CN102016220B - 铝立管组件 - Google Patents
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Abstract
一种铝立管组件(40)，它具有可连接在一起以形成立管串的多个立管接头(42)。当组装上和下接头时，夹具(145)支撑用于承载液压管路的辅助管道。驱动装置(220)旋转以可旋转的方式支撑在上接头上的套管(170)，并且套管旋转以可旋转的方式布置在上接头上的联管螺母(160)。在联管螺母旋转时，它沿立管接头轴向运动并且啮合到下接头上。紧固联管螺母，直到它接合外套环(136)以完成上和下立管接头之间的联接。然而，能够为附加的上立管接头重复整个过程以形成立管串。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝立管组件。
背景技术
用于烃生产的诸如固定平台，自升式或半潜式平台，和钻探船的海上钻探钻机通常使用立管来将钻机与海床处的井口连接。在使用中，立管阻止水达到钻杆柱并且传送循环的钻探泥浆。典型地，立管具有在钻机和井口之间竖直布置的金属管道段。这些管道段包括周边辅助管路和用于连通钻机和井口处的防喷装置之间的液压管路的管道。
钢立管的相当大的重量是限制它们用于深海操作的一个缺陷。如已知的，立管的钢管道段的每一个必须具有足够的壁厚度以承担工作压力且承受其它管道段的拉伸载荷。这些要求添加重量到立管串。立管串的重量又可能被大体上限制为浮动钻机的有效载荷容量，该浮动钻机在不超过其最大载荷极限的情况下仅可承载有限数量的管道段。
作为对使用钢的替代方案，现有技术中已知的铝立管使用铝管道段，这些铝管道段通过管道端部处的法兰连接器串联联接在一起。美国专利No.6415867和6615922中公开了这种铝立管的例子。这些法兰连接器具有用于将法兰连接器连接在一起的螺栓和螺纹插入件的开口并且具有用于沿管道的周边纵向地承载辅助管道的开口。为了形成可靠的连接，操作者必须以指定的扭矩紧固每个螺栓。一些立管设计可具有每个连接6到18个螺栓。因此，组装管道段可以显著地花费操作者相当多的时间来完成和验证。
在又一缺陷中，现有技术的立管组件由铝合金1980T1OCTI92048-90(即称为Russian Designation AL1980T1的铝合金)制成。(“T1”设计相当于如R0067-Alloy Temper Designation System for Aluminum(ANSI H35.1-2000)中描述的“WP”。字母“W”表示“固溶热处理的”)。对于这种热强化的合金，焊接缝必须在焊接之后被热处理。这使得更难以制造接头，因为热处理过程需要另外的生产时间， 人员和设备。
发明内容
铝立管组件具有可连接在一起以形成立管串的多个立管段。立管段的每一个具有管道，该管道在其上焊接有上(箱)和下(销)连接器。上连接器具有形成箱端部的内部锥形表面并且具有带外螺纹的外部锥形表面。下连接器具有外部锥形表面。内部和外部锥形表面彼此对准且密封并且促进立管串的形成。优选地，立管段的部件由与钢相比具有较高“强度对密度”比率的铝合金形成，并且更特别地，由按照TU1-809-420-84规范的非热强化铝合金1575形成或者由在焊接之后不需要焊接缝的热处理的Al-Mg系统的另一种铝合金形成。
当组装上和下立管段时，上立管接头的销部分地装配到下立管接头的箱中，使得对准且密封的锥形表面彼此接合。操作者定向且对准服务管路以形成两个立管接头。操作者随后使用液压或气动驱动器或致动器来旋转支撑在其中一个支撑件上的驱动轴上的锥齿轮。该锥齿轮与形成在套管边缘周围的倾斜齿配合，该套管以可旋转的方式支撑在上立管段的销端部上。除了使用锥齿轮布置外，套管的外周边还可具有第一链轮或滚销齿轮，并且驱动装置可具有能够与滚销齿轮配合的第二链轮或脚轮。
在由驱动器旋转套管时，套管上的多个向下延伸的指状物旋转联管螺母。替代地，布置在联管螺母的凹穴和套管中的纵向狭槽中的定位销或轴承引起联管螺母旋转。联管螺母也以可旋转的方式布置在立管接头的销端部上并且也可在旋转期间抵抗弹簧的偏压沿立管接头轴向运动。在套管旋转时，其内部锥形表面上的螺纹与下段的上端部上的外螺纹啮合。联管螺母被紧固直到箱的内部锥形表面和销的外部锥形表面连接。然后，可以为另外的立管接头重复整个过程以形成立管串。
本发明提供了一种立管接头，该立管接头包括：具有第一端部和第二端部的管道；焊接到所述管道的第一端部的第一连接器，所述第 一连接器具有第一内部表面并且具有带外螺纹的第一外部表面；焊接到所述管道的第二端部的第二连接器，所述第二连接器具有外部套环并且具有能够与所述第一内部表面接合的第二外部表面；布置在所述第二连接器周围并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外部套环接合并且具有第二内部表面，所述第二内部表面具有能够与另一个立管接头的第一连接器的外螺纹配合的内螺纹；和以可旋转的方式布置在所述第二连接器上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮绕所述第二连接器旋转，其中所述套管的旋转使所述联管螺母旋转，以与所述另一个立管接头的第一连接器配合。
