專利名稱：一種金屬到金屬密封回接連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋油氣鉆探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及海洋油氣井完井時的一種連接海面
采油平臺到水下井口的管線回接的密封連接接頭。
背景技術(shù)：
目前，在淺海開采油氣時，浮動式鉆井平臺打好一口井后，采用固定式海面采油平 臺進行采油生產(chǎn)。固定式海面采油平臺到海底井口有很長距離，要用回接管柱從海底井口 連接到固定式生產(chǎn)平臺上。在回接管柱的下端通過回接連接器與海底的水下井口頭連接。 回接管柱根據(jù)水深一般在幾十米到上千米不等。通過回接管柱和回接連接器來隔離海水， 建立一條由海平面到海底的采油采氣的通道。為了確保安全，防止發(fā)生事故，通常要采用兩 層以上的回接管柱，當最外層回接管柱下端的回接連接器與外層水下井口頭相連接后，內(nèi) 層回接管柱在外層回接管柱內(nèi)，用回接連接器與內(nèi)層水下井口頭上的套管懸掛器相連接， 完成一口淺海油井的回接。在海面采油平臺上建立好采油樹后，在最內(nèi)層的回接管柱中下 入油管便能進行采油、采氣作業(yè)。 在采油、采氣過程中，內(nèi)層回接管柱連接的回接連接器，通常要承受很高的壓力， 對密封性能要求相當高。普通的回接連接器的密封材料采用的是橡膠，橡膠密封材料在惡 劣的環(huán)境中容易失效或者老化其耐高壓的能力差。采用橡膠密封材料進行密封，遠遠不如 金屬對金屬密封。所以很多海上油氣井的回接連接機構(gòu)中都采用的金屬到金屬密封，但金 屬到金屬密封機構(gòu)復(fù)雜精度高，開啟密封需要很大壓力。 一般在完成回接管柱連接后，須要 多下一次鉆柱攜帶專用密封開啟工具進行開啟，才能實現(xiàn)密封功能。而在海上作業(yè)成本高， 多下一次鉆柱便會增加油氣井的開發(fā)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬到金屬密封回接連接器，能通過對重力鎖環(huán)的旋 轉(zhuǎn)連接，實現(xiàn)內(nèi)層回接管柱與水下井口頭套管懸掛器安全可靠地連接；并且同時對組合式 金屬膨脹密封環(huán)實施開啟，實現(xiàn)回接連接器上的金屬到金屬密封，從而減少下鉆柱次數(shù)，節(jié) 約施工成本。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是金屬到金屬密封回接連接器，包括回接連接器本體、重
力鎖環(huán)、橡膠密封圈、上部金屬密封環(huán)、下部金屬密封環(huán)、剪釘和密封環(huán)基座。
回接連接器本體圓筒狀，回接連接器本體上端有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋能與回接管柱下
端外螺紋相連接。其特征在于在回接連接器本體中部的內(nèi)壁上分布有凹陷的扭轉(zhuǎn)鍵槽，扭
轉(zhuǎn)鍵槽能使后續(xù)下入的專用扭轉(zhuǎn)工具上扭轉(zhuǎn)鍵的端部插入配合，專用扭轉(zhuǎn)工具帶動扭轉(zhuǎn)鍵
轉(zhuǎn)動，同時帶動回接連接器本體旋轉(zhuǎn)。因此，回接連接器本體中部內(nèi)壁上分布的凹陷扭轉(zhuǎn)鍵
槽的形狀可以是矩形、圓形或多邊形。 在回接連接器本體外壁有一個向下的斜面臺階，當金屬到金屬密封回接連接器入 到水下井口頭內(nèi)時，回接連接器本體1的斜面臺階12能坐在水下井口頭內(nèi)的套管懸掛器上端面上，用于對金屬到金屬密封回接連接器的支撐。 在回接連接器本體外壁上并在斜面臺階下部有環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)卡放有重 力鎖環(huán)。在環(huán)形凹槽內(nèi)，并在環(huán)形凹槽的上部均勻分布有圓弧形凸臺，圓弧形凸臺的凸起組 成外接圓的外徑小于重力鎖環(huán)的外徑。當重力鎖環(huán)放入環(huán)形凹槽中時，凸臺卡入到重力鎖 環(huán)中相對應(yīng)的卡槽中，凸臺能承受回接連接器本體旋轉(zhuǎn)時帶來的反扭矩。