CN108035687B

CN108035687B - 一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置

Info

Publication number: CN108035687B
Application number: CN201711362178.0A
Authority: CN
Inventors: 刘康; 陈国明; 单娴; 畅元江; 朱敬宇; 高美
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: CN108035687A

Abstract

本发明公开了一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，涉及海洋油气勘探开发技术领域。它包括竖直设置的导向管；导向管外套接有封装外壳；封装外壳内设置有卡盘式同步向心机构；封装外壳内安装有步进电机和步进电机的供电系统；封装外壳内设置有水声通讯模块；步进电机与处理器相连；处理器与水声通讯模块相连；卡盘式同步向心机构的输入端由步进电机拖动，每个输出端的滑块上均安装有一个向心推动装置。本发明的有益效果是：该装置能够起到对深水测试管柱的导向作用，提高深水测试管柱的通过能力，避免深水测试管柱下放回收过程中发生遇卡事故，使用方便，安全高效。

Description

一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置

技术领域

本发明涉及海洋油气勘探开发技术领域。

背景技术

在海洋油气勘探开发领域中，由于深水测试管柱属于管中管结构，下放回收作业工艺相对复杂，我国深水测试还面临诸多难题，特别是来自“安全”和“高效”两方面的挑战。我国深水油气作业现场多次发生管中管内层管柱下放遇卡事故，如海洋石油981平台于我国南海某深水区块作业期间下放防磨衬套回收工具和套管送入工具时遇阻，造成送入工具损伤，调船总消耗工时20小时以上。深水测试管柱包含多种测试工具，整体上呈现阶梯状的同轴圆管柱形态，当其通过具有一定转动角度的挠性接头时具有较大的遇阻风险，因此针对深水测试管柱发明一种方便有效的挠性接头辅助导向装置对于提高海上油气测试的安全高效性具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其能够起到对深水测试管柱的导向作用，提高深水测试管柱的通过能力，避免深水测试管柱下放过程中发生遇卡事故，使用方便，安全高效。

本发明采用的技术方案是：提供一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，包括竖直设置的导向管；导向管外套接有封装外壳；封装外壳内设置有卡盘式同步向心机构；封装外壳内安装有步进电机和步进电机的供电系统；封装外壳内设置有水声通讯模块；步进电机与处理器相连；处理器与水声通讯模块相连；卡盘式同步向心机构的输入端由步进电机拖动，每个输出端的滑块上均安装有一个向心推动装置。

进一步优化本技术方案，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置的向心推动装置包括与滑块内端面固定连接的推杆；推杆一端与滑块固定，另一端穿过导向管外壁且固定安装有滑轮；所述滑轮的轴向方向水平设置且与推杆的方向垂直。

进一步优化本技术方案，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置的向心推动装置包括与滑块内端面固定连接的套筒；套筒穿过导向管外壁；套筒内滑动套接有挡块；挡块上同轴固定有拉杆；所述拉杆直径小于挡块直径；拉杆一端滑动穿过套筒内端面，另一端穿过导向管外壁且设置有弹力扶正装置。

进一步优化本技术方案，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；两个滑轨上端之间和两个滑轨下端之间均固定有支架；支撑挡片上方和支撑挡片下方，两个滑轨之间分别设置有导向片；两个导向片一端通过转动轴转动连接，另一端两侧分别与两侧的滑轨滑动连接；转动轴上均匀套接固定有滚轮；导向片上开有通孔；穿过对应通孔，支撑挡片与上部的支架之间、支撑挡片与下部的支架之间均沿竖直方向固定连接有支杆；支杆上滑动套接有支撑块和压簧；压簧一端与支架固定，另一端与支撑块固定；上部的支撑块位于上部的导向片上方；下部的支撑块位于下部的导向片下方；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与转动轴转动连接。

进一步优化本技术方案，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；支撑挡片外，两个滑轨之间安装有弹力弓片；弹力弓片上下两端均与两侧的滑轨滑动连接；弹力弓片表面均匀分布有导向轮；导向轮的轴向方向水平设置；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与弹力弓片中部固定连接。

进一步优化本技术方案，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；支撑挡片外，两个滑轨之间安装有弹力弓片；弹力弓片上下两端均与两侧的滑轨滑动连接；弹力弓片表面均匀分布有卡槽；卡槽沿水平方向设置；卡槽内配合插接有石墨片；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与弹力弓片中部固定连接。

