用于使用于管状碳氢化合物工作管柱中的钢管的联接箱部分的装置
技术领域
本发明涉及一种用于钢管的联接箱部分的装置，所述钢管旨在用于在管状碳氢化合物工作管柱中使用，并且涉及一种配备有这样的装置的钢管。更特别地，所述装置为用于联接箱部分的保护装置和/或用于联接箱部分的交叉联接夹。
背景技术
管状碳氢化合物工作管柱通常由一个接一个地附接的多个管组成。更具体地，用于碳氢化合物井或类似井的管状碳氢化合物工作管柱通常包含油管管柱和几个套管管柱。油管管柱由容置于套管管柱内部的多个完井管组成。套管管柱由布置于井的钻孔内部的多个套管组成。所述套管具有比所述完井管更大的直径横截面，并且包围所述完井管。在套管管柱的下部部分中，所述套管还被称为衬管。
管柱的两个管可以通过螺纹接头附接。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所述第一管的外周边表面上的阳螺纹部分以及形成于所述第二管的内周边表面上的阴螺纹部分。所述螺纹部分协作以将所述第一管附接至所述第二管，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。每个管包含管子，所述管子在其两端处具有形成于外周边表面上的阳螺纹部分。所述第一管包含具有内部孔的联接箱，其中所述内部孔具有形成于所述孔的内周边上的阴螺纹部分。所述联接箱通过钢管的一个端的阳螺纹部分和所述联接箱的阴螺纹部分预先连接至所述钢管的一个端。通过这样的布置，所述第一管具有阳螺纹部分以及带有阴螺纹部分的联接箱部分。所述第二管可以附接至所述第一管以便形成工作管柱。
管的管柱的坚固性通常有赖于形成所述螺纹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。相比之下，很少有装置适于保护包含联接箱的螺纹接头。
用于保护螺纹接头的常规装置仅仅保护所述联接箱的阴螺纹部分。因此，联接箱部分的其它部件上的冲击或磨损可能导致螺纹接头和/或工作管柱的故障。而且，在将管安装于井中之前，需要移除所述装置。因此，这样的装置的使用使工作管柱的安装过程变得更复杂，并且在工作管柱的安装期间未保护管的薄弱点。
另外，管状碳氢化合物工作管柱可以安装于陆上或海上钻探装置上，并且它们可以用来支撑电缆以为潜水式设备供电，所述潜水式设备比如为泵、安全阀以及其它井下设备。使用被称为交叉联接夹的工具来容置这样的电缆。这些交叉联接夹通常安装于管上，特别地安装于联接器上。因此，在钻探装置上将这样的交叉联接夹安装于工作管柱的所有联接器上是耗时的，从而导致昂贵的操作。需要一种可以在操作之前安装并且不会妨碍对管的处理的交叉联接夹。
发明内容
本发明的装置在控制线跨过联接器过渡时至少使用通道来遮蔽控制线，从而防止在完井装置的安装期间发生任何损坏。
本发明的一个目的是克服上述缺点。
本发明的特定的目的是改进所述管的安装过程。根据一些方面，本发明的目的还在于在管的安装过程期间改进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，提出一种用于钢管的联接箱部分的装置，所述钢管用于在管状碳氢化合物工作管柱中使用，所述装置包含圆柱形套筒部分，所述圆柱形套筒部分限定用来接收所述联接箱部分的内部空腔。
根据该装置的一般特征中的一个，所述装置被构造成包围所述联接箱部分。
通过这样的装置，保护旨在通过螺纹接头附接的管的联接箱部分，以及特别地保护所述联接箱部分的外周边。换句话说，所述装置包围所述联接箱部分。此外，不再需要在安装所述管之前移除所述装置。从而，可以有助于安装工作管柱的过程，并且在该安装过程期间保护所述管。
