發(fā)明背景

諸如鉆柱等井下管柱包括連接器，所述連接器因?yàn)橹拥墓軤顦?gòu)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于損壞。另外，一些常見連接器需要昂貴且產(chǎn)生中很容易出現(xiàn)誤差的精密機(jī)械加工。在不增加連接器的大小的情況下，使用常見制造技術(shù)可能難以(如果并非不可能)實(shí)現(xiàn)足夠的扭矩能力。

附圖簡(jiǎn)述

通過(guò)參考附圖，本公開可以被更好地理解，并且其眾多特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員可能是明顯的。在不同的附圖中使用相同的參考編號(hào)指示相似或相同的項(xiàng)目。

圖1繪示根據(jù)一些實(shí)施方案的示例性扭矩連接器的解耦視圖。

圖2繪示根據(jù)一些實(shí)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(jù)一些實(shí)施方案的另一示例性扭矩連接器的截面視圖。

圖4是根據(jù)一些實(shí)施方案的制造扭矩連接器的示例性方法的流程圖。

圖5繪示根據(jù)一些實(shí)施方案的位于鉆井位置處的示例性系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

圖1至圖5圖示與改進(jìn)的扭矩連接器有關(guān)的示例性設(shè)備、系統(tǒng)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(shí)施方案中，銷部件具有對(duì)應(yīng)于箱形部件的三個(gè)表面的三個(gè)扭矩肩部。當(dāng)所述銷插入且耦接至箱形部件時(shí)，三個(gè)扭矩肩部中的每一個(gè)與箱形部件的對(duì)應(yīng)三個(gè)表面中的每一個(gè)接觸，以補(bǔ)充扭矩連接器的總扭矩能力。在一些實(shí)施方案中，犧牲材料設(shè)置在扭矩肩部中的一個(gè)與箱形部件的對(duì)應(yīng)表面之間，以使得當(dāng)銷部件耦接至箱形部件時(shí)，所述犧牲材料在不平行于插入方向的方向上變形。在一些實(shí)施方案中，銷部件的扭矩肩部中的一個(gè)包括螺紋耦接至銷部件的套環(huán)。銷部件的扭矩肩部與箱形部件的表面之間的三個(gè)接觸點(diǎn)促成扭矩連接器的提高的扭矩能力，無(wú)需增加扭矩連接器的總體大小，不存在對(duì)精密機(jī)械加工的任何需要。

圖1繪示根據(jù)一些實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，銷部件102包括用于對(duì)應(yīng)于箱形部件104的三個(gè)表面112、114、116的三個(gè)扭矩肩部106、108、110。在一些實(shí)施方案中，第一扭矩肩部106包括銷部件102的前導(dǎo)面。出于本公開的目的，“前導(dǎo)面”可以理解成表示隨著兩個(gè)元件耦接在一起元件的最接近插入點(diǎn)的表面。

雖然在圖示的實(shí)施方案中第一扭矩肩部106垂直于銷部件102的縱向軸線，但是在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第一扭矩肩部106不垂直于銷部件102的縱向軸線。在一些實(shí)施方案中，第一扭矩肩部106相對(duì)于銷部件102插入到箱形部件104中的方向的角度近似等于箱形部件104的對(duì)應(yīng)第一表面112相對(duì)于銷部件102插入到箱形部件104中的方向的角度。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第一扭矩肩部106和第一表面112不垂直于銷部件102插入到箱形部件104中的方向，以提高相對(duì)于垂直取向的扭矩能力。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第二扭矩肩部108和對(duì)應(yīng)第二表面114相對(duì)于銷部件102插入到箱形部件104中的方向126不平行。在一些實(shí)施方案中，犧牲材料124設(shè)置在第二扭矩肩部108與第二表面114之間。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料124當(dāng)銷部件102耦接至箱形部件104時(shí)變形。例如，在一些實(shí)施方案中，犧牲材料124在不平行于銷部件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(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料124是用于當(dāng)銷部件102耦接至箱形部件104時(shí)提高扭矩連接器100的扭矩能力。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料124具有比銷部件102或箱形部件104的熱膨脹系數(shù)大的熱膨脹系數(shù)。在不同的實(shí)施方案中，犧牲材料124可能包括多種材料中的任何一個(gè)，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(shí)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(shí)施方案中，基于扭矩連接器100的所需的扭矩能力選擇犧牲材料124。在一些實(shí)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(gè)實(shí)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(dāng)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(shí)。例如，在至少一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料124消除了對(duì)銷部件102或箱形部件104進(jìn)行精密制造的需要。

