CN104334823B - 具有活塞驱动套筒的井场连接器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种井场连接器(110)，包括：连接器主体(232)，具有适于联接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔(265)；活塞(234)，可在所述连接器主体中轴向移动，并且具有沿着其内表面的活塞轮廓；和多个套筒(236)。所述套筒可定位在邻近所述活塞的所述连接器主体周围并且可在其周围径向移动。所述套筒具有沿着其外表面与所述活塞的活塞轮廓对应的套筒轮廓。所述套筒还具有沿着其内表面可与所述第二部件选择性地接合的夹持轮廓，由此所述套筒可选择性地闩锁在所述第二部件周围。
Description
技术领域
本公开总体涉及在井场作业中使用的连接器。更具体地，本公开涉及用于连接井场部件的井场连接器，诸如井口和/或海底连接器。
背景技术
可执行各种油田作业来定位和收集有价值的井下流体。石油钻机定位在井场处，并且井下工具，诸如钻井工具，调配到地面以到达地下储层。一旦井下工具形成井眼(或井孔)以到达期望的储层，则套管可胶合到井眼内的合适位置，并且完成的井眼开始生产来自储层的流体。管材(或管柱)可设置用于使地下流体通向水面。
井口可设置在井眼顶部周围，用于将套管和/或管材支撑在井眼中。井口连接器可设置用于将井口连接到水面部件，诸如防喷器(BOP)和/或圣诞树。在一些井里，管状井口定位在海床处。在钻井作业期间，立管从水面上的船只向下延伸到井口。井口连接器将立管的下端部连接到井口。井口连接器还可用于将海底采油树连接到井口。
连接器可用在海底应用中。海底连接器用于将海底装置结合到海底管组(subseastack)中。如果来自海底的气体运移到海底连接器中，则在合适的条件下，气体可以在连接器内部形成水合物，为固态的烃类气体和水。水合物可积聚在连接器中，并干扰了连接器闩锁机构的操作。为了避免或控制水合物积聚在连接器中，可使用水合物密封件来防止或控制气体运移到连接器中。连接器的一些示例提供于美国专利/申请4,557,508；8,016,042；7,614,453；4,902,044；2010/0006298；4606555；4606555和5332043中。
发明内容
在至少一个方面，本文中的技术可涉及一种用于连接井场的各部件的井场连接器。所述井场具有延伸到地下地层中的井眼。所述井场连接器包括连接器主体、活塞和多个套筒。所述连接器主体具有适于联接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔。所述活塞可在所述连接器主体中轴向移动，所述活塞具有沿着其内表面的活塞轮廓。所述套筒可定位在邻近所述活塞的所述连接器主体周围并且可在其周围径向移动。所述套筒还具有沿着其外表面与所述活塞的活塞轮廓对应的套筒轮廓，以及沿着其内表面可与所述第二部件选择性地接合的夹持轮廓，由此所述套筒可选择性地闩锁在所述第二部件周围。
所述井场连接器还可包括可漂浮密封构件，所述可漂浮密封构件包括柔性环，所述柔性环具有从中穿过的孔洞，以密封地接收所述第二部件。所述密封构件可横向于所述连接器主体的轴线在所述连接器主体的袋中可滑动地移动，由此所述第二部件可对准到所述第一部件以在其间进行连接。所述连接器主体包括可活动地连接到所述第一部件的盖和具有从中穿过的孔洞以接收所述第二部件的接头。所述盖具有盖位置，在盖位置上可与所述套筒的套筒轮廓接合。所述连接器主体进一步包括主体环，所述主体环活动地联接在所述盖与所述接头之间。
所述套筒具有主体轮廓，所述主体轮廓可与所述连接器主体选择性地接合。所述连接器主体限定出套筒空腔，用于接收所述套筒。所述套筒可从所述盖的接收器移动一段距离，并且在其间限定出间隙。所述连接器主体具有内表面，所述内表面限定出空腔，以滑动地接收所述活塞。所述活塞在其内表面上包括支撑环，所述支撑环限定所述活塞轮廓的一部分，以在所述缩回位置将所述多个套筒支撑在上面。所述活塞在其内表面上包括闩锁环。所述闩锁环限定所述活塞轮廓的一部分，以在所述接合位置支撑所述套筒。所述活塞包括可与所述套筒接合的主活塞和支撑所述主活塞的副活塞。当所述主活塞超过最大的力时，所述副活塞可在所述连接器主体中可滑动地移动。
所述活塞将所述连接器主体中的空腔分离成第一可变容积腔室和第二可变容积腔室。所述第一可变容积腔室和所述第二可变容积腔室可活动地连接到流体源，以在其中选择性地转移流体，由此所述活塞可在上行程位置和下行程位置之间在所述主体中移动。所述部件包括管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵及其组合中的至少两个。
在另一方面，本公开可涉及一种连接井场的部件的方法。所述井场具有延伸到地下地层中的井眼。所述方法包括：提供井场连接器；将连接器主体的端部活动地连接到第一部件；将第二部件接收在连接器主体的空腔中；以及通过选择性地接合多个套筒的套筒轮廓与活塞的活塞轮廓和套筒的夹持轮廓至第二部件将套筒选择性地闩锁在第二部件周围。
