CN104822981A - 用于保护柔性连接的管状螺纹连接件的元件的阳端部的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油井的钻探或者运行的管状螺纹连接件的元件的阳端部(2)的临时保护器(10)，阳端部具有在外部的至少一个螺纹(3)并包括自由端部(4)，元件包括在阳端部(2)下游的主体(1)，所述保护器(10)包括联接部(20)和密封装置(40)，联接部设置为用于保护所述自由端部(4)和所述外螺纹(3)的至少部分，并具有能够与阳端部(2)的螺纹(3)接合的螺纹(23)，密封装置适于布置为一方面至少在位于阳端部的所述外螺纹(3)的下游的部分处与所述元件接触，并在另一方面与所述联接部(20)接触以提供所述外螺纹(3)的下游的密封，该密封装置(40)包括长度在20和80mm之间并具有作为回转圆柱的孔的小直径部(42)和与小直径部(42)一体的大直径部(41)，小直径部(42)具有内部密封表面(42a)，该内部密封表面与直径最大公差大于1％且粗糙度Ra大于10μm的主体(1)的外部表面密封地相互作用，大直径部(41)具有与联接部(20)的外部表面(25)密封地相互作用的内部密封表面(41a)，所述密封装置(40)在径向上具有弹性。

Description

用于保护柔性连接的管状螺纹连接件的元件的阳端部的装置

技术领域

本发明涉及例如在石油应用中使用的管状螺纹连接的元件，更准确地说涉及某些这些元件的阳端部的保护。

背景技术

此处，“元件”意思是这样的部件或者附件，其用于钻探或者运行油井，并旨在借助螺纹连接组装到另一个元件，使得与该另一个元件一起构成管状螺纹连接件。该元件例如能是较大长度(特别是长度大约为10米)的管、长度为数十公分的管状联接器、这些管的附件(悬吊装置或“吊架”、用于改变截面的部件或者“转换器”、安全阀、钻管连接器或者“工具接头”、“接头”等等)。

该元件通常组装在一起而放下至油井或者类似的井中并构成钻具、套管或衬套的管柱、或者生产管(“油管”)的管柱(生产管柱)。

由美国石油学院(API)发布的规范API 5CT涵盖了用作套管或油管的管，该规范API 5CT与由国际标准化组织(ISO)发布的标准ISO 11960:2004相当，并且规范API 5B制定了用于这些管的标准螺纹。

API的规范7定义了用于旋转钻管的具有肩部的螺纹连接器。

管状螺纹连接件的元件的制造也已发展成所谓的“优质”的螺纹连接件，该连接件具有特定的螺纹几何形状，以及在运行中给予更好性能的特殊手段，特别是对于机械强度和密封性而言。

上述元件具有螺纹阳端部，该阳端部将组装到另一个钻井或者生产元件的螺纹阴端部中。因此，在它们离开生产线时和在它们被使用时之间的时段、以及在两次连续使用之间的时段，关键的是它们的阳端部承受最小可能的损伤、污染和劣化。可以理解的是，实际上有必要不仅对螺纹，而且对任何一个或多个肩部和止挡部进行防腐蚀、灰尘和冲撞(或者冲击)的保护，它们中的每一个具有特定的、互补的功能，特别是在使用时用于保证密封性的方面。

上述元件的端部通常在临组装之前涂覆具有防磨损特性的油脂。

已经提出(特别是在US6933264、US6869111以及WO2003/102457中)用在工厂中应用的预定厚度的、不含重金属的“半干”润滑剂的薄层来代替最终借助刷子涂覆在元件的端部上的油脂。

还已经提出(特别是在US6027145、EP1211451和FR2892174中)用在工厂中应用的预定厚度的、基于固体润滑剂颗粒的干润滑剂的薄层来代替最终借助刷子涂覆在元件的端部上的油脂。

在工厂中应用的干或半干润滑剂的这些情况下，因此还更特别地有必要对元件端部所涂覆的润滑剂层提供最佳可能的保护，以防止机械去除和防止(沙子、岩屑)污染，上述机械去除和污染对于润滑剂的有效性是不利的。

为了提供一个或更多的这些类型的保护，通常地，正如规范API5CT(在第12.2段中)所规定的，保护装置配合在管状螺纹连接件的元件的阳端部和阴端部上。已经提出很多这种类型的装置，特别是在EP0148807、US2006/0042709、WO2005/075877以及WO2005/024282中，更特别地，后三个文件涉及用于在工厂中预涂覆润滑剂的接头的保护器。它们中的一些在配合过程中所出现的损害保护装置的风险已经显现出来。

WO2012/028692展示了一种在保护器和元件之间的弹性体膜，该弹性体膜借助粘结或者由固定衬圈固定至保护器，该衬圈焊接至保护器。该膜在膜和元件之间具有增滑剂。该膜与元件的不完整螺纹区域相干涉。该膜在保护器去除期间被撕破且因此仅只能使用一次。密封性较低。组件难以安装在元件上。存在高的损坏膜的风险。

