CN116044337A - 一种用于水下采油树的插拔热刺装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水下采油树的插拔热刺装置及方法，该装置包括：热刺插头；热刺装置本体，其为棒状结构，热刺插头与热刺装置本体的第一端紧固连接，热刺装置本体上套设有第一密封圈，热刺装置本体的内部沿其轴向方向开设有至少一条流体通道，流体通道的第一端为贯穿热刺装置本体侧壁的L型端口，热刺装置本体的周壁上开设有测试螺纹孔，测试螺纹孔与流体通道的第二端流体导通连接，测试螺纹孔通过管线和安装与修井系统连接；热刺插座，热刺插座上设置有容纳热刺装置本体的容纳腔，热刺插座上还设置有贯穿其侧壁与L型端口流体导通的热刺插座连接孔，热刺插座连接孔通过管线与水下采油树连接，测试螺纹孔位于热刺插座容纳腔的外部。

Description

一种用于水下采油树的插拔热刺装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于水下采油树插拔热刺装置及方法，属于海洋油气钻探技术领域。

背景技术

水下采油树(Christmas tree)，应用于石油工业，主要用于悬挂下入井中的油管柱，密封油套管的环形空间，控制和调节油井生产，保证作业，录取油，套压资料，测试及清蜡等日常生产管理。水下采油树是任何一个海底系统不可缺少的组成部分，最初被称为十字树、X型树或者圣诞树，它是位于通向油井顶端开口处的一个组，它包括用来测量和维修的阀门，用来停车的安全系统和一系列监视器械。采油树包括许多可以用来调节或阻止所产原油蒸汽、天然气和液体从井内涌出的阀门。

采油树的另外一项任务就是向井中注入控制液，目前IWOCS（InterventionWorkover Control System，安装与修井系统）系统与水下采油树通过管线直接连接，通过ROV或潜水员将IWOCS系统的管线螺纹连接在水下采油树上，采用ROV进行连接，无法查看连接情况，操作笨拙且耗时长，潜水员潜入海里进行连接，由于海水的巨大压力，使得潜水员拧紧管线所花费的时间都超过半小时，通常情况下，潜水员只能在水下潜伏半小时，后需要浮出水面，缓解身体所遭受的巨大压力，这样造成管线连接花费大量时间，而且还要监视其他部件的连接情况，是否安全等，花费大量时间，造成生产成本高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于水下采油树的插拔热刺装置及方法，该装置只需潜水员潜入海里，握住把手将热刺装置本体插入或拔出插入插座，即可完成安装与修井系统与水下采油树的插拔工作，操作简单易行，大大缩短了潜水员的下潜时间，提高海上作业效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于水下采油树的插拔热刺装置，插拔热刺装置包括：

热刺插头；

热刺装置本体，其为棒状结构，所述热刺插头与所述热刺装置本体的第一端紧固连接，所述热刺装置本体上套设有第一密封圈，所述热刺装置本体的内部沿其轴向方向开设有至少一条流体通道，所述流体通道的第一端为贯穿所述热刺装置本体侧壁的L型端口，所述热刺装置本体的周壁上开设有测试螺纹孔，所述测试螺纹孔与所述流体通道的第二端流体导通连接，所述测试螺纹孔通过管线和安装与修井系统连接；

热刺插座，所述热刺插座上设置有容纳所述热刺装置本体的容纳腔，所述热刺插座上还设置有贯穿其侧壁与所述L型端口流体导通的热刺插座连接孔，所述热刺插座连接孔通过管线与水下采油树连接，所述测试螺纹孔位于所述热刺插座容纳腔的外部。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，还包括：

弹性连接机构和把手，所述弹性连接机构的第一端与所述热刺装置本体的第二端连接；所述把手与所述弹性连接机构的第二端连接。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述弹性连接机构包括球接头插座、连接销、孔眼连接杆和弹性橡胶筒，所述球接头插座通过所述连接销与所述孔眼连接杆间隙连接，所述连接销通过紧定螺钉与所述球接头插座固定连接，所述弹性橡胶筒位于所述球接头插座和所述把手之间；

