JP4628353B2 - スロット付き坑井ライナの熱的バリ除去装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、管状物品の内面からバリを除去する装置および方法、より詳しくは、油井およびガス井でライナとして使用される溝付きパイプの内面からバリを除去する装置および方法に関する。

地下地層からのオイルまたはガスの生産において、一般に、多数の長手方向スロットを備えたスチールライナパイプ（スロット付きライナ）が垂直坑井および水平坑井の両方に設置され、地層中に存在するオイルまたはガスが坑井内に流入できるようにし、次に、処理のために地表までポンピングされるか、リフトされる。スロットは、多量の地層物質が流入して、坑井およびポンプ等の関連装置を詰まらせることを防止すべく、充分に幅狭でなくてはならない。微粒物質を含有する地層を掘削する坑井の場合には、スロット幅は、０．０４インチ（１．０ｍｍ）またはこれよりかなり小さくする必要がある。スロットは、ライナの構造的強度を安全レベル以下に低下させることなく、ライナ内に有効に流入させることができるように、充分に長くかつ充分に多く設けなくてはならない。ライナの構造的強度（特に、曲げ強度）は、ライナを、これに破壊または過度の塑性変形を引起こすことなく、垂直坑井と水平坑井との間の移行セクションを通して曲げることができる充分な強度を維持しなければならない水平坑井の場合に特に重要である。

スロットは、任意の便利な長さにすることができるが、一般的には３〜４インチ（７５〜１００ｍｍ）である。スロットは、通常、パイプの周囲で等間隔、すなわち５°程度の小さい半径方向間隔で配置される。スロットは、一般に、細い円形のスリッティングブレードを用いてライナの側壁に切り込まれる。１つの既知の方法は、ライナの長手方向軸線を通る平面上で半径方向に配向された多数のスリッティングブレードが設けられた「ギャングミル」を用いるものである。ライナがギャングミルに対して長手方向に移動されるとき、ブレードは、ライナ側壁を通って所望長さのスロットをカットするように配置されている。

スリッティングブレードは、完全にきれいなカットを形成するどころか、スロットがライナの内面と交差する箇所に、ギザギザ状のバリまたはつる状の「微小枝（wickers）」が残ってしまう傾向を有する。これらのバリおよび微小枝は種々の理由から好ましくなく、従って、スロット付きライナの製造には、一般に、これらのバリ等を除去する工程を有するが、完全に満足できるものはない。１つの一般的な方法は、一般に「スティンガ」と呼ばれている器具をスロット形成されたライナに挿通する方法である。スティンガは多数の回転ブレードを有し、該回転ブレードは、スティンガがライナに挿通されるときにライナの内周面を本質的に引掻くように配置されている。この方法の意図するところは、回転ブレードが微小枝を切除し、次に、これらの微小枝を、圧縮空気または他の手段によりライナから除去することにある。

しかしながら、この方法は、部分的に有効であるに過ぎないことが証明されている。なぜならば、引掻きブレードが、バリおよび微小枝を、スロットを横切るようにまたはスロット内に向けて押し曲げてしまう傾向を有し、ライナ内に流入するオイルの通路として利用できる開スロット面積を直接減少させてしまうからである。この問題は、スロット幅が０．０４インチ（１ｍｍ）以下の場合に特に顕著である。有効スロット面積は、ライナを使用すると更に小さくなる傾向を有する。なぜならば、折り曲げられた微小枝が形成されたスロットに流入する異物によって、スロットが部分的または全体的に閉塞されてしまうからである。

微小枝を研摩する試みとして、ホーニングまたはバニシング等の他の機械的方法が使用されている。しかしながら、これらの方法も、微小枝金属の一部または全部をスロット内に単に掻き上げるに過ぎない点で、同様な欠点を有している。
このような大きい欠点を有する既知の除去方法を使用するときは、スロットの詰まりを考慮に入れる必要があるため、必要以上に大きいスロットを設ける必要がある。スロットの詰まりは、スロット付きライナの有効透過性を４０〜６０％程度低下させてしまうため、所望の透過性を得るには、所与の用途に理論的に必要とされる面積の２倍以上のスロット面積にしなければならない。このような余分のスロット加工は、ライナの製造コストを増大させてしまう。また、ライナの構造的強度も低下されるため、より大きい壁厚を有するライナの使用が不可欠で、従って、スロット付きライナの全体的コストを更に増大させることになる。

上記問題以外に、スロット付きライナの内面に残された微小枝等の部分は、坑井稼動作業に使用される高価なダウンホールツールに損傷を与えまたは該ツールと干渉する虞れがある。

