CN103362452A - 用于水下管状部件的快速断开连接器 - Google Patents

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CN103362452A CN2013100983164A CN201310098316A CN103362452A CN 103362452 A CN103362452 A CN 103362452A CN 2013100983164 A CN2013100983164 A CN 2013100983164A CN 201310098316 A CN201310098316 A CN 201310098316A CN 103362452 A CN103362452 A CN 103362452A
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Abstract

本发明涉及用于水下管状部件的快速断开连接器。一种水下连接器包括第一和第二管状部件(11、57)，其各具有带有外部第一凸缘(17、65)的前端(13、59)。带有开口前端(27)的引导篮(25)围绕第一管状部件(11)延伸。流体缸组件(43)使引导篮(25)在后部位置和前部位置之间相对于第一管状部件(11)轴向移动。锁钳(67)由第二管状部件(57)承载。钳(67)中的每一个具有第一负载台肩(73)和第二负载台肩(75)，并且安装至钳支撑件(69)。钳支撑件(69)具有相对于第二管状部件(57)径向收缩和扩张的前部。在引导篮(25)处于前部位置时，引导篮(25)的内部(29)接合钳(67)的外侧，以保持钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)与第一和第二凸缘(73、75)接合。

Description

用于水下管状部件的快速断开连接器
技术领域
本公开大体上涉及用于联接管状部件的连接器，且特定而言涉及采用钳(dog)的连接器，该钳闭锁至管状部件的外部凸缘以确保管状部件彼此邻接。
背景技术
在水下油气钻探和生产中，许多情形发生在管状部件必须远程地彼此连接的地方。例如，远程连接器可将修井(workover)立管连接至水下采油树、将流管线跨接器连接至流管线、或者将流管线连接至水下装备。
在一些情形中，连接器必须能够快速地将管状部件从彼此释放，例如在紧急事件中。而且，有可能管状部件在仍然连接时变得彼此不重合。能够相对于彼此成角度地从管状部件快速断开是困难的。
许多类型的远程操作水下连接器已获得专利和/或使用。一个通常的类型在每个管状部件的邻接端上具有外部凸缘。钳在每一端上具有负载台肩。当上管状部件朝下管状部件向下移动时，每个钳的上负载台肩靠置在上管状部件的外部凸缘上。在上管状部件邻接下管状部件之后，由安装至上管状部件的液压活塞驱动的凸轮沿着钳的外侧向下滑动，从而摇动钳并推动下负载台肩与下管状部件的凸缘锁定接合。
发明内容
本公开的水下连接器包括第一和第二管状部件，其各具有带有外部凸缘的前端。引导篮(basket)围绕第一管状部件延伸，引导篮具有开口前端。流体缸组件使引导篮在后部位置与前部位置之间相对于第一管状部件轴向移动。锁钳由第二管状部件承载，钳中的每一个具有第一负载台肩和第二负载台肩，并且能够相对于第二管状部件径向移动。在引导篮处于前部位置时，引导篮的内部接合钳的外侧，以保持钳的第一和第二负载台肩与第一和第二凸缘接合。使引导篮移动至后部位置将引导篮的内部与钳的外侧分离。
优选地，在篮处于后部和前部位置时，引导篮的开口前端在第二管状部件的前端的前方。引导篮的内部具有渐缩的锥形表面，其从篮的开口前端向后延伸且直径减小。在优选实施例中，渐缩的软坐放(landing)台肩在止回表面的前方位于引导篮的内部中。
钳具有当第二管状部件朝第一管状部件移动时最初坐放在软坐放台肩上的前端。当第二管状部件的前端邻接第一管状部件的前端时，钳的前端然后从软坐放台肩滑动至止回表面。
在优选实施例中，锁钳支撑件围绕第二管状部件定位，该支撑件具有固定至第二管状部件且与第二凸缘轴向间隔开的后端。当第一和第二管状部件的前端彼此邻接时，钳安装至支撑件的前端且位于篮内。支撑件的前部为径向挠性的且具有初始位置，在该初始位置，钳的第一和第二负载台肩分别从第一和第二凸缘径向向外间隔开。支撑件具有锁定位置，在该锁定位置，篮处于前部位置，篮的内部与钳的外侧接合，并且钳的第一和第二负载台肩分别与第一和第二凸缘接合。
支承件可由围绕第二管状部件平行于轴线间隔开的多个杆组成，每个杆沿着在支承件的前端和后端之间的长度为弹性且挠性的。每个钳固连至其中一个杆的前端。优选地，每个钳能够与杆的前端一致地移动，每个钳附连至该杆的前端。
附图说明
图1是第一和第二管状部件的剖视图，第一和第二管状部件具有根据本公开的连接器组件，并且在先于彼此邻接前示出。
