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CN102378847A - 钻杆连接器 - Google Patents

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CN102378847A
CN102378847A CN2010800153384A CN201080015338A CN102378847A CN 102378847 A CN102378847 A CN 102378847A CN 2010800153384 A CN2010800153384 A CN 2010800153384A CN 201080015338 A CN201080015338 A CN 201080015338A CN 102378847 A CN102378847 A CN 102378847A
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hose coupling
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R·扬格尔
A·麦基格
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Abstract

一种钻杆和连接器(10)的组件，其用于将软管(5)连接到钻杆(54)的侧孔(52)，钻杆(54)具有围绕主孔(54b)的壁(54a)，侧孔(52)从主孔(54b)穿过壁(54a)至延伸钻杆(54)的外部，连接器(10)包括：形成连接器(10)的第一端的软管连接器主体(12)，所述第一端适合连接到软管(50)；以及形成所述连接器(10)的第二端的钻杆连接器主体(14)，所述第二端连接到钻杆(54)，所述连接器(10)具有外表面和内表面，该内表面围绕从连接器(10)的第一端延伸至连接器(10)的第二端的孔(20，22)，所述钻杆连接器主体(12)设置有至少一个卡口连接形成部(44)，该卡口连接形成部(44)从连接器(10)的外表面相对于孔(20，22)大致径向向外延伸，所述卡口连接形成部(44)的延伸范围小于钻杆连接器主体(14)的外表面的周长的一半，其中钻杆连接器主体(14)还设置有确保连接器(10)和钻杆(54)的围绕侧孔(52)的表面之间充分流密密封的装置。

Description

钻杆连接器
本发明涉及连接器，尤其涉及用于将输泥软管连接到钻杆节段或潜水泵中的侧孔的连接器。
钻井眼或井通常利用称作钻杆或钻柱的钢管执行，在钻柱或钻柱的最底端带有钻头。钻柱包括一系列首尾相接的管状节段。
整个钻柱可利用转盘旋转，或利用安装在钻杆顶上的通常称作“顶部驱动器”的地上钻进马达旋转，或者钻头可利用安装在位于钻头紧上方的钻柱中的液力马达独立于钻柱旋转。在钻进过程中，泥流用于将钻进过程中产生的碎屑带出井眼外。泥浆被沿钻柱向下泵送穿过钻头，并经由钻柱外径与井眼之间的环形空间(通常称为环带)回到地面。泥流也用于冷却钻头，并用于对井眼加压，这样基本上阻止被钻柱穿透的地层产生的流体入流进入井眼。泥浆是广义的钻井术语，在本文中，该词用于描述在钻井中使用的任意流体或流体混合物，涵盖了从空气、氮气、空气或氮气中的雾化流体、带有空气或氮气的泡沫流体、充气或硝化流体到油或水与固体颗粒混合的加重混合物的宽广范围。
需要用显著的压力沿上述流路驱动泥浆，为达到此目的，一般使用一个或更多个正排量泵将泥浆泵入钻柱中，所述正排量泵通过管子和歧管与钻柱的顶端连接。
当通过将泥浆泵入位于钻柱最顶端的主孔中使主要的泥流得以流入井眼中时，还公知的是钻柱设置有侧孔，该侧孔从设置在钻柱一侧的端口延伸至主孔中，这样泥浆可被在钻柱顶端之外的另选位置泵入到主孔中。
例如，在钻进的过程中，孔洞越来越深，有必要增长钻柱的长度，这一般这样实现：使顶部驱动器脱离钻柱顶端，将一段新管道添加到钻柱上，将顶部驱动器接合到新管道节段的自由端，然后重新开始钻进。因此，应理解泥浆沿钻柱向下泵送的动作在此期间终止。
由于若干原因，在钻进的中间过程将泥流中止是成问题的，已经有人提议通过在钻柱的每个节段中设置侧孔而利于穿过钻柱持续泵送泥浆。这意味着，在封闭钻柱顶端，断开顶部驱动器并且连接新的钻柱节段时，可通过侧孔将泥浆泵入钻柱中。
在公开于申请人的共同未决专利申请GB0819340.1中的这样一种装置中，在钻柱每个节段的顶部设置有利用塞子封闭的侧孔，并设置有阀元件，该阀元件可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中侧孔封闭，而钻柱的主孔打开，在第二位置中侧孔打开，而钻柱的主孔封闭。在钻进期间，阀保持在第一位置中，但当增加钻柱的长度时，从侧孔移除塞子，将从泵延伸出的附加的泥浆软管连接到侧孔上，软管中的阀打开，这样开始通过侧孔将泥浆泵入钻柱中。然后，在从泵到钻柱顶部的主软管中的阀关闭，手动操作阀致动器的动作或者侧孔处的泥浆的压力导致阀元件从第一位置移动到第二位置，因此封闭钻柱的主孔。
其后，断开主软管，将新管道节段安装在钻柱上，然后将主软管连接到新管道节段的顶部。主软管中的阀打开，侧孔上的软管中的阀封闭。之后，手动致动阀元件，或者进入钻柱顶部的泥浆的最终压力导致阀元件回到其第一位置，这使得在基本上不会有泥浆从钻柱泄漏的情况下，从侧孔移除软管。
