机械式多功能水下设备安装回收装置的制作方法

本发明属于海洋油气钻采装备技术领域，涉及一种机械式多功能水下设备安装回收装置。

背景技术：

随着海洋油气开采深度的增加，对水下采油树系统中的油管悬挂器和孔保护器的安装、回收、密封测试等作业难度越来越大；受作业水深的影响，这些操作只能在作业平台上远程操控。要完成单井的完井修井作业，需配套安装工具、回收工具、测试工具和冲洗工具等，导致配套装置种类繁多、操作工艺复杂，作业过程中需要重复进行下放或回收动作，这样不仅影响了作业效率，也增加了深水作业成本。同时，海洋作业环境瞬息万变，容易出现台风、海啸等突发情况，需要对水下设备进行紧急回收。

现有的水下设备安装回收工具多是通过节流压井管汇提供液压动力源，实现对油管悬挂器、孔保护器、防喷器组等水下设备的锁紧、解锁、密封测试等操作，这种控制方式不仅响应慢，而且如果安装工具出现密封失效、卡阻或其液压动力源失效时，需要终止安装、回收等作业，并回收工具，待问题解决后重新作业，导致作业时间长，增大了海上作业的风险。因此，急需开发一种操作简单、响应快、性能可靠、功能集成性强的安装回收装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种机械式多功能水下设备安装回收装置，解决了现有液控水下设备安装回收工具响应慢、受水面液控系统配套的影响而无法正常作业，以及水下设备安装作业、测试作业及冲洗作业需多次下放回收操作的问题。

本发明的技术方案是，一种机械式多功能水下设备安装回收装置，包括主筒体，主筒体上部与驱动轴套接，驱动轴上部外圆周开有环槽x，驱动轴上端口与作业管柱固定连接；驱动轴下端口固定连接有冲洗短节；驱动轴的环槽x中卡装有压板；

压板向下与驱动套固定连接，驱动套内腔套装有主筒体，驱动套上部为细颈，驱动套下部为粗径，该粗径外圆面沿直径方向对称铣两个平面；

驱动轴上部外圆周与主筒体上部内圆周之间套装有隔离环，隔离环的内孔为通孔，隔离环的外圆周为阶梯轴，隔离环的上部外沿开有环形槽，压板下部设置有内通孔凹槽，该内通孔凹槽的下凸肩卡入隔离环上部的环形槽内，并且压板内通孔凹槽的上部内凸卡入驱动轴的环槽x内；

主筒体外圆周中部靠下位置螺纹连接有扶正圈，扶正圈外圆周设置有异形的环槽w，在环槽w中坐放有锁销圈；

主筒体中部靠下位置外圆周还设置有环槽y，锁销圈上端外圆周套装入卡圈后将卡圈套装到主筒体下段的环槽y内；

主筒体外圆周上开有下环槽，该下环槽中固定安装有三个防转键ⅱ；三个防转键ⅱ上方的主筒体外圆周上开有上环槽，该上环槽中安装有防转键ⅰ，防转键ⅰ内底与主筒体之间设置有弹簧；

驱动轴下部外壁环槽与主筒体连接螺纹下方内壁之间设置有密封b；隔离环外壁环槽与主筒体上部内壁设置有密封c；驱动轴的环槽x下方外壁与隔离环内壁之间设置有密封d；

驱动轴上部外壁、主筒体上部内壁、隔离环下端面、密封c和密封d围成的单向密闭空间，称为a腔；驱动轴下部环槽与主筒体密封面及密封b围成的单向密闭空间，称为b腔；驱动套粗径内壁与主筒体之间，以及安装回收装置外围的空间称为c腔；驱动轴中开有通孔a，通孔a连通a腔与c腔；主筒体上沿径向开有通孔b，通孔b连通b腔与c腔。

本发明的机械式多功能水下设备安装回收装置，其特征还在于：

所述的冲洗短节为盲孔结构，冲洗短节下部盲口端设置有放射形的冲洗孔d。

所述的作业管柱的内通道称为通道ⅰ，驱动轴的轴心通孔称为通道ⅱ，冲洗短节的轴心盲孔称为通道ⅲ；通道ⅰ、通道ⅱ和通道ⅲ从上到下连通形成密封的冲洗通道。

所述的压板为分体式结构，压板内圈上下端面分别设置有台阶面，并在每个台阶面上分别安装有一个耐磨环。

所述的驱动套细颈处沿径向开有一个导向防转长槽，该导向防转长槽中安装有导向块，导向块再通过紧固件ⅰ与主筒体上部外圆周固定连接。

所述的锁销圈为开口c形环，驱动套下端面内沿与锁销圈上端面外沿采用斜面接触。

所述的主筒体下部的内壁环槽中设置有密封a；主筒体下部外壁与密封支架内壁间设置有密封e；密封支架外圆柱面环槽内设置有密封f。

所述的压板为分体式结构，驱动套为异形面回转体，扶正圈截面为z型回转体。

本发明的有益效果是，包括以下方面：

1)通过机械旋转与主筒体连接的作业管柱，实现水面液压控制系统失效、液控油管悬挂器安装回收工具不能正常工作、或遇到台风海啸等恶劣天气时，对油管悬挂器或孔保护器等水下设备紧急回收作业；