基于它们各自的具体实施例，这些已知的保护装置在螺纹的下游具有密封性(因此在一区域中，该区域的直径通常是主体或者元件的运转部分的直径)，该密封性的变化与元件的尺寸变化有关。因此，根据规范API 5CT的管主体的外径对于直径小于114.3mm的管主体能够变化+或-0.79mm，并且对于直径大于或等于114.3mm的管变化直径的-0.5％到+1％(即，对于直径为177.8mm的管状主体，外径从-0.89mm到+1.78mm)。

申请人意识到这些阳端部的保护装置提供的密封性不能适应元件的尺寸差异(除非对元件进行不方便的外部机械加工),并且可能非常紧密，从而配合困难。组装它们特别地会导致损坏保护装置的部件和/或擦掉并去除一些或全部的涂覆阳端部的润滑剂层，尤其是当它被永久性的安装时。事实上必须考虑到保护装置在不去除掉润滑剂的情况下必须能容易地安装和拆卸数次，以允许在元件的存储期间检查阳端部或者保护从井中退出的元件的阳端部。

WO2008/087302提出了借助采用夹紧方式的半壳的保护。获得了优质的密封性，但是需要大量的元件。

发明内容

本发明的目的是改进上述情况，特别是在使用的简化和鲁棒性方面，同时获得优质的密封和检查的可能性。

本申请提出了一种用于油井的钻探或者运行的管状螺纹连接件的元件的阳端部的临时保护器，该阳端部在外部设置有至少一个螺纹并包括自由端部。该元件包括位于阳端部下游的主体。所述保护器包括联接部和密封装置，该联接部设置为用于保护所述自由端部和所述外螺纹的至少一部分，并具有能够与阳端部的螺纹接合的螺纹，该密封装置适于布置为一方面至少在位于阳端部的所述外螺纹下游的部分处与所述元件接触，并且另一方面与所述联接部接触以提供所述外螺纹的下游的密封。该密封装置包括小直径部，小直径部的长度在20和80mm之间并且具有作为回转圆柱的孔。小直径部具有内部密封表面，该内部密封表面能够与直径最大公差大于1％且粗糙度Ra大于10μm的主体的外部表面密封地相互作用。该密封装置包括与小直径部分一体设置的大直径部，该大直径部具有与联接部的外部表面密封地相互作用的内部密封表面。所述密封装置在径向上具有弹性。

在一实施例中，密封装置包括长度介于25和70mm之间的小直径部。小直径部的长度独立于保护器的直径。

在一实施例中，密封装置的长度介于75和190mm之间，优选地在90和140mm之间。密封装置的长度独立于保护器的直径。

在一实施例中，联接部由高密度聚乙烯、超高密度聚乙烯、聚碳酸酯或PC/PBT制成。

在一个实施例中，小直径部具有介于2和8mm之间、优选地在2和5.5mm之间的厚度，大直径部具有介于2和8mm之间、优选地在2和5.5mm之间的厚度。该厚度能抵抗外部侵入因素并适应接触表面的不规则。

在一个实施例中，小直径部的内部密封表面和大直径部的内部密封表面由相同的材料制成，并且或者或小直径部和大直径部由相同的材料制成。通过由小直径部和大直径部的内部表面提供密封这一情况来简化制造。

在一个实施例中，大直径部的内部密封表面与联接部直接接触。避免了应用附加助剂(有时候污染)的步骤。

在一个实施例中，大直径部的所述内部密封表面为圆柱形的。大直径部容易制造。

在一个实施例中，大直径部的所述内部密封表面具有至少一个向内定向的环状肋部。大直径部提供了在联接部上的保持。

在一个实施例中，密封装置包括小直径部和大直径部之间的连接部。所述连接部的厚度可与所述小直径部和所述大直径部的厚度相等。该装置的制造是经济的。

在一个实施例中，联接部的外部表面布置成与设置在所述联接部的孔上的所述螺纹具有一轴向距离。所述螺纹可包括4-10个螺纹，优选地包括5-8个螺纹。组装该保护器是快速和容易的。

在一个实施例中，联接部的所述外部表面为回转圆柱。联接部和密封装置能通过紧固而相互作用。这证明是有利的，特别是对于大的联接部直径而言。

在另一个实施例中，联接部的所述外部表面和大直径部的所述内部密封表面借助凸形和凹形的互补性相互作用。联接部的外部表面的部分为锥形的。这证明是有利的，特别是对于小的联接部直径而言。

在一个实施例中，密封装置包括至少一个位于小直径部上并向外突出的环状额外厚度。该环状额外厚度增强了在元件主体上的夹紧。

在一个实施例中，密封装置包括至少部分围绕联接部和至少部分围绕大直径部的外壳部，所述外壳部包括位于联接部一端的折叠边缘以及与所述边缘相对的端部，该端部抵靠联接部夹紧所述大直径部。该外壳部由钢板制成，优选为镀锌的钢板。该外壳部在侵入环境中保护联接部。该板以轧制钢材为基础。

