CN101748986A - 双向闸板bop及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双向闸板BOP及方法。一种用于密封井的闸板防喷器，该闸板防喷器包括：主体，其具有带凹部的空腔；闸板块，其构造成以便在空腔内部移动；顶座，其设置在凹部中且构造成以便在与闸板块接触时密封井；可动锁环，其在主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部延伸，且构造成以便沿着基本平行于井的方向在主体的凹槽内部移动；第一密封件，其在顶座的凹槽内部延伸且构造成以便接触主体和顶座；以及第二密封件，其在闸板块的凹槽内部延伸且构造成以便接触闸板块和顶座。主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差，且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

Description

双向闸板BOP及方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及用于在从BOP的上方或下方施加压力时使用闸板防喷器(BOP)(ram blowout preventer)的方法和装置，且尤其涉及用于在从BOP的上方或下方施加压力时使用闸板防喷器(BOP)的机构和技术。

背景技术

用于密封井的一种设备是闸板BOP。闸板BOP(本文简称为BOP)是在油井或气井的井口处使用的安全机构。BOP可用于近海钻探，而且也可用于以地面为基地的钻探。BOP构造成以便在发生某些事件时切断来自井的流。一种此类事件可为来自地下构型的气体、石油或其它井流体不受控制地流入井中。这种事件有时被称为“急冲”或“井喷”，且可能在构型压力超过由钻探流体柱产生的压力时发生。这种事件是无法预料的，且如果不采取措施对其进行预防和/或控制，井和/或相关联的装备可能会受损。

BOP可安装在井的顶部上，以在以上事件中的一种正威胁到井的完整性的情况下密封井。BOP在传统上实现为阀，以在钻探或完成操作期间，防止壳体和钻探管道之间的环形空间中或开孔(即没有钻探管道的孔)中的压力释放。但是，在钻探平台的各种测试期间，须要施加来自BOP上方的压力，且须要将此压力限制于BOP上方的空间。

图1显示了井10。井10的井口12可固定在海床14上。BOP 16固定到井口12上。为了清楚，图1显示了从井口12上卸下的BOP 16。然而，BOP 16可附连到井口12或井的其它部分上。显示了钻探管道18穿过BOP 16，且进入井10。BOP 16可具有附连到对应的活塞22上的两个闸板块20。活塞22沿着方向A和B与闸板块20整体地移动，以靠近井10。

图2中显示了BOP 16的剖视图，该剖视图显示了闸板块20。显示了闸板块20在空腔24内部是封闭的。空腔24可在一端处与顶座26和防磨板28毗邻。与空腔24的其余部分相比，与顶座26和防磨板28毗邻的空腔24的部分可与闸板块20接触得更紧密。因此，顶座26和防磨板28由螺钉固定到BOP 16的主体上。闸板块20可包括封隔器30(其可为弹性体)和顶部密封件31，顶部密封件31在闸板块20闭合时密封井10。

当闸板块20闭合，且在下面存在大的压力时，闸板块20被朝上推，使得闸板20朝向顶座26略作移动。因此，存在于顶座26和闸板块20之间的弹性体31受压挤，从而实现对井的密封。然而，注意到，当从上方将高压施加在闸板块20上时，对于传统的BOP而言事实并非如此，因为在闸板块20和防磨板28之间，弹性体不会延伸，而是仅在闸板块20和顶座26之间，弹性体才会延伸。

图3显示了顶座26的详细视图。显示了螺钉32从右向左地进入顶座26，直到锁环34。锁环34设置在顶座26周围。锁环34部分地容纳在BOP 16的主体的凹槽36中，且部分地容纳在顶座26的凹槽38中。此布置防止顶座26落入BOP 16的空腔中。图3还显示了密封件40设置在顶座26的另一个凹槽42中，以防止来自井的压力进入BOP 16的空腔。

传统的闸板块20设计成以便仅当从闸板块的下方施加压力(即压力向上挤压闸板块20，使得封隔器30和顶部密封件31变得能起作用且有效地密封井)时，与顶座26合作来密封井。

但是，井的操作者有时需要进行井眼压力测试，即从BOP上方施加压力。关于图2中所示的传统闸板BOP，不可能进行此测试，因为闸板BOP将不会密封井，因为闸板块不会挤压顶座26。因此，一种可能性是在BOP旁边提供另一种装置(逆向BOP)，使得可执行测试模式。这种方法增加了装备的占地面积和钻探平台的成本，而这是不合乎需要的。