2)通过连接密封支架与密封组成的bop测试机构，安装孔保护器后，实现对水下采油树和防喷器连接的密封垫环的密封测试；另外，通过连接冲洗短节同步完成孔保护器的回收和水下采油树本体内的锁紧环槽及密封面的冲洗；

3)连接油管悬挂器及油管柱，通过油管柱通道完成作业井的冲洗；

4)结构紧凑、操作可靠、无液压驱动、响应时间快，使用范围广，同时具有油管悬挂器回收、孔保护器安装和回收、bop密封垫环密封测试、水下采油树本体内通道冲洗及作业井洗井作业的功能，减少了水下采油树系统配套工具的种类，提高了深水设备安装、回收、冲洗等作业的效率，降低了作业成本。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是图1中的a处局部放大结构示意图；

图3是图1中的b处局部放大结构示意图；

图4是本发明装置中的主筒体4下端与护丝帽27的连接示意图；

图5是本发明装置实施回收油管悬挂器33的结构示意图；

图6是本发明装置实施回收孔保护器38的结构示意图；

图7是本发明装置实施回收孔保护器并冲洗水下采油树本体的示意图；

图8是本发明安装孔保护器并测试防喷器39密封垫环40的结构示意图。

图中，1.驱动轴，2.压板，3.驱动套，4.主筒体，5.卡圈，6.锁销圈，7.扶正圈，8.密封支架，9.密封a，10.密封b，11.导向块，12.紧固件ⅰ，13.紧固件ⅱ，14..密封c，15.隔离环，16..密封d，17.耐磨环，18.紧固件ⅲ，19.紧固件ⅳ，20.弹簧，21.防转键ⅰ，22.防转键ⅱ，23.紧固件ⅴ，24.紧固件ⅵ，25.密封e，26.密封f，27.护丝帽，28.冲洗短节，29.闸板，30.采油树本体，31.锁紧驱动套筒，32.锁紧环，33.油管悬挂器，34.芯轴，35.提示套筒，36.安装回收装置，37.作业管柱，38.孔保护器，39.防喷器，40.密封垫环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2、图4，本发明的结构是，包括主筒体4，主筒体4上部通过左旋螺纹与驱动轴1套接，主筒体4处于固定位置时，顺时针转动驱动轴1，驱动轴1相对主筒体4沿轴向向上移动，逆时针转动驱动轴1，驱动轴1相对主筒体4沿轴向向下移动；主筒体4下部的外螺纹可根据作业需要，选择连接密封支架8或护丝帽27(图1中显示的是连接密封支架8，图4中显示的是连接护丝帽27)；

驱动轴1上部外圆周开有环槽x，驱动轴1上端口通过自密封螺纹与作业管柱37固定连接；驱动轴1下端口通过自密封螺纹固定连接有冲洗短节28，冲洗短节28为盲孔结构，冲洗短节28下部盲口端设置有放射形的冲洗孔d；作业管柱37的内通道称为通道ⅰ，驱动轴1的轴心通孔称为通道ⅱ，冲洗短节28的轴心盲孔称为通道ⅲ；通道ⅰ、通道ⅱ和通道ⅲ从上到下连通形成密封的冲洗通道；

驱动轴1的环槽x中卡装有压板2，压板2为分体式结构，压板2内圈上下端面分别设置有台阶面，并在每个台阶面上分别安装有一个耐磨环17，耐磨环17可在驱动轴1的环槽x内自由转动，见图2；

压板2向下通过紧固件ⅱ13与驱动套3固定连接，驱动套3内腔套装有主筒体4，驱动套3为异形面回转体，驱动套3通过紧固件ⅱ13及压板2随驱动轴1一起上下移动；驱动套3上部为细颈，该细颈处沿径向开有一个导向防转长槽，该导向防转长槽中安装有导向块11，导向块11再通过紧固件ⅰ12与主筒体4上部外圆周固定连接；驱动套3、导向块11和紧固件ⅰ12构成驱动装置导向防转机构，使得驱动套3只能随驱动套1沿径向方向上下移动允许的距离，且与主筒体4不产生相对转动；驱动套3下部为粗径，该粗径外圆面沿直径方向对称铣两个平面，该两个平面为转动驱动套3时的夹持面；

