阅读说明：本技术 遥控载具可去除的柔性接头弹性体保护工具 (The removable flexible joint elastomer of Remote Control Vehicle protects tool ) 是由 I·布阿法恩 于 2018-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明描述一种改进的柔性接头弹性体保护工具,其可由遥控载具(“ROV”)致动和去除,所述工具具有可从闭合位置旋转到打开位置的枢转臂。朝所述闭合位置内旋转引起离岸柔性接头中的弹性组件的压缩。朝所述打开位置外旋转引起离岸柔性接头中的所述弹性组件的去压缩。所述臂的旋转可使用可由ROV操作的机械、液压或其它机制来实现。(The present invention describes a kind of improved flexible joint elastomer protection tool, can be activated and be removed by Remote Control Vehicle (" ROV "), the tool has the pivotal arm that can rotate to open position from closed position.The compression of the elastic parts in offshore flexible joint is quoted towards the closed position inward turning.Quote the elastic parts in offshore flexible joint towards the open position outward turning to go to compress.Mechanical, the hydraulic or other mechanism that can be operated by ROV can be used to realize for the rotation of the arm.)

遥控载具可去除的柔性接头弹性体保护工具

技术领域

本发明涉及一种离岸生产弹性柔性接头和一种遥控载具可去除的柔性接头弹性体保护工具。

背景技术

弹性柔性接头和柔性接头弹性体保护工具已在离岸石油工业中使用了一段时间。统称为“ROV(Remote operated vehicle)”的遥控载具也已广泛用于离岸石油工业。

弹性柔性接头通常用于将离岸生产或辅助管道或立管连接到浮动平台。此类接头可提供旋转相容性，同时容纳流程线压力，且为行业内所熟知。

在安装在浮动平台上之前，立管组件通常暂时地停放在海床上，通常弹性柔性接头已安装在所述立管上。在这暂时性停放在海床上期间，作用于柔性接头的高压可造成破裂，其可造成永久性损坏和密封能力耗损。因此，特定工具(在本文中称为“柔性接头弹性体保护工具”)预安装在柔性接头上且为柔性接头弹性体元件提供压缩预紧，由此防止弹性体在其停放在海床上时破裂。为了柔性接头在操作期间提供旋转相容性，然而，在立管和柔性接头已提升到连接到船舶所必须的高度后必须去除柔性接头弹性体保护工具。

在柔性接头的安装位置中或在柔性接头的安装位置附近去除柔性接头弹性体保护工具的可服务性和能力多年来已经是行业中已知的问题。虽然ROV通常用于进行各种有关立管的工作，但其通常不能够去除柔性接头弹性体保护工具。对此的一个原因是许多柔性接头弹性体保护工具设计利用需要高达6,000ft-lb扭力来卸载的顶起螺栓。能够在柔性接头的安装位置中取出柔性接头弹性体保护工具的典型ROV仅能够产生约125ft-lb扭力，因此ROV目前不能够去除常规柔性接头弹性体保护工具。因此，当需要去除柔性接头弹性体保护工具时，柔性接头通常必须从水中完全拉出到作业平台，在其处工作人员可用大扳手或液压扭矩扳手手动地去除所述工具。这是一个昂贵且费时的过程。另外，浮动平台(如浮式生产储油卸油平台(floating production storage and offloading platform；FPSO))上的大部分起重机不能够将柔性接头提升到作业甲板，且由此通常需要具有较大起重机的额外安装船舶，但造成潜在的大量额外成本。消除可能需要额外安装船舶的将柔性接头提升到地面的需要可为安装承包商潜在节省数百万美元。因此，期望提供可由典型ROV去除而非在地面手动地去除的柔性接头弹性体保护工具。

发明内容

柔性接头弹性体保护工具的主要功能是对柔性接头(简称为“FJ(flexiblejoint)”)柔性元件施加压缩载荷，且在安装柔性接头之前，确切地说安装在停置在海床上的立管上时始终维持压缩载荷。因为柔性元件在轴向方向上是极坚硬的，因此仅需要小的移位，通常小于0.25英寸来实现所需压缩。

