KR950014396B1 - 멀티도관식 튜블라 및 이를 이용하는 생산정 통제방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

멀티도관식 튜블라 및 이를 이용하는 생산정 통제방법

제1도는 본 발명의 여러가지 특징을 실시하기 위해 사용된 업홀 및 다운홀 장치의 개략도.

제2도는 파이프와 커플링 칼라간의 나사결합을 도시하기 위해 부분적으로 단면으로 도시하면서 함께 결합되어 있는 두 드릴 파이프의 일부의 측면도.

제3a도는 제2도의 선 3-3을 취한 멀티도관식 튜블라의 단면도.

제3b도는 중앙도관을 중심으로 주변에 위치한 원형 주변도관을 도시한 멀티도관식 튜블라의 다른 실시예의 단면도.

제3c도는 외부 파이프, 중앙도관을 형성하는 내부 파이프 및 내부 중앙파이프를 중심으로 주변에서 도관을 형성하는 다수의 다른 파이프를 도시하는 튜블라의 또다른 실시예의 단면도.

제3d도는 제3a도의 드릴 파이프에서 하나의 도관을 차지하기 있는 개별도관의 정착상태를 도시하는 멀티도관식 튜블라의 또다른 실시예의 단면도.

제4도는 제2도의 선 4-4에서 커플링 칼라를 취한 결합된 멀티도관식 튜블라의 단면도.

제5도는 튜블라 밀봉부의 이것의 내부에 고정된 중간 전기접속기의 사시도.

제6도는 밀봉부와 중간 전기접속기를 도시하는 결합된 튜블라의 결합부에서의 단면도.

제7도는 전기도체, 접속기 및 접점을 가진 결합된 튜블라 도관의 단면도.

제8도 내지 10도는 제각기 제7도의 선 8-8, 9-9 및 10-10을 취한 단면도.

제11도는 밀봉부와 결합되어야 할 튜블라 단부섹션의 일부를 나타내는 분해사시도.

제12도는 거위목형 스위벌과 이에 부착되어 매달린 드릴 파이프를 도시하는 착정데릭의 정면도.

제13도는 드릴 파이프 구동장비와 함께 유체 및 전기 정류자가 퀼부에 배치된 상태를 도시하는 거위목형 스위벌의 측단면도.

제14도는 유체분배 매니폴드와 정류자 샤프트의 사시도로서, 매니폴드의 1/4이 절단되어 샤프트 유입구가 메니폴드의 환상홈과 유통하는 관계를 도시하는 도면.

제15도는 두개 이상의 파이프 도관이 단일 정류자 샤프트 통로와 공통하게 되는 방법을 도시한 제14도의 어댑터의 저면도.

제16도는 매니폴드의 환상홈이 각각의 샤프트 유입구에 연결된 상태와, 샤프트 통로를 통해 퀼부에 연결된 상태를 도시하는 유체 정류자의 측단면도.

제17도는 전기신호를 드릴 파이드의 도선과 교통시키는 대응 브러시와 함께 퀼 축에 있는 전기 슬립링의 도면.

제18도는 센서장치가 부착된 본 발명에 의한 교차속관의 측면도.

제19도는 봉쇄된 도관부분의 주위에 있는 교차구멍과 함께 다운홀 센서 및 원격측정 장치를 둘러싸는데 사용된 유체 도관의 봉쇄부분을 도시하기 위해 절단된 교차속관의 도면.

제20도는 정의 환상지역에서 드릴유체에 유입압력을 적용하는 환상 축압기의 구성 부품들의 상징적인 도면.

제21도는 구성물을 절단하고 드릴비트를 세척하기 위해 어떤 도관에서 고속유체를 이용하고, 또 환상지역주위에서 절삭칩을 위로 운반하기 위해 다른 도관에서 다른 저압 유체를 실시하는 멀티도관식 드릴 파이프 및 부착된 비트의 단면도.

제22도는 제21도와 유사하게, 가스가 하나의 드릴 파이프 도관에 추진되며 여기서 유체 정력학적 압력을 감소시키기 위해 다운홀에서 빠져나오는 도면.

제23도는 액체 가스 가역순환 및 유핵화 기술을 이용하는 천공작업의 도면.

제24도는 정 케이싱으로써 사용된 멀티도관식 튜블라의 개략도.

제25도는 제24도의 선 25-25를 취한 멀티도관식 정 케이싱의 단면도.

제26도는 제24도의 선 26-26을 취한 정 케이싱 스터브의 저면도.

제27도는 멀티도관의 펌프섹션에서 제거된 정 케이싱 스터브의 측단면도.

제28도는 센서실을 취한 정 케이싱 스터브의 말단부의 부분 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 멀티도관식 드릴 파이프 12 : 거위목형 스위벌

22 : 지상 모니터 장치 26 : 유체 정류자

32 : 중앙도관 44 : 환대

46 : 환상축압기 58 : 외부측벽

60 : 내부측벽 78 : 인서트

80,81 : 채널 84 : 커플링 칼라

86 : 밀봉부 116 : 접속기 블록

126 : 중간 접속기 154 : 퀼부

186 : 전기 정류자 210 : 중앙보어

250,252 : 접속기 286 : 교차속관(cross-over sub)

318 : 중앙도관 327 : 착정이수

366 : 정 케이싱 392 : 전기도관

(기술분야)

본 발명은 일반적으로 착정 작업(well drilling operation)에 관한 것으로서, 특히 지하구멍을 천공하고, 고압 및 저압 유체를 멀티도관식 튜블라(multi-conduti tubular)내로 분사시키고, 그리고 천공 또는 생산작업을 제어함으로써 효율을 최적화시키기 위하여 다운홀 매개변수(downhole parameter)를 모니터하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

(발명의 배경)

기본적인 착정작업은 드릴 스트링을 형성하는 다수의 연결된 드릴 파이프를 회전시켜 드릴비트를 돌려서 토양구성물을 벗겨낸다는 점에서 몇년에 걸쳐 변함이 없었다. 천공중에 천공구성물, 경사, 온도, PH 등과 같은 여러가지 천공 매개변수를 측정할 필요가 있다. 대부분의 경우에 지하 몇 천피이트에서 드릴 스트링이 회전하기 때문에 순간적인 다운흘 정보를 얻는 일은 항상 문제점을 가지고 있다.

예를 들면, 구성물의 특성이 천공작업자에게 알려질때 천공작업이 가장 효율적이다. 암석, 토양 또는 유체 및 기체와 같이, 여러가지 형식의 구성물에 대해, 드릴비트가 그때 마주치는 구성물의 형식을 효율적으로 처리하도록 지상작업을 변경시키는 것이 바람직할 것이다. 통상적으로, 드릴비트가 침식한 구성물 칩은 드릴 파이프를 통해 아래로 공급된 유체에 의해 드릴 스트링 주위에서 환상의 업홀(uphole)로 운반된다. 그러나 이러한 칩의 검사는 칩이 지상으로 상승하는데 실제적으로 시간이 걸리기 때문에 그때 천공되고 있는 구성물에 대해 불확실한 정보를 준다.

엘렌버그씨에게 허여된 미국 특허 제3,419,092호의 기술에서는, 내부 및 외부 동심파이프로 된 이중통로식 드릴 파이프가 탄산가스를 포함한 드릴유체를 하나의 도관 아래로 공급하여 드릴비트에서의 유체 정력학적 수두를 감소시키고 이에 의해 절삭물이 다른 파이프 도관에서 지상으로 위로 이동하는 속도를 가속시키는데 사용될 수 있다. 이러한 방법에 따라 천공되고 있는 구성물의 형식을 나타내는 절삭칩은 더욱 빨리 지상에 도달하고, 이러한 경우에 천공작업이 이에 따라 수정될 수 있다. 엘렌버그식 드릴 파이프의 여러가지 동심도관과의 유체교환(fluid commutation)이 비교적 복잡하지 않는 반면에, 사용가능한 그러한 도관의 갯수는 실제로 드릴 파이프 구조를 고려하여 제한되어 있다.

컴프(camp)씨 등에 의한 미국 특허 제2,951,680호에서는 동심이 아닌 멀티도관식 드릴 파이프가 도관의 갯수를 증가시겨서 사용될 수 있음을 알 것이다. 그러나 유체교환을 용이하게 하기 위하여 도관에서 드릴파이프 단부로의 유체통로 전이부는 종래 동심의 원형통로내로 들어가게 되어 있다. 그 결과 컴프씨 등에 의한 드릴 파이프의 각각의 도관에서 다른 유체의 교환은 파이프의 제조 능력을 복잡하게 하였고 이에 따라 비용이 많이 들게 하였다.

기술에 숙련된 자는 멀티도관식 드릴 파이프를 이용하는 장점을 인식하였지만, 그러한 파이프는 여러가지 원인때문에 광범위한 성공을 거두지 못하고 있다. 그러한 파이프들을 연결하는데 마주치는 하나의 단점은 한 파이프의 도관을 다른 파이프의 도관에 밀봉시키는 방법에 있다. 종래 밀봉구조는 "0"링 또는 세본론(chevron)밀봉링(미국 특허 제2,951,680호) 또는 종래 패킹(미국 특허 제3,077,358호)을 포함한다. 밀봉부의 형식과 그러한 밀봉부를 사용하는 방법 때문에, 밀봉부가 견딜수 있는 유압은 대체로 527.3Kg/cm²(7,500p.s.i.) 이하이다.

그러므로, 도관의 갯수가 제한받지 않으며, 또한 파이프의 구조 또는 제조가 복잡하거나 비싸지 않는 고압 멀티도관식 드릴 파이프가 필요하다.

게다가, 다운홀 천공작업을 모니터하여 순간적으로 그결과를 업홀로 전달하고 그리고 드릴 파이프의 유체운반능력이 심하게 피해를 받지 않도록 전달매체와 드릴 파이프를 조합시키는 것이 필요하다.

전기 도체가 위치하게 되는 실(chamber)로써 드릴 파이프의 중앙보어를 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러한 실시예가 미국 특허 제2,795,397호 및 제3,904,840호에 설명되어 있다. 그러나, 이 실시예에 의하면, 도체절연제가 드릴유체의 영향을 받기 쉽고 또는 값비싼 차폐물을 사용하여야 한다.

유체운반 보어에서 전기도체의 사용에 따른 부수적인 문제점은 도체의 길이를 다함께 연결하는 전기접속부를 유체로부터 격리시키는데 있다. 복잡하고 특이한 기술이 상기 문제점을 해졀하기 위하여 제안되어 있다. 상기 문제점을 더 완결짓기 위하여, 하나의 드릴 파이프에서 다른 드릴 파이프로 이어지는 도체의 접속은 한 섹션을 다른 섹션내로 회전나사식으로 삽입시킬 것을 요구하는 그러한 형식의 파이프에서 더욱 악화되고 있다. 미국 특허 제2,798,358호에서, 이러한 관심이 파이프와 함께 비틀려질 수 있도록 케이블 길이를 충분히 길게 함으로써 처리되고 있다. 다른 경우에 즉, 미국 특허 제3,897,097호에서, 전기케이블은 단부를 제외하고 대부분의 길이가 중앙보어내로 들어가 있는데, 여기서 케이블은 파이프 측벽을 통해 파이프 단부의 링형 접점까지 이어진다. 도체의 갯수는 이러한 기술이 제안되어 있을때 분명히 제한하고 있다.