所述方法还可包括：通过横向于其轴线在连接器主体中可滑动地移动密封构件将第二部件对准到第一部件以在其间进行连接。选择性地闩锁可包括：通过将流体选择性地泵送到第一可变腔室和第二可变腔室中来移动活塞，将套筒支撑在活塞的套筒环上，通过在连接器主体中轴向移动活塞枢转地移动多个套筒，将活塞的活塞轮廓与套筒的套筒轮廓接合，通过将活塞的闩锁环与多个套筒接合而将多个套筒压靠在第二部件上，通过将活塞的活塞轮廓与套筒的套筒轮廓对准来缩回套筒，通过使活塞的活塞轮廓与套筒的套筒轮廓错位来延伸套筒，使套筒的主体部与连接器主体选择性地接合，和/或活动地连接管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵及其组合中的至少两个。
在另一方面，本公开可涉及一种用于海底井场的管材的海底连接器。所述海底连接器包括：连接器主体，具有打开的端部，以接受在上面具有连接轮廓的管柱或工具；至少一个套筒，可移动地安装用于所述连接器主体中的竖直支撑件；固定水平支撑件，在所述主体中，用于与所述套筒的第一端部选择性接触；和至少一个可轴向移动的活塞，在上面具有水平支撑表面，借此选择性地移动所述活塞会带动所述套筒的第二端部上的轮廓将所述轮廓接合并保持至管柱或工具连接轮廓。移动所述活塞可导致所述套筒的所述第一端部接触所述固定水平支撑件。
前述总体说明和以下详细说明对本发明是示例性的，并且意在提供理解所要求的本发明本质和特点的概述或框架。所包括的附图在于提供对本发明的进一步理解，并且并入且构成本说明书的一部分。附图图示了本发明的各种实施例，并且与具体描述一起用来解释本发明的原理和操作。
附图说明
以上列举的特征和优点可以详细理解，以上简要概括的更特定的说明可参考其附图中图示的实施例。然而，应指出的是，附图仅图示了典型实施例，并因此不应视为限制其范围。图不一定按照比例，并且为了清楚和简明的目的，某些特征和某些视图可按比例夸大示出或示意地示出。
图1A和1B是离岸井场的示意图，具有连接各种部件的井场连接器。
图2A和2B是图1B的井场连接器的竖直横截面图，沿着线2-2截取并且分别示出在松开位置和闩锁位置。
图3是处于组装位置的图2A和2B的一部分井场连接器的细节图。
图4是图2A的井场连接器的分解图。
图5是描绘连接海底部件的方法的流程图。
图6A-6C是分别处于解锁状态、解锁错位状态和锁定状态的海底连接器的横截面图。
图7是描绘连接海底部件的另一方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细说明中，可阐述许多具体细节，以便提供对本公开实施例的深入理解。然而，本领域技术人员将清楚，在没有一些或所有这些具体细节的情况下可实践本公开的实施例。在其它情况下，可不用详细描述熟知的特征或工艺，以免不必要地模糊主题。另外，可使用相似或相同的标号来识别相同或相似的元件。
井口连接器可具有在井口上方滑动的壳体。在一种类型中，多个夹头(dogs)可由井口连接器承载。夹头在它们的内侧可包括凹槽。凸轮环可向内移动夹头，使之与形成在井口外部的凹槽形成接合接触。多个活塞可在井口主体周围沿周向彼此隔开，以在锁定位置和解锁位置之间沿轴向移动凸轮环。可替代地，可以使用环形活塞来移动凸轮环。由于大的凸轮环横截面和大量的活塞，海底连接器可能大、重且制造昂贵。
某些海底连接器可采用夹持区段，夹持区段由轴向移动的活塞径向地致动。为了组装连接件，环形活塞可在闩锁夹头上面，使得活塞中的凹处放置成当组装连接件时允许夹头缩回。当致动环形活塞时，活塞可在嵌套于环形活塞内呈弓形区段的闩锁夹头的上端部和下端部近旁给予支撑。
本公开涉及井场连接器，诸如具有用于锁定区段的固定上支撑件的连接器，锁定区段利用致动活塞移动而旋转至锁定位置，从而可以使用下主体轮廓。井场连接器可具有以下特征，诸如固定的上套筒支撑件，其中套筒构造成无干扰地安装或移除。环形活塞配置在固定支撑件下面，并且轴向致动以在井场连接器顶部的上轮廓周围旋转套筒。套筒与固定支撑件之间的初始间隙容许旋转。活塞高度可较短，并且在活塞顶部形成固定支撑件的形状的情况下，还可有助于井场连接器高度和相关重量的减少。液压系统使活塞致动。井场连接器可以是陆基或海底连接器，用于连接各种井场部件，诸如管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵(LMRP)等等。
本主题寻求提供紧凑、轻便且建造经济的设计。该设计提供了固定上支撑件，用于闩锁与活塞分离的壳体中的夹头或套筒。在活塞向上位置，与活塞构造组合的固定支撑件的空隙允许套筒在它们的下端部保持缩回，以待组装。活塞的轴向向下移动使套筒的下端部旋转，以接合井管材上的配合图案，同时将套筒的顶部移动到固定支撑件，以将海洋立管或井口锁定到井管材。
该设计的整体高度可降低，因为当连接件完全组装并且在解锁位置移动到井口或立管上时，可能没有活塞部分需要在套筒上面以组装连接件。套筒在组件上轮廓周围枢转，并且邻近固定支撑件设置一空间，以在不绑定的情况下容纳这样的套筒旋转。该设计可构造成使套筒的安装和移除更简单，并且当套筒爪指张开时排除干扰。回顾优选实施例的说明和相关附图，本公开的这些和其它方面对本领域技术人员将更加显而易见，同时认识到本发明的整个范围在所附权利要求中。
