本发明涉及滑动促动管连接器。一种水下立管组件通过外套筒的轴向移动来连接两个管构件。该组件包括第一管部件，其具有端部；以及第二管构件，其具有端部，所述端部具有由槽分开的多个箱形端指状物，第二管构件与所述第一管构件同轴。第一管构件的端插入于第二管构件的端内。外套筒具有接合每个箱形端指状物外径的内径。外套筒相对于箱形端指状物的轴向移动造成外套筒的内径与箱形端指状物的外径相互作用，从而使得箱形端指状物径向收缩。在装配位置，箱形端指状物的径向收缩将第一管构件固定到第二管构件。
第一管构件，其具有轴线和端部，其中，凹槽形成于所述端部的外径上；
第二管构件，其具有端部，所述端部具有由槽分开的多个箱形端指状物和形成于所述箱形端指状物的内表面上的凹槽，所述第二管构件与所述第一管构件同轴；
其中，当在初始位置，所述第一管构件插入于所述第二管构件的端部内时，所述第一管构件的凹槽靠近所述第二管构件的凹槽；
外套筒，其置于所述箱形端指状物周围且具有内表面，所述内表面带有与所述指状物的凸出外表面接合的环形凹部；
解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间；并且其中，所述外套筒相对于所述箱形端指状物的轴向移动导致所述外套筒的内表面中的所述凹部抵靠所述箱形端指状物的凸出外表面滑动，导致所述箱形端指状物在径向上收缩成与所述第一管构件的端部上的凹槽接合，使得所述外套筒密封抵靠所述第一管构件，从而在装配位置将所述第一管构件固定到所述第二管构件上。
随着所述凹槽靠近所述第二管构件端部，所述第二管构件凹槽的深度逐渐增加；以及随着所述凹槽靠近所述第一管构件端部，所述第一管构件凹槽的深度逐渐减小。
所述箱形端指状物在所述第二管构件的端部的柱形基部处彼此结合，所述箱形端指状物沿轴向在所述基部与所述箱形端指状物上的凹槽之间具有较小壁厚区域，以增加所述箱形端指状物的柔性。
4.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，还包括：在所述第一管构件的端部与所述外套筒之间的第一密封件；
在所述第二管构件的端部与所述外套筒之间的第二密封件；并且其中所述第一管构件的凹槽、所述第二管构件的凹槽、所述凸出外表面和所述环形凹部沿轴向位于所述第一密封件和所述第二密封件之间。
5.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，所述凹部具有超过所述指状物上的凸出外表面的轴向尺寸的轴向尺寸。
6.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，还包括：鼻形密封件，其插置于所述第一管构件的端部的鼻部与所述第二管构件的端部中的内侧肩部之间。
7.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，所述箱形端指状物的所述凸出外表面为弓形，并且具有中心点位于所述凸出外表面的内侧的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，所述外套筒的内表面中的所述凹部具有结合柱形部的锥形部。
9.根据权利要求1所述的管连接器，其特征在于，所述外套筒在包含所述凹部的区域中具有比所述外套筒的结合所述凹部的部分中更薄的壁厚。
第一管构件，其具有轴线和端部，其中凹槽形成于所述端部的外径上；
第二管构件，其具有端部，所述端部具有由槽分开的多个向外偏压的箱形端指状物、形成于所述箱形端指状物的内表面上的凹槽、以及在所述箱形端指状物的外表面上的弓形表面，所述第二管构件与所述第一管构件同轴；
所述弓形表面具有沿轴向间隔开的第一和第二边缘、以及在所述第一和第二边缘之间延伸的曲率半径，所述曲率半径具有在所述弓形表面的内侧的中心点；
随着所述凹槽靠近第二管构件端部，所述第二管构件凹槽的深度增加；
随着所述凹槽靠近第一管构件端部，所述第一管构件凹槽的深度减小；
其中，当在初始位置所述第一管构件插入于所述第二管构件的端部内时，所述第一管构件的凹槽靠近所述第二管构件的凹槽；
外套筒，其置于所述箱形端指状物周围，并且具有柱形内表面和结合所述柱形内表面且从所述柱形内表面向外渐缩的环形内凹部；
解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间；并且其中，所述外套筒相对于所述箱形端指状物的轴向移动导致所述外套筒的内凹部抵靠所述箱形端指状物的弓形表面滑动，导致所述箱形端指状物径向收缩成与所述第一管构件的端部上的凹槽接合，从而在装配位置将所述第一管构件固定到所述第二管构件上。
