CN102003157B

CN102003157B - 水下井口连接器

Info

Publication number: CN102003157B
Application number: CN 201010584147
Authority: CN
Inventors: 段梦兰; 李美求; 罗晓兰; 康永田; 赵宏林; 王懿; 赵天奉
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102003157A

Abstract

本发明提出一种水下井口连接器，其包括：壳体，呈中空的柱状体，其一端形成内凹的容置腔，另一端内凹形成喇叭口导向部；连接件主体，呈中空的柱状体，其一端部设有连接法兰，所述连接法兰与所述壳体固定连接，所述连接件主体的柱状体容置于所述壳体的容置腔内，且所述连接件主体的外壁面与所述壳体的内壁之间形成液压腔；锁紧环，能径向移动地设置在所述连接件主体的柱状体前端与所述容置腔之间；液压推动器，设置在所述液压腔内，能沿轴向移动并驱动所述锁紧环径向移动锁紧由所述喇叭口导向部穿入的被连接件。本发明同时具有导向和连接功能，可用于在海底进行井口连接作业，能对井口进行导向及固定锁紧。

Description

水下井口连接器

技术领域

本发明涉及到一种水下井口连接器，尤其是一种用于在水下进行井口连接作业时，对井口具有导向及固定锁紧作用的水下井口连接器。

背景技术

海洋石油的开采需要大量的水下设施，包括水下采油树，水下管汇，水下控制***，出油管线，跨接管等，其中水下采油树是指放置在海床水下井口上的由阀门、管线，连接器和配件组成的一个采油***。水下连接最主要的就是将水下生产设施准确的连接到水下井口，目前国内外现有的水下井口连接器多种多样，如中国专利第200820221957.9号就公开了“一种海洋水下液压连接器”，该液压连接器具有与井口头或心轴相连接实现水下井口装置的快速连接的锁紧挡块，锁紧挡块一侧设有与其表面接触并推动锁紧挡块径向移动与井口头或心轴上牙槽啮合的环形活塞。通过液压油驱动活塞上下运动来实现液压连接器与井口头或心轴的连接和脱开。该公知的海洋水下液压连接器虽然是采用液压进行驱动，但是其在水下与井口进行对接作业时定位困难，要使井口准确的与该连接器对接安装时定位操作过于复杂。此外，当载荷过大时，会导致活塞的行程因超过其最大行程而被损坏。

当今，深水油气开发已成为世界石油工业的主要增长点和科技创新的前沿，而水下连接器的设计与安装，是深水油气田开发过程中的重要的环节之一，合理、高效的安装方法对深水油田的开采有着重要的意义。

有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的水下井口连接器，以能够实现在水下对井口进行快速、准确、高效的连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下连接器，尤其是一种用于在海底进行井口连接作业时，对井口具有导向及固定锁紧作用的水下井口连接器。

为此，本发明提出一种水下井口连接器，其包括：壳体，呈中空的柱状体，其一端形成内凹的容置腔，另一端内凹形成喇叭口导向部；连接件主体，呈中空的柱状体，其一端部设有连接法兰，所述连接法兰与所述壳体固定连接，所述连接件主体的柱状体容置于所述壳体的容置腔内；且所述连接件主体的外壁面与所述壳体的内壁之间形成液压腔；锁紧环，能径向移动地设置在所述连接件主体的柱状体前端与所述容置腔之间；液压推动器，设置在所述液压腔内，能沿轴向移动并驱动所述锁紧环径向移动锁紧由所述喇叭口导向部穿入的被连接件。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述壳体容置腔的内壁上凸设有一环止推块，所述止推块内设有密封圈；在所述液压推动器沿轴向移动时，所述止推块能顶抵于所述液压推动器，构成对所述液压推动器的轴向限位；所述止推块的内径与所述液压推动器的外壁相配合，通过所述止推块内设置的密封圈与液压推动器之间构成径向密封连接。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述容置腔的顶部端面上设有至少一个定位凹槽，所述液压推动器的前端凸伸有与所述定位凹槽相配合的卡榫。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述定位凹槽为一环形凹槽，所述液压推动器的前端凸伸有与该环形凹槽相配合的环形卡榫。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述容置腔的外侧端设有一密封环，所述密封环的外周与所述壳体内壁密封连接，所述密封环的内周与所述连接件主体的柱状体外壁面密封连接。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述锁紧环为侧壁开口的C形环，其内壁设有与所述被连接件的外壁相配合的卡槽和/或凸缘。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述锁紧环由弹簧钢制成。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述连接件主体的柱状体端部与所述被连接件之间设有密封圈组件。

如上所述的水下井口连接器，其中，所述壳体上设有液压油通道和油口，其中，与第一所述液压油通道相连通的第一油口设置在所述液压腔内靠近所述密封环的壳体内侧壁上，与第二所述液压油通道相连通的第二油口设置在靠近所述止推块的壳体内侧壁上。

