CN109515656A

CN109515656A - 一种水下控制模块应急回收工具

Info

Publication number: CN109515656A
Application number: CN201811504344.0A
Authority: CN
Inventors: 贾鹏; 张锦埭; 王刚; 王洪海; 王立权; 王向宇; 吴磊; 张哲华
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Shandong Weifei Hachuan Marine Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: CN109515656B

Abstract

本发明公开了一种水下控制模块应急回收工具，属于海洋石油工程领域。包括框架、抬梁组件、SCM锁存器组件、导螺杆座、导管上块、保护壳、锁定机构、底部裙结构、软着陆组件、ROV扶手、导向块、控制面板和下对接盘。本发明通过SCM锁存器组件中锁定盘的横向移动，改变与旋转插孔的接触直径，达到锁定和解锁的功能；液压马达通过四叶式交叉结构带动SCM中丝杠运动，实现SCM与下对接盘的锁定和解锁。抬梁组件中的提升机构根据蜗轮蜗杆螺母丝杠传动方式实现抬梁组件的垂直运动。通过液压驱动锁定液压缸杆运动，带动钩旋转，实现回收工具和SCM安装基座的锁定和解锁。通过阻尼孔和弹簧共同作用实现回收工具的软着陆功能。

Description

一种水下控制模块应急回收工具

技术领域

本发明是一种水下控制模块应急回收工具，属于海洋石油工程领域。

背景技术

从1960年开始随着水下油田的开发，采油树的安装数量急剧攀升，水下生产***的发展对水下控制模块提出了更高的要求，其控制距离达到100km，水深3000m，压力103MPa。这就是SCM的***变得更复杂，数据收集更准确、更快的响应时间和整体性能的提升，带来的水下控制模块的安装也变得日益频繁。海洋工程装备不仅仅是对新型装备的开发，更是对现有装备的改进和扩展，这也意味着新的安装技术能力要与之匹配，满足现有装备对安装技术的要求。

水下控制模块是水下控制***的执行设备。该装置是一套能进行独立设计、调试、安装，系列化、标准化的水下控制设备，用来完成对水下生产设施上阀门的开启和关闭，并对水下生产设施上参数和海底信息实时的反馈到地面主控站。水下控制模块由吊装锁紧机构、水下电子模块、液压***、压力补偿器、上对接盘、下对接盘等组成。

水下控制模块的应急回收是伴随着整个油田日常生产进行的，SCM安装和回收技术之所以重要是因为SCM的故障率居高不下，水下生产***内的各种设备中，SCM的故障率达到整个水下生产***的30.64％。由此可见SCM的维修和更换显得尤为重要，这也是SCM进行水下对接的主要原因。

水下控制模块应急回收工具是执行SCM下放回收任务的机械设备。根据水下生产设施的安装水深、海况等因素，回下控制模块安装和回收必须要有和它相对应的安装工具，其中涉及到的关键技术有下放回收技术、水下缓冲技术、对接锁紧技术等。

发明内容

本发明提供了一种水下控制模块应急回收工具，目的在于提供一种可在水下控制模块发生故障或损坏时的应急回收工具，能够实现水下控制模块的应急回收和安装功能。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括框架1、抬梁组件2、SCM锁存器组件3、导螺杆座4、导管上块5、保护壳6、回收工具锁定机构7、底部裙结构8、回收工具软着陆组件9、ROV扶手10、导向块11、控制面板12、下对接盘13和SCM安装基座14。所述的抬梁组件安装在导螺杆座和导管上块上，再通过螺栓连接安装到框架上；所述的SCM锁存器组件安装在抬梁组件中的抬梁支架焊件上，SCM对下对接盘进行锁定与解锁，下对接盘安装在SCM安装基座的对应位置上；所述的回收工具锁定机构、软着陆组件和保护壳均匀的安装在框架的前后两侧；所述的底部裙结构与软着陆组件中的活塞杆连接；所述的ROV扶手和控制面板安装在框架的前面。

所述的抬梁组件包括提升机构201、液压马达202、抬梁焊件203、滚子链204、抬梁支架焊件205、导管206、链轮207、抬梁滑块208和导螺杆209。所述的提升机构安装在导螺杆上，对称分布在抬梁焊件的两端，通过一端连接的液压马达实现垂直运动；所述的链轮安装在提升机构的另一端并安装滚子链；所述的抬梁滑块用来连接提升机构和抬梁焊件；所述的导管穿过抬梁滑块以防止提升机构发生周向转动。

