(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井用の管状部材であって、前記管状部材１０、１００は呼称内径Ｃ、Ｇを有し且つ前記管状部材１０、１００の外表面１０ｓ、１００ｓに付けられた摩擦および／または封止材料２２、１１６を含み、前記摩擦および／または封止材料２２、１１６は、前記管状部材１０、１００が前記坑井内に通されたときに、前記摩擦および／または封止材料２２、１１６が実質的に保護されるように保護部２０、１１８、１２０に配置され、
前記保護部は、２つの肩１６、１８、１２２、１２４の間に配置された谷間２０、１２０から成り、
前記肩１６、１８、１２２、１２４の内径Ｅ、Ｈは、前記管状部材１０、１００の前記呼称内径Ｃ、Ｇよりも大きいものであることを特徴とする坑井用の管状部材。
【請求項２】
前記管状部材１０、１００の前記谷間２０の部分は、その塑性および／または弾性変形を促進するために、前記管状部材１０、１００の他の部分に比べて弱められていることを特徴とする請求項１に記載の管状部材。
【請求項３】
第１環状肩５２および該第１環状肩５２から間を隔てられた第２環状肩５４を具備する本体を有する拡大装置５０、および坑井用の管状部材１０から成り、前記管状部材１０は呼称内径Ｃを有し且つストリングへの前記管状部材１０の結合を促進するための結合手段１２、１４を含み、さらに前記管状部材１０は少なくとも１つの凹部２０を含む、前記拡大装置５０により前記管状部材１０の直径を拡大する拡大システムにおいて、
前記凹部２０内に摩擦および／または封止材料２２が配置され、
前記結合手段１２、１４は、前記管状部材１０の各々の端に備えられた環状肩１６、１８に配置され、
前記肩１６、１８の内径Ｅは、前記管状部材１０の前記呼称内径Ｃよりも大きいものであることを特徴とする拡大システム。
【請求項４】
地下層においてボアホールをライニングする方法であって、前記方法はボアホールに管状部材１０を下降させるステップを含み、前記管状部材１０は呼称内径Ｃを有し且つストリングへの前記管状部材１０の結合を促進する結合手段１２、１４を含み、前記管状部材１０は少なくとも１つの凹部２０をさらに含み、
前記凹部２０内に摩擦および／または封止材料２２が配置され、
前記結合手段１２、１４は、前記管状部材１０の各々の端に備えられた環状肩１６、１８に配置され、
前記肩１６、１８の内径Ｅは、前記管状部材１０の前記呼称内径Ｃよりも大きく、
前記管状部材１０、または、前記管状部材１０と前記地下層の径方向の変形を引き起こすために、前記管状部材１０の直径を拡大する拡大装置５０を用いることを特徴とする地下層においてボアホールをライニングする方法。
【請求項５】
前記拡大装置５０は、第１環状肩５２および該第１環状肩５２から間を隔てられた第２環状肩５４を備えた本体から成ることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は装置と方法に関し、特に、しかしそれに限定されないが、ケーシング、パイプライン、導管等の内径を拡大するための拡大装置および方法に関する。本発明はケーシング、パイプライン、導管等のような管状部材にも関する。
【０００２】
ボアホールは従来、井からの炭化水素の回収中に穴を掘られ、ボアホールは典型的にはケーシングによりライニングされる。ケーシングはボアホール周りの地層が崩れるのを防ぐために挿入される。加えて、ケーシングは、周りを取巻く地層から不要な液体がボアホール内に流れ込むのを防ぎ、同様にボアホール内の液体が周りを取巻く地層へ逃げるのを防ぐ。
【０００３】
ボアホールは従来は、連続した手法により穴を掘られケーシングされていた。すなわちボアホールのケーシングは、比較的大きな外径のケーシングにより、井の頂上で始まる。次のより小さな直径のケーシングは上記ケーシングの内側を通され、そのため、次のケーシングの外径は先行するケーシングの内径によって制限される。そのためケーシングは、井の深さが増加するにつれて、連続するケーシングの直径が減らされて縦つなぎされていた。この連続した直径の減少のため、井の底付近では比較的小さな内径のケーシングとなり、それは回収され得る炭化水素の量を制限した。加えて、井の頂上において比較的大きな直径のボアホールは、大きなドリルビットが必要となるために、増加したコスト、より大きなケーシングを扱うための重装備、および必要となる掘削液の量の増加を伴う。
【０００４】
各々のケーシングは典型的には、ケーシングと周りを取巻く地層の間に形成される環をセメントで満たすことにより所定の場所でセメンティングされる。薄いスラリーセメントがケーシング内に注入され、次にセメントの頂部でゴム栓をされる。その後に、掘削液がセメント上でケーシングに注入され、セメントはケーシングの底部から押し出され、前記環の中に押し込まれる。掘削液の注入は栓がケーシングの底部に到達したときに中止され、セメントが乾燥している間、典型的には数時間の間、坑井は放置されなければならない。この作業はセメントを注入し固める処理のために掘削時間の増加を必要とし、それは実質的に生産コストを増大させる。
【０００５】
