CN103874822A - 钻杆元件和相应的钻管 - Google Patents

Abstract

一种钻杆元件，所述钻杆元件用于在钻井流体在钻杆元件周围并且沿着从钻井底部朝向地表延伸的方向流动的情况下钻出井，所述钻杆元件包括构件（5）和联接件（8），所述联接件安装成围绕所述构件转动。联接件（8）在井壁上包括至少两个抵接区域（13、14）在钻井期间，每个抵接区域（13、14）均在外部设置有至少一个抵接部分（13a、14a），所述至少一个抵接部分的外径大于钻杆元件的其它部分的直径。每个抵接区域（13、14）均具有通过回转所产生的凸圆形形状，每个抵接区域（13、14）均轴向远离至少一个其它抵接区域，所述联接件（8）包括设置在两个抵接区域（13、14）之间的中间区域（15），开口设置在联接件（8）与构件（5）之间，用于使得钻井流体在联接件（8）与构件（5）之间流动，从而形成流体轴承。

Description

钻杆元件和相应的钻管

技术领域

本发明涉及石油或者天然气矿床的勘探开发领域，在所述领域中，使用转动使钻杆，所述转动式钻杆由按照钻井操作要求首尾相连地组装在一起的管和可选的其它管状部件构成。本发明更特别地涉及一种连接部件，所述连接部件设置有联接件，所述联接件能够自由转动，以有助于整个钻杆在井眼中转动。当在井眼中使用钻杆时，那些连接件允许减小钻杆的摩擦阻力。

更特别地，本发明涉及一种用于钻井设备的转动件（诸如管）的异形部件，所述异形部件布置在转动管柱中。

背景技术

与钻杆的其它部件（钻铤、钻杆护箍等）相关联的这些管柱可能尤其允许实施偏斜钻井操作，也就是说，实施钻井操作，在所述钻井操作中，在钻井期间相对于竖直或方位角方向的倾角可变化。如今，偏斜钻井操作可以抵达从大约2千米至8千米的深度并且实现从大约2千米至15千米的水平距离。

在实际上包括水平部分的偏斜钻井操作的情况中，在钻井期间因管柱在井中转动而产生的摩擦转矩可能达到非常高的值。摩擦转矩对所使用的设备或者钻井目标构成考验。而且，考虑到在井眼中（尤其是在相对于井眼的竖直方向倾斜很大的部分中）产生的碎屑的沉淀，由钻井操作所产生的钻井碎屑的上升经常非常困难。这导致对井的清洁差并且使得井眼内部中的管柱的管与管和井壁之间的接触表面之间的摩擦系数同步增大。

文献US6032748描述了一种钻杆护箍，所述钻杆护箍具有两个半壳和弹性体材料的叶片，以用于安装在钻杆的普通部分上。文献US6655477描述了一种减小摩擦单元，所述减小摩擦单元具有用于钻管的滚柱轴承或者流体轴承。文献US6739415描述了一种用于保护钻管的联接件，所述联接件包括与钻管的管箍相接触的低摩擦轴承和位于内壁中的纵向槽。

文献FR2760783提出了一种用于钻管的成形件，其具有联接件，所述联接件与井眼壁相接触并且可以就转动而言保持静止但却能够相对于壁和带槽部分滑动，所述带槽部分允许要被致动的钻井流体流动。

在文献FR2927936和FR2927937中已经取得了本申请人旨在获得坚固钻杆的研究成果。那些类型的装置在致动钻井流体在井眼中在钻井设备周围流动方面令人满意。为了能够实现钻井深度和水平偏移量增大，本申请人尝试减小钻管在井眼中转动和平移期间存在的摩擦。发明内容

本发明旨在改善这种状况。

一种钻杆元件用于在钻井流体在钻杆元件周围并且沿着从井眼底部朝向地表延伸的方向流动的情况下钻出井，所述钻杆元件包括构件和安装成用于围绕构件转动的联接件。联接件包括至少两个抵接区域，用于在钻井期间抵靠在井壁上。每个抵接区域均在外部设置有至少一个抵接部分，所述至少一个抵接部分的外径大于钻杆元件的其它部分的直径。每个抵接区域均具有通过回转产生的凸圆形形状，所述每个抵接区域均轴向远离至少一个其它抵接区域。联接件包括设置在两个抵接区域之间的中间区域。开口设置在联接件与构件之间，以用于使得钻井流体在联接件与构件之间流动，从而形成流体轴承。联接件相对于构件自由转动。开口至少对应于存在于联接件与构件之间的环形间隙，以允许联接件围绕构件转动。

