CN103328760A - 水下紧固连接器紧急释放工具及方法 - Google Patents

Abstract

显示并描述了一种紧固连接器紧急释放工具，被设计用于在水下紧固连接器（14）无法正常释放时进行水下操作。所述紧急释放工具适于通过作业级水下机器人ROV工具来远程地操纵和操作。所述工具包括与紧固连接器（14）主体匹配并连接于其上的紧固连接器（14）接合器壳体（7），安装在所述壳体（7）上的可旋转的孔锯（11），与所述可旋转的孔锯（11）驱动连接的回转马达（1）以及活塞（3）和缸体组件（4，5）。所述活塞（3）和所述缸体组件（4，5）能够推动所述可旋转的孔锯（11）围绕所述紧固连接器（14）主体的千斤顶丝杠进入所述紧固连接器（14）主体，以使所述千斤顶丝杠连同所述紧固连接器主体（14）的螺纹部分一起分离，从而使所述千斤顶丝杠从所述紧固连接器（14）主体上分离开。

Description

水下紧固连接器紧急释放工具及方法

技术领域

本发明通常涉及一种针对被设计用于水下操作的连接器的紧急释放工具，以及涉及一种应用所述工具紧急释放所述紧固连接器的方法。

更具体地说，本发明涉及一种针对适合于水下操作的紧固连接器的紧急释放工具，当水下连接器无法被正常机构释放时，可应用所述工具。

更特别地，本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的紧急释放工具以及一种根据权利要求9的前序部分的用于释放水下紧固连接器的方法。

所述紧固连接器紧急释放工具适合于通过作业级水下机器人（ROV）来远程操纵和操作。

背景技术

在例如针对碳氢化合物的勘探与生产的陆上作业和海上作业中，水下紧固连接器的应用是很普遍的。这些连接器用于各种水下组件的附连。所述组件例如附连到井口的海洋隔水管、生产出油管线等。

众所周知，当所需的操作结束之后或者如果管线存在一些问题时，需要将水下组件移除。为此，固定管线的紧固连接器需要在水下环境中被解锁/释放。这就不得不在带有远程遥控装置（ROV）的水下机器人（ROV）的帮助下来远程地完成。

在运行了很长一段时间之后，紧固连接器可能会被卡住，并且连接器的正常释放无法通过应用常规的扭力工具来完成。在这种情况下，需要应用紧急释放工具，通过水下机器人（ROV）的水下操作使应用所述紧急释放工具成为可能。

多年以来，对用于释放紧固连接器的这种紧急释放工具的需求始终存在，当远程应用时，紧急释放工具能够进行水下操作，使得连接器以保护方式被释放，确保了相关的水下组件的适当分离。然而，在这方面的重要成果尚待实现。

本发明涉及一种被设计为在水下紧固连接器无法正常释放时进行水下操作的紧固连接器紧急释放工具，所述工具通过作业级水下机器人（ROV）工具来操纵和操作，所述作业级水下机器人（ROV）工具能够绕紧固连接器的千斤顶丝杠进行切割，以便打开紧固连接器。

已授权的美国专利5273376教导了用于将海洋组件强行地从水下组件移除的紧急释放工具。所述海洋组件具有第一法兰，并且水下组件具有第二法兰。所述工具具有U形框架，所述U形框架通过水下机器人（ROV）运送并放置在所述法兰之间。液压装置被安装在所述框架上。当所述液压装置被液压流体启动时，所述液压装置在所述法兰上施加压力。所述液压流体由位于水下机器人（ROV）上的装置供给。如此，所述压力装置产生垂直于所述框架的力并使所述法兰分离。

从上述段落应该明白，所述美国专利采用了复杂的布置和方法，其中牵涉到强行地撬开并破坏紧固件以使其打开，这就为该复杂的布置和方法存留了出现故障的空间。需要产生一个很大的力，这个力比切断所述紧固件的力大的多。因此，其并未实现以保护方式实现所述紧急释放、安全且完全地释放。

美国2005145389A1公开了一种包含套管夹和旋切机驱动组件的水下井管切割工具。所述美国2005145389A1仅公开了对水下井管进行直线切割并将其移除（例如，当所述井管报废时）的布置。该专利并没有直接地涉及到用于锁定水下组件的紧固连接器的水下紧急释放。

和上文类似的说明适用于已授权的美国专利4557628A，所述美国专利4557628A公开了用于远程切割水下垂直结构的破损部件以将破损部件紧急移除的装置和方法。因此，这并没有直接地涉及到用于锁定水下组件的紧固连接器的水下紧急释放。