优选地，所述立管接头还包括：第一夹具，所述第一夹具能够连接在所述第一连接器周围并且支撑所述立管接头附近的至少一个辅助管道；和第二夹具，所述第二夹具能够连接在所述第二连接器周围并且支撑所述立管接头附近的所述至少一个辅助管道。
优选地，所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮。
优选地，所述立管接头还包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转。
优选地，布置在所述立管接头周围的夹具在其上支撑所述驱动轴。
优选地，所述立管接头还包括弹簧，所述弹簧在所述套管和所述联管螺母之间布置在所述立管接头周围并且朝向所述外部套环偏压所述联管螺母。
优选地，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
优选地，所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
优选地，所述立管接头由铝合金制成。
优选地，所述第二连接器围绕该第二连接器限定外部狭槽，并且布置在所述外部狭槽中的卡环支撑所述第二连接器上的套管。
优选地，所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮。
优选地，所述的立管接头，还包括驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
优选地，所述管接头还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
优选地，所述驱动装置以可运动的方式安装在辊上。
本发明还提供了一种立管设备，该立管设备包括：第一立管接头，所述第一立管接头具有带第一外螺纹的第一端部；第二立管接头，所述第二立管接头具有带外肩部的第二端部；布置在所述第二端部上并且能在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外肩部接合并且具有第一内螺纹；和布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且能够通过所述第一齿轮旋转；其中，所述第一立管接头的第一端部邻接所述第二立管接头的第二端部；以及其中，在所述立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
优选地，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
优选地，所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
优选地，所述立管设备还包括以可运动的方式安装的驱动装置， 所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
优选地，所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
本发明还提供了一种立管设备，该立管设备包括：多个立管接头，每一个所述立管接头具有：具有第一外螺纹的第一端部；具有外肩部的第二端部；布置在所述第二端部上并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外肩部接合并且具有第一内螺纹；和布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮旋转；其中，所述立管接头中的第一个立管接头的第一端部邻接所述立管接头中的第二立管接头的第二端部；以及其中，在所述第一个立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
优选地，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
优选地，所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
优选地，所述立管设备还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
优选地，所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿 轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
本发明还提供了一种立管设备，该立管设备包括：多个立管接头，每一个所述立管接头具有：第一端部；第二端部，所述第二端部能够与另一个立管接头的第一端部邻接；布置在所述第二端部上的第一装置，所述第一装置用于与所述另一个立管接头的第一端部配合，所述第一装置在所述第二端部上能可旋转地和轴向地运动；和布置在所述第二端部上的第二装置，所述第二装置与所述第一装置分体设置，用于使所述第一装置旋转，所述第二装置在所述第二端部上能旋转，但不能轴向移动；其中，在所述立管接头中的第一个立管接头上的所述第一装置通过所述第二装置的旋转使所述第一装置与所述立管接头中的第二立管接头的第一端部配合并且将所述第一个立管接头和所述第二立管接头联接在一起。