11.根据权利要求10所述的管连接器，其特征在于，还包括：所述解锁圈具有置于所述外套筒的内径凹槽内的第一端；
其中，所述解锁圈具有在与所述第一端相反的第二端上从所述解锁圈的底部延伸的突起；
将所述箱形端指状物从所述初始位置移动到所述装配位置的所述外套筒沿第一方向的轴向移动沿轴向向上地移动所述解锁圈；并且其中，将所述箱形端指状物从所述装配位置移动到所述初始位置的所述外套筒沿第二方向的轴向移动沿轴向向下地移动所述解锁圈，从而将所述突起插置在所述第一管构件和所述第二管构件的凹槽之间以分开所述第一管构件和所述第二管构件。
12.根据权利要求10所述的管连接器，其特征在于，还包括：在所述第一管构件的端部与所述外套筒之间的第一密封件；和在所述第二管构件的端部与所述外套筒之间的第二密封件；并且其中所述箱形端指状物沿轴向位于所述第一密封件和所述第二密封件之间。
13.根据权利要求10所述的管连接器，其特征在于，所述外套筒在包含所述内凹部的区域中具有比所述外套筒的结合所述内凹部的部分中更薄的壁厚。
14.根据权利要求10所述的管连接器，其特征在于，在所述箱形端指状物的外表面中形成外凹部，所述外凹部分开所述弓形外表面与所述第二管构件的端部的柱形外表面。
(a)提供具有销形端的第一管构件，在其外表面上带有凹槽；
(b)提供具有箱形端的第二管构件，所述箱形端具有向外偏压的指状物，该指状物带有在其内表面上具有凹槽的自由端，所述自由端具有弓形外表面；
(c)提供在解锁位置和锁定位置之间可轴向移动的外套筒，所述外套筒具有内表面，该内表面具有形成于其中并与所述箱形端指状物的外表面接合的渐缩环形凹部；
其中，在所述解锁位置，所述外套筒远离所述第一管构件移动，使得所述外套筒的凹部允许所述第二管构件的箱形端向外扩张，直到所述箱形端指状物上凹槽与所述销形端上的凹槽分离；并且其中，在所述锁定位置，所述外套筒朝所述第一管构件移动，使得所述外套筒的凹部与所述箱形端的凸出外表面相互作用，以使所述箱形端指状物的凹槽移动成与所述销形端的凹槽接合；
(d)将所述第一管构件的销形端插入于所述第二管构件的箱形端内；
(e)使所述外套筒从所述解锁位置移动到所述锁定位置；以及(f)提供插置于所述第一管构件与所述外套筒之间的解锁圈，所述解锁圈具有定位成用于插置在所述第一管构件的销形端与所述第二管构件的箱形端之间的突起。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括将鼻形密封件置于所述第二管构件的内侧肩部上，使得在所述第一管构件插入于所述第二管构件内且在装配位置所述箱形端指状物接合所述销形端之后，所述鼻形密封件密封到所述第一管构件上的鼻部。
第一管构件，其具有轴线和端部，其中凹槽形成于所述端部的外径上，并且鼻形段越过所述凹槽延伸；
第二管构件，其具有端部，所述端部具有由槽分开且在所述第二管构件的基部处结合在一起的多个箱形端指状物，所述箱形端指状物具有与所述基部相反的自由端，在所述箱形端指状物的内表面上形成有凹槽，所述箱形端指状物具有在所述基部与向外倒圆外表面之间延伸的锥形凹部，所述第二管构件与所述第一管构件同轴；
其中，当在初始位置，所述第一管构件插入于所述第二管构件的端部内时，所述第一管构件的凹槽靠近所述第二管构件的凹槽；
外套筒，其置于所述箱形端指状物周围且具有柱形内表面，所述柱形内表面结合从所述柱形内表面向外渐缩的内凹部；
解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间；并且其中，所述外套筒相对于所述箱形端指状物的轴向移动导致所述外套筒的内凹部抵靠所述箱形端指状物的倒圆外表面滑动，导致所述箱形端指状物在径向上收缩成与所述第一管构件的端部上的凹槽接合，从而在装配位置将所述第一管构件固定到所述第二管构件上。
18.根据权利要求17所述的管连接器，其特征在于：
所述第二管构件凹槽的深度在朝向所述箱形端指状物的自由端的方向上增加；以及所述第一管构件凹槽的深度在朝向所述第一管构件的鼻形段的方向上减小。
19.根据权利要求17所述的管连接器，其特征在于，还包括：所述解锁圈固定到所述外套筒上以随之移动；
其中，所述解锁圈具有从所述解锁圈的底部延伸的突起；