在一个实施例中，大直径部包括与联接部的外部表面齐平的外部表面。这有助于密封装置的配合并降低操作者受伤的风险。

在一个实施例中，保护器包括密封部件，该密封部件能靠在阳端部的表面上。避免了外部物体(砂子、盐、水等等)从阳端部的端部处侵入。

在一个实施例中，所述密封部件包括与联接部一体的环状唇缘。

在一个实施例中，所述密封部件包括具有超过至少90°的圆形表面的环状唇缘。

在一个实施例中，所述密封部件包括朝向密封装置轴向且径向地定向的环状唇缘。

在一个实施例中，所述密封部件包括由联接部的与密封装置轴向相对布置的壁部支撑的环状唇缘。

在一个实施例中，所述密封部件包括环状唇缘，该环状唇缘能靠在阳端部的内部表面上。所述内部表面可包括在主体的轴向端面和孔之间机械加工的槽部。所述内部表面是锥形的。在阳端部与对应的阴端部组装的情况下所述内部表面处于无效位置。在阳端部与对应的阴端部组装的情况下所述轴向端面处于无效位置。所述表面设置在阳端部上用于在轧孔和机械加工的轴向端面之间形成连接，而在连接状态缺少真正的密封作用。因此，在保护器的处理期间，所述表面的任何轻微劣化将与在连接状态中的密封特性无关。

在一个实施例中，保护器包括径向隔离件，该径向隔离件在与密封装置相对的一侧封闭连接器。

本申请还涉及用于油井的钻探或者运行的管状螺纹连接件的元件，包括在外部设置有至少一个螺纹并包括自由端部的阳端部。所述元件装备有组装于所述螺纹上的临时保护器。临时保护器保护阳端部。该元件包括位于阳端部下游的主体。所述保护器包括联接部和密封装置，该联接部设置为用于保护所述自由端部和所述外螺纹的至少一部分并具有能够与阳端部的螺纹接合的螺纹，该密封装置适于布置为一方面至少在位于阳端部的所述外螺纹下游的部分中与所述元件接触，并且另一方面与所述联接部接触以提供所述外螺纹的下游的密封。该密封装置包括长度在20和80mm之间并具有作为回转圆柱的孔的小直径部。小直径部具有内部密封表面，该内部密封表面与该主体的外部表面密封地相互作用，该外部表面的直径最大公差大于1％，粗糙度Ra大于10μm。该密封装置包括与小直径部一体的大直径部，并该大直径部具有与联接部的外部表面密封地相互作用的内部密封表面。所述密封装置在径向上具有弹性。

所述小直径部与所述元件至少在位于阳端部的所述外螺纹的下游的部分中密封接触。

在一个实施例中，密封装置的小直径部处于自由状态时的直径小于安装有小直径部的主体1的外部表面的直径。直径差约为2-20％，优选为2-10％，更优选为大约5％。

本发明还提出了一种在用于油井的钻探和运行的管状螺纹连接件的元件的阳端部上安装保护器的方法，该阳端部在外部设置有至少一个螺纹并包括自由端部,该元件包括位于阳端部下游的主体。所利用的保护器包括联接部和密封装置，该联接部设置有能与阳端部的螺纹接合的螺纹，该密封装置设置为与所述联接部接触并包括与小直径部一体的大直径部，该大直径部设置有与联接部的外部表面密封地相互作用的内部密封表面，所述密封装置在径向上具有弹性。小直径部从密封装置上移除，保护器组装到阳端部的螺纹上，因此保护了所述自由端部和所述外螺纹的至少一部分。将密封装置与所述元件至少在位于阳端部的所述外螺纹的下游的部分处接触，所述密封装置具有小直径部，该小直径部的长度介于20和80mm之间并具有作为回转圆柱的孔，小直径部设置有与主体的外部表面密封地相互作用的内部密封表面，该外部表面具有大约1％的直径最大公差和大于6的粗糙度Ra。

在一个实施例中，小直径部通过弯折到大直径部上而从密封装置上移除。在联接部组装之后，小直径部被推回到主体的外部表面上。

在一个实施例中，为了在安装在阳端部上之前运输保护器，密封装置的小直径部向内弯折到联接部的孔中。

“阳端部”的意思是为了与相应的阴部分形成密封而设置有机械加工面和/或研磨面的元件部分，“主体"意思是超出阳端部定位并设置有轧制表面的元件部分。该轧制表面具有的粗糙度和直径公差远大于机械加工表面的粗糙度和直径公差。主体的孔朝向一轴向位置延伸，该轴向位置不同于主体的外部表面延伸所朝向的轴向位置。换句话讲，对于阳端部，机械加工外部表面的长度大于机械加工内部表面的长度。

