CN114829735A - 用于管状烃柱中所使用的钢管的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于钢管(20)的装置(10)，所述装置被设计成固定于所述管的部分(22)上，所述管被用于管状烃柱中，所述装置包含：大致圆柱形的外壳(11)，所述外壳沿着纵向轴线(A1)延伸并且被设计成包围第一钢管(20)的箱部分(22)，并且所述外壳形成开口环，以使得周向间隙存在于所述外壳(11)的两个自由端(11c，11d)之间；以及锁定机构(16)，所述锁定机构在所述周向间隙附近固定至所述外壳(11)并且被构造成在锁定位置中使所述外壳的所述自由端更靠近于彼此。

Description

用于管状烃柱中所使用的钢管的装置

技术领域

本发明涉及用于金属管的装置的领域，所述金属管旨在用于石油和天然气应用、能源应用或存储应用(比如操作烃井、地热或碳捕获)的管状柱中使用，并且更具体地，涉及线缆夹紧装置。

本发明特别地涉及一种用于支撑至少一根线缆的夹紧装置，特别地涉及一种用于旨在管状烃柱中使用的金属管的箱部分的夹紧装置。

本发明还涉及一种配备有这样的夹紧装置的金属管。

背景技术

管状烃柱或作业管柱通常由附接在一起的多个管组成。更具体地，用于烃井或类似的井的管状烃柱通常包括油管管柱和几个套管管柱。油管管柱由容置于套管管柱内的多个完井管组成。套管管柱由布置于井的钻孔内的多个套管组成。套管具有比完井管的横截面直径更大的横截面直径并且包围所述完井管。在套管管柱的下部部分中，套管也被称为衬管。

在钻井、生产、和/或油井维修作业期间，需要套管管柱来维持井眼稳定性、防止含水砂的污染、以及控制井压力。

套管和完井管由钢制成，并且可以根据用于标准套管和油管的API标准规范5CT或5CRA不受限制地制成。例如，钢为L80级、P110级或Q125级标准中的一种。

管柱的两个管可以通过螺纹接头或连接件附接。用于将第一管连接至第二管的典型的螺纹接头可以包含形成于第一管的外周边表面上的阳螺纹部分(也被称为销端)，以及形成于第二管的内周边表面上的阴螺纹部分(也被称为箱端)。螺纹部分配合以便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含用于附接第一管和第二管的联接箱(coupling box)。每个第一管和第二管包含这样的管：所述管在它的两端处具有形成于外周边表面上的阳螺纹部分(也被称为销端)。所述第一管包含具有内部孔的联接箱，所述内部孔设置有形成于所述孔的内周边上的阴螺纹部分。所述联接箱通常借助于钢管的一个端的阳螺纹部分和所述联接箱的阴螺纹部分而预先连接至所述钢管的所述一个端。通过这种布置，所述第一管具有阳螺纹部分(也被称为销端)以及带有阴螺纹部分的联接箱部分。所述第二管可以借助于所述第二管的阳螺纹部分以及所述联接箱的阴螺纹部分而附接至所述第一管。

这样的螺纹管状连接件受到可能在强度或方向上变化的应力的各种组合，例如轴向拉力、轴向压缩力、内部压力弯曲力、扭转力等等。因此，螺纹管状连接件通常被设计成支持这些应力、承受破裂并且提供紧密密封。

因此，管的管柱的坚固性通常依赖于形成螺纹连接件或接头的部件或部分上不存在磨损。因此，已经提出用于保护具有阳螺纹部分和阴螺纹部分的管的螺纹部分的装置。

对于现场作业，需要在将管安装于井中之前移除保护装置。优选地，在将管安装于井中之前的最后的阶段移除保护装置。因此，必须将所述保护装置从所述管拧松卸下。这些操作特别耗时，并且必须管理所述管的操作者需要特别地留意。因此，使用已知的保护装置使得柱的安装过程更复杂，并且在柱的安装期间，管的薄弱点没有得到保护。

此外，当将第二管的阳螺纹部分安装至第一管的阴螺纹部分中时，通常使用入扣引导件(stabbing guide)。在将第二管的端插入至第一管的端中之前由操作者定位这样的入扣引导件，然后在将第二管拧入第一管中之前移除所述入扣引导件。这样的操作也增加柱的安装的操作时间。

而且，管状烃柱可能被安装于岸上或海上钻井环上，并且它们可以被用来支撑电缆以便为比如泵、安全阀以及其它井下设备的潜水设备提供动力。通常使用被称为夹具的工具来容置这样的电缆。这些夹具通常被安装于管上、特别地安装于箱式联接件上，并且通常需要多个操作者。因此，在钻机上将这样的夹具安装于柱的所有箱式联接件上是耗时的，从而导致昂贵的操作。

因此，需要减少柱的安装时间，所述安装时间也被称为“关键路径活动(criticalpath activity)”。

事实上，所述关键路径活动目前为大约每根管200秒，考虑到钻机的日租金的高成本，这导致昂贵的安装操作。

本发明的目的是克服上述缺点。

发明内容

本发明的特定目的是改善现场操作，特别地鉴于降低柱的管在钻机上的安装过程所需的时间而改善涉及操作横断夹紧(cross-clamping)装置的操作的简易性和速度。

本发明还可以集成入扣引导件，所述入扣引导件使管的端部的对准更容易且更快速。

根据另一个方面，本发明的另一个目的是改善在管的安装过程期间对管的用来形成螺纹接头的联接箱部分的保护。

根据本发明的一个方面，提出一种用于第一钢管的装置，所述装置被设计成固定于所述管的一部分上，所述管被用于管状烃柱中，以用于能源应用和存储应用，比如操作烃井、地热以及碳捕获。所述装置包括：

