深水管汇水平套筒式连接器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种深水管汇水平套筒式连接器，包括：主体，其中部具有供管汇贯穿的通道，且在通道一端具有对接部，对接部设有卡爪，卡爪用以抓合管汇连接毂座的公轮毂，卡爪内设密封圈；平行设于主体两侧、承载并支撑主体的支撑臂；支撑臂上设有导向机构以使连接器相对毂座定位；固定搭设在两支撑臂上、且能容纳主体的壳体，壳体在主体两侧开设轨道槽，主体能沿轨道槽移动；设置于主体的对接部上的引导机构，供一用于管汇连接的安装工具定位并牵引对接部向毂座移动。本发明的连接器配合对应的安装工具进行深水管汇连接时，不需现场操作，且具有结构简单、操作简易、连接迅速的优点，能够快速、准确的连接到海底管汇上。
【专利说明】深水管汇水平套筒式连接器
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋石油工程领域，尤指一种深水管汇水平套筒式连接器。
【背景技术】
[0002]目前深水气田的开发是投资高、风险大并且高新技术密集的能源工业新领域，其中深水管汇是深水气田开发过程中的一种重要输送设备。管汇与管汇的连接方法，因为要考虑到密封和抗压等功能，一般较为复杂。传统陆地管汇的连接处常采用法兰盘加螺钉紧固的形式，而这种连接形式明显因为深水下无法进行人工螺紧操作而不适用于深水管汇连接作业的需求。而现有的深水管汇的连接方式十分复杂，操作繁琐，管汇连接效率较差。
【发明内容】
[0003]鉴于【背景技术】中所述的问题，本发明的目的，即是提供一种深水管汇水平套筒式连接器，该连接器作业时不需要人工现场操作，适宜深水管汇的连接，且具有结构简单、操作简易、连接迅速的优点。
[0004]上述目的，可采用下列技术方案来实现:
[0005]一种深水管汇水平套筒式连接器，包括:主体，其中部具有供管汇贯穿的通道；所述主体在其通道的一端具有对接部，对接部设有卡爪，卡爪用以抓合一管汇连接毂座的公轮毂，卡爪内设有密封圈；平行设置于所述主体两侧、承载并支撑该主体的支撑臂；所述支撑臂上设置有导向机构以使所述连接器相对所述管汇连接毂座定位；固定搭设在两条所述支撑臂上、且能将所述主体容纳于其中的拱形壳体，所述壳体在所述主体的两侧开设有轨道槽，所述主体能通过该轨道槽沿与所述支撑臂的延伸方向平行的方向移动；设置于所述主体的对接部上的引导机构，供一用于管汇连接的安装工具定位并牵引所述对接部向所述管汇连接毂座移动。
[0006]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述主体的对接部具有套筒部和部分设置于套筒部内、能相对套筒部进行活塞运动的推进部，该推进部在露出该套筒部的位置向周向外侧凸伸有凸缘，以供所述安装工具推动该推进部沿靠近所述管汇连接毂座的方向相对套筒部移动。将对接部设置成具有套筒部和推进部的活塞结构是为了在安装工具将对接部推送至管汇连接毂座后，对毂座的公轮毂及卡爪的母轮毂进行锁紧操作。
[0007]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述导向机构具有位于各支撑臂靠近所述管汇连接毂座的一端的导向柱，以及从各支撑臂的下侧向下凸伸的定位锥，所述连接器通过各该导向柱及各该定位锥与所述管汇连接毂座定位。所述管汇连接毂座具有两条纵向的导向槽供各该导向柱伸入，并引导该连接器沿该导向槽相对毂座下移；而下移到底时，各定位锥恰能伸入毂座对应的定位锥槽中，以提供连接器稳定而精确的定位效果。
[0008]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述连接器在所述主体的两侧设置有滑轮，所述两侧的滑轮分别嵌入所述壳体两侧的轨道槽中。连接器主体的滑轮具有承载主体重量于支撑臂上的功能，且能保持主体与支撑臂的相对位置，同时在连接器对接管汇的操作时，能降低主体相对支撑臂和壳体的摩擦阻力。
[0009]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述连接器在所述主体的两侧各间隔地设置有两个滑轮。通过两侧总计四个滑轮的定位，即共面的四点定位，使主体可稳固保持在支撑臂上。
