Pipe assembly having a conductive structure

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、特に、ドリルパイプシステムにおいて使用される導電構造を有するパイプ組立体に関する。

掘削中のみならず掘削が終了した後にも掘削孔の中の条件を測定する必要がある。 掘削中に、掘削される岩盤の状態について（地層検層）、掘削操作そのものについて、例えばドリルビットに作用する荷重およびドリルビットの位置について、また、掘削の生じる環境の物理的条件、例えば圧と温度について情報が必要である。 掘削が完了して産出が開始された時に、産出井戸の流量と産出条件についての情報、および井戸が岩層で産出しているか否かの情報が必要である。

必要な情報は一般に検層ユニットによって検出され、この検層ユニットは情報を必要とする位置にできるだけ近く配置される。 この検層ユニットはドリルビットと一体的に設置され、あるいはワイヤライン技術によって井戸の中に降ろされる。 このユニットは、センサとセンサ出力処理部とを有する。 得られたデータは、検層ユニットが引き上げられた時の応答のために記録され、あるいは信号伝送系によって地表に転送される。 この信号伝送系は、伝送導体として、土壌、掘削パイプまたは産出パイプ、掘削のために使用された泥水、または別個の電気ケーブルを使用する事ができる。 このようにして検層ユニットから得られた信号は、適当な検出−コーデイング素子を有するユニットによって受信され解読される。

検層装置は、抽出操作および掘削操作との干渉ができるだけ少なく、正確で低コストの成分を使用するものでなければならない。 また、この検層装置は、高い信頼度と、数１００時間の使用寿命とを有し、また作動中の故障が容易に修復されなければならない。

しかしながら、通常の操作条件はこのような要求を満たす事が困難であり、井戸の条件は大幅に変動するが、１
５０℃までの温度と１０００バールまでの圧が経験される。 掘削中に１０００ｇまでの振動荷重が経験され、また回転ドリルパイプの内部に沿って供給される掘削泥水の品質の変動から浸蝕と摩損とが生じる。 このような高温においてバッテリーは十分なエネルギーを供給する事ができないので、電力の供給が問題であり、また、パイプラインが大幅に垂直方向からそれる場所では、ワイヤライン技術の使用は困難である。 多量のデータを伝送しなければならないので、伝送速度が問題であり、大きなデータ操作容量を必要とする。

〔発明の概要〕

本発明のパイプ組立体は、パイプ要素同士を接続するための手段を端部に有するパイプ連結要素と、電気的に接続するための手段を端部に有する細長い筒状の電気導体要素とを具備し、上記パイプ連結要素と上記導体要素は一方が他方の中に組み込まれ、上記パイプ連結要素および上記導体要素は長手方向の相対運動によって両要素を組み立てた後に所定の軸方向の相互関係の構成によって上記パイプ連結要素上に上記導体要素が懸垂されるように係合されるような構成を有することを特徴とする。

導電手段は、パイプ状を成し、パイプ要素に対して同心的に延在するように支持されている。 導電手段はパイプ要素の内部または外部に担持されまた適当な絶縁体と組合わされた単一の導体チューブまたは複数のチューブを含む。 パイプ要素は、他のパイプ要素またはパイプ部分と共に、第２導体または追加導体として、あるいは導体手段に対する内部ライナーまたは外部ライナーとして作用する事ができる。

導体手段は、パイプ連結要素の段部またはテーパ部分上に載置される形状を有する事によってパイプ連結要素から単に懸垂する事ができ、また／あるいはねじ連結部によってパイプ連結要素に対して固着する事ができる。 パイプ要素の組立てに際して特殊の接続段階を必要とせずに導体手段の電気接続が得られるように、導体手段の上端および下端は、同様の上下の隣接導体手段との摩擦嵌合またはばね接触部材によって良好な電気接続を成す形状を有する。

パイプ連結要素は、プロダクションパイプシステムまたはドリルパイプシステムにおいて、パイプ要素同士を接続するものであり、このパイプ連結要素の両端は、パイプ要素の標準型継手と連結される標準型継手、例えばねじ込み型継手を有する。 パイプ連結要素は、隣接の長いパイプ要素を互に離間する挿入要素またはスペーサ要素として構成する事ができるが、導体手段の支持に必要な限りにおいて変形された標準型のパイプ部分として形成する事もできる。

