钻杆的制造方法与工艺

钻杆本发明是申请号为200980147365.4(PCT/GB2009/002526)、申请日为2009年10月22日、发明名称为“钻杆”的中国发明专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及一种钻杆，具体地涉及这样一种钻杆，该钻杆包括用于关闭所述钻杆中的侧孔的阀组件。

背景技术：
通常利用被称作钻杆或钻柱的钢管进行钻孔或钻井，该钻杆或钻柱在最下端具有钻头。钻柱包括多个首尾相连的管状部分。整个钻柱可以利用转盘或者利用安装于钻杆顶部的地上钻井马达(通常被称为“顶驱”)来旋转，或者钻头可以利用安装于钻柱中的位于钻头正上方的流体动力马达或多个马达而独立于钻柱旋转。在进行钻孔时，泥浆流用于将由钻孔过程产生的岩屑携带到钻孔外。泥桨被沿钻柱向下泵送而穿过钻头，并且经由钻柱的外径与钻孔之间的环形空间(通常被称为环空)返回到表面。泥浆流还用于冷却钻头，并且用于给钻孔增压，因此基本上阻止来自被钻柱穿透的地层的流体的流入物进入钻孔。泥浆是一个十分宽泛的钻探术语，并且在本文中其用于描述在钻孔期间使用的任何流体或流体混合物，并且涵盖从空气、氮、空气或氮中的雾化流体、具有空气或氮的泡沫流体、充气流体或氮化流体至具有固体颗粒的油和/或水的很重的混合物的宽泛范围。需要相当大的压力以沿该流径驱动泥浆，因此为了实现该驱动，通常利用一个或多个容积泵将泥浆泵入钻柱中，该一个或多个容积泵经由管或歧管与钻柱的顶部相连。主要泥浆流入井孔是通过将泥浆在钻柱的最顶端处泵入主孔中来实现的，还已知使钻柱设有侧孔，该侧孔从设置于钻柱的侧部的口延伸到主孔中，从而泥浆可以在钻柱顶部的替代位置处被泵入主孔中。例如，随着钻孔行进，并且钻孔变得越来越深时，需要增加钻柱的长度，并且这通常通过以下步骤来实现：使顶驱与钻柱的顶部分离；向钻柱增设新的管状部分；使顶驱与新的管状部分的自由端接合；然后重新开始钻孔。因此应当理解，在该过程期间沿钻柱向下泵送泥浆中止。由于种种原因，在钻孔过程中停止泥浆流是有问题的，并且已提出通过在钻柱的每个部分中设置侧孔而便于连续地通过钻柱泵送泥浆。这意味着在钻柱的顶部被关闭、顶驱断开并且钻柱的新的部分被连接时，可经由侧孔将泥浆泵入钻柱中。在US2158356中公开的一种这样的系统中，在钻柱的每部分的顶部设有：侧孔，该侧孔用塞子关闭；以及阀构件，该阀构件可在第一位置与第二位置之间枢转，在第一位置，钻柱的侧孔关闭而主孔打开，在第二位置，侧孔打开而主孔关闭。在钻孔期间，阀被保持在第一位置，但当需要增加钻柱的长度时，从侧孔移除塞子，并且将从泵伸出的软管连接至侧孔，并且打开软管中的阀，从而开始经由侧孔将泥浆泵入钻柱中。然后关闭位于从泵至钻柱的顶部的主软管中的阀，并且侧孔处的泥浆压力使阀构件从第一位置移动到第二位置，从而关闭钻柱的主孔。然后断开主软管，新的管状部分安装在钻柱上，并且主软管连接至新部分的顶部。主软管中的阀打开，从而重新开始将泥浆泵入钻柱的顶部中，并且与侧孔连接的软管中的阀关闭。进入钻柱顶部的泥浆所造成的压力使阀构件返回到其第一位置，这允许从侧孔移除软管，而泥浆基本上不从钻柱泄漏。然后，在钻柱的该部分降到井中之前，例如通过在侧孔上焊接塞子可将侧孔永久地密封。钻柱还可设有侧孔，该侧孔被称作“泵入接头(pumpinsub)”，该泵入接头在发生紧急情况下使用，例如为了便于提供控制井孔压力的突然波动所需要的附加的泥浆压力，其中井孔压力的突然波动是由于来自由井穿透的地层的流体流入物进入井中，这被称为“井涌”。

