CN107131856A - 用于检查在石油工业中使用的管状连接件的方法和装置 - Google Patents

用于检查在石油工业中使用的管状连接件的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检查用于油气井的勘探或作业的管状部件的螺纹牙底(3、4)的宽度的装置(9)，所述装置(9)包括两个臂(91、92)，每个臂(91、92)设有第一端部(912、922)和第二端部(910、920)，所述第一端部(912、922)通过可变形部分(95)连接在一起，从而容许在所述第二端部(910、920)之间的角位移(e)，所述第二端部(910、920)均携带接触元件(930、940)，并且所述检查装置还包括用于确定所述位移(e)的设备(90)。本发明还涉及用于检查所述螺纹的方法。

Description

用于检查在石油工业中使用的管状连接件的方法和装置
本申请是名称为“用于检查在石油工业中使用的管状连接件的方法和装置”、国际申请日为2011年8月18日、国际申请号为PCT/EP2011/064236、国家申请号为201180040271.4的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于检查在油气井的勘探或作业中使用的管状部件的一个端部附近所产生的螺纹牙底的宽度的装置。本发明还涉及用于检查该螺纹的方法。
背景技术
在油气井的勘探或作业中使用的管状部件的螺纹的符合度能够被检查。由于在服务期间(无论是在钻井操作期间或是在作业期间)所施加的载荷，理想的是螺纹区被机加工到规格并且遵循公差。
很多检查装置是众所周知的。
例如，文献EP 1 837 620描述了一种环形仪器，其用于在精确位置检查锥形多头螺纹的几何形状，所述多头螺纹具有为V形轮廓或截头V形轮廓的齿或螺纹。所述环形仪器通过将其旋拧到锥形螺纹内直到所述环形仪器的直径变为小于所述螺纹的直径而被锁定。这种类型的装置提供了对于螺纹区的仅仅非常有限部分的信息。
文献US-1 792 936描述了一种仪器，其包括环形部分和臂以“模拟”在具有恒定导程的螺纹上的组装操作。检查操作由于其不易于执行而是非常耗时的。臂和仪器必须被置于螺纹上并且随后必须模拟组装。
文献FR 954 265描述了一种扁平仪器，其包括具有V形轮廓的若干螺纹，每个螺纹沿纵向方向延伸，该组纵向方向同时发生，使得其宽度能够根据方向改变。该装置不能产生关于螺纹牙底和牙顶的尺寸的准确值。
文献FR 2 938 055描述了一种仪器，其包括用于检查自锁螺纹的至少两个螺纹。原理包括：确认仪器的锁定位置，这容许验证螺纹区的尺寸在该位置处正确的事实。但是，该仪器仅仅对自锁型螺纹适用。
一般而言，已知的装置就使用而言不是通用的。这些仪器仅能够用来检查在一个特定位置处的单个特定类型的螺纹。所获得的测量并非总是非常准确的。
发明内容
申请人希望开发一种检查装置，其能够获得能用于大范围螺纹轮廓的更确切的、更精确的测量。
更确切地，本发明提供了一种用于检查用于油气井的勘探或作业的管状部件的螺纹牙底的宽度的装置，所述装置包括两个臂，每个臂设有第一和第二端部，所述第一端部通过可变形部分连接在一起，从而容许在所述第二端部之间的角位移，所述第二端部均携带有肩部和接触元件，并且所述检查装置还包括用于确定所述角位移的设备。
下面将限定补充或替代的可选特征。
所述臂中的一个还可以包括用于确立所述臂关于彼此的相对位置的传感器。
所述接触元件可以可拆卸地安装在所述活动端部上。
所述活动端部可以均包括携带所述接触元件的可装配和可拆卸的板。
所述接触元件可以均具有大致球形形式。
所述接触元件可以均具有大致柱形形式。
所述柱形接触元件的轴线可以为平行的。
所述柱形接触元件可以基本对齐。
与所述柱形接触元件的彼此面对的表面相反的表面可以为***的。
所述活动端部可以均包括肩部。
所述臂和所述可变形部分可以形成单个部件，所述可变形部分的厚度小于所述臂的厚度以容许在所述臂的所述活动端部之间的角位移。
本发明涉及一种用于检查用于油气井的勘探或作业的管状部件的螺纹的方法，其中：
·定位根据本发明的检查装置，使得所述装置的所述接触元件中的一个与所述螺纹的承载牙侧相接触，而另一接触元件与所述螺纹的***牙侧相接触，所述两个接触元件位于同一螺纹牙底内；
·测量所述角位移e；
·将先前测量的角位移e与基准值e-ref进行比较。
