CN103184846A - 带应急功能的钻探立管适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带应急功能的钻探立管适配器。更具体地，本发明涉及一种连接到立管上的钻探立管适配器。该钻探立管适配器被安装至BOP并具有柱形本体，多个端口布置在该柱形本体上。端口可执行各种功能。端口可连接到阻塞和压井、升压、喷射或液压管线上。一些端口允许接近立管孔以执行诸如经由软管将在油溢出期间逸出的油重新引导到密闭容器的应急功能。这些端口可以保持停用直到此类紧急状况发生。
Description
技术领域
本发明大体上涉及离岸井立管适配器，并且更具体而言，涉及带水下功能的用于连接到水下设备上的立管适配器。
背景技术
在离岸钻探操作中，操作人员将通过钻探立管来执行钻探操作。钻探立管在位于海床上的水下井口组件与钻探船之间延伸。钻探立管由多个单独的接头或区段组成。这些区段被彼此固定并从钻探船的立管配置层延伸。钻探立管通常还具有围绕主中央管道延伸的多个辅助导管。一些辅助导管向水下防喷器(BOP)和水下立管总成(LMRP)供应液压流体压力。此外，一些辅助导管提供井阻塞、压井(kill)和钻探泥浆调节。LMRP附连至BOP且LMRP允许在紧急情况下与BOP快速分离。BOP也可保持附连至LMRP。典型地，BOP具有两个冗余水下控制模块，其具有用于控制BOP和LMRP的电气和液压构件。此外，辅助导管也可提供井阻塞、压井和钻探泥浆调节。每个水下控制模块都比较大而且复杂，因为它们控制许多不同的功能，例如BOP的各种闸板(ram)和封闭元件、连接器等。如果检测到问题，则通常可在提升管线上取回水下控制模块之一，而其它水下控制模块维持BOP的操作。
钻探立管的下端典型地具有联接到LMRP上以将立管连接到LMRP上的适配器。已采用各种适配器。适配器连接部典型地包括螺栓连接式凸缘、可通过螺纹径向移动的锁定节段、或凸轮环。BOP在海床上通过液压连接器联接到水下井口组件上。LMRP还包括用于从BOP快速释放的应急分离部。LMRP的各种液压驱动构件被供应有液压流体并由通向水面船的管线控制。
BOP和适配器用于在井失控的情况下提供阻塞和压井功能。当构件正确地工作时减轻了来自失控井的环境影响。然而，在一些紧急状况下，来自失控井的逸出油可能需要用于将逸出油引导到密闭槽或其它位置的能力。此外，可提供诸如分散剂喷射、泥浆循环、泥浆升压、顶部压井(killing)和双梯度钻探的功能。
发明内容
通过提供具有水下功能的钻探立管适配器及其使用方法的本发明的优选实施例，大致解决或规避了这些和其它问题，并且大致实现了技术优点。
本发明的一个实施例提供了一种用于将水下立管总成(LMRP)和BOP连接到海底立管上的系统。LMRP和BOP将在井口处被安放在水下使得立管将从井口延伸到位于海面的钻探设备。该系统包括钻探立管接头。在一个实施例中，该钻探立管接头是在上端和下端上具有配合凸缘以分别与立管和LMRP配合的钻探立管适配器。
该钻探立管适配器可具有带孔的柱形本体，其中立管适配器具有用于安装至LMRP的装置，例如配合凸缘。该钻探立管适配器还可使海底立管的下端与配合凸缘接合。此外，多个端口周向地布置在立管适配器的本体上，其中端口适合于接纳连接部以有利于流体经钻探立管适配器的侧壁进入井孔和从井孔排出。
在紧急情况下，脐带(umbilical)或柔性软管(hose)可以经由ROV连接到端口上。例如，端口可以构造成连接到硬管线或柔性软管上以执行泥浆循环、化学喷射、逸出流体收集或顶部压井操作。这些操作还可经由形成在配合凸缘上的入口连接到立管适配器的上端上的立管适配器配合凸缘上。然后可以根据操作沿相应管线向下泵送流体。此外，多个端口中的至少一个可响应于诸如由于油溢出所引起的逸出油的井状态而被选择性地启用或停用。如上所述，端口还可有利于诸如泥浆循环、化学喷射或顶部压井操作的功能。
附图说明
为了获得并可更详细地理解使本发明的特征、优点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来对以上简要概括的发明进行更具体的描述，附图形成该说明书的一部分。然而，应注意到，附图仅仅示出本发明的优选实施例且因此不被认为限制了本发明的范围，因为本发明可允许其它等效的实施例。
