CN102626803B - 剪切刀片几何构造和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及剪切刀片几何构造和方法。一种剪切刀片对和具有该剪切刀片对的防喷器。剪切刀片构造成切割防喷器的内部的管状件。剪切刀片具有不同几何构造的前切割表面。一个几何构造促进相对于第一刀片来可靠地定位管状件，而第二几何构造则促进第二刀片戳穿管状件。

Description

剪切刀片几何构造和方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及方法和系统，并且更具体而言，涉及较可靠地剪切管状件的剪切刀片的设计。

背景技术

在过去的几年中，随着化石燃料的价格的上涨，对开发新生产田的关注已经急剧增加。同时，为了变得较有效和可靠，用于抽取石油的装备正经历不断的变化。在大多数井中使用闸板防喷器(BOP)来确保在井的内部有高压产生的情况下或者在进行各种测试时或者在需要更换或移除BOP的上方的装备时，封闭井。因而，构造BOP来充当阀。剪切BOP构造成不仅封闭井，而且还切割可存在于井的内部的任何管状件或工具。

例如，可能发生这样的情况：在钻探期间，在钻柱在井的内部时，高压囊(pocket)被钻头贯穿。在这种情况下，使用剪切闸板BOP来切割钻柱来密封井，以出于安全原因而防止高压传播到上面的钻探平台。剪切闸板BOP传统上包括朝彼此运动以剪切管状件的两个刀片。但是，存在现有的刀片不能够剪切井的内部的管状件或工具从而无法密封井的情况。这样无法剪切管状件可导致可毁坏钻探平台且可造成人员死亡的灾难性事件。为了更好地理解刀片如何剪切管状件，接下来论述BOP。

在图1中显示了剪切闸板BOP。显示BOP16具有闸板块20。闸板块20构造成在被杆22促动时，在第一伸长腔体24的内部运动。第一伸长腔体24沿着第一轴线X延伸。第二伸长腔体26沿着与第一伸长腔体24基本垂直且相交的轴线Y延伸。闸板块20可包括构造成切割可存在于井32的内部的管状件30的剪切刀片28。剪切刀片28可具有必要时有效地切割工具30的锋利的刃。可将另一个类似的剪切块和剪切刀片设置在第一伸长腔体24的相对的区域中。

在图2中显示了闸板块20和剪切刀片28的更详细的视图。显示了剪切刀片28与闸板块20脱开。为了将剪切刀片28附连到闸板块20上，使用了多个螺钉36。在闸板块20的前部面40中形成对应的孔38。剪切刀片28的锋利的刃42构造成剪切工具。设置在井32内的工具越厚，就需要提供更有力的闸板块20和刀片28，以抵抗在切割工具时存在于BOP的内部的高压。这种压力可介于2000psi和25000psi之间。

在图3中显示了一对传统的剪切刀片28的俯视图。注意两个刀片28是对称的，并且具有产生介于120°和180°之间的大的角α的两个切割刃44和46。这些刃可确定管状件会运动到中心位置。但是，如果管状件的壁坚固，或者管状件的大小大于某个值，则这些切割刃可能不能剪切管状件。

因此，提供避免前面描述的问题和缺点的系统和方法将是合乎需要的。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种待设置在闸板防喷器中来切割管状件的剪切刀片对。剪切刀片对包括具有基本设置在同一平面上的切割刃的第一刀片；以及第二刀片，其具有设置在基本平行的两个平面上的切割刃，使得第一刀片的切割刃配合在第二刀片的切割刃之间。第一刀片具有构造成配合到第二刀片的腔体中的凸起部分。

根据另一个示例性实施例，存在一种剪切闸板防喷器(BOP)，其包括：具有沿着第一轴线延伸的第一伸长腔体和与第一伸长腔体垂直地延伸且相交的第二伸长腔体的本体；闸板块对，其设置在第一伸长腔体中，并且构造成沿着第一轴线滑动，其中，闸板块具有面向彼此的前部面，并且前部面构造成朝第二伸长腔体滑动；以及前面的段落中提到的剪切刀片对。

根据另外的另一个示例性实施例，存在一种用于制造用于切割防喷器的内部的管状件的剪切刀片的方法。该方法包括：形成具有带有第一几何构造的前切割面的第一刀片，第一几何构造促进相对于第一刀片来可靠地定位管状件；形成具有带有不同于第一几何构造的第二几何构造的前切割面的第二刀片，第二几何构造促进在切割之前戳穿管状件；在第一刀片和第二刀片的前切割面上形成切割刃；以及将第一刀片和第二刀片安装在同一防喷器中。第一刀片和第二刀片的切割刃构造成在被促动时切割管状件。

