CN109072676A - 包括外部锁定环和紧固装置的用于组装立管的两个部分的连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于组装立管的两个部分的连接器(5)，所述连接器包括两个立管部分，两个所述立管部分借助两个卡口连接由锁定环(9)组装。连接器(5)还包括紧固装置(10、11)，用于将锁定环紧固到连接器元件(7、8)。
Description
本发明涉及离岸立管领域，该离岸立管特别是用于生产石油流出物、井的完井或修井。具体而言，本发明涉及一种立管连接器。
立管由一组长度在9到22m(30到70英尺)之间的管状元件构成，该组管状元件通过连接器连接在一起。管状元件通常由在每个端部处设置有连接器的管构成。管状元件在完井或修井现场处通过这些连接器从浮动支承件连接在一起。当管状元件连接在一起时，立管下降到水柱中，直到其到达位于海床上的井口。“完成”(立管)表面/床连接系统用于将生产管柱安装在井中，并通过钻井立管和BOP来悬挂管。通常使用用于修井的(立管)表面/床连接系统来代替用于通过水下井口在井处工作的钻井立管，并且该表面/床连接系统还可以用于安装水下井口。
由于在水深低至3500m或大于3500m处操作井，因此，立管的重量变得非常不利。
此外，更加重要的是需要减少立管的组装时间，水的深度越大，立管的长度越长。
立管连接器的另一个问题涉及锁定装置的检查和维护。具体而言，通常使用的锁定装置不是完全可移除的。因此，特别是在锁定环的情况下，无法检查所有的锁定装置。
已为立管连接器开发的第一类型的解决方案涉及具有螺纹连接的连接器。为了实现这种连接，可以使用“镦粗管”方法，其以通过热锻在管的端部处产生加厚度的方式构成。该加厚度可以是主要部件厚度的两倍。该类型的连接需要特定的工具才能实施，并且连接/断开操作的次数是有限的，因为连接是通过巨大的紧固扭矩预加载的，并且由于螺纹处的高接触压力，这会导致螺纹部分损坏。
已为立管连接器开发的第二类型的解决方案涉及与预加载套管的连接。该类型的连接器需要特定的装配工具。
专利申请US 2014/0232109描述了另一种立管连接器设计。在该专利申请中描述的连接器具有可绕枢轴旋转的锁定节段，并且该连接器的内齿部分与待组装的管中制成的周向槽接合。该连接也需要用于组装立管部分的特定工具。
设想的另一种解决方案涉及卡口连接。
在卡口连接器中，由专利申请US 7883293已知有一种卡口立管连接器，所述卡口立管连接器包括配合在一起的阴元件和阳元件。在该专利申请中描述的连接器不是完全可移除的(具体为阴部件)，从而限制了连接器的维护和检查。另外，对于该连接器，尽管连接器未被预加载，但密封件是在锥形轴承表面处实现的金属-金属密封件。
另外，专利申请US 2004/0207202公开了一种卡口立管连接器，其包括两个连接元件、密封件、引导套管以及锁定环。在该专利申请中描述的连接器使用销作为保持装置，该销位于锁定环的中心处并与密封套筒接合。这些保持装置不允许连接装置在连接期间被引导。另外，这些保持装置需要构成连接器的元件精确地相对定位。另外，锁定环的阻挡装置是复杂的：用于使销通过的孔口必须完全对齐，这会导致制造和安装的限制。该解决方案的另一个缺点是其也能够使用立管部分的加厚度，这需要立管部分的复杂制造。
另外，专利申请FR 2866942(US 7341281)公开了一种卡口立管连接器，其包括阳元件、阴元件、锁定环以及锁定环的阻挡装置。
在该专利申请中描述的连接器不是完全可移除的，从而限制了连接器的维护和检查。
为了弥补这些缺点，本发明涉及一种用于组装两个立管部分的连接器，该连接器具有借助于两个卡口连接件被锁定环连接在一起的两个立管部分。因此，锁定环完全可移除，因此是可检查的。另外，该连接器具有保持装置，该保持装置用于相对于连接元件保持锁定环，优选在锁定环的任一侧进行保持。因此，可以在连接期间实现支撑和引导功能，同时维持容易且快速的连接器组装，而不需要任何特定工具。
根据本发明的设备
本发明涉及一种连接器，用于组装立管的两个部分，所述连接器具有：第一立管部分，所述第一立管部分由第一连接元件延伸，所述第一连接元件在其外表面上设置有第一凸耳组；第二立管部分元件，所述第二立管部分元件由第二连接元件延伸，所述第二连接元件在其外表面上设置有第二凸耳组；以及锁定环，所述锁定环将两个所述连接元件连接在一起，所述锁定环在其内表面上包括第三凸耳组和第四凸耳组，所述第三凸耳组和所述第四凸耳组分别能够与所述第一凸耳组和所述第二凸耳组接合。所述连接器还具有保持装置，所述保持装置用于相对于所述连接元件保持所述锁定环，所述保持装置至少部分可移除。
根据一实施例，所述保持装置位于所述锁定环的两个端部处。
根据一实施例，所述连接器还具有密封套管，所述密封套管配合在两个所述连接元件中，优选固定在所述第一连接元件或所述第二连接元件之一中。
