CN116792581A - 一种水下连接器系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下连接器系统及其使用方法，包括底座，以及设置在底座上的卡箍紧固装置、位于卡箍紧固装置两侧的第一浮动装置与第二浮动装置；底座包括主体方钢、焊接在主体方钢上面的筒座与喇叭口，主体方钢上还焊接有引导块；卡箍紧固装置包括长方体状的第一中空壳体、提升装置、卡箍主体、扭矩棒装置、连接销；第一浮动装置包括长方体状的第二中空壳体、扶正器、接口法兰、对中装置、定位连接板；第二浮动装置包括长方体状的第三中空壳体、定位装置、对中矛、Hot stab。其具有设计更轻、更小并经过优化以减少组装时间，可由ROV进行操作，可实现平管与平管的快速连接，解决了深水管道安装不便问题，且密封效果好，既快速又安全可靠。

Description

一种水下连接器系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及深水管道安装技术领域，尤其涉及一种水下连接器系统及其使用方法，其主要应用于深水管网中平管与平管的快速连接。

背景技术

在我国海洋系统中蕴藏着大量的石油天然气资源，随着不断的发展，这些资源的开采也由浅水领域发展到了深水领域，这也增加了施工的难度。从水下采油树出来到PLET(管道终端)的管线连接在浅水时通常用法兰连接(旧有技术)，并由潜水员操作。但是随着水深的增加，水压也逐渐增大超过了人类承压的极限，潜水员已经无法在下潜进行施工，只能利用水下机器人(ROV)进行水下操作。在平台进入深水的平管与海底平管的连接过程中，如果使用常规法兰进行连接，给ROV操作带来了极大的困难。而且费时费力难度很大，只能通过特殊技术得以实现，而此技术一直处于国外垄断状态。本发明正是基于以上研究背景而提出，旨在提供一种水下连接器系统以满足海底深水管道安装使用需要。

发明内容

针对现有技术中深水管道安装存在的瓶颈之处，本发明的目的在于：提供一种水下连接器系统及其使用方法，其具有使用方便、操作灵活的特点，可由ROV进行操作，可实现平管与平管的快速同心并连接，解决有安装不便问题，大大节省了人力物力，减少了安装时间，且密封效果好，既快速又安全可靠。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种水下连接器系统，其用于待连接管道的水下连接；该水下连接器包括底座，以及设置在底座上的卡箍紧固装置、位于卡箍紧固装置两侧的第一浮动装置与第二浮动装置；所述底座包括主体方钢、焊接在主体方钢上面的筒座与喇叭口，所述主体方钢上还焊接有用于对第一浮动装置起导向定位的引导块；所述卡箍紧固装置包括长方体状的第一中空壳体、焊接在第一中空壳体顶部的提升装置、位于第一中空壳体中央设置有用于夹紧待连接管道的卡箍主体、控制卡箍主体开合的扭矩棒装置、以及位于第一中空壳体上的连接销；所述第一浮动装置包括长方体状的第二中空壳体、与第二中空壳体顶部通过螺栓连接用于定位的扶正器、与连接销卡接配合连接的接口法兰，所述第二中空壳体的底部左右两侧对称设置有一个带有内锥形孔洞的对中装置，所述第二中空壳体的中部左右两侧对称设置有一个定位连接板，所述定位连接板上设置有液压缸定位装置；所述液压缸定位装置的顶部连接有所述液压缸导向板；所述第二浮动装置包括长方体状的第三中空壳体，所述第三中空壳体上设置有与喇叭口位置相对的定位装置，还包括与对中装置形状相互配合的对中矛，所述第三中空壳体的顶部还设置有Hot stab，所述第三中空壳体的中部设置有管道固定板。

作为上述方案的进一步优化，所述扭矩棒装置、提升装置、导向销均通过螺栓固定在长方体中空壳体上；所述引导块的数量为2组，每组包括对称布设在主体方钢上的2个引导块，并且2个引导块的位置连线与待连接管道的轴线垂直；每个引导块上均设置有与第一浮动装置形状相适配的倾斜引导面；所述提升装置包括型固定部以及设置在固定部顶端中央位置处的柱状起吊部；所述柱状起吊部的中部设置有阶梯凹部；所述扭矩棒装置包括螺纹杆，所述螺纹杆的顶部设置有与液压扭矩扳手相互配合的套筒部；所述卡箍主体设置有与螺纹杆螺纹配合锁接的卡箍件，通过螺纹杆的拧紧与松开实现卡箍件的锁紧与打开。

