RU2725440C1 - Multi-threaded connection for downhole tools - Google Patents

Multi-threaded connection for downhole tools Download PDF

Info

Publication number
RU2725440C1
RU2725440C1 RU2019119829A RU2019119829A RU2725440C1 RU 2725440 C1 RU2725440 C1 RU 2725440C1 RU 2019119829 A RU2019119829 A RU 2019119829A RU 2019119829 A RU2019119829 A RU 2019119829A RU 2725440 C1 RU2725440 C1 RU 2725440C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
component
shoulder
hydraulic
torque
downhole tool
Prior art date
Application number
RU2019119829A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Харальд ГРИММЕР
Кристиан Фульда
Original Assignee
Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/362,427 external-priority patent/US10731423B2/en
Application filed by Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк filed Critical Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк
Application granted granted Critical
Publication of RU2725440C1 publication Critical patent/RU2725440C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/03Couplings; joints between drilling rod or pipe and drill motor or surface drive, e.g. between drilling rod and hammer
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042Threaded

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.SUBSTANCE: group of inventions relates to oil-field downhole tools, in particular to methods and devices for transfer of rotary motion energy to consumer. Downhole device comprises a first component having a first member and a second component having a second member. At that, the first component and the second component are connected by multi-threaded connection, and the first element and the second element are functionally connected to each other, when the first element and the second element have the specified mutual angular alignment. Specified preset mutual angular alignment is established only after application of specified torque to multi-start connection. First component has at least one shoulder and second component has at least one collar, and application of said specified torque is provided after said at least one collar of first component and at least one collar of second component are bent into each other.EFFECT: technical result is successive formation of functional connection between threaded elements.15 cl, 8 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

1. Область техники1. The technical field

Данное изобретение в основном относится к нефтепромысловым скважинным инструментам, в частности, к способам и устройствам для передачи потребителю энергии вращательного движения.This invention mainly relates to oilfield well tools, in particular, to methods and devices for transmitting rotational energy to a consumer.

2. Описание предшествующего уровня техники2. Description of the Related Art

Для добычи углеводородов, таких как нефть и газ, осуществляют бурение буровых скважин или стволов скважин посредством вращения бурового долота, присоединенного к нижней части КНБК (также называемой в данной заявке как «компоновка низа бурильной колонны» или «КНБК»). КНБК присоединяется к нижней части бурильной колонны, которая, как правило, присоединена к жесткой трубе или относительно гибкой насосно-компрессорной трубе, намотанной на барабан, называемой в данной области техники «гибкой насосно-компрессорной трубой малого диаметра». Когда используются составные трубы, буровое долото вращают посредством вращения присоединенной трубы с поверхности и/или посредством забойного двигателя, расположенного в КНБК. В случае использования гибкой насосно-компрессорной трубы малого диаметра буровое долото вращают посредством забойного двигателя. КНБК, а также другие скважинные устройства, могут часто содержать в своем составе оборудование, для которого требуется передача энергии вращательного движения от источника энергии к потребителю; например, от бурового двигателя к буровому долоту. Передача такой энергии вращательного движения часто осуществляется между элементами для передачи крутящего момента, такими как валы.To produce hydrocarbons such as oil and gas, boreholes or boreholes are drilled by rotating a drill bit attached to the bottom of the BHA (also referred to in this application as “bottom hole assembly” or “BHA”). BHA is attached to the bottom of the drill string, which is usually attached to a rigid pipe or a relatively flexible tubing wound around a drum, referred to in the art as a "small diameter tubing." When composite pipes are used, the drill bit is rotated by rotating the connected pipe from the surface and / or by a downhole motor located in the BHA. In the case of using a flexible tubing of small diameter, the drill bit is rotated by a downhole motor. BHA, as well as other downhole devices, can often include equipment that requires the transmission of rotational energy from an energy source to a consumer; for example, from a drilling motor to a drill bit. The transmission of such rotational energy is often between torque transmitting elements such as shafts.

В некоторых аспектах данное изобретение предназначено для использования с резьбовыми соединениями, которые обеспечивают соединение для эффективной передачи энергии, сигналов и/или флюидов, при этом также обеспечивая возможности передачи увеличенного крутящего момента при передаче энергии вращательного движения между двумя или более элементами для передачи крутящего момента.In some aspects, the present invention is intended for use with threaded connections that provide a connection for efficiently transmitting energy, signals and / or fluids, while also allowing increased torque to be transmitted when transmitting rotational energy between two or more torque transmitting elements.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Аспекты данного изобретения относятся к устройству для передачи энергии вращательного движения к пользователю в стволе скважины. Устройство может содержать устройство транспортировки, выполненное с возможностью размещения в стволе скважины; источник энергии вращательного движения, расположенный вдоль транспортирующего устройства, причем источник энергии вращательного движения создает крутящий момент; и приводной механизм, соединенный с источником энергии вращательного движения, причем приводной механизм передает крутящий момент от источника энергии вращательного движения к потребителю. Приводной механизм содержит по меньшей мере два элемента, передающих крутящий момент, соединенных многозаходным резьбовым соединением, которое имеет по меньшей мере две спирально нарезанных переплетенных резьбы.Aspects of the present invention relate to a device for transmitting rotational energy to a user in a wellbore. The device may include a transportation device configured to be placed in the wellbore; a rotational motion energy source located along the conveying device, the rotational motion energy source creating a torque; and a drive mechanism coupled to the rotational motion energy source, the drive mechanism transmitting torque from the rotational motion energy source to the consumer. The drive mechanism comprises at least two torque transmitting elements connected by a multiple threaded connection, which has at least two helically threaded interlaced threads.

