CN103221629B - 旋转控制装置轴承夹的远程操作 - Google Patents
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Abstract
旋转控制装置能够包括座组件、本体和将座组件可释放地固定到本体的夹紧装置。夹紧装置能够包括使夹紧段沿径向位移的活塞。井系统能够包括旋转控制装置，其包括密封旋转控制装置的本体与管状柱之间的环空的至少一个密封件，管状柱沿纵向延伸通过旋转控制装置。旋转控制装置还能包括活塞，该活塞沿纵向位移并选择性地将座组件夹紧到本体以及使座组件与本体松开。
Description
技术领域
本发明主要涉及结合地下井使用的设备和执行的操作，在本文描述的实施例中，更具体地涉及旋转控制装置轴承夹的远程控制。
背景技术
传统的旋转控制装置可能需要人在其附近活动，以便维护或更换旋转控制装置的轴承、密封件等。例如，如果旋转控制装置与浮式钻机一起使用,则人在旋转控制装置附近会有危险。
因此，应明白，建造旋转控制装置的技术领域需要改进。不论旋转控制装置是与近海的钻机一起使用，还是与陆上的钻机一起使用，这些改进都将是有用的。
附图说明
图1是体现本发明的原理的井系统及其关联方法的示意图。
图2是现有技术的旋转控制装置的局部剖视图。
图3A和3B是旋转控制装置的改进处的示意性局部剖视图，所述改进处包括夹紧装置并体现本发明的原理，所述夹紧装置被示出处于松开配置和夹紧配置。
图4A和4B是另一构造的夹紧装置处于松开配置和夹紧配置的示意性局部剖视图。
图5A-C是又一构造的夹紧装置处于夹紧配置、松开配置和分开配置的示意性局部剖视图。
图6是又一构造的夹紧装置处于夹紧配置的示意性局部剖视图。
具体实施方式
图1中代表性地示出能够体现本发明的原理的井系统10及其关联方法。在系统10中，旋转控制装置（RCD）12连接在立管组件（riserassembly）14的上端。立管组件14悬挂于浮式钻机16。
本领域技术人员将容易明白，围绕立管组件14的顶部的区域（被称为“月池”）是相对危险的区域。例如，钻机16会因波浪的动作而起伏，多条线和电缆18会来回摆动等。因此，期望减少或避免人在该区域中的活动。
旋转控制装置（例如RCD12）中的密封件和轴承可能需要维护或更换，所以图1中描绘的RCD的一个重要特征在于，其夹紧装置22不需要人在钻机16的月池区域活动就能够被松开和夹紧。取而代之，用流体压力管线20来对夹紧装置22施加压力，以便夹紧、松开该装置（如以下更完整描述的）。
现在再参照图2，图2代表性地示出现有技术的旋转控制装置。图2中描绘的旋转控制装置被用作能够使用本发明的原理来加以改进的一种旋转控制装置的示例。然而，应清楚理解，其他类型的旋转控制装置能够纳入本发明的原理。
旋转控制装置也被称为术语“旋转控制头”、“旋转防喷器”、“旋转分流器”和“RCD”。旋转控制装置用来密封旋转控制装置的本体26与位于流道42内的管状柱28（例如钻柱）之间沿径向形成的环空24，流道42沿纵向延伸通过旋转控制装置。
为此，旋转控制装置包括一个或多个环空密封件30。为了允许密封件30随着管状柱28的旋转一起旋转，在轴承座组件33中设置轴承组件32。轴承座组件33提供旋转控制装置的本体26与其环空密封件30之间的密封旋转界面。
夹具34将座组件33（其中具有轴承组件32和密封件30）可释放地固定到本体26，使得能够从本体移走轴承组件和密封件以进行维护或更换。然而，在图2的现有技术的构造中，使用螺栓36来固定夹具34的端部，因此每当准备从本体26移走轴承组件32和密封件30时，就需要人在靠近旋转控制装置的区域（例如月池）中活动以拧开夹具的端部。这限制了图2的旋转控制装置与陆上钻机、浮式钻机、其他类型的近海钻机等一起使用的适用性。
