CN206439541U - 一种深海用柔性管接头及柔性管 - Google Patents

Abstract

一种深海用柔性管接头及柔性管，涉及海洋石油工程领域。柔性管接头包括接头内套、密封圈、第一弹性密封环与第二弹性密封环，密封圈包括倾斜面、底面与密封面，倾斜面与底面分别位于密封圈的两端且均与密封面连接，密封圈活动嵌设于接头内套的第一等径段和缩径段；第一弹性密封环设置于倾斜面与接头内套引导面之间，第一弹性密封环与倾斜面连接，第一弹性密封环具有与朝向引导面的凸起部；第二弹性密封环与底面连接。与单个楔形密封结构相比，该柔性管接头具有良好的密封效果。其次，密封圈选用玄武岩纤维制成，由玄武岩纤维制成的密封圈不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等优异性能。柔性管包括管体与上述柔性管接头，其密封性好。

Description

一种深海用柔性管接头及柔性管

技术领域

本实用新型涉及海洋石油工程领域，具体而言，涉及一种深海用柔性管接头及柔性管。

背景技术

在海洋油气开采中，海洋管道将海上油、气田或钻井平台与储油中转站或陆上处理终端连接在一起，使得海上工作的各个环节与管道形成了相互配合协调的有机整体。过去几十年，海洋工程中传统刚性管越来越多地被柔性管所替代，海洋油气田的商业化利用也取决于柔性管的使用。柔性管代替钢管的两个主要原因，一是柔性管能永久应用于连接水下装置和大尺度运动的浮式生产系统的兼容结构；二是柔性管可以大长度制造，直接用卷轴或船舶转台储存，相比于钢管，更易于运输和安装。

作为柔性管附件，柔性管接头是连接柔性管与钻井平台、将管道的功能层单独固定的重要部件。其中密封结构一般为单个楔形环的结构，密封性能不佳。

实用新型内容

本实用新型第一目的在于提供了一种深海用柔性管接头，旨在改善柔性管接头密封性性能不佳的问题。

本实用新型第二目的在于提供了一种柔性管，该柔性管的密封性能好。

本实用新型是这样实现的：

一种深海用柔性管接头，包括法兰；

接头内套，接头内套与法兰可拆卸连接，接头内套与法兰连接的一端为具有连接孔的连接部，连接部包括依次连接的第一等径段、缩径段和第二等径段，第一等径段的内径大于第二等径段，缩径段的内径由第一等径段向第二等径段的方向逐渐减小，缩径段由相对于连接孔的轴心线倾斜的引导面围成；

密封圈，密封圈包括倾斜面、底面以及用于与柔性管壁贴合的密封面，倾斜面与底面分别位于密封圈的轴向的相对两端并且均与密封面连接，密封圈活动嵌设于第一等径段和缩径段，倾斜面与引导面间隔设置；

第一弹性密封环，第一弹性密封环设置于倾斜面与引导面之间，第一弹性密封环与倾斜面连接，第一弹性密封环具有与朝向引导面的凸起部；

第二弹性密封环，第二弹性密封环的内径小于或等于密封圈的内径，第二弹性密封环与底面连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，凸起部与引导面抵接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，法兰还包括固定件，第二弹性密封环包括相对的第一端与第二端，第一端与密封圈连接，第二端与固定件抵接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，密封圈的锥角小于接头内套的锥角。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，密封圈的锥角为13.5～17.5°。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，密封圈的锥角为15°。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，密封圈由玄武岩纤维制成。

一种柔性管，包括管体与上述深海用柔性管接头，管体与深海用柔性管接头连接。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，管体包括防护层、抗拉铠装层、抗压铠装层、内护套层及骨架层，抗拉铠装层的终端为U型。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，密封圈的靠近内护套层一端的还设有圆形锯齿。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的深海用柔性管接头，在法兰的挤压下，密封环的密封面与柔性管壁的接触面发生变形，可以实现密封，同时使其在工作过中，不易被拨出，管内输送的油气不被泄露。其次，在密封圈的倾斜面与底面上布置第一弹性密封环与第二弹性密封环，利用第一弹性密封环与第二弹性密封环的弹性形变来补偿封面的压力损失，一方面可适应高温工况，另一方面提高了密封性能。与传统单个楔形密封结构相比，位于密封圈两侧的第一弹性密封环、第二弹性密封环与密封圈接触，易填满金属密封圈表面的微观不平，有良好的密封效果。中间有密封圈作支撑，保证了密封件整体强度。

本实用新型提供的柔性管，包括管体与上述深海用柔性管接头，该柔性管的密封性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例提供的深海用柔性管接头的示意图；

图2是图1中II处的放大图；

图3是本实用新型实施例提供的柔性管的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的柔性管中密封圈的示意图。