在一些實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，第三扭矩肩部110包括套環(huán)。在一些實(shí)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(huán)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第三扭矩肩部110消除了對(duì)銷部件102或箱形部件104進(jìn)行精密制造的需要。在一些實(shí)施方案中，銷部件102將經(jīng)由螺紋表面118螺紋耦接至箱形部件104。雖然圖示的實(shí)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(shí)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(gè)實(shí)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(shí)施方案中，箱形部件104的對(duì)應(yīng)螺紋的位置可能類似地不同。

圖2繪示根據(jù)一些實(shí)施方案的示例性扭矩連接器200的截面視圖。銷部件202經(jīng)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(shí)施方案中，第一扭矩肩部206與第一表面212的角度228相對(duì)于銷部件202插入到箱形部件204中的方向230為近似90°。

犧牲材料224設(shè)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料224在不平行于扭矩連接器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(shí)施方案中，第三扭矩肩部210包括經(jīng)由螺紋226螺紋耦接至銷部件202的套環(huán)222。在其它實(shí)施方案中，套環(huán)222使用多種緊固件中的任何一個(gè)耦接至銷部件202。在至少一個(gè)實(shí)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(gè)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(jù)一些實(shí)施方案的示例性扭矩連接器300的截面視圖。銷部件302經(jīng)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(shí)施方案中，第一扭矩肩部306與第一表面312的角度328相對(duì)于銷部件302插入到箱形部件304中的方向330小于90°。在一些實(shí)施方案中，第一扭矩肩部306與第一表面312的角度328相對(duì)于銷部件302插入到箱形部件304中的方向330大于90°。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)第一扭矩肩部306與第一表面312的相對(duì)于插入方向330的角度328進(jìn)行選擇，以提高扭矩連接器300的扭矩能力。

犧牲材料324設(shè)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料324在不平行于銷部件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(shí)施方案中，第三扭矩肩部310包括經(jīng)由螺紋326螺紋耦接至銷部件302的套環(huán)322。在其它實(shí)施方案中，套環(huán)322使用多種緊固件中的任何一個(gè)耦接至銷部件302。在至少一個(gè)實(shí)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(gè)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(jù)一些實(shí)施方案的制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(gè)實(shí)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(shí)施方案中，銷部件202進(jìn)一步形成有第三扭矩肩部210。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第一扭矩肩部206被形成為不垂直于銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第一扭矩肩部206形成在銷部件202的前導(dǎo)端處。在一些實(shí)施方案中，第二扭矩肩部208被形成為不垂直于銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些實(shí)施方案中，形成扭矩肩部206、208、210，以便實(shí)現(xiàn)扭矩連接器200的所需的扭矩能力。

在一些實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)形成。在一些實(shí)施方案中，基于扭矩連接器200的所需的強(qiáng)度選擇銷部件202的材料。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，銷部件202包括鋼。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，在無(wú)需使用精密機(jī)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(gè)實(shí)施方案中，箱形部件形成有用于對(duì)應(yīng)于銷部件202的第一扭矩肩部206的第一表面212，以及用于對(duì)應(yīng)于銷部件202的第二扭矩肩部208的第二表面214。在一些實(shí)施方案中，箱形部件204形成有用于對(duì)應(yīng)于第三扭矩肩部210的第三表面216。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，第二表面214被形成為不垂直于銷部件202插入到箱形部件204中的方向230。在一些實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)形成。在一些實(shí)施方案中，基于扭矩連接器200的所需的強(qiáng)度選擇箱形部件204的材料。在至少一個(gè)實(shí)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(shí)施方案中，箱形部件204包括鋼。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，在無(wú)需使用精密機(jī)械加工的情況下形成箱形部件204。

