用于海洋钻井立管的弹性套筒启用式伸缩接头制造技术

用于海洋钻井立管的伸缩接头具有外筒和内筒，该外筒和内筒限定用于钻杆柱的通道的中心腔。内筒容纳在外筒内，并且在筒之间存在的活动配合，用于在维持筒之间的同轴关系的同时，相对于外筒滑动内筒。管状滚动弹性膜片布置在外筒内并且具有固定到内筒的外周的一个端部和固定到外筒的内周的另一个端部，用于将钻井液密封在中心腔内。随着内筒相对于外筒滑动，该弹性膜片相对于内筒和外筒滚动，从而消除由损耗引起的密封件磨损。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于海洋钻井立管的弹性套筒启用式伸缩接头
本专利技术总体涉及用于海洋钻井立管的伸缩接头，并且更具体地涉及具有滚动膜片形式的弹性套筒的那种伸缩接头。
技术介绍
在利用浮式钻井船的海上钻井作业期间，该船通过钻井立管连接到井口。该船也经历海洋波浪引起的起伏运动。这种起伏运动对立管带来额外应力并可能潜在地导致灾难性故障。这种由起伏运动诱导的立管应力问题，目前通过将伸缩接头插入到立管来解决。伸缩接头是设计成在钻井作业期间，连续不断地适应立管的长度来补偿钻井船的水平和垂直位移的机构。为了实现这一点，伸缩接头的外筒被固定到立管，而伸缩接头的内筒在船由于波动而上下起伏时，在外筒之内滑动。这样的伸缩接头也被称为滑动接头。船使用液压或线缆张紧器和张力环连接到外筒。张紧器用于在立管中维持几乎恒定的张力。在安装、维护和废弃期间，锁定机构也与伸缩接头一起用于将内筒固定到外筒。可以在API规范16F(海洋钻井立管设备规范，第一版，2004年8月，美国石油协会，华盛顿特区)中找到伸缩接头的必要条件的完整集合。在现有应用中，伸缩接头具有橡胶封隔器，其当由来自泵的压力激活时，密封在内和外筒之间，并且在钻井液返回井中时，允许钻井液流动，而不会从立管泄漏。在这种类型的设计中，橡胶封隔器的使用寿命受到由内筒的滑动动作引起的磨损的限制。为了延长这种装置的短寿命，安装备份封隔器，并且在第一封隔器达到其使用寿命的末期之后激活备份封隔器。目前的商用伸缩接头的实例是GEVetcoGray伸缩接头和Cameron伸缩RD立管接头。GEVetcoGray伸缩接头示出在GE石油天然气集团(休斯敦，得克萨斯州)2009年的第080709期的GE钻井系统手册的第14页上。目前与这些伸缩接头一起使用的钻井立管的标准尺寸为16"、185/8"、20"、21"、22"和24"(406.4毫米、473.1毫米、508毫米、533.4毫米、558.8毫米、609.6毫米)的直径。最内筒的内径应该不小于配合立管的内径。伸缩接头所需的行程量基于预测的波形图案。行程的较长长度之一大约为50英尺(15米)。API规范16F还列出了额定多达400万磅(17800kN)的张力负载。伸缩接头处的作业压力较低。根据API16F的第11.6.2.1节，流体静力学试验必要条件要求25、50、100和200psi(0.17、0.34、0.69和1.38MPa)压力在不泄漏的情况下持续不少于15分钟。
技术实现思路
希望通过限制由伸缩接头中的弹性体密封件的损耗引起的磨损，来延长用于海洋钻井立管的伸缩接头的寿命周期。这可以通过将伸缩接头的内、外筒与折叠在其自身上的薄管状弹性膜片互连，以便它在内筒相对于外筒的滑动运动期间无磨损地滚动来实现。由于这种弹性膜片不会经历由损耗引起的任何磨损，所以该弹性膜片的使用寿命可以比伸缩接头的使用寿命更长。因此，弹性膜片的寿命可以几乎无限制。根据第一方面，本专利技术提供一种用于海洋钻井立管的伸缩接头。该伸缩接头包括外筒、内筒以及布置在外筒内的管状滚动弹性膜片。内筒容纳在外筒中，并且内筒具有相对于外筒的活动配合(clearancefit)，用于在维持内筒相对于外筒处于同轴关系的同时，相对于外筒滑动内筒。内筒和外筒限定中心腔，用于通过伸缩接头的钻杆柱(drillpipestring)的通道。