БУРИЛЬНАЯ ШТАНГА, СОДЕРЖАЩАЯ УЧАСТКИ, ВЫСТУПАЮЩИЕ ВО ВНУТРЕННЕМ НАПРАВЛЕНИИ
DRILL ROD CONTAINING EXTENDED INWARD SECTIONS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка заявляет приоритет и преимущество по дате подачи предварительной заявки на патент США №62/026399, поданной 18 июля 2014 г., которая включена в данный документ посредством ссылки в полном объеме.
Область техники
Варианты реализации настоящего изобретения в общем относятся к компонентам и системам для бурения. В частности, варианты реализации настоящего изобретения относятся к бурильным штангам, содержащим по меньшей мере одно из уменьшенного общего веса, повышенной прочности или сопротивления застреванию и/или заклиниванию.
Соответствующая технология
Бурение образцов керна (или отбор образцов керна) позволяет осуществлять наблюдение подземных пластов внутри земли на разных глубинах для множества различных целей. Например, посредством бурения образца керна и тестирования извлеченного керна ученые могут определить, какие материалы, такие как нефть, драгоценные металлы и другие требуемые материалы, присутствуют или могут присутствовать на требуемой глубине. В некоторых случаях отбор образцов керна может быть использован для определения геологического времени материалов и событий. Таким образом, отбор образцов керна может быть использован для определения целесообразности дальнейшего исследования определенной области.
При бурении относительно глубоких скважин, таких как достигающие от нескольких сотен до нескольких тысяч футов в глубину, множество участков бурильной штанги, обычно имеющих традиционную длину, последовательно соединяют друг с другом встык для образования бурильной колонны. Соединение между этими участками бурильной штанги обеспечивают посредством крепежных элементов, обычно, резьбовых крепежных элементов. Одно ограничение бурения относительно глубоких скважин заключается в весе бурильной колонны, который, разумеется, увеличивается с увеличением глубины скважины. Исторически сложилось так, что участки бурильной штанги изготавливали из стали по существу с неизменным внутренним диаметром; однако в связи с бурением более глубоких скважин в настоящее время, более тяжелые бурильные колонны могут накладывать усталостные нагрузки на участки бурильной штанги компонента и на оборудование, используемое для вращения, поднимания и опускания бурильной колонны.
Для надлежащего исследования области или даже одной площадки, может требоваться множество образцов керна разной глубины. В некоторых случаях, образцы керна могут быть извлечены из глубины, составляющей тысячи футов ниже уровня земли. В таких случаях, извлечение образцов керна может требовать отнимающего много времени и дорогостоящего процесса убирания всей бурильной колонны (или подъема бурильной колонны) из скважины. В других случаях более быстрая система бурения со съемным керноприемником может включать в себя узел извлечения керна, выполненный с возможностью перемещения (или опускания в и подъема из) по бурильной колонне посредством использования каротажного кабеля и подъемного устройства.
При эксплуатации опускание трубки для отбора образцов керна в бурильную колонну и ее подъем обычно остается отнимающей много времени составляющей процесса бурения. Низкая скорость спуска-подъема узла извлечения керна некоторых известных систем кабельного каротажа в бурильной колонне, образованной из известной бурильной штанги, может быть обусловлена несколькими факторами. Например, узел извлечения керна некоторых систем кабельного каротажа может включать в себя блокировочный механизм, приводимый в действие пружиной. Обычно защелки таких механизмов могут перемещаться с взаимодействием с внутренней поверхностью бурильной колонны и, таким образом, замедлять спуск-подъем трубки для отбора образцов керна в бурильной колонне. Дополнительно, так как возможно наличие бурового раствора и/или пластовой текучей среды внутри бурильной колонны, перемещение многих известных узлов извлечения керна внутри бурильной колонны может обуславливать гидравлическое давление, ограничивающее скорость спуска трубки для отбора образцов керна в скважину и ее подъема из нее. Увеличенный внутренний диаметр бурильной штанги настоящего изобретения способствует уменьшению влияния этих факторов и обеспечивает увеличение эффективности эксплуатации.
Соответственно, существует необходимость в усовершенствованных бурильных штангах, решающих одну или более проблем, описанных ранее. Например, существует необходимость в бурильных штангах, имеющих уменьшенный общий вес, при этом сохраняющих или уменьшающих потерю жесткости при сгибании и скручивании, и потерю опоры в противодействие сгибанию и скручиванию бурильной колонны, проходящей через нее, а также эффективно использующих доступные материалы для увеличения грузоподъемности при бурении.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что это раскрытие сущности изобретения не является широким обзором изобретения. Это раскрытие сущности изобретения приведено в качестве примера, не является ограничивающим и не предназначено для определения ключевых или важнейших элементов изобретения, или ограничения его объема. Единственная цель этого раскрытия сущности изобретения заключается в объяснении и иллюстрации конкретных идей изобретения в качестве введения перед следующим полным и исчерпывающим подробным описанием.
Один или более вариантов реализации настоящего изобретения преодолевают одну или более из описанных ранее проблем в данной области техники посредством буровых компонентов, приспособлений и систем, обеспечивающих экономичное и эффективное бурение. Согласно одному аспекту один или более вариантов реализации настоящего изобретения содержат резьбовой компонент бурильной колонны, предотвращающий скручивание среднего корпуса.
