CN107109913A - 用于海底防喷器的螺线管阀壳体 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种海底防喷器控制系统(11)，其具有水平定向的螺线管阀壳体(27)。安装在螺线管阀壳体中的每一个内的螺线管阀(37)被电气地控制以向液压阀(41)选择性地提供液压引导信号。竖直延伸的中心腔(15)包含介电液体(21)并且靠着螺线管阀壳体延伸。用于每个螺线管阀壳体的连通管(47)具有在中心腔内与中心腔的上端部相邻的开口上端部(51)。连通管中的每一个具有延伸至螺线管阀壳体中的一个内的开口下端部(49)，用于使中心腔中的介电液体与螺线管阀壳体中的每一个的内部连通。安装至螺线管阀壳体中的每一个的独立的排空管线能够在不需要排空其他螺线管阀壳体的情况下排空螺线管阀壳体中的一个以用于维护。

Description

用于海底防喷器的螺线管阀壳体

相关申请的交叉参考

本申请要求于2014年12月17日提交的临时申请62/093,083的优先权。

技术领域

本申请大致涉及用于海底钻井的防喷器，并且具体地涉及用于防喷器的控制系统，控制系统具有能够独立地排空介电流体的螺线管阀壳体以用于维护。

背景技术

近海钻井作业需要与钻井隔水管连接的防喷器以控制井压力。典型的海底防喷器(“BOP”)具有许多部件，比如一个或多个环形防喷器、数个闸板、用于连接至井口设备的连接器以及用于在紧急状况下从BOP和钻井隔水管的下部部分释放其上部部分的快速释放连接器。也被称作机能的这些部件的大部分被液压地致动。

BOP具有控制系统，也称为多路复用或MUX盒布局(MUX pod layout)，以通过供给流体液压力以执行特定功能来控制这些不同的功能。控制系统具有称作SPM(板式歧管)阀的液压阀，其向各个BOP部件供给流体液压力。控制系统具有螺线管阀，当接收电信号时螺线管阀向液压阀中的一个发送液压引导信号。

螺线管阀中的数个可被安装在填充电气绝缘介电液体的螺线管阀壳体中。典型的控制系统将具有几个螺线管阀壳体。每个螺线管阀壳体可以具有压力补偿器以使介电液体压力与海水的流体静压平衡。

现行实践要求在需要检修位于螺线管壳体中的一个中的部件的任何时间从全部螺线管壳体排空介电流体。控制系统中的介电流体的总体积可以超过80加仑。因此，每当需要在螺线管阀壳体中的一个中进行维护时大量介电流体损失并且必须被替换。

发明内容

海底防喷器控制系统具有安装在至少一个竖直管柱中的多个螺线管阀壳体。多个螺线管阀安装在螺线管阀壳体中的每一个内。控制系统具有多个液压阀，液压阀中的每一个液压地连接至螺线管阀中的一个并且通过螺线管阀中的一个控制。控制系统具有包含介电液体的中心腔。用于每个螺线管阀壳体的独立连通管使中心腔中的介电液体与螺线管阀壳体的内部连通。连通管中的每一个具有在螺线管阀壳体中一个中的开口下端部和在中心腔内的开口上端部，开口上端部处于至少等于阀壳体的竖直管柱的上端部的高度。安装至螺线管阀壳体中的每一个的独立的排空管线能够在不需要排空其他螺线管阀壳体的情况下排空螺线管阀壳体中的一个以用于维护，同时恢复控制系统。

在一个实施例中，中心腔内的压力补偿器使中心腔内以及全部螺线管阀壳体中的介电液体的压力与包围系统的海水的流体静压平衡。

独立的空气通风管线从螺线管阀壳体中的每一个延伸。空气通风阀连接至空气排出管线中的每一个。

在一个示例中，连通管中的每一个的开口上端部在中心腔内处于基本相同的高度处。中心腔靠着螺线管阀壳体竖直地延伸。电线从中心腔内密封地延伸穿过中心腔的壁以及密封地延伸穿过螺线管阀壳体中的每一个的壁，延伸至螺线管阀壳体中的所述每一个内的螺线管阀中的一个。

在所示出的实施例中，螺线管阀壳体中的每一个具有水平下侧和水平上侧。连通管中的每一个的开口下端部比靠近上侧更靠近下侧。连通管中的每一个具有在中心腔内的竖直部分，竖直部分彼此平行。

附图说明

因此，获得并且能够更详细地理解本发明的特征、优势和目的以及其他方面将变得易于理解的方式，可以通过参考其在附图中示出的实施例获得以上简要地概括的本发明的更具体的说明，附图形成该说明书的一部分。然而注意到，附图仅示出本发明的优选实施例并且因此并不视为限制其范围，因为本发明可以认可其他等同有效的实施例。