附图说明

在细查下面给出的详细描述和附图时，本发明的其他的特征和有益效果将变得明显，附图中：

图1示意性地示出了装配有保护器的阳端部的第一示例的纵向截面的一半视图，

图2示意性地示出了处于安装状态的保护器的第一示例的纵向截面的一半视图，

图3示意性地示出了处于存储状态的保护器的第一示例的纵向截面的一半视图，

图4示意性地示出了处于准备配合的状态的保护器的第一示例的纵向截面的一半视图，

图5至图10示意性地示出了处于自由状态中的密封装置的示例的纵向截面视图，

图11示意性地示出了装配有保护器的阳端部的第二示例的纵向截面的一半视图，

图12示意性地示出了处于安装状态的保护器的第二示例的纵向截面的一半视图，

图13示意性地示出了处于存储状态的保护器的第二示例的纵向截面的一半视图，

图14示意性地示出了处于准备配合的状态的保护器的第二示例的纵向截面的一半视图，

图15至图18示意性地示出了处于自由状态中的密封装置的示例的纵向截面视图。

附图不仅能对本发明起到补充作用，如果合适的话，还能够有助于使本发明更加清晰。

具体实施方式

本发明的目的是，对于(将用于油井或类似结构的钻探或运行的)管状螺纹连接件的管状元件的螺纹阳端部，在当它离开生产线时和当它被使用(可能数次安装和拆卸保护装置)之间，而且在两次连续的使用之间，保护螺纹阳端部以防止机械损伤、(化学和材料)污染和(腐蚀)劣化，该保护通过以下方式实现：限制(或者甚至防止)擦掉和/或去除(抗腐蚀的)存储润滑剂和/或组装润滑剂，更特别地当所述润滑剂(上述的半干型或干型润滑剂)永久地应用时，不管管状元件(更特别是它的外部直径)的尺寸偏差如何。本发明还具有以下目的：使得能够在阳端部上的保护器位置处实现快速和可靠的安装以及拆卸，以及使得能够容易在元件使用之前或在两次连续使用之间对螺纹的状况进行检查。这避免了使用附加的产品用于安装。

下面考虑到该元件将用于油井的钻探或运行，并且该元件与级别或者等同级别的联接的管状螺纹连接件的阳端部装配。然而，本发明并不限制于该类型的元件或者上面提到的该类型的阳端部。本发明实际上涉及任何类型的用于钻探或运行的管状螺纹连接件的元件以及任何类型的元件的螺纹阳端部(特别是API型或者“优质”型，例如VAM管状螺纹连接件)。

应该指出的是管状元件包括主体1或者由两个端部终止的运转部分，该两个端部为两个阳端部、一个阳端部和一个阴端部、或者两个阴端部。该元件由钢或者不锈钢制成。本发明涉及具有至少一个阳端部2的元件。

阳端部2的外螺纹3可以是设置在柱形或者锥形表面上的一个或者更多的独立的螺纹部。

当螺纹部是锥形时，后者可分成被称之为具有完整螺纹的子部件以及被称之为具有消失螺纹或不完整螺纹的子部件，完整螺纹的轮廓是恒定的而且无不规则性或者不完整性(例如毛刺型)，消失螺纹或不完整螺纹具有逐渐递减的高度和具有不规则性或不完整性的轮廓。

元件的阳端部2的螺纹3可包括至少两个轴向和/或径向间隔开的独立螺纹部分，并且每个上述部分可包括完整螺纹和消失螺纹。

元件的阳端部2的自由端部4通常截止在具有大致横向定向的环状表面处。

阳端部2还可包括用于另一元件的阴端部的一个或更多的轴向止挡表面5和一个或更多的金属对金属密封表面6，该另一元件与上述元件(在自由端、螺纹的下游或者两个螺纹部之间)组装在一起，金属对金属密封表面6与上述阴端部(在自由端、螺纹的下游或者两个螺纹部之间)组装在一起。保护器优选地设计为还保护这些止挡表面和/或这些密封表面以防止机械损伤或腐蚀。

下面以非限定示例给出的实施例涉及用于图1-4中实施例的VAM的管状螺纹连接件的阳端部和用于图11-14中实施例的的阳端部。

应该指出的是，VAM TOP管状螺纹连接件的阳端部包括：

-锥形螺纹，该锥形螺纹具有在自由端一侧具有完整螺纹的子部件和在元件主体(或运转部分)侧具有消失螺纹的子部件；

-止挡表面，该止挡表面由阳端部的自由端部分的横向环状表面构成；以及

-金属对金属密封表面，该金属对金属密封表面邻近于止挡表面并位于自由端部分的外部周边表面上。

主体1包括轧孔8。该孔8和机械加工的轴向止挡部5通过机械加工的内部表面7连接。

保护器10通常包括联接部20和密封装置40，它们相互作用并被设置在元件的(螺纹)阳端部2上。

联接部20具有保护阳端部2的外螺纹3的至少一部分和自由端部4的作用，自由端部4也形成阳端部2的部分。该联接部20优选为一体式的。联接部20包括端部21，该端部21旨在布置在自由端部4的水平上，并优选地具有以厚衬圈形式向内的径向突出部以吸收冲击和冲撞，并且该端部21旨在覆盖在阳端部2(止挡表面)的自由端部4的端部处的横向环状表面，以在该水平处在它的整个周边提供(第二)连续局部密封。

此处，“外部”意思为设置在表面上的部件(或者表面)，该部件(或表面)在径向相反于阳端部2的轴线XX的方向上定向。相反地，此处“内部”意思为朝向阳端部2的轴线XX定向的部件(或表面)。

当保护特别是机械保护时，联接部20必须表现出一定的刚度，同时能够至少部分地吸收冲击。为了这个目的，联接部20例如能通过将热塑材料注入合适的模具而制成。在能够有利地使用的各类热塑材料中，特别要提及的是诸如聚碳酸酯-聚酯(PC-PBT或者PC-PET)的聚碳酸酯基混合物、以及高密度或者超高密度聚乙烯(PE)(HDPE，UHDPE)。

规范API 5CT(2005版)在附录I(对于用于螺纹的保护装置的要求)中对于三个温度(-46、+21以及+66℃)特别地规定了轴向的和(在45°的)倾斜的冲击强度的最小值。