在一个实施例中，开口可以与多个孔流体连通，所述多个孔沿着圆周分布并且布置在联接件中、在外表面与内表面之间。由此促进流体轴承的供应。

在一个实施例中，至少一个孔可以开口于在外表面的一部分中，所述一部分的直径小于抵接区域的直径，优选地开口于中间区域的一区段中。在这种构造中，孔开口于一区域中，该区域的压力相对于沿着联接件在其它水平高度处的泥浆的压力更低。压力更低的区域加速已经引入到构件与联接件之间的泥浆沿着孔的方向流动并且更加一般地按照平行于压力梯度的路径流动。

在一个实施例中，联接件的中间区域的直径可以小于抵接区域的直径，优选地比抵接区域的直径小5%至10%。特别地，中间区域可以形成具有联接件的最小外径的区域。

在一个实施例中，联接件可以具有端部，所述端部的直径小于抵接区域的直径，并且特别地，所述联接件的两个轴向端部的直径都小于抵接区域的直径。

在一个实施例中，联接件可以包括至少一条钻井流体分配通道，所述钻井流体分配通道设置在联接件的内表面上。减小了金属与金属的接触。钻井流体对联接件围绕构件的转动起到润滑作用。

在一个实施例中，通道可以包括至少一个螺旋形部分，优选地包括两个螺旋形部分，其中，一个螺旋部分向左侧定向而另一个螺旋部分向右侧定向。联接件的转动有助于流体的分配。

在一个实施例中，联接件可以包括至少一条环形通道，优选地包括至少两条环形通道。环形通道可以设置在流体入口附近，例如，设置在与端表面相距从10mm至40mm的距离处。环形通道可以设置在联接件的中心处，例如，设置在中间区域的区段中。

在一个实施例中，构件可以包括与联接件的内表面相接触的至少一个区域，所述至少一个区域的硬度大于联接件的内表面的硬度。减小了构件（部件中的最大器件）的磨损。

在一个实施例中，抵接部分的硬度可以大于联接件的外表面的其余部分的硬度。

例如，抵接部分可以具有圆柱形几何形状。抵接区域在抵接部分的一个侧部和另一个侧部处包括凸面部分，所述凸面部分沿着联接件的轴线包围抵接部分。优选地，凸面部分的曲率半径使得凸面部分切向于抵接部分。在这种构造中，中间区域可以由凹面部分形成，所述凹面部分连接联接件的两个相继抵接区域的毗邻凸面部分。

在一个实施例中，元件可以包括耐磨环，所述耐磨环安装在联接件的前表面与构件的肩部之间。耐磨环可易于更换。

在一个实施例中，元件可以包括耐磨环，所述耐磨环安装在连接件的前表面与保持构件的前表面之间。

在一个实施例中，元件可以包括联接件的保持构件。保持构件包括：多个分段，所述多个分段形成抵接环，并且所述多个分段至少部分地设置在置于构件中的环形槽中，并且具有用于保持护套的轴向位置的表面；环形锁定环，所述环形锁定环包括内表面，所述内表面与形成抵接环的分段相接触并且径向锁定所述分段；和锁定件，所述锁定件相对于构件轴向锁定形成抵接环的分段。无意拆开联接件的风险很低。

在一个实施例中，元件可以包括至少一个致动区域，所述致动区域包括多条槽，所述多条槽大体呈围绕元件轴线的螺旋形状。

在一个实施例中，元件可以包括其它联接件，所述其它联接件设置有至少一个致动区域。

在一个实施例中，致动区域可以设置在环形锁定环中，所述环形锁定环包括内表面，所述内表面与形成抵接环的分段相接触并且径向锁定所述分段。

钻管可以包括：如上所述的至少一个元件；和两个螺纹端部，所述两个螺纹端部设置在元件的一侧和另一侧上。

术语“钻杆元件”旨在不仅仅表示钻杆（钻管等）的部件，而且还表示这样的部分，所述部分构成所述诸如螺纹连接件（“工具接头”）的部件，其可以通过诸如焊接的任何方式装配到管的端部，以及允许通过上紧将管装配在一起。

术语上游和下游在这个示例中指的是钻井流体在元件周围的环形空间中流动的流动方向。

在具有拥有三维轨迹轮廓的现代井中，钻管柱经受复杂的静态和动态应力系统。根据本发明的元件允许在提高的安全条件下使用钻管柱，这是因为使用这样的元件允许保护整个钻杆免于断裂状况。

