CN102865049A - 用于全封闭剪切闸板的管道引导臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于全封闭剪切闸板的管道引导臂。一种管道剪切闸板组件(11)具有壳体(73)，该壳体(73)具有贯穿壳体(73)竖直地延伸以便管柱(77)通过的孔眼(75)。闸板单元(13,51)具有刀片(17,63)，刀片(17,63)定位成使得当第一闸板单元(13)和第二闸板单元(51)朝彼此移动以剪切井管道(77)时一个刀片在另一个刀片上滑动。成对引导臂(25)从闸板(13)中的一个延伸。引导臂(25)具有比刀片(17)突出更大的距离的末端(29)。引导臂(25)中的每一个均具有内楔形表面(31)，该内楔形表面(31)始于末端(29)并且沿与纵向轴线(28)相交的线延伸，以在第一闸板单元(13)和第二闸板单元(51)移动到闭合位置的情况下朝孔眼(75)的孔眼轴线(79)引导管柱(77)。

Description

用于全封闭剪切闸板的管道引导臂

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月14日提交的系列号为61/496,835的临时申请的优先权。

技术领域

本公开一般而言涉及钻井，且具体而言涉及一种用于防喷器(“BOP”)的剪切闸板(ram)组件，该剪切闸板组件具有引导臂，以使井管道在剪切期间从剪切闸板组件的孔眼的侧壁移动开。

背景技术

离岸钻塔通常采用立管来将海底井口与钻塔连接。防喷器位于立管的下端。陆上钻机也使用防喷器。防喷器是具有许多用于在井眼中的高压开始向上推动钻井泥浆的情况下封闭立管的特征的大型组件。这些特征包括不论直径如何都在管道周围密封的环形防喷器。该防喷器也具有大小定制成在特定直径的管柱周围封闭和密封的管道闸板。该防喷器还具有在紧急情况下将剪切钻杆柱或油管柱的剪切闸板。

管道剪切闸板具有两个闸板，各闸板均具有安装在其上的刀片。活塞使闸板朝彼此移动，以剪切贯穿防喷器延伸的管道。一个刀片位于比另一个刀片高的高度上，并且当剪切闸板闭合时在较低的刀片上滑动。通常，管柱将相对于贯穿剪切闸板组件延伸的孔眼的轴线偏心。刀片具有通向中心区域用于在闸板闭合时使管道居中的会聚侧部分。在一些管道闸板组件中，存在管柱将在闭合期间保留在孔眼的外壁处的极小可能性，这可能导致管柱的不完全剪切。

发明内容

管道剪切闸板组件具有壳体，该壳体带有竖直地延伸以使管柱通过的孔眼。该组件具有第一闸板单元和第二闸板单元，各闸板单元均具有刀片，刀片定位成使得当第一闸板单元和第二闸板单元向前移动到闭合位置时一个刀片在另一个刀片上滑动。两个引导臂从第一闸板单元朝第二闸板单元突出。各引导臂均具有末端和在从末端向后延伸的内侧上的楔形表面。楔形表面彼此分开得比刀片更多，并且在第一闸板单元和第二闸板单元移动到闭合位置的情况下将管柱引向孔眼的轴线。

在一个实施例中，各楔形表面的后缘位于从第一闸板单元的面向前的一定距离处，该距离与第一闸板单元的刀片的外端的上缘从第一闸板单元的面向前的距离大致相同。优选地，各楔形表面均位于竖直平面内。在一个实施例中，楔形表面的后端之间的距离小于孔眼的直径。各楔形表面可以是平坦的。

各刀片可以在外端之间具有小于孔眼的直径的长度。成对凹部与第二闸板单元的刀片的相对端相邻地位于第二闸板单元上，以在第一闸板单元和第二闸板单元移动到闭合位置时接纳引导臂。各凹部均具有上壁。引导臂在第一闸板单元上安装成避免在闸板单元移动到闭合位置时与上壁滑动接触。凹部的底部和外侧可以敞开。在一个实施例中，当位于闭合位置时，第一闸板单元的刀片在第二闸板单元的刀片上滑动。