技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种钻杆，该钻杆具有：管状主体，穿过该管状主体设有主孔；侧口，该侧口设置在所述主体的外表面中；侧孔，该侧孔从所述主孔通过所述主体延伸到所述侧口；以及阀构件，该阀构件可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，基本阻止流体流过所述侧孔，在所述打开位置，允许流体流过所述侧孔，其中，所述阀构件在所述关闭位置与所述打开位置之间的运动包括平移运动，并且所述阀构件至少主要位于所述侧孔内。本发明可以是有利的，因为所述阀构件至少主要定位在所述钻杆的壁厚内意味着在正常的钻孔操作期间，所述阀构件不会妨碍流体沿所述钻杆的所述主孔流动。优选地，当处于所述关闭位置时，所述阀构件与阀座接合，以基本阻止流体沿所述侧孔流动，并且所述阀构件被相对于所述阀座布置成使得如果所述钻杆的所述主孔中的流体压力超过所述侧口处的压力，则推动所述阀构件与所述阀座接合。所述阀构件在所述关闭位置与所述打开位置之间的所述平移运动优选大致与所述侧孔的纵轴线平行。所述钻杆可包括弹性元件，所述阀构件通过该弹性元件被偏压至所述打开位置或所述关闭位置，并且在该情况下，所述弹性元件优选地用于将所述阀构件偏压至所述关闭位置，所述阀构件适于通过所述侧口处的流体压力而被打开。优选地，所述阀构件具有大体环形的支承面，当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述大体环形的支承面与围绕所述侧孔设置的对应环形阀座接合。所述阀构件可设有与引导部接合的定位部，所述引导部从所述钻杆延伸到所述侧孔中，并且帮助保持所述阀构件的所述环形支承面与所述阀座的对准。在设置弹性元件的情况下，所述弹性元件可包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧围绕所述定位部在安装于所述定位部上的止动部与所述引导部之间延伸。所述钻杆还可以设有盖，该盖能够被可解除地固定在所述侧孔中，并且当被固定在所述侧孔中时所述盖给所述钻杆提供基本的流体紧密密封，因此阻止流体沿所述侧孔流动。在该情况下，所述盖可设有接合结构件，当所述盖被固定在所述侧孔中时，所述接合结构件与由所述钻杆设置的对应的接合结构件接合，需要所述盖在所述侧孔内旋转以使相应的所述接合结构件接合。所述接合结构件可包括对应的螺纹副，或者所述接合结构件可包括卡口接头结构件，所述卡口接头结构件围绕所述侧孔的周向间隔开，并且径向延伸到所述侧孔中。根据本发明的第二方面，提供一种钻杆头，该钻杆头具有：管状主体，穿过该管状主体设有主孔；侧口，该侧口设置在所述主体的外表面中；侧孔，该侧孔从所述主孔通过所述主体延伸到所述侧口；以及阀构件，该阀构件可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，基本阻止流体流过所述侧孔，在所述打开位置，允许流体流过所述侧孔，其中，所述阀构件在所述关闭位置与所述打开位置之间的运动包括平移运动，并且所述阀构件至少主要位于所述侧孔内。所述钻杆头可具有根据本发明的第一方面所述的钻杆的特征中的任何一个特征。根据本发明的第三方面，提供一种接头，该接头用于连接到钻杆，所述钻杆具有：管状主体，穿过该管状主体设有主孔；侧口，该侧口设置在所述主体的外表面中；侧孔，该侧孔从所述主孔通过所述主体延伸到所述侧口；以及阀构件，该阀构件可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，基本阻止流体流过所述侧孔，在所述打开位置，允许流体流过所述侧孔，其中，所述阀构件在所述关闭位置与所述打开位置之间的运动包括平移运动，并且所述阀构件至少主要位于所述侧孔内。所述接头可以具有根据本发明的第一方面所述的钻杆的特征中的任何一个特征。还应当理解，所述钻杆、钻杆头或者接头还可以设有其它阀装置，例如标准方钻杆旋塞阀(Kelly阀)或者TIW阀，以例如在附接钻杆的新的长度期间用于封闭所述钻杆的所述主孔。附图说明现在将参照下列附图仅通过实施例描述本发明的实施方式。