CN106014319A - 一种卧式海底采油树复合堵头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式海底采油树复合堵头装置，包括压力承载装置、油管悬挂器、滑套、弹性锁环、密封垫圈；压力承载装置为圆柱形结构，由主体、弹簧滑块锁紧装置、限位本体、非金属密封圈组成；弹簧滑块锁紧装置由悬挂器锁块、弹簧、活动滑块组成；限位本体安装于主体上部的中空结构中，其下端为向下缩小的锥形柱状结构，锥形段上方设有密封槽口；弹簧滑块锁紧装置中，弹簧外侧连接悬挂器锁块，内侧连接活动滑块；弹簧滑块锁紧装置安装于主体中部的横向滑槽中；在安装状态下，活动滑块与限位本体下端侧面接触；在油管悬挂器上设有多条功能性通道。本发明优化了设计，结构简单、节约空间、拆装方便，通过设置多个通道让其使用更加便捷。

Description

一种卧式海底采油树复合堵头装置

技术领域

本发明涉及海洋油气开发领域，特别涉及一种卧式海底采油树复合堵头装置。

背景技术

卧式采油树是海洋油气田开发过程中重要的技术设备，堵头作为其重要的承压部件之一，目前采用的是连带钢丝绳塞，并通过与采油树帽在密封液腔体下方形成密闭空间，主要的作用是承受来自油管悬挂器下方的油管中流体的压力，并使整个卧式采油树的生产流道、环空流道和作业流道形成密闭空间，保证整个采油树的运行的安全。

但目前的卧式采油树在使用中，依然存在如下的问题：(1)钢丝绳塞对于浅海来说实用的，但是对于深海因深水水流、管柱形变等原因会导致安装和取出均不方便，同时存在一定的安全风险，对施工极为不利；(2)钢丝绳塞的安装配置为两级，从施工过程中需要先将采油树帽整体取出后，再对取出内部采油树帽，然后再分别取出两个钢丝绳塞，现场的施工量较大；(3)钢丝绳塞与其相关的配套装置占用的设计尺寸空间大，对于整体设计不利；(4)电缆、加药、测试等未设计专用通道，布线需要额外在采油树上打多个孔，增加加工难度，并降低采油树强度。

如果上述问题得不到解决，那么在实际使用过程中，采油树的安装拆卸施工将始终面对安全风险，同时增加工作时间，寻找一种能解决上述问题的方案，是当前采油树研发领域的一个重要议题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种海底采油树复合堵头装置，它根据卧式海底采油树的实际操作特点，让堵头的安装和拆卸更便捷，同时节约安装设计空间，达到降低工具加工难度的目的。

本发明的技术方案如下：

一种海底采油树复合堵头装置，包括压力承载装置、油管悬挂器、滑套、弹性锁环、密封垫圈；

所述压力承载装置为圆柱形结构，由主体、弹簧滑块锁紧装置、限位本体、非金属密封圈组成；所述弹簧滑块锁紧装置由悬挂器锁块、弹簧、活动滑块组成；

所述主体上部为中空结构，中部设有横向滑槽，下部为实心结构；所述限位本体安装于主体上部的中空结构中，限位本体下端为向下缩小的锥形柱状结构，锥形段上方设有密封槽口；所述弹簧滑块锁紧装置中，弹簧位于中间，其外侧连接悬挂器锁块，内侧连接活动滑块；所述活动滑块为梯形结构；弹簧滑块锁紧装置安装于主体中部的横向滑槽中；在安装状态下，活动滑块与限位本体下端侧面接触；所述非金属密封环安装于密封槽口中，与主体和活动滑块上表面接触；

