CN104271869A - 井下工具和方法 - Google Patents

Abstract

一种制造和安装尺寸可变，可塑性变形或可弯曲的能够安装在旋转钻井和井眼完成管的加厚部上的弹性轴承套圈或扶正器套筒的方法，例如，但并非唯一地，旋转钻井和井眼完成管是短节，钻铤，钻杆，井眼套管，生产尾管和其它在井下运行的与钻井和生产相关的管。为了能够降低定向钻井和对大位移开发(ERD)井进行完井时生成的旋转扭矩。

Description

井下工具和方法

技术领域

本发明涉及一种井下工具，方法和组件，更具体地，但并不唯一地涉及用于降低旋转组件中的扭矩和/或阻力的井下工具，方法和组件，所述旋转组件在石油和天然气工业中被用于钻出或完成大斜度井眼或水平井眼。

背景技术

在石油和天然气工业中，对油藏和气藏的持续探寻和开采使定向钻孔开采和生产井钻孔得到发展，生产井钻孔即为垂直延伸的钻孔，与传统垂直井钻孔相比，该钻孔延伸到储层的程度更高。

定向钻出的钻孔现在比之前钻得更深，更长，斜度更大(从垂直方向)，同时钻孔现在水平钻出，以可观的距离穿过储层。甚至在某些情况下，从井场的表面位置开始，水平探边(step out)可能会超过10千米。

要认识到，在垂直或近垂直的井眼中，管件例如钻管或钻柱的大部分(如果不是全部的话)通常将受力悬挂并对井眼施加一点侧向力。相比之下，在一些大斜度或水平井眼中，钻管或钻柱下部的大部分将置于钻孔的低侧上，同时它们的重量作用在钻孔壁上，当管件从表面旋转时，将产生相当大的扭转摩擦。

随着钻孔的水平部分延伸，该扭转摩擦分量增加了从地表提供的以转动管件的施加转矩，使管件不再能够传递足够的转矩来旋转组件的下部，并不再能够为钻孔过程提供动力。

多种用于降低钻孔水平部分中旋转扭转损失的方法已被提出。在某些情况下，在钻液中使用减磨剂。可选择地，或附加地，可以在水平部分中使用的管件上安装减磨非旋转套圈或扶正器套筒。在某些情况下，减磨套圈或非旋转扶正器套筒可以安装在钻杆连接部之间安装的短节基础工具的一部分上。在其它情况下，减磨套圈或非旋转扶正器套筒可以通过可再次接合的分体式接头或通过夹具连接至钻杆的管体。

但是，每种上面所提出的用于降低摩擦和/或阻力的方法都具有缺陷。例如，在管接头之间设置单独的短节基础工具会导致工具之间出现30英尺(9.2米)的间隔。需要单独的短节基础工具还意味着在钻台以及堆置区中处理的管的长度增加，由此增加了处理时间，故障风险以及维护成本。需要单独的短节基础工具还增加了钻管的给定长度或管柱中的连接部的数量，再次增加了处理时间，故障风险以及维护成本。

在设备上使用分体式套筒或夹具的情况下，它们的复杂性增加了故障风险，以及安装和/或移除所需的处理时间。在某些情况下，已知这些工具会脱离并丢失在钻孔中，需要进行对经营者而言非常昂贵的检修工作。

为了从钻孔的长水平部分中使用的扭转摩擦降低设备(例如，上面描述的那些)中获得任何实质上的益处，需要使用大量的这类设备以确保钻孔的水平部分中的钻管的大部分被支撑以与钻孔的低侧分开，并在强有效的轴承中旋转。这导致在钻管和钻孔的低侧之间需要大量接触点，每个接触点增加了摩擦并需要从地表获得附加的扭矩。

发明内容

本发明的方面涉及用于降低井下环境中的扭矩和/或阻力的工具，组件和方法。

根据本发明的第一方面，提供一种井下工具，该井下工具包括位于管体上的套圈，该套圈能够从第一直径结构重新配置为第二较小直径结构。

根据本发明的第二方面，提供一种方法，该方法包括：

提供包括套圈的井下工具；

将套圈定位在管体上；

将套圈从第一直径结构重新配置为第二较小直径结构。

在使用过程中，套圈可配置为以第一结构定位在管体上。套圈可以配置为以第一直径结构沿着管体平移。套圈可以配置为限定较小的第二直径结构。套圈可以配置为以第二直径结构配合于、固定至、和/或保持在管体上。

将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构可包括使套圈或套圈的一部分塑性变形。将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构可包括挤锻(swaging)套圈或套圈的一部分。将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构可包括夹压(crimping)套圈或套圈的一部分。将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构可包括挤压(crushing)套圈或套圈的一部分。

有利地，本发明的实施方式可以连接至或者定位在管体上，例如，钻管部分，完井管部分，管柱等，而不需要分体式连接装置，夹紧式连接装置，或螺纹连接装置。例如，套圈可以配置/提供有初始内径，该初始内径允许套圈穿过管体，并且接下来通过塑性变形、挤锻、夹压或挤压来将套圈挤入到管体上，以从第一直径结构重新配置为较小内径的第二结构。由于井下工具可以配置为以第一结构定位在管体上，并且特别地但并非唯一地定位在管体上设置的加厚或较大直径部分上，加厚或较大直径部分通常防止将套圈安装在直径小于加厚部的直径的管部分上，一个或多个井下工具可以设置在任何所要求的位置上，并且沿着管体的长度以任何所要求的间隔设置。由于井下工具不需要设置在单独的短节基础工具(sub-based tool)上，可以减小钻台和堆置区中处理的管的长度和/或必须构成的连接部的数量，由此降低了处理时间，故障风险以及维护成本。

