CN102635326A - 一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，包括贯穿装置主体的壳体内腔与采油树本体上的通孔直径一致且相连通；壳体内腔内的支撑架安装有电力公接头和液压公接头；壳体内腔另一端设置有活塞杆；贯穿装置主体的中段外圆设置有防尘罩、输入管接头、电接头，活塞杆内部设有多路通道；活塞杆另一端头与内螺纹驱动轴螺纹连接，内螺纹驱动轴外圆周设有推力轴承，推力轴承分别设置有挡环和轴承挡圈，轴承挡圈与内衬套通过螺纹连接；内衬套上周向均布多个防转键II。本发明装置性能可靠，能够有效保证油管悬挂器系统的下入和回收操作顺利进行。

Description

一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置

技术领域

本发明属于海洋石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置。

背景技术

水下采油树系统是深海油气勘探、开发的关键生产装备之一，目前主要分为卧式和立式两种。水下油管悬挂器主要用来悬挂油管柱，提供油气生产及环空的通道，为井底控制、通信和化学剂注入提供接口和通道，密封采油树内部各环空通道。

该装置主要用于水下卧式采油树系统中。在实际操作过程中，采油树安装在井口头上之后，再下入油管悬挂器系统。由于采油(气)作业工艺的要求，需对井底设备进行控制和数据传输，因此，在油管悬挂器座放到采油树内部之后，需建立采油树和油管悬挂器之间的通道，将液压、电力和化学剂等传输到井下。一般可通过采用一种ROV操控的电/液贯穿装置，当油管悬挂器下入时，连接电/液通路；当油管悬挂器回收时，可将电/液通路断开，并保证这两种状态时的密封。目前，水下卧式采油树油管悬挂器的电/液贯穿装置有多种型式，但大多数都是电/液独立贯穿，这种贯穿占用采油树空间较大，对设备的配合精度要求高，贯穿数量的增加增大了设备的加工难度和失效风险，且安装作业时间长，大幅增加了作业成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，解决了现有独立式贯穿装置结构复杂、贯穿数量多、占用空间大，对设备加工精度要求苛刻，操作繁琐的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，包括贯穿装置主体，贯穿装置主体采用法兰固定于水下卧式采油树本体外径上，

贯穿装置主体轴心开有壳体内腔，该壳体内腔与采油树本体上的通孔直径一致且相连通；壳体内腔朝向通孔的一端设置有支撑架，支撑架轴向固定安装有电力公接头和液压公接头，电力公接头和液压公接头穿过该通孔；壳体内腔另一端设置有活塞杆，支撑架及中继电接头、中继管接头均固定于活塞杆同一端面上，中继电接头通过电缆II与电力公接头相连，中继管接头通过液压管与液压公接头相连；

贯穿装置主体的中段开有四个方孔，该四个方孔均露出活塞杆的一部分，沿其中的一个方孔外圆设置有防尘罩，防尘罩内表面与防转键I固定连接，防转键I与活塞杆通过键槽连接；另外两个方孔的活塞杆露出部分设置有输入管接头，第四个方孔的活塞杆露出部分设置有电接头，活塞杆内部设有多路通道，中继电接头通过一个通道中的电缆I与电接头连接，电接头将电器线路引出活塞杆之外；中继管接头通过活塞杆中的部分通道与输入管接头一一对应连通；

活塞杆另一端头伸出壳体内腔之外并与连接螺母螺纹连接，连接螺母与外螺纹驱动轴同轴连接，外螺纹驱动轴与内螺纹驱动轴螺纹连接，内螺纹驱动轴外圆周的台肩两侧各设有一个推力轴承，两个推力轴承轴向外边分别设置有挡环和轴承挡圈，挡环轴向与内衬套内的台肩面接触，轴承挡圈与内衬套通过螺纹连接；

