一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，包括公接头的外圆设置有环槽，该环槽沿周向设置有多个锁块，每个锁块内壁设置有与环槽对应咬合的环齿，所有锁块外壁与驱动环驱动连接，驱动环圆周径向设置有驱动孔；驱动环外圆中部上分别设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽，驱动环内圆周上设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面，该六个曲面槽及六个曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心；在母接头法兰上端面凸沿周向设置有六个均布的扇形槽，每个扇形槽中设置有一个锁块，每个锁块外壁加工有偏置离心式曲面。本发明装置，锁块承载面积大，承载能力强，锁块复合锁紧安全快速。
【专利说明】一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋石油钻采装备【技术领域】，涉及一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器。
【背景技术】
[0002]海洋钻井隔水管(以下简称为隔水管)连接器作为隔水管设备当中的重要连接装置，具有隔水管管串之间连接、辅助管线支撑固定、海底钻采装备安装、泥浆循环与海水隔离等多种用途。
[0003]现有的隔水管连接器结构形式通常有螺纹式、法兰螺栓式、推爪锁块式等，螺纹扣连接器适应于浅水，法兰螺栓式适应于深水，具有连接可靠、承载力大等特点，但不足是安装拆卸费时费力、工作效率低；推爪锁块式接头与法兰式接头相比，连接速度相对较快，但在连接时仍需驱动六个螺栓，操作还是比较麻烦。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，解决了现有技术中存在的结构局限性，导致操作费时费力、工作效率低的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，包括公接头及母接头，公接头的外圆设置有环槽，该环槽沿周向设置有多个锁块，每个锁块内壁设置有与环槽对应咬合的环齿，所有锁块外壁与驱动环驱动连接，驱动环圆周径向设置有多个驱动棒的驱动孔；
[0006]驱动环外圆中部上分别设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽，驱动环内圆周上设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面，该六个曲面槽及六个曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心；在母接头法兰上端面凸沿周向设置有六个均布的扇形槽，每个扇形槽中设置有一个锁块，每个锁块外壁加工有偏置离心式曲面，与驱动环内壁设置的径向偏置离心式曲面相配。
[0007]本发明的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点还在于:
[0008]母接头法兰上表面沿直径两边对称设置有两个键槽，每个键槽内皆竖直开有一个螺孔和一个定位销孔；驱动环外圆下部设置有两两对称布置的四个T型槽，每两个T型槽间隔30° ;在母接头的键槽内镶嵌有定位锁块，定位锁块为L型锁块，直立段端头为T型形状与驱动环中的T型锁槽相配合，水平段中间开有长孔和圆孔，紧定锁销穿过定位锁块的长孔与母接头法兰的螺孔相连，通过旋紧紧定锁销将定位锁块压紧以实现定位锁块的防退功能，防退锁销连接在定位锁块的圆孔上。
[0009]环槽的锁紧牙形式采用45°锯齿形、或采用3°、30°锯齿形、矩形、圆形等形式，环槽的锁紧牙数采用四牙、或两牙、三牙、五牙等形式。
[0010]驱动环曲线槽内、外端与驱动环轴线的距离差大于锁块与公接头环槽啮合时的径向距离。
[0011]周向均布的六个扇形槽，根据需要设置为两个、三个、四个、八个；锁块对应设置为两个、三个、四个、八个，与之相应驱动环外圆周上也设置为两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型圆弧槽，内圆周上也设置为两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面。
