CN111094692A

CN111094692A - 防喷器闸板封隔器组件

Info

Publication number: CN111094692A
Application number: CN201980003063.3A
Authority: CN
Inventors: F.塞勒姆萨利赫阿拉梅里
Original assignee: Abu Dhabi National Oil Co
Current assignee: Abu Dhabi National Oil Co
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: DE112019000074T5; RO134333A2; WO2019138351A1; CN111094692B; US20200370388A1; US10982501B2; AU2019206422A1

Abstract

本发明涉及一种防喷器的闸板组件，并且尤其涉及一种适于单次使用的管闸板前封隔器组件(100)，其包括由金属材料形成的填料(110)，在其处金属材料可充分变形以在钻管的外周周围塌缩以密封防喷器开孔的环带。

Description

防喷器闸板封隔器组件

技术领域

本发明涉及一种防喷器(blowout preventer)的闸板组件(ram assembly)，并且更具体地涉及一种改进的管闸板前封隔器组件(pipe ram front packer assembly)。

背景技术

防喷器在石油和天然气行业各处得到广泛使用。典型的防喷器用作大型专用阀或类似的机械装置，其用于密封、控制和监测油气井。防喷器大体分为两大类：闸板防喷器和环形防喷器。

防喷器中使用的闸板单元可用于剪切和密封钻管(drill pipe)，或可用于通过密封杆来密封钻管周围的环带(annulus，有时也称为环空)。前一种剪切闸板和后一种管闸板通常相互结合使用，在其处防喷器由沿单个管的堆叠式防喷器组成。如果闸板中的一个或多个发生故障，则堆叠构造可提供用于冗余和备份。

防喷器包括带有垂直开孔的主壳体。根据行业中已知的任何方式，可将闸板阀盖组件以螺栓连接到壳体。每个阀盖组件包括活塞，该活塞可通过作用在活塞的一侧上的加压液压流体在阀盖组件的闸板腔内横向移动。每个活塞的相对侧可连接到闸板或封隔器。取决于闸板是剪切闸板(用于剪切钻管)还是管闸板(用于密封开孔和管的外周之间的环带)，则闸板的设计会有所不同。

剪切闸板设计为朝防喷器的垂直开孔横向移动，以剪切或密封位于其中的任何物体。管闸板通常在其前面(front face)具有半圆形开口，以在管的外周的一半附近形成密封。当相对的管闸板关闭时，相对的管闸板相互接合并密封物体的整个外周。开孔和管之间的环带因此有效地密封。

管闸板组件包括由弹性体或橡胶材料构成的填充体。当闸板围绕钻管闭合时，填充材料邻接管的外周以形成密封。填充体的弹性或橡胶材料位于上板和下板之间。

在高温下或面对高浓度的酸性气体(如H₂S浓度高于35％)时，闸板封隔器变得容易受到机械磨损影响。在高温下(如超过200℃)，闸板封隔器的弹性体或橡胶材料可降解并破裂，并且可挤出经过闸板封隔器的上板，进入防喷器钻孔。封隔器的塌缩直接影响闸板封隔器的密封能力。此外，高酸性气体浓度可能腐蚀弹性体或橡胶材料。当这种情况发生时，气体可能会穿过环带并渗透到表面。有害气体会对钻机和上方的工人造成危险。由于这些原因，井将关闭，或备选地不可用于勘探。

发明内容

本发明的目的在于至少部分地解决这些问题，并提供一种管闸板封隔器组件，其适于在防喷器的开孔中的物体上密封，特别是在高温下。更具体地，一种管闸板封隔器组件，其适合于在物体上密封，其中该密封件在很大程度上抵抗高达且超过35％的H₂S浓度或其它高酸性气体。

根据本发明，提供了一种用于管闸板的封隔器组件，其中该组件包括：

封隔器本体，其具有包括上板和下板的前面；

位于板之间的填料(packing)，其具有用于接合物体的前面，其中；

填料是可塌缩的金属材料。

填料可延伸经过上板和下板的前面。

金属材料可包括合金金属718；进一步地，该材料可包括不锈钢A182；更进一步地，该材料可包括铝；甚至更进一步地，该材料可包括可不同于合金金属718或不锈钢A182或铝的金属，只要该金属通过活塞的激活压力下可充分塌缩以在钻管的外周周围变形。