本文中所描述的本发明的实施例利用凸轮作用将枢转臂的旋转作用转换成柔性接头延伸部上的轴向移位。这一作用转而视需要压缩或去压缩柔性元件。枢转臂还充当可放大旋转力的杠杆臂。

在安装柔性接头弹性体保护工具后，枢转臂搁置在可调整杆上，从而将压缩载荷施加到柔性元件。在一实施例中，枢转臂可由旋拧到可调整杆中的暂时性固持螺钉保持在这一位置中，或在一替代实施例中，由围绕枢转臂的外侧延伸的外部两件式固持环保持在这一位置中。为了去除柔性接头弹性体保护工具，枢转臂旋转出可调整杆且旋转远离可调整杆，由此去除对柔性元件的压缩。这一旋转可以可由典型ROV操纵的若干不同方式致动，如通过使用液压缸、驱动螺钉或类似方法。所描述的柔性接头弹性体保护工具相对于较早设计的一个优点是其能够由ROV操纵或去除。

附图说明

一或多个示例性实施例和其修改的各个方面和伴随的优点将变得更容易理解，因为当结合附图时通过参考以下详细描述其变得更好理解，在附图中：

图1是现有技术柔性接头弹性体保护工具设计的侧透视分解等距视图。

图2是现有技术柔性接头弹性体保护工具设计的侧剖视图。

图3是配置有四个独立支脚的改进的柔性接头弹性体保护工具的实施例的侧透视图，在这个视图中示出所述工具处于闭合位置。

图4是配置有四个独立支脚的改进的柔性接头弹性体保护工具的实施例的侧横截面图，在这个视图中示出所述工具处于闭合位置。

图5是配置有四个独立支脚的改进的柔性接头弹性体保护工具的实施例的侧横截面图，在这个视图中示出所述工具处于打开位置。

图6是配置有四个独立支脚且配置有致动器的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的侧透视图，在这个视图中示出所述工具处于打开位置。

图7是配置有四个独立支脚的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的侧透视图，在这个视图中示出所述工具处于闭合和锁定位置，这个视图中的实施例配置有多个任选的锁定元件。

图8是配置有四个独立支脚的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的横截面图，在这个视图中示出所述工具处于闭合和锁定位置，这个视图中的实施例配置有多个任选的锁定元件。

图9A是示出独立支脚中的一个的放大部分的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的放大横截面图，在这个视图中示出所述工具处于闭合和锁定位置，这个视图中的实施例配置有多个任选的锁定元件。

图9B是示出独立支脚中的一个的放大部分的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的放大横截面图，在这个视图中示出所述工具处于闭合和解锁位置，在这个视图中已去除图9A中示出的多个任选的锁定元件。

图9C是示出独立支脚中的一个的放大部分的改进的柔性接头弹性体保护工具的替代实施例的放大横截面图，在这个视图中示出所述工具处于打开位置，在这个视图中示出去除多个任选的锁定元件、致动驱动螺钉且致动液压缸的实施例。

具体实施方式

在图式的参考附图中示出示例性实施例。预期本文中所公开的实施例和图式视为说明性而非限制性的。对随后的技术范围的限制不应归于附图中所示和本文所讨论的实例。

图1示出分解等距视图布置，且图2示出现有柔性接头弹性体保护工具设计的侧剖视图和所述工具如何与柔性接头介接。当柔性接头弹性体保护工具的顶起螺栓拧紧时，其对柔性接头的主体的底部施加向上的力。同时，其对柔性接头的延伸部施加向下的力。这引起柔性接头弹性体层(也称为柔性接头的柔性元件)的压缩。这种现有柔性接头弹性体保护工具设计和类似的现有柔性接头弹性体保护工具设计的一个问题是其由许多部件和焊件构成。此外，这种现有柔性接头弹性体保护工具设计和类似现有设计的顶起螺栓的问题在于其需要高达6000ft-lb来扭转到位置中和扭转出所述位置，这在当时远远超出了大部分ROV的能力。

