(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井内で使用するための拡張可能器具であって、
坑井器具は、閉じ位置から開き位置に拡張可能な複数のセルを備えた拡張部材を有し、
各セルは、厚肉ストラットに回動自在に結合された薄肉ストラットを有し、
拡張部材は、複数のセルが閉じ位置にあるとき、坑井に沿って容易に移動され、さらに、拡張部材は、坑井内の所望の位置において、複数のセルが開き位置へ移行することによって拡張可能であることを特徴とする拡張可能器具。
【請求項２】
拡張部材は、複数のセルの拡張中、半径方向拡張作用を受けるチューブラから成ることを特徴とする請求項１記載の拡張可能器具。
【請求項３】
拡張部材は、坑井の表面に外部半径方向力を作用させる大きさにされた拡張可能チューブラからなる請求項１記載の拡張可能器具。
【請求項４】
拡張部材は、坑井内のオープンホール地層を支持する大きさにされた拡張可能チューブラからなる請求項１記載の拡張可能器具。
【請求項５】
拡張部材は、坑井ライナーからなる請求項１記載の拡張可能器具。
【請求項６】
拡張部材は、拡張可能なサンドスクリーンからなる請求項１記載の拡張可能器具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の説明】
本願は、２００１年１月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／２６１，７４９号及び同年６月８日に出願された米国仮特許出願第６０／２９６，８７５号に基づく優先権主張出願である。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、一般に拡張可能器具に関し、特に、収縮状態から拡張状態への移行を容易にする１又は２以上の拡張可能セルから形成された器具に関する。
【０００３】
【発明の背景】
種々の用途及び環境において、器具が収縮状態から拡張状態に移行できるようにすることが有利な場合がある。かかる器具は、平らな部材、管状部材（以下、「チューブラ」という場合がある）、矩形部材及び種々の他の形態を有する場合がある。例示の用途としては、拡張可能器具（以下、「エキスパンダブル」というばあいがある）、例えばステントを所望の場所に展開又は配備し、次に拡張させる医療用途が挙げられる。別の例示の用途としては、地下埋設場所からの種々の流体、例えば原油の採取の際における拡張可能部材の使用が挙げられる。
【０００４】
例えば原油、天然ガス及び水のような流体は、流体貯蔵層を貫通する坑井を掘削することにより地下地層（「リザーバ」）から得られる。坑井が或る特定の深さまでいったん掘られると、坑井の壁は代表的には、圧潰を防止するため支持手段が施される。坑井の掘削及び使用中、種々の管状部材、例えば、ライナー、ケーシング、サンドスクリーン等が坑井内に配備される。
【０００５】
例えばチューブラ中へ拡張マンドレルを引っ張ってチューブラを半径方向外方に塑性変形させることにより、チューブラを半径方向に拡張させる種々の方法が開発された。しかしながら、かかる方法では、所望の拡張の度合いを達成するためには大きな力が必要である。
【０００６】
医療業界、原油業界及び種々の他の業界は、或る特定の形式の拡張可能部材を利用しており、或いは、多くの用途で拡張可能部材を用いることで利益を得ている。しかしながら、既存の器具のうちで所望の場所において容易に拡張できるものは極少ない。既存の器具では、拡張状態を形成するには相当大きな力が必要である。また、多くの場合、拡張可能器具が所与の場合、利用できる材料の選択を制限する場合のある相当大きな塑性変形が生じる。本発明は、上述の問題のうち１以上を解決し、少なくともこれを軽減することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は一般に、例えば地下環境で使用できる拡張可能な器具に関する。本発明の一実施形態では、拡張可能器具は、器具の拡張を容易にする１以上の拡張可能セルを有している。一例として、チューブラは、潰れ又は収縮状態から拡張状態への器具の半径方向拡張を容易にする複数の拡張可能セルを備えるのがよい。用途及び拡張可能器具の所望のパラメータに応じて、種々のタイプ及び設計のセルを利用することができる。
【０００８】
本発明を添付の図面を参照して以下に説明する。なお、同一の参照符号は、同一の要素又は部材を示している。
本発明は種々の改造例及び変形例の形態をとることができるが、本発明の特定の実施形態を図面に例示的に示して本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本明細書における特定の実施形態についての説明は、本発明を開示した特定の形態に限定するものではなく、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲に属する全ての改造例、均等例及び変形例を含むものである。
【０００９】
【例示の実施形態の詳細な説明】
以下の説明は、種々の拡張可能な器具に関し、かかる器具は、収縮状態から拡張状態への器具の拡張を容易にするよう拡張可能なセルを利用している。種々の拡張技術、拡張可能なセルの設計及びロック機構について説明するが、代表的には、以下の説明は、１以上の例示の用途に関している。例えば、セルは、管状構成部品、例えば産油業界で用いられるチューブラ用として説明されている。しかしながら、この用途は、本明細書で説明する種々のセル及びロック機構の利用可能性を実証する例示の用途に過ぎない。以下の説明は、かかる拡張可能な器具の用途を本明細書で説明する特定の環境又は用途に限定するものとして解釈してはならない。それどころか、拡張可能な器具を構成する技術は、他の環境及び産業において広範に利用できる。
【００１０】
以下に説明するように、例示の拡張可能な器具は、双安定セルを有していてもよく、或いはかかる双安定セルを有さなくてもよい。双安定であるにせよそうでないにせよ、拡張可能なセルは、種々の操作又は手順のために収縮状態と拡張状態との間における所与の器具の拡張を容易にする。特定形式の拡張可能なセルの選択は、環境、拡張の度合い、利用できる材料等を含む種々の要因で決まる。
【００１１】
本明細書で用いられる双安定器具は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す原理を利用可能である。図１（Ａ）は、各端が剛性支持体１２に固定されたロッド１０を示している。ロッド１０が軸方向力を受けると、このロッドは、図１（Ｂ）に示すように変形し始める。軸方向力を増大させると、ロッド１０は最終的にそのオイラーの座屈限界に達し、変形して符号１４，１５で示す２つの安定位置のうち一方を取る。いま、もし座屈したロッドを座屈位置にクランプすると、長軸に対して直角に向いた力がロッドを安定位置のうち何れか一方に運動させることができるが、かかる力によってはロッドが他の位置には運動することはない。ロッドが横方向力を受けると、このロッドは、その新たな安定位置に向かって撓む前に、角度β運動しなければならない。
【００１２】
双安定系は、例えば図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すような力の撓み曲線を示すという特徴を持っている。外部から加えた力１６により、図１（Ｂ）のロッド１０は、方向Ｘに運動し、一方の安定形態から他方の安定形態へのシフトの開始時に、最大撓み１８に達する。それ以上の撓みを生じさせるのに必要な力は小さい。というのは、双安定系は、この場合、負のばね定数を有し、力が０になると、第２の安定位置への撓みは自然に起こるからである。
【００１３】
この例の力−撓み曲線は、対称であり、図２（Ａ）に示されている。予備曲率をロッドに与えるか、或いは非対称の断面を導入することにより、力−撓み曲線を図２（Ｂ）に示すように非対称にすることができる。この系では、ロッドが一方の安定位置を占めるようにするのに必要な力１９は、逆方向の撓みを生じさせるのに必要な力２０よりも大きい。力２０は、システムが双安定特性を備えるようにするためには０よりも大きくならなければならない。
【００１４】
産業界では、双安定構造（これは、トグル装置と呼ばれることがある）が、例えば、フレキシブルディスク、オーバセンタクランプ、ホールドダウン装置及びテンションケーブル（例えば、セールボートリギングバックステーで用いられるテンションケーブル）のクイックリリースシステム用として用いられている。