其中，将所述箱形端指状物从所述初始位置移动到所述装配位置的所述外套筒沿第一方向的轴向移动沿所述第一方向移动所述解锁圈；以及其中，将所述箱形端指状物从所述装配位置移动到所述初始位置的所述外套筒沿第二方向的轴向移动沿所述第二方向移动所述解锁圈，从而将所述突起插置在所述第一管构件和所述第二管构件的凹槽之间，以分开所述第一管构件和所述第二管构件。
20.根据权利要求17所述的管连接器，其特征在于，还包括：在所述第一管构件的端部与所述外套筒之间的第一密封件；
在所述第二管构件的基部与所述外套筒之间的第二密封件；并且其中，所述箱形端指状物沿轴向位于所述第一密封件和所述第二密封件之间。
21. 根据权利要求20所述的管连接器，其特征在于，还包括：柱形密封表面，其位于所述外套筒内，并且在所述外套筒的与所述柱形内表面相反的边缘上结合所述内凹部；以及在所述第一管构件上的密封件，其接合所述柱形密封表面。
22.根据权利要求17所述的管连接器，其特征在于，还包括鼻形密封件，其插置于所述第一管构件的鼻形段与所述第二管构件的端部中的内侧肩部之间。
滑动促动管连接器
技术领域
[0001] 本发明大体而言涉及油气井的钻进和开采，且更特定而言，涉及用于管构件的滑动促动连接器的设计。
背景技术
[0002] 立管为在离岸钻井、开采、输出、输入、采矿和独立式操作中用于从离岸平台到水下井口和从水下井口引导诸如钻柱或开采管柱的油管柱且用于提供用于流体循环手段的大直径的管。油管柱通过立管下放。流体从平台向下循环通过油管柱，通过钻头或其它子组件出来，且在立管内径与油管柱外径之间的空间返回到平台。由海浪、水流和离岸平台的移动造成的环境力以及由于重流体的重量造成的内力将构成施加到立管上的较大负荷。此外，利用表面防喷器的高压钻井立管可经受完全井筒压力。在立管的每个连续接头之间的连接将能耐受这样的负荷。
[0003] 现有技术利用螺栓凸缘型连接器或者利用径向定向的螺钉来装配立管或接头连接，其中径向定向的螺钉移动卡箍(dog)以与立管上的轮廓接合和脱离。这两种方法都需要利用扳手或螺柱(stub)张紧装置来操纵，使得人员很靠近钻探平台豁口(drilling slot)较长时段，且增加了执行该任务的危险水平。
[0004] 在另一现有技术实施例中，立管箱形(box)端形成为带有腔且锁定构件位于腔内。锁定构件具有与相邻立管的销形端上的轮廓配合的轮廓。此立管组件包括特殊凸轮(cam)圈，其由在平台上的特殊设备来促动。特殊设备使得凸轮将锁定构件移动为与销形端的轮廓接合以固定立管的管。这些凸轮组件可显著地增加平台的成本，这归因于用于特殊设备和更昂贵的立管构件的增加的资本成本。因此，将需要能快速装配而不需要使人员位于紧邻钻探平台豁口较长时段且具有较低资本成本的允许坚固连接的立管接头。
[0005] 在又一现有技术实施例中，立管端形成为具有凹槽。夹头(collet)或开口圈可包围立管端且套筒可包围夹头或开口圈。套筒将在内径上具有特殊形成的螺纹，其接合在夹头或开口圈的外径上的配合的螺纹。套筒相对于夹头或开口圈的旋转使得夹头或开口圈径向收缩以将立管端联接在一起。在利用夹头的实施例中，夹头具有内径凹槽，内径凹槽将接合形成于立管端上的凹槽。在利用开口圈的实施例中，开口圈的径向收缩将造成在立管端上的凹槽接合。在这些实施例中，一个立管端将在外径部分上具有凹槽，且一个立管端将在内径部分上具有凹槽。这些立管组件需要大量的制造时间来加工复杂的夹头或开口圈接合部件。此外，立管的强度可受到夹头构件的强度的限制，夹头构件为通常形成为具有较薄侧壁且经受更高比率的疲劳失效的构件。另外，装配这些连接器将需要工人接近旋转机械。这存在较高的使工人受伤的风险。因此，需要一种立管接头，其允许不受插置部件限制的坚固连接，其能快速地装配而不需要复杂地加工的部件。
发明内容
[0006] 由本发明的优选实施例来大体上解决或避免这些和其它问题且大体上实现技术优点，本发明的优选实施例提供用于管构件的成本节约的快速装配连接器。
[0007] 根据本发明的实施例，公开了一种管连接器。该管连接器包括第一管构件，其具有轴线和端部，其中凹槽形成于端部的外径上；该管连接器还包括第二管构件，其具有端部，端部具有由槽分开的多个箱形端指状物和形成于箱形端指状物的内表面上的凹槽，第二管构件与第一管构件同轴。当在初始位置，第一管构件插入于第二管构件的端内时，第一管构件的凹槽靠近第二管构件的凹槽。该管连接器还包括外套筒，其置于箱形端指状物周围。外套筒相对于箱形端指状物的轴向移动造成外套筒的内表面抵靠箱形端指状物的外表面滑动，使得箱形端指状物径向收缩与第二管构件的端部上的凹槽接合，从而在装配位置将第一管构件固定到第二管构件上。