微小枝およびバリの除去に対する他の可能なアプローチとして、熱的バリ除去、すなわち、微小枝およびバリを高温炎に曝す方法がある。スチールまたは他の材料のバリは、十分に高温の炎に曝されると、焼き尽くされされかつ有効に灰化（incinerated）される。これにより、スロット付きライナからのバリの非常に有効な除去が可能である。なぜならば、圧縮空気、高圧水吹付けまたは他の慣用手段を用いて、この方法の残留物（すなわち酸化物）を除去することはかなり簡単だからである。

スロット付きライナに一般的に使用されている種類のスチールの場合、この方法の有効使用には、バリを６０００°Ｆ（３３１６℃）の範囲内の温度に加熱する必要がある。同時に、母材の好ましくない金属学的変化を防止するには、ライナの主本体の温度が過度に高温にならないように注意を払わなくてはならない。これは、もしも高温炎を、ライナの主本体ではなくバリに有効に合焦すなわち集中させるならば、それほど困難ではない。なぜならば、ライナの非常に大きいマス（すなわち、バリのマスに比較して非常に大きいマス）は、母材を過度の高温にすることなく、伝導によりバリに加えられる熱の効率的消散を可能にするからである。しかしながら、スチールライナの主本体を炎に曝すことなく、ライナの内面のバリに炎を向けることは事実上不可能である。また、本発明の発明者は、アセチレントーチ等の慣用炎源を用いて、スロット付きライナ内面のバリを、蒸発を達成するのに充分な温度まで加熱することを試みるとき、炎を長時間バリ上に滞留させなくてはならず、従って母材の過度の局部的加熱は不可避であることを見出している。従来技術は、この問題の解決法を全く開示していないと思われる。

上記理由から、従来知られている装置および方法よりもかなり高い有効性をもって、スロット付き金属ライナからバリおよび微小枝を除去できる、微小枝およびバリ除去装置および方法が要望されている。特に、酸化炎に曝すことにより、隣接する母材の温度を、金属学的変化または他の好ましくない効果を引起こすような高温に上昇させるこなくバリおよび微小枝を除去できる装置および方法が要望されている。本発明はこれらの要望を満たすことができるものである。

概略的にいえば、本発明は、スロット付き金属ライナ内部のバリを、ライナの母材に好ましくない温度レベルを誘起することなくバリを有効に酸化すなわち灰化するのに充分な高温のガス炎に曝すことができる方法および装置である。これは、トーチヘッドの外周面回りに配置され、トーチヘッドがスロット付きライナに挿通されるときに、炎がライナの内面に向くようにした多数のガストーチノズルを備えたトーチヘッドを設けることにより達成される。本発明の装置は、実質的に化学量論的に平衡した混合気（すなわち燃焼ガスおよび酸化ガス）をノズルに供給して、ノズルに実質的に中性燃焼炎を発生させることができる。実験から、中性燃焼炎の温度は、酸素の存在によりかなり上昇することが判明している。従って本発明によれば、補助酸素ガス（好ましくは純粋酸素）がノズル出口の近くに導入され、これにより、炎の速度および強度が増大されて、炎の温度も上昇される。

かくして、本発明により発生されるトーチ炎の温度は、補助酸素が導入されない場合の炎の温度に比べてかなり高くなる。適当数のノズルを備えかつトーチ炎の周囲に補助酸化ガスが導入される構成のトーチヘッドが、適当な移動速度でスロット付きライナに挿通されるとき、炎の強度は、ライナの母材に過度の温度上昇を引起こすことなく、ライナのバリおよび微小枝を高割合で灰化するのに充分なものとなることが判明している。適当なトーチヘッド移動速度は、ライナの内径および壁厚、混合気成分および補助酸素の供給圧力、トーチヘッドのノズル数、およびノズル出口とライナの内面との間の距離を含む種々のファクタに基いて定められる。

従って、本発明の一態様では、スロット付き金属ライナの内面からバリを除去するバリ除去装置は、
（ａ）前端部および後端部を備えたトーチキャリヤ本体と、
（ｂ）該トーチキャリヤ本体の前端部でトーチキャリヤに連結されたトーチヘッドとを有し、該トーチヘッドは長手方向軸線および外周側面を備え、トーチヘッドには、
ｂ.１燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を受入れる燃料プレナムと、
ｂ.２補助酸化ガスの源から補助酸化ガスを受入れかつ搬送する補助プレナムと、
ｂ.３複数の燃料チャネルとが形成され、各燃料チャネルは外端部および内端部を備え、各燃料チャネルの内端部は燃料プレナムに流体連通しており、
ｂ.４複数のノズルポートが更に形成されており、各ノズルポートは、トーチヘッドの外周側面から内方に延びかつ内壁面を備え、かつ対応する１つの燃料チャネルに流体連通しており、
（ｃ）複数のトーチノズルを更に有し、各ノズルは、外端部と、内端部と、側面と、内端部と外端部との間でノズルを通って延びている燃料通路とを備えている構成のスロット付き金属ライナの内面からバリを除去するバリ除去装置において、
（ｄ）各ノズルはノズルポート内に保持される態様で装着されかつノズル側面とノズルポートの内壁面との間には隙間空間が形成されており、該隙間空間はノズルの外端部に近接した外端部を備え、
（ｅ）各ノズルの外端部は、トーチヘッドの外周面の近くまでまたはこれを越えて延びており、
（ｆ）各ノズルの内端部は、対応するノズルポートに関連する燃料チャネルとシーリング係合しており、各ノズルの燃料通路の外端部は燃料プレナムに流体連通しており、
（ｇ）各隙間空間は補助プレナムに流体連通しかつトーチヘッドの外周面に通じており、これにより、補助酸化ガスが補助プレナムから隙間空間内に流入して、該隙間空間の外端部から流出できる。

