用于对准井下管状件的导向套筒的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月18日提交的美国临时申请序列号62/781，464的更早提交日期的权益，该美国临时申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

背景技术：

在资源勘探和回收产业中，在地层中形成钻孔以提供通向一个或多个资源承载区的通路。钻孔可由连接到由多个管状件构成的钻柱的钻形成。一旦形成，由任何数量的管状件形成的管柱可被引导到钻孔中以用于测试和提取地层流体。每个管状件包括公扣或外螺纹端以及母扣或内螺纹端。一个管状件的公扣螺纹连接到另一个管状件的母扣中以构成接合部。希望管状件在被接合的同时轴向对准，以确保接合部的正确的构成。未对准可导致螺纹损坏、密封不良以及其他问题。

在一些情况下，管状件可包括在构成接合部时接合的导管，诸如电导体、液压导体等。每个管状件将支撑连接器部分。当构成包括连接器的接合部时，为了确保正确的连接，轴向对准是期望的。当连接器在管状件内居中布置时，正确的对准减小了应力并改善了信号清晰度。因此，本领域将理解一种在连接过程期间增强管状件的轴向对准的系统。

技术实现要素：

本发明公开了一种用于对准井下管状件的导向套筒，该导向套筒包括主体，该主体具有第一端部、第二端部和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分。第一端部接纳第一管状件的末端，并且第二端部包括导向特征部，该导向特征部促进第一管状件与第二管状件的轴向对准。

本发明还公开了一种管状件系统，该管状件系统包括具有第一末端的第一管状件、具有第二末端的第二管状件和连接到第一管状件的导向套筒。该导向套筒包括主体，该主体具有第一端部、第二端部和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分。第一端部连接到第一末端。第二端部包括导向特征部，该导向特征部促进第一管状件与第二管状件的轴向对准。

附图说明

以下描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同元件以相同附图标记表示：

图1描绘了根据示例性实施方案的一个方面的管状件系统，该管状件系统包括与通过导向套筒轴向对准的第二管状件连接的第一管状件；

图2描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图1的管状件系统，其示出了导向套筒相对于第二管状件进一步轴向对准第一管状件；

图3描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图2的管状件系统，其示出了导向套筒相对于第二管状件仍进一步轴向对准第一管状件；并且

图4描绘了根据示例性实施方案的一个方面的图4的管状件系统，其示出了与第二管状件连接的第一管状件。

图5描绘了导向套筒的示意性横截面，其示出了接触点和它们之间的角度。

具体实施方式

本文所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述以参照附图举例而非限制的方式呈现。

通常在图1中以10示出根据示例性实施方案的一个方面的管状件系统。管状件系统10包括第一管状件14和第二管状件16。第一管状件14包括外表面20和限定第一内部24的内表面22。第一管状件14包括第一末端30，该第一末端限定具有外螺纹部分34和外无螺纹部分36的公扣(未单独标记)。凹陷部38可设置在无螺纹部分36中。在一个实施方案中，第一管状件和第二管状件为底部钻具组合(bha)的一部分。

在一个实施方案中，第一管状件14支撑居中布置在第一内部24中的第一连接器系统40。第一连接器系统40包括具有内壁43的导向构件42，该导向构件围绕第一连接器部分44延伸。第一连接器部分44包括中心凹陷部45。第一连接器部分44可支撑将控制信号递送到第一连接器系统40的导体(未示出)。控制信号可采用各种形式，包括电流、光信号、液压信号等。在一个实施方案中，第一连接器部分44可限定第一电连接器部分、第一液压连接器部分和第一光连接器部分中的一者。

进一步根据示例性实施方案，第二管状件16包括外表面60和限定第二内部64的内表面62。第二管状件16包括第二末端68，该第二末端装置有具有外边缘73的母扣70。成角度的后孔78沿着第二内部64轴向延伸。成角度的后孔78以一定角度延伸，该角度从围绕外边缘73沿着第二内部64轴向向内径向增大。斜面区域80可在外边缘73和成角度的后孔78之间形成。斜面区域80促进第一末端30相对于第二末端68的初始对准。成角度的后孔78的一部分可限定内螺纹区段82。斜面区域150形成于第二管状件的内表面62上。斜面区域150涉及第二管状件的后孔的内径减小，该后孔沿着第二管状件径向向内轴向延伸。

在一个实施方案中，第二管状件16支撑居中布置在第二内部64中的第二连接器系统88。第二连接器系统88被构造成与第一连接器系统40配合，以用于将信号通过第一管状件14传递到第二管状件16中或反之亦然。如本文所讨论，信号可以是电信号、液压信号、光信号等。第二连接器系统88包括支撑联接到导体(未示出)的连接器92的第二连接器部分90。当第一管状件14与第二管状件16接合时，连接器92被中心凹陷部45接纳，如将在本文中详细所述的。在一个实施方案中，第二连接器部分90可限定第二电连接器部分、第二液压连接器部分和第二光连接器部分中的一者。

