CN105492717A - 改进的环形防喷器 - Google Patents

Abstract

一种与环形防喷器(20)联用的封隔器(10)，所述防喷器由多个叶片或元件(21、30、72)形成，其中每一个叶片(21、30、72)是弯曲的并且设置在环形孔中，使得叶片的弯曲部分与组件的纵向轴线不平行。这形成了“光圈”型的几何形状，随着光圈关闭，环形孔(24)从平行的圆柱形转变为具有较小横截面的至少一个腰部或收缩点(32、34、73、75)的形状的更小的孔。

Description

改进的环形防喷器

技术领域

本发明涉及一种改进的环形防喷器以及一种与其联用的环形封隔器。

背景技术

环形防喷器通常用在石油工业中，它们为设计用于控制通过井孔断面的流量或排量的设备。环形防喷器需要限制和/或关闭材料可以移动通过的开口断面的可变装置。

US专利号4,508,311公开了一种在腔室中具有环形封隔器的环形防喷器，其由多个平板构成，当被致动时所述多个平板可以一起移动以提供较小的环形孔。当这些元件被致动至关闭位置时，通孔被减小并且平行。该装置没有提供用于管清离或拆除的引导入口或悬挂区。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的环形防喷器，其消除或减轻上述缺点中的至少一个。

这通过提供一种与环形防喷器联用的封隔器实现，所述防喷器由多个叶片或元件形成，其中每一个叶片是弯曲的并且设置在环形孔中，使得叶片的弯曲部分与组件的纵向轴线不平行。这形成了“光圈或可变光阑”型的几何形状，随着光圈或可变光阑关闭，环形孔从平行的圆柱形转变为具有至少一个较小横截面的腰部或收缩点的形状的较小的孔。

该装置的原理上的优点在于：由于通过在沙漏的顶部的漏斗形布置由孔提供的自然的引导，孔的沙漏形状提供通过密封抽离或拆除抽条管的改进的性能，当关闭时，沙漏的腰部形成硬阻挡，这得到在用于悬挂载荷的工具悬挂区正下方的完整的圆形的拱顶石布置。此外，设置在沙漏的顶部的漏斗形状起到如下作用，即模糊任何作用力的接触边缘并因而最小化工件中的剪切负荷的产生。这也改进了管的抽离或拆除，同时面向上的漏斗也提供管柱可以被容易地悬挂在井眼中的自然的特征。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于环形防喷器(BOP)的封隔器，所述防喷器具有限定通孔的BOP壳体，所述环形封隔器被布置在所述壳体中，所述环形封隔器具有多个沿圆周间隔开的可移动元件，所述元件中的每一个元件是基本上相同的并且在通孔的直径是最大值的第一位置和所述直径是最小值的第二位置之间能够径向移动，活塞装置，所述活塞装置布置在所述壳体中并且能够被致动用来将所述元件从所述第一位置移动到所述第二位置，每一个元件相对于平行于环形BOP的纵向轴线的平面是弯曲的，并且每一个元件的尺寸和比例被形成为与相邻的元件配合在一起，每一个元件具有弯曲的前缘，由此在使用中，所述活塞装置的致动使得所述元件中每一个元件接合，并且将所述元件移动到第二位置，由此所述元件的弯曲的前缘形成比在第一位置具有更窄的横截面的更小的孔。