优选地，所述圆柱形套筒部分的轴向长度在145mm至305mm的范围内。
这样的长度适于联接箱部分的典型的轴向尺寸。这容许所述装置特别地保护所述联接箱部分的肩部。
在一个实施例中，所述圆柱形套筒部分由具有圆形径向横截面的外部圆柱形表面径向在外部界定。
在本申请中，措词“在外部界定”应当被理解成使得对于由第一表面在外部界定的固体，所述第一表面与所述固体的外表面整体上为共同的，不排除所述固体的外表面可以相对于所述第一表面局部地向内偏移。
利用这样的装置，可以使所述管在周围的圆柱形壁内对中。特别地，当与完井管一起使用时，所述装置使所述管相对于套管管柱对中。当与套管一起使用时，所述装置使所述管相对于井的钻孔对中。因此，这样的装置容许安装管以便形成油管管柱或套管管柱而无需使用对中器。
优选地，所述外部圆柱形表面的径向横截面的直径在113.3mm(4.46英寸)至115.3mm(4.54英寸)的范围内，或在126mm(4.96英寸)至128mm(5.04英寸)的范围内，或在138.7mm(5.46英寸)至140.7mm(5.54英寸)的范围内，或在176.8mm(6.96英寸)至178.8mm(7.04英寸)的范围内，或在243.475mm(9.58英寸)至245.475mm(9.66英寸)的范围内，或在338.725mm(13.33英寸)至340.725mm(13.41英寸)的范围内。
这样的范围适于套管、衬套或钻头的典型的直径。如此限定的直径容许使管相对于套管管柱或者井的钻孔更有效地对中。
在另一个实施例中，所述内部空腔包括远侧肩部表面以及近侧肩部表面。
在一个实施例中，所述近侧肩部表面为至少两个卡扣配合连接器的一部分，所述卡扣配合连接器的数量优选地在4至12的范围内，并且更优选地在6至10的范围内。
在一个实施例中，所述装置为保护装置，并且可以以容易的方式固定至所述联接箱部分，所述容易的方式适于旨在通过螺纹接头与联接箱附接的管。
还可以预见，至少一个外部轴向槽径向地邻近于所述圆柱形套筒部分的外表面。外部轴向槽的数量可以优选地在2至8的范围内，并且更优选地在2至4的范围内。如稍后将解释说明的，这样的槽使得更容易安装所述工作管柱，而不管所述工作管柱是油管管柱还是套管管柱。当与完井管一起使用时，控制管线和钻井液可以经由所述槽通过所述装置，以容许与沿着油管管柱放置的传感器进行数据连接并且有助于使油管管柱在套管管柱内部下降。当与套管或衬管一起使用时，湿的水泥和钻井液可以经由所述槽流动通过所述装置，以有助于使套管管柱在钻孔内部下降以及将水泥倾倒于套管管柱与钻孔之间。
优选地，所述至少一个外部轴向槽的总径向横截面面积等于所述圆柱形套筒部分的径向横截面面积乘以一系数，所述系数在0.05至0.5的范围内。
这样的系数使得流体能够通过所述装置良好地连通，同时避免降低所述装置的坚固性。
所述圆柱形套筒部分可以包含从所述圆柱形套筒部分的外表面径向向内延伸的环形槽，所述装置包括位于所述环形槽内的金属圆柱形外壳。
这样的外壳有助于将控制线维持于所述外部轴向槽内。
在一个实施例中，所述金属圆柱形外壳的轴向横截面围绕所述圆柱形套筒部分的轴向方向形成圆弧，所述圆弧在320°至350°的范围内。
这样的横截面容许将控制线插入于外部轴向槽中。圆弧的范围容许使用最大量的外部轴向槽来容置控制线。
在另一个实施例中，所述金属圆柱形外壳的轴向横截面由第一端和第二端切向地界定，所述第一端和第二端中的至少一个径向向内突出，以便形成用于相对于所述圆柱形套筒部分旋转地锁定所述金属圆柱形外壳的锁定装置。
