CN102146772B - 一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器 - Google Patents

一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器，包括主体连接部分和各控制管线连接部分，主体连接部分的结构是，在上、下接头的法兰采之间设置有驱动环，上接头法兰采下端沿圆周设有多个扇形槽，每个扇形槽中有一锁块，驱动环环绕在所有锁块的外圈，每个锁块与下接头设置有配套的压接环槽；每个锁块与上接头的T型长槽通过T型螺钉滑动连接；驱动环向上与法兰采固定连接，驱动环的内表面沿圆周均匀分布有多段水平的T型槽，锁块的外圆表面设置有另一螺钉孔，驱动环和锁块通过T型螺钉保持沿圆周方向的滑动连接。本发明装置结构简洁，操作方便；确保了锁块径向移动的同时性及准确性，提高了接头工作的安全性。

Description

一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器
技术领域
本发明属于海洋石油钻采装备技术领域，用于海洋深水环境使用的钻井隔水管单根与单根之间的连接装置，具体涉及一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器。
背景技术
海洋钻井隔水管连接器作为隔水管管串之间的重要连接装置，具有隔水管管串之间连接、辅助管线支撑固定、海底钻采装备安装、泥浆循环与海水隔离等多种用途，目前的隔水管连接器通常有螺纹式、法兰螺栓式、推爪锁块式等几种结构形式，螺纹扣连接器适应于浅水，法兰螺栓式适应于深水，具有连接可靠、承载力大等特点，但不足是安装拆卸费时费力、工作效率低，推爪锁块式接头与法兰式接头相比，连接速度较快，但在连接时仍需驱动六个螺栓，拆装操作比较繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器，解决了现有技术中存在的由于结构不合理，造成拆装过程中费时费力的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器，包括主体连接部分和各控制管线连接部分，
其中主体连接部分的结构是，在上接头的法兰A与下接头的法兰B之间设置有驱动环，上接头的法兰A下端沿圆周均匀设置有多个扇形槽，每个扇形槽中有一个锁块，驱动环环绕在所有锁块的外圈，每个锁块与下接头的外圆周设置有配套的压接环槽；
每个锁块的上表面中间设置有螺钉孔，每个扇形槽顶部均设置有径向T型长槽，该T型长槽开口向下，上接头的T型长槽与锁块的螺钉孔之间通过T型螺钉A保持径向的滑动连接；
驱动环通过定位螺栓向上与法兰A固定连接，驱动环的内表面沿圆周均匀分布有多段结构一致的水平的T型槽，每个T型槽均是变径曲线槽，每个水平的T型槽槽底距离下接头轴心的径向尺寸，设置为从一端到另一端依次递增，锁块的外圆表面中间设置有另一螺钉孔，驱动环和锁块之间通过T型螺钉B保持沿圆周方向的滑动连接。
本发明的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征还在于：
其中上接头的内圆凸台与下接头的密封凸台之间的接触面设置有主密封。
其中驱动环的沿圆周外表面均匀分布有多个驱动孔，驱动环的顶部沿圆周间距30°设置有两个定位孔，该两个定位孔均可与上接头上的安装孔对正后通过定位螺栓相连。
其中锁块内环面设置为锥度环槽，与下接头圆周上的外锥度环槽相配；锁块外环面设置为偏置离心式曲面，与驱动环内表面的径向离心式曲面配套设置。
其中锁块内环设置为内水平式锯齿形环槽，与下接头圆周上的外水平式锯齿形环槽相配；锁块外环设置为圆环面，与驱动环内表面的圆环面配套设置。
其中驱动环中的每个T型槽两端距驱动环轴心的距离差，大于锁块与下接头脱开到啮合时的径向移动距离。
其中上接头的法兰A与下接头的法兰B开有对应的液压管线、压井管线、泥浆增压管线、液压管线、节流管线的过孔。
其中上接头上的扇形槽设置有两个、三个、四个、六个、或八个数目，锁块的数目与扇形槽对应。
本发明的有益效果是，能够适应海洋深水、超深水钻井作业要求，具有安装、拆卸快速方便、省时省力的特点，用于连接隔水管串，为海洋钻井作业提供一个连通海底的通道，同时兼具海洋钻井时隔离海水、内部泥浆循环、各控制管线固定、BOP组在海洋平台上的起吊安装、钻具导向等多种用途。
附图说明
图1是本发明实施例1的半剖示意图；
图2是本发明实施例2的半剖示意图；
图3是本发明实施例1的节流/压井管线接头连接示意图；