本发明提出的水下井口连接器，通过在壳体上设置喇叭口导向部，不仅能够使连接器定位简单、平稳可靠，而且可以快速、准确的与被连接件相导接，提高了水下工作的可靠性和可操作性；设置止推块对液压推动器进行限位，可以有效防止液压推动器过载，避免造成对水下井口连接器的损坏，提高了使用寿命；采用液压***进行控制，无机械传动，缩短了连接器与被连接件之间锁紧和解脱的时间，并提高了水下连接的可靠性。此外，本发明使用机械式锁紧，操作方便，结构形式简单。

本发明的水下井口连接器，其结构简单、组装方便快捷，且导向装置和连接器构成一个有机的整体，大大提高了水下作业的可靠性，提高了海上施工作业的效率。此外，本发明使用寿命长，能重复使用，能节约大量成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为本发明的水下井口连接器的剖视结构示意图，其中，左侧显示的是锁紧环处于松开状态，右侧显示的是锁紧环处于锁紧状态；

图2为本发明的水下井口连接器的壳体剖视示意图；

图3为本发明的水下井口连接器的连接件主体的俯视示意图；

图4为本发明的水下井口连接器的锁紧环的立体结构示意图；

图4A为本发明的水下井口连接器的锁紧环的主视示意图；

图4B为本发明的水下井口连接器的锁紧环的俯视示意图；

图4C为本发明的水下井口连接器的锁紧环的剖面示意图；

图5为本发明的水下井口连接器的液压推动器的立体结构示意图；

图6为本发明的水下井口连接器的止推块剖视示意图；

图7为本发明的水下井口连接器的密封圈组件剖视示意图。

附图标号说明

10 连接器 1 壳体 11 容置腔

12 导向部 13 定位凹槽 14 扩径部

15、16 液压油通道 17 第一油口 18 第二油口

2 连接件主体 21 柱状体 22 连接法兰

3 锁紧环 31 凸缘 32 卡槽

33 倾斜面 4 液压腔 5 液压推动器

51 抵触面 52 卡榫 6 止推块

61 密封圈 7 密封环 8 密封圈组件

9 被连接件

具体实施方式

本发明提供一种水下井口连接器，包括：壳体，呈中空的柱状体，其一端形成内凹的容置腔，另一端内凹形成喇叭口导向部；连接件主体，呈中空的柱状体，其一端部设有连接法兰，所述连接法兰与所述壳体固定连接，所述连接件主体的柱状体容置于所述壳体的容置腔内，且所述连接件主体的外壁面与所述壳体的内壁之间形成液压腔；锁紧环，能径向移动地设置在所述连接件主体的柱状体前端与所述容置腔之间；液压推动器，设置在所述液压腔内，能沿轴向移动并驱动所述锁紧环径向移动锁紧由所述喇叭口导向部穿入的被连接件。

本发明的水下井口连接器壳体的一端形成喇叭口导向部，该喇叭口的锥面对与该连接器对接的被连接件起到了扶正和导向作用，保证连接器能够准确定位，从而使本发明的连接器能快速、准确的与被连接件相连接。且本发明能在紧急时刻使连接器与被连接件之间快速解脱，增加了水下生产设施的可靠性和可操作性。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的固井装置的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明的水下井口连接器的剖视结构示意图，其中，左侧显示的是锁紧环处于松开状态，右侧显示的是锁紧环处于锁紧状态；图2为本发明的水下井口连接器的壳体剖视示意图；图3为本发明的水下井口连接器的连接件主体的俯视示意图；图4为本发明的水下井口连接器的锁紧环的立体结构示意图；图4A为本发明的水下井口连接器的锁紧环的主视示意图；图4B为本发明的水下井口连接器的锁紧环的俯视示意图；图4C为本发明的水下井口连接器的锁紧环的剖面示意图；图5为本发明的水下井口连接器的液压推动器的立体结构示意图；图6为本发明的水下井口连接器的止推块剖视示意图；图7为本发明的水下井口连接器的密封圈组件剖视示意图。

作用为一个具体的实施例，如图1-5所示，本发明提出的一种水下井口连接器10包括壳体1、连接件主体2、锁紧环3及液压推动器5：呈中空的柱状体的壳体1，该壳体1的一端形成内凹的容置腔11，另一端内凹形成喇叭口导向部12；连接件主体2，呈中空的柱状体21，其一端部设有连接法兰22，所述连接法兰22与所述壳体1固定连接，所述连接件主体2的柱状体21容置于所述壳体1的容置腔11内，一个具体的实施例是，该连接法兰22可采用API标准法兰，其嵌合于形成在所述容置11端部的扩径部14内，并通过螺纹连接与所述壳体1相固定。锁紧环3，能沿径向移动地设置在所述连接件主体2的柱状体21前端与所述容置腔11之间。所述连接件主体2的外壁面与所述壳体1的内壁之间形成液压腔4，液压推动器5设置在所述液压腔4内，能沿轴向移动并驱动所述锁紧环3径向移动锁紧由所述喇叭口导向部12穿入的被连接件9。

