CN104471184B - 具有浮动密封构件的井场连接器及其的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于连接井场部件的井场连接器。所述井场具有延伸进入地下地层的井孔。所述井场连接器包括连接器主体和可浮动密封构件。所述连接器主体具有适合于耦合到第一部件的端部、沿其内部表面的凹处、和适合于接收第二部件的空腔。所述可浮动密封构件包括具有贯穿其中的孔以密封地接收第二部件的密封环。所述密封构件横向于连接器主体的轴线在所述连接器主体的凹处中可滑动地可移动，据此所述第二部件可对准到第一部件用于其间的连接。

Description

具有浮动密封构件的井场连接器及其的方法

相关引用

本申请要求2012年4月5日提交的美国临时申请No.61/620514和2012年4月11日提交的美国临时申请No.61/623020的优先权，其全部内容合并在此作为参考。

技术领域

本公开一般地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

可以进行各种油田作业以定位和收集有价值的井下流体。石油钻机位于井场，并且例如钻探工具的井下工具被部署到土地中以到达地下储层。一旦井下工具形成的井孔(或钻孔)到达所需储层，套管(casings)可在井孔内胶合到位，并且将所述井孔完成以启动来自所述储层的流体的生产。可提供多个管(或管柱)以用于传递地下流体到水面。

井口可以被设置靠近井孔的顶部，用于支撑在井口中的套管和/或管。可提供井口连接器用于连接所述井口至水面部件，例如防喷器(BOP)和/或采油树(a Christmastree)。在一些井中，管状井口位于海床上。在钻井作业期间，立管从水面的船舶延伸下降至所述井口。井口连接器连接所述立管的底端至所述井口。井口连接器也可用于连接海底采油树至所述井口。

连接器可在海底应用中使用。海底连接器被用于连接在海底栈中的海底设备。在适当的条件下，如果来自海床的气体迁移至海底连接器，在所述连接器内，所述气体可形成水合物，其是烃气和水的固体。所述水合物可以在所述连接器中积累，并干扰连接器的闭锁机构的操作。为了避免或控制水合物在所述连接器中的积累，可使用水合物密封件以防止或控制气体到所述连接器的迁移。连接器的一些示例在美国专利/申请编号4,557,508；8,016,042；7,614,453；4,902,044；2010/0006298；4606555；4606555以及5332043中提供。

发明内容

在至少一个方面中，本文中的技术可涉及一种用于连接井场部件的井场连接器。所述井场具有延伸至地下地层的井孔。所述井场连接器包括连接器主体和可浮动密封件。所述连接器主体具有适合于耦合到第一部件的端部，沿其内部表面的凹处，以及适合于接收第二部件的空腔。所述可浮动密封件包括有孔贯穿其中以密封地接收第二部件的密封环。所述密封构件横向于连接器主体的轴线在所述连接器主体的凹处中可滑动地可移动，据此所述第二部件可对准到第一部件用于其间的连接。

所述可浮动密封构件包括从密封环延伸的唇部。唇部具有与第二部件密封地接合的密封环面。所述可浮动密封构件具有由凹处的顶部壁和底部壁支持顶部密封环表面和底部密封环表面。所述密封构件包括弹性体材料、金属材料及其组合中的一种。所述井场连接器还可以包括至少一个密封元件。所述一个密封元件在所述密封构件的空腔中可定位。

其还可以包括在连接器主体中可轴向地移动的活塞。所述活塞具有沿其内部表面的活塞齿廓。凹处延伸进入所述活塞的内部表面内。所述井场连接器还可以包括多个绕连接器主体邻近所述活塞定位并且在其周围可径向地移动的筒夹。所述筒夹沿其外部表面具有对应于所述活塞的活塞齿廓的筒夹齿廓，并且所述多个筒夹沿其内部表面具有与第二部件选择性地可接合的夹持齿廓，据此所述筒夹可选择性地围绕第二部件闭锁。

所述连接器主体还可以包括可操作地连接到所述第一部件的盖部和具有贯穿其中的孔以接收第二部件的下部。所述盖部在其上具有与所述筒夹的筒夹齿廓可接合的盖位置。所述连接器主体还可以包括操作地耦合在所述盖部与所述下部之间的主体环。所述筒夹可以具有与所述连接器主体可选择性地接合的主体齿廓。连接器主体限定了接收所述多个筒夹的筒夹腔。筒夹从所述盖部的容器可移动地间隔并在其间限定间隙。所述连接器主体具有限定空腔以滑动地接收活塞的内部表面。所述活塞在其内部表面上包括支撑环，所述支撑环限定活塞齿廓的一部分以支撑在其上的筒夹处于缩回位置。所述活塞在其内部表面上包括闭锁环。所述闭锁环限定了活塞齿廓的一部分以支撑处于接合位置的筒夹。

所述活塞包括可与筒夹接合的主活塞和支撑主活塞的辅助活塞。当主活塞超过最大的力时，辅助活塞在所述连接器主体中可滑动地可移动。所述活塞将连接器主体中的空腔分隔为第一可变容积腔室和第二可变容积。所述第一可变容积腔室和第二可变容积腔室可操作地连接到流体源以选择性地将流体转移在其中，据此所述活塞在所述主体中上冲程位置与下冲程位置之间可移动。所述部件包括管、套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵(low rise marine pump)、管件和它们的组合中的至少两个。

在另一方面，本公开涉及一种连接井场部件的方法。所述井场具有延伸至地下地层的井口。所述方法包括提供所述井场连接器，将所述连接器主体的端部操作地连接到所述第一部件，将所述第二部件接收在所述连接器主体的空腔中，以及通过在所述连接器主体中横向于其轴线可滑动地移动所述密封构件，将所述第二部件对准到所述第一部件用于其间的连接。所述方法还可以包括将所述密封构件与所述第二部件密封地接合。