ケーシングのセメンティングおよびその直径の段階的な減少に関連した問題を解決するため、ボアホールを取巻く地層にケーシングの外表面が接触するように径方向に拡大され得る、より柔軟性があるケーシングを用いることが知られている。この柔軟性があるケーシングは、典型的にはセラミックまたはスチールの円錐体等である拡大装置をケーシング中を通すことにより、拡大時に塑性変形する。拡大装置はパイプラインピグと同様の方法によってケーシングに沿って推進され、（例えば液圧を用いて）押されても良く、あるいは（ドリルパイプ、ロッド、コイルドチュービング、ワイヤライン等を用いて）引かれても良い。
【０００６】
加えて、ボアホールを取巻く地層または先に挿入されたケーシングに接する拡大したケーシングのグリップが増加するように、拡大されていないケーシングの外表面の選択された部分には、ゴム材料またはその他の高摩擦被覆がしばしば付けられる。しかし、ケーシングが入れられる時に、特にもしボアホールが大きく外れて、それにより望んだ目標をだめにしているならば、この外表面のゴム材料は処理中にしばしば摩り減る。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、坑井用の管状部材であって、前記管状部材はストリングへの管状部材の結合を促進するための結合手段を含み、前記結合手段は管状部材の少なくとも１端に備えられた環状肩に配置され、前記管状部材は摩擦および／または封止材料がその凹部内に配置される少なくとも１つの凹部をさらに含むことを特徴とする坑井用の管状部材が提供される。
【０００８】
典型的には、管状部材はケーシング、パイプライン、導管等である。管状部材はいかなる長さでも、パップジョイント（pup joint）を含んでいても良い。
【０００９】
前記少なくとも１つの凹部は、好ましくは環状凹部である。
【００１０】
前記少なくとも１つの凹部は、典型的には少なくとも１つの凹部の塑性変形を促進するために弱められている。熱は、典型的には少なくとも１つの凹部を弱めるために用いられる。
【００１１】
前記少なくとも１つの凹部の内径は、典型的には凹部に隣接した管状部材の内径に対して減らされている。前記少なくとも１つの凹部の内径は、典型的には管状部材の壁厚の倍数により減らされている。前記少なくとも１つの凹部の内径は、好ましくは、壁厚の０．５ないし５倍の量により減らされ、最も好ましくは、壁厚の０．５ないし２倍の量により減らされている。これらの範囲外の値も用いることができる。
【００１２】
好ましくは、前記結合手段は前記管状部材の各々の端に備えられた環状肩に配置される。前記結合手段は、典型的にはネジ結合から成る。第１ネジ山が典型的には管状部材の第１端の環状肩に備えられ、第２ネジ山が典型的には管状部材の第２端の環状肩に備えられる。前記結合手段は、典型的には、一方の端のピン継手と他方の端の筒形軸継手からなる。ゆえに、ケーシングストリング等は、連続した管状部材をネジ結合することにより作られることができる。
【００１３】
前記環状肩の内径は、典型的には、環状肩に隣接する管状部材の内径に対して大きくされている。前記環状肩の内径は、典型的には、管状部材の壁厚の倍数により大きくされている。環状肩の内径は、好ましくは、壁厚の０．５ないし５倍の量により大きくされており、最も好ましくは、壁厚の０．５ないし２倍の量により大きくされている。これらの範囲外の値でも用いることができる。
【００１４】
前記管状部材は、好ましくは延性材料により製造される。ゆえに、管状部材は塑性変形に耐えることができる。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、拡大装置であって、第１環状肩および該第１環状肩から間を隔てられた第２環状肩を具備する本体から成ることを特徴とする拡大装置が提供される。
【００１６】
前記拡大装置は、典型的にはケーシング、パイプライン、導管等の管状部材の直径を拡大するために用いられる。
【００１７】
前記第２環状肩の径方向の拡大は、好ましくは前記第１環状肩の径方向の拡大よりも大きい。
【００１８】
前記拡大装置は、好ましくは、管状部材を拡大するために用いられ、前記管状部材はストリングへの管状部材の結合を促進する結合手段を含み、前記結合手段は管状部材の少なくとも１つの端に備えられた環状肩に配置され、前記管状部材は、摩擦および／または封止材料がその凹部内に配置される少なくとも１つの凹部をさらに含む。
【００１９】
前記第２環状肩は、好ましくは、先行する管状部材の環状肩（互いにストリングに結合されるとき）および管状部材の少なくとも１つの凹部との間の距離と実質的に等しい距離により、第１環状肩から間を隔てられている。好ましくは、前記拡大装置の第１環状肩は、拡大装置の第２環状肩が管状部材の環状肩に入るのと実質的に同時に、管状部材の少なくとも１つの凹部と接触する。管状部材の環状肩を拡大させるのに必要な力は、管状部材の呼称内径部を拡大させるのに必要とされる力より著しく小さい。ゆえに、拡大装置の第２環状肩が管状部材の環状肩に入ったとき、管状部材の呼称内径部を拡大するのに必要な力は、管状部材の環状肩を拡大させるためには必要とされず、この力の違いは少なくとも１つの凹部の直径を拡大するのに必要な力の増大を促す。
【００２０】
