設有內鎖定環以及在輔助管線元件和主管元件之間的間隙調節裝置的立管區段的製作方法
2023-06-01 22:02:16
本發明涉及極深的海洋油層鑽井和開發領域。它涉及一種立管區段。
背景技術：
：立管由長度範圍在15和27m(50和90英尺)之間的管狀元件的組件組成，這些管狀元件通過連接器組裝。管狀元件通常由在每個端部處設置有連接器的主管組成。提供與主管平行的管狀輔助管線，也稱為周邊管線，通常被稱為「壓井管線」、「節流管線」、「增壓管線」和「液壓管線」，其允許工業流體的循環。在鑽井現場從浮筒組裝管狀元件。當管狀元件組裝時，立管下降到一定的水深度，直到其到達位於海底的井口。在可達到3500m或更大的水深處鑽井的角度來看，立管的重量變得尤為不利。該現象通過以下的事實增加，考慮到限制壓降的必要性，對於相同的最大工作壓力，立管的長度需要輔助管線的更大的內徑。此外，由於水深度以及因此立管長度大，因而減少立管的組裝時間的必要性更加關鍵。文獻FR-2,925,105、FR-2,956,693和FR-2,956,694描述了各種解決方案，特别致力於使輔助管線與主管一起吸收施加到立管的縱向應力。然而，對於這些專利中描述的系統，輔助管線相對於主管的緊固導致輔助管線中的高拉伸應力。為了承受這些拉伸應力，輔助管線具有大的厚度值，這引起浮筒的質量和尺寸的增加，並且因此增加了立管的成本。本發明描述了一種通過內部鎖定環提供緊湊型連接器設計的解決方案。根據本發明，輔助管線可通過滑動樞轉連接的作用移動，輔助管線的相對運動由間隙調節裝置限制。根據本發明的連接器非常適合於深海立管，即位於大於2000米的深度處的立管。因此，可以減小輔助管線的厚度，這允許浮筒的質量、立管的總質量和立管的成本的增加。技術實現要素：本發明涉及一種立管區段，該立管區段包括通過陽連接器元件和陰連接器元件延伸的主管元件，該陰連接器元件在其內面上包括第一系列立柱，其中鎖定環安裝在所述陽連接器元件上，所述鎖定環的外表面包括至少第二系列立柱，所述立管區段另外包括至少一個輔助管線元件。所述輔助管線元件固定到所述主管元件的一端，並且其通過滑動樞轉連接來連接到所述主管元件的另一端，所述滑動樞轉連接允許在由布置在所述輔助管線元件上的間隙調節裝置限制的距離上在所述主管元件和所述輔助管線元件之間的相對平移運動。根據本發明，所述間隙調節裝置由螺母或螺紋部件組成。根據變型實施例，所述輔助管線元件一方面通過陰端部件延伸，並且另一方面通過設置有螺母的陽端部件延伸。根據第二變型實施例，所述輔助管線元件一方面通過陰端部件延伸，並且另一方面通過插座延伸，設置有止動件的陽銷插入該插座中。另選地，所述輔助管線元件一方面通過其中插入有陰銷的插座延伸，並且另一方面通過其中旋入有陽螺紋銷的插座延伸，所述陽螺紋銷包括肩部。根據本發明的方面，由所述間隙調節裝置限制的距離的範圍在0mm和38.1mm之間，優選在2.54mm和25.4mm之間。有利地，所述陽連接器元件包括套筒，所述鎖定環安裝在該套筒上。優選地，所述陽連接器元件在其內面上包括第三系列立柱，並且所述鎖定環的外表面包括適於與所述第三系列立柱配合的第四系列立柱。有利地，每個系列的立柱由至少兩排至少四個立柱構成。此外，所述輔助管線元件是具有塗覆有聚合物基質的諸如玻璃、碳或芳族聚醯胺纖維之類的加強絲的箍鋼管。根據實施例，所述陽連接器元件和所述陰連接器元件通過增加所述主管元件的區段和厚度而延伸主管元件，以便形成凸緣以供所述輔助管線元件通過。有利地，所述滑動樞轉連接在所述陽連接器元件的凸緣中實現。根據本發明的方面，所述立管區段包括與所述凸緣的周邊表面配合以用於組裝所述凸緣的鎖定套環。優選地，所述鎖定套環的內面設置有第一系列立柱，並且所述陰連接器元件的凸緣的周邊表面包括第二系列立柱。有利地，所述鎖定套環的內面設置有第三系列立柱，並且所述陽連接器元件的凸緣的周邊表面包括適於與所述第三系列立柱配合的第四系列立柱。此外，所述鎖定套環可旋轉地固定到所述鎖定環。另外，本發明涉及一種包括根據本發明的至少兩個立管區段的立管，其中通過所述陽連接器元件和所述陰連接器元件以及所述鎖定環實現兩個連續區段之間的連接。有利地，所述滑動樞轉連接的相對平移運動的所述距離被調節，以便在所述立管的至少兩個區段連接時為正，並且在使用所述立管時為零。