图1是根据本发明的实施例的、从浮船下降并经由用于水下组件中的适配器连接到井口上的钻探立管管柱的示意图。
图2示出了根据本发明的实施例的、图1的钻探立管适配器的透视图。
图3是根据本发明的实施例的带密封区域的钻探立管适配器的示意图。
图3A是图3所示的立管适配器的密封区域内的卡爪(dog)轮廓的示意性剖视图。
图4是根据本发明的实施例的图2的钻探立管适配器的顶视图。
图4A是图4中所示的钻探立管适配器的侧视图。
图4B是图4中所示的钻探立管适配器的侧视图。
具体实施方式
现将在下文中参考示出了本发明的实施例的附图更充分地描述本发明。然而，本发明可以以不同的形式来实施并且不应被解释为局限于文中阐述的所示实施例。而是，提供这些实施例，使得该公开内容将是详尽和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在全文中同样的标号表示同样的元件，并且带上标的标记(若使用的话)表示备选实施例中的类似元件。“第一”、“第二”、“上”、“下”和类似的描述性语言的使用仅旨在更容易地确定附图中的零件且并非作为限制。
在以下论述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的详尽理解。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在没有此类特定细节的情况下实施本发明。另外，在大多数情况下，已省略与钻探操作、钻探设备操作、普通立管组成和喷出等有关的细节，因为此类细节并不认为是获得本发明的完整理解所必需的并且被认为是在相关领域技术人员的技能内。
参照图1，立管管柱10已从浮船12被降下。防喷器(BOP)14经由立管适配器16附连至立管管柱10的下端，该立管适配器16是水下立管总成(LMRP)17的构件。以下将进一步论述立管适配器16。BOP 14连接到井口18上并适于封闭从水下地层穿过井口18延伸到BOP 14的中央孔的井孔。BOP 14具有多个封闭装置，其可包括环形封闭部件(未示出)、至少一组管道闸板和成组剪切闸板以封闭中央孔并隔离井孔。立管适配器16还可连接到LMRP 17上。
通常，诸如LMRP 17、水下生产树或BOP 14的水下设备将具有用于多个水下控制模块的接收器，并且许多控制模块将由于它们预期执行的不同功能而彼此不同。BOP 14在特定情况下可连接到LMRP 17上并且可设置有允许LMRP 17在紧急情况下与BOP快速分离的机构。
继续参照图1，立管管柱10可以包括从浮动平台12端对端地连接到立管适配器16上的系列立管接头。立管管柱10典型地通过立管张紧器19从浮动平台12张紧地支承。立管管柱10允许钻管(未示出)从浮动平台12经立管管柱、井口18向下配置并且进入井孔中。位于立管管柱10的中央管道周围的辅助管可用于各种目的。在本发明的实施例中，诸如阻塞管线20和压井管线21、升压管线22和液压管线24的辅助管典型地是可以在立管10旁边从浮船12下行并且连接到立管适配器16上的刚性管路。阻塞管线20和压井管线21可以用于在BOP关闭以防止通过立管10的流的情况下使来自BOP 14下方的地层的钻探泥浆和压力再循环。液压管线可用于操作适配器16和BOP 14内的功能。升压管线22可用于调节钻探泥浆特性以满足钻探要求。
参照图2，示出了立管适配器16。立管适配器16包括带有孔32的中央大体柱形本体30。在该实施例中，立管适配器16具有用于与立管管柱10上的凸缘配合的上配合凸缘34。形成在上配合凸缘34上的螺栓通路36允许螺栓将立管适配器16固定至立管管柱10上。在该实施例中，立管适配器16具有用于与LMRP 17上的凸缘配合的下配合凸缘38。形成在下配合凸缘38上的螺栓通路40允许螺栓将立管适配器16固定至LMRP 17。备选地，上配合凸缘34可以是允许立管管柱10与立管适配器16分离和连接的卡爪型、凸轮型或快速分离型的凸缘。
