JPH0449639B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ ロータリー式掘削具のドリルストリングの一
部として連結するのに適したドリルストリング部
材１０において、 ピン部１６とボツクス部１４とを含む管状ジヨ
イントを有し、前記のピン部１６およびボツクス
部１４は、前記のドリルストリング部材１０を順
次連結する際にねじ結合によつて結合できるよう
に構成され、 該ピン部１６は、その隣のドリルストリング部
材１０のボツクス部の末端と接触する肩部を有
し、該肩部は、前記連結部に印加される捩り荷重
を担持させるのに適したものであり、 前記のドリルストリング部材１０の前記のピン
部１６は、該部材の使用時にその上端に位置する
ように設けられ、 前記の肩部の下側に採揚用首部２０，２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃが設けられ、そして、 前記ピン部１６に接続される前記ボツクス部１
４の外部直径は、前記の採揚用首部２０，２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの外部直径より大であること
を特徴とするドリルストリング部材。

発明の背景 発明の技術分野 本発明は掘削具用部材として使用されるドリル
ストリング部材に関するものである。一層具体的
にいえば本発明は、石油、ガスおよび水の採取、
および鉱業分野で使用される掘削具のドリルスト
リング部材、特に、採揚性（fishability）の維持
のためにピン部の末端部に採揚用首部（neck）
を設けたストリング部材に関する。ピンアツプ型
装置のドリルストリング部材に採揚性首部を設け
ることによつてドリルストリングの曲げ強度化
（BSR）が高まり、かつ、寸法的に一層大形かつ
強力な連結部が使用できるようになる。

従来技術の記述 掘削に使用されるドリルカラーの連結部の破損
の多くは、ねじり応力よりもむしろ曲げ応力が原
因となつて起こるものである。米国石油協会は
BSRを次式によつて定義してる。

BSR＝D⁴−b⁴／Ｄ／R⁴−d⁴／Ｒ 上式中の各記号は次の意味を表す。

BSR＝曲げ強度、 Ｄ＝ピン部およびボツクス部の外径、 ｄ＝孔の内径、 ｂ＝ピン部の末端部におけるボツクス部のねじ係
合部の谷径、 Ｒ＝ピン部の肩部から3/4インチ離れた場所にお
けるピン部のねじ係合部の谷径。

一般にBSR＝250：１の連結具が平均平衡連結
具として使用されている。しかしながら、掘削条
件に応じて、該比の値は3.20：１ないし1.90：１
の範囲内で種々変化し得る。ボツクス部の外径は
ピン部の内径よりも一層速く摩耗するから、これ
に伴つて曲げ強度比が低下するであろう。摩耗速
度に上記の不均衡が生じる理由について述べる
と、掘削具の外側は摩耗性を有する地層の掘りか
すを含む掘削用流体によつて浸蝕され、さらにま
た、掘削孔の側壁部とこすれあうからである。こ
れに比べて、ピン部の内径の増大は非常に徐々に
起こる。なぜならば、比較的きれいな掘削用流体
がポンプ駆動によつて孔を通過するからである。

曲げ強度比が2.00：１より下の値に低下した場
合には、連結部の故障が起るおそれがある。この
故障の例には、ボツクス部の膨潤、ボツクス部の
分解、ボツクス部の疲労による亀裂があげられ、
この亀裂は最後のねじ係合部に起り易い。

曲げ強度比は、器具の部材の本体部の外径や内
径に左右されず、ボツクス部およびピン部のそれ
ぞれの寸法またはこれらの部材の連結部の末端の
寸法のみに左右されるものであることに注目され
たい。