本发明还提供了一种海上钻探或生产系统，该系统包括：平台；和联接到所述平台的立管，所述立管包括首尾联接的多个立管接头，每一个所述立管接头包括：具有第一外螺纹的第一端部；具有外套环的第二端部；布置在所述第二端部上并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外套环接合并且具有第一内螺纹；和布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮旋转；其中，所述立管接头中的第一个立管接头的第一端部邻接所述立管接头中的第二立管接头的第二端部；以及其中，在所述第一个立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
优选地，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
优选地，所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
优选地，所述系统还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
优选地，所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
本发明还提供了一种立管组装方法，该方法包括：支撑下立管接头；将上立管接头的第一端部与所述下立管接头的第二端部邻接；将驱动装置联接到所述上立管接头上的齿轮；通过所述驱动装置和所述齿轮使所述上立管接头上的套管旋转；通过旋转的所述套管使所述上立管接头上的联管螺母旋转，所述套管与所述联管螺母分体设置并且与所述联管螺母接合，从而所述联管螺母能够相对于所述套管轴向运动；和通过将所述联管螺母啮合到所述下立管接头的第二端部上并且使所述联管螺母在上立管接头上相对于旋转的所述套筒轴向移动而将所述上立管接头联接到所述下立管接头。
优选地，将第一夹具布置在所述上立管接头的第一端部周围；和将第二夹具布置在所述下立管接头的第二端部周围；和邻近所述上立管接头和所述下立管接头在所述第一夹具和所述第二夹具之间互连至少一个辅助管道。
优选地，使所述联管螺母旋转包括朝向所述下立管接头的第二端部偏压所述联管螺母。
优选地，所述方法还包括将所述套管轴向地支撑在所述上立管接头上。
优选地，所述方法还包括焊接所述上立管接头的第一管道上的第一端部，和焊接所述下立管接头的第二管道上的第二端部。
优选地，所述方法还包括将夹具布置在所述上立管接头周围并且将所述齿轮支撑在所述夹具上。
优选地，所述方法还包括：释放所述下立管接头；降低所述立管组件；和重复邻接、联接、旋转和啮合的动作，以将另一个上立管接头连接到所述立管组件。
附图说明
图1示意性地示出具有水下钻探设备的海上钻探钻机。
图2是根据本公开的某些教导的立管段的部分剖视图。
图3是图2中的立管段沿线A-A的端视剖视图。
图4是图2中的立管接头沿线B-B的详细剖视图，示出用于将立管接头组装在一起的小齿轮驱动器和具有倾斜齿的套管。
图5是组装在一起的两个立管段的部分剖视图。
图6A是在拧紧之前被联接在一起的立管接头的另一实施例的视图。
图6B是图6A的剖视图。
图7A是在完成拧紧之后联接在一起的图6A的立管接头的视图。
图7B是图7A的剖视图。
图8是组装在一起的两个立管段的部分剖视图，示出套管和具有滚销齿轮和脚轮布置的驱动器。
图9是图8中的立管段沿线C-C的剖视图。
具体实施方式
图1示出海上钻探钻机(即，半潜式平台)，该海上钻探钻机具有井架10、其上具有钻探设备的平台11，和浮筒12。海上钻探钻机也 可以是固定的平台，自升式平台，钻探船等。井眼14和海底基盘16位于海床15处，并且竖直立管40布置在井眼14和钻机的平台11之间。海底设备包括井口17和防喷装置18。
立管串40连接平台11与防喷装置18并且使用联接器21、挠性接头20和伸缩接头30以抵消平台11相对于井眼14的运动。立管串40具有多个立管接头42，该多个立管接头首尾相连以形成立管串。立管串40的主要功能是将钻杆和工具引导到井眼14并且为循环的钻探泥浆提供返回路径。
如已知的，每个立管接头42必须能够承受许多力和载荷，诸如内部和外部压力，下立管接头42引起的拉伸载荷，和弯曲载荷。此外，每一个立管接头42也优选地能够承受钻探泥浆和盐水的高温和腐蚀作用。因此，每一个立管接头42由合适的金属材料构成。在下面详述的优选实施例中，立管接头42的部件由与钢相比具有较高“强度对密度”比率的铝合金制成。立管接头42的这个性质有利地增加可用于给定载荷容量的钻探钻机的管段42的数量。
