JP2007509263A - 油井噴出防止器のボール及びシート - Google Patents

Abstract

上方及び下方シートが内部に装着された中央通路を有する管状組立体を含むボールバルブを含む油井噴出防止器が、提供される。ボールは、上方シートと下方シートとの間に回転可能に受容され、また外面と、アンダカットを含む中央開口部とを含む。保護被覆は、ボールの外面及びアンダカットの両方に塗布される。
【選択図】図１

Description

本発明は、石油ガス井システム用の油井噴出防止器、より詳しくは、油井噴出防止器の耐久性を改善するために、当該防止器に塗布された改良された保護被覆を有するボールバルブを有する油井噴出防止器に関する。

油井噴出防止器は、典型的に、当該防止器に装着された上方及び下方シートを有しかつ回転可能にボールを受容する管を含む。これらの構成要素は、共に、高圧ドリル用途の圧力を点検して、自噴を防止するボールバルブを形成する。作動中、シートは、ボールの外面の部分に当接する表面を有する。ボールのこれらの当接部分は、シートとの長期間の当接による摩耗を経験し、時間の経過につれて摩耗の広がりのため不具合になる可能性がある。

ボールバルブの耐久性を改善するため、シートに当接するボールの外面に保護被覆がしばしば加えられる。ボールの中央開口部とボールの外面との接合部は、鋭利で脆弱な縁部を形成する。保護被覆は、ボールの外面から、ボールの中央開口部内へではなく、この脆弱縁部まで延びる。このため、高速ドリル泥へのこの脆弱縁部の露出、及びいくつかのドリルシステムによって必要とされる最高１.１０×１０^８Ｐａ（１６，０００ｐｓｉ）の圧力における油井噴出防止弁の周期的な流体静力学的試験は、この脆弱縁部に始まる被覆の背面剥離又は剥ぎ取りをしばしばもたらし、油井噴出防止器の故障を引き起こす。

シートはまた、ボールの中央開口部を通過したドリル泥の流れを可能にするために、ボールの中央開口部と整列された中央開口部を含む。油井噴出防止器には製造公差があるため、ボールの内径は上方シートの内径よりも小さくなる。これにより、ボールの外面とボールの中央開口部との接合部が露出され、被覆がボールから剥ぎ取られる可能性を増大させる。

したがって、耐久性を増した油井噴出防止器の改良に対する必要性が存在する。

一実施形態において、本発明は、上方及び下方シートが内部に装着された中央通路を有する管状組立体を含むボールバルブを含む油井噴出防止器である。ボールは、上方シートと下方シートとの間に回転可能に受容され、また外面と、アンダカットを含む中央開口部とを含む。保護被覆は、外面及びアンダカットの両方に塗布される。

他の実施形態では、本発明は、上方及び下方シートが内部に装着された中央通路を有する管状組立体を含むボールバルブを含む油井噴出防止器である。ボールは、上方シートと下方シートとの間に回転可能に受容され、また中央開口部と、上方シートの当接面に当接する上方当接面とを含む。中央開口部は、ボールの上端に上方アンダカットを含む。保護被覆は、ボールの上方当接面及び上方アンダカットの両方に塗布される。

さらに他の実施形態では、本発明は、第１の上方シートと第１の下方シートが内部に装着された中央通路を有する第１の管状組立体を含む第１のボールバルブを有する油井噴出防止器である。第１のボールは、第１の上方シートと第１の下方シートとの間に回転可能に受容され、また中央開口部と、第１の上方シートの当接面に当接する上方当接面とを含む。中央開口部は、第１のボールの上端に上方アンダカットを含む。第１の保護被覆は、第１のボールの上方当接面及び上方アンダカットの両方に塗布される。油井噴出防止器はまた、第１の管状組立体にねじ込み式に接続された第２の管状組立体を有し、かつ第２の上方シート及び第２の下方シートが内部に装着された中央通路を有する第２のボールバルブを含む。第２のボールは、第２の上方及び下方のシートの間に回転可能に受容され、また中央開口部と、第２の上方シートの当接面に当接する上方当接面とを含む。中央開口部は、第２のボールの上端に上方アンダカットを含む。第２の保護被覆は、第２のボールの上方当接面及び上方アンダカットの両方に塗布される。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付図に関連して考慮する場合、次の詳細な説明を参照してより良く理解されるであろう。