继续参照图2，阻塞/压井入口42可形成在立管适配器16的上配合凸缘34上。术语阻塞/压井入口42和阻塞/压井出口44并非暗示阻塞管线20和压井管线21可互换，而是阻塞和压井入口和出口具有与上配合凸缘34类似的几何形状和关系。阻塞/压井入口42连接到阻塞管线20上以允许与阻塞/压井出口44的流体连通。阻塞/压井入口42在适配器16的上配合凸缘34下方向下延伸。阻塞/压井入口42包括通过凸缘34的通路，在该实施例中，该通路具有与适配器16中的主孔32平行的轴线。在本发明的实施例中，阻塞/压井出口44在上配合凸缘34下方径向向外和向下延伸。阻塞/压井出口44仅从立管适配器16的本体30的外表面延伸短的距离，且使其下端位于凸缘38上方。阻塞软管46典型地连接到阻塞/压井出口44上并在立管适配器16、LMRP 17和BOP 14从浮船12(图1)降下前连接到下方的BOP 14上。阻塞软管46在井变得失控的情况下允许BOP 14的阻塞操作。压井软管可以以与阻塞软管46被安装至阻塞出口44相类似的方式被安装至压井出口。通常，阀可位于BOP 14上以控制流体从阻塞/压井出口44流动。备选地，这种阀可位于在立管适配器16上的阻塞/压井出口44上。
继续参照图2，液压入口50可以形成在立管适配器16的上配合凸缘34上。液压入口50连接到液压管线24上以允许与液压出口52(图4A)流体连通。液压入口50向适配器16的上配合凸缘34下方向下延伸。液压入口50包括通过凸缘34的通路，在该实施例中，该通路具有与适配器16中的主孔32平行的轴线。在本发明的一实施例中，液压出口52(图5-5B)与阻塞/压井出口44相似地在上配合凸缘34下方径向向外和向下延伸。在该实施例中，液压出口52向下延伸大约与阻塞/压井出口44相同的距离，但是与阻塞/压井出口44相比液压出口52的向下延伸可变化。液压软管54可连接到液压出口52上并连接到下方的BOP 14上，从而允许液压流体在BOP 14和立管适配器16上操作功能。与阻塞软管20和压井软管21相似，液压软管54典型地在立管适配器16、LMRP 17和BOP 14从浮船12(图1)被降下前，连接到液压出口52上并连接到下方的BOP 14上。
升压入口60可以形成在立管适配器16的上配合凸缘34上。升压入口60通过适配器16的凸缘34向下延伸并连接到升压管线22上以允许与升压再进入端口62流体连通。升压再进入端口62与立管适配器的孔32连通。升压再进入端口62向下延伸与阻塞/压井出口44大约相同的距离，但是与阻塞/压井出口44相比再进入端口62的向下延伸可变化。与孔32流体连通的升压再进入端口62允许从升压管线22向立管管柱10的底部喷射额外的泥浆流，以有利于来自钻探操作的钻屑返回并且还允许调节诸如密度的钻探泥浆特性以满足压井要求。如在图4-4B中所示，远程致动阀53可以串联地位于升压入口60与升压再进入端口62之间。
尽管将升压再进入端口62示出为在立管适配器16的轴向中间长度处再进入孔32，但该升压再进入端口可形成在立管适配器中的其它点处。
继续参照图2，立管适配器16可具有可提供更多功能能力的另外的特征。这些特征可包括围绕立管适配器16的本体30周向地配置的端口，这些端口可以起到入口或出口的作用。这些端口也可以是模块化的以提供不同作业之间的灵活性。在本发明的实施例中，第一端口70从立管适配器16径向向外和向上延伸并且可以具有第一阀72，该第一阀72可从BOP控制板76远程操作或者通过ROV直接操作。第二端口80可具有也可以从BOP控制板76远程地操作的第二阀82。第二端口80可与第一端口70相同。另外的端口90和94可布置在立管适配器16上并且可具有也从BOP板76远程操作或者通过ROV直接操作的阀92和96。尽管在图2中示出了四个端口，但应理解，可使用或多或少的端口。端口70、80、90、94可跨适配器16的侧壁并与立管适配器的孔32连通以提供对立管管柱10的孔和BOP 14并因此的对井孔的接近。在其它实施例中，端口可具有连接器，而不是阀，该连接器是常闭的，但其在外部连接器与其连接时打开。例如，该端口可具有带有被设计成接纳凸形液压配件的凹形液压配件的连接器。当凸形液压配件被移除时，该端口封闭。当凸形液压配件插入凹形液压配件时，该端口开启。