Аспекты данного изобретения также обеспечивают скважинное устройство, которое содержит первый компонент, содержащий первый элемент, и второй компонент, содержащий второй элемент. Первый компонент и второй компонент могут быть соединены посредством многозаходного резьбового соединения. Первый элемент и второй элемент функционально соединены друг с другом. Связанный с данным устройством способ включает позиционирование первого элемента в первом компоненте, позиционирование второго элемента во втором компоненте, соединение первого компонента со вторым компонентом с использованием многозаходного резьбового соединения и функциональную связь первого элемента со вторым элементом.Aspects of the present invention also provide a downhole device that comprises a first component comprising a first element and a second component comprising a second element. The first component and the second component can be connected by multiple threaded connections. The first element and the second element are functionally connected to each other. Associated with this device, the method includes positioning the first element in the first component, positioning the second element in the second component, connecting the first component to the second component using a multi-threaded connection and the functional connection of the first element with the second element.

Иллюстративные примеры некоторых признаков изобретения при этом были обобщены достаточно широко, чтобы можно было лучше понять последующее подробное описание изобретения и можно было по достоинству оценить вклад в данную область техники. Существуют, конечно, дополнительные признаки изобретения, которые будут описаны ниже и которые станут предметом прилагаемой формулы изобретения.Illustrative examples of some features of the invention were thus generalized broadly enough to better understand the following detailed description of the invention and to appreciate the contribution to this technical field. Of course, there are additional features of the invention, which will be described below and which will be the subject of the attached claims.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

Для подробного пояснения данного изобретения следует сделать ссылки на следующее подробное описание предпочтительного варианта реализации изобретения, приводимого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на которых: For a detailed explanation of the present invention, reference should be made to the following detailed description of a preferred embodiment of the invention, given together with the accompanying drawings, in which like elements are denoted by like reference numerals and in which:

на фиг. 1 проиллюстрирована буровая система, выполненная в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения;in FIG. 1 illustrates a drilling system in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 2 проиллюстрирован узел бурового двигателя с использованием одного или более резьбовых соединений, выполненных в соответствии с вариантами реализации данного изобретения; in FIG. 2 illustrates a drilling motor assembly using one or more threaded connections made in accordance with embodiments of the present invention;

на фиг. 3А проиллюстрирована конфигурация двухзаходной резьбы в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения; in FIG. 3A illustrates a dual-thread configuration in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 3B проиллюстрирован вид с торца конфигурации двухзаходной резьбы в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения; in FIG. 3B illustrates an end view of a dual-thread configuration in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 4 схематически проиллюстрирован вид с торца конфигурации трехзаходной резьбы, выполненной в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения; in FIG. 4 schematically illustrates an end view of a three-way thread configuration made in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 5 проиллюстрировано резьбовое соединение с линией, выполненной в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения; in FIG. 5 illustrates a threaded connection with a line made in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 6 схематично проиллюстрировано резьбовое соединение с бесконтактным соединением, выполненным в соответствии с вариантами реализации данного изобретения; и in FIG. 6 schematically illustrates a threaded connection with a non-contact connection made in accordance with embodiments of the present invention; and

на фиг. 7 схематически проиллюстрирована секция бурильной колонны, в которой используется конфигурация резьбы с линией в соответствии с одним вариантом реализации данного изобретения.in FIG. 7 schematically illustrates a drill string section that uses a thread with a line configuration in accordance with one embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Данное изобретение относится к устройствам и способам для улучшенных резьбовых соединений между ведущим вращающимся элементом и ведомым вращающимся элементом. Резьбовые соединения для передачи крутящего момента от одного компонента к другому могут быть повреждены в случае чрезмерного крутящего момента. Для увеличения перегрузочной способности по крутящему моменту в данном изобретении используется многозаходная резьба для уменьшения приложенной нагрузки на заплечик между двумя резьбовыми компонентами для заданного крутящего момента. Кроме того, для таких резьбовых соединений «свинчивание» и «развинчивание» могут быть более быстрыми. Данное изобретение допускает варианты реализации различных видов. Чертежи иллюстрируют, а письменное описание изобретения описывает конкретные варианты реализации данного изобретения с пониманием того, что данное описание следует рассматривать как иллюстрацию принципов изобретения и оно не предназначено для ограничения объема изобретения тем, что проиллюстрировано и описано в данной заявке.The present invention relates to devices and methods for improved threaded connections between a leading rotating member and a driven rotating member. Threaded connections for transmitting torque from one component to another can be damaged in the event of excessive torque. To increase the torque overload capacity, the present invention uses a multi-thread to reduce the applied shoulder load between two threaded components for a given torque. In addition, for such threaded connections, screwing and loosening can be faster. This invention allows for the implementation of various types. The drawings illustrate and the written description of the invention describes specific embodiments of the present invention with the understanding that this description should be considered as an illustration of the principles of the invention and is not intended to limit the scope of the invention to that illustrated and described in this application.

