扭矩连接器系统、设备和方法与流程

发明背景

诸如钻柱等井下管柱包括连接器，所述连接器因为柱子的管状构件被操纵而承受扭矩。不具备足够高的扭矩能力的常见连接器可能易于损坏。另外，一些常见连接器需要昂贵且产生中很容易出现误差的精密机械加工。在不增加连接器的大小的情况下，使用常见制造技术可能难以(如果并非不可能)实现足够的扭矩能力。

附图简述

通过参考附图，本公开可以被更好地理解，并且其众多特征和优点对于本领域技术人员可能是明显的。在不同的附图中使用相同的参考编号指示相似或相同的项目。

图1绘示根据一些实施方案的示例性扭矩连接器的解耦视图。

图2绘示根据一些实施方案的另一示例性扭矩连接器的截面视图。

图3绘示根据一些实施方案的另一示例性扭矩连接器的截面视图。

图4是根据一些实施方案的制造扭矩连接器的示例性方法的流程图。

图5绘示根据一些实施方案的位于钻井位置处的示例性系统。

具体实施方式

图1至图5图示与改进的扭矩连接器有关的示例性设备、系统和方法。扭矩连接器大体上包括箱形部件和销部件。在一些实施方案中，销部件具有对应于箱形部件的三个表面的三个扭矩肩部。当所述销插入且耦接至箱形部件时，三个扭矩肩部中的每一个与箱形部件的对应三个表面中的每一个接触，以补充扭矩连接器的总扭矩能力。在一些实施方案中，牺牲材料设置在扭矩肩部中的一个与箱形部件的对应表面之间，以使得当销部件耦接至箱形部件时，所述牺牲材料在不平行于插入方向的方向上变形。在一些实施方案中，销部件的扭矩肩部中的一个包括螺纹耦接至销部件的套环。销部件的扭矩肩部与箱形部件的表面之间的三个接触点促成扭矩连接器的提高的扭矩能力，无需增加扭矩连接器的总体大小，不存在对精密机械加工的任何需要。

图1绘示根据一些实施方案的示例性扭矩连接器100。扭矩连接器100大体上包括销部件102和箱形部件104。在至少一个实施方案中，销部件102包括用于对应于箱形部件104的三个表面112、114、116的三个扭矩肩部106、108、110。在一些实施方案中，第一扭矩肩部106包括销部件102的前导面。出于本公开的目的，“前导面”可以理解成表示随着两个元件耦接在一起元件的最接近插入点的表面。

虽然在图示的实施方案中第一扭矩肩部106垂直于销部件102的纵向轴线，但是在至少一个实施方案中，第一扭矩肩部106不垂直于销部件102的纵向轴线。在一些实施方案中，第一扭矩肩部106相对于销部件102插入到箱形部件104中的方向的角度近似等于箱形部件104的对应第一表面112相对于销部件102插入到箱形部件104中的方向的角度。在至少一个实施方案中，第一扭矩肩部106和第一表面112不垂直于销部件102插入到箱形部件104中的方向，以提高相对于垂直取向的扭矩能力。

在至少一个实施方案中，第二扭矩肩部108和对应第二表面114相对于销部件102插入到箱形部件104中的方向126不平行。在一些实施方案中，牺牲材料124设置在第二扭矩肩部108与第二表面114之间。在至少一个实施方案中，牺牲材料124当销部件102耦接至箱形部件104时变形。例如，在一些实施方案中，牺牲材料124在不平行于销部件102插入到箱形部件104中的方向126的方向上变形。

在至少一个实施方案中，牺牲材料124是用于当销部件102耦接至箱形部件104时提高扭矩连接器100的扭矩能力。在至少一个实施方案中，牺牲材料124具有比销部件102或箱形部件104的热膨胀系数大的热膨胀系数。在不同的实施方案中，牺牲材料124可能包括多种材料中的任何一个，所述多种材料例如铜、铍铜、铝青铜、铜镍锡合金、镍铍合金、这些的组合等。在一些实施方案中，牺牲材料124可能包括任何可变形的材料。在一些实施方案中，基于扭矩连接器100的所需的扭矩能力选择牺牲材料124。在一些实施方案中，牺牲材料124附接至销部件102或箱形部件104。在至少一个实施方案中，牺牲材料124促成销部件102的第二扭矩肩部108与箱形部件104的第二表面114之间的连接，即使当扭矩连接器100包括第二扭矩肩部108与第二表面114之间的间隙配合时。例如，在至少一个实施方案中，扭矩连接器100包括销部件102的最大外直径的约1％至约5％的间隙配合。在至少一个实施方案中，牺牲材料124消除了对销部件102或箱形部件104进行精密制造的需要。