拡大装置は、典型的には、スチールから製造される。あるいは拡大装置は、セラミック、またはスチールとセラミックの組み合わせから製造されても良い。拡大装置は任意に柔軟性がある。
【００２１】
拡大装置は任意に少なくとも１つの封止が備えられている。封止は、典型的には、少なくとも１つのＯ−リングから成る。
【００２２】
拡大装置は典型的には液圧を用い、管状部材、パイプライン、導管等を通って推進される。あるいは拡大装置は、従来型のピグまたはトラクターを用いて管状部材等に沿ってピグされても良い。装置は（例えば、ストリングからの）重量を用いて推進されても良く、または（ドリルパイプ、ロッド、コイルドチュービング、ワイヤライン等を用いて）管状部材等を通って引かれても良い。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、地下層においてボアホールをライニングする方法であって、前記方法はボアホール内に管状部材を下降させるステップを含み、前記管状部材はストリングへの管状部材の結合を促進する結合手段を含み、前記結合手段は管状部材の少なくとも１つの端に備えられた環状肩に配置されており、前記管状部材は摩擦および／または封止材料がその凹部内に配置される少なくとも１つの凹部をさらに含み、管状部材および／または地下層の径方向の変形を引き起こすために拡大装置を用いて管状部材に径方向の力を加えることを特徴とする地下層においてボアホールをライニングする方法が提供される。
【００２４】
前記拡大装置は、好ましくは第１環状肩および第１環状肩から間を隔てられた第２環状肩を備えた本体から成る。
【００２５】
前記方法は典型的には、管状部材から径方向の力を取り除くステップをさらに含む。
【００２６】
管状部材は、好ましくは延性材料から製造される。ゆえに、管状部材は塑性変形に耐えることができる。
【００２７】
少なくとも１つの凹部は好ましくは環状凹部である。
【００２８】
少なくとも１つの凹部は、典型的には少なくとも１つの凹部の塑性変形を促進するように弱められている。熱は、典型的には少なくとも１つの凹部を弱めるために用いられる。
【００２９】
摩擦および／または封止材料は、典型的には管状部材が拡大されていないときに、少なくも１つの凹部内に配置される。摩擦および／または封止材料は、典型的には、少なくとも１つの凹部が拡大装置の第１環状肩により拡大されたときに、管状部材の少なくとも１つの凹部に隣接する外表面に相当するようになる。摩擦および／または封止材料は、典型的には、少なくとも１つの凹部が拡大装置の第２環状肩により拡大されたときに、管状部材の外表面に相当するようになる。
【００３０】
前記少なくとも１つの凹部の内径は、典型的には凹部に隣接した管状部材の内径に対して減らされている。前記少なくとも１つの凹部の内径は、典型的には管状部材の壁厚の倍数により減らされている。前記少なくとも１つの凹部の内径は、好ましくは、壁厚の０．５ないし５倍の量により減らされ、最も好ましくは、壁厚の０．５ないし２倍の量により減らされている。これらの範囲外の値も用いることができる。
【００３１】
好ましくは、結合手段は管状部材の少なくとも１つの端に備えられた環状肩に配置される。結合手段は、典型的にはネジ結合から成る。第１ネジ山は典型的には管状部材の第１端の環状肩に備えられ、第２ネジ山は典型的には管状部材の第２端の環状肩に備えられる。結合手段は、典型的には一方の端のピン継手と他方の端の筒形軸継手とから成る。ゆえに、管状部材ストリングは連続した管状部材をネジ結合することにより作られることができる。
【００３２】
環状肩の内径は、典型的には環状肩に隣接する管状部材の内径に対して大きくなっている。環状肩の内径は、典型的には管状部材の壁厚の倍数により増加される。環状肩の内径は、好ましくは壁厚の０．５ないし５倍の量により大きくされ、最も好ましくは壁厚の０．５ないし２倍の量により大きくされる。これらの範囲外の値も用いることができる。
【００３３】
管状部材は、好ましくは延性の材料により製造される。ゆえに、管状部材は塑性変形に耐えることができる。
【００３４】
拡大装置は、典型的には管状部材、パイプライン、導管等の直径を拡大するために用いられる。
【００３５】
第２環状肩の径方向の拡大は、好ましくは、第１環状肩の径方向の拡大より大きい。
【００３６】
拡大装置は、好ましくは、管状部材を拡大するために用いられ、管状部材はストリングへの環状部材の結合を促進する結合手段を含み、結合手段は管状部材の少なくとも１つの端に備えられた環状肩に配置され、管状部材は摩擦および／または封止材料がその凹部内に配置される少なくとも１つの凹部をさらに含む。
【００３７】
第２環状肩は、好ましくは管状部材の環状肩と少なくとも１つの凹部の間の距離と実質的に等しい距離により第１環状肩から間を隔てられている。好ましくは、拡大装置の第１環状肩は、拡大装置の第２環状肩が管状部材の環状肩に入るのと実質的に同時に、管状部材の少なくとも１つの凹部に接触する。管状部材の環状肩を拡大するために必要な力は、管状部材の呼称内径部を拡大するために必要な力よりも著しく小さい。ゆえに、拡大装置の第２環状肩が管状部材の環状肩に入ったときは、管状部材の呼称内径部を拡大するために必要な力は、管状部材の環状肩を拡大するためには必要なく、この力の違いは少なくとも１つの凹部の直径を拡大するために必要な力の増加を促進する。