图2是图1的第一和第二管状部件以及连接器组件的剖视图，示出移动至前部位置的引导篮。
图3是其中连接器组件处于锁定位置的第一和第二管状部件的剖视图。
图4是其中连接器组件的引导篮开始朝后部位置移动的第一和第二管状部件的剖视图。
图5是连接器组件的引导篮移动至后部位置的第一和第二管状部件的剖视图，这释放连接器组件。
图6是第一和第二管状部件的剖视图，其中连接器组件释放，并且第二管状部件在相对于第一管状部件处于锐角时移除。
图7是类似于图6的剖视图，但是示出第二管状部件从第一管状部件进一步移除。
具体实施方式
图1以示例示出用于水下井的修井立管的快速断开连接器组件。快速断开组件具有第一或下管状部件，其具有上端或前端13。诸如“上”、“下”、“前”和“后”的词语仅仅为了方便而使用，因为连接器组件可沿各种方向定向。上端13可为平坦的且位于与第一管状部件11垂直的平面中。一个或更多流动通路15延伸穿过下管状部件11。外部第一凸缘17形成于下管状部件11上，与上端13相邻。第一凸缘17周向地围绕第一管状部件11延伸。
在该示例中，流动通路15具有后端或下端19，其相对于上部处于90度的角度。然而，流动通路15可备选地仅轴向延伸。相对于下管状部件11的外径，流动通路15的直径可更大，特别是如果在图1中的组件用于其它目的，例如流管线跨接器时。辅助通路21的阵列可选地也可从上端13延伸到第一管状部件11中。辅助通路21可用于供应液压流体压力，并且将在上端13处具有入扣(stab)型联接件(未示出)。可选地，下凸缘23可形成于下管状部件11上，在离前端13选定距离处。
引导篮25具有围绕第一管状部件11延伸的刚性侧壁。引导篮25具有圆形的开口前端或上端27。引导篮25示出为具有实心侧壁；备选地，侧壁可由材料网或材料带组成。引导篮25的侧壁的内部包括锥形表面29，其从上端27向下延伸。锥形表面29沿向下方向直径减小且连结柱形表面31。柱形表面31向下延伸且连结软坐放台肩33，其为环状锥形表面。下柱形表面35从软坐放台肩33向下延伸且连结止回台肩37。止回台肩37也为锥形表面且可具有与软坐放台肩33相同的倾角。在所示实施例中，止回台肩37具有比软坐放台肩33更大的宽度。止回台肩37的外径与软坐放台肩33的内径相同。
引导篮25具有由外部凸缘39包围的开口底部。一些活塞杆41固连至活塞39且向上延伸至环状主活塞43。活塞43位于环状液压室45中，环状液压室45在围绕下管状部件11延伸的液压缸外壳47中形成。帽环49安装在外壳47的上侧，封闭室45。可选地，环状次级活塞51可在主活塞43上方承载在室45中，用于在施加断开力时帮助主活塞43。在该示例中，在外壳47的外部上的安装环53将外壳47固连至静止结构53。优选地，下管状部件11和静止结构53相对于彼此固定。备选地，外壳47可安装至下管状部件11。当供应流体压力时，活塞43将使引导篮25相对于下管状部件11轴向地从在图1、图6和图7中所示的下部或后部位置移动至在图2和图3中所示的上部或前部位置。
第二或上管状部件57具有前端或下端59。流动通路61与下管状部件流动通路15配准。辅助通路63对齐并联接至下管状部件11的辅助通路21。外部第二凸缘65形成于上管状部件57上，与下端59相邻。
多个锁钳67由上管状部件57承载且围绕其周向间隔开。钳67安装至支撑部件，以便在与下管状部件11连接之前从上管状部件57径向向外定位。支撑部件的下部为弹性的且能够径向向内挠曲，以便使钳67径向向内地从图1的初始位置移动至图3的锁定位置。在该实施例中，支撑部件由围绕上管状部件57周向间隔开的挠性且弹性的支撑杆69组成。每个支撑杆69具有上端，其固连至刚性地安装至上管状部件57的支撑环71。每个钳67可利用球型接头附连至其中一个杆69的下端，球型接头允许相对于杆69的小角度的枢转移动，例如四或五度。备选地，如果应力足够低，则脊状(ridged)连接是可行的。
作为示例，支撑杆69可为实心的且由碳纤维形成。在处于图1的初始位置时，支撑杆69平行于上管状部件57的纵向轴线。在处于图3的锁定位置时，杆69的下端被径向向内推动，从而相对于纵向轴线成角度安置杆69。弹性体套管可用作支撑杆69的备选方案。
每个钳67具有下或第一负载台肩73，其向内突出并且可为用于接合第一凸缘17的下侧的大体面向上且向内的锥形表面。每个钳67具有第二或上负载台肩75，其向内突出并且可为用于接合第二凸缘65的上侧的大体面向下且向内的锥形表面。每个钳67还在其与上负载台肩75相对的上端具有向外延伸的外部肋77。
在操作中，最初，引导篮25将处于图1中所示的其下部位置。在下部位置中，引导篮上端27在外壳帽盖49的上端下方，但其可在下管状部件上端13的上方。上管状部件57将降低到送入管柱上，靠近下管状件11，优选地由远程操作载具(ROV)引导。通过使用标记或一些其它技术，ROV将使上管状部件57旋转并定向成使得辅助通路63与辅助通路21对齐。钳67的上负载台肩75将在第二凸缘65的上方且从其径向向外。钳67的下负载台肩73将在上管状部件57的下端59的下方。杆69将与上管状部件57的轴线平行。