他の態様では、本発明はスロット付きライナの内面からバリを除去する方法であり、該方法は、
（ａ）燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を、実質的に上記と同じバリ除去装置のトーチヘッドの燃料プレナム内に導入して、混合気をトーチヘッドのトーチノズルの燃料通路内に流入させる段階と、
（ｂ）トーチノズルの燃料通路を出る混合気に点火して、トーチ炎を発生させる段階と、
（ｃ）補助酸化ガスを、トーチヘッドの補助プレナム内に導入して、トーチノズルの回りで隙間空間から流出させる段階と、
（ｄ）トーチ炎が、スロット付きライナの内面に存在する金属バリを実質的に灰化させるのに充分な温度になるように、混合気および補助酸化ガスのそれぞれの流れ圧力を調整する段階と、
（ｅ）金属バリを灰化させるべく、トーチ炎がスロット付きライナの内面に向くようにして、トーチヘッドを適当な速度でスロット付きライナに挿通する段階とを有する。

更に別の態様では、本発明はスロット付き金属ライナの内面からバリを除去する方法であり、該方法は、
（ａ）１つ以上のトーチノズルを備えたトーチヘッドを設ける段階と、
（ｂ）燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を１つ以上のトーチノズルに供給する段階と、
（ｃ）１つ以上のトーチノズルを出る混合気に点火して、１つ以上のトーチ炎を発生させる段階と、
（ｄ）各トーチ炎の直ぐ近傍に補助酸化ガスを導入して、炎の温度を、スロット付きライナの内面に存在する金属バリを実質的に灰化させるのに充分なレベルまで上昇させる段階と、
（ｅ）金属バリを灰化させるべく、トーチ炎がスロット付きライナの内面に向くようにして、トーチヘッドを適当な速度でスロット付きライナに挿通する段階とを有する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を用いてバリ除去できる、一般的な形式のスロット付きライナ１００を示すものである。図１に示すスロット付きライナ１００のスロット１０２はライナ１００の長手方向軸線に対して平行に配向されているが、スロット付きライナ１００の他の変更形態では、スロット１０２は、ライナ１００の軸線に対して横方向にまたは傾斜して配向できる。しかしながら、本発明の機能は、バリ除去されるライナ１００のスロット１０２の方向に基いたものではなくかつスロット１０２の方向によっていかなる実質的な影響を受けるものでもない。

図面に示すように、本発明のバリ除去装置１０は、前端部１４および後端部１６を備えたトーチキャリヤ本体１２を有している。トーチキャリヤ本体１２は導管１８ａ、１８ｂおよび１８ｃを収容でき、これらのそれぞれの導管は、それぞれの源からの燃焼ガス、主酸化ガスおよび補助酸化ガスを搬送する。トーチヘッド２０は長手方向軸線Ａおよび周方向側面２２を有し、トーチキャリヤ本体１２の前端部１４で該トーチキャリヤ本体１２に連結されている。トーチヘッド２０は、該ヘッド２０の周方向側面２２の回りに配置（必須ではないが、等間隔で配置するのが好ましい）された多数のガストーチノズル５０を有しており、トーチヘッド２０がスロット付きライナ１００の内部に挿通されたときに、トーチノズル５０からの炎がライナ１００の内面の方向、従って、ライナ１００のスロット１０２の近傍に存在するあらゆるバリまたは微小枝の方向を向く。

特に図５および図６に示すように、トーチヘッド２０は、燃焼ガスと主酸化ガスとからなる混合気を受入れるための燃料プレナム３０を形成するように構成されている。燃料プレナム３０は燃焼ガス導管１８ａおよび酸化ガス導管１８ｂを受入れることができる。燃焼ガスおよび酸化ガスは、燃料プレナム３０内で混合されるか、別の混合チャンバ（図示せず）内で混合され、次に燃料プレナム３０に供給されるように構成できる。
また、図６に示すように、トーチヘッド２０は補助プレナム３２を形成しており、該補助プレナム３２は、補助酸化ガス導管１８ｃに流体連通している。図６に示す特定実施形態では、補助酸化ガス導管１８ｃは、完全には示されていないが、燃料プレナム３０を通り、符号Ｘで示す箇所で補助プレナム３２内に補助酸化ガスを放出する。

