CN102713136A - 用于防喷器的闩锁机构及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于密封井的防喷器，该防喷器包括：具有第一腔和第二腔的主体，该主体在该主体的面上包括通道；防喷器闸板，该防喷器闸板配置成在第一腔内移动以使第二腔的第一区域与第二腔的第二区域密封；杆，该杆连接至防喷器闸板并且配置成沿第一腔延伸；柱体，该柱体配置成附连至主体以邻接第一腔；以及，环，该环可旋转地附连至柱体用于将柱体附连至主体。

Description

用于防喷器的闩锁机构及方法

技术领域

本文中所公开的主题的实施例大体上涉及方法和系统，并且更具体而言，涉及用于将部件附连至闸板式防喷器的主体的机构和技术。

背景技术

在过去的年月中，随着化石燃料价格的增加，对开发新的生产场所(fields)的兴趣急剧增加。然而，陆基生产场所的可用性是有限的。因此，该产业现已将钻探延伸至离岸位置(其看来拥有大量的化石燃料)。

用于从离岸场所抽取化石燃料的现有技术使用(除了其它事物之外)防喷器(BOP)用于防止井喷。BOP常规地作为阀实现以防止在钻探作业或完井作业期间在壳体与钻井管之间的环状空间中或在裸眼(即，没有钻井管的孔)中的压力释放。然而，需要时常替换BOP的各种构件。在图1中示出了BOP 20的一个示例。在图1中示出的BOP 20(除了其它事物之外)还具有两个防喷器闸板(ram block)22，它们被各自的活塞杆24和相应的锁定机构26支持。锁定机构26配置成将杆24锁定在期望的位置。这两个防喷器闸板22配置成沿平行于活塞杆24的纵向轴线的方向移动。防喷器闸板22可切断跨过BOP 20的竖直井筒30的钻柱28或其它工具。然而，在多次切割钻柱28之后，防喷器闸板22和/或它们各自的切割刃需要进行检查并且有时要重新加工/替换。可选地，如果防喷器闸板22设计为密封井并且不切割工具，则在BOP的一定数目的关闭之后需要替换设在防喷器闸板22的面上的弹性体。由于该原因，图1的BOP 20对于每个防喷器闸板22设有盖32，对于特定的BOP设计，盖32可打开用于提供至防喷器闸板的入口。图2显示了具有铰链34的盖32，该铰链34可旋转地打开盖32。

然而，本领域技术人员将认识到，BOP的定期维护需要更换附连至防喷器闸板的弹性体和/或刀片。因此，经常需要使BOP盖从BOP主体分开以便暴露并维护防喷器闸板。使盖从BOP主体分开的作业并不是容易的任务，并且经常需要定尺寸为适应大直径螺栓的专用工具。这样的作业可需要熟练技术人员的若干个八小时轮班。然而，关注的是对于不能在没有BOP的情况下起作用的整个钻机的停机时间的量，因为在BOP维护作业期间，数百万美元的钻探设备可能闲置。

对该问题的一个解决方案是设计带有无盖的“门”的BOP。然而，这些设计具有其它不期望的特征。一种设计使用可移除的棒(参见Brugman等的美国专利No. 5975484，其全部公开通过引用而并入本文)，在接近闸板腔室时必须处理和存储该可移除的棒，这可在棒的处理期间导致损坏或伤害。其它设计具有使制造成本昂贵的设计特征。

因此，将期望提供这样的BOP设计，其具有快速打开的特征但具有不需要移除任何支撑部件的并且不昂贵的锁定机构。

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。该防喷器包括：具有第一腔和第二腔的主体，第一腔大致垂直于第二腔延伸并且与第二腔相交，该主体在该主体的面上包括通道；防喷器闸板，该防喷器闸板配置成在第一腔内移动以便使第二腔的第一区域与第二腔的第二区域密封；杆，该杆连接至防喷器闸板并且配置成沿着第一腔延伸；柱体，该柱体配置成附连至主体以便邻接(border)第一腔；以及，环，该环可旋转地附连至柱体并且配置成进入该通道，使得柱体可移除地附连至主体。

