通用管螺纹保护器 |
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| 申请号 | CN201280052107.X | 申请日 | 2012-08-17 | 公开(公告)号 | CN103917735A | 公开(公告)日 | 2014-07-09 |
| 申请人 | 钻科专利及科技公司; | 发明人 | 大卫·W·克莱姆; 杰弗里·D·朗德蒙; 布赖恩·C·巴克; | ||||
| 摘要 | 一种用于保护管的螺旋形 螺纹 的保护器，包括本体。本体具有中央轴线、包括基部的上端部、与上端部相对的下端部、从基部轴向地延伸至下端部的环状连接构件。连接构件包括径向内表面和径向外表面。连接构件包括从径向内表面径向向内延伸的或者从径向外表面径向向 外延 伸的螺旋形螺纹。螺旋形螺纹包括与管的螺纹的螺纹牙形不同的凸形牙形。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于保护管的螺旋形螺纹的保护器，所述管的所述螺旋形螺纹具有中央轴线、螺距Pp、径向螺纹高度Hp、轴向螺纹宽度Wp、L4长度、L2长度以及螺纹牙形，所述保护器包括： |
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| 说明书全文 | 通用管螺纹保护器[0002] 不适用。 背景技术[0003] 本发明总体上涉及用于保护管和管状物的端部的装置。更为具体地，本发明涉及用于保护管的端部上的螺纹的装置。 [0004] 背景技术 [0005] 管，例如用于石油和天然气钻探和生产的管，常常成段地生产并轴向地首尾相连。通常，该连接涉及对位于一个管节段的一个端部处的凸形、外螺纹部的使用，该凸形、外螺纹部能够与位于轴向相邻的管节段的端部处的配合的凹形、内螺纹部进行螺纹接合。管的凸形、外螺纹端部常常指的是阳螺纹端，而管的凹形、内螺纹端部常常指的是阴螺纹端。 [0006] 管的包括螺纹的端部在未实际使用时受到例如来自腐蚀、与其他物体的撞击的损害、或在运输或储存期间因掉落而造成的损害。这种损害可能使管出现故障或无法使用，从而造成延迟、困难和费用的增加。称为螺纹保护器的装置常用于保护管的端部，并且特别地，用于保护管的端部上的内螺纹和外螺纹免受这种损害。阳螺纹端螺纹保护器连接至并保护管的阳螺纹端和相关联的外螺纹，并且阴螺纹端螺纹保护器连接至并保护管的阴螺纹端和相关联的内螺纹。螺纹保护器设计成在管撞击其他物体、地面或以别的方式受到外部撞击时防止对相应的管端部造成的损害。另外，螺纹保护器设计成对管的端部进行密封以减小管和/或螺纹过早被腐蚀的可能性。 [0007] 用于石油和天然气钻探和生产的管的标称直径可以从两英寸变化至超过三十英寸。此外，许多管制造公司以及勘探和生产(E&P)公司已研发出要求螺纹几何形状(例如，方螺纹、梯形螺纹)、螺纹尺寸(例如，螺纹高度)以及螺距(例如，每英寸的螺纹数)的专利权的螺纹样式。另外，美国石油学会(API)具有若干个螺纹样式标准。结果，存在管直径和螺纹样式(即，螺纹几何形状和螺距)的超过3000种的不同组合。 [0008] 为了既保护管节段的阳螺纹端又保护管节段的阴螺纹端，传统的螺纹保护器通常有两种类型——绕着管的阳螺纹端设置并且包括与阳螺纹端上的外螺纹相接合的内螺纹的阳螺纹端螺纹保护器，以及定位在管的阴螺纹端中并且包括与阴螺纹端上的内螺纹相接合的外螺纹的阴螺纹端螺纹保护器。阳螺纹端螺纹保护器被定尺寸、被构造和被设计成使得它的内螺纹与阳螺纹端的外螺纹配合；并且阴螺纹端螺纹保护器被定尺寸、被构造和被设计成使得它的外螺纹与阴螺纹端的内螺纹配合。换句话说，阳螺纹端保护器的内螺纹随着阳螺纹端保护器旋拧到阳螺纹端上而装配在阳螺纹端的外螺纹之间，而阴螺纹端保护器的外螺纹随着阴螺纹端保护器旋拧到阴螺纹端上而装配在阴螺纹端的内螺纹之间。例如，图1A示出绕着管节段50的阳螺纹端20设置的传统的阳螺纹端螺纹保护器10。阳螺纹端螺纹保护器10包括与管节段50的阳螺纹端20上的外螺纹21相配合并接合的内螺纹11。具体地，内螺纹11设计成具有与外螺纹21相同的螺距、尺寸和几何形状以便允许内螺纹11装配在阳螺纹端20的外螺纹21之间并与外螺纹21相配合。如图1A中所示，内螺纹11通常接合外螺纹21的螺尾或L4长度，或接合外螺纹21的至少L2长度。如本领域已知的，螺尾或L4长度是螺纹的测量至螺纹的消失点的平面的全轴向长度，而L2长度是螺纹的测量至最后的全的、完整螺纹的平面(即，有效螺纹长度的平面)的轴向长度。 [0009] 在图1B中，传统的阴螺纹端螺纹保护器30被示出为绕着管节段50的阴螺纹端40而设置。阴螺纹端螺纹保护器30包括与阴螺纹端30上的内螺纹41相配合并接合的外螺纹31。具体地，外螺纹31设计成具有与内螺纹41相同的螺距、尺寸和几何形状以允许外螺纹31装配在阴螺纹端40的内螺纹41之间并与内螺纹41相配合。如图1B中所示，螺纹保护器的外螺纹(例如，外螺纹31)通常接合内螺纹(例如，内螺纹41)的L4长度，或接合内螺纹的至少L2长度。 [0010] 如前文所述，存在管直径和螺纹样式的超过3000种的不同组合。