CN104541017B - 改进的钻孔选择装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及适于与双钻孔水下系统一起使用的钻孔选择装置。钻孔选择器(18)可被远程地致动，以提供在生产钻孔(12)和环形钻孔(16)之间进行选择，而无需使用旋转机构或挡板阀。本发明公开了多个实施例。在一个实施例中，具有限定导向漏斗(30a，30b)的一部分的闸板顶部(20a，20b)的一对闸板(20)可被液压致动，以使得当闸板被致动和关闭时，形成导向漏斗(30)，该漏斗将生产钻孔的一部分(12b)耦联到环形钻孔(16a)。

Description

改进的钻孔选择装置

技术领域

本发明涉及用于在水下井系统的生产钻孔和环形钻孔之间进行选择的钻孔选择装置。

背景技术

钻孔选择器通常设置于干预立管内，并且可耦联在套管或管道与水下采油树之间。已经存在用于提供下述装置的各种建议，所述装置具有在上端部处的单个通道、在下端部处的两个或多个通道以及在所述装置内的用于选择所述通道之一的装置，使得通过所述装置的工具可被引导通过所选定的通道。这种装置的实例在美国专利4,770,247、美国专利5,129,459，专利号为6,170,578的美国专利以及英国申请公布号GB2,258,675A的专利申请中有所公开。

在双钻孔系统中的两个钻孔之间进行选择的传统方法是使用造斜器，其通常是插入到井内以便改变方向并将工具引导到所选定钻孔内的堵头。然而，造斜器的运行必须以钢丝绳进行以便阻断生产钻孔，这既费时又昂贵。造斜器的解决方案在上述的4,770,247，5,129,459和6,170,578的专利中有所公开。但是根据′247和′459专利，用于在钻孔之间进行选择的机构是内部旋转机构。这些机构非常复杂和昂贵，并且为了高效率和有效地工作，需要非常精确地对准并旋转，以便在钻孔内存在正确地对准从而适当地工作。关于′578专利，其需要使用挡板阀，其包括定位于所述装置内的铰接挡板，该挡板被致动以围绕枢轴运动，从而选择性地打开或关闭环形钻孔和生产钻孔。这种布置的问题在于由挡板阀所产生的力通常较小，因此导致与阀关闭相关的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的钻孔选择装置，用于促进接近通到生产钻孔或环形钻孔的单钻孔立管，其消除或减轻现有技术解决方案的上述问题中的至少一个。

这通过提供钻孔选择装置来实现，该钻孔选择装置可被远程致动以便提供在生产钻孔和环形钻孔之间进行选择，而无需使用旋转机构或挡板阀机构。

钻孔选择器装置可从表面或从ROV致动，以提供管道钻孔和生产钻孔以及较小的环形钻孔之间的耦联。

根据本发明，提供一种适于与双钻孔水下系统一起使用的钻孔选择装置，所述钻孔选择装置包括：

具有纵向轴线的壳体，所述壳体限定生产钻孔和环形钻孔，所述生产钻孔的直径大于所述环形钻孔并且延伸所述壳体的长度，所述环形钻孔沿着所述壳体的长度部分地延伸；

钻孔选择器装置，其可在第一位置和第二位置之间运动，其中在第一位置，生产钻孔被打开而所述环形钻孔被关闭，其中在第二位置，生产钻孔被关闭而所述环形钻孔被打开；

钻孔选择器装置通过耦联装置耦联到致动装置，所述致动装置和耦联装置设置于所述壳体内，所述致动装置可大体上平行于所述生产钻孔运动，所述耦联装置将所述致动装置耦联到所述钻孔选择器装置以便将所述致动装置的纵向运动转换成所述钻孔选择器装置的横向运动，由此所述钻孔选择器装置在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

