CN115726716A - 一种水下控制管线更换装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油天然气钻采装备技术领域，公开了一种水下控制管线更换装置及其控制方法，包括母端头和公端头；所述母端头由多个第一液压接头和第一接头固定板构成，所述第一液压接头位于第一接头固定板上，多个第一液压接头分为A区和B区，A区的第一液压接头使用管线与控制管缆连接，B区的第一液压接头使用管线与采油树连接。本发明可以实现水下更换控制管缆中的备用管线，减少1次起、下防喷器和隔水管的停工时间，1500米井深可节约工时7天，有效降低成本；采用分体式设计，分为公头端和母头端，若控制管缆失效可于水下拔插，作业工具成熟，更换操作简单，可减小井控压力，提高抗井控风险的冗余能力。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气钻采装备技术领域，尤其涉及一种水下控制管线更换装置及其控制方法。
背景技术
目前，水下采油树应用于海洋石油工业，尤其是深水海洋油气工程，水下采油树对各个阀门开启和关闭，实现原油采集、化学药剂注入及安全生产切断的功能都依赖控制管缆实现，一条控制管缆针对不同工况包含数条至数十条的液压管线。在钻完井过程中，控制管缆随采油树一起工作于海水环境。
在钻完井作业过程中，若采油树控制管缆中的一条液控管线破损，将导致水下采油树部分控制功能失效，影响后续作业，需要起出所有管缆方能更换备用管线才能恢复对采油树的控制，这种更换管线的方式将导致大量的停工时间，深水作业环境尤甚。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在对控制管缆中的破损液控管线更换时，需要起出所有管缆方能更换备用管线才能恢复对采油树的控制，这种更换管线的方式将导致大量的停工时间，深水作业环境尤甚。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水下控制管线更换装置及其控制方法。
本发明是这样实现的，一种水下控制管线更换装置包括：由可分开的两部分组成，一部分称为母端头连接在采油树既有控制管路中，另一部分称为公端头用紧固机构与母端头连接。通过改变公端头上的管线走向进而改变整个采油树控制管路的走向。进而实现对采油树功能控制的切换。
母端头和公端头；
所述母端头由多个第一液压接头和第一接头固定板构成，所述第一液压接头位于第一接头固定板上，
多个第一液压接头分为A区和B区，A区的第一液压接头使用管线与控制管缆连接，B区的第一液压接头使用管线与采油树连接。
所述公端头由多个第二液压接头、液控管线、第二接头固定板和堵头构成，所述第二液压接头位于第二接头固定板上，多个第二液压接头分为与第一液压接头对应的a区和b区，a区和b区的第二液压接头通过液控管线一一对应连通。
进一步，所述公端头的a区和b区用于连接备用管线的第二液压接头的接口用堵头堵住。
进一步，A区和B区的第一液压接头不连通。
进一步，所述公端头就位后实现母端头A区和B区之间的连通。
进一步，所述公端头使用CLASS4标准Torque Tool驱动方式插拔。
进一步，所述液控管线工作压力等级与采油树控制管缆压力等级一致。
进一步，所述母端头和公端头之间的液压连接使用自封设计，当所述公端头的第二液压接头与所述母端头的第一液压接头对接到位后液压方能通过。
进一步，所述母端头的第一液压接头和所述公端头的第二液压接头使用Autoclave中压接头形式连接。
本发明的另一目的在于提供一种水下控制管线更换装置的控制方法，所述水下控制管线更换装置的控制方法包括：
母端头安装在防喷器的外挂装置面板位置处，位于外挂装置与液飞缆之间；
控制管缆上的全部管线通过外挂装置连接到母端头A区；
采油树上的全部控制管线通过液飞缆连接到母端头B区；
母端头A区和B区的接头均按功能标记，公端头a区和b区接头同样按功能标记，并安装到母端头上；
整体装置随防喷器一起下入水中工作。
进一步，整个装置随防喷器一起下入水中工作时，当控制管缆中有管线失效并判断出失效管线编号后，判断出失效管线为某一管线，采用以下两种方式中的一种进行更换：
(1)水下机器人携带扭力工具及连通a区和b区高压备用管线的备用公头下水，卸下原本的公头，更换上备用公头，完成此管线到高压备用管线的更换；
(2)水下机器人携带扭力工具入水卸下公端头，并带回平台；由工程师现场调整公端头管线连接，取下公端头a区和b区高压备用管线的堵头，断开公端头a区和b区的此功能管线连接，制作接头；由水下机器人携带扭力工具和改造好的公头再次入水，将改造好的公头回装到母头上，完成此管线到高压备用管线的更换。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
所述母端头由多个第一液压接头和第一另一部分接头固定板构成，所述第一液压接头位于第一接头固定板上，
多个第一液压接头分为A区和B区，A区的第一液压接头使用管线与控制管缆连接，B区的第一液压接头使用管线与采油树连接。
所述公端头由多个第二液压接头、液控管线、第二接头固定板和堵头构成，所述第二液压接头位于第二接头固定板上，多个第二液压接头分为与第一液压接头对应的a区和b区，a区和b区的第二液压接头通过液控管线一一对应连通。
