扭矩連接器系統、設備和方法與流程

2023-05-08 23:11:12

發明背景

諸如鑽柱等井下管柱包括連接器，所述連接器因為柱子的管狀構件被操縱而承受扭矩。不具備足夠高的扭矩能力的常見連接器可能易於損壞。另外，一些常見連接器需要昂貴且產生中很容易出現誤差的精密機械加工。在不增加連接器的大小的情況下，使用常見製造技術可能難以(如果並非不可能)實現足夠的扭矩能力。

附圖簡述

通過參考附圖，本公開可以被更好地理解，並且其眾多特徵和優點對於本領域技術人員可能是明顯的。在不同的附圖中使用相同的參考編號指示相似或相同的項目。

圖1繪示根據一些實施方案的示例性扭矩連接器的解耦視圖。

圖2繪示根據一些實施方案的另一示例性扭矩連接器的截面視圖。

圖3繪示根據一些實施方案的另一示例性扭矩連接器的截面視圖。

圖4是根據一些實施方案的製造扭矩連接器的示例性方法的流程圖。

圖5繪示根據一些實施方案的位於鑽井位置處的示例性系統。

具體實施方式

圖1至圖5圖示與改進的扭矩連接器有關的示例性設備、系統和方法。扭矩連接器大體上包括箱形部件和銷部件。在一些實施方案中，銷部件具有對應於箱形部件的三個表面的三個扭矩肩部。當所述銷插入且耦接至箱形部件時，三個扭矩肩部中的每一個與箱形部件的對應三個表面中的每一個接觸，以補充扭矩連接器的總扭矩能力。在一些實施方案中，犧牲材料設置在扭矩肩部中的一個與箱形部件的對應表面之間，以使得當銷部件耦接至箱形部件時，所述犧牲材料在不平行於插入方向的方向上變形。在一些實施方案中，銷部件的扭矩肩部中的一個包括螺紋耦接至銷部件的套環。銷部件的扭矩肩部與箱形部件的表面之間的三個接觸點促成扭矩連接器的提高的扭矩能力，無需增加扭矩連接器的總體大小，不存在對精密機械加工的任何需要。

圖1繪示根據一些實施方案的示例性扭矩連接器100。扭矩連接器100大體上包括銷部件102和箱形部件104。在至少一個實施方案中，銷部件102包括用於對應於箱形部件104的三個表面112、114、116的三個扭矩肩部106、108、110。在一些實施方案中，第一扭矩肩部106包括銷部件102的前導面。出於本公開的目的，「前導面」可以理解成表示隨著兩個元件耦接在一起元件的最接近插入點的表面。

雖然在圖示的實施方案中第一扭矩肩部106垂直於銷部件102的縱向軸線，但是在至少一個實施方案中，第一扭矩肩部106不垂直於銷部件102的縱向軸線。在一些實施方案中，第一扭矩肩部106相對於銷部件102插入到箱形部件104中的方向的角度近似等於箱形部件104的對應第一表面112相對於銷部件102插入到箱形部件104中的方向的角度。在至少一個實施方案中，第一扭矩肩部106和第一表面112不垂直於銷部件102插入到箱形部件104中的方向，以提高相對於垂直取向的扭矩能力。

在至少一個實施方案中，第二扭矩肩部108和對應第二表面114相對於銷部件102插入到箱形部件104中的方向126不平行。在一些實施方案中，犧牲材料124設置在第二扭矩肩部108與第二表面114之間。在至少一個實施方案中，犧牲材料124當銷部件102耦接至箱形部件104時變形。例如，在一些實施方案中，犧牲材料124在不平行於銷部件102插入到箱形部件104中的方向126的方向上變形。

在至少一個實施方案中，犧牲材料124是用於當銷部件102耦接至箱形部件104時提高扭矩連接器100的扭矩能力。在至少一個實施方案中，犧牲材料124具有比銷部件102或箱形部件104的熱膨脹係數大的熱膨脹係數。在不同的實施方案中，犧牲材料124可能包括多種材料中的任何一個，所述多種材料例如銅、鈹銅、鋁青銅、銅鎳錫合金、鎳鈹合金、這些的組合等。在一些實施方案中，犧牲材料124可能包括任何可變形的材料。在一些實施方案中，基於扭矩連接器100的所需的扭矩能力選擇犧牲材料124。在一些實施方案中，犧牲材料124附接至銷部件102或箱形部件104。在至少一個實施方案中，犧牲材料124促成銷部件102的第二扭矩肩部108與箱形部件104的第二表面114之間的連接，即使當扭矩連接器100包括第二扭矩肩部108與第二表面114之間的間隙配合時。例如，在至少一個實施方案中，扭矩連接器100包括銷部件102的最大外直徑的約1％至約5％的間隙配合。在至少一個實施方案中，犧牲材料124消除了對銷部件102或箱形部件104進行精密製造的需要。