图1是根据本发明的防喷器控制系统的局部示意主视图，示出部分切除的螺线管阀壳体中的一个的盖板。

图2是图1的去除前盖的螺线管阀壳体中的一个和中心腔的一部分的示意性主视图。

具体实施方式

现在将参照附图以下更加全面地说明本发明的方法和系统，在附图中示出实施例。本发明的方法和系统可以为许多不同的形式，并且不应被解释为限于本文中阐述的所示实施例；相反地，提供这些实施例以使本发明全面和完整，并且将向本领域技术人员完全地表达其范围。相同的附图标记在全文中指代相同的元件。

图1示意性地示出用于海底防喷器(未示出)的控制系统11的上部。海底防喷器(“BOP”)具有许多部件，比如一个或多个环形防喷器、数个闸板、用于连接至井口设备的连接器以及用于在紧急状况下从BOP和隔水管的下部部分释放其上部部分的快速释放连接器。也被称作机能的这些部件的大部分被液压地致动。控制系统11，也称为多路复用或MUX盒布局，安装至BOP并且通过供给流体液压力以执行特定功能来控制这些不同的功能。

控制系统11包括支承框架13，支承框架13可以具有各种构造。中心壳体或腔15安装至框架13。中心腔15是细长形的，其长度沿着框架13竖直地延伸。在所示出的示例中，中心腔15为矩形，具有彼此平行的两个竖直侧壁17。中心腔15具有可以垂直于侧壁17的上端部19和下端部(未示出)。具有电气绝缘性能的传统介电液体21填充中心腔15的内部。

在该实施例中，一个或多个(示出两个)压力补偿器23位于中心腔15中。每个压力补偿器23均是常规的并且可以具有各种构造。每个压力补偿器23具有活动障碍物，比如柱塞、波纹管或隔膜，或者其组合，活动障碍物的一侧暴露于海水压力，另一侧暴露于介电液体21。海水的流体静压使得障碍物运动以使介电液体的压力与流体静压平衡，或者至少减小压差。

中心腔15的内部被分成彼此密封的两个独立空腔，每个均包含介电液体21。压力补偿器23中的一个可以定位在空腔中的一个中，另一个定位在另一个空腔中。

中心腔15与控制系统11的两个竖直管柱25(示出一个)相邻，每一个与竖直侧壁17相邻。螺线管阀壳体27在每个竖直管柱25中彼此叠置地紧固至框架13。在示例中，图1示出每个管柱25中的仅两个螺线管阀壳体27。一般地，在每个管柱25中将具有再几个螺线管阀壳体27。

每个螺线管阀壳体27大致为矩形并且使其长度水平地定向。每个螺线管阀壳体27具有平行于平的下侧31并且在平的下侧31之上间隔开的平的上侧29。竖直端壁33将上侧29和下侧31的相对端部彼此联结。竖直端壁33平行于中心腔侧壁17。竖直端壁33中的内端壁与中心腔侧壁17中的一个小间距地间隔。每个螺线管阀壳体27在其前侧上具有通过紧固件紧固的可拆卸盖板35。

数个螺线管阀37在每个螺线管阀壳体27内安装至下侧31。作为一个例子，附图示出螺线管阀37中的五个，但是该数量可以变化，比如六个至八个。每个螺线管阀37可以是基于所接收的电气控制信号发送液压引导信号的常规电致动阀。

一行39液压阀41在每个螺线管阀壳体27以下安装至框架13。液压阀41是常规的并且通常称为SPM或板式歧管阀。在该示例中，每一行39均是水平的并且直接定位在螺线管壳体27中的一个以下。每个液压阀行39因此与每个竖直管柱25中的螺线管阀壳体27中的一个交替。当通过来自螺线管阀37中的一个的引导信号发送信号时，每个液压阀41在压力下供给或接收液压流体以执行BOP功能中的一个。每个螺线管阀37液压地连接至液压阀41中的一个。

两个海底电子设备模块43(仅示出一个)安装至框架13。每个海底电子设备模块43容纳用于向各种螺线管阀37供给电信号的电子设备。一般地，每个海底电子设备模块43的内部将处于一个大气压力下，同时海底没有压力补偿。海底电子设备模块43彼此冗余。

管柱25中的一个内的螺线管阀37和液压阀41一般地冗余螺线管阀37，并且在另一个管柱25中冗余液压阀41。中心腔15的腔或空腔中的一个可以向管柱25中的一个中的螺线管阀壳体27供给介电液体21，并且另一个可以向另一个管柱25中的其他螺线管阀壳体26供给介电液体21。

