CN105658905A - 增强器闸板防喷器 - Google Patents

Abstract

一种用于容纳与井相关的压力的装置，所述装置包括在壳体内的一闸板流体室、一闸板活塞以及一增强器活塞。所述闸板活塞具有与一闸板相关联以及与所述闸板流体室相关联的端部。所述增强器活塞与流体源相关联的端部具有比与闸板流体室相关联的端部大的表面积。来自所述流体源的流体施加第一压力至所述增强器活塞的第二端部以移动该增强器活塞。所述增强器活塞的移动施加比第一压力大的第二压力至闸板流体室中的流体，以朝一闭合位置移动所述闸板活塞以及相关的闸板。

Description

增强器闸板防喷器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月1日提交的申请序列号为61/861,095的共同待审美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

在本公开范围内可用的实施例一般涉及防喷器(“BOP”)，例如，能够结合地下和/或海底井眼使用的那些，以及更具体地，涉及适用于当被驱动时提供加强/增强压力至其闸板(ram)的防喷器。

背景技术

BOP通常用于在石油和天然气井中以及其它地下勘探和生产活动中的井控，尤其是在遭遇井压的钻井作业、完井作业以及烃(或其它物质)的生产期间。在大多数进行石油和天然气钻井作业的区域，使用BOP是法律所要求的。

BOP在石油和天然气工业中已经使用将近一个世纪，如在美国专利NO.1,569,247中所述，该专利的全部内容通过引用并入本申请。传统的BOP采用径向对置的液压闸板块(ramblock)。当液压流体推进在每一闸板模块内部在多个闸板内配置的活塞中时，多个闸板汇集(例如，朝向内的方向移动)，通常彼此接触以密封一井眼。虽然可使用闸板切断和/或移动一管件，或围绕一管件密封，但是多种类型的BOP都可用来密封一井，而不依赖于该井眼是否包括一管件。控制井眼中不想要或者意外的压力对于维持安全的工作环境以及安全的设备来说是极其重要的，并且保护了环境和储藏。

不同类型的BOP已经经过多年的发展，以解决各种钻井方案中的不同问题。在近海石油和天然气工业中的标准做法是使用多个BOP的高“堆叠”，其类型、结构以及特征裕度(redundancy)可以不同。

在石油和天然气工业中的标准做法包括使用闸板型防喷器。在可能遇到最高、最危险的压力的情况下，闸板型防喷器通常被视为可靠的。自从20世纪20年代第一代BOP的发展以来，闸板型BOP的设计/结构变化很小，至少就机械功能而言是这样，并且这些变化一般局限于增加液压力和现代控制。径向对置的闸板块，即放置在井眼的相对侧上并且容纳在BOP壳体中的闸板块，一般通过液压驱动来“闭合”，并且在井眼的中心处接触，以提供抗井眼压力的密封。在该闭合操作中，可围绕井眼中的任意管件形成一密封，如果使用全封闭闸板块(例如，没有管件)，则通过闸板之间的接触形成密封，或者当使用剪切闸板时，例如用于剪切和密封一个或多个管件，则通过闸板之间的接触形成密封。闸板一般包括闸板块密封表面，其由可延伸的、可膨胀的、可挤压的橡胶、或在其端部上的橡胶“封隔器(packers)”形成，其形成为具有所需的形状和弹性以形成围绕管件的密封，或者在剪切或没有管件的情况下，形成抵靠一对置闸板的密封。

容纳闸板腔和闸板块的BOP壳体具有一开放的中心，用于将管件放置在井眼上方并且提供用于管件的空间，该管件比如钻柱，其可穿过BOP壳体并且进入井眼或者在井眼上方。最近，为了在驱动期间产生足够的压力以剪切具有显著强度的管件，活塞在闸板中的移动需要大量的外部空间——足够用于放置大型液压缸以及因此足够放置大量液压流体的显著的外部空间。可见该所需的空间为大体上线性的液压缸的横向延伸的形式，其远离主BOP壳体，横向或垂直于主BOP壳体，并且与对置的闸板块相对。将处于压力作用下的液压流体引入缸体来朝向闭合位置驱动闸板。因此，大型缸体以及外壳(从闸板块朝相反方向、从BOP壳体向外横向延伸)对于传统BOP的功能是至关重要的。这些液压缸及其外壳需要在两横向方向上的大量空间并且为了增加用于执行闭合操作所必要的作用力，需要增加很大的质量至整个BOP。因此，传统BOP空间占用大且笨重，需要全面的规划以及功能强大的设备来将其放置在井眼上方。

美国专利7,779,918(其全部内容通过引用并入本申请)描述了一种紧凑的井眼控制装置，在一“闭合”操作中，该装置采用液压活塞驱动连杆，进而推动闸板合在一起。该井眼控制装置似乎提供了一种虽然机械结构复杂但相对紧凑的装置，用于切断隔水管内的小直径管件，例如所引用的工作柱，但主要仅适合用于在直径相对小的管件上进行的操作。

美国专利8,353,338(其全部内容通过引用并入本申请)描述了一种可选的装置，该装置向外液压移动一剪切组件，其中该剪切组件的后缘，而不是前缘，稍微移动穿过井眼并且执行一管件的剪切。如所述，在密封和剪切操作中，传统的闸板BOP使用剪切组件的前缘，该前缘进行向内或向外并且接着稍微穿过井眼的移动。

