
【００１０】
第３の部分Ｐ３では、雄型ねじ要素の前端面が雌型ねじ要素の組立当接の環状表面と軸方向に当接する。第３の部分Ｐ３は組立の最終段階に相当する。
【００１１】
第２の部分Ｐ２の終端で且つ第３の部分Ｐ３の始端に相当する組立トルクＣＡＢは「ショルダートルク（ＣＡＢ）」と呼ばれている。
【００１２】
第３の部分Ｐ３の終端に相当する組立トルクＣＰは「降伏トルク（ＣＰ）」と呼ばれている。この降伏トルクＣＰを超えると、雄型組立当接部（該雄型ねじ要素の端部）及び／又は雌型組立当接部（該雌型ねじ要素の環状当接表面の裏側に位置する領域）が塑性変形を受けると考えられ、それによって封止面間の接触の密封性に関するパフォーマンスが低下する。
【００１３】
降伏トルクＣＰとショルダートルクＣＡＢの差は「ショルダー抵抗のトルクＣＳＢ（ＣＳＢ＝ＣＰ−ＣＡＢ）」と呼ばれている。組立てが終わったとき、ねじ式管状接続は最適な締りばめを有し、それによって、例えば、張力だけでなく、稼働中の不測の分解や密封性に関しても最適な機械的強度が保証される。
【００１４】
したがって、ねじ接続の設計者は、任意の種類のねじ接続に対して、（当接部の降伏と付随する欠点を防ぐために）降伏トルクＣＰより低く、且つショルダートルクＣＡＢより高い最適な組立トルクを決める必要がある。
【００１５】
ＣＡＢ未満のトルクで組立てを完了すると、雄型要素と雌型要素の正しい相対的位置、ひいては封止面間の有効な締りばめを確保することができない。更には分解のリスクがある。ショルダートルクＣＡＢの実効値は、雄型及び雌型のねじの直径方向及び軸方向の機械加工公差や封止面に依存するため、同じ種類の接続に対しても個々に大幅に変動するので、最適化された組立トルクはショルダートルクＣＡＢよりも実質的に高くすべきである。
【００１６】
結果として、ショルダー抵抗のトルクＣＳＢの値が高ければ高いほど、最適化された組立トルクを決めるマージンが大きくなり、ねじ接続は操作応力に強い。
【００１７】
石油産業においては、シンプルな当接システム（「外部」という）に加え、ねじの具体的な種類に対しても、回転掘削コンポーネントに関する仕様ＡＰＩ７（ＡＰＩは、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅの略である）が規定されている。雌型要素の場合には自由端部によって外部当接が提供され、雄型要素の場合には実質的に円筒形の本体を終端する径方向の管状（外部）表面によってそれが提供され、それには本体の外部表面からショルダーが画成され、本体の外径よりも小さい外径を有する円筒形ベースを介して概してテーパ状の接続部に連結され、ベースからの距離に伴って小さくなる外径を有し、外側に雌型要素の掘削コンポーネントの対応するねじ部と組合わされる雄型ねじ部が設けられ、前記ねじ部は雄型要素の自由端部まで実質的に延びている。
【００１８】
石油産業において、仕様ＩＳＯ−１３６２８は、ライザー、具体的にはランディングストリングに対して具体的に適用される。
【００１９】
掘削コンポーネントの様々な製造会社は、進化したねじと二重当接を有する雄型及び雌型要素を提案してきた。それらの具体的な提案は、同等の寸法に対してより大きなトルクを伝達できるようにすることが目的である。逆に、正しく機能するためには、二重当接の雄型及び雌型要素は２つの当接部の荷重が調和されるように正しく調節される必要がある。
【００２０】
仏国特許文献ＦＲ‐２９０４０３１、米国特許文献ＵＳ‐４５４８４３１、国際公開公報ＷＯ２００６０９２６４９に開示された従来技術は、掘削中の坑井内で受ける可能性のあるねじりトルクよりも実質的に高い、非常に高い最適化された組立トルクを有する二重当接を伴うねじ接続要素を備えるドリルストリングを形成する管状コンポーネントに関するものである。
【００２１】
米国特許文献ＵＳ２０１００３０８５７７には、従来技術として、１２．７ｃｍを超える壁厚のコンポーネントで、７５０００ｆｔ．ｌｂｓを超える最適化された組立トルクを有するランディングストリングが開示されている。具体的には、コンポーネントの雄型端部の当接ショルダーと相補的コンポーネントの雌型端部の前面の間に環状接触面の領域が設けられ、その接触面が１９．０５〜２１．５９ｃｍの外径を有することが開示されている。
【００２２】
しかしながら、ランディングストリングは、既に所定の位置に投入されたケーシングの固定、又は将来の稼働や稼働期間終了を視野に入れた坑井への入口の一時的な遮断のためのセメンチング（ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ）作業にも用いられる。
【００２３】