同样地，美国2008/0304915A1公开了一种用于将切割组件附连到海床上的方法和装置，所述切割组件包含框架和刀头，所述框架用于支撑待切割的对象。

所有上述的现有技术涉及水下操作并牵涉包括刀具驱动的切割操作。这些现有技术都不具有本发明在本文所描述的和在附属权利要求中所要求保护的教导。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种紧急释放工具，所述紧急释放工具能够释放被卡住的紧固连接器，并适合利用作业级水下机器人（ROV）进行水下操作，使得所述连接器以保护方式被释放，使紧固的水下组件能够完全地和紧急地释放。

本发明的进一步目的在于提供一种使用在紧固连接器上的，适合利用作业级水下机器人（ROV）进行水下操作的紧急释放工具，所述紧急释放工具工作于应用扭力工具的常规技术失败的情况下。

本发明的另一目的在于提供一种使用在紧固连接器上的紧急释放工具，如果应用常规的扭力工具的通常的方法失败的话，所述紧急释放工具适合应用于紧急情况下，以从“紧固连接器”（CC）中释放“水平的连接模块”（HCM）。

本发明的进一步目的在于提供一种使用在紧固连接器上的紧急释放工具，所述紧急释放工具适合利用易于使用和建造的作业级水下机器人（ROV）进行水下操作，并且不涉及到复杂的操作步骤或部件。

本发明的另一目的在于提供一种在作业级水下机器人（ROV）的帮助下通过应用紧急释放工具来释放水下紧固连接器的方法，使所述连接器以不可侵犯的方式被释放，使紧固的水下组件能够完全地并紧急地释放。

现有技术中还没公开的上述目的以及其它有益特征的实现方式将通过下文中的非限制性的描述来了解。

整个说明书和权利要求中的词语“连接器”、“紧固连接器”、“液压流体”、“作业级水下机器人（ROV）”、“活塞”、“缸体组件”、“孔锯”、“液压缸”、“千斤顶丝杠”都以相应术语的最广泛的意义来说明，以及所包括的所有在领域内已知的类似的术语，对领域内技术人员来说都是清楚的。如果存在的话，说明书中涉及的约束/限制仅作为对本发明的示例和理解。

因此，本发明提供一种紧固连接器紧急释放工具，被设计用于在水下紧固连接器无法正常释放时进行水下操作。所述紧急释放工具通过作业级水下机器人（ROV）工具来远程地操纵和操作。根据本发明的所述工具包括紧固连接器接合器壳体、可旋转的孔锯、回转马达以及活塞和缸体组件，所述紧固连接器接合器壳体与所述紧固连接器主体匹配并连接在所述紧固连接器主体上，所述可旋转的孔锯安装在所述接合器壳体上，所述回转马达与所述可旋转的孔锯驱动连接，所述活塞和缸体组件设置为当围绕所述紧固连接器的千斤顶丝杠进行切割时推动所述可旋转的孔锯进入所述紧固连接器主体，以便将所述千斤顶丝杠连同所述紧固连接器主体的螺纹部分一起从所述紧固连接器主体的其它部分上离开，以完全释放所述紧固连接器。

优选地，所述回转马达是液压操作和驱动的，并且所述活塞和所述缸体组件是液压启动的。

优选地，所述工具还包括用于提供液压流体密封配置的上部封装箱和下部封装箱。

在一个优选的实施例中，所述工具包括用于指示所述孔锯相对于所述紧固连接器主体的接合位置和分离位置的指示器。

此外，所述工具可包括设置在所述液压活塞缸体上的ROV手柄。

优选地，所述工具包括设置在所述紧固连接器壳体上的导向装置，所述导向装置用于方便所述工具落位在所述紧固连接器主体上。

更优选地，所述工具包括用于指示所述壳体正确落位在所述紧固连接器主体上的落位指示器。

在一个实施例中，所述的紧固连接器具有2个铰链和3个连接部。

本发明还提供了一种在紧固连接器无法正常释放时通过利用连接器紧急释放工具来紧急释放位于水下的紧固连接器的方法，所述工具通过作业级水下机器人ROV工具来操纵和操作。所述方法包括通过与所述千斤顶丝杠相邻地对所述紧固连接器主体进行切割来操作所述工具并使所述工具进入所述紧固连接器主体。这确保了使所述千斤顶丝杠（15）连同所述紧固连接器主体（14）的螺纹部分一起脱离约束，从而将所述千斤顶丝杠从所述紧固连接器主体上分离开。进而确保了所述水下紧固连接器的完全释放。

