唐 洋，張中根，易典學(xué)，劉佩松，安家偉

西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，四川 成都 610500

引 言

隨著中國(guó)對(duì)深水油氣資源勘探步伐逐步加快，將大量進(jìn)行深水水下油氣集輸作業(yè)。水下生產(chǎn)系統(tǒng)可以避免建造昂貴的海上采油平臺(tái)，節(jié)省建設(shè)投資，且可靠性高，因此，水下生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合固定式平臺(tái)、浮式生產(chǎn)平臺(tái)等設(shè)施組成的海上油田開(kāi)發(fā)形式將得到廣泛應(yīng)用。水下生產(chǎn)系統(tǒng)的核心裝備和技術(shù)被美國(guó)、挪威、巴西等國(guó)家掌握，并廣泛地應(yīng)用于北海、西非、巴西、愛(ài)爾蘭等深水油氣田，積累了大量經(jīng)驗(yàn)。與國(guó)外相比，中國(guó)主要集中在300 m以?xún)?nèi)的淺海，水下生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)裝備和技術(shù)還落后于國(guó)外先進(jìn)水平[1]。

典型的水下生產(chǎn)系統(tǒng)由水下控制系統(tǒng)、水下采油樹(shù)、水下井口、臍帶纜、水下管匯以及跨接管等組成。水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器是實(shí)現(xiàn)水下設(shè)備、裝置及其控制系統(tǒng)等過(guò)程串接的“紐扣”，是保障水下生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性、系統(tǒng)性和安全性的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)[2]。因此，水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器相關(guān)技術(shù)是海洋油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)核心技術(shù)。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，世界各海洋大國(guó)加快了水下工程技術(shù)的研發(fā)速度，水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器得到迅猛發(fā)展。國(guó)外的幾大主要石油裝備制造商FMC、Oil States以及Cameron等經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)擁有種類(lèi)多樣的水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器產(chǎn)品，且擁有在不同作業(yè)環(huán)境下實(shí)際運(yùn)用的豐富經(jīng)驗(yàn)，但其僅提供服務(wù)不出售產(chǎn)品，長(zhǎng)期對(duì)外實(shí)行技術(shù)封鎖。

中國(guó)在海洋油氣開(kāi)采方面起步較晚，相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備長(zhǎng)期依賴(lài)國(guó)外公司提供，耗資巨大。僅中國(guó)第一個(gè)深水氣田L(fēng)W3-1項(xiàng)目所需的水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器數(shù)量就超過(guò)88套，全部由Cameron公司提供[3]。到21世紀(jì)初，隨著中國(guó)加大對(duì)海洋油氣裝備研發(fā)的投入，以哈爾濱工程大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)和中海油研究總院為代表的一批科研院所，對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器開(kāi)展了大量研究設(shè)計(jì)工作，并取得了一定的研究成果。但是對(duì)用于深水油氣集輸?shù)乃律a(chǎn)系統(tǒng)，尤其是水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器，中國(guó)尚未完全掌握其核心技術(shù)，也未形成具有競(jìng)爭(zhēng)力的核心產(chǎn)品。在當(dāng)前中國(guó)大力發(fā)展深水油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的背景下，深入了解、掌握水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器結(jié)構(gòu)、功能和特性；梳理水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器關(guān)鍵技術(shù)及當(dāng)前技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題，旨在為下一步的技術(shù)突破和國(guó)產(chǎn)化研究提供指導(dǎo)及方向。

1 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器的類(lèi)別及其特性

1.1 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器類(lèi)別

水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器大致可以分為3類(lèi)：卡爪式連接器，卡箍式連接器以及螺栓法蘭式連接器，其各自在結(jié)構(gòu)、功能、原理上有較大區(qū)別[4]。