所述方法还可以包括通过将所述筒夹的筒夹齿廓与活塞的活塞齿廓选择性地接合，并且通过将筒夹的夹持齿廓与第二部件选择性地接合，将所述筒夹选择性地绕所述第二部件闭锁。所述选择性闭锁可以包括通过选择性地将流体泵送到所述第一和第二可变腔室而移动活塞，将所述多个筒夹支撑在活塞的筒夹环上，通过在所述连接器主体中轴向地移动活塞而枢转地移动所述多个筒夹，将所述活塞的活塞齿廓与所述筒夹的筒夹齿廓接合，通过将所述活塞的闭锁环与所述筒夹接合而对着所述第二部件挤压所述筒夹，通过将所述活塞的活塞齿廓与筒夹的筒夹齿廓对准而将所述筒夹缩回，通过将所述活塞的活塞齿廓与筒夹的筒夹齿廓错开而将所述筒夹伸出，选择性地将所述筒夹的主体部分与连接器主体接合，和/或操作地连接管、套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵、管件和其组合中的至少两个。

最后，在另一方面，本公开涉及一种用于形成在第一海底设备与第二海底设备之间的连接的海底连接器。所述连接器包括连接器主体，其具有适合于耦合到所述第一海底设备的端部和适合于接收第二海底设备的连接构件的空腔。所述连接器还包括布置在空腔中以当所述连接构件延伸通过所述密封构件时，对海底连接器提供水合物密封的密封构件。所述密封构件在横向于连接器主体纵向轴线的方向上是可浮动的，以便安全地允许所述连接器主体与连接构件之间的预定角度错位范围。

上文的一般性描述和下文的详细描述对本发明是典型性的，并且其意在提供用于理解本发明如权利要求所述的本质和特征的概述或框架。包括附图以提供对本发明的进一步理解，并且所述附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分。所述附图示出了本发明的多种实施例，并且与具体实施方式一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

因此通过参照示出在附图中的它的实施例，上述特征和优点可以更详细地理解，可以得到简要地总结以上的更具体的描述。然而，应该指出的是，附图仅示出了典型的实施例，因此不应被认为限制它的范围。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，并且附图的某些特征和某些视图可以在比例上夸大地或示意性地示出。

图1A和1B是具有连接不同部件的井场连接器的海上井场的示意图。

图2A和2B是图1A的井场连接器沿2-2线获取的垂直剖视图，并且是分别地在未闭锁和闭锁的位置中示出的。

图3是图2A和图2B中的井场连接器的一部分在装配位置中的详细视图。

图4是图2A的井场连接器的分解视图。

图5是描绘连接海底部件的方法的流程图。

图6A-6C是图1A的井场连接器沿6-6线获取的分别地处于未锁定状态、未锁定且未对准状态、和锁定状态的剖视图。

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

在下面的详细描述中，可以阐述许多具体的细节，以便提供对本公开的实施例的彻底理解。然而，本领域技术人员将清楚的是何时可以没有一些或全部具体细节而实施本公开的实施例。在其它实例中，可以不详细地描述公知的特征或工艺，以免不必要地混淆主题。此外，相似或相同的附图标记可以用于标识共同的或类似的元件。

井口连接器可以具有滑过井口的壳体。在一种类型中，多个爪(dog)可以由井口连接器携带。所述爪可以包括在其内部侧的凹槽。凸轮环可内向地移动所述爪到其与形成在井口外部上的凹槽接合地接触。多个活塞可周向地围绕井口主体彼此分离地隔开以在锁定与未锁定位置之间轴向地移动凸轮环。可选地，可使用环形活塞移动所述凸轮环。因为大的凸轮环横截面和活塞数目，所述海底连接器可以是大的、重的、并且制造成本昂贵。

某些海底连接器可以使用通过轴向移动的活塞而径向地致动的夹持段。对于所述连接的装配，所述环形活塞可以是在所述闭锁爪之上的，使得在所述活塞中的凹部定位以允许所述爪随着连接装配而缩回。当环形活塞被致动时，所述活塞可以接近闭锁爪的上部和下部端部而提供支撑，所述闭锁爪是嵌套在环形活塞内的弧形段。

本公开涉及一种井场连接器，诸如有用于锁定段的固定上部支撑件使得可以使用下部主体齿廓的连接器，所述锁定段以致动活塞的运动而旋转到锁定位置。所述井场连接器可具有诸如以筒夹被构造为可以无干涉地安装或移除的固定上部筒夹支撑件的特征。所述环形活塞布置在固定支撑件的下方，并且被轴向地致动以绕处于井场连接器顶部的上部齿廓旋转所述筒夹。所述筒夹与固定支撑件之间的初始间隙允许所述旋转。所述活塞的高度可以变短，并且，以活塞顶部形成为所述固定支撑件的形状，也可以贡献于井场连接器的高度和关联重量的减少。液压系统致动所述活塞。所述井场连接器可以是用于连接各种井场部件的陆基或海底连接器，所述部件诸如管、套管、立管、井口、防喷器、低位海洋立管泵(LMRP)等。

本主题寻求提供一种紧凑、轻便、构建经济的设计。所述设计提供了用于在壳体中从活塞隔开的闭锁爪或筒夹的固定上部支撑件。在活塞向上的位置中，到固定支撑件的间隙与活塞构造结合允许所述筒夹保持缩回在它们的下端以用于组装。在移动所述筒夹的顶部到固定支撑件以将海上立管或井口锁定到井管时，活塞的轴向向下移动旋转筒夹的下端以接合在井管上的配合结构。

