CN105299360A - 一种压裂作业船超高压快速脱离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速脱离装置，尤其是一种压裂作业船超高压快速脱离装置,属于海洋油气勘探开发与海洋压裂装备领域。包括母接头、公接头，所述母接头的推套与公接头的插头体啮合连接，母接头与公接头连接后固定到船上的压裂撬装支撑架上，所述母接头与排出管汇连接，公接头与平台高压管汇连接。本发明的有益效果：结构紧凑，能方便快捷地拆装、移运，具有一定经济性；网络控制，可快速实现自动脱离，省时省力，安全可靠；在分开过程中几乎无泄漏，减少油液损失保持环境的清洁和安全；更易清洁，减少污染物进入装置内部；保证分离和对接时夹气量最少，增强整个管道流路的稳定性。

Description

一种压裂作业船超高压快速脱离装置
技术领域
本发明涉及一种快速脱离装置，尤其是一种压裂作业船超高压快速脱离装置,属于海洋油气勘探开发与海洋压裂装备领域。
背景技术
我国的压裂技术经过多年的研究发展，已经与国际上同等技术水平并驾齐驱，但海洋压裂装备集成技术研究起步较晚，关键技术仍被国外垄断，自主研发的项目较少，仍与国际水平有较大差距。尤其海上作业环境复杂，气象多变，受潮汐、风浪的影响，对于压裂装备有着更高的技术要求。在海上酸压作业时，所有设备均摆放在船上，船载设备通过高压软管与钻井平台井口连接，在遇到紧急情况时，连接需快速断开，以便作业船能够迅速离开，避免人员和财产的损失，同时保护作业设备。因此，作业船压裂管汇连接必须加装快速脱离装置。
我国海洋压裂技术中所需要的快速脱离装置缺乏自主关键技术，已成为制约我国深水油气开采的瓶颈，而这一技术是保障工作人员及施工设备安全、避免或减少海上事故、提高作业成功率的关键，因此,研究海洋压裂作业船快速脱离装置十分必要。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种压裂作业船超高压快速脱离装置，该装置是在能够承受超高压的前提下实现管路的自动快速脱离，并封闭管路；当遇到紧急情况时，通过网络控制系统，使压裂作业管汇连接断开，并保证无高压液体溢出，使得压裂船能够快速撤离，具有高效安全的特点。其采用的技术方案如下：
一种压裂作业船超高压快速脱离装置，包括母接头、公接头，所述母接头的推套与公接头的插头体啮合连接，母接头与公接头连接后固定到船上的压裂撬装支撑架上，所述母接头与排出管汇连接，公接头与平台高压管汇连接。
所述母接头包括位置显示器、活塞、缸体、活塞回位弹簧、定位基座、螺栓、母接头体、推套弹簧、推套、限位块、O型圈、油口，所述推套弹簧套在母接头体上，上端通过母接头体轴向定位，下端通过推套轴向定位，所述推套套在母接头体上，所述定位基座通过螺栓固连在母接头体上，并且上端轴肩卡在定位基座内孔的台阶面上，所述限位块套在推套上，并且上端通过螺钉固连在定位基座上，下端通过缸体轴向定位，通过活塞进行径向定位，所述缸体与定位基座通过螺纹连接，所述活塞的上端卡在缸体内孔的台阶面上，下端抵在缸体内部的下端面上，并且通过定位基座与推套进行径向定位，所述活塞回位弹簧套在定位基座上，上端抵在定位基座的轴肩上，下端抵在活塞的上端面上，所述位置显示器穿过缸体底部的圆柱孔与活塞固定连接，所述O型圈放置于活塞上开设的环形槽内，并通过缸体径向定位，所述油口开在缸体上，与液压泵出口相连接。
所述公接头包括冀型螺母、公接头体、密封托架、插头体、阀芯、阀芯弹簧、导向体、密封圈，所述冀型螺母套在公接头体下端，所述公接头体套在插头体上，所述插头体套在密封托架、阀芯和导向体上，所述密封托架上端通过插头体轴向定位，下端通过公接头体轴向定位，所述导向体上端通过插头体轴向定位，下端通过密封托架轴向定位，所述阀芯上端通过插头体定位，下端通过导向体定位，所述阀芯弹簧套在阀芯上，上端通过阀芯轴向定位，下端通过导向体轴向定位，所述密封圈放置于密封托架上开设的环形槽内，并通过公接头体与插头体进行定位。