【００３８】
拡大装置は、典型的にはスチールから製造される。あるいは拡大装置はセラミック、またはスチールとセラミックとの組み合わせから製造されていても良い。拡大装置は任意に柔軟性がある。
【００３９】
拡大装置は任意に少なくとも１つの封止を備えている。封止は、典型的には、少なくとも１つのＯ−リングから成る。
【００４０】
拡大装置は、典型的には液圧を用いて管状部材、パイプライン、管等を通って推進される。あるいは、装置は従来型のピグまたはトラクターを用いて、管状部材等に沿ってピグされても良い。装置は（例えばストリングからの）重量を用いて推進されても良いし、または（ドリルパイプ、ロッド、コイルドチュービング、ワイヤライン等を用いて）管状部材等を通って引かれても良い。
【００４１】
本発明の第４の態様によれば、坑井用の管状部材であって、前記管状部材は管状部材の外表面に付けられた摩擦および／または封止材料を含み、前記摩擦および／または封止材料は、前記管状部材が坑井内に通されたときに、摩擦および／または封止材料が実質的に保護されるように保護部に配置されていることを特徴とする坑井用の管状部材が提供される。
【００４２】
典型的には、管状部材はケーシング、パイプライン、導管等である。管状部材はいかなる長さでも、パップジョイント（pup joint）を含んでいても良い。
【００４３】
前記保護部は、典型的には２つの肩の谷間から成る。前記谷間は、典型的には管状部材と同じ内径である。前記肩は、典型的には管状部材の壁厚の倍数により増加される内径を典型的に持つ。肩の内径は、好ましくは壁厚の０．５ないし５倍の量により大きくされ、最も好ましくは壁厚の０．５ないし２倍の量により大きくされる。これらの範囲外の値も用いることができる。肩は、典型的には環状肩から成る。谷間は、典型的には環状の谷間から成る。
【００４４】
また、前記保護部は、肩部に実質的に隣接して取付けられた円筒部から成り、肩部の外径は、好ましくは前記円筒部の外径よりも大きい直径である。前記肩は、好ましくは前記円筒部が管状部材が坑井内を通されるときに実質的に保護されるように取付けられている。ゆえに、摩擦および／または封止材料は部材が坑井内を通されたときに肩により実質的に保護される。前記円筒部は、典型的には管状部材と同じ内径である。前記肩は、典型的には管状部材の壁厚の倍数により増加される内径を持つ。肩の内径は、好ましくは壁厚の０．５ないし５倍の量により大きくされ、最も好ましくは０．５ないし２倍の量により大きくされる。これらの範囲外の値も用いることができる。
【００４５】
前記保護部は、代わりに管状部材の外径における凹部から成る。凹部は機械加工により作られて良く、例えば、成型されていて良い。前記摩擦および／または封止材料は、典型的には前記凹部内に配置される。これらの実施態様では、摩擦および／または封止材料が凹部内に配置されているときに、管状部材の外径は部材の全部分にわたって実質的に同じままである。
【００４６】
典型的には、前記管状部材はストリングへの管状部材の結合を促進する結合手段を含む。あるいは、何本かの管状部材は一緒に溶接されて良いし、あるいはその他の従来型の方法により結合されて良い。
【００４７】
前記結合手段は、典型的には管状部材の各端に配置されている。前記結合手段は典型的にはネジ結合から成る。結合手段は、典型的には管状部材の一方の端でピン継手から成り、管状部材の他方の端で筒形軸継手から成る。ゆえに、ケーシングストリング等は連続した管状部材をネジ結合することにより作られることができる。
【００４８】
前記管状部材は、好ましくは、延性材料から製造される。ゆえに、管状部材は塑性変形に耐えることができる。
【００４９】
本発明の実施態様が単なる例として、図面を参照して詳述される。
図１ないし図３は一定比率の縮尺ではないことに注意すべきであり、特に図２および図３の拡大装置の相対的な寸法は、図１および図３のケーシング部１０の相対的な寸法と一定比率の縮尺ではない。ここに示されたケーシング部１０、１００はいかなる長さでも、パップジョイント（pup joint）を含んでいても良いこともさらに注意すべきである。
【００５０】
ここで使われる「谷間」の語は、第１直径よりも一般的に大きい第２直径を有する１つ以上の部分に隣接した第１直径を有するケーシング部のあらゆる部分であるとして理解されるべきである。ここで使われる「凹部」の語は、ケーシングの呼称直径より小さく減じられた直径を持つケーシングの任意の部分であるとして理解されるべきである。
【００５１】
図面を参照すると、図１は本発明の第１の態様によるケーシング部１０を示す。ケーシング部１０は、好ましくは延性の材料から製造されており、ゆえに塑性変形に耐えることができる。
【００５２】
ケーシング部１０は、ケーシング部１０の第１端に結合手段１２と、ケーシング部１０の第２端に結合手段１４を設けられている。結合手段１２、１４は、典型的には複数のケーシング部１０を一緒に結合してストリング（不図示）を形成することができるネジ結合である。ネジ結合１２は典型的には、結合１４が連続するケーシング部１０の結合１２と繋げられるネジ結合１４のそれと同じ仕様である。連続した何本かのケーシング部を接続するために、例えば溶接など、いずれかの従来の方法を用いても良いことに注意すべきである。