在所述连接被完全组装并移动到井口或处于未锁定位置的立管上时，由于没有活塞的部件需要在筒夹之上用于连接的组装，设计的总高度可以减小。所述筒夹绕组件的上部齿廓枢转，并且邻近所述固定支撑件设置间隔以无约束地容纳这样的筒夹旋转。所述设计可以被构造为使筒夹的安装和拆卸更加简单，并除去筒夹指形件张开时的干扰。从优选实施例和相关附图的描述的回顾中，本发明的这些和其他方面将对本领域技术人员变得更加容易明白，同时认识到的是本发明的全部范围在所附的权利要求书中可以找到。

图1A和1B描绘有各种连接构造的海上井场100。所述井场100具有海底系统102和水面系统104。所述井场100被描述为海底作业，但也可以用于任何井场环境(例如，基于陆地或水)。海底系统102包括从在海底114中的井孔112延伸的井口106，和其上方的井场连接组件108。

图1A示出了连接组件108，它包括一对防喷器111、心轴107、和一对井场连接器110a、b。所述井场连接器对110a、b的上部被描绘成以心轴107连接所述防喷器对111的上部。所述心轴107连接上部井场连接器110a、b到防喷器对111的下部。所述井场连接器对110a、b的下部被描绘为连接下部防喷器111至井口106。

图1B中示出了另一种连接组件108’，它包括LMRP105、心轴107、下部堆栈(stack)109和一对井场连接器110a、b。所述井场连接器对的上部110a被描绘为将LMRP105与心轴107连接。所述井场连接器对的下部110b被描绘为连接下部堆栈109到井口106。海底控制器120设置用于操作、监视和/或控制所述井场连接器(多个井场连接器)110a、b、LMRP105、下部堆栈109、和/或井场100的其它部分。

虽然图1A和1B示出了具体的构造，各种井场部件(或设备)可以操作性地连接，诸如一个或多个管、套管、立管、井口、防喷器、低位海洋立管泵、它们的组合等。一个或多个井场连接器可以连接一对或多对部件。可以使用一种或多种相同或不同的部件和/或连接器。

水面系统104包括钻机124、平台126(或船舶)、立管(或管材)128和水面控制器122。所述立管128从平台126延伸到连接组件108、108’用于通过其中传输流体。部分(或全部)的立管128和/或井口106可以穿过所述连接组件108、108’并提供其间的流体连通。

水面控制器122设置用于操作、监视和/或控制钻机124、平台126和/或井场100的其它部分。如示出的，水面控制器122位于水面位置上，而海底控制器120是在海底的位置处(例如，在平台126、船舶(未示出)或场外处)。然而，应当理解的是，一个或多个控制器120/122可以位于不同的位置，以控制水面系统104和/或海底系统102。通信链路130可以设置用于联通井场100的各部分，诸如控制器120/122。

图2A-4示出图1A的井场连接器1l0b的各种视图。所示出的井场连接器110b的是连接两个海底部件的海底连接器，所述海底部件即防喷器111和井口106。图2A和2B分别地描绘了处于非闭锁和闭锁位置的井场连接器1l0b的垂直剖视图。图3示出了井场连接器1l0b的一部分被组装的详细视图，其以上部部件支撑在所述筒夹上用于快速组装。图4示出了井场连接器110b的分解视图。

所述井场连接器110b包括连接器主体232、活塞(或环形活塞或套筒)234、和夹持筒夹(或锁定爪或指形件)236。所述连接器主体232包括盖部238、主体环240和下部242。所述BOP111用螺栓252固定，并用密封件214(例如，金属、弹性体或其它密封件)密封到所述连接器盖部238。盖部238被用螺栓254固定到主体环240。主体环240被用螺栓256固定到下部242。轴线X纵向地延伸穿过井场连接器110b。

所述BOP111具有与在盖部238中的孔248处于流体连通的孔246。流体通道244延伸穿过井场连接器110b并连通与BOP111的孔246、盖部238的孔248、和井口106的孔250，用于流体穿过其中的通路。

所述活塞234被定位在连接器主体232的空腔265中。图2A示出了活塞234以筒夹236处于缩回位置而冲程向上。图2B显示了活塞234冲程向下，以固定井场连接器110b到井口106。在图2A的例子中，以活塞234在升起的位置且筒夹236在缩回(或脱离)位置，井场连接器110b而被降低到井孔管件106以接收井口106。一旦关于井口106就位，井场连接器110b可被激活，以移动到图2B的闭锁位置，活塞234降低以将筒夹236与井口106接合。

下部242具有接受井孔管件的开放下端258，所述管件诸如井口106。井口106具有靠近其上端262的井口齿廓(或螺纹或夹持特征)260。夹持筒夹236是一系列周向段，其具有围绕其上端的主体齿廓(或螺纹或夹持特征)266a和围绕其下端的夹持齿廓(或螺纹或夹持特征)266b。如在图2B和图3中所示，主体齿廓266a是悬浮的，用于在盖部238上的盖齿廓(或位置)264处装配到主体环240。主体齿廓266a在盖齿廓264处绕盖部238可接收。

如图3中所示，盖齿廓264在装配过程中是对筒夹236的支撑位置。间隙268在盖齿廓264之上产生，以允许筒夹236的空间径向向内地旋转以清楚地夹持环270，所述夹持环优选地一体形成到活塞234上。如图2A中所示，在装配时，凹部272将与活塞234的支撑环270对准。

闭锁环275也一体地形成在活塞234上，以支撑筒夹236。所述支撑环270和闭锁环275限定沿着所述活塞的内表面的活塞齿廓。如发生这种情况，示出在图3中的间隙268会关闭而使筒夹236与周围的环形活塞234完全对准(full registry)。然而，为了避免装配时的干扰，在图2A中仍可能见到固定的支撑表面276与主体环240的一部分之间的间隙。所述连接器主体232在其中绕盖部238和主体环240限定用于接收筒夹236的插孔279，和邻近所述筒夹236的顶部280的表面278，其在活塞234被致动时最终会处于接触。

