用于开窗的钻杆及钻井系统工具的制作方法

本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种钻杆及钻井系统工具。

背景技术：

近些年来为提高油气采收率，降低钻井成本，废旧老井的重新开采成为突破方向，其中侧钻开窗市场尤为火爆。，很多油田都在现场应用了套管开窗侧钻技术。但由于用于小井眼侧钻的钻杆尺寸小、刚度低、抗扭能力差，加之高曲率影响，导致钻柱所处载荷环境极为恶劣，钻井过程中时常发生钻杆螺纹失效事故，影响作业安全。

为防止钻杆两端的连接处的螺纹失效，钻杆之间的连接均采用锥螺纹，且采用牙型为三角形的螺纹，然而，牙型为三角形的锥螺纹使得钻杆的壁厚较大，这势必增大了外径和/或减小了内径。从而使得井眼的环空较小(即钻杆与井眼之间的环形间隙)增大了泥浆的反流阻力，且钻杆较小的内径使得泥浆排量过小。从而造成钻井过程中泵压过高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于开窗的钻杆。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：

一种用于开窗的钻杆，包括具有内孔的钻杆本体以及形成在所述钻杆本体一端的锥形的连接头，所述钻杆本体的另一端沿其轴向形成锥形的连接孔，所述连接孔与所述内孔连通；所述连接头的外周面形成有外螺纹，所述连接孔的孔壁形成有内螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹的螺牙均设置成梯形牙。

优选地，所述连接头与所述连接孔匹配，以使其中一个所述用于开窗的钻杆的连接头能够旋入另一个所述用于开窗的钻杆的连接孔中。

优选地，所述连接孔与所述内孔之间通过第一光孔连通，所述第一光孔与所述内孔的连接处形成有第一台阶面；所述连接头的端部形成有第一光轴，当其中一个所述用于开窗的钻杆的连接头旋入另一个所述用于开窗的钻杆的连接孔中时，所述第一光轴的头部抵靠在所述第一台阶面上。

优选地，所述连接头与所述钻杆本体之间形成有第二光轴，所述第二光轴与所述钻杆本体的连接处形成有第二台阶面，所述连接孔远离所述第一光孔的一端形成第二光孔，当其中一个所述用于开窗的钻杆的连接头旋入另一个所述用于开窗的钻杆的连接孔中后，所述第二光轴穿设所述第二光孔且所述钻杆本体抵靠在所述第二台阶面上。

优选地，所述钻杆本体的外径最大处的外径为98mm-107mm。

优选地，所述外螺纹和所述内螺纹的锥度均为1：6-1：28。

优选地，所述外螺纹的牙型角和所述内螺纹的牙型角均为15°-80°。

优选地，所述外螺纹和所述内螺纹均为单顶螺纹或均为双顶螺纹。

本发明还公开了一种钻井系统工具，包括：

上述的用于开窗的钻杆；

加重钻杆，其上端与所述用于开窗的钻杆连接；

定位短接，其上端与所述加重钻杆的下端连接；

无磁加重钻杆，其上端与所述定位短接的下端连接；

螺杆钻具总成，其包括马达总成，所述马达总成包括定子和转子，所述定子固定于所述无磁加重钻杆的内壁，所述转子穿设所述定子；以及

钻头，其与所述转子连接并由所述转子驱动。

优选地，所述钻井系统工具还包括能够进行无线通讯的测量传输装置和无线接收装置；所述测量传输装置用于获取所述钻头周围的地层数据并将所述地层数据发送给所述无线接收装置，所述无线接收装置用于处理接收的所述地层数据，并将处理后的所述地层数据转换为压力信号以发送给地面上的显示设备。

优选地，所述测量传输装置包括测量模块、第一电池模块以及无线输出模块，所述第一电池模块用于为所述测量模块以及所述无线输出模块供电，所述测量模块用于获取所述钻头周围的所述地层数据；所述无线输出模块用于将所述地层数据发送给所述无线接收装置；

所述无线接收装置包括无线接收模块、处理模块、脉冲器以及第二电池模块；所述第二电池模块用于为所述无线接收模块、所述处理模块以及所述脉冲器供电，所述无线接收模块用于接收所述无线输出模块所发送的所述地层数据；所述处理模块用于处理所述地层数据并将所述地层数据转换为压力信号，所述脉冲器用于接收所述压力信号并将所述压力信号发送给地面上的显示设备。