驱动轴1上部外圆周与主筒体4上部内圆周之间套装有隔离环15，隔离环15的内孔为通孔，隔离环15的外圆周为阶梯轴，隔离环15的上部外沿开有环形槽，压板2下部设置有内通孔凹槽，该内通孔凹槽的下凸肩卡入隔离环15上部环形槽内，并且压板2内通孔凹槽的上部内凸卡入驱动轴1环槽x内，使得隔离环15随压板2一起上下移动；驱动轴1、压板2、驱动套3、主筒体4、导向块11、紧固件ⅰ12和紧固件ⅱ13一起称为驱动机构；

主筒体4外圆周中部靠下位置通过螺纹连接有扶正圈7，扶正圈7截面为z型回转体，扶正圈7通过螺纹与主筒体4紧固连接为一体；扶正圈7外圆周设置有异形的环槽w，在环槽w中坐放有锁销圈6，锁销圈6为开口c形环，自然状态时张开，在外力作用下可闭合缩紧，驱动套3下端面内沿与锁销圈6上端面外沿采用斜面接触，通过驱动套3的向上移动或向下移动，松开或压迫锁销圈6，实现锁销圈6张开或缩紧；锁销圈6外圆周的台阶面在张开状态时与油管悬挂器33或孔保护器38等水下设备的锁紧驱动套筒31的环槽相配合，用于悬挂水下设备，见图5；

主筒体4中部靠下位置外圆周还设置有环槽y，锁销圈6上端外圆周套装入卡圈5后通过紧固件ⅲ18将卡圈5套装到主筒体4下段的环槽y内，卡圈5为分体式l形截面回转体；锁销圈6可自由转动和沿径向张开或缩紧，锁销圈6张开后上端外圆周与卡圈5内孔圆周相贴合，下端外圆周与扶正圈7的异形环槽w相贴合；

参照图3，密封支架8上端的贯通螺纹孔内安装有紧固件ⅵ24，当密封支架8与主筒体4连接后，通过拧紧紧固件ⅵ24，锁定密封支架8与主筒体4的位置关系；密封支架8上方的主筒体4外圆周上开有下环槽，该下环槽中通过紧固件ⅴ23固定安装有防转键ⅱ22，总共三个防转键ⅱ22沿主筒体4外圆周成180°分布；三个防转键ⅱ22上方的主筒体4外圆周上开有上环槽，该上环槽中通过紧固件ⅳ19安装有防转键ⅰ21，即紧固件ⅳ19穿过防转键ⅰ21的通孔并通过螺纹连接到主筒体4外圆柱面上；防转键ⅰ21内底与主筒体4之间设置有弹簧20，即弹簧20的内端面与主筒体4外圆周上的孔底顶接，弹簧20的外端面与防转键ⅰ21底面顶接；自然状态下，弹簧20处于伸张状态，防转键ⅰ21在弹簧20的作用下被挤出，防转键ⅰ21的顶面超出主筒体4上环槽外圆柱面；防转键ⅰ21受挤压时被压入主筒体4上环槽外圆柱面内；

主筒体4下部的内壁环槽中设置有密封a9；驱动轴1下部外壁环槽与主筒体4连接螺纹下方内壁之间设置有密封b10；隔离环15外壁环槽与主筒体4上部内壁设置有密封c14；驱动轴1的环槽x下方外壁与隔离环15内壁之间设置有密封d16；主筒体4下部外壁与密封支架8内壁间设置有密封e25；密封支架8外圆柱面环槽内设置有密封f26。密封a9、密封b10、密封c14、密封d16、密封e25和密封f26采用单道或多道密封，分别或全部采用金属密封、非金属密封或组合密封；或采用密封加耐磨环的方式提高密封圈使用寿命；

驱动轴1上部外壁、主筒体4上部内壁、隔离环15下端面、密封c14和密封d16围成的单向密闭空间，称为a腔；驱动轴1下部环槽与主筒体4密封面及密封b10围成的单向密闭空间，称为b腔；驱动套3粗径内壁与主筒体4之间，以及安装回收装置外围的空间称为c腔；驱动轴1中开有通孔a，通孔a连通a腔与c腔；主筒体4上沿径向开有通孔b，通孔b连通b腔与c腔。

