CN102395746A - 有线钻管 - Google Patents

Abstract

一种钻柱元件(1)，包括具有连接端(4，6)的主管道(2)和用于至少一条线的保护装置。所述保护装置在主管道(2)的中心孔(8)中延伸。主管道(2)具有在一个所述连接端(4)中的第一洞(14)和在另一个连接端(6)中的第二洞(16)，这两个洞都与中心孔(8)连通。保护装置包括布置成用于容纳所述线的导管(10)，导管(10)的两端分别布置于第一洞(14)和第二洞(16)中。保持装置布置在第一洞(14)和第二洞(16)的至少一个中，用于导管(10)的相应端部。所述保持装置设计成防止导管的所述相应端部相对于所述第一洞(14)和第二洞(16)中的所述一个根据所述洞的至少一个纵向方向移动。

Description

有线钻管

技术领域

本发明涉及油气钻探，更具体地涉及设有沿井下钻柱发送信息的设备和工具的钻管。

背景技术

在井下钻探行业中，钻架用于支撑井下工具，使得可以钻孔到土中。若干井下工具构成了钻柱的至少一部分。

在操作中，钻探液一般是在钻架处通过钻柱在压力之下提供的。钻柱可以被钻架旋转，以便旋转安装在钻柱下端的钻头。

加压的钻探液在钻柱的孔中朝着钻柱的下端流动并反过来朝着钻柱外的表面循环，以便提供冲刷作用，把钻出来的土屑带到表面。

钻头的旋转可以可选地由其它井下工具来提供，例如与钻头相邻定位的钻孔电动机或者钻孔涡轮机。

其它井下工具包括钻管和井下仪器，例如在钻孔时记录的工具和传感器组件。其它有用的井下工具包括稳定器、扩孔器、钻环、重钻管、子组件、管下扩眼器、可旋转操纵的系统、钻进震击器和钻井减震器，这些在钻探行业是众所周知的。

在井下钻探行业，使用各种传感器进行多种测量，例如井下地质结构、井下工具的状态或者运行情况。

测量数据对位于表面的操作人员和工程师是有用的。测量可以在沿钻柱的各个点进行。测量数据可以用于确定钻探参数，例如钻探方向、前进速度等等，以便准确地接进油、气或者其它矿藏的承载容器中。

测量数据应当发送到地面。

钻探时测量(MWD)和钻探时记录(LWD)系统应当提供关于钻头附近情况的实时信息。实时信息帮助在钻探过程中作出决定。

用于井下和表面位置之间的数据发送的旧工业标准是泥浆脉冲遥测，其中钻柱用于传送钻柱中调制后的声波。这种数据发送的速率通常低于10比特/秒。

在井下存储器中存储由MWD/LWD系统收集到的数据也是已知的。所收集到的数据可以从位于钻头行程端部的井下存储器下载。由于这些数据不提供实时信息，因此这种延迟降低了所收集数据的价值。因为存储器可能在钻孔中被损坏而且MWD/LWD工具可能在钻孔中丢失，所以还存在显著的数据丢失危险。

因为传统的发送方法具有非常低的数据速率而且不安全，所以在二十世纪末建议在互连的钻管接头中路由一条线。电流耦合的感应型耦合器可以用在有线钻管中。耦合器可以靠近钻管的密封面安装。其它出版物涉及到用于沿井下钻管接头的轴向长度的数据发送的特定解决方案。

US 2006/0225926描述了用于发送信号的系统，更具体地描述了适于在位于钻孔中的一个以上的井下位置与表面之间传送数据的钻管。

但是，具有发送线路的钻管元件对钻孔内的应力、磨损、振动和磨蚀是高度敏感的。在操作中，钻管可能被弯曲、轴向压缩和/或延伸。而且，在操作中，钻管被受压之下的钻探泥浆穿过，泥浆压力是泥浆密度和上方泥浆高度的函数。

US 6,717,501公开了用于保护钻管元件中心孔之内的同轴线的直管状护套。所述护套是由例如PEEK的有机材料制成的，并且附接到由聚合物制成的中心孔。这种直管状护套只提供对线的机械负载的低抵抗。在其它情况下，提供了沿中心孔螺旋形延伸的护套，如在US7017667中所公开的。

US 2006/0225926公开了抵靠钻探元件的内表面布置的金属护套。线被封装在所述护套和钻探元件的内表面之间。这种护套的使用涉及昂贵的液压成形设备。此外，护套端部不确保在工作负载之下对加压泥浆的密封。

护套保护光纤线或者电线不受磨损和磨蚀，尤其是在中心孔中。但是，护套对于保护线不受应力和振动几乎是无效的，尤其是当护套由例如PEER的有机材料制成的时候。此外，护套本身可能受到应力和振动的损坏。

发明内容

考虑到前述情况，本发明的目的是提供改进的有线钻柱元件。

本发明的一个目的是一种钻柱元件，其包括具有连接端的主管道和用于至少一条线的保护装置，所述保护装置在主管道的中心孔中延伸，该主管道具有在所述连接端中的一个中的第一洞以及在另一个连接端中的第二洞，这两个洞与中心孔相通，其中保护装置包括布置成用于容纳所述线的导管，该导管的两端分别布置于第一洞和第二洞中，保持装置布置在第一洞和第二洞的至少一个中，用于导管的相应端部，而且所述保持装置设计成防止导管的相应端部根据所述洞的至少一个纵向方向相对于所述第一洞和第二洞中的所述一个移动。

