CN109923278A

CN109923278A - 压力平衡双作用剪切闸阀

Info

Publication number: CN109923278A
Application number: CN201780069119.6A
Authority: CN
Inventors: 安德列耶夫·弗拉迪米尔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: CN109923278B; GB2571664B; NO343814B1; NO20161775A1; GB2571664A; WO2018088911A1; GB201907897D0

Abstract

本发明涉及一种具有平衡推拉活塞(11、12、13、14)的剪切闸板防喷器，其中推拉活塞连接到闸板叶片(8A、8B)。剪切闸板防喷器包括固定到阀壳体(1)的两个缸壳体(3A、3B)。由于高压流体在不同方向中向两个活塞头对施加力，会对布置在两个缸壳体中的两个活塞头对的双作用活塞杆装置提供相应的推拉作用动力。

Description

压力平衡双作用剪切闸阀

技术领域

本发明涉及一种防喷器的剪切/密封闸板。剪切/密封闸板的目的是在井喷的情况下切割钻柱并密封井筒。

背景技术

为了使剪切/密封闸板满足能够切割最重钻柱的需求，大多数剪切/密封闸板设计都具有几个固有特征，这些特征在某些情况下使得闸板无法安全地切割钻柱并密封钻井。如：

a)闸板通常要抵抗井压工作，因此在高压下就削弱了它们的有效性。

b)叶片形状使得它不能总是有效地将钻柱移动到BOP(防喷器)的中心，例如，当钻柱在高井筒压力下弯曲时，就会带来上述隐患。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够克服上述问题的剪切闸板防喷器。所述该剪切闸板防喷器，至少包括：

阀壳体，具有与所述阀壳体的纵向轴线轴向对齐的第一缸壳体和垂直于所述第一缸壳体轴线的闸阀开口；

第一活塞杆装置和第二活塞杆装置，其中；

I.所述第一活塞杆装置包括第一活塞头和第一闸板，所述第一活塞头轴向地布置在所述第一活塞杆装置的一端，所述第一闸板带有第一叶片开口，其第一叶片开口远离所述第一活塞杆装置的第一活塞头；以及

II.所述第二活塞杆装置包括第二活塞头和第二闸板，所述第二活塞头轴向地布置在所述第二活塞杆装置的一端，所述第二闸板带有第二叶片开口，其第二叶片开口远离所述第二活塞杆装置的第二活塞头。

所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置彼此可滑动接合，两者都被布置在所述阀壳体和所述第一缸壳体中，所述第一活塞杆装置的所述第一活塞头和所述第二活塞杆装置的所述第二活塞头被布置在所述第一缸壳体中，所述第一缸壳体中的活塞头之间设置有轴向距离，在所述第一缸壳体中的活塞头之间设置有高压入口，从而产生所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置的双重作用推拉运动，并导致所述第一闸板和所述第二闸板的相对运动。

一方面来讲，本发明提供了一种具有两个缸的剪切闸板防喷器，双缸式防喷器保证了一种双重作用平衡，对应本发明的这一方面，所述剪切闸板防喷器进一步包括：

·所述阀壳体包括第二缸壳体，所述第二缸壳体与所述第一缸壳体轴向对齐，并且同心地布置在所述第一缸壳体相对端，而所述第一缸壳体远离所述闸阀开口布置；

·所述第一活塞杆装置进一步包括第二活塞头和第一闸板，所述第二活塞头轴向地布置在所述第一活塞头的相对端，具有第一叶片开口的第一闸板被布置在所述第一活塞头和所述第二活塞头之间，以及

·所述第二活塞杆装置进一步包括第一活塞头和第二闸板，所述第一活塞头轴向地布置在所述第二活塞头的相对端，具有第二叶片开口的第二闸板被布置在所述第一活塞头和所述第二活塞头之间；

所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置都进一步地被布置在所述第二缸壳体中，所述第二活塞杆装置的所述第一活塞头和所述第一活塞杆装置的所述第二活塞头被布置在所述第二缸壳体内，所述第一缸壳体和所述第二缸壳体中的活塞头设置有轴向距离，分别在所述第一缸壳体和所述第二缸壳体中的两个活塞头之间设置有高压入口。