【００５３】
拡大できるケーシングストリングは、典型的にはネジ結合された複数のケーシング部から構成される。しかし、ケーシングが拡大したとき、ネジ結合は典型的には変形し、そのため一般的には効果がより小さくなり、特にもしケーシングが例えばその呼称直径の２０％より大きく拡大されたなら、しばしば結合を失う結果となる。
【００５４】
しかし、ケーシング部１０において、結合手段１２、１４は各々の環状肩１６、１８に設けられている。肩１６、１８は、典型的にはケーシング部１０の呼称内径Ｃより大きい内径Ｅである。直径Ｅは、典型的には壁厚ｔの倍数ｙ倍を加えた呼称内径Ｃと等しく、すなわち、Ｅ＝Ｃ＋ｙｔである。倍数ｙはいかなる値にもすることができ、好ましくは０．５ないし５の間、最も好ましくは０．５ないし２の間であるが、ただしこれらの範囲外の値も用いることができる。
【００５５】
ゆえに、ケーシング部１０が拡大したとき（以下、詳述するように）、肩１６、１８の直径Ｅは、呼称内径Ｃのそれより実質的により小さな量で拡大されることが求められる。環状肩１６、１８の内径Ｅは拡大されることは求められなくとも良いことに注意すべきである。例えば、増加された内径の環状肩にネジ結合が設けられていない従来型の拡大可能なケーシングにおいては、例えば２５％呼称直径Ｃは拡大され、連続した何本かのケーシングの間で結合が失われる結果となる。しかし、ネジ結合１２、１４が各々の環状肩１６、１８に設けられていれば、（もし、拡大しても）肩はより小さい量、例えば約１０％拡大し、結合における拡大の有害な効果は著しく減少され、結合が失われる危険も減少される。
【００５６】
従来のケーシング部の外表面は、時折、ゴム等の摩擦および／または封止材料で被覆される。ゆえに、ケーシングが坑井内を通されて拡大したとき、摩擦および／または封止材料はボアホールを取巻く地層に接触し、ケーシングと地層との間の接触が強まると、ケーシングと地層との間の環に封止を任意に与える。
【００５７】
しかし、何本かのケーシングが井に通されると、摩擦および／または封止材料は、特に、大きくそれて、そのため望んだ目的をだめにしているボアホール内では、処理中にしばしば摩り減る。
【００５８】
ケーシング部１０は、軸方向長さＡＬを有する少なくとも１つの凹部２０が設けられ、そこにはゴムコンパウンド２２またはその他の摩擦および／または封止を増加させる材料が配置されている。この実施形態の凹部２０は環状凹部であるが、だだしこれは重要ではない。凹部２０の内径Ｄは、典型的には壁厚ｔの倍数ｘ倍により減少され、すなわち、Ｄ＝Ｃ−ｘｔである。倍数ｘはいかなる値もとることができ、好ましくは０．５ないし５の間であり、最も好ましくは０．５ないし２の間であるが、ただしこれらの範囲外の値も用いることができる。
【００５９】
凹部２０は、典型的には、例えば熱処理を用いて弱められる。拡大されたときは、凹部２０はより強くなり、熱処理は凹部２０がより簡単に拡大できるようにする。
【００６０】
凹部２０が拡大したとき、摩擦および／または封止材料２０はケーシング部１０の外表面１０ｓに相当するようになり、ゆえに、坑井を取巻く地層に接触する。しかし、摩擦および／または封止材料２２はケーシング部１０の拡大前は実質的に凹部２０内であるため、ケーシング部１０が坑井を通されるとき、材料２２は実質的に保護され、ゆえに材料２０が摩り減る可能性は実質的に減少する。
【００６１】
特にこの実施態様では、摩擦および／または封止材料２２は凹部２０内に配置され、典型的にはいくつかの適当な種類のゴムまたはその他の弾力性のある材料から成る。例えば、ゴムはいくつかの適当な硬度とすることができる（たとえば、４０ないし９０ジュロメータ以上）。この実施態様では、材料２２は単に凹部２０に充填されているが、材料２２は、以下に詳述する図６および図７に示すように、配置および／または形造られることができる。
【００６２】
このように環状肩に結合が設けられているため、ネジ結合での結合が失われる危険が減少されて径方向に拡大されることができるケーシング部が提供される。加えて、凹部は摩擦および／または封止材料が、ケーシングが坑井内に通されたときに摩り減ることを防ぐ。
【００６３】
今、図２を参照すると、ケーシング部１０を拡大するときに用いるための拡大装置５０が示される。拡大装置５０は、その第１端またはその付近、典型的には先頭端５０ｌに第１環状肩５２が設けられる。第１環状肩５２の最も大きな直径は、ケーシング部１０の呼称直径Ｃとおおよそ同じか、僅かに小さくなるような寸法となっている。
【００６４】
第１環状肩５２から間を隔てられているのは第２環状肩であり、典型的には拡大装置５０の第２端またはその付近、例えば尾端５０ｔに設けられる。第２環状肩５４の直径は、典型的にはケーシング部１０の最終的に拡大された直径となるような寸法とされている。
【００６５】
拡大装置５０は、典型的には、セラミック材料から製造される。あるいは、装置５０はスチール、またはスチールとセラミックの組み合わせにより成るもので良い。装置５０は任意に柔軟性があり、ケーシングストリング等（不図示）を通って推進されたときに撓むことができ、それにより、ケーシング等の内径の変化を切り抜けることができる。
