JPH04500546A - ドリルストリングのオーバーフロー弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ドリルストリングのオーバーフロー弁 技術分野 本発明は井戸用の弁に関し、より詳細には、ドリルストリングのオーバーフロー 弁に関する。

背景技術 中空本体に沿って移動するようになったばね負荷式のスリーブを収容する側口付 き中空本体からなるオーバーフロー弁が知られている（米国特許出願＄３，００ ５，５０７号）。ばね負荷式のスリーブは、最初の位置では最上位置にあり、ば ね負荷式スリーブの下方の本体の側口は、流体をドリルストリングの内部空間か ら井戸の中に対向方向に自由に通過させるように開放している。

オーバーフロー弁付きのドリルストリングを流体で満たされた井戸の中に挿入し たり井戸から引き出し、たりするとき、ばね負荷式スリーブは、ばねの弾性力に より、最上位置に保持される。かかる事態が生ずると、本体の側口は開放して、 井戸から出る流体がドリルストリングの内部空間を満たす。ドリルストリングが 引き出されると、流体は、ドリルストリングの内部空間から井戸の中に流れる。

掘削流体が圧力を受けてドリルストリングの中に圧送されるとき、ばね負荷式ス リーブは、掘削流体の流れに対して最下位置にあり、固定されたスリーブのシー トに向かって緊密に押付けられる。かくして、ばね負荷式スリーブは本体の側口 を閉鎖し、オーバーフロー弁は遮断される。掘削流体のドリルストリングへの排 出が遮断されると、はね負荷式スリーブは、弾性力により、最上位置にもたらさ れ、本体の側口は開放して、ドリルストリングの内部空間から井戸の中に対向方 向に流体を自由に通過させることができ、オーバーフロー弁は開放する。弁の作 動の際、スリーブは過度の摩耗を受け、ばねは機能しなくなり、弾性がなくなっ て破損する。スリーブは又、作動時にぶつかり、これによりスリーブは破損して 、オーバーフロー弁が損傷する。ががるオーバーフロー弁は、良好な表面仕上げ と厳密な精度を必要とする多くの構成部品を必要とする。これらは全て、オーバ ーフロー弁の高信頼性で故障の少ない作動の障害となる。

孔付きスリーブを収容する側口付き中空本体からなるオーバーフロー弁が知られ ている（仏閣特許出願第２，４８６，９９６号）。

シートがスリーブの内部に取付けられており、中空本体の内部に位置決めされた 遮断要素と相互に作用する。遮断要素は、実際には、下端にディスクとカップシ ールを備えたばね負荷式のロッドである。

ばね負荷式ロッドは、最初の位置では、ディスクとカップシールを最上位置に保 持する。かかる場合には、ディスク、カップシール及びシール間に間隙が形成さ れ、この間隙を通って、オーバーフロー弁内の流体が井戸の中に自由に流入する 。ドリルストリングが流体で満たされた井戸の中に挿入されたり井戸がら引き出 されたりするときのオーバーフロー弁の状態は、上述のようなものである。

掘削流体が圧力を受けてドリルストリングからオーバーフロー弁の中に圧送され るとき、ロッドは、掘削流体の流れの作用を受けて落下し、シートとディスクと の間のＢ隙を閉鎖する。オーバーフロー弁は遮断される。掘削流体は、スリーブ 孔からダウンホール機構に流れる。掘削流体のオーバーフロー弁への排出が中断 すると、ロッドは、ばねの弾性力によりシートがら遠去がる方向にディスクを戻 し、オーバーフロー弁は開放する。公知のす−バーフロー弁は、構成部品か過渡 に摩耗し、破損が早いという特徴を有する。また、オー・バーフロー弁の特徴と して、コイルばねが老化して損傷し、これにより弁が破損することかある。さら に、公知のオーバーフロー弁の掘削流体の流れは、大部分スリーブ孔を通って流 れ、スリーブ孔の流れ断面はドリルストリングの流れ断面の幾分小規模な部分を なす。従って、オーバーフロー弁の流体抵抗は大きく、構成部品の過度の摩耗や 時期単向な破損がしばしば起こる。かかる事態は、オーバーフロー弁の作動の信 頼性や耐久性に影響を及ぼす。