所述的SCM锁存器组件包括顶盘301、侧盘302、垫片块303、开关安装支架304、底盘305、锁定盘306、支撑环307、四叶式交叉结构套308、连接块309、四叶式交叉结构310、缸移动块311、连接壳312、液压马达313、联轴器314和SCM锁定缸筒315。所述的支撑环和侧盘安装在底盘上；所述的锁定盘与缸移动块连接并安装在侧盘的槽中，通过缸移动块的运动带动锁定盘的运动实现锁定与解锁；所述的垫片块安装在侧盘上；所述的开关安装支架安装在垫片块上；所述的顶盘安装在侧盘上；所述的液压马达和连接块通过联轴器连接；所述的四叶式交叉结构与连接块连接，具有纠正和导向作用，并在液压马达的作用下实现SCM对下对接盘13的锁定与解锁，下对接盘13安装在SCM安装基座14的对应位置上；所述的连接壳与液压马达和四叶式交叉结构套连接，并安装在顶盘上。

所述的回收工具锁定机构包括锁定液压缸筒701、锁定液压缸杆702和钩703。所述的锁定液压杠杆通过销轴连接与钩连接；所述的锁定液压缸筒和钩分别通过销轴连接安装在框架上。

所述的回收工具软着陆组件包括外壳901、尾盘902、弹簧903、移动套904、活塞杆905、固定套906和前盘907。所述的尾盘安装在活塞杆上；所述的移动套安装在活塞杆和尾盘之间；所述的弹簧安装在活塞缸和外壳之间；所述的前盘安装在外壳上；所述的固定套安装在前盘和外壳之间；所述的活塞杆一端与底部裙结构连接。

本发明还包括：

所述的锁定盘，通过改变与旋转插孔接触的直径和面积，从而限制两个方向的自由度，实现锁定和承载作用；

所述的四叶式交叉结构具有导向和带动丝杠转动的作用，且其与丝杠顶部的长方体结构四个面线接触；

所述的回收工具软着陆组件中的外壳上开有一系列的阻尼孔，来调节水的流量，提供阻尼力，在压缩活塞杆的过程中，通过依次关闭阻尼孔和压缩弹簧，实现回收工具的软着陆功能；所述的活塞杆底部与底部裙结构连接；

所述的底部裙结构的导向块和一系列三角形肋板。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1.本发明通过采用四叶式交叉结构而摒弃了方形接口与方形件的对接，避免了在对接过程中出现偏差而导致工具或零件的损坏，从而影响SCM的安装及回收，而四叶式交叉结构具有纠正和导向作用，可以达到良好的对接效果。

2.本发明通过导管和对称的蜗轮蜗杆螺母丝杠传动方式实现抬梁组件的垂直上下运动，又通过SCM锁存器组件对SCM的锁定，实现SCM的提升和下放。除此之外，通过链传动方式来保持运动的同步性，降低了故障的发生率。

3.本发明通过对称分布的锁定机构和软着陆组件，实现了应急回收工具与SCM安装基座的锁定和应急回收工具下放到SCM安装基座过程中的缓冲功能。其中软着陆组件中的外壳上分布有一系列的阻尼孔，在与弹簧的共同作用下，实现缓冲功能，具有结构简单，影响因素少，无需人力操作等特点。

附图说明

图1是本发明总体结构图；

图2是本发明SCM安装基座图；

图3是本发明水下控制模块(SCM)示意图；

图4是本发明抬梁组件结构图；

图5是本发明SCM锁存器组件结构图；

图6是本发明SCM锁存器组件剖视图；

图7是本发明四叶式交叉结构图；

图8是本发明锁紧机构结构图；

图9是本发明缓冲机构结构图；

图10是本发明底部裙结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的地描述：

结合图1-10，本发明包括一个框架1，框架1通过与回收工具软着陆组件9中的活塞杆905螺纹连接来与底部裙结构8连接；抬梁组件2安装在导螺杆座4和导管上块5上；导螺杆座4和导管上块5通过螺栓连接安装在框架1上；SCM锁存器组件3通过螺栓连接安装在抬梁组件2中的抬梁支架焊件205上；回收工具锁定机构7通过销连接等安装在框架1上；回收工具软着陆组件9通过螺栓连接均匀安装在框架1的前后两侧，每侧安装有2个回收工具软着陆组件9；保护壳6通过螺栓连接安装在框架1的前后两侧；ROV扶手10焊接在框架1上，以方便ROV操作控制面板；导向块11通过螺栓连接均匀的安装在框架1内部的四个顶角位置；控制面板12通过螺栓连接安装在框架1的前侧；下对接盘13安装在SCM安装基座14的对应位置上。