在塊406中，犧牲材料224設(shè)置在銷部件202與箱形部件204之間。在一些實(shí)施方案中，犧牲材料224附接至箱形部件204。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，犧牲材料224附接至銷部件202。在一些實(shí)施方案中，犧牲材料224被設(shè)置，以使得當(dāng)銷部件202耦接至箱形部件204時(shí)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(gè)實(shí)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(shí)施方案中，犧牲材料224在不平行于銷部件202插入到箱形部件204中的方向230的方向上變形。在一些實(shí)施方案中，方法400不包括設(shè)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(chǎn)生包括三個(gè)扭矩肩部206、208、210和三個(gè)表面212、214、216的扭矩連接器200。

在塊408中，套環(huán)222耦接至銷部件202。在一些實(shí)施方案中，套環(huán)222在犧牲材料224被設(shè)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(gè)實(shí)施方案中，套環(huán)222經(jīng)由螺紋226螺紋耦接至銷部件202。在其它實(shí)施方案中，套環(huán)222經(jīng)由多種耦接器中的任何一個(gè)耦接至銷部件202。在一些實(shí)施方案中，套環(huán)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(shí)施方案中，方法400不包括將銷形套環(huán)222耦接至銷部件202，而是方法400產(chǎn)生包括兩個(gè)扭矩肩部206、208、兩個(gè)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(gè)實(shí)施方案中，銷部件202經(jīng)由螺紋表面218螺紋耦接至箱形部件204。在至少一個(gè)實(shí)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(shí)施方案中，銷部件202由使用者或技術(shù)人員而不是在制造過(guò)程期間耦接至箱形部件204。扭矩力可以然后施加至扭矩連接器200。

圖5繪示根據(jù)一些實(shí)施方案的位于鉆井位置處的示例性系統(tǒng)500。在圖示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)500可能形成位于配備吊桿532的鉆井平臺(tái)546處的井508的表面506處的鉆機(jī)504的一部分。鉆機(jī)504可以為鉆柱510提供支撐。鉆柱510可以操作以穿透旋轉(zhuǎn)臺(tái)538，以便鉆出透過(guò)地表下地層542的井孔544。鉆柱510可能包括方鉆桿512、鉆管514和底部鉆井組合件516，可能定位在鉆管514的下部部分處。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，鉆柱510是包括由諸如圖1的扭矩連接器100等多個(gè)連接器100連接的多個(gè)管狀構(gòu)件546、548、550的管柱。在其它實(shí)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(gè)或多個(gè)特征。

底部鉆井組合件516可能包括鉆環(huán)520、井下工具502和鉆頭522。鉆頭522可以操作以通過(guò)穿透表面506和地表下地層542創(chuàng)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(gè)，所述工具包括隨鉆測(cè)量(mwd)工具、隨鉆測(cè)井(lwd)工具等。

在鉆井操作期間，鉆柱510(可能包括方鉆桿512、鉆管514和底部鉆井組合件516)可能由旋轉(zhuǎn)臺(tái)538旋轉(zhuǎn)。雖然未圖示，但是另外或可選地，底部鉆井組合件516可能還由定位在井下的馬達(dá)(例如，泥漿馬達(dá))旋轉(zhuǎn)。鉆環(huán)520可以被用于為鉆頭522加重。鉆環(huán)520也可以被操作以加強(qiáng)底部鉆井組合件516，從而允許底部鉆井組合件516傳遞增加的重量至鉆頭522，并且又幫助鉆頭522穿透表面506和地表下地層542。