在第一变型中，当定位所述检查装置时，所述两个接触元件中的至少一个与所述螺纹牙底相接触。
在第二变型中，当定位所述检查装置时，所述肩部中的至少一个被支承在所述螺纹牙顶上。
在所述接触元件与所述牙侧之间的接触可以在所述螺纹的所述牙侧的中间高度处形成。
附图说明
本发明的其他优点和特征从下面对绝非限制性的示例的详细描述和附图将变得显而易见，附图不但可以用来提供对本发明的更好理解，而且在适当时有助于限定。
图1示出了由两个螺纹管状部件的组装所生成的连接件的截面图。
图2示出了管状部件的螺纹的截面图的细节。
图3相应地示出了本发明的一个实施方式的立体图。
图4、图5、图6a、图6b和图7分别示出了本发明的实施例的详细视图。
具体实施方式
图1示出了在两个大致管状部件之间的螺纹连接件，这两个部件旨在通过螺纹连接到一起并且旨在集成到油气井的作业管柱内。连接件如常规那样包括设有阳端部1的部件和设有阴端部2的部件，阳端部1能够连接到阴端部2上。在这种类型的连接中，端部1包括第一和第二密封表面，第一和第二密封表面能够通过拧紧而分别与阴端部2的第一密封表面和对应的第二密封表面协作以形成第一密封区5和第二密封区6。端部1还包括能够组装到阴端部2的对应螺纹区4内的阳螺纹区3，螺纹区设置在两个密封区5和6之间。端部1和2均终结于相应的远端表面7和8。
图2示出了自锁阳螺纹的螺纹区3的细节。图中未示出互补阴螺纹。术语“自锁”螺纹意为包括下面详述特征的螺纹。阳螺纹与阴螺纹一样具有恒定导程。其宽度沿其相应的远端表面7、8的方向减小，使得当组装时，阳螺纹和阴螺纹在预定位置处通过彼此锁定而完成。
更确切地，阴螺纹的承载牙侧的导程为恒定的，与阴螺纹的***牙侧的导程一样。承载牙侧的导程大于***牙侧的导程。
阳螺纹3的***牙侧31的导程为恒定的，与阳螺纹的承载牙侧30的导程一样。***牙侧31的导程小于承载牙侧30的导程。
接触主要在阳和阴承载牙侧30之间以及在阳和阴***牙侧31之间形成。一般而言，在阳螺纹的牙顶与阴螺纹的牙底之间设有位移，而阳螺纹的牙底和阴螺纹的牙顶相接触。间隙意味着油脂能够在组装期间被清空，从而避免由于油脂所导致的过压力的风险。
螺纹具有在承载牙侧之间的恒定宽度的导程LFPp，和在***牙侧之间的恒定宽度的导程SFPp，以及沿管状部件的远端表面7的方向从值WIDTHmin到值WIDTHmax的递增的螺纹牙底宽度。
有利地，阳螺纹和阴螺纹具有燕尾轮廓，使得它们在组装之后彼此牢固地装配。这种另外的保证消除了脱开(也称为跳出)的风险，脱开对应于当连接件经受较大的弯曲、拉伸或压力载荷时阳螺纹和阴螺纹分开。有利地，螺纹1和2具有遵循圆锥母线100的锥形轮廓以加速将阳元件接合到阴元件内。
一般而言，该圆锥母线与轴线10形成范围为从1.5度至5度的角度。在当前情况下圆锥母线定义为穿过承载牙侧的中心。
图3示出了适于螺纹3的检查装置9。检查装置9包括两个臂91、92。臂91设有第一端部912和第二端部912，而臂92设有第一端部922和第二端部920。第一端部912、922由于它们经由可变形部分95连接在一起而被称为“固定的”。可变形部分95由于臂的第二端部910、920(称为活动端部)的枢转而能够用来产生角位移“e”。换言之，称为活动端部的第二端部910、920可以沿着保持在相同平面中的圆弧形轨道相互移动分开或移动靠近。称为活动端部的第二端部910、920均携带接触元件930、940。检查装置还包括用于确定角位移e的设备90。
有利地，用于确定角位移e的设备90包括形成传感器的装置。该装置可以安装到每一个臂上。作为示例，可以使用与装置9的尺寸相对应的小型化电感接触式传感器，或者非接触式传感器例如电容传感器或电涡流传感器，或者使用光学技术(激光，共聚焦)的传感器。这些传感器旨在测量介于接触元件930、940之间的距离。最大测量范围由此等于位移e。传感器根据在服务和环境条件下的精度、体积、测量范围、和稳定性标准选取。所需的精度标准对应于测量范围的0.01％大小的量级。
有利地，臂91、92和可变形部分95形成为单一件。可变形部分95为柔性的，以便由于其挠曲而容许在臂的活动端部910、920之间的角位移e。这通过使用合适的材料和尺寸实现。在当前情况下，臂和可变形部分由钢形成，可变形部分的厚度比臂小。
有利地，可变形部分95不仅是柔性的而且是弹性的，使得在静止时即在检查装置未服务时臂处于基准位置。
