CN201273148Y - 一种用于海洋钻井平台的水泥管总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于海洋钻井平台的水泥管总成，它包括管体、金属接头；在管体端部设有的多层台阶、锥形台阶分别与金属接头设有的多层台阶孔、锥形孔相配合，在二者之间各自形成的配合间隙中分别充注有密封胶、连接树脂；该锥形孔的内表面呈沿圆周方向排列的环形凹槽形状；在管体端部的过渡连接部分设有造坡层，在造坡层及金属接头上设有外保护层；在金属接头的外连接部分设有外连接件。本实用新型承压能力极强，耐磨、耐天候老化及耐介质性能好，在高压密闭的情况下不会泄漏介质，强度高，使用寿命长，柔曲性好，保证了水泥管在使用中的长度变化影响；金属接头与管体端部之间结合牢固稳定、安全可靠，抗拔脱性能、密封性能好。

Description

一种用于海洋钻井平台的水泥管总成

一、技术领域：

本实用新型涉及水泥管总成，更详细地讲是用于海洋钻井平台的水泥管总成。

二、背景技术：

目前，水泥管总成在陆地石油钻探设备上主要作为柔性连接件使用。

通常，用于陆地钻井平台上的水泥管都是小口径的低压力胶管，上述低压是指工作压力在D级35Mpa以下；小口径是指管体内径在Φ102mm以下。

上述水泥管结构简单，是由内胶层、钢丝绳层和外胶层构成；该内胶层采用天然橡胶，因而其不耐磨、耐介质能力差，使用寿命短。该钢丝绳层是由普通钢材45#、55#制成的钢丝或钢丝绳缠绕而成，因而其综合性能指标差，强度低，柔曲性差，使用寿命短。该外胶层为棉帆布，因而其不耐磨、耐天然老化能力差，使用寿命短。由于上述水泥管不论从结构设计上、材料上还是制造工艺上都处于低的档次，因此只能用于钻探深度在1000m以下的小功率钻机，也就是说小功率的钻机只能配备小口径的水泥管。

但是随着石油工业的飞速发展，为了提高钻探效率，需要使用大功率的钻机来实现大深度即1000m-3000m的钻探任务，而大功率的钻机必需配备大口径的水泥管；但是钻井深度增加了，所使用的钻杆与水泥管所承受的工作压力也增大了，水泥管的管径也要相应地增大，而现有的小口径、低压力的水泥管已经远远不能满足目前的钻井要求，已逐步进入被淘汰的行列。

以往的扣压式、捆扎式、缩压式、卡箍式等金属接头结构和连接技术，由于全部采用压迫橡胶进行密封，在高压、超高压状态下易产生压缩变形，使密封压力减小，在超高压力的作用下，会泄漏输送介质，不能完成输送任务，因而只能用于与低压力、小口径胶管的连接，因此也就无法与上述水泥管形成牢固稳定的超拔脱连接关系，密封性能也差。

三、实用新型内容：

本实用新型的目的就是要提供一种能够克服上述不足的用于海洋钻井平台的水泥管总成，本水泥管总成适用于陆地及海洋的高压、超高压钻探环境，能够实现大深度地钻探、大流量的介质输送；其综合性能系数高，承压能力高，柔曲性好，耐磨损、耐天候老化及耐介质性能好，工作效率高，使用寿命长，管体与金属接头之间结合牢固稳定、安全可靠，抗拔脱、密封性能好。

为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：一种用于海洋钻井平台的水泥管总成，包括管体、金属接头；其特征在于：在管体端部的外圆周面上设有的多层台阶，可与金属接头的内圆周面上设有的多层台阶孔相配合，在二者之间形成的配合间隙中充注有密封胶；在管体端部的外圆周面上设有的多段连续、外径不同的锥形台阶，可与金属接头内圆周面上设有的多段连续、内径不同的锥形孔相配合，在二者之间形成的配合间隙中充注有连接树脂；上述锥形孔的内圆周表面呈沿圆周方向排列的多个环形凹槽形状；管体端部在与金属接头的尾端形成过渡连接的部分设有造坡层，在上述造坡层及金属接头中部及尾部的外圆周面上设有外胶布层和外胶层；在金属接头的外连接部分设有外连接件。

所述的金属接头在与多层台阶孔相对应的部位设有小注胶孔，在与多段锥形孔相对应的部位设有大注胶孔；在多段锥形孔中，靠近尾端的锥形孔的内径大于远离尾端的锥形孔的内径；而在同一段锥形孔中，靠近尾端的一端孔径小于远离尾端的另一端孔径；该锥形孔的锥角为1°-3°，其内圆周表面可以呈波纹形、沟槽形或三角槽形；该金属接头的尾端设有校正孔，其尾端的外圆周面为3°-10°锥角的坡度斜面。

