CN113272515A - 用于在管状油气作业管柱中使用的钢管的公扣端部的保护装置 - Google Patents

Abstract

用于在管状油气作业管柱中使用的钢管(10)的公扣端部(20)的保护装置(1)，该装置(1)包括：圆柱形套筒主体(2)，该圆柱形套筒主体具有主轴线(X)并限定用于接收公扣端部(20)的内腔(5)；以及接合部(3)，其特征在于，该圆柱形套筒主体(2)在沿轴向分成至少两个壳体(7，8)，该至少两个壳体由结合部(4)保持在一起，并且接合部(3)构造成在预定的轴向力施加在第一或第二接合表面(9b，9h)上时使所述至少两个壳体(7，8)分开。

Description

用于在管状油气作业管柱中使用的钢管的公扣端部的保护 装置

技术领域

本发明涉及一种用于在管状油气作业管柱中使用的钢管的公扣端部的保护装置，以及一种配备有这样的保护装置的钢管。

背景技术

管状油气作业管柱一般由多根管一个接一个地附接构成。更具体地，用于油气井或类似井的管状油气作业管柱一般包括油管柱和数个套管柱。油管柱由多根容纳在套管柱内的完井管构成。套管柱由多根布置在井的钻孔内的套管组成。套管相较完井管具有更大直径横截面并且围绕完井管。在套管柱的下部部分中，套管也称为衬管。

管柱中的两根管可以用螺纹接头附接。用于将第一管连接至第二管的典型螺纹接头可以包括：形成在第一管的外周表面上的外螺纹部分，该外螺纹部分也设计为公扣端；以及形成在第二管的内周表面上的内螺纹部分。各螺纹部分协作以将第一管附接至第二管，从而形成螺纹接头。

另一种已知类型的螺纹接头可以包括用于附接第一管和第二管的接箍(couplingbox)。每个管包括管体，该管体在其两端部具有形成在外周表面上的外螺纹部分。第一管包括具有内孔的接箍，该内孔具有形成在该孔的内周上的内螺纹部分。接箍预先通过所述端部的外螺纹部分和所述接箍的内螺纹部分连接到钢管管体的一端。通过这种布置，第一管具有也设计为公扣端的外螺纹部分和具有内螺纹部分的接箍部分。第二管可以附接至第一管以形成作业管柱。

由管形成的管柱的坚固性一般取决于在形成螺纹接头的部件或部分上是否没有磨损。因此，已经提出了用于保护具有外螺纹部分和内螺纹部分的各管的螺纹部分的装置。

对于现场操作，需要在将管安装到井中之前先移除该装置。优选的是在将管安装到井中之前的最后阶段移除该装置。然后，不得不从管上拧下各保护装置。这些操作可能很耗时，并且需要还要管理各管的操作员的注意。因此，由于使用这样的装置而使作业管柱的安装过程变得更加复杂，并且在作业管柱的安装期间未对管的薄弱部位有所保护。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述缺点。

本发明的特定目的是改善现场操作，特别是涉及保护装置的处理操作的简易性和速度，同时能够在将管安装到井中之前的最后阶段移除保护装置。

顺便提及，本发明改进了使各管的端部更易于对准的入扣(stab)操作。

根据一个方面，本发明提供一种用于在管状油气作业管柱中使用的钢管10的公扣端部(male end portion)20的保护装置1，该装置1包括：圆柱形套筒主体2，该圆柱形套筒主体2具有主轴线X并限定了用于接收公扣端部20的内腔5；以及接合部3，其特征在于，圆柱形套筒主体2沿轴向分开成至少两个壳体7、8，壳体7、8通过结合部4保持在一起，并且接合部3构造成在预定的轴向力施加到第一或第二接合表面9b、9h上时使该至少两个壳体7、8分开。

根据一个方面，接合部3分成至少两个部分，接合部的每个部分附接到一个相应的壳体上，并且接合部3形成第一接合表面9b、9h，该第一接合表面是围绕轴线X旋转的倾斜表面。由第二管体施加在所述接合表面9b上的力将壳体彼此推开。