内衬套上周向均布多个防转键II，贯穿装置主体内壁上对应有多个键槽。

本发明的有益效果是，实现了水下卧式采油树系统电/液复合贯穿，结构紧凑，电力和液压连接一步到位，节约操作时间；ROV扭矩输入，螺纹机械驱动，安全可靠；其中的二次释放结构设计为油管悬挂器的顺利回收提供了双重保障，满足海洋石油的勘探开发要求。

附图说明

图1为本发明的电液复合贯穿装置处于断开状态时的结构剖视图；

图2为本发明的电液复合贯穿装置处于接合状态时的结构剖视图；

图3为本发明的电液复合贯穿装置外部结构的等轴测视图(局部剖切)；

图4为本发明的电液复合贯穿装置电/液接头端部排布形式示意图；

图5为本发明的电液复合贯穿装置A-A方向剖视图(剖切位置见图1)。

图中，1.采油树本体，2.隔离套筒I，3.油管悬挂器，4.液压母接头，5.电力母接头，6.电缆走线孔，7.隔离套筒II，8.贯穿装置主体，9.活塞杆，10.电接头，11.内衬套，12.连接螺母，13.挡环，14.锁紧帽，15.限位螺钉，16.轴承挡圈，17.外挡环，18.内螺纹驱动轴，19.六角头螺栓，20.ROV超控接口，21.外螺纹驱动轴，22.联轴销，23.防转键I，24.防尘罩，25.密封环，26.定位螺钉，27.组合密封I，28.液压公接头，29.电力公接头，30.支撑架，31.液压管，32.组合密封II，33.双头螺柱，34.螺母，35.壳体内腔，36.组合密封III，37.推力轴承，38.键槽，39.防转键II，40.电缆I，41.中继电接头，42.中继管接头，43.电缆II，44.挡块I，45.输入管接头，46.孔槽，47.挡块II。

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。

参照图1、图2、图3、图5，本发明的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，主要部件包括贯穿装置主体8、电接头(包括电力公接头29、电力母接头5、中继电接头41和电接头10)、液压接头(包括液压公接头28、液压母接头4、中继管接头42和输入管接头45)、活塞杆9、连接螺母12、联轴销22、螺纹驱动轴(内螺纹驱动轴18和外螺纹驱动轴21)、内衬套11、锁紧帽14、防尘罩24以及推力轴承37、两个防转键(防转键I 23和防转键II39)、螺栓(包括双头螺柱33、六角头螺栓19)和多种密封(包括密封环25、组合密封III36)。

贯穿装置主体8采用法兰固定于水下卧式采油树本体1的外径(外圆表面)上，贯穿装置主体8与采油树本体1通过双头螺柱33固定连接，双头螺柱33的外端安装有起保险作用的螺母34，贯穿装置主体8轴心开有壳体内腔35，该壳体内腔35与采油树本体1上的通孔直径一致且相对正连通；壳体内腔35内朝向通孔(或油管悬挂器3)的一端设置有支撑架30，支撑架30轴向固定安装有电力公接头29和液压公接头28，其端部排布形式根据需要可以灵活设置，参照图4所示，电力公接头29和液压公接头28穿过该通孔，可与油管悬挂器3上的电力母接头5和液压母接头4实现接合并密封；壳体内腔35内另一端设置有活塞杆9，支撑架30及中继电接头41、中继管接头42均固定于活塞杆9同一端面上，中继电接头41通过电缆II43与电力公接头29相连，中继管接头42通过液压管31与液压公接头28相连；

贯穿装置主体8的中段开有四个方孔，该四个方孔均露出活塞杆9的一部分，沿其中的一个方孔外圆设置有防尘罩24，防尘罩24内表面与防转键I 23固定连接，防转键I 23与活塞杆9上的键槽插接连接；另外的两个沿直径方向对称的方孔露出的活塞杆9部分设置有输入管接头45，第四个方孔露出的活塞杆9部分设置有电接头10，活塞杆9内部设有多路通道，中继电接头41通过一个通道中的电缆I40与电接头10连接，电接头10将电器线路引出活塞杆9之外；中继管接头42通过活塞杆9中的部分通道与输入管接头45一一对应连通，输入管接头45用于将各个液体管线引出活塞杆9之外；