参考图3，示出改进的柔性接头弹性体保护工具10的实施例的侧透视图。相同的实施例在图4中示出为侧横截面图。参考图3和4两者，在这一实施例中，四个独立支脚20配置和附接于柔性接头30与柔性接头延伸部40之间。在一实施例中，可基于特定工作地点和工具的要求而增大或减小独立支脚20的数目。每一独立支脚包括可调整杆50、顶部杆52、底部杆54和枢转臂56。

为了工具恰当地作业，柔性元件必须精确地预压缩，可能在千分之几英寸范围内，以防止元件在部署时损坏。因此，可能需要小心地调整由柔性接头弹性体保护工具提供的压缩量。可调整杆50是一种实现此类精确可调整性的方式。如图9A到9C中的较多细节中所示出，可调整性可通过使用可调整杆与顶部杆和底部杆中的一个或两个之间的一或多个螺纹连接(爱克母(acme)螺纹)来实现。可调整杆50(或50a或50b)充当转扣(turn buckle)。通过旋转可调整杆件，改变组合件的长度。在达到所要长度后，在一实施例中，组合件可焊接在一起以防止移动，其后可视需要在圆柱或安全螺栓(如果配置)上钻孔。可调整性可替代地通过在顶部杆和底部杆下方放置垫片来实现。

可调整杆50对柔性接头弹性体保护工具的操作并不是必需的。可调整杆50可由已精确地机器加工到柔性接头的特定配置所需的确切长度的类似组件替换。

再次参看图3到5，在这一实施例中，顶部杆52配置成连接到柔性接头主体***件32，所述柔性接头主体***件示出为***到柔性接头主体34中。包括顶部杆52、可调整杆50和底部杆54的组合件配置成连接到枢转臂56，其中底部杆54的下部部分配置成定位为***到枢转臂56的下部接纳部分58中。枢转臂56配置成连接到安装在柔性接头延伸部40上的轴环支撑件42。在一实施例中，轴环支撑件42可连接到柔性接头延伸部40的轴环支撑件支座44。

参考图3和4，改进的柔性接头弹性体保护工具10的实施例示出为处于其致动或“锁定”位置。在这一位置中，对工具10进行预紧且基本上压缩柔性元件60。在已安装和致动或锁定柔性接头弹性体保护工具10后，柔性元件60类似于压缩弹簧那样起作用，所述压缩弹簧在推动柔性接头延伸部40向上时推动柔性接头主体34向下。由于工具10的设计和几何形状，这一致动(或闭合)位置自锁定，其中其它机制并不是保持工具在这一位置中所必需的。这种稳定性归因于包括枢转臂56、可调整杆50、顶部杆52和底部杆54的凸轮组合件已旋转超过“偏心”位置。由于那些组件相对于柔性接头34和柔性接头延伸部40的中心轴的角定向，因此由柔性元件60的压缩赋予的轴向力不能使枢转臂56、可调整杆50、顶部杆52或底部杆54旋转或径向移位。

参看图5，改进的柔性接头弹性体保护工具的实施例示出为处于“打开”或“松开”位置。在这一位置中，不存在对柔性元件60的压缩且系统中的任何位置处基本上不存在载荷。此外，对这一实施例，在这一位置中，延伸部可配置成比处于闭合位置高约0.25英寸。

为从图5中示出的位置移动到图3到4中示出的位置，由此致动所述工具且压缩柔性元件60，所配置枢转臂56中的每一个朝内旋转直到其与相应可调整杆50面对面为止。如上文所描述，朝内旋转枢转臂56将引起柔性元件60的压缩。相反地，为解除制动工具10和去除工具10，每一枢转臂56向外旋转远离其相应可调整杆50。在所示出的实施例中，在打开位置中，没有将部件保持在一起，因此当打开时工具将散开。