本申请人已经构造了一种工具，所述工具用于以合理成本不仅主要减小转动期间的摩擦而且还减小轴向摩擦，并且所述工具具有有利性能。减小摩擦工具可以设置在位于管柱的两根管之间的预定位置处。本申请人已经获得的显著成果，所述显著性成果包括：减小转动期间的摩擦，同时无论沿着上升方向还是沿着下降方向平移皆使得平移期间的摩擦得以优化。钻杆元件中的摩擦应力取决于多种因数，诸如，摩擦系数、接触压力、接触压力曲线、横向负载分布、钻杆的动态行为和减小摩擦工具相对于井壁的实际位置。包括减小摩擦工具的元件允许将管更好地定位在井中，并且还可以通过凭借钻井流体来减小钻杆移动的阻力从而提高钻井的流体力学。

本申请人已经确立了减小扭转应力、减小轴向负荷、增加临界屈曲负荷、提高滑动和引导性能、更好地传递重力、在钻杆转动期间使得在井壁上的接触位置更好地动态分布、特别是由于减小湍流振动的振幅而导致对振动的令人满意的阻尼、以及减轻套管的磨损。发现钻杆元件尤为可靠、耐振动并且对与微粒存在、相对压力或者大负荷有关的堵塞不敏感。

附图说明

通过阅读通过非限制性示例并且由附图图解的多个实施例的详细描述，将更好地理解本发明，在所述附图中：

图1是钻杆部件的侧正视图；

图2是图1的部件的轴向剖视图；

图3是沿着图1中的线III-III剖切的剖视图；

图4是沿着图2中的线IV-IV剖切的剖视图；

图5是作为钻杆部件的一部分的联接件的轴向剖视图；

图6是图5的联接件的主视图；

图7是根据另一个实施例的钻杆部件的侧正视图；

图8是图7的分解图；

图9是作为图7的元件的一部分的致动联接件的详细透视图；

图10是作为钻杆部件的一部分的联接件的抵接区域的细节图。

具体实施方式

如从附图可看到的，异形管或钻杆部件1通常具有因围绕轴线回转所产生的形状，当钻杆的元件1处于井眼内部的操作位置中时，所述轴线基本上构成钻井操作的轴线，所述井眼由设置在钻杆端部处的工具（诸如钻头）构造而成。部件的轴线是处于正常操作状态中的管柱的转动轴线并且作为一级近似值。元件1呈管状，通过回转产生的大体圆筒状的通道1a设置在元件1的中央异形部分中。

钻杆的部件，尤其是附图中图解的元件1，构造成呈管状形式并且旨在连接到简单的管状管柱，以使得它们的中央通道1a定位成彼此接续并且构成连续的中央空间，用于使得钻井流体沿着向下方向在地表与井眼底部之间流动，钻井从所述地表实施到钻井工具工作的井眼底部。例如，每隔30米至60米设置这种元件1，例如，有规律地在相对于彼此首尾相接地组装的3根至6根相似标准管之后设置这种元件1。钻杆端部处的流体随后上升进入到环形空间中，所述环形空间限定在井眼壁与钻杆的外表面之间。钻杆可以包括管、重量级钻管、钻铤、钻杆护箍或者连接装置。通过上紧将管首尾相接地装配在一起以形成管柱，所述管柱构成钻杆长度的很大一部分。

当钻井流体在钻管的外侧上升时，钻井流体将钻井工具已经通过的地层构造的碎屑携带向正实施钻井的地表。钻管柱构造成有助于使得钻杆与井壁之间的环形空间中的钻井流体上升流动。期望的是，以有效方式携带钻井碎屑以及清洁井眼壁和管柱的抵接表面，以有助于钻管柱在井内部行进。

无论在实际开挖阶段期间抑或在底部和地表之间操纵阶段期间，钻管以及更一般的钻杆元件的特征对总体钻井处理的质量、有效性和安全性的基本性质做出贡献。寻找碳氢化合物的发展要求在越来越极端的地质条件下产生具有越来越复杂轨迹的轮廓。

钻杆元件包括联接件，所述联接件可相对于构件自由转动。联接件具有内轮廓和外轮廓，优化所述内轮廓和所述外轮廓，以减小轴向摩擦负荷和转动摩擦负荷，而同时在转动期间有助于引导元件、相对于井的滑动以及动态负荷的分布。联接件的外轮廓在环形通道中相对于流体管路在中间，以防止发生湍流。联接件产生压力分布，所述压力分布有助于流体轴承在联接件与构件之间以及流到联接件外侧的操作。联接件的外轮廓在联接件的不同接触位置处的侧向负荷的作用下产生反作用转矩，从而因复原转矩作用而出现使得元件沿着与井眼的轴线平行的稳定方向向后运动的趋势。