トーチヘッド２０はまた、複数の燃料チャネル３４を有し、各燃料チャネル３４は、外端部３４ａと、燃料プレナム３０に流体連通している内端部とを有している。各燃料チャネル３４は、トーチヘッド２０に形成された対応ノズルポート４０に流体連通している。各ノズルポート４０はトーチヘッド２０の周方向側面２２と交差しており、かつ内壁面４２（内壁面４２は、必須ではないが、一般に円筒状である）を有している。各ノズルポート４０は、トーチノズル５０とノズルポート４０の内壁面（単一または複数）４２との間に隙間空間４４を形成するようにして、トーチノズル５０を受入れかつ保持する。各ノズル５０は、側面５２（一般に円筒状）と、内端部５０ａと、外端部５０ｂと、ノズル５０を通って内端部５０ａから外端部５０ｂまで延びている燃料通路とを有している。ノズル５０の長さは、該ノズル５０が対応ノズルポート４０内に装着されたときに、ノズル５０の外端部５０ａがトーチヘッド２０の外周面２２に近接するかこれを越えて位置するように選択される。従って、ノズル５０の内端部５０ａが対応する燃料チャネル３４とシーリング係合するようにして、ノズル５０が対応ノズルポート４０内に装着されると、混合気は、燃料プレナム３０から、燃料チャネル３４およびノズル５０の燃料通路５４内に流入し、ノズル５０の外端部５０ｂでノズル５０から出る。この時点で、混合気が点火されて、トーチ炎が形成される。

ノズル５０は、燃料プレナム３０から混合気を搬送する中央の長手方向燃料通路５４を備えた任意の適当な構造にすることができる。一実施形態では、ノズル５０は慣用の「ＭＩＧチップ」、すなわち金属−不活性ガス溶接方法で一般的に使用されている形式のワイヤ−フィーダチップである。混合気がノズル５０の燃料通路５４から出るときの混合気を加速すると、或る大きさの背圧が誘起されかつ炎速度が増大されることにより、安定した中性炎が容易に確立される。従って、本発明の装置の一実施形態では、ノズル５０の燃料通路５４は、この外端部近くが細くすなわちくびれていて、混合気がノズル５０を出るときに混合気を加速できるようになっている。

ノズル５０を対応ノズルポート４０に装着すると、ノズル５０の側面５２とノズルポート４０の内壁面（単一または複数）４２との間に隙間空間４４が形成される。この隙間空間４４は、ノズル５０の外端部５０ａに近接した外端部４５を有している。前述のように、ノズル５０は一般に円筒状断面を有し、かつノズルポート４０も一般に円筒状内壁面４２を有するため、隙間空間４４も一般に環状断面を有するのが好ましい。しかしながら、この特徴は、本発明にとって重要なものではない。重要なことは、隙間空間４４が補助プレナム３２に通じていること、すなわち補助プレナム３２に流体連通していて、補助酸化ガスが補助プレナム３２から隙間空間４４内に流入し、かつ該隙間空間４４の外端部４５から流出することである。隙間空間４４の長さに沿う他の位置での隙間空間４４の寸法的特徴に関しては、後述の理由から、隙間空間４４（すなわち、隙間空間の外端部４５）の出口幅Ｗが実質的に均一であるのが好ましい。

ノズル５０の燃料通路５４から出る混合気が点火されてトーチ炎が発生されるとき、隙間空間４４から出る補助酸化ガスが、該ガスのカーテンすなわちシュラウドを有効に形成して、トーチ炎を実質的に包囲することは容易に理解されよう。トーチ炎の近傍での補助酸化ガスのこの流れは、炎の速度、強度および温度を実質的に増大させる。前述のように、隙間空間４４の出口幅Ｗは均一で、従って、炎の回りに補助酸化の均一流および炎に対する対応均一効果を促進するのが好ましい。

ノズルポート４０は、図５に示すように、トーチノズル５０の軸線がトーチヘッド２０長手方向軸線Ａに対して直角に交差するように構成（すなわち、半径方向態様）できる。しかしながら、トーチ炎の有効性は、炎を前方に傾斜させることにより増強できる。これは、トーチヘッド２０の直前のライナ１００の部分の温度を上昇させ、従って、トーチ炎がバリおよび微小枝に直接接触するようになったときに、バリおよび微小枝に伝達されなくてはならない熱量を低減できる有益な効果を有する。また、炎を傾斜させることにより、灰化したバリおよび微小枝から生じた屑をライナ１００から吹出す補助をする、ライナ内部の前方移動圧力波が誘起される。

