CN102348864A - 立管管夹 - Google Patents

Abstract

一种立管管夹(1)，所述立管管夹包括多个部分，所述立管管夹设计用来携带多个液体管道(11)，所述多个液体管道(11)与所述立管管夹平行，并与镀钢的立管(10)表面分离，所述立管自身(10)设计用来部署在海洋中以用于连接海床上的井口与海面上的舰船，所述每个立管管夹(1)设计用来增加与镀钢的立管(10)表面的摩擦，并设计有多个管道鞍(V)以用于携带对应的液体管道(11)，所述立管管夹(1)设置有内邻接表面(2)，所述内邻接表面(2)由纤维增强型复合材料制成，以配置用来辅助与镀有涂层的立管表面的接触，从而经受住与镀有涂层的立管(10)表面的接触。所述立管管夹(1)由圆周形的张力控件装置捆绑。

Description

立管管夹

技术领域

本发明涉及由几个部分组成的立管管夹，该管夹设计用来携带多个液体管道，使液体管道与镀钢的立管表面平行并保持一定距离，其中该立管是设计部署在海中以用于连接海床上井口与海上的舰船。该立管管夹设计用来增加摩擦，使得其不会与表面镀钢的立管发生相对转动，从而固定将立管管夹固定在立管上，并在该立管管夹上设置有多个管道鞍以用于携带相应的液体管道。

较为典型地，该立管可以用作钻杆立管，也就是说，该立管可用于引导钻柱通过该立管在可控制的方向上向下运动，进而通过海床上的防喷器和采油树，进一步进入海床构造下钻出一个石油或天然气井。

该立管的周围依次地附着多个小的钢管。这些钢管具有不同的尺寸，并用于传输不同种类的液体。所述液体可以用于海床上的采油树和防喷器上以执行某种特定的功能。一般情况下，钢管中两根最大的管道为“阻流和压井”管道。在紧急情况下压井管可通过激活一个剪切力以关闭相应设备来关闭一个井。阻流管可以用于控制/调整井内的压力。另外，“增压管”以及液压管可以用于操作阀门和关闭千斤顶。

一般情形下，立管由具有一定长度的管道组装而成的，在这里以22米长度为例。在立管上具有各个组成管道对接的地方，通过卡口式联结器的方式端对端地对接在一起，该联结器具有较高的整体性，能够抵抗一定的压力和防止液体泄漏。尽管如此，在某种程度上，这些联结器是另外沿径向地附加到立管上的，从而使得这些小钢管需要被设置在远离位于立管表面的一定距离处。而这些是由管道鞍决定的，管道鞍规定了小钢管与立管表面之间的距离。典型地，沿立管纵向的立管管夹之间的一个距离是2-3米。

这些小钢管中引起的具体的问题是，这些小钢管总是在一较大压力下不断地进行加压和卸压的动作交替，例如，300巴的压强下。在逐渐加压的过程中，将产生巨大的轴向推力，该轴向推力尝试使小的液体管道膨胀。例如，外径为75mm的液体管道可以具有仅为25mm的内径。这种现象进而会对立管管夹产生巨大的扭力，在与立管表面分离的管道鞍处，该扭力的扭矩会被进一步放大。

现有由钢材制成的立管管夹具有下述问题：在上述情形下，立管管夹会围绕立管转动，进而导致立管管夹逐点地持久地发生形变。参见图1，该图描述了这种现象。然而，通过对立管的表面进行处理并未使得这种情况得到好转，例如通过在立管的表面镀上一层防腐蚀的保护层，如进行环氧处理、涂以瓷釉或涂漆等。因此，应注意，最重要的是不应在上述保护层上设置有洞，或在组装过程中或上述提到的转动过程中出现有洞，这样会使得海水进入从而腐蚀金属立管。另外，保护层会使得立管表面更加光滑，即，在立管管夹和立管之间的摩擦力会变得更小。

发明内容

本发明的一个主要目的在于提供一种解决方案，以增加立管管夹和立管表面之间的摩擦。

这通过以下方式取得：与在上述介绍性的立管管夹不同的是，本发明实施例中的立管管夹具有一个内邻接面，所述内邻接面由纤维增强型复合材料制成，所述纤维增强型材料被配置用来辅助与镀有涂层的立管表面的接触，从而经受住与镀有涂层的立管表面的接触，另外，立管管夹由圆周形的张力控件装置捆绑。应注意复合材料中具有树脂基体，一般情况下，所述树脂基体为复合材料的组合物，以用于与立管的表面进行接合，而纤维装甲被直接地设置在接合内表面。