因此，希望提供在从上方及从下方两者施加压力时实现井的密封并且避免了上述缺点的系统和方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种用于密封井的防喷器。闸板防喷器包括：主体，其具有带凹部的空腔；闸板块，其构造成以便在空腔内部移动；顶座，其设置在凹部中且构造成以便在与闸板块接触时密封井；可动锁环，其在主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部延伸，且构造成以便沿着基于平行于井的方向在主体的凹槽内部移动；第一密封件，其在顶座的凹槽内部延伸且构造成以便接触主体和顶座；以及第二密封件，其在闸板块的凹槽内部延伸且构造成以便接触闸板块和顶座。主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差(normal tolerance)，且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

根据另一个示例性实施例，存在一种用于组装闸板防喷器的方法，该闸板防喷器构造成在从闸板防喷器的上方或下方施加压力时密封井。该方法包括：将闸板块置于闸板防喷器的主体的空腔中，该空腔具有凹部；将顶座设置在凹部中，使得顶座构造成在与闸板块接触时密封井；将锁环插入主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部，其中锁环构造成以便沿着基本平行于井的方向在主体的凹槽内部移动；在顶座的凹槽内部提供第一密封件，其中顶座构造成以便接触主体和顶座；以及在闸板块的凹槽内部提供第二密封件，其中第二密封件构造成以便接触闸板块和顶座，在此处，主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差，并且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

根据又一个示例性实施例，存在一种用于利用闸板防喷器密封井的方法，该闸板防喷器构造成在从闸板防喷器的上方或下方施加压力时密封井。该方法包括：对闸板防喷器的主体的空腔内的闸板块施加闭合压力，其中该空腔具有凹部；使闸板块移动，以与设置在凹部中的顶座叠加；当来自闸板防喷器上方的压力对顶座起作用时，使顶座朝闸板块滑动，其中，因为在主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部延伸的锁环构造成以便沿着基本平行于井的方向在主体的凹槽内部移动，所以顶座被构造成了以便沿着基本平行于井的方向滑动；用在顶座的凹槽内部延伸的第一密封件密封主体和顶座之间的空间；以及用在闸板块的凹槽内部延伸的第二密封件密封闸板块和顶座之间的空间，其中主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差，并且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

附图说明

结合在说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述内容一起阐述了这些实施例。在附图中：

图1是示出了设置在井的顶部上的BOP的示意图；

图2是传统BOP的示意图；

图3是传统BOP的顶座的详细视图；

图4是为BOP的顶座和闸板块提供的密封件的详细视图；

图5是根据一个示例性实施例的、为顶座和闸板块提供的密封件的详细视图；

图6是根据一个示例性实施例的、BOP的顶座和主体之间的连接的详细视图；

图7是根据一个示例性实施例的容纳锁环的BOP的凹槽的详细视图；

图8是锁环的整体视图；

图9是锁环的截面图；

图10是示出了根据一个示例性实施例的、执行以组装BOP的步骤的流程图；

图11是根据一个示例性实施例的BOP的锁环、顶座和闸板块的详细视图；

图12是根据一个示例性实施例的、顶座的下表面相对于BOP的主体的下表面的位置的视图；以及

图13是示出了根据一个示例性实施例的用于密封井的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

对示例性实施例的下列描述参照附图。不同附图中的相同参考标号指示相同或类似元件。下列详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定。为了简明，关于闸板BOP的术语和结构来论述下列实施例。但是，接下来要论述的实施例不限于这些系统，而是可应用于其它系统，即闸门阀。

整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用指的是，结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各处中出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”，不一定是指同一实施例。另外，特定特征、结构或特点可按任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。

根据一个示例性实施例，闸板BOP构造成具有可动顶座和密封件，密封件将顶部密封件的比下表面更大的上表面暴露于压力。构造成在从BOP的上方或下方施加压力时闭合井的这种BOP是双向BOP。通过具有可动顶座，当从上方施加压力时，朝向闸板块移置该可动顶座，使得闸板块和可动顶座之间的密封件被压挤。注意，图2所示的传统装置实现了顶座26和闸板块20之间的密封，因为压力是从下方施加到闸板块20上的，使得当闸板块20闭合时，闸板块20压靠顶座26。但是，当从上方将压力施加在闸板块20上时，即闸板块20被挤压远离顶座26时，图2的装置就不能密封井，因为闸板块20和顶座26之间没有进行密切接触，并且从而，闸板块20和顶座26之间的密封件没有受压挤。

