CN111764860A - 井眼控制设备和维护其内部的方法、用于密封井眼的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井眼控制设备，所述井眼控制设备包括：壳体，所述壳体具有用于限定路径的导向元件，所述壳体限定用于容纳管状件的通孔；第一锥形闸门和第二锥形闸门，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门位于所述壳体内，并适于与所述导向元件啮合，其中，在使用中，通过致动力作用，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门能够沿所述导向元件限定的路径在大体垂直于所述通孔的方向上在所述通孔的打开位置和所述通孔的关闭位置之间移动；以及第一密封座，所述第一密封座用于在所述关闭位置与所述第一锥形闸门形成第一密封，以密封所述通孔。本发明还涉及维护所述井眼控制设备的内部的方法、以及密封井眼的方法。

Description

井眼控制设备和维护其内部的方法、用于密封井眼的方法

本申请是2014年6月16日提交的、发明创造名称为“井眼控制系统”、 申请号为201480044317.3(国际申请号为PCT/GB2014/051842)的发明专 利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种井眼控制设备，其用于密封井眼，且更具体地但非排他 地用于密封具有管状件(如修井或钻探导管)或者修护工具穿过的井眼。本 发明还涉及用于维护井眼控制设备的内部的方法以及用于密封井眼的方法。

背景技术

在油气工业中，生产井或探井设置有一个或多个井眼控制装置，例如用 于在紧急情况下密封井眼以保护人员和环境的防喷器或立管控制装置。

井眼控制装置大多为防喷器(BOPs)并包括各种成套的闸板。其中， 通常具有如下三种基本类型：管子闸板，用于环绕穿过井眼控制装置的管子 或管状件而关闭；盲闸板，用于在没有管状件穿过井眼控制装置的情况下密 封井眼；以及，剪切闸板，用于切断存在于井眼中的任意管状件。所有成套 的闸板均垂直于井眼安装，其中是井眼竖直取向的。当井内由于超压状况而 发生井喷(Blowout)时，可以触发剪切闸板，以剪断设置于井眼内并穿过 井眼控制装置的管状件，从而密封井眼并防止井产流体的溢流。剪切闸板被 致动以在水平面上移动，且该剪切闸板由直列的活塞驱动。现有的BOPs和 井眼控制装置大多具有多种缺点，例如，密封通常利用弹性密封件获得，而 这类密封件在需要抑制具有的高温和高压流体的更积极的井时会受到限制。 此外，现有的直列活塞的结构构成非常大且重的结构，其难以调动且造价昂 贵。

通过使用阀来密封通孔能够改善井眼的密封。但是，多数可用的阀(如 具有硬化的切削刃的球阀)仅能够切断非常有限范围的管状件或导管，且其 中大多为2-3英寸的较小的直径，如连续油管。

英国专利GB2454850B公开了一种改进的井眼控制阀，该井眼控制阀比 传统BOPs更紧凑，其中，切割闸门和致动器平行设置以减小装置的整体长 度。操作致动器以拉动切割刀片和闸门沿相反方向穿过孔眼，从而提供剪切 力，以切断井眼内的管状件；然后，闸门将井密封并与两个单独的密封件啮 合以提供独立的金属对金属的密封。

有必要进一步改进前述井眼控制装置，以进一步改善密封性、密封件的 维修和更换以及一般装置的维修。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种井眼控制设备，包括：

壳体，该壳体具有用于限定路径的导向元件，所述壳体限定用于容纳 管状件的通孔；

第一锥形闸门和第二锥形闸门，该第一锥形闸门和第二锥形闸门位于 所述壳体内，并适于与导向元件啮合，其中，在使用中，通过致动力作用， 该第一锥形闸门和第二锥形闸门能够沿所述导向元件限定的路径在大体垂 直于所述通孔的方向上在所述通孔的打开位置和该通孔的关闭位置之间移 动；以及

第一密封座，该第一密封座用于在所述关闭位置与第一闸门形成第一 密封，以密封所述通孔。

所述井眼控制设备可以包括第二密封座。该第二密封座可以适于在所述 关闭位置与第二闸门形成第二密封，以密封所述通孔。

所述第一密封和/或第二密封可以使得通过所述通孔的流体流动最小化 或阻止流体流过所述通孔，所述流体例如为井眼流体。

所述导向元件可以设置为：在使用中，该导向元件致动所述第一闸门和 /或第二闸门，以使该第一闸门和/或第二闸门在所述关闭位置分别与所述第 一密封座和/或第二密封座密封啮合。例如，在所述关闭位置，所述第一闸 门和/或第二闸门可以分别与所述第一密封座和/或第二密封座邻接，以形成 所述第一密封和/或第二密封。通过设置导向元件以将第一闸门和/或第二闸 门致动至分别与第一密封座和/或第二密封座密封啮合，当所述第一闸门和 第二闸门中任一者处于关闭位置时，所述通孔即可被密封。可选地或附加地， 当所述第一闸门和第二闸门均处于关闭位置时，所述通孔被密封。

当所述第一闸门和/或第二闸门从所述打开位置向所述关闭位置移动 时，所述导向元件可以导致该第一闸门和/或第二闸门产生位移，该位移的 方向是沿垂直于该第一闸门和/或第二闸门的大体为横向运动的方向。由所 述导向元件导致的所述第一闸门和/或第二闸门的位移沿平行于所述通孔的 方向。所述第一闸门和/或第二闸门的位移使得对应的所述第一密封座和/或 第二密封座内的材料产生偏转，以激励所述第一密封和/或第二密封。

所述导向元件致动所述第一闸门和第二闸门，使得该第一闸门和第二闸 门在所述关闭位置彼此独立地提供第一密封和第二密封。通过将第一闸门和 第二闸门设置为在关闭位置彼此独立地密封通孔，可以提供具有失效保护的 井眼控制设备。

当所述第一闸门和第二闸门处于关闭位置时，该第一闸门和第二闸门的 锥形部可以使得该第一闸门和第二闸门彼此共同作用。

所述导向元件可以沿大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体中。所 述导向元件可以相对所述壳体的纵向轴线倾斜或下降。所述导向元件可以设 置在所述壳体中以相对所述壳体的纵向轴线限定锐角。

