专利名称：：薄壁钻杆、钻柱及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
：本发明是关于一种钻井用的钻杆和钻柱，尤其是应用于在大位移井、水平井、大斜度井和多分支井等复杂结构井钻井工程中的钻杆和钻柱。
背景技术：
：钻井是石油天然气勘探开发的必要手段，是油气田建设的重要基础项目，也是石油天然气工业中耗资最大的专业工程，其费用占到整个投资额的40%左右。先进的大位移井、水平井、大斜度井和多分支井等复杂结构井钻井技术在加快油气勘探开发速度、提高储量和采收率、降低勘探开发投资和作业成本、延长老油田寿命以及减少钻井平台数量以获得较高经济效益等方面发挥了重要的作用。在钻井工程的钻进作业中，转盘(或顶驱)扭矩随钻头所达到的井深的增加而增加。特别地，在高水垂比大位移井钻井工程的大斜度长稳斜井段及其以后井段的钻进作业中，转盘(或顶驱)扭矩随钻头所达到的井深的增加而更快地增加。目前，现有的钻柱由常规尺寸钻杆组成，在高水垂比大位移井钻井工程中，需要的转盘(或顶驱)扭矩甚至超出常规钻杆的强度，给实际的钻井工作带来很大的困扰，解决由常规尺寸钻杆所组成的钻柱所需的转盘(或顶驱)扭矩或地面扭矩过高的问题，降低薄壁钻杆的制造和使用成本，而且使其也可用于其它类型井的钻进作业，是当务之急。为了解决现有技术存在的不足，本发明经过实验和大量的实践，研制出一种薄壁钻杆，目的是利用该薄壁钻杆来减少转盘(或顶驱)扭矩，从而实现节能的效果，本发明期望在钻机不变的条件下，提高可钻达的最大井深，从而能够减少钻机升级改造费用。本发明的目的在于提供一种薄壁钻杆，在旋转钻进作业中，应用于钻柱下部，以减少转盘(或顶驱)扭矩和地面泵压，实现节能的效果。本发明的目的还在于提供一种钻柱，该钻柱由至少两个薄壁钻杆通过接头以串连的方式连接组合而成。本发明的目的还在于提供一种薄壁钻杆的制造方法，通过该方法可制成减少转盘(或顶驱)扭矩和地面泵压，实现节能的效果薄壁钻杆。本发明的目的还在于提供一种薄壁钻杆在钻井中的应用。本发明的目的还在于提供一种钻柱在钻井中的应用。本发明的以上目的是通过如下技术方案实现的本发明提供了一种薄壁钻杆，该薄壁钻杆包括接头和管体，所述的接头包括至少一个内螺纹接头和一个外螺纹接头，所述的管体的两端为加厚段，管体的中段为壁厚5.0mm8.0mm的薄壁段，加厚段的壁厚不低于薄壁段的壁厚，所述的接头与管体的加厚段相连接。上述薄壁钻杆的薄壁段的壁厚一般为标准的管体的壁厚，即，5.0mm、6.0mm、7.0mm或8.0mm;接头为本领域的标准的接头。本发明的上述薄壁钻杆可减少转盘(或顶驱)扭矩至多可达常规尺寸钻杆的60%,与其它减扭措施相结合，其效果更佳，从而实现节能的效果。在钻机不变的条件下，提高可钻达的最大井深，从而能够减少钻机升级改造费用。本发明的上述薄壁钻杆，其管体的加厚段的总长度不少于600.0mm，加厚段的壁厚不低于8.0mm,—般不超过22.0mm;所述的接头上设有符合工业标准的内螺纹和外螺纹，接头的外径优选是标准规格的口径，一般为168.3mm或177.8mm;薄壁段的管体的外径也优选为符合工业标准的管体外径，其一般为127.0mm、139.7mm或149.2mm;加厚段的管体的外径一般不低于薄壁段的管体的外径，优选不超过所述接头的外径，接头的最大外径一般为177.8mm。本发明所述的接头和管体可以通过螺纹连接，也可通过摩擦焊连接。本发明所述的薄壁钻杆中的所有管体的外径均为标准管体的外径，例如可以是目前通用的127.0mm、139.7mm或149.2mm;所述的薄壁段的管体壁厚优选为5.0mm、6.0mm、7.0mm或8.0mm;所述的加厚段的管体壁厚优选不低于8.0mm。上述的薄壁钴杆的制造材料对钻柱所需的转盘(或顶驱)扭矩或地面扭矩的影响较大，本发明的薄壁钻杆包括接头和管体(优选管体r包括薄壁钻杆的管体)优选为抗疲劳断裂和耐磨损的合金钢的管体，为了得到更好的钻井效果，本发明的管体所采用的合金钢的冲击功优选不小于50J，硬度优选不大于HRC27，屈服强度优选为551.6MPa930.7MPa。