优选地，每一个元件由一个弯曲部分形成。

替代地，每一个元件具有多个弯曲部分和对应的弯曲的前缘，由此当所述活塞装置被致动时，所述元件被位移以提供沿所述通孔轴向地分开的对应的多个较窄的横截面。

优选地，所述元件的尺寸和比例被形成为使得在所述第二位置较小的通孔关于较窄的横截面是对称。

替代地，所述元件的尺寸和比例被形成为使得在所述第二位置较小的通孔关于较窄的横截面是非对称。

优选地，所述封隔器具有36个相同的元件。

替代地，所述封隔器具有若干个相同元件，所述若干个相同元件足够形成锥形孔以提供管的抽离或拆除和悬挂工具。

有利地，所述元件包裹有弹性的弹性体，使得当所述活塞上的压力被释放时，在所述元件处于第二位置时，所述弹性体的弹性使所述元件移回第一位置。

有利地，所述元件中的每一个都为金属。

进一步有利地，所述叶片中的每一个的前缘的一部分被形成台阶，使得在所述第二位置限定上漏斗部，以便于管的抽离或拆除和工具管柱的悬挂。

根据本发明的第二方面，提供了一种环形封隔器，具有围绕封隔器的圆周布置的多个弯曲元件，所述弯曲元件被成形为使得当所述封隔器被致动至关闭位置时，封隔器的内部限定通孔，所述通孔具有至少一个具有最小直径的腰部或收缩部分。

根据本发明的第三方面，提供了一种环形防喷器(BOP)，具有限定通孔的BOP壳体和根据本发明的第一或第二方面所述的环形封隔器。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于密封封隔器的方法，包括：

在环形防喷器(BOP)的壳体中提供环形封隔器，BOP壳体限定通孔，所述环形封隔器具有多个沿圆周间隔开的可移动元件，所述元件中的每一个元件基本上相同并且在通孔的直径是最大值的第一位置和所述直径是最小值的第二位置之间能够沿径向移动，

每一个元件相对于平行于环形BOP的纵向轴线的平面是弯曲的，并且每一个元件的尺寸和比例被形成为与相邻的元件配合在一起，每一个元件具有弯曲的前缘，以及

致动布置在所述壳体中的活塞装置以接合所述元件并将所述元件从所述第一位置移动到所述第二位置，由此所述元件的弯曲的前缘比在第一位置限定具有较窄的横截面的较小的孔。

结合本发明的任一方面描述的特征可以同样地应用于任何其它方面，并且仅仅为了简洁的原因这里不再重复描述。

附图说明

通过下面的结合附图进行的说明，本发明的这些或其它方面将变得清楚，在附图中：

图1(a)、(b)和(c)图示了一种现有技术的环形封隔器；

图2(a)、(b)和(c)图示了根据本发明的实施例的环形封隔器；

图3为根据本发明的实施例的通过环形BOP的纵向截面图，其中环形封隔器被示出在打开位置；

图3(b)为在图3(a)的沿线3(b)-3(b)获取的截面图并且示出环形封隔器的放大视图；

图3(c)为与图3(a)类似的视图，但是环形封隔器被致动至关闭位置；

图3(d)为与图3(b)类似在线3(d)获取的截面图，示出被致动至关闭位置的环形封隔器；

图4为根据本发明的实施例处于打开位置的环形封隔器的透视图；

图5为图4的环形封隔器处于关闭位置的视图；

图6为图5所示的环形封隔器的平面图，图示当处于关闭位置时叶片沿圆周的布置；

图7(a)和7(b)分别为图4、5和6所示的封隔器中的叶片中的一个的后视图和正视图；

图8(a)和8(b)为通过图4、5和6中示出的封隔器的截面图，其中管被定位于封隔器中；

图9为与根据本发明的环形BOP联用的活塞的纵向截面图；

图9(b)为在图9的线9b-9b获取的截面图；

图10(a)为通过根据本发明的环形BOP截取的截面图，其中环形封隔器被示出在打开位置，并且钻柱被示出为穿过环形BOP；

图10(b)为与图10(a)类似、但是活塞被致动以将环形封隔器移动至关闭位置使得封隔器被示出为结合钻柱的外表面的视图；

图11(a)、(b)、(c)和(d)为与图3所示的类似的通过BOP的纵向截面图，其中在图11(a)中环形封隔器被示出在打开位置，在图11(b)中钻管穿过仍然处于打开位置的环形封隔器，在11(c)中环形封隔器围绕管关闭，以及在图11(d)中管被抽离或拆除并且向下移动而被悬挂在封隔器上；