[0008] 根据本发明的另一示例性实施例，公开了一种管连接器。该管连接器包括第一管构件，其具有轴线和端部，其中凹槽形成于端部的外径上。该管连接器还包括第二管构件，其具有端部，端部具有由槽分开的多个向外偏压的箱形端指状物、形成于箱形端指状物的内表面上的凹槽、以及在箱形端指状物的外表面上的弓形表面，第二管构件与第一管构件同轴。随着凹槽靠近第二管构件端部，第二管构件凹槽的深度增加，以及随着凹槽靠近第一管构件端部，第一管构件凹槽的深度减小。当在初始位置，第一管构件插入于第二管构件的端部内时，第一管构件的凹槽靠近第二管构件的凹槽。该管连接器还包括外套筒，其置于箱形端指状物周围且具有渐缩内表面。外套筒相对于箱形端指状物的轴向移动造成外套筒的渐缩内表面抵靠箱形端指状物的外表面滑动，使得箱形端指状物径向收缩与在第二管构件的端部上的凹槽接合，从而在装配位置将第一管构件固定到第二管构件上。
[0009] 根据本发明的又一实施例，公开了用于结合管构件的方法。该方法提供第一管部件，其具有销形端；以及具有箱形端的第二管构件，箱形端具有向外偏压的指状物；和可轴向移动的套筒，套筒具有内凸轮表面。该方法将第一管构件的销形端插入于第二管构件的箱形端内以使得在初始位置在箱形端和销形端上的相对的凹槽彼此靠近。该方法使得在箱形端的外表面上的套筒在轴向朝向第一管构件移动，以使得第二管构件的箱形端的箱形端指状物向内移动与第一管构件的销形端接合，来完全接合相对的凹槽且将第一管构件固定到第二管构件。
[0010] 根据本发明的又一示例性实施例，公开了一种管连接器。该管连接器包括第一管构件，其具有轴线和端部，其中螺纹形成于端部的外径上；第二管构件，其具有端部，端部具有由槽分开的多个箱形端指状物和形成于箱形端指状物的内表面上的螺纹，第二管构件与第一管构件同轴。当在初始位置，第一管构件插入于第二管构件的端部内时，第一管构件的螺纹靠近第二管构件的螺纹。外套筒置于箱形端指状物周围且具有内表面。外套筒相对于箱形端指状物的轴向移动造成外套筒的内表面抵靠箱形端指状物的外表面滑动，使得箱形端指状物径向收缩与在第二管构件的端部上的螺纹接合。以此方式，在装配位置将第一管构件固定到第二管构件上。
[0011] 根据本发明的又一实施例，一种管连接器，包括：第一管构件，其具有轴线和端部，其中凹槽形成于所述端部的外径上；第二管构件，其具有：端部，所述端部具有多个向外偏压的箱形端指状物，所述箱形端指状物由槽分开；形成于所述箱形端指状物的内表面上的凹槽；以及，在所述箱形端指状物的外表面上的弓形表面；所述第二管构件与所述第一管构件同轴；随着所述凹槽靠近所述第二管构件端部，所述第二管构件凹槽的深度增加；以及随着所述凹槽靠近所述第一管构件端部，所述第一管构件凹槽的深度减小；其中，当在初始位置，所述第一管构件插入于所述第二管构件的端部内时，所述第一管构件的凹槽靠近所述第二管构件的凹槽；外套筒，其置于所述箱形端指状物周围且具有渐缩内表面；以及，其中，所述外套筒相对于所述箱形端指状物的轴向移动造成所述外套筒的渐缩内表面抵靠所述箱形端指状物的外表面滑动，使所述箱形端指状物在径向收缩成与所述第二管构件的端部上的凹槽接合，从而在装配位置将所述第一管构件固定到所述第二管构件上。
[0012] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括：解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间；其中，所述解锁圈具有置于所述外套筒的内径凹槽内的第一端；其中，所述解锁圈具有从所述解锁圈的底部延伸的在与所述第一端相反的第二端上的突起；将所述箱形端指状物从初始位置移动到装配位置的外套筒沿第一方向的轴向移动在轴向向上移动所述解锁圈；以及，其中，将所述箱形端指状物从所述装配位置移动到所述初始位置的外套筒沿第二方向的轴向移动在轴向向下移动所述解锁圈，将所述突起插置在所述第一管构件和第二管构件的凹槽之间以分开所述第一管构件和第二管构件。
[0013] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括：在所述第一管构件的端部与所述外套筒之间的密封件。
[0014] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括：在所述第二管构件的所述端部与所述外套筒之间的密封件。