また、本発明のパイプシステムは、パイプ要素同士を接続するための手段を端部に有するパイプ連結要素と、電気的に接続するための手段を端部に有する細長い筒状の電気導体要素とを具備したパイプ組立体を有し、上記パイプ連結要素および上記導体要素はそれぞれパイプ要素および導体要素と端−端連結され、別のパイプが上記パイプ組立体と同軸関係に離間保持され、上記別のパイプおよび上記パイプ組立体はそれぞれ流体通路を画成し、
上記導体要素はセンサまたは検層ユニット、活性化ユニット、駆動ユニットおよび操作ユニットと電気接続されていることを特徴とする。

導体手段は現存のパイプシステムに沿って設置位置まで前進させられる。 これは、ワイヤライン技術の欠点を防止する。 なぜならば、この技術において、ワイヤはその長手方向に沿って応力によって前進させられないので、
ワイヤラインが偏向し、すなわち垂直方向からそれて水平方向をとる場合もあるからである。 比較的剛性の本発明の導体チューブはこのような欠点を示す事なくワイヤラインの機械的動作を遂行する事ができ、容易に前進させられて単数または複数の坑底検層ユニットまたは操作ユニットと接続または遮断させる事ができる。

導体手段は、パイプラインまたはその他のパイプシステムに沿って、その中に組込まれた牽引手段すなわち駆動手段によって前進させる事ができる。 従って、導体手段は単数または複数のリニアモータ固定子手段を含む、導体手段の走行するパイプシステムをリニアモータの連続回転子として使用する。

しかし、パイプシステムに沿って設置される導体手段の内部は、掘削用泥水または抽出された液体、バリヤ流体または井戸刺激用の噴射流体を搬送するために使用する事ができる。 パイプ状の導体手段は、その内部のみならず、これとパイプシステムとの間の環状スペースを流体の運動のために使用できるように、パイプライン内部にスペースを備えて配置する事ができる。 供給される液体は、坑底装置の監視または操作のため、信号−制御用圧力媒質として使用する事ができる。

導体手段は、地表の機器と坑底の単数または複数の操作ユニットおよび／または検層ユニットとの間の電力供給および／または信号伝送を成す事ができる。 パイプシステムの中に含まれた少なくとも１個のパイプ要素はその壁体の中に検層ユニットを含み、またこのユニットと導体手段との間の導電性接続部材または誘電性接続部材を含む。 従って本発明は、パイプシステム、特に、産出用または掘削用パイプシステムの中に合体されるパイプ要素を提供し、このパイプ要素はその壁体の中に検層ユニットおよび／または活性化ユニットを含む。

あるいは導体手段は、検層ユニットおよび／または作動ユニットをパイプシステムに沿って流体圧またはワイヤライン技術によって通過させる案内部材を成す。 この場合、パイプ連結要素は検層ユニットの下降運動の末端を画成するストッパまたは当接手段を有する事ができる。
この検層ユニットは導体手段に対して、誘導作用で、または検層ユニット上の接点とパイプ要素上の接点、例えばストッパとによって接続される。

本発明は、パイプシステムの構造を複雑にする事なく、
またその機能を制約する事なく、例えば掘削用あるいは抽出用パイピング系の場合には掘削用、潤滑用、冷却用ガスおよび／または液、または抽出されたガスおよび／
または液の搬送を制約する事なく、導体手段をパイプシステムの中に合体させる事のできるパイプ連結要素を提供するにある。

さらに、本発明の導体手段は、パイプ要素によってパイプシステム中に合体された単数または複数の検層ユニットからの多量のデータを容易に伝送する事ができるので、パイプラインに沿って単数または複数の位置での定期的または連続的検層と、機器の制御および／または操作とを容易に実施する事ができる。

（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。

第１図に示すパイプ連結要素１は、円筒形の上部２を含み、この上部２の下端から、同じく円筒形のしかし小直径の短い中間部分４と、下方テーパねじ部６とが延在している。 上部２はその内側に、上下の円筒部の中間に、
前記ねじ部６に対応する形状のテーパねじ部７を備え、
下方の前記円筒部は短い切頭円錐形部１１によって小直経円筒部４に接続されている。 パイプ連結要素１の内部に同心的に受けられた導体チューブ１２状の導電性要素が、内側ねじ部７の下方から、パイプ連結要素１の末端を越えて下方に延在する。 導体チューブ１２は実質的に均一壁体厚を有し、その隣接するパイプ連結要素１の内部形状に対応する形状を有する。 従って、この導体チューブ１２はその主要下部１４が切頭円錐形中間部１６によって大径の短い上部１５の接続された形状を有する。
下部１４は、下方に隣接する導体チューブ１２の上部１
５から成るソケットの中に受けられる差し込み部分を成す。

