CN107842664A - 一种海底管道连装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下管道连装置，由壳体系统，抱紧系统和密封系统构成，其特征为：壳体系统与管道构成腔体，腔体内安装有密封系统和抱紧系统，密封系统和抱紧系统内表面与管道外表面接触。其工作原理为：采用专用工具拧动壳体系统中的螺纹筒，使螺纹筒的外螺纹与壳体的内螺纹相互咬合，进而使螺纹筒轴向移动，螺纹筒轴向移动进而使抱紧系统径向抱紧管道，此外，螺纹筒轴向移动还会使密封系统中的橡胶密封圈受到挤压从而发生变形，橡胶密封圈发生变形后进而起到密封管道的作用。与现有技术相比，本装置简单，且可实现海底管的快速连接与修复，进而短海底管道修复周期、减轻劳动强度，并降低海洋油气输送的综合成本。

Description

一种海底管道连装置

技术领域

本发明涉及石油天然气海底管道抢修装备技术领域，特别涉及一种海底管道连装置。

背景技术

随着陆地油气资源的短缺，世界沿海国家陆续对海洋油气资源进行了勘探与开采，且对海洋油气资源的勘探与开采已逐步成为国内外油气工业发展的主要趋势。此外，随着我国经济持续高速增长，油气资源供应不足将成为阻碍经济发展的主要矛盾，为提高油气资源的占有量，海洋油气的勘探和开采已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。

海底管道承担着水下油气井出液、海底原油、天然气和伴生气介质输运等重要任务，因而海底管道的安全稳定的运营对海洋油气资源的开发利用具有重要意义。由于海底运行工况和周围海水的特殊环境，海底管道存在疲劳破坏、地质灾害破坏、腐蚀破坏、船舶抛锚破坏和海洋勘探开发第三方破坏等风险，而海底管道一旦发生泄露，不仅会对下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响，而且还会造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断。

海底管道在运行时若遇到损伤或破坏，需对其进行修复或补强。目前海底管道修复或补强的技术有：管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要的海底管道修复技术。其中，复合材料补强技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，而且注入机设备复杂和庞大，现场材料自作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破坏或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。海底管段更换修复技术其特点是应用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破坏修复；海底管段更换分为：海底管道焊接更换技术和海底管道连接器连接技术。而海底管道焊接更换技术存在工序多、对环境要求高、结构复杂，不能实现快速更换，因此管段更换效率不高，连接的可靠度不理想；海底管道连接器技术能解决上述问题，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产及其修复作业装置和作业流程一直掌握在国外专业公司手中，国内相应的装备和技术较少。此外，目前国内外的海底管段更换的装备主要以连接器为主，如专利号CN201620156196.8公布了一种新型海底管道连接器，专利号CN201510054118.7公布了一种海底管道卡箍修复连接器，专利号CN201621328659.0公布了一种海底管道堵漏装置及分体式海底管道堵漏夹具，专利号CN201610319504.9一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，而上述装置结构复杂，加工制造成本较为昂贵。

发明内容

为了克服现有海底管段更换装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种水下管道连装置，该装置可实现海底管的快速连接与修复，进而短海底管道修复周期、减轻劳动强度，并降低海洋油气输送的综合成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海底管道连装置，由壳体系统1，抱紧系统2和密封系统3构成，其特征为：壳体系统1与管道4构成腔体，腔体内安装有密封系统3和抱紧系统2，密封系统3和抱紧系统2内表面与管道4外表面接触；

所述壳体系统1包括壳体11和螺纹筒12；壳体11呈圆筒状，壳体11的左右两端的内表面设计有内螺纹，壳体11的内螺纹与螺纹筒12的外螺纹相互咬合；壳体11的中部外表面设计有沉孔，沉孔下侧设计有螺纹孔，测压螺栓16穿螺纹孔并与壳体11形成螺栓紧固连接；螺纹孔下侧设计有径向测压孔14，径向测压孔14与轴向通孔13相连通，轴向通孔13位于内伸台阶17上侧的中部；内伸台阶17的左端面与密封系统3的右端面接触，密封系统3的左端面与抱紧系统2接触，抱紧系统2与螺纹筒12接触；螺纹筒12呈空心阶梯轴状，螺纹筒12的左侧外表面设计有转动孔15，转动孔15的轴线与管道4的线垂直相交；螺纹筒12的右侧外表面设计有外螺纹，螺纹筒12的外螺纹与壳体11的内螺纹相互咬合；螺纹筒12的左侧内、外表面均设计有密封沟槽，密封沟槽内均安装有密封圈；螺纹筒12的左端接触有抱紧系统2；