本申请人已经设计了一种有线钻探元件，该有线钻探元件包括具有连接端的主管道和要容纳至少一条光纤线或电线的导管。导管在主管道的中心孔中从一个所述连接端中的第一洞延伸到另一个连接端中的第二洞。导管可以由金属制成。由于保持装置，导管可以纵向拉伸或者压缩地预加应力，这具有有利的效果。

这种保持的导管还防止导管端部在钻管受到的负载之下移位，并由此防止对布置在连接端处的耦合器的损坏，其中耦合器用于从一个钻管向相邻的钻管发送电和/或光学信息。

保持装置可以布置成防止导管在所述洞的两个纵向方向上移动。

保持装置可以包括至少一个用于导管的邻接表面。该邻接表面一般相对于管道的轴线在对应的第一或者第二洞中径向延伸。邻接表面可以是洞的肩状表面或者是位于洞中的附加部件，例如止动部件，的端部表面。可以在洞中设置固定装置，以便防止附加部件相对于洞的任何纵向移位。该固定装置可以包括附加部件的外表面和洞的内表面之间的摩擦耦合。该摩擦耦合可以通过附加部件的直径扩张来获得。用于导管的固定装置，例如机械保持器(例如，与导管的一个纵向端协作的螺杆/螺母保持器)可以设置在中空部中，该中空部可以是凹穴的形式。

所述第一或者第二洞可以在环状槽的底表面终止，该环状槽用于接收耦合设备的对应环状元件(可以是导电层)，用于将信号发送到另一钻柱元件。附加部件可以布置成用于穿过该环状元件中的开口的对应环状元件的固定元件。

在一实施方式中，邻接表面可以与导管的端部表面协作，从而充当保持装置，该端部表面一般关于管道的轴线呈放射状。

在另一实施方式中，邻接表面与导管的径向扩张部分协作，从而充当保持装置。

在一可选实施方式中，可以是环状座面形式的邻接表面是例如环状环的附加部件的内表面，其中导管穿过该环。该附加部件一般位于在中心孔上开口的内部中空部中，例如凹穴中，而且洞可以穿过或者终止在内部中空部中。

保持装置可以包括洞的至少一个保持部分，其形式为该洞的具有大于洞的主要部分的横截面直径的纵向部分。该保持部分可以与导管的径向扩张部分协作。在一种可能的实施方式中，该保持部分可选地包括至少一个中空部，例如径向槽，其在中心孔上开口而且具有大于洞的主要部分直径的深度。该中空部可以用金属或者合成材料填充。

在一种可能的实施方式中，保持装置可以包括布置在洞的纵向部分的内表面和导管的纵向部分的外表面之间的摩擦耦合。

该保持装置可以在导管和对应的连接端之间产生密封。

在一种可能的实施方式中，洞可以包括形成为在中心孔的内表面上开口的纵向槽的纵向部分。

在一种可能的实施方式中，洞可以在对应的连接端的终端表面上终止，而且导管可以具有设计成在所述终端表面上邻接的凸缘的纵向终端部分。

在一种可能的实施方式中，导管可以容纳附加导管，该附加导管容纳所述至少一条线，而且导管可以包括用于导管外周表面和内周表面之间的泥浆的连通装置。该附加导管一般以这样一种方式布置，使得其可以相对于导管在其纵向方向上自由运动。

在一可选实施方式中，导管可以容纳在管状护套中，该管状护套密封到连接端并且以这样一种方式布置，使得其相对于所述连接端自由运动。

这种钻柱元件可以设计成例如钻管、重钻管或者钻环。

本发明还涉及包括导管的这种钻柱元件。

附图说明

根据以下描述和图，本发明将得到更好的理解而且将变得完全显而易见。这些图仅仅描述了典型的非限制性实施方式。

图1是有线钻管的平面图。

图2是图1中所示有线钻管沿线II-II的截面图。

图3是显示图1的有线钻管的可选实施方式的横截面视图。

图4是显示图1的有线钻管的可选实施方式的透视图。

图5是显示根据第一实施方式的图1的有线钻管的部分V的纵向截面图。

图6根据一可选实施方式与图5类似。

图7和8是根据第二实施方式部分地显示图5的连接部分的纵向截面图。

图9是根据第三实施方式部分地显示图5的连接部分的纵向截面图。

图10根据一可选实施方式与图9类似。

图11根据第四实施方式与图9类似。

图12根据第五实施方式与图9类似。

图13根据第六实施方式与图9类似。

图14根据第七实施方式与图9类似。

图15根据第八实施方式与图9类似。

图16根据第九实施方式与图9类似。

图17根据第十实施方式与图9类似。

图18根据第十一实施方式与图9类似。

图19根据第十二实施方式与图9类似。

图20是根据本发明进一步发展的导管的部分截面图。

图21是图20的可选实施方式。

图22是显示保持在拉伸状态的未密封导管受到的应力与其极限曲线相比的图。

图23与图22类似，用于密封的导管。

具体实施方式

很容易理解，在这里图中总体上描述和说明的部件可以布置和设计成广泛变化的不同构造。如图中所表示的，以下对本发明设备的更详细描述不是要象权利要求那样限制本发明的范围，而仅仅是代表本发明的各种所选的实施方式，而且可以可选地用于对本发明的限定起作用。

