CN105452597A - 具有旋转锁闩的旋转控制装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转控制装置可包括环形密封件和锁闩，所述锁闩包括旋转凸轮和接合构件，所述接合构件相对于所述壳体可释放地固定所述密封件和/或轴承，使得所述凸轮相对于所述壳体的旋转使所述构件移位。一种相对于旋转控制装置的外壳体锁定环形密封件的方法可包括使旋转凸轮旋转，由此使相对于所述壳体可释放地固定所述密封件的接合构件线性移位，同时允许所述密封件相对于所述壳体旋转。另一个旋转控制装置可包括外壳体、环形密封件和锁闩，所述锁闩包括被安装在所述壳体中的旋转凸轮和多个单独接合构件，且其中所述凸轮相对于所述壳体的旋转使所述壳体中的所述构件移位。

Description

具有旋转锁闩的旋转控制装置

技术领域

本公开大致涉及结合地下井利用的设备和执行的操作，且在下文描述的一个实例中，更具体地提供一种具有旋转锁闩的旋转控制装置。

背景技术

旋转控制装置(RCD，也被称作旋转头、旋转防喷器和旋转分流器)用于在地面上或地面附近密封围绕可旋转管(诸如钻柱或其它管柱的一部分)的环形物。为此目的，旋转控制装置包括可随管旋转的环形密封件。轴承可用于允许密封件相对于旋转控制装置的外壳体旋转。

能够相对于外壳体可释放地锁定密封件和/或轴承，使得密封件和/或轴承可在期望时方便地安装和移除是有利的。因此，将了解，在构造和操作用于旋转控制装置的锁闩的领域中持续需要改进。

附图说明

图1是可体现本公开的原理的井系统和相关方法的代表性横截面图。

图2是图1的井系统和方法的代表性横截面图，其中密封与轴承组件被锁定至旋转控制装置外壳体中。

图3是旋转控制装置的旋转锁闩的接合构件的放大比例代表性立体图。

图4A和图4B是处于各自未锁定和锁定构造中的锁闩的代表性横截面图。

图5是旋转锁闩的凸轮轮廓的代表性立体图。

图6是旋转锁闩的另一个实例的代表性横截面图。

图7是旋转控制装置的代表性横截面图。

图8是旋转锁闩的手动旋转机构的代表性横截面图。

图9是沿着图7的线9-9取得的旋转控制装置的代表性横截面图。

图10是沿着图7的线10-10取得的旋转控制装置的代表性横截面图。

具体实施方式

图1是可体现本公开的原理的井系统10和相关方法的代表性横截面图。但是，应清楚了解系统10和方法只是本公开的原理在实践中的应用的一个实例，且多种其它实例是可行的。因此，本公开的范围完全不限于本文中描述和/或图中描绘的系统10和方法的细节。

在图1实例中，旋转控制装置(RCD)12被连接作为隔水管柱14的部分，使得隔水管柱的流道16纵向延伸穿过RCD。RCD12连接在环形防喷器(BOP)18与分流器回接部(tie-back)20之间。但是，在其它实例中，RCD12未必被连接作为隔水管柱的部分(例如，RCD可结合陆面钻机使用)，且RCD未必连接在任何特定井工具或部件之间。

BOP18可连接至不同类型的结构22(例如，隔水管柱14的张力环、井口或隔水管底部总成(LMRP))，使得通道16与井筒(未示出)连通。分流器回接部20可连接至浮动或自升式钻机的钻机分流器(未示出)。但是，本公开的范围不限于RCD12结合任何特定类型的钻机的使用，或不限于组件或井工具在RCD上方或下方的任何特定配置或构造。

RCD12包括用于将密封与轴承组件(见图2)可释放地固定在RCD的外壳体26中的旋转锁闩24。在图1中，可见锁闩24包括圆周分布在外壳体26中的多个接合构件28。

