KR20210028599A - 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링 - Google Patents

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Abstract

다운홀 관형체 연결용의 커플링은, 관형 보디; 보디의 외부 표면에 형성된 수형 스크류 스레드와 보디의 내부 표면에 형성된 암형 스크류 스레드 중의 적어도 하나를 포함한다. 적어도 하나의 스레드는 나사산, 나사골 및 한 쌍의 플랭크들을 포함하는 스레드-형태를 갖는다. 나사산 및 나사골은 각각의 제 1 및 제 2 캠버 반경에 대해 각각 캠버링된다. 각 캠버 반경은 커플링의 외경보다 크다.

Description

다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링
본 발명은 일반적으로 드릴 스트링 커플링, 특히 배타적이지는 않지만 타격 암석 드릴링에 사용되는 드릴 스트링을 위한 캠버링된 스레드에 관한 것이다.
EP 1 511 911 / US 8,066,307 은 드릴 스트링을 형성하기 위해 함께 결합되도록 요소들 상에 수형 및 암형 스크류 스레드를 포함하는 타격 암석 드릴링을 위한 드릴 런 또는 드릴 스트링을 위한 스크류 조인트를 개시하고 있고, 수형 스레드 및 암형 스레드는 사다리꼴 형상을 갖고, 스레드들은 원뿔 각도가 7도 미만인 스레드들의 길이를 따라 원추형 경사를 가지며, 스레드의 플랭크들과 스레드의 정점에 접하는 라인 사이의 플랭크 각도는 45도 미만인 것을 특징으로 한다.
EP‘911 특허의 원추형 스레드는 굽힘 하중을 그 길이에 걸쳐 균등하게 분배하는데 적합하지 않으며 원추형 스레드로 인해 적절한 결합 및 결합해제 시간이 발생하지 않는다. EP‘911 특허의 원추형 스레드의 내마모성은 개선의 여지가 있다.
따라서, 원추형 스레드의 단점을 겪지 않는 타격 암석 드릴링을 위한 개선 된 드릴 스트링 스레드를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 드릴 스트링 커플링을 위한, 특히 배타적이지는 않지만 타격 암석 드릴링에 사용되는 드릴 스트링을 위한 캠버링된 스레드에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 다운홀 관형체 연결용의 커플링은, 관형 보디; 암형 커플링 부분; 수형 커플링 부분; 및 보디의 외부 표면에 형성된 수형 스크류 스레드와 보디의 내부 표면에 형성된 암형 스크류 스레드 중의 적어도 하나를 포함한다. 적어도 하나의 스레드는 나사산, 나사골 및 한 쌍의 플랭크들을 포함하는 스레드-형태를 갖는다. 나사산 및 나사골은 각각의 제 1 및 제 2 캠버 반경에 대해 각각 캠버링된다. 각 캠버 반경은 커플링의 외경보다 크다.
유리하게는, EP '911 특허의 원추형 스레드에 비해, 캠버링된 스레드는 굽힘 하중을 받을 때에 향상된 결합 특성과 향상된 강성을 나타낸다. 캠버링된 스레드는 결합 및 결합해제 시간을 줄여준다. 캠버링된 스레드는 그 곡률이 굽힘의 곡률과 더 잘 정렬되기 때문에 굽힘 하중을 길이에 걸쳐 더 균등하게 분배한다. 캠버링된 스레드는 접촉력의 방향이 더 수직이기 때문에 우수한 내마모성을 나타내며, 그럼으로써 슬라이딩 힘이 줄어든다.
실시형태의 일 양태에서, 각각의 플랭크는 직선형이고, 각각의 플랭크는 각각의 호에 의해 인접 나사산 및/또는 나사골에 연결된다.
실시형태의 다른 양태에서, 각 캠버 반경의 호에 수직인 스레드-형태의 중심선은 커플링의 종방향 축선에 대해 적어도 하나의 스레드의 시작부에 인접한 예각이며 거의 수직인 제 1 각도만큼 그리고 적어도 하나의 스레드의 단부에 인접한 제 2 각도만큼 기울어지고, 제 2 각도는 제 1 각도보다 작다.