例如可更具体地选择由DOW公司制造并以DMBA-8904-NT7名称售卖的HDPE、或者由BASELL公司制造并以LUPOLEN 4261AG UV 6005名称售卖的HDPE、由TICONA公司制造并以GUR 5113名称售卖的UHDPE、或者由BAYER公司制造并以MAKROBLENDS7916名称售卖的PC-PBT。

应该注意的是，联接部可选择性地为(至少)局部地蜂窝状的，特别是在它厚部分处，以便于更好地吸收冲击。

密封装置40旨在设置为一方面与元件至少在位于阳端部2的外螺纹3的下游部分处接触，另一方面与联接部20接触。密封装置40更准确地旨在设置有位于外螺纹3下游的第一密封。术语“下游”在此处必须相对于阳端部2的自由端部4考虑，而自由端部4被认为在上游。

密封装置40由柔性(即可变形的)和弹性(即能或多或少地返回至其最初形状)的材料制成。所述材料能具有大于300％的断裂伸长率。为了这个目的，它例如能通过注入柔性材料而制成，该柔性材料能抵抗腐蚀、化学侵蚀(特别是由工业溶剂和酸产生)、以及在紫外线辐射中的长时间暴露，而不损坏其机械特性。在能够有利地使用的各类材料中，特别要提及的是氯丁橡胶弹性体(例如由LANXESS制造的Baypren 210)、EPDM(例如由DOW制造的Nordel IP烃橡胶)、腈、或者置于聚烯烃基质中的这些材料中的一种。密封装置40能由所述材料构成。

正如图1至3所示，联接部20包括中心部分21，该中心部分21在它的孔22中设置有螺纹23。中心部分21设置有外部表面，该外部表面为回转圆柱状。螺纹23包括4-10个螺纹，优选地为5-8个螺纹。该螺纹的数量少于管状螺纹连接件的阳端部2的螺纹数量。因此，保护器10的组装比管状螺纹连接件的阴端部的组装快。螺纹23与阳端部2的螺纹3(此处为锥形)适配。

联接部20包括具有孔的下游部24，该孔大致成回转圆柱状并位于中心部分21的孔22的延伸(例如切线)处。下游部24具有外部表面25，该外部表面25借助径向肩部26与中心部分21的外部表面连接。下游部24的外部表面25的直径小于中心部分21的外部表面的直径。下游部24的外部表面25为回转表面。下游部24的外部表面25包括在肩部26附近的基本圆柱形部分25a和在联接部20的端面28附近的锥形部分25b。至少一个(此处为2个)环状槽部27形成在距离肩部26一定距离的大致圆柱形部分25a中。环形槽部27相对于联接部20的轴线具有以大约65°-90°(排它地)倾斜的具有边缘的倾斜轮廓。优选地，所述角度介于70°-80°之间，例如75°。

联接部20的端面28连接下游部24的外部表面25的锥形部25b和下游部24的孔。端面28属于下游部24。端面28可倒圆。在所示的该实施例中，端面28具有径向部以及与外部表面25的锥形部25b形成的宽的圆角。设置在中心部分21的孔22上的螺纹23在所述中心部分21的大部分上延伸。中心部分21的与下游部24相反的上游能设置有大致地成回转圆柱形的孔。

联接部20还包括外部表面位于中心部分21的外部表面的延伸部中的上游部29、直径小于中心部分21的孔22的直径的孔30、形成位于中心部分21的孔22和上游部29的孔30之间的肩部34的环状表面、以及布置在外部表面和孔30之间并具有宽圆角的径向端面32。联接部20的上游部29旨在延伸超过阳端部2的端部4以为其提供机械保护。上游部29具有冲击保护作用。

联接部20还包括径向隔离件31，该径向隔离件31形成止挡件并设置在上游部29的孔30中。因此，上游部29的孔30被所述径向隔离件31分成两个部分。在未示出的一个变型例中，径向隔离件31设置有开口，或者甚至不设置隔离件31。在所示的实施例中，径向隔离件31密封下游部24的内部。

联接部20设置有密封部件50，该密封部件50能够在阳端部2的端面附近与阳端部2的内部表面接触。此处，密封部件50为环状唇缘的形式。密封部件50与联接部20成一体。密封部件50包括向下游轴向延伸的基部51和向下游轴向延伸并稍微地径向向外延伸的有效部或者唇缘52。基部51包括位于上游部29的孔30的延伸部中的内部表面。基部51包括锥形表面，该锥形表面从所述内部表面向下游轴向延伸并以大约20-40°的斜度径向向外延伸。有效部52提供了圆形轮廓，如果需要的话具有可变的半径。有效部52具有向外定向的凸起轮廓54，该凸起轮廓54在一侧与基部51的锥形表面连接，在另一侧与凹形圆角53连接，凹形圆角53连接联接部20的上游部29的环状表面或肩部34。圆角53可在介于95°和180°之间的角度范围延伸。有效部52的凸形表面54在介于80°和180°之间的角度范围延伸。