所述油管悬挂器内侧设有下小上大的台阶，台阶上方设有卡槽，压力承载装置中部通过悬挂器锁块卡入卡槽中，下端紧贴在油管悬挂器内侧台阶上，台阶拐角处设有密封垫圈；油管悬挂器中部一侧开设有复合堵头测试通道，另一侧开设有作业通道；在油管悬挂器壁面未设置卡槽的地方纵向设有电缆通道，其对侧设有加药通道；油管悬挂器外侧设有下大上小的台阶，滑套为直筒环状结构，下端设有向内收缩的台阶，滑套内侧紧贴油管悬挂器外侧，下端抵紧在油管悬挂器外侧台阶上，油管悬挂器外侧台阶和滑套下端台阶之间安装有弹性锁环。

进一步的，所述活动滑块与限位本体下端锥形段高度一致，倾斜角度均为75度；活动滑块为梯形面，限位本体下端锥形段为圆锥形面。

进一步的，所述油管悬挂器的复合堵头测试通道为直通道，上端连接至密封垫片下方，下端连接至油管悬挂器外侧；作业通道为90°弯折通道，上端连接至密封垫片下方，弯折后下端连接至油管悬挂器外侧；电缆通道为直线通道，从上到下垂直贯穿油管悬挂器壁面；加药通道为90°弯折结构，上端连接至油管悬挂器壁面顶部，下端连接至油管悬挂器中部。

进一步的，所述加药通道中设有防止回流装置，其由挡球和回流挡板组成，上端向加药方向倾斜并通过铰链连接在加药通道管壁上，铰链设有回弹弹簧，回流挡板上方的管壁设有凹坑，凹坑弧度与挡球相同，挡球焊接于回流挡板下端右侧，回流挡板向上旋转时挡球放入凹坑。加药时，回流挡板受力向上移动，流道打开；停止加药后回流挡板回弹封闭流道。

进一步的，所述弹簧滑块锁紧装置为2～6组，沿主体轴向阵列。

进一步的，所述滑套上端设有由外向内的锥段。

进一步的，所述限位本体上端中部设有取出工具连接处。

本发明的优点是：

1、结构简单，使下放安装以及上修作业方便；

2、采用了机械自动锁紧装置，提高了操作性能，降低了因钢丝绳强度带来的安全作业隐患；

3、省去了内部采油树帽，与油管悬挂器配合，形成了多级密封，同时优化了设计空间和尺寸；

4、将电缆通道、加药通道、测试通道融合到该装置，提高了设备的利用率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图俯视图；

图2是图1沿A-A截面的剖面图；

图3是图1沿B-B截面的剖面图；

图4是图2中A区域放大视图；

图5是压力承载装置的详细结构示意图；

图6是压力承载装置的安装过程示意图。

图中：1，压力承载装置；101、限位本体；102、活动滑块；103、弹簧；104、悬挂器锁块；105、非金属密封环；106、取出工具连接处；107、主体；2，油管悬挂器；3，滑套；4，弹性锁环；5、密封垫圈；6、作业通道；7、复合堵头测试通道；8、电缆通道；9、挡球；10、回流挡板；11、加药通道。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图5所示，一种海底采油树复合堵头装置，包括压力承载装置1、油管悬挂器2、滑套3、弹性锁环4、密封垫圈5；所述压力承载装置1为圆柱形结构，由主体16、弹簧滑块锁紧装置、限位本体11、非金属密封圈15组成；所述弹簧滑块锁紧装置由悬挂器锁块14、弹簧13、活动滑块12组成；所述主体17上下两边缘均设有圆倒角，上部为中空结构，中部设有多个横向滑槽，下部为实心结构；所述限位本体11安装于主体17上部的中空结构中，限位本体11下端为向下缩小的锥形柱状结构，锥形段上方设有密封槽口；所述弹簧滑块锁紧装置中，弹簧13位于中间，其外侧连接悬挂器锁块14，内侧连接活动滑块12；所述活动滑块12为梯形结构；弹簧滑块锁紧装置为4组，沿主体轴向阵列安装于主体17中部的横向滑槽中；在安装状态下，梯形面的活动滑块12与圆锥形面的限位本体11下端侧面接触，接触面相对于水平边为75度；所述非金属密封环15安装于密封槽口中，与主体17和活动滑块12上表面接触，增加摩擦阻力，提高锁紧的效果。其上设计有取出工具连接处7，方便配套工具的施工，同时其与压力承载装置1接触面采用弧形设计，其弧度平缓，在安装和拆卸过程中不影响限位本体11卡入主体17，但能保证在使用过程中不会受压弹出，确保限位本体11在取出工具连接处16的外力作用下能容易啮合，同时确保在安装之后不会因弹簧滑块锁紧装置的反作用力而使悬挂器锁块15锁紧失效。