【００１５】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すような剛性支持体を用いないで、湾曲ストラットを図３（Ａ）〜（Ｆ）に示すように各端で連結することによって拘束状態が得られるセルを構成することができる。ストラット２１，２２が共に図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように同一厚さを有している場合、力−撓み曲線は直線状であり、セルは、図３（Ｂ）のその開き位置から図３（Ａ）のその閉じ位置に圧縮されると長くなる。セルのストラットが、図３（Ｃ）〜（Ｆ）に示すように互いに異なる厚さを有している場合、セルは、図２（Ｂ）に示す力−撓み特性を有し、その２つの安定位置相互間で運動しても、長さが変化しない。かくして、拡張可能な双安定チューブラを、半径方向寸法が大きくなっても軸方向長さが一定のままであるように設計することができる。一例においては、厚さの比が約２：１以上であれば重い方のストラットが長手方向の変化に抵抗する。厚肉ストラットの寸法と薄肉ストラットの寸法の比を変えることにより、開閉力を変化させることができる。例えば、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は、約３：１の厚さの比を示し、図３（Ｅ）及び図３（Ｆ）は約６：１の厚さの比を示している。
【００１６】
拡張可能な坑井用双安定チューブラ、例えば、ケーシング、管、パッチ又はパイプを、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような一連の互いに連結された円周方向双安定セル２３を備えた状態で構成することができ、この場合、薄肉ストラット２１は、各々、厚肉ストラット２２に連結されている。かかるチュービングの長手方向可撓性を変えるには、セルの長さを変えると共にセルの各列を可撓性リンクに連結するのがよい。さらに、セルの形状の設計如何によっては、力−撓み特性及び長手方向可撓性を変えることができる。図４（Ａ）は、拡張可能な双安定チューブラ２４をその拡張形態で示し、図４（Ｂ）は、拡張可能な双安定チューブラ２４をその収縮又は潰れ形態で示している。本発明の用途においては、「潰れ（又は、潰し）」形態という用語は、直径が最も小さな安定状態の双安定要素又は器具の形態を示すために用いられており、かかる双安定要素又は器具が何らかの点で損傷していることを意味するものではない。潰し状態では、双安定チューブラ２４は図４Ｃに示すように容易に坑井２９内に導入される。双安定チューブラ２４を所望の坑井内に配置すると、これを図４Ｄに示すように拡張させる。
【００１７】
双安定セルの幾何学的形状は、チューブラの断面を半径方向に拡大させてチューブラの直径全体を増大させるようなものである。チューブラが半径方向に拡張すると、双安定セルは特定の幾何学的形状になるまで弾性変形する。この時点で、双安定セルは、拡張状態の最終の幾何学的形状になるよにう例えばスナップ動作のように動く。材質及び（又は）双安定セルの設計によっては、セルの弾性変形の際（各双安定セルが特定の基本的形状を越えてスナップ動作する際）拡張中のセルが臨界的な双安定セルの幾何学的形状を越えるその隣の双安定セルの拡張を開始させることができるほど十分なエネルギを放出することができる。撓み曲線に応じて双安定拡張可能チューブラの長さの一部又は長さ全体を、一点から拡張させることができる。
【００１８】
同様に、半径方向圧縮力を拡張した双安定チューブラに加えると、このチューブラは半径方向に縮み、双安定セルは、臨界的な幾何学的形状に達するまで弾性変形する。この時点において、双安定セルはスナップ動作して最終の潰れ状態の構造になる。このように、双安定チューブラの拡張は可逆的であり且つ再現可能である。したがって、双安定チューブラは、図４（Ａ）に示すような拡張状態と図４（Ｂ）に示すような潰れ状態との間で選択的に状態変化する再使用可能なツールとなることができる。
【００１９】
潰れ状態では、図４（Ｂ）に示すように、双安定拡張可能チューブラは、坑井内に容易に挿入されて定位置に配置される。次に、展開又は配備装置を用いて形態を潰れ状態から拡張状態に変える。
【００２０】
拡張状態では、図４（Ａ）に示すように、各双安定セルの材料弾性特性の設計上の制御は、チューブラの壁によって一定の半径方向力を拘束中の坑井表面に加えることができるようなものであるのがよい。双安定セルの材料特性及び幾何学的形状を、或る所望の結果が得られるように設計することができる。
【００２１】
或る特定の所望の結果を得るための一設計例は、長さ全体を通じて２以上の直径を有する拡張可能な双安定管状ストリングである。これは、様々な直径を持つ坑井において有用な場合があり、これは、そのように設計されているかどうか、或いは予期せぬ出来事、例えば地層のウォッシュアウト又は坑井内のキーシートの結果としてであるかどうかを問わない。これは又、拡張可能な双安定器具の一部を坑井の覆いが付けられた又は保護手段が施された部分の内側に配置し、別の部分を坑井のむき出しの部分内に配置させたい場合に有利な場合がある。図１１はこの状態の一例を示している。坑井４０が地面４２から掘削され、この坑井は、覆い付き部分４４及びオープンホール（裸坑）４６を有している。種々の直径を備えたセグメント５０，５２を有する拡張可能な双安定器具４８が、坑井内に配置される。大きな直径５０を有するセグメントは、坑井のオープンホール部分４６を安定化させるために用いられ、小さい直径５２を有するセグメントは、坑井の覆い付き部分４４の内側に配置される。
【００２２】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すのと同一の原理を用いて、双安定拡張可能なチューブラの部分を互いに結合して有効長さのストリングの状態にすることができるよう双安定カラー又はコネクタ２４Ａ（図４Ｃ参照）を設計することができる。この双安定コネクタ２４Ａにも又、双安定拡張可能な管状構成部品の場合と同一の機構を用いて双安定コネクタを半径方向に拡張できるようにする双安定セル設計が施されている。例示の双安定コネクタは、結合されている拡張可能な管状部分よりも僅かに大きな直径を有している。次に、双安定コネクタを２つの部分の端部にかぶせて、拡張可能な管状部分に機械的に取り付ける。コネクタを管状部分に連結するのに機械的な締結具、例えばねじ、リベット又はバンドを用いるのがよい。双安定コネクタは代表的には、拡張可能な管状部分に適合できる拡張速度を有するよう設計されており、したがって、この双安定コネクタは、２つのセグメント及びコネクタの拡張後、２つの部分を互いに連結し続けるようになっている。
【００２３】
変形例として、双安定コネクタは、互いに結合された２つの拡張可能な管状部分よりも小さな直径を有していてもよい。次に、コネクタを、チューブラの端部の内側に挿入し、上述したように機械的に締結する。別の実施形態では、管状部分の端部の内面又は外面を機械加工してコネクタが収納される環状凹部を形成する。凹部に嵌まり込むよう設計されたコネクタを凹部内に配置する。次に、コネクタを、上述したように端部に機械的に取り付ける。このようにすると、管状部分と比較的面一タイプの連結状態が得られる。
【００２４】
運搬装置３１が、複数の双安定拡張可能チューブラ及び双安定コネクタを坑井内に運び込み、正確な位置まで運搬する。（図４Ｃ及び図４Ｄ参照）。運搬装置は、１以上の機構、例えば、ワイヤラインケーブル、コイル状チュービング、ワイヤライン案内装置付きのコイル状チュービング、ドリルパイプ、チュービング又はケーシングを利用することができる。
【００２５】
双安定拡張可能チューブラ及びコネクタを拡張させるため展開又は配備装置３３を組立体全体中に組み込むのがよい。（図４Ｃ及び図４Ｄ参照）。配備装置は、多くの形式のものであってよく、例えば、インフレイタブル（膨らまし可能）パッカー要素、機械式パッカー要素、拡張可能なスエージ（swage ）、ピストン装置、機械的アクチュエータ、電気ソレノイド、プラグ（栓子）タイプの装置、例えば、チューブラ中にこれを通って引っ張られ又は押される円錐形の装置、ボールタイプ装置、又は以下により詳細に説明するようなロータリータイプのエキスパンダ（expander）であり、これらについては以下により詳細に説明する。
【００２６】
インフレイタブルパッカー要素が、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されており、このインフレイタブルパッカー要素は、双安定拡張可能チューブラシステム底部孔組立体内に組み込まれた膨らまし可能な袋、要素又はベローを備えた器具である。図５（Ａ）の構成では、インフレイタブルパッカー要素２５は、当初の潰れ状態の双安定チューブラ２４及び任意の双安定拡張可能コネクタ（図示せず）の全長内又はその一部内に配置されている。双安定拡張可能チューブラシステムがいったん正確な配備深さに達すると、図５（Ｂ）に示すように流体を器具内に圧送することによりインフレイタブルパッカー要素２５を半径方向に拡張させる。膨らまし用流体を、地面からチュービング又はドリルパイプ、機械式ポンプ、或いはワイヤラインケーブルを介して電力供給されるダウンホール電気式ポンプを介して圧送することができる。インフレイタブルパッカー要素２５が拡張すると、これにより、双安定拡張可能チューブラ２４も又、半径方向に拡張する。ある特定の拡張直径のところで、インフレイタブルパッカー要素により、チューブラ中の双安定セルは、双安定「スナップ」効果の発揮が開始される臨界的な幾何学的形状になり、双安定拡張可能チューブラシステムはその最終直径まで拡張する。最後に、インフレイタブルパッカー要素２５を萎ませて展開配備した双安定拡張可能チューブラ２４から取り出す。