管状滚动弹性膜片布置在外筒内，并具有固定到内筒的外周的第一端部和固定到外筒的内周的第二端部，用于将钻井液密封在中心腔内。根据另一个方面，本专利技术提供一种用于海洋钻井立管的伸缩接头。该伸缩接头包括外筒、内筒以及布置在外筒内的管状滚动弹性膜片。外筒具有第一端部和第二端部，且第一端部具有负载肩。该伸缩接头还包括固定到外筒的第二端部的钻井立管法兰。该钻井立管法兰具有用于扼流和压井线(chokeandkillline)的连接件。内筒容纳在外筒中，并具有活动配合，用于在维持内筒相对于外筒处于同轴关系的同时，相对于外筒滑动内筒。内筒具有第一端部和第二端部。当伸缩接头处于完全伸展配置时，内筒的第二端部具有增大的外径和紧靠外筒的机械止动器。内筒和外筒限定中心腔，用于钻杆柱通过伸缩接头的通道。伸缩接头还包括固定到内筒的第一端部的管道法兰。管状滚动弹性膜片具有在内筒的第二端部处固定到内筒的外周的第一端部。管状滚动弹性膜片具有在外筒的中间位置处固定到外筒的内周的第二端部，用于将钻井液密封在中心腔内。根据再另一个方面，本专利技术提供一种用于海洋钻井立管的伸缩接头。伸缩接头包括以同轴关系嵌套并限定用于钻杆柱通过伸缩接头的通道的中心腔的多个同轴筒。所述多个同轴筒包括最内筒和最外筒。相邻筒具有相对于彼此的活动配合，用于在相邻筒之间维持同轴关系的同时，相对于彼此滑动。该伸缩接头还包括固定到所述多个筒的最内筒的管道法兰以及固定到所述多个筒的最外筒的钻井立管法兰。该钻井立管法兰具有用于扼流和压井线的连接件。该伸缩接头还包括用于所述多个同轴筒中每个相邻对的相应管状滚动弹性膜片，用于将钻井液密封在中心腔内。该管状滚动弹性膜片布置在所述多个筒的每个相邻对的相邻筒的最外筒中。该管状滚动弹性膜片具有固定到所述多个筒的每个相邻对的相邻筒的最内筒的外周的第一端部，并且该管状滚动弹性膜片具有固定到所述多个筒的每个相邻对的相邻筒的最外筒的内周的第二端部。附图说明本专利技术的附加特征和优点将在下面参考附图描述，其中：图1是包括本专利技术的伸缩接头的海洋钻井系统的示意图；图2是在完全伸展配置下图1引入的伸缩接头的前视图；图3是伸缩接头沿图2中的线3-3的截面视图；图4是在完全缩回配置下图2的伸缩接头的正视图；图5是伸缩接头沿图4中的线5-5的截面视图；图6示出在张力环已经移动到图1中的钻井立管柱(string)的顶部处的法兰之下的位置之后，图4的伸缩接头的修改版本；图7是图2中引入的滚动弹性膜片的环形部分的扩展视图；图8示出将弹性膜片固定到伸缩接头的内筒以便于高压操作的方式；图9示出将弹性膜片固定到伸缩接头的外筒以便于高压操作的方式；图10示出向弹性膜片提供加强物的一种方式；图11示出向弹性膜片提供加强物的另一种方式；图12至15示出在伸缩接头制造期间、用于将弹性膜片固定到图2的伸缩接头的内筒和外筒的相应管状物的步骤序列；图16示出在完全伸展配置下的替代多筒伸缩接头；图17示出在完全缩回配置下图16的多筒伸缩接头；图18示出双筒伸缩接头与图16的多筒伸缩接头的串联组合；图19示出两个双筒伸缩接头的串联组合；和图20示出两个多筒伸缩接头的串联组合。尽管本专利技术容许各种修改和替代形式，但其具体实施例已经示出在附图中并且将进行详细描述。然而，应当理解，这并不意味着将本专利技术限制于所示的特定形式，而是相反，其意图是覆盖落入像由所附权利要求书所界定的本专利技术的范围内的所有修改、等价物和替代。具体实施方式参考图1，其示出包括本专利技术的伸缩接头41的第一示例的海洋钻井系统。该海洋钻井系统包括浮式钻井船42、在海底44上的井口43、安装在井口43上的防喷器(BOP)堆45、安装在BOP堆45上的下海洋立管总成(LMRP)46、由立管接头48，49等构成的钻井立管柱47以及在钻井立管柱的顶部处的伸缩接头41。在图1中，浮式钻井船42示出为适于深水钻井的张力腿平台。