活塞杆9另一端头(驱动端)伸出壳体内腔35之外并与连接螺母12螺纹连接，连接螺母12通过联轴销22与外螺纹驱动轴21同轴固定连接，外螺纹驱动轴21与内螺纹驱动轴18相互配合实现螺纹连接，内螺纹驱动轴18外圆周的台肩两侧各设有一个推力轴承37，两个推力轴承37轴向两边分别设置有挡环13和轴承挡圈16，挡环13轴向与内衬套11内的台肩面接触，挡环13和轴承挡圈16用以限制推力轴承37的轴向位移，轴承挡圈16与内衬套11通过螺纹连接，即活塞杆9、连接螺母12与外螺纹驱动轴21固定联动，实现活塞杆9轴向移动；上述的轴承挡圈16、两个推力轴承37、挡环13、连接螺母12均位于内衬套11之内；

轴承挡圈16伸出内衬套11端头的一段外圆周上套装有外挡环17，外挡环17的外圆周上套装有锁紧帽14，锁紧帽14上周向均布多个限位螺钉15，贯穿装置主体8外端部开有多个成一定角度的孔槽46，限位螺钉15底部伸入到该孔槽46中，限位螺钉15的周向转动受孔槽46尺寸限制进行限动。贯穿装置主体8外壁上均布有多个挡块I44，锁紧帽14内壁上对应均布有多个挡块II47，挡块I44和挡块II47在周向上呈交错式分布(如图5所示)，当挡块I44和挡块II47周向重叠时，可限制锁紧帽14的轴向位移，当挡块I44和挡块II47周向错开时，锁紧帽14可以进行轴向位移。在锁紧帽14端面上通过六角头螺栓19固定安装有ROV超控接口20；

活塞杆9与壳体内腔35轴肩之间设置有组合密封III36，贯穿装置主体8与采油树本体1之间设置有密封环25和定位螺钉26；内衬套11上周向均布多个防转键II39，贯穿装置主体8内壁上对应有多个键槽38，每个防转键II39安装在一个键槽38中。

图1、图2还分别显示出了油管悬挂器3与采油树本体1之间设置的隔离套筒I2、隔离套筒II7、组合密封I27、组合密封II32以及电缆走线孔6等，贯穿装置内部包含多组动密封和静密封。

上述的ROV超控接口20、锁紧帽14、限位螺钉15、挡块I44、挡块II47、外挡环17、轴承挡圈16、内衬套11构成所谓的二次释放结构。本发明的贯穿装置可以设有二次释放结构，也可以不设置该二次释放结构。

内螺纹驱动轴18的驱动方式为螺纹机械驱动、液压驱动、电驱动、或液压与机械双重驱动。电/液接头可以采用多种型式，包括不同结构、不同数量、不同排布方式等。

活塞杆9与外螺纹驱动轴21的连接方式，采用连接螺母12和联轴销22的方式，还可以采用连接螺母12和防转键配合的方式，或其它可行的连接方式。

本发明的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置采用螺栓-法兰方式连接于采油树本体1上，采用密封环25密封；或采用其它有效的连接及其密封方式。

在电力贯穿部件中，电接头10为干式接头，通过电缆I40连接到中继电接头41，中继电接头41通过电缆II43与电力公接头29相连。中继电接头41可自由拆卸，电力公接头29为挠性接头。