-大致圆柱形外壳，所述大致圆柱形外壳沿着纵向轴线延伸并且被设计成包围、保护和/或引导所述第一钢管的所述部分，所述外壳形成小于360°的开口环，以使得周向间隙存在于所述外壳的两个自由端之间；以及

-锁定机构，所述锁定机构在所述周向间隙附近固定至所述外壳并且被构造成在锁定位置中使所述外壳的自由端更靠近于彼此，从而将所述装置牢固地固定于所述第一管上。

有利地，所述锁定机构包括锁定杆，所述锁定杆可枢转地安装于所述外壳上并且被构造成在解锁位置与锁定位置之间旋转，在所述解锁位置中，所述锁定杆径向地远离所述外壳，在所述锁定位置中，所述锁定杆朝向所述外壳旋转。

例如，所述锁定机构被进一步构造成在所述锁定位置中、在使所述外壳的自由端更靠近于彼此的同时夹紧至少一根线缆。

所述线缆可以为电缆、电信线缆、控制线、液压线缆、光缆、化学注射线缆或任何其它线缆。

所述锁定杆可以被设计成在所述锁定位置中夹紧所述至少一根线缆。

所述锁定机构因此被构造成在所述锁定位置中减小所述外壳的周向间隙。

例如，所述外壳的径向横截面形成小于360°的、例如在320°与359°之间的范围内的圆弧。

此外，由于根据本发明所述的装置，不需要工具来将所述装置固定于对应的管上，并且不需要工具来夹紧所述线缆，以使得管的关键路径活动或安装时间显著地减少，例如大约3秒至5秒，这使得安装操作的成本显著地降低。

所述装置可以在在钻机上进行操作之前安装并且不会妨碍对管的处理。

有利地，所述外壳在所述周向间隙附近包括沿着平行于所述外壳的轴线的轴线延伸的至少一个纵向槽，所述槽被构造成接收所述至少一根线缆。

作为替代，所述外壳的所述外周向表面包括两个或更多个纵向平行槽，每个槽被构造成接收至少一根线缆。

替代地，所述纵向槽可以被构造成接收两根或更多根线缆。

所述槽可以位于所述外壳的两个侧向端上。

例如，所述纵向槽的纵向长度可以等于所述外壳的纵向长度。

作为替代，所述纵向槽包括第一部分以及与所述第一部分同轴的第二部分，所述第一部分和第二部分中的每一个位于所述外壳的两个侧向端中的一个上。

例如，所述锁定机构的锁定杆的内表面包括被构造成在所述锁定杆的锁定位置中夹持所述线缆的多个齿或拉伸标记。

所述齿可以例如彼此平行。

有利地，所述锁定机构包括至少一个横向带帽螺钉或锁定棒，所述至少一个横向带帽螺钉或锁定棒附接至所述外壳的自由端中的一个以及所述锁定杆，在所述锁定机构的锁定位置中，所述带帽螺钉位于设置在另一个自由端中的中空腔中。

替代地，所述锁定机构可以包括至少两个平行的横向带帽螺钉，所述带帽螺钉中的每一个附接至所述外壳的自由端中的一个以及所述锁定杆，并且在所述锁定机构的锁定位置中，位于设置在另一个自由端中的中空腔中。

所述装置可以包括沿着平行于所述外壳的纵向轴线的旋转轴线延伸的至少一个纵向枢转轴线或轴，所述锁定杆可枢转地安装于所述轴上。

替代地，所述装置可以包括至少两个同轴的纵向轴，所述锁定杆可枢转地安装于所述轴上。

例如，所述带帽螺钉固定至用于所述锁定杆的所述纵向轴。

在一个实施例中，所述锁定杆在所述周向间隙附近包括偏心部分，所述偏心部分相对于所述旋转轴线偏移，以使得当将所述锁定杆旋转于所述锁定位置中时，偏心形状与所述外壳接触，从而预张紧所述带帽螺钉。

所述锁定杆的偏心部分充当保持系统。实际上，当使所述锁定杆围绕所述杆的纵向旋转轴线旋转时，所述偏心部分在所述第二自由端附近与所述外壳接触，从而对所述带帽螺钉施加预应力。

实际上，连接至所述杆的轴的所述带帽螺钉在对应的中空腔中滑动，从而将所述外壳的所述第一自由端带向第二自由端。在所述锁定杆的锁定位置中，所述带帽螺钉被预张紧，以使得所述带帽螺钉旨在返回至它的初始位置。所述锁定杆的在所述周向间隙附近的特定形状容许将所述锁定杆维持于所述锁定位置中。

在一个实施例中，所述外壳包括至少两个框架或壳体，所述至少两个框架或壳体在打开位置与闭合位置之间相对于彼此铰接，在所述闭合位置中，所述壳体包围所述第一钢管。

在替代方案中，所述外壳可以包括另外数量的铰接的壳体，例如三个或更多个。

所述壳体例如通过至少一个铰链、例如两个或更多个铰链铰接。

所述外壳的外周向表面可以包括凹部，所述凹部被设计成在所述锁定位置中接收所述锁定机构的锁定杆。在所述锁定位置中，所述锁定杆不会径向地延伸超过所述外壳的径向尺寸，以使得当将所述管安装于所述套管中时，所述锁定杆不会受到损害。