测试管柱在垂直方向上，会连接多种不同直径的测试工具及装置，导致不同结构连接处出现变径台阶；变径台阶及挠性接头弯曲角度是深水测试管柱遇卡事故的主要诱因。本发明的有益效果在于：

1、导向管上端能够与上方的隔水管连通，下端能够和下方的挠性接头连通；通过水声通讯模块，使操作人员能够方便地控制步进电机的工作。

2、推杆能够随滑块的运动向导向管中心处同步移动，从而推动深水测试管柱逐渐移动到导向管中部，避免深水测试管柱进入挠性接头时遇卡；滑轮的轴向方向水平设置且与推杆的方向垂直，能够使滑轮与深水测试管柱外壁接触，在下管过程中滑轮能够转动，摩擦力阻力小，从而方便下管过程。

3、挡块能够起到限位作用，避免拉杆脱离套筒；两个导向片一端通过转动轴转动连接，另一端两侧分别与两侧的滑轨滑动连接，通过压簧的弹力作用，使两个导向片构成角形结构，方便在下管和回收过程中对深水测试管柱起到导向作用；拉杆起到对导向片的限制作用，通过调节拉杆位置，能够使导向片适应不同管径的深水测试管柱；支撑挡片起到对导向片的支撑限制作用，避免下管过程中，深水测试管柱将导向片挤压地过于偏离导向管中部位置。

4、弹力弓片受到深水测试管柱的压力时，通过自身对深水测试管柱的弹力，起到对深水测试管柱的导向作用；支撑挡片和拉杆也能够对弹力弓片起到限制作用；导向轮通过转动作用减小深水侧水管柱与弹力弓片之间的摩擦阻力；石墨片润滑作用好，耐热性能优良，散热快，能够减小深水测试管柱受到的摩擦阻力，方便下管和回收过程，通过卡槽配合插接，石墨片能够方便更换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为卡盘式同步向心机构的分解结构示意图；

图3为一种向心推动装置的分解结构示意图；

图4为另一种向心推动装置的分解结构示意图；

图5为滚轮处的布局结构图；

图6为弹性扶正装置的局部分解结构示意图；

图7为弹力弓片处一种结构示意图；

图8为弹力弓片处另一种结构示意图；

图9为本发明的逻辑电路框图；

图10为本发明的连接状态示意图。

图中，1、导向管；2、封装外壳；3、电机机壳；4、电池保护壳；5、步进电机；6、蓄电池；7、从动锥齿轮；8、螺旋槽；9、限位板；10、限位滑槽；11、滑块；12、主动锥齿轮；13、推杆；14、滑轮；15、套筒；16、挡块；17、拉杆；18、支撑挡片；19、滑轨；20、支架；21、导向片；22、转动轴；23、滚轮；24、通孔；25、支杆；26、支撑块；27、压簧；28、隔水管；29、深水测试管柱；30、挠性接头；31、弹力弓片；32、导向轮；33、卡槽；34、石墨片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，包括竖直设置的导向管1；导向管1外套接有封装外壳2；封装外壳2内设置有卡盘式同步向心机构；封装外壳2内安装有步进电机5和步进电机5的供电系统；封装外壳2内设置有水声通讯模块；步进电机5与处理器相连；处理器与水声通讯模块相连；卡盘式同步向心机构的输入端由步进电机5拖动，每个输出端的滑块11上均安装有一个向心推动装置。

如图2-3所示，所述的向心推动装置包括与滑块11内端面固定连接的推杆13；推杆13一端与滑块11固定，另一端穿过导向管1外壁且固定安装有滑轮14；所述滑轮14的轴向方向水平设置且与推杆13的方向垂直。

所述的向心推动装置包括与滑块11内端面固定连接的套筒15；套筒15穿过导向管1外壁；套筒15内滑动套接有挡块16；挡块16上同轴固定有拉杆17；所述拉杆17直径小于挡块16直径；拉杆17一端滑动穿过套筒15内端面，另一端穿过导向管1外壁且设置有弹力扶正装置。