作为上述方案的进一步优化，所述扶正器与长方体中空壳体通过螺栓连接，所述扶正器自上而下为阶梯状直径逐渐变大的柱状体；所述液压缸定位装置包括U型槽，液压缸通过液压缸导向板安装在液压缸定位装置的U型槽内；所述待连接管道与管道固定板固定连接，使其准确的安装在卡箍紧固装置上进行密封，并通过Hot stab给水下连接器系统提供所需的动力。

作为上述方案的进一步优化，所述定位连接板通过螺栓与定位装置连接；所述对中矛通过放置在液压缸定位装置上的液压缸拉动第一浮动装置使对中装置插入。

作为上述方案的进一步优化，所述第一中空壳体上还设置有导向销，所述导向销与用于清理管道淤泥和油渍的辅助工具固定连接。

作为上述方案的进一步优化，所述接口法兰与连接销为卡扣形式，连接销插入接口法兰底部时，连接销内部隐藏的销子会弹出卡住接口法兰。采用这种接口形式相较于普通的插头形式更牢固，防止卡箍紧固装置在海里脱落。

作为上述方案的进一步优化，所述待安装管道上带有自密封试压孔，密封完成后将压力注入试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压；如果压力没有下降，则说明密封完好；反之，则说明密封不牢。

本发明水下连接器系统的使用方法包括：

1)组装过程：将其中一个待安装管道吊装到船上，通过螺栓将待安装管道固定在第二浮动装置上；用同样方法将另一个待安装管道固定在第一浮动装置上，固定之后将卡箍紧固装置通过提升装置吊起，将连接销与接口法兰的孔对齐，并将其插入接口法兰中，在将连接销旋转90度，连接销内部的销子通过弹簧弹出，卡入接口法兰的槽内，这样卡箍紧固装置就牢牢的固定在第一浮动装置上，将第一浮动装置与第二浮动装置上面的管道通过盖子封住，防止放入水中管道进海水；将底座放到海底预定位置；

2)作业过程：将导向杆插入喇叭口内，然后下放第二浮动装置，将第二浮动装置的定位装置插入导向杆内，直到第二浮动装置平稳的放到底座上；下放第一浮动装置与卡箍紧固装置，将第一浮动装置放置在两个引导块的中心，利用两个引导块对第一浮动装置的直线位移进行引导定位确保第一浮动装置位于两个引导块位置连线的中心，放平稳后，两个待安装管道在同一轴线上；下放密封盖拆除工具，将密封盖拆除工具卡入导向销内，取下密封盖，在下放密封圈安装工具，将密封圈安装工具卡入导向销内，装上密封圈，然后下放液压缸辅助装置，将液压缸的两头分别卡进液压缸定位装置中，然后运行液压缸，将会拉动第一浮动装置与卡箍紧固装置慢慢靠近第二浮动装置，直到两个待安装管道都进入卡箍紧固装置内，下放液压扭矩扳手插入扭矩棒装置内；旋转扭矩棒装置，将两个待安装管道夹在一起形成密封；密封完成后将压力注入管道的试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压，如果压力没有下降说明密封完好；取下试压工具，与液压缸辅助工具。

采用本发明的水下连接器及其使用方法具有如下有益效果：

1)卡箍紧固装置的提升装置相较于普通吊环不仅具有吊环的提升功能，而且还能配合其他辅助工具的定位与固定。

2)导向销可以起到导向作用，还可以固定一些辅助工具，如清洁管道接头处淤泥油渍的清洁装置安装在上面，固定并运行，方便辅助工具的拆卸。

3)接口法兰与连接销为卡扣形式，连接销内部带有弹簧，当插入接口法兰底部时，连接销内部隐藏的销子会弹出卡住接口法兰使卡箍紧固装置牢牢固定在第一浮动装置上，这种接口形式相较于普通的插头形式更牢固，防止卡箍紧固装置在海里脱落，便于安装与拆卸。

3)喇叭口形式的定位装置可以更准确的将装置定位，并固定。

4)本发明采用外置牺牲阳极的方式进行防腐，比传统的表面油漆保护更可靠，保护时间更长。

5)采用Hot stab插头，可以更快更高效的给产品提供动力，优于那些在岸上把管线接好在下放到水下的产品，那种形式限制了操作空间。采用Hot stab插头，可以在水下将装置放置到位之后，插入Hot stab插头，给装置提供所需动力，用完后将Hot stab插头拔出回收，方便高效。

