水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置的製作方法

2023-12-10 01:02:41

專利名稱：水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於海洋石油天然氣鑽採裝備技術領域，涉及一種水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置。
背景技術：
水下採油樹是深海油氣勘探、開發的關鍵生產裝備之一，根據閥門排布形式不同， 水下採油樹分為臥式和立式兩種。水下油管懸掛器主要用來懸掛油管重量，提供油氣生產及環空的通道，為電控、液壓和化學劑注入提供接口和通道，密封採油樹內部通徑，並承受井內壓力和一定範圍的提升拉力。在水下設備安裝過程中，臥式採油樹一般先於油管及油管懸掛器被下入，油管下入時，必須穿過採油樹通徑，最終油管懸掛器座放在採油樹本體內。採油樹本體內包含一個側向生產流道、多個電控/液壓貫穿接口及洩壓通道接口等，當油管懸掛器下入時，必須與懸掛器上的對應接口相互對齊，這就需要一種導向定位裝置來調整懸掛器下入時的周向方位。目前，水下臥式採油樹油管懸掛器的導向定位裝置有多種型式，常用的是導向套筒座放在隔離套筒內，導向銷與支撐短節連接的型式，但這種型式佔用部分採油樹通徑空間，可能對鑽井採油設備的下入、回收造成阻礙或損壞，且作業時間長，採油成本較高，導致了現有油管懸掛器導向定位裝置結構複雜、佔用空間大，作業期間易與其它設備發生碰撞或磨損，耗時、費力、作業成本高的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，解決了現有油管懸掛器導向定位裝置結構複雜、佔用空間大，作業期間易與其它設備發生碰撞或磨損，耗時、費力、作業成本高的問題。本發明所採用的技術方案是一種水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，在水下臥式採油樹本體內部，在採油樹通徑靠底部一端的側壁上開有一圓腔，圓腔內設置有導向銷、彈簧、擋環，導向銷的兩端分別是液壓端和導向端，液壓端朝向採油樹本體外圓周方向， 導向銷的液壓端端面中心開有凹槽，液壓端沿導向銷周向設有密封C，導向銷的導向端穿過擋環內孔，擋環與導向銷液壓端之間套有彈簧；導向銷內部設置有壓力平衡通道，壓力平衡通道連通井內環空與彈簧所在的環腔空間，壓力平衡通道及彈簧所在的環腔空間內注有油脂；導向銷的液壓端與圓腔底端構成液壓腔，液壓腔通過液壓通道、密封接頭與液壓管線連通，液壓腔還通過洩壓通道與洩壓閥連通；採油樹本體內部套裝有油管懸掛器本體，油管懸掛器本體底部固定有導向套筒， 套筒下端帶有螺旋型面和定位槽。本發明的有益效果是，能夠應用於海洋水下臥式採油樹油管懸掛器的下入操作，為採油樹本體與懸掛器本體之間的生產流道、電控/液壓貫穿接口、洩壓通道接口等的準確對接提供快捷、可靠的導向、定位，保證水下採油作業的順利進行；結構簡單、性能可靠， 導向銷可回縮式設計能夠消除導向定位裝置對鑽井採油作業的影響，使設備簡化，節約成本。


圖1為本發明裝置工作狀態時的整體結構剖視圖；圖2為本發明裝置工作狀態時(導向銷伸出)的局部結構示意圖；圖3為本發明裝置非工作狀態時(導向銷縮回)的局部結構示意圖；圖4為本發明裝置中的導向套筒的結構示意圖。圖中，1.採油樹本體，2.斜孔，3.液壓管線，4.密封接頭，5.液壓通道，6.洩壓閥， 7.洩壓通道，8.液壓腔，9.導向銷，10.彈簧，11.擋環，12.隔離套筒，13.油管短節，14.螺旋型面，15.貫穿管線，16.導向套筒，17.電控/液壓接頭，18.密封A，19.貫穿通道，20.懸掛器通徑，21.環空通道，22.座放套筒，23.密封B，24.懸掛器本體，25.凹槽，26.密封C， 27.密封D，28.密封E，29.壓力平衡通道，30.密封F，31.定位槽。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。