CN1228826A - 旋转接头 - Google Patents
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Abstract
旋转接头装置,该装置用于安装在海底产油或在天然气井上并用于与海面上的生产船只相连接,它包括一个具有至少两条通路(21、22)的主要或流体旋转接头,和一个进行信号联系和动力传送的电/液压辅助旋转接头(28)。流体旋转接头在静止的采油树(50)的顶部设置有可旋转的旋转接头壳体(24),采油树最好包括诸如生产主阀门(51)和环状主阀门(52)的少量阀门。所述通路(21、22)是在流体旋转接头的中央核心部件(25)中垂直贯通的,从而有可能从流体旋转接头的上侧对井进行修理。
Description
本发明涉及一种安装在海底产油或天然气井上并用于与海面上的生产船只相连接的旋转接头装置，它包括一个具有至少两条流体通道的主要或流体旋转接头以及一个进行信号联系和动力传送的电/液压辅助旋转接头。
开发近海油田生产时重要的是要保持成本低廉。在以已知的方式进行开发时，一个显著的成本因素是由于井上采油树与产品收集器地点，如平台或浮动生产船只之间的海底管线和缆绳。通常在2km左右的距离时可能会产生问题。对此应指出的是，因为井孔或井可有若干个分支，现代钻井技术可借助减少采油树的数量来进行生产。这将使得在某些场合只使用一个海底采油树来开发海底油田是可能的。
96年8月7日提交的PCT/NO96/00201国际专利申请涉及一种应用锚定的生产浮动平台或船只进行近海油气生产的系统。本发明可看作其进一步发展，并基于这样的想法：生产船只能停泊在海床上的采油树的正上方或在其紧邻附近，并且井中流体的流动是在采油树和船只之间直接传送，而不是依靠海床上的管线或缆绳。
如由下述说明可看到，下文说明的解决方案的优点在于能应用一种特定的、最好是简化形式的采油树，它或多或少地被结合在本发明提出的一种装置中。
这样，如以上介绍所述，本发明装置的新颖及独特的特征主要在于流体旋转接头设置有位于静止的采油树顶部的可转动旋转接头壳体，采油树最好包括诸如生产主阀门和环状主阀门的少量阀门，并且所述通道是在流体旋转接头的中央核心部件中垂直贯通的，以便能从流体旋转接头的上侧对井进行修理。
根据在实践中可以各种形式加以实施的此解决方案可获得多种优点，其中需特别提出的有以下几点：
关于共用船只设计，所使用的生产船只不需要作任何值得提及的修改，因此费用较为低廉；
同一生产船只可用于安装并可能回收旋转接头装置，或者也可用于井的维护，这有助于降低运行成本，
十分小的近海海底油田采用这一新颖装置能有利可图，因此，可提高这些油田的抽取程度；
通过将使用的设备从一个油田移至另一油田，从而可将其重复使用。
以下将更紧密地结合附图对本发明加以说明，其中：
图1表示总体布置示意图，其中生产船只与海床上的装置相联系并锚定于此，以及
图2表示本发明提出的装置最佳实施例的一个实例的主视及局部截面图。
图1是总体装置的概况图，其中生产浮动平台或船只3与大体上以20表示的、位于海床1上的油井或一个类似装置相联而运行。图中表示了井管或软管31和32直至船只3的全部长度，它们在船只3上与一台纯示意表示的加工装置3A相连接。此外，锚绳69穿过海面2向上延伸至位于船只3的船头部分的锚定装置。锚绳69的中间部位设置有浮动部件，同样，井管31和32在下部分具有浮动体以便将井管或软管从底部1升起。在上述国际专利申请中对此总体系统进行了更为详尽的说明。
图2中用阴影线表示当生产船只在风及天气、特别是波浪的影响下围绕海底设施运动时参与摆动或转动的那些零件和部件。该装置最好设置一条中心和共同垂直轴线20X，当考虑海底油或者天然气井时，该中心和共同垂直轴线20X与井口48，即生产管顶部的轴线相重合。
图2主要相当详细地显示了在海床1上的油或天然气井顶部的或多或少的共用结构。一个混凝土板或基板45构成海床1上的底座，并具有一个中心开口用以支承一个自调节球窝接头型框架46，该框架46又连接至一个共同导管47。它按已知的方式可向下伸展几十米进入海床1下面的结构。在导管47内悬挂着实际的生产管，并且它终止于井口48的顶部。
一个基座结构49用于支承其上的整个装置。基座结构49穿过坚固的支承结构部件直接连接至导管47，用以将锚定力传送至此。用轴颈支承在基座结构49上的是一个坚固的、圆盘传送带状的壳体60，它可围绕中央轴线20X进行转动。壳体60设置有供轭架63所用的、最好径向相对的、形状为突出短轴的安装部件61，轭架63的上端64用于与一根或多根锚绳69相连接。应注意的是，轭架63具有两个在上端或联接板64处成一体的支架。轭架63可通过围绕在安装部件61之间径向伸展的水平轴线摆动而呈现不同的角向位置，从而轭架运动的角向范围至少向上伸展至一个近似垂直的位置，考虑到操作缆33和/或井管31和32，最低的角向位置在实际中则受到限制。