[0012]锁块通过球型螺钉与驱动环相连。
[0013]本发明的有益效果是，针对海洋深水【技术领域】开发设计，是对中国国家发明专利ZL201110038537.3的一种改进设计，其连接锁紧方式仍采用旋转驱动环驱动六个锁块插入公接头环槽的方式来实现，整个安装、拆卸过程仅需较小的转动力矩将驱动环旋转30°，然后推动、固定推块-定位锁块即可连接锁紧，拆装快捷方便。本申请主要基于锁块驱动机构、锁紧机构及承载连接机构三方面的重新优化，改进后的连接器具有锁块承载面积大，承载能力强，锁块复合锁紧安全快速、高压泥浆密封适应性好等多种优点，完全满足海洋深水、超深水等条件工作环境下的钻井作业要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明隔水管连接器整体结构简图；
[0015]图2是本发明隔水管连接器锁紧状态简图；
[0016]图3是本发明隔水管连接器解锁状态简图；
[0017]图4是图2中的A-A截面示意图；
[0018]图5是图3中的B方向示意图；
[0019]图6是图1中的I部位局部放大图。
[0020]图中，1.公接头，2.辅助管线公接头，3.调节螺母，4.驱动环，5.球型螺钉，6.锁块，7.紧定螺销，8.主密封，9.辅助密封，10.辅助管线母接头，11.母接头，12.定位锁块，13.紧定锁销，14.防退锁销，15.驱动棒。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0022]参照图1、图6，本发明的结构是，包括公接头I及母接头11，公接头I及母接头11端头接触面采用台阶式接触，接触面设置有多道主密封8，公接头I台阶之上的外圆设置有环槽，该环槽沿周向设置有多个锁块6，每个锁块6内壁设置有与环槽对应咬合的环齿，所有锁块6外壁与驱动环4驱动连接，驱动环4圆周径向设置有多个驱动棒15的驱动孔；
[0023]在公接头I法兰外沿轴向穿有辅助管线公接头2，辅助管线公接头2圆周上套装有调节螺母3，调节螺母3通过紧定螺销7与辅助管线公接头2实现周向限位，在母接头11法兰外沿轴向穿有辅助管线母接头10，辅助管线公接头2与辅助管线母接头10的对接面设置有辅助密封9 ；
[0024]参照图2、图3，驱动环4外圆中部上分别设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽，驱动环4内圆周上设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面，该六个曲面槽及六个曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心；在母接头11法兰上端面凸沿周向设置有六个均布的扇形槽，每个扇形槽中设置有一个锁块6，每个锁块6外壁加工有偏置离心式曲面，与驱动环4内壁设置的径向偏置离心式曲面相配，每个锁块6外壁固定安装有一个球型螺钉5 ；
[0025]参照图4、图5，在母接头11法兰上表面沿直径两边对称设置有两个键槽，每个键槽内皆竖直开有一个螺孔和一个定位销孔；驱动环4外圆下部设置有两两对称布置的四个T型槽，每两个T型槽间隔30° ;在母接头11的键槽内镶嵌有定位锁块12，可以径向移动，定位锁块12为L型锁块(见图4、图5所示)，直立段端头为T型形状与驱动环4中的T型锁槽相配合，水平段中间开有长孔和圆孔，紧定锁销13穿过定位锁块12的长孔与母接头11法兰的螺孔相连，通过旋紧紧定锁销13将定位锁块12压紧以实现定位锁块12的防退功能，防退锁销14连接在定位锁块12的圆孔上，通过旋紧防退锁销14，使其嵌入到母接头11键槽内的定位销孔中，实现公接头1、母接头I的二次复合防退解锁功能。
[0026]图2中隔水管连接器为锁紧状态，利用驱动棒15将驱动环4顺时针旋转30°，即从图2状态到图3状态，驱动环4利用六个曲面槽将与锁块6相连的六个球型螺钉5，同时从曲面槽的近轴心一端移到远离轴心的另一端，此时锁块6也自然随着球型螺钉5实现径向移，这样就能够确保旋转驱动环4时，同时驱动六个锁块6径向移动，移动距离为驱动环4上轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽内、外端的半径差(径向差值)，见图3中隔水管连接器为解锁状态。