图1a示出了不是根据本发明的钻杆的第一实施方式的局部截面图；图1b示出了通过图1a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于打开位置；图1c示出了通过图1a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于关闭位置；图2a示出了不是根据本发明的钻杆的第二实施方式的局部截面图；图2b示出了通过图2a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于打开位置；图2c示出了通过图2a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于关闭位置；图3a示出了不是根据本发明的钻杆的第三实施方式的局部截面图；图3b示出了通过图3a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于打开位置；图3c示出了通过图3a中所示的钻杆的一部分的纵向剖视图，其中阀构件处于关闭位置；图4a示出了通过根据本发明的第一方面的钻杆的第四实施方式的纵向剖视图，其中在钻杆中安装一个阀构件；图4b示出了根据本发明的第一方面的钻杆的第四实施方式的立体图，其中在钻杆中安装三个阀构件；图4c示出了通过图4a或图4b中所示的阀构件中的任何一个的详细剖视图，该阀构件处于打开位置；图4d示出了通过图4a或图4b中所示的阀构件中的任何一个的详细剖视图，阀构件处于关闭位置；图5a示出了通过根据本发明的第一方面的钻杆的第五实施方式的纵向剖视图，其中在钻杆中安装两个阀；图5b示出了通过图5a中所示的其中一个阀的详细剖视图，阀处于打开位置；图5c示出了通过图5a中所示的其中一个阀的详细剖视图，阀处于关闭位置并且具有封闭盖；图5d示出了图5b中所示的阀的剖开立体图；图6a示出了通过在根据本发明的钻杆的第六实施方式中使用的阀组件的第一纵向剖视图；图6b示出了通过图6a中所示的阀组件的第一纵向剖视图，阀组件不具有封闭盖；图6c示出了通过图6a中所示的阀组件的第二纵向剖视图；图6d示出了通过图6a中所示的阀组件的第二纵向剖视图，阀组件不具有封闭盖。具体实施方式所有这些设计均示出了阀构件的与现有技术中公开的枢转运动或旋转运动相反的平移运动。图1a至3c中所示的设计是有利的，因为它们提供一种用于保持密封部无岩屑的较好机构，但是缺点在于，因为阀构件位于钻杆的主孔内，所以阀构件会阻止沿钻杆的流体流动。对于图4a至4d、图5a-5d以及图6a至6d中公开的设计，该设计使得钻杆在阀的水平面处的截面积较大，与图1a至图3c中的设计相比，其提供了较大强度的更大抗扭矩设计，并且还基本上不限制流体沿钻杆的主孔流动，特别是当阀处于关闭位置时。现在参看附图，在每个附图中均示出了钻杆10的截面，钻杆10具有管状主体12，穿过该管状主体12设置主孔14。如对于钻杆典型的是，管状主体12的外表面的横剖面通常为圆形的，并且主孔14为圆筒状并且轴向延伸穿过管状主体12。在管状主体12的外表面中设有侧口16，侧孔18从主孔14通过管状主体12延伸至侧口16，在本实施例中，侧孔18与主孔14大体垂直。钻杆10还设有阀构件20，阀构件20可在关闭位置与打开位置之间移动，在关闭位置中，阀构件20基本上阻止流体流过侧孔18，在打开位置中，允许流体流过侧孔18，阀构件20在关闭位置与打开位置之间的运动包括平移运动。现在参看图1a至3c，将会看出，在本发明的这些实施方式中，阀构件20包括筒状元件，该筒状元件位于主孔14内，并且在阀构件20在打开位置(图1b、2b以及3b中所示)与关闭位置(图1c、2c以及3c所示)之间滑动期间，该筒状元件与钻杆10的管状主体12接合。阀构件20在关闭位置与打开位置之间的运动利用致动部22来实现，致动部22安装成在主孔14内旋转，并且包括凸轮面24。凸轮面24与阀构件20接合，并且被构造成使得致动部22绕与钻杆10的纵轴线A一致的轴线的旋转致使阀构件20在主孔中与钻杆10的纵轴线A大体平行地滑动。在每一情况下，致动部22均包括具有第一端22a的大体筒状的管状衬套，第一端22a设有具有多个轮齿的锥齿轮26，所述多个轮齿大体...