例如，所述锁定杆具有倒圆形状，以便在所述锁定位置中匹配所述外壳的外周向表面的形状。这样的倒圆形状增强所述锁定机构在所述锁定位置中的锁定强度。

所述外壳例如由金属材料制成，比如钢。

所述锁定机构的锁定杆例如由金属材料制成、或者例如由塑料材料制成。

在一个实施例中，所述外壳的内周向表面包括至少一个防旋转齿或肋，以便在所述锁定机构处于所述锁定位置中时防止所述外壳相对于所述第一管旋转。

在一个实施例中，所述锁定机构包括被构造成将所述锁定杆维持于所述锁定位置中的保持系统。

所述保持系统可以包括例如按钮销，所述按钮销安装于所述锁定杆上并且被构造成插入于设置在所述外壳上的对应的孔中，用于将所述锁定杆维持于所述锁定位置中。作为替代，所述按钮也可以安装于所述外壳上并且被构造成插入于设置在所述锁定杆上的对应的孔中。其它保持系统也可以被用于将所述锁定杆维持于所述锁定位置中。

在另一个实施例中，所述保持系统包括布置于设置在所述锁定杆上的安全夹中的可弹性变形的线状件，所述可弹性变形的线状件被构造成能够在保持位置与自由位置之间弹性地变形，在所述保持位置中，所述线状件的自由端布置于设置在所述外壳中的对应的狭槽中，在所述自由位置中，所述自由端远离所述狭槽。

例如，所述保持系统包括：第一纵向部分，所述第一纵向部分沿着大致上平行于所述外壳的纵向轴线的轴线延伸并且布置于所述安全夹中；两个横向部分，所述两个横向部分从所述第一纵向部分延伸并且各自连接至同轴的第二和第三纵向部分，所述同轴的第二和第三纵向部分在设置于所述锁定杆上的对应的通孔中向外延伸。当所述保持系统处于所述保持位置中时，所述第二和第三纵向部分的自由端位于对应的狭槽中。

因此，根据所使用的材料和/或它的尺寸，所述保持系统能够例如在朝向彼此按压保持系统的两个横向部分时在轻微的触发动作(solicitation)下变形，并且能够在没有触发动作被施加于所述部分上时返回至它的初始位置。

所述保持系统可以由柔性的可变形且能够回弹的材料制成，比如热塑性塑料，例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)或任何能够弹性变形的材料。

在另一个实施例中，所述保持系统包括至少一个凸耳，所述至少一个凸耳从所述锁定杆的与所述带帽螺钉相对的自由端朝向所述外壳延伸，所述凸耳的自由端包括附接销，所述附接销被构造成在所述锁定杆处于所述锁定位置中时布置于设置在所述外壳上的对应的孔中。

例如，所述保持系统包括从所述锁定杆的自由端延伸的两个凸耳，所述凸耳的自由端包括附接销，所述附接销被构造成在所述锁定杆处于所述锁定位置中时布置于设置在所述外壳上的对应的孔中。

根据前述权利要求中的任一项所述的装置，进一步包括至少一个射频识别芯片、或跟踪装置、或产品标记。

所述外壳可以由内锥形表面径向在内地界定。所述内锥形表面可以充当用于第二完井管的入扣引导件。例如，所述内锥形表面相对于所述外壳的外周向表面的纵向轴线形成在20°至70°的范围内的角度、例如在45°至50°的范围内的角度。

例如，所述装置进一步包括覆盖所述外壳的内锥形表面的临时的保护性封闭物。所述保护性封闭物的目的是在运输期间保护所述管的螺纹。

所述保护性封闭物可以由塑料或金属材料制成。

例如，所述装置进一步包括至少一个射频识别芯片、或跟踪装置、或产品标记。

例如，所述射频识别芯片位于设置在所述外壳的外周向表面上的槽上。

根据另一个方面，本发明涉及一种旨在管状柱中使用的钢管，以用于能源应用和存储应用，比如操作烃井、地热和碳捕获，所述钢管优选地作为完井管，所述管包含阳部分和被构造成接收另一个第二钢管的阳部分的箱部分，以及一种如上所述的装置。

根据另一个方面，本发明涉及一种管状烃柱，所述管状烃柱包括：包含第一销部分和第一箱部分的第一管；包含被构造成拧入至所述第一箱部分中的第二销部分和第二箱部分的第二管；以及至少一个如上所述的装置，所述装置被安装成固定于所述第一管的第一箱部分上。