На фиг. 1 проиллюстрирован вариант реализации буровой системы 10, в которой используется компоновка низа бурильной колонны (КНБК) 60, выполненная с возможностью бурения стволов скважин. Хотя показана наземная система, идеи данного изобретения могут также использоваться в морских или подводных вариантах применения. На фиг. 1 проиллюстрирован слоистый геологический пласт 11, который пересекается стволом 12 скважины. КНБК 60 подается посредством бурильной колонны 22 в ствол 12 скважины. Бурильная колонна 22 может быть сочлененной бурильной трубой или гибкой насосно-компрессорной трубой малого диаметра, которая может содержать встроенные проводники для электропитания и/или данных для обеспечения передачи сигнала и/или энергии между наземным и скважинным оборудованием. КНБК 60 может содержать буровое долото 62 для создания ствола 12 скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения КНБК 60 может содержать один или более источников энергии вращательного движения, таких как буровой двигатель 120.In FIG. 1 illustrates an embodiment of a drilling system 10 that utilizes a bottom hole assembly (BHA) 60 configured to drill wellbores. Although a land system is shown, the teachings of the present invention can also be used in marine or underwater applications. In FIG. 1 illustrates a layered geological formation 11 that intersects a wellbore 12. BHA 60 is supplied through the drill string 22 into the wellbore 12. The drill string 22 may be an articulated drill pipe or a small diameter flexible tubing, which may include integrated conductors for power and / or data to provide signal and / or energy transmission between the surface and downhole equipment. BHA 60 may include a drill bit 62 to create a wellbore 12. In some embodiments of the invention, the BHA 60 may comprise one or more sources of rotational motion energy, such as a drilling engine 120.

В обычном режиме работы буровой раствор под давлением нагнетается вниз по стволу скважины к КНБК 60 с поверхности через бурильную колонну 22. Этот протекающий буровой раствор может быть использован для подачи питания на буровой двигатель 120, который генерирует энергию вращательного движения, которая вращает буровое долото 62. Протекающий буровой раствор может также приводить в действие турбины или другие подобные устройства, которые извлекают энергию из протекающей буровой жидкости. Извлеченная энергия может быть использована для выработки электроэнергии и/или давления гидравлических жидкостей. Следует понимать, что генерирование энергии вращательного движения (то есть генерирование полезного крутящего момента) и выработка электрической энергии и давления жидкостей являются исключительно иллюстрацией множества функций, которые могут выполняться потребителем энергии вращательного движения.In normal operation, the drilling fluid is pressurized downstream of the borehole to the BHA 60 from the surface through the drill string 22. This leaking drilling fluid can be used to supply power to the drilling engine 120, which generates rotational energy that rotates the drill bit 62. A leaking drilling fluid may also drive turbines or other similar devices that extract energy from the leaking drilling fluid. The extracted energy can be used to generate electricity and / or pressure of hydraulic fluids. It should be understood that the generation of rotational energy (i.e., generation of useful torque) and the generation of electrical energy and fluid pressure are solely an illustration of the many functions that can be performed by the consumer of rotational energy.

Со ссылкой на фиг. 2, более подробно показан один вариант реализации бурового двигателя 120, который может использоваться с КНБК 60 (фиг. 1). Буровой двигатель 120 является гидравлическим забойным двигателем, который содержит ротор 122, расположенный в статоре 124, образуя между ними винтовые полости 123. Флюид, подаваемый под давлением к двигателю 120, проходит через полости 123 и вращает ротор 122. Ротор 122, в свою очередь, соединен с буровым долотом 62 (см. фиг. 1) посредством приводного механизма 125, который образуется двумя или более взаимосвязанными элементами, передающими крутящий момент. В одном варианте реализации изобретения приводной механизм 125 содержит гибкий вал 126, соединенный с приводным валом 128 с помощью оси и муфты 130. Приводной механизм 125 может содержать большее или меньшее количество этих элементов, передающих крутящий момент.With reference to FIG. 2, one embodiment of a drilling engine 120 that can be used with BHA 60 is shown in more detail (FIG. 1). The drilling motor 120 is a downhole hydraulic motor that comprises a rotor 122 located in the stator 124, forming helical cavities 123 between them. The fluid supplied under pressure to the motor 120 passes through the cavities 123 and rotates the rotor 122. The rotor 122, in turn, connected to the drill bit 62 (see Fig. 1) by means of a drive mechanism 125, which is formed by two or more interconnected elements that transmit torque. In one embodiment of the invention, the drive mechanism 125 comprises a flexible shaft 126 connected to the drive shaft 128 by an axis and a coupling 130. The drive mechanism 125 may comprise more or less of these torque transmitting elements.

Приводной механизм 125 может передавать крутящий момент от двигателя 120 буровому долоту 62 (см. фиг. 1) с помощью одного или более резьбовых соединений. Эти резьбовые соединения могут использоваться между ротором 122, универсальным шарниром (например, гибким валом) 126 и приводным валом 128. В некоторых вариантах реализации изобретения приводной механизм 125 также может содержать адаптер ротора и кожух (не показан), а также сегментированный приводной вал, имеющий верхнюю и нижнюю секции. Резьбовые соединения также могут использоваться для передачи крутящего момента вдоль этих компонентов.The drive mechanism 125 may transmit torque from the engine 120 to the drill bit 62 (see FIG. 1) using one or more threaded connections. These threaded connections can be used between the rotor 122, the universal joint (for example, a flexible shaft) 126 and the drive shaft 128. In some embodiments of the invention, the drive mechanism 125 may also include a rotor adapter and a housing (not shown), as well as a segmented drive shaft having upper and lower sections. Threaded connections can also be used to transmit torque along these components.