6)采用对中装置与对中矛相互配合的形式，可以将不在同一条轴线上的管线，对中到同一条轴线上。

7)卡箍紧固装置是整个水下连接器的核心，两根海管分别通过螺栓紧固在第一浮动装置与第二浮动装置上，通过液压缸将带有管道的第一浮动装置与第二浮动装置沿底座上的导轨相对运动，直到管道的密封面进入卡箍紧固装置中心处，通过ROV操作卡箍紧固装置将两个管道抱紧，两个管道与密封圈三者挤压在一起，使三者受力挤压形成硬密封；实现了快速连接和密封的效果，操作简单，方便，准确；此外，本发明结构设计合理，适用性广泛，能够满足10寸至48寸各种尺寸的运输管道；其密封装置可适用于油、气等各类管道。

附图说明

附图1为本发明水下连接器的结构示意图。

附图2为本发明水下连接器的第一浮动装置结构示意图。

附图3为本发明水下连接器的第二浮动装置结构示意图。

附图4为本发明水下连接器的卡箍紧固装置结构示意图。

附图5为本发明水下连接器的底座结构示意图。

附图6为本发明水下连接器的接口法兰结构示意图。

附图7为本发明水下连接器的提升装置结构示意图。

附图8为本发明水下连接器的扭矩棒装置结构示意图。

附图9为本发明水下连接器的扶正器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-9对本发明水下连接器及其使用方法作以下详细说明。

一种水下连接器系统，其用于待连接管道5的水下连接；该水下连接器包括底座1，以及设置在底座上的卡箍紧固装置3、位于卡箍紧固装置3两侧的第一浮动装置4与第二浮动装置2；所述底座1包括主体方钢7、焊接在主体方钢上面的筒座9与喇叭口6，所述主体方钢上还焊接有用于对第一浮动装置起导向定位的引导块8；所述卡箍紧固装置包括长方体状的第一中空壳体10、焊接在第一中空壳体10顶部的提升装置11、位于第一中空壳体中央设置有用于夹紧待连接管道5的卡箍主体、控制卡箍主体12开合的扭矩棒装置13、以及位于第一中空壳体上的连接销15；所述第一浮动装置4包括长方体状的第二中空壳体16、与第二中空壳体16顶部通过螺栓连接用于定位的扶正器17、与连接销15卡接配合连接的接口法兰18，所述第二中空壳体的底部左右两侧对称设置有一个带有内锥形孔洞的对中装置20，所述第二中空壳体的中部左右两侧对称设置有一个定位连接板19，所述定位连接板上设置有液压缸定位装置22；所述液压缸定位装置的顶部连接有所述液压缸导向板21；所述第二浮动装置包括长方体状的第三中空壳体，所述第三中空壳体上设置有与喇叭口位置相对的定位装置23，还包括与对中装置形状相互配合的对中矛24，所述第三中空壳体的顶部还设置有Hot stab25，所述第三中空壳体的中部设置有管道固定板26。所述扭矩棒装置13、提升装置11、导向销14均通过螺栓固定在长方体中空壳体10上；所述引导块的数量为2组，每组包括对称布设在主体方钢上的2个引导块，并且2个引导块的位置连线与待连接管道的轴线垂直；每个引导块上均设置有与第一浮动装置形状相适配的倾斜引导面；所述提升装置包括型固定部以及设置在固定部顶端中央位置处的柱状起吊部；所述柱状起吊部的中部设置有阶梯凹部；所述扭矩棒装置包括螺纹杆，所述螺纹杆的顶部设置有与液压扭矩扳手相互配合的套筒部；所述卡箍主体设置有与螺纹杆螺纹配合锁接的卡箍件，通过螺纹杆的拧紧与松开实现卡箍件的锁紧与打开。所述扶正器17与长方体中空壳体16通过螺栓连接，所述扶正器自上而下为阶梯状直径逐渐变大的柱状体；所述液压缸定位装置包括U型槽，液压缸通过液压缸导向板21安装在液压缸定位装置的U型槽内；所述待连接管道5与管道固定板固定连接，使其准确的安装在卡箍紧固装置3上进行密封，并通过Hot stab25给水下连接器系统提供所需的动力。所述定位连接板19通过螺栓与定位装置23连接；所述对中矛24通过放置在液压缸定位装置22上的液压缸拉动第一浮动装置4使对中装置插入。所述第一中空壳体上还设置有导向销14，所述导向销14与用于清理管道淤泥和油渍的辅助工具固定连接。所述接口法兰18与连接销15为卡扣形式，连接销15插入接口法兰18底部时，连接销15内部隐藏的销子会弹出卡住接口法兰18。采用这种接口形式相较于普通的插头形式更牢固，防止卡箍紧固装置3在海里脱落。所述待安装管道5上带有自密封试压孔，密封完成后将压力注入试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压；如果压力没有下降，则说明密封完好；反之，则说明密封不牢。

