CN104285030B - 防喷锁定门组件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种锁定门组件、防喷器及方法。所述防喷器用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封。所述防喷器包括具有孔和从中穿过的通道的壳体。所述管可定位成穿过该孔并接合在其中。所述防喷器还包括门组件，该门组件包括门(242)和锁，所述门沿着通道的轴线可滑动地定位并提供选择性地接近该通道。所述锁包括至少一个锁定构件(248)，该锁定构件具有在垂直于所述通道的轴线的方向上沿着所述(门242)组件延伸的至少一个凸起部分(246)。所述锁定构件(242)可延伸到所述壳体的至少一个相应的容座(458)中，并且可以沿其在未锁定和锁定位置之间移动，由此，所述门组件可选择性地从所述壳体缩回。

Description

防喷锁定门组件及其使用方法

技术领域

本发明总体涉及执行井场作业的技术。更具体地，本发明涉及防止井喷的技术，例如涉及防喷器、柱塞组件、门组件、和/或锁。

背景技术

可以进行油田作业来定位和收集有价值的井下流体。石油钻井平台定位于井场，井下工具比如钻具置于地面中以到达地下储层。一旦井下工具形成井筒以达到期望的储层，套管就可以在井筒内胶合就位，并且所述井筒完成来自储层的流体的初始生产。井下管状装置可以定位在井筒中，以使得地下流体能够通至表面。

如果从井筒释放的地下流体泄漏的话，则可能对环境造成威胁。设备比如防喷器(BOP)可被定位在井筒周围以形成围绕其中管的密封来防止随着流体被带至表面时的泄漏。BOP可以具有选择性可致动的柱塞或柱塞阀盖，比如管子柱塞或剪切柱塞，其可以被驱动来密封和/或切断井筒中的管。在美国专利/申请第20110000670；7814979；和7367396号中提供了BOP的一些示例。

所期望的是使BOP具有各种特征，比如密封件、柱塞块、门和/或锁定机构等，用于井场作业。BOP和/或特征的示例可以提供在专利申请号US13/018217(在提交申请时尚未公布)、US2010/0243926、US2011/0012311、US5897094、US7044430、US7051989、US5575452、WO2012/012192、WO2012/012193、US7195224和US7798466中。

发明内容

在至少一个方面，本发明涉及一种用于接近井场防喷器的门组件。所述防喷器用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封，并且包括具有孔和从中穿过的通道的壳体。所述管可定位成穿过该孔并且可在其中切割。所述门组件包括门和锁。所述门沿着通道的轴线可滑动地定位并提供选择性地接近该通道。所述锁包括至少一个锁定构件，该锁定构件具有在垂直于所述通道的轴线的方向上沿着所述门组件延伸的至少一个凸起部分。所述锁定构件可延伸到所述壳体的至少一个相应的容座中，并且可以沿其在未锁定和锁定位置之间移动，由此，所述门组件可选择性地从所述壳体缩回。

所述锁定构件可以包括具有多个齿的至少一个锁定板，所述多个齿在其中相对侧上包括多个门齿和多个壳体齿。所述门齿可与所述门接合。所述壳体齿可与所述壳体接合。所述齿可以以离散的排分布。所述离散的排可以在其间具有沟槽。所述锁定构件可在锁定位置与未锁定位置之间可滑动地移动，在锁定位置，所述锁定构件的齿未与所述壳体或所述门组件的沟槽对准，在未锁定位置，所述锁定构件的齿与所述壳体或所述门组件的齿的沟槽对准。

所述壳体的齿的数量与所述锁定构件的齿的数量可以相同或不同。所述齿可以具有多边形形状、三角形形状、梯形形状、和/或圆形形状。所述多个齿可以与所述通道的轴线成锐角。所述锁定构件在所述门的相对侧上可以包括成对的锁定构件。所述锁还可以包括围绕所述门组件可操作地连接所述成对的锁定板的成对的锁支承件。所述锁定构件可以包括锁定球。