附图说明

通过研究对特定实施例的详细描述，将更好地理解本发明以及它的优点，所述特定实施例被以非限制性示例的方式给出并且由附图示出，其中：

图1为根据本发明的实施例的线缆夹紧装置的立体图，所述线缆夹紧装置安装于第一管上并且具有处于线缆的锁定位置中的锁定杆；

图2a为图1的装置，其中所述锁定杆处于解锁位置中；

图2b示出具有临时的保护性封闭物的图1的装置；

图3a为图1的装置的前视图；

图3b为图3a的细节视图；

图4a为图3a的装置的俯视图；

图4b为图4a的装置的另一个实施例；

图5为在被安装于所述第一管上之前的处于打开位置中的图2a的装置；

图6为图2a的装置的细节视图；

图7为沿着图4a的线VII-VII的纵向剖视图；

图8和图9为处于锁定位置中的锁定杆的保持机构的示例；

图10为根据本发明的另一个实施例的线缆夹紧装置的立体图，所述线缆夹紧装置安装于第一管上并且具有处于线缆的锁定位置中的锁定杆；

图11为图10的装置的剖视图，其中示出锁定机构的处于锁定位置中的锁定杆；以及

图12为图10的装置的剖视图，其中示出所述锁定机构的处于解锁位置中的锁定杆。

具体实施方式

在下面的描述中，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“前”、“后”、“左”和“右”是根据如附图中所示的通常的正交基准定义的，所述正交基准包含：

-纵向轴线X，所述纵向轴线X为水平的并且在前视图中从左至右；

-横向轴线Y，所述横向轴线Y垂直于所述纵向轴线X并且在前视图中从后部延伸至前部；以及

-竖直轴线Z，所述竖直轴线Z正交于所述纵向轴线X和所述横向轴线Y。

在图1至图9中示出线缆夹紧装置10的实施例；所述线缆夹紧装置10沿着纵向轴线A1延伸，并且被设计成在在钻机上进行操作之前安装于比如完井管的第一管20上。

第一管20沿着纵向轴线A1与线缆夹紧装置同轴。第一管20为大致上圆柱形的，并且包括第一下端(未示出)，所述第一下端也被称为销部分，所述第一下端具有设置于所述第一下端的外周向表面上的阳螺纹(未示出)。第一管20进一步包括与第一下端相对的第二上端22，所述第二上端也被称为箱部分，所述第二上端具有设置于所述箱部分的内周向表面上的阴螺纹22a。

第一管20的第一下端的阳螺纹部分被设计成与下部管(未示出)的阴螺纹部分配合，并且所述第一管20的阴螺纹部分22被设计成与如图7中所示的上部管30的阳螺纹部分32的阳螺纹32a配合。

线缆夹紧装置10围绕第一管20的第二上端22安装。作为替代，第一管可以为形成套筒的联接箱，所述套筒具有大致上圆柱形形状并且具有设置于其内周向表面上的内阴螺纹，所述内阴螺纹被设计成与下部管(未示出)的阳螺纹以及紧接着的上部管30的阳螺纹配合。

装置10包括圆柱形的外壳11，所述外壳例如由比如钢的金属材料制成。外壳11由内圆柱形表面11a径向在内地界定，所述内圆柱形表面具有的直径大致上等于第一管20的外径。

外壳11进一步由外圆柱形表面11b径向在外地界定并且由两个切向自由端11c、11d周向地界定。

如从图4可以看出的，外壳11的径向截面形成角度α的圆弧。角度α被选择成使得外壳11的径向截面的切向自由端11c、11d通过周向间隙J1周向地间隔开。角度α小于360°、例如在320°至359°的范围内、例如在320°至350°的范围内。

外壳11被设计成包围第一管20的箱部分22。然而，外壳可以安装于管的任何部分上。

外壳11进一步由两个侧向端11e、11f界定。

如所示出的，外壳11包括两个大致圆柱形壳体12a、12b，所述圆柱形壳体在图1至图4中所示的闭合位置与如图5中所示的打开位置之间相对于彼此铰接，在所述闭合位置中，所述壳体包围第一钢管20。

作为替代，外壳可以包括另外数量的铰接壳体、例如三个或更多个。外壳还可以包括滑动地安装于第一管上的单个壳体。

壳体通过两个铰链13a、13b铰接。替代地，壳体可以通过一个铰链或多于三个铰链进行铰接。

外壳11的外周向表面11b在周向间隙J1附近包括一个纵向槽14，所述纵向槽包括两个同轴的纵向槽部分14a、14b。所述槽部分14a、14b被构造成接收至少一根线缆40。

所述槽部分14a、14b中的每一个位于外壳11的两个侧向端11e、11f中的一个上。

线缆40可以为电缆、控制线、液压线缆或光缆。

作为替代，外壳11的所述外周向表面11b可以包括如图4a中所示的两个或更多个纵向平行槽14、14’，每个槽14、14’被构造成接收至少一根线缆。

替代地，每个纵向槽可以被构造成接收两根或更多根线缆。

所述外壳进一步由内锥形表面11g径向在内地界定。所述内锥形表面充当用于第二完井管30的入扣引导件。例如，内锥形表面11g相对于所述外壳11的外周向表面11b的纵向轴线A1形成在20°至45°的范围内的角度。

如在图2a中可以看出的，装置10包括覆盖外壳11的内锥形表面11g的临时的保护性封闭物13。所述保护性封闭物13的目的是在运输期间保护管的螺纹。

如在图5中可以看出的，外壳11的内周向表面11a包括多个平行的防旋转齿15，以便防止所述外壳11在被锁定于所述第一管20上时相对于第一管20旋转。

装置10进一步包括在周向间隙J1附近固定至外壳11的锁定机构16。

所述锁定机构16包括锁定杆17，所述锁定杆在图1、图3和图4中所示的锁定位置与图2、图5和图6中所示的解锁位置之间可枢转地安装于外壳11上，在所述锁定位置中，所述锁定杆17朝向外壳11旋转并且夹紧线缆40，在所述解锁位置中，所述锁定杆径向远离外壳11。锁定机构16被构造成在锁定位置中减小外壳11的周向间隙J1，如在图4a和图4b所示。