실시형태의 다른 양태에서, 각 캠버 반경은 커플링의 외경보다 적어도 5 배 더 크다. 실시형태의 다른 양태에서, 스레드-형태는 비대칭이다. 실시형태의 다른 양태에서, 스레드-형태는 사다리꼴이다. 실시형태의 다른 양태에서, 적어도 하나의 스레드의 스위프 각도는 1도 내지 10도의 범위이다. 실시형태의 다른 양태에서, 나사골 및 나사산은 동심이다. 실시형태의 다른 양태에서, 나사골의 호 길이와 나사산의 호 길이는 동일하다. 실시형태의 다른 양태에서, 나사골의 호 길이와 나사산의 호 길이는 동일하지 않다.
실시형태의 다른 양태에서, 연결체는, 암형 스레드를 갖는 암형 커플링 부분; 및 수형 스레드를 갖고 암형 스레드에 나사결합되는 수형 커플링 부분을 포함한다. 커플링 부분들이 압축 상태일 때에 플랭크들 중의 하나는 접촉 플랭크이고 다른 플랭크는 비접촉 플랭크이다. 각 플랭크는 직선형이다. 각 스레드-형태는 각각의 캠버 반경의 호에 수직인 중심선을 갖는다. 각 플랭크는 각각의 중심선에 대해 기울어진 플랭크 각도를 갖는다. 각 접촉 플랭크 각도는 각각의 비접촉 플랭크 각도보다 크다.
선택적으로, 각 비접촉 플랭크 각도는 45도 미만이다. EP '911 특허는 플랭크 각도를 스레드 정점에서 측정한 것으로 정의하므로, EP'911 의 교시는 플랭크 각도가 45도보다 큰 것으로 해석된다. 비접촉 플랭크 각도를 최소화하면, 결합해제가 용이해지고 결합해제 중에 충격파의 전달이 용이해진다.
실시형태의 다른 양태에서, 각각의 커플링은 금속 또는 합금으로 만들어진다. 수형 커플링 부분은 외경 부분, 수형 스레드를 갖는 감소된 직경 부분, 두 부분들을 연결하는 숄더를 갖는다. 숄더는 암형 커플링 부분의 단부와 결합되어 금속간 시일 (metal to metal seal) 을 형성한다.
실시형태의 다른 양태에서, 타격 드릴링용의 드릴 로드는, 로드 보디; 암형 스레드를 갖고 로드 보디의 제 1 단부에 용접되는 암형 커플링 부분; 및 수형 스레드를 갖고 로드 보디의 제 2 단부에 용접되는 수형 커플링 부분을 포함한다. 선택적으로, 커플링 부분들의 외경은 5 내지 20 cm 범위이고, 각 캠버 반경은 1 미터보다 크다.
실시형태의 다른 양태에서, 드릴 스트링은 드릴 로드를 포함한다.
본 발명의 특정 구현은 단지 예로서 그리고 첨부된 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1 은 수형 커플링 및 암형 커플링을 갖고 각 커플링이 캠버링된 스크류 스레드를 포함하는 본 개시 내용의 일 실시형태에 따른 드릴 로드를 도시한다.
도 2a 는 캠버링된 스레드를 설계하기 위한 캠버링된 헬릭스를 도시한다. 도 2b 는 캠버링된 스레드의 파라미터를 도시한다.
도 3a-3g 는 캠버링된 헬릭스에 대한 공식을 도시한다.
도 4 는 캠버링된 수형 스레드의 프로파일을 도시한다.
도 5a 및 5b 는 도 4 의 일부를 확대한 것이다.
도 6 은 캠버링된 암형 스레드의 프로파일을 도시한다.
도 7a 및 7b 는 도 6 의 일부를 확대한 것이다.
도 8 은 함께 나사결합된 수형 및 암형 커플링들을 도시한다.
