控制管形螺纹接头的旋紧状态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制管形螺纹接头的装配的控制方法，该控制方法尤其用于油或气的开采。本发明更具体但非排他地适用于所谓“高等级”或“特级”的管形螺纹接头的装配。
【背景技术】
[0002]这种管形螺纹接头通常具有位于第一大长度管的端部的阳螺纹元件和位于第二管的端部的阴螺纹元件，第二管可以是大长度管或是套筒。在装配两个大长度管的情况下这称为“整体连接”；而在通过连接套筒装配两个管的情况下这称为“套筒式”连接。
[0003]在所谓“高等级”螺纹接头的特殊情况下，阳螺纹元件和阴螺纹元件每个都具有用于在装配接头时进行配合的、分别为阳和阴的密封支承部和肩部止挡部。
[0004]这些螺纹接头尤其用于构成套管柱(“casings”)或生产管柱(“tubings”)或钻杆柱，用于烃井或用于例如地热井这样的类似井。
[0005]这类管通常竖直地装配，管柱的在地表的自由端具有阴螺纹元件，该阴螺纹元件具有阴内螺纹。
[0006]为了能够使管柱下降到井下，在管柱的上方布置配有阳螺纹元件的新管，该阳螺纹元件具有对应于在管柱的自由端的阴内螺纹的阳外螺纹，使新管的阳外螺纹接合在管柱的相应阴内螺纹中，旋紧新管，直至达到预定旋紧扭矩等级。
[0007]该预定旋紧扭矩等级应允许使接头满足一些标准，这些标准还取决于接头的固有特征。特别地，重要的是在所谓高等级的、因而包括密封支承部的接头的情况下，确保限定所施加的旋紧扭矩等级，以获得确保接头具有足够的密封性、同时避免密封部分塑化的密封部分接触压力。
[0008]因此，需要精确地控制旋紧扭矩等级。
[0009]在现有技术中、尤其在专利文献JP 6-221475中已知一种控制管形螺纹接头的旋紧状态的控制方法，在该控制方法中，当进行旋紧操作时，分析根据所进行的旋紧转数的扭矩幅度。如在该专利文献的附图中所示的，曲线具有对应于接头的三种旋紧状态的三个特征部分:第一部分对应于第一旋紧状态，在第一旋紧状态的过程中，在螺纹之间产生干涉；第二部分对应于第二旋紧状态，在第二旋紧状态的过程中，在密封支承部之间产生干涉；最后，第三部分对应于第三旋紧状态，在第三旋紧状态的过程中，两个螺纹管的止挡部接触并压缩。显然，在现有技术中，存在其他分布图，尤其可能具有仅存在两个而非三个不同斜率的、表示根据旋紧转数的幅度的变化的曲线。
[0010]然而，在螺纹元件上存在的一些缺陷可能在元件彼此旋紧时引起旋紧扭矩的急剧增大。现有技术的方法存在这样的缺点:扭矩的这种增大可能被错误地解释为对应于止挡部压缩的旋紧状态，而实际上，接头始终处于其第一旋紧状态而不是密封的。同样地，相反，这些缺陷也可能造成不能解释或难以解释的一种扭矩变化分布图，接头尽管被完全旋紧，但也存在被抛出的风险。因此，这在石油平台的安全性和生产率方面会造成问题。
[0011]因此，需要一种控制两个螺纹管形元件的旋紧的控制方法，该控制方法允许提供非常可靠的密封螺纹连接。
【发明内容】
[0012]为此，本发明涉及一种用于控制管形螺纹接头的旋紧状态的控制方法，螺纹接头具有阳螺纹管形元件和阴螺纹管形元件，其特征在于，在阳螺纹元件旋紧在阴螺纹元件中的过程中，测量所述元件中的至少一个的沿预定方向的尺寸特征随时间的变化，并分析尺寸特征随时间的变化，以确定螺纹接头的旋紧状态。
[0013]本发明得益于螺纹元件在旋紧过程中承受特征性变形，而旋紧过程对应于接头的特定旋紧状态。因此，例如当阳螺纹元件旋紧在阴螺纹元件中时，阴螺纹元件首先受到对应于螺纹与密封支承部的干涉的轴向压缩，然后，当止挡部接触时，阴螺纹元件受到沿轴向方向的伸长，该伸长随止挡部的压缩而增加。
[0014]对这些变形的研宄允许定义元件在旋紧过程中沿预定方向的变形(伸长和/或压缩)的时间标识。显然，可以沿多个方向定义同一元件的多个时间标识，以获得关于接头的旋紧状态的更多信息。
[0015]因此，对所考虑的元件的尺寸特征(即变形)随时间的变化(即在接头的旋紧过程中的变化)进行的分析，允许确定接头的旋紧状态。
[0016]优选地，通过超声信号测量该尺寸特征。该测量部件具有无损的优点。
[0017]优选地，为了测量尺寸特征，将超声信号发射到元件主体中，并分析该信号沿预定方向的往返传播的持续时间。由于信号的传播时间与距离之间具有简单的关系，可以在已知声波在相关材料中的传播速度的情况下容易地确定接头的尺寸特征。