第２図において、パイプ連結要素１は導体チューブ１２
と共に、パイプ組立体２０の中に配置されている。 パイプ組立体２０は上下に配置された標準型パイプ要素２
１，２２を含み、これらのパイプ要素２１，２２は同形とする事ができ、上側に位置するパイプ要素２１はその下端に、パイプ連結要素１の内側ねじ部分７と係合する外側ねじ部分２４を備えている。 下側に位置するパイプ要素２２はその下端に、パイプ連結要素１の下端の外側ねじ部分６と係合する内側ねじ部分２５を備える。 このようにして、パイプ連結要素１は、パイプ要素２１とパイプ要素２２の間においてパイプ組立体２０の構造と機能を完全に保持する。

導体チューブ１２の下部１４はパイプ連結要素１から下方のパイプ要素２２の中を下方に延在してこのパイプ要素２２から少し突出し、また同様の導体チューブ１２の対応部分がパイプ要素２１の下端から突出して、パイプ連結要素１の内部において導体チューブ１２の上末端部１５の中に受けられている。 これらの部分は下記のように電気的に接続している。

すなわち図示のパイプ組立体２０に沿って電気的に接続された連続内部導体チューブを有し、この導体チューブは相互に接続された個別の導体チューブ１２から成り、
各導体チューブ１２がそれぞれパイプ連結要素１から懸垂されている。

他の構造において、パイプ連結要素１，パイプ要素２
１，パイプ要素２２は外部導体チューブを支持し、外部導体チューブのライナーとして作用する事ができる。 導体チューブ１２またはこのようなライナーの内部が流体、例えば油、ガスまたは泥水を搬送する事ができ、またこのパイプ組立体を追加的な内部および／または外部の同心パイプと組合わせて、追加的流体通路を生じる事ができる。 導体チューブの絶縁は、適当な流体および／
またはガスによって実施する事ができる。 流体を坑井内部で消費するために坑井上部から循環または搬送し、あるいは坑井内部から注出された流体が坑井頂部まで搬送される。 すなわちガスまたは水が坑井中に噴射され、あるいは冷却液および／または潤滑液が坑井中のモータユニットまで搬送され、あるいはガスと油が別個に坑井内部から搬出される。

導体チューブ１２は、第１図と第２図において略示され、第３Ａ図、第３Ｂ図および第３Ｃ図はチューブのとり得る３種の形状を示す。

第３Ａ図において、導体チューブ１２は単一のチューブ状導管３０を含み、この導管３０は固体誘電材料、特に絶縁性プラスチック材料の内層３２と外層３１とを有するが、第３Ｂ図において、導体チューブは２本のチューブ状導管３４，３５を有し、絶縁層３１，３２がそれぞれチューブ状導管３４の外側とチューブ状導管３５の内側に配置され、またこれらのチューブ状導管の間に追加絶縁層３６が配備されている。 第３Ｃ図の導体チューブにおいては、第３同心導体チューブ３７がチューブ状導管３４とチューブ状導管３５の間に配置され、絶縁層層３６の類似の介在層３９，４０がこの第３導体チューブ３７と両側のチューブ状導管３４，３５との間に配置されている。

従って導体チューブ１２を成す相互に絶縁されたチューブの数は必要に応じて任意に選定される。 パイプ組立体２０の相互にねじ係合されたパイプ連結要素１，パイプ要素２１，２２は他の導体として、例えばアース導体として使用する事ができる。

第１図と第２図に図示の導体チューブの接続構造を第４
Ａ図および第４Ｂ図に示す。

第３Ａ図のチューブ状導管３０と類似の導体チューブ部分１４，１５の末端が相互に重ね合わされ、熱膨張と通常の製造長さに対応する十分な長さに亙って無絶縁である。 チューブ間の摩擦嵌合を使用する事ができるが、好ましくはばね接触手段によってすぐれた電気接続が得られる。 すなわち、第４Ａ図と第４Ｂ図とに図示のように、チューブ部分１４の下端は外側グループによって包囲され、このグループが導電性ばねバンド４５を受け、
このばねバンド４５は放射方向断面において外側に突出した形状を示す。 このばねバンド４５の中心部がチューブ部分１４の外側面から外側に突出して、重なり合ったチューブ部分１５の円筒形内側面と良好な電気接触を成す。

