JP4098957B2 - 変形可能なライナー管 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、変形可能なライナー管、及び管状空洞内に成形自在ライニングを作る方法に関する。
【０００２】
波形管を地下井戸の坑井に挿入して管の穴下方を管状に拡張することは、米国特許第３，３５３，５９９号及び第５，０１４，７７９号明細書から公知である。
米国特許第５，３６６，０１２号明細書には、スロット付きパイプの拡張が開示されており、そのスロットは拡張の結果として開いてパイプを拡張するのに要する半径方向の力を低減している。
スロット付きパイプ又は初期波形パイプを使用することの欠点は、拡張されたパイプが限定された機械的強度を有することである。
国際特許出願公開Ｎｏ．ＷＯ ９８／００６２６には、拡張マンドレルによるスロット無し円筒パイプの拡張が開示されている。
【０００３】
後者の拡張方法の欠点は、パイプを拡張するための力が相対的に大きいこと、及び拡張プロセスの結果としてパイプが収縮することである。
仏国特許第７２１４２０号及び第２３２６２２９号には、フレキシブルで大径の沖合ライザーパイプが開示されており、これは、海底から表面に冷たい海水を汲み上げるのにこのパイプが使用される際に柔軟性を与るために、パイプ壁内に膨張可能な軸方向小管、径方向小管又は螺旋状小管が形成されている。オランダ特許出願第８００５７６２号には、一連の軸方向の穴をパイプ壁に有する熱絶縁プラスチックパイプが開示されている。これらの公知パイプはどれも、地下井戸のような空洞内に形成可能なライニングを作るために設計されたものでもないし、そのために使用されているのでもない。
請求項１及び８の前段部による方法と管は、仏国特許第７２１４３０号明細書から公知である。
【０００４】
本発明の目的は、公知技術の欠点を緩和すること、及び相対的に小さな変形力にて拡張又は変形できる強靭かつ変形可能な管を用いて管状空洞内に成形自在なライニングを作る方法を提供することである。
【０００５】
発明の概要
本発明による方法と管は、請求項１及び８の特徴部にその特徴を有する。
【０００６】
本発明によるライナー管の変形は、小管の周形状の扁平化や他の変化を含み得、原理的にはこれは管状円筒パイプを拡張するのに必要な引張り力よりも十分に小さい曲げ力を必要とする。
軸方向若しくは径方向又はその両方向に容易に変形できるライナー管を得ることが必要かもしれない。径方向に変形可能なライナー管は、例えば相対的に狭く不規則な形状の地下坑井に挿入される油及び／又はガス生産チュービングとして使用される場合に有効である。軸方向に変形可能なライナー管は、該管が収縮する貯蔵所内に設けられた生産ライナー又はチュービング、井戸ケーシング又は他の井戸管であり、収縮プロセスの結果として井戸管が曲がる危険性がある場合には有効である。
【０００７】
径方向に変形可能なライナー管が必要な場合には、好ましくは、管の壁が一連の軸方向小管により少なくとも部分的に形成され、各小管が管の縦軸に実質的に平行な方向に延び、それにより、管が径方向に変形する際に軸方向小管が少なくとも部分的に変形する。
軸方向に変形可能なライナー管が必要な場合には、好ましくは、管の壁が一連のトロイド小管により少なくとも部分的に形成され、これらの小管は、管の縦軸を中心とした実質的に円方向に延び、それにより、管が軸方向に変形する際にトロイド小管が少なくとも部分的に扁平化され又は変形される。
軸方向と径方向の両方向に変形可能なライナー管が必要な場合には、好ましくは、管の壁は１又はそれより多い螺旋小管により少なくとも部分的に形成され、これらの小管は、管の縦軸に対して実質的に螺旋方向に延び、それにより、各螺旋小管の縦方向に対して或角度を有した方向に管が変形しる際に螺旋小管のうちの少なくとも一つが変形する。
【０００８】
小管は、金属、プラスチック、ゴム又は他の材料で作ることができ、また、隣接した小管又は管壁の他の部分に対して溶接、ろう付け、接着又は他のやりかたで固着できる。