图2是图1的井系统10和方法的代表性横截面图，其中密封与轴承组件30被锁定至旋转控制装置外壳体26中。在这种构造中，组件30的环形密封件32可密封接合被插入通道16中的管34(诸如钻管)的外部。

组件30包括轴承36，其允许密封件32相对于外壳体26旋转。以此方式，密封件32可随管34旋转，同时密封径向形成于管与外壳体26之间的环形空间38。锁闩24可释放地固定组件30以防从外壳体26移除。

在图1和图2实例中，锁闩24可释放地固定密封件32和轴承36以防从RCD12移除。但是，在其它实例中，锁闩24可仅可释放地固定密封件32或轴承36(例如，前提是密封件可单独从外壳体26移除)。因此，本公开的范围不限于任何特定类型的密封与轴承组件的使用或不限于包括密封件和轴承的组件的使用。

图2中仅描绘一个密封件32，且密封件被图示为本领域技术人员已知的“被动式”密封件的类型。但是，在其它实例中，可使用多个密封件，且密封件的一些或所有可为“主动式”密封件。密封件32未必定位在外壳体26内。因此，将了解，本公开的范围不限于任何特定数量、位置或类型的环形密封件的使用。

如下文更全面描述，锁闩接合构件28可相对于外壳体26在其中防止密封与轴承组件30从RCD12移除的位置与密封与轴承组件可插入外壳体26或从外壳体26移除的位置之间径向移位。

图3是旋转控制装置12的旋转锁闩24的一个接合构件28的放大比例代表性立体图。在这个视图中，清楚可见构件28包括大致T形凹部40和凸的弯曲接合面42。

凹部40被构造来将接合构件28连接至下文描述的另一个构件(见图4A和图4B)。接合面42被构造来互补接合形成在密封与轴承组件30上的环形凹部(见图4A和图4B)。

但是，在其它实例中，接合构件28可以其它方式构造。例如，接合构件28可螺接或以其它方式连接至另一个构件，或接合构件可与这个另一构件一体形成。弯曲接合面42可取而代之为平坦、笔直或凸的。因此，本公开的范围不限于接合构件28的任何特定构造。

图4A和图4B是处于各自未锁定和锁定构造中的锁闩24的代表性横截面图。在图4A中，通过锁闩24的旋转凸轮44使接合构件28径向向外移位，且在图4B中，通过旋转凸缘使接合构件径向向内移位至与密封与轴承组件30上的环形凹部46接合。

当接合构件28处于图4A中所描绘的位置中时，密封与轴承组件30可插入RCD12或从RCD12移除。当接合构件28处于图4B中所描绘的位置中时，可防止密封与轴承组件30从RCD12移除。

接合构件28连接至杆48，所述杆48密封且滑动地收纳在径向穿透外壳体26形成的开口50中。杆48包括杆头52，其成形用于与接合构件28中的凹部40互补接合。

在其它实例中，接合构件28和杆48可以其它方式连接或它们可一体形成。因此，本公开的范围不限于杆48的任何特定构造或不限于将杆连接至接合构件28的任何特定方式。

通过形成在旋转凸轮44中的凸轮轮廓54、56、58使构件28和杆48相对于外壳体26径向向内和向外移位。当凸轮44在一个方向上旋转时，轮廓54使构件28和杆48径向向外移位至图4A位置。当凸轮44在相反方向上旋转时，轮廓56、58使构件28和杆48径向向内移位至图4B位置。

凸轮从动件60连接至杆48用于接合凸轮轮廓54、58。但是，在其它实例中，杆48和凸轮从动件60可一体形成，或可通过各种手段(诸如螺纹或焊接)连接至彼此。因此，本公开的范围不限于杆48和凸轮从动件60的任何特定构造。

虽然图4A和图4B中仅描绘一组接合构件28、杆48、凸轮轮廓54、56、58和凸轮从动件60，但是多个这种组相对于外壳体26圆周分布。旋转凸轮44用于使用各自多组凸轮轮廓54、56、58使这多个接合构件28、杆48和凸轮从动件60径向向内和向外移位。