所述限位块包括弹性瓣和弹性瓣头部卡块，限位块一端分成有20个相同的弹性瓣，弹性瓣头部设计有弹性瓣头部卡块结构，利用限位块自身的弹性变形能力，将弹性瓣头部卡块快速送入公接头体的卡槽中，使活塞限制弹性瓣的变形能力，弹性瓣头部卡块锁紧公接头体，使得快速脱离装置连接锁死。
本发明具有如下优点：
1、结构紧凑，能方便快捷地拆装、移运，具有一定经济性；
2、网络控制，自动化程度高，可快速实现自动脱离,省时省力，安全可靠；
3、能承受压裂作业时压裂液达到的最高压力(140MPa)，连接可靠稳定；
4、具有断开后封闭管路功能，防止压裂液溢出，减少油液损失；
5、更易清洁，减少污染物进入装置内部；
6、保证分离和对接时夹气量最少，增强整个管道流路的稳定性。
附图说明
图1：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置的整体结构示意图；
图2：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置母接头的结构示意图；
图3：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置公接头的结构示意图；
图4：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置限位块结构示意图；
图5：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置限位块与公接头体的配合示意图；
图6：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置液压缸结构示意图；
图7：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置的连接状态示意图；
图8：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置的解除连接锁紧示意图；
图9：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置的接头分离过程示意图；
图10：本发明一种压裂作业船超高压快速脱离装置的防止压裂液泄露示意图。
符号说明：1.母接头、2.公接头、11.位置显示器、12.活塞、13.缸体、14.活塞回位弹簧、15.定位基座、16.螺栓、17.母接头体、18.推套弹簧、19.推套、110.限位块、111.O型圈、112.弹性瓣、113.弹性瓣头部卡块、21.冀型螺母、22.公接头体、23.密封托架、24.插头体、25.阀芯、26.阀芯弹簧、27.导向体、28.密封圈、a.油口。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1-3所示，本发明是一种压裂作业船超高压快速脱离装置，包括母接头(1)、公接头(2)，所述母接头(1)的推套(19)与公接头(2)的插头体(24)啮合连接，母接头(1)与公接头(2)连接后固定到船上的压裂撬装支撑架上，所述母接头(1)与排出管汇连接，公接头(2)与平台高压管汇连接。