Согласно одному аспекту резьбовой компонент бурильной колонны содержит полый удлиненный корпус, содержащий концевой участок с внутренней резьбой и противоположный концевой участок с наружной резьбой. Каждый из соответствующих концевых участков с внутренней и наружной резьбой содержит внутреннюю стенку концевого участка, имеющую первый внутренний диаметр. Согласно еще одному аспекту полый корпус дополнительно содержит цилиндрический участок среднего корпуса, проходящий в продольном направлении между соответствующими концевыми участками с внутренней и наружной резьбой. Цилиндрический участок среднего корпуса содержит внутреннюю стенку среднего корпуса, имеющую переменный диаметр стенки, и наружную стенку среднего корпуса, имеющую по существу постоянный наружный диаметр.
Согласно еще одному аспекту внутренняя стенка среднего корпуса участка среднего корпуса может содержать по меньшей мере один выступающий участок, содержащий по меньшей мере один охватываемый выступ или грат, расположенный на расстоянии от концевых участков с внутренней и наружной резьбой, и отходящий внутрь по направлению к центральной продольной оси полого корпуса и множеству канавок, образованных во внутренней стенке среднего корпуса участка среднего корпуса. Согласно одному аспекту предусмотрено, что по меньшей мере один охватываемый выступ каждого выступающего участка содержит поверхность внутренней стенки охватываемого выступа, имеющую второй внутренний диаметр, который может быть равен или больше чем первый внутренний диаметр.
Согласно еще одному приведенному в качестве примера неограничивающему аспекту первая канавка может проходить от дальнего конца концевого участка с внутренней резьбой к ближнему концу по меньшей мере одного охватываемого выступа выступающего участка, а вторая канавка может проходить от дальнего конца по меньшей мере одного охватываемого выступа выступающего участка к ближнему концу концевого участка с наружной резьбой. Согласно этому аспекту каждая канавка может содержать по существу цилиндрический участок, имеющую первый диаметр канавки, больший, чем соответствующий первый и второй внутренние диаметры.
Дополнительные отличительные признаки и преимущества приведенных в качестве примера вариантов реализации изобретения будут описаны в следующем описании, и они частично станут понятными из этого описания или могут быть изучены при практической реализации этих приведенных в качестве примера вариантов реализации. Отличительные признаки и преимущества этих вариантов реализации могут быть реализованы и достигнуты посредством инструментов и сочетаний, явным образом указанных в прилагаемой формуле изобретения. Эти и другие отличительные признаки будут полностью понятны из следующего описания и прилагаемой формулы изобретения, или могут быть изучены или при практической реализации этих приведенных в качестве примера вариантов реализации, изложенных далее в настоящем описании.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопроводительные чертежи, включенные в настоящий документ и составляющие его часть, иллюстрируют варианты реализации и вместе с описанием служат для объяснения принципов способов и систем.
На фиг. 1 показана система бурения, содержащая множество соединенных бурильных штанг в бурильной колонне в соответствии с одним или более вариантами реализации настоящего изобретения;
На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе приведенного в качестве примера компонента бурильной колонны, или бурильной штанги, содержащего один выступающий участок (т.е. охватываемый выступ) в соответствии с настоящим описанием;
На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе приведенного в качестве примера компонента бурильной колонны или бурильной штанги в соответствии с настоящим описанием; и
На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе приведенного в качестве примера компонента бурильной колонны, или бурильной штанги, содержащего множество расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении выступающих участков (т.е. охватываемых выступов) в соответствии с настоящим описанием.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Прежде чем перейти к раскрытию и описанию настоящих способов и систем, следует отметить, что способы и системы не ограничены конкретными составными способами, конкретными компонентами или конкретными композициями. Также следует понимать, что терминология, используемая в настоящем документе, предназначена только для описания конкретных вариантов реализации изобретения и не предназначена для ограничения.
При использовании в настоящем описании и приложенной формуле изобретения единственное число включает ссылку на множественное число, если из контекста очевидно не следует обратное. Диапазоны в настоящем документе могут быть выражены как от "приблизительно" одного конкретного значения и/или до "приблизительно" другого конкретного значения. При таком обозначении диапазона, другой вариант реализации изобретения включает от одного конкретного значения и/или до другого конкретного значения. Аналогично, если значения выражены в виде приближений, с использованием антецедента "приблизительно", следует учитывать, что конкретное значение образует другой вариант реализации изобретения. Дополнительно следует понимать, что конечные значения каждого диапазона являются значимыми как в отношении другого конечного значения, так и независимо от другого конечного значения.
«Необязательный» или «необязательно» означает, что описанное далее событие или обстоятельство не обязательно должно иметь место, и что описание включает случаи, когда указанное событие или обстоятельство имеет место, и случаи, когда их нет.
В данном документе, по всему тексту описания и формулы изобретения, слово ʺсодержатьʺ и производные этого слова, такие как ʺсодержащийʺ и ʺсодержитʺ, означают ʺвключать в себя, но не ограничиватьсяʺ и не предназначены для исключения, например, других добавок, компонентов, целых чисел или этапов. Термин "приведенный в качестве примера" означает "пример чего-либо" и не предназначен для обозначения предпочтительного или идеального варианта реализации. Термин "такой как" используется не в ограничительном смысле, а только в пояснительных целях.
Раскрыты компоненты, которые можно использовать для реализации раскрытых способов и систем. Следует понимать, что хотя при описании комбинаций, подмножеств, взаимодействий, групп и т.д. этих компонентов конкретное упоминание каждой различной отдельной и групповых комбинаций и перестановок этих элементов может быть не описано в явной форме, каждая из них специально подразумевается и описывается в настоящем документе для всех способов и систем. Это относится ко всем аспектам настоящей заявки, включая, но не ограничиваясь ими, этапы в раскрытых способах. Следовательно, если существует множество дополнительных этапов, которые могут быть реализованы, то следует учитывать, что каждая из этих дополнительных этапов может быть выполнена в любом конкретном варианте реализации или в комбинации вариантов реализации раскрытых способов по настоящему изобретению.
