深水钻井隔水管快速连接技术研究.pdf

2011年第39卷第10期
CHINA PETROLEUM MACHINERY
19
专題研究
深水钻井隔水管快速连接技术研究
陈才虎王耀锋杨红刚
(宝鸡石油杌械有限责任公司)
摘要介绍了国外几种典型海洋钻井隔水管快速接头的结构特点,归纳了其优缺点及适用范
围。在消化国外技术的基础上,设计了H-50X型隔水管快速接头。闻明了该型接头的结构、工
作原理,给出了其主要技术参数,并对其主要技术特点做了说明。这种接头只需周句旋转驱动环
30°就可锁紧,锁紧方式独特、快捷。最后采用 ANSYS有限元软件对接头进行多体接触分析,验
证了设计的正确性和合理性。
关健词钻井隔水管快速接头驱动环锁块T形槽
1国外隔水管快速接头
海洋隔水管接头作为隔水管管串之间的重要连
国外较先进的隔水管快速接头主要有MR-6E
接装置,具有隔水管管串之间连接、辅助管线支撑型、MR-6HSE型、QMFC型和CLP型接
固定以及海底钴采装备安装等多种用途。随着头0-8。 Vetco Gray公司开发的MR-6E型隔水管
海洋石油劫探开发向深水、超深水发展,如何最大接头(如图1所示)属于爪类接头。其工作原理
程度地减少非生产作业时间和连接操作成本,提高为:通过液压上紧装置驱动母接头径向上的6个小
隔水管管串连接速度就显得非常重要,隔水管快速
接头技术应运而生。目前,在海洋钻井隔水管领
域,我国发展速度较慢,尤其是能够在深水作业条
件和浮式钻采平台应用的隔水管快速接头技术还处
于空白状态。国外较先进的隔水管快速接头有Vet
co Gray公司的MR-6E型、MR-6HSE型,Drl
quip公司的QMFC型以及 AKER Kvaerner公司的
图1MR-6E型隔水管快速接头
CP型等,但这些产品均有专利保护2-。
螺栓,带动锁块径向移动,从而达到锁紧隔水管内
为了满足海洋钴井隔水管市场对快速接头的迫外接头的目的,接头锁紧后载荷由内外接头和锁块
切需求,打破国外对海洋钴井隔水管技术及市场的共同承担。该型接头的显著优点是将传统的法兰螺
双重垄断,开展海洋钴井隔水管快速接头国产化应栓式轴向分布的大规格螺栓转化为径向分布的小螺
用研究就显得尤为重要。鉴于此,笔者在对国外4栓。专用液压上紧装置使操作人员不需要手动对接
种隔水管快速接头的工作原理、优缺点及适用范围上扣及夹紧隔水管,显著提高了下放隔水管的作业
进行总结的基础上,通过消化吸收和自主创新,在速度。接头主要特点:容易对扣,快速上扣;适合
国内率先设计出隔水管快速接头,并利用 ANSYS在水深2286m以内作业(取决于环境和井控条
钦件完成该接头的强度分析,证明了设计的合理件);额定载荷9080kN,低上扣扭矩(约为1.287
性,为海洋钻井隔水管国产化奠定了坚实的基础。kN?m),便于人力操作控制;结构简单、质量轻。
本基金项目:国家“863”计划项目“深水钻井隔水管系统技术研究”(2008AO9A106)。H-50X型快速接头已申请国家发明专利
专利申请号:201120070959.4。
石油机械
2011年第39卷第10期
MR-6HSE型隔水管接头是CE- Vetco Gray11s内完成连接;按照API16R设计,额定载荷
公司近几年新设计开发的一种钻井隔水管接头,如1.6x104kN。
图2所示。该型接头在安全和效率方面取得了显著
进展,曾获得2007年美国OTC奖。它由外接头、
内接头、锁块和驱动环等零部件组成,锁块外径和
驱动环内径上都设计为斜面。其工作原理为:通过
专用驱动装置驱动驱动环向下移动,驱动环内径上
的斜面驱动6个锁块同时向外接头锁紧环槚移动,
直到锁紧。接头主要特点:组装、拆卸效率很高,
图4CIIP型隔水管快速接头
每下1次管串所需时间仅为法兰螺栓式隔水管的
通过以上分析可知,与传统的法兰螺栓式隔水
;采用专用驱动装置不仅提高效率,而且实现管接头相比,上述4种隔水管快速接头连接与拆卸
以一带六”,即1个驱动装置可以驱动6个锁块均比较迅速,但程度不同。 Vetco Gray公司的MR
沿极径方向等距离移动,使得锁紧更加可靠;结构-6E结构采用1个螺栓带动1个锁块,安装和
设计简单,组装零件少,完全自动化的MR连接方拆卸时仍需要驱动6个螺栓,这不仅影响连接速度
式可以使人远离潜在危险;额定载荷1.6x10kN。和效率,而且影响锁块的定心精度;Dnil-qup公
同的QMFC型快速接头需要分2次同时驱动3个驱
动螺栓和3个锁紧螺栓,增加了人员及工具数量
使得操作难度増加。可见上述2种隔水管快速接头
还不能称为真正意义的隔水管快速接头。MR-6H
SE型隔水管快速接头途接与拆卸迅速,但是需要
专用工具,且工具结构复杂、成本较高,增加了隔
图2MR-6HSE型隔水管快速接头
水管系统质量; AKER Kvaerner的CI.P型隔水管
Dl-uip公司的QMFC形隔水管接头是一种C快速接头采用旋转式,上下接头之间没有预紧力,
型锁环式隔水管连接器,见图3。其工作原理为:辅助管线分布在矩形上,使得隔水管与转盘空隙减
3个驱动螺栓同时带动2个驱动套沿相反方向直线小,増加了应用难度。
运动,迫使C形锁环靠近或远离法兰上的锁紧环
为了满足海洋油气开发对钻井隔水管快速接头
槽,然后拧紧或旋松3个锁紧螺栓,实现隔水管管的迫切需求,打破国外对海洋钻井隔水管技术的垄
串的快速安装与拆卸。接头主要特点:额定载荷断,在国家“863”计划项目的强大支撑下,通过
1.6x10“kN,仅需2.032kN?m的装配扭矩;轻消化吸收国外技术和自主创新,设计了一种结构简
质量、简单设计可保证现场维修替换部件方便。
单、操作迅速、通用性好,适合大规模工业应用的
隔水管快速接头一-H-50X型快速接头。
2H-50X型快速接头技术分析
2.1结构
H-50X型快速接头主要由上接头、下接头、
图3QMFC型隔水管快速接头
驱动环、锁块、T形螺钉、定位销、主密封、辅助
AKER Kvaerner公司开发的CLP型隔水管快管线和辅助管线调节螺母等零部件组成,结构如图
速接头如图4所示。该型接头是一种旋转锁紧式隔5、图6所示。
水管快速接头。其工作原理为:内外接头插接完成2.2工作原理
后,旋转套在外接头上的驱动环45°即可完成隔水
作为连接、下放隔水管的重要连接装置,快速
管的安装。接头主要特点:内接头和驱动环设有接头工作时,在平台上先固定下接头,然后下放上
上、下2层等分凸四环槽,按照凸凹环槽对应位置接头,待上接头插入下接头,并到达限定位置后,
压入后旋转定位安装;内外接头上的法兰设计为矩各辅助管线的外接头也同时插入相应的内接头内
形,以便支撑辅管管线;隔水管装配快速,可在此时松开定位螺栓,并将驱动棒插入驱动环圆周上