在特定实施例中，所述装置进一步包含从所述圆柱形套筒部分轴向地突出的中空的近侧部分。所述中空的近侧部分由内部圆柱形表面径向地在内部界定，并且由外部锥形表面径向地在外部界定，所述外部锥形表面相对于所述内部圆柱形表面的轴线形成在15°至50°的范围内的角度。所述中空的近侧部分的轴向长度优选地在20mm至55mm的范围内。
这样的中空的远侧部分形成截头锥形漏斗状物，以便帮助将之后的管的阳部分插入于当前的管的联接箱部分中。
有利地，所述装置进一步包含从所述圆柱形套筒部分轴向地突出的中空的远侧部分。所述中空的远侧部分由外部圆柱形表面径向地在外部界定，并且由内部锥形表面径向地在内部界定，所述内部锥形表面相对于所述外部圆柱形表面的轴线形成在20°至45°的范围内的角度。所述中空的远侧部分的轴向长度优选地在70mm至205mm的范围内。
所述中空的近侧部分形成截头锥形倒角，从而使得更容易将当前的管根据具体情况插入于钻头中或插入于周围的套管管柱中。当与完井管一起使用时，所述装置避免通常在联接箱部分的肩部与套管管柱的上部轴向端之间遇到的冲击。当与套管一起使用时，所述装置避免通常在联接箱部分的肩部与钻孔的上部轴向端之间遇到的冲击。
在一个实施例中，所述装置可以用金属环固定至所述联接箱部分。当配备有装置2的管被提升时，所述金属环可以提供必要的支撑，以承受施加于装置2和联接器上的负载。有利地，所述金属环可以与所述联接箱部分的下部前轴向表面接触。所述金属环防止所述装置2在所述管的搬运和运输期间从所述联接器掉落。
所述金属环可以包含所述近侧肩部表面。
所述金属环可以通过螺纹安装于所述装置的主要部分上。
在另一个实施例中，所述装置进一步包含射频识别芯片。
还可以预见压力或温度传感器，所述传感器优选地布置于所述圆柱形套筒部分上，并且更优选地布置于从所述圆柱形套筒部分轴向地突出的中空的远侧部分的内部锥形表面上。
这样的传感器容许监测所述套管管柱或油管管柱内的压力或温度，而无需在管的安装期间实施安装这样的传感器的步骤，并且容许监测所述管的运输或存储条件。布置于所述圆柱形套筒部分上的传感器容许检测在所述联接箱部分的外周边上已经出现过大的应力和/或过高的温度。布置于内部锥形表面上的传感器还容许根据具体情况监测钻井液的或水泥的压力和/或温度。
在另一个实施例中，所述装置由包含聚合物的材料制成，所述聚合物为比如含氟聚合物、酰亚胺化聚合物或砜聚合物。
这样的材料使得能够通过所述装置适当地吸收套管管柱或油管管柱的上部轴向端的冲击能量。
在另一个实施例中，通过增材制造方法制造所述装置。
这样的制造方法使得能够制造难以用模制技术获得的形状。
在与所述实施例兼容的第一方面中，所述装置为保护装置。
在与所述实施例兼容的第二方面中，所述装置为交叉联接夹。
根据本发明的另一个方面，提出一种用于在管状碳氢化合物工作管柱中使用的钢管，所述钢管优选地作为完井管，所述管包含阳部分和联接箱部分，以适于接收另一个钢管的阳部分、以及如上所述的装置。
附图说明
通过研究对通过非限制性示例给出并且由附图示出的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，其中：
-图1为根据本发明的一个方面的装置的立体图，
-图2为图1的装置的径向视图，
-图3为图1和2的装置的沿着平面III-III的纵向剖视图，
-图4为图1至3的装置的沿着平面IV-IV的纵向剖视图，
-图5为根据本发明的另一个方面的完井钢管的、沿着与图3相同的平面II-II的局部纵向剖视图，所述完井钢管包含图1至4的装置，
