一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的制作方法

1.本发明属于海洋石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽。


背景技术：

2.水下采油树是海洋油气开发的核心设备，而采油树帽作为水下采油树上的重要部件，通常安装在采油树的顶部，可提供从轴向进入油管空间的入口，并可作为生产通道和环空压力的备用密封屏障。在使用采油树进行水下完井作业时，采油树帽的安装一般作为最后的完井步骤。在采油树帽安装并锁定后，通过向采油树通径内注入化学药剂并置换出海水，防止在后期生产过程中采油树设备腐蚀和水合物的形成。
3.传统水下采油树帽分为非承压外帽和承压内帽两种形式，它们仅具有与本体连接、密封或承压功能，并不具备水下电缆穿越和防渔网保护架等结构。常规的水下电缆穿越方式一般通过采油树本体侧面的独立贯穿装置或采油树本体底部固定的湿式接头与油管悬挂器侧面或顶部对应的接头连接，最终通过井内电缆与井下电气设备连接。这种方式使采油树本体和油管悬挂器结构变得复杂，且增加了工艺流程和作业时间。此外，常规的防渔网保护架一般需要遮蔽整个采油树，体积和重量大，有些还需要单独下入、回收，增加了作业难度和成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽，用于与水下采油本体连接并锁定，提供生产通道、电缆穿越通道的水下对应连接，其自带防渔网保护架，可保证设备作业安全。
5.本发明所采用的技术方案是，一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽，包括树帽本体，树帽本体上竖直设置有生产通道，还包括独立的井下温压传感器dhpt电缆通道和电潜泵esp电缆通道，所述井下温压传感器dhpt电缆通道和电潜泵esp电缆通道穿过树帽本体，树帽本体绕底部外径设置有导向块ⅰ和导向块ⅱ，所述树帽本体中部台肩处绕台肩均匀连接有多个机械连接器，树帽本体顶部套接有连接套筒，连接套筒远离树帽本体的端部嵌有顶盖，顶盖与连接套筒连接处的外侧调节有压帽，所述顶盖顶部连接有直读式压力表，绕树帽本体外侧还设有防渔网保护架。
6.本发明的特点还在于：
7.其中生产通道上部开设有阀腔型面，穿过阀腔型面设有闸板，闸板位于生产通道外侧表面套接有阀座，闸板的一端连接有驱动器；
8.其中电潜泵esp电缆通道位于生产通道的一侧，电潜泵esp电缆通道一端伸出树帽本体，树帽本体外侧设置矩形槽ⅰ，矩形槽ⅰ靠近电潜泵esp电缆通道伸出树帽本体的一端，电潜泵esp电缆通道底部安装有湿式公接头ⅰ，电潜泵esp电缆通道顶部连接有eps电接头法兰，矩形槽ⅰ内固定有湿式母接头ⅰ，eps电接头法兰12与湿式母接头ⅰ相连；
9.其中井下温压传感器dhpt电缆通道位于树帽本体远离电潜泵esp电缆通道的一侧，井下温压传感器dhpt电缆通道包括竖直段和倾斜段，竖直段位于生产通道一侧，倾斜段伸出树帽本体，井下温压传感器dhpt电缆通道底部连接组合式电接头，组合式电接头顶部为干式电接头，底部为湿式公接头ⅱ，组合式电接头通过固定板固定于井下温压传感器dhpt电缆通道的竖直段，且竖直段的中部开有操作口，倾斜段伸出树帽本体的顶部连接有dhpt电接头法兰连接，树帽本体外侧还设置矩形槽ⅱ，矩形槽ⅱ靠近井下温压传感器dhpt电缆通道伸出树帽本体的端部，矩形槽ⅱ内固接有湿式母接头ⅱ，dhpt电接头法兰与湿式母接头ⅱ连接。