다수의 도체를 파이프 단부에서 다함께 연결하는 종래 장치의 실시예가 미국 특허 제2,750,569호에 기재되어 있다. 이 특허에서, 전기케이블은 유체운반 보어를 통과하고 있다. 이것은 케이블이 접속기와 마찬가지로 드릴유체의 부식영향을 쉽게 받을 수 있게 한다.

초래된 총 비용에 기여하는 착정기술에서의 다른 관심은 천공 "이수(泥水)"의 혼합물에 관련되어 있다. 이수는 밀도, 점성 또는 다른 성질을 효율적으로 바꾸기 위하여 다른 원료 및 화학제로 주기적으로 조정되어야 한다. 이러한 변화는 이수가 비트영역에서 위로 지상장치를 통해 순환함에 따라 점차적으로 달성될 수 있다. 분출이 격한 어떤 경우에, 이수의 밀도는 그러한 발생을 방지하기 위해 대단히 신속하게 변경되어야 한다. 결론적으로 많은 분출은 공지된 기술로는 막을 수 없다. 따라서, 드릴이수 압력을 신속히 변경시켜서 본출을 제어하는 그외에 천공을 강화시킴 수 있는 드릴 스트링 구조의 필요성이 발생하였다.

천공작업이 완료된 후에도, 정의 관리 목적을 위해 생산단계 중에 다운홀 매개변수를 모니터할 필요가 있다. 종래 정 케이싱온 정 보어의 높은 보존도(integrity)를 부여하지만, 도선, 기체 또는 위로 공급된 유체 이외의 액체를 위한 통로를 제공하기에는 제대로 장착되지 않는다. 정지갭(stopgat) 측정을 위한 것으로써, 원경 측정 도선(telemetry wire)이 금속 또는 플라스틱 밴드에 의해 케이싱의 외부주변에 고정되었고, 원격측정장치까지 다운홀에 연장되었다. 또한 다운홀을 인위적으로 상승시키기 위하여 케이싱 외부에 공기압을 운반하는 기생 파이프를 제공하는 것이 공지되어 있다.

따라서, 생산유체를 펌프로 공급할 수 있는 멀티도관식 정 케이싱이 필요할 뿐만 아니라, 원격측정 도선을 둘러싸고 또한 솔벤트, 부동액 및 다량의 다른 유체를 운반하는 다수의 부속 도관이 필요하다.

(발명의 요약)

본 발명에 의하여, 균일 도관을 가지는 특이한 드릴 파이프를 통해 다량의 고압 및 저압 유체를 정류하고, 그리고 지하 구성물에 관한 정보를 수집하기 위하여 전기신호 또는 동력을 다운홀 센서에 전달하는 방법 및 장치가 제공되어 있다.

본 발명에 의하여, 멀티도관식 드릴 파이프는 파이프 전체를 통해 균일한 단면형태가 제공되고, 따라서그 구조가 압출방법으로 만들어진다. 단면상에서 드릴 파이프는 외부 원통형벽, 중앙보어를 규정하는 내부원통형벽 및 내부벽과 외부벽 사이의 다수의 다른 도관을 포함한다.

하나의 도관은 내부에서 전기 도선과, 도관에서 파이프 단부에 고정된 접속기를 포한한다. 다른 유체, 또는 전기회로를 위해 여러가지 도관들을 이용하는 것이 바람직하기 때문에, 각각의 파이프는 대향단부에서 인덱스러그 및 인덱스 요면을 포함하며, 따라서 결합되었을 때 각 파이프의 특정한 도관들은 정렬상태가 유지된다. 인덱스러그 및 요면에 부가하여, 파이프 단부는 하나의 파이프와 다른 파이프를 함께 구동하기 위해 다른 러그 및 요면을 포함한다.

본 발명에 의하여, 통로에 밀봉부가 제공되는데, 이 밀봉부는 드릴 파이프와 유사한 단면형상을 가지며, 여기서 그러한 통로는 각각의 파이프 회로를 결합하기 위해 중간 전기접속기를 포함한다. 밀봉부의 각 측면에서 탄성체는 파이프가 결합되어 있을때 각 도관간의 고압 보존성을 보장한다.

본 발명의 다른 형상에 따라, 드릴 파이프는 한 단부에서 균일한 직경의 암나사의 다른 단부에서 균일한 직경의 암나사를 가지는 나사 커플링 칼라에 의해 파이프 사이의 밀봉부와 함께 결합되고, 상기 커플링 칼라 단부는 직경과 나사피치가 다르다. 드릴 파이프 섹션의 각 단부는 커플링 칼라와 대응하는 직경 및 피치로 된 나사를 포함한다. 이러한 형상은 인접한 파이프간의 밀봉결합을 위해 밀봉부를 압축식으로 누르는 차동나사 작용에 의해 드릴 파이프를 서로 결합할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 형상에 따라, 각각의 원천에서 나온 여러 종류의 유체는 다른 유체원에 연결되어 있는 매니폴드에서 회전하는 샤프트를 가지는 유체 정류자(fluid commutator)에 의해 여러가지 드릴 파이프 도관으로 정류된다. 원통형 샤프트는 각각의 드리 파이프 도관에 개별적으로 대응하는 내부통로를 가진다. 각각의 정류자 샤프트 통로는 샤프트의 원통형 측면에서 유입구로 개방되어 있다. 정류자 샤프트를 따라 축방향으로 이격되어 있는 여러 유입구 주변은 매니폴드에 있는 대응하는 환상홈과 유체 유통이 된다. 따라서 각각의 정류자 샤프트 통로는 매니폴드 홈을 통해 유체원에 연결된다. 이러한 배치에 따라 여러가지 드릴 파이프 도관은 선택된 유체원과 연속적으로 연통된다.

본 발명의 관련된 형상에 대하여, 유체 정류자 샤프트는 각각의 정류자 샤프트와 유체원을 드릴 파이프 도관의 선택된 도관에 연결시키는 어댑터(adaptor)를 통해 드릴 파이프 스트릴(drill pipe string)과 결합된다. 따라서, 다수의 어댑터가 수동으로 유지될 수 있다. 여러가지 유체원을 정류자 샤프트를 통해 드릴 파이프 스트링에 있는 요구한 도관에 연결시키기 위해 다른 것으로 교환될 수 있다.

본 발명의 또다른 형상에 관하여, 거위목형 스위벌(goose-neck swivel)의 퀼부(quill section)는 드릴 파이프 전선과 접속된 전기접속기를 포함하는 퀼축을 포함한다. 드릴 파이프내에 소유된 도선의 갯수와 대응하는 다수의 슬립링이 퀼축 둘레에 배치되고, 그러한 슬립링은 드릴 파이프에서 하나의 도선에 제각기 연결된다. 고정브러시 수단은 슬립링과 접촉하여, 지상 모니터 장치에 다운홀 전기반응을 전달한다.

상술한 바와 같이, 개량된 천공 방법이 만들어질 수 있는데, 여기서 고압 유체는 하나 이상의 드릴 파이프 도관내로 개별적으로 분사되어서 예를 들어 구성물을 침식하고 동시에 드릴비트 또는 드릴비트 경로를 세척 및 냉각시킬 수 있고, 한편 다른 도관에서의 저압 유체는 다운홀의 정력학적 압력을 감소시키기 위해 또다른 도관에 있는 가스와 다운홀에서 결합된다. 동시에, 드릴비트 또는 파이드 센서는 온도, 압력, 경사등에 관한 정보를 지상 모니터 장치에 전달할 수 있고, 이 정보는 천공작업을 변경하는데 측시 사용될 수 있다.

또한, 상기 정보는 예를 들어 압력을 환상액체 또는 이수에 적용하는 것을 제어하고, 정의 분출을 방지하는 데에도 사용될 수 있다. 덧붙여 또한 본 발명에 의하여, 잠재적인 정 분출을 탐지하려면, 펌프를 작동시켜서 압력을 가하여 드릴 파이프의 중앙통로에서 과다한 상향 유동을 좌절시킬 수 있다. 게다가, 본 발명의 특징은 정의 구멍 환대(annulus)에서 액체에 가해진 압력을 조절할 수 있고 이에 의해 환상액체에서 주어진 압력을 유지할 수 있는 환상 축압기(annular accumulator)를 포함한다. 정의 환대에 있는 환상액체에 압력을 가하는 능력은 이수를 재순환시켜 원료에 부가함에 의해 무게를 증가시키는 일이 없이 정의 바닥에서 이수의 밀도를 증가시키는 효과를 가진다.

대단히 중요한 본 발명의 유사특징은 다량의 생산유체를 수용하는 대체로 큰 중앙보어를 포함하여 드릴 파이프의 여러가지 속성을 가지는 멀티도관식 정 케이싱(multi-conduit well casing)을 제공함에 있다. 정생산통제는 다수의 다운홀 매개변수를 모니터하고 동시에 여러가지 압력상태에 유체 및 용액을 다운홀로 분사하여 정의 생산성을 최적화하는 능력에 의해 강화된다.

본 발명의 구조 및 작동에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[실시예 1]

제1도에는 본 발명에 의한 방법 및 장치의 일반적인 형상이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 멀티도관식 드릴 파이프(10)를 포함하는데, 이는 다유체 거위목형 스위벌(12)에 의해 구동된다. 드릴비트(14)는 정을 천공하기 위하여 지하 구성물(16)을 침식하는데 이용되는 그러한 종류에 속한다.

온도센서(18) 또는 PH센서(20)와 같은 여러가지 다운홀 센서는 드릴비트(14)내에서 다운흘 자료를 수집하여 이 자료를 드릴 파이프 도선(제1도에서 도시되지 않음)을 통해 지상 모니터 장치(22)로 전달하는데 이용될 수 있다. 또한 전원장치(25)가 드릴비트 센서와 다운홀 전기공구의 제어에 필요한 만큼 동력을 공급하기 위해 설치된다.

액체 펌프(24)는 거위목형 스위벌에 있는 유체정류자(26)로 고압 또는 저압 유체를 공급한다. 또한 다른 유사한 펌프도 종래에 달성되지 않았던 개량된 천공기술을 제공하기 위하여 동일한 또는 다른 압력의 여러가지 유체를 다운홀로 공급하는데 이용될 것이다. 유사한 여리가지 방법으로, 압축기(28)는 드릴 파이프의 요구도관(30) 으로 유체를 분배하기 위한 유체 정류자(26)로 질소와 같은 가스를 공급한다. 드릴 파이프의 중앙도관(32)이 위로 을라가는 액체 또는 가스에 운반되는 구성물 칩이 통과하는 채널로서 이용될 때, 그러한 칩은 귀환한 드릴유체로부터 칩을 효율적으로 분리하는 사이클론 분리기(36)로 거위목형 호스(34)를 통해 운반된다. 또한 액체펌프(38)는 거위목형 호스(34)에 연결되어서 원천(도시되지 않음)으로부터 중아도관(32)를 통해 아래로 유체를 공급하여 천공하거나 또는 다른 방법으로서 정에서의 분출(blow out)로 인한 도관에서의 불필요한 어떤 유체유동을 좌절시킨다. 다른방법으로서 액체펌프(38)는 정의 밀봉하기 위해 시멘트 또는 다른 밀봉재료를 공급하는데 사용될 수도 있다. 밸브(40)는 재료가 사이클론 분리기(36)내로 들어가지 않도록 하기 위해 액체펌프(38)가 작동될 때 자동적으로 폐쇄된다.

