海洋钻井隔水管全自动快速接头.pdf

本实用新型提供了一种海洋钻井隔水管全自动快速接头。它包括设置在隔水管上部的母法兰、下部的公法兰、自动卡死装置和辅助管线接头四部分，公法兰与前一节隔水管的母法兰配合，母法兰与后一节隔水管的公法兰配合，自动卡死装置设置在法兰配合处，法兰的边缘附有辅助管线，辅助管线接头设置在辅助管线上。本实用新型属于推抓式管接头范畴，实现了两隔水管间的自动连接，摒弃了现有螺栓连接带来的一系列失效问题，能够承受更大的水压，能够适应更深的海洋环境，最大程度地缩短海上工作时间；最有效的密封措施；尽可能大的负载能力和抗弯强度。

1、  一种海洋钻井隔水管全自动快速接头，它包括设置在隔水管上部的母法兰、下部的公法兰，其特征在于它还包括自动卡死装置和辅助管线接头，公法兰与前一节隔水管的母法兰配合，母法兰与后一节隔水管的公法兰配合，自动卡死装置设置在法兰配合处，法兰的边缘附有辅助管线，辅助管线接头设置在辅助管线上。

2、  根据权利要求1所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的自动卡死装置包括压紧套、棘爪和推爪，棘爪设置在母法兰的顶端，推爪分布在母法兰上加工的矩形窗口中，压紧套设置在推爪外侧。

3、  根据权利要求2所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的公法兰的顶端设置有一组齿形结构，在推爪的内弧面上设置有与此相配合的齿形机构。

4、  根据权利要求3所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的母法兰上设置有卡槽，棘爪嵌入卡槽中。

5、  根据权利要求4所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的压紧套通过球头定位销限制压紧套的周向位置。

6、  根据权利要求5所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的压紧套通过牵拉螺钉连接推爪，棘爪在拉簧的作用下可绕螺钉摆动。

7、  根据权利要求6所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的辅助管线包括两条压井管线、一条液压动力油供给管线和一条钻井泥浆循环管线。

8、  根据权利要求7所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的辅助管线管接头由辅助管线公/母法兰、调整螺母和密封装置组成，调整螺母与辅助管接头的公法兰螺纹连接，辅助管线母法兰的凸缘搭载在母法兰的凸缘上，通过调整螺母将辅助管线固定在法兰上。