普通の掘削具のストリング部材は、該部材のピ
ン部の末端を下にし、ボツクス部の末端を上にし
て孔の中を下降させる。種々の原因でストリング
部材が孔の中の或場所で係止されてしまつて動か
なくなることがある。この場合には一般に次の操
作が行われる。すなわち、掘削操作を停止し、孔
の中に係止したストリング部材（たとえばパイ
プ）の第１の部分の上方の場所で該ストリング部
材を切り離す。次いで、採揚用のオーバーシヨツ
ト捕捉具（grapple）を用いてこれを採揚物（す
なわち孔内に残留した部材）の周囲を滑動させて
採揚物を捕捉し、次いでこれを引上げるのであ
る。この場合に使用される捕捉具は一般にうずま
き型またはバスケツト型の捕捉具であり、“チヤ
イニーズフインガー”（chinese fingers）に似た
態様で作動する。捕捉具は内側にウイツカー
（wickers）を有し、外側はテーパー状になつて
いる。採揚具のボウル（bowl）の中で捕捉具を
ひろげて（すなわち、テーパー状のうずまきの形
に大体似た形をひろげて）、採揚物をその中に入
れる。採揚物を捕捉し引上げる場合には、ボウル
のテーパー部によつて捕捉具をすぼめ歯部と係合
させる。この係合は、引上げのときの引張操作の
ときに一層強くなる。採揚用オーバーシヨツト捕
捉具の係合解除は、ジヤリングダウン（jarring
down）操作によつて実施でき、これによつて、
捕捉具のテーパー部をボウルのテーパー部から離
脱できる。次いでオーバシヨツト部を引張りなが
ら、ゆつくり右に回転させることによつて、所定
の解放操作が完了する。

採揚具の引張操作によつては採揚物が引き上げ
られないときは、係止個所のウオツシユオーバー
（washover）操作が必要となる場合が多い。ウオ
ツシユオーバー操作は次のごとく行われる。採揚
物の直径よりも少し大きい内径を有しそして地中
の孔の直径よりも小さい外径を有するフラツシユ
ジヨイントケーシングを複数本連結して孔内に入
れる。次いでウオツシユオーバーパイプを孔の中
のドリルパイプの上に配置して採揚物を研削し、
地層の掘りかす採揚物から除去し、そして洗浄し
て、採揚物を“遊離状態”にする。採揚物は基後
に、既述の方法によつて採揚用オーバーシヨツト
捕捉具を用いて回収できる。

前記のごとく、ボツクス部の外径が減少すると
BSRが低下する。大きい孔の掘削の場合には、
大形パイプ連結用の大きい末端部外径を有するド
リルストリング部材が使用でき、これに伴い、
BSRの値も大であり、前記の採揚方法が実施で
きる。しかしながら、孔の寸法が小である場合に
は、許容誤差の範囲が一層狭く、低BSRのドリ
ルストリング部材を用いて操作を行うことが必要
であつた。通常の摩耗または採揚用マニピユレー
シヨン操作によつて、部材のBSRが許容値以下
に下がると予想されるが、これは、“限界BSR値
の維持の問題”と共に重大な問題である。たとえ
ば、孔の寸法が約6″I.D.程度であれば、寸法４−
３／4″O.D.のドリルカラーおよびそれに対応する
寸法２ 1/4″I.D.のドリルストリング部材が一般
に使用されるが、その新品のときのBSRは僅か
に1.85：１である。これは既に、実際の場合の好
適値より低い値である。

下記のごとく、ピン部の内径の増加と共に
BSRが増加し、そしてボツクス部の外径の減少
と共にBSRは著しく低下する。

【表】 したがつて、本発明の目的の１つは、小形のド
リルカラーとして使用される公知のドリルストリ
ング用管状構造体（生産物）の場合よりも一層高
いBSRを有し、かつ、BSRの臨界的低下を伴う
ことなく採揚操作を行い得る改良されたドリルス
トリング用管状構造体を提供することである。本
発明の別の目的は、充分に高いBSR値を有しそ
して一層大きくかつ強い前記連結部、たとえば
NC40／4″F.H.、５ 1/2″O.D.x ２ 1/2″I.D.、
BSR2.30：１でありそしてねじり強度30％増大と
いう高強度の連絡部を提供することである。