另一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述第一缸壳体和所述第二缸壳体包括低压返回出口，所述低压返回出口被布置在所述第一缸壳体和所述第二缸壳体的低压腔室部分中。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述第一活塞杆装置和第二活塞杆装置进一步包括与所述第一活塞头连接的管状区段，其中所述第一活塞头具有同心开口，所述同心开口具有与所述管状区段相同或更大的内径，所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置设置有一个连接到所述第二活塞头的活塞杆，所述活塞杆的外径小于所述管状区段的内径，从而便于所述活塞杆装置的活塞杆部分在所述活塞杆装置的所述管状区段内的移动。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述第一闸板和所述第二闸板设置有开口，所述开口的直径大致类似于所述闸阀开口的井筒直径。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述阀壳体包括具有套环的上螺栓连接件和下凸缘螺栓连接件。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述阀壳体设置有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面用于与所述第一活塞杆装置的第一下闸板滑动接合，所述第二接触面用于与所述第二活塞杆装置的第二上闸板滑动接合。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述闸阀开口的所述井筒在其侧壁中设置有用于环形垫圈的至少一个空腔。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中在所述第一接触面附近设置有至少一个第一空腔作为所述井筒开口中的第一空腔。所述第一空腔中可设置有第一环形垫圈。所述井筒同轴方向上的所述第一环形垫圈的厚度可小于所述井筒同轴方向上的所述空腔的高度，从而在所述第一环形垫圈和所述接触面下游的所述第一空腔之间产生间隙。

再一方面，本发明提供了一种剪切闸板防喷器，其中所述闸阀开口的所述井筒在其侧壁中设置有用于第二环形垫圈的第二空腔，所述第二空腔被布置在所述第一闸板和所述第二闸板上游的所述第二接触面附近。

根据本发明，一种用于密封井筒的方法也被公开，其至少包括以下步骤：

提供第一缸壳体，其中所述第一缸壳体设置有一个高压流体入口和两个低压出口；

提供一种具有第一活塞杆、第一闸板和第一活塞头的第一活塞装置；

提供一种具有第二活塞管状杆、圆形同心开口和第二闸板的第二活塞装置，所述圆形同心开口在所述第二活塞装置的第一活塞头中；

将所述第一活塞杆组装到所述第二活塞管状杆内从而形成一种两个活塞装置的组件；将所述两个活塞装置的组件插入所述第一缸壳体内，使得所述第一活塞头和所述第二活塞头之间轴向地间隔分布，所述高压流体入口设置在活塞头间隔之间，因此，当来自所述高压流体入口的流体压力高于所述低压出口的压力时，造成所述第一闸板和所述第二闸板的移动，形成推拉式闸板致动器，并且

将所述推拉致动器组装到阀壳体。

在本发明的另一方面，提供了一种方法，所述方法进一步包括以下步骤：

a)提供第一活塞装置，所述第一活塞装置具有第一活塞管状杆和连接于所述第一活塞管状杆的第二活塞头，其中所述第二活塞头具有圆形同心开口，并且其中所述第二活塞头轴向地位于所述第一活塞装置的所述第一活塞头的相对端；

b)提供第二活塞装置，所述第二活塞装置具有第二活塞杆和第二活塞头，所述第二活塞头连接于所述第二活塞杆并且轴向地被布置在所述第二活塞装置的所述第一活塞头的相对端；

c)将所述第二活塞组装到所述第一活塞管状杆内，从而形成一种两个活塞装置的组件；

d)提供第二缸壳体，其中所述第二缸壳体设置有一个高压流体入口和两个低压出口；

e)将所述第一活塞装置的所述第二活塞头和所述第二活塞装置的所述第二活塞头的组件插入所述第二缸壳体内，使得第二缸中的活塞头在它们之间轴向地间隔分布，所述高压流体入口设置在活塞头间隔之间，从而形成一个双缸推拉式闸板致动器。

根据本发明的其他有利实施例、方面和细节将通过随附的权利要求变得明显。

附图说明

为了使本发明更容易理解，下面的讨论将参考附图，其中

图1示出了处于打开构造的剪切闸板防喷器，即闸板缩回；

图2示出了处于封闭构造的剪切闸板防喷器的工作原理；

图3示出了活塞杆装置，其包括两个活塞头、一个闸板叶片区段、一个活塞杆区段和一个活塞管状区段；

图4示出了处于打开构造的剪切闸板防喷器的工作原理；

图5示出了具有密封细节的剪切闸板防喷器的截面图，以及

图6示出了具有推拉活塞的平衡系统的原理。

具体实施方式

在下文中，将通过描述实施例并通过参考附图来讨论本发明。然而，本领域技术人员仍将实现在所附涵盖独立权利要求中限定的本发明范围内的其他应用和修改。

公开了一种具有平衡推拉活塞的剪切闸板防喷器，其中推拉活塞连接到闸板叶片。参考图6，示出了被布置在缸壳体中，其间具有轴向距离的第一活塞头和第二活塞头。第一活塞头连接到管状件，第二活塞头与活塞杆连接。第二活塞的活塞杆插入第一活塞管装置的管状件中。在两个活塞头之间的缸壁中示出了高压致动流体入口。当剪切闸板防喷器以推拉作用形式工作用于封闭井筒时，活塞头之间的体积占据高压腔室。所述缸包括两个低压通风腔室。低压通风腔室与低压返回系统例如诸如一个或多个阀以及一个或多个流体容器)流体连接。