之后，在钻柱的该节段降入到井中前，可永久密封侧孔，例如通过将塞子焊接到侧孔上。
钻杆也可在被称为“潜水泵”的装置中设置侧孔，该侧孔用于紧急事件，例如利于提供用于控制井眼中压力的激增所需的额外泥浆压力，井眼中压力的激增是由于被井穿透的地层的流体入流进入井中而引起的，这称为“反冲”。
本申请涉及用于将辅助泥浆软管连接到钻杆或潜水泵中的侧孔上的改进了的连接器。
根据本发明的第一方面，提供了一种钻杆和连接器组件，该组件用于将软管连接到所述钻杆的侧孔，所述钻杆具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述钻杆的外部，所述连接器包括：形成所述连接器的第一端的软管连接器主体，所述第一端适合连接到所述软管；以及形成所述连接器的第二端的钻杆连接器主体，所述第二端连接到所述钻杆，所述连接器具有外表面和内表面，该内表面围绕从所述连接器的所述第一端延伸至所述连接器的第二端的孔，所述钻杆连接器主体设置有至少一个卡口连接形成部，所述卡口连接形成部从所述连接器的所述外表面相对于所述孔大致径向向外延伸，所述卡口连接形成部的延伸范围小于所述钻杆连接器主体的外表面的周长的一半，其中所述钻杆连接器主体还设置有用于确保所述连接器与所述钻杆的围绕所述侧孔的表面之间充分流密密封的装置。
有利的是，所述钻杆连接器主体可相对于所述软管连接器主体旋转，并且所述连接器还包括用于提供所述钻杆连接器主体和所述软管连接器主体之间的充分流密密封的装置。这帮助使用者在将连接器连接到管状件上之前，将连接器连接到软管上，因为这可不必同时旋转软管连接器主体并因此不必同时旋转软管而实现卡口连接形成部与管状件上的相应的形成部接合所需的钻杆连接器的旋转。
所述钻杆连接器主体可借助锁定环相对于所述软管连接器主体固定，所述锁定环绕所述连接器的外部延伸并具有：第一部分，该第一部分设置有用于将所述锁定环固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一的装置；以及第二部分，该第二部分与设置在所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体中的另一个上的锁定形成部接合，以限制或阻止所述软管连接器主体相对于所述钻杆连接器主体平移运动。在这种情况下，用于将所述锁定环固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一上的所述装置可包括螺纹，也可包括一个或更多个锁销，所述锁销可具有或不具有螺纹，每个所述锁销均位于延伸穿过所述锁定环的所述第一部分的孔隙中，并且在使用中所述锁销延伸至设置在供固定所述锁定环的所述连接器主体中的相应的孔隙中。应理解的是，这些锁销的设置防止锁定环在使用中旋出。
优选的是，所述钻杆连接器主体设置有手柄，该手柄适合使用者抓握以帮助使用者相对于所述软管连接器主体旋转所述钻杆连接器主体。
所述连接器还设置有锁定装置，该锁定装置可操作成与所述钻杆接合，所述钻杆连接器主体的所述卡口连接形成部或每个所述卡口连接形成部与所述锁定装置接合，以充分防止所述钻杆连接器主体相对于所述钻杆旋转。
所述锁定装置可包括：螺纹圈，该螺纹圈绕所述连接器的外部安装，并与所述连接器的外部的相应的螺纹部分接合；以及一个或更多个细长销，所述一个或更多个细长销大致垂直于所述螺纹圈朝所述连接器的所述第二端延伸。在这种情况下，所述锁定装置可设置有手柄，该手柄可用于帮助使用者沿所述连接器的外部的所述螺纹部分拧所述螺纹圈。
所述钻杆可设置有阀元件，所述阀元件能在允许流体沿所述侧孔流动的打开位置和基本上阻止流体沿所述侧孔流动的封闭位置之间运动；并且所述连接器设置有包括杆的阀致动元件，所述杆经由所述连接器中的孔隙从所述连接器的所述孔延伸至所述连接器的外部，所述阀致动元件可运动成与所述阀元件接合，以使所述阀元件在所述打开位置和所述封闭位置之间运动。在这种情况下，优选的是，所述杆设置有螺纹，该螺纹与设置在所述连接器中的孔隙中的相应螺纹接合。
有利的是，所述卡口连接形成部或每个所述卡口连接形成部与设置在所述管状件的围绕所述侧孔的壁中的相应的接合形成部接合，使得所述钻杆连接器主体相对于该管状件的平移运动受限或被阻止。
所述接合形成部或每个所述接合形成部包括唇状形成部，该唇状形成部从围绕所述侧孔的所述壁径向向内延伸至所述侧孔中，该唇状形成部仅绕围绕所述侧孔的所述壁的周长的一部分延伸，并仅沿围绕所述侧孔的所述壁的深度的一部分延伸，所述深度是指所述管状件的外部与所述主孔之间的距离。
优选的是，所述接合形成部的数量与设置在所述连接器的所述钻杆连接器主体上的所述卡口连接形成部的数量相同。
所述卡口连接形成部的高度为使得所述连接器的所述第二端的最大直径小于所述侧孔的最大内直径。此外，所述唇状形成部的高度为使得所述连接器的所述第二端的最大直径大于所述侧孔的最小内直径。
在设置有一个接合形成部的情况下，所述接合形成部的端部之间的间隙大到足以使所述卡口连接形成部穿过所述接合形成部的端部之间的所述间隙。在设置有不止一个所述接合形成部的情况下，相邻的接合形成部的端部之间的间隔大到足以使一个或更多个卡口连接形成部穿过所述相邻的接合形成部的端部之间的间隙。
根据本发明的第三方面，提供一种在软管和管状件之间安装根据本发明第一方面所述的连接器的方法，所述管状件具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述管状件的外部，所述方法包括以下步骤：