Со ссылкой на фиг. 3А, резьбовое соединение может содержать ниппельный конец 150 и муфтовый конец 152 (показан штриховыми линиями). Обычно ниппельный конец 150 имеет наружные резьбы, а муфтовый конец 152 имеет внутренние резьбы (не показаны). Ниппельный конец 150 и муфтовый конец 152 имеют опорные заплечики 154, 156, соответственно. Когда резьбовое соединение затягивается до требуемого значения, при этом ниппельный конец 150 и муфтовый конец 152 соединяются (то есть свинчиваются), на заплечиках 154, 156 возникает осевая нагрузка. Соотношение между нагрузкой на заплечик и крутящим моментом свинчивания (make-up torque - MUT) зависит от геометрии резьбы. Если передаваемый крутящий момент превышает MUT, то соединение перегружается, что приводит к повреждению заплечика или ниппеля.With reference to FIG. 3A, a threaded connection may include a nipple end 150 and a male end 152 (shown by dashed lines). Typically, the nipple end 150 has external threads, and the sleeve end 152 has internal threads (not shown). The nipple end 150 and the sleeve end 152 have supporting shoulders 154, 156, respectively. When the threaded connection is tightened to the desired value, while the nipple end 150 and the coupling end 152 are connected (that is, screwed), axial loading occurs on the shoulders 154, 156. The relationship between shoulder load and make-up torque (MUT) depends on the geometry of the thread. If the transmitted torque exceeds the MUT, the connection is overloaded, resulting in damage to the shoulder or nipple.

В вариантах реализации изобретения в резьбовых соединениях приводного механизма 125 (см. фиг. 2) может использоваться многозаходная резьба для уменьшения приложенной нагрузки на заплечик для заданного крутящего момента. Уменьшение нагрузки на заплечик может увеличить перегрузочную способность по крутящему моменту соединения и, следовательно, может исключить необходимость двойного схождения соединения. Дополнительным преимуществом является более быстрое свинчивание и развинчивание цилиндрических соединений с длинной резьбой, как в кожухе двигателя. Обычная резьба, которая является однозаходной резьбой, имеет одну спирально нарезанную резьбу. Многозаходная резьба имеет две или более переплетенных резьб. Вариант реализации резьбы на фиг. 3А имеет две переплетенные резьбы 158 и 159. Переплетенные резьбы могут быть нарезаны спирально. В данных конфигурациях винтовой линии эффективный шаг равен шагу стандартной резьбы, умноженному на количество заходов.In embodiments of the invention, threaded connections of the drive mechanism 125 (see FIG. 2) may use multiple threads to reduce the applied shoulder load for a given torque. Reducing the shoulder load can increase the torque overload capacity of the joint and therefore can eliminate the need for double convergence of the joint. An additional advantage is faster screwing and unscrewing of cylindrical joints with a long thread, as in the engine cover. Conventional threads, which are single-thread, have one helically threaded thread. Multiple threads have two or more interwoven threads. The embodiment of the thread in FIG. 3A has two interwoven threads 158 and 159. Interwoven threads can be cut spirally. In these helix configurations, the effective pitch is equal to the standard thread pitch times the number of starts.

Следует понимать, что буровое долото является лишь одним иллюстративным потребителем вращательной энергии. Другими потребителями являются, но не ограничиваясь этим, раздвижные расширители, расширители, инструменты для резки труб и т. д.It should be understood that the drill bit is only one illustrative consumer of rotational energy. Other consumers include, but are not limited to, expandable expanders, expanders, pipe cutting tools, etc.

Количество заходов резьбы может варьироваться в зависимости от варианта применения. Таким образом, соотношение между моментом свинчивания и моментом развинчивания также может значительно варьироваться. На фиг. 3В показан вид с торца двухзаходной резьбы, которая имеет переплетенные резьбы 158, 159. На фиг. 4 проиллюстрирован вид с торца трехзаходных резьб, имеющих три переплетенные резьбы 160, 162, 164. Хотя проиллюстрировано только три захода, число заходов может быть значительно больше. Максимальное количество заходов резьбы достигается при неограниченном шаге, что приводит к простому шлицевому соединению. Для относительно большого числа заходов резьбы (например, пять или более в зависимости от шага и диаметра) потенциальная потеря способности самоблокировки может быть устранена с помощью дополнительных функций блокировки. Тем не менее, эти резьбы с относительно большим числом заходов могут все же быть пригодными передавать изгибающие нагрузки и прикладывать предварительную нагрузку (зажимное усилие) к компонентам.The number of thread starts may vary depending on the application. Thus, the ratio between the moment of make-up and the moment of unscrewing can also vary significantly. In FIG. 3B shows an end view of a double-thread, which has intertwined threads 158, 159. FIG. 4, an end view of three-way threads having three intertwined threads 160, 162, 164 is illustrated. Although only three approaches are illustrated, the number of approaches can be significantly larger. The maximum number of thread starts is achieved with an unlimited step, which leads to a simple spline connection. For a relatively large number of thread starts (for example, five or more depending on the pitch and diameter), the potential loss of self-locking ability can be eliminated by using additional locking functions. However, these threads with a relatively large number of starts may still be suitable to transmit bending loads and apply a preload (clamping force) to the components.

В вариантах реализации данного изобретения также используются многозаходные резьбы в конфигурациях, в которых желательно совместить в соединении два компонента. Например, совмещение может быть необходимо для функционального соединения компонентов; например, обеспечить передачу или обмен электрическими, оптическими, акустическими сигналами данных, аналоговыми сигналами, цифровыми сигналами, энергией и/или жидкостью между компонентами. В более общем смысле, использование многозаходных резьб может обеспечить «функциональную связь» или «функциональное соединение», которое обеспечивает передачу энергии, мощности, усилия и/или давления в любом виде между компонентами, для функционирования которых требуется точное совмещение.Embodiments of the invention also utilize multiple threads in configurations in which it is desirable to combine two components in a joint. For example, alignment may be necessary for the functional connection of components; for example, to provide for the transfer or exchange of electrical, optical, acoustic data signals, analog signals, digital signals, energy and / or liquid between components. In a more general sense, the use of multi-threaded threads can provide a “functional connection” or “functional connection” that provides any kind of energy, power, effort and / or pressure transfer between components that require precise alignment to function.