所述的外连接件为设置在金属接头的外连接部分的外连接螺纹。

所述的外连接件为与金属接头的外连接部分直接加工或焊接为一体结构的公端由壬。

所述的外连接件为与金属接头的外连接部分直接加工或焊接为一体结构的固定法兰盘，该固定法兰盘的外端面上设有密封环槽。

所述的外连接件为母端由壬，该母端由壬是由螺母和由壬构成的，该由壬与金属接头的外连接部分焊接为一体结构。

所述的管体端部设有的多层台阶是由扩张套、密封胶层、锥形螺旋套构成的，该扩张套的一端硫化交联在内胶层端部的内腔中，该密封胶层粘结在内胶层端部的外表面上；所述的管体端部设有的多段连续、外径不同的锥形台阶中，靠近管体端部的一段外径比远离管体端部的另一段外径要小，而在同一段锥形台阶上，靠近管体端部的一端外径要大于远离管体端部的另一端外径；该锥形台阶是由内胶层、内胶布层、锥形螺旋套和钢丝绳层构成的，而外径较小的锥形台阶只是钢丝绳层减少了两层，其它结构相同。

所述的管体从内到外依次包括内胶层、内胶布层、钢丝绳层、中胶层、外胶布层和外胶层，该中胶层设置在最内钢丝绳层的内表面、最外钢丝绳层的外表面以及相邻的两层钢丝绳层之间，上述各层硫化交联为一体结构；该内胶层为2-10mm的合成胶，该内胶布层为1-5层的尼龙或者聚脂帆布；该中胶层为3-9层的粘合胶；该钢丝绳层为2-8层，该钢丝绳层是由直径为Φ2mm-Φ6mm的高强力钢丝绳按一定角度进行多层交叉缠绕而成的；该外胶布层为2-10层的尼龙或者聚脂帆布，该外胶层为2-10mm的合成胶。

所述的造坡层包括造坡中胶层、造坡捆扎钢丝绳层、造坡胶布层。

所述的管体内径为Φ51mm-Φ152mm。

本实用新型与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1、管体内设有耐介质层，是为了应对水泥管长期接触水泥浆、岩浆、砂浆等介质的磨蚀和腐蚀情况，并对胶管的内胶层进行了耐介质配方优化验证，选用了合成胶，确保了胶管的耐磨、耐介质性能，使胶管在高压密闭的工作情况下，不会泄漏输送介质。

2、管体内设有承压骨架层和应力分散层：加厚了应力分散层，并对胶管的承压骨架层进行改进，选用了由进口特种钢制成的大直径的高强力钢丝绳为骨架材料，多层交叉缠绕的结构设计，赋予胶管以良好的柔曲性，提高了强度；保证了大口径水泥管在高压52Mpa-103.4Mpa的工作环境中的承压能力，其弯曲性能和伸展性能符合标准要求。

3、管体设有外保护层即外胶布层和外胶层：对外保护层的耐磨、耐天候老化配方进行了研究，外胶层选用合成胶，外胶布层采用尼龙或者聚脂帆布等，使其物理性能和耐天候适应需求，赋予胶管在海洋和陆地环境中都具备优良的耐磨、耐天候老化性能。

4、由于承压高、口径大的水泥管与金属接头之间需要极高的连接能力，采用的连接树脂也须高强力、低收缩耐热才能达到抗拔脱要求，因此在金属接头与管体之间的连接及密封部分，分别采用了浇灌式金属接头、以及密封胶和连接树脂浇灌的新工艺技术，从而使二者之间的连接真正具有抗拔脱性能好、强力高、配合牢固稳定、使用安全可靠、密封性能好等特点。

5、本胶管总成是大口径、高压力的水泥管总成，适用于海洋和陆地钻井平台上的大功率钻机，作为介质输送胶管。胶管的工作压力级别由以前的D级35Mpa以下，提高到E级52Mpa、F级79Mpa、G级103.4Mpa以上，其钻探深度也由1000m以下增加到1000m-3000m，管体内径为ф51mm-ф152mm。在同等深度、同等工作压力的钻探条件下，大口径高压力的水泥管将比现有的水泥管，大大地增加介质的输送量、提高工作效率、延长使用寿命。

