抗卡住的钻柱组件的制作方法_4

文档序号:9203949阅读:来源:国知局
角度。角度146、148可基于螺纹110、112的其它特征,或基于独立于螺纹特征的值而变化。在一个或多个方面,角度146等于角度148。在替代方面,角度146可与角度148不同。
[0064]在一个或多个方面,角度146、148每个均为锐角。例如,角度146、148中的每个可介于约10度至80度之间、约15度至约75度之间、约20度至约70度之间、约30度至约60度之间、约40度至约50度之间。在进一步的方面,角度146、148可包括约45度。根据本文的公开内容,应理解一旦两个配合前端134、136之间或螺纹头面之间以增大的角度146、148进行冲击时,动量损失和摩擦阻力减小,从而使螺纹110、112进入完全配合的状态。在任何情况下,公螺纹110的前端134可与母螺纹112的前端136配合,以帮助在第一钻柱组件102与第二钻柱组件106之间形成接头。
[0065]通过除去螺纹头的长尾部并将尾部替换成至螺纹110、112的全部高度的更陡的转变,可因此提供前端134、136或螺纹头面。此外,虽然前端134、136可相对于轴线126成角度或以其它方式定向,但螺纹头面也可垂直于对应销接端104和套接端108的圆柱表面的大直径和/或小直径。这种几何形状除去了可充当楔子的尾型螺纹头,从而除去了一旦销接端104与套接端108配合时便导致楔入的几何形状。
[0066]此外,随着销接端104和套接端108被拧到一起,前端134、136或螺纹头可具有相应的表面,当这些表面一起配合时,便在接近螺纹联接状态下产生了滑动界面。举例来说,在前端134、136每个均以锐角被定向时,前端134、136或螺纹头面可彼此接合,并配合地使螺纹进入完全螺纹联接的状态。通过举例的方式,在钻杆总成上紧期间,随着销接端104被拧入套接端108中,前端134、136可接合并引导彼此进入螺纹之间的相应凹陷中。这可能发生在钻柱组件102、106 二者或其中之一的旋转和拧入期间。此外,由于除去了螺纹头尾部,因此对用于配合的旋转位置的限制很少(如果有的话)。因此,销接端104和套接端108的整个周长可用于配合,而无易于发生卡住的位置。
[0067]在一个或多个方面,可使用传统机械加工工艺形成带有尾部的螺纹110。可至少部分地移除尾部以形成前端134。在这方面,尾部可围绕给定销接端104的周长的大约一半延伸。因此,如果移除螺纹110的整个尾部,那么螺纹110的前端134可与轴线126对准。然而,如果移除更多螺纹110而非仅移除尾部,那么前端134相对于轴线126偏离。可通过分离的机械加工工艺移除尾部。
[0068]虽然本实例图示了移除尾部以形成螺纹头,但是在其它实施方案中,螺纹头面可在未形成和/或随后未移除尾型螺纹头的情况下形成。例如,使用电火花加工而非传统的机械加工工艺形成螺纹。电火花加工可允许形成前端134,这是因为在加工期间可消耗金属。可替代地,电火花加工或消耗材料的其它工艺也可用于形成螺纹110、112的前端134、136。
[0069]如前面所提到的,在一个或多个方面,钻柱组件102、106可包括中空主体。更具体而言,在一个或多个方面,钻柱组件可为薄壁。具体而言,如图1所示,钻柱组件106可包括外径150、内径152以及壁厚154。壁厚154可等于外径150的一半减去内径152。在一个或多个方面,钻柱组件106的壁厚154介于外径150的大约近5%至15%之间。在进一步的方面,钻柱组件106的壁厚154介于外径150的大约6%至8%之间。应理解,这种薄壁钻柱组件可限制螺纹112的几何形状。然而,尽管存在这些限制,但是薄壁钻柱组件仍然可包括如上所述的前端134、136。
[0070]现在参考图3,钻柱组件102、106可包括任何数量的不同类型的工具。换言之,在钻柱上使用的几乎任何螺纹构件可包括具有如结合图1和图2描述的前端或螺纹头的一个或多个套接端108和销接端104。例如,图3图示了钻柱组件可包括锁定联接件201、转接器联接件202、钻杆204以及钻孔器206,其每个均可包括带有抵抗或减少如以上结合图1所描述的卡住和错扣的前端134、136的销接端104和套接端108 二者。图3进一步图示了钻柱组件可包括稳定件203、联顶环205和钻头207,其每个均包括带有抵抗或减少以上结合图1所描述的卡住和错扣的前端136的套接端108。在仍进一步的方面,钻柱组件102、106可包括套管、钻孔器、岩芯提取器或其它钻柱组件。