图1A和1B描绘了具有各种连接构造的离岸井场100。井场100具有海底系统102和水面系统104。井场100描述为海底作业，但可用于任何井场环境(例如，陆基或水基)。海底系统102包括从井眼112延伸到海床114中的井口106，以及位于其上面的井场连接组件108。
图1A示出了连接组件108，连接组件108包括一对BOP 111、心轴107和一对井场连接器110a、110b。一对井场连接器110a、110b的上部描绘为连接一对BOP 111的上部与心轴107。心轴107将上部井场连接器110a、110b连接到下部的一对BOP 111。下部的一对井场连接器110a、110b描绘为将下部BOP 111连接到井口106。
图1B示出了另一连接组件108’，另一连接组件108’包括LMRP 105、心轴107、下管组109和一对井场连接器110a、110b。上部的一对井场连接器110a描绘为连接LMRP 105与心轴107。下部的一对井场连接器110b描绘为将下管组109连接到井口106。海底控制器120设置用于操作、监测和/或控制井场连接器110a、110b、LMRP 105、下管组109和/或井场100的其它部分。
虽然图1A和1B示出了具体构造，但是可活动地连接各种各样的井场部件(或装置)，诸如一个或多个管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵、其组合等。一个或多个井场连接器可连接一对或多对部件。可使用多个相同或不同的部件和/或连接器之一。
水面系统104包括钻机124、平台126(或船只)、立管(或管材)128和水面控制器122。立管128从平台126延伸到连接组件108、108’，以使流体从中通过。一部分(或所有的)立管128和/或井口106可穿过连接组件108、108’，并且在其间提供流体连通。
水面控制器122设置用于操作、监测和/或控制钻机124、平台126和/或井场100的其它部分。如图所示，水面控制器122在水面位置，而海底控制器120在海底位置(例如，在平台126、船只(未示出)或异地)。然而，将要理解的是，一个或多个控制器120/122可定位在各种位置来控制水面系统104和/或海底系统102。通信链路130可提供用于与井场100的各部分通信，诸如控制器120/122。
图2A-4示出了图1A的井场连接器110b的各种视图。如图所示的井场连接器110b是海底连接器，连接两个海底部件，亦即BOP 111和井口106。图2A和2B描绘了分别处于松开位置和闩锁位置的井场连接器110b的竖直横截面图。图3示出了组装的一部分井场连接器110b的细节图，其中上部件支撑在套筒上用于快速组装。图4示出了井场连接器110b的分解图。
井场连接器110b包括连接器主体232、活塞(或环形活塞或衬套(sleeve))234和夹持套筒(或者锁定夹头或爪指)236。连接器主体232包括盖238、主体环240和接头242。BOP111用螺栓252固定并且用密封件214(例如，金属的、弹性的或其它密封件)密封到连接器盖238。盖238使用螺栓254固定到主体环240。主体环240使用螺栓256固定到下接头242。轴线X纵向延伸通过井场连接器110b。
BOP 111具有孔246，孔246与盖238中的孔248流体连通。流体通道244延伸通过井场连接器110b并且与BOP 111的孔246、盖238的孔248和井口106的孔250连通，以使流体从中通过。
活塞234定位在连接器主体232的空腔265中。图2A示出的活塞234行程向上，套筒236处于缩回位置。图2B示出的活塞234行程向下，以将井场连接器110b固定到井口106。在图2A的示例中，井场连接器110b降低到井眼管材106上，活塞234处于抬起位置，套筒236处于缩回(或脱离)位置，以接收井口106。一旦处于井口106周围的合适位置，可激活井场连接器110b，以移动到图2B的闩锁位置，降低活塞来接合套筒236与井口106。
下接头242具有打开的下端部258，用于接受井眼管材，诸如井口106。井口106在其上端部262近旁具有井口轮廓(或者螺纹或夹持特征)260。夹持套筒236是一组周向区段，在其上端部周围具有主体轮廓(或者螺纹或夹持特征)266a并且在其下端部周围具有夹持轮廓(或者螺纹或夹持特征)266b。如图2B和3所示，主体轮廓266a是中断的，以在盖238上的盖轮廓(或位置)264处组装到主体环240。主体轮廓266a可接收在盖238周围的盖轮廓264处。
如图3所示，在组装期间，盖轮廓264是套筒236的支撑位置。间隙268发生在盖轮廓264上面，以允许套筒236有空间径向向内旋转，清除可优选地一体形成到活塞234的夹持环270。在组装时，如图2A所示，凹处272将与活塞234的支撑环270套准。