优选地，在前一段落所述的切割操作利用由回转马达驱动的孔锯来实现，并依靠液压活塞和缸体来推动。

附图说明

上文已经描述了本发明的主要特征，下文参考附图给出优选实施例的更详细的且非限制性的描述，在附图中：

图1a和图1b分别示出了根据本发明的紧急释放工具的正等轴测视图和剖视图；

图2a示出了根据本发明的紧急释放工具安装在紧固连接器上；

图2b示出了图2a所示的一部分的放大视图以清楚地示出落位指示器；

图3更详细地示出了根据本发明的紧急释放工具的位置指示器；

图4a示出了穿过根据本发明的紧急释放工具和紧固连接器的纵向横截面；

图4b示出了图4a所示的一部分的放大视图以清楚地示出位于紧固连接器主体上的孔锯的位置；

图5a示出了当图4a所示的紧急释放工具已经进入所述紧固连接器的主体时的阶段；

图5b示出了图5a中的部分的放大视图，所述放大视图示出了所述孔锯已经切断主紧固部分的阶段；

图6更详细地示出了处于接合位置的根据本发明的紧急释放工具的位置指示器；

图7a示出了从前方观测的图2a中安装在紧固连接器上的紧急释放工具；

图7b示出了图7a所示的一部分的放大视图以清楚地示出处于分离位置的位置指示器。

具体实施方式

下文提供了对本发明的仅为示例性的优选实施例的具体的非限制性描述。

本发明公开了一种被设计用于在水下紧固连接器无法正常释放时进行水下操作的紧固连接器紧急释放工具。所述工具通过作业级水下机器人（ROV）工具来操纵和操作，通过围绕千斤顶丝杠切割所述紧固连接器的主体，以便打开所述紧固连接器来释放所述紧固连接器。

所述紧急释放工具具有简单的结构，并且可在水下条件下通过水下机器人（ROV）来应用，并且用于实现如前述段落所说明的绕千斤顶丝杠切割。此处展现了本发明的紧急释放工具的独特性，所述紧急释放工具以一种不可侵犯的方式在水下环境中实现紧固连接器的释放，使得紧固组件可以被移除。

本发明还涉及一种在紧固连接器无法正常释放时通过应用连接器紧急释放工具来释放位于水下的紧固连接器的方法。这种情况可能会在进行了持续很久的水下操作之后，所述紧固连接器被卡住时发生。

因此，如果使用常规的“扭力工具”的通常的方法失败的话，那么根据本发明的紧急释放工具可以有效地应用在紧急情况下以从“紧固连接器”中释放“水平的连接模块”（HCM）。

随后详细地参考附图对所述紧急释放工具的独特的结构特征和其操作方法进行说明。众所周知以及如上文中的标题“背景技术”以下的内容所述，水下紧固连接器被应用于附连水下组件。

这种类型的紧固连接器14（图2a中更好地示出）具有3个互相铰接的弧形的连接部14'。每个所述连接部14'由互相间隔一段距离平行放置的一对弧形的连接件组成，并且所述连接部14'通过枢轴销提供的在相应的连接部14'之间铰链连接来进行连接。当被启动时，所述紧固连接器迫使两个管道法兰互相轴向地朝向。所述启动通过使用常规的扭力工具来旋转千斤顶丝杠来实现。

简而言之，所述千斤顶丝杠15（图4a中更好地示出）是一种大尺寸的螺栓，这种大尺寸的螺栓具有遍及其整个延伸部的大部分的外螺纹，并且在其末端具有通常不宽于螺栓轴的方形或六角形螺栓头。如上所述，所述紧固连接器14通常采用两个铰链14''结构与3个连接部14'，并且能被打开以从管接头中退出，或能被闭合以紧扣在所述管接头周围。所述连接器14能够保持位于管道法兰之间的金属对金属密封。

所述千斤顶丝杠15穿过布置在相应的紧固连接器连接部的末端上的位于中心的密封板和横向延伸的块，当所述紧固连接器闭合时所述块互相面对。所述块的其中一个具有左旋内螺纹，而另一个具有右旋内螺纹，所述螺纹与所述千斤顶丝杠15上的相应的螺纹相接合。所述千斤顶丝杠15可在所述密封板上旋转，但仍由所述板保持。这个位置是所述千斤顶丝杠的左旋螺纹和右旋螺纹相遇的位置。因此，通过沿一个方向旋转所述千斤顶丝杠15，所述块朝互相接近的方向移动以便紧扣所述紧固连接器14。通过沿另一方向旋转所述千斤顶丝杠15，所述紧固连接器14被打开和释放。所述紧固连接器14的结构没有更详细地示出，因为紧固连接器14的结构设计不是本发明的一部分并且这种设计本身已为领域内技术人员所知。

