CN103180538A - 用于调节采油管道的聚合物膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组件，其包括：具有螺纹的采油管道（4），以及用于采油管道（4）的螺纹的保护器（1），所述保护器（1）包括本体和与采油管道（4）的螺纹互补的螺纹。所述组件的特征在于其还包括弹性体膜（60），所述弹性体膜（60）粘附至所述保护器，并设计为在所述保护器（1）设置于采油管道（4）上时在采油管道（4）与保护器（1）之间形成密封连接。

Description

用于调节采油管道的聚合物膜

技术领域

本发明涉及调节采油管道的领域，更特别地涉及用于密封在所述管道端部设置的螺纹的保护器的装置。

背景技术

采油管道用于钻井，从而到达显著的深度。

这些管道在其每个端部处具有螺纹，所述螺纹用于直接相互连接管道，或者借助中间构件相互连接管道。

管道的螺纹端称为阳端，而管道的攻螺纹端称为阴端。

根据本领域技术人员的实践，安装于管道的阳端上的保护器称为阳保护器（或梢钉），且安装于管道的阴端上的保护器称为阴保护器（或箱体）。

通常，在储存这些螺纹之前用所谓的储存油脂首次润滑这些螺纹，并在使用之前用称为“操作”的润滑剂再次轻微润滑。对于管道的每次使用，这涉及大量的时间消耗。

因此已提出在螺纹上具有固体或持久润滑装置的管道，由此目的在于在管道的每次使用之前不再需要螺纹润滑操作，因此从管道制造起其就被不断地润滑。

因此，采油管道需要保护器来保护其螺纹端，使得螺纹和润滑剂在储存和管道输送期间的处理过程中不被损坏。

这些保护器必须满足许多要求：

-尽管由于管道的输送和处理阶段所导致的振动，仍然在管道上保持原位，

-在高度变化的温度条件下，通常-46°C至66°C下，保持原位，

-在各种管道处理步骤过程中充当减震器，

-防止管道和加工区域内的污染，即确保管道的密封性，

-保护螺纹表面免于水分，所述水分易于腐蚀表面并降解润滑剂；

-适于容易地安装和拆卸，

-能够进行通常称为“漂移”的管道内的测试，从而产生借助封盖系统在保护器的端部打开保护器而无需不必要的旋紧或旋松保护器本体的可能性，

-如果需要，能够通过封装在管道端部中的钩子抓住管道。

API5CT标准（也称为ISO11960）更具体地定义了这些保护器待满足的要求。

在安装或拆卸保护器时，固体润滑剂的使用增加了与润滑剂的非降解相关的另外的要求。

未公布的专利申请FR1057020描述了一种用于采油管道的螺纹端的增强的保护器。

所述增强的保护器可具有多个阳性或阴性可选择的实施方案，从而安装至各种管道端部。

在其阳性可选择的实施方案中，保护器有利地与用于确保保护器与管道之间的连接的密封性的装置联合。

这些装置通常具有特定的性质，从而特别地在其设置和拆卸过程中确保充分的密封性而不会降解位于螺纹上的润滑剂。

发明内容

本发明的目的是提供用于在采油管道与用于所述管道的螺纹的保护器之间产生紧密连接的装置。

为此目的，本发明涉及一种组件，其包括：

-配备螺纹的采油管道；

-用于采油管道的所述螺纹的保护器，所述保护器包括本体和阴螺纹，所述阴螺纹通常为不连续的，并与所述采油管道的螺纹互补，

所述组件的特征在于其还包括弹性体膜，所述弹性体膜附接至所述保护器，并在所述保护器设置于采油管道上时适于在采油管道与保护器之间产生紧密连接。