-图6为根据另一个实施例的套管钢管的、沿着与图3和5相同的平面III-III的局部纵向剖视图，所述套管钢管包含与图1至4的装置类似的装置，以及
-图7为根据另一个实施例的装置的纵向剖视图。
具体实施方式
参考图1-4，示意性地示出装置2。装置2旨在保护钢管4的一部分，特别是保护完井钢管的一部分。在图5中与完井钢管4一起示出装置2。
限定附接至装置2的标准正交直接矢量基础6。基础6由矢量
在本申请中，术语“下部的”、“上部的”、“水平的”以及“竖直的”将被理解为指的是在装置2和管4通常被安装于套管管柱或钻孔中时相对于基础6而言的，即假设矢量
除非有相反的指示，否则词语“轴向的”、“轴向地”、“径向的”、“径向地”、“切向的”和“切向地”将被理解为指的是相对于装置2的竖直的对称轴线而言的，即相对于矢量
同样，将根据其普通的定义来理解词语“圆柱形的”，即圆柱形表面为这样的表面：该表面由平行于给定线并且穿过不平行于所述给定线的平面中的固定曲线的所有线上的所有点组成。
参考图4，管4包含管子8和联接箱9。
管子8围绕平行于矢量
联接箱9形成围绕轴线12具有大致圆柱形形状的套筒。联接箱9在上部前轴向表面10与下部前轴向表面11之间轴向地延伸。联接箱9由具有阴螺纹18的内部圆柱形表面(未标记)径向在内部界定。阴螺纹18适于与阳螺纹部分16以及之后的钢管(未显示)的管子8的下部端的阳螺纹部分配合。
如图5中所示，联接箱9被拧紧于管子8的上部端14上。通过该布置，管子8和联接箱9形成具有上部联接箱部分20的钢管4。部分20由表面11轴向在下部界定，所述表面与管子8的外周边形成肩部。部分20由外部圆柱形表面26径向在外部界定。
参考图1、3以及4，装置2包含圆柱形套筒部分28、中空的上部部分30以及中空的下部部分32。当装置2布置于管4上时，部分32位于管子8近侧，而部分30位于管子8远侧。在图3中用虚线示出部分28、30以及32之间的界限。如在图1、3以及4中可以看到的，部分30从部分28轴向向上突出。并且，部分32从部分28轴向向下突出。
部分28形成圆柱体，所述圆柱体围绕轴线12具有水平的圆形横截面。更具体地，部分28由外部圆柱形表面34径向在外部界定。表面34围绕轴线12为圆柱形的，并且具有带有直径d34的圆形径向横截面。表面34沿着矢量
在部分28中制成从表面34径向向内延伸的环形槽36。在图3和4中可看见槽36。槽36由圆柱形表面37径向在内部界定。表面37围绕轴线12为圆柱形的，并且具有圆形径向横截面，所述圆形径向横截面带有的直径d37小于直径d34。表面37沿着矢量
部分28由下部前轴向表面33轴向在下部界定。部分28由上部内圆柱形表面38和下部内圆柱形表面40径向在内部界定。表面38、40围绕轴线12为圆柱形的并且具有圆形径向横截面，所述圆形径向横截面带有的直径分别为d38、d40。直径d38小于直径d40。部分28进一步包含轴向前表面42，所述轴向前表面形成连接表面38和40的环形肩部。
部分30由上部前轴向表面44轴向地界定。部分30由外部圆柱形表面46径向在外部界定。表面46围绕轴线12为圆柱形的并且具有带有直径d46的圆形径向横截面。直径d34和d46相等。表面46的沿着矢量
部分32围绕轴线12为轴对称的。更具体地，部分32包含八个卡扣配合连接器50。尽管如此，部分32可以包含不同数量的卡扣配合连接器。部分32可以特别地包含奇数个卡扣配合连接器。在这样的情况下，部分32不是轴对称的。卡扣配合连接器50从表面33轴向向下延伸。八个卡扣配合连接器50在前表面33之上周向地分布。