图4是本发明实施例1的液压管线接头连接示意图；
图5是本发明实施例1的增压管线接头连接示意图；
图6是本发明实施例1的连接锁紧时的横截面示意图；
图7是本发明实施例1的解锁时的横截面示意图；
图8是本发明实施例2的节流/压井管线接头连接示意图；
图9是本发明实施例2的液压管线接头连接示意图；
图10是本发明实施例2的增压管线接头连接示意图；
图11是本发明实施例2的连接锁紧时的横截面示意图；
图12是本发明实施例2的解锁时的横截面示意图。
图中，1.上接头，2.定位螺栓，3.T型螺钉A，4.驱动环，5.T型螺钉B，6.锁块，7.下接头，8.主密封，9.节流/压井管线公接头，10.节流/压井管线调节螺母，11.定位销，12.密封A，13.节流/压井管线母接头，14.液压管线公接头，15.液压管线定位螺母，16.密封B，17.液压管线母接头，18.增压管线公接头，19.增压管线定位螺母，20.密封C，21.增压管线母接头，22.驱动棒，23.液压管线，24.压井管线，25.泥浆增压管线，26.液压管线，27.节流管线，28.过孔，29.内圆凸台，30.密封凸台，31法兰A，32.法兰B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，结构包括主体连接部分和各控制管线连接部分，具体包括两种结构形式，第一种为旋转型锥度三角形环槽式隔水管连接器，参照图1，第二种为旋转型直连式锯齿形环槽式隔水管连接器，参照图2，上接头1的法兰A31与下接头7的法兰B32开有对应的液压管线23、压井管线24、泥浆增压管线25、液压管线26、节流管线27的相应过孔28。
如图1、图2所示，本发明装置主体连接部分的结构是，在上接头1的法兰A31与下接头7的法兰B32之间设置有驱动环4，驱动环4内沿圆周设置有六个锁块6，六个锁块6分别安装在上接头1法兰A31下端沿圆周设置的六个均布的扇形槽中，每个扇形槽顶部均设置有径向T型槽，每个锁块6与下接头7的外圆周设置有配套的压接环槽。
每个锁块6的上表面中间设置有不通透的螺钉孔，上接头1的法兰A31下表面沿径向设置有T型长槽，该T型长槽开口向下，上接头1与锁块6之间通过T型螺钉A3保持径向的滑动连接。
驱动环4通过定位螺栓2向上与上接头1法兰A31上的定位孔固定连接，驱动环4的内表面沿圆周均匀分布有六段结构一致的水平的T型槽，该六个T型槽均是变径曲线槽，每个水平的T型长槽槽底距离下接头7轴心的径向尺寸(深浅的变化)，设置为从一端到另一端依次递增(或减少)，锁块6的外圆表面中间设置有另一不通透的螺钉孔，驱动环4和锁块6之间通过T型螺钉B5保持沿圆周方向的滑动连接。
上接头1的内圆凸台29与下接头7的密封凸台30之间的接触面设置有主密封8。
上、下接头的法兰为花形、圆形或方形结构，上、下接头法兰的对正为定位孔或定位销对正。驱动环4的沿圆周外表面均匀分布有六个驱动孔，用于插入驱动棒22，驱动环4的顶部沿圆周设置有两个间距30°的定位孔，该两个定位孔均可与上接头1上的安装孔对正后通过定位螺栓2相连。
上接头1上周向设置有六个均布扇形槽，或两个、三个、四个、八个数目的均布扇形槽，每个扇形槽顶部开有T型槽或燕尾槽，通过T型或燕尾型螺钉与锁块相连。锁块对应设置为两个、三个、四个、八个，轮廓为偏置离心式曲线的T型槽或燕尾槽及曲面。
如图3、图8，是本发明实施例1、2的节流/压井管线接头连接示意图，节流/压井管线公接头9向下穿过上接头1的法兰A31，节流/压井管线母接头13向上穿过下接头7的法兰B32，节流/压井管线公接头9与节流/压井管线母接头13插接，插接处设置有双层的密封A12，节流/压井管线公接头9的插接端头处还设置有节流/压井管线调节螺母10，节流/压井管线调节螺母10上设置有定位销11，使得节流/压井管线调节螺母10定位在节流/压井管线公接头9的端头适当位置。
如图4、图9，是本发明实施例1、2的液压管线接头连接示意图，液压管线公接头14向下穿过上接头1的法兰A31，液压管线母接头17向上穿过下接头7的法兰B32，液压管线公接头14与液压管线母接头17插接，插接处接触面设置有双层的密封B16，液压管线公接头14的插接端头处还设置有液压管线定位螺母15，液压管线定位螺母15上设置有一定位销，可以将液压管线定位螺母15定位在液压管线公接头14的端头适当位置。
如图5、图10，是本发明实施例1、2的增压管线接头连接示意图，增压管线公接头18向下穿过上接头1的法兰A31，增压管线母接头21向上穿过下接头7的法兰B32，增压管线公接头18与增压管线母接头21插接，插接处接触面设置有双层的密封C21，增压管线公接头18的插接端头处还设置有增压管线定位螺母19，增压管线定位螺母19上也设置有一个定位销，能够将增压管线定位螺母19定位在增压管线公接头18的端头适当位置。