[0015] 根据本发明的又一实施例，凹部形成于所述箱形端指状物的外径表面中，所述凹部分开所述弓形外表面与所述箱形端指状物的柱形外表面。
[0016] 根据本发明的又一实施例，一种用于结合管构件的方法，包括以下步骤：(a)提供具有销形端的第一管构件；(b)提供具有箱形端的第二管构件和具有内凸轮表面的可轴向移动的套筒，所述箱形端具有向外偏压的指状物；(c)将所述第一管构件的销形端插入于所述第二管构件的箱形端内，以使得在初始位置在所述箱形端和所述销形端上的所述相对的凹槽彼此靠近；以及(d)使得在所述箱形端的外表面上的套筒在轴向朝向所述第一管构件，以使得所述第二管构件的箱形端的箱形端指状物向内移动以与所述第一管构件的销形端接合来完全接合所述相对的凹槽，且将所述第一管构件固定到所述第二管构件。
[0017] 根据本发明的又一实施例，方法的步骤(c)还包括将鼻锥密封件置于所述第二管构件的面向上的肩部上使得在所述第一管构件插入于所述第二管构件内且在装配位置所述箱形端指状物接合所述销形端之后，所述鼻锥密封件密封到所述第一管构件和所述第二管构件。
[0018] 根据本发明的又一实施例，方法还包括：提供解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间，并且第一端部置于所述外套筒的内径凹槽内；以及使所述外套筒沿一方向在轴向移动将所述箱形端指状物从所述装配位置移动到所述初始位置以在轴向向下移动所述解锁圈，从而将所述突起插置在所述第一管构件和第二管构件的凹槽之间以分开所述第一管构件和第二管构件。
[0019] 根据本发明的又一实施例，一种管连接器包括：第一管构件，其具有轴线和端部，其中螺纹形成于所述端部的外径上；第二管构件，其具有端部，所述端部具有多个箱形端指状物，所述多个箱形端指状物由槽分开且在箱形端指状物的内表面上形成有螺纹，所述第二管构件与所述第一管构件同轴；其中，当在初始位置，当第一管构件插入于所述第二管构件的端部内时，所述第一管构件的螺纹靠近所述第二管构件的螺纹；外套筒，其置于所述箱形端指状物周围且具有内表面；以及，其中，所述外套筒相对于所述箱形端指状物的轴向移动造成所述外套筒的内表面抵靠所述箱形端指状物的外表面滑动，使得所述箱形端指状物在径向收缩成与所述第二管构件的端部上的螺纹接合，从而在装配位置将所述第一管构件固定到所述第二管构件上。
[0020] 根据本发明的又一实施例，随着所述凹槽靠近所述第二管构件端部，所述第二管构件螺纹的深度增加；以及随着所述凹槽靠近所述第一管构件端部，所述第一管构件螺纹的深度减小。
[0021] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括：解锁圈，其插置于所述第一管构件与所述外套筒之间；其中，所述解锁圈固定到所述外套筒上以随之移动；其中，所述解锁圈具有从所述解锁圈的底部延伸的突起；其中，将所述箱形端指状物从初始位置移动到装配位置的所述外套筒沿第一方向的轴向移动沿所述第一方向移动所述解锁圈；以及，其中，将所述箱形端指状物从所述装配位置移动到所述初始位置的外套筒沿第二方向的轴向移动沿第二方向移动所述解锁圈，从而将所述突起插置在所述第一管构件和第二管构件的螺纹之间，以分开所述第一管构件和第二管构件。
[0022] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括：在所述第一管构件的端部与所述外套筒之间的密封件。
[0023] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括在所述第二管构件的端部与所述外套筒之间的密封件。
[0024] 根据本发明的又一实施例，管连接器还包括鼻锥密封件，其插置于所述第一管构件的端部与所述第二管构件的端部之间。
[0025] 根据本发明的又一实施例，所述箱形端指状物的外表面为弓形。
[0026] 根据本发明的又一实施例，所述套筒的内表面为渐缩的。
[0027] 根据本发明的又一实施例，所述套筒具有柱形内表面，其从所述渐缩表面沿远离所述第一管构件的端部的方向延伸。
[0028] 优选实施例的优点在于其提供了用于管构件的成本节约的快速装配连接器。可在无扳手或螺柱张紧装置的情况下装配连接器，使得人员紧邻钻探平台豁口更短的时间段且降低了执行该任务的危险水平。此外，连接器可无需转动而装配，显著地缩短了装配该连接所需的时间。另外，该连接并不需要大量的时间密集型的多个部件的加工来制造立管接头。