為了使重力鎖環(huán) 容易進入環(huán)形凹槽內(nèi)，所述的環(huán)形凹槽的下平面是斜面，環(huán)形凹槽的下平面與環(huán)形凹槽的 底平面的夾角為93 120°之間。 重力鎖環(huán)為圓環(huán)柱形，重力鎖環(huán)內(nèi)壁為圓柱形，重力鎖環(huán)內(nèi)徑與回接連接器本體 的環(huán)形凹槽外徑相同，重力鎖環(huán)外壁從上到下是縱截面為鋸齒形的螺紋，鋸齒形螺紋的較 好形狀是鋸齒形螺紋橫截面的上平面垂直回接連接器本體的中心線，鋸齒形螺紋橫截面 的下平面與回接連接器本體中心線的夾角在45 70°之間。重力鎖環(huán)有縱向斷開口 。重力 鎖環(huán)的縱向斷開口的寬度在2 200毫米之間。當重力鎖環(huán)受到向外的徑向力時斷開口寬 度增長，重力鎖環(huán)向外擴張。重力鎖環(huán)的下端面與重力鎖環(huán)內(nèi)壁軸線的夾角為93 120° 之間。重力鎖環(huán)上端沿圓周均勻分布有與環(huán)形圓槽凸臺位置相對應(yīng)的卡槽(上豁口 )。將 重力鎖環(huán)套入回接連接器本體的環(huán)形凹槽內(nèi)卡槽與凸臺相嵌，卡槽與凸臺用于承受回接連 接器本體在旋轉(zhuǎn)時帶來的反扭矩，即接連接器本體在旋轉(zhuǎn)時凸臺推動重力鎖環(huán)一起旋轉(zhuǎn)。 在回接連接器本體外壁上并在環(huán)形凹槽下部有密封圈槽，在密封圈槽內(nèi)有橡膠密 封圈。當回接連接器本體下端插入水下井口頭的套管懸掛器內(nèi)，并與套管懸掛器內(nèi)徑配合， 橡膠密封圈起到臨時密封作用。 在回接連接器本體外壁上并在密封圈槽下部有一個向下的臺階，向下的臺階下部 是圓柱體，在圓柱體的外表面下端套有圓環(huán)柱形的密封環(huán)基座，采用剪釘將密封環(huán)基座固 定在圓柱體上，并且密封環(huán)基座的下端面在圓柱體下端面之下，即密封環(huán)基座下端比圓柱 體下端長3 15毫米。當密封環(huán)基座受到足夠大的向上推力時，密封環(huán)基座向上運動能剪 斷剪釘。在密封環(huán)基座的頂部與回接連接器本體向下的臺階面之間有上部金屬密封環(huán)和下 部金屬密封環(huán)。上部金屬密封環(huán)和下部金屬密封環(huán)是一個組合式金屬膨脹密封環(huán)。
密封環(huán)基座最下端外壁有一圓錐面，圓錐面引導(dǎo)密封環(huán)基座進入套管懸掛器內(nèi) 孔。 上部金屬密封環(huán)是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面下部有楔形體；下部金屬密 封環(huán)是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面上部有楔形槽。上部金屬密封環(huán)的楔形體插入下 部金屬密封環(huán)的楔形槽內(nèi)。當上部金屬密封環(huán)與下部金屬密封環(huán)兩端受到軸向壓力時，上 部金屬密封環(huán)楔形體更深地插入下部金屬密封環(huán)的楔形槽內(nèi)，使下部金屬密封環(huán)徑向擴 張。最終使下部金屬密封環(huán)的外壁與套管懸掛器內(nèi)孔之間形成密封。
上部金屬密封環(huán)的楔形體和下部金屬密封環(huán)楔形槽的斜度在5 20。之間。
為了提高下部金屬密封環(huán)兩側(cè)的臨時密封性，在下部金屬密封環(huán)的內(nèi)壁和外壁上 分別有O型密封圈。 簡述本發(fā)明金屬到金屬密封回接連接器的操作過程和密封原理參閱圖1。密封 回接連接器上端連接回接管柱，并插入到水下井口頭內(nèi)的套管懸掛器內(nèi)控中，重力鎖環(huán)3 依靠回接管柱自身重量滑入到套管懸掛器內(nèi)壁上相應(yīng)內(nèi)螺紋鎖槽內(nèi)。然后從海面采油平 臺下入扭轉(zhuǎn)工具，使扭轉(zhuǎn)工具上的扭轉(zhuǎn)鍵插入到回接連接器本體1內(nèi)壁上的扭轉(zhuǎn)鍵槽2中，旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)工具帶動回接連接器本體1旋轉(zhuǎn)，通過回接連接器本體1環(huán)形圓槽上凸臺5與重 力鎖環(huán)3相對應(yīng)的卡槽配合，使重力鎖環(huán)3旋緊在套管懸掛器內(nèi)螺紋上。