Настоящие способы и системы могут быть более понятны со ссылкой на следующее подробное описание предпочтительных вариантов реализации и примеров, содержащихся в нем, и чертежи, и предшествующее и следующее описание. Делается ссылка на чертежи для описания различных аспектов одного или более вариантов реализации изобретения. Следует понимать, что чертежи являются диаграммными и схематическими изображениями одного или более вариантов реализации, и не ограничивают настоящее изобретение. Кроме того, хотя различные чертежи предоставлены в пропорционально уменьшенном масштабе, который считается функциональным, для одного или более вариантов реализации, чертежи не обязательно представлены в пропорционально уменьшенном масштабе для всех предусмотренных вариантов реализации. Таким образом, чертежи изображают приведенный в качестве примера масштаб, однако из чертежей не следует делать никаких заключений о требуемом масштабе.
Для обеспечения полного понимания настоящего изобретения в нижеследующем описании изложены многочисленные конкретные детали. Тем не менее, специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике без этих конкретных деталей. В других случаях, хорошо известные аспекты технологии бурильных колонн не были подробно описаны, чтобы излишне не загромождать аспекты раскрываемых вариантов реализации.
Согласно конкретным аспектам варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают улучшенные компоненты бурильной колонны, сохраняющие грузоподъемность, допускаемую нагрузку по крутящему моменту и ударную нагрузку, при этом уменьшая вес компонента бурильной колонны. Дополнительно, предусмотрено, что уменьшение веса каждой отдельной бурильной штанги может обеспечить возможность соответствующего увеличения способности системы бурения содержать больше бурильных штанг или штанг кернового бурения, таким образом увеличивая общую возможную глубину системы бурения. Например, предполагается, что бур, рассчитанный на 2500 м, может выдерживать 3250 м бурильную колонну при использовании раскрытых бурильных штанг. Также, подразумевается, что увеличение внутреннего диаметра буровой штанги может обеспечить большую эффективность системы бурения в опускании трубки для отбора образцов керна в бурильную колонну и ее подъеме из нее.
Согласно другим дополнительным аспектам варианты реализации настоящего изобретения поддерживают непрерывную металлическую наружную поверхность и, таким образом, предотвращают изнашивание от трения композитного облицовочного материала, расположенного внутри канавок компонентов бурильной колонны, описанного в настоящем описании.
Согласно другим аспектам варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают более точные результаты бурения путем увеличения жесткости компонентов бурильной колонны и, следовательно, бурильной колонны. В контексте настоящего изобретения специалисту в данной области техники будет понятно, что увеличенная жесткость, ассоциируемая с охватываемыми выступами, содержащимися в компоненте бурильной колонны, может обеспечивать увеличенную жесткость компонента бурильной колонны. Эта увеличенная жесткость может уменьшать отклонение бурильной колонны и, следовательно, пробуренной скважины, таким образом обеспечивая более точные результаты бурения, такие как, например и без ограничения, улучшенная эффективность взрыва при бурении взрывных скважин, улучшенное наведение при поисках полезных ископаемых и т.п.
Варианты реализации настоящего изобретения направлены на буровые компоненты, приспособления и системы, предоставляющие резьбовой компонент бурильной колонны, противодействующие скручиванию среднего корпуса, при этом уменьшая вес компонента бурильной колонны. Со ссылкой на фиг. 1-4 изображены варианты реализации приведенных в качестве примера резьбовых компонентов бурильной колонны.
Согласно одному аспекту резьбовой компонент бурильной колонны или бурильная штанга 100 содержит полый удлиненный корпус 10, содержащий концевой участок 20 с внутренней резьбой, противоположный концевой участок 30 с наружной резьбой и цилиндрический участок 40 среднего корпуса, проходящий в продольном направлении между соответствующими концевыми участками с внутренней и наружной резьбой. Центральная продольная ось LA проходит через полый корпус 10 между соответствующими концевыми участками 20, 30 с внутренней и наружной резьбой. Каждый из соответствующих концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой содержит внутреннюю стенку 22, 32 концевого участка, имеющую первый внутренний диаметр D1. Согласно одному аспекту внутренняя стенка 22,32 концевого участка может иметь по существу цилиндрическую форму, расположенную равномерно вокруг центральной продольной оси. Согласно еще одному аспекту цилиндрический участок 40 среднего корпуса содержит внутреннюю стенку 42 среднего корпуса, имеющую переменный диаметр стенки, и наружную стенку 43 среднего корпуса, имеющую по существу постоянный наружный диаметр. Несмотря на то, что в настоящем описании они имеют одинаковый внутренний диаметр D1, предусмотрено, что внутренние стенки 22, 32 концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой при необходимости могут иметь разные внутренние диаметры.
Согласно еще одному аспекту внутренняя стенка 42 среднего корпуса участка среднего корпуса может содержать по меньшей мере один выступающий участок, содержащий по меньшей мере один охватываемый выступ 44 или грат, расположенный на расстоянии от концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой, и отходящий внутрь по направлению к центральной продольной оси LA полого корпуса 10 и множеству канавок 60, образованных во внутренней стенке 42 среднего корпуса участка 40 среднего корпуса. Согласно одному аспекту предусмотрено, что каждый выступ по меньшей мере одного охватываемого выступа 44 содержит поверхность 46 внутренней стенки охватываемого выступа, которая может иметь второй внутренний диаметр D2, который может быть равен или больше чем первый внутренний диаметр D1.Согласно одному аспекту поверхность 46 внутренней стенки охватываемого выступа может иметь по существу цилиндрическую форму, расположенную равномерно вокруг центральной продольной оси LA. Согласно этому аспекту, каждый охватываемый выступ 44 может иметь по существу тороидальную форму в перпендикулярной плоскости, пересекающей центральную продольную ось LA.
