(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油井ケーシング内のセクション化されたチュービングストリングの健全性を試験するための装置であって、
前記装置は、
内部を通過する経路を与え、対向する開口端部を有する管状ホルダーと、
前記管状ホルダー内にあって通常前記経路を閉止する関係にある破裂ディスク、とを含み、
前記管状ホルダーの前記開口端部の１つが、前記チュービングストリングの１つのセクションの端部への連結に適用され、
前記破裂ディスクは、
第１環状面、および該第１環状面に対向する第２環状面を有する外側環状周辺フランジ部分と、
該フランジ部分の前記第１環状面の内部にあり、該第１環状面から突き出しており、かつ、対向する凹面および凸面を有する、内側の、凹凸状の、半球状の膨張領域と、
該膨張領域に位置付けられた内側円形マージンおよび前記フランジ部分に位置付けられた外側円形マージンによって定義される、環状で横方向に弓形の過渡領域と、を含み、
前記膨張領域には、前記凹面において、前記内側円形マージンに近接し、前記過渡領域の近くに間隔を空けて配置される、連続する刻線が与えられ、
前記刻線は、破裂領域を定義する半円形の刻線部分と、刻線部分の長さが前記半円形の刻線部分よりも短い曲線のカム刻線部分とを有し、該カム刻線部分は、前記半円形の刻線部分の直径の外側に張り出し、前記過渡領域の内側に配置され、
前記刻線は、前記カム刻線部分が一番深く、前記カム刻線部分の反対側が一番浅くなるように、その深さが全体にわたって変化し、前記カム刻線部分の反対側が前記刻線のヒンジ部分を定義し、
前記破裂ディスクは、該破裂ディスクを通過して液体が流れるようにするために、前記破裂ディスクの前記凹面に対して向けられた液体の過剰圧力の影響下において開口可能であり、前記カム刻線部分は、前記刻線の残りの部分と比較して、前記液体圧力下において前記カム刻線部分が最初に破裂するような前記刻線の深さを有する一方で、前記半円形の刻線部分は前記刻線の深さが変化し、それにより、前記刻線のヒンジ部分が切断されることなく、完全に開口した破裂位置へと前記破裂領域が回転されることを可能にし、前記破裂領域の端が、前記破裂ディスクの前記フランジ部分に対して垂直となる関係に配置され、
前記管状ホルダーは、前記破裂ディスクを補助的に受け、前記液体圧力下で十分に完全な開口を可能にするように設計され、該設計によって、前記破裂ディスクの破裂後に前記管状ホルダーを通過して前記液体が双方向に流れることを可能にする側壁構造が与えられる、油井ケーシング内のセクション化されたチュービングストリングの健全性を試験するための装置。
【請求項２】
前記カム刻線部分が、Ｕ型状の形態である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カム刻線部分が、弓形のベース部分と、前記半円形の刻線部分の対向する先端と結合する２つの対向する外側に向かって分岐する脚部分と、を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記刻線は、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分から反対側に向かって前記カム刻線部分の中間点まで、深さが連続して変化する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記カム刻線部分の前記刻線の深さが、前記破裂ディスクの厚さの３５％〜７０％である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記破裂ディスクが、０．０１０〜０．０７０インチ（０．２５４〜１．７８ｍｍ）の厚さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記破裂ディスクが、０．０１４〜０．０５０インチ（０．３５６〜１．２７ｍｍ）の厚さを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記破裂ディスクが、０．０３１インチ（０．７８７ｍｍ）の厚さを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分のうち最も刻線の浅い部分における前記刻線の深さよりも、０．００１〜０．００４インチ（０．０２５４〜０．１０２ｍｍ）深い、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分のうち最も刻線の浅い部分における前記刻線の深さよりも、０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）深い、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
