多锥度螺纹连接制造技术

一种在相邻钻柱部件之间的螺纹连接，包括适于接纳对应的螺纹凸形连接端的螺纹凹形连接端，这两端各自具有不同锥度的第一部分和第二部分。还提供了包括本文所述的凹形端或凸形端的管状构件、钻柱工具和其他钻柱部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多锥度螺纹连接先前申请的交叉引用本申请根据巴黎公约要求2017年11月17日提交的加拿大申请号2,984,826和2018年7月10日提交的加拿大申请号3,010,955的优先权，这些申请的全部内容通过援引并入本文。
本说明书总体上涉及钻柱部件(比如钻井管件和井下工具)中的螺纹连接。更具体地，本说明书涉及设置在钻井管件和其他钻柱(或井下)工具上的多锥度螺纹连接。
技术介绍
本章节提供背景信息，有助于更好地理解本专利技术的各个方面。应当理解的是，应从这一角度来阅读本文件的本章节中的陈述，而不应作为对现有技术的承认。在石油和天然气钻井中，钻头通常通过螺纹附接到钻杆的端部并且旋转以形成钻孔。传统上，钻杆由各种子组件和管件构成，比如底部钻具组合(BHA)、加重钻杆(HWDP)和钻杆。BHA可以包括各种井下工具和管件，比如旋转导向工具、泥浆马达、随钻测量(MWD)工具、随钻测井(LWD)工具、稳定器配置、铰刀、震击器、冲击器、搅拌器和多个钻铤以及其他现代钻井技术。连接到BHA的是包括HWDP和钻杆在内的钻井管件配置，这些钻井管件将钻头和BHA联接回地面，从而完成钻柱并且提供表面旋转、压缩以及要在推进钻孔时施加到钻头的拉力。具有足够中空的内径，组装好的钻柱起到导管的作用，用于将钻井液泵送通过钻柱以清洁钻孔、为井下工具提供液压动力以及冷却由钻头或井下工具产生的热量。通常，所有这些钻柱管件和子组件通过螺纹彼此附接，以允许在进一步推进钻孔时在地面将钻柱顺序地组装。然后，这还允许在达到目标钻孔深度时或者在需要维修井下部件并且必须将钻柱从钻孔中起出和移除、然后在地面维修必要的井下部件之后重新组装以放回进去时顺序地拆卸钻柱。除了管状构件之外，钻柱还可以包括一个或多个连接到相邻管状构件或其他工具上的工具。构成钻柱的这种工具的示例包括钻铤、马达(比如泥浆马达)、震击工具(用于释放被卡住的管)、接头(用于将管件和/或工具彼此连接)、稳定器、变径接头(短的管接头)、冲击器变径接头、铰刀等。各种其他钻杆工具对于本领域技术人员而言是已知的。还应当理解，这些工具中的每一个(如管件)具有相反的端部，这些端部适于连接到相邻的管状构件或其他工具以形成钻柱。为了本说明书的目的，术语“钻柱部件”将被理解为是指用于形成钻柱的管状构件或其他工具。在钻井操作期间，期望相邻钻柱管件之间的所有上述螺纹连接具有足够的机械能力，以承受住在钻井操作期间施加在其上的负荷(例如，扭转、拉伸、压缩负荷)。传统上，这些螺纹连接被称为旋转肩台连接，并且具有每英尺1.25英寸至3英寸之间的锥度、给定的螺纹形式以及单个扭矩支承肩部。旋转肩台连接的现代变型在销形连接的鼻部上引入了二级扭矩支承肩部，当销形连接与盒形连接通过螺纹接合时，该二级扭矩支承肩部与盒形连接的后部接触。为了最大化旋转肩台连接的扭转能力，现代连接的锥度可以在每英尺0.50至1.00英寸的范围内，如US5,908,212中所描述的。低锥度厚壁连接的最大问题是难以操纵邻接的钻井管件并将它们螺纹连接在一起。由于锥度小，凸形连接端不会穿入凹形连接端较深。这导致凸形连接端转动许多圈以便完全接合到凹形连接端中。这给表面上的螺纹加工过程增加了不合期望的时间，此举是昂贵的，并且典型地导致螺纹的损坏增加和较高的修复成本。令人期望的是，旋转肩台连接在钻井操作期间提供必要的机械强度能力，并且在组装和拆卸钻柱管件和子组件期间提供有效的操纵特性。为了提供这种旋转肩台连接，已经在低锥度连接上使用了双或三步/起点螺纹设计。这种类型的连接的问题是，凸形连接端刺在一对螺纹侧面上，而不是多个螺纹侧面上。这些连接同样难以制造和控制尺寸，从而导致较高的修复和维修成本。这些多步/起点螺纹还表现出较差的保持扭转能量的能力，并且经常在施加相对少量的反向扭矩的情况下后退和松开。这些连接最终在行业中逐步停止使用。
技术实现思路