图1和图2示出了包括伸长的主管道2的有线钻管1。在其两端，该伸长的主管道2分别具有第一连接部分4和第二连接部分6，用于连接钻柱中相邻的钻管。

US 2006/0225926描述了钻架和钻柱。US 2006/0225926的内容，更具体地是钻架和钻柱的描述，在此引入作为参考。

在这里，第一连接部分4和第二连接部分6构造成互补部分，即，第一连接部分4适于与钻柱中类似且相邻的有线钻管1的第二连接部分6连接，反之亦然。

第一连接部分4和第二连接部分6分别设有用于从一个有线钻管1向钻柱中相邻钻管1进行数据发送的感应型耦合器。例如，US6,641,434、US 6670880和US 4605268描述了有线钻管接头中的感应型耦合器。

US 6,641,434、US 6670880和US 4605268的内容，更具体地是所述感应型耦合器的描述，在此引入作为参考。

第一连接部分4和第二连接部分6也称为钻管1的“工具接头”。

主管道2具有中心孔8，该中心孔从主管道2的一端向其另一端纵向延伸。

钻管1设有导管10，或者管道，其形式为主要在中心孔8中从第一连接部分4向第二连接部分6延伸的伸长且中空的部件。在这里，导管是由金属制成的，但其它材料也可能是合适的。导管10是柔软的。

导管10用于自由地容纳一条或更多条电线或者电缆。例如，这种电线或者电缆可以用于连接布置在钻管1两端的感应型耦合器。

在这里，导管10保持与中心孔8的内表面12接触，由此保护导管10不受流经中心孔8的钻探液的任何损坏性影响。

导管10可以结合到中心孔8的内表面12，例如通过焊接或者粘合性结合。

导管10本身也可以得到保护，不受在压力之下通过中心孔8的钻探液(钻探泥浆)或者其它物质或物体的影响。

图3显示导管10可以嵌入到在中心孔8的内表面12上设置的保护层13中。该保护层13由保护性材料制成，例如环氧树脂。

在图1和2的实施方式中，导管10基本上笔直地在中心孔8中延伸。

图4显示导管10可以可选地根据任何特定形状形成。在这里，导管10以螺旋或者螺线式样延伸，由此改进了其在钻探操作中抵抗弯曲、拉伸或者压缩负载的可靠性。关于这种布置的更多细节可以在US7017667或者在于2008年9月30日以本申请人名义提交的法国专利申请08/05376中找到。

第一连接部分4和第二连接部分6分别具有第一洞14和第二洞16，这些洞布置成穿过主管道2的壁。

第一洞14将中心孔8连接到钻管1的第一终端表面18，该第一终端表面18位于中心孔8的对应端部的附近。换句话说，第一洞14一端在中心孔8的内部终止，而另一端在第一终端表面18上终止。

第二洞16将中心孔8连接到钻管1的第二终端表面20，其中该第二终端表面20位于中心孔8的对应端部的附近。该第二终端表面20位于第二连接部分6的中间位置。

导管10部分地容纳在第一洞14和第二洞16中。即，第一洞14(相应地，第二洞16)的内径至少部分地对应于导管10的第一端部22(相应地，第二端部24)的外径。

“对应的直径”应当理解为第一洞14的内径例如足以使导管10的第一端部22自由地通过第一洞14。

在这里，导管10具有基本上在其整个长度上都相同的外径。该恒定的外径将被指定为导管10的“额定外径”。

第一洞14和第二洞16中的每一个都相对于主管道2大致以纵向方式延伸。在这里，第一洞14和第二洞16中的每一个都具有与主管道2的纵轴线基本上平行的纵轴线。

图5是根据本发明第一实施方式的第一连接部分4的具体视图。

钻管1的第一终端表面18具有相对于中心孔8的纵轴线同轴延伸并且在所述第一终端表面18上开口的环状槽28。

该环状槽28可以用于接收高导电材料的环状层29和环状线圈，例如像在US 6641454中所公开的，用于相邻钻管之间的数据发送，如在US 6641434或者在US 4605268中所公开的。在这里，导电层具有“U”形横截面。可选地，为了与US 6670880中所公开的相同目的，环状槽28可以用于接收U形导磁电绝缘(MCEI)槽和导电线圈。

第一洞14具有主要部分30及终端部分32，其中主要部分30终止于中心孔8中，而终端部分32在第一终端表面18上终止并且与主要部分30相邻。终端部分32还可以看作是延伸第一洞14的附加的洞。

第一洞14的纵轴线相对于环状槽28具有不同的圆心。第一洞14的终端部分32与环状槽28交叉。

第一洞14的主要部分30具有稍大于导管10的额定外径的内径。如此，导管10可以在主要部分30中自由运动，由此导管10可以容易地引入到第一洞14中。

可选地，第一洞14基本上在其整个长度上都具有对应于导管10额定外径的内径。

第一洞14的终端部分32具有比环状槽28的宽度小，或者比导电层29的“U”形的两个分支之间的间隙宽度小(如果提供这种层29的话)的直径。

至少在终端部分32的附近，第一洞14的该终端部分32还具有大于主要部分30内径的内径，使得在第一洞14的主要部分30和终端部分32之间的界面处形成肩状表面36。

导管10的对应于终端部分32的部分，即导管10的终端部分38，具有大于导管10的额定直径的外径。肩状表面36充当用于导管10的终端部分38的邻接表面。防止导管10在纵向方向朝中心孔8移动。

