CN201367863Y - 海洋石油钻采立管系统伸缩接头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海洋石油钻采立管系统伸缩接头。该伸缩接头主要由可以相对滑行的内、外筒伸缩机构，限制内、外筒相对移动的液压锁紧机构，密封机构，为张紧环和辅助管线提供终端连接的过渡支撑机构，辅助机构以及辅助管线等部件构成。在锁紧状态，张紧环支撑法兰将立管和防喷器组的载荷传递给伸缩接头的外筒、以及锁紧机构的锁销，实现了支撑立管和防喷器组的功能；通过锁紧机构对内外筒的解锁，伸缩接头内外管之间相对滑动，密封机构对内外筒的动态密封，实现了海洋钻采立管在工作时的位置调节功能。本实用新型结构简单、紧凑，操作方便，安全可靠，完全满足海洋钻采立管的工作需求。

Description

海洋石油钻采立管系统伸缩接头

技术领域

本实用新型属于海洋石油钻井和采油设备技术领域，是一种海洋石油钻修井平台(或船)立管系统配套使用的重要设备。

背景技术

随着油气供求矛盾的突出，为提高对油气资源的占有量，海洋石油的开发已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。海洋油气资源开发水平的高低是由海洋油气开发装备的先进性所决定。尽管我国在一些比较先进的油气工程装备方面已实现国产化，但绝大部分关键技术仍然掌握在发达国家手中，国内厂商基本停留在钻采平台的建造上，相关配套技术滞后，设备绝大多数由国外企业制造配套，严重制约了海洋油气的规模开发，加速提高海洋石油开发装备的国产化已迫在眉睫。

伸缩接头是保障海洋石油钻采立管系统正常工作的重要设备。海洋石油平台在波浪作用下，除前后左右发生摇摆外，还将产生上下升沉运动。这种随波浪周期性的上下升沉运动将影响立管系统稳定性及井口装置安全性，甚至带来灾难性后果。因而设计一种在平台上下浮动时，满足长度调节，并能够承受立管载荷的伸缩接头，就成为必然要求。

近年来，国外大公司在海洋石油钻采立管系统伸缩接头的设计、制造技术方面发展迅速。虽然目前我国在浅海使用了一些立管及伸缩接头，但基本上全部为进口产品，而且这些立管和伸缩接头最大适应水深条件只有几十米，且通径小、行程小，密封能力低，操作麻烦，也不具备大的承载能力，不能适应不同水深的拉力负荷及抵抗海洋风、浪、流等环境的使用条件。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种海洋石油钻采立管系统伸缩接头，既能满足海洋石油钻采立管系统的伸缩调节要求，又能承受较大的立管载荷，具有可调节范围宽、密封性能好、操作简单等特点。

为实现上述目的，本实用新型的总体构思是采用内筒和外筒嵌套的模式，有效增加了可调节长度，减少了运输储存长度；采用锁紧机构有效提高了其承载能力；在内外筒之间采用气动、液动密封机构，提高了立管内部泥浆的安全性。

具体地说，一种海洋石油钻采立管系统伸缩接头，具有连接井上设备和井口钻采立管的内筒，在内筒一端通过上连接件和井上设备分流器下部连接法兰或者上部挠性接头下端连通；内筒另外一端通过下连接件将套在内筒上的伸缩接头外筒与钻采立管相连；在内筒外部上连接件和伸缩接头外筒之间固定连接有相对内筒滑行的内外筒伸缩机构、对内、外筒之间实现密封的密封机构以及实现内、外筒之间锁紧或解锁的液压锁紧机构。

伸缩机构采用了可以相对滑行的内、外筒平衡系统，主要由作为上连接件的上法兰，内筒，双法兰接箍II，伸缩接头外筒组成，上法兰和分流器下部连接法兰或者上部挠性接头下端连接同时将内筒用螺栓I连接固定；双法兰接箍II通过张紧环支撑法兰与伸缩接头外筒相连，而伸缩接头外筒与钻采立管相连；锁紧机构主要由锁紧套筒、锁销驱动机构、锁销及上部连接筒体组成，锁紧套筒和上法兰用螺栓I连接固定，上部连接筒体则通过上密封外筒、双法兰接箍I和伸缩管外筒连接固定；密封机构采用两组密封系统，上密封系统是主密封；下密封系统为备用密封，且主要由上密封外筒，上部密封胶筒，双法兰接箍I，下密封外筒，下部密封胶筒，双法兰接箍II组成，上部密封胶筒和下部密封胶筒套在内筒上并且分别用上密封外筒和下密封外筒定位。

