CN103015940A - 旋转促动的夹套型管件连接 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转促动的夹套型管件连接。一种夹套组件利用外套筒(30)的旋转来连接两个管状部件(12,42)。该夹套组件包括带有带凹槽外径端部(10)的第一管状部件(12)。端部(10)插入具有带凹槽的内径表面和外径表面(22,20)的夹套(18)中，并且外环形套筒(30)螺纹连接到夹套(18)上。第二管状部件(42)的带凹槽外径端部(44)插入夹套(18)中。外环形套筒(30)相对于夹套(18)旋转。该旋转导致夹套(18)部分地脱离外环形套筒(18)且完全接合第一管状部件和第二管状部件(12,42)的端部(10,42)的凹槽(14,46)，从而将第一管状部件(12)固定到第二管状部件(42)。

Description

旋转促动的夹套型管件连接

技术领域

本发明大体而言涉及油气井的钻探和生产，且特定而言涉及用于使用带螺纹活动夹套(collet)或环的管状部件的具成本效益的快速装配连接器的设计。

背景技术

钻井立管为大直径管，其用于海上钻井操作中，以引导钻柱从海上平台来往海底井口并提供用于使钻井流体循环的手段。钻柱穿过钻井立管下降。钻井流体从平台向下穿过钻柱、穿过钻头出来且在立管内径与钻柱外径之间的空间中返回到平台而循环。由海浪、水流和海上平台的移动导致的环境力以及由重钻井流体的重量导致的内部力均贡献施加到钻井立管的大负荷。此外，利用表面防喷器的高压钻井立管可暴露于全井眼压力。钻井立管的每个连续接头之间的连接必须能够承受这样的负荷。

现有技术利用螺栓连接的凸缘型连接器或利用径向定向的螺钉来装配立管或接头连接，径向定向的螺钉使卡爪(dog)移动而与立管上的轮廓接合及脱离。这两种方法需要利用扳手或螺柱张紧装置来操纵，从而使人员紧靠钻槽较长时段且增加了执行该任务的危险水平。

其它现有技术方法包括使用螺旋型母扣(box end)和公扣(pin end)，其需要立管部件通过多圈的旋转以便将管状部件扭转成固定连接。如先前所讨论的方法那样，这些连接类型需要利用扳手装置来操纵，继续使人员紧靠钻槽较长时段且增加了执行该任务的危险水平。在立管直径较大的情况下，用于提供典型分离力用于常规直接螺纹装配的扭矩需求极其高。再者，将立管接头栓接在一起、将锁定卡爪旋拧成接合或者将母扣和公扣接头旋拧成接合所需的时间可能相当长。这可显著地增加操作钻机所需的总时间，从而大大地增加了该项目的成本。

在另一现有技术实施例中，立管母扣形成有凹部和定位于凹部内的锁定部件。锁定部件具有与相邻立管的公扣上的轮廓相匹配的轮廓。该立管组件包括特殊凸轮环，其由平台上的特殊设备来促动。特殊设备导致凸轮将锁定部件移动成与公扣的轮廓接合而固定立管管件。由于特殊设备和更昂贵的立管部件的增加的基本费用，这些凸轮组件可显著地增加平台成本。因此，将需要一种立管接头，其允许能以较低基本费用且快速地装配强连接而不使人员紧靠钻槽较长时段。

发明内容

由提供了用于管状部件的具成本效益的快速装配连接器的本发明的优选实施例来大体上解决或避免这些和其它问题且大体上实现技术优点。

根据本发明的一实施例，公开了一种海底立管组件。该组件包括上管状部件和下管状部件，上管状部件具有端部和轴线，下管状部件具有端部，下管状部件与上管状部件同轴。上管状部件的端部靠近下管状部件的端部。该组件包括可径向收缩部件，在处于初始位置时，该可径向收缩部件与至少一个管状部件的端部部分地接合。可径向收缩部件在该部件的外径上具有恒定直径螺纹。该组件还包括外套筒，其在内径上具有螺纹，在初始位置，该螺纹完全接合可径向收缩部件的外径上的螺纹，外套筒螺纹连接到可径向收缩部件上。外套筒相对于可径向收缩部件沿第一方向的旋转导致外套筒螺纹从完全接合位置移动到部分接合位置，从而使可径向收缩部件向内移动到装配位置，该装配位置将下管状部件固定到上管状部件。