在另一方面，本发明涉及一种用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封的防喷器。所述防喷器包括：壳体，其具有孔和从中穿过的通道；管，其可定位成穿过该孔并可在其中切割；以及门组件，其可围绕所述壳体的通道的开口定位。

所述防喷器还可以包括带有柱塞轴的柱塞块，柱塞轴从其延伸穿过所述门组件并进入柱塞式油缸。所述柱塞块可以可滑动地移动通过所述壳体的通道并且与所述管密封地接合。所述防喷器还可以包括可操作地连接至所述柱塞式油缸的致动器。

在另一方面，本发明涉及一种接近井场防喷器的方法。所述方法包括绕着所述防喷器设置门组件、通过将所述至少一个凸起部分沿着所述壳体的至少一个相应的容座可动地定位在锁定和未锁定位置之间来将所述门组件选择性地从所述壳体缩回。

所述凸起部分可以包括多个齿，并且所述选择性地缩回可以包括使所述锁定构件的多个齿在未与所述壳体的多个齿的沟槽对准的锁定位置和与壳体中的沟槽对准的未锁定位置之间可滑动地移动。所述方法还可以包括将柱塞组件可滑动地定位在所述壳体的通道中。所述柱塞组件包括带有柱塞轴的柱塞块，柱塞轴从其延伸穿过所述门组件并进入柱塞式油缸。所述方法还包括通过缩回门组件来接近柱塞组件。所述方法还可以包括使所述柱塞块可滑动地移动穿过所述壳体的通道并且与所述管密封接合。

本发明还可以涉及一种用于围绕管进行密封的防喷器。所述防喷器包括壳体和门组件。所述壳体具有孔和从中穿过的通道，管可定位成穿过该孔。所述门组件可围绕所述壳体的开口定位，并且提供选择性地接近其中的通道。所述门组件包括可延伸到所述壳体中并与其锁定地接合的多个齿。

本发明还可以涉及一种密封管的方法。所述方法包括围绕井筒定位所述防喷器、将所述管定位成穿过壳体的孔、以及围绕壳体的开口定位门组件，使得所述齿延伸到壳体中并与其锁定地接合。

附图说明

因此，本发明的上述特征和优点可以得到详细地理解，可以通过参照其中在附图中示出的实施例对本发明进行更具体地说明(上面进行了简要概括)。然而要指出的是，附图仅示出了典型的实施例，因此不应被认为是限制其范围。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚简明起见，某些特征及附图的某些视图可能以夸大的比例或示意性地示出。

图1示出了具有带有柱塞组件和锁定门组件的防喷器(BOP)的近海井场的示意图。

图2A-2B示出了分别处于密封和非密封位置的带有柱塞组件的BOP的垂直剖视图。

图3示出了处于非密封位置的带有柱塞组件的BOP的水平剖视图。

图4A-4B示出了分别处于锁定和未锁定位置的带有门组件的BOP的透视图。

图5A-5B分别示出了图4B的门组件的锁定构件的顶视图和底视图。

图6A-6E示出了带有各种锁配置的BOP的一部分的竖向剖视图。

具体实施方式

下面的说明书包括体现本发明主题的技术的示例性装置、方法、技术、和/或指令序列。然而，应该理解的是，所描述的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。

防喷器(BOP)可以绕着管定位来随其提供密封，例如在井喷时。为了接近BOP的部分和/或其中的部件，BOP可以设置有门组件，以对其提供选择性的接近。例如，由于操作条件时的高压力和温度，该门组件可以设置有锁，其提供选择性的接近并且保持门组件在BOP的操作过程中处于密封封闭位置。该锁可以是以成对的锁定板的形式，具有的多个齿可滑动地定位成与BOP壳体选择性地锁定接合。

图1示出了近海井场100，其具有海底系统104和表面系统102。表面系统102可以用来便于在近海井场100的油田作业。表面系统102可以包括钻机105、平台106(或容器)和控制器108。