所述油管悬挂器2内侧设有下小上大的台阶，台阶转角处为圆弧状构，与主体17下端的弧形相同，台阶上方设有卡槽，压力承载装置1中部通过悬挂器锁块14卡入卡槽中，下端紧贴在油管悬挂器2内侧台阶上，台阶拐角处设有密封垫圈5，同时确保压力承载装置1下端与油管悬挂器2的接触面积和非金属密封5之间留有一定的受力面积，以达到提高密封性能，增强装置整体效果的目的；油管悬挂器2外侧设有下大上小的台阶，滑套3为直筒环状结构，上端设有由外向内的锥段，下端设有向内收缩的台阶，紧贴油管悬挂器2外侧，下端贴合油管悬挂器2外侧台阶上，油管悬挂器2外侧台阶和滑套3下端台阶之间安装有弹性锁环4。滑套3的下端具有使弹性锁环4移动的装置，在弹性锁环4的下端配套有油管悬挂器2的凸起，起到对弹性锁环4和滑套3的限位作用，与外部连接的采油树本体构成了整个卧式采油树的复合堵头装置。

如图2、图3、图4所示，在油管悬挂器2上设置4条通道：作业通道6、复合堵头测试通道7、电缆通道8、加药通道11，复合堵头测试通道7方便地面对复合堵头的密封性能进行测试和防止憋压的作用，确保安全性能，降低重复施工的风险；作业通道6方便上修作业，大大简化设计难度；电缆通道8用于安装电缆，加药通道11用于添加药剂使采油树实现防蜡、降凝等作用，其中加药通道11安装防止回流装置，其包括挡球9和回流挡板10，两者是通过焊接的方式而连接在一起，起到确保原油无法通过加药通道11进入脐带缆，其工作的原理是当加药的压力达到一定数值时，防止回流装置打开，加药流程连通，而当压力过低时，原油的推动导致防止回流装置自动关闭，起到防止原油回流的作用。

实施例：

如图1～图6所示，对压力承载装置1进行组装的步骤如下：

(1)在固井之前，通过复合堵头测试通道5进行地面密封测试，确保设备的性能正常，降低故障率，测试完毕后，将油管悬挂器2用钻井工具下到相应的施工位置；

(2)将油管悬挂器2上的卡槽和主体17中部的横向滑槽对齐，向限位本体11施加推力使其向下移动，并通过锥形面将向下的力传递给活动滑块12，使其产生向外移动的作用力，进而通过弹簧13推动悬挂器锁块15向外侧移动，并卡入油管悬挂器2的卡槽，压力承载装置1安装完毕；

(3)利用工具将滑套3下入，推动弹性锁环4向外扩张，锁紧与采油树本体的接触面，滑套3在安装完成后上段连接其他装置，不会发生轴向运动，确保弹性锁环4稳定；

(4)在以上步骤完成后，需要借助ROV对电缆通道8进行密封处理，防止通道进水，同时需要通过复合堵头测试通道7进行水下测试，确保设备正常工作；

(5)在过程中需要24小时对原油进行加药处理，防止结蜡，保证原油的正常举升；

(4)当需要取出压力承载装置1的时候，在取出工具连接处7连接取出工具，将限位本体11快速取出，在弹簧13的作用下活动滑块12回弹，进而通过惯性带动悬挂器锁块15朝径向内移动，与油管悬挂器2自动解锁，利用配套工具将压力承载装置1整体取出，同时在相应的配套工具下将滑套3取出，弹性锁环4实现自动解锁，整个取出过程在水下机器人(ROV)的辅助下只需要一次就能完成操作，大大降低了工作量，提高了作业的效率。