本發明涉及根據本發明的立管用於執行海上鑽井操作。附圖說明通過閱讀以下參照附圖以示例性示例的方式給出的實施例的描述，根據本發明的方法的其他特徵和優點將更加清楚，其中：-圖1示意性地示出了根據本發明的立管，-圖2示出了根據本發明的實施例的立管區段，-圖3示出了根據本發明的第一實施例的兩個立管區段的連接，-圖4示出了在根據圖3所示實施例的鎖定環和陰連接器元件的連接之前的分解圖，-圖5示出了根據圖3所示實施例的鎖定環，-圖6示出了根據本發明的第二實施例的兩個立管區段的連接，-圖7示出了本發明的第二實施例的鎖定套環，-圖8至圖10示出了輔助管線的根據本發明的三個變型實施例，-圖11是示出了針對根據本發明的實例的立管的質量作為間隙的函數的曲線圖。具體實施方式圖1示意性地示出了海上立管1。立管1延伸井P，並且該立管1從井口2伸展到例如浮筒3、平臺或船舶。井口2設置有通常被稱為B.O.P.或防噴器的防護設備。立管1由通過連接器5首尾相連進行組裝的多個區段4的組件組成。每個區段由設置有至少一個輔助管線元件7(也稱為周邊管線)的主管元件6組成。稱為壓井管線或節流管線的輔助管線用於在控制過程期間相對於井中處於壓力下的流體的流入提供井安全性。稱為節流管線的管線是安全管線，其承載在流入的情況下來自井的流體(油、水、氣體)並將這些流體朝向節流歧管和火炬驅動。稱為壓井管線的管線是能夠將重質流體和水泥注入井中從而允許停止否則不可控的井噴的安全管線。稱為增壓管線的管線允許泥漿注入井中以增加其環空速度並防止鑽屑沉澱；該管線也用於在斷開之前用水替換立管中所包含的泥漿。稱為液壓管線的管線允許控制井口防噴設備。液壓管線允許在壓力下向BOP安全設備(閥和蓄能器)供應液壓流體(含乙二醇的蒸餾水)。圖2示意性地示出了根據本發明的實施例的立管的區段4。區段4包括主管元件6，其軸線形成立管的軸線。輔助管7構成平行於主管的軸線布置的輔助管線或管道。輔助管線元件7具有基本上等於主管元件6的長度的長度，通常範圍在10米和30米之間。在主管的周邊上布置至少一個管線7。在圖2中，示出了兩個管線7。圖1所示的連接器5由兩個元件組成，參照圖2，這兩個元件由陰連接器元件8和陽連接器元件9表示。連接器元件8和9安裝在主管元件6的端部。陰連接器元件8例如通過焊接、通過螺紋連接、通過壓接或通過夾緊結合固定到管6。陽連接器元件9例如通過焊接、通過螺紋連接、通過壓接或通過夾緊結合固定到管6。陽連接器元件9與另一區段的陰連接器元件8的組件形成將應力從一個立管區段傳遞到下一個區段的連接器5，特別是由立管經受的縱向應力。連接器5可以被設計成且其尺寸被設計成滿足由美國石油協會編輯的API16R和API2RD標準所提及的規格。圖3示出了裝配在陰連接器元件8中的陽連接器元件9。陽連接器元件9的一部分穿入陰連接器元件8內部。該裝配受軸向止動件的限制：陽連接器元件9的端部抵靠設置在陰連接器元件8的內表面上的軸向肩部：設置在陽連接器元件9的外表面上的軸向肩部抵靠設置在陰連接器元件8的內表面上的軸向肩部。如圖2和圖3中所示，陽連接器元件9可包括緊固在該陽連接器元件中的套筒10。套筒10實現用於陽連接器元件9和陰連接器元件8的定心和密封功能。套筒10的緊固可以通過焊接、通過螺紋連接、通過膠合、通過加箍或通過任何其他類似方式實現。代替套筒10，可以考慮變型實施例(未示出)，諸如主管元件6的延伸部。連接器5包括定位在陽連接器元件9和陰連接器元件8之間的鎖定環11，然後鎖定環是布置在陰連接器元件內的內環。當陽連接器元件9裝配在陰連接器元件8中時，環11的一部分穿入陰元件8內部，使得設置在環11的外表面上的一系列立柱12與設置在陰元件8的內面上的一系列立柱配合。通過環11的旋轉(卡口式鎖定)實現連接器5的鎖定和解鎖。環11可以設置有操作裝置，例如可拆卸的操作杆。操作杆允許環11在其設置在陰連接器元件8中的殼體中圍繞主管的軸線旋轉。縱向應力，即沿主管的軸線定向的應力，通過環11和陰連接器元件8之間的卡口式連接的作用從區段4傳遞到相鄰區段4。更確切地說，縱向應力從環11的立柱12傳遞到陰連接器元件8的立柱。鎖定環11安裝在陽連接器元件9上。根據圖3所示的實施例，鎖定環11在其外面上包括另一系列的立柱16，其與定位在陽連接器元件9的內面上的一系列立柱配合。