闩锁环275还一体地形成在活塞234上，用于支撑套筒236。支撑环270和闩锁环275限定活塞轮廓沿着活塞的内表面。如发生这种情况，图3所示的间隙268将紧密推动套筒236使之与包围的环形活塞234完全套准。然而，为了避免干扰组装，在固定的支撑表面276与一部分主体环240之间仍可存在如图2A所见的间隙。连接器主体232将其中的接收器279限定在盖238和主体环240周围以接收套筒236，并且将表面278限定在套筒236的顶部280近旁，它们将在致动活塞234时最终接触。
在主体(或连接器)环240与接头242之间，活塞234沿着连接器主体232在空腔265中的内表面形成可变容积腔室282a。可变容积腔室282a可凹进穿过通路284a而供给来自流体源283的液压，以将活塞234保持在图2A的向上位置。图2B图示了相对的可变容积腔室282b，其凹进穿过通路284b而施加液压，以将活塞234移动到图2B的位置。
向下移动活塞234使套筒236在盖轮廓264周围旋转，以闭合表面276和278之间的间隙，这又推动轮廓264和266a在一起，同时夹持环270骑行于套筒236的表面环(或斜面)286，直到夹持环270的表面与套筒236的表面环286对准而向内推动套筒236的下端部290，以将轮廓264和266a锁定在一起，如图2B所示。压力激励的金属垫片273可设置在井口106和盖238周围，以密封井口108与盖238之间的界面，从而防止流体从通道244泄漏。其它密封构件和/或密封件可设置在如本文中描述的井场连接器周围。
活塞234的上端部292符合从主体环240径向延伸的固定支撑件294的形状。活塞234不需要在套筒236上面延伸，这可降低部件高度并可节省重量和空间，同时仍允许使用类似的闩锁原理用其它设计改造。固定支撑件294在某种意义上是悬臂式结构，但是当套筒236的表面278压靠在固定支撑件294的承靠表面276上时，邻接至盖238会给予它一些另外支撑。
本领域技术人员将理解的是，活塞234可以是单个环形活塞或各作用在离散套筒236上的多个较小活塞。示出了另外的备用活塞277。例如，当另外压力施加到井场连接器时，该另一活塞可根据需要激活，以与活塞234一起移动。
使用固定支撑件并且遵从活塞234的形状可考虑与套筒236大致轴向对准的更短的活塞，用于图2A的连接组装以及图2B的闩锁操作位置。这可减少井场连接器110b的大小，并且可使之更轻且生产成本更低。夹持轮廓(或支撑位置)266b的位置以及在此位置上面的接触可允许套筒下端部290无干扰地摇摆以待组装。
在移除时，套筒236再次可以缩回，使得它们可以用如图3图示的盖238容易拉动，用于安装以及移除。套筒236的上端部278与承靠表面276之间的初始间隙268连同夹持轮廓266b的定位可寻求允许快速组装套筒236以及允许它们无干扰地排除问题。如图1A和3所示，井场连接器110b可降低至BOP 111上的井眼，并且由立管128调配到海底位置以待组装。如图1A和2A所示，井场连接器110b可预组装到BOP 111(和/或立管128)上，以附接至井口(或管材)106。
图5示出了连接井场部件的方法500的流程图。该方法包括提供595井场连接器。井场连接器包括：连接器主体，具有适于联接到第一部件的端部和用于接收第二部件的空腔；活塞，在连接器主体中可轴向移动(活塞沿着其内表面具有活塞轮廓)；和多个套筒，可定位在邻近活塞的主体周围并且可在其周围径向移动。套筒可定位在邻近活塞的连接器主体周围并且可在其周围径向移动，沿着其外表面具有与活塞的活塞轮廓对应的套筒轮廓，并且沿着其内表面具有可与第二部件选择性地接合的夹持轮廓。该方法还包括：596将连接器主体的端部活动地连接到第一部件，597将第二部件接收在连接器主体的空腔中，以及598通过选择性地接合套筒的套筒轮廓与活塞的活塞轮廓和套筒的夹持轮廓至第二部件将多个套筒选择性地闩锁在第二部件周围。
活塞可将连接器主体中的空腔分离成第一可变容积腔室和第二可变容积腔室，选择性地闩锁可包括通过将流体选择性地泵送到第一可变腔室和第二可变腔室中来移动活塞。选择性地闩锁可包括：将多个套筒支撑在活塞的套筒环上，通过在连接器主体中轴向移动活塞而枢转地移动多个套筒，接合活塞的活塞轮廓与套筒的套筒轮廓，通过接合活塞的闩锁环与多个套筒将多个套筒压靠在第二部件上，通过对准活塞的活塞轮廓与多个套筒的套筒轮廓而缩回多个套筒，通过使活塞的活塞轮廓与多个套筒的套筒轮廓错位而延伸多个套筒，和/或活动地连接管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵及其组合中的至少两个。该方法还可包括：选择性地接合多个套筒的主体部与连接器主体。
井场连接器还可包括可漂浮密封构件，所述可漂浮密封构件包括柔性环，所述柔性环具有从中穿过的孔洞，用于密封地接收第二部件(密封构件可横向于其轴线在连接器主体中可滑动地移动)。该方法还可包括：通过横向于其轴线在连接器主体中可滑动地移动密封构件将第二部件对准到第一部件以在其间进行连接。各步骤可以任何顺序执行，并且根据期望而重复。