驱动轴1与作业管柱37之间，以及驱动轴1与冲洗短节28之间通过自密封螺纹连接，或是其它配合尺寸加密封圈的密封连接形式。

压板2与驱动套3通过紧固件ⅱ13固定连接，或采用螺纹连接、铆接、焊接或卡箍方式连接。

防转键ⅰ21通过紧固件ⅳ19活动连接到弹簧20上端，或通过在主筒体4上焊接挡片的方式活动连接。

冲洗短节28上分布有冲洗孔d，根据实际情况可对冲洗孔d进行封堵或连通，从而得到不同的冲洗孔数量和方向组合方式。

以下工作过程中，将本发明上述的装置简称为安装回收装置36，该安装回收装置36在应用中包括以下四种工作方式。

第一种方式，参照图5，进行油管悬挂器33紧急回收作业和洗井作业。

油管悬挂器33状态：已安装、锁紧到水下采油树主通道内。

准备工作：固定主筒体4，顺时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到上极限位置；锁销圈6张开且可自由转动；取掉防转键ⅱ22、紧固件ⅴ23和冲洗短节28；如主筒体4下方连接有密封支架8，则松开紧固件ⅵ24后取掉密封支架8，并安装护丝帽27；驱动轴1上端连接作业管柱37。

在作业平台上，安装回收装置36随作业管柱37缓慢下放，直至扶正圈7下端圆锥面坐放到油管悬挂器33承载面上，锁销圈6挤入油管悬挂器33锁紧驱动套筒31上端环槽e内；密封a9与油管悬挂器33芯轴外壁配合，形成密封，隔离通道ⅳ与外部环空c腔；通道ⅰ、通道ⅱ和通道ⅳ形成密封的冲洗通道；至此完成安装回收装置36与油管悬挂器33连接。

通过作业管柱37向上提起安装回收装置36，锁销圈6带动油管悬挂器33的锁紧驱动套筒31向上移动，油管悬挂器33的锁紧环32缩回后与采油树本体30分离，实现油管悬挂器33与采油树解锁；继续上提作业管柱37，直至将油管悬挂器33回收至作业平台。

安装回收装置36与采油树内的油管悬挂器33连接后，回收油管悬挂器33前，还可通过安装回收装置36进行油气井的洗井作业。进行洗井作业前需确认油管悬挂器33内钢丝绳堵塞器全部取出，采油树的环空主阀、环空翼阀和环空隔离阀完全打开。

向作业管柱37通道ⅰ内泵入高低压交替的冲洗液，冲洗液流经通道ⅱ、通道ⅳ及油管柱后从井底沿环空返回，并流经环空主阀、环空翼阀和环空隔离阀后经环空流道返回作业平台。冲洗完成后关闭采油树的环空主阀、环空翼阀和环空隔离阀，上提作业管柱37，直至将油管悬挂器33回收至作业平台。

安装回收装置36脱离：在作业平台上，缓慢转动驱动轴1，直至防转键ⅰ21弹入油管悬挂器33提升套筒的防转槽f内；逆时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到下极限位置；锁销圈6缩回，安装回收装置36与油管悬挂器33解锁；上提作业管柱37，取出安装回收装置36，至此完成油管悬挂器33的紧急回收。

第二种方式，参照图6，进行孔保护器38回收作业。

孔保护器38状态：已安装、锁紧到水下采油树主通道内。

准备工作：同方式一。

在作业平台上，安装回收装置36随作业管柱37缓慢下放，直至扶正圈7下端圆锥面坐放到孔保护器38的锁紧驱动套筒31承载面上，锁销圈6挤入孔保护器38锁紧驱动套筒31上端环槽g内；至此完成安装回收装置36与孔保护器38连接。

通过作业管柱37向上提起安装回收装置36，锁销圈6带动孔保护器38的锁紧驱动套筒31向上移动，孔保护器38的锁紧环32缩回后与采油树本体30分离，实现孔保护器38与采油树解锁；继续上提作业管柱37，直至将孔保护器38回收至作业平台。

安装回收装置36脱离：同方式一，至此完成孔保护器38的紧急回收。

第三种方式，见图7，进行孔保护器38回收作业并冲洗采油树本体30。

孔保护器38状态：已安装、锁紧到水下采油树主通道内。

准备工作：固定主筒体4，顺时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到上极限位置；锁销圈6张开且可自由转动；取下防转键ⅱ22和紧固件ⅴ23；确认密封支架8可靠连接后，紧固件ⅵ24拧紧；检查确认冲洗短节28上的所有冲洗孔d畅通；驱动轴1上端连接作业管柱37。