第一洞14的终端部分32在这里充当保持部分，允许对导管纵向拉伸地预加应力。对于在导管放置所沿的钻管母线发生压缩时防止导管变弯，对直导管拉伸地预加应力是有用的。当导管没有附接到钻管的中央部分中的中心孔的表面时，变弯是尤其有害的，那时导管可能在中心孔中突出，增加泥浆压降而且被向下通过钻柱的工具损坏。

在这里，导管10的终端部分38设计成相对于导管10的额定外径的导管10的扩张部分。

导管10可以以其额定外径从第一终端表面18或者从中心孔8插入到第一洞14中。于是，导管10的终端部分38可以径向并且塑性地扩张。这种直径扩张可以利用管道扩张器或者通过柄木来制造。

如图6所示，固定元件37可以在导管10的终端部分38中引入，以便既扩张终端部分38又维持终端部分38外围和第一洞14的终端部分32的内表面之间的接触压力。示例性的固定元件37具有中空圆柱形的形状。

应当指出，导管的使用是特别有利的，因为它可以容易地通过在内部移位并在特定位置致动的工具来扩张。

图7和8示出了本发明的第二实施方式。

在其主要部分30和终端部分32之间，第一洞14纵向地具有中间部分34，该中间部分34具有比主要部分30和终端部分32都要大的直径。

从而，第一洞14在其主要部分30和中间部分34之间的界面处具有一个(第一)肩状表面36。并在其中间部分34和终端部分32之间的界面处具有一个(第二)肩状表面42。

在这里，第一洞14的主要部分30和终端部分32具有基本上相等的直径。例如，第一洞14在其除沿中间部分34之外的长度上具有基本上恒定的直径，即，额定直径。

对应于第一洞14的中间部分34，导管10纵向地具有中间部分44，该中间部分44具有大于其额定外径的外径，使得第一洞14的第一肩状表面36和第二肩状表面42分别充当用于导管14的该中间部分44的邻接表面。而且，第一洞14的所述中间部分34充当用于导管10的保持部分。

在这种构造中，防止导管在两个纵向方向，即，朝着第一终端表面18和朝着中心孔8，移动。

在该实施方式中，由于有保持部分，因此导管可以纵向拉伸或者压缩地预加应力。

出于以上结合第一实施方式所给出的原因，拉伸地预加应力对于直导管10是特别有用的。

压缩地预加应力对于螺旋导管10是特别有用的，以便使导管10在钻管1的中间纵向部分抵靠中心孔8的内表面12放置。导管10的这种最小化了中心孔8中的钻探泥浆的压降并且防止了由于向下通过钻柱的工具造成的损坏。

由于第二肩状表面42，防止了导管10朝槽28中容纳的任何耦合设备移动。因此，也防止了该耦合设备的损坏。

中间(保持)部分44可以通过在径向方向塑性扩张导管10来制造，例如在柄木操作过程中，如图7所示。这一般是在将沿其整个长度都具有额定直径的导管10插入第一洞14中之后进行的。

车螺纹、压花和/或铜焊操作可以在第一洞14的中间部分44的内表面34上执行。这改进了导管10在第一洞14中的保持。

图8说明了用于通过扩张工具45的使用来形成导管10的中间部分44的示例性扩张方法。

扩张工具45包括布置在两个金属部分45B和45C之间的圆柱形弹性体部分45A。由于作用到金属部分上的力，该圆柱形弹性体部分45A轴向收缩并且径向扩张。

当该扩张工具45插入到导管10内部时，在要形成的中间部分44处，所述力导致导管10扩张到保持部分34中。

作为该扩张方法的替代，可以使用化学产品将导管10扩张到保持部分34中。

保持部分34可以位于第一洞14的端部附近，但不是必须这样。

图9示出了本发明的第三实施方式。

第一洞14具有终端部分32，该终端部分32具有比第一洞14的主要部分30大的直径。从而，第一洞14具有第一肩状表面36，该第一肩状表面36布置在第一洞14的终端部分32和主要部分30之间的界面上。

导管10具有终端部分38，该终端部分38具有大于导管10的额定外径的外径，以邻接到第一肩状表面36上。导管的终端部分38可以作为导管10扩张的纵向部分来制造。

用于导管10的止动部件46容纳在第一洞14的终端部分32中。在这里，该止动部件46形成用于导管10的端面50的邻接表面48。

止动部件46可以设计成中空且圆柱形的部分，具有与第一洞14的终端部分32的内径对应的外径。

优选地，第一洞14的终端部分32在钻管1的终端表面18上终止。在这种情况下，止动部件46可以从该终端表面18插入到第一洞14中。

至少在纵向方向上，止动部件46固定到第一洞14的终端部分32中。

例如，止动部件46通过其外围表面和第一洞14的终端部分32的内表面之间的摩擦耦合来固定。这种摩擦耦合可以通过径向且塑性扩张止动部件46(例如通过柄木(dudgeonning))来制造。