根据一种设计，用于保持所述锁定环的所述保持装置包括：支撑装置，所述支撑装置用于在所述锁定环的第一端部处支撑所述锁定环；以及引导装置，所述引导装置用于在所述锁定环的第二端部处引导所述锁定环。
有利地，用于支撑所述锁定环的所述支撑装置具有至少一个突出部，所述突出部穿入所述锁定环中的槽内。
优选地，用于引导所述锁定环的所述引导装置具有至少一个圆柱面。
根据一实施例变形例，每个保持装置由固定在一起的两个半环形成。
有利地，每个半环安装在形成于所述连接元件之一中的凹槽内。
替代地，每个连接元件具有保持装置。
有利地，一个保持装置具有至少一个可移除的销。
根据一实施例，所述第一凸耳组和所述第二凸耳组的凸耳在相同的角度范围内突出。
根据一特征，每个凸耳组具有至少一个凸耳排，并且优选具有两个凸耳排。
有利地，一个且同一个凸耳组的相继各排凸耳中的各凸耳对齐。
根据一实施例，至少一个凸耳组的所述凸耳排内接于相同的直径。
根据一种设计，每个凸耳组的凸耳排具有至少三个凸耳，优选具有四个凸耳。
根据一特征，每个凸耳组具有至少两个四凸耳排。
有利地，所述第一连接元件在其端部处具有至少一个齿部，所述齿部配合在所述第二连接元件的凹部中。
根据一实施例，在所述第一凸耳组与所述第三凸耳组之间设置有第一轴向间隙，并且在所述第二凸耳组与所述第四凸耳组之间设置有第二轴向间隙。
优选地，所述第一间隙和所述第二间隙在0.5到30mm之间。
另外，本发明涉及一种立管，所述立管包括至少两个立管部分，所述立管部分通过根据上述特征之一的连接器连接在一起。
此外，本发明涉及一种借助于根据上述特征之一的连接器来组装两个立管部分的方法。对该方法执行以下步骤：
a)将所述锁定环定位在所述第一连接元件周围；
b)相对于所述第一连接元件安装用于支撑所述锁定环的第一保持装置；
c)通过将所述锁定环定位在设置有第二保持装置的所述第二连接元件周围，从而将第一连接元件与第二连接元件首尾相连(端对端地)配置，使得第二保持装置与所述锁定环接合；以及
d)通过旋转将所述锁定环锁定。
有利地，通过相对于所述连接元件平移移动所述锁定环来执行定位步骤。
本发明还涉及一种借助于根据上述特征之一的连接器来拆卸两个立管部分的方法。对该方法执行以下步骤：
a)通过旋转将所述锁定环解锁；
b)将所述第二连接元件从所述锁定环释放；
c)移除所述第一保持装置；以及
d)将所述第一连接元件从所述锁定环释放。
有利地，通过相对于所述锁定环平移移动连接元件来执行释放步骤。
附图简要说明
通过参照如下所述的附图来阅读以下对非限制性的示例性实施例的描述，根据本发明的设备的其它特征和优点将变得清楚可见。
图1示意地示出了根据本发明的立管。
图2表示根据本发明第一实施例的组装前的连接器。
图3是根据本发明第一实施例的组装后的连接器的剖视图。
图4和图5表示根据本发明第一实施例的两个连接元件。
图6表示根据本发明第一实施例的锁定环。
图7a至图7d表示根据本发明第一实施例的用于组装连接器的方法中的四个步骤。
图8表示根据本发明第二实施例的组装后的连接器。
图9表示根据本发明第二实施例的组装前的连接器。
具体实施方式
根据一非限制性的示例性实施例，图1示意地示出了离岸安装的修井立管1。立管1将井P延伸直至贮存器G并从井口2延伸至浮动支承3，例如平台或船舶。根据所示的示例，井口2可设置有通常被称为“BOP”或防喷器的截断装置。替代地，BOP可位于浮动支承处。立管1通过将由连接器5首尾相连组装的若干部分4组装而形成。每个部分由管状元件6构成。
根据本发明的连接器适用于例如涉及图1所述的修井立管，但根据本发明的连接器也可以适用于完井立管或生产立管。根据本发明,连接器包括：
-第一立管部分，该第一立管部分呈大致管状形状，并由第一连接元件延伸，该第一连接元件在其外表面上设置有第一凸耳组，该第一连接元件优选能够具有与第一立管部分的内径大致相同的内径；
-第二立管部分，该第二立管部分呈大致管状形状，并由第二连接元件延伸，该第二连接元件在其外表面上设置有第二凸耳组，该第二连接元件优选能够具有与第二立管部分的内径大致相同的内径；
-锁定环，该锁定环位于第一连接元件和第二连接元件的外部，该锁定环将两个连接元件连接在一起，该锁定环在其内表面上包括第三凸耳组和第四凸耳组，该第三凸耳组和该第四凸耳组能够与第一凸耳组和第二凸耳组接合；以及
-保持装置，该保持装置用于相对于两个连接元件保持锁定环，这些保持装置支撑(保持)并引导锁定环，换言之，特别是在连接器组装期间，该锁定环借助于保持装置来确保两个连接元件对齐。保持装置至少部分可移除。保持装置优选在锁定环的两个端部处配置在任一侧上。因此，可以使连接器的外径最小化，从而限制其空间要求。另外，保持装置的该布置使得一旦锁定就能够保护连接器的敏感部分(例如凸耳)免受外部影响。
因此，凭借四个凸耳组形成两个卡口式连接：锁定环与第一连接元件之间的第一连接；以及锁定环与第二连接元件之间的第二连接。以此方式并且凭借保持装置的可移除性质，锁定环相对于阳连接元件和阴连接元件可移除，从而允许其被检查和维护。