按方式二所述方法连接安装回收装置36与孔保护器38。密封f与孔保护器38提升套筒内壁f配合，形成密封。

向作业管柱37通道ⅰ内泵入高压冲洗液，冲洗液流经通道ⅱ、通道ⅲ后从冲洗孔d流出对采油树本体30主通道下方空间m腔进行冲洗；冲洗规定时间后，停止冲洗。

通过作业管柱37向上轻提安装回收装置36，锁销圈6带动孔保护器38的锁紧驱动套筒31向上移动，孔保护器38的锁紧环32缩回后与采油树本体30分离，实现孔保护器38与采油树解锁；再次向作业管柱37通道ⅰ内泵入高压冲洗液的同时，缓慢上提作业管柱37到规定距离；转动作业管柱37一定角度，缓慢下放作业管柱37，继续冲洗；经过多次上提-旋转-下放的循环冲洗，直至采油树本体30主通道内锁紧环32槽g、密封面h、坐放面k和密封面m冲洗干净，为进行下一步油管悬挂器33的安装做好准备；停止冲洗。

继续上提作业管柱37，直至将孔保护器38回收至作业平台。

按方式二所述方法从孔保护器38中取出安装回收装置36，至此完成孔保护器38回收作业和采油树本体30的冲洗。

第四种方式，见图8，进行孔保护器38安装作业和密封垫环40密封测试。

孔保护器38和采油树状态：孔保护器38位于作业平台上，等待安装，即锁紧驱动套筒31处于上极限位置，锁紧环32缩回；采油树已安装到水下井口装置上，且采油树上方已连接防喷器39组，防喷器39组闸板全部打开。

准备工作：固定主筒体4，逆时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到下极限位置，锁销圈6缩回；取下冲洗短节28；确认密封支架8可靠连接后，紧固件ⅵ24拧紧；驱动轴1上端连接作业管柱37；确认防转键ⅱ22和紧固件ⅴ23可靠连接。

在作业平台上，竖直固定孔保护器38，吊起安装回收装置36于孔保护器38正上方；使安装回收装置36的防转键ⅱ22与孔保护器38提升套筒上的防转槽h方向不一致，缓慢下放安装回收装置36，直至装置与孔保护器38接触；缓慢转动安装回收装置36，使防转键ⅱ22滑入防转槽h内；继续下放安装回收装置36，直至扶正圈7下端圆锥面坐放到孔保护器38的锁紧驱动套筒31承载面上；顺时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到上极限位置，锁销圈6挤入孔保护器38锁紧驱动套筒31上端环槽g内；至此完成安装回收装置36与孔保护器38连接。

通过作业管柱37下放孔保护器38，直至孔保护器38穿过防喷器39组后坐放到采油树本体30内承载面k上；对作业管柱37施加一定的推力，使扶正圈7推动孔保护器38锁紧驱动套筒31，最终挤开锁紧环32，将孔保护器38锁紧到采油树内。

孔保护器38安装锁紧后，关闭防喷器39组管子闸板，作业管柱37的外圆柱面n与防喷器39闸板密封面配合，分隔防喷器39闸板的上、下游环形空间；这时，密封件e25、密封件f26、密封件p、作业管柱37的通道ⅰ、安装回收工具通道ⅱ以及孔保护器38主通道一起，形成密封通道；防喷器39闸板下游、防喷器39内壁和密封垫环40、采油树主体上端内壁、密封件e25、密封件f26、孔保护器38的外围密封p、和密封q形成密闭环形空间n腔。

向防喷器39与孔保护器38形成的环空n腔内打压，通过测量规定时间内n腔的压力损失，泄漏量，即可测试防喷器39组与采油树连接后密封垫环40的密封有效性。

环空n腔内泄压，打开管子闸板；逆时针转动驱动轴1，使驱动套3移动到下极限位置；锁销圈6缩回，安装回收装置36与孔保护器38解锁；上提作业管柱37，取出安装回收装置36，至此完成孔保护器38的安装和防喷器39密封垫环40的测试。

本发明的安装回收装置36，适用于水上液压控制系统失效、液控油管悬挂器33安装回收工具不能正常工作、或台风等恶劣天气等时，通过机械方式把水下采油树内的油管悬挂器33或孔保护器38等水下设备紧急回收到作业平台；该装置还可用于孔保护器38的安装、用作防喷器39密封垫环40进行密封测试、采油树本体30冲洗作业和洗井作业。仅通过一次下放就能同时完成安装、冲洗或测试等作业，大大节省了操作时间；机械式旋转作业管柱37就可完成油管悬挂器33或孔保护器38等水下设备的锁紧或解锁，操作简单，性能可靠，减少了水下配套工具种类，降低了工具制造成本和深水安装、回收、冲洗、测试的作业成本，解决了液控工具响应慢、可靠性低、受水面液控系统工作状态限制等问题。