活塞234沿着连接器主体232的内部表面形成在空腔265中所述主体(或连接器)环240与下部242之间的可变容积腔室282a。所述可变容积腔室282a可通过通道284a到达，以从流体源283供给液压压力以保持活塞234处于在图2A中的上部位置。图2B示出了相对的可变容积腔室282b，其通过通道284b到达以施加液压压力以移动活塞234到图2B的位置。

如图2B所示，活塞234的向下运动绕盖齿廓264旋转筒夹236以关闭表面276与278之间的间隙，这进而将齿廓264和266a推到一起，而夹持环270沿筒夹236的表面环(或斜坡)286向下，直到夹持环270的表面与筒夹236的表面环286对准，以向内推动筒夹236的下端290将齿廓264与266a锁定在一起。可以围绕井口106和盖部238设置压力激励(pressureenergized)的金属垫圈273以密封井口108与盖部238之间的界面，并因此防止流体从通路244的泄漏。如本文所描述的，其他的密封构件和/或密封件可围绕井场连接器设置。

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并不需要在筒夹236之上延伸，这可减少部件的高度并且可以节省重量和空间，同时仍允许以采用类似闭锁概念的其它设计而改造。固定支撑件294在某种意义上是悬臂结构，并且当筒夹236的表面278压在固定支撑件294的支撑表面276上时，其被抵接到盖部238给它一些额外的支撑。

本领域技术人员将理解的是，活塞234可以是单一的环形活塞或是各自作用在离散的筒夹236上的多个较小的活塞。额外的备用活塞277被示出。根据需要，此附加的活塞可以被激活以在例如额外的压力施加到井场连接器时与活塞234一起移动。

固定支撑件的使用以及活塞234的一致形状可以允许更短的活塞，其与筒夹236大体处于轴向对准用于如图2A中的连接的组装，并且用于如图2B中的闭锁操作位置。这可以减少井场连接器1l0b的尺寸，并且可以使其更轻并且生产成本更低。所述夹持齿廓的位置(或支撑位置)266b以及在那个位置之上的接触可允许筒夹下端290无干扰地旋出而用于装配。

在移除时，如图3中所示，筒夹236再次可以缩回，使得它们能够容易地用盖238拉动以用于安装以及用于拆卸。筒夹236的上端278与支撑表面276之间的初始间隙268连同夹持齿廓266b的定位可以一起寻求允许筒夹236无干扰问题的快速装配和它们的去除。如在图1A和3中所示，井场连接器110b可被降低到BOP111的井孔上，并被立管128部署到海底位置以用于组装。如图1A和2A中所示，所述井场连接器110b可以被预组装到BOP111(和/或立管128)上，用于到井口(或管件)106的连接。

图5示出了一种连接井场部件的方法500的流程图。所述方法包括595提供井场连接器。所述井场连接器包括连接器主体、活塞、和多个筒夹，所述连接器主体具有适合于耦合到第一部件的端部和用于接收第二部件的空腔；所述活塞在所述连接器主体中可轴向地移动(所述活塞沿其内部表面具有活塞齿廓)；并且所述多个筒夹可绕所述主体邻近活塞定位并且可在其周围径向地移动。所述筒夹可绕所述连接器主体邻近活塞定位并且可在其周围径向地移动，其沿着它的外部表面具有对应于活塞的活塞齿廓的筒夹齿廓，并且沿其内表面具有选择性地与第二部件接合的夹持齿廓。所述方法还包括596操作性地将连接器主体的端部连接到第一部件，597将第二部件接收在连接器主体的空腔中，和598通过将所述筒夹的筒夹齿廓与所述活塞的活塞齿廓选择性地接合，并且通过将所述筒夹的夹持齿廓选择性地接合到所述第二部件，将所述多个筒夹绕第二部件选择性地闭锁。

所述活塞可以把在连接器主体中的空腔分成第一和第二可变容积腔室，并且所述选择性地闭锁可以涉及通过选择性地将流体泵送到所述第一和第二可变腔室而移动活塞。所述选择性闭锁可能涉及将多个筒夹支撑在活塞的筒夹环上，通过在连接器主体中轴向地移动活塞而枢转地移动所述多个筒夹，将活塞的活塞齿廓与筒夹的筒夹齿廓接合，通过将所述活塞的闭锁环与所述多个筒夹接合而对着所述第二部件挤压所述筒夹，通过将所述活塞的活塞齿廓与多个筒夹的筒夹齿廓对准而将所述筒夹缩回，通过将所述活塞的活塞齿廓与多个筒夹的筒夹齿廓错开而将所述筒夹伸出，选择性地将所述筒夹的一部分与连接器主体接合，和/或操作性地连接管、套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵、管件和其组合中的至少两个。所述方法还可以涉及选择性地将多个筒夹的主体部分与连接器主体接合。

所述井场连接器还可以包括可浮动的密封构件，其包括具有贯穿其中的孔以密封地接收第二部件的柔性环(所述密封构件横向于其轴线在所述连接器主体中可滑动地可移动)。所述方法还可以包括通过在所述连接器主体中横向于其轴线可滑动地移动所述密封构件，将所述第二部件对准到所述第一部件用于其间的连接。这些步骤可以按照任何顺序来执行，并且按所需要而重复。

在另一方面，本公开涉及一种用于形成第一海底设备与第二海底设备之间的连接的海底连接器。所述海底连接器包括连接器主体，其具有适合于耦合到所述第一海底设备的端部和适合于接收第二海底设备的连接构件的空腔。密封构件布置在空腔中，以在所述连接构件延伸通过所述密封构件时，对海底连接器提供水合物密封。所述密封构件在横向于连接器主体的纵向轴线的方向上是可浮动的，以便安全地允许所述连接器主体与连接构件之间的预定角度错位范围。

