密度水平大于可接受的安全工作限制。在示例性实施例中，钻管中的当量循环密度不大于13ppg。在示例性实施例中，在5000英尺深度和19000英尺深度之间，对于钻管的设备限制流动速率为至少250gpm。
[0035]在图6和7中呈现的数据来自数学模型，该数学模型显示在几个井的现场经验中是精确的。
[0036]在优选实施例中，中央区段为的外径41//’，且中央区段内径为3.590”。
[0037]在优选实施例中，加厚部的外径为41//，其中加厚部内径与工具接头内径相同。
[0038]在优选实施例中，R = 0.944到本领域中的标准工程公差，其对应于优选的41//主要区段管0D，和4-1/2”主要区段加厚部0D。
[0039]在优选实施例中，钻管提供抗拉伸能力以安全地执行钻井和起下钻操作。在一些实施例中，钻管用S-135等级钢(具有135ksi的屈服强度)，由拉伸负载要求确定。
[0040]为了改善管对屈曲的抗性，刚性的增大可以通过增加管0D来获得。通过将页岩钻管0D从4”增加到41//，管刚性增加且SDP可以比标准4”管处理多18%的钻压(W0B)，而不会在旋转钻井操作期间屈曲。更高的钻压产生更大的穿透速度，且总体上更有效的钻井操作。当起下钻或钻井时，屈曲往往由于轴向压缩负载而产生，其可以进一步增加扭矩和阻力。屈曲的管在严重情况下可产生锁死，由此使得难以传递机械能到钻头。尽管增加管0D有益于屈曲和磨损，增加管ID也有益于增加流动速率，降低液压损失和增加孔清洁和钻井效率。对于每个孔尺寸，存在给出最低液压损失的钻管尺寸。对于63/4”孔尺寸和本文所述的页岩钻管的示例性实施例，使用f/V’OD和3.590”的中央区段ID，与当前使用的4”0D管相比，立管压力获得150psi的提高，流动速率获得12.5%的提高，其中立管压力限定为穿过管柱以及管柱和孔之间所有压力降之和。具有较大内径的钻管元件产生较小的液压损失。尽管增加工具接头ID将会对压力损失具有一些影响，总益处是不显著的，而且难以量化。
[0041]对于给定生产尺寸孔，无论在0D和ID方面的改变，所有孔必须被清洁到相同标准，其需要优化钻管设计，使得清洁流动速率至少与满足标准所需的一样大。
[0042]对于给定流动速率，具有较大0D的钻管对于孔清洁是更有效的，因为在钻管和孔壁之间向孔上方行进的流体的环形速度将增大。环形速度的增大改善清洁效率高至20%，在上返次数和清洁井的时间(上返在材料从钻孔底部抵达表面时实现)，以及用于每次上返的循环小时数方面，使得期望水平的清洁被实现。数学模型显示要清洁孔的上返次数从6.3减少到5.4，且循环小时数从6.7-10小时减少到5.8-8小时，取决于流动速率。流动速率可以被选择以对所有孔获得恒定环形速度和相同水平的孔清洁，而不会使得当量循环密度超过安全工作极限。
[0043]参考图3和图4，在优选实施例的变式中，对于63/4”孔区段，工具接头的外径(0D)是恒定的。在优选实施例的第一变式中，工具接头的外径为51//。诸如VAM快速VX40这样的连接部可以被使用。该实施例提供了利用标准打捞筒的按需要将钻柱捞出的能力。
[0044]参考图1和2，在用于61/8”孔区段的优选实施例的变式中，工具接头具有双0D:近侧部分(2a)和远侧部分(2b)，其中近侧部分外径大于工具接头远侧部分外径。双0D结构增加工具接头寿命且增加了升降能力而不降低钻管的液压性能。双0D结构还改善了管间隙，其减少侧壁力和相关联的管磨损。在优选实施例中，工具接头近侧部分的外径为51//，而工具接头远侧部分的外径为47/8”。诸如VAM快速VX39这样的连接部可以被使用。优选实施例的第二变式与用于在61/8”孔尺寸中的捞出操作的标准打捞筒和标准操纵设备兼容。优选实施例的第一变式与61/8”孔尺寸设备不兼容。
[0045]参考图2和4，为了延长管寿命，磨损带可以定位在管的中间区段，使得磨损带承受更多的0D磨损，由此延长管需要更换的时间。
[0046]在示例性实施例中，钻管主要部分的中央区段具有特定金属热喷涂金属化涂层磨损带，譬如WearSox (WearSox的商标)，其比管体材料对磨损更具抗性。在优选实施例中，WearSox被施加在定位在管中央区段处的8英尺长的区域上，具有1/16”到1/8”的厚度。使用这样的中央磨损带可以在一般页岩地层中增加管寿命200%或更多。