在锚定的生产船只运行期间，通过锚绳或多根锚绳69以及轭架63作为媒介，引起装置的画阴影线部件围绕轴线20X转动。在实际的旋转接头装置中产生一个相应的旋转运动，因此，中央核心部件25连同阀体50是静止的，而包括旋转接头壳体24的旋转接头的其余部件参与旋转运动。这样，旋转接头壳体24用轴颈支承在阀体50的顶部上的30处。
为确保壳体60和旋转接头壳体24同时和共同转动，显示了一种形状为竖直杆部件72的机械导向器或联接器，它在其下端由安装至壳体60的支架71加以支承，并穿过从旋转接头壳体24横向突出的支承臂73上的套筒73A进而向上延伸。此机械联接器制作得足够刚硬，在轭架63通过锚绳69连接至表面船只时，使旋转接头壳体24进行与圆盘传送带或壳体60在轭架63作用下进行的相同的转动运动。除了刚刚说明的壳体60和流体旋转接头壳体24之间的转动相互连接外，与套筒73A配合的杆部件72在旋转接头装置安装在井口上期间也能起有用和有利的作用。为此目的，套筒73A具有一个向下变宽的锥体73B，用于在将流体旋转接头和可能还有采油树50下降在井口48上时与杆部件72的上端相配合。采油树或阀体50在其下部具有安装或连接装置50B，本质上如先前已知的那样，用于可拆卸地安装在井口48上。
旋转接头装置50具有固定的中央核心部件25，它具有包括一个生产孔21和一个环形孔22的轴向通孔或通道。为此，特别是为了由此而可能具有不同的阀门功能，这两个孔均向下与阀体50中相应的流体通道或导管相联通。对此需特别指出的是，这些流体孔或通道从旋转接头的中央核心部件25的顶部竖直伸展，并最好如在采油树50中标示的相应通道56、57中直接延伸。这样，就有可能从流体旋转接头的上侧对井进行修理。但是，这是在整个旋转接头装置的顶部部件77被移去的状态下才可能的，下文将对此作更详尽的说明。
此外，旋转接头装置20在核心部件25周围具有两条或多条环形流体通道及相关联的密封件及轴承部件，它们总体以27表示。流体旋转接头的这些部件实质上是过去已知的，例如在挪威专利177780中，显示了一种轴向可分离旋转接头装置，最初打算用于其它应用。
旋转接头壳体24设置有大体以31A和32A表示的连接部件，它们用于使井管或软管31和32通过海水向上伸展至生产船只(见图1)。当用于流体输送的连接部件31A和32A位于旋转接头20的较为中间的位置时，用于操纵缆33的上连接部件33A则位于旋转接头壳体24的上部，它用于在上述的旋转运动期间围绕轴线20X旋转。轴承30支承着旋转接头壳体24，以便它能相对采油树或阀体50旋转。
由其外壳77表示的顶部部件通过一个连接器20B安装在图2中的整个旋转接头装置20中。由以下说明可看到，连接器20B使顶部部件得以与余下的旋转接头装置分开，并可对其进行回收。一个用于传送信号和动力的辅助旋转接头28位于顶部部件77中，顶部部件还装有用于采油树的控制模块29。一个滑移环状机构79用作顶部部件77中所述部件与采油树50，可能还有安装在井口中的其它组件之间的各种电线连接所需的转动联接器。
另一方面，从顶部部件77通过一个电桥臂77B设置有电和液压连接，电桥臂77B从顶部部件外壳77的侧壁向外、向下沿着连接器20B侧面伸展，并设置了一块连接器板78或类似物以便与用于操作缆33的连接部件33A上的辅助连接器部件相配合。因而，这样能通过连接器板78、电桥臂77B和包含滑移环状机构79的顶部部件77内侧与采油树50等相联通。
以标号26表示的顶部部件77的下部可旋转地用轴颈支承在连接器20B上。借助杆部件72确保在轭架63作用下顶部部件77的同步、同时旋转运动，杆部件72进入套筒75A，而套筒75A则通过径向臂75与顶部部件外壳77相连接。套筒75A具有与下方的锥体部件73B相似的向下开口的锥体75B，它有助于顶部部件77单独地在核心部件25上端安全下降和安装，同时，在78处建立了连接。为了顶部部件77的这种安装或回收，设置了一个上操作头77A，其形状和尺寸在实质上以已知的方式制作成与合适的工具相配合。显然，通过操作头77A的这些操作也取决于具体情况，包括整个旋转接头装置，它包括用于安装在井口48上的流体旋转接头24、27和采油树或阀体50以及其上的连接器50B。
用于井管的横向指向的连接部件31A和32A最好与用于操纵缆33的连接部件33A定位在同一平面内，并且所有连接部件最好大体上在轭架支架63之间的中央从旋转接头壳体24向外指向。如由图2可看到，在连接部件和旋转接头壳体24之间设置隔离阀31B和32B是可行的。这些隔离阀也可起翼部阀的作用，这对优选的、简单形式的采油树50是有意义的。