在一些实施方式中，所述导向元件可以具有一个突起、沟槽和/或凹槽， 如细长的突起、沟槽和/或凹槽。该一个突起、沟槽和/或凹槽以大体横向于 所述通孔的方向设置在所述壳体内。在其他实施方式中，所述导向元件可以 具有多个突起、沟槽和/或凹槽，如细长的突起、沟槽和/或凹槽。所述多个 突起、沟槽和/或凹槽可以以大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体内。 该多个突起、沟槽和/或凹槽中的各个突起、沟槽和/或凹槽可以彼此平行设 置。

所述壳体可以包括一个或多个导向元件。在一些实施方式中，壳体可以 包括第一导向元件和第二导向元件。该第一导向元件和第二导向元件设置在 所述壳体内并彼此相对。例如，该第一导向元件和第二导向元件可以设置在 壳体内的两个相对的表面上。

所述第一闸门和/或第二闸门可以适于与所述导向元件啮合。所述第一 闸门和/或第二闸门包括啮合元件。该啮合元件可以设置在第一闸门和/或第 二闸门上。该啮合元件设置为用于与所述壳体的所述导向元件匹配、交互和 /或共同作用。在一些实施方式中，所述啮合元件可以具有一个另外的突起、 沟槽和/或凹槽，该一个另外的突起、沟槽和/或凹槽例如用于与所述导向元 件的相应的突起、沟槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。在其他实施方 式中，所述啮合元件可以具有多个另外的突起、沟槽和/或凹槽，该多个另外的突起、沟槽和/或凹槽例如用于与所述导向元件的相应的多个突起、沟 槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。在一些实施方式中，所述啮合元件 与第一闸门和/或第二闸门的锥形部共线或对齐。

第一闸门和/或第二闸门可以包括一个或多个啮合元件。该多个啮合元 件可以设置为用于与壳体的一个或多个导向元件匹配、交互和/或共同作用。 在一些实施方式中，所述第一闸门和/或第二闸门可以具有第一啮合元件和 第二啮合元件。该第一啮合元件和第二啮合元件设置在该第一闸门和/或第 二闸门的相对侧或相对面上。改第一啮合元件和第二啮合元件可以设置在第 一闸门和/或第二闸门上，以与壳体的相应的第一导向元件和第二导向元件 匹配、交互和/或共同作用。

所述啮合元件可以沿第一闸门和/或第二闸门的长度或纵向方向设置在 第一闸门和/或第二闸门上。所述啮合元件可以相对所述第一闸门和/或第二 闸门的纵向轴线倾斜或下降。该啮合元件可以设置在第一闸门和/或第二闸 门上，以相对第一闸门和/或第二闸门的纵向轴线限定锐角。

在一些实施方式中，所述啮合元件限定的锐角可以与导向元件限定的锐 角相同。在其他实施方式中，啮合元件限定的锐角可以与导向元件限定的锐 角不同。

所述第一闸门和/或第二闸门可以包括第一金属闸门和/或第二金属闸 门。所述第一密封座和/或第二密封座可以包括第一金属密封座和/或第二金 属密封座。在所述关闭位置，所述第一闸门和/或第二闸门与相应的所述第 一密封座和/或第二密封座啮合或邻接，以形成相应的第一金属对金属的密 封和/或第二金属对金属的密封。

在所述关闭位置，所述第一闸门和/或第二闸门以及/或者所述第一啮合 元件和/或第二啮合元件可以与所述导向元件和/或壳体啮合或邻接，以在所 述第一闸门和/或第二闸门与所述导向元件和/或壳体之间形成另外的第一 密封和/或第二密封，如另外的第一金属对金属的密封和/或第二金属对金属 的密封。

第一闸门和/或第二闸门可以对应包括第一剪切元件和/或第二剪切元 件。该第一剪切元件和/或第二剪切元件可以设置在相应的第一闸门和/或第 二闸门的端部。该第一剪切元件和/或第二剪切元件可以适于割断包含在通 孔内的管状件。例如，当第一闸门和/或第二闸门从打开位置移向关闭位置 时，第一剪切元件和/或第二剪切元件可以割断包含在通孔内的管状件。

井眼控制设备可以包括第一闸门致动器和/或第二闸门致动器。该第一 闸门致动器和/或第二闸门致动器可以包含在壳体中。该第一闸门致动器和/ 或第二闸门致动器可以对应连接于第一闸门和/或第二闸门，以在打开位置 和关闭位置之间移动该第一闸门和/或第二闸门。

根据第二方面，提供一种井眼控制设备，包括：

壳体，该壳体限定用于容纳管状件的通孔；

第一闸门和第二闸门，在使用中，该第一闸门和第二闸门能够沿横向 于所述通孔的方向在所述通孔的打开位置和该通孔的关闭位置之间移动；

第一致动器部，该第一致动器部包括连接于所述第一闸门的第一闸门 致动器，以用于在所述打开位置和关闭位置之间移动所述第一闸门；

第二致动器部，该第二致动器部具有连接于所述第二闸门的第二闸门 致动器，以用于在所述打开位置和关闭位置之间移动所述第二闸门；以及

连接装置，该连接装置用于将所述第一致动器部和第二致动器部彼此 固定和/或紧固。

所述第一致动器部和/或第二致动器部可以为壳体的部分。该第一致动 器部和第二致动器部(在其他实施方式，定义为活塞)可以同轴设置于壳体 内。该第一致动器部和第二致动器部可以设置在通孔外。

所述连接装置设置为彼此偏压和/或拉近所述第一致动器部和第二致动 器部。该连接装置可以设置为沿所述壳体的纵向方向彼此偏压和/或拉近所 述第一致动器部和第二致动器部。该连接装置可以向内或朝向通孔偏压和/ 或拉近所述第一致动器部和第二致动器部。该连接装置可以在第一致动器部 和第二致动器部产生或施加向内力和/或载荷(如朝向通孔的力和/或载荷)。

在使用中，当第一闸门和第二闸门从所述通孔的打开位置向关闭位置移 动时，所述第一致动器和第二致动器至少部分地被向外致动。在使用中，所 述第一致动器和第二致动器在所述第一致动器部和第二致动器部上产生或 施加向外的作用力和/或载荷，如沿远离所述通孔方向的力和/或载荷。例如， 当第一致动器和第二致动器(如活塞)使相应的第一闸门和第二闸门移入关 闭位置时，可以在第一致动器部和第二致动器部上作用向外的力和/或载荷。

