CN113167104A - 吊装管塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及吊装管塞(10)，用于吊运油气开采井中的管柱，吊装管塞制成为单体件并由石油开采平台的起重机的钳夹部进行操纵，吊装管塞具有拧紧在管柱上的主体(12)，该主体具有两个外部凸缘(14,15)，即上部凸缘(14)和中间凸缘(15)，这些凸缘使得起重机的钳夹部可布置在这两个凸缘之间，上部凸缘形成支承所述钳夹部的凸肩(19)，中间凸缘具有装卸吊装管塞的装卸孔(24)，可穿过主体插入轴，轴通到中间凸缘的两个不同的点，因此，吊装管塞可由所述轴驱动转动，同时保持接合在钳夹部中。

Description

吊装管塞

技术领域

本发明涉及吊装管塞，其用于与石油钻井平台的起重机接合，以便管件彼此装卸和组装，形成用于碳氢化合物井的钻井和/或开采的管柱。起重机是石油钻井平台的基本设备之一，尤其在标准API 8B和8C中述及。

背景技术

所谓用于碳氢化合物井的钻井和/或开采的管件，是指任何基本上呈管形的构件，适于装配至另一个基本呈管形的构件，尤其是进行螺纹连接，构成钻杆系统，用于或者钻碳氢化合物井，或者形成井的维护或开采的海下上行管柱，或者套装井管柱，或者套装井开采中使用的生产管柱。本发明的吊装管塞还可用于井中重物下放。

在装配钻杆系统时，必须从井上随时添加管件。因此，已经组装好的管形成钻杆系统的开始部分，保持在井中，增加的管露在井外。在井附近，存在管件贮存处，管件加入钻杆系统形成管柱。本发明旨在便于钻杆系统加装附加管件。

特别是，本发明涉及吊装管塞，其由碳氢化合物井钻井和/或开采平台上的起重机进行操纵。实际上，为了形成管柱，吊装管塞安装在平放管贮存处的管件上。管3个3个地进行组装，形成具有三个管的部分，然后垂直贮存。吊装管塞便于装卸用于形成具有三个管的部分的独立管。为使管件移动，吊装管塞接合在起重机的钳夹部中，然后，该起重机操纵由固定在管件上的吊装管塞形成的装置移动。起重机可在已经处于井中的钻杆系统之上具有该新的管件，其为具有三个管的部分。新管件由螺纹连接面旋于钻杆系统。在这种螺纹连接之后，起重机可将整个钻杆系统下放到井中，以致钻杆系统下放到平台高度，以便松开吊装管塞。

在使用吊装管塞时，吊装管塞必须支承其拉力等同于管的重量、具有三个管的部分的重量、还等同于整个钻杆系统的重量的载荷。

管件的每个直径相应于一个具体吊环。实际上，为了能够安装在管件上，吊装管塞必须具有与该管件的螺纹部互补的螺纹部。实际上，待装配管件直径越大，吊装管塞直径越大。另外，因为该吊装管塞必须接合在起重机的钳夹部中，承受钳夹部处的张力或压缩力以及与待移动管件的重量有关的张力，该吊装管塞最好用钢制成，具有所要求的机械性能。例如，吊装管塞用符合欧洲标准EN10027的低合金钢制成。

按照石油钻井平台上操作人员的安全标准，建议载荷必须由不超过一定体重的操作人员进行操纵。不过，对于某些直径尺寸，吊装管塞的重量超出所需限制。因此，必须用专用于辅助装卸吊装管塞的工具装备平台，或者直接使用可在平台上操纵的起重机。但是，当操作人员要使用起重机时，现有技术的吊装管塞需要起重机钳夹部的操纵次数多于吊装管塞的操纵次数。

例如，一个新管件在钻杆系统上进行螺纹连接结束时，钳夹部必须释放吊装管塞，以便与管件分离。当吊装管塞与管件分离时，必须使用其他装卸设备，例如托盘运输车，使之重新移动。处于一个新管件处时，吊装管塞旋紧，然后，仅起重机钳夹部围绕吊装管塞进行布置。

如果该方法按石油钻井平台上的安全标准实施，那么，手操作时间长，操作次数多，成本高。每次操作都具有危险性，根据统计，故障发生率很大。因此，存在一种需求，要缩短操纵时间，特别是减少操纵次数。存在一种需求，要缩短时间，降低钻杆系统的装配成本。