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，并且与描述一起阐明了这些实施例。在图中：

图1是传统防喷器的示意图；

图2是传统防喷器的剪切块和剪切刀片的示意图；

图3是用于防喷器的传统的剪切刀片对的示意图；

图4A-E是根据一个示例性实施例的剪切刀片对的示意图；

图5A-C是根据另一个示例性实施例的剪切刀片对的示意图；

图6A-D是根据另外的另一个示例性实施例的剪切刀片对的示意图；

图7A-B示意性地示出了剪切刀片对根据一个示例性实施例如何剪切管状件；

图8A-F是根据又一个示例性实施例的剪切刀片对的示意图；

图9示意性地示出了图8A-F的剪切刀片对根据一个示例性实施例如何剪切管状件；以及

图10是示出了根据一个示例性实施例的用于制造剪切刀片对的方法的流程图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述参照了附图。不同的图中的相同参考标号标识相同或类似的元件。以下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限定。为了简洁，关于剪切闸板BOP系统的术语和结构来论述以下实施例。但是，接下来要论述的实施例不限于这些系统，而是可应用于需要切割工具的其它系统。

贯穿说明书，对“一个实施例”或“实施例”的参照意味着结合一个实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因而，在说明书的各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必指同一实施例。另外，特定的特征、结构或特性可按任何适当的方式来结合在一个或多个实施例中。

根据一个示例性实施例，待在剪切BOP中使用的剪切刀片对是彼此不同的。该对中的第一刀片具有促进管状件朝中心位置运动的形状，而第二刀片具有构造成在管状件固定在第一刀片的中心位置处时刺穿管状件的凸起部分。因而，两个刀片一前一后地工作，一个将管状件定位在期望位置处，而另一个则戳穿管状件。通过两个刀片的切割刃来实现切割管状件。注意在示例性实施例中使用的用语“剪切”不限于在彼此交迭时进行切割的两个刀片。理解这个用语还涵盖在刀片将管状件压在它们之间且刀片彼此不交迭的情形。

根据图4A-E中示出的一个示例性实施例，刀片对50包括第一刀片52和第二刀片54。第一刀片52具有在切割管状件56时促进管状件56从位置A运动到位置B的V形形状。第一刀片52具有顶面58、包括两个切割面60和62的前部面53、切割刃64和66以及中心面68。中心面68连接到切割面60和62上，并且它们共同形成第一刀片的面向管状件的面53。中心面68如图4B中显示的那样可为弯曲的，并且具有其自己的切割刃70。如在图4C中显示的那样，切割表面60和62和/或中心面68可相对于纵轴Z而倾斜。

第一刀片52设计成具有成介于80°和120°之间的角α(见图4D)(以形成V形形状)的切割刃64和66，使得当刀片52和54两者对管状件56起作用时，管状件56朝中心面68运动。第一刀片52可设计成使得切割面60和62如图4A中的那样与刀片的边缘71和72相交，或者如图4B中显示的那样具有互补的前部面74和76。面74和76可相对于轴Z倾斜或平行于轴Z，并且它们还可具有或不具有切割刃。

第二刀片54的轮廓不同于第一刀片52。例如，第二刀片54具有带有在刃84处彼此相交的两个前切割面80和82的前部面55。各个前切割面80和82具有对应的切割刃86和88。在切割刃86和88之间的角β(见图4E)可不同于角α。角β可具有大约60°的值。前切割面80和82可如图4C中显示的那样相对于轴Z而倾斜。前切割面80和82与切割表面60和62的倾斜可介于13°和30°之间。图4B显示了在前切割面80和82中的孔90。这些孔构造成容纳将剪切刀片附连到剪切闸板块上的螺栓。但是，孔90不是必需的，因为用于将刀片附连到闸板块上的其它机构在本领域中是已知的。

在图5A-C中示出的另一个示例性实施例中，第一刀片100类似于前面论述的刀片52。因而，这里没有另外论述刀片100的细节。第二刀片102如接下来论述的那样具有多个切割面。根据这个示例性实施例，第二刀片102具有类似W形形状的切割刃。如图5B中显示的那样，第二刀片102具有顶表面104和前表面106。前表面106包括在刃112处彼此相交的第一切割表面108和第二切割表面110。第一切割表面108与第一弯曲切割表面114连续，而第二切割表面110与第二弯曲切割表面116连续。第一弯曲切割表面114与第三切割表面118连续，而第二弯曲切割表面116与第四切割表面120连续。第一至第四切割表面108、110、118和120可为平的表面。最后，第三切割表面118与第五表面122连续，而第四切割表面120与第六表面124连续。

