(57)【要約】      （修正有）【課題】  簡易な構成で、簡便かつ安全に操作可能な坑井のケーシングを構成する鋼管側壁穿孔用の装置及びそれを用いた穿孔方法を提供する。【解決手段】  内部ジェットノズル４、研磨材の混合室５及びアブレシブノズル３をこの順に配置したノズル本体１を鋼管８内に配置して、ジェットノズルから噴射した噴流を混合室で研磨材と混合しつつアブレシブノズルから鋼管内部から鋼管側壁に穿孔を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔用液体ジェットノズルであって、
該液流を噴射するためのノズル開口と、該ノズル開口に連通する混合室と、該混合室に液体を供給する液体供給路と、該液体供給路に液体を導入するための液体供給口と、該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路と、該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入路と、を少なくとも有することを特徴とする穿孔用液体ジェットノズル。
【請求項２】
前記液体供給路は内部ノズルを介して前記混合室に連通し、該内部ノズルは、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給を行うための負圧を発生させるとともに、前記ノズル開口から研磨材を含む液体を噴射し得る位置に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズル。
【請求項３】
液体中に浸漬された状態で、該液体と接触する被処理物へ穿孔を行う請求項１または２に記載の穿孔用液体ジェットノズル。
【請求項４】
前記液体が水であり、前記研磨材がガーネットである請求項１〜３のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズル。
【請求項５】
前記被処理物が鋼管であり、該鋼管内に挿入されて、該鋼管の内側から管壁に穿孔を行う請求項１〜４のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズル。
【請求項６】
被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔用ノズルシステムであって、
請求項１〜５のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズルと、該穿孔用液体ジェットノズルに供給される研磨材を貯溜する研磨材タンクと、該穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口を被処理物の所定領域に向けて固定するための固定手段と、を有することを特徴とする穿孔用ノズルシステム。
【請求項７】
被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔装置であって、
請求項１〜５のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズルと、該穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口を前記被処理物の所定領域に向けるための固定手段と、該穿孔用液体ジェットノズルに研磨材を供給する手段と、該穿孔用液体ジェットノズルに該ノズル開口から噴射する液流のための液体を供給する液体供給手段と、を有することを特徴とする穿孔装置。
【請求項８】
前記被処理物が坑井のケーシングを構成する鋼管であり、前記研磨材供給手段と前記液体供給手段とが、前記穿孔用液体ジェットノズルが該鋼管内に挿入された際に、該鋼管内の穿孔用液体ジェットノズルに地上から液体及び研磨材を供給し得る構成を有する請求項７に記載の穿孔装置。
【請求項９】
前記研磨材供給手段が、前記穿孔用液体ジェットノズルと一体化、または穿孔用液体ジェットノズルに近接して設けられた研磨材タンクと、該研磨材タンクから研磨材を該穿孔用液体ジェットノズルに供給する供給系を有する請求項７に記載の穿孔装置。
【請求項１０】
被処理物に対して穿孔するための穿孔方法であって、
前記被処理物の所定位置に研磨材を含む液体をノズル開口から噴射して穿孔する工程を有する
ことを特徴とする穿孔方法。
【請求項１１】
前記液体が水であり、前記研磨材がガーネットである請求項１０に記載の穿孔方法。