即使允许图2中所示的BOP 16的顶座26在竖直方向A上移动，如例如图4中所示，从闸板块20的上方施加的压力P也将不会在闸板块20和顶座26之间实现期望的密封。这是因为压力P将不仅会作用在顶座26的上面U上，而且还会作用在顶座26的下面L上。由于作用于表面上的力是由压力和压力作用于其上的面积的乘积给定的，所以施加在上面U上的力小于施加在下面L(由于压力P)上的力，从而产生沿向上方向的合力F。没有在图4中按比例显示BOP 16的各种构件之中的距离。实际上，为了更容易地理解所涉及的压力而以夸大地增大的方式显示了这些距离。

但是，为了在BOP于测试模式中运行(即如图4中所示从上方施加压力P)时在顶座26和闸板块20之间实现期望密封，合力F应该指向相反的方向。

因此，根据图5所示的一个示例性实施例，设置在顶座26和BOP16之间的密封件40A相对于密封件31移置，使得顶部密封件26的暴露于压力P的上表面U大于顶部密封件26的暴露于相同的压力P的下表面L。这样，由于在顶座26的上表面U和下表面L两者上具有相同的压力P，所以合力F向下起作用，即朝向闸板块20起作用，从而当闸板块20闭合时在顶座26和闸板块20之间实现密封。

根据一个示例性实施例，图6示出了允许顶座26可动的BOP 16的顶座26和主体之间的可行连接。本领域技术人员将理解，可使用其它连接将该顶座26保持在其位置上，同时使顶座26可动。图6显示了设置在凹槽36和38中的锁环34。如上所述，为了更容易理解，增大了各种构件之间的距离，且各种构件之间的距离没有按比例(显示)。但是，根据一个示例性实施例，图6显示了对于宽度均匀的锁环34，形成于BOP 16的主体中的凹槽36比形成于顶座26的主体中的对应的凹槽38的更宽。换句话说，锁环34在凹槽38中比在凹槽36中配合得更紧。在一种应用中，凹槽36的宽度比凹槽38的宽度大高达6毫米。图7中显示了此特征，其中w1比w2大介于1至6毫米之间的量，但是锁环34的进入凹槽36和38的对应部分具有基本相同的宽度w3。

根据上述应用，凹槽36和凹槽38之间的这种宽度差异允许顶座26竖直地移动约1至6毫米，因为允许锁环34在凹槽36的内部漂动(沿着方向A竖直地移动)。根据一个示例性实施例，允许锁环34在凹槽36内部漂动，但不能在凹槽38内部漂动。因此，凹槽36的宽度w1和锁环34的宽度w3之间的相对差异确定了顶座26相对于BOP 16的主体的竖直移动量。根据一个示例性实施例，宽度w1和w3的差异大于行业中的正常公差，正常公差介于十分之一厘米和千分之一厘米之间。宽度w1和w3的差异可介于1至6毫米之间。

为了更好地理解顶座26如何与锁环34一起安装到BOP 16的主体上，图8和9更加详细地显示了锁环34。图8显示了锁环34的上视图。锁环34具有接下来要论述的缺失部分50。图9显示了锁环34的沿着图8的线A-A的截面。

根据一个示例性实施例，接下来论述的是顶座26如何与锁环34一起组装到BOP 16的主体上。可将锁环34置于顶座26的凹槽38中。顶座26与锁环34一起插入BOP 16的空腔内部的位置中。然后上紧螺钉32，使得锁环34由于切口50而增大其直径，且压靠凹槽36的底部。这样，顶座26和锁环34就沿着方向B(如图7所示)固定到凹槽36上，但是顶座26和锁环34能够沿着方向A自由移动(作为一个单元一起)。

根据一个示例性实施例，图10中示出了用于组装这样的闸板防喷器的方法的步骤：该闸板防喷器构造成在从该闸板防喷器的上方或下方施加压力时密封井。该方法包括：步骤1000，将闸板块置于闸板防喷器的主体的空腔中，该空腔具有凹部；步骤1002，将顶座设置在凹部中，使得顶座构造成以便在与闸板块接触时密封井；步骤1004，将锁环插入主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部，其中锁环构造成以便沿着基本平行于井的方向在主体的凹槽内部移动；步骤1006，在顶座的凹槽内部提供第一密封件，其中顶座构造成以便接触主体和顶座；以及步骤1008，在闸板块的凹槽内部提供第二密封件，其中第二密封件构造成以便接触闸板块和顶座，其中主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差，且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