セメンチング作業の間に、セメントがランディングストリングに注入され、その柱状物内でセメント残留物が動かなくなり、掘削の継続又は坑井の稼働のためのストリングと置き換えられる配管からランディングストリングが除去されるとき、ランディングストリングの分解が困難になる可能性がある。
【００２４】
さらに、セメンチング作業中、ランディングストリング内の内圧は非常に高く、例えば、数千トン／ｍ２程度になる可能性がある。
【００２５】
受ける可能性のある張力に耐え、且つ使用中に容易に洗浄が可能な管状コンポーネント間に強固な接続部が確保される必要があり、従来のランディングストリングには組立て／分解に関する問題がある。実際に、そのようなストリングの非生産時間が限定されるとともに、動作時のストリングの完全性が維持されなければならない。このため、この種のストリングを現場で扱う組立トルクや取外しトルクを少しも増加させることなく、それらを適切に洗浄できるようにすることが必要である。しかしながら、プラットフォーム、具体的には、海上基地で使用可能な組立て及び分解ツールは、組立トルクに関しては限定されており、海でツールを操作する精度を実現するのは非常に困難である。一般に使用される組立てツールは７００００ｆｔ．ｌｂ、最大で７５０００ｆｔ．ｌｂに限定された組立容量を有している。また、７５０００ｆｔ．ｌｂを超える容量を有する組立てツールは、非常に高価であり、標準的でもなく、プラットフォームにはめったに存在しない。
【００２６】
現場で数千トンを超える張力を受けるランディングストリングは、その接続で協働する組立てねじに堆積される流体の注入体制が変更される。その変更は分解時のねじ間の摩擦荷重の増加に繋がる。よって、使用前に接続部に最適な組立トルクを提供するとともに、使用後に同じ接続を分解できる組立て／分解ツールへの負担である。
【００２７】
さらに、そのようなランディングストリングはプラットフォームで恒久的に使用されない。さらに、過剰な予防策を講じることなく前記ストリングのコンポーネントを一時的に保管できるようにする必要がある。そのようなランディングストリングコンポーネントは、従来、垂直に保管され、具体的には雄型接続端部に載せられている。したがって、頑丈な雄型接続部を設ける必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
そこで、本発明の目的は、先に特定した問題の幾つか又は全てが克服可能な管状コンポーネント、具体的には、接続部の品質を確保しながら、加えられるトルクに関して大きな公差を提案し、取り扱いを容易にした管状コンポーネントの提案である。
【００２９】
そこで、本発明のねじ式管状接続は、第２の管状コンポーネント上に構成される第１の管状コンポーネントを備え、前記管状コンポーネントは炭化水素坑井の探査又は採掘を目的とし、具体的にはランディングストリングの形成のため、前記第１の管状コンポーネントは、外部当接部によって終端された、回転軸を有する第１の実質的に円筒形の本体を備え、前記外部当接部は、前記外部当接部から前記第１の本体に向かって増加する外径を有する第４の輪郭を介して前記第１の本体の外周に連結され、且つ軸端で内部当接面を形成する末端非ねじ部によって延長された雄型ねじ接続部に連結され、前記内部当接部は、前記内部当接部から前記第１の本体の内部に向かって減少する内径を有する第１の輪郭を介して前記第１の本体の内周に連結され、前記第２の管状コンポーネントは、前記外部当接部のために、一方の自由端で支持面を画成する第２の実質的に円筒形の本体を備え、前記支持面は、前記支持面から前記本体に向かって増加する外径を有する第３の輪郭を介して前記第２の本体の外周に連結され、前記本体は、前記雄型ねじ接続部上に構成が可能な雌型ねじ接続部に前記支持面を連結する内面上に初期の非ねじ部を有し、且つ前記内部当接部と対向する内部ショルダーで終わり、前記内部ショルダーは、前記内部ショルダーから前記本体の内部に向かって減少する内径を有する第２の輪郭を介して前記第２の本体の内周に連結され、前記第１の輪郭と前記第２の輪郭の内、少なくとも一方は凸状又は凹状であり、前記回転軸に沿った前記第１の輪郭及び／又は前記第２の輪郭の長さは１／１６”（１．５８７５ｍｍ）より長く、且つ前記末端部の長さより短く、及び／又は前記回転軸に沿った前記第３の輪郭及び／又は前記第４の輪郭の長さは１／１６”（１．５８７５ｍｍ）より長く、且つ前記初期部の長さより短い。
【００３０】
１／１６”（インチ）という最小閾値は、接続後のリフェイシング（ｒｅｆａｃｉｎｇ）を可能にする閾値と一致している。
【００３１】
内部ショルダーが内部当接部と対向して接続部が形成されるとき、内部ショルダーが内部当接部と接触又は内部当接部から離隔してもよい。
【００３２】
具体的には、加えられる力の伝達に関して改善された結果を得るために凹状の輪郭を用いることができ、それによって疲労や破裂のリスクを制限できる。一方、凸状の輪郭は接続部の水力学的性能を改善するために用いることができる。