本发明的实施方式可以在许多井下应用中使用。

套圈可以包括套筒。例如，套圈可以包括扶正器套筒，或形成扶正器套筒的一部分。

在特定实施方式中，井下工具可以包括减磨套圈，或形成减磨套圈的一部分。

在使用中，井下工具，例如套圈可以配置为与钻孔壁(例如在无套管钻孔应用中)或其它管例如套管或衬管(例如在套管井应用中)配合。井下工具，例如套圈可以配置为支撑管体和/或使管体从钻孔壁或管壁偏移。

套圈可以旋转地安装在管体上。套圈可以以第二结构可旋转地安装在管体上。套圈可以配置为以第二直径结构并以转动配合的方式啮合于、固定至、和/或保持在管体上。在使用中，套圈可以旋转地安装在管体上，从而管体可以在套圈内旋转。

有利地，本发明的实施方式可以支撑管体，例如钻孔或管体中的旋转钻柱，完井钻柱等，并降低或减轻旋转管体和钻孔或管壁之间可能产生的摩擦损失。已发现本发明的实施方式可以将大斜度或水平钻孔中的管体和钻孔壁之间的摩擦系数从约0.25或0.3降低至约0.1。

管体和套圈中的至少一者可以包括轴承或限定轴承的一部分。

套圈可以包括轴承或形成轴承的一部分。轴承可以包括液体润滑的轴承，例如，但并不仅仅是钻液(泥浆)润滑轴承。

套圈可以配置为以第二直径结构配合于、固定至、和/或保持在管体的较小直径部分上。举例来说，管体的较小直径部分包括轴承轴颈，凹槽和预形成位置等。

套圈可以是任何合适的形式和结构。

套圈可以配置为允许将内径从第一结构到第二结构降低多达10％。

套圈可以配置为允许将内径从第一结构到第二结构降低多达20％。套圈可以配置为允许将内径从第一结构到第二结构降低多达30％或更多。

套圈可以包括可变形部。可变形部允许套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构。可变形部可以包括可延展材料。可变形部可以包括可延展金属。

在特定实施方式中，套圈可以包括多个连接或形成在一起的部件。套圈可以包括复合材料部件。

套圈可以包括芯体。芯体可以包括圆柱形管体，环等。在使用中，将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构可以包括重新配置芯体。当套圈配置为定位在管体的凹槽或轴颈上时，芯体可以位于凹槽或轴颈的加厚部下面。有利地，将芯体配置为位于凹槽或轴颈的加厚部下面可以在套圈磨损的情况下保持套圈的结构完整性。芯体可以包括套圈的可变形部分，或形成套圈的可变形部分的一部分。

套圈可以包括至少一个外层。

外层可以设置在芯体的至少一个表面上。外层可以设置在芯体的内表面上。外层可以设置在芯体的外表面上。外层可以设置在芯体的至少一个侧表面上。外层可以插入在芯体和管体之间。外层可以封装芯体。

套圈或者套圈的一部分可以由金属材料、金属合金等制成。套圈或者套圈的一部分可以由316级不锈钢制成。可选择地，套圈或者套圈的一部分，例如芯体可以由形状记忆材料，例如形状记忆金属制成。

套圈或者套圈的一部分可以由聚合物材料制成。套圈或者套圈的一部分可以由弹性材料制成。弹性材料可以包括填充弹性体。在特定实施方式中，弹性材料可以包括氢化丁腈橡胶(HNBR)等。

在特定实施方式中，套圈可以包括封装在弹性材料外层中的金属材料芯。

套圈可以包括至少一个穿孔。套圈可以包括多个穿孔。一个或多个穿孔可以是圆形的。套圈可以配置为将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构时使一个或多个穿孔瓦解(collapse)。提供穿孔有助于以可控的方式将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构。在特定实施方式中，所述至少一个穿孔可以设置在芯体中。

套圈可以配置为将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构时使外层(例如，弹性材料)挤出或变形。在特定实施方式中，套圈可以配置为将套圈从第一直径结构重新配置为第二直径结构时使外层的一部分通过一个或多个穿孔挤出或变形。挤出或变形的外层可以形成位于套圈和管体之间的突出部分或按钮，例如，弹性材料的突出部分或按钮。有利地，这些突出部分或按钮可以在管体上形成多个支承点，在套圈的内孔和管体之间产生液体润滑支承面。可选择地，或附加地，这些弹性材料的突出部分或按钮在它们的周围提供间隙空间以进行液体冷却和清洁。

在本发明的替代实施方式中，套圈可以非旋转地安装在管体上。套圈可以配置为过盈配合地配合于、固定至、和/或保持在管体上。在使用中，套圈配置为以第二结构抓握管体。当凹槽设置在管体中时，套圈可以配置为抓握凹槽。可选择地，或附加地，套圈可以配置为抓握外部齐平的管，例如，套管，衬管或钻杆。