现在再参照图3A和3B，其中代表性地示出了图1的改进式旋转控制装置12中使用的可远程操作的夹紧装置22处于相应的松开配置和夹紧配置的一个示例。在该示例中，夹紧装置22包括活塞62，其响应于活塞的相对两侧的室64、66之间的压力差而位移。如图3A和3B所示，当活塞62向上或向下位移时，承载在本体26上的或另外附接到本体26的一系列沿周向分布的挡块、凸耳或夹紧段68分别沿径向位移而与座组件33上的互补形轮廓部70接合或脱离接合。
室64、66可经由管线20连接到压力源56（例如泵、压缩机、贮液器、加压气体室等）和压力控制系统58。压力在控制系统58的控制下从压力源56被传递到室64、66。
例如，当期望松开夹紧装置22时，控制系统58会使得压力源56将加压流体流输送到管线20之一（流体经由其他管线返回），从而导致活塞62沿一个方向位移。当期望夹紧该夹紧装置22时，控制系统58会使得压力源56将加压流体流输送到另一管线20（流体经由第一管线返回），从而导致活塞62沿反方向位移。控制系统58可包括在压力源56与夹紧装置22之间互联的手动操作的四向、三位阀，或更复杂的计算机控制的可编程逻辑控制器（PLC）和阀箱（valvemanifold）等。
控制系统58能够控制压力差从室64向室66施加（如图3A描绘的）以使活塞62位移到其松开位置，或控制压力差从室66向室64施加（如图3B描绘的）以使活塞位移到其夹紧位置。三位阀的中间位置可用于当活塞62已经位移到其夹紧或松开位置以后防止活塞非故意位移。当然，可以设置其他类型的阀或其他工具来控制活塞62的位移，这符合本发明的原理。
控制系统58优选地相对于旋转控制装置12远程定位。至少，人与控制系统58的交互界面优选地远离旋转控制装置12，使得不需要人出现在旋转控制装置附近以进行夹紧、松开过程。
位置传感器80（例如，图像、机械、电子、接近、位移、磁性、位置开关或其他传感器类型）可用来监控活塞或夹紧装置22的其他部件（例如，夹紧段）的位置。按这种方式，操作者能够确认夹紧装置22是否处于夹紧位置、松开位置或其他位置。
现在再参照图4A和4B，其中代表性地示出另一构造的夹紧装置22处于相应的夹紧配置和松开配置。该构造在一些方面与图3A和3B的构造的相同之处在于，越过活塞62的压力差用于使活塞位移到其夹紧位置和松开位置。
然而，图4A和4B的构造利用的是呈弹性爪指（colletfinger）形式的夹紧段68。弹性爪指被预先弯曲成沿径向散开的配置结构（如图4A所示），使得当活塞62处于其松开位置时，夹紧段68将与座组件33上的轮廓部70脱离接合，由此允许座组件从本体26取出，或安装到本体26中。
当活塞62位移到其夹紧位置时（如图4B所示），夹紧段68沿径向向内位移而与轮廓部70接合，由此防止座组件33从本体26取出。优选地，夹紧段68的下表面72和轮廓部70的下表面74沿径向向外的方向稍微向上倾斜，使得如果旋转控制装置12被内部加压，则将防止夹紧段与轮廓部脱离接合，不管活塞62处于其上部位置或下部位置。
与图3A和3B中的构造一样，图4A和4B的构造中的室64、66可经由管线20连接到如上所述的压力源56和控制系统58。图4A和4B的构造的其他不同之处在于，活塞62为环形（例如，使得其包围流道42和旋转控制装置12的其他部件）。
尽管图3A-4B的构造中的轮廓部70被描绘为形成在座组件33中的成凹形的凹部，但是轮廓部可改为在座组件上形成凸形的突出部，和/或轮廓部可形成在本体26上，不论轮廓部是否也形成在座组件上。
现在再参照图5A-C，其中代表性地示出了另一构造的夹紧装置22处于相应的夹紧配置、松开配置和分开配置。图5A-C的构造在许多方面类似于图3A-4B的构造。
然而，在图5A-C的构造中，如图5A所示，当轴承座组件33被夹紧到本体时，夹紧段68沿径向向外被支撑而与向内形成在旋转控制装置12的本体26中的轮廓部70接合。活塞62被偏置装置76保持在向下位置，其中活塞上的下倾斜表面78沿径向向外支撑夹紧段68。