本实用新型还包括为张紧环和辅助管线提供终端连接的支撑机构、辅助机构以及辅助管线；支撑机构为张紧环支撑法兰，辅助机构主要由吊装耳板，辅助管线安装支架组成，双法兰接箍II配有吊装耳板，并通过双头螺柱与张紧环支撑法兰连接；伸缩接头外筒通过螺栓II与张紧环支撑法兰连接；伸缩接头外筒配有辅助管线支架、辅助管线，配有各种管线。

密封机构采用两组气动或/和液动密封机构，通过气体或液压促动管线与气体或液体动力机构连通；同时具有润滑降温系统，将润滑管线中的润滑液通过上部连接筒体的进液孔，传递到上部密封胶筒与内筒之间。

张紧环支撑法兰外部圆周上的环形台阶为张紧环提供承载支撑面；同时该法兰上设计了系列液控、气控的进压孔和出压孔，为锁紧机构、密封机构以及密封机构的润滑降温系统管线提供连接功能。

辅助管线两端接头采用可浮动的密封插装连接形式；同时各辅助管线在其公母接头插接处还设计有满足其伸缩量要求的间隙。

内筒上设计有系列压力平衡孔。

锁销驱动机构采用和上法兰连在一起，和内筒一起上下移动的方式；或采用和上部连接筒体外筒连在一起，保持不动的方式；其锁紧和解锁方式采用液压驱动的方式或采用手动锁紧或其他锁紧方式；锁销驱动机构可以是6个、4个或多个。

本实用新型，具有以下优点：

1、设计承载能力强、抗拉、抗弯性能好，可以满足不同水深中立管和防喷器组的载荷要求。

2、设计行程长，能很好地适应各种海域、海况及水深等条件下船只预期的升沉、偏移、潮汐变化和系泊失败时船只最大预期漂移。

3、密封性能好，更换方便，可以满足长时间的海上作业要求。

4、连接方便可靠，生产制造工艺性好，具有良好的实用性和较好的经济性。

附图说明

附图为本实用新型结构示意图。

图号说明：1-上法兰，2-螺栓I，3-锁紧套筒，4-内筒，5-锁销驱动机构，6-锁销，7-上部连接筒体，8-双头螺柱，9-上密封外筒，10-上部密封胶筒，11-双法兰接箍I，12-下密封外筒，13-下部密封胶筒，14-双法兰接箍II，15-吊装耳板，16-张紧环支撑法兰，17-螺栓II，18-伸缩管外筒，19-辅助管线支架，20-辅助管线，21-上部密封气体促动管线，22-下部密封液压促动管线，23-锁紧机构液压锁紧管线，24-锁紧机构液压解锁管线，25-润滑管

具体实施方式

如图所示，本实用新型所述的石油钻采立管系统伸缩接头，由可以相对滑行的内、外筒伸缩机构，可以限制内、外筒相对滑动的液压锁紧机构，内、外筒的密封机构，为张紧环和辅助管线提供终端连接的过渡支撑机构，辅助机构以及辅助管线等构成。伸缩机构采用了可以相对滑行的内、外筒平衡系统，主要由上法兰1，内筒4，双法兰接箍II 14，伸缩接头外筒18等零件组成。

其工作原理是：上法兰1和分流器下部连接法兰或者上部挠性接头下端连接，保证和船体的相对位置不变，同时将内筒4用螺栓I 2连接固定；双法兰接箍II 14通过张紧环支撑法兰16与伸缩接头外筒18相连，而伸缩接头外筒18与钻采立管相连，保证和海底井口的相对位置不变。在工作过程中，船体随着波浪带动上法兰1和内筒4上下波动，而伸缩接头外筒18此时则保持不动，这样就实现了内、外筒的相对滑动，其滑动距离是内筒4上的台阶到双法兰接箍II 14上台阶的距离。另外，由于在内筒4上设计了系列压力平衡孔，故在内、外筒的相对滑动过程中，可以实现不带压工作，同时也减小了运动阻力。

锁紧机构主要由锁紧套筒3、锁销驱动机构5、锁销6及上部连接筒体7等零件组成，锁紧套筒3和上法兰1用螺栓I 2连接固定，上部连接筒体7则通过上密封外筒9、双法兰接箍I11等部件和伸缩接头外筒18连接固定。在工作过程中，锁销驱动机构5促动锁销6，使锁销6从锁紧套筒3的锁槽中弹出，实现内外筒的解锁；在运输或下立管的过程中，锁销驱动机构5则促动锁销6，使锁销6弹出卡进锁紧套筒3的锁槽中，实现内外筒的锁紧，整个锁紧系统共设计了6个锁紧机构，可以承受下放立管和防喷器过程中的所有载荷。