Преимущества сочленений или соединений с многозаходной резьбой проиллюстрированы на фиг. 5, на которой показана первая секция 200 инструмента, а штриховыми линиями вторая секция 202 инструмента. Многозаходная резьба 204 соединяет секции 200, 202 инструмента. Первая секция 200 инструмента содержит первый элемент 206, связанный с сегментом 208 линии, а вторая секция инструмента содержит второй элемент 210, связанный с сегментом 212 линии. Сегменты 208, 212 линии могут быть частями одного или более компонентов. Чтобы функционально соединить такие компоненты, первый элемент 206 и второй элемент 210, возможно, должны иметь заданное взаимное выравнивание с относительно низким допуском. Например, ориентация может быть основана на осевом выравнивании, круговом выравнивании, радиальном выравнивании, угловом выравнивании, продольном выравнивании или любой другой подходящей системе отсчета. Например, когда секции 200, 202 инструмента будут свинчены вместе, движение свинчивания создаст круговое, а также продольное смещение. При использовании многозаходной резьбы круговое, а также продольное смещение намного ниже смещения в обычной резьбе с сопоставимой прочностью соединения. Следовательно, многозаходная резьба обеспечивает возможность приложения определенного крутящего момента, с которым два элемента 206, 210 могут быть ориентированы относительно друг друга с более высокой точностью в отношении кругового и продольного смещения. На фиг. 5 элементы 206, 210 показаны как находящиеся в физическом контакте для функционального соединения. В вариантах реализации изобретения элементы 206 могут быть соприкасающимися поверхностями, уплотнениями, кольцами или другими структурами, выполненными с возможностью образования сопрягаемого контакта. Элементы 206 также могут быть отверстиями, выполненными на поверхностях, которые сопряжены друг с другом.The advantages of multi-threaded joints or joints are illustrated in FIG. 5, which shows a first tool section 200, and dashed lines a second tool section 202. Multiple threads 204 connect tool sections 200, 202. The first tool section 200 contains a first element 206 associated with the line segment 208, and the second tool section contains a second element 210 associated with the line segment 212. Line segments 208, 212 may be parts of one or more components. In order to functionally connect such components, the first element 206 and the second element 210 may need to have a predetermined mutual alignment with a relatively low tolerance. For example, the orientation may be based on axial alignment, circular alignment, radial alignment, angular alignment, longitudinal alignment, or any other suitable reference system. For example, when the tool sections 200, 202 are screwed together, the makeup movement will create a circular as well as longitudinal displacement. When using multiple threads, the circular as well as the longitudinal displacement are much lower than the displacement in a conventional thread with comparable joint strength. Therefore, multi-threading allows the application of a specific torque with which the two elements 206, 210 can be oriented relative to each other with higher accuracy with respect to circular and longitudinal displacement. In FIG. 5, elements 206, 210 are shown as being in physical contact for a functional connection. In embodiments of the invention, the elements 206 may be in contact with surfaces, seals, rings, or other structures configured to form a mating contact. Elements 206 may also be holes made on surfaces that mate with each other.

На фиг. 6 проиллюстрирован другой вариант реализации изобретения, в котором элементы 206, 210 расположены в соединителе 214 и не требуют физического контакта для функционального соединения, но при этом обеспечивают лучшие характеристики при их выравнивании с более высокой точностью. Например, элементы 206, 210 могут использовать соединители, в которых используется индуктивная связь, электромагнитная резонансная связь, емкостная связь, гальваническая связь, оптопары, акустические соединители и/или сигналы приема/передачи. Рабочие характеристики соединителей могут в значительной степени зависеть от кругового и/или продольного выравнивания противоположных компонентов соединителя. Следовательно, рабочие характеристики соединителя в гораздо меньшей степени зависят от величины приложенного крутящего момента, при котором первый и второй компоненты скручиваются вместе.In FIG. 6 illustrates another embodiment of the invention in which the elements 206, 210 are located in the connector 214 and do not require physical contact for functional connection, but at the same time provide better performance when aligned with higher accuracy. For example, elements 206, 210 may use connectors that use inductive coupling, electromagnetic resonance coupling, capacitive coupling, galvanic coupling, optocouplers, acoustic connectors, and / or transmit / receive signals. The performance of the connectors can largely depend on the circular and / or longitudinal alignment of the opposing components of the connector. Therefore, the performance of the connector is much less dependent on the amount of applied torque at which the first and second components are twisted together.