도 1 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 드릴 로드 (1) 를 도시한 것이고, 이 드릴 로드는 암형 커플링 (2) 및 수형 커플링 (4) 을 갖고, 각각의 커플링은 각각의 캠버링된 스크류 스레드 (2t, 4t) 를 포함한다. 드릴 로드 (1) 는 강과 같은 금속 또는 합금으로 만들어질 수 있다. 드릴 로드 (1) 는 또한 침탄과 같이 케이스 경화될 수 있다. 각각의 커플링 (2, 4) 은 드릴 로드 (1) 의 종방향 단부를 형성하기 위해 중간 로드 보디 (3) 에 용접부 (5) 와 같이 부착될 수 있다. 각 용접부 (5) 는 마찰 용접과 같이 시임이 없을 수 있다. 드릴 로드 (1) 는 관통 형성된 유동 보어를 가질 수 있다. 드릴 로드 (1) 의 길이는 6 미터일 수 있다.
드릴 스트링 (미도시) 은 일 단부의 드릴 비트 및 타 단부의 생크 어댑터와 함께 복수의 드릴 로드 (1) (도 8) 를 함께 나사결합함으로써 형성될 수 있다. 드릴 비트 및 생크 어댑터는 캠버링된 스크류 스레드 (2t, 4t) 중 하나를 가질 수도 있다. 드릴 스트링은 탑 해머 (미도시) 또는 다운홀 해머 (미도시) 에 의한 타격 암석 드릴링에 사용될 수 있다. 다운홀 해머를 사용하는 경우, 해머는 드릴 스트링의 일부로서의 조립을 위해 각각의 캠버링된 스크류 스레드 (2t, 4t) 를 가질 수 있다.
대안적으로, 드릴 로드 (1) 는 한 쌍의 수형 커플링 (4) 을 가질 수 있고, 한 쌍의 암형 커플링 (2) 을 갖는 슬리브 (미도시) 는 한 쌍의 드릴 로드를 함께 연결하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 캠버링된 스크류 스레드 (2t, 4t) 는 유전 드릴 파이프, 유전 케이싱 또는 라이너, 유전 생산 튜빙, 또는 유전 흡입로드와 같은 다른 유형의 다운홀 관형체를 연결하는데 사용될 수 있다.
수형 커플링 부분 (4) 은, 로드 보디 (3) 의 하부 단부에의 연결을 위한 외경 상부 부분, 외면에 외부 수형 스레드 (4t) 가 형성된 김소된 직경 하부 부분, 및 상부 부분과 하부 부분을 연결하는 숄더 (4s) 를 갖는 관형 보디를 가질 수 있다. 수형 커플링 부분의 상부 부분은 그 외면에 형성된 복수의 렌치 플랫을 가질 수 있다. 상부 부분에서의 유동 보어는 노즐 및 목 부분을 포함할 수 있다. 목은 숄더 (4s) 및 하부 부분을 통해 연장될 수 있다.
암형 커플링 부분 (2) 은 로드 보디 (3) 의 상부 단부에의 연결을 위한 하부 부분을 갖는 관형 보디를 가질 수 있다. 암형 커플링 부분 (2) 은 그 유동 보어에 인접한 내면에 형성된 내부 암형 스레드 (2t) 를 가질 수 있다. 유동 보어는 또 다른 드릴 로드의 수형 커플링 부분 (4) 의 감소된 직경 하부 부분을 수용할 수 있는 크기일 수 있다 (도 8). 수형 커플링 부분 (4) 은 숄더 (4s) 가 암형 커플링의 상부 (2p) 에 접할 때까지 암형 커플링 부분 (2) 에 나사결합 될 수 있으며, 그럼으로써 유동 보어를 분리하고 2 개의 드릴 로드를 함께 체결하기 위한 금속간 시일을 생성한다. 암형 커플링 부분 (2) 의 유동 보어는 암형 스레드 (2t) 의 하부 단부에 인접하여 위치하는 디퓨저를 포함할 수 있다.
대안적으로, 수형 커플링 부분 (4) 은 로드 보디 (3) 의 상부 단부에 연결될 수 있고, 암형 커플링 부분 (2) 은 로드 보디의 하부 단부에 연결될 수 있다. 이 대안에서, 수형 커플링 부분 (4) 의 노즐은 디퓨저이고, 암형 커플링 부분 (2) 의 디퓨저는 노즐일 것이다.
