CN102661125B - 一种液压整体式隔水管张紧环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压整体式隔水管张紧环，包括承载本体上端设置有内圆台阶，承载本体通过连接锁销总成与钻井分流器外壳同心连接，承载本体的外圆设置有上外圆台阶和下外圆台阶，承载本体的最大外圆周套装有承压环，承压环内表面设置有上端台阶和下端台阶，承压环与承载本体的最大外圆周面之间设置有耐磨环和旋转密封II；上端台阶中设置有可拆卸的压盖，压盖同时压在承载本体的上外圆台阶上；下端台阶上表面设置有承压垫片，下端台阶内圆周表面与承载本体之间安装有旋转密封I，承载本体内部设置有液压通道。本发明装置适应于深水、超深水环境作业要求，承载力大、安装方便快捷、操作简单、安全可靠。

Description

一种液压整体式隔水管张紧环

技术领域

本发明属于海洋石油钻井装备技术领域，具体涉及一种液压整体式隔水管张紧环。

背景技术

在进行海洋石油天然气钻探时，需要一根从浮式钻井平台延伸到水下BOP的液体输送管道——海洋钻井隔水管系统，主要用来循环钻井液。在隔水管工作时，隔水管系统底部必须保持一定的拉力，用来确保隔水管的刚度，以避免由于隔水管系统底部受压，从而损坏底部隔水管总成及隔水管下部挠性接头，为此，就需要采用隔水管张紧器对隔水管系统提供顶部张紧力，而隔水管张紧环是将隔水管张紧器和隔水管伸缩装置连接起来的关键承载设备。其结构形式及连接方式对隔水管系统的性能及安全均有重要影响。

目前，现有隔水管系统的张紧环形式各不相同，都与各自的隔水管伸缩装置结构以及辅助管线排出终端结构的形式有关，主要有整体式、分体式、纯机械连接式、液压驱动式等。另外，现有类似作用的承载设备中，也有套管、油管、钻杆吊卡形式的结构，单就结构相似性、承载能力、安全可靠性等方面与隔水管张紧环截然不同，不能进行方便快捷的连接和拆卸操作，操作人员的操作风险较大，工作效率和使用安全性不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压整体式隔水管张紧环，解决了现有技术连接和拆卸操作复杂，操作人员操作风险较大的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种液压整体式隔水管张紧环，包括承载本体，承载本体上端设置有内圆台阶，承载本体通过连接锁销总成与钻井分流器外壳同心连接，承载本体的外圆设置有上外圆台阶和下外圆台阶，

承载本体的最大外圆周套装有承压环，承压环外表面安装有吊耳，承压环内表面设置有上端台阶和下端台阶，承压环上端台阶和下端台阶之间的内圆周表面与承载本体的最大外圆周面之间设置有耐磨环和旋转密封II；承压环上端台阶中设置有可拆卸的压盖，压盖同时压在承载本体的上外圆台阶上；承压环下端台阶上表面设置有承压垫片，承压环下端台阶内圆周表面与承载本体之间安装有旋转密封I，承载本体内部设置有通向旋转密封I、承压垫片的液压通道；

承载本体外圆表面还安装有泥浆增压管线排出终端本体、液压管线排出终端本体和节流/压井管线排出终端本体。

本发明的有益效果是，实现了集承载本体与节流/压井管线排出终端、辅助管线排出终端、连接锁销总成于一体，与隔水管张紧器和伸缩装置连接配套使用，能够实现隔水管系统张紧，并承载隔水管系统重量的连接装置，本发明具有以下特征：

1)、隔水管张紧环为整体式结构，采用液压操作实现与隔水管的安装、拆卸。整个过程避免了分体式结构需操作人员在平台上组装、平台下连接的连接程序，提高了操作连接的安全可靠性。

2)、隔水管张紧环节流/压井管线排出终端、液压管线排出终端和泥浆增压管线排出终端与隔水管伸缩装置的连接、解脱、密封，均采用液压驱动各排出终端密封心轴插入、脱离隔水管伸缩装置支撑法兰上各相应孔的方式来实现。整个辅助管线排出结构的连接过程快速、安全、可靠。

3)、隔水管张紧环连接采用将承载本体与节流/压井管线排出终端、液压管线排出终端和泥浆增压管线排出终端集成为一体的结构，该结构简化了常规设计中的辅助管线排出总成的支架设计，使张紧环安装操作时不需要再旋转、拆卸辅助管线排出总成，简化了操作程序。

4)、隔水管张紧环设计为可旋转式液压张紧环，由于工作时允许旋转，且磨擦阻力非常小，因此适用范围广。通过旋转密封I、旋转密封II、承压垫片和耐磨环的组合设计，很好的解决了由于风、浪、海流引起的张紧环和隔水管之间相互转动所产生的磨损问题，其中承压垫片的设计则能在超载或液压轴承失效的情况下，允许张紧环短时间内使用，极大的提高了使用的安全可靠性。

