CN110700766B - 一种同径双层连续油管连接装置 - Google Patents

一种同径双层连续油管连接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同径双层连续油管连接装置，该装置用于水合物开采中井下两口径相同的双层连续油管之间的连接。两段内外同径双层连续油管的内层管、外层管均为光管，卡瓦通过卡瓦压紧套的挤压实现卡瓦与外层连续油管的外壁咬合，卡瓦压紧套通过螺纹与连续油管接头体外层连接，内层连续油管接头体通过内卡瓦连接器与连续油管的内层管进行连接；连续油管接头体上设置有四个环形流道用于连续油管的外层管与内层管之间的流体通过；连续油管接头体与连续油管的外层管、芯轴连接处均设置有O环形密封圈。本发明可实现两段内外同径双层连续油管连接，保证该连接处可抗拉、抗扭矩和承内压，且具有结构紧凑、连接安全、安装简单等特点。

Description

一种同径双层连续油管连接装置
技术领域
本发明属于天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种同径双层连续油管连接装置。
背景技术
天然气水合物是世界上所发现的清洁、优质、高效的新型能源,是油气工业的研究热点，也是未来的能源战略中不可或缺的重要物资。天然气水合物的全球储量巨大,但是目前的开发尚未成熟,尤其在海洋方面,传统开采方法有降压法、注热法、化学抑制剂法和C02置换开采法等,这些方法只对极地砂岩和海域砂岩储层天然气水合物进行了短期试采技术示范验证,安全性无法完全保证。因此对于储存在海底表层300米之内深水浅层的天然气水合物的开发则需要考虑一种全新的开采模式。周守为等根据世界海域水合物取样和我国海域水合物取样情况,提出了深水浅层天然气水合物固态流化开采技术,减少浅层水合物分解可能带来的环境风险,达到绿色可控开采的目的。
在海底浅层水合物固态流化开采中，需采用双层连续油管代替常规油气开采的单层管，已达到外管向下输送高压海水和内管向上输送天然气水合物的效果。水合物钻进和采掘过程中，往往会因为测算距离与实际工况不相符合或一些其他原因导致双层连续油管连接长度不够，这时需要一种连接装置将两口径相同的双层连续油管连接气起来，来达到使用的要求，而在现有的双层连续油管接头体当中，尚未存在一种装置使两口径相同的双层连续油管能够可靠的连接起来，并且在作业过程中，双层连续油管往往会承受一定的轴向力，因而需要保证装置连接处具有很高的稳定性和抗拉强度。因此，为了实现基于双层连续油管技术的深水浅层天然气水合物固态流化开采，需要发明一种同径的双层连续油管连接装置，以保证可以将两口径相同的双层连续油管能够可靠的连接，增强双层连续油管光管处的稳定连接和提高连接处的抗拉强度。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于天然气水合物固态流化开采时同径双层连续油管的连接装置，解决了内层管、外层管均为光杆的同径双层连续油管对接问题，解决了连续油管连接装置同时与两层均为光管的双层连续油管之间的连接问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种同径双层连续油管连接装置，包括卡瓦压紧套、外卡瓦、连续油管接头体、内卡瓦连接器。
所述卡瓦压紧套和外卡瓦依次套装在双层连续油管的外层管上，在卡瓦压紧套内形成有容纳外卡瓦的锥形空间，所述外卡瓦位于卡瓦压紧套内。
所述连续油管接头体的外层套装在双层连续油管的外层管上并与卡瓦压紧套螺纹连接，当连续油管接头体的端部顶紧所述外卡瓦时，所述双层连续油管的外层管的端部顶在连续油管接头体内侧形成的限位台阶处；连续油管的外层管和内层管等长，当连续油管接头体的端部顶紧所述外卡瓦时，所述双层连续油管的内层管的端部同样顶在连续油管接头体内侧形成的限位台阶处。