側口付き中空本体と、シートと、中空本体の内部に取付けられた遮断要素とから なるドリルストリングのオーバーフロー弁が知られている（ソ連邦特許出願第８ ９８．０２８号）。

公知のドリルストリングのオーバーフロー弁では、遮断要素は実際には、孔付き スリーブとタレットが取付けられたばね負荷式プランジャである。本体には、内 部にタレットをもつ段付きケー・ジが設けられている。下部には、ばね負荷式プ ランジャが設けられており、孔及びリングラグを備えている。ばね負荷式プラン ジャは、最初の位置では最上位置にある。シートの孔とばね負荷式プランジャの スリーブは、開放している。ドリルストリングのオーバ・−フロー弁の内側上部 は、井戸と連通している。オーバーフロー弁付きドリルストリングか井戸に挿入 されると、プランジャは最上位置に保持され、流体は、オーバーフロー弁の内側 上部に入り、本体に設けられた側口、シートに設けられた孔、スリーブ及びプラ ンジャ、並びに、タレットと段付きケージとの間の間隙を介してドリルストリン グを満たす。ドリルストリングか引き出されると、流体はドリルストリングから 井戸の中に入る。掘削流体が圧力を受けてドリルストリングの中に圧送されると き、プランジャは、掘削流体の流れによって最下位置にもたらされ、プランジャ の孔は開放し、掘削流体は、オーバーフロー弁の内側下部に、そして、ダウンホ ール機構に通される。掘削流体のドリルストリングへの排出力呻断されると、プ ランジャはばねの弾性力により最上位置に移動し、プランジャの孔は閉鎖し、プ ランジ中のスリーブに設けられた孔とシートは開放する。

ドリルストリングの公知のオーバーツーロー弁は、多くの可動部分及びユニット と、良好な状態で弾性を失い脆くなって破壊するばねと、摩耗を受けるシールと からなる。

流体が通過する小孔は、大きな流体抵抗、従って、付加的な損失の源となる。下 部に挿入されたプランジャは、ダウンボール機構に排出された掘削流体の主要な 流れを阻止する。これは、オーバーフロー弁の作動の信頼性および耐久性に影響 を及ぼす。

発明の開示 本発明の目的は、可動部品およびユニットを除去し、流路を閉鎖する密封性を増 大させ、オーバーフロー弁の流れに対する流体抵抗を減少させることによって、 構成部品の摩耗と損傷を最小にして、作動の信頼性と耐久性を高めたように構成 したドリルストリングのオーバーフロー弁を提供することである。

上述の目的は、側口をもつ中空本体と、シートと、中空本体に取付けられた遮断 要素とを含むドリルストリングのオーバーフロー弁において、遮断要素は、掘削 流体の流れ通路で上端が中空本体に取付けられた弾性スリーブであり、該弾性ス リーブは、中空本体の側口の領域、側口の下方の中空本体の部分及び中空本体の 内面の一部をなすシートを閉鎖することができるように、中空本体に位置決めさ れており、流出部が、シートの領域において弾性スリーブの下端に設けられてい ることを特徴とする本発明の弁によって達成される。