在使用中，当第一闸门和第二闸门移动至关闭位置时，由所述连接装置 施加于第一致动器部和第二致动器部上的力和/或载荷与由第一致动器和第 二致动器施加于第一致动器部和第二致动器部上的力和/或载荷具有相对或 相反的方向。

在使用中，所述连接装置为作用于所述第一致动器部和第二致动器部以 及/或者所述壳体上的力和/或载荷提供加载路径。在使用中，当所述第一活 塞和第二活塞分别使得所述第一闸门和第二闸门从通孔的打开位置向关闭 位置移动或致动以远离通孔时，所述连接装置使得第一致动器部和第二致动 器部的运动最小化或阻止该运动(如向外运动)。

所述连接装置设置于所述通孔外。该连接装置可以沿所述壳体、第一致 动器部和/或第二致动器部的纵向方向延伸。所述连接装置可以包括一个或 多个细长件。所述一个或多个细长件中的每一个包括第一部分和第二部分。 该一个或多个细长件中的每一个的第一部分设置于第一致动器部上或从该 第一致动器部延伸。该一个或多个细长件中的每一个的第二部分设置于第二 致动器部上或从该第二致动器部延伸。该一个或多个细长件中的每一个的第 一部分和第二部分彼此相对设置。在一些实施例中，所述一个或多个细长件 中的第一部分和第二部分可以包括螺纹结构(如螺纹等)。

所述连接装置可以包括一个或多个连接件。该一个或多个连接件适于将 所述一个或多个细长件的第一部分和第二部分对应连接在一起。该一个或多 个连接件各自具有另外的第一螺纹结构和第二螺纹结构(如螺纹等)。该一 个或多个连接件的第一螺纹结构和第二螺纹结构可以与所述一个或多个细 长件的第一部分和第二部分的螺纹结构啮合和/或共同作用。

所述一个或多个连接件适于调整和/或改变作用在第一致动器部和第二 致动器部之间的张力。例如，所述一个或多个连接件适于调整和/或改变作 用在相应的所述一个或多个细长件的第一部分与第二部分之间和/或第一致 动器部和第二致动器部之间的张力。例如，通过移动或转动所述一个或多个 连接件以移动或拉近第一致动器部和第二致动器部，可以改变作用在所述一 个或多个细长件的第一部分与第二部分和/或第一致动器部和第二致动器部 之间的张力，或者，通过移动或转动所述一个或多个连接件以释放作用在第 一致动器部和第二致动器部之间的张力。

在第一方面限定的特征可以应用于该第二方面。

根据本发明的第三方面，提供一种井眼控制设备，包括：

壳体，该壳体具有用于限定路径的导向元件，所述壳体限定用于容纳 管状件的通孔；

第一闸门和第二闸门，该第一闸门和第二闸门位于所述壳体内，并适 于与导向元件啮合，其中，在使用中，该第一闸门和第二闸门能够沿所述导 向元件限定的路径在大体垂直于所述通孔的方向上在所述通孔的打开位置 和该通孔的关闭位置之间移动；以及

第一密封座，该第一密封座用于在所述关闭位置与第一闸门形成第一 密封，以密封所述通孔。

所述井眼控制设备可以包括第二密封座。该第二密封座可以适于在所述 关闭位置与第二闸门形成第二密封，以密封所述通孔。

所述第一密封和/或第二密封可以使得通过所述通孔的流体流动最小化 或阻止流体流过所述通孔，所述流体如为井眼流体。

所述导向元件可以设置为：在使用中，该导向元件致动所述第一闸门和 /或第二闸门，以使该第一闸门和/或第二闸门在所述关闭位置分别与所述第 一密封座和/或第二密封座密封啮合。例如，在所述关闭位置，所述第一闸 门和/或第二闸门可以分别与所述第一密封座和/或第二密封座邻接，以形成 所述第一密封和/或第二密封。通过设置导向元件以将第一闸门和/或第二闸 门致动至分别与第一密封座和/或第二密封座密封啮合，当所述第一闸门和 第二闸门中任一者处于关闭位置时，所述通孔即可被密封。可选地或附加地， 当所述第一闸门和第二闸门均处于关闭位置时，所述通孔被密封。

当所述第一闸门和/或第二闸门从所述打开位置向所述关闭位置移动 时，所述导向元件可以导致该第一闸门和/或第二闸门产生沿垂直于该第一 闸门和/或第二闸门的大体为横向运动方向的位移。由所述导向元件导致的 所述第一闸门和/或第二闸门的位移是沿平行于所述通孔的方向的。所述第 一闸门和/或第二闸门的位移使得相应的所述第一密封座和/或第二密封座 内的材料产生偏转，以激励所述第一密封和/或第二密封。

所述导向元件致动所述第一闸门和第二闸门，使得该第一闸门和第二闸 门在所述关闭位置彼此独立地提供第一密封和第二密封。通过将第一闸门和 第二闸门设置为在关闭位置彼此独立地密封通孔，可以提供具有失效保护的 井眼控制设备。

所述导向元件可以沿大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体中。所 述导向元件可以相对所述壳体的纵向轴线倾斜或下降。所述导向元件可以设 置在所述壳体中以相对所述壳体的纵向轴线限定锐角。

在一些实施方式中，所述导向元件可以具有一个突起、沟槽和/或凹槽， 如细长的突起、沟槽和/或凹槽。所述一个突起、沟槽和/或凹槽以大体横向 于所述通孔的方向设置在所述壳体内。在其他实施方式中，所述导向元件可 以具有多个突起、沟槽和/或凹槽，如细长的突起、沟槽和/或凹槽。所述多 个突起、沟槽和/或凹槽可以以大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体 内。该多个突起、沟槽和/或凹槽中的各个突起、沟槽和/或凹槽可以彼此平 行设置。

所述壳体可以包括一个或多个导向元件。在一些实施方式中，壳体可以 包括第一导向元件和第二导向元件。该第一导向元件和第二导向元件设置在 所述壳体内并彼此相对。例如，该第一导向元件和第二导向元件可以设置在 壳体内的两个相对的表面上。