在图2中，以部分横截面示出根据本公开的某些教导的立管段100。立管段100包括主管道110，上和下连接器120／130，支撑件或夹具140／145、多个中间夹具(未示出)、辅助管道150、可旋转的联管螺母160、可旋转的套管170，和用于旋转套管170和联管螺母160的驱动器200。立管段100也可具有浮力模块(未示出)，该浮力模块可包括彼此螺栓联接且夹紧在管道110周围的包含泡沫的空心玻璃球的两个半月形零件。
主管道110具有从其穿过的孔111。连接器120／130通过焊接缝112／113焊接到管道110的端部，该焊接缝优选地不需要热处理。这些连接器120／130彼此不同。特别地，上连接器120具有带外部锥形螺纹124的箱122并且具有内部锥形表面126。同样，下连接器130具有外部锥形表面132和套环136。
主管道110优选地与连接器120／130一样由铝合金制成。更特别地，管道110和连接器120／130优选地由按照TU1-809-420-84规范的 非热强化的铝合金1575制成，该非热强化的铝合金在焊接之后不需要焊接退火。当连接器120／130在焊接缝112／113焊接到管道110时，这简化了立管段100的制造和组装，并且也减小了立管段100的生产成本和时间。虽然连接器120／130也优选地由与主管道110相同的铝合金制成，但在公开的立管段100的其它实施例中，主管道110和连接器120／130可以各由不同的铝合金制成，并且各可以由不同于按照TU1-809-420-84规范的非热强化的铝合金1575的铝合金制成。铝合金的一些例子包括称为Russian Designation AL1980和Russian Designation AL1953的铝合金并且包括具有比钢的强度对密度比率大的高的强度对密度比率的任何其它铝合金。
辅助管道150安装在置于管道的连接器120／130的夹具140／145上且安装在以各种间隔沿主管道110定位的中间夹具(未示出)上。由这些管道150承载的辅助管路可包括阻流和压井管路、液压管路、增压管路等。如示出的，每一个辅助管道150具有通过螺纹联接器156连接在一起的上和下节段152／154。
联管螺母160、套管170和驱动器200位于管道110的下(销)连接器130并且用于将立管接头100配合到另一个这种立管接头。如示出的，联管螺母160位于管道的下连接器130上并且可邻接套环136的上表面。如下所述，该联管螺母160具有用于形成立管接头的内部锥形螺纹164。联管螺母160也具有用于接合套管170的沿其顶部形成的外部纵向狭槽162。套管170安装在联管螺母160上方并且具有位于联管螺母160的外部狭槽162中的指状物172，如在图3的横截面中最佳地示出的。弹簧165安装在下连接器130周围并且使其朝向套环136偏压联管螺母160远离套管170。
随着如下详述的通过驱动器200的套管170的旋转，联管螺母160也旋转并且可抵抗弹簧165的偏压沿下连接器130轴向运动以将立管接头100与另一立管接头联接。设置有联管螺母160、套管170和驱动器200的连接有利地允许操作者有效地组装立管段100，同时对准辅助管道且不需要安装的管道旋转以便组装。
在图4中提供套管170和驱动器200的进一步细节。如示出的，夹具145装配到下连接器130周围的外部凹槽135中，并且裂口衬套180装配到另一外部凹槽138中并且在其上支撑可旋转的套管170。弹簧165的上端部抵靠该衬套180布置并且装配在下连接器130的外侧131周围。
托架147在夹具145和套管170的上边缘174之间将驱动器200支撑在夹具145的下表面上。驱动器200包括驱动轴202，该驱动轴在其外端部上具有正方形头部204并且在另一端部上具有带倾斜齿208的小齿轮206。套管的上边缘174具有倾斜的边缘176，在该边缘上形成有齿178，该齿与小齿轮的齿208配合。如下面论述的，液压或气动工具可联接到正方形头部204以旋转轴202和小齿轮206。与倾斜的边缘176配合的小齿轮206又使套管170绕管道的下连接器130旋转，套管170又使联管螺母160(图2)绕管道的下连接器130旋转。
在理解立管段100的各种部件的情况下，现在讨论将立管接头联接在一起以形成用于延伸到海床的立管串的过程。如图5中示出的，立管串上先前已经形成的下立管接头100L在下位置中被示出，并且上(后)立管接头100U在上方被示出为准备与下接头100L形成。下立管接头100L由其上(箱)连接器120L支撑，该连接器120L在钻探平台的井架甲板上具有蜘蛛状升降器(未示出)。为形成接头100U-L，也悬挂在蜘蛛状升降器上的上立管接头100U降落到下立管接头100L上。然后，操作者通过将锥形销132U布置到下箱126L中而将上段的连接器130U装配到下段的连接器120L中。
在安置连接器120L／130U中，操作者对准由对准的辅助夹具140L／145U保持的辅助管道150U／150L的端部。有利地，下箱126L中的上销132U的装配促进立管段100L／100U的安装，使得操作者不必预对准立管接头，从而减小组装时间。