【請求項１２】
前記ノズル開口が、請求項１〜５のいずれかに記載の穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口である請求項１０または１１に記載の穿孔方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高水圧環境下における鋼管内部からの側壁への穿孔などに好適な穿孔方法及びそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水溶性天然ガスの生産井や廃坑井における処理として、パーフォレーションを挙げることができる。パーフォレーションは、各種坑井作業のために行うケーシングの側壁への穿孔処理である。なお、セメンチングは、ケーシングの保護、生産層と他の層と隔離、廃坑井の処理などの種々の目的のために一般的に行われているものである。
【０００３】
また、パーフォレーションには、ガン・パーフォレーションと呼ばれる火薬の爆発力を利用する方法があり、これにはパレットパーフォレーション及びジェット・パーフォレーションが代表的である。
【０００４】
一方、石油の生産井における坑内洗浄を行なう技術としては、研磨剤（アブレシブ）入りの洗浄液をノズルからの噴射するアブレシブジェットを用いる方法が知られている。ノズルはリールに巻いたコイルドチュービングの先端に取り付けられており、リールからコイルドチュービングを繰り出しながら坑内にノズルを降下させて、所定の深さ位置で洗浄液を噴射して坑壁に付着しているスケール等を取り除く洗浄が行なわれる。
【０００５】
また、浅い坑井における塩化ビニルなどの樹脂製のケーシングの場合には、水流（ウォータージェット：ＷＪ）のみによる穿孔処理があるが、深い坑井のケーシングでは機械的な強度などの点で鋼管が用いられており、鋼管に対するＷＪによる穿孔処理は知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パーフォレーション技術として一般的である火薬を用いる方法では、火薬の取扱に資格が必要であり、穿孔処理自体にも特別な装置が利用されるので、専門の業者に処理を依頼する場合が多い。
【０００７】
また、コイルドチュービングを用いたアブレシブジェットによる方法は、一般に、坑内洗浄に利用されているものであり、この方法に用いる洗浄液の輸送システムをそのまま鋼管壁への穿孔処理に用いた場合、大掛かりな装置が必要であり、更に、処理コストも高くなると考えられる。
【０００８】
これらの方法に対して、水流による穿孔処理は装置の小型化、処理操作の簡便化が容易であり、火薬などの危険物質の使用も回避できるので、パーフォレーション用の方法として好適である。しかしながら、深い坑井における高圧下で鋼管に対して効果的に穿孔処理を行うことができる方法は未だ知られていないのが現状である。
【０００９】
本発明の目的は、簡易な構成で、簡便かつ安全に操作可能な鋼管側壁穿孔用などとして好適な装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、簡易な構成の装置により、簡便かつ安全に行うことのできる鋼管側壁などの被処理物への穿孔処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の穿孔用液体ジェットノズルは、被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔用液体ジェットノズルであって、
該液流を噴射するためのノズル開口と、該ノズル開口に連通する混合室と、該混合室に液体を供給する液体供給路と、該液体供給路に液体を導入するための液体供給口と、該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路と、該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入路と、を少なくとも有することを特徴とするものである。
【００１１】
この穿孔用液体ジェットノズルは、前記液体供給路は内部ノズルを介して前記混合室に連通し、該内部ノズルは、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給を行うための負圧を発生させるとともに、前記ノズル開口から研磨材を含む液体を噴射し得る位置に配置されている構成を有するものであることが更に好ましい。