发明内容

本发明旨在提出一种解决所述问题的方案，提出一种吊装管塞，其能安装和拆卸待移动管件，同时保持接合在起重机的钳夹部中。为此，本发明涉及一种吊装管塞，吊装管塞，其用于吊运油和/或气开采井中的管柱，吊装管塞具有主体以及在该主体的一轴向端部处的螺纹部，螺纹部用于与管柱的管件的螺纹部分通过拧紧进行配合，主体具有适于布置在石油开采平台的起重机的钳夹部中的圆柱形表面，主体具有两个外部凸缘，即上部凸缘和中间凸缘，使得主体的圆柱形表面布置在两个外部凸缘之间，上部凸缘形成凸肩，起重机的钳夹部能支承在凸肩上，其特征在于，中间凸缘具有装卸吊装管塞的装卸孔，装卸孔允许穿过主体插入一杆，所述杆通到中间凸缘的两个不同的点。

有利地，装卸孔可具有第一孔口，第一孔口相对于主体的纵向轴线径向通向外部。优选地，装卸孔可具有第二孔口，第二孔口相对于主体的纵向轴线径向通向外部，该第二孔口与第一孔口沿直径相对地布置。

特别是，上部凸缘相对于主体的纵向轴线可布置在吊装管塞的主体的与邻接螺纹部的端部对置的第二端部。

更准确地说，中间凸缘可布置在圆柱形表面与螺纹部之间。

优选地，圆柱形表面的外径可等于吊装管塞拧紧在其上的管件的外径，尤其是可等于远离该管件的螺纹端部的该管件的标称外径。根据用途考虑所述标称外径远离该管件的螺纹端部，英文为“标称管体外径”。

有利地，主体可以是中空的，并且由两个纵向端部贯通。这种布置减轻吊装管塞的装卸重量，必要时，便于泥浆流通。

为了限制起重机钳夹部围绕吊装管塞的操作次数，上部凸缘的凸肩与中间凸缘的对着该凸肩的环形表面之间的距离，大于螺纹部的轴向长度，特别是螺纹部的该轴向长度的至少1.5倍。

优选地，吊装管塞可制成为单体件，尤其可由坯件机加工而成。

根据一种优选实施方式，螺纹部可形成在主体的外表面的外周边上。

附图说明

根据下面对附图所示的作为非限制性实施例给出的几种实施方式的详细说明，本发明将得到更好的理解，附图如下：

图1示意地示出石油钻井平台的设备，尤其是管件装配于勘探井或生产井的管柱时的设备；

图2以透视图示出本发明的吊装管塞的一种实施方式；

图3是图2所示吊装管塞的纵剖面图；

图4是图2所示的吊装管塞保持于管件且接合在起重机中的纵剖面图。

具体实施方式

图1示意地示出管柱1也称为钻杆系统1在井2中安装时的石油钻井平台。钻杆系统的开始被保持部件如锁定板3保持在井2中。在钻杆系统深度插入期间，井2在钻杆系统内供以下行泥浆流4，在钻杆系统与井壁之间供以上行泥浆流5。

在井附近，存在管件8的贮存处6，管件必须相继添加到钻杆系统1，以形成井2的钻井和/或开采的有效管柱。石油钻井平台配有可使贮存处6的管件陆续加装于管柱1的装置。平台尤其具有拧紧扳手7，允许驱动管件旋转，使管件拧紧在由锁定板3保持的钻杆系统1上。

特别是，本发明涉及吊装管塞10，吊装管塞通过平台的起重机11操纵。实际上，为了形成管柱1，吊装管塞安装在贮存处6的一个管件8上，一旦获取该管件8上，起重机11就与该吊装管塞10配合，以使管件朝形成的管柱1移动。管件8还可称为钻杆8或者管8。

根据本发明的一种实施方式，吊装管塞10具有一个具有纵向轴线X的中空的管形主体12。优选地，主体12用钢制成。

在图2和3所示的实施例中，管形主体12在其一部分外周边上配有螺纹部13。在这种情况下，吊装管塞用于与在其内周边上配有螺纹端部的管件8通过拧紧进行配合。管件8例如是一个钻杆，在朝向地面的一端具有阳螺纹部，在另一端配有阴螺纹部。因此，我们说管柱具有完整的接头。可选地，管件可以是由钻杆组成的组合件，在朝向地面的一端具有仰螺纹部，在其另一端配有另一个阳螺纹部，所述另一个阳螺纹部已经旋入一个在内周边的两个端部分别配有阴螺纹部的套管中。因此，我们说，管柱具有T和C型接头，由钻杆和套管连接而形成。

在一个未示出的实施例中，可选地，主体12在其内周边上配有螺纹部，用于与一个管件的阳螺纹端部进行配合。

主体12具有一条回转轴线X。在所示的管形主体12具有外螺纹部13的实施例中，主体12具有被螺纹部13超出的一个截锥形部分26。在一个未示出的实施例中，表面26不是截锥形，而呈圆柱形，因此，螺纹部13布置于该圆柱形表面。表面26由通过螺纹部13的螺纹底部的封壳表面加以限定。螺纹部13通过机加工而成。主体12在螺纹部13处具有内径沿轴线X不变的一个内圆柱形表面40，以确保吊装管塞与其所拧紧的一个钻杆之间形成的连接的关键部分。实际上，吊装管塞可用于提升一个由数十个乃至数百个钻杆构成的管柱1，吊装管塞与管8之间如此形成的连接必须允许抓夹这些载荷。