如图2所示，所述母接头(1)包括位置显示器(11)、活塞(12)、缸体(13)、活塞回位弹簧(14)、定位基座(15)、螺栓(16)、母接头体(17)、推套弹簧(18)、推套(19)、限位块(110)、O型圈(111)、油口(a)，所述推套弹簧(18)套在母接头体(17)上，上端通过母接头体(17)轴向定位，下端通过推套(19)轴向定位，所述推套(19)套在母接头体(17)上，并且上端轴肩卡在定位基座(15)内孔的台阶面上，推套(19)在推套弹簧(18)与公接头(2)的作用下做往复运动，在断开连接时，用以封闭母接头(1)端流路，功能类似于单向阀，所述定位基座(15)通过螺栓(16)固连在母接头体(17)上，定位基座(15)在脱离装置断开时用来定位推套(19)，所述限位块(110)套在推套(19)上，并且上端通过螺钉固连在定位基座(15)上，下端通过缸体(13)轴向定位，通过活塞(12)进行径向定位，所述缸体(13)与定位基座(15)通过螺纹连接，所述活塞(12)的上端卡在缸体(13)内孔的台阶面上，下端抵在缸体(13)内部的下端面上，并且通过定位基座(15)与推套(19)进行径向定位，所述活塞回位弹簧(14)套在定位基座(15)上，上端抵在定位基座(15)的轴肩上，下端抵在活塞(12)的上端面上，活塞回位弹簧(14)通过弹力使得活塞(12)移动，回到初始极限位置，所述位置显示器(11)穿过缸体(13)底部的圆柱孔与活塞(12)连接，位置显示器(11)与活塞(12)同步运动，观察其位置便可直接判断活塞(12)的位置，所述O型圈(111)放置于活塞(12)上开设的环形槽内，并通过缸体(13)径向定位，所述油口(a)开在缸体(13)上，与液压泵出口相连接。
如图3所示，所述公接头(2)包括冀型螺母(21)、公接头体(22)、密封托架(23)、插头体(24)、阀芯(25)、阀芯弹簧(26)、导向体(27)、密封圈(28)，所述冀型螺母(21)套在公接头体(22)下端，与平台高压软管连接，所述公接头体(22)套在插头体(24)上，插头体(24)套在密封托架(23)、阀芯(25)和导向体(27)上，插头体(24)一端外圆壁上设计有卡槽，连接接头后与母接头限位块(110)啮合，被锁紧，则公母接头无法脱开，所述密封托架(23)上端通过插头体(24)轴向定位，下端通过公接头体(22)轴向定位，密封托架(23)沿圆环体的外圆面和左端面分别开有密封沟槽，沟槽内设有分别与下阀体形成轴向密封的O形圈和与插头体形成径向密封的O形圈，所述导向体(27)上端通过插头体(24)轴向定位，下端通过密封托架(23)轴向定位，导向体(27)起到导向作用，保证在接头断开时，阀芯(25)能封闭公接头(2)流路，所述阀芯(25)上端通过插头体(24)定位，下端通过导向体(27)定位，阀芯(25)在快速脱离装置断开后，起到封闭公接头(2)流路的作用，与阀芯弹簧(26)组成单向阀，所述阀芯弹簧(26)套在阀芯(25)上，上端通过阀芯(25)轴向定位，下端通过导向体(27)轴向定位，阀芯弹簧(26)通过给阀芯(25)施加弹簧力，使其移动，与插头体(24)内端面啮合，实现封闭公接头(2)内流路，所述密封圈(28)放置于密封托架(23)上开设的环形槽内，并通过公接头体(22)与插头体(24)进行定位。
如图4-5所示，所述限位块(110)包括弹性瓣(112)和弹性瓣头部卡块(113)，限位块(110)一端分成有20个相同的弹性瓣(112)，弹性瓣(112)头部设计有弹性瓣头部卡块(113)结构，利用限位块(110)自身的弹性变形能力，将弹性瓣头部卡块(113)快速送入公接头体(22)的卡槽中，使活塞(12)限制弹性瓣(112)的变形能力，弹性瓣头部卡块(113)锁紧公接头体(22)，使得快速脱离装置连接锁死。
如图6所示，液压缸结构由缸体(13)、活塞(12)、活塞回位弹簧(14)组成，功能原理等同于单作用活塞的液压缸，属于母接头(1)结构的一部分，快速脱离装置是依靠限位块(110)与活塞(12)之间的位置关系来实现连接与分离。具体工作原理为：液压缸的油口(a)连接液压泵出口，当液压泵不供油时，液压缸内无油压，活塞(12)在活塞回位弹簧(14)的作用下处在行程左极限位置，即活塞(12)左端面与缸体(13)接触。