根据特定实施方案，所述弹性体膜为：

-单层氨基甲酸酯型膜，或

-三层膜，其包括两个外层和一个中间层，在所述两个外层上具有乙烯丙烯二烯单体组合物，并在内层上具有乙烯丙烯酸甲酯，以及

-双层膜，其由20%/80%比例的氨纶（d’élasthanne）和聚己二酰己二胺的第一层以及第二氨基甲酸酯型层组成。

根据一个可选择的实施方案，所述膜具有0.001mm至5mm之间的厚度。

根据一个可选择的实施方案，所述膜通过结合或借助焊接至所述保护器的环而附接至保护器。

根据一个特定的可选择的实施方案，保护器具有基本上截头锥形部分，所述基本上截头锥形部分具有内壁，且所述膜结合于所述保护器的内壁上。

根据一个特定实施方案，所述膜具有0.05至0.5之间的滑移系数。

根据一个可选择的实施方案，所述膜形成长度为15至30cm之间的套筒，或者使得套筒的长度与采油管道直径的比例为0.5至10之间。

根据一个特定实施方案，所述膜形成具有附接至保护器的第一端和第二自由端的套筒，所述套筒在其至少部分长度上具有比管道的外径小的静止直径（diamètre au repos）。

本发明也涉及一种用于组装这种组件的方法，其包括如下步骤：

-在保护器的外壁上将所述套筒的自由部分在保护器上向后卷；

-将所述保护器设置于采油管道上，

-将所述套筒设置于所述管道的一部分外壁上。

本发明还涉及一种用于制造采油管道螺纹保护器的方法，所述方法包括如下步骤：

-通过聚碳酸酯注射成型而制造保护器，

-在所述保护器的一端与环之间设置弹性体膜；

-将所述环附接至所述保护器，从而将所述弹性体膜永久封装于所述保护器与所述环之间。

附图说明

本发明的另外的特征、目的和优点将由下文的描述体现，下文的描述仅为说明性的且为非限制性的，并且应参照附图阅读，其中：

-图1和2显示了采油管道保护器的阳性可选择的实施方案；

-图3显示了根据一个特定实施方案的弹性体膜结构的实施例；

-图4显示了借助环将弹性体膜附接至阳保护器上的实施例；

-图5、6、7和8显示了配备弹性体膜的阳保护器设置于采油管道上的截面图；

-图9显示了弹性体膜套筒的特定实施方案的实施例。

具体实施方式

阳保护器：

图1显示了根据本发明的阳保护器1的一个实施方案的实施例。

所示的阳保护器1可分解为两部分：

-连接部分2，和

-缓冲器部分3。

连接部分2具有近端21和远端22，并具有基本上截头锥形形状，其中直径从近端21至远端22减少。

缓冲器部分3具有连接端31和自由端32，其连接端31在连接部分2的远端22的延长上。

缓冲器部分3包括内环33和外环34，这两个环33和34为同轴的，并在之间限定内部空间35。

所示的内环33包括在连接部分2的远端22的延长上的截头锥形部分，以及在所述截头锥形部分的延长上的具有中空圆柱形状的部分，该圆柱形部分的直径与其上设置阳保护器的管道的内径基本上相等。

因此内环33通常相对于截头锥形连接部分2径向偏移，并因此通常包括连接分区23（示于图5中，并在下文详细描述），所述连接分区23设置于内环33的截头锥形部分与圆柱形部分之间。

外环34具有截头锥形部分，其中直径从连接端31至连接部分3的自由端32增加，外环34的最大直径大于连接部分2的最大直径。因此外环34通常具有相对于阳保护器1的轴线5°的角度。