10.其中矩形槽ⅰ和矩形槽ⅱ结构相同，包括顶板ⅲ、固定立板和两侧板ⅲ，湿式母接头ⅰ或湿式母接头ⅱ连接于固定立板上，顶板ⅲ和两侧板ⅲ凸出于固定立板，并将湿式母接头ⅰ或湿式母接头ⅱ三面围住，两侧板ⅲ的底边ⅲ和底边ⅳ均为斜边，底边ⅲ与保护架贴合固定，底边ⅳ用于渔网拖板的导向。
11.其中导向块ⅰ和导向块ⅱ为非对称布置，导向块ⅰ和导向块ⅱ与油管悬挂器上的对应导向槽配合；
12.其中机械连接器内开设有环槽，环槽一端内绕沿环槽周向均匀布设有多组卡块，卡块一端为梯形，卡块另一端开设有t型槽，环槽远离卡块的一端嵌入驱动杆，驱动杆伸入卡块的t型槽内，驱动杆为阶梯轴式结构，大端插入到卡块的t型槽内，小端端面设有扳手六方，驱动杆设有扳手六方的一端嵌入外侧设置有螺纹的螺纹孔内，树帽本体的中部台肩上设有与螺纹孔配合的螺纹ⅱ；
13.其中防渔网保护架为倒置的喇叭口结构，包括多边形的顶板ⅰ和多块倾斜的侧板ⅰ连接而成，侧板ⅰ中部设有开孔，树帽本体位于防渔网保护架内，驱动器远离闸板的一端伸出侧板ⅰ，侧板ⅰ在驱动器伸出端罩设有矩形罩，矩形罩包括顶板ⅱ、前面板和两侧板ⅱ，其中前面板上开有圆孔，两侧板ⅱ的底边ⅰ和底边ⅱ都为斜边，其中底边ⅰ与侧板ⅰ贴合固定，底边ⅱ用于渔网拖板的导向，驱动器端部位于圆孔内，且驱动器一端连接有手轮，手轮位于圆孔内；
14.其中竖直生产通道下部外径上套设有密封ⅰ，树帽本体中部外径上设有密封ⅱ，树帽本体与连接套筒之间设有垫环，顶盖与连接套筒之间设有密封ⅲ。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽功能齐备、结构紧凑，水下电缆双通道结构可为井下设备提供动力并实现信号传输；多组水下湿式电接头设计，一次插拔即可实现多路通断，有效提供作业效率；闸阀及密封结构可承受井内压力，并为油气井安全提供屏障；防渔网保护架占用空间小、重量轻，可有效防止渔业打捞等作业对设备可能造成的撞击和破坏；采用机械连接器、性能稳定可靠；满足水下油气设备性能的高可靠性要求。
附图说明
17.图1为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽中的俯视图；
18.图2为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的a-a主剖视图；
19.图3为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的b-b局部剖视图；
20.图4为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的机械连接器锁紧机构的放大图；
21.图5为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的导向块结构的c-c局部剖视图；
22.图6为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的导向块结构的d-d剖视图；
23.图7为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的e-e剖视图；
24.图8为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽的轴测视图；
25.图9为本发明的一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽与下入回收工具的连接图。