用于形成第一海底设备与第二海底设备之间的连接的海底连接器包括连接器主体，其具有适合于耦合到所述第一海底设备的端部和适于接收第二海底设备的连接构件的空腔。密封构件被布置在所述空腔中，以在所述连接构件延伸通过所述密封构件时，对海底连接器提供水合物密封。所述密封构件在横向于连接器主体的纵向轴线的方向上是可浮动的，以便安全地允许所述连接器主体与连接构件之间的预定角度错位范围。所述海底连接器可以是用于连接各种井场部件的海底或陆基井场连接器，所述井场部件诸如管、套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵等。

图6A-6C显示另一井场(或海底)连接器110a的各种视图。所示出的井场连接器110a是连接两个海底部件的海底连接器，所述部件即BOP111和图1B的心轴107。图6A-图6C分别地描绘了处于未闭锁、未闭锁未对准，和闭锁位置上的井场连接器110a的垂直剖视图。图2A-5的连接器110b的特征也可以用于连接器110a，反之亦然。

海底连接器110a具有连接器主体602，其具有纵向(或轴向)轴线604。所述连接器主体602具有连接器基体(或下部)606以及连接器头部(或盖部)608。空腔615限定在连接器基体606中，并且所述连接器头部608部分地延伸进入空腔615。限定在连接器头部608中的孔612从连接头部608的顶端614延伸至空腔615。

第一海底设备(例如，BOP111)的连接凸缘616紧固到所述连接器头部608，而第二海底设备(例如，另一个防喷器111)的连接心轴107被部分地接收到所述空腔615中。为了形成第一海底设备与所述第二海底设备之间的连接，所述连接心轴107可以用合适的锁定机构而锁定到连接器主体602，所述锁定机构的一个实例将在下面描述。

如在图6A和6B中所示，海底连接器110a具有未锁定状态，其中所述连接心轴107未被锁定到连接器主体602。如在图6C中所示，海底连接器110a也具有锁定的状态，其中所述连接心轴107被锁定到连接器主体602。在锁定状态下，第一海底设备和第二海底设备由海底连接器1l0a接合在一起。在未锁定状态下，第一海底设备和第二海底设备未由海底连接器110a接合在一起。

如在图6C中所示，当海底连接器110a中处于锁定状态时，所述连接心轴107的纵向轴线619与连接器主体602的纵向轴线604对准。同样地，连接心轴107的孔621与连接器头部608的孔612对准，这将允许工具和流体经由海底连接器1l0a的通过。如在图6C中所示，垫圈642(例如，压力激励金属垫圈)可围绕所述连接心轴107和连接器头部608设置，以密封所述连接心轴107与连接器头部608之间的界面，从而防止流体从对准的孔612、621泄漏到空腔615。

当海底连接器110a在锁定状态和未锁定状态之间转换时，连接心轴107或连接器主体602可以采用各种倾斜的位置，这会分别地导致在连接器主体602和连接心轴107的纵向轴线604、619之间的角度错位。纵向轴线604、619之间的角度错位也可以被简单地表示为在连接器主体602与连接心轴107之间的角度错位。图6B示出了连接心轴107与连接器主体602之间的角度错位的例子。所述空腔615在直径上大于连接心轴107，以允许在连接器主体602与连接心轴107之间的这种角度错位。

返回到图6A，环形活塞(或套筒)620被布置在空腔615中，并且通过在与纵向轴线604大致平行的方向上的流体压力差是可移动的。所述连接器头部608具有绕所述孔612径向地布置的锁定表面(或盖齿廓或位置)622。多个径向锁定爪624(或筒夹或指形件)被布置在活塞620与锁定表面622之间。每个锁定爪624具有对着活塞620的活塞齿廓的面(或夹持齿廓)630，并且具有对着连接器头部锁定表面622的面(或盖齿廓)628，所述面626包括楔形(筒夹的部分)齿廓630，其被设计为接合在活塞620上的匹配楔形(或活塞)齿廓。

所述面628包括诸如齿形件的夹持特征632。所述夹持特征632在面628的上部部分(或主体齿廓)设计为接合连接器头部的锁定表面622。在面628的下部部分(或夹持齿廓)的夹持特征632被设计为接合在连接心轴107上的锁定表面634。所述锁定表面622、634各自具有夹持特征，其用于与在锁定爪624的面628上的夹持特征632锁定地接合。

回到图6A和6B，活塞620沿连接器主体602的内部表面将空腔615分离成可变容积腔室62la、b。所述腔室62la、b限定在空腔615内，在连接器基体606与活塞620之间。所述腔室62la、b可以通过通路625a、b到达，以从流体源627供给液压压力以保持在活塞620在图6A中的上部位置或在图6C中的下部位置。

海底连接器110a中也可以通过施加流体压力到活塞620的上部区域636而被转换到锁定状态，使得活塞620向下移动并向内倾斜所述锁紧爪624并与两个锁定表面622、634(图6C示出锁紧爪624与锁紧表面622、634完全地接合)进入接合。海底连接器1l0a通过将流体压力施加到活塞620的下部区域638而解锁，使得活塞620向上移动并向外倾斜所述锁紧爪624并远离所述锁定表面632、634。

在腔室615内是辅助环形活塞(或套筒)640。如果需要，在活塞640两边的压力差可被用来在大致平行于连接器主体602的纵向轴线604的方向上进一步向上驱动所述锁定活塞620。在海底连接器110a转换到未锁定状态时，连接心轴107和连接器主体602中的一个或两个可以倾斜和偏移，以使连接器主体602和连接心轴107变得角度错位。这例如在图6B中示出。