连接器可以设计和尺寸设定成满足现行规范，尤其是满足分别由美国石油协会(American Petroleum Institute)和国际标准化组织(International Organization forStandardization)编写的标准API RP 17G和ISO 13628-7所提到的那些规范。
可以组合以上和以下所述的不同实施例来组合其效果。
根据本发明的一实施例，连接器还可以包括密封套管。密封套筒确保两个立管部分的组装是密封的。该密封套管可以配合在两个连接元件中(也就是说安装在内部)。其可以在其外表面上具有密封件。优选地，其固定在两个连接元件之一中。该固定尤其可以通过环箍、焊接、借助于弹性挡圈、粘接、螺纹连接、或者任意类似方法来实现。密封套筒可以具有大致管状的形状，并且可以在其外表面上包括多个槽，多个该槽用于供多个密封件插入。密封件与连接元件的内表面接触。密封套筒可以有利地具有与连接元件的内径大致相同的内径。
在连接器具有密封套管和两个保持装置的情况下，通过三点组装来实现连接，从而使连接更容易。
根据本发明的一实施例，第一连接元件在其端部(该端部位于锁定环的中心处)处可以具有至少一个齿部，该齿部配合在位于第二连接元件的端部(该端部位于锁定环的中心处)处的至少一个凹部中。齿部和凹部可以沿连接元件的轴向方向形成。根据一示例性实施例，第一连接元件可以包括两个到六个之间的齿部，优选为四个齿部，而第二连接元件可以包括两个到六个之间的凹部，优选为四个凹部。该齿部(这些齿部)和该凹部(这些凹部)使得两个连接元件的连接更容易，从而防止绕立管的轴线旋转。
根据一种设计，保持装置具有与锁定环的外径大致相同的外径。因此，连接器的径向空间要求受限。
根据一实施例，保持装置具有：支撑装置，该支撑装置用于在锁定环的第一端部处支撑(保持)锁定环；以及引导装置，该引导装置用于在锁定环的第二端部处引导锁定环。支撑装置能够在连接器的连接和锁定期间相对于第一连接元件支撑(定位)锁定环。引导装置尤其是通过使不同的元件更容易对齐而能够在连接和锁定期间引导第二连接元件。为此目的，引导装置具有至少一个轴向表面(大致呈圆柱形)，该轴向表面用于与锁定环的外表面接触。
替代地，连接器可以在锁定环的一个端部处包括单个保持装置。
根据保持装置的本发明第一实施例，保持装置通过以若干经组装的部件形成而可移除。尤其可以通过螺纹连接来组装两个部件。有利地，每个保持装置由两个半环形成，该半环也被称为半壳，其能够被组装。两个半环可以由在环的直径上切成两部分的环形成。一旦组装后，两个半环大致形成管。该设计允许快速连接。替代地，每个保持装置可以由两个以上的部件形成，以便一旦组装后就大致形成管。
根据一种设计，每个保持装置可以安装在连接元件中的凹槽中。因此，一旦安装后，保持装置是不可动的，并且避免了保持装置的轴向运动，从而允许锁定环相对于连接元件的最佳保持。
对于该实施例，例如由两个半环形成的支撑装置可以有利地包括：
-至少一个轴向肩部，该轴向肩部在第一方向上形成轴向邻抵部(abutment)；以及
-至少一个突出部，该突出部优选为朝向支撑装置内部的径向突出部，该突出部与锁定环接合，特别是与形成在锁定环中的槽接合。突出部可以是周向突出部。优选地，在突出部与槽之间存在间隙，以允许锁定环相对于支撑装置进行相对旋转运动。
当在轴向截面内观察时，支撑装置可以呈大致J形，J的长边用于放置在第一连接元件中的凹槽中，而J的短边用作用于与锁定环中的槽接合的突出部。
对于该实施例，例如由两个半环形成的引导装置可以有利地包括：
-至少一个轴向肩部，该轴向肩部在与第一方向相反的第二方向上形成轴向邻抵部。可以在锁定环与引导装置之间设置间隙，以允许锁定环相对于引导装置作相对旋转运动。
当在轴向截面内观察时，引导装置可以呈大致L形，L的长边用于放置在第二连接元件中的凹槽中，而L的短边用于与锁定环接合。
为了使保持装置与锁定环的接合更容易，锁定环的端部可以形成为与保持装置接合。例如，锁定环的两个端部可以具有肩部，并且锁定环的两个端部中的一个端部可以具有用于与突出部接合的槽。
根据保持装置的第二实施例，保持装置可以与连接元件形成为单件：每个连接元件具有保持装置。保持装置例如可以通过锻造或机械加工与连接元件同时制造而成。
对于该实施例，支撑装置可以有利地包括：
-至少一个轴向肩部，该轴向肩部由第一连接元件的直径增大部形成，该轴向肩部在第一方向上形成轴向邻抵部；以及
-至少一个可移除的销，该销能够插入支撑装置和锁定环，该销优选以径向朝向支撑装置内部的方式突出，并且与锁定环接合，特别是与形成于锁定环中的槽接合。销可以呈大致圆柱形的形状。优选地，在销与槽之间存在间隙，以允许锁定环相对于支撑装置作相对旋转运动。
当在轴向截面内观察时，支撑装置可以呈大致L形，L的长边是第一连接元件的直径增大部，而L的短边用于与锁定环接合。L的短边具有用于供可移除销插入的至少一个孔口。