5)、隔水管张紧环中设计有导向键、连接锁销总成。导向键可确保旋转式液压张紧环与隔水管伸缩装置正确的连接，连接锁销总成用于在工作状态下，将旋转式液压张紧环与分流器外壳锁紧，在节省平台空间位置的情况下，同时也提高了张紧环使用的安全可靠性。

本发明装置的结构简单，操作灵活方便，承载能力强，密封性能好，方便快速连接，并能很好地应用到各种海域、海况当中，尤其适应海洋深水等恶劣条件下的钻井作业，具有良好的整体经济性能和实用性能。

附图说明

图1是本发明液压整体式隔水管张紧环的结构俯视示意图；

图2是图1中的沿A-A的剖面示意图；

图3是图1中的沿B-B的剖面示意图。

图中，1.承压环，2.压盖，3.承载本体，4.连接锁销总成，5.耐磨环，6.旋转密封I，7.旋转密封II，8.承压垫片，9.泥浆增压管线排出终端本体，10.泥浆增压管线密封心轴，11.泥浆增压管线密封活塞，12.导向键，13.液压管线密封心轴，14.液压管线排出终端本体，15.节流/压井管线排出终端本体，16.节流/压井管线密封心轴，17.节流/压井管线密封活塞，18.钻井分流器外壳，19.隔水管伸缩装置，20.吊耳，

另外，K1是节流管线密封驱动加压口I，K2是节流管线密封驱动加压口II，K3是泥浆增压管线密封驱动加压口I，K4是泥浆增压管线密封驱动加压口II，K5是加油口，K6是密封试压口，K7是液压管线密封驱动加压口I，K8是液压管线密封驱动加压口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，本发明液压整体式隔水管张紧环的结构是，包括承压环1、压盖2、承载本体3、连接锁销总成4、耐磨环5、旋转密封I 6、旋转密封II7、承压垫片8、泥浆增压管线排出终端本体9、泥浆增压管线密封心轴10、泥浆增压管线密封活塞11、导向键12、液压管线密封心轴13、液压管线排出终端本体14、节流/压井管线排出终端本体15、节流/压井管线密封心轴16、节流/压井管线密封活塞17、钻井分流器外壳18、隔水管伸缩装置19组成。其中，图1是隔水管张紧环俯视示意图，明确了承压环1的吊耳20与各管线排出终端的相关位置。图2是隔水管张紧环A-A轴向剖示图，明确了泥浆增压管线排出终端、节流/压井管线排出终端的结构，连接锁销总成4、承压环1、承载本体3、承压环1与承载本体3之间液压轴承、密封、以及相关加、泄压油路的结构示意图。图3是隔水管张紧环B-B轴向剖示图，明确了液压管线排出终端的结构，承载本体3与隔水管伸缩装置19通过导向键12定位防转的结构、及其相关密封试压油路的结构示意图。

参照图1、图2、图3，本发明液压整体式隔水管张紧环的具体结构是，包括承载本体3，承载本体3上端设置有内圆台阶，该内圆台阶上用于坐放钻井分流器外壳18，承载本体3通过连接锁销总成4与钻井分流器外壳18同心连接，承载本体3的外圆设置有上外圆台阶和下外圆台阶，承载本体3的最大外圆周套装有承压环1，承压环1外表面安装有吊耳20，承压环1内表面设置有上端台阶和下端台阶，承压环1上端台阶和下端台阶之间的内圆周表面与承载本体3的最大外圆周面之间设置有两组耐磨环5和两组旋转密封II7；承压环1上端台阶中设置有可拆卸的压盖2，压盖2同时压在承载本体3的上外圆台阶上；承压环1下端台阶上表面设置有承压垫片8，承压环1下端台阶内圆周表面与承载本体3之间安装有两组旋转密封I6，旋转密封I6、耐磨环5和旋转密封II7构成一组液压轴承，承载本体3内部设置有通向承压垫片8、旋转密封I6的两组液压通道。一组液压通道与承载本体3外表面的加油口K5接通，另一组液压通道通过旋转密封I6间的液压出口端与承载本体3外表面的密封试压口K6接通。

承载本体3外圆表面还安装有泥浆增压管线排出终端本体9、液压管线排出终端本体14和节流/压井管线排出终端本体15，泥浆增压管线排出终端本体9内部的泥浆增压管线密封心轴10，通过其与泥浆增压管线密封活塞11构成的油室驱动连接，泥浆增压管线密封心轴10两端分别连接有泥浆增压管线密封驱动加压口I K3及泥浆增压管线密封驱动加压口IIK4；节流/压井管线排出终端本体15内部的节流/压井管线密封心轴16，通过其与节流/压井管线密封活塞17构成的油室驱动连接，节流/压井管线密封心轴16两端分别连接有节流管线密封驱动加压口I K1和节流管线密封驱动加压口IIK2；同样，液压管线排出终端本体14内部的液压管线密封心轴13，通过其与液压管线排出终端本体14构成的油室驱动连接，该液压管线密封心轴13两端分别连接有液压管线密封驱动加压口I K7和液压管线密封驱动加压口II K8；