应当指出，管件剪切(以及产生的密封)操作比起其它BOP闭合操作需要更大的作用力。通常，剪切操作所需的增加的能量通过增加增压缸至现有闸板液压缸的末端产生。所增加的增压缸增加了质量并且进一步增大了本来就已经很大了的BOP的空间占用。

带法兰的、螺栓紧固的“保护罩(bonnet)”、或铰接“门”(具有连续的(从法兰或门)延伸的液压缸壳体)是传统BOP缸附接至BOP壳体所使用的通常装置。如前所述，该带法兰的或铰接的壳体从主BOP壳体垂直或横向向外延伸。此类保护罩通常使用许多大的、重的螺栓来螺栓连接至BOP主体，而铰接门则通过大铰链连接至BOP主体。移除螺栓和/或铰链非常耗时费力。近年来，采用不同锁定机构的“无螺栓”门已经得到了发展，虽然安装在门上的大铰链仍然占用大量空间，这由于打开门所需的大摆弧空间而加剧。在某些情况下，大铰链门所占据的空间可能会妨碍到其它设备的放置和/或服务力度。

闸板BOP通常使用BOP主体中“打开的”和“闭合的”接口以引导液压流体至闸板并且分别朝打开的或闭合的位置驱动它们。随着流体进入活塞-闸板-轴组件一侧上的闸板缸的一端，其将使容纳在活塞另一侧的缸体中的流体流动。BOP设计为具有合适的接口、通道以及收集器，以适应在打开位置和闭合位置之间驱动BOP的流体流动。需要时，闭合操作闭合闸板，而当认为合适以及安全时，“打开”操作将闸板缩回至打开位置。

虽然由于具有相当多的移动部件和磨损部件而笨重，但是传统BOP还是相对可靠的。传统BOP用于传输密封或剪切力的动力与BOP的大小密切相关，可传输的作用力的增加会导致BOP空间占用的显著增加。由于现代的井会被钻得很深并遭遇非常明显的压力，在陆上以及近海的海底安装中都是这样，多个BOP以及BOP堆叠正变得极其重并且占用相当多的空间。然而，即使使用传统BOP的大小和动力，严重的压力相关的油田事故和灾难仍然困扰着该行业。

发明内容

本公开的范围内可使用的实施例涉及用于通过液压和/或气体辅助操作来控制、密封和/或剪切以及密封井眼管件的方法，以及可使用此类方法的装置(例如，防喷器)。实施例中的BOP可使用比传统BOP更少且更简单的部件，但能对其闸板施加相同或更大的作用力，比起传统的BOP壳体、缸体、螺栓紧固的保护罩和/或铰接门，显著减少了装置的重量及空间占用。例如，本公开的范围内可使用的实施例无需保护罩或门就可使用。进一步地，在本公开的范围内可使用的实施例包括在几乎任何情况下都具有基本故障安全保护的BOP。

在一实施例中，防喷器可包括集成的、自备的压力增强器，该增强器可用于传输超出传统替代物所能提供的作用力/压力至BOP闸板。倘若液压动力由于任何原因而不可用时，一个或多个实施例可包括与增强器连通的气体存储器，该气体存储器适用于释放气体来对增强器施加足够的压力，以独立执行密封和/或剪切操作。在一实施例中，BOP可提供紧凑的空间占用和/或重量，例如通过不使用保护罩或门，从而消除使用与保护罩以及门一起使用的笨重的螺栓和/或类似的连接功能件。例如，在一实施例中，可使用单个锁定销或螺杆以接触闸板模块，实现对闸板进行有效的维护，同时减少该装置的整体重量以及空间占用。这种结构、重量以及占用空间的减少能够通过使用与传统驱动闸板不同的方法来实现。

在一实施例中，增强器可以是在BOP壳体内集成并且封闭的部件。在使用中，该增强器能够实现施加增强的液压压力，例如，通过使用活塞、柱塞和/或类似构件，这些构件具有表面积不同的侧面，以将在该增强器第一侧面处接收的压力倍增，并且将此倍增的作用力施加至闸板，以执行密封和/或剪切操作。以这种方式施加至闸板的作用力可显著大于同等尺寸的传统BOP所施加的作用力，并且提供足够的密封和/或剪切力用于任何可能的井眼事故。例如，施加至闸板的增强压力/作用力的使用能够实现所实施的BOP有效剪切任何油田管件，包括经常成为传统BOP闸板障碍的进口的和/或现代的、高强度管材。

在一实施例中，所有增强的压力可容纳在BOP的上壳体以及闸板模块内，从而消除通过外部配件或紧固件释放压力的可能性。可包括一下壳体(例如，螺栓紧固的圆形和/或“垫圈”形板，具有闸板轴接入口)，其可相对于上壳体旋转，以便以任何需要和/或方便的取向定位该闸板轴接入口。

在一实施例中，该BOP可设置有圆形和/或圆柱形，例如与井眼同心，这为BOP提供格外结实且紧凑的形状，该形状不具有可能成为潜在失效点的任何结构转角或结构焊缝。此形状的周向强度可使得BOP能够在使用比传统闸板BOP更少质量和材料的同时承受更大的压力。在各个实施例中(例如，圆形BOP)，无需焊接，而只需BOP加工，实现了更简单和/或更有效的制造。