一般的钻杆的管体长度为9.010m，其为通用标准，本发明的薄壁钻杆为了具有更良好的实用性和工业上的普及性和适用性，所述的薄壁钻杆的管体的长度也采用通用的标准，即，优选为9.010m，该薄壁钻杆的管体的一端串联另一管体的含内螺纹的接头，而薄壁钻杆的管体的另一端串联又一管体的含外螺纹接头而成，接头详细尺寸如表1所示。本发明还提供了一种钻柱，其上串连有总长度为9000.0mm10000.0mm的薄壁钻杆，该钻柱还包括有与薄壁钻杆相连接的钻头。上述钻柱的结构为薄壁钻杆的管体一端与接头的内螺纹相连接，另一端与另一接头的外螺纹相连接；在本发明的优选实施例中，该钻柱的薄壁钻杆还可通过接头与至少一个标准钻杆相连接。本发明的钻柱更优选由至少一个或者一个以上的标准钻杆和10IOOO个薄壁钻杆串连而成。在实际应用中，在上述钻柱中还包括钻机、钻头以及位于中底部的钻具组合，该钻具组合的顶部以上位置尽可能多地串联安装本发明的薄壁钻杆，能减少旋转钻进过程中的转盘(或顶驱)扭矩和地面泵压，从而实现节能的效果；在钻机不变的条件下，提高可钻达的最大井深，从而可以减少钻机升级改造费用。本发明的薄壁钻杆是这样组合而成的该薄壁钻杆由接头和管体组成，接头及其上的接头螺纹均符合工业标准，管体优选釆用壁厚为5.0mm8.0mm的无缝管或焊管，所述薄壁钻杆的管体的两端为相同的加厚段(内外加厚段)，接头和管体通过摩擦焊连接，接头内径尽可能接近管体内径；接头和管体均单独制造，先对外径和壁厚一致的管材进行墩粗，形成两端相同的内外加厚的管体，管体的标准长度不变，仍然为9000.010000.0mm，两端加厚段长度之和一般不少于600.0mm，内外加厚量相等，然后采用摩擦焊将管体和接头连接在一起。在本发明的优选实施例中，薄壁钻杆的管体外径为—127.0mm、139.7mm或149.2mm;管体中间段的壁厚在5.0mm和8.0mm之间，具体值可分别为5.0mm、6.0mm、7.0mm或8.0mm，相应的最低使用性能如表2所示，例如管体外径为127.0mm的钻杆的接头外径为168.3mm;管体外径为139.7mm和149.2mm的钻杆的接头外径为177.8mm。本发明还提供一种薄壁钻杆的制备方法，其中包括(1)所述的管体和接头均为单独制造，先对外径和壁厚一致的管体(标准管体)的管材进行墩粗，使之两端加厚形成加厚段以及中间的薄壁段，加厚段的管体壁厚不低于中间的薄壁段的壁厚，所述的薄壁段的管体壁厚为5.0mm8.0mm;上述薄壁钻杆的管体优选采用壁厚5.0mm8.0mm的无缝管或焊管；(2)所述的接头和接头上设的螺纹均为符合工业标准的接头和螺纹，采用摩擦焊将所述的管体和接头连接组合成薄壁钻杆。本发明还提供了薄壁钻杆在钻井中的应用。本发明还提供了钻柱在钻井中的应用。上述在钻井中的应用包括在大位移井、水平井、大斜度井和多分支井的钻井中的应用。本发明的薄壁钻杆和好友该薄壁钻杆的钻柱尤其适用于大位移井的钻井作业。因为薄壁钻杆在使用过程中作旋转运动，受交变载荷的作用，所以其制造材料采用抗疲劳断裂和耐磨损的合金钢，优选冲击功不小于50J，硬度不大于HRC27，屈服强度在551.6MPa和930.7MPa之间的合金钢。所谓合金钢(alloysteel)就是在碳素钢中适量地加入一种或几种其它元素而制成的具有特殊性能的钢，即，在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。合金钢具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、'镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等。其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物形成元素，只要有足够的碳，在适当条件下，就能形成各自的碳化物，当缺碳或在高温条件下，则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素，其中一部分以原子状态进入固溶体中，另一部分形成置换式合金渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子状态存在于固溶体中。