鑽管的製作方法
2023-06-16 20:05:46 2
專利名稱：鑽管的製作方法
鑽管發明描述本發明涉及鑽管，具體地，但非排他地涉及用於鑽探油井或天然氣井的鑽管。鑽孔或井的鑽探通常利用鋼管來進行，該鋼管已知為在最低端上具有鑽頭的鑽管或鑽柱。鑽柱包括一系列首尾相連的管狀部分。整個鑽管可以利用轉盤或利用安裝在鑽管的頂部上的地上鑽井馬達(通常稱為「頂驅」)來旋轉，或者鑽頭可以利用安裝在該鑽頭的正上方的鑽柱中的流體動力馬達而獨立於鑽管旋轉。當鑽探進行時，泥漿流用來將由鑽探過程產生的巖屑運送出鑽孔。泥漿被沿鑽管向下泵送以穿過鑽頭，並且經由鑽管的外徑和鑽孔之間的環形空間(通常稱為環面)返回到表面。泥漿流還用來冷卻鑽頭，並且用來加壓鑽孔，因此基本上防止來自由鑽管穿透的地層的流體的流入物進入鑽孔。泥漿是非常廣義的鑽探術語並且在本文中它被用來描述在鑽探期間所使用的任何流體或流體混合物，並且涵蓋從空氣、氮氣、空氣或氮氣中的霧化流體、具有空氣或氮氣的泡沫流體、充氣或硝化流體到油和/或具有固體顆粒的水的很重重量的混合物的廣泛範圍。沿著該流徑驅動泥漿需要相當大的壓力，並且為了獲得該相當大的壓力，通常利用經由管和歧管連接至鑽管的頂部的容積泵將泥漿泵入鑽管中。雖然通過在鑽管的正頂端處將泥漿泵入主孔而實現主泥漿流進入井孔中，但是還已知提供具有側孔的鑽管，該側孔從設置有鑽管的側面中的埠延伸到主孔中，使得泥漿能在鑽管的頂部的替代位置處被泵入主孔中。例如，當鑽探進行時，並且當鑽孔變得越來越深時，必需增加鑽管的長度，並且這通常通過以下過程來實現使頂驅從鑽管的頂部脫離，將新的管道部分添加到鑽管，使頂驅與新的管道部分的自由端接合，並且然後重新開始鑽探。為了有利於新長度的管道與鑽管的頂部的連接，鑽管的每個部分的每個端部均設置有所謂的「工具接合部」，該工具接合部包括鑽管的一部分，該部分的壁厚大於鑽管的中央部。增大的壁厚通過提供增大鑽管的外徑的錐形部來實現，而鑽管的內徑沿著包括工具接合部的鑽管的整個長度基本上是恆定的。位於鑽管的每個長度的一端處的工具接合部通常設置有陽螺紋連接器部，而位於另一端的工具接合部設置有陰螺紋連接器部。鑽管的兩個相鄰部分因此可以通過將一個部分的陽連接器部旋擰到另一個部分的陰連接器部中而接合。這種工具接合部例如在US6，244，631中示出。因此，將理解的是，沿鑽管向下泵送泥漿在該過程期間停止。在鑽探過程的中間停止泥漿流因多種原因是有問題的，並且已經提議出，通過在鑽柱的每個部分中設置側孔而有利於穿過鑽柱連續地泵送泥漿。這意味著在鑽柱的頂部被封閉、頂驅分離並且新的鑽柱部分被連接時，泥漿能經由側孔被泵入鑽柱中。在美國專利3，298，385中公開的一個這種系統中，在鑽柱的每個部分的頂部處，設置有側孔，該側孔利用塞子來封閉；和閥構件，該閥構件能在第一位置和第二位置之間樞轉，在第一位置中，側孔被封閉而鑽柱的主孔打開，在第二位置中，側孔打開而主孔被封閉。在鑽探期間，閥被保持在第一位置中，但是當要增加鑽柱的長度時，將塞子從側孔移除，並且將從泵延伸的軟管連接至側孔，並且將軟管中的閥打開，使得開始經由側孔將泥漿泵入鑽柱。從泵至鑽柱的頂部的主軟管中的閥隨後被關閉，並且側孔處泥漿的壓力導致閥構件從第一位置移至第二位置，並且因此封閉鑽柱的主孔。然後主軟管被分離，新的管道部分安裝在鑽柱上，並且主軟管連接至新的部分的頂部。主軟管中的閥被打開使得重新開始將泥漿泵入鑽柱的頂部中，並且軟管中至側孔的閥關閉。進入鑽柱的頂部的泥漿所引起的壓力導致閥構件返回到其第一位置，從而允許軟管從側孔被移除，而基本上不從鑽柱洩漏泥漿。然後在鑽柱的該部分被降入井中之前例如通過將塞子焊接到側孔上來永久地密封側孔。