26.图中，1.树帽本体，2.竖直生产通道，3.dhpt电缆通道，4.esp电缆通道，5.阀腔型面，6.闸板，7.阀座，8.驱动器，9.密封ⅰ，10.油管悬挂器，11.湿式公接头ⅰ，12.eps电接头法兰，13.螺栓ⅰ，14.湿式母接头ⅰ，15.保护架，16.矩形槽ⅰ，17.组合式电接头，18.干式电接头，19.湿式公接头ⅱ，20.操作口，21.固定板，22.螺钉，23.dhpt电接头法兰，24.螺栓ⅱ，25.湿式母接头ⅱ，26.矩形槽ⅱ，27.导向块ⅰ，28.导向块ⅱ，29.密封ⅱ，30.采油树本体，31.螺纹ⅰ，32.机械连接器，33.环槽，34.卡块，35.斜面ⅰ，36.斜面ⅱ，37.t型槽，38.驱动杆，39.螺纹孔，40.扳手六方，41.螺纹ⅱ，42.螺栓ⅲ，43.连接套筒，44.垫环，45.压帽，46.螺纹ⅲ，47.顶盖，48.密封ⅲ，49.直读式压力表，50.顶板ⅰ，51.侧板ⅰ，52.开孔，53.螺栓ⅳ，54.矩形罩，55.顶板ⅱ，56.前面板，57.侧板ⅱ，58.圆孔，59.手轮，60.底边ⅰ，61.底边ⅱ，62.顶板ⅲ，63.固定立板，64.侧板ⅲ，65.底边ⅲ，66.底边ⅳ，67.下入回收工具。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
28.本发明提供了一种设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽，设有闸阀和防渔网保护架的水下采油树帽，包括树帽本体1、保护架15、闸板6、阀座7、驱动器8、eps电接头法兰12、dhpt电接头法兰23、机械连接器32、连接套筒43、压帽45、顶盖47、直读式压力表49，以及各类腔体(竖直生产通道2、dhpt电缆通道3、esp电缆通道4、阀腔型面5、环槽33、螺纹孔39)、电接头(湿式公接头ⅰ11、湿式母接头ⅰ14、组合式电接头17、干式电接头18、湿式公接头ⅱ19、湿式母接头ⅱ25)、电缆、密封件(密封ⅰ9、密封ⅱ29、垫环44、密封ⅲ48)、液压件和紧固件(螺栓ⅰ13、螺钉22、螺栓ⅱ24、螺栓ⅲ42、螺栓ⅳ53)等。
29.如图2和图7所示，该装置的树帽本体1上设置竖直生产通道2和两条独立的电缆穿越通道(井下温压传感器(dhpt)电缆通道3和电潜泵(esp)电缆通道4，竖直生产通道2上部设有阀腔型面5，并安装有闸板6、阀座7和配套的驱动器8，竖直生产通道2下部外径上设有密封ⅰ9，用于与油管悬挂器10上的生产通道密封；esp电缆通道4底部安装有湿式公接头ⅰ11，顶部与eps电接头法兰12采用螺栓ⅰ13连接，eps电接头法兰12通过电缆与湿式母接头ⅰ14连接，湿式母接头ⅰ14固定在保护架15上的矩形槽ⅰ16内。参照图3所示，dhpt电缆通道3与esp电缆通道4结构类似，dhpt电缆通道3底部连接组合式电接头17，其中组合式电接头17顶部为干式电接头18，底部为湿式公接头ⅱ19，dhpt电缆通道3竖直段的中部开有操作口20，用于干式电接头18的安装和拆卸，dhpt电缆通道3底部设有固定板21，并通过螺钉22将其与