换句话说，在锁定位置中，锁定机构16被构造成周向地使外壳11的自由端11c、11d更靠近于彼此，从而特别地通过外壳11的防旋转齿15将所述装置10牢固地固定于第一管20上。

锁定机构16包括两个平行的横向带帽螺钉18a、18b，所述带帽螺钉附接至外壳11的自由端中的一个11c以及锁定杆17。作为非限制性示例，带帽螺钉可以为螺钉或棒。

在锁定杆17的锁定位置中，每个带帽螺钉18a、18b在设置于外壳11的另一个自由端11d中的对应的通孔11h中滑动。替代地，锁定机构可以包括至少一个横向带帽螺钉、或者多于两个的平行的带帽螺钉。中空腔在这里为通孔11h，但是可以为狭槽或槽口或者具有被设计成让带帽螺钉18a、18b穿过的任何其它形状。

锁定机构16进一步包括图6中详细地示出的两个同轴的纵向轴19a、19b。轴19a、19b沿着平行于外壳11的纵向轴线A1的旋转轴线A2延伸。所述锁定杆17可枢转地安装于所述轴19a、19b上。带帽螺钉18a、18b附接至对应的轴19a、19b。

锁定杆17的横截面在周向间隙J1附近具有相对于旋转轴线A2的偏心部分17’，以使得当使锁定杆17围绕杆的穿过轴19a、19b的纵向旋转轴线A2旋转时，锁定杆17在第二自由端11d附近与外壳11接触，从而使轴19a、19b移位。连接至所述轴19a、19b的带帽螺钉18a、18b在对应的中空腔中滑动，从而将第一自由端11c带向外壳11的第二自由端11d。锁定杆17的在周向间隙附近的特定形状容许将锁定杆维持于锁定位置中。因此，锁定杆17的所述偏心部分17’通过将螺钉帽18a、18b预张紧而在锁定位置中充当锁定杆的保持系统。

替代地，装置可以包括固定至外壳11的至少一个纵向轴，锁定杆17可枢转地安装于所述轴上。

如图6中所示，锁定机构16的锁定杆17的内表面(未标记)包括被构造成在锁定杆17的锁定位置中夹持线缆40的多个平行的齿17a或拉伸标记。

如图4a和图4b中所示，锁定杆17的外表面17b具有倒圆形状，以便在锁定杆17的锁定位置中匹配外壳11的外周向表面11b的形状。

如图3a所示出的，锁定杆17包括与锁定棒18a、18b相对的操作部分17c，以便容易地操纵所述锁定杆17。

锁定机构16的锁定杆17例如由金属材料制成。所述锁定杆17也可以由塑料材料制成。

锁定机构16进一步包括图6中所示的附加的保持系统24，所述保持系统被构造成将锁定杆17维持于锁定位置中。例如，保持系统24包括按钮销，所述按钮销安装于锁定杆17上并且被构造成插入设置于外壳11上的对应的孔(未标记)中，以用于将所述锁定杆17维持于锁定位置中。作为替代，所述按钮也可以安装于外壳上并且被构造成插入设置于锁定杆上的对应的孔中。保持系统不限于这样的示例，并且可以包括被构造成将锁定杆维持于锁定位置中的任何其它元件。

参考图8描述处于锁定位置中的锁定杆17的保持系统50的另一个示例。

保持系统50具有大致细线的形状，其被构造成能够在自由位置与保持位置之间弹性地变形，在所述自由位置中，锁定杆未被维持于锁定位置中，在所述保持位置中，锁定杆被维持于锁定位置中。保持位置对应于保持系统50的歇止位置。

保持系统50可以由柔性的可变形且可回弹的材料制成，比如热塑性塑料，例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)或任何能够弹性地变形的材料。

保持系统50包括第一纵向部分50a，所述第一纵向部分沿着大致上平行于外壳11的纵向轴线A1的轴线延伸。所述第一纵向部分50a布置于设置在锁定杆17上的安全夹17d中。

保持系统50包括两个横向部分50b、50c，所述两个横向部分从第一纵向部分50a朝向操作部分17c延伸并且各自连接至第二和第三纵向部分50d、50e。第二和第三纵向部分50d、50e为同轴的，并且在设置于锁定杆17上的对应的通孔17e、17f中向外延伸。

如图8中所示，当保持系统50处于保持位置中时，每个第二和第三纵向部分50d、50e的自由端均位于设置于外壳11中的对应的狭槽11j中。

每个第二和第三纵向部分50d、50e的自由端可以设置有位于外壳11与杆17之间的定位环50f、50g，所述定位环用于定位所述保持系统50。

当沿着箭头F1和F2朝向彼此按压保持系统50的两个横向部分50b、50c时，第二和第三纵向部分50d、50e朝向彼此平移，从而从设置于外壳11上的狭槽11j将所述保持系统50的自由端解锁。

保持系统50被构造成在没有触发动作被施加于两个横向部分50b、50c上时返回至它的歇止位置。

换句话说，根据所使用的材料和/或它的尺寸，保持系统因此能够例如在沿着箭头F1和F2朝向彼此按压保持系统50的两个横向部分50b、50c时在轻微的触发动作下变形，并且能够在没有触发动作被施加于所述部分上时返回至它的初始位置。