所述球接头插座与所述热刺装置本体的第二端连接，所述孔眼连接杆与所述把手连接。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述把手为镂空的鱼尾形结构，便于减小水下洋流对热刺的冲击和震动，同时方便ROV机械臂抓取与操作。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述第一密封圈数量若干，沿所述热刺装置本体的轴向方向间隔均匀分布，若干所述第一密封圈的密封尺寸相同，避免流体压力产生的分离载荷。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，还包括第二密封圈，数量若干，设置于靠近所述测试螺纹孔的一端，若干所述第二密封圈的密封尺寸相同，避免流体压力产生的分离载荷。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述第一密封圈和所述第二密封圈均为双向弹簧蓄能密封结构，所述第一密封圈包括压力挡圈、蓄能弹簧、唇形密封圈以及T型支撑，所述压力挡圈位于所述热刺装置本体的凹槽内，所述唇形密封圈的非开口端与所述压力挡圈相抵接，开口端与所述T型支撑水平部的第一端面相抵接，所述水平部的第二端面与所述热刺插座相抵接，所述蓄能弹簧以及所述T型支撑的竖直部位于所述唇形密封圈的空腔中。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述热刺插头通过螺钉与所述热刺装置本体紧固连接。

所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，优选地，所述热刺插头为球形插头，具有光滑的球形端面。

基于上述任意一项所述的插拔热刺装置，本发明还提供该装置的操作方法，包括如下步骤：

所述水下采油树下水前，将所述热刺插座连接孔与采油树连接管线预先安装好，将所述热刺装置本体上的所述测试螺纹孔与所述安装与修井系统的压力管线预先安装好；

然后下放所述水下采油树到海面下，潜水员潜入海水中，握住所述把手将所述热刺装置本体插入所述热刺插座中，完成插入动作，当需要拔出时，潜水员握住所述把手拔出所述热刺装置本体。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明所提供的用于水下采油树插拔热刺装置，只需潜水员潜入海里，握住把手将热刺装置本体插入或拔出插入插座，即可完成安装与修井系统与水下采油树的插拔工作，操作简单易行，大大缩短了潜水员的下潜时间，提高海上作业效率。

2、本发明中的热刺插头端部为球面，避免热刺插拔时损伤密封面；热刺插头为铜合金，避免热刺插拔时产生火花，同时具有高耐磨、抗海水腐蚀的有点。

3、本发明中的弹性连接机构为弹性结构，有效吸收插拔过程中的冲力能量，避免ROV水下插拔时造成热刺装置损伤；将把手设计为镂空的鱼尾形结构，可以更好的减小水下洋流对热刺的冲击和震动，同时鱼尾形设计方便ROV机械臂和潜水员抓取与操作，界面更良好。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的插拔热刺装置分别与IWOCS系统、水下采油树的连接示意图；

图2为本发明该实施例提供的插拔热刺装置与热刺插座的连接示意图；

图3为本发明该实施例提供的插拔热刺装置的示意图；

图4为本发明该实施例所述提供的插拔热刺装置中弹性连接结构与把手的示意图

图5为本发明该实施例所述提供的第一密封圈的结构示意图；

图中各标记如下：

1-热刺插头；2-螺钉；3-热刺装置本体；4-第一密封圈；5-第二密封圈；6-弹性连接机构；7-把手；8-测试螺纹孔；9-流体通道；10-插拔热刺装置；11-热刺插座；12-安装与修井系统；13-压力管线；14-水下采油树；15-热刺插座连接孔；16-采油树连接管线；

4-1-压力挡圈；4-2-蓄能弹簧；4-3-唇形密封圈；4-4-T型支撑；

6-1-球接头插座；6-2-连接销；6-3-孔眼连接杆；6-4-紧定螺钉；6-5-弹性橡胶筒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语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。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。

本发明针对现有的IWOCS系统与水下采油树之间的管线连接，通过ROV或潜水员将IWOCS系统的管线螺纹连接在水下采油树上，采用ROV进行连接，无法查看连接情况，操作笨拙且耗时长，潜水员潜入海里进行连接耗费时间长，需要多次潜入水中连接的问题，提出一种插拔热刺装置，该装置只需潜水员潜入海里，握住把手将热刺装置本体插入或拔出插入插座，即可完成安装与修井系统与水下采油树的插拔工作，操作简单易行，大大缩短了潜水员的下潜时间，提高海上作业效率。

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明所提供的插拔热刺装置10包括：热刺插头1；热刺装置本体3，其为棒状结构，所述热刺插头1与所述热刺装置本体3的第一端紧固连接，所述热刺装置本体3上套设有第一密封圈4，所述热刺装置本体3的内部沿其轴向方向开设有至少一条流体通道9，所述流体通道9的第一端为贯穿所述热刺装置本体3侧壁的L型端口，所述热刺装置本体3的周壁上开设有测试螺纹孔，所述测试螺纹孔与所述流体通道9的第二端流体导通连接，所述测试螺纹孔通过管线和安装与修井系统12连接；热刺插座11，所述热刺插座11上设置有容纳所述热刺装置本体3的容纳腔，所述热刺插座11上还设置有贯穿其侧壁与所述L型端口流体导通的热刺插座连接孔15，所述热刺插座连接孔15通过管线与水下采油树14连接，所述测试螺纹孔位于所述热刺插座11容纳腔的外部。

