JP5403626B2 - ドリルストリング - Google Patents
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Description
本発明は、一般的にドリルステムねじ継手に関する。詳細には、本発明はツールジョイントとその結果得られるドリルストリングに関するもので、ツールジョイントが地表からドリルビットまでドリルパイプの部分とドリルステムの他の要素とを一体に接続する。さらに詳細には、本発明は高トルク回転掘削用の内部および外部の締付けショルダーを有するツールジョイントに関する。
石油・ガス用のような深い井戸は、ドリルステムにより回転する回転ドリルビットにより掘削され、ドリルステムは、ボトムホールアセンブリ、ドリルパイプのストリング、ケリーあるいは頂部駆動装置、および回転するパイプストリングからドリルビットまでの全関連機器により構成される。ドリルパイプストリングは、それぞれ約9m(30フィート)の長さの個々の部材で組み立てられる。ドリルパイプ部材は、ツールジョイントと呼ばれ、典型的には約46cm(1.5フィート)の長さのねじ継ぎ手で固定される。ツールジョイントは掘削中に受ける通常のトルクに耐え、またドリルパイプ下方へ送り込まれる掘削液がツールジョイントから漏れるのを防止するようなシールを提供しなければならない。ツールジョイントからの漏洩は、掘削液の磨耗性のために磨耗を引き起こし、早期の破損に至ることもある。
本発明の主たる目的は、ドリルステム継手を提供することにあり、具体的には降伏トルク特性が強化されたドリルパイプツールジョイントに関するものである。
上記の目的は、本発明の他の特徴や利点と共に、二重ショルダーツールジョイントに組み入れられるが、その二重ショルダーツールジョイントは、ボックス部の座ぐり部あるいはピン基部の小さい方の断面積の少なくとも50%の大きさであるピン突出部の断面積を有し、また、おおよそ0.0833mm/mm(1.0インチ/フィート)と0.1mm/mm(1.2インチ/フィート)の間の範囲、好ましくは0.0938mm/mm(1.125インチ/フィート)のテーパが付けられたねじ部を有する。好ましいテーパは、挿入し始めから締め終わりまでの回転数が、通常APIツールジョイントの回転数以上となる0.0833mm/mm(1.0インチ/フィート)を下限とする程度でよい。0.1mm/mm(1.2インチ/フィート)の上限は、それを超えると、ツールジョイントの降伏トルクが、同等のサイズの従来のAPI継手の捩りの降伏強さの約150%を下回るよう、著しく減少する限界である。好ましいテーパは、0.0938mm/mm(1−1/8インチ/フィート)程度である。ピン突出部の断面が上記した大きさであると、トルクの増大と同程度の割合で大きくなる第1ショルダー部および第2ショルダー部の応力が継手に作用するように、ピン突出部の長さは、座ぐり部の長さの1.0から1.5倍程度とされる。
[参照番号] [説明]
POD パイプ外径
PID パイプ内径
C/L 接続したパイプとツールジョイントの中心線
PUID パイプアプセット溶接部内径
TJID1 ツールジョイントの溶接端でのツールジョイント内径
TJID2 ツールジョイントの中間部分でのツールジョイント内径
TJOD ツールジョイント外径
LTJ ツールジョイントの長さ
2 下方ドリルパイプ
2’ 上方ドリルパイプ
3 下方ドリルパイプのアプセット部分
3’ 上方ドリルパイプのアプセット部分
4 ツールジョイント
6 下方溶接部
6’ 上方溶接部
10 ピン部
12 ボックス部
14 ボックス部の座ぐり部
16 ピン基部
18 テーパ付きピン部の雄ねじ
20 テーパ付きボックス部の雌ねじ
22 ピン突出部
24 ボックス部の内部ショルダー
26 ピン部の面すなわち円形リム
28 ボックス部の外部ショルダーすなわちボックス部の面あるいは円形リム
30 ピン部の外部ショルダー
32 ねじのピッチ線
34 ねじの挿入側フランク
36 ねじの圧力側フランクすなわち荷重側フランク
ΘS 挿入側フランク角
ΘP 圧力側フランク角すなわち荷重側フランク角
LPN ピン突出部の長さ
LBC ボックス部の座ぐり部の長さ
LTH はめ合いねじ長さ
PS 第1のショルダーおよびシール
SS 第2のショルダー
CSBC ボックス部の座ぐり部の断面積
CSPB ピン基部の断面積
CSPN ピン突出部の断面積
40 ねじ谷底
42 ねじ山の頂
44 荷重側フランクから山の頂への遷移形状
46 山の頂から挿入側フランクへの遷移形状
48 ねじ形状のとがり三角形
H とがり三角形の高さ
h ねじ山の高さ
DMJ/2 雄ねじの外半径(1/2)