因此，當立管區段連接時，鎖定環11緊固到陽連接器元件。在解鎖情況下，環通過銷(圖3中未示出)固定到陽元件。此外，鎖定環11的該實施例允許具有可以完全拆卸的連接器，以便於其檢查和維護。該實施例還允許具有幾乎對稱的環11與陽連接器元件9和陰連接器元件8，這便於其製造。參照圖3，環11安裝在套筒10的外表面上。環11通過環以及陽連接器元件9和陰連接器元件8的一系列立柱固定。因此，軸向應力從陽連接器元件9經由立柱傳遞到陰連接器元件8而不經過套筒10。作為卡口組件的替代，鎖定環11在陽連接器9側未設置有一系列立柱；鎖定環11旋轉可移動地安裝在陽元件9上，而其平移受阻，特別是在主管軸線的方向上。然後將鎖定環11固定在由肩部限定的殼體中。參照圖3和圖4，陰連接器元件8和環11分別包括一系列立柱，其由提供連接器5的軸向鎖定的兩圈(或排)立柱或柱栓組成。立柱優選地在徑向方向上延伸。根據優選實施例，每圈(排)立柱包括四個立柱。在圖4中，陰連接器元件8包括四個立柱為一圈的第一圈8A和四個立柱為一圈的第二圈8B。環11也包括四個立柱為一圈的第一圈12A和四個立柱為一圈的第二圈12B。圖4僅示出環11的下部，即僅示出與陰連接器元件8連接的部分。立柱從一圈成角度地偏置到下一個圈，並且它們內接於不同半徑的圓柱形表面。例如，陰連接器元件8的第一圈和第二圈分別內接於半徑為r和R(其中r<R)的圓柱形表面。環11的第一圈和第二圈分別內接於半徑為r'和R'(其中r'<R')的圓柱形表面。半徑r略大於半徑R'，使得環11的第二圈的立柱可以在由陰連接器元件的第一圈的立柱的內表面形成的圓筒內自由地滑動和旋轉。環11的第一圈的立柱12A與陰連接器元件8的第一圈的立柱8A配合，以形成卡口組件。環11的第二圈的立柱12B與陰連接器元件8的第二圈的立柱8B配合。更確切地說，當環11接合在陰連接器元件8中時，環11根據以下連續階段在主管軸線的方向上遵循平移運動：-環11的第二圈12B移動到陰連接器元件8的第一圈8A中，然後-環11的第二圈的立柱12B裝配在陰連接器元件8的第二圈的立柱8B之間，並且同時，環11的第一圈的立柱12A裝配在陰連接器元件8的第一圈的立柱8A之間，然後-當環11到達止動件時，環11的第一圈的立柱12A自身安置在陰槽(在圖3和圖4中示意性地示出)中，該陰槽在陰連接器元件8中設置在陰連接器元件8的第一圈8A和第二圈8B之間，並且環11的第二圈的立柱12B自身安置在陰槽(在圖3和圖4中示意性地示出)中，該陰槽在陰連接器元件8中設置陰連接器元件8的第二圈8B下方。然後，當環11緊靠陰連接器元件8時，環11以這樣的方式樞轉，即環的立柱定位成與陰連接器元件的立柱相對。環11的第一圈的立柱12A定位成與陰連接器元件8的第一圈的立柱相對，並且環11的第二圈的立柱12B定位成與陰連接器元件8的第二圈的立柱8B相對。因此，環11的立柱相對於陰連接器元件8的立柱軸向地鄰接，並且它們阻止陰連接器元件8相對於陽連接器元件9的平移運動。兩個卡口組件系統中的每一個可以允許在陰元件8的立柱和環11的立柱之間確保在可以達到175°的總角度範圍上的接觸。優選地，兩個組裝系統圍繞連接器的軸線成角度地偏置，根據本發明的連接器允許軸向應力圍繞軸線分布在大約350°。另選地，根據本發明，環11和陰連接器元件8可以各自僅包括一圈：環11的單圈的立柱與陰連接器元件8的單圈的立柱配合。每圈的立柱數量可以變化，特別是根據內管直徑和由連接器傳遞的應力而變化。根據圖3所示的實施例，陽連接器元件9中使用一系列立柱16的環11的卡口鎖定系統類似於用於陰連接器元件8中的環11的卡口鎖定系統：-陽連接器元件9和環11分別包括兩圈(排)立柱或柱栓，從而允許確保連接器5的軸向鎖定，-立柱優選地在徑向方向上延伸，-也驗證半徑r、r'、R和R'之間的關係，使得環11可以插入陽連接器元件9中，-根據優選實施例，每圈(排)立柱包括四個立柱。圖5示出了根據該實施例的環11。鎖定環11包括適於與陰連接器元件8配合以便形成卡口組件的一系列立柱12，以及適於與陽連接器元件9配合以形成卡口組件的一系列立柱16。每個系列的立柱可以由包括四個立柱的兩圈構成。如參照圖4所述，一系列立柱12包括與陰連接器元件的兩圈配合的第一圈12A和第二圈12B。