所述第一闸门和/或第二闸门可以适于与所述导向元件啮合。所述第一 闸门和/或第二闸门包括啮合元件。该啮合元件可以设置在第一闸门和/或第 二闸门上。该啮合元件设置为用于与所述壳体的所述导向元件匹配、交互和 /或共同作用。在一些实施方式中，所述啮合元件可以具有另外的一个突起、 沟槽和/或凹槽，该另外的一个突起、沟槽和/或凹槽例如用于与所述导向元 件的相应的突起、沟槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。在其他实施方 式中，所述啮合元件可以具有多个另外的突起、沟槽和/或凹槽，该多个另外的突起、沟槽和/或凹槽例如用于与所述导向元件的相应的多个突起、沟 槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。在一些实施方式中，所述啮合元件 与第一闸门和/或第二闸门的锥形部共线或对齐。

第一闸门和/或第二闸门可以包括一个或多个啮合元件。该多个啮合元 件可以设置为用于与壳体的一个或多个导向元件匹配、交互和/或共同作用。 在一些实施方式中，所述第一闸门和/或第二闸门可以具有第一啮合元件和 第二啮合元件。该第一啮合元件和第二啮合元件设置在该第一闸门和/或第 二闸门的相对侧或相对面上。改第一啮合元件和第二啮合元件可以设置在第 一闸门和/或第二闸门上，以与壳体的相应的第一导向元件和第二导向元件 匹配、交互和/或共同作用。

所述啮合元件可以沿第一闸门和/或第二闸门的长度或纵向方向设置在 第一闸门和/或第二闸门上。所述啮合元件可以相对所述第一闸门和/或第二 闸门的纵向轴线倾斜或下降。该啮合元件可以设置在第一闸门和/或第二闸 门上，以相对第一闸门和/或第二闸门的纵向轴线限定锐角。

在一些实施方式中，所述啮合元件限定的锐角可以与导向元件限定的锐 角相同。在其他实施方式中，啮合元件限定的锐角可以与导向元件限定的锐 角不同。

所述第一闸门和/或第二闸门可以包括第一金属闸门和/或第二金属闸 门。所述第一密封座和/或第二密封座可以包括第一金属密封座和/或第二金 属密封座。在所述关闭位置，所述第一闸门和/或第二闸门与相应的所述第 一密封座和/或第二密封座啮合或邻接，以形成相应的第一金属对金属的密 封和/或第二金属对金属的密封。

在所述关闭位置，所述第一闸门和/或第二闸门以及/或者所述第一啮合 元件和/或第二啮合元件可以与所述导向元件和/或壳体啮合或邻接，以在所 述第一闸门和/或第二闸门与所述导向元件和/或壳体之间形成另外的第一 密封和/或第二密封，如另外的第一金属对金属的密封和/或第二金属对金属 的密封。

第一闸门和/或第二闸门可以对应包括第一剪切元件和/或第二剪切元 件。该第一剪切元件和/或第二剪切元件可以设置在相应的第一闸门和/或第 二闸门的端部。该第一剪切元件和/或第二剪切元件可以适于割断包含在通 孔内的管状件。例如，当第一闸门和/或第二闸门从打开位置移向关闭位置 时，第一剪切元件和/或第二剪切元件可以割断包含在通孔内的管状件。

井眼控制设备可以包括第一闸门致动器和/或第二闸门致动器。该第一 闸门致动器和/或第二闸门致动器可以包含在壳体中。该第一闸门致动器和/ 或第二闸门致动器可以对应连接于第一闸门和/或第二闸门，以在打开位置 和关闭位置之间移动该第一闸门和/或第二闸门。

在第一方面和/或第二方面限定的特征可以应用于该第三方面。

根据本发明的第四方面，提供一种用于密封井眼的方法，该方法包括：

提供根据第一方面的井眼控制设备；

从通孔的打开位置向该通孔的关闭位置，沿横向于该通孔的方向致动 或移动第一闸门和/或第二闸门；

使第一闸门与第一密封座啮合；以及

在第一闸门与第一密封座之间形成第一密封，以密封或关闭所述通 孔。

所述第一密封可以使得通过所述通孔的流体流动最小化或阻止流体流 过所述通孔，所述流体如为井眼流体。

所述方法可以包括沿由导向元件限定的路径致动或移动所述第一闸门。 所述导向元件位于所述井眼控制设备的壳体中。所述导向元件可以将所述第 一闸门致动至与所述第一密封座密封啮合。

所述方法可以包括使所述第二闸门与第二密封座啮合。

所述方法可以包括在所述第二闸门与所述第二密封座之间形成第二密 封，以密封或关闭所述通孔。

所述方法可以包括沿由所述导向元件限定的路径致动或移动所述第二 闸门。所述导向元件可以引导所述第二闸门，并使该第二闸门与所述第二密 封座密封啮合。

在第一方面、第二方面和/或第三方面限定的特征可以应用于该第四方 面。

根据本发明的第五方面，提供一种用于将井眼控制设备的第一致动器部 和第二致动器部连接、固定和/或紧固在一起的方法，该方法包括：

提供根据本发明第三方面的井眼控制设备；

利用连接装置将第一致动器部和第二致动器部连接、固定和/或紧固 在一起。

将第一致动器部和第二致动器部连接、固定和/或紧固在一起的步骤包 括：例如利用一个或多个连接件将一个或多个细长件的第一部分和第二部分 连接在一起，所述细长件设置在相应的第一致动器部和第二致动器部上或从 该第一致动器部和第二致动器部延伸。在一些实施方式中，所述一个或多个 细长件中的第一部分和第二部分可以具有螺纹结构(如螺纹等)。所述一个 或多个连接件各自具有第一螺纹结构和第二螺纹结构。该一个或多个连接件 的第一螺纹结构和第二螺纹结构可以与第一细长件和第二细长件的螺纹结构啮合和/或共同作用。