本发明可以实现水下更换控制管缆中的备用管线，减少1次起、下防喷器和隔水管的停工时间，1500米井深可节约工时7天，有效降低成本；本发明采用分体式设计，分为公头端和母头端，若控制管缆失效可于水下拔插，作业工具成熟，更换操作简单；本发明采用分体式设计，而且液压接头使用Autoclave中压接头形式连接，既可用备用公头整体替换，必要时也可现场加工制作公头端接头，可靠性强；本发明可以实现在不起出水下防喷器的情况下更换控制管缆中的备用管线，可减小井控压力，提高抗井控风险的冗余能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的水下控制管线更换装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的母端头的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的母端头的分区结构示意图；
图4是本发明实施例提供的公端头的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的公端头的分区结构示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图1至图5所示，本发明实施例提供的水下控制管线更换装置采用分体式公母头设计，包括母端头1和公端头2，共两部分。
所述母端头由多个液压接头1-1和接头固定板1-2构成，其特征在于，所述母端头液压接头1-1位于接头固定板1-2上分为A区和B区，所述母端头A区使用管线与外挂装置连接即与控制管缆连接，母端头B区使用管线与液飞缆连接即与采油树连接。所述母端头A区和B区不连通。
所述公端头由多个液压接头2-1、液控管线2-2、接头固定板2-3和堵头2-4构成，其特征在于，所述公端头液压接头2-1位于接头固定板2-3上相对应的分为a区和b区。所述公端头a区和b区的接头一一对应由液控管线2-2连通。所述公端头a区和b区连接备用管线的接口用堵头2-4堵住。
本发明实施例中的公端头就位后实现母端头A区和B区之间的连通。
本发明实施例中的公端头使用CLASS4标准Torque Tool驱动方式插拔。CLASS4标准Torque Tool驱动方式为API RP 17H里面对ROV(水下机器人)工具工作能力的规定。
本发明实施例中的液控管线2-2工作压力等级与采油树控制管缆压力等级一致。
本发明实施例中的公端头、母端头之间的液压连接使用自封设计，当所述公端头液压接头2-1与所述母端头液压接头1-1对接到位后液压方能通过。
本发明实施例中的母端头液压接头1-1和所述公端头液压接头2-1使用Autoclave中压接头形式连接。Autoclave中压接头形式为高压和超高压20000-50000psi。
本发明实施例中的水下控制管线更换装置的控制方法如下：
该装置母端头安装在防喷器的外挂装置面板位置处，位于外挂装置与液飞缆之间；控制管缆上的全部管线通过外挂装置连接到母端头A区；采油树上的全部控制管线通过液飞缆连接到母端头B区；母端头A区和B区的接头均按功能标记，如IWC(智能井控阀)、SCSSV(井下安全阀)、SI(阻垢剂)、HP SPARE(高压备用)等。公端头a区和b区接头同样按功能标记，并安装到母端头上。整个装置随防喷器一起下入水中工作。
当控制管缆中有管线失效并判断出失效管线编号后，假设判断出失效管线为SI管线：
方案一：水下机器人携带扭力工具及连通a区和b区高压备用管线的备用公头下水，卸下原本的公头，更换上备用公头，完成SI管线到高压备用管线的更换。
方案二：水下机器人携带扭力工具入水卸下公端头，并带回平台。由工程师现场调整公端头管线连接，取下公端头a区和b区高压备用管线的堵头，断开公端头a区和b区SI功能管线连接，制作接头。由水下机器人携带扭力工具和改造好的公头再次入水，将改造好的公头回装到母头上，完成SI管线到高压备用管线的更换。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明实施例中的水下控制管线更换装置的控制方法如下：
该装置母端头安装在防喷器的外挂装置面板位置处，位于外挂装置与液飞缆之间；控制管缆上的全部管线通过外挂装置连接到母端头A区；采油树上的全部控制管线通过液飞缆连接到母端头B区；母端头A区和B区的接头均按功能标记，如IWC(智能井控阀)、SCSSV(井下安全阀)、SI(阻垢剂)、HP SPARE(高压备用)等。公端头a区和b区接头同样按功能标记，并安装到母端头上。整个装置随防喷器一起下入水中工作。
当控制管缆中有管线失效并判断出失效管线编号后，假设判断出失效管线为SI管线：
方案一：水下机器人携带扭力工具及连通a区和b区高压备用管线的备用公头下水，卸下原本的公头，更换上备用公头，完成SI管线到高压备用管线的更换。
方案二：水下机器人携带扭力工具入水卸下公端头，并带回平台。由工程师现场调整公端头管线连接，取下公端头a区和b区高压备用管线的堵头，断开公端头a区和b区SI功能管线连接，制作接头。由水下机器人携带扭力工具和改造好的公头再次入水，将改造好的公头回装到母头上，完成SI管线到高压备用管线的更换。
本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
目前，水下采油树应用于海洋石油工业，尤其是深水海洋油气工程，水下采油树对各个阀门开启和关闭，实现原油采集、化学药剂注入及安全生产切断的功能都依赖控制管缆实现，一条控制管缆针对不同工况包含数条至数十条的液压管线。在钻完井过程中，控制管缆随采油树一起工作于海水环境。