【００２７】
機械式パッカー要素が、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されており、この機械式パッカー要素は、軸方向に圧縮されると半径方向に拡張する変形可能なプラスチック要素２６を備えた器具である。圧縮機構２７、例えばねじ機構、カム又は油圧ピストンを介して要素を圧縮する力を生じさせることができる。機械式パッカー要素は、インフレイタブルパッカー要素と同一の方法で双安定拡張可能チューブラ及びコネクタを配備する。変形可能なプラスチック要素２６は、外向きの半径方向力を双安定拡張可能パッカー要素及びコネクタの内周部に及ぼし、これらが、収縮位置（図６（Ａ）参照）から最終の配備直径状態（図６（Ｂ）参照）に拡張することができるようにする。
【００２８】
拡張可能スエージが、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示されており、この拡張可能スエージは、円錐形マンドレル３０の周りに半径方向に配置された一連のフィンガ２８を有している。図７（Ａ）及び（Ｃ）はそれぞれ、側面図及び平面図である。フィンガ２８を通ってマンドレル３０を押したり引いたりすると、フィンガは、図７（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように半径方向外方に拡張する。拡張可能スエージは、双安定拡張可能チューブラ及びコネクタを配備するよう機械式パッカー要素と同一の方法で用いられる。
【００２９】
ピストンタイプの装置が、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示されており、このピストンタイプの装置は、半径方向外方に向いていて、双安定拡張可能チューブラ及びコネクタを拡張させる機構として用いられる一連のピストン３２を有している。ピストン３２は付勢されると、半径方向に向いた力を及ぼしてインフレイタブルパッカー要素と同様に双安定拡張可能チューブラ組立体の配備を行う。図８（Ａ）及び（Ｃ）は、ピストンを引込み状態で示し、図８（Ｂ）及び（Ｄ）は、ピストンを伸長状態で示している。ピストンタイプの装置を、油圧的、機械的又は電気的に作動させることができる。
【００３０】
プラグタイプのアクチュエータが、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されており、このプラグタイプのアクチュエータは、図９（Ａ）に示すように双安定拡張可能チューブラ２４又はコネクタを通って押したり引かれるプラグ３４を有している。このプラグは、双安定セルが図９（Ｂ）に示すような最終拡張直径にスナップ動作する限界点を越えて双安定セルを拡張させるように寸法決めされている。
【００３１】
ボールタイプのアクチュエータが、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示されており、このボールタイプのアクチュエータは、大き目のボール３６を双安定拡張可能チューブラ２４及びコネクタの中間を通って圧送すると動作する。セルのスロットを通る流体の損失を防止するため、エラストマーを基材とした拡張可能ライナー３８が、双安定拡張可能チューブラシステムの内部に延びるように設けられている。ライナー３８は、シールとして働き、このライナーにより、ボール３６を双安定チューブラ２４及びコネクタ中へ油圧の作用で圧送することができる。ボール３６を双安定拡張可能チューブラ２４及びコネクタ中へ圧送すると、その効果としてセルの幾何学的形状が限界双安定点を越えて拡張し、図１０（Ｂ）に示すように完全な拡張が生じることができるようになる。双安定拡張可能チューブラ及びコネクタをいったん拡張させると、エラストマースリーブ３８及びボール３６を取り出す。
【００３２】
ラジアルローラタイプのアクチュエータも又、双安定管状部分を拡張させるのに用いることができる。図１２は、電動又はモータ駆動式の拡張可能ラジアルローラツールを示している。このツールは、機構及びピボットによって設定直径まで拡張される１以上の組を成すアーム５８を有している。アームの各組の端には、ローラ６０が設けられている。ツールを坑井及び双安定チューブラ２４の内部に正確に位置決めするためにセントラライザ６２をツールに取り付けるのがよい。モータ６４が、組立体全体を回転させる力を生じさせ、かくして、ローラを坑井の内部で円周方向に回転させる。ローラの軸線は、ローラをチューブラの内面に接触させるとローラが自由に回転できるようにするようなものである。各ローラは、ローラ表面とチューブラの内壁との接触面積を増大させるよう断面が円錐形のものであるのがよい。最初にローラを引っ込め、ツールを、吊るし状態の双安定チューブラの内部に送り進める。次に、ツールをモータ６４で回転させ、ローラ６０を外方に動かしてこれが双安定チューブラの内面に接触するようにする。ローラは、いったんチューブラと接触すると、より長い距離、外方に回動されて外向きの半径方向力を双安定チューブラに加える。ローラの外方運動は、遠心力又はモータ６４とローラ６０との間に結合された適当なアクチュエータ機構により達成できる。
【００３３】
最終ピボット位置を、双安定チューブラを最終直径まで拡張させることができる点に調節する。次に、ツールを潰れ状態の双安定チューブラ中へ長手方向に移動させ、その間、モータはピボットアーム及びローラを回転させ続ける。ローラは、双安定チューブラの内部の浅い螺旋経路６６をたどり、双安定セルをこれらの経路で拡張させる。双安定チューブラをいったん配備すると、ツールの回転を止め、ローラを引っ込める。次に、運搬装置６８によってツールを双安定チューブラから引っ込め、この運搬装置は、ツールを挿入するのにも用いることができる。
【００３４】
図１３は、油圧駆動式半径方向ローラ型配備装置を示している。ツールは、油圧式ピストン７０によって双安定チューブラの内面に接触するよう動作される１以上のローラ６０を有している。ローラによって加えられる外向き半径方向力を、双安定チューブラがその最終直径まで拡張する点まで増大させることができる。ツールを坑井及び双安定チューブラ２４の内部に正確に位置決めするためにセントラライザ６２をツールに取り付けるのがよい。最初に、ローラ６０を引っ込め、ツールを潰れ状態の双安定チューブラ２４内に送り進める。次に、ローラ６０を配備し、双安定チューブラ２４の内壁に押し付けてチューブラの一部をその最終直径まで拡張させる。次に、双安定チューブラ２４を通ってツール全体を長手方向に押し、又は引いて双安定セル２３を全長にわたり拡張させる。双安定チューブラ２４をいったんその拡張状態に配備すると、ローラ６０を引っ込め、ツールを運搬装置６８によって坑井から引き出し、この運搬装置は、ツールを挿入するのにも用いられる。ローラ６０の軸線を変えることにより、ツールが双安定チューブラ２４を通って長手方向に移動しているときにモータを介してツールを回転させることができる。
【００３５】
配備装置を作動させる動力を、次に例示するような源の組合せから引き出すことができ、かかる源の例は、地面から供給され又は配備装置と一緒にバッテリー装置に蓄えられる電力、地面又はダウンホールポンプ、タービン又は流体アキュムレータによって得られる液圧、及び地面で加えられた運動により作動される適当なリンク装置により供給され又はダウンホールに蓄えられた機械的なパワー、例えば、ばね部材の機械的なエネルギである。
【００３６】
双安定拡張可能チューブラシステムは、配備されたチューブラの内径が拡張可能チューブラに沿って最大横断面積を維持するよう拡張されるように設計されている。この特徴により、モノボア形坑井（mono-bore wells ）を構築することができ、また、ケーシングの外径を何回も段階的に小さくしなければならず、それにより長い坑井では接近が制限されるようになる従来の坑井ケーシングシステムと関連した問題の解決が容易になる。
【００３７】
双安定拡張可能チューブラシステムを、多くの用途、例えば、外部半径方向力を坑井表面に及ぼすことによりオープンホール地層を支持するのに双安定拡張可能チューブラ２４が用いられる拡張可能オープンホールライナーに利用することができる。双安定チューブラ２４を半径方向に拡張させると、チューブラは動いて、坑井２９を形成する表面に接触する。これら半径方向力は、地層の安定化を助けると共により少ない本数の従来型ケーシングストリングを用いて坑井の掘削を可能にする。オープンホールライナーは又、坑井から地層中への流体の損失量を減少させる材料、例えば包装材を更に有するのがよい。包装材は、拡張可能な金属製及び（又は）エラストマー製材料を含む種々の材料でできたものであるのがよい。地層中への流体の損失を減少させることにより、掘穿泥水又は流体の出費を減少させることができると共に循環喪失及び（又は）坑井圧潰の恐れを最小限に抑えることができる。
【００３８】
