[发明专利]具有外螺纹的套管及其制造方法

说明书

一种用于钻井操作的套管，其具有主体部，该主体部具有长度、第一端和第二端、外径、内径、以及外径和内径共同的中心轴线，以及形成在主体部的外径上的外螺纹，其中外螺纹在距第一端第一预定距离处开始，并且在距第二端第二预定距离处结束。外螺纹包括形成在主体部的外径上的螺旋槽或螺旋螺纹。所述套管包括至少部分地包封所述外螺纹的涂层，其中所述涂层包括选自多晶金刚石颗粒、类金刚石碳(DLC)、碳化钨、氮化硼、碳化硅、氮化硅及其组合的至少一种材料。

技术领域

示例性实施例涉及石油和天然气工业中的钻井操作。更具体地，示例性实施例涉及用于钻井操作的套管(casing)及其制造方法。

背景技术

套管柱(casing string)是被构造成适合特定井筒的具有组装长度的钢管。将管段连接并下放到井筒中，然后用水泥固定就位。管接头通常大约40英尺(12米)长，在每一端上具有阳螺纹，并且与被称为联接件的短长度的双阴螺纹管连接。长套管柱在柱的上部可能需要更高强度的材料以承受柱载荷。柱的下部可以与具有较大壁厚的套管组装以承受很可能在深处出现的极端压力。

使用套管以保护或隔离邻近井筒的地层。在井中使用套管的一些常见原因包括：保护淡水含水层(表层套管)；为安装井口设备(包括防喷器(BOP))提供强度；提供压力完整性以使得井口设备(包括BOP)可以被封闭；密封漏失或破裂的地层(钻井液漏失到其中)；密封低强度地层以使得可以安全地穿透较高强度(以及通常较高压力)地层；密封高压区以使得可以用较低的钻井液密度钻探较低压地层；密封诸如有流动盐的棘手的地层；以及符合监管要求(通常与上文列出的因素之一有关)。

图1示出了两种类型的底部钻具组件(BHA)。第一种类型的BHA 100适用于直孔或竖向孔，第二种类型的BHA 120适用于定向孔或水平孔。第一种类型的BHA 100中的钻柱的下部包括(在竖向井中从下到上)钻头102、钻头接头104、泥浆马达106、稳定器(未示出)、钻铤(drill collars)108、重型钻杆110、震击装置(“震击器”)和用于各种螺纹形式的跨接件(crossover)。钻柱的上部可以包括例如连续油管112、止回阀组件114和压力断开器116。第二种类型的BHA 120除了关于BHA 100描述的那些元件之外，还可以包括定向工具122、在非磁性钻铤中的随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)工具124、以及可调节弯曲壳体126。底部钻具组件100、120为钻头提供力以破碎岩石(钻压)，在恶劣的机械环境中留存，并且为钻井者提供井的方向控制。通常，该组件包括泥浆马达、定向钻井和测量设备、随钻测量工具、随钻测井工具和其它专用装置。

发明内容

一个示例性实施例是用于钻井操作的套管。所述套管包括主体部，所述主体部具有长度、第一端和第二端、外径、内径以及与所述外径和所述内径共同的中心轴线。所述套管还具有形成在所述主体部的外径上的外螺纹，其中所述外螺纹开始于距所述第一端第一预定距离处，并结束于距所述第二端第二预定距离处。所述外螺纹包括形成在所述主体部的外径上的螺旋槽(spiral groove)或螺旋螺纹(helical thread)。所述外螺纹以约1度至45度的角度形成。所述外螺纹从所述套管突出约0.25至2.0英寸。所述套管包括至少部分地包封所述外螺纹的涂层，其中所述涂层包括选自由多晶金刚石颗粒、类金刚石碳(DLC)、碳化钨、氮化硼、碳化硅、氮化硅及其组合组成的组中的至少一种材料。

所述涂层通过物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体喷涂、原子层沉积或其组合来沉积。所述涂层还包括纳米颗粒，所述纳米颗粒包括碳化钨或金刚石。所述外螺纹形成在所述套管所附接的底部钻具组件的钻头后面至少200英尺处。所述套管适于在直孔或定向孔中操作。所述套管是液压成形的、喷涂金属的或碳纤维增强的。所述外螺纹可以是右旋的或左旋的，并且可以包括一个或多个起始部。