在本发明一个优选的实施方案中，插拔热刺装置10还包括弹性连接机构6和把手7，所述弹性连接机构6的第一端与所述热刺装置本体3的第二端连接；所述把手7与所述弹性连接机构6的第二端连接。

具体地，弹性连接机构6包括球接头插座6-1、连接销6-2、孔眼连接杆6-3和弹性橡胶筒6-5，球接头插座6-1通过连接销6-2与孔眼连接杆6-3间隙连接，连接销6-2通过紧定螺钉6-4与球接头插座6-1固定连接，弹性橡胶筒6-5位于球接头插座6-1和把手7之间；球接头插座6-1与热刺装置本体3的第二端连接，孔眼连接杆6-3与把手7连接。

进一步地，弹性连接机构6为弹性结构，有效吸收插拔过程中的冲力能量，避免ROV水下插拔时造成热刺装置损伤，本发明以弹性橡胶筒6-5代替现有的钢丝绳作为弹性杆设计，可以更好的、更大限度地吸收插拔过程中的冲击能量、吸收水下洋流等对热刺装置的冲击能量，保护热刺装置，提高热刺装置的使用寿命。

把手7为焊接件，表面喷涂油漆，油漆颜色易于识别，方便ROV和潜水员水下插拔。一些更优选的实施例中，将把手7设计为镂空的鱼尾形结构，可以更好的减小水下洋流对热刺的冲击和震动，同时鱼尾形设计可以更好地、更方便ROV机械臂抓取与操作，界面更良好。

在本发明一个优选的实施方案中，所述第一密封圈4数量若干，沿所述热刺装置本体3的轴向方向间隔均匀分布。每个流体通道9分布两个第一密封圈4，实现压力封隔，而且摩擦阻力小，便于ROV和潜水员水下操作。第一密封圈4采用压力平衡设计，密封尺寸都相同，避免流体压力产生的分离载荷。

第一密封圈4和第二密封圈5均为双向弹簧蓄能密封结构，第一密封圈4包括压力挡圈4-1、蓄能弹簧4-2、唇形密封圈4-3以及T型支撑4-4，压力挡圈4-1位于热刺装置本体3的凹槽内，唇形密封圈4-3的非开口端与压力挡圈4-1相抵接，开口端与T型支撑4-4水平部的第一端面相抵接，水平部的第二端面与热刺插座11相抵接，蓄能弹簧4-2以及T型支撑4-4的竖直部位于唇形密封圈4-3的空腔中。

唇形密封圈4-3为添加石墨和碳纤维的PTFE复合材料，高耐磨、耐腐蚀、高承载、低摩擦系数；压力挡圈4-1为硬度和强度比较高PEEK材料，可以防止唇形密封圈受高压挤出咬唇破坏；蓄能弹簧4-2为INCONEL合金，具有良好的回弹和耐腐蚀性，使唇形密封圈4-3受压下仍然保持稳定，并使密封唇口产生预紧力，到达良好的密封性；T型支撑4-4使得密封圈受到背压产生移动时，可以避免唇形密封圈唇口冲击密封沟槽产生损坏，同时还可以承受水下海水产生的压力载荷。

在本发明一个优选的实施方案中，所述热刺插头1通过螺钉2与所述热刺装置本体3紧固连接。热刺插头1的端部为球面，具有光滑的球形端面，避免热刺插拔时损伤密封面；热刺插头1为铜合金，避免热刺插拔时产生火花，同时具有高耐磨、抗海水腐蚀的有点。

进一步地，热刺装置本体3为不锈钢，抗海水腐蚀、使用寿命长；热刺装置本体3上部设有测试螺纹孔8，测试螺纹孔8通过压力管线13与安装与修井系统12连接，通过金属密封实现压力封隔；热刺装置本体3内设有两个流体通道9，可建立两路流体压力传输通道，实现水下采油树两路液压操控。

本发明第二方面提供该插拔热刺装置的操作方法，包括如下步骤：

所述水下采油树14下水前，将所述热刺插座连接孔15与采油树连接管线16预先安装好，将所述热刺装置本体3上的所述测试螺纹孔与所述安装与修井系统12的压力管线13预先安装好；

然后下放所述水下采油树14和压力管线13到海面下，潜水员潜入海水中，握住所述把手7将所述热刺装置本体3插入所述热刺插座11中，完成插入动作，当需要拔出时，潜水员握住所述把手7拔出所述热刺装置本体3。

