钻杆柱高抗弯强比组件

本发明与钻杆柱组件有关，诸如用于石油，天然气及采矿工业和自来水工程等，特别有关其在公接头端上使用打捞颈，保持可打捞性的组件，在公接头向上的方向上使用组件，还可提高钻杆柱的抗弯强比（BSR），在尺寸上可允许使用较大而较坚固的接头。

钻铤接头的许多故障，都由弯曲应力造成，而非扭应力。美国石油学会所作BSR的定义如下：

$\mathrm{BSR\; =}\frac{\frac{D^4{\mathrm{-\; b}}^4}{D}}{\frac{R^4{\mathrm{-\; d}}^4}{R}}$

式中BSR＝抗弯强比

D＝公母接头外径

d＝内孔径

b＝公接头端上母接头螺纹的螺纹牙底直径。

R＝距公扣台肩3/4英寸处的螺纹牙底直径。

BSR    2.50∶1的接头，一般被承认为平均平衡接头。但是，容许范围可在3.20∶1至1.90∶1之间变化，以钻进条件为定。由于母接头外径的磨损，比公接头内径的磨损迅速，便造成抗弯强比的相应下降。这种磨损速度的不平衡，是因为外表面在携带钻屑形成的磨粒的泥浆造成的侵蚀状态中暴露，并对内孔的孔侧面磨擦。相比之下，公接头的内径增大非常缓慢，因为通过内孔泵送的泥浆相对清洁。当抗弯强比低于 2.00∶1时，接头故障开始出现。故障可能包括母接头膨胀，母接头破裂，或在最后的啮合螺纹上，母接头发生疲劳裂缝。

应注意到抗弯强比不决定于工具组件主体的内外径，而仅决定于公母接头各自的量度，或组件接头端的量度。

通常钻杆柱放进钻孔时，组件的公接头端向下，而组件的母接头端朝上。当由于许多理由中之一个，钻杆柱在钻孔中某一地点卡死时，标准操作是停止钻进作业，在卡死的第一管段的上方处，将钻杆柱分开。然后用一个打捞筒的打捞工具，连接落井物（即留在井中管段），将落井物夹抓，然后提出。夹抓件一般为螺旋夹抓件或篮式夹抓件，运转极象“中国手指”（chinese    finger）。夹抓件有内编条（wickers）和锥形外部，将夹抓件张开，把落井物放入，和打捞工具导向筒的锥形螺旋段，作松螺纹配合。提出落井物时，用导向筒中的锥形收紧夹抓件，当拉力增高时，和齿的啮合更紧。将打捞筒的打捞工具向下压，使夹抓件的锥形和导向筒中的锥形分离，然后边将打捞筒徐徐向右旋，而同时向上拉引，便可将打捞筒的打捞工具松卸。

假如不能通过拉引松解打捞工具，便常必须在卡死段上“冲洗”。“冲洗”这种方法，是开始时将若干节无接箍平口套管接头插进井中，无接箍平口套管接头的内径略大于落井物，外径小于钻井的直径。然后将冲洗管插进井中，套在钻杆上，将落井物旋转，同时作切削将形成物冲洗，试将落井物松动，使之能如上所述，用一个打捞筒的打捞工具，从井中取出。

如上所述，减小母接头的外径可降低BSR。在大钻井的条件下，认识到上述的打捞问题后，便可以使用有管接头端外径，从而有较高BSR的钻杆柱组件。但是，相当小尺寸的钻井要求较紧的公差，必须用有低BSR的小钻杆柱组件。普通的磨损或打捞操作，使BSR降低到容许限度以下，在符合上述的临界BSR数方面造成了困难。例如，在钻井的6英 寸范围内，通常使用4.75英寸外径的钻铤，和组件内径为2.25英寸的相应钻杆柱，新组件只有1.85∶1的抗弯强比。这数字已小于理想操作的要求。

如下文所示，公接头内径增大时BSR增高，而当母接头外径减小时BSR迅速降低。

接头    内径    4.75英寸外径    5英寸外径    5.5英寸外径

N.C.38/3    1/2英寸2.5英寸    2.12∶1    2.62∶1    3.17∶1

I.F.    2.25英寸    1.85∶1    2.38∶1    2.84∶1

2英寸    1.80∶1    2.25∶1    2.67∶1

1.75英寸    1.70∶1    2.15∶1    2.62∶1

因此，本发明的一个特点，是提出一种钻杆柱管形制品结构，小钻铤比传统制品结构有较高的BSR，允许进行打捞作业而BSR不致有严重的下降。本发明的另一特点，是允许使用有容许BSR的较大较坚固的接头;例如，NC40/4英寸F.H.，外径5.25英寸×内径2.5英寸，BSR为2.30∶1，抗弯强比超过30%。