图2示意性地示出螺线管阀壳体27中的一个，其他相同。盖板35(图1)以及中心腔15的前壁已被去除。独立的连通管47在每个螺线管阀壳体27与中心腔15之间延伸。每个连通管47具有密封地延伸穿过中心腔侧壁17中的一个以及密封地延伸穿过螺线管壳体端壁33中的一个的下部部分。每个连通管47的下部部分终止在螺线管阀壳体27中的一个中，螺线管阀壳体27中的一个具有靠近螺线管壳体下侧31并且靠近端壁33中的一个的开口下端部49。

每个连通管47具有开口上端部51，开口上端部51定位在其下端部49以上并且定位在包含其开口下端部49的螺线管阀壳体27以上的高度处。优选地，每个连通管47的开口上端部51处于竖直管柱25a、25b中的最上部螺线管阀壳体27的上侧29以上的高度处。开口上端部51可以在中心腔上端部19以下近距离处。如图1所示，开口上端部51可以在与其他连通管47的开口上端部51相同的高度处。

每个连通管47具有在其开口下端部49与开口上端部51之间延伸的竖直部分47a。竖直部分47a彼此平行。连通管47的从螺线管阀壳体27中的下部螺线管阀壳体延伸的竖直部分47a比连通管47的从螺线管阀壳体27的上部螺线管阀壳体延伸的竖直部分47a更长。在操作期间，开口上端部51将在中心腔15中的介电液体21的上部水平以下，上部水平将位于中心腔上端部19处。中心腔15中的介电液体21与经由每个连通管47填充每个螺线管阀壳体27的介电液体连通。

再次参考图2，每个螺线管阀壳体27具有独立的排空管线53，以当需要对其中的螺线管阀37中的一个或多个进行维护时排空介电液体21。在示例中，每个排空管线53比上侧29更靠近螺线管阀壳体下侧31定位。排空管线53示出为穿过端壁33中的外部端壁，但其可以定位在其他位置。通常手动操作的阀55选择性地打开和关闭排空管线53。

用于每个螺线管阀壳体27的独立的通风管线57辅助排空和填充。通风管线57从每个螺线管阀壳体27的靠近上侧29的上部部分延伸。图2示出密封地延伸穿过内端壁33和中心腔侧壁17然后延伸出中心腔上端部19的通风管线57。用于全部螺线管阀壳体27的排出管线57可以类似地延伸穿过中心腔上端部19。可替代地，每个通风管线57可以直接从每个螺线管阀壳体27延伸而不穿过中心腔15的内部。可以手动操作的通风管线阀59选择性地打开和关闭每个通风管线57。压力补偿器23的空腔可以在上端部19处具有相似的通风管线(未示出)。

仍然参考图2，可以为电气信号线的信号线61密封地延伸至每个螺线管阀壳体27内。信号线61可以包括连接至特定螺线管阀壳体27内的每个螺线管阀37的独立的电线。在该示例中，用于信号线61的穿透连接器63密封地延伸穿过中心腔侧壁17中和每个螺线管阀壳体27的端壁33中的一个中的孔。信号线61延伸至海底电子设备模块43的底座，用于与海底电子设备模块43中的一个中的电路通信。为了清晰起见，图1未示出排出管线53、通风管线57和信号线61。

在控制系统11的最初安装期间，在将BOP降至海底之前技术人员将介电液体21填充到中心腔15和螺线管阀壳体27内。可以以不同的方式执行填充。例如，技术人员可以通过中心腔15中的下部进口(未示出)泵送介电液体21，同时关闭排空管线阀55，打开通风管线阀59。一旦介电液体达到连通管上端部51，介电液体沿连通管47向下流入螺线管阀壳体27以填充螺线管阀壳体27。一旦中心腔15和全部螺线管阀壳体27充满并且排出夹带的空气，则技术人员关闭通风管线阀59。

钻井和/或采油平台上的操作人员然后将BOP与控制系统11一起降至海内。海洋的流体静压将使得压力补偿器23使中心腔15和螺线管阀壳体27内的介电液体21的压力与流体静压平衡。中心腔15中的介电液体21的压力增大经由始终保持打开的连通管47与每个螺线管阀壳体27中的介电液体连通。在该示例中，压力补偿器23平衡对于螺线管阀壳体27以及中心腔15的压力。可替代地，螺线管阀壳体27可以具有其自身的压力补偿器。