根据本发明的另一实施例，公开了一种海底立管组件。该海底立管组件包括第一管状部件，其具有中心孔和端部，中心孔带有轴线，端部带有形成于第一管状部件端部的外径部上的外径凹槽。该组件还包括夹套，其在初始位置就位于在第一管状部件端部的外径上形成的面向上的夹套台肩上，该台肩在第一管状部件端部外径凹槽轴向下方。夹套具有：下部内径夹套凹槽，其形成于夹套的内径下部上，在初始位置，其与第一管状部件的外径凹槽部分地接合；上部内径夹套凹槽，其形成于夹套的内径上部上；以及恒定直径的外径夹套螺纹，其形成于夹套的外径部上且延伸夹套的轴向长度。夹套可从初始位置径向收缩到装配位置。该组件还包括外环形套筒，其具有形成于该外环形套筒的内径表面上的套筒螺纹，在初始位置，套筒被螺纹连接到外径夹套螺纹上。该组件还包括第二管状部件，其具有与第一管状部件中心孔和轴线同轴的中心孔和轴线。第二管状部件具有端部，其在第二管状部件端部的外径部上形成有外径凹槽。第二管状部件端部插入夹套中，使得在初始位置，第一管状部件端部上的外径凹槽和第二管状部件端部上的外径凹槽分别邻近夹套的下部内径凹槽和上部内径凹槽。外环形套筒相对于夹套的小于360°的旋转导致夹套移动到装配位置。在装配位置，夹套外径上的螺纹与外环形套筒的内径螺纹部分地接合，以便将夹套固持在装配位置。夹套的上部内径凹槽和下部内径凹槽接合第一和第二管状部件端部的外径凹槽，从而在装配位置将第一管状部件固定到第二管状部件。

根据本发明的又一实施例，公开了一种海底立管组件。该海底立管组件包括具有端部的上管状部件和具有端部的下管状部件，下管状部件与上管状部件同轴。上管状部件端部靠近下管状部件端部。该组件包括可径向收缩夹套，其具有内径上端上的面向下的台肩以及内径下端上的面向上的台肩。上管状部件在该上管状部件的一端具有面向上的台肩，其与夹套上端上的面向下的台肩接触。下管状部件在该下管状部件的一端具有面向下的台肩，其与夹套下端上的面向上的台肩接触。在初始位置，夹套的下部与下管状部件部分地接合。夹套在该夹套的外径上具有恒定直径螺纹。外套筒在内径上具有螺纹，在初始位置，该螺纹完全接合夹套外径上的螺纹。外套筒和夹套相对于彼此的旋转导致夹套使面向下的夹套台肩与上管状部件的面向上的台肩完全接合且面向上的夹套台肩与下管状部件的面向下的台肩完全接合。该旋转导致外套筒螺纹从完全接合位置移动到部分接合位置，从而将夹套固持在装配位置，该装配位置将下管状部件固定到上管状部件。

在再一实施例中，公开了一种海底立管组件。该组件包括上管状部件和下管状部件，上管状部件具有端部，下管状部件具有带有由槽分开的多个母扣指状件的端部，下管状部件与上管状部件同轴。上管状部件的端部插入下管状部件的端部中。凹槽形成于上管状部件端部的外径上，并且凹槽形成于下管状部件的内径上，使得当上管状部件插入下管状部件的端部中时，上管状部件的凹槽靠近下管状部件的凹槽。在处于初始位置时，可径向收缩的夹头环与下管状部件的端部部分地接合。夹头环在该部件的外径上具有恒定直径螺纹，并且外套筒在内径上具有螺纹，在初始位置，该螺纹完全接合夹头环外径上的螺纹。外套筒相对于夹头环的旋转导致外套筒螺纹从完全接合位置移动到部分接合位置，从而导致夹头环径向收缩且母扣指状件径向收缩。母扣指状件的径向收缩导致上管状部件的端部上的凹槽完全接合下管状部件的端部上的凹槽，从而将上管状部件固定到下管状部件。

优选实施例的一个优点在于，其提供了用于管状部件的具成本效益的快速装配连接器。可在没有扳手或螺柱张紧装置的情况下装配该连接器，使得人员紧靠钻槽更短的时段，并且降低了执行该任务的危险水平。此外，连接器可通过较少转动来装配，显著地减少了装配该连接所需的时间。另外，连接器并不使用大量的专业设备来形成连接，从而进一步降低了立管组件的总成本。另外，连接使用特殊形状的螺纹和径向活动的部件来产生比当前管件连接系统更高的径向和轴向预加载力。

附图说明

为了获得且能够更详细地理解本发明的特征、优势和目的以及其它将变得显而易见的方式，可参考在附图中示出的本发明的实施例而做出以上简要概括的本发明的更具体的描述，附图形成该说明书的一部分。然而，应当指出，附图仅仅示出了本发明的优选实施例且因此不被视为其范围的限制，因为本发明可容许其它等效实施例。