在替代实施方式中，套圈可以包括牵引构件或形成牵引构件的一部分。例如，本发明的实施方式可有益地提供井下牵引力或推力以沿着钻孔或孔衬管驱动管体和任何连接的部件，并可消除或降低例如大斜度钻孔或水平钻孔中从地表传递纵向力的需求，大斜度钻孔或水平钻孔中可能无法精确地控制从地表开始的运动。本发明的实施方式可以提供受控的运动，而没有管柱由于牵引效应而被卡住的风险。本发明的实施方式可以降低对来自地表的压缩力的需求，由此消除或降低有害的“粘着滑动”效应，并对钻头上的重量进行有效控制。

套圈或牵引构件可以安装在管体上，以限定相对于管体的纵向轴线的倾斜角，并可以配置为与钻孔或孔衬管的壁配合，由此在管体相对于套圈旋转的作用下沿着钻孔或孔衬管的壁驱动工具。通过提供倾斜角，为套圈和钻孔或孔衬管的壁之间的交互引入了纵向力分量，该纵向力分量沿着钻孔或孔衬管驱动管体。因此，套圈或牵引构件能够以螺旋路径旋转，而并不以围绕钻孔或孔衬管的壁的内部圆周路径旋转。该旋转螺旋路径具有沿着钻孔或孔衬管的壁输送工具和任何连接的管或部件，例如钻管，下入管柱或完井管柱的效果。

套圈或牵引构件可以安装在管体上，使套圈或牵引构件从管体的中心纵向轴线偏移。因此，工具可以配置为使得工具限定有与钻孔管或孔衬管的壁的至少一个接触点或接触区域。在一些实施方式中，工具可以配置为限定有与钻孔管或孔衬管的壁的多个接触点或接触区域。在特定实施方式中，工具可以配置为使得工具限定有与钻孔管或孔衬管的壁的三个或更多个接触点或接触区域。通过使管体和任何连接的部件偏移不与钻孔管或孔衬管的低侧接触，本发明的实施方式可以提供防磨损，降低转矩和/或集中化中的至少一者。

套圈或牵引构件可以旋转地安装在管体上，使管体在套圈或牵引构件中旋转。在使用中，套圈可以在套圈或牵引构件的内圆周表面中旋转。

在特定实施方式中，套圈或牵引构件可以配置为直接安装在管体上。在其它实施方式中，套圈或牵引构件可以配置为间接安装在管体上。

套圈或牵引构件可以旋转地安装在管体上，由此套圈或牵引构件将力传递给管体。例如，套圈或牵引构件可以旋转地安装在管体上，由此套圈或牵引构件将纵向力分量传递给管体，以沿着钻孔壁或孔衬管的壁驱动工具和任何连接的部件。

工具可以包括单个套圈或牵引构件。

在特定实施方式中，工具可以包括多个套圈或牵引构件。套圈或牵引构件的数量和设置可以配置为提供与钻孔壁或孔衬管的壁的接触点或接触区域。例如，套圈或牵引构件可以配置为提供与钻孔壁或孔衬管的壁的以一定角度隔开的接触点或接触区域。

当工具包括多个套圈时，套圈中的一个或多个可以配置为可旋转地安装在管体上，并且例如可以包括减磨套圈。

当工具包括多个套圈时，套圈中的一个或多个可以配置为非旋转地安装在管体上。

当工具包括多个套圈时，套圈中的一个或多个可以包括牵引构件，或者形成牵引构件的一部分。

套圈或牵引构件可以配置为沿着管体的一部分的长度定位。

在特定实施方式中，多个套圈或牵引构件可以配置为定位在管体上，其中套圈或牵引构件沿着管体的长度纵向隔开。有利地，将套圈或牵引构件轴向地隔开可以分配工具对周围钻孔或孔衬管施加的负荷，并且可以减少或防止对钻孔或孔衬管的损害，当工具对钻孔或孔衬管施加点负荷时可能导致损害。当工具位于钻孔的容易瓦解的脆弱或松散部分中时，这是特别有利的。

在一些实施方式中，多个套圈或牵引构件可以以互相抵靠的方式定位在管体上。一个或多个套圈或牵引构件可以配置为与至少一个套圈或牵引构件配合。例如，套圈或牵引构件可以包括用于将套圈或牵引构件连接于至少一个其它套圈或牵引构件的套圈或牵引构件连接装置。套圈或牵引构件连接装置可以包括机械连接装置，粘合剂结合，快速连接设备，公母头连接器等中的至少一个。

套圈或牵引构件可以包括径向延伸的肋条，或叶片或其它加厚直径部。在使用过程中，肋条或叶片可以与钻孔或孔衬管的壁配合。肋条或叶片可以是任何合适的形式。在特定实施方式中，肋条或叶片可以在单个牵引构件或与至少一个其它牵引构件的组合上限定螺旋配置。有利地，例如，螺旋配置可以促进钻孔低侧上的钻屑的上升或运动。

套圈或牵引构件可以包括单个肋条或叶片。可选择地，套圈或牵引构件可以包括多个肋条或叶片。在特定实施方式中，套圈或牵引构件可以包括三个肋条或叶片，四个肋条或叶片，或者五个肋条或叶片。当套圈或牵引构件可以包括多个肋条或叶片时，多个肋条或叶片可以位于围绕套圈或牵引构件的圆周隔开的位置上。套圈或牵引构件的数量和设置，以及肋条的数量和设置可以配置为提供与钻孔壁或孔衬管的壁的接触点或接触区域。例如，在特定实施方式中，工具可以包括六个套圈或牵引构件，每个套圈或牵引构件具有三个围绕牵引构件的圆周以120度设置的叶片。

