CN112746826A - 一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器 - Google Patents
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Abstract
一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，包括挂钩1、转动把手5、主体部分，其中：主体部分包括底座环2、转动瓣片3、转动环4、顶盖环6；挂钩1的下端与顶盖环6固接；挂钩1的上端与护管8固接；底座环2的上表面开有均匀分布的导向斜槽23；转动瓣片3设置于转动环4与底座环2之间；转动瓣片3的下端一部分活动地设置于底座环2的导向斜槽23内；转动瓣片3的上端一部分与转动环4固接；转动把手5的下端与转动环4固接。本发明的可靠性高，结构及制造工艺简单，造价成本低廉，且能够应用于更小的环空区域，变径操作简单方便，可适用于不同外径尺寸的立管，封隔器使用时能均匀受力，不会在环空管线内造成封隔器的相对位置产生偏转。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采钻探技术领域，尤其涉及一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器。
背景技术
在石油开采钻探技术领域，尤其是在海油开采钻探领域，广泛采用了钢质管道从水上钻井平台向位于地下或者海底的油田注水或抽取油气资源，其中，用于向油田注水的管道称之为注水立管；用于输送油气的管道称之为油气立管，二者统称为立管。为了保护立管，一般在立管外周再套上钢质护管；立管和护管之间存在环空区域，因此立管和护管统称为环空管线。
尽管护管能够降低海水对立管的电化学腐蚀速度、有效避免外界产生的机械损伤，但是现存大量环空管线中的环空区域充填有海水，对立管，尤其是潮差带内的立管存在强烈的电化学腐蚀作用。
为了保护立管，在工程实际应用中，通常将封隔器置于海平面以下若干米深处的环空区域中，用于封堵环空区域，并在所述封隔器之上填充水泥等保护介质。具体施工工艺为：先将护管局部对半截断剥离，随后将封隔器放置护管与立管之间的环空区域中，然后固定封隔器，并在其上放置环状盖板等封堵件，用于堵住封隔器与环空管线之间的缝隙，再往环空区域内填注给定高度的保护介质，待保护介质凝固后再将截断护管段再焊接回去，完成封隔工艺。
实际上，封隔器不仅用于封堵环空区域，保护立管，还被广泛应用于分层采油、分层注水、分层压裂或酸化、机械卡堵水等注采工艺作业场合。但区别于其他应用领域，在本领域中，主要考虑到封隔器初始会承受数吨重的负重，加之立管因安全因素无法现场动火予以切割，故使得现有封隔器技术无法满足本领域技术要求。
存在一种井下分层封隔专用的封隔器，理论上可用于本领域。该封隔器包括刚体、封隔器胶筒系统和控制部分，其中：封隔器胶筒系统由若干个胶筒、隔环和中心衬管(立管)等多个零件组成；封隔器位于立管和护管之间，当封隔器胶筒系统承受轴向载荷时，胶筒将产生大变形，与护管内壁接触并产生接触压力，使护管与立管间的环状空间割断，形成封隔。
上述封隔器利用封隔器胶筒系统可达到较大的堵水作用，但无法适用于本领域中高负重、小环空区域及立管护管不同等工况。为了提供封隔器的负重能力，中国专利CN209212206U公开了一种用于环空管线的液压式封隔器。该专利包括多个锚块、左半瓦和右半瓦，所述左半瓦顶端面上设有左吊装环和左单向阀，所述右半瓦顶端面上设有右吊装环和右单向阀，所述左半瓦和所述右半瓦周侧上均开设有若干个槽组，每个槽组包括一个开口向外的上凹槽和一个开口向外的下凹槽，所述锚块上设有锚齿和气舱槽，所述锚块设置在所述上凹槽和所述下凹槽内。
区别于井下分层封隔专用的封隔器，液压式的封隔器负重高，但仍存在结构工艺复杂、造价成本较高、存在液压泄漏风险、且难以应用于小环空区域等局限性。
发明内容
本发明为克服以上不足，提供了一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器。
一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，包括挂钩、转动把手、主体部分，其中：主体部分包括底座环、转动瓣片、转动环、顶盖环；