将所述软管连接器主体固定在所述软管上，使得允许流体从所述软管流到所述连接器的孔中；
在将所述软管连接器主体固定在所述软管上之前或之后，将所述钻杆连接器主体固定到所述软管连接器主体；
然后，使所述钻杆连接器主体相对于所述软管连接器主体和所述管状件旋转，以便使所述钻杆连接器主体相对于所述管状件成第一角度取向；
然后，然后，将所述连接器的所述第二端插入所述侧孔中并相对于所述软管连接器主体和所述管状件旋转所述钻杆连接器主体，以使所述钻杆连接器主体相对于所述管状件成第二角度取向，在该第二角度取向中，至少一个卡口连接形成部与绕所述管状件的所述侧孔设置的相应的卡口接合形成部接合，所述卡口连接形成部与所述卡口接合形成部的接合防止所述钻杆连接器主体从所述侧孔移除。
将所述钻杆连接器主体固定到所述软管连接器主体的步骤包括：使所述钻杆连接器主体与所述软管连接器主体接合；绕所述连接器的外部安装所述锁定环并将所述锁定环的第一部分固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一上，使得第二部分与设置在所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体中的另一个上的锁定形成部接合，以限制或阻止所述软管连接器主体相对于所述钻杆连接器主体平移运动。
优选的是，所述方法还包括以下步骤：在将所述钻杆连接器主体旋转至所述第二取向之后，操作一锁定装置，使得所述锁定装置与所述管状件接合，以充分阻止所述钻杆连接器主体相对于所述管状件进一步旋转。
所述方法还可包括以下步骤：在所述钻杆连接器主体旋转至所述第二取向之后，操作一阀致动元件，使得设置在所述管状件的所述侧孔中的阀元件从封闭位置移动到打开位置。
根据本发明的第四方面，提供一种用于将软管连接到管状件的侧孔上的连接器，所述管状件具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述管状件的外部，所述连接器包括：形成所述连接器的第一端的软管连接器主体，所述第一端适合连接到所述软管；形成所述连接器的第二端的钻杆连接器主体，所述第二端适合连接到所述管状件，所述连接器具有外表面和内表面，该内表面围绕从所述连接器的所述第一端延伸至所述连接器的第二端的孔，其中所述连接器设置有阀致动元件，该阀致动元件延伸至所述钻杆连接器主体，并且可在所述连接器在所述软管和所述管状件之间连接时被操作成在第一位置和第二位置之间运动。
所述阀致动元件可包括杆，该杆从所述连接器的所述孔经由所述连接器中的孔隙延伸至所述连接器的外部。
优选的是，所述阀致动元件从所述第一位置向所述第二位置运动包括朝所述连接器的所述第二端平移运动。
在阀致动元件是杆的情况下，所述杆可设置有螺纹，该螺纹与设置在连接器中的孔隙中的相应的螺纹接合。
现仅以实施例的方式，参照附图描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的连接器的截面图；
图2详细示出了图1中的连接器的标记A的部分；
图3详细示出了图1中连接器的标记B的部分；
图4示出了图1中所示的连接器的剖视立体图，一起示出了连接器所连接的软管的一部分；
图5示出了图1所示的连接器以及软管和连接到连接器上的管状件的一部分的截面图；
图6示出了穿过图5所示的插入件的第一截面的立体图；以及
图7示出了穿过图5所示的插入件的第二截面的立体图。
现参照图1至图4，示出了连接器10，该连接器包括软管连接器主体12以及钻杆连接器主体14。软管连接器主体12是L形的，并且具有管状的内螺纹端16和管状的外螺纹端18，这两者的横截面为大致圆形。因而软管连接器主体12设置有主孔20，该主孔从内螺纹端16延伸，弯曲大约90°弯向外螺纹端18。
软管连接器主体12的内螺纹端16的内直径成阶梯状，使得主孔20的直径从内螺纹端16的端部16a处的最大值，减小到中间部分16b处的中间值，再减小到内部分16c的最小值。在端部16a的内表面的长度的大部分上设置有大致螺旋状的螺纹。与之相似的是，软管连接器主体12的外螺纹端18的内直径成阶梯状，使得主孔20的直径从外螺纹端18的端部18a处的最大值，减小到中间部分18b处的第二中间值，再减小到内部分18c的最小值。在端部18a的外表面的长度的大部分上设置有大致螺旋状的螺纹。
钻杆连接器主体14也是管状的，并且包围有大致柱状的中央孔22，该孔不像软管连接器主体12中的主孔20，其大体是直的，钻杆连接器主体14的中央孔22的直径与软管连接器主体12的主孔20的最小直径大体相同。钻杆连接器主体14具有与软管连接器主体12连接的第一端24，以及适合于连接到钻杆节段或潜水泵的第二端26。钻杆连接器主体14的内直径沿其全长大体不变，而外直径沿主体14的长度是变化的。
钻杆连接器主体14在其第一端24的端部24a处的外直径仅稍小于软管连接器主体12的外螺纹端18的中间部分18b的内直径，并且在其外表面设置有两个周向槽，在每个周向槽中设置有O形环28。钻杆连接器主体14的外直径经过一台阶部增加至第一中间部分24b，仅稍小于软管连接器主体12的外螺纹端的端部18a的内直径。因而，应理解的是，当钻杆连接器主体14的第一端24插入软管连接器主体12的外螺纹端18中时，钻杆连接器主体14可延伸至软管连接器主体12中的程度受软管连接器主体12的外螺纹端18的端部18a与中间部分18b之间的台阶部与钻杆连接器主体24的第一端24的端部24a与第一中间部分24b之间的台阶部的接合的限制。而且，O形环28与软管连接器主体12的外螺纹端18的中间部分的18b的内表面的接合在软管连接器主体12与钻杆连接器主体14之间提供充分流密密封。
