[发明专利]用于联结钻井的金属管形件的装置和方法

说明书

本发明公开了用于联结钻井的金属管形件的装置和方法。用于联结待下降到井筒中的金属井管形件的方法包括以下步骤：a）提供具有上端部表面的第一井管形件和具有下端部表面的第二井管形件；b）将第一井管形件下降到井筒中，从而使其上端部留在井筒外部；c）将第二井管形件设置于第一井管形件上的轴向对准位置中，其中第二井管形件的下端部表面设置成紧靠第一井管形件的上端部表面；d）将第一井管形件和第二井管形件保持在所述轴向对准位置中；e）将第一井管形件的上端部焊接到第二井管形件的下端部，从而在对应于所述上端部表面和所述下端部表面的位置中形成周向焊缝；以及f）将被焊接在一起的第一井管形件和第二井管形件下降到井筒中。

技术领域

本发明涉及用于下沉钻井（诸如，用于开采油的井）的技术，并且已特别参考用于前述井的构造中的金属管形主体的相互连接而开发。

背景技术

开采井（特别是油井）从土壤的钻探的工艺开始下沉，目的是限定大致竖直的井筒。随着钻探在深度上行进，有必要保护井筒的上部部分以既防止其周边壁的坍塌又防止水和/或油的可能渗入，以及防止钻探淤泥的吸入。被称为完井（completion of the well）的该步骤通过将一定数量的圆形截面的金属管形主体（称为“套管”）下降到井筒中来执行，所述金属管形主体通常由钢制成。管形主体的数量取决于井的深度和采矿目的以及岩石的钻探的难度。

在越来越大的深度处的随后钻探利用甚至更小的大小的冲击式钻头（chiselbit）来实施，以便不损坏已经铺设的管形主体的内壁。由于这个原因，由在井筒内固定在彼此上的管形主体形成的井的内衬具有向上减小的直径，并且被下降的管形件的数量由于井的逐步变窄而受限制。管形主体的直径的范围通常为从10至100 cm，并且它们的壁厚的范围通常从为8至25 mm。

目前，采用以下可能类型的连接中的一种经由螺纹接头来机械地执行管形件的联接：短圆螺纹和接箍（CSG）、长圆螺纹和接箍（LCSG）、偏梯形螺纹和接箍（BCSG）以及直连形螺纹（XCSG）。CSG、LCSG和BCSG类型的连接使用管形件的附加长度，通常称为“接箍（coupling）”，其带有内螺纹并且联接到待联结在一起的两个管的端部，该两个管的端部带有外螺纹。螺纹具有圆形轮廓（CSG、LCSG）或锯齿轮廓（BCSG）。代替地，XCSG连接通过利用锯齿轮廓将待联接在一起的一个管形件的内端部和另一个管形件的外端部螺纹连接而获得，该一个管形件的内端部和另一个管形件的外端部然后直接彼此拧紧。

基于经由螺纹接头的机械联接的管形主体或套管的联接的技术呈现出特定缺点。

首先，由于螺纹加工所要求的加工操作的复杂性，井管形件的成本高昂。指示性地，带螺纹的井管形件的成本能够比对应的无螺纹的井管形件高多达40％。第二，考虑到需要保护井管形件的带螺纹的端部，井管形件的端部螺纹的存在使管形件本身的存储、运输和铺设的操作复杂化。同样，由于待联接在一起的主体的大的大小，各种井管形件之间的联接的操作（即，它们在铺设期间必须拧紧在一起的事实）是复杂的。除此之外，螺纹的设置意味着管形主体的端部部分的变厚。除了需要进一步的成本之外，该工艺还增加了井筒内的阻碍，因此进一步减小了对下降随后管形件的有用的截面。螺纹的存在恰恰代表了机械应力和腐蚀现象集中的临界点。

EP 396204 A公开了一种用于摩擦焊接用于钻井的管形主体或套管的技术，根据该技术，在待联结在一起的管形主体的两个端部之间设置焊接材料的环，这两个端部竖直地在彼此的顶部上轴向对准。使环以高速转动并沿径向方向变形以便产生足够的热量，以在环本身和两个管形主体的端部之间实现摩擦焊接。这种解决方案就焊接装置的生产（其就工艺温度的管理来说相对地难以控制）来说证明是复杂的，并且偶尔也是接头处的表面不平整的来源，以至强制需要随后的精加工工艺。