CN216430819U - 一种双向伸缩自平衡旋转管节及其管汇装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种双向伸缩自平衡旋转管节及其管汇装置，该双向伸缩自平衡旋转管节包括外壳和芯轴，所述芯轴位于所述外壳内，所述外壳上相对插入设置连接头，所述连接头内设置流道，所述芯轴内设置连通通道，所述芯轴与相对设置的两个所述连接头插接连通，所述连接头能够相对所述外壳旋转和移动，实现对管节长度的调整和两端连接面的适应性调整，所述芯轴能够相对所述连接头旋转和移动，实现对管节管节内流体的压力波动能够驱动芯轴和连接头相对移动，使部分震动力转变为芯轴的移动力和芯轴与连接头之间的旋转力，从而能够减少振动，提高该管节的抗震动能力，使用寿命较长。

Description

一种双向伸缩自平衡旋转管节及其管汇装置

技术领域

本实用新型涉及石油及天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种双向伸缩自平衡旋转管节及其管汇装置。

背景技术

在石油、天然气和其它地下资源开采领域，为了促进石油、天然气和其它地下资源的开采，经常需要采用钻采系统来提取该资源，钻采系统包括多个钻采井，钻采井井口设置采气树，通过压裂泵将压裂流体经压裂管线输送至压裂管汇，通过压裂管汇将压裂流体经压裂管线输送至一个或多个井口的采气树。

目前，国内压裂现场地面部分的压裂管线一般采用高压由壬管线，该高压由壬管线由多由壬、多弯头，采用由壬螺纹连接、法兰刚性连接的结构形式组成，安装时由于每口井之间、井口和压裂管汇之间、压裂泵和压裂管汇之间的待连接面一般均存在距离差、连接孔洞位置差，导致无法准确预先定好压裂管线的长度和压裂管线两端连接面的安装方位，使压裂管线无法统一制备，需要进行现场调整，现场调整一般通过定制法兰管节进行连接，或通过多管道部件连接的结构形式实现待连接面的错位连接，如此，极大的增加了压裂管线的准备时间、制备成本和部件数量，给压裂管线的快捷连接和调整带来极大的不便，同时，由于高压流体存在压力波动，高压流体在管线内部反复变向，造成震动较大，容易对压裂管线造成损害，导致连接部位失效，影响管线的使用寿命。

所以，目前亟需要一种技术方案，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有压裂管线不能适应于具有连接孔洞位置偏差的待连接面的快捷连接，且使用寿命受流体压力波动影响，使用寿命较短的技术问题，提供了一种双向伸缩自平衡旋转管节及其管汇装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种双向伸缩自平衡旋转管节，包括外壳和芯轴，所述芯轴位于所述外壳内，所述外壳上相对插入设置连接头，所述连接头内设置流道，所述芯轴内设置连通通道，所述芯轴与相对设置的两个所述连接头插接连通，所述连接头能够相对所述外壳旋转和移动，所述芯轴能够相对所述连接头旋转和移动，所述连接头插入所述外壳的端部分别设置有端盖。

本实用新型的一种双向伸缩自平衡旋转管节，通过芯轴连接相对设置的两个连接头，连接头能够沿外壳移动，实现对管节长度的调整，同时，连接头能够相对外壳转动，实现对管节两端连接面的适应性调整，同时，管节内流体的压力波动能够驱动芯轴和连接头相对移动，使部分震动力转变为芯轴的移动力和芯轴与连接头之间的旋转力，从而能够减少振动，提高该管节的抗震动能力，使用寿命较长。

作为本实用新型的优选方案，所述外壳、所述芯轴和所述连接头围合形成中间腔室。使两个连接头之前具有可移动空间，可根据实际情况，在不改变连接头和外壳尺寸的情况下，调整中间腔室的大小，整体改变该自平衡伸缩管节的整体长度。

具体的，所述外壳上设置连通所述中间腔室的油孔，通过油孔在中间腔室灌装液压油，使得当油孔封堵时，能够限制两个连接头之间的相对位置稳定，当第一油孔打开时，能够通过液压油的流动实现对两个连接头之间相对距离的改变，实现管节两端连接面的调整。