沿钻杆连接器主体14从其第一端24向其第二端26，在第一中间部分26b之后具有第二中间部分26c，该第二中间部分设置有锁定凸缘30，该锁定凸缘从钻杆连接器主体14径向向外延伸。锁定凸缘30与具有内螺纹部分32a的锁定环32接合，该内螺纹部分设置有大致螺旋状的螺纹，该螺纹与设置在软管连接器主体12的外螺纹端18的端部18a上的相应的螺纹接合。锁定环32也设置有径向向内延伸的锁定凸缘32b，该锁定凸缘与钻杆连接器主体14的锁定凸缘30接合，使得钻杆主体14的锁定凸缘30被卡在锁定环32的锁定凸缘32b与螺纹之间，从而阻止钻杆连接器主体14从软管连接器主体12移除，同时允许钻杆连接器主体14相对于软管连接器主体12旋转。借助于两个平头螺钉防止锁定环32相对于软管连接器主体12旋转，每个平头螺钉均延伸穿过设置在锁定环32中的螺纹孔36进入设置在软管连接器主体12的外螺纹端18的端部18a中的相应的孔隙中。
沿钻杆连接器主体14的外表面向其第二端26连续的手柄组件38固定到钻杆连接器主体14上，该手柄组件包括环形安装部分38a，从该环形安装部分延伸出两个径向相对的手柄部38b。在此实施例中，手柄组件38借助于设置在安装部分38a的径向面向内的表面上的螺纹与设置在钻杆连接器主体14的外表面上的相应的第一螺纹之间的螺纹连接固定到钻杆连接器主体14上。设置手柄组件38以帮助使用者使钻杆连接器主体14相对于软管连接器主体12旋转，因此设置有多个平头螺钉40的布置以及滚珠轴承，以将手柄组件38锁定就位，使其不能相对于钻杆连接器主体14旋转。这在图2中最佳示出。
钻杆连接器主体14的第二端26的外表面设置有周向槽，在该槽中定位有另一O形环42。沿钻杆连接器主体14从其第二端26至其第一端24，设置有多个卡口连接形成部44，这些卡口连接形成部从钻杆连接器主体14的外表面径向向外延伸。在此实施例中，设置有四个这种卡口连接形成部44，它们绕钻杆连接器主体14的外周规则地间隔开，占据的总周长略小于钻杆连接器主体14的外周长度的一半。
最后，绕钻杆连接器主体14的外表面，在手柄组件38与卡口连接形成部44之间，设置有扭矩轮46，该扭矩轮包括大致环形的中心安装部46a，该安装部通过多个径向轮辐46c与大致环形的手柄部46b连接。扭矩轮46的安装部46a的径向面向内的表面设置有大致螺旋状的螺纹，该螺旋状的螺纹与设置在钻杆连接器主体14的外表面上的相应的螺纹接合。扭矩轮46的安装部46a的径向面向内的表面也设置有绕安装部46a的内周延伸的槽47。钻杆连接器主体14的外表面上与扭矩轮46的安装部46a接合的螺纹，也设置有若干轴向延伸的狭槽，每个狭槽接纳一个锁销48。在该实施例中，设置有四个锁销和狭槽。
锁销48为大致L形，即具有细长的主体49，从该主体的第一端49a延伸出与主体49大约成直角的相对短的末端部分51。每个锁销48的主体49位于钻杆连接器主体14中的一个狭槽中，末端部分51位于槽47中。因此，应理解的是，扭矩轮46相对于钻杆连接器主体14的旋转引起锁销48相对于钻杆连接器主体14轴向移动。
现在参照图5，上述连接器10被示出为在一段钻杆54中在软管50与侧孔52之间提供连接。软管50的端部50a位于连接器10的软管连接器主体12的内螺纹端16中，并且端部50a设置有大致螺旋状的外螺纹，该螺纹与内螺纹端16的螺纹接合。设置密封装置以保证软管50与连接器10之间充分流密密封。在本实施例中，这包括O形环56，其位于软管50的端部50a的外表面中设置的周向槽中。在本实施例中，圆锥形的多孔筛58被夹固在在软管50的端部50a与软管连接器主体12的内螺纹端16的中间部分16b和内部分16c之间的台阶部之间。设置该筛58以防止大泥块或碎片泵入钻杆54中。
当然可提供其它装置将软管50固定到连接器10上。
钻杆54设置有管状壁54a，该管状壁包围大致圆柱形的主孔54b。侧孔52穿过壁54a大致垂直于主孔54b延伸，使主孔54b与钻杆54的外部连接，并且该侧孔设置有大致管状的插入件60。在插入件60与钻杆壁54a之间设置有密封装置以确保插入件60与钻杆壁54之间充分流密密封。在本实施例中，密封装置包括O形环61，其位于环绕插入件60的周向槽中，该插入件位于螺纹与钻杆54的主孔54b之间。图7和图8中单独示出了插入件60。
一旦插入件60位于合适的位置，四个锁桩62就穿过绕插入件60大致规则间隔的孔隙60a插入钻杆壁54a中设置的相应的孔隙中。应理解的是，这阻止插入件60相对于钻杆54进一步运动，因此确保插入件60在使用过程中保持在其位置上。应理解的是，除了设置锁桩62外或代替设置锁桩62，插入件60可通过外螺纹固定到钻杆54上，该外螺纹与设置在钻杆壁54a中的相应螺纹接合。还应理解的是，尽管从易于制造的角度来说是方便的，但是无需独立的插入件60，插入件60的所有特征可一体地设置在钻杆壁54a中。
钻杆连接器主体14的第二端26位于钻杆54的侧孔52中，O形环42与插入件60的内表面接合，以在钻杆54和连接器10之间提供充分流密密封。插入件60的内表面配置成与钻杆连接器主体14的卡口连接形成部44接合，这样保持连接器10与钻杆54密封接合。