また、ライナーを、種々の目的、例えば防食のために坑井チューブラ内に用いることができる。腐食環境の一例は、二酸化炭素を用いて産出地層からの原油採収率を高めるときに結果的に生じる環境である。二酸化炭素（ＣＯ2）は存在している任意の水（Ｈ2Ｏ）とすぐに反応して炭酸（Ｈ2ＣＯ3）を生じる。特に硫黄成分が存在している場合には他の酸も生ずる場合がある。二酸化炭素を注入するのに用いられるチューブラ及び坑井を形成する際に用いられるチューブラは、著しく高い腐食度を被る。本発明は、保護ライナー、例えば双安定チューブラ２４を既存のチューブラ内に配置して腐食効果を最小限に抑え、坑井チューブラの有効寿命を伸ばすよう用いることができる。
【００３９】
別の例示の用途としては、双安定チューブラ２４を拡張可能有孔ライナーとして用いることが挙げられる。双安定拡張可能チューブラの双安定オープンセルにより、坑井を安定化させる構造を提供しながら、地層からの無拘束の流れが可能になる。
【００４０】
双安定チューブラ２４の更に別の用途は、双安定セルがサンド制御スクリーンとして働くよう寸法決めされた拡張可能なサンドスクリーンとしてである。また、濾過材を、以下に説明するように双安定チューブラと組み合わせるのがよい。例えば、拡張可能スクリーン要素を双安定拡張可能チューブラに取り付けるのがよい。拡張可能スクリーン要素を、双安定チューブラ２４の周りに位置する包装材として形成してもよい。フープ応力を坑井の壁に及ぼすと、それ自体で、例え追加のスクリーン要素を用いなくても、地層が安定化すると共に産出帯域からのサンドの流入が減少し又は無くなるのに役立つ。
【００４１】
上述の双安定拡張可能チューブラを、種々の方法で、例えば、管状パイプの壁に適当な形状の経路を切断形成し、それにより、吊るし状態の拡張可能双安定器具を形成することにより、管状パイプにパターンを切断形成し、それにより、拡張状態の拡張可能双安定器具を形成し、次にこの器具をその潰れ状態に圧縮することにより、適当な経路をシート状の材料に切断形成し、この材料を管状の形に巻き、両端を接合して潰れ状態の拡張可能双安定器具を形成することにより、或いは、シート状の材料中にパターンを切断形成し、この材料を管状の形に巻き、隣合う端部を接合して拡張状態の拡張可能双安定器具を形成し、次にこの器具をその潰れ状態に圧縮することにより作ることができる。
【００４２】
双安定拡張可能チューブラの構成材料としては、代表的には、原油及び天然ガス業界で用いられているもの、例えば炭素鋼が挙げられる。双安定拡張可能チューブラは、用途上必要であれば、専用合金（例えば、モネル、インコネル、ハステロイ又はタングステンを主成分とする合金）で作ったものであるのがよい。
【００４３】
双安定チューブラ２４について示した構成は、基本的な双安定セルの動作原理の例示である。別の構成も適しているが、本発明の概念は、これら他の幾何学的形状についても有効である。
【００４４】
図１４及び図１５では、双安定セルで作られたパッカー８０が示されている。パッカー８０は、例えば上述したような双安定セル８３で作られたチューブラ８２を有している。加うるに、パッカー８０の長さの少なくとも一部に沿って少なくとも１つのシール８４が設けられている。例示のシール８４は、チューブラ８２に対して内側、外側又は両方の側に配置された１以上の層を有するのがよい。加うるに、かかる層をセルに形成された開口部と組み合わせた状態で設けてもよい。
【００４５】
図１４は、内部及び外部シール８４を備えた実施形態を示している。図１５は、内部シール８４だけを備えたパッカー８０を示している。シール８４は、エラストマー又は他の材料で作られたものであるのがよい。さらに、シール８４の特性により、シール８４はチューブラ８２の拡張比に少なくとも適合することができる。シール８４について折り目又は他の設計上の特徴を設けると、これにより拡張が容易になる。
【００４６】
また、樹脂又は触媒８５を用いるとシール８４は固化後に硬くなることができる。一変形実施形態では、実施又は他の流動性材料が、シール８４の層相互間に配置される（図１４に示すように）。パッカー８０をいったん坑井内に配置して拡張させると、パッカー８０の密封特性を向上させるため流動性材料を硬化させ又は変性させるのがよい。或る用途では、樹脂又は他の材料を硬化させるには、サービスツールを用いて材料を加熱する必要がある。パッカー８０を本明細書で説明するように拡張するのがよく、このパッカーは種々の双安定セルから成るのがよい。一使用形態では、パッカー８０を拡張ツールを含むランイン（run-in）ツールに装着する。パッカー８０を所望の場所に位置決めし、拡張させてケーシング又は他のチューブラの壁に密着させる。代表的には、パッカー８０は、パッカー８０の下にダウンホール方式で延びるチューブラ又は他の導管に連結される。パッカー８０は、環状体内に設けられていて、坑井内における長手方向の流体の流れを防止し又は制限するシールを提供する（これは、パッカーの代表的な用途である）。本発明は、シール８４を使用し又はシール８４を使用しない坑井アンカーとしても役立つ場合がある。
【００４７】
図１６には、パッカー８０が導管の一部を形成する変形実施形態が示されている。図示の実施形態では、坑井用導管９０（例えば、チュービング）が、双安定セルを形成するよう切断される一部（パッカー８０として表示されている）を有している。パッカー部分８０には上述したようにシール８４が嵌着されている。図１６では、シール材料８４の一部は、下に位置するチューブラ８２の双安定セル８３を露出させるよう取り除かれた状態で示されている。図１７では、パッカー部分８０は、その拡張状態で示されている。代表的な用途では、双安定セルが形成されていない坑井用導管９０は、拡張することがないということは注目されるべきである。かくして、坑井用導管をパッカー８０に取り付ける一実施形態は、パッカー８０を坑井用導管９０の一体部分として形成するものである（溶接連結部は、この実施形態に似ており、本発明の別の形成方法である）。他の方法としては、従来の非一体的連結方法が挙げられる。
【００４８】
変形実施形態では、坑井用導管には、複数の双安定セルパッカー８０が形成されている。さらに別の変形実施形態では、パッカー部分８０に加えて、坑井用導管の一部又は複数の部分９１は、双安定セルで形成されていて、これら他の部分は拡張作用を受けるようになっている（図１７参照）。他の部分への材料の取付けを行っても行わなくてもよい。例えば、他の部分に坑井サンドスクリーンとなるようにスクリーン又は濾過材を取り付けてもよい。
【００４９】
図１８（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、本発明の別の設計が概略部分断面図で示されている。拡張可能なパッカーは、それぞれ引込み及び拡張状態で示され、そして部分側面図（図１８（Ｃ））で示されている。図示のパッカーは、上述したように双安定セル２３又は８３を形成する薄肉ストラット２１及び厚肉ストラット２２で形成されたベースチューブラ８２を有している。スラット９２がチューブラ８２の一方の縁部に取り付けられ、図示の実施形態では全体として長手方向に延びている（図１８（Ｃ）参照）。具体的に説明すると、各スラット９２は、チューブラ８２に厚肉ストラット２２のところで取り付けられ、スラットの幅はチューブラ８２が拡張状態にあるときはこれらストラットが少なくとも隣のストラットとオーバーラップするようなものである。厚肉ストラットの各々に取り付けられたスラットを有するものとして図示されているが、パッカーは、変形例としての厚肉ストラット２２に取り付けられ又は他の形態をしたスラットを有していてもよい。さらに、スラットは、長手方向以外の方向に延びてもよい。スラット９２は、拡張中互いに相互に摺動し、したがって、チューブラ８２の外部がオーバーラップ状態のスラット９２によって覆われるようになる。
【００５０】
シール８４をスラット９２に取り付けてパッカーのシールを構成するのがよい。シール８４は折畳み状態で図示されているが、このシールは、スラット９２及びチューブラ８２と共に拡張しやすい他の特性を有していてもよい。また、シール８４は、上述の他の特性（例えば、樹脂、内部シール等）を有するのがよい。
【００５１】
パッカーとして上述したが、本発明は、一般に比較的短い長手方向距離だけをシールする従来のパッカー又はダウンホールツールとは対照的に長距離にわたって隔離を可能にするのに用いることができる。かくして、本発明は、長い距離の隔離を可能にするケーシングと類似した方法で用いることができる。
【００５２】
図１９では、複数のスラット９２が取り付けられたパッカー８０（又は、隔離装置）の斜視図が上述したようなオーバーラップ構造の状態で示されている。チューブラ８２は、最も端に位置したセルから長手方向に延びる端延長部９４を有している。スラット９２を、端延長部９４、厚肉ストラット２２の或る部分及び（又は）或る厚手ストラット２２に取り付けるのがよい。一実施形態では、例えば、スラット９２は、端延長部９４と長手方向に整列した厚肉ストラットに取り付けられる。全体としてスラット９２の縁部のところに取り付けられた状態で示されているが、スラットを縁部の中間の位置のところでチューブラ８２に取り付けてもよい。