作为本实用新型的优选方案，所述外壳内壁设置第一分隔环，所述第一分隔环抵接在所述连接头外壁，在所述连接头和所述外壳之间形成密封腔室，所述连接头外壁设置第二分隔环，所述第二分隔环将所述密封腔室分隔为调压油腔，所述外壳上设置分别连通所述调压油腔的油孔，所有所述油孔通过控制开关连通。第一分隔环和第二分隔环将外壳和连接头之间的空腔分隔形成调压油腔，使流道和连通通道内的压力波动对连接头和芯轴产生的震动力能够通过第二分隔环传递至调压油腔，实现连接头的单独位移控制或实现两个相对设置的连接头的联动控制。

作为本实用新型的优选方案，每一个所述连接头外壁与所述外壳内壁之间设置至少两个所述调压油腔。使得能够通过控制开关连接不同的调压油腔，实现对单个连接头的调整或对两个相对设置的连接头的联动调整。

作为本实用新型的优选方案，所述芯轴上设置限位环，所述限位环位于两个相对设置的所述连接头之间，两个所述连接头相互远离的一端分别设置为法兰接头。

作为本实用新型的优选方案，所述流道包括依次连通的密封区、连接区和连通区，所述芯轴与所述连接区适配连接，所述芯轴端面与所述连接区底部设置有间隙，所述密封区设置密封组件。分区设置流道，并设置密封组件，使芯轴与连接头的连接关系更稳定，保证芯轴和连接头连接部位的良好密封性；间隙的设置使芯轴能够相对于连接头移动，能够自适应流道内压力波动进行位置调整，使减少对压力波动对芯轴与连接头之间密封部位的损害，延长该管节的使用寿命。

作为本实用新型的优选方案，所述密封区包括依次连通的第一台阶孔和第二台阶孔，所述第一台阶孔贯穿所述连接头端面，所述密封组件包括压紧环和第一密封件，所述压紧环与所述第一台阶孔嵌套配合，所述第一密封件与所述第二台阶孔嵌套配合。

作为本实用新型的优选方案，所述连接头上设置注油孔，所述注油孔一端连通所述第二台阶孔，另一端连通所述调压油腔或外部注脂器。使得能够通过注油孔向第二台阶孔内的第一密封件提供润滑介质，保证第一密封件的使用寿命和密封效果。

作为本实用新型的优选方案，所述第一分隔环与所述连接头之间设置第二密封件，所述第二分隔环与所述外壳之间设置第三密封件，所述端盖与所述连接头之间设置第四密封件，所述端盖与所述外壳之间设置第五密封件。各密封件的设置实现各调压油腔的相对独立，能够保证油路的稳定，实现对该管节的精确调整。

管汇装置，包括至少一个如上所述的双向伸缩自平衡旋转管节。

本实用新型的管汇装置，由于采用上述的双向伸缩自平衡旋转管节，使得能够根据待连接面之间的实际距离和连接孔洞位置，较快捷的进行管节长度和连接孔洞位置的调整，节省管汇装置调整的人力物力，同时，能够自适应流体压力波动产生的震动力，减小震动，并自适应调整，延长管汇装置的使用效果和使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的一种双向伸缩自平衡旋转管节，通过在调压油腔内灌注液压油，并通过控制开关连通油孔形成油路，当控制开关断开油路，将液压油封闭在调压油腔内，使连接头相对外壳位置的固定，实现该管节整体长度的固定，当控制开关连通油路，液压油可通过油路流动，使相对设置的两连接头能够相对移动，实现该管节长度的调整；

2、本实用新型的一种双向伸缩自平衡旋转管节，相对设置的连接头能够绕自身轴线转动，使连接头与待连接面连接孔洞适应，实现该管节的快捷连接，同时，管节内流体的压力波动能够使部分震动力转变为旋转力使外壳与连接头之间、芯轴与连接头之间发生相互旋转，从而能够减少振动，提高采用该管节的管线的使用寿命；

3、本实用新型的管汇装置，由于采用上述的双向伸缩自平衡旋转管节，使得能够根据待连接面之间的实际距离和连接孔洞位置，较快捷的进行管节长度和连接孔洞位置的调整，节省管汇装置调整的人力物力，同时，能够自适应流体压力波动产生的震动力，减小震动，并自适应调整，延长管汇装置的使用效果和使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种双向伸缩自平衡旋转管节的结构示意图。