（1）卡爪式連接器

卡爪式連接器是垂直連接和超深水連接的主要類(lèi)型，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?？ㄗκ竭B接器主要通過(guò)特殊設(shè)計(jì)制造的卡爪周向均勻地抓合在管端轂座上，再由驅(qū)動(dòng)環(huán)驅(qū)動(dòng)其鎖緊上、下轂座，在上轂座、密封圈和下轂座間形成有效密封，實(shí)現(xiàn)管線(xiàn)連接。

圖1 卡爪式連接器Fig.1 A collet connector

（2）卡箍式連接器

卡箍式連接器常用于水平連接，其主要由上法蘭連接體和下法蘭連接體兩部分組成，主體部分位于上法蘭連接體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 卡箍式連接器主體部分示意圖Fig.2 The main part of clamp connector schematic

卡箍式連接器主要通過(guò)鎖緊螺栓提供預(yù)緊力，使卡箍爪和對(duì)接管線(xiàn)的凹槽嚙合鎖緊，從而使密封圈變形、被壓入公端芯軸外表面，實(shí)現(xiàn)密封連接。

（3）螺栓法蘭式連接器

螺栓法蘭式連接器主要用于淺水連接，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。螺栓法蘭式連接器直接通過(guò)鎖緊螺栓提供預(yù)緊力，當(dāng)用于淺水時(shí)一般由潛水員操作螺栓進(jìn)行對(duì)中鎖緊，但當(dāng)水深超過(guò)650 m的極限潛水深度時(shí)，需通過(guò)復(fù)雜的連接系統(tǒng)對(duì)中連接，其深水連接技術(shù)僅被少數(shù)石油設(shè)備供應(yīng)商掌握。

圖3 螺栓法蘭式連接器Fig.3 A bolt flange connector

1.2 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器特性分析

螺栓法蘭式連接器最早用于陸地連接，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，設(shè)計(jì)制造較易，是淺水連接的最佳選擇。但對(duì)于深水連接，其對(duì)中復(fù)雜、可靠性不高等劣勢(shì)逐漸凸顯?？ü渴竭B接器借鑒了螺栓法蘭式采用螺栓提供預(yù)緊力，同時(shí)采用瓣式結(jié)構(gòu)和卡箍爪設(shè)計(jì)，減少螺栓的數(shù)量，使連接對(duì)中相對(duì)容易，結(jié)構(gòu)更加緊湊，但其螺栓連接導(dǎo)致的對(duì)中困難、可靠性差的問(wèn)題依然存在。

為了滿(mǎn)足深水作業(yè)快速連接的需要，卡爪式連接器在卡箍式連接器的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了卡箍爪，同時(shí)采用驅(qū)動(dòng)環(huán)代替鎖緊螺栓，使其可靠性增加，且其多帶有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，對(duì)中誤差容忍度高，連接速度更快。但目前卡爪式連接器卡爪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化程度低是其面臨的主要問(wèn)題。為了下一步水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器的相關(guān)研究，表1對(duì)3種主要連接器的特性進(jìn)行了比較分析，為其設(shè)計(jì)選型提供參考[5-9]。

表1 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器特性分析Tab.1 Analysis of connector characteristics of subsea production system

2 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器典型產(chǎn)品分析

目前，世界范圍內(nèi)擁有水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器成熟產(chǎn)品且掌握核心技術(shù)的公司主要有美國(guó)的FMC、Cameron和Oil States以及挪威的AkerSolutions等，中國(guó)尚無(wú)相關(guān)公司。通過(guò)分析3類(lèi)主要連接器的典型產(chǎn)品，闡述相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)上具有的共性，揭示相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為其國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

2.1 卡爪式連接器典型產(chǎn)品分析

在眾多卡爪式連接器供應(yīng)商中，F(xiàn)MC的技術(shù)極為先進(jìn)，其代表產(chǎn)品KC-4型連接器具有轂座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、力矩平衡指細(xì)長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)環(huán)和卡爪配合良好、自鎖效果好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)KC-4型連接器采用的KX透鏡密封圈[10]，為FMC公司為深水連接而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用密封圈，其最高設(shè)計(jì)壓力103.4 MPa，最大應(yīng)用水深3 000 m。該密封圈形狀可變，制造公差和對(duì)中誤差能得到有效補(bǔ)償，同時(shí)其采用的密封面不同區(qū)設(shè)計(jì)，使得在主密封區(qū)損壞后提供了后備密封能力[11-12]。

