CN104471181B - 被设置为将管杆附接在管状体上的装置 - Google Patents

Abstract

被设置在井下管状体(3)上的元件(1)的附接装置，其中被设置为环绕管状体(3)的一部分的套筒(1a)的端部(11)设有附接部(13)，该附接部包括至少一个夹紧元件(1312、1312’)，该夹紧元件被设置为通过邻接表面(1315)抵靠围绕接头套筒(14)的圆锥形邻接部(142)邻接而径向位移。

Description

被设置为将管杆附接在管状体上的装置

技术领域

本发明涉及一种用于被设置在井下管状体上的管杆(pipe stem)的附接装置。

背景技术

在油气工业中，附接到井下管状体(例如生产油管)的元件被用于多种目的。这样的元件的一个示例是放置在管状体的外部的所谓的稳定器或扶正器。稳定器的目的可以是确保井下单元稳定地位于周围的管状体的中心。例如，套管上的稳定器被用作确保两个套管之间充足的径向空间的间隔件，以便水泥以令人满意的方式引入。对于其他井下单元，稳定器可被用于减少径向移动，例如，尤其对于如钻具组合(BHA)的细长单元。在一个实施例中，稳定器被固定地设置在相对短的芯轴的护套表面上并被附接到那里，在必要的时候该相对短的芯轴在应配备稳定器的管状体之上滑动。稳定器可呈现出多种形状；直线稳定器元件和螺旋形稳定器元件都是市场上众所周知的。这种稳定器组件(在进一步说明中使用“稳定器管”的术语)可浮动地设置在井下体上，即它们仅轴向固定在井下单元上，使得稳定器管可在井下单元上旋转，并因此当井下单元旋转时静止，轴向固定借助通过收缩、按压、旋拧等附接到井下单元的止动套筒提供。在其他应用中，稳定器管以旋转刚性的方式被固定到井下单元，以便随着井下单元旋转。附接以与如上所述的对止动套筒相同的方式实施。这种附接可能需要大型且昂贵的工具，一些附接方法(例如按压)经常引起相关的井下单元的接触表面的永久变形。

稳定器和扶正器也视为管段，在需要稳定(稳定器代用品(stabilizer sub))时通过设置在管段的端部而安装在管柱上，螺纹部对应于相邻管的螺纹部。本发明未涉及这种形式的稳定器和扶正器。

需要附接到井下管状体的元件的其他示例是生产油管中的砂滤器和被设置在生产油管的外部用于传输控制信号、液压用液体等的导管。

发明内容

本发明的目的是弥补或减少现有技术中的至少一个缺陷，或者至少提供一种对现有技术有用的替代方案。

该目的通过在下面的说明书以及随附的权利要求书中详细说明的特征实现。

在管杆(邻接管杆的端部的各套筒)的端部上设置附接部。附接部包括夹紧部，夹紧部从管杆(各支撑套筒)的端部延伸并设有一个或多个夹紧元件，该夹紧元件被设置为沿径向方向朝向围绕的管状体移动。夹紧元件可为沿套筒的轴向方向伸出的凸缘，夹紧部被分成瓣。狭缝优选地为平行的，典型地沿轴向方向行进(延伸)。可选地，夹紧元件可形成松散的夹紧件，该松散的夹紧件被设置在夹紧部的凹部中。夹紧件在凹部中的向内位移优选地受到限制，典型地被可搁置在凹部的侧边缘上的相应凸耳的伸出部限制。外锁定部邻近夹紧部设置且设置在管杆(各支撑套筒)的护套表面上，其被设置成被接头套筒围绕。

在一个实施例中，锁定部包括外螺纹部，该外螺纹部被设置为接收形成为螺母的接头套筒。螺母设有基本上从螺母的端部延伸的内螺纹部形式的接合部。

在另一实施例中，接头套筒借助抓卡***接合附接部，例如通过设有一个或多个外抓卡部的锁定部，每个外抓卡部穿过附接部的被狭缝分开的区域沿周向方向延伸，狭缝穿透部分的附接部，例如上述的分成瓣的夹紧部的狭缝。在锁定部的内部，附接部呈现凹部，该凹部的直径大于管杆(各支撑套筒)的中心孔的相邻部的直径，该凹部延伸到锁定部的轴向范围之外。附接部与相应的内凹部的分开允许当接头套筒在锁定部之上移动时，锁定部被向内按压，在该实施例中接头套筒设有一个或多个向内伸出的接合元件。一个或多个抓卡部典型地设有面向夹紧部的端部的第一圆锥形侧面，例如具有20°-35°范围内的间距角。相对的第二侧面形成邻接表面，例如垂直于夹紧部的中心轴线的直立的台肩。相应地，套筒上的一个或多个接合元件可具有与抓卡部的横截面互补的横截面，使得当沿径向方向压缩锁定部时，接合元件的圆锥形的向内侧面将在抓卡部的圆锥形的向外侧面上滑动，直到接合元件通过其轴向地支撑邻接抓卡部的邻接表面而在后面接合所述抓卡部。在该实施例中，接合元件可为典型地相似的形状并规则地轴向间隔开。锁定部可典型地设有轴向地间隔开的若干抓卡部，轴向间隔间距对应接头套筒的接合元件之间的距离。可选地，接合元件可由一个或多个卡爪组成。