活塞杆和活塞管状件段与闸板叶片连接，这在图6中没有示出。一个缸内两个相互作用的推拉活塞原理可以扩展到具有双缸的双作用系统。图3公开了一种双作用平衡推拉系统的活塞杆装置，即扩展到双缸类型中。

如图3所示的两个活塞杆装置在双作用系统中组装在一起。在一种结构中，活塞头可以通过诸如使用螺栓装置的方法来拆卸。如果移除了活塞头，则通过将杆装置之一的杆4插入另一杆装置的管状件5中可以很容易地将杆装置组装在滑动构造中，然后安装这些活塞头。图3还示出了具有井筒开口的闸板叶片8A。

一种剪切闸板防喷器

第一实施例

第一实施例提供了一种基于图6所示的剪切闸板防喷器的原理操作。该实施例可以通过图1所示的“半剪切闸板防喷器10”更详细地阐明。在该剪切闸板防喷器的第一缸3A中，包括了分别具有闸板叶片8A、8B的两个缸杆装置，以及分别装于缸杆装置的活塞头11、12。所述的第一实施例，省略了第二缸壳体3B及其相关的活塞头13、14。

在剪切闸板防喷器的封闭过程中，高压下的流体可以通过高压入口进入到第一缸壳体3A中的活塞头11，12之间的空间。高压液体会向活塞头11、12施加力，从而在第一活塞杆装置的第一活塞头12上产生推动作用，并且在第二活塞杆装置的第二活塞头11上产生拉动作用。拉动作用和推动作用将会朝井筒15拉动上闸板叶片8B并将其密封，同时推动作用将会朝井筒15推动下闸板叶片8A并将其密封。在井筒15的密封过程中，该推拉作用提供了对钻柱的双重密封和切割效应。

当闸板叶片8A、8B封闭时，通过定位在闸板叶片8A、8B和阀壳体1之间空腔中的金属密封插入件9(诸如环形垫圈)提供一种抵靠井筒的压力密封9。

采用“闸阀”原理确保钻柱始终在闸板开口内侧，因此无论钻柱位置和形状如何，在闸门封闭过程中钻柱始终保持在抵靠切割刀片的最佳位置。这还确保了克服井筒压力的可靠密封。

下面参考本发明的其他实施例讨论关于剪切闸板防喷器操作的进一步细节。

第二实施例

图1–5示出了本发明的第二实施例，并且它包括两个缸壳体3A、3B。

图1所示的压力平衡双重作用剪切闸阀，以下称为剪切闸板防喷器10，用作闸阀。闸门或闸板8A、8B密封井筒15并切割钻柱，由活塞杆装置11、12、13、14朝井筒15驱动。活塞11、12、13、14通过支架6A、6B、6C、6D在闸板叶片8A，8B上施加力。由活塞11、12、13、14施加的力由来自液压流体的压力所产生，所述液压流体通过入口16以及来自入口16的通道同时被泵送到缸壳体3A、3B内，以及到被布置在每个缸壳体3A、3B中的两个活塞之间的入口/开口处。端盖2封闭阀壳体1的端部，从而在井筒空腔和缸壳体3A、3B之间提供压力壁垒。端盖2还对活塞杆装置11、12、13、14、4A、4B、5A、5B、6A、6B、7A、7B、8A、8B具有轴向紧固作用。当闸板叶片8封闭时，通过定位在闸板叶片8A、8B和阀壳体1之间空腔中的金属密封插入件9(诸如环形垫圈)提供一种抵靠井筒的压力密封9。