图12(a)、(b)、(c)和(d)与图11所示的类似，但是封隔器的叶片被设置为提供非对称的接触使得最小横截面位于封隔器组件的下半部分中；

图13(a)、(b)、(c)和(d)为用在图12(a)-12(d)的封隔器中的封隔器元件的多种视图；

图14(a)、(b)、(c)和(d)与图11(a)-11(d)和图12(a)-12(d)类似，但是具有不同的环形封隔器，这些环形封隔器具有提供两个接触点的封隔器元件；以及

图15(a)、(b)、(c)和(d)图示在图14(a)-14(d)中使用的用于在关闭位置提供两点接触的封隔器元件的多种视图。

具体实施方式

首先参考附图的图1(a)、1(b)和1(c)，它们图示了利用二维光圈型或可变光阑型的几何技术的现有技术的环形BOP的封隔器(10)。图1(a)示出了被设置为形成环形封隔器的平板(12)，并且图1(b)示出了通过具有平行的孔(14)的环形封隔器的截面图。图1(c)图示了处于关闭位置的封隔器，在该关闭位置孔已经被关闭，但是将可以看出孔具有仍然与原始孔的壁(18)平行的壁(16)。

现在参考附图的图2(a)、2(b)和2(c)，它们图示了根据本发明的环形封隔器(20)的第一实施例。可以看出，环形封隔器由多个的三十六(36)个沿圆周的弯曲叶片(21)构成(为了清楚起见，只有18个被示出)，并且这些叶片的尺寸和比例被形成为形成如图2(a)和2(b)所示的环形封隔器20。虽然叶片(21)是弯曲的，但是仍可以看出，在打开位置时封隔器的孔(24)保持平行和/或在纵向上直径保持不变，如在图2(b)中可以最清楚地看到的。

当封隔器被从图2(b)所示的打开位置致动到图2(c)所示的关闭位置时，可以看出由于单个的封隔器元件或叶片21的形状，当处于关闭位置时，封隔器的孔(24)虽然对中在原先的封隔器中心线上，但是封隔器的孔已经具有弯曲的并且与原始的孔不平行的内侧壁(25)，后面将详细描述该布置。

现在参考附图的图3(a)和3(b)。图3(a)图示了环形防喷器(BOP)，其大体上由附图标记(20)表示，环形防喷器由壳体(22)构成，壳体主要由限定内环孔(24)的上壳体部(22a)和下壳体部(22b)形成。设置在壳体(22)内并且围绕环孔24的是环形封隔器，其大体由附图标记(26)表示，并且在图3(a)中，环形封隔器(26)被示出在打开位置，使得孔(24)一直延伸通过BOP(20)。圆柱形的活塞((28))被布置在环形BOP内，用于结合和致动封隔器(26)，后面将进行描述。图3(b)图示了当布置在图3(a)的环形BOP中时的封隔器26的顶部截面图，示出了处于打开位置的封隔器。可以看出封隔器由多个一致的金属元件或叶片(30)构成，它们装配在一起以提供环形封隔器结构。封隔器(26)具有36个环形元件，每个环形元件围绕封隔器的圆周间隔开10度设置，所述元件中的每一个的形状将在后面详细描述。

现在参考附图的图3(c)，图3(c)与图3(a)类似除了以下不同，所述不同为在该位置活塞((28))已经被致动为向下移动并结合封隔器(26)，导致环形封隔器向内位移以将孔(24)限制为较窄的沙漏形的孔(32)，具有上漏斗部(32a)、下部倒置的漏斗部(32b)和中间较窄的腰部或收缩部(34)。