如图5B所示，当期望松开轴承座组件33时，经由管线20向室64施加压力，由此使活塞62克服偏置装置76所施加的偏置力而向上位移。在活塞62的该向上位移的位置，夹紧段68被允许沿径向向内位移，并且与轮廓部70脱离接合。如图5C所示，轴承座组件33现在能够与本体26分开。
图6代表性地示出夹紧装置22的另一构造。图6的构造在许多方面类似于图5A-C的构造，然而，在图6的构造中，活塞62能够通过使用松开装置82（代替越过活塞的压力差）而从其夹紧位置机械式地位移。松开装置82可被用于在压力源56和/或控制系统58不可用或失效的情形下手动地松开夹紧装置22。
在图6的示例中，松开装置82被拧到活塞62上并经由纵向的花键与外套筒84接合。为了使活塞62位移到其松开位置，外套筒84旋转（当破坏剪切销86时），由此使装置82旋转并使活塞克服偏置装置76所施加的偏置力（由于装置与活塞的螺接）而向上偏置。
如果期望的话，可使用其他类型的松开装置。例如，螺纹紧固件（例如螺栓或螺杆等）可拧到活塞中，以使活塞位移并挤压偏置装置76。
应注意，图5A-C的这些夹紧段68是由单个连续环构成的段，其交替的上侧和下侧被部分地刨切，由此使环沿径向可扩张。然而，如果期望的话，夹紧段68可设置为夹头、挡块、凸耳、键或任何其他形式。
图5A-C的构造中的管线20可连接到如上所述的压力源56和控制系统58。在该构造中仅使用单管线20，因为偏置装置76能够使活塞62沿一个方向位移，但如果期望的话，可使用多条管线来产生越过活塞的压力差，如以上其他示例所描述的那样。
尽管各种构造的RCD12在上文中被描述为结合浮式钻机16使用，但是应清楚地理解，RCD能够与任何类型的钻机（例如，钻船上的、半潜水的、自升式平台上的、张力腿、陆上等的钻机）结合使用，这都符合本发明的原理。
尽管以上详细描述了夹紧装置22的单独示例，但应理解，所描述的构造的任何特征（例如图3A的位置传感器80）可以与任何其他构造一起使用。例如，图5A-C的构造的夹紧段68可用在图3A和3B的构造中，图4A和4B的构造的活塞62可用在图5A-C的构造中，等等。
活塞62、夹紧段68、偏置装置76和/或夹紧装置22的其他部件能够承载在座组件33（如在图5A-C的示例中）和/或本体26（如在图3A-4B的示例中）上，轮廓部70可在包含本发明的原理的任何旋转控制装置的本体和/或座组件上形成。
现在可完全理解，以上内容为本领域提供了操作位于旋转控制装置上的夹紧装置的进步之处。夹紧装置22能够被远程操作，由此允许在无需人靠近RCD12活动的情况下移走和/或安装轴承组件32和密封件30。
以上内容为本领域提供了旋转控制装置12，该旋转控制装置12能够包括座组件33、本体26以及将座组件33可释放地固定到本体26的夹紧装置22，该夹紧装置22包括使夹紧段68沿径向位移的活塞62。
活塞62可使夹紧段68沿径向位移而与轮廓部70锁定接合。
夹紧段68能够包括连续环（如图5A-6描绘的）、多个夹头（如图4A和B描绘的）和/或多个凸耳（如图3A和B描绘的）。
活塞62可以是环形。活塞62可包围流道42，流道42沿纵向延伸通过旋转控制装置12。
当夹紧段68沿径向位移时，活塞62可沿纵向位移。
旋转控制装置12还能包括松开装置82，其无需越过活塞62产生的压力差就能使活塞62位移。松开装置82可螺接活塞62。
旋转控制装置12还能包括感测活塞62的位置的位置传感器80。
当本体26被内部加压时，夹紧段68能够与轮廓部70锁定接合。
以上内容还为本领域提供了一种能够包括旋转控制装置12的井系统10，旋转控制装置12包括密封旋转控制装置12的本体26与管状柱28之间的环空24的至少一个密封件30，管状柱28沿纵向延伸通过旋转控制装置12。旋转控制装置12还能包括活塞62，其沿纵向位移并选择性地将座组件33夹紧到本体26以及使座组件33与本体26松开。