进一步地，所述锁紧环3为侧壁开口的C形环，其内壁设有与所述被连接件9的外壁相配合的卡槽和/或凸缘。即，当被连接件9的外壁设有凸缘时，则锁紧环3的内壁则设有与该凸缘相匹配的卡槽。反之，当被连接件9的外壁形成卡槽时，则锁紧环3的内壁则设有能卡入该卡槽内的凸缘，其具体结构不做限定，只要能使锁紧环3卡固锁紧该被连接件9就可以。如图1、4所示，在本实施例中，所述被连接件9的外壁同时设有凹槽和凸缘，锁紧环3则在相对应的位置分别设置有相匹配的凸缘31及卡槽32，有效提高了本实用新型与被连接件之间的卡接固定效果，防止被连接件出现松脱等情况。另外，将锁紧环3设置成C形环，通过液压推动器5在沿轴向的向前移动过程中，对其施加径向的推力，使C形的锁紧环3内缩，其凸缘31和卡槽32嵌卡锁紧于所述被连接件9的对应凹槽和凸缘内，使连接器10与被连接件9固定连接；而当液压推动器5反向移动，解除对锁紧环3的径向推力后，该C形的锁紧环3能在自身弹力的作用下向外弹开而解除对被连接件9的锁固，使被连接件9能快速的与连接器10脱离。其中，所述锁紧环3由弹性材料制成，例如可以由弹簧钢制成。

在一个具体实施例中，如图1、图4C所示，所述锁紧环3朝向所述连接件主体2的柱状体21的抵接端的外部形成为倾斜面33，所述液压推动器5具有与该倾斜面33相配合的倾斜的抵触面51，通过该倾斜面33和抵触面51的配合，有利于液压推动器5推动所述锁紧环3向内收缩卡固于被连接件9。所述被连接件9不限于水下井口，可以是水下需要连接的其他轴杆类部件。

请配合参见图1、图6，在一个具体的实施例中，所述壳体1容置腔11的内壁上凸设有一环止推块6，所述止推块6内设有密封圈61，该止推块6固定在容置腔11的下部，可以通过焊接、一体成形等公知的方式与壳体1构成一体。通过设置在止推块6内的密封圈61使液压推动器5与止推块6之间相密封。在所述液压推动器5沿轴向移动时，所述止推块6能顶抵于所述液压推动器5，构成对所述液压推动器5的轴向限位，以避免液压推动器5过度向下移动，保证了液压推动器5的行程。

其中，所述容置腔11的顶部端面上设有一个或一个以上的定位凹槽13，所述液压推动器5的前端凸伸有与所述定位凹槽13相配合的卡榫52。一个可选择的方案是，所述定位凹槽13可以设置为一环形凹槽，所述液压推动器5的前端凸伸有与该环形凹槽相配合的环形卡榫52。需要指出的是，定位凹槽13和卡榫52的设置形式不以上述为限，其形状也不限于本实施例图中所示的环凹槽和环形卡榫，只要能使定位凹槽13和卡榫52相互配合的形状及设置形式，均属于本发明的保护范围。

为了提高壳体1与连接件主体2之间的密封性能，可以在所述容置腔11的外侧端设置一密封环7，所述密封环7的外周与所述壳体1内壁密封连接，所述密封环7的内周与所述连接件主体2的柱状体外壁面密封连接。此外，所述壳体1上设有液压油通道15、16和油口17、18，其中，与第一所述液压油通道15相连通的第一油口17设置在所述液压腔内靠近所述密封环7的壳体内侧壁上，与第二所述液压油通道16相连通的第二油口18设置在靠近所述止推块6的壳体内侧壁上。

此外，所述连接件主体2的柱状体21端部与所述被连接件9之间进一步设有密封圈组件8，提高了两者之间的密封效果。如图1、7所示，在优选的实施方式中，柱状体21的端部设置有与被连接件9形状相匹配的环凹槽，密封圈组件8固定在柱状体21的端部，且其外形与柱状体21、被连接件9之间的缺口形状相配合，使连接件主体2与被连接件9之间具有更好的连接及密封性能。此结构为公知技术，在此不再赘述。