発明の構成 比較的小寸法の孔を掘る場合には、従来の技術
では低BSRの小さいドリルストリング部材を用
いて掘削操作を行うことが必要であつたが、本発
明に従えば、このような条件下においてもドリル
ストリングの連結部において高いBSRを維持で
きるドリルストリング部材が提供される。用語
“ドリルカラー”および“ドリルパイプ”は、管
状体から構成されるドリルストリング中に包含さ
れる或長さの部材またはジヨイント部材を意味す
る一般的用語である。通常の場合により重い種々
の種類の特別なドリルカラーおよびドリルパイプ
があり、そしてこれらは特殊な手段（たとえばカ
ツター）を包含する。普通の長さのドリルパイプ
および特殊な長さのドリルパイプはすべて、ドリ
ルカラーおよびドリルパイプなる一般的名称で示
すことにする。このような種々の長さのパイプは
また或場合には“ロータリーサブ（subs）”とも
称される。本明細書に開示された新規ドリルスト
リング部材は、ピン端アツプ型（すなわちピン端
を上部に有する）ドリルストリング中に配置され
得るように構成される。この部材の本体部はその
一端においてボツクス部と接し、他の末端部にお
いてピン部と接する。ドリルカラーの場合には、
ボツクス部の外径は本体部の外径と等しいかまた
は本体部の外径よりも大きい。ドリルパイプの場
合には、ボツクス部は本体部よりも大なる外径を
有する。ピン部は本体部よりも大なる外径を有す
るが、ピン部の外径はボツクス部の外径よりも小
である。ピン部は、ピンの近辺にいわゆる“採揚
用首部（fishing neck）”を有し、しかしてこの
用語は、その外径がボツクス部の外径よりも小で
あることを示す用語である。

図面に関する簡単な記述 本発明の目的、構成および効果に関して簡単に
総括的に記載された前記の説明は、本発明の具体
例について添付図面の参照下に詳細に記載された
下記の説明によつて一層よく理解されるであろ
う。図面は本特許出願の一部を構成するものであ
る。しかしながら、添付図面は本発明の好ましい
若干の具体例を図示したものにすぎず、本発明の
範囲は決して図面に記載の範囲内のみに限定され
るものではないことが理解されるべきである。な
ぜならば、本発明は他の均等な種々の態様で実施
できるものであるからである。

各図面の説明 第１図は、本発明に係る相互に連結された一連
のドリルカラーの好ましい具体例の縦断面図であ
る。

第１Ａ図は、本発明に係るドリルカラーの別の
具体例の縦断面図である。

第１Ｂ図は、本発明に係るドリルパイプの好ま
しい具体例の縦断面図である。

第１Ｃ図は、本発明に係るスタビライザーの具
体例の縦断面図である。

好ましい具体例の記述 添付図面特に第１図の参照下に、本発明に係る
ドリルカラーを用いた掘削用ストリングの一例に
ついて説明する。一般にドリルカラー１０は３つ
の部分からなり、すなわち、ドリルカラー１０の
全長の大部分を占める本体部１２と、ボツクス部
１４と、ピン端１６を有するピン部とからなる。
ボツクス部１４はドリルカラーの連結部の雌ねじ
部を構成し、ピン部は連結部の雄ねじ部を構成す
る。図面から容易に判るように、ピン部は孔１８
の中で上方に向いている。

ピン端１６の下側に、採揚用首部２０が存在す
る。首部２０の下側は本体部１２である。ピン部
の肩部のベベル外径２２は、ドリルカラー１０の
連結部にかかるねじり負荷を充分に担持し得る値
であるべきである。この肩部の幅の寸法は、ベベ
ル外径がたとえば４−37／64″、４−49／64″また
は４−61／64″になるように最初に機械加工によ
つて調整されるが、上記外径の値はボツクス部の
寸法４−３／4″O.D.、5″O.D.または５−１／4″O.
D.にそれぞれ対応する値である。肩部の幅が適
切に保持される限り、ピン部の強度は、その外径
の変化に伴つて変化することはない。