图11共同显示了(i)密封件31和40的相对位置，其中顶座26的上表面大于下表面，以及(ii)延伸到凹槽36和38中的锁环34，其中锁环34的宽度小于凹槽36的宽度，使得顶座26可沿着方向A移动。图11还显示了密封件40到井10或管18的中心线19的距离D1大于密封件31到中心线19的距离D2。

根据图12所示的一个示例性实施例，BOP 16的主体的下表面60与顶座26的下表面62不在相同的高度处。两个表面60和62沿着A的位置差异表示为64。在一种应用中，此距离64可介于1和6毫米之间。当闸板块20打开时，即不与顶座26接触时，顶座26的位置可使得距离64最大。在顶座26接触闸板块20时，当闸板块20从打开位置移动到闭合位置时，顶座26向上移动，以容纳闸板块20。顶座26可具有倾斜区66，以不影响闸板块20的闭合。在闸板块20闭合且从上方施加压力之后，如上所述，合力F向下作用在顶座26上，朝向闸板块20推动顶座26。凹槽36的延伸的宽度允许顶座26的该向下运动。

根据一个示例性实施例，图13中示出了一种用于利用闸板防喷器密封井的方法的步骤，该闸板防喷器构造成在从闸板防喷器的上方或下方施加压力时密封井。该方法包括：步骤1300，对闸板防喷器的主体的空腔内的闸板块施加闭合压力，其中该空腔具有凹部；步骤1302，移动闸板块，以与设置在凹部中的顶座叠加；步骤1304，当从闸板防喷器的上方施加的压力作用于顶座上时，使顶座朝闸板块滑动，其中顶座构造成以便沿着基本平行于井的方向滑动，而在主体的凹槽及顶座的对应的凹槽内部延伸的锁环构造成以便沿着基本平行于井的方向在主体的凹槽内部移动；步骤1306，用在顶座的凹槽内部延伸的第一密封件密封主体和顶座之间的空间；以及步骤1308，用在闸板块的凹槽内部延伸的第二密封件密封闸板块和顶座之间的空间，其中主体的凹槽的宽度比锁环的宽度大预定值，该预定值大于正常公差，且从井的中心线到第一密封件的距离大于从该井的中心线到第二密封件的距离。

虽然以特定的组合在实施例中对当前示例性实施例的特征和元件进行了描述，但是可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用各个特征或元件，或者在具有或不具有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合使用各个特征或元件。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有无异于权利要求书的字面语言的结构元件，或者如果它们包括处在权利要求书的字面语言内的等效结构元件，则这样的其它实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于密封井(10)的闸板防喷器(16)，所述闸板防喷器(16)包括：

主体(16)，所述主体(16)具有带凹部的空腔；

闸板块(20)，所述闸板块(20)构造成以便在所述空腔内部移动；

顶座(26)，所述顶座(26)设置在所述凹部中，且构造成以便在与所述闸板块(20)接触时密封所述井(10)；

可动锁环(34)，所述可动锁环(34)在所述主体(16)的凹槽(36)及所述顶座(26)的对应的凹槽(38)内部延伸，且构造成以便沿着基本平行于所述井(10)的方向在所述主体(16)的所述凹槽(38)内部移动；

第一密封件(40)，所述第一密封件(40)在所述顶座(26)的凹槽内部延伸，且构造成以便接触所述主体(16)和所述顶座(26)；以及

第二密封件(31)，所述第二密封件(31)在所述闸板块(20)的凹槽内部延伸，且构造成以便接触所述闸板块(20)和所述顶座(26)，其中

所述主体(16)的凹槽(36)的宽度(w1)比所述锁环(34)的宽度(w3)大预定值，所述预定值大于正常公差，以及

从所述井(10)的中心线(19)到所述第一密封件(40)的距离(D1)大于从所述井(10)的中心线(19)到所述第二密封件(31)的距离(D2)。

2.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，所述预定值介于1毫米和6毫米之间。

3.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，所述顶座(26)的、在所述第一密封件(40)和所述顶座(26)的面向所述井(10)的面之间的上表面，大于所述顶座(26)的、与所述上表面相对且在所述第二密封件(31)和面向所述井(10)的所述面之间延伸的下表面(62)，使得当从所述顶座(26)的上方施加压力(P)时，由在所述顶座(26)上施加的压力所产生的合力在所述闸板块(20)闭合时使所述顶座(26)压靠所述闸板块(20)。

4.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，所述顶座(26)与所述锁环(34)整体地移动。

5.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，所述主体(16)的凹槽(36)的宽度(w1)比所述顶座(26)的对应的凹槽(38)的宽度(w2)大所述预定值。