可以认为，这些有益的摩擦是由于装甲或增强型复合材料的E模块获得的，其中，增强型复合材料E模块的摩擦应力为10GPa(GigaPascal)，而钢材E模块的摩擦应力大约为210GPa。对于本发明的技术常识来说，E模块反映的是一种材料中压力与张力之间的关系。

另外，也可以认为圆周形的张力控件装置符合图7和图8中独立讨论的理论。

在本发明实施例的第一方面，一个更加详细的实施例被描述，其中，立管管夹由一个金属制成的主件和一个由纤维增强型复合材料制成的基件组成，该基件在主件与管夹之间提供了一个了内衬。

在本发明实施例的第二方面，提供了一个优选实施例，为了减少立管管夹的重量，立管管夹可以由一个由纤维装甲复合材料制成的主件和一个同样由纤维装甲复合材料制成的基件组成，其中基件在主件与管夹之间提供了一个内衬。该实施例特别地适合于当为了接近更深处的流体，且重量成为一个影响因素时。但这并不用以限制本发明。

优选地，所述纤维装甲复合材料制成的内衬的厚度大约可以为2-4mm，优选地为3mm。

在本发明实施例的第三方面，立管管夹的每个部分可以由一个片或多个相同片组成，具体地由纤维装甲复合材料制成的一个片或多个相同片组成，这意味着可能会省略掉前述内衬，但这在某些情形下也是可以的。

进一步地，纤维装甲复合材料中的纤维可以为下述种类中选取的一种或多种：工艺纤维/纺织品，例如，碳化纤维，芳纶纤维以及玻璃纤维。

进一步地，纤维装甲复合材料中可以具有一种树脂基体，该树脂基体可以从下述中选取：乙烯基酯、聚酯纤维、环氧树脂以及热塑性树脂等聚合体。

所述立管管夹的圆环形张力控件装置可以是张紧束箍，该张紧束箍设计具有合适的抗张强度，以用于将管夹捆绑在立管上。所述张紧束箍可以设置有包括扣紧螺钉的卸扣，所述扣紧螺钉具有以下好处：整个摩擦表面被利用起来，避免了摩擦表面负载的逐点增加。

为了使用方便，立管管夹设置有一个凸缘部分，以利于圆周形张力控件装置更好地捆绑在上面。

在上述为了使用方便而设计的实施例中，所述立管管夹可以由相对设置的两个半管夹组成。

在本发明的另一实施例中，组成立管管夹的两个半管夹以绞链相互连接，这样，整个管夹被连为一体，而实际上在管夹上某个点存在一条两个半管夹连接在一起的弱化了的连接线，这个地方就起着绞链点的作用。因此，该管夹仍然可以被打开，甚至当该管夹被紧固在立管上成为一体后仍然可以被打开。可选地，任何一般地可以起着绞链作用的部件都可以用来将两个半管夹连接在一起，同时可以将两个半管夹打开。

同时，应注意，许多不同种类的橡胶材料作为内衬已经在传统的由钢材制成的立管管夹中被测试过，在立管管夹和立管的表面不能获得足够的摩擦。

本发明其它的以及进一步的目的、特征和优点将在本发明后续的优选实施例中结合附图进行描述。

附图说明

图1示出了本发明描述的现有技术的问题中被损坏的立管部；

图2示出了本发明带有管道鞍的立管管夹；

图3示出了本发明具有将管夹坚固到立管上的捆绑装置的捆绑带；

图4示出了本发明带有分离的部件以及带有关联部件的完整立管管夹的立体图；

图5示出了本发明装配好的立管管夹的立体图；

图6A示出了本发明带有装配好的立管管夹的立管的立体图；

图6B示了了本发明图6A被圆圈圈住部分的放大图；以及

图7和图8示出了通过螺栓拉紧立管与通过圆周形张力控件拉紧立管的示意图。

具体实施方式

首先，参见图1，在图1中清楚地描述出了我们面临的问题。中心立管10由几根较小的管道围绕着，例如，前述介绍中的“阻流和压井”管道11，以及液压管14。每根立管10具有终端部件13，使得很多的立管能够被连接起来以用于装配成一个完整的立管柱。所述终端部件13具有顺次地确定方向的装置，使得当立管10连接到一起时，小管道11和14能够被正确地对应地装配。