返回到图6A，可浮动密封构件(或垫圈)642被布置在活塞620中的环形保持凹处644中。所述密封构件642可以是金属或弹性体构件，其提供在所述海底连接器110a与连接心轴107之间的界面处的密封。由密封构件642提供的密封并不需要包含压力。密封构件642可提供水合密封，其避免使水合物在空腔615内聚集和凝固，特别是在腔体615中的暴露于或者可能暴露于海水的表面周围，诸如锁紧爪624和/或活塞620的表面。

所述密封构件642可作为在海底连接器1l0a在使用中时防止气体迁移到空腔615中的单向阀。所述密封构件642也可用于包含注入到空腔615内以溶解在空腔615内可能的水合物积累的流体，诸如乙二醇。所述密封构件642具有密封环646，其具有限定开口643的唇部641。当连接心轴107被接收在开口643时，唇部641包围并接合连接心轴107的密封区域649。所述密封区域649可以在心轴锁定表面634之下。连接心轴107在锁定表面634处的外径可以小于连接心轴107在密封区域649处的外径，使得唇部641不接合锁定表面634。图6A和6B示出了在密封区域649上的不同位置处接合连接心轴107的密封构件642。

返回到图6A，保持凹处644的上部和下部壁645、647限制了密封构件642在横向于所述连接器主体的纵向轴线604的方向上的浮动，即自由移动。在连接器主体602与连接心轴107之间有角度错位并且所述连接心轴107延伸通过开口643时，所述浮动密封构件642可以用于防止对所述海底连接器110a或连接心轴107的损坏。在海底连接器110a从锁定状态到未锁定状态的转换发生时，此角度错位可能发生。

如在图1A和1B中所示，连接组件108’被连接到在水面上的钻机。所述钻机从所述海底堆栈垂直地离位高达5度，如果海底连接器1l0a被用于在海底堆栈中的连接，这可以导致在连接器主体602与连接心轴107之间的错位。例如在LMRP中的海底连接处，因为所述LMRP在升起之前可能首先枢转出所述堆栈框架，可能会发生严重的错位。所述枢转轴可以是在连接心轴107顶部的上方或下方高达40英寸(101.6cm)处。

密封构件642的浮动能力可安全地允许甚至严重的错位。作为一个例子，图6B示出了密封构件642浮动到海底连接器1l0a的右侧，以容纳所述连接器主体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的方向上可允许的行程长度可以确定由密封构件642的浮动能力安全地允许的角度错位的范围。所述密封构件642的可允许行程长度可以基于在连接器主体602与连接心轴107之间预期的角度错位的典型范围而选择。

在一个实施例中，所述保持凹处644形成在活塞620中，随着活塞620响应于流体压力差，这将使得所述密封构件642与活塞620一起移动。只要位于保持凹处644的密封构件642能够提供在所述海底连接器110a与连接心轴107之间的界面处的密封，能够定位保持凹处644在其他地方，诸如在连接器基体606的壁中或在布置于空腔615内的另一结构中。

如以上所说明的那样，所述密封构件642具有在横向于连接器主体的纵向轴线604方向上的浮动运动。由于被保持在凹处644中，所述密封构件642也经历在其他方向上的运动。例如，随着凹处644形成在其中的活塞620移动，密封构件642可在大致平行于所述连接器主体的纵向轴线604的方向上运动。由于连接器主体602倾斜和偏移，例如在海底连接器110a的锁定和未锁定状态之间转换时，密封构件642也可能会经历倾斜和偏移运动。

所述密封环646具有底部密封环面648和侧部密封环面650。所述侧部密封环面650位于唇部641上。所述底部密封环面648面对保持凹处644的底壁647，并且布置成密封抵靠所述保持凹处644的底壁647。所述侧部密封环面650面对连接器主体602的中心，并在连接心轴107被接收在由唇部641限定的开口643中时，布置成接合和密封所述连接心轴107。

在一个实施例中，所述密封环面648、650分别地携带诸如弹性体密封件的密封元件652、654。在另一实施例中，密封环面648、650中的一个或两个可以不携带密封元件，并且可以是密封表面，诸如弹性体或金属密封表面。诸如弹性体密封件的额外密封元件656也可以设置在连接器基体606与活塞620之间。所述密封元件656可以由连接器基体606携带，使得它们提供必要的密封而不管活塞620在空腔615内的位置。额外的密封元件656可以是压力密封的元件。

图7示出了连接井场部件的另一种方法700的流程图。该方法包括795提供井场连接器。所述井场连接器包括连接器主体和可浮动密封构件。所述连接器主体具有可操作性地连接到所述第一部件的端部、沿其内部表面的凹处，和适合于接收所述第二部件的空腔。所述可浮动密封构件包括具有从其贯穿的孔以密封地接收所述第二部件的柔性环。所述密封构件在所述连接器主体的凹处中横向于所述连接器主体的轴线是可滑动地可移动的。所述方法还包括796-将所述连接器主体的端部操作性地连接到所述第一部件；797-将所述第二部件接收到所述连接器主体的空腔中；和798通过在所述连接器主体中横向于其轴线可滑动地移动所述密封构件，将所述第二部件对准到所述第一部件用于其间的连接。

图5的方法的特征也可以被包括在内。该方法可以以任意顺序执行并且按所期望的重复。

虽然本主题已经关于有限数量的实施例进行了描述，处于利于本发明，本领域技术人员将理解的是，在不偏离本文所公开主题的范围的情况下，可以设计出其他实施例。因此，本发明的范围应该仅由所附的权利要求书限定。