在操作期间，液压阀41将一般地经由海底蓄能器和延伸至钻井装置的管道与液压流体源连接。当需要某一功能时，钻井设备上的操作人员经由集成线束向一个或两个海底电子设备模块43供给电信号。接着，海底电子设备模块43中的电路通过信号线61向螺线管阀37中的一个发送信号，通常为电信号。作为响应，螺线管阀37向所链接的液压阀41提供液压引导信号。作为响应，接收引导信号的液压阀41向BOP的选择的部件供给液压流体或者接收来自选择的部件的液压流体。

螺线管阀37中的任一个的任何维护或更换将在恢复BOP和控制系统11的同时进行。一般地，操作人员将确定螺线管阀37中的哪一个需要维修或更换。技术人员将排空仅包含在需要维护的螺线管阀壳体27或壳体27中的介电液体21。操作人员打开特定排空管线阀55和通风管线阀59，从而允许特定螺线管阀壳体27中的介电液体21排空。由于其他螺线管阀壳体27的排空管线阀55仍然关闭，因此其不会排空。类似地，中心腔15的排空管线(未示出)保持关闭。中心腔15中的少量介电液体21可以沿待排空的特定螺线管阀壳体27的连通管47的开口上端部51向下流动。然而，一旦中心腔15内的介电液体21的水平下降至开口上端部51以下，介电液体沿连通管47向下的流动将停止。这样，可以在将包括位于更高高度处的螺线管阀壳体的其余螺线管阀壳体27保持充满介电液体21的同时，实现螺线管阀壳体27中的甚至最下侧的一个的排空。

在已经完成排空之后，操作人员可以打开盖板35并且替换或维修所需螺线管阀37。操作人员可以通过关闭排空管线阀55并且将介电液体21泵送到中心腔15的下部部分内来再填充特定螺线管阀壳体27。介电液体21上升至开口上端部51以上，然后通过特定连通管47向下流入需要填充的特定螺线管阀壳体27内。一旦已经排出全部和夹带的空气，技术人员则关闭特定通风管线59。操作人员则可以再配置控制系统11。

由于仅需要排空所影响的螺线管阀壳体或壳体27，因此将节省控制系统11中的大量介电流体21。例如，控制系统11可以包含总共80加仑或更多的介电流体21，而单个螺线管阀壳体27包含仅5加仑。此外，利用仅中心腔15内的压力补偿器或补偿器23来使管柱25中的一个中的全部螺线管阀壳体27中的压力平衡，降低了在每个螺线管阀壳体27具有其自身的独立压力补偿器时所需的成本。

进一步理解的是本发明的范围不局限于所示出和所说明的结构、操作、精确材料或实施例的精确细节，因为改进和等同方案对于本领域技术人员将是明显的。在附图和说明书中，已经公开了示例性实施例，尽管采用了专用名词，但是其仅以一般性和描述性方式使用，而非用于限制目的。

Claims (19)

1.一种防喷器控制系统，包括：

多个螺线管阀壳体；

多个螺线管阀，所述多个螺线管阀安装在所述螺线管阀壳体中的每一个内；

多个液压阀，所述液压阀中的每一个液压地连接至螺线管阀中的一个并且通过螺线管阀中的一个控制；

中心腔，所述中心腔包含介电液体；

多个连通管，所述连通管中的每一个使所述中心腔中的所述介电液体与所述螺线管阀壳体中的一个的内部连通，所述连通管中的每一个具有在所述螺线管阀壳体中的一个中的开口下端部和在所述中心腔内的开口上端部；以及

独立的排空管线，所述独立的排空管线安装至所述螺线管阀壳体中的每一个，以能够在不需要排空其他螺线管阀壳体的情况下排空所述螺线管阀壳体中的一个以用于维护。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

压力补偿器，所述压力补偿器在所述中心腔内，用于使所述中心腔内以及所述螺线管阀壳体中的每一个中的所述介电液体的压力与包围所述系统的海水的流体静压平衡。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括

独立的空气通风管线，所述独立的空气通风管线从所述螺线管阀壳体中的每一个延伸；以及

空气通风阀，所述空气通风阀连接至所述空气排出管线中的每一个。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述连通管中的每一个的所述开口上端部在所述中心腔内处于基本相同的高度处。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述中心腔靠着所述螺线管阀壳体竖直地延伸。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括多个信号线，所述信号线中的每一个从所述中心腔内密封地延伸穿过所述中心腔的壁以及密封地延伸穿过所述螺线管阀壳体中的一个的壁，延伸至所述螺线管阀壳体中的所述一个内的所述螺线管阀中的一个。

7.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述螺线管阀壳体中的每一个具有水平下侧和水平上侧；以及

所述连通管中的每一个的所述开口下端部比所述上侧更靠近所述下侧。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述连通管中的每一个具有在所述中心腔内的竖直部分，所述竖直部分彼此平行。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括：