钻杆部件1在这个示例中包括钻杆元件，所述钻杆元件辅以两个异形端部部分3和4，所述钻杆元件包括中央部分2或元件。中央部分2和端部部分3和4成一体。如图所示的钻杆部件是总长介于大约1米至2米的连接件，并且设置成定位在两根钻管之间。异形端部部分3和4以及中央部分2可以由具有高机械强度的钢制成。在可替代方案的情况下，可在中央部分和异形端部部分之一之间设置例如大于10米的非常长的管状部分，所述异形端部部分在部件上授予钻管性质。凹形端部部分3包括内螺纹连接孔部分，所述内螺纹连接孔部分设置有内螺纹3b，用于连接到另一个部件的外螺纹。例如根据规格AP17或者根据读者可以参考的本申请人名下的专利（例如US7210710或者US6513840）中的一篇，内螺纹3b可以是截头圆锥状的。

对应地，凸形端部部分4包括凸形螺纹连接部分，所述凸形螺纹连接部分包括外螺纹4b，用于连接到另一个部件的内螺纹。

端部部分3、4和中央部分2形成部件1的构件5。部件1是具有圆筒形孔1a的管，所述圆筒形孔1a依照部件的轴线延伸贯穿部件1。中央部分2具有外表面6，所述外表面6沿着从凹形端部部分3朝向凸形端部部分4的方向包括：第一圆筒状部分6a，所述第一圆筒状部分6a通过回转形成并且形成凹形部分的外表面；当以轴向截面观察时大体为矩形形状的槽6b；第二圆筒状部分6c，所述第二圆筒状部分6c通过回转产生并且在这个示例中其直径与通过回转产生的第一圆筒状部分的直径相同；肩部6d，所述肩部6d超向外侧径向延伸；表面6e，所述表面6e具有单调递减的直径，例如，其呈现截头圆锥状，所述截头圆锥状具有等于凸形端部部分的外表面的直径的最小直径；和第三圆筒状部分6f，所述第三圆筒状部分6f通过回转产生并且在这个示例中其直径与通过回转产生的第一圆筒状部分6a的直径相同。

槽6b可以具有介于大约80mm至250mm之间的轴向长度。槽6b包括底部，所述底部通过回转形成圆柱形表面。槽6b包括大体径向边缘。第二圆筒状部分6c的轴向长度可以介于大约300mm至600mm之间。具有递减直径的表面6e的轴向长度介于大约120mm至300mm之间。中央部分2在第二圆筒状部分6c上包括区域7，通过热处理和/或化学处理（例如，通过渗氮处理或者渗碳处理）使得区域7变硬，从而允许在操作期间减小磨损以及延长部件的使用寿命。在图1和图2中，已经提供了三个变硬的环形区域7。变硬的环形区域7设置成与槽6b和肩部6d间隔开。

部件1还包括联接件8，所述联接件8以可移除的方式围绕中央部分2安装。联接件8为大体环形形状。可以凭借于使联接件8在凹形端部部分3和中央部分2的第一圆筒状部分6a周围滑动而沿着部件的轴线平移来安装联接件8。

联接件8包括通过回转产生的大体圆筒状的孔8a，所述孔8a具有通道9、10，图2中可见且在图5中更为详细地图解了所述通道9、10。通道9、10呈槽的形式，所述槽9、10从联接件8的孔8a起设置在联接件8的厚度中。联接件8还包括两个基本径向的端表面8b和8c，所述两个基本径向的端表面8b和8c也设置有呈槽形式的通道11、12（见图6）。联接件8包括外表面8d，所述外表面8d具有通过回转产生的形状。外表面8d略微弯曲。外表面8d的最大直径与端表面8b和8c间隔开。

联接件8包括两个变硬区域13、14，所述变硬区域13、14中的至少一个具有上述最大直径。变硬区域13、14形成外表面8d的一部分。变硬区域13、14可以包括硬质材料的沉积物，所述硬质材料与形成联接件8的大部分的金属不同，所述金属通常为钢或者钛。可以通过例如对形成联接件8的大部分的金属实施渗氮或渗碳的化学和/或热处理操作来获得变硬区域13、14。变硬区域13、14各自包括抵接部分13a、14a，所述抵接部分13a、14a的外径大于部件的其它部分的外径。抵接部分13a、14a的外径大于构件5的最大外径。抵接部分13a、14a的外径大于下文所述耐磨环的最大外径。抵接部分13a、14a的外径大于联接件8的非变硬区域的外径。

在图1和图2图解的实施例中，联接件8包括两个变硬区域13、14，所述两个变硬区域13、14形成用于部件的抵接区域并且具有最大直径。联接件8的最大直径也是部件的最大直径。变硬的抵接区域13、14在这个示例中由中间区域15分隔开，所述中间区域15的直径小于最大直径。