因此，存在数百种不同的螺纹保护器，每一种螺纹保护器被定尺寸、被构造和被设计成与管直径和管螺纹样式的特定的组合相配合。这种大量的不同螺纹保护器的制造以及这种大量的不同螺纹保护器的存放关联着巨大的时间和费用。 [0011] 因此，本领域中需要一种能够保护具有不同螺纹样式的管端部的螺纹保护器。如果这种螺纹保护器提供了减小制造成本和库存成本的潜能并构造为用于多次重复使用，则这种螺纹保护器将特别受欢迎。 发明内容[0012] 在一个实施方式中通过一种用于保护管的螺旋形螺纹的保护器解决了本领域的这些和其他的需要，该管的螺旋形螺纹具有中央轴线、螺距Pp、径向螺纹高度Hp、轴向螺纹宽度Wp、L4长度、L2长度以及螺纹牙形。在实施方式中，保护器包括本体。该本体具有中央轴线、包括基部的上端部、与上端部相对的下端部以及从基部轴向地延伸至下端部的环状连接构件。连接构件包括径向内表面和径向外表面。连接构件包括从径向内表面径向向内延伸的或者从径向外表面径向向外延伸的螺旋形螺纹。螺旋形螺纹包括与管的螺纹的螺纹牙形不同的凸形牙形。 [0013] 在另一实施方式中通过一种用于保护管螺纹的方法解决了本领域的这些和其他的需要。在实施方式中，该方法包括设置具有中央轴线的螺纹保护器。该螺纹保护器包括基部和从基部轴向地延伸的环状连接构件。连接构件包括径向内表面和径向外表面。连接构件的径向外表面或径向内表面包括螺旋形螺纹。螺旋形螺纹包括凸形牙形。另外，该方法包括将螺纹保护器与管同轴地对准。管具有径向外表面、径向内表面以及从管的终端沿着管的径向内表面或径向外表面延伸的螺旋形螺纹。管的螺旋形螺纹具有与连接构件的螺旋形螺纹的凸形牙形不同的螺纹牙形。此外，该方法包括：使螺纹保护器绕着中央轴线沿旋拧方向旋转，并且将螺纹保护器和管的终端轴向地推进到一起。而且，该方法包括将管的螺旋形螺纹与螺纹保护器的螺旋形螺纹进行螺纹接合。 [0014] 在另一实施方式中通过一种组件解决了本领域的这些和其他的需要。在实施方式中，该组件包括管，该管具有中央轴线、径向内表面、径向外表面以及绕着管的径向外表面或径向内表面延伸的螺旋形螺纹。管的螺旋形螺纹具有螺距Pp、径向螺纹高度Hp、轴向螺纹宽度Wp、L4长度、小于L4长度的L2长度以及螺纹牙形。另外，该组件包括螺纹保护器，该螺纹保护器螺纹联接至管。螺纹保护器包括基部和环状连接构件，该环状连接构件具有连接至基部的第一端部以及远离基部的第二端部。连接构件具有径向内表面、径向外表面以及绕着连接构件的径向内表面或径向外表面延伸的螺旋形螺纹。连接构件的螺旋形螺纹定位在连接构件的第一端部与第二端部之间。连接构件的螺旋形螺纹具有小于管的螺旋形螺纹的L2长度的轴向长度。 [0015] 本文描述的实施方式包括旨在用以解决与某些现有的装置、系统和方法相关联的各种缺陷的特征和优点的组合。前文已经颇为广泛地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解随后的本发明的详细说明。将通过阅读后文的详细说明以及借助参照附图，使上文描述的各种特性以及其他特征对本领域那些技术人员变得显而易见。本领域的技术人员应理解，公开的概念和具体实施方式可以容易地用作为实现与本发明相同的目的对其他结构进行修改或设计的基础。本领域的技术人员还应理解，这种等同的构造不背离由所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围。 附图说明[0016] 为了对本发明的优选实施方式进行详细说明，现在将对附图做出参照，附图中： [0017] 图1A为传统的阳螺纹端螺纹保护器的截面图； [0018] 图1B为传统的阴螺纹端螺纹保护器的截面图； [0019] 图2为根据本文描述的原理的阳螺纹端螺纹保护器的实施方式的立体图； [0020] 图3为图2的阳螺纹端螺纹保护器的俯视图； [0021] 图4为沿着图3的断面4-4截取的图2的阳螺纹端螺纹保护器的截面图； [0022] 图5为沿着图4的断面5-5截取的图2的阳螺纹端螺纹保护器的放大的局部截面图； [0023] 图6为联接至管节段的阳螺纹端的图2的阳螺纹端螺纹保护器的截面图； [0024] 图7为沿着图2的断面7-7截取的图2的阳螺纹端螺纹保护器和阳螺纹端的放大的局部截面图； [0025] 图8为根据本文描述的原理的阴螺纹端螺纹保护器的实施方式的立体图； [0026] 图9为图8的阳螺纹端螺纹保护器的俯视图； [0027] 图10为沿着图9的断面10-10截取的图8的阳螺纹端螺纹保护器的截面图； [0028] 图11为沿着图10的断面11-11截取的图2的阳螺纹端螺纹保护器的放大的截面图； [0029] 图12为联接至管节段的阴螺纹端的图8的阴螺纹端螺纹保护器的截面图；以及[0030] 图13为沿着图12的断面13-13截取的图2的阴螺纹端和阴螺纹端螺纹保护器的放大的局部截面图。 具体实施方式[0031] 下文的讨论涉及各种示例性实施方式。然而，本领域的技术人员将理解到，本文中公开的示例具有广泛的应用，并且任何实施方式的讨论仅仅意味着是那个实施方式的示例，并不旨在表明包括权利要求在内的本公开的范围受限于那个实施方式。 [0032] 在贯穿整个下文的说明以及权利要求中使用了某些术语来指代特定的特征或部件。如本领域的技术人员将理解到的，不同的人可能以不同的名字来指代同一特征或部件。本文献不旨在区分在名字上而不是功能上有所不同的部件或特征。附图不必按比例绘制。 本文中的某些特征和部件可能在比例上被夸大地示出或者是或多或少以简化的形式示出，并且，为了清楚和简明，可能不示出传统的元件的一些细节。 [0033] 在下文的讨论以及权利要求中，术语“包含”和“包括”以开放式形式使用，并且因此应被诠释为“包含，但不限制于…”。而且，术语“联接”或“连接”旨在表示直接的或是间接的连接。因此，如果第一装置联接至第二装置，则该连接可以是直接连接，或者可以是经由其他装置、部件和连接件的间接连接。另外，如在本文中所使用的，术语“轴向的”和“轴向地”通常指沿着或平行于中央轴线(例如，本体或端口的中央轴线)，而术语“径向的”和“径向地”通常指垂直于中央轴线。例如，轴向距离指的是沿着或平行于中央轴线测得的距离，而径向距离指的是垂直于中央轴线测得的距离。 [0034] 现在参照图2-4和图6，示出了根据本文描述的原理的阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式。在图6中，螺纹保护器100示出为连接至传统的接头或管300的阳螺纹端310。一旦被安装在阳螺纹端310上，则螺纹保护器100保护阳螺纹端310上的外螺纹311免于受到损害(例如，与其他物体撞击、腐蚀等等)。 [0035] 螺纹保护器100具有中央轴线150、上部闭合端部100a以及与端部100a相对的下部敞开端部100b。另外，螺纹保护器100包括位于闭合端部100a处的基部110以及从基部110轴向地延伸至敞开端部100b的环状体或连接构件120。如最好在图6中所示出的，在使用期间，连接构件120通过敞开端部100b同轴地接纳管300的阳螺纹端310直至阳螺纹端310的终端312轴向地抵接并密封地接合基部110。由此，连接构件120也可以被描述为凹形阴螺纹部120。 [0036] 螺纹保护器100具有在端部100a、b之间轴向地测得的高度H100。高度H100优选地等于或大于阳螺纹端310的外螺纹311的轴向长度L311，使得连接构件120在阳螺纹端310的外螺纹311上延伸、完全地覆盖和遮蔽外螺纹311免于受到损害。 [0037] 仍然参照图2-4和图6，在该实施方式中，基部110大致为具有外半径R110的圆形。另外，基部110具有平坦的外表面110a和与表面110a相对的环状的平坦的内表面110b。 平坦的表面110a、110b位于垂直于轴线150定向的平面中。如最好在图4和图6中所示出的，内表面110b的径向外部部分限定了用于接合阴螺纹端310的终端312并靠着终端312进行密封的环形座111。环状缓冲件112在基部110的径向外周附近从基部110的外表面 110a轴向地延伸。缓冲件112包括多个周向间隔的凹部113。在该实施方式中，设置四个均匀地周向间隔的凹部113。凹部113提供了在螺纹保护器100安装至阳螺纹端310和从阳螺纹端310上移除期间用于积极地接合螺纹保护器100并且施加旋转力矩至螺纹保护器 100以使螺纹保护器100绕着轴线150旋转。虽然在图2-4和图6中示出的实施方式中设置了绕着轴线150均匀地以90°成角度地间隔开的四个凹部113，但通常，可以设置任何适合的数量的凹部(例如，凹部113)，并且此外，凹部可以均匀的或非均匀地成角度间隔开。 [0038] 仍然参照图2-4和图6，连接构件120具有与轴线150同轴地对准的中央轴线125、连接至基部110的上部基部端120a以及远离基部110的下部自由端120b。中央通道或孔口121轴向地延伸穿过位于端部120a、b之间的连接构件120，并适于至少部分地接收阳螺纹端310(图6)。在基部端120a处，基部110延伸越过、闭合以及封闭孔口121。然而，在自由端120b处，孔口121为敞开的，因而限定保护器100的开口101。 [0039] 连接构件120具有限定内半径R123的径向内表面123和径向外表面122。如最好在图4中所示出的，在该实施方式中，表面123从自由端120b移动至基部端120a径向向内地渐缩。特别地，内表面123相对于轴线125、150以锐角α123定向。因此，表面123每每可被描述为是截头圆锥形。结果，半径R123沿着从基部端120a至自由端120b轴向移动而增大。在其他实施方式中，阳螺纹端保护器(例如，保护器100)的径向内表面(例如，表面123)可以为圆筒形(即，不是渐缩的)。 [0040] 现在参照图4-6，螺旋形内螺纹130沿着连接构件120的内表面123延伸并且定位在基部端120a与自由端120b之间。螺纹130绕着与轴线125、150重合的螺旋轴线延伸，并且具有与完整的一圈螺纹130的轴向长度(中心至中心)相等的螺距P130。在该实施方式中，螺纹130定位成靠近自由端120b并且与基部端120a轴向地间隔开。此外，如最好在图5中所示出的，螺纹130延伸了在螺纹130的上端部与下端部之间轴向地(中心至中心)测得的长度L130。