【００１２】
この穿孔用液体ジェットノズルは液体中に浸漬された状態で、該液体と接触する被処理物への穿孔処理に好適である。また、前記被処理物としては、坑井のケーシングを構成する水が充填された状態にある鋼管を挙げることができ、上記構成の穿孔用液体ジェットノズルを鋼管内に挿入して、鋼管の内側から管壁に穿孔を行うことができる。
【００１３】
本発明の穿孔用ノズルシステムは、被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔用ノズルシステムであって、上記構成の穿孔用液体ジェットノズルと、該穿孔用液体ジェットノズルに供給される研磨材を貯溜する研磨材タンクと、該穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口を被処理物の所定領域に向けて固定するための固定手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の穿孔装置は、被処理物に液流を当てて穿孔を行うための穿孔装置であって、
上記構成の穿孔用液体ジェットノズルと、該穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口を前記被処理物の所定領域に向けるための固定手段と、該穿孔用液体ジェットノズルに研磨材を供給する手段と、該穿孔用液体ジェットノズルに該ノズル開口から噴射する液流のための液体を供給する液体供給手段と、を有することを特徴とするものである。この装置において、被処理物が坑井のケーシングを構成する鋼管である場合は、研磨材供給手段と液体供給手段とが、穿孔用液体ジェットノズルが鋼管内に挿入された際に、鋼管内の穿孔用液体ジェットノズルに地上から液体及び研磨材を供給し得る構成を有することができる。あるいは、研磨材供給手段は、穿孔用液体ジェットノズルと一体化またはそれに近接して配置した研磨材タンクと該研磨材タンクから研磨材を穿孔用液体ジェットノズルに供給する供給系を有する構成とすることができる。
【００１５】
本発明の穿孔方法は、被処理物に対して穿孔するための穿孔方法であって、前記被処理物の所定位置に研磨材を含む液体をノズル開口から噴射して穿孔する工程を有することを特徴とするものである。このノズル開口としては、上記の構成の穿孔用液体ジェットノズルのノズル開口が好適に利用できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な構成の装置を用いて、簡便かつ安全に坑井のケーシングを構成する、例えば、２3/8ＴＢＧ（ＩＤ５１．８ｍｍ）などからなる鋼管の内部からの穿孔を行うことが可能となる。本発明の穿孔方法及びそれに用いる装置並びにシステムは、水に含まれる天然ガスのみならず、石油、ガス、地下水、温泉などの液体を土壌中から汲み上げるための坑井のケーシングを構成する鋼管などの穿孔処理に好適に利用できる。
【発明を実施するため最良の形態】
【００１７】
以下、被処理物が鋼管である場合について本発明について説明する。
【００１８】
本発明にかかる鋼管への穿孔方法は、鋼管内部に挿入配置したノズル開口から研磨材を液体に混合してジェット噴射させて鋼管の所定位置の内壁に衝突させて、そこに孔を開ける方法である。
【００１９】
この液体としては、通常は水が利用され、研磨材としては、鋼管の管壁に孔を開けるための利用できるものであればよく、例えばガーネット粉末、あるいはそれと同等の硬度を有するものなどが好ましく利用できる。なお、研磨材の平均粒径は、０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍ程度であればよい。なお、穿孔処理を行う場所やそこに充満している液体の種類などに応じて噴射する液体は水以外に設定することも可能である。
【００２０】
この穿孔方法に用いる穿孔用の液体ジェットノズルとしては、鋼管内に挿入可能である本体に、液流を噴射するためのノズル開口と、ノズル開口に連通する混合室と、混合室に液体を供給する液体供給路と、液体供給路に液体を導入するための液体供給口と、混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路と、研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入路と、を少なくとも有する構成のものが好適に利用できる。ノズル開口は、本体の鋼管内に挿入時に鋼管内壁に対向し得る位置に設置される。このノズル開口の鋼管内へでの位置固定は、例えば水圧で複数本のアームが開くことで坑内に液体ジェットノズルを固定し得る固定手段を、液体ジェットノズルに近接、例えば、図３に示すように液体ジェットノズルの上下に接続することにより行うことができる。