附图说明
[0029] 为了获得在其中对本发明的特征、优势和目标以及其它显而易见的内容有更详尽的理解的方式，可通过参考在附图中阐述的本发明的实施例，来得到以上简要概述的本发明的更具体的描述，附图构成本说明书的一部分。然而，需要指出的是，附图仅图示了本发明的优选实施例，且因此不应认为其限制本发明的范围，因为本发明可承认其它同等有效的实施例。
[0030] 图1为在水下井口组件与水面平台之间延伸的立管的示意图。
[0031] 图2至图3为用于连接图1的立管的两个管的接头的侧视截面图。
[0032] 图4A为沿着线4A-4A所截取的图2的接头的截面图。
[0033] 图4B为沿着线4B-4B所截取的图3的接头的截面图。
具体实施方式
[0034] 现在将参看附图来在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。但本发明可实施为不同形式且不应认为受限于本文中所陈述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是全面且完整的，且将向本领域技术人员全面传达本发明的范围。全文中相同的附图标记表示相似的元件。
[0035] 在下文的讨论中，陈述了许多具体细节以提供对本发明的全面理解。但对于本领域技术人员显而易见，本发明可在无这些具体细节的情况下实施。此外，在大多数情况下，关于钻机操作、水下组件连接、立管使用等细节已被省略，因为并不认为这些细节是获得对本发明全面理解所必需的，且认为其在相关领域的技术人员的技能之内。
[0036] 在本文中描述了连接管以形成管柱的示例实施例。在图1中以侧视图示出了离岸平台11的一个示例，离岸平台11具有立管13，立管13在水下垂悬用于与被示出处于海底的水下井口组件15连接。立管13可由在平台11与水下井口组件15之间延伸数千英尺的多个管形成，例如下管17和上管41。在图1的实施例中，通过以下文更详细描述的方式在接头18处连接管17、41来组装立管13。
[0037] 参看图2，示出了处于初始或非装配位置的接头18的截面图。下管17具有箱形端19，箱形端19限定在下管17的外径部分上的面向下的肩部21。如图4A所示，箱形端19包括多个箱形端指状物23，其具有插置于每个箱形端指状物23之间的槽25。槽25允许箱形端指状物23径向收缩，如在下文中更详细地描述地。槽25可以以任何合适方式形成，诸如通过切割、加工、铸造等，且可指的是切口、通道、孔口、间隙或任何其它合适开口来允许减小在箱形端指状物23处箱形端19的内径。在附图中，示出了十六个箱形端指状物23。本领域技术人员将了解可使用更多或更少的箱形端指状物23。轴线24穿过箱形端19的中心。
[0038] 参看图2，箱形端指状物23在轴向在面向下的肩部21上且邻近形成于下管17的内径上的面向上的肩部27。箱形端指状物23被向外或远离轴线24偏压。在图示实施例中，任选的鼻形(nose)密封件29安置于面向上的肩部27上。本领域技术人员将了解无鼻形密封件29的实施例也被设想到且包括在所公开的实施例中。每个箱形端指状物23具有形成于箱形端指状物23的内径上的螺纹或凹槽31。凹槽31从箱形端指状物23的上端朝向面向上的肩部27延伸。在图示实施例中，凹槽31仅朝向面向上的肩部27延伸到中途。凹槽31形成于箱形端指状物23的锥形表面上。凹槽31可具有沿着箱形端指状物23的长度的增加的深度使得在箱形端指状物23的端部处的凹槽31具有比靠近面向上的肩部27的凹槽31更大的深度。在图示实施例中，凹槽31彼此平行且具有锯齿形状。本领域技术人员将了解凹槽31也可包括适于接合配合螺纹的螺纹，如在下文更详细描述的那样。
[0039] 在初始位置，在图2中示出了箱形端19的每个箱形端指状物23的内径从面向上的肩部27延伸到每个箱形端指状物23的端。在初始位置，每个箱形端指状物23的外表面部分33大于在面向下的肩部21上的箱形端19的外径。外表面部分33延伸每个箱形端指状物23的长度，其约等于在每个箱形端指状物23的内径上的凹槽31的长度。外表面部分33可渐缩或者在外表面部分33的上端和下端处减小。在图示实施例中，外表面部分33为弯曲的且大体上凸出，具有从轴线24的半径R。半径R限定外表面部分33的凸出形状。本领域技术人员将了解可使用外表面部分33的其它曲率、锥度或角度。例如，外表面部分33可为锥形表面，其外径从凹部20向箱形端指状物23的端减小。凹部20形成于箱形端指状物23的外径上在外表面部分33的轴向下方。凹部20限定在从面向下的肩部21在轴向向上延伸的箱形端指状物23的柱形外径与外表面部分33之间的分隔。凹部20还提供箱形端指状物23的柔性部分，其减小了箱形端指状物23的径向阻力，从而允许箱形端指状物23的某些径向挠曲，如在下文中更详细描述的那样。