内表面40的内径等于管8在螺纹部分处的内径。实际上，如果管8具有连接内径Y，制造允差为+α1和/或-β1，那么，圆柱形表面40的内径根据与管的允差相同的允差进行机加工，即内径为Y-β1至Y+α1。优选地，圆柱形表面40的内径小于或等于Y，以致圆柱形表面40的内径例如为Y-β1至Y。

主体12具有分别在管形部分16的两侧径向向外延伸的上部凸缘14和中间凸缘15。上部凸缘14限定正交于轴线X的边缘17，边缘17限定主体12的第一轴向端部。根据所示的实施方式，边缘17限定主体12的一个轴向端部。螺纹部13机加工直至相对于轴线X与边缘17相反的第二轴向端部27。主体12在其两个轴向端部17和27之间的轴向长度约为800毫米，例如为500至1200毫米之间

上部凸缘14和中间凸缘15是外部凸缘。管形部分16沿轴线X，从上部凸缘14至中间凸缘15，具有相同的内径。管形部分16的外径随管8的标称外径而变化。实际上，如果管具有标称外径X，制造允差为+α2或-β2，那么，管形部分16的外径的制造允差与管8的制造允差相同，即外径在X-β2至X+α2之间。优选地，管形部分16的外径可大于或等于X，尤其为X至X+α2。

管形部分16限定外圆柱形表面18，使得该管形部分16的壁厚在两个凸缘14和15之间保持不变。管形部分的内径例如保持不变并等于凸缘14和15处的内径。

上部凸缘14的外径例如至少为管形部分16的外径的105％。上部凸缘14沿轴线X的长度约为80毫米至120毫米。

上部凸缘14具有一个垂直于轴线X的、由边缘17形成的表面，以及在上部凸缘14与管形部分16的外圆柱形表面18之间的凸肩19。圆柱形周边20在边缘17与凸肩19之间延伸。

一个钳夹部30通过枢轴32保持在吊具31中，它们一起形成起重机11的一部分。该钳夹部30用于围绕管形部分16安装。可选地，如图4所示，该钳夹部30不与外圆柱形表面18接触，而与凸肩19接触。因此，主体12由起重机操纵，通过支承在钳夹部30上进行悬置。因此，上部凸缘14配置成承受其所固定的一个管件的牵引重量，以确保移动。

中间凸缘15的外径例如为管形部分16的外径的至少105％。中间凸缘15沿轴线X的长度约为50.8毫米至76.2毫米。

中间凸缘15的外径等同于上部凸缘14的外径。中间凸缘15沿轴线X的轴向长度小于上部凸缘14的轴向长度。

中间凸缘15具有两个环形表面21和22，两个环形表面垂直于轴线X，由中间凸缘15的中间圆柱形周边23进行连接。环形表面21相对于凸肩19。中间圆柱形周边23限定中间凸缘15沿轴线X的长度。

中间凸缘15具有装卸孔24，装卸孔具有的第一孔口24a在中间圆柱形周边23处径向通向外部。在内圆柱形周边40处装卸孔24通过另一个孔口24b穿过且还径向通向内部。

该装卸孔用于接纳一个装卸杆。根据装卸杆的截面，调节装卸孔的截面。实际上，在所示的实施例中，装卸孔24的截面、和因而通贯的孔口24a与24b的截面是圆形的。特别是，孔口24a和24b的直径在20至30毫米之间。

如图3所示，装卸孔24具有第二孔口24c，第二孔口相对于主体的纵向轴线径向通向外部，该第二孔口24c沿直径方向与第一孔口24a相对布置。

优选地，装卸杆用于通过沿直径相对的两个孔口24a和24c穿过主体12，因此，装卸孔24还通过相对着孔口24b的第四孔口24d进行连通。孔口24a、24b、24c和24d的这种布置，可使装卸杆与主体12之间的压力接触点良好分布。孔口24a、24b、24d和24c的截面例如是相同的。

中间凸缘15的环形表面21与凸肩19相距一段距离d1，该距离d1是螺纹部13的轴向长度d2的100至1000％，优选是长度d2的至少150％。例如，该距离d1在300至400毫米之间。这种布置尤其可在吊装管塞10相对于新增加于钻杆系统1的管8进行拧松操作时，围绕部分16保持钳夹部30。高度d1尤其大于或等于起重机钳夹部的高度与螺纹部13的轴向长度d2之和。