图1a和图1b示出了紧急释放工具1'。如图1a所示，所示工具1'具有液压缸体，所述液压缸体包含位于下部的围绕液压活塞3的壳体4的圆柱形壳体5（在横截面视图1b中更好地示出）。ROV手柄8被安装在所述圆柱形壳体5上，以便水下机器人（ROV）（未示出）进行操作。所述工具1'在其下端还具有紧固连接器接合器壳体7。所述壳体7适合于落位在紧固连接器主体14（在图2a，4a，5a中更好地示出）上并与其匹配。所述壳体7还具有分离/接合位置指示器6/6'，它们的功能随后说明。

如图1b所示，旋转杆10有效地连接到液压回转马达1上。图1a还示出了马达支架2。孔锯11连接到所述旋转杆10上，转而在运转期间通过所述液压活塞3迫使所述孔锯11下降。由于所述马达1，所述杆10是可旋转地，使得所述杆10充当所述孔锯11的旋转驱动器。

图1b还示出了上部封装箱9和下部封装箱9'，它们提供了液压流体密封配置，用于防止在压力之下的泄露。在所述分离/接合指示器6/6'对侧的壁上，所述紧固连接器接合器壳体7具有落位指示器13，所述落位指示器13指示所述壳体7正确落位在所述紧固连接器主体14上。导向板12提高了这种落位过程的精度。

现在参考附图2a、2b、3、4a、4b、5、6a、6b、7a和7b来说明各种特征功能，其中如上文所述，类似的附图标记代表类似的结构特征。

操作从所述紧急工具落位在所述紧固连接器主体14上开始。该操作由水下机器人（ROV）（未示出）实施。伴随地，所述水下机器人（ROV）在操作期间将所述紧急释放工具1'固定到位并且实施如现在所要具体说明的操作。

图2a示出了所述紧急释放工具1'已经落位在所述紧固连接器主体14上的这个位置。图2b所示的落位指示器13给出通过所述水下机器人（ROV）（未示出）将所述工具1'正确落位所述紧固连接器主体14上的指示。图2b详细地示出了图2a中的落位的位置。

下一步涉及到通过启动液压装置（未示出）来启动缸体4内部的活塞3，使得所述孔锯11被放置为与所述连接器主体14上的所述千斤顶丝杠15同轴并且围绕所述千斤顶丝杠15。图3详细地示出了在此阶段的指示器位置6，所述指示器位置6有助于对操作监控和实施。图4a示出了所述紧急释放工具的孔锯11在这个位置围绕所述千斤顶丝杠15。图4b示出了图4a的一放大部分以清晰地示出所述位置。

如前述段落所详细说明的位置为预切位置。

现在所述液压马达1被启动，并且所述孔锯11的驱动器，即所述旋转杆10使所述孔锯11开始旋转。通过释放所述缸体5内的液压流体，所述缸体5被液压式地启动，使得具有所述活塞杆3的缸体4进一步下降。这确保了所述孔锯11开始围绕所述千斤顶丝杠15向下切割到所述紧固连接器14的上部横向块之中并且穿透所述上部横向块。图5a示出了这一阶段。

从图5a可以看出，所述孔锯11已经围绕所述千斤顶丝杠15穿透并穿过紧固连接器主体14切割，并且还切入且穿过所述密封板。图5b的放大视图进一步阐明了这一点。

图6示出了位置6'，所述位置6'正如指示器所指示的切割操作已经完成的位置。这也易于对操作进行最好的监控，以作出操作应该结束的决定。在此阶段（未更详细地示出），如上所述，所述孔锯11已经围绕所述千斤顶丝杠15穿透所述紧固连接器主体14和所述密封板。通过使所述活塞和所述缸体4、5变长，所述孔锯11将有可能围绕所述千斤顶丝杠15穿透到所述紧固连接器主体14的下部块之中，实际上如果需要的话可以完全穿透。

现在，所述紧固连接器14完全被释放，因为所述孔锯已经将所述紧固连接器14的块的围绕所述千斤顶丝杠15的部分连同螺纹部分一起切割下来。

所述孔锯11从此位置开始被分离。如图7b所详细地示出的，所述液压缸4，5沿相反方向被加压以提升所述孔锯11，并且所述指示器开始移动至分离位置6。现在所述操作正好与上述的操作相反。

当所述指示器在所述位置6处时，所述马达1被停止，并且所述紧急释放工具做好了从所述紧固连接器主体14上向上移除的准备。当然，所述马达可在切割操作结束之后即在提升所述孔锯11的操作之前立即被停止。