所述方法可以包括：当相应的第一致动器和第二致动器使得第一闸门和 第二闸门从通孔的打开位置向关闭位置移动或致动时，使得所述第一致动器 部和第二致动器部的运动最小化和/或限制该第一致动器部和第二致动器部 的运动，所述运动如向外运动。当第一闸门和第二闸门从通孔的打开位置致 动或移动至关闭位置时，由连接装置施加在第一致动器部和第二致动器部上 的力和/或载荷与由第一致动器和第二致动器施加于第一致动器部和第二致 动器部上的力和/或载荷可以具有相对或相反的方向。

所述方法可以包括调整和/或改变对应的所述一个或多个细长件的第一 部分与第二部分和/或第一致动器部和第二致动器部之间的张力作用。例如， 通过移动或转动所述一个或多个连接件以移动或拉近第一致动器部和第二 致动器部，可以改变所述一个或多个细长件的第一部分与第二部分和/或第 一致动器部和第二致动器部之间的张力作用，或者，通过移动或转动所述一 个或多个连接件，以释放第一致动器部和第二致动器部之间的张力作用。

在第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面限定的特征可以应用 于该第五方面。

根据本发明的第六方面，提供一种用于将根据本发明第二方面的井眼控 制设备的第一致动器部和第二致动器部连接、固定和/或紧固在一起的连接 装置。

该连接装置可以包括第二方面和/或第四方面的任意特征。

根据本发明的第七方面，提供一种井眼控制设备，包括：壳体，该壳体 限定通孔，该通孔适于容纳管状件，各自具有剪切件并位于所述壳体内的第 一闸门和第二闸门，在使用中，该第一闸门和第二闸门能够在通孔打开位置 和通孔关闭位置之间横向于所述通孔在不同方向上运动，以剪切位于该通孔 内的管状件；第一密封座，该第一密封座用于在通孔关闭位置与第一闸门形 成密封以密封所述通孔；所述壳体具有分别连接于相应的第一闸门和第二闸 门的第一闸门致动器和第二闸门致动器，以用于在打开位置和关闭位置之间 移动所述第一闸门和第二闸门，所述闸门致动器各自具有可拆卸元件，以能 够接近井眼控制设备的内部。

优选地，还设置有用于与所述第二闸门形成密封的第二密封座。

合宜地，各个所述致动器大体为中空的并连接有端板，该端板能够被单 独移除。

优选地，所述第一闸门和第二闸门具有锥形部，以使得在使用中，当所 述闸门移动至关闭位置时，所述锥形闸门滑过彼此，以导致平行于所述通孔 的位移，并导致与密封件相邻的闸门的表面抵靠密封件并激励密封。

合宜地，所述密封件为金属密封件，所述闸门为金属闸门，从而当设备 被致动且闸门被关闭时，闸门与密封件的抵靠形成金属对金属的密封。另外， 密封座与壳体的抵靠也提供了金属对金属的密封。

优选地，所述第一闸门致动器和第二闸门致动器能够被锁止在打开位置 或关闭位置。合宜地，这可以通过设置多个弹簧加载的卡爪实现，所述卡爪 被偏压以接合在所述致动器的接收位置，当需要在打开位置和关闭位置之间 移动所述闸门时，该卡爪能够被液压驱动至释放位置。

在第一方面、第二方面和/或第四方面限定的特征可以应用于该第七方 面。

根据本发明的第八方面，提供一种井眼控制设备，包括：壳体，该壳体 限定通孔，该通孔适于容纳管状件；第一闸门和第二闸门，该第一闸门和第 二闸门位于所述壳体内，在使用中，该第一闸门和第二闸门能够在通孔打开 位置和通孔关闭位置之间横向于所述通孔在不同方向上运动，以剪切位于该 通孔内的管状件；以及第一密封座，该第一密封座用于在通孔关闭位置与第 一闸门或第二闸门形成密封以密封所述通孔；所述壳体具有分别连接于相应 的第一闸门和第二闸门的第一闸门致动器和第二闸门致动器，以用于在井眼 打开位置和井眼关闭位置之间移动所述第一闸门和第二闸门，所述闸门致动 器各自具有可拆卸元件，以能够接近井眼控制设备的内部，所述可拆卸元件 连接于剪切闸板组件。

合宜地，所述剪切闸板组件包括驱动部、运动挡块部、切割刀片和密封 闸门。优选地，各个所述密封闸门具有锥形部。

优选地，所述密封件为金属密封件，所述闸门为金属闸门，以在井眼控 制设备处于关闭位置时提供金属对金属的密封。

合宜地，所述可拆卸元件连接于相应的致动器和闸板剪切组件，所述元 件能够相对所述壳体自由移动以限定自由孔，所述可拆卸元件固定至中空的 活塞致动器。

优选地，所述可拆卸元件通过多个C形环连接于所述中空活塞致动器， 所述C形环设置在所述可拆卸元件与所述致动器之间的间隔的槽中。合宜 地，各个所述致动器和所述可拆卸元件上均设有间隔的槽，各对槽中设置有 C形环，以确保所述可拆卸元件稳定地固定至所述致动器。合宜地，所述致 动器或所述可拆卸元件具有环绕周缘的多个狭槽，该多个狭槽用于接收移动 C形环的元件，以从致动器释放可拆卸元件，从而允许从井眼控制设备移除 可拆卸元件和相关的剪切闸板组件。

合宜地，所述狭槽环绕周缘设置，以用于接收移动C形环的所述元件。

可选地，可旋转的凸轮机构可以设置有用于与C形环啮合的凸轮面，从 而，凸轮承载元件的旋转使得所述凸轮面抵靠C形环，且响应于所述凸轮面 的位移，C形环将移入凹槽内，以允许从井眼控制设备移除可拆卸端部元件 和相关的剪切闸板组件。

在第一方面、第二方面、第三方面和/或第七方面限定的特征可以应用 于该第八方面。

根据本发明的第九方面，提供一种用于利用液压缸锁止往复运动的活塞 的位置的机构，所述机构包括：壳体，该壳体限定用于容纳活塞的容腔，所 述活塞能够在该容腔内在第一位置和第二位置之间移动，从而在所述第一位 置限定用于使所述活塞伸出的第一容腔，在所述第二位置限定用于使所述活 塞缩回的第二容腔，所述活塞和所述壳体具有隔开所述第一容腔和第二容腔 的密封结构，以形成第三容腔，该第三容腔设置于所述活塞密封件之间，且 该第三容腔随所述活塞的运动而运动，所述第一容腔、第二容腔和第三容腔分别连接于液压口以在压力下接收液压流体，所述活塞具有间隔的凹槽，以 用于容纳至少一个锁止卡爪，以将所述活塞锁定至所述关闭位置或打开位 置，所述至少一个锁止卡爪被正向偏压至与所述活塞的凹槽啮合，以将该活 塞锁定至第一位置或第二位置，并且，所述锁止卡爪能够在液压致动下移动 至所述第三腔室以克服弹簧载荷而偏压该锁止卡爪，并允许压力施加于所述 第一腔室或所述第二腔室，以在所述壳体内移动活塞。