承载本体3下端内圆表面还设置有导向键12，用于对隔水管伸缩装置19下入时的定位。

隔水管张紧环辅管排出终端与隔水管伸缩装置19的连接密封或解脱，均是采用液压驱动各排出终端密封心轴插入或脱离隔水管伸缩装置19支撑法兰上对应配合孔的方式来实现。

应急情况下，节流/压井管线排出终端、液压管线排出终端和泥浆增压管线排出终端与隔水管伸缩装置19的连接密封或解脱，也可以采用机械或气动驱动各排出终端密封心轴，插入或脱离隔水管伸缩装置19支撑法兰上对应配合孔的方式来实现。

导向键12可确保旋转式液压张紧环与隔水管伸缩装置19正确的连接，连接锁销总成4用于将旋转式液压张紧环与分流器外壳18锁紧或解锁，接锁销总成4采用液压操作、机械或气动结构，连接锁销总成4的缩进和解锁动作采用液压操作的方式来实现，连接锁销总成4也可以采用机械或气动的方式实现旋转式液压张紧环与分流器外壳18锁紧或解锁。

隔水管张紧环中的导向键12定位方式，也可以设置成导向销、定位销等定位方式。

本发明装置的工作原理是：采用承载本体3与节流/压井管线排出终端、辅助管线排出终端、连接锁销总成4集成于一体的整体结构方案；承载本体3与分流器外壳18和隔水管伸缩装置19拆卸、安装均采用液压驱动方式；在承压环1和承载本体3之间设置有液压轴承，以实现低摩擦旋转连接和承载压力的传递。张紧环与隔水管伸缩装置19的连接后，即可实现旋转式固定方式(旋转通过液压轴承来实现)。本发明通过上述方案的实施，可实现连接可靠、承载性能好，容易对正，操作简单的特性，并能有效的降低安装劳动强度，提高海上作业的工作效率。

本发明的旋转型液压整体式隔水管张紧环，从功能上分为三部分，即主承载部分、管线排出终端部分、液压轴承及其相关的加油和密封部分。

主承载部分由承压环1、压盖2、承载本体3、连接锁销总成4、导向键12构成。装配时，首先将承载本体3穿过已装好密封、耐磨环5、连接锁销总成4的承压环1，然后将压盖2坐放在承压环1上，通过吊耳20上提承压环1，使其与压盖2相接触，旋转承压环1，使其螺栓孔与压盖2对正，然后把螺栓拧紧将压盖2可靠的固定在承压环1上，最后通过注油口K5向承压环1、承载本体3之间注入液压油，待承压环1、压盖2被液压油驱动到安装指定位置后，主承载部分即装配完毕。张紧环在非工作状态时，用连接锁销总成4将其与分流器外壳18锁紧，并悬挂在转盘梁下面。在下入隔水管伸缩装置19时，连接锁销总成4松开张紧环，下放张紧器，使张紧环与分流器外壳18脱离，张紧环进入工作位置，此时，隔水管伸缩装置19沿张紧环内表面的导向键12下入，隔水管伸缩装置19支撑法兰斜面与张紧环支撑斜面接触，张紧器开始工作，张紧环就进入工作状态。整个隔水管系统的重量通过隔水管伸缩装置19与承载本体3间的斜台阶传递到承载本体3，再由承载本体3经液压轴承传递到承压环1，最终通过承压环1的吊耳20传递到隔水管张紧器。

管线排出终端的作用是将隔水管伸缩装置辅管中液体经高压软管传送到钻台面上的过渡装置。参照图1，管线排出终端主要由两个对称布置的液压管线排出终端，两个对称布置的节流/压井管线排出终端，及一个泥浆增压管线排出终端构成。其中，泥浆增压管线排出终端本体9用螺栓和承载本体3相连、在与泥浆增压管线密封心轴10、泥浆增压管线密封活塞11、及相关密封装配后构成一个加泄压油室，通过图2所示的加压口K3和K4，驱动泥浆增压管线密封心轴10左右移动，就可达到与隔水管伸缩装置19支撑法兰上相应的泥浆增压管线排出孔接通或脱开的目的。同样，液压管线排出终端本体14也用螺栓和承载本体3相连、在与液压管线密封心轴13、及相关密封装配后构成一个加泄压油室，通过图3所示的加压口K7和K8，驱动液压管线密封心轴13左右移动，达到与隔水管伸缩装置19支撑法兰上相应的液压管线排出孔接通或脱开的目的。与之相同，节流/压井管线排出终端本体15用螺栓和承载本体3相连、在与节流/压井管线密封心轴16、节流/压井管线密封活塞17、及相关密封装配后构成一个加泄压油室，通过图2所示的加压口K1和K2，驱动节流/压井管线密封活塞17左右移动，就可达到与隔水管伸缩装置19支撑法兰上相应的节流/压井管线排出孔接通或脱开的目的。