在锁销6打开的情况下，由螺栓I 2与上法兰1固联在一起的锁紧套筒3和内筒4可以实现与其余部件之间实现相对滑动，其滑动距离由内筒4上的环形台阶和双法兰接箍II 14上的环形台阶之间的距离决定。

锁销驱动机构5促动锁销6从锁紧套筒3的锁槽中弹出，实现内外筒的解锁；反之锁销驱动机构5促动锁销6卡进锁紧套筒3的锁槽中，实现内外筒的锁紧；整个锁紧系统共6个锁紧驱动机构。

采用两组气动、液动密封机构，并设计了润滑降温系统，将润滑管线25中的润滑液通过上部连接筒体7的进液孔，传递到上部密封胶筒10与内筒4之间，实现润滑、降温的功能。

本实用新型还设计了一种张紧环支撑法兰16，实现了辅助管线上终端的连接功能；该法兰外部圆周上的环形台阶为张紧环提供承载支撑面；该法兰上设计了系列液控、气控的进压孔和出压孔，为锁紧机构、密封机构以及密封机构的润滑降温系统管线提供连接功能。

本实用新型配置有多个辅助管线安装支架16，防止各辅助管线在海洋上风、波、浪等冲击影响下脱离，同时加强了伸缩接头外筒18抗击外来载荷冲击的能力。辅助管线20两端接头采用可浮动的密封插装连接形式，同时，各辅助管线在其公母接头插接处还设计有一定的间隙，满足其伸缩量要求，有效保证单个辅助管线与主管线之间可能产生的不同步变形要求，实现有效密封功能。

内筒4上设计了系列压力平衡孔，以实现在内、外筒相对滑动过程中不带压工作，该压力平衡孔可以采用圆孔，也可以采用槽状扁孔，既可以圆周分布，也可以采用其他方式分布。

实现锁紧功能时，锁销驱动机构可以采用和上法兰1连在一起，和内筒一起上下移动的方式，亦可以采用和上部连接筒体外筒连在一起，保持不动的方式；其锁紧和解锁方式可以采用液压驱动的方式，也可以采用手动锁紧或其他锁紧方式；锁销驱动机构可以是6个、也可以是4个或多个。

本实用新型在实现密封功能时，密封机构也可以采用单密封系统，密封形式除了采用气动密封、液动密封外，也可以采用其它密封形式。

上法兰1和内筒4的连接方式可以是螺纹连接，或其他连接方式。伸缩接头滑动由内筒4上的环形台阶和双法兰接箍II 14上的环形台阶止动，也可以采用其他方式止动。上法兰1和伸缩接头外筒18分别与其它部件连接时可以采用法兰的连接形式，也可以是其它结构的连接方式。其长度、行程、通径尺寸可以是一种组合，或多种组合。

在工作时，该伸缩接头同时可以被用作立管张紧环的连接点，并由外筒将立管张紧环的载荷传递给立管，同时为钻井立管辅助管线至钻井船柔性软管提供终端连接。

密封机构采用两组密封系统，上密封系统是主密封；下密封系统为备用密封，在紧急状态下或更换主密封胶筒的情况下使用。主要由上密封外筒9，上部密封胶筒10，双法兰接箍I11，下密封外筒12，下部密封胶筒13，双法兰接箍II 14等零件组成。其工作原理如附图所示，管线21的气、液压力通过上密封外筒9的传压孔传递到上部密封胶筒10，促动上部密封胶筒10紧压内筒4，实现内、外筒的密封；下密封系统的原理和上密封系统相同。另外，在密封机构工作过程中，由于内筒的上下移动，会和胶筒摩擦产生了大量的热，降低胶筒寿命，故为其设计了一套润滑降温系统，润滑管线25中的润滑液通过上部连接筒体7进液孔，传递到上部密封胶筒10和内筒4之间，实现润滑、降温的功能。

张紧环支撑法兰16是张紧环和辅助管线提供终端连接的过渡支撑机构。通过在该法兰上设计的系列密封孔，实现和辅助管线20的接通，为辅助管线提供终端连接的功能；通过该支撑法兰外部圆周上的环形台阶为张紧环提供支撑面，实现连接功能；该法兰上还设计了系列液控、气控的进压孔和出压孔，为锁紧机构和密封机构以及密封机构的润滑降温系统管线提供连接功能。