可以由两条具有大半径的圆弧获得外表面8d的轮廓，所述大半径例如介于200mm至800mm之间。直径基本相等。圆弧延伸直到预制内圆角为止，所述内圆角连结到端表面。两条圆弧形成两个突出部，变硬的抵接区域13、14形成于两个突出部的顶部处。两条圆弧通过凹面连接件彼此连接，所述凹面连接件的半径小于圆弧的半径。凹面连接件的半径例如介于30mm至100mm之间。凹面连接件形成中间圆形区域15。

在图7和图10的实施例中，抵接部分13a和13b均具有通过回转形成的圆筒形状。除了抵接部分13a之外，抵接区域13还包括两个凸面部分13b和13c，所述凸面部分13b轴向布置在抵接部分13a的一侧上，而凸面部分13c轴向布置在抵接部分13a的另一侧上。除了抵接部分14a之外，抵接区域14还包括两个凸面部分14b和14c，所述凸面部分14b轴向布置在抵接部分的一侧处，而凸面部分14c轴向布置在抵接部分的另一侧上。例如，当以如图所示的截面观察时，凸面部分13b、13c、14b和14c的曲率半径介于200mm至800mm之间。凸面部分与位于凸面部分之间的抵接部分相切。凸面部分和抵接部分连接以形成相切圆45和46，从截面图可看到所述相切圆45和46处于相切位置的形式。由此实现了联接件的水动力性能分析。在联接件的外侧处产生压力梯度，所述压力梯度导致在联接件内侧产生梯度并且由此促进钻井流体微循环而且防止碎屑聚集在联接件8与构件之间。因此，在钻井期间对联接件相对于构件的转动实施保护。

此外，在这个实施例中，形成联接件的两个接续抵接区域的一部分的毗邻凸面部分13c和14b围绕形成连接件的中间区域15。中间区域15形成凹面连接件，该凹面连接件的半径小于凸面部分的半径。凹面连接件的半径例如介于30mm至100mm之间。

部件1还包括第一耐磨环16，所述第一耐磨环16布置在端表面8b之一与中央部分2的外表面的肩部6d之间。在肩部6d侧处，耐磨环16的径向尺寸基本等于肩部6d的径向尺寸。在端表面8b侧处，耐磨环16的径向尺寸基本等于端表面8b的径向尺寸。耐磨环16具有：孔，所述孔的直径适于中央部分2的第二圆筒形部分6c的直径；和外表面，所述外表面形成中央部分2的递减直径表面6e与联接件8的呈圆弧形式的外表面8d之间的连接部，所述表面6e在一侧越过肩部6d。耐磨环16的外表面可以是截头圆锥状的或者呈圆弧形式。耐磨环16的外表面可以是截头圆锥状的，其锥度类似于部件1的中央部分2的截头圆锥表面的锥度。相对于部件的联接件8和构件5的成本，耐磨环16形成较低成本的部件。耐磨环16防止肩部6d与联接件8的端表面8b直接接触。耐磨环16可以由钢形成，所述钢的硬度小于形成表面6e的材料的硬度。

部件还包括第二耐磨环17，所述第二耐磨环17布置成与联接件8的另一个端表面8c相接触。联接件8的另一个端部处的耐磨环17可以与肩部6d侧处的耐磨环16相同。耐磨环16、17的轴向长度可以介于5mm至30mm之间。第二耐磨环17包括：径向表面，所述径向表面与联接件8的与肩部6d相对的端表面8c相接触；和第二径向表面，所述第二径向表面与部件的中央部分2的槽6b的边缘基本对齐。

部件1包括联接件保持构件，所述联接件保持构件整体用附图标记20表示。保持构件20部分布置在槽6b中。保持构件20轴向布置在两个边缘部之间，所述两个边缘部界定槽6b。保持构件20相对于第一圆筒状部分6a和第二圆筒状部分6c突出到槽6b之外，由此提供了与第二耐磨环17相接触的接触表面，或者当不存在耐磨环时以未图解的方式提供了与联接件8的端表面8b相接触的接触表面。耐磨表面可以设置在保持构件20上。

在图解的实施例中，保持构件20包括至少两个分段21和22，所述两个分段21和22形成用于耐磨环17的抵接环或者用于联接件8的抵接环。保持构件20包括用于锁定分段21和22的环状垫圈23以及用于将分段21和22相对于构件5锁定的至少一个锁定件24。

槽6b设置在部件的构件5的中央部分2中，该槽具有两个大体径向边缘部和通过回转产生的大体圆筒状的底部。在边缘部的区域中，底部的深度可以略微增加，以有助于机加工。而且，至少一个闭式凹腔25设置在底部的有限角分区和小于底部轴向长度的轴向长度上。在这个示例中，存在两个凹腔25。凹腔25沿着圆周均匀有规律地分布。在这个示例中，鉴于凹腔25沿着部件轴线的长度明显大于沿着圆周方向的宽度，所以凹腔呈细长形状。