요구한 천공 방법에 의존하여, 킬라인 펌프(kill line pum)(42)가 정의 환대(44) 아래로 드릴 유체를 공급하기 위해 제공된다. 환상압축기 (46)는 정에서 환상유체의 요구압력을 유지한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 현존하는 상태를 기초로 하여 천공작업을 최적화하기 위해 여러가지 사용방법을 제공한다. 아래 설명으로부터 본 발명의 종래 인식하지 못한 착정 기술의 진보성을 제공한다는 것을 이해하게 될 것이다.

(멀티도관식 드릴 파이프)

이제 2도를 참고하면, 연결된 튜블라 섹션, 특히 드릴 파이프가 도시되어 있는데, 이는 드릴 스트링의 일부를 형성하고, 특히 드릴 파이프의 단부섹션을 결합하는 수단을 도시한다. 제2도에 도시된 드릴 파이프 형상으로서, 다수의 도관(30)(하나만 도시됨)은 드릴 파이프 전체를 통해 균일한 형상이고, 따라서 하나의 파이프(50)에서 이에 결합된 다른 파이프(52)까지 공구 조인트(48)를 횡단하며 균일하다. 그러한 도관(30)은 제2도에 도시한 드릴 파이프의 업셋부(upset section)(54,56)가 강도 및 밀봉사항을 만족시키기 위해 직경이 다소 크다는 사실에도 불구하고 성질상 직선으로 이어진다.

드릴 파이프(50)는 제3a도의 멀티도관식 튜블라의 단면도로서 자세하게 도시되어 있다. 드릴 파이프에 많은 도관을 제공하는 것은 만능성(versatility)이라는 견지에서 실제로 중요하며, 모든 도관은 파이프를 통해 직선으로 이어지고, 상호 결합되어서 다운홀에 액체 또는 기체의 요구한 갯수를 공급할 수 있으며, 상기 액체 또는 기체는 서로 격리되며 따라서 다른 압력과 양으로 공급되 수 있다. 그 목적을 위해, 본 발명은 양호한 형태로서 외부측벽(58)과, 중앙도관(62)을 형성하는 동심의 내부측벽(60)을 가지는 드릴 파이프로 구성되고, 중앙도관을 통해 선택에 따라 수요한 유체가 공급된다. 내부측벽(60)과 외부측벽(58) 사이에 위치한 다수의 종방향도관(30)은 내부 및 외부측벽 사이에서 종방향 환상 채널(longitudinal annular channel)의 모양으로 형성되어 있고, 방사상 분할기(64)에 의해 별개의 도관(30)으로 분할된다. 따라서 각각의 도관은 평행한 측면과 아치형 측면이 형성하는 일반적인 부등변 4각형의 단면을 가진다.

이러한 구조에 따라, 강철 업셋부를 가진 알루미늄 또는 전체적으로 고급의 강철을 압출방법으로 압출시켜서 드릴 파이프나 정 케이싱을 제작하는 것이 대단히 유리하다. 당연하게도 제3a도에 도시한 형태 이외의 도관 형태도 특정한 필요성을 만족시키는데 사용할 수 있다. 예를 들면, 제3b도는 외부 및 내부측벽(66,68)을 가진 멀티도관식 튜블라의 다른 형태를 도시하는데, 내부측벽(68)은 다시 중앙도관(62)을 규정한다. 그러나, 이러한 형태에서 원형 단면의 일련의 도관(70)이 내부측벽(68)과 외부측벽(66) 사이에서 중앙도관(62)을 중심으로 주변에서 동일한 간격으로 이격되어 있다. 튜블라의 이러한 형태는 단부에 파이프 스톡을 세우고 수직으로 각각의 도간을 드릴가공하는 것으로 제작되는 것이 유리할 것이다.

제3c도는 외부벽이 외부측벽을 형성하는 커다란 파이프(72)와, 중앙도관(62)을 형성하는 작은 파이프(74)로 제작된 것을 제외하고, 제3b도와 유사한 멀티도관식 튜블라의 또다른 변경예를 도시한다. 커다란 파이프(72)와 작은 파이프(74) 사이에는, 직경이 작은 균일한 다수의 파이프(76)가 주변에 배치된다. 제3c도의 각각의 파이프는 파이프 단부에서 인접한 파이프에 용접된다.

제3d도는 제3b도의 튜블라의 변경예를 도시한다. 주변에 원형도관(70)을 가지는 튜블라에는 원통형 멀티 채널 인서트(multchannel insert)(78)가 삽입되어서 용접 등에 의해 내부에 고정된다. 인서트(78)는 다수의 주변채널(82)을 가진 축방향 중앙채널(80)을 포함하고, 모든 채널이 감소된 직경에드 불구하고 튜블라에서 도관의 갯수를 효과적으로 증가시킨다.

그러므로, 그 길이를 통해 균일하게 연장하는 다수의 독립도관을 갖춘 용이하게 제작된 튜블라가 제공되어 있음을 알 수 있다. 각각의 도관이 천공 또는 생산작업을 최적화하기 위해 사용되는 정확한 방법을 아래에 설명하기로 한다.

다시 제2도를 참조하면, 드릴 파이프로써 사용된 멀티도관식 튜블라의 결합은 나사 커플링 칼라(threaded coupling collar)(84)에 의해 달성된다. 그렇게 결합될때, 각 도관의 압력 보존성은 밀봉부(86)에 의해 유지되는데 자세한 것은 아래에 설명하기로 한다.

드릴 파이프(50)의 단부는 외부의 파이프 나사(88,90)와 내부의 커플링 칼라 나사(92,94) 사이의 차동나사 작용에 의해 드릴 파이프(52)의 단부에 결합된다. 추가로, 드릴 파이프의 단부는 피치가 다른 나사(88,90)를 가진다. 예를 들면, 제2도에 도시한 드릴 파이프(50)의 단부는 인치당 4개의 나사(88)(0.25피치)를 가지고, 파이프(52)의 단부는 인치당 5개의 나사(90)(0.2피치)를 가질 수 있다. 커플링 칼라(84)는 드릴 파이프(50)의 단부에 대응나사와 결합하는 굵은 나사(coarse threads)(92)를 가지며, 드릴 파이프(52)의 각각의 가는 나사(fine threads)와 결합하도록 다른 칼라 단부에서 가는 나사(94)(인치당 5개의 나사)를 가진다는 점에서 유사하게 나선이 이루어져 있다. 커플링 칼라(84) 및 드릴 파이프(50,52)의 가는 나사(94,90) 및 굵은 나사(92,88)는 각각의 나사부를 통해 직경이 균일한 나사이다. 그러나, 도시한 드릴 파이프(50) 단부의 굵은 나사(88)의 직경은 드릴 파이프(52) 단부의 가는 나사(90)의 직경보다 더 크다 커플링 칼라(84)는유사한 나사직경을 가진다. 나사직경의 다른 형상은 커플링 칼라(84)가 드릴 파이프(50)에서 드릴 파이프(52) 쪽으로 조여지지 않게 하며, 여기서 커플링 칼라(84)의 굵은 나사(92)는 드릴 파이프(52)의 가는 나사(90)와 결합되지 않는다. 이러한 방법에 따라, 커플링 칼라(84)는 정지 플랜지(96)에 접할 때까지 드릴 파이프(52)에서 하강할 수 있다.

도시한 드릴 파이프의 단부가 차동 커플링(differential coupling)을 제공하기 위해 다른 피치의 나사를 포함하기 때문에, 나사(88,90)는 오른나사 또는 왼나사이다. 바람직하게도 파이프가 거플링 칼라(84)에 의해서만 결합될 때, 나사는 드릴의 회전작용이 드릴 파이프간의 커플링을 단단히 조이는 경향을 띠는 방향에 있을 것이다. 통상적으로, 나사는 오른 방향으로 전달된다. 드릴 파이프(50,52)의 다른 단부는 기술한 파이프 단부와 반대가 되는 나사피치 및 직경을 가진다. 다시 말하면 각각의 파이프 한 단부에서 굵은 나사(88)를, 그리고 다른 단부에서 가는 나사(90)를 가진다.

또한 커플링 칼라(84)는 결합된 드릴 파이프보다 더 큰 직경을 가지므로 보어홀 벽(bore hole wall)에 대항한 회전작용으로 인한 어떤 마모가 드릴 파이프 보다는 커플링 칼라(84)를 마모시킬 것이다. 이를 위해, 드릴 파이프 거플링 칼라(84)는 파이프의 나사(90)와 연결되지 않도록 거플링 칼라 단부의 부분(98)을 환상적으로 내부로 오목하게 함으로써 드릴 파이프(52)로부터 제거가능하게 만들어진다. 다른 방법으로서, 커플링 칼라의 암나사(94)는 칼라의 단부까지 연장될 수 있다. 그러므로, 커플링 칼라(84)가 심한 마모를 받았을 때, 커플링 칼라는 드릴 파이프(52)에서 용이하게 제거되어 교체될 수 있다. 보통은 아래에 기술한 이유 때문에, 드릴 파이프는 정지플랜지(96)와 접촉관계로서 드릴 파이프 단부에 각각의 커플링 칼라(84)가 완전히 조여진 상태로서 보통 저장 또는 선적된다.

제2도를 더 참고하면, 본 발명에 따라, 드릴 파이프(50,52)의 단부는 나사결합되기 전에 함께 끼워져서 하나의 드릴 파이프에서 다음 드릴 파이프로 회전구동 토크를 전달하는 수단을 제공한다. 이러한 방법에 따라, 드릴 스트링의 회전구동 토크는 나사 거플링 칼라(84)를 경유하여 전달되지 않는다. 그러므로, 나사 커플링 칼라(84)와 파이프단부는 토크를 전달하기 위해 종래 테이퍼형 박스 및 핀나사형 공구조인트를 필요로 하지 않는데, 이러한 형식의 나사는 값비싼 나사 다이를 필요로 한다.

제4도는 결합된 드릴 파이프간에 상호 맞춤을 제공하기 위하여 각각의 구동요면(102)내에 수령된 여러개의 구동러그(100)를 도시한다. 제11도를 참조하면, 전기 도선(110)을 가진 도관형 드릴 파이프(103,105)를 도시하며, 드릴 파이프(105)에서 구동러그(100)를 가지고, 드릴 파이프(103)의 단부에서 구동요면(102)(점선)을 가지는 것으로 분명히 도시되어 있다. 드릴 파이프(103,105)간의 상호맞춤은 반드시 구동러그(100) 및 구동요면 (102)의 삽입식 구조이다.