采用“闸阀”原理确保钻柱始终位于闸板开口内，因此无论钻柱位置和形状如何，在闸门封闭过程中钻柱始终保持在抵靠切割刀片的最佳位置。这还确保了克服井筒压力的可靠密封。

压力平衡双作用剪切闸阀的工作原理如图2所示。当发生紧急情况时，液压流体同时被泵送到两个缸内，从而在活塞之间的空间施加压力并沿相反方向压迫活塞；活塞会向闸板叶片施加力。活塞是同心的，其中一个活塞在另一个活塞内侧移动。如图3所示，活塞杆装置5A、6A、8A、7A的“内侧活塞”4通过支架7A在闸板叶片8A上施加拉动作用。在第二缸壳体3B中由高压产生的拉动作用图3中未示出、但在图1和2中示出了。活塞杆装置5A、6A、8A、7A4的“外部活塞”5A通过支架6A在闸板叶片8A上施加推动作用，其中推动作用源于第一缸壳体3A。

图4示出了压力平衡设计，其中闸板叶片8A、8B处于打开位置。由井筒压力产生的力在两个方向上施加，并且因此彼此抵消。因此，通过封闭闸板叶片8A、8B施加在钻柱上的有效力与井筒压力无关。

为了建立在温度和流体成分的所有范围中可靠的密封，具有双活塞的金属密封会起作用，其通常用于重型阀。图5示出了双活塞效应密封。双活塞效应密封随着井筒压力的增加而增加，从而在所有运行条件下提供安全的卸压屏蔽。

附图标记

A 与阀元件组合表示下闸板叶片

B 与阀元件组合表示上闸板叶片

X 剪切闸板防喷器的纵轴线，以及活塞杆装置

Z 井筒轴线

1 阀壳体

2 阀壳体的端盖(帽盖)

3A 第一缸壳体

3B 第二缸壳体

4 活塞杆

4A 在第一缸中拉动活塞头

4B 在第二缸中拉动活塞头

5A 在第一缸中推动活塞头

5B 在第二缸推动活塞头

6A 支架，下闸板和活塞杆/活塞管状件之间的过渡

6B 高闸板和活塞管状件之间的过渡

7B 支架，高闸板和活塞杆之间的过渡

8A 下闸板叶片，第一闸板

8B 更高闸板叶片，第二闸板

9 密封，垫圈

10 剪切闸板防喷器

11 第二活塞杆装置的第二活塞头

12 第一活塞杆装置的第一活塞头

13 第二活塞杆装置的第一活塞头

14 第一活塞杆装置的第二活塞

15 剪切闸板防喷器的井筒/闸壁开口

16 阀壳体的高压入口，其与第一缸壳体和第二缸壳体的高压入口流体连接。

Claims

1.一种剪切闸板防喷器(10)，至少包括：

b)阀壳体(1)，具有与所述阀壳体(1)的纵向轴线(X)轴向对齐的第一缸壳体(3A)和垂直(Z)于所述第一缸壳体轴线(X)的闸阀开口(15)；

c)第一活塞杆装置和第二活塞杆装置，其中；

I.所述第一活塞杆装置包括第一活塞头(12)和第一闸板(8A)，所述第一活塞头(12)轴向地(X)布置在所述第一活塞杆装置的一端，所述第一闸板(8A)具有远离所述第一活塞杆装置的所述第一活塞头(12)的第一叶片开口，以及

II.所述第二活塞杆装置包括第二活塞头(11)和第二闸板(8B)，所述第二活塞头(11)轴向(X)与布置在所述第二活塞杆装置的一端，所述第二闸板(8B)带有第二叶片开口，第二叶片开口远离所述第二活塞杆装置的所述第二活塞头(11)；

所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置彼此可滑动接合，两者都被布置在所述阀壳体(1)和所述第一缸壳体(3A)中，所述第一活塞杆装置的所述第一活塞头(12)和所述第二活塞杆装置的所述第二活塞头(11)被布置在所述第一缸壳体(3A)中，所述第一缸壳体(3A)中的所述活塞头(11，12)之间设置有轴向距离，在所述第一缸壳体(3A)中的所述活塞头(11，12)之间设置有高压入口(16)，从而产生所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置的双重作用推拉运动，并致所述第一闸板(8A)和所述第二闸板(8B)发生反向运动。

2.根据权利要求1所述的一种剪切闸板防喷器，进一步包括：

·所述阀壳体(1)包括第二缸壳体(3B)，所述第二缸壳体(3B)与所述第一缸壳体(3A)轴向(X)对齐，并且同心地布置在所述第一缸壳体(3A)相反端，所述第二缸壳体(3B)远离所述闸阀开口(15)布置；

·所述第一活塞杆装置进一步包括第二活塞头(14)和第一闸板(8A)，所述第二活塞头(14)轴向地布置在所述第一活塞头(12)的相对端，具有第一叶片开口的所述第一闸板(8A)被布置在所述第一活塞头(12)和所述第二活塞头(14)之间，以及