可选地，止动部件46还可以结合到第一洞14的终端部分32的内表面上。

止动部件46的长度优选地基于所需的耦合强度来选择。该耦合强度可以关于钻管1中期望的压缩/弯曲/拉伸强度来评估。

在该实施方式中，第一洞14的终端部分32充当用于导管10的保持部分。防止该导管10在两个纵向方向，即朝着第一终端表面18和朝着中心孔8，移动。这允许导管10纵向拉伸或者压缩地预加应力。

该第三实施方式的特定开发在图10中示出。

在这里，第一洞14的终端部分32在保持端部环状槽28中终止。

止动部件46设计成用于位于保持槽28中的导电层29的固定元件。

例如，该止动部件46包括凸缘54，或者套环，该凸缘或者套环的外径大于第一洞14的终端部分32的内径，从而当止动部件46通过导电层29中的对应开口时凸缘54将导电层29抵靠槽28的底面31固定。

对U形的环状MCEI元件同样如此。

止动部件46可以扩张或者结合到第一洞14的终端部分32的内表面。

图11示出了本发明的第四实施方式。

第一洞14的终端部分32具有小于主要部分30的直径。终端部分32的直径小于导管10的额定外径。

从而，第一洞14具有肩状表面36，该肩状表面位于其主要部分30和终端部分32之间的界面处。

该肩状表面36充当用于导管10的终端表面50的邻接表面。

由于导管10具有大于所述终端部分32的内径的额定外径，因此导管10未容纳在第一洞14的终端部分32中。在这里，导管10不需要任何扩张部分。

在该实施方式中，第一洞14的终端部分32充当用于导管10的保持部分。防止导管10在纵向方向朝着钻管1的第一终端表面18移动。这防止了导管10移动并损坏位于槽28中的任何耦合设备和/或位于导管10中所容纳的线和所述耦合设备之间的任何电连接器。此外，可以纵向压缩地给导管10预加应力。

图12示出了本发明的第五实施方式。

第一洞14具有在其长度上基本恒定的直径。即，第一洞14不同时具有主要部分30和终端部分32，或者换句话说，主要部分30和终端部分32具有相同的直径。

类似于止动部件46，止动部件58被容纳在第一洞14中，位于导管10的终端表面50和终端面18或者槽28之间，以便充当用于导管10的邻接表面。

在该实施方式中，防止导管10在纵向方向上朝钻管1的第一终端表面18移动。此外，可以纵向压缩地给导管10预加应力。

止动部件58可以扩张或者结合到第一洞14的内表面。可以替代地提供止动部件58和第一洞14的内表面之间的摩擦耦合。

图13示出了本发明的第六实施方式。

第一洞14纵向地具有通过中间部分34彼此连接的主要部分30和终端部分32。

至少在该终端部分32附近，第一洞14的终端部分32具有大于主要部分30的直径。主要部分30可以在其整个长度上具有相同的内径，但不是必须这样。

第一洞14的中间部分34设计成将终端部分32连接到主要部分30的锥形部分。

导管10纵向地具有直径大于其额定直径的终端部分38、以及将终端部分38连接到导管10的其余部分并且对应于第一洞14的中间部分34的中间部分。

导管10的中间部分径向且塑性地扩张。

锥形楔61可以在其中间部分处位于导管10中，以便改进导管10的保持，特别是在张力收紧状态。

中间部分34仅仅是可选的。

锥形楔61可以以相对高的旋转速度插入，从而执行摩擦焊接。

锥形楔61用于制造导管10和第一洞14之间的金属密封。

多个锥形楔61可以同时用于与在终端部分38处具有不同直径的多个纵向部分结合，以便加强导管10的保持、预加应力和/或密封。

图14示出了本发明的第七实施方式。

第一洞14纵向地具有将其终端部分32连接到其主要部分30的中间部分34。在这里，终端部分32的内径和靠近中间部分34的主要部分30的内径是相同的，即，第一洞14的额定直径。

中间部分34纵向地具有多个保持部分63，这多个保持部分具有大于该中间部分34的其余部分，即，中间部分34的额定直径的内径。

在这里，中间部分34的额定直径和第一洞14的额定直径是相同的。

保持部分63设计成在中心孔8的内表面12中例如通过车削、开槽或者打磨径向机加工的槽。

导管10纵向地具有将其第一终端部分38连接到其主要部分的中间部分。导管10的所述中间部分对应于第一洞14的中间部分34。导管10的中间部分具有径向且塑性扩张的部分，这些部分对应于第一洞14的保持部分63。

可选地，形成第一洞14的保持部分63的槽可以用熔化的金属材料或者合成材料填充，以便既保护导管10又改善第一洞14中导管10的保持、预加应力和/或密封。

图15示出了本发明的第八实施方式。

第一洞14的中间部分34具有凹穴65，该凹穴65在钻管1的中心孔8上开口而且布置在该中心孔8的内表面12中。在这里，凹穴65具有平行六面体形式，但也可以设计成其它形式，例如圆柱形式。