[0071]现在参考图4,钻井系统300可用于钻入地层304中。钻井系统300可包括由多个钻杆204或其它钻柱组件201至207形成的钻柱302。钻杆204可以是刚性和/或金属材料,或替代地可由其它适合的材料构造。钻柱302可包括一系列连接的钻杆,所述钻杆可随着钻柱302进入地层304而逐段组装。钻头207 (例如,开面式钻头或其它类型的钻头)可固定至钻柱302的远端。如本文所用,术语“向下”、“下部”、“前”和“远端”指的是钻柱302的端部,包括钻头207。而术语“向上”、“上部”、“尾”或“近端”指的是与钻头207相对的钻柱302的端部。
[0072]钻井系统300可包括钻机301,所述钻机301可将钻头207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分旋转和/或推入地层304中。钻机301可包括驱动机构,例如旋转式钻头部306、滑撬总成308和井架310。钻头部306可联接至钻柱302,并且可旋转钻头207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分。如果需要,旋转式钻头部306可被构造为改变其旋转这些组件的速度和/或方向。滑撬总成308可相对于井架310移动。当滑撬组件308相对于井架310移动时,滑撬总成308可提供抵接旋转式钻头部306的力,该力可在例如钻头207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分被旋转的同时将其进一步推进至地层304中。
[0073]然而,应理解,钻机301不要求旋转式钻头部、滑撬总成、滑动框架或驱动总成,且钻机301可包括其它适合的组件。还应理解,钻井系统300不需要钻机,且钻井系统300可包括可将钻头207、钻杆204和/或钻柱302的其它部分旋转和/或推入地层304中的其它适合的组件。例如,可使用声波电机、冲击电机或井下电机。
[0074]如图4所示,钻井系统300可进一步包括钻杆夹紧装置312。进一步详细地说,驱动机构可使钻柱302 (具体而言是第一钻杆204)前移,直至第一钻杆204的尾部紧邻由钻柱302形成的钻井口。一旦第一钻杆204处于所需深度时,钻杆夹紧装置312可夹持第一钻杆204,这样可有助于防止第一钻杆204和钻柱302在钻井下不慎丢失。通过钻杆夹紧装置312夹持第一钻杆204,驱动机构可与第一钻杆204断开。
[0075]然后,可使用如美国专利申请公开号2010/0021271中描述的钻柱装卸装置手动或自动地将另一个或第二钻杆204连接至驱动机构,该专利申请的整个内容通过引用并入本文。下一个驱动机构可自动地使第二钻杆204的销接端104前移进入第一钻杆204的套接端108。可通过将第二钻杆204拧入第一钻杆204中来形成第一钻杆204与第二钻杆204之间的接头。应理解,根据本文的公开内容,即便当钻杆204之间的接头由钻机301自动形成时,钻杆204的公螺纹110的前端134和母螺纹112的前端136也可防止或减少卡住和错扣。
[0076]在第二钻杆204连接至驱动机构和第一钻杆204之后,钻杆夹紧装置312可松脱钻柱302。驱动机构可将钻柱302进一步推进至地层中到达更大的所需深度。可重复进行夹持钻柱302、断开驱动机构、连接另一个钻杆204、松脱所述夹持以及将钻柱302推进至更大深度的过程以便越来越深地钻入地层之中。
[0077]相应地,图1至图4以及相应的内容提供了用于在钻柱组件之间形成接头同时减少或消除卡住和错扣的许多不同组件和机构。除上述之外,本发明的方面还可通过在完成特定结果的方法中的行为和步骤方面来描述。例如,参照图1至图4的组件和图示,以下描述了在钻柱中形成接头而不会卡住或错扣的方法。
[0078]该方法可涉及将第一钻柱组件102的销接端104插入第二钻柱组件106的套接端108中。该方法还可涉及相对于第二钻柱组件108旋转第一钻柱组件102。该方法可进一步涉及使第一钻柱组件102的销接端104上的公螺纹110的平面前端134抵接第二钻柱组件106的套接端108上的母螺纹112的平面前端136。
[0079]公螺纹110的平面前端134可相对于第一钻柱组件102的中心轴线26以锐角146定向。类似地,母螺纹112的平面前端136可相对于第一钻柱组件106的中心轴线26以锐角148定向。
[0080]该方法可进一步涉及使公螺纹110的平面前端134抵靠并沿母螺纹112的平面前端136滑动,以将公螺纹110引导入母螺纹112的各圈之间的间隙内。使
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