(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイル又はガス用ドリルパイプを閉塞するためのバルブ装置であって、閉塞すべきパイプ（７）の支持体に取付けられたフレーム（１２）を有するドリル閉塞機構を具備し、前記フレーム（１２）が、前記パイプの方向に交差する横断方向に延びていると共に前記パイプの第一の側に配置された第一フレーム部分と、前記第一の側に対し前記パイプの反対側の第二の側に配置された第二フレーム部分とを有し、
前記パイプに貫通穴をあけるための水圧又は油圧式の回転可能なドリル（５）を具備し、前記ドリルが、前記パイプの方向に交差する横断方向に移動するために前記第一フレーム部分の内側に配置され、
前記パイプにあけられた穴に栓をするための栓シリンダ（４）を具備し、前記栓シリンダが、前記パイプの方向に交差する横断方向に移動するために前記第一フレーム部分及び前記第二フレーム部分の中の一つの内側に配置され、
前記パイプにあけられた穴の位置である栓をする位置に前記栓シリンダ（４）を移動させる移動手段を具備するバルブ装置において、
前記ドリル閉塞機構が、硬い材料により形成された詰めボックス（１４）を具備し、前記詰めボックスが、前記ドリル及び前記栓シリンダの移動方向の方向付けを行うために、前記第一フレーム部分及び前記第二フレーム部分の内側であって前記第一フレーム部分又は前記第二フレーム部分と前記ドリル及び前記栓シリンダとの間の位置に配置され、前記詰めボックスが前記パイプに面している尖った先端を有し、前記尖った先端の形状が前記パイプの外壁の形状に合わされ、前記詰めボックスが、前記パイプをシールするため、前記第一フレーム部分又は前記第二フレーム部分に案内されることにより、前記パイプから離れた側から前記パイプの側に向かって横断方向に移動可能であり、
前記パイプに抗して前記詰めボックスを押動する締め装置（１５）を具備し、
前記第一フレーム部分及び前記第二フレーム部分に対し固定された位置に前記締め装置を固定するための固定手段（１６、１９、２０）を具備することを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記フレーム（１２）の案内手段が雌ねじを有し、前記締め装置（１５）が前記雌ねじと螺合するための雄ねじを有する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記締め装置（１５）と前記詰めボックス（１４）との間に、好適にはクロムストリップの滑り軸受（１７）が配置される請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記固定手段が、前記第一フレーム部分又は前記第二フレーム部分の円筒形内側表面に配置されたフレーム溝（２０）と、前記フレーム溝（２０）内に配置されたばね付勢された閉塞ロック（１６）と、前記閉塞ロックを収容するために前記締め装置（１５）の外側表面のまわりに配置された固定溝（１９）とを具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記ドリル閉塞機構が、前記ドリル（５）を前記詰めボックス（１４）に対し回転させる軸（１３）をシールするための圧縮されたオイル包装体（１８）を具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記バルブ装置が前記パイプ（７）に沿って連続的に配列された複数のドリル閉塞機構を具備し、隣接する二つのドリル閉塞機構のそれぞれにおいて、前記パイプに貫通穴をあけるドリル（５）の穴あけ方向が互いに逆向きになっている請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項７】
隣接する二つのドリル閉塞機構のそれぞれにおいて、前記栓シリンダ（４）の栓をする方向が互いに逆向きになっている請求項６に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記バルブ装置が少なくとも三つのドリル閉塞機構を具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記ドリル閉塞機構が、ドリル（５）を備えたドリルシリンダ（３）を有する軸（１３）と、前記軸（１３）を回転させるための駆動源（８）と、前記軸（１３）に取付けられたピストン（２）と、前記軸（１３）の延びている方向に前記ピストン及び前記軸を移動させるための水圧又は油圧式シリンダ（１）とを具備し、更に、前記バルブ装置が、ボックスクランプ（６）、閉塞ボルト（９）、圧力バッテリ（１０）、ライン付き水圧又は油圧式容器（１１）、水圧利用機構及び自動制御監視装置を具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項１０】