所述内卡瓦连接器包括芯轴、内卡瓦、密封头、推动螺母，安装时，内卡瓦、密封头、推动螺母依次套装在芯轴上，所述推动螺母通过螺纹与芯轴连接，拧紧芯轴上的推动螺母，预紧内卡瓦，然后将芯轴通过螺纹与连续油管接头体的内层连接，完成内卡瓦连接器与连续油管接头体的安装；最后将装在连续油管接头体上的内卡瓦连接器插入到双层连续油管的内层管内。
所述外卡瓦内壁为圆筒结构且带有锯齿形的卡瓦牙齿，卡瓦压紧套内层形成楔形面；当卡瓦压紧套与连续油管接头体在螺纹旋进相互靠近时，外卡瓦在卡瓦压紧套内受到连续油管接头体的推力作用下向卡瓦压套内部楔形面移动，其外卡瓦的楔形面受卡瓦压紧套内部楔形面的挤压作用后产生的径向作用力，使外卡瓦内壁的锯齿形牙齿与连续油管的外层管相互作用，最后外卡瓦楔进管壁抱紧双层连续油管的外层管，实现连续油管接头体与连续油管的外层管的连接。
所述内卡瓦的下端为圆环形，内卡瓦上端外壁设置有卡瓦牙齿，当内卡瓦连接器插入到连续油管的内层管后，在轴向力的作用下，内卡瓦锥面与芯轴锥面的贴合作用下产生的径向卡紧力将连续油管内层管的内壁咬住，实现连续油管接头体与连续油管的内层管(2)的连接。
所述连续油管接头体设置有四个环形流道，所述流道用于连续油管的外层管与内层管之间的流体通过。
所述连续油管接头体与连续油管的外层管连接处设置有O型密封圈Ⅰ，所述芯轴与连续油管接头体接触处、芯轴与连续油管的内层管接触处分别设置有O型密封圈Ⅱ和O型密封圈Ⅲ。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)可实现同径连接，接通两口径相同的双层连续油管；(2)该双层连续油管同径连接装置能承受一定的扭矩且连接处能承受一定的内压；(3)连续油管的内层管、外层管与连续油管接头体之间的连接均采用的是卡瓦配合连续油管接头体咬合在光管上，具有抗拉强度大，稳定性高的特点；(4)该装置结构紧凑、连接安全、安装简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为双层连续油管同径连接装置半剖视图；
图2为卡瓦压紧套的结构图；
图3为外卡瓦结构图
图4为连续油管接头体结构图；
图5为连续油管接头体俯视轴侧图；
图6为芯轴结构图；
图7为内卡瓦结构图；
图中标记：1-外层管，2-内层管，3-卡瓦压紧套，4-外卡瓦，5-连续油管接头体，6-O型密封圈Ⅰ，7-芯轴，8-内卡瓦，9-密封头，10-推动螺母，11-O型密封圈Ⅱ，12-O型密封圈Ⅲ，301-卡瓦压紧套内部楔形面，401-外卡瓦楔形面，402-外卡瓦的锯齿形牙齿，501-连续油管接头体中双层连续油管外层管的限位台阶，502-连续油管接头体中双层连续油管内层管的限位台阶，503-环形流道，504-连续油管接头体中芯轴的限位台阶，701-芯轴锥面，702-芯轴端面，801-内卡瓦牙齿，802-内卡瓦锥面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“上”和“下”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合附图和具体实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
如图1～图7所示，一种同径双层连续油管连接装置，包括卡瓦压紧套(3)、外卡瓦(4)、连续油管接头体(5)、内卡瓦连接器。
所述卡瓦压紧套(3)和外卡瓦(4)依次套装在双层连续油管的外层管(1)上，在卡瓦压紧套(3)内形成有容纳外卡瓦(4)的锥形空间，所述外卡瓦(4)位于卡瓦压紧套(3)内。
所述连续油管接头体(5)的外层套装在双层连续油管的外层管(1)上并与卡瓦压紧套(3)螺纹连接，当连续油管接头体(5)的端部顶紧所述外卡瓦(4)时，所述双层连续油管的外层管(1)的端部顶在连续油管接头体(5)内侧形成的限位台阶(501)处。
