CN1037945A - 特别适用于海上平台竖管的水下安全阀组 - Google Patents

Abstract

一种水下安全阀组，连接在海底井口和竖管下端 之间，阀体上设置有一个竖直贯穿空腔，空腔上端由 一个封隔器密封，下端由一个管道悬挂器密封，它们 都用一个能由液压控制脱开的箍圈紧固在空腔内，每 个上都设置有一个贯穿通道，以使生产管道分别与空 腔中心区相连，空腔可用一闸阀关闭，每个上都还设 置有支路通道，以使有关的服务管和控制管分别与设 置在上述阀体内的服务通道和控制通道相连，阀体上 还设置有另一闸阀，以关闭阀体的服务通道。

Description

本发明涉及一种水下安全阀组，这种阀组可以使整个完井套管（completion    string）回收，并可在井中进行各种维修作业，而且，由于完井套管和任何必需的工具可以穿过阀组，上述完井套管可以重新使用而不必拆卸阀组，因此，这种阀组特别适用于连接水下井口和悬伸式海上平台甲板的竖管的下部，以便独立地截断每一管道内部的液流，每条管道构成上述完井套管的一部分，也就是说，烃类在生产管道中流动，流体在服务管道中流动。

按照该工艺的现有状况，在使用固定平台的烃类水下生产中，所有安装在井内的井中套管通常沿竖直方向从海底朝平台甲板向上延伸，以构成一个具有许多同轴园壁的竖管，成为处于它们内部的上述完井套管的有效屏障。

这样一种结构，由于实际上形成了一个连续的井，排除了干扰，而且安全，使得井内能进行各种必需的作业，不必考虑周围的海况，特别是，能够将完井套管从海面收回，不必进行任何竖管复修作业。

但是，如果烃类产生在非常深的水下，具体地说，要采用张力型腿平台（TLP）或单腿平台，这种平台不可能使竖管水平支撑，因此，要求竖管在上述平台的有效张力之内，必须使用重量轻、总体尺寸尽可能小的竖管，通常，每一眼井通过一个上升套管或单壁竖管从海底连接到平台甲板。

因此，这种结构在安全方面有严重的局限性，在这种结构中，在完井套管和外部环境之间只有一层结构挡板，显然不如传统挡板牢固，而且，只有一个单一的安全阀以切断来自油田的液体流，这种阀通常叫做水下安全阀（SSSV），这样一种结构不能确保整体可靠性。

为了解决上述安全问题，可以考虑采用一种水下阀组，安装在竖管下部和海底井口之间，这种阀组装有闸阀，可以分别可靠地关闭完井套管的每一根管道。

不幸的是，这种解决办法受到一个严重的缺陷的影响，即完井套管不再很容易拆卸和重新安装。在井的使用寿命期间，为了能够对井进行必要的常规的和特殊的维修工作，也为了在油田上进行合适的作业以改进生产，拆卸和安装都是基本的工作。

事实上，不预先拆卸阀组，上述完井套管的回收是不可能的，而另一方面，上述阀组的复原意味着悬伸的竖管的拆除，重新安装，以及所带来的长期的停工时间，浪费劳力的处理过程等明显后果，因此，必然造成较多的工程成本。

因此，本发明的目的是为了避免上述缺陷，提供一种水下安全阀组，在水下井口和竖管最下端之间使用，竖管连接上述井口和悬伸式海上平台的甲板，这种安全阀组不仅使完井套管的生产管道和服务管道可以通过液压闸阀选择性的关闭，还可以使用来驱动SSSV阀的液压控制管路通过（SSSV阀在生产管道上起作用，生产管道包含在安装在井内的完井套管的下部内），而且使所有上述完井套管回收，不必拆除上述阀组。

