CN102364038B - 水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明的水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，在水下卧式采油树本体内部，在采油树通径靠底部一端的侧壁上开有一圆腔，圆腔内设置有导向销、弹簧、挡环，导向销的液压端端面中心开有凹槽，导向销的导向端穿过挡环内孔，挡环与导向销液压端之间套有弹簧；导向销内部设置有压力平衡通道，压力平衡通道连通井内环空与弹簧所在的环腔空间，压力平衡通道及弹簧所在的环腔空间内注有油脂；导向销的液压端与圆腔底端构成液压腔，液压腔与液压管线及泄压通道连通；油管悬挂器本体底部固定有导向套筒，套筒下端带有螺旋型面和定位槽。本发明装置，导向、定位可靠；结构及操作简单。

Description

水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置

技术领域

本发明属于海洋石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置。

背景技术

水下采油树是深海油气勘探、开发的关键生产装备之一，根据阀门排布形式不同，水下采油树分为卧式和立式两种。水下油管悬挂器主要用来悬挂油管重量，提供油气生产及环空的通道，为电控、液压和化学剂注入提供接口和通道，密封采油树内部通径，并承受井内压力和一定范围的提升拉力。

在水下设备安装过程中，卧式采油树一般先于油管及油管悬挂器被下入，油管下入时，必须穿过采油树通径，最终油管悬挂器座放在采油树本体内。采油树本体内包含一个侧向生产流道、多个电控/液压贯穿接口及泄压通道接口等，当油管悬挂器下入时，必须与悬挂器上的对应接口相互对齐，这就需要一种导向定位装置来调整悬挂器下入时的周向方位。

目前，水下卧式采油树油管悬挂器的导向定位装置有多种型式，常用的是导向套筒座放在隔离套筒内，导向销与支撑短节连接的型式，但这种型式占用部分采油树通径空间，可能对钻井采油设备的下入、回收造成阻碍或损坏，且作业时间长，采油成本较高，导致了现有油管悬挂器导向定位装置结构复杂、占用空间大，作业期间易与其它设备发生碰撞或磨损，耗时、费力、作业成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，解决了现有油管悬挂器导向定位装置结构复杂、占用空间大，作业期间易与其它设备发生碰撞或磨损，耗时、费力、作业成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，在水下卧式采油树本体内部，在采油树通径靠底部一端的侧壁上开有一圆腔，圆腔内设置有导向销、弹簧、挡环，导向销的两端分别是液压端和导向端，液压端朝向采油树本体外圆周方向，导向销的液压端端面中心开有凹槽，液压端沿导向销周向设有密封C，导向销的导向端穿过挡环内孔，挡环与导向销液压端之间套有弹簧；

导向销内部设置有压力平衡通道，压力平衡通道连通井内环空与弹簧所在的环腔空间，压力平衡通道及弹簧所在的环腔空间内注有油脂；

导向销的液压端与圆腔底端构成液压腔，液压腔通过液压通道、密封接头与液压管线连通，液压腔还通过泄压通道与泄压阀连通；

采油树本体内部套装有油管悬挂器本体，油管悬挂器本体底部固定有导向套筒，套筒下端带有螺旋型面和定位槽。

本发明的有益效果是，能够应用于海洋水下卧式采油树油管悬挂器的下入操作，为采油树本体与悬挂器本体之间的生产流道、电控/液压贯穿接口、泄压通道接口等的准确对接提供快捷、可靠的导向、定位，保证水下采油作业的顺利进行；结构简单、性能可靠，导向销可回缩式设计能够消除导向定位装置对钻井采油作业的影响，使设备简化，节约成本。

附图说明

图1为本发明装置工作状态时的整体结构剖视图；

图2为本发明装置工作状态时(导向销伸出)的局部结构示意图；

图3为本发明装置非工作状态时(导向销缩回)的局部结构示意图；

图4为本发明装置中的导向套筒的结构示意图。

图中，1.采油树本体，2.斜孔，3.液压管线，4.密封接头，5.液压通道，6.泄压阀，7.泄压通道，8.液压腔，9.导向销，10.弹簧，11.挡环，12.隔离套筒，13.油管短节，14.螺旋型面，15.贯穿管线，16.导向套筒，17.电控/液压接头，18.密封A，19.贯穿通道，20.悬挂器通径，21.环空通道，22.座放套筒，23.密封B，24.悬挂器本体，25.凹槽，26.密封C，27.密封D，28.密封E，29.压力平衡通道，30.密封F，31.定位槽。