顶盖环、转动环、底座环依次由上至下垂向共轴地布置；挂钩与转动把手均竖直地设置于环空区域内；挂钩的下端与顶盖环固接；挂钩的上端与护管固接；
作为优选，挂钩上端设置有倒“U”字型钩体，所述钩体可吊挂在护管被氧割开的端面上；
转动环与顶盖环可相对转动；
作为优选，转动环与顶盖环上相应开设有相配合的环形阶梯状导向环道；
底座环的上表面开有均匀分布的导向斜槽；转动瓣片依次交叠地设置于转动环与底座环之间；转动瓣片的下端一部分活动地嵌设于底座环的导向斜槽内；转动瓣片的上端一部分与转动环固接；转动把手的下端与转动环固接。
作为优选，初始状态下，转动瓣片不超出转动环与底座环之间相对的环空区域；变径状态下，各转动瓣片均伸出，且与立管的外周壁贴合，形成了环向屏蔽。
作为优选，转动把手的上端靠近护管被氧割开的端面。
作为优选，转动瓣片为弯条状；转动瓣片一侧的上端面上垂向向上固设有上圆柱销，而另一侧的下端面上垂向向下固设有下圆柱销；转动瓣片通过下圆柱销活动地嵌设于底座环的导向斜槽内；在转动环的下端面上，具体在内导向环道上，对称地开有内导向环道配合孔；转动瓣片通过上圆柱销与内导向环道配合孔过盈配合；
更为优选，挂钩的下端还与主体部分的底座环固接；
作为优选，顶盖环、转动环、底座环均为分体式结构。
作为优选，不少于2个的挂钩关于主体部分的轴线周向均匀布置；不少于2个的转动把手关于主体部分的轴线周向均匀布置，且与相邻的挂钩构成等周向间隔布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)相对于复杂的液压式封隔器而言，本发明可靠性高，结构及制造工艺简单，造价成本低廉，且能够应用于更小的环空区域；
2)本发明实现了封隔器连续均匀地向内变径，变径前封隔器顺应通过性好，变径后封堵效果更好，且变径操作简单方便，可适用于不同外径尺寸的立管；
3)有效避免封隔器对立管防腐层的剐蹭损伤；
4)在向环空区域浇灌防护材料时，可以保证封隔器均匀受力，不会在环空管线内造成封隔器的相对位置产生偏转。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的立体结构示意图(初始状态)。
图2为本发明的立体结构示意图(变径状态)。
图3为本发明省略顶盖环、转动环、转动把手后的俯视图(初始状态)。
图4为本发明省略顶盖环、转动环、转动把手后的俯视图(变径状态)。
图5为本发明所述转动瓣片的立体结构示意图。
图6为本发明所述转动把手的主视图。
图7为本发明所述挂钩的立体结构示意图。
图8为本发明所述转动环的立体结构示意图。
图9为本发明所述转动环固定板的立体结构示意图。
图10为本发明所述顶盖环的立体结构示意图。
图11为本发明所述顶盖环固定板的立体结构示意图。
图12为本发明所述底座环的立体结构示意图。
图13为本发明所述底座环固定板的立体结构示意图。
图14为本发明所述底座环与底座环固定板连接的立体结构示意图。
图15为本发明所述转动环与所述顶盖环相配合后的立体结构示意图。
图16为本发明中单个转动瓣片与所述底座环相配合的立体示意图。
图17为本发明具体实施例应用于环空管线内的效果图。
图18为图17的剖视图。
图19为图18中Ⅰ处的局部放大图。
主要元件符号说明：
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
在本发明中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
如图1、图7和图17所示，为本发明提出的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，包括挂钩1、转动把手5与主体部分，其中：主体部分包括底座环2、转动瓣片3、转动环4、顶盖环6；
如图1和2所示，顶盖环6、转动环4、底座环2依次由上至下垂向共轴地布置；挂钩1与转动把手5均竖直地设置于环空区域内；挂钩1的下端与主体部分，具体地，与主体部分的顶盖环6固接，而挂钩1的上端与护管8固接；
作为优选，本例中，挂钩1上端设置有倒“U”字型钩体，所述钩体可吊挂在护管8被氧割开的端面上；顶盖环6的上端面上对称开有顶盖环连接螺纹孔631；挂钩1下端的内侧(靠近立管的一侧)设置有横向延伸的翼板11，翼板11上开有通孔111，利用螺钉等螺纹连接件，依次穿过通孔111、顶盖环连接螺纹孔631，将挂钩1的下端与顶盖环6固接。