本发明电液复合贯穿装置的工作原理是：在卧式采油树下入前，就将本发明的电液复合贯穿装置先固定在采油树本体1外侧壁上，待采油树下入并固定于井口装置之后，下入油管悬挂器3。油管悬挂器3通过定位导向装置调整其周向位置，并旋转座放于采油树本体1通径内，最终使电力公接头29与电力母接头5、液压公接头28与各自对应的液压母接头4一一对正，状态如图1所示。此时，各种接头均处于独立密封状态。将ROV驱动装置与内螺纹驱动轴18外端的对应接口连接，输入扭矩，内螺纹驱动轴18在两组推力轴承37支撑下转动，外螺纹驱动轴21受螺纹推动向脱出内螺纹驱动轴18的方向移出，推动活塞杆9及其支撑架30、中继电接头41、中继管接头42、电接头10、防转键I23及防尘罩24等同时向采油树通径方向移动。防尘罩24无论在电/液接头接合或断开状态下，均能将贯穿装置主体8上方的方孔罩住，防止尘屑、泥沙等沉积到方孔内，影响防转键I23的往复移动。固定在支撑架30上的电力公接头29和液压公接头28最终与油管悬挂器3内部对应的母接头接合并密封，内螺纹驱动轴18和外螺纹驱动轴21上的驱动螺纹具有自锁功能，可防止接头意外脱开，此时状态如图2所示。结合牢靠后，来自采油树分配单元的电力依次通过电接头10、电缆I40、中继电接头41、电缆II43、电力公接头29、电力母接头5，并经电缆走线孔6传入井下。井下传感器等的电信号也通过此路径向上回传到控制台。另外，来自采油树分配单元的液压及化学剂溶液依次通过输入管接头45、活塞杆9内孔、中继管接头42、液压管31、液压公接头28、液压母接头4，并经油管悬挂器3本体上的管路传输到井下。

根据采油作业工艺的要求，当需要回收油管悬挂器3时，电力公接头29与电力母接头5、液压公接头28与液压母接头4需要相互脱开。此时，再次将ROV驱动接口20与内螺纹驱动轴18外端的对应接口连接，输入反向扭矩。内螺纹驱动轴18反转，带动外螺纹驱动轴21向螺孔内部移动，使得活塞杆9及固定在其本体上的支撑架30、中继电接头41、中继管接头42、电接头10、防转键I23及防尘罩24等向背离采油树通径方向移动，电力和液压的公、母接头自然脱开。当活塞杆9上的台肩与壳体内腔35内的限位台肩(图1中的左端)接触时，活塞杆9停止(向外的)移动。此时，各种接头又恢复到独立密封状态，油管悬挂器3能够顺利提升取出。

当发生意外情况时，如驱动螺纹故障、推力轴承37损坏卡死等，会导致接合状态下的电力和液压公、母接头无法脱开，油管悬挂器3无法回收。为预防和解决这一问题，本发明的贯穿装置设计了一套二次释放结构。如图2、图3及图5所示，当意外情况发生时，将ROV上的专用工具与ROV超控接口20相连，并施加沿贯穿周向的力，ROV超控接口20带动锁紧帽14周向转动一定角度(角度大小由孔槽46尺寸和限位螺钉15的周向移动距离控制)，使锁紧帽14内圆周表面设置的挡块II47与贯穿装置主体8圆周表面设置的挡块I44相互错开，锁紧帽14释放。此时，通过ROV拉动ROV超控接口20向贯穿径向外侧移动，带动内衬套11及其内部所有零部件、活塞杆9及固定于其上的部件一同向背离采油树通径方向移动，最终使得电力公接头29、液压公接头28与各自对应的母接头脱开，完成二次释放。二次释放结构的移动距离受防转键II39和键槽38的轴向尺寸限制。

本发明装置的技术效果是：在油管悬挂器系统的下入操作中，用于将采油树上的液压和电力管线与油管悬挂器上的对应接口相连通，最终将液压、电力和化学剂等传输到井下；在油管悬挂器系统回收操作中，用于将采油树与油管悬挂器上的液压、电力接口断开，保证油管悬挂器顺利回收。在与油管悬挂器连通或断开的各个环节，该复合贯穿装置始终保持密封状态，避免泄露造成海洋环境污染。

本发明装置的结构设置合理，驱动方式可靠性高，尤其是通过二次释放结构能够有效保证当驱动螺纹等发生故障时，贯穿装置与油管悬挂器系统紧急脱开，使油管悬挂器系统的下入和回收操作顺利进行。

Claims (6)