在另一方面，本公开涉及海底连接器，用于在第一海底装置和第二海底装置之间形成连接。该海底连接器包括连接器主体，所述连接器主体具有适于联接到第一海底装置的端部和适于接收第二海底装置的连接构件的空腔。密封构件布置在空腔中，以便当连接构件延伸穿过密封构件时为海底连接器提供水合物密封。密封构件可在横向于连接器主体的纵向轴线的方向上漂浮，以便安全地容许连接器主体与连接构件之间预定范围的角错位。
用于在第一海底装置和第二海底装置之间形成连接的海底连接器包括连接器主体，所述连接器主体具有适于联接到第一海底装置的端部和适于接收第二海底装置的连接构件的空腔。密封构件布置在空腔中，以便当连接构件延伸穿过密封构件时为海底连接器提供水合物密封。密封构件可在横向于连接器主体的纵向轴线的方向上漂浮，以便安全地容许连接器主体与连接构件之间预定范围的角错位。海底连接器可以是海底或陆基的井场连接器，用于连接各种井场部件，诸如管材、套管、立管、井口、防喷器、低立管海洋泵等等。
图6A-6C示出了另一井场(或海底)连接器110a的各种视图。如图所示的井场连接器110a是海底连接器，连接两个海底部件，亦即图1B的BOP111和心轴107。图6A–6C描绘了分别处于松开位置、松开错位位置和闩锁位置的井场连接器110a的竖直横截面图。图2A-5的连接器110b的特征可以与连接器110a一起使用，反之亦然。
海底连接器110a具有连接器主体602，连接器主体602具有纵向(或轴向)轴线604。连接器主体602具有连接器基部(或接头)606和连接器头(或盖)608。空腔615限定在连接器基部606中，并且连接器头608部分地延伸到空腔615中。限定在连接器头608中的孔612从连接器头608的顶端部614延伸到空腔615。
第一海底装置(例如，BOP 111)的连接凸缘616紧固到连接器头608，而第二海底装置(例如，另一BOP 111)的连接心轴107部分地接收在空腔615中。为了在第一海底装置和第二海底装置之间形成连接，连接心轴107可以使用合适的锁定机构锁定到连接器主体602，其示例将在下面描述。
例如如图6A和6B所示，海底连接器110a具有解锁状态，在解锁状态下，连接心轴107未锁定到连接器主体602。如图6C所示，海底连接器110a还具有锁定状态，在锁定状态下，连接心轴107锁定到连接器主体602。在锁定状态下，第一海底装置和第二海底装置由海底连接器110a结合在一起。在解锁状态下，第一海底装置和第二海底装置并未由海底连接器110a结合在一起。
当海底连接器110a处于锁定状态时，如图6C所示，连接心轴107的纵向轴线619与连接器主体602的纵向轴线604对准。另外，连接心轴107的孔621与连接器头608的孔612对准，这将允许工具和流体通过海底连接器110a。垫片642(例如，压力激励的金属垫片)可设置在连接心轴107和连接器头608周围，以密封连接心轴107与连接器头608之间的界面，从而防止流体从已对准的孔612、621泄漏进入如图6C所示的空腔615中。
虽然海底连接器110a在锁定状态和解锁状态之间过渡，但是连接心轴107或连接器主体602可假定各种倾斜位置，这将分别导致连接器主体602和连接心轴107的纵向轴线604、619之间的角错位。纵向轴线604、619之间的角错位还可简单地表达为连接器主体602与连接心轴107之间的角错位。图6B示出了连接心轴107与连接器主体602之间的角错位的示例。空腔615的直径大于连接心轴107，以考虑连接器主体602与连接心轴107之间的该角错位。
返回图6A，环形活塞(或衬套)620布置在空腔615中，并且因流体在大致平行于纵向轴线604的方向上的压差而可移动。连接器头608具有径向配置在孔612周围的锁定表面(或者盖轮廓或位置)622。多个径向锁定夹头(或者套筒或爪指)624配置在活塞620与锁定表面622之间。每个锁定夹头624具有与活塞620的活塞轮廓相对的面(或者套筒轮廓)630，以及与连接器头锁定表面622相对的面(或者盖轮廓)628。面626包括楔形(套筒的一部分)轮廓630，后者设计成接合活塞620上的配合楔形(或者活塞)轮廓。
面628包括夹持特征632，诸如牙。面628上部(或者主体轮廓)的夹持特征632设计成接合连接器头锁定表面622。面628下部(或者夹持轮廓)的夹持特征632设计成接合连接心轴107上的锁定表面634。锁定表面622、634各具有夹持特征，以与锁定夹头624面628上的夹持特征632锁定接合。
返回图6A和6B，沿着连接器主体602的内表面，活塞620使空腔615分离成可变容积腔室621a、621b。在连接器基部606与活塞620之间，腔室621a、621b限定在空腔615内。腔室621a,b可凹进穿过通路625a,b而供给来自流体源627的液压，以将活塞620保持在图6A的向上位置或图6C的向下位置。
通过将流体压力施加到活塞620的上部面积636，使得活塞620向下移动且向内倾斜锁定夹头624并且使之与锁定表面622、634两者接合(图6C示出的锁定夹头624与锁定表面622、634完全接合)，海底连接器110a还可过渡到锁定状态。通过将流体压力施加到活塞620的下部区域638，使得活塞620向上移动且向外倾斜锁定夹头624并且使之离开锁定表面632、634，海底连接器110a被解锁。