对于该实施例，支撑装置可以包括一个到八个销，优选为四个或六个可移除销。
引导装置可以有利地包括：
-至少一个轴向肩部，该轴向肩部由第二连接元件的直径增大部形成，并在与第一方向相反的第二方向上形成轴向邻抵部。可以在锁定环与引导装置之间设置间隙，以允许锁定环相对于引导装置作相对旋转运动。
当在轴向截面内观察时，引导装置可以呈大致L形，L的长边是第二连接元件的直径增大部，而L的短边用于与锁定环接合。
为了使保持装置与锁定环的接合更容易，锁定环的端部可以形成为与保持装置接合。例如，锁定环的两个端部可以具有肩部，并且锁定环的两个端部中的一个端部可以具有用于与可移除销接合的槽。
根据保持装置的第三实施例，可以在第一端部处实现根据第一实施例的保持装置(由两个半壳形成的保持装置)，而在第二端部处实现根据第二实施例的保持装置(与连接元件形成为单件的保持装置)。
优选的，锁定环实现为单件。
根据本发明一实施例，第一凸耳组和第二凸耳组(甚至第三凸耳和第四凸耳组)的凸耳在相同的角度范围内突出。凸耳的角度范围是指由在凸耳所内接的直径上由凸耳占据的圆的一部分所形成的角度。例如，若一个凸耳组具有每个凸耳代表圆的六分之一的凸耳，则凸耳的角度范围为60°。因此，凭借该设计，可以通过单次旋转同时进行锁定环相对于两个连接元件的锁定和解锁。以此方式，锁定环仅在两个角度位置之间被驱动旋转。
根据本发明的第一实施例，第三凸耳和第四凸耳组的周向分布相对于在两个凸耳组之间穿过的径向平面对称。换言之，第三凸耳组与第四凸耳组的凸耳彼此面对(对齐)。因此，锁定环可以具有对称平面，使其更容易设计。据本发明的第二实施例，第三凸耳组与第四凸耳组的周向分布是相反的：第四凸耳组的周向分布相对于第三凸耳组偏移与凸耳的角度范围对应的角度。换言之，一组的凸耳面向另一组凸耳中的间隔。根据本发明的第三实施例，第三凸耳组与第四凸耳组的周向分布相对于彼此偏移与凸耳的角度范围的一半对应的角度(或任意其它角度)。
替代地，第一凸耳组和第二凸耳组(甚至第三凸耳组和第四凸耳组)的凸耳在不同的角度范围内突出。因此，两个卡口连接通过不同的旋转解锁。
根据本发明一实施例，每个凸耳组可以具有至少一个凸耳排。凸耳排是指凸耳的周向分布。在每个凸耳排中存在突出凸耳与空出的空间(间隔)的交替，这些空出的空间允许与凸耳排所接合的凸耳组对应的凸耳通过。
根据本发明一实施例，凸耳组可以包括多个凸耳排，具体为两个或三个凸耳排。多个凸耳排允许减小凸耳上的轴向力，使得能够限制凸耳的机械疲劳。
根据一种可能的设计，每个凸耳组具有单个凸耳排。根据第一替代例，每个凸耳组具有两个凸耳排。根据第二替代例，每个凸耳组具有三个凸耳排。根据第三替代例，四个凸耳组中的两个凸耳组具有一个凸耳排，而另外两个凸耳组具有两个凸耳排。根据第四替代例，四个凸耳组中的两个凸耳组具有两个凸耳排，而另外两个凸耳组具有三个凸耳排。
在一个凸耳组具有多个凸耳排的情况下，该凸耳排可以内接于不同的直径。该设计允许直径较小的凸耳排通过，因此可以通过单次旋转将卡扣连接锁定和解锁。
在一个凸耳组具有若干凸耳排的情况下，该凸耳排可以内接于相同的直径。当各凸耳组对齐时，该设计使得能够通过单次旋转将卡口连接锁定和解锁。当该凸耳组未对齐时，该设计(内接于相同直径的若干凸耳排)可能导致卡口连接的插入和锁定具有相对运动，该相对运动由第一平移运动、第一旋转、第二平移运动和第二旋转构成。因此，该设计允许更好地固定连接，因为其能够避免不期望的断开。
每个凸耳排具有在直径上规律分布的多个凸耳。有利地，不同的凸耳排可以布置成允许(通过)360°锁定。根据一种设计，该凸耳排可以包括角度范围为60°或40°的三个凸耳。根据一替代例，该凸耳排可以包括角度范围为45°或30°的四个凸耳。根据一替代例，该凸耳排可以包括角度范围为36°或24°的五个凸耳。根据另一替代例，该凸耳排可以包括角度范围为30°或20°的六个凸耳。根据一替代例，该凸耳排可以包括角度范围为22.5°或15°八个凸耳。为了使凸耳在相同的角度范围内突出，所有凸耳组的所有排可以具有相同数量的凸耳。
根据一示例性实施例，四个凸耳组各自具有凸耳的角度范围为45°的两个四凸耳排(两排四凸耳)。各凸耳排对齐并内接于相同的直径。因此，连接器可以借助于45°的单次旋转而锁定。
为了使安装更容易并且避免在磨损的情况下阻挡凸耳的问题，可以在连接元件与锁定环之间实现至少一个轴向间隙。轴向间隙优选严格为正。
根据本发明一实施例，在每个连接元件与锁定环之间实现正轴向间隙。因此，可以避免与凸耳的磨损相关的问题，使得更容易操纵锁定环。两个轴向间隙可以相同或不同。轴向间隙在连接器的安装、锁定、解锁、张紧的各步骤期间分布在连接器中。例如，在安装期间，在相互接合的凸耳之间可以存在轴向间隙，并且一旦锁定的连接器被拉近(张紧)，则在两个连接元件的端部之间可以存在轴向间隙。
每个严格为正的轴向间隙可以在0.5到30mm之间，优选在0.5到10mm之间。在30mm以上，仍然存在与避免阻挡问题有关的技术效果，但空间需求增大。