Согласно еще одному приведенному в качестве примера аспекту первая канавка 60ʹ множества канавок 60 может проходить от дальнего конца 24 концевого участка 20 с внутренней резьбой к ближнему концу 50 по меньшей мере одного охватываемого выступа 44, а вторая канавка 60ʹʹ множества канавок 60 может проходить от дальнего конца 52 по меньшей мере одного охватываемого выступа к ближнему концу 34 концевого участка 30 с наружной резьбой. Согласно этому аспекту каждая канавка 60 может содержать по существу цилиндрический участок 62, имеющую первый диаметр канавки, больший, чем соответствующий первый и второй внутренние диаметры. Каждая канавка также может содержать первый участок 64 в форме усеченного конуса, наклоненный по направлению наружу от центральной продольной оси LA и проходящий между соответствующим дальним концом 24 концевого участка 20 с внутренней резьбой и ближним концом 34 концевого участка 30 с наружной резьбой, по существу к цилиндрическому участку 62, и имеет переменный внутренний диаметр, больший, чем первой диаметр D1 внутренней стенки. В дополнительном, не показанном, аспекте по меньшей мере участок по существу цилиндрического участка каждой канавки 60 может дополнительно содержать множество проходящих в продольном направлении ребер, проходящих внутрь по направлению к центральной продольной оси LA.
Согласно еще одному аспекту участок каждой канавки 60, примыкающей по меньшей мере к одному охватываемому выступу 44, может содержать второй участок 66 в форме усеченного конуса, наклоненный по направлению внутрь от центральной продольной оси LA и проходящий между по существу цилиндрическим участком 62 участка среднего корпуса и краем 47 поверхности 46 внутренней стенки охватываемого выступа. Предусмотрено, что первый и второй участки 64, 66 в форме усеченного конуса могут иметь любую желаемую форму продольного сечения. В одном неограничивающем примере по меньшей мере участок каждого второго участка 66 в форме усеченного конуса может быть линейным в продольном сечении и может быть расположен под острым углом β относительно перпендикулярной плоскости, пересекающей центральную продольную ось LA. Согласно одному аспекту острый угол β может составлять от приблизительно 0,01 до приблизительно 10 градусов; предпочтительно меньше чем приблизительно 8 градусов; и более предпочтительно меньше чем приблизительно 6 градусов. Согласно приведенным в качестве примера аспектам острый угол β может находиться в пределах от приблизительно 0,5 до приблизительно 8 градусов, от приблизительно 0,5 до приблизительно 6 градусов, от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 градусов, от приблизительно 1 до приблизительно 7 градусов, от приблизительно 1 до приблизительно 6 градусов, от приблизительно 1 градуса до приблизительно 5 градусов или от приблизительно 2 градусов до приблизительно 6 градусов.
Согласно одному аспекту предусмотрено, что по меньшей мере участок каждого второго участка 66 в форме усеченного конуса может быть криволинейным в продольном сечении. Аналогично, предусмотрено, что по меньшей мере участок каждого первого участка 64 в форме усеченного конуса может быть линейным и/или криволинейным в продольном сечении. Согласно еще одному аспекту по меньшей мере участок каждого первого участка 64 в форме усеченного конуса может иметь форму четвертьсинусоидальной волны в продольном сечении с амплитудой, равняющейся половине первого диаметра канавки.
Согласно еще одному аспекту на каждом первом участке 64 в форме усеченного конуса внутренний диаметр полого корпуса 10 может переходить от второго внутреннего диаметра D2 поверхность 46 внутренней стенки охватываемого выступа к первому диаметру канавки вдоль первой продольной длины L1 перехода. Аналогично, на каждом втором участке 66 в форме усеченного конуса внутренний диаметр полого корпуса 10 может переходить от первого внутреннего диаметра D1 соответствующих концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой к первому диаметру канавки вдоль второй продольной длины L2 перехода. Сумма соответствующих первой и второй длины L1, L2 перехода меньше чем приблизительно 15%, предпочтительно меньше чем приблизительно 12,5% и более предпочтительно меньше чем приблизительно 10% общей длины бурильной штанги.
Согласно различным приведенным в качестве примера аспектам продольная длина множества канавок может включать в себя больше чем 60% продольной длины участка среднего корпуса; предпочтительно больше чем 70% продольной длины участка среднего корпуса, и более предпочтительно больше чем 80% продольной длины участка среднего корпуса.
Согласно еще одному аспекту предусмотрено, что переход от второго участка 66 в форме усеченного конуса к поверхности 46 внутренней стенки охватываемого выступа может быть скошенной. Аналогично, предусмотрено, что переход от второго участка 66 в форме усеченного конуса к смежному цилиндрическому участку участка 40 среднего корпуса канавки 60 может быть скошенным.
Согласно еще одному аспекту и как показано на фиг. 2 и 3, предусмотрено, что по меньшей мере один охватываемый выступ 44 каждого выступающего участка может содержать один охватываемый выступ, который при необходимости может проходить по окружности вокруг центральной продольной оси LA. Альтернативно, предусмотрено, что по меньшей мере один охватываемый выступ 44 каждого выступающего участка может содержать множество расположенных на расстоянии друг от друга по окружности охватываемых выступов. При необходимости, согласно приведенным в качестве примера аспектам по меньшей мере один выступающий участок может содержать один выступающий участок (т.е. один осевой участок по меньшей мере с одним охватываемым выступом), расположенный на требуемом осевом участке в участке среднего корпуса. В соответствии с предшествующим описанием предусмотрено, что соответствующие внутренние стенки 22, 32 концевых участков концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой могут эффективно функционировать как дополнительный охватываемый выступ или грат 44ʹ, расположенный на соответствующих наружных концевых участках полого корпуса 10 бурильной штанги 100.