上述目的基本上可以按下述方法来实现，利用穿过设置在上述阀组中的一个合适的贯穿空腔，可以回收上述完井套管，安装在井内的完井套管下部的上端和安装在竖管内的上述完井套管上部的下端，分别与水下管道悬挂器和封隔器相连，悬挂器和封隔器通过垫圈密封，用一个液压控制的机械箍圈分别紧固在上述贯穿空腔的两端，悬挂器和封隔器上分别设置有一个贯穿通道，贯穿通道使上述完井套管的上部和下部的生产管道与上述贯穿空腔的中心区域相连，贯穿空腔可以由一个上述阀组的阀体所支撑的液压驱动闸阀来关闭，悬挂器和封隔器上还设置有支路通道，这些支路通道和液压控制管路相连，这些控制管路用来控制完井套管上述两部位的SSSV安全阀的液压驱动，另一个液压驱动的闸阀也由上述阀组的阀体支撑，能够使上述阀组的阀体内的服务通道关闭，设置在上述封隔器内的上述服务通道中装配有一个单向止回阀。

另一方面，在上述封隔器的上部设置有扩口套管与上述通道相对应，在密封的状态下，套住上述完井套管的上部每一部件的端部，也就是说，生产管道、服务管道以及SSSV安全阀控制管路的端部。这样，就可以很明显地看出，为了回收整个完井套管，现在只需要将完井套管上部的各个部件从设置在封隔器中的上述扩口套管中撤出并提升上来，封隔器经液压脱离以后将其提升上来，最后提升上述管道悬挂器，完井套管下部的部件与管道悬挂器成为一个整体，在上述管道悬挂器从井口用液压方法脱离以后，使它从上述阀组的贯穿空腔中穿过，这一工作可以在不拆卸阀组以及竖管的情况下进行，生产管道和/或服务管道的关闭可以由液压控制的上述闸阀来完成。

总之，水下安全阀组特别适合于在海底井口和连接上述井口和悬伸式海上平台甲板的竖管之间使用，用上述阀组的阀体所支撑的液压驱动闸阀可以选择性地关闭完井套管的生产管道和/或服务管道，这种阀组也使得上述完井套管的液压控制管路能控制上述生产管道的安全阀，这种安全阀称为SSSV，用在生产管道的下端，安装在井内，可以通过上述阀体。按照本发明，这种阀组的特点在于，上述阀组的阀体上设置有一个竖直贯穿空腔，在空腔中，上述完井套管的下部上端和一个水下管道悬挂器相连，通过垫圈和液压控制脱开的机械箍圈将悬挂器密封紧固，悬挂器上还设置有一个连接上述完井套管下部的生产管道和上述贯穿空腔中心区域的贯穿通道，贯穿通道可以通过一个上述液压驱动闸阀来关闭，悬挂器上还设置有支路通道，以使服务管道和用来控制上述完井套管下部的SSSV安全阀的液压驱动控制管路，分别和设置在阀组阀体内相应的服务通道和控制通道相连，阀体上还设置有另一个上述液压驱动闸阀，可以使上述阀组阀体内的上述服务通道关闭;安装在上述竖管内的完井套管上部下端，与一个封隔器相连，封隔器也通过垫圈和一个由液压控制脱开的机械箍圈在密封状态下紧固在上述贯穿空腔的上端，封隔器上还设置有一个贯穿通道，上述完井套管上部的生产管道通过该贯穿通道与上述贯穿空腔的中心部位相连，封隔器上还设置有两个支路通道，以使服务管道和用于控制完井套管上部SSSV安全阀的液压控制管路，通过这些支路通道分别与设置在上述阀组阀体上的服务通道和控制通道相连，相应的服务管道上装备有一个单向止回阀。

根据本发明的一个优选实施例，上述完井套管上部底端通过一个设置在上述封隔器顶部的扩口套管与上述封隔器相连，组成上述完井套管上部的生产管道、服务管道和SSSV安全阀控制管路的下端，在密封状态下插入到扩口套管之中，扩口套管与设置在封隔器上的通道分别对应。

在另一方面，为了使上述封隔器和管道悬挂器很容易地安装在设置于阀组阀体之中的竖直贯穿空腔内，不要求那些支路通道与设置在上述阀组阀体中的相应的服务通道和控制精确定向，按照本发明的另一特点，设置在悬挂器和封隔器上的支路通道都有开口通向设置在上述悬挂器和封隔器园周表面的环形槽，这些环形槽与上述阀组阀体上相应的服务通道和控制通道相对应。