小管は、拡張前には折り畳まれた円筒、楕円又は多面形状を有することができ、拡張の結果として広げられ又は扁平化されて楕円、円筒又は多面形状になり得る。
適切には、小管は、変形プロセスの結果として開く開口又は弱い箇所を管の外周にて含み、それにより、１又はそれより多い流体が、小管の内部から絞り出されて管を取り囲む空間に入れられる。
その場合、小管の内部から絞り出された流体は、例えば化学処理流体又は液体セメントスラリー成分又は硬化剤成分のような１又はそれより多い化学物質を含むことができ、これらの成分は、それらが小管から絞りだされるとき、又はその後でのみ混合される。
【０００９】
本発明は添付図面に関して更に詳細に例として説明される。
発明の詳細な説明
図１には、円筒形の坑井又は他の空洞２の中に管１が示されており、この管１は、一連の軸方向小管３から作られた壁を備え、これらの小管３は、管１の拡張前には実質的に円筒形であり、参照数字３Ｂで示される拡大径まで管１を拡張した後は楕円形となる。
管１は、拡張マンドレル（図示せず）により又は管１の内部４の水圧を増すことにより拡張できる。拡張工程の結果として、小管３は曲げプロセスを受けるので相対的に小さな力が必要とされる。
小管３がスチール又は別の金属で作られている場合には、小管３が互いに接触する領域５の長さ方向沿って小管３どうしを焼結、溶接又はろう付けするのが好ましい。
小管３が不浸透性の壁を備え、管１が空洞２内で一時的に使用されて例えば一時的な密封を与える場合には、管１は小管３の内部６に高圧流体をポンピングすることにより再度径方向に圧縮され得る。このことにより、扁平になった小管３Ｂがそれらの管状の形状を取り戻し、それにより、管１は径方向に収縮して空洞２から容易に除去できる。
管１を空洞２内で恒久的に使用する場合、例えば、管１を井戸ケーシングとして使用する場合には、少なくともいくつかの小管３にセメントスラリーやシリコーンゲルのような別の硬化剤の液体成分を満たすことができ、かつ、これらの小管の外壁には拡張プロセスの結果として開く開口７又は弱いスポットを含み得る。これらの開口７又は弱いスポットを介して、前記液体成分が拡張された管１を取り囲む周囲の環状空間８に絞り出され、これらの液体成分が混合して硬化して固まったセメント、シリコーン又は他の硬化シーリング組成物となる。
【００１０】
図２は、本発明による変形可能な管の別の実施態様を示す。この管９もまた径方向に変形可能であり、一連の小管１０を含み、これらの小管１０は、拡張前は多面状であり、参照番号１０Ｂにより示されるように拡張後は楕円形となる。
小管１０は、管９の中心の縦軸に実質的に平行に配置される。小管１０は、スチール又は別の金属から作られ、縦方向の溶接、ろう付け又は焼結による接合部１１により互いに接続される。
【００１１】
図３は、本発明による変形可能な管のまた別の実施態様を示す。図中、管１２は、径方向に変形可能であり、一連の小管１３から成り、これらの小管１３は、管１２の径方向の拡張前には楕円形であり、径方向の拡張後にはほぼ扁平な形状を有する。
この実施態様では、小管１３は、楕円小管１３Ａの最大幅が径方向を向いた参照番号１３Ａにより示された第１の楕円形状から変形して、楕円小管１３Ａの最大幅が接線方向を向いた参照番号１３Ｂにより示された第２の楕円形状となる。
【００１２】
図４では、一連の軸方向小管１５を含む変形可能な管１４が示されており、管１４の対向する両側に小管の２対が可塑性(plastic) ヒンジ１６により相互連結されている。これらの可塑性ヒンジ１６により、管１４は例えばリールドラム（図示せず）の周囲に収容しかつ運搬することができる。
管１４がリールドラムから巻き出される際は、ガイド漏斗（図示せず）により円筒形状にすることができる。管１４が井戸又は別の管の内部で使用される場合には、円筒管１４がリール巻きされて坑井又は別の管の内部に入れられて、例えば高圧流体を管１４の内部１７にポンピングすることにより拡張される。