当已经完全安置连接器120L／130U并且已经联接辅助管道150U／150L时，两个立管段100L／100U将对准且不需要另外干预。这种布置防止两个管道段100L／100U由于外部作用而在水平平面中运动 并且为连接区域中的辅助管路提供完整性。通过安置的连接器120L／130U，上外部锥形销132U接合下内部锥形箱126L以便密封。此外，上端部133U装配在下箱126L的内肩部上。同样，下远端部123L装配成邻近上套环136U。此外，联管螺母160U接合下连接器120L，使得联管螺母160U在套管170U下方的空间中抵抗弹簧165U的偏压向上运动。然而，联管螺母的内螺纹164U还不与下连接器120L的外部锥形螺纹124L啮合，直到被如下所述的驱动器200(图2)致动。
为了操作驱动器200并且完成联接，操作者随后将套接器210装配到驱动轴202的正方形头部204上并且操作气动或液压工具220。在轴202旋转时，与啮合的边缘176U配合的小齿轮206旋转套管170U，因此旋转联管螺母160U并且将其螺纹164U配合到下管段的外螺纹124L上。因为套管170U通过指状物172U与联管螺母160U连接，因此在锥形螺纹124L／164U配合在一起时，联管螺母160U可在套管170U下方的空间中抵抗弹簧165U的偏压轴向运动。可以使用驱动器220的压力计上的适当压力控制形成该连接所需扭矩的量。
在它旋转时，可以紧固联管螺母160U，直到它接合套环136U。紧固联管螺母160U通过箱126L和销132U的接触表面之间的金属对金属密封形成密封状态。这消除了对大量弹性密封剂或其它密封件的需要，该弹性密封剂或其它密封件在组装期间可能被压坏。为了进一步提高密封，上管段端部133U可限定用于O型环密封件(未示出)的凹槽，以便密封在下箱126L的内表面。
一旦已经完成拧紧，操作者从驱动器200释放套接器210，在从蜘蛛状升降器释放下管段100L之后举起制作好的接头100L／100U。为了开始联接新的立管接头，操作者随后通过平台降下这些两个组装的接头100L／100U并且将上接头的连接器(未示出)安置在蜘蛛状升降器上。在释放定滑轮系统的钩绳套之后，操作者借助蜘蛛状升降器抓住另一上立管段(未示出)并且将它放置在立管段100U上方，从而为该新的立管接头重复整个组装过程。
如上面描述的，该组装过程可以显著减小组装／拆卸立管接头100所需的时间。同样，通过使用用于立管接头的铝可焊接结构合金，立管接头不需要半完工管道的热处理，并且其到连接器的焊接可以同样减小与生产立管接头相关联的时间和成本。
图6A到7B中示出立管接头的另一实施例300。在图6A-6B中，上和下立管接头300U-L被示出为联接在一起。与使用偏压抵靠联管螺母的弹簧的前面的实施例相比，立管接头300的本实施例不这样。如示出的且类似于前述实施例，每一个立管段300U-L具有主管道110、上和下连接器120／130、辅助支撑件140／145，和驱动器200。除此之外，每一个立管段300U-L具有类似于前面实施例的其他部件，使得类似的附图标记被用在类似的部件之间。
然而，与前面实施例相比，上连接器120具有圆柱形箱126’和圆柱形或锥形的外螺纹124’。此外，下连接器130具有用于与上圆柱形箱126’配合的圆柱形销132’。每个立管段300U-L也具有不同于前述实施例的联管螺母360和套管370。如图6B中最佳地示出的，联管螺母360具有装配在下连接器130周围的顶部362。在内部，联管螺母360具有圆柱形或锥形的内螺纹364。在外部，联管螺母360具有多个外部销钉座366。
如前面所述，套管370装配在联管螺母360上并且保持纵向固定但可绕下连接器130旋转。此外，套管的上边缘374具有与驱动器200配合的锥齿轮齿，以便旋转套管370。然而，不是用如前面描述的指状物来接合联管螺母360，套管370具有沿其内部的纵向狭槽376。这些狭槽376将销钉或轴承380保持在联管螺母360的销钉座366中，从而将套管370联接到联管螺母360。这些销钉380可在狭槽376中纵向滑动。
当如图6A-6B中所示将上和下立管段300U-L首先联接在一起时，下连接器130插入到上连接器120中，使得下圆柱形销132’装配在上圆柱形箱126’内。联管螺母360保持布置成远离上连接器120上的外螺纹124’，使得联管螺母的顶部362深深地装配到套管370中。为了 将联管螺母360保持在该向上位置中，其内螺纹364可以仅仅接合(但不配合)上连接器120上的外螺纹124’。
在操作者随后操作驱动器200时，套管370旋转。通过狭槽376中的销钉380和销钉座366的联接，联管螺母360同样地旋转。在它旋转时，联管螺母的螺纹364开始与上连接器的螺纹124’啮合，并且联管螺母360沿连接器130进一步向下运动。然而，套管370保持在与驱动器200配合的位置中。然而，在联管螺母360进一步与连接器的螺纹124’配合时，允许销钉380在狭槽376中纵向运动。
操作者继续驱动套管370，直到联管螺母360与上连接器120充分联接，如图7A-7B中所示。一旦联接，套管的顶部362接触套环136，如图7B中所示。为了进一步提高密封，下连接器130可具有用于O型环密封件(未示出)的环形凹槽135，该O型环密封件密封压靠联管螺母的顶部362的内部。同样，上连接器120可具有用于O型环密封件(未示出)的环形凹槽125，该O型环密封件密封抵靠联管螺母的下远端部的内部。