管状ホルダーに、内部を通過する中央液体経路を通常閉止する関係で取り付けられるように適用される、一体型の、前もって破断する破裂ディスクであって、
前記管状ホルダーの前記中央液体経路は、前記破裂ディスクの完全開口部分を収容する寸法を有し、
前記破裂ディスクは、
第１環状面、および該第１環状面に対向する第２環状面を有する外側環状周辺フランジ部分と、
前記フランジ部分の前記第１環状面の内部にあり、該第１環状面から突き出しており、対向する凹面および凸面を有する、内側の、凹凸状の、半球状の膨張領域と、
該膨張領域に位置付けられた内側円形マージンおよび前記フランジ部分に位置付けられた外側円形マージンによって定義される環状で横方向に弓形の過渡領域と、を含み、
前記膨張領域には、前記凹面において、前記内側円形マージンに近接し、前記過渡領域の近くに間隔を空けて配置される、連続する刻線が与えられ、
前記刻線は、破裂領域を定義する半円形の刻線部分と、刻線部分の長さが前記半円形の刻線部分よりも短い、曲線のカム刻線部分とを有し、該カム刻線部分は、前記半円形の刻線部分の直径の外側に張り出し、前記過渡領域の内側に配置され、
前記刻線は、前記カム刻線部分が一番深く、前記カム刻線部分の反対側が一番浅くなるように、その深さが全体にわたって変化し、前記カム刻線部分の反対側が前記刻線のヒンジ部分を定義し、
前記破裂ディスクは、該破裂ディスクを通過して液体が流れるようにするために、前記破裂ディスクの前記凹面に対して向けられた液体の過剰圧力の影響下において開口可能であり、前記カム刻線部分は、前記刻線の残りの部分と比較して、前記液体圧力下において前記カム刻線部分が最初に破裂するような前記刻線の深さを有する一方で、前記半円形の刻線部分は前記刻線の深さが変化し、それにより、前記刻線のヒンジ部分が切断されることなく、完全に開口した破裂位置へと前記破裂領域が回転されることを可能にし、前記破裂領域の端が、前記破裂ディスクの前記フランジ部分に対して垂直となる関係に配置される破裂ディスク。
【請求項１２】
前記カム刻線部分が、Ｕ型状の形態である、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項１３】
前記カム刻線部分が、弓形のベース部分と、前記半円形の刻線部分の対向する先端と結合する２つの対向する外側に向かって分岐する脚部分と、を有する、請求項１２に記載の破裂ディスク。
【請求項１４】
前記刻線は、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分から反対側に向かって前記カム刻線部分の中間点まで、深さが連続して変化する、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項１５】
前記カム刻線部分の前記刻線の深さが、前記破裂ディスクの厚さの３５％〜７０％である、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項１６】
前記破裂ディスクが、０．０１０〜０．０７０インチ（０．２５４〜１．７８ｍｍ）の厚さを有する、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項１７】
前記破裂ディスクが、０．０１４〜０．０５０インチ（０．３５６〜１．２７ｍｍ）の厚さを有する、請求項１６に記載の破裂ディスク。
【請求項１８】
前記破裂ディスクが、０．０３１インチ（０．７８７ｍｍ）の厚さを有する、請求項１６に記載の破裂ディスク。
【請求項１９】
前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分のうち最も刻線の浅い部分における前記刻線の深さよりも、０．００１〜０．００４インチ（０．０２５４〜０．１０２ｍｍ）深い、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項２０】
前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の前記ヒンジ部分のうち最も刻線の浅い部分における前記刻線の深さよりも、０．００４インチ（０．１０２ｍｍ）深い、請求項１９に記載の破裂ディスク。
【請求項２１】
前記破裂ディスクは、名目上の厚さが０．０３１インチ（０．７８７ｍｍ）であり、
前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の最も刻線の浅い地点における前記刻線の深さの０．０１３インチ（０．３３０ｍｍ）から、前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さの０．０１７インチ（０．４３２ｍｍ）まで変化する、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項２２】