在一实施例中，BOP可包括相关的气体存储器(例如，通过螺栓或其它方式安装至BOP)。在使用中，该气体增强存储器可与BOP的液压系统一起使用，以增强液压压力，或倘若液压压力由于任何原因而不能使用时，可对该气体增压存储器提供充足的流体和/或组件来取代液压动力独立使用，以自行朝闭合位置移动BOP闸板。可构造该气体增压存储器为十分结实的，以执行任何所需的剪切和密封操作，包括剪切现代和/或进口的和/或高强度的管材。气体增压存储器可包括可通过多种方法驱动的释放阀。使用气体存储器可实现所实施的BOP的基本故障安全保护。例如，虽然对于公开的防喷器的各种实施例的正常功能来说，使用气体增压存储器不是必须的，但是使用这种存储器可成为行业的标准做法。

在各种实施例中，防喷器可使用在传统BOP中所使用的部件的大约一半数量，或者更少，如通过除去保护罩以及门、结构配置以减少质量/占用空间等。如先前所述，除去保护罩以及门会引起除去相关的螺栓、铰链以及类似的安装功能件。在一实施例中，液压闸板模块可通过足够结实的保持构件(例如可插入构件)保持在合适的位置，因此无需使用螺栓以及传统的保护罩/门组件，而同时简化BOP的制造、组装以及维护。例如，在一实施例中，闸板模块维护可仅通过移除锁定销或螺杆来执行，该锁定销或螺杆允许保持构件相对于闸板模块的后部向外(例如，横向或垂直地)滑动，从而允许移除闸板模块本身，例如，用于所需的维护。

在一实施例中，可使用一指示器(例如，机械指示器)，例如，用于核实活塞闸板轴以及闸板块活塞的位置。例如，该活塞闸板轴可包括一接入管，该接入管允许外部接入至活塞闸板轴中空的圆柱形中心。一位置指示器杆可与闸板轴相关联设置，以随着闸板轴移动而朝井眼向内滑动以及远离井眼向外滑动。一锁定装置，如滚珠螺杆，可充当位置指示器，如果释放液压动力，则该锁定装置向内移动以锁住活塞闸板轴，同时还可充当活塞闸板轴以及闸板块向内移动的视觉指示器。此类指示器可提供连续的视觉参考，外部观察者通过该视觉参考可核实闸板活塞以及轴位置，而不依懒于其它机构。在一实施例中，可包含电子传感器，如线性传感器；然而，可包括机械闸板位置指示器，用于在电子传感器由于任何原因不能使用的情况中使用。

在一实施例中，BOP可包括一闸板轴锁定装置，可使用该闸板轴锁定装置来将闸板轴保持在闭合位置，甚至是在当液压系统在闭合操作完成后被释放时。

尽管本文描述了多个实施例及其优势，但是任何特定实施例不需要包含所有列出的优势和/或特征。此外，通过阅读所附具体实施例以及相应附图，附加的优势和/或特征可变得显而易见，并且本公开主题的特征以及优势不局限于前面所述。

附图说明

图1所示为在本公开的范围内可使用的防喷器(BOP)的实施例的侧面剖视图，该防喷器处于打开位置，展示了压力增强系统、气体增压储存器、闸板模块以及锁紧机构(显示为液压驱动的滚珠螺杆)的剖视图。

图2所示为图1中处于闭合位置的BOP的侧面剖视图，例如，在增强器活塞在向上的方向行进后，使得产生的流体压力使活塞闸板轴以及相关组件在向内的方向(例如，朝井眼的方向)移动。

图3所示为一半图1中的BOP的侧面剖视图，所示处于位置，展示了平行于活塞闸板轴以及滚珠螺杆并且与可用于保持闸板模块的保持构件垂直的视图。

图4所示为一半图1中的BOP的侧面剖视图，其并非如图3中所示，而是处于闭合位置，展示了平行于活塞闸板轴以及滚珠螺杆并且与保持构件垂直的视图。

图5所示为图1中的BOP的俯视剖视图，说明了对置的闸板块组件、保持构件、以及BOP壳体的圆形外圆周。

图6所示为图1中的BOP的外部的侧视图，展示了与滚珠螺杆垂直的保持构件，其定向为使得该保持构件可在图中向内和/向外的方向上移除。

图7所示为图1中的BOP的外部的侧视图，将图6所示的视图旋转90°得到，展示了与滚珠螺杆以及视场垂直的保持构件。

图8所示为图1中的BOP的外部的俯视等距视图，其中可以看到保持构件以及BOP的打开的中央部分，能够放置于一孔眼上方。

图9A所示为如图1中所示的气体增强储存器的实施例的外部侧的视图，其与图1中所示的BOP结合使用。

图9B所示为图9A中的气体增强储存器的侧面剖视图，展示了在其侧面上的接口。

具体实施方式

参考图1、图2、图3以及图6，所示为本公开的范围内可用的防喷器(BOP)的实施例，该BOP包括一上壳体34，通过多个紧固件22，如双头螺栓、内六角螺钉或其它类型的紧固件，将上壳体34连接至一个或多个下壳体38，并且类似地，将下壳体38连接至气体增压储存壳体31。例如，图1至3示出了在其下左部、紧接BOP的外边缘/圆周插入的紧固件。紧固件的数量、类型和设置可根据操作要求改变，以及可用的紧固件可包括双头螺栓、螺栓、螺杆、或任何其它类型的紧固件，并且可例如使用如螺母(例如，尼龙插入锁紧螺母、聚合物插入锁紧螺母)或内六角螺钉等保持构件进行固定。尽管图1-3描述了如双头螺栓或内六角螺钉等贯穿下壳体38和气体增压储存壳体31并且进入上壳体34的紧固件，但是应当理解的是，可使用分开的紧固件组来附接每一壳体部，以及，在各个实施例中，两个或更多壳体部可彼此为一整体。在一实施例中，同一紧固件22其尺寸可设置为用于多种BOP尺寸，有利于制造、维修、更换、维护以及保持部件库存。在一实施例中，可使用法兰连接或其它类型的连接代替双头螺栓连接或两种方案都采用。为了易于制造、组装以及维护，在一个实施例中，在增强器活塞56下面的一附接点，使用从BOP底部插入的紧固件22将上壳体34连接至下壳体38。