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。

如图1、图2及图3所示，本发明的水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，位于水下卧式采油树本体1内部，在采油树通径靠底部一端的侧壁上开有一圆腔，圆腔内设置有导向销9、弹簧10、挡环11及多组密封结构；导向销9包括液压端和导向端，导向销9径向外侧的液压端端面中心开有凹槽25，液压端沿导向销9周向设有密封C26，导向端穿过挡环11内孔，挡环11内径与导向销9外径之间装有双重密封——密封D27、密封E28，挡环11外径与圆腔内壁之间设有密封F30，挡环11外径一端带有螺纹，螺纹端端面开有扳手安装孔，挡环11与导向销9液压端之间套有弹簧10，弹簧10始终处于压缩状态，导向销9可沿圆腔轴向在一定范围内伸缩，导向销9内部设置有压力平衡通道29，连通井内环空与弹簧10所在的环腔空间，压力平衡通道29及弹簧10所在的环腔空间内注有油脂，用于防止井液进入到包含弹簧10的环腔中；导向销9径向外侧的液压端与圆腔底端构成液压腔8，液压腔8通过液压通道5、密封接头4与斜孔2中的液压管线3连通，液压腔8另外通过泄压通道7与泄压阀6连通，泄压阀6的启闭选用液压、ROV或人工完成；油管悬挂器本体24底部固定有导向套筒16，导向套筒16下端带有螺旋型面14和定位槽31(参照图4中的标示)，导向时，螺旋型面14与导向销9的导向端接触，并使悬挂器旋转下放，直至到达目标位置，实现生产流道及各种接口的准确对齐。

导向套筒16底部螺旋型面14轨迹为一对关于轴截面对称的螺旋线形状，两螺旋线的顶部交汇处开有定位槽31。

图1中可见，采油树本体1中设置有环空通道21，悬挂器本体24与采油树通径之间设置有密封B23、座放套筒22；隔离套筒12通过螺栓连接到采油树本体1底部，两者的顶部接触面上设有密封A18；油管悬挂器本体24内设置有悬挂器通径20，悬挂器通径20底部与油管短节13螺纹连接；悬挂器本体24内还设置多条贯穿通道19(图1中仅绘出一条)，贯穿通道19通过电控/液压接头17与底部的贯穿管线15连接，贯穿管线15随生产油管一直延伸至井底。

导向销9液压端上用以形成初始液压推力的凹槽25，是圆柱形凹槽，或是其它任何能够实现其功能的空腔形状，该凹槽也可开在采油树本体1上。

泄压阀6和泄压通道7在导向定位装置正常工作时处于常闭状态，仅当液压通道5、密封接头4或液压管线3，或液压通路其它设备发生故障，液压腔8内的液压油无法泄压时，远程操控ROV将泄压阀6旋转打开，使液压油通过泄压通道7流入海水中或收集装置中(图中未表)，保证导向销9能够及时回缩。泄压阀6的启闭可由液压、ROV或人工完成。

本发明装置的工作原理是：在采油树本体1通过钻杆下入并锁定在高压井口头上之前，本发明的导向定位装置就已安装到采油树本体1上。此时，液压腔8内未充入液压油，受压缩弹簧10的弹力作用，导向销9液压端端面与圆腔底部接触，导向端缩入挡环11内孔中，导向定位装置对采油树通径无任何阻碍，如图3所示的结构状态，液压通道5、液压管线3内无液压压力，弹簧10所在环腔及压力平衡通道29内充满油脂，泄压阀6处于关闭状态；

油管先于油管悬挂器被下入，并穿过采油树通径，油管底部可能带有电潜泵、井下安全阀等设备(图中未表)，且电潜泵的尺寸外径通常比油管大，与油管一同下入的还有多条贯穿管线15，为防止导向销9与下入设备或贯穿管线15等发生碰撞或磨损，导向定位装置必须保持如图3所示的导向销9缩回状态；

油管及井下设备下入后，在悬挂器本体24即将进入采油树通径之前，液压油通过液压管线3、密封接头4、液压通道5进入到导向销9液压端的凹槽25内，液压油充满凹槽25后，形成推动导向销9向采油树通径方向移动的初始液压动力，随着液压油的继续注入，液压端克服弹簧10弹力，推动导向销9向采油树通径方向移动，弹簧10被进一步压缩，其所在的环腔空间逐渐变小，由于该环腔及压力平衡通道29内充满油脂，环腔空间减小时，部分油脂通过压力平衡通道29被挤出到井内环空中，保证弹簧10所在环腔内的压力始终平衡，导向销9可顺利移动，并伸出到采油树通径内；