根据另一示例性实施例，存在一种用于密封井的防喷器。该防喷器包括：主体，该主体在该主体的面上包括环形通道；防喷器闸板，该防喷器闸板配置成在第一腔内移动以便使第二腔的第一区域与第二腔的第二区域密封，第一腔和第二腔延伸穿过主体并且彼此大致垂直；柱体，该柱体配置成附连至主体的面；环，该环可旋转地附连至该柱体并且配置成进入该通道，使得该柱体可移除地附连至该主体；围绕该通道形成的多个凹槽；以及，在该环上的多个齿部，该多个齿部配置成匹配该多个凹槽。在该多个齿部由于环被旋转预定角度而进入该多个凹槽时，该柱体与主体接合。

根据又一示例性实施例，存在一种用于组装用于密封井的防喷器的方法。该方法包括：提供柱体，该柱体包括连接至防喷器闸板的杆；将该柱体附连至形成于防喷器的主体中的通道，该主体具有第一腔和第二腔，第一腔大致垂直于第二腔延伸并且与第二腔相交，该主体在该主体的面上具有通道；并且使附连至柱体并配置成进入通道的环旋转，使得该柱体可移除地附连至主体。

附图说明

被合并在该说明书中并构成该说明书的一部分的附图显示了一个或多个实施例，并且与描述一起解释了这些实施例。在附图中：

图1是传统BOP的示意图；

图2是处于打开位置的传统BOP的示意图；

图3是根据示例性实施例的无盖BOP的示意图；

图4是根据示例性实施例的附连至BOP的环的示意图；

图5是根据示例性实施例的将附连至BOP的柱体的示意图；

图6是根据示例性实施例的附连至BOP的柱体的示意图；

图7是根据示例性实施例的将附连至BOP的柱体的示意图；

图8-图10是根据示例性实施例的柱体的齿部以及该柱体所附连至的主体的凹槽的详细视图；以及

图11是根据示例性实施例的示出用于将柱体附连至BOP的主体的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

下面对示例性实施例的描述参考了附图。不同附图中的相同附图标记识别相同或类似的元件。下面的详细描述不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，下面的实施例关于设在海下井口的顶部的闸板BOP的术语和结构来论述。然而，之后将论述的实施例不仅限于这些系统，而是可应用到其它BOP，例如可在内陆使用的BOP。

贯穿该说明书对“示例性实施例”或“另一示例性实施例”的引用意指关于实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，贯穿该说明书在不同地方出现的用语“在示例性实施例中”或“在另一示例性实施例中”不一定指相同的实施例。此外，该特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。

根据示例性实施例，防喷器(BOP)具有容纳BOP的各种内部部件的柱体，并且这些柱体在不使用螺纹系统或铰链(如传统地对于盖所使用的)的情况下附连至BOP的主体。因此，根据该实施例，制造出无盖BOP。论述了与这种新颖的BOP相关联的一个或多个优点。应指出，这种新颖的BOP不必具有所有优点。该新颖的BOP可具有这些优点中的一个或多个。无盖BOP的一个优点是缩短用于到达防喷器闸板的时间。另一个优点是柱体附连至BOP的主体的简单性。又一个优点是用于制造在柱体与主体之间的这种锁定机构的低成本。另一个优点可以是缺乏在BOP的拆装期间移除和存储的部件。

根据图3中所示的示例性实施例，BOP 40系统包括主体42和附连至该主体42的柱体44。在主体42的另一侧，柱体44具有配对柱体(未示出)。主体42附连至凸缘46，凸缘46被用来将整个BOP系统40附连至井口。柱体44在该图中被显示为在侧48处打开。然而，在组装时，帽(未示出)关闭侧48使得柱体44内的液体不向外逸出。BOP系统40的各个部件设在柱体44内，例如闭合腔、开放腔、隔开这些腔的柱塞、启动防喷器闸板的杆等。这些部件为本领域技术人员所公知并且也已在图1中示出。由于这些原因，这里不再显示和描述这些部件。