如图8、图10和图15所示，转动环4与顶盖环6可相对转动；作为优选，本例中，转动环4与顶盖环6上相应开设有相配合的环形阶梯状导向环道，包括位于顶盖环6上的上导向环道63和下导向环道64、以及位于转动环4上的外导向环道43和内导向环道44，其中：下导向环道64与内导向环道44接触配合，上导向环道63和外导向环道43接触配合，共同形成了相对转动的回转运动副；
底座环2的上表面开有均匀分布的导向斜槽23；
如图1、图5、图6和图16所示，转动瓣片3依次交叠地设置于转动环4与底座环2之间；转动瓣片3的数量与导向斜槽23的数量相等；
转动瓣片3的下端一部分嵌设于底座环2的导向斜槽23内，并能沿导向斜槽23自由移动；转动瓣片3的上端一部分与转动环4固接；
转动把手5的下端与转动环4固接，其上端位于护管8被氧割开的端面附近；更为具体地，本例中，转动把手5的下端开有转动把手通孔51，转动环4的上端面上，具体在外导向环道43上，对称地开有把手通过槽431；在转动环4外周上靠近把手通过槽431处沿径向开设有把手紧固装配孔432；转动把手5插入把手通过槽431内，再利用螺钉旋入把手紧固装配孔432，以将转动把手5与转动环4固定；
通过人手转动转动把手5，使得转动环4相对于底座环2和顶盖环6转动一定的角度，类似地利用机械式虹膜光圈的原理，从而使得转动瓣片3向内(靠近立管的一侧)打开，实现本发明内径的增加(即处于如图2和图4所示变径状态)，从而缩小了本发明与不同型号立管之间的缝隙，降低了大水深下环空区域的封堵难度。本发明最佳状态(便于后续封堵工序)为，各转动瓣片3均伸出，且与立管7的外周壁贴合，形成了环向屏蔽，而封隔器外径与护管内周壁留有适当的间隙，便于布设。
作为优选，如图1和图3所示，初始状态下(也即本发明变径前)，转动瓣片3不超出转动环4与底座环2之间相对的环空区域；
更为优选，本例中，转动瓣片3为弯条状；转动瓣片一侧的上端面上垂向向上固设有上圆柱销32，而另一侧的下端面上垂向向下固设有下圆柱销31；转动瓣片3通过下圆柱销31活动地嵌设于底座环2的导向斜槽23内；在转动环4的下端面上，具体在内导向环道44上，对称地开有内导向环道配合孔441；转动瓣片3通过上圆柱销32与内导向环道配合孔441过盈配合；
更为优选，为了使得转动瓣片3变径后能够承受更多重量，挂钩1的下端还与主体部分的底座环2固接；
作为优选，考虑到立管很长，且不能被切割，为了便于装配，如图8至图14所示，顶盖环6、转动环4、底座环2均为分体式结构。本例中，更为具体地，顶盖环6分为顶盖环左半环61和顶盖环右半环62，顶盖环左半环61与顶盖环右半环62的上端面开有顶盖环紧固螺纹孔611，环状的顶盖环固定板65上开有顶盖环固定板通孔651，利用螺钉等螺纹连接件，依次穿过顶盖环固定板通孔651和顶盖环紧固螺纹孔611，将顶盖环左半环61与顶盖环右半环62固定连接。转动环4分为转动环左半环41和转动环右半环42，转动环左半环41与转动环右半环42的侧面开有转动环紧固螺纹孔411，环状的转动环固定板45上开有转动环固定板通孔451，利用螺钉等螺纹连接件，依次穿过转动环固定板通孔451和转动环紧固螺纹孔411，将转动环左半环41与转动环右半环42固定连接。底座环2分为底座环左半环21和底座环右半环22，底座环左半环21与底座环右半环22的下端面开有底座环紧固螺纹孔211，环状的底座环固定板24上开有底座环固定板通孔241，利用螺钉等螺纹连接件，依次穿过底座环固定板通孔241和底座环紧固螺纹孔211，将底座环左半环21与底座环右半环22固定连接。
作为优选，不少于2个的挂钩1关于主体部分的轴线周向均匀布置；不少于2个的转动把手5关于主体部分的轴线周向均匀布置，且与相邻的挂钩1构成等周向间隔布置。