在这个示例中，存在两个分段21和22，所述两个分段21和22各占据180°。分段21和22相同。当以轴向截面观察时，分段21和22具有L状截面。分段21和22包括大轴向部分21a、22a和与轴向部分相比的小径向部分21b、22b。轴向部分21a、22a被接收在槽6b中，其中，外表面与中央部分2的圆筒状部分6a、6c的外表面齐平并且端部的形状与槽6b的边缘部的形状相一致。径向部分21b、22b布置在联接件8的一侧处。径向部分21b、22b相对于槽6b向外突出。在这个示例中，径向部分21b、22b与第二耐磨环17相接触。

在沿着拆卸方向轴向加载的情况中，第二耐磨环17运动成抵靠在分段21和22的径向部分21b、22b上，而分段21和22的相对端部运动成抵靠在槽6b的位于与联接件8相对的侧部处的边缘部上。分段21和22形成用于保持联接件8的轴向位置的表面。每个分段21、22的轴向部分21a、22a皆具有与槽6b的底部相接触的孔。

轴向部分21a、22a具有凹腔26，所述凹腔26由孔所提供。凹腔26的尺寸与槽6b底部中的闭式凹腔25的尺寸类似。两个面对面的凹腔25和26形成腔室，在所述腔室中，布置有楔形件24。在这个示例中，楔形件24是通常为金属的一体板的形式，所述楔形件24的形状对应于凹腔的形状。楔形件24通过两颗螺钉33固定到分段21和22。楔形件24防止相应的分段围绕部件的构件5转动，所述分段形成抵接环。

抵接环的径向部分21b和22b包括外表面，所述外表面的直径与第二耐磨环17的外表面的直径相匹配。径向部分21b和22b的外表面在这个示例中具有截头圆锥状形状。

环形锁定环23围绕分段21和22布置，从而形成抵接环。锁定环23是一体件。锁定环23具有：通过回转形成的圆筒状的孔23a，所述孔23a与分段21和22的轴向部分21a、22a的外表面相接触；大体径向端表面23b，所述大体径向端表面23b具有大尺寸并且与分段的位于与第二抵接环相对的侧部处的径向部分21b、22b的径向表面相接触；端表面23c，所述端表面23c具有小尺寸并且布置在锁定环的自由侧部处；和可变直径的外表面23b。外表面23d的直径从端表面23c至端表面23b增加。

分段21和22各个均设置有由楔形件24形成的锁定件，所述楔形件24部分布置在凹腔25中。分段21和22通过径向运动安装在部件的中央部分2上。环形锁定环23围绕联接件8的构件5的外表面布置，在这个示例中围绕第一圆筒形部分6a的外表面布置，然后使得环形锁定环23平移移动直到所述环形锁定环与径向部分21b、22b相接触为止。在图1和图2示出的位置处，锁定环23的自由端表面23c与槽6b的相对边缘基本对齐。然而，锁定环23可轴向延伸越过槽6b，从而在选定长度上环绕部件1的中央部分2的外表面的第一圆筒状部分6a。

对于每个分段21、22而言，设置有主要径向定向的孔27，所述孔27延伸贯穿锁定环23、分段21、22和对应的楔形件24。孔27带有螺纹并且设置有螺钉28，所述螺钉28将锁定环23相对于分段21和22以及锁定件24轴向且周向固定。可在图3中更为清晰地看到的螺钉28可以包括空心头部，所述空心头部设置有凹进的六角型驱动凹部。在一个变型方案中，螺钉28可由销替代。

为了将锁定环23相对于分段21和22牢固地固定，可能使得每个分段21、22均设置有柱螺栓29并且使得锁定环23设置有对应于柱螺栓的槽30，从而在组装期间在锁定环23轴向移动直到分段21和22的径向部分21b、22b之后必须使得锁定环23转动通过选定角度（例如介于大约10°至30°之间）。参见图8和图9，柱螺栓29和槽30形成卡口型组件。锁定环23的孔放置成与分段21、22的每个孔以及对应的楔形件24对准。分段21和22的柱螺栓29负担施加到锁定环23的任何轴向负荷和切向负荷。因此，螺钉28充分确保抗转动锁定，由此大大减小了施加到螺钉28的负荷。在一个变型方案中，柱螺栓29由棒替代，所述棒呈圆弧形式并且占据大约从40°至60°的角扇形区，从而借助于占据大约从8°至20°的小角分区的径向部分延伸。