前記破裂ディスクは、名目上の厚さが０．０３１インチ（０．７８７ｍｍ）であり、
前記刻線の深さが、前記半円形の刻線部分の最も刻線の浅い地点における前記刻線の深さの０．０１３インチ（０．３３０ｍｍ）から、前記カム刻線部分の最も刻線の深い地点における前記刻線の深さの０．０１５〜０．０１７インチ（０．３８１〜０．４３２ｍｍ）まで変化する、請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項２３】
前記破裂ディスクは、材料、該破裂ディスクの前記寸法および該破裂ディスクに対する相対的な前記刻線の深さの変化が、前記破裂ディスクの前記膨張領域に対する液体圧力が１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）において前記カム刻線部分が最初に開口するように構成される請求項１１に記載の破裂ディスク。
【請求項２４】
前記破裂ディスクは、材料、該破裂ディスクの前記寸法および該破裂ディスクに対する相対的な前記刻線の深さの変化が、前記破裂ディスクの前記膨張領域に対する液体圧力が２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）において前記カム刻線部分が最初に開口するように構成される請求項１１に記載の破裂ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、該して、多様な産業および油井での用途に用いられる液体を輸送する導管、特に、複数のセクションからなるパイプストリングの試験に用いるための、漏洩健全性（leak integrity）試験装置に関する。より詳しくは、本発明は、そうした装置と、特に、その一部を形成する、こわれやすい（frangible）、前もって作用する (forward acting)破裂ディスクと、に関する。該破裂ディスク（以下、単にディスクともいう）は、凹凸のある設計で、凹面に形成される非円形で連続する刻線(score line)を有する。該刻線は、その周囲全体にわたって深さが変化している。また、該刻線は、外側に張り出したカム刻線部分を含み、その部分が最も深い。該カム刻線部分は、最初に破裂する部分であり、ディスク破裂時にディスクの破裂領域がディスクのフランジ部分から分離するのを防止するためのヒンジ部分を形成する、より浅い刻線部分と対向して位置する。該装置は、油井のチュービングストリングにおける各セクション同士の連結の健全性試験において使用する際に特別な有用性を有するが、石油精製や石油化学事業における使用、およびその他の、パイプまたは導管を通過して圧力下で液体が輸送される場合における使用も可能である。
【０００２】
従来技術の説明
油井を稼動させるために、細長い、セクション化されたチュービングストリングが、サッカーロッド（sucker rod）およびポンプアセンブリを収容した状態で、油井ケーシング内に下ろされる。深い油井においては、チュービングストリングがグレード（grade）から油層まで何千フィートも伸びている場合もある。ストリングの各セクション同士の接合部分における漏洩は、ポンプ効率および油井製造に重大な影響を与える。過去においては、パイプストリングを取り出して接合部分の漏洩を特定し、ストリングを修理することが時折必要であった。これは、修理費用および休止時間の双方における非常に大きな浪費を示す。
【０００３】
米国特許第５，９９６，６９６号明細書は、ストリングを取り出す必要がなくなる、油井ケーシング内の油井のチュービングにおける漏洩健全性試験を行うための方法および装置について記載している。‘６９６号明細書の装置は、各ストリングセクション間に配置されるハウジングを含む（通常、ポンプおよび油井構造に近いストリングセクションの下端に近接する）。ハウジングには、閉止し、流れをブロックする関係で、金属製の破裂ディスクが装備されている。ストリングの試験が所望されると、破裂ディスクに対して、予め決められた液体圧力が適用される。チュービングストリングが十分な程度に漏洩がない場合、破裂ディスクは予め決められた破裂圧力およびそれに近い圧力において破裂する。一方で、実質的な漏洩がある場合、ストリング内で生じる圧力がディスクを破裂させるのに不十分である。
【０００４】
‘６９６号明細書に開示されている好ましい破裂ディスクの設計は、金属製で凹凸のあるディスクであり、ディスクの膨張した破裂部分の表面に形成された不連続な刻線を有する。刻線の不連続性は、ディスクのヒンジ部分の役割を果たす。この特許明細書に記載されている装置および方法は、当技術分野における飛躍的な進歩を示してはいるものの、性能の観点からみるとディスクの設計が最適ではない場合があることがわかっている。当然のことながら、こういった状況における有用な破裂ディスクは、所望の破裂圧力において確実に破裂しなければならない。さもなくば不正確な試験結果が得られる恐れがある。加えて、破裂させた後のディスクはばらばらになってはならず、完全な双方向の液体の流れがまだそこを通過できなければならない。