在图8-9中，立管段300使用套管390和驱动器400的另一实施例。如前面所述，上和下立管接头300U-L使用套管和驱动器400联接在一起。与使用套管的倾斜边缘上的齿与小齿轮配合的前述实施例相比，本实施例使用套管390上的滚销齿轮或第一链轮391，该滚销齿轮或第一链轮与联接到驱动器400的高扭矩液压马达401的齿轮箱403的脚轮或第二链轮404配合。
如图8和9中所示，裂口衬套392装配到下连接器130周围的外凹槽393中。如图9中最佳地示出的，衬套392使用螺钉394(仅示出其中一个)将套管390支撑在其上。如前面所述，图8中最佳地示出的套管390装配在联管螺母360上并且可绕下连接器130旋转。在其上端部，套管390具有外部圆形凹槽395，并且钢销397插入穿过孔390以在套管390的上端部形成滚销齿轮391。如下所述，该滚销齿轮391可以与驱动器400的脚轮404的齿配合以便旋转套管390。立管段300的余留部件对应前面讨论的那些元件。
驱动器400包括高扭矩液压马达401、接头402，和在其端部上具有脚轮404的齿轮箱403。这些部件被支撑在框架406上，而该框架又被支撑在基板408和柱基407上。框架406可以使用可旋转的辊410在基板408上运动，该辊布置在连接到基板408的轴承支架409上。
在操作中，在上和下立管段300U-L首先联接在一起时，框架406在辊410上运动远离上和下立管段300U-L，因此在安置管段300U-L和安装辅助管道150时，驱动器400不碍事。当已经完全安置管段300U-L且已经联接辅助管道150时，操作者随后运动辊410上的驱动器400，使得齿轮箱的脚轮404与套管的滚销齿轮391的销397配合。有利地，脚轮404和滚销齿轮391之间的链轮形式的配合不需要齿之间的精确对准或啮合并且具有简化的构造。
由马达401、接头402和齿轮箱403操作，脚轮404旋转滚销齿轮391和套管390。套管390又旋转联管螺母360并且将螺母的螺纹364配合到下段的外螺纹124’上。在其啮合时，联管螺母360沿连接器130进一步向下运动，同时套管390保持在与驱动器400配合的位置中。然而，在联管螺母360进一步与连接器的螺纹124’配合时，允许销钉380在狭槽376中纵向运动。操作者继续驱动套管390，直到联管螺母360与上连接器120充分联接。一旦联接，联管螺母的顶部362接触套环136，如图8中示出的。可以使用驱动器400的压力计(未示出)上的适当压力控制形成该连接所需的扭矩的量。
优选的和其它实施例的前述描述不旨在限制或约束本申请人想到的发明构思的范围或适用性。应当理解，虽然已经描述了用于将立管段联接在一起的组装步骤，但可以执行相反的操作以使立管段彼此脱离。虽然上面已经描述了锥齿轮和链轮，但应当理解，其它类型的齿轮或连接可用于从驱动装置将旋转施加到套管。交换公开在此包含的发明构思，本申请人请求所附权利要求提供的所有专利权。因此，所附权利要求旨在包括所有落入以下权利要求或其等同物的范围中的所有修改和改变。
Claims (37)
1.一种立管接头，该立管接头包括：
具有第一端部和第二端部的管道；
焊接到所述管道的第一端部的第一连接器，所述第一连接器具有第一内部表面并且具有带外螺纹的第一外部表面；
焊接到所述管道的第二端部的第二连接器，所述第二连接器具有外部套环并且具有能够与所述第一内部表面接合的第二外部表面；
布置在所述第二连接器周围并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外部套环接合并且具有第二内部表面，所述第二内部表面具有能够与另一个立管接头的第一连接器的外螺纹配合的内螺纹；和
以可旋转的方式布置在所述第二连接器上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮绕所述第二连接器旋转，其中所述套管的旋转使所述联管螺母旋转，以与所述另一个立管接头的第一连接器配合。
2.根据权利要求1所述的立管接头，还包括：
第一夹具，所述第一夹具能够连接在所述第一连接器周围并且支撑所述立管接头附近的至少一个辅助管道；和
第二夹具，所述第二夹具能够连接在所述第二连接器周围并且支撑所述立管接头附近的所述至少一个辅助管道。
3.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮。
4.根据权利要求3所述的立管接头，还包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述另一个立管接头的垂直轴线旋转。
5.根据权利要求4所述的立管接头，其特征在于，布置在所述立管接头周围的夹具在其上支撑所述驱动轴。
6.根据权利要求1所述的立管接头，还包括弹簧，所述弹簧在所述套管和所述联管螺母之间布置在所述立管接头周围并且朝向所述外部套环偏压所述联管螺母。
7.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