在阀72、82、92、96位于关闭位置的情况下，端口70、80、90、94典型地将是不活动的。在该实施例中，柔性软管典型地将不会连接到端口70、80、90、94上。然而，在需要执行操作时，诸如软管100、102的来自浮船的脐带可以例如连接到第一端口70和第二端口80上。阀72和82可以被致动而打开。软管100和102可以通过ROV 47悬置(fly)并连接到在立管适配器16上的端口70和80上，该ROV 47具有用于将脐带运送、安装和悬置至立管适配器16并且可以从浮船12(在图1中示出)远程控制的设施。诸如软管104的另外的脐带可以被悬置至另外的端口90和94中的一个用于连接(若需要)。备选地，软管100、102和104可以在发生将需要使用它们的任何事件前连接到端口70、80、90或94上。
尽管将软管100和102示出为连接到端口70和80上，但可以使用端口70、80、90和94的任何组合。视功能而定，软管100和102的对立端部可路由至位于水面船或海床上的来源或终端。例如，在井变得失控的情况下，油可能逸出，从而造成环境风险。在这种类型的紧急状况下，ROV 47可配置有诸如软管100的软管，并将其悬置至立管适配器16以将该软管与端口之一，例如第一端口70连接。软管100的对立端部可连接到密闭容器(未示出)上，诸如油罐或其它设施。由于端口70经由适配器16的孔32和立管管柱10的孔与井孔连通，因此从BOP 14向上流入适配器16的逸出油可经由软管100路由到相对安全的密闭容器以进行另外的处理，例如燃烧。阀72可经由BOP板76被致动而打开，以启用端口70并因此允许油流向密闭容器。如果需要另外的除油能力，则ROV 47可以在另外的端口80、90和94上安装另外的软管，例如软管102和104。与软管100相似，另外的软管也可以路由至密闭容器。为有利于油流经端口，可以将堵塞件插入立管适配器16在端口70、80、90和94上方的上端孔32中，以迫使油进入端口并因此进入软管。也可采用抽吸泵来增加至密闭容器的流量。应该理解的是，可向立管适配器16增加另外的端口，以提供另外的除油能力或其它功能。软管也可在发生将需要使用它们的任何事件前连接到端口上。
在图3中所示的另一实施例中，示出了与图3中所述类似的具有孔151的立管适配器150。立管适配器150具有多个端口，例如布置在立管适配器的本体154上的第一端口152，其可允许如双向流动箭头所示地流入和流出立管适配器。在本发明的一实施例中，第一端口152从立管适配器150径向向外和向上延伸并且可具有可从BOP控制板158远程操作的第一阀156。第二端口160可具有也可从BOP控制板158远程地操作的第二阀162。第二端口160可与第一端口152相同。另外的端口164和166可布置在立管适配器150上并且可具有也从BOP板158远程操作的阀168、170。端口152、160、164和166跨立管适配器150的侧壁171并与立管适配器的孔151连通。端口152、160、164和166也可在适配器150的外侧周围以不同角度定向。尽管图3中示出了四个端口，但应该理解的是，可以使用或多或少的端口并且它们可以构造成如上所述接纳不同的软管。立管适配器150还包括位于立管适配器的孔内的密封区域172。密封区域172可具有如图3A中所示的卡爪轮廓174，以固定诸如堵塞件或双梯度泵盖的工具。卡爪轮廓175可形成在立管适配器150的孔151中。当不希望钻探泥浆通过全部长度的立管管柱10时是理想的。海水可以充填大部分立管10并且重的泥浆可经由软管被泵送到水线下方以减少对浮船12的拉力要求。泥浆然后通过端口152、160、164、166被泵送到适配器150的孔内。
图3和3A中所示的实施例可通过将适配器150基本上连接到如图3中所示具有带凸缘的下端的标准立管适配器上来与图2中所示的实施例结合。标准立管适配器提供了阻塞/压井和液压功能以及与阻塞/压井出口44和液压出口42(图1和2)相似的出口。标准立管适配器上的出口将允许与图2中所示的相似的阻塞/压井和液压刚性管路连通。此外，软管连接部可从在标准立管适配器上的出口向下路由至BOP 14。