従って、装置の好ましい実施形態では、図３、図４ｂおよび図６に示すように、１つ以上のトーチノズル５０（および対応ノズルポート４０）が前傾しており、これにより、ノズル５０からの炎は、トーチヘッド２０の半径方向外方および前方の両方向に向けられる。前傾角度は、特定用途に適合するように選択される。一例として、図４ｂおよび図６には１５°の前傾角度が示されている。しかしながら、それぞれ３．５、４．５および５．５インチ（それぞれ、８９、１１４および１４０ｍｍ）の公称直径をもつライナに使用するトーチヘッド２０に、３０°、４５°および６０°の前傾角度を使用しても有益な結果が得られる。

トーチノズル５０をトーチヘッド２０の長手方向軸線Ａに対して半径方向形態に装着することは本質的なことではない。他の一変更形態（図示せず）では、１つ以上のノズル軸線は、トーチ炎が「かざぐるま（pinwheel）」の態様でトーチヘッド２０から出ることによって、トーチヘッド２０がライナ１００を通って移動するときに、炎に旋回効果を生じさせるように、軸線Ａに対して傾斜して配向される。この変更形態の一態様では、１つ以上のノズル５０を、軸線Ａに対して前傾（forward cant）並びに斜傾(oblique orientation)させる。

燃焼ガスは、適当な発熱特性を有する燃焼可能な任意のガスを使用でき、一例としてアセチレンがある。しかしながら、ＭＡＰＰ（すなわち、メチルアセチレン−プロパジエン）ガスと酸素との混合気を使用するときに、特に有益な結果が観察されている。アセチレンはＭＡＰＰガス炎より高い炎温度を発生するが、ＭＡＰＰガス炎はアセチレン炎よりも安定している。プロパンまたは天然ガス（これらも適度に安定した炎を形成する）も使用できるが、これらのガスの熱価はＭＡＰＰガスの熱価より低く、バリ除去速度を最適化するには、ＭＡＰＰガスの方が好ましい。実質的に中性の燃焼炎を発生させるには、混合気は、実質的に化学量論的に平衡していることが好ましい。
補助酸化ガスは、空気を使用できる。しかしながら、補助酸化ガスとして実質的に純粋な酸素を使用すれば、特に有益な結果が達成される。

前述のように、適当数のノズル５０を備えた本発明によるトーチヘッド２０が適当な移動速度でスロット付きライナ１００に挿通されると、炎強度は、母材に過度の温度上昇を生じさせることなく、ライナ１００の内部から高割合のバリおよび微小枝を灰化させるのに充分なものとなることが判明している。適当なトーチヘッドの移動速度は、ライナの直径および壁厚、混合気成分および保持酸素の供給圧力、トーチヘッド２０のノズル５０の数、およびノズル出口とライナ１００の内面との距離等の種々のファクタに基づいて定められる。

１つの代表的な例として、補助酸素が約５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）で供給されかつノズル出口とライナ１００の円筒状内面１０４との間の半径方向距離が約０．５インチ（１３ｍｍ）であるとき、約２０ポンド（１３８キロパスカル）／平方インチで供給されるＭＡＰＰ混合気を燃焼させる４８個の半径方向に配置されたノズル５０を備えたトーチヘッド２０を用いて、直径公称７インチのスチールライナ（すなわち、７．７５インチ（１９７ｍｍ）の外径および６．３５インチ（１６１ｍｍ）の内径）のバリ除去を行うには、１分間当り４．０〜４．５フィート（１．２〜１．４ｍ）の範囲内の移動速度が有効であることが判明している。

本発明の装置１０は、混合気および酸化ガスの流れ圧力を調整するための、それぞれ、混合気制御手段および補助酸化ガス制御手段を有するのが好ましい。当業者ならば、流れガスの圧力を制御すなわち調整するための種々の既知の手段は、混合気制御手段および補助酸化ガス制御手段として容易に適合させることができることは容易に理解されよう。

好ましい実施形態では、トーチヘッド２０に炎シールド７０を設けることができる。炎シールド７０は、ノズル５０の後方に取付けられたカラーまたはフランジの形態で設けることができ、トーチヘッド２０から半径方向外方に延びているが、トーチヘッド２０がライナ１００を通ることを妨げないように、ライナ１００の内面１０４より僅かに小さい寸法を有している。炎シールド７０は２つの主な機能を有している。第一の機能は、トーチヘッド２０が既に通過したライナ１００の部分を炎から遮蔽（シールド）して、ライナ１００の母材の温度上昇を更に小さくすることにある。炎シールド７０の第二機能すなわち効果は、炎が既に炎に曝された領域に戻る方向に向くことを防止することにより、トーチ炎をノズル５０に直ぐ隣接する領域内に集中させ、ライナ１００の内部に存在するバリへの熱伝達を最適化することにある。