导管10的中间部分具有径向且塑性扩张的部分75，该中间部分对应于第一洞14的中间部分34。从而，用于导管10的第一邻接面71布置在凹穴65的一个纵向端，而用于导管10的第二邻接面72布置在凹穴65的另一个纵向端。

换句话说，凹穴65充当用于导管10的保持部分，该保持部分防止该导管10在两个纵向方向上移动。此外，可以拉伸或者压缩地给导管10预加应力。

可选地，附加的保持器67可以用于改善导管10的保持和/或预加应力。

示例性附加保持器67包括两个环状环69。每个环状环69在第一邻接面71和第二邻接面72中的一个上邻接。

导管10穿过每一个环状环69。每个环状环69都具有用于导管10的环状座面73。

每个环状座面73设计成锥形部分，它可以与导管10的过渡部分协作，该过渡部分位于导管10的扩张部分75和其余部分之间。

保持器元件67还可以包括将环状环69彼此连接的外部套筒77。

可选地，为了密封，外部套筒77和导管10之间的间隙可以用熔化的材料或者用合成材料填充。

图16示出了本发明的第九实施方式。

就象在第八实施方式中一样，第一洞14的中间部分34包括布置在中心孔8的内表面12中的凹穴65。

在这里，导管10的第一终端部分38容纳在第一洞14的主要部分30中，靠近凹穴65。

机械保持器79位于凹穴65中，以便将导管10维持在例如张力拉紧状态。

示例性机械保持器79是螺杆/螺母系统。所述螺杆/螺母系统的螺母抵靠第一邻接面71和第二邻接面72中靠近第一洞14的主要部分30的一个应用。该螺杆/螺母系统的螺杆对导管10施加拉伸应力。

可选地，机械保持器元件79可以设计成延伸器。

可选地，凹穴65可以由套筒保护。

图17示出了本发明的第十实施方式。

在这里，第一洞14至少部分地设计成布置在中心孔8的内表面12中的槽。

导管10容纳在所述槽中并且固定到其内表面，例如通过焊接。

导管可以拉伸或者压缩地固定在纵向预加应力状态。

所述槽在主管道2的第一终端面18上终止。

图18示出了本发明的第十一实施方式，

第一洞14的主要部分设计成布置在中心孔8的内表面12中而且一般是纵向的槽81。

第一洞14纵向地具有将其主要部分和终端部分32彼此连接的中间部分。第一洞14的所述中间部分设计成布置在中心孔8的内表面12中的凹穴85。

在这里，第一洞14的终端部分32在端部槽28中终止。

导管10的主要部分容纳在纵向刻槽的主要部分81中并且至少部分地固定到其内表面，例如通过焊接。导管10可以保持在拉伸或者压缩的预加应力状态。凹穴85可以由套筒来保护。

槽部分可以是扁平的，例如通过打磨来制造，或者是圆的，例如通过车削来机加工。

第一洞14的终端部分32可以通过从耦合器槽28的深度钻孔(例如枪钻)操作来机加工。

作为一种可选实施方式，在第一洞14的槽81和该第一洞14的终端部分32之间没有布置凹穴。

导管10可以进一步保持在第一洞14的终端部分32中，例如通过锻造或者焊接。

在槽具有与中心孔8同心的圆形形状的情况下，槽81可以通过背钻来机加工。

图19示出了本发明的第十二实施方式。

导管10的第一终端部分38保持在第一洞14的终端部分32中。

导管10的第一终端部分38包括形成用于导管10的邻接表面的凸缘部分91。该凸缘部分91防止导管10在纵向方向朝第二连接部分6移动。导管10可以保持在纵向预加应力(拉伸)状态。

凸缘部分91可以焊到钻管的第一终端面18上，进一步使得导管10能够纵向压缩地预加应力。在该实施方式中，优选地使用不锈钢。

可选地，为了提高焊接的性能，可以使用机械部件，例如插入到导管10中的楔子。

根据以上所述的实施方式，防止了导管10在纵向方向朝中心孔8和/或朝钻管1的第一终端面18或者第二终端面20移动。这导致导管10承受压缩和/或拉伸的纵向应力。换句话说，施加到钻管1上的拉伸、压缩和/或弯曲负载导致导管10中的压缩和/或拉伸应力。

由于有保持装置，主管道中的至少一些应力导致导管10的对应应力，这必须由保持装置的合适设计来抵抗。

当导管10密封到第一连接部分4并密封到第二连接部分6时(这两个部分可以结合以上大部分实施方式提供)，导管10必须附加地承受其外表面上的泥浆压力，尤其是对于导管的没有容纳在第一洞14和第二洞16的一个中的部分。

当导管10没有密封到第一连接部分4也没有密封到第二连接部分6时，大致相同的压力将施加到导管10的内表面和外表面上。在这种情况下，这导致导管10不必承受泥浆压力。

图22代表当低压差施加到导管10上时分别由导管10承受的生成应力。拉伸和压缩负载置于横坐标(对于拉伸，是正的)，而压差置于纵坐标(对于内部压力，是正的)。用于使导管10屈服的极限曲线也在图22上示出。根据Von Mises等效应力理论，该极限曲线具有椭圆形形状。