金属材料可包含抗腐蚀性能；进一步，在其处抗腐蚀性能可能要求金属承受'高酸'地层(formation)；更进一步，在其处可能要求金属承受高达35％的H₂S浓度。

金属材料可包含耐热特性；进一步，在其处耐热性包括热波动；更进一步，在其处耐热性包括约250℃或更高的温度。

金属材料可包括耐化学影响性。

金属材料可包括抗机械磨损和抗降解的金属；进一步，在其处材料抗成珠或破碎。

封隔器本体的构造可与防喷器的腔相容，并且可与闸板前封隔器互换。

上板和下板可包括在前面中用于容纳钻管的凹部；进一步，填料可包括在前面中用于容纳钻管的凹部。

封隔器本体可包括沿该面的键合构型，进一步，相对的封隔器本体的键合构型可引导相对的闸板(当组合在一起时)以便互锁以对准对置的闸板。

封隔器本体可包括沿本体定位的附接布置，用于将本体附接至用于移动闸板的装置。

可通过使用紧固装置将填料固定在上板和下板与封隔器本体之间；进一步，在其处紧固装置通过延伸穿过填料和上板和下板和封隔器本体而将填料紧固到本体；更进一步，在其处紧固装置可为；一组螺栓或螺钉。

本发明还提供用于封隔器本体为大致成U形；进一步，在其处U形本体由一对相对的臂形成；更进一步，在其处在臂的每个远端处提供用于前面；甚至更进一步，在其处填料可位于相对的臂之间。

填料可延伸经过相对的臂的前面。

封隔器本体可包括在前面中用于容纳钻管的凹部；进一步，填料可包括在前表面(front surface)中用于容纳钻管的凹部。

填料可紧固在封隔器本体的相对臂之间，并使用紧固装置紧固至本体；进一步，在其处紧固装置通过延伸穿过填料和封隔器本体而将填料紧固到本体；更进一步，在其处紧固装置可为；一组螺栓或螺钉。

本发明还提供用于填料的前表面与前面相接。

附图说明

通过参考附图以举例方式对实施例进行的以下描述，本发明的这些和其它特征将变得更加明显，在附图中：

图1：以透视图和横截面图示出了防喷器；

图2：示出了现有技术中可用的封隔器组件的透视图；

图3：示出了现有技术中可用的另一封隔器组件的透视图；

图4：示出了与图2和3中所示的闸板组件一起使用的填充材料的透视图；

图5：示出了防喷器和三种不同类型的闸板组件的横截面透视图；

图6：示出了根据本发明的管闸板封隔器组件的透视图；

图7：示出了根据本发明的另一实施例的管闸板封隔器组件的透视图；

图8：示出了根据本发明的另一实施例的管闸板封隔器组件的透视图；以及

图9：以透视图以逐步方式示出了根据本发明的管闸板组件的使用。

具体实施方式

参看图1至4，其示出了用于密封、控制和监测油气井的防喷器布置的选定构件。附图指的是本领域中常见的构件，并且依次包括：防喷器、第一和第二类闸板组件以及填充体。

图1示出了防喷器10。该防喷器包括壳体12和一对阀盖组件14，其围绕延伸穿过壳体中心的垂直开孔16沿直径方向相对。

当已将防喷器10安装在井口上时，钻管(未示出)穿过中心开孔16延伸。在开孔的内表面和钻管的外周之间形成有环带(也未示出)。

每个阀盖组件14容纳闸板组件18。闸板组件包括连接至杆22的封隔器组件20。这些闸板连接到使闸板在两个方向上移动的装置。第一方向向内以关闭中心开孔16，而第二且相反方向向外以打开开孔。

防喷器10通过将凸缘24固定到口而连接到井眼口(未示出)。通过将凸缘固定到连接部件26，可将其它的防喷器彼此堆叠在一起。堆叠式防喷器提供额外的密封和冗余，以密封井眼口。

转到图2和图3，其示出了两种不同类型的闸板封隔器组件的示例。图2示出了剪切式全封闭闸板20A，而图3示出了管闸板20B。封隔器本体28容纳在闸板组件20A和20B内。

如图2中所示，剪切式全封闭闸板将剪切开孔中的钻管，并然后弯曲剪切管的下区段。这允许闸板关闭并密封。对于这种剪切闸板的一种变型是在管上关闭的TYPE 72剪切闸板。剪切管，并持续按压端部，直到形成鱼尾，进一步密封管。