Dp/2 有効半径(1/2)
dMI/2 雄ねじの谷の半径(1/2)
E 谷底形状の楕円
EMI 楕円の短径
EMJ 楕円の長径
Tth ねじ部のテーパ
TC 山の頂のテーパ
図1に、本発明によるツールジョイント4を用いて接続された下方ドリルパイプ2と上方ドリルパイプ2’とを図示する。下方ドリルパイプ2と上方ドリルパイプ2’はアプセット部分3、3’を有し、アプセット部分3、3’はツールジョイント4の端部へ向けてドリルパイプの先端に溶接部6、6’用に厚い肉厚を有する。パイプのアプセット部3、3’の外径は、PODとして示され、パイプ内径は、その762mm(30インチ)の長さのほぼ全長について、PIDとして示される。アプセット部分におけるパイプ3、3’の端部の内径はPUIDで示され、ツールジョイントの溶接端の内径TJIDにほぼ一致する。ツールジョイントの外径TJODはツールジョイントの長さLTJにわたって実質的に一定であるが、ツールジョイントの内径は、そのジョイントの溶接端におけるTJID1から、ピン10およびボックス12のねじ部付近の部分におけるTJID2に狭まる。本発明によれば、ツールジョイント4のねじ部分の肉厚を厚くするために、TJID2はTJID1より直径で3.175mm(1/8インチ)(あるいはそれより多く)小さくてもよい。ツールジョイントの内径を過度に減少すると掘削操作中の許容流体流速を低下させるが、短い長さでの3.175mm(1/8インチ)あるいは6.35mm(1/4インチ)の僅かな減少は、そのジョイントのトルク強度を大幅に増大するものの、許される程度のものであることが知られている。TJID2が適用されるツールジョイントの長さは、ツールジョイント全長の約2/3を超えないことが好ましい。
図2および図3は、図1の継手のボックス部のねじ部20とピン部のねじ部18のねじ形状を図示する。ねじ形状は、APIねじで一般的な値である、山数4以下であることが好ましい。さらに、特に図3に図示するように、ねじ部は、ねじを画定するとがり三角形の高さの約2分の1である、雄ねじの外半径DMJ/2と雄ねじの谷の半径dMI/2の間で測られた山の高さを有する。この組み合わせにより、第1ショルダー部と第2ショルダー部のより大きな臨界的部位を可能とし、最終的にジョイントの許容トルクをさらに増大する。さらに、雌ねじ部20と雄ねじ部18は、とがり三角形48となす角ΘSが約35°〜約42°である挿入側フランク34と、約25°〜約34°間の荷重側フランク角ΘPを有する。好ましくは、挿入側フランク角ΘSは約40°であり、荷重側フランク角は約30°である。
Claims (1)
- 第1ドリルパイプ(2)のアプセット部分(3)に溶接された(6)ねじ付きボックス部のツールジョイント(12)を有する第1ドリルパイプ(2)と、第2ドリルパイプ(2’)のアプセット部分(3’)に溶接された(6)ねじ付きピンツールジョイント(10)を有する第2ドリルパイプ(2’)であって、ねじ付きピンツールジョイント(10)は前記ボックス部のツールジョイント(12)にねじ締めにより接続される第2ドリルパイプ(2’)とを備え;
前記第1ドリルパイプおよび第2ドリルパイプ(2、2’)は、パイプ外径(POD)およびパイプ内径(PID)と、パイプアプセット溶接部内径(PUID)とを特徴とし、
前記ピンツールジョイント(10)と前記ボックスツールジョイント(12)は、ツールジョイントの外径(TJOD)と、それぞれの溶接端での第1ツールジョイントの内径(TJID1)と、ボックス部のねじ部とピン部のねじ部に近接した領域でのツールジョイントの内径(TJID2)とを特徴とし、
前記ツールジョイントの外径(TJOD)は前記パイプ外径(POD)より大きく、
前記パイプアプセット溶接部内径(PUID)は前記パイプ内径(PID)より小さく、
前記パイプアプセット溶接部内径(PUID)はツールジョイント内径(TJID2)より大きく、
前記第1ツールジョイント内径(TJID1)は実質的に前記パイプアプセット溶接部内径(PUID)と等しくて前記ツールジョイント内径(TJID2)は前記第1ツールジョイント内径(TJID1)より小さく、前記ピン部とねじ部に近接した前記ツールジョイントの肉厚は、前記継手のトルク強度を向上するために厚くされ;
ツールジョイント内径(TJID2)を特徴とするツールジョイントの長さはツールジョイントの全長(LTJ)の3分の2より大きくはない;
ドリルストリング。
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2010
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