因此，密封部件50朝向下游部24轴向地及径向地定向。

该密封装置40包括与联接部20相互作用的大直径部41和与元件外部表面相互作用的小直径部42。密封装置40为一体式设计。密封装置40至少在径向方向是有弹性的。密封装置40的材料选择成至少在径向方向上具有大于300％的断裂伸长率。在轴向方向上，密封装置40设置为限制它的伸长。

小直径部42具有在20mm和80mm之间的长度。小直径部42具有回转圆柱形的孔。小直径部42具有内部密封表面42a，该内部密封表面42a与主体1的外部表面密封地相互作用。尽管元件外部表面的直径公差大于1％、并且具有在不圆度或者偏心方面的不规则性，小直径部42在确保与元件密封性的同时仍能够适配。因此，根据规范API 5CTE的管主体1的外径能对于直径小于114.3mm的管主体1变化+或-0.79mm，并且对于直径大于或等于114.3mm的管主体1变化直径的-0.5％至+1％。小直径部42的内部密封表面42a与元件的外部表面直接接触。大直径部41与联接部20的下游部24相互作用。大直径部41的内部表面一方面与大致圆柱形部件25a接触，另一方面与锥形部25b接触。密封装置40的大直径部41在它的孔上设置有对应于联接部20的所述环状槽部27的至少一个肋部44。肋部44的数量、尺寸和形状与上述槽部的相对应。因而槽部27的形状和定向与肋部44的形状和定向的匹配确保了密封装置40在联接部20上的优异的轴向保持作用。密封装置40与联接部20的肩部26形成接触。密封装置40的大直径部41的外部表面的直径稍稍小于联接部20的中心部分21的外部表面的直径。

小直径部42的厚度在2mm和8mm之间，优选地在2mm和5.5mm之间，例如等于3mm。大直径部41的厚度在2mm和8mm之间，优选地在2mm和5.5mm之间。在不考虑肋部时，小直径部42和大直径部41可具有相同的厚度。

大直径部41具有内部密封表面41a，该内部密封表面41a与联接部20的下游部24的外部表面25的大致圆柱形部分25a和锥形部分25b直接接触。因此避免使用密封添加剂或粘结方式。小直径部42的内部密封表面42a与大直径部41的内部密封表面41a可由相同的材料制成。小直径部42与大直径部41可由相同的材料制成。

密封装置40包括在小直径部42和大直径部41之间的连接部43。连接部43的厚度可等于小直径部42和大直径部41的厚度。连接部43与联接部20的端面28的轮廓相适配。

在图1中所示的位置中，示出了保护器10处于当它被安装在元件的阳端部2上时的状态。联接部20与阳端部2的螺纹3接合。密封装置40的小直径部42处于与元件运转部分(主体1)的外部表面密封接触的夹紧状态。运转部分延伸超过阳端部2。运转部分包括粗糙度Ra为大约12.5μm-16μm的轧制表面。

设置在相对一侧的密封部件50在阳端部2的端部4附近与内部表面7接触。在所示的实施例中，阳端部2的端面为轴向止挡部5，该轴向止挡部5相对于径向平面稍微倾斜成大约20°角。机械加工的轴向止挡部5和主体1的轧孔8之间的连接由机械加工的内部表面7提供。所述内部表面7的轴向长度没有精确地限定，因为该表面能相对于机械加工的轴向止挡部5的窄公差而吸收主体1的孔8的宽公差。所述机械加工的内部表面的粗糙度Ra可在6μm和7μm之间，例如等于6.3μm；Ra的数值能借助糙度计测量，或借助粗糙度量规测量表面的视觉触觉比较来测量。在本示例中，所述内部表面7具有在轴向止挡部5附近的大致圆柱形部分和在孔8附近的锥形部分。密封部件50通过有效部分52与所述的机械加工的内部表面7接触，该有效部分52倒圆并向外以及稍微向下游突起。因此，有效部分52的突起表面54角度地定心在内部表面7的法线上。

图2中，示出的保护器10处于不具有该元件的理论状态。该图示的目的是为了更好理解保护器10的形式，但是在现实中不会发生。实际上，密封装置40的小直径部42可能趋于收缩。密封装置40的小直径部42处于自由状态时的直径小于主体1的外部表面的直径，小直径部42旨在与主体1的外部表面相互作用。直径差可约为2-20％，优选为2-10％，更优选为大约5％。

在图3所示的配置中，密封装置40的小直径部42向内弯折以与联接部20的下游部分24的孔接触。保护器10因此处于存储位置中，特别用于在没有元件时的长期存储。在图4所示的配置中，密封装置40的小直径部42弯折在大直径部41上，小直径部和大直径部的概念相对于图1至3是相反的。换句话讲，在有效位置确保与元件密封性的部分弯折到确保与联接部20密封性的部分上。该位置是临时的并允许容易将联接部20组装到元件的阳端部2上。一旦联接部20被组装，密封装置40的在这种情况下位于外部的部分将接着以与袜子弯折到自身上的方式相同的方式弯折，因此在实践中采用袜式密封的名称。依靠在该情况下为外部的该部分的弹性，借助于朝向主体1的外部表面滚轧连接部43或者可选地借助径向向外拉伸此处位于外部的该部分并将其带至主体1的外部表面上而实施弯折。