[0010]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述主体的所述引导机构包括从所述主体的上表面向上凸伸的引导桩，所述壳体在对应该引导桩的位置开设有朝向所述管汇连接毂座的引导通道，所述引导桩的一端穿过该引导通道，而延伸至所述壳体外，以供所述安装工具定位和牵引。所述安装工具设有引导套筒对应该引导桩，引导套筒可插入引导桩中，再通过安装工具的驱动，便可通过弓I导桩拉伸主体靠近所述毂座。
[0011]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述壳体在所述引导通道朝向所述管汇连接毂座的反向侧设置有向上凸伸的固定桩，而所述主体能经由扣设在所述引导桩和所述固定桩上的固定帽，与所述壳体锁定相对位置。在本发明的连接器还没有下落到毂座的预定位置时,要求主体一直要处于壳体中的状态,此时通过固定帽可将主体与壳体的相对位置锁定。
[0012]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述主体还在其两侧设置有所述安装工具的接收板，以提供对安装工具的支撑。
[0013]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述主体的对接部在该套筒部上设有锥面锁紧机构，当该推进部向所述管汇连接毂座的方向移出套筒部时，该锥面锁紧机构能锁定该推进部与该套筒部的相对位置。其中，所述锥面锁紧机构的一端顶抵于该推进部上，以防止管汇对接作业结束后，因意外冲击载荷导致的推进部松动和卡爪锁紧失效。
[0014]如上所述的深水管汇水平套筒式连接器，所述壳体的顶部两侧具有吊绳钩环。通过合理设置吊绳钩环的位置，当向深海下放该连接器时，被吊绳悬吊的连接器可以以更平稳的姿态下放。
[0015]借由以上技术方案，本发明的优点和特点在于:
[0016]1.本发明连接器的卡爪，能抓合连接器母轮毂与管汇连接毂座的公轮毂，实现连接器的锁紧和管汇的对接。
[0017]2.本发明连接器的卡爪内设有密封圈，使连接器母轮毂与毂座公轮毂的金属对金属面得以有效密封，或金属对非金属面得以二级密封。
[0018]3.本发明的连接器配合对应的安装工具进行水下管汇连接操作时，不需要人工现场操作，适宜深水管汇的连接，且具有结构简单、操作简易、连接迅速的优点，能够快速、准确的连接到海底管汇、井口、PLET (管道终端)、PLEM(终端管汇)等上。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为令本发明的目的、技术手段及技术效果有更完整及清楚的揭露，以下进行详细说明，并请一并参阅附图及部件标号。
[0020]图1为本发明连接器的立体示意图；
[0021]图2为与本发明的连接器配套使用的安装工具的立体示意图；
[0022]图3为本发明通过安装工具与毂座连接的过程示意图；
[0023]图4为本发明与毂座完成连接的示意图。[0024]图5为本发明连接器的锥面锁紧机构的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0025]首先需要说明的是，本发明中，所有向上的方向均指的是当本发明连接器下放至水下时，朝向水面的方向，而所有向下的方向均指的是朝向海底的方向。在此基础上，所有引用的术语“两侧”均指的是，在与管汇对接处的轴向方向垂直的平面内，垂直于上述向上和向下方向的两侧。
[0026]其次结合附图，先揭示本发明的所保护的连接器。
[0027]请参阅图1所示，本发明提供一种深水管汇水平套筒式连接器200，包括:主体21，其中部具有供管汇贯穿的通道210;所述主体21在其通道210的一端(朝向管汇连接毂座的一端)具有对接部22，对接部22设有卡爪23，卡爪23用以抓合一管汇连接毂座300的公轮毂31 (如图3)，卡爪23内设有密封圈231 ;平行设置于所述主体21两侧、承载并支撑该主体21的支撑臂24 ;所述支撑臂24上设置有导向机构以使所述连接器200相对所述管汇连接毂座300定位；固定搭设在两条支撑臂24上、且能将所述主体21容纳于其中的拱形壳体25，所述壳体25在所述主体21的两侧开设有轨道槽251，所述主体21能通过该轨道槽251沿与所述支撑臂24的延伸方向平行的方向移动；设置于所述主体21的对接部22上的引导机构，供一用于管汇连接的安装工具100定位并牵引所述对接部22向所述管汇连接毂座300移动，如图3所示。