所述壳体为圆柱形，并且设置有弹簧偏压的多个锁止卡爪，该多个锁止 卡爪平均地环绕壳体的周缘设置，以与圆柱形活塞的相应的凹槽啮合。

根据本发明的第十方面，提供另一种用于将第一主体和第二主体连接在 一起的连接装置，第一主体和第二主体均为圆形，且其中一者定义为母体， 另一者定义为公体，所述母体具有内圆面，该内圆面上具有多个间隔槽，所 述公体具有圆面，该圆面具有与所述母体的内表面大体相同的直径，所述公 体上还具有相同数量相似尺寸的槽，所述公体和母体上的槽等间隔设置并适 于容纳C形环，该C形环安装于所述公体或母体之一的槽中，所述公体或 母体之一上形成有多个与周向槽相交的狭槽，该狭槽适于容纳多个用于与周 向槽内的C形环啮合的元件，该元件能够使所述C形环移动以允许解除公 体与母体的连接。

可选地，轴向狭槽被替换为承载用于与槽啮合的凸轮面的轴，从而该轴 的旋转导致凸轮面移动C形环并允许解除公体与母体的连接。

根据本发明的第十一方面，提供一种维护根据本发明第一方面的井眼控 制设备的内部的方法，该方法包括以下的步骤：移除井眼控制设备的端盖， 所述端盖连接于剪切闸板组件，移除该端盖和剪切闸板组件以允许更换切割 刀片、密封闸门或阀密封件。

优选地，该方法包括利用楔形物移动C形环以从中空的圆柱形致动器上 解除端盖的连接。可选地，该方法包括利用凸轮面移动C形环以从中空的圆 柱形致动器上解除端盖的连接。

优选地，还包括一种利用井眼控制设备改进金属对金属的密封结构的方 法，包括：提供具有锥形表面的金属密封闸门，响应于所述井眼控制设备的 关闭，激励顶部金属密封件与第一闸门表面之间和底部金属密封件与闸门表 面之间的密封，以使所述密封处于高压预加载状态。

优选地，该方法包括通过密封座和壳体形成金属对金属的密封。

应当理解的是，根据以上本发明任一方面或以下本发明任一具体实施方 式限定的特征可以单独使用，也可以与本发明的其他方面或实施方式中的任 意其他特征结合使用。

附图说明

通过随后的说明并参考附图，本发明的这些及其他方面将变得更加明 显，其中：

图1为具有位于成套的管子闸板上的井眼控制设备的井控系统的立体 图；

图2为图1中井眼控制设备的放大图，其中装置处于打开位置；

图3a为图2中的井眼控制设备的沿图2的线3-3截取的垂直剖视图， 其中剪切闸板和密封闸门被移除；

图3b为图3a的局部放大图；

图3c为图2中的井眼控制设备的沿线4-4截取的垂直剖视图；

图4为图2中的设备的沿线4-4截取的横截面视图；

图5为图2中的装置的沿线3-3截取的横截面视图；

图6为图2中的装置的沿线5-5截取的垂直剖视图；

图7a为类似于图3a的垂直剖视图，其示出图1中的设备处于打开位置 时的下剪切闸板和闸门，该闸门具有切割刀片；

图7b为图7a中的下闸门的放大等角视图；

图8a和图8b为类似于图7a的垂直剖视图，其示出下闸门被导向元件 致动以在图1中的设备处于关闭位置时密封井眼；

图9a为类似于图8a的垂直剖视图，其示出上闸门和下闸门被导向元件 致动以在图1中的设备处于关闭位置时密封井眼；

图9b为类似于图5的横截面视图，其中图1中的设备处于关闭位置；

图10所示为图2的井眼控制设备，但致动器被移动从而使得装置处于 关闭位置以密封井眼；

图11为根据本发明一种具体实施方式的类似于图9b的横截面视图，其 中不存在导向元件；

图12为根据本发明一种具体实施方式的类似于图9a的垂直剖视图，其 中不存在导向元件；

图13为类似于图6的视图，其中不存在导向元件，并且其中端部连接 板、连接的闸门杆和密封闸门被移除；

图14a和图14b为井眼控制设备的垂直剖视图，其中图14a示出闸门被 致动为处于打开位置，图14b示出闸门被致动为处于关闭位置；

图15a为类似于图14a和图14b的垂直剖视图及概略视图，其概略地示 出了锥形闸门；

图15b为图15a所示虚线框内的部分的放大细节图；

图16示出对于根据本发明具体实施方式的具有平行和锥形闸板的井眼 控制设备以及对于具有被相互推动的闸门的井眼设备，在闸门运动期间施加 到致动器上的压力的关系曲线；

图17a和图17b为类似于图2的视图，其示出井眼设备的连接装置，其 中在图17a中井眼设备处于打开位置，在图17b中井眼设备处于关闭位置；

图18a和图18b为类似于图15a和图15b的视图，但其中闸门杆和密封 闸门被移除以显示内部的可接近性；

图19a、图19b、图19c、图19d和图19e示出用于在液压缸内锁定往复 运动的活塞的位置的机构，以显示一种用于锁定图1至图18中的设备的致 动器和密封闸门的位置的方法；