【００５３】
図２０では、拡張可能チュービング（又は、導管）９０が、坑井１００内に配置された状態で示されている。導管９０は、複数の互いに間隔を置いたパッカー８０又は拡張可能密封器具を有している。拡張可能パッカー８０は、坑井の壁に係合し、この側を通る環状の流れを防止する。したがって、拡張可能チュービング９０と坑井１００（これは、ケーシングを有するのがよい）との間に形成された小さな環状部は、その側を通る望ましくない流れを制限し又は防止するよう長手方向に密封される。導管９０は、流れを制御するよう所望に応じて１以上のかかるパッカー８０を有するのがよい。さらに、必要に応じて環状部の流れを制御するためパッカー８０を一定間隔で又は他の所定の間隔で設けるのがよい。
【００５４】
図２１に概略的に示す一例では、チュービング９０の個々の継手は、隣り合う継手から導管の各継手を区画化するようパッカー８０によって相互に連結されている。パッカー８０は、図２１に示すように別個のコネクタであってよく、或いは、継手の一部として形成してもよい。したがって、パッカー８０を継手９０の端部のところ、継手９０の中間部又はその長さに沿う任意他の位置に配置するのがよい。一実施形態では、図２０及び図２１の導管９０とパッカー８０の両方は、双安定セルで形成される。
【００５５】
図２２（Ａ）及び（Ｂ）を全体的に参照すると、本発明の変形実施形態が開示されている。これらの図に示された器具は、パッカー、ハンガー、ケーシングパッチ又は他の拡張を必要とする装置として用いることができ、これらの図を参照する場合、説明を容易にするため、かかる器具を拡張可能なチューブラ１２０と通称する。拡張可能チューブラ１２０には、例えば、レーザ切断、ジェット切断、ウォータージェット切断又は他の製造方法によって一連のセル１２２が形成されている。セル１２２は、多数の長手方向ストラット２４が拡張可能チューブラ１２０上に形成されるように差し向けられている。かくして、図示のように、長手方向ストラット１２４は、セル１２２の長手方向長さ相互間に位置し、セル１２２は、隣り合う長手方向ストラット１２４相互間に延びる比較的薄手のストラット１２６を有している。図示のように、隣り合う長手方向ストラット１２４を互いに対して長手方向に（例えば、互いに逆方向に）動かすと、セル１２２は開いて構造部材を半径方向に拡張させる。必ずしも長手方向ストラット１２４全てが動く必要はなく、１つ置きの長手方向ストラット１２４を動かし、これに対し他方のストラットは静止状態のままであってよい。長手方向ストラット１２４の相対運動により、セル１２２と拡張可能チューブラ１２０の拡張が可能になる。この種のセルは、双安定ではない拡張可能セルの一例である。
【００５６】
ロック機構１２８を用いると、拡張可能チューブラ１２０の拡張位置を維持することができる。図２２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、拡張可能チューブラは、拡張可能チューブラ１２０の長さに沿って間隔を置いた状態で且つ拡張可能チューブラ１２０の周りに半径方向に間隔を置いて設けられた１以上のロック機構１２８を有するのがよい。ロック機構の一実施形態が、図２３（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。図示の実施形態では、ロック機構１２８は、１つの長手方向ストラット１２４から延びていて、別の長手方向ストラット１２４に設けられた１組のラチェット歯１３２と協働する戻止め（又は、フィンガ）１３０を有している。ラチェット歯１３２は、戻止め１３０とラチェット歯１３２を備えた長手方向ストラット１２４の相対運動に対応するよう長手方向ストラット１２４の傾斜領域１３４から延びている。ラチェット歯１３２は一般に、拡張可能チューブラ１２０の拡張と関連した第１の方向へのその戻止め１３０の運動を可能にし、その逆方向における戻止め１３０の運動を阻止する。いったん拡張位置になると、戻止め１３０は、拡張可能チューブラ１２０の引込みを防止するロック状態ストラットとして働く。拡張した状態のチューブラ１２０の構造的健全性又は一体性を高めると共に拡張可能チューブラ１２０を拡張状態又は位置から収縮位置に動かす傾向のある力に抵抗するため、拡張可能チューブラ１２０は、複数のロック機構１２８を有するのがよい。
【００５７】
ラチェットとして図示されているが、変形例として、ロック機構は、戻止めが完全拡張位置でのみロックを行う上記よりも少数の飛び飛びの位置、例えば１つの位置を有してもよい。変形実施形態では、戻止めは、弾性フィンガから成っていてもよく、この弾性フィンガは、その隣の長手方向ストラット１２４に設けられた溝の中にスナップ動作で嵌まる伸長位置に向かって付勢される。同様に、隣り合うストラット１２４は各々、チューブラ１２０が拡張位置に到達した時にのみ器具を拡張位置にロックするよう協働する弾性戻止めを有するのがよい。ロック機構１２８の考えられる多くの変形例のうち２〜３の例が示されているに過ぎない。
【００５８】
また、種々の他のチューブラ拡張機構及び拡張可能セルを、かかる拡張可能チューブラ及び他の器具で利用することができる。例えば、拡張可能セルの一形式の詳細は、図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）に示されている。この実施形態では、他の実施形態の場合と同様、セルは、圧縮状態から拡張状態に形を変える。
【００５９】
圧縮状態から拡張状態への運動中、周囲環境条件及び使用する材質、セル及びセルから作られた器具の材料の厚さ及び他の設計パラメータに応じて、セル及びストラットのある領域は、塑性変形を受ける場合がある。図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）、図２５（Ａ）及び図２５（Ｂ）には、セルの変形実施形態が圧縮状態及び拡張状態で示されている。これら実施形態では、ストラット２１のうちの１つ（薄肉の上側のストラットとして示されている）は、可撓性又は撓みヒンジ又は継手として働く薄肉化部分１４０を有している。薄肉化部分１４０は好ましくは、ストラットが圧縮状態から拡張状態に移るときにストラットの塑性変形が起こりがちな領域に配置される。かくして、例えば、薄肉化領域１４０をストラット２１，２２の交差部の近くに配置して塑性変形を受けにくい領域を形成するのがよい。複数の薄肉化部分１４０が図示されているが、ストラットは、例えば、塑性変形の度合いが高い領域に単一の薄肉化部分１４０を有してもよい。また、薄肉化部分１４０を、他の目的のためにストラット２１，２２に沿う他の位置に配置してもよい。薄肉化領域１４０相互間には、リンク仕掛け又は機構部１４２が構成され、このリンク機構部は、薄肉化部分１４０よりも全体として厚い部分を有している。複数の薄肉化部分１４０をストラット２１，２２の長さに沿って配置することにより、複数のリンク機構部１４２が得られる。
【００６０】
薄肉化部分１４０の位置決めを決定する別の要因は、リンク機構部の数、配置場所及び設計である。一定厚さを有するものとして図示されているが、リンク機構部１４２は、所望に応じてステルの拡張特性、収縮特性及び他の特性に一段と適応するよう厚さが種々のものであってもよい。したがって、本発明の広義の一特徴では、ストラット２１，２２のうち少なくとも一方は、漸変する厚さを有している。また、薄肉化部分１４０の配置及びストラット２１，２２の厚さのばらつきに関し他の要因を考慮するのがよい。また、薄肉化部分は、ストラット２１，２２の交差部のところに位置するのがよい。
【００６１】
図２４（Ａ）及び（Ｂ）には３つのリンク機構部１４２を備えたセルが図示されており、図２５（Ａ）及び（Ｂ）には２つのリンク機構部を備えたセルが示されている。図２４（Ａ）〜図２５（Ｂ）は、セルを１つだけ示しているが、セルを、例えば図４（Ａ）及び（Ｂ）に示された複数のセルが設けられたツール、例えば管に組み込んでもよい。基本構想及びセルの設計を一層明確に示すために単一のセルが図示されている。図示の取っ手は、セル構造体の一部ではなく、セルの試験を容易にするために試験用セルに用いられるに過ぎない。
【００６２】
図２６（Ａ）及び（Ｂ）を全体として参照すると、符号１５０で示された拡張可能セルの別の実施形態が示されている。各拡張可能セル１５０は、厚肉ストラット１５２及び１以上の薄肉ストラット１５４、たとえば２つの薄肉ストラット１５４を有している。図示の実施形態では、各拡張可能セル１５０は、１対の薄肉ストラットを有し、各薄肉ストラット１５４は１対の端部１５６を有し、これら端部は、それぞれ隣の厚肉ストラットに回動自在に結合されている。端部１５６は、受け口１５８に対応関係をなして回動自在に受け入れられたピンから成るのがよい。
【００６３】