海底系统104包括导管(例如，提升管)110，其从平台106延伸到海底112。该海底系统还包括带有延伸到井筒118中的管116的井口114、BOP 120和控制器108。BOP 120具有不同的BOP部件，比如柱塞组件124，其用于剪切管116和密封井筒118。柱塞组件124可以与管116接合，以形成绕着该管的密封件和/或以切断该管116。BOP 120还具有带有锁的门组件125，用于提供选择性接近到BOP中，如本文下面将更全面地进行说明。

表面系统102和海底系统104可以设置有位于不同地点的一个或多个控制器108，以控制表面系统102和/或海底系统104。通信链路126可以被提供用于控制器108和井场100的各个部分之间的通信。

虽然BOP 120在此被描述为用于海底作业，但应该理解的是，井场100可以基于陆地或水，且BOP 120和/或门组件125可用于任何井场环境。BOP 120可以切断和/或密封管装置，比如管116。如本文所用的“管装置”是指管状构件或装置，比如管道、某些井下工具、套管、钻杆、衬垫、连续油管、生产管道、电缆、钢丝绳、或定位在井筒中的其它管状构件、以及相关的部件，比如钻铤、钻杆接头、钻头、测井工具、封隔器等，(称为“管”或“管柱”)。

图2A、2B和3示出了具有柱塞组件和带有锁的门组件的BOP 220的各个视图。图2A、2B示出了分别处于密封和非密封位置的BOP 220的纵向剖视图。图3示出了BOP的一部分的纵向剖视图，更详细地示出了门和锁组件。

BOP 220包括壳体228，带有孔230和穿过其中的通道232。该BOP还包括柱塞组件224和门组件225。柱塞组件224包括柱塞块234、柱塞轴236、柱塞式油缸238和致动器240。柱塞轴236延伸穿过柱塞通道232。图2A和2B的BOP示出为带有两个相对的柱塞组件224，但是可以在任何方向上设置任何的数量。柱塞块234可以密封和/或切断管216。在美国专利第5735502号中描述了可以与BOP一起使用的柱塞组件的示例。

门组件225包括门242，其提供对通道232和BOP 220的部件的接近。柱塞轴236延伸穿过门242并直达在其外部的柱塞式油缸238。门组件225还设置有带有齿246的锁244，用于与壳体228的锁定接合。所示的锁244包括成对的锁定构件(板)248，其位于门242和壳体228之间，用于与其互锁接合。锁244可以任选地与门242或壳体228成为一体。

图4A和4B分别示出了图2A和图2B中处于锁定和未锁定位置的BOP 220的一部分的透视图。这些图更详细地示出了门组件225的操作。锁244包括定位在门242的相对侧上的上下锁定构件248。成对的锁支承件450定位在成对锁定构件248的每个端部上，并且将它们绕着门242固定在适当位置。螺栓和/或其它紧固件451可被任选地提供，以将锁定构件248固定在所需的位置。

锁定构件248示出为彼此平行且具有相同的配置。每个锁定构件248在可定位成邻近于壳体228的壳体表面452上具有多个齿246。齿246沿着壳体表面452成排地定位，锁定沟槽454位于其间。齿246与壳体220中的相应的狭槽456和齿457锁定地接合。

壳体220还可以设置有对应于锁定构件248的成排锁定沟槽454的壳体沟槽458。狭槽456与齿246配合地接合。在一些版本中，狭槽456可以限定在壳体228中的齿457之间。壳体228中的齿457可以与齿246具有相同的形状，用于在其间配合接合。

当与齿246和狭槽456布置成如图4A所示互锁时，门242保持在关闭位置。当锁244沿着门242在由双箭头所指示的任一方向上(例如，在垂直于柱塞组件行进的方向上)移动至齿246与壳体沟槽458对准的脱离位置时，门242被释放并且可移动至如图4B所示的缩回位置。齿246和锁定沟槽454成形为与狭槽456和壳体沟槽458相对应，使得当锁定构件248处于锁定位置时，齿246处于与狭槽456的锁定接合，以防止门242的释放。