前記ドリルシリンダ（３）の先端が球状であり、前記ドリルシリンダ（３）の先端には水圧又は油圧式に出し入れされるブレードが設けられ、前記ドリルシリンダ（３）が前記栓シリンダも具備する請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１１】
前記ドリルシリンダ（３）が、円錐形であり、動的なドリル寸法調節装置を有し、前記栓シリンダ（４）が円錐形である請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１２】
前記栓シリンダ（４）が中空であって油圧又は爆薬により固定可能である請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項１３】
前記ドリルシリンダ（３）が、刃の付いた端部を備えたシリンダである請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１４】
前記ドリル（５）が前記ドリルシリンダ（３）の一端において中央に配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１５】
前記ドリルシリンダ（３）、前記栓シリンダ（４）及び前記ドリル（５）が、それらの前進動作用エネルギを前記圧力バッテリ（１０）から前記ピストン（２）、前記軸（１３）、前記水圧又は油圧式シリンダ（１）、前記水圧又は油圧式容器（１１）、及び前記ラインを介して受け取るように配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１６】
前記ドリルシリンダ（３）及び前記ドリル（５）が、それらの回転動作用エネルギを前記圧力バッテリ（１０）から前記ピストン（２）、前記軸（１３）、前記駆動源（８）として使用される水圧又は油圧式原動機、前記水圧又は油圧式容器（１１）、及び前記ラインを介して受け取るように配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１７】
前記ボックスクランプ（６）が、前記パイプ（７）のまわりに取付けられうるように二部品構造で形成されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１８】
前記ボックスクランプ（６）の内側が円錐形であってねじ部を有する請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項１９】
前記閉塞ボルト（９）が爆薬及び油圧の中の一つにより適切に固定可能である請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２０】
前記閉塞ボルト（９）が、前記パイプ（７）よりも幅広であって、テーパ付きＶ状先端を有する請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２１】
前記ドリルシリンダ（３）及び前記栓シリンダ（４）の外径が、閉塞すべき前記パイプ（７）の内径よりも大きく、閉塞すべき前記パイプ（７）の外径よりも小さい請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２２】
前記ドリルシリンダ（３）のブレードは、前記ドリルシリンダ（３）の第一回転方向の回転が開始した時に前記ドリルシリンダ（３）から突出し、かつ回転方向が変化した時に前記ドリルシリンダ（３）内に引張り戻されるように配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２３】
前記ドリルシリンダ（３）の外面が研削面を有する請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２４】
前記ドリルシリンダ（３）が栓シリンダ（４）として作用するように配置され、前記ドリルシリンダは水圧、油圧又は爆薬により拡張できるように配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２５】
ドリルシリンダ（３）及び前記栓シリンダ（４）が、前記オイル及び／又はガス用ドリルパイプ（７）の同じ側に配置されるか、あるいは、異なる側に配置される請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２６】