在该实施方式中，轴向长度L130小于阳螺纹端310上的外螺纹311的螺尾或L4长度L311，并且更为具体地，小于外螺纹311的L2长度L311’。在下文中将更详细地讨论外螺纹311及其L4长度L311以及L2长度L311’。 [0041] 如最好在图4和图5中所示出的，螺纹130相对于垂直于轴线150的参考平面136以螺纹角θ130定向。不限于这个或任何特定的理论，螺纹角θ130随着内半径R123和螺距P130而变化。通常，对于阳螺纹端螺纹保护器(例如，螺纹保护器100)，螺纹角(例如，螺纹角θ130)与螺纹保护器内半径(例如，内半径R123)负相关，而与螺距(例如，螺距P130)直接相关。换句话说，对于特定的螺距，随着螺纹保护器内半径增大，螺纹角减小；并且对于特定的螺纹保护器内半径，随着螺距增大，螺纹角增大。 [0042] 现在参照图5，垂直于螺纹的中央轴线截取的螺纹(例如，螺纹130)的截面形状可以指其几何形状或螺纹牙形。在该实施方式中，螺纹130为由从表面123径向向内延伸的凸形表面131限定的圆的、半圆形或半圆柱形牙形。螺纹130的表面131具有曲率半径R130，曲率半径R130优选地大于0.03英寸，并且更优选地在0.045与0.06英寸之间。另外，螺纹130具有在螺纹130的基部处测得的轴向宽度W130，轴向宽度W130等于半径R130的两倍、螺距P130的一半，并且螺纹130具有从内表面123沿径向向内至螺纹130的径向最内点测得的螺纹高度H130。对于大多数应用，螺纹高度H130优选地在0.015英寸与0.07英寸之间，并且更为优选地在0.045英寸与0.065英寸之间，甚至更优选地在0.050英寸与0.060英寸之间。 [0043] 现在参照图6和图7，阳螺纹端螺纹保护器100示出为安装至传统的管300的阳螺纹端310。阳螺纹端310具有限定阳螺纹端外半径R310的截头圆锥形径向外表面314。对于钻探和生产管而言传统的是，外表面314沿朝着终端312轴向地移动而向内渐缩。因此，外半径R310沿朝着终端312轴向地移动而减小。对于大多数管而言，阳螺纹端的外表面(例如，阳螺纹端310的外表面314)通常相对于管的中央轴线以0°和3°之间的角度渐缩，最常见地以1°和2°之间的角度渐缩。前文描述的内表面123的角度α123(图4)优选地选择为使得当保护器100安装至阳螺纹端310时内表面123平行于渐缩的外表面314。换句话说，表面123的角α123优选地等于其所安装至的阳螺纹端的径向外表面的角度。在阳螺纹端的外表面不渐缩(例如，阳螺纹端310的表面314不渐缩)的应用中，阴螺纹部的内表面(例如，连接构件120的内表面123)可以为圆筒形(即，具有恒定的半径)。 [0044] 阳螺纹端310的外螺旋形螺纹311绕着阳螺纹端310延伸并且具有从终端312至螺纹311的消失点轴向地测得的螺尾或L4长度L311。另外，外螺纹311具有从终端312至最后的全的、完整螺纹311轴向地测得的L2长度L311’。如最好在图7中所示出的，外螺纹311具有等于完整的一圈螺纹311的轴向(中心至中心)宽度的螺距P311、从表面314沿径向向外至螺纹311的径向最外点测得的螺纹高度H311、等于二分之一螺距P311的螺纹宽度W311、相对于参考平面136的螺纹角θ311以及梯形螺纹几何形状或牙形。传统的管(例如，管300)的阳螺纹端典型地每英寸具有5至10个外螺纹，并且因此，常常具有0.1英寸和0.2英寸之间的螺距。 [0045] 如前文所说，内螺纹130具有圆的、半圆形的或半圆柱形的牙形，而外螺纹311具有梯形牙形。虽然螺纹130、311具有不同的螺纹牙形(即，圆的与梯形的)，但内螺纹130构造为与外螺纹311螺纹配合(即，螺纹130的每一圈轴向地设置在螺纹311的一对轴向相邻的圈之间)。特别地，内螺纹130的螺距P130与外螺纹311的螺距P311相同，并且内螺纹130的螺纹角θ130与外螺纹311的螺纹角θ311相同。另外，保护器100的尺寸确定成使得在螺纹保护器100旋拧到阳螺纹端310上时内螺纹130与外螺纹311径向地重叠。因此，在螺纹130、311之间的螺纹接合区域315中，内半径R123减去内螺纹高度H130小于外半径R310加上外螺纹高度H311。由于表面123、314为渐缩的，因此应理解，内螺纹130可能不会沿着整个长度L311与外螺纹311径向地重叠。例如，螺纹130、311可能不会在终端312的近侧径向地重叠。然而，当螺纹保护器100安装至阳螺纹端310时，外螺纹311优选地与内螺纹保护器表面123不接合，并且内螺纹130优选地与外阳螺纹端表面314不接合。内螺纹130的螺纹高度H130可以与外螺纹311的螺纹高度H310不同，并且螺纹宽度W130可以与外螺纹311的螺纹宽度W310不同，而仍然允许螺纹130与外螺纹311配合以及接合。 [0046] 传统的阳螺纹端螺纹保护器确定尺寸为且被构造为适于具有直径、螺距、螺纹角、螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的特定组合的阳螺纹端。