도 2a 는 캠버링된 스레드 (2t, 4t) 를 설계하기 위한 캠버링된 헬릭스 (6) 를 도시한다. 도 2b 는 캠버링된 스레드 (2t, 4t) 의 파라미터를 나타낸다. 도 3a-3g 는 캠버링된 헬릭스 (6) 에 대한 공식을 나타낸다. 캠버링된 스레드 (2t, 4t) 를 설계하기 위해, 하나 이상의 스레드 파라미터, 예를 들어 시작 직경 D0, 단부 직경 D1 및 (선형) 길이 L 이 드릴 로드 (1) 의 치수 활용에 특정될 수 있다. 스레드 파라미터가 특정되면, 캠버 반경 (Rb) 은 도 3a 의 공식을 사용하여 계산될 수 있다. 캠버 반경 (Rb) 은 중심점 (CP) 으로부터 연장될 수 있고, 수형 스레드 (4t) 의 나사산과 암형 스레드 (2t) 의 나사골을 규정할 수 있다. 스레드 파라미터는, 캠버 반경 (Rb) 이 커플링 부분 (2, 4) 의 외경보다 더 크도록, 예를 들어 5 배 또는 10 배 더 크도록 특정될 수 있다. 커플링 부분 (2, 4) 의 외경은 5 내지 20cm 의 범위일 수 있고, 캠버 반경 (Rb) 은 1m 보다 클 수 있고 예를 들어 1.05m 내지 1.7m 범위일 수 있다.
캠버 반경 (Rb) 이 계산되면, 도 3b 의 공식을 사용하여 스위프 각도 (γ) 가 계산될 수 있다. 스위프 각도 (γ) 는 1도 내지 10도의 범위일 수 있다. 스위프 각도 (γ) 가 계산되면, 캠버링된 헬릭스 (6) 가 도 3c-3g 의 파라메트릭 공식을 사용하여 생성될 수 있다. 캠버링된 헬릭스 (6) 는 캠버링된 스레드 (2t, 4t) 의 윤곽을 규정하기 위해 사용될 수 있다. 파라메트릭 공식에서, R (t) 는 드릴 로드 (1) 의 종방향 축선 (GL) 에 대한 캠버링된 헬릭스의 반경 좌표일 수 있다. 도 3e-3g 의 공식의 규칙은 왼나사에 대해 네거티브 (표시됨) 일 수 있고 오른나사에 대해 포지티브일 수 있다.
암형 스레드 (2t) 및 수형 스레드 (4t) 는 하나의 드릴 로드 (1) 의 수형 스레드가 다른 드릴 로드의 암형 스레드에 나사결합될 수 있도록 보완적일 수 있다 (도 8). 스레드 (2t, 4t) 의 나사결합 및 나사결합해제를 용이하게 하기 위해, 수형 스레드 (4t) 와 암형 스레드 (2t) 는 유사할 수 있지만 서로 동일한 거울 이미지는 아니다. 위에서 논의된 설계 프로세스는 암형 스레드 (2t) 에 대해 한번 수행되고 수형 스레드 (4t) 에 대해 다시 수행될 수 있다. 암형 스레드 (2t) 및 수형 스레드 (4t) 의 각각은 이중 스레드일 수 있다.
대안적으로, 캠버링된 스레드 (2t, 4t) 는 오른나사일 수 있다. 대안적으로, 암형 스레드 (2t) 및 수형 스레드 (4t) 의 각각은 단일 스레드 또는 삼중 스레드일 수 있다.
도 4 는 캠버링된 수형 스레드 (4t) 의 프로파일 (7m) 을 보여준다. 도 5a 및 5b 는 도 4 의 부분을 확대한 것이다. 일단 수형 스레드 (4t) 의 윤곽이 생성되면, 프로파일 (7m) 이 결정될 수 있다. 프로파일 (7m) 은 숄더 (4s) 로부터 스탠드오프 거리 (X0) 에서 시작할 수 있다. 프로파일 (7m) 은 단부 직경 (D1) 에 대해 오프셋되고 종방향 축선 (GL) 에 평행한 축선 (G1) 과 프로파일의 나사산이 교차하는 지점에서 끝날 수 있다. 스위프 각도 (γ) 는 시작부터 끝까지 프로파일 (7m) 의 아치형 범위를 규정할 수 있으며, 1도 내지 10도의 범위일 수 있다.