【０００５】
発明の要約
本発明は、先に概略を述べた問題を克服し、液体輸送ライン、特に油井チュービングストリングに適用するための改善された漏洩試験装置を提供し、試験の信頼性を高める。一般的に、本発明の装置は、油井のチュービングストリングとの連結に適用される管状ホルダー（以下、単にホルダーともいう）を含み、該ホルダー内に、通常は該ホルダーを通過する中央経路を閉止する関係にある、破裂ディスク（以下、単にディスクともいう）を有する。ディスクは、第１環状面および第１環状面に対向する第２環状面を有する外側環状周辺フランジ部分と、フランジ部分の第１環状面の内側にあり、第１環状面から突き出している、凹凸状で一般的に半球状の膨張領域と、を含む。膨張領域は対向する凹面と凸面とを有する。膨張領域に位置付けられた内側円形マージンおよびフランジ部分に位置付けられた外側円形マージンによって定義される、環状で横方向に弓形の一体型過渡（transition）領域と、が与えられる。
【０００６】
破裂ディスクの膨張領域においては、過渡領域に隣接して配置される関係にある膨張領域の内側円形マージンと近接する凹面において、連続する非円形の刻線が与えられる。刻線は、より長い半円形の刻線部分と、該半円形の刻線部分の長さと比較するとより短い、第２の、一般的に曲線のカム刻線部分と、を有する。カム刻線部分は、より長い刻線部分の直径の外側に張り出し、過渡領域に非常に近接して、その内側に配置される。
【０００７】
刻線はその全体にわたって深さが変化し、カム刻線部分において最も深く、該カム刻線部分の実質的に正反対側において最も浅く、それにより刻線のヒンジ部分を定義する。
【０００８】
ディスクを通過して液体が流れるようにするために、ディスクの凹面に対して向けられた液体の過剰圧力の影響下において、ディスクは開口可能である。カム刻線部分は、刻線の残りの部分と比較して、液体圧力下においてカム刻線部分が最初に破裂するような深さを有する。一方、より長い刻線部分は、深さが変化し、それにより、刻線のヒンジ部分が切断されることなく、完全に開口した破裂位置へと、破裂領域が回転することを可能にする。膨張領域が破裂し、ディスクが完全に開口すると、中央の破裂領域の端は、ディスクのフランジ部分に対して一般的に垂直となる関係に配置される。
【０００９】
管状ホルダーには、一般的に破裂ディスクを補助的に受け、液体の過剰圧力下において破裂ディスクが十分完全に開口するように設計され、それによりディスクが破裂すると管状ホルダーを通過して液体が完全に流れることを可能にする、側壁構造が与えられる。こうした特性を有するディスクは、先行技術の設計と比較すると改善された試験結果を提供しながら、ディスクが破裂した後に、液体がホルダーを通過して完全に両方向に流れることを可能にすることがわかった。
【００１０】
ディスクの凹面上に連続する非円形の刻線を与えることにより、破裂が起こると、近接する相互連結された刻線を定義するディスクの壁表面がお互いに分離するために、確実なディスクの破裂と開口が可能となる。これは、製品および／または圧力との接点から離れたディスク面に破裂ディスク上の刻線が形成される、より一般的な状況と対比されるべきである。こうした状況の場合、刻線を定義するディスクの壁面は、破裂中にお互いに接近する。
【００１１】
刻線のうち曲線のカム刻線部分は、もっとも深さが大きく、刻線のうちより長い円形部分の周囲を越えて張り出し、カムまたはレバーのように作用して、約１５００〜２０００ｐｓｉ（１０．３〜１３．８ＭＰａ）の圧力でのディスクの確実な開口を保証する。刻線のより長い円形部分の周囲を越えて張り出す、刻線のうち張り出した最も深いくぼみ部分がなければ、従来の油井チュービングストリングの内径をブロックするのに必要とされる約２〜３インチ（５０．８〜７６．２ｍｍ）の名目上の破裂径を有するディスクにおいて、この大きさの開口圧力を得るのは難しい。
【００１２】
図面は、本明細書において開示および記載された特定の実施形態に、本発明を限定するものではない。図面は倍率変更したり強調したりする必要がなく、むしろ発明の原理を明確に図示するよう位置づけされる。
【発明の開示】
【００１３】
好ましい実施形態の詳細な説明