图1为根据本发明的一实施例的配备有鼻式密封件(nose seal)的管件的侧视截面图。

图2为根据本发明的一实施例的配备有夹套的图1的管件的侧视截面图。

图3为根据本发明的一实施例的具有外接夹套的套筒的图2的实施例的侧视截面图。

图4为根据本发明的一实施例的插入夹套和套筒中且形成用于母管件和公管件的连接组件的暂时端部型管件的侧视截面图。

图5为根据本发明的一实施例的处于连接构造的图4的连接组件的侧视截面图。

图5A至图5C为图5的实施例的螺纹和轮廓接合的侧视截面图。

图6为根据本发明的一实施例的具有用于将图5的连接组件解锁的楔形环的已连接管件的备选实施例。

图7为根据本发明的一实施例的图6的实施例的一部分的详细视图。

图8为根据本发明的一实施例的组装立管的方法的局部侧视截面图。

图9为根据本发明的组装立管的方法的备选实施例的侧视截面图。

图9A至图9D为图9的实施例的螺纹和轮廓接合的侧视截面图。

图10为根据本发明的组装立管的方法的备选实施例的侧视截面图。

图10A至图10D为图10的实施例的螺纹和轮廓接合的侧视截面图。

图11为根据本发明的组装立管的方法的备选实施例的侧视截面图。

图11A至图11D为图11的实施例的螺纹和轮廓接合的侧视截面图。

图12为根据本发明的组装立管的方法的备选实施例的侧视截面图。

图12A至图12D为图12的实施例的螺纹和轮廓接合的侧视截面图。

图13为已连接管件的备选实施例的侧视截面图。

图14至图15为已连接管件的备选实施例的侧视截面图。

图16为图14的第一管件的母扣的顶视图。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，附图示出了本发明的实施例。然而，本发明可以许多不同形式实施且不应解释为限于本文中陈述的所示实施例。而是，提供这些实施例，使得本公开是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。相同的标号始终表示相同的元件。

在下文的讨论中，陈述了众多具体细节以提供本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言将显然的是，本发明可在没有此类具体细节的情况下实施。此外，在大部分情况下，省略了关于钻机操作、海底组件连接、立管使用等的细节，因为此类细节不被认为是获得本发明的完整理解所必需的且被认为是在相关领域技术人员的技能内。

在本文中描述了连接管件以形成管件串的示例实施例。连接管件的步骤在图1的示例中提供，图1示出了环形管件12的带螺纹端部10的示例的侧视截面图，环形管件12在带螺纹端部10上具有凹槽或螺纹14。在图1的实施例中，螺纹14上的牙顶(或载荷侧面)被示出向下且远离管件12的开口成角度。示出了鼻式密封件16，其在下文中描述为将就位于管件12的上部末端上。

在图2的侧视截面图中提供了连接管件的另一示例步骤。在图2的示例中，示出了就位于管件12的带螺纹端部10上方的环形夹套部件18。夹套部件18由定位螺钉65钉在带螺纹端部10，以防止夹套部件18相对于管状部件12的旋转。本领域技术人员将了解，虽然定位螺钉65限制了旋转，但定位螺钉65将允许夹套部件18相对于管状部件12的一些轴向移动，如在下文中更详细地描述的那样。夹套部件18沿着其外表面的大部分包括螺纹20。夹套部件18的内表面示出为还具有机械加工或以其它方式形成的周向轮廓23，且沿着其分开上异型部和下异型部的中部带有大体平滑的部分21。凹槽或螺纹22设于面向管件12上的螺纹14的夹套部件18的内表面上的下异型部上。在图2的实施例中，螺纹22上的牙顶大体面向上且朝向平滑部分21。虽然在螺纹14、22之间存在一些干涉，但其在这点上是微小的。平滑部分21的相反侧上的轮廓23可为螺纹、凹槽或二者。在一示例中，凹槽与螺纹的区别可在于，凹槽为表面上的一系列大体平行的轮廓而不是单个螺旋轮廓。在管件12的径向外表面上示出了母台肩24，其为在管件12上一体形成的凸缘状部件且示出为用于夹套部件18的下端26的支撑件。槽28被示出为轴向地延伸穿过夹套部件18，以允许夹套部件18的径向弹性变形。在一可选实施例中，槽28可具有蛇形轮廓。

在图3中示出形成管件连接的另一步骤，其中环形外套筒30螺纹连接到夹套部件18的外表面上。螺纹32被示出为沿着外套筒30的径向内表面的一部分形成，该部分与夹套部件18的外表面上的螺纹20相匹配且形成螺纹连接。在使用示例中，管件12的与带螺纹端部10相反的端部插入外套筒30中，并且外套筒30沿着管件12轴向移动而接合螺纹20、32。旋转外套筒30然后使外套筒30与夹套部件18螺纹接合，如图所示。套筒30在套筒30的下端上限定面向上的台肩36。面向上的台肩36接触母台肩24的面向下的台肩。可选地，卡环38(其可为卡扣型环)安装到管件12的外表面上，以支撑外套筒30处于其位置。另外，在图3的实施例中，鼻式密封件16就位于管件12的上部末端上。鼻式密封件16具有环状中部和凸缘，环状中部被构造成在管件12的开口端内同轴滑动，凸缘从环状区段的中部径向向外延伸。该凸缘具有与管件12的末端边缘的内半径和外半径相等或重叠的内半径和外半径。图3的实施例形成准备接纳匹配销的母连接。

图4提供了形成管件连接的示例步骤的内部截面图，其中引入了第二管件用于连接到图1至图3原始示出的管件。更具体而言，在图4中，管件42被示出为其异型端44在轴向上插入夹套部件18的端部中，设置成与管件12的带螺纹端部10相反。异型端44的外周上的轮廓46被示出为邻近轮廓23，该轮廓23形成于夹套部件18的内表面上且在平滑部分21上方。可在轮廓23和轮廓46均为凹槽的示例实施例中实现一优点，这样异型端44可在轴向上插入夹套部件18中，从而接合轮廓23、46而不使任一管件12、42旋转。在图4的实施例中，在轮廓23与轮廓46之间没有干涉。轮廓46在该实施例中为周向凹槽，具有与轮廓23相同的构造。图4大体示出用于如本文所公开那样连接管状部件的初始位置。