所示的阳保护器1具有从自由端32沿着阳保护器1的直径延伸的两个凹槽40。

这些凹槽40适于插入用于将管道上的保护器旋紧和旋松的工具。

此外，这些凹槽40具有在其一个壁上设置的孔41，这些孔41旨在使基本上圆形的盖子能够附接，所述盖子通常封堵阳保护器1的自由端32。

图2显示了上述阳保护器1，以及这种封盖45和46的两个实施方案。

在这两个实施方案45和46中，所述封盖包括与阳保护器1的孔41互补的突出部47，从而在阳保护器1的自由端32处保持原位。

封盖的实施方案45覆盖整个自由端32，并具有对应于阳保护器1的最大直径的直径。

实施方案46仅封堵由内环33限定的开口，并因此具有基本上相当于所述内环33的内径的直径。

在所示的实施方案中，阳保护器1包括连接内环33和外环34的纵向肋部36，因此将内环33与外环34之间的内部空间35分割成多个隔室。

如图中所示，阳保护器1包括十二个纵向肋部36，每个凹槽40的侧面由两个肋部36限定，剩余肋部36在内环33与外环34之间基本上均匀分布。

如所示，阳保护器1的自由端32斜切基本上45%，从而产生朝向自由端32的直径收缩。该45%的倾斜有可能增加阳保护器1的耐冲击性，因此相比于具有直角自由端32的保护器而更有效地保护其上安装该阳保护器1的管道。

阳保护器1还包括在连接部分2的内壁处设置的螺纹42，这些螺纹42适于与其上待组装所述阳保护器1的管道的螺纹接合。这些螺纹42形成阳螺纹，通常通过攻丝产生，并有利地为不连续的。

阳保护器1的螺纹42通常包括1、2或3圈，另外的可选择的实施方案明显是可能的。

具有较小的圈数有可能限制对阳保护器1旨在保护的管道的螺纹的润滑剂的影响，然而，选择该圈数从而将阳保护器1充分固定在管道上。

制造：

阳保护器1通过注射成型由聚碳酸酯制成。

保护器1的特定几何形状提供了通过注射成型制造它们的显著优点。实际上，由于存在肋部36，保护器1的所有的壁，包括缓冲器部分3的壁，具有基本上相等的厚度。

整个阳保护器的所述基本上恒定的厚度有可能：

-防止收缩腔体，

-降低所需的材料量，

-对于其中缓冲器部分3以“实心”件进行制备的相当部分，显著降低固化时间，因此有可能通过减少用于制备阳保护器1的循环时间从而显著减少机器使用，由此有可能节约能源并获得更高的生产率；

-防止所谓的热点，所述热点为应力集中点和机械弱点。

以此方式，对于具有相当的总体形状，但其中缓冲器部分3为“实心”的保护器，所示的保护器1具有更低的制造成本。

此外，所有的连接和边缘有利地具有圆角或弯曲，使得保护器1不包括锐角，从而有利于脱模。此外，不包括锐角有可能防止下文所述的对膜的损坏的风险。

聚碳酸酯为用于制备保护器1的极高性能的材料，由于保护器的特定形状，因此能够进行其注射成型。

此外，聚碳酸酯为透明材料，从而使使用者能够检查其上直接设置保护器1的管道螺纹的情况，而无需拆卸保护器1来进行这种检查。

所述容易的检查有可能防止在每次拆卸和重新设置保护器1时管道螺纹润滑的劣化风险。

此外，保护器1有利地经受表面处理，从而进行紫外光和/或红外光滤波，这种处理通常由浸泡以及之后的在臭氧的存在下的微波等离子体处理组成。

可选择形成保护器1的材料（通常为聚碳酸酯），从而具有这种紫外光和/或红外光滤波特性。

在管道螺纹上使用的固体润滑剂实际上为紫外光和红外光敏感的，因此应保护所述固体润滑剂免于紫外光和红外光。

以此方式，所提出的阳保护器1通过产生紧密连接，同时允许各种管道处理和检查操作，并由于其用于注射成型的特别合适的形状而保持合理的制造成本，从而适于有效保护采油管道的螺纹端。

弹性体膜：

如图1所示的阳保护器1通常与弹性体膜60联合。

弹性体膜60的结构：

弹性体膜60通常为包括一个或多个层，并有利地具有如下性质的全部或一些的弹性体膜：

-具有粘附性极低的表面，该表面旨在与管道接触，从而在将保护器1从管道拆卸时限制管道螺纹上的摩擦，并因此在拆卸保护器时不降解润滑剂；所述极低的粘附性通常通过加入滑爽剂（例如比例为总体结构的0.1至50%之间的芥酸酰胺分子）获得；