能够设想其他实施方式，例如，通过使用螺钉使臂的固定端部相连和通过将弹簧插置在它们之间以将臂保持在基准位置。
在可变形部分和臂形成单个钢件的情况下，装置的尺寸作为螺纹的高度h和螺纹牙底的宽度WIDTH的函数可以如下：
·接触元件的直径位于从0.5h至1.2h的范围内；
·在静止时的位移位于从0.1WIDTH至0.6WIDTH的范围内；
·接触元件的长度位于1mm至2h的范围内；
·臂厚度的比率大于2；
厚度的差异主要使得能够限制单个臂的运动。由此，保持固定的臂用作基准，并且更易于测量另一活动臂的位移e；
·可变形部分的厚度位于最薄臂的厚度的0.005倍至0.5倍的范围内。
可变形部分的厚度相对于臂的厚度的减小，特别是相对于最薄臂的厚度的减小，提供了具有期望柔性的可变形部分以产生臂相对于彼此的位移e。
有利地，接触元件930、940可拆卸地安装在活动端部910、920上。这意味着若需要，仅仅端部需要被更换(磨损、破损、等等)。
有利地，活动端部910、920均包括携带接触元件930、940中的一个的可装配和可拆卸的板。这使接触元件能够被快速更换。板随后使用螺钉911、921装配并固定在相应的臂上。
在第一实施例中且如在图4和图5中可见的，接触元件930、940均具有大致球形形式。接触元件930、940分别具有半径R1和R2。这种配置意味着接触是在接触元件与螺纹牙侧之间的点接触。类似地，在其中检查装置支承抵靠螺纹牙底时，在接触元件与螺纹牙底之间的接触也为点接触。
在第二实施例中，接触元件930、940均具有大致柱形部分的形式。
在第一变型中且如在图7中可见的，柱形接触元件为平行的。这种配置使得在接触元件与螺纹的牙侧之间的接触能够为线性的。类似地，在其中检查装置支承在螺纹牙底上的情况下，在接触元件与螺纹牙底之间的接触也为线性的。
在第二变型中且如在图6a中可见的，柱形接触元件的轴线为基本重合的。换言之，接触元件具有相同的对准。这种配置容许——在其中螺纹的牙侧垂直于柱形接触元件的轴线的情况下——获得在接触元件与螺纹的牙侧之间的基本面状接触。此外，在其中检查装置支承在螺纹牙底上的情况下，在接触元件与螺纹牙底之间的接触为线性的。
在其中待检查的螺纹的牙侧为倾斜(这对于很多螺纹例如具有V形轮廓、截头V形轮廓、梯形轮廓、燕尾轮廓等等的螺纹而言是如此)的情况下，优选的是与面对的柱形接触元件的表面相反的表面为***的。参照图6b，可以见到的是在接触元件与牙侧之间的接触被确保并且为点接触。
根据一个实施例且如在图3至图7中可见的，活动端部910、920均包括肩部93、94。这使肩部以及由此检查装置能够支承到螺纹牙顶上。
申请人已经开发了所述检查装置以便测量螺纹牙底的宽度。这种测量为包括以下步骤的方法的基础：
·首先，定位检查装置，使得接触元件中的一个930与螺纹的承载牙侧相接触，而另一接触元件940与***牙侧31相接触，两个接触元件位于同一螺纹牙底33内；
·接着，测量角位移e；
·随后将先前测量的角位移e的值与基准值e-ref进行比较。
位移e的值关联于螺纹牙底的宽度WIDTH。事实上，从在臂之间的角位移和检查装置的尺寸出发，能够计算在接触元件930、940之间的距离，并且由此能够计算螺纹牙底的宽度WIDTH。由此，基准值e-ref与用于螺纹牙底的基准值WIDTHref相关联。基准值WIDTHref通常在制造规格中设定。
在其中活动端部910、920均包括肩部93、94的情况下，根据接触元件的尺寸，所述肩部可以分别被支承在界限出螺纹牙底33的两个连续螺纹牙顶32(限定螺纹牙底33的第一和第二螺纹牙顶32)上。
否则，两个接触元件与螺纹牙底33相接触。
常规地，在接触元件与牙侧30、31之间的接触在牙侧30、31的中间高度h/2处形成，以确定螺纹牙底在其中间高度处的宽度。
总之，所述检查装置具有其能够用来检查大范围螺纹轮廓的通用优点。
另外，其具有在使用时高度通用的优点，因为能够对螺纹的各种部件进行测量。
此外，使用传感器使测量能够可靠。
此外，与现有技术的检查仪表相比，所述装置由于其使用涉及很小的摩擦而不易磨损。
球形或对齐的柱形接触元件的使用容许与螺纹牙侧的接触为点接触。检查装置9可以与导向部相结合以非常精确地定位接触元件。类似地，在其中螺纹牙底的宽度在螺纹的整个长度上改变的自锁螺纹的情况下，螺纹牙底的宽度的测量可以在距管状部件的终端表面的预定距离处进行。随后通过所述导向部考虑测量的轴向位置。