在图4中还示出，在轮廓46的上部末端上方的轴向位置，管件42的外径延伸出一轴向距离以限定公台肩48。此外，管件12、42的径向尺寸基本类似，使得当端对端接合时限定了环形空间50，该环形空间50延伸穿过相应管件12、42的中空部分。公台肩48在夹套18的端部上方间隔开。此外，管件42的下部末端被示出为就位于鼻式密封件16的径向脊部的一侧上。鼻式密封件16的环状部分在管件12、42的开口端部之间同轴延伸且沿着接触表面限定密封界面。环形空间50与管件12、42外部之间的压差由鼻式密封件16维持。在一可选实施例中，夹套18被径向向内偏置，使得当管件42插入夹套18内时，轮廓23以棘爪状方式接合轮廓46。如此，轮廓23、46部分地接合而在夹套18与管件42之间形成联接，该联接为被“勾住”但并未锁定。

图4中的组件限定未锁定的螺纹连接52。更具体而言，夹套部件18的内周上的螺纹22或轮廓23并未与管件12、42的带螺纹端部10、44上的对应螺纹14或轮廓46完全接合。在本文所述的连接管件的方法的一步骤中，分别向管件12和外套筒30施加反向的扭矩T_T、T_C将未锁定的螺纹连接52变为锁定的螺纹连接52A(图5)，从而连接管件12、42。如在图5C中的侧视截面图中所示的，向外套筒30和管件12(图4)施加扭矩T_T、T_C导致螺纹20、32在其相应的牙顶上彼此接合，从而径向向内推压夹套部件18。因此，带螺纹端部10、44的相应外表面上的螺纹14和轮廓46现在与夹套部件18的内周上的螺纹22和轮廓23连接接合接触。在图5A和图5B中分别提供了如何使轮廓23、46的载荷侧面和螺纹14、22彼此接合的图示。更具体而言，向下垂悬的轮廓23的下侧面25接触轮廓46的上侧面27。然而，轮廓23、46的倾斜定向的侧面29、31可分别在彼此之间具有空隙。类似地，在图示示例中，向下垂悬的螺纹22的下侧面33接触螺纹14的上侧面35，而螺纹22、44的倾斜定向的侧面37、39可分别在彼此之间具有空隙。

图5的组装好的螺纹连接52A也示出了远离母台肩24上移的夹套部件18的下端26。如此，夹套部件18最初被径向向内推，从而产生预负荷到螺纹连接52A上。用所施加的扭矩向螺纹连接5A预加负荷使该连接准备施加张力、弯曲以及内部压力、压缩、外部压力和这些负荷的任意组合。螺纹14、22和轮廓23、46示出为具有倾斜于环形空间52的轴线的定向。相对于环形空间50的轴线的倾斜定向将在管件12、42上产生轴向预加载力。

如图5C中所示，管状部件42完全装配到管状部件12。在该位置，螺纹20、32部分地接合，使得每个螺纹的牙顶处于接触以维持夹套部件18上的径向向内的力。螺纹20具有相对于环形空间50的轴线A_X成浅角的外部浅侧面20'以及相对于环形空间50的轴线A_X成更大角度的内部深侧面20''。类似地，螺纹32具有相对于环形空间50的轴线A_X成一角度(其基本上类似于内部深侧面20''的角度)的内部深侧面32''以及相对于环形空间50的轴线A_X成浅角(其基本上类似于外部浅侧面20'的角度)的外部浅侧面32'。通常，外部浅侧面20'和外部浅侧面32'的角度相对于孔50的轴线比内部深侧面20''和内部深侧面32''的角度更浅。当螺纹20、32处于初始位置时，内部深侧面20''和内部深侧面32''将匹配。类似地，当螺纹20、32处于最终位置时，外部浅侧面20'和外部浅侧面32'将匹配。当套筒30相对于上管状部件42旋转时，外部浅侧面20'和外部浅侧面32'的角度将允许螺纹20、32保持至少部分接合，使得外套筒30可向夹套18施加径向向内的力。在旋转时，内部深侧面20''与内部深侧面32''的干涉最初导致由外套筒30快速地迫使夹套部件18径向向内。当外部浅侧面32'接合外部浅侧面20'时，浅角以更缓慢的步调和增加的径向力使夹套部件18移动。此外，产生了一些轴向力。图5大体上示出如本文所公开的管件连接中的装配位置。