图标：100-柔性管接头；110-法兰；111-固定件；120-接头内套；121-连接部；123-第一等径段；124-缩径段；125-第二等径段；126-引导面；130-密封圈；131-倾斜面；132-底面；133-密封面；134-圆形锯齿；140-第一弹性密封环；141-凸起部；150-第二弹性密封环；151-第一端；152-第二端；160-支撑法兰；170-接头外套；180-支撑套；190-绝缘套；191-终止环；200-柔性管；210-管体；211-防护层；212-抗拉铠装层；213-抗压铠装层；214-内护套层；215-骨架层。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种深海用柔性管接头100。如图1和图2所示，柔性管接头100包括法兰110、接头内套120、密封圈130、第一弹性密封环140与第二弹性密封环150。

接头内套120用于锚定各功能层，并与密封圈130配合实现密封。具体地，接头内套120与法兰110连接的一端为具有连接孔(图中未标记)的连接部121。连接部121包括依次连接的第一等径段123、缩径段124和第二等径段125。位于中间的缩径段124的内径由第一等径段123向第二等径段125的方向逐渐减小。缩径段124由相对于连接孔的轴心线倾斜的引导面126围成。

如图2所示，密封圈130包括倾斜面131、底面132以及用于与管壁贴合的密封面133。倾斜面131与底面132分别位于密封圈130轴向的相对两端，并且与密封面133连接。密封圈130活动嵌设于第一等径段123与缩径段124。同时为了减小法兰110与接头内套120时需要的预紧力，倾斜面131与引导面126间隔设置。

在本实施例中，密封圈130选用硬质材料，如金属、合金等。优选地，密封圈130选用玄武岩纤维制成，玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。利用玄武岩纤维制成的密封圈130不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。

第一弹性密封环140设置于倾斜面131与引导面126之间，且第一弹性密封环140与倾斜面131连接，第一弹性密封环140具有与朝向引导面126的凸起部141。优选地，为了增强密封性能，凸起部141与引导面126抵接。进一步地，在本实施例中，同时为了减小法兰110装配时的预紧力，第一弹性密封环140的两端与引导面126间隔设置。即第一弹性密封环140的两端与引导面126预留一部分空间。同时，在实际使用过程中，密封圈130会发生位移，由于存在第一弹性密封环140，第一弹性密封环140上的凸起部141会补偿由于减小预紧力而预留的空间。

第二弹性密封环150的内径小于或等于密封圈130的内径，第二弹性密封环150与底面132连接。优选地，第二弹性密封环150的内径小于密封圈130的内径。在本实施例中，为了增加密封性能，密封圈130的底面132具有一凹部(图中未标记)，第二弹性密封环150与凹部过盈配合。这样设置的好处在于，将第二弹性密封环150直接设置在密封圈130的内部，可以增强第二弹性密封环150与密封圈130的密封性能。

再次参阅图1，法兰110还包括固定件111，第二弹性密封环150包括相对的第一端151与第二端152，第一端151与密封圈130连接，第二端152与固定件111抵接。可以理解为，在法兰110的挤压下，密封圈130的密封面133与管壁的接触面发生变形，可以实现密封，同时使其在工作过中，密封圈130不易被拨出，管内输送的油气不被泄露。固定件111为法兰110的一个部分，固定件111可以起到抵接第二弹性密封环150的作用，能够使第二弹性密封环150不易移动，发生稳定的弹性形变，进一步地增加柔性管接头100的密封性。

在密封圈130的倾斜面131与底面132上布置第一弹性密封环140与第二弹性密封环150，利用第一弹性密封环140与第二弹性密封环150的弹性形变来补偿封面的压力损失，一方面可适应高温工况，另一方面提高了密封性能。

在本实施例中，为了装配方便，第一弹性密封环140、密封圈130及第二弹性密封环150为一体式的结构，便于后面描述将第一弹性密封环140、密封圈130及第二弹性密封环150三者命名为密封件。

与传统单个楔形密封结构相比，位于密封圈130两侧的第一弹性密封环140、第二弹性密封环150与密封圈130的倾斜面131、密封面133接触，易填满密封圈130表面的微观不平，具有良好的密封效果。其次，中间有密封圈130作支撑，保持密封件整体强度。另外第一弹性密封环140、第二弹性密封环150具有弹性能显著减小螺栓预紧力。

进一步地，密封圈130的锥角θ1小于接头内套120的锥角θ2。由于在柔性管接头100的装配过程中，密封件发生弹性形变才能增强密封效果，而在变形过程中的接触问题是非线性的，因此，通过有限元解析的方式得出，密封圈130的锥角θ1小于接头内套120的锥角θ2，柔性管接头100的密封性能才好。其次，密封圈130的锥角θ1在13.5～17.5°范围内的密封性能最好。优选地，考虑到预紧力的合理性，密封圈130的锥角θ1为15°。