图5是旋转锁闩24的凸轮轮廓54、56、58的代表性立体图。旋转凸轮44的上部分已被移除，使得其中的凸轮轮廓54、56、58可见。

凸轮轮廓54、56、58的每个径向倾斜，使得当凸轮44旋转时，通过凸轮轮廓使杆48和/或凸轮从动件60偏置以径向向内或向外移位(依据凸轮的旋转方向)。注意，凸轮轮廓56被构造来使得它接合杆48的末端。

此外，注意凸轮轮廓56、58的每个被构造使得，当接合构件28(见图4A和图4B)与密封与轴承组件30接合时，杆48和凸轮从动件60不接触凸轮轮廓56、58的径向倾斜部分。这防止杆48的向外偏置(例如，由于RCD12内部中的压力)导致凸轮44的旋转，所述旋转可能另外由杆和/或凸轮从动件60与凸轮轮廓56、58的径向倾斜部分的接触导致。

图6是旋转锁闩24的另一个实例的代表性横截面图。在这个实例中，偏置装置62(诸如压缩弹簧)用于使接合构件28和杆48径向向外移位。凸轮轮廓54未用于使构件28和杆48向外移位。因此，本公开的范围不限于任何特定数量或配置的凸轮轮廓在旋转锁闩24中的使用。

图7是旋转控制装置12的代表性横截面图。在这个视图中，可见多个电机64可用于使旋转凸轮44旋转。

在这个实例中，电机64可安装至外壳体26，且每个电机在其轴上具有小齿轮66。小齿轮66接合安装在旋转凸轮44上的环形齿轮68。因此，电机64使小齿轮66旋转，其使环形齿轮68旋转，且这导致旋转凸轮44旋转。

电机64可为适于导致凸轮44旋转的任何类型的电机。例如，可使用电、气动或液压电机。

在其它实例中，除电机以外的装置(诸如液压或气动致动活塞和气缸通过杠杆臂作用以使凸轮44或其它类型的致动器旋转)可用于使凸轮44旋转。因此，本公开的范围不限于用于使凸轮44旋转的任何特定手段的使用。

图8是旋转锁闩24的手动旋转机构70的代表性横截面图。手动旋转机构70允许凸轮44被手动旋转，例如，在电机64未起作用的情况下(例如，由于电力、气动力或液压力的缺失)。可提供多个手动旋转机构70(若期望)。

手动旋转机构70包括轴72，所述轴72具有固定其上的小齿轮66之一。轴72可旋转地固定至外壳体26。

小齿轮66接合环形齿轮68，如上所述用于使用电机64旋转凸轮44。但是，在图8实例中，可使用例如形成在轴72的末端中的插座74手动旋转小齿轮66。插座74可与适当构造的手动工具(未示出)接合。

图9是沿着图7的线9-9取得的旋转控制装置12的代表性横截面图。在这个视图中，可清楚看见小齿轮66绕环形齿轮68分布的方式。此外，可见在本实例中使用两个手动旋转机构70。

图10是沿着图7的线10-10取得的旋转控制装置12的代表性横截面图。在这个视图中，可清楚看见接合构件28、杆48和凸轮轮廓54、56、58相对于外壳体26圆周分布的方式。

可使用电机64或使用手动旋转机构70通过旋转凸轮44的旋转使所有接合构件28方便地线性和径向向内和向外移位(见图8)。但是，可使用使接合构件28移位的其它手段和使接合构件28移位的其它方向(若期望)。例如，杆48未必径向配置或接合构件28未必仅径向移位。因此，本公开的范围不限于RCD12的特定组件的任何特定方向的移位。

现可充分了解，上文公开提供相对于构造和操作旋转控制装置的技术的明显进步。在上述实例中，密封与轴承组件30可使用旋转锁闩24方便地固定至RCD12和从RCD12释放。在这些实例中，旋转锁闩24包括旋转凸轮44，所述旋转凸轮44将凸轮的旋转转化为接合构件28的径向移位。