図４に示されたような初めに扁平化された管構成により、製造段階中、及び製造現場から管１４が使用される現場への輸送中、例えば小径リールドラム上に管１４を収容して輸送することが容易になる。
【００１３】
図５、６、７及び８は、本発明による変形可能な管のさらに別の実施態様を示す。図中、小管１８Ａ、Ｂは、管１９が軸方向に変形できるようにするためにトロイド形状を有する。
図５に示された管１９は、密な油又はガス含有層群における製造ライナーとでき、図６に詳細に示されているように、トロイド状小管１８Ａは、実質的に円筒形状を有する。図７に示さされた構成では、管１９は軸方向に圧縮されており、その長さは図５に示された元の長さより１８％短い。
管１９の軸方向の圧縮の結果、図７に示された小管１８Ｂは、図８にさらに詳細に示されているように楕円形状に変形している。
【００１４】
図９には、坑井２１又は他の空洞内で拡張される管２０が示される。
管２０は、６つの小管２３、２４、２５、２６、２７及び２８から成る壁を有し、これらの小管は、管２０の縦軸２９に対して軸方向の又は螺旋状の構成にて延びている。
隣接した小管２３、２４、２５、２６、２７及び２８は、長い溶接部３２によりそれらの長さ方向に沿って相互に連結される。可塑性ヒンジ２２が、各溶接部３２の両側にて小管２３〜２８の壁に設けられる。
拡張されてない管２０が、この図の中心に示される。拡張されてない６つの小管２３〜２８の各々は、パイの扇形形状を有し、隣接する小管２３〜２８の間には最小間隙３０のみが存在する。管２０を拡張するためには、加圧した流体を間隙３０にポンピングして、小管２３〜２８の壁が延ばされかつ／又は小管２３Ｂ〜２８Ｂの外壁が坑井２１に対して押圧されるまで管２０を拡張させる。
【００１５】
図９に示された容積効率のよい管構成は、管２０が例えば小径の製造チュービングのような狭い余分を介して坑井２１に挿入される場合には有効である。さらに、拡張されてない小管２３〜２８の内部容積は相対的に大きいのに対して、拡張された小管２３Ｂ〜２８Ｂの内部容積は相対的に小さい。それにより、小管２３〜２８の外周の壁に穴が開けられているか又は該壁が拡張中に流体を透過できるようになるならば、相対的に大きな容積の流体が、小管２３〜２８の内部から周囲の環部及び／又は層群に絞り出される。
このように、相対的に大きな容積のシーリング剤及び／又は処理流体を、管２０を取り囲む環部及び／又は坑井２１を取り囲む層群３１に注入できる。
坑井２１の長さ方向に沿って変わる浸透性を有する層から成る地下層群３１に処理流体を注入するには、外側に浸透可能な管２０が非常に好適である。小管２３〜２８の外壁が周囲の層群３１よりも十分に小さな流体浸透性を有する場合には、小管２２Ｂ〜２６Ｂの外壁が坑井２１に押圧されるやいなや、相対的に一定の流量の処理流体が種々の周囲層群に絞り出され、その結果、処理流体が主に浸透可能な層群に注入され浸透性の小さい層がバイパスされる危険性が最小化される。
【００１６】
管２０が処理流体の注入道具として使用されて一時的なライナーとして働くだけならば、小管２３〜２８の外壁は、浸透可能なゴム及び／又は織物から作ることができ、管２０の内部３０に面する小管２３〜２８の内壁は不浸透性のゴムから作ることができる。処理流体の注入後、管２０が径方向に圧縮して井戸から除去できるように管２０の内部３０の圧力を減じることができる。
流体を層群に注入した後に管２０を収縮可能にする代わりに、遅い硬化エポキシ又は他のプラスチック組成物を織物又は他の材料にしみ込ませることにより、管２０が拡張された位置にて坑井２１に対して硬化するようにでき、それにより、固化された管２０は井戸ライナーとして働く。
隣接した小管は異なる形状を有し異なる流体で満たすこともできる。この場合、拡張プロセスの結果として、隣接した小管の間に開口が初めに作られ、その間を通って流体が選択された小管内で混合され、これらの小管において開口が拡張プロセスの後段にて外壁に作られ、それを介して予め混合された流体が周囲の環部に絞り出される。