【００２１】
図１にこのような構成を有する液体ジェットノズルの一例を示す。図１（ａ）は鋼管ケーシング内に挿入した状態の液体ジェットノズルの構造を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は鋼管の上部開口側から見た液体ジェットノズルと鋼管内部との位置関係を示す図である。
【００２２】
この液体ジェットノズルは２つのノズルを複合的に用いたノズルシステムとしての構造を有する。具体的には、ノズル本体１に、鋼管８の内壁へ向けて開口したノズル開口２を有するアブレシブノズル３、アブレシブノズルに連通する混合室５と、混合室に液体をジェット噴射により導入する開口９を有する内部ジェットノズル４と、混合室に研磨材（アブレシブ）を供給するための供給路１０とその供給口６、内部ジェットノズル４への液体の供給路７−１へ液体を供給する供給口７と、を設けた構成を有している。上述した固定手段を設けたことで、鋼管８の長手方向、並びにこの長手方向の中心軸に垂直な面でのノズル開口の振れ（ズレ）が防止される。深度の高い場所での処理においては、液体の供給を地上から、研磨材を坑内に挿入したジェットノズルの直上部に取り付けられた研磨材タンク（アブレシブタンク）より行うと良い。また、鋼管８の長手方向におけるノズル本体１の位置については、図３に示すような吊り下げ用の高圧ホースなどのノズル本体挿入手段によって固定される。
【００２３】
なお、本体のノズル開口と対向する背面に、ノズル開口からの液流の噴射時に前記鋼管内壁と接することでノズル開口の鋼管の軸方向に垂直な面での位置を規制する構造を有するものを利用することもできる。この場合、ノズル開口は、本体の鋼管内に挿入時に鋼管内壁に対向し得る位置に設けられ、この開口と反対の本体背面は、ノズル開口からの液流の噴射時に鋼管内壁と接することでノズル開口の鋼管の軸方向に垂直な面での位置を規制する構造、例えば、鋼管の内壁面に対応した曲面を有するものとすることができる。この鋼管内壁と本体背面との接触は、点または面で行わせることができる。
【００２４】
一方、内部ジェットノズル４は、混合室５内に液体をジェット噴射し、その水流をアブレシブノズルから押し出す機能を有し、その際発生する混合室５内の負圧によって、液体ジェットノズルの直上に取り付けられた研磨材タンクより研磨材が混合室５内に取り込まれ、内部ジェットノズル４から混合室５に噴射された液体に研磨材が混合されノズル開口２から鋼管８の内壁の所定位置に液流が当てられる。
【００２５】
アブレシブノズル３、混合室５、混合室５に連通する研磨材供給路１０、内部ジェットノズル４の構造及び配置は、ノズル開口２から穿孔に必要な噴流が生じ、かつ混合室５の負圧によって必要とされる研磨材の配合量が得られるように選択される。図１に示す例では、アブレシブノズル３を長手方向に内径の均一なノズルとし、内部ジェットノズル４を内径が混合室方向に減少するテーパ状の先に直管部を有する形状とし、これらのノズルの内径の中心が一致するように配置している。なお、これらのノズルの形状は、本発明の効果が得られる範囲内であれば、特に限定されず、例えば、ストレートノズル、噴射方向に向かって内径が小さくなるテーパ状のノズル、あるいは吐出方向に向かって内径が大きくなるホーン型ノズル、更にはこれらのノズル形状を噴射方向に組合わせて配置したノズルなどが利用できる。
【００２６】
更に、研磨材供給路１０は、内部ジェットノズル４からの液体の噴射方向（内径の中心軸方向）に対して交差する方向（より好ましくは直交、概ね直交する方向、更に好ましくは、噴射方向に向いて交差する方向）で混合室５に連結されていることが好ましい。
【００２７】
なお、液体ジェットノズルの構造は、図８及び図９に示す構造のように所望に応じて変更することが可能である。
【００２８】
ノズル本体１の有する各部のサイズや形状は、上記の要件に加えて、鋼管８のサイズや処理位置（環境水圧）に応じて設定され、特に限定されない。
【００２９】