本发明上述水下连接器系统的使用方法包括：

1)组装过程：将其中一个待安装管道5吊装到船上，通过螺栓将待安装管道固定在第二浮动装置2上；用同样方法将另一个待安装管道固定在第一浮动装置4上，固定之后将卡箍紧固装置3通过提升装置11吊起，将连接销15与接口法兰18的孔对齐，并将其插入接口法兰中，在将连接销15旋转90度，连接销15内部的销子通过弹簧弹出，卡入接口法兰的槽内，这样卡箍紧固装置就牢牢的固定在第一浮动装置4上，将第一浮动装置与第二浮动装置上面的管道通过盖子封住，防止放入水中管道进海水；将底座1放到海底预定位置；

2)作业过程：将导向杆插入喇叭口6内，然后下放第二浮动装置2，将第二浮动装置2的定位装置23插入导向杆内，直到第二浮动装置2平稳的放到底座1上；下放第一浮动装置4与卡箍紧固装置3，将第一浮动装置4放置在两个引导块8的中心，利用两个引导块对第一浮动装置的直线位移进行引导定位确保第一浮动装置位于两个引导块位置连线的中心，放平稳后，两个待安装管道在同一轴线上；下放密封盖拆除工具，将密封盖拆除工具卡入导向销14内，取下密封盖，在下放密封圈安装工具，将密封圈安装工具卡入导向销14内，装上密封圈，然后下放液压缸辅助装置，将液压缸的两头分别卡进液压缸定位装置22中，然后运行液压缸，将会拉动第一浮动装置4与卡箍紧固装置3慢慢靠近第二浮动装置2，直到两个待安装管道都进入卡箍紧固装置3内，下放液压扭矩扳手插入扭矩棒装置13内；旋转扭矩棒装置13，将两个待安装管道夹在一起形成密封；密封完成后将压力注入管道的试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压，如果压力没有下降说明密封完好；取下试压工具，与液压缸辅助工具。

通过将本发明的水下连接器在1400m的深海区域内的具体应用，不难发现，其与普通的水下连接器相比，待连接的管道安装效率能够提高20％以上，成本有效降低至少10％，具有较广的应用前景。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水下连接器系统，其用于待连接管道(5)的水下连接；其特征在于：该水下连接器包括底座(1)，以及设置在底座上的卡箍紧固装置(3)、位于卡箍紧固装置(3)两侧的第一浮动装置(4)与第二浮动装置(2)；所述底座(1)包括主体方钢(7)、焊接在主体方钢上面的筒座(9)与喇叭口(6)，所述主体方钢上还焊接有用于对第一浮动装置起导向定位的引导块(8)；所述卡箍紧固装置包括长方体状的第一中空壳体(10)、固定在第一中空壳体(10)顶部的提升装置(11)、位于第一中空壳体中央设置有用于夹紧待连接管道(5)的卡箍主体、控制卡箍主体(12)开合的扭矩棒装置(13)、以及位于第一中空壳体上的连接销(15)；所述第一浮动装置(4)包括长方体状的第二中空壳体(16)、与第二中空壳体(16)顶部通过螺栓连接用于定位的扶正器(17)、与连接销(15)卡接配合连接的接口法兰(18)，所述第二中空壳体的底部左右两侧对称设置有一个带有内锥形孔洞的对中装置(20)，所述第二中空壳体的中部左右两侧对称设置有一个定位连接板(19)，所述定位连接板上设置有液压缸定位装置(22)；所述液压缸定位装置的顶部连接有所述液压缸导向板(21)；所述第二浮动装置包括长方体状的第三中空壳体，所述第三中空壳体上设置有与喇叭口位置相对的定位装置(23)，还包括与对中装置形状相互配合的对中矛(24)，所述第三中空壳体的顶部还设置有Hot stab(25)，所述第三中空壳体的中部设置有管道固定板(26)。