在一些实施方案中，销部件102的第三扭矩肩部110将与箱形部件104的第三表面116接触，以向扭矩连接器100提供第三扭矩能力。在至少一个实施方案中，第三扭矩肩部110包括套环。在一些实施方案中，第三扭矩肩部110包括螺纹连接到销部件102上的套环。在至少一个实施方案中，第三扭矩肩部110消除了对销部件102或箱形部件104进行精密制造的需要。在一些实施方案中，销部件102将经由螺纹表面118螺纹耦接至箱形部件104。虽然图示的实施方案绘示螺纹表面118在第二扭矩肩部108与第三扭矩肩部110之间，但是在其它实施方案中，螺纹表面118可能定位在销部件102上的任何位置处。例如，在至少一个实施方案中，螺纹表面118定位在第一扭矩肩部106与第二扭矩肩部108之间。在各种实施方案中，箱形部件104的对应螺纹的位置可能类似地不同。

图2绘示根据一些实施方案的示例性扭矩连接器200的截面视图。销部件202经由螺纹表面218耦接至箱形部件204。销部件202的第一扭矩肩部206与箱形部件204的第一表面212接触，以向扭矩连接器200提供第一扭矩能力。在图示的实施方案中，第一扭矩肩部206与第一表面212的角度228相对于销部件202插入到箱形部件204中的方向230为近似90°。

牺牲材料224设置在销部件202的第二扭矩肩部208与箱形部件204的第二表面214之间。在至少一个实施方案中，牺牲材料224附接至第二扭矩肩部208或第二表面214。在至少一个实施方案中，牺牲材料224在不平行于扭矩连接器200的纵向轴线的方向上被压在第二扭矩肩部208与第二表面214之间。第二扭矩肩部208和第二表面214将向扭矩连接器200提供第二扭矩能力。

销部件202的第三扭矩肩部210与箱形部件204的第三表面216接触，以向扭矩连接器200提供第三扭矩能力。在图示的实施方案中，第三扭矩肩部210包括经由螺纹226螺纹耦接至销部件202的套环222。在其它实施方案中，套环222使用多种紧固件中的任何一个耦接至销部件202。在至少一个实施方案中，扭矩连接器200的扭矩能力包括由以下中的每一个所提供的扭矩能力的总和：第一扭矩肩部206与第一表面212之间的连接；第二扭矩肩部208与第二表面214之间的连接；以及第三扭矩肩部210与第三表面216之间的连接。

图3绘示根据一些实施方案的示例性扭矩连接器300的截面视图。销部件302经由螺纹表面318耦接至箱形部件304。销部件302的第一扭矩肩部306与箱形部件304的第一表面312接触，以向扭矩连接器300提供第一扭矩能力。在图示的实施方案中，第一扭矩肩部306与第一表面312的角度328相对于销部件302插入到箱形部件304中的方向330小于90°。在一些实施方案中，第一扭矩肩部306与第一表面312的角度328相对于销部件302插入到箱形部件304中的方向330大于90°。在至少一个实施方案中，对第一扭矩肩部306与第一表面312的相对于插入方向330的角度328进行选择，以提高扭矩连接器300的扭矩能力。

牺牲材料324设置在销部件302的第二扭矩肩部308与箱形部件304的第二表面314之间。在至少一个实施方案中，牺牲材料324附接至第二扭矩肩部308或第二表面314。在至少一个实施方案中，牺牲材料324在不平行于销部件302插入到箱形部件304中的方向330的方向上被压在第二扭矩肩部308与第二表面314之间。第二扭矩肩部308和第二表面314将向扭矩连接器300提供第二扭矩能力。

销部件302的第三扭矩肩部310与箱形部件304的第三表面316接触，以向扭矩连接器300提供第三扭矩能力。在图示的实施方案中，第三扭矩肩部310包括经由螺纹326螺纹耦接至销部件302的套环322。在其它实施方案中，套环322使用多种紧固件中的任何一个耦接至销部件302。在至少一个实施方案中，扭矩连接器300的扭矩能力包括由以下中的每一个所提供的扭矩能力的总和：第一扭矩肩部306与第一表面312之间的连接；第二扭矩肩部308与第二表面314之间的连接；以及第三扭矩肩部310与第三表面316之间的连接。