图23与图22类似，用于高压差。

在这两种情况下，导管都已经在受到钻管工作负载与泥浆压力之前预加了纵向拉伸应力。

在图22中，应力代表点位于横轴上：跨导管没有压差。应力代表点在Von Mises椭圆的内部。

在图23中，应力代表点可能位于Von Mises椭圆的外面，即，存在导管10破裂的危险。

在高压差的情况下，有必要提升导管10材料的质量，例如从低碳钢(235MPA的屈服应力)到铬镍铁合金825(1000MPA的屈服应力)。

图20示出了本发明的第十三实施方式。

根据前述实施方式中的一种，导管10被保持，优选地是在管道的两侧。从而，防止导管10根据两个纵向方向移动。优选地，导管10维持在拉伸状态，如箭头95所示。

导管10容纳附加导管93，该附加导管93用于容纳数据发送线。

附加的导管93在其端部既不固定也不保持，因此它根据两个纵向方向在导管10中自由移动，导管10相对于第一连接端4和第二连接端6被保持。

在这里，通过前面公开的方式，导管10被维持或者保持而不需要密封，因此泥浆压力作用到附加导管93上，如图20中的粗箭头所示。

附加导管93以这样一种方式布置，使得其由于密封系统94而不透泥浆。密封系统94可以是弹性体材料的弹性密封环。

由于弯曲应力主要作用在导管10上而泥浆压力作用在附加导管93上，因此这导致分开了压力与弯曲影响分离。

这导致有线钻管1更容易的设计：导管10的尺寸与材料是以这样一种方式选择的，使得导管10抵抗轴向应力(拉伸和压缩)，而附加导管93的尺寸和材料仅以这样一种方式选择，使得附加导管93抵抗由于泥浆压力造成的塌缩。换句话说，导管10和附加导管93可以单独进行优化。

可选地，导管10可以设有洞，以确保导管10在其外表面和内表面之间受到低压差。

作为图20的实施方式的变型，附加导管93和所包含的线可以制成一体的同轴装甲电缆。

图21示出了另一种可选实施方式。

在这里，导管10容纳数据发送线而且在钻管1的两端都被维持或者保持，如通过以上所公开实施方式中的一种由箭头98所指示的。

导管10容纳在附加护套96中，附加护套96相对于钻管1在两个纵向方向自由移动。附加护套96承受外部(泥浆)压力并由于有密封系统97而抵抗外部压力。这导致导管10不承受这种外部压力。

该可选实施方式还使得能够使线保护系统上的纵向负载与泥浆压力效果分离。

在以上所公开的实施方式中，保持装置设置在第一洞14中，它防止导管10在一个或两个纵向方向上移动。

第二洞16又可以包括以上所公开的任何一种保持装置。优选地，由于类似的制造操作可以在第一连接部分4和第二连接部分6处执行，因此相同的保持装置设置在第一洞14和第二洞16中。

对于非常特别的应用，第二洞16还可以不包括任何保持装置。

防止导管10在纵向方向移动，当钻管弯曲或者被轴向压缩或拉伸时，这是很重要的。

在其中导管10(通常沿中心孔笔直地延伸)结合到中心孔的内表面和/或嵌入到涂层中的钻管中，本发明允许在应用结合方式或者涂层之前将导管保持(预加应力)在拉伸状态，以便强迫导管抵靠主管道的内表面延伸。从而，主管道2上的任何负载，特别是压缩和/或拉伸，将导致导管10中的对应应力，该应力将比自由导管(不结合到主管道内表面)情况下的低，使得保持装置的设计的重要性降低。

本发明还防止钻管的任何压缩导致经导管10的端部损坏导电层或者槽28中耦合设备的其它装置，或者任何其它导电元件。

在其中导管沿中心孔笔直延伸并且不结合到中心孔8的内表面的钻管中，在导管压缩和/或其弯曲的情况下，导管10预加应力(拉伸)，以便防止中心孔中导管10的任何突出和/或导电层29上的任何损坏。本发明还可以用于提供具有所述预压应力的导管10。

在螺旋形延伸的导管的情况下，压缩预加应力将更适于抵靠主管道2的中心孔8推动导管。

在以上所公开的一些实施方式中，保持装置将导管固定到第一洞中，尤其是当使用摩擦耦合时。应理解，这种固定对于获得本发明的一些优点不是必要的。

尽管本发明已经关于有限数量的实施方式进行了描述，但是受益于本公开内容的本发明技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以设计其它实施方式。例如：

-导管的端部可以位于第一/第二洞中的任何纵向位置。

-第一/第二洞可以具有比所描述更复杂的式样，或者总体上地(洞可以不与中心孔轴线平行的方式延伸)或者精确地(洞可以从中心孔8到环状槽28具有多个相邻的部分)参见例如法国专利申请FR08/05376。

-第一/第二洞可以在除环状槽28中之外的其它位置终止，其中环状槽28应当认为是可选的，参见例如法国专利申请FR 08/05376。

-导管可以遵循不同的式样在中心孔8中延伸。

-保护层可以施加到中心孔8的内表面上的导管上。不同的结合装置可以可选地使用，例如焊接或者粘合剂结合。

-第一洞14和第二洞16，及对应地导管10的第一端部22和导管10的第二端部24，可以根据以上所公开的不同实施方式布置。

-本发明不限于钻管，而是还可以应用到重钻管、钻环或者任何其它的钻柱部件。

Claims (25)