複数の拡張可能セル１５０を図２６（Ａ）に示す収縮状態から図２６（Ｂ）に示す拡張状態に動作させると、薄肉ストラット１５４はピン１５６がこれらと対応関係をなす受け口１５８内で回動できるほど変形する。図２６（Ｂ）に最もよく示されているように、各セル１５０を形成する薄肉ストラット１５４の対は、下側薄肉ストラット１５２の上側取付け領域１６０に回動自在に結合された上側に位置する端部１５６を有している。薄肉ストラット１５４の各対の互いに反対側の端部は、次の上に隣接した厚肉ストラット１５２の下側取付け領域１６２に回動自在に結合されている。位置関係を表す用語、例えば、「上（又は上側）」や「下（又は下側）」は、添付の図面に関して種々の特徴の配置場所を説明しやすくするために用いられているに過ぎず、限定的なものとして解釈されるべきではない。
【００６４】
図２７（Ａ）及び（Ｂ）に示す別の実施形態では、参照符号１６４で示された複数の拡張可能セルは各々、厚肉ストラット１６６及び１以上の薄肉ストラット１６８を有している。各厚肉ストラット１６６は全体として弧状であって、弧状厚肉ストラットの外側又は凸状部分に沿う全体として中央の位置に配置された固定連結領域１７０のところで対応関係をなす薄肉ストラット１６８に連結されている。各薄肉ストラット１６８の外端部は、玉継手又はボールソケット方式であるのがよいピボット連結部１７２を介して隣の厚肉ストラット１６６に回動自在に結合されている。
【００６５】
複数のセルを図２７（Ａ）に示す収縮位置から図２７（Ｂ）に示す拡張位置に動かすと、薄肉ストラット１６８の外端部が各ピボット連結部１７２のところで回動するにつれて薄肉ストラット１６６は撓み又は変形する。本明細書において説明した他のセルのうち多くの場合と同様に、薄肉ストラット１６８が最も大きな撓み点を通過すると、蓄えられた状態のばねエネルギは、セル１６４を図２７（Ｂ）に示すこれらの安定拡張状態に動かす傾向がある。かくして、図２６（Ａ）及び（Ｂ）に示す双安定セルの場合と同様、セル１６４は、安定収縮状態と安定拡張状態との間で動く。
【００６６】
拡張可能セルの別の実施形態が、図２８（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。この実施形態では、各拡張可能セル１７４は、厚肉ストラット１７６及び薄肉ストラット１７８で形成されている。各薄肉ストラット１７８は、厚肉ストラットに回動自在に結合された１対の端部１８０を有している。例えば、所与の厚肉ストラットは、ピン又はボール形の端部１８０を回動自在に受け入れる１対の受け口１８２を有するのがよい。さらに、薄肉ストラット１７８は、隣接の厚肉ストラット１７６に交互のパターンで固定的に結合される。例えば、図示の実施形態の各セルは、隣り合う厚肉ストラット１７６相互間に交互に位置した３つの固定カップリングを有している。この設計では、拡張可能セル１７４はこの場合もまた、図２８（Ａ）に示すような安定収縮状態と図２８（Ｂ）に示すような安定拡張状態との間で動作することができる。
【００６７】
図２９（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、拡張可能なセルの別の設計例が示されている。この実施形態では、複数の拡張可能セル１８６は各々、厚肉ストラット１８８及び少なくとも１対の積重ね状態の薄肉ストラット１９０，１９２を有している。薄肉ストラット１９０，１９２は全体として積重ね配向状態で配置され、連結部材１９４によって互いに連結されている。薄肉ストラット１９２は、対応関係にある厚肉ストラット１８８に取り付けられた１対の端部１９６を有している。薄肉ストラット１９２の中間連結領域１９８は、図２９（Ｂ）に最もよく示されているようにその隣の厚肉ストラット１８８に取り付けられている。他方、薄肉ストラット１９０は、取り付けられていない状態の端部２００を有している。端部２００は、端部１９６が取り付けられているのと同一の厚肉ストラット１８８に形成された切欠き領域２０２と当接関係をなして捕捉状態で設けられている。複数の拡張可能セル１８６を図２９（Ａ）に示す収縮状態から図２９（Ｂ）に示す拡張状態に動作させると、薄肉ストラット１９０，１９２の各対は、薄肉ストラットに蓄えられたエネルギが最大になる撓み点まで変形する。薄肉ストラットをこの撓み点を越えて動かすと、蓄えられたエネルギが放出されてセルをこれらの拡張状態に拡張しやすくする。
【００６８】
当然のことながら、これらの形式の双安定セルのうち任意のものに関し、拡張の度合いは、外部バリヤによって制限される場合がある。例えば、もし双安定セルがチューブラを形成するために用いられる場合、チューブラを、セルがこれらの完全拡張状態に動くのを阻止する坑井壁に当たるよう拡張させるのがよい。代表的には、チューブラのサイズは、少なくとも最大撓み又は変形点を越えるセルの拡張を可能にするよう選択される。かくして、使用する材料に応じて、セルは事実上、外向きの半径方向力を坑井壁に加えるよう互いに協働することができる。
【００６９】
図３０（Ａ）及び（Ｂ）を全体として参照すると、拡張可能セルの別の設計例が示されている。各拡張可能セル２０４は、１対の弧状薄肉ストラット２０６を有し、これら弧状薄肉ストラット２０６は、ピボット端部２１２を介して全体として中央に位置した延長領域２１０のところで対応関係にある厚肉ストラット２０８に回動自在に結合されている。薄肉ストラット２０６は、回動端部２１２の全体として反対側に外側ピボット端部２１４を有し、これらピボット端部２１４は、その隣の厚肉ストラット２０８に回動自在に結合されている。ピボット端部２１２，２１４を、種々の形態、例えば、玉継手、ピン継手等の状態に形成するのがよい。各薄肉ストラット２０６の取外しは、ピボット端部２１２，２１４のところにそれぞれ配置された適当な靭帯２１６，２１８によって阻止される。靭帯２１６，２１８は、薄肉ストラット２０６とこれと対応した厚肉ストラット２０８との間に結合されている。
【００７０】
図３１（Ａ）〜（Ｃ）には、別の形式の拡張可能セル２２０が示されている。この実施形態では、厚肉ストラット２２２は、１以上のばね要素２２６によって１以上の薄肉ストラット２２４に結合されている。図示の特定の実施形態では、２つのばね要素２２６は、全体として角（horn）状に作られ、各角状部の底部は厚肉ストラット２２２に連結され、各角状部の先端は、その隣の薄肉ストラット２２４に結合されている。この実施形態では、薄肉ストラット２２４は、可撓性ヒンジ２２８によって各ばね要素２２６に連結されている。２つの薄肉ストラット２２４は、中央ビーム２３０及び１対の可撓性ヒンジ２３２によって互いに結合されている。
【００７１】
セル２２０を図３１（Ａ）に示す収縮状態から図３１（Ｃ）に示す拡張状態に拡張させると、ばね要素２２６は外方に撓んでばねエネルギを蓄える。この設計では、薄肉ストラット２２４は代表的には、収縮状態から拡張状態への運動中、実質的に変形を生じない。これに対して、ばね要素２２６は、収縮状態から拡張状態への中央ビーム２３０の運動中、外方に力を受けた場合に弾性変形する。ばね要素２２６を外方に撓めると、これらばね要素は少なくとも、薄肉ストラット２２４が全体として厚肉ストラット２２２と平行になる図３１（Ｂ）に示す最大撓み点までばねエネルギを蓄える。中央ビーム２３０がいったんこの最大貯蔵ばねエネルギ点を越えて動くと、ばね要素２２６は、蓄えられたエネルギを放出して内方に動く傾向があり、それにより、薄肉ストラット２２４及び中央ビーム２３０を図３１（Ｃ）に最もよく示された拡張位置に動かす。ヒンジ２２８，２３２の変形により、収縮状態から拡張状態への薄肉ストラット２２４の回動が容易になる。
【００７２】
二重角状（double horn ）設計のセルが図３２（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。この設計例では、複数の厚肉ストラット２３６が、薄肉ストラット２３８及び角状ばね部材２４０により互いに結合されている。具体的に説明すると、各薄肉ストラット２３８は、より多量のエネルギを蓄えることができるよう２つの角状ばね部材２４０に結合されている。この貯蔵エネルギの増大により、セル２３４を図３２（Ｂ）に示すようなこれらの拡張位置に開く上で積極的なエネルギがさらに得られる。
【００７３】
図示の例では、二重角状セル２３４は各々、１つの厚肉ストラット２３６に結合された２つの外側角状ばね部材２４０及び隣の厚肉ストラット２３６に結合された２つの内側角状ばね部材２４０を有している。１つの薄肉ストラット２３８は、適当なヒンジ領域２４２を介して内側及び外側の角状ばね部材の協働関係をなす各対に結合されている。かくして、二重角状セル２３４を図３２（Ａ）に示す収縮状態から図３２（Ｂ）に示す拡張状態に動かすと、内側及び外側角状ばね部材２４０の互いに協働する対は、薄肉ストラット２３８が全体として整列する点まで外方に撓む。この拡張点に達した後、角状ばね部材２４０は、蓄えられたばねエネルギを放出してこのストラット２３８を完全拡張状態に向かって動かし始める。
【００７４】
種々のタイプのセルの拡張を容易にするばね要素の他の形態も利用可能である。例えば、図３３には、隣り合う厚肉ストラット２４６が異なる形式のばね部材２５０によって薄肉ストラット２４８に結合されている拡張可能セル２４４が示されている。ばね部材２５０は、コイル状であっても、波形であってもよく、或いは、これらばね部材を、図３３に示す収縮状態から拡張状態への薄肉ストラット２４８の移行を可能にする他の経路に沿って配置してもよい。