第４Ａ図の図示のように、ばねバンド４５の上下のグループ４７の中に受けられた密封リング４６の形の密封手段がチューブ部分１４とチューブ部分１５の間に配置されている。 あるいは金属シールまたはラビランスシールを使用する事もできる。 パイプシステムの使用環境に対応して、例えば混合、分離、冷却、潤滑または除圧のため、一定量の漏れを生じる事ができる。

導体チューブ部分１４と１５が第３Ｂ図と第３Ｃ図に図示のように複数の同心チューブによって構成される場合、これらのチューブの末端が相互に離間されて、チューブ部分１４の各チューブがチューブ部分１５の各チューブに対して、第４Ａ図と第４Ｂ図に図示の接続構造によって接続される事は理解されよう。

第１図と第２図において、導体チューブ１２とパイプ連結要素１との間の軸方向関係は、導体チューブ１２と切頭円錐部分１６がパイプ連結要素１の対応形状の内側部分１１と係合する事によって決定される。 第５Ａ図と第５Ｂ図の場合、パイプ連結要素１の切頭円錐部分１１の代わりに、パイプ連結要素１の軸線に対して直角の段部５０が使用され、導体チューブ１２はその部分１４と１
５の間に対応の段部５１を備えている。

このようにして、導体チューブ１２はパイプ連結要素１
から自由に懸垂され、図示の位置からパイプ要素２１，
２２の内部を上方に運動する事ができる。 あるいは、パイプ連結要素と導体チューブとに適当形状の相互係合部分を形成し、導体チューブとパイプ連結要素を相互に固着して、相対軸方向運動および／または角度運動を防止する事ができる。 第５Ａ図において、導体チューブ１２
の段部５１が単にパイプ連結要素１の段部５０上に載置されているが、第５Ｂ図の組立体において、パイプ連結要素１の段部５０の直下に内側ねじ山部分５２が配備され、これが導体チューブ１２上の対応の外側ねじ山５４
と協働する。 いずれの構造においても、導体チューブとパイプ連結要素との間に有効な絶縁部材が配備される。

第６図と第７図において、第１図と第２図の部材に対応する部材は同一数字で示す。

第６図に図示のパイプ連結要素６１は第１図と第２図のパイプ連結要素１の形状に対応しているが、センサまたは検層ユニット６２を含むように変更されている。 従ってパイプ連結要素６１は、ドリルパイプスタックの組立て中あるいはプロダクションパイプの設定中に、検層ユニット６２を一体部材として設置する事ができる。

検層ユニット６２は適当な電子的および／または機械的センサと、信号プロセッサと伝送手段とを含む。 検層ユニット６２に対する電力と制御信号の伝送と検層ユニット６２からのデータの伝送は、検層ユニット６２と導体チューブ１２との間に延在する導体または誘導接続手段を介して導体チューブ１２によって実施される。 検層ユニット６２の下方に配置された他の検層ユニットに対する動力供給およびこの検層ユニットからのデータ伝送のため、導体チューブ１２を検層ユニット６２の下方までパイプ組立体に沿って延長する事ができる。

第７図の挿入パイプ要素６５は、パイプ要素１に類似しているが、検層ユニット６７がパイプシステムに沿ってさらに下降する事を防止するため、内側に突出したストッパ要素または当接要素６６を備えている。 この検層ユニット６７は円筒形を成し、導体チューブ１２の内部に滑動自在に嵌合され、ワイヤライン技術または流体圧によってパイプシステムに沿って下降させられる。 検層ユニット６７のセンサ、信号プロセッサ、およびトランスミッタが円筒壁の中に配置され、逆止弁６９が円筒壁体内部を上昇する液流を閉止する。 検層ユニット６７と導体チューブ１２との間の電力供給と信号伝送は、誘導作用あるいはストッパ要素６６と検層ユニット６７の円筒壁の下端とに配置された接点によって実施される。

検層ユニット６７が破損した場合の交換用ユニットとして、たは測定区域を拡張するため、検層ユニット６７の上に類似構造の追加検層ユニットを配置する事ができる。 この場合にも、電力供給と伝送は、誘導作用または最下検層ユニットとストッパ要素６６上の接点によって実施する事ができる。