Согласно одному аспекту осевое расстояние между последовательно расположенными выступающими участками (например, последовательно расположенные осевые участки по меньшей мере с одним охватываемым выступом 44) и/или осевое расстояние между концевыми участками 20, 30, 44ʹ с наружной и внутренней резьбой и последовательно расположенным выступающим участком (например, по меньшей мере один охватываемый выступ 44), которое по существу соответствует расстоянию между внутренними выступами в компоненте бурильной колонны, могут отражать выбранное разделяющее расстояние. Например и без ограничения, при использовании компонентов бурильной колонны, описанных в настоящем описании, в качестве обсадных труб, выполненных с возможностью прохождения другими компонентами бурильной колонны, выбранное разделяющее расстояние (например, расстояние между последовательными охватываемыми выступами 44 и/или расстояние между охватываемым выступом и концевыми участками 20, 30, 44ʹ с наружной и внутренней резьбой) может быть приведено в соответствие и процентное соотношение с продольной длиной отдельного соответствующего из компонентов бурильной колонны, проходящих через них. Например, если длина компонента бурильной колонны, проходящего через бурильную штангу, составляет 10 футов (3,048 м), то выбранное разделяющее расстояние будет меньше чем 100% продольной длины компонента бурильной колонны, проходящего через бурильную штангу. Согласно этому аспекту предусмотрено, что выбранное разделяющее расстояние может соответствовать расстоянию, которое меньше чем приблизительно 90%, меньше чем приблизительно 80%, меньше чем приблизительно 70%, меньше чем приблизительно 60%, меньше чем приблизительно 50%, меньше чем приблизительно 40% или меньше чем приблизительно 30% продольной длины отдельных компонентов бурильной колонны, проходящих через полый корпус 10 бурильной штанги 100 (или другой компонент бурильной колонны). Согласно приведенным в качестве примера аспектам предусмотрено, что выбранное разделяющее расстояние может находиться в диапазоне от приблизительно 1 фута (0,3048 м) до приблизительно 6 футов (1,8288 м), а более предпочтительно от приблизительно 2 футов (0,6096 м) до приблизительно 5 футов (1,524 м), и наиболее предпочтительно от приблизительно 3 футов (0,9144 м) до приблизительно 5 футов (1,524 м). Согласно другим приведенным в качестве примера аспектам предусмотрено, что выбранное разделяющее расстояние может быть меньше чем приблизительно 5 футов (1,524 м).
В одном примере, как показано на фиг. 4, первый выступающий участок (например, первый осевой участок по меньшей мере одного охватываемого выступа 44) может быть расположен по существу в центре участка 40 среднего корпуса. При необходимости, если по меньшей мере один выступающий участок содержит множество выступающих участков (например, множество участков, расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении, по меньшей мере одного охватываемого выступа 44), то множество выступающих участков могут быть расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении вдоль участка 40 среднего корпуса. Предусмотрено, что расстояние может быть по существу однородным или может быть переменным при необходимости. Согласно приведенным в качестве примера аспектам и как показано на фиг. 4, множество выступающих участков могут содержать пару расположенных на расстоянии друг от друга выступающих участков, расположенных на равном расстоянии в продольном направлении вдоль участка среднего корпуса друг от друга и от соответствующего внутреннего охватываемого выступа или грата 44ʹ, определенного соответствующими внутренними стенками 22, 32 концевого участка концевого участка 20, 30 с внутренней и наружной резьбой. Согласно этим аспектам каждый выступающий участок может содержать по меньшей мере один охватываемый выступ 44 в соответствии с настоящим описанием. Согласно этим аспектам и как будет понятно специалисту в данной области техники, множество канавок 66 могут содержать по меньшей мере одну канавку, проходящую между любыми двумя расположенными на расстоянии друг от друга выступающими участками (например, любыми двумя расположенными последовательно в осевом направлении участками по меньшей мере одного охватываемого выступа 44) таким образом, чтобы включать в себя внутренний охватываемый выступ или грат 44ʹ, определенный соответствующими внутренними стенками 22, 32 концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой.
т.е
Согласно другим аспектам компонент 100 бурильной колонны может иметь улучшенные характеристики в условиях динамической нагрузки по сравнению с известными бурильными штангами. Обычные динамические характеристики стальных бурильных колонн при сжатии и высоких оборотах указывают на то, что импульсные скручивающие нагрузки от бурового долота образуют волны нагрузки от крутящего момента и изгибающей нагрузки, которые могут быстро передаваться вверх и отражаться вниз по бурильной колонне. Эти динамические характеристики могут увеличивать импульсную нагрузку в приблизительно от 2 до приблизительно 3 раз, и такое увеличение может превышать предел упругости известной бурильной штанги. Специалисту в данной области техники будет понятно, что превышение предела упругости известной бурильной штанги в этих условиях нагрузки может приводить к постоянному скручиванию и сгибанию бурильной колонны, что, в свою очередь, может предотвращать продуктивное бурение, или даже приводить к застреванию бурильной колонны в скважине. Однако эти импульсные нагрузки обычно не являются достаточными для перегрузки соединений бурильной штанги. Таким образом, с использованием компонента 100 бурильной колонны, описанного в настоящем описании, охватываемый выступ (выступы) 44, расположенный в участке 40 среднего корпуса, может обеспечивать увеличенное сопротивление компонента сгибанию. Дополнительно, предусматривается, что в применениях, в которых компонент бурильной колонны используют в качестве обсадной трубы для прохождения через него других компонентов бурильной колонны, установление расстояний между выступающими участками (например, осевыми участками по меньшей мере одного охватываемого выступа 44) и/или концевыми участками 20,30, 44ʹ с наружной и внутренней резьбой (. установление расстояний между внутренними выступами в компоненте бурильной колонны) в соответствии с выбранными разделяющими расстояниями, описанными в настоящем описании, может способствовать предотвращению нежелательного скручивания компонента бурильной колонны, используемого в качестве обсадной трубы, и других компонентов бурильной колонны, проходящих через него.