附图说明

图1是根据本公开的剪切闸板组件的闸板单元的透视图。

图2是图1的闸板单元的侧视图。

图3是图1的闸板单元的顶视图。

图4是图1的闸板单元的底部透视图。

图5是图1的上闸板单元的正视图。

图6是被示出位于打开位置的图1的闸板单元的刀片和引导臂的顶视图。

图7是被示出位于部分闭合的位置的图6的刀片和引导臂的顶视图。

图8是安装在海底防喷器组件内的图1的闸板单元的透视图。

具体实施方式

参照图1，示出了从剪切闸板11位于其中的壳体或罩(bonnet)移除的剪切闸板11。剪切闸板11是闸板BOP组件的一部分，该闸板BOP组件是堆叠组件的一部分。在离岸钻井的情况下，堆叠组件位于从钻井船向下延伸的立管的下端。BOP堆叠组件的下端固连到在海床上的海底井口上。BOP堆叠组件通常还将包含管道闸板、可变孔眼闸板、以及用于在紧急情况下与立管分离的快速分离机构。当被致动时，剪切闸板11将封闭贯通孔眼并且还剪切井中的管道，诸如钻杆、油管或管柱。

剪切闸板11包括具有面或前端15的上闸板组件13。半圆形的密封沟槽16位于上闸板单元13的上侧，以接纳弹性体密封件的一部分。上剪切刀片17安装在前端15上。上刀片17具有带有上缘19和下缘21的前端面23。在此实例中，下缘21比上缘19从前端15延伸得更远，使得面23相对于竖直方向倾斜。而且，面23大体是凹进或会聚的，使得在其外端24之间的面23的中心相对于面23在外端24的更向前部分凹进。可以为上刀片17采用各种不同的形状。

管道引导臂25位于上闸板单元前端15的外侧。各臂25均可以与上闸板单元13一体地形成，或者它们也可以采用其它方式附连，诸如通过焊接或紧固件。各臂25具有从各臂25的基部37向前延伸的竖直定向的内侧27。将基部37指定为臂25与前端15接合之处。各臂25还具有前端或末端29。楔形表面31从与内侧27的前端的接合部延伸到末端29。在此实例中，各内侧27与剪切闸板11的纵向轴线28平行。楔形表面31可以是如图所示的平坦竖直表面，其相对于纵向轴线28成锐角。在此实施例中，楔形表面31相对于纵向轴线28并且相对于内侧27成约30度的角。楔形表面31可以是弯曲的表面而不是平坦的表面。在此实例中，各引导臂25均具有平坦的并且位于水平平面内的上侧33。斜切面或斜面34可选地可以位于上侧33与末端29的交叉处。

如图2中所示，上侧33在比上刀片下缘21更低的上闸板单元前端15的高度上隔开。上侧33在此实例中未位于上刀片17的正下方，因为各臂25的内侧27与上刀片外端24中的一个的外侧距离大致相同，如图3中所示。此外，图2和图3示出了末端29比上刀片17从前端15向前延伸得更多。内侧27与楔形表面31的接合部和上剪切刀片上缘19与外端24的接合部大致竖直对准。楔形表面31在距上闸板单元前端15的一定距离处与内侧27接合，该距离与在外端24处从前端15到上刀片面23的上缘19的距离大致相同。

各引导臂25均具有从臂基部37延伸到末端29的外侧35。外侧35可以相对于纵向轴线28成锐角。在此实施例中，相对于纵向轴线的锐角为约15度。末端29具有小于基部37的高度和宽度。

图4示出了各臂25的下侧39。下侧39被示出为平坦的并且位于与上侧33(图3)平行的平面内。斜表面41可以使下侧39的外缘与外侧35接合。斜表面41被示出为位于相对于水平面倾斜的平面内。

仍参照图4，并且还参照图5，上闸板单元13的下侧具有剪切管道端凹部43。凹部43具有与侧壁部47接合的后壁部45。壁部45和47是定位成在井管道已被剪切之后接纳井管道的上端的竖直壁。后壁部45被示出为部分地呈柱形并且与直的侧壁部47结合。剪切管道端凹部43的其它形状是可能的。图4还示出了在上闸板单元13的后端上用于连接到活塞杆上的T形连接器槽49。

再次参照图1，下闸板单元51示出为与上闸板单元13水平对准。下闸板单元51具有平行于上闸板单元13的前端15的前端53。位于下闸板单元51的上侧的顶部密封沟槽55接纳弹性体密封件并且与密封沟槽16对准，从而在闸板单元13、51彼此邻接时形成连续的密封。该密封不必是圆形的。下闸板单元51具有用于在剪切之后接纳井管道的下端的剪切管道端凹部57。剪切管道端凹部57具有与两个直的侧壁部61结合的弯曲后壁部59。其它形状是可能的。