【００６６】
図３を参照すると、使用時のケーシング部１０内の拡大装置５０が示されている。拡大装置５０は、例えば矢印６０の方向の液圧を用いて、ケーシングストリングに沿って推進される。装置５０は、例えばピグまたはトラクターを用いて矢印６０の方向にピグされていても良く、またはドリルパイプ、ロッド、コイルドチュービング、ワイヤライン等を用いて矢印６０の方向に引かれても良く、または液圧、またはストリングからの重量等を用いて押されても良い。
【００６７】
装置５０はケーシングストリングに沿って推進されると、ストリングの内径は（および、それゆえに外径も）径方向に拡大される。ストリングの径方向の塑性変形により、ケーシング部１０の外表面１０ｓがボアホール（不図示）を取巻く地層に接触することになり、地層も典型的には径方向に変形する。ゆえにケーシングストリングは外表面１０ｓが地層に接触するところで拡大し、そしてケーシングストリングはこの物理的接触のため、外表面１０ｓと地層の間に作られた環を満たすためにセメントを使う必要がなくて、所定位置に保持される。それゆえ、セメンティング処理と関連した増加した生産コスト、およびセメンティング処理を行うために費やされる時間は実質的に軽減される。
【００６８】
ケーシング部１０は、典型的には呼称内径Ｃの少なくとも１０％の塑性変形に耐えられる。これは、ケーシング部１０が破裂するのを防ぐ一方で、ケーシング部１０が十分に拡大して地層に接触することができるようにする。
【００６９】
ケーシング部１０の直径を例えば２０％拡大するのに必要な力は、相当なものである。特に、拡大装置５０がケーシング部１０に沿って推進されたとき、第１環状肩５２は、環状凹部２０をケーシング部１０の呼称直径Ｃのそれと実質的に等しい直径に拡大するために使われる。加えて、第２環状肩５４はケーシング部１０の呼称直径Ｃを拡大することが必要とされ、それにより外表面１０ｓが周りを取巻く地層に接触する。
【００７０】
凹部２０と呼称直径Ｃを同時に拡大するために必要とされる力は相当のものであることは明らかである。ゆえに、寸法Ａ（第１および第２環状肩５２、５４の間の長手方向距離）は寸法Ｂよりも僅かに大きくなるように都合よく設計されている。寸法Ｂは、環状肩１６の直径Ｅが呼称直径Ｃに減少し始める点６２と、呼称直径Ｃが環状凹部２０の直径Ｄに減少し始める点６４の間の長手方向距離である。
【００７１】
ケーシング部１０の直径Ｃ、ＤおよびＥの間の直径の減少または増加は、典型的には、拡大処理を容易にするため角に丸みを付けられている。
【００７２】
ケーシング部の点６２と端６６との間の距離は、連続するケーシング部１０のネジ結合がもたらす重複部分を考慮に入れた寸法Ｆとして定義される。寸法Ａは、重複部分を考慮に入れると、寸法Ｂと２倍のＦとの和と実質的に等しい。
【００７３】
図４を参照すると、直径Ｃ、Ｄ、Ｅを拡大するために必要な力の変化を例示する距離ｄに対する力Ｆのグラフが示される。
【００７４】
力ＦＮはケーシング部１０の呼称直径Ｃの部分を拡大するために必要な呼称力である。力ＦＤはケーシング部１０の直径Ｅの部分を拡大するために必要な減少した力である。力ＦＲはケーシング１０の直径Ｅの部分を同時に拡大しつつ凹部２０を拡大するために必要な増加した力である（すなわちＦＮ＋ＦＤである）。
【００７５】
拡大装置５０はケーシングストリングに沿って推進されると、力ＦＮはケーシングストリングを拡大するため発生する。拡大装置５０が、拡大装置５０の第２環状肩５４がケーシング部１０の環状肩１６に入る点６８（図３）に到達したとき、環状肩１６は比較的により小さい量で拡大されることを要求するため、力が減る。これは、直径Ｅを有するケーシングストリングの部分（すなわち環状肩１６、１８）を拡大するために必要な力ＦＤへの段階的な力の減少として図４に示されている。
【００７６】
拡大装置５０は矢印６０の方向に推進されつづけ、拡大装置５０の第１環状肩５２は点６４（図３）で凹部２０と接触する。図４から判るように、環状肩１６および１８が用いられない場合、呼称直径Ｃと凹部２０を有するケーシング１０の部分を拡大するために必要とされるであろう全ての力ＦＴは、呼称力ＦＮおよび減少されたＦＤの両方より実質的に大きい。しかし、ケーシング部１０の環状肩１６、１８の位置がもたらす減少された力ＦＤへの力の減少と、拡大装置５０の第１および第２環状肩５２、５４が関連して間隔を空けられていることにより、凹部２０および環状肩１６、１８を拡大するために必要な力ＦＲは、環状肩１６、１８がなくてケーシングを拡大するために必要な全ての力ＦＴより実質的に小さくなる。
【００７７】
ゆえに、寸法Ａが寸法Ｂと２倍のＦの和に実質的に等しいか、わずかにより小さいときは、第２環状肩５４がケーシング部１０の直径Ｅの部分に入ったときに、第１環状肩５２は凹部２０と接触し、それにより凹部２０と環状肩１６、１８を拡大するのに必要なより大きな力を得ることができるようにする。
【００７８】
凹部２０の拡大は２段階処理であることに注意すべきである。最初に、第１環状肩５２は直径Ｃ（すなわち呼称直径）と実質的に等しくなるように直径Ｄを拡大する。その後、第２環状肩５４は直径Ｅと実質的に等しく（またはもし必要ならより大きく）なるように直径Ｃを有するケーシングストリングの部分を拡大する。