如在图1和图5中看到的，具有小直径的多个孔31设置在联接件8中。孔31是通孔。孔31可以是径向孔。孔31可以以多个环形排设置，所述环形排包括多个沿着圆周有规律分布地孔。孔31布置在抵接区域外。联接件8可以设置有一排布置在端表面8b与抵接区域之间的孔、一排布置在端表面8c与抵接区域之间的孔以及一排布置在两个抵接区域之间的孔。

在图解的实施例中，径向孔的中央排布置在中间区域15中，所述中间区域15的直径小于抵接区域的直径。径向孔31允许流体流动并且允许联接件8的内部和外部之间的压力达到平衡。径向孔31的直径介于1mm至5mm之间。它们可以在开口于联接件的外表面处的侧部处具有较大直径。

联接件8的通道9、10分配钻井流体。通道9、10设置成从孔8a径向朝向外侧。更具体地，联接件8包括多条环形通道9，见图5，在这个示例中示出了环形通道9中的三条。环形通道9与径向孔31对准，所述径向孔31开口于环形通道9的底部中。

在径向端表面处，还设置有多条螺旋通道10，所述螺旋通道10从联接件8的孔8a的一个端部延伸到另一个端部并且在端部处开口。螺旋通道10相对于轴向平面可以具有大约从15°至70°的角母线。环形通道9和螺旋通道10的轮廓可以相同。通道的轮廓可以包括：底部，所述底部平行于联接件8的轴线延伸；和两个对称的边缘部，所述对称的边缘部相对于底部成介于30°至50°之间的角度。通道的深度可以介于1mm至5mm之间。通道相对于内壁的轮廓可以是平缓的。通道的轮廓可以使用两个不同的曲率半径。通道底部的长度可以介于2mm至10mm之间。螺旋通道10在径向端表面处的开口形成入口/出口，用于钻井流体在联接件8与中央部分2的第二圆筒形部分6c之间流动。

通道11、12布置在联接件8的端表面8b、8c中。环形通道11布置在径向端表面8b、8c的边缘部之间基本一半的位置处、基本上径向位于中间区域15的分区中。这种构造允许在井眼中在联接件8抵靠构件2的抵接面的区域中形成流体轴承。多条螺旋通道12，在这个示例中为24条通道，相对于切线成介于10°至和30°之间的倾角。螺旋通道12沿着圆周有规律分布。螺旋通道12与环形通道11交叉。螺旋通道12的深度和宽度小于环形通道11的相应尺寸。螺旋通道12的宽度大约介于2mm至3mm之间并且深度介于大约1mm至2mm之间。螺旋通道12在某些情况中处于与联接件8的孔8a的螺旋通道10的开口相交叉的状态中。环形通道11与联接件8的孔8a的螺旋通道10的开口径向间隔开。端表面8b、8c的环形通道11的宽度可介于大约2mm至5mm之间并且深度可介于大约1.5mm至5mm之间。

联接件8的前表面的螺旋通道12形成入口/出口32，用于使得钻井流体在联接件8的前表面8b、8c与耐磨环16、17之间流动。入口/出口32允许在联接件8和构件5之间供应钻井流体，从而形成流体轴承。螺旋通道12设置在联接件8的自由端部处，由此螺旋通道12布置在联接件8与部件的构件5之间。根据钻井流体的流动方向，设置在肩部6d侧处的入口/出口32分别位于上游或下游处，设置成与肩部6d相对的入口/出口32分别位于下游或者上游处。孔8a的环形通道9和螺旋通道10、端表面8b、8c的环形通道11以及螺旋通道12一起形成用于使钻井流体流动和分配的开口，从而使得联接件8与构件6之间的摩擦减小。根据变型方案，环形通道9和11可省去不用。

在图7至图9示出的实施例中，部件1包括两个致动区域40、41，所述致动区域40、41均包括外表面，所述外表面与外圆筒形部分6a、6f相切并且连接到具有大直径并且形成中央部分2的外表面6的一部分的圆筒形部分。致动区域40包括以螺旋方式形成的多条槽42。槽42通常具有的形状有助于泥浆沿着管柱转动方向上升。槽42从外圆筒形表面6a、6f轴向延伸直到圆筒形部分6g的具有中央部分2的外表面6的大直径区域中的位置为止。槽42的螺旋相对于轴线的倾角可以介于7°至45°之间。为了详细地描述致动区域，可参照文献FR2927937。另一个致动区域41设置在锁定环23的外表面上。在图解的实施例中，在肩部6d侧上没有设置耐磨环。联接件8与中央部分2的肩部6d直接接触。