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5%)，中合金钢(含量5%10%)，高合金钢(含量〉10%);按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等；还可以把合金钢分为八大类合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。在大位移井、水平井、大斜度井和多分支井等复杂结构井的钻进过程中，特别是在高水垂比大位移井的大斜度长稳斜井段及其以后井段的钻进过程中，在钻柱中尽可能多地使用薄壁钻杆，安装在底部钻具组合顶部以上位置，能减少旋转钻进过程中的转盘(或顶驱)扭矩和'地面泵压，从而实现节能的效果，例如，钻柱一般可以采用250800根本发明的薄壁钻杆串联而成，在钻机不变的条件下，提高可钻达的最大井深，从而可以减少钻机升级改造费用。表l.钻杆接头参数(mm)内、夕卜螺纹接头外径D+0.8-0.8外螺纹接头内径d+0.4-0.8内外螺纹接头台肩倒角直径DF+0.4-0.4外螺纹接头总长度LP+6.4-9.5外螺纹接头大钳空间+6.4-6.4内螺纹接头大钳空间+6.4-6.4内、夕卜接头组合长度+12.7-12.7外螺纹接头吊卡加厚处直径MaxDPE内螺纹接头吊卡加厚处直径MaxDTE168.2895.25154.00292.1177.8254.0431.8]27.00127.00177.80101.6017.07330.2203.2254.0457.2144.46144.46表2.簿壁钻杆的最低使用性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图1为本发明的薄壁钻杆的结构示意图。图2为本发明的钻柱的结构示意图。_附图标注1—一薄壁钻杆的本体(管体)2——管壁3—一薄壁钻杆的加厚段4——焊缝5—一外螺纹接头6—一内螺纹接头21——钻头22——底部钻具组合23——由薄壁钻杆串联而成的钻柱24——由强度较高的薄壁钻杆或常规钻杆串联而成的钻柱25——钻机26——陆地的地面或海上的海平面27——海上的泥线(或称海床)28——裸眼井壁29——套管20——井眼环空具体实施方式以下结合本发明，但不构成对本发明的任何限制。实施例l.本发明的薄壁钻杆的结构图1是薄壁钻杆的结构示意图。由图1可知，薄壁钻杆包括至少两个接头和管体(也是薄壁钻杆的本体l)，所述的至少两个接头至少包括一个内螺纹接头5和一个外螺纹接头6，接头为标准的接头，接头外径为168.3mm或177.8mm，接头上的螺纹符合工业标准；该薄壁钻杆的管体为无缝管或带焊缝4的焊管，薄壁钻杆的管体的两端为薄壁钻杆的加厚段3，其中段为薄壁段，该加厚段3的管壁厚度不低于薄壁段的管壁2。图2是含薄壁钻杆的本发明的钻柱的结构示意图。由图2可知，钻柱由钻头21、底部钻具组合22、薄壁钻杆(即，由薄壁钻杆串联而成的钻柱23)和强度较高的薄壁钻杆或常规钻杆(由强度较高的薄壁钻杆或常规钻杆串联而成的钻柱24)组成。该钻柱也可包括与钻柱一端相连接的钻机25，以及与钻柱另一端相连的钻头21。为了使本发明的钻柱的结构更清楚，在图2中可见裸眼井壁28和井眼环空20的示意位置。钻柱外还套设有套管29，目的是保护钻柱不受外界环境的侵蚀,本发明的薄壁钻杆的示意图如上所述，为了更好地展示本发明的钻杆的使用情况，在图2的示意图中增设了陆地的地面或海上的海平面26、海上的泥线(或称海床)27。进一步说明的是上述强度较高的薄壁钻杆与所述的薄壁钻杆的差异在于壁厚或材料不同，如果二者的材料相同，则壁厚为8mm的薄壁钻杆比6mm的薄壁钻杆的强度高；如果二者的壁厚相同，则材料屈服强度高的薄壁钻杆的强度高。实施例2.本发明的薄壁钻杆的实际应用采用本发明的实施例1的薄壁钻杆组成的钻柱和标准钻杆组成的钻柱应用至某大位移井的钻井中，该大位移井的垂深1243.2m，水平位移7492，9m，最大井深8144.3m，第一造斜点垂深400.0m，第一造斜井段造斜率4:.6。