·所述第二活塞杆装置进一步包括第一活塞头(13)和第二闸板(8B)，所述第一活塞头(13)轴向地布置在所述第二活塞头(11)的相对端，具有第二叶片开口的所述第二闸板(8B)被布置在所述第一活塞头(13)和所述第二活塞头(11)之间；

所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置都进一步被布置在所述第二缸壳体(3B)中，所述第二活塞杆装置的所述第一活塞头(13)和所述第一活塞杆装置的所述第二活塞头(14)被布置在所述第二缸壳体(3B)内，所述第一缸壳体(3A)和所述第二缸壳体(3B)中活塞头设置有轴向距离，分别在所述第一缸壳体(3A)和所述第二缸壳体(3B)中的两个活塞头之间布置有高压入口。

3.根据权利要求1或2所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一缸壳体和所述第二缸壳体包括低压返回出口，所述低压返回出口被布置在所述第一缸壳体和所述第二缸壳体的低压腔室部分中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一活塞杆装置和第二活塞杆装置进一步包括与所述第一活塞头连接的管状区段，其中所述第一活塞头具有同心开口，所述同心开口具有与所述管状区段相同或更大的内径，所述第一活塞杆装置和所述第二活塞杆装置设置有一个连接到所述第二活塞头的活塞杆，所述活塞杆的外径小于所述管状区段的内径，从而便于所述活塞杆装置的活塞杆部分在所述活塞杆装置的所述管状区段内的移动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一闸板和所述第二闸板设置有开口，所述开口的直径大致类似于所述闸阀开口的井筒的直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述阀壳体包括具有套环的上螺栓连接件和下凸缘螺栓连接件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述阀壳体设置有第一接触面和第二接触面，所述第一接触面用于与所述第一活塞杆装置的所述第一下闸板滑动接合，所述第二接触面用于与所述第二活塞杆装置的第二上闸板滑动接合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述闸阀开口的所述井筒在其侧壁中设置有用于环形垫圈的至少一个空腔。

9.根据权利要求8所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，在所述第一接触面附近设置有至少一个第一空腔作为所述井筒开口中的第一空腔。

10.根据权利要求8或9所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述第一空腔中设置有第一环形垫圈。

11.根据权利要求10所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述井筒同轴方向上的所述第一环形垫圈的厚度小于所述井筒同轴方向上的所述空腔的高度，从而在所述第一环形垫圈和所述接触面下游的所述第一空腔之间产生间隙。

12.根据权利要求8–11任意一项所述的一种剪切闸板防喷器，其特征在于，所述闸阀开口的所述井筒在其侧壁中设置有用于第二环形垫圈的第二空腔，所述第二空腔被布置在所述第一闸板和所述第二闸板上游的所述第二接触面附近。

13.一种用于密封井筒的方法，其至少包括以下步骤：

将所述第一活塞杆组装到所述第二活塞管状杆内从而形成一种两个活塞装置的组件；

将所述两个所述活塞装置的组件插入所述第一缸壳体内，使得所述第一活塞头和所述第二活塞头之间轴向地间隔分布，所述高压流体入口设置在活塞头间隔之间，因此，当来自所述高压流体入口的流体压力高于所述低压出口的压力时，造成所述第一闸板和所述第二闸板的移动，形成推拉式闸板致动器，并且

将所述推拉致动器组装到阀壳体。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供第一活塞装置，所述第一活塞装置具有第一活塞管状杆和连接于所述第一活塞管状杆的第二活塞头，其中所述第二活塞头具有圆形同心开口，并且其中所述第二活塞头轴向地位于所述第一活塞装置的所述第一活塞头的相对端；

提供第二活塞装置，所述第二活塞装置具有第二活塞杆和第二活塞头，所述第二活塞头连接于所述第二活塞杆并且轴向地被布置在所述第二活塞装置的所述第一活塞头的相对端；

将所述第二活塞组装到所述第一活塞管状杆内，从而形成一种两个活塞装置的组件；

提供第二缸壳体，其中所述第二缸壳体设置有一个高压流体入口和两个低压出口；

将所述第一活塞装置的所述第二活塞头和所述第二活塞装置的所述第二活塞头的组件布置于所述第二缸壳体内，使得第二缸中的活塞头之间轴向地间隔分布，所述高压流体入口布置在活塞头间隔之间，从而形成一个双缸推拉式闸板致动器。