参考图3，部分32由表面33的平面轴向在上部界定。部分32由下部前轴向表面52轴向在下部界定。卡扣配合连接器50由共同的内部圆柱形表面54径向在内部界定。表面54围绕轴线12为圆柱形的并且具有带有直径d54的圆形径向横截面。直径d54小于d40。表面54的沿着矢量
通过该布置，部分32形成具有多个上部前轴向表面58的多个夹。每个表面58分别轴向地位于卡扣配合连接器50上方。表面58形成轴向地位于表面33的平面内的环形肩部。
装置2包含由表面40、42和58限定的内部空腔60。空腔60旨在接收联接箱9，而卡扣配合连接器50旨在径向在外部包围管子8。
装置2被表示为具有八个外部轴向槽62，其在图1、2和4中可看见。槽62在表面44与56之间轴向地延伸。槽62从表面34、46、以及56径向向内延伸。槽62为相同的并且规则地分布于装置2的周向上。特别地，槽62的轴向的、水平横截面具有相同的单个面积Aindividual：
其中Aoverall为外部轴向槽62的整个径向横截面，并且c为在0.05至0.5的范围内的系数。
装置2进一步包含圆柱形金属外壳64。如在图1中可以看见的，外壳64围绕轴线12为圆柱形的。外壳64由内部圆柱形表面(未标记)径向在内部界定，所述内部圆柱形表面具有的直径大致上等于直径d37。外壳64由外部圆柱形表面(未标记)径向在外部界定，所述外部圆柱形表面具有的直径大致上等于直径d34和d46。外壳64的沿着矢量
如在图2中可以看见的，外壳64的径向横截面围绕角度γ形成圆弧。角度γ被选择成使得外壳64的径向横截面的切向端66和68可以被容置于同一个槽62中。在图1至3中所示的具有八个槽的实施例中，角度γ在320°至350°的范围内。外壳64在两个端66和68处包含径向内突起70。
装置2可以具有两个至八个槽62。更优选地，装置2可以具有两个至四个槽62。
装置2进一步包含在图3中可看见的射频识别芯片72(RFID芯片)。芯片72可以包含比如管的和/或螺纹部分的尺寸的数据。借助于芯片72，不必为了确定这样的数据而将装置2从管4移除。
装置2包含在图3中可看见的第一压力传感器74和第一温度传感器75。传感器74和75邻近于表面40。传感器74的目的是监测由部分28施加于配备有装置2的钢管4的联接箱9上的压力。传感器75的目的是监测配备有装置2的钢管4的联接箱9的温度。装置2包含也在图3中示出的第二压力传感器76和第二温度传感器77。传感器76和77邻近于表面48。传感器76和77分别旨在根据具体情况检测钻井液的或水泥的压力和温度。借助于传感器76和77，可以监测钢管4的安装过程。
图1至3中所示的装置2的尺寸被限定如下：
l34＝150mm+/-0.5mm，
d34＝114.3mm+/-0.5mm，
α＝30°+/-0.5°，
β＝20°+/-0.5°，
l46＝75mm+/-1mm，
l54＝25mm+/-1mm。
参考图4，完井管4可以在其制造之后立即配备装置2。为此，将装置2竖直地放置于联接箱9上方(相对于图5)。使装置2竖直地下降，以使得表面52接触表面10。此时，卡扣配合连接器50开始径向向外弯曲。联接箱9在卡扣配合连接器50的径向内部滑动，然后穿入空腔60内部。当表面10轴向地接触表面42时，联接箱9的相对于装置2的运动结束。此时，卡扣配合连接器50不再径向向外弯曲，并且表面54径向地接触管子8的外周边。结果，管4牢固地附接至装置2，并且装置2包围联接箱部分20的沿着矢量
因此，装置2可以在管4的运输和存储期间完全地保护联接箱部分20，并且因此可以被认为是保护装置2。并且，可以借助于传感器74和75监测联接箱9的磨损。
