井口连接器、机械解锁工具及其解锁方法

技术领域

本发明属于海洋石油设备技术领域，尤其涉及井口连接器、机械解锁工具及其解锁方法。

背景技术

水下采油树井口连接器是采油树的重要零部件，井口连接器的工作性能是将采油树与海底的水下井口相连接。

现有技术中的水下井口连接器主要有两种类型：

一种是机械独立式井口连接器，如公告号为CN206309329U的中国实用新型专利，公开了一种用于水下井口和采油树的连接器，采用液压缸来驱动套筒来实现卡爪的锁紧或解锁，但是此种井口连接器存在的不足是因为要内置套筒来连接液压缸和卡爪，需要留有液压缸伸缩杆的运动空间，外部固定连接有液压缸，从而导致井口连接器整体体积大。

一种是液压整体式井口连接器，如公告号为CN106837235A的中国发明专利，公开了一种了一种液压驱动卡爪式水下连接器，在卡爪外侧设有空腔，空腔来设置驱动环，驱动环位于空腔内，空腔的上方和下方设有液压通道，通过液压通道的加压和减压来控制驱动环的上下移动，从而实现卡爪的锁紧与解锁，这种结构的井口连接器，虽然体积小，由于液压密封的要求较高。由于井口连接器的工作环境位于海底，面临的工况恶劣，如波浪、海流、钻井船漂移、循环内压等，这些因素直接影响井口连接器的工作性能，会引起锁紧和解锁功能失效。

中国发明专利，申请号为201810459252.9，公开了一种水下全电采油树电动井口连接器。此专利中采用的技术方案是通过加装了电动执行器系统，即电缸来带动驱动套上下移动，进而带动卡爪的锁紧与解锁。但是加装的电动执行器系统仍然使得井口连接器整体存在体积大，且容易在海底失效的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供井口连接器、机械解锁工具及其解锁方法，减小井口连接器的体积，保证井口连接器失效后能安全解锁。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：井口连接器，包括上部本体和下部本体，以及滑动连接在上部本体与下部本体之间的卡爪，上部本体和下部本体外固定连接有外缸体，外缸体、上部本体和下部本之间围合有空腔，空腔内设有用于推动卡爪内外滑动的驱动环，外缸体上开设有与空腔连通用于推动驱动环上下移动的液压通道，驱动环的上端固定连接有机械解锁杆，机械解锁杆伸出上部本体，机械解锁杆用于提拉驱动环。

本发明还提供一种技术方案：机械解锁工具，包括与机械解锁杆配合的连接板；以及与连接板固定连接的提升筒；以及与提升筒固定连接的盖板体，盖板体上开设有加压通道；以及位于提升筒内侧活塞体，活塞体与提升筒滑动连接，以及固定在提升筒上，用于限制活塞体从提升筒中掉出的限位螺栓。

本发明还提供一种技术方案，解锁方法，包括如下步骤：

S1：将机械解锁工具坐放在采油树本体上，连接板与机械机锁杆配合锁定；

S2：将钻杆往加压通道注入液压，通过活塞体向下活动直至与采油树抵持，提升筒驱动机械解锁杆向上运动，实现井口连接器的机械解锁。

上述技术方案具有以下技术效果：

一、从第一进压通道加压，推动驱动环往下滑动，驱动环将推动卡爪往内平移，从而实现卡爪对采油树的缩紧，避免采油树从井口连接器上脱离，从而通过井口连接器实现采油树与水下井口之间的连接。从第二进压通道加压，推动驱动环往上移动，驱动环解除对卡爪的推力，解除卡爪对采油树的锁紧，方便将采油树从井口连接器上拆卸下来。

二、当驱动环被卡死，井口连接器失效时，通过外力将机械解锁杆往上提，即可带动驱动环往上移动解除卡爪对采油树的卡合，保证了采油树在紧急情况下能安全的解除与井口连接器的连接。

三、在井口连接器内部的液压系统未失效时，用于提拉机械解锁杆的机械解锁工具未安装在井口连接器上，缩小了井口连接器的整体体积和重量，方便安装。

四、将机械解锁工具从上往下坐放到采油树上，然后机械解锁杆与连接板相互配合，通过外部钻杆插入加压通道内进行加压，对活塞体施加一个向下的压力，使得活塞体与位于提升筒内部的采油树顶端一直抵持住，然后提升筒将相对活塞体往上滑动，进而带动连接板将机械解锁杆往上提拉，实现对井口连接器的紧急解锁。

五、机械解锁工具在平时都未安装在海底，只有在井口连接器的液压系统紧急失效造成卡死时才会使用，保证了机械解锁工具不受海底环境的影响，机械解锁工具一直保持其零件的正常功效