Согласно еще одному аспекту по существу цилиндрический участок 62 внутренней стенки 42 среднего корпуса и перекрывающая наружная стенка 62 среднего корпуса могут образовывать участок цилиндрической стенки среднего корпуса, имеющий по существу постоянную толщину, которая может иметь толщину стенки в поперечном сечении от приблизительно 1 процента до приблизительно 10 процентов наружного диаметра наружной стенки среднего корпуса в плоскости, пересекающей центральную продольную ось LA. Также предусмотрено, что толщина поперечного сечения каждой цилиндрической стенки среднего корпуса может находиться в диапазоне от приблизительно 60 до приблизительно 80 процентов толщины поперечного сечения стенки по меньшей мере выступающего участка (например, каждого осевого участка по меньшей мере одного охватываемого выступа 44).
Согласно приведенному в качестве примера и неограничивающему аспекту предусмотрено, что для номинальной толщины поперечного сечения каждой цилиндрической стенки среднего корпуса, составляющей приблизительно 0,155 дюйма (0,3937 см), соответственные значения толщины концевых участков 20, 30 с внутренней и наружной резьбой могут находиться в диапазоне от приблизительно 0,188 дюйма (0,47752 см) до приблизительно 0,25 дюйма (0,635 см).
Согласно одному аспекту внутренний диаметр каждой канавки 60, смежной по меньшей мере с одним охватываемым выступом, в любой плоскости поперечного сечения, перпендикулярной центральной продольной оси LA, может быть меньше чем второй внутренний диаметр D2.
Также со ссылкой на чертежи, иллюстрирующие концевые участки 20, 30 с внутренней и наружной резьбой полого корпуса 10 компонента бурильной колонны или бурильной штанги 100, предусмотрено, что концевой участок с внутренней резьбой обычно может быть расположен на нижнем конце бурильной штанги. Концевой участок 20 с внутренней резьбой бурильной штанги 100 может быть выполнен с возможностью соединения с дополнительными бурильными штангами или другими бурильными компонентами, такими как буровое долото. В одном конкретном примере концевой участок 30 с наружной резьбой может быть выполнен как или содержать поверхность взаимодействия охватываемого типа, выполненную с возможностью соединения с концевым участком с внутренней резьбой поверхности взаимодействия охватывающего типа в соответствующем бурильном компоненте. Концевой участок 30 с наружной резьбой может также быть выполнен таким образом, чтобы включать в себя наружную резьбу для способствования соединению или взаимодействию с внутренней резьбой соответствующей бурильной штанги или других бурильных компонентов. Концевой участок 20 с внутренней резьбой может также содержать любую другую наружную форму, способствующую соединению с дополнительными бурильными штангами или другими бурильными компонентами. Например, без ограничения, концевой участок 20 с внутренней резьбой может быть выполнен в форме звезды, шестеренки, шестиугольника и т.п.
Согласно приведенным в качестве примера аспектам концевой участок 20 с внутренней резьбой может содержать охватывающую резьбу, а концевой участок 30 с наружной резьбой может содержать охватываемую резьбу, расположенную на нем и выполненную с возможностью полного приема охватывающей резьбой. Приведенные в качестве примера формы резьбы включают известные формы резьбы; формы резьбы Q и RQ, используемые Заявителем, и резьбы, описанные в параллельных заявках на патент Заявителя№13/354189, 13/717885 и 14/026611, полностью включенные в настоящее описание посредством ссылки.
Согласно одному аспекту компонент 100 бурильной колонны может быть изготовлен из стального материала. В одном неограничивающем примере компонент 100 бурильной колонны может быть изготовлен из хромомолибденового сплава стали класса, такого как AISI.SAE 4130 или его измененного варианта. Предусмотрено, что компонент 100 бурильной колонны может быть холоднотянутым и отожженным известным способом для обладания желаемой формой и характеристиками материала. Предусмотрено, что твердость холоднотянутой отожженной трубы в холоднотянутом состоянии может составлять по меньшей мере приблизительно 95 твердость по шкале Роквелла B ("HRB"), что обычно составляет от приблизительно 17 до 20 твердости по шкале Роквелла C ("HRC").