参考图9描述处于锁定位置中的锁定杆17的保持系统52的另一个示例。

锁定杆17设置有与锁定棒18a、18b相对的自由端17g。

保持系统52包括从锁定杆17的自由端17g朝向外壳11延伸的两个平行的凸耳52a、52b。凸耳52a、52b的每个自由端包括附接销(未标记)，所述附接销被构造成在锁定杆被维持于锁定位置中时位于设置在外壳上的对应的孔11k、11L中。

替代地，保持系统52可以包括单个凸耳。

外壳11的外周向表面11b包括凹部11i，所述凹部被设计成在锁定位置中接收锁定机构16的锁定杆17。如在图4中可以看出的，在所述锁定位置中，锁定杆17不会径向延伸超过外壳11的径向尺寸，以使得当将管安装于套管中时，所述锁定杆不会受到损害。

用于线缆40的槽14位于用于锁定杆17的凹部11i中。

在图10至图12中示出线缆夹紧装置100的另一个实施例；所述线缆夹紧装置100类似于图1至图9的线缆夹紧装置10。线缆夹紧装置100沿着纵向轴线A’1延伸，并且被设计成特别地围绕第一管20的第二上端22安装于第一管20上。

装置100包括例如由比如钢的金属材料制成的圆柱形外壳111。外壳111由内圆柱形表面111a径向在内地界定，所述内圆柱形表面的直径大致上等于第一管20的外径。

外壳100进一步由外圆柱形表面111b径向在外地界定，并且由两个切向自由端111c、111d周向地界定。

如从图11可以看出的，外壳111的径向截面形成角度α’的圆弧。角度α’被选择成使得外壳111的径向截面的切向自由端111c、111d通过周向间隙J2被周向地间隔开。角度α’小于360°、例如在320°至359°的范围内、例如在320°至350°的范围内。

外壳111被设计成包围第一管20的箱部分22。然而，外壳可以安装于管的任何部分上。

外壳111进一步由两个侧向端111e、111f界定。

如所示出的，外壳111包括两个大致圆柱形壳体112a、112b，所述两个大致圆柱形壳体在图10和图11中所示的闭合位置与如图12中所示的打开位置之间相对于彼此铰接，在所述闭合位置中，所述壳体包围第一钢管20。

作为替代，外壳可以包括另外数量的铰接壳体，例如三个或更多个铰接壳体。外壳还可以包括滑动地安装于第一管上的单个壳体。

壳体通过两个铰链113a、113b铰接。替代地，壳体可以通过一个铰链或多于三个铰链铰接。

外壳111的外周向表面111b在周向间隙J2附近包括两个纵向平行槽114a、114b。每个槽114a、114b被构造成接收至少一根线缆140、142。

所述槽114a、114b中的每一个位于外壳111的两个侧向端111e、111f中的一个上。

线缆140、142可以为电缆、控制线、液压线缆或光缆。线缆可以为相同类型的，也可以为不同类型的。

替代地，每个纵向槽可以被构造成接收两根或更多根线缆。

外壳111进一步由内锥形表面111g径向在内地界定。所述内锥形表面充当用于第二完井管30的入扣引导件。例如，内锥形表面111g相对于所述外壳111的外周向表面111b的纵向轴线A’1形成处于20°至45°的范围内的角度。

外壳111的内周向表面111a可以包括多个平行的防旋转齿(未示出)，以便防止所述外壳111在被锁定于所述第一管20上时相对于第一管20旋转。

装置100进一步包括在周向间隙J2附近固定至外壳111的锁定机构116。

所述锁定机构116包括在图10和图11中所示的锁定位置与图12中所示的解锁位置之间可枢转地安装于外壳111上的锁定杆117，在所述锁定位置中，所述锁定杆117朝向外壳111旋转并且夹紧线缆140、142，在所述解锁位置中，所述锁定杆117径向地远离外壳111。锁定机构116被构造成在锁定位置中减小外壳111的周向间隙J2。

换句话说，在锁定位置中，锁定机构116被构造成周向地使外壳111的自由端111c、111d更靠近于彼此，从而特别地通过外壳111的防旋转齿将所述装置100牢固地固定于第一管20上。

锁定机构116包括一个横向带帽螺钉118，所述横向带帽螺钉附接至外壳111的自由端中的一个111c以及锁定杆117。作为非限制性示例，带帽螺钉可以为螺钉或棒。

在锁定杆117的锁定位置中，带帽螺钉118在设置于外壳111的另一个自由端111d中的对应的通孔111h中滑动。替代地，锁定机构116可以包括两个平行的横向带帽螺钉、或者多于两个平行的带帽螺钉。中空腔在这里为狭槽或槽口111h，但是可以为通孔或者具有被设计成让带帽螺钉118穿过的任何其它形状。

锁定机构116进一步包括一个纵向轴119。轴119沿着平行于外壳111的纵向轴线A’1的旋转轴线A’2延伸。锁定杆117可枢转地安装于所述轴119上。带帽螺钉118附接至轴119。