本发明提出了钻井组件的一种结构，在钻相对小孔的条件下，先有技术领域要求用低BSR的小钻杆柱组件时，可保持钻杆柱接头的高抗弯强比。本文中的“钻铤”和“钻杆”是泛含义名称，指的是管制品的一段或一个接头，用于加在这种制品的一个钻杆柱中。有许多特别的钻铤和钻杆，诸如重型的或带特殊刀具的（例如加切割器）组件。一般的钻杆段和这类特殊段，都泛称为钻铤和钻杆。有时这种管段也叫“旋转特形接头”。本文揭示的钻杆柱组件，其设计为在钻杆柱中使用，公接头端向上。组件的主体部分一端连接母接头部分，另一端连接公接头部分。在钻铤中，母接头部分外径或与主体部分相同，或大于主体部分外径。至少钻杆，则母接头外径大于主体部分。公接头段直径大于主体部分，但小于母接头部分的外径。公接头部分有一个所谓的“打捞颈”，与其 公接头相邻，便意味着其外径小于母接头部分的外径。

本发明的上述特点，优点和目的，以及其他的特点，优点和目的均可明确了解，之所以能取得，也可详细了解，对于上文简述的本发明，可以参考附图所示的实施方案，掌握其细节，该附图为本说明书的一个部分。然而应注意到附图仅示本发明的理想实施方案，因此不应认为对范围有限制，因本发明应允许包括其他同样有效的实施方案。

图1为本发明一对互相连接的钻铤理想实施方案的纵向剖视;

图1A为本发明钻铤另一实施方案的纵向剖视;

图1B为本发明钻杆一种理想实施方案的纵向剖视;

图1C为本发明钻杆稳定器的纵向剖视。

现参看附图，特别参照图1，图示使用本发明钻铤的钻杆柱的一部分。典型的钻铤10有三个部分或段，即占钻铤总长度大部分的主体段12，一个母接头段14和一个有公接头端16的公接头段。母接头段是接头的母件，公接头段是接头的公件。从图中易见，公接头段在钻井18中向上指。

有一个打捞颈20处在公接头端16的下方。打捞颈20下是主体段12。在外倾斜直径22上的公接头台肩必须相当大，可承受加在接头上的扭转载荷。这台肩的宽度初步分别加工为倾斜直径4 37/64 英寸，4 49/64 英寸及4 61/64 英寸，与母接头外径尺寸4.75英寸，5英寸及5.25英寸对应。只要能保持适当的台肩宽度，公接头的强度就不会因其外径变化而变化。

母接头段和公接头段在量度上，都比主体段短。主体段长度通常约为28英寸，端部段通常约为18-24英寸。图中所示钻铤段称为打捞颈20，最短的长度一般为18英寸。如图1A所示，在图1所示的钻铤10的另一实施方案中，整个主体段12A可和打捞颈20A有相同的外径。

BSR指的是旋转台肩接头或连接钻杆柱组件的螺纹的强度，抗弯强比主要由母接头外径控制。公接头段和主体的外径可减小，而不降低抗弯强比。因此，母接头段的大外径部，只需有几英寸的长度，就是有足 够的长度加强母接头的螺纹接头。通常采用的长度，可使母接头再度使用若干次。

当主体段直径等于或小于公接头段的直径时，如图1B所示钻杆10B的主体段12B，则可对主体段冲洗而不将钢料擦去。否则，也可不理上文所述和图1所示的主体段的结构，并使其量度大于母接头向上时的量度，以产生重量和刚度。公接头段减小使打捞筒可将落井物套住，如上文所述。

需要冲洗一段的全长度时，如仅母接头段有扩大的直径，很容易用冲管的铣鞋将直径磨小。归纳起来，仅用与公接头端相邻的打捞颈时，操作者可用有较高抗弯强比的重型硬钻铤，而保持其“可打捞性”。如按钻铤10A所示减小公接头端和主体段时，在先有技术领域中的公接头向下的结构中，操作者可取得较高的BSR，而保持其“可打捞性”和“可冲洗性”。

已经提到加在钻杆柱里的特殊工具，常有普通钻铤中没有的附加特殊性能。举例而言，可以增加耐磨箍，扩孔刀，稳定叶片，或吊卡及瓦卡的凹槽。扩孔器或稳定器的主体，如图1C中的10C所示，外径通常比公接头段或母接头段都大。在上述的公接头在上的结构中，工具仍有“可打捞性”。和先有技术领域中的同类型的公接头在下的工具比较，母接头段有一个较大的外径，因此产生较大的BSR。对这种工具的任何冲洗都要求在主体上转动，以卸除扩孔刀或稳定叶片和短母接头段。

虽然上面叙述与附图相关，示出一个有主体部的钻铤，并且母接头段有相同的直径，但可理解外径大于主体部的母接头也同样能令人满意。

虽然已示本发明的一个特定实施方案，可理解到本发明不受这方案的限制。熟悉本技艺领域的人，可以看到可作许多的修改。