[发明专利]具有内加强器环的钻杆管状连接件

说明书

描述

技术领域

本发明大体上涉及管状构件，例如用于形成用于在水平定向钻探操作中使用的钻杆的那些管状构件，并且涉及用于增大这样的钻杆构件能够承受的可施加的转矩的耦合器和耦合技术。

背景技术

在今天的世界上，具有在我们周围且能够实现我们的许多日常活动的大量实例的地下管道、管线和电缆。例如，具有用于水、电、气体、电话、有线电视、数字通信和计算机连接的公用事业线路。经常优选的是，出于安全性和美学的原因掩埋这些线路，代替例如使物理管线在地面上延伸或使电线和电缆架空。在许多情况下，地下公用设施可以被掩埋在沟中，然后沟被回填。挖沟最有利地使用在新建筑的区域中。然而，在现有的基础设施已经位于原地的区域中，沟可以导致对结构或道路的严重干扰。此外，始终具有以下的可能性，即挖掘沟可能破环之前掩埋的公用设施，并且被挖掘沟干扰的结构或道路几乎不能被恢复至它们最初的状态。即使在新建筑的区域中，公用设施在沟中的掩埋也具有某些缺点。例如，挖沟操作可能对工人以及经过的交通工具造成伤害的危险。

由于这些以及其他的原因，可选择的技术例如有时被称为“无沟”钻探操作的水平定向钻探(HDD)操作正变得越来越流行。在典型的HDD操作中，钻机被定位在地表面上。钻机被布置成以相对于地表面成斜角在地面中钻出洞。流体可以被泵送经过钻柱、越过钻孔工具并且溢出钻孔，以除去切屑和泥土。在钻孔工具到达期望的深度之后，工具然后被沿着实质上水平的路径导向，以产生水平钻孔。在已获得所期望长度的钻孔后，工具然后被向上导向以突破至表面。铰刀可以然后被附接于钻柱，钻柱被向回拉动经过钻孔，从而将钻孔扩孔至更大的直径。普遍的是，将公用事业线路或管线附接于铰孔工具，使得其在操作中在该步骤期间与铰刀共同地被拖拽经过钻孔。

典型的水平定向钻探机器包括框架，驱动机构被安装在框架上，驱动机构沿着框架的纵向轴线能够被可滑动地运动。驱动机构适合于将钻柱围绕其纵向轴线旋转。驱动机构的沿着框架的滑动运动和钻柱的旋转一齐地引起钻柱被纵向地进入地面中或从地面辙回。

正在被钻取的期望的钻孔长度将根据现场的工作而变化但是可以是很大的。为了产生具有足够长度的钻柱以产生期望的钻孔，许多固定长度的钻杆可以被端对端地附接。更具体地，第一钻杆被放置在机器机架上并且被推动入地面中。随后的长度的钻杆被放置在机器上并且通常通过每个钻杆上的螺纹而耦合于第一长度。组合的长度然后被进一步地推动入地面中。为了形成完整的钻孔，多个钻杆在钻孔操作期间被以这种方式增添。当杆被增添时，钻柱长度以及所得到的钻孔长度增加。

当两个钻管在形成这样的钻柱的过程中被螺纹连接在一起时，它们被扭转至预确定的转矩(即组装转矩)以提供固定连接。在钻探操作期间，钻柱典型地沿正向方向(例如顺时针的)旋转。因此，假设管具有右旋螺纹，那么钻柱的正向旋转促使管保持被螺纹连接在一起。然而，有时期望将钻柱沿反向方向(例如逆时针的)旋转。在这种反向旋转期间，钻管被促使变得脱离耦合。如果钻柱的钻头转为被楔入硬土或岩石中，那么尤其如此。钻管的节段不会变得脱离耦合是重要的。例如，如果钻管中的两个钻管变得脱离耦合，那么在管之间的螺纹接合部中形成允许异物进入接合部的缝隙。如果异物不被除去，那么异物可能防止接合部被足够地反复扭转。松弛的接合部将不能够承载任何反向旋转转矩负载，除非其被反复扭转。如果脱离耦合在地下发生，那么可能很难识别出接合部已经变得松动以及水平定向钻探机器的操作和/或转向可能被消极地影响。

使情况更复杂的事实是：在用于定向钻探的管上的力不同于在立式钻探操作中遇到的那些力。HDD管必须比在立式钻探中使用的管具有更高的柔性，因为其必须以立式钻探中不需要的方式弯曲。用于HDD的管可以经受更多的磨损，因为其在钻探和扩孔期间由钻孔壁支撑，并且其还可能遇到比立式管更大的拉回和旋转力。因此，在这些被导向的钻孔操作中采用的钻管必须是足够刚性的以传输转矩，而且是足够柔性的以适应当钻孔的方向改变时的逐渐转动。通常，当钻管的直径减小时，钻管的柔性增加。所以，为了改进柔性，较小直径的管是优选的。