8.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，
所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；
所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及
所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
9.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，所述立管接头由铝合金制成。
10.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，所述第二连接器围绕该第二连接器限定外部狭槽，并且布置在所述外部狭槽中的卡环支撑所述第二连接器上的套管。
11.根据权利要求1所述的立管接头，其特征在于，所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮。
12.根据权利要求11所述的立管接头，还包括驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述另一个立管接头的平行轴线旋转。
13.根据权利要求1所述的立管接头，还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
14.根据权利要求13所述的立管接头，其特征在于，所述驱动装置以可运动的方式安装在辊上。
15.一种立管设备，该立管设备包括：
第一立管接头，所述第一立管接头具有带第一外螺纹的第一端部；
第二立管接头，所述第二立管接头具有带外肩部的第二端部；
布置在所述第二端部上并且能在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外肩部接合并且具有第一内螺纹；和
布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且能够通过所述第一齿轮旋转；
其中，所述第一立管接头的第一端部邻接所述第二立管接头的第二端部；以及
其中，在所述立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
16.根据权利要求15所述的立管设备，其特征在于，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
17.根据权利要求15所述的立管设备，其特征在于，
所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；
所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及
所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
18.根据权利要求15所述的立管设备，还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
19.根据权利要求18所述的立管设备，其特征在于：
所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者
所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
20.一种立管设备，该立管设备包括：
多个立管接头，每一个所述立管接头具有：
具有第一外螺纹的第一端部；
具有外肩部的第二端部；
布置在所述第二端部上并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外肩部接合并且具有第一内螺纹；和
布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮旋转；
其中，所述立管接头中的第一个立管接头的第一端部邻接所述立管接头中的第二立管接头的第二端部；以及
其中，在所述第一个立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
21.根据权利要求20所述的立管设备，其特征在于，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
22.根据权利要求20所述的立管设备，其特征在于，
所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；
所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及
所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
23.根据权利要求20所述的立管设备，还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
24.根据权利要求23所述的立管设备，其特征在于：