在如图5所示的实施例中，示出的在自由状态中的密封装置40具有外部表面和孔，该外部表面具有非常细微的锥形，该孔除肋部44外基本成圆柱形。密封装置40的厚度在上游方向上减小得非常少。

在如图6所示的实施例中，密封装置40的孔与前述实施例中的相似。外部表面在与肋部44相对的一端具有径向向外定向并在约10-20％的密封装置40的长度上轴向延伸的微小的额外厚度45。额外厚度45提供了小直径部42与主体1的外部表面接触的更大的夹紧，并因此提高了密封性。

在图5和6的实施例中，密封装置40可采用由Exxon Mobil制造的山都平(Santoprene)制成。

在图7至10所示的实施例中，密封装置40分别包括1至4个向外定向并轴向间隔的环状额外厚度45。每个额外厚度45具有的轴向方向的长度远小于图6的实施例中的上述长度，例如长度为密封装置40长度的约2-10％，同时在图8-10的实施例中借助基本等于它们轴向长度的轴向距离间隔。因此，在图7中，密封装置40包括带状部，该带状部向外地形成径向额外厚度45并在与主体1接触的小直径部42的自由端附近延伸。在图8的实施例中，密封装置40包括额外厚度45(相对于图7中的实施例的补充带状部)，额外厚度45与第一带状部间隔开区域46，区域46在自由状态等等中外径等于密封装置40的其余部分的外径，密封装置40对于图9和10中的实施例分别具有3个和4个额外厚度45、2个和3个区域46。

图11至14以与图1至4同样的顺序示出了另一个实施例。联接部20在该情况下包括具有外部表面25的下游部24，该下游部24是在上游侧的肩部26和下游侧的端面28之间延伸的回转圆柱。端面28在这种情况下为基本径向的。联接部20的上游部29包括端面32，环状槽部33设置在端面32中。环状槽部33具有基本径向底部、外侧的基本轴向边缘以及内侧的锥形边缘。联接部20的上游部29包括布置在槽部33的内部边缘和所述上游部29的孔30之间的近似径向表面。在槽部33的外部边缘和上游部29的回转圆柱形的外部表面之间，向外地设置了圆形表面，例如轮廓为半圆形的轧制边缘35的形式。

密封装置40在它的大直径部41上具有基本圆柱形的孔。在密封装置40和联接部20之间的确定连接一方面借助密封装置40的大直径部41在联接部20的下游部24的外部表面25上的夹紧而设置，该夹紧是由于密封装置40的弹性和在自由状态中的直径小于联接部20的下游部24的外部表面25的直径而形成的。密封装置40和联接部20之间的确定连接还借助包围所述部件的壳体或者外壳部60而设置。保护器10因此包括外部的外壳部60。外壳部60主要呈金属片管的一部分的形式，该金属片例如为镀锌钢板。外壳部60具有约1-2mm的厚度，例如1.3mm。外壳部60顺应中心部分21的外部表面和联接部20的上游部分29的形状。外壳部60基本延伸至与联接部20的下游部24的端表面32相同的水平。外壳部60的下游端部区域61被型锻并夹紧密封装置40的大直径部41。外壳部60的下游区域发生塑性变形，在联接部20上提供了密封装置40的永久夹紧力。外壳部60包括上游端部区域62，该上游端部区域62的形状与联接部20的环状轧制边缘35匹配。外壳部60包括向内弯折成半圆的上游端部区域62。外壳部60的上游端部区域62具有半环状的形状。外壳部60为一体的。在组装之前，外壳部60具有从上游端部延伸至下游半环状的圆筒形的主要部分。外壳部60因此螺纹连接在联接部20上，接着下游端部60被型锻从而在联接部20上夹紧密封装置40。

内部表面7在这种情况下为锥形的。锥形锥体相对于元件轴线的的角度例如在5°-20°之间。所述内部表面7的轴向长度没有精确的限定，因为锥形锥体能相对于机械加工的轴向止挡部5的窄公差而吸收主体1的孔8的宽公差。

图11至14中的实施例相对于图1至4中的实施例具有另外的区别，区别在于与阳端部2内部接触的密封部件50从联接部20的中心部分21和上游部分29之间的肩部34起始，同时相对于上游部分29的孔30径向地向外移动。密封部件50在此情况下包括基部51，该基部51具有连接到肩部34的锥形表面。

在图7至10和图15至18中的实施例中，密封装置40可采用氯丁橡胶制成。如图15所示的密封装置40具有回转圆柱形的孔和同样是回转圆柱形的外部表面，该外部表面远离带状部而紧邻下游端形成局部额外厚度45。该额外厚度为约0.4-1.2mm，优选为0.5-0.7mm，例如为0.6mm。

在如图16所示的实施例中，密封装置40包括两个形状和尺寸与在先图中相同的环状带状部或者额外厚度45，该环状带状部或者额外厚度45以接近于这两个带状部中的一个的轴向长度的距离轴向间隔开。

在图17的实施例中，密封装置40具有三个带状部或者额外厚度45。在图18的实施例中，密封装置40具有四个带状部或者额外厚度45。因为这些带状部具有局部的额外厚度，这对密封装置40的小直径部42在主体1的外部表面上的夹紧有局部加强，从而形成多个分级密封。降低了外来物体侵入的风险。