[0028]较佳地，所述主体21的对接部22具有套筒部221和部分设置于套筒部221内、能相对套筒部221进行活塞运动的推进部222，该推进部222在露出该套筒部221的位置向周向外侧凸伸有凸缘223，以供所述安装工具100推动该推进部222沿靠近所述管汇连接毂座300的方向相对套筒部221移动，如图3和图4所示。将对接部22设置成具有套筒部221和推进部222的活塞结构是为了在安装工具100将对接部22推送至管汇连接毂座300后，对毂座300的公轮毂31及卡爪23的母轮毂进行锁紧操作。当对接部22为一圆柱形态时，推进部222的凸缘223可以是一环状凸肩，如图1所示，也可以是在推进部的某特定直径的两端设置的对称的突出部。
[0029]请再一并参阅图1和图3，所述导向机构具有位于各支撑臂24靠近所述管汇连接毂座300的一端的导向柱241，以及从各支撑臂24的下侧向下凸伸的定位锥242，所述连接器200通过各该导向柱241及各该定位锥242与所述管汇连接毂座300定位，如图3。所述管汇连接毂座300具有两条纵向的导向槽32供各该导向柱241伸入，并引导该连接器200沿该导向槽32相对毂座300下移；而下移到底时，各定位锥242恰能伸入毂座300对应的定位锥槽33中，以提供连接器200稳定而精确的定位效果。
[0030]较佳地，所述连接器200在所述主体21的两侧设置有滑轮211，所述两侧的滑轮211分别嵌入所述壳体25两侧的轨道槽251中。连接器主体21的滑轮211具有承载主体21的重量于支撑臂24上的功能，且能保持主体21与支撑臂24的相对位置，同时在连接器200对接管汇400的操作时，能降低主体21相对支撑臂24和壳体25的摩擦阻力。
[0031]较佳地，所述连接器200在所述主体21的两侧各间隔地设置有两个滑轮211。通过两侧总计四个滑轮的定位，即共面的四点定位，使主体21可稳固保持在支撑臂24上。但本发明并不以此为限，主体21也可采用其它支撑方式，而释放滑轮211的所承载的重力，使滑轮在运动中具有更低的滚动摩擦。
[0032]较佳地，所述主体21的所述引导机构包括从所述主体21的上表面向上凸伸的引导桩212，所述壳体25在对应该引导桩212的位置开设有朝向所述管汇连接毂座300的引导通道250，所述引导桩212的一端穿过该引导通道250，而延伸至所述壳体25外，以供所述安装工具100定位和牵引。所述安装工具100设有引导套筒对应该引导桩212，引导套筒可插入引导桩212中，再通过安装工具100的驱动，便可通过引导桩212拉伸主体21靠近所述毂座300，如图3和图4。
[0033]较佳地，所述壳体25在所述引导通道250朝向所述管汇连接毂座300的反向侧设置有向上凸伸的固定桩252，而所述主体21能经由扣设在所述引导桩212和所述固定桩252上的固定帽253 (如图1中长方体虚线所示)，与所述壳体25锁定相对位置。在本发明的连接器200还没有下落到毂座300的预定位置时，要求主体21 —直要位于壳体25中的状态，此时通过固定帽253可将主体21与壳体25的相对位置锁定。但本发明并不以此为限，锁定主体21与壳体25也可采用其他的实施方式，例如在主体和壳体的其他位置装设对应的锁定机构；而在本发明所述的较佳实施例中，因为应用了引导桩212作为锁定机构的一部分，使得主体21上无需再设置其他锁定构件，如此便简化了结构。
[0034]较佳地，所述主体21还在其两侧设置有所述安装工具100的接收板26，以提供对安装工具100的支撑。接收板26的设置位置被定义为:当安装工具100与连接器200完成定位后，接收板恰能提供与凸缘223相配合的安装工具锁紧液压缸的支撑，如图3所示。
[0035]较佳地，所述主体21的对接部22在该套筒部221上设有锥面锁紧机构27，当该推进部222向所述管汇连接毂座300的方向移出套筒部221时，该锥面锁紧机构27能锁定该推进部222与该套筒部221的相对位置。其中，所述锥面锁紧机构27具有一方形锥271以及一锁紧螺栓272，方形锥271的一端顶抵于该推进部222上，而锁紧螺栓272通过旋入套筒部221将其锁固，以防止管汇对接作业结束后，因意外冲击载荷导致的推进部222松动和卡爪23锁紧失效，如图5所示。
[0036]较佳地，所述壳体25的顶部两侧具有吊绳钩环254。通过合理设置吊绳钩环254的位置，当向深海下放该连接器200时，被吊绳悬吊的连接器可以以更平稳的姿态下放。
[0037]本发明的深水管汇水平套筒式连接器，是配合如下的深水管汇水平套筒式连接器安装工具完成管汇连接作业的:
[0038]请参阅图2，一种深水管汇水平套筒式连接器安装工具100，包括:龙门架11，其两侧的立柱为滑轨111 ;位于所述龙门架11中部的对接液压缸支架12，滑动设置于所述两滑轨111之间，支架12的实现滑动功能的机构可以是位于支架两端的滑块；对接液压缸13，其一端设置于所述对接液压缸支架12上，另一端远离所述龙门架11延伸，延伸的方向垂直于所述龙门架11所在的平面；用以驱动一水平套筒式连接器200的定位引导机构，设置于所述对接液压缸13两端；一对锁紧液压缸14，对应设置于所述龙门架11的两侧，该锁紧液压缸14的缸体轴线与所述对接液压缸13的缸体轴线平行；各所述锁紧液压缸14在缸杆的端头设有用以驱动所述水平套筒式连接器200锁紧一管汇连接毂座300的锁紧驱动件141，如图3。
[0039]较佳地，所述对接液压缸支架12具有第二滑轨121，该第二滑轨121的设置方向同时垂直于所述龙门架滑轨111和所述对接液压缸13 ;所述对接液压缸13的所述一端可平移地设置在该第二滑轨12上。借由第二滑轨12的设置，使安装工具100可以调整对接液压缸13和锁紧液压缸14的间距，当对接液压缸13通过定位引导机构与毂座300和连接器200定位后，通过调整对接液压缸13在对接液压缸支架12上的位置，即可调整一对锁紧液压缸14与水平套筒式连接器200的对接部的相对位置，利于所述锁紧驱动件141快速而精确地固定在该对接部上。
[0040]较佳地，所述定位引导机构包括设置在所述对接液压缸13的缸杆131端头的第一引导套筒151以及设置在所述对接液压缸支架12上的第二引导套筒152，其中，该第二引导套筒152位于所述对接液压缸13的轴线的延长线上；所述第一引导套筒151和第二引导套筒152分别连接于所述管汇连接毂座300和所述水平套筒式连接器200。通过对接液压缸13两端分别与毂座300和连接器200定位固定，当对接液压缸13压缩时，会通过这两个引导套筒151、152驱动连接器200靠近毂座300，而产生对接。两点的固定方式充分简化了安装工具结构的复杂程度、并使驱动更简单，而且还简化了毂座和连接器上相应的引导机构，非常利于控制整个系统的制造成本。
[0041]较佳地，所述一对锁紧液压缸14分别固定于所述龙门架11的两个滑轨111的下部，以提供对接液压缸支架12在滑轨111上足够的滑动距离。
[0042]较佳地，所述一对锁紧液压缸14的所述锁紧驱动件141为相对设置的一对卡块。卡块的构型对应于连接器200的对接部的凸缘，于是能从两侧抓紧该凸缘，以将锁紧液压缸的驱动力传递给对接部，而使对接部朝向毂座锁紧毂座的公轮毂运动。
[0043]以下结合附图3和4，详述本发明的操作方法:
[0044]1.下放连接器并与毂座定位
[0045]首先通过吊绳下放连接器200至海底的毂座300上方，待连接器200的两个导向柱241分别对应地进入到毂座300的两个导向槽32中，继续下放连接器200，直至连接器200底部的两个定位锥242分别卡止于毂座300的两个定位锥槽33中，完成连接器200与毂座的定位。
[0046]2.解除连接器的锁定
[0047]ROV (水下机器人)解开吊绳，将其收回海面；然后ROV移去连接器200上部的固定帽253，并将其收回到工具篮中，此时连接器200的主体21和壳体25解除锁定，主体21进入准备对接的状态；最后ROV使用二次锁紧工具解除连接器200的对接部22的锁定。
[0048]3.下放安装工具并与连接器和毂座定位
[0049]首先恢复安装工具到初始位置，ROV从工具篮中取出安装工具100并将其置于连接器200及毂座300上方，之后通过调整对接液压缸13将安装工具100的第一引导套筒151对准毂座300的定位桩34、第二引导套筒152对准连接器200的引导桩212分别套入嵌合，以完成安装工具的定位，最后ROV释放安装工具100，而安装工具100的两个锁紧液压缸14连同龙门架11 一同因重力作用通过滑轨顺着对接液压缸支架12两端的滑块下滑，直至安装工具100的两个锁紧液压缸14分别下滑至连接器200的接收板26，此时锁紧液压缸14端头的锁紧驱动件141恰能卡在连接器200的对接部22的凸缘223上。完成安装工具、连接器和毂座定位的状态请参见图3所示。
[0050]4.连接器和毂座对接
[0051]首先启动对接液压缸13进行缸杆131的收缩，因为毂座300 —端是固定的，所以对接液压缸13会带着安装工具100整体移向毂座300，又因为第二引导套筒152套合引导桩212，使得连接器200的主体21也连同被拉出连接器的壳体25，而沿着轨道槽251的方向向毂座300运动，直至卡爪23的母轮毂面与毂座300的公轮毂面接合；之后启动一对锁紧液压缸14进行缸杆的推出，缸杆顶端的锁紧驱动件141会将连接器200的推进部222从对接部22的套筒部221中推出，完成卡爪23与毂座300的公轮毂31锁紧。对接完成的状态请参阅图4。