根据一个方面，第一接合表面9b、9h是关于轴线X的圆锥表面63、64的一部分，其中圆锥角在60°至120°之间，以便将轴向力传递和转换成径向力，从而有效地分离壳体。

根据另一方面，其中，第一接合表面9b是关于轴线X的圆锥表面63、64的一部分，其中圆锥角在120°至170°之间。

根据一个方面，第一接合表面9b在与圆柱形套筒主体相对的一侧上，以便传递由第二管施加的力。

根据一个方面，第一接合部3包括第二接合表面(9h)，该第二接合表面位于圆柱形套筒主体的那侧上，以便传递由安装有保护装置的第一管施加的力。

接合部3可以包括在第一内腔的延伸部中的第二内腔16。该保护装置可以包括可移除的帽盖，以封闭第二内腔16。

根据另一方面，圆柱形套筒主体2可以沿轴向分成两个半壳体7、8，所述两个半壳体具有斜接缝21以及包括由所述斜接缝21形成的两个狭缝的接合表面6。该保护装置是紧凑型的，但是需要与第二管或第二管的母扣端保护装置成角度对准。

根据一个方面，结合部可以包括钩71。钩71位于壳体的第一壁的边缘中，并且与壳体的第二壁的边缘中的对应凹槽72互锁。

壳体可以是塑料模制成型的，并且结合部可以是比壳体的壁薄的壁且构造成在对应于预定轴向载荷的预定径向载荷作用下断裂。

替代地或补充地，结合部可以由胶或壳体的壁之间的塑料焊接制成。壳体可以在两个壳体的两个相邻壁上包括开孔，并且所述结合部包括穿过开孔并围绕开孔扎绕的扎带。

根据一个方面，第一圆柱形套筒主体2在内表面上包括螺纹12。

本发明还涉及由根据本文所公开的任意实施方式的保护装置以及用于在管状油气作业管柱中使用的钢管10的母扣端部(female end portion)21的保护装置构成的组件，其特征在于，用于母扣端部21的保护装置包括致动表面22，该致动表面22构造成接触接合部3并施加超过预定阈值的力，使得壳体彼此分开。

本发明还涉及具有以下步骤的保护装置的用途：

——将所述保护装置安装在第一管体的公扣端上；

——使带有所述保护装置的所述第一管体降低而靠近第二管体23，使得所述保护装置通过接合部3与所述第二管体接触，并使所述半壳体7、8在由所述第二管体23或第一管体10施加在所述接合部3上的力的作用下分开。

根据一个方面，第二管体23可以配备有母扣端保护装置21，并且其中母扣端保护装置接触保护装置1的接合部3，从而使壳体7、8在所述母扣端保护装置或第一管体施加在所述接合部3上的力的作用下分开。

附图说明

通过研究借由非限制性示例给出并由附图示出的具体实施方式的详细描述，将更好地理解本发明及其优点。

图1是根据本发明一个方面的保护装置的立体剖视图。

图2是根据本发明第二方面的保护装置的立体剖视图。

图3是根据本发明的第三方面的保护装置的立体剖视图。

图4是根据本发明的第一方面的保护装置和根据本发明的一个方面的带有管子的组件的剖视图。

图5是根据本发明的第四方面的保护装置和根据本发明的第二方面的组件的立体图。

图6是根据本发明另一方面的保护装置的剖视图。

具体实施方式

参照图1和图4，示意性地示出了保护装置1。装置1旨在保护第一钢管或第一管体10(特别是完井钢管10)的端部。这样的管具有在存储、运输、搬运过程中需要保护的功能性表面(诸如密封部)。

保护装置1和管10相对于轴线X是整体轴对称的。

除非有相反的指示，否则措辞“轴向”、“轴向地”、“径向”、“径向地”将被理解为相对于装置1的竖直对称轴线而言，即相对于轴线X的方向而言。

第一管体10具有围绕轴线X的大致圆柱形的形状。第一管体10具有圆形的水平横截面。第一管体10在其下端的外周上包括外螺纹部分11。以类似的方式，第二管体23具有围绕轴线X的大致圆柱形的形状。第二管体23具有圆形的水平横截面。第二管体23在其上端的内周上包括内螺纹部分13。