如在图11和图12中可以看出的，锁定杆117的横截面在周向间隙J2附近具有相对于旋转轴线A’2的偏心部分117’，以使得当使锁定杆117围绕杆117的穿过轴119的纵向旋转轴线A’2旋转时，锁定杆117在第二自由端111d附近与外壳111接触，从而使轴119移位。连接至所述轴119的带帽螺钉118在对应的中空腔中滑动，从而将第一自由端111c带向外壳111的第二自由端111d。锁定杆117的在周向间隙J2附近的特定形状容许将锁定杆维持于锁定位置中。因此，锁定杆117的所述偏心部分117’通过预张紧螺钉帽118而在锁定位置中充当锁定杆的保持系统。

替代地，装置可以包括两个或更多个平行的纵向轴，锁定杆117可枢转地安装于所述轴上。

锁定机构116的锁定杆117的内表面(未标记)可以包括被构造成在锁定杆117的锁定位置中夹持线缆140、142的多个平行的齿(未示出)或拉伸标记。

外壳111的外周向表面111b包括凹部111i，所述凹部被设计成在锁定位置中接收锁定机构116的锁定杆117。如在图11中可以看出的，在所述锁定位置中，锁定杆117不会径向地延伸超过外壳111的径向尺寸，以使得当将管安装于套管中时，所述锁定杆不会受到损害。

如图11中所示，锁定杆117的外表面(未标记)具有倒圆形状，以便在锁定杆117的锁定位置中匹配外壳111的外周向表面111b的形状。

锁定机构116的锁定杆117例如由金属材料制成。所述锁定杆117也可以由塑料材料制成。

锁定机构116可以进一步包括附加的保持系统，比如图6中所示的保持系统24、参考图8描述的保持系统50或参考图9描述的保持系统52。如在图中可以看出的，外壳11、111可以包括材料凹陷部分(未标记)，以便降低装置10、100的重量。

装置10、100可以进一步包含例如位于外壳11、111的外表面上的槽中的射频识别芯片(RFID芯片)(未示出)。芯片可以包含数据，比如管和/或螺纹部分的尺寸。借助于芯片，不需要为了确定这样的数据而将装置从管中移出。

装置10、100还可以包含传感器(未示出)，比如压力传感器、温度传感器，以便监测施加于管20的箱部分22上的压力和/或钻井液或水泥的压力、以及所述箱部分的温度和/或钻井液或水泥的温度。

在安装于钻机上之前，完井管20可以在它被制造之后立即配备有装置10。装置10、100可以在所述管的运输和存储期间充分地保护管20的箱部分22，并且因此可以被认为是保护装置。

在安装第一完井管20之后，可以由表面所形成的漏斗状件引导紧接着的完井管30，以使得所述紧接着的完井管30的阳螺纹部分32被插入于第一管20的箱部分22中。因此，装置充当紧接着的完井管的入扣引导件，而不需要额外的工具。第一和第二管为旨在管状烃柱中使用的金属管。

根据本发明的装置10、100为多用途工具，所述多用途工具被构造成夹紧线缆、保护管的箱部分以及引导第二管的阳螺纹部分插入至第一管的阴螺纹部分中。所述装置因此具有三种功能，并且不需要在将完井管安装至套管中之前被移除。

此外，由于根据本发明的装置，不需要工具来将装置固定于对应的管上，并且不需要工具来夹紧线缆，以使得管的关键路径活动或安装时间显著地减少，例如大约3秒至5秒，这使得安装操作的成本显著地降低。因此，该装置有助于管在套管管柱或钻孔中的安装过程。

Claims (26)

1.一种用于第一钢管(20)的装置(10；100)，所述装置被设计成固定于所述管的部分(22)上，所述管用于在用于石油和天然气应用、能源应用、或存储应用的管状柱中使用，所述装置(10；100)包括：

-大致圆柱形的外壳(11；111)，所述外壳沿着纵向轴线(A1；A’1)延伸并且被设计成包围所述第一钢管(20)的所述部分(22)，所述外壳形成开口环，以使得周向间隙(J1；J2)存在于所述外壳(11；111)的两个自由端(11c，11d；11c，11d)之间；以及

-锁定机构(16；116)，所述锁定机构在所述周向间隙(J1；J2)附近固定至所述外壳(11；111)并且被构造成在锁定位置中使所述外壳(11；111)的所述自由端(11c，11d；11c，11d)更靠近于彼此。

2.根据权利要求1所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)包括锁定杆(17；117)，所述锁定杆可枢转地安装于所述外壳(11；111)上并且被构造成在解锁位置与所述锁定位置之间旋转，在所述解锁位置中，所述锁定杆(17；117)径向远离所述外壳(11；111)。

3.根据权利要求1或2所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)被进一步构造成在所述锁定位置中在使所述外壳(11；111)的所述自由端更靠近于彼此的同时夹紧至少一根线缆(40；140，142)。

4.根据权利要求2和3所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定杆(17；117)被设计成在所述锁定位置中夹紧所述线缆(40；140，142)。

5.根据权利要求2至4所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)在所述周向间隙(J1；J2)附近包括沿着平行于所述外壳的所述纵向轴线(A1；A’1)的轴线延伸的至少一个纵向槽(14；114a，114b)，所述至少一个纵向槽(14；114a，114b)被构造成接收所述至少一根线缆(40；140，142)。

6.根据权利要求2以及权利要求3至5中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)的所述锁定杆(17；117)的内表面包括被构造成夹持所述线缆(40；140，142)的多个齿(17a)。