另外，根据连接器的一种设计，锁定环可以具有用于限制锁定环旋转的装置，例如邻抵部，这些装置将锁定环的旋转限制为与凸耳的角度范围相等的角度。
另外，根据本发明一特征，连接器可以包括阻挡装置，该阻挡装置用于将锁定环阻挡在至少一个位置处，尤其是在锁定位置处。这些装置还可以使得能够防止锁定环相对于第一连接元件在解锁位置旋转。用于阻挡锁定环的阻挡装置能够避免锁定环的任何不期望的解锁。
根据本发明的一种设计，锁定环可以包括操纵装置，该操纵装置位于锁定环的外部。这些操纵装置能够转动锁定环。例如，操纵装置可以是操纵杆。
图2至图6表示根据本发明第一实施例的连接器。
图2以示意性且非限制性方式表示出连接到第二连接元件之前的根据本发明第一实施例的连接器。连接器5具有第一连接元件7，该第一连接元件7使第一立管部分(未示出)延伸。第一连接元件7设置有第一凸耳组(未示出)。连接器5具有第二连接元件8，该第二连接元件8使第二立管部分(未示出)延伸。第二连接元件8设置有第二凸耳组12。如图所示(以非限制性方式)，第二凸耳组具有两个四凸耳排(两排四凸耳)。此外，第二连接元件8具有凹部13，该凹部13用于与第一连接元件7上的齿部接合。另外，连接器5具有锁定环9。锁定环9具有第三凸耳组和第四凸耳组，该第三凸耳组和该第四凸耳组分别能够与第一连接元件7和第二连接元件8的第一凸耳组和第二凸耳组接合。此外，连接器5具有用于锁定环9的保持装置10、11，保持装置10、11定位在锁定环9的两个端部处。保持装置10、11在第一连接元件7上具有用于锁定环9的支撑装置10，而在第二连接元件8上具有引导装置11。每个保持装置10、11由两个组装的半壳形成。
图3利用剖视图以示意性且非限制性方式表示出图2中一旦连接器已组装后的连接器。连接器5具有第一连接元件7，该第一连接元件7延伸出第一立管部分(未示出)。第一连接元件7在其外表面上设置有第一凸耳组14。连接器5具有第二连接元件8，该第二连接元件8延伸出第二立管部分(未示出)。第二连接元件8在其外表面上设置有第二凸耳组12。如图所示(以非限制性方式)，第一凸耳组14和第二凸耳组12具有两个四凸耳排。此外，连接器5具有锁定环9。锁定环9具有第三凸耳组和第四凸耳组，该第三凸耳组和该第四凸耳组分别能够与第一连接元件7和第二连接元件8的第一凸耳组14和第二凸耳组12接合。第三凸耳组和第四凸耳组配置在锁定环9的内表面上。此外，连接器5具有用于锁定环9的保持装置10、11，保持装置10、11在锁定环9的两个端部处定位在形成于连接元件7、8内的凹槽中。保持装置在第一连接元件7上具有用于锁定环9的支撑装置10，而在第二连接元件8上具有引导装置11。如图所示，支撑装置10大致呈具有周向突出部的J形，该周向突出部与在锁定环9的外表面中制成的槽接合。如图所示，引导装置11大致呈具有肩部的L形，该肩部与锁定环9的一个端部接合。每个保持装置10、11由两个组装的半壳形成。另外，连接器5具有密封套管15。密封套管15配合在两个连接元件7、8中。密封套管15大致呈管状，并且具有用于供密封件插入的槽。
图4以示意性且非限制性的方式表示出用于图2和图3中的实施例的第二连接元件8。第二连接元件8在其外表面上具有凸耳组12，该凸耳组12包括两个四凸耳排，凸耳对齐并内接于相同的直径。连接元件8的端部具有凹部13(例如四个凹部)，该凹部13能够与第一连接元件上的齿部接合。另外，第二连接元件8具有凹槽16，该凹槽16能够接纳保持装置，例如引导装置。
图5以示意性且非限制性的方式表示出用于图2和图3中的实施例的第一连接元件7。第一连接元件7在其外表面上具有凸耳组14，该凸耳组14包括两个四凸耳排，凸耳对齐并内接于相同的直径。连接元件7的端部具有齿部17(例如四个齿部)，该齿部17能够与第二连接元件中的凹部接合。另外，第一连接元件7具有凹槽18，该凹槽18能够接纳保持装置，例如支撑装置。
图6以示意性且非限制性的方式表示出用于图2和图3中的实施例的锁定环9。锁定环9在其内表面上具有两个凸耳组19、20。每个凸耳组具有两个四凸耳排，凸耳对齐并内接于相同的直径。凸耳组19能够与第一连接元件的凸耳组接合，而凸耳组20能够与第二连接元件的凸耳组接合。如图所示，锁定环9具有槽21，该槽21能够接纳保持装置的突出部。
图8至图9表示根据本发明第二实施例的连接器。对应该第二实施例，锁定环可以与图6所示的锁定环大致相同。