如可在图9中更为具体地看到的，锁定环设置有借助于螺钉28锁定的卡口型固定装置，在图8中可看到螺钉28并且所述螺钉28插入到径向孔中。卡口型锁定机构包括多条槽30，所述多条槽30呈从锁定环23的孔23a起布置的圆弧的形式。槽30在环的具有大直径的侧部（即，在联接件8侧）处的径向表面处开口。槽30通常具有L状剖面，其中，轴向部分30a占据较小的角扇形区，而圆周部分30b占据的角扇形区大于轴向部分30a的角扇形区，从而留下了锁定环23的材料与形成抵接环的至少一个分段21、22的指状件或者柱螺栓29相接触的坡道，在这个示例中锁定环23的材料与每个分段的指状件相接触。为了有助于操作者实施锁定，在这个示例中设置了六条槽30，所述六条槽30与六个指状件协合，从而产生了极小的角偏移，以在导致锁定的转动运动之前凭借轴向平移发现装配位置，以及防止锁定环相对于部件轴向运动。

Claims (15)

1.一种钻杆元件，所述钻杆元件用于在钻井流体在所述钻杆元件周围并且沿着从钻井底部朝向地表延伸的方向流动的情况下钻出井，所述钻杆元件包括构件（5）和联接件（8），所述联接件安装成围绕所述构件转动，其特征在于，所述联接件（8）包括至少两个抵接区域（13、14），用于在钻井期间抵靠在所述井的井壁上，每个所述抵接区域（13、14）均在外部设置有至少一个抵接部分（13a、14a），所述至少一个抵接部分的外径大于所述钻杆元件的其它部分的直径，每个所述抵接区域（13、14）均具有通过回转所产生的凸圆形形状，每个所述抵接区域（13、14）均轴向远离至少一个其它抵接区域，所述联接件（8）包括设置在两个抵接区域（13、14）之间的中间区域（15），开口设置在所述联接件（8）与所述构件（5）之间，用于使得钻井流体在所述联接件（8）与所述构件（5）之间流动，从而形成流体轴承。

2.根据权利要求1所述的钻杆元件，其中，所述开口与多个孔（31）流体连通，所述多个孔沿着圆周分布并且布置在所述联接件（8）中、在外表面与内表面之间。

3.根据权利要求2所述的钻杆元件，其中，至少一个所述孔（31）开口于所述外表面的一部分中，所述一部分的直径小于所述抵接区域的直径。

4.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述联接件（8）的所述中间区域（15）的直径小于所述抵接部分（13a、14a）的直径，优选地比所述抵接区域的所述直径小5%至10%。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述联接件（8）具有端部，所述端部的直径小于所述抵接部分（13a、14a）的直径。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述联接件（8）包括至少一条钻井流体分配通道（9、10），所述钻井流体分配通道设置在所述联接件（8）的内表面上。

7.根据权利要求6所述的钻杆元件，其中，所述钻井流体分配通道（10）包括至少一个螺旋部分，优选地包括两个螺旋部分，其中，一个所述螺旋部分向左侧定向而另一个螺旋部分向右侧定向。

8.根据权利要求6或7所述的钻杆元件，其中，所述联接件（8）包括至少一条环形通道（9），优选地包括两条环形通道。

9.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述构件（5）包括至少一个区域（7），所述至少一个区域与所述联接件（8）的内表面相接触，所述至少一个区域的硬度大于所述联接件（8）的所述内表面的硬度。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述抵接部分（13a、14a）的硬度大于所述联接件（8）的所述外表面的其余部分的硬度。

11.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，其中，所述抵接部分（13a、14a）具有圆柱形几何形状，所述抵接区域在所述抵接部分的一个侧部和另一个侧部处包括凸面部分（13b、13c、14b、14c），所述凸面部分沿着所述联接件的轴线环绕所述抵接部分（13a、14a），所述凸面部分的曲率半径使得所述凸面部分与所述抵接部分（13a、14a）相切。

12.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，所述钻杆元件包括：安装在所述联接件（8）的前表面与所述构件（5）的肩部（6d）之间的耐磨环（16）；和/或安装在所述联接件（8）的前表面与保持构件（20）的前表面之间的耐磨环（17）。

13.根据前述权利要求中的任意一项所述的钻杆元件，所述钻杆元件包括致动区域（40、41），所述致动区域包括多条槽（42），所述多条槽大体呈围绕所述钻杆元件的轴线的螺旋形状。

14.根据权利要求13所述的钻杆元件，其中，所述致动区域（40、41）设置在环形锁定环（23）中，所述环形锁定环包括内表面，所述内表面与形成所述联接件的抵接环的分段（21、22）相接触并且径向锁定所述分段。

15.一种钻管，所述钻管包括：根据前述权利要求中的任意一项所述的至少一个钻杆元件；和两个螺纹端部，所述螺纹端部设置在所述钻杆元件的一侧上和另一侧上。

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