除FMC公司外，卡爪式連接器典型產(chǎn)品還有Cameron公司的立式可回收卡爪連接器以及Oil States公司的Hydro Tech連接器，如圖4、圖5所示。Cameron公司該型卡爪式連接器用途廣，對(duì)中誤差容忍度高，但重量大，對(duì)遙控潛水器（Remote Operated Vehicle，ROV）的要求很高。Oil States公司的Hydro Tech連接器，可容納7°的傾角誤差，安裝更為容易，同時(shí)在配套R(shí)OV全程協(xié)助下，僅30 min就可完成連接，但裝置整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造成本較高[13-14]。

圖4 Cameron公司立式可回收卡爪連接器Fig.4 Vertical retrievable collet connector

圖5 Hydro Tech連接器Fig.5 Hydro Tech connector

通過(guò)上述典型產(chǎn)品分析，相關(guān)產(chǎn)品具有以下共性[15]：（1）密封連接效果好。國(guó)外產(chǎn)品普遍采用自緊式金屬密封，同時(shí)針對(duì)不同的作業(yè)環(huán)境對(duì)標(biāo)準(zhǔn)透鏡密封圈進(jìn)行了專(zhuān)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，密封效果得到較大提升。（2）對(duì)中連接速度快。國(guó)外產(chǎn)品普遍具有較好對(duì)中性能，這主要得益于其成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及先進(jìn)的ROV控制技術(shù)。

2.2 卡箍式連接器典型產(chǎn)品分析

FMC公司是最早研制卡箍式連接器的公司之一，圖6為該公司早期的一款典型卡箍式連接器，該連接器采用兩瓣式卡箍結(jié)構(gòu)，采用雙螺栓提供徑向密封力，相比當(dāng)時(shí)主流連接器大大減少了螺栓的數(shù)量，安裝更快速方便。與FMC公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，VECTOR公司卡箍式連接器則采用三瓣式結(jié)構(gòu)，如圖7所示。VECTOR公司該型連接器采用一根緊固螺栓連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且連接迅速可靠，同時(shí)其采用的雙球面密封圈，具有質(zhì)量輕、密封效果好等特點(diǎn)[16-17]。

通過(guò)上述產(chǎn)品的分析可知，三瓣式卡箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于建模容易、安裝方便、受力均勻等優(yōu)點(diǎn)，使其得到更為廣泛的應(yīng)用。其次，為實(shí)現(xiàn)快速連接，目前普遍采用一根鎖緊螺栓鎖緊，且對(duì)鎖緊螺栓的鎖緊方式均進(jìn)行了不同程度的優(yōu)化，使其更易操作，這是卡箍式連接器的必然發(fā)展趨勢(shì)。

圖6 FMC公司典型卡箍式連接器Fig.6 FMC typical clamp connector

圖7 VECTOR公司典型卡箍式連接器Fig.7 VECTOR typical clamp connector

2.3 螺栓法蘭式連接器典型產(chǎn)品分析

為了適應(yīng)深水連接的需要，Acergy公司和Sonsub公司于20世紀(jì)90年代分別研發(fā)了針對(duì)深水的螺栓法蘭連接系統(tǒng)MATIS和BRUTUS。MATIS系統(tǒng)和BRUTUS系統(tǒng)功能上無(wú)太大區(qū)別，均能實(shí)現(xiàn)對(duì)孔、插入螺栓、擰緊螺母、預(yù)緊螺栓和放置密封墊圈等功能，且各功能模塊均安裝在一個(gè)框架內(nèi)。同時(shí)深水法蘭自動(dòng)連接機(jī)具上均安裝有浮力材料，且能通過(guò)ROV進(jìn)行信息交換和動(dòng)力傳輸，方便水下操作。上述連接器由于采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件，具有連接可靠、費(fèi)用低、采購(gòu)周期短等特點(diǎn)[16]。但是整套系統(tǒng)復(fù)雜，連接速度慢，對(duì)中要求高。