图3、图4、图5还显示了当锁块6与驱动环4径向距离最小时，锁块6与下接头7松开时的局部结构。
图8、图9、图10还显示了当锁块6与驱动环4径向距离最大时，锁块6与下接头7锁紧时的局部结构。
参照图6、图7，分别是实施例1在锁紧和开锁状态示意图，在实施例1中，锁块6内环面设置为锥度环槽，与下接头7圆周上的外锥度环槽相配，环槽的锁紧牙形式为三角形设计、也可以采用矩形、圆形等多种形式，环槽的锁紧牙数为三牙、也可以采用两牙、四牙等多种形式。锁块6外环面设置为偏置离心式曲面，与驱动环4内表面的径向离心式曲面配套设置。
参照图11、图12，分别是实施例2的锁紧和开锁状态示意图，在实施例2中，锁块6内环设置为内水平式锯齿形环槽，与下接头7圆周上的外水平式锯齿形环槽相配，锁块6外环设置为圆环面，与驱动环4内表面的圆环面配套设置。环槽的锁紧牙形式采用45锯齿形设计、或采用3°、30°锯齿形、矩形、圆形等多种形式，环槽的锁紧牙数采用四牙或两牙、三牙、五牙。
本发明的工作原理是，锁块6顶部通过T型螺钉A3与上接头1中的T型槽相连，能够使得锁块6沿上接头1中的T型槽做径向离心式移动，锁块6外表面通过T型螺钉B5与驱动环4中的T型槽相连，使得锁块6与驱动环4产生圆周错动的同时，通过T型槽深浅的变化产生径向的移动。
先松开定位螺栓2，将其从驱动环4中的一个定位孔移开，将驱动环4与上接头1脱开，利用驱动棒22将驱动环4顺时针旋转30°，六个T型螺钉B5就同时从驱动环4的T型曲线槽较深的一端滑移到T型曲线槽的浅端，使得六个锁块6向轴心靠近，同时六个T型螺钉A3也限制着六个锁块6沿上接头1中的T型槽向轴心方向实现径向滑移，直到六个锁块6内环槽与下接头7外环槽完全啮合，然后通过驱动环4上的另一个定位孔拧紧定位螺栓2，将驱动环4与上接头1的安装孔固定锁死，此时下接头7上端的密封端也已完全插入上接头1内的密封孔，主密封8将海水和隔水管内部隔绝，上接头1、下接头7就完成连接。
在主体连接部分连好的同时，各控制管线连接部分中的节流/压井管线公、母接头(9、13)、液压管线公、母接头(14、17)、增压管线公、母接头(18、21)也均同时插接完毕(如图3、4、5、8、9、10)，各公、母接头之间的密封将管线与外界隔绝，此时隔水管单根就全部安装连接结束。
本发明装置的实施例1如图1、实施例2如图2所示，工作时，在平台上先固定下接头7，然后下放上接头1，待上接头1插入下接头7，并到达限定位置后，各节流/压井管线、液压管线、增压管线的公接头也同时插入相应的母接头内(如图3、4、5、8、9、10)，此时松开定位螺栓2，并将驱动棒22插入驱动环4圆周上的驱动孔内，驱动棒22顺时针旋转，驱动与上接头1连接在一起的驱动环4，带动上接头1内的锁块6沿环槽径向移动并最终与下接头7的环槽压紧，此时，重新安装上定位螺栓2并锁紧，即达到上、下接头连接锁固的目的。在拆卸过程中，首先松开定位螺栓2，将驱动棒22插入驱动环4圆周上的驱动孔内，逆时针旋转驱动环4，带动锁块6向外退至初始位置。此时起吊上接头1，便可将上接头1和下接头7分开，同时，为保证锁块6保持初始位置状态，还需旋紧定位螺栓2，以锁紧驱动环4和锁块6，保证上接头1和下接头7分别随各自的隔水管单根进行存放。
本发明的装置特点是：
1)通过周向旋转驱动环4，再由驱动环4同时推动六个锁块6作径向旋转式移动的方式来达到上、下接头锁紧目的的，上接头1上的安装孔、驱动环4上的定位孔及定位螺栓2的配合，使得上、下接头的锁紧可靠性高，接头的连接效率提高。
2)驱动环4及六个锁块6分别设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线的T型槽及曲面，T型槽曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心。顺时针旋转驱动环30°，驱动环4上六个T型曲线槽就可将六个与锁块6相连的T型螺钉B5，同时从T型曲线槽的一段移到另一端，确保旋转驱动环4时同时驱动六个锁块6径向移动。在实施例1中，驱动环4、及六个锁块6上的曲面形式相同，可相互配合，确保上、下接头连接时，由驱动4环曲面承受锁块6的径向压力，减小锁块6外表面的径向应力，提高连接的安全性，确保了六个锁块6径向移动的同时性及准确性。在实施例2中，驱动环4内环及六个锁块6外表面则为圆弧面，降低了加工难度。