在一个应用中，第五表面122和第六表面124不是切割表面。另外，第五表面122和第六表面124在包括轴Z的平面上延伸，而第一至第四切割表面可如图5C中显示的那样相对于轴Z而倾斜。各个切割表面具有对应的切割刃。图5B为了简洁而仅显示了第一切割表面108和第二切割表面110的切割刃126和128。

图5C显示了第二刀片102的凸起130(刀片100可具有类似的凸起)，凸起130构造成进入闸板块中的对应的凹槽中，以将刀片附连到闸板块上。因而，在这个实施例中，不需要有刀片中的孔和螺栓来将刀片附连到闸板块上。

根据图6A-C中示出的另一个示例性实施例，第一刀片200具有前切割表面202，而第二刀片204具有带有在刀片的中心区域中的凸起208的前切割表面206。更具体而言，如图6B中显示的那样，第一刀片200具有顶面208和前切割表面202。前切割表面202包括弯曲切割面210和平的前切割表面212和214。各个切割表面具有对应的切割刃216。虽然弯曲切割面210可如图6C中显示的那样相对于轴Z而倾斜，但是平的前切割表面212和214平行于轴Z。

第二刀片204具有包括在刃224处彼此相交的平的切割表面220和222的中心凸起208。平的切割表面220和222可相对于轴Z而倾斜。刃224也相对于轴Z而倾斜，并且如图6D中显示的那样具有最凸起的点226，图6D显示了第二刀片204的后部面228。凸起208的平的切割表面220和222与切割表面206的第一切割表面230和第二切割表面232连续。切割表面230和232相对于轴Z而倾斜，并且是弯曲的。它们与具有切割刃238和240的第三切割表面234和第四切割表面236连续。切割表面220、222、230和232也可具有切割刃，但是为了简洁而没有对此进行参照。但是，在一个应用中，这些切割表面不具有切割刃。

第三切割表面234和第四切割表面236与第五表面242和第六表面244连续。这些表面可为非切割表面，并且可平行于轴Z。这些表面可设计成匹配第一刀片200的表面212和214。第二刀片204的最凸起的点226实际上可为小的表面。但是，不论表面或点，最凸起的点226都构造成刺穿定位在刀片200和204之间的管状件56，并且切割刃216、238和240构造成完全切断管状件。图6B显示了在第一刀片200中的用于将这个刀片附连到对应的闸板块上的孔250，而图6C显示了待在对应的闸板块中的对应的凹槽中滑动的第二刀片204的凸起252。可使用用于将刀片附连到闸板块上的其它机构。

图4A至6D中显示的实施例共有图7A中示出的以下特征。考虑到通用刀片280和290具有相应的切割刃282和292，并且考虑到管状件298设置在两个刀片之间，注意，刀片280沿着线284运动，而刀片290沿着线294运动，线284和线294是基本平行但不相同的。另外，注意，当剪切管状件时，刀片280如图7B中显示的那样与刀片290交迭，并且已经将管状件的上部部分298a从管状件298的下部部分298b上切断。

根据图8A-8C中示出的另一个示例性，第一刀片300具有切割刃，而第二刀片302具有构造成接收第一刀片的切割刃的双重切割刃。更具体而言，如图8A中显示的那样，第一刀片300具有顶表面304和前部面306。凸起部分308从前部面306的中心部分延伸，并且这个凸起部分设计成刺穿管状件。前部面306具有上部部分(在图8A中看得到)和下部部分(在图8A中看不到)，它们各自具有第一切割面和第二切割面。为了简洁起见，接下来描述前部面306的仅上部部分。上部部分具有第一切割面310和第二切割面312，它们各自分别具有切割刃314和316。在下部部分上通过了对称的面(在图8F中显示)。在一个应用中，下部部分上的面与上部部分上的面不同。下部部分包括与面310对称的镜像面310a和与面312对称的镜像面312a。面310和310a的相交形成切割刃314，而面312和面312a的相交形成切割刃316。凸起部分308具有在刃322处彼此相交的第一切割面318和第二切割面320。第一切割面318和第二切割面320具有它们自己的切割刃。

在图8C中显示了前部面306的沿着图8A中的线A-A的横截面。在这个图中，可看到在上部部分上的第二切割面312及其在前部面306的下部部分上的对称的镜像面312a。这对于面310、318和320也是一样的，如图8F中显示的那样。在图8E中显示了第一刀片300的俯视图。注意，面310、312、318和320如图8C中显示的那样相对于纵轴Y而倾斜。另外，图8C显示了在第一刀片300的后部面上的凸起330，并且这个凸起构造成滑入闸板块中的凹槽中，以将刀片固定到闸板块上。