四、附图说明：

图1为本实用新型水泥管总成的外形结构示意图

图2为图1中管体的B-B剖视图

图3为图1中管体端部的剖视图

图4为图1中管体端部与金属接头相配合的A-A剖视图

图5为图4中金属接头一种结构的剖视图

图6为图4中金属接头另一种结构的剖视图

图7为图4中金属接头第三种结构的剖视图

图8为图4中金属接头第四种结构的剖视图

图中各部件的标号为：

1外螺纹，2金属接头的外连接部分，3金属接头，4管体，5内胶层，6内胶布层，7中胶层，8钢丝绳层，9外胶布层，10外胶层，11扩张套，12锥形螺旋套，13管体端部的密封部分，14、15管体端部的抗拔脱连接部分，16管体端部的过渡连接部分，17密封胶层，18小注胶孔，19大注胶孔，20连接树脂，21大注胶孔，22校正孔，23造坡中胶层，24造坡捆扎钢丝绳层，25造坡胶布层，26金属接头的密封部分，27、28金属接头的抗拔脱连接部分，3-1固定法兰盘，3-2密封环槽，3-3公端由壬，3-4螺母，3-5由壬

五、具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细地说明。

由图1可知，本实用新型水泥管总成包括管体、与管体端部相配合的金属接头；其中：

(1)管体的结构，参照图2。

管体4的结构从内到外依次包括耐介质层、应力分散层、承压骨架层和外保护层，上述各层之间通过硫化相互交联成一体结构；其中：

管体4的最里面为耐介质层，该耐介质层为内胶层5，该内胶层为2-10mm，内胶层5选用优质合成橡胶为配方主体，符合在高压密闭情况下的耐磨、耐介质要求，不会被介质溶胀、侵蚀和磨蚀。

在耐介质层的外表面上硫化交联有应力分散层，该应力分散层为内胶布层6，该内胶布层为1-5层，内胶布层6起应力分散的作用。

在应力分散层的外表面上硫化交联有承压骨架层。该承压骨架层又包括钢丝绳层8、中胶层7；在最内钢丝绳层的内表面、最外的钢丝绳层的外表面及相邻的两层钢丝绳层之间均粘结有中胶层7。该中胶层为3-9层；该钢丝绳层为2-8层，是由进口钢制成的直径为ф2mm-ф6mm的高强力钢丝绳按一定角度进行多层交叉缠绕而成的，其为管体的骨架材料，赋予管体强度高、柔曲性好等优良性能。

在承压骨架层的外表面上硫化交联有外保护层。该外保护层包括外胶布层9、外胶层10；该外胶布层为2-10层，外胶布层有保护管体的作用；该外胶层为2-10mm，外胶层极大地提高了水泥管在使用环境中的耐磨、耐天候老化能力，延长了使用寿命。

对于压力不同的工作环境，水泥管中各层的厚度和层数也要随着调整和改变。当工作压力增大时，钢丝绳的直径也要增大，层数也要增加；另外，内胶布层和外胶布层的层数也要增加。在输送介质侵蚀比较严重的情况下，还需要增加内、外胶布层和中胶层的厚度。本实施例中的内、外胶布层的层数比已有的水泥管增加了几层，尤其是内胶布层的厚度竟然增加了一倍，在内、外胶布层的外表面上都要附带有橡胶，便于管体的各层相互硫化交联成一体结构。

(2)管体端部的结构，参照图3、图4。

分别设置在水泥管两端的两个管体端部的结构相同，根据管体与金属接头进行配合连接时各部分结构所起的不同作用，可以将管体端部沿轴向划分为三部分结构：密封部分13、抗拔脱连接部分14、15、过渡连接部分16；其中：

管体端部的密封部分的结构：呈多层台阶形状，是由扩张套11、密封胶层17、锥形螺旋套12构成的。该扩张套插入内胶层5的端部内腔中，并与其硫化交联在一起。该密封胶层粘结在内胶层5端部的外表面上。

管体端部的抗拔脱连接部分的结构：可以呈多段连续的外径不同的锥形台阶形状，本实施例中只分两段，每段锥形台阶是由内胶层5、内胶布层6、锥形螺旋套12和钢丝绳层8构成；靠近管体端部的一段比另一段减少了两层钢丝绳，其它结构相同，这是为了减小其外径。锥形螺旋套12的作用是：锥形螺旋套外径较大的一端靠近管体端部，其可使管体端部的外圆周面带有锥度，从而也使管体端部的抗拔脱连接部分呈锥形台阶形状。也就是说，在相邻的两段台阶中，靠近管体端部的一段比另一段外径要小；而在同一段台阶上，靠近管体端部的一端的外径要大于远离管体端部的一端的外径。