根據本發明的第一方面，提供一種鑽管，該鑽管具有長形的管狀主體，該管狀主體具有圍封主孔的內表面，該主孔大體上平行於所述管狀主體的縱向軸線從該管狀主體的第一端延伸到第二端；設置在所述管狀主體的外表面中的側口 ；穿過所述管狀主體從所述主孔延伸到所述側口的側孔；以及閥組件，該閥組件能操作成基本上防止流體沿著所述主孔的流動並且基本上防止流體沿著所述側孔的流動，其中，所述閥組件、所述側口和所述側孔設置在在所述鑽管的位於該鑽管的第一端處的第一連接部中，所述第一連接部包括所述管狀主體的增厚部，在所述增厚部中，所述內表面和所述外表面的間隔顯著大於所述管狀主體的相鄰部分，所述連接部的平行於所述管狀主體的縱向軸線的長度小於64cm。井孔不是始終是完全直的，並且在定向鑽孔中，鑽探井孔的彎曲部分是常見的。為了實現此鑽井，對於鑽管來說必需足夠柔韌以允許其在鑽井進行時繞井孔的彎曲部分彎曲。通過將用於連續的泥漿循環所需要的閥組件結合到工具接合部中，並且通過最小化工具接合部的長度，在鑽管繞井孔的彎曲部分彎曲時由鑽管經受的應力能沿著鑽管的長度更均勻地分布，並且能降低所經受的最大應力。這可以有助於改善鑽管的耐疲勞性。優選地，閥組件包括第一閥構件和分離的第二閥構件，所述第一閥構件能在打開位置和關閉位置之間移動，在所述第一閥構件的所述打開位置中，允許流體沿著主孔的流動，在所述第一閥構件的所述關閉位置中，基本上阻止流體沿著所述主孔的流動，所述第二閥構件能在打開位置和關閉位置之間移動，在所述第二構件的所述打開位置中，允許流體沿著側孔的流動，在所述第二構件的所述關閉位置中，基本上阻止流體沿著所述側孔的流動。所述第一閥構件能包括球，該球能在所述打開位置和所述關閉位置之間旋轉。所述第二閥構件能至少主要安裝在所述側孔內，並且能在所述側孔中在所述打開位置和所述關閉位置之間滑動。優選地，所述第一連接部設置有第一螺紋部。優選地，在所述管狀主體的所述第二端處具有第二連接部，所述第二連接部還包括所述管狀主體的增厚部，在該增厚部中，所述內表面和所述外表面之間的間隔顯著大於所述管狀主體的相鄰部分。在該情況下，優選地，所述第二連接部設置有第二螺紋部，該第二螺紋部是用於所述第一螺紋部的配對部。這意味著，通過使一個鑽管的所述第一螺紋部與另一相同鑽管的所述第二螺紋部配合能使所述一個鑽管連接至所述另一鑽管。所述第一螺紋部能設置在所述鑽管的所述內表面中，即，所述第一連接部能是陰連接器，並且所述第二螺紋部能設置在所述鑽管的所述外表面中，即，所述第二連接部是陽連接器。現在將參照附圖，僅通過示例來描述本發明的實施方式，附圖中
圖1示出了貫穿根據本發明的兩個互連鑽管的端部的截面的示意圖，圖2示出了貫穿根據本發明的鑽管的端部的剖面圖，為了清楚已從圖中省除閥組件，圖3示出了貫穿圖1所示的鑽管的閥組件的一部分的截面的立體圖，圖4示出了貫穿鑽管的圖1中標記X的部分的剖面圖，圖5是貫穿圖4所示的閥組件的一部分的詳細剖面圖，圖6是貫穿不具有罩的圖5所示的閥組件的一部分的詳細剖面圖，以及圖7a和圖7b是井孔的彎曲部分中鑽管的兩種不同構造的示意圖。現在參看圖1，示出有鑽管10的一部分,該鑽管具有管狀主體12,穿過該管狀主體設置主孔14，該主孔大體上平行於管狀主體12的縱向軸線A而從管狀主體的第一端延伸至第二端。如對於鑽管來說是典型的，在該示例中，管狀主體12的外表面的橫剖面大體上是圓形的，並且主孔14是柱狀的並且穿過管狀主體12從該管狀主體12的第一端12a軸向延伸至第二端。在管狀主體12的外表面中設置側口 16，並且側孔18穿過管狀主體12從主孔14延伸至側口 16，在該示例中，側孔18大體上垂直於主孔14。鑽管10設置有閥組件，該閥組件能操作以基本上阻止流體沿著主孔14的流動並且基本上阻止流體沿著側孔18的流動。