与现有技术相比，本发明的实施例所提供的用于开窗的钻杆的有益效果是：本发明的用于开窗的钻杆的连接螺纹为梯形螺纹，在相同连接刚度和强度的情况下，梯形螺纹相对三角形螺纹的径向尺寸小，在钻杆上设置梯形螺纹可以减小甚至避免螺纹牙形对钻杆的壁厚的影响，从而能够将钻杆的壁厚设计的更薄。如此，在与现有技术中的钻杆相同外径的情况下，可以将本发明的钻杆的内径设计的更大；在与现有技术中的钻杆相同内径的情况下，可以将本发明的钻杆的外径设计的更小，从而在利用本发明的钻杆进行钻井时，可以使井眼的环空增大以减小泥浆的反流阻力，并同时可以使泥浆排量增大以降低泵压。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的用于开窗的钻杆的结构示意图。

图2为本发明的实施例提供的用于开窗的钻杆的设置有连接头的一端的结构示意图。

图3为本发明的实施例提供的用于开窗的钻杆的开设有连接孔的一端的结构示意图。

图4为本发明的实施例提供的用于开窗的钻杆中的连接头以及连接孔上的螺牙的结构示意图。

图5为本发明的实施例提供的钻井系统工具的结构示意图。

图中：

10-钻杆本体；11-内孔；20-连接头；21-锥外螺纹；22-第一光轴；23-第二光轴；24-第二台阶面；30-连接孔；31-锥内螺纹；32-第一光孔；33-第一台阶面；34-第二光孔；40-螺牙；1-钻头；211-传动轴；212-下径向轴承；213-轴向轴承；214-上径向轴承；215-传动轴壳体；221-水帽；222-连接杆；223-弯壳体；231-定子；232-转子；233-防掉接头；234-防掉压紧帽；3-无磁加重钻杆；4-定位短接；5-加重钻杆；61-测量模块；611-传输线；62-第一电池模块；63-无线输出模块；71-无线接收模块；72-处理模块；73-第二电池模块；74-脉冲器；8-钻杆。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1至图4所示，本发明的实施例公开了一种用于开窗的钻杆，包括具有内孔11的钻杆本体10以及形成在钻杆本体10一端的锥形的连接头20，钻杆本体10的另一端沿其轴向开设有锥形的连接孔30，连接头20、连接孔30以及内孔均同轴，且连接孔30与内孔11连通；连接头20的外周面形成有外螺纹21，连接孔30的孔壁形成有内螺纹31，本发明的关键是将外螺纹21和内螺纹31的螺牙40均设置成梯形牙。

本发明的用于开窗的钻杆的连接螺纹为梯形螺纹，在相同连接刚度和强度的情况下，梯形螺纹相对三角形螺纹的径向尺寸小，在钻杆上设置梯形螺纹可以减小甚至避免螺纹牙形对钻杆的壁厚的影响，从而能够将钻杆的壁厚设计的更薄。如此，在与现有技术中的钻杆相同外径的情况下，可以将本发明的钻杆的内径设计的更大；在与现有技术中的钻杆相同内径的情况下，可以将本发明的钻杆的外径设计的更小，从而在利用本发明的钻杆进行钻井时，可以使井眼的环空增大以减小泥浆的反流阻力，并同时可以使泥浆排量增大以降低泵压。优选地，外螺纹和内螺纹的锥度均为1：6-1：28，外螺纹的牙型角和内螺纹的牙型角均为15°-80°，外螺纹和内螺纹均为单顶螺纹或均为双顶螺纹。钻杆本体10的外径最大处的外径为98mm-107mm。

在本发明的一个优选实施例中，连接头20与连接孔30匹配，以使本发明的其中一个钻杆的连接头20能够旋入另一个钻杆的连接孔30中。如此，可以将本发明的多个钻杆依次进行螺纹连接以增大钻杆的长度。

在本发明的一个优选实施例中，连接孔30与内孔11之间通过第一光孔32连通，第一光孔32与内孔11的连接处形成有第一台阶面33；连接头20的端部形成有第一光轴22，当其中一个钻杆的连接头20旋入另一个钻杆的连接孔30中时，第一光轴22的头部抵靠在第一台阶面33上。连接头20与钻杆本体10之间形成有第二光轴23，第二光轴23与钻杆本体10连接处形成有第二台阶面24，连接孔30远离第一光孔32的一端形成第二光孔34，以当其中一个钻杆的连接头20旋入另一个钻杆的连接孔30中后，第二光轴23穿设第二光孔34且钻杆本体10抵靠在第二台阶面24上。本发明采用双台肩设计(第一台阶面和第二台阶面为钻杆的两个台肩)，从而增大了钻杆的连接强度和刚度。