下刀片63附连在下闸板单元51的前端53上。下刀片63位于低于上刀片17的高度处，如图2中所示。下刀片63在剪切时在上刀片17的下方滑动。下刀片63的上缘65位于稍微低于上刀片17的下缘21的高度处。下刀片63具有比上缘65更接近下单元前端53的下缘67。面69在下缘67与上缘65之间延伸，并且因此相对于竖直方向倾斜。如图2中所示，在此实例中，下刀片面69的倾斜度与上刀片面23的倾斜度相同。下刀片面69也向比下刀片63的外端70更接近下单元前端53的中心区域凹进或会聚。下刀片63从一个外端70到另一个外端70的长度与上刀片17从一个外端24到另一个外端24的长度相同。

参照图4，其示出了下单元51的底部，凹部71从下刀片外端70向外和向后沿各外侧位于下剪切单元51上。各凹部71均包括沿外侧提供的空间或间隙，以在闸板单元13、51闭合时接纳臂25中的一个。各凹部71均由面朝下的上侧壁72和内侧壁74限定，在此实例中，侧壁72和74是平坦的并且垂直。各凹部71与臂25中的一个对准，以在处于闭合或剪切位置时接纳臂。各凹部71均具有大于各臂25的长度的纵向长度。此外，上侧壁72具有大于各臂25的宽度，并且内侧壁74具有大于各臂25从其下侧39到其上侧33(图2)的高度的高度。凹部71不是闭合的空腔，因为它不具有外侧壁或底侧壁。在上侧壁72与臂25的上侧33(图2)之间不存在相互影响。臂25的内侧27与内侧壁74之间不存在相互影响。臂上侧33可以可选地滑动接合凹部上侧壁74，但优选地不会由此而在下闸板单元51上形成明显的竖向力。

各臂25的竖向中心点与下刀片63的竖向中心大致相同。当移动到闭合或剪切位置时，下刀片63将随着臂进入凹部71而在两个臂25之间滑动。下刀片63的外端70将随着臂进入凹部71而与臂25的内侧27紧密地间隔开。用于连接到活塞杆上的T形连接器槽76位于下单元51的后端上。

参照图6和图7，用于剪切闸板11的壳体或罩73由点划线示意性地示出。剪切闸板单元13、51(仅示出一部分)安装在罩73中并且由活塞(未示出)沿轴线28朝向和远离彼此移动。竖直的开口或孔眼75贯穿罩73延伸。刀片17、63的长度略小于孔眼75的直径。从各臂末端25的内表面测得的臂末端25之间的距离大致为孔眼75的直径。换言之，在楔形表面31的前端处测得的楔形表面31之间的距离大致为孔眼75的直径。楔形表面31的后端之间的距离与刀片17的长度大致相同并且小于孔眼75的直径。孔眼75具有与附连在罩73上的立管管道(未示出)相同的直径，以接纳从船延伸到井眼内的井管道77。

井管道77可以具有各种直径，视管道的用途和类型而定。井管道77可以与孔眼轴线79重合或者如图所示偏向一侧。井管道77的一侧可以触靠孔眼75的侧部，特别是在井眼中已发生井管道77的屈曲的情况下。

图6示出了完全打开的剪切闸板单元13、51。在完全打开时，刀片17、63或臂25不会有一部分突出到孔眼75内。图7示出了在接近剪切管道77的过程中的剪切闸板单元13、51。随着刀片17、63前移到孔眼75内，引导臂25接触井管道77并且帮助管77移向孔眼轴线79。楔形表面31确保井管道77置于孔眼75中的任何位置的任何部分能被带入剪切刀片的范围内以使其被完全剪切。刀片17和51将接触井管道77的完整直径。当刀片17位于跨越孔眼75的中途时，刀片17的外端24与孔眼75的侧面之间不会存在大的间隙，因为间隙将被臂25填充。

如上所述的剪切闸板组件11在闭合时将剪切管柱77，即使管柱77首先抵靠在壳体孔眼75的外壁上定位。管柱77不会被向外推到引起不完全剪切的位置。引导臂25提供两个功能。第一个功能是将管柱77推向或引向孔眼75的中心。第二个功能是在管柱77偏心时移除或支承切削刀片77上的侧载荷。

图8示出了安装在典型的海底防喷器组件内的全封闭剪切闸板11。防喷器组件具有防喷器(“BOP”)组(stack)81，该防喷器组81包括在下端带有用于连接到海底井口组件(未示出)的井口连接器85的框架。全封闭剪切闸板11通常定位在管道闸板上方，管道闸板在此实例中包括管道闸板91、93和95。各管道闸板91、93和95均具有在配合面上带有用于在不同尺寸范围的管道周围封闭的半柱形凹部的闸板。当闭合时，全封闭剪切闸板11将密封孔眼，并且如果存在管道，则闸板11将剪切管道。