図面を参照すると、特に、図１において、グレード（grade）から下に向かって油層２４まで伸張する、直立の連続したケーシング２２を有する、従来の油井２０が示されている。チュービング／パイプストリング２６がケーシング２２内に配置され、チュービングセクション（以下、単にセクションともいう）２８、３０、３２および３４などの、端と端とで連結された複数のセクションを含む。当然のことながら、稼動している井戸は、そのチュービングストリング２６内に多数のこうしたセクションを有する。最下部にポンプアセンブリ３５ａを有する、セクション化された従来のサッカーロッド３５が、油層２４からポンプで石油をくみ上げるために、ストリング２６内にある。ストリングセクションの大部分は、従来の連結器２９によって互いに連結される。しかし、ストリング２６の長手方向における選択された地点において（通常は油層２４に近接するストリング２６の下端付近）、一組のチュービングセクション３２および３４の間に健全性試験装置３６が挿入される。
【００１４】
図２を参照すると、セクション３４の上端と同様、セクション３２の下端にねじ山がつけられているのがわかる。健全性試験装置３６は、これらチュービングセクション３２とチュービングセクション３４との間にねじ山の組み合わせによって連結され、管状吸込口３８および管状排出口４０を含み、破裂ディスク４２が吸込口３８と排出口４０との間に配置される。詳しくは、吸込口３８は、その上端に近接する位置において内側にねじ山４４がきられ、その下端に近接する位置において外側にねじ山４６がきられる。吸込口３８の最下端の底部は、外側環状面４７ａが内側環状面４７ｂに接合されることによって定義される段状構造４７を与える。内側環状面４７ｂは、外側環状面４７ａと軸方向に間隔を空けて配置され、かつ中間面４７ｃによって該外側環状面４７ａに相互連結される。中間面４７ｃは、外側環状面４７ａおよび内側環状面４７ｂを横切る。排出口４０は、吸込口３８のねじ山４６に連結できるように、排出口４０の上端に近接する位置において内側にねじ山４５がきられる。同様に、排出口の下端は、ストリングセクション３４に連結できるように位置においてねじ山５３がきられる。さらに排出口４０には、環状面４７ａおよび４７ｂと完全に対向する最上端の環状面５５が与えられる。
【００１５】
図２〜図４から最も明白であるように、ディスク４２が吸込口３８と排出口４０との間に配置され、吸込口３８が排出口４０に向かって移動する方向に吸込口３８が回転される場合、ディスク４２の外側環状フランジ部分４９が、内側環状面４７ｂおよび環状面５５によってそれぞれディスク４２の対向する側でかみ合わされるときに、吸込口３８と排出口４０の相対運動が阻止され、それによりディスク４２を吸込口３８と排出口４０との間に固定する。
【００１６】
破裂ディスク４２は、図４〜図７に最もよく図示されている。一体型のディスクは、一般的に、外側の比較的平らな外周環状フランジ部分４９と、凹面４８および対向する凸面５０を与える内側の膨張した凹凸の膨張領域５１とを含む。膨張領域５１は、フランジ部分４９の内側にあり、膨張領域５１とフランジ部分４９との間に、環状の横方向に丸みがついた過渡領域５２を有する。過渡領域５２（図７参照）は、一組の仮想・同軸・円形の、水平方向に間隔を空けて配置された、外側および内側仮想マージン５４、５６各々によって定義される。
【００１７】
ディスク４２には、また、ディスク４２の丸みがついた過度領域５２のマージン５６の内側に近接して、ディスクの凹面４８内に形成される、連続する刻線５８が与えられる。刻線５８は、過渡領域５２に近接して、しかしそのわずかに内側に配置される。すなわち、過渡領域５２の内側のマージン５６から内側に間隔を空けて配置される。加えて刻線５８は、その周囲全体にわたって、深さが連続して変化する。
【００１８】
図７を参照すると、刻線５８に、円形状に周囲に延びる、より長い刻線部分６０が与えられている。該刻線部分６０は、丸みがついた過渡領域５２の内側のマージン５６に近接した、膨張領域５１の外側部分の、実質的に周囲全体に延びている。より長い刻線部分６０は、その長さと比べてより短い曲線のカム刻線部分６２と結合する。カム刻線部分６２は、刻線部分６０の周囲に広がる領域を超えて延びている。好ましくは、カム刻線部分６２は、曲線の刻線脚部分６８と７０とが中間地点で対向する、外側が弓形のベース刻線部分６６を有する。該脚部分６８および７０は、外側直線状端部刻線脚部分７２および７４とそれぞれ結合する。外側直線状端部刻線脚部分７２および７４は、刻線部分６０の対向する末端７６と７８の対応する方と接合する。
【００１９】
図５〜図７において１８０°の位置として示されている、カム刻線部分６２のベース刻線部分６６の中間点は、刻線５８の周囲に広がる領域に対し、図５においてｘ＋ｙと示された深さが最も深い。これに対応して、刻線部分６０は、図５において０°の位置として示されている中間地点において、深さが最も浅いＸであり、０°地点は、刻線５８の１８０°地点に完全に対向する。刻線５８は、カム刻線部分６０の１８０°地点に達するまで、刻線５８の０°地点から反対方向に、連続して深さを増していく。
【００２０】