드릴 파이프(105)의 하나의 러그(104)와 드릴 파이프(103)의 각각의 요면(106)의 다른 구동러그(100) 및 구동요면(102)과는 다른 수치로 되어 있다. 특히, 러그(104)는, 인덱스 요면(index recess)(106)과 함께 하나의 드릴 파이프(105)가 소정의 요구한 아치형 또는 회전식 정렬로서 다른 드릴 파이프(103)에 결합되게 하는 길을 제공하는 인덱스러그(indexlug)이다. 본 발명에 의하여, 스트링의 드릴 파이프간의 아치형 정열은 드릴 스트링은 통해 드릴 파이프 도관의 정렬상태를 유지할 필요가 있을때 필수적이다. 덧붙여, 전기도관(108)으로 지칭된 하나의 도관이 다운홀 센서에 신호 및 동력을 공급하고 또한 센서 또는 공구로부터 지상장치까지 상향으로 신호를 공급하는 매체로써 전기 도선(110)을 소유할때 드릴 파이프(103,105)의 특정한 아치형 정렬상태를 유지하는 것도 중요하다. 여기서 사용된 "신호"란 용어는 ac 또는 dc 전원과 같은 전력을 총칭하는데 사용된다.

그러므로, 유체운반 도관간의 정렬을 유지할 필요가 있을 뿐만 아니라, 그러한 전기도관(108)이 전기 도선을 소유하기 때문에 특정한 정렬을 유지할 필요가 있다. 유체를 위해 드릴 파이프의 모든 도관을 사용하기를 요구하는 그러한 적용분야에서, 특정도관이 아닌 일반적인 도관의 정렬을 유지하는 구동러그(100) 및 구동요면(102)만을 제공할 필요가 있음을 알게 되었다. 또한 어떤 경우에는 하나 이상의 도관이 전기 도선(110)을 소유할 것으로 여겨진다.

(전기도관 및 도체)

상술한 바와 같이, 센서(18,20)와 같은 다운홀 센서로부터 순간적인 전기신호를 수신하여 폐쇄루프 방식으로 작동하는 천공작업의 능력을 작업은 최적화하기 위한 공정으로 수정하여 사용하는데 유리하다. 제7도 내지 제10도에서, 드릴 파이프(103)의 전기도관(108)은 장구(harness)(112)에서 함께 형성된 3개의 전기 도선(110)을 소유한다. 장구(112)는 바람직하게도 테플론 또는 카이너(kyner) 재료와 같은 내구성 덮개로 제작되므로, 장구(1l2)와 도관(108)의 내부면(114) 사이의 어떠한 마찰운동이 천공중에 전기단락을 초래하지는 않을 것이다.

각각의 전기 도선(1l0)은 파이프 단부에서 3개의 도선단자 (118)와 이에 관련된 핀 접점(120)을 가지는 접속기 블럭(116)에서 끝난다. 각각의 전기 도선(110)은 각각의 핀 접점 (120)의 단자(118)에 용접된다. 드릴 파이프의 각 단부에 위치한 접속기 블록(116)은 전기도관(108)내에 접착되거나 다른 방법으로 밀봉되며, 또는 다른 적절한 기구(도시되지 않음)에 의해 내부에 부착된다.

(도관 밀봉부)

전기 연속성 뿐만 아니라 한 드릴 파이프에서 다른 드릴 파이프의 각각의 도관사이에의 유체 연속성을 유지함에 있어서, 밀봉부(86)가 제5도에 도시된 바와 같이 제공된다. 밀봉부(86)는 성질상 평면이고, 도시한 드릴 파이프와 유사한 단면형상으로 된다. 특히, 제5도의 밀봉부(86)는 제3a도에 튜블라 실시예와 유사한 단면이고, 드릴 파이프 단부사이에 위치한 가스킷식 강철판형 인서트로써 제작된다. 아래 설명으로부터 기술에 숙련된 자의 범위내에서 제3d 내지 3d도의 튜블라와 함께 사용할 수 있는 도관 밀봉부를 제작하는 것이 양호하다. 제5도에 도시한 바와 같이, 밀봉부(86)는 중앙통로(122)와, 이 중앙통로의 주위에서 등간격으로 이격된 개별적인 주변 통로(124)를 가진다. 그런 통로의 하나에, 전기소켓형 중간 접속기(126)가 제5도 내지 제7도에 도시한 바와 같이 고정된다. 중간 접속기(126)는 각 단부에서 소켓접점(128)을 가지고, 이 소켓접점 내에 파이프 접속기 블록(116)의 핀접점(120)이 마찰식으로 삽입되어서 한 드릴 파이프에서 다른 드릴 파이프까지의 양질의 전기접속을 보장한다. 게다가, 소켓접점(128) 및 판 접점(120)은 금 또는 다른 적절한 재료로 도포되어서 착정환경에서 유행하는 해로운 산화효과를 회피하게 된다.

중간접속기(126)는 드릴 파이프 접속기 블럭(116)과 같이, 밀봉부(86)내에 접착되거나 또는 다른 식으르부착될 수 있다. 다른 방법으로서, 중간접속기(126)에서 밀봉부(86)내에서 접속기를 "요동(floating)"시키기 위한 장착기구가 제공될 수도 있다. 이러한 형상은 중간접속기(126)가 밀봉부(86)내에서 어느 정도의 측방향 운동이 가능하게 하여 정렬된 드릴 파이프간에 작은 치수차이를 수용할 수 있게 한다.

밀봉부(86)의 제공은 중간접속기(126)와 마찬가지로, 종래 드릴 파이프 전기접속으로부터 개량된 것이다. 중간접속기(126)는 양쪽 드릴 파이프 단부를 핀 접점식 접속기 블록(116)내에 끼워질 수 있게 한다는 점에서 대단히 큰 실용적인 장짐을 가진다. 그러한 대칭적인 배치에 따라, 밀봉부(86)는 방향이 벗어나지 않고, 어느 하나의 파이프 단부에 적용된 중간접속기(126)의 어느 한 단부에 신속히 장착될 수 있다. 또한, 실예로 든 드릴 파이프의 제조는 단지 핀형 접속기 블록(116)만이 각 파이프 단부의 전기도관(108)내에 설치될 필요가 있는 것처럼 간단히 이루어진다.

중요한 것으로, 밀봉부(86)는 중앙통로(122)를 포함하여 주변통로(124)를 제각기 둘러싸는 고무 또는 탄성체(130)과 같은 종류로서 밀봉 또는 가스킷 수단을 포함한다. 밀봉부(86)의 양호한 형태로서, 홈(l32)이 인접한 주변 및 중앙통로(124,122) 주위에서 밀봉망을 둘러싸면서 밀봉부(86)의 각각의 정면쪽에 만들어진다. 밀봉부(86)와 탄성체 가스킷(130)의 제작의 용이성을 위하여 인접한 통로간의 홈(132)의 제작의 용이성을 위하여 인접한 통로간의 홈(132)은 공통으로 사용되고 이에 의해 탄성체 가스킷(130)을 단일체로 만들수 있게 한다. 제6도에 도시한 바와 같이, 드릴 파이프(103,105)가 함께 맞추어져서 거플링 칼라(84)에 의해 단단히 결합될때, 탄성체 가스킷(130)은 홈(132)내에 단단히 압착되어서 양질의 밀봉부를 형성하고, 각각의 유체 도관과 전기도관간의 압력보존성을 보장한다. 이러한 형식의 밀봉에서는, 3515.5Kg/cm²(50,000p.s.i.) 이상의 차압이 인접한 도관사이에서 유지될 수 있다. 이러한 밀봉배치는 단지 약 527.3Kg/cm²(7,500p.s.i.) 이상의 차압을 견딜 수 있는 "0"링 또는 세브론 밀봉보다 월등히 개량되었음을 나타낸다. 명료성을 위해, 제6도의 전기도관 단부에서 전기접속기 블록(1l6)이 생략되어 있다.

본 발명에 의한 드릴 파이프의 추가 장점은 제11도에서 볼 수 있는데, 여기서 도시한 바와 같은 커플링 칼라(84)는 정지 플랜지(96)(도시되지 않음)에 접촉해 있다. 커플링 칼라(84)는 드릴 파이프(105)에 완전히 끼워졌을때 말단에지(134)가 최소한 러그의 말단에지(136)와 동일 평면을 이룸으로써 그러한 러그가 저장 또는 취급중에 용이하게 파손 또는 피해를 입을 수 없게 하는 그러한 길이를 가진다. 동일한 관점에서, 피해에 대한 취약성을 감소시키기 위하여, 메이팅 드릴 파이프(103)의 말단부는 내부면의 구동 및 인덱스 요면(102,106)과 함께 주위에 연속적인 원통형 림(rim)(138)을 가진다, 그러므로, 림(138)의 연속성 때문에 그러한 드릴 파이프(l05)의 말단부는 피해를 덜 받는다. 이것은 러그(100,104) 또는 요면(102,106)이 과다한 피해를 받게 되어 전체 드릴 파이프를 신뢰할 수 없게 될때 크게 요구되는 일이다.

상기 설명을 마음에 두면, 다수의 드릴 파이프는 각각의 유체 통로 및 전기도관이 드릴 스트링을 통해 보존성을 유지한 상태에서 요구한 아치형 정렬상태로 신속하고 용이하게 함께 결합될 수 있음을 이해할 수 있다.

(퀼부(quill section))

본 발명의 주요한 특징으로서, 유체 및 전기신호를 드릴 스트링을 통해 전달하는데 사용된 천공작업의 지상장치가 제12도 및 13도에 도시되어 있다. 데릭 프레임(derrick frame)(144)에 연결된 케이블(142)에 매달려 있는 호이스트 구조물 (140)은 정헤드(well head)(도시되지 않음) 위에서 매달린 상태로서 거위목형 스위벌(12)을 보유한다. 케이블 감기 및 풀기수단(cable take-up and release menas)(도시되지 않음)은 정보어 내에서 드릴 스트링의 대략적인 조정과 드릴비트 중량의 대략적인 조정을 제공한다. 토크 저지 케이블(torgue arresting cable)(184)은 거위목형 스위벌(12)이 최상단 드릴 파이프(150)와 함께 회전하는 것을 방지한다.

정헤드 위에서 거위목형 스위벌(12)의 양호한 수직 조정은 거위목형 스위벌(12)의 퀸부(154) 및 와시 파이프(wash pipe)(156) 부분을 지탱하는 한쌍의 유압 실린더(152)에 의해 호이스트 구조물(140)로 제공된다. 제13도에 도시된 바와 같이 유압 실린더(152)는 요구한 드릴 비트 중량을 유지하는 일부 유체로 채워진 실린더(160)내에 위치한 피스톤(l58)을 각각 가진다. 각각의 피스톤(158) 주위에는 원주상 밀봉부(162)가 있어서 실린더(160)의 내부벽에 대해 그러한 피스톤(158)을 밀봉하고, 그리고 피스톤(158) 위의 오일을 피스톤(158) 아래의 대기압과 분리시킨다. 유압 실린더(152)의 상부는 호스(164)에 의해 유체원(gas-over-oil source)(도시되지 않음)에 연결된다. 원천에서의 고압 가스는 드릴 비트 중량을 경감시키게 됨을 이해할 수 있다. 각각의 유압 실린더(152)의 피스톤 봉(166)은 너클 조인트(168)에 의해 호이스트 구조물(140)에 연결된다. 여러가지 유체는 제12도의 고압 호스(170,171,174)를 통하여 거위목형 스위벌(12)에 연결된다. 거위목형 스위벌 상단에 있는 고압 호스(176)는 드릴 파이프(150)의 중앙 보어로 유체를 공급하거나 이로부터 유체를 추출하게 한다.