例えば、ノズル開口２の位置を固定手段などで規制した状態でのノズル開口２と鋼管８内壁との距離は、１０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。一方、ノズル開口２を構成するアブレシブノズル３の長さ（図２、９に示すＬ１）は３５ｍｍ以下であることが好ましい。更に、ノズル開口２の径（図２、９に示すｒ１）は１２ｍｍ以下であることが好ましい。また、内部ジェットノズル４の図２、９に示す部分Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、ｒ２及びｒ３は、例えば以下のように設定される。
Ｌ３：４ｍｍ
Ｌ２、Ｌ４：坑壁の厚さにより調整
ｒ２：１ｍｍ
ｒ３の開き（θ）：１４°
なお、アブレシブノズル径（本体外部への開口部）とジェットノズル径（混合室への開口部）の大きさは、アブレシブノズル径＞ジェットノズル径の関係とするとよく、比率はアブレシブノズル径がジェットノズル径の３倍程度が望ましい。
【００３０】
本発明にかかるジェット噴射ノズルは、鋼管ケーシング内の水が充満している部分に挿入した状態で穿孔処理を行うもので、この処理は処理位置の深度に応じた水圧環境下での処理となる。従って、ノズル本体１やその内部に設置する各ノズルなどは、そのような環境圧力に耐えられる材質及び構造で形成される必要がある。そのような材料としては、例えば各種ステンレス材などを挙げることができる。
【００３１】
内部ジェットノズル４からの噴射量は、ノズル開口２からの穿孔に必要とされる噴流が得られるように設定され、例えば２５０ｇ／秒以上に設定することができる。
【００３２】
また、内部ジェットノズル４からの噴射の圧力も、穿孔処理を行う環境圧力や鋼管の材質、その側壁の厚さなどに応じて設定されるが、例えば、６０ＭＰａ以上でより高圧であることが好ましい。
【００３３】
研磨材の液体への配合割合（または噴射割合）は、目的とする穿孔処理が可能であれば特に限定されないが、例えば、水に対して３０質量％以下の量で用いることができる。内部ジェットノズル４からの液体と、研磨材を含む液体の混合割合（あるいは流入量の比）は、上記の配合割合に応じて設定される。また、ノズル開口２からの噴流の圧力も、穿孔処理を行う環境圧力や鋼管の材質、その側壁の厚さなどに応じて設定される。
【００３４】
なお、研磨材は液体に分散された状態で供給口６から混合室５内へ供給される内部ジェットノズル４から噴射される液体と混合される。この研磨材を分散させる液体としては、通常は内部ジェットノズルから液体と同じものを用いる。
【００３５】
液体ジェットノズルを用いた鋼管穿孔用システム及びそれを用いた装置の一例を模式図として、穿孔用システムの配置位置における拡大図を含めて図３に示す。
【００３６】
この穿孔用システムは、液体ジェットノズル１の直上に研磨材タンク（アブレシブタンク）１１を設けてユニット化し、このユニットの上下に固定手段としてのセントラライザー１２を接続した構成を有する。この研磨材タンク１１は、研磨材を貯留する貯溜室と、この貯溜室と液体ジェットノズルの研磨材供給口とを接続する研磨材供給系とを有する。この穿孔用システムは、処理現場に設置したタンク内の流体（通常は水）を高圧ポンプで送り込む高圧ホース１３によって吊り下げられており、高圧ホース１３は液体ジェットノズル１の液体供給口に接続されている。なお、研磨材の液体ジェットノズル１への供給は、液体ジェットノズル１からの液体の噴射によって負圧の生じた混合室内に研磨材タンクから研磨材と適量の流体が送り込まれることで行われる。このような研磨材の供給における供給量の制御には、例えば図５に示すような供給制御手段を利用することもできる。あるいは、供給路内に所定の内径差を有する絞りを配置して研磨材の供給量の制御を行ってもよい。
【００３７】
液体ジェットノズル１の上下に配置されたセントラライザー１２としては、例えば塩化ビニル製のケーシングへの穿孔処理において利用されているものなどが好適に利用できる。このようなセントラライザーは、以下の動作により位置固定を行う構成を有するものを挙げることができる。
（１）高圧ポンプから吐出された水の圧力によってノズル内のピストンが押される。
（２）ピストンの溝に、羽に取り付けたカムを収めておき、高圧ポンプからの水の圧力でピストンが押されるとカムが作動し羽またはアームが外方向に広がりセンタリングを行う。