本発明の弁は、好適には、中空本体の内面と側口の領域の弾性スリーブとの間に 設けられたケー・シングを含み、ケーシングと本体の内面との間に、間隙が設け られている。

また、本発明の弁は、好適には、空本体の側口の領域の弾性スリーブに、ゲート が設けられている。

さらに、本発明の弁は、好適には、中空本体の側口はスロットとして形成されて いる。

本発明のオーバーフロー弁は設計が簡単であり、構成部品数が少なく、製造が容 易で、人力がかからず、作動信頼性及び耐久性が良好であることを特徴とする。

また、本発明のオーバーフロー弁は、流体の通路の断面が大きく且つ通過容量が 大きいため、流体抵抗か小さい。確実なシールによって得られる流路を閉鎖する 密封性は、非効率な掘削流体の通過を不可能にし、従って、構成部品の時期単向 な破損を防止する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明のドリルストリングのオーバーフロー弁の長さ方向部分の一部 の概略図である。

第２図は、スロットとして形成された本体の側口をもつドリルストリングのオー バーフロー弁の長さ方向部分の一部の概略図である。

第３図は、弾性スリーブの内部空間に設けられたゲートをもつドリルストリング のオーバーフロー弁の長さ方向部分の一部の概略図である。

第４図は、第１図の線ＩＶ−ＩＶにおける横断面図である。

第５図は、第２図の線ｖ−■における横断面図である。

第６図は、第３図の線ＶＩ−ＶＩにおける横断面図である。

発明の実施悪様 ドリルストリングのオーバーフロー弁は、円形断面の側口２をもつ中空本体ｌと 、弾性スリーブ３の遮断要素と、中空本体１の内面の一部をなすシート４とから なる（第１図）。弾性スリーブ３は、本体ｌに取付けられ、上ｗ１５が本体ｌに 固定されており、掘削流体の流れ通路にある。掘削流体の流れ方向は、矢印Ａで 示されている。

弾性スリーブ３は、間隙６を隔てて中空本体１に取付けられており、本体ｌの側 口２の領域Ｂ１本体ｌの側口２の下方の本体ｌの部分Ｃ及びシート４の領域りと を閉鎖することができる。

ドリルストリングのオーバーフロー弁の構成要素は、構造用の合金鋼で作られる 。弾性スリーブ３は、耐摩耗性ゴムで作られている。

ドリルストリングのオーバーフロー弁は又、中空本体１の内面と本体ｌの側口２ の領域Ｂの弾性スリーブ３との間に設けられたケーシング８を含んでおり、ケー シング８と本体ｌの内面との間に間隙９が許容される。

ケーシング８は、流体の流れ並びに弾性スリーブ３の本体１の側口２の縁部の破 損を防止するのに役立ち、従って、オーバーフロー弁のより長い作動時間につい て、弾性スリーブの性能を保持するのに役立つ。間隙６．９の大きさは相違して いても良い。弾性スリーブ３は、上端５がブツシュ１０によって中空本体１に取 付けられている。中空本体ｌの上端と下端には、オーバーフロー弁をドリルスト リング及びダウンホール機構（第１図では図示せず）に連結するねじが設けられ ている。ケーシング８と本体ｌとの間の間隙は、流体通路の横断面積を増加させ 、流体をドリルストリングのオーバーフロー弁の内部空間から井戸の中に対向方 向に通過させ、かつ、弁の流体抵抗を減少させるのに役立つ。ブツシュ１０は、 弾性スリーブ３の上端を掘削流体の流れ通路で中空本体に固定するのに役立ち、 これにより、密封が形成され、掘削流体の流れによる弾性スリーブ３の摩耗及び 損傷が防止される。

弾性スリーブ３は、流体の流れる通路を閉鎖するようになっている。スリーブが 弾性であるので、本体１と弾性スリーブ３との間の間隙に侵入する微細な掘削片 は、弾性スリーブ３によって包囲され、従って、流路を閉鎖する密封性は影響を 受けない。その弾性のため、弾性スリーブ３は、加圧掘削流体の排出が中断され る場合に、弾性力を作用を受けて、元の形状及び寸法を取り戻す。