前記パイプの異なる側から穴あけを開始し、次いで栓がされるように、複数のドリルユニットが前記オイル及び／又はガス用ドリルパイプの対向する側部に配置されている請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項２７】
前記バルブ装置が、プレートにより制御されるドリル装置にも取付け可能である請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項２８】
水中では、別個のエネルギ変換機構により、水圧が前記ドリル装置内にて使用すべきエネルギに変換される請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項２９】
前記バルブ装置が、前記ドリルユニット及び周囲を連続的に監視すると共に、前記磁場の変化があった時に必要なアクションをとるための、前記ドリルシステムの磁場変化の監視手段を具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３０】
流速、流れの方向、温度、圧力、安定性及び前記パイプの周囲の材料の中の少なくとも一つの変化に伴って引き起こされる前記磁場の変化を電気的に測定する装置を備えている請求項２９に記載のバルブ装置。
【請求項３１】
前記磁場の変化を電気的に測定する装置は、抵抗器と、コンピュータに連結されているトランジスタセンサとを有し、前記センサの電気的特性についての情報は、前記コンピュータによって受け取られて分析される請求項３０に記載のバルブ装置。
【請求項３２】
前記抵抗器及び前記トランジスタによって収集された情報は、コード化された制限値に前記コンピュータにおいて統合され、前記コード化された制限値は、前記バルブの制御操作に使用され、監視制御ターミナルまで伝達される請求項３１に記載のバルブ装置。
【請求項３３】
しっかりしたシリンダ内の爆発により発生された圧力から前記バルブ装置へエネルギを供給するべくリードを介して連結されている前記しっかりしたシリンダをさらに具備している請求項９に記載のバルブ装置。
【請求項３４】
爆発により発生された空気圧が、水圧式又は油圧式容器（１１）、及び、前記容器（１１）に連結された別個の中央容器の中の一つに伝えられ、前記空気圧は前記容器（１１）に連結され、前記空気圧が別個の中央容器に最初に伝えられる請求項３３に記載のバルブ装置。
【請求項３５】
前記しっかりしたシリンダ内に位置決めされかつ爆発材料の異なる側に配置された二つの軸方向に平行なピストンを有する請求項３４に記載のバルブ装置。
【請求項３６】
前記弁装置に動力供給するためのエネルギ源として、前記穴内に発生した負圧及び過剰圧の中の一つを前記弁装置に連結するように、前記パイプにあけられた穴と連結可能な別個のジョイントを具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３７】
前記弁装置を制御し、操作状態を測定するために配置されたセンサから情報を受け取るべく連結されているプログラマブルコンピュータをさらに具備する請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３８】
前記センサから受け取った情報を遠隔制御センターへ送信する送信機をさらに具備する請求項３７に記載のバルブ装置。
【請求項３９】
別個のジョイントを介して、栓をするユニットの上方から、前記パイプにあけられた穴を通して供給されるように連結できる、圧縮された消火物質の源をさらに具備する請求項３７に記載のバルブ装置。
【請求項４０】
前記パイプが前記閉塞シリンダによって閉塞される時と、前記パイプが前記閉塞シリンダによって閉塞される時とは無関係な時の２つの時の中の一つに対応する時に前記パイプ内に前記消火物質を供給するように、前記圧縮された消火物質の源が配置されている請求項３９に記載のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は石油掘削時の火災又はこれに対応するその他の液体物質の火災を制御する装置に関する。本発明によれば、パイプを再び開口できるようなやり方で石油掘削パイプが閉鎖されて、燃焼する物質の噴出が止まる。
現在、油井の火災を消火するのに三つの方法がある。
火の中心部に水をかけると同時に、消防士が保護シールドの背後から火に近づき、人手でオイル・パイプのバルブを閉じようと試みる。この方法は危険で、大量の水を必要とするが、水は火災の現場では常に入手できるとは限らない。
燃えている油井を爆発させることによって、周囲の酸素を一時的に多量に消費させて、酸素不足によって火災の息の根を止める。その後に、バルブその他の壊れた装置を取り替えることができる。この方法は非常に危険である。