図７に示された０°地点に近接する刻線部分６０は、０°地点の反対側において、破裂領域６４がディスク４２を破裂させるのに十分な過剰圧力にさらされた場合に切断しない刻線ヒンジ部分８１を定義するための深さである。従って、ディスク４２の中央の破裂領域６４はフランジ部分４９から離れないので、その結果、断片化しない破裂ディスク４２になる。
【００２１】
膨らまされたディスク４２の製造中、刻線５８は、適切な異なる深さの刻み目を入れる金敷を利用して、後でディスク４２の凹面４８になる金属素材の表面に形成される。刻線５８が形成された後にはじめてディスク４２が膨らまされて、凹凸のある膨張領域５１が与えられる。最初にディスク４２を膨らませてから刻み目をつけることもできるが、製造上の観点からみると、最初に刻み目をつけてから膨らませる方が大変好ましい。過渡領域５２に沿った金属は、ディスク４２を膨らませている間に加工硬化され、それによってカム刻線部分６２よりも強度が高い刻線ヒンジ部分８１が与えられる。図８は、ディスク４２の膨張領域５１の形成に使用される従来の金型ユニット（die unit）８２の概略図である。金型ユニット８２は、中央のキャビティ８６と、キャビティ８６と通じていて高い正圧の液体（high positive pressure fluid）源と組み合わせるために適応させる経路８８と、を有する圧力ベル（pressure bell）８４を含む。金型ユニット８２の一部を形成するレシーバー９０は、圧力ベル８４とレシーバー９０が図８に示されたように近接した位置関係に置かれたときにキャビティ８６と位置が合わさる、中央のキャビティ９２を有する。レシーバー９０の経路９４は、キャビティ９２と通じており、ディスク４２を膨らませている間に、キャビティ９２内部の空気を逃すことを可能にする。金型ユニット８２の使用において、円形で平らな金属ブランクが、キャビティ８６と９２との間の、圧力ベル８４およびレシーバー９０の外側の対向する円形マージン間で固定される。加圧された液体が経路８８に導入され、キャビティ８６および９２内の液体にさらされた金属ブランクの一部を変形させて、図８に概略が図示されているように、ブランクの膨張がもたらされる。圧力ベル８４に入れられた加圧された成形用の液体は、膨張した部分が破裂するであろう圧力の約８０％の圧力と同程度であって、ディスク４２を膨らませるのに十分なだけの圧力であることが好ましい。
【００２２】
好ましくは、ディスク４２は、インコネル（Ｎｉ７６％、Ｃｒ１７％、およびＦｅ７％の合金）およびニッケルからなる群より選択される金属で形成され、厚さが約０．０１０〜０．０７０インチ（０．２５４〜１．７８ｍｍ）、より好ましくは約０．０１４〜０．０５０インチ（０．３５６〜１．２７ｍｍ）である。刻線５８の深さは、より浅くなっている刻線ヒンジ部分８１を除いた全体にわたって、ディスク４２の厚さの約３５〜７０％の厚さであり、より好ましくは、約４０〜６０％の厚さである。図７に示されている１８０°地点におけるカム刻線部分６２のベース刻線部分６６の深さは、図７に示されている０°地点における刻線部分６０の刻線ヒンジ部分８１の深さよりも、約０．００１〜０．００４インチ（０．０２５４〜０．１０２ｍｍ）深く、より好ましくは約０．０１５〜０．００３インチ（０．０３８１〜０．０７６２ｍｍ）深く、最も好ましくは、約０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）深い。
【００２３】
油井内において使用される従来のチュービングストリングの健全性を試験するのに有用である代表的なディスク４２において、こうしたディスク４２は、約０．０３１インチ（７．８７ｍｍ）の厚さおよび約３．２５インチ（８２．６ｍｍ）の直径を有するインコネルブランクで製造されてよい。こうしたディスク４２の膨張領域５１は、例えば、仮想の破線が引かれた過渡領域５２の内側のマージン５６によって定義される、約２．４８５インチ（６３．１ｍｍ）の直径を有していてもよい。刻線５８のより長い刻線部分６０は、好ましくは、過渡領域５２の仮想の内側のマージン５６から約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）内側に配置される。刻線５８のうち、刻線５８の０°地点とカム刻線部分６２の１８０°地点との間における深さの差は、好ましくは約０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）である。弓形のベース刻線部分６６は、好ましくは約０．３０インチ（０．７６２ｍｍ）の長さで、ディスク４２の中心軸９６の周りにおいて弧の範囲が約１５．８８°である。カム刻線部分６２における各々の刻線脚部分６８および７０は、好ましくは約０．１４インチ（３．５６ｍｍ）の長さであり、図７に示されるように、各々がそれぞれ地点９９、１００から約１５．３６°の弧を含む。カム刻線部分６２の直線状刻線脚部分７２は、好ましくは０．２インチ（５．０８ｍｍ）の長さである。