所述管道11和14通过管夹12被紧固在立管10上，在传统方式中，管夹是由合适等级的普通钢材制成。在许多情况下，所述管夹12被证实是不合适的，在一些情况下该管夹不能抵抗或防止管道11和14的膨胀。从而使得所述管夹12不得不围绕立管10转动，结果就像图1所示的情形，后续可能会有断裂的危险。

图2示出了本发明实施例中新的结合有管道鞍1’的立管管夹1的主要部分的典型构造的立体图，其中所述立管管夹分成两半1a和1b，两个相对放置。所述立管管夹1具有一个内表面2，该内表面是经过特别地设计和计算的，以用于相对于立管10具有较大的摩擦以及转动严格固定。这种类型的立管以及特别是用于钻探的立管，通常被部署在海里以用于连接海床上的井口与海面的舰船。所述立管10的表面是镀有涂层的，也就是说，这些立管被镀上一层防腐蚀的保护层，例如，镀上瓷釉或涂漆。

所述立管管夹1设置有多个管道鞍1’，所述管道鞍被设计用来作为立管表面的补充以用于支持围绕立管表面的液体管道以及用于与立管10保持一定的距离。立管管夹1的内邻接面2由纤维装甲或增强型的复合材料制成，该材料被设计与立管10的外表面较好地接合在一起，一般情况下，所述立管由金属材料制成。

在本发明的第一实施例中(未示出)立管管夹由一个金属制成的主要组件和纤维装甲复合材料制成的次要组件组成。在本发明实施例中，可以说，次要组件在主要组件与立管的表面构成了一个内衬。由纤维装甲复合材料制成的内衬可以不是很厚，一般情况下大约为2-4mm的厚度。

在本发明的第二实施例中，如图2所示，所述立管管夹1被制成一个具有相同的纤维装甲复合材料片，优选地，被制成一个实体构造。作为纤维装甲复合材料中纤维的示例，所述纤维可以选自碳化纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维中任一一种。选中的纤维被依次地嵌入到一个树脂基体中，所述树脂基体是从乙烯基酯、聚酯纤维以及环氧树脂中选择的。

所述纤维装甲复合材料被构造在分层中，也就是说所述纤维增强层位于基体材料中的分层中。在复合材料中纤维装甲是结构负载的承载者。装甲的单个纤维以“细丝”的形式汇集在一起，这些细丝可以顺次地保持在一起，从而以网状或织物的形式呈现出来。典型地，所有的细丝位于一个平面上，当细丝被编织在一起时，在该平面的上面不会有覆盖的细丝，其下面也不会有细丝。这些细丝应以一种方便的方式设置成有朝向的排列，具体朝向的方向决定于作用在细丝上的力的主要方向。作为一个示例，由细丝构成的相邻梯面可以彼此正交，或彼此构成一个锐角。进一步地，应注意，基体材料本身应与立管接合在一起，而纤维装甲位于与立管邻接的立管管夹的表面之下。纤维装甲与所述邻接表面的距离决定于立管管夹的应用环境。

为了进一步可能地增加管夹的抓取力，接合表面可以预设置纹理，例如，所述纹理可以是一种任意的或重复的图案等。可以在铸造的过程中预设纹理，将细丝形成的织物放入模型中，从而在模型的一面形成一个带有基体材料的表面。该织物也可以作为传输保护，以用于当立管管夹被安装时防止其脱落，这样在保持该织物干净的同时，也可以防止可能的传输带来的损害。

如图3所示，立管管夹1可以通过具有合适抗张强度的张紧束箍5捆绑在立管10上，张紧束箍5包括卸扣6，该卸扣6包括扣紧螺钉7。为了避免张紧束箍5在立管管夹1上沿圆周形地被拉伸，润滑剂，例如润滑油，可以被用于张紧束箍5和立管管夹1之间。这样，在张紧束箍5与立管管夹1外接触面之间执行的拉紧操作能够得到巩固，该拉紧操作不包括立管管夹表面与立管10之间的拉紧操作。