[0052]5.使用ROV收回安装工具
[0053]ROV抓住安装工具100的龙门架11，因为此时各引导套筒还处于与各桩结合固定的状态，所以安装工具的龙门架11会首先沿着滑轨被提起，使锁紧液压缸14脱离连接器200的接收板26，同时锁紧驱动件141脱离凸缘223 ;当龙门架11的滑轨底端行至支架12的滑块位置时，对接液压缸13的各引导套筒151、152分别脱离定位桩34和引导桩212，完成安装工具的完全脱离，然后将安装工具收回到工具篮中。
[0054]6.对接部锁紧
[0055]使用ROV将锁紧螺栓锁入套筒部221，固定推进部222与套筒部221的相对位置。至此深水管汇对接安装完毕，可由ROV进行密封测试等后续步骤。
[0056]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，包括: 主体，其中部具有供管汇贯穿的通道；所述主体在其通道的一端具有对接部，对接部设有卡爪，卡爪用以抓合一管汇连接毂座的公轮毂，卡爪内设有密封圈； 平行设置于所述主体两侧、承载并支撑该主体的支撑臂；所述支撑臂上设置有导向机构以使所述连接器相对所述管汇连接毂座定位； 固定搭设在两条所述支撑臂上、且能将所述主体容纳于其中的拱形壳体，所述壳体在所述主体的两侧开设有轨道槽，所述主体能通过该轨道槽沿与所述支撑臂的延伸方向平行的方向移动； 设置于所述主体的对接部上的引导机构，供一用于管汇连接的安装工具定位并牵引所述对接部向所述管汇连接毂座移动。
2.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述主体的对接部具有套筒部和部分设置于套筒部内、能相对套筒部进行活塞运动的推进部，该推进部在露出该套筒部的位置向周向外侧凸伸有凸缘，以供所述安装工具推动该推进部沿靠近所述管汇连接毂座的方向相对套筒部移动。
3.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述导向机构具有位于各支撑臂靠近所述管汇连接毂座的一端的导向柱，以及从各支撑臂的下侧向下凸伸的定位锥，所述连接器通过各该导向柱及各该定位锥与所述管汇连接毂座定位。
4.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述连接器在所述主体的两侧设置有滑轮，所述两侧的滑轮分别嵌入所述壳体两侧的轨道槽中。
5.根据权利要求4所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述连接器在所述主体的两侧各间隔地设置有两个滑轮。
6.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述主体的所述引导机构包括从所述主体的上表面向上凸伸的引导桩，所述壳体在对应该引导桩的位置开设有朝向所述管汇连接毂座的引导通道，所述引导桩的一端穿过该引导通道，而延伸至所述壳体外，以供所述安装工具定位和牵引。
7.根据权利要求6所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述壳体在所述引导通道朝向所述管汇连接毂座的反向侧设置有向上凸伸的固定桩，而所述主体能经由扣设在所述引导桩和所述固定桩上的固定帽，与所述壳体锁定相对位置。
8.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述主体还在其两侧设置有所述安装工具的接收板，以提供对安装工具的支撑。
9.根据权利要求2所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述主体的对接部在该套筒部上设有锥面锁紧机构，当该推进部向所述管汇连接毂座的方向移出套筒部时，该锥面锁紧机构能锁定该推进部与该套筒部的相对位置。
10.根据权利要求1所述的深水管汇水平套筒式连接器，其特征在于，所述壳体的顶部两侧具有吊绳钩环。
【文档编号】E21B43/013GK103510927SQ201310468530
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】罗晓兰, 段梦兰, 赵宏林, 王金龙, 张康, 刘亚磊, 林建国, 范嘉堃, 姜宇飞 申请人:中国石油大学(北京)