所述内卡瓦连接器包括芯轴(7)、内卡瓦(8)、密封头(9)、推动螺母(10)，安装时，内卡瓦(8)、密封头(9)、推动螺母(10)依次套装在芯轴(7)上，所述推动螺母(10)通过螺纹与芯轴(7)连接，拧紧芯轴(7)上的推动螺母(10)，预紧内卡瓦(8)，然后将芯轴(7)通过螺纹与连续油管接头体(5)的内层连接，完成内卡瓦连接器与连续油管接头体(5)的安装；最后将装在连续油管接头体(5)上的内卡瓦连接器插入到双层连续油管的内层管(2)内。
所述外卡瓦(4)内壁为圆筒结构且带有锯齿形的卡瓦牙齿(402)，卡瓦压紧套(3)内层形成楔形面(301)；当卡瓦压紧套(3)与连续油管接头体(5)在螺纹旋进配合中相互靠近时，位于卡瓦压紧套(3)内的外卡瓦(4)在连续油管接头体(5)的推力作用下向卡瓦压套内部楔形面(301)移动，其外卡瓦的楔形面(401)受卡瓦压紧套内部楔形面(301)的挤压作用后产生的径向作用力，使外卡瓦(4)内壁的锯齿形螺纹与连续油管的外层管(1)相互作用，最后外卡瓦(4)楔进管壁抱紧双层连续油管的外层管(1)，实现连续油管接头体(5)与连续油管的外层管(1)的连接。
所述内卡瓦(8)的下端为圆环形，内卡瓦(8)上端外壁设置有卡瓦牙齿(801)，当内卡瓦连接器插入到连续油管的内层管(2)后，在轴向力的作用下，内卡瓦锥面(802)与芯轴锥面(701)的贴合作用下产生的径向卡紧力将连续油管内层管(2)的内壁咬住，实现连续油管接头体(5)与连续油管的内层管(2)的连接。
所述连续油管接头体(5)设置有四个环形流道(504)，所述流道(504)用于连续油管的外层管(1)与内层管(2)之间的流体通过。
所述连续油管的外层管(1)和内层管(2)等长，当连续油管接头体(5)的端部顶紧所述外卡瓦(4)时，所述双层连续油管的内层管(2)的端部同样顶在连续油管接头体(5)内侧形成的限位台阶(502)处。
为提高密封性，在连续油管接头体(5)与连续油管的外层管(1)接触处安装有O环形密封圈(6)，双层连续油管的内层管(2)与芯轴(7)接触处安装有O型密封圈Ⅲ(12)，连续油管接头体(5)与芯轴(7)接触处安装有O型密封圈Ⅱ(11)。
下面对双层连续油管同径连接装置的安装过程进行详细说明。
参照图1，该双层连续油管同径连接装置主要由卡瓦压紧套(3)、外卡瓦(4)、连续油管接头体(5)、内卡瓦连接器组成。
在使用本工具前，需要根据双层连续油管的尺寸和壁厚确定合适的卡瓦和密封头，确定后，将双层连续油管的内层管(2)的内壁距离端口150mm距离处的焊缝打磨光滑，并且确保O型密封圈Ⅰ处光滑。校直连续油管的外层管(1)和内层管(2)，打磨修正外层管(1)的外表面，再修整外层管(1)和内层管(2)的端面。
依次将内卡瓦(8)、密封头(9)依次套装在芯轴(7)上，将O型密封圈Ⅲ(12)装在芯轴的密封槽内，将推动螺母(10)通过螺纹与芯轴(7)连接，拧紧芯轴(7)上的推动螺母(10)，预紧内卡瓦(8)，完成内卡瓦连接器的装配。然后将芯轴(7)通过螺纹与已经装好O型密封圈Ⅱ(11)的连续油管接头体(5)的内层连接，直至芯轴的端面(702)与连续油管芯轴限位台阶(504)重合，完成内卡瓦连接器与连续油管接头体(5)的安装。
依次将卡瓦压紧套(3)、外卡瓦(4)依次套装在已修整好的双层连续油管的外层管(1)上，再将装在连续油管接头体(5)上的内卡瓦连接器插入到双层连续油管的内层管(2)内，与此同时将已经装好O型密封圈Ⅰ(6)的连续油管接头体(5)外层旋进卡瓦压紧套(3)内，使外卡瓦(4)沿着螺纹轴向前进，外卡瓦(4)在卡瓦压紧套(3)内的斜坡椎体作用下向径向方向收缩，咬合在连续油管外层管(1)的外壁上，直至双层连续油管的外层管(1)的端部顶到连续油管接头体的台肩部位，同时双层连续油管的内层管(2)的端部同样顶到连续油管接头体的台肩部位；当受轴向力时，内卡瓦锥面(802)与芯轴锥面(701)的贴合作用下产生的径向卡紧力将连续油管内层管(2)的内壁咬住，实现连续油管的内层管(2)与连续油管接头体(5)的连接，此时，已将连续油管的内层和外层连接器总成卡在连续油管的内层管(2)和外层管(1)上，同样按照上述安装顺序将双层连续油管的另一端与连续油管接头体(5)连接；最终实现两口径相同的双层连续油管的对接。