请一并参见图1，本发明提出的水下井口连接器，其工作原理在于：当所述连接器10与被连接件9处于脱离状态时，锁紧环3在自身弹的作用下处于弹开状态(如图1中左侧部分所示)，液压推动器5处于靠近密封环7的位置，液压推动器5的前端的抵触面51抵接于所述锁紧环3的所述倾斜面33，第二油口18处于进油状态，而第一油口17处于回油状态。

当连接作业时，被连接件9由壳体1的喇叭口导向部12进入连接器10，并抵接于连接件主体2的柱状体21的端部。由于导向部12呈喇叭口状，由外至内形成锥面进行导向，并且其直径逐渐减小直到与被连接件9的外径相配合，起到了扶正的作用，从而使被连接件9能方便地对准连接器10，定位操作简单，实现了快速、准确、高效的水下定位、对接。在被连接件9安装到位与连接件主体2的柱状体21抵接后，启动液压***，通过液压油通道15及第一油口17向液压腔4中注入液压油，在油液压力的作用下，推动液压推动器5沿轴向移动，并通过其抵触面51和内壁向侧壁开口呈C形的锁紧环3施加径向压力，进而推动锁紧环3沿径向向内收缩，使锁紧环3的凸缘31、卡槽32对应卡掣于被连接件9外壁的凹槽和凸缘内，达到锁紧被连接件9的目的，锁紧后，由于重力的作用起到机械固定的作用。

当液压推动器5与止推块6相抵接，且卡榫52嵌入定位凹槽13中时，则停止供油，此时，锁紧环3整体置于液压推动器5内，保证锁紧环3与被连接件9完全锁紧(参见图1中的右侧部分)，防止锁紧环3弹性回复而导致被连接件9松脱。通过设置止推块6，可以避免因液压推动器5过度下移，而导致过载损坏水下井口连接器，从而提高了水下井口连接器的使用寿命。

当需要与被连接件9解除连接时，液压***经由液压油通道15将第一油口17注入的液压油抽出，反向供给液压油，即，通过液压油通道16及第二油口18向液压腔4中注入液压油，在液压油的作用下，推动液压推动器5向离开所述止推块6的方向反向移动，解除对锁紧环3的径向施压，锁紧环3则在其自身弹性力的作用下向外弹开，从而解除对被连接件9的锁固。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，而是可根据实际需要与其它现有技术进行结合，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims

1.一种水下井口连接器，其特征在于，所述水下井口连接器包括：

壳体，呈中空的柱状体，其一端形成内凹的容置腔，另一端内凹形成喇叭口导向部；

连接件主体，呈中空的柱状体，其一端部设有连接法兰，所述连接法兰与所述壳体固定连接，所述连接件主体的柱状体容置于所述壳体的容置腔内；且所述连接件主体的外壁面与所述壳体的内壁之间形成液压腔；

锁紧环，能径向移动地设置在所述连接件主体的柱状体前端与所述容置腔之间；

液压推动器，设置在所述液压腔内，能沿轴向移动并驱动所述锁紧环径向移动锁紧由所述喇叭口导向部穿入的被连接件。

2.如权利要求1所述的水下井口连接器，其特征在于，所述壳体容置腔的内壁上凸设有一环止推块，所述止推块内设有密封圈；在所述液压推动器沿轴向移动时，所述止推块能顶抵于所述液压推动器，构成对所述液压推动器的轴向限位；所述止推块的内径与所述液压推动器的外壁相配合，通过所述止推块内设置的密封圈与液压推动器之间构成径向密封连接。

3.如权利要求1所述的水下井口连接器，其特征在于，所述容置腔的顶部端面上设有至少一个定位凹槽，所述液压推动器的前端凸伸有与所述定位凹槽相配合的卡榫。

4.如权利要求3所述的水下井口连接器，其特征在于，所述定位凹槽为一环形凹槽，所述液压推动器的前端凸伸有与该环形凹槽相配合的环形卡榫。

5.如权利要求2所述的水下井口连接器，其特征在于，所述容置腔的外侧端设有一密封环，所述密封环的外周与所述壳体内壁密封连接，所述密封环的内周与所述连接件主体的柱状体外壁面密封连接。

6.如权利要求1至5任一项所述的水下井口连接器，其特征在于，所述锁紧环为侧壁开口的C形环，其内壁设有与所述被连接件的外壁相配合的卡槽和/或凸缘。

7.如权利要求6所述的水下井口连接器，其特征在于，所述锁紧环由弹簧钢制成。

8.如权利要求6所述的水下井口连接器，其特征在于，所述连接件主体的柱状体端部与所述被连接件之间设有密封圈组件。

9.如权利要求5所述的水下井口连接器，其特征在于，所述壳体上设有液压油通道和油口，其中，与第一所述液压油通道相连通的第一油口设置在所述液压腔内靠近所述密封环的壳体内侧壁上，与第二所述液压油通道相连通的第二油口设置在靠近所述止推块的壳体内侧壁上。