これは、掘削流体がドリルストリングのオーバーフロー弁の内部空間から井戸の 中に対向方向に自由に通過するのを可能にする。

中空本体１の内面の一部をなす部分は、スリーブ３と相互に作用し、最初に流体 の流れ通路を閉鎖し、これにより、ドリルストリングのオーバーフロー弁の内部 空間と外部空間との間の適当な圧力差を確保する。弾性スリーブ３の上端５は、 ブツシュＩＯによって弾性スリーブを本体に固定するのに役立ち、ブツシュｌＯ と本体１との間の間隙を通して、オーバーフロー弁の内部空間から井戸の中に掘 削流体が漏洩するのを防止する確実な密封を提供するのに役立つ。弾性スリーブ の下側の非固定端に、流出部７が設けられている。

第２図の実施例では、側口がスロットとして形成されており、ケーシング８の代 わりにゲート１１かオーバーフロー弁に設けられている。

第３図の実施例では、ゲー１−１１が弾性スリーブ３の内側に設けられている。

弾性スリーブ３は、上端が本体ｌに、間隙６を隔てて取付けられている。本体１ の側口２′領域Ｂには、スリーブ３の内面にゲー）１１か取付けられている。流 出部７は、弾性スリーブの下側の非固定端に設けられている。

第４図は、ドリルストリングのオーバーフロー弁を示した第１図の線ＩＶ−ＩＶ における横断面図である。第４図は、本体ｌの３つの側口２と、本体】に間隙９ をもって取付けられたケーシング８と、弾性スリーブ３とを示している。

第５図は、ドリルストリングのオーバーフロー弁を示した第２図の線■−■にお ける横断面図である。本体Ｉの側口２１はスロットとして形成されている（第５ 図）。弾性スリーブ３の外面には、ゲート１１が取付けられている。

第６図は、ドリルストリングのオーバーフロー弁を示した第３図の線ＶＩ−ＶＩ における横断面図である。本体ｌの側口２′はスロットとじて形成されている（ 第６図）。弾性スリーブ３の内面には、ゲート１１が取付けられている。ゲート ｌｌは、本体１と弾性スリーブ３との間にケーシング８が設けられていない場合 に（第１図）、本体ｌの側口２′の領域Ｂ（第３図）において、弾　。

性スリーブ３が破損するのを防止するのに役立つ。

ドリルストリングのオーバーフロー弁は、次のように作動する。

オーバーフロー弁は一方の側がドリルストリングに連結され、他方の側がダウン ホール機構、即ち、スクリューダウンホールモータ及びビットに連結されている 。

ドリルストリングは、流体で満たされた井戸の中に延びている。

井戸から出ていく流体は、本体１の側口２（第１図）に入り、間隙９を満たし、 間隙６を介してドリルストリングのオーツ（−フロー弁に流入して、ドリルスト リングを満たす。弾性スリーブ３の母線に沿って間隙６内に差し向けられる流体 の流れは、スリーブ３の過剰な摩耗を生じさせない。ポンプを作動させて掘削流 体が矢印Ａに沿ってドリルストリングの中に排出されると、掘削流体の流れは、 流出部を通るとき、シート４の領域りで間隙６を閉鎖する弾性スリーブ３の非固 定端を拡大させる。かかる事態になると、ドリルストリングのオーバーフロー弁 の内部で圧力差が生ずる。弾性スリーブ３は拡張し、本体１の領域り、Ｂ及び部 分Ｃを閉鎖する長さ全体に沿って、本体の内面に沿って押付けられる。

掘削流体の流れにより、ブツシュ１０は、弾性スリーブ３の上端をより緊密に保 持し、一層確実に密封し、弾性スリーブの破損を防止する。ドリルストリングの オーバーフロー弁は閉鎖し、掘削流体はすべて、弁の内部空間からダウンホール 機構に流入する。