図１〜図６に示したように、本発明の実施形態は、その間に回転可能にボールを保持する上方及び下方シートが内部に装着された管を有する油井噴出防止器に関する。一実施形態において、保護被覆を、ボールの外面に塗布し、ボールの外面と中央開口部との接合部の周りを包み、またアンダカットに付着することを可能にするアンダカットを有する中央開口部を、ボールは、含む。アンダカット内への保護被覆の延長は、以下に詳細に記載するような油井噴出防止器の耐久性を高める。

図１は、本発明の代表的な実施形態による油井噴出防止器１０を示している。油井噴出防止器１０は、ドリル操作中の背圧形成による石油及びガス井の自噴を防止するための圧力逆止弁を提供する。一実施形態において、油井噴出防止器１０は、ドリルストリング１６にねじ込み式に接続され、ドリル操作中に上部駆動システム１８によって駆動される。

図示した実施形態では、油井噴出防止器１０は、上方シート２２及び下方シート２４が内部に装着された上方管状組立体１２を含む上方ボールバルブ１１を含む。ボール２０は、上方シート２２と下方シート２４との間に回転可能に受容される。上方管状組立体１２、ボール２０及び上方シート２２と下方シート２４は、上方ボールバルブ１１を共に形成する。図２の実施形態では、ボール２０及びシート２２と２４は、下方シート２４の下端を中央通路２５の肩部２７と当接して位置決めし、ボール２０の下端を下方シート２４の上端と当接して位置決めし、また上方シート２２の下端をボール２０の上端と当接して配置することによって、上方管状組立体１２の中央通路２５に装着される。一実施形態において、上方シート２２は、それ自体の垂直変位を防止するために上方管状組立体１２の中央通路２５のねじ山にねじ込み式に係合するねじ山２１、ならびにボール２０及び下方シート２４を含む。

図２に示したように、ボール２０及びシート２２と２４の各々は、互いにかつ上方管状組立体１２の中央通路２５の長手方向軸線と軸方向に整列された中央開口部３６、３８と４０を有する。矢印で示したように、ドリル泥は、開口部３６、３８と４０の各々を通して下方に流れる。

同様に図２に示したように（また図３と図４に拡大して）、上述のようにボール２０及びシート２２と２４を位置決めして、ボール２０は、上方シート２２の当接面２８と当接する上方当接面２６と、下方シート３４の当接面３２に当接する下方当接面３０とを有する。これらの表面の間の摩耗を低減するため、各当接面２６、２８、３０と３２は保護被覆（例えば図６に保護被覆４０として示される）で被覆される。保護被覆は、適切な任意の被覆方法で塗布可能であり、また保護被覆は、摩耗を低減するために適切な任意の被覆でよい。例えば、一実施形態において、保護被覆は、炭化タングステンのような硬質保護被覆である。

上述のように、従来技術の油井噴出防止器に関する問題は、保護被覆がボールの外面に塗布されるが、ボールの中央開口部内へ延びないことである。この結果、被覆は、ボールの外面とボールの中央開口部との接合部において、ボールバルブから剥がれることが多い。

図５に示したように、本発明による一実施形態では、アンダカット５１と５３は、ボール２０の上端と下端とにおいてそれぞれ刻まれ、ボール２０の両端で周方向溝を形成する。これらのアンダカット５１と５３により、（上述のように）保護被覆を、ボール２０の外面５５に塗布し、ボール２０の外面５５と中央開口部３８との接合部５０と５２の周りに包み、またアンダカット５１と５３に付着することが可能である。このような設計は、従来技術で問題となる、保護被覆４０が接合部５０と５２で剥がれる可能性を低減する。