【００７９】
図５を参照すると、本発明の第４の態様によるケーシング部１００が示される。ケーシング部１００は好ましくは延性の材料から製造され、ゆえに塑性変形に耐えることができる。ケーシング部１００はいかなる長さでも、パップジョイント（pup joint）を含んでいて良い。
【００８０】
ケーシング部１００は、ケーシング部１００の第１端に配置された結合手段１１２と、ケーシング部１００の第２端に配置された結合手段１１４を備えている。この技術分野で知られているように、結合手段１１２は典型的には筒形軸継手から成り、結合手段１１４は典型的にはピン継手から成る。ピン継手と筒形軸継手は、ストリング（不図示）を形成するために複数のケーシング１００が一緒に結合されることを可能とする。連続した何本かのケーシング部を結合するためにいずれかの従来型の手段、例えば溶接が用いられて良いことに注意すべきである。
【００８１】
ケーシング部１００は、保護部１１８でケーシング部１００の外表面１００ｓに付けられた摩擦および／または封止材料１１６を含む。保護部１１８は典型的には２つの肩１２２、１２４の間に配置された谷間１２０から成る。ケーシング部１００は１つの肩１２２、１２４だけを設けられて良いことに注意すべきであり、肩１２２、１２４は使用時に坑井を摩擦および／または封止材料１１６より垂直に低くするようにされており、坑井内にケーシング部１００が通されるときに、材料１１６は肩１２２、１２４により保護される。言い換えれば、１つの肩１２２、１２４は先行し、そのためケーシング部１００が孔に通されるときに、材料１１６を保護する。
【００８２】
肩１２２、１２４は典型的にはケーシング部１００の呼称内径Ｇよりも大きい内径Ｈである。直径Ｈは典型的には、呼称内径Ｇと壁厚ｔの倍数ｚ倍の和と等しく、すなわち、Ｈ＝Ｇ＋ｚｔである。倍数ｚはいかなる値でも良く、好ましくは０．５ないし５の間、最も好ましくは０．５ないし２の間であるが、ただしこれらの範囲外の値も用いることができる。
【００８３】
少なくとも１つの肩１２２、１２４は好ましくは、地上で適当な拡大装置（不図示）でケーシング部１００を拡大することによって、すなわちボアホール内へのケーシング部１００の導入の前に形成される。摩擦および／または封止材料１１６は、肩１２２、１２４が形成された後に、外表面１００ｓの保護部１１８に付けられても良いが、ただし材料１１６は肩１２２、１２４の形成の前に外表面１００ｓに取付けられても良い。
【００８４】
保護部１１８は代わりにケーシング部１００の外径に機械加工された凹部（不図示）から成っていても良い。この実施態様では、ケーシング部１００が坑井内に通されるときに実質的に保護されるように、摩擦および／または封止材料１１６は凹部内に配置されている。さらに、代わりの方法は、摩擦および／または封止材料１１６を成型された部分（すなわち、つぶれた所）に配置するものであり、そのためケーシング部１００の保護部を形成する。これらの特定の実施態様はケーシング部１００にいかなる肩も必要としない。
【００８５】
保護部１１８は、例えばケーシング部１００の残りと厳密に同軸ではなく平行ではないいずれかの適当な形態をとることができることに注意すべきである。
【００８６】
図５に示すように、摩擦および／または封止材料１１６は材料１１６の２つ以上の帯から成っても良い。この例の材料１１６は２つの典型的にはゴムの環状帯から成り、それぞれの帯は０．１５インチ（約３．８１ｍｍ）厚で、５インチ（約１２７ｍｍ）長である。ゴムはいずれかの特定の硬さであることができ、例えば４０ないし９０ジュロメータの間とできるが、ただしその他のゴムまたは異なる硬度の弾力性材料が用いられる。
【００８７】
しかし、摩擦および／または封止材料１１６の形状はいずれかの適当な形を採り得る。例えば、材料１１６は谷間１１８の部分に沿って伸びていて良い。材料１１６は環状帯である必要はないことに注意すべきであり、すなわち材料１１６はいずれかの適当な形状で配置されて良い。
【００８８】
例えば、図６ａないし図６ｃを参照すると、摩擦および／または封止材料１１６は、第１ゴムの２つの外部帯１５０、１５２から成り、各々の帯１５０と１５２は約１インチ（約２５．４ｍｍ）幅である。第２ゴムの第３帯１５４が２つの外部帯１５０、１５２の間に配置され、典型的には約３インチ（７６．２ｍｍ）幅である。２つの外部帯１５０、１５２の第１ゴムは典型的には約９０ジュロメータ硬度であり、第３帯１５４の第２ゴムは典型的には６０ジュロメータ硬度である。
【００８９】
より硬いゴムから成る２つの外部帯１５０、１５２は、比較的高温の封止と第３帯１５４の比較的より柔らかいゴムへの予備封止を提供する。第３帯１５４は典型的にはより低温の封止を提供する。
【００９０】
第３帯１５４の外表面１５４ｓは図６ｃに示すように形作られることができる。外表面１５４ｓには、ケーシング部１００が配置される第２導管（例えば、前もって挿入されたライナーまたはケーシング等の部分、または坑井地層）の内表面において第３帯１５４のグリップを増すためにリブが設けられている。