最后，为了获得井内和外部海洋环境的进一步的保护屏障，按照本发明的另一特点，在上述管道悬挂器相应的底部，设置有一个延伸部件，插入到井中套管的颈圈之中，用一个垫圈密封，成为上述井的界面。

现在，参考附图对本发明作更为详细的解释，对本发明的一个优选实施例所作的图解说明，仅仅是给予一个例证，并不局限于这一实施例，只要不超出本发明的范畴，可以做技术上的变化和结构上的修正。

在所述附图中，

图1显示了一个海上平台的总体图，其中采用了按照本发明的安全阀组;

图2显示了图1中的一个安全阀组的放大透视图;

图3显示了按图2A-A线的剖面图;

图4是图2所示的阀组的放大正视图;其中局部是剖面图;

图5是图4所示的阀组的一个细节的剖面放大正视图。

在这些附图中，参考数字1表示一个海上张力型腿平台，通过张紧腿3锚固在海底2上，参考数字4表示一组竖管，上述平台甲板5通过竖管与海底相应的井口6相连，井中套管7从井口向下。在每一井口6和每一竖管4的下端之间，采用一个水下安全阀组8。

更具体地说，阀组8由一个阀体9构成，阀体上设置有一个竖直贯穿空腔10，其顶端有一阳模接头11，和相应的竖管4的底端成一整体的连接筒12用已知的办法连接在阳模接头上。上述连接筒12还包含有用来操纵液压传动装置的控制管路14和15，用上述控制管路可以分别驱动给油阀组和闸阀16和17，上述控制管路分别通到环形槽18′和19′（详见图5），以确保有关的连接总能够实现，而不需要进行任何定向作业，相应控制管路14′和15′穿过阳模接头11，通过垫圈13以确保阳模接头与连接筒12之间的密封。另外，在上述阀体9的下端，设置有一个连接筒18，阀体底部通过该连接筒用已知的办法与上述井口6相连，井口内包含有上述井中套管7的颈圈19，其中，最小直径的套管7′（见图4）成为真正的井20的边界，完井套管的下部21安装在井内，基本上包括有其上安装有安全阀23的生产管道22，以及用于上述阀23液压驱动的液压管线24。

上述完井套管下部21的上端与一个水下管道悬挂器25相连，悬挂器用一个机械箍圈26紧固在上述竖直贯穿空腔10的底部，机械箍圈的脱离可以通过液压控制来完成，悬挂器还有径向延伸的管道，径向延伸到阀体9上设置的环形槽内，在管道悬挂器和贯穿空腔之间通过环形垫圈27以实现密封。

上述水下管道悬挂器25上还设置有一个贯穿通道28，连接上述生产管道22和贯穿空腔10延伸的中心区域，这一中心区域可以用上述液压驱动闸阀17的闸29来关闭，该闸安装在安全阀组的阀体上，在上述控制管路15′内工作压力不足的情况下，由于恢复弹簧30的作用，闸会自动复原到其关闭位置。在管道悬挂器25的内部，还设置有一支路通道31，以使上述用于控制SSSV阀23的控制管路24与设置在阀体9上的相应的控制通路32相连，为使服务管道对上述整体套管21的下部起作用，在悬挂器上还设置有一个第二支路通道33，与设置在阀体9上的相应服务通道34相连，服务通道34可以由上述闸阀16来关闭，闸阀16的原理与上述闸阀17相类似。

按照本发明的另一特点，上述支路通道31和33通向分别由参考数字53和54表示的环形槽，这些槽围绕在管道悬挂器25的园周表面上，其特点在于，这些槽能确保总是分别与32和34相连，而无需进行定向作业。

另一方面，根据本发明的优选实施例，在上述管道悬挂器25的最下端，设置有一个延伸的部件35（见图4），除了环形垫圈37在连接筒18和井口之间实施密封外，通过一个环形垫圈36，延伸部件在井20与海洋环境之间实施了进一步的密封。