图3示出了包括封隔器28的管闸板20B。管闸板包括一对相对的板，具有在其之间定位的封隔器，以及沿闸板的前面的凹入区域，用于当闸板关闭时接收钻管。通常由弹性体材料形成的封隔器在闸板向内移动时在管周围提供紧密的密封，以封闭并有效地将闸板下方的区域与其上方的区域密封。

图4示出了封隔器本体30，其通常与不同类型的闸板组件一起使用。封隔器通常由弹性体或橡胶材料形成。封隔器包括延伸穿过固定装置34的一对孔口32。或在首次安装闸板时，或一旦封隔器已经变得磨损并且必须用新的封隔器在闸板组件中更换，则固定装置和孔口用于将封隔器固定至闸板组件。

图5以透视图示出了防喷器36、阀盖组件38、中心开孔40和不同类型的闸板组件，以及当关闭放置在开孔内的物体时它们如何移动(根据箭头A和B)。

从左到右，图5示出了全封闭闸板(用于密封开孔)、管闸板和剪切闸板。尚未明确处理其它类型的闸板(可变闸板)。这些闸板在闸板的前面处包括凹口，该凹口'可变'以容纳不同直径的钻管。

现在转向图6，其示出了根据本发明的管闸板组件。本发明的目的在于提供一种改进的封隔器组件，其与上面论述的防喷器10,36的阀盖18,38兼容。进一步用于使改进的封隔器组件替换现有技术中当前可用的闸板封隔器组件或至少可与其互换，如封隔器组件20,20A和20B。

因此，图6示出了根据本发明的用于管闸板的封隔器组件100。

组件100包括封隔器本体102，其具有包括上板106和下板108的前面104。位于板之间的是具有前表面112的填充材料110，其中该材料是可塌缩的金属材料。

填料110延伸经过上板106和下板108的前面104。

填料是由合金718或不锈钢A182或铝金属组成的金属材料。本领域技术人员可认识到，该材料可由除合金718、不锈钢A182或铝以外的任何金属组成，只要该金属可通过变形而充分塌缩(例如，可塌缩以围绕钻管的外周变形以密封防喷器开孔中的环带)。

该材料可选自显示出抗腐蚀性能的金属材料，这种抗腐蚀性能可能要求金属在形成机械密封件时能承受达到和高于35％的H₂S浓度。在一个或多个实施例中，需要材料在“高酸”地层中形成密封。

该材料由对温度波动或化学影响或压力变化造成的机械磨损或降解具有抵抗性的金属组成。

该材料可抵抗成珠(beading，有时也称为卷边)或碎裂或类似的降解，其导致填料的一部分破裂并流入开孔中。

上板106和下板108包括用于容纳钻管的凹部114。凹部可为前面的弧形切口的形式，弧形形状可取决于钻管的直径随闸板变化。

填料110包括用于容纳钻管的凹部116。凹部可为前面的弧形切口的形式，弧形形状可取决于钻管的直径随闸板变化。

封隔器本体102包括与表面104相对的附接布置118，用于将本体附接至用于移动闸板的装置。

封隔器本体102沿前面104分别包括键合构型120A和120B。相对的封隔器本体的键合构型120A和120B可在聚在一起时接合并引导相对的闸板，以互锁来对准相对的闸板。

图7示出了根据本发明的另一实施例的封隔器组件100A。该组件示出了具有大体上均匀的前表面112A的填料110，也就是说，没有如图6中所示的凹部114。

转到图8，其示出了根据本发明的另一实施例的封隔器组件100B。

封隔器组件100B包括大致成U形的封隔器本体102B，并包括一对相对的臂122和124。

填充材料110B分别位于相对的臂122和124之间。

前面104由相对的臂122和124的每个远端形成。

填料110延伸经过填充体102B的前面104。

封隔器本体100B包括用于容纳钻管的凹部114，该凹部形成在相对的臂122和124的远端中。凹部可为前面的弧形切口的形式，弧形形状可取决于钻管的直径随闸板变化。

图9中描绘了所述种类的隔板封隔器组件。该图通过图9A至9E逐步示出了当闸板组件100与物体(在本例中为钻管)产生接触时，填料110以其塌缩的方式。

图9示出了没有防喷器10的封隔器组件100，但是应当理解，当其移动通过阀盖时，闸板的移动可转换成闸板在防喷器内的向内或向外的移动。

封隔器组件100在放在一起时(例如向内)将封闭竖直开孔16中的环带。填充材料110的前表面112将首先接触钻管，在钻管的外周和填充材料之间提供金属对金属的接触。

封隔器组件100的进一步向内移动将挤压钻管周围的填充材料110。填料(其是可塌缩的材料并且具有小于管的硬度的硬度)在管周围变形。组件的继续向内移动使填料进一步变形，这导致填充材料起皱。