在該示例中，閥組件包括兩個分離的閥構件，即，第一閥構件20和第二閥構件22，該第一閥構件20能在打開位置和關閉位置之間移動，在打開位置中，允許流體沿著主孔14的流動，在關閉位置中，基本上阻止流體沿著主孔14的流動，該第二閥構件22能在打開位置和關閉位置之間移動，在打開位置中，允許流體沿著側孔18的流動，在關閉位置中，基本上阻止流體沿著側孔18的流動。在該示例中，第一閥構件20是常規的方鑽杆閥(Kelly valve)，該閥包括球，該球能藉助銷24繞大體上垂直於縱向軸線A的軸線B旋轉，該銷24從主孔14穿過另一孔25延伸到管狀主體12的外表面。銷24具有頭部26，該頭部成形為能與諸如扳手或艾倫內六角扳手(allan key)之類的工具接合，並且工具用來在打開位置和關閉位置之間旋轉球。球設置有中心孔20a，該中心孔在閥構件20處於打開位置時位於平行於管狀主體12的縱向軸線，並且在閥構件20處於關閉位置時位於大體上垂直於縱向軸線A。將理解的是，閥構件20在圖1中示出位於打開位置，並且當處於該位置時經由球20中的中心孔能發生流體沿著鑽管10的主孔14的流動。相反，當球繞軸線B旋轉時，球阻止流體沿著主孔14的流動。在該示例中，第二閥構件22至少主要安裝在側孔內，並且能在側孔18中在打開位置和關閉位置之間滑動。在該示例中，第二閥構件22包括提升止回閥，該提升止回閥安裝在大體上筒狀的閥殼體28中，該閥殼體保持在鑽管10的外表面中的側口 16處的相應凹部中。在該示例中，在鑽管10中設置一個側孔18，但應該理解，可以包括一個以上的側孔，以增加對於經由側孔18鑽管10的泥漿流可利用的橫截面。閥殼體28藉助螺紋(未示出)保持，該螺紋與側孔18中的相應的螺紋接合，但是將理解的是，能使用螺栓或任何其他合適的緊固裝置。另選地，閥殼體28能與鑽管10的管狀主體12形成為一體。兩個0形環30分別安裝在設置於閥殼體28的外表面中的周向凹槽中並且提供閥殼體28和鑽管10的管狀主體12之間的液密密封。閥殼體28還設置有中心孔32，該中心孔大體上平行於鑽管10中的側孔18，並且閥構件22定位在中心孔32中。閥構件22包括杆34，該杆的一端對中地安裝在盤36上，使得杆34大致正交於盤36向該杆的自由端延伸。圓形閥座38設置在閥殼體28的與鑽管10的主孔14相鄰的內端處。閥構件22定位成使得杆34從閥殼體28的內端延伸到閥殼體28的中心孔32中，而盤36位於側孔18中而不突出到鑽管10的主孔14中，在閥殼體28之外並且與閥殼體的內端相鄰。盤36的直徑大於中心孔32的直徑和閥座38的閥座直徑，使得當閥構件22處於關閉位置時，盤36與閥座38接合，從而提供大致液密密封，該液密密封基本上阻止流體沿著側孔18流入鑽管10中。為了將閥構件22徑向定位在閥殼體28的中心孔32內，而提供環狀凸緣40，該環狀凸緣從閥殼體28延伸到中心孔32中。凸緣40包括中心孔，該中心孔的直徑僅略大於閥構件22的杆34的直徑，並且閥構件22的杆34延伸穿過該孔。閥構件22藉助螺旋彈簧42被偏壓到關閉位置中，該螺旋彈簧在設置於凸緣40中的大致圓形凹槽和固定至杆34的自由端的軸環46之間延伸。因此必需抵抗彈簧42的偏壓力移動閥構件22以便將其移出關閉位置而移到打開位置，在打開位置中流體能經由閥座38和盤36之間的空間流過中心孔32。閥構件22構造成使得這能通過將加壓流體供應到連接至鑽管10的側孔18的軟管來實現。閥殼體28的中心孔32具有螺紋，使得罩48能如圖4和圖5所示設置。罩48設置有大致圓形的頂部48a，直徑小於該頂部48a的大致筒狀壁48b從該頂部48a延伸。壁48b延伸到閥殼體28的中心孔32中，並且設置有兩個0形環50，每個0形環均位於繞壁48b的外表面的周向凹槽中。在頂部48a和0形環50之間的壁48a的外表面上設置螺紋，藉助該螺紋罩48被保持在閥殼體28中。0形環50與閥殼體28的中心孔32接合以提供大體上的液密密封。這確保了罩48提供二次密封，從而防止在由閥構件22提供的密封失效的情況下流體流過側孔18而進入鑽管10中。