Согласно еще одному аспекту предусмотрено, что по меньшей мере участки соответствующих концевых участков 20, 30 с наружной и внутренней резьбой и по меньшей мере один охватываемый выступ 44 может быть закален до желаемой поверхностной твердости известными способами, такими как, например, без ограничения, посредством цементации по меньшей мере внутренней стенки 22, 32 концевого участка и/или поверхности 46 внутренней стенки охватываемого выступа, или посредством индукционной поверхностной закалки по меньшей мере внутренней стенки 22, 32 концевого участка и/или поверхности 46 внутренней стенки охватываемого выступа (посредством средств низкочастотного индукционного нагрева, за которым следует немедленная закалка в холодной среде). В частности, в одном или более вариантах реализации твердость закаленных участков по меньшей мере внутренней стенки 22, 32 концевого участка и/или поверхности 46 внутренней стенки охватываемого выступа может составлять от приблизительно 25 твердости по шкале Роквелла C (HRC) до приблизительно 55 твердости по шкале Роквелла C (HRC). При необходимости, твердость закаленных участков может составлять от приблизительно 20 твердости по шкале Роквелла C (HRC) до приблизительно 30 твердости по шкале Роквелла C (HRC) или от приблизительно 30 твердости по шкале Роквелла C (HRC) до приблизительно 40 твердости по шкале Роквелла C (HRC). В других вариантах твердость закаленных участков может составлять от приблизительно 35 твердости по шкале Роквелла C (HRC) до приблизительно 45 твердости по шкале Роквелла C (HRC). Следует понимать, что закаленные участки могут быть обработаны таким образом, чтобы иметь твердость в диапазоне между любыми из указанных ранее значений. Также предусмотрено, что при необходимости весь участок соответствующих концевых участков 20 30 с наружной и внутренней резьбой и/или по меньшей мере один охватываемый выступ 44 могут быть подвергнуты термообработке для достижения желаемой твердости, или только делаемые участки, такие как, например, внутренние стороны, соответствующих концевых участков с наружной и внутренней резьбой, и/или по меньшей мере один охватываемый выступ может быть подвергнут термообработке для достижения желаемой твердости.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту предусмотрено, что описанные бурильные штанги и другие компоненты бурильной колонны могут иметь такие характеристики, как изложенные в следующей таблице. В первом столбце таблицы указаны характеристики известных бурильных штанг, а во втором и третьем столбцах указаны приведенные в качестве примера характеристики бурильных штанг, содержащих компонент бурильной колонны настоящего изобретения:
Известнаябурильная штанга
Один охватываемый выступающий участокфиг.2
Два охватываемых выступающих участкафиг.3, 4
Наружный диаметр (дюймы)
3,5 (8,89 см)
3,5 (8,89 см)
3,5 (8,89 см)
Внутренний диаметр (минимальный, дюймы)
3,0625(7,779 см)
3,0625(7,779 см)
3,0625(7,779 см)
Внутренний диаметр (канавки, дюймы)
-
3,188(8,0975 см)
3,188(8,0975 см)
Концевая длина (дюймы)
-
8 (20,32 см)
8 (20,32 см)
Длина перехода (дюймы)
-
2,4 (6,096 см)
1,75(4,445 см)
Рассчитанный угол β (градусы)
-
1,50
2,05
Общая длина (дюймы)
122(309,88 см)
122(309,88 см)
122(309,88 см)
Количество выступающих участков среднего корпуса (по меньшей мере с одним охватываемым выступом)
0
1
2
Длина охватываемого выступа (дюймы)
-
3 (7,62 см)
2,5 (6,35 см)
Общая длина перехода (дюймы)
-
9,6(24,384 см)
10,5(26,67 см)
Общая длина канавки (дюймы)
-
93,4 (237,236 см)
90,5(229,87 см)
Общий вес
78,68 фунта (35,6886 кг)
61,39 фунта (27,846 кг)
61,82 фунта (28,0411 кг)
Уменьшение общего веса
-
22%
21,4%
Приведенные в качестве примера аспекты
Согласно различным приведенным в качестве примера аспектам, в настоящем описании раскрывается резьбовой компонент бурильной колонны, предотвращающий скручивание среднего корпуса, содержащий: полый корпус, содержащий концевой участок с внутренней резьбой, противоположный концевой участок с наружной резьбой и центральную продольную ось, проходящую через полый корпус, при этом каждый из концевого участка с внутренней резьбой и противоположного концевого участка с наружной резьбой содержит внутреннюю стенку концевого участка, имеющую первый внутренний диаметр; причем полый корпус дополнительно содержит цилиндрический участок среднего корпуса, проходящий в продольном направлении между соответствующими концевыми участками с внутренней и наружной резьбой и содержащий внутреннюю стенку среднего корпуса, имеющую переменный диаметр стенки, и наружную стенку среднего корпуса, имеющую по существу постоянный наружный диаметр, причем участок среднего корпуса дополнительно содержит: по меньшей мере один выступающий участок, расположенный на расстоянии от концевых участков с внутренней и наружной резьбой и проходящий по направлению внутрь к центральной продольной оси, при этом каждый выступающий участок содержит по меньшей мере один охватываемый выступ, содержащий поверхность внутренней стенки охватываемого выступа, имеющую второй внутренний диаметр, при этом второй внутренний диаметр равняется или больше чем первый внутренний диаметр; и множество канавок, определенных во внутренней стенке среднего корпуса участка среднего корпуса, при этом первая канавка множества канавок проходит от дальнего конца концевого участка с внутренней резьбой к ближнему концу по меньшей мере одного выступающего участка, и при этом вторая канавка множества канавок проходит от дальнего конца выступающего участка к ближнему концу концевого участка с наружной резьбой, при этом каждая канавка содержит по существу цилиндрический участок, имеющий первый диаметр канавки, который больше чем соответствующий первый и второй внутренние диаметры, и первый участок в форме усеченного конуса, наклоненный по направлению наружу от центральной продольной оси и проходящий между соответствующим дальним концом концевого участка с внутренней резьбой и ближним концом концевого участка с наружной резьбой, по существу к цилиндрическому участку, и имеющий переменный внутренний диаметр, который больше чем первый диаметр внутренней стенки, при этом по существу цилиндрический участок внутренней стенки среднего корпуса и перекрывающая наружная стенка среднего корпуса образуют участок цилиндрической стенки среднего корпуса, имеющий по существу постоянную толщину, и при этом в плоскости, пересекающей центральную продольную ось, толщина поперечного сечения каждой цилиндрической стенки среднего корпуса имеет толщину стенки от приблизительно 1 процента до приблизительно 10 процентов наружного диаметра наружной стенки среднего корпуса.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту внутренняя стенка концевого участка имеет по существу цилиндрическую форму, расположенную равномерно вокруг центральной продольной оси.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту поверхность внутренней стенки охватываемого выступа имеет по существу цилиндрическую форму, расположенную равномерно вокруг центральной продольной оси.