同時，在重力鎖環(huán) 3懸緊于套管懸掛器內(nèi)螺紋過程中，由于回接連接器下入到水下井口頭內(nèi)的套管懸掛器時， 其下端斜面臺階12與套管懸掛器內(nèi)壁相應(yīng)斜面保留一定距離，使得回接連接器本體1有足 夠的下行空間，來開啟金屬密封。使得回接連接器本體1有相對于密封環(huán)基座11向下運動 趨勢，即使得回接連接器本體1與套管懸掛器能產(chǎn)生相對位移。當其軸向力超過剪釘10設(shè) 計剪切力時，剪釘被剪斷，回接連接器本體1向下運動，將上部金屬密封環(huán)7的楔形的圓環(huán) 擠壓到下部金屬密封環(huán)8的環(huán)形槽中，使槽的左右兩壁向外擴張，下部金屬密封環(huán)8的環(huán)形 槽的兩金屬密封外壁分別貼合于回接連接器本體1下端外壁和套管懸掛器內(nèi)壁上，起到金 屬密封作用。當重力鎖環(huán)3旋緊于套管懸掛器內(nèi)壁螺紋上時，同時保持對金屬密封環(huán)的擠 壓力，使得金屬密封環(huán)始終保持密封狀態(tài)。水下井口頭內(nèi)的套管懸掛器和扭轉(zhuǎn)工具本領(lǐng)域 的技術(shù)人員比較熟悉，并且不屬于本發(fā)明的內(nèi)容，不詳細敘述。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明金屬到金屬密封回接連接器，能實現(xiàn)水下井口和海面 采油平臺的金屬到金屬密封回接。通過重力鎖環(huán)3旋轉(zhuǎn)和密封環(huán)基座ll軸向向上推動下 部金屬密封環(huán)8，實現(xiàn)下部金屬密封環(huán)8膨脹密封，簡化了回接連接器與套管懸掛器的連接 密封，整個連接結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠；另一方面，通過在旋轉(zhuǎn)時開啟金屬到金屬密封，簡化了 開啟工藝，節(jié)約了油氣井開發(fā)成本。


圖1是本發(fā)明金屬到金屬密封回接連接器結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明回接連接工具橫截面示意圖。
圖3是圖1的局部放大圖。 圖中，l.回接連接器本體，2.扭轉(zhuǎn)鍵槽，3.重力鎖環(huán)，4.鎖環(huán)斜面，5.凸臺，6.橡 膠密封圈，7.上部金屬密封環(huán)，8.下部金屬密封環(huán)，9.0型密封圈，10.剪釘，ll.密封環(huán)基 座，12.斜面臺階。
具體實施例方式
實施例l :以一個339mm(133/8〃 )的金屬到金屬密封回接連接工具為例，對本發(fā)明 作進一步詳細說明。 參閱圖1。本發(fā)明金屬到金屬密封回接連接器，包括回接連接器本體1、重力鎖環(huán) 3、橡膠密封圈6、上部金屬密封環(huán)7、下部金屬密封環(huán)8、剪釘10和密封環(huán)基座11。
回接連接器本體1圓筒狀，回接連接器本體1上端有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋能與回接管 柱下端外螺紋相連接?；亟舆B接器本體l最上端有339mm(133/8〃 )套管偏梯螺紋，能與 339mm(133/8〃 )回接管柱下端相連接。將金屬到金屬密封回接連接器通過回接管柱下入到 水下井口頭內(nèi)的套管懸掛器上。 在回接連接器本體1中部的內(nèi)壁上分布有三個凹陷的扭轉(zhuǎn)鍵槽2 ;回接連接器本 體1中部內(nèi)壁上分布的凹陷扭轉(zhuǎn)鍵槽2的形狀是矩形。凹陷扭轉(zhuǎn)鍵槽2的深度為15毫米。 從海面采油平臺下入扭轉(zhuǎn)工具，使扭轉(zhuǎn)工具上的扭轉(zhuǎn)鍵是均勻分布到向外突出的三個矩形 塊，三個矩形塊能插入到回接連接器本體內(nèi)壁上的扭轉(zhuǎn)鍵槽2中，帶動回接連接器本體1旋