可以在管体的加厚直径部中提供纵向切出部分，从而在工具运行时提供液体和/或碎屑旁路。

肋条或叶片可以与套圈一体形成。可选择地，肋条或叶片可以包括单独的部件，该单独的部件形成到套圈上，或连接至套圈。

套圈或牵引构件至少一部分可以包括，形成有或接收硬面材料，或者可以接受表面硬化处理。可以使用任何合适的硬面材料或处理。例如，硬面材料或处理可以包括表面加硬圈，镶硬合金齿，聚晶金刚石复合片等中的一个或多个。在特定实施方式中，硬面材料或处理可以包括金刚石基体，例如，但是非唯一地，应用激光的金刚石基体。当工具在无套管环境中使用时，即工具配置为与无套管或衬垫的钻孔的壁啮合时，提供硬质材料，或硬化套圈或牵引构件是特别有利的，因为这可以保护套圈或牵引构件不受钻孔环境造成的损害，例如，但是非唯一地，钻孔环境包括孔中的钻屑，钻孔形成，和/或经过工具和钻孔之间环带的液体通道。可选择地，或附加地，提供硬面材料或表面硬化处理还可以提高握持力。在一些实施方式中，提供硬面材料或表面硬化处理可以促进扩孔动作。

套圈或牵引构件至少一部分可以包括，形成有或接收弹性材料或其它弹力材料。可以使用任何合适的弹性材料或弹力材料。在特定实施方式中，材料可以包括氢化丁腈橡胶，聚氨酯材料，还可以使用任何合适的材料。当工具在孔衬管例如套管中使用时提供弹性材料或弹力材料是特别有利的，因为这可以保护或防止对孔衬管的多重损害。

如上所述，套圈或牵引构件可以安装在管体上，从而限定相对于管体的纵向轴线的倾斜角，并可以配置为与钻孔或孔衬管的壁配合，由此在牵引构件相对于管体旋转的作用下沿着钻孔或孔衬管的壁驱动工具。倾斜角可以由任何合适的方式提供。

例如，套圈或牵引构件可以形成为限定倾斜角和偏移。可选择地，或附加地，套圈可以形成为限定倾斜角。可选择地，或额外地，管体可以限定倾斜角。在特定实施方式中，管体限定倾斜角，并且管体可以形成为或构造为形成多个倾斜的轴颈以接收多个套圈或牵引构件。按照设想，管体可以形成为类似于多缸内燃机曲轴，曲柄上有非常轻微的偏移并且这些曲柄有非常轻微的角度或倾斜。有利地，提供单一单元可以为套圈或牵引构件提供可靠的连接装置，同时维持管体的结构完整性。

套圈或牵引构件的倾斜角度可以选择为以选定速度沿着钻孔的壁驱动工具。倾斜角可以相对较小，例如，1度或小于1度。由于旋转钻具组件的旋转速度通常限制为100至200rpm之间，储层中钻出的部分的钻孔直径通常为，但不一直是8.5”(约216mm)或更少，钻进速度通常低于100英尺/每分钟(约为0.51米/每秒)，因此提供高效前进牵引和运输系统所需的倾斜角相对较小，例如为1度或更小。在特定实施方式中，倾斜角可以为0.5度。举例来说，0.5度的倾斜角可以在约为150rpm时提供约为170英尺/每小时的向前钻进速度。在其它实施方式中，倾斜角可以为1度至5度。在其它实施方式中，倾斜角可以超过5度。但是，在某些情况下，需要可能要求倾斜角更高。

套圈或牵引构件的倾斜角度的方向可以选择为以选定方向沿着钻孔的壁驱动工具。例如，倾斜角的方向可以选择为沿着前进或下钻方向驱动工具。在特定实施方式中，按照设想，工具设置为使得管体的右旋使工具沿前进或下钻方向被驱动。但是，倾斜角的方向可以选择为沿着相反或上钻方向驱动工具。为提供有效的反向牵引，按照设想，反向倾斜角的范围为约3度至约5度。

如上所述，套圈或牵引构件可以安装在管体上，使套圈或牵引构件从管体的中心纵向轴线偏移。这种偏移可以由任何合适的方式提供。在特定实施方式中，这种偏移可以由管体提供。因此，管体可以形成为或构造为形成多个偏移和倾斜角以接收多个牵引构件。

在特定实施方式中，井下工具可以配置为选择性地与钻孔壁提供牵引。例如，工具可以配置为使得工具的第一部分和钻孔壁(例如，钻孔壁或管壁的高侧)之间的啮合在工具和钻孔之间引起牵引，工具的第二部分和钻孔壁或管壁(例如，钻孔壁的低侧)之间的啮合不在工具和钻孔之间引起牵引。工具可以配置为使得井下工具的偏移和倾斜角中的至少一个提供上述效果。第二部分可以提供与钻孔壁或管壁的摩擦接触，或者可以从钻孔壁或管壁偏移。

套圈可以重新配置为较大直径第三结构。第三结构的直径可以与第一直径结构相同，或者为另一个直径。

井下工具还可以包括管体。管体可以是任何合适的形式和结构。管体可以包括轴，心轴等。管体可以包括厚壁管。管体可以包括钻杆，钻铤等的一部分。管体可以包括孔衬管的一部分。例如，管体可以包括套管或衬垫的一部分。在特定实施方式中，管体可以包括增强性能钻杆(enhanced performancedrill pipe)(EPDP)等。