燃えている石油パイプと同じ油井に新しい穴を掘削し、その中に水を注入することによって、石油の噴出を水の噴出に変え、火災を消火する。これはコストが高く且つ時間のかかる作業であり、しかも必ずしも成功するとは限らない。更に、これを実行するのは危険である。
本発明の主な構成要素は、油圧シリンダ、ピストン、穿孔シリンダ、塞栓シリンダ、ドリル、ボックス・クランプ、油圧モータ等の動力源、閉鎖ボルト、リードと圧力バッテリ付きの油圧コンテナ、及び自動制御・監視装置である。このアイデアは、石油及び／又はガス掘削パイプのそれぞれが、パイプのサイズに応じたそれ自体の穿孔ユニットを有していることである。穿孔ユニットとは、一つの石油又はガス掘削パイプを閉鎖するのに必要な穿孔・塞栓機構を意味する。数個の穿孔ユニットが、油圧コンテナ付きの共通のエネルギ源を使用可能である。海底並びに海岸の掘削プラットフォーム等のような水面下の条件においては、装置で使用される機構自体に水圧を加えることができる。圧力を生み出すには、両端にピストンを具えたしっかりしたシリンダの内部での爆発を利用することも可能であり、この圧力は別体の中央コンテナを通じ、又は直接に、油圧コンテナに向かう。圧力は、掘削孔及びそれに固定されたジョイントを通じて穿孔ユニットの下の石油又はガス掘削パイプからも取ることができる。必要な数の穿孔ユニットを設置可能であるが、実施例では３個である。
本発明の装置の目的は、巨大な石油及び／又はガス掘削設備の破壊を回避することができるように、石油及び／又はガス火災を制御することにある。この装置は建設中の石油及び／又はガス掘削装置にも、既存の石油及び／又はガス掘削装置にも、更には燃焼中の装置にも設置することができる。この装置は離れた場所に設置され、自動的に制御されるので、装置が前もって石油掘削装置に設置されていれば人間に脅威を与えることが避けられ、又、これを燃焼中の装置に設置する場合にも、火災の中心部の近傍に接近する必要はなく、地中に設置すればよい。このように、本発明の装置と方法は安全であり、環境、金銭及び石油やガスを救うことができる利点がある。
本発明を添付図面を参照して、以下に更に詳細に説明する。
図１は、第１穿孔シリンダが動いている時のこの装置の断面を示す。
図２は、第１塞栓シリンダが所定の位置を占めている時の装置の断面を示す。
図３は、三つの塞栓リンダのすべてが所定の位置を占めている時の装置の断面を示す。
図４は、半球状シリンダの断面を示す。
図５は、研削面を有する円錐シリンダの部分断面を示す。
図６は、突出した刃を有する円錐シリンダの部分断面を示す。
図７は、設置された装置と油圧コンテナの部分断面を示す。この図は、装置が設置される地中に建設される空間の構造を示すものではない。
図８は、ボックス・クランプとロックされたブロック・ボルトの詳細斜視図を示す。
図９は、穿孔シリンダと塞栓シリンダ（これらは図示されていない）が石油及び／又はガス掘削パイプの同じ側から作業を開始し、前述のシリンダがスタッフィング・ボックスによって方向付けされ且つ切断の傷跡が密閉される利用法を示す。この図では、右側のスタッフィング・ボックスは所定の位置に締め付け固定されていない。
図１、２、３に示されているアイデアでは、石油及び／又はガス掘削パイプと塞栓シリンダの右側には、石油及び／又はガス掘削パイプの左側と同じような押し出し及び／又は回転機構が存在している。図には描かれていないが、順次に作動する穿孔ユニットが石油及び／又はガス掘削パイプの両側に設置され、パイプの両側から穿孔と塞栓が次々に行われることが望ましい。同じ石油及び／又はガス掘削パイプの周囲に三つ以上の穿孔ユニットがある場合には、各ユニットは全く異なる方向からスタートするように配置され、穿孔と塞栓によってパイプに加えられる合成力が最小になるようになっている。
装置が作動を開始すると、圧力バッテリ１０の圧力が油圧コンテナ１１に放出され、該コンテナの圧力によって油圧モータ８とバルブが作動を開始する。オイルが油圧シリンダ１に流れ込み、ピストン２を押し、ピストンはドリル５を押し、穿孔シリンダ３を前進させる。穿孔シリンダ３が充分に深く突き刺さって掘削パイプ７を貫通すると、機械的な逆転バルブがドリル５と掘削シリンダ３に指令を与えて元に戻し、更に塞栓シリンダ４に指令を与えて塞栓作用を行わせる。塞栓シリンダ４は穿孔シリンダ３の背後に設けることも可能であり、その場合には運動は一方向のみでよい。すべての穿孔ユニットの作動が終わると、ブロック・ボルトも必要に応じて閉じられる。これは油圧又は爆薬によって行われる。塞栓シリンダは押される方向にのみ作動することもできるし、研削用の回転モータを具えることもできる。塞栓されたとき又は塞栓された後に、加圧された液体窒素等の消火剤がガス又は石油掘削パイプに供給される。この消火剤は、穿孔シリンダ３等の装置によって石油又はガス掘削パイプに空けられた孔を通じて供給される。このすべては電気を用いることなく強制制御によって行われ、一旦、作業が始まると停止することはない。この装置はボックス・クランプ６によって石油パイプの周囲に固定され、そのベースに支えられる。種々のサイズのパイプを別々に塞栓することによって、上のパイプが落下することが防がれる。切断されたパイプの代わりにスリーブ・パイプを設置し、栓を引き出すことによって、この石油掘削装置を再び作動させることが可能である。