【００１７】
図１〜４に示された管２０及び管構成は、ふるい材から作られた壁を有することもできる。その場合には、拡張コーンにより又は管の内部において膨張されるバルーンにより管を拡張できる。
小管の壁を形成するふるい材は主に曲げられはするが延ばされない又はほとんど延ばされないので、ふるいの開口サイズは拡張プロセス中はほぼ一定のままである。ふるい材から成る拡張された管は、砂や他の固体材料が坑井２１に入るのを防ぐフィルターとして働く。
図１〜４に示された径方向に拡張可能な管２０及び径方向に拡張可能な他の管構成はまた小管２３〜２８から作られ、これらの小管は、例えば管の内部３０の圧力が事前設定レベルを越える場合にのみ変形するスチールのような流体不浸透性の材料から作ることもできる。その場合には、管はダウンホールブローアウト防止装置(downhole blow-out preventer) として働く製造チュービングとして設置できる。この防止装置は、ブローアウトが起こると、拡張して製造チュービングを包囲する環部をシールする。図９に示された径方向に拡張可能な管構成も、ドリルストリングとして使用することができる。その場合、穴開け中、小管２３Ａ〜２８Ａの内部を通して掘削泥水をポンピングする。穴開けサイクルの終わりに、高圧流体が管２０の内部に注入され、それにより、管２０は井戸壁２１に対して拡張されて坑井のライニングを形成し、また、ドリルビットとダウンホールモーターアセンブリは、ワイヤ線又は管２０の内部を通過するコイルチュービングにより表面まで引っ張られて拡張コーンとしても働く。
【００１８】
管のより小さい拡張のみが要求される場合には、管の壁には１つ又は数個だけの軸方向又は螺旋小管を設けることができる。
管２０の壁又は径方向に拡張可能な他の構成が、ゴム又は他の弾性変形可能な材料から作られるならば、拡張された管は高拡張パッカー又はブリッジプラグとして働くことができる。
小管が軸方向に向けられるならば、径方向に変形可能な管が得られることが分かるであろう。小管が図５〜８に示されるように周方向に向けられるならば、軸方向に変形可能な管が得られる。
小管が螺旋方向に向けられるならば、管は軸方向と径方向の両方向に変形可能となり、小管の螺旋構成のピッチ角が、管が軸方向又は径方向に変形可能な範囲に影響を与える。
【００１９】
図１０は、軸方向に折り畳み可能な一連の小管４１から成る壁を備えた管４０の構成を示す。
小管４１がスチールから作られるならば、軸方向の溶接部４２によりそれらの長さ方向に沿って並んで相互に接続される。各小管４１は、管４０の外周にて単一の可塑性ヒンジ４３を備え、管４０の内周にて４つの可塑性ヒンジ４４、４５、４６、４７の１組を備える。これらの可塑性ヒンジ４３〜４７の各々は、小管４１の壁の内面及び／又は外面に軸方向の溝を機械加工で作ることにより形成される。
４つの可塑性ヒンジ４４〜４７の組は、壁セグメントを形成し、該セグメントにおいて小管４１は内側に折り畳むことができて、管４０の内部４９に面するＵ形又はデルタ形の凹部４８を形成する。
管４０は、加圧流体を小管４１の内部５０にポンピングすることにより拡張され、このことにより、小管は可塑性ヒンジ４３〜４７の周りのヒンジ動作により広げられ、その結果小管４１の各々は円筒形状を得る（図示せず）。
小管４１を広げることにより、管４０はより大きな外径及び内径を得る。
【００２０】
図１１は別の管５１を示し、これは軸方向に折り畳み可能な一連の小管５２から成る壁を備える。
小管５２がスチールから作られるならば、軸方向の溶接部５３によりそれらの長さ方向に沿って並べて相互に接続される。各小管５２は、管５１の外周及び内周の両方にて４つの可塑性ヒンジ５４の組を備える。これらのヒンジ５４は、各小管５２の壁の内面及び／又は外面にて軸方向の溝を機械加工で作ることにより形成される。