有利地，所述壳体具有限定用于接纳至少两个致动装置的空腔的内壁，所述致动装置布置成在所述壁内在平行于纵向轴线的方向上运动。

还优选的是钻孔选择器装置包括两个独立的闸板。有利地，所述闸板的大小相同并且具有一定的尺寸和比例，以使得在第一位置当生产钻孔打开时，每个闸板定位于在所述壳体壁内的凹槽中，以使得所述生产钻孔不受阻碍。还优选的是耦联装置将每个致动装置耦联到相应的闸板并且包括连杆，所述连杆定位于所述壳体的壁内。有利地，所述致动装置是一个液压系统。

还优选的是，当所述致动装置液压致动成关闭所述生产钻孔时，液压活塞接合所述连杆，其作用于相应的闸板上以便使得闸板在大体上垂直于所述致动装置方向的方向上运动，从而使得闸板一起运动来关闭所述生产钻孔，并限定通过所述关闭闸板的导向漏斗，由此所述生产钻孔的一部分被耦联到所述环形钻孔。

备选地，钻孔选择器装置可由任何适当数量的闸板提供，例如3个、4个或多个这样的闸板，其中闸板顶部限定导向漏斗的一部分，以使得当闸板被致动和关闭时形成导向漏斗。还在另一个实施方式中，单个闸板可设有整个导向漏斗，其具有一定的尺寸和比例以便当生产钻孔打开时，导向漏斗被适配在所述壳体的壁内。

还优选的是，所述耦联装置由4销连杆提供，其用于将液压致动器在钻孔选择器装置内的纵向力转换成正交力，由此所述闸板横向运动以便打开和关闭所选定的钻孔。

有利地，耦联机构是两个闩锁连杆。备选地，联接机构可以是三个或其它合适的闩锁连杆，其足以将致动器的纵向运动转换成正交运动以便使得所述闸板运动来打开和关闭所述钻孔。

根据本发明的另一方面，提供在具有生产钻孔和独立的环形钻孔的双钻孔水下装置内选择钻孔的一种方法，所述方法包括以下步骤：

致动第一致动装置，以便使其在大体上平行于双钻孔水下装置的生产钻孔的第一方向上运动；

经由联杆装置将致动装置的纵向运动耦联到至少一个闸板以便将所述纵向运动转换成所述闸板的大体上横向的运动，所述闸板的横向运动在第一位置和第二位置之间运动，其中在第一位置生产钻孔被打开，而在第二位置生产钻孔被关闭。

优选的是，所述连杆耦联装置将纵向运动转换成大体上正交于所述纵向运动的横向运动，使得所述闸板在大体上垂直于所述装置纵向入口的平面内在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