【００３３】
一例として、第１の輪郭と第２の輪郭の内、少なくとも一方が凸状又は凹状であってもよい。
【００３４】
都合よく、第１の輪郭と第２の輪郭の内、少なくとも一方が平坦ではない。
【００３５】
一例として、第１の輪郭と第２の輪郭の内、少なくとも一方が連続して平面部と凸状部を備え、又は連続して平面部と凹状部を備え、又は平面，凹状，凸状の三つの部分を備えてもよい。
【００３６】
変形例では、第１の輪郭と第２の輪郭の内、少なくとも一方が、凹面又は凸面の何れかを形成するために、その間に角度を形成する２つの平面部を連続して備えてもよい。
【００３７】
都合よく、第１，第２，第３及び第４の輪郭（４１，４２，４３，４４）の長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）が３ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、好ましくは１０〜２５ｍｍの範囲、より好ましくは１５〜２０ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００３８】
都合よく、第３の輪郭と第４の輪郭の内、少なくとも一方が凸状又は凹状であってもよい。
【００３９】
一例として、第３の輪郭と第４の輪郭の内、少なくとも一方が排他的に凸状又は排他的に凹状であってもよい。
【００４０】
都合よく、第３の輪郭と第４の輪郭の内、少なくとも一方が平坦であってもよい。
【００４１】
一例として、第３の輪郭と第４の輪郭の内、少なくとも一方が連続して平面部と凸状部を備え、又は連続して平面部と凹状部を備え、又は平面，凹状，凸状の三つの部分を備えてもよい。
【００４２】
変形例では、第３の輪郭と第４の輪郭の内、少なくとも一方が、凹面又は凸面の何れかを形成するように、その間に角度を形成する２つの平面部を連続して備えてもよい。
【００４３】
都合よく、第３の輪郭が第４の輪郭と対称であってもよい。このような構成には、外部当接部ＢＥと支持面ＳＡの間の接触面の近傍への応力集中を防止し、且つ第１の本体と第２の本体を形成する材料の変形を防止する利点がある。
【００４４】
更に都合よく、第１の輪郭が第２の輪郭と対称であってもよい。このような構成には、それらが接触するときに、内部当接部と内部当接部の間の接触面の近傍への応力集中を防止し、且つ第１の本体と第２の本体を形成する材料の変形を防止する利点がある。
【００４５】
一例として、輪郭の一つが１０度より大きい傾斜を有してもよい。
【００４６】
具体的には、輪郭の一つが凸状の湾曲部を有してもよい。
【００４７】
変形例として、輪郭の一つが凹状の湾曲部を有してもよい。
【００４８】
一例として、輪郭の内の一つが円形又は楕円形の弧であってもよい。
【００４９】
都合よく、内部当接部が第１の傾斜部を介して末端部に連結され、内部ショルダーが第２の傾斜部を介して雌型ねじ接続部によって延長された第２のベースに連結され、２つの傾斜部が割線であり、各々が内部当接部と内部ショルダーの間の接触面に対してゼロでない角度を形成してもよい。このような構成には、それらが接触するときに、内部当接部と内部ショルダーの間の接触面の近傍への応力集中を防止し、且つ第１の本体と第２の本体を形成する材料の変形を防止する利点がある。
【００５０】
具体的には、第１の傾斜部と第２の傾斜部が共通の交点を有してもよい。この構成により、当接面が凸凹になるのを防止することができる。同じ理由で、第１の輪郭が第２の輪郭の一端と共通の一端を有してもよい。
【００５１】
同様に、支持面が第３の傾斜部を介して初期部に連結され、且つ外部当接部が雄型接続部によって延長されたベースに第４の傾斜部を介して連結され、２つの傾斜部は割線であり、各々が外部当接部と支持面との間の接触面に対してゼロでない角度を形成してもよい。このような構成には、外部当接部ＢＥと支持面ＳＡの間の接触面の近傍への応力集中を防止し、且つ第１の本体と第２の本体を形成する材料の変形を防止する利点があり、傾斜部が対称の場合には更に重要である。
【００５２】
具体的には、第３傾斜部と第４の傾斜部が共通の交点を有してもよい。この構成により、当接面が凸凹になるのを防止することができる。同じ理由で、第１の輪郭が第２の輪郭の一端と共通の一端を有してもよい。
【００５３】
好ましくは、内部当接部が径方向の厚さを有し、内部ショルダーと接触することを目的とし、第１の本体の重量の少なくとも４．５倍に等しいか、少なくとも２つの、例えば、少なくとも３つの、好ましくは４つの、端部と端部とが接続され且つ内部当接部によって軸方向に終端された、管状体の重量の少なくとも１．５倍に等しい圧縮力を、降伏を観測することなく支持することが可能なように決定される。“ｒａｎｇｅ３”の長さ、すなわ、４２．５ｆｔ程度の長さの２つ又は３つのパイプからなるスタンド、又は“ｒａｎｇｅ２”の長さ、すなわち、３０ｆｔ程度の長さの３つ又は４つのパイプからなるスタンドの保管が容易に達成されることを、この構成は意味している。現場では、このような保管がバックラッキング（ｂａｃｋ  ｒａｃｋｉｎｇ）として知られている。