存在多个可能的方式来致动所描述的改进的柔性接头弹性体保护工具。参考图6，示出改进的柔性接头弹性体保护工具10a的实施例。通过使用可调整臂70a和凸轮作用，可通过旋转枢转臂56a来产生柔性元件60a上的大量轴向力。旋转枢转臂56a所需的力相比于所产生的轴向力是极小的。FJ本地的液压系统可包含个别液压致动器，且在收到致动命令或其它触发动作后使所述工具经由自致动独立地致动或共同地致动。类似地，FJ可包含本地电子致动系统。在图6中示出的实施例中配置液压致动器80a，但电子致动器或其它致动机制可取代在这个实施例中示出的所配置液压致动器80a。液压致动器80a将枢转臂56a推入或拉出。每一可调整臂70a可配置成包含：上部区段52a、中间区段50a和下部区段54a。致动器80a可通过棒82a与工具的所有支脚20a连接。在一实施例中，棒82a可配置成使得其可以本领域的普通技术人员所显见的方式由ROV致动。作用于柔性接头延伸部40a的轴向力与作用于液压致动器80a的轴向力之间的力比可设计成高于约50:1。对这一配置，如果液压致动器80a用约5kip力推动，那么推在延伸部40a上的反作用力将是约250kip。

虽然图3到4中示出的位置自锁定，但在一实施例中，辅助固定件可用于维持工具处于闭合位置，这是防止工具无意中打开的第二个特性。此类辅助固定件的实例说明于图7到9C中。在一个可能实施例中，可配置锁定螺栓102b，从而将每一枢转臂56b锁定到其相应可调整杆50b。具有套筒扳手的ROV可拧开每一个锁定螺栓102b。在另一可能实施例中，锁定环100b可配置作为额外机制来确保枢转臂56b免于过早地移动。锁定环100b可配置为一件式或两件式环，在示出的实施例中，锁定环100b配置为两件式环。在一侧上是铰接件，且在相对侧上是锁定装置(图中未示)，如可由ROV解锁或打开的螺纹固定件。当锁定环100b解锁时，其可随后易于由ROV去除或其可简单地散落。

图9A到9C示出用于去除任选锁定元件的一个可能顺序，使得柔性接头弹性体保护工具10b可移动到其打开位置。图9A示出工具10b的独立支脚中的一个的放大部分，所示出的支脚20b在这个视图中处于闭合和锁定位置，这个视图中的实施例配置有如上文所描述的多个任选的锁定元件。在图9B中，已去除图9A中示出的多个任选的锁定元件。ROV可配置有允许去除锁定环100b和锁定螺栓102b的工具。

图7到9C中示出的实施例还示出配置有驱动螺钉90b，所述驱动螺钉使枢转臂56b朝外旋转，由此将柔性接头弹性体保护工具10b移动到其打开位置。驱动螺钉90b可预安装到枢转臂56b中，且在一实施例中，可配置有ROV附接件92b。驱动螺钉90b旋拧到枢转臂56b中，且在其转动时，推挤可调整杆50b，从而使枢转臂56b向外旋转远离柔性接头的中心轴。此外，在约50:1的设计功率放大的情况下，转动驱动螺钉90b所需的扭力将小于约125ft-lb，这完全在当前ROV的典型能力范围内。

在柔性接头弹性体保护工具的实施例中也可配置液压、气动、电动的缸或缸的组合。图7、8和9A到9C示出所配置的任选电动缸。在这一实施例中或在其它类似实施例中，ROV将“接入(stab in)”局部电气系统且为电动缸82b的致动供电。如图9C中所示出，缸82b可与驱动螺钉90b结合使用或代替所述驱动螺钉，以使枢转臂56b朝外旋转，由此打开工具且使柔性元件去压缩。替代地，在液压或气压系统中，ROV可类似地“接入”到局部系统以提供致动所述相应缸所需的功率。给定系统中的缸的位置可改变，只要所配置位置将使枢转杆如所描述的朝外旋转即可。

总之，改进的柔性接头弹性体保护工具设计使得柔性接头弹性体保护工具由ROV安装或拆开，这不能使用现有柔性接头弹性体保护工具技术来达到。改进的工具的额外益处是其具有较少部件且不含焊件。改进的工具的另一益处是其可重复使用。举例来说，通过仅替换主体***件和轴环支撑件，相同柔性接头弹性体保护工具可用于多个柔性接头大小。

虽然本文中公开的概念已结合实践其和对其修改的优选形式加以描述，但是本领域的普通技术人员将理解可对其进行许多其它修改。因此，不旨在通过以上描述以任何方式限制这些概念的范围。