1.一种水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，包括贯穿装置主体(8)，贯穿装置主体(8)采用法兰固定于水下卧式采油树本体(1)外径上，其特征在于：

贯穿装置主体(8)轴心开有壳体内腔(35)，该壳体内腔(35)与采油树本体(1)上的通孔直径一致且相连通；壳体内腔(35)朝向通孔的一端设置有支撑架(30)，支撑架(30)轴向固定安装有电力公接头(29)和液压公接头(28)，电力公接头(29)和液压公接头(28)穿过该通孔；壳体内腔(35)另一端设置有活塞杆(9)，支撑架(30)及中继电接头(41)、中继管接头(42)均固定于活塞杆(9)同一端面上，中继电接头(41)通过电缆II(43)与电力公接头(29)相连，中继管接头(42)通过液压管(31)与液压公接头(28)相连；

贯穿装置主体(8)的中段开有四个方孔，该四个方孔均露出活塞杆(9)的一部分，沿其中的一个方孔外圆设置有防尘罩(24)，防尘罩(24)内表面与防转键I(23)固定连接，防转键I(23)与活塞杆(9)通过键槽连接；另外两个方孔的活塞杆(9)露出部分设置有输入管接头(45)，第四个方孔的活塞杆(9)露出部分设置有电接头(10)，活塞杆(9)内部设有多路通道，中继电接头(41)通过一个通道中的电缆I(40)与电接头(10)连接，电接头(10)将电器线路引出活塞杆(9)之外；中继管接头(42)通过活塞杆(9)中的部分通道与输入管接头(45)一一对应连通；

活塞杆(9)另一端头伸出壳体内腔(35)之外并与连接螺母(12)螺纹连接，连接螺母(12)与外螺纹驱动轴(21)同轴连接，外螺纹驱动轴(21)与内螺纹驱动轴(18)螺纹连接，内螺纹驱动轴(18)外圆周的台肩两侧各设有一个推力轴承(37)，两个推力轴承(37)轴向外边分别设置有挡环(13)和轴承挡圈(16)，挡环(13)轴向与内衬套(11)内的台肩面接触，轴承挡圈(16)与内衬套(11)通过螺纹连接；

内衬套(11)上周向均布多个防转键II(39)，贯穿装置主体(8)内壁上对应有多个键槽(38)。

2.根据权利要求1所述的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，其特征在于：还包括二次释放结构，其结构是，在轴承挡圈(16)伸出内衬套(11)端头的外圆周上套装有外挡环(17)，外挡环(17)的外圆周上套装有锁紧帽(14)，锁紧帽(14)上周向均布多个限位螺钉(15)，贯穿装置主体(8)外端部开有多个孔槽(46)，限位螺钉(15)底部插入到该孔槽(46)中；

贯穿装置主体(8)外壁上均布有多个挡块I(44)，锁紧帽(14)内壁上对应均布有多个挡块II(47)，挡块I(44)和挡块II(47)在周向上成交错式分布；

在锁紧帽(14)端面上通过六角头螺栓(19)固定安装有ROV超控接口(20)。

3.根据权利要求1或2所述的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，其特征在于：所述的活塞杆(9)与外螺纹驱动轴(21)的连接方式，采用连接螺母(12)和联轴销(22)的方式，或采用连接螺母(12)和防转键配合的方式。

4.根据权利要求1或2所述的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，其特征在于：所述的活塞杆(9)与壳体内腔(35)轴肩之间设置有组合密封III(36)，贯穿装置主体(8)与采油树本体(1)之间设置有密封环(25)和定位螺钉(26)。

5.根据权利要求1或2所述的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，其特征在于：所述的贯穿装置主体(8)与采油树本体(1)通过双头螺柱(33)固定连接，双头螺柱(33)的外端安装有螺母(34)。

6.根据权利要求1或2所述的水下卧式采油树系统电液复合贯穿装置，其特征在于：所述的电接头(10)为干式接头，所述的中继电接头(41)为可自由拆卸接头，所述的电力公接头(29)为挠性接头。

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