图20a所示为以立体视图显示的图6中的设备的虚线部分沿箭头13所 指方向的局部放大细节图，其示出端板与致动器壳体的啮合；

图20b为用于显示如何能够使用插入物来移除端部连接板的示意图；以 及

图21a、图21b、图21c和图21d示出C形环安装在适当位置时的端板， 并按顺序表示楔形物如何能够插入用于啮合C形环的狭槽中，以及移除端板 以接近内部。

具体实施方式

首先参照图1，其示出一种防喷器(BOP)组，该BOP组一般以标号 20作为标记，并包括由根据本发明一种具体实施方式的井眼控制设备22提 供的井眼控制系统，该井眼控制系统具有一对用于在紧急状况下关闭井眼23 的剪切闸板(将在以下详述)和两套彼此正交设置的管子闸板24、26，该管 子闸板24、26设置在BOP组20上并位于井眼控制设备22的下方。

现参照图2，其示出图1中所示设备22的放大图。该井眼控制设备包括 壳体27，该壳体27包括钢质主体28和两个圆柱形致动器壳体(一般以标号 30和32作为标记)，该主体28与致动器壳体30、32通过连接装置34固定 在一起(将在以下详述)。

正如将在随后详述的，端部30和32具有用于致动剪切闸板的致动器， 剪切闸板带动切割刀片和密封闸门在打开位置和关闭位置之间移动。致动器 和闸板被设置为使得在图2所示的位置时闸门处于打开位置，且孔眼23被 打开(如虚线23a所示)。

参照图3a和图3b，其示出沿图2中的线3-3截取的垂直剖面，其中剪 切闸板和密封闸门被移除。在该实施方式中，壳体27包括导向元件36，该 导向元件36包括多个平行设置的细长肋条37。该导向元件36适于与下闸门 和/或上闸门64a、64b相互作用，并限定用于上闸门和/或下闸门移动的路 径。可以理解的是，在其他实施方式中，壳体27内可以仅设置一个肋条37。 可以进一步理解的是，在其他实施方式中，导向元件36可以包括一个或多 个凹槽和/或沟槽。

从图3a和图3b可以看出，肋条37沿大体横向于通孔23的方向设置在 壳体27内。在此处，肋条37相对壳体27的纵向轴线A倾斜。肋条37设置 在壳体27内，以相对该壳体27的纵向轴线A限定锐角α。出于说明的目的， 图3a中所示的肋条37所限定的锐角α并不按比例绘制且被放大。在此处， 肋条37为主体28的一部分，并大体横向于通孔延伸。对于摩擦锁止，摩擦 系数μ＞sin(α)。对于不摩擦锁止，则μ＜sin(α)。

参照图3c，其示出沿图2中的线4-4截取的垂直剖面。壳体27具有第 一导向元件36a和第二导向元件36b。该第一导向元件36a和第二导向元件 36b均具有多个肋条37。可以理解，在其他实施方式中，壳体可以具有多于 或少于两个导向元件37。在此处，第一导向元件36a和第二导向元件36b 设置在壳体27中以彼此相对，例如，第一导向元件36a和第二导向元件36b 设置在位于主体28内的孔眼23的两个相对的表面上。

现参照图4，其示出沿图2中的线4-4截取的垂直剖面。将可以看出， 主体28限定孔眼23，且该主体具有内孔剖面40，该内孔剖面40内设置有 上金属阀密封件42和下金属阀密封件44。在该密封件42、44之间示出的为 剪切闸板的部分，这些部分分别为上运动挡块部46a和下运动挡块部46b， 该上运动挡块部46a和下运动挡块部46b连接于闸板驱动杆和密封闸门(将 在随后详述)。上运动挡块被示出为连接于切割刀片54a。当设备被驱动时， 剪切闸板水平移动并横穿井眼23，并与连接于下运动挡块46b的类似的刀片 (未示出)一起剪切穿过井眼的任意管状件(将在以下详述)。

现参照图5，其示出图2中设备的水平剖面。将可以看出，主体28在各 个圆柱形端部30和32分别具有端盖30a和32a以及连接板30b和32b。端 盖30a、32a固定至圆柱形端部30、32。法兰34a、34b通过大号螺母和螺柱 36固定至主体28，连接板30b、32b固定至中空的内活塞66a、68a(将在随 后说明)。主体结构和端板结构大体限定了设备在关闭位置所示的外部长度。

法兰34a、34b和主体28限定内腔(一般以标号52作为标记)，剪切闸 板(一般以标号60a和60b作为标记)设置在该内腔中。连接板和法兰组合 构成端部封盖。

各个剪切闸板60a、60b均具有杆部62a、62b、运动挡块部46a、46b以 及用于在设备致动时密封井眼23的闸门64a和64b(将在随后详述)。图5 还示出顶部的切割刀片54a，在俯视图中该切割刀片54a大体呈V形，并具 有坚硬的切削刃，该切削刃由铬镍铁合金或类似的非常硬的材料制成，以能 够剪断钢质管状件、缆绳、线缆等。

各个圆柱形端部30、32还安置有中空的、可移动的内活塞(一般以标 号66a、68a作为标记)，该内活塞分别连接至相应的可移动的外活塞66b和 68b。从图5还可以看出，连接板30b和32b分别连接至对应的内活塞66a、 68a，且该连接板还连接至剪切闸板杆62a和62b，从而(正如随后所详述的) 当内、外活塞被致动以在打开位置和关闭位置之间移动时，活塞杆、运动挡 块以及切割闸门也在打开位置和关闭位置之间移动。

图6示出图2中的设备的垂直剖面图，且在该图中，上切割刀片54a和 下切割刀片54b分别连接至闸板60a和60b。

参照图7a和图7b，其示出图2中设备22的另一垂直剖面图，且在该附 图中，下剪切闸板60b和具有下切割刀片54b的下闸门64b处于打开位置。

从图7b可以看出，下闸门64b具有第一啮合元件65a和第二啮合元件 65b，该第一啮合元件65a和第二啮合元件65b设置于下闸板64b的外侧的 相对表面67a和67b上，以用于与壳体27的第一导向元件36a和第二导向 元件36b的肋条37匹配、交互操作和/或共同作用。在该图7b中，下闸板 64b具有设置在外表面67a和67b上的两个沟槽69，该沟槽69可以与壳体 27的肋条37啮合。可以理解，在其他实施方式中，下闸门64b可以包括单 个肋条、沟槽和/或凹槽或者多个肋条、沟槽和/或凹槽，以用于与导向元件 37的单个肋条、沟槽和/或凹槽或者多个肋条、沟槽和/或凹槽啮合。