【００５４】
本発明によれば、第１の本体が回転パイプ体の一端に溶接され、外部当接部が溶接部と対向し、且つ第２の本体は別の回転パイプ体の一端に溶接され、支持面が溶接部と軸方向に対向してもよい。本体Ｃ１，Ｃ２は、ツールジョイントとして知られている。
【００５５】
また、本発明は、先行する請求項の何れか一項に記載のねじ式接続を接続する方法であって、この接続のショルダートルクＣＡＢより高い組立トルクが、７５０００ｆｔ．ｌｂ未満のトルク容量を有するトングを用いて得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
本発明は、添付図面を参照した下記の説明からより良く理解される。添付図面は単に表示によって提示され、決して本発明を限定するものではない。
【図１】図１は、回転数の関数として示された、ねじ接続の組立トルク曲線の線図である。
【図２】図２は、本発明に係る管状コンポーネントからなるストリングの使用を示す海上石油プラットフォームを示している。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るねじ接続の長手方向部分断面である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係るねじ接続の長手方向部分断面である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に係るねじ接続の長手方向部分断面である。
【図６】図６は、本発明のねじ接続の輪郭の長手方向部分断面の略図である。
【図７】図７は、本発明のねじ接続の輪郭の長手方向部分断面の略図である。
【図８】図８は、本発明のねじ接続の輪郭の長手方向部分断面の略図である。
【図９】図９は、本発明のねじ接続の輪郭の長手方向部分断面の略図である。
【図１０】図１０は、本発明のねじ接続の変形例の長手方向部分断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のねじ接続の変形例の長手方向部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図２は、有利な方法で本発明が配備された掘削設備１０を示している。記載した実施例において、設備１０は、海に浮かぶ海上プラットフォーム１２を備えている。プラットフォーム１２は、坑井の掘削に用いられる様々な要素を操作して保持し、それを稼働させる多数の付属物に加えて、回転テーブル１６も装備された掘削装置１４を備えている。このように、プラットフォーム１２は、海底Ｆに穿設された海底坑井２０の上方に直接配設される。海底坑井２０は、ケーシングされていても、ケーシングされていなくてもよい。設備１０は、海上基地１２と坑井２０との間の導管を構成する（マリンライザーとして知られた）プラットフォーム１２から吊るされたストリング２２を備えている。
【００５８】
図２に示された実施例において、２６に組み込まれるストリング、例えば、ケーシングのストリングは、特定の組立て長さ２８（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｍａｋｅｕｐ  ｌｅｎｇｔｈ）で本発明によるランディングストリング２４（Ｌａｎｄｉｎｇ  ｓｔｒｉｎｇ）に取り付けられる。このランディングストリング２４は、それらの端部を介して端部と端部とが接続される複数の管状コンポーネントを備えている。
【００５９】
ランディングストリング２４の２つの管状コンポーネントのねじ接続部、すなわち、図２の領域Ａの様々な実施の形態が、図３〜図５及び図１０に詳細に示されている。
【００６０】
図３は本発明のねじ式接続３０を示している。この接続３０は、第１の管状コンポーネントと第２の管状コンポーネントとを備えている。
【００６１】
第１の管状コンポーネントは、回転軸Ｘを有する第１の実質的に円筒形の本体Ｃ１を備えている。第１の本体Ｃ１が２”７／８〜１１”、より具体的には３．５”〜８”３／４、好ましくは７”〜８”１１／１６の外径ＯＤの円形断面を有している。これらは“インチ”の単位で示されている。本体Ｃ１は外周に外部当接部ＢＥを有している。この外径は外部当接部ＢＥから自由端部の方向に向かって減少している。外径ＯＤは自由端部から少し離れた本体Ｃ１の部分で、その外径は最大である。
【００６２】