接头套筒的邻近内螺纹处或设有接合元件的区域设置圆锥形邻接部，使该圆锥形邻接部呈现自螺纹部的方向减小的直径。

通过在管杆(各支撑套筒)之上移动接头套筒，接头套筒的圆锥形邻接部接连迫使夹紧部的一个或多个夹紧元件沿径向方向向内邻接放置有套筒的管状体。接头套筒通过旋转接头套筒得到的螺纹之间的接合、或通过接头套筒的轴向位移得到的一个或多个抓卡部和一个或多个接合元件之间的接合而被轴向固定在套筒上。假如管状体的护套表面具有圆形横截面，则当若干夹紧元件分布在套筒的整个周向上时，夹紧元件将均匀地贴着管状体。根据本发明形成的管杆(各支撑套筒)可被夹紧到管状体的护套表面的任何部分，而不使护套表面变形。

唇状夹紧元件优选地在远离外螺纹部的方向上(即朝向其自由端)具有递减的厚度，这是因为向内的接触表面为平缓的圆锥形，以便在操作位置形成与管状体的最好的可能邻接。相应地，单独的夹紧件设有对应于接头套筒的圆锥形邻接部的圆锥形邻接表面。

为阻止螺母形式的接头套筒在管状体旋转期间旋开，螺纹方向与管状体的正常旋转方向相反是有利的。

为使螺母形式的接头套筒更牢固，螺母可包括紧固***，螺母设有锁定部，该锁定部包括一个或多个向内伸出的凸起，该凸起被设置为接合被设置在管杆(各支撑套筒)的外螺纹部内的卡锁槽。如果管杆(各支撑套筒)设有沿管杆(各支撑套筒)的轴向方向平行地设置的若干卡锁槽，这会是优势。由此，螺母可在若干轴向位置锁定接合管杆(各支撑套筒)。接头套筒的锁定部可为连续的或间断的(即分段的)。

紧固***可选地具有对应于上述抓卡***的设计。

管杆可形成基部，基部的护套表面上固定了一个或多个功能元件，例如稳定或对中元件，典型地以从芯轴的周向伸出并均匀地分布在管杆的周向上的肋的形式。细长管杆形式的套筒可设有与管杆的两个端部形成整体的附接部。支撑套筒也可与这种管杆分开使用，但被用作限制管杆的轴向运动并允许管杆在设有所述功能元件的管状体上自由旋转的端部邻接件。

本发明不排除使用相同的技术方案来定位其他元件(暂时地或永久地放置)使它们自井下管状体的周向伸出。管杆(各支撑套筒)可设有用于功能元件的附接元件，这些功能元件沿着管状体延伸，例如用于运载电信号或流体的导管，典型地为液压导管。附接元件的最简单形式可为伸出销或管杆(各支撑套筒)中的凹部。

在第一方案中，本发明更具体地涉及一种用于被设置在井下管状体上的管杆的附接装置，该管杆设有一个或多个径向伸出的功能元件，其中被设置为围绕管状体的一部分的管杆或邻接管杆的支撑套筒的端部设有附接部，该附接部包括至少一个夹紧元件，该夹紧元件被设置为通过邻接表面与围绕螺母的圆锥形邻接部抵靠邻接而径向位移，其特征在于，该端部的外锁定部可形成为若干抓卡部，抓卡部沿附接部的护套表面的周向方向延伸并被设置为接合接头套筒上向内伸出的相应的接合元件，抓卡部的周向范围被狭缝限定，该狭缝至少穿透锁定部并基本上沿附接部的轴向方向延伸。