ポンプが停止しドリルストリングへの掘削流体の排出が遮断されると、ドリルス トリング及び井戸の圧力は、一様になる。弾性スリーブ３は、弾性力のため、元 の形状と寸法を取り戻す。間隙６が再び形成され、かくして、ドリルストリング のオーバーフロー弁の内部空間と井戸を連通させる流路が、元通りになる。ドリ ルストリングのオーバーフロー弁は開放する。ドリルストリングが引き出される と、流体の液位は上昇し、従って、流体は、間隙６、間隙９及びドリルストリン グのオーバーフロー弁の本体ｌの側口２を介して、ドリルストリングから井戸の 中に自由に通る。

ゲート１１（第２図）がオーバーフロー弁に設けられている場合には、オーバー フロー弁は、ケーシング８が装着された場合と同様に作動する。しかし、弁が閉 鎖した場合には、弾性スリーブ３は、本体ｌの内面、すなわち領域りで本体１の 内面に直接押付けられ、弾性スリーブ３の外面に取付けられたゲート１１は、領 域Ｂで本体１の内面に押付けられる。ゲート１１が弾性スリーブ３の内面に取付 けられていない場合（第３図）には、ゲートｌ直付きスリーブ３は、領域Ｂで本 体１の内面に押付けられて、内部空間から井戸への掘削流体の漏洩を阻止し且つ 確実な密封を提供する。

スロットとして形成された本体１の側口２′は、ドリルストリングが井戸から出 る流体で満たされるとき、間隙に大きな掘削片が侵入するのを阻止し、従って、 ドリルストリングのオーバーフロー弁の確実な緊密性を確保する。

上述のオーバーフロー弁は、過度の摩耗の原因となる可動部分及びユニットを含 んでおらず、従τで、部品を交換しなくども、長期間作動することができる。

ドリルストリングのオーバーフロー弁の緊密性は、弾性スリーブ３によって得ら れる。かくして、ドリルストリングのオーバーフロー弁の流路における部品の損 傷が防止される。

ドリルストリングのオーバーフロー弁は、流体が内部空間から井戸に対向方向に 流入し、かつ、主要な掘削流体がダウンホール機構に流入するように、大きな断 面の流路を有する。従って、ドリルストリングのオーバーフロー弁の流体抵抗は 小さく、かくして、構成部品は殆ど摩耗せず、良好な作動信頼性及び耐久性を存 する。

産業上の利用性 本発明は、スクリューダウンホールモータ、夕　・ボドリル及び回転ドリルによ って油井およびガス丼を掘削する場合において、ドリルストリングを使用するた めに、ダウンホール機構の作し！ｌｌｆ：適用することかできる。

国際調査報告 一剛一一−＾−に騨−ｍ、Ｉ’Ｃ丁／ＳＬ＋　８９１０１７７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．側口（２）をもつ中空本体（１）と、シート（４）と、中空本体（１）に取 付けられた遮断要素とを含むドリルストリングのオーバーフロー弁において、 遮断要素は、掘削流体の流れ通路で上端（５）が中空本体（１）に取付けられた 弾性スリーブ（３）であり、該弾性スリーブ（３）は、中空本体の側口（２）の 領域（Ｂ）、側口（２）の下方の中空本体の部分（Ｃ）及び中空本体（１）の内 面の一部をなすシート（４）を閉鎖すあことができるように、中空本体に位置決 めされており、流出部（７）が、シート（４）の領域（Ｄ）において弾性スリー ブ（３）の下端に設けられていることを特徴とする弁。 ２．中空本体（１）の内面と側口（２）の領域（Ｂ）の弾性スリーブ（３）との 間に設けられたケーシング（８）を含み、ケーシング（８）と本体（１）の内面 との間に、間隙（９）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の弁。 ３．中空本体（１）の側口（２）の領域（Ｂ）の弾性スリーブ（３）に、ゲート （１１）が設げられていることを特徴とする請求の範囲第１頂に記載の弁。 ４．中空本体（１）の側口（２′）はスロットむして形成されていることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第２項のいずれか１つに記載の弁。