在空腔615内的是辅助环形活塞(或者衬套)640。根据需要，在大致平行于连接器主体602的纵向轴线604的方向上，横跨活塞640的压差可用于进一步向上推动锁定活塞620。虽然海底连接器110a过渡到解锁状态，连接心轴107和连接器主体602中的一者或两者可倾斜和移位，使得连接器主体602和连接心轴107变成角错位。例如，这在图6B中示出。
返回图6A，密封构件642配置在活塞620的环形保持袋644中。密封构件642可以是金属或弹性构件，为海底连接器110a与连接心轴107之间的界面提供密封。由密封构件642提供的密封不需要容纳压力。密封构件642可提供水合物密封，防止将水合物聚集和固化在空腔615内，特别是在空腔615中暴露于或可暴露于海水的表面、诸如锁定夹头624和/或活塞620的表面附近。
密封构件642可充当单向阀，在使用海底连接器110a的同时防止气体转移到空腔615中。密封构件642还可用于容纳注射到空腔615中的流体，诸如乙二醇，以化解空腔615内可能的水合物积聚。密封构件642具有密封环646，后者具有限定开口643的唇部641。当连接心轴107接收在开口643中时，唇部641界定并接合连接心轴107的密封区域649。密封区域649可在心轴锁定表面634下面。连接心轴107在锁定表面634处的外径可小于连接心轴107在密封面积649处的外径，使得唇部641不接合锁定表面634。图6A和6B示出的密封构件642在密封面积649上的各种位置接合连接心轴107。
返回图6A，保持袋644的上壁和下壁645、647抑制密封构件642在横向于连接器主体纵向轴线604的方向上的漂浮，即自由移动。可使用漂浮的密封构件642，以便当连接器主体602与连接心轴107之间存在角错位并且连接心轴107延伸穿过开口643时防止损坏海底连接器110a或连接心轴107。该角错位可在海底连接器610从锁定状态过渡到解锁状态的时候发生。
如图1A和1B所示，连接组件108’在水面处连接到钻机。钻机竖直偏离海底管组的位置可高达5度，如果在海底管组中海底连接器110a用于连接，则这可促使连接器主体602与连接心轴107之间的错位。例如，严重错位可发生在LMRP的海底连接件处，因为LMRP在卸下(liftoff)之前可初始枢转偏离管组框架。在连接心轴107顶部的上面或下面，枢转可高达40英寸(101.6cm)。
密封构件642的漂浮能力可安全地容许甚至严重的错位。作为示例，图6B示出的密封构件642漂浮到海底连接器110a的右侧，以便容纳连接器主体602相对于连接心轴107的向上倾斜。密封构件642在横向于纵向轴线619的方向上的可允许的行程长度可确定角错位的范围，这可以通过密封构件642的漂浮能力而被安全地容许。密封构件642的可允许的行程长度可以基于连接器主体602与连接心轴107之间预期的角错位的典型范围进行选择。
在一个实施例中，保持袋644形成在活塞620中，这将随着活塞620对流体压差的响应使密封构件642与活塞620一起移动。可以将保持袋644定位在别处，诸如在连接器基部606的壁中或者在布置于空腔615内的另一结构中，只要定位在保持袋644中的密封构件642能够在海底连接器110a与连接心轴107之间的界面处提供密封即可。
如上面解释的，密封构件642在横向于连接器主体纵向轴线604的方向上具有漂浮运动。由于保持在袋644中，密封构件642还经历其它方向上的运动。例如，随着形成袋644的活塞620移动，密封构件642可在大致平行于连接器主体纵向轴线604的方向上移动。例如，当在海底连接器110a的锁定状态和解锁状态之间过渡时，由于连接器主体602的倾斜和移位，密封构件642还可经历倾斜和移位运动。
密封环646具有底部密封环面648和侧部密封环面650。侧部密封环面650定位在唇部641上。底部密封环面648面对保持袋644的底壁647，并且布置成密封在保持袋644的底壁647上。侧部密封环面650面对连接器主体602的中心，并且布置成当连接心轴107接收在由唇部641限定的开口643中时接合和密封在连接心轴107上。
在一个实施例中，密封环面648、650分别承载密封元件652、654，诸如弹性体密封件。在另一实施例中，密封环面648、650中的一者或两者可不承载密封元件，并且可以是密封表面，诸如弹性或金属密封表面。另外的密封元件656，诸如弹性体密封件，可设置在连接器基部606与活塞620之间。密封元件656可由连接器基部606承载，使得它们提供必要的密封，而与活塞620在空腔615内的位置无关。另外的密封元件656可以是压力密封元件。
图7示出了连接井场部件的另一方法700的流程图。该方法包括提供795井场连接器。井场连接器包括连接器主体和可漂浮密封构件。连接器主体具有可活动地连接到第一部件的端部、沿着其内表面的袋和适于接收第二部件的空腔。可漂浮密封构件包括柔性环，所述柔性环具有从中穿过的孔洞，以密封地接收第二部件。密封构件可横向于连接器主体的轴线在连接器主体的袋中可滑动地移动。该方法进一步包括：796-将连接器主体的端部活动地连接到第一部件，797-将第二部件接收在连接器主体的空腔中，以及798-通过横向于其轴线在连接器主体中可滑动地移动密封构件将第二部件对准到第一部件以在其间进行连接。