所述抱紧系统2包括抱紧筒21和抱紧爪22；抱紧筒21为阶梯轴状，抱紧筒21左侧阶梯轴的外径小于壳体11内径；抱紧右侧阶梯轴外表面与壳体11内表面接触；抱紧筒21内表面设计有用于过渡的环形凹槽28，环形凹槽28的左端设计有小阶梯轴，小阶梯轴内表面与管道4接触；环形凹槽28的右侧设计有均布的楔面凹槽23，楔面凹槽23与楔面凹槽23之间由矩形块26连接；楔面凹槽23内安装有抱紧爪22；抱紧爪22的内表面设计有三角形卡牙25，抱紧爪22外表面设计有楔面凸起24；楔面凸起24与楔面凸起24之间设计有矩形凹槽27，楔面凸起24右端面设计有用于连接楔面凸起24的圆环，圆环与密封系统3接触；

所述密封系统3包括移动环31和橡胶密封圈32；移动环31呈圆环状，移动环31的左端面与抱紧爪22右端面接触，移动环31的右端面设计有两道环向半圆弧形凹槽，环向半圆弧形凹槽内均安装有橡胶密封圈32；橡胶密封圈32与内伸台阶17左端面接触；橡胶密封圈32分别位于横向通孔的上下两侧。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：（1）实现更换段管道的快速连接于修复；（2）本装置采用螺纹传动的方式使为抱紧系统和密封系统提供轴向推动了，因而结构简单，易于加工制造，进而可降低本装置的生产、制造成本。

附图说明

图1为本发明的平面剖视图。

图2为本发明的三维示意图。

图3为本发明的三维剖视图。

图4为本发明的三维平面剖视图。

图5为壳体系统三维剖视图。

图6为壳体系统三维平面剖视图。

图7为壳体三维平面剖视图。

图8为壳体三维剖视图。

图9为螺纹筒三维视图。

图10为螺纹筒三维平面剖视图。

图11为抱紧系统三维视图。

图12为抱紧系统三维平面剖视图。

图13为抱紧筒三维示意图。

图14为抱紧筒三维平面剖视图。

图15为抱紧爪三维示意图。

图16为抱紧爪三维平面剖视图。

图17为密封系统三维示意图。

图18为移动环三维平面剖视图。

图19为拧紧工具拧紧本发明时的示意图。

1.壳体系统，11.壳体，12.螺纹圆筒，13.横向通孔，14.径向测压孔，15.转动孔，16.测压螺栓，17.内伸台阶；

2.抱紧系统，21.抱紧筒，22.抱紧爪，23.楔面凹槽，24.楔面凸起，25.三角形卡牙；26.矩形块，27.矩形槽；28.环形凹槽；

3.密封系统，31.移动环，32.橡胶密封圈；

4.管道，5拧紧工具。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

参照图1~图4，一种海底管道连装置，由壳体系统1，抱紧系统2和密封系统3构成，其特征为：壳体系统1与管道4构成腔体，腔体内安装有密封系统3和抱紧系统2，密封系统3和抱紧系统2内表面与管道4外表面接触。其工作原理为：采用专用工具拧动壳体系统1中的螺纹筒12，使螺纹筒12的外螺纹与壳体11的内螺纹相互咬合，进而使螺纹筒12轴向移动，螺纹筒12轴向移动进而推动抱紧系统2轴向移动，抱紧系统2轴向移动进而使抱紧系统2径向收缩，抱紧系统2径向收缩进而抱紧管道4；此外，由于抱紧系统2轴向移动，还使密封系统3中的橡胶密封圈32受到挤压从而发生变形，橡胶密封圈32发生变形后进而起到密封管道4的作用。装置安装完毕若需进行密封性能测试，则可拧紧测压螺栓16，并向密封系统3内注入高压流体，从而实现检测装置密封性能的目的。