为了松开吊装管塞，钻杆系统下放，锁定板3围绕增加的新管8压紧接合。因此，吊装管塞位于该锁定板的高度，位于人的高度，以便通过一个装卸杆进行操纵。在通过装卸杆手动拧松时，吊装管塞相对于管8和锁定板3轴向上升。钳夹部30保持悬置于吊具31，钳夹部30相对于锁定板4保持在不变的高度。在其松开过程中，吊装管塞10相对于钳夹部升高。中间凸缘可限制钳夹部30的轴向位置，从而避免围绕吊装管塞10接合的钳夹部30损坏螺纹部13。

主体12在螺纹部13与中间凸缘15之间具有一个非螺纹环形部分25。这里，该非螺纹环形部分25位于螺纹部13与中间凸缘15的环形表面22之间。该非螺纹环形部分25可延长吊装管塞的使用期限，提供一个可再机加工一个新螺纹部13的材料区域。因此，机加工的新螺纹部13较靠近中间凸缘15。

借助于本发明的吊装管塞，可使螺纹部13啮合在一个互补螺纹部中，而吊装管塞保持在起重机的钳夹部30中。实际上，由于吊装管塞支承在钳夹部上，这种支承容许驱动吊装管塞相对于钳夹部进行转动。吊装管塞的驱动转动借助于插入在装卸孔24中的装卸杆手动进行，这种转动可使螺纹部13螺纹连接在一个待操纵或待加装于管柱的管的一个互补螺纹部分中。

实际上，螺纹部13与待操纵的管的螺纹部分相兼容，但是，螺纹部的型面设计成螺纹部分的型面的凹形，以避免在吊装管塞拧紧在管上时发生卡住的现象。特别是，螺纹部13的螺纹的侧面、顶部和底部的尺寸确定成，与待操作的管的螺纹部分不形成干涉。相反，螺纹部13的螺距相应于待操作的管的螺纹部分的螺距。

实际上，吊装管塞必须不损坏螺纹部分的表面，螺纹部分的表面设计成与一个管的一互补螺纹部分发生干涉，以形成一个钻杆系统。在待操作的管上设置的螺纹部分规定了用于形成密封尤其是金属-金属型密封的表面，吊装管塞设计成使得吊装管塞没有与这种密封表面接触的表面。例如，吊装管塞可设计成没有任何表面径向地对着这种密封表面。

在整个说明书中，除非另有说明，否则，用语“具有一个”应视为“具有至少一个”。

Claims (10)

1.吊装管塞(10)，其用于吊运油和/或气开采井中的管柱，吊装管塞具有主体(12)以及在该主体的一轴向端部(27)处的螺纹部(13)，螺纹部用于与管柱的管件的螺纹部分通过拧紧进行配合，主体具有适于布置在石油开采平台的起重机(11)的钳夹部(30)中的圆柱形表面(16)，主体具有两个外部凸缘(14,15)，即上部凸缘(14)和中间凸缘(15)，使得主体的圆柱形表面布置在两个外部凸缘之间，上部凸缘形成凸肩(19)，起重机的钳夹部能支承在凸肩(19)上，其特征在于，中间凸缘具有装卸吊装管塞的装卸孔(24)，装卸孔允许穿过主体插入一杆，所述杆通到中间凸缘的两个不同的点(24a,24b,24c,24d)。

2.根据权利要求1所述的吊装管塞，其特征在于，装卸孔(24)具有第一孔口(24a)，第一孔口相对于主体的纵向轴线径向通向外部。

3.根据权利要求2所述的吊装管塞，其特征在于，装卸孔具有第二孔口(24c)，第二孔口相对于主体的纵向轴线径向通向外部，该第二孔口与第一孔口(24a)沿直径相对地布置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，上部凸缘相对于主体的纵向轴线(X)布置在吊装管塞的主体的与邻接螺纹部的端部(27)对置的第二端部(17)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，中间凸缘(15)布置在圆柱形表面(16)与螺纹部(13)之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，圆柱形表面(16)的外径等于吊装管塞拧紧在其上的管件的外径，尤其是等于远离该管件的螺纹端部的该管件的标称外径。

7.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，主体是中空的，并且由两个纵向端部贯通。

8.根据权利要求7所述的吊装管塞，其特征在于，上部凸缘的凸肩(19)与中间凸缘的对着该凸肩的环形表面(21)之间的距离(d2)，大于螺纹部(13)的轴向长度(d1)，特别是螺纹部的该轴向长度(d1)的至少1.5倍。

9.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，吊装管塞制成为单体件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的吊装管塞，其特征在于，螺纹部(13)形成在主体的外表面(26)的外周边上。

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