通過(guò)對(duì)典型產(chǎn)品的分析可知，相關(guān)產(chǎn)品具有以下共性[18]：

（1）模塊化設(shè)計(jì)；

（2）工具庫(kù)采用三瓣式開(kāi)合結(jié)構(gòu)；

（3）法蘭連接螺栓采用雙頭螺柱；

（4）螺栓預(yù)緊采用液壓螺栓拉伸器完成；

（5）機(jī)具上安裝浮力材料；

（6）通過(guò)ROV和機(jī)具連接，可進(jìn)行動(dòng)力傳遞和信息交換，輔助作業(yè)。

3 水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)

近年來(lái)，為了適應(yīng)深水油氣勘探的需要，中國(guó)在水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器方面的設(shè)計(jì)研究取得較大進(jìn)步，形成了一系列有關(guān)水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)方案。通過(guò)總結(jié)中國(guó)現(xiàn)有關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合國(guó)外典型產(chǎn)品的分析，對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析概述。

3.1 定位對(duì)中技術(shù)

連接器的精準(zhǔn)定位對(duì)中是其實(shí)現(xiàn)可靠連接和鎖緊的前提，以下是目前3種常見(jiàn)的定位對(duì)中結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如圖8所示。

類(lèi)型1：端面斜切弧形坡口結(jié)構(gòu)，如圖8a所示，連接器殼體的下端面呈弧形坡口狀，和對(duì)接體的凹形坡口相配合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向和對(duì)準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（2）加工成本低。缺點(diǎn)：（1）需嚴(yán)格控制對(duì)接管柱下放速度；（2）存在接觸死點(diǎn)。

類(lèi)型2：喇叭敞口結(jié)構(gòu)，如圖8b所示，連接器殼體下端面呈喇叭敞口狀，可自行旋入對(duì)接體腔體內(nèi)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：（1）導(dǎo)向性好；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：（1）殼體與下部喇叭口連接處易損壞；（2）殼體整體周向尺寸大。

類(lèi)型3：內(nèi)嵌導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，如圖8c所示，在連接器殼體內(nèi)嵌導(dǎo)向環(huán)，通過(guò)導(dǎo)向環(huán)下方的錐形面進(jìn)行定位對(duì)中。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：（1）連接器整體結(jié)構(gòu)緊湊；（2）定位準(zhǔn)確可靠。缺點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜；（2）導(dǎo)向環(huán)和殼體連接處易損壞。

圖8 常見(jiàn)的定位對(duì)中結(jié)構(gòu)類(lèi)型Fig.8 The structural types of orientation and centring

除上述外，對(duì)于特殊場(chǎng)合常需要雙重定位結(jié)構(gòu)，如圖9所示，該連接器采用了喇叭敞口定位結(jié)構(gòu)和榫槽結(jié)構(gòu)配合雙重定位，大幅提高定位的準(zhǔn)確性，但同時(shí)也使定位對(duì)中操作難度倍增。定位對(duì)中機(jī)構(gòu)要求易于操作，且對(duì)對(duì)中誤差有一定補(bǔ)償能力，相對(duì)而言類(lèi)型1、2更符合要求，但其對(duì)中精度較低，對(duì)于特殊場(chǎng)合不適宜，具體運(yùn)用視連接頭所需對(duì)中精度而定。

圖9 一種采用復(fù)合定位對(duì)中結(jié)構(gòu)的連接器Fig.9 A connector using composite positioning alignment structure

3.2 鎖緊技術(shù)

連接器鎖緊結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)連接器的整體性能至關(guān)重要，尤其對(duì)于卡爪式連接器。目前卡爪式連接器的卡爪結(jié)構(gòu)大致分為兩種，見(jiàn)圖10。