На фиг. 7 схематично показан скважинный инструмент 220, в котором может использоваться одно или более соединений в соответствии с данным изобретением. Скважинный инструмент 220 может быть бурильной трубой, гибкой насосно-компрессорной трубой малого диаметра, секцией КНБК, хвостовиком, обсадной колонной или любым другим описанным выше инструментом. Скважинный инструмент 220 содержит первую секцию 200 инструмента и вторую секцию 202 инструмента, которые соединены многозаходной резьбой 204 в соединение 222. Линия 224 может проходить через соединение 222. Без ограничения, линия 224 может быть выполнена с возможностью передачи одного или более из следующего: оптический сигнал, электрический сигнал, акустический сигнал, жидкость и/или других потоков энергии. Линия 224 может быть любого типа из следующего: трубопровод, канал, трубка или среда передачи сигнала, включая, но не ограничиваясь этим, металлический провод, волоконно-оптические линии, гидравлическая линия и т.д. Линия 224 может быть расположена по центру или со смещением от центра внутри скважинного инструмента 220. Несмотря на то, что линия показана малой в двух измерениях по сравнению со скважинным инструментом 220, она также может быть выполнена намного большей по сравнению с показанной на чертежах. Кроме того, любое количество компонентов может быть связано с линией 224, включая, но не ограничиваясь этим, один или более датчиков, электромеханический привод, гидравлический привод, электрический насос, гидравлический насос, гидравлический потребитель, клапан, поршень, генератор электрической энергии, потребитель электрической энергии, электронный компонент, микропроцессор, устройство связи, датчик, инструмент оценки параметров продуктивного пласта, датчик ориентации КНБК, устройство управления направлением бурения, буровые двигатели и т.д., включая, но не ограничиваясь этим, наземное оборудование. Кроме того, хотя показана одна линия 224, могут использоваться две или более линий.In FIG. 7 schematically shows a downhole tool 220 in which one or more of the compounds of the present invention can be used. The downhole tool 220 may be a drill pipe, a small diameter flexible tubing, a BHA section, a liner, a casing, or any other tool described above. Downhole tool 220 comprises a first tool section 200 and a second tool section 202 that are connected by a multi-thread 204 to a connection 222. Line 224 may extend through connection 222. Without limitation, line 224 may be configured to transmit one or more of the following: optical signal , electrical signal, acoustic signal, liquid and / or other energy flows. Line 224 may be any type of the following: a conduit, channel, tube, or signal transmission medium, including, but not limited to, metal wire, fiber optic lines, hydraulic lines, etc. Line 224 can be centered or offset from the center within the downhole tool 220. Although the line is shown to be small in two dimensions compared to the downhole tool 220, it can also be made much larger than that shown in the drawings. In addition, any number of components can be connected to line 224, including, but not limited to, one or more sensors, an electromechanical actuator, a hydraulic actuator, an electric pump, a hydraulic pump, a hydraulic consumer, a valve, a piston, an electric power generator, an electric consumer energy, electronic component, microprocessor, communication device, sensor, tool for evaluating reservoir parameters, BHA orientation sensor, drilling direction control device, drilling motors, etc., including, but not limited to, ground equipment. In addition, although one line 224 is shown, two or more lines may be used.

В некоторых вариантах реализации изобретения линия 224 может пересекать резьбу 204. Использование многозаходных резьб обеспечивает намного меньший размер отверстий в двух соединительных резьбах, через которые проходят линии, чем при использовании обычных резьб. Таким же образом, использование многозаходных резьб обеспечивает выравнивание противоположных компонентов муфты в соединительных резьбах с гораздо более высокой точностью. При использовании многозаходной резьбы приложение заданного крутящего момента приведет к гораздо большей точности, с которой две линии, соединители, контакты или компоненты могут быть ориентированы относительно друг друга по сравнению с резьбой обычной конструкции. Это позволяет уменьшить размер отверстий в двух соединительных резьбах, через которые проходят линии, что приводит к увеличению стабильности резьб. Иными словами, данное резьбовое соединение в гораздо меньшей степени чувствительно к превышению максимально допустимого крутящего момента, в то время как в обычных резьбах при превышении максимально допустимого крутящего момента линии будут срезаны, контакты будут разъединены, соединители будут смещены. В некоторых вариантах реализации изобретения отверстия линии 224 могут быть выполнены на поверхности(ях), на которой физически сформированы витки резьбы.In some embodiments of the invention, line 224 may intersect thread 204. The use of multiple threads provides a much smaller hole size in the two connecting threads through which the lines pass than when using conventional threads. In the same way, the use of multiple threads provides alignment of the opposing coupling components in the connecting threads with much higher accuracy. When using multiple threads, the application of a given torque will result in much greater accuracy with which two lines, connectors, contacts or components can be oriented relative to each other compared to threads of a conventional design. This reduces the size of the holes in the two connecting threads through which the lines pass, which leads to an increase in the stability of the threads. In other words, this threaded connection is much less sensitive to exceeding the maximum allowable torque, while in ordinary threads, when exceeding the maximum allowable torque, the lines will be cut off, the contacts will be disconnected, the connectors will be displaced. In some embodiments of the invention, the openings of line 224 may be made on the surface (s) on which the threads are physically formed.

Вышеприведенное описание относится к конкретным вариантам реализации данного изобретения и приводится с целью иллюстрации и пояснения. Однако для специалиста в данной области техники будет очевидно, что многие модификации и изменения вышеупомянутого варианта реализации изобретения возможны без отступления от объема изобретения. Предполагается, что приведенная ниже формула изобретения будет интерпретироваться таким образом, чтобы охватывать все такие модификации и изменения.The above description relates to specific embodiments of the present invention and is provided for the purpose of illustration and explanation. However, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and changes to the aforementioned embodiment of the invention are possible without departing from the scope of the invention. It is intended that the following claims be interpreted in such a way as to encompass all such modifications and changes.

Claims (23)