好ましい実施形態では、本発明の装置１０は、心出し手段６０を有している。この心出し手段６０は、トーチヘッド２０の長手方向軸線Ａと、装置の使用時にトーチヘッド２０が通るライナ１００の軸線とを実質的に一致させて、全てのノズル５０を、ライナ１００の内面１０４からほぼ等距離に位置させ、ノズル５０からライナ１００および該ライナ１００の内面１０４またはこの近くに位置する全てのバリまたは微小枝に実質的に均一の熱伝達が行えるようにするためのものである。特に図４ａおよび図４ｂに示すように、心出し手段６０は、トーチキャリヤ本体１２の回りで半径方向に配置された複数の摺接バー６２を有している。各摺接バー６２は、トーチキャリヤ本体１２に枢着されたブラケット６４に取付けられており、各ブラケット６４は、摺接バー６２を半径方向外方に押圧して、トーチヘッド２０がライナ１００を通るときにライナ１００の内面１０４に当接させる押圧手段（例えばスプリング）を有している。当業者ならば、他の有効な心出し手段を考えることは容易であろう。例えば、摺接バーには、ライナ１００の内面１０４に当接して転がるローラを設けることができ、或いは該ローラで置換することもできる。

ライナ１００を過度の温度上昇から保護しなければならないことは上述の通りであるが、金属学的変化または他の好ましくない効果を防止するには、トーチヘッド２０の温度も許容範囲内に維持すべきである。従って、好ましい実施形態では、本発明の装置は、トーチヘッド冷却手段を有している。トーチヘッド２０は空気のようなガス状クーラントを用いて有効に冷却されるが、好ましい実施形態では、トーチヘッド２０は、水冷型自動車エンジンのクーラント循環チャンバの原理と同様に、トーチヘッド２０内に形成された１つ以上のクーラント循環チャンバ２４を通して液体クーラント（水またはエチレングリコールを使用できる）を循環させることにより冷却される。本発明の好ましい実施形態のクーラント循環チャンバ２４は、当業界で良く知られた原理および方法に従って、任意の便利な態様で、トーチヘッド２０内に配置されかつ構成される。

好ましい実施形態では、トーチヘッド２０は、少なくとも一部がスチールから作られる。他の実施形態では、トーチヘッド２０は、少なくとも一部が、好ましくない金属学的効果または他の効果を生じさせることなく高温に耐えることができ、従って、トーチヘッド冷却手段に及ぼす冷却負荷を低減させまたはトーチヘッド冷却手段に対する要望を低減させることができる金属（例えばチタン）で作ることができる。

トーチヘッド２０は、ボルトその他の適当な手段で連続的に組立てられる多数のセクションで作ることができる。トーチヘッド２０を製造しかつ組立てるこの方法の一例が図４ｂに示されているが、他の構成も可能である。トーチヘッド２０の個々のセクションは、中実材料から機械加工するか、或いは必要な構造的特徴をもつ態様に機械加工できるキャスティングとして作ることができる。キャスティング方法を使用すれば、トーチヘッド２０の全体を単一キャスティングとして形成し、必要に応じて機械加工することもできる。

本発明の装置および方法の好ましい実施形態では、トーチヘッド２０は、バリ除去すべきライナ１００を通って移動される。しかしながら、他の実施形態では、静止トーチヘッド２０上で、ライナ１００を移動させることもできる。当業者ならば、ライナ１００を通してトーチヘッド２０を移動させる適当な駆動手段または静止トーチヘッド２０上でライナ１００を移動させる駆動手段を容易に考えることができよう。駆動手段には、ライナ１００の実質的に全長に亘ってトーチヘッド２０をライナ１００内に挿入できるようにするため、トーチキャリヤ本体１２の後端部１６に取付けられまたはトーチキャリヤ本体１２と一体の延長部材を設けることができる。本発明の装置の一実施形態では、駆動手段として、トーチヘッド２０をライナ１００内に挿入しかつ該ライナから引出すための、流体モータに連結されるプルロッド／ケーブル組立体を使用できる。本発明から逸脱することなく、駆動手段として、他の形式のモータおよびコンポーネンツを使用することもできる。

駆動手段には、トーチヘッド２０がライナ１００を通って移動する速度を調節トーチヘッド速度制御手段を設けるのが好ましい。当業者ならば理解されようが、既知の技術を使用しまたは適用することにより、適当な速度制御手段を容易に設けることができる。一例として、駆動手段の一コンポーネントとして可変速モータを使用することによりトーチヘッド速度制御を行うことができる。

トーチ炎に曝されるゾーンの近傍のライナ１００の外表面の温度は、所与のトーチヘッド速度でバリおよび微小枝を除去する炎の有効性（すなわち、バリおよび微小枝が、これらの除去のために充分な時間、炎にされされたか否か）を表す優れたインジケータとして機能する。例えば、試験された１つの組立体では、約２５０°Ｆ（１２１℃）のライナ測定温度は、トーチヘッド速度が速過ぎて、バリ除去が最も有効であるよりは少ないことを表示した。スケールの他端部では、約３５０°Ｆ（１７７℃）のライナ測定温度は、トーチヘッド速度が高過ぎることを表示した。炎の有効性をモニタリングしかつトーチヘッド速度を調整することを目的としたこれらの概算温度限度は、トーチノズルの数、ライナ寸法およびトーチ炎特性を含む種々のファクタに基いて異なるものとなる。

