專利名稱：具有內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的鉆桿管狀連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及管狀構(gòu)件，例如用于形成用于在水平定向鉆探操作中使用的鉆桿的那些管狀構(gòu)件，并且涉及用于增大這樣的鉆桿構(gòu)件能夠承受的可施加的轉(zhuǎn)矩的耦合器和耦合技木。
背景技術(shù)：
在今天的世界上，具有在我們周圍且能夠?qū)崿F(xiàn)我們的許多日?；顒?dòng)的大量實(shí)例的地下管道、管線和電纜。例如，具有用于水、電、氣體、電話、有線電視、數(shù)字通信和計(jì)算機(jī)連接的公用事業(yè)線路。經(jīng)常優(yōu)選的是，出于安全性和美學(xué)的原因掩埋這些線路，代替例如使物理管線在地面上延伸或使電線和電纜架空。在許多情況下，地下公用設(shè)施可以被掩埋在溝中，然后溝被回填。挖溝最有利地使用在新建筑的區(qū)域中。然而，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)位于原地的區(qū)域中，溝可以導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)或道路的嚴(yán)重干擾。此外，始終具有以下的可能性，即挖掘溝可能破環(huán)之前掩埋的公用設(shè)施，并且被挖掘溝干擾的結(jié)構(gòu)或道路幾乎不能被恢復(fù)至它們最初的狀態(tài)。即使在新建筑的區(qū)域中，公用設(shè)施在溝中的掩埋也具有某些缺點(diǎn)。例如， 挖溝操作可能對(duì)工人以及經(jīng)過的交通工具造成傷害的危險(xiǎn)。由于這些以及其他的原因，可選擇的技術(shù)例如有時(shí)被稱為“無溝”鉆探操作的水平定向鉆探(HDD)操作正變得越來越流行。在典型的HDD操作中，鉆機(jī)被定位在地表面上。鉆機(jī)被布置成以相對(duì)于地表面成斜角在地面中鉆出洞。流體可以被泵送經(jīng)過鉆柱、越過鉆孔工具并且溢出鉆孔，以除去切屑和泥土。在鉆孔工具到達(dá)期望的深度之后，工具然后被沿著實(shí)質(zhì)上水平的路徑導(dǎo)向，以產(chǎn)生水平鉆孔。在已獲得所期望長度的鉆孔后，工具然后被向上導(dǎo)向以突破至表面。鉸刀可以然后被附接于鉆柱，鉆柱被向回拉動(dòng)經(jīng)過鉆孔，從而將鉆孔擴(kuò)孔至更大的直徑。普遍的是，將公用事業(yè)線路或管線附接于鉸孔工具，使得其在操作中在該步驟期間與鉸刀共同地被拖拽經(jīng)過鉆孔。典型的水平定向鉆探機(jī)器包括框架，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)被安裝在框架上，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著框架的縱向軸線能夠被可滑動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)適合于將鉆柱圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的沿著框架的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)和鉆柱的旋轉(zhuǎn)ー齊地引起鉆柱被縱向地進(jìn)入地面中或從地面轍回。正在被鉆取的期望的鉆孔長度將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作而變化但是可以是很大的。為了產(chǎn)生具有足夠長度的鉆柱以產(chǎn)生期望的鉆孔，許多固定長度的鉆桿可以被端對(duì)端地附接。 更具體地，第一鉆桿被放置在機(jī)器機(jī)架上并且被推動(dòng)入地面中。隨后的長度的鉆桿被放置在機(jī)器上并且通常通過每個(gè)鉆桿上的螺紋而耦合于第一長度。組合的長度然后被進(jìn)ー步地推動(dòng)入地面中。為了形成完整的鉆孔，多個(gè)鉆桿在鉆孔操作期間被以這種方式增添。當(dāng)桿被增添時(shí)，鉆柱長度以及所得到的鉆孔長度増加。當(dāng)兩個(gè)鉆管在形成這樣的鉆柱的過程中被螺紋連接在一起吋，它們被扭轉(zhuǎn)至預(yù)確定的轉(zhuǎn)矩(即組裝轉(zhuǎn)矩)以提供固定連接。在鉆探操作期間，鉆柱典型地沿正向方向(例如順時(shí)針的)旋轉(zhuǎn)。因此，假設(shè)管具有右旋螺紋，那么鉆柱的正向旋轉(zhuǎn)促使管保持被螺紋連接在一起。然而，有時(shí)期望將鉆柱沿反向方向(例如逆時(shí)針的)旋轉(zhuǎn)。在這種反向旋轉(zhuǎn)期間，鉆管被促使變得脫離耦合。