설명과 도면에서, 드릴 스트링의 모터 드라이브, 정헤드에서 분출방지(blow-out preventer)등과 같이 천공작업에서 공통으로 사용되는 어떤 요소는 본 발명에 기여하지 않으며 그의 존재 및 용도가 기술에 숙련된 자의 능력내에 있기 때문에 생략되거나 간단히 기술되어 있다.

제13도의 거위목형 스위벌(12)는 튜블라 칼라(180)를 가진 최상단 드릴 파이프(150)에 바닥단부에서 연결된 퀼측(178)을 포함하는 퀼부(154)와, 와시 파이프(156)와, 유체 정류자(182)로서 기본적으로 구성된다. 어댑터(184)는 유체 정류자(182)로서 기본적으로 구성된다. 어댑터(184)는 유체 정류자(182)를 퀼축(178)에 결합하는데 효율적이다. 어댑터(184)는 퀼축(178)과 마찬가지로 드릴 파이프 도관의 하나에 요구 유체를 연통하게 하는 유체통로를 내부에서 가지고 있다. 여러가지 유체가 요구한 드릴 파이프 도관과 연통하게 되는방법은 아래에서 상세히 설명될 것이다.

거위목형 스위벌(12)은 드릴 스트링이 회전하는 동안에 각각의 드릴 스트링 도선(110)에서 전기 접속을 유지하기 위한 전기 정류기(186)를 더 포함한다. 퀼축(178)은 유압 또는 전기모터(도시되지 않음)을 통하여 퀼축(178)에 제공된 기어(188)에 의해 구동된다. 모터 구동 유닛은 프레임(190)에 내장되는데, 이를 통하여 퀼축(178)은 베어링(192,194)과 스러스트베어링(195)에서 회전한다. 적절한 오일 밀봉부가 또한 퀼축(178)에 제공된다.

(유체 정류자)

유체 정류자(182)를 간단히 변경한 예가 제14도에 도시되는데, 여기서 정류자 샤프트(196)는 유체 매니폴드(198)내에서 회전 가능하고, 제16도를 참고하고 설명하게 될 고압 밀봉부를 포함한다. 정류자 샤프트(196)는 여러가지 드릴 파이프 도관을 통해 공급되어야 할 필요한 유체의 다른 갯수와 대응하는 다수의 유입구(200,202)를 포함한다. 예를 들어, 단 두개의 유체원이 유체 정류자(182)에 연결된다. 각각의 유입구(200,202)를 위해 정류자 샤프트(196)내에서 대응하는 유체통로(104,206)(점선)가 있고, 각각의 통로는 정류자 샤프트(196)의 바닥 단부에서 출구를 가진다. 또한 정류자 샤프트(196)는 이를 통과하는 중앙보어(108)를 가지며, 보어를 통해 드릴유체 등이 드릴 파이프(150)의 중앙도관(62)으로 연통한다.

(유체 도관 어댑터)

어댑터(184)는 정류자 샤프트(196)와 퀼축(178) 사이에 접촉영역을 제공한다. 어댑터(184)는 핀(179) 및 리세스(18) 배치와 잼 너트(183)에 의해 정류자 샤프드(196)와 퀼축(178) 사이에 고정된다. 제14도는 어댑터(184)의 사시도를 도시하는데, 여기서 어댑터는 정류자 샤프트의 중앙 보어(208)와 서로 연통하는 중앙보어(210)와, 정류자 샤프트의 통로(204,206)와 서로 연통하는 두 채널(212,214)를 가진다. 제15도는 어댑터(184)의 바닥면의 형상을 도시한다. 도시한 퀼부(154)의 실시예에서, 여러가지 드릴 파이프 도관을 통해 아래의 두개의 다른 유체를 퍼 넣도록 되어 있다. 그러므로, 어댑터(184)의 바닥면은 각각의 통로 채널(214,212) 주위에서 중공 부위(hollowed-out area)(216,218)를 포함한다. 이러한 구조에서, 채널(214)은 3개의 대응하는 퀼축 도관(222)와 유통이 되고, 반면에 채널(212)은 예를 들어 4개의 대응하는 퀼축 도관(224)과 유통하게 위치한다. 퀼축(178)에 남아 있는 도관(226)은 어댑터(184)에서 폐쇄부위(220)의 의해 막힌다.

필수적으로, 정류자 샤프트(196)의 유입구(224)는 4개의 인접한 퀼축 도관(222)과 이에 따라 4개의 대응하는 드릴 파이프 도관에 한 종류의 유체를 분배할 수 있다. 유사하게도, 유입구(202)는 3개의 인접한 드릴 파이프 도관에 또 하나의 드릴유체를 분배하도록 되어 있다. 이제, 여러 종류의 어댑터가 다수의 유체를 다수의 드릴 파이프 도관에 분배하는데 사용하기 위해 천공지역에서 제공될 수 있음은 명백하다. 이것은 어댑터(184)의 바닥면에 있는 중공부위에 다른 형태를 제공함으로써 달성된다.

게다가 천공 작업자는 본 발명의 설명으로부터 압력이 다른 2개 이상의 유체원이 천공 작업을 최적화하는데 사용될 수 있음을 알게 된다. 이러한 경우에 3개 또는 4개의 유입구 정류자는 드릴 파이프 도관으로 3개 또는 4개의 다른 유체를 분배하기 위해 개발될 수 있음은 명백하다.

제14도 및 16도에서, 더 상세하게 유체 매니폴드(198)는 외부쪽으로 각각의 유체원에 연결되고, 내부쪽으로 한쌍의 환상홈(234,236)에 의해 정류자 샤프트 유입구(200,202)와 연결된 유입로(230,232)를 가진다. 그러므로, 유입구(220)는 각각의 환상홈(234)내에서 회전할 때 유체와 연속으로 통하게 된다. 유사하게도, 유입구(202)는 환상홈(236)을 경유하여 다믄 유체와 연속으로 통하게 된다.

유체 정류자(182)가 연결호스(170 내지 174)(제12도)의 강도만으로 제한된 유압을 받기 때문에, 환상홈(234,236)과 회전하는 정류자 샤프트(196) 사이에서 밀봉을 유지하기 위해 특수한 구조가 제공되어야 한다. 제16도에 상세히 도시된 고압 밀봉구조는 여러가지 고압 유체가 다운홀 천공작업을 용이하게 하는데 사용될 수 있도록 거위목형 스위벌(12)의 유체 정류자(182)에서 이용되고 있다. 정류자 샤프트(196)의 외부면은 유체 매니폴드(198)내에서 샤프트(196)를 위해 내구성 및 지속성 지지면을 제공하는 세라믹 재료(240)로 도포되어 있다.

각각의 환상훔(234,236) 주위에는 정류자 샤프트(196)의 세라믹 재료(240)에서 유체 매니폴드(198)를 밀봉하는 고압 밀봉링(242)이 있다. 저압 밀봉부(243)는 정류자 샤프트(196)의 대향 단부에 배치된다. 고압밀봉부(242)의 한면에 가해지는 고압을 좌절시키기 위하여, 다른 고압 제어 유체가 고압 밀봉링(242)의 대향면에 적용된다. 이러한 방법에 따라, 고압 밀봉링(242)의 각 측면에서 차압이 감소되고, 압력 분출의 가능성이 또한 감소된다. 따라서, 제16도에 도시된 바와 같이 고압 밀봉 유체의 유입구(244)가 각각의 고압 밀봉링(242)의 한 측면에 고압 유체를 공급하고, 고압 밀봉링(242)의 다른 면에서의 압력과 동일하게 하여 고압 드릴유체가 드릴 파이프 도관으로 순환하게 한다. 다수의 저압 밀봉 유체의 유출구(246)가 고압 밀봉링(242)에서의 압력과 동등하게 한 누출 압력의 제어 유체를 저장소(도시되지 않음)로 귀환시키기 위해 제공되어 있다.

고압 밀봉의 세부 구조를 반복함이 없이, 정류자 샤프트(196)의 중앙 보어(208)는 상술한 것과 동일한 고압 기술에 의해 밀봉될 수 있다.

상기 설명에 의한 발명은 천공작업자에게 여러가지 대단히 높은 차압 유체를 여러가지 드릴 파이프 도관내에 선택적으로 분사시키고, 다운홀 장치에 상기 유체들을 적용하여, 예를 들어 드릴 비트를 세척 또는 냉각시키며, 드릴 유체를 산화시키거나 또는 구성물의 캐비테이션(cavitation) 또는 부식을 돕고, 또는 동시에 각각의 작업에 영향을 끼치게 하는 능력을 부여함을 이해할 것이다.

(전기 정류자)

제17도에서 전기 정류자(186)는 드릴 파이프 내의 회전 도선(110)과, 지상 모니터 장치(22)간에 전기 접속의 연속성을 제공한다. 드릴 파이프의 전기 도선(110)은 최상단 드릴 파이프(150)로부터 퀼축(178)의 바닥에 위치한 대응 접속기(도시되지 않음)를 통해 결합된다. 퀼축(178)내의 전기 도선은 그 상단부에서 접속기(250)에 의해 접속 가능하게 만들어지고, 제17도의 접속기(252)에 최종적으로 연결된다. 여기서 실예를 들면, 4개의 전기 도선이 드릴 파이프(150)를 통해 지나가고 있다. 4개의 대응 도체(254,256,258,260)는 단자 블록(262)에 고착된다. 단자 블록(262)에서 나온 4개의 도체는 제각기 슬립링(264,266,268,270)에 연결된다. 슬립링은 청동이나 다른 적절한 전기 도전재료로 제조되고, 퀼축(178)에 고정되어서 이 퀼축과 함께 회전한다.

다운홀 센서에서 나온 각각의 도선(110)에 의해 운반된 전기신호는 제각기 회전하는 슬립링(264 내지270)에 송신된다. 4개의 브러시(272,274,276,278)는 각각의 슬립링에 압축 상태로 보유되어서 링과의 확실한 전기 접촉을 제공한다. 브러시는 고정되고, 브러시 홀더(280)에 의하여 각각의 슬립링에 압축된다. 브러시 홀더는 거위목형 스위벌 프레임에 부착되어 있는 블록(282) 내에 고정된다. 블록(282)내에서, 개개의 도체(284)는 개개의 브러시(278)에 연결되어서 모니터 장치로 전기신호를 운반한다. 전기 정류자(186)는 가혹한 착정 환경에 슬립링이 노출됨을 회피하기 위하여 보호덮개(도시되지 않음)로 덮인다.