在一些實施方案中，銷部件102的第三扭矩肩部110將與箱形部件104的第三表面116接觸，以向扭矩連接器100提供第三扭矩能力。在至少一個實施方案中，第三扭矩肩部110包括套環。在一些實施方案中，第三扭矩肩部110包括螺紋連接到銷部件102上的套環。在至少一個實施方案中，第三扭矩肩部110消除了對銷部件102或箱形部件104進行精密製造的需要。在一些實施方案中，銷部件102將經由螺紋表面118螺紋耦接至箱形部件104。雖然圖示的實施方案繪示螺紋表面118在第二扭矩肩部108與第三扭矩肩部110之間，但是在其它實施方案中，螺紋表面118可能定位在銷部件102上的任何位置處。例如，在至少一個實施方案中，螺紋表面118定位在第一扭矩肩部106與第二扭矩肩部108之間。在各種實施方案中，箱形部件104的對應螺紋的位置可能類似地不同。

圖2繪示根據一些實施方案的示例性扭矩連接器200的截面視圖。銷部件202經由螺紋表面218耦接至箱形部件204。銷部件202的第一扭矩肩部206與箱形部件204的第一表面212接觸，以向扭矩連接器200提供第一扭矩能力。在圖示的實施方案中，第一扭矩肩部206與第一表面212的角度228相對於銷部件202插入到箱形部件204中的方向230為近似90°。

犧牲材料224設置在銷部件202的第二扭矩肩部208與箱形部件204的第二表面214之間。在至少一個實施方案中，犧牲材料224附接至第二扭矩肩部208或第二表面214。在至少一個實施方案中，犧牲材料224在不平行於扭矩連接器200的縱向軸線的方向上被壓在第二扭矩肩部208與第二表面214之間。第二扭矩肩部208和第二表面214將向扭矩連接器200提供第二扭矩能力。

銷部件202的第三扭矩肩部210與箱形部件204的第三表面216接觸，以向扭矩連接器200提供第三扭矩能力。在圖示的實施方案中，第三扭矩肩部210包括經由螺紋226螺紋耦接至銷部件202的套環222。在其它實施方案中，套環222使用多種緊固件中的任何一個耦接至銷部件202。在至少一個實施方案中，扭矩連接器200的扭矩能力包括由以下中的每一個所提供的扭矩能力的總和：第一扭矩肩部206與第一表面212之間的連接；第二扭矩肩部208與第二表面214之間的連接；以及第三扭矩肩部210與第三表面216之間的連接。

圖3繪示根據一些實施方案的示例性扭矩連接器300的截面視圖。銷部件302經由螺紋表面318耦接至箱形部件304。銷部件302的第一扭矩肩部306與箱形部件304的第一表面312接觸，以向扭矩連接器300提供第一扭矩能力。在圖示的實施方案中，第一扭矩肩部306與第一表面312的角度328相對於銷部件302插入到箱形部件304中的方向330小於90°。在一些實施方案中，第一扭矩肩部306與第一表面312的角度328相對於銷部件302插入到箱形部件304中的方向330大於90°。在至少一個實施方案中，對第一扭矩肩部306與第一表面312的相對於插入方向330的角度328進行選擇，以提高扭矩連接器300的扭矩能力。

犧牲材料324設置在銷部件302的第二扭矩肩部308與箱形部件304的第二表面314之間。在至少一個實施方案中，犧牲材料324附接至第二扭矩肩部308或第二表面314。在至少一個實施方案中，犧牲材料324在不平行於銷部件302插入到箱形部件304中的方向330的方向上被壓在第二扭矩肩部308與第二表面314之間。第二扭矩肩部308和第二表面314將向扭矩連接器300提供第二扭矩能力。

銷部件302的第三扭矩肩部310與箱形部件304的第三表面316接觸，以向扭矩連接器300提供第三扭矩能力。在圖示的實施方案中，第三扭矩肩部310包括經由螺紋326螺紋耦接至銷部件302的套環322。在其它實施方案中，套環322使用多種緊固件中的任何一個耦接至銷部件302。在至少一個實施方案中，扭矩連接器300的扭矩能力包括由以下中的每一個所提供的扭矩能力的總和：第一扭矩肩部306與第一表面312之間的連接；第二扭矩肩部308與第二表面314之間的連接；以及第三扭矩肩部310與第三表面316之間的連接。