【００９１】
さらに代わりの方法として、図７ａおよび図７ｂに示すように、摩擦および／または封止材料１１６はジグザクの形態とすることができる。この実施態様では、摩擦および／または封止材料１１６はゴムの単一（環状）帯から成り、例えば９０ジュロメータ硬度であり、約２．５インチ（約２８ｍｍ）幅で、約０．１２インチ（約３ｍｍ）厚さである。
【００９２】
ジグザグ形状を設け、それにより材料１１６の使用時にグリップおよび／または封止の強度を増加させるため、ゴムの帯には幾つもの（例えば２０個の）スロット１６０が刻まれている。スロット１６０は典型的には約０．２インチ（約５ｍｍ）幅で、約２インチ（約５０ｍｍ）長である。スロット１６０は約２０本に円周上で間を隔てた配置に刻まれ、帯の１つの端に沿った各々の間は約１８°である。この処理はその後、帯のもう一方の側で、もう一つの２０本のスロット１６０を刻むことにより繰り返され、もう一方の側のスロットは円周上で他方の側のスロット１６０から９°の角度をなす。
【００９３】
図５に示すケーシング部１００は一般的に、長さ５ないし１０フィートの範囲であるパップジョイント（pup joint）として、参照されていることに注意すべきである。しかし、ケーシング部１００の長さは３０ないし４５フィートとすることができ、ゆえに、ケーシング部１００は通常のケーシングパイプ長とされる。
【００９４】
図５に示すケーシング部１００の実施態様は、１段拡大装置（すなわち、１つの拡大する肩を設けた装置）、典型的には坑井により拡大できるという幾つかの利点がある。ゆえに、ケーシング部１００は、いずれかの従来の拡大装置によって径方向に拡大されることができる。加えて、ケーシング部１００はケーシング部１０（図１および３）よりも製造することが簡単であり、安価である。
【００９５】
ケーシング部１００は金属開孔パッカーとして使用されても良い。例えば、第１ケーシング部１００は拡張可能な導管のストリングに結合されることができ、第１ケーシング１００から長手方向に（すなわち軸方向に）間を隔てて、第２ケーシング部１００もストリングに結合されて良い。ゆえに、拡大可能な導管のストリングが拡大されたときに、第１および第２ケーシング部１００の間の空間は、摩擦および／または封止材料のために隔離される。
【００９６】
ゆえに、ケーシング部間で結合が失われる危険が減少されて径方向に拡大されることができるケーシング部が提供される。加えて、いくつかの実施態様のケーシング部は、摩擦および／または封止材料（例えばゴム）がその凹部内に入る少なくとも１つの凹部を備えており、それにより、ケーシングストリングが坑井内に通されたとき、材料が実質的に保護される。その後、摩擦および／または封止材料は、一度ケーシングストリングが拡大すれば、ケーシング部の外表面に相当するようになる。
【００９７】
加えて、本発明の第１の態様により、ケーシング部に用いるのに特に適した拡大装置が提供される。拡大装置のいくつかの実施態様における第１および第２環状肩の間の間隔は、ケーシング部の環状肩と少なくとも１つの凹部の間の間隔と一致するように選択される。
【００９８】
加えて、摩擦および／または封止材料が配置された保護部が設けられた代替のケーシング部が供給される。保護部は、ケーシングがボアホール等に通されたときに、ケーシングの外表面に付けられた摩擦および／または封止材料を実質的に保護する。
【００９９】
改変および改良は、本発明の範囲から逸脱することなく、前述のものに対してすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の態様によるケーシングの部分の断面図である。
【図２】  本発明の第２の態様による拡大装置の正面図である。
【図３】  図１のケーシング部に取付けられた図２の拡大装置を図示する。
【図４】  図１および図３のケーシングの部分を拡大するために必要な力の変化を例示する距離ｄに対する力Ｆのグラフである。
【図５】  本発明の第４の態様によるケーシングの部分の断面図である。
【図６】  図６ａは図１および図５に示されるケーシングの部分の外表面に付けられた摩擦および／または封止材料の第１の配置を示す正面図である。図６ｂは図６ａの摩擦および／または封止材料の端面図である。図６ｃは形作られた外表面を示した図６ａおよび図６ｂの材料の部分の拡大図である。
【図７】  図７ａは図１および図５のケーシング部の外表面に付けられた摩擦および／または封止材料の代わりの形態の拡大図である。図７ｂは図７ａの材料の端面図である。
【符号の説明】
１０，１００…ケーシング部、
１２，１４，１１２，１１４…結合手段、
１６，１８…環状肩、２０，１２０…凹部、
２２，１１６…摩擦および／または封止材料、
５０…拡大装置、５２…第１環状肩、５４…第２環状肩、
１１８…保護部、１２２，１２４…肩。
【図１】
0004508509.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004508509.tif 000006
【図６】
0004508509.tif 000007
【図７】
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