本领域技术人员将理解的是，通过配置有执行所需功能的算法的软件，本文公开的技术可被实施用于自动化/自动应用。通过对一个或更多的具有合适硬件的适用的通用电脑编程，上述各方面均可被执行。编程可通过使用通过处理器可读的一个或多个程序存储设备并且编码由用于执行本发明所描述操作的计算机可执行的各指令的一个或多个程序来完成。所述程序存储设备可为下列形式，例如，一个或多个软盘；CD只读存储器(CDROM)或者其他光盘；只读存储器(ROM)；以及其他在本领域公知或随后开发的各种形式。所述指令的程序可是“目标代码”，也就是说，以由计算机可或多或少地直接地执行的二进制形式；以在执行前需要编译或解释的“源代码”形式；或以一些中间的形式，例如部分编译代码。程序存储设备以及指令的编码的确切形式在这里并不重要。本发明的各方面也可被构造为仅在现场执行上述各功能(通过适当的硬件/软件)，和/或通过扩展的通信(例如，无线、因特网、卫星等)网络远程控制来执行上述各功能(通过适当的硬件/软件)。

以上描述是对优选实施例的说明，并且本领域技术人员在不偏离本发明的情况下可对其进行大量修改，本发明的范围由下述权利要求书的字面上以及等效的范围确定。

虽然参考各种实现与开发描述了各实施例，应当被理解的是，这些实施例是说明性的并且本发明主题的范围不限于此。大量的变化、修改、附加和改进是可能的。例如，可连接一个或更多的井场连接器和/或部件。所述井场连接器以特定的朝向示出，但是为了如在一个或多个部件之间所需的耦合，一个或更多的井场连接器可以是反向的。

与单一实例一样，多个实例可以被提供用于本文所描述的部件、操作或结构。一般地，在该示例性构造中表示为分离部件的结构和功能可实施为组合的结构或部件。类似地，表示为单一部件的结构和功能可实施为分离的部件。这些以及其他的变化、修改、附加，以及改进均属于本发明主题的范围。

Claims (36)

1.用于连接井场部件的井场连接器，所述井场具有延伸进入地下地层的井孔，所述井场连接器包括：

连接器主体，其具有轴、适合于耦合到第一部件的端部、和适合于接收第二部件的空腔；

在所述连接器主体中可轴向地移动的活塞，所述活塞具有延伸进入所述活塞的内表面中的环形凹处；

多个筒夹，沿活塞的内表面被接收，和可浮动密封构件轴向地分隔开，并且适于接合第二部件；以及

所述可浮动密封构件，其包括密封环，所述密封环具有贯穿其中的孔以密封地接收第二部件，所述密封构件相对于连接器主体的轴线横向地在所述活塞的环形凹处中可滑动地可移动，据此所述第二部件可对准到第一部件用于其间的连接，并且可接收在活塞的内表面中，当被接收在活塞的内表面的一部分和第二部件之间时，导致于活塞的内表面的一部分和第二部件之间的径向间隙。

2.权利要求1的井场连接器，其中，所述可浮动密封构件具有从密封环延伸的唇部，所述唇部具有与第二部件密封地接合的密封环面。

3.权利要求2的井场连接器，其中，所述密封构件具有被环形凹处的径向延伸的顶壁和底壁支撑的径向延伸的顶部和底部密封环表面；

其中，所述唇部轴向延伸超过所述环形凹处的顶壁，朝向所述多个筒夹。

4.权利要求1的井场连接器，其中，所述密封构件具有由所述环形凹处的顶部壁和底部壁支撑的顶部密封环表面和底部密封环表面。

5.权利要求4所述的井场连接器，其中，所述环形凹处的底壁比环形凹处的顶壁更加径向向内延伸；以及

其中，当第二部件被接收在所述井场连接器中时，所述径向间隙设置在所述环形凹处的底壁和第二部件之间。

6.权利要求1的井场连接器，其中，所述密封构件包括弹性体材料、金属材料及其组合中的一种。

7.权利要求1的井场连接器，其还包括可定位在所述密封构件的空腔中的密封元件。

8.权利要求2的井场连接器，其中，所述活塞包括引导至可浮动密封构件的斜面；以及

其中，可浮动密封构件包括引导至所述唇部的斜面。

9.权利要求1的井场连接器，其中，所述活塞具有沿其内表面的活塞齿廓，其中，所述多个筒夹可绕所述连接器主体邻近所述活塞定位并且在其周围可径向地移动，所述多个筒夹沿其外部表面具有对应于所述活塞的活塞齿廓的筒夹齿廓，并且所述多个筒夹沿其内表面具有与第二部件可选择性地接合的夹持齿廓，据此所述多个筒夹可选择性地围绕第二部件闭锁。

10.权利要求9的井场连接器，其中，所述连接器主体包括可操作地连接到所述第一部件的盖部和具有贯穿其中的孔以接收第二部件的下部。

11.权利要求10的井场连接器，其中，所述盖部在其上具有与所述筒夹的筒夹齿廓可接合的盖位置。

12.权利要求10的井场连接器，其中，所述连接器主体包括操作性地耦合在所述盖部与所述下部之间的主体环。

13.权利要求9的井场连接器，其中，所述多个筒夹可以具有与所述连接器主体可选择性地接合的主体齿廓；以及

其中，所述连接器主体限定了接收所述多个筒夹的筒夹腔。

14.权利要求1的井场连接器，其中，所述多个筒夹轴向地设置在活塞的环形凹处和连接器主体的端部之间。

15.权利要求14的井场连接器，其中，所述多个筒夹从所述连接器主体的插孔可移动地间隔并在其间形成间隙。

16.权利要求9的井场连接器，其中，所述活塞具有在其内表面上的支撑环，所述支撑环限定活塞齿廓的一部分以支撑在其上的多个筒夹处于缩回位置。

17.权利要求9的井场连接器，其中，所述活塞具有在其内表面上闭锁环，所述闭锁环限定了活塞齿廓的一部分以支撑多个筒夹处于接合位置。

18.权利要求9的井场连接器，其中，所述连接器主体的内表面限定了空腔以滑动地接收活塞；以及

其中，所述空腔的直径大于所述第二部件，以允许连接器主体和第二部件之间的角度不对准。

19.权利要求9的井场连接器，其中，所述活塞包括主活塞和支撑主活塞的辅助活塞，当主活塞超过最大的力时，辅助活塞在所述连接器主体中可滑动地可移动。

20.权利要求9的井场连接器，其中，所述活塞将在连接器主体中的空腔分隔为第一可变容积腔室和第二可变容积腔室。

21.权利要求20的井场连接器，其中，所述第一可变容积腔室和第二可变容积腔室可操作地连接到流体源以选择性地将流体转移在其中，据此所述活塞在所述连接器主体中上冲程位置与下冲程位置之间可移动。