如果鉆柱的鉆頭轉(zhuǎn)為被楔入硬土或巖石中，那么尤其如此。 鉆管的節(jié)段不會(huì)變得脫離耦合是重要的。例如，如果鉆管中的兩個(gè)鉆管變得脫離耦合，那么在管之間的螺紋接合部中形成允許異物進(jìn)入接合部的縫隙。如果異物不被除去，那么異物可能防止接合部被足夠地反復(fù)扭轉(zhuǎn)。松弛的接合部將不能夠承載任何反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 除非其被反復(fù)扭轉(zhuǎn)。如果脫離耦合在地下發(fā)生，那么可能很難識(shí)別出接合部已經(jīng)變得松動(dòng)以及水平定向鉆探機(jī)器的操作和/或轉(zhuǎn)向可能被消極地影響。使情況更復(fù)雜的事實(shí)是在用于定向鉆探的管上的力不同于在立式鉆探操作中遇到的那些カ。HDD管必須比在立式鉆探中使用的管具有更高的柔性，因?yàn)槠浔仨氁粤⑹姐@探中不需要的方式彎曲。用于HDD的管可以經(jīng)受更多的磨損，因?yàn)槠湓阢@探和擴(kuò)孔期間由鉆孔壁支撐，并且其還可能遇到比立式管更大的拉回和旋轉(zhuǎn)カ。因此，在這些被導(dǎo)向的鉆孔操作中采用的鉆管必須是足夠剛性的以傳輸轉(zhuǎn)矩，而且是足夠柔性的以適應(yīng)當(dāng)鉆孔的方向改變時(shí)的逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)。通常，當(dāng)鉆管的直徑減小時(shí)，鉆管的柔性增加。所以，為了改進(jìn)柔性，較小直徑的管是優(yōu)選的。然而，考慮到在這些操作中工作時(shí)的高工作應(yīng)力，以下情況也是真實(shí)的當(dāng)管徑特別是鉆桿的關(guān)鍵區(qū)域中的管徑減小吋，在這些區(qū)域中的故障增多。為了減少鉆桿故障的可能性且還提供良好的柔性，目前的制造方法包括通過熱鍛或冷鍛技術(shù)來鐓粗或擴(kuò)展鉆管的軸端部，使得較大直徑的公接頭-母接頭接合部(Pin and box joint)可以被附接。使用被附接于較小管路的鐓粗端部的較大接合部已得到更耐久的管設(shè)計(jì)。然而，典型地用于使鉆管的端部變形的熱鍛エ藝是耗費(fèi)時(shí)間和高成本的，因?yàn)槠湫枰邿崃恳约岸喾N操作。冷鍛造エ藝也是高成本的。據(jù)此，具有對(duì)于用于提供HDD操作中使用的管狀鉆桿構(gòu)件的鐓粗端部的更簡單的和更經(jīng)濟(jì)的方法的需要。還具有對(duì)于發(fā)展下述改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)的需要，即改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)允許鉆桿對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)鉆探操作中可能遇到的任何最終情況而言被足夠地扭轉(zhuǎn)。還可能存在對(duì)于在某些情況下増加鉆桿管狀構(gòu)件之間的接合部的總體剛性的需要。發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明的主要的目的是以改進(jìn)的連接部的形式提供對(duì)在現(xiàn)有技術(shù)中注意到的之前提到的缺陷中的許多缺陷的解決方案，該改進(jìn)的連接部用于在制造用于HDD操作的鉆桿中所使用的類型的管狀構(gòu)件。本發(fā)明的另外的目的是提供制造用于在水平鉆孔操作中使用的鉆管的方法，該鉆管采用具有內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的特殊形式的螺紋連接部或耦合器，其消除對(duì)于熱鍛操作或類似操作的需要。通過消除這些較精密的制造エ藝的使用，本發(fā)明使制造エ藝更簡單、更快速并且因此成本更低。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是提供一種設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過增加連接部的肩部接觸面積來増加在形成管狀耦合器或連接部時(shí)所使用的公接頭和母接頭構(gòu)件(pin and box member)之間的可允許的轉(zhuǎn)矩。這樣改進(jìn)的設(shè)計(jì)將允許鉆桿對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)鉆探操作中可能遇到的任何最終情況而言被足夠地扭轉(zhuǎn)。