提供了一种具有纵向轴线的多锥度螺纹连接。凹形连接端具有内螺纹。内螺纹具有第一端、第二端、第一部分和第二部分。内螺纹的第一部分与内螺纹的第一端相邻并且具有第一锥度。内螺纹的第二部分与内螺纹的第二端相邻，并且具有不同于该第一锥度的第二锥度。凸形连接端具有外螺纹。外螺纹具有第一端、第二端、第一部分和第二部分。凸形连接的第一部分和第二部分对应于凹形连接的第一部分和第二部分。外螺纹的第一部分与外螺纹的第一端相邻并且具有与凹形连接的第一锥度相对应的第一锥度。外螺纹的第二部分与这外螺纹的第二端相邻并且具有与凹形连接的第二锥度相对应的第二锥度。在一个实施例中，第二锥度比第一锥度更陡。该第一锥度可以具有相对于纵向轴线每英尺0.75英寸的锥度，并且该第二锥度可以具有每英尺2英寸的锥度。在一个实施例中，该第一锥度比该第二锥度更陡。在一个实施例中，在该第一锥度与该第二锥度之间设置过渡螺纹以形成连续的螺纹。这些过渡螺纹的高度可以短于凹形连接端的内螺纹和凸形连接端的外螺纹。这可以帮助防止在穿入操作期间对这些螺纹的过度损坏。在一个实施例中，凸形连接端包括凸形外肩部，该凸形外肩部被配置为当该凸形连接端与配合的凹形连接端通过螺纹接合时与该凹形连接端上的凹形外肩部接合。在另一实施例中，该凸形连接端包括：凸形外肩部，该凸形外肩部被配置为与配合的凹形连接端上的凹形外肩部接合；以及与该凸形外肩部轴向地隔开的凸形内肩部，该凸形内肩部被配置为当该凸形连接端与该凹形连接端通过螺纹接合时，接合该凹形连接端上的与该凹形外肩部轴向地隔开的凹形内肩部。在一个实施例中，这些内螺纹的第一部分和这些外螺纹的第一部分内的每个螺纹包括冠部、根部、在该冠部与该根部之间延伸的负荷侧面以及在该冠部与该根部之间延伸的穿入侧面。这些内螺纹的第二部分和这些外螺纹的第二部分内的每个螺纹包括冠部、根部、在该冠部与该根部之间延伸的负荷侧面以及在该冠部与该根部之间延伸的穿入侧面。这些内螺纹上的穿入侧面更靠近该凹形连接端外肩部。这些外螺纹上的负荷侧面更靠近该凸形连接端外肩部。在一个实施例中，这些内螺纹的第一部分和这些外螺纹的第一部分内的每个螺纹包括冠部、根部、在该冠部与该根部之间延伸的负荷侧面以及在该冠部与该根部之间延伸的穿入侧面。这些内螺纹的第二部分和这些外螺纹的第二部分内的每个螺纹包括冠部、根部、在该冠部与该根部之间延伸的负荷侧面以及在该冠部与该根部之间延伸的穿入侧面。这些内螺纹上的穿入侧面更靠近该凹形连接端外肩部。这些外螺纹上的负荷侧面更靠近该凸形连接端外肩部。内螺纹和外螺纹的第一部分内的螺纹的螺纹冠部、根部、负荷侧面和穿入侧面对应于内螺纹和外螺纹的第二部分内的螺纹的螺纹冠部、根部、负荷侧面和穿入侧面。还提供了一种多锥度螺纹连接。凹形连接端具有内螺纹。内螺纹具有第一端、第二端、带有第一锥度的第一部分、带有第二锥度的第二部分以及带有第三锥度的第三部分。第一部分与内螺纹的第一端相邻。第二部分与第一部分相邻。第三部分与内螺纹的第二部分和第二端相邻。相邻部分的锥度彼此不同。凸形连接端具有外螺纹。外螺纹具有第一端、第二端、带有第一锥度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在两个管状构件之间的螺纹连接，该连接包括：/n-设置在第一管状构件的第一端上的凹形连接器和设置在第二管状构件的第一端上的凸形连接器，该凹形连接器适于接纳该凸形连接器以形成该连接；/n-该凹形连接器具有位于该第一管状构件的第一端附近的第一部分和远离该第一端且位于该第一管状构件的管腔内的第二部分，该凹形连接器具有至少一个内螺纹；/n-该凸形连接器具有远离该第二管状构件的第一端的第一部分和位于该第二管状构件的第一端附近的第二部分，该凸形连接器具有至少一个外螺纹，其中，一旦连接上，该凸形连接器的第一部分与该凹形连接器的第一部分相邻；/n-该至少一个外螺纹适于与该至少一个内螺纹配合；/n-该凹形连接器的第一部分具有第一锥度并且该凸形连接器的第一部分具有对应的第一锥度；并且，/n-该凹形连接器的第二部分具有不同于该第一锥度的第二锥度并且该凸形连接器的第二部分具有对应的第二锥度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 CA 2984826;20180710 CA 30109551.一种在两个管状构件之间的螺纹连接，该连接包括：
-设置在第一管状构件的第一端上的凹形连接器和设置在第二管状构件的第一端上的凸形连接器，该凹形连接器适于接纳该凸形连接器以形成该连接；
-该凹形连接器具有位于该第一管状构件的第一端附近的第一部分和远离该第一端且位于该第一管状构件的管腔内的第二部分，该凹形连接器具有至少一个内螺纹；
-该凸形连接器具有远离该第二管状构件的第一端的第一部分和位于该第二管状构件的第一端附近的第二部分，该凸形连接器具有至少一个外螺纹，其中，一旦连接上，该凸形连接器的第一部分与该凹形连接器的第一部分相邻；
-该至少一个外螺纹适于与该至少一个内螺纹配合；
-该凹形连接器的第一部分具有第一锥度并且该凸形连接器的第一部分具有对应的第一锥度；并且，
-该凹形连接器的第二部分具有不同于该第一锥度的第二锥度并且该凸形连接器的第二部分具有对应的第二锥度。