寸法について述べれば、ボツクス部およびピン
部の両者の長さは本体部の長さよりも一層短い。
この具体例では、一般に本体部の長さは約28フイ
ート程度であり、末端部（すなわちボツクス部お
よびピン部）の長さは約18−24″程度である。図
面に示されたドリルカラーの首部２０の長さは一
般に最低18″である。第１図に記載のドリルカラ
ー１０とは別の態様のドリルカラー１０Ａが第１
Ａ図に示されているが、ドリルカラー１０Ａの本
体部１２Ａ全体の外径は、首部２０Ａの外径と同
じ値であつてよい。

BSRは、ドリルストリング部材は相互に連結
するための肩部を有する回転式連結部すなわちね
じ係合部に関連する値である。ボツクス部の外径
が主としてBSRを左右する。ピン部の外径およ
び本体部の外径はBSRの低下なしに減少できる。
したがつて、ボツクス部のねじ接続部の強化のた
めには、ボツクス部の外径をたとえば数インチ程
度増すことだけが必要である。この寸法は、ボツ
クス部の連結部を充分に数回再使用（rework）
できる程度の値に、一般に定められる。

第１Ｂ図記載のドリルパイプ１０Ｂの本体部の
場合のように、本体部の直径がピン部の直径と同
じかまたはそれより小であるときには、本体部
は、鋼材の研削（ミリングオフ）操作を行うこと
なくウオツシユオーバーできる。あるいは重量お
よび剛性の保持のために、ボツクス部の末端が使
用不能状態の寸法よりも一層大なる寸法を有する
場合には、第１図記載の構造体は、かまわずにそ
のままにしもおいてよい。前記のごとく寸法を小
さくしたピン部を用いた場合には、採揚物
（fish）との係合のためのオーバーシヨツト操作
が実施できる。

或区域の全長にわたつてウオツシユオーバー操
作が必要であるときに、ボツクス部のみが一層大
なる直径を有する場合には、それはウオツシユパ
イプのミルシユー（mill shoe）で容易に研削
（mill off）できる。ピン端の近くに採揚用首部
の形成のみで、操作者はドリルカラーを、その採
揚性を維持しながら一層重くかつ一層高剛性のも
のにすることができる。ドリルカラー１０Ａの場
合のようにピン端および本体部の寸法を小さくす
ることによつて、従来の技術によるビンダウン構
造の場合に比してBSRを一層高くすることがで
き、しかも採揚性およびウオツシユオーバー性は
そのまま保持できる。

既述のごとく、ドリルストリングに包含される
特別な器材は、通常のドリルカラーには包含され
ないような特殊な付加的構造を有するものであ
る。その例にはウエアノツト、リーマーカツタ
ー、スタビライザーブレード、エレベーターおよ
びスリツプレセス等があげられる。第１Ｃ図中に
記号１０Ｃで示されるようなスタビライザーまた
はリーマーの本体部の外径は一般にピン部および
ボツクス部の両者の外径より大である。上記のピ
ンアツプ構造によつて、この器具はなお採揚性を
有するであろう。ボツクス部は、従来の技術に従
つたもののなかに含まれる同じ種類のピンダウン
型の部材に比して、それよりも一層大なる外径を
有し、したがつて一層高いBSRを有する。この
ような部材とウオツシユオーバー操作では、リー
マーカツターまたはスタビライザーブレードなら
びにシヨートボツクス部を除去するために、本体
部の研削が一般に必要であろう。

外径が同じ本体部およびボツクス部を有するド
リルカラーについて添付図面の参照下に詳細に説
明したが、本体部よりも大なる外径を有するボツ
クス部を用いることもまた同様に有利である。

本明細書には本発明の若干の具体例について詳
細に記載されているけれども、本発明の範囲は決
してこれらの具体例のみに限定されるものではな
い。当業者には明らかなように、本発明は種々多
様な態様で実施し得るものである。