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту внутренний диаметр каждой канавки, смежной по меньшей мере с одним охватываемым выступом каждого выступающего участка, в любой плоскости поперечного сечения, перпендикулярной центральной продольной оси, меньше чем второй внутренний диаметр.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту участок каждой канавки, примыкающей по меньшей мере к одному охватываемому выступу каждого выступающего участка, содержит второй участок в форме усеченного конуса, наклоненный по направлению внутрь от центральной продольной оси и проходящий между по существу цилиндрическим участком участка среднего корпуса и краем поверхности внутренней стенки охватываемого выступа. Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок каждого второго участка в форме усеченного конуса является линейным в продольном сечении и расположен под острым углом β относительно центральной продольной оси. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту острый угол β составляет меньше чем приблизительно 6 градусов. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту переход от второго участка в форме усеченного конуса к поверхности внутренней стенки охватываемого выступа является скошенной. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту переход от второго участка в форме усеченного конуса к смежному цилиндрическому участку участка среднего корпуса канавки является скошенным. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок каждого второго участка в форме усеченного конуса является криволинейным в продольном сечении.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту переход от каждого первого участка в форме усеченного конуса каждой канавки к примыкающему соответствующему дальнему концу концевого участка с внутренней резьбой и ближнему концу концевого участка с наружной резьбой является скошенным. Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту концевой участок с наружной резьбой содержит охватываемую резьбу, расположенную на нем, причем охватываемая резьба выполнена с возможностью ответного приема охватывающей резьбой.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту концевой участок с внутренней резьбой содержит охватывающую резьбу, образованную в нем.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере один выступающий участок содержит один выступающий участок, расположенный по существу по центру участка среднего корпуса. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту охватываемые выступы одного выступающего участка расположены на разделяющем расстоянии в продольном направлении от концевых участков с внутренней и наружной резьбой, которое составляет меньше чем приблизительно пять футов (152,4 см).
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере один выступающий участок содержит множество выступающих участков, расположенных на расстоянии друг от друга в продольном направлении вдоль участка среднего корпуса. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту множество выступающих участков расположены на равном расстоянии друг от друга в продольном направлении вдоль участка среднего корпуса. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту множество канавок содержит по меньшей мере одну канавку, проходящую между любыми двумя расположенными на расстоянии друг от друга выступающими участками. При необходимости, согласно другому приведенному в качестве примера аспекту охватываемые выступы последовательных выступающих участков расположены на разделяющем расстоянии в продольном направлении друг от друга, которое составляет меньше чем приблизительно пять футов (152,4 см).
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок каждого первого участка в форме усеченного конуса является линейным в продольном сечении.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок каждого первого участка в форме усеченного конуса является криволинейным в продольном сечении. При необходимости, согласно еще одному приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок каждого первого участка в форме усеченного конуса имеет форму четвертьсинусоидальной волны в продольном сечении с амплитудой, равняющейся половине первого диаметра канавки. При необходимости, согласно еще одному приведенному в качестве примера аспекту каждый первый участок в форме усеченного конуса имеет форму четвертьсинусоидальной волны в продольном сечении с амплитудой, равняющейся половине первого диаметра канавки.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту на каждом втором участке в форме усеченного конуса внутренний диаметр полого корпуса переходит от первого внутреннего диаметра соответствующих концевых участков с внутренней и наружной резьбой к первому диаметру канавки вдоль второй продольной длины перехода, и при этом на каждом первом участке в форме усеченного конуса внутренний диаметр полого корпуса переходит от второго внутреннего диаметра поверхности внутренней стенки охватываемого выступа к первому диаметру канавки вдоль второй продольной длины перехода, и при этом общая длина соответствующих первой и второй длины перехода составляет меньше чем приблизительно 10% общей длины компонента бурильной колонны.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту компонент бурильной колонны содержит бурильную штангу.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок по существу цилиндрического участка каждой канавки дополнительно содержит множество проходящих в продольном направлении ребер, проходящих внутрь по направлению к центральной продольной оси.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту множество канавок содержит больше чем 60% продольной длины участка среднего корпуса.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту множество канавок содержит больше чем 70% продольной длины участка среднего корпуса.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту множество канавок содержит больше чем 80% продольной длины участка среднего корпуса.
Согласно другому приведенному в качестве примера аспекту по меньшей мере участок соответствующих концевых участков с наружной и внутренней резьбой и по меньшей мере один охватываемый выступ может быть закален до достижения желаемой поверхностной твердости, и при этом желаемая поверхностная твердость составляет от приблизительно 35 твердости по шкале Роквелла C (HRC) до приблизительно 45 твердости по шкале Роквелла C (HRC).
Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано в других конкретных формах без отклонения от своей сущности или ключевых характеристик. Описанные варианты реализации изобретения следует во всех отношениях интерпретировать как исключительно иллюстративные, но не ограничивающие. Следовательно, объем изобретения указан в прилагаемой формуле изобретения, а не в предшествующем описании. Все изменения, подпадающие под смысл и диапазон эквивалентности прилагаемой формулы изобретения, должны быть включены в ее объем.