所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者
所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
25.一种立管设备，该立管设备包括：
多个立管接头，每一个所述立管接头具有：
第一端部；
第二端部，所述第二端部能够与另一个立管接头的第一端部邻接；
布置在所述第二端部上的第一装置，所述第一装置用于与所述另一个立管接头的第一端部配合，所述第一装置在所述第二端部上能可旋转地和轴向地运动；和
布置在所述第二端部上的第二装置，所述第二装置与所述第一装置分体设置，用于使所述第一装置旋转，所述第二装置在所述第二端部上能旋转，但不能轴向移动；
其中，在所述立管接头中的第一个立管接头上的所述第一装置通过所述第二装置的旋转使所述第一装置与所述立管接头中的第二立管接头的第一端部配合并且将所述第一个立管接头和所述第二立管接头联接在一起。
26.一种海上钻探或生产系统，该系统包括：
平台；和
联接到所述平台的立管，所述立管包括首尾联接的多个立管接头，每一个所述立管接头包括：
具有第一外螺纹的第一端部；
具有外套环的第二端部；
布置在所述第二端部上并且在其上轴向地且可旋转地运动的联管螺母，所述联管螺母能够与所述外套环接合并且具有第一内螺纹；和
布置在所述第二端部上并且与所述联管螺母接合的套管，所述套管具有第一齿轮并且可通过所述第一齿轮旋转；
其中，所述立管接头中的第一个立管接头的第一端部邻接所述立管接头中的第二立管接头的第二端部；以及
其中，在所述第一个立管接头上的所述套管通过所述第一齿轮的旋转使所述联管螺母旋转并且使所述联管螺母的第一内螺纹与所述第二立管接头的第一外螺纹啮合。
27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述联管螺母包括多个狭槽，并且所述套管包括能够与所述狭槽接合并且能够在所述狭槽内纵向运动的多个延伸的指状物。
28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，
所述套管包括在内表面中限定的至少一个纵向狭槽；
所述联管螺母具有至少一个凹穴，所述至少一个凹穴在所述联管螺母的外表面中被限定并且布置成邻近所述套管的内表面；以及
所述立管接头还包括至少一个销钉，所述至少一个销钉布置在所述至少一个凹穴和所述至少一个纵向狭槽中。
29.根据权利要求26所述的系统，还包括以可运动的方式安装的驱动装置，所述驱动装置具有能够与所述套管的第一齿轮配合的第二齿轮。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于：
所述第一齿轮包括布置在所述套管的边缘周围的锥齿轮，所述驱动装置包括驱动轴，所述驱动轴具有与所述锥齿轮配合的小齿轮，其中，所述驱动轴绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的垂直轴线旋转；或者
所述第一齿轮包括布置在所述套管的周边周围的第一链轮，所述驱动装置包括能与所述第一链轮配合的第二链轮，其中所述第二链轮绕轴线的旋转使所述套管绕所述第二立管接头的平行轴线旋转。
31.一种立管组装方法，该方法包括：
支撑下立管接头；
将上立管接头的第一端部与所述下立管接头的第二端部邻接；
将驱动装置联接到所述上立管接头上的齿轮；
通过所述驱动装置和所述齿轮使所述上立管接头上的套管旋转；
通过旋转的所述套管使所述上立管接头上的联管螺母旋转，所述套管与所述联管螺母分体设置并且与所述联管螺母接合，从而所述联管螺母能够相对于所述套管轴向运动；和
通过将所述联管螺母啮合到所述下立管接头的第二端部上并且使所述联管螺母在上立管接头上相对于旋转的所述套筒轴向移动而将所述上立管接头联接到所述下立管接头。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：
将第一夹具布置在所述上立管接头的第一端部周围；和
将第二夹具布置在所述下立管接头的第二端部周围；和
邻近所述上立管接头和所述下立管接头在所述第一夹具和所述第二夹具之间互连至少一个辅助管道。
33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，使所述联管螺母旋转包括朝向所述下立管接头的第二端部偏压所述联管螺母。
34.根据权利要求31所述的方法，还包括将所述套管轴向地支撑在所述上立管接头上。
35.根据权利要求31所述的方法，还包括焊接所述上立管接头的第一管道上的第一端部，和焊接所述下立管接头的第二管道上的第二端部。
36.根据权利要求31所述的方法，还包括将夹具布置在所述上立管接头周围并且将所述齿轮支撑在所述夹具上。
37.根据权利要求31所述的方法，还包括：
释放所述下立管接头；
降低所述立管组件；和
重复邻接、联接、旋转和啮合的动作，以将另一个上立管接头连接到所述立管组件。
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