この外部当接部ＢＥは、平らな環状の刻み目（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）の形をしている。刻み目を付けた面は、図３に示すように、軸Ｘに対して鋭角又は直角、具体的には、９０度を成している。
【００６３】
外部当接部ＢＥは、ベースＢ１を介して雄型ねじ接続部ＰＣ１に連結されている。ベースＢ１は軸Ｘに沿って延び、その外周に軸Ｘと実質的に平行な環状表面を有している。接続部ＰＣ１の外側は概してテーパ状になっており、ベースＢ１からの距離とともに縮小していく直径を備えている。接続部ＰＣ１は、その外周にねじ部（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）を有している。接続部ＰＣ１は、末端の非ねじ部ＰＴ１によって延長されている。端部ＰＴ１は軸Ｘに沿って延び、その外周に軸Ｘに実質的に平行な環状表面を形成している。
【００６４】
本体Ｃ１は、その自由軸端に内部当接部を有している。この内部当接部Ｂ１は、平らな環状表面の形をしている。この平らな表面は、軸Ｘに対して鋭角又は直角、具体的には、図３において９０度を成している。内部当接部Ｂ１は、本体Ｃ１によって画成された内周に接続されている。本体Ｃ１は中空であり、円形断面を有する軸方向穴部を画成している。具体的には、穴部の内径ＩＤは１”〜５”、例えば２．５”〜４”、より具体的には３．５”程度であり、これらの寸法は「インチ」の単位で示されている。外周が外部当接部ＢＥ，ベースＢ１，接続部ＰＣ１，末端部ＰＴ１によって画成される本体Ｃ１の領域において、内径ＩＤは実質的に一定である。
【００６５】
第２の管状コンポーネントは、その回転軸に対して実質的に円筒形である第２の本体Ｃ２を備えている。実際には、この接続部が本体Ｃ１と本体Ｃ２の間に形成されるとき、これらの本体の夫々の回転軸は一致する。図３は既に接続された本体Ｃ１と本体Ｃ２を示しているため、以下の説明は軸Ｘを参照して行う。
【００６６】
第２の本体Ｃ２は軸Ｘに沿って延びている。本体は、例えば、第１の本体Ｃ１の最大外径ＯＤに実質的に等しい外径を有する円形断面を有している。本発明の接続部が形成されるとき、第１の本体Ｃ１の方向に合わせられた第２の本体Ｃ２の軸端は、支持面ＳＡを画成している。
【００６７】
支持面ＳＡは平面的な環状表面の形状をしている。この表面の平面的な部分は、図３において軸Ｘに対して鋭角又は直角、具体的には、９０度を成している。この支持面は第２の本体Ｃ２の外周に連結されている。また、該部分は初期部ＰＴ２を介して第２の本体Ｃ２の中空部の内周にも連結されている。初期部ＰＴ２はねじ山がつけられておらず、軸Ｘに平行な軸を有する内部円周を画成している。初期部ＰＴ２は、支持面ＳＡを雌型接続部ＰＣ２に連結している。接続部ＰＣ２は、その内周に概してテーパ状の形状を有し、雄型接続部ＰＣ１のねじ部（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）と協働することが可能なねじ部を有している。
【００６８】
雌型接続部ＰＣ２はベースＢ２によって内部に延びている。このベースＢ２は実質的に軸Ｘに沿って延びており、軸Ｘに実質的に平行なその内周において環状表面を画成している。この表面は軸Ｘの横方向に形成された内部ショルダーＥＩと接続されている。図３から分かるように、内部ショルダーＥＩは、軸Ｘに直角な平面上で、平らな環状表面を形成している。
【００６９】
接続３０が形成されるとき、支持面ＳＡは、少なくともその表面の一部が外部当接部ＢＥと接触する。
【００７０】
図３の実施例では、接続３０が形成されるとき、内部当接部は、少なくともその接触面で内部ショルダーＥＩと接触する。
【００７１】
以上、外部と内部の両方の二重当接を伴う接続について説明した。
【００７２】
具体的には、本体Ｃ１と本体Ｃ２は、パイプ本体（不図示）の軸端に溶接によって夫々取り付けられ、本体Ｃ１と本体Ｃ２の平均外径より小さい平均外径を有するツールジョイントである。
【００７３】
本発明では、外部当接部，内部当接部，支持面及び／又は内部ショルダーの何れかの側に設けられた特定の輪郭を想定している。
【００７４】
本実施例では、
・第１の本体Ｃ１の内部当接部Ｂ１と内周との間に形成され、第１の本体Ｃ１の内周に相当し、内部当接部から軸Ｘの一部に沿った一定の内径を有する第１の本体Ｃ１の領域に向かって内径が減少する第１の輪郭と、
・第２の本体Ｃ２の内部ショルダーＥＩと内周との間に形成され、第２の本体Ｃ２の内周に相当し、内部ショルダーから軸Ｘの一部に沿った一定の内径を有する第２の本体Ｃ２の領域に向かって内径が縮小する第２の輪郭と、
・第２の本体Ｃ２の支持面ＳＡと外周との間に形成され、第２の本体Ｃ２の外周に相当し、支持面から軸Ｘの一部に沿った一定の外径を有する第２の本体Ｃ２の領域に向かって外径ＯＤが増加する第３の輪郭と、