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是增加在接合部或連接部的陽構(gòu)件下方的區(qū)域中的管狀構(gòu)件的剛性，以分布由使用中的管狀構(gòu)件的彎曲導(dǎo)致的應(yīng)力。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供一種螺紋管耦合器，該螺紋管耦合器用于將第一管狀構(gòu)件的鐓粗區(qū)域接合于具有較小外徑的另外的管狀構(gòu)件，第一管狀構(gòu)件和另外的管狀構(gòu)件構(gòu)成在水平定向鉆探操作中使用的類型的一段鉆桿。本發(fā)明的管耦合器包括內(nèi)螺紋母接頭端部(box end)，內(nèi)螺紋母接頭端部位于包括有鐓粗區(qū)域的第一管狀構(gòu)件上，內(nèi)螺紋母接頭端部與另外的管狀構(gòu)件的外螺紋公接頭端部(Pin end)匹配。第一管狀構(gòu)件具有內(nèi)孔和外徑，另外的管狀構(gòu)件也具有內(nèi)孔和外徑，另外的管狀構(gòu)件的外徑在另外的管狀構(gòu)件的長度的至少一部分上小于第一管狀構(gòu)件的外徑。外螺紋公接頭端部終止于暴露的公接頭面 φ η face)。內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)被接收在公接頭端部的內(nèi)孔內(nèi)，并且沿著公接頭端部的內(nèi)孔的長度的一部分下伏(underlie)和延伸。加強(qiáng)器環(huán)具有終止于暴露端部的最內(nèi)延伸部，暴露端部被接收在設(shè)置于內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部上。加強(qiáng)器環(huán)還具有形成在其最內(nèi)延伸部處的外肩部，外肩部將公接頭面束縛在環(huán)外部和母接頭帶螺紋的內(nèi)部之間。在母接頭內(nèi)肩部、加強(qiáng)器環(huán)暴露端部上以及在公接頭面和加強(qiáng)器環(huán)外肩部之間存在的所選擇的半徑部和角度提供對(duì)在接合部組裝期間以及在鉆探操作期間遇到的カ的改進(jìn)的控制。內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的暴露端部相對(duì)于連接部的中心線和加強(qiáng)器環(huán)內(nèi)徑的中心線形成鈍角α，設(shè)置在內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部以與加強(qiáng)器環(huán)暴露端部的角互補(bǔ)的角度成錐形。束縛公接頭面的加強(qiáng)器環(huán)外肩部以相對(duì)于連接部的中心線和加強(qiáng)器環(huán)的中心線成鋭角 β而傾斜，公接頭面以互補(bǔ)的角度傾斜，從而與加強(qiáng)器環(huán)的外肩部接觸并匹配。加強(qiáng)器環(huán)還具有毗鄰于其最內(nèi)延伸部的內(nèi)徑向表面，內(nèi)徑向表面也選擇性地成錐形以與第一管狀構(gòu)件的內(nèi)螺紋母接頭端部內(nèi)的成錐形的表面匹配。另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下的書面描述中變得明顯。附圖簡述

圖1示出了采用根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的鉆桿管狀構(gòu)件的水平定向鉆探機(jī)器；圖2是在考慮中的類型的現(xiàn)有技術(shù)鉆桿管狀構(gòu)件的鉆桿鐓粗區(qū)域的側(cè)視橫截面視圖；圖3是相似于圖2的側(cè)視橫截面視圖，但是具有本發(fā)明的改進(jìn)的鉆桿管狀構(gòu)件；圖4是本發(fā)明的螺紋耦合器的如沿著圖3中的線IV-IV取得的四分之ー截面近視圖；以及圖5是在形成圖3的管狀鉆桿構(gòu)件中的螺紋耦合器時(shí)使用的加強(qiáng)器環(huán)插入部的一個(gè)端部的隔離視圖。用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式在以下的書面描述中提出的本發(fā)明的優(yōu)選的形式以及其的各種特征和有利的細(xì)節(jié)參照被包括在附圖中并且如在以下的描述中詳細(xì)討論的非限制性的實(shí)施例來更全面地解釋。省略對(duì)熟知的部件和ェ藝和制造技術(shù)的描述，從而避免不必要地模糊如本文描述的本發(fā)明的首要的特征。在以下的描述中使用的實(shí)施例僅意圖利于以本發(fā)明可以被實(shí)踐的方式的理解，并且意圖進(jìn)一歩使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。