图8B、8D和8E中示出了第二刀片302。注意，这个刀片具有顶面340、侧面350和前切割面360。前切割面360具有V形形状。V形形状由在各个臂部上的两个刃和在中心区域中的腔体362形成，以容纳第一刀片300的凸起部分308。前切割面360在V形形状的各侧上包括上部切割刃364和下部切割刃366。切割刃364和366是隔开的，以接收第一刀片300的切割刃314和316。在图8D中显示了沿着图8B中的线B-B的第二刀片302的轮廓。注意在切割刃314和316处成对地相交的四个切割面370、372、374和376。

为了将第一刀片300的轮廓置于透视图中，图8F显示了第一刀片300的正视图，使得显示第一切割面310和第二切割面312形成刀片的上部部分，并且镜像第一切割面310a和镜像第二切割面312a形成刀片的下部部分。显示了凸起部分308具有上部第一凸起面318和上部第二凸起面320以及下部第一凸起镜像面318a和下部第二凸起镜像面320a。还显示了对应的刃380和382。

与前面论述的实施例不同，第一刀片300和第二刀片302设计成沿着相同的线X运动，但是沿相反的方向，以如图9中显示的那样切断管状件。

根据图10中示出的示例性实施例，存在一种这样的方法，其用于制造用于BOP的剪切刀片对，使得剪切刀片具有不同的几何构造。该方法包括：步骤1000，将第一刀片形成为具有促进固定待被刀片对切割的管状件的位置的第一几何构造；以及步骤1002，将第二刀片形成为具有不同于第一几何构造的第二几何构造，第二几何构造促进对管状件的切割。该方法进一步包括：步骤1004，在第一刀片和第二刀片两者上形成切割刃；以及步骤1006，将两个刀片安装在同一BOP中，以切割管状件。注意，不同的实施例的刀片可在同一BOP中混合在一起。

公开的示例性实施例提供了较可靠地剪切存在于BOP的内部的工具或管状件的刀片对和BOP。应当理解，此描述不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、修改和等效方案。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对声明的发明的全面理解。但是，本领域技术人员将理解，可在没有这样的具体细节的情况下实践各种实施例。

虽然在实施例中以特定组合来描述了目前的示例性实施例的特征和元件，但是各个特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或者在有或没有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合来使用。

本书面描述使用公开的主题的实例来使本领域任何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。本主题的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种待设置在闸板防喷器中来切割管状件的剪切刀片对，所述剪切刀片对包括：

第一刀片，其具有基本设置在同一平面上的切割刃；以及

第二刀片，其具有分别设置在基本平行的两个平面上的上切割刃和下切割刃，当所述第一刀片和所述第二刀片朝向剪切位置移动时，所述第一刀片的所述切割刃配合在所述第二刀片的所述上切割刃和所述下切割刃之间，

其中，所述第一刀片具有构造成配合到所述第二刀片的腔体中的凸起部分。

2.根据权利要求1所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一刀片的所述凸起部分和所述第二刀片的所述腔体在所述刀片的中心区域中。

3.根据权利要求1所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一刀片具有构造成与所述第二刀片的前部面协同来切割所述管状件的前部面。

4.根据权利要求3所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一刀片的所述前部面包括：

具有第一切割表面和第二切割表面的上部部分；以及

具有第一镜像切割表面和第二镜像切割表面的下部部分，

其中，所述第一切割表面和所述第一镜像切割表面在第一切割刃处彼此相交，以及

所述第二切割表面和所述第二镜像切割表面在第二切割刃处彼此相交。

5.根据权利要求4所述的剪切刀片对，其特征在于，所述凸起部分进一步包括：

具有第一凸起切割表面和第二凸起切割表面的上部部分；以及

具有第一凸起镜像切割表面和第二凸起镜像切割表面的下部部分，

其中，所述第一凸起切割表面和所述第一凸起镜像切割表面在第一切割刃处彼此相交，以及

所述第二凸起切割表面和所述第二凸起镜像切割表面在第二切割刃处彼此相交。

6.根据权利要求5所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一切割表面与所述第一凸起切割表面相交，所述第二切割表面与所述第二凸起切割表面相交，所述第一镜像切割表面与所述第一凸起镜像切割表面相交，并且所述第二镜像切割表面与所述第二凸起镜像切割表面相交。