夹紧元件可形成为从锁定部沿轴向方向伸出的唇部。

唇部可具有沿远离外锁定部的方向逐渐减小的厚度，因为向内接触表面是圆锥形的。

夹紧元件可选地形成为被设置在端部的凹部中的弯曲夹紧件。

凹部的一个或多个侧边缘可形成凸耳，该凸耳被设置为接收被设置在夹紧元件上的相应的挡圈。

附接部可设有内凹部，该内部凹部被锁定部包围且具有大于锁定部的轴向范围的轴向范围。

邻近外螺纹部的护套表面可设有至少一个卡锁槽，该卡锁槽被设置为接收互补的接合部，该接合部被设置成在接头套筒上向内伸出且与邻接部有一定距离。接合部可为连续的或不连续的。

螺纹部的螺距方向可与管状体的正常旋转方向相反。

管状体可为套管、衬管或钻具组合。

锁定部可形成为被设置为接合接头套筒的内螺纹部的螺纹部，锁定部可包括至少一个抓卡部，该抓卡部沿附接部的护套表面的周向方向延伸并被设置为接合接头套筒上向内伸出的相应的接合元件，抓卡部的周向范围被狭缝限定，该狭缝至少穿透部分的锁定部并基本上沿附接部的轴向方向延伸。

管杆或支撑套筒可设有一个或多个功能元件，功能元件选自由稳定元件、对中元件(centralizing element，扶正元件)、防砂筛和电缆夹的组。

管杆或支撑套筒可设有用于功能元件的一个或多个锚固点。

在第二个方案中，本发明更具体地涉及一种包括若干管状体的管柱，其特征在于，一个或多个管状体设有至少一个芯轴，该芯轴通过上述的附接装置固定到所述管状体，该芯轴可释放地接合所述管状体的一部分。

附图说明

在下文中，描述了在附图中呈现的优选实施例的示例，在附图中：

图1示出了与根据本发明的两个支撑套筒轴向地固定的管杆，为了露出，支撑套筒已经被稍微拉出芯轴的端面，管杆设有附接到外部护套表面的稳定器；

图2示出了与管杆形成整体的根据本发明的两个支撑套筒的立体图；

图3以更大比例示出了附接部的轴向剖面，其中接头套筒形成为部分拧紧到附接部的螺母；

图4a以更大比例示出了附接部的可选实施例的轴向剖面；

图4b示出了根据图4a的径向剖面IV-IV；

图5以更大比例示出了附接部和螺母的可选实施例的一段的轴向剖面，其中螺母的端部的锁定部被接合在芯轴中的卡锁槽；

图6示出了附接部与设有抓卡***的接头套筒的轴向剖面，其中接头套筒上向内伸出的接合元件被移入接合附接部上的相应的抓卡部；

图6a示出了抓卡***的放大的剖面；以及

图7示出了与图6对应的视图，但是接合元件完全地接合抓卡部。

具体实施方式

在图中，附图标记1表示设有若干功能元件2的细长的管杆形式的套筒，在图1和图2中功能元件2示出为从管杆1的护套表面12伸出的肋状稳定元件。管杆1被设置为可释放地围绕管状体3(在图1和图2中示意性示出为套管)的一部分。在图1中，管杆1借助两个单独的支撑套筒1a固定，例如当期望带有功能元件2的管杆1应可在管状体3上旋转时，这是因为支撑套筒1a以轴向支撑的方式贴着管杆1的两个端部11放置，在该实施例中，管杆的两个端部具有直端面111。支撑套筒1a以旋转刚性的方式附接到管状体3，使得管杆1可自由地旋转。在图2中，支撑套筒1a的附接装置与管杆1的两个端部11形成整体，使得管杆1以旋转刚性的方式附接到管状体3。

在下面的描述中，描述关于支撑套筒1a的附接装置，但是在支撑套筒1a构成设有所述一个或多个附接装置的细长的管杆1时也有效。

支撑套筒1a的端部11设有附接部13，在第一实施例(参见图3)中该附接部13包括夹紧部131，该夹紧部131被设置成以保持方式紧邻管状体3。夹紧部131由沿轴向方向从支撑套筒1a伸出的一些唇状夹紧元件1312形成，夹紧元件1312被狭缝1311分开。在这里示出的狭缝1311为平行直线的，并沿支撑套筒1a的轴向方向设置，但是其他设计同样是可能的。夹紧元件1312的内侧面形成夹紧面1313，该夹紧面1313被设置为在操作位置搁置在管状体3上。夹紧面1313是朝向夹紧元件13的自由端直径增大的平缓的圆锥形，典型地间距角在2-5°范围内。间距角大致对应包围的接头套筒14(见下文)的邻接表面142的间距角，以在夹紧面1313和所围绕的管状体3之间提供期望的接触。在一个实施例中(参见图6和图7)，夹紧面1313的一部分构成抓紧面1313’(在这里示出为齿状)，但是可使用其他增大摩擦的设计，例如锯齿状。