圖4是根據一些實施方案的製造扭矩連接器的示例性方法400的流程圖。為了方便起見，參考圖2的扭矩連接器200描述方法400。

在塊402中，形成銷部件202。在至少一個實施方案中，銷部件202形成有第一扭矩肩部206和第二扭矩肩部208。在一些實施方案中，銷部件202進一步形成有第三扭矩肩部210。在至少一個實施方案中，第一扭矩肩部206被形成為不垂直於銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在至少一個實施方案中，第一扭矩肩部206形成在銷部件202的前導端處。在一些實施方案中，第二扭矩肩部208被形成為不垂直於銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些實施方案中，形成扭矩肩部206、208、210，以便實現扭矩連接器200的所需的扭矩能力。

在一些實施方案中，銷部件202形成有螺紋表面218，以將銷部件202螺紋耦接至箱形部件204。在至少一個實施方案中，形成銷部件202，以在銷部件202的第二扭矩肩部208與箱形部件204的第二表面214之間提供間隙配合。銷部件202使用多種材料中的任何一個形成。在一些實施方案中，基於扭矩連接器200的所需的強度選擇銷部件202的材料。在至少一個實施方案中，銷部件202包括鋼。在至少一個實施方案中，在無需使用精密機械加工的情況下形成銷部件202。

在塊404中，形成箱形部件204。在至少一個實施方案中，箱形部件形成有用於對應於銷部件202的第一扭矩肩部206的第一表面212，以及用於對應於銷部件202的第二扭矩肩部208的第二表面214。在一些實施方案中，箱形部件204形成有用於對應於第三扭矩肩部210的第三表面216。在至少一個實施方案中，第二表面214被形成為不垂直於銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些實施方案中，箱形部件204形成有螺紋表面218，以將銷部件202螺紋耦接至箱形部件204。在至少一個實施方案中，形成箱形部件204，以在銷部件202的第二扭矩肩部208與箱形部件204的第二表面214之間提供間隙配合。例如，在至少一個實施方案中，形成銷部件202和箱形部件204，以使得第二扭矩肩部208和第二表面214包括銷部件202的最大外直徑的約1％至約5％的間隙配合。箱形部件204使用多種材料中的任何一個形成。在一些實施方案中，基於扭矩連接器200的所需的強度選擇箱形部件204的材料。在至少一個實施方案中，箱形部件204包括與銷部件202相同的材料。在一些實施方案中，箱形部件204包括鋼。在至少一個實施方案中，在無需使用精密機械加工的情況下形成箱形部件204。

在塊406中，犧牲材料224設置在銷部件202與箱形部件204之間。在一些實施方案中，犧牲材料224附接至箱形部件204。在至少一個實施方案中，犧牲材料224附接至銷部件202。在一些實施方案中，犧牲材料224被設置，以使得當銷部件202耦接至箱形部件204時犧牲材料224被壓在銷部件202與箱形部件204之間。在至少一個實施方案中，犧牲材料224被壓在第二扭矩肩部208與第二表面214之間。在一些實施方案中，犧牲材料224在不平行於銷部件202插入到箱形部件204中的方向230的方向上變形。在一些實施方案中，方法400不包括設置犧牲材料224，而是方法400在不使用犧牲材料224的情況下產生包括三個扭矩肩部206、208、210和三個表面212、214、216的扭矩連接器200。

在塊408中，套環222耦接至銷部件202。在一些實施方案中，套環222在犧牲材料224被設置在銷部件202與箱形部件204之間之前耦接至銷部件202。在至少一個實施方案中，套環222經由螺紋226螺紋耦接至銷部件202。在其它實施方案中，套環222經由多種耦接器中的任何一個耦接至銷部件202。在一些實施方案中，套環222形成抵靠箱204的第三表面216的第三扭矩肩部210。在一些實施方案中，方法400不包括將銷形套環222耦接至銷部件202，而是方法400產生包括兩個扭矩肩部206、208、兩個表面212、214和犧牲材料224的扭矩連接器200。

在塊410中，銷部件202耦接至箱形部件204。在至少一個實施方案中，銷部件202經由螺紋表面218螺紋耦接至箱形部件204。在至少一個實施方案中，螺紋表面218向扭矩連接器200提供第四扭矩能力。在一些實施方案中，銷部件202由使用者或技術人員而不是在製造過程期間耦接至箱形部件204。扭矩力可以然後施加至扭矩連接器200。

圖5繪示根據一些實施方案的位於鑽井位置處的示例性系統500。在圖示的實施方案中，系統500可能形成位於配備吊杆532的鑽井平臺546處的井508的表面506處的鑽機504的一部分。鑽機504可以為鑽柱510提供支撐。鑽柱510可以操作以穿透旋轉臺538，以便鑽出透過地表下地層542的井孔544。鑽柱510可能包括方鑽杆512、鑽管514和底部鑽井組合件516，可能定位在鑽管514的下部部分處。在至少一個實施方案中，鑽柱510是包括由諸如圖1的扭矩連接器100等多個連接器100連接的多個管狀構件546、548、550的管柱。在其它實施方案中，扭矩連接器100可能包括分別在圖2的扭矩連接器200和圖3的扭矩連接器300中找到的一個或多個特徵。