参照图5~图8，壳体系统1包括壳体11和螺纹筒12；壳体系统1用于安装抱紧系统2和密封系统3，并为抱紧系统2和密封系统3提供轴向推力，进而使抱紧系统2抱紧管道4，并使密封系统3密封管道4。壳体11呈圆筒状，主要用于安装密封系统3和抱紧系统2，并用于压力测试时提供高压流体注入通道。壳体11的左右两端的内表面设计有内螺纹，壳体11的内螺纹与螺纹筒12的外螺纹相互咬合，进而使螺纹筒12与壳体11形成螺纹紧固连接。壳体11的中部外表面设计有沉孔，沉孔下侧设计有螺纹孔，测压螺栓16穿螺纹孔并与壳体11形成螺栓紧固连接；当装置安装完毕后，若需进行装置安装后的密封性能测试，则可以拧下测压螺栓16，使高压流体管道4的接头与螺纹孔连接，进而实现高压流体的注入。螺纹孔下侧设计有径向测压孔14，径向测压孔14与轴向通孔13相连通，轴向通孔13位于内伸台阶17上侧的中部；径向侧压孔和轴向通孔13用于为高压流体注入密封系统3提供流通通道。内伸台阶17的左端面与密封系统3的右端面接触，密封系统3的左端面与抱紧系统2接触，抱紧系统2与螺纹筒12接触。

参照图9~图10，图19，螺纹筒12呈空心阶梯轴状，螺纹筒12用于封住壳体11的左端面，并为抱紧系统2和密封系统3提供轴向推力。螺纹筒12的左侧外表面设计有转动孔15，转动孔15的轴线与管道4的线垂直相交；转动孔15用于插入转杆后转动螺纹筒12，进而使螺纹筒12转动，实现螺纹筒12拧入壳体11的目的。此外，为便于螺纹筒12的转动，可在螺纹筒12左侧外表面设计齿轮，并采用专用液压扭矩工具5使螺纹筒12旋转，进而将螺纹筒12拧入壳体11。

螺纹筒12的右侧外表面设计有外螺纹，螺纹筒12的外螺纹与壳体11的内螺纹相互咬合，进而使螺纹筒12与壳体11形成螺纹紧固连接，并为密封系统3和抱紧系统2提供轴向推动力。螺纹筒12的左侧内、外表面均设计有密封沟槽，密封沟槽内均安装有密封圈，密封圈用于密封腔体，进而防止海水进入抱紧系统2。螺纹筒12的左端接触有抱紧系统2。

参照图11~图14，抱紧系统2包括抱紧筒21和抱紧爪22，抱紧系统2用于抱紧管道4从而防止装置任意移动，此外，抱紧系统2还有密封系统3提供轴向推力，从而使抱紧系统2的移动环31压紧密橡胶密封圈32。抱紧筒21为阶梯轴状，抱紧筒21左侧阶梯轴的外径小于壳体11内径，并且与螺纹筒12的右端面接触；抱紧右侧阶梯轴外表面与壳体11内表面接触，进而使抱紧系统2安装与壳体11内。抱紧筒21内表面设计用于过渡的环形凹槽28，环形凹槽28的左端设计有小阶梯轴，小阶梯轴内表面与管道4接触。环形凹槽28的右侧设计有均布的楔面凹槽23，楔面凹槽23与楔面凹槽23之间由矩形块26连接；楔面凹槽23内安装有抱紧爪22，且抱紧爪22可沿楔面滑移，当抱紧筒21轴向移动时，由于楔面的楔形作用会使抱紧爪22径向收缩，进而使抱紧爪22抱紧管道4。

参照图15~图16，抱紧爪22用于与管道4接触，并抱紧管道4。抱紧爪22的内表面设计有三角形卡牙25，三角形卡牙25用于增加抱紧爪22对管道4的抱紧力。抱紧爪22外表面设计有楔面凸起24，楔面凸起24与楔面凹槽23相配合，且楔面凸起24能沿楔面凹槽23滑移。楔面凸起24与楔面凸起24之间设计有矩形凹槽27，楔面凸起24右端面设计有用于连接楔面凸起24的圆环，圆环与密封系统3接触，从使使抱紧爪22为密封系统3提供轴向推力。