液压轴承及其相关的加油、密封部分的作用是允许张紧环低摩擦旋转，主要包括耐磨环5、旋转密封I6、旋转密封II7、承压垫片8。如图2所示，经注油口K5，向承压环1、承载本体3之间注入液压油，并以旋转密封I6、旋转密封II7密封的形式，发挥液压轴承的作用。工作时，需经图3所示的密封试压口K6对液压轴承进行液压压力的检测，液压轴承内部的液压压力符合要求后，承压环1就可以安全地与承载本体3相互转动。承压垫片8和两组耐磨环5安装在承压环1与承载本体3之间，耐磨环5用于解决张紧环和隔水管之间因相互转动所产生的磨损问题，承压垫片8则用于在超载、液压轴承失效的情况下，允许张紧环的短期使用。

通过上述三个部分的相互配合工作，液压整体式隔水管张紧环就能够实现承载整个隔水管系统的重量，在工作时绕隔水管旋转、将隔水管辅管中液体经高压软管传送到钻台面上的三个作用。

本发明的技术效果是：适应于深水、超深水环境作业要求的液压整体式隔水管张紧环，其具有承载力大、安装方便快捷、操作简单、安全可靠。在安装连接时，只要通过液压驱动连接锁销总成4锁销向外缩回，即可实现隔水管张紧环与钻井分流器外壳18的脱开；用液压驱动泥浆增压管线密封心轴10、液压管线密封心轴13、节流/压井管线密封心轴16向心伸出，即可实现隔水管张紧环与隔水管伸缩装置19支撑法兰的连接。

Claims (4)

1.一种液压整体式隔水管张紧环，其特点在于：包括承载本体（3），承载本体（3）上端设置有内圆台阶，承载本体（3）通过连接锁销总成（4）与钻井分流器外壳（18）同心连接，承载本体（3）的外圆设置有上外圆台阶和下外圆台阶， 

承载本体（3）的最大外圆周套装有承压环（1），承压环（1）外表面安装有吊耳（20），承压环（1）内表面设置有上端台阶和下端台阶，承压环（1）上端台阶和下端台阶之间的内圆周表面与承载本体（3）的最大外圆周面之间设置有耐磨环（5）和旋转密封Ⅱ（7）；承压环（1）上端台阶中设置有可拆卸的压盖（2），压盖（2）同时压在承载本体（3）的上外圆台阶上；承压环（1）下端台阶上表面设置有承压垫片（8），承压环（1）下端台阶内圆周表面与承载本体（3）之间安装有旋转密封Ⅰ（6），承载本体（3）内部设置有通向旋转密封Ⅰ（6）、承压垫片（8）的液压通道； 

承载本体（3）外圆表面还安装有泥浆增压管线排出终端本体（9）、液压管线排出终端本体（14）和节流/压井管线排出终端本体（15）； 

所述的承载本体（3）下端内圆表面还设置有导向键（12）、导向销或定位销； 

所述的耐磨环（5）、旋转密封Ⅰ（6）和旋转密封Ⅱ（7）均为两组。 

2.根据权利要求1所述的液压整体式隔水管张紧环，其特征在于：所述的连接锁销总成（4）采用液压操作、机械或气动结构。 

3.根据权利要求1所述的液压整体式隔水管张紧环，其特征在于：所述的泥浆增压管线排出终端本体（9）内部的泥浆增压管线密封心轴（10）的两端分别设置有泥浆增压管线密封驱动加压口Ⅰ（K3）及泥浆增压管线密封驱动加压口Ⅱ（K4）；节流/压井管线排出终端本体（15）内部的节流/压井管线密封心轴（16）两端分别设置有节流管线密封驱动加压口Ⅰ（K1）和节流管线密封驱动加压口Ⅱ（K2）；同样，液压管线排出终端本体（14）内部的液压管线密封心轴（13）两端分别设置有液压管线密封驱动加压口Ⅰ（K7）和液压管线密封驱动加压口Ⅱ（K8）；所述的液压通道与承载本体（3）外表面的加油口（K5）接通，旋转密封Ⅰ（6）的液压出口端与承载本体（3）外表面的密封试压口（K6）接通。 

4.根据权利要求1所述的液压整体式隔水管张紧环，其特征在于：所述的泥浆增压管线排出终端本体（9）、液压管线排出终端本体（14）和节流/压井管线排出终端本体（15）分别采用机械或气动驱动结构。 

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