一种海洋钻井隔水管用中部双挠性装置

摘要

本发明公开了一种海洋钻井隔水管用中部双挠性装置，包括上法兰和下法兰，上法兰和下法兰向内分别通过一段主管与一个主芯轴体的直端头固定连接；每个主芯轴体的弧形耐磨端外表面分别通过一个主挠性元件与一个基座一体固定连接；上、下位置的主芯轴体的弧形耐磨端内表面分别与一个副芯轴体外表面对应滑动接触，每个副芯轴体内表面分别与一个副挠性元件一体固定连接；每个副挠性元件的内圆表面分别与一个耐磨环对应滑动接触，两个耐磨环连接为一体；在每个基座的外圆表面同时套装有一个圆筒，在圆筒的两端面分别固定连接有一个环形法兰。本发明的装置，采用主、副双挠性元件总成结构，结构简单、功能可靠、操作方便。

说明书

技术领域

本发明属于海洋石油钻采装备技术领域，涉及一种海洋钻井隔水管用中 部双挠性装置。

背景技术

海洋钻井平台（或船）在波浪和海流作用下，除会发生前后左右摇摆外， 还将随波浪产生漂移，随着海洋钻井向深水发展，海洋环境载荷更加苛刻。 所有这些都将严重影响钻井隔水管系统稳定性及井口装置安全性，如果刚性 连接的钻井隔水管系统不能有效补偿这些运动，将会使钻井隔水管系统损坏 无法继续钻进，给海洋钻井工程造成巨大的损失，甚至带来灾难性后果。

深水海洋钻井隔水管用挠性装置是海洋钻井隔水管系统中的关键设备 之一，能够有效补偿隔水管系统在海流作用及船体漂移产生较大的挠性偏 角，其产品和技术一直被欧美等发达国家所垄断。如下部挠性装置一直被国 外OIL STATES和VETCO两家公司所垄断。中国专利CN101377121A公布 了一种海洋钻井隔水管用水下挠性装置，该挠性装置安装在隔水管系统底 部，允许隔水管系统与BOP组之间存在偏角，从而减少隔水管系统底部的 弯曲应力；但因为该挠性装置本身的结构原因，该挠性装置不能用于隔水管 系统的中间位置，因此，该挠性装置无法补偿刚性连接的隔水管系统中间位 置产生的偏角。

深水海洋钻井隔水管用中部挠性装置作为保障海洋石油钻井隔水管系 统正常工作的重要设备之一，该装置安装在钻井隔水管伸缩装置下面的钻井 隔水管系统中部，允许由其连接的上下两部分钻井隔水管单根之间存在较大 的偏转角度，并能有效减少该处局部弯曲应力。目前，国内现有浮式钻井平 台（船）使用的钻井挠性装置全部依靠进口。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋钻井隔水管用中部双挠性装置，解决了现 有技术中存在的钻井隔水管系统中部采用刚性连接，无法补偿隔水管单根之 间存在的偏角，导致隔水管系统局部应力过大容易损害的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种海洋钻井隔水管用中部双挠性装置， 包括上法兰和下法兰，上法兰和下法兰向内分别通过一段主管与一个主芯轴 体的直端头固定连接；

每个主芯轴体的弧形耐磨端外表面分别通过一个主挠性元件与一个基 座一体固定连接；上、下位置的主芯轴体的弧形耐磨端内表面分别与一个副 芯轴体外表面对应滑动接触，上、下位置的副芯轴体内表面分别与一个副挠 性元件一体固定连接；上、下位置的副挠性元件的内圆表面分别与一个耐磨 环对应滑动接触，上、下位置的耐磨环连接为一体；

在上、下位置的基座的外圆表面同时套装有一个圆筒，在圆筒的两端面 分别固定连接有一个环形法兰。

本发明的海洋钻井隔水管用中部双挠性装置，其特点还在于：

圆筒壁上径向开有1-2排通孔。

上、下位置的耐磨环之间的接触面设置有密封圈A；主芯轴体与副芯轴 体之间的接触面设置有密封圈B。

主芯轴体上还设置有挡泥板。

上、下位置的环形法兰与各自基座之间分别安装有一防转销。

上下耐磨环通过槽口咬合，同时该两个耐磨环外表面设置有共同的一个 连接块，该连接块通过螺钉与其中的一个耐磨环固定连接。

上法兰和下法兰向外分别与上、下位置的钻井隔水管单根相连。

本发明的有益效果是，采用主、副双挠性元件总成结构，允许连接的两 部分钻井隔水管单根之间存在较大的偏角，允许刚性连接的钻井隔水管系统 在海流作用下产生较大的挠性偏角，减少该处局部应力，避免隔水管系统因 局部应力过大而容易损毁的问题，确保海洋钻井隔水管系统安全。该装置结 构简单、功能可靠、操作方便。