保护装置1形成套筒主体2，该套筒主体2具有围绕轴线X的大致圆柱形的形状，该套筒主体2限定了内腔5。该套筒主体2在一侧上具有用于将第一管体10引入所述内腔5中的入口。所述套筒主体2可以具有形成在套筒主体2的内表面上并适于与第一管体10的外螺纹部分11配合的内螺纹部分14，使得可以通过旋拧到第一管体10上而安装保护装置。

图1的套筒主体2包括两个半壳体7和8。所述两个半壳体通过结合部4保持在一起。为了简化附图并且为了更好地理解，本发明的保护装置以两个半壳体示出。根据本发明的保护装置可以具有多于两个的壳体，特别是保护装置也可以具有三个或四个壳体。

保护装置可以是塑料的。可以用金属嵌件来增强塑料元件。保护装置可以模制成型。结合部4可以是连接各壳体的主壁的相邻边缘的薄壁。薄壁的厚度基于适合于使用保护装置的目的的断裂强度和要保护的管体的直径计算为使得需要预定力作用下应力断裂。当圆柱形套筒主体分成两个壳体时，可以有两个结合部，当圆柱形套筒主体分成三个壳体时，可以有三个结合部，当圆柱形套筒主体分成四个壳体时，可以有四个结合部。

结合部4也可以通过在各壳体的主壁的边缘之间放置胶来形成。该解决方案适合于保护装置的二次使用。可替代地，可以通过塑料焊接来实现结合部。

如图6所示，结合部可以是位于第一壳体的第一边缘上的钩71，该钩71与位于第二壳体的第二边缘上的凹槽72互锁。

图6的保护装置1包括四个壳体。具有由钩71和凹槽72制成的第一结合部和第二结合部，以及由连接壳体7、8的主壁的相邻边缘的薄壁73制成的第三结合部和第四结合部。

结合部可以包括扎带或束线带，并且壳体还包括在第一壳体中的第一通孔和在第二壳体中的第二通孔，所述扎带穿过并绕所述第一孔和第二孔扎绕。扎带设计成在预定的负载下断裂，并且易于更换以重复使用。

如图4所示，保护装置1旋拧在第一管10的下端上。保护装置还可以具有密封件15，该密封件15布置成与第一管体10的表面配合以保护第一管体10的端部的功能性表面。

根据本发明的第一方面，保护装置1具有接合部3，该接合部3位于套筒主体的与管体10的入口相对的端部处。接合部3可以用作缓冲器以承受在配备有保护装置1的管的运输或搬运期间可能发生的冲击。图1的接合部3构造成在预定的轴向力作用下将壳体彼此分开。该轴向力可以由第一管体10本身施加、由第二管体23直接施加或由安装在第二管体12的上端的第二保护装置间接地施加。该第二保护装置可以是母扣端保护装置40。

结合部4限定为在超过预定阈值的力下断裂。可以存在两个限定的阈值：第一阈值对应于要施加在第一或第二接合表面上的轴向力，而第二阈值对应于要施加的使结合部4断裂的径向力。

图1的接合部3包括接合表面9b，该接合表面9b大体上是绕轴线X旋转的倾斜表面。接合表面可以是凹面或凸面，但是具有使得能够将轴向力的一部分转换成径向力以使圆柱形套筒主体2的壳体彼此分开的总体倾斜度。接合表面9b可以是圆锥表面。图1的接合部3由两个接合部部分63、64制成。这两个部分可以是半部部分，每个部分分别与相应的半壳体7、8结合。这两个接合部部分63、64的尺寸可以不相等，但是每个都必须附接到相应的半壳体7、8。当有多于两个的壳体组成圆柱形套筒主体时，每个壳体都应附接到不同的接合部部分，以提高壳体分开的可靠性，即使对于每个壳体可能有不止一个接合部部分也可以。