附图说明

图1是本发明井口连接器的结构示意图；

图2是本发明井口连接器的俯视图；

图3是本发明机械解锁工具的结构示意图；

图4是本发明机械解锁工具的仰视图；

图5是本发明机械解锁工具的剖视图；

图6是图5中A处的局部放大图；

图7是本发明凹槽处的局部结构示意图；

图8是本发明机械解锁工具的俯视图；

图9是图8中B处的剖视图；

其中：100-井口连接器、10-上部本体、20-下部本体、30-卡爪、40-外缸体、41-液压通道、411-第一进压通道、412-第二进压通道、50-空腔、60-驱动环、70-机械解锁杆；

200-机械解锁工具、210-连接板、215-加强板、220-提升筒、230-盖板体、231-加压通道、240-活塞体、250-限位螺栓、260-导向芯轴、261-凹槽、270-剪切销、280-限位销、290-比例卸荷阀、310-控制球阀、320-扶正套。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本发明的优点和功效。

请参图1和图2，井口连接器100，包括上部本体10和下部本体20，以及滑动连接在上部本体10与下部本体20之间的卡爪30，上部本体10和下部本体20外固定连接有外缸体40，外缸体40、上部本体10和下部本之间围合有空腔50，空腔50内设有用于推动卡爪30内外滑动的驱动环60，外缸体40上开设有与空腔50连通用于推动驱动环60上下移动的液压通道41；驱动环60的上端固定连接有机械解锁杆70，机械解锁杆70伸出上部本体10，机械解锁杆70用于提拉驱动环60。

实施时，上部本体10的内壁与采油树之间采用螺纹连接在一起，在上部本体10与采油树之间嵌有密封圈，设有液压回退螺栓穿过外缸体40与上部本体10与此密封圈抵持。下部本体20的内壁与水下井口采用螺纹连接在一起。驱动环60与外缸体40和下部本体20之间都嵌有密封圈防止压力泄露。液压通道41包括推动驱动环60往下移动的第一进压通道411和推动驱动环60往上移动的第二进压通道412，第一进压通道411的出口设立在驱动环60的上端面的上方，第二进压通道412的出口设立在驱动环60的下端面的下方。驱动环60和卡爪30采用斜面配合，卡爪30远离驱动环60的一侧设有卡齿，卡爪30用于与采油树的外壁连接。

正常使用时，从第一进压通道411加压，推动驱动环60往下滑动，驱动环60将推动卡爪30往内平移，从而实现卡爪30对采油树的缩紧，避免采油树从井口连接器100上脱离，从而通过井口连接器100实现采油树与水下井口之间的连接。从第二进压通道412加压，推动驱动环60往上移动，驱动环60解除对卡爪30的推力，解除卡爪30对采油树的锁紧，方便将采油树从井口连接器100上拆卸下来。

当驱动环60被卡死，井口连接器100失效时，通过外力将机械解锁杆70往上提，即可带动驱动环60往上移动解除卡爪30对采油树的卡合，保证了采油树在紧急情况下能安全的解除与井口连接器100的连接。

此外，在正常使用时，用于提拉机械解锁杆70的外部设备未安装在井口连接器100上，缩小了井口连接器100的整体体积和重量，方便安装。

其中，机械解锁杆70远离驱动环60的一端为蘑菇头形状。

这样一来，方便在井口连接器100失效时，能快速完成与机械解锁杆70的有效配合来提拉机械解锁杆70。

请参阅图3至图9，机械解锁工具200，包括与机械解锁杆70配合的连接板210；以及与连接板210固定连接的提升筒220；以及与提升筒220固定连接的盖板体230，盖板体230上开设有加压通道231；以及位于提升筒220内侧活塞体240，活塞体240与提升筒220滑动连接，以及固定在提升筒220上，用于限制活塞体240从提升筒220中掉出的限位螺栓250。

实施时，机械解锁杆70与连接板210都为相互配合的蘑菇头形状，将机械解锁工具200从上往下坐放到采油树上，然后将机械解锁杆70从连接板210上开设的直径比较大的孔内穿入，然后转动机械解锁工具200，机械解锁杆70的顶端即可锁紧在连接板210上。机械解锁工具200在坐放时将活塞体240往上顶，在活塞体240的重力作用下，活塞体240的底面与采油树的顶端一直保持贴合。

这样一来，通过外部钻杆插入加压通道231内进行加压，对活塞体240施加一个向下的压力，使得活塞体240与位于提升筒220内部的采油树顶端一直抵持住，然后提升筒220将相对活塞体240往上滑动，进而带动连接板210将机械解锁杆70往上提拉，实现对井口连接器100的紧急解锁。