树帽本体1相连，固定板21用于扶正组合式电接头17的湿式公接头ⅱ19一端。dhpt电缆通道3顶部与dhpt电接头法兰23采用螺栓ⅱ24连接，dhpt电接头法兰23通过电缆与湿式母接头ⅱ25连接，湿式母接头ⅱ25固定在保护架15上的矩形槽ⅱ26内。参照图5、图6所示，为保证下放安装过程中树帽与油管悬挂器10顶端各接口的周向对正，在树帽本体1底部外径上非对称布置有导向块ⅰ27和导向块ⅱ28，二者分别与油管悬挂器10上的对应导向槽配合；此外，如图2所示，树帽本体1中部外径上还设有密封ⅱ29，用于与采油树本体30内通径密封。
30.如图2和图4所示，树帽本体1中部台肩处，通过螺纹ⅰ31连接有机械连接器32，机械连接器32中部的环槽33内设置有周向均布的多组卡块34，卡块34前端上、下表面设置有斜面ⅰ35和斜面ⅱ36，其中斜面ⅰ35与采油树本体30上的卡箍斜面配合并压紧，卡块34后端设置有t型槽37，并与驱动杆38连接，多个驱动杆38各自安装在沿径向的螺纹孔39内，驱动杆38为阶梯轴式结构，大端插入到卡块34的t型槽37内，小端设有扳手六方40，中部台肩上设有螺纹ⅱ41，通过螺纹ⅱ41旋转实现驱动杆38前后运动，最终驱动卡块34锁紧或解锁。
31.如图2所示，树帽本体1顶部通过螺栓ⅲ42与连接套筒43连接，二者之间通过垫环44密封，连接套筒43主要为树帽下入和回收、修井等操作提供连接接口，正常生产时，压帽45与连接套筒43通过螺纹ⅲ46连接，将顶盖47与连接套筒43固定为一体，二者通过密封ⅲ48实现密封；顶盖47上端连接有直读式压力表49，用于监控通道内压力状况。
32.如图1、图2和图8所示，防渔网保护架15为倒置的喇叭口结构，由多边形的顶板ⅰ50和多块倾斜的侧板ⅰ51连接而成，侧板ⅰ51中部还设有近似矩形的开孔52，用于穿过工具进行机械连接器32的驱动杆38的旋转操作。保护架15通过螺栓ⅳ53与树帽本体1连接。为充分保护凸出保护架15的部件，在保护架15阀门驱动器8一侧设有矩形罩54，矩形罩54包括顶板ⅱ55、前面板56和两侧板ⅱ57，其中前面板56上开有圆孔58，用于穿过其中操作阀门驱动器8的手轮59，两侧板ⅱ57的底边ⅰ60和底边ⅱ61都为斜边，其中底边ⅰ60与保护架15侧板ⅰ51贴合固定，底边ⅱ61用于渔网拖板的导向。esp的湿式母接头ⅰ14和dhpt的湿式母接头ⅱ25处分别设有矩形槽ⅰ16和矩形槽ⅱ26，两矩形槽均包括顶板ⅲ62、固定立板63和两侧板ⅲ64，其中湿式母接头连接于固定立板63上，顶板ⅲ62和两侧板ⅲ64凸出于固定立板63，并将湿式母接头三面围住，加以保护。两侧板ⅲ64的底边ⅲ65和底边ⅳ66均为斜边，底边ⅲ65与保护架15侧板ⅰ51贴合固定，底边ⅳ66用于渔网拖板的导向。
33.本发明的工作原理是：当水下采油树帽下放安装时，采油树本体30和油管悬挂器10已在之前工序安装完毕，通过扳手逆时针旋转驱动杆38上的扳手六方40，将驱动杆38向外旋出，带动卡块34回缩至环槽33内。顺时针旋转驱动器8上的手轮59，使闸板6向驱动器8一侧移动，确保阀门处于关闭状态(如图7所示)。将水下采油树帽顶部的压帽45、顶盖47和直读式压力表49拆下，通过螺纹ⅲ46连接下入回收工具67(如图9所示)，通过钻杆将采油树帽和下入回收工具67下放到采油树本体30上方附近，继续缓慢下放，并使树帽本体1底部伸入到采油树本体30的通径内，当树帽本体1外径上的导向块ⅰ27和导向块ⅱ28与油管悬挂器10接触时，如未与对应的导向槽对正，需要小角度旋转采油树帽，最终保证二者对正，继续下放采油树帽直至导向块完全滑入导向槽内(如图6所示)，树帽座放至采油树本体30顶端。竖直生产通道2与油管悬挂器10上对应的通道连通并利用密封ⅰ9加以密封，湿式公接头ⅰ11、湿式公接头ⅱ19分别与对应的湿式母接头接合并密封，树帽本体1与采油树本体30之间通过密封ⅱ29密封下部空间。此时，卡块34与采油树本体30上对应的锁槽对正，潜水员通过