管体可以配置为连接至管柱，例如，但是非唯一地，钻柱，下入管柱，完井管柱等。在特定实施方式中，管体可以配置为在管柱的中间位置连接至管柱。可选择地，管柱可以配置为在管柱的末端，例如管柱的远端连接至管柱。

管体可以包括用于将管体连接至管柱的连接器。连接器可以为任何合适的形式。例如，连接器可以包括机械连接器，紧固件，粘合剂结合等中的至少一个。在一些实施方式中，连接器可以包括位于在管体的一端或两端上的螺纹连接器。在特定实施方式中，连接器可以包括位于管体的第一端上的螺纹公扣连接器以及位于管体的第二端上的螺纹母扣连接器。在使用中，当工具进入钻孔时，管体可以连接至管柱，具有螺纹公扣连接器的第一端设置在管体的最远端或下钻端，具有螺纹母扣连接器的第二端设置在管体的上钻端。

管体可以是中空的。例如，管体可以包括至少延伸穿过管体的纵向孔。在使用中，纵向孔可以促进液体流过工具。

管体可以限定轴承轴颈。例如，管体的外部部分可以机加工或形成为限定轴承轴颈，牵引构件可旋转地安装到轴承轴颈。有利地，当管体限定轴承轴颈时，这可以为牵引构件提供可靠的连接装置，同时维持管体的结构完整性。在其它实施方式中，管体和轴承可以包括单独的部件，管体可以配置为接收轴承。

如上所述，管体可以限定接收套圈或牵引构件的凹槽。在一些实施方式中，凹槽可以形成轴承轴颈。在一些实施方式中，凹槽可以配置为接收轴承。在管体中提供凹槽可以促进套圈或牵引构件和管体之间的连接，并可以使力能够从牵引构件传递至管体和管柱。

管体可以配置为围绕管体的外圆周面接收套圈或牵引构件。

根据本发明的第三方面，提供一种组件，该组件包括：

根据第一方面或第二方面的井下工具；以及

管体。

组件可以包括单个井下工具。可选择地，组件可以包括多个井下工具。

因此，本发明的实施方式可以提供一种尺寸可变，可塑性变形或可夹压的能够安装在旋转钻井和井眼完成管的加厚部上的弹性轴承套圈或扶正器套筒，例如，但是非唯一地，旋转钻井和井眼完成管是短节(subs)，钻铤，钻杆，井眼套管，生产尾管和其它在井下运行的与钻井和生产相关的管。为了能够降低定向钻井和对大位移开发(extended reach development)(ERD)井进行完井时生成的旋转扭矩。

应该理解，上面根据本发明的任意方面限定的特征或下面根据本发明的特定实施方式限定的特征可以单独使用，或与根据本发明的任意其它方面限定的其它特征一起使用。

附图说明

下面参照附图以示例的方式对本发明的这些和其它方面进行描述，在这些附图中：

图1A显示了传统增强性能或加重钻杆部分；

图1B显示了图1A所示杆部分的加厚部的放大图；

图2A显示了根据本发明的改进式增强性能或加重钻杆部分；

图2B显示了图2A所示杆部分的加厚部的放大图；

图3A显示了图2A和2B所示的增强性能或加重钻杆部分，其具有位于轴承轴颈上的多个重新成形或夹压的非旋转套圈或扶正器套筒；

图3B显示了图3A所示杆段的加厚部的放大图；

图4A显示了根据本发明的实施方式的可变形或可夹压套圈或扶正器套筒，套圈在重新成形或者夹压到轴承轴颈上之前具有一体式弹性轴瓦；

图4B显示了重新成形或夹压以安装到轴承轴颈上之后的图4A所示的套圈；

图5A显示了根据替代实施方式的可变形或可夹压套圈或扶正器；

图5B显示了重新成形或夹压之后的图5A所示的可变形或可夹压套圈或扶正器；

图6显示了图2和图3所示钻杆部分的放大部分，其具有低侧碎屑搅拌槽，并且加厚部的限定更加清楚；

图7显示了图6所示钻杆的放大部分，未重新成形的套圈或扶正器套筒在被加厚母扣工具接头或公扣工具接头穿过之后被加厚部穿过；

图8显示了图6所示钻杆的放大部分，其中重新成形或夹压的套圈或扶正器设置在轴承轴颈上；

图9显示了未重新成形的套圈或扶正器套筒；

图10显示了位于轴承轴颈上的重新成形或夹压的套圈或扶正器套筒的横截面；

图11显示了图10中B的放大部分；

图12显示了根据本发明的替代实施方式的井下工具的立体图；

图13显示了图12所示井下工具的前视图；

图14显示了具有第一结构的图12和图13所示井下工具的端视图；以及

图15显示了具有第二结构的图12至图14所示井下工具的端视图。

具体实施方式

首先参考图1A和图1B，它们显示了一种井下管10，其形式为传统增强性能钻杆(EPDP)的接头。如图1A所示，井下管10具有带通孔14的主管体12，位于第一端的加厚螺纹母扣连接器16和位于第二端的加厚螺纹公扣连接器18。在使用中，螺纹母扣连接器16和螺纹公扣连接器18被用于将管10连接至管柱(示意为S)的相邻部分，例如，管柱是钻柱，完井管柱，下入管柱等。沿着管10的长度在主体上形成有多个硬面加厚部20。图1B中显示的最清楚，从主管体12到每个硬面加厚部20的引入部分被铣削以包括低侧碎片搅拌槽22。在使用中，加厚部20提供一定程度的稳定性，从而使管10集中并对其进行支撑，使管10与钻孔壁(示意为B)的低侧分开。此外，槽22防止了翘曲的可能性，当连接的接头在用于钻进钻孔B的长水平部分的旋转钻柱中使用时，施加至管10的压缩负荷将引起这种翘曲。