구체적으로 도 5a 를 참조하면, 프로파일 (7m) 의 스레드-형태는 제 1 나사산 (A1) 을 포함할 수 있다. 스레드-형태는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 제 1 나사산 (A1) 은 (외부) 캠버 반경 (Rb) 을 갖는 호일 수 있고, 제 2 호 (A2) 까지 연장될 수 있다. 중심선 (CL) 은 예각이고 거의 수직인 제 1 각도 (δ0) 로 오프셋 축선 (G1) 에 대해 경사질 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 제 1 나사산 (A1) 으로부터 비접촉 플랭크 (E1) 까지 연장될 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 제 1 나사산 (A1) 및 비접촉 플랭크 (E1) 에 접할 수 있다.
비접촉 플랭크 (E1) 는 중심선 (CL) 에 대해 제 1 플랭크 각도 (α) 로 기울어진 직선일 수 있다. 제 1 플랭크 각도 (α) 는 35도 내지 55도의 범위일 수 있거나, 제 1 플랭크 각도는 45도 미만일 수 있다. 비접촉 플랭크 (E1) 는 제 2 호 (A2) 로부터 제 3 호 (A3) 까지 연장될 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 비접촉 플랭크 (E1) 로부터 제 1 나사골 (A4) 까지 연장될 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 비접촉 플랭크 (E1) 및 제 1 나사골 (A4) 에 접할 수 있다. 스레드-형태는 제 1 나사골 (A4) 과 제 2 나사산 (A7) 사이에 높이 (T) 를 가질 수 있다. 제 1 나사골 (A4) 은 내부 캠버 반경 (Rb-T) 을 갖는 호일 수 있으며, 제 3 호 (A3) 로부터 제 5 호 (A5) 까지 연장될 수 있다. 높이 (T) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만일 수 있어서, 내부 캠버 반경 (Rb-T) 은 또한 캠버 반경에 대해 전술한 바와 같이 수형 커플링 부분 (4) 의 외경보다 크다. 제 1 나사골 (A4) 은 제 1 나사산 (A1) 과 동심일 수 있다. 중심선 (CL) 은 각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 의 호에 수직일 수 있다.
제 5 호 (A5) 는 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 5 호 (A5) 는 제 1 나사골 (A4) 로부터 접촉 플랭크 (E2) 까지 연장될 수 있다. 제 5 호 (A5) 는 제 1 나사골 (A4) 및 접촉 플랭크 (E2) 에 접할 수 있다. 접촉 플랭크 (E2) 는 중심선 (CL) 에 대해 제 2 플랭크 각도 (β) 로 기울어진 직선일 수 있다. 제 2 플랭크 각도 (β) 는 40도 내지 45도의 범위일 수 있다. 제 1 플랭크 각도 (α) 는 제 2 플랭크 각도 (β) 보다 작을 수 있으며, 그럼으로써 비대칭 스레드-형태가 된다. 접촉 플랭크 (E2) 는 제 5 호 (A5) 로부터 제 6 호 (A6) 까지 연장될 수 있다. 제 6 호 (A6) 는 접촉 플랭크 (E2) 로부터 제 2 나사산 (A7) 까지 연장될 수 있다. 제 6 호 (A6) 는 접촉 플랭크 (E2) 및 제 2 나사산 (A7) 에 접할 수 있다. 제 2 나사산 (A7) 은 외부 캠버 반경 (Rb) 을 갖는 호일 수 있다.
스레드-형태는 프로파일 (7m) 의 시작과 제 2 나사산 (A7) 의 중심 사이에 (호 길이) 피치 (P) 를 가질 수 있다. 제 1 나사산 (A1) 은 제 2 나사산 (A7) 의 호 길이의 절반과 동일한 호 길이 (X1) 를 가질 수 있다. 제 1 나사골 (A4) 은 또한 호 길이 (X1) 의 두 배와 동일한 호 길이를 가질 수 있다.
대안적으로, 나사산과 나사골은 호 길이가 다를 수 있다. 대안적으로, 제 2 플랭크 각도는 45도 미만일 수 있다.