图3(d)中最清楚地图示了每一个环形元件或叶片(30)形成图3(c)所示的沙漏形的径向向内的位移。

现在参考附图的图4，图4为图3(a)和3(b)所示的封隔器处于打开位置时的立体图。可以看出，封隔器由以10度间隔沿圆周设置的36个叶片构成，并且每个叶片不是平的，而是相对于平行于孔(24)的轴线的纵向平面弯曲的。每一个元件(30)的轴向断面不沿平行于孔(24)的轴线的线性路径，并且每一个元件(30)的扫描断面沿使得这些元件是弯曲的并且与组件的轴线不平行的弯曲的路径。在图4所示的布置中，可以看出，虽然这些弯曲的元件(30)装配在一起仍然提供所示的环形，其中叶片的外部元件限定与孔(24)平行的外表面(26a)和内表面(26b)。

当活塞(28)被致动时，环形封隔器通过多个叶片的每一个同时移动变形为图5所示的关闭布置，最佳地由图6所示的平面图最清楚地图示的关闭布置，其中可以看到，在关闭布置中36个元件的每一个元件已经被向内移动使得由于活塞的内部形状以前的圆形光滑的外表面现有效地形成齿形或齿状的布置，后面将进行描述。这导致未致动的封隔器的孔(24)减小，以形成腰部或颈部沙漏形孔部(34)，如在图6中最清楚地看到的。

图7(a)和7(b)图示了每一个叶片元件，其分别图示了叶片的外部视图和内部视图。在图7(a)中，将可以看出叶片由外表面部(38)和台阶状齿形部(44)形成，外表面部引入具有弯曲的前缘(42)的叶片部40。当封隔器被致动时，这些叶片的形状在向内移动时限定在关闭位置的环形的几何形状。参照图8(a)和8(b)，这被最清楚地图示出，图8(a)和8(b)图示被激励至关闭位置以限定沙漏形(32)的封隔器。可以看出，封隔器围绕管密封，所述管大体由附图标记(46)表示，管可以向下移动到环形封隔器内使得管的肩部(48)被保持在由多个叶片30的每一个的台阶部(44)提供的上漏斗部(32a)中。因而，可以看出在关闭位置，与最窄部(34)组合的上漏斗(32a)提供完整的圆形的拱顶石(keystone)布置或悬挂区，用于在井中悬挂诸如所示的汽油管(36)的工具。

现在参考附图的图9(a)，其示出了通过图3(a)和3(c)所示的活塞(28)的截面图。可以看出，活塞为圆形并且在其下部具有锥形壁部(28b)，具有内表面(28c)，内表面有36个成形凹部(28d)围绕活塞的圆周等距地间隔开，如图9(b)所最清楚地图示的。图10(a)图示了恰好在环形封隔器的顶部处通过环形BOP的截面图，并且图示了围绕打开的环形封隔器26沿圆周布置以限定内孔24的活塞(28)，所述内孔被示出为具有穿过内孔的钻管(46)。图10(b)图示活塞(28)已经被致动至使封隔器关闭至图3(c)所示的位置之后的布置。在该实例中，将可以看出活塞已经移动以接合封隔器元件(30)并且已经使所述元件位移，如图所示，使得每一个元件(30)已经被锥形内表面(28d)驱动移动，并且接合在多个凹部(28d)的一个中。这已经导致叶片(30)整体地移动以围绕钻管关闭封隔器，如图10(b)所示。

环形封隔器(26)被覆盖或嵌入到弹性体中，所述弹性体覆盖元件(30)和这些元件之间的任何间隙。当活塞(28)被致动并且迫使封隔器进入图10(b)所示的关闭位置，它保持这种状态抵抗弹性阻力，使得在关闭位置环形封隔器处于张力下。当活塞被释放，弹性体的阻力使封隔器回到其图10(b)所示的原始位置。当封隔器(26)被活塞(28)压缩时，元件(30)变形并弯曲。与弹簧类似，金属元件从其张紧/弯曲状态松弛至松弛状态有利于封隔器的更快的打开。与传统的环形封隔器相比，该松弛降低了再打开的等待时间。