在另一个实施方案中，第一电连接器部分和第二电连接器部分之间的电连接可同时传输电力、数据、或者电力和数据。

与第一连接器系统40配合的第二连接器系统88的非限制性示例包括接触在一起的两个环，或销环组合。在另一个实施方案中，连接器的一部分可以是凸销构件，该凸销构件具有沿着其主体轴向分离的多个电触点，而连接器的另一部分包括凹构件，该凹构件具有多个对应的电触点，凸销构件插入其中。一个或多个o形环可与第二连接器部分90的外部壳体350一起布置。

本发明可用于保护第一和/或第二管状件内的任何精密机械结构。在另外的实施方案中，第一连接器系统40和第二连接器系统88可不存在。例如，本发明可用于仅保护流体管线。

又根据示例性方面，导向套筒110联接到第一末端30。导向套筒110包括第一导向构件或内导向构件112以及第二导向构件或外导向构件114。虽然示出为两个部件，但导向套筒110可形成为单个一体构件。在一个实施方案中，导向套筒110不通过支撑构件250接合到第一连接器部分40。导向套筒110包括具有第一端部118、第二端部120和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分122的主体(未单独标记)。环形凹陷部128可在内导向构件112和外导向构件114之间的第一端部118处形成。环形凹陷部128可接纳第一末端30的无螺纹部分39。机械紧固件130可延伸穿过外导向构件114进入凹陷部38中，以将导向套筒110固定到第一末端30。导向套筒110被布置在第一管状件14的第一末端30的公扣中的外螺纹部分34的轴向外侧。

又根据示例性方面，导向套筒110包括在第二端部120处的导向特征部134。导向特征部134可采用完全围绕或围绕第二端部120的一部分延伸的环形突出部138的形式。在一个实施方案中，导向特征部134可包括大致圆形的横截面140。应当理解，导向特征部134可采用各种形式和/或几何形状。还应当理解，导向特征部134可构成导向套筒110的几何属性。

导向套筒110可由比用于形成第二管状件16的材料软的材料形成。即，导向套筒110由硬度小于第二管状件16的硬度的材料形成。例如，导向套筒110可由青铜、铜合金或其他类似材料形成。使用较软材料减少了在导向套筒110由具有与用于形成第二管状件16的硬度类似的硬度的材料形成的情况下可能发生的冻结连接，并且还最小化了对公扣螺纹和母扣螺纹的损坏。在一个实施方案中，外导向构件114可由第一材料形成，并且内导向构件112可由可不同于第一材料的第二材料形成。内导向构件112可由不导电的材料形成。

根据示例性实施方案，导向套筒110促进第一管状件14相对于第二管状件16的轴向对准。轴向对准改善了公扣32和母扣70之间的连接。具体地，确保良好的轴向对准减少了可能导致第一管状件14和第二管状件16之间的密封故障的螺纹交叉问题或其他连接问题。如图1所示，导向套筒110允许第一管状件14和第二管状件16之间的第一所选轴向未对准。第一所选轴向对准适应公扣32向母扣70的初始插入。导向特征部134促进导向套筒110与第二管状件16的内表面62之间的至少两个接触点(未单独标记)。在对准过程期间，在导向套筒110和第二管状件16的内表面62之间建立至少两个接触点。第一接触点位于导向特征部134(靠近导向套筒110的末端)与第二管状件16的内表面62之间。第二接触点在导向套筒110上轴向远离第一接触点的位置处位于导向套筒110与第二管状件16的内表面62之间，即，第二接触点在导向套筒110的套筒区段上。套筒区段是指导向套筒110的在其第一端部与第二端部之间延伸的中间部分。

在对准过程的一个阶段，导向套筒110沿着第二管状件16的内表面62轴向移动，使得导向特征部134通过形成于内表面62上的斜面区域150。

在对准过程期间，第一接触点和第二接触点之间的轴向距离发生变化。例如，在对准过程的另一个阶段，当接近一定水平的对准并且导向套筒已进一步通过斜面区域150时，第二接触点位于斜面区域150处并且不偏离该位置，尽管第二接触点相对于导向套筒移动。然而，因为导向套筒在这个阶段仍然轴向移动，所以第一接触点(内表面处的导向特征部)远离斜面区域150轴向移动，并且因此第一接触点和第二接触点之间的轴向距离增加。轴向距离是沿着导向套筒110的纵向轴线的第一接触点和第二接触点之间的距离。

在导向特征部处限定的第一接触点和远离导向套筒的末端的第二接触点限制了最大未对准。当接近完全对准时，第二接触点在导向套筒的套筒区段上移动。当实现完全对准时，第二接触点位于斜面区域150处，如前所述。