구체적으로 도 5b 를 참조하면, 각각의 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 에 대한 프로파일 (7m) 의 캠버로 인해, 프로파일 (7m) 의 단부에 인접한 스레드-형태의 중심선 (CL) 은 제 1 각도 (δ0) 보다 작은 예각인 제 2 각도 (δ1) 로 오프셋 축선 (G1) 에 대해 기울어질 수 있다.
도 6 은 캠버링된 암형 스레드 (2t) 의 프로파일 (7f) 을 도시한다. 도 7a 및 7b 는 도 6 의 부분을 확대한 것이다. 암형 스레드 (2t) 의 윤곽이 생성되면, 프로파일 (7f) 이 결정될 수 있다. 프로파일 (7f) 은 상부 (2p) 로부터 스탠드오프 거리 (X0) 에서 시작할 수 있다. 프로파일 (7f) 은 단부 직경 (D1) 에 대해 오프셋되고 종방향 축선 (GL) 에 평행한 축선 (G1) 과 프로파일의 나사골이 교차하는 지점에서 끝날 수 있다. 암형 프로파일 (7f) 의 스탠드오프 거리 (X0) 는 수형 프로파일 (7m) 의 스탠드오프 거리와 약간 다를 수 있다. 스위프 각도 (γ) 는 시작부터 끝까지 프로파일 (7f) 의 아치형 범위를 규정할 수 있고, 1도 내지 10도의 범위일 수 있다.
구체적으로 도 7a 를 참조하면, 프로파일 (7f) 의 스레드-형태는 제 1 나사골 (A1) 을 포함할 수 있다. 스레드-형태는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 제 1 나사골 (A1) 은 외부 캠버 반경 (Rb) 을 갖는 호일 수 있고, 제 2 호 (A2) 까지 연장될 수 있다. 암형 프로파일 (7f) 의 외부 캠버 반경 (Rb) 은 수형 프로파일 (7m) 의 외부 캠버 반경과 약간 다를 수 있다. 중심선 (CL) 은, 예각이고 거의 수직인 제 1 각도 (δ0) 로 오프셋 축선 (G1) 에 대해 경사질 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 제 1 나사골 (A1) 로부터 비접촉 플랭크 (E1) 까지 연장될 수 있다. 제 2 호 (A2) 는 제 1 나사골 (A1) 및 비접촉 플랭크 (E1) 에 접할 수 있다. 비접촉 플랭크 (E1) 는 중심선 (CL) 에 대해 제 1 플랭크 각도 (α) 로 기울어진 직선일 수 있다. 제 1 플랭크 각도 (α) 는 35도 내지 55도의 범위일 수 있다.
비접촉 플랭크 (E1) 는 제 2 호 (A2) 로부터 제 3 호 (A3) 까지 연장될 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 비접촉 플랭크 (E1) 로부터 제 1 나사산 (A4) 까지 연장될 수 있다. 제 3 호 (A3) 는 비접촉 플랭크 (E1) 및 제 1 나사산 (A4) 에 접할 수 있다. 스레드-형태는 제 1 나사산 (A4) 과 제 2 나사골 (A7) 사이에 높이 (T) 를 가질 수 있다. 제 1 나사산 (A4) 은 내부 캠버 반경 (Rb-T) 을 갖는 호일 수 있으며, 제 3 호 (A3) 로부터 제 5 호 (A5) 까지 연장될 수 있다. 암형 프로파일 (7f) 의 내부 캠버 반경 (Rb-T) 은 수형 프로파일 (7m) 의 내부 캠버 반경과 약간 다를 수 있다. 제 1 나사산 (A4) 의 끝점으로부터 연장되는 한 쌍의 가상 선으로 도시된 바와 같이, 중심선 (CL) 은 제 1 나사산 (A4) 의 중간점을 통해 연장될 수 있다. 중심선 (CL) 은 각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 의 호에 수직일 수 있다. 높이 (T) 는 내부 캠버 반경 (Rb-T) 이 또한 캠버 반경에 대해 위에서 논의된 바와 같이 암형 커플링 (2) 의 외경보다 크도록 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만일 수 있다.