在所示实施中，按钮式6活塞闸板轴18，尽管应当理解活塞闸板轴18可具有任何设计和/或结构，取决于与井眼有关的操作限制。在一实施例中，该活塞和闸板轴可以是一单件，例如，“活塞闸板轴”18。然而，如先前所述，该BOP可适用于接受不同类型的活塞-闸板轴至闸板块结构，包括但不限于所示活塞闸板轴18、闸板模块16以及活塞闸板轴止挡圈60。可修改BOP、图3中所示的闸板腔4以及闸板模块16以接收来自几乎任何制造商的任何活塞组件。密封子组件39、58以及61可用来密封分开的固体表面，该固体表面可能发生某些移动、振动和/或偏移。

参考图1以及图2，所示为实施的BOP的侧面剖视图，其中一轴向开口延伸穿过中心，例如用于放置在钻孔或井眼上方。所示BOP基本为连续的并且大体上为圆柱形。图1示出了处于打开位置的BOP，而图2则示出了处于闭合位置的BOP，例如执行完闭合操作后。当液压流体在压力的作用下流经闭合接口30、或流经多接口阀55时(在该情形中，液压流体将流经密封子组件39、检测阀52并流至增强器活塞56下的低压侧53)，BOP被驱动(例如，朝闭合位置)。由于液压流体流至增强器活塞56下的低压侧53，压力作用于增强器活塞56的底部，从而向上移动增强器活塞56并且对位于增强器56上方的增强压力室68施加压力。此外，由于增强器活塞56被向上推动，容纳在增强器气藏室70中的任何气体或流体可被压缩。在一实施例中，增强器气藏室70可填充有可压缩流体或气体，使得流体或气体的压缩不显著阻碍增强器活塞56的行进。可选地，此流体或气体可通过出气口28排出，例如进入大气和/或BOP外部的另一区域。在一实施例中，在增强器气藏室70中的流体或气体可通过积聚装置(未示出)获取。在另一实施例中，气体或流体可保留在增强器气藏室70中，使得压缩流体可对增强器活塞56施加向下的作用力，例如，以协助在执行完闭合操作后的打开操作。

如先前所述，图1至3示出了位于BOP下左部中的代表性紧固件22；然而，在各个实施例中，可将多个紧固件在BOP圆周附近分隔开以在多个连接点处连接上壳体34、下壳体38以及气体增压储存壳体31(如果存在)。

增强器活塞56可将壳体概念性分成由于在增强器活塞56底部和放置在增强压力室68中的增强器活塞56部分的表面积相对差值所产生的低压侧53(例如，在增强器活塞56下方)和高压侧(例如，增强器活塞上方的增强压力室68以及BOP部分)。在使用中，在增强器活塞56的每一侧上的流体的液压压力以同一比率或比例变化，该比率或比例为较大的几何面积(该活塞的底侧)与较小的面积(该活塞的顶侧)之间的比值。例如，仅通过构造增强器活塞和容积腔至所需的比例，产生所需的增强流体压力的比率或因子以及所需的流体体积，就可实现所需的增强压力。

图3和4分别示出了BOP的左半部和右半部的分解剖视图。在使用中，在增强压力室68中的“高压”液压流体可被推动通过高压通道71以及通过密封子组件58，到达图3以及图4的活塞闸板轴18的近侧或“闭合”侧(例如，活塞闸板轴18最靠近滚珠螺杆组件35的一侧)。此流体转而对活塞闸板轴18施加压力并驱动活塞闸板轴18，使得该活塞闸板轴朝井眼64向内移动，从而使所附接的闸板块14向内推进，用于密封和/或剪切井眼管件和/或井眼64。如在图4中显示已完成的闭合操作，可形成密封或剪切及随之的密封，取决于所使用的闸板块14的结构。在闭合操作期间，液压流体可进一步行进通过增强压力室68并且进入闸板模块16，到达活塞闸板轴18的底座或背侧，通过密封子组件61，进入开口通道72，并且在开口26处离开BOP上壳体34，一液压泵装置或收集器装置(未示出)可附接至该出口26。当液压流体流进开口通道72时，进入该通道的流体可从两个对置的闸板模块16穿出。连接在两闸板模块16之间的通道在图1至4中显示为虚线，该通道也是开口通道72的一部分。在一个实施例中，液压流体直到该活塞闸板轴18完全展开时才开始流进开口通道72。在另一实施例中，可在闭合操作期间闭合开口26上的阀门，接着打开该阀门以释放施加在活塞闸板轴18上的压力并允许闸板轴18在相反的方向上移动。可选地或额外地，这样一种阀门还可位于外部收集器或液压泵装置中。

当使用气体增压储存器32代替释放液压流体时，出气口28可保持在闭合位置以允许气体聚集在增强器气藏室70中，而不是流经出气口28。可选地，可打开出气口28以允许气体以所需的压力流经该出气口，例如，进入收集器装置(未示出)或液压泵装置(未示出)中。