本文描述的阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式确定尺寸为且被构造为适于具有直径、螺距和螺纹角的特定组合的阳螺纹端，但与传统的阳螺纹端螺纹保护器不同，本文描述的阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式可以用于螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的不同组合。特别地，本文描述的阳螺纹端保护器100的实施方式包括与满足下列条件的任何阳螺纹端外螺纹311充分地接合的具有圆的、半圆形的或半圆柱形的螺纹牙形的内螺纹130：外螺纹311具有在螺纹宽度W130的90％和110％之间的螺纹宽度W310(即，螺纹宽度W130的范围在螺纹宽度W310的90％至110％之间)、以及在螺纹高度H130的100％和125％之间的螺纹宽度H310(即，螺纹高度H130的范围在螺纹高度H310的80％至100％之间)。该特征的组合使得阳螺纹端螺纹保护器100能够被安装至具有给定的直径、螺距和螺纹角但不同的螺纹牙形、螺纹高度和螺纹宽度的各种不同的阳螺纹端上，同时确保其间的螺纹接合足以通过与阳螺纹端螺纹保护器有关的标准和测试，例如对于螺纹保护器设计有效性的要求的API规范5CT/ISO11960，包括稳定性试验、扭矩和振动试验、轴向冲击试验、角冲击试验、腐蚀试验、剥离试验等。因此，阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式提供了更通用的螺纹保护器的可能，其中该螺纹保护器能够用于具有不同螺纹牙形、螺纹高度和螺纹宽度但具有类似尺寸的管。结果，对于具有某一螺距和螺纹角的给定直径的阳螺纹端而言，阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式还通过减小由于螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的所有可能组合而必须制造和储存的不同螺纹保护器的数量提供了减小螺纹保护器的库存和储藏需求的可能。 [0047] 现在参照图6，为了将螺纹保护器100安装至阳螺纹端310，终端312轴向地插入至开口101中并轴向地推进直至外螺纹311抵接内螺纹130。接下来，旋转扭矩经由凹部113施加至螺纹保护器100以使螺纹保护器100相对于管300沿箭头161的方向绕着轴线 150旋转。在螺纹保护器100旋转的同时，阳螺纹端310被轴向地推动通过开口101并推至孔口121中，因而使螺纹130、311接合并将阳螺纹端螺纹保护器100旋拧到阳螺纹端310上。保护器100优选地被旋拧到阳螺纹端310上直至终端312沿着支座111轴向地抵接并密封地接合基部110。 [0048] 为了将阳螺纹端螺纹保护器100从阳螺纹端310上拧开并移除，旋转力矩经由凹部113施加至螺纹保护器100以使得螺纹保护器100相对于管300沿箭头162的方向(与方向161相反)绕着轴线150旋转。在沿方向162旋转的同时，螺纹保护器100从阳螺纹端310上轴向地被拉动直至螺纹130、311完全地分离。 [0049] 如前文描述的，传统的阳螺纹端螺纹保护器的内螺纹典型地接合对应的阳螺纹端的外螺纹的L4长度，或接合外螺纹的至少L2长度。然而，在本文描述的实施方式中，螺纹保护器100的内螺纹130延伸轴向长度L130，轴向长度L130小于阳螺纹端310上的外螺纹311的L4长度L311，并且此外，小于外螺纹311的L2长度L311’。因此，内螺纹130不接合外螺纹311的L4长度L311或L2长度L311’。这使得：与具有类似尺寸的传统螺纹保护器相比，能够以更短的时间和花费更少的努力将螺纹保护器100安装/旋拧到阳螺纹端310上以及从阳螺纹端310上拧开/移除。特别地，通过更短的轴向长度的内螺纹130，保护器100可以以更少的旋转而被旋拧到阳螺纹端310上以及从阳螺纹端310上拧开。然而，轴向长度L130优选地足够地长以便实现螺纹130、311的充分接合以限制和/或防止腐蚀性流体在保护器 100与阳螺纹端310之间轴向地流动并且在撞击期间将保护器100维持在阳螺纹端310上。 特别地，外螺纹130的轴向长度L130优选地大于1.0英寸，并且更为优选地，大于1.0英寸且小于1.5英寸。 [0050] 应理解，内螺纹130定位成与外螺纹311的远离终端312的下部部分密封地接合，因而限制和/或防止管300的外部的腐蚀性流体(例如，水)到达外螺纹311的L4长度L311的任何部分。终端312和基部110沿着环状支座111的密封接合限制和/或防止管300内的腐蚀性流体到达外螺纹311的任何部分。 [0051] 现在参照图8-10和图12，示出了根据本文描述的原理的阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式。在图12中，螺纹保护器200示出为联接至管300的阴螺纹端320。阴螺纹端320与前文描述的阳螺纹端310相对。一旦被安装至阴螺纹端320上，螺纹保护器200则保护阴螺纹端300中的内螺纹321免于受到损害(例如，去其他物体的撞击、腐蚀等等)。 [0052] 螺纹保护器200具有中央轴线250、上部闭合端部200a以及与端部200a相对的下部敞开端部200b。螺纹保护器200具有在端部200a、b之间轴向地测得的高度H200。另外，螺纹保护器200包括位于上端部200a处的基部210以及从基部210轴向地延伸至第二端部200b的环状体或连接构件220。如最好在图12中所示出的，在使用期间，连接构件220轴向地延伸至管300的阴螺纹端320中并且基部210轴向地抵接并密封地接合阴螺纹端320的终端322。由此，连接构件220也可以被描述为凸形阳螺纹部120。 [0053] 仍然参照图8-10和图12，在该实施方式中，基部210通常为具有外半径R210的圆形。另外，基部210具有平坦的外表面210a，平坦的外表面210a远离阳螺纹部220面朝向上并且设置在垂直于轴线250定向的平面中。此外，基部210径向向外延伸超过阳螺纹部220，因而限定绕着保护器200周向延伸的环状凸缘211。凸缘211限定了平坦的环状支座 212，平坦的环状支座212朝着阳螺纹部220面朝向下并且设置在垂直于轴线250定向的平面中。如最好在图12中所示出的，支座212与阴螺纹端320的终端322密封地接合。环状缓冲件213在基部210的径向外周附近从基部210的外表面210a轴向地延伸。缓冲件213包括多个周向间隔的凹部214。在该实施方式中，设置四个均匀地周向间隔的凹部214。凹部214提供了在螺纹保护器200安装至阴螺纹端320和从阴螺纹端320上移除期间用于积极地接合螺纹保护器200并且施加旋转力矩至螺纹保护器200以使螺纹保护器200绕着轴线250旋转的结构和机构。虽然在图8-10和图12中示出的实施方式中设置了绕着轴线 250均匀地以90°成角度地间隔开的四个凹部214，但通常，可以设置任何适合的数量的凹部(例如，凹部214)，并且此外，凹部可以均匀的或非均匀地成角度间隔开。 [0054] 仍然参照图8-10和图12，阳螺纹部220具有与轴线250同轴地对准的中央轴线225、连接至基部210的上部基部端220a以及远离基部210的下部自由端120b。中央通道或孔口221轴向地延伸穿过位于端部220a、b之间的阳螺纹部220，并适于至少部分地设置在管300的阴螺纹端320内(图12)。在端部220a处，基部210延伸越过、闭合以及封闭孔口221。在该实施方式中，孔口221在端部220b处敞开，然而，由于孔口221构造为不接收管300的任何部分，因此，在其他实施方式中，自由下端端部(例如，端部220a)可以为闭合的。 [0055] 阳螺纹部220具有限定外半径R222的径向外表面222。如最好在图10中所示出的，在该实施方式中，外表面222从端部220a移动至端部220b径向向内地渐缩。特别地，外表面222相对于阳螺纹部轴线225以锐角α222定向。因此，表面222可被描述为是截头圆锥形。结果，半径R222沿着从基部端220a至自由端220b轴向移动而减小。 [0056] 现在参照图8、图10和图11，螺旋形外螺纹230沿着阳螺纹部220的外表面222延伸并且定位在端部220a、b之间。螺纹230绕着与轴线225、250重合的螺旋轴线延伸，并且具有与完整的一圈螺纹230的轴向宽度(中心至中心)相等的螺距P230。在该实施方式中，螺纹230定位成靠近基部端220a并且与自由端220b轴向地间隔开。此外，如最好在图10中所示出的，螺纹230延伸了在螺纹130的上端部与下端部之间轴向地(中心至中心)测得的长度L230。在该实施方式中，轴向长度L230小于阴螺纹端320上的内螺纹321的L4长度L321，并且更为具体地，小于内螺纹321的L2长度L321’。在下文中将更详细地讨论内螺纹321、L4长度L321以及L2长度L321’。 [0057] 如最好在图10中所示出的，螺纹230相对于垂直于轴线250定向的参考平面236以螺纹角θ230定向。不限于这个或任何特定的理论，螺纹角θ230随着外半径R222和螺距P230而变化。通常，对于阴螺纹端螺纹保护器(例如，螺纹保护器200)，螺纹角(例如，螺纹角θ230)与螺纹保护器外半径(例如，内半径R222)负相关，并且与螺距(例如，螺距P230)直接相关。换句话说，对于特定的螺距，随着螺纹保护器外半径增大，螺纹角减小；并且对于特定的螺纹保护器外半径，随着螺距增大，螺纹角增大。 [0058] 现在参照图11，示出了外螺纹230的放大的局部截面图。如前文所述，垂直于螺纹的中央轴线截取的螺纹(例如，螺纹230)的截面形状可以指其几何形状或螺纹牙形。在该实施方式中，螺纹230具有由从表面222径向向外延伸的凸形表面231限定的圆的、半圆形或半圆柱形牙形。螺纹230的表面231具有曲率半径R230，曲率半径R230优选地大于0.03英寸，并且更优选地在0.045与0.06英寸之间。另外，螺纹230具有在螺纹230的基部处测得的轴向宽度W230，轴向宽度W230等于半径R230的两倍、螺距P230的一半，并且螺纹230具有从表面223沿径向向外至螺纹230的径向最外点测得的螺纹高度H230。