还可包括图5的方法的特征。该方法可按任何顺序执行，并且根据需要而重复。
虽然已经就限制数量的实施例描述了主题，但从本公开内容受益的本领域技术人员将理解，可以构想出其它实施例，而不脱离本文中所公开主题的范围。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求限制。
本领域技术人员将理解的是，本文中所公开的技术可以经由构造有算法的软件实施用于自动/自主的应用，以执行期望的功能。可以通过使具有合适硬件的一个或多个合适的通用计算机程序化来实施这些方面。程序化可通过使用一个或多个程序存储装置来完成，程序存储装置可由处理器读取并且编码可由计算机执行的一个或多个指令程序，以执行本文中描述的操作。程序存储装置可采用以下形式，例如：一个或多个软盘；CD ROM或其它光盘；只读存储器芯片(ROM)；以及其它形式的本领域熟知或随后开发的种类。指令程序可以是“目标代码”，即，可或多或少直接由计算机执行的二进制形式；“源代码”，在执行之前需要编译或解释；或者一些中间形式，诸如部分编译的代码。程序存储装置和指令编码的精确形式在此是无关紧要的。本发明的各方面还可构造成经由扩展通信(例如，无线、因特网、卫星等等)网络独自在现场和/或远程控制来执行所描述的功能(经由合适的硬件/软件)。
上面的说明是说明性的优选实施例，并且许多修改可由本领域技术人员作出而不脱离本发明，本发明的范围应由所附权利要求的字面和等同范围确定。
虽然参考各种实施和挖掘描述了实施例，但是将要理解的，这些实施例是说明性的，并且发明主题的范围不应限于此。许多变化、修改、添加和改进是可能的。例如，可连接一个或多个井场连接器和/或部件。示出的井场连接器处于具体的方位，但是一个或多个可以根据期望颠倒以联接在一个或多个部件之间。
多个实例可设置用于作为单个实例在本文中描述的部件、操作或结构。一般地，在示例性构造中作为分离部件而呈现的结构和功能可实施为组合的结构或部件。类似地，作为单个部件而呈现的结构和功能可实施为分离部件。这些和其它变化、修改、添加和改进可落入发明主题的范围内。
Claims (28)
1.一种用于连接井场的各部件的井场连接器，所述井场具有延伸到地下地层中的井眼，所述井场连接器包括：
连接器主体，具有适于联接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔；
活塞，可在所述连接器主体中轴向移动，所述活塞具有沿着其内表面的活塞轮廓，所述内表面具有从内表面延伸出的支撑环和闩锁环，其间限定有槽；和
多个套筒，可定位在邻近所述活塞的所述连接器主体周围并且可在其周围径向移动，所述多个套筒具有与所述活塞轮廓对应的套筒轮廓，所述套筒轮廓具有容纳所述活塞的支撑环的凹处，沿着套筒外表面的表面环可容纳在所述活塞的所述槽中，所述多个套筒具有沿着其内表面可与所述第二部件选择性地接合的夹持轮廓，由此所述多个套筒可选择性地闩锁在所述第二部件周围。
2.如权利要求1所述的井场连接器，进一步包括可漂浮密封构件，所述可漂浮密封构件包括柔性环，所述柔性环具有从中穿过的孔洞，以密封地接收所述第二部件，所述密封构件可横向于所述连接器主体的轴线在所述连接器主体的袋中可滑动地移动，由此所述第二部件可对准到所述第一部件以在其间进行连接。
3.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述连接器主体包括可活动地连接到所述第一部件的盖和具有从中穿过的孔洞以接收所述第二部件的接头。
4.如权利要求3所述的井场连接器，其中，所述盖具有盖位置，在盖位置上可与所述多个套筒的套筒轮廓接合。
5.如权利要求3所述的井场连接器，其中，所述连接器主体进一步包括主体环，所述主体环活动地联接在所述盖与所述接头之间。
6.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述多个套筒具有主体轮廓，所述主体轮廓可与所述连接器主体选择性地接合。
7.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述连接器主体限定出套筒空腔，用于接收所述多个套筒。
8.如权利要求7所述的井场连接器，其中，所述多个套筒可从所述连接器主体的盖的接收器移动一段距离，并且在其间限定出间隙。
9.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述连接器主体具有内表面，所述内表面限定出空腔，以滑动地接收所述活塞。
10.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述支撑环限定所述活塞轮廓的一部分，以在缩回位置将所述多个套筒支撑在上面。
11.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述闩锁环限定所述活塞轮廓的一部分，以在接合位置将所述多个套筒支撑在上面。