그러므로, 본 발명의 드릴 스트링을 통해 다운홀 장치로 이어지는 다수의 전기 도선(110)을 제공하고 있음을 알 수 있다. 다운홀 장치에서 나온 전기신호는 순간적으로 지상 모니터 장치(22)에 이용되고, 이에 따라 작용될 수 있다.

(교차속관(cross-over rub))

본 발명의 다른 형태에 관하여 제18도 및 제19도에는, 만능성(versatility)을 확장하기 위해 개량된 드릴 파이프와 관련되어 작동하기에는 이상적으로 적합한 교차 속관(286)이 도시되어 있다. 교차 속관(286)은 상술한 커플링 칼라를 가진 드릴 파이프의 짧은 부분이고, 센서장치(288)가 제공되어 있다. 특히 도시된 3개의 센서는 압력센서(290), PH센서(20) 및 온도센서(18)이다.

각각의 센서는 전기적으로 작동되며, 따라서 센서의 물리적 압력을 지상 모니터 장치로 전달되는 전기신호로 변환시키기 위해 원격 측정 또는 변환 장치(292)에 연결된다. 도시한 바와 같이, 원격 측정 장치(292)는 드릴 스트링에서 상향으로 슬립링까지 연장하는 전기 도선 장구(112)와 연결된다. 도선 장구(112)는 전기도관(108)내에 배치된다.

전기도관(108)내의 공간이 센서 및 원격 측정 장치를 위해 충분하지 않으므로 유체 도관(294)의 일부가 분리기(296,298)에 의해 봉쇄되어 있다. 덕트(297)는 봉쇄부(303)를 전기도관(108)과 연결시키므로, 전기도선(110)은 전기도관(108)에서 부터 봉쇄부(blocked off portion)(303)내에 위치한 원격 측정 장치(292)로이어질 수 있다. 접근-장착판(300)은 유체 도관(294)의 봉쇄부(303)의 접근구멍(302)내에 장착된다. 장착판(300)은 가스킷(304)과 함께 교차 속관의 벽에 나사(306)로써 고정된다. 종래 고무 가스킷(304)은 봉쇄부(303)가 극한 압력을 받지 않을 때는 충분하다.

다수의 교차 구멍(308)은 도관 분할기(310)에 형성되어서 유체 도관(294)의 상부에서 나온 유체가 유체도관(312)을 통하여 도관의 봉쇄부(303) 주위와 도관(294)의 하부 내로 재순환하게 한다.

천공지역에서 정력학적 수두를 감소시키기 위하여 드릴 유체를 산화시키는 것이 통상적인 일이다. 따라서, 실예로 둔 교차속관(286)에는 정보어의 환대(44)에서 드릴 유체를 산화시키기 위한 외부 산화구멍(314)과, 중앙 도관(318)에서 드릴 유체를 산화시키기 위한 내부 산화구멍(316)이 제공된다. 제19도에 도시한 바와 같이 내부 및 외부 산화를 제공하기 위하여, 각각의 중앙 도관(31)과 정보어의 환대에 상기 구멍에 의해 연결되는 유체 도관(320,322)에는 질소와 같은 가압가스가 제공된다. 단일 교차 속관(286)은 정상 상태에서 도시한 속관의 모든 형태를 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 상술한 형식의 특별한 드릴 파이프는 교차 속판(286)과 연관된 상기 여러 형태에 맞추어질 수도 있다.

콜릿(collet)(324,326)은 저장중이나 또는 다운홀에 사용될 때 피해에 대해 센서를 보호한다. 또한 콜릿(324)은 커플링 칼라(84)의 정지부로써의 작용을 한다.

그러므로, 교차속관(286)은 각각의 유체 도관에서 유체유동을 계속 허용하면서 드릴 스트링에 외부 구성물센서를 창작할 수 있게 허용하는 수단을 제공한다. 교차 속관(286)을 사용할 때는 동일한 유체가 유체 도관(294,312)내로 순환해야 하는데 왜냐하면 그러한 도관이 구멍(308)에 의해 유제유통 관계에 놓여 있기 때문이다.

(환상 축압기)

환상축압기(46)가 제20도에 도시되어 있다. 이 장치는 정보어의 정력학적 수두를 기계적으로 선택조정하여 정보어의 보존성을 개량시키고, 또한 달라지는 지하압력과 마주칠 때 연속적으로 조정할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 특히, 이러한 장치는 희생이 큰 재난을 일으키는 정의 분출을 초래할 수 있는 그러한 사고를 방지한다. 보통 다운홀 압력이 과다하게 형성되면 정보어의 환대(44)에서 착정이수의 밀도를 증가시킴으로써 압력을 억제시킨다. 압력이 너무 커지는 경우 또는 천공 작업자가 그러한 팽창을 감지하지 못하면, 착정이수 밀도는 분출을 피할 정도로 충분히 신속하게 변경될 수 없다.

환상축압기(46)는 정보어 환대(44)에 압력을 적용함으로써 착정이수(327)의 유효 밀도를 신속히 변경시키는 능력을 제공함으로써 상기 문제점을 해결한다. 환상축압기(44)는 적절한 배관을 통해 정보어 환대(44)와 연결된 저장소(328)를 구비한다. 회전 헤드(331)는 폐쇄 시스템을 제공하기 위하여 드릴파이프 주위에서 환상 밀봉부를 형성한다.

저장소(328)는 위에 있는 가압가스(334)로부터 착정이수(327)를 분리하는 가요성 격막(332)을 포함한다. 격막(332)과 착정이수(327)에서 가스압력이 증가함에 따라, 그러한 이수의 유효 밀도가 증가함을 알 수 있다. 가스 펌프(336)는 비교적 대용량의 공급 탱크(338)내로 가스를 압축하므로, 요구시에 저장소(328)내의 가압가스(334)의 압력은 신속히 증가될 수 있다. 조절기(340)는 공급 탱크(338)와 축압기 저장소(328)간의가스(334)를 조절한다. 따라서, 압력 조정 요구의 지시에 따라, 조절기(340)는 착정이수(327)의 가스 압력을 증가시키고 이수의 유효밀도를 증가시키기 위해 개방될 수 있다.

본 발명의 중요한 형상에 의해, 조절기(340)는 자동적으로 조절될 수 있고, 압력센서(290)가 감지한 순간적인 다운홀 압력 변화를 근거로 하여 축압기 저장소(328)의 압력을 자동으로 조절하기 위해 지상 압력 모니터(342)에 연결된다. 그러므로 폐쇄루프 시스템을 통해 절박한 분출재항이 조기에 감지되어서, 본 발명에 따라 회피될 수 있다 또한, 압력 모니터(342)는 다운홀 유체 높이를 요구 치수로 유지하기 위하여 킬라인펌프(4)를 작동시키는데 이용될 수 있다.

(개량된 착정방법)

가장 실용적이고 양호한 실시예라고 생각되는 본 발명의 장치를 설명하는데, 이러한 장치를 이용하는 개량된 착정방법을 이제 설명하기로 한다. 여기에서는 본 발명의 여러가지 형상을 이용하는 확대된 드릴 파이프 및 정보어를 도시한 제21도 내지 23도에 주목해야 할 것이다.

제23도에는 드릴 비트 지역(348)에서 고속 분사작용을 통해 구성물칩(347)의 제거를 용이하게 하기 위하여 하나 이상의 도관(346)에 있는 다운홀에 공급된 제1밀도의 드릴 유체(344)와 같은 액체를 이용하는 착정방법이 도시되어 있다. 착정이수에 포함된 칩(347)은 정보어 환대(44)에서 상향으로 지상까지 운반된다. 또한 드릴 유체(344)는 다른 도관(352)의 다운홀로 공급된다. 이러한 도관(352)에서 드릴 유체(344)는 도관(346)내의 압력보다 훨씬 큰 압력을 받으며, 드릴 비트의 천공로(boring path)(354)내로 진행하여 구성물을 침식하고 및/또는 천공로(354) 밖으로 칩(347)을 신속히 제거시킨다. 제2밀도의 드릴 유체(356)는 중앙도관(358) 아래로 대량으로 공급되어 드릴 비트 지역(348)에서 드릴 유제(344)와 혼합될 것이고, 이 혼합물을 구성물 칩(347)을 운반하는 정보어 환대(44)에서 상향으로 추진된다.

따라서, 멀티 도관식 드릴 파이프를 설치하면 천공 작업자는 가장 먼저 드릴 비트 및 드릴 경로로부터 절삭물을 세척하기에 적절한 압력의 드릴 유체를 개별적으로 동시에 다운홀로 공급하고, 구성물을 침식하기 위해 대단히 높은 고압의 드릴 유체를 공급하고 그리고 절삭칩을 정보어 환대에서 상향으로 추진시키기 위해 다량으로 저압의 또 다른 드릴 유체를 다운홀로 공급할 수 있다.

제22도에 도시한 천공 작업은 제21도와 유사하지만, 추가로 교차 속관(360)의 한 형식을 포함하는데 여기서 가압가스(362)는 외부 산화 구멍(314)을 통해 정보어 환대(44)로 공급되어서 혼합된 밀도의 드릴 유체를 산화시킴으로써 유효밀도를 감소시킨다. 다시 말하면, 이러한 산화는 드릴 비트 지역(348)에서 유체 정력학적 압력을 감소시킨다. 이 실예의 산화와 환상 축압기(46)에 의한 드릴 유체에 가해진 압력과의 사이에서 드릴 유체의 밀도는 신속히 바뀔 수 있고, 넓은 범위내에서 바뀔 수 있다.

제23도는 고압 드릴 유체(344)가 어떤 도관(346,352)과 제트(도시되지 않음)을 통해 드릴 비트 지역(348)에 가해지고, 드릴 파이프의 중앙 도관(358)을 통하여 구성물칩(347)과 함께 상향으로 가역 순환되는 유핵화 작업(coring operation)을 도시한다. 덧붙여, 드릴 유체(344)의 가역 순환은 유체 도관(364)에 공급되어서 내부 산화구멍(316)을 통해 중앙도관(358)내로 추진된 압축가스(362)의 성질을 가진 산화에 의해 강화된다. 유체는 다른 방법으로서 외부 지역의 상태를 적절히 하기 위하여 드릴 파이프의 외부환대로 분사될 수 있다.

제23도에 도시한 형태는 제21도의 드릴 비트(14)를 이용함으로써 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 이 실시예에서, 칩크기는 업홀로 전달되는 완전한 공기 압축을 강화시키기 위해 축소될 것이다.

상술한 바와 같이 개량된 착정장치 및 방법이 설명되었다. 상술한 여러가지 형상 및 특징을 조합하여 착정작업을 더욱 강화할 수 있다. 예를들면, 상술한 센서 이외의 센서가 요구한 정보 자례를 감지하기 위하여 드릴 파이프에 장착될 수 있으며, 지상 장치에 결합되어 착정작업을 수정할 수 있다. 그러한 폐쇄루프 시스템은 정보에 따라 작용시키는 일을 지연시키거나 또는 전혀 작용시키지 않는 작업자의 간섭을 배제한다. 게다가, 그러한 폐쇄루프 작업은 시스템 효율의 최적화를 위하여 착정작업에서 어떠한 크기일지라도 연속적으로 조정할 수 있게 한다.