如图4-6所示，所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片18；支撑挡片18上下两端均与导向管1内壁固定；支撑挡片18两侧，导向管1内壁沿竖直方向分别固定有滑轨19；两个滑轨19上端之间和两个滑轨19下端之间均固定有支架20；支撑挡片18上方和支撑挡片18下方，两个滑轨19之间分别设置有导向片21；两个导向片21一端通过转动轴22转动连接，另一端两侧分别与两侧的滑轨19滑动连接；转动轴22上均匀套接固定有滚轮23；导向片21上开有通孔24；穿过对应通孔24，支撑挡片18与上部的支架20之间、支撑挡片18与下部的支架20之间均沿竖直方向固定连接有支杆25；支杆25上滑动套接有支撑块26和压簧27；压簧27一端与支架20固定，另一端与支撑块26固定；上部的支撑块26位于上部的导向片21上方；下部的支撑块26位于下部的导向片21下方；所述拉杆17内端穿过支撑挡片18中部且与转动轴22转动连接。

如图7所示，所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片18；支撑挡片18上下两端均与导向管1内壁固定；支撑挡片18两侧，导向管1内壁沿竖直方向分别固定有滑轨19；支撑挡片18外，两个滑轨19之间安装有弹力弓片31；弹力弓片31上下两端均与两侧的滑轨19滑动连接；弹力弓片31表面均匀分布有导向轮32；导向轮32的轴向方向水平设置；所述拉杆17内端穿过支撑挡片18中部且与弹力弓片31中部固定连接。

如图8所示，所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片18；支撑挡片18上下两端均与导向管1内壁固定；支撑挡片18两侧，导向管1内壁沿竖直方向分别固定有滑轨19；支撑挡片18外，两个滑轨19之间安装有弹力弓片31；弹力弓片31上下两端均与两侧的滑轨19滑动连接；弹力弓片31表面均匀分布有卡槽33；卡槽33沿水平方向设置；卡槽33内配合插接有石墨片34；所述拉杆17内端穿过支撑挡片18中部且与弹力弓片31中部固定连接。

如图9-10所示，在深水测试管柱29通过导向管1时，当感觉到深水测试管下放受阻后，通过水声通讯模块的作用，外部操控人员即可遥控控制步进电机5工作，此时卡盘式同步向心机构工作，向心推动装置发挥作用，将深水测试管柱29推动到导向管1中心位置，解决遇卡问题。

步进电机5的供电系统可以采用蓄电池6供电，为了防水良好，步进电机5外可安装电机机壳3，蓄电池6外可安装电池保护壳4。卡盘式同步向心机构包括主动锥齿轮12、从动锥齿轮7、限位板9、滑块11，其中从动锥齿轮7上设置螺旋槽8，限位板9上开限位滑槽10，滑块11与限位滑槽10滑动连接，滑块11与螺旋槽8配合；通过步进电机5使主动锥齿轮12转动，主动锥齿轮12带动从动锥齿轮7转动，当从动锥齿轮7转动时能够使滑块11沿限位滑槽10滑动，由于限位滑槽10沿限位板9的径向设置，因此能够使滑块11同步向心运动，限位滑槽10设置为至少三个，如此设置才能在推动过程中保证向心推动装置达到效果，使向心推动装置能够将深水测试管柱29推向导向管1中部。

实施例1：

本实施例中，采用直推式的推动方式。如图3所示，滑块11作同步向心运动时，推杆13逐渐向导向管1中部移动，从而推动深水测试管柱29外壁，使其从偏移状态移动到导向管1中部位置，之后即可完成下管过程；同时在下管时，通过滑轮14的转动作用，减小摩擦阻力，方便深水测试管柱29顺利进入挠性接头30内。下管完成后，通过水声通讯模块传导信号，操控人员即可通过外部遥控控制步进电机5反转，此时滑块11作同步离心运动，推杆13逐渐从导向管1内缩回封装外壳2内。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别是：本实施例中设置弹力扶正装置取代直推式的推动方式，而且采用转动连接的两个导向片21结构，通过压簧27的弹力作用对深水测试管柱29进行导向。

如图5所示，下管时，深水测试管柱29经过导向片21位置，由于上部位置的导向片21倾斜向下且指向导向管1中心位置，因此深水测试管柱29即可沿导向片21上的倾斜面滑动到导向管1中部位置，再通过滚轮23的导向性，从而实现对深水测试管柱29的导向扶正作用；在此过程中，导向片21受到深水测试管柱29的挤压，因此导向片21挤压对应的压簧27，拉杆17向套筒15后部滑动，导向片21之间角度增大，两个导向片21靠近导向管1内壁，同时本实施例中设置了角形的支撑挡片18，对导向片21进行限制，以确保对深水测试管柱29的导向作用；与下管过程相似，当回收时，下部的导向片21也可起到导向扶正作用，从而避免回收过程中发生遇卡事故。