因此，本发明能极大的方便堵头安装和拆卸过程，使堵头安装效率大大提高，并且不降低原来的密封效果，在满足堵头对采油树流道的密封情况下，减少满足密封效果所需的空间尺寸，降低水下机器人的操作难度、中央控制系统的调控指令，对于海底这种对尺寸要求极其苛刻的环境，本发明取得的技术成果有很重要的现实意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，包括压力承载装置、油管悬挂器、滑套、弹性锁环、密封垫圈；

所述压力承载装置为圆柱形结构，由主体、弹簧滑块锁紧装置、限位本体、非金属密封圈组成；所述弹簧滑块锁紧装置由悬挂器锁块、弹簧、活动滑块组成；

所述主体上部为中空结构，中部设有横向滑槽，下部为实心结构；所述限位本体安装于主体上部的中空结构中，限位本体下端为向下缩小的锥形柱状结构，锥形段上方设有密封槽口；所述弹簧滑块锁紧装置中，弹簧位于中间，其外侧连接悬挂器锁块，内侧连接活动滑块；所述活动滑块为梯形结构；弹簧滑块锁紧装置安装于主体中部的横向滑槽中；在安装状态下，活动滑块与限位本体下端侧面接触；所述非金属密封环安装于密封槽口中，与主体和活动滑块上表面接触；

所述油管悬挂器内侧设有下小上大的台阶，台阶上方设有卡槽，压力承载装置中部通过悬挂器锁块卡入卡槽中，下端紧贴在油管悬挂器内侧台阶上，台阶拐角处设有密封垫圈；油管悬挂器中部一侧开设有复合堵头测试通道，另一侧开设有作业通道；在油管悬挂器壁面未设置卡槽的地方纵向设有电缆通道，其对侧设有加药通道；油管悬挂器外侧设有下大上小的台阶，滑套为直筒环状结构，下端设有向内收缩的台阶，滑套内侧紧贴油管悬挂器外侧，下端抵紧在油管悬挂器外侧台阶上，油管悬挂器外侧台阶和滑套下端台阶之间安装有弹性锁环。

2.根据权利要求1所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述油管悬挂器的复合堵头测试通道为直通道，上端连接至密封垫片下方，下端连接至油管悬挂器外侧；作业通道为90°弯折通道，上端连接至密封垫片下方，弯折后下端连接至油管悬挂器外侧；电缆通道为直线通道，从上到下垂直贯穿油管悬挂器壁面；加药通道为90°弯折结构，上端连接至油管悬挂器壁面顶部，下端连接至油管悬挂器中部。

3.根据权利要求2所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述加药通道中设有防止回流装置，其由挡球和回流挡板组成，上端向加药方向倾斜并通过铰链连接在加药通道管壁上，铰链设有回弹弹簧，回流挡板上方的管壁设有凹坑，凹坑弧度与挡球相同，挡球焊接于回流挡板下端右侧，回流挡板向上旋转时挡球放入凹坑。

4.根据权利要求1所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述活动滑块与限位本体下端锥形段高度一致，倾斜角度均为75度；活动滑块为梯形面，限位本体下端锥形段为圆锥形面。

5.根据权利要求1所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述弹簧滑块锁紧装置为2～6组，沿主体轴向阵列。

6.根据权利要求1所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述滑套上端设有由外向内的锥段。

7.根据权利要求1所述的一种卧式海底采油树复合堵头装置，其特征在于，所述限位本体上端中部设有取出工具连接处。