上述发明由于其多功能性而提供了若干优点。钻探操作人员可以使用该带有多个端口的改进的立管适配器来顶部压井，并执行双梯度钻探、分散剂喷射、泥浆再循环和泥浆升压功能。利用可以被引导到在立管适配器的凸缘上的连接部的柔性软管来替代用于升压、阻塞/压井和液压功能的立管的辅助管线还消除了钻探立管上的硬衬辅助管线的必要性。辅助管线的这种替代可以在紧急情况下执行或以永久基础执行，然而，如果希望或项目需要，仍可获得继续使用硬衬辅助管线的选择。此外，该立管适配器可以通过将其设计成具有任何立管凸缘类型和尺寸来改装到现有的立管中。该修改的立管适配器是可以用于普通钻探操作而其应急功能保持存续直到需要或者如果需要的单个装置。这些应急功能因此保持不打扰(non-intrusive)同时不活动并且在被启动时潜在地增加安全性并潜在地降低环境影响的潜在风险。
在操作期间，立管可以与LMRP分离。立管适配器可以被堵塞并且可保持位于LMRP上。如果发生紧急状况使得井变得失控，则软管然后可如上所述连接到立管适配器上的端口上以将油转移到密闭容器。
应该理解，本发明可采取许多形式和实施例。因此，可在前文中做出若干变型而不脱离本发明的精神或范围。在已通过参考本发明的某些优选实施例这样描述本发明的情况下，应该指出，所公开的实施例在性质上是说明性的而非限制性的，并且可在前面的公开中设想广泛的变型、修改、变更和替代，并且在一些情况下，可在没有其它特征的相应使用的情况下采用本发明的一些特征。基于对优选实施例的前述描述的回顾，本领域技术人员可认为许多此类变型和修改是显然的和理想的。因此，宽泛地并以与本发明的范围相一致的方式来解释所附权利要求是适当的。
Claims (20)
1.一种用于实现接近从船下行的海底立管管柱的中央孔的设备，所述设备包括：
具有带有中央孔的柱形本体的立管接头，所述中央孔与所述井孔对准，所述立管接头具有用于连接到下部相邻的立管接头或防喷器(BOP)上的下部连接器，并具有用于连接到上部相邻的立管接头上的上部连接器；
在外部布置在所述立管接头的柱形本体的侧壁上的多个端口，每个端口具有通过所述侧壁延伸到所述中央孔的通路，所述多个端口适于与外部流体传输装置联接以有利于在所述中央孔与外部位置之间通过所述外部流体传输装置的流体连通。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个端口中的至少一个具有带凸缘的连接器。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个端口中的至少一个包括阀。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述立管接头适于接纳来自相邻的立管接头的阻塞管线和压井管线并将它们路由到所述BOP。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述下部凸缘的一个面与所述BOP的流动通路连通。
6.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，所述端口中的至少一个具有形成在所述上部凸缘中的入口，所述入口与所述通路流体连通并且适于连接到从所述船下行的管线上；
其中，端口中的所述一个适于连接到服务于所述BOP的柔性管上。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述多个端口中的至少一个的通路从所述端口通过所述侧壁向下延伸到所述孔。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括通过适配器的侧壁延伸的至少一个孔进入端口。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括，
立管适配器内的密封区域，所述密封区域具有卡爪轮廓，以允许封闭部件通过所述卡爪轮廓降下，并与所述密封区域接合，所述卡爪轮廓防止所述封闭部件的向上移动。
10.一种用于控制井的系统，所述系统包括：
海底立管，其适于从船下行到安装至水下井的水下立管总成(LMRP)；