一系列立柱16包括立柱的第一圈16A和立柱的第二圈16B。有利地，一系列立柱16類似於一系列立柱12，並且一系列立柱16在陽連接器元件9內的連接與一系列立柱12在陰連接器元件8內的連接相同。因此，鎖定環11基本上對稱。通過該組件，軸向應力經由立柱從陽連接器元件9傳遞到陰連接器元件8而不經過套筒10。將環11連接到陽連接器元件9的連杆可包括當連接解鎖時支撐環的重量的銷。鎖定系統允許阻止環11的旋轉。根據本發明，輔助管線元件7利用互鎖連結(在部件之間沒有相對運動)牢固地固定在主管6的單個端部處，並且通過滑動樞轉連接來連接到主管的另一端。在本申請中，滑動樞轉連接表示將第一固體連接到第二固體的連結，第一固體可以在軸線的方向上相對於第二固體平移，並且第一固體可以圍繞該軸線相對於第二固體樞轉。因此，輔助管線元件7可以相對於主管6在其軸向方向上滑動和樞轉，輔助管線元件7不能在徑向和切向方向上，即在圖3中的垂直平面的方向上自由移動。換句話說，立管區段4在其每個端部處包括在圖3中示意性示出的連接裝置，該連接裝置一方面允許將輔助管線元件7軸向連結到主管6，並且另一方面形成輔助管線元件7和主管6之間的滑動樞轉連接。根據圖3所示的本發明的實施例，輔助管線元件7和主管元件6之間的互鎖連結在陰連接器元件8處實現，並且輔助管線元件7和主管元件6之間的滑動樞轉連接在陽連接器元件9處實現。另選地，輔助管線元件7和主管元件6之間的互鎖連結在陽連接器元件9處實現，並且輔助管線元件7和主管元件6之間的滑動樞轉連接在陰連接器元件8處實現。在說明書的其餘部分中僅描述該第一變型，並且可以通過對稱性推導出第二變型。在設置有陰連接器元件8的區段的端部處，主管6通過包括圓柱形通道的肩部或凸緣23延伸，輔助管線元件7可在該圓柱形通道中滑動。輔助管線元件7包括止動件，例如用於相對於凸緣23軸向地定位元件7的螺母或肩部。當輔助管線元件7安裝在主管6上時，元件7的止動件抵靠凸緣23，例如抵靠設置在圓柱形通道中的軸向肩部，以便形成互鎖連結，而在部件之間沒有相對運動。在設置有陽連接器元件9的區段的端部處，主管6通過包括圓柱形通道的肩部或凸緣24延伸，輔助管線元件7可在該圓柱形通道中滑動和樞轉。輔助管線元件7包括允許限制輔助管線元件7和凸緣24之間的相對平移運動的距離的間隙調節裝置15(或可調節止動件)。間隙調節裝置15形成定位在距凸緣24可調距離J處的止動件。因此，在安裝期間，使用間隙調節裝置15調節間隙J。然後，當立管處於張力下時，輔助管線元件7或主管元件6的相對運動或變形由距離J限制，當超過一定張力時，間隙變為零，並且輔助管線元件7到達凸緣24中的止動件。陰連接器元件8和陽連接器元件9具有圍繞主管元件的軸線轉動的形狀。根據本發明的變型實施例，凸緣23和24可包括垂直於一些輔助管線(例如節流管線和壓井管線)定位的加強件。根據本發明，連接器元件8和9通過增加管的厚度和外部區段來延伸主管元件6，以便分別形成肩部或凸緣23和24。優選地，連接器元件8和9的外部區段沿軸線8逐漸變化，以便防止管6與肩部23和24之間的突然的區段變化，該變化可削弱連接器5的機械強度。例如，參照圖2，凸緣23和24形成圓角。輔助管線7經受由產生施加到管端部上的「端部效應」的內部壓力/外部壓力差引起的軸向壓縮應力(例如，輔助管線可經受大約1034巴的壓力，即15,000psi)。在此類壓力下，主管元件延長並且輔助管線元件縮短，直到間隙J為零。當間隙J變為零時，所有的管線都相同地延長。主管元件6可能延長，因為它們一方面必須完全或部分地吸收立管的重量和鑽井泥漿的重量，並且另一方面吸收施加在立管上以將其保持基本上豎直的拉伸應力。一般來講，在立管的頂部，即靠近海面的主管元件經受最大拉伸應力，因此經受最大伸長。輔助管線元件7由於它們包含的流體而在內部壓力和外部壓力之間的差的影響下可能縮短。實際上，流體通過在輔助管線元件7上施加壓縮應力而將壓力施加到輔助管線元件7的端部上。此外，由於內部壓力/外部壓力差引起的管的徑向變形導致管的縮短。一般來講，在立管的底部，即靠近海床的元件4經受最大內部壓力/外部壓力差，因此經受最大縮短。只要間隙J為正，輔助管線元件7和定位在相同高度處的主管元件6的長度可以彼此獨立地變化。