據(jù)此，實(shí)施例應(yīng)當(dāng)不被視為限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的一種優(yōu)選形式的基本操作環(huán)境現(xiàn)在將被參照附圖中的圖1來描述，圖1 示出了典型的可商購獲得的水平定向鉆探(HDD)機(jī)器。然而，應(yīng)當(dāng)注意，雖然本發(fā)明將在本文中以如被應(yīng)用于水平鉆孔操作的優(yōu)選形式描述，但本發(fā)明還可以在某些情況下應(yīng)用于其他類型的鉆管例如在立式鉆探操作中使用的鉆管。圖1中示出的定向鉆機(jī)10適合于將鉆柱14推入地面16中，以及適合于將鉆柱14 從地面16拉動(dòng)。鉆柱14包括以端對(duì)端的關(guān)系連接的多個(gè)長形管狀構(gòu)件，例如14a和14b。 鉆頭18優(yōu)選地被安裝在鉆柱14的遠(yuǎn)端處，以利于將鉆柱14驅(qū)動(dòng)入地面16中。鉆頭18可以包括例如鉆頭組件、起動(dòng)機(jī)桿、流體錘、探測(cè)器保持器以及其他的部件。優(yōu)選地，長形構(gòu)件 1 和14b中的每個(gè)包括有螺紋的陽或公接頭端部(在圖2中示出為20)，其被定位為與有螺紋的陰母接頭端部22相対。為了將長形構(gòu)件1 和14b耦合在一起，長形構(gòu)件1 的陽端部20被螺紋連接入長形構(gòu)件14b的陰端部22中，以提供螺紋耦合器或接合部。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于圖2中示出的現(xiàn)有技術(shù)管狀構(gòu)件，所述公接頭端部20和母接頭端部22被形成在管狀構(gòu)件的鐓粗區(qū)域中。因此，圖2中示出的管狀構(gòu)件的中部區(qū)域具有比其分別的相対的端部對(duì)、26中的任一個(gè)的連續(xù)部大的外徑。在圖2中一般被指定為觀的該鐓粗區(qū)域在連接部的螺紋連接區(qū)域中提供更大的強(qiáng)度。再次簡要地返回至圖1，所圖示的具體的定向鉆機(jī)10包括長形的引導(dǎo)器或軌道 30，長形的引導(dǎo)器或軌道30可以被操作者以任何數(shù)量的相對(duì)于地面16成不同的斜角來定位。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32被安裝在軌道30上。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32適合于將鉆柱14圍繞鉆柱14的縱向軸線34在正向和反向方向旋轉(zhuǎn)。如本文所使用的，術(shù)語“正向方向”或“正向轉(zhuǎn)矩”擬用于意指鉆柱被以促使長形構(gòu)件Ha和14b螺紋連接在一起的方向旋轉(zhuǎn)。例如，如果長形構(gòu)件1 和14b具有右旋螺紋，那么旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)矩的正向方向處于順時(shí)針方向。相反地，術(shù)語 “反向方向”或“反向轉(zhuǎn)矩”擬用于意指鉆柱被以促使長形構(gòu)件14a和14b與彼此脫離螺紋連接的方向旋轉(zhuǎn)。例如，如果長形構(gòu)件Ha和14b包括右旋螺紋，那么反向方向或反向轉(zhuǎn)矩被取向?yàn)樵谀鏁r(shí)針方向。以已知的方式，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32包括具有輸出軸34 (即傳動(dòng)卡盤或驅(qū)動(dòng)軸)的齒輪箱。齒輪箱由ー個(gè)或多個(gè)液壓馬達(dá)36供能。雖然液壓系統(tǒng)已經(jīng)被示出，但是將意識(shí)到，已知用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的任何數(shù)量的不同類型的裝置可以被采用。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32適合于沿軌道30向上和向下縱向地滑動(dòng)。例如，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32可以被安裝在承載器(未示出)上，該承載器可滑動(dòng)地行駛在路軌(未示出)上。推力機(jī)構(gòu) 40被提供以將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32沿著軌道推迸。例如，推力機(jī)構(gòu)40將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32沿向下方向運(yùn)動(dòng)，以將鉆柱14推入地面16中。