在钻完井作业过程中，若采油树控制管缆中的一条液控管线破损，将导致水下采油树部分控制功能失效，影响后续作业，需要起出所有管缆方能更换备用管线才能恢复对采油树的控制，这种更换管线的方式将导致大量的停工时间，深水作业环境尤甚。
本发明可以实现水下更换控制管缆中的备用管线，减少1次起、下防喷器和隔水管的停工时间，1500米井深可节约工时7天，有效降低成本；本发明采用分体式设计，分为公头端和母头端，若控制管缆失效可于水下拔插，作业工具成熟，更换操作简单；本发明采用分体式设计，而且液压接头使用Autoclave中压接头形式连接，既可用备用公头整体替换，必要时也可现场加工制作公头端接头，可靠性强；本发明可以实现在不起出水下防喷器的情况下更换控制管缆中的备用管线，可减小井控压力，提高抗井控风险的冗余能力。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在对控制管缆中的破损液控管线更换时，需要起出所有管缆方能更换备用管线才能恢复对采油树的控制，这种更换管线的方式将导致大量的停工时间，深水作业环境尤甚。
现有水下采油树在钻完井过程中实现液控阀门的连接方式为控制管缆缠绕在滚筒上置于钻井平台甲板上，控制管缆两端分别连接IWOCS(和滚筒一样置于钻井平台甲板上)和防喷器的外挂装置，防喷器的外挂装置插着管缆从转盘面下水。深水开发井的钻完井安装采油树时，转盘面至井口依次为隔水管、防喷器、采油树/采气树，井口。防喷器下水到位后(水下采油树此时已就位)，采油树上的液飞缆连到防喷器的外挂装置。
南海海域某1500m级深水气田采用水下采油树开发，开发过程中其中一口开发井的水下采油树的液控阀门失效，此时更换备用液控管线，起下隔水管带出控制管缆耗时7天。若水深更深，出现液控管缆破损现象，耗时更甚。
本发明可实现数小时内完成备用液控管线的更换。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水下控制管线更换装置，其特征在于，所述水下控制管线更换装置包括：由可分开的两部分组成，一部分称为母端头连接在采油树既有控制管路中，另一部分称为公端头用紧固机构与母端头连接。通过改变公端头上的管线走向进而改变整个采油树控制管路的走向。进而实现对采油树功能控制的切换。
2.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述水下控制管线更换装置包括：
母端头和公端头；
所述母端头由多个第一液压接头和第一接头固定板构成，所述第一液压接头位于第一接头固定板上，
多个第一液压接头分为A区和B区，A区的第一液压接头使用管线与控制管缆连接，B区的第一液压接头使用管线与采油树连接；
所述公端头由多个第二液压接头、液控管线、第二接头固定板和堵头构成，所述第二液压接头位于第二接头固定板上，多个第二液压接头分为与第一液压接头对应的a区和b区，a区和b区的第二液压接头通过液控管线一一对应连通。
3.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述公端头的a区和b区用于连接备用管线的第二液压接头的接口用堵头堵住；A区和B区的第一液压接头不连通。
4.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述公端头就位后实现母端头A区和B区之间的连通。
5.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述公端头使用CLASS4标准Torque Tool驱动方式插拔。
6.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述液控管线工作压力等级与采油树控制管缆压力等级一致。
7.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述母端头和公端头之间的液压连接使用自封设计，当所述公端头的第二液压接头与所述母端头的第一液压接头对接到位后液压方能通过。
8.如权利要求1所述的水下控制管线更换装置，其特征在于，所述母端头的第一液压接头和所述公端头的第二液压接头使用Autoclave中压接头形式连接。
9.一种用于实现权利要求1～8任意一项所述的水下控制管线更换装置的控制方法，其特征在于，所述水下控制管线更换装置的控制方法包括：
母端头安装在防喷器的外挂装置面板位置处，位于外挂装置与液飞缆之间；
控制管缆上的全部管线通过外挂装置连接到母端头A区；
采油树上的全部控制管线通过液飞缆连接到母端头B区；
母端头A区和B区的接头均按功能标记，公端头a区和b区接头同样按功能标记，并安装到母端头上；
整体装置随防喷器一起下入水中工作。
10.如权利要求9所述的水下控制管线更换装置的控制方法，其特征在于，整个装置随防喷器一起下入水中工作时，当控制管缆中有管线失效并判断出失效管线编号后，判断出失效管线为某一管线，采用以下两种方式中的一种进行更换：
(1)水下机器人携带扭力工具及连通a区和b区高压备用管线的备用公头下水，卸下原本的公头，更换上备用公头，完成此管线到高压备用管线的更换；
(2)水下机器人携带扭力工具入水卸下公端头，并带回平台；由工程师现场调整公端头管线连接，取下公端头a区和b区高压备用管线的堵头，断开公端头a区和b区的此功能管线连接，制作接头；由水下机器人携带扭力工具和改造好的公头再次入水，将改造好的公头回装到母头上，完成此管线到高压备用管线的更换。
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