9、  根据权利要求8所述的海洋钻井隔水管全自动快速接头，其特征在于所述的公/母法兰间的密封通过O型密封圈来实现。

海洋钻井隔水管全自动快速接头
(一)技术领域
本实用新型涉及一种海洋钻井平台隔水管用连接工具，属于海洋工程技术领域。
(二)背景技术
当今中国经济飞速发展，能源需求猛增，为此，中国的石油进口净额增长过快。陆上油田的日渐萎缩，令海洋石油开发成为国家能源战略的重中之重。我国海底石油储备量大，有着广阔的开采前景。我国在陆地上钻井技术相对比较成熟，但开采深水海底石油面临着许多问题，其中钻井隔水系统就是海洋石油工程面临的一大挑战。
在海洋深水钻井过程中，操作者是通过隔水管来完成钻井任务的。隔水管从海底处井口装置一直延伸到钻井船，管与管之间是通过隔水管接头紧密连接的。通常情况下隔水管周围还携有一些辅助管线。这些辅助管线包括压井管线，钻井泥浆循环管线，和给井下钻探设备提供动力的液压管线。这些管线也需要接头进行连接。国内普遍采用的隔水管连接方式是法兰连接。法兰连接海上作业周期长，操作过程不便。
(三)发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能实现自动连接、快速度、密封性好、易加工、易拆装的海洋钻井隔水管全自动快速接头。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括设置在隔水管上部的母法兰、下部的公法兰、自动卡死装置和辅助管线接头四部分，公法兰与前一节隔水管的母法兰配合，母法兰与后一节隔水管的公法兰配合，自动卡死装置设置在法兰配合处，法兰的边缘附有辅助管线，辅助管线接头设置在辅助管线上。
本实用新型还有这样一些技术特征：
1、所述的自动卡死装置包括压紧套、棘爪和推爪，棘爪设置在母法兰的顶端，推爪分布在母法兰上加工的矩形窗口中，压紧套设置在推爪外侧；
2、所述的公法兰的顶端设置有一组齿形结构，在推爪的内弧面上设置有与此相配合的齿形机构；
3、所述的母法兰上设置有卡槽，棘爪嵌入卡槽中；
4、所述的压紧套通过球头定位销限制压紧套的周向位置；
5、所述的压紧套通过牵拉螺钉连接推爪，棘爪在拉簧的作用下可绕螺钉摆动；
6、所述的辅助管线包括两条压井管线、一条液压动力油供给管线和一条钻井泥浆循环管线；
7、所述的辅助管线管接头由辅助管线公/母法兰、调整螺母和密封装置组成，调整螺母与辅助管接头的公法兰螺纹连接，辅助管线母法兰的凸缘搭载在母法兰的凸缘上，通过调整螺母将辅助管线固定在法兰上；
8、所述的公/母法兰间的密封通过O型密封圈来实现。
本实用新型由公法兰、母法兰、自动卡死装置和辅助管线接头模块四部分组成。公法兰和母法兰分别与隔水管的两端焊接，前一节隔水管的公法兰与下一节的母法兰配合，在自动卡死装置的作用下实现紧密连接。在隔水管的周围分布着一系列辅助管线，其中包括两条压井管线、一条液压动力油供给管线和一条钻井泥浆循环管线。在实现隔水管快速连接的同时也实现了这四条辅助管线之间的快速连接。自动卡死装置是本发明的重点，可以实现隔水管间的自动化连接。使用时为了缩短海上作业时间，在陆地上将公法兰和母法兰焊接到隔水管上。自动卡死装置也在陆地上组装好并与母法兰连接。海上安装时只要利用专门的机具将夹紧套圈拉下便可实现隔水管间可靠的连接。
现有的海上钻井用隔水管接头无法实现连接的自动化，海上作业效率便大打折扣。本实用新型采用的结构可以实现隔水管的自动快速连接。无需人工拧紧，无需现场操作，可以实现一个大跨度的飞跃。本设计由公法兰、母法兰、推爪组、压套、棘爪锁死装置组成，此接头在专用机具的配合下可以实现连接自动化。在公法兰的头部加工一系列环形齿，推爪的内圈也加工着与此相配合的齿。母法兰外壁开有一系列方形窗口，推爪被放入这些窗口与公法兰端部环形齿配合，从而实现隔水管间的连接。在连接前压紧套在棘爪结构的作用下停留在退出状态，同时通过一系列结构使推爪与压紧套可以随动，压紧套处于退出位置时，推抓也随之退出啮合位置。当公法兰插入母法兰中，棘爪锁死机构在外部机具的作用下退出锁死状态，压紧套被下来，从而带动推爪进入啮合状态，实现公母法兰之间的连接。在这时移去专用机具，棘爪锁死机构又处于锁死状态，这样压紧套和推爪的位置便被锁死。换句话说，公母法兰的相对位置便被固定，两隔水管间实现可靠连接。这个结构的重点就是如何实现压紧套位置的锁死，还有就是实现压紧套与推爪之间的随动。同时压井管线和液压辅助管线所用管接头也许配合隔水管接头自动化的程度，这样才能实现真正的自动化。在本实用新型中这些管接头采用直插式，在保证可靠密封的基础上，可以有效的配合隔水管接头实现连接的自动化。