现在参照图6和图7，以侧视截面图示出了螺纹连接52B的一备选实施例。在该实施例中，楔形环54被示出为设置在存在于管件42B与外套筒30B之间的环形空间中。在截面图中示出，楔形环54具有大体三角形的截面，带有大体上与环形空间50的轴线A_X平行地延伸的内表面。楔形环54的内表面被示出为同轴地外接限定楔形环座56的管件42B上的向外延伸的部分。楔形环54的上表面或侧表面从管件42B径向向外延伸且到形成于外套筒30B的内表面上的凹槽58中。在图6的实施例中，凹槽58被示出为具有大体矩形的截面。楔形环54具有下部侧向表面，其被示出为从凹槽58内的部分延伸且向下朝管件42B成角度。该成角度的表面对应于夹套部件18的上部末端上的成角度轮廓。现在参照图7，示出了楔形环54和夹套部件18的相应的成角度表面的分解图，它们在外部套筒30B与管件42B之间的环形空间中面向彼此。图6和图7的构造描绘了处于锁定位置的螺纹连接52B。将螺纹连接52B解锁可通过向螺纹连接52B且在与用于形成锁定螺纹连接52A相反的方向上提供扭矩来实现。楔形环54的侧部和夹套部件18的上端的相对倾斜表面变为接触。当楔形件54向下移动时，夹套部件18中的凹槽被迫与管件42B脱离，从而将螺纹连接移动到解锁位置。

在图8中以侧视图示出了海上平台60的一个示例，海上平台60具有在海底垂悬用于与示出在海床上的海底井口组件64连接的立管62。在图8的实施例中，通过利用前述连接方法连接管件12、42并在管件12、42之间提供锁定连接52A，从而组装立管62。本文所公开的方法的许多优点之一为利用连接52A形成立管62的速度以及较低的扭矩与预负荷比。

图9至图12提供了在用于形成本文所述的螺纹连接的扭转(或装配)过程的示例实施例中螺纹与轮廓之间的界面的细节。放大的视图包括在图9至图12中的每一个中，图9至图12描绘了夹套18的轮廓23与管件42的轮廓46之间的界面、鼻式密封件16与管件12、42的界面、夹套18上的螺纹22与带螺纹端部10上的螺纹14A之间的界面以及夹套18上的螺纹20与外套筒30上的螺纹32之间的界面的部分。现在参照图9，其示出了处于解锁构造的螺纹连接52的一示例实施例。如图9B中所示，轮廓23和46被示出为间隔开，从而允许用于管件42相对于夹套18在轴向上移动的空隙。而且，当处于解锁构造时，空间66存在于鼻式密封件16与管件12、42的末端中的一者或二者之间，如图9C中所示。参照图9D，螺纹14A被示出为在面向相对管件42的表面上具有带弯曲表面的螺纹顶端68且在相反表面上为基本平坦的。所示的备选螺纹形式在管件42进入夹套18与管件12相对时允许夹套18相对于管件12渐进。因此，当使管件42进入系统中用于后续连接时，螺纹22可相对于管件12轴向向下移动，但不轴向向上移动。螺纹22略微与螺纹顶端68的平坦侧上的螺纹14A重叠。另外，如图9A中所示，螺纹20完全接合螺纹32，从而消除了夹套18与外套筒30之间的空隙。如图9A中所示，内部深侧面20''最初未接合内部深侧面32''。类似地，外部浅侧面20'最初未接合外部浅侧面32'。防转销或定位螺钉65在图9中示出，并且在径向上延伸穿过夹套18中的通路且联接到管件12。例如通过螺纹连接将销65连接到管件12可在外套筒30相对于夹套18旋转时防止夹套18旋转。如在下文中更详细地描述的，销65将不会防止夹套18的径向收缩。

图10描绘了螺纹连接52的构造，其中旋转扭矩被施加到外套筒30，从而使套筒30相对于夹套18旋转。如图所示，这在轮廓23、46之间产生一些重叠且增加了螺纹14A、22之间的重叠，如分别在图10A和图10B中所示出的那样。间隙66保持在鼻式密封件16与管件12、42之间，如在图10C中看到的那样。如图10D中所示，外套筒30相对于夹套18的旋转导致内部深侧面20''接合内部深侧面32''。当外套筒30相对于夹套8沿着内部深侧面20''和内部深侧面32''旋转时，内部深侧面20''和内部深侧面32''的角度导致外套筒30快速地使夹套18径向向内移动。如在图11中所描绘的那样，外套筒30的继续旋转增加了螺纹23、46之间的重叠且改变了螺纹14A、22之间的接触，使得夹套18上的螺纹22接合螺纹14A上的载荷侧面，如分别在图11A和图11B中所示的那样。这将管件12、42拉向鼻式密封件16而在鼻式密封件16与管件12、42之间形成密封界面70、71，如图11C中所示。参照图11D，夹套部件18的螺纹20与外套筒30之间的接合从内部深侧面20''和内部深侧面32'' 转移到外部浅侧面20'和外部浅侧面32'。外部浅侧面20'和外部浅侧面32'相对于管状部件12、42的轴线具有更浅角度。外部浅侧面20'和外部浅侧面32'的更浅角度导致夹套部件18以更慢速率但以更大径向力径向向内收缩，同时产生轴向预负荷。通过额外的旋转，锁定构造示出在图12中。在该实施例中，螺纹23、46的重叠进一步增加，如图12A中所示，并且螺纹22在螺纹14A的载荷侧面上的重叠也增加，如图12B中所示。密封界面70、71保持在鼻式密封件16与管件12、42之间，如图12C中所示。参照图12D，夹套部件18和外套筒30的螺纹20、32将沿着外部浅侧面20'和外部浅侧面32'接合，从而使夹套部件18与管件12、42接合，同时向管状部件12、42施加强的轴向预加载力。