具有带有孔的柱形本体的立管适配器，所述立管适配器具有用于安装至所述LMRP的下部凸缘并具有用于接合所述海底立管的下端的上部凸缘，其中，所述下部凸缘的一个面与所述LMRP的流动通路连通；
周向地布置在所述立管适配器的本体的侧壁上的多个端口，所述端口适于接纳连接部以有利于流体的进入和排出；以及
所述端口中的每一个都包括从所述孔向外延伸并偏离所述孔的通路。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述多个端口中的至少一个具有带凸缘的连接器。
12.根据权利要求10所述的设备，
其特征在于，所述端口中的至少一个具有形成在所述上部凸缘中的入口，所述入口与所述通路流体连通并且适于连接到从所述船下行的管线上；
其中，端口中的所述一个适于连接到服务于安装在所述水下井处的防喷器(BOP)的柔性管上。
13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述立管适配器适于接纳来自相邻的立管接头的阻塞和压井管线并将它们路由至所述BOP。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，从所述船下行的管线是与端口中的所述一个流体连通以允许至BOP构件的流体流的液压管线。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述端口中的至少一个：
从所述上部凸缘向下延伸并与所述立管适配器的孔连通以允许流体沿升压管线向下泵送到所述立管适配器的孔。
16.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括通过所述适配器的侧壁延伸的至少一个孔进入端口。
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括，
在所述立管适配器内的密封区域，所述密封区域具有卡爪轮廓，以允许封闭部件通过所述卡爪轮廓降下，并与所述密封区域接合，所述卡爪轮廓防止所述封闭部件的向上移动。
18.一种用于将从船下行的海底立管连接到安装至水下井的LMRP上的设备，所述设备包括：
具有带有孔的柱形本体的立管适配器，所述立管适配器具有用于安装至所述LMRP的下部凸缘并具有用于接合所述海底立管的下端的上部凸缘；
周向地布置在所述立管适配器的本体的侧壁上的多个端口，所述端口适于接纳连接部以有利于流体的进入和排出；
所述端口中的每一个都包括通过所述立管适配器的上部凸缘向下延伸并从所述孔偏离至所述凸缘中的一个的一个面的通路；以及
所述立管适配器内的密封区域，所述密封区域具有卡爪轮廓，以允许封闭部件通过所述卡爪轮廓降下，并与所述密封区域接合，所述卡爪轮廓防止所述封闭部件的向上移动。
19.一种与联接到防喷器(“BOP”)的海底钻探立管管柱的中央孔连通的方法，包括：
提供：
立管接头，其具有柱形本体，所述柱形本体带有通过其纵向延伸的孔，所述立管接头适于在接近所述BOP的位置处作为海底钻探立管管柱的一部分装配；
多个端口，其周向地布置在所述立管接头的中央本体的外侧壁上并通过所述侧壁延伸到所述孔中，所述端口适于接纳所述连接部以有利于流体的进入或排出；以及
将脐带连接到所述端口的至少一个上；
将所述脐带路由至期望位置；以及
通过所述多个端口中的一个或多个将流动的流体从所述期望位置泵送到所述立管接头的孔中。
20.一种与联接到防喷器(“BOP”)上的海底钻探立管管柱的中央孔连通的方法，包括：
提供：
立管接头，其具有柱形本体，所述柱形本体带有通过其纵向延伸的孔，所述立管接头适于在接近所述BOP的位置处作为海底钻探立管管柱的一部分装配；
多个端口，其周向地布置在所述立管接头的中央本体的外侧壁上并通过所述侧壁延伸到所述孔中，所述端口适于接纳所述连接部以有利于流体的进入或排出；以及
将脐带连接到所述端口中的至少一个上；
将所述脐带路由至期望位置；以及
使流体通过所述多个端口中的一个或多个从所述立管接头的孔流向所述期望位置。
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