相反地，推力機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32沿向上方向推迸， 以將鉆柱14從地面16除去。將意識(shí)到，推力機(jī)構(gòu)40可以具有任何數(shù)量的已知的配置，例如鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具有如上文描述的鏈傳動(dòng)裝置的定向鉆機(jī)是本領(lǐng)域中熟知的。例如，這樣的鏈傳動(dòng)裝置被使用在由愛荷華州的佩拉的Vermeer Manufacturing Company制造的多種定向鉆機(jī)上。再次參照附圖中的圖1，鉆機(jī)10還包括用于使鉆柱14的長形構(gòu)件14a和14b耦合和脫離耦合的上夾緊單元42和下夾緊單元44。上夾緊單元42包括用于將上夾緊單元圍繞鉆柱14的縱向軸線34旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如液壓缸。夾緊單元42、44可以包括適合于選擇性地防止長形構(gòu)件Ha和14b中的被加緊的ー個(gè)長形構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)的任何數(shù)量的配置。例如，夾緊單元42、44可以被配置為虎鉗夾ロ，虎鉗夾ロ在被閉合時(shí)以足夠的力夾緊鉆柱14 以防止鉆柱14被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器32旋轉(zhuǎn)?？蛇x擇地，夾緊單元42、44可以包括扳鉗，板鉗選擇性地嚙合被設(shè)置在長形構(gòu)件Ha和14b上的平坦部以防止長形構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。從上文將意識(shí)到，管狀構(gòu)件之間的螺紋連接在HDD鉆桿的組裝期間經(jīng)受顯著的扭力。鐓粗區(qū)域(在圖2中指示為28)在連接部的該關(guān)鍵區(qū)域中提供増加的強(qiáng)度。附圖中的圖3-5示出了申請(qǐng)人的對(duì)所描述的類型的管狀構(gòu)件的改進(jìn)設(shè)計(jì)。在圖3中圖示的實(shí)施例中，管狀構(gòu)件46包括特殊的螺紋管耦合器，該特殊的螺紋管耦合器在附圖中的圖4中作為 48以近視的方式示出。特殊的螺紋管耦合器被用于將第一管狀構(gòu)件52的鐓粗區(qū)域(圖3 中的50)接合于具有較小的外徑的另外的管狀構(gòu)件M。第一管狀構(gòu)件52和另外的管狀構(gòu)件M分別地組裝成在上文提到的類型的HDD操作中所使用的類型的一段鉆桿。如在圖4中最好地看到的，本發(fā)明的特殊的耦合器包括內(nèi)螺紋母接頭端部56，內(nèi)螺紋母接頭端部56位于包括有鐓粗區(qū)域的第一管狀構(gòu)件52上，內(nèi)螺紋母接頭端部56與另外的管狀構(gòu)件M的外螺紋公接頭端部58匹配。第一管狀構(gòu)件52具有內(nèi)孔(圖3中的60) 和外徑。另外的管狀構(gòu)件M也具有內(nèi)孔62和外徑，管狀構(gòu)件M的外徑在另外的管狀構(gòu)件 54的長度的至少一部分上小于第一管狀構(gòu)件的外徑。耦合器的公接頭端部終止于暴露的公接頭面(圖4中64)。內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)(圖3和 4中66)被接收在公接頭端部的內(nèi)孔62內(nèi)。加強(qiáng)器環(huán)66是沿著孔62的長度的一部分下伏和延伸的大體上圓柱形的套筒(在圖3中被圖示為"L1 ”)。加強(qiáng)器環(huán)66具有終止于暴露端部68的最內(nèi)延伸部67，暴露端部68被接收在設(shè)置于內(nèi)螺紋母接頭端部52中的內(nèi)肩部70 上。加強(qiáng)器環(huán)66還具有形成在其最內(nèi)延伸部67處的外肩部72，外肩部72將公接頭面束縛在環(huán)外部和母接頭帶螺紋的內(nèi)部之間。在母接頭內(nèi)肩部70、加強(qiáng)器環(huán)暴露端部68上以及在公接頭面64和加強(qiáng)器環(huán)外肩部72之間存在的所選擇的半徑和角度提供對(duì)在接合部組裝期間以及在鉆探操作期間遇到的カ的改進(jìn)的控制。附圖中的圖5示出了優(yōu)選的角度和半徑，該優(yōu)選的角度和半徑已被選擇用于本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。在圖5中圖示的實(shí)例中，角度和半徑為如下α β RlR2R3R4105° 60° 0.0606 英寸 0. 0350 英寸 0. 4870 英寸 0. 