根据一个方面，图1的接合表面9b是圆锥表面，其圆锥角在60°至120°之间。这意味着圆锥的母线相对于轴线X具有30°至60°之间的角度。采用这种构造，接合表面9b和接合部3可以从套筒主体2的外表面径向向外延伸，这种构造由于没有增加圆柱形套筒主体的壁厚而获得保护装置上重量和材料方面的益处。

在图2中，根据第二方面的保护装置与第一方面的保护装置的主要区别在于对于图2的保护装置而言接合表面9b的圆锥表面的角度减小为90°。保护装置的体积在轴向上更大，但是它允许将施加到接合表面9b上的轴向力更高地转换成将两个半壳体7、8分开的径向力。

在图3中，根据本发明的第三方面的保护装置与第一方面的保护装置的主要区别在于接合表面9b的圆锥表面的角度增加。该角度在150°至175°之间。接合表面9b是位于接合部的与圆柱形套筒主体2相对的一侧上的第一接合表面9b。图3的保护装置包括位于接合部的上侧的第二接合表面9h，该上侧在圆柱形套筒主体2侧上。第二接合表面9h的功能是在第一管10自身施加的力的作用下将圆柱形套筒主体2的壳体分开。当在降低第一管体10和保护装置1的组件的过程中保护装置10被第二管体23阻塞时，第一管体10通过其自重可以在第二接合表面9h上施加压力，第二接合表面总体上是斜向的并构造为使两个壳体彼此分开。第二接合表面9h可以是圆锥形表面、凸面或凹面，并且可以相对于轴线X具有在30°至60°之间的取向。

即使具有位于接合部的上侧的第二接合表面9h，也不是绝对需要第一接合表面，但是在接合部的下侧具有第一接合表面9b的好处是有助于启动壳体的分开，尤其是为了克服在使壳体分开时螺纹12的干扰则更是如此。

而且，根据任意实施方式的保护装置可以具有如图3所示的内部接合表面9h。该内部接合表面9h构造成当第一管体10与管列中的要安装第一管体10的第二管体对准时在由第一管体10施加的轴向力(如在入扣操作下的第一管体施加的轴向力)的作用下使壳体分开。内部接合表面9h改善了壳体上的分开效果。

需要施加在接合表面9b、9h上的轴向力可以由图4所示的母扣端保护装置21施加。母扣端保护装置21可以具有致动表面22。有利地，致动表面22可以与接合表面互补。例如，当接合表面是圆锥凹面时，致动表面22可以是圆锥凸面，并且所述圆锥表面可以具有与圆锥凹角表面的角度基本相等的角度。以此方式，由母扣端保护装置施加在接合表面上的轴向力被有效地传递。

致动表面22可以位于与第二管23的端部装配在一起的钢环上。

当第一管10在现场被处理而与第二管23组装时，其被竖直地带到第二管12的上方，然后降低，使得第一管10的第一连接部入扣到第二管23的第二端。对于这种入扣操作，需要将连接部从它们的保护装置中脱出。本发明的与第一管10相关联的保护装置形成了不需要操作员进行冗长的手动操作以通过旋松来移除保护装置的组件，并且该保护装置可以在最后一刻被移除。因此，本发明还涉及根据本文中描述的任意实施方式的保护装置与管形成的组件。

本发明还涉及根据本文中任意实施方式的这样的第一保护装置的用途，该第一保护装置处于安装在第一管10上的第一状态，然后降低第一管10与第一保护装置形成的组件以入扣到第二管体23上，使得保护装置接触第二管12或安装在第二管12上的第二保护装置，进而第一保护装置的壳体在由第二管、或第二保护装置、或第一管在第一保护装置的接合部上施加的力的作用下彼此分开。

根据本发明的保护装置的优点在于，即使其提供了快速现场拆卸的特定特征，也可以由操作员以传统的方式对其进行操作，也可以在制造管之后或者在检查管或管端之后通过旋拧而安装。操作员在现场入扣时可以不对装置采取任何动作。

图5上的保护装置的特定实施方式包括接合部3，接合部3具有分成两个部分的接合表面51，接合表面在壳体的结合边缘的延长部分中包括斜接缝52。斜接缝52是相对于轴线X定向为30°至60°的表面。该实施方式的此优点是保护装置的紧凑性，但是它要求保护装置与致动器(诸如母扣端保护装置53的致动表面54)成角度地对准。