在插入件的与钻杆壁54a的外表面相邻的第一端60a处，插入件60的内表面设置有四个唇状形成部63，这些唇状形成部从插入件60径向向内延伸至侧孔52中。唇状形成部63绕插入件60规则地间隔开，并绕插入件60的内周全长的大约一半延伸。唇状形成部63不沿插入件60的整个轴向延伸，而在本实施例中，这些唇状形成部从插入件60的外端60a仅向插入件60的内端60b延伸路途的大约四分之一。在插入件60的第一端60a与第二端60b之间的中间部分60c具有比插入件60的第二端60b更大的内直径，因而在唇状形成部63与插入件60的第二端60b之间提供了四个凹槽64。设置在连接器10的钻杆连接器主体14的第二端26上的卡口连接形成部44位于这些凹槽64中，并且由于卡口连接形成部44的外直径比相对的唇状形成部63的内边缘的间隔大，因而在不使钻杆连接器主体14相对于插入件60旋转的条件下，每个卡口连接形成部44与相邻的唇状形成部63的接合防止连接器10从侧孔52拔出。
锁销48与插入件60的接合阻止钻杆连接器主体14相对于插入件60旋转。确切的说，位于插入件60的第一端60a的唇状形成部63均设置有锁孔66，锁销48的第二端49a延伸至锁孔66中。每个锁孔66包括离散的孔隙，该孔隙从插入件60的第一端60a向插入件60的第二端60b轴向延伸至唇状形成部63中。因而，应理解的是，锁销48与锁孔66的壁的接合防止钻杆连接器主体14相对于插入件60旋转，并且因此也防止连接器10从钻杆54中的侧孔52移除。
使用连接器10将软管50连接到钻杆54的侧孔52所采用的步骤详述如下：
在筛网58位于软管50的端部50a的情况下，将软管连接器主体的内螺纹端16拧到设置在软管50的端部50a上的外螺纹上。从而将软管连接器主体12固定到软管50上。
然后，将钻杆连接器主体14的第一端24插入软管连接器主体12的外螺纹端18中，并且将第一锁定环32插在钻杆连接器主体14的第二端26上，锁定环32的螺纹部分32a相对于锁定凸缘32b朝软管连接器主体12延伸。将锁定环32的螺纹部分32a的螺纹拧到设置在软管连接器主体12的外螺纹端18上的外螺纹上，直到锁定环32的锁定凸缘32b与钻杆连接器主体14上的锁定凸缘30接合，并且使锁定环32中的每个孔隙36与软管连接器主体12的外螺纹中的相应的孔隙对准。然后，将平头螺钉40拧紧到每个孔隙36中，以防止锁定环32相对于软管连接器主体12进一步旋转。这样，钻杆连接器主体14被固定到软管连接器主体12和软管50上。
然后，将手柄38安装在钻杆连接器主体14的第二端26上，并使其朝第一端24移动，直到安装部38a上的螺纹与设置在钻杆连接器主体14上的第一螺纹接合。使手柄38相对于钻杆连接器主体14旋转直到螺纹完全啮合，然后将平头螺钉40拧到适当位置，以相对于钻杆连接器主体14锁定手柄38。
之后，将扭矩轮46安装在钻杆连接器主体14的第二端26上，四个锁销48均被定位成其末端部分51位于槽47中并朝第一端24移动，直到每个锁销48均与设置在钻杆连接器主体14上的第二螺纹中的一个狭槽对准，并且该螺纹与设置在扭矩轮46的安装部46a上的螺纹接合。使扭矩轮46相对于钻杆连接器主体14旋转，直到螺纹完全啮合，并且锁销48被尽可能远离钻杆连接器主体14的第二端26向后拉。
然后，使软管50与连接器10朝钻杆54中的侧孔52移动。为了将钻杆连接器主体14的第二端26插入侧孔52中，使用者利用手柄38的手柄部38b使钻杆连接器主体14相对于软管连接器主体12和钻杆54旋转，直到钻杆连接器主体14的卡口连接形成部44均与插入件60的相邻的唇状形成部63之间的间隙对准。然后，使用者将钻杆连接器主体14的第二端26滑动到侧孔52中，直到钻杆连接器主体14的最末端与设置在插入件60的内表面上的止动部69接合。在本实施例中，止动部69包括位于插入件的具有较大内直径的中央部60c和具有较小内直径的第二端部60b之间的肩部。此刻，设置在钻杆连接器主体14的第二端26中的O形环42与插入件60接合，并且为插入件60提供充分流密密封。
一旦完成上述过程，使用者再次使用手柄38使钻杆连接器主体14旋转，使得卡口连接形成部44绕插入件60的中央部60c运动，直到所述卡口连接形成部与唇状形成部63对准，确切地说，在本实施例中，直到每个卡口连接形成部44的大约一半与其中一个唇状形成部63的一部分接合。此后，通过机械止动件阻止钻杆连接器主体14旋转，在本实施例中，所述机械止动件包括卡销90，该卡销从插入件60的外部延伸穿过设置在插入件60中的孔隙，斜向上延伸至插入件60的内部，直到唇状形成部63之一的最下表面的大致中点的位置。每个唇状形成部63都设置有一个这样的销90。于是，卡口连接形成部44被唇状形成部63卡住，钻杆连接器主体14不再能滑出侧孔52。
为防止钻杆连接器主体14相对于钻杆54进一步旋转，使用者旋转扭矩轮46，使得扭矩轮46借以保持在钻杆连接器主体14上的螺纹接合导致扭矩轮46朝钻杆54移动。这使得锁销48被朝插入件60推动，并且如果钻杆连接器主体14正确对准插入件60，那么每个锁销48被推入其中一个锁孔66中。如果由于锁孔66没对准锁销48导致扭矩轮46的旋转过早中止，这向使用者表明：卡口连接形成部44未正确与唇状形成部63接合，需要进一步旋转钻杆连接器主体14以使其与插入件60准确对准。
当锁销48正确地位于锁孔66中时，扭矩轮安装部46a的端部支撑在插入件60上，因而进一步有助于相对于钻杆54固定连接器10。