海下立管总成(LMRP)94连接到BOP组81的上端。环形BOP 95可以位于LMRP 94的下端。环形BOP 95将在任何尺寸的管道周围封闭并且密封管道与孔眼的侧壁之间的环面。即使不存在管道，环形BOP 95也将完全密封。挠性接头97位于LMRP 94的上端，以允许立管柱99连接到挠性接头97上的下端的挠曲。扼流和压井管线101从环形防喷器95以下延伸到并排的立管99以将流体泵入井内。在紧急情况下，LMRP 94和立管99能与BOP组81分离。冗余控制盒103安装在LMRP 94上并且包含用于控制各种闸板11、81、91和93、环形BOP 95以及其它设备的移动的液压和电气回路。控制盒103可从LMRP 94取回并且连接到通向水面上的钻井船的管缆(未示出)上。

虽然仅采用其形式之一示出了剪切闸板组件，但对于本领域技术人员来说应该显而易见地是，本发明并不受此限制，而是可容易地作出各种更改而不脱离本公开的范围。

Claims (13)

1.一种用于剪切管道(77)的剪切闸板组件(11)，包括：

第一闸板单元(13)和第二闸板单元(51)，其各具有刀片(17,63)，所述刀片(17,63)定位成使得当所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(51)向前移动到闭合位置时一个刀片在另一个刀片上滑动；

从所述第一闸板单元(13)朝所述第二闸板单元(51)突出的成对的引导臂(25)；以及

所述引导臂(25)中的每一个均具有末端(29)和位于所述引导臂(25)中的每一个的内侧(27)上的楔形表面(31)，所述楔形表面(31)中的每一个从所述末端(29)延伸并且沿朝向所述第一闸板单元(13)的方向会聚，以使所述管道(77)在所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(51)移动到所述闭合位置时居中。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述楔形表面(31)中的每一个的后缘位于从所述第一闸板单元(13)的面(23)向前的一定距离处，所述距离与所述第一闸板单元(13)的刀片(17)的外端(24)的上缘(19)从所述第一闸板单元(13)的面(23)向前的距离大致相同。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述楔形表面(31)中的每一个均位于竖直平面内。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括：

具有孔眼(75)的壳体(73)，所述孔眼(75)贯穿所述壳体(73)竖直地延伸以便管柱(77)通过，所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(59)被承载在所述壳体(73)内；并且

其中，所述楔形表面(31)的后端之间的距离小于所述孔眼(75)的直径。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述刀片(17,63)中的每一个在外端之间具有小于所述孔眼(75)的直径的长度。

6.根据权利要求4所述的组件，其特征在于：

在所述末端(29)处测得的楔形表面(31)之间的距离大致等于所述孔眼(75)的直径。

7.根据权利要求4所述的组件，其特征在于：

所述刀片(17)的外端(24)的上缘(19)从所述第一闸板单元(13)延伸所选定的刀片突出距离；并且

在与所述第一闸板单元(13)相距所述刀片突出距离之处测得的所述楔形表面(31)之间的距离小于所述孔眼(75)的直径。

8.根据权利要求4所述的组件，其特征在于：

所述引导臂(25)中的每一个均具有从所述第一闸板单元(13)延伸到与所述楔形表面(31)的接合部的内侧部(27)，所述内侧部(27)中的每一个与所述闸板单元(13,51)的纵向轴线(28)大致平行；并且

内侧部(27)之间的距离大致等于所述第一闸板单元(13)的刀片(17)的长度并且小于所述孔眼(75)的直径。

9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括：

所述第二闸板单元(51)上与所述第二闸板单元(51)的刀片(63)的相对端相邻的成对凹部(71)，其用于在所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(51)移动到所述闭合位置时接纳所述引导臂(25)；其中

所述凹部(71)中的每一个均具有上壁(72)；并且

所述引导臂(25)在所述第一闸板单元(13)上安装成避免在所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(51)移动到所述闭合位置时与所述上壁(72)滑动接触。

10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述凹部(71)中的每一个均具有敞开的底部和敞开的外侧。

11.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一闸板单元(13)的刀片(17)在位于所述闭合位置时在所述第二闸板单元(51)的刀片(63)上滑动。

12.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：

所述第一闸板单元(13)的刀片(17)在所述第一闸板单元(13)和所述第二闸板单元(51)位于所述闭合位置时在所述第二闸板单元(51)的刀片(63)上延伸。

13.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：

所述引导臂(25)中的每一个均具有位于所述第一闸板单元(13)上一定高度处的上表面(33)，所述高度低于所述刀片(17)的下表面在所述第一闸板单元(13)上的高度。

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