・第１の本体Ｃ１の外部当接部ＢＥと外周との間に形成され、第１の本体Ｃ１の外周に相当し、外部当接部から軸Ｘの一部に沿った一定の外径を有する第１の本体Ｃ１の領域に向かって外径ＯＤが増加する第４の輪郭と、を定義することができる。
【００７５】
更に、本実施例では、
・内部当接部ＢＩと末端部ＰＴ１との間の第１の傾斜部５１と、
・内部ショルダーＥＩとベースＢ２との間の第２の傾斜部５２と、
・支持面ＳＡと初期部ＰＴ２との間の第３の傾斜部５３と、
・外部当接部ＢＥとベースＢ１との間の第４の傾斜部５４と、を定義することができる。
【００７６】
したがって、内部当接部ＢＩは第１の輪郭４１と第１の傾斜部５１に当接し、内部ショルダーＥＩは第２の輪郭４２と第２の傾斜部５２に当接し、支持面ＳＡは第３の輪郭４３と第３の傾斜部５３に当接し、外部当接部は第４の輪郭４４と第４の傾斜部５４に当接している。
【００７７】
輪郭４１〜輪郭４４の長さは、軸Ｘと直交する直線への投影の軸Ｘに沿った長さと一致している。
【００７８】
全てのケースで、この長さは１／１６”（１．５８７５ｍｍ）より長い。
【００７９】
より具体的には、輪郭４１及び／又は輪郭４２の長さは、軸Ｘに沿って測定される末端部ＰＴ１の長さよりも短く、軸Ｘに直交する同じ直線における末端部ＰＴ１の投影に一致する。このような構造は、接触領域が内部当接部と内部ショルダーとの間に設けられ、接続３０が形成され、且つ５０００ｐｓｉ程度の過剰な圧力が本体の内部に加わったとき、変形領域の漸進的分布を伴うことを意味する。
【００８０】
具体的には、輪郭４１の長さＬ１と輪郭４２の長さＬ２は、末端部ＰＴ１の軸Ｘに沿った長さよりも短く定義される。具体的には、長さＬ１は長さＬ２に等しい。該長さは３ｍｍ〜５０ｍｍ、例えば２０ｍｍ程度にすることができる。
【００８１】
より具体的には、輪郭４３及び／又は輪郭４４の該長さは、軸Ｘに沿って測定される初期部ＰＴ２の長さよりも短く、この長さは軸Ｘに直角な同じ直線における初期部ＰＴ２の投影に一致する。このような構造は、接触領域が外部当接部と支持面との間に設けられ、そのことが密封が確保されることを意味し、千トンを超える引張荷重が本体Ｃ１と本体Ｃ２の間にかかったとき、２つの表面が分離しないことを意味している。
【００８２】
具体的には、輪郭４３の長さＬ３と輪郭４４の長さＬ４は、夫々初期部ＰＴ２の軸Ｘに沿った長さより短くなるように定義されている。具体的には、長さＬ３は長さＬ４に等しい。該長さは３〜５０ｍｍ、例えば１５ｍｍ程度にすることができる。
【００８３】
具体的には、この第１の輪郭４１が、長手方向断面において、第１の本体Ｃ１の内部に向かう凸性又は凹性を有してもよい。この凸性又は凹性は単調であっても単調でなくてもよい。
【００８４】
第１の輪郭４１が単調な湾曲部を有するとき、例えば、それが円形又は楕円形の一部であってもよい。変形例においては、第１の輪郭４１は、傾斜が中断した２つの傾斜面を備えていてもよい。
【００８５】
図６〜図９は輪郭４１の種類を示している。輪郭４２〜輪郭４４の種類は対称性によって推定することができる（不図示）。
【００８６】
図６において、輪郭４１の一実施の形態は、それを、外部に向かって凸状になっている円の一部を形成しているものとして示している。図７において、輪郭４１の他の実施の形態は、それを、外部に向かって凹状になっている円の一部を形成するものとして示している。図８においては、輪郭４１実施形態の他の代替例は、それを、間にその傾斜の中断がある２つの部分を有する輪郭を形成するものとして示している。
【００８７】
図８の実施例において、２つの部分６０，６１は軸Ｘに対して傾斜している。図示しない変形例において、内部当接部に連結された部分６１は軸Ｘに平行であってもよい。図８の実施例において、該傾斜の中断は、それらの長さに沿って部分的に形成されている。図示しない変形例において、該部分の一方は軸Ｘに沿って他方よりも長くてもよい。図８の実施例において、平坦部６０は軸Ｘに対して１０度以上、具体的には２０度の鋭角を成している。図８において、平坦部６１のみ外部に向かって凹状になっている。図９の変形例において、傾斜部６０，６１は一緒に凹面を形成している。変形例において、一方又は両方の部分は平坦であっても湾曲していてもよい。
【００８８】
図７に示すように該輪郭が凸状のとき、その輪郭は、軸Ｘの一部に沿って一定の内径を有する本体Ｃ１の部分６４に対して接線方向に延びている。また、輪郭４１は、内部当接部ＢＩに対しても接線方向に延びている。
【００８９】
具体的には、図３の実施例では、第１の輪郭４１が外部に向かって凸状になっている。この実施例では、その輪郭が例えば１０〜３００ｍｍ、具体的には２５ｍｍ程度の一定の曲率半径を有している。図３の実施例では、輪郭４１と輪郭４２が対称ではない。また、第２の輪郭４２が外部に向かって凸状になっているが、例えば１０〜３００ｍｍ、具体的には２５ｍｍと同程度、具体的には曲率半径Ｒ１より小さい曲率半径Ｒ２を有している。輪郭４１と輪郭４２は対称的で凸状が好ましい。