所述立管管夹1在图4中被再次示出。在该图中，立管管夹与其关联的各个部分一起被示出，从而进一步完善了该管夹。所述立管管夹1还是如之前所述一样，由两半1a和1b组成，并且两半各自包括有管道鞍1’。为了便于描述，所述立管管夹1围绕立管10在图中被示出，其中仅示出了一小段长度的立管10。在立管管夹1的一边，分别具有较小和较大直径的管道3a和3b被示出，例如较小和较大直径的管道可以是之前描述的“阻流和压井”管道以及液压管等。这些管道被放置在各个管道鞍凹槽1”的邻接处，并可以通过相应的夹子4a、4b和4c被紧固。夹子4a、4b和4c被装以绞链并通过螺栓和螺母(如图5所示)进行固定。所述螺栓可以穿过管道鞍1’与夹子4a、4b和4c上示出的洞。在本发明实施例中，总共有五个管道鞍凹槽1”被设置在立管管夹上从而依次用于支持五根管道。所述管道鞍凹槽1”曲率半径与位于该管道鞍凹槽1”中的管道的直径相适应。

薄垫片或内衬8被示出，当然也可以用其它可替换物进行替换，但该薄垫片或内衬并不是必需的。内衬8由纤维装甲或增强的复合材料制成。若立管管夹1是由金属制成，例如铝、铝合金、钛或钢等金属，则内衬8是必需的。若立管管夹1仅仅是由纤维装甲复合材料制成，内衬8或其替换物可以存在也可以不存在。典型地，内衬8的厚度大约为2-4mm，但其厚度并不用于限制本发明。

如前所示每个立管管夹1通过具有合适抗张强度的张紧束箍5围绕并紧固在立管10上。在图中有两个张紧束箍5被示出，以设计用来当从立管纵向观看时固定在管道鞍1’每个侧面上。从图中可以看出，管夹部件1a和1b各自具有向外地放射状延伸的凸缘1c和1d，该凸缘1c和1d用于辅助将张紧束箍5置于立管管夹1上面，即，设置于凸缘1c和、1d与管道鞍1’之间。张紧束箍5包括卸扣6，而卸扣6包括有一个扣紧螺钉7。每个卸扣6穿过张紧束箍5上的圆环5a进行延伸，其中一个扣紧螺钉7设置于中心位置以用于平衡施加在两边的张紧束箍5上的压力。

图5示出了一个完整的组装后的立管管夹1。其中两个管夹部件1a和1b各自相对设置，并示出了他们沿径向地的分割线D，该分割线穿过管道鞍1’中间延伸，其中该管道鞍1’被设计用来仅支持一根管道。所述立管管夹1在靠近卸扣部件6和7的区域O可以被分开或通过绞链进行连接。剩余部分的构造可以参考关于图4的描述，在此不再复述。

图6A示出了完成装配后的立管20，该立管20具有多个已安装的本发明实施例中的立管管夹1。根据各个预设的应用，所述立管管夹1可以支持阻流和压井管以及液压管。应注意的是，应经过严格的训练才能对管夹1进行紧固，以使得管道鞍被充分地布置成一行，这样每个被支持的管道能够尽可能地沿直线进行延伸。

图6B示出了图6A中被圆圈包围部分的放大尺寸图。其中，示出了位于中心的立管10以及紧固在该立管上的立管管夹1。图中进一步详细地示出了比较粗的阻流和压井管3b和比较细的液压管3a如何被管道鞍1’支持的，以及示出了阻流和压井管3b和液压管3a如何通过管夹部件4a和4b被紧固在紧固处周围的。在本发明实施例中还示出了三根较粗的管道和三根较细的管道如何被立管管夹1支持的。其中的张紧束箍5可以参见4所示。

结合图7和图8，在这里将对圆周形张力控件装置进行理论分析。我们的目的是当紧固管夹时避免接触面之间发生相对运动。当将立管管夹沿着圆状物体进行紧固时，无论被紧固的物体是什么，紧固物(例如，夹子)将会被拉伸，而两个物体之间的摩擦会试图阻止这种拉伸。紧固的结果是在物体之间产生摩擦，以及正交于夹子和圆状物之间接触面的法向力。在紧固过程中，由于摩擦阻碍紧固的进行，因此摩擦并不是期望的，但是在紧固之后摩擦则是期望的，以用于将紧固物保持在原来的位置。