４つの可塑性ヒンジ５４の各組は壁セグメントを形成し、該セグメントでは、小管５２を内側に折り畳むことができて、管５１の外部５６か内部５７のどちらかに面したＵ形又はデルタ形の凹部５５を形成する。
管５１は、小管５１の内部５８に加圧流体をポンピングすることにより拡張され、それにより、小管５２は、可塑性ヒンジ５４の周りでのヒンジ動作により広げられ、その結果小管の各々は円筒形状を得る（図示せず）。
小管を広げると、管５１はより大きな内径及び外径を得る。
【００２１】
図１２は折り畳み可能な管６０を示す。この管６０は、その下側にて軸方向小管６１により形成された単一の可塑性ヒンジを備え、その上側にて４つの可塑性ヒンジ６２の組を備える。これら可塑性ヒンジ６２は、管６０の壁の外面又は内面にて軸方向の溝を機械加工で作ることにより形成される。
管がその折り畳まれた形状にあるとき、４つの可塑性ヒンジ６２は、管６０の上側にてデルタ形状の凹部６３を形成する。
管６０は、加圧流体を管６０の内部６４にポンピングすることにより広げられる。このことにより、管は矢印の方向に広げられて破線６０Ａで示される円筒形状になる。その際、小管６１は、可塑性ヒンジとして動作し、管６０を広げた結果として破線６１Ａで示される楕円形状を得る。
小管６１は、変形可能な高強度低合金又はデュアル位相スチールグレードのような塑性変形可能な材料から作られ、このことはまた、広げる工程中に管６１の周方向に柔軟性をも与える。広げる工程の後、硬化剤を楕円形の小管６１Ａの内部６５にポンピングして小管６１Ａを補強できる。小管６１の内部６５は、電気導管及び／又は水圧導管を含むことができ、電気及び／又は水圧のパワー及び／又は信号を管の長さ方向に沿って送ることができる。
管が油及び／又はガスの製造井戸内のライナー管として使用される場合には、ガスリフト、刺激、処理又は抑圧(well killing)流体を１又はそれより多い小管を通して井戸内の選択した深さまでポンピングして製造された流体と混合できる。
【００２２】
これらの図面に示された変形可能な管の実施態様は、容易に変形でき且つリールドラムに巻き上げることができる管を示している。管はドラムから巻き出して地下井戸又は管が使用される他の空洞に入れることができる。管は、管の壁における１又はそれより多い小管の管形状を変えることにより、井戸又は他の空洞内部にて連続的に変形される。この変形は、小管（１つ又は複数）を扁平にすること、広げること、又はその他の変形を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 拡張前後の管の軸横断面図であり、この管は一連の軸方向小管から作られた壁を備え、これらの小管は拡張前は円筒形であり拡張後は楕円形である。
【図２】 拡張前後の管の軸横断面図であり、この管は一連の軸方向小管から成る壁を備え、これらの小管は拡張前は多面形であり拡張後は楕円形である。
【図３】 拡張前後の管の軸横断面図であり、この管は一連の軸方向小管から作られた壁を備え、これらの小管は拡張前後において楕円形である。
【図４】 拡張前の管の軸横断面図であり、管の壁は一連の軸方向小管から成り、管は広げられて拡張される前に実質的に平坦な形状に折り畳まれる。
【図５】 管の縦断面図であり、一連のトロイド小管から作られた壁を備えている。
【図６】 図５において丸で囲まれたトロイド小管のうち３つの円筒形状を示す拡大詳細図である。
【図７】 図５の管の軸方向の圧縮後の縦断面図である。
【図８】 図７において丸で囲まれたトロイド小管のうち３つの楕円形状を示す拡大詳細図である。
【図９】 径方向に拡張可能な管の軸横断面図であり、管の拡張前後に軸方向又は螺旋状の６つの小管を含む。
【図１０】 拡張されてない管の軸横断面図であり、その壁は一連の折り畳み小管から成り、これらの小管は管を拡張するプロセス中は円筒形状に広げられる。
【図１１】 拡張されてない別の管構成の軸横断面図であり、その壁は折り畳まれた一連の管から成り、これらの管は管を拡張するプロセス中は円筒形状に広げられる。