類(lèi)型1：如圖10a所示，當(dāng)管線(xiàn)連接時(shí)，驅(qū)動(dòng)環(huán)作用于卡爪外側(cè)，驅(qū)使卡爪鎖緊對(duì)接管線(xiàn)；當(dāng)管線(xiàn)脫離時(shí)，驅(qū)動(dòng)環(huán)上移，卡爪解鎖，然后上提連接器上端，卡爪逐漸張開(kāi)，連接管線(xiàn)脫離。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：卡爪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配合面少；缺點(diǎn)：不易解鎖，卡爪和對(duì)接管線(xiàn)易自鎖。

類(lèi)型2：如圖10b所示，當(dāng)管線(xiàn)連接時(shí)，驅(qū)動(dòng)環(huán)作用于卡爪外側(cè)，卡爪鎖緊對(duì)接管線(xiàn)；當(dāng)對(duì)接管線(xiàn)脫離時(shí)，在驅(qū)動(dòng)環(huán)上移，作用于卡爪頂端，從而使卡爪逐漸張開(kāi)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：易于鎖緊和解鎖；缺點(diǎn)：卡爪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配合面多，加工較難。

圖10 常見(jiàn)卡爪結(jié)構(gòu)類(lèi)型Fig.10 Typical claw structure

卡爪式連接器鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是其設(shè)計(jì)過(guò)程中最困難的部分，直接決定著連接器能否實(shí)現(xiàn)其功能，在連接器鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下問(wèn)題[19]：

（1）卡爪運(yùn)動(dòng)路徑須唯一且無(wú)干涉；

（2）卡爪和驅(qū)動(dòng)環(huán)的強(qiáng)度須滿(mǎn)足要求；

（3）上下轂座間的密封須達(dá)到要求；

（4）鎖緊機(jī)構(gòu)包含多個(gè)動(dòng)結(jié)構(gòu)，各零件之間要易于裝配。

3.3 二次鎖緊技術(shù)

連接器處于復(fù)雜的海底環(huán)境中，二次鎖緊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用可有效防止連接器在偶然載荷的作用下發(fā)生松動(dòng)，是其工作安全可靠的重要保障?，F(xiàn)有二次鎖緊機(jī)構(gòu)分為以下兩類(lèi)：

類(lèi)型1：彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)，如圖11所示，預(yù)緊彈簧一端作用于驅(qū)動(dòng)環(huán)上，另一端固定，連接器鎖緊連接后，處于壓縮狀態(tài)的彈簧能防止驅(qū)動(dòng)環(huán)的偶然移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需額外操作；缺點(diǎn)：（1）解鎖較困難；（2）彈簧易失效，可靠性差。

圖11 彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)Fig.11 Spring pretightening mechanism

類(lèi)型2：螺栓預(yù)緊機(jī)構(gòu)，如圖12所示，在連接器連接后，ROV操作水平轉(zhuǎn)桿，動(dòng)力通過(guò)齒輪傳遞到垂直轉(zhuǎn)桿，進(jìn)而帶動(dòng)預(yù)緊螺栓頂緊驅(qū)動(dòng)環(huán)；當(dāng)管線(xiàn)脫離時(shí)，ROV操作垂直轉(zhuǎn)桿與預(yù)緊螺栓連接，使預(yù)緊螺栓和驅(qū)動(dòng)環(huán)分離。該機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可靠性高；缺點(diǎn)：（1）操作復(fù)雜，解鎖困難；（2）各零件間配合精度要求高。

圖12 螺栓預(yù)緊機(jī)構(gòu)Fig.12 Bolt pretightening mechanism

二次鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)于深水油氣作業(yè)十分關(guān)鍵，如何同時(shí)兼顧其工作的可靠性和操作的簡(jiǎn)便性是其目前面臨的主要問(wèn)題。國(guó)外連接器由于ROV控制技術(shù)先進(jìn)多采用類(lèi)型2鎖緊方式，中國(guó)由于設(shè)計(jì)水深較淺對(duì)二次鎖緊要求低多采用類(lèi)型1，目前而言?xún)煞N方式各有優(yōu)勢(shì)，宜根據(jù)實(shí)際情況選用。