对于大多数应用，螺纹高度H230优选地在0.015英寸与0.05英寸之间，并且更为优选地在0.020英寸与0.035英寸之间。 [0059] 现在参照图12和图13，阴螺纹端螺纹保护器200示出为安装至传统的管300的阴螺纹端320。阴螺纹端320具有限定内半径R320的截头圆锥形径向内表面324。对于钻探和生产管而言传统的是，内表面324沿从终端322轴向地移动而向内渐缩。因此，内半径R320沿远离终端322轴向地移动而减小。对于大多数管而言，阴螺纹端的内表面(例如，阴螺纹端320的内表面324)通常相对于管的中央轴线以0°和3°之间的角度渐缩，最常见地以1°和2°之间的角度渐缩。前文描述的外表面222的角度α222优选地选择为使得当保护器100安装至阴螺纹端320时外表面222平行于渐缩的内表面324。换句话说，表面222的角α222优选地等于其所安装至的阴螺纹端的径向内表面的角度。在阳螺纹端的外表面不渐缩(例如，阴螺纹端320的表面324不渐缩)的应用中，阳螺纹部的外表面(例如，阳螺纹部220的外表面222)可以为圆筒形(即，具有恒定的半径)。 [0060] 阴螺纹端220的内螺旋形螺纹321在阴螺纹端220内延伸并且具有从终端322至螺纹321的消失点轴向地测得的螺尾或L4长度L321。另外，内螺纹321具有从终端322至最后的全的、完整螺纹321轴向地测得的L2长度L321’。如最好在图13中所示出的，内螺纹321具有等于完整的一圈螺纹321的轴向(中心至中心)宽度的螺距P321、从表面324沿径向向内至螺纹321的径向最内点测得的螺纹高度H321、等于螺距P321的一半的螺纹宽度W321、相对于参考平面236的螺纹角θ321以及梯形螺纹几何形状或牙形。传统的管(例如，管 300)的阴螺纹端典型地每英寸具有5至10个外螺纹，并且因此，常常具有0.1英寸和0.2英寸之间的螺距。 [0061] 如前文所说，外螺纹230具有圆的、半圆形的或半圆柱形的牙形，而内螺纹321具有梯形牙形。虽然螺纹230、321具有不同的螺纹牙形(即，圆的与梯形的)，但外螺纹230构造为与内螺纹321螺纹配合(即，螺纹230的每一圈轴向地设置在螺纹321的一对轴向相邻的圈之间)。特别地，外螺纹230的螺距P230与内螺纹321的螺距P321相同，并且螺纹230的螺纹角θ230与内螺纹321的螺纹角θ331相同。另外，保护器200的尺寸确定成使得在螺纹保护器200旋拧到阴螺纹端320上时外螺纹230与内螺纹321径向地重叠。因此，在螺纹230、321之间的螺纹接合区域325中，外半径R222加上外螺纹高度H230大于内半径R320减去内螺纹高度H321。然而，当螺纹保护器200安装至阴螺纹端320时，内螺纹321优选地与外螺纹保护器表面222不接合，并且外螺纹230优选地与内部阴螺纹端表面324不接合。外螺纹230的螺纹高度H230可以与内螺纹321的螺纹高度H320不同，并且螺纹宽度W230可以与内螺纹321的螺纹宽度W320不同，而仍然允许螺纹230与内螺纹321配合以及接合。 [0062] 传统的阴螺纹端螺纹保护器的尺寸确定为且被构造为适于具有直径、螺距、螺纹角、螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的特定组合的阴螺纹端。本文描述的阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式的尺寸确定为且被构造为适于具有直径、螺距和螺纹角的特定组合的阴螺纹端，但与传统的阳螺纹端螺纹保护器不同，本文描述的阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式可以用于螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的不同组合。特别地，本文描述的阴螺纹端保护器200的实施方式包括与满足下列条件的任何阴螺纹端内螺纹321充分地接合的具有圆的、半圆形的或半圆柱形的螺纹牙形的外螺纹230：内螺纹321具有在螺纹宽度W230的90％和110％之间的螺纹宽度W320(即，螺纹宽度W230的范围在螺纹宽度W320的90％至110％之间)、以及在螺纹高度H230的100％和125％之间的螺纹高度H320(即，螺纹高度H230的范围在螺纹高度H320的80％至100％之间)。该特征的组合使得阴螺纹端螺纹保护器200能够被安装至具有给定的直径、螺距和螺纹角但不同的螺纹牙形、螺纹高度和螺纹宽度的各种不同的阳螺纹端上，同时确保其间的螺纹接合足以通过与阴螺纹端螺纹保护器有关的标准和测试，例如对于螺纹保护器设计有效性的要求的API规范5CT/ISO11960，包括稳定性试验、扭矩和振动试验、轴向冲击试验、角冲击试验、腐蚀试验、剥离试验等。因此，阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式提供了更通用的螺纹保护器的可能，其中该螺纹保护器能够用于具有不同螺纹牙形、螺纹高度和螺纹宽度但具有类似尺寸的管。