본 발명의 중요한 형상에 있어서, (ㄱ)정보에서 화학제 및 압력 보존성을 유지하는 기능과, (ㄴ)홀 밖으로 절삭물을 순환하는 기능과, (ㄷ)구성물의 절삭 또는 침식을 원조하는 기능등, 3가지 기능은 분리될 수 있으므로 개별적으로 조정 및 제어될 수 있다. 따라서 본 발명의 상술한 3가지 기능을 수행하기 위하여 다수의 분리된 유체와 그 혼합을 사용할 수 있다. 이러한 능력은 상기 3가지 기능이 분리될 수 없고 독립적으로 조정 또는 제어될 수 없는 종래 기술과는 대조된다.

(멀티도관식 정케이싱)

본 발명의 다른 주요한 목적은 다수의 도관을 지닌 정케이싱을 제공하는데 있다. 멀티도관식 정케이싱의 제공은 드릴 파이프와 관련하여 상술한 범위만큼 넓은 범위에서 다수의 장점을 발생시킨다.

정이 생산 단계에 도달한 이후에도 정을 최대효율로 생산하고 있음을 보장하기 위하여 고도로 개발된 정통제 계획(well management schedule)이 수행되어야 한다는 것은 기술에 숙련된 자는 알고 있다. 정의 총생산 통제는 종래에는 효율 개선을 위해 다운홀 상태를 변하게 하거나 또는 총효율 개선을 위해 지상 펌핑작업을 면하게 하기 위하여 수집될 수 있는 다운홀 정보의 양만큼 제한되어 있었다. 상술한 착정작업과 유사하게 다수의 유체 및 전기신호를 전달하는 설치를 함으로써 고효율의 폐쇄루프 정 생산 시스템이 또한 달성될 수 있다.

고도의 생산 시스템에서 해결해야만 하는 그러한 항목중에 영역 압력 및 온도, 유량, 유체 점성 및 밀도, 유체 PH레벨 등에 관한 다운홀 상태가 있다. 이러한 매개변수 및 다른 변수를 모니터하여 지상 작업 예를 들어, 가스가 유입된 다운홀의 압력을 제어하여 그곳의 유체 정력학적 압력을 감소시키고, 그리고 솔벤트 또는 용해제(solutions)를 다운홀로 분사하여 오일을 분해하거나 또는 PH레벨을 조정하는 일을 제어하는 것이 유리하다. 다른 용해제는 구성물에 더 많은 영향을 끼치기 위해 다운홀로 동시에 공급될 수 있으며, 따라서 오일 등이 추가로 방출된다. 다른 적용은 가수 유동의 온도 하강 영향으로 인하여 불필요한 저온 상태를 방지하기 위하여 알코올용액 또는 부동제를 다운홀에 분사할 것을 필요로 한다.

상기 설명으로부터, 동시에 다수의 액체를 다운홀로 공급하고 또한 다수의 다운홀 매개변수를 모니터하는 능력을 이용할 수 있는 것이 크게 필요함을 알 수 있다. 본 발명에 의하여, 제24도 및 25도는 종래 정 케이싱에 부수된 단점을 극복하는데 사용될 수 있는 멀티도관식 정 케이싱(266)을 도시한다. 정 케이싱(366)의 일반적인 특성은, 스트링을 형성하기 위해 케이싱을 다함께 결합하는 배치구조와 마찬가지로 드릴 파이프와 연관되어 상술한 특성과 동일하다. 정 케이싱(366)의 여러가지 도관이 고압 유체를 또한 운반하기 때문에, 제5도의 밀봉부와 대비가 되는 밀봉부(86)(제27도)는 정 케이싱(366)의 도관 사이의 압력 보존성을 보장한다.

특히, 제25도는 중앙 보어(370), 다수의 유체도관(372), 및 다수의 원격 측정 도선(376)을 소유한 전기도관(374)을 포함하는 정 케이싱(366)의 단면 형태를 도시한다. 각각의 원격 측정 도선(376)은 전기도관 단부에서 연결되고, 밀봉부(86)의 중간 접속기(126)를 통하여 스트링의 다른 정 케이싱 섹션의 대응하는 원격측정 도선에 결합된다. 제25도의 멀티도관식 정 케이싱(366)은 정 케이싱 튜블라가 정보어내에 끼워지도록 단면이 약간 더 크다는 점을 제외하고, 제3b도의 멀티도관식 드릴 파이프와 대체로 동일하다. 또한 중앙보어(370)는 위로 퍼올려진 생산 유체의 더 많은 용적을 수용하기 위하여 직경이 다소 크다.

제24도에서, 최상단 정 케이싱(366)은 정 헤드 캡(378)에 거플링 칼라(84)로서 결합된다. 정 헤드 캡 스터브(well head cap stub)(380)는 정 케이싱(366)의 단면과 유사하고, 밀봉부(86)(도시되지 않음)를 위한 장착부를 포함하고, 또한 제11도와 관련하여 상술한 인덱스 및 구동 러그 및 요면을 포함한다. 정 헤드 캡(378)은 정 케이싱 도관(372,274)을 각각의 유체 또는 용해제 공급원과 모니터 및 제어 패널(394)에 연결하는 다수의 채널(382)(점섬)을 포함한다. 본 발명의 도시한 실시예에서, 정 케이싱(366)의 7개의 유체도관(372)은 유체 분배기(386)를 통해 각각의 유체원(388)에 연결될 수 있다. 도시된 호스(384)와 같은 고압호소는 정 헤드 캡의 채널(382)을 유체 분배기(386)의 출구(390)에 제각기 연결한다.

전기도관(374)내의 원격 측정 도선(376)은 정 헤드 캡의 전기도관(392)(점섬)을 통하여 모니터 및 제어패널(394)에 결합된다. 모니터 및 제어 패널(394)은 원격 측정 신호들을 다른 신호들로, 예를 들어 유체분배기(386)의 유체 매티폴드(397)와 관련하여 사용되는 것과 같은 솔레노이드 장착 밸브(396)의 저장소를 작동시키는 신호로 변환시키기 위해, 계량기, 경보기, 그래픽, 모니터 또는 증폭기를 포함할 수 있다.

이러한 방법에 따라, 지상장치가 센서에 의해 감지된 다운홀 매개변수를 변화시킴에 반응하여 자동적으로 작동될 수 있는 폐쇄루프 시스템이 제공된다. 예를 들면 다운홀에서 센서(424)(나중에 자세히 설명될 것임)에 의해 감지된 것과 같이 생산 유체의 점성 증가의 지시에 반응하여 모니터 및 제어 패널(394)은 이의 전기적 지시를 처리하고, 하나의 솔레노이드 밸브(396)를 작동시켜서 알코올 유체원을 유체분배기(386)를 통해 하나 이상의 정 케이싱 유체도관(372)에 연결하며, 이에 따라 생산 유체의 점섬이 변하게 된다. 게다가, 점성 센서가 모니터 및 제어패널(394)로 다운홀 생산 유제의 순간 점성을 송신할 때, 하나 이상의 솔레노이드 밸브(396)는 작동 또는 해제되어서 상기 유체를 다른 유체도관(372)에 이르게 함으로써 유체량을 증가시키거나 또는, 솔벤트가 순환하며 통과하는 유체도관(372)의 갯수를 감소시킴으로써 다운홀에 공급된 유체량을 감소시킨다.

일반적으로 솔레노이드 밸브(396)와 매니폴드의 배치 구조를 보여주고 있지만 기술에 친숙된 자는 특정한 배치 구조로 수정이 가능하다.

수동 푸시버튼 패널(400)이 또한 제공되어서 어떤 하나의 유체가 하나 이상의 어떤 정 케이싱 유체도관(372)을 통해 순환될 수 있도록 솔레노이드 밸브(396)를 수동으로 작동시킨다.

또한 정 헤드 캡(378)은 중앙 보어(도시되지 않음)를 포함하는데, 이 보어를 통해 펌프 샤프트(402)는 다운홀까지 연장하여 펌프 작용을 제공하고, 이에 의해 생산 유체는 지상까지 상승된다.

정 케이싱의 최하부는 전기 원격 측정 센서와 마찬가지로 각각의 유체도관(372) 용 출구를 제공하는 정 케이싱 스터브(404)를 구비한다. 정 케이싱 스터브(404)는 생산 유체를 지상까지 상승시키기 위하여 종래 왕복 플런저를 둘러싸고 있는 특수한 멀티 도관식 펌프 부(406)와 나사식으로 결합된다.

제26도 및 27도는 정 케이싱 스터브(404)의 여러가지 형태를 도시한다. 아래에 기술되지만, 정 케이싱 스터브(404)(제26도)는 중앙 보어(370)를 덮고 있는 메쉬 스크린(mesh screen)(408)을 포함하고, 이 메쉬 스크린은 모래 입자 등이 펌프부(pump section)(406)로 들어가지 않도록 하는 필요한 등급에 속한다. 메쉬 스크린(408)은 스테인레스 강 또는 부식에 견디는 다른 유사한 내구성 재료로 제작되고, 주변 에지 둘레에서 유체도관(372)과 정렬된 구멍을 포함하며 따라서 유체는 메쉬 스크린(408)에 의해 제한받지 않고 정 케이싱 스터브(404)의 바깥에서 멀리 분사될 것이다. 메쉬 스크린(408)은 칼라(412)의 숄더(shoulder)(410)와 도관 말단부(414) 사이에서 압박됨으로써 정 케이싱 스터브(404)내에 유지된다. 정 케이싱 스터브(404)의 도관 말단부(414)는 다수의 유체도관(372), 중앙보어(370) 및 전기도관(374)을 멀티 도관식 펌프부(406)를 통해 멀티도관식 정 케이싱(366)의 대응 도관과 모두 맞춤관계로 포함한다. 덧붙여, 정 케이싱 스터브(404)는 멀티도관식 펌프부(406)의 구동 및 인덱스 요면과 제각기 결합 가능한 구동 및 인덱스 러그를 포함한다. 상술한 바와 같이 밀봉부(86)는 정 케이싱 스터브(404)의 대응 도관과 멀티도관식 펌프 부(406)간의 압력 보존성을 보장한다.

제26도에 주목하면, 각각의 유체도관은 노즐구멍(416)을 통하여 정보어의 바닥으로 개방된다. 도면에 의하면, 직경이 다른 노즐구멍이 다른 필요성 때문에 제공될 수 있다.

또한, 제27도는 정 케이싱 스터브(404)와 멀티도괸식 펌프 부(406)내에 있는 원격 측정 도선(376)을 도시한다. 전기도관 접속기(418), 밀봉 중간 접속기(126) 및 정 케이싱 스터브 접속기(420)는 원격 측정 도선(376)과 센서 챔버(sensor chamber)(422)와의 연속성을 제공한다. 정 케이싱 스터브(404)내의 센서(422)가 제28도에 상세히 도시되어 있다. 제28도에서 다수의 센서(424)(그중 하나만 도시됨)는 센서 챔버(422)의 말단부에 제공된다. 센서 챔버(422)는 다수의 나사식 입구(426)를 포함하는데, 이 입구에는 수나사식 센서(424)가 고정된다. 이러한 배치는 센서 챔버(422)내로 유체가 누출되지 않게 하는 가스킷(428)이 제공되어 있는 것을 제외하면 전기 접합상자에서 나사식 퓨스와 유사하다. 스프링 장전식 센서 접점(430)은 센서(424)로부터 원격 측정 도선(376)까지의 연속성을 제공한다.