如图3所示，本实施例还包括了一种柔性管200，柔性管200包括柔性管接头100与管体210，管体210与柔性管接头100连接。管体210包括防护层211、抗拉铠装层212、抗压铠装层213、内护套层214及骨架层215。进一步地，抗拉铠装层212的终端为U型。

其次，在本实施例中，密封圈130的锥角θ1小于接头内套120的锥角θ2。密封圈130的锥角θ1优选15°的原因为：利用有限元模拟的方式得到较小的锥角θ1更利于密封，同时角度对抗拉铠装层212的连接也有影响，过大与过小的角度均不利于灌封连接，因此优选15°不仅可以保证密封性，还能保证抗拉铠装层212的灌封连接。

柔性管200与柔性管接头100的具体装配连接方式为：柔性管接头100还包括支撑法兰160、接头外套170、支撑套180、绝缘套190与终止环191。接头内套120与接头外套170形成腔室，安装时，抗拉铠装层212折弯插入腔室内，并被树脂粘结固定密封，防止海水侵入，并将管体210的载荷传递到接头内套120，接头内套120与法兰110通过螺栓紧固连接。支撑套180用于固定和密封柔性管200最外面的高分子防护层211。绝缘套190使骨架层215与柔性管接头100电绝缘，避免电化学腐蚀。终止环191用来固定骨架层215，使骨架层215不容易被拔出。

进一步地，如图4所示，密封圈130靠近内护套层214的一端还会所有圆形锯齿134。密封圈130的密封面133与内护套层214存在一个泄漏通道，其中泄漏通道的接触压力应大于内护套层214的屈服极限，加之，锯齿会增大局部的接触压力，因此具有锯齿的密封圈130具有更好的密封性能。其次，选用圆形锯齿134的原因是圆形锯齿134的截面为圆形，在相同的工况下，圆形截面的最大接触压力大于其他形状的截面，因此具有圆形锯齿134的密封圈130的密封性能较佳。

综上所述，本实施例提供的深海用柔性管接头100，与传统单个楔形密封结构相比，位于两侧的第一弹性密封环140、第二弹性密封环150与密封圈130接触，易填满金属密封圈130表面的微观不平，具有更好的密封效果。其次，中间有密封圈130作支撑，保持密封件整体强度。另外，存在第一弹性密封环140与第二弹性密封环150，安装时，因其具有弹性，因此能显著减小预紧力。

本实用新型提供的柔性管200的密封性能好，其次与柔性管接头100配合使用，能够发挥柔性管200刚度小、顺应海洋载荷造成的大变形、易铺设、易回收、密封性能好、抗腐蚀等优势。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深海用柔性管接头，其特征在于，包括：

法兰；

接头内套，所述接头内套与所述法兰可拆卸连接，所述接头内套与所述法兰连接的一端为具有连接孔的连接部，所述连接部包括依次连接的第一等径段、缩径段和第二等径段，所述第一等径段的内径大于所述第二等径段，所述缩径段的内径由所述第一等径段向所述第二等径段的方向逐渐减小，所述缩径段由相对于所述连接孔的轴心线倾斜的引导面围成；

密封圈，所述密封圈包括倾斜面、底面以及用于与柔性管壁贴合的密封面，所述倾斜面与所述底面分别位于所述密封圈的轴向的相对两端并且均与所述密封面连接，所述密封圈活动嵌设于所述第一等径段和所述缩径段，所述倾斜面与所述引导面间隔设置；

第一弹性密封环，所述第一弹性密封环设置于所述倾斜面与所述引导面之间，所述第一弹性密封环与所述倾斜面连接，所述第一弹性密封环具有与朝向所述引导面的凸起部；

第二弹性密封环，所述第二弹性密封环的内径小于或等于所述密封圈的内径，所述第二弹性密封环与所述底面连接。

2.根据权利要求1所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述凸起部与所述引导面抵接。

3.根据权利要求1所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述法兰还包括固定件，所述第二弹性密封环包括相对的第一端与第二端，所述第一端与所述密封圈连接，所述第二端与所述固定件抵接。

4.根据权利要求1所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述密封圈的锥角小于所述接头内套的锥角。

5.根据权利要求4所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述密封圈的锥角为13.5～17.5°。

6.根据权利要求5所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述密封圈的锥角为15°。

7.根据权利要求1所述的深海用柔性管接头，其特征在于，所述密封圈由玄武岩纤维制成。

8.一种柔性管，其特征在于，包括管体与权利要求1～7任意一项所述深海用柔性管接头，所述管体与所述深海用柔性管接头连接。

9.根据权利要求8所述的柔性管，其特征在于，所述管体包括防护层、抗拉铠装层、抗压铠装层、内护套层及骨架层，所述抗拉铠装层的终端为U型。

10.根据权利要求9所述的柔性管，其特征在于，所述密封圈的靠近所述内护套层的一端还设有圆形锯齿。