例えば図５に示した実施形態では、アンダカット５１と５３の各々は、長手方向の構成要素５１Ｌと５３Ｌ、及び横断方向の構成要素５１Ｔと５３Ｔを含む。図示したように、長手方向の構成要素５１Ｌと５３Ｌは、ボール２０の中央開口部３８に対し略平行に延び、中央開口部３８から僅かに内側に延びて、中央開口部３８の開口部よりも僅かに大きな開口部を形成する。横断方向の構成要素５１Ｔと５３Ｔは、アンダカット５１と５３の深さを区画形成する。好ましい実施形態では、アンダカット５１と５３の深さは、保護被覆４０の所望の厚さによって調整される。これは、中央開口部３８の内面と同一面の保護被覆４０の外面を有することが望ましいためである。この同一面の配置は、アンダカット５１と５３からの保護被覆４０の剥ぎ取りの防止を助ける。単に一例として示せば、一実施形態において、アンダカット５１と５３の深さ及び保護被覆の厚さの各々は、約０.２０３ｍｍ（０.００８インチ）〜０.２５４ｍｍ（０.０１０インチ）の範囲にある。

油井噴出防止器１０を通過したドリル泥の流体流を改善するため、例えば図２〜図４に示した一実施形態では、ボール２０の中央開口部３８の直径は、上方シート２２の中央開口部３６の直径よりも僅かに大きく（図３参照）、下方シート２４の中央開口部４０の直径は、ボール２０の中央開口部３８の直径よりも僅かに大きい。このような配置では、ドリル泥は、上方シート２２の中央開口部３６からボール２０の僅かにより大きな中央開口部３８へ円滑に流れ、またボール２０の中央開口部３８から下方シート２４の僅かにより大きな中央開口部４０へ円滑に流れることが可能である。さらに、この設計は、上方ボール接合部５０に対する泥流の衝撃を減らし（接合部５０が上方シート２２の中央開口部３６から挿入されるので）、これによって、上方ボール接合部５０における保護被覆４０の剥ぎ取りの可能性がさらに低減される。

図２の実施形態では、さらに、油井噴出防止器１０は、上方ボールバルブ１１にねじ込み式に接続された下方ボールバルブ１３を含む。下方ボールバルブ１１は、上方シート２２及び下方シート２４が内部に装着された下方管状組立体１４と、上述のような上方シート２２と下方シート２４との間に回転可能に受容されるボール２０とを含む。下方管状組立体１４、ボール２０及び上方シート２２と下方シート２４は、下方ボールバルブ１３を共に形成する。

特定の実施形態が本明細書に開示されているが、当業者は、文字通りにまたは均等物の原則の下で、特許請求の範囲内にある代替の油井噴出防止器システム及び方法を設計でき、かつ設計することが予想される。

上部駆動システムと、ドリル操作中に油井噴出防止器を取り付けることが可能なドリルストリングと共に、本発明の代表的実施形態による油井噴出防止器の概略側面図である。 ボールとボールシートとを有する上方管状組立体を含む上方ボールバルブと、ボールバルブとボールバルブシートとを有する下方管状組立体を含む下方ボールバルブとを有する図１の油井噴出防止器の断面図である。 図１の油井噴出防止器の上方シートを有するボールの当接部分の拡大図であり、分かりやすくするため保護被覆を省略している。 図１の油井噴出防止器の下方シートを有するボールの当接部分の拡大図であり、分かりやすくするため保護被覆を省略している。 保護被覆を受容するためのアンダカットを有する図１の油井噴出防止器のボールの概略図であり、分かりやすくするため保護被覆を省略している。 ボールの外面及びアンダカットの各々に取り付けられた保護被覆を有する図５のボールの概略図である（この図面は寸法通りでなく、分かりやすくするため保護被覆が過大であることに注意）。

Claims (16)