底部鑽井組合件516可能包括鑽環520、井下工具502和鑽頭522。鑽頭522可以操作以通過穿透表面506和地表下地層542創建井孔544。井下工具502可能包括若干不同類型的工具中的任何一個，所述工具包括隨鑽測量(mwd)工具、隨鑽測井(lwd)工具等。

在鑽井操作期間，鑽柱510(可能包括方鑽杆512、鑽管514和底部鑽井組合件516)可能由旋轉臺538旋轉。雖然未圖示，但是另外或可選地，底部鑽井組合件516可能還由定位在井下的馬達(例如，泥漿馬達)旋轉。鑽環520可以被用於為鑽頭522加重。鑽環520也可以被操作以加強底部鑽井組合件516，從而允許底部鑽井組合件516傳遞增加的重量至鑽頭522，並且又幫助鑽頭522穿透表面506和地表下地層542。

在鑽井操作期間，泥漿泵524可以利用軟管528從泥漿槽526泵送鑽井流體(有時被本領域技術人員稱作「鑽井泥漿」)到鑽管514中，並且向下至鑽頭522。鑽井流體可以從鑽頭522流出，並且經過鑽管514與井孔544的側面之間的環形區域530返回至表面506。鑽井流體然後可以返回至泥漿槽526，所述流體在所述泥漿槽526處被過濾。在一些實施方案中，在鑽井操作期間，鑽井流體可以被用於冷卻鑽頭522，以及為鑽頭522提供潤滑。另外，鑽井流體可以被用於移除由於操作鑽頭522而產生的地表下巖屑。

一些實施方案包括用於測量結果或其它數據的處理、分析和/或存儲的表面測井設施534。所述處理和分析可能包括自然伽馬射線光譜測量和/或地層密度的確定。測井設施534可能設有用於各種類型的信號處理的電子設備

工作檯536和控制器540可能包括適合於各種實施方案的特定實現方式的模塊，所述模塊包括硬體電路、處理器和/或可以存儲軟體程序模塊和對象的存儲器電路和/或固件及以上的組合。例如，在一些實施方案中，所述模塊可能包括在設備和/或系統操作模擬程序包中，所述模擬程序包諸如軟體電氣信號模擬程序包、電力使用和分配模擬程序包、功率/熱耗散模擬程序包和/或用於模擬各種潛在實施方案的操作的軟體和硬體的組合。雖然圖示的實施方案繪示與鑽柱510一起使用的扭矩連接器100，但是在其它實施方案中，扭矩連接器100可以在多種設置中的任何一個中與多種管柱中的任何一個一起使用。

在前面的具體實施方式中，可以看出各種特徵被一起組合在單個實施方案中，以用於精簡本公開的目的。本公開的該方法不應被解釋為反映以下意圖：要求保護的實施方案需要比每一權利要求項中明確闡述的特徵更多的特徵。而是，如所附權利要求所反映，本發明的主題並非在於單個公開的實施方案的所有特徵。因此，所附權利要求由此併入具體實施方式中，其中每一權利要求項獨立地作為單獨的實施方案。

應注意，並不需要在上面的概述中所描述的所有操作或要素，特定操作或裝置的一部分可能是不需要的，並且可以執行一個或多個其它操作或可以包括一個或多個其它要素，以補充所描述的操作或要素。另外，列出操作的次序不一定是執行操作的次序。而且，已經參考特定實施方案對概念進行了描述。然而，本領域技術人員應了解，可以在不脫離如所附權利要求中所闡述的本公開的範圍的情況下做出各種修改和變更。因此，說明書和附圖應被視為是說明性的而不是限制性的，並且所有所述修改意在包括在本公開的範圍內。

上面已經相關於特定實施方案描述了利益、其它優點和問題的解決方案。然而，所述利益、優點、問題的解決方案和可能會引起任何利益、優點或解決方案發生或變得更加明白的任何特徵不應被理解為任何或所有權利要求項的關鍵、要求的或本質特徵。此外，上面公開的特定實施方案僅是說明性的，因為公開的主題可以按不同的、但對於受益於本文的教示的本領域技術人員而言顯而易見的等效方式進行修改和實踐。除了所附權利要求中所描述的以外，並未意在對本文示出的構造或設計的細節進行限制。因此，明顯的是，可以對上面公開的特定實施方案進行改變或修改，並且所有所述變化被視為是在公開的主題的範圍內。因此，本文所尋求的保護在所附權利要求中闡述。