在第二实施例中(参见图4a和图4b)，附接部13设有若干凹部132，每个凹部容纳弯曲的夹紧件形式的夹紧元件1312’，该夹紧元件设有圆锥形的向外邻接表面1315和圆柱形的向内夹紧面1313。夹紧面1313优选地为粗糙的(例如锯齿状的)，以对表面展现足够大的摩擦。凹部132设有被设置为接收相应的挡圈1314的凸耳1321，挡圈1314具有防止夹紧元件1312’从凹部132中掉出的作用。

在一个实施例中，锁定部133被设置为以轴向固定方式接合接头套筒14，这是因为锁定部133形成为从狭缝1311的底部沿着护套表面12的一部分延伸的外螺纹部。

在该实施例中，接头套筒14形成为设有接合元件(例如内螺纹部)141的螺母，接合元件141与支撑套筒1a的锁定部(例如外螺纹部)133互补。在进一步的描述中，当接头套筒14设有接合元件141时，术语“螺母”被部分地使用。

在另一实施例中，接头套筒14在附接部13上的轴向固定由抓卡***提供，锁定部133包括若干外抓卡部134，每个外抓卡部134沿护套表面12的周向方向延伸穿过附接部13的被狭缝分开的区域，如图6和图7所示，狭缝1311限定了夹紧元件1312。在锁定部133的内部，附接部13展现凹部135，该凹部135的直径大于支撑套筒1a的中心孔的相邻部的直径，该凹部延伸到锁定部133的轴向范围之外。附接部13与相应的内凹部135的分开允许当接头套筒14(参见图7)在锁定部133之上移动时，锁定部133被向内按压，在该实施例中接头套筒14设有向内伸出的接合元件141。在所示的实施例中，抓卡部134设有面向夹紧部131的端部的第一圆锥形侧面134a，例如具有20°-35°范围内的间距角，此处示出的约为30°。相对的第二侧面134b形成邻接表面，此处作为垂直于夹紧部131的中心轴线直立的台肩示出。相应地，套筒14的接合元件141具有与抓卡部134的横截面互补的横截面，使得当沿径向方向压缩锁定部133时，接合元件141的圆锥形的向内侧面141a将在抓卡部134的圆锥形的向外侧面134a上滑动，直到接合元件141通过其轴向地支撑邻接抓卡部134的邻接表面134b而在后面接合所述抓卡部134。在该实施例中，接合元件141为典型地相似的形状并按规则的轴向间隔设置。在这里，锁定部被示出为具有轴向地间隔开的若干抓卡部134，轴向间隔间距对应接头套筒14的接合元件141的间隔。

现在具体参考图3和图4a。在接合元件141和接头套筒14的第一端部14a之间，圆锥形邻接部142以远离接合元件141的方向直径减小的方式延伸。圆锥形邻接部142的间距角优选地等于夹紧元件1312的夹紧面1313或夹紧元件1312’的邻接表面1315的间距角，由此当夹紧元件1312、1312’在它们的操作位置时，在夹紧元件(例如唇部)1312或夹紧件1312’的夹紧面1313和所围绕的管状体3之间提供良好的接触。

在该实施例中，作为螺母，接头套筒14设有若干抓紧部144(参见图3和图4a)，这里示出为穿过接头套筒14的壁的圆锥部延伸的切口。抓紧部144被设置为被一工具(图中未示出)可释放地接合，以旋转接头套筒(例如螺母)14。

现在参考图5，图5中示出了若干平行卡锁槽134’邻近锁定部133设置的实施例。互补的接合元件141’像脊一样从接头套筒14的内壁表面向内伸出，且与接合元件141有一定距离。接合元件141’被设置为能变形的，使得通过接头套筒14在锁定部133上轴向位移，该接合元件可攀上卡锁槽134的侧边缘。例如，接合部141’可通过利用接头套筒14的壁的相邻部中的小材料厚度形成为能变形件，可能地通过接合部141’和接头套筒14的壁的相邻部被轴向设置的狭缝分开(图中未示出)。

可选地，如前面所描述的并在图6和图7中所示出的，接头套筒14可设有抓卡***，以阻止接头套筒14被旋开。

显然，设置套筒的两个端部11使其形成为具有如上所述种类的附接部13的管杆1a。选择在管状体3沿其正常旋转方向旋转时将阻止接头套筒14旋开的螺纹方向也是显而易见的。