如果BOP已经被启动并且处于闭合位置，如图4中所示，BOP可通过缩回闸板块14以及活塞闸板轴18返回至打开位置。例如，可从外部的液压泵装置(未示出)或收集器(未示出)使流动反向以流经“打开的”接口26以及通过开口通道72和密封子组件61，对活塞闸板轴18的“打开的”侧面施加压力并且朝远离井眼64向外的方向驱动活塞闸板轴18，同时远离井眼64缩回闸板块14。在打开操作期间，液压流体可流经高压通道71并且对增强器活塞56施加压力，使得该增强器活塞朝其起始或“打开的”位置向下行进。如果外部的收集器或捕获装置(未示出)或液压泵装置(未示出)与气藏室70相关联使用，则增强器活塞56的行进可能使得在气藏室70中产生真空，使得流体或气体被从出气口28吸入。出气口28还可从BOP外部的周围环境吸入流体，例如，当没有外部收集器或泵装置时。在打开操作结束时，活塞闸板轴18以及增强器活塞56可返回至它们的位置或起始位置，如图1和图3所示。

虽然在密封和/或剪切操作中增强器活塞56的液压驱动可引起施加巨大的作用力至活塞闸板轴18以及闸板块14，但是可能出现操作员希望核实已成功完成剪切和/或密封操作的情形。例如，操作员可能希望核实已施加足够的作用力来剪切任意材料的任意管件，并且看到闸板块14已行进足够距离来确保管件剪切。

增强器活塞56的驱动引起增强压力室68中的高压流体以进入“闭合”接口30或多接口阀55的流体压力的多倍压力进入。传统的闸板BOP可能在例如5000psi的闸板缸输入压力或类似压力下运行。取决于本文所述实施例中使用的增强器几何形状，如果5000psi的输入压力通过“闭合”接口30或多接口阀55，则所产生的用于驱动活塞闸板轴18以及闸板块14的增强压力可以是，例如，5倍于进入“闭合”接口的压力(例如，约25000psi)。此压力在防喷器领域是前所未有的，并且远远超过目前公知的剪切任何管件所需的压力。如果操作员认为单独的液压压力可能由于任何原因不足以执行管件剪切操作，则可使用气体增压存储器32来提供额外的压力以协助该液压系统，假设该气体增压器以高于液压系统的压力充气。如果以这种方式使用，则该气体增压存储器32可释放气体通过多接口阀55并且施加额外压力至已经进入通过“闭合”接口30的液压流体。类似地，来自气体增压存储器32的压力可通过增强器活塞成倍地增加，以在增强压力室68中产生较高的压力并驱动活塞闸板轴18和闸板块14。释放气体增压存储器32气体的多接口阀55可通过任意方式驱动，包括但不限于机械的、液压的、电动的、无线和/或声音开关(acousticswitching)，该开关具有关联至流经“闭合”接口30或流经多接口阀55的合适计时装置。在一实施例中，气体增压存储器32可适用于远程驱动/操作，例如，在BOP主体本身外部，如通过ROV(遥控工具)。因此，气体增压存储器32除了额外或者替代地提供用于密封/剪切操作的额外压力外，还可作为故障安全保护(fail-safe)工作。

参考图3和图4，核实成功密封和/或剪切操作和/或核实闸板模块16以及活塞闸板轴18的功能一般可通过闸板位置指示器杆37的位置来指示。在所示实施例中，该位置指示器显示为滚珠螺杆。所示闸板位置指示杆37以机械的方式运转，并且包括一杆，该杆可容纳在活塞闸板轴18中央的空间内并且可在该内部空间附接至活塞闸板轴18最靠近闸板块14的边缘。在执行闭合操作期间，该闸板位置指示器杆37可向内移动进活塞闸板轴中大致圆柱形空间的内直径中，并且因此紧跟活塞闸板轴18。如图所示，位置指示器杆37可在其内部行进的大致圆柱形空间以及壁部可包括活塞闸板轴18以及部分闸板模块16的中空的中央部。所示闸板位置指示器杆37大致相对于活塞闸板轴18的中央同轴布置。在一个实施例中，闸板位置指示器杆37可包括滚珠螺杆或导螺杆。在滚珠螺杆的情形中，该滚珠螺杆可容纳在活塞闸板轴18中央的空间内并且，尽管未连接，但是可处于活塞闸板轴18最靠近闸板块14的边缘附近，且在一实施例中，能够允许接触活塞闸板轴18的边缘。在滚珠螺杆的情形中，在闭合操作期间，在高压液压流体朝井眼64向内推动活塞闸板轴18时，通过液压流体流动以及操作压力工作的马达可推动滚珠螺杆向内进入大致圆柱形的空间。因此，闸板位置指示器杆37“紧跟”闸板块14朝井眼64向内移动。可校正该闸板位置指示器杆37以正比于活塞闸板轴18向内移动的距离向内行进。闸板位置指示器杆37可从上壳体34向外伸出，并提供与BOP以及井眼64有关的闸板块14以及活塞闸板轴18位置的视觉指示。尽管图3和图4示出提供闸板位置指示器杆37功能的滚珠螺杆，该滚珠螺杆具有提供滚珠螺杆已朝井眼64行进多远的可见指示，但也可使用能够相对BOP其它部分移动和/或指示闸板活塞位置的其它类型的构件，这不背离本发明的公开范围。