제 5 호 (A5) 는 외부 캠버 반경 (Rb) 의 1퍼센트 미만의 반경을 가질 수 있다. 제 5 호 (A5) 는 제 1 나사산 (A4) 으로부터 접촉 플랭크 (E2) 까지 연장될 수 있다. 제 5 호 (A5) 는 제 1 나사산 (A4) 및 접촉 플랭크 (E2) 에 접할 수 있다. 접촉 플랭크 (E2) 는 중심선 (CL) 에 대해 제 2 플랭크 각도 (β) 로 기울어진 직선일 수 있다. 제 2 플랭크 각도 (β) 는 40도 내지 45도의 범위일 수 있다. 제 1 플랭크 각도 (α) 는 제 2 플랭크 각도 (β) 보다 작을 수 있으며, 이에 따라 비대칭 스레드-형태가 된다. 비대칭 스레드-형태는 중심선 (CL) 으로부터 오프셋된 지점에서 교차하는 플랭크들 (E1, E2) 의 돌출부에 의해 추가로 예시된다. 암형 프로파일 (7f) 의 제 2 플랭크 각도 (β) 는 수형 프로파일 (7m) 의 제 2 플랭크 각도와 약간 다를 수 있다. 접촉 플랭크 (E2) 는 제 5 호 (A5) 로부터 제 6 호 (A6) 까지 연장될 수 있다. 제 6 호 (A6) 는 접촉 플랭크 (E2) 로부터 제 2 나사골 (A7) 까지 연장될 수 있다. 제 6 호 (A6) 는 접촉 플랭크 (E2) 및 제 2 나사골 (A7) 에 접할 수 있다. 제 2 나사골 (A7) 은 외부 캠버 반경 (Rb) 을 갖는 호일 수 있다.
스레드-형태는 프로파일 (7m) 의 시작과 제 2 나사골 (A7) 의 중심 사이에 (호 길이) 피치 (P) 를 가질 수 있다. 제 1 나사골 (A1) 은 제 2 나사골 (A7) 의 호 길이의 절반과 동일한 호 길이 (X1) 를 가질 수 있다. 암형 프로파일 (7f) 의 호 길이 (X1) 는 수형 프로파일 (7m) 의 호 길이와 다를 수 있다. 제 1 나사산 (A4) 은 또한 호 길이 (X1) 의 두 배 미만의 호 길이를 가질 수 있다.
대안적으로, 나사골과 나사산은 동일한 호 길이를 가질 수 있다.
구체적으로 도 7b 를 참조하면, 각각의 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 에 대한 프로파일 (7m) 의 캠버로 인해, 프로파일 (7m) 의 단부에 인접한 스레드-형태의 중심선 (CL) 은 제 1 각도 (δ0) 보다 작은 예각인 제 2 각도 (δ1) 로 오프셋 축선 (G1) 에 대해 기울어질 수 있다.
드릴 스트링이 압축 상태일 때에 드릴링 컨텍스트를 위해 접촉 플랭크 (E2) 및 비접촉 플랭크 (E1) 가 참조된다. 드릴링된 구멍으로부터 드릴 스트링을 트리핑하고 드릴 로드를 풀면, 드릴 스트링이 장력을 받고, 도 8 에 도시된 바와 같이 접촉 플랭크 (E2) 가 비접촉 플랭크가 되고 비접촉 플랭크 (E1) 가 접촉 플랭크가 된다.
도 8 은 함께 나사결합된 수형 커플링 부분 (4) 및 암형 커플링 부분 (2) 을 나타낸다. 일단 스레드 프로파일 (7m, f) 이 생성되면, 각각의 프로파일은 절단과 같이 각각의 캠버링된 스레드 (4t, 2t) 의 지오메트리를 생성하도록 적응될 수 있다. 종방향 축선 (GL) 을 따른 각 스레드 (2t, 4t) 의 캠버링된 곡률은 절두체 형상을 초래할 수 있다.