该浮式钻井船42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于海洋钻井立管的伸缩接头，所述伸缩接头包括：外筒；内筒，其容纳在外筒中，该内筒具有相对于外筒的活动配合，用于在维持内筒相对于外筒处于同轴关系的同时，相对于外筒滑动内筒，并且该内筒和外筒限定中心腔，用于钻杆柱通过伸缩接头的通道；和管状滚动弹性膜片，其布置在外筒内并且具有固定到内筒的外周的第一端部和固定到外筒的内周的第二端部，用于将钻井液密封在中心腔内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.24 US 61/827,4461.一种用于海洋钻井立管的伸缩接头，所述伸缩接头包括：外筒；内筒，其容纳在外筒中，该内筒具有相对于外筒的活动配合，用于在维持内筒相对于外筒处于同轴关系的同时，相对于外筒滑动内筒，并且该内筒和外筒限定中心腔，用于钻杆柱通过伸缩接头的通道；和管状滚动弹性膜片，其特征在于，所述管状滚动弹性膜片布置在外筒内并且具有固定到内筒的外周的第一端部和固定到外筒的内周的第二端部，用于将钻井液密封在中心腔内。2.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，所述伸缩接头还包括安装到外筒的负载环，用于将张力施加到外筒。3.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，所述伸缩接头还包括固定到内筒的管道法兰和固定到外筒的钻井立管法兰，该钻井立管法兰具有用于扼流和压井线的连接件。4.如权利要求3所述的伸缩接头，其特征在于，用于扼流和压井线的连接件包括鹅颈管。5.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，当伸缩接头处于完全伸展配置时，容纳在外筒中的内筒的一个端部具有增大的外径和紧靠外筒的机械止动器。6.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，管状滚动弹性膜片的第一端部固定到内筒的一个端部，而管状滚动弹性膜片的第二端部固定到外筒的中间位置。7.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，管状滚动弹性膜片的第一端部用粘合剂固定到内筒的外周，而管状滚动弹性膜片的第二端部用粘合剂固定到外筒的内周。8.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，管状滚动弹性膜片的第一端部用第一夹紧环固定到内筒的外周，而管状滚动弹性膜片的第二端部用第二夹紧环固定到外筒的内周。9.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，管状滚动弹性膜片包括嵌入弹性体中的加强物。10.如权利要求9所述的伸缩接头，其特征在于，加强物在管状滚动弹性膜片的轴向方向上对齐。11.如权利要求9所述的伸缩接头，其特征在于，加强物在相对于管状滚动弹性膜片的轴向方向的选定正角度和负角度处对齐。12.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，所述伸缩接头还包括管状导向套筒，其以相对于外筒处于同轴关系地布置在外筒中，该管状导向套筒具有固定到外筒的第一端部，并且该管状导向套筒具有容纳在内筒中的第二端部。13.如权利要求12所述的伸缩接头，其特征在于，管状导向套筒被穿孔。14.如权利要求1所述的伸缩接头，其特征在于，所述伸缩接头包括多个内筒，这些内筒具有相对于外筒的同轴关系，并布置成使得相邻内筒具有相对于彼此的活动配合，用于在维持相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·古铁雷斯勒米尼，E·卢克，
申请(专利权)人：石油国家工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US