图9A示出了与图1中所示的BOP一起使用的气体增压存储器外部的侧视图，该存储器包括具有充气口以及多接口阀的壳体。图9B示出了气体增压存储器的侧面剖视图。如先前所述，倘若出于任何原因而使得不可使用或不希望使用液压流体压力时，则可使用包含气体增压存储器32的气体增压存储器壳体31。在一实施例中，可将该存储器附接(例如，螺栓连接)至下壳体38，并且可独立运行(例如，不依赖BOP剩余部分的液压操作)。因此，在各个实施例中，可不使用外部液压压力(例如，通过进入“闭合”接口30或多接口阀55的流体)，而是使用气体增压存储器内的流体来执行闭合操作。例如，在外部液压管路已经在紧急事件中被摧毁的情景中，可如先前所述执行自备的、封闭的、集成的气体增压存储器32来释放气体(或另一种流体)通过多接口阀55，并且可独立于外部液压压力来对该气体增压存储器32进行填充和/或加压，气体增压存储器自身可提供足够的压力(计入增强器活塞56的压力倍增)，以密封和/或剪切以及密封井眼64管件或密封打开的井眼64。在各个实施例中，气体增压存储器32可设计为单次使用，例如，直到通过气体充气口50再次对气体增压存储器32充气后。例如，尽管可从所示气体增压存储器释放压力以使得能够将活塞闸板轴18以及闸板块14缩回至如图1和图3中所示的打开的位置，但是所示气体增压存储器32将不通过此过程再充气，而是可通过气体充气口50再充气以使得该气体增压存储器能够执行随后的闭合操作。然而，在其它实施例中，该气体增压存储器可设计为接收打开操作期间的反向流动，以自动再充气(例如通过一压缩机)，和/或可设置为具有足够的气体和/或压力来执行多次闭合操作。所示气体增压存储器32可作为BOP的附加装置使用，该气体增压储存器可通过螺栓和/或其它固定方式连接至BOP，如图1、图2、图3、图4、图6以及图7所示，该气体增压存储器使用密封表面48，该密封表面可包括例如紧贴安装在气体增压存储器壳体31和下壳体38之间的密封圈。在一个实施例中，适用的密封圈(未详细示出)可具有连续的、大垫圈的形状，其适用于弹性体或其它密封表面，并且在密封表面48处可从BOP的外圆周延伸至延伸穿过井眼64上方中央的轴向孔，其中所述密封圈还具有与穿过井眼64中央类似或相同直径的孔。虽然图9B示出了气体增压存储器32具有可用来容纳压缩气体的腔体，但是在各个实施例中，气体增压存储器可包括已制造的、现成的压缩气体缸或其它压缩气体容器，或多个此类缸或容器。可配置和连接此类容器，以便以与所示气体增压存储器32相同或类似的方式充气和操作。

参考图5，所示为图1中的BOP的俯视剖视图，展示了对置的闸板模块16、闸板块14组件、保持构件12以及部分由上壳体34组成的BOP壳体的外圆周。在该俯视图靠近中央的位置可看到井眼64。

如图6和图7所示，在一实施例中，为了方便制造、维护、组装和/或运输，可分开构建上壳体34、下壳体38以及气体增压存储器壳体31(如果使用)(例如，用于随后的组装)。所示上壳体34包括闸板模块16、开口26(其可附接至外部收集器(未示出)或液压泵装置(未示出))、增强器活塞56以及高压通道71。上壳体34可提供用于方便和快速地接入闸板模块16以及任何相关的元件，例如，通过移除保持构件12以抽出闸板模块16。在一实施例中，保持构件和/或闸板模块可设计为通过使用ROV或其它装置来移除(例如，在海底作业期间)。如先前所述，在各个实施例中，气体增压存储器壳体31可包括可附接至下壳体38的螺栓紧固模块。在一实施例中，对于BOP运行，可能气体增压存储器壳体31不是必须的，例如使用通过“闭合”接口30的液压驱动；然而，该气体增压存储器会增加故障安全保护措施，例如，为了裕度和/或核实，并且还会与液压驱动一起使用以提供增加的压力。

参考图3和图4，当在正常条件下执行闭合操作时，在一个实施例中，通过使来自离开BOP本身的管路或来自外部源的液压流体流动来给液压马达提供动力，可使用液压动力来驱动活塞闸板轴18，该马达驱动充当闸板位置指示器杆37的滚珠螺杆。随着闭合操作的启动，活塞闸板轴18朝井眼64移动并且当两对置的闸板块14到达朝井眼64的最远延伸点和/或进入井眼64中时，停止其前进。先进的、固定的(seated)滚珠螺杆可接触活塞闸板轴18，使得该滚珠螺杆不仅充当闸板位置指示器杆37，还用于将活塞闸板轴18以及闸板块14机械锁定在闭合位置，提供活塞闸板轴18以及闸板块14直到被驱动才缩回的额外保证。多种液压结构，包括液压操作的马达、控制、接口以及裕度特征(例如，为了增加可靠性)，可容纳滚珠螺杆组件35以实现所需的功能和安装。虽然使用滚珠螺杆组件35会增加质量和/或稍微增加BOP的空间占用，但是滚珠螺杆组件一般显著小于闸板缸延伸件和与传统BOP一起使用的增压器。可以使用其它类型的指示器，如另一种类型的机械指示器或螺杆，具有可见指示器的机械或电子计时器，该可见指示器通过滚珠螺杆和/或液压马达的运动驱动，校正来指示活塞闸板轴18行进的距离，这并不背离本发明的公开范围。