1. Скважинное устройство, содержащее:1. Downhole device containing: - первый компонент (200), имеющий первый элемент (206); и- a first component (200) having a first element (206); and - второй компонент (202), имеющий второй элемент (208), причем первый компонент (200) и второй компонент (202) соединены многозаходным резьбовым соединением (204), а первый элемент (206) и второй элемент (208) функционально соединены друг с другом, когда первый элемент и второй элемент имеют заданное взаимное угловое выравнивание,- a second component (202) having a second element (208), the first component (200) and the second component (202) being connected by a multiple threaded connection (204), and the first element (206) and the second element (208) are functionally connected to each other another, when the first element and the second element have a given mutual angular alignment, причем определенное заданное взаимное угловое выравнивание устанавливается только после приложения определенного крутящего момента к многозаходному соединению, а первый компонент (200) имеет по меньшей мере один заплечик (154) и второй компонент (202) имеет по меньшей мере один заплечик (156), и приложение указанного определенного крутящего момента обеспечивается после того, как указанные по меньшей мере один заплечик (154) первого компонента (200) и по меньшей мере один заплечик (156) второго компонента (202) упрутся друг в друга.moreover, a certain predetermined mutual angular alignment is established only after the application of a certain torque to the multi-start connection, and the first component (200) has at least one shoulder (154) and the second component (202) has at least one shoulder (156), and the application said specific torque is provided after said at least one shoulder (154) of the first component (200) and at least one shoulder (156) of the second component (202) abut against each other. 2. Скважинное устройство по п. 1, в котором каждый первый элемент (206) и каждый второй элемент (208) являются сегментами линии (224).2. A downhole tool according to claim 1, wherein each first element (206) and every second element (208) are line segments (224). 3. Скважинное устройство по п. 2, в котором линия (224) выполнена с возможностью передачи одного из следующего: (i) оптический сигнал, (ii) электрический сигнал, (iii) акустический сигнал, (iv) флюид, (v) энергия.3. The downhole device according to claim 2, wherein line (224) is configured to transmit one of the following: (i) an optical signal, (ii) an electrical signal, (iii) an acoustic signal, (iv) fluid, (v) energy . 4. Скважинное устройство по п. 1, дополнительно содержащее соединитель, функционально связывающий первый элемент (206) со вторым элементом (208).4. The downhole tool according to claim 1, further comprising a connector operatively linking the first element (206) to the second element (208). 5. Скважинное устройство по п. 4, в котором соединитель образует электромагнитную резонансную связь между первым элементом (206) и вторым элементом (208).5. The downhole tool according to claim 4, wherein the connector forms an electromagnetic resonant coupling between the first element (206) and the second element (208). 6. Скважинное устройство по п. 4, в котором соединитель образует физический контакт между первым элементом (206) и вторым элементом (208).6. The downhole tool according to claim 4, wherein the connector forms a physical contact between the first element (206) and the second element (208). 7. Скважинное устройство по п. 1, в котором первый элемент (206) является одним из следующего: провод, датчик, гидравлический насос, гидравлический трубопровод, гидравлический потребитель, генератор электрической энергии, потребитель электрической энергии, электромеханический привод, гидравлический привод, электрический насос, гидравлический потребитель, клапан, поршень, электронный компонент, микропроцессор, устройство связи, инструмент оценки параметров продуктивного пласта, датчик ориентации КНБК, устройство управления направлением бурения и буровой двигатель.7. The downhole tool according to claim 1, in which the first element (206) is one of the following: wire, sensor, hydraulic pump, hydraulic pipe, hydraulic consumer, electric power generator, electrical energy consumer, electromechanical drive, hydraulic drive, electric pump , hydraulic consumer, valve, piston, electronic component, microprocessor, communication device, formation parameter estimation tool, BHA orientation sensor, drilling direction control device and drilling engine. 8. Скважинное устройство по п. 1, в котором первый компонент (200) является одним из: (i) бурильная труба, (ii) гибкая насосно-компрессорная труба малого диаметра, (iii) секция КНБК, (iv) хвостовик, (v) обсадная колонна; и при этом второй компонент (202) является одним из: (i) бурильная труба, (ii) гибкая насосно-компрессорная труба малого диаметра, (iii) секция КНБК, (iv) хвостовик, (v) обсадная колонна.8. The downhole tool according to claim 1, in which the first component (200) is one of: (i) a drill pipe, (ii) a small flexible tubing, (iii) a BHA section, (iv) a shank, (v ) casing; and the second component (202) is one of: (i) a drill pipe, (ii) a small flexible tubing, (iii) a BHA section, (iv) a liner, (v) a casing. 9. Способ создания соединения в скважинном устройстве, включающий:9. A method of creating a connection in a downhole device, including: - позиционирование первого элемента (206) в первом компоненте (200) и соответствующем первом отверстии;- positioning the first element (206) in the first component (200) and the corresponding first hole; - позиционирование второго элемента (208) во втором компоненте (202) и соответствующем втором отверстии;- positioning of the second element (208) in the second component (202) and the corresponding second hole; - присоединение первого компонента (200) ко второму компоненту (202) с использованием многозаходного резьбового соединения (204) и- attaching the first component (200) to the second component (202) using multiple threaded connections (204) and - функциональное соединение первого элемента (206) со вторым элементом (208) посредством размещения первого отверстия и второго отверстия с заданным взаимным угловом выравниванием и одним из (i) заданного радиального выравнивания и (ii) заданного продольного выравнивания,- functional connection of the first element (206) with the second element (208) by placing the first hole and the second hole with a given mutual angular alignment and one of (i) a given radial alignment and (ii) a given longitudinal alignment, причем определенное заданное взаимное угловое выравнивание осуществляют только после приложения определенного крутящего момента к многозаходному соединению, а первый компонент (200) имеет по меньшей мере один заплечик (154) и второй компонент (202) имеет по меньшей мере один заплечик (156), и определенный крутящий момент прикладывают после того, как указанные по меньшей мере один заплечик (154) первого компонента (200) и по меньшей мере один заплечик (156) второго компонента (202) упрутся друг в друга.moreover, a certain predetermined mutual angular alignment is carried out only after the application of a certain torque to the multi-start connection, and the first component (200) has at least one shoulder (154) and the second component (202) has at least one shoulder (156), and a certain torque is applied after said at least one shoulder (154) of the first component (200) and at least one shoulder (156) of the second component (202) abut against each other. 10. Способ по п. 9, в котором каждый первый элемент (206) и каждый второй элемент (208) являются сегментами линии (224).10. The method according to claim 9, in which each first element (206) and every second element (208) are segments of the line (224). 11. Способ по п. 10, в котором линию (224) используют для передачи одного из: (i) оптический сигнал, (ii) электрический сигнал, (iii) акустический сигнал, (iv) флюид, (v) энергия.11. The method according to p. 10, in which line (224) is used to transmit one of: (i) an optical signal, (ii) an electrical signal, (iii) an acoustic signal, (iv) fluid, (v) energy. 12. Способ по п. 9, в котором первый элемент и второй элемент функционально связывают посредством соединителя.12. The method according to claim 9, in which the first element and the second element are functionally connected through a connector. 13. Способ по п. 12, в котором соединитель образует по меньшей мере одно из: индуктивная связь между первым элементом и вторым элементом; электромагнитная резонансная связь между первым элементом и вторым элементом.13. The method according to p. 12, in which the connector forms at least one of: an inductive coupling between the first element and the second element; electromagnetic resonant coupling between the first element and the second element. 14. Способ по п. 9, в котором первый компонент (206) является одним из: (i) провод, (ii) датчик, (iii) гидравлический насос, (iv) гидравлический трубопровод, (v) гидравлический потребитель, (vi) генератор электрической энергии и (vii) потребитель электрической энергии.14. The method according to claim 9, in which the first component (206) is one of: (i) a wire, (ii) a sensor, (iii) a hydraulic pump, (iv) a hydraulic pipe, (v) a hydraulic consumer, (vi) an electric energy generator; and (vii) an electric energy consumer. 15. Скважинное устройство по п. 1, в котором определенное заданное взаимное угловое выравнивание осуществляется в результате приложения определенного крутящего момента к указанному многозаходному соединению.15. The downhole tool according to claim 1, in which a certain predetermined mutual angular alignment is carried out as a result of the application of a certain torque to the specified multi-start connection.
RU2019119829A 2016-11-28 2017-11-27 Multi-threaded connection for downhole tools RU2725440C1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/362,427 2016-11-28
US15/362,427 US10731423B2 (en) 2013-10-01 2016-11-28 Multi-start thread connection for downhole tools
PCT/US2017/063295 WO2018098439A1 (en) 2016-11-28 2017-11-27 Multi-start thread connection for downhole tools