环50可附连至柱体44，从而环50可相对于柱体44旋转。两个或更多个齿部52附连至环50，如之后所论述的那样。图4显示了环50和齿部52的更详细的视图。虽然图4显示了环50的一半和两个齿部52，但是，取决于应用、环的直径、齿部不得不承受的柱体内的压力、用于主体42以及齿部52的材料等，可存在其它数目的齿部，例如，介于2与12之间。

环50可被制造为单个部件或配置为组装在一起的多个部件。在图4中所示的示例性实施例中，环50由在点54处连接在一起的两个部分制成。齿部52可被制造成与环50整体地形成或者可单独制造并且然后通过螺栓、焊接等附连至环50。如图4中所示，齿部52的形状可为圆的，即，每个齿部可为完整的环的一个部段。在一个应用中，齿部52可与环50的侧50a偏置形成，例如偏置预定的距离d1。齿部52也可延伸超出环50的侧50b，例如超出预定的距离d2。齿部52的高度h基于组成齿部的材料的强度、柱体内的压力、柱体外的压力而确定，使得在内部与外部之间的压力差不使齿部屈服并且不损害柱体和/或主体。

根据图5中所示的示例性实施例，凹槽56可形成于柱体44的一端以容纳环50。为了便于环50相对于柱体44的旋转，轴承系统58可设在凹槽56内，介于凹槽56与环50之间。轴承系统58可包括多个滚动柱体，这些柱体配置成在轴承架(未示出)或另一系统(可如本领域技术人员所公知地那样提供)内滚动。

回到图3，柱体44包括配置成进入主体42的第一腔62的密封件载体60。主体42还具有在第一腔62上大致垂直延伸的第二腔64。第一腔配置成容纳防喷器闸板(未示出)并且第二腔容纳将引入井的工具(未示出)。密封件载体60被配置成承载密封件68，如图6中所示的那样，以使第一腔62的内部与主体42的外部密封。因此，防止处于压力(在第一腔62内提供)下的工作流体泄漏到主体42外。出于完整性起见，在图6中还示出了杆70和连接至杆72的防喷器闸板72以及柱体44的帽74。

柱体44、环50和密封件载体60中的每一种均具有中空部分，杆70配置成通过该中空部分沿轴线X移动。图7中示出了柱体44和密封件载体60的不同视图。在该图中，密封件载体60被显示为具有孔76，杆70配置成通过该孔76移动。密封件载体60在图7中显示为具有特定的形状，例如，从中切出两个部分以便使剩余部分具有两个相对的平坦面的柱体。然而，只要主体42中的相应孔与密封件载体60的形状匹配，则密封件载体60可具有其它形状。

然后，关于图8论述了形成于主体42中用于容纳齿部52的相应通道80。图8显示了主体42的面42a以及形成于该面中的通道80。通道80的形状是不均匀的，因为通道80必须容纳齿部52和环50。因此，通道80具有匹配齿部52的形状的凹槽82以及比齿部52更窄的环接收部分84。环接收部分84配置成接收环50。使环接收部分84的尺寸比齿部52的尺寸更窄的原因是为了防止齿部52在进入相应的凹槽82并且旋转至面部84之后离开通道80，因此，从而保持柱体44附连至主体42。图8中所示的装置使每个环接收部分84夹在两个凹槽82之间。图9显示了齿部52(当进入通道80的凹槽82内时)并且图10显示了相同的齿部52(在被旋转预定角度以便与通道80的通路(tunnel)88对准之后)。通路88形成于通道80的周向上在相邻凹槽82之间。主体42的部分86防止柱体44在齿部52接合于通道88中时从主体42脱离。部分86设计为使得其在腔62内的压力大于主体42外的压力时承受由齿部52施加的力，即，净力将柱体44拉离主体42。