可以使用其它緊固裝置來將罩48保持在閥殼體28中。例如，可以使用卡銷或類似類型的快速連接方法來代替螺紋。在鑽管的通常操作模式期間，主孔14內存在有壓力，該壓力迫使閥構件22抵靠閥座38。為了使用第二閥，在連接新長度的鑽管期間，移除罩48。罩48也可以設置有卸放槽(未示出)，以允許安全排出中心孔32中捕獲的壓力。一旦罩48被移除，適配器(未示出)就能被擰到螺紋中，該適配器設置有類似於罩48上的0形環50的0形環，以確保閥殼體28和適配器之間的大體上的液密密封。因此能通過該適配器供應流體壓力，一旦所施加的壓力足以克服彈簧42的偏壓力並且超過鑽管10的孔14中的壓力，就將開始從座38抬起盤36。在該點處第二閥22被打開，並且流體流將穿過周向間隙進入鑽管10的主孔14中。—旦流動停止，並且適配器中的壓力被降低到鑽管10中的壓力以下，第二閥就將關閉。彈簧42將始終確保，在不存在從鑽管10的內孔施加的壓力並且不存在從外面施加的壓力時閥始終保持在關閉位置。應該理解的是，本發明不限於閥組件的該構造，並且第二閥22可以有利地如申請人的共同待審專利申請W02010/046653所述。第一閥20和第二閥22、側口 16和側孔18都設置在鑽管10的位於其第一端處的第一連接部IOa中，第一連接部IOa包括管狀主體12的增厚部，在該增厚部中，內表面和外表面的間隔顯著大於管狀主體12的相鄰部分。通過保持鑽管10的內徑沿著其整個長度恆定，外徑在第一端IOa處增大，如圖1所示，可以實現增厚。另選地，除了外徑增大外，通過減小連接部IOa的至少一部分範圍內的內徑，如圖2所示，可以提供進一步的增厚。在圖2所示的本發明的實施方式中，鑽管10的內徑在從鑽管10的末端部成段地減小。首先，設置有第一錐形部52，在該第一錐形部中內徑線性減小，並且在該示例中該第一錐形部是具有螺紋的，然後具有恆定內徑部分54，銷接收孔25延伸通過該恆定內徑部分54，緊接著是臺階部56，在該臺階部中內徑呈兩段進一步減小到恆定內徑的第二部分58，側孔18延伸通過該恆定內徑的第二部分58。最後，存在第二錐形部60，在該第二錐形部中內徑略微增大。第一恆定內徑部分54設置有周向內凹槽62，該周向內凹槽在使用中接收保持環，該保持環將球閥20保持就位。·在管狀主體12的第二端處存在第二連接部，該第二連接部IOb也包括管狀主體12的增厚部，在該增厚部中內表面和外表面的間隔顯著大於管狀主體12的相鄰部分。在該示例中，第二連接部IOb設置有第二螺紋部64，該第二螺紋部是用於第一螺紋部52的配合部。第一螺紋部52設置在鑽管10的內表面中，S卩，第一連接部是陰連接器，並且第二連接部64設置在鑽管10的外表面中，即，第二連接部IOb是陽連接器。這意味著鑽管10能通過使一個鑽管10的第一螺紋部52與另一相同的鑽管10』的第二螺紋部64』配合(如圖1所示)而連接至另一鑽管10』。平行於管狀主體的縱向軸線的第一連接部IOa的長度在19英寸(48cm)至25英寸(64cm)之間。理想地該長度小於24英寸長，並且在該示例中是23. 85英寸長。通過將用於連續的泥漿循環所需要的閥組件結合到工具接合部中，並且通過使工具接合部的長度最小，在鑽管10繞井孔的彎曲部分被彎曲時由該鑽管經受的應力能沿著該鑽管的長度更均勻地分布。這在圖7a和圖7b中不出，圖7a和圖7b不出了包含鑽管10的兩種不同的構造的井孔66的彎曲部。在圖7a中，第一連接部IOa和第二連接部IOb相對長，而在圖7b中，第一連接部IOa和第二連接部IOb相對短。能看到，在圖7a中在較厚的並且因此較剛性的連接部與較薄的並且因此更柔韌的鑽管的中央部之間的過渡區處存在比圖7b中的更尖銳的彎曲。這樣，能降低由鑽管經受的最大應力，並且這可以有助於改善鑽管10的抗疲勞性。當在本說明書和權利要求中使用時，術語「包括」和「包括有」以及其變型意味著特定的特徵、步驟或整體被包括。這些術語不被解釋為排除其他特徵、步驟或部件的存在。前述說明書、隨附的權利要求或附圖中所公開的特徵可以獨立地或以這些特徵的任何組合被利用，以用不同的形式為實現本發明，這些特徵視情況而定以它們的特定形式或根據用於執行所公開的功能的裝置或用於獲得所公開的結果的方法或過程被表示。