（３）ピストンが押される作動圧を、所定圧、例えば50kscに調製した、バネを内部に組み込んでおき、圧力を抜くとバネ（特殊な物を使用）によってピストンが押し上げられ、羽またはアームが収納されて、固定状態が解除される。
【００３８】
なお、図示したように、液体ジェットノズルの上下にセントラライザーを取り付ける場合、下部のセントラライザーは、地上から高圧ホースを通じて供給される水の圧力をシステムの先端部で受けて（エンド型）羽を広げる構造とされ、液体ジェットノズルの上部に取り付けられるものは、水が流れる中間部で圧力を受けて（貫通型）羽を広げる原理を採用したものとなる。従って、中間部で水圧を受けられるように水の流路となる高圧ホースの内径よりもセントラライザー内の内径（ピストン部分）を小さくするとよい。
【００３９】
図示した例におけるセントラライザーでは、アームが鋼管内壁を押圧することでシステムの位置固定を行っているが、アームを片方に配置して、アームの押圧力でシステムの反対側を鋼管内壁面に押し付けて位置固定を行う構成とすることもできる。
【００４０】
更に、セントラライザーの羽またはアームを広げる際の圧力は、上記のように液体ジェットノズルへ供給される水などの高圧液体を利用してもよいし、別途設けた供給系から供給される水や油などの液体による圧力を利用してもよい。装置の小型化や構成の簡易化には、穿孔に利用される液体の圧力、例えば水圧を利用すると都合が良い。
【００４１】
このようなシステムで、坑井内の所定位置にノズルが停止した段階で、地上の井戸元に設置したタンク１４内の流体を高圧ポンプ１５で加圧して液体供給ラインの高圧ホース１３に送り込む。すると、液体ジェットノズル１の噴射によって負圧の生じた混合室内に研磨材の混合流体が流入し、それらが液体ジェットノズルのノズル開口２から噴射されることで穿孔処理が行われる。
【００４２】
なお、穿孔処理を行う場所が浅い場合は、研磨材を地上に設置したタンクからホースなどを用いて液体ジェットノズルに供給するようにしてもよい。
【００４３】
なお、液体ジェットノズルへ供給する研磨材を含む液体は、ろ過処理などを適宜用いて、供給に適した粒径の研磨材が供給に適した分散状態でノズル１に供給されるようにしてもよい。
【００４４】
本発明の穿孔用の液体ジェットノズル及びそれを用いたシステムあるいは装置は、上記の坑井のケーシングを構成する鋼管内壁への穿孔処理に限定されず、液体ジェットノズルの固定手段の構成を適宜変更することで、各種タンクや液体が貯溜されている箇所、湖水や河川、あるいは海中に設置された施設や装置などにおいて、水などの液体中からの被処理物への穿孔処理に好適に利用できる。その際、研磨材を含む噴流の噴射方向は図１に示すように高圧パイプの液体の供給方向に交差する方向に限定されず、目的とする穿孔処理を可能とする方向に変更することができる。更に、非処理物として穿孔加工される部材の材質も、鋼管などの鋼材に限定されず、例えば、塩化ビニルや、ガラス繊維などで強化された強化プラスチック等からなる板や管などの穿孔処理される肉厚部を有する部材への穿孔処理に本発明は好適に利用できる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例に基づいて本発明を更に説明する。
実施例１
図４（ａ）及び（ｂ）に概要を示す装置を用いて本発明にかかる液体ジェットのノズルの機能について確認した。
【００４６】
図４（ａ）に示す実験装置は、貯水タンク、高圧水ポンプ、圧力調整バルブ、流量切り替えバルブ、耐圧設計の穿孔試験用圧力容器、耐圧設計の沈殿槽、環境圧力調整バルブおよび穿孔試験用圧力容器内のノズルシステムを有する。なお、穿孔試験用圧力容器内から排出された研磨材を含む水は、耐圧設計のサイクロン式沈殿槽に回収してから環境圧力調整バルブを通過させて装置外へ排出した。このサイクロン式沈殿槽の設置により、環境圧力調整バルブの損傷を防止した。
【００４７】
実験は、環境圧力調整バルブを調節することで、穿孔試験用圧力容器及び耐圧設計の沈殿槽内の耐圧設計は１０ＭＰａとなるように設定した。
【００４８】
図４（ｂ）に示すノズルシステムは、基本的には、図１（ａ）に示したものと同じであり、ノズル開口と反対側の背面側から水を導入する構造に変更したものである。ノズルシステムと試料との配置は図４（ｂ）に示すとおりである。
【００４９】