2.根据权利要求1所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述扭矩棒装置(13)、提升装置(11)、导向销(14)均通过螺栓固定在长方体中空壳体(10)上；所述引导块的数量为2组，每组包括对称布设在主体方钢上的2个引导块，并且2个引导块的位置连线与待连接管道的轴线垂直；每个引导块上均设置有与第一浮动装置形状相适配的倾斜引导面；所述提升装置包括型固定部以及设置在固定部顶端中央位置处的柱状起吊部；所述柱状起吊部的中部设置有阶梯凹部；所述扭矩棒装置包括螺纹杆，所述螺纹杆的顶部设置有与液压扭矩扳手相互配合的套筒部；所述卡箍主体设置有与螺纹杆螺纹配合锁接的卡箍件，通过螺纹杆的拧紧与松开实现卡箍件的锁紧与打开。

3.根据权利要求2所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述扶正器(17)与长方体中空壳体(16)通过螺栓连接，所述扶正器自上而下为阶梯状直径逐渐变大的柱状体；所述液压缸定位装置包括U型槽，液压缸通过液压缸导向板(21)安装在液压缸定位装置的U型槽内；所述待连接管道(5)与管道固定板固定连接，使其准确的安装在卡箍紧固装置(3)上进行密封，并通过Hot stab(25)给水下连接器系统提供所需的动力。

4.根据权利要求3所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述定位连接板(19)通过螺栓与定位装置(23)连接；所述对中矛(24)通过放置在液压缸定位装置(22)上的液压缸拉动第一浮动装置(4)使对中装置插入。

5.根据权利要求4所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述第一中空壳体上还设置有导向销(14)，所述导向销(14)与用于清理管道淤泥和油渍的辅助工具固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述接口法兰(18)与连接销(15)为卡扣形式，连接销(15)插入接口法兰(18)底部时，连接销(15)内部隐藏的销子会弹出卡住接口法兰(18)。

7.根据权利要求6所述的一种水下连接器系统，其特征在于：所述待安装管道(5)上带有自密封试压孔，密封完成后将压力注入试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压；如果压力没有下降，则说明密封完好；反之，则说明密封不牢。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的一种水下连接器系统的使用方法，其特征在于，该使用方法包括：

1)组装过程：将其中一个待安装管道(5)吊装到船上，通过螺栓将待安装管道固定在第二浮动装置(2)上；用同样方法将另一个待安装管道固定在第一浮动装置(4)上，固定之后将卡箍紧固装置(3)通过提升装置(11)吊起，将连接销(15)与接口法兰(18)的孔对齐，并将其插入接口法兰中，在将连接销(15)旋转90度，连接销(15)内部的销子通过弹簧弹出，卡入接口法兰的槽内，这样卡箍紧固装置就牢牢的固定在第一浮动装置(4)上，将第一浮动装置与第二浮动装置上面的管道通过盖子封住，防止放入水中管道进海水；将底座(1)放到海底预定位置；

2)作业过程：将导向杆插入喇叭口(6)内，然后下放第二浮动装置(2)，将第二浮动装置(2)的定位装置(23)插入导向杆内，直到第二浮动装置(2)平稳的放到底座(1)上；下放第一浮动装置(4)与卡箍紧固装置(3)，将第一浮动装置(4)放置在两个引导块(8)的中心，利用两个引导块对第一浮动装置的直线位移进行引导定位确保第一浮动装置位于两个引导块位置连线的中心，放平稳后，两个待安装管道在同一轴线上；下放密封盖拆除工具，将密封盖拆除工具卡入导向销(14)内，取下密封盖，在下放密封圈安装工具，将密封圈安装工具卡入导向销(14)内，装上密封圈，然后下放液压缸辅助装置，将液压缸的两头分别卡进液压缸定位装置(22)中，然后运行液压缸，将会拉动第一浮动装置(4)与卡箍紧固装置(3)慢慢靠近第二浮动装置(2)，直到两个待安装管道都进入卡箍紧固装置(3)内，下放液压扭矩扳手插入扭矩棒装置(13)内；旋转扭矩棒装置(13)，将两个待安装管道夹在一起形成密封；密封完成后将压力注入管道的试压孔并保压，查看压力传感器示数，是否降压，如果压力没有下降说明密封完好；取下试压工具，与液压缸辅助工具。