如圖1、圖2及圖3所示，本發明的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，位於水下臥式採油樹本體1內部，在採油樹通徑靠底部一端的側壁上開有一圓腔，圓腔內設置有導向銷9、彈簧10、擋環11及多組密封結構；導向銷9包括液壓端和導向端，導向銷9徑向外側的液壓端端面中心開有凹槽25，液壓端沿導向銷9周向設有密封C26，導向端穿過擋環11 內孔，擋環11內徑與導向銷9外徑之間裝有雙重密封——密封D27、密封E28，擋環11外徑與圓腔內壁之間設有密封F30，擋環11外徑一端帶有螺紋，螺紋端端面開有扳手安裝孔，擋環11與導向銷9液壓端之間套有彈簧10，彈簧10始終處於壓縮狀態，導向銷9可沿圓腔軸向在一定範圍內伸縮，導向銷9內部設置有壓力平衡通道四，連通井內環空與彈簧10所在的環腔空間，壓力平衡通道四及彈簧10所在的環腔空間內注有油脂，用於防止井液進入到包含彈簧10的環腔中；導向銷9徑向外側的液壓端與圓腔底端構成液壓腔8，液壓腔8通過液壓通道5、密封接頭4與斜孔2中的液壓管線3連通，液壓腔8另外通過洩壓通道7與洩壓閥6連通，洩壓閥6的啟閉選用液壓、ROV或人工完成；油管懸掛器本體M底部固定有導向套筒16，導向套筒16下端帶有螺旋型面14和定位槽31 (參照圖4中的標示)，導向時， 螺旋型面14與導向銷9的導向端接觸，並使懸掛器旋轉下放，直至到達目標位置，實現生產流道及各種接口的準確對齊。導向套筒16底部螺旋型面14軌跡為一對關於軸截面對稱的螺旋線形狀，兩螺旋線的頂部交匯處開有定位槽31。圖1中可見，採油樹本體1中設置有環空通道21，懸掛器本體M與採油樹通徑之間設置有密封B23、座放套筒22 ；隔離套筒12通過螺栓連接到採油樹本體1底部，兩者的頂部接觸面上設有密封A18 ；油管懸掛器本體M內設置有懸掛器通徑20，懸掛器通徑20底部與油管短節13螺紋連接；懸掛器本體M內還設置多條貫穿通道19(圖1中僅繪出一條)，貫穿通道19通過電控/液壓接頭17與底部的貫穿管線15連接，貫穿管線15隨生產油管一直延伸至井底。導向銷9液壓端上用以形成初始液壓推力的凹槽25，是圓柱形凹槽，或是其它任何能夠實現其功能的空腔形狀，該凹槽也可開在採油樹本體1上。洩壓閥6和洩壓通道7在導向定位裝置正常工作時處於常閉狀態，僅當液壓通道 5、密封接頭4或液壓管線3，或液壓通路其它設備發生故障，液壓腔8內的液壓油無法洩壓時，遠程操控ROV將洩壓閥6旋轉打開，使液壓油通過洩壓通道7流入海水中或收集裝置中 (圖中未表)，保證導向銷9能夠及時回縮。洩壓閥6的啟閉可由液壓、ROV或人工完成。本發明裝置的工作原理是在採油樹本體1通過鑽杆下入並鎖定在高壓井口頭上之前，本發明的導向定位裝置就已安裝到採油樹本體1上。此時，液壓腔8內未充入液壓油， 受壓縮彈簧10的彈力作用，導向銷9液壓端端面與圓腔底部接觸，導向端縮入擋環11內孔中，導向定位裝置對採油樹通徑無任何阻礙，如圖3所示的結構狀態，液壓通道5、液壓管線 3內無液壓壓力，彈簧10所在環腔及壓力平衡通道四內充滿油脂，洩壓閥6處於關閉狀態；油管先於油管懸掛器被下入，並穿過採油樹通徑，油管底部可能帶有電潛泵、井下安全閥等設備(圖中未表)，且電潛泵的尺寸外徑通常比油管大，與油管一同下入的還有多條貫穿管線15，為防止導向銷9與下入設備或貫穿管線15等發生碰撞或磨損，導向定位裝置必須保持如圖3所示的導向銷9縮回狀態；油管及井下設備下入後，在懸掛器本體M即將進入採油樹通徑之前，液壓油通過液壓管線3、密封接頭4、液壓通道5進入到導向銷9液壓端的凹槽25內，液壓油充滿凹槽 25後，形成推動導向銷9向採油樹通徑方向移動的初始液壓動力，隨著液壓油的繼續注入， 液壓端克服彈簧10彈力，推動導向銷9向採油樹通徑方向移動，彈簧10被進一步壓縮，其所在的環腔空間逐漸變小，由於該環腔及壓力平衡通道四內充滿油脂，環腔空間減小時， 部分油脂通過壓力平衡通道四被擠出到井內環空中，保證彈簧10所在環腔內的壓力始終平衡，導向銷9可順利移動，並伸出到採油樹通徑內；油管懸掛器本體M繼續下入，其底部的導向套筒16的螺旋型面14在任意位置與導向銷9導向端發生接觸，在油管及懸掛器本體M的重力作用下，螺旋型面14與導向銷9 導向端產生相對運動，懸掛器本體M隨導向套筒16旋轉下降，最終導向銷9導向端滑入導向套筒16的定位槽31內(如圖4所示)，此位置狀態時，採油樹本體1與懸掛器本體M之間的生產流道及其它各種接口均已周向對齊，懸掛器本體M不再發生旋轉。懸掛器繼續下放，直至完全座放在採油樹通徑內的座放臺肩上，採油樹本體1與懸掛器本體對之間的生產流道及其它各種接口完全對齊且密封，實現導向定位。當需要對井下設備(如電潛泵等)進行回收或在其它鑽井作業中需要下入某些設備(如防磨套等)時，為防止處於伸出狀態的導向銷9對上述作業造成阻礙，需要將導向銷 9縮回到圓腔內。