上述公开为本技术提供一种旋转控制装置12，其在一个实例中包括：外壳体26；至少一个环形密封件32，其可相对于外壳体26旋转；和锁闩24，其包括至少一个旋转凸轮44和至少一个接合构件28，所述接合构件28相对于外壳体26可释放地固定环形密封件32和轴承36的至少一个。旋转凸轮44相对于外壳体26的旋转使接合构件28移位。

当环形密封件32由锁闩24固定以防从外壳体26移除时，环形密封件32可相对于外壳体26旋转。

旋转控制装置12可包括密封与轴承组件30，其包括环形密封件32和轴承36。可通过锁闩24防止密封与轴承组件30从外壳体26移除。

锁闩24可包括使旋转凸轮44旋转的电机64。锁闩24可进一步包括齿轮68，其连接至旋转凸轮44，所述齿轮68由电机64驱动。

接合构件28可响应于旋转凸轮44的旋转而相对于外壳体26径向和/或线性移位。

锁闩24可包括杆48，所述杆48响应于旋转凸轮44的旋转而移位穿过外壳体26。

响应于旋转凸轮44的旋转，可使接合构件28相对于外壳体26向外位移且可允许环形密封件32和/或轴承36从外壳体26移除。

至少一个接合构件28可包括圆周分布在外壳体26中的多个接合构件28。

上文也描述一种相对于旋转控制装置12的外壳体26可释放地锁定至少一个环形密封件32的方法。在一个实例中，所述方法包括：使旋转凸轮44旋转，由此使相对于外壳体26可释放地固定环形密封件32的接合构件28线性移位。当接合构件28移位至其中防止环形密封件32的移除的位置时，允许环形密封件32相对于外壳体26旋转。

旋转步骤可包括手动和/或使用电机64使旋转凸轮44旋转。旋转步骤可包括使用电机64使齿轮68旋转。齿轮68可连接至旋转凸轮44并且环绕外壳体26。

旋转控制装置12可包括轴承36。当接合构件28移位至其中防止环形密封件32的移除的位置时，防止轴承36从外壳体26移除。

接合构件28可响应于旋转步骤而相对于外壳体26径向移位。杆48可响应于旋转步骤而移位穿过外壳体26。

旋转步骤可包括使接合构件28相对于外壳体26向外移位，由此允许环形密封件32从外壳体26的移除。

上文也描述一种旋转控制装置12，其在一个实例中包括：外壳体26；至少一个环形密封件32，其可相对于外壳体26旋转；和锁闩24，其包括安装在外壳体26中的至少一个旋转凸轮44和多个单独的接合构件28。旋转凸轮44相对于外壳体26的旋转使外壳体26中的接合构件28移位。

锁闩24可包括多个杆48，所述杆48响应于旋转凸轮44的旋转而移位穿过外壳体26。可通过形成在旋转凸轮44上的多个各自凸轮轮廓54、56、58使接合构件28移位。

虽然上文已描述各种实例，其中每个实例具有特定特征，但是应了解一个实例的特定特征无需唯一地结合所述实例使用。而是，上文描述和/或图中描绘的任何特征可与任何实例组合，作为所述实例的任何其它特征的补充或替代。一个实例的特征不与另一个实例的特征互相排斥。而是，本公开的范围涵盖任何特征的任何组合。

虽然上述每个实例包括特定组合的特征，但是应了解无需使用一个实例的所有特征。而是，上述任何特征可在未使用任何其它特定特征的情况下使用。

应了解，本文中描述的各种实施方案可用在各种定向(诸如倾斜、颠倒、水平、垂直等)中和各种构造中，而不偏离本公开的原理。实施方案仅被描述作为本公开的原理的有利应用的实例，其不限于这些实施方案的任何具体细节。

在代表性实例的上文描述中，方向术语(诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”等)用于方便参考附图。但是，应清楚了解，本公开的范围不限于本文中描述的任何特定方向。