在图13中以侧视截面图示出了使用夹套18A和外套筒30A联接管件12A、42A的备选实施例。如图所示，夹套18A的面向管件12A、42A的表面包括通道72。管件12A、42A的上端和下端设有对应的凸缘74、76，其示出为靠着鼻式密封件16A设置。通道72的一端接合限定于凸缘74的面向下的侧部上的台肩78，并且通道72的远端接合限定于凸缘76的面向上的侧部上的台肩80。夹套18A的与通道72相反的一侧上的螺纹20A从夹套18A径向向外延伸，带有大体面向下的突起。螺纹20A的大体平坦部分82被示出为接合外套筒30A上的螺纹32A的大体平坦部分84。

参照图14，示出了联接管件的一备选实施例。第一管件86具有母扣88，其在第一管件86的外径部上限定面向下的台肩90。如图16中所示，母扣88包括多个母扣指状件92，其具有介于每个母扣指状件92之间的槽94。参照图14，母扣指状件92在面向下的台肩90轴向上方且邻近形成于第一管件86的内径上的面向上的台肩96。在图示实施例中，可选鼻式密封件98设置在面向上的台肩96上。本领域技术人员将了解，没有鼻式密封件98的实施例被设想到且包括在所公开的实施例中。每个母扣指状件92具有形成于母扣指状件92的内径上的凹槽或螺纹100。螺纹100从母扣指状件92的上端朝面向上的台肩96延伸。在图示实施例中，螺纹100仅仅部分地朝面向上的台肩96延伸。螺纹100可具有沿着母扣指状件92的长度的增加的深度，使得母扣指状件92的一端处的螺纹100具有比靠近面向上的台肩96的螺纹100更大的深度。

母扣88还在母扣88的外径上包括夹头环(split collet ring)102。如图所示，母扣88和母扣指状件92从面向下的台肩90到母扣88的端部具有变化的宽度。母扣88在面向下的台肩90具有更宽的直径且在母扣88的端部具有更窄的直径。夹头环102包括形成于夹头环102的内径上的环形凸台104。凸台104可适配于母扣88的每个母扣指状件92的一端上的凹部106内，从而允许夹头环102在凹部106中在凸台104上枢转。母扣指状件92可具有外径轮廓，并且夹头环102可具有匹配的内径轮廓，从而允许夹头环102接触母扣指状件92，如图15中所示。夹头环102还包括螺纹108，其形成于夹头环102的外径上且从靠近凸台104的一端延伸夹头环102的长度。

参照图14，母扣88还包括外径套筒110。套筒110在套筒110的下端上包括环形母件，其限定面向上的台肩112。套筒110的内径可密封到母扣88的下端，靠近面向下的台肩90。套筒110的上部内径具有形成于其上的螺纹114。螺纹114靠近夹头环102的螺纹108且延伸与其相等的长度。当处于未联接位置时，如图14中所示，夹头环102的螺纹108可接合套筒110的螺纹114并与其匹配。面向上的台肩112将不与面向下的台肩90接触。

第二管状部件116具有公扣118，其插入第一管状部件86的母扣88中。公扣118具有与第一管状部件86内径相等的内径和比母扣88的内径更小的外径。公扣118的端部将就位于鼻式密封件98上或者备选地面向上的台肩96上。环形环120形成于公扣118的外径上且限定面向下的台肩122。在图示实施例中,螺纹114轴向上方的套筒110的上部内径端可密封到环形环120。凹槽或螺纹130形成于公扣118的外径部上。螺纹130靠近并可接合母扣88的螺纹100。螺纹130具有从公扣118的一端朝环形突起120延伸的增加的螺纹深度。

解锁环124可介于公扣118与套筒110之间，在母扣88和夹头环102轴向上方。解锁环124包括突起126，其在靠近公扣118的外径的一端上带有倾斜表面128。倾斜表面128可面向套筒110。解锁环124的相反端将驻留在套筒110的凹槽132内。这样，套筒110的轴向移动将引起解锁环124的轴向移动。当处于图14的解锁位置时，突起126将介于螺纹100与螺纹130之间，且间隙将存在于解锁环124的顶部与面向下的台肩122之间。

参照图15，套筒110相对于第一管状部件86的旋转将导致套筒110相对于第一管状部件10和夹头环102轴向向上移动。因此，螺纹114将相对于夹头环102轴向向上移动，从而导致螺纹114沿着螺纹108的侧面滑动，直到螺纹114的牙顶与螺纹108的牙顶接触，导致径向向内的力。所得径向向内的力导致夹头环102首先靠着母扣88收缩，且然后使夹头环102和母扣指状件92径向向内移动而接合螺纹100与螺纹130，从而将第一管状部件86固定到第二管状部件116。母扣指状件92在母扣指状件92的端部比母扣指状件92在面向下的台肩90上方接合第一管状部件86的位置偏转更大距离。因此，螺纹100、130的增加的深度允许螺纹100、130沿着螺纹100、130的整个长度的接合。本领域技术人员将了解，螺纹100、108、114和130可类似于关于图1至图5和图9至图12所描述的那些。