本发明的装配、使用方法如下：将主体部分套装于立管7上，用底座环固定板24、转动环固定板45、顶盖环固定板65将分体式的底座环2、转动环4、顶盖环6固定连接成一个整体，再将挂钩1和转动把手5与主体部分固接，最终形成一个整体的封隔器；如图17至图19所示，在工作平台上使用吊具将封隔器放置在预定位置，挂钩1挂在护管8的端面上，平台上工作人员顺时针扭动转动把手5，使转动瓣片3张开并与立管7外周壁接触，实现了封隔器向内变径。在挂钩1拉力，转动瓣片3抗弯曲变形能力的综合作用下，实现了对环空区域的有效封堵。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)相对于复杂的液压式封隔器而言，本发明采用了机械式挂钩结构固定于护管8上，可靠性高(无液压内泄漏)，结构及制造工艺简单(无液压油路和锚爪结构，无锚齿渗碳处理等工艺)，造价成本低廉，且能够应用于更小的环空区域(不受液压油腔的内壁厚度限制)；
2)本发明基于机械式虹膜光圈原理，采用了转动瓣片3，实现了封隔器连续均匀地向内变径，变径前因具有加大间隙，封隔器顺应通过性好，方便布设；变径后，降低了封隔器与立管7的间隙，封堵效果更好，且变径操作简单方便(仅需要人手转动转动把手5)，可适用于不同外径尺寸的立管7；
3)通过人手转动转动把手5来控制变径量，可有效避免转动瓣片3变径时过载，对立管7的防腐层造成损伤；
4)不同于液压式封隔器等现有技术，封隔器变径后，各转动瓣片3均伸出且与立管7的外周壁贴合，形成了环向屏蔽；在向环空区域浇灌防护材料时，可以保证封隔器均匀受力，不会在环空管线内造成封隔器的相对位置产生偏转。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：包括挂钩1、转动把手5、主体部分，其中：
主体部分包括底座环2、转动瓣片3、转动环4、顶盖环6；
顶盖环6、转动环4、底座环2依次由上至下垂向共轴地布置；挂钩1与转动把手5均竖直地设置于环空区域内；挂钩1的下端与顶盖环6固接；挂钩1的上端与护管8固接；
转动环4与顶盖环6可相对转动；
底座环2的上表面开有均匀分布的导向斜槽23；转动瓣片3依次交叠地设置于转动环4与底座环2之间；转动瓣片3的下端一部分活动地设置于底座环2的导向斜槽23内；转动瓣片3的上端一部分与转动环4固接；
转动把手5的下端与转动环4固接。
2.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：挂钩1上端设置有倒“U”字型钩体，所述钩体可吊挂在护管8被氧割开的端面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：转动环4与顶盖环6上相应开设有相配合的环形阶梯状导向环道。
4.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：初始状态下，转动瓣片3不超出转动环4与底座环2之间相对的环空区域。
5.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：变径状态下，各转动瓣片3均伸出，且与立管7的外周壁贴合，形成了环向屏蔽。
6.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：转动把手5的上端靠近护管8被氧割开的端面。
7.根据权利要求1所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：转动瓣片3为弯条状；转动瓣片一侧的上端面上垂向向上固设有上圆柱销32，而另一侧的下端面上垂向向下固设有下圆柱销31；转动瓣片3通过下圆柱销31活动地嵌设于底座环2的导向斜槽23内；在转动环4的下端面上，对称地开有内导向环道配合孔441；转动瓣片3通过上圆柱销32与内导向环道配合孔441过盈配合。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：顶盖环6、转动环4、底座环2均为分体式结构。
9.根据权利要求8所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：挂钩1的下端还与主体部分的底座环2固接。
10.根据权利要求8所述的一种用于环空管线的虹膜光圈式封隔器，其特征在于：不少于2个的挂钩1关于主体部分的轴线周向均匀布置；不少于2个的转动把手5关于主体部分的轴线周向均匀布置，且与相邻的挂钩1构成等周向间隔布置。
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