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725440C1 true RU2725440C1 (en) 2020-07-02

Family

ID=62196259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019119829A RU2725440C1 (en) 2016-11-28 2017-11-27 Multi-threaded connection for downhole tools

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3545162B1 (en)
RU (1) RU2725440C1 (en)
WO (1) WO2018098439A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112302855B (en) * 2020-11-02 2022-02-15 长江大学 Underground power generation device and power generation method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU157942A1 (en) *
US5896924A (en) * 1997-03-06 1999-04-27 Baker Hughes Incorporated Computer controlled gas lift system
US20100111592A1 (en) * 2008-11-04 2010-05-06 Trent Hassell Threaded Retention Device for Downhole Transmission Lines
US20100123311A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Church Kris L Cylindrical Tapered Thread Form for Tubular Connections
US20120176138A1 (en) * 2009-01-02 2012-07-12 Prammer Manfred G Reliable wired-pipe data transmission system
RU2477364C2 (en) * 2007-10-09 2013-03-10 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Modular connection device, and method
US20150093189A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Baker Hughes Incorporated Multi-start thread connection for downhole tools

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2242592A1 (en) 1997-07-11 1999-01-11 William D. Murray Multiple lead threads for high torque transfer applications
US9366094B2 (en) 2012-11-30 2016-06-14 Intelliserv, Llc Pipe joint having coupled adapter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU157942A1 (en) *
US5896924A (en) * 1997-03-06 1999-04-27 Baker Hughes Incorporated Computer controlled gas lift system
RU2477364C2 (en) * 2007-10-09 2013-03-10 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Modular connection device, and method
US20100111592A1 (en) * 2008-11-04 2010-05-06 Trent Hassell Threaded Retention Device for Downhole Transmission Lines
US20100123311A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Church Kris L Cylindrical Tapered Thread Form for Tubular Connections
US20120176138A1 (en) * 2009-01-02 2012-07-12 Prammer Manfred G Reliable wired-pipe data transmission system
US20150093189A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Baker Hughes Incorporated Multi-start thread connection for downhole tools

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018098439A1 (en) 2018-05-31
EP3545162B1 (en) 2023-01-18
EP3545162A4 (en) 2020-08-19
EP3545162A1 (en) 2019-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8887834B2 (en) Drilling tool steering device
US8900062B2 (en) Driveshaft assembly for a downhole motor
EP3194703B1 (en) Fatigue resistant thread profile with combined curve rounding
US6419277B1 (en) Conduit section having threaded section connectors and external conduits attached thereto
CA2985423C (en) Downhole electrical connector
US20150275581A1 (en) Torque Transfer Mechanism for Downhole Drilling Tools
WO2008116077A2 (en) Downhole tool string component
US20100018699A1 (en) Low Stress Threadform with a Non-conic Section Curve
US7093654B2 (en) Downhole component with a pressure equalization passageway
RU2725440C1 (en) Multi-threaded connection for downhole tools
US20150093189A1 (en) Multi-start thread connection for downhole tools
US10731423B2 (en) Multi-start thread connection for downhole tools
WO2003050381A1 (en) Modular thread connection with high fatigue resistance
GB2327247A (en) Threaded coupling for transferring torque
CA3114074C (en) Lobular connection for tubulars
AU2001249199A1 (en) Coiled tubing connector
CA2570700A1 (en) A connector for use in a wellbore
EP3749827A1 (en) Drilling component coupler for reinforcement
CA2385237A1 (en) Composite coiled tubing end connector