[发明专利]多锥度螺纹连接

说明书

一种在相邻钻柱部件之间的螺纹连接，包括适于接纳对应的螺纹凸形连接端的螺纹凹形连接端，这两端各自具有不同锥度的第一部分和第二部分。还提供了包括本文所述的凹形端或凸形端的管状构件、钻柱工具和其他钻柱部件。

先前申请的交叉引用

本申请根据巴黎公约要求2017年11月7日提交的加拿大申请号2,984,826和2018年7月10日提交的加拿大申请号3,010,955的优先权，这些申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本说明书总体上涉及钻柱部件(比如钻井管件和井下工具)中的螺纹连接。更具体地，本说明书涉及设置在钻井管件和其他钻柱(或井下)工具上的多锥度螺纹连接。

背景技术

本章节提供背景信息，有助于更好地理解本发明的各个方面。应当理解的是，应从这一角度来阅读本文件的本章节中的陈述，而不应作为对现有技术的承认。

在石油和天然气钻井中，钻头通常通过螺纹附接到钻杆的端部并且旋转以形成钻孔。传统上，钻杆由各种子组件和管件构成，比如底部钻具组合(BHA)、加重钻杆(HWDP)和钻杆。BHA可以包括各种井下工具和管件，比如旋转导向工具、泥浆马达、随钻测量(MWD)工具、随钻测井(LWD)工具、稳定器配置、铰刀、震击器、冲击器、搅拌器和多个钻铤以及其他现代钻井技术。连接到BHA的是包括HWDP和钻杆在内的钻井管件配置，这些钻井管件将钻头和BHA联接回地面，从而完成钻柱并且提供表面旋转、压缩以及要在推进钻孔时施加到钻头的拉力。具有足够中空的内径，组装好的钻柱起到导管的作用，用于将钻井液泵送通过钻柱以清洁钻孔、为井下工具提供液压动力以及冷却由钻头或井下工具产生的热量。通常，所有这些钻柱管件和子组件通过螺纹彼此附接，以允许在进一步推进钻孔时在地面将钻柱顺序地组装。然后，这还允许在达到目标钻孔深度时或者在需要维修井下部件并且必须将钻柱从钻孔中起出和移除、然后在地面维修必要的井下部件之后重新组装以放回进去时顺序地拆卸钻柱。除了管状构件之外，钻柱还可以包括一个或多个连接到相邻管状构件或其他工具上的工具。构成钻柱的这种工具的示例包括钻铤、马达(比如泥浆马达)、震击工具(用于释放被卡住的管)、接头(用于将管件和/或工具彼此连接)、稳定器、变径接头(短的管接头)、冲击器变径接头、铰刀等。各种其他钻杆工具对于本领域技术人员而言是已知的。还应当理解，这些工具中的每一个(如管件)具有相反的端部，这些端部适于连接到相邻的管状构件或其他工具以形成钻柱。为了本说明书的目的，术语“钻柱部件”将被理解为是指用于形成钻柱的管状构件或其他工具。

在钻井操作期间，期望相邻钻柱管件之间的所有上述螺纹连接具有足够的机械能力，以承受住在钻井操作期间施加在其上的负荷(例如，扭转、拉伸、压缩负荷)。传统上，这些螺纹连接被称为旋转肩台连接，并且具有每英尺1.25英寸至3英寸之间的锥度、给定的螺纹形式以及单个扭矩支承肩部。旋转肩台连接的现代变型在销形连接的鼻部上引入了二级扭矩支承肩部，当销形连接与盒形连接通过螺纹接合时，该二级扭矩支承肩部与盒形连接的后部接触。

为了最大化旋转肩台连接的扭转能力，现代连接的锥度可以在每英尺0.50至1.00英寸的范围内，如US 5,908,212中所描述的。

低锥度厚壁连接的最大问题是难以操纵邻接的钻井管件并将它们螺纹连接在一起。由于锥度小，凸形连接端不会穿入凹形连接端较深。这导致凸形连接端转动许多圈以便完全接合到凹形连接端中。这给表面上的螺纹加工过程增加了不合期望的时间，此举是昂贵的，并且典型地导致螺纹的损坏增加和较高的修复成本。

令人期望的是，旋转肩台连接在钻井操作期间提供必要的机械强度能力，并且在组装和拆卸钻柱管件和子组件期间提供有效的操纵特性。