管体端部的过渡连接部分的结构：是在上述管体结构的基础上去掉了外保护层，其它结构相同。为了管体端部与金属接头之间形成更好地过渡连接，需要在管体端部过渡连接部分增设造坡层，该造坡层包括造坡中胶层23、造坡捆扎钢丝绳层24、造坡胶布层25。

(3)金属接头的结构：参照图4-图8。

金属接头包括密封部分、抗拔脱连接部分和外连接部分，这是根据其与管体端部进行配合连接时各部分所起的不同作用来划分的，其中：

该金属接头的密封部分的内圆周面呈多层台阶孔形状，可与管体上的扩张套11、锥形螺旋套12的端部形成紧密的止口连接，还可以与密封胶层17相配合。该密封部分在与上述台阶孔相对应的部位还设有2-8个在同一圆周上均匀分布的小注胶孔18，本实施例中为6个。

该金属接头的抗拔脱连接部分位于尾部，其内腔为多段连续的内径不同的锥形孔，本实施例中为2段，该锥形孔的锥角为1°-3°；上述两段锥形孔中，靠近尾端即胶管插入端的锥形孔的内径大于远离尾端锥形孔的内径；而在同一段锥形孔中，靠近尾端的孔径小于远离尾端的孔径；上述锥形孔的内圆周表面呈沿圆周方向的多个环形凹槽形状，可以呈波纹形、沟槽形或三角槽形等。该抗拔脱连接部分在与每段锥形孔相对应的部位分别设有大注胶孔19、21。

该金属接头尾端的外圆周面呈锥角为3°-10°的坡度斜面，成为与管体连接时的过渡部分，这种结构便于与管体进行更好的过渡连接；在其尾端还设有3-8个在同一圆周上均匀分布的校正孔22，本实施例中为4个，起调整偏心作用。

将金属接头的内腔形状设计成与管体端部的外形相似的结构，这样有利于二者之间形成适宜的配合连接，从而保证二者的结合更加牢固稳定。对于不同的压力要求，可以调整金属接头的内径、外径和连接长度。

该金属接头的外连接部分位于头部，其上设有外连接件；该外连接件可以是以下几种结构，参照图5-图8。

图5所表示的外连接件是固定法兰盘3-1，在固定法兰盘的外端面上设有密封环槽3-2。该固定法兰盘与金属接头可一体加工为整体结构，或者是将固定法兰盘焊接在金属接头的外连接部分。本实施例中的金属接头的其它结构与图4中的金属接头的结构相同。

图6所表示的外连接件是公端由壬3-3，其与金属接头的外连接部分可以焊接在一起，或直接加工为一体结构。本实施例中金属接头的其它结构与图4中的金属接头的结构相同。

图7所表示的外连接件是直接设置在金属接头外连接部分的外连接螺纹1，其可与钻探设备中的联接件相连接。本实施例中的金属接头的其它结构与图4中的金属接头的结构相同。

图8所表示的外连接件是母端由壬，该母端由壬是由螺母3-4和由壬3-5构成的，该由壬3-5与金属接头的外连接部分焊接成一体结构。本实施例中金属接头的其它结构与图4中的金属接头的结构相同。

(4)管体端部与金属接头的连接结构，参照图4。

先将管体端部插入金属接头内腔中，并使管体端部的密封部分13及抗拔脱连接部分14、15分别与金属接头的密封部分26及抗拔脱连接部分27、28形成配合连接，同时，扩张套11及锥形螺旋套12的端部也与金属接头内圆周面上设有的台阶孔相配合。

然后再通过小注胶孔18向二者的密封部分之间形成的配合间隙中充注有密封胶，通过大注胶孔19、21向二者的抗拔脱连接部分之间形成的配合间隙中充注有连接树脂20，从而将二者紧紧地粘结为一体结构；在完成注胶任务后，需用螺钉把上述大、小注胶孔和校正孔22全部封住。在管体端部的过渡连接部分16增设造坡层，最后在上述造坡层以及金属接头的中部及尾部的外圆周面上，包覆粘结上外胶布层9、外胶层10。

浇灌式金属接头与管体端部之间采用连接树脂浇注的工艺技术，是为了二者之间在耐温树脂的高温固化之后能够形成高强力连接，从而达到超强的抗拔脱连接的目的。

水泥管总成的管体内径为ф51mm-ф152mm，工作压力级别分别是E级、F级、G级，工作压力可达到52Mpa-103.4Mpa，钻探深度可达到1000m-3000m。