22.权利要求9的井场连接器，其中，所述部件包括套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵和其组合中的至少两个。

23.一种连接井场部件的方法，所述井场具有延伸至地下地层的井孔，所述方法包括：

提供井场连接器，其包括：

连接器主体，其具有纵轴、适合于耦合到第一部件的端部、和适合于接收第二部件的空腔；

在所述连接器主体中可轴向地移动的活塞，所述活塞具有延伸进入所述活塞的内表面中的环形凹处；以及

可浮动密封构件，其包括具有贯穿其中的孔的密封环，所述密封构件横向于连接器主体的轴线在所述活塞的环形凹处中可滑动地可移动；

将所述连接器主体的端部连接到所述第一部件；

将所述第二部件接收在所述连接器主体的空腔中，在密封构件的所述孔中，以及在活塞的内表面中；

将所述第二部件对准到所述第一部件用于其间的连接；

在所述连接器主体中横向于所述轴线可滑动地移动所述密封构件；以及在所述活塞的内表面的一部分和第二部件之间获得径向间隙。

24.权利要求23的方法，其还包括将所述密封构件与所述第二部件密封地接合。

25.权利要求23的方法，其中，所述井场连接器还包括：

沿所述活塞的内表面的活塞齿廓；和

多个可绕所述连接器主体邻近所述活塞定位并且在其周围可径向地移动的筒夹，所述多个筒夹沿其外部表面具有对应于所述活塞的活塞齿廓的筒夹齿廓，并且所述多个筒夹沿其内表面具有与第二部件可选择性地接合的夹持齿廓；

其中，所述多个筒夹和所述密封构件轴向地分隔开。

26.权利要求25的方法，其还包括通过将所述多个筒夹的筒夹齿廓与所述活塞的活塞齿廓选择性地接合，并且通过将所述多个筒夹的夹持齿廓选择性地接合到所述第二部件，将所述多个筒夹绕第二部件选择性地闭锁。

27.权利要求25的方法，其中，所述活塞将在连接器主体中的空腔分隔为第一和第二可变容积腔室，其中，所述选择性地闭锁包括通过选择性地将流体泵送到所述第一和第二可变容积腔室而移动活塞。

28.权利要求27的方法，其中，所述选择性地闭锁包括通过在所述连接器主体中轴向地移动活塞而枢转地移动所述多个筒夹。

29.权利要求26的方法，其中，所述选择性地闭锁包括通过将所述活塞的闭锁环与所述多个筒夹接合而对着所述第二部件挤压所述多个筒夹。

30.权利要求26的方法，其中，所述选择性地闭锁包括通过将所述活塞的活塞齿廓与多个筒夹的筒夹齿廓错开而将所述多个筒夹伸出。

31.权利要求26的方法，其中，所述选择性地闭锁包括选择性地将所述多个筒夹的一部分与连接器主体接合。

32.权利要求26的方法，其中，所述选择性地闭锁包括连接所述井场连接器至套管、立管、井口、防喷器、低升海洋泵和其组合中的至少两个。

33.一种用于形成第一海底设备与第二海底设备之间的连接的海底连接器，其包括：

连接器主体，其具有纵轴、适合于耦合到所述第一海底设备的端部和适合于接收第二海底设备的连接构件的空腔；

在所述连接器主体中可轴向地移动的活塞，所述活塞具有延伸进入所述活塞的内表面中的环形凹处，所述环形凹处具有径向延伸的顶壁和底壁；和

设置在所述活塞的环形凹处中和可布置在空腔中的环形密封构件，当所述连接构件延伸通过所述密封构件时，所述密封构件对海底连接器提供水合物密封，所述密封构件在所述径向方向上在所述环形凹处中是可浮动的；

其中，所述密封构件具有被所述环形凹处的顶壁和底壁支撑的径向延伸的顶部和底部密封环表面；

其中，所述环形凹处的底壁比所述环形凹处的顶壁更加径向向内延伸，

其中，所述空腔滑动地接收所述活塞；

所述活塞的内表面适于接收第二海底设备；以及

当第二海底设备位于活塞中时，活塞的内表面的一部分面对第二海底设备并且具有比第二海底设备更大的直径，产生从密封构件轴向间隔开的径向间隙，以在海底连接器在锁定和非锁定状态之间的转变时，允许预定范围的角度不对准。

34.如权利要求33所述的海底连接器，其中，所述密封构件构造成允许预定范围的所述连接器主体的纵轴和所述连接构件的纵轴之间的角度误差。

35.如权利要求33所述的海底连接器，其中，还包括多个筒夹，沿活塞的内表面被接收，和密封构件轴向地分隔开，并且适于接合第二部件。

36.如权利要求33所述的海底连接器，其中，所述可浮动密封构件具有从密封环延伸的环形唇部，所述唇部具有密封地接合第二部件的面；以及

其中，所述唇部朝向多个筒夹轴向地延伸超过所述环形凹处的顶壁并且径向向内地延伸超过环形凹处的顶壁的端部。