[0027]公接头1、母接头11由驱动环4带动锁块6连接好后，移动定位锁块12嵌入驱动环4的T型锁槽防止驱动环4转动，以免其旋转后带动锁块6后移，进而造成公接头1、母接头11的意外解脱。
[0028]公、母接头连接时，依靠母接头U内的六个锁块6与公接头I外部的水平式锯齿形环槽连接的方式来实现，其中锁块6内壁、公接头I的连接部分为水平式锯齿形环槽配合，环槽为特定角度的锯齿形结构。环槽的锁紧牙形式采用45°锯齿形、或采用3°、30°锯齿形、矩形、圆形等形式，环槽的锁紧牙数采用四牙、或两牙、三牙、五牙等形式。
[0029]驱动环4曲线槽内、外端与驱动环4轴线的距离差大于锁块6与公接头I环槽啮合时的径向距离。
[0030]周向均布的六个扇形槽，也可以根据需要设置为两个、三个、四个、八个等数目。锁块也可以对应设计成两个、三个、四个、八个，与之相应驱动环外圆周上也可以设计成两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型圆弧槽，内圆周上也可以设计成两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面。锁块6通过球型螺钉5与驱动环4相连，或通过相应的其他形式曲面与驱动环4相连。
[0031]本发明旋转型隔水管连接器的工作过程是，
[0032]连接锁紧过程是，在平台上先固定母接头11，然后下放公接头1，待公接头I插入母接头11，并到达限定位置后，各辅助管线公接头2也同时插入相应的辅助管线母接头10内。将驱动棒15插入驱动环4圆周上的驱动孔内，利用驱动棒15带动驱动环4逆时针旋转30°，带动母接头11内的锁块6延环槽径向向轴心移动并最终插入公接头I的环槽，然后向心推动定位锁块12，嵌入驱动环4上相应的定位锁槽，拧紧紧定锁销13及防退锁销14，即达到公接头1、母接头11连接锁固的目的(如图2)。
[0033]解锁拆卸过程是，首先松开防退锁销14，并从母接头11中的定位销孔中完全退出防退锁销14、但不从定位锁块12上拆下，然后拧松紧定锁销13，径向退出定位锁块12，利用驱动棒15带动驱动环4顺时针旋转30°，带动锁块6至远离轴心方向的初始位置，锁块6与公接头I脱开，同时旋紧紧定锁销13，以锁紧驱动环4和锁块6。此时起吊公接头1，便可将公接头I和母接头11脱开(如图3)。
[0034]本发明的装置，能够适应海洋深水、超深水钻井作业要求的，具有安装、拆卸快速方便、连接安全可靠、省时省力等特点的海洋隔水管连接器，用于连接隔水管串，为海洋钻井作业提供一个连通海底的通道，同时兼具海洋钻井时隔离海水、内部泥浆循环、各控制管线固定、BOP组在海洋平台上的起吊安装、钻具导向等多种用途。
[0035]另外，强调的是，
[0036]本发明的钻井隔水管连接器与中国发明专利ZL201110038537.3相比，改进的结构主要包括两个部分，即由驱动环4、球型螺钉5、锁块6、母接头11构成的锁块驱动部分，以及由驱动环4、母接头11、定位锁块12、紧定锁销13、防退锁销14构成的连接锁紧部分，其他部分与中国国家发明专利ZL201110038537.3相同。
[0037]如图1、图2、图3所示，所述的锁块驱动部分是，六个锁块6安装在母接头11上表面六个均布的扇形槽中，锁块6内壁仍为水平式锯齿形环槽，与公接头I外圆上的水平式锯齿形环槽相配，锁块6外壁为曲面且与驱动环4内壁的曲面配合。驱动环4的中部外圆周上均布有六个轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽及六个圆形驱动孔，在驱动环4下部重新对称设计了四个T型定位槽，每两个按照周向间距30。对称分布。