术语“包括(including、includes、comprising、comprises)”和类似术语在本说明书中以非限制性意义使用。例如，如果系统、方法、设备、装置等被描述为“包括”特定特征或元件，那么系统、方法、设备、装置等可包括所述特征或元件，并且也可包括其它特征或元件。类似地，术语“包括”被视为意指“包括但不限于”。

当然，本领域技术人员在仔细阅读本公开的代表性实施方案的上文描述时易于了解可对特定实施方案作出许多修改、增加、替换、删除和其它变化，且这些变化为本公开的原理所设想。例如，公开为单独形成的结构在其他实例中可整体形成，反之亦然。因此，上文详细描述将被清楚理解为仅通过说明和实例给出，本发明的精神和范围仅受限于随附权利要求和其等效物。

Claims (20)

1.一种旋转控制装置，其包括：

外壳体；

至少一个环形密封件；和

锁闩，其包括至少一个旋转凸轮和至少一个接合构件，所述接合构件相对于所述外壳体可释放地固定至少一个包括所述环形密封件和轴承的组，其中所述旋转凸轮相对于所述外壳体的旋转使所述接合构件移位。

2.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其中当所述环形密封件由所述锁闩固定以防从所述外壳体移除时，所述环形密封件能够相对于所述外壳体旋转。

3.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其进一步包括密封与轴承组件，所述密封与轴承组件包括所述环形密封件和所述轴承，且其中通过所述锁闩防止所述密封与轴承组件从所述外壳体的移除。

4.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述锁闩包括使所述旋转凸轮旋转的电机。

5.根据权利要求4所述的旋转控制装置，其中所述锁闩进一步包括连接至所述旋转凸轮的齿轮，所述齿轮由所述电机驱动。

6.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述接合构件响应于所述旋转凸轮的旋转而相对于所述外壳体径向移位。

7.根据权利要求1所述的旋转控制装置，其中所述接合构件响应于所述旋转凸轮的旋转而相对于所述外壳体向外移位，且所述至少一个包括所述环形密封件和所述轴承的组被允许从所述外壳体移除。

8.一种相对于旋转控制装置的外壳体可释放地锁定至少一个环形密封件的方法，所述方法包括：

使旋转凸轮旋转，由此使接合构件线性移位，所述接合构件相对于所述外壳体可释放地固定所述环形密封件，

其中当所述接合构件移位至所述环形密封件被防止从所述外壳体移除的位置时，所述环形密封件相对于所述外壳体的旋转被允许。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述旋转进一步包括利用电机使所述旋转凸轮旋转。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述旋转进一步包括利用所述电机使齿轮旋转。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述旋转控制装置包括轴承，且其中当所述接合构件移位至其中防止所述环形密封件的移除的位置时，防止所述轴承从所述外壳体移除。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述接合构件响应于所述旋转相对于所述外壳体径向移位。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述旋转进一步包括使所述接合构件相对于所述外壳体向外移位，由此允许所述环形密封件从所述外壳体移除。

14.一种旋转控制装置，其包括：

外壳体；

至少一个环形密封件；和

锁闩，其包括被安置在所述外壳体中的至少一个旋转凸轮和多个单独接合构件，

其中所述旋转凸轮相对于所述外壳体的旋转使所述外壳体中的所述接合构件移位。

15.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其中当所述环形密封件由所述锁闩固定以防移除时，所述环形密封件能够相对于所述外壳体旋转。

16.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其进一步包括轴承，且其中通过所述锁闩防止所述轴承从所述外壳体移除。

17.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其中所述锁闩包括使所述旋转凸轮旋转的至少一个电机。

18.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其中所述接合构件响应于所述旋转凸轮的旋转相对于所述外壳体径向移位。

19.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其中所述接合构件响应于所述旋转凸轮的旋转相对于所述外壳体线性移位。

20.根据权利要求14所述的旋转控制装置，其中通过形成在所述旋转凸轮上的多个各自凸轮轮廓使所述接合构件移位。