[0040] 继续参看图2，箱形端19还包括外径套筒35。套筒35包括在套筒35的下内端上的环形凸台(boss)，其限定面向上的肩部37。套筒35的内径可利用密封件22密封到箱形端19的下端上靠近面向下的肩部21处。套筒35的渐缩上内径36从靠近套筒35的上端的最大内径减小到靠近面向上的肩部37的最小内径。套筒35的壁厚沿向下方向增加。本领域技术人员将了解由套筒35的渐缩内径36所形成的锥角38可为任何合适角度，使得套筒35相对于管构件17的轴向移动可造成箱形端指状物23的充分径向偏转，如在下文中更详细地描述的那样。
可与平行于轴线24的环形表面形成锥角38。在示例性实施例中，锥角38在1°与30°之间。在另一示例性实施例中，锥角38为4°。在图示实施例中，上内径36从在面向上的肩部37轴向上方间隔开的位置39延伸到在凹槽55下方在轴向间隔开的位置，如在下文中更详细地描述的那样。套筒35的内径从位置39到形成面向上的肩部37的凸台为柱形。面向上的肩部37将不接触面向下的肩部21。套筒35的内径36接触每个箱形端指状物23的外表面部分33。
[0041] 本领域技术人员将了解外表面部分33可为锥形，如上文所述的那样。本领域技术人员还将了解内径36可如本文所示为锥形或者可具有凸曲率。实施例包括与如图所示的锥形内径36成对的弯曲外表面部分33、与弯曲内径36成对的锥形外表面部分33、与弯曲的内径36成对的弯曲外表面部分33以及与锥形内径36成对的锥形外表面部分33。本领域技术人员将了解在每个实施例中，外表面部分33将与内径36相互作用，使得套筒35的轴向移动将造成箱形端指状物23的径向移动。
[0042] 套筒35可相对于箱形端19在轴向移动。套筒35可由任何合适的手段在轴向移动。在示例性实施例中，可使用液压促动工具，其能以充分的力来夹持套筒35以防止套筒35相对于液压促动工具滑移。例如，液压促动工具可向套筒35施加大约500 kips的轴向力。在另一实施例中，套筒35可具有在套筒35的外直径中的凹槽、槽、通道或类似结构。液压促动工具可联接或固定到这些凹槽以向套筒35施加轴向力来促动接头18。本领域技术人员将认识到设想到通过移动套筒35来促动接头18的任何合适手段且其包括于所公开的实施例中。
[0043] 上管构件41具有插入于下管构件17的箱形端19内的销形端43。在图示实施例中，上管构件41和下管构件17与轴线24同轴。销形端43具有等于下管构件17的内径的内径和小于箱形端19的内径的外径。销形端43的端将坐放在鼻形密封件29上或者备选地面向上的肩部27上。环形圈45形成于销形端43的外径上且限定面向下的肩部46。环形圈45可与销形端43的端间隔开，使得环形圈45将在轴向在箱形端指状物23的上方。在图示实施例中，套筒35的上内径端可利用密封件48密封到环形圈45。套筒35具有靠近密封件48的上密封部分52。
上密封部分52具有大致柱形的内径和轴向长度，其足以允许套筒35在初始位置和装配位置在密封件48处密封。凹槽47形成于销形端43的外径部分上。如图4A所示，在初始位置，在销形端43插入于箱形端19的箱形端指状物23内时，凹槽47靠近但将不接合凹槽31。参看图2，凹槽47具有从销形端43的端朝向环形圈45延伸的增加的螺纹深度，使得凹槽47可与凹槽31配合。在另一实施例中，凹槽47可包括螺纹。本领域技术人员将认识到，销形端43可插入于箱形端19内，使得螺纹31、47时序布置(clocked)或对准，使得当箱形端指状物23在径向移动到与销形端43接合时它们啮合，如在下文中更详细描述的那样。
[0044] 解锁圈49可插置于销形端43与在箱形端指状物23轴向上方的套筒35之间。解锁圈49包括突起51，突起51在靠近销形端43的外径的内部上具有斜坡表面53。斜坡表面53可向外面向套筒35。解锁圈49的外部可在套筒35的凹槽55内。凹槽55将在上密封部分52的轴向下方。因此，套筒35的轴向移动将导致解锁圈49在轴向移动。当处于图2的初始位置时，突起