参考图7，所示为BOP外部的侧视图，处于滚珠螺杆、滚珠螺杆组件35以及活塞闸板轴18后面的位置，其中还可以看到充气口50以及多接口阀55。该图显示了闸板模块16通过保持构件12保持在合适的位置。所示保持构件包括保持销或螺杆66，该保持销或螺杆66用于将保持构件12固定在合适位置，从而防止保持构件12的横向移动；然而，可以使用任意形式的连接器而不背离本发明的公开范围，并且在各个实施例中，可以使用在没有连接器的情况下仍能够固定在合适位置(例如，通过压力配合/过盈配合、卡扣和/锁定特征件等)的保持构件。可使用相同或相似的保持销或螺杆66来固定BOP对置侧上相同或相似的保持构件，在图7中不可见。移除保持构件12可实现有效移除或插入闸板模块16。在一实施例中，闸板模块16可作为完整的装置从闸板腔4插入或移除，该完整的装置包括所有相关的闸板组件。保持构件12可以将闸板模块16保持在相对BOP一般固定的位置，例如，当闸板模块启动时，由于活塞闸板轴18朝井眼64向内移动，活塞闸板轴18使闸板模块16施加从井眼64径向向外的作用力。因此，保持构件12以及闸板模块16足够结实(例如，具有足够的质量和材料强度)，以承受增强器活塞56在闭合操作期间所产生的作用力。

BOP压力控制操作通常需要一打开的入口通道，该通道延伸穿过外部BOP壳体至井眼64的整个部分。在所示是实施例中，图1、图2、图3、图4、图6以及图8显示了位于BOP侧面上的井眼入口通道65，在各个实施例中，井眼入口通道可位于下壳体38的每一侧上，例如彼此大致对置放置。在一实施例中，可将API双头螺栓法兰连接使用在BOP的外圆周上，例如，在井眼入口通道65的开口处。

图6示出了BOP外部的侧视图，其基本垂直于闸板模块16、活塞闸板轴18以及充当闸板位置指示器杆37的滚珠螺杆的长度。在一实施例中，可使用保持构件12作为提升点，例如，用于操纵BOP，并且可通过从中移除保持销或螺杆66来移除保持构件12，如图7所示，接着将保持构件12拉离BOP(例如，从附图横向向外拉)。在一实施例中，保持构件和/或保持销/螺杆可配置为通过ROV来接入和操纵(例如，在海底作业期间)，使得能够远程移除保持构件12以及交换闸板模块16，例如，作为维修作业的一部分。

因此，在本公开的范围内可使用的实施例可包括紧凑的、可堆叠的、高压的、闸板型防喷器，该防喷器的大小可扩展(例如，为适应各种大小的井眼以及相关设备)。此类BOP可包括基本圆柱形的上壳体和下壳体，该上壳体和下壳体的中心具有一开口，至少一个管件可通过该开口，例如，用于放置在井眼上方。可将集成的增强器全部安置在BOP壳体内，该集成的增强器具有表面积比高压侧大的低压侧，用于通过液压流体或一种或多种气体来驱动。在使用中，液压流体或气体对低压侧施加作用力，引起高压侧对液压流体或一种或多种气体施加作用力，使得高压侧的流体或气体的压力比低压侧的流体或气体的压力高。因此，在高压侧上的流体或气体传输足以执行密封和/或剪切操作的增强压力至液压闸板。

在一实施例中，BOP可包括可插入的液压闸板模块，该液压闸板模块通过保持构件或类似的锁定构件保持在合适的位置，不需要保护罩或门。

在一实施例中，BOP可包括可附接的压缩气体存储器。该气体存储器可用于代替或补充使用液压流体或气体，以增强和/或独立执行密封和/或剪切操作。

在一实施例中，BOP可包括可用于指示液压闸板位置的指示器装置(例如，机械指示器)。

在一实施例中，BOP可包括滚珠螺杆，该滚珠螺杆随着液压闸板在密封和/或剪切操作期间的移动而朝井眼驱动，使得滚珠螺杆防止液压闸板自行缩回，从而在用于驱动闸板的液压流体或气体中的压力发生损失的情况下阻挡液压闸板。滚珠螺杆可由液压马达驱动，该液压马达可由增强器的低压侧或高压侧上的液压流体驱动和/或由外部流体源驱动。滚珠螺杆还可充当指示器装置，可用来视觉核实闸板位置。

所实施的BOP可通过两个或更多的防喷器堆叠设置，并且在各个实施例中，可使用密封子组件。在一实施例中，一个或多个互锁的“L”形指状物可充当锁定连接以及合适的密封，这使得第一BOP能够被堆叠在第二BOP的上面，其中一个BOP具有多个“L”形凸部，而另一个具有适用于接收凸部的一系列对应的“L”形凹部/切口。在使用中，在将多个凸部接收在对应的凹部后，其中一个BOP可相对另一个旋转以将两BOP锁在一起。在一实施例中，一密封子组件可桥接BOP表面，并且“L”形连接可位于该密封子组件的后面。

尽管在整个申请文件提到使用液压流体，但是应当理解的是，可使用任何流体，包括液体和气体，这并不脱离本发明的公开范围。此外，尽管以具体的石油和/或天然气井进行描述，但是对于本领域技术人员在阅读完本发明后显而易见，本公开主题还具有在其它领域的应用，并且本申请旨在包括此类其它领域。

Claims (20)

1.一种用于容纳与井相关的压力的装置，所述装置包括：

一壳体；

在所述壳体内的一闸板流体室；

在所述壳体内的一闸板活塞，其中所述闸板活塞包括与一闸板接合的第一端部以及与所述闸板流体室连通的第二端部，并且其中所述闸板活塞能够在一闭合位置和一打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述闸板至少部分阻塞该井；以及