在优选方法中，作业者然后向活塞43下方供应液压流体压力，这导致引导篮25移向上部位置，如在图2中所示。在上部位置，引导篮上端27突出到外壳帽盖49上方。作业者然后继续降低上管状部件57，从而导致钳67进入引导篮25。钳67的外部肋77接合并滑下锥形表面29，从而迫使杆69的下部弹性地向内弯曲。钳67的下端然后将坐放在软坐放台肩33上，这可在辅助通路21、63的联接件彼此接合之前暂时停止上管状部件57的下行。上管状件下端59在该点将在下管状部件上端13上方间隔开。如果辅助通路21、63(图1)不存在，则可取消软坐放台肩33。而且，引导篮25可备选地在下端59已坐放在上端13上之后移动至上部位置。
参照图3，将另外的重量施加至支撑上管状部件57的管柱将导致上管状部件57进一步向下移动，直到其下端59邻接下管状部件上端13。杆69的下端进一步向内偏转，并且钳67将坐放在止回台肩37上。钳67的下部外侧将接合柱形表面35，并且下负载台肩73将接合第一凸缘17的下侧。上负载台肩73将接合第二凸缘65的上侧，从而将管状部件凸缘17、65锁定在一起。每个钳67上的外部肋77接合引导篮25的锥形表面29。钳67与止回件37、柱形表面35和锥形表面29的接合防止钳67与凸缘17和65的分离。可采用闭锁机构(未示出)来防止活塞在液压压力移除时向下移动。
参照图4，为了断开，作业者供应液压流体压力以使活塞43向下移动，这使引导篮25往回朝下部位置移动。当引导篮25朝图5的下部位置移动时，杆69的弹性导致钳67径向向外移动。作业者然后简单地提起上管状部件57。一旦钳67在引导篮25的上方，杆69将会移回至图1的位置。
图6和图7示出，即使在上管状部件57相对于下管状部件11倾斜达10度或更多的情况下，也可进行断开。倾斜可归因于水面处的船舶偏离位置或者归因于强潮流。在引导篮上端27处的内径比由钳外部肋77(图1)包围的外径更大。该差异加上锥形表面29的漏斗形状允许在未对齐时断开。
虽然仅仅以其形式中的一种示出了本公开，但对本领域技术人员而言应当显而易见的是，它不限于此，而是其在不脱离本公开的范围的情况下可进行各种改变。

Claims (15)

1. 一种水下连接器，包括：
第一管状部件(11)，其具有轴线和带有外部第一凸缘(17)的前端(13)；
引导篮(25)，其围绕所述第一管状部件(11)延伸，所述引导篮具有开口前端(27)；
流体缸组件(43)，其使所述引导篮(25)在后部位置与前部位置之间相对于所述第一管状部件(11)轴向移动；
第二管状部件(57)，其具有邻接所述第一管状部件(11)的前端(13)的前端(59)，所述第二管状部件(57)的前端(59)具有外部第二凸缘(17)；
多个锁钳(67)，其由所述第二管状部件(57)承载，所述钳(67)中的每一个具有第一负载台肩(73)和第二负载台肩(75)，并且可相对于所述第二管状部件(11)径向移动；
其中，在所述引导篮(25)处于所述前部位置时，所述引导篮(25)的内部(29)接合所述钳(67)的外侧，以保持所述钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)分别与所述第一和第二凸缘(73、75)接合；并且
使所述引导篮(25)移动至所述后部位置将所述引导篮(25)的内部(29)与所述钳(67)的外侧(77)分离。
2. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，在所述篮(25)处于所述后部和前部位置时，所述引导篮(25)的开口前端(27)在所述第二管状部件(57)的前端(59)的前方。
3. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述引导篮(25)的内部具有渐缩的锥形表面(29)，其从所述篮(25)的开口前端(27)向后延伸且直径减小。
4. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括：
在止回表面(37)的前方位于所述内部中的渐缩的软坐放台肩(33)，所述钳(67)具有当所述第二管状部件(57)朝所述第一管状部件(11)移动时最初坐放在所述软坐放台肩(33)上的前端，然后，当所述第二管状部件(57)的前端(59)邻接所述第一管状部件(11)的前端(13)时，所述钳(67)的前端从所述软坐放台肩(33)滑动至所述止回表面(37)。
5. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括：
围绕所述第二管状部件(57)定位的锁钳支撑件(69)，所述支撑件(69)具有固定至所述第二管状部件(57)且与所述第二凸缘(65)轴向间隔开的后端(71)；