参照图17~图18，密封系统3包括移动环31和橡胶密封圈32；密封系统3用于密封管道4，进而防止管道4内的油气泄露。移动环31用于传递抱紧爪22的轴向推力，并压紧橡胶密封圈32。移动环31呈圆环状，移动环31的左端面与抱紧爪22右端面接触，进而传递抱紧爪22的轴向推力。移动环31的右端面设计有两道环向半圆弧形凹槽，环向半圆弧形凹槽内均安装有橡胶密封圈32，橡胶密封圈32起到密封管道4内油气的作用。橡胶密封圈32与内伸台阶17左端面接触，进而限制橡胶密封圈32的轴向移动，使橡胶密封圈32受压后紧贴与内伸台阶17端面。橡胶密封圈32分别位于横向通孔的上下两侧；当测试密封压力时，注入的高压流体会流入两道密封圈之间，此时观察压力表是否发生压降，若不发压降则说明橡胶密封圈32的密封性能可靠。

Claims (1)

1.一种海底管道连装置，由壳体系统（1），抱紧系统（2）和密封系统（3）构成，其特征为：壳体系统（1）与管道（4）构成腔体，腔体内安装有抱紧系统（2）和密封系统（3），抱紧系统（2）和密封系统（3）内表面与管道（4）外表面接触；

所述壳体系统（1）包括壳体（11）和螺纹筒（12）；壳体（11）呈圆筒状，壳体（11）的左右两端的内表面设计有内螺纹，壳体（11）的内螺纹与螺纹筒（12）的外螺纹相互咬合；壳体（11）的中部外表面设计有沉孔，沉孔下侧设计有螺纹孔，测压螺栓（16）穿螺纹孔并与壳体（11）形成螺栓紧固连接；螺纹孔下侧设计有径向测压孔（14），径向测压孔（14）与轴向通孔（13）相连通，轴向通孔（13）位于内伸台阶（17）上侧的中部；内伸台阶（17）的左端面与密封系统（3）的右端面接触，密封系统（3）的左端面与抱紧系统（2）接触，抱紧系统（2）与螺纹筒（12）接触；螺纹筒（12）呈空心阶梯轴状，螺纹筒（12）的左侧外表面设计有转动孔（15），转动孔（15）的轴线与管道（4）的线垂直相交；螺纹筒（12）的右侧外表面设计有外螺纹，螺纹筒（12）的外螺纹与壳体（11）的内螺纹相互咬合；螺纹筒（12）的左侧内、外表面均设计有密封沟槽，密封沟槽内均安装有密封圈；螺纹筒（12）的左端接触有抱紧系统（2）；

所述抱紧系统（2）包括抱紧筒（21）和抱紧爪（22）；抱紧筒（21）为阶梯轴状，抱紧筒（21）左侧阶梯轴的外径小于壳体（11）内径；抱紧右侧阶梯轴外表面与壳体（11）内表面接触；抱紧筒（21）内表面设计有用于过渡的环形凹槽（28），环形凹槽（28）的左端设计有小阶梯轴，小阶梯轴内表面与管道（4）接触；环形凹槽（28）的右侧设计有均布的楔面凹槽（23），楔面凹槽（23）与楔面凹槽（23）之间由矩形块（26）连接；楔面凹槽（23）内安装有抱紧爪（22）；抱紧爪（22）的内表面设计有三角形卡牙（25），抱紧爪（22）外表面设计有楔面凸起（24）；楔面凸起（24）与楔面凸起（24）之间设计有矩形凹槽（27），楔面凸起（24）右端面设计有用于连接楔面凸起（24）的圆环，圆环与密封系统（3）接触；

所述密封系统（3）包括移动环（31）和橡胶密封圈（32）；移动环（31）呈圆环状，移动环（31）的左端面与抱紧爪（22）右端面接触，移动环（31）的右端面设计有两道环向半圆弧形凹槽，环向半圆弧形凹槽内均安装有橡胶密封圈（32）；橡胶密封圈（32）与内伸台阶（17）左端面接触；橡胶密封圈（32）分别位于横向通孔的上下两侧。