1.一种海底管道气动带压接入装置,包括接入体、静密封器、水下调控器、动密封器、液压驱动系统和接入控制系统,它采用静密封和动密封双密封技术,并结合水下气动自动调控系统、液压双动力驱动系统和剖分套筒式接入体实现海底管道的带压接入,其特征在于:一接入体;所述接入体采用卧式剖分套筒体,其前后接入本体采用沿轴向全对称布置的厚壁筒体,前接入本体中部的筒体壁上设置三通管段,前后接入本体的环腔内壁采用阶梯回转面,其内锥面构成的环腔中配置锥形金属圈,而内锥面内侧的等腰梯形凹槽所构成的环腔中则配置梯形金属圈,梯形金属圈采用沿圆周方向均匀布置的分片构造;前后接入本体的顶端均设有沿轴向等间距分组布置的下销轴套,每个后接入本体的轴套环腔内配置有衬套,前后接入本体剖分面的上部和下部均设置有分组排列的锥形凸台;后接入本体下端正对其等腰梯形凹槽的位置设有U形沟槽,且U形沟槽两侧槽面靠近海底管道的端部均设置锲形坡口,该锲形坡口与锁销端部的锲形坡口相配合,而前接入本体下端正对其等腰梯形凹槽的位置设有与后接入本体U形沟槽相配合的拱形锁块;自锁块包括左右对称布置的两个锁销和锁盖及一个弹簧,锁销采用阶梯轴结构;推进架分两组对称布置于前后接入本体的两侧,每组推进架整体呈现类V形的形状,每个分推进架的矩形钢板沿轴向设置两个矩形沟槽;
一静密封器;所述静密封器采用左右分体式和前后剖分式的双对称构造,锥形金属圈呈剖分式锲形轴瓦构造,而多边形金属环则采用粗金属环体,其截面呈长六边形;滑移环法兰盘端面上设置的环形凹槽与前后接入本体的环形凹槽对称布置且所构成的环腔中配置多边形金属环,同时滑移环环体的外环面和内壁上均加工有截面为矩形的环形凹槽;
一液压驱动系统;所述液压驱动系统提供周向推进动力完成前后接入本体的自动张开和闭合,同时每组推进架分别配置一套液压驱动系统而实现双动力驱动,每套液压驱动系统采用两个并行排列的独立液压缸,且通过推进架完成前后接入本体间的动力传递;
一水下调控器;所述水下调控器依据气动调节以及调控球与调控座和调控盖间的球面配合完成钻孔作业的自动关断,金属垫片采用垫片式金属环体,气动阀组提供动力并通过气压传动由调控轴带动调控球旋转;密封压套采用变径环体,其下端的调控座上通管环腔内配置有分层叠放的矩形密封圈;调控轴的轴身与密封压套的内壁精密配合而构成转动副,而其轴颈的外壁上加工有分层排列的环沟,同时轴颈与调控座上通管的内壁精密配合而构成转动副;调控座和调控盖的本体采用球形筒体,调控球沿垂直于调控座左通管和调控盖侧通管轴线的方向上切有两个相互平行的切面,调控座和调控盖本体的内外球面同心且与调控球的球心始终保持重合而构成球面配合,同时调控球与调控座以及调控球与调控盖间的球面结合带的轴向长度均大于调控球上两切面间距的四分之一;
一接入控制系统;所述接入控制系统通过压力变送器和气动控制阀远程自动调控新接入油井产液的流量,通过压差变送器和气动控制阀自动调控油气输送介质的流量和外输压力;
一动密封器;所述动密封器依据填料和密封圈以及双圆盘式迷宫密封的多重密封技术将其与接入体和水下调控器相联通的内腔分隔成独立的密闭腔室,填料密封体采用法兰盘式构造,且迷宫密封体采用双圆盘式迷宫密封,迷宫盘和迷宫环的各环形沟槽内填充油液且其两侧端面分别保持平齐而形成迷宫密封,迷宫环的环腔内壁布置分层排列的凹槽。
2.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述接入体的前后接入本体依据其剖分式构造而分别套于海底管道接入管段的前部和后部,前后接入本体两侧端各螺纹孔的四周加工有环形凹槽,该环形凹槽的截面呈等腰梯形,梯形金属圈的各分片由前后接入本体分别夹紧且其各分片的结合处采用间隙配合;
所述前接入本体中的每组下销轴套仅设置一个轴套,而后接入本体中的每组下销轴套均含有两个同轴心的轴套,并与前接入本体的轴套交错排列,且后接入本体最两侧的轴套端面分别与前后接入本体的端面保持平齐;同时衬套的内径与前接入本体轴套的孔径相等并同轴心布置,且各衬套和前接入本体的轴套分别与下销轴配合;
所述后接入本体中U形沟槽两侧槽面的中间部位钻有圆形盲孔,且圆形盲孔的内壁精细研磨,同时前接入本体中拱形锁块的环腔内壁采用阶梯回转面,其变截面结合处嵌入锁盖。
3.根据权利要求1或2所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述自锁块完成接入体的快速自动锁紧,锁销中移动销和定位销的截面变化处设置锁盖而实现锁销的定位,且自锁块两侧定位销的变截面结合处形成的台肩实现弹簧在前接入本体拱形锁块环腔中的定位;移动销分别与锁盖中间的孔眼和后接入本体U形沟槽的圆形盲孔精密配合而构成移动副,同时定位销与前接入本体拱形锁块的环腔精密配合而构成移动副;
所述推进架与前后接入本体的下销轴套交错排列,每组推进架均含有两个对称分布的分推进架,每个分推进架采用矩形钢板和等腰梯形钢板相结合的结构,其矩形钢板沿其长度方向立式布置,而其等腰梯形钢板的中心对称面与水平面间呈45°,每组推进架的矩形沟槽分别配置两个独立的液压缸。
4.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述静密封器与接入体同轴心布置,静密封器含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体,且其单体对称布置于接入体的两侧端;锥形金属圈的内径大于海底管道的外径,同时锥形金属圈外锥面的锥度等于前后接入本体内锥面的锥度,而其外锥面的锥高则大于前后接入本体内锥面的锥高;
所述滑移环侧端的法兰盘上钻有与前后接入本体两侧端的螺纹孔相同位置和布置形式的孔眼,滑移环外环面的环形凹槽分层排列且其内填充润滑脂,而其内壁的环形凹槽内则填充玻璃胶,滑移环环体的外环面与前后接入本体的内壁精密配合而构成移动副。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述液压驱动系统所有独立液压缸的液压油经过多路换向阀统一分配,实现接入体和静密封器剖分单体的自动同步周向推进;
所述海底管道气动带压接入装置的水下对中和对接作业流程为,打开液压驱动系统,各液压缸通过其缸筒上的回油口和多路换向阀进行回油,后接入本体依靠液压缸提供的周向推进双动力逐渐张开,然后通过吊机继续吊装下放整套接入装置,直至前接入本体的内壁与海底管道接入管段的外环面重合为止,接着各液压缸通过其缸筒上的出油口和多路换向阀进行通油,后接入本体逐渐朝着前接入本体闭合,待前接入本体拱形锁块内的自锁块锁销滑入后接入本体U形沟槽的圆形盲孔内,实现前后接入本体的自动锁紧,由此完成水下对中作业;然后,关闭并拆卸液压驱动系统的各液压缸,前后接入本体的各组锥形凸台内装入夹紧螺柱,然后旋紧各夹紧螺柱,依靠前后接入本体所传递的夹紧压力,梯形金属圈沿径向移动并逐步与海底管道贴合后产生变形而形成金属圈密封;接着,旋紧静密封器的各推进螺柱,依靠滑移环所传递的推力,锥形金属圈和多边形金属环依次受挤压产生变形而形成双重金属密封的静密封;最后,待滑移环内壁环形凹槽内的玻璃胶凝固,完成整个水下对接作业。
6.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述海底管道气动带压接入装置的水下气动自动调控系统由水下调控器和接入控制系统组成;
所述水下调控器中金属垫片的外径小于调控盖左侧法兰盘的外径而其内径则大于调控球的球径,矩形密封圈的截面呈矩形;气动阀组的下端配有联轴套,支座采用矩形筒体,其上下筒壁均钻有圆孔,并通过联接螺栓将气动阀组和调控座连为一体;
所述水下调控器的矩形密封圈和○型密封圈通过密封压套产生变形而在调控座和调控轴间形成非金属密封,密封压套内壁的上部加工有分层排列的环槽,每层环槽的腔室内配置○型密封圈,密封压套的上部采用正六边形的方体。
7.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述水下调控器的调控轴将气动阀组的动力传递至调控球,其材质选用耐磨、高强和热变形小的调质合金钢,调控轴的两端通过方径接头而上接联轴套同时下连调控球,调控轴的轴颈与轴身截面变化处形成轴肩并用来定位矩形密封圈;
所述调控座的上通管和左右通管以及调控盖的侧通管均采用柱形筒体,调控座的左通管、调控盖的侧通管和动密封器中动密封本体同轴心布置且其内径均等于调控球的内环壁直径,调控座的右通管和调控盖的侧通管之间配置金属垫片;调控球上两切面所在的圆面直径相等并均大于调控球的内环壁直径,调控座本体的内球面直径、调控座右通管的内径、调控盖本体的内球面直径均等于调控球的球径。
8.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述接入控制系统在海底管道接入管段的管壁上设置压力变送器,通过监测并流输送后原有海底管道内的压力状况,并经气电转换器将电信号转换成气信号,自动控制新接入海管上气动控制阀的气动量,进而自动调控新接入油井产液的流量并保证整个海底管道供液的稳定;
所述接入控制系统在海底管道接入管段和新接入海管的管壁上设置压差变送器,通过实时监测两管段间的压差,并经气电转换器将电信号转换成气信号,自动控制新接入海管上气动控制阀的气动量,进而自动调控油气输送介质的流量和外输压力。
9.根据权利要求1所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述动密封器与接入体和水下调控器的各密闭腔室内填满含冷却液和防腐剂的液体,其填料密封体由填料盘、压盖和填料组成,填料盘的环腔内壁采用阶梯回转面,变截面结合处用来定位压盖,压盖通过螺纹联接压紧填料而形成填料密封;迷宫密封体同轴心布置于动密封本体的两侧端,它由迷宫盘和迷宫环组成,迷宫盘的环腔内壁加工有沿轴向均匀排列的环形沟槽,且迷宫环外环面的同样位置处设置相同规格尺寸的环形沟槽,同时迷宫环环腔内壁的各层凹槽内配置○形密封圈;动密封本体采用厚壁筒体,其两端的法兰盘与填料密封体的填料盘、迷宫密封体的迷宫盘以及水下调控器侧通管右侧的法兰盘均钻有相同数量和规格大小的圆形孔眼。
10.根据权利要求1或6或7或8或9所述的海底管道气动带压接入装置,其特征在于:所述海底管道气动带压接入装置的水下接入作业流程为,打开水下调控器,并使调控座的左通管和调控盖的侧通管与调控球的内环壁同轴心布置;然后,旋紧填料密封体压盖的螺纹并压紧填料而形成填料密封,同时结合密封圈以及双圆盘式迷宫密封的多重密封技术实现带压接入装置与开孔设备钻杆间的动密封,并在动密封器与接入体和水下调控器所分隔出的各密闭腔室内填满含冷却液和防腐剂的液体;接着,将开孔设备的刀具进给至接入体的三通管段内并实施钻孔作业,海底管道接入管段上开孔结束后,将开孔设备的刀具退刀至调控盖的侧通管内;然后,启动水下调控器,气动阀组的动力通过气压传动并由气动阀组的联轴套和调控轴带动调控球旋转90°而实施自动关断操作,并使调控座左通管和调控盖侧通管的轴线与调控球的内环壁轴线垂直相交布置;接着,旋松并打开左侧迷宫密封体迷宫盘上的各密封螺柱,将动密封器随同开孔设备的刀具和钻杆一起从水下调控器上拆卸下来,然后在调控盖侧通管的管端装上新接入海管;最后,接入控制系统远程通过压力变送器和压差变送器的实时监测并经气动控制阀,自动调控并流输送中油气输送介质的流量和外输压力。