当由所述管状体3构建的管柱设有功能元件2时，例如新套管以确保套管之间为良好引入水泥而具有充足空隙的方式在预先安装的套管中对中，具有多个功能元件2和一个或多个接头套筒14的管杆1在相关的管状体3上滑动，并通过夹紧元件1312的夹紧面1313和可能的抓紧面1313’压靠管状体3的护套表面的方式被一个或多个接头套筒14固定在期望的位置。通过使用根据本发明的支撑套筒1a，管杆1、一个或多个支撑套筒1a和一个或多个接头套筒14在管状体3上按期望的顺序和导向滑动。一个或多个支撑套筒1a以与上述对应的方式附接。相应地，支撑套筒1a通过将功能元件2附接到支撑套筒1a上适当的锚固点136而被用作一个或多个功能元件2的附接件，在图6中锚固点136示出为螺纹凹部，在图7中示出为伸出的螺纹销。

Claims (16)

1.被设置在井下管状体(3)上的管杆(1)的附接装置，所述管杆设有一个或多个径向伸出的功能元件，其中被设置为围绕所述管状体(3)的一部分的所述管杆(1)或邻接所述管杆(1)的支撑套筒(1a)的端部(11)设有附接部(13)，所述附接部包括至少一个夹紧元件(1312、1312’)，所述夹紧元件被设置为通过邻接表面(1315)与围绕接头套筒(14)的圆锥形邻接部(142)抵靠邻接而径向位移，其特征在于，沿着所述端部(11)在外部延伸的锁定部(133)形成为若干抓卡部(134)，所述抓卡部沿所述附接部(13)的护套表面的周向方向延伸并被设置为接合所述接头套筒(14)上向内伸出的相应的接合元件(141)，所述抓卡部(134)的周向范围由狭缝(1311)限定，所述狭缝至少穿透所述锁定部(133)并基本上沿所述附接部(13)的轴向方向延伸。

2.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述夹紧元件(1312)形成为从锁定部(133)沿轴向方向伸出的唇部。

3.根据权利要求2所述的附接装置，其中唇部形式的所述夹紧元件(1312)具有沿远离所述锁定部(133)的方向逐渐减小的厚度，因为向内接触表面(1313)是圆锥形的。

4.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述夹紧元件(1312’)形成为被设置在所述端部(11)的凹部(132)中的弯曲夹紧件。

5.根据权利要求4所述的附接装置，其中所述凹部(132)的一个或多个侧边缘形成凸耳(1321)，所述凸耳被设置为接收被设置在所述夹紧元件(1312’)上相应的挡圈(1314)。

6.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述锁定部(133)形成为被设置为接合所述接头套筒(14)的相应的接合元件(141)的螺纹部。

7.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述附接部(13)设有内凹部(135)，所述内凹部被所述锁定部(133)包围且具有大于所述锁定部(133)的轴向范围的轴向范围。

8.根据权利要求6所述的附接装置，其中邻近所述锁定部(133)的护套表面(12)设有至少一个卡锁槽(134’)，所述卡锁槽被设置为接收互补的接合部(141’)，所述接合部被设置成在所述接头套筒(14)上向内伸出且与所述邻接部(142)有一定距离。

9.根据权利要求8所述的附接装置，其中所述接合部(141’)沿所述接头套筒(14)的周向连续地延伸。

10.根据权利要求8所述的附接装置，其中所述接合部(141’)是断开的。

11.根据权利要求6所述的附接装置，其中所述锁定部(133)和所述接头套筒(14)的相应的螺纹的接合元件(141)的螺距方向与所述管状体(3)的旋转方向相反。

12.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述管状体(3)为套管、衬管或钻具组合。

13.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述锁定部(133)形成为被设置为接合所述接头套筒(14)的相应的接合元件(141)的螺纹部，以及所述锁定部(133)包括至少一个抓卡部(134)，所述抓卡部沿所述附接部(13)的护套表面的周向方向延伸并被设置为接合所述接头套筒(14)上向内伸出的相应的接合元件(141)，所述抓卡部(134)的周向范围由狭缝(1311)限定，所述狭缝穿透至少部分所述锁定部(133)并基本上沿所述附接部(13)的轴向方向延伸。

14.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述管杆(1)或所述支撑套筒(1a)设有一个或多个功能元件(2)，所述功能元件选自由稳定元件、对中元件、防砂筛和电缆夹的组。

15.根据权利要求1所述的附接装置，其中所述管杆(1)或所述支撑套筒(1a)设有用于功能元件(2)的一个或多个锚固点(136)。

16.一种包括若干管状体(3)的管柱，其特征在于，一个或多个管状体(3)设有至少一个支撑套筒(1a)，所述支撑套筒通过根据权利要求1-14中的一项所述的附接装置固定于所述一个或多个管状体(3)，所述附接装置与所述一个或多个管状体(3)的一部分可释放地接合。