-为可收缩/可延伸的，从而在将保护器1设置于管道上之前能够在保护器上向后卷，并且一旦将保护器1设置于所述管道上，能够在管道的外表面上展开或向下折叠，同时尽管比管道的直径更小，仍能确保连接的密封性；

-适于自焊接；

-不透水分；

-具有足够的机械性质，从而在用于将膜设置于保护器上的步骤的过程中，所述膜不撕裂，且管道上的保护器1，更具体地所述膜对扭转和剪切具有高抗性。

根据第一有利的实施方案，弹性体膜为单层氨基甲酸酯型膜，例如，由Richmond Aerovac使用参考号Vacfilm430销售的膜。

所述膜具有通常在0.001mm至5mm之间，例如100至200μm之间，通常等于100或200μm范围内的有效厚度。

根据第二实施方案，弹性体膜为三层膜，其在外层上具有EPDM（乙烯丙烯二烯单体）组合物，在内层上具有EMA（乙烯丙烯酸甲酯）。

所述膜具有通常在0.001mm至5mm之间，例如200μm范围内或等于200μm的有效厚度。

通常将滑爽添加剂，例如比例为EPDM质量的0.1至50%之间的芥酸酰胺分子加入至EPDM从而降低其粘附性，例如获得0.05至0.80之间的滑移系数。

图3示意性示出了具有三个覆盖层的膜60的结构：

-第一外层61，其为旨在与管道接触的层，并通常由有利地添加滑爽添加剂的EPDM制成；

-第二中间层62，其为旨在为总体膜增加柔性的层，并通常由EMA制成。该层不含有滑爽剂，这特别地使得确保层之间的相容性成为可能；

-第三外层63，其为旨在与保护器1接触的层，并例如也由有利地添加滑爽添加剂的EPDM制成。

因此，膜60具有如下性质：

-通常50%至1500%之间，通常200至800%之间，更特别地300至600%之间的伸长率；

-0.05至0.8之间的滑移系数；

-50μm至300μm之间的厚度；

-在330bar下从105°C焊接1秒的适用性。

滑移系数（也称为摩擦系数）由定义了相对于彼此滑动的两个固体的库仑定律T=f x N定义，其中：

-T为在两个固体之间的接触处施加的摩擦力的切线分量，所述摩擦力对抗或趋于对抗滑动，

-N为在两个固体之间的接触处施加的摩擦力的法向分量，所述摩擦力将两个固体彼此挤压。

为了获得具有所需性质的膜，使用例如适于获得柔性膜的线性或低密度聚合物。

此外，低密度半结晶聚合物具有更大的无定形相，并且由于填料位于无定形相中，因此适用于优良的添加剂控制。

根据第三实施方案，弹性体膜为两层膜，其由氨纶或者例如20%/80%比例的氨纶与聚己二酰己二胺的混合物的第一层以及第二氨基甲酸酯型层组成，例如由Richmond Aerovac以参考号Vacfilm430销售的膜，所述氨纶例如由以名称莱卡（第三方注册商标）销售的材料制成，所述氨纶与聚己二酰己二胺的混合物以名称尼龙（第三方注册商标）销售。