可拆卸盖板，所述可拆卸盖板安装至所述螺线管阀壳体中的每一个，用于提供通向所述螺线管阀壳体中的每一个内的所述螺线管阀的维护通道。

10.一种防喷器控制系统，包括：

框架；

多个水平行的液压阀，所述多个水平行的液压阀安装至所述框架，用于控制所述防喷器的各个功能，所述行的液压阀在至少一个竖直管柱中上下叠置；

多个螺线管阀壳体，所述多个螺线管阀壳体安装至所述框架，所述螺线管阀壳体中的每一个水平地定向在所述竖直管柱内并且与所述行的液压阀中的一个相邻；

多个螺线管阀，所述多个螺线管阀安装在所述螺线管阀壳体中的每一个内，所述螺线管阀中的每一个被电气地控制以选择性地向所述行的液压阀中的相邻行中的所述液压阀中的一个提供液压引导信号；

竖直延伸中心腔，所述竖直延伸中心腔包含介电液体并且靠着所述螺线管阀壳体延伸；

压力补偿器，所述压力补偿器在所述中心腔中，用于减小包围所述中心腔的海水的流体静压与所述中心腔壳体中的所述介电液体之间的压差；

多个连通管，所述连通管中的每一个具有在所述中心腔内的与所述中心腔的上端部相邻的开口上端部，所述连通管中的每一个具有延伸至所述螺线管阀壳体中的一个内的开口下端部，用于使所述中心腔中的介电液体与所述螺线管阀壳体中的每一个的内部连通；以及

独立的排空管线，所述独立的排空管线安装至所述螺线管阀壳体中的每一个，以能够在不需要排空其他螺线管阀壳体的情况下排空所述螺线管阀壳体中的一个用于维护，同时恢复所述控制系统。

11.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述连通管的所述开口上端部在所述中心腔内定位在基本相同的高度处。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述连通管的所述开口上端部至少定位在等于所述螺线管阀壳体中的最上面一个的上侧的高度处。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述连通管中的每一个具有在所述中心腔内的竖直部分，所述竖直部分彼此平行。

14.根据权利要求10所述的系统，还包括：

可拆卸盖板，所述可拆卸盖板安装至所述螺线管阀壳体中的每一个，用于提供通向所述螺线管阀壳体中的每一个内的所述螺线管阀的维护通道。

15.根据权利要求10所述的系统，其中：

所述螺线管阀壳体中的每一个具有与所述中心腔的侧壁相邻并且平行的侧壁。

16.根据权利要求10所述的系统，其中所述螺线管阀壳体中的每一个内的介电液体仅利用所述中心腔中的所述压力补偿器进行压力补偿。

17.一种控制防喷器的功能的方法，包括：

提供防喷器控制系统，所述防喷器控制系统包括：

多个液压阀；

多个螺线管阀壳体，所述多个螺线管阀壳体在至少一个竖直管柱中上下叠置，所述螺线管阀壳体中的每一个具有独立的排空管线；

螺线管阀，所述螺线管阀在所述螺线管阀壳体中的每一个内，各自与所述液压阀中的一个液压地连接；

中心腔，所述中心腔靠着所述螺线管阀壳体竖直地延伸；

多个连通管，所述连通管中的每一个具有在所述中心腔内的开口上端部和在所述螺线管阀壳体中的一个内的开口下端部，所述连通管的所述开口上端部位于至少等于所述螺线管阀壳体的最上面一个的上侧的高度处，所述方法包括：

利用介电液体填充所述中心腔和所述螺线管阀壳体，并且穿过所述连通管，从而使所述中心腔中的介电液体与所述螺线管阀壳体中的每一个的内部连通；

向所述螺线管阀中的一个发送信号，并且作为响应，向所述液压阀中的一个发送来自所述螺线管阀中的所述一个的液压引导信号来控制所述防喷器的功能；

为了维护所述螺线管阀壳体中的一个内的所述螺线管阀中的一个，

在不从其他螺线管阀壳体排空介电流体的情况下通过所述阀壳体中的所述一个的所述排空管线从所述螺线管阀壳体中的所述一个排空所述介电液体；以及

对所述螺线管阀中的所述一个执行维护。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

将所述系统降入海洋内；以及

利用安装在所述中心腔中的压力补偿器减小所述海洋的流体静压与所述中心腔和所述螺线管阀壳体内的所述介电液体之间的压差。

19.根据权利要求17所述的方法，其中：

所述螺线管阀壳体中的被排空的所述一个定位在比未被排空的其他螺线管阀壳体中的至少一个更低的高度处。