另一方面，當間隙J變為零時，即當間隙調節裝置15與凸緣24接觸時，輔助管線元件7和對應的主管元件6形成超穩定組件：輔助管線元件7一方面在緊固裝置處固定到主管元件6，並且另一方面在與凸緣24接觸的止動件處固定到主管元件6。因此，主管元件6在輔助管線元件7中引起拉伸應力，並且反之亦然。因此，這些連結允許將施加到每個立管區段上的拉伸應力分布在主管6和輔助管線元件7之間，同時防止輔助管線元件7的彎曲。根據本發明的經由間隙J的建立的整合允許增大主管的貢獻，並因此減少周邊管線中的軸向應力。通過這種整合減小周邊管線中的軸向應力有利於端部件的尺寸設定和輔助管線的厚度。有利地，根據區段的長度選擇間隙J；實際上，各種管線的變形取決於其長度。對於常規的75或90英尺(22.86m和27.43m)的立管區段，間隙J設定在0和1.5英寸(0mm和約38.1mm)之間。優選地，間隙J選擇在0.1和1英寸(2.54mm和25.4mm)之間以獲得應力在管線中的最佳分布，從而允許產生立管的質量的減小。另選地，間隙J選擇在0.1和0.25英寸(2.54mm和6.35mm)之間。根據一個替代方案，間隙J選擇在0.25和1英寸(6.35mm和25.4mm)之間。提供良好折衷的優選選擇是大約0.5英寸(12.7mm)或1英寸(25.4mm)的間隙。根據本發明，間隙調節裝置15由螺母或螺紋元件組成。根據施加在主管元件6和輔助管線元件7上的應力和壓力調節間隙J(在連接區段之前)。間隙的存在有利於周邊管線的端部件的尺寸設定和輔助管線的厚度。圖8至圖10示出了配備有間隙調節裝置的輔助管線元件7的三個變型實施例。根據圖2、圖3、圖6和圖8所示的本發明的第一變型實施例，輔助管線元件7通過連接件端對端連接。連接件由布置在元件7的一端處的陽端部件14和布置在元件7的另一端處的陰端部件13組成。陽端部件14與另一元件7的陰端部件13緊密配合。例如，連接件的陽端部件14是裝配到另一管狀部件13中的管狀部件。陰端部件13的內表面被調節到陽端部件14的外表面。接頭安裝在加工在陰端部件13的內表面上的凹槽中，以便提供密封連結。該連接件允許元件7中的一個相對於另一個軸向位移，同時保持兩個元件之間的密封連結。陽端部件14和陰端部件13例如通過焊接或壓接緊固到與主管元件6的長度基本上相同的中心管，輔助管線元件7固定到該主管元件6。對於本發明的該變型實施例，間隙調節裝置由螺母15組成，該螺母15定位在陽端部件14上，即定位在並非旨在插入陰端部件13中的螺紋部分上。根據圖9所示的本發明的第二變型實施例，輔助管線元件7通過連接件端對端連接。連接件由在元件7的一端處插入插座17中的陽銷18和布置在元件7的另一端處的陰端部件13組成。陽銷18與另一元件7的陰端部件13緊密配合。例如，連接件的陽銷18是裝配到另一管狀部件13中的管狀部件。陰端部件13的內表面被調節到陽銷18的外表面。接頭安裝在加工在陰端部件13的內表面上的凹槽中，以便提供密封連結。該連接件允許元件7中的一個相對於另一個軸向位移，同時保持兩個元件之間的密封連結。陰端部件13例如通過焊接或壓接緊固到與主管元件6的長度基本上相同的中心管，輔助管線元件7固定到該主管元件6。插座17例如通過焊接或壓接緊固到中心管。陽銷18特別地通過螺紋連接緊固到插座17。因此，陽銷18是在立管維護期間可以改變的磨損部件。對於本發明的該變型實施例，間隙調節裝置由螺母15組成，該螺母15定位在陽銷18上，即定位在並非旨在插入陰端部件13中的螺紋部分上。根據圖10所示的本發明的第三變型實施例，輔助管線元件7通過連接件端對端連接。連接件由在元件7的一端處插入插座17中的陽銷21和在元件7的另一端處插入插座20中的陰銷19組成。陽銷21與另一元件7的陰銷19緊密配合。例如，連接件的陽銷21是裝配到另一管狀部件19中的管狀部件。陰銷19的內表面被調節到陽銷21的外表面。接頭安裝在加工在陰銷19的內表面上的凹槽中，以便提供密封連結。該連接件允許元件7中的一個相對於另一個軸向位移，同時保持兩個元件之間的密封連結。插座20例如通過焊接或壓接緊固到與主管元件6的長度基本上相同的中心管，輔助管線元件7固定到該主管元件6。陰銷19特別地通過螺紋連接緊固到插座20。插座17例如通過焊接或壓接緊固到中心管。陽銷21特別地通過螺紋連接緊固到插座17。