本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种同径双层连续油管连接装置，其特征在于，包括卡瓦压紧套(3)、外卡瓦(4)、连续油管接头体(5)、内卡瓦连接器；
所述卡瓦压紧套(3)和外卡瓦(4)依次套装在双层连续油管的外层管(1)上，在卡瓦压紧套(3)内形成有容纳外卡瓦(4)的锥形空间，所述外卡瓦(4)位于卡瓦压紧套(3)内；
所述连续油管接头体(5)的外层套装在双层连续油管的外层管(1)上并与卡瓦压紧套(3)螺纹连接，当连续油管接头体(5)的端部顶紧所述外卡瓦(4)时，所述双层连续油管的外层管(1)的端部顶在连续油管接头体(5)内侧形成的限位台阶(501)处；连续油管的外层管(1)和内层管(2)等长，当连续油管接头体(5)的端部顶紧所述外卡瓦(4)时，所述双层连续油管的内层管(2)的端部同样顶在连续油管接头体(5)内侧形成的限位台阶(502)处；
所述内卡瓦连接器包括芯轴(7)、内卡瓦(8)、密封头(9)、推动螺母(10)，安装时，内卡瓦(8)、密封头(9)、推动螺母(10)依次套装在芯轴(7)上，所述推动螺母(10)通过螺纹与芯轴(7)连接，拧紧芯轴(7)上的推动螺母(10)，预紧内卡瓦(8)，然后将芯轴(7)通过螺纹与连续油管接头体(5)的内层连接，完成内卡瓦连接器与连续油管接头体(5)的安装；最后将装在连续油管接头体(5)上的内卡瓦连接器插入到双层连续油管的内层管(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种同径双层连续油管连接装置，其特征在于，所述外卡瓦(4)内壁为圆筒结构且带有锯齿形的卡瓦牙齿(402)，卡瓦压紧套(3)内层形成楔形面(301)；当卡瓦压紧套(3)与连续油管接头体(5)在螺纹旋进配合中相互靠近时，位于卡瓦压紧套(3)内的外卡瓦(4)在连续油管接头体(5)的推力作用下向卡瓦压套内部楔形面(301)移动，其外卡瓦的楔形面(401)受卡瓦压紧套内部楔形面(301)的挤压作用后产生的径向作用力，使外卡瓦(4)内壁的锯齿形牙齿与连续油管的外层管(1)相互作用，最后外卡瓦(4)楔进管壁抱紧双层连续油管的外层管(1)，实现连续油管接头体(5)与连续油管的外层管(1)的连接。
3.根据权利要求1所述的一种同径双层连续油管连接装置，其特征在于，所述内卡瓦(8)的下端为圆环形，内卡瓦(8)上端外壁设置有卡瓦牙齿(801)，当内卡瓦连接器插入到连续油管的内层管(2)后，在轴向力的作用下，内卡瓦锥面(802)与芯轴锥面(701)的贴合作用下产生的径向卡紧力将连续油管内层管(2)的内壁咬住，实现连续油管接头体(5)与连续油管的内层管(2)的连接。
4.根据权利要求1所述的一种同径双层连续油管连接装置，其特征在于，所述连续油管接头体(5)设置有四个环形流道(504)，所述流道(504)用于连续油管的外层管(1)与内层管(2)之间的流体通过。
5.根据权利要求1所述的一种同径双层连续油管连接装置，其特征在于，所述连续油管接头体(5)与连续油管的外层管(1)连接处设置有O型密封圈Ⅰ(6)，所述芯轴(7)与连续油管接头体(5)接触处、芯轴(7)与连续油管的内层管(2)接触处分别设置有O型密封圈Ⅱ(11)和O型密封圈Ⅲ(12)。
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