[0018]优选地，根据尺寸特征的测量结果，导控接头的旋紧的终止。这允许考虑接头的瞬时旋紧状态，而不再考虑基于经验结果得到的旋紧状态。
[0019]优选地，在尺寸特征的变化分布图中识别至少一个斜率变化区域，并在该区域与螺纹接头的旋紧状态之间建立对应关系。
[0020]例如，在斜率变化区域与接头的两个功能性部分的接触之间建立对应关系，该接触例如是止挡部的对接又或密封表面的接触。
[0021]此外，根据本发明的方法还可以具有下述特征中的一个或多个:
[0022]—尺寸特征代表螺纹元件沿基本径向的预定方向的厚度，或螺纹元件沿基本轴向的预定方向的长度；
[0023]一尺寸特征在螺纹元件的具有密封支承部和/或肩部止挡部的部分中被测量；
[0024]一尺寸特征的变化对应于元件沿预定方向的伸长和/或缩短；
[0025]一为了建立这种对应关系，通过例如有限元法的数学方法，建立变化分布图的模型，并且比较所测得的变化分布图与分布图模型；
[0026]一阴螺纹元件属于基本对称的包容式/包容式连接套筒、而阳螺纹元件属于大长度管的一端，或者阴螺纹元件与阳螺纹元件每个都属于大长度管的一端。
[0027]本发明还涉及一种接头的装配方法，在该方法中，通过旋紧装配阴螺纹元件与阳螺纹元件，其特征在于，该装配方法使用根据本发明的控制方法。
[0028]优选地，根据尺寸特征的测量结果，导控接头的旋紧的终止。
[0029]本发明还涉及一种用于控制管形螺纹接头的旋紧状态的控制装置，螺纹接头具有阳螺纹管形元件和阴螺纹管形元件，所述管形元件能够通过将阴螺纹元件旋紧在阳螺纹元件中进行配合，其特征在于，所述控制装置具有测量部件和分析部件，其中测量部件用于测量所述元件中的至少一个的沿预定方向的尺寸特征随时间的变化，分析部件用于分析尺寸特征随时间的变化以确定螺纹接头的旋紧状态。
[0030]优选地，控制装置具有导控部件，该导控部件用于根据尺寸特征的测量结果导控接头的旋紧的终止。
[0031]该特征的优点在于允许很精确地导控接头的旋紧，这是因为导控是基于瞬时测量到的实际物理值而不再是基于经验值。
[0032]根据本发明的装置还可以具有测量部件包括至少一个超声换能器的特征。
[0033]最后，本发明涉及一种在第一螺纹管形元件通过旋紧与第二螺纹管形元件连接时引导第一螺纹管形元件的导向装置，该导向装置具有夹持第一管形元件的夹持头，其特征在于，所述导向装置具有用于测量部件的槽座，该测量部件用于测量第一管形元件的尺寸特征随时间的变化并且至少部分地设置在夹持头中，以便允许实施根据本发明的控制方法。
[0034]这种导向装置按照英语术语通常被称为“对扣引鞋(stabbing guide)”。典型地，这种装置允许将形成接头的管形元件导引到石油开采设备的孔中。本发明的装置的优点在于允许快速简单地确定接头的旋紧状态并且可以很简单地进行安装。
[0035]例如，测量部件被容置在“对扣引鞋”的夹持头中，这允许测量部件在接头上快速就位并有效保持。此外，这具有无需任何额外设备来形成支承测量部件的支承件的优点。
[0036]优选地，夹持头具有圆柱形内表面，该圆柱形内表面能够在第一元件与第二元件连接时环绕第一元件，槽座在夹持头中形成孔，该孔通到圆柱形内表面上。
【附图说明】
[0037]根据下面参照附图所作的说明，本发明的其他特征和优点将得到体现，附图中:
[0038]一图1示出了根据本发明的方法的螺纹接头的控制装置；
[0039]一图2A以纵向剖视图示意性地示出了对称布置的两个螺纹接头所构成的装配件的一部分；
[0040]一图2B是图2A的装配件的简化示意图，示出了图1的控制装置的一部分；
[0041]一图3示出了用于实施根据本发明的方法的“对扣引鞋”类导向装置的局部被切除的透视图；
[0042]一图4不出了图3的装置的剖视图；
[0043]一图5至图7示出了尺寸特征随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
[0044]图1示意性地示出了用于实施根据本发明的控制管形装配件的螺纹接头的旋紧状态的方法的控制装置。控制装置带有总附图标记100，管形装配件带有附图标记10。
[0045]如图1所示，管形装配件10是套筒式管形装配件。装配件10具有连接具有回转轴线X的两个大长度管Tl和T2的连接套筒12，并限定对称的第一和第二螺纹接头14。下面仅对两个螺纹接头中的