因此，陽銷21和陰銷19是在立管維護期間可以改變的磨損部件。對於本發明的該變型實施例，間隙調節裝置由陽銷21組成，該陽銷21螺紋穿過插座中並且具有提供止動件的肩部22。根據本發明的實施例，輔助管線元件7是具有塗覆有聚合物基質的諸如玻璃、碳或芳族聚醯胺纖維之類的加強絲的箍管。因此，輔助管線的阻力和重量被優化。實際上，本發明特別適用於具有減小鋼厚度並因此減小立管重量的優點的環箍輔助管線元件。涉及較低抗撓剛度的加箍的缺點通過允許限制輔助管線的彎曲的間隙來補償。另選地，主管和輔助管線元件可以由鋁合金或鈦合金製成。將環11定位在陽連接器元件9和陰連接器元件8之間使得連接器5的布局更緊湊。環11的位置允許減小連接器在徑向方向上的空間需求。因此，可限制布置在連接器5的周邊上的元件7與主管軸線的距離。元件7和軸線AA'之間的減小的空間因此允許由凸緣23和24經受的彎曲應力被最小化。實際上，凸緣23和24傳遞並且因此承受由元件7吸收的縱向應力。元件7與軸線的距離形成槓桿臂，該槓桿臂與元件7所吸收的縱向應力耦合，在凸緣23和24中引起彎曲應力。根據本發明的緊湊型連接器能夠使凸緣中的彎曲應力最小化，從而減小凸緣23和24的尺寸以及連接器的重量。此外，根據本發明的設備提供了一種令人感興趣的解決方案，用於快速和簡單地安裝其拉伸應力分布在輔助管線元件和主管中的立管。實際上，儘管輔助管線元件7和主管元件6安裝成以便共同承受由立管經受的拉伸應力，但是在一個操作中通過環11實現立管區段4到另一立管區段4的連接。該連接允許將區段的主管元件與另一區段的主管元件進行連通和密封，並且同時，允許將區段中的一個區段的輔助管線元件與另一區段的輔助管線元件進行連通和密封。此外，環11定位在陽連接器元件9和陰連接器元件8之間的事實允許連接器的強度增加。實際上，環11通過設置在陰連接器元件8中的殼體機械地保持在內側。此外，在鎖定位置中，環11的立柱與定位在陰連接器元件8的塊狀部分上的陰連接器元件8的立柱接合。因此，與內環的鎖定和在輔助管線元件的連接中存在間隙的組合允許立管的重量被優化。變型實施例根據本發明的第二實施例，立管區段還包括用於連接兩個連續區段的鎖定套環。該鎖定套環被稱為外部或周邊鎖定套環，因為其與陽連接器元件和陰連接器元件的凸緣的周邊配合以便組裝它們。因此，兩個連續區段由兩個元件組裝：內部鎖定環和周邊鎖定套環，以便傳遞軸向應力。圖6示出了本發明的第二實施例。與第一實施例相同的元件由相同的附圖標記表示。如由圖3特別示出的第一實施例中，陽連接器元件9裝配在陰連接器元件8中。陽連接器元件9的一部分穿入陰連接器元件8內部。該裝配受軸向止動件的限制：陽連接器元件9的端部抵靠設置在陰連接器元件8的內表面上的軸向肩部。如圖6所示，陽連接器元件9可包括緊固在該陽連接器元件中的套筒10。套筒10實現用於陽連接器元件9和陰連接器元件8的定心和密封功能。套筒10的緊固可以通過焊接、通過螺紋連接、通過膠合、通過加箍或通過任何其他類似方式實現。代替套筒10，可以考慮變型實施例(未示出)，諸如主管元件6的延伸部。連接器5包括定位在陽連接器元件9和陰連接器元件8之間的鎖定環11；然後鎖定環是布置在陰連接器元件內的內環。當陽連接器元件9裝配在陰連接器元件8中時，環11的一部分以這樣的方式穿入陰元件8內部，即設置在環11的外表面上的一系列立柱12與設置在陰元件8的內面上的一系列立柱配合。鎖定環11安裝在陽連接器元件9上。如圖6所示，鎖定環11在其外面上包括另一系列的立柱16，其與定位在陽連接器元件9的內面上的一系列立柱配合。因此，當立管區段連接時，鎖定環11緊固到陽連接器元件。在解鎖情況下，環通過銷(圖6中未示出)固定到陽元件。此外，鎖定環11的該實施例允許具有可以完全拆卸的連接器，以便於其檢查和維護。該實施例還允許具有幾乎對稱的環11與陽連接器元件9和陰連接器元件8，這便於其製造。參照圖6，環11安裝在套筒10的外表面上。環11通過環以及陽連接器元件9和陰連接器元件8的一系列立柱固定。作為卡口組件的替代，鎖定環11在陽連接器9側未設置有一系列立柱；鎖定環11旋轉可移動地安裝在陽元件9上，而其平移受阻，特別是在主管軸線的方向上。因此將鎖定環11保持在由肩部限定的殼體中。對於本發明的該第二實施例，連接器5另外包括定位在凸緣23和24的外(周邊)表面上的鎖定套環25。