锁块6外壁通过球型螺钉5与驱动环4内壁轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽相连接，顺时针旋转驱动环30°，六个球型螺钉5就同时从驱动环4六个轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽外端滑移到曲面槽内端，在六个球型螺钉5沿六个驱动环4的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽滑移的同时，六个球型螺钉5也带着六个锁块6沿母接头11中六个扇型槽向内径方向滑移，并滑移到六个锁块6和公接头I环槽完全啮合的位置，从而实现锁块6将公接头1、母接头11连接的目的。该部分去掉了专利ZL201110038537.3中母接头11上的T型槽，将驱动环4内壁上的六段曲面槽改到驱动环4外壁上，曲面槽T型断面改为圆弧型断面。改进后与改进前相比，驱动环4摩擦力更小，动作更流畅。
[0038]如图2、图3、图4、图5所示，所述的连接锁紧部分是，公接头1、母接头11的连接锁紧通过固定、解脱驱动环4以驱动锁块6实现，驱动环4的固定、解脱通过嵌入或退出定位锁块12实现。驱动环4上对称间隔30°设计有四个T型锁槽，母接头法兰上设计有两个对称的键槽，槽底分别设计有螺孔和定位销孔，定位锁块12上设计有长孔及圆孔，紧定锁销13通过定位锁块12上的长孔与母接头11法兰上螺孔相连，同时，与定位锁块12相连的防退锁销14可以插入或退出法兰上相应的定位销孔。锁紧时，定位锁块12沿母接头11上的键槽移动，嵌进驱动环4上的T型锁槽，然后拧紧紧定锁销13、防退锁销14即可实现公接头1、母接头11连接锁紧。紧定锁销13压紧定位锁块12，可防止定位锁块12退出驱动环4上的T型锁槽，从而致使锁块6回退，公接头1、母接头11解锁，拧紧防退锁销14，使其插入母接头11法兰上的定位销孔，目的是在紧定锁销13松动情况下，定位锁块12依旧被防退锁销14销钉在锁紧位置，不会回退，从而使锁块6回退，公接头1、母接头11解锁，是一种二次保护机构。解锁时，松开紧定锁销13、防退锁销14，防退锁销14从母接头11法兰上的定位销孔退出，回退定位锁块12使其从驱动环4锁槽上完全退出，然后将驱动环4旋转30°，再依次推动定位锁块12插入驱动环4的另一锁槽，拧紧紧定锁销13、防退锁销14，即可实现锁块6回退，公接头1、母接头11解锁，并将驱动环4及锁块6固定在解锁位置的目的。该部分去除了专利ZL201110038537.3中公接头1、母接头11上的两个周向间距按30°分布的定位孔及定位螺栓，将螺栓锁紧定位改为定位锁块锁紧定位，相比而言其性能更可靠，同时更便于操作。
[0039]在主体连接部分连好的同时，各辅助管线连接部分仍与专利ZL201110038537.3相同，在公接头1、母接头11连接好的同时，各辅助管线接头公、母接头也均已插接完毕，各公、母接头之间的密封将各辅助管线与管内外空间隔绝，此时隔水管单根就全部安装连接结束。
[0040]本发明的结构与专利ZL201110038537.3相比，具有以下优点:
[0041]I)本发明的锁紧机构具有独特、快捷的锁紧方式，通过径向移动定位锁块12插入驱动环4下部的T型锁槽，然后拧紧紧定锁销13、防退锁销14，对定位锁块12进行复合定位锁紧，从而防止定位锁块12回退，致使驱动环4周向旋转，带动六个锁块6径向移动的，进而造成公接头1、母接头11解锁的后果。定位锁块12的固定采用紧定锁销13预紧力压紧的方式实现，定位锁块12中间与紧定锁销13的配合位置设计的是长孔，可以确保定位锁块12左右移动，防退锁销14的设计可在紧定锁销13震松的情况下有效防止定位锁块12回退，是一种二次防松设计。
[0042]2)本发明具有更快捷、更方便、更安全、更省力的连接效果，驱动环4及六个锁块6分别设计有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽及曲面，圆曲面槽及曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心。顺时针旋转驱动环30°，驱动环4外圆周上六个曲面槽就可将六个与锁块6相连的球型螺钉5，同时从曲面槽的一端移到另一端，这样就可以确保在旋转驱动环4时，同时驱动六个锁块6径向移动。驱动环4及六个锁块6上设计的曲面形式相同，可相互配合，这样可确保公、母接头连接时，由驱动4环曲面承受锁块6的径向压力，减小锁块6外表面的径向应力，提高连接的安全性。同时驱动环4外圆周上轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽及与之相配合球型螺钉5的设计，使得连接时，旋转驱动环的摩擦力更小，动作更流畅。