抬梁组件2中提升机构201安装在抬梁滑块208上，一端与液压马达202连接，一端通过键连接与链轮207连接；抬梁滑块208安装在抬梁焊件203的两侧，滚子链204安装在链轮207上；抬梁支架焊件205安转在抬梁焊件203上；导管206穿过抬梁滑块208安装在导管上块5上；导螺杆209穿过提升机构201安装在导螺杆座4上。

SCM锁存器组件3中侧盘302对称的安装在底盘305上；顶盘301安装在侧盘302上；液压马达313通过键连接与联轴器314连接，并与连接壳312连接；连接壳312与四叶式交叉结构套308连接；连接块309一端通过键连接与联轴器314连接，一端与四叶式交叉结构310连接；SCM锁定缸筒315一端通过销轴固定，一端与缸移动块311连接；缸移动块311安装在两侧盘302的槽内，支撑环307安装在底盘305上；垫片块303安装在侧盘302上；开关安装支架304安装在垫片块303上。

回收工具锁定机构7中锁定液压缸筒701通过销轴安装在框架1上；锁定液压杠杆702与锁定液压缸筒701连接并通过销轴与钩703连接；钩703通过销轴安装在框架1的底部。

回收工具软着陆组件9中尾盘902安装在活塞杆905上；弹簧903安装在活塞杆905和外壳901之间；移动套904安装在尾盘902和活塞杆905之间；固定套906安装在外壳901和前盘907之间；前盘907通过螺栓连接与外壳901连接。

本发明采用以下安装步骤：

第一步：将导向块11安装到框架1内部的四个顶角位置；

第二步：安装抬梁组件2。将抬梁滑块208安装在抬梁焊件203上，将液压马达202和链轮207安装在提升机构201上，将提升机构安装到抬梁滑块208上，将滚子链204安装到链轮207上，将抬梁支架焊件205安装到抬梁焊件203上，将导管206和导螺杆209穿过抬梁滑块208安装到导螺杆座4和导管上块5上；

第三步：安装SCM锁存器组件3。将液压马达313和连接块309分别与联轴器314连接，将连接块309与四叶式交叉结构310连接，将连接壳312与液压马达连接并固定到顶盘301上，将四叶式交叉结构套308与连接套312连接，将支撑环307安装到底盘305上，将侧盘302安装到底盘305上，将SCM锁定缸315一端通过销轴固定，连接缸移动块311和锁定盘306；

第四步：将SCM锁存器组件3通过螺栓连接安装到抬梁组件2的抬梁支架焊件205上；

第五步：将导螺杆座4和导管上块5通过螺栓连接安装到框架1上；

第六步：将锁定液压缸杆702通过销轴与钩703连接，通过销轴将锁定液压缸筒701和钩703分别安装在框架1上；

第七步：安装回收工具软着陆组件9。将移动套904安装到活塞杆905上，将尾盘902安装到活塞杆905上从而固定移动套，将弹簧903安装到外壳901上，将活塞杆905安装到外壳901内，将固定套906安装到活塞杆905和外壳902之间，将前盘907安装到外壳901上；

第八步：将回收工具软着陆组件9均匀的安装在框架1的前后两侧，每侧安装两个软着陆组件9；

第九步：将底部裙结构8与活塞杆905连接；

第十步：将保护壳6安装到框架1的前后两侧；

第十一步：将ROV扶手10焊接到框架1的前侧；

第十二步：将控制面板安装到框架1的前侧。

本发明工作原理：

水下控制模块应急回收工具在下放过程中活塞杆905处于伸出状态，缸移动块311处于压缩状态，在底部裙结构8落到SCM安装基座14上后，活塞杆905做压缩运动，在弹簧903和阻尼孔的共同作用下，减缓应急回收工具的下落速度，实现缓冲作用。

当应急回收工具完全下落到SCM安装基座14上时，通过液压控制使锁定液压缸缸杆702做伸出运动带动钩703旋转，实现应急回收工具与SCM安装基座14的锁定。

当完成应急回收工具与SCM安装基座14的锁定后，通过液压马达202驱动提升机构201运动，从而带动抬梁组件2和SCM锁存器组件3沿导管206实现垂直运动，直到SCM的旋转插孔15与SCM锁存器组件3结合。