套環25可以在管部分中加工。套環25在其每個端部處設置有止動件，止動件分別與凸緣23和24配合，以便阻止凸緣23和24沿主管的軸線的平移運動。鎖定套環25旋轉可移動地安裝在凸緣24上，而其在主管軸線的方向上的平移受阻。參照圖6，套環25包括半徑為S的圓柱形內表面的至少一部分，並且凸緣23的外周表面是圓柱形，其中半徑略小於S。通過將套環的內圓柱形表面在凸緣24的外圓柱形表面上置於中心，套環25安裝在凸緣24上。此外，套環25包括形成套環25的圓柱形內表面的徑向凹陷部的頸部。套環25的內表面包括立柱。陰連接器元件的凸緣23包括布置在其外周表面上的立柱。當陽連接器元件9裝配在陰連接器元件8中時，套環25的一部分覆蓋凸緣23，使得套環25的立柱可與陰連接器元件8的凸緣23的立柱配合。通過周邊套環25的組裝提供了鎖定系統的大的剛度，這允許限制凸緣的變形(特別是彎曲)。此外，雙重鎖定為連接器提供傳遞顯著應力的能力。此外，具有雙卡口連接(陽連接器元件側和陰連接器元件側)的這種設計允許連接器完全可拆卸以用於檢查和維護，並且其還使得凸緣接近對稱，這便於其製造。如圖6所示，鎖定套環25另外在其內表面上包括第二系列立柱，並且陽連接器元件9的凸緣24的外周表面還包括適於與鎖定套環25的立柱配合的立柱。圖7示出了周邊鎖定套環25。鎖定套環25包括適於與陰連接器元件8的凸緣23的立柱配合的第一系列立柱27以及適於與陽連接器元件9的凸緣24的立柱配合的第二系列立柱。連接器5的鎖定和解鎖通過套環25的旋轉和鎖定環11的旋轉(卡口式鎖定)實現。套環25和環11設置有操作裝置，例如可拆卸的操作杆。操作裝置允許套環25圍繞凸緣23和24沿主管軸線樞轉，並且獨立地或同時地，允許環11沿主管軸線樞轉。為了實現套環和環的同時旋轉，套環25可以通過剛性連杆(例如通過棒杆或中空板，從而在鎖定環/套環組件旋轉時防止妨礙輔助管線)固定到環11。可提供旋轉止動裝置和用於將環/套環系統保持在鎖定和解鎖位置中的裝置，例如布置在凸緣24和套環25上的塊、銷、衝頭或螺杆。縱向應力，即沿主管的軸線定向的拉伸應力，一方面通過套環25與凸緣23和24之間的卡口式連接的作用從區段4傳遞到相鄰區段4，並且另一方面，通過環11與陽連接器元件9和陰連接器元件8之間的卡口式連接的作用從區段4傳遞到相鄰區段4。根據本發明的連接器的布局允許通過內環11傳遞主管中的幾乎所有應力，而輔助管線中的應力部分地經由內環11傳遞，並且部分地經由外套環25傳遞。實際上，對於該實施例，應力從陽連接器元件9的凸緣24經由環11和套環25的立柱傳遞到陰連接器元件8的凸緣23，而不經過套筒10。環11和套環25之間的應力分布取決於剛度和管線中的應力。套環25的高度可以這樣的方式確定，即圓形頸部的下面和立柱26、27的上面之間的距離等於增加了至少與內環11的間隙相等的間隙的凸緣23和24之間的距離。此外，在兩個凸緣23和24之間需要用於容納輔助管線7的連接件13、14和間隙調節裝置15的空間。可以在豎直和周向定位在立柱之間的套環25的部件中提供開口。這些開口一方面能夠減小部件的重量，並且另外最重要的是在輔助管線元件7連接時看到該輔助管線元件7的端部，並且因此防止由於盲目方法而導致的損壞。根據本發明，輔助管線元件7利用互鎖連結(在部件之間沒有相對運動)牢固地固定在主管6的單個端部處，並且通過滑動樞轉連接來連接到主管的另一端。在本申請中，滑動樞轉連接表示將第一固體連接到第二固體的連結，第一固體可以在軸線的方向上相對於第二固體平移，並且第一固體可以圍繞該軸線相對於第二固體樞轉。因此，輔助管線元件7可以相對於主管6在其軸向方向上滑動和樞轉，並且輔助管線元件7不能在徑向和切向方向上，即在垂直於圖3的平面的方向上自由移動。換句話說，立管區段4在其每個端部處包括在圖6中示意性示出的連接裝置，該連接裝置一方面允許將輔助管線元件7軸向連結到主管6，並且另一方面形成輔助管線元件7和主管6之間的滑動樞轉連接。根據圖6所示的本發明的實施例，輔助管線元件7和主管元件6之間的互鎖連結在陰連接器元件8處實現，並且輔助管線元件7和主管元件6之間的滑動樞轉連接在陽連接器元件9處實現。另選地，輔助管線元件7和主管元件6之間的互鎖連結在陽連接器元件9處實現，並且輔助管線元件7和主管元件6之間的滑動樞轉連接在陰連接器元件8處實現。