当锁定构件248移动至未锁定位置时，齿246移动成与壳体的壳体沟槽458对准，壳体的齿457移动成与锁定沟槽454对准。在该位置，齿246和457可自由移动，且该锁定构件可相对于此滑动。门242从而被释放，以移动到打开位置。这样，锁244通过沿着门242在由双箭头所指示的方向(其垂直于如由单向箭头所指示的柱塞组件行进的缩回方向D)上行进而在锁定和未锁定位置之间移动。

锁定构件248可以配置成用于在门组件225与BOP壳体220之间选择性移动。在某些情况下，锁定构件248可以制成与门组件225和BOP壳体220中的一个或另一个是一体的。在某些情况下，锁定构件248可以固定至门组件225和BOP壳体220中的一个或另一个，或者与其制成一体的。例如，门组件225的部分可以具有可与BOP壳体220的齿相接合的齿，或者BOP壳体220的部分可以设置有可与门组件225的齿相接合的齿。

图5A和5B示出了锁定构件248的顶视图和底视图。如在这些视图中所示，齿246以成排的平行的齿246围绕着壳体表面452布置，锁定沟槽454在其间。在此版本中，板248仅需要行进板的长度的距离的一部分，以提供与相邻的BOP壳体分离。

如图5B所示，多个齿559示出在锁定构件248的门侧560上并且沿着其整个长度延伸。锁定构件248的门侧560上的齿559可用于提供锁定构件248和门242之间的锁定接合。在此版本中，板248必须在可能会发生分离之前经过相邻门的整个长度。

尽管示出了齿246的具体配置，但是还可以提供各种配置，其允许门242和壳体228之间的选择性互锁接合。例如，齿246可以具有如图5A所示的沟槽454，以便选择性地打开锁，如图5B所示，或者防止打开。还可以提供其它配置来将锁定构件248与所述门和/或BOP壳体选择性分离。

图6A-6E示出了可用作门组件225的各个配置的门组件的剖视图。如每个视图所示，锁可以是各种配置的，用于提供门242和BOP壳体228之间的锁定接合。锁和/或齿246的形状可以具有多种形状，比如多边形、三角形、梯形、圆形等。

图6A更详细地示出了图4A-5B中的锁244。如该图所示，锁定构件248的壳体表面452上的锁定齿246是三角形的形状，该三角形的倾斜侧相对于柱塞门242的水平轴线X成锐角θ，该三角形的竖直侧垂直于柱塞门242的水平轴线X。齿246的这种斜梯形配置阻止门242在对于门242的行程的缩回方向D上的运动。

同样如该图所示，狭槽456可接收地接合齿246。狭槽456将齿457限定在斜梯形配置中，以提供锁定构件248和BOP壳体228之间相应的互锁配置。沿着锁定构件248的门表面560的齿559还可以设置成各种形状，比如就齿246所描述的那些。门242设置有狭槽660和/或相应的齿662，用于接收齿559。

可以沿着BOP壳体、门和/或锁定构件提供各种数量的齿来实现对运动的所需的阻止。例如，如图6B所示，锁244a可以具有锁定构件(或球)248a，壳体228a和门242a可以具有成形为接收锁244a的狭槽456a和660a。在这种情况下，在壳体228a和门242a的每个中存在单个狭槽。在图6C的版本中，锁244b包括锁定构件248b，其在壳体228b的壳体表面452b上具有矩形齿246b，并且在门242b的门表面560b上具有矩形齿559b。锁定构件248b具有非对称配置，在其中的每一侧上具有不同数量的齿。