还优选的是，所述方法包括当所述闸板关闭时形成漏斗，所述漏斗将生产钻孔耦联到环形钻孔。

还优选的是，该方法包括以下步骤：致动至少两个液压装置和两个独立的闸板以便正交于所述液压装置在相反的方向上运动以提供所述打开位置和关闭位置。

附图说明

通过参考附图并结合以下的描述，本发明的这些和其它方面将变得显而易见：

图1是根据本发明的一个实施例的钻孔选择器装置的纵向局部剖视图；

图2a是通过图1所示装置的沿线a-a所取的剖视图；

图2b是通过图1所示装置的沿线b-b所取的剖视图，其中钻孔选择器机构处于关闭位置；

图2c是通过图1所示装置的沿线b-b所取的剖视图，其中钻孔选择器机构处于打开位置；

图3a和图3b是钻孔选择装置的详细纵向剖视图，其中示出钻孔选择机构分别处于打开位置和关闭位置；

图4a和图4b分别是图3a和图3b在箭头A的方向上所取的顶视图；

图5a和图5b是示出由闸板分别处于打开位置和关闭位置时所提供的漏斗形状的放大透视图；

图6a、图6b和图6c是图3所示闸板连杆机构的半部的放大侧视图，其中所示出述的机构分别处于打开位置、部分关闭位置和关闭位置；

图7示意性地示出闸板连杆机构如何将轴向运动转换成横向运动；以及

图8a-图8e示出钻孔选择器致动器允许较长的漂流物穿过钻孔选择器进入到环形钻孔内。

具体实施方式

首先参照附图1，其示出根据本发明一个实施例的钻孔选择器装置10的纵向局部剖视图。如图所示的钻孔选择器装置约1.5米长，并具有18.5英寸的(外)直径。在图1中可看出，钻孔选择器装置具有主/生产钻孔12和环形钻孔16，所述主/生产/采油钻孔12延伸的长度为由附图标记14所指示的壳体所限定的装置长度，所述环形钻孔16从装置的下部部分延伸到由附图标记18所指示的钻孔选择器机构，其细节结构和操作将在后面描述。如所描述的那样，选择器机构18的操作将允许由附图标号12a所指示钻孔的顶部部分选择性地连接到所述钻孔12b的下部部分或连接到环形钻孔16(为清楚起见在该图中未示出)。

现在参照图2a、图2b和图2c，它们是沿着图1中的线a-a、b-b所取的剖视图。首先参照图2a，将看出在该剖视图中，钻孔12b和16是独立的，并且该钻孔16具有部分16a，其朝向主钻孔12b和选择器机构18倾斜。图2b是沿着线b-b所取的剖视图，其示出选择器机构18处于关闭位置以便通过倾斜的环形部分16b从生产钻孔12a接入到所述环形钻孔16。图2c示出钻孔选择器机构处于打开位置，其通过钻孔部分12a和12b示出钻孔12的连续性，并且其中闸板20运动到缩回位置。如将要解释的那样，机构18的操作在打开和关闭位置之间运动，以允许闸板20关闭并防止接近钻孔12b，同时允许通到倾斜的环形部分16b和部分16，以允许工具插入到环形钻孔内，从而被选择器机构从钻孔部分12a引导到环形钻孔16，如将在后面描述的那样。

现在参照图3a和图3b，它们是图1中所示钻孔选择器的部分的纵向剖视图，并更详细地示出钻孔选择器机构18。图3a示出处于打开位置的钻孔选择器机构，而图3b示出处于关闭位置的机构。应当理解的是，该钻孔选择器机构包括两个相对的部分22a和22b，它们被保持在壳体14的壁内。在箭头A的方向上所取的图4a中所示的顶视图，示出在打开位置时，钻孔12a通过选择器机构，但是略微变窄地通到钻孔12b。为了清楚起见，现在将详细地描述选择器机构22a的半部的结构，但是应当理解的是，该描述也适用于另一个半部22b。部分22a设有液压活塞24a，其耦联到用附图标记26a所指示的4销联杆机构，该4销联杆机构又耦联到闸板20a。在图3a中，液压活塞处于其最低位置，使得4销连杆26处于如图3a中所示的位置，其中耦联的闸板顶部20a，20b缩回以便允许通过图4a中所示主钻孔的通路。

现在参照图3b，将看出在该位置，液压活塞被致动以将活塞向上推动来致动销连杆26a、26b作用于闸板顶部20a、20b，如将在后面详细描述的那样，以使闸板顶部移动到如图3b中所示的接触位置，以便有效地关闭从钻孔12a到12b的通路，但允许从钻孔12b到环形部分16a的通路。如图5a和图5b中最佳看出的那样，这通过闸板来实现，所述闸板限定由锥形部分30a、30b的偏心锥30所提供的导向漏斗，其形成用于将钻孔12b与环形部分16b连接的导向漏斗，该环形部分16b然后连接到所述环形钻孔16，从而引导通过所述钻孔选择器装置的工具进入到环形钻孔内，如将在后面描述的那样。

因此，应当理解的是，活塞24a、24b的轴向运动通过连杆机构26a、26b转换成闸板顶部的正交运动，即它们以相对于活塞运动成90度的方式运动以便关闭主钻孔12b。