51将插置于凹槽31与凹槽47之间，且解锁圈49将与面向下的肩部46在轴向间隔开。
[0045] 参看图3，示出了接头18的装配位置。在图示实施例中，套筒35相对于下管17在轴向向上移动。套筒35相对于下管构件17的轴向移动将造成套筒35的渐缩内径36沿着上外表面部分33滑动，从而充当凸轮表面。上外表面部分33与内径36相互作用，所得到的向内径向力造成箱形端指状物23在径向向内收缩以将凹槽31接合到凹槽47，从而将下管构件17固定到上管构件41。如图4B所示，箱形端指状物23在径向向内挠曲使得凹槽47与凹槽31接合。参看图3，在示例性实施例中，在箱形端指状物23在径向向内挠曲时，在外表面部分33与内表面部分36之间的接触角变化。本领域技术人员将认识到外表面部分33的渐缩或弯曲端部允许箱形端指状物23在套筒35的轴向移动和箱形端指状物23的径向收缩中始终维持与内径36接合。本领域技术人员将认识到外表面部分33的端的角度或曲率可根据套筒35的内径36的角度而变化。此外，箱形端指状物23在箱形端指状物23的端处比箱形端指状物23在面向下的肩部21上方结合下管构件17的位置处偏转更大距离。因此，凹槽31、47的增加的深度允许沿着凹槽31、47的整个长度接合凹槽31、47。
[0046] 当套筒35在轴向向上移动时，凹槽55可在轴向向上承载解锁圈49直到解锁圈49的顶部靠近但并不接触面向下的肩部46。解锁圈49的斜坡表面53相对于箱形端指状物23向上充分移动以允许凹槽31与凹槽47完全啮合。套筒35的向上轴向移动受到在内径部分36与外表面部分33之间的干涉的限制，因为内径部分36的直径随着其靠近位置39而减小。在示例性实施例中，当在图3的装配位置时，面向上的肩部37将不接触面向下的肩部21。本领域技术人员将认识到在非装配位置和其它备选的实施例中，面向下的肩部21可接触面向上的肩部37。当下管构件17的凹槽31和上管构件41的凹槽47完全接合时，凹槽31、47可造成管构件41、17在轴向朝向彼此移动，从而确保在管构件41、17之间的鼻形密封件29处的密封。
[0047] 为了将管构件17、41解锁，套筒35可在相反方向在轴向移动。套筒35的向下轴向移动将造成突起51插入到配合的凹槽31、47中。持续的向下移动将迫使突起51进一步在凹槽31、47之间，从销形端43的凹槽47释放箱形端指状物23的凹槽31，从而使得下管17与上管41脱离。
[0048] 如图3所示，在套筒35向上轴向移动之后，上密封部分52将延伸超过环形圈45。在上密封部分52处的套筒35的柱形内径延伸足够长度以维持在环形圈45、密封件48与套筒35之间的密封。
[0049] 本领域技术人员应认识到，在管构件17的凹槽31与管构件41的凹槽47接合之后，在箱形端指状物23的外表面部分33与套筒35的内径部分36之间的摩擦力将维持管17与管41的接合，直到套筒35主动移动到图2的初始位置。此外，任何合适的手段的支持装置可用于维持套筒35相对于管构件17的轴向位置，如图3所示。
[0050] 本领域技术人员将了解虽然管构件被称作下管构件和上管构件，但构件并非必需如图所示相对于彼此组装或定位。例如，具有销形端43的第一管构件可在具有箱形端19的第二管构件和上文所述的部件的轴向下方。然后接头18可大体上如上文所述地操作。本领域技术人员将认识到，设想出这样的定位且这样的定位包括于所公开的实施例中。
[0051] 因此，所公开的实施例提供多种优点。例如，所公开的实施例提供用于管构件的成本节约的快速装配连接器。可在无扳手或螺柱张紧装置的情况下装配连接器，使得人员紧邻钻探平台豁口更短的时间段且降低了执行该任务的危险水平。另外，连接使用可快速收拢的构件来生成比使用旋转与扭矩来装配的当前管连接系统更高的轴向预负荷力。
[0052] 应了解本发明可采取许多形式和实施例。因此，在不偏离本发明的精神或范围的情况下可对前文的描述做出若干变型。在已经通过参考其优选实施例中的某些实施例而描述了本发明的情况下，应当指出的是，所公开的实施例在本质上是说明性的而不是限制性的，且在前文的公开中可设想到大范围的变型、修改、变化和替代，且在某些情形下，本发明的某些特征可在无其它特征的相对应使用的情况下来采用。基于阅读优选实施例的前述描述，本领域技术人员可认为许多这样的变型和修改是明显的且合乎需要的。因此，适当地，所附权利要求应广泛地且以与本发明的范围一致的方式来理解。