保护架15上的开孔52伸入扭矩工具连接到驱动杆38的扳手六方40一端，顺时针旋转驱动杆38，将其向内旋入，推动卡块34卡入至采油树本体30的锁槽内，斜面ⅰ35与采油树本体30上的斜面接触并压紧(如图4所示)。其它多个卡块34的锁紧操作均如上所述，最终实现机械连接器32与采油树本体30的完全锁定。将湿式母接头ⅰ14、湿式母接头ⅱ25分别连接对应的湿式公接头，并测试两条电缆通道由水面到井下的连通性。测试完毕后，将下入回收工具67从连接套筒43上拆下，并通过钻杆回收，将压帽45、顶盖47和直读式压力表49通过螺纹ⅲ46连接到连接套筒43上(如图2所示)，密封ⅲ48将竖直生产通道2和海水隔离，直读式压力表49可用于观察树帽通径内压力状况，在拆卸压帽45等组件前提供压力指示，保证操作人员安全。
34.在水下采油树正常生产作业时，闸板6和阀座7作为油气介质与海水的一道隔离屏障，一般都处于常闭状态；水下电潜泵的动力供给和功能调节经由esp电缆通道4完成；井下温度、压力等参数信息经由dhpt电缆通道3传输至水面控制单元并进行监控和记录；针对浅水区域的海洋油气田，可能有渔船在该水域从事渔业打捞活动，渔网拖板在水下拖行时，当与采油树帽接触，会沿着保护架15的侧板ⅰ51向斜上方滑动，并最终跨过采油树帽，避免对树帽本体1等主要承压件构成破坏。对于驱动器8、湿式母接头ⅰ14和湿式母接头ⅱ25一侧有凸出侧板ⅰ51斜面的区域，分别设置了矩形罩54、矩形槽ⅰ16和矩形槽ⅱ26(如图8所示)，既可对凸出组件形成有效保护，又可通底边ⅱ61、底边ⅳ66对渔网拖板等提供二次导向。
35.在水下采油树检修作业时，闸板6需要打开，以下放或回收油管悬挂器10上的钢丝绳堵塞器或其它井下工具。
36.当水下采油树帽解锁回收时，逆时针旋转驱动器8上的手轮59，使闸板6处于打开状态，观察直读式压力表49上的压力读数，确认树帽通径内无压力，顺时针旋转手轮59，关闭阀门。将压帽45、顶盖47和直读式压力表49拆下，通过钻杆将采油树帽下入回收工具67下放，并通过螺纹ⅲ46与连接套筒43连接(如图9所示)。将湿式母接头ⅰ14、湿式母接头ⅱ25分别与对应的湿式公接头断开。潜水员通过保护架15上的开孔52伸入扭矩工具连接到驱动杆38的扳手六方40一端，逆时针旋转驱动杆38，将其向外旋出，带动卡块34回缩至环槽33内，斜面ⅰ35与采油树本体30上的斜面脱离。按上述操作依次解锁其它多个卡块34，最终实现机械连接器32与采油树本体30的完全解锁。通过下入回收工具67缓慢向上提拉采油树帽，直至竖直生产通道2与油管悬挂器10上对应的通道断开，湿式公接头ⅰ11、湿式公接头ⅱ19分别与对应的湿式母接头断开，导向块ⅰ27和导向块ⅱ28与油管悬挂器10上对应的导向槽脱离。继续向上提拉采油树帽，使树帽本体1从采油树本体30通径内完全取出，最终将采油树帽回收至水面。
37.本发明的技术效果是：该水下采油树帽功能齐备、结构紧凑，配备有闸阀、双电缆通道和防渔网结构；水下电缆双通道可为井下设备提供动力并实现信号传输；多组水下湿式电接头设计，一次插拔即可实现多路通断，有效提供作业效率；闸阀及密封结构可承受井内压力，为油气井安全提供屏障；防渔网保护架占用空间小、重量轻，可有效防止渔业打捞等作业对设备可能造成的撞击和破坏；采用机械连接器、性能稳定可靠；满足水下油气设备性能的高可靠性要求。