5轉(zhuǎn)。 在回接連接器本體1外壁有一個向下的斜面臺階12 ; 在回接連接器本體1外壁上并在斜面臺階12下部有環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)卡放 有重力鎖環(huán)3。參閱圖2。在環(huán)形凹槽內(nèi)，并在環(huán)形凹槽的上部均勻分布有三個圓弧形凸臺 5，圓弧形凸臺5的凸起組成外接圓的外徑小于重力鎖環(huán)3外徑2毫米。所述的環(huán)形凹槽的 下平面是斜面，環(huán)形凹槽的下平面與環(huán)形凹槽的底平面的夾角為100。。重力鎖環(huán)3的下端 面與重力鎖環(huán)3內(nèi)壁軸線的夾角為100° 。 重力鎖環(huán)3為圓環(huán)柱形，重力鎖環(huán)3內(nèi)壁為圓柱形，重力鎖環(huán)3內(nèi)徑與回接連接器 本體1的環(huán)形凹槽外徑相同，重力鎖環(huán)3外壁從上到下是縱截面為鋸齒形的螺紋，鋸齒形螺 紋橫截面的上平面垂直回接連接器本體1的中心線，鋸齒形螺紋橫截面的下平面與回接連 接器本體1中心線的夾角60。。重力鎖環(huán)3有縱向斷開口。重力鎖環(huán)3的縱向斷開口的寬 度為100毫米。重力鎖環(huán)3上端沿圓周均勻分布有與環(huán)形圓槽凸臺5位置相對應(yīng)的卡槽。 重力鎖環(huán)3套入回接連接器本體1的環(huán)形凹槽內(nèi)卡槽與凸臺5相嵌。 在回接連接器本體1外壁上并在環(huán)形凹槽下部有密封圈槽，在密封圈槽內(nèi)有橡膠 密封圈6。外徑340mm，可與套管懸掛器內(nèi)徑很好貼合，使得環(huán)形圓槽下端的橡膠密封圈6 能起到很好的密封效果。 在回接連接器本體1外壁上并在密封圈槽下部有一個向下的臺階，向下的臺階下 部是圓柱體，在圓柱體的外表面下端套有圓環(huán)柱形的密封環(huán)基座ll，用兩個直徑為5mm的 剪釘IO將密封環(huán)基座11固定在圓柱體上，并且密封環(huán)基座11的下端面在圓柱體下端面之 下，即密封環(huán)基座11下端比圓柱體下端長5毫米(軸向距離)。在密封環(huán)基座11的頂部與 回接連接器本體l向下的臺階面之間有上部金屬密封環(huán)7和下部金屬密封環(huán)8。上部金屬 密封環(huán)7和下部金屬密封環(huán)8是一個組合膨脹密封環(huán)。 密封環(huán)基座11最下端外壁有一圓錐面，圓錐面引導(dǎo)密封環(huán)基座11進入套管懸掛 器內(nèi)孔。 上部金屬密封環(huán)7是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面下部有楔形體；下部金屬 密封環(huán)8是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面上部有楔形槽。上部金屬密封環(huán)7的楔形體 插入下部金屬密封環(huán)8的楔形槽內(nèi)。上部金屬密封環(huán)7的楔形體和下部金屬密封環(huán)8楔形 槽的斜度為15° 。 在下部金屬密封環(huán)8的內(nèi)壁和外壁上分別有0型密封圈9。
權(quán)利要求
一種金屬到金屬密封回接連接器，包括回接連接器本體(1)、重力鎖環(huán)(3)、橡膠密封圈(6)、上部金屬密封環(huán)(7)、下部金屬密封環(huán)(8)、剪釘(10)和密封環(huán)基座(11)；回接連接器本體(1)圓筒狀，回接連接器本體(1)上端有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋能與回接管柱下端外螺紋相連接；其特征在于在回接連接器本體(1)中部的內(nèi)壁上分布有凹陷的扭轉(zhuǎn)鍵槽(2)；在回接連接器本體(1)外壁有一個向下的斜面臺階(12)；在回接連接器本體(1)外壁上并在斜面臺階(12)下部有環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)卡放有重力鎖環(huán)(3)，在環(huán)形凹槽內(nèi)，并在環(huán)形凹槽的上部均勻分布有圓弧形凸臺(5)，圓弧形凸臺(5)的凸起組成外接圓的外徑小于重力鎖環(huán)(3)的外徑；重力鎖環(huán)(3)為圓環(huán)柱形，重力鎖環(huán)(3)內(nèi)壁為圓柱形，重力鎖環(huán)(3)內(nèi)徑與回接連接器本體(1)的環(huán)形凹槽外徑相同，重力鎖環(huán)(3)外壁從上到下是縱截面為鋸齒形的螺紋，重力鎖環(huán)(3)有縱向斷開口，重力鎖環(huán)(3)的縱向斷開