0156 英寸如將從圖5和以上的數(shù)字參數(shù)意識(shí)到的，內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)66的暴露端部68相對(duì)于連接部的和加強(qiáng)器環(huán)內(nèi)徑的中心線74形成鈍角a。設(shè)置在內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部70 以與加強(qiáng)器環(huán)暴露端部的角互補(bǔ)的角度成錐形。束縛公接頭面的加強(qiáng)器環(huán)外肩部72以相對(duì)于連接部的和加強(qiáng)器環(huán)的中心線74成鋭角β而傾斜，公接頭面以互補(bǔ)的角度傾斜，從而與加強(qiáng)器環(huán)的外肩部接觸并匹配。加強(qiáng)器環(huán)66還具有毗鄰于其最內(nèi)延伸部67的內(nèi)徑向表面(在圖5中示出為76)，內(nèi)徑向表面也略微地成錐形以與在第一管狀構(gòu)件的內(nèi)螺紋母接頭端部內(nèi)的成錐形的表面匹配。在所示的實(shí)例中，表面76的錐度是約0. 1667英寸/英寸。 將意識(shí)到，表面68、70和76中的每個(gè)在耦合器被組裝時(shí)形成金屬-金屬密封。加強(qiáng)器環(huán)66 的相対的端部(圖4中的75)終止于向內(nèi)成錐形的表面77。在所圖示的優(yōu)選的實(shí)施例中，角度α相對(duì)于連接部的中心線在約95至115°的范圍內(nèi)，最優(yōu)選約105°。角度β相對(duì)于所述連接部的所述中心線在約40°至70°的范圍內(nèi)，最優(yōu)選約60°。雖然本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于用于圖3的管狀構(gòu)件的單一端耦合器被描述，但是將理解， 管狀構(gòu)件50將優(yōu)選地設(shè)置有在其相対的端部處的第二鏡像耦合器(在圖3中被指定為 78)。在操作中，內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)66首先被安裝在公接頭58的端部上，并且然后公接頭端部被螺紋地嚙合在母接頭52內(nèi)以組成耦合器。當(dāng)在被暴露的公接頭面64和加強(qiáng)器環(huán)上的外肩部72之間的初始接觸完成時(shí)，組裝力趨于將公接頭推入加強(qiáng)器環(huán)的外表面中，將公接頭束縛在環(huán)和母接頭連接部之間，而不允許公接頭拉直和逃脫，即カ將公接頭端部的尖部徑向地向內(nèi)朝向母接頭端部的內(nèi)徑引導(dǎo)。當(dāng)組裝繼續(xù)時(shí)，力被向后引導(dǎo)至母接頭端部的后部的強(qiáng)度更高的區(qū)域中。本發(fā)明已經(jīng)被提供有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的加強(qiáng)器環(huán)的使用產(chǎn)生用于管狀構(gòu)件的耦合器，其増加管狀連接部可以承受的可施加的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還增加在陽構(gòu)件下方的管狀構(gòu)件的剛性以分布由管狀產(chǎn)品的彎曲導(dǎo)致的應(yīng)力。環(huán)以如下方式被設(shè)計(jì)，該方式使得通過在陽連接構(gòu)件下方延伸的成一體的套筒而以成角度的或徑向的肩部與陽管狀連接構(gòu)件和陰管狀連接構(gòu)件二者接觸。內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的存在通過利用半徑和成角度的肩部將公接頭面束縛在母接頭肩部之間來增加連接部的肩部區(qū)域。設(shè)計(jì)的副作用是增加最終接合部的剛性。雖然本發(fā)明已以其形式中的僅ー種形式示出，但是其不因此被限制而是容易具有各種改變和修改，而不偏離其精神。
權(quán)利要求
1.一種螺紋管耦合器，用于將第一管狀構(gòu)件的鐓粗區(qū)域接合于具有較小外徑的另外的管狀構(gòu)件，所述第一管狀構(gòu)件和所述另外的管狀構(gòu)件構(gòu)成在水平定向鉆探操作中使用的類型的一段鉆桿，所述管耦合器包括內(nèi)螺紋母接頭端部，其位于包括有所述鐓粗區(qū)域的所述第一管狀構(gòu)件上，所述內(nèi)螺紋母接頭端部與所述另外的管狀構(gòu)件的外螺紋公接頭端部匹配，所述第一管狀構(gòu)件具有內(nèi)孔和外徑，所述另外的管狀構(gòu)件也具有內(nèi)孔和外徑，所述另外的管狀構(gòu)件的外徑在所述另外的管狀構(gòu)件的長度的至少一部分上小于所述第一管狀構(gòu)件的外徑；其中所述公接頭端部終止于暴露的