海洋和陆地钻井平台在钻杆与立管、泥浆泵和管汇之间，均可用水泥管进行连接，以完成介质输送。而水泥管总成中的金属接头则是连接胶管和钻探设备的重要部件，其外连接件如公端由壬、母端由壬、固定法兰盘以及外连接螺纹等均可以连接钻探设备。

Claims (10)

1、一种用于海洋钻井平台的水泥管总成，包括管体(4)、金属接头(3)；其特征在于：

a、在管体端部的外圆周面上设有的多层台阶，可与金属接头的内圆周面上设有的多层台阶孔相配合，在二者之间形成的配合间隙中充注有密封胶；

b、在管体端部的外圆周面上设有的多段连续、外径不同的锥形台阶，可与金属接头内圆周面上设有的多段连续、内径不同的锥形孔相配合，在二者之间形成的配合间隙中充注有连接树脂(20)；上述锥形孔的内表面呈沿圆周方向排列的多个环形凹槽形状；

c、管体端部在与金属接头(3)的尾端形成过渡连接的部分设有造坡层，在上述造坡层及金属接头中部及尾部的外圆周面上设有外胶布层(9)和外胶层(10)；

d、在金属接头的外连接部分设有外连接件。

2、根据权利要求1所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的金属接头(3)在与多层台阶孔相对应的部位设有小注胶孔(18)，在与多段锥形孔相对应的部位设有大注胶孔(19)、(21)；在多段锥形孔中，靠近尾端的锥形孔的内径大于远离尾端的锥形孔的内径；而在同一段锥形孔中，靠近尾端的一端孔径小于远离尾端的另一端孔径；该锥形孔的锥角为1°-3°，其内表面可以呈波纹形、沟槽形或三角槽形；该金属接头的尾端设有校正孔(22)，其尾端的外圆周面为3°-10°锥角的坡度斜面。

3、根据权利要求2所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的外连接件为设置在金属接头的外连接部分的外连接螺纹(1)。

4、根据权利要求2所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的外连接件为与金属接头的外连接部分直接加工或焊接为一体结构的公端由壬(3-3)。

5、根据权利要求2所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的外连接件为与金属接头的外连接部分直接加工或焊接为一体结构的固定法兰盘(3-1)，该固定法兰盘的外端面上设有密封环槽(3-2)。

6、根据权利要求2所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的外连接件为母端由壬，该母端由壬是由螺母(3-4)和由壬(3-5)构成的，该由壬(3-5)与金属接头的外连接部分焊接为一体结构。

7、根据权利要求1至6中的任一项权利要求所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的管体端部设有的多层台阶是由扩张套(11)、密封胶层(17)、锥形螺旋套(12)构成的，该扩张套(11)的一端硫化交联在内胶层端部的内腔中，该密封胶层(17)粘结在内胶层端部的外表面上；所述的管体端部设有的多段连续、外径不同的锥形台阶中，靠近管体端部的一段外径比远离管体端部的另一段外径要小，而在同一段锥形台阶上，靠近管体端部的一端外径要大于远离管体端部的另一端外径；该锥形台阶是由内胶层(5)、内胶布层(6)、锥形螺旋套(12)和钢丝绳层(8)构成的，而外径较小的锥形台阶只是钢丝绳层(8)减少了两层，其它结构相同。

8、根据权利要求7所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的管体(4)从内到外依次包括内胶层(5)、内胶布层(6)、钢丝绳层(8)、中胶层(7)、外胶布层(9)和外胶层(10)，该中胶层(7)设置在最内钢丝绳层的内表面、最外钢丝绳层的外表面以及相邻的两层钢丝绳层之间；该内胶层(5)为2-10mm的合成胶，该内胶布层(6)为1-5层的尼龙或者聚脂帆布；该中胶层(7)为3-9层的粘合胶；该钢丝绳层(8)为2-8层，该钢丝绳层是由直径为Φ2mm-Φ6mm的高强力钢丝绳按一定角度进行多层交叉缠绕而成的；该外胶布层(9)为2-10层的尼龙或者聚脂帆布，该外胶层(10)为2-10mm的合成胶；上述各层硫化交联为一体结构。

9、根据权利要求8所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的造坡层包括造坡中胶层(23)、造坡捆扎钢丝绳层(24)、造坡胶布层(25)。

10、根据权利要求9所述的用于海洋钻井平台的水泥管总成，其特征在于所述的管体内径为Φ51mm-Φ152mm。

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