【００７５】
別の形式のばねシステムが拡張可能セル２５２として図３４に示されている。１対の厚肉ストラット２５４が、１対の波形薄肉ストラット２５６によって互いに結合されている。薄肉ストラット２５６は設計上、複数のばね要素２５８を有し、これらばね要素は、ばねエネルギを蓄え、次に放出することにより、薄肉ストラット２５６の曲げとセル２５２の拡張の両方に対応する。ばねエネルギは、薄肉ストラットが最大撓み点を越えて完全拡張状態に向かって移行する際に放出される。
【００７６】
器具全体、例えば、チューブラを拡張位置に固定するため、ロック機構を利用して個々のセルの収縮を防止するのがよい。例示のロック機構を個々のセルと連携させるのがよく、或いは、これらロック機構を拡張可能器具に沿う１以上の位置に配置してもよい。図３５（Ａ）〜（Ｄ）には、ロック機構の一形式２５８が示されている。この実施形態では、ポスト２６０が、これと対応関係をなす凹部２６２に摺動自在に嵌まっている。ラチェットフィンガ２６４が、ポスト２６０に向かって全体として横方向に延びている。具体的に説明すると、ラチェットフィンガ２６４は、器具全体及びロック機構２５８が図３５（Ａ）に示すように収縮状態にあるとき、ポスト２６０の凹み領域２６８内に位置する係合端部２６６を有している。
【００７７】
器具、例えばチューブラを拡張させると、ラチェットフィンガ２６４は、図３５（Ｄ）に最もよく示されているように、隣の支持面２７０から遠ざかるように撓む。ラチェットフィンガ２６４は、器具を図３５（Ｃ）に示す最大の度合まで拡張させると、ポスト２６０の側部に沿って摺動し続ける。拡張力をゆるめると、図３５（Ｄ）に示すように収縮位置に向かうポスト２６０の実質的な運動がラチェットフィンガ２６４によって阻止される。ポスト２６０がその収縮状態に向かって動こうとすると、係合端部２６６が、それを邪魔又は妨害するようにポスト２６０の側部にしっかりと押し付けられる。さらに、支持面２７０は、収縮方向におけるラチェットフィンガ２６４の運動を制限する。ポスト２６０の側壁は、収縮状態に向かって戻るポスト２６０の運動を阻止するのを助ける歯又は他の妨害作用を発揮する構造的特徴部を有するのがよい。
【００７８】
別の例示のロック機構２７２が、図３６（Ａ）〜（Ｄ）に示されている。この実施形態では、二股ラチェット２７４が、拡張可能器具、例えば、拡張可能チューブラの壁に形成されている。二股ラチェット２７４は、各々が末広がり端部２７８を備えた１対の枝部２７６を有している。収縮状態では、枝部２７６は、全体として砂時計の形のプロフィールをした開口部２８０内に受け入れられている。換言すると、末広がり端部２７８は、開口部２８０の末広がり又は拡張部分２８２内に位置し、器具を拡張させる場合、幅の狭い又は細い部分２８４を通ってかかる末広がり端部を引かなければならない。
【００７９】
チューブラ又は他の器具の拡張の際、末広がり部分２８２を細い領域２８４中へ引き入れる（図３６（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。枝部２７６を開口部２８０から引っ張り出すと、末広がり部分２８２は再びばね作用で外方に動いてこれらの通常の位置になる。この位置では、末広がり部分２８２は、開口部２８０の入口よりも幅が広く、二股ラチェット２７４は、開口部２８０に再び入ることはなくなる。かくして、器具全体は、その拡張状態に保持される。
【００８０】
別の例示のロック機構２８４が、図３７に示されている。ロック機構２８４は、角状のセルに用いられるように設計されている。図示の特定の例では、スロット２８６が、１対の角状ばね部材２８８相互間で拡張可能セル２９２の厚肉ストラット２９０に形成されている。ウェッジ２９４が、隣の厚肉ストラット２９６からスロット２８６内へ延びている。セル２９２を拡張させると、ウェッジ２９４は、スロット２８６を通って外方に引っ張られる。ウェッジ先端部２９８とスロット出口３００は、セル２９２がその拡張状態にあるとき、互いに邪魔をする又は衝突するようにサイズが選択されている。それにより、スロット２８６に向かうホーン２８８の撓みが阻止され、それにより、拡張状態のセルの潰れが阻止される。
【００８１】
図３８（Ａ）〜図４１（Ｂ）を全体として参照すると、拡張可能セルとロック機構の種々の組合せが示されている。特に図３８（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、一実施形態としての拡張可能セル３０２がばね部材３０８を介して薄肉ストラット３０６によって互いに結合された厚肉ストラット３０４を有している。厚肉ストラット３０４は、１以上、例えば２つのラチェットフィンガ３１０を有し、これらラチェットフィンガは、薄肉ストラット３０６の拡張領域に形成された対応関係をなすラチェット表面３１２に沿って摺動する（図３８（Ｂ）参照）。
【００８２】
ラチェット表面３１２は、ラチェットフィンガ３１０の端部に対応関係をなして係合するラチェット歯を有するのがよい。拡張可能セル３０２を図３８（Ａ）に示すようなその収縮状態から図３８（Ｂ）に示すような拡張状態に移行させると、ラチェットフィンガ３１０は、対応関係をなすラチェット表面３１２に沿って摺動しながら支持面３１４から遠ざかるように撓む。ラチェットフィンガ３１０の端部は、収縮状態に向かって戻る対応関係をなすラチェット表面３１２の摺動運動を可能にしない。さらに、支持面３１４は、収縮位置に向かって戻るフィンガ３１０の撓みを制限するよう利用される場合がある。かくして、拡張可能セルがその拡張状態にあるとき、ラチェットフィンガ３１０は各々、対応関係をなすラチェット表面３１２に作用してセルを潰れないように支持する。
【００８３】
システムの別の実施形態が、図３９に示されており、この実施形態は、ラチェット爪３１６の形態をしたフィンガを利用している。この実施形態では、各ラチェット爪は、収縮状態にあるときの薄肉ストラット３０６の部分３２０を対応関係をなして受け入れるように形づくられた開放領域３１８を形成することにより、適当な厚肉ストラット３０４中に形成される。各ラチェット爪３１６は、ラチェット部分３２０から延びる対応関係にある歯３２４に係合するように位置決めされた複数の歯３２２を有するのがよい。加うるに、リリーフカット（relief cut）３２６を、開放領域３１８と全体として反対側のラチェット爪３１６に沿って形成するのがよい。リリーフカット３２６により、ラチェット爪３１６は、収縮状態から拡張状態へのセルの移行中、歯３２２が歯３２４を越えて引きずられるときに撓むことができる。歯３２２，３２４は、拡張がいったん始まると、セルが閉じるのを阻止するように設計されている。かくして、ラチェット爪３１６は、ラチェット部分３２０に沿って効果的にラチェット動作し、セルを拡張のたび毎にその状態に保持する。歯の変形例として、ラチェット爪３１６及びこれと協働するラチェット部分３２０は、セルの収縮を阻止する他形式の妨害特徴部を利用してもよい。
【００８４】
ロック機構は又、必ずしも双安定セルではない拡張セルと協働して用いられる。例えば、図４０（Ａ）では、拡張可能セル３３０は、薄肉ストラット３３２を有し、この薄肉ストラットは、これが連結された厚肉ストラット３３４相互間に拡張可能な「ウィッシュボーン」形態で配置される。ロック機構３３６は、拡張可能な薄肉ストラット３３２のうち１以上と協働して拡張可能セル３３０を拡張位置に保持する。図４０（Ｂ）に示すように、ロック機構３３６を各拡張可能セル３３０と組み合わせるのがよく、或いは、各ロック機構３３６について多数の拡張可能セルを設けてもよい。
【００８５】
この実施形態では、ロック機構３３６は、外歯３４０を備えたポスト３３８を有している。ポスト３３８は、開口部３４２内に摺動自在に受け入れられ、この開口部は、歯３４０に係合する係合先端部３４６を備えた１以上の可撓性フィンガ３４４によって構成されている。フィンガ３３４は、セルを拡張させると、歯３４０が係合先端部３４６を越えて摺動することができるように外方に撓むが、係合先端部３４６は、ポスト３３８が収縮状態に向かう方向に動くのを阻止する。かくして、拡張可能セル３３０をいったん拡張させると、ロック機構３３６は、セルの収縮を阻止する。
【００８６】
これと同様な設計は、図４１（Ａ）及び（Ｂ）に示されている。この設計は、図４０（Ａ）を参照して説明した拡張可能セルと、図３６（Ａ）〜（Ｄ）に記載された形式のロック機構を組み合わせたものである。かくして、複数の拡張可能セル３３０を図４１（Ａ）に示す収縮状態から図４１（Ｂ）に示す拡張状態に動かすとウィッシュボーン型の薄肉ストラットが拡張される。これと同時に、枝部２７６が、これらと対応関係をなす開口部２８０から、開口部２８０内への二股部２７４の再導入を阻止する位置に引っ張られる。ロック機構は、枝部２７６が開口部から引き出され、これに再び入らないように設計されたものであるのがよい。変形例として、枝部２７６は、各開口部２８０の外側限度又は境界部に沿って設けられた対応の歯又は他の妨害特徴部に衝突して開口部２８０内への枝部２７６の戻り運動を阻止するように設計されたものであってもよい。