Claims (18)

1.一种用于在管状油气作业管柱中使用的钢管(10)的公扣端部(20)的保护装置(1)，所述保护装置(1)包括：圆柱形套筒主体(2)，所述圆柱形套筒主体具有主轴线(X)并限定用于接收所述公扣端部(20)的内腔(5)；以及接合部(3)，其特征在于，所述圆柱形套筒主体(2)沿轴向分成至少两个壳体(7、8)，所述至少两个壳体由结合部(4)保持在一起，并且所述接合部(3)构造成在预定轴向力施加在第一接合表面或第二接合表面(9b，9h)上时使所述至少两个壳体(7、8)分开。

2.根据权利要求1所述的保护装置(1)，其中，所述接合部(3)分成至少两个部分，所述接合部的每个部分附接到一个相应的壳体，并且所述接合部(3)形成第一接合表面(9b，9h)，所述第一接合表面是绕所述主轴线X旋转的倾斜表面。

3.根据权利要求2所述的保护装置(1)，其中，所述第一接合表面(9b，9h)是圆锥角在60°至120°之间的、关于所述主轴线(X)的圆锥表面(63，64)的一部分。

4.根据权利要求2所述的保护装置(1)，其中，所述第一接合表面(9b)是圆锥角在120°至170°之间的、关于所述主轴线(X)的圆锥表面(63，64)的一部分。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述第一接合表面(9b)在与所述圆柱形套筒主体相对的一侧上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的保护装置(1)，其中，第一接合部(3)包括位于所述圆柱形套筒主体那侧的第二接合表面(9h)。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述接合部(3)包括在第一内腔的延伸部中的第二内腔(16)。

8.根据权利要求7所述的保护装置(1)，其中，所述保护装置包括可移除的帽盖，用以封闭所述第二内腔(16)。

9.根据权利要求1所述的保护装置(1)，其中，所述圆柱形套筒主体(2)沿轴向分成两个半壳体(7，8)，所述两个半壳体具有斜接缝(21)，并且所述接合表面(6)包括由所述斜接缝(21)形成的两个狭缝。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述结合部包括钩(71)。

11.根据权利要求10所述的保护装置(1)，其中，所述钩位于所述壳体(7，8)的第一壁的边缘中，并且与所述壳体的第二壁的边缘中的相应的凹槽互锁。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述壳体是塑料模制成型的，并且所述结合部是比所述壳体的壁薄的壁且构造成在对应于所述预定轴向载荷的预定径向载荷下断裂。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述结合部由壳体的壁之间的塑料焊接或胶制成。

14.根据权利要求1至9中任一项所述的保护装置(1)，其中，所述壳体包括在两个壳体的两个相邻壁上的开孔，并且所述结合部包括穿过所述开孔并围绕所述开孔扎绕的扎带。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的保护装置(1)，其中，第一圆柱形套筒主体(2)包括位于内表面上的螺纹(12)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的保护装置与用于钢管(10)的母扣端部(21)的保护装置形成的组件，所述钢管用于在管状油气作业管柱中使用，其特征在于，用于所述母扣端部(21)的保护装置包括致动表面(22)，所述致动表面构造为接触所述接合部(3)并施加超过预定阈值的力而使得所述壳体彼此分开。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的保护装置的用途，其具有以下步骤：

——将所述保护装置安装在第一管体的公扣端上；

——降低带有所述保护装置的所述第一管体而靠近第二管体(23)，使得所述保护装置通过所述接合部(3)接触所述第二管体，从而使所述半壳体(7，8)在所述第二管体(23)或第一管体(10)施加在所述接合部(3)上的力的作用下分开。

18.根据权利要求17所述的保护装置的用途，其中，所述第二管体(23)配备有母扣端保护装置(21)，并且其中所述母扣端保护装置接触所述保护装置(1)的所述接合部(3)，从而在由所述母扣端保护装置或第一管体在所述接合部(3)上施加的力的作用下使所述半壳体(7，8)分开。

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