所形成的两层膜具有通常0.001mm至5mm之间，例如1050μm范围内或等于1050μm（相当于1000μm的莱卡的第一层和50μm的第二层）的有效厚度。

弹性体膜60在保护器1上的附接

将弹性体膜60成形从而形成管或套筒，并附接至阳保护器1。

该附接可例如通过如下方式进行：将膜60直接结合至保护器1上，或者在保护器1上焊接或嵌入环从而封装膜60。

在通过结合而附接的情况中，可进行如下步骤：

-将弹性体膜切割成带，所述带通常具有130mm×330mm范围内的尺寸，或更通常具有100至200mm之间的宽度和300至360mm之间的长度；

-通常通过对头接合膜的带的两个边缘并焊接所述两个边缘而焊接所述膜从而形成套筒，从而避免形成另外的厚度，所形成的套筒具有通常15至30cm之间的长度；

-将所形成的套筒设置于可充气弹性体圆柱体上，并将所述圆柱体设置于阳保护器内；

-预充气所述弹性体圆柱体，直至其与套筒接触；

-加入粘合剂带，通常通过粘合剂转移将粘合剂添加至套筒的整个周边上，该粘合剂带具有例如小于或等于50mm的宽度；

-继续充气弹性体圆柱体，直至膜与保护器之间接触，并因此产生通常2bar范围内的超压达到给定时间，例如1分钟，从而通常在保护器1的截头锥形部分的内壁上（在上述特定实施方案的情况中）组装弹性体膜60和保护器1；

-将弹性体圆柱体放气，并从所形成的组件中拆卸所述弹性体圆柱体。

选择粘合剂，使得聚合物膜60在阳保护器1上的附接为永久的，即，不同于可拆卸的附接，在不被损坏的情况下，聚合物膜60不能从阳保护器上拆卸。

根据另一可选择的实施方案，弹性体膜60可借助焊接至保护器1的环70而附接至保护器1。

图4示意性地示出了由保护器1和借助所述环70而附接至所述保护器的弹性体膜60组成的组件的截面图。

在该实施方案中，将膜60附接至保护器1上可包括如下步骤：

-将膜切割成带，所述带通常具有130mm×330mm范围内的尺寸，或更通常具有100至300mm之间的宽度和300至360mm之间的长度，这些尺寸通常相当于4"1/2直径管道的周长；任选使用另外的尺寸；

-通常通过对头接合膜的带的两个边缘并焊接所述两个边缘而焊接所述膜从而形成套筒，从而避免形成另外的厚度，所形成的套筒具有通常15至30cm之间的长度；

-通常通过注射成型制得具有例如114mm的内径的环70，例如聚碳酸酯带槽环；

-通常在保护器1的近端21处，将膜60设置于保护器1与环70之间；

-通常通过超声焊接或嵌入而将环70附接至保护器1上。

因此弹性体膜60永久附接至保护器1。

或者，可在将膜60设置于保护器1上之前，将膜60预附接至环70，从而有利于其设置。

由弹性体膜60制成的套筒通常具有15至30cm之间的长度，或者具有例如使得套筒的长度与采油管道直径的比例为0.5至10之间的长度。

一旦附接至阳保护器1，弹性体膜60围绕近端21向后卷，从而覆盖阳保护器1的外壁，如图5所示。

套筒通常具有附接至保护器1的第一端和第二自由端。

根据一个特定实施方案，弹性体膜60被定尺寸，并且具有延伸性质，使得所述套筒在其至少部分长度上具有小于管道4的外径的静止直径（当未拉伸时），所述套筒适于被拉伸以用于其设置和其在保护器1上的后卷。

然后通常通过在管道的一端旋紧阳保护器1，而将阳保护器1设置于采油管道上。在所述设置过程中，由于弹性体膜60的性质，特别是其粘附性及其滑移系数，弹性体膜在管道螺纹上滑移而不降解管道螺纹的润滑剂。

根据第一可选择的实施方案，在阳保护器1的外表面上后卷的弹性体60的部分被随后展开或向下折叠，从而覆盖通常长度为15至30cm之间的一部分管道。因此，由于套筒的直径小于管道4的外径，所述套筒封装管道4。

图6显示了设置于螺纹管道4上的阳保护器1的示意图，弹性体膜60在螺纹管道4的一部分上展开。

根据另一实施方案，在阳保护器1的外表面上后卷的弹性体膜60的部分随后通常通过撕裂或切割而与附接至保护器1的弹性体膜60的部分分离。弹性体膜60的所述分离有利地基本上从保护器1的连接部分2的近端22进行。一旦已进行所述分离，由于弹性体膜60的直径小于管道4的外径，因此附接至保护器1的弹性体膜60的部分在螺纹管道4上收缩。