鋼管試料は、外径４・１／２インチの石油用鋼管（Ｊ５５）であり、実験には瓦型に切断して使用した。肉厚はおおよそ６．５ｍｍである。ノズルシステムの内部ウォータージェットノズルから混合室に噴射されたウォータージェットは混合室内で研磨材タンクから吸引された研磨材と混合し、ＳＵＳ４４０Ｃ焼入製アブレシブノズルを通過して試料に衝突させた。
【００５０】
実験パラメータとしては、ウォータージェットの吐出圧力（ｐ）を６８．７ＭＰａ、ウォータージェットノズル径（ストレートノズル）を１ｍｍ、アブレシブノズルのスタンドオフディスタンス（Ｌ：アブレシブノズルの開口と試料との距離）を５ｍｍ、と一定とした。環境圧力（Ｐamb）は０〜２ＭＰａ（穿孔試験用圧力容器内に充填された水の水圧を環境圧力バルブで調整）、研磨材供給量（ＭAU）は０．６〜１４ｋｇ、噴射時間（ｔ）は１〜４ｍｍとし、アブレシブノズルには、ノズル径（ｄＦ）が３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ及び１２ｍｍ、ノズル長さ（ｌF）が１５ｍｍ、２５ｍｍ及び３５ｍｍのものをそれぞれ用いた。また、ウォータージェットノズルの開口部からアブレシブノズルの開口部までの長さ（図４（ｂ）のＬｗ−ａ）は４０、５０及び６０のそれぞれを採用した。
【００５１】
研磨材としては、＃８０のガーネット粉末を利用し、この場合の水とガーネット粉末との混合割合は、アブレッシブホースの絞り径（φ１ｍｍ〜２５ｍｍ）により調整した。なお、アブレッシブ流量が混合室内の負圧の変化に応じて変動する点、更には大深度で穿孔を行う場合に大気圧の０．１ＭＰａを超えた環境圧力の場合に劇的にアブレシブ流量が増える現象も確認されている。そこで、混合室内の負圧を一定とし、アブレッシブ流量も一定にするための図５に示す構造の供給制御手段も有用である。
【００５２】
その結果、少なくとも以下の条件において穿孔が確認された。
【００５３】
【表１】
2005103651.tif 000003
また、環境圧力と切削深さとの関係及びアブレシブノズル長さと切削深さの関係を求め、その結果を図６及び７にそれぞれ示す。なお、図６及び７における縦軸は、単位研磨材供給量当たりの切削深さを示し、設計の基本となる環境圧力に応じたアブレシブノズルの径と長さの選択の基準の一例が提示さている。
【００５４】
表１、図６及び図７に示す結果から明らかな通り、上記の実験条件においては、水深２００ｍに相当する高圧下でも、鋼管に穿孔可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ノズルシステムの一例を示す図であり、（ａ）は鋼管ケーシング内に挿入した状態の液体ジェットノズルの構造を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は鋼管の上部開口側から見た液体ジェットノズルと鋼管内部との位置関係を示す図である。
【図２】２つのノズルの連結配置状態の一例を示す部分断面図である。
【図３】鋼管穿孔用システムの一例を示す図である。
【図４】実験装置の概要を示す図であり、（ａ）は装置に用いた各機器の概要を示す図であり、（ｂ）は実験に用いたノズルシステムの概要を示す模式的断面図である。
【図５】研磨材供給制御手段の概要を示す図である。
【図６】実験で得られた結果から求めた環境圧力と切削深さとの関係を示す図である。
【図７】実験で得られた結果から求めたアブレシブノズル長さと切削深さの関係を示す図である。
【図８】本発明にかかる液体ジェットノズルの他の構造例を示す図である。
【図９】図８に示す液体ジェットノズルにおける２つのノズルの連結配置状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    ノズル本体
２    ノズル開口
３    アブレシブノズル
４    内部ジェットノズル
５    混合室
６    供給口
７    供給口
７−１  供給路
８    鋼管
９    開口
１０    供給路
１１    研磨材タンク
１２    セントラライザー
１３    高圧ホース
１４    水槽
１５    高圧ポンプ
【図１】
2005103651.tif 000004
【図２】
2005103651.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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