结果，对于具有某一螺距和螺纹角的给定直径的阳螺纹端而言，阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式还通过减小由于螺纹牙形、螺纹宽度和螺纹高度的所有可能组合而必须制造和储存的不同螺纹保护器的数量提供了减小螺纹保护器的库存和储藏需求的可能。 [0063] 现在参照图12，为了将螺纹保护器200安装至阴螺纹端320，端部200b轴向地插入至阴螺纹端320中并轴向地推进直至端部220b处的外螺纹230抵接内螺纹321。接下来，旋转扭矩经由凹部214施加至螺纹保护器200以使螺纹保护器200相对于管300沿箭头261的方向绕着轴线250旋转。在螺纹保护器200旋转的同时，阴螺纹端320被轴向地推动至阴螺纹端320中，因而使螺纹230、321接合并将阴螺纹端螺纹保护器200旋拧到阴螺纹端320中。保护器200优选地被旋拧到阴螺纹端320中直至终端322沿着支座212轴向地抵接并密封地接合凸缘211。 [0064] 为了将阴螺纹端螺纹保护器200从阴螺纹端320上拧开并移除，旋转力矩经由凹部214施加至螺纹保护器200以使得螺纹保护器200相对于管300沿箭头262的方向(与方向261相反)绕着轴线250旋转。在沿方向262旋转的同时，螺纹保护器200从阴螺纹端320上轴向地被拉动直至螺纹230、321完全地分离。 [0065] 如前文描述的，传统的阴螺纹端螺纹保护器的外螺纹典型地接合对应的阴螺纹端的内螺纹的L4长度，或接合内螺纹的至少L2长度。然而，在本文描述的实施方式中，螺纹保护器200的外螺纹230延伸轴向长度L230，轴向长度L230小于阴螺纹端320上的内螺纹321的L4长度L321，并且此外，小于内螺纹321的L2长度L321’。因此，外螺纹230不接合内螺纹321的L4长度L321或L2长度L321’。这使得：与类似尺寸的传统螺纹保护器相比，能够以更短的时间和花费更少的努力将螺纹保护器200安装/旋拧到阴螺纹端320中以及从阴螺纹端320上拧开/移除。特别地，通过更短的轴向长度的外螺纹230，保护器200可以以更少的旋转而被旋拧到阴螺纹端320中以及从阴螺纹端320上拧开。然而，轴向长度L230优选地足够地长以便实现螺纹230、321的充分的接合以限制和/或防止腐蚀性流体在保护器200与阴螺纹端320之间轴向地流动并且在撞击期间将保护器200维持在阴螺纹端320上。特别地，内螺纹321的轴向长度L230优选地大于1.0英寸，并且更为优选地，大于1.0英寸且小于1.5英寸。应理解，外螺纹230定位成密封地接合内螺纹321的靠近终端322的上部部分，因而限制和/或防止腐蚀性流体(例如，水)到达内螺纹321的L4长度的任何部分。 [0066] 图2-6中示出的阳螺纹端螺纹保护器100的实施方式为整体的、单件结构。特别地，包括缓冲件112在内的基部110与连接构件120被铸造、模制或以别的方式一起形成为单个工件。因此，基部110和连接构件120为单块的。在其他实施方式中，阳螺纹端螺纹保护器的两个或更多个部段(例如，基部110、连接构件120、缓冲件112等)可以形成为分开的构件并且接着彼此附接在一起。与阳螺纹端螺纹保护器100类似，图8-12中示出的阴螺纹端螺纹保护器200的实施方式为整体的、单件结构。特别地，包括缓冲件213在内的基部210与阳螺纹部220被铸造、模制或以别的方式形成为单个工件。在其他实施方式中，阴螺纹端螺纹保护器的两个或更多个部段(例如，基部210、阳螺纹部220、缓冲件213等)可以形成为分开的构件并且接着彼此附接在一起。 [0067] 阳螺纹端螺纹保护器100和阴螺纹端螺纹保护器200都优选地由耐用的、抗腐蚀的材料构造而成，该材料在撞击下塑性变形以使得撞击能转换为内耗和热能；螺纹保护器100、200因此耗尽或大大减小传递的能量并且防止能量到达或损坏附接的管300的螺纹。 每个螺纹保护器100、200因此优选地由将在受到外力时吸收例如撞击能的大部分能量的材料构造而成。该材料通过挠曲、变形或弯曲和/或屈服或失效——每一种方式都需要能量——而吸收撞击能。用于本文描述的螺纹保护器(例如，螺纹保护器100、200)的实施方式的合适材料的示例包括但不限于为高密度聚乙烯材料(例如，菲利普斯66Marlex.RTM.HHM5502BN或HXM50100)。 [0068] 虽然已经示出并描述了优选实施方式，但在不背离本文的范围和教示的情况下可由本领域技术人员做出优选实施方式的修改。本文描述的实施方式仅为示例性的而非限制性的。本文描述的系统、设备和过程的许多改型和修改是可能的并且在本发明的范围内。例如，各种部件的相对尺寸、制成各种部件的材料，以及其他的参数可以变化。因此，保护范围不限于本文描述的实施方式，而是仅仅由跟随的权利要求限定，其保护范围应包括权利要求的主题的所有等同物。除非明确地另外阐明，否则方法权利要求中的步骤可以以任何顺序执行。在方法权利要求中的步骤之前的识别符号例如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)的引用不旨在具体阐明步骤的特定顺序，而是仅用于简化随后对该步骤的参引。 |
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