当套筒110轴向向上移动时，凹槽132可承载解锁环124轴向向上，直到解锁环124的顶部接触面向下的台肩122。在备选实施例中，解锁环124可不接触面向下的台肩122。套筒110的向上轴向移动受到面向上的台肩112与面向下的台肩90的接触限制。为了将管状部件解锁，套筒110将沿相反方向旋转，从而导致套筒110轴向向下移动。向下移动将导致突起126插入匹配的螺纹100、130中。连续向下移动将迫使突起126进一步到螺纹100、130之间，从公扣118的螺纹132释放母扣指状件92的螺纹100，从而使第一管状部件86与第二管状部件116脱离。

因此，所公开的实施例提供了众多优点。例如，所公开实施例提供了用于管状部件的具成本效益的快速装配连接器。可在没有扳手或螺柱张紧装置的情况下装配该连接器，从而使人员紧靠钻槽更短的时段且降低了执行该任务的危险水平。此外，连接器可通过较少转动来装配，显著地减少了装配该连接所需的时间。另外，连接器并不使用大量的特殊设备来形成连接，从而进一步降低了立管组件的总成本。另外，该连接使用特殊形状的螺纹和径向活动的部件，以产生比使用旋转和扭转来装配的当前管件连接系统更高的轴向预加载力。

应了解本发明可采取许多形式和实施例。因此，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可在前文中做出若干变型。已参考本发明的某些优选实施例描述了本发明，但应指出，所公开的实施例本质上是说明性的而不是限制性的，且在前述公开中设想到很宽范围的变型、修改、变化和替代，并且在一些情况下，本发明的一些特征可在没有其它特征的对应使用的情况下采用。基于优选实施例的前文描述的回顾，本领域技术人员可认为许多这样的变型和修改是明显的且是所期望的。因此，适当地，所附权利要求广泛地且以与本发明的范围一致的方式来解释。

Claims (15)

1.一种海底立管组件，包括：

上管状部件(42)，其具有端部(44)和轴线；

下管状部件(12)，其具有端部(10)，所述下管状部件(12)与所述上管状部件(42)同轴；

其中，所述上管状部件(42)的端部(44)靠近所述下管状部件(12)的端部(10)；

可径向收缩部件(18)，在处于初始位置时，其与至少一个管状部件(12, 42)的端部(10, 44)部分地接合；

其中，所述可径向收缩部件(18)在所述部件(18)的外径上具有螺纹(20)；

外套筒(30)，其在内径上具有螺纹(32)，在所述初始位置，所述螺纹(32)完全接合所述可径向收缩部件(18)的外径上的螺纹(20)，所述外套筒(30)螺纹连接到所述可径向收缩部件(18)上；

其中，所述外套筒(30)相对于所述可径向收缩部件(18)沿第一方向的旋转导致所述外套筒螺纹(32)从完全接合位置移动到部分接合位置，从而使所述可径向收缩部件(18)向内移动到装配位置，所述装配位置将所述下管状部件(12)固定到所述上管状部件(42)。

2.根据权利要求1所述的海底立管组件，其特征在于：

所述可径向收缩部件(18)包括：

    可径向收缩的夹套(18)，其外接所述上管状部件和下管状部件 (42, 12)的端部(10, 44)；

    在处于初始位置时，所述夹套(18)的上部与所述上管状部件(42)同轴；

    在所述初始位置，所述夹套(18)的下部与所述下管状部件(12)部分地接合；

所述外套筒(30)和夹套(18)相对于彼此的旋转导致所述夹套(18)完全接合所述上管状部件和下管状部件(42, 12)；以及

所述旋转导致所述外套筒螺纹(32)从完全接合位置移动到部分接合位置，从而将所述夹套(18)固持在所述装配位置，所述装配位置将所述下管状部件(12)固定到所述上管状部件(42)。

3.根据权利要求2所述的海底立管组件，其特征在于：

所述下管状部件(12)具有形成于所述下管状部件端部(10)的外径部上的凹槽(14)；

所述夹套(18)在所述初始位置就位于在所述下管状部件端部(10)的外径上形成的面向上的夹套台肩(24)上，所述台肩在所述下管状部件端部外径凹槽(14)轴向下方；

其中，所述夹套(18)具有形成于所述夹套(18)的内径下部上的下部内径夹套凹槽(22)以及形成于所述夹套(18)的内径上部上的上部内径夹套凹槽(23)；

其中，所述下部内径夹套凹槽(22)在所述初始位置部分地接合所述下管状部件端部外径凹槽(14)；

所述上管状部件端部(44)具有形成于所述上管状部件端部(44)的外径部上的外径凹槽(46)，所述上管状部件端部(44)插入所述夹套(18)中，使得所述下管状部件端部上的外径凹槽(46)和在所述上管状部件端部上的外径凹槽(14)在所述初始位置邻近所述夹套(18)的内径凹槽(23, 22)；以及

其中，在所述旋转使所述夹套(18)移动到所述装配位置之后，所述夹套(18)的上部内径凹槽和下部内径凹槽 (23, 22)接合所述上管状部件端部和下管状部件端部(44, 10)的外径凹槽 (46, 14)，从而在所述装配位置将所述下管状部件(12)固定到所述上管状部件(42)。