图4是根据一些实施方案的制造扭矩连接器的示例性方法400的流程图。为了方便起见，参考图2的扭矩连接器200描述方法400。

在块402中，形成销部件202。在至少一个实施方案中，销部件202形成有第一扭矩肩部206和第二扭矩肩部208。在一些实施方案中，销部件202进一步形成有第三扭矩肩部210。在至少一个实施方案中，第一扭矩肩部206被形成为不垂直于销部件202插入到箱形部件204中的方向230。在至少一个实施方案中，第一扭矩肩部206形成在销部件202的前导端处。在一些实施方案中，第二扭矩肩部208被形成为不垂直于销部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些实施方案中，形成扭矩肩部206、208、210，以便实现扭矩连接器200的所需的扭矩能力。

在一些实施方案中，销部件202形成有螺纹表面218，以将销部件202螺纹耦接至箱形部件204。在至少一个实施方案中，形成销部件202，以在销部件202的第二扭矩肩部208与箱形部件204的第二表面214之间提供间隙配合。销部件202使用多种材料中的任何一个形成。在一些实施方案中，基于扭矩连接器200的所需的强度选择销部件202的材料。在至少一个实施方案中，销部件202包括钢。在至少一个实施方案中，在无需使用精密机械加工的情况下形成销部件202。

在块404中，形成箱形部件204。在至少一个实施方案中，箱形部件形成有用于对应于销部件202的第一扭矩肩部206的第一表面212，以及用于对应于销部件202的第二扭矩肩部208的第二表面214。在一些实施方案中，箱形部件204形成有用于对应于第三扭矩肩部210的第三表面216。在至少一个实施方案中，第二表面214被形成为不垂直于销部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些实施方案中，箱形部件204形成有螺纹表面218，以将销部件202螺纹耦接至箱形部件204。在至少一个实施方案中，形成箱形部件204，以在销部件202的第二扭矩肩部208与箱形部件204的第二表面214之间提供间隙配合。例如，在至少一个实施方案中，形成销部件202和箱形部件204，以使得第二扭矩肩部208和第二表面214包括销部件202的最大外直径的约1％至约5％的间隙配合。箱形部件204使用多种材料中的任何一个形成。在一些实施方案中，基于扭矩连接器200的所需的强度选择箱形部件204的材料。在至少一个实施方案中，箱形部件204包括与销部件202相同的材料。在一些实施方案中，箱形部件204包括钢。在至少一个实施方案中，在无需使用精密机械加工的情况下形成箱形部件204。

在块406中，牺牲材料224设置在销部件202与箱形部件204之间。在一些实施方案中，牺牲材料224附接至箱形部件204。在至少一个实施方案中，牺牲材料224附接至销部件202。在一些实施方案中，牺牲材料224被设置，以使得当销部件202耦接至箱形部件204时牺牲材料224被压在销部件202与箱形部件204之间。在至少一个实施方案中，牺牲材料224被压在第二扭矩肩部208与第二表面214之间。在一些实施方案中，牺牲材料224在不平行于销部件202插入到箱形部件204中的方向230的方向上变形。在一些实施方案中，方法400不包括设置牺牲材料224，而是方法400在不使用牺牲材料224的情况下产生包括三个扭矩肩部206、208、210和三个表面212、214、216的扭矩连接器200。

在块408中，套环222耦接至销部件202。在一些实施方案中，套环222在牺牲材料224被设置在销部件202与箱形部件204之间之前耦接至销部件202。在至少一个实施方案中，套环222经由螺纹226螺纹耦接至销部件202。在其它实施方案中，套环222经由多种耦接器中的任何一个耦接至销部件202。在一些实施方案中，套环222形成抵靠箱204的第三表面216的第三扭矩肩部210。在一些实施方案中，方法400不包括将销形套环222耦接至销部件202，而是方法400产生包括两个扭矩肩部206、208、两个表面212、214和牺牲材料224的扭矩连接器200。

在块410中，销部件202耦接至箱形部件204。在至少一个实施方案中，销部件202经由螺纹表面218螺纹耦接至箱形部件204。在至少一个实施方案中，螺纹表面218向扭矩连接器200提供第四扭矩能力。在一些实施方案中，销部件202由使用者或技术人员而不是在制造过程期间耦接至箱形部件204。扭矩力可以然后施加至扭矩连接器200。

图5绘示根据一些实施方案的位于钻井位置处的示例性系统500。在图示的实施方案中，系统500可能形成位于配备吊杆532的钻井平台546处的井508的表面506处的钻机504的一部分。钻机504可以为钻柱510提供支撑。钻柱510可以操作以穿透旋转台538，以便钻出透过地表下地层542的井孔544。钻柱510可能包括方钻杆512、钻管514和底部钻井组合件516，可能定位在钻管514的下部部分处。在至少一个实施方案中，钻柱510是包括由诸如图1的扭矩连接器100等多个连接器100连接的多个管状构件546、548、550的管柱。在其它实施方案中，扭矩连接器100可能包括分别在图2的扭矩连接器200和图3的扭矩连接器300中找到的一个或多个特征。