上記観察に鑑みて、本発明の装置の好ましい実施形態は、トーチノズル５０がライナ１００を通るときに、ノズル５０の近傍におけるライナ１００の母材の温度をモニタリングする手段を有している。特に好ましい実施形態では、温度モニタリング手段は、適当な既知の制御技術を用いて駆動手段に接続され、トーチヘッド移動速度が、母材温度の検出した変化に応答して自動的に調整されるように構成されている。温度モニタリング手段は、上記トーチ炎有効性の表示を行うと共に、母材温度が、好ましくない効果が生じる虞れのある選択最高温度に接近しまたはこれを超える場合には、装置のオペレータに警告する点でも有利である。また、この場合には、適当な矯正的または防護的段階が開始される。

トーチヘッド２０がスロット付きライナ１００を通って適当な速度で移動するとき、ライナ１００の母材は、好ましくない金属学的効果または他の効果を引起こすのに充分なほど高い温度まで上昇させるべきではない。しかしながら、母材温度は、ライナ１００の低位置よりもライナのクラウンの位置の方が高くなる傾向を有し、このため、ライナ１００が冷えるときに、ライナが長手方向に曲る結果を招くことが観察されている。この好ましくない状態を緩和しまたは防止するため、本発明の方法の好ましい実施形態は、トーチヘッド２０に対してライナを回転させて、ライナ１００の外周面の回りで母材の均一な温度上昇を促進させる付加段階を有している。この結果、ライナ１００はより均一に冷却し、従って長手方向歪みが生じる傾向が低減される。当業者には、ライナ１００を回転させる適当な手段は明白であり、例えば、ライナ１００を抱きかかえるための適当な形状をもつローラであって、１つ以上のローラがライナ１００を回転させる駆動ローラとして構成されるものがあるが、これに限定されるものではない。

当業者ならば、本発明の本質的概念から逸脱することなく、本発明の種々の変更を考えることは容易であろうが、このような全ての変更は特許請求の範囲に包含されるものである。
本明細書において、用語「有する（comprising）」とは、特記しないアイテムを排除するものではないことを意味する非限定的な態様で使用されるものである。また、不定冠詞「ａ」は、それが使用された状況が、１つのみの要素であることを明記するものでない限り、２つ以上の要素が存在する可能性を排除するものではない。

オイル坑井またはガス坑井に使用される一般的なスロット付きライナを示す斜視図である。 本発明の装置の第一実施形態によるトーチヘッドおよびトーチキャリヤ本体を示す斜視図である。 本発明の装置の第二実施形態によるトーチヘッドおよびトーチキャリヤ本体を示す側断面図である。 本発明の装置の第一実施形態のトーチヘッド、炎シールドおよび心出し手段を示す斜視図である。 図４ａに示したトーチヘッド、炎シールドおよび心出し手段を示す斜視断面図である。 トーチノズルがトーチヘッドの軸線に対して実質的に垂直に配向されている本発明の一実施形態によるトーチヘッドを示す断面図である。 トーチノズルが前傾配向されている本発明の一実施形態によるトーチヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１０ バリ除去装置
１８ａ 燃焼ガス導管
１８ｂ 主酸化ガス導管
１８ｃ 補助酸化ガス導管
２０ トーチヘッド
２４ クーラント循環チャンバ
３０ 燃料プレナム
３４ 燃料チャネル
４０ ノズルポート
４４ 隙間空間
５０ トーチノズル
６２ 摺接バー
７０ 炎シールド
１００ スロット付きライナ
１０２ スロット

Claims (15)