此时活塞(12)内表面与限位块(110)外表面贴合，限制限位块(110)径向弯曲能力，则限位块卡块(30)部分锁紧公接头(2)，快速脱离装置无法分离，压裂作业可靠进行；当液压泵经过液压缸的油口(a)向液压缸内供油时，活塞(12)在油压的作用下克服活塞回位弹簧(14)的弹簧力向右移动，直到活塞(12)右端面接触到定位基座(15)轴肩，停止运动，液压泵停泵保压，使活塞(12)停留在行程右极限位置。此时，活塞(12)失去了对限位块(110)变形的限制，且为限位块(110)弯曲变形提供了足够的空间，加以拖拽力，公接头(2)便可以脱离限位块(110)的锁紧。在活塞(12)向右运动的过程中，活塞回位弹簧(14)起到缓冲作用，减轻活塞(12)停靠时引起的碰撞。
本发明使用前，首先完成母接头(1)的装配、公接头(2)的装配、以及连接公母接头过程。具体操作过程如下：
1、母接头的装配
a)用螺钉将限位块(110)与定位基座(15)固定在一起；
b)将O型圈(111)装入活塞(12)，位置显示器(11)固定在活塞(12)上，一起放置于缸体(13)内孔中，并使位置显示器(11)穿过缸体(13)端面的通孔；
c)推套弹簧(18)与推套(19)依次套在母接头体(17)对应位置；
d)将固定着限位块(110)的定位基座(15)套过推套(19)与推套弹簧(18)置于母接头体(17)对应位置，用螺栓(16)将其和母接头体(17)固定在一起，压紧推套弹簧(18)；
e)将活塞回位弹簧(14)套在定位基座(15)上，缸体(13)套过活塞回位弹簧(14)旋紧在定位基座(15)上，与母接头体(17)接触，并压紧活塞回位弹簧(14)。
2、公接头的装配
a)将密封圈(28)装入密封托架(23)；
b)将阀芯(25)、阀芯弹簧(26)、导向体(27)、密封托架(23)依次装配到插头体(24)的阶梯孔内，将装配好的插头体(24)旋入公接头体(22)，压紧密封托架(23)和阀芯弹簧(26)。
3、连接公母接头
a)给母接头(1)连接液压泵，泵工作将活塞(12)推到右极限位置，停泵保压；
b)插头体(24)与推套(19)端面啮合，压入母接头体(17)内，到轴肩接触缸体(13)处；
c)泄压，使活塞(12)回到左极限位置，连接锁紧。
将对接后的公母接头放置到船上的压裂撬装支撑架上固定，母接头(1)与排出管汇连接，并接上配套的液压控制系统。船停靠平台后，公接头(2)与平台高压管汇连接，快速接头即可安全作业，操作液压控制系统控制使其断开连接。
本发明使用时，具体作业过程如下：
当需要紧急撤离时，操作人员在控制室通过网络控制系统，启动快速脱离装置液压控制系统开关，控制母接头(1)结构中的活塞(12)动作，使公母接头分离，其工作原理如下：
1、连接状态
此状态为出厂及压裂作业时状态，液压控制系统未打开，液压泵不工作，液压缸中无油压，活塞(12)在活塞回位弹簧(14)的作用力下位于行程左极限，弹性限位块(110)因活塞(12)的径向定位，失去形变能力，卡住公接头(2)的插头体(24)，此时公母接头连接并位置锁紧。压裂液流经母接头体(17)的内部流道，通过母接头体(17)的液流孔后，进入公接头体(22)的内部流道，最后通往平台井口。如图7所示，箭头表示压裂流动方向。
2、解除连接锁紧
启动液压控制系统，液压泵通过油口(a)开始向液压缸内供油，活塞(12)在液压油的作用下向右移动，位置显示器(11)反应活塞(12)运动位置，当活塞(12)到达行程右极限时，液压泵停止工作。位置显示器(11)完全进入母接头(1)内，则可判断活塞(12)已到达行程右极限，限位块(110)失去了活塞(12)对其的径向定位，公接头(2)便可挣脱限位块(110)，船可以离开平台。此过程如图8所示。
3、接头分离过程
船移动时，在拖拽力的作用下，插头体(24)向母接头(1)外移动，使限位块(110)径向弯曲变形，松开插头体(24)，接头随着船的移动逐渐分离。母接头(1)因固定在压裂撬中，随船离开，公接头(2)连接在高压软管上，留在平台。接头为一次性使用，分离后需返厂检修维护，重新连接使用。分离过程如图9所示。