3.4 密封技術(shù)

水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器良好的密封性是其設(shè)計(jì)時(shí)的首要考慮因素。目前水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器普遍采用的密封方式有以下幾種[20-22],如圖13所示。

類(lèi)型1：金屬透鏡墊密封，如圖13a所示，透鏡墊與管道接觸時(shí)，初始狀態(tài)為一環(huán)線(xiàn)，通過(guò)施加預(yù)緊力，使得環(huán)形線(xiàn)接觸變?yōu)榄h(huán)形帶狀接觸，實(shí)現(xiàn)密封。該方式優(yōu)點(diǎn)：（1）有效壓力區(qū)小；（2）接觸應(yīng)力高，易實(shí)現(xiàn)高壓密封；（3）透鏡墊球面和錐形密封面配合，可使接觸應(yīng)力相對(duì)均勻的分布；（4）對(duì)中自位性好。缺點(diǎn)：（1）當(dāng)介質(zhì)溫度劇變時(shí)，軸向補(bǔ)償能力差，易泄漏；（2）接觸面光潔度要求高，密封圈易損壞。

類(lèi)型2：O型圈密封，如圖13b所示，利用O型圈極好的彈性變形能力，在較小的預(yù)緊力作用便可達(dá)到較好的密封要求。該方式優(yōu)點(diǎn)：（1）尺寸和溝槽已標(biāo)準(zhǔn)化，互換性強(qiáng)；（2）耐高溫，使用溫度范圍廣；（3）能自封，密封可靠性高。缺點(diǎn)：（1）密封比壓小；（2）對(duì)中要求高。

圖13 常用密封方式Fig.13 Typical sealing methods

除上述外，還有復(fù)合式密封結(jié)構(gòu)，例如由金屬透鏡墊和O型密封圈組合形成的復(fù)合密封，如圖14所示。此種結(jié)構(gòu)綜合了上述兩種密封方式的優(yōu)點(diǎn)，既有較好的對(duì)中性，又具有溫度補(bǔ)償能力和自緊性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對(duì)材料有更高要求。隨著油氣勘探走向深水，復(fù)合密封結(jié)構(gòu)將得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化以及選用更合適的密封材料將是提高連接器密封性能的關(guān)鍵。

圖14 復(fù)合密封結(jié)構(gòu)Fig.14 Composite sealing structure

4 結(jié) 語(yǔ)

從21世紀(jì)初以來(lái)，以哈爾濱工程大學(xué)為代表的一批科研單位對(duì)水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器進(jìn)行了大量深入研究，初步實(shí)現(xiàn)了水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器主要關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)。在此背景下，借鑒國(guó)外成熟產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，分析現(xiàn)有水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器及其關(guān)鍵技術(shù)，不斷完善優(yōu)化連接器結(jié)構(gòu)，最終設(shè)計(jì)出成熟的水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接器產(chǎn)品，是當(dāng)前急需進(jìn)行的工作。

（1）卡爪式連接器是目前較為理想的深水生產(chǎn)系統(tǒng)連接器類(lèi)型，但其卡爪結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題尚待解決。同時(shí)國(guó)外卡爪式連接器連接迅速的原因之一是其ROV控制技術(shù)的成熟，連接器國(guó)產(chǎn)化的最終應(yīng)用需要有與其相關(guān)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用作為支撐，否則將很難獲得市場(chǎng)。

（2）國(guó)外主要設(shè)備供應(yīng)商的相關(guān)產(chǎn)品往往具有優(yōu)異的密封性能，且能承受較高的壓力和水深，這和國(guó)外新型密封材料的發(fā)展息息相關(guān)。