6.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，正常公差在介于十分之一厘米和千分之一厘米之间的范围中。

7.根据权利要求1所述的闸板防喷器，其特征在于，当或者从所述闸板防喷器(16)的上方、或者从其下方施加压力时，所述顶座(26)和所述闸板块(20)密封所述井(10)。

8.一种用于组装闸板防喷器(16)的方法，所述闸板防喷器(16)构造成以便在或者从所述闸板防喷器上方或者从所述闸板防喷器下方施加压力时密封井(10)，所述方法包括：

将闸板块(20)置于所述闸板防喷器(16)的主体(16)的空腔中，所述空腔具有凹部；

将顶座(26)设置在所述凹部中，使得所述顶座(26)构造成以便在与所述闸板块(20)接触时密封所述井(10)；

将锁环(34)插入所述主体(16)的凹槽(36)及所述顶座(26)的对应的凹槽(38)内部，其中，所述锁环(34)构造成以便沿着基本平行于所述井(10)的方向在所述主体(16)的凹槽(36)内部移动；

在所述顶座(26)的凹槽内部提供第一密封件(40)，其中，所述第一密封件(40)构造成以便接触所述主体(16)和所述顶座(26)；以及

在所述闸板块(20)的凹槽内部提供第二密封件(31)，其中，所述第二密封件(31)构造成以便接触所述闸板块(20)和所述顶座(26)，其中

所述主体(16)的凹槽(36)的宽度(w1)比所述锁环(34)的宽度(w3)大预定值，所述预定值高于正常公差，以及

从所述井(10)的中心线(19)到所述第一密封件(40)的距离(D1)大于从所述井(10)的所述中心线(19)到所述第二密封件(31)的距离(D2)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定值介于1毫米和6毫米之间。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述顶座(26)的、在所述第一密封件(40)和所述顶座(26)的面向所述井(10)的面之间的上表面，大于所述顶座(26)的、与所述上表面相对且在所述第二密封件(31)和面向所述井(10)的所述面之间延伸的下表面，使得当从所述顶座(26)的上方施加压力(P)时，由在所述顶座(26)上施加的压力所产生的合力在所述闸板块(20)闭合时使所述顶座(26)压靠所述闸板块(20)。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

使所述顶座(26)与所述锁环(34)整体地滑动。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

当或者从所述闸板防喷器(16)上方或者从所述闸板防喷器(16)下方施加压力时，用所述顶座(26)和所述闸板块(20)密封所述井(10)。

13.一种用于利用闸板防喷器(16)密封井(10)的方法，所述闸板防喷器(16)构造成当或者从所述闸板防喷器(16)上方或者从所述闸板防喷器(16)下方施加压力时密封所述井(10)，所述方法包括：

对所述闸板防喷器(16)的主体(16)的空腔内的闸板块(20)施加闭合压力，其中，所述空腔具有凹部；

移动所述闸板块(20)，以便与设置在所述凹部中的顶座(26)叠加；

当来自所述闸板防喷器(16)上方的压力作用于所述顶座(26)上时，使所述顶座(26)朝所述闸板块(20)滑动，其中，因为在所述主体(16)的凹槽(36)及所述顶座(26)的对应的凹槽(38)内部延伸的锁环(34)构造成以便沿着基本平行于所述井(10)的方向在所述主体(16)的凹槽(36)内部移动，所述顶座(26)被构造成以便沿着基本平行于所述井(10)的方向滑动；

用在所述顶座(26)的凹槽内部延伸的第一密封件(40)密封所述主体(16)和所述顶座(26)之间的空间；以及

用在所述闸板块(20)的凹槽内部延伸的第二密封件(31)密封所述闸板块(20)和所述顶座(26)之间的空间，其中，所述主体(16)的凹槽(36)的宽度(w1)比所述锁环(34)的宽度(w3)大预定值，所述预定值高于正常公差，并且从所述井(10)的中心线(19)到所述第一密封件(40)的距离(D1)大于从所述井(10)的所述中心线(19)到所述第二密封件(31)的距离(D2)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预定值介于1毫米和6毫米之间。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述顶座(26)的、在所述第一密封件(40)和所述顶座(26)的面向所述井(10)的面之间的上表面，大于所述顶座(26)的、与所述上表面相对且在所述第二密封件(31)和面向所述井(10)的所述面之间延伸的下表面，使得当从所述顶座(26)的上方施加压力(P)时，由在所述顶座(26)上施加的压力所产生的合力在所述闸板块(20)闭合时使所述顶座(26)压靠所述闸板块(20)。

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