参见图7，其中示出了使用螺钉方案的通用管夹，紧固过程由彼此相向的运动U来实现。在圆形物体与扣紧夹子的摩擦将会试图阻止所述运动，所述运动会使得在夹子上的伸张度逐步减少，依据这种情况，当前的情形如下所述：

e1＞e2＞e3＞e4＞e5

由于失去了对张力的控制，因此这不是期望的结果，期望的伸张度应该是均匀分布的能受到最大控制的伸张度，其中：

e1＝e2＝e3＝e4＝e5＝k

通过将张力从管夹上移除到第三方物体上，例如，轨道皮带，所有的张力都可以作为法向力被传送到圆形物上，而不是作为两个物体之间的摩擦剪力。这是通过在夹子和管道之间产生一个高度的摩擦面，同时降低夹子和被紧固物之间接触面的摩擦来实现的。

参见图8，图中示出了通过一个圆周的起作用的捆绑带实现上述第二种情形的。通过使用第三方物体来捆紧夹子，由于夹子没有伸张度，从而使得位于夹子和圆形物之间的e1到e5变为0。

所有的张力被传送到设计好的张力控件上，在张力控件与夹子之间只存在很小的摩擦(例如通过润滑油)，其中图中各处存在以下关系：

当摩擦系数μ→0时，e1＞e2＞e3＞e4＞e5→e1＝e2＝e3＝e4＝e5＝k

这意味着当降低张力控件与夹子之间的摩擦系数、夹子的功能未降低时，张力变得更加理想可控，同时，在夹子与圆形被夹物之间仍然具有很高的摩擦系数。

Claims (13)

1.一种立管管夹(1)，所述立管管夹包括多个部分，所述立管管夹设计用来携带多个液体管道(11)，所述多个液体管道(11)与所述立管管夹平行，并与镀有涂层的立管(10)表面分离，其中所述立管(10)设计用来部署在海洋中以用于连接海床上的井口与海面上的舰船，所述立管管夹(1)设计用来增加与镀有涂层的立管(1)表面的摩擦，从而实现不会转动地紧固在所述涂有涂层的立管(1)表面上，所述立管管夹(1)设置有多个管道鞍(1’)以支持液体管道(11)，其特征在于，所述立管管夹(1)具有一个由纤维增强型复合材料制成的内邻接面(2)，所述纤维增强型材料制成的内邻接面(2)被配置用来辅助与镀有涂层的立管(10)表面的接触，从而经受住与镀有涂层的立管(10)表面的接触，以及所述立管管夹(1)由一个张力控件装置进行捆绑。

2.如权利要求1所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)由一个金属制成的主要组件和一个纤维增强型复合材料制成的次要组件组成，其中所述次要组件在主要组件和所述立管的表面之间提供一个内衬。

3.如权利要求1所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)由一个纤维增强型复合材料制成的主要组件以及一个同样由纤维增强型复合材料制成的次要组件组成，其中所述次要组件在主要组件和所述立管的表面之间提供一个内衬。

4.如权利要求2或3所述的立管管夹，其特征在于，所述纤维增强型复合材料制成的内衬的厚度大约为2-4mm。

5.如权利要求1所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)的每个部分由纤维增强型复合材料制成的一片或多个相同片组成。

6.如权利要求1至5任一所述的立管管夹，其特征在于，所述纤维增强型复合材料包括从碳化纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维中选取的一种或多种纤维材料。

7.如权利要求1至6任一所述的立管管夹，其特征在于，所述纤维增强型复合材料包括从乙烯基酯、聚酯纤维以及环氧树脂中选取的树脂基体。

8.如权利要求1至7任一所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)的每个圆周形张力控件装置为张紧束箍(5)，所述张紧束箍(5)具有合适的抗张强度以用于将立管管夹(1)捆绑在所述立管(10)上。

9.如权利要求8所述的立管管夹，其特征在于，所述张紧束箍(5)包括一个包含扣紧螺钉(7)的卸扣(6)。

10.如权利要求1至9任一所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)包括一个凸缘部分，所述凸缘部分与圆周形张紧束箍(5)相对设置。

11.如权利要求1至10任一所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)由彼此相对放置可围绕所述立管(10)的两半(1a，1b)组成。

12.如权利要求1至11任一所述的立管管夹，其特征在于，所述组成立管管夹(1)的两半由绞链相互连接。

13.如权利要求1至12任一所述的立管管夹，其特征在于，所述立管管夹(1)的内表面设置有随机的或重复的纹理。

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