图8利用剖视图以示意性且非限制性方式表示出一旦连接器已组装后的连接器。连接器5具有第一连接元件7，该第一连接元件7延伸出第一立管部分(未示出)。第一连接元件7在其外表面上设置有第一凸耳组14。连接器5具有第二连接元件8，该第二连接元件8延伸出第二立管部分(未示出)。第二连接元件8在其外表面上设置有第二凸耳组12。如图所示(以非限制性方式)，第一凸耳组14和第二凸耳组12具有两个四凸耳排。另外，连接器5具有锁定环9。锁定环9具有第三凸耳组和第四凸耳组，该第三凸耳组和该第四凸耳组分别能够与第一连接元件7和第二连接元件8的第一凸耳组14和第二凸耳组12接合。第三凸耳组和第四凸耳组配置在锁定环9的内表面上。此外，连接器5具有用于锁定环9的保持装置10、11，保持装置10、11定位在锁定环9的两个端部处。保持装置具有：支撑装置10，该支撑装置10用于支撑锁定环9，所述支撑装置10集成到第一连接元件7中；以及引导装置11，该引导装置11集成到第二连接元件8中。如图所示，支撑装置10大致呈具有孔口的L形，该孔口用于供至少一个可移除销22通过，该可移除销22与在锁定环9的外表面中制成的槽接合。如图所示，引导装置11大致呈具有肩部的L形，该肩部与锁定环9的一个端部接合。另外，连接器5具有密封套管15。密封套管15配合在两个连接元件7、8中。密封套管15大致呈管状，并且具有用于供密封件插入的槽。
图9以示意性且非限制性方式表示出连接到第二连接元件之前的根据图8中的本发明实施例的连接器。连接器5具有第一连接元件7，该第一连接元件7延伸出第一立管部分(未示出)。第一连接元件7设置有第一凸耳组(未示出)。连接器5具有第二连接元件8，该第二连接元件8延伸出第二立管部分(未示出)。第二连接元件8设置有第二凸耳组12。如图所示(以非限制性方式)，第二凸耳组具有两个四凸耳排。另外，第二连接元件8具有凹部13，该凹部13用于与第一连接元件7的齿部接合。另外，连接器5具有锁定环9。锁定环9具有第三凸耳组和第四凸耳组，该第三凸耳组和该第四凸耳组分别能够与第一连接元件7和第二连接元件8的第一凸耳组和第二凸耳组接合。此外，连接器5具有用于锁定环9的保持装置10、11，保持装置10、11定位在锁定环9的两个端部处。保持装置10、11具有：支撑装置10，该支撑装置10用于支撑锁定环9，所述支撑装置10集成到第一连接元件7中；以及引导装置11，该引导装置11集成到第二连接元件8中。在支撑装置10与锁定环9之间设置有销22。
另外，本发明涉及一种立管，该立管包括通过上述连接器连接在一起的至少两个立管部分。该连接器可以根据上述实施例的任一个组合来实现：密封套管的存在、保持装置的设计、多个凸耳排、内接于相同或不同直径的凸耳排、对齐或未对齐的凸耳组、轴向间隙等。
另外，本发明涉及该立管(具有上述实施例的任一组合)用于离岸石油流出物的生产、完井操作、修井操作等的用途。
此外，本发明涉及一种借助于根据本发明的连接器(具有上述实施例的任一组合)来组装两个立管部分的方法。可以对该方法执行以下步骤：
a)将锁定环定位在第一连接元件周围，并且将第一立管部分定位在未被锁定的锁定环中；
b)将第一保持装置(优选为支撑装置)安装在第一连接元件上，以相对于第一连接元件支撑锁定环，并因此使锁定环无法相对于第一连接元件作平移运动；
c)通过将锁定环定位在设置有第二保持装置(优选为引导装置)的第二连接元件周围，从而将第一连接元件与第二连接元件配置成首尾相连(端对端地设置)，并因此将第二立管部分定位在未被锁定的锁定环中；以及
d)通过锁定环的旋转、优选借助于单次旋转(在具有相同角度范围的凸耳的情况下)将锁定环锁定，从而将无法再相对于锁定环运动的两个连接元件锁定。
对于步骤d)，在锁定期间，环的旋转分别引起第一凸耳组与第三凸耳组的接合以及第二凸耳组与第四凸耳组的接合。用于将两个卡口式连接同时锁定的旋转是旋转与凸耳的角度范围对应的角度的一种旋转。例如，若凸耳具有36°的角度范围，则锁定旋转为旋转36°的旋转。
对于步骤b)，第一保持装置的安装可以通过将两个半壳组装在形成于第一连接元件的凹槽内来执行。保持装置可以具有与锁定环中的槽接合的突出部。
以相同的方式，第二保持装置的安装可以通过将两个半壳组装在形成于第二连接元件的凹槽内来执行。保持装置可以具有与锁定环的端部接合的肩部。第二保持装置可以：在步骤a)和步骤b)之一之前、与步骤a)和步骤b)之一同时；或者在步骤b)与步骤c)之间安装在第二连接元件上。
定位步骤包括：将锁定环相对于所述连接元件放置，使得单次后续旋转可以允许连接器被锁定。
在一些情况下，插入步骤与环相对于连接元件的单次平移运动对应。这当属如下情况：例如，所述凸耳组仅包括一个凸耳排的情况；所述凸耳组具有内接于不同直径的多个凸耳排的情况；或者凸耳对齐的情况。该平移运动使得能够定位凸耳以阻挡卡口连接。
在其它情况下，插入步骤对应于组合运动，该组合运动包括：平移运动的第一步骤；随后的第一旋转；以及随后的第二平移运动。这些是锁定环与所述连接元件之间的相对运动。这当属如下情况：例如，所述凸耳组包括内接于相同直径且具有偏移的角度范围的多个凸耳排的情况。两个第一相对运动允许第一凸耳排通过。平移运动的最后步骤使得能够定位凸耳以阻挡卡口连接。
另外，本发明涉及一种借助于根据本发明的连接器(具有上述实施例的任一组合)来拆卸两个立管部分的方法。可以对该方法执行以下步骤：
a)通过锁定环的旋转将锁定环解锁，该旋转优选借助于单次旋转(在具有相同角度范围的凸耳的情况下)，从而将能够相对于锁定环运动的两个连接元件解锁；