辅助机构主要为本实用新型海洋石油钻井采立管伸缩接头提供辅助功能，主要由吊装耳板15，辅助管线安装支架19等零件组成，吊装耳板15主要用做运输途中的起吊点，而辅助管线安装支架19，可以保证辅助管线20在海洋风、波、浪等冲击载荷作用下不与伸缩管接头筒18失效脱离，同时还具有加强伸缩接头外筒18抗击外来载荷冲击的能力。

辅助管线20主要用于连接立管辅助管线。其两端接头采用可浮动的插装连接形式，并分别带有密封，以保证辅助管线中的高压流体的密封可靠性能；同时，为防止辅助管线在工作中局部受力引起的伸缩变形，各辅助管线在其公母接头插接处还设计有一定的间隙，满足其伸缩量要求，能有效保证单个辅助管线与主管线之间可能产生的不同步变形变化，实现其可浮动的功能。

Claims (8)

1、一种海洋石油钻采立管系统伸缩接头，具有连接井上设备和井口钻采立管的内筒(4)，其特征是在内筒(4)一端通过上连接件和井上设备分流器下部连接法兰或者上部挠性接头下端连通；内筒(4)另外一端通过下连接件将套在内筒(4)上的伸缩接头外筒(18)与钻采立管相连；在内筒(4)外部上连接件和伸缩接头外筒(18)之间固定连接有相对内筒滑行的内外筒伸缩机构、对内、外筒之间实现密封的密封机构以及实现内、外筒之间锁紧或解锁的液压锁紧机构。

2、根据权利要求1所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征是伸缩机构采用了可以相对滑行的内、外筒平衡系统，主要由作为上连接件的上法兰(1)，内筒(4)，双法兰接箍II(14)，伸缩接头外筒(18)组成，上法兰(1)和分流器下部连接法兰或者上部挠性接头下端连接同时将内筒(4)用螺栓I(2)连接固定；双法兰接箍II(14)通过张紧环支撑法兰(16)与伸缩接头外筒(18)相连，而伸缩接头外筒(18)与钻采立管相连；锁紧机构主要由锁紧套筒(3)、锁销驱动机构(5)、锁销(6)及上部连接筒体(7)组成，锁紧套筒(3)和上法兰(1)用螺栓I(2)连接固定，上部连接筒体(7)则通过上密封外筒(9)、双法兰接箍I(11)和伸缩接头外筒(18)连接固定；密封机构采用两组密封系统，上密封系统是主密封；下密封系统为备用密封，且主要由上密封外筒(9)，上部密封胶筒(10)，双法兰接箍I(11)，下密封外筒(12)，下部密封胶筒(13)，双法兰接箍II(14)组成，上部密封胶筒(10)和下部密封胶筒(13)套在内筒(4)上并且分别用上密封外筒(9)和下密封外筒(12)定位。

3、根据权利要求2所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征是还包括为张紧环和辅助管线提供终端连接的支撑机构、辅助机构以及辅助管线；支撑机构为张紧环支撑法兰(16)，辅助机构主要由吊装耳板(15)，辅助管线安装支架(19)组成，双法兰接箍II(14)配有吊装耳板(15)，并通过双头螺柱(8)与张紧环支撑法兰(16)连接；伸缩接头外筒(18)通过螺栓II(17)与张紧环支撑法兰(16)连接；伸缩接头外筒(18)配有辅助管线支架(19)、辅助管线(20)，配有各种管线(21、22、23、24、25)。

4、根据权利要求2所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征是密封机构采用两组气动或/和液动密封机构，通过气体或液压促动管线与气体或液体动力机构连通；同时具有润滑降温系统，将润滑管线(25)中的润滑液通过上部连接筒体(7)的进液孔，传递到上部密封胶筒(10)与内筒(4)之间。

5、根据权利要求2所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征在于张紧环支撑法兰(16)外部圆周上的环形台阶为张紧环提供承载支撑面；同时该法兰上设计了系列液控、气控的进压孔和出压孔，为锁紧机构、密封机构以及密封机构的润滑降温系统管线提供连接功能。

6、根据权利要求3所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征在于辅助管线(20)两端接头采用可浮动的密封插装连接形式；同时辅助管线在其公母接头插接处还设计有满足其伸缩量要求的间隙。

7、根据权利要求1或2所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征在于内筒(4)上设计有系列压力平衡孔。

8、根据权利要求2所述的海洋石油钻采立管系统伸缩接头，其特征在于：锁销驱动机构采用和上法兰(1)连在一起，和内筒一起上下移动的方式；或采用和上部连接筒体的外筒连在一起并保持不动的方式；其锁紧和解锁方式采用液压驱动的方式或采用手动锁紧方式；锁销驱动机构为6个或4个。

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