在執行導向銷9回縮操作時，液壓管線3首先洩壓，液壓腔8內的壓力降低，在壓縮彈簧10的彈力作用下，彈簧10伸長，推動導向銷9向徑向外側的圓腔底部移動， 液壓腔8空間逐漸變小，液壓油持續流出，此時，彈簧10所在的環腔空間增大，壓力變小，壓力平衡通道四內的油脂在環空井壓的作用下，會向彈簧10所在環腔填充，部分井液會進入到壓力平衡通道四內，最後，導向銷9液壓端端面接觸到圓腔底部，導向銷9停止移動，壓力平衡通道四內的油脂裕量能夠保證填滿彈簧10所在環腔空間，且不會使井液進入到環腔中去。凹槽25、洩壓通道7、液壓通道5及液壓管線3中會殘留部分液壓油，導向銷9導向端完全縮回至擋環11內孔中，此時如圖3所示，導向定位裝置對採油樹通徑空間已無任何阻礙。 本發明的裝置，導向銷9位於採油樹本體1內，且可伸縮，不會對鑽井採油作業或其它設備的下入、回收造成影響；導向套筒16與懸掛器本體M固定在一起，並一同下入，減少作業時間和採油成本，在鑽通系統中，可避免與鑽杆等發生碰撞或磨損，或給其它設備造成損壞，如井下電纜等；採油樹本體1上不需連接導向套筒16，可以獲得更大的採油樹通徑空間，滿足海洋石油的勘探開發要求。
權利要求
1.一種水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，其特徵在於在水下臥式採油樹本體 (1)內部，在採油樹通徑靠底部一端的側壁上開有一圓腔，圓腔內設置有導向銷(9)、彈簧 (10)、擋環(11)，導向銷(9)的兩端分別是液壓端和導向端，液壓端朝向採油樹本體⑴外圓周方向，導向銷(9)的液壓端端面中心開有凹槽(25)，液壓端沿導向銷(9)周向設有密封 CQ6)，導向銷(9)的導向端穿過擋環(11)內孔，擋環(11)與導向銷(9)液壓端之間套有彈簧(10)；導向銷(9)內部設置有壓力平衡通道(四)，壓力平衡通道09)連通井內環空與彈簧 (10)所在的環腔空間，壓力平衡通道09)及彈簧(10)所在的環腔空間內注有油脂；導向銷(9)的液壓端與圓腔底端構成液壓腔(8)，液壓腔(8)通過液壓通道(5)、密封接頭(4)與液壓管線( 連通，液壓腔(8)還通過洩壓通道(7)與洩壓閥(6)連通；採油樹本體(1)內部套裝有油管懸掛器本體04)，油管懸掛器本體04)底部固定有導向套筒(16)，套筒下端帶有螺旋型面(14)和定位槽(31)。
2.根據權利要求1所述的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，其特徵在於所述的液壓端沿導向銷(9)周向設有密封CQ6)，擋環(11)內徑與導向銷(9)外徑之間裝有密封 D(27)、密封E( )，擋環(11)外徑與圓腔內壁之間設有密封F(30)，擋環(11)的固定方式採用螺紋、獨立螺釘或彈性擋圈。
3.根據權利要求2所述的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，其特徵在於所述的密封C( )、密封D (27)、密封以28)和密封F(30)分別或全部是金屬密封、非金屬密封或組合密封。
4.根據權利要求1所述的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，其特徵在於所述的洩壓閥(6)的啟閉採用液壓、ROV或人工操作結構。
5.根據權利要求1所述的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，其特徵在於導向套筒(16)底部螺旋型面(14)軌跡為一對關於軸截面對稱的螺旋線形狀，兩螺旋線的頂部交匯處開有定位槽(31)。
全文摘要
本發明的水下油管懸掛器內嵌式導向定位裝置，在水下臥式採油樹本體內部，在採油樹通徑靠底部一端的側壁上開有一圓腔，圓腔內設置有導向銷、彈簧、擋環，導向銷的液壓端端面中心開有凹槽，導向銷的導向端穿過擋環內孔，擋環與導向銷液壓端之間套有彈簧；導向銷內部設置有壓力平衡通道，壓力平衡通道連通井內環空與彈簧所在的環腔空間，壓力平衡通道及彈簧所在的環腔空間內注有油脂；導向銷的液壓端與圓腔底端構成液壓腔，液壓腔與液壓管線及洩壓通道連通；油管懸掛器本體底部固定有導向套筒，套筒下端帶有螺旋型面和定位槽。本發明裝置，導向、定位可靠；結構及操作簡單。
文檔編號E21B33/035GK102364038SQ20111031753
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者孫傳軒, 楊虎, 牛敏, 鄧平 申請人:寶雞石油機械有限責任公司