b)将第二连接元件从锁定环释放，并将第二连接元件从锁定环中拔出，同时将第一连接元件解锁，但防止第一连接元件在锁定环中平移移动(尤其是通过至少一个保持装置)；
c)将锁定环与第一连接元件之间的保持装置移除，并因此将第一连接元件定位在被解锁的并自由移动的锁定环中；以及
d)将锁定环从第一连接元件抽出，并因此将阳连接元件从锁定环拔出。
对于步骤a)，在解锁期间，环的旋转分别释放第一凸耳组与第三凸耳组的接合以及第二凸耳组与第四凸耳组的接合。用于将两个卡口式连接同时锁定的旋转是旋转与凸耳的角度范围对应的角度的一种旋转。例如，若凸耳具有36°的角度范围，则解锁旋转为旋转36°的旋转。
对于步骤b)，第一保持装置的移除可以通过将两个半壳从形成于第一连接元件的凹槽拆卸来执行。保持装置可以具有与锁定环中的槽接合的突出部。
以相同的方式，第二保持装置的移除可以通过将两个半壳从形成于第二连接元件的凹槽拆卸来提供。保持装置可以具有与锁定环的端部接合的肩部。可以在拆卸方法的一个步骤之后或同时实现从第二连接元件移除第二保持装置。
抽出/释放步骤包括：从供连接元件定位在锁定环中的位置开始将所述连接元件从锁定环拔出。
在一些情况下，抽出/释放步骤与环相对于连接元件的单次平移运动对应。这当属如下情况：例如，所述凸耳组仅具有一个凸耳排的情况；或者所述凸耳组具有内接于不同直径的多个凸耳排的情况；或者凸耳对齐的情况。该平移运动使得能够将凸耳从卡口连接中释放。
在其它情况下，抽出/释放步骤对应于组合运动，该组合运动包括：平移运动的第一步骤；随后的第一旋转；以及随后的第二平移运动。这些是锁定环与所讨论的连接元件之间的相对运动。这当属如下情况：例如，所述凸耳组包括偏移的并内接于相同直径的多个凸耳的情况。平移运动的第一步骤使得能够脱离第二凸耳组的凸耳。两个最后的相对运动允许第一凸耳排通过。
对于在连接元件与锁定环之间的任一侧上设置有两个轴向间隙的实施例，在图7a至图7d中针对不同的组装步骤表示出轴向间隙的分布。这些图是与图3中的剖视图类似的剖视图，其中仅示出了剖视图的一侧。这些图表示出借助于锁定环9和可移除的保持装置10、11将连接元件8连接到连接元件7的步骤。连接器包括密封套管15。在这些图中，附图标记C表示部件之间接触，附图标记J表示元件之间存在间隙。间隙J的值可以根据连接步骤变化。对于该示例，两个轴向间隙J严格为正，可以不同或相同，并且可以是0.5、1、1.5、2、2.5、3、4或5mm。
当第一连接元件已安装在锁定环中时，可以通过以下操作实现连接器的锁定：
1.接近阶段(图7a)：将锁定环9配合(装)在第二连接元件8周围。第二连接元件8的凸耳在锁定环9的凸耳之间穿过。
2.继续配合(图7b)，锁定环9与引导装置11接触。在该阶段，在第二凸耳组(第二连接元件8)和第四凸耳组(锁定环9)处引入间隙(例如1mm)。
3.在配合结束时(图7c)，第二连接元件8的端部与第一连接元件7的端部接触。可以在在第一凸耳组(第一连接元件7)和第三凸耳组(锁定环9)处引入例如具有1mm值的间隙。在该步骤结束时，连接器已准备好被锁定。
4.用于锁定的环的旋转(图7d)将四个凸耳排(四排凸耳)匹配。由于滑动面位于承受很小应力的区域中，因此不再有被阻碍的风险。在锁定结束时，立管的张紧使两个卡口系统的齿部接触。因此，在四个凸耳组的凸耳处实现了接触C，而在两个连接元件7、8的端部之间存在轴向间隙。另外，在密封套筒的端部与第二连接元件8的端部之间可以存在间隙。
根据本发明的设备提供了一种用于快速且容易地安装立管的有利解决方案，而无需在组装之前执行精确的相对定位。具体而言，可以借助于锁定环的旋转以单次操作执行一个立管部分与另一个立管部分的连接。该连接使得能够将两个立管部分连接并密封起来。此外，凭借其设计，连接器可以容易地移除和检查，从而使维护操作更容易。另外，通过使用卡口连接而允许大量的锁定/解锁操作。
Claims (24)
1.一种连接器，用于组装立管(1)的两个部分(4)，所述连接器具有：第一立管部分(4)，所述第一立管部分由第一连接元件(7)延伸，所述第一连接元件(7)在其外表面上设置有第一凸耳组(14)；第二立管部分元件(4)，所述第二立管部分元件由第二连接元件(8)延伸，所述第二连接元件(8)在其外表面上设置有第二凸耳组(13)；以及锁定环(9)，所述锁定环(9)将两个所述连接元件(7、8)连接在一起，所述锁定环(9)在其内表面上包括第三凸耳组(19)和第四凸耳组(20)，所述第三凸耳组(19)和所述第四凸耳组(20)分别能够与所述第一凸耳组(14)和所述第二凸耳组(13)接合，其特征在于，所述连接器(5)还具有保持装置(10、11)，所述保持装置(10、11)用于相对于所述连接元件(7、8)保持所述锁定环(9)，所述保持装置(10、11)至少部分可移除。
2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，所述保持装置(10、11)位于所述锁定环(9)的两个端部处。