【００２４】
前述の代表的なディスクにおいて、約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）の圧力で破裂するように設計されたディスク４２の場合は、該ディスク４２は、示されたように、０．０３１のインコネル材料から成り、刻線５８の深さは、図７に示された０°地点における約０．０１３インチ（０．３３０ｍｍ）から、図７に示された１８０°地点における約０．０１７インチ（０．４３２ｍｍ）まで変化する。約１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で破裂するように設計されたディスク４２については、刻線５８の深さは、
０°地点における約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）から、１８０°地点における約０．０１７インチ（０．４３２ｍｍ）まで変化するべきである。
【００２５】
好ましい破裂ディスクは、典型的な１５００〜２０００ｐｓｉ（１０．３〜１３．８ＭＰａ）の範囲での過剰圧力でディスク４２の破裂領域６４の開口をもたらすカム刻線部分６２を有するが、カム刻線部分６２によってもたらされるカムの開口の効果は、ディスク開口のための他の圧力の適用、例えば４０００〜２５００ｐｓｉ（２７．６〜１７．２ＭＰａ）の範囲においても同様に有効であることが理解されるべきである。開口する圧力が高いほど、深さの変化する刻線は前述の例において指定されるほど深くなく、ディスクの厚さは、指定された値よりも大きくてよい。
【００２６】
図１〜図４は、チュービングストリング２６内に配置された際の健全性試験装置３６の操作を図示している。ディスク４２のフランジ部分４９が、排出口４０の環状面５５と環状面４７ｂとの間に固定される。この方法において、ディスク４２は、管状吸込口３８と管状排出口４０との間に堅く挟まれる。ストリング２６について漏洩試験の実施が所望される場合、チュービングストリング２６内の柱状の液体によってディスク４２上に加えられる圧力より大きな過剰圧力が加えられた液体が、ディスク４２の凹面４８に対して適用される。ストリング２６において、本質的に漏洩がないことを前提として予め決められた液体の過剰圧力において、ディスク４２が刻線５８に沿って破裂する。
【００２７】
約１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の過剰圧力において破裂するように設計された破裂ディスク４２の場合、破裂ディスク４２の表面４８に対して、その過剰圧力レベルに達したときに、図７に図示されたように一般的に１８０°地点から始まりつつ、カム刻線部分６２が最初に分離し、それから１８０°地点から反対方向にある刻線５８の刻線ヒンジ部分８１に向かって破裂していく。カム刻線部分６２から始まって、刻線５８に沿ってディスク４２が破裂していくにつれ、図２および図４に図示されるように、ディスク４２の凹凸状の破壊領域６４が、液体の流れの方向に回転して配置されると共に、刻線５８のうち崩壊しない（バラバラにならない）ヒンジ部分８１が、ディスク４２のフランジ部分４９からディスク４２の破壊領域６４が分離することを防止する。注目すべきは、管状排出口４０が、破壊領域６４の破裂時に、ディスク４２の破壊領域６４を補助的に受けるように設計された、一般的に準半球形の内面９８を有することである。管状排出口４０の内面９８の壁は、刻線５８のヒンジ部分８１が裂け、その結果ディスク４２のフランジ部分４９から破壊領域６４が分離する結果を招いてしまうような、破壊領域６４のスイング過多を防止するように設計される。図４に図示されたように、ディスク４２の膨破壊領域６４の完全開口位置において、破壊領域６４は、フランジ部分４９に対して実質的に垂直な位置関係であって、吸込口３８と排出口４０を通過する液体の流れる経路の外に維持される。図２および図４に示されたように、破壊領域６４の完全な開口の結果として、液体が、ディスク４２の開口された破壊領域６４によって実質的に妨げられることなく、両方向に流れることを可能とする。ディスク４２が開口時に、健全性試験装置３６を通過して両方向へ、妨げられることなく液体が流れることは、ディスク４２の重要な操作機能である。
しかし、浅くなっているヒンジ領域があるために、破裂領域６４は、フランジ部分４９にくっついたままであり、下方向の、ストリング２６のポンプエリア（３５ａ）の中に運ばれることはない。
【００２８】