公接頭面，并且其中內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)被接收在所述公接頭端部的內(nèi)孔內(nèi)并且沿著所述公接頭端部的內(nèi)孔的長度的一部分下伏和延伸，所述加強(qiáng)器環(huán)具有終止于暴露端部的最內(nèi)延伸部，所述暴露端部被接收在設(shè)置于所述內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部上，所述加強(qiáng)器環(huán)還具有形成在其最內(nèi)延伸部處的外肩部，所述外肩部借助半徑和成角度的肩部而將所述公接頭面束縛在環(huán)外部和母接頭帶螺紋的內(nèi)部之間，該半徑和成角度的肩部形成在母接頭內(nèi)肩部、所述加強(qiáng)器環(huán)的暴露端部上以及所述公接頭面和所述加強(qiáng)器環(huán)的外肩部之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋管耦合器，其中所述內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的所述暴露端部相對(duì)于連接部的中心線和所述加強(qiáng)器環(huán)的內(nèi)徑的中心線形成鈍角α，設(shè)置在所述內(nèi)螺紋母接頭端部中的所述內(nèi)肩部以與所述加強(qiáng)器環(huán)的暴露端部的所述角互補(bǔ)的角度成錐形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋管耦合器，其中束縛所述公接頭面的所述加強(qiáng)器環(huán)的外肩部以相對(duì)于所述連接部的中心線和所述加強(qiáng)器環(huán)的中心線成鋭角β而傾斜，所述公接頭面以互補(bǔ)的角度傾斜，從而與所述加強(qiáng)器環(huán)的所述外肩部接觸并匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺紋管耦合器，其中所述加強(qiáng)器環(huán)還具有毗鄰于其最內(nèi)延伸部的內(nèi)徑向表面，所述內(nèi)徑向表面也略微地成錐形以與所述第一管狀構(gòu)件的所述內(nèi)螺紋母接頭端部內(nèi)的成錐形的表面匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋管耦合器，其中所述角α相對(duì)于所述連接部的中心線在約95至115°的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺紋管耦合器，其中所述角β相對(duì)于所述連接部的中心線在約40至70°的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺紋管耦合器，其中所述加強(qiáng)器環(huán)的所述內(nèi)徑向表面上的錐度在0. 1667英寸/英寸的徑向表面的數(shù)量級(jí)。
8.在水平定向鉆探操作中使用的一段鉆桿，所述一段鉆桿包括第一對(duì)被接合的長形管狀構(gòu)件，其終止于相対的第一外端部和第二外端部，所述長形管狀構(gòu)件每個(gè)具有內(nèi)孔和被選擇性地控制尺寸的外徑，所述長形管狀構(gòu)件由定位在其相對(duì)的外端部之間的公接頭-母接頭螺紋連接部而接合在一起；其中所述長形管狀構(gòu)件中的一個(gè)長形管狀構(gòu)件的至少所選擇的端部具有螺紋管耦合器，所述螺紋管耦合器將所述長形管狀構(gòu)件的所選擇的端部連接于用于構(gòu)成所述一段鉆桿的另外的管狀構(gòu)件，所述另外的管狀構(gòu)件具有內(nèi)孔和外徑，所述另外的管狀構(gòu)件的外徑小于所述第一對(duì)長形管狀構(gòu)件的外徑，使得當(dāng)所述另外的管狀構(gòu)件連接于所述第一對(duì)長形管狀構(gòu)件時(shí)，所述第一對(duì)長形管狀構(gòu)件的外徑在所述管中形成鐓粗區(qū)域，所述鐓粗區(qū)域包括所述公接頭-母接頭螺紋連接部；并且其中所述螺紋管耦合器包括位于所述一對(duì)長形管狀構(gòu)件中的一個(gè)長形管狀構(gòu)件的所選擇的端部上的內(nèi)螺紋母接頭端部，所述內(nèi)螺紋母接頭端部與所述另外的管狀構(gòu)件上的外螺紋公接頭端部匹配，其中所述公接頭端部終止于暴露的公接頭面，并且其中內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)被接收在所述公接頭端部的內(nèi)孔內(nèi)并且沿著所述公接頭端部的內(nèi)孔的長度的一部分下伏和延伸，所述加強(qiáng)器環(huán)具有終止于暴露端部的最內(nèi