【００９０】
図示しない本発明の変形例において、輪郭４１と輪郭４２は互いに対称でなく、例えば、一方が凹状で、他方が凸状の湾曲部を備えた他の構造を想定することが可能である。
【００９１】
図４，５の変形例において、第１の輪郭４１は１０〜３００ｍｍ、具体的には２５ｍｍ程度の曲率半径を有する凹部である。図４，５の実施の形態において、第１の輪郭４１と第２の輪郭４２は、内部当接部と内部ショルダーとの間の接触面を通る平面Ｑ１に対して対称である。
【００９２】
具体的には、図４及び図５の実施の形態において、第１の輪郭４１の曲率半径Ｒ１は、その長さＬ１よりも大きい。これらの実施の形態において、輪郭４１，４２が一緒に円形又は楕円形の一部を形成する輪郭を形成しているのではない。実際、それらは、端部と端部が接線方向に接続して配置された円の２つの部分を一緒に形成している。この構造は、加圧下の挙動が改善されることを意味している。また、このような構造は、接続部における乱流の領域の形成を防ぐことができ、それとともに、ストリング内を輸送される流体の圧力低下を避けることができる。
【００９３】
図１０は、図４に示した凸状の輪郭と凹状の輪郭とが反転している。
【００９４】
図示された実施の形態において、輪郭４１と輪郭４２は、第１の本体Ｃ１と第２の本体Ｃ２の内部穴の連続輪郭を一緒に定義している。このように、このような接続部を有するストリングを介して実行されたセメンチングプロセスからの残留物のこの境界領域への付着が防止される。
【００９５】
具体的には、図３及び図４の実施例において、第３の輪郭４３は外部に向かって凸状になっている。この実施例において、例えば、それは５〜１００ｍｍ、具体的には２５ｍｍ程度の一定の曲率半径を有している。図３〜図５に示す実施例において、第３の輪郭４３と第４の輪郭４４は、外部当接部と支持面との間の接触面を通る平面Ｑ２に対して対称である。この種の構造は、機械的強度に関して非常に有利であり、支持面ＳＡに対する外部当接部ＢＥの使用中の分離を防ぐことができる。
【００９６】
図示しない変形例において、輪郭４３と輪郭４４が互いに対称ではなく、例えば、一方が凹状であり、他方が凸状である異なる湾曲部を備え、及び／又は異なる曲率半径を有する他の構造を想定することが可能である。実施例として、図１１において、輪郭４３は凸状であり、一方、輪郭４４は凹状である。この差別化は、外部から目に見えることを意味し、及び異なるクラスのチューブを操作及び識別しなければならない掘削作業員にとって有用である。
【００９７】
図５の変形例において、第３の輪郭４１は、外部に向かって凹状であり、５〜１００ｍｍの範囲、具体的には、２５ｍｍ程度の曲率半径を有している。
【００９８】
図３〜図５の実施例において、第３の輪郭４３と第４の輪郭４４は、厳密に言うと、それらの長さより小さい曲率半径を有している。
【００９９】
図３の実施例において、第１の傾斜部５１は平面Ｑ１に対して角度７１を成し、この角度は０度〜９０度の範囲にある。また、第２の傾斜部５２は同じ平面Ｑ１に対して当接する角度７２を成し、例えば、０度〜４５度の範囲の鋭角である。図示の実施例において、角度７１と角度７２は大きさが同じである。図４及び図５の変形例では、角度７１と角度７２は大きさが等しくなく、角度７１は角度７２より大きくてもよい。
【０１００】
図３〜図５の実施例において、傾斜部５１，５２は共通の交点で平面Ｑ１を切り取っている。実際には、内部当接部ＢＩと内部ショルダーＥＩが同じ接触高さ８０を有し、内部当接部ＢＩは内部ショルダーＥＩとだけ対向している。軸Ｘに対して垂直に測定した接触高さ８０は、降伏を観測することなく、取り付けられる該本体の重量の少なくとも４．５倍、又は少なくとも２つ、例えば、少なくとも３つ、好ましくは４つの、端部と端部が接続された管状体の重量の少なくとも１．５倍の圧縮力を支持できるように決定するのが好ましい。この接触高さ８０を「半径方向厚さ」ともいう。
【０１０１】
図３の実施例において、第３の傾斜部５３は、平面Ｑ２に対して角度７３を成し、この角度は０度〜９０度の範囲にある。また、第４の傾斜部５４は、この同じ平面Ｑ２に対して当接する鋭角７４を成している。図示の実施例において、角度７３と角度７４は大きさが同じである。図４及び図５の変形例では、角度７３と角度７４は大きさが等しくない。第４の傾斜部の角度７４は角度７３より小さい。実際には、角度７４は、例えば、０度〜４５度である。
【０１０２】