因此弹性体膜60有利地具有一个或多个预切口以有利于其分离。

图7和8显示了设置于螺纹管道4上的阳保护器1的示意图，弹性体膜60在保护器1的连接部分2的近端22处被切割或撕裂。图7显示了弹性体膜60的撕裂或切割，图8显示了封装螺纹管道4的经切割或撕裂的弹性体膜60。在图7所示的实施方案中，弹性体膜借助环70而附接至保护器1，因此形成保护器1的近端22。

图9显示了由弹性体膜60制成的套筒的实施例，其适于经由第一端64而附接至阳保护器1，因此相对端适于在保护器1上向后卷，如上所述。弹性体膜60形成包括带65和两个肋部66的套筒，从而在这两个肋部之间限定预切区域67。使用者可随后拉动带65，从而导致弹性体膜60在预切区域67处首先沿着基本上纵向部分68，然后沿着适于分离弹性体膜60的圆形部分69撕裂，所述预切区域67位于由两个肋部66所限定的增加厚度的两个区域之间。

以此方式，弹性体膜60密封阳保护器1与管道之间的连接，而不会影响其上附接保护器的管道的螺纹的润滑，所述管道附接至阳保护器1的近端21处。

Claims (15)

1.组件，其包括：

-配备螺纹的采油管道（4）；

-用于所述采油管道（4）的所述螺纹的保护器（1），所述保护器（1）包括本体和阴螺纹，所述阴螺纹与所述采油管道（4）的所述螺纹互补，

所述组件的特征在于其还包括弹性体膜（60），所述弹性体膜（60）附接至所述保护器，并在所述保护器（1）设置于所述采油管道（4）上时适于在所述采油管道（4）与所述保护器（1）之间产生紧密连接。

2.根据如上权利要求所述的组件，其中所述弹性体膜（60）为单层氨基甲酸酯型膜。

3.根据权利要求1所述的组件，其中所述弹性体膜（60）为三层膜，所述三层膜包括两个外层（61、63）和一个中间层（62），在所述两个外层（61）上具有乙烯丙烯二烯单体组合物，并在所述中间层（62）上具有乙烯丙烯酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的组件，其中所述膜（60）为双层膜，所述双层膜由20%/80%比例的氨纶和聚己二酰己二胺的第一层以及第二氨基甲酸酯型层组成。

5.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜（60）具有0.001mm至5mm之间的厚度。

6.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜具有0.05至0.5之间的滑移系数。

7.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜（60）形成具有附接至所述保护器（1）的第一端和第二自由端的套筒，所述套筒在其至少部分长度上具有比管道（4）的外径小的静止直径。

8.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜（60）通过结合而附接至所述保护器（1）。

9.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述保护器（1）具有基本上截头锥形部分，所述基本上截头锥形部分具有内壁，且所述膜（60）结合于所述保护器（1）的所述内壁上。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的组件，其中所述膜（60）借助附接至所述保护器（1）的环（70）而附接至所述保护器（1）。

11.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜形成长度为15至30cm之间的套筒。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的组件，其中所述膜（60）形成具有如下长度的套筒：所述长度使得所述套筒的长度与所述采油管道（4）的直径的比例为0.5至10之间。

13.根据如上权利要求中任一项所述的组件，其中所述膜（60）适于自焊接，并且不透水分。

14.用于组装根据权利要求8所述的组件的方法，其包括如下步骤：

-在所述保护器（1）的所述外壁上将所述套筒的所述自由部分在所述保护器（1）上向后卷；

-将所述保护器（1）设置于所述采油管道（4）上；

-将所述套筒设置于所述管道（4）的一部分外壁上。

15.用于制造采油管道（4）螺纹保护器（1）的方法，所述方法包括如下步骤：

-通过聚碳酸酯注射成型而制造所述保护器（1）；

-在所述保护器（1）的一端与环（70）之间设置弹性体膜（60）；

-将所述环（70）附接至所述保护器（1），从而将所述弹性体膜（60）永久封装于所述保护器（1）与所述环（70）之间。

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