附图说明

图1是本发明海洋钻井隔水管用中部双挠性装置的结构示意图；

图2是本发明海洋钻井隔水管用中部双挠性装置实施例的工作位置示 意图；

图3是图1中的连接部位I处的局部放大图。

图中，1.上法兰，2.主管，3.挡泥板，4.主芯轴体，5.环形法兰，6.螺栓， 7.基座，8.圆筒，9.防转销，10.主挠性元件，11.副芯轴体，12.副挠性元件， 13.耐磨环，14.连接块，15.密封圈A，16.螺钉，17.密封圈B，18.下法兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明装置的具体结构是，上法兰1、下法兰18向外 分别与上、下位置的钻井隔水管单根相连，上法兰1和下法兰18向内分别 通过一段主管2与一个主芯轴体4的直端头固定连接，每个主芯轴体4的（另 一端）弧形耐磨端外表面分别通过一个主挠性元件10与一个基座7一体固 定连接；上、下位置的主芯轴体4的弧形耐磨端内表面分别与一个副芯轴体 11外表面对应滑动接触，上、下位置的副芯轴体11内表面分别与一个副挠 性元件12一体固定连接；上、下位置的副挠性元件12的内圆表面分别与一 个耐磨环13对应滑动接触（该滑动面能够实现滑动和密封的双重作用），上、 下位置的耐磨环13连接为一体；在上、下位置的基座7的外圆表面同时套 装有一个圆筒8，在圆筒8的两端面通过螺栓6分别固定连接有一个环形法 兰5，上、下位置的环形法兰5同时扣盖在上、下基座7的纵向外端面上； 上、下位置的环形法兰5与各自基座7之间分别安装有一防转销9，用于防 止基座7及主挠性元件10在圆筒8内相对转动；圆筒8壁上径向开有1-2 排通孔，用于平衡圆筒8的内外压力。

参照图3，上、下位置的耐磨环13之间的接触面设置有至少一道密封圈 A15。主芯轴体4与副芯轴体11之间的纵向接触面设置有至少一道密封圈 B17。密封圈A15和密封圈B17用于实现隔离海水和钻井液的功能，其数量 可以设置成两个、三个、四个、五个、六个等多个。

主芯轴体4外周表面还设置有挡泥板3，挡泥板3用于防止异物进入主、 副挠性元件总成的转动空间，影响挠性元件的功能实现。挡泥板3选用塑料、 橡胶或其它合成的非金属材料制成。

图3所示实施例中的上、下位置的耐磨环13为通过槽口咬合，同时该 两个耐磨环13外表面设置有共同的一个连接块14，连接块14通过螺钉16 与其中的一个耐磨环13固定连接，连接块14和螺钉16根据需要对应设置 成两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个等多个数量。

主挠性元件10和副挠性元件12的结构是，均由多层叠加的球形钢圈（或 钢筋）和片状的高性能橡胶经硫化工艺构成，合成橡胶提供了屈曲和压力密 封，钢圈（或钢筋）提供了强度支撑。

主芯轴体4、主挠性元件10和基座7采用硫化工艺连接在一起；副芯轴 体11和副挠性元件12同样采用硫化工艺连接在一起。主芯轴体4和副芯轴 体11之间的接触面采用耐磨的斜面结构实现自由转动。

上法兰1和下法兰18采用与隔水管系统能够匹配的法兰结构并焊接在 主管2的外端，根据深水海洋钻井隔水管的通径匹配要求，上法兰1和下法 兰18另一端分别与上下位置的两根钻井隔水管单根连接；上、下两个耐磨 环13通过连接块14和螺钉16连接，可实现快速更换，也可防止和减少对 主芯轴体4和副芯轴体11的磨损，保证挠性元件正常工作。

本发明装置工作时安装在钻井隔水管伸缩装置下面的隔水管系统中部， 由上可见，在上下对称的主体中设置有两组主挠性元件总成及两组副挠性元 件总成。上法兰1、下法兰18、两段主管2、挡泥板3、环形法兰5和圆筒8 构成主体；主要包括主芯轴体4、基座7和主挠性元件10构成主挠性元件总 成；主要包括副芯轴体11、副挠性元件12、耐磨环13及连接块14构成副 挠性元件总成。

本发明装置的工作原理是：

以图2所示实施例说明，当上法兰1和下法兰18连接的上下两部分钻 井隔水管单根之间出现较大的偏转角度时，上半部分的（上法兰1、主管2、 主芯轴体4、副芯轴体11等）部件绕其旋转中心（上半部分的耐磨环13） 向反时针旋转一定角度，从而造成上半部分的主挠性元件10受压、上半部 分的副挠性元件12受拉。同时，下半部分的（上法兰1、主管2、主芯轴体 4、副芯轴体11等）部件绕其旋转中心（下半部分的耐磨环13）顺时针旋转 一定角度，同样造成下半部分的主挠性元件10受压、下半部分的副挠性元 件12受拉。此时，依靠主挠性元件10和副挠性元件12多层叠加的球形钢 圈提供强度支撑和片状的高性能橡胶提供弹性变形，保证在不改变中部挠性 装置主体结构条件下，允许由其连接的上下两部分钻井隔水管单根之间存在 较大的偏转角度，有效减少该处局部弯曲应力，减轻了隔水管系统所受的应 力损害。

本发明的优点体现在以下方面：

1）采用主、副双挠性元件连接结构的旋转刚度，使其在补偿钻井隔水 管偏转角度方面比单个挠性元件更有效，且可适应任意方向的转动和偏转， 减震和阻尼效果好。

2）主体部分整体承载能力强，结构简单紧凑，维修操作方便，满足了 复杂的海洋环境钻井要求和恶劣的海洋环境载荷。

3）耐磨环13能够实现快速更换，提高了双挠性装置的安装工作效率； 有效防止和减少了对双挠性装置的磨损，保证挠性元件正常工作。