【図１２】 拡張されてない管の軸横断面図であり、この管は拡張プロセス中は広げられて開き、かつ、可塑性ヒンジとして動作する小管を含み、また、拡張プロセスの結果として扁平にされる。
【符号の説明】
１、９、１２、１４、１９、２０、４０、５１、６０管
２ 空洞（又は坑井）
３、１０、１３、１５、１８Ａ、１８Ｂ、２３、２４、２５、２６、２７、２８、４１、５２、６１小管
４、１７、４９、５７、６４管の内部
５小管どうしの接触領域
６、５０、５８小管の内部
７開口（又は弱いスポット）
８環状空間
１１接合部
１６、２２、４３、４４、４５、４６、４７、５４可塑性ヒンジ
２１坑井
３０間隙（管の内部）
３１層群
３２溶接部
４８、５５凹部
５６管の外部

Claims (11)

1. 壁の少なくとも一部がいくつかの小管（３）により形成された管（１）について、１つ又は複数の小管（３）の周形状を変えることにより前記管（１）を変形させることによって前記管（１）を使用する方法において、
   前記管（１）はライナー管（１）として使用し、管状空洞（２）内の選択された場所にライナー管（１）を配置して１つ又は複数の小管（３）の周形状を変えることでライナー管（１）を変形させて、管状空洞（２）内に成形可能なライニングを作ることを特徴とする前記方法。
2. ライナー管（１）の内壁に径方向の水圧又は機械的圧力を加えて１つ又は複数の前記小管（３）の周形状を扁平化又は変化させ、ライナー管（１）の外壁を空洞壁（２）に押圧することにより、ライナー管（１）を径方向に拡張する、請求項１記載の方法。
3. 前記空洞（２）が、地下坑井又は坑井若しくは他の管により形成され、ライナー管（１）が、坑井又は管のうち選ばれた長さ部分の一時的又は恒久的なライニングのための拡張可能なライナーとして使用される、請求項１又は２に記載の方法。
4. ライナー管（１）の変形前は、前記小管（３）は実質的に円筒形状を有し、管の変形に応じて実質的に楕円又は扁平形状に変形する、請求項１記載の方法。
5. ライナー管（９）の変形前は、前記小管（１０）は実質的に多面形状を有し、管（９）の変形に応じて実質的に扁平形状に変形する、請求項１記載の方法。
6. 前記小管が、変形工程の結果として開く開口又は弱いスポットを管の外周に含み、開くことにより１つ又はそれより多い流体が、小管の内部からライナー管を取り囲む空間に絞り出される、請求項１記載の方法。
7. 前記小管の内部から絞り出された流体が、液体セメントスラリーの成分、硬化剤の成分又は化学処理流体のような１又はそれより多い化学物質を含む、請求項６記載の方法。
8. 壁の少なくとも一部がいくつかの小管（３）により形成されている変形可能な管（１）であって、少なくとも１つの小管（３）の周形状は、管（１）の変形に応じて少なくとも部分的に変えられる前記変形可能な管（１）において、
   該管（１）は空洞（２）内に成形可能なライニングを作るライナー管であることを特徴とする前記変形可能な管。
9. 前記小管（３、９、１３、１５、１８）が金属から作られ、隣接した一対の小管の両側が互いに接触して相互に焼結、溶接、スポット溶接、ろう付け、接着などにより固着される、請求項８記載の変形可能なライナー管。
10. 前記小管（３、９、１３、１５、１８）が浸透性プラスチック若しくはエラストマー材料又は浸透性織物から作られた外壁を有し、隣接した小管の両側が実質的に互いに接触し、互いに接着される、請求項８記載の変形可能なライナー管。
11. １又はそれより多い小管（４１、５２）が折り畳み可能な小管であり、該小管は、少なくとも３つの縦ヒンジライン（４３、４４、４７、５４、６２）が形成された壁を備え、収容及び運搬中には小管を内側に折り畳んだ壁セグメントを作り、該壁セグメントは、変形工程中に小管（４１、５２、６１）内部の圧力を強めることにより広げることができる、請求項８又は９に記載の変形可能なライナー管。

Images