因此，根据示例性实施例，用于密封井的防喷器可包括下述元件：具有第一腔和第二腔的主体，第一腔大致垂直于第二腔延伸并且还与第二腔相交，主体包括在主体的第一面上的第一通道以及在主体的第二面上的第二通道，第一面与第二面相对，第一防喷器闸板和第二防喷器闸板配置成在第一腔内移动以使第二腔的第一区域与第二腔的第二区域密封；第一杆和第二杆，其连接至第一和第二防喷器闸板并配置成沿第一腔延伸；第一柱体和第二柱体，其配置为附连至主体以便邻接第一腔，其中第一杆配置为滑进和滑出第一柱体并且第二杆配置为滑进和滑出第二柱体；并且第一环和第二环分别附连至第一柱体和第二柱体，并且配置为进入第一通道和第二通道，使得第一柱体和第二柱体可移除地附连至主体。

防喷器的主体可包括围绕第一腔并且还围绕每个通道形成的多个凹槽。在防喷器的每个环上的多个齿部可配置成匹配该多个凹槽。该多个齿部形成于第一环和第二环的直接面对主体的第一面和第二面的侧上。在一个应用中，该多个齿部附连至第一环和第二环。主体可包括在主体的第一面和第二面下方形成的多个通路，每个通路配置成与该多个凹槽的两个相邻凹槽连通并且每个通路沿第一或第二通道的周向延伸。

在一个实施例中，第一柱体和第二柱体与第一腔流体地连通。在另一实施例中，存在第一锁定机构和第二锁定机构，它们布置在第一柱体和第二柱体内并且配置成将第一杆和第二杆锁定在期望位置。在一个应用中，第一柱体和第二柱体在BOP没有盖时与环境直接接触。

在一个实施例中，两个导轨90(在图3中示出)可附连至主体42的第一面和第二面并且配置成在第一和第二柱体不与主体42接合时保持或滑动第一和第二柱体44。换句话说，由于柱体44的重量可在数百千克的量级，所以悬置机构(未示出)可附连至导轨90以将柱体44提升至所期望的高度，以便部分地适配在第一腔62内。导轨90可永久附连至主体42。

关于图3，手柄100被显示为附连至环50并且这些手柄被作业者使用以将柱体44锁定至主体42从主体42解锁(lock out)。可选地或者另外地，可使用液压机构(未示出)将环50锁定或解锁。

根据图11中所示的示例性实施例，存在一种用于组装防喷器以用于密封井的方法。该方法包括步骤1100、步骤1102和步骤1104，步骤1100提供柱体，该柱体包括连接至防喷器闸板的杆，步骤1102将该柱体附连至形成于防喷器的主体中的通道，该主体包括第一腔和第二腔，第一腔大致垂直于第二腔延伸并且与第二腔相交，主体在该主体的面上具有通道，步骤1104使附连至柱体并配置成进入通道的环旋转，使得该柱体可移除地附连至主体。

所公开的示例性实施例提供了BOP系统以及在不使用铰链、螺钉、螺栓或其它类似机构的情况下将柱体附连至BOP的主体的方法。应当理解，该描述不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的替代物、变型和等同物。此外，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主张权利的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员应当理解，许多实施例可在没有这些具体细节的情况下实施。

虽然本示例性实施例的特征和元件在实施例中以特定组合描述，但是，每个特征或元件可单独使用而不带有实施例的其它特征和元件，或者在不同组合中带有或不带有本文中所公开的其它特征和元件。

该书面描述使用所公开的主题的示例来使本领域技术人员能实施本发明，包括制成和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本主题的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。这些其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种防喷器，包括：