1. 中央通路を備える管状組立体と、
   前記管状組立体内に装着された上方シートと、
   前記管状組立体内に装着された下方シートと、
   前記上方シートと前記下方シートとの間に回転可能に受容され、かつ、外面と、アンダカットを備える中央開口部と、を備えるボールと、
   前記ボールの前記外面及び前記アンダカットの両方に塗布された保護被覆と、
   を備えるボールバルブを備えることを特徴とする、油井噴出防止器。
2. 前記保護被覆が、前記ボールと前記シートとの間の摩耗を低減できる硬質保護被覆であることを特徴とする、請求項１に記載の油井噴出防止器。
3. 前記保護被覆が、炭化タングステンから成ることを特徴とする、請求項１に記載の油井噴出防止器。
4. 前記上方シートが、前記管状組立体の中央通路及び前記ボールの中央開口部の両方に対し軸方向に整列された中央開口部を備え、前記ボールの中央開口部が、前記上方シートの中央開口部よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の油井噴出防止器。
5. 前記下方シートが、前記管状組立体の中央通路及び前記ボールの中央開口部の両方に対し軸方向に整列された中央開口部を備え、前記下方シートの中央開口部が、前記ボールの中央開口部よりも大きいことを特徴とする、請求項４に記載の油井噴出防止器。
6. 前記アンダカットが、前記ボールの上端にあることを特徴とする、請求項１に記載の油井噴出防止器。
7. 前記ボールの下端にアンダカットをさらに備え、前記保護被覆が、前記ボールの前記外面、前記上方アンダカット及び前記下方アンダカットの各々に塗布されることを特徴とする、請求項６に記載の油井噴出防止器。
8. 中央通路を備える管状組立体と、
   前記管状組立体の中央通路に装着された上方シートと、
   前記管状組立体の中央通路に装着された下方シートと、
   前記上方シートと前記下方シートとの間に回転可能に受容され、かつ中央開口部と、前記上方シートの当接面に当接する上方当接面とを備えるボールであって、前記中央開口部が、前記ボールの上端に上方アンダカットを備えるボールと、
   前記ボールの前記上方当接面及び前記上方アンダカットの両方に塗布された保護被覆と、
   を備えるボールバルブを備えることを特徴とする、
   油井噴出防止器。
9. 前記保護被覆が、前記ボールと前記シートとの間の摩耗を低減できる硬質保護被覆であることを特徴とする、請求項８に記載の油井噴出防止器。
10. 前記保護被覆が、炭化タングステンから成ることを特徴とする、請求項８に記載の油井噴出防止器。
11. 前記上方シートが、前記管状組立体の中央通路及び前記ボールの中央開口部の両方に対し軸方向に整列された中央開口部を備え、前記ボールの中央開口部が、前記上方シートの中央開口部よりも大きいことを特徴とする、請求項８に記載の油井噴出防止器。
12. 前記下方シートが、前記管状組立体の中央通路及び前記ボールの中央開口部の両方に対し軸方向に整列された中央開口部を備え、前記下方シートの中央開口部が、前記ボールの中央開口部よりも大きいことを特徴とする、請求項１１に記載の油井噴出防止器。
13. 前記ボールが、前記下方シートの当接面に当接する下方当接面を備え、前記中央開口部が、前記ボールの下端に下方アンダカットを備え、また前記保護被覆が、前記ボールの前記上方及び下方当接面及び前記上方及び下方アンダカットの各々に塗布されることを特徴とする、請求項８に記載の油井噴出防止器。
14. 中央通路を備える第１の管状組立体と、
    前記第１の管状組立体の中央通路に装着された第１の上方シートと、
    前記第１の管状組立体の中央通路に装着された第１の下方シートと、
    前記第１の上方シートと前記第１の下方シートとの間に回転可能に受容され、かつ中央開口部と、前記第１の上方シートの当接面に当接する上方当接面とを備えるボールであって、前記中央開口部が、前記第１のボールの上端に上方アンダカットを備えるボールと、
    前記第１のボールの前記上方当接面及び前記上方アンダカットの両方に塗布された第１の保護被覆と、を備える第１のボールバルブと、
    前記第１の管状組立体にねじ込み式に接続されかつ中央通路を備える第２の管状組立体と、
    前記第２の管状組立体の中央通路に装着された第２の上方シートと、
    前記第２の管状組立体の中央通路に装着された第２の下方シートと、
    前記第２の上方及び下方のシートの間に回転可能に受容され、かつ中央開口部と、前記第２の上方シートの当接面に当接する上方当接面とを備える第２のボールであって、前記中央開口部が、前記第２のボールの上端に上方アンダカットを備える第２のボールと、
    前記第２のボールの前記上方当接面及び前記上方アンダカットの両方に塗布された第２の保護被覆と、を備える第２のボールバルブと、
    を備えることを特徴とする、油井噴出防止器。
15. 前記第１及び第２の保護被覆の各々が、前記ボールと前記シートとの間の摩耗を低減できる硬質保護被覆であることを特徴とする、請求項１４に記載の油井噴出防止器。
16. 前記第１及び第２の保護被覆の各々が、炭化タングステンから成ることを特徴とする、請求項１４に記載の油井噴出防止器。

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