这使用如图6a、图6b和图6c中最佳示出的闸板连杆机构来实现。为了方便起见，仅详细地公开部分26a，但是应当理解的是，机构26b的操作是相同的。4销连杆26a包括销32a、34a、36a和38a。销32a耦联到液压杆24a，销36a耦联到闸板顶部，以及销38a连接到壳体14并且被固定。销34a通过连杆40a耦联到销38a。连杆机构的操作也将参照图7的示意图进行描述。随着液压闸板24a向上运动，液压压力使得销34a向内运动，以及由于销38a被固定，销36a也朝向钻孔选择器装置的中心线40向内运动，以及由于闸板顶部20a由36a耦联，所述顶部向内面向工具的中心轴线40。在中间行程处，如图6b中最佳所示，可以看出销34a和36a朝向中心轴线40位移，通过销34a和36a的运动，这使得液压活塞34a继续向上运动，从而使得闸板顶部20a处于闭合位置。在该位置(机构22b也是这样)，钻孔12b被关闭以使得钻孔12b被送入偏心锥30内，如图5b中最佳所示，所述偏心锥30将钻孔12b连接到环形部分16b。

当希望打开钻孔时，上述过程将被颠倒，其中活塞24a、24b被致动以便向下运动，并且这使得连杆机构和闸板顶部20a、20b缩回到图6a中所示的位置。

现在参照图8a至图8c，其是根据本发明的钻孔选择装置10的示意图，其示出钻孔选择器处于打开位置并示出2英寸直径×42英寸长的漂流物50如何通过选择器机构18。将从图8a至图8e看出，该长的漂流物被引导通过漏斗部分30进入到环形部分16a内(图8b)，然后从环形部分16a进入到环形钻孔16内，如最后在图8e中所示。

应当理解的是，本发明提供优于现有技术的各种优势，即，其是一种紧凑的布置，其不需要使用球阀且其将轴向设置于壳体内的活塞的垂直运动转换成横向的水平运动，以便在所述装置内形成导向漏斗来关闭生产钻孔，但仍允许从主钻孔进入，并且到达钻机，到达环形钻孔，以便提供用于环形钻孔所需的全部接入和控制功能。使用液压关闭机构和闸板提供迄今现有技术的装置未表现出的有效的和可靠的控制。

在不脱离本发明范围的情况下可对此前所述的装置进行各种变型。例如，应当理解的是，连杆机构和闸板可布置成关闭并提供漏斗或偏心锥，使得闸板不必以相对于活塞运动正好成90度的方式运动。它们可以使用同样的原理，但可以成一定角度，以使得将偏心锥设置成将钻孔选择器装置的主钻孔与环形钻孔连接。此外，应当理解的是，液压机构可由电力操作的机构或由机械布置所取代，该电力操作的机构或由机械布置可耦联到回转式操作载具(ROV)以便驱动所述装置的操作。此外，应当理解的是，在液压布置中，环形活塞可取代所示的液压致动装置。

此外，钻孔选择器装置可由任何适当数量(例如3个、4个、5个等等)的闸板来提供，其中闸板顶部限定漏斗形状的一部分。当闸板关闭时，闸板顶部形成类似于图5b中所示的导向漏斗。此外，闸板顶部可包括如图5b中所述单个导向漏斗，其中闸板顶部由单个闸板承载，所述单个闸板将设置于在所述壳体内的单个凹槽中，并且当被致动时，将通过使用连杆正交地移过钻孔以便关闭所述生产钻孔的下部部分并将钻孔的上部部分耦联到环形钻孔，如已经参照图1-7进行描述的那样。

Claims (13)

1.一种适于与双钻孔水下系统一起使用的钻孔选择装置，所述钻孔选择装置包括：

具有纵向轴线的壳体，所述壳体限定生产钻孔和环形钻孔，所述生产钻孔的直径大于所述环形钻孔并且延伸所述壳体的长度，所述环形钻孔沿着所述壳体的长度部分地延伸；

钻孔选择器装置，其能够在第一位置和第二位置之间运动，其中在所述第一位置，所述生产钻孔是打开的而所述环形钻孔是关闭的，其中在所述第二位置，所述生产钻孔是关闭的而所述环形钻孔是打开的，其中钻孔选择器装置由至少一个闸板提供；