外側の石油又はガス掘削パイプを閉塞するのに使用される次に述べる用途を、主として図９を参照して説明する。
前述の本発明の各部品に加えて、本発明は、更にスタッフィング・ボックス１４、締め付け具１５、ブロッキング・ロック１６、滑り軸受（クロームのストリップ等）１７、圧縮オイルパッキン、ロッキング溝１９及びフレーム溝２０を具えている。石油又はガス掘削パイプに対面しているスタッフィング・ボックス１４の端部は問題のパイプの外壁の形に合わせて非常に鋭利に形成され、滑り軸受１７と外側ねじ山をフレーム１２の内側ねじ山に螺合させた締め付け具１５とによって、設置の際には手動で、装置が始動した場合には自動機構によって装置の所定位置に固定される。ロッキング溝１９はスタッフィング・ボックスの締め付け具１５の周囲に設けられ、スタッフィング・ボックスの締め付け具が所望の深さまで押し込まれると、スプリング／流体圧によってフレーム１２に引き入れられているブロッキング・ロック１６がこれに押し込まれる。更に、フレーム溝２０が装置のフレーム１２の中に設けられ、その目的は、スタッフィング・ボックスが一定の深さに到達すると、スタッフィング・ボックスの締め付け具１５と共にスタッフィング・ボックス１４の緩みを防ぐことにある。所定位置に固定され、石油又はガス掘削パイプ７に接する端部が非常に鋭く、且つ非常に硬い材料で作られているスタッフィング・ボックス１４の目的は、穿孔・塞栓される石油又はガス掘削パイプ７の傷跡を密閉し、穿孔／塞栓シリンダ３、４がその中を動けるようにすることにある。スタッフィング・ボックス１４と軸１３との間の傷跡は圧縮オイルのパッキンで密閉される。穿孔が進むと、石油又はガス掘削パイプ７から削られた屑片は穿孔／塞栓シリンダ３、４内に残される。
バルブの監視と制御は次のように行われる。
１．公知の処理・自動化技術を用いる。
２．変化を装置の磁場からセンサで電気的に測定する。これらの変化は、例えば、流速、流れ方向、温度、圧力、安定性等の量的変化によって生じる。磁場に生じた変化は、コンピュータに接続されて統合されたトランジスタである複数の抵抗器の変化によって電気的に示され、バルブの作用はこのコンピュータに記憶された限界値によって制御される。このバルブの水面下の環境条件や変化もこの方法で監視され、テロリズムの脅迫等のすべての観察結果はこの監視・制御ターミナルに送られる。
３．ドリルの先端及び軸上に設けられたセンサによって測定された温度、圧力、回転速度及び進行速度等の値とその変化を分析・総合する。
このバルブを制御するために、
１．電気的に接続され、バルブを閉じるのに一つの指令だけで足りる独立したバルブ制御、
２．油圧バルブからの直接又は間接的な制御、
３．空気的に作動するバルブ
が使用される。
作業は手動で又は自動的に連結され、装置は独立して閉じる装置の安全な解放によって開始される。量を測定する際には、温度、ガスの含量、圧力、流れ、上下動、機械的、電気的データその他の量を使用することができ、これらは人力ではそうすることが不可能な場合に、自動的にバルブに指令を与える。
バルブに動作を示すセンサを設置し、バルブの作動状態を示すことができる。
１．圧力センサはバルブが作動を開始したことを示し、オイルの作業圧力を示す。
２．オイルの量を示すゲージは、運動の距離を示す。
−シリンダに入って行くオイルの量は運動の距離を示す。
−シリンダの戻り側の圧力センサは戻り運動の動作を示す。
３．塞栓シリンダの圧力センサは塞栓運動を示す。
４．ドリルの回転を示すセンサはドリルの軸に設置されている。
５．ドリルの先端に設置されたセンサは、行き渡っている量を測定できる。
これらの量を使用した自動データ処理によって、バルブの動作の詳細な画像がコンピュータの端末上に形成される。
【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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【図９】
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