其中，当所述第一和第二管状部件(11、57)的前端(13、59)彼此邻接时，所述钳(67)安装至所述支撑件(69)的前端且位于所述篮(25)内；并且
其中，所述支撑件(69)为径向挠性的且具有初始位置和锁定位置，在所述初始位置，所述钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)分别从所述第一和第二凸缘(17、65)径向向外间隔开，在所述锁定位置，所述篮(25)处于所述前部位置，所述篮(25)的内部(29)与所述钳(67)的外侧(77)接合，并且所述钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)分别与所述第一和第二凸缘(17、65)接合。
6. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括：
多个杆(69)，其围绕所述第二管状部件(57)平行于所述轴线间隔开；并且
其中，所述钳(67)中的每一个固连至所述杆(69)中的一个的前端。
7. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括：
多个杆(69)，其围绕所述第二管状部件(57)平行于所述轴线间隔开，所述杆(69)中的每一个沿着所述杆(69)的长度为弹性且挠性的；并且
其中，所述钳(67)中的每一个固连至所述杆(69)中的一个的前端。
8. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，还包括：
渐缩的锥形表面(29)，其从所述引导篮(25)的开口前端向后延伸且直径减小；以及
环状内部止回表面(37)，其在所述引导篮(25)的内部，在所述锥形表面(29)的后方。
9. 根据权利要求8所述的连接器，其特征在于，还包括：
渐缩的软坐放台肩(33)，其连结所述止回表面(37)且在所述止回表面(37)的前方，所述钳(67)具有当所述第二管状部件(57)朝所述第一管状部件(11)移动时最初坐放在所述软坐放台肩(67)上的前端，然后，当所述第二管状部件(11)的前端邻接所述第一管状部件(11)的前端(13)时，所述钳(67)的前端从所述软坐放台肩(33)滑动至所述止回表面(37)上。
10. 根据权利要求9所述的连接器，其特征在于，所述止回表面(37)包括：
渐缩的止回台肩(37)，其具有外周边；以及
柱形表面(35)，其连结所述外周边并从所述外周边向前延伸。
11. 根据权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述引导篮(25)在所述后部和前部位置均不与所述第一管状部件(11)接触。
12. 一种连接第一和第二管状部件(11、57)的方法，所述管状部件(11、57)中的每一个具有带有外部凸缘(17、65)的前端(13、59)，包括：
(a) 围绕所述第一管状部件(11)定位引导篮(25)，所述引导篮(25)具有开口前端(27)；
(b) 将多个锁钳(67)安装至所述第二管状部件(57)，所述钳(67)中的每一个具有第一负载台肩(73)和第二负载台肩(75)，并且可相对于所述第二管状部件(11)径向移动；
(c) 使所述引导篮(25)相对于所述第一管状部件(11)从后部位置移动至前部位置；
(d) 使所述第一和第二管状部件(11、57)的前端(13、59)邻接；以及
(e) 当所述第一和第二管状部件(11、59)的前端(13、59)彼此邻接时，使所述引导篮(25)的内部(29)与所述钳(67)的外侧(77)接合，由此分别向内推动所述钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)与所述第一和第二凸缘(17、65)接合。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(c)发生在步骤(d)和(e)之前。
14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括断开所述第一和第二管状部件(11、57)，包括：
使所述引导篮(25)从所述后部位置移动至所述前部位置；然后
使所述第一和第二管状部件(11、57)移动而彼此分开。
15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述引导篮(25)的内部提供渐缩的软坐放台肩(33)；
在步骤(e)期间，最初使所述钳(67)的前端坐放在所述软坐放台肩(33)上；然后
继续使所述第一和第二管状部件(11、59)的前端朝向彼此邻接，从而导致所述钳(67)的第一和第二负载台肩(73、75)分别向内移动而与所述第一和第二凸缘(17、65)接合。
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