所述钻孔选择器装置通过耦联装置耦联到致动装置，所述致动装置和耦联装置设置于所述壳体内，所述致动装置能够大体上平行于所述生产钻孔运动，所述耦联装置将所述致动装置耦联到所述钻孔选择器装置以便将所述致动装置的纵向运动转换成所述钻孔选择器装置的横向运动，由此所述钻孔选择器装置在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

2.根据权利要求1所述的钻孔选择装置，其特征在于所述壳体具有限定用于接纳至少两个致动装置的空腔的内壁，所述至少两个致动装置布置成在所述内壁内在平行于所述纵向轴线的方向上运动。

3.根据权利要求2所述的钻孔选择装置，其特征在于所述至少一个闸板包括两个独立的闸板。

4.根据权利要求3所述的钻孔选择装置，其特征在于所述两个独立的闸板的大小相同并且具有一定的尺寸和比例以使得在所述第一位置当所述生产钻孔打开时，所述两个独立的闸板中的每个闸板定位于在所述内壁内的凹槽中，以使得所述生产钻孔不受阻碍。

5.根据权利要求2所述的钻孔选择装置，其特征在于所述耦联装置将每个致动装置耦联到所述至少一个闸板中的相应的闸板并且包括连杆，所述连杆定位于所述壳体的内壁内，所述致动装置是一个液压系统。

6.根据权利要求5所述的钻孔选择装置，其特征在于所述致动装置被液压致动成关闭所述生产钻孔，并且液压活塞接合所述连杆，所述连杆作用于所述至少一个闸板中的相应的闸板上以便使得所述至少一个闸板中的所述闸板在大体上垂直于所述致动装置方向的方向上运动，从而使得所述至少一个闸板中的所述闸板运动来关闭所述生产钻孔，并在所述生产钻孔关闭时，限定通过所述至少一个闸板中的所述闸板的导向漏斗，由此所述生产钻孔的一部分被耦联到所述环形钻孔。

7.根据权利要求5所述的钻孔选择装置，其特征在于所述至少一个闸板包括3个或更多个的闸板，所述3个或更多个的闸板中的每个都具有闸板顶部，其中每个闸板顶部都限定导向漏斗的一部分，使得当所述3个或更多个的闸板被致动和关闭时形成导向漏斗。

8.根据权利要求1所述的钻孔选择装置，其特征在于所述至少一个闸板是设有整个导向漏斗的单个闸板，导向漏斗具有一定的尺寸和比例以便当所述生产钻孔打开时，所述导向漏斗被适配在所述壳体的壁内。

9.根据权利要求1、2或8所述的钻孔选择装置，其特征在于所述耦联装置由4销连杆提供，所述4销连杆用于将液压致动器在所述钻孔选择器装置内的纵向力转换成正交力，由此所述钻孔选择器装置横向运动以便打开和关闭所选定的钻孔。

10.一种在具有生产钻孔和独立的环形钻孔的双钻孔水下装置内选择钻孔的方法，所述方法包括以下步骤：

使致动装置致动，以便使其在大体上平行于所述双钻孔水下装置的所述生产钻孔的第一方向上运动；

经由耦联装置将所述致动装置的纵向运动耦联到至少一个闸板以便将所述纵向运动转换成所述至少一个闸板的大体上横向的运动，所述至少一个闸板的横向运动在第一位置和第二位置之间运动，其中在所述第一位置生产钻孔是打开的，而在第二位置生产钻孔是关闭的。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述耦联装置将所述纵向运动转换成大体上正交于所述纵向运动的横向运动，以使得所述至少一个闸板在大体上垂直于所述致动装置的纵向轴线的平面内在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于所述方法包括当所述至少一个闸板关闭时形成漏斗，所述漏斗将所述生产钻孔耦联到所述环形钻孔。

13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：致动至少两个液压装置和两个独立的闸板，从而所述两个独立的闸板以正交于所述液压装置的方式在相反的方向上运动，以提供所述打开位置和关闭位置。