4、防止压裂液泄露
公母接头在分离过程中，推套(19)在推套弹簧(18)的弹簧力作用下与插头体(24)端面紧密连接，阀芯(25)在阀芯弹簧(26)的作用下与母接头体(17)端面紧密连接，当接头内流路关闭时，两接触端面依然保持接触，保证无压裂液溢出。如图10所示。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种压裂作业船超高压快速脱离装置，其特征在于：包括母接头(1)、公接头(2)，所述母接头(1)的推套(19)与公接头(2)的插头体(24)啮合连接，母接头(1)与公接头(2)连接后固定到船上的压裂撬装支撑架上，所述母接头(1)与排出管汇连接，公接头(2)与平台高压管汇连接。
2.根据权利要求1所述的一种压裂作业船超高压快速脱离装置，其特征在于：所述母接头(1)包括位置显示器(11)、活塞(12)、缸体(13)、活塞回位弹簧(14)、定位基座(15)、螺栓(16)、母接头体(17)、推套弹簧(18)、推套(19)、限位块(110)、O型圈(111)油口(a)，所述推套弹簧(18)套在母接头体(17)上，上端通过母接头体(17)轴向定位，下端通过推套(19)轴向定位，所述定位基座(15)通过螺栓(16)固连在母接头体(17)上，所述推套(19)套在母接头体(17)上，并且上端轴肩卡在定位基座(15)内孔的台阶面上，所述限位块(110)套在推套(19)上，并且上端通过螺钉固连在定位基座(15)上，下端通过缸体(13)轴向定位，通过活塞(12)进行径向定位，所述缸体(13)与定位基座(15)通过螺纹连接，所述活塞(12)的上端卡在缸体(13)内孔的台阶面上，下端抵在缸体(13)内部的下端面上，并且通过定位基座(15)与推套(19)进行径向定位，所述活塞回位弹簧(14)套在定位基座(15)上，上端抵在定位基座(15)的轴肩上，下端抵在活塞(12)的上端面上，所述位置显示器(11)穿过缸体(13)底部的圆柱孔与活塞(12)连接，所述O型圈(111)放置于活塞(12)上开设的环形槽内，并通过缸体(13)径向定位，所述油口(a)开在缸体(13)上，与液压泵出口相连接。
3.根据权利要求1所述的一种压裂作业船超高压快速脱离装置，其特征在于：所述公接头包括冀型螺母(21)、公接头体(22)、密封托架(23)、插头体(24)、阀芯(25)、阀芯弹簧(26)、导向体(27)、密封圈(28)，所述冀型螺母(21)套在公接头体(22)下端，所述公接头体(22)套在插头体(24)上，插头体(24)套在密封托架(23)、阀芯(25)和导向体(27)上，所述密封托架(23)上端通过插头体(24)轴向定位，下端通过公接头体(22)轴向定位，所述导向体(27)上端通过插头体(24)轴向定位，下端通过密封托架(23)轴向定位，所述阀芯(25)上端通过插头体(24)定位，下端通过导向体(27)定位，所述阀芯弹簧(26)套在阀芯(25)上，上端通过阀芯(25)轴向定位，下端通过导向体(27)轴向定位，所述密封圈(28)放置于密封托架(23)上开设的环形槽内，并通过公接头体(22)与插头体(24)进行定位。
4.根据权利要求1所述的一种压裂作业船超高压快速脱离装置，其特征在于：所述限位块(110)包括弹性瓣(112)和弹性瓣头部卡块(113)，限位块(110)一端分成有20个相同的弹性瓣(112)，弹性瓣(112)头部设计有弹性瓣头部卡块(113)结构，利用限位块(110)自身的弹性变形能力，将弹性瓣头部卡块(113)快速送入公接头体(22)的卡槽中，使活塞(12)限制弹性瓣(112)的变形能力，弹性瓣头部卡块(113)锁紧公接头体(22)，使得快速脱离装置连接锁死。
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