然而，在整个对准过程中，当在相对于其纵向轴线的横截面中截取导向套筒110时，沿着导向套筒110的圆周的两个接触点之间的角度保持为180度(与导向套筒110的纵向轴线成180度)。图5示出了导向套筒110的此类横截面，并且限定了第一接触点100(导向特征部)和第二接触点200(导向套筒)的角位置。第一接触点100和第二接触点200指示在导向套筒的圆周300上。参考点400在圆周300上示出。第一接触点100和参考点400之间存在第一角度a。第二接触点200和参考点400之间存在第二角度b。角度a和角度b的总和为180度。例如，如果角度a为40度，则角度b为140度。因此，在垂直于导向套筒110的纵向轴线的横截面中，沿着圆周300的第一接触点100和第二接触点200之间的角度(差角)总是180度。

如图2所示，随着公扣32移动到母扣70，所选轴向未对准量减小。例如，导向特征部134可允许不超过约8度的初始未对准。然而，随着第一末端30移动到第二末端68中，所选未对准量可减小到不超过约5度。导向特征部134继续促进导向套筒110和内表面62之间的至少两个接触点。这样，导向套筒110将公扣32的外螺纹部分34与母扣70的内螺纹区段82对准，以促进正确的接合部构成。同时，导向套筒110促进第一连接器系统40与第二连接器系统88的对准。

随着公扣32如图3所示螺纹连接到母扣70中，由于导向套筒110和内表面62之间的多个接触点，所选未对准量进一步减小到例如不超过约2度。此时，第二连接器部分90延伸到导向构件42中，以使连接器92与中心凹陷部45对准。如图4所示，一旦公扣32与母扣70结合在一起，连接器92就布置在中心凹陷部45中以提供导体46和导体之间的连接。应当理解，所选轴向未对准量可根据螺纹类型、连接器类型等而变化。

下面示出了前述公开的一些实施方案：

实施方案1：一种用于对准井下管状件的导向套筒，该导向套筒包括：主体，该主体具有第一端部、第二端部和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分，第一端部接纳第一管状件的末端，并且第二端部包括导向特征部，该导向特征部促进第一管状件与第二管状件的对准。

实施方案2：根据任一前述实施方案所述的导向套筒，其中导向特征部包括从第二端部径向向外延伸的突出部。

实施方案3：根据任一前述实施方案所述的导向套筒，其中突出部围绕第二端部环形地延伸。

实施方案4：根据任一前述实施方案所述的导向套筒，其中突出部包括大致圆形的横截面。

实施方案5：一种管状件系统，包括：第一管状件；第二管状件；和连接到第一管状件的导向套筒，该导向套筒包括主体，该主体具有第一端部、第二端部和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分，第一端部连接到第一管状件，第二端部包括导向特征部，该导向特征部促进第一管状件与第二管状件的对准。

实施方案6：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第二管状件包括母扣，该母扣具有成角度的后孔和从成角度的后孔沿着第二管状件轴向向内延伸的内表面，母扣接纳导向套筒的第二端部。

实施方案7：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第二管状件包括内表面上的斜面区域，该斜面区域沿着内表面并径向向内轴向延伸。

实施方案8：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中导向特征部包括从第二端部径向向外延伸的突出部。

实施方案9：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中突出部围绕第二端部环形地延伸。

实施方案10：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中突出部包括大致圆形的横截面。

实施方案11：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第一管状件包括具有第一连接器部分的第一内部，并且第二管状件包括具有第二连接器部分的第二内部，导向套筒促进第一连接器部分和第二连接器部分的对准。

实施方案12：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第一连接器部分包括第一电连接器部分，并且第二连接器部分包括第二电连接器部分。

实施方案13：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中导向套筒由硬度小于第二管状件的材料的硬度的材料形成。

实施方案14：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中导向套筒与第二管状件的内表面建立至少两个接触点。

实施方案15：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第一接触点位于导向特征部与第二管状件的内表面之间。

实施方案16：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第二接触点在导向套筒上远离导向特征部的位置处位于导向套筒与第二管状件的内表面之间。

实施方案17：根据任一前述实施方案所述的管状件系统，其中第一接触点和第二接触点在垂直于导向套筒的纵向轴线的横截面中沿着导向套筒的圆周彼此间隔开180度。

实施方案18：一种构成管状件系统的方法，该方法包括：提供第一管状件；提供具有内表面的第二管状件；将导向套筒连接到第一管状件，该导向套筒包括主体，该主体具有第一端部、第二端部和在该第一端部和该第二端部之间延伸的中间部分，第一端部连接到第一管状件，第二端部包括导向特征部；使用导向特征部来促进第一管状件与第二管状件的对准。

实施方案19：根据任一前述实施方案所述的方法，其中导向套筒与第二管状件的内表面建立至少两个接触点。

实施方案20：根据任一前述实施方案所述的方法，其中管状件系统在钻井场所处构成。

术语“约”和“基本上”旨在包括，基于在提交申请时可用的设备，与特定数量的测量相关联的误差度。例如，“约”和/或“基本上”可包括给定值的±8％或5％、或2％的范围。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，还应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。

本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。

虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教导内容。因此，预期的是，本发明不限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本发明的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，否则本发明的范围因此并不限于此。