类似地，在具有燕尾牙侧轮廓的自锁螺纹中，与具有V形轮廓的螺纹的情况一样，螺纹牙侧不垂直于管状部件的旋转轴线。为此，螺纹牙底的宽度基于是在螺纹牙底、在螺纹牙底的中间高度还是在螺纹牙顶处进行测量而变化。当考虑待进行的测量的径向位置时，导向部也是有用的。
平行柱形接触元件的使用由于螺纹的螺旋角而提供了与螺纹牙侧的准线性接触。建议使用导向部以便轴向和径向地定位检查装置的接触元件。

Claims (14)

1.一种用于检查用于油气井的勘探或作业的管状部件的螺纹牙底(3、4)的宽度的检查装置(9)，所述检查装置包括两个臂(91、92)，每个臂设有第一端部(912、922)和第二端部(910、920)，所述第一端部(912、922)通过可变形部分(95)连接在一起，从而容许在所述第二端部(910、920)之间的角位移e，在下文中被称为可动端部的所述第二端部(910、920)均携带有接触元件(930、940)，并且所述检查装置还包括用于确定所述角位移e的设备(90),其特征在于，每个所述可动端部(910、920)包括肩部(93、94)，所述肩部构造成使得当定位所述检查装置时，所述肩部能够支承在被检查的螺纹的牙顶上。
2.根据权利要求1所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述用于确定所述角位移e的设备(90)包括传感器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述接触元件(930、940)可拆卸地安装在所述可动端部(910、920)上。
4.根据权利要求3所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述可动端部(910、920)均包括携带所述接触元件(930、940)的可装配和可拆卸的板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述接触元件(930、940)均具有大致球形形状。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述接触元件(930、940)均具有大致柱形形状。
7.根据权利要求6所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，柱形的接触元件为平行的。
8.根据权利要求6所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，柱形的接触元件为基本对齐的。
9.根据权利要求8所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，与面对的柱形的接触元件的表面相反的表面为***的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于检查螺纹(3、4)的检查装置(9)，其特征在于，所述臂(91、92)和所述枢转部(95)形成单个部件，所述可变形部分(95)具有比所述臂的厚度小的厚度，以便产生在所述臂的可动端部(910、920)之间的所述角位移e。
11.一种用于检查用于油气井的勘探或作业的管状部件的螺纹(3)的方法，其特征在于：
定位根据权利要求1-10中任一项所述的检查装置，使得所述检查装置(9)的所述接触元件中的一个(930)与所述螺纹(3)的承载牙侧(30)相接触，而另一接触元件(940)与所述螺纹(3)的***牙侧(31)相接触，两个接触元件位于同一螺纹牙底内；
用角位移测量设备(90)测量角位移e；
将根据先前测量的角位移e确定的螺纹牙底宽度与基准值e-ref进行比较。
12.根据权利要求11所述的用于检查螺纹(3)的方法，其特征在于，当定位所述检查装置(9)时，所述两个接触元件中的至少一个也与所述螺纹牙底(33)相接触。
13.根据权利要求11所述的用于检查螺纹(3)的方法，其特征在于，当定位所述检查装置(9)时，所述肩部(93、94)中的至少一个相应地被支承在螺纹牙顶(32)中的一个上。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的用于检查螺纹(3)的方法，其特征在于，在所述接触元件与所述牙侧(30、31)之间的接触在所述牙侧(30、31)的中间高度(h/2)处进行。
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