1. （ａ）前端部および後端部を備えたトーチキャリヤ本体と、
   （ｂ）該トーチキャリヤ本体の前端部でトーチキャリヤに連結されたトーチヘッドとを有し、該トーチヘッドは長手方向軸線および外周側面を備え、トーチヘッドには、
   ｂ.１燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を受入れる燃料プレナムと、
   ｂ.２補助酸化ガスの源から補助酸化ガスを受入れかつ搬送する補助プレナムと、
   ｂ.３複数の燃料チャネルとが形成され、各燃料チャネルは外端部および内端部を備え、各燃料チャネルの内端部は燃料プレナムに流体連通しており、
   ｂ.４複数のノズルポートが更に形成されており、各ノズルポートは、トーチヘッドの外周側面から内方に延びかつ内壁面を備え、かつ対応する１つの燃料チャネルに流体連通しており、
   （ｃ）複数のトーチノズルを更に有し、各ノズルは、外端部と、内端部と、側面と、内端部と外端部との間でノズルを通って延びている燃料通路とを備えている構成のスロット付き金属ライナの内面からバリを除去するバリ除去装置において、
   （ｄ）各ノズルはノズルポート内に保持される態様で装着されかつノズル側面とノズルポートの内壁面との間には隙間空間が形成されており、該隙間空間はノズルの外端部に近接した外端部を備え、
   （ｅ）各ノズルの外端部は、トーチヘッドの外周面の近くまでまたはこれを越えて延びており、
   （ｆ）各ノズルの内端部は、対応するノズルポートに関連する燃料チャネルとシーリング係合しており、各ノズルの燃料通路の外端部は燃料プレナムに流体連通しており、
   （ｇ）各隙間空間は補助プレナムに流体連通しかつトーチヘッドの外周面に通じており、これにより、補助酸化ガスが補助プレナムから隙間空間内に流入して、該隙間空間の外端部から流出できることを特徴とするバリ除去装置。
2. 前記トーチヘッドの長手方向軸線とスロット付きライナの長手方向軸線とを整合させる心出し手段を更に有することを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
3. 前記心出し手段はトーチキャリヤ本体の周囲に配置された複数の摺接バーを備え、各摺接バーは、トーチキャリヤ本体にヒンジ連結されたブラケットに回転可能に取付けられており、各ブラケットは、関連する摺接バーをトーチキャリヤ本体の半径方向外方に押圧する押圧手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のバリ除去装置。
4. 前記ノズルの後方の炎シールドを更に有することを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
5. トーチヘッド冷却手段を更に有することを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
6. 少なくとも１つのトーチノズルが、トーチヘッドの長手方向軸線に対して実質的に垂直に配向されていることを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
7. 少なくとも１つのノズルが、トーチヘッドの前端部に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
8. 少なくとも１つのトーチがトーチヘッドの長手方向軸線に対して斜傾して配向されていることを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
9. 前記少なくとも１つのノズルの燃料通路が、該燃料通路から出る混合気を加速させるくびれ部を有していることを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
10. 前記スロット付きライナに対してトーチヘッドを移動させる駆動手段と、前記スロット付きライナに対するトーチヘッドの移動速度を制御するためのトーチヘッド速度制御手段とを更に有することを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
11. 前記ノズルの近傍のスロット付きライナの温度をモニタリングするための温度モニタリング手段を更に有することを特徴とする請求項１記載のバリ除去装置。
12. 前記ノズルの近傍のスロット付きライナの温度をモニタリングするための温度モニタリング手段を更に有し、前記トーチヘッド速度制御手段は、前記温度モニタリング手段により測定したライナの温度変化に従ってトーチヘッド測定を調節できることを特徴とする請求項１０記載のバリ除去装置。
13. （ａ）１つ以上のトーチノズルを備えたトーチヘッドを設ける段階と、
    （ｂ）燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を１つ以上のトーチノズルに供給する段階と、
    （ｃ）１つ以上のトーチノズルを出る混合気に点火して、１つ以上のトーチ炎を発生させる段階と、
    （ｄ）各トーチ炎の直ぐ近傍に補助酸化ガスを導入して、炎の温度を、スロット付きライナの内面に存在する金属バリを実質的に灰化させるのに充分なレベルまで上昇させる段階と、
    （ｅ）金属バリを灰化させるべく、トーチ炎がスロット付きライナの内面に向くようにして、トーチヘッドに対してライナを回転させながら、トーチヘッドを適当な速度でスロット付きライナに挿通する段階とを有することを特徴とする、スロット付き金属ライナの内面からバリを除去する方法。
14. （ａ）燃焼ガスおよび主酸化ガスからなる混合気を、請求項１に記載のバリ除去装置のトーチヘッドの燃料プレナム内に導入して、混合気をトーチヘッドのトーチノズルの燃料通路内に流入させる段階と、
    （ｂ）トーチノズルの燃料通路を出る混合気に点火して、トーチ炎を発生させる段階と、
    （ｃ）補助酸化ガスを、トーチヘッドの補助プレナム内に導入して、トーチノズルの回りで隙間空間から流出させる段階と、
    （ｄ）トーチ炎が、スロット付きライナの内面に存在する金属バリを実質的に灰化させるのに充分な温度になるように、混合気および補助酸化ガスのそれぞれの流れ圧力を調整する段階と、
    （ｅ）金属バリを灰化させるべく、トーチ炎がスロット付きライナの内面に向くようにして、トーチヘッドを適当な速度でスロット付きライナに挿通する段階とを有することを特徴とする、スロット付き金属ライナの内面からバリを除去する方法。
15. 前記トーチヘッドに対してライナを回転させる段階を更に有することを特徴とする請求項１４記載のバリ除去方法。

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