2.如权利要求1所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第二锥度比该凹形连接器的第一锥度更陡。


3.如权利要求1或2所述的螺纹连接，其中，该第二锥度与该第一锥度的比率是约2:1至约3:1。


4.如权利要求1至3中任一项所述的螺纹连接，其中，该第一锥度是约每英尺0.75英寸。


5.如权利要求1至4中任一项所述的螺纹连接，其中，该第二锥度是约每英尺1.5英寸至约每英尺2英寸。


6.如任一权利要求1或2所述的螺纹连接，其中，该第一锥度是约每英尺0英寸。


7.如权利要求1所述的螺纹连接，其中，该螺纹连接的第一锥度比该第二锥度更陡。


8.如权利要求1至7中任一项所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的至少一个内螺纹是连续的并且在该凹形连接器的第一部分和第二部分之上延伸。


9.如权利要求1至8中任一项所述的螺纹连接，其中，该凸形连接器的至少一个外螺纹是连续的并且在该凸形连接器的第一部分和第二部分之上延伸。


10.如权利要求1至7中任一项所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的内螺纹包括设置在该凹形连接器的第一部分上的第一内螺纹和设置在该凹形连接器的第二部分上的第二内螺纹。


11.如权利要求10所述的螺纹连接，其中，该凸形连接器的外螺纹包括设置在该凸形连接器的第一部分上的第一外螺纹和设置在该凸形连接器的第二部分上的第二外螺纹，并且其中，该第一外螺纹的至少一部分适于与该第一内螺纹的一部分配合，并且其中，该第二外螺纹的至少一部分适于与该第二内螺纹的一部分配合。


12.如权利要求11所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器进一步包括设置在该第一内螺纹与该第二内螺纹之间的内部过渡螺纹，并且其中，该凸形连接器进一步包括设置在该第一外螺纹与该第二外螺纹之间的外部过渡螺纹。


13.如权利要求12所述的螺纹连接，其中，该内部过渡螺纹和该外部过渡螺纹中的至少一个是被截短的。


14.如权利要求11所述的螺纹连接，其中：
-该凹形连接器包括至少一个用于将该至少一个内螺纹分成两个或更多个区段的凹形间隔段；
-该凸形连接器包括至少一个用于将该至少一个外螺纹分成两个或更多个段的对应凸形间隔段；并且
-当形成该连接时，该至少一个凸形间隔段适于与该至少凹形间隔段重叠。


15.如权利要求11所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器或该凸形连接器中的至少一个包括位于其第一部分与第二部分之间的第三部分。