本实用新型设计了一套适应海底钻井环境，实现隔水管间自动、紧密、可靠、快速连接的装置。本实用新型的有益效果在于在现有非自动化隔水管接头的研究成果下，寻找一种能实现自动连接、快速度、密封性好、易加工、易拆装的结构，从而建立一个适应高压力和深水域、性能可靠、操作方便的海洋钻井隔水管系统。本实用新型的要点是：一种能自动完成两隔水管间紧密连接的推抓式管接头，摒弃了现有螺栓连接带来的一些列失效问题，能够承受更大的水压，能够适应更深的海洋环境，实现隔水管间的连接的无人化操作；最大程度地缩短海上工作时间；最有效的密封措施；尽可能大的负载能力和抗弯强度。围绕这一系列重点，结合实际操作中遇到的一些列问题，在现有管接头的基础上，设计出一款适用于海洋作业环境的自动化管接头。
(四)附图说明
图1为单节隔水管上下连接总体示意图；
图2为全自动管接头整体结构外观图；
图3为以推爪对称面为剖面的全自动管接头结构剖视图；
图4为沿辅助管线轴线方向全自动管接头结构剖视图；
图5为夹紧卡死装置结构外观图；
图6为安装前推爪与母法兰相对位置结构剖视图；
图7为安装后推爪与母法兰相对位置结构剖视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
本实施例海洋钻井用隔水管线是一节节组装而成，单节隔水管两端分别焊有公母法兰盘，结合图1，隔水管1与其上端的隔水管11还有其下端的隔水管12相连接。在单节隔水管的上部焊接有母法兰2，其下部焊接有公法兰3。在这两个法兰盘的边缘，附有液压辅助管线13、泥浆回流管线14和两条压井管线15。单节隔水管就包括这一系列组件，这些组件之间的连接是在陆地上完成的。在海上组装时，只需要完成隔水管以及辅助管线之间的对准及夹紧。
结合图2、图3和图4，本实施例由母法兰2、公法兰3、辅助管线接头公法兰4、5、6、辅助管线接头母法兰41、51、61、辅助管线调整螺母42、52、62、压紧套21、棘爪22以及推爪25等组成。结合图3，在公法兰3的顶端加工有一组齿形结构，在推爪25的内弧面上也加工着与此相配合的齿形机构。在公法兰3插入母法兰2中后，利用专用机具将压紧套21拉下，推动推爪25进入啮合，实现推爪25和公法兰3的紧密咬合，从而实现管与管之间的可靠连接。此时棘爪22嵌入母法兰2上留有的卡槽中，限制了压紧套21的轴向位置。公母法兰间的密封通过O型密封圈24来实现。其中图4中的球头定位销23用来限制压紧套的周向位置，保证压紧套21不发生周向转动。
辅助管线管接头的结构也是本实用新型的一部分，其结构如图4所示。压井管线接头组4、41、42的结构和其他两个辅助管线接头的结构原理一致，都是由公母法兰、调整螺母和密封装置组成。这种管接头采用的是直插式结构，可以方便快捷的实现辅助管线之间的连接。在海上组装时只需要调整管与管间的位置管线，实现对准便可。其中调整螺母42与公法兰4之间采用的是螺纹连接，辅助管线母法兰41的凸缘搭载在母法兰2的凸缘上，通过拧动调整螺母42可以将压井管线15死死的固定在全自动管接头的法兰盘上。只要隔水管接头处于连接状态，辅助管线管接头就处于完全密封状态。
通过图5、图6和图7来展示本实用新型是如何实现全自动的。在组装之前，如图6所示，棘爪22嵌在母法兰2的上部环槽中，棘爪22将压紧套21锁紧在上位，压紧套21通过牵拉螺钉26将推爪25拉出啮合位置。这时候的母法兰3中间孔中没有任何障碍，公法兰3可以顺利进入。当公法兰3被放入母法兰2中后，专用机具提供一个触头推动棘爪22绕螺钉29摆动，使棘爪22退出卡死位置。在专用机具的引导下，压紧套21向下滑动，推动推爪25进入啮合。这时退去专用机具，棘爪在拉簧28的作用下绕螺钉29摆动，嵌入母法兰2下端的卡槽中，这样又限制住了压紧套21的轴线位置，公母法兰可靠连接。当钻井结束，对隔水管连接进行拆除时，还是利用专用机具的触头推动棘爪22摆动，使其退出卡死位置，同时向上牵拉压紧套21，此时压紧套21内部槽斜面推动牵拉螺钉26外移，与牵拉螺钉26固定成一体的推爪25也随之外移，从而实现自动退出啮合。此时撤去专用机具，棘爪22又嵌入母法兰2上部的环槽中，公母法兰实现分离。