在鉆井操作期間，泥漿泵524可以利用軟管528從泥漿槽526泵送鉆井流體(有時(shí)被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱作“鉆井泥漿”)到鉆管514中，并且向下至鉆頭522。鉆井流體可以從鉆頭522流出，并且經(jīng)過(guò)鉆管514與井孔544的側(cè)面之間的環(huán)形區(qū)域530返回至表面506。鉆井流體然后可以返回至泥漿槽526，所述流體在所述泥漿槽526處被過(guò)濾。在一些實(shí)施方案中，在鉆井操作期間，鉆井流體可以被用于冷卻鉆頭522，以及為鉆頭522提供潤(rùn)滑。另外，鉆井流體可以被用于移除由于操作鉆頭522而產(chǎn)生的地表下巖屑。

一些實(shí)施方案包括用于測(cè)量結(jié)果或其它數(shù)據(jù)的處理、分析和/或存儲(chǔ)的表面測(cè)井設(shè)施534。所述處理和分析可能包括自然伽馬射線光譜測(cè)量和/或地層密度的確定。測(cè)井設(shè)施534可能設(shè)有用于各種類型的信號(hào)處理的電子設(shè)備

工作臺(tái)536和控制器540可能包括適合于各種實(shí)施方案的特定實(shí)現(xiàn)方式的模塊，所述模塊包括硬件電路、處理器和/或可以存儲(chǔ)軟件程序模塊和對(duì)象的存儲(chǔ)器電路和/或固件及以上的組合。例如，在一些實(shí)施方案中，所述模塊可能包括在設(shè)備和/或系統(tǒng)操作模擬程序包中，所述模擬程序包諸如軟件電氣信號(hào)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/或用于模擬各種潛在實(shí)施方案的操作的軟件和硬件的組合。雖然圖示的實(shí)施方案繪示與鉆柱510一起使用的扭矩連接器100，但是在其它實(shí)施方案中，扭矩連接器100可以在多種設(shè)置中的任何一個(gè)中與多種管柱中的任何一個(gè)一起使用。

在前面的具體實(shí)施方式中，可以看出各種特征被一起組合在單個(gè)實(shí)施方案中，以用于精簡(jiǎn)本公開的目的。本公開的該方法不應(yīng)被解釋為反映以下意圖：要求保護(hù)的實(shí)施方案需要比每一權(quán)利要求項(xiàng)中明確闡述的特征更多的特征。而是，如所附權(quán)利要求所反映，本發(fā)明的主題并非在于單個(gè)公開的實(shí)施方案的所有特征。因此，所附權(quán)利要求由此并入具體實(shí)施方式中，其中每一權(quán)利要求項(xiàng)獨(dú)立地作為單獨(dú)的實(shí)施方案。

應(yīng)注意，并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，并且可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)其它操作或可以包括一個(gè)或多個(gè)其它要素，以補(bǔ)充所描述的操作或要素。另外，列出操作的次序不一定是執(zhí)行操作的次序。而且，已經(jīng)參考特定實(shí)施方案對(duì)概念進(jìn)行了描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可以在不脫離如所附權(quán)利要求中所闡述的本公開的范圍的情況下做出各種修改和變更。因此，說(shuō)明書和附圖應(yīng)被視為是說(shuō)明性的而不是限制性的，并且所有所述修改意在包括在本公開的范圍內(nèi)。

上面已經(jīng)相關(guān)于特定實(shí)施方案描述了利益、其它優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題的解決方案。然而，所述利益、優(yōu)點(diǎn)、問(wèn)題的解決方案和可能會(huì)引起任何利益、優(yōu)點(diǎn)或解決方案發(fā)生或變得更加明白的任何特征不應(yīng)被理解為任何或所有權(quán)利要求項(xiàng)的關(guān)鍵、要求的或本質(zhì)特征。此外，上面公開的特定實(shí)施方案僅是說(shuō)明性的，因?yàn)楣_的主題可以按不同的、但對(duì)于受益于本文的教示的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的等效方式進(jìn)行修改和實(shí)踐。除了所附權(quán)利要求中所描述的以外，并未意在對(duì)本文示出的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)進(jìn)行限制。因此，明顯的是，可以對(duì)上面公開的特定實(shí)施方案進(jìn)行改變或修改，并且所有所述變化被視為是在公開的主題的范圍內(nèi)。因此，本文所尋求的保護(hù)在所附權(quán)利要求中闡述。