ディスク４２が、それに適用される液体の過剰圧力が約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）において破裂することが所望される場合、こうしたディスク開口のパラメータは、上記に詳細を述べた寸法および特性を有するディスク４２を製造することによって実現できるということがわかった。１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の液体圧力で破裂するように設計されたディスク４２を利用するか、もしくは、２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）の液体圧力で破裂するように設計されたディスク４２を利用するかは、主として、ある特定の油井におけるパイプストリングの長さとの関係である。２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）で開口するディスク４２は、より長いパイプストリングおよびより大きな全容積を有し、したがってそこに入る液体がより重くなる、より深い油井において使用されるように設計される。一方で、１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）で開口するディスクは、より浅い油井に適用される。
【００２９】
図６を参照すると、刻線５８における斜めに配向する刻線を定義する側壁５８ａおよび５８ｂが、下方の頂端から分岐して、上方、ディスク４２の凹面４８へと向かっていることがわかる。ディスク４２が破裂すると、側壁表面に対して圧縮力が加えられることなく、破裂領域６４の動きによって、側壁５８ａと５８ｂとの間の相対的分離が生じる。これは、凸面上に刻線を与えるというより一般的な方法と対比されるべきである。そうした場合、ディスクが破裂することによって、刻線５８を定義する側壁５８ａと５８ｂとが互いに近づき、それによってこれらの表面が互いに押し付けられる。
【００３０】
カム刻線部分６２およびこれに沿った刻線５８の仮想の連続線によって定義されるディスク４２の破裂領域６４部分が、例えば典型的な、直径が全体で３．２５インチ（８２．６ｍｍ）であるような従来のパイプストリングを閉止する関係で該パイプストリングに受けられる直径を有するディスク４２の設計を可能にすることがわかった。また、刻線５８のヒンジ部分８１よりも深いカム刻線部分６２によってもたらされるカムアクション
（cam action）がない場合に、通常ディスクを開口するのに必要な過剰圧力が４５００ｐｓｉ（３１．０ＭＰａ）であるのに比べると、破裂圧力が約１５００〜２０００ｐｓｉ（１０．３〜．１３．８ＭＰａ）で確実に開口する。
【００３１】
本発明は、添付の図面において図示された好ましい実施形態、特に、油井におけるパイプストリングの健全性試験において使用される場合に関連して述べられてはいるが、本発明の装置は、石油化学、石油精製、およびその他類似の産業上の利用における、液体が輸送される多様な異なるパイプまたはラインの試験において有用であることが理解されるべきである。また、請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなしに均等物を実施しても、置換を実施してもよいことも、留意されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、ケーシングおよび内側のチュービングストリングを含み、後者に本発明の健全性試験装置が設置されている典型的な油井を図示した、部分垂直断面図である。
【図２】図２は、チュービングストリング内の健全性試験装置を図示した、大きく拡大した部分垂直断面図であり、該装置の破裂ディスクは開口して破裂した状態にあり、該装置を通過する完全な両方向への流れが可能になっている。
【図３】図３は、油井チュービングストリングの部分垂直断面図であり、本発明の試験装置が設置され、ディスクが、ストリングを通過する液体の流れに対してブロックする関係にある。
【図４】図４は、図３に類似する図であるが、破裂状態にあるディスクを図示している。
【図５】図５は、フランジおよび刻線形成後であるが膨らませる前であるディスク本体を図示し、さらに刻線全体にわたって異なる深さであることを図示した、大きく拡大した部分断面図である。
【図６】図６は、図５に類似する図であるが、膨らませた後のディスク本体を図示している。
【図７】図７は、ディスクの膨張領域の凹面における非円形の刻線を図示している、破裂ディスクを大きく拡大した底面図であり、刻線のカム部分は、刻線の周囲を越えて張り出し、ディスクの凹面に対して過剰圧力の液体を適用すると、刻線のカム部分が最初に破裂して開口するように最も深くなっている。
【図８】図８は、ディスクの中央の領域に膨らみをもたらすのに使用可能な構成部分の概略を示した垂直断面図である。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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