挠性接头式管形螺纹接头组件的阳端部或阴端部保护器 |
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| 申请号 | CN201580070127.3 | 申请日 | 2015-12-18 | 公开(公告)号 | CN107108090A | 公开(公告)日 | 2017-08-29 |
| 申请人 | 瓦卢瑞克石油天然气法国有限公司; | 发明人 | J·A·阿吉拉尔·门德斯; G·M·马加兰内斯·蒙塔尔沃; K·宝斯白纳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于 烃 井钻探或开采的管形 螺纹 接头组件的阳端部(1)或阴端部(3)的保护器(20)，其特征在于，其具有一个基本主体(21)，一个第一 密封圈 (25)，其材料的刚性小于保护器主体(21)的材料，用于与组件端部的表面进行密封，基本主体具有多个孔(22)，密封圈(25)通过所述孔进入。 | ||||||
| 权利要求 | 1.保护用于烃井钻探或开采的管形螺纹接头组件的阳端部(1)或阴端部(3)的保护器(20)，其特征在于，保护器具有基本主体(21)，第一密封圈(25)由比保护器的基本主体(21)的材料刚性小的材料制成并用于与管形螺纹接头组件的一端部的表面进行密封，基本主体具有多个孔(22)，第一密封圈(25)穿过所述孔进入。 |
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| 说明书全文 | 挠性接头式管形螺纹接头组件的阳端部或阴端部保护器技术领域[0001] 本发明涉及管形螺纹件和更准确地说这些管形螺纹件中某些端部的保护器，管形螺纹件尤其是油气井钻探或开采用钻管。 背景技术[0002] 这里，所谓“组件”，是指油气井钻探或开采用的任何零配件，至少具有一个连接件或者螺纹端部，用于与另一个组件进行螺纹装配，与另一个组件一起构成一个管形螺纹接头。例如，组件可以是长度较长的管形元件(尤其是长度约为十米)，例如长度为数十厘米的管或管形套筒，或者这些管形元件的配件(悬挂装置或“支架”、截面改变件或“跨越接头”、安全阀、钻杆连接件或“钻杆接头”、“子部件”等等)。 [0003] 组件一般彼此装配用于在烃井或类似井中下降，构成一个钻具、一个套装管柱或衬管管柱、或者一个生产管柱(开采管柱)。 [0004] 美国石油协会(API)发布的API 5CT技术规格，其等效于国际标准化组织(ISO)发布的管理用作套装管柱或生产管柱的管的ISO 1 1960:2004标准，API 5B技术规格限定这些管的标准螺纹面。 [0005] API的技术规格7限定旋转钻杆的凸肩螺纹连接件。 [0006] 管形螺纹接头组件生产厂家也研发出具有特殊螺纹面几何形状的高级螺纹接头，以及尤其是在机械强度和密封性方面具有更好工作性能的特殊装置。 [0007] 螺纹连接件往往具有一个或两个螺纹面，其螺纹基本上呈梯形，具有一个朝向所述螺纹件自由端的螺纹侧的接合型面、一个接合螺纹相对侧的支承型面、一个宽度非零的螺纹顶部和一个宽度也非零的螺纹底部，基本上支承型面和接合型面的定向基本上垂直于螺纹件的轴线(例如，API Buttress螺纹根据API标准，对于支承型面，具有+3°的倾斜度，对于接合型面，具有+10°的倾斜度)。 [0008] 也存在三角形或圆形螺纹，其也具有接合型面和支承型面，其螺纹顶部和底部宽度基本上为零，但是，现在非常少用，因为其脱扣危险性大。 [0009] 前述组件可具有一个阳端部，其用于螺纹连接于另一个钻探或开采组件的一个阴端部。因此，在螺纹件从生产线下线的时间与其使用时间之间，而且也在两次连续使用之间，其阳端部和阴端部必须尽可能不损坏，不污染，质量不下降。显然，实际上，不仅螺纹面而且支承面和接合处必须防腐蚀、防尘、防冲击(或撞击)，其每个都具有特殊功能和辅助功能，尤其是在使用期间确保密封性。 [0010] 另外，前述组件端部一般在装配前涂以具有防卡住性能的润滑油。 [0012] 例如，尤其是US6027145、EP1211451和FR2892174提出，在工厂涂以预定厚度的一薄层以固体润滑剂微粒为基的干润滑剂，取代最后刷上的润滑油。 [0013] 这些表面处理和覆盖层具有提高硬度、润滑、防腐蚀的性能，适于两个连接件的装配件的使用状况或者装配状态，必须使连接件的保护器适于产品的这些使用阶段之外的情况，尤其是贮存、装卸和运输期间的情况，以使连接件防止出现有损于产品效能的机械脱落和污染(砂粒、碎屑)。 [0014] 覆盖层也称为润滑剂覆盖层，润滑剂为固体润滑剂或半固体润滑剂，干润滑剂或半干润滑剂。其具有粘滞性，粘滞性很大，在25℃下，为500mPa。s至5000mPa。s以上，某些甚至具有“粘附性”，即在涂于连接件的表面上之后，可粘附于与之接触的物体，尤其是会粘附到触及连接件覆盖表面的操作人员的手指上。相反，其他润滑剂为刚性，具有一定的硬度。这是所需的性能，便于两个连接件进行装配，但是，连接件保护器则存在问题。实际上，其必须使连接件防冲击，必须紧固于连接件，且必须具有刚性主体。 [0015] 为了获得保护，一般要按照API 5CT技术规格(12.2节)的要求，在管形螺纹接头组件的阳端部和阴端部上配置一个保护器。许多这种装置已经有人提出，尤其是在EP0148807、US2006/0042709、WO2005/075877和WO2005/024282中已经提出，特别是后三个文献提出在工厂预先涂以润滑剂的接头的保护器。事实表明，某些具有损坏配置的保护装置、气密性和湿度密封性不足的危险性。 [0016] 保护器是其主要功能是使阳连接件或阴连接件的工作面防机械冲击的装置。这些表面可以是一个或多个螺纹面、一个或多个支承面、一个或多个接合处。保护器一般基本上呈圆柱形，一般具有一个位于与保护器自由端相对的端部的称为防冲器的防机械冲击缓冲器，一个主体，一个紧固件。一般适于使保护器紧固在连接件上的解决方案，是使之螺纹连接在连接件的螺纹面上。该解决方案安装简单，定位精确。因此，保护器具有螺纹面，适于旋紧在连接件的螺纹面上。螺纹面与连接件的螺纹面，往往类型相同，螺距相同。 [0017] 这样，除了表面处理和连接件上添加覆盖层之外，保护器还配有密封件，提高具有连接件工作面的空间的湿度密封性或者气密性。这些密封件一般嵌装在保护器上，其形状和材料使之比保护器的刚性很大的主体更具挠性，以使其一部分表面紧密接触相对的连接件的表面，实施密封接触。 [0020] 另外，保护器的密封圈与具有不同表面状态的连接件表面进行接触。我们发现，保护器接头的表面与连接件的表面之间的摩擦系数可为0.3至1.7。因此，接头与连接件之间可能摩擦很大。本发明的另一个实施例是提出一种在保护器布置在连接件上时具有良好保持力的侧接头，且提出向操作人员指示接头在其安装座中保持不良的方法。 发明内容[0021] 本发明旨在改进这种情况，尤其是在简化使用和提高坚固性方面，同时获得高质量密封性和检测能力。 [0022] 本发明是用于烃井钻探或开采的管形螺纹接头组件的阳端部或阴端部保护器，其具有一个基本主体，一个第一密封圈，其材料的刚性小于保护器主体的材料，用于与组件端部的表面进行密封，基本主体具有多个孔，密封圈通过所述孔进入。 [0023] 在一种实施方式中，孔分布在基本主体的周边上。 [0024] 在一种实施方式中，密封件具有一个环、一个密封唇部、一个保持延伸部分。 [0025] 在一种实施方式中，一个保持延伸部分具有一个锁紧头部。 [0026] 在一种实施方式中，一个保持延伸部分具有一个头部接头。 [0027] 在一种实施方式中，基本主体具有多个镗孔，多个孔通到其中。 [0028] 在一种实施方式中，基本主体具有多个周边槽部，多个孔通到其中。 [0029] 在一种实施方式中，密封件复合模制在保护器主体上，且进入至少一个孔。 [0030] 在一种实施方式中，密封圈用弹性体材料制成。 [0031] 在一种实施方式中，密封圈用于与组件端面的侧表面进行密封。 [0032] 本发明还涉及保护器的安装方法，其包括以下步骤： [0033] -在保护器主体上布置一个第一密封圈； [0034] -通过一个孔按下保持延伸部分； [0035] -切割头部接头。 [0036] 在一种实施方式中，所述过程也包括以下步骤： [0037] -拉动保持延伸部分的头部接头，直至锁紧头部全部穿过孔。 [0038] 所谓“阳连接件”，是指组件的具有机加工和/或修磨表面的与相应的内螺纹部分形成一个接头的部分，所谓“主体”，是指组件的具有压延表面的其余部分。一个阳连接件一般具有一个或多个位于外侧壁上的螺纹面，一个相应的阴连接件在组件的内侧壁上具有一个或多个相应的螺纹面。附图说明 [0039] 根据下面参照附图所作的详细说明，本发明的其他特征和优越性将显而易见，附图如下： [0040] －图1是管形组件阳端部的剖面示意图； [0041] －图2是根据本发明一种实施方式的用于阳连接件的保护器的纵向剖面示意图； [0042] －图3a和3b示意性示出根据本发明一种实施方式的用于阳端部和阴端部的保护器的环形密封圈的正视图； [0043] －图4是根据本发明一种实施方式的保护器处于安装在连接件上的状态的细部剖面示意图； [0044] －图5是根据本发明一种实施方式的保护器主体的剖面示意图。 [0045] 附图不仅可用于补全本发明，而且必要时有助于指出其特征。附图对本发明范围是非限定性的。 具体实施方式[0046] 本发明旨在保护管形螺纹接头(用于烃井或类似井的钻探或开采)的管形组件的螺纹端部，在其从生产线下线的时间与其使用的时间(保护装置的多次可能的安装和拆卸)之间，而且也在两次相继使用之间，通过减小密封圈定位受损的危险，防止其受到机械损坏，防污染(化学上和实体上)，防止质量下降(防腐蚀)。 [0047] 本发明也旨在允许在现场快速和可靠地安装和拆卸组件端部上的保护器，以及允许在使用之前或者在组件两次相继使用之间，易于检测螺纹的状态。本发明避免使用附加的安装物。 [0048] 图1是具有管形主体(2)和至少一个阳连接件(1)的管形组件的一部分的剖面图。阳连接件一般通过在管形主体上机加工而成。管形主体具有外侧壁(15)和内侧壁(14)。图1所示的阳连接件(1)具有主轴线X1。 [0049] 阳连接件(1)具有外螺纹面(11)，其用于通过相应的阴连接件的内螺纹面(未示出)旋紧在另一个管形组件的阴连接件上。阳连接件(1)还在外侧连接表面(10)上具有环形外表面(12)、环形内表面(5)、密封面(6)和内侧壁(14)。 [0050] 组件的阳连接件(1)终止于基本上横向定向的远端环形表面(5)。该远端环形表面可以是简单的，呈平面的，如图1所示，也可以是非平面的，例如呈圆锥形。可选地，远端环形表面可具有支承面(8)，支承面(8)能在螺纹连接状态下支承在相应的阴连接件的相应的表面上。 [0051] 阳连接件的远端环形表面(5)是环形内表面。阴连接件的远端环形表面是环形外表面。 [0052] 远端表面是环形表面，位于连接件的螺纹面的下游。当第一部分轴向定位成较接近组件的自由端时，组件的第一部分位于组件的第二部分的下游。当第一部分轴向定位成较远离组件的自由端时，组件的第一部分位于组件的第二部分的上游。 [0053] 连接件的环形外表面(12)可具有外止动面、外支承面(也称为密封面)和/或在具有外螺纹面(11)的区域与管形主体(2)的外侧壁(15)之间的连接面。 [0054] 连接螺纹面(11)可具有完全螺纹和渐消或不完全螺纹。实际上，当螺纹面为圆锥形时，其可分成完全螺纹子部分和渐消或不完全螺纹子部分，所述完全螺纹子部分的型面不变，没有不规则性或不完全性(例如飞边之类的)，所述渐消或不完全螺纹子部分的高度逐渐降低，其型面可具有不规律性或者不完全性，以便在螺纹顶部与底部之间具有间隙。不完全螺纹随着与接合部分的螺纹面的不接触，几乎不承受螺纹连接作用力。 [0055] 阳连接件(1)还可具有一个或多个金属/金属密封面，与阴连接件的密封面(位于螺纹面的下游、螺纹面的上游、或者两个螺纹部分之间)对应。阳连接件(1)也可具有两个外螺纹面。 [0056] 图2是本发明的一种实施方式的沿具有轴线X2的平面的细部剖面图。本发明的保护器(20)具有围绕轴线X2大致回转的基本主体(21)和至少一个环形密封圈(25)。保护器(20)还具有至少一个螺纹面(19)，其适于与连接件(1)的螺纹面(11)啮合。 [0057] 保护尤其是机械保护，主体(21)必须具有一定的刚性，同时能够至少部分地吸收撞击。为此，主体(21)例如可在适当的模具中用热塑性材料注塑而成。