在說明書的其餘部分中僅描述該第一變型，並且可以通過對稱性推導出第二變型。在設置有陰連接器元件8的區段的端部處，主管6通過包括圓柱形通道的肩部或凸緣23延伸，輔助管線元件7可在該圓柱形通道中滑動。輔助管線元件7包括止動件，例如用於相對於凸緣23軸向地定位元件7的螺母或肩部。當輔助管線元件7安裝在主管6上時，元件7的止動件抵靠凸緣23，例如抵靠設置在圓柱形通道中的軸向肩部，以便形成互鎖連結，而在部件之間沒有相對運動。在設置有陽連接器元件9的區段的端部處，主管6通過包括圓柱形通道的肩部或凸緣24延伸，輔助管線元件7可在該圓柱形通道中滑動和樞轉。輔助管線元件7包括允許限制輔助管線元件7和凸緣24之間的相對平移運動的間隙調節裝置15(或可調節止動件)。間隙調節裝置15形成定位在距凸緣24可調距離J處的止動件。因此，在安裝期間，使用間隙調節裝置15調節間隙J。然後，當立管處於張力下時，輔助管線元件7或主管元件6的相對運動或變形由距離J限制，當超過一定張力時，間隙變為零，並且輔助管線元件7到達凸緣24中的止動件。根據本發明，間隙調節裝置15由螺母或螺紋元件組成。根據施加在主管元件6和輔助管線元件7上的應力和壓力調節間隙J(在連接區段之前)。間隙的存在有利於周邊管線的端部件的尺寸設定和輔助管線的厚度。根據圖6所示的變型實施例(對應於圖8的實施例)，輔助管線元件7通過連接件端對端連接。連接件由布置在元件7的一端處的陽端部件14和布置在元件7的另一端處的陰端部件13組成。陽端部件14與另一元件7的陰端部件13緊密配合。例如，連接件的陽端部件14是裝配到另一管狀部件13中的管狀部件。陰端部件13的內表面被調節到陽端部件14的外表面。接頭安裝在加工在陰端部件13的內表面上的凹槽中，以便提供密封連結。該連接件允許元件7中的一個相對於另一個軸向位移，同時保持兩個元件之間的密封連結。陽端部件14和陰端部件13例如通過焊接或壓接緊固到與主管元件6的長度基本上相同的中心管，輔助管線元件7固定到該主管元件6。對於本發明的該變型實施例，間隙調節裝置由螺母15組成，該螺母15定位在陽端部件14上，即定位在並非旨在插入陰端部件13中的螺紋部分上。另選地，輔助管線元件的連接件與圖9和圖10的連接件相同。應用實例呈現根據本發明的應用實例，以便描述根據本發明的立管中的應力分布和質量增益。對於該實例(根據圖3)，條件如下：·水深：12,500英尺(3810m)·最大泥漿密度：14.5ppg(1.74)·輔助管線操作壓力：15,000psi(1034巴)·連接器的最大工作負載：4,000kips(1814t)·立管區段的長度：75英尺(22.86m)·錐形立管架構：用於主管的可變厚度的7個區段。表1給出了主管和輔助管線即壓井管線、節流管線、增壓管線、液壓管線中的應力分布，作為以英寸為單位的間隙J的函數。表1-立管中應力的分布間隙J(英寸)00.250.511.522.5主管45％50％55％67％82％97％100％壓井管線20％18％16％12％7％1％0％節流管線20％18％16％12％7％1％0％增壓管線7％6％6％4％1％0％0％液壓管線4％4％3％2％1％0％0％可以看出，當間隙增大時，分布在主管的更大貢獻的意義上變化。在零間隙和1英寸(25.4mm)間隙之間，主管和周邊管線之間的應力分布分別從45％-55％變化到67％-33％。在2英寸(50.8mm)以上，人們認為在各種管線中沒有更多的應力分布，只有主管參與吸收應力，這是不期望的。圖11示出對於該實例，立管的以噸為單位的質量M作為以英寸為單位的間隙J的函數。對於該曲線，主管和輔助管線的厚度已經被優化以便滿足上述條件。可以觀察到，質量在0和1英寸(25.4mm)之間最小，並且在0.5英寸(12.7mm)的間隙的情況下獲得質量最佳值。在1.25英寸(31.75mm)以上，立管的質量顯著增加，這導致立管的成本增加。考慮到作為間隙的函數的應力分布和質量變化，對於根據本發明的該實例，間隙可以設定在0和1.25英寸(0mm和31.75mm)之間。優選地，間隙可以設定在0.1和1英寸(2.54mm和25.4mm)之間。最佳地，間隙可以是0.5英寸(12.7mm)。當前第1頁1 2 3