另一方面，完井套管的上部38安装在竖管4的内部，由生产管道39、服务管道40和用来控制SSSV安全阀23的液压控制管路41构成，完井套管上部与一个封隔器42相连，按照本发明的一个优选实施例，上述连接是通过安装在上述封隔器42的上部的三个扩口套管（见图5）来实现的。上述管道39、40和控制管路41的底部分别插入套筒中，用垫圈44保证其密封，然后，最好是以类似于上述管道悬挂器25所用的方法，将上述封隔器紧固在贯穿空腔的上部，并处于密封状态，即，利用一个可以液压脱离的机械箍圈45和一个环形垫圈46来紧固。

同样，与悬挂器相类似，上述封隔器上还设置有一个贯穿通道47，以使上述生产管道39和封隔器下面的贯穿空腔10的中心区域相连，还设置有另一支路通道49，以使上述控制管路41与上述控制通道32相连，同样，在该实施例中，上述支路通道48和49分别通向用参考数字50和51表示的环形槽，以便很容易地与上述通道34和32相连;另外，在上述分支通道48上设置有一个单向止回阀52（见图5），以确保服务管道中的流体只朝一个方向流动。

Claims (4)

1、一种水下安全阀组，特别适合于位于海底的井口和连接上述井口和悬伸式海上平台甲板的竖管之间使用，以便能利用由上述阀组阀体支撑的液压驱动闸阀来选择性地关闭完井套管的生产管道和/或服务管道，阀组阀体也使上述完井套管的液压控制管路可以通过，液压控制管路是用来驱动称之为“SSSV”的安全阀的，安装在井内完井套管下部的生产管道上，这种安全阀组的特点在于，上述阀组的阀体上设置有一个竖直贯穿空腔，在空腔内，完井套管下部的上端与一个水下管道悬挂器相连，悬挂器由一个垫圈和一个可用液压控制动作脱开的机械箍圈密封并紧固在上述贯穿空腔的底端，悬挂器上设置有一个贯穿通道，上述完井套管的下部的生产管道通过这个贯穿通道与上述贯穿空腔的中心区域相连，贯穿空腔可以用一个上述的液压驱动闸阀来关闭，悬挂器上还设置有支路通道，以使上述完井套管下部的服务管道和用来驱动SSSV安全阀的液压控制管路通过这些支路通道，分别与设置在上述阀组的阀体内的相应服务通道和控制通道相连，阀体上还设置有另一个上述液压驱动闸阀，能够使上述阀组阀体内的服务通道关闭；安装在上述竖管内的完井套管上部下端，与一个封隔器相连，封隔器也是由一个垫圈和一个可用液压控制动作脱开的机械箍圈密封并紧固在竖直贯穿空腔的上端，封隔器上也设置有一个贯穿通道，上述完井套管上部的生产管道通过这个贯穿通道与上述贯穿空腔的中心区域相连，封隔器上还设置有两个支路通道，以使上述完井套管上部的服务管道和用来驱动SS、SV安全阀的液压控制管路通过这些支路通道，分别与设置在上述阀组的阀体内的相应服务通道和控制通道相连，相应的服务管道上装配有一个单向止回阀。

2、如权利要求1所述的水下安全阀组，其特点在于，上述完井套管上部的下端通过设置在上述封隔器的顶端的扩口套管与封隔器相连，构成完井套管上部的生产管道、服务管道和SSSV安全阀控制管路的下端插入到扩口套管中，利用垫圈使其处于密封状态，上述扩口套管与设置在上述封隔器上的上述通道相对应。

3、如权利要求1所述的水下安全阀组，其特点在于，设置在上述封隔器和上述管道悬挂器上的上述支路通道，都有开口通向设置在上述封隔器和上述管道悬挂器的园周表面上的相应环形槽，与设置在上述阀组阀体上的相应的服务通道和控制通道相对应。

4、如权利要求1所述的水下安全阀组，其特点在于，在上述管道悬挂器的相应底部，设置有一延伸部件，该部件插入井中套管的颈圈中，利用一个垫圈使其处于密封状态，该部件成为上述井的边界。

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