図３〜図５の実施例において、傾斜部５３と傾斜部５４は共通の交点で平面Ｑ２を切り取っている。実際には、外部当接部ＢＥと支持面ＳＡが同じ接触高さ８１を有し、外部当接部ＢＥは、支持面ＳＡとだけ対向している。軸Ｘに対して垂直に測定した接触高さ８１は、降伏を観測することなく、取り付けられる該本体の重量の少なくとも６倍、又は３つ、好ましくは４つの、端部と端部が接続された管状体の重量の少なくとも１．５倍の圧縮力を支持できるように決定される。この接触高さ８１を「半径方向厚さ」ともいう。
【０１０３】
したがって、ランディングストリングとドリルパイプライザーの分野に関する本発明のより具体的に想定した用途では、この接続に稼働中のトルクの伝達がほとんど存在しない限り、管状コンポーネントを接続するための組立トルクを低減して、本発明の接続を容易に組み立てることが可能である。
【０１０４】
実際には、２つの当接部、すなわち、支持面ＳＡを備えた外部当接部ＢＥ、又は内部ショルダーＥＩを備えた内部当接部ＢＩの何れかの間に接触圧を生成するために組立トルクは用いることができる。実際、本発明では、外部当接部ＢＥと支持面ＳＡとの間に１つの当接部を備えた接続、又は上述の図に示すように二重当接部を備えた接続とすることができ、外部当接部ＢＥが支持面ＳＡに押し付けられるとともに、内部当接部ＢＩが該内部ショルダーに押し付けられる。
【０１０５】
外部当接部ＢＥと支持面ＳＡの分離を防ぐために加えられる組立トルクは、外部当接部ＢＥと支持面ＳＡとの間の当接面領域Ｓと、該接続の軸に対する外部当接部ＢＥと支持面ＳＡの夫々の位置との関数である。外部当接部ＢＥと支持面ＳＡの位置は、外部当接部ＢＥと内部当接部ＥＩの位置と同様に、第１、第２、第３及び第４の輪郭の夫々の選択によって制御される。同じ理由が、外部当接部ＢＥと内部当接部ＥＩの分離を防ぐために加えられる組立トルクを決定することに当てはまる。
【０１０６】
符号ｈで表された高さ８０と高さ８１は夫々下記等式を満たすように決定され、本発明によって想定される適用分野において当接分離力Ｆを５０００００ｌｂｓ〜３００００００ｌｂｓにすることができ、圧力Ｐを１００００〜１０００００ＰＳＩにすることができ、圧力Ｐは、ＢＥ及びＳＡ間、又はＢＩ及びＥＩ間で定義される接触長さにかかる平均圧力を示す。
【０１０７】
2015507729.tif 000003
【０１０８】
Ａは、該接続が、管状コンポーネントの対称的な回転軸Ｘを伴って形成された場合の、ＢＥとＳＡ間、代替的にはＢＩとＥＩ間で定義される接触面の最大距離である。
【０１０９】
また、力Ｆは、具体的には、管状コンポーネントが作られる材料の外径ＯＤ，その重量，グレードによって決定される管状コンポーネントの性能の関数である。
【０１１０】
以上の構成により、第１及び第２のコンポーネントがＡＰＩ規格に準拠して作られた接続に適合するように組立トルクによって互いに組み立てられたとき、ねじ式接続３０が得られる。具体的には、７５０００ｆｔ．ｌｂ未満、具体的には６８０００ｆｔ．ｌｂ程度のトルク容量のトング（ｔｏｎｇｓ）を用いて、この接続が得られる。このような構造には、該ランディングストリング内での機械設備の移動が容易である等の利点がある。
【０１１１】
また、本発明の接続は、ドリルストリングを形成することを意図した２つの管状コンポーネント間に、具体的にはボトムホールアセンブリ（ｂｏｔｔｏｍ  ｈｏｌｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＢＨＡ）のコンポーネント間に、より具体的にはドリルカラー部材を接続するために用いてもよい。また、本発明の接続は、オイルストリング又はライザーの２つのコンポーネント間に用いてもよい。
【０１１２】
この説明を通して、「１つの〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  a）」という表現は、そうではないと明記されない限り「少なくとも１つの〜を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」と同義と見なされるべきである。
【図１】
2015507729.tif 000004
【図２】
2015507729.tif 000005
【図３】
2015507729.tif 000006
【図４】
2015507729.tif 000007
【図５】
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【図６】
2015507729.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2015507729.tif 000015
2015507729.tif 000016
2015507729.tif 000017
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