应理解，在不背离本发明的原理的情况下，本文描述的本发明的各种实施例可用于各种取向（例如倾斜、倒转、水平、竖向等），而且可用在各种构造中。这些实施例仅被描述为有效应用本发明的原理的示例，但本发明不限于这些实施例的任何特定细节。
当然，本领域技术人员在认真考虑本发明的代表性实施例的以上描述时，将容易想到，特定实施例可进行多种改型、添加、替换、删除和其他改变，这些改变都被本发明的原理所包涵。因此，之前的详细描述应清楚地理解为仅作为解释和示例给出，本发明的精神和范围仅由随附权利要求书及其等效方案限定。
Claims (19)
1.一种旋转控制装置，包括：
座组件；
本体；
夹紧装置，被构造成将所述座组件可释放地固定到所述本体，所述夹紧装置包括被构造成使夹紧段沿径向位移的活塞；以及
松开装置，所述松开装置被构造成无需越过所述活塞产生的压力差就能使所述活塞位移，所述松开装置被拧到所述活塞上并经由纵向的花键与能够旋转的外套筒接合。
2.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述活塞被构造成使所述夹紧段沿径向位移而与轮廓部锁定接合。
3.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述夹紧段包括连续环。
4.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述夹紧段包括多个夹头。
5.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述夹紧段包括多个凸耳。
6.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述活塞为环形。
7.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述活塞被设置为包围流道，所述流道沿纵向延伸通过所述旋转控制装置。
8.如权利要求7所述的旋转控制装置，其中所述活塞被构造成当所述夹紧段沿径向位移时，所述活塞沿纵向位移。
9.如权利要求1所述的旋转控制装置，还包括被构造成感测所述活塞的位置的位置传感器。
10.如权利要求1所述的旋转控制装置，其中当所述本体被内部加压时，所述夹紧段与轮廓部锁定接合。
11.一种井系统，包括：
旋转控制装置，所述旋转控制装置包括：
密封所述旋转控制装置的本体与管状柱之间的环空的至少一个密封件，所述管状柱沿纵向延伸通过所述旋转控制装置，
活塞，所述活塞被构造成沿纵向位移并选择性地将座组件夹紧到所述本体以及使所述座组件与所述本体松开，其中所述活塞的沿纵向位移被构造成使夹紧段沿径向位移；以及
松开装置，所述松开装置被构造成无需越过所述活塞产生的压力差就能使所述活塞位移，所述松开装置被拧到所述活塞上并经由纵向的花键与能够旋转的外套筒接合。
12.如权利要求11所述的井系统，其中所述活塞被构造成使所述夹紧段沿径向位移而与轮廓部锁定接合。
13.如权利要求11所述的井系统，其中所述夹紧段包括连续环。
14.如权利要求11所述的井系统，其中所述夹紧段包括多个夹头。
15.如权利要求11所述的井系统，其中所述夹紧段包括多个凸耳。
16.如权利要求11所述的井系统，其中所述夹紧段被构造成当所述本体被内部加压时，所述夹紧段与轮廓部锁定接合。
17.如权利要求11所述的井系统，其中所述活塞为环形。
18.如权利要求11所述的井系统，其中所述活塞被设置为包围流道，所述流道沿纵向延伸通过所述旋转控制装置。
19.如权利要求11所述的井系统，还包括被构造成感测所述活塞的位置的位置传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160203 Termination date: 20171120 |