16.如权利要求15所述的螺纹连接，其中，该第三部分具有与这些相邻的第一部分和第二部分的第一锥度和第二锥度不同的第三锥度。


17.如权利要求11所述的螺纹连接，其中：
-该凹形连接器包括位于该凹形连接器的第一部分与第二部分之间的第三部分；
-该凸形连接器包括位于该凸形连接器的第一部分与第二部分之间的第三部分；并且，
-当形成该连接时，该凸形连接器的第三部分适于与该凹形连接器的第三部分重叠。


18.如权利要求17所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第三部分具有锥度，并且其中，该凸形连接器的第三部分具有对应的锥度。


19.如权利要求18所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第三部分的锥度不同于该凹形连接器的第一部分和第二部分的锥度。


20.如权利要求18所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第一部分、第二部分和第三部分的锥度彼此不同。


21.如权利要求17至20中任一项所述的螺纹连接，其中：
-该凹形连接器在该凹形连接器的第一部分与第三部分之间设置有第一内部过渡螺纹，并且在该凹形连接器的第三部分与第二部分之间设置有第二内部过渡螺纹；并且，
-该凸形连接器在该凸形连接器的第一部分与第三部分之间设置有第一外部过渡螺纹，并且在该凸形连接器的第三部分与第二部分之间设置有第二外部过渡螺纹。


22.一种在两个管状构件之间的螺纹连接，该连接包括：
-设置在第一管状构件的第一端上的凹形连接器和设置在第二管状构件的第一端上的凸形连接器，该凹形连接器适于接纳该凸形连接器以形成该连接；
-该凹形连接器具有位于该第一管状构件的第一端附近的第一部分和远离该第一端且位于该第一管状构件的管腔内的第二部分，该凹形连接器具有至少一个内螺纹；
-该凸形连接器具有远离该第二管状构件的第一端的第一部分和位于该第二管状构件的第一端附近的第二部分，该凸形连接器具有至少一个外螺纹，其中，一旦连接上，该凸形连接器的第一部分与该凹形连接器的第一部分相邻；
-该至少一个外螺纹适于与该至少一个内螺纹配合；
-该凹形连接器的第一部分具有第一锥度并且该凸形连接器的第一部分具有对应的第一锥度；
-该凹形连接器的第二部分具有第二锥度并且该凸形连接器的第二部分具有对应的第二锥度；并且，
-该凹形连接器或该凸形连接器中的至少一个具有位于其第一部分与第二部分之间的第三部分，并且其中，该第三部分具有与这些相邻的第一部分和第二部分的第一锥度和第二锥度不同的第三锥度。


23.如权利要求22所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第二部分设有不同于该第一锥度的第二锥度并且该凸形连接器的第二部分设有对应的第二锥度。


24.如权利要求22或23所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第二锥度比该凹形连接器的第一锥度更陡。


25.如权利要求22所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第二锥度与该凹形连接器的第一锥度相同。


26.如权利要求22或23所述的螺纹连接，其中，该凹形连接器的第一锥度比该凹形连接器的第二锥度更陡。


27.如权利要求1至26中任一项所述的螺纹连接，其中，这些管状构件中的至少一个是钻柱管件或接箍。


28.一种管状构件，该管状构件的第一端上设有凹形连接器，该凹形连接器适于接纳设置在另一个管状构件上的对应的凸形连接器，该凹形连接器具有：
-位于该管状构件的第一端附近的第一部分；
-远离该第一端且位于该管状构件的管腔内的第二部分；
-设置在该第一部分和该第二部分上的至少一个螺纹，其中，该至少一个螺纹是内螺纹；
-该凹形连接器的第一部分具有第一锥度；并且
-该凹形连接器的第二部分具有第二锥度，其中，该第二锥度不同于该第一锥度。


29.一种管状构件，该管状构件的第一端上设有凸形连接器，该凸形连接器适于接纳设置在另一个管状构件上的对应的凹形连接器，该凸形连接器具有：
-远离该管状构件的第一端的第一部分；
-位于该管状构件的第一端附近的第二部分；
-设置在该第一部分和该第二部分上的至少一个螺纹，其中，该至少一个螺纹是外螺纹；
-该凸形连接器的第一部分具有第一锥度；并且，
-该凸形连接器的第二部分具有不同于该第一锥度的第二锥度。


30.如权利要求28或29所述的管状构件，其中，该第二锥度比该第一锥度更陡。


31.如权利要求28至30中任一项所述的管状构件，其中，该第二锥度与该第一锥度的比率是约2:1至约3:1。


32.如权利要求28至31中任一项所述的管状构件，其中，该第一锥度是约每英尺0.75英寸。
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【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·李·坎贝尔，
申请(专利权)人：整装集团技术有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA