石油管道断口封堵装置

1.本发明涉及一种海上油气田辅助装置技术领域，特别涉及一种石油管道断口封堵装置。


背景技术：

2.目前，在海上油气田生产过程中，随着服役年限的增长，关闭停产的海上油气井越来越多，其中海底管道的废弃处理是海上油气田废弃处理的重点。当前对于废弃海底管道采用拆除和弃置结合的方法，充分考虑海底管道所处环境，因地适宜，在对海底管道废弃处理时重要的环节是管道内残留物的清理，现如今普遍应用的是清管器与化学剂结合的组合清管技术。
3.现如今，在对废弃的海底管道进行拆除处理时，方法与铺设管道时相反，使管道在船上进行切割，为了更好的运输和节约成本，需要在船上将管道的长度切割为10米到20米之间，切割后为了防止管道内的油水混合物流出，造成环境的污染，需要对管道断口位置进行快速的临时封堵，现有技术经常采用的是用气囊进行管道封堵，其存在的问题是：采用气囊封堵是临时性的，容易失效，只能实现短时间封堵，而且，如果管道内含有气体，就需要较大压力封堵，气囊式封堵的压力有限，容易出现失效的情况。
4.中国专利申请号为cn202120499001.0，专利名称为《一种用于管道封堵的折叠式伞状封堵设备》，包括水平杆、滑动设于水平杆上的滑块、驱动用液压杆、与液压杆铰接并活动连接在滑块上的连杆一、一端与滑块铰接而另一端铰接在一顶板上的连杆二、一端铰接在顶板上而另一端铰接在连杆二端部的连杆三以及一端铰接在连杆三端部而另一端铰接在一执行块上的连杆四，其中，连杆一、连杆二、连杆三以及连杆四在滑块上呈上下对称设置；顶板包括顶板一和顶板二，顶板一和顶板二活动连接。其存在的问题是：利用液压杆带动连杆组件展开支撑顶板完成封堵，结构复杂，容易发生故障，导致在现场可能无法完成封堵。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种石油管道断口封堵装置，解决了废弃海底管道断口的快速封堵问题，提高了封堵的效率与封堵的质量，降低了封堵成本。
6.本发明提到的一种石油管道断口封堵装置，其技术方案是：包括密封胶筒和定向壳，在定向壳的一侧安装密封胶筒，其中，还包括封堵壳、丝盘、卡爪、凸台齿轮、传动轴和平键，所述的定向壳的一侧设有丝盘，所述丝盘的中心通过内齿轮与凸台齿轮啮合，且所述凸台齿轮通过平键与传动轴连接，所述传动轴的一端穿过定向壳的中心，另一端穿过丝盘与封堵壳的中心连接，且所述丝盘的外侧设有平面螺纹，通过平面螺纹与外侧设有的多个卡爪配合连接，所述卡爪的端部与密封胶筒的内壁接触，所述密封胶筒的外侧设有封堵壳，所述封堵壳的内壁设有多个卡爪轨道，与卡爪配合使卡爪沿径向移动，带动密封胶筒收缩或
扩张。
7.优选的，上述封堵壳包括沉孔、卡爪轨道、轴承支撑孔和壳主体，所述壳主体的内部表面上设有多个卡爪轨道，每个卡爪轨道为长方形凹槽结构，且由壳主体的中心向外圈排列；在壳主体的中心设有轴承支撑孔，轴承支撑孔与传动轴的外端配合连接；在壳主体上设有多个沉孔，通过螺栓穿过沉孔连接到定向壳实现封堵壳的连接固定。
8.优选的，上述的密封胶筒为圆环形结构，在圆环形结构的顶端设有两个倒角，外表面设为波纹表面，用来与石油管道的内壁配合。
9.优选的，上述的丝盘的表面设有平面螺纹，与卡爪啮合传动使其沿卡爪轨道移动，中心设为内齿轮与凸台齿轮啮合传递动力。
10.优选的，上述的卡爪的一个侧面设有用于与丝盘的平面螺纹配合的螺纹弧线槽，另一个侧面设有用于与封堵壳上的卡爪轨道配合的卡爪凸台，所述螺纹弧线槽与丝盘配合接收传递过来的力，卡爪凸台与卡爪轨道配合实现径向的移动方向。
11.优选的，上述的卡爪的外端为弧形结构，两端下侧分别设有卡爪支撑块，卡爪支撑块的上端与弧形结构固定，下端与中部的支撑主体连接固定。
12.优选的，上述的定向壳包括筒形罩、圆形定向板和把手，所述圆形定向板的一侧焊接筒形罩，在圆形定向板的另一侧设有把手，在圆形定向板的中心设有传动轴连接孔，在圆形定向板的表面设有多个螺孔。
13.优选的，上述传动轴包括定位凸台、轴承键槽、轴肩、矩形槽、轴主体、轴承和阶梯外轴，所述的轴主体的一端设有阶梯外轴，阶梯外轴的外端设有矩形槽，阶梯外轴的内侧设有轴肩，用于与定向壳的圆形定向板接触限位，在轴肩的一侧设有轴承；所述轴主体的另一端设有定位凸台，用于与封堵壳的轴承支撑孔配合；所述轴主体的外壁上设有轴承键槽，用于与平键配合。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：一是关于传动组件的改进，本发明利用丝盘上的平面螺纹与卡爪啮合，通过丝盘的旋转驱动卡爪移动挤压密封胶筒完成封堵，可以在动力装置停止转动时完成自锁，结构稳定不容易发生故障；二是关于驱动方式的改进，本发明通过动力装置的输出轴连接到传动轴端部的矩形槽，具体可以是：动力装置位于水面以上的船上，输出轴可以通过连续钢条连接到传动轴端部的矩形槽，就能完成对在船上切割好的管道的断口进行封堵操作，封堵成本降低。
15.总之，本发明能够对废弃的海底管道的断口进行快速封堵，能封堵带有一定压力的海底管道，与气囊式封堵相比，可以达到较大的封堵压力，比气囊压力大，时间长，可靠性高；另外，本发明的结构简单，制造成本低，不容易发生故障，能够满足大部分废弃海底管道在切割后的快速封堵要求。
附图说明
16.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的剖面结构示意图；图3是本发明的侧立面内部示意图；图4是本发明的封堵壳的结构示意图；
图5是本发明的密封胶筒的结构示意图；图6是本发明的一组卡爪的结构示意图；图7是本发明的传动轴的结构示意图；图8是本发明的定向壳的结构示意图；图9是三组卡爪的正面的结构示意图；图10是三组卡爪的反面的结构示意图；图11是丝盘的结构示意图；上图中：封堵壳1、密封胶筒2、丝盘3、卡爪4、凸台齿轮5、传动轴6、平键7、定向壳8；沉孔1.1、卡爪轨道1.2、轴承支撑孔1.3、壳主体1.4、倒角2.1、波纹表面2.2、平面螺纹3.1、内齿轮3.2、螺纹弧线槽4.1、卡爪凸台4.2、弧形结构4.3、卡爪支撑块4.4、支撑主体4.5、螺纹孔5.1、齿轮键槽5.2、定位凸台6.1、轴承键槽6.2、轴肩6.3、矩形槽6.4、轴主体6.5、轴承6.6、阶梯外轴6.7、筒形罩8.1、圆形定向板8.2、把手8.3、传动轴连接孔8.4、螺孔8.5。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施例1，参照图1-图3，本发明提到的一种石油管道断口封堵装置，包括封堵壳1、密封胶筒2、丝盘3、卡爪4、凸台齿轮5、传动轴6、平键7、定向壳8，所述的定向壳8的一侧设有丝盘3、密封胶筒2和封堵壳1，所述丝盘3的中心通过内齿轮3.2与凸台齿轮5啮合，且所述凸台齿轮5通过平键7与传动轴6连接，所述传动轴6的一端穿过定向壳8的中心，另一端穿过丝盘3与封堵壳1的中心连接，且所述丝盘3的外侧设有平面螺纹3.1，通过平面螺纹3.1与外侧设有的多个卡爪4配合连接，所述卡爪4的端部与密封胶筒2的内壁接触，所述密封胶筒2的外侧设有封堵壳1，所述封堵壳1的内壁设有多个卡爪轨道1.2，与卡爪4配合使卡爪4沿径向移动，带动密封胶筒2收缩或扩张。
19.参照图4，本发明的封堵壳1包括沉孔1.1、卡爪轨道1.2、轴承支撑孔1.3和壳主体1.4，所述壳主体1.4的内部表面上设有多个卡爪轨道1.2，每个卡爪轨道1.2为长方形凹槽结构，且由壳主体1.4的中心向外圈排列；在壳主体1.4的中心设有轴承支撑孔1.3，轴承支撑孔1.3与传动轴6的外端配合连接；在壳主体1.4上设有多个沉孔1.1，通过螺栓穿过沉孔1.1连接到定向壳8实现封堵壳1的连接固定。
20.参照图5，本发明的密封胶筒2为圆环形结构，在圆环形结构的顶端设有两个倒角2.1，外表面设为波纹表面2.2，用来与石油管道的内壁配合。
21.参照图11，本发明的丝盘3的表面设有平面螺纹3.1，与卡爪4啮合传动使其沿卡爪轨道1.2移动，中心设为内齿轮3.2与凸台齿轮5啮合传递动力。
22.参照图6、图9和图10，本发明的卡爪4的一个侧面设有用于与丝盘3的平面螺纹3.1配合的螺纹弧线槽4.1，另一个侧面设有用于与封堵壳1上的卡爪轨道1.2配合的卡爪凸台4.2，所述螺纹弧线槽4.1与丝盘3配合接收传递过来的力，卡爪凸台4.2与卡爪轨道1.2配合实现径向的移动方向。
23.另外，上述的卡爪4的外端为弧形结构4.3，两端下侧分别设有卡爪支撑块4.4，卡
爪支撑块4.4的上端与弧形结构4.3固定，下端与中部的支撑主体4.5连接固定。
24.参照图8，本发明的定向壳8包括筒形罩8.1、圆形定向板8.2和把手8.3，所述圆形定向板8.2的一侧焊接筒形罩8.1，在圆形定向板8.2的另一侧设有把手8.3，在圆形定向板8.2的中心设有传动轴连接孔8.4，在圆形定向板8.2的表面设有多个螺孔8.5。
25.参照图7，本发明的传动轴6包括定位凸台6.1、轴承键槽6.2、轴肩6.3、矩形槽6.4、轴主体6.5、轴承6.6和阶梯外轴6.7，所述的轴主体6.5的一端设有阶梯外轴6.7，阶梯外轴6.7的外端设有矩形槽6.4，阶梯外轴6.7的内侧设有轴肩6.3，用于与定向壳8的圆形定向板8.2接触限位，在轴肩6.3的一侧设有轴承6.6；所述轴主体6.5的另一端设有定位凸台6.1，用于与封堵壳1的轴承支撑孔1.3配合；所述轴主体6.5的外壁上设有轴承键槽6.2，用于与平键7配合。
26.本发明提到的一种石油管道断口封堵装置的使用方法，包括以下过程：第一、放置，通过把手8.3将本发明提到送到海底管道的断口内，使定向壳8的圆形定向板8.2与管道的断面重合，确定好封堵位置；第二、封堵，使用动力装置的输出端的接头与传动轴6端部的矩形槽6.4配合，通过动力装置提供的动力使传动轴6带动凸台齿轮5旋转，凸台齿轮5与丝盘3的内齿轮3.2啮合，带动丝盘3旋转，由于卡爪4的一个侧面设有用于与丝盘3的平面螺纹3.1配合的螺纹弧线槽4.1，另一个侧面设有用于与封堵壳1上的卡爪轨道1.2配合的卡爪凸台4.2，因此，螺纹弧线槽4.1与丝盘3配合接收动力装置传递过来的动力，这样，在卡爪凸台4.2与卡爪轨道1.2的配合下，实现卡爪4的径向的移动方向，从而带动挤压密封胶筒2，使密封胶筒2发生变形与海底管道的内壁形成封堵；第三、解封，通过动力装置的输出端的接头逆向旋转矩形槽6.4，使传动轴6带动卡爪4传递与封堵时相反的力，实现卡爪4沿着径向方向收缩，这样，密封胶筒2失去向外的挤压的力，从而可以完成海底管道的断开口处的解封。
27.其中，动力装置可以位于水面以上的船上或者海上采油平台，输出轴可以通过采用连续钢条连接到传动轴6端部的矩形槽6.4，实现旋转动力的输出。
28.另外，本发明与现有技术相比，其主要区别是：一是与传统的用气囊式的管道封堵方法，以及现有的发明专利号为cn202120499001.0的折叠式伞状封堵设备相比，本发明的结构更加简单，稳定可靠，封堵效果更好，能封堵的管道压力更高，适应范围更加广泛；二是关于传动组件的改进，现有的发明专利号cn202120499001.0的折叠式伞状封堵设备，利用液压杆带动连杆组件展开支撑顶板完成封堵的，而本发明是利用丝盘3上平面螺纹3.1与卡爪4啮合，通过丝盘3的旋转驱动卡爪4移动挤压密封胶筒2完成封堵，且具有自锁功能，可以在动力装置停止转动时完成自锁，结构稳定不容易发生故障；三是关于驱动方式的改进，现有的发明专利号cn202120499001.0的折叠式伞状封堵设备，动力源为液压杆的液压驱动，而本发明的封堵装置驱动方式灵活，通过动力装置的输出轴连接到传动轴6端部的矩形槽6.4，具体可以是：动力装置位于水面以上的船上，输出轴可以通过连续钢条连接到传动轴6端部的矩形槽6.4，就能完成对切割后的管道的断口进行封堵操作，封堵成本得到大幅降低。
29.本发明的封堵装置结构简单，制造容易，能对切割后的管道断口完成快速封堵，能
重复使用并适应多种环境下的封堵。
30.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种石油管道断口封堵装置，包括密封胶筒（2）和定向壳（8），在定向壳（8）的一侧安装密封胶筒（2），其特征是：还包括封堵壳（1）、丝盘（3）、卡爪（4）、凸台齿轮（5）、传动轴（6）和平键（7），所述的定向壳（8）的一侧设有丝盘（3），所述丝盘（3）的中心通过内齿轮（3.2）与凸台齿轮（5）啮合，且所述凸台齿轮（5）通过平键（7）与传动轴（6）连接，所述传动轴（6）的一端穿过定向壳（8）的中心，另一端穿过丝盘（3）与封堵壳（1）的中心连接，且所述丝盘（3）的外侧设有平面螺纹（3.1），通过平面螺纹（3.1）与外侧设有的多个卡爪（4）配合连接，所述卡爪（4）的端部与密封胶筒（2）的内壁接触，所述密封胶筒（2）的外侧设有封堵壳（1），所述封堵壳（1）的内壁设有多个卡爪轨道（1.2），与卡爪（4）配合使卡爪（4）沿径向移动，带动密封胶筒（2）收缩或扩张。2.根据权利要求1所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述封堵壳（1）包括沉孔（1.1）、卡爪轨道（1.2）、轴承支撑孔（1.3）和壳主体（1.4），所述壳主体（1.4）的内部表面上设有多个卡爪轨道（1.2），每个卡爪轨道（1.2）为长方形凹槽结构，且由壳主体（1.4）的中心向外圈排列；在壳主体（1.4）的中心设有轴承支撑孔（1.3），轴承支撑孔（1.3）与传动轴（6）的外端配合连接；在壳主体（1.4）上设有多个沉孔（1.1），通过螺栓穿过沉孔（1.1）连接到定向壳（8）实现封堵壳（1）的连接固定。3.根据权利要求1所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述的密封胶筒（2）为圆环形结构，在圆环形结构的顶端设有两个倒角（2.1），外表面设为波纹表面（2.2），用来与石油管道的内壁配合。4.根据权利要求1所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述的丝盘（3）的表面设有平面螺纹（3.1），与卡爪（4）啮合传动使其沿卡爪轨道（1.2）移动，中心设为内齿轮（3.2）与凸台齿轮（5）啮合传递动力。5.根据权利要求4所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述的卡爪（4）的一个侧面设有用于与丝盘（3）的平面螺纹（3.1）配合的螺纹弧线槽（4.1），另一个侧面设有用于与封堵壳（1）上的卡爪轨道（1.2）配合的卡爪凸台（4.2），所述螺纹弧线槽（4.1）与丝盘（3）配合接收传递过来的力，卡爪凸台（4.2）与卡爪轨道（1.2）配合实现径向的移动方向。6.根据权利要求5所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述的卡爪（4）的外端为弧形结构（4.3），两端下侧分别设有卡爪支撑块（4.4），卡爪支撑块（4.4）的上端与弧形结构（4.3）固定，下端与中部的支撑主体（4.5）连接固定。7.根据权利要求5所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述的定向壳（8）包括筒形罩（8.1）、圆形定向板（8.2）和把手（8.3），所述圆形定向板（8.2）的一侧焊接筒形罩（8.1），在圆形定向板（8.2）的另一侧设有把手（8.3），在圆形定向板（8.2）的中心设有传动轴连接孔（8.4），在圆形定向板（8.2）的表面设有多个螺孔（8.5）。8.根据权利要求1所述的石油管道断口封堵装置，其特征是：所述传动轴（6）包括定位凸台（6.1）、轴承键槽（6.2）、轴肩（6.3）、矩形槽（6.4）、轴主体（6.5）、轴承（6.6）和阶梯外轴（6.7），所述的轴主体（6.5）的一端设有阶梯外轴（6.7），阶梯外轴（6.7）的外端设有矩形槽（6.4），阶梯外轴（6.7）的内侧设有轴肩（6.3），用于与定向壳（8）的圆形定向板（8.2）接触限位，在轴肩（6.3）的一侧设有轴承（6.6）；所述轴主体（6.5）的另一端设有定位凸台（6.1），用于与封堵壳（1）的轴承支撑孔（1.3）配合；所述轴主体（6.5）的外壁上设有轴承键槽（6.2），用于与平键（7）配合。

技术总结
本发明涉及一种海上油气田辅助装置技术领域，特别涉及一种石油管道断口封堵装置。其技术方案是：定向壳的一侧设有丝盘、密封胶筒和封堵壳，所述丝盘的中心通过内齿轮与凸台齿轮啮合，且所述凸台齿轮通过平键与传动轴连接，丝盘的外侧通过平面螺纹与卡爪配合连接，所述卡爪的端部与密封胶筒的内壁接触，密封胶筒的外侧设有封堵壳，封堵壳的内壁设有卡爪轨道，与卡爪配合使卡爪沿径向移动，带动密封胶筒收缩或扩张。有益效果是：本发明能够对废弃的海底管道的断口进行快速封堵，能封堵带有一定压力的管道，与气囊式封堵相比，可以达到较大的封堵压力，比气囊压力大，时间长，可靠性高；另外，本发明的结构简单，制造成本低，不容易发生故障。易发生故障。易发生故障。


技术研发人员：任红伟 赵先文 敬宋阳 岳吉祥 尹晓丽 王国栋 战祥华
受保护的技术使用者：中国石油大学胜利学院
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25