口的寬度在2～200毫米之間，重力鎖環(huán)(3)上端沿圓周均勻分布有與環(huán)形圓槽凸臺(5)位置相對應(yīng)的卡槽，重力鎖環(huán)(3)套入回接連接器本體(1)的環(huán)形凹槽內(nèi)卡槽與凸臺(5)相嵌；在回接連接器本體(1)外壁上并在環(huán)形凹槽下部有密封圈槽，在密封圈槽內(nèi)有橡膠密封圈(6)；在回接連接器本體(1)外壁上并在密封圈槽下部有一個向下的臺階，向下的臺階下部是圓柱體，在圓柱體的外表面下端套有圓環(huán)柱形的密封環(huán)基座(11)，用剪釘(10)將密封環(huán)基座(11)固定在圓柱體上，并且密封環(huán)基座(11)的下端面在圓柱體下端面之下，即密封環(huán)基座(11)下端比圓柱體下端長3～15毫米；在密封環(huán)基座(11)的頂部與回接連接器本體(1)向下的臺階面之間有上部金屬密封環(huán)(7)和下部金屬密封環(huán)(8)，上部金屬密封環(huán)(7)和下部金屬密封環(huán)(8)是一個組合膨脹密封環(huán)；密封環(huán)基座(11)最下端外壁有一圓錐面，圓錐面引導(dǎo)密封環(huán)基座(11)進入套管懸掛器內(nèi)孔；上部金屬密封環(huán)(7)是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面下部有楔形體；下部金屬密封環(huán)(8)是一個圓環(huán)體，圓環(huán)體的一側(cè)縱剖面上部有楔形槽，上部金屬密封環(huán)(7)的楔形體插入下部金屬密封環(huán)(8)的楔形槽內(nèi)。
2 如權(quán)利要求1所述的金屬到金屬密封回接連接器，其特征在于所述的環(huán)形凹槽的 下平面是斜面，環(huán)形凹槽的下平面與環(huán)形凹槽的底平面的夾角為93 120°之間，重力鎖 環(huán)(3)的下端面與重力鎖環(huán)(3)內(nèi)壁軸線的夾角為93 1 20°之間。
3. 如權(quán)利要求l所述的金屬到金屬密封回接連接器，其特征在于回接連接器本體(1) 中部內(nèi)壁上分布的凹陷扭轉(zhuǎn)鍵槽(2)的形狀是矩形、圓形或多邊形。
4. 如權(quán)利要求1所述的金屬到金屬密封回接連接器，其特征在于鋸齒形螺紋橫截面 的上平面垂直回接連接器本體(1)的中心線，鋸齒形螺紋橫截面的下平面與回接連接器本 體(1)中心線的夾角在45 70°之間。
5. 如權(quán)利要求l所述的金屬到金屬密封回接連接器，其特征在于上部金屬密封環(huán)(7) 的楔形體和下部金屬密封環(huán)(8)楔形槽的斜度在5 20°之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的金屬到金屬密封回接連接器，其特征在于在下部金屬密封環(huán) (8)的內(nèi)壁和外壁上分別有O型密封圈(9)。
全文摘要
一種金屬到金屬密封回接連接器，應(yīng)用于海洋油氣井海面采油平臺到水下井口的管線連接?；亟舆B接器本體內(nèi)壁上有扭轉(zhuǎn)鍵槽；在回接連接器本體環(huán)形凹槽內(nèi)有重力鎖環(huán)。在回接連接器本體外壁下部有密封環(huán)基座，用剪釘將密封環(huán)基座固定在圓柱體上，在密封環(huán)基座的頂部有上部和下部金屬密封環(huán)。上部和下部金屬密封環(huán)是一個組合膨脹密封環(huán)。通過重力鎖環(huán)與水下井口套管懸掛器的自動鎖定連接，來使水下井口與海面平臺采油樹建立采油采氣通道；通過下壓上、下部金屬密封環(huán)開啟密封，來實現(xiàn)該連接金屬到金屬密封。能簡化回接連接器與套管懸掛器連接，結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠；通過在旋轉(zhuǎn)時開啟金屬到金屬密封，簡化了工藝，節(jié)約開發(fā)成本。
文檔編號E21B43/013GK101769146SQ200910244339
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者侯福祥, 尹洪偉, 曹川 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院