)延伸部，所述暴露端部被接收在設(shè)置于所述內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部上，所述加強(qiáng)器環(huán)還具有形成在其最內(nèi)延伸部處的外肩部，所述外肩部將所述公接頭面束縛在環(huán)外部和母接頭帶螺紋的內(nèi)部之間；由此，在組裝所述鉆桿并且公接頭暴露面和所述加強(qiáng)器環(huán)的所述外肩部之間進(jìn)行初始接觸時(shí)，組裝力趨于將公接頭鼻部在所述加強(qiáng)器套筒的內(nèi)徑的方向上徑向地推動(dòng)，由此束縛所述公接頭并且加強(qiáng)所述管，而不允許所述公接頭鼻部從所述耦合器的所述內(nèi)螺紋母接頭端部脫離嚙合或爬升所述環(huán)的肩部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一段鉆桿，其中所述耦合器的繼續(xù)的組裝引起所述加強(qiáng)器環(huán)的暴露端部作用于被設(shè)置在母接頭內(nèi)徑中的所述內(nèi)肩部，以將軸向力施加在所述耦合器的所述母接頭端部的強(qiáng)度較大的具有較大直徑的區(qū)域上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一段鉆桿，其中被連接的長形管狀構(gòu)件的兩個(gè)相対的端部都設(shè)置有螺紋管耦合器，所述螺紋管耦合器將所述長形管狀構(gòu)件的所選擇的端部連接于用于構(gòu)成所述一段鉆桿的另外的管狀構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一段鉆桿，其中所述內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的所述暴露端部相對(duì)于連接部的中心線和所述加強(qiáng)器環(huán)的內(nèi)徑的中心線形成鈍角α，設(shè)置在所述內(nèi)螺紋母接頭端部中的所述內(nèi)肩部以與所述加強(qiáng)器環(huán)的暴露端部的所述角互補(bǔ)的角度成錐形，并且其中束縛所述公接頭面的所述加強(qiáng)器環(huán)的外肩部以相對(duì)于所述連接部的中心線和所述加強(qiáng)器環(huán)的中心線成鋭角β而傾斜，所述公接頭面以互補(bǔ)的角度傾斜，從而與所述加強(qiáng)器環(huán)的所述外肩部接觸并匹配。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一段鉆桿，其中所述加強(qiáng)器環(huán)還具有毗鄰于其最內(nèi)延伸部的內(nèi)徑向表面，所述內(nèi)徑向表面也略微地成錐形以與所述第一管狀構(gòu)件的所述內(nèi)螺紋母接頭端部內(nèi)的成錐形的表面匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一段鉆桿，其中所述角α相對(duì)于所述連接部的中心線在約 95至115°的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一段鉆桿，其中所述角β相對(duì)于所述連接部的中心線在約 40至70°的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一段鉆桿，其中所述加強(qiáng)器環(huán)的所述內(nèi)徑向表面上的錐度在0. 1667英寸/英寸的徑向表面的數(shù)量級(jí)。
全文摘要
示出了一種螺紋管耦合器，其用于在水平鉆孔操作中使用的鉆管，鉆管采用具有內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)的特殊形式的螺紋連接，其消除對(duì)于熱鍛操作的需要。管耦合器用于將第一管狀構(gòu)件的鐓粗區(qū)域接合于具有較小外徑的另外的管狀構(gòu)件。內(nèi)加強(qiáng)器環(huán)被接收在耦合器的公接頭端部的內(nèi)孔內(nèi)并且沿著內(nèi)孔的長度的一部分下伏和延伸。加強(qiáng)器環(huán)具有終止于暴露端部的最內(nèi)延伸部，暴露端部被接收在設(shè)置于匹配的內(nèi)螺紋母接頭端部中的內(nèi)肩部上。加強(qiáng)器環(huán)還具有形成在其最內(nèi)延伸部處的外肩部，外肩部束縛環(huán)外部和母接頭帶螺紋的內(nèi)部之間的公接頭面。
文檔編號(hào)F16L55/00GK102597597SQ201080051207
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者威爾金森·L·奧利佛三世 申請(qǐng)人:漢庭能量服務(wù)公司