图2是本实用新型的一种双向伸缩自平衡旋转管节的剖面结构示意图。

图3是图2中A处局部放大的结构示意图。

图4是本实用新型中所述连接头的结构示意图。

图5是所述调压油腔的连通结构一。

图6是所述调压油腔的连通结构二。

图7是本实用新型的管汇装置的结构示意图。

图8是本实用新型的管汇装置的应用场景一。

图9是本实用新型的管汇装置的应用场景二。

图10是本实用新型的管汇装置的应用场景三。

附图标号：1-外壳，11-第一分隔环，12-油孔，2-芯轴，21-连通通道，22-限位环，3-连接头，31-流道，311-密封区，3111-第一台阶孔，3112-第二台阶孔，312-连接区，313-连通区，314-间隙，32-第二分隔环，33-法兰接头，4-端盖，5-中间腔室，6-调压油腔，61-第一油腔，62-第二油腔，63-第三油腔，64-第四油腔，7-控制开关，8-密封组件，81-压紧环，82-第一密封件，83-第二密封件，84-第三密封件，85-第四密封件，86-第五密封件，9-双向伸缩自平衡旋转管节，10-管汇装置，101-角通管节，102-直管管节，20-压裂设备，30-高低压管汇撬，40-压裂树，50-分流管汇撬。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-图4所示，一种双向伸缩自平衡旋转管节，包括外壳1和芯轴2，所述芯轴2位于所述外壳1内，所述外壳1上相对插入设置连接头3，所述连接头3内设置流道31，所述芯轴2内设置连通通道21，所述芯轴2与相对设置的两个所述连接头3插接连通，所述连接头3能够相对所述外壳1旋转和移动，所述芯轴2能够相对所述连接头3旋转和移动，所述连接头3插入所述外壳1的端部分别设置有端盖4。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，连接头3通过端盖4被限制在外壳1内，能够沿外壳1上的插接孔移入或移出，实现对相对设置的两个连接头3相互远离的端面之间的距离的调整，实现对管节两个方向的长度的调整，且连接头3能够相对外壳1转动，实现对管节两端连接面的适应性转动调整，同时，芯轴2作为两个连接头3之间的连接部件，芯轴2能够沿连接头3的流道31移动，管节内流体的压力波动能够驱动芯轴2和连接头3相对移动，使部分震动力转变为芯轴2的移动力、芯轴2与连接头3之间的旋转力、连接头3的旋转力，实现管节在流体波动下的自平衡，从而能够减少振动，提高该管节的抗震动能力，使用寿命较长。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，安装时，能够通过连接头3的灵活转动，方便与其他管线连接，使用时，能够通过连接头3和芯轴2的移动和相对转动，实现在流体波动下的自适应平衡调整，使管节整体震动较小，适应性更好，使用寿命更长。

具体的，所述外壳1、所述芯轴2和所述连接头3围合形成中间腔室5，所述外壳1上设置连通所述中间腔室5的油孔12。本实施例在两连接头3之间的中间腔室5中灌装液压油，使得当油孔12封堵时，由于中间腔室5中的液压油不能流动，使得能够限制两个连接头3之间的相对位置稳定，实现对管节两端面相对距离的限定，当油孔12打开时，液压油从中间腔室5中流出，体积量减少，能够相应实现对两个连接头3之间中间腔室5的大小调整，实现对两连接头3的相对距离的改变，实现管节两端连接面的调整。

具体的，油孔12通过控制开关进行开闭控制。

具体的，端盖4设置于芯轴2插入外壳1的端部，端盖4与外壳1通过螺栓连接。

实施例2

如图1-图6所示，本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节为实施例的进一步优化，本实施例中，所述外壳1内壁设置第一分隔环11，所述第一分隔环11抵接在所述连接头3外壁，在所述连接头3和所述外壳1之间形成密封腔室，所述连接头3外壁设置第二分隔环32，所述第二分隔环32将所述密封腔室分隔为调压油腔6，所述外壳1上设置分别连通所述调压油腔6的油孔12，所有所述油孔12通过控制开关7连通。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，通过分别在连接头3和外壳1上设置分隔环，对连接头3外壁与外壳1内壁之间的中间腔室5进行分隔，增加能够用于控制连接头3移动的调压油腔6的数量，使能够通过控制开关7控制油路的连通状态，实现对单个连接头3的移动控制或对多个连接头3移动的联动控制，使连接头3移动距离控制更精确，同时，流体压力波动对连接头3和芯轴2产生的推力能够更容易的通过第二分隔环32传递至多个调压油腔6，调节调压油腔6的大小，减振效果更好。