压成与管牢固抵接的填料110在填料和管之间形成金属对金属的密封。封隔器本体102的前面104继续在管上闭合，使得键合构型120A和120B互锁以对准闸板并补充密封。与如在现有技术中当前的弹性体密封件或橡胶密封件相反，开孔的环带用金属“垫圈”有效地密封。

密封通过管和填充材料110之间的金属对金属邻接形成。这种密封不太容易受到温度波动或化学影响的影响。填料克服了目前在闸板封隔器中使用的弹性体材料的缺点，这种弹性体材料在高温或低温下易于降解，或易受化学影响、如高酸或高H₂S浓度的地层、特别是高于35％的影响。

改进的封隔器组件100提供用于密封井眼的单一操作，其中塌缩的填充材料110在使用后必须被更换。当闸板向外移动时，则填料将保持塌缩和褶皱的形状(例如，填料将不会弹回至其原始形状，或将其放置在与管邻接之前的形状)。填料不是弹性体材料，并且需要在使用后更换闸板或闸板的填充材料。

封隔器本体102可与本领域中常见的当前封隔器互换，进一步，封隔器本体102与本领域中可用的阀盖18,36和防喷器10,36兼容。

当闸板向内移动时，可塌缩的可变形金属材料提供用于改进的环带密封和钻管周围的密封。改进的封隔器由于在操作期间的屏障保证针对这些场地进行勘探活动，改进的封隔器可释放高酸性地层潜力，在其处它为钻探人员提供了更长时段内的额外机械屏障确认以控制井。

尽管已经选择了所选择的实施例来说明本发明，并且在此描述了具体示例，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，说明书中可针对各种改变和修改。因此，本领域的技术人员将理解，这里呈现的本发明的特定实施例仅借助于说明，且绝不意味着限制性；因此，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可进行许多改变和修改，并且充分利用等同物。

Claims

1.一种用于管闸板的封隔器组件，其中所述组件包括：

封隔器本体，其具有包括上板和下板的前面；

位于板之间的填料，其具有用于接合物体的前表面，其中；

所述填料是可塌缩的金属材料。

2.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述金属材料选自以下之一：合金金属718、不锈钢A182、铝或除合金金属718或不锈钢A182或铝以外的其它金属，只要该金属可足够塌缩以在钻管的外周周围变形。

3.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述金属材料选自设计用于承受'高酸'地层的耐腐蚀金属。

4.根据权利要求3所述的封隔器组件，其中，所述'高酸'地层包括呈现高于35％的H₂S浓度的地层。

5.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述金属材料是耐热的。

6.根据权利要求5所述的封隔器组件，其中，所述耐热性包括处于或高于约250℃的温度。

7.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述金属材料包括耐化学影响性。

8.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述金属材料耐机械磨损、降解和成珠。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的封隔器组件，其中，所述封隔器本体与防喷器的腔兼容，并且能够与闸板前封隔器互换。

10.根据权利要求9所述的封隔器组件，其中，所述上板和所述下板包括在所述前面中用于容纳钻管的凹部。

11.根据权利要求9所述的封隔器组件，其中，所述封隔材料包括在所述前表面中用于容纳钻管的凹部。

12.根据权利要求9所述的封隔器组件，其中，所述封隔材料包括在所述前表面中用于容纳钻管的大致平坦的表面。

13.根据权利要求1所述的封隔器组件，其中，所述封隔器本体包括沿所述面的至少一个键合构型。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的封隔器组件，其中，所述封隔器本体大致成U形，具有在其近端处连接的一对相对的臂。

15.根据权利要求14所述的封隔器组件，其中，所述前面由所述相对的臂的远端形成。

16.根据权利要求15所述的封隔器组件，其中，所述填料位于所述相对的臂之间。

17.根据权利要求16所述的封隔器组件，其中，所述相对的臂的远端包括用于容纳钻管的凹部。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的封隔器组件，其中，所述封隔器延伸经过所述前面。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的封隔器组件，其中，所述填料与所述前面相接。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的封隔器组件，其中，所述填料在使用后是可更换的。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的封隔器组件，其中，所述封隔器本体能够与本领域中常见的封隔器互换。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的封隔器组件，其中，所述封隔器本体能够与本领域中可用的阀盖和防喷器兼容。