图7的装置2被表示为带有代替下部部分32的金属环59。金属环具有的内径小于主要的圆柱形部分28的内径，以便包括近侧肩部表面58以及接触联接箱的下部前轴向表面11。金属环在其外表面上包括环螺纹，所述环螺纹被布置成与主要的圆柱形部分28的内表面上的相对应的螺纹配合。
对于包括金属环58的装置2的实施例，完井管4可以在其制造之后立即或稍后配备装置2。为此，从完井管2的阳端围绕完井管放置金属环58，然后将主要的圆柱形部分28放置于联接箱9上方，然后围绕联接箱9引入主要的圆柱形部分，并且将金属环59拧紧于主要的圆柱形部分28中。然后，从一侧通过远侧肩部表面(42)将装置2保持于适当的位置中并且从另一侧通过近侧肩部表面(58)将装置2保持于适当的位置中，所述远侧肩部表面和近侧肩部表面分别与联接箱的上部联接箱部分20和前部轴向表面11相互作用。
在安装完井管4之前，将控制线插入于容置端66和68的槽62中。然后，使外壳64围绕轴线12旋转，以使得将端66和68容置于不同的槽62中。如果要将其它控制线插入于另一个槽62中，则重复相同的步骤。借助于这样设计的槽62和外壳64，可以将控制线插入并且保持于七个槽62中。
当管被插入于套管管柱中时，装置2仍然保护管4的联接箱部分20。特别地，通过表面56所形成的倒角避免肩部表面11与套管管柱的上部轴向端之间的冲击。由于不再需要移除装置2，因此还有助于管4的安装过程。
当完井管4在套管管柱内部下降时，表面46和34使完井管4相对于套管管柱的内周边对中。通过使表面34和46的圆形径向横截面的直径等于典型的套管的直径，尤其使得能够实现这种对中。结果，不需要使用对中器。另外，当完井管4在套管管柱内部下降时，槽62容许钻井液流动通过装置2。
在完井管4的安装之后，可以通过由表面56所形成的漏斗状物引导之后的完井管(未示出)，以使得之后的完井管的阳螺纹部分被插入于联接箱9中。
可以改变直径以及角度α和β的不同的值，以便使装置2适于完井管的其它典型尺寸。特别地，直径d34可以被改变为等于127mm、139.7mm或177.8mm，并且具有与初始值相同的公差。上部部分30和下部部分32为本发明的可选特征。不具有上部部分或下部部分的装置优选地具有增加至在175mm至550mm+/-0.5mm的范围内的长度l34。
参考图6，已经示出套管78。套管78旨在安装于放置于钻孔中的套管管柱中。相同的元件具有相同的标记。
套管78配备有装置80。装置80与装置2的不同之处在于，尺寸d34、d38、d40、d48s、d48l、d54、d56s、d56l、α和β被选择成使得装置80适于套管78。特别地，套管78被设计成具有圆柱形表面34的圆形横截面的直径d34’，表面34的沿着矢量
d34’＝244.475mm+/-0.5mm，
l34’＝300mm+/-0.5mm，
l46’＝200mm+/-0.5mm，以及
l54’＝50mm+/-0.5mm。
装置80可以以与装置2相同的方式附接至管78。可以以与管4在套管管柱中的安装相同的方式实施管78在钻孔中的安装。因此，装置80在它与套管78一起使用时具有与和完井管4一起使用的装置2相同的优点。此外，在将管78安装于钻孔中之后，容许湿的水泥流动通过装置80。
与装置2一样，装置80可以具有不同的尺寸，以适于套管和钻孔的其它典型尺寸。特别地，直径d34’可以被改变为等于339.725mm，并且具有与初始值相同的公差。
鉴于前述内容，装置2和80根据具体情况改进对完井管4或套管78的联接箱部分20的保护，并且有助于所述管在套管管柱或钻孔中的安装过程。装置2和80可以被用于陆上井以及海上井中。