现在参考附图的图11(a)、(b)、(c)和(d)。图11(a)与图3(a)类似，并且图示了通过环形BOP的截面图，其中封隔器处于打开位置，并且图11(b)示出了插入通过环形BOP的钻管。图11(c)图示了与图3(c)类似的视图，但是环形封隔器(26)围绕管(48)被关闭，并且图11(d)与图8(b)所示的视图类似，其中管在如图所示在环形封隔器中。可以看出，图3(c)和图11所示的封隔器的腰部或收缩点在封隔器(26)的顶部和底部之间的当中，使得顶部漏斗部(32a)和底部漏斗部32b相对于腰部或收缩点(32)对称。

在不偏离本发明的范围的情况下可以对上文中的实施例进行各种修改。例如，元件的形状可以改变使得当元件装配在环形封隔器中并且被致动至关闭位置时它们提供下移的与腰部或接触点的非对称的接触，使得顶部漏斗部(32b)为比底部漏斗部(32b)长的漏斗部分。在图12(a)、(b)、(c)和(d)所示的布置中最清楚地对此进行了图示，在所有其它方面图12(a)、(b)、(c)和(d)与图11(a)、(b)、(c)和(d)所示的内容类似。将可以看出，在该实例中大体由附图标记(52)表示的封隔器被致动为围绕管(46)关闭，使得收缩点(32)朝向封隔器的底部移动，使得顶部漏斗部(32a)比底部漏斗部(32b)更长。可以看出，大体由附图标记(54)表示的封隔器(52)的多个叶片具有不同形状的外部弯曲部(56)、不同形状的弯曲叶片部(58)和前缘部(60)和齿状齿部(62)，当被激励时它们一起产生最接近封隔器(52)的底部的压缩点或腰部(32)，如图11(d)中最清楚地看到的。该布置被称为提供非对称的接触。

还参考图14(a)、(b)、(c)和(d)描述还一实施例。在该实例中，环形BOP的壳体是相同的，但是在该实例中，环形封隔器不同，并且具有与图2(a)-2(c)所示的类似布置和形状。在该实例中，大体由附图标记(70)表示的环形封隔器由具有弯曲部(74)和(76)的36个双弯曲的元件或叶片(72)构成，如图15(a)-(c)最清楚地看到的。所述元件具有前缘部(78)和齿状部或齿形部(80)。当封隔器(70)被致动时，多个叶片(72)径向位移使得每一个叶片的上和下弯曲部提供上和下腰部或收缩点，上和下腰部或收缩点在上接触点(73)和下接触点(75)处接合管(46)，上和下接触点沿着BOP中心轴线轴向位移，如在图14(d)中最清楚地看到的。由于所述两个接触点，使用该布置的时候，工具负载被通过封隔器被散布，并且由于载荷的散布，特别是在上漏斗区域(32a)中的接触位置上磨损较小。此外，管工具位于两个分开的接触点有助于将工具对中并稳定在环形BOP内。

在不偏离本发明的范围的情况下可以对上文中的实施例进行各种其它修改。虽然示出了单点和双点接触的环形封隔器，但是也可以是如下的封隔器，其具有被成形为提供三个、四个或更多个接触点的叶片。此外，对于所公开的每一个实施例，封隔器具有沿圆周布置的36个元件或板。可以使用不同数量的板，例如30或24个，前提是所使用的板的数量应仍然提供用于为孔提供自然的引导的合适的漏斗断面和用于悬挂在环形BOP中的载荷的合适的悬挂区。

可以理解，在所描述的实施例中的所有环形封隔器都被嵌入在弹性体中，并且当活塞力被移除时，弹性力以与图10(b)的封隔器相同的方式将它们恢复至其原始位置。弹性体的选择将取决于井眼应用，但是弹性体将被选定为提供合适的性能和弹力以及防护井产流体的对元件的保护。