这完成了连接过程。可仅仅通过颠倒这些步骤而将软管50从钻杆54断开。
同时应理解的是，连接器10和上述方法可用来将软管连接到开孔上，在连接器10的优选用途中，侧孔52设置有可在打开位置之间与封闭位置之间移动的阀元件68，在所述打开位置中，允许流体沿侧孔52流动，而在封闭位置中，基本阻止流体沿侧孔52流动。插入件60设置有阀座70，在封闭位置时与阀元件68与阀座70接合，从而提供充分流密密封，关闭流体至侧孔52的流动。
阀元件68通过弹性偏置件被偏置到封闭位置，在本实施例中该弹性偏置件是螺旋状的盘簧72。
在软管50是钻进泥浆软管的情况下，该软管用于如以上所述在为钻柱增设新的钻杆节段的过程中，保持泥浆流沿钻杆54向下流动，期望的是避免钻杆54中的压力尖峰。
如在本实施例中，阀元件68被优选配置成使得暴露于软管50中的压力下的阀元件68的表面积大约等于或小于暴露于钻杆54中的流体压力下的阀元件68的表面积。这意味着当软管50中的流体压力大约等于钻杆54中的泥浆压力时，例如当通过同一泥浆泵将泥浆供给到钻杆54和软管50时，通过软管50中的流体压力施加在阀元件68上的力倾向于克服弹簧72的偏置力将阀元件68移动到打开位置，该力小于通过钻杆54中的流体压力施加在阀元件68上的、将阀元件68维持在封闭位置的力。这是期望的，因为这会在软管50连接上后，在控制流体从泵到钻杆54的主孔54b供应的阀关闭之前，防止阀元件68过早打开。
一旦该阀关闭，由于现在泥浆泵仅将泥浆供应到软管50中，那么软管50供应的流体压力直到超过钻杆54中的流体压力的量足以将阀元件68从封闭位置移到打开位置，才允许流体从软管50流到钻杆54中。可能这需要积聚强大的压力，并且这可导致在阀元件68首次打开时，在钻杆54中具有不期望的压力尖峰。
为了避免这些，期望的是提供阀打开装置，该装置提供在软管50中积聚的压力太大之前将阀元件68从封闭位置移到打开位置的机械手段。
在本实施例中，阀打开装置包括致动元件74，在本实施例中该致动元件是大致直杆，其沿钻杆连接器主体14的中央孔22延伸至软管连接器主体12的主孔20中，并穿过软管连接器主体12的辅助孔75延伸至连接器10的外部。为了充分阻止流体通过辅助孔75从连接器10外泄，设置密封装置以在杆74与软管连接器主体12之间维持充分流密密封，同时允许杆74相对于软管连接器主体12滑动。在本实施例中，所述密封装置包括两个O形环80，每个密封环位于绕杆74设置的周向槽中。
如图3最佳所示，杆74也设置有大致螺旋状的螺纹，该螺纹与软管连接器主体12的相应的内螺纹延伸部76接合，该内螺纹延伸部绕杆74从软管连接器主体12向外延伸。手柄部78固定到杆74的外端74a上以帮助使用者旋转杆74而将杆74旋入或旋出连接器10。为防止使用者将杆74从软管连接器主体12完全旋出，在杆74的位于连接器10外的部分上安装保持盖82，保持盖82具有管状侧壁82a，在该管状侧壁的内表面上设置有螺纹，该螺纹与设置在延伸部76的外表面上的相应的螺纹接合。保持盖82可借助一个或更多个平头螺钉83(为了清晰，仅在图3中示出)被锁定在合适的位置，将每个平头螺钉拧入设置在侧壁82a中的螺纹孔中并拧入设置在延伸部76的相应孔隙中。
杆74延伸穿过保持盖82的端表面82b中的孔隙，保持盖82的端表面82b处于杆74的螺纹与手柄部78之间。该孔隙具有比杆74的螺纹小的直径，因此端表面82b起止动件的作用，螺纹与端表面82b的接合就杆74可从软管连接器主体12旋出多远设定限制。
为了对杆74提供额外的支撑，在本发明的实施方式中设置有杆支撑件84。杆支撑件84包括小直径的中央环84a和大直径的外环84b，该中央环由多个辐条支撑，在该实施例中为三个。外环84b被夹持在钻杆连接器主体14的第一端24与软管连接器主体12的外螺纹端18的内部分18c与中间部分18b之间的肩部之间，杆74延伸穿过内环84b，使得内环84b为杆74提供额外的支撑。
阀元件68设置有延伸至钻杆连接器主体14的中央孔22中的阀杆68a，当杆74拧入软管连接器主体12中时，该阀杆与杆74的第二端74b接合。通过在杆74与阀杆68a最初接合后继续将杆74拧入软管连接器主体12中，阀元件68被推动而克服弹簧72的偏置力，脱离与阀座70接合，即被推动到允许流体从软管50流向钻杆54的打开位置。
应理解的是，在保持连接器10不脱离本发明范围的同时，可对连接器10做多种修改。在上述实施例中，在多个位置使用O形环，以在两个相邻的可相对移动的部件之间提供流密密封。应理解的是，可使用包括迷宫式密封件、唇形密封件、金属对金属密封件等可选密封装置。还应该理解的是，在本发明的实施方式中，设置有四个卡口连接形成部44；然而并不必需如此，可设置更多或更少的卡口连接形成部，只要插入件60为每个卡口连接形成部44设置有至少一个唇状形成部63，并且卡口连接形成部不会延伸超过钻杆连接器主体14总周长的一半即可。尽管就卡口连接形成部的连接强度来说优选的是使其在钻杆连接器主体14周长的大约一半上延伸，但是也可使卡口连接形成部的延伸范围明显小于钻杆连接器主体14周长的一半。
类似的是，尽管在该实施例中，连接器10设置有四个锁销48，但是也可使用更多或更少(其数量不需要与卡口连接形成部44的数量相同)的锁销48，只要插入件60为每个锁销48设置有至少一个锁孔66即可。