优选的，所述第一分隔环11与所述连接头3之间设置第二密封件83，所述第二分隔环32与所述外壳1之间设置第三密封件84，所述端盖4与所述连接头3之间设置第四密封件85，所述端盖4与所述外壳1之间设置第五密封件86。各密封件的设置实现各调压油腔6的相对独立，能够保证油路的稳定，实现对该管节的精确调整。

具体的，第二密封件83、第三密封件84、第四密封件85和第五密封件86均为环形结构的密封圈。

实施例3

如图1-图6所示，本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节为实施例2的进一步优化，本实施例中每一个所述连接头3外壁与所述外壳1内壁之间设置至少两个所述调压油腔6。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，每一个所述连接头3外壁与所述外壳1内壁之间设置两个所述调压油腔6，每一个调压油腔6均能够通过控制开关7连通，使得能够通过控制开关7连接不同的调压油腔6，实现对单个连接头3的调整或对两个相对设置的连接头3的联动调整。

具体的，如图5-图6所示，沿外壳轴向，一个连接头3对应设置第一油腔61和第二油腔62，另一个连接头3对应设置第三油腔63和第四油腔64，如图5所示，第一油腔61和第三油腔63通过带有控制开关7的油路连通，第二油腔62和第四油腔64通过带有控制开关7的油路连通，也可以如图6所示，将两个连接头3对应的调压油腔6分别进行带控制开关7的油路连通，实现对两个连接头3的移动的分别控制。

可根据实际情况，调整每一个连接头3对应的调压油腔6的数量，将不同的调压油腔6通过带有控制开关7的油路连通，根据需要进行调压油腔6的连通和断开控制，以满足不同伸缩的功能，提高对该双向伸缩自平衡旋转管节的长度调整的精度，扩大调整范围。

实施例4

如图2所示，本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节为实施例1-实施例3的进一步优化，本实施例中所述芯轴2上设置限位环22，所述限位环22位于两个相对设置的所述连接头3之间，两个所述连接头3相互远离的一端分别设置为法兰接头33。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，通过设置在芯轴2上的限位环22，能够限制芯轴2与每一个连接头3之间的相对移动距离，将连接头3端部设置为法兰接头33，使得该管节在使用时能够通过连接头3的转动，实现与待连接面的顺利孔洞对齐，实现管节的快捷对接使用。

实施例5

如图1-图4所示，本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节为实施例1-实施例4的进一步优化，本实施例中所述流道31包括依次连通的密封区311、连接区312和连通区313，所述芯轴2与所述连接区312适配连接，所述芯轴2端面与所述连接区312底部设置有间隙314，所述密封区411设置密封组件8。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，对流道31进行分区，并设置密封组件8，使芯轴2与连接头3的连接关系更稳定，保证芯轴2和连接头3连接部位的良好密封性；芯轴2端面与连接区312底部设置有间隙314，使芯轴2能够像活塞一样在两个连接头3之间来回移动，不仅扩大自平衡伸缩管节的长度调整范围，而且芯轴2端部会受到内部高压流体产生的压力波动的推力，进行自平衡移动，将推力转化为芯轴2与连接头3之间，连接头3与外壳1之间的旋转力，不会有额外的轴向力产生，极大的减低了结构的复杂度。

优选的，所述密封区311包括依次连通的第一台阶孔3111和第二台阶孔3112，所述第一台阶孔3111贯穿所述连接头3端面，所述密封组件8包括压紧环81和第一密封件82，所述压紧环81与所述第一台阶孔3111嵌套配合，所述第一密封件82与所述第二台阶孔3112嵌套配合。

具体的，第一密封件82为高压密封件，该高压密封件为多种不同类型的密封件的叠加组合，兼具防砂、防水作用，主要用于防止流道31内高压流体发生泄漏，压紧环81与第一台阶孔3111嵌套配合，高压密封件与第二台阶孔3112嵌套配合，使压紧环81压紧高压密封件，芯轴2表面通过高精度加工，与高压密封件配合，保证其密封性能，芯轴2穿过密封区311后与连接区312适配连接。

实施例6

如图1-图4所示，本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节为实施例5的进一步优化，本实施例中所述连接头3上设置注油孔，所述注油孔一端连通所述第二台阶孔3112，另一端连通所述调压油腔6或外部注脂器。

本实施例的一种双向伸缩自平衡旋转管节，使得能够通过注油孔向第二台阶孔3112内的第一密封件82提供润滑介质，保证第一密封件82的使用寿命和密封效果。

实施例7

如图7所示，管汇装置，包括至少一个如上所述的双向伸缩自平衡旋转管节9。

本实施例的管汇装置，由于采用上述的双向伸缩自平衡旋转管节9，使得能够根据待连接面之间的实际距离和连接孔洞位置，较快捷的进行管节长度和连接孔洞位置的调整，节省管汇装置10调整的人力物力，同时，能够自适应流体压力波动产生的震动力，减小震动，并自适应调整，延长管汇装置10的使用效果和使用寿命。

具体的，如图7所示，本实施例优选管汇装置10还包括直管管节102和角通管节101，使得通过直管管节102延长管汇装置10的整体长度，通过角通管节101改变管汇装置10的流道方向，使能够通过较少的双向伸缩自平衡旋转管节9的情况下实现待连接面之间的快捷连接，减少管汇装置10的制备成本。

如图8所示，管汇装置10应用于压裂树20和分流管汇撬30之间。

如图9所示，管汇装置10应用于相邻分流管汇撬30之间。

如图10所示，管汇装置10应用于压裂设备40和主管道高低压管汇撬50之间。

具体的，本实施例的管汇装置10能够适应于石油钻井行业涉及压裂液输送、分流、汇流、泥浆输送等与复杂流体管道输送相关的场景中，特别能够适应于具有空间方位角偏差的两待连接面之间的快捷、稳定连接，且能够通过管汇装置10的连接部位之间的配合，减少应用该管汇装置10的管道系统的振动，提高复杂流体高压输送的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，包括外壳（1）和芯轴（2），所述芯轴（2）位于所述外壳（1）内，所述外壳（1）上相对插入设置连接头（3），所述连接头（3）内设置流道（31），所述芯轴（2）内设置连通通道（21），所述芯轴（2）与相对设置的两个所述连接头（3）插接连通，所述连接头（3）能够相对所述外壳（1）旋转和移动，所述芯轴（2）能够相对所述连接头（3）旋转和移动，所述连接头（3）插入所述外壳（1）的端部分别设置有端盖（4）。

2.如权利要求1所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述外壳（1）、所述芯轴（2）和所述连接头（3）围合形成中间腔室（5）。

3.如权利要求1所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述外壳（1）内壁设置第一分隔环（11），所述第一分隔环（11）抵接在所述连接头（3）外壁，在所述连接头（3）和所述外壳（1）之间形成密封腔室，所述连接头（3）外壁设置第二分隔环（32），所述第二分隔环（32）将所述密封腔室分隔为调压油腔（6），所述外壳（1）上设置分别连通所述调压油腔（6）的油孔（12），所有所述油孔（12）通过控制开关（7）连通。

4.如权利要求3所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，每一个所述连接头（3）外壁与所述外壳（1）内壁之间设置至少两个所述调压油腔（6）。

5.如权利要求1所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述芯轴（2）上设置限位环（22），所述限位环（22）位于相对设置的两个所述连接头（3）之间，两个所述连接头（3）相互远离的一端分别设置为法兰接头（33）。

6.如权利要求3所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述流道（31）包括依次连通的密封区（311）、连接区（312）和连通区（313），所述芯轴（2）穿过密封区（311）与所述连接区（312）适配连接，所述芯轴（2）端面与所述连接区（312）底部设置有间隙（314），所述密封区（311）设置密封组件（8）。

7.如权利要求6所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述密封区（311）包括依次连通的第一台阶孔（3111）和第二台阶孔（3112），所述第一台阶孔（3111）贯穿所述连接头（3）端面，所述密封组件（8）包括压紧环（81）和第一密封件（82），所述压紧环（81）与所述第一台阶孔（3111）嵌套配合，所述第一密封件（82）与所述第二台阶孔（3112）嵌套配合。

8.如权利要求7所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述连接头（3）上设置注油孔，所述注油孔一端连通所述第二台阶孔（3112），另一端连通所述调压油腔（6）或外部注脂器。

9.如权利要求3所述的一种双向伸缩自平衡旋转管节，其特征在于，所述第一分隔环（11）与所述连接头（3）之间设置第二密封件（83），所述第二分隔环（32）与所述外壳（1）之间设置第三密封件（84），所述端盖（4）与所述连接头（3）之间设置第四密封件（85）。

10.管汇装置，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-9任意一项所述的双向伸缩自平衡旋转管节。

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