油管悬挂器本体24继续下入，其底部的导向套筒16的螺旋型面14在任意位置与导向销9导向端发生接触，在油管及悬挂器本体24的重力作用下，螺旋型面14与导向销9导向端产生相对运动，悬挂器本体24随导向套筒16旋转下降，最终导向销9导向端滑入导向套筒16的定位槽31内(如图4所示)，此位置状态时，采油树本体1与悬挂器本体24之间的生产流道及其它各种接口均已周向对齐，悬挂器本体24不再发生旋转。悬挂器继续下放，直至完全座放在采油树通径内的座放台肩上，采油树本体1与悬挂器本体24之间的生产流道及其它各种接口完全对齐且密封，实现导向定位。

当需要对井下设备(如电潜泵等)进行回收或在其它钻井作业中需要下入某些设备(如防磨套等)时，为防止处于伸出状态的导向销9对上述作业造成阻碍，需要将导向销9缩回到圆腔内。在执行导向销9回缩操作时，液压管线3首先泄压，液压腔8内的压力降低，在压缩弹簧10的弹力作用下，弹簧10伸长，推动导向销9向径向外侧的圆腔底部移动，液压腔8空间逐渐变小，液压油持续流出，此时，弹簧10所在的环腔空间增大，压力变小，压力平衡通道29内的油脂在环空井压的作用下，会向弹簧10所在环腔填充，部分井液会进入到压力平衡通道29内，最后，导向销9液压端端面接触到圆腔底部，导向销9停止移动，压力平衡通道29内的油脂裕量能够保证填满弹簧10所在环腔空间，且不会使井液进入到环腔中去。凹槽25、泄压通道7、液压通道5及液压管线3中会残留部分液压油，导向销9导向端完全缩回至挡环11内孔中，此时如图3所示，导向定位装置对采油树通径空间已无任何阻碍。

本发明的装置，导向销9位于采油树本体1内，且可伸缩，不会对钻井采油作业或其它设备的下入、回收造成影响；导向套筒16与悬挂器本体24固定在一起，并一同下入，减少作业时间和采油成本，在钻通系统中，可避免与钻杆等发生碰撞或磨损，或给其它设备造成损坏，如井下电缆等；采油树本体1上不需连接导向套筒16，可以获得更大的采油树通径空间，满足海洋石油的勘探开发要求。

Claims (4)

1.一种水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，其特征在于：在水下卧式采油树本体（1）内部，在采油树通径靠底部一端的侧壁上开有一圆腔，圆腔内设置有导向销（9）、弹簧（10）、挡环（11），导向销（9）的两端分别是液压端和导向端，液压端朝向采油树本体（1）外圆周方向，导向销（9）的液压端端面中心开有凹槽（25），液压端沿导向销（9）周向设有密封C（26），导向销（9）的导向端穿过挡环（11）内孔，挡环（11）与导向销（9）液压端之间套有弹簧（10）；

导向销（9）内部设置有压力平衡通道（29），压力平衡通道（29）连通井内环空与弹簧（10）所在的环腔空间，压力平衡通道（29）及弹簧（10）所在的环腔空间内注有油脂；

导向销（9）的液压端与圆腔底端构成液压腔（8），液压腔（8）通过液压通道（5）、密封接头（4）与液压管线（3）连通，液压腔（8）还通过泄压通道（7）与泄压阀（6）连通；

采油树本体（1）内部套装有油管悬挂器本体（24），油管悬挂器本体（24）底部固定有导向套筒（16），套筒下端带有螺旋型面（14）和定位槽（31）；导向套筒（16）底部螺旋型面（14）轨迹为一对关于轴截面对称的螺旋线形状，两螺旋线的顶部交汇处开有定位槽（31）。

2.根据权利要求1所述的水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，其特征在于：所述的液压端沿导向销（9）周向设有密封C（26），挡环（11）内径与导向销（9）外径之间装有密封D（27）、密封E（28），挡环（11）外径与圆腔内壁之间设有密封F（30），挡环（11）的固定方式采用螺纹、独立螺钉或弹性挡圈。

3.根据权利要求2所述的水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，其特征在于：所述的密封C（26）、密封D（27）、密封E（28）和密封F（30）分别或全部是金属密封、非金属密封或组合密封。

4.根据权利要求1所述的水下油管悬挂器内嵌式导向定位装置，其特征在于：所述的泄压阀（6）的启闭采用液压、ROV或人工操作结构。

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