上油气测试时，深水测试管柱29的管径可能不尽相同，此时操控人员即可通过控制步进电机5工作，来带动滑块11移动，从而改变初始状态下导向片21距导向管1中心部位的距离，由此使得弹力扶正装置来适应不同管径的作业需要。通过压簧27的作用，当完成下管或回收过程后，导向片21即可回到原位，方便继续使用。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别是：采用弹力弓片31取代导向片21和压簧27的结构，弹力弓片31本身具有弹力，受到深水测试管柱29的压力之后，通过自身弹力作用，来起到对深水测试管柱29的导向作用；除此以外，弹力弓片31上均匀分布的导向轮32能够方便深水测试管柱29顺利通过，减小摩擦，而且为了便于对深水测试管柱29的导向作用，本实施例中，导向轮32外圈为凹弧形结构，如图7所示；另外，本实施例中，弹力弓片31的竖直截面形状为连接起来的两条对称的局部阿基米德螺旋线，这种形状能够使弹力弓片31受力均匀，提高弹力弓片31的使用寿命。

实施例4：

本实施例与实施例3的区别是：采用石墨片34替代导向轮32。如图8所示，石墨片34润滑作用好，耐热性能优良，散热快，能够减小深水测试管柱29受到的摩擦阻力，方便下管和回收过程，而且通过卡槽33配合插接，石墨片34还可方便更换，从而提高本发明的使用寿命。

Claims

1.一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：包括竖直设置的导向管；导向管外套接有封装外壳；封装外壳内设置有卡盘式同步向心机构；封装外壳内安装有步进电机和步进电机的供电系统；封装外壳内设置有水声通讯模块；步进电机与处理器相连；处理器与水声通讯模块相连；卡盘式同步向心机构的输入端由步进电机拖动，每个输出端的滑块上均安装有一个向心推动装置。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：所述的向心推动装置包括与滑块内端面固定连接的推杆；推杆一端与滑块固定，另一端穿过导向管外壁且固定安装有滑轮；所述滑轮的轴向方向水平设置且与推杆的方向垂直。

3.根据权利要求1所述的一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：所述的向心推动装置包括与滑块内端面固定连接的套筒；套筒穿过导向管外壁；套筒内滑动套接有挡块；挡块上同轴固定有拉杆；所述拉杆直径小于挡块直径；拉杆一端滑动穿过套筒内端面，另一端穿过导向管外壁且设置有弹力扶正装置。

4.根据权利要求3所述的一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；两个滑轨上端之间和两个滑轨下端之间均固定有支架；一个导向片设置在支撑挡片上方和两个滑轨之间的位置，另一个导向片设置在支撑挡片下方和两个滑轨之间的位置；两个导向片一端通过转动轴转动连接，另一端两侧分别与两侧的滑轨滑动连接；转动轴上均匀套接固定有滚轮；导向片上开有通孔；穿过对应通孔，支撑挡片与上部的支架之间、支撑挡片与下部的支架之间均沿竖直方向固定连接有支杆；支杆上滑动套接有支撑块和压簧；压簧一端与支架固定，另一端与支撑块固定；上部的支撑块位于上部的导向片上方；下部的支撑块位于下部的导向片下方；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与转动轴转动连接。

5.根据权利要求3所述的一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；支撑挡片外，两个滑轨之间安装有弹力弓片；弹力弓片上下两端均与两侧的滑轨滑动连接；弹力弓片表面均匀分布有导向轮；导向轮的轴向方向水平设置；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与弹力弓片中部固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种适用于深水测试管柱的挠性接头辅助导向装置，其特征在于：所述的弹力扶正装置包括角形的支撑挡片；支撑挡片上下两端均与导向管内壁固定；支撑挡片两侧，导向管内壁沿竖直方向分别固定有滑轨；支撑挡片外，两个滑轨之间安装有弹力弓片；弹力弓片上下两端均与两侧的滑轨滑动连接；弹力弓片表面均匀分布有卡槽；卡槽沿水平方向设置；卡槽内配合插接有石墨片；所述拉杆内端穿过支撑挡片中部且与弹力弓片中部固定连接。