7.根据权利要求3所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第二刀片的所述前部面包括：

第一切割表面；

第二切割表面，其与所述第一切割表面相交而形成第一切割刃；

与所述第二切割表面相交的第三切割表面；以及

第四切割表面，其与所述第三切割表面相交而形成第二切割刃，

其中，所述第二切割表面与所述第三切割表面形成V形形状。

8.根据权利要求7所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一至第四切割表面形成W形形状，并且所述腔体形成于所述W形形状的中心顶点中。

9.根据权利要求8所述的剪切刀片对，其特征在于，所述第一切割刃和所述第二切割刃基本平行于彼此。

10.一种剪切闸板防喷器，包括：

具有沿着第一轴线延伸的第一伸长腔体和与所述第一伸长腔体垂直地延伸且相交的第二伸长腔体的本体；

闸板块对，其设置在所述第一伸长腔体中，并且构造成沿着所述第一轴线滑动，其中，所述闸板块具有面向彼此的前部面，并且所述前部面构造成朝所述第二伸长腔体滑动；以及

剪切刀片对，其构造成附连到所述闸板块上，并且还构造成在所述闸板块滑向管状件时剪切设置在所述第二伸长腔体中的所述管状件，

其中，所述剪切刀片对包括：

具有基本设置在同一平面上的切割刃的第一刀片；以及

第二刀片，其具有设置在基本平行的两个平面上的切割刃，使得所述第一刀片的所述切割刃配合在所述第二刀片的所述切割刃之间，

其中，所述第一刀片具有构造成配合在所述第二刀片的腔体中的凸起部分。

11.根据权利要求10所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一刀片的所述凸起部分和所述第二刀片的所述腔体在所述刀片的中心区域中。

12.根据权利要求10所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一刀片具有构造成与所述第二刀片的前部面协同来切割所述管状件的前部面。

13.根据权利要求12所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一刀片的所述前部面包括：

具有第一切割表面和第二切割表面的上部部分；以及

具有第一镜像切割表面和第二镜像切割表面的下部部分，

其中，所述第一切割表面和所述第一镜像切割表面在第一切割刃处彼此相交，以及

所述第二切割表面和所述第二镜像切割表面在第二切割刃处彼此相交。

14.根据权利要求13所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述凸起部分进一步包括：

具有第一凸起切割表面和第二凸起切割表面的上部部分；以及

具有第一凸起镜像切割表面和第二凸起镜像切割表面的下部部分，

其中，所述第一凸起切割表面和所述第一凸起镜像切割表面在第一切割刃处彼此相交，以及

所述第二凸起切割表面和所述第二凸起镜像切割表面在第二切割刃处相交彼此。

15.根据权利要求14所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一切割表面与所述第一凸起切割表面相交，所述第二切割表面与所述第二凸起切割表面相交，所述第一镜像切割表面与所述第一凸起镜像切割表面相交，并且所述第二镜像切割表面与所述第二凸起镜像切割表面相交。

16.根据权利要求12所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第二刀片的所述前部面包括：

第一切割表面；

第二切割表面，其与所述第一切割表面相交而形成第一切割刃；

与所述第二切割表面相交的第三切割表面；以及

第四切割表面，其与所述第三切割表面相交而形成第二切割刃，

其中，所述第二切割表面与所述第三切割表面形成V形形状。

17.根据权利要求16所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一至第四切割表面形成W形形状，并且所述腔体形成于所述W形形状的中心顶点中。

18.根据权利要求17所述的剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一切割刃和所述第二切割刃基本平行于彼此。

19.一种用于制造用于切割防喷器的内部的管状件的剪切刀片的方法，所述方法包括：

形成具有带有第一几何构造的前切割面的第一刀片，所述第一几何构造促进相对于所述第一刀片来可靠地定位所述管状件；

形成具有带有不同于所述第一几何构造的第二几何构造的前切割面的第二刀片，所述第二几何构造促进在切割之前戳穿所述管状件；

在所述第一刀片的所述前切割面上形成切割刃；

在所述第二刀片的所述前切割面上形成位于基本平行的两个平面上的上切割刃和下切割刃；以及

将所述第一刀片和所述第二刀片安装在同一防喷器中，

其中，所述第一刀片的所述切割刃和所述第二刀片的所述上切割刃和下切割刃构造成在被促动时切割所述管状件；

其中所述第一刀片的所述切割刃配合在所述第二刀片的所述上切割刃和所述下切割刃之间。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在所述第一刀片中形成凸起部分；以及

在所述第二刀片中形成腔体，所述腔体构造成接收所述凸起部分。