在使用中，硬面加厚部20与钻孔壁B接触，并产生摩擦损失，这种摩擦损失累计地增加旋转钻柱S所需的扭矩。该扭矩通常被视作是管10的垂直重量分量乘以管10和钻孔壁B的接触点24之间的摩擦系数。摩擦系数通常为0.25至0.3。

现在参考图2A和图2B，它们显示了在本发明的一个实施方式中使用的井下管110。在所显示的实施方式中，井下管110还包括增强性能钻杆(EPDP)的接头，管10和管110之间的相似部件由前述附图标记加上100来表示。同管10一样，管110具有包括通孔114和下侧碎片搅拌槽122的主管体112，位于第一端的加厚螺纹母扣连接器116和位于第二端的加厚螺纹公扣连接器118。在使用中，螺纹母扣连接器116和螺纹公扣连接器118被用于将管110连接至管柱S的相邻部分。图2A和图2B所示井下管与管10的区别在于加厚硬面部20被移除并由咬边轴承轴颈部26替代，在使用中，咬边轴承轴颈26接收下面将详细描述的套圈28，并形成降低扭矩且自由旋转的套圈或扶正器套筒。

如图3A和3B所示，管110具有多个套圈28(在所显示的实施方式中为3个)，每个套圈安装在轴颈部26上。在所示实施方式中，套圈28被夹压或挤锻在它们各自的轴颈部26上，在使用中，套圈28沿着钻柱S的长度支撑钻柱S，并用作在轴颈部26上运行的旋转钻杆110之间的高效轴承，从而帮助降低旋转钻柱S和钻孔壁B之间的摩擦损失。

图4A和图4B中显示了一种示例性套圈28，图4A显示了尺寸夹压或挤锻变小之前具有第一直径结构的套圈28，图4B显示了尺寸夹压或挤锻变小之后具有第二较小直径结构的套圈28。

在使用中，套圈28配置成以其图4A所示的较大第一结构位于管体110上，沿着管体110平移直到靠近位于轴颈部26，接着重新配置为限定其图4B所示的较小第二直径结构，套圈28以第二直径结构固定到和/或保持在管体110上。

套圈28制造为复合材料部件，该复合材料部件包括封装在弹性外层32中的金属环或芯体30，在使用中，复合部件形成液体润滑弹性轴承，轴承的摩擦系数为约0.1或更低。在所显示的实施方式中，芯体由316级不锈钢制成，而外层32由氢化丁腈橡胶制成。316级不锈钢的使用为芯体30提供了足够的延展性，允许套圈28从图4A所示的较大第一结构变形或重新配置为图4B所示的较小第二结构。氢化丁腈橡胶的使用提供了能够适应芯体30变形的外层32。但是，要认识到，可以使用其它的合适材料。如图4A和图4B所示，芯体30被穿孔，具有多个圆形穿孔34。在使用中，当尺寸被夹压或挤压变小时，被穿孔的芯体30通过穿孔34的受控瓦解而塑性变形。由于芯30体封装在外层32中，芯体30的塑性变形和穿孔34的受控瓦解将导致结合在穿孔34中的弹性材料被挤出，从而在减小的孔中将形成弹性材料的突出部分或按钮。这些弹性材料的突出部分或按钮在轴颈部26上产生多个支承点，支承点周围具有间隙空间以进行液体冷却和清洁，从而在套圈30的内孔和轴颈部26之间产生液体润滑支承面。

现在参考图5A和图5B，它们显示了一种替代套圈28’，图5A显示了尺寸夹压或挤锻变小之前具有第一直径结构的套圈28’，图5B显示了尺寸夹压或挤锻变小之后具有第二较小直径结构的套圈28’。在该实施方式中，套圈28’包括由可延展可塑性变形金属制成的尺寸可变或可变形的轴承套圈或扶正器套筒。如图5A和图5B所示，套圈28’包括可变形部36，可变形部36能够受控地从图5A所示的第一结构夹压、挤锻或变形为图5B所示的第二结构，套圈28’的变小的内径在使用时在轴颈部26中形成转动配合。弹性或聚合物衬垫38在夹压到轴颈部26上之前安装在预形成的凹槽或口袋(pocket)40中，由此在套圈28’或扶正器套筒的内孔和轴颈部26之间形成液体润滑的支承面。弹性或聚合物衬垫38可以设置成如图5A和图5B所示的螺旋样式或成角度样式，从而引导将冷却和润滑液体遍布运行中的轴承。

现在参考图6，图7和图8，显示了将尺寸可变或可变形的轴承套圈或扶正器套筒安装到改进型增强性能或加重钻杆的管体110上的一系列步骤，凹陷的轴承轴颈部26位于加厚部120中。套圈可以包括套圈28或套圈28’。图6显示了安装尺寸可变或可变形的轴承套圈或扶正器套筒之前的凹陷的轴承轴颈部26。图7显示了穿过加厚部120的尺寸可变或可变形的轴承套圈或扶正器套筒30处于未整理状态。图8显示了夹压到轴承轴颈部分26上的尺寸可变或可变形的轴承套圈或扶正器套筒28。如图8所示，在安装状态中，可塑性变形的环或部分在加厚部的水平下面。有利地，这种设置消除或至少减轻了弹性或聚合物轴承磨穿的风险，使环锁定到轴承轴颈上，由此维持了套圈28的结构完整性。