具体地，如图1、2所示，安装与修井系统12中的水下控制液，通过压力管线13、测试螺纹孔8进入流体通道9，第一密封圈4封隔水下控制液及压力，避免流入海水中并保持压力；水下控制液经流体通道9、热刺插座连接孔15、采油树连接管线16进入水下采油树14，实现水下控制液及压力传输。如图1、图3所示，ROV或潜水员抓住鱼尾形把手7，在弹性连接机构6的弹性缓冲下，操作插拔热刺装置10，将热刺装置本体3插入热刺插座11，热刺插头1端部为球面，划过热刺插座11，不会损伤密封面；插拔热刺装置10安装至热刺插座11，第二密封圈5与热刺插座11接触，实现密封，避免海生物附着或生长在热刺装置本体3，影响后续的维护和更换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，插拔热刺装置（10）包括：

热刺插头（1）；

热刺装置本体（3），其为棒状结构，所述热刺插头（1）与所述热刺装置本体（3）的第一端紧固连接，所述热刺装置本体（3）上套设有第一密封圈（4），所述热刺装置本体（3）的内部沿其轴向方向开设有至少一条流体通道（9），所述流体通道（9）的第一端为贯穿所述热刺装置本体（3）侧壁的L型端口，所述热刺装置本体（3）的周壁上开设有测试螺纹孔（8），所述测试螺纹孔（8）与所述流体通道（9）的第二端流体导通连接，所述测试螺纹孔（8）通过管线与安装与修井系统（12）连接；

热刺插座（11），所述热刺插座（11）上设置有容纳所述热刺装置本体（3）的容纳腔，所述热刺插座（11）上还设置有贯穿其侧壁与所述L型端口流体导通的热刺插座连接孔（15），所述热刺插座连接孔（15）通过管线与水下采油树（14）连接，所述测试螺纹孔（8）位于所述热刺插座（11）容纳腔的外部。

2.根据权利要求1所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，还包括弹性连接机构（6）和把手（7），所述弹性连接机构（6）的第一端与所述热刺装置本体（3）的第二端连接；所述把手（7）与所述弹性连接机构（6）的第二端连接。

3.根据权利要求2所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述弹性连接机构（6）包括球接头插座（6-1）、连接销（6-2）、孔眼连接杆（6-3）和弹性橡胶筒（6-5），所述球接头插座（6-1）通过所述连接销（6-2）与所述孔眼连接杆（6-3）间隙连接，所述连接销（6-2）通过紧定螺钉（6-4）与所述球接头插座（6-1）固定连接，所述弹性橡胶筒（6-5）位于所述球接头插座（6-1）和所述把手（7）之间；

所述球接头插座（6-1）与所述热刺装置本体（3）的第二端连接，所述孔眼连接杆（6-3）与所述把手（7）连接。

4.根据权利要求2所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述把手（7）为镂空的鱼尾形结构。

5.根据权利要求2所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述第一密封圈（4）数量若干，沿所述热刺装置本体（3）的轴向方向间隔均匀分布，若干所述第一密封圈（4）的密封尺寸相同。

6.根据权利要求2所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，还包括第二密封圈（5），数量若干，设置于靠近所述测试螺纹孔（8）的一端，若干所述第二密封圈（5）的密封尺寸相同。

7.根据权利要求6所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述第一密封圈（4）和所述第二密封圈（5）均为双向弹簧蓄能密封结构，所述第一密封圈（4）包括压力挡圈（4-1）、蓄能弹簧（4-2）、唇形密封圈（4-3）以及T型支撑（4-4），所述压力挡圈（4-1）位于所述热刺装置本体（3）的凹槽内，所述唇形密封圈（4-3）的非开口端与所述压力挡圈（4-1）相抵接，开口端与所述T型支撑（4-4）水平部的第一端面相抵接，所述水平部的第二端面与所述热刺插座（11）相抵接，所述蓄能弹簧（4-2）以及所述T型支撑（4-4）的竖直部位于所述唇形密封圈（4-3）的空腔中。

8.根据权利要求5所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述热刺插头（1）为球形插头，具有光滑的球形端面。

9.根据权利要求4所述的用于水下采油树的插拔热刺装置，其特征在于，所述热刺插头（1）通过螺钉（2）与所述热刺装置本体（3）紧固连接。

10.一种根据权利要求2-8任意一项所述的插拔热刺装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述水下采油树（14）下水前，将所述热刺插座连接孔（15）与采油树连接管线（16）预先安装好，将所述热刺装置本体（3）上的所述测试螺纹孔（8）与所述安装与修井系统（12）的压力管线（13）预先安装好；

然后下放所述水下采油树（14）到海面下，潜水员潜入海水中，握住所述把手（7）将所述热刺装置本体（3）插入所述热刺插座（11）中，完成插入动作，当需要拔出时，潜水员握住所述把手（7）拔出所述热刺装置本体（3）。

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