尽管在该实施例中，连接器10形成L形管，从而允许软管50与钻杆54大致平行，但并不必需如此，并且取决于软管50相对于钻杆54的取向，软管连接器主体12可大致为直的，或以除90度外的角度弯曲。
在本实施例中，锁定环32被拧到软管连接器主体12上，并与设置在钻杆连接器主体14上的锁定凸缘30接合。然而，应理解的是，这可颠倒，使锁定环32与设置在钻杆连接器主体14上的螺纹接合，并与设置在软管连接器主体12上的锁定凸缘接合。
尽管在本实施例中，利用螺纹实现致动阀元件68所需的杆74的运动，但是杆74可由其它装置同样驱动，例如凸轮。也可提供马达装置来驱动杆74的运动，而不是这样手动执行。此外，尽管在本实施例中，使用外部安装的盖82保持杆74，也可使用位于连接器10内的另选装置保持杆74。
在本实施例中，将连接器10描述为将钻杆54中的侧孔连接到软管50，应理解的是，连接器10同样可用于将软管50连接到任意其它形式的管的侧孔上，包括但不限于潜水泵、套管以及采油管。
当在说明书和权利要求中使用时，术语“包括”、“包含”及其变形意味着含有具体特征、步骤或部件。这些术语不应解释为排除其它特征、步骤或部件的存在。
在前述说明、所附述权利要求或附图中公开的、以其具体形式或按照执行所公开的功能的手段或获取公开的结果的方法或过程表述的特征可单独或组合使用从而以不同形式实现本发明。

Claims (26)

1.一种钻杆和连接器组件，该组件用于将软管连接到所述钻杆的侧孔，所述钻杆具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述钻杆的外部，所述连接器包括：形成所述连接器的第一端的软管连接器主体，所述第一端适合连接到所述软管；以及形成所述连接器的第二端的钻杆连接器主体，所述第二端连接到所述钻杆，所述连接器具有外表面和内表面，该内表面围绕从所述连接器的所述第一端延伸至所述连接器的第二端的孔，所述钻杆连接器主体设置有至少一个卡口连接形成部，所述卡口连接形成部从所述连接器的所述外表面相对于所述孔大致径向向外延伸，所述卡口连接形成部的延伸范围小于所述钻杆连接器主体的外表面的周长的一半，其中所述钻杆连接器主体还设置有用于确保所述连接器与所述钻杆的围绕所述侧孔的表面之间充分流密密封的装置。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述钻杆连接器主体可相对于所述软管连接器主体旋转，并且所述连接器还包括用于提供所述钻杆连接器主体和所述软管连接器主体之间的充分流密密封的装置。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述钻杆连接器主体借助锁定环相对于所述软管连接器主体固定，所述锁定环绕所述连接器的外部延伸并具有：第一部分，该第一部分设置有用于将所述锁定环固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一的装置；以及第二部分，该第二部分与设置在所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体中的另一个上的锁定形成部接合，以限制或阻止所述软管连接器主体相对于所述钻杆连接器主体平移运动。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，用于将所述锁定环固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一上的所述装置包括螺纹。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，用于将所述锁定环固定到所述软管连接器主体或所述钻杆连接器主体上的装置包括一个或更多个锁销，所述锁销可具有或不具有螺纹，每个所述锁销均位于延伸穿过所述锁定环的所述第一部分的孔隙中，并且在使用中所述锁销延伸至设置在供固定所述锁定环的所述连接器主体中的相应的孔隙中。
6.根据权利要求2所述的组件，其中，所述钻杆连接器主体设置有手柄，该手柄适合使用者抓握以帮助使用者相对于所述软管连接器主体旋转所述钻杆连接器主体。
7.根据上述任一权利要求所述的组件，其中，所述连接器还设置有锁定装置，该锁定装置可操作成与所述钻杆接合，所述钻杆连接器主体的所述卡口连接形成部或每个所述卡口连接形成部与所述锁定装置接合，以充分防止所述钻杆连接器主体相对于所述钻杆旋转。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述锁定装置包括：螺纹圈，该螺纹圈绕所述连接器的外部安装，并与所述连接器的外部的相应的螺纹部分接合；以及一个或更多个细长销，所述一个或更多个细长销大致垂直于所述螺纹圈朝所述连接器的所述第二端延伸。
9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述锁定装置设置有手柄，该手柄可用于帮助使用者沿所述连接器的外部的所述螺纹部分拧所述螺纹圈。
10.根据上述任一权利要求所述的组件，其中，所述钻杆设置有阀元件，所述阀元件能在允许流体沿所述侧孔流动的打开位置和基本上阻止流体沿所述侧孔流动的封闭位置之间运动；并且所述连接器设置有包括杆的阀致动元件，所述杆经由所述连接器中的孔隙从所述连接器的所述孔延伸至所述连接器的外部，所述阀致动元件可运动成与所述阀元件接合，以使所述阀元件在所述打开位置和所述封闭位置之间运动。