主体，所述主体具有第一腔和第二腔，所述第一腔大致垂直于所述第二腔延伸并且与所述第二腔相交，所述主体在所述主体的面上包括通道；

防喷器闸板，所述防喷器闸板配置成在所述第一腔内移动以使所述第二腔的第一区域与所述第二腔的第二区域密封；

杆，所述杆连接至所述防喷器闸板并且配置成沿着所述第一腔延伸；

柱体，所述柱体配置成附连至所述主体以邻接所述第一腔，其中，所述杆配置成滑进和滑出所述柱体；以及

环，所述环可旋转地附连至所述柱体并且配置成进入所述通道，使得所述柱体可移除地附连至所述主体。

2.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

多个凹槽，所述多个凹槽围绕所述第一腔并且还围绕所述通道在所述主体上形成。

3.根据权利要求2所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

在所述环上的多个齿部，所述多个齿部配置成匹配所述多个凹槽。

4.根据权利要求3所述的防喷器，其特征在于，所述多个齿部形成于所述环的直接面对所述主体的面的侧上。

5.根据权利要求3所述的防喷器，其特征在于，所述多个齿部附连至所述环。

6.根据权利要求3所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

在所述主体的面的下方形成的多个通路，每个通路配置成与所述多个凹槽的两个相邻凹槽连通并且每个通路沿所述通道的周向方向延伸。

7.根据权利要求6所述的防喷器，其特征在于，所述环配置成相对于所述柱体旋转，使得所述多个齿部在将所述柱体固连至所述主体的通路内移动。

8.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

附连至所述柱体的密封件载体；以及

密封件，所述密封件附连至所述密封件载体，使得处于所述柱体内的压力下的流体不从所述柱体逸出。

9.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述柱体与所述第一腔流体地连通。

10.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

锁定机构，所述锁定机构布置在所述柱体内并且配置成将所述杆锁定在期望的位置。

11.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述柱体在没有盖时与所述主体的外部环境处于直接接触。

12.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述柱体包括在所述柱体的相应端的周向凹槽。

13.根据权利要求12所述的防喷器，其特征在于，所述环配置成设置在所述柱体的凹槽内。

14.根据权利要求12所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

轴承，所述轴承设置在所述凹槽内并且配置成便于所述环相对于所述柱体的旋转。

15.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述防喷器还包括：

多个导轨，所述多个导轨附连至所述主体的面并且配置成在所述柱体不与所述主体接合时保持或滑动所述柱体。

16.根据权利要求1所述的防喷器，其特征在于，所述通道是环形的并且环绕所述第一腔。

17.一种防喷器，包括：

主体，所述主体在所述主体的面上包括环形通道；

防喷器闸板，所述防喷器闸板配置成在第一腔内移动以使第二腔的第一区域与第二腔的第二区域密封，所述第一腔和第二腔延伸穿过所述主体并且彼此大致垂直；

柱体，所述柱体配置成附连至所述主体的面；

环，所述环可旋转地附连至所述柱体并且配置成进入所述通道，使得所述柱体可移除地附连至所述主体；

围绕所述通道形成的多个凹槽；以及

在所述环上的多个齿部，所述多个齿部配置成匹配所述多个凹槽，

其中，在所述多个齿部由于所述环被旋转预定角度而进入所述多个凹槽时，所述柱体与所述主体接合。

18.一种用于组装防喷器的方法，所述方法包括：

提供柱体，所述柱体包括联接至防喷器闸板的杆；

将所述柱体附连至形成于所述防喷器的主体中的通道，所述主体具有第一腔和第二腔，所述第一腔大致垂直于所述第二腔延伸并且与所述第二腔相交，所述主体在所述主体的面上包括通道；以及

使环旋转，所述环附连至所述柱体并且配置成进入所述通道，使得所述柱体可移除地附连至所述主体。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使围绕所述第一腔并且还围绕所述通道形成的多个凹槽与所述环上的多个齿部匹配。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使所述环旋转，从而所述多个齿部进入形成于所述主体的面的下方的多个通路，每个通路配置成与所述多个凹槽的两个相邻凹槽连通，并且每个通路沿着所述通道的周向延伸。

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