/30m，长稳斜井段井斜角85.75°，长稳斜井段起点垂深、水平位移和井深分别为777.5m、350.1m和967.0m，长稳斜井段终点垂深、水平位移和井深分别为1236.8m、6529.2m和7164.6m，第二造斜终点垂深、水平位移和井深分别为1244.0m、6710.0m和7346.8m，最大井斜角的.7°。钻井液密度为1080.0kg/m3，机械钻速为30m/h，转速为120r/min，摩阻系数为0.20，井眼直径为215.9mm。表3为由常规钻杆组成的钻柱A的数据；表4为由含薄壁钻杆和常规钻杆组成的钻柱B的数据；表5为由薄壁钻杆组成的钻柱C的数据。其中当采用钻柱A时，转盘(或顶驱)扭矩为51.03kN，m;:当采用钻柱B时，转盘(或顶驱)扭矩为35.71kN'm，为钻柱A的70.0%;当采用钻柱C时，转盘(或顶驱)扭矩为19.39kN.m，为钻柱A的38.0%。表3钻柱A的相关数据<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4钻柱B的相关数据<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表5钻柱C的相关数据<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由上表可知，当流量为3000L/min，塑性粘度为10cP，屈服值为9.6Pa时，钻柱A管内压力损耗为1.86MPa/1000m;钻柱B管内压力损耗为(1.35x3500+1.86x4644.3)/8144.3=1.64MPa/1000m，为钻柱A的88.0%;钻柱C管内压力损耗为1.35MPa/1000m，为钻柱A的72.0%。综上所述，本发明的薄壁钻杆在钻井的实际应用中可以产生极大的应用价值和很好的社会效应。权利要求1、一种薄壁钻杆，其特征在于，该薄壁钻杆包括接头和管体，所述的接头包括至少一个内螺纹接头和一个外螺纹接头，所述的管体的两端为加厚段，管体的中段为壁厚5.0mm～8.0mm的薄壁段，加厚段的壁厚不低于薄壁段的壁厚，所述的接头与管体的加厚段相连接。2、如权利要求l所述的薄壁钻杆，其特征在于，所述的管体的加厚段的总长度不少于600.0mm，加厚段的壁厚不低于8.0mm;所述的接头的外径为168.3mm或177.8mm;所述的管体的薄壁段的外径为127.0mm、139.7mm或149.2mm，加厚段的外径不超过所述的接头的外径。3、如权利要求l所述的薄壁钻杆，其特征在于，所述的薄壁钻杆的管体材料为合金钢，该合金钢的硬度不大于HRC27，冲击功不小于50J。4、如权利要求3所述的薄壁钻杆，其特征在于，所述的合金钢的屈服强度为551.6MPa930.7]VIPa。5、一种包括权利要求l所述的薄壁钻杆的钻柱，其特征在于，该钻柱包括以串连的方式连接的、总长度为9000.0mm10000.0mm的薄壁钻杆。6、如权利要求5所述的钻柱，其特征在于，该钻柱还包括钻头，该钻头与薄壁钻杆相连接。7、如权利要求6所述的钻柱，其特征在于，所述的薄壁钻杆的管体一端与接头的内螺纹相连接，另一端与另一接头的外螺纹相连接，该薄壁钻杆通过接头还与至少一个标准钻杆相连接。8、权利要求l所述的薄壁钻杆的制备方法，其特征在于，该制备方法包括:(1)先对外径和壁厚一致的管体的管材进行墩粗，使之两端加厚形成加厚段以及中间的薄壁段，加厚段的管体的壁厚不低于中间的薄壁段的壁厚，所述的薄壁段的管体壁厚为5.0mm8.0mm;(2)采用摩擦焊将接头与步骤(1)得到的管体连接组合成薄壁钻杆。9、权利要求l所述的薄壁钻杆在钻井中的应用。10、权利要求5所述的钻柱在钻井中的应用。全文摘要本发明提供一种薄壁钻杆，该薄壁钻杆包括接头和管体，所述的接头包括至少一个内螺纹接头和一个外螺纹接头，所述的管体的两端为加厚段，管体的中段为壁厚5.0mm～8.0mm的薄壁段，加厚段的壁厚不低于薄壁段的壁厚，所述的接头与管体的加厚段相连接；本发明还提供了由薄壁钻杆串连而成的钻柱及其应用；该薄壁钻杆可以减少旋转钻进过程中的转盘扭矩和地面泵压，从而实现节能的效果。文档编号E21B17/00GK101220731SQ200810057499公开日2008年7月16日申请日期2008年2月2日优先权日2008年2月2日发明者唐海雄,覃成锦,高德利申请人:中国石油大学(北京)