3)在实施例1中，锁块6内环面、下接头7的连接部分为锥度环槽结构，整体锥度及环槽的角度，保证在同尺寸的情况下，增大接头连接时的接触面积，进而提高接头的整体连接能力。而在实施例2中，锁块6内环面、下接头7的连接部分为水平式锯齿形环槽结构，环槽的角度，保证在接头连接受力时，锁块没有侧向压力，可提高接头工作时的安全性。
4)驱动环4中的每个曲线槽内、外端距驱动环4轴线的距离差大于锁块6与下接头7脱开到啮合时的径向移动距离，确保上、下接头顺利的连接和脱开。
5)上、下接头的法兰采设置为法兰花形，确保强度，减轻了整个接头的重量。上、下接头法兰上设置有安装孔，保证法兰在安装当中各辅助管线接头能良好的定位，减少了人为判断识别各相对连接件对正存在的不足。
6)采用了主密封结构，将上、下接头的主密封直接设置在上、下接头上，省略了传统结构中的密封套，简化了结构，降低了加工难度。
本发明的装置，结构简单，连接迅速、可靠，抗拉、抗弯、密封性能好，采用通过旋转驱动环驱动六个锁块插入公接头外环槽的方式来实现，仅需较小的转动力矩将驱动环旋转30°即可；该连接器还具有锁块承载面积大，承载能力强，高压泥浆密封适应性好等优点，完全满足海洋深水、超深水工作环境下的钻井作业要求。

Claims (8)

1.一种旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：包括主体连接部分和各控制管线连接部分，所述的主体连接部分的结构是，在上接头(1)的法兰A(31)与下接头(7)的法兰B(32)之间设置有驱动环(4)，上接头(1)的法兰A(31)下端沿圆周均匀设置有多个扇形槽，每个扇形槽中有一个锁块(6)，驱动环(4)环绕在所有锁块(6)的外圈，每个锁块(6)与下接头(7)的外圆周设置有配套的压接环槽；每个锁块(6)的上表面中间设置有螺钉孔，每个扇形槽顶部均设置有径向T型长槽，该T型长槽开口向下，上接头(1)的T型长槽与锁块(6)的螺钉孔之间通过T型螺钉A(3)保持径向的滑动连接；
驱动环(4)通过定位螺栓(2)向上与法兰A(31)固定连接，驱动环(4)的内表面沿圆周均匀分布有多段结构一致的水平的T型槽，每个T型槽均是变径曲线槽，每个水平的T型槽槽底距离下接头(7)轴心的径向尺寸，设置为从一端到另一端依次递增，锁块(6)的外圆表面中间设置有另一螺钉孔，驱动环(4)和锁块(6)之间通过T型螺钉B(5)保持沿圆周方向的滑动连接。
2.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的上接头(1)的内圆凸台(29)与下接头(7)的密封凸台(30)之间的接触面设置有主密封(8)。
3.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的驱动环(4)沿圆周外表面均匀分布有多个驱动孔，驱动环(4)的顶部沿圆周间距30°设置有两个定位孔，该两个定位孔均可与上接头(1)上的安装孔对正后通过定位螺栓(2)相连。
4.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的锁块(6)内环面设置为锥度环槽，与下接头(7)圆周上的外锥度环槽相配；锁块(6)外环面设置为偏置离心式曲面，与驱动环(4)内表面的径向离心式曲面配套设置。
5.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的锁块(6)内环设置为内水平式锯齿形环槽，与下接头(7)圆周上的外水平式锯齿形环槽相配；锁块(6)外环设置为圆环面，与驱动环(4)内表面的圆环面配套设置。
6.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的驱动环(4)中的每个T型槽两端距驱动环(4)轴心的距离差，大于锁块(6)与下接头(7)脱开到啮合时的径向移动距离。
7.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的上接头(1)的法兰A(31)与下接头(7)的法兰B(32)开有对应的第一液压管线(23)、压井管线(24)、泥浆增压管线(25)、第二液压管线(26)、节流管线(27)的相应过孔(28)。
8.根据权利要求1所述的旋转型锁块式钻井隔水管连接器，其特征在于：所述的上接头(1)上的扇形槽设置有两个、三个、四个、六个、或八个数目，锁块(6)的数目与扇形槽对应。
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