处于上游侧的有效密封部件50的有效部分52与元件的机械加工的内部表面环状接触。有效部分52的半径在1mm和3mm之间，优选地在1mm和2.5mm之间。密封部件50的基部51具有在1.5和3mm之间的厚度。密封部件50的基部51比与元件接触的功能部分要薄，因此允许唇缘轻微偏转，从而在它的整个周边上最好地配合机械加工表面。利用机械加工表面是特别有利的，该机械加工表面因为加工原因而存在，并且在连接件处于阳元件与阴元件组装的状态时是无效的。事实上，在密封性方面无效的机械加工的内部表面的任何轻微劣化使得还能保持连接件的密封特性。因此，棘手的劣化风险大大降低。

本发明不限于上述仅仅作为示例性的用于控制管状主轴的方法和设备的示例，而且涵盖了在下述的权利要求的范围内所属领域技术人员所能想到的任何变型。

Claims (15)

1.一种用于油井的钻探或者运行的管状螺纹连接件的元件的阳端部(2)的临时的保护器(10)，该阳端部(2)在外部具有至少一个螺纹(3)并包括自由端部(4)，该元件包括在阳端部(2)的下游的主体(1)，所述保护器(10)包括联接部(20)和密封装置(40)，该联接部(20)设置为用于保护所述自由端部(4)和所述外螺纹(3)的至少一部分，并具有能够与阳端部(2)的螺纹(3)接合的螺纹(23)，该密封装置(40)适于布置为一方面至少在位于阳端部(2)的所述外螺纹(3)的下游的部分中与所述元件接触，并且另一方面与所述联接部(20)接触，以提供所述外螺纹(3)的下游的密封，其特征在于：该密封装置(40)包括小直径部(42)和大直径部(41)，小直径部(42)的长度在20和80mm之间、并具有作为回转圆柱的孔，小直径部(42)具有内部密封表面(42a)，该内部密封表面能够与直径最大公差大于1％且粗糙度Ra大于10μm的主体(1)的外部表面密封地相互作用，大直径部(41)与小直径部(42)一体设置，该大直径部具有与联接部(20)的外部表面(25)密封地相互作用的内部密封表面(41a)，所述密封装置(40)在径向上具有弹性。

2.根据权利要求1所述的保护器，其中，小直径部(42)具有在2和8mm之间的厚度，大直径部(41)具有在2和8mm之间的厚度。

3.根据权利要求1或2所述的保护器，其中小直径部(42)的内部密封表面(42a)和大直径部(41)的内部密封表面(41a)由相同的材料制成，并且/或者小直径部(42)和大直径部(41)由相同的材料制成。

4.根据前述权利要求中任一所述的保护器，其中，大直径部(41)的内部密封表面(41a)与联接部(20)直接接触。

5.根据前述权利要求任一所述的保护器，其中，大直径部(41)的所述内部密封表面(41a)具有至少一个向内指向的环状肋部(44)。

6.根据前述权利要求任一所述的保护器，其中，密封装置(40)包括至少一个在小直径部上向外突出的环状的额外厚度(45)。

7.根据前述权利要求任一所述的保护器，其中，所述联接部(20)的所述外部表面(25)布置成与设置在所述联接部(20)的所述孔上的所述螺纹(23)具有一轴向距离，所述螺纹(23)包括4-10个螺纹，优选地包括5-8个螺纹。

8.根据前述权利要求任一所述的保护器，其中联接部(20)的所述外部表面(25)为回转圆柱。

9.根据权利要求1-8任一所述的保护器，其中联接部(20)的所述外部表面(25)和大直径部(41)的所述内部密封表面(41a)借助凸形和凹形的互补性而相互作用。

10.根据前述权利要求任一所述的保护器，包括至少部分围绕联接部(20)和至少部分围绕大直径部(41)的外壳部(60)，所述外壳部(60)包括在联接部(20)一端的折叠边缘以及与所述边缘相对的端部，该端部抵靠联接部(20)夹紧所述大直径部(41)。

11.根据前述权利要求任一所述的保护器，包括密封部件(50)，该密封部件与阳端部(2)的内部表面形成接触。

12.根据权利要求11所述的保护器，其中所述密封部件(50)包括环状唇缘(52)，该环状唇缘(52)与联接部(20)一体并具有超过至少90°的圆形表面。

13.根据权利要求11或12所述的保护器，其中所述密封部件(50)包括环状唇缘(52)，该环状唇缘朝向密封装置(40)轴向定向并朝向密封装置(40)径向定向，并且该环状唇缘由联接部(20)的与密封装置(40)轴向相对设置的壁部支撑。

14.用于油井的钻探或运行的管状螺纹连接件的元件，包括阳端部(2)，该阳端部(2)在外部设置有至少一个螺纹(3)并包括自由端部(4)，所述元件配备有组装在所述螺纹(3)上的根据前述权利要求任一所述的保护器(10)，所述小直径部(42)与所述元件至少在位于阳端部(2)的所述外螺纹(3)的下游的部分处密封接触。

15.根据权利要求14所述的元件，其中处于自由状态的小直径部(42)的直径小于安装有所述小直径部(42)的主体(1)的外部表面的直径，直径的相对差为2-20％，优选为2-10％，更优选地为大约5％。