在可优选使用的不同种类的热塑性材料中，尤其是可举出聚碳酸酯基混合物，例如聚碳酸酯-聚酯(PC-PBT或者PC-PET)，以及高密度聚乙烯(PE)或者超高密度聚乙烯(PE-HD,PE-UHD)。 [0058] 2011版API 5CT技术规格在其附件I中提出螺纹面保护装置的要求，尤其是对于三个温度(-46、+21和+66℃)抗轴向的和偏斜的(45°)冲击强度的最小值。 [0059] 例如，特别是可以选择DOW公司销售的名为DMBA-8904-NT7的PE-HD产品，或者BASELL公司销售的名为LUPOLEN 4261 AG UV 6005的PE-HD产品，TICONA公司销售的名为GUR 5113的PE-UHD产品，或者BAYER公司销售的名为MAKROBLEND S 7916的PC-PBT产品。 [0060] 主体(21)可选地可部分地(至少)呈蜂窝状，尤其是在其厚部分上，以便较好地吸收撞击。 [0061] 主体(21)也可用加强件例如一个金属裙部加固，以加强其刚性或者提高其抗冲击强度。 [0062] 在图2所示的实施方式中，主体(21)具有形成塞件的径向隔离件(34)。在未示出的一个实施例中，径向隔离件(34)具有孔，甚至不存在。 [0063] 密封圈(25)用于一方面与管形组件的表面接触，另一方面与保护器主体的表面接触。 [0065] 所述材料的抗断裂延伸率大于300％。为此，例如可用耐腐蚀、耐化学侵蚀、尤其是耐工业用溶剂和酸侵蚀、耐紫外线长时间辐射、同时保持机械性能的挠性材料注塑而成。在可以优选使用的不同种类的材料中，尤其可举出氯丁橡胶弹性体材料，例如LANXESS公司制造的Baypren 210，EPDM，例如DOW公司制造的Nordel IP烃类橡胶，腈，或者布置到聚烯烃基质中的这些材料中之一。密封圈(25)可以由所述材料构成。 [0066] 在一种实施方式中，密封装置(25)布置成至少在位于阳端部(3)的螺纹面(19)或者阴端部的螺纹面下游的一部分中与组件接触，另一方面与主体(21)接触。更准确地说，密封装置(25)用于确保螺纹面(19)下游的第一道密封性。 [0067] 密封圈(25)具有环(26)和保持延伸部分(27)，保持延伸部分(27)用于插入在保护器(20)的基本主体(21)上的孔(22)中。 [0068] 有利地，主体(21)具有多个孔(22)，多个保持延伸部分(27)穿过所述多个孔，这可以便于密封圈安装定位在保护器上以及在操作期间和在保护器拧在管形组件端部上或从其拧下期间确保环形密封圈在保护器上的性能。密封圈的性能由孔(22)的壁与保持延伸部分(27)的表面之间的摩擦力、和/或由孔与保持延伸部分之间的紧固安装间隙加以确保。这种安装可在密封圈与保护器主体之间获得密封连接。 [0069] 孔在保护器模制时直接获得，或者可以通过在保护器主体上机加工获得，或者通过在保护器主体上钻孔获得。在这最后一种情况下，孔最好具有圆形截面，以便简化和降低机加工成本。孔可具有不同形状的截面，例如三角形或者矩形或者多边形。 [0070] 优选地，保持延伸部分的截面与孔的截面具有相同的形状。 [0071] 在图2所示的实施方式中，孔(22)开在保护器的周边(23)上，以便布置密封圈，密封圈用于与阳端部的内侧表面或者与阴端部的外侧表面进行接触。 [0073] 图4以细部剖面图示出安装在保护器(20)的主体(21)上的密封圈(25)，密封圈具有保持延伸部分(27)，还具有锁紧头部(28)，锁紧头部的截面在自由状态下大于孔(22)的截面，和确定成在压缩状态下，锁紧头部(28)可穿过孔(22)。当密封圈在安装在保护器上的状态下时，环(26)支承在保护器主体的第一表面(24a)上，保持延伸部分(27)延伸通过孔(22)，孔(22)贯穿保护器主体和一方面通到保护器主体的第一表面上，另一方面通到保护器主体的第二表面(24b)上。 [0074] 优选地，锁紧头部(28)具有截锥形部分的形状，具有一个直径较大的基部(29)和一个直径较小的基部(30)，锁紧头部(28)由其直径较大的基部(29)连接于保持延伸部分(27)。这便于锁紧头部通过孔(22)，小直径基部首先更易于进入孔，另一方面这提高密封圈的性能，在密封圈安装在保护器上的状态下，直径较大的基部支承地定位在孔的通过表面上，与保持延伸部分从孔取出相反。 [0075] 保持延伸部分(27)可选地具有头部接头(31)，头部接头通过锁紧头部(28)连接于保持延伸部分。头部接头(31)由其直径较小的基部连接于锁紧头部(28)。 [0076] 头部接头(31)允许操作人员使用例如夹紧工具，强制锁紧头部(28)和保持延伸部分(27)穿过孔(22)通过。这尤其可相对于孔(22)的尺寸，增大锁紧头部(28)的尺寸，以改进密封圈(25)的保持。锁紧头部的尺寸的这种增大，不可能使操作人员不用如夹具这样的专用工具布置密封圈，头部接头(31)的存在避免锁紧头部被所述工具损坏。 [0077] 有利地，头部接头(31)可在密封圈安装在保护器上之后去除，而不影响密封圈在保护器上的性能。 [0078] 本申请人进行的试验表明，根据该最后一种实施方式的密封圈不能拆卸，除非在锁紧头部处剪切密封圈或者进行钻孔，而这会故意地不可逆地使密封圈受损。 [0079] 在一个实施变型中，孔(22)通到开在保护器主体的与第一表面相对的第二表面上的镗孔(35)，环形密封圈(25)的环(26)支承在第二表面上的镗孔(35)上。孔(35)的截面尺寸大于锁紧头部(28)的截面尺寸。该孔可保护锁紧头部，防止铲切工具可能切割或切断所述锁紧头部。 [0080] 在图5所示的一个实施例中，镗孔(35)可以是一个周边槽部(36)。 [0081] 图3a是根据本发明一种实施方式的密封圈(25)的正视图(从上游)，其用于安装在阳连接件的保护器上。密封唇部(32)向环(26)内延伸。匀称分布在环(26)的周边上的保持延伸部分(27)，从所述环向外延伸。保持延伸部分(27)具有锁紧头部(28)和头部接头(31)。 [0082] 密封唇部在保护器主体的整个周边上延伸，以在连接件(3)的表面的周边上形成密封。密封唇部(32)可选地可由加强筋(37)连接于环(26)。 [0083] 图3b是根据本发明一种实施方式的密封圈(25)的正视图(从上游)，其用于安装在阴连接件的保护器上。密封唇部(32)向环(26)外延伸。匀称分布在环(26)的周边上的保持延伸部分(27)，从所述环向内延伸。保持延伸部分(27)具有锁紧头部(28)和头部接头(31)。 [0084] 优选地，密封唇部(32)也基本上轴向定位在孔(22)处，这可减少用于制造密封圈的材料，也减少密封圈破裂的危险。 [0085] 在一种实施方式中，密封圈(25)与组件的阳端部或者阴端部接触，仅与所述端部的侧表面(10)接触，在安装状态下，不与端部的螺纹面接触。 [0086] 在图2所示的实施方式中，环形密封圈(25)复合模制在主体(21)上。环形密封圈具有环连接于保护器主体的第一表面(24a)的环(26)、和多个保持延伸部分(27)。图3所示的环形密封圈还具有可选的第二环(39)，其连接于保护器主体第二表面(24b)。保持延伸部分(27)从环(26)延伸至可选第二环(39)。孔的存在允许在复合模制时，使密封装置的材料通过所述孔流动。冷却时，密封装置的材料固化和确保密封装置固连在基本主体上。固连在复合模制材料与保护器主体之间的接触面处进行。在所示情况下，附着发生在环(26)与保护器主体的第一表面(24a)之间以及在可选第二环(39)与保护器主体的第二表面(24b)之间，所述附着通过保持延伸部分加强，保持延伸部分与孔(22)的表面接触。 [0087] 当密封圈具有一个可选第二环(39)时，附着得到加强，保持延伸部分从环(26)延伸至可选第二环(39)，这三个元件由材料连接成一个附着组合件。 [0088] 另外，在材料注塑复合模制过程中，孔的存在便于加料注塑，便于材料在模具中流动。 [0089] 有利地，孔分布在基本主体的周边上。 [0090] 另外，有利地，保护器具有一个第二密封装置，适于一方面至少在组件端部的自由终端部分中与所述组件的表面接触，和另一方面与所述基本主体接触，以确保所述螺纹面上游的密封性。 [0091] 与第一密封装置相关的有利补充特征也可适用于第二密封装置。因此，第二密封装置尤其可固连于基本主体，尤其是通过使用保护器主体上的孔，密封装置的一部分和/或复合模制在基本主体上的装置的一部分通过所述孔进入。 |
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