7.根据权利要求2以及权利要求3至6中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)包括至少一个横向的带帽螺钉(18a，18b；118)，所述带帽螺钉附接至所述外壳(11；111)的所述自由端(11c；11c)中的一个自由端以及所述锁定杆(17；117)，所述带帽螺钉(18a，18b；118)在所述锁定机构(16；116)的所述锁定位置中位于设置在所述外壳(11；111)的另一个自由端(11d；111d)中的中空腔中。

8.根据权利要求2以及权利要求3至7中的任一项所述的装置(10；100)，包括沿着平行于所述外壳(11；111)的所述纵向轴线(A1；A’1)的旋转轴线(A2；A’2)延伸的至少一个纵向轴(19a，19b；119)，所述锁定杆(17；117)可枢转地安装于所述纵向轴(19a，19b；119)上。

9.根据权利要求7和8所述的装置(10；100)，其特征在于，所述带帽螺钉(18a，18b；118)固定至用于所述锁定杆(17；117)的所述纵向轴(19a，19b；119)。

10.根据权利要求9所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定杆(17；117)在所述周向间隙(J1；J2)附近包括偏心部分(17’；117’)，所述偏心部分(17’；117’)相对于所述旋转轴线(A2；A’2)偏移，以使得当使所述锁定杆旋转于所述锁定位置中时，偏心的形状与所述外壳(11；111)接触，从而预张紧所述带帽螺钉(18a，18b；118)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)包括至少两个壳体(12a，12b；112a，112b)，所述至少两个壳体在打开位置与闭合位置之间相对于彼此铰接，在所述闭合位置中，所述壳体(12a，12b；112a，112b)被构造成包围所述第一钢管(20)。

12.根据权利要求11所述的装置(10；100)，其特征在于，所述壳体(12a，12b；112a，112b)通过至少一个铰链(13a，13b；113a，113b)铰接。

13.根据权利要求2以及权利要求3至12中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)的外周向表面(11b；111b)包括凹部(11i；111i)，所述凹部被设计成在所述锁定位置中接收所述锁定机构(16；116)的锁定杆(17；117)。

14.根据权利要求2以及权利要求3至13中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定杆(17；117)具有倒圆形状，以便在所述锁定位置中匹配所述外壳的外周向表面的形状。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)由金属材料制成。

16.根据权利要求2以及权利要求3至15中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)的锁定杆(17；117)由金属材料制成。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)的内周向表面(11a；111a)包括至少一个防旋转齿(15)。

18.根据权利要求2以及权利要求3至17中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述锁定机构(16；116)包括保持系统(24，50，52)，所述保持系统被构造成将所述锁定杆(17；117)维持于所述锁定位置中。

19.根据权利要求18所述的装置(10)，其特征在于，所述保持系统(50)包括布置于安全夹(17d)中的可弹性变形的线状件，所述安全夹设置在所述锁定杆(17)上，所述可弹性变形的线状件被构造成能够在保持位置与自由位置之间弹性地变形，在所述保持位置中，所述线状件(50)的自由端布置于设置在所述外壳(11)中的对应的狭槽(11j)中，在所述自由位置中，所述线状件的自由端远离所述狭槽(11j)。

20.根据权利要求19所述的装置(10)，其特征在于，所述保持系统(50)包括：第一纵向部分(50a)，所述第一纵向部分沿着大致上平行于所述外壳(11)的所述纵向轴线(A1)的轴线延伸并且布置于所述安全夹(17d)中；两个横向部分(50b，50c)，所述两个横向部分从所述第一纵向部分(50a)延伸并且各自连接至同轴的第二纵向部分和第三纵向部分(50d，50e)，所述第二纵向部分和第三纵向部分在设置于所述锁定杆(17)上的对应的通孔(17e，17f)中向外延伸，当所述保持系统(50)处于所述保持位置中时，所述第二纵向部分和第三纵向部分(50d，50e)的自由端位于对应的狭槽(11j)中。

21.根据权利要求18所述的装置(10)，其特征在于，所述保持系统(52)包括至少一个凸耳(52a，52b)，所述凸耳从所述锁定杆(17)的与所述带帽螺钉(18a，18b)相对的自由端(17g)朝向所述外壳(11)延伸，所述凸耳(52a，52b)的自由端包括附接销，所述附接销被构造成在所述锁定杆(17)处于所述锁定位置中时布置于设置在所述外壳上的对应的孔(11k，11L)中。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)，进一步包括至少一个射频识别芯片。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)，其特征在于，所述外壳(11；111)包括内锥形表面(11g；111g)。

24.根据权利要求23所述的装置(10；110)，包括覆盖所述外壳的内锥形表面(11g)的保护性封闭物(13)。

25.一种在管状烃柱中使用的钢管(20)，所述钢管优选地被用作完井管，所述管包含：销部分以及箱部分(22)，所述箱部分被构造成接收另外的第二钢管(30)的销部分；以及根据前述权利要求中的任一项所述的装置(10；100)。

26.一种管状烃柱，包括：包含第一销部分和第一箱部分(22)的第一管(20)；包含第二销部分(32)和第二箱部分的第二管(30)，所述第二销部分被构造成拧入至所述第一箱部分(22)中；以及至少一个根据权利要求1至25中的任一项所述的装置(10；100)，所述装置被安装成固定于所述第一管(20)的第一箱部分(22)上。

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