4.根据权利要求3所述的海底立管组件，其特征在于，在所述装配位置，间隙形成于所述夹套(18)与所述面向上的夹套台肩(24)之间。

5.根据权利要求3所述的海底立管组件，其特征在于，所述下管状部件端部(10)的外径凹槽(14)包括螺纹，并且所述下部内径夹套凹槽(22)包括螺纹。

6.根据权利要求3所述的海底立管组件，其特征在于，所述上管状部件端部(44)的外径凹槽(46)包括螺纹，并且所述上部内径夹套凹槽(23)包括螺纹。

7.根据权利要求3所述的海底立管组件，其特征在于，所述下管状部件端部外径凹槽(14)包括顶端(68)和与所述下部内径夹套凹槽(23)的凹槽(23)部分地接合的平坦下侧面。

8.根据权利要求2所述的海底立管组件，其特征在于，包括介于所述下管状部件和上管状部件(12, 44)的端部(10, 44)之间的鼻式密封件(16)。

9.根据权利要求2所述的海底立管组件，其特征在于，卡环(38)在所述外套筒(30)的端部的轴向下方固定到所述下管状部件(12)，以在所述装配位置限制所述套筒(30)的轴向移动。

10.根据权利要求2所述的海底立管组件，其特征在于：

所述可径向收缩的夹套(18A)具有内径上端上的面向下的台肩和内径下端上的面向上的台肩；

所述上管状部件(42A)在所述上管状部件(42A)的一端具有面向上的台肩(80)，其与所述夹套(18A)的上端上的面向下的台肩接触；

所述下管状部件(12A)在所述下管状部件(12A)的一端具有面向下的台肩(78)，其与所述夹套(18A)的下端上的面向上的台肩接触；

所述夹套(18A)的下部在所述初始位置与所述下管状部件(12A)部分地接合；并且

其中，所述外套筒(30A)和夹套(18A)相对于彼此的旋转导致所述夹套(18A)使所述面向下的夹套台肩与所述上管状部件(42A)的面向上的台肩(80)完全接合且所述面向上的夹套台肩与所述下管状部件(12A)的面向下的台肩(78)完全接合。

11.根据权利要求2所述的海底立管组件，其特征在于，还包括：

楔形环(54)，其具有大体三角形的截面以及大体平行于所述管件轴线延伸的内表面(56)；

所述楔形环(54)具有与所述内表面(56)相反的侧向部件，其延伸到所述外套筒(30B)的内表面中的凹槽(58)中；并且

其中，响应于导致所述楔形环(54)的向下轴向移动的所述外套筒(30B)相对于所述夹套(18)沿第二方向的旋转，所述楔形环(54)的下倾斜表面邻接所述夹套(18)的上倾斜表面。

12.根据权利要求1所述的海底立管组件，其特征在于：

所述上管状部件(116)的端部(118)插入所述下管状部件(86)的端部(88)中；

凹槽(130)形成于所述上管状部件端部(118)的外径上；

凹槽(100)形成于所述下管状部件端部(88)的内径上，使得当所述上管状部件(116)插入所述下管状部件(86)的端部(88)中时，所述上管状部件(116)的凹槽(130)靠近所述下管状部件(86)的凹槽(100)；

所述下管状部件(86)的端部(88)包括由槽(94)分开的多个母扣指状件(92)；

所述可径向收缩部件包括外接所述母扣指状件(92)的一部分的夹头环(102)；

所述夹头环(102)在所述初始位置与所述母扣指状件(92)部分地接合；

所述外套筒(110)的旋转导致所述夹头环(102)径向收缩，从而导致所述母扣指状件(92)径向收缩；以及

所述母扣指状件(92)的径向收缩导致所述上管状部件(116)的端部(118)上的凹槽(130)完全接合所述下管状部件(86)的端部(88)上的凹槽(100)，从而将所述上管状部件(116)固定到所述下管状部件(86)。

13.根据权利要求1所述的海底立管组件，其特征在于：

所述可径向收缩部件(18)的外径上的每个螺纹(20)具有相对于所述轴线成浅角的外部浅侧面(20')；

所述外套筒(30)的内径上的每个螺纹(32)具有外部浅侧面(32')，其适于与所述可径向收缩部件(18)的外径上的螺纹(20)的外部浅侧面(20')相匹配；并且

其中，所述外套筒(30)相对于所述可径向收缩部件(18)沿所述浅角的旋转产生径向向内的力和轴向预负荷，所述径向向内的力导致所述可径向收缩部件(18)的径向收缩。

14.根据权利要求13所述的海底立管组件，其特征在于：

所述可径向收缩部件(18)的外径上的螺纹(20)的外部浅侧面(20') 具有相对于所述轴线比所述浅角成更大角度的部分(20'')，以增加所述可径向收缩部件(18)的径向收缩；以及

相对于所述轴线成更大角度的部分(20'')远离所述螺纹(20)的牙顶间隔开。

15.根据权利要求1所述的海底立管组件，其特征在于，所述外套筒(30)相对于所述可径向收缩部件(18)的小于360°的旋转导致所述可径向收缩部件(18)移动到所述装配位置。

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