[0047]在示例性实施例中，加硬带被用在工具接头上。与在管中间区段上的加硬带不同，工具接头加硬带为热焊接工艺，其保护壳体和工具接头不受磨损。用于工具接头的标准加硬带通常为3”长，且可以施加到工具接头0D或在槽中。在示例性实施例中，至少一个工具接头具有加硬带区段，其外径比工具接头的外径大3/16”或等于工具接头的外径。
[0048]在另一实施例中，内部塑料涂层(IPC)被施加在钻管内部，以保护不受腐蚀、点蚀和腐蚀疲劳。IPC可以改善液压效率。IPC可以为液体、固体或环氧树脂。
[0049]由于本发明在不背离其范围的情况下还存在很多可能的实施例，应理解此处参数和附图中示出的所有内容都应被解释为示意性且非限制性的。
【主权项】
1.一种钻管，用于穿过孔区段的油气钻探，包括: 具有螺纹部分的第一工具接头，所述第一工具接头具有第一工具接头外径； 具有螺纹部分的第二工具接头，所述第二工具接头具有第二工具接头外径； 在第一和第二工具接头之间的主要部分，所述主要部分具有主要部分外径； 其中主要部分外径小于第一工具接头外径，且小于第二工具接头外径；以及 其中主要部分外径严格地大于4英寸，且严格地小于4V2英寸。2.如权利要求1所述的钻管，其中主要部分的外径大于4英寸且小于4 3人英寸。3.如权利要求1所述的钻管，其中主要部分的外径为4V4英寸。4.如权利要求1所述的钻管，其中主要部分包括与第一和第二工具接头相邻的加厚部，以及 在加厚部之间的中央区段； 其中主要部分的中央区段的外径和主要部分的加厚部的外径之比在0.9和0.99之间。5.如权利要求4所述的钻管，其中主要部分的中央区段的外径和主要部分的加厚部的外径之比为约0.944。6.如权利要求1所述的钻管，其中第一和第二工具接头具有近侧部分和远侧部分，其中工具接头的近侧部分的外径大于工具接头的远侧部分的外径。7.如权利要求6所述的钻管，其中工具接头具有在5英寸和5V4英寸之间的近侧部分外径，和在5V4英寸和4 7/16英寸之间的远侧部分外径。8.如权利要求1所述的钻管，其中钻管还包括至少一个磨损带，其具有大于主要部分外径的外径，定位在钻管的中间区段处且延伸6和12英尺之间。9.如权利要求8所述的钻管，其中磨损带的外径比主要部分的外径大V16英寸到^英寸。10.如权利要求1所述的钻管，其中第一和第二工具接头为双肩部工具接头。11.如权利要求1所述的钻管，其中钻管主要部分包括S-135等级材料。12.如权利要求4所述的钻管，其中主要部分的中央区段的内径为3.590英寸，且钻管的剩余部分的内径为3英寸。13.一种用于制造油气钻管的方法，包括: 形成第一和第二工具接头，以及在第一和第二工具接头之间的主要部分； 其中主要部分的外径小于第一工具接头外径且小于第二工具接头外径；所述形成进一步包括: 将主要部分的外径选择为严格地大于4英寸，且严格地小于4V2英寸。14.如权利要求13所述的方法，其中主要部分的外径大于4英寸且小于43人英寸。15.如权利要求13所述的方法，其中主要部分的外径为4V4英寸。16.如权利要求13所述的方法，其中所述形成还包括形成加厚部，其与第一和第二工具接头相邻，以及形成在加厚部之间的中央区段，且其中所述选择进一步包括将主要部分的中央区段的外径和主要部分的加厚部的外径之比选择在0.9和0.99之间。17.如权利要求23所述的方法，其中主要部分的中央区段的外径和主要部分的加厚部的外径之比为约0.944。
【专利摘要】一种钻管，用于油气钻井，包括两个工具接头(2)，和在工具接头之间的主要部分(1)，其中两个加厚部(1b)与工具接头相邻，和在加厚部之间的中央区段(1a)。主要部分的中央区段的外径小于主要部分加厚部的外径，且主要部分中央区段的外径在4”和41/2”之间。
【IPC分类】E21B17/042, E21B17/00
【公开号】CN105247159
【申请号】CN201480006416
【发明人】M.马穆德, M.拉富恩特, S.格兰杰
【申请人】美国瓦卢瑞克钻井产品股份有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年1月27日
【公告号】CA2899284A1, EP2948613A2, US9222314, US20140209394, WO2014115023A2, WO2014115023A3