在上文中描述的实施例提供在活塞的全部范围内活塞和封隔器之间的更充分接触的优点，因而阻止和最小化点负荷和堵塞，并且可变的孔或沙漏形状为管的抽离或拆除和在平行的环形孔布置上悬挂管柱提供改善的机会。沙漏形状的设置提供了漏斗效果，所述效果模糊了作用力的边，并且因而最小化在工件中的产生的剪切负荷，有利于改善的管的拆除或抽离，并且在每一个实施例中的向上的漏斗提供自然的导入装置，从该导入装置管柱可以被悬挂在井中。

Claims (13)

1.一种用于环形防喷器(BOP)的封隔器，所述防喷器具有限定通孔的BOP壳体，所述环形封隔器被布置在所述壳体中，所述环形封隔器具有多个沿圆周间隔开的可移动元件，所述元件的每一个元件基本上相同并且在所述通孔的直径是最大值的第一位置和所述直径是最小值的第二位置之间能够沿径向移动；活塞装置，布置在所述壳体中并且能够被致动用来将所述元件从所述第一位置移动到所述第二位置，每一个元件相对于平行于环形BOP的纵向轴线的平面是弯曲的，并且每一个元件的尺寸和比例被形成为与相邻的元件配合在一起，每一个元件具有弯曲的前缘，由此在使用中，所述活塞装置的致动使得所述元件中的每一个元件接合，并且将所述元件移动到第二位置，其中，在第二位置，所述元件的弯曲的前缘限定比在第一位置具有较窄的横截面的较小的孔。

2.根据权利要求1所述的封隔器，其中每一个元件由一个弯曲部分形成。

3.根据权利要求1所述的封隔器，其中每一个元件具有多个弯曲部分和对应的弯曲的前缘，由此当所述活塞装置被致动时，所述元件被位移以提供沿所述通孔轴向地分开的对应的多个较窄的横截面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的封隔器，其中所述元件的尺寸和比例被形成为使得在所述第二位置较小的通孔关于较窄的横截面是对称的。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的封隔器，其中所述元件的尺寸和比例被形成为使得在所述第二位置较小的通孔关于较窄的横截面是非对称的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的封隔器，其中所述封隔器具有36个相同的元件。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的封隔器，其中所述封隔器具有若干个相同的元件，若干个相同的所述元件足够形成锥形孔以提供管的抽离或拆除和悬挂工具。

8.根据前述权利要求中任一项所述的封隔器，其中所述元件包裹有弹性的弹性体，使得在所述元件处于第二位置时，当所述活塞上的压力被释放时，所述弹性体的弹性使所述元件移回第一位置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的封隔器，其中所述元件中的每一个都为金属。

10.根据前述权利要求中任一项所述的封隔器，其中所述元件中的每一个的前缘的一部分被形成台阶，使得在所述第二位置限定上漏斗部，以便于管的抽离或拆除和工具管柱的悬挂。

11.一种环形封隔器，具有围绕封隔器的圆周布置的多个弯曲元件，所述弯曲元件被成形为使得当所述封隔器被致动至关闭位置时，封隔器的内部限定通孔，所述通孔具有至少一个具有最小直径的腰部或收缩部分。

12.一种环形防喷器(BOP)，具有限定通孔的BOP壳体和根据前述权利要求中任一项所述的环形封隔器。

13.一种用于密封封隔器的方法，包括：

在环形防喷器(BOP)的壳体中提供环形封隔器，BOP壳体限定通孔，所述环形封隔器具有多个沿圆周间隔开的可移动元件，所述元件中的每一个元件基本上相同并且在通孔的直径是最大值的第一位置和所述直径是最小值的第二位置之间能够沿径向移动，每一个元件相对于平行于环形BOP的纵向轴线的平面是弯曲的，并且每一个元件的尺寸和比例被形成为与相邻的元件配合在一起，每一个元件具有弯曲的前缘，以及

致动布置在所述壳体中的活塞装置以接合所述元件并将所述元件从所述第一位置移动到所述第二位置，由此所述元件的弯曲的前缘比在第一位置限定具有较窄的横截面的较小的孔。