根据上述可知，本发明的钻杆采用梯形牙的螺纹设计以及双台肩设计，从而降低了钻杆的壁厚需求，增大内外环空，减少循环压耗，提高循环排量。从而能增加内外环空，降低循环压耗，提高循环排量，增加携砂能力，同时双台肩螺纹设计，同时接触增加了螺纹抗扭、抗弯强度，改善了螺纹受力情况，降低了螺纹根部应力，提高了安全系数和抗疲劳能力。

为进一步增大钻杆的刚性，降低作业风险，提高钻压，以满足开窗侧钻工况使用要求，钻杆本体10由三段杆体对焊形成。中间杆体由s135或g105制成，两侧杆体由4137h或4330合金钢制成。

本发明还公开了一种钻井系统工具，如图5所示，该钻井系统工具包括上述的用于开窗的钻杆8、测量传输装置、无线接收装置、加重钻杆5、定位短接4、无磁加重钻杆3、螺杆钻具总成以及钻头1。其中，加重钻杆5的上端与钻杆8连接，定位短接4的上端与加重钻杆5的下端连接，无磁加重钻杆3的上端与定位短接4的下端连接。螺杆钻具总成包括马达总成，马达总成包括转子232和定子231，定子231形成在无磁加重钻杆3的内壁上，转子232穿设定子231，该转子232用于驱动钻头1。

本发明的钻井系统工具由于装设了上述的用于开窗的钻杆8，使得钻井系统工具能够钻更小的井眼，并能够减小在钻井过程中的阻力，提高钻井刚度。

螺杆钻具总成除包括马达总成外，还包括传动轴总成以及万向轴总成。

传动轴总成包括传动轴211、下径向轴承212、轴向轴承213、上径向轴承214和传动轴壳体215；万向轴总成包括水帽221、连接杆222、弯壳体223及转子接头224；马达总成还包括防掉接头233和防掉压紧帽234。其中，传动轴壳体215的上端通过弯壳体223与加重钻杆3连接，转子232的下端穿设弯壳体223后伸入至传动轴壳体215中，传动轴211的上端从传动轴壳体215的下端伸入至传动轴壳体215后与转子232连接；下径向轴承212、轴向轴承213以及上径向轴承214自下至上依次套设在传动轴211位于传动轴壳体215内的一段，以使传动轴211承受钻头1工作时所产生的轴向力和径向力。连接杆222设置于弯壳体223内并套设在转子232外，连接杆222的上端设置有转子接头224，该转子接头224套设于转子232上，连接杆222的下端连接水帽221；加重钻杆3的上端通过防掉接头233与定位短接4连接，转子232的上端穿过防掉接头233后伸入至定位短接4内并设置防掉帽234以使转子232在发生钻具断裂时能够卡在防掉接头233上部。

为探测井下的地层情况以根据地层情况指导钻井，钻井系统工具还包括测量传输装置和无线接收装置。测量传输装置具体包括测量模块61、第一电池模块62以及无线输出模块63，无线接收装置包括无线接收模块71、处理模块72、第二电池模块73以及脉冲器74。具体地，测量模块61设置于传动轴211内靠近钻头1的位置，无线输出模块63设置于定位短接4中，第二电池模块713设置于加重钻杆3内，测量模块61与无线输出模块63通过传输线611进行传输信号，第一电池模块62用于为测量模块61以及无线输出模块63供电，测量模块61用于获取钻头1周围的地层数据；无线输出模块63用于将地层数据发送给无线接收装置的无线接收模块71。无线接收模块71设置于定位短接4内并与无线输出模块63相对设置，处理模块72设置于无线输出模块63内，第二电池模块73设置于定位短接4内，脉冲器74设置于加重钻杆5内并靠近钻杆8；第二电池模块72用于为无线接收模块71、处理模块72以及脉冲器74供电，无线接收模块71用于接收无线输出模块63发送的地层数据；处理模块72用于处理地层数据并将地层数据转换为压力信号，脉冲器74用于接收压力信号并将压力信号传送至设置于地面上的显示设备，工程技术人员通过显示设备获知压力信号，并通过该压力信号了解钻头周围的地层的情况，如获知地层的硬度等。

根据上述可知，利用测量传输装置和无线接收装置可将钻头周围的地层情况传送至地面，从而使操作者清楚了解地层的具体情况，并根据地层的变化采取不同的钻井策略。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。