气体补偿镜头（gas compensator camera）（未示出）有助于避免操作期间工具主体内部的压力过大。针对这个目的，同样可以配置紧急泄压阀（未示出）。

图7a为所述工具的正视图，所述工具的侧视图在图2a中示出。这再次处于如图2a中的理想的分离位置。这在图7b中更详细地示出，如前所述，图7b为所述紧固连接器接合器壳体7的前部的放大视图。图中所示的位置正如所述位置指示器示出的位置6。

在图7a所示的这一阶段，可通过水下机器人（ROV）利用所述缸体5上的手柄8将所述工具从所述紧固连接器主体14的顶部移除。一旦所述紧急释放工具1'被移除，所述紧固连接器14就被分离，因为所述千斤顶丝杠15和所述紧固连接器14的螺纹部分不受所述紧固连接器14的其它部分的约束。由于所述连接部14'的重量和铰链结构，所述下部连接部14'的下部横向块将牵拉所述千斤顶丝杠15从所述上部块下降并穿过所述上部块。

因此，本发明的由水下机器人（ROV）操作的工具促进了水下紧固连接器的紧急释放。

如上文所述，本发明的紧急紧固连接器释放工具和应用所述工具的方法因此是独特的，并且前所未有。

从上述描述及附加的权利要求可知，本领域技术人员清楚本发明的所有目标都得以实现。

本发明根据仅起理解作用的优选实施例和附图进行了描述，并且本领域技术人员清楚，本发明包括在上文所描述和附加的权利要求所要求的范围内的所有合理的变形。

Claims (10)

1.一种紧固连接器紧急释放工具（1'），被设计用于在水下紧固连接器（14）无法正常释放时进行水下操作，所述紧急释放工具适于通过作业级水下机器人ROV工具来远程地操纵和操作，其特征在于，所述紧急释放工具（1'）包括紧固连接器接合器壳体（7）、可旋转的孔锯（11）、回转马达（1）以及活塞（3）和缸体组件（4、5），所述紧固连接器接合器壳体（7）与所述紧固连接器主体（14）匹配并连接在所述紧固连接器主体（14）上，所述可旋转的孔锯（11）安装在所述接合器壳体（7）上，所述回转马达（1）与所述可旋转的孔锯（11）驱动连接，所述活塞（3）和缸体组件（4、5）设置为当围绕所述紧固连接器（14）的千斤顶丝杠（15）进行切割时推动所述可旋转的孔锯（11）进入所述紧固连接器主体（14），以便将所述千斤顶丝杠（15）连同所述紧固连接器主体（14）的螺纹部分一起从所述紧固连接器主体（14）的其他部分上分离开，以完全释放所述紧固连接器（14）。

2.根据权利要求1所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述回转马达（1）是液压操作和驱动的，并且所述活塞（3）和所述缸体（4，5）组件是液压启动的。

3.根据权利要求1或2所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述工具包括用于提供液压流体密封配置的上部封装箱（9）和下部封装箱（9'）。

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述工具包括用于指示所述孔锯（11）相对于所述紧固连接器主体（14）的接合位置（6'）和分离位置（6）的指示器。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述工具包括设置在所述液压活塞缸体（5）上的ROV手柄（8）。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述工具包括设置在所述紧固连接器壳体（7）上的导向装置（12），所述导向装置（12）用于方便所述工具落位在所述紧固连接器主体（14）上。

7.根据权利要求6所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述工具包括用于指示所述壳体（7）正确落位在所述紧固连接器主体（14）上的落位指示器（13）。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的紧固连接器紧急释放工具，其特征在于，所述紧固连接器具有2个铰链（14''）和3个连接部（14'）。

9.一种在紧固连接器无法正常释放时通过利用连接器紧急释放工具（1'）来紧急释放位于水下的紧固连接器的方法，所述工具通过作业级水下机器人ROV工具来操纵和操作，所述方法的特征在于，通过与所述紧固连接器的千斤顶丝杠（15）相邻地对所述紧固连接器主体（14）进行切割来操作所述工具并使所述工具进入所述紧固连接器主体（14），以使所述千斤顶丝杠（15）连同所述紧固连接器主体（14）的螺纹部分一起脱离约束，从而将所述千斤顶丝杠（15）从所述紧固连接器主体（14）上分离开，进而确保所述水下紧固连接器的完全释放。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述切割操作利用由回转马达（1）驱动的孔锯（11）来实现，并依靠液压活塞（3）和缸体（4,，5）来推动。

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