当抬梁组件2和SCM锁存器组件3运动到与旋转插孔15结合后，由液压驱动缸移动块311运动，同时带动锁定盘306横向移动从而实现对SCM的锁定。液压马达313再通过联轴器314和连接块309带动四叶式交叉结构310运动，从而实现SCM中丝杠的运动，实现SCM与下对接盘13的解锁。

当完成SCM与下对接盘13的解锁后，根据上述工作原理，依次完成抬梁组件2和SCM锁存器组件2和SCM的提升运动、回收工具锁定机构7的解锁，最后将水下控制模块应急回收工具和水下控制模块(SCM)一并提升到水上平台进行SCM的更换和维修。

Claims

1.一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：包括框架(1)、抬梁组件(2)、SCM锁存器组件(3)、导螺杆座(4)、导管上块(5)、保护壳(6)、回收工具锁定机构(7)、底部裙结构(8)、回收工具软着陆组件(9)、ROV扶手(10)、导向块(11)、控制面板(12)、下对接盘(13)和SCM安装基座(14)；所述的抬梁组件安装在导螺杆座和导管上块上，再通过螺栓连接安装到框架上；所述的SCM锁存器组件安装在抬梁组件中的抬梁支架焊件上，SCM对下对接盘进行锁定与解锁，下对接盘安装在SCM安装基座的对应位置上；所述的回收工具锁定机构、软着陆组件和保护壳均匀的安装在框架的前后两侧；所述的底部裙结构与软着陆组件中的活塞杆连接；所述的ROV扶手和控制面板安装在框架的前面。

2.根据权利要求1所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的抬梁组件包括提升机构(201)、液压马达(202)、抬梁焊件(203)、滚子链(204)、抬梁支架焊件(205)、导管(206)、链轮(207)、抬梁滑块(208)和导螺杆(209)；所述的提升机构安装在导螺杆上，对称分布在抬梁焊件的两端，通过一端连接的液压马达实现垂直运动；所述的链轮安装在提升机构的另一端并安装滚子链；所述的抬梁滑块用来连接提升机构和抬梁焊件；所述的导管穿过抬梁滑块。

3.根据权利要求1所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的SCM锁存器组件包括顶盘(301)、侧盘(302)、垫片块(303)、开关安装支架(304)、底盘(305)、锁定盘(306)、支撑环(307)、四叶式交叉结构套(308)、连接块(309)、四叶式交叉结构(310)、缸移动块(311)、连接壳(312)、液压马达(313)、联轴器(314)和SCM锁定缸筒(315)；所述的支撑环和侧盘安装在底盘上；所述的锁定盘与缸移动块连接并安装在侧盘的槽中，通过缸移动块的运动带动锁定盘的运动实现锁定与解锁；所述的垫片块安装在侧盘上；所述的开关安装支架安装在垫片块上；所述的顶盘安装在侧盘上；所述的液压马达和连接块通过联轴器连接；所述的四叶式交叉结构与连接块连接，具有纠正和导向作用，并在液压马达的作用下实现SCM对下对接盘(13)的锁定与解锁，下对接盘安装在SCM安装基座(14)的对应位置上；所述的连接壳与液压马达和四叶式交叉结构套连接，并安装在顶盘上。

4.根据权利要求3所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的锁定盘可改变与旋转插孔接触的直径和面积。

5.根据权利要求1所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的回收工具锁定机构包括锁定液压缸筒(701)、锁定液压缸杆(702)和钩(703)；所述的锁定液压杠杆通过销轴连接与钩连接；所述的锁定液压缸筒和钩分别通过销轴连接安装在框架上。

6.根据权利要求1所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的回收工具软着陆组件包括外壳(901)、尾盘(902)、弹簧(903)、移动套(904)、活塞杆(905)、固定套(906)和前盘(907)；所述的尾盘安装在活塞杆上；所述的移动套安装在活塞杆和尾盘之间；所述的弹簧安装在活塞缸和外壳之间；所述的前盘安装在外壳上；所述的固定套安装在前盘和外壳之间；所述的活塞杆一端与底部裙结构连接。

7.根据权利要求6所述的一种水下控制模块应急回收工具，其特征在于：所述的回收工具软着陆组件中的外壳上开有一系列的阻尼孔，在压缩活塞杆的过程中，依次关闭阻尼孔以及压缩弹簧。