底部钻井组合件516可能包括钻环520、井下工具502和钻头522。钻头522可以操作以通过穿透表面506和地表下地层542创建井孔544。井下工具502可能包括若干不同类型的工具中的任何一个，所述工具包括随钻测量(mwd)工具、随钻测井(lwd)工具等。

在钻井操作期间，钻柱510(可能包括方钻杆512、钻管514和底部钻井组合件516)可能由旋转台538旋转。虽然未图示，但是另外或可选地，底部钻井组合件516可能还由定位在井下的马达(例如，泥浆马达)旋转。钻环520可以被用于为钻头522加重。钻环520也可以被操作以加强底部钻井组合件516，从而允许底部钻井组合件516传递增加的重量至钻头522，并且又帮助钻头522穿透表面506和地表下地层542。

在钻井操作期间，泥浆泵524可以利用软管528从泥浆槽526泵送钻井流体(有时被本领域技术人员称作“钻井泥浆”)到钻管514中，并且向下至钻头522。钻井流体可以从钻头522流出，并且经过钻管514与井孔544的侧面之间的环形区域530返回至表面506。钻井流体然后可以返回至泥浆槽526，所述流体在所述泥浆槽526处被过滤。在一些实施方案中，在钻井操作期间，钻井流体可以被用于冷却钻头522，以及为钻头522提供润滑。另外，钻井流体可以被用于移除由于操作钻头522而产生的地表下岩屑。

一些实施方案包括用于测量结果或其它数据的处理、分析和/或存储的表面测井设施534。所述处理和分析可能包括自然伽马射线光谱测量和/或地层密度的确定。测井设施534可能设有用于各种类型的信号处理的电子设备

工作台536和控制器540可能包括适合于各种实施方案的特定实现方式的模块，所述模块包括硬件电路、处理器和/或可以存储软件程序模块和对象的存储器电路和/或固件及以上的组合。例如，在一些实施方案中，所述模块可能包括在设备和/或系统操作模拟程序包中，所述模拟程序包诸如软件电气信号模拟程序包、电力使用和分配模拟程序包、功率/热耗散模拟程序包和/或用于模拟各种潜在实施方案的操作的软件和硬件的组合。虽然图示的实施方案绘示与钻柱510一起使用的扭矩连接器100，但是在其它实施方案中，扭矩连接器100可以在多种设置中的任何一个中与多种管柱中的任何一个一起使用。

在前面的具体实施方式中，可以看出各种特征被一起组合在单个实施方案中，以用于精简本公开的目的。本公开的该方法不应被解释为反映以下意图：要求保护的实施方案需要比每一权利要求项中明确阐述的特征更多的特征。而是，如所附权利要求所反映，本发明的主题并非在于单个公开的实施方案的所有特征。因此，所附权利要求由此并入具体实施方式中，其中每一权利要求项独立地作为单独的实施方案。

应注意，并不需要在上面的概述中所描述的所有操作或要素，特定操作或装置的一部分可能是不需要的，并且可以执行一个或多个其它操作或可以包括一个或多个其它要素，以补充所描述的操作或要素。另外，列出操作的次序不一定是执行操作的次序。而且，已经参考特定实施方案对概念进行了描述。然而，本领域技术人员应了解，可以在不脱离如所附权利要求中所阐述的本公开的范围的情况下做出各种修改和变更。因此，说明书和附图应被视为是说明性的而不是限制性的，并且所有所述修改意在包括在本公开的范围内。

上面已经相关于特定实施方案描述了利益、其它优点和问题的解决方案。然而，所述利益、优点、问题的解决方案和可能会引起任何利益、优点或解决方案发生或变得更加明白的任何特征不应被理解为任何或所有权利要求项的关键、要求的或本质特征。此外，上面公开的特定实施方案仅是说明性的，因为公开的主题可以按不同的、但对于受益于本文的教示的本领域技术人员而言显而易见的等效方式进行修改和实践。除了所附权利要求中所描述的以外，并未意在对本文示出的构造或设计的细节进行限制。因此，明显的是，可以对上面公开的特定实施方案进行改变或修改，并且所有所述变化被视为是在公开的主题的范围内。因此，本文所寻求的保护在所附权利要求中阐述。