第８図と第９図に図示のパイプシステムは、外側パイプ７０を含み、この外側パイプ７０の中にパイプ組立体７
１が同心的に配置される。 このパイプ組立体７１はパイプ要素７２と導体要素７４とから成る。 導体要素７４はパイプ要素７２の外側面に支持され、このパイプ要素７
２は導体要素７４のライナーを構成するが、パイプ組立体７１はその他の機能と構造においては、前記パイプ組立体に対応している。 導体要素７４はパイプ要素７２から電気的に絶縁された単一のチューブ状導体７５を含み、このチューブ状導体７５は、誘電材料の第１スリーブ７６によってパイプ要素７２を包囲し、また誘電材料の第２スリーブ７７によって包囲されている。 このパイプシステムが固定された井戸ケーシング８０の中に受けられ、適当な上部装置によって井戸ケーシング８０に沿って前進後退させられ、かつ、井戸ケーシング８０内にパッカー要素８１などのパッカー要素によって同心的に配置される。

第８図と第９図のパイプシステムは、坑底プロダクションパイプラインとして作動する事ができ、坑底遮断弁８
２と、坑底のプロダクションデータを導体要素７４を介して上部装置に送るための坑底検層ユニット８４とを備えている。 ライナーすなわちパイプ要素７２の内部８５
は抽出されたガスまたは油またはその混合物を搬送するために使用され、また、絶縁スリーブ７７と外側パイプ７０との間の環状スペース８６はバリヤ流体を受ける。
バリヤ流体は、プロダクションオイルのような周囲液体を排除するのに十分な圧力でモータハウジング内に収容された、たとえば絶縁オイルである。 バリヤ流体は導体チューブと坑底装置を保護し、液体エネルギータンクとしても機能する。

第１０図と第１図は、第８図と第９図の構造と類似の構造を有するパイプシステムを示し、これらの図と同一の参照数字を使用する。 第１０図と第１１図のパイプシステムは産出用ではなく、坑底装検層用であって、チューブ９０の内部を移動するように取り付けられ、このチューブ９０は坑井ケーシング８０の内部に、パッカー要素８１によって同心的に受けられている。 パイプシステムはその坑底末端に坑底電子センサまたは検層ユニット９
２と、これをチューブ９０に沿って前進後退させるドライブユニット９４とを備えている。 このドライブユニット９４は、単数または複数のリニアモータ／固定子巻線を含み、これが連続回転子部分としてのチューブと協働する事ができ、あるいはチューブ壁体と駆動係合して電気駆動されるホィールまたはローラとする事ができる。
パイプシステムはチューブ内部を液圧によって、または機械的に運動させられる事もできる。

導体要素７４が、検層ユニット９２に給電するため、検層ユニット９２と上部電源との間でデータや制御信号を搬送するため、あるいは駆動ユニット９４に給電するために使用される。

ライナー内部８５と環状スペース８６により構成される流体通路は、導体チューブと坑底装置を保護するために、バリヤ流体またはその他の流体をいずれの方向にも流す事ができる。 流体通路を流れるまたは循環する液体を利用して、パイプシステムの動作を監視し、また坑底装置を冷却および／または潤滑する事ができる。 またこれらの液体は、必要なら、液体エネルギータンクとしても使用する事ができる。

本発明の前記の説明のみに限定されるものでなく、その主旨の範囲内において任意に変更実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパイプ組立体に使用されるパイプ連結要素の断面図、第２図は２本の通常のパイプ要素同士をパイプ連結要素で接続したパイプ組立体の断面図、
第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図はそれぞれ第２図のIII
区域の拡大断面図であって、第１図のパイプ要素内部に受けられた３種の導体チューブを示す図、第４Ａ図、第４Ｂ図は第２図のIV区域の拡大断面図であって、第２図のパイプ要素内部の導体チューブの電気的接続を示す図、第５Ａ図、第５Ｂ図は第２図のＶ区域の拡大図であって、第１図のパイプ要素の内に導体チューブを取付ける構造を示す図、第６図は第２図と類似の拡大図であって、検層ユニットを含む本発明のパイプ要素の第２実施態様を示す図、第７図は第６図と類似の断面図であるが、検層ユニットを含む本発明のパイプ要素の第３実施態様を示す図、第８図は坑底電導性プロダクションパイプシステムにおける本発明によるパイプ組立体の斜視図、第９図は第８図のパイプ組立体の部分断面図、第１
０図は坑底検層システムにおける本発明の他のパイプシステムの部分断面図、第１１図は第１０図のパイプシステムのパイプ組立体の断面図である。 １；６１；６５；７２……パイプ連結要素、２０，７１
……パイプ組立体、２１，２２……パイプ要素、１２；
７４……導体要素、１１；１６；５０，５１；５２，５
４……パイプ組立体とチューブの係合手段、６２；６７
……検層ユニット、７０……外側パイプ、８０……坑井ケーシング、８２……坑底遮断弁、９０……チューブ、
８４，９２……検層ユニット。