12.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述活塞包括可与所述多个套筒接合的主活塞和支撑所述主活塞的副活塞，当所述主活塞超过最大的力时，所述副活塞可在所述连接器主体中可滑动地移动。
13.如权利要求1所述的井场连接器，其中，所述活塞将所述连接器主体中的空腔分离成第一可变容积腔室和第二可变容积腔室。
14.如权利要求13所述的井场连接器，其中，所述第一可变容积腔室和所述第二可变容积腔室可活动地连接到流体源，以在其中选择性地转移流体，由此所述活塞可在上行程位置和下行程位置之间在所述连接器主体中移动。
15.如权利要求1的所述的井场连接器，其中，所述部件包括管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵及其组合中的至少两个。
16.一种连接井场的部件的方法，所述井场具有延伸到地下地层中的井眼，所述方法包括：
提供井场连接器，井场连接器包括：
连接器主体，具有适于联接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔；
活塞，可在连接器主体中轴向移动，活塞具有沿着其内表面的活塞轮廓，所述内表面具有从内表面延伸出的支撑环和闩锁环，其间限定有槽；和
多个套筒，可定位在邻近活塞的连接器主体周围并且可在其周围径向移动，多个套筒具有与活塞轮廓对应的套筒轮廓，所述套筒轮廓具有容纳所述活塞的支撑环的凹处，沿着套筒外表面的表面环可容纳在所述活塞的所述槽中，多个套筒具有沿着其内表面可与第二部件选择性地接合的夹持轮廓；
将连接器主体的端部活动地连接到第一部件；
将第二部件接收在连接器主体的空腔中；以及
通过选择性地接合多个套筒的套筒轮廓与活塞的活塞轮廓和多个套筒的夹持轮廓至第二部件，将多个套筒选择性地闩锁在第二部件周围。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述井场连接器进一步包括可漂浮密封构件，所述可漂浮密封构件包括柔性环，所述柔性环具有从中穿过的孔洞，以密封地接收所述第二部件，所述密封构件可横向于所述连接器主体的轴线在所述连接器主体的袋中可滑动地移动，所述方法进一步包括：通过横向于其轴线在连接器主体中可滑动地移动密封构件将第二部件对准到第一部件以在其间进行连接。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述活塞将所述连接器主体中的空腔分离成第一可变容积腔室和第二可变容积腔室，其中选择性地闩锁包括：通过将流体选择性地泵送到第一可变腔室和第二可变腔室中来移动活塞。
19.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：将多个套筒支撑在活塞的套筒环上。
20.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：通过在连接器主体中轴向移动活塞而枢转地移动多个套筒。
21.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：将活塞的活塞轮廓与多个套筒的套筒轮廓接合。
22.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：通过将活塞的闩锁环与多个套筒接合而将多个套筒压靠在第二部件上。
23.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：通过将活塞的活塞轮廓与多个套筒的套筒轮廓对准来缩回多个套筒。
24.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：通过使活塞的活塞轮廓与多个套筒的套筒轮廓错位来延伸多个套筒。
25.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：使多个套筒的主体部与连接器主体选择性地接合。
26.如权利要求16所述的方法，其中，选择性地闩锁包括：活动地连接管材、套管、立管、井口、防喷器、低海立管泵及其组合中的至少两个。
27.一种用于海底井场的管材的海底连接器，包括：
连接器主体，具有打开的端部，以在上面接受具有连接轮廓的管柱或工具；
至少一个套筒，可移动地安装用于所述连接器主体中的竖直支撑件；
固定的水平支撑件，在所述连接器主体中，用于与所述套筒的第一端部选择性接触；和
至少一个可轴向移动的活塞，具有从其延伸出的支撑环和闩锁环，所述支撑环可容纳在所述至少一个套筒的凹处中，所述闩锁环可与所述至少一个套筒的下端接合，借此选择性地移动所述活塞会带动所述至少一个套筒的第二端部上的轮廓将所述轮廓接合并保持至管柱或工具连接轮廓。
28.如权利要求27所述的海底连接器，其中：移动所述至少一个轴向移动的活塞导致所述至少一个套筒的所述第一端部接触所述固定的水平支撑件。
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