在图6D的版本中，锁244c包括锁定构件248c，该锁248c的壳体表面452c上的矩形齿246c用于接合壳体228c和门242C的门表面560c上的单个矩形齿559c。锁定构件248c具有非对称配置，在壳体表面452c上比在门表面560c上具有更多的齿246c。在图6E的版本中，锁244d包括设置在门242d与壳体228d之间的多个锁定构件248d或齿246d。每个锁244d都是对称的，并且具有矩形横截面。

本领域技术人员应当理解的是，本文所公开的技术可以通过配置成带有算法来执行所需功能的软件而实施于自动化/独立应用。这些方面可以通过对具有适当硬件的一个或多个合适的通用计算机进行编程来实现。编程可通过使用可由处理器读取的一个或多个程序存储设备并且对可由计算机执行的指令的一个或多个程序进行编码来实现，用于执行本文所述的操作。该程序存储设备可以采取这样的形式，例如一个或多个软盘；CD ROM或其它光盘；只读存储器芯片(ROM)；以及本领域公知或以后开发的其他形式。指令的程序可以是“目标代码”，即以二进制形式，其可由计算机或多或少地直接执行；以“源代码”的形式，其需要在执行前编译或解释；或者以某些中间形式，比如部分编译的代码。程序存储设备及指令编码的精确形式在这里是无关紧要的。本发明的各方面还可以配置成(通过适当的硬件/软件)仅在现场执行所描述的功能和/或经由扩展的通信(例如，无线、因特网、卫星等)网络来进行远程控制。

虽然参照各种实施方式及开发对各实施例进行了说明，但应当理解的是，这些实施例是说明性的，且本发明主题的范围并不局限于此。可以进行许多变化、修改、增加和改进。例如，可以将任一侧上具有一个或多个齿的以及各种配置中的一个或多个锁围绕着所述门和/或壳体定位，并且与之制成一体或与其独立。

多个实例可以被提供用于作为单一实例的本文所述的部件、操作或结构。一般而言，在示例性配置中表现为单独部件的结构和功能可以被实施为组合的结构或部件。同样地，表现为单一部件的结构和功能可以被实施为单独的部件。这些和其他变化、修改、增加、以及改进可以落入本发明主题的范围内。

Claims (20)

1.一种用于接近井场防喷器的门组件，所述防喷器用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封，所述防喷器包括壳体，该壳体具有孔和穿过壳体的通道，所述管可定位成穿过该孔并接合在该孔中，所述门组件包括：

门，其沿着所述通道的轴线可滑动地定位用于选择性地接近该通道；以及

锁，其包括至少一个锁定构件，该锁定构件具有在垂直于所述通道的轴线的方向上沿着所述锁定构件的平坦表面直线延伸的至少一个凸起部分，所述至少一个锁定构件的至少一个凸起部分可延伸到直线延伸于所述壳体的平坦表面的至少一个相应的容座中，所述至少一个锁定构件可以沿所述至少一个相应的容座在未锁定和锁定位置之间直线移动，由此，所述门组件可选择性地从所述壳体缩回。

2.如权利要求1所述的门组件，其中，所述至少一个锁定构件包括其上具有所述至少一个凸起部分的至少一个锁定板，所述至少一个凸起部分具有多个齿，所述多个齿包括在所述至少一个锁定板相对侧上的多个门齿和多个壳体齿，所述多个门齿可与所述门接合，所述多个壳体齿可与所述壳体接合。

3.如权利要求2所述的门组件，其中，所述壳体具有可与所述多个壳体齿接合的多个齿。

4.如权利要求2所述的门组件，其中，所述多个齿具有三角形形状、梯形形状、三角形形状和梯形形状以外的多边形形状、圆形形状及它们的组合中的一个。

5.如权利要求2所述的门组件，其中，所述多个齿与所述通道的轴线成锐角。

6.如权利要求2所述的门组件，其中，所述多个齿以离散的排分布。

7.如权利要求6所述的门组件，其中，所述离散的排在其间具有沟槽。

8.如权利要求7所述的门组件，其中，所述至少一个锁定构件可在锁定位置与未锁定位置之间可滑动地移动，在锁定位置，所述多个齿未与所述壳体的多个齿的沟槽对准，在未锁定位置，所述多个齿与所述壳体的多个齿的沟槽对准。