1.一种钻柱元件(1)，包括具有连接端(4，6)的主管道(2)和用于至少一条线的保护装置，所述保护装置在主管道(2)的中心孔(8)中延伸，主管道(2)具有在一个所述连接端(4)中的第一洞(14)和在另一个连接端(6)中的第二洞(16)，这两个洞都与中心孔(8)连通，其特征在于，保护装置包括布置成用于容纳所述线的导管(10)，导管(10)的两端分别布置于第一洞(14)和第二洞(16)中，保持装置布置在第一洞(14)和第二洞(16)的至少一个中，用于导管(10)的相应端部，而且所述保持装置设计成防止导管(10)的所述相应端部相对于所述第一洞(14)和第二洞(16)中的所述一个根据所述洞的至少一个纵向方向移动。

2.如权利要求1所述的钻柱元件，其中所述保持装置布置成使得防止导管(10)在所述洞(14、16)的两个纵向方向上移动。

3.如权利要求1和2中任一项所述的钻柱元件，其中所述保持装置包括用于导管(10)的至少一个邻接表面(36、42、48)，所述邻接表面在所述洞(14、16)中径向延伸。

4.如权利要求3所述的钻柱元件，其中所述邻接表面(36、42、48)与导管(10)的径向端部表面(50)协作。

5.如权利要求3和4中任一项所述的钻柱元件，其中所述至少一个邻接表面(36、42、48)与导管(10)的径向扩张部分(44)协作。

6.如权利要求3-5中任一项所述的钻柱元件，其中所述至少一个邻接表面(36、42)布置成所述洞(14、16)的肩状表面。

7.如权利要求3-5中任一项所述的钻柱元件，其中所述至少一个邻接表面(48)布置成位于所述洞(14、16)中的附加部件(46、58)的端部表面，在所述洞(14、16)中设置固定装置，所述固定装置适于防止所述附加部件相对于所述洞(14、16)进行任何纵向移位。

8.如权利要求7所述的钻柱元件，其中用于所述附加部件(46、58)的固定装置包括在附加部件的外表面与所述洞(14、16)的内表面之间的摩擦耦合。

9.如权利要求8所述的钻柱元件，其中所述摩擦耦合是从所述附加部件(46、58)的直径扩张得到的。

10.如权利要求7-9中任一项所述的钻柱元件，其中所述洞(14、16)在环状槽(28)的底部表面(31)中终止，该环状槽(28)用于接收耦合设备的对应环状元件(29)，该耦合设备用于将信号发送到另一钻柱元件，附加部件布置成用于对应环状元件(29)的固定元件，该固定元件穿过所述环状元件中的开口。

11.如权利要求3-5中一项所述的钻柱元件，其中所述至少一个邻接表面(73)设计成被导管(10)穿过的附加部件(69)的内表面。

12.如权利要求11所述的钻柱元件，其中附加部件(69)位于内部中空部(65)中，该内部中空部(65)在中心孔(8)上开口，所述洞(14、16)穿过所述内部中空部或者在所述内部中空部中终止。

13.如前述权利要求中任一项所述的钻柱元件，其中保持装置包括所述洞(14、16)的至少一个保持部分(34)，该保持部分的形式为该洞的纵向部分，该纵向部分具有大于洞(14、16)的主要部分(32)的横截面直径。

14.如权利要求13所述的钻柱元件，其中所述保持部分(34)与导管(10)的径向扩张部分(44)协作。

15.如权利要求13和14中任一项所述的钻柱元件，其中所述保持部分(34)包括至少一个中空部(63)，该中空部在中心孔(8)上开口并且具有大于洞(14、16)的主要部分(32)的直径的深度。

16.如权利要求15所述的钻柱元件，其中所述至少一个中空部填充有金属或者合成材料。

17.如权利要求12-16中任一项所述的钻柱元件，其中用于导管(10)的固定装置(79)设置在中空部(65)中。

18.如权利要求17所述的钻柱元件，其中所述固定装置包括与导管(10)的一个纵向端部协作的螺杆/螺母保持器。

19.如前述权利要求中任一项所述的钻柱元件，其中所述保持装置包括布置在所述洞(14、16)的纵向部分的内表面和导管(10)的纵向部分的外表面之间的摩擦耦合。

20.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中所述洞(14、16)包括形成为纵向槽(81)的纵向部分，该纵向槽(81)在中心孔(8)的内表面(12)上开口。

21.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中洞(14、16)在对应的连接端的终端表面上终止，而且导管(10)具有设计成在所述终端表面上邻接的凸缘(91)的纵向终端部分。

22.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中所述保持装置在导管和对应的连接端之间产生密封。

23.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中导管(10)容纳附加导管(93)，附加导管(93)容纳所述至少一条线，导管包括用于在导管外周表面和内周表面之间的泥浆的连通装置，而且附加导管(93)以这样一种方式布置，使得其可以相对于导管(10)在其纵向方向上自由运动。

24.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中导管(10)容纳在管状护套中，该护套密封到连接端并以这样一种方式布置，使得其可以相对于所述连接端自由运动。

25.如前述权利要求中任一项所述的钻管元件，其中导管纵向拉伸或者压缩地保持在预加应力状态。

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