具有高弯曲和转矩容量的螺纹连接的制作方法
【专利说明】具有高弯曲和转矩容量的螺纹连接
[0001 ] 背景
[0002]通常从可能位于岸上或海上的地下地层获得烃类(诸如石油和天然气)。在大多数情况下，地层位于表面下方数千英尺处，并且井筒必须先与地层相交，然后才可以回收烃类。用以到达地层的钻井工具和设备通常包括使用螺纹耦接在一起的多个段。这些螺纹连接可能会遭受螺纹连接必须能够在无断裂或松动情况下处理的高转矩和弯曲载荷。
[0003]附图
[0004]通过部分参考以下描述和附图，可以理解本公开的一些特定示例性实施方案。
[0005]图1是根据本公开的方面的示例钻井系统的图。
[0006]图2是根据本公开的方面的示例螺纹连接的图。
[0007]图3是根据本公开的方面的具有可变螺距的示例螺纹部分的图。
[0008]图4是根据本公开的方面的具有可变锥度的示例螺纹部分的图。
[0009]图5是根据本公开的方面的示例过程的图。
[0010]尽管已经显示和描述并且通过参考本公开的示例性实施方案定义了本公开的实施方案，但此类参考并不意味着对本公开的限制，并且不应推断此类限制。本领域技术人员以及受益于本公开的人员将想到，所公开的主题能够在形式和功能上存在相当多的修改、变更和等效形式。本公开所显示和描述的实施方案仅仅是示例，而且并未详尽说明本公开的范围。
[0011]详述
[0012]本文中详细描述本公开的说明性实施方案。为了清楚起见，在本说明书中可能并未描述实际实现方式的所有特征。当然，应了解，在开发任何此类实际实施方案时，做出众多实现方式特定的决定以实现特定实现方式目标，一个实现方式与另一实现方式的目标将不同。此外，应了解，此开发努力可能是复杂的且耗时的，尽管如此，其对于受益于本公开的本领域技术人员来说将为常规任务。
[0013]为了促进更好地理解本公开，给出某些实施方案的下列示例。下列示例绝不应被解读为限制或界定本公开的范围。本公开的实施方案可应用于任何类型的地层中的水平井、垂直井、偏斜井或其它非线性井筒。实施方案可适用于注入井以及生产井，包括烃类井。可使用制造成适合用于沿着地层的部分进行测试、检索和采样的工具来实现实施方案。可用(例如)可通过管柱中的流道或使用电缆、钢丝、连续油管、井下机器人等的工具实现实施方案。
[0014]如本文中使用的术语“耦接”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦接至第二装置，那么该连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接件的间接机械连接。
[0015]现代石油钻井和生产操作需要有关井下参数和条件的信息。井下信息收集有几种方法，包括随钻测井(“LWD”)和随钻测量(“MWD” )。在LWD中，通常在钻井过程期间收集数据，从而避免移除钻井总成来插入电缆测井工具的任何需要。LWD因此要求钻井者进行准确的实时修改或校正以在使停工期最小化的同时优化性能C=MffD是用于在钻井继续的同时，测量有关钻井总成的移动和位置的井下条件的术语。LWD更侧重于地层参数测量。虽然MffD与LWD之间可能存在不同，但是术语MWD和LWD通常可互换地使用。为了本公开的目的，使用了术语LWD，但应理解，此术语包括地层参数的收集和关于钻井总成的移动和位置的信息收集。
[0016]本公开涉及具有高弯曲和扭矩容量的螺纹连接。对于本公开的剩余部分，相对于烃类回收和钻井操作中所使用的井下工具来描述螺纹连接。然而，结合有本公开的方面的螺纹连接并不限于用于烃类回收和钻井操作。而是，可以在本领域技术人员鉴于本公开所了解的各种其它应用中使用螺纹连接。
[0017]图1是根据本公开的方面的示例可导向钻井系统100的图。钻井系统100可以包括定位在表面104上的钻井平台102。在所示实施方案中，表面104包括地层106的顶部，该地层包括一个或多个岩石层或层106a至106d。虽然表面104在图1中示为陆地，但一些实施方案的钻井平台102可以位于海上，在这种情况下，表面104将与钻井平台102以一定体积的水分离。
[0018]钻井系统100可以包括钻机108，该钻机被安装在钻井平台102上、定位在地层106内的钻孔110上方并且具有游动滑车138，该游动滑车用于使部分定位在钻孔110内的钻井总成112上升和下降。钻井总成112可以包括钻柱114，该钻柱具有螺纹接合在一起的多个钻杆段。方钻杆136可以在钻柱114通过旋转台142下降时支撑钻柱114。钻头118经由螺纹连接直接或间接耦接到钻柱114，并且通过井下马达和/或钻柱114通过旋转台142的旋转来驱动。当钻头118旋转时，钻头使井筒110延伸。栗130可以使钻井液通过供液管134循环到方钻杆136、在井下通过钻柱114的内部、通过钻头118中的孔口、经由钻柱114周围的环形区回到表面并且进入贮留池132中。钻井液将切肩从钻孔110输送到池132中，并帮助保持完整性或钻孔16。
[0019]在某些实施方案中，钻井总成112可以进一步包括井底总成(ΒΗΑ)116』ΗΑ116可通过至少一个螺纹连接耦接至钻柱114，钻头118也可能这样耦接到BHA 1160ΒΗΑ 116可以包括诸如LWD/MWD元件122、导向总成124和遥测系统120的工具。LWD/MWD元件122可以包括井下仪器(包括传感器)，这些井下仪器可以连续地或间断地监视井下钻井参数和井下条件。遥测系统120可以通过各种信道与表面控制单元144通信，这些信道包括有线和无线通信信道以及通过钻孔110内的钻井泥浆所产生的泥浆脉冲。在某些实施方案中，LWD/MWD元件122、导向总成124和遥测系统120中的每一个可以经由螺纹连接耦接在一起。另外，LWD/MffD元件122、导向总成124和遥测系统120中的每一个中的较小元件可以经由螺纹连接耦接在一起。
[0020]在某些实施方案中，导向总成124可以包括钻头柄170，该钻头柄经由螺纹连接耦接到钻头118并且为了使地层106中的钻孔110延伸而将转矩输送到钻头118。在某些实施方案中，钻头柄170也可由导向总成124使用以通过变更或维持钻头118的纵轴128来变更或维持钻井系统的钻井方向。例如，导向总成124可以在钻头柄170上施加侧向力，随后将这些侧向力输送到钻头118以变更该钻头相对于钻孔110的轴线126的纵轴。当钻头118接触地层时，钻头柄170还可接收来自钻头118的相对侧向力，这会在钻头柄170上形成弯曲载荷。因此，钻头柄170必须承受转矩和弯曲载荷两者并将这两者输送到钻头118。
[0021]根据本公开的方面，可以在上述钻井系统100的元件之间的螺纹连接的至少一个中使用具有高转矩和弯曲限制的螺纹连接。图2是根据本公开的方面的说明了示例螺纹连接200的图。以下相对于用于井下导向总成的钻头柄来描述螺纹连接200，但螺纹连接200同样适用于其中存在高转矩和弯曲载荷的其它井下应用。在所示实施方案中，螺纹连接200包括销部分202，其中在螺纹连接200的第一组件206的圆柱形外表面上具有螺纹部分204;以及箱部分208，其中在螺