이러한 구조는 특정한 형식의 정의 생산에 중요하다고 여겨지는 특정한 다운홀 매개변수를 감지하기 위하여 다수의 센서(424)를 미리 선택하여 정 케이싱 스터브(404)내에 고정시킬 수 있을때 대단히 유리하다. 모니터 및 제어 패널(394)에서 증폭 및 다른 감지 장치는 정 케이싱 스터브(404)내에 설치된 센서(414) 형식에 따라 연결되므로 감지된 특정한 매개변수는 그러한 매개변수의 사용가능한 지시로 전환될 수 있다. 덧붙여, 단일 전기도관(374)이 수용가능한 것보다 더 많은 센서(424) 및 원격 측정 도선(376)을 사용하고자 원한다면, 다른 유체 도관에는 센서 장치를 위해 추가 용량을 제공하기 위하여 원격 측정 도선과 대응 접속기가 끼워질 수 있다.

제27도에 관하여, 칼라(412)는 대응하는 암나사 및 수나사로써 도판말단부(414)를 멀티도관식 펌프부(406)에 고정시킨다. 멀티도관식 펌프부(406)는 펌프 플런저(434)가 생산 유체를 상향으로 추진시키기 위해 왕복 이동하게 되는 실린더로써의 역할을 하는 중앙보어(432)를 가진다. 펌프 플런저(434)는 이 플런저의 위와 아래에서 유체밀봉을 보호하는 종래 방식의 원주상 밀봉부(436)를 포함한다. 펌프 플런저(434)의 하향 행정에서 생산 유체는 통로(440)와, 개방된 체크 밸브(438)를 통하여 펌프 플런저(434)의 상단측까지 상향으로 추신된다. 펌프 플런저(434)의 상향 행정에서, 체그 밸브(438)는 폐쇄되고, 생산 유체는 지상 저장탱크(도시되지 않음)로 상향으로 추진된다.

요약하면, 상기 설명은 정 케이싱으로써 사용된 멀티도관식 튜블라에 의해 나타난 장점을 증명하고 있다. 제공된 다수의 도판 때문에 여러 종류의 접근 채널이 보어홀의 바닥에서 이용될 수 있고, 이에 의해 다수의 다운홀 매개변수가 감지되고, 여러가지 유체도관을 통하여 정의 총 생산은 고도의 효율로 통제될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치의 양호한 실시예가 튜블라, 도관, 커플링 등의 특정한 구조를 기준하여 설명되었지만, 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범위를 벗어남이 없어 공학적 선택의 문제로써 세부 사항의 여러가지 변경이 가능하다. 실제로, 기술에 숙련된 자는 예를 들어, 교차 속관의 형태를 드릴 파이프 또는 드릴 비트에 직접 구체화시킬 수 있고, 본 발명에 비추어 그러한 선택의 실시를 용이하게 찾을 수 있다. 또한, 개개의 특징을 현실화하기 위하여 본 발명의 여러가지 유익한 특징을 모두다 단일의 복합 튜블라로 적용시킬 필요는 없다. 또한, 본 발명의 범위는 상술한 세부사항에 제한 받지 않으며, 이와 동등한 장치 및 방법을 포용하기 위해서는 청구범위내에서 허용될 것이다.

Claims (22)

1. 착정 및 생산 정에서 사용하기 위한 튜블라에 있어서, 여러개의 드릴 파이프의 단부를 연결시켜 만들어진 기다란 파이프(10,50,52,103,105,150)와, 이 파이프를 통과하여 파이프의 한 단부에서 다른 단부까지 실제로 균일하게 연장하며 다수의 독립된 아치형태의 이격된 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)과, 커플링 중에 상기 튜블라와 다른 유사한 튜블라를 정확하게 정렬시켜서 요구한 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)이 결합되는 유사한 튜블라의 대응도관가 정렬하게 만드는 튜블라상의 인덱스 수단(104,106)과, 상기 튜블라의 단부를 다른 유사한 튜블라에 결합하고 그리고 이를 통해 각 도관의 완전한 보존성(integrity)을 유지하는 밀봉부(86)를 포함하고, 상기 밀봉부는 튜블라의 각각의 도관을 다른 유사한 튜블라와 연통시키며 동시에 인접한 도관과는 격리되어 있는 구멍(122,124)을 포함하고, 이런 구성에 의해 다수의 별개의 유체가 정을 통해 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 튜블라.
2. 제1항에 있어서, 상기 파이프(10,50,52,103,105,150)는 동심의 내부 측벽(60,68,74) 및 외부 측벽(58,66,72)을 포함하고, 상기 내부 측벽은 다수의 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)의 중앙 도관(32,62,358)을 형성하고, 다른 도관들은 상기 내부 측면(60,68,74)에서 방사상 외향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 튜블라.
3. 제 2항에 있어서, 상기 다른 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)은 내부 측벽(60,68,74)과 외부 측벽(58,66,72)사이에서 기다란 환상 채널에 의해 규정되며, 상기 채널내의 기다란 방사상 분할기(64)가 다른 도관의 각각의 측벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
4. 제2항에있어서, 상기 다른 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)은 다수의 기다란 원형단면의 독립채널(70)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 튜블라.
5. 제4항에 있어서, 상기 하나의 채널(70)내에 고정된 기다란 인서트(78)를 더 포함하고, 상기 인서트는 다수의 기다란 독립 채널(80,82)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
6. 제 2항에 있어서, 상기 파이프(10,50,52,103,105,150)는 중앙 도관(32,62,358)을 규정하는 내부 측벽을 가진 내부 실린더(74)와 상기 내부 실린더의 동심을 이루는 외부 실린더(72)를 포함하고, 외부 측벽은 파이프(10,50,52,103,105,150)의 외부면을 규정하고, 상기 다른 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)은 내부 실린더(74)와 외부 실린더(72) 사이에 고정된 다수의 다른 개별 실린더(76)에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 튜블라.
7. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉부(86)는 각각의 도관(30,62,70,76,80,72,103,105,150)과 관련된 구멍과 단면이 유사한 그물망을 가지는 평판과, 상기 평판의 각각의 표면에서 도관 구멍을 주변에서 둘러싸는 탄성체(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
8. 제7항에 있어서, 상기 탄성체(130)가 부분적으로 파묻혀 있는 평판의 각 표면에서 그물망 홈(132)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
9. 제1항에 있어서, 통과하는 전기신호를 운반하여 튜블라 내에서 도관(108)에 고정되고 또한 전기도관을 규정하는 전기 도선(110)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
10. 제9항에 있어서, 전기 도선(110)을 종단하기 위해 전기도관(108)의 각각의 구멍에 배치된 전기 접속기 수단(116)을 더 포함하고, 상기 접속기 수단(116)은 전기 도선(110)이 전기적으로 연결되는 접점(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
11. 제10항에 있어서, 상기 접속기 수단(116)을 전기도관(108)에 대해 밀봉하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
12. 제1항에 있어서, 상기 다수의 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)의 하나의 도관(108)내에 소유된 전기 도선(110)을 더 포함하고, 상기 하나의 도관(108)은 전기도관을 규정하고, 전기도관의 각각의 단부에서 부착된 제 1접속기(116)는 도선의 각 단부를 종단하는 접점(120)을 포함하고, 밀봉부에 있는 제 2 접속기(126)는 튜블라의 제1접속기(116)의 접점을 다른 유사한 튜블라의 전기도관에 전기적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
13. 제1항에 있어서, 상기 튜블라는 드릴 파이프(10,50,52,103,105,150)를 구비하고, 또한 상기 드릴 파이프가 회전하는 동안에 다수의 유체원을 제각기 요구 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)에 결합하는 유체 정류수단(26,182)을 조합하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
14. 제12항에 있어서, 상기 튜블라는 드릴 파이프(10,50,52,103,105,150)를 구비하고, 상기 드릴 파이프의 회전중에 도선(110)에서 나온 전기신호를 연결하기 위한 전기 정류수단(186)을 조합하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
15. 제1항에 있어서, 튜블라에 의해 형성된 정보어의 환대(44)에 대하여 드릴 유체(344)를 한정하는 수단(331)과, 상기 환대(44)의 드릴 유체에 요구 압력을 적용하여 환대(44)에서 드릴 유체(344)의 유효 밀도를 변화게 하는 가압가스(344)를 보유하기 위한 저장소(328)를 포함한 압력수단(36)를 조합하여 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
16. 제15항에 있어서, 튜블라의 측벽에 고정된 압력센서(290)와, 튜블라를 통해 정압력(well pressure)을 나타내는 신호를 전달하는 수단과, 드릴 유체(344)에 가해진 압력을 조절하기 위해 상기 신호에 반응하는수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
17. 제13항에 있어서, 제1압력으로서 제1도관(346)내의 제1유체를 순환시키고 그리고 토양 구성물의 용이한 침식을 위하여 제1압력보다 더 큰 제2압력으로서 제2도관(352)을 통해 제2유체를 순환시키기 위한 수단이 유체 정류 수단(26,182)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 튜블라.
18. 제17항에 있어서, 튜블라의 측벽에 고정된 센서(18,20,290)와, 튜블라를 통해 착정 매개변수를 규정하는 전기신호를 전달하는 수단과, 상기 전기신호를 기초로 하여 하나의 유체 압력을 제어하는 제어기(22,342)를 포함하는 폐쇄 루프 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 튜블라.
19. 생산 정 통제 방법에 있어서, 생산 정으로부터 생산 유체를 추출하는 단계와, 생산 정의 내부에 설치된(18,20,290)로부터 나온 신호에 따라 정의 압력 및 온도, 유량, 유체 점도 및 밀도, 유체 pH레벨 등과 같은 여러가지 다운홀 매개변수를 생산 정의 외부에서 모니터하는 단계와, 모니터한 다운홀 매개변수에 반응하여 계값을 규정하는 단계와, 상기 다운홀 매개변수를 한계값내로 복귀시켜서 한계값에 따라 필요한 유체를 다운홀로 강제 복귀시켜서 한계값에 따라 필요한 유체를 다운홀로 강제 순화시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 생산 정 통제방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 강제순환단계는 압력이 서로 다른 다수의 드릴 유체를 각각의 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)들을 경유하여 개별적으로 다운홀로 강제 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 정 통제방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 강제순환단계는 압력 및 용량이 서로 다른 여러 종류의 드릴 유체를 각각의 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)을 경유하여 개별적으로 다운홀로 강제 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 정 통제 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 강제순환단계는 압력 및 용량이 서로 다른 여러종류의 드릴 유체를 관련된 도관(30,62,70,76,80,82,346,352,364)을 경유하여 개별적으로 동시에 다운홀로 강제 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 정 통제방법.

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