Claims (16)

  1. 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링으로서,
    관형 보디;
    암형 커플링 부분 (2);
    수형 커플링 부분 (4); 및
    상기 보디의 외부 표면에 형성된 수형 스크류 스레드 (4t), 및
    상기 보디의 내부 표면에 형성된 암형 스크류 스레드 (2t)
    중의 적어도 하나
    를 포함하고,
    적어도 하나의 스레드는 나사산 (A1, A4, A7), 나사골 (A1, A4, A7) 및 한 쌍의 플랭크들 (E1, E2) 을 포함하는 스레드-형태를 가지며,
    상기 나사산 (A1, A4, A7) 및 상기 나사골 (A1, A4, A7) 은 각각의 제 1 및 제 2 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 에 대해 각각 캠버링되고,
    각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 은 상기 커플링의 외경보다 큰, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 플랭크 (E1, E2) 는 직선형이고,
    각 플랭크 (E1, E2) 는 각각의 호 (A2, A3, A5 A6) 에 의해 인접 나사산 (A1, A4, A7) 및/또는 나사골 (A1, A4, A7) 에 연결되는, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 의 호에 수직인 스레드-형태의 중심선 (CL) 은 상기 커플링의 종방향 축선 (GL) 에 대해 적어도 하나의 스레드의 시작부에 인접한 예각이며 거의 수직인 제 1 각도 (δ0) 만큼 그리고 적어도 하나의 스레드의 단부에 인접한 제 2 각도 (δ1) 만큼 기울어지고,
    상기 제 2 각도 (δ1) 는 상기 제 1 각도 (δ0) 보다 작은, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 은 상기 커플링의 외경보다 적어도 5 배 더 큰, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드-형태는 비대칭인, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드-형태는 사다리꼴인, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스레드의 스위프 각도 (γ) 는 1도 내지 10도의 범위인, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사골 (A1, A4, A7) 및 상기 나사산 (A1, A4, A7) 은 동심인, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사골 (A1, A4, A7) 의 호 길이와 상기 나사산 (A1, A4, A7) 의 호 길이는 동일한, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나사골 (A1, A4, A7) 의 호 길이와 상기 나사산 (A1, A4, A7) 의 호 길이는 동일하지 않은, 다운홀 관형체들을 연결하기 위한 커플링.
  11. 연결체로서,
    암형 스레드 (2t) 를 갖는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 암형 커플링 부분 (2); 및
    수형 스레드 (4t) 를 갖고 상기 암형 스레드 (2t) 에 나사결합되는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 수형 커플링 부분 (4)
    을 포함하고,
    상기 암형 커플링 부분 (2) 과 상기 수형 커플링 부분 (4) 이 압축 상태일 때에 상기 플랭크들 (E1, E2) 중의 하나는 접촉 플랭크 (E2) 이고 다른 플랭크는 비접촉 플랭크 (E1) 이고,
    각 플랭크는 직선형이고,
    각 스레드-형태는 각각의 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 의 호에 수직인 중심선 (CL) 을 갖고,
    각 플랭크는 각각의 중심선에 대해 기울어진 플랭크 각도 (α, β) 를 갖고,
    각 접촉 플랭크 각도 (β) 는 각각의 비접촉 플랭크 각도 (α) 보다 큰, 연결체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각 비접촉 플랭크 각도는 45도 미만인, 연결체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각 커플링은 금속 또는 합금으로 만들어지고,
    상기 수형 커플링 부분 (4) 은 외경 부분, 수형 스레드를 갖는 감소된 직경 부분, 두 부분들을 연결하는 숄더 (4s) 를 갖고,
    상기 숄더 (4s) 는 상기 암형 커플링 부분 (2) 의 단부 (2p) 와 결합되어 금속간 시일 (metal to metal seal) 을 형성하는, 연결체.
  14. 타격 드릴링용의 드릴 로드 (1) 로서,
    로드 보디 (3);
    암형 스레드 (2t) 를 갖고 상기 로드 보디 (3) 의 제 1 단부에 용접되는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 암형 커플링 부분 (2); 및
    수형 스레드 (4t) 를 갖고 상기 로드 보디 (3) 의 제 2 단부에 용접되는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 수형 커플링 부분 (4)
    을 포함하는, 타격 드릴링용의 드릴 로드.
  15. 제 16 항에 있어서,
    상기 암형 커플링 부분 및 상기 수형 커플링 부분 (2, 4) 의 외경은 5 내지 20 cm 범위이고,
    각 캠버 반경 (Rb, Rb-T) 은 1 미터보다 큰, 타격 드릴링용의 드릴 로드.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 드릴 로드 (1) 를 포함하는 드릴 스트링.
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