9.如权利要求6所述的门组件，其中，所述壳体的多个齿的数量与所述锁定板的多个壳体齿的数量是相同的。

10.如权利要求6所述的门组件，其中，所述锁定构件的多个壳体齿的数量与所述壳体的多个齿的数量是不同的。

11.如权利要求1所述的门组件，其中，所述锁包括位于所述门的相对侧上的一对锁定构件。

12.如权利要求11所述的门组件，其中，所述锁还包括将所述一对锁定构件操作地连接于所述门组件的一对锁支承件。

13.如权利要求1所述的门组件，其中，所述至少一个锁定构件包括锁定球。

14.一种用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封的防喷器，所述防喷器包括：

壳体，其具有孔和穿过壳体的通道，所述管可定位成穿过该孔并接合在所述孔中；以及

门组件，其可围绕所述壳体的通道的开口定位，所述门组件包括：

门，其沿着所述通道的轴线可滑动地定位用于选择性地接近该通道；以及

锁，其包括至少一个锁定构件，该锁定构件具有在垂直于所述通道的轴线的方向上沿着所述锁定构件的平坦表面直线延伸的至少一个凸起部分，所述至少一个锁定构件的至少一个凸起部分可延伸到沿着所述壳体的平坦表面直线延伸的至少一个相应的容座中，所述至少一个锁定构件可以沿所述至少一个相应的容座在未锁定和锁定位置之间直线移动，由此，所述门组件可选择性地从所述壳体缩回。

15.如权利要求14所述的防喷器，还包括带有柱塞轴的柱塞块，柱塞轴从柱塞块延伸穿过所述门组件并进入柱塞式油缸，所述柱塞块可滑动地移动通过所述壳体的通道并且与所述管密封地接合。

16.如权利要求15所述的防喷器，还包括可操作地连接至所述柱塞式油缸的致动器。

17.一种接近井场防喷器的方法，所述防喷器用于围绕从井场的井筒延伸的管进行密封，所述防喷器包括具有孔和从中穿过的通道的壳体，所述管可定位成穿过该孔并接合在其中，所述方法包括：

绕着所述防喷器设置门组件，所述门组件包括：

门，其沿着所述通道的轴线可滑动地定位并提供对该通道的选择性的接近；以及

锁，其包括至少一个锁定构件，该锁定构件具有在垂直于所述通道的轴线的方向上沿着所述锁定构件的平坦表面直线延伸的至少一个凸起部分，所述至少一个锁定构件的至少一个凸起部分可延伸到沿着所述壳体的平坦表面直线延伸的至少一个相应的容座中，所述至少一个锁定构件可以沿所述至少一个相应的容座在未锁定和锁定位置之间直线移动，由此，所述门组件可选择性地从所述壳体缩回；

通过将所述至少一个凸起部分沿着所述壳体的至少一个相应的容座在锁定和未锁定位置之间可动地定位来将所述门组件选择性地从所述壳体缩回。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个凸起部分包括多个齿，并且其中，所述选择性地缩回包括使所述多个齿在未与所述壳体的多个齿的沟槽对准的锁定位置和与所述沟槽对准的未锁定位置之间可滑动地移动。

19.如权利要求17所述的方法，还包括将柱塞组件可滑动地定位在所述壳体的通道中，所述柱塞组件包括带有柱塞轴的柱塞块，柱塞轴从柱塞块延伸穿过所述门组件并进入柱塞式油缸，所述方法还包括通过缩回门组件来接近柱塞组件。

20.如权利要求19所述的方法，还包括使所述柱塞块可滑动地移动穿过所述壳体的通道并且与所述管密封接合。