在所述壳体内的一增强器活塞，其中所述增强器活塞包括与闸板流体室连通的第一端部以及与主流体源连通的第二端部，并且其中所述增强器活塞的第二端部包括比其第一端部大的表面积，

其中，在第一压力的作用下，来自所述主流体源的流体施加作用力至所述增强器活塞的第二端部以移动该增强器活塞，其中所述增强器活塞的移动施加第二压力至闸板流体室中的流体，其中所述第二压力大于第一压力，并且其中所述第二压力施加作用力至闸板活塞以朝闭合位置推动闸板。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述闸板活塞以及增强器活塞基本垂直对齐。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述闸板活塞适用于沿第一轴线的移动，所述增强器活塞适用于沿第二轴线的移动，并且其中所述第二轴线垂直于第一轴线。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述增强器活塞包括与该增强器活塞第二端部相对设置并且横向偏离该增强器活塞第一端部的顶侧，所述装置进一步包括在壳体内的间隙空间，所述间隙空间位于顶侧上方并且横向偏离所述增强器活塞的第一端部，用于适应该增强器活塞的移动。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述增强器活塞适用于响应通过来自主流体源的流体施加至其第二端部的作用力而在第一方向上移动，从而压缩所述间隙空间中的流体，并且其中所述增强器活塞适用于在不受来自主流体源的流体施加的作用力的情况下，响应来自间隙空间中的压缩流体的作用力而在第二方向上移动。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述增强器活塞包括L形半横截面形状。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述壳体内并且与增强器活塞第二端部相关的第二流体源，其中可独立于所述主流体源驱动第二流体源，以足以引起闸板移动的压力提供流体至增强器活塞的第二端部。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第二流体源包括气体存储器、气体产生材料或两者的组合。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述气体存储器基本与闸板活塞以及增强器活塞垂直对齐。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述壳体包括通常为圆形的水平横截面形状。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述壳体包括包含闸板活塞的第一部分以及第一部分下方的第二部分，其中所述第一部分适用于容纳第二压力，所述第二部分在多个旋转位置能够附接至第一部分。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包括可插入的保持构件，用于保持所述壳体内的闸板活塞，其中所述可插入的保持构件能够在横向方向上相对于所述壳体向外移动。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述闸板活塞能够在横向方向上相对于所述壳体向外移除，以适应所述闸板活塞的维修、更换或维护。

14.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与所述闸板活塞接合的机械指示器，用于核实所述闸板活塞相对于壳体的位置。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述机械指示器包括细长构件、锁定构件或两者的组合，所述细长构件位于闸板活塞的孔口内并且能够相对于闸板活塞移动，所述锁定构件能够相对于所述闸板活塞向内移动以将闸板活塞锁定在闭合位置。

16.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一锁定构件，其能够不依赖通过所述闸板流体室中的流体施加至闸板活塞的压力而移动，以将闸板活塞保持在闭合位置。

17.根据权利要求1所述的装置，其中所述增强器活塞适用于响应通过主流体源的流体施加至其第二端部的作用力而在向上的方向上移动，并且其中所述增强器活塞适用于在不受来自主流体源的流体施加作用力的情况下，响应重力而在向下的方向上移动。

18.一种用于容纳与井相关的压力的装置，所述装置包括：

一闸板活塞，所述闸板活塞包括与流体室连通的一端部；

一增强器活塞，所述增强器活塞包括与所述流体室连通的第一端部以及与执行器相连的第二端部，其中所述第二端部包括比第一端部大的表面积；以及

包含所述闸板活塞、流体室以及增强器活塞的一壳体，

其中驱动所述执行器施加第一压力至增强器活塞的第二端部，以移动所述增强器活塞，并且其中移动所述增强器活塞施加比第一压力大的第二压力至闸板活塞的端部，以移动所述闸板活塞。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述壳体包括基本为圆形的水平横截面形状。

20.一种用于容纳与井相关的压力的装置，所述装置包括：

一壳体，所述壳体包括基本为圆形的横截面形状；

至少部分位于所述壳体内的一闸板；

在所述壳体内的一闸板流体室；

在所述壳体内的一闸板活塞，其中所述闸板活塞包括与所述闸板接合的第一端部以及与所述闸板流体室连通的第二端部；

在所述壳体内的一增强器活塞，其中所述增强器活塞包括与闸板流体室连通的第一端部以及与主流体源连通的第二端部，并且其中所述增强器活塞的第二端部包括比其第一端部大的表面积；

在所述壳体内的一间隙空间，其中所述间隙空间适用于适应增强器活塞的移动，

其中来自所述主流体源的流体施加第一压力至所述增强器活塞的第二端部，以在第一方向上移动该增强器活塞，其中所述增强器活塞在第一方向上的移动施加比第一压力大的第二压力至所述闸板流体室中的流体并且压缩所述间隙空间中的流体，其中施加至所述闸板流体室中流体的第二压力施加一作用力至所述闸板活塞，以朝至少部分阻塞所述井的闭合位置推动闸板，

以及其中所述增强器活塞在不受来自主体流体源的流体施加的作用力的情况下，响应来自间隙空间中的压缩流体的作用力而在与第一方向相反的第二方向上移动，以及其中所述增强器活塞在第二方向上的移动释放来自闸板流体室的压力，以允许所述闸板活塞远离闭合位置的移动。