3.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，所述连接器还具有密封套管(15)，所述密封套管(15)配合在两个所述连接元件(7、8)中，优选固定在所述第一连接元件(7)或所述第二连接元件(8)之一中。
4.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，用于保持所述锁定环(9)的所述保持装置包括：支撑装置(10)，所述支撑装置(10)用于在所述锁定环(9)的第一端部处支撑所述锁定环(9)；以及引导装置(11)，所述引导装置(11)用于在所述锁定环(9)的第二端部处引导所述锁定环(9)。
5.如权利要求4所述的连接器，其特征在于，用于支撑所述锁定环(9)的所述支撑装置(10)具有至少一个突出部，所述突出部穿入所述锁定环(9)中的槽内。
6.如权利要求4或5所述的连接器，其特征在于，用于引导所述锁定环(9)的所述引导装置(11)具有至少一个圆柱面。
7.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，每个保持装置(10、11)由固定在一起的两个半环形成。
8.如权利要求7所述的连接器，其特征在于，每个半环安装在形成于所述连接元件(7、8)之一中的凹槽(16、18)内。
9.如权利要求1至3中任一项所述的连接器，其特征在于，每个连接元件(7、8)具有保持装置(10、11)。
10.如权利要求6所述的连接器，其特征在于，一个保持装置(10)具有至少一个可移除的销(22)。
11.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，所述第一凸耳组(14)和所述第二凸耳组(13)的各凸耳在相同的角度范围内突出。
12.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，每个凸耳组具有至少一个凸耳排，并且优选具有两个凸耳排。
13.如权利要求12所述的连接器，其特征在于，在一个且同一个凸耳组的相继各凸耳排中的各凸耳对齐。
14.如权利要求12或13所述的连接器，其特征在于，至少一个凸耳组的所述凸耳排内接于相同的直径。
15.如权利要求12至14中任一项所述的连接器，其特征在于，每个凸耳组的凸耳排具有至少三个凸耳，优选具有四个凸耳。
16.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，每个凸耳组具有至少两个四凸耳排。
17.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，所述第一连接元件(7)在其端部处具有至少一个齿部(17)，所述齿部(17)配合在所述第二连接元件(8)的凹部(13)中。
18.如前述权利要求中任一项所述的连接器，其特征在于，在所述第一凸耳组(14)与所述第三凸耳组(19)之间设置有第一轴向间隙，并且在所述第二凸耳组(12)与所述第四凸耳组(20)之间设置有第二轴向间隙。
19.如权利要求18所述的连接器，其特征在于，所述第一间隙和所述第二间隙在0.5到30mm之间。
20.一种立管(1)，其特征在于，包括至少两个立管部分(4)，两个所述立管部分(4)通过前述权利要求中任一项所述的连接器(5)连接在一起。
21.一种借助于权利要求1至19中任一项所述的连接器(5)来组装两个立管部分(4)的方法，其特征在于，执行以下步骤：
a)将所述锁定环(9)定位在所述第一连接元件(7)周围；
b)相对于所述第一连接元件安装用于支撑所述锁定环(9)的第一保持装置(10)；
c)通过将所述锁定环(9)定位在设置有第二保持装置(11)的所述第二连接元件(8)周围，从而将第一连接元件与第二连接元件端对端地配置，使得第二保持装置(11)与所述锁定环(9)接合；以及
d)通过旋转将所述锁定环(9)锁定。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，通过相对于所述连接元件(7、8)平移移动所述锁定环(9)来执行定位步骤。
23.一种借助于权利要求1至19中任一项所述的连接器(5)来拆卸两个立管部分的方法，其特征在于，执行以下步骤：
a)通过旋转将所述锁定环(9)解锁；
b)将所述第二连接元件(8)从所述锁定环(9)释放；
c)移除所述第一保持装置(10)；以及
b)将所述第一连接元件(7)从所述锁定环(9)释放。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，通过相对于所述锁定环(9)平移移动连接元件(7、8)来执行释放步骤。
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