此外，机械解锁工具200在平时都未安装在海底，只有在井口连接器100的液压系统紧急失效造成卡死时才会使用，保证了机械解锁工具200不受海底环境的影响，机械解锁工具200一直保持其零件的正常功效。

具体的，加压通道231的口径从上往下逐渐缩小，便于外部加压钻杆能快速准确的插入加压通道231内。

具体的，在提升筒220的底部，即连接板210的外侧还设有加强板215，用于稳固连接板210。

其中，请参阅图5和图6，机械解锁工具200还包括与活塞体240固定连接的导向芯轴260，导向芯轴260位于加压通道231内侧，导向芯轴260与盖板体230的内侧壁滑动连接，导向芯轴260的外侧壁上开设有凹槽261；以及穿过盖板体230的剪切销270，剪切销270伸入凹槽261内。

实施时，凹槽261的数量为一个，呈环形。

这样一来，通过导向芯轴260使得活塞体240在提升筒220内一直保持端面与水平面平行，避免活塞体240发生偏翘卡住。

此外，在机械解锁工具200未使用时，剪切销270的端头插入凹槽261的上端，挂住活塞体240和导向芯轴260，加压使用时，压力大于剪切销270的承载压力时，剪切型断裂，则导向芯轴260和活塞体240缓慢往下滑动，直至采油树抵持。在此方案中，在机械解锁工具200坐放在采油树的过程中，使得活塞体240与采油树一直未接触，避免在坐放时因机械解锁工具200的重力太大导致活塞体240与采油树发生碰撞导致零件损坏。

其中，请参阅图7，导向芯轴260凹槽261的数量为两个，两个凹槽261之间具有高度差，其中剪切销270伸入高度低的一个凹槽261内，另一个凹槽261内伸入有限位销280，限位销280与盖板体230固定连接。

这样一来，在机械解锁工具200未使用时，剪切销270的端头与高度低的一个凹槽261的顶端抵持，限位销280的端头位于高度高的一个凹槽261的底端处，加压使用时，压力大于剪切销270的承载压力时，剪切型断裂，则导向芯轴260和活塞体240缓慢往下滑动，直至采油树抵持。在此过程中，限位销280相对高度较高的凹槽261往上滑动，未干扰导向芯轴260和活塞体240的行程。当使用完毕后，将机械解锁工具200从采油树上提出来，此时限位销280可以避免导向芯轴260和活塞体240掉落。

另外，机械解锁工具200完成一次使用后，此时剪切销270已经断裂，将机械解锁工具200从采油树上提出来，从提升筒220的内侧将活塞体240往上顶，直至限位销280与高度相对高的一个凹槽261的底端抵持时，将断裂的剪切销270拔出，安装上新的剪切销270即可完成更换，实现了机械解锁工具200的快速维修。

其中，请参阅图8和图9，机械解锁工具200还包括安装在盖板体230上的比例卸荷阀290，比例卸荷阀290与提升筒220的内侧连通。

这样一来，通过比例卸荷阀290预设的压力值，当从进压通道施加液压，导致活塞体240向下的压力大于预设的压力值时，则比例卸荷阀290打开释放压力，避免活塞体240将采油树压坏。

其中，请参阅图3和图8，机械解锁工具200还包括安装在盖板体230上的控制球阀310。

这样一来，当比例卸荷阀290在海底的环境下失效时，可以通过人工或者机器人来打开控制球阀310来释放压力，避免活塞体240将采油树压坏。

其中，请参阅图5，机械解锁工具200还包括固定在提升筒220内侧壁上的扶正套320。

这样一来，通过扶正套320，使得机械解锁工具200坐放在采油树上的这个过程中一直保持竖直的状态，使得机械解锁工具200与机械解锁杆70能快速对准。

此外，在机械解锁工具200提拉机械解锁杆70的过程中，通过扶正套320填充在提升筒220与采油树之间的缝隙内，保证提升筒220在此过程中发生对机械解锁干施加的拉力的反向一直竖直向上，避免驱动环60在此过程中卡死。

其中，扶正套320采用耐摩金属材料制成。

这样一来，通过选用例如高锰钢这样的金属材料，在提供支撑的过程中，还能承受来回的摩擦，增加了机械解锁工具200整体的使用寿命。

解锁方法，包括如下步骤：

S1：将机械解锁工具200坐放在采油树本体上，连接板210与机械机锁杆配合锁定；

S2：将钻杆往加压通道231注入液压，通过活塞体240向下活动直至与采油树抵持，提升筒220驱动机械解锁杆70向上运动，实现井口连接器100的机械解锁。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。