上述旋转接头结构的某些特点与同时提交的No.963585专利申请“海底井装置”的结构特点相对应。
Claims (12)
1、旋转接头装置，该装置用于安装在海底产油或天然气井上并用于与海面(2)上的生产船只(3)相连接，它包括一个具有至少两条通道(21,22)的主要或流体旋转接头，和一个进行信号联系和动力传送的电/液压辅助旋转接头(28)，其特征在于，流体旋转接头在静止的采油树(50)的顶部设置有可旋转的旋转接头壳体(24)，采油树最好包括诸如生产主阀门(51)和环状主阀门(52)的少量阀门，并且所述通道(21、22)是在流体旋转接头的中央核心部件(25)中垂直贯通的，以便能从流体旋转接头的上侧对井进行修理。
2、如权利要求1的装置，其特征在于，在核心部件(25)中的所述通道(21、22)与采油树(50)中的相应通道(56、57)在直接延长方向上对齐。
3、如权利要求1或2的装置，其特征在于，在采油树(50)的下部设置有一个力传输壳体或圆盘传送带状部件(60)，它围绕一个共同垂直轴线(20X)可旋转地用轴颈支承在基座结构(49)上，基座结构(49)具有一个位于海床(1)上的底座；锚定轭架(63)具有两个支架，其自由端可旋转地连接至所述圆盘传送带状部件(60)两侧上的安装装置(61)，而其相对端则最好通过一个端头或联接板(64)用于与锚绳(69)的端部相连接；并且在所述圆盘传送带状部件(60)与所述旋转接头壳体(24)之间设置了一个机械向导器或联接器(71-75)，用于使所述旋转接头壳体进行与所述圆盘传送带状部件在所述轭架(63)作用下进行的相同的旋转运动。
4、如权利要求3的旋转接头装置，其特征在于，所述圆盘传送带状部件(60)与所述旋转接头壳体(24)之间的所述机械联接器包括一个杆部件(72)，它在采油树(50)和旋转接头壳体(24)侧部与所述共同垂直轴线(20X)相平行地延伸。
5、如权利要求4的旋转接头装置，其特征在于，所述杆部件(72)在其下端(71)连接至所述圆盘传送带状部件(60)，并在一条臂(73)的外端与套筒(73A)相配合，臂(73)的内端安装至所述旋转接头壳体(24)，并且所述套筒(73A)具有一个向下的导向锥体(73B)，用于在将流体旋转接头以及可能还有所述采油树(50)下降在井口(48)期间与所述杆部件(72)的上端相配合。
6、如权利要求1-5中任一权利要求的旋转接头装置，其特征在于包括一个包含所述辅助旋转接头(28)的可回收顶部部件(77)，顶部部件在其下部设置有一个用于与流体旋转接头的核心部件(25)相配合的连接器(20B)，所述核心部件(25)最好从旋转接头壳体(24)的上侧略微向上伸出。
7、如权利要求5或6的旋转接头装置，其特征在于，所述顶部部件(77)可旋转地用轴颈支承在所述连接器(20B)上，并设置有带一个套筒(75A)的臂(75)，套筒(75A)具有一个用于与所述杆部件(72)相配合的锥体(75B)。
8、如权利要求7的旋转接头装置，其特征在于，所述顶部部件(77)包含一个所述采油树(50)用的控制模块(29)，并且一个电桥臂(77B)从所述顶部部件(77)向外、向下地延伸，以及在其下端设置有一个连接器板(78)，用于与辅助连接器部件相配合，该辅助连接器部件与所述旋转接头壳体(24)上横向伸出的供操纵缆或控制缆(33)用的连接部件(33A)相关联。
9、如权利要求6、7或8的旋转接头装置，其特征在于，所述顶部部件(77)设置有一个操作头(77A)，用于将所述顶部部件(77)单独地或者与所述旋转接头(24)及采油树(50)一起安装或回收。
10、如权利要求1-9中任一权利要求的旋转接头装置，其特征在于，所述旋转接头壳体(24)设置有横向指向的、至少为两条井管(31、32)所用的连接部件(31A和32A)，它们最好与操纵缆(33)所用的连接部件(33A)定位在同一平面内并位于后者之下，并且所述连接部件基本上从轭架支架(63)之间的中央向外指向。
11、如权利要求10的装置，其特征在于，在用于井管的所述连接部件(31A、32A)和旋转接头壳体(24)之间设置了隔离阀(31B、32B)，它可用于起翼部阀的作用。
12、如权利要求1-11中任一权利要求的旋转接头装置，由于井口包括一个导管(47)，其特征在于，所述壳体或圆盘传送带状部件(60)可旋转地设置在基座结构(49)上，该基座结构(49)与所述导管(47)相连接，用于将锚定力从所述轭架的安装装置(61)直接传送至导管，而不对所述采油树(50)或所述流体旋转接头(24、27)施加应力。
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