图9，图10和图11显示了本发明的实施方式的附加视图，图9显示了未重新成形的套圈或扶正器套筒，图10显示了位于轴承轴颈上的重新成形或夹压的套圈或扶正器套筒的横截面，图11显示了图10所示横截面的放大部分B。

本发明的实施方式带来诸多益处，包括，尤其是，为扭矩降低套圈或扶正器套筒提供整体式的液体润滑弹性或聚合物轴承，该轴承能够连接或安装到直径比加厚钻杆工具机头连接部的直径小的轴承轴颈上，同时不再需要套圈或扶正器套筒中提供分体式连接部，或使用夹紧机构来连接分体式套圈或扶正器套筒。本发明的特定实施方式涉及一种连接扭矩降低套圈或扶正器套筒的方法，扭矩降低套圈或扶正器套筒的形式为包括液体润滑弹性和/或聚合物轴承材料的尺寸可变或可变形的环，该环能够安装到与钻井或完井相关的管的加厚部上，并且接下来通过塑形变形来调整大小或重新成形，或者环的圆周部分或整体中央核心变为更小的尺寸，从而在位于加厚部之间的管体上的一个或多个轴承轴颈上形成自由转动配合。但是，应当理解，在这里描述的实施方式仅为示例性的，在不超出本发明的范围的情况下可以对这些实施方式做各种修改。

参考图12至图15，它们分别显示了根据本发明的替代实施方式的井下工具的立体图，前视图和端视图。图14显示了钻孔B中位于第一位置的工具。图15显示了钻孔B中位于第二位置的工具。在所示实施方式中，井下工具包括管210，管210还包括增强性能钻杆(EPDP)的接头，管10，管110和管210之间的相似部件由前述附图标记加上200来表示。同管10一样，管210具有包括通孔214和下侧碎片搅拌槽222的主管体212。尽管未示出，但是管210还包括位于第一端的加厚螺纹母扣连接器和位于第二端的加厚螺纹公扣连接器，在使用中，螺纹母扣连接器和螺纹公扣连接器被用于将管210连接至管柱S的相邻部分。在该实施方式中，套圈228具有偏移和倾斜角，当与管或钻孔B的壁接触时提供牵引。在所示实施方式中，偏移为3mm，倾斜角为大约1度。在使用中，工具配置为使得套圈228的第一部分40与钻孔壁或管壁B的高侧啮合，套圈228的第二部分42与钻孔壁或管壁B的低侧啮合。套圈228的第一部分40包括偏移和倾斜，由此在与钻孔壁或管壁B啮合时引起牵引，而套圈228的第二部分42在与钻孔接触时不引起牵引，而是提供摩擦接触，或者可以从钻孔壁偏移。

例如，第二直径可以选择地包括比第一直径结构更大的直径结构。

尽管在所示实施方式中，套圈包括复合材料部件，但是套圈也可以包括单一部件。

Claims (76)

1.一种井下工具，该井下工具包括定位于管体上的套圈，所述套圈能够从第一直径结构重新配置为第二较小直径结构。

2.根据权利要求1所述的工具，其中，所述套圈配置为以所述第一结构定位在所述管体上。

3.根据权利要求1或2所述的工具，其中，所述套圈配置为以所述第一结构沿着所述管体平移。

4.根据权利要求1、2或3所述的工具，其中，所述套圈配置为以所述第二直径结构配合于、固定至、和/或保持在所述管体上。

5.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述井下工具包括减磨套圈或形成减磨套圈的一部分。

6.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为与钻孔壁配合。

7.根据前述权利要求1至5任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为与管配合。

8.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈可旋转地安装在所述管体上。

9.根据权利要求8所述的工具，其中，所述套圈以所述第二结构可旋转地安装在所述管体上。

10.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为以所述第二直径结构并以转动配合的方式配合于、固定至、和/或保持在所述管体上。

11.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括轴承，或形成轴承的一部分。

12.根据权利要求11所述的工具，其中，所述轴承包括液体润滑的轴承。

13.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中所述套圈配置为以所述第二直径结构配合于、固定至、和/或保持在所述管体的较小直径部分上。

14.根据权利要求13所述的工具，其中，所述管体的所述较小直径部分包括轴承轴颈、凹槽和预形成位置中的至少一个。

15.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括可变形部。

16.根据权利要求15所述的工具，其中，所述可变形部允许所述套圈从所述第一直径结构重新配置为第二直径结构。

17.根据权利要求15或16所述的工具，其中，所述可变形部包括可延展材料。

18.根据权利要求17所述的工具，其中，所述可变形部包括可延展金属。

19.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括单一部件。

20.根据前述权利要求1至18任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括多个连接或形成在一起的部件。