[0043]3)在本发明的连接形式中，锁块6内壁与公接头I的连接部分为水平式锯齿形环槽设计，环槽的角度设计独特，这样的设计能够保证在接头连接受力时，锁块没有侧向压力，提高了接头工作时的安全性。
[0044]本发明的总体优点体现在结构简单，连接迅速、可靠，防松性好、抗拉、抗弯、密封性能好，连接方便等方面。不仅能很好地应用到各种海域、海况当中，尤其适应海洋深水等恶劣条件下的钻井作业，而且还具有良好的经济性能和市场推广价值。
【权利要求】
1.一种推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:包括公接头(I)及母接头(11)，接触面设置有多道主密封(8)，公接头(I)的外圆设置有环槽，该环槽沿周向设置有多个锁块￠)，每个锁块￠)内壁设置有与环槽对应咬合的环齿，所有锁块(6)外壁与驱动环⑷驱动连接，驱动环⑷圆周径向设置有多个驱动棒(15)的驱动孔； 驱动环(4)外圆中部上分别设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线、横断面为圆弧的曲面槽，驱动环(4)内圆周上设置有六个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面，该六个曲面槽及六个曲面的一端靠近轴心，另一端远离轴心；在母接头(11)法兰上端面凸沿周向设置有六个均布的扇形槽，每个扇形槽中设置有一个锁块￠)，每个锁块(6)外壁加工有偏置离心式曲面，与驱动环(4)内壁设置的径向偏置离心式曲面相配。
2.根据权利要求1所述的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:所述的母接头(11)法兰上表面沿直径两边对称设置有两个键槽，每个键槽内皆竖直开有一个螺孔和一个定位销孔；驱动环(4)外圆下部设置有两两对称布置的四个T型槽，每两个T型槽间隔30° ;在母接头(11)的键槽内镶嵌有定位锁块(12)，定位锁块(12)为L型锁块，直立段端头为T型形状与驱动环(4)中的T型锁槽相配合，水平段中间开有长孔和圆孔，紧定锁销(13)穿过定位锁块(12)的长孔与母接头(11)法兰的螺孔相连，通过旋紧紧定锁销(13)将定位锁块(12)压紧以实现定位锁块(12)的防退功能，防退锁销(14)连接在定位锁块(12)的圆孔上。
3.根据权利要求1所述的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:所述的环槽的锁紧牙形式采用45°锯齿形、或采用3°、30°锯齿形、矩形、圆形等形式，环槽的锁紧牙数采用四牙、或两牙、三牙、五牙等形式。
4.根据权利要求1所述的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:所述的驱动环⑷曲线槽内、外端与驱动环⑷轴线的距离差大于锁块(6)与公接头⑴环槽啮合时的径向距离。
5.根据权利要求1所述的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:所述的周向均布的六个扇形槽，根据需要设置为两个、三个、四个、八个；锁块对应设置为两个、三个、四个、八个，与之相应驱动环外圆周上也设置为两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型圆弧槽，内圆周上也设置为两个、三个、四个、八个均布的轮廓为偏置离心式曲线型曲面。
6.根据权利要求1所述的推块复合锁紧型快接式钻井隔水管连接器，其特点在于:所述的锁块(6)通过球型螺钉(5)与驱动环(4)相连，或通过相应的其他形式曲面与驱动环(4)相连。
【文档编号】E21B17/02GK104499955SQ201410686812
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王定亚, 陈才虎, 李百政, 肖锐 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司