11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述杆设置有螺纹，该螺纹与设置在所述连接器中的孔隙中的相应螺纹接合。
12.根据上述任一权利要求所述的组件，其中，所述卡口连接形成部或每个所述卡口连接形成部与设置在所述管状件的围绕所述侧孔的壁中的相应的接合形成部接合，使得所述钻杆连接器主体相对于该管状件的平移运动受限或被阻止。
13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述接合形成部或每个所述接合形成部包括唇状形成部，该唇状形成部从围绕所述侧孔的所述壁径向向内延伸至所述侧孔中，该唇状形成部仅绕围绕所述侧孔的所述壁的周长的一部分延伸，并仅沿围绕所述侧孔的所述壁的深度的一部分延伸，所述深度是指所述管状件的外部与所述主孔之间的距离。
14.根据权利要求12或13所述的组件，其中，所述接合形成部的数量与设置在所述连接器的所述钻杆连接器主体上的所述卡口连接形成部的数量相同。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的组件，其中，所述卡口连接形成部的高度为使得所述连接器的所述第二端的最大直径小于所述侧孔的最大内直径。
16.根据权利要求15所述的组件，其中，所述唇状形成部的高度为使得所述连接器的所述第二端的最大直径大于所述侧孔的最小内直径。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的组件，其中，在设置有一个接合形成部的情况下，所述接合形成部的端部之间的间隙大到足以使所述卡口连接形成部穿过所述接合形成部的端部之间的所述间隙。
18.根据权利要求12至16中的任一项所述的组件，其中，在设置有不止一个所述接合形成部的情况下，相邻的接合形成部的端部之间的间隔大到足以使一个或更多个卡口连接形成部穿过所述相邻的接合形成部的端部之间的间隙。
19.一种在软管和管状件之间安装根据权利要求1所述的连接器的方法，所述管状件具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述管状件的外部，所述方法包括以下步骤：
将所述软管连接器主体固定在所述软管上，使得允许流体从所述软管流到所述连接器的所述孔中；
在将所述软管连接器主体固定在所述软管上之前或之后，将所述钻杆连接器主体固定到所述软管连接器主体；
然后，使所述钻杆连接器主体相对于所述软管连接器主体和所述管状件旋转，以便使所述钻杆连接器主体相对于所述管状件成第一角度取向；
然后，将所述连接器的所述第二端插入所述侧孔中并相对于所述软管连接器主体和所述管状件旋转所述钻杆连接器主体，以使所述钻杆连接器主体相对于所述管状件成第二角度取向，在该第二角度取向中，至少一个卡口连接形成部与绕所述管状件的所述侧孔设置的相应的卡口接合形成部接合，所述卡口连接形成部与所述卡口接合形成部的接合防止所述钻杆连接器主体从所述侧孔移除。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述钻杆连接器主体固定到所述软管连接器主体的步骤包括：使所述钻杆连接器主体与所述软管连接器主体接合；绕所述连接器的外部安装所述锁定环并将所述锁定环的第一部分固定到所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体之一上，使得第二部分与设置在所述软管连接器主体和所述钻杆连接器主体中的另一个上的锁定形成部接合，以限制或阻止所述软管连接器主体相对于所述钻杆连接器主体平移运动。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在将所述钻杆连接器主体旋转至所述第二取向之后，操作一锁定装置，使得所述锁定装置与所述管状件接合，以充分阻止所述钻杆连接器主体相对于所述管状件进一步旋转。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述钻杆连接器主体旋转至所述第二取向之后，操作一阀致动元件，使得设置在所述管状件的所述侧孔中的阀元件从封闭位置移动到打开位置。
23.一种用于将软管连接到管状件的侧孔上的连接器，所述管状件具有围绕主孔的壁，并且所述侧孔从所述主孔穿过所述壁延伸至所述管状件的外部，所述连接器包括：形成所述连接器的第一端的软管连接器主体，所述第一端适合连接到所述软管；形成所述连接器的第二端的钻杆连接器主体，所述第二端适合连接到所述管状件，所述连接器具有外表面和内表面，该内表面围绕从所述连接器的所述第一端延伸至所述连接器的第二端的孔，其中所述连接器设置有阀致动元件，该阀致动元件延伸至所述钻杆连接器主体，并且可在所述连接器在所述软管和所述管状件之间连接时被操作成在第一位置和第二位置之间运动。
24.根据权利要求23所述的连接器，其中，所述阀致动元件包括杆，该杆从所述连接器的所述孔经由所述连接器中的孔隙延伸至所述连接器的外部。
25.根据权利要求23或24所述的连接器，其中，所述阀致动元件从所述第一位置向所述第二位置运动包括朝所述连接器的所述第二端平移运动。
26.根据权利要求24所述的连接器，其中，所述杆设置有螺纹，该螺纹与设置在所述连接器中的所述孔隙中的相应的螺纹接合。
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