權利要求
1.一種鑽管，該鑽管具有長形的管狀主體，該管狀主體具有圍封主孔的內表面，該主孔大致平行於所述管狀主體的縱向軸線從該管狀主體的第一端延伸至第二端；設置在所述管狀主體的外表面中的側口 ；穿過所述管狀主體從所述主孔延伸到所述側口的側孔；以及閥組件，該閥組件能操作為基本上阻止流體沿著所述主孔的流動並且基本上阻止流體沿著所述側孔的流動，其中，所述閥組件、所述側口和所述側孔設置在所述鑽管的位於該第一鑽管的第一端處的第一連接部中，所述第一連接部包括所述管狀主體的增厚部，在該增厚部中，所述內表面和所述外表面的間隔顯著大於所述管狀主體的相鄰部分，所述第一連接部的平行於所述管狀主體的縱向軸線的長度小於64cm。
2.根據權利要求1所述的鑽管，其中，所述閥組件包括第一閥構件和分離的第二閥構件，所述第一閥構件能在打開位置和關閉位置之間移動，在所述第一閥構件的所述打開位置中，允許流體沿著所述主孔的流動，在所述第一閥構件的所述關閉位置中，基本上阻止流體沿著所述主孔的流動，所述第二閥構件能在打開位置和關閉位置之間移動，在所述第二閥構件的所述打開位置中，允許流體沿著所述側孔的流動，在所述第二閥構件的所述關閉位置中，基本上阻止流體沿著所述側孔的流動。
3.根據權利要求2所述的鑽管，其中，所述第一閥構件包括球，所述球能在所述打開位置和所述關閉位置之間旋轉。
4.根據權利要求2所述的鑽管，其中，所述第二閥構件至少主要安裝在所述側孔內，並且能在所述側孔中在所述打開位置和所述關閉位置之間滑動。
5.根據任一前述權利要求所述的鑽管，其中，所述第一連接部設置有第一螺紋部。
6.根據任一前述權利要求所述的鑽管，其中，在所述管狀主體的所述第二端處具有第二連接部，所述第二連接部也包括所述管狀主體的增厚部，在該增厚部中，所述內表面和所述外表面的間隔顯著大於所述管狀主體的相鄰部分。
7.根據權利要求6所述的鑽管，其中，所述第二連接部設置有第二螺紋部，該第二螺紋部是用於所述第一螺紋部的配合部。
8.根據權利要求5和7所述的鑽管，其中，所述第一螺紋部設置在所述鑽管的所述內表面中，並且所述第二螺紋部設置在所述鑽管的所述外表面中。
9.一種基本上如以上參照附圖所述的和/或如附圖中所示的鑽管。
全文摘要
一種鑽管(10)，其具有長形的管狀主體(12)，該主體具有圍封主孔(14)的內表面，該主孔大致平行於管狀主體(12)的縱向軸線(A)從該管狀主體的第一端延伸至第二端；設置在管狀主體(12)的外表面中的側口(16)；穿過主體(12)從主孔(14)延伸到側口(16)的側孔(18)；和閥組件(20，22)，該閥組件能操作為基本上阻止流體沿著主孔(14)的流動並基本上阻止流體沿著側孔(18)的流動，其中，閥組件(20，22)、側口(16)和側孔(18)設置在鑽管(10)的在該鑽管的第一端處的第一連接部(10a)中，第一連接部(10a)包括管狀主體(12)的增厚部，在增厚部中，內表面和外表面的間隔顯著大於管狀主體(12)的相鄰部分，連接部(10a)的平行於管狀主體(12)的縱向軸線(A)的長度小於64cm。
文檔編號E21B17/00GK103025993SQ201180035380
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年7月20日
發明者C·萊藤伯格, J·R·梅 申請人:控制壓力營運私人有限公司