21.根据权利要求20所述的工具，其中，所述套圈包括复合材料部件。

22.根据权利要求20或21所述的工具，其中，所述套圈包括芯体。

23.根据权利要求22所述的工具，其中，所述芯体包括圆柱形管体或环。

24.根据从属于权利要求13的权利要求22或23所述的工具，其中，当所述套圈配置为定位在所述管的减小的直径部上时，所述芯体并不延伸到所述减小的直径部的上方。

25.根据权利要求22，23或24所述的工具，其中，所述芯体包括所述套圈的所述可变形部，或形成所述套圈的所述可变形部的一部分。

26.根据权利要求20至25任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括至少一个外层。

27.根据权利要求26所述的工具，其中，所述外层设置在所述芯体的至少一个表面上。

28.根据权利要求26或27所述的工具，其中，所述外层封装所述芯体。

29.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈的至少一部分由金属材料或金属合金制成。

30.根据从属于权利要求22的权利要求29所述的工具，其中，所述芯体由金属材料或金属合金制成。

31.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈的至少一部分由聚合物材料制成。

32.根据权利要求31所述的工具，其中，所述套圈的至少一部分由弹性材料制成。

33.根据从属于权利要求22的权利要求31或32所述的工具，其中，所述芯体由复合物材料或弹性材料制成。

34.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括至少一个穿孔。

35.根据权利要求34所述的工具，其中，所述套圈包括多个穿孔。

36.根据权利要求34或35所述的工具，其中，所述套圈配置为从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构时使一个或多个穿孔瓦解。

37.根据从属于权利要求22的权利要求34、35或36所述的工具，其中，至少一个穿孔设置在所述芯体中。

38.根据权利要求26至37任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构时使所述外层挤出或变形。

39.根据从属于权利要求34的权利要求38所述的工具，其中，所述套圈配置为从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构时使所述外层的部分通过一个或多个穿孔挤出或变形。

40.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈非旋转地安装在所述管体上。

41.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为过盈配合地配合于、固定至、和/或保持在所述管体上。

42.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈配置为以所述第二结构抓握所述管体上。

43.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括牵引构件，或形成牵引构件的一部分。

44.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈可安装在所述管体上，以限定相对于所述管体的纵向轴线的倾斜角。

45.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈可安装在所述管体上，以使所述套圈偏移于所述管体的中心纵向轴线。

46.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述工具配置为由该工具限定与所述钻孔管或孔衬管的所述壁的至少一个接触点或接触区域。

47.根据权利要求46所述的工具，其中，所述工具配置为由该工具限定与所述钻孔管或孔衬管的所述壁的多个接触点或接触区域。

48.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈可旋转地安装在所述管体上，以使所述套圈将力传递给所述管体。

49.根据前述权利要求任意一项所述的工具，该工具包括单个套圈。

50.根据权利要求1至48任意一项所述的工具，该工具包括多个套圈。

51.根据权利要求50所述的工具，其中，所述套圈中的一个或多个配置为可旋转地安装在所述管体上。

52.根据权利要求50或51所述的工具，其中，所述套圈中的一个或多个配置为非旋转地安装在所述管体上。

53.根据权利要求50、51或52所述的工具，其中，所述套圈中的一个或多个包括牵引构件，或形成牵引构件的一部分。

54.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括径向延伸的肋条、叶片或加厚直径部。

55.根据权利要求54所述的工具，其中，所述套圈包括单个肋条、叶片或加厚直径部。

56.根据权利要求54所述的工具，其中，所述套圈包括多个肋条、叶片或加厚直径部。

57.根据权利要求54、55或56所述的工具，其中，所述肋条、叶片或加厚直径部与所述套圈一体形成。

58.根据权利要求54、55或56所述的工具，其中，所述肋条、叶片或加厚直径部包括单独的部件，该单独的部件形成到所述套圈上或连接至所述套圈。

59.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述套圈的至少一部分包括硬面材料或由硬面材料形成。

60.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述井下工具配置为选择性地与所述钻孔壁提供牵引。

61.根据权利要求60所述的工具，其中，所述工具配置为使得所述工具的第一部分和所述钻孔壁之间的配合在所述工具和所述钻孔之间引起牵引，所述工具的第二部分和所述钻孔壁或管壁之间的配合不在所述工具和所述钻孔之间引起牵引。

62.根据权利要求61所述的工具，其中，所述工具的所述第一部分包括偏移和倾斜角中的至少一个。

63.根据权利要求61或62所述的工具，其中，所述第二部分提供与所述钻孔壁或管壁的摩擦接触，或者能够从所述钻孔壁或管壁偏移。

64.根据前述权利要求任意一项所述的工具，该工具还包括所述管体。

65.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述管体包括至少一个加厚直径部。

66.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述管体包括至少一个凹槽或轴颈。

67.根据前述权利要求任意一项所述的工具，其中，所述管体包括增强性能钻杆。

68.一种方法，该方法包括：

提供包括套圈的井下工具；

将所述套圈定位在管体上；

将所述套圈从第一直径结构重新配置为第二较小直径结构。

69.根据权利要求68所述的工具，其中，将所述套圈从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构包括使所述套圈或所述套圈的一部分塑性变形。

70.根据权利要求68或69所述的工具，其中，将所述套圈从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构包括挤锻所述套圈或所述套圈的一部分。

71.根据权利要求68，69或70所述的工具，其中，将所述套圈从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构包括夹压所述套圈或所述套圈的一部分。

72.根据权利要求68，69，70或71所述的工具，其中，将所述套圈从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构包括挤压所述套圈或所述套圈的一部分。

73.根据权利要求68至72任意一项所述的工具，其中，所述套圈包括芯体，并且将所述套圈从所述第一直径结构重新配置为所述第二直径结构包括对所述芯体进行重新配置。

74.一种组件，该组件包括：

根据前述权利要求任意一项所述的井下工具；以及

管体。

75.根据权利要求74所述的组件，该组件包括单个井下工具。

76.根据权利要求74所述的组件，该组件包括多个井下工具。