【００８７】
また、拡張可能器具、例えば拡張可能チューブラは、図４２に概略的に示すように、互いに異なる形態、例えば、サイズ又は形式が改変されている種々のセル及びロック機構を備えるのがよいことは注目されるべきである。例えば、互いに異なる長さの又は中心から外れて偏ったセルを積み重ねてシート又は管の状態にすることにより、設計上、開き時の偏り作用を構造体中へ組み込むことができる。拡張可能器具は、セルの或る幾つかの列が、セルの他の列に先立って開くことができ、或いは、セルが所定のパターンで又は所定の速度で開くように設計されたものであるのがよい。例えば、図４２では、拡張可能器具３５２は、列状に配置された拡張可能セル３５４を有している。しかしながら、別の列３５４は、種々の長さのセル、例えば、セル３５６、セル３５８及びセル３６０を有している。これにより、セルの或る幾つかの列は、その隣のセルの列に先立って開くことができる。というのは、少なくとも或る特定の設計のセルの場合、セルの長さは、セルを拡張させるのに必要な力に影響を及ぼすからである。互いに異なる列をなすセルを拡張可能器具中へ組み込むことにより、ユーザは、展開又は配備力が一定の場合に拡張度を知ることができ、しかも、所定の順序で開くセルを備えた器具を設計することが容易になる。加うるに、種々の形式のセルを用いることにより、展開力が器具の長さに沿って一様ではない場合、拡張可能器具の応従性を向上させることができる。
【００８８】
上述の説明は、本発明の例示の実施形態についてのものであり、本発明は、図示の特定の形態には限定されないことは理解されよう。例えば、拡張可能セルを、種々のチューブラ及び他の拡張可能構造部材中に組み込むことができ、拡張可能セル及びロック機構の寸法形状を調節することができ、利用される材料の性状を特定の用途に応じて変えることができ、種々の機構を用いてセルを拡張させることができる。また、種々のセルを種々の方法で形成することができ、かかる方法としては、レーザ切断法、ジェット切断法、ウォータージェット切断法及び他の形成法が挙げられる。これらの設計変更又は改造及び他の設計変更又は改造は、特許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く、構成要素の設計及び配置に関して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、双安定構造を構成するために加えられた力を示す略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、２つの双安定構造の力−撓み曲線を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、種々の厚さの比を備えた３つの双安定セルの拡張状態及び潰れ状態を示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、双安定拡張子のチューブラをその拡張状態及び潰れ状態で示す図である。
【図４Ｃ】双安定拡張可能チューブラを坑井内において潰れ状態で示す図である。
【図４Ｄ】双安定拡張可能チューブラを坑井内において拡張状態で示す図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、拡張可能パッカータイプの配備装置を示す図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、機械式パッカータイプの配備装置を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、拡張可能スエージタイプの配備装置を示す図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は、ピストンタイプの配備装置を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、プラグタイプの配備装置を示す図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、ボールタイプの配備装置を示す図である。
【図１１】拡張可能双安定チューブラを利用する坑井の略図である。
【図１２】電動（モータ駆動）式ラジアルローラ配備装置を示す図である。
【図１３】油圧式ラジアルローラ配備装置を示す図である。
【図１４】本発明のパッカーの一実施形態の断面図である。
【図１５】本発明のパッカーの別の実施形態の断面図である。
【図１６】本発明の実施形態を収縮状態で示す側面図である。
【図１７】本発明の実施形態を拡張状態で示す側面図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の変形実施形態の略図である。
【図１９】本発明の変形実施形態の斜視図である。
【図２０】本発明の変形実施形態の略図である。
【図２１】本発明の変形実施形態の略図である。
【図２２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態を収縮位置及び拡張位置で示す部分側面図である。
【図２３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施形態を収縮位置及び拡張位置で示す部分側面図である。
【図２４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、拡張可能セルの変形実施形態をその収縮位置及び拡張位置で示す側面図である。
【図２５】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すセルと類似していて、その収縮位置及び拡張位置で示す側面図である。
【図２６】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、収縮位置及び拡張位置で示された拡張可能セルの別の実施形態を示す図である。
【図２７】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、収縮位置及び拡張位置で示された拡張可能セルの別の実施形態を示す図である。
【図２８】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、収縮位置及び拡張位置で示された拡張可能セルの別の実施形態を示す図である。
【図２９】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、収縮位置及び拡張位置で示された拡張可能セルの別の実施形態を示す図である。
【図３０】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、収縮位置及び拡張位置で示された拡張可能セルの別の実施形態を示す図である。
【図３１】（Ａ）〜（Ｃ）は、収縮状態から拡張状態に動作するエネルギ貯蔵部材を備えたセルを示す図である。
【図３２】（Ａ）及び（Ｂ）は、図３１（Ａ）〜（Ｃ）に示すセルの別の実施形態を収縮位置及び拡張位置で示す図である。
【図３３】別の例示の設計の拡張可能セルを示す図である。
【図３４】別の例示の設計の拡張可能セルを示す図である。
【図３５】（Ａ）〜（Ｄ）は、閉じ位置から開きロック位置まで種々の段階を通じて動く例示のロック機構を示す図である。
【図３６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図３５のロック機構の別の実施形態を示す図である。
【図３７】拡張可能セルと組み合わされたロック機構を示す図である。
【図３８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ロック機構と組み合わされた拡張可能セルを潰れ位置及び拡張位置で示す図である。
【図３９】ロック機構の別の実施形態を備えた拡張可能セルを示す図である。
【図４０】（Ａ）及び（Ｂ）は、対応関係をなすロック機構と組み合わされた個別的な拡張可能セル及び複数の拡張可能セルを示す図である。
【図４１】（Ａ）及び（Ｂ）は、組合せ状態の拡張可能セルとロック機構の別の実施形態を潰れ位置及び拡張位置で示す図である。
【図４２】互いに異なるサイズ及び形態の拡張可能セルを単一の拡張可能器具の状態に組み合わせた状態を示す略図である。
【符号の説明】
１０      ロッド
１２      剛性支持体
２１      ストラット
２２      ストラット
２３      円周方向双安定セル
２４      双安定チューブラ
２９      坑井
【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４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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