参照图7b，沟槽69a、69b沿着下闸门64b的长度方向或纵向方向设置 于下闸门64上。沟槽69a、69b相对下闸门64b的纵向轴线B倾斜，并设置 在下闸门64上以相对该下闸门64的纵向轴线B限定锐角β，如图7b所示。 出于说明的目的，图7b中所示的锐角β并不按比例绘制且被放大。在一些 实施方式中，由沟槽69a、69b限定的锐角β与由肋条37限定的锐角α相等。

可以理解，在其他实施方式中，锐角β可以与锐角α不同，但可以理解 的是，沟槽69a、69b限定的凹槽69c具有足够的空间容纳肋条37。

从图7b可以看出，下闸门64b具有沿下闸门64b的长度的锥形部。正 如随后所述的，该锥形部能够在上闸门64a和下闸门64b打开、正在关闭或 处于关闭位置时使得上闸门64a和下闸门64b彼此共同作用。可以理解的是， 以上参照图7b描述的下闸门64b的特征能够等效地应用于上闸门64a。

图8a和图8b示出图7b中孔眼23处于关闭位置时的下闸门64b。图8a 和图8b示出设备被致动以使得中空的内活塞66a、68a向外移动，并拉动连 接板30b和32b以及连接在其上的剪切闸板60a(未示出)和60b，从而切 割刀片54a(未示出)和54b切割管状件(未示出)。在图8a和图8b所示的 行程中，下闸门64b被示出为密封孔眼23。将可以看出，闸门64b的下表面 80抵靠阀密封件44的上表面82，从而在下闸门64b和阀密封件44之间形 成金属对金属的密封，以提供一种有效的金属对金属的密封。

如图8b所示，导向元件36的肋条37设置为引导下闸门64b与下阀密 封件44密封啮合。在下闸门64b从打开位置移动至关闭位置时，肋条37使 下闸门64b竖直地移动。肋条37产生或提供了下闸门64b运动的位移分量， 该位移分量垂直于致动方向并与孔眼23平行，如图8b的箭头所示。下闸门 64b的竖直移位使得在阀密封件44内的材料产生偏转，从而激励抵靠在下闸 门64b的表面80上的金属对金属的阀密封。通过使下闸门64竖直移动至与下阀密封件44密封啮合，在下闸门64b与阀密封件44之间大体形成液流密 封，其大体独立于井眼的流体和/或压力。这种设置提供了金属对金属的液 流密封，以在井眼中获得更稳健且增强的密封完整性。如果角度α足够小， 将限制密封座与闸门以及闸门与肋条之间的摩擦力，而闸门将经历零回差(backlash)。该闸门能够/将仅在摩擦力作用下被有效锁止。

在关闭位置时，下闸门64b的啮合元件65a、65b与导向元件36的肋条 37和主体28相啮合或抵靠，以在下闸门64b与导向元件36和主体28之间 形成进一步密封，该密封为金属对金属的密封。

从图8a和图8b可以看出，通过设置导向元件36来致动下和/或上闸门 64a、64b至与相应的下和/或上阀密封件42、44密封啮合，当上、下闸门 64a、64b中任一者位于关闭位置时孔眼23均能够被密封。导向元件36能够 致动下、上闸门64a、64b，以使在关闭位置时，上、下闸门64a、64b彼此 独立地提供上密封和下密封。这种设置提供了一种失效保护的井眼控制设备 22。可以理解的是，以上参照图8a和图8b描述的下闸门64b的特征能够等 效地应用于上闸门64a。

参照图9a，其示出上闸门64a和下闸门64b处于关闭位置，以密封孔眼 23。图9b为图2所示的设备的水平剖视图，其中，下闸门64处于关闭位置。 尽管已经参照图8a和图8b的下闸门64b描述了下密封和其他密封的上述形 成，但可以理解的是，上闸板64a可以以与上述下闸板64b相同的形式与上 阀密封件42形成上密封。类似地，可以理解的是，上、下闸板64a、64b均 可以与上、下密封座42、44密封接合，如图9a所示。在图9a所示的行程 中，闸门64a、64b显示为密封孔眼23。可以看出，闸门64a的上表面76抵 靠阀密封件42的下表面78，并且，类似地，闸门64b的下表面80抵靠阀密 封件44的上表面82，从而在闸门与密封件之间形成为金属对金属的密封， 以在设备内的两个位置提供有效的金属对金属的密封。

现参照图9a、图9b、图10、图11及图12，其示出井眼控制设备处于 关闭位置。首先参照图10，可以看出，活塞被液压致动以将闸门64a、64b 移动至关闭位置，从而内活塞66a、68a被显示为移动至其从孔眼23延伸至 超出各自对应的壳体圆柱部分30和32的位置。就其内部而言，图9、图11 和图12分别较好地显示了水平剖视图和垂直剖视图(分别类似于图5和图 6)。首先参照图11，可以看出，外活塞已被致动并在各自的圆柱形壳体中移 动至图示的位置，并且因此，由于它们连接于内活塞66a、68a，这些外活塞 沿远离井眼的方向移动。然而，连接板30b、32b连接于剪切闸板致动杆62a、 62b，并沿与活塞66a、68a相同的运动方向被拉动，从而剪切闸板60a、60b 沿相反方向向外移动或(被)拉动至图11所示的位置。在此情形下，闸门 64a、64b移动至井眼23上。可以理解的是，如果管状件已经存在于井眼中，那么管状件会首先被刀片54a、54b剪断，以允许闸门64a、64b覆盖并密封 井眼，如图11和图12所示。各个圆柱形壳体30和32中分别设置有止挡环 70a、70b，其用于限定内活塞和外活塞的行程，以调整闸门的具体位置来密 封井眼。

正如将在随后描述的，不论活塞处于打开或关闭位置，都可以通过使用 多个锁止卡爪72将其保持在相应位置，所述锁止卡爪72被显示为围绕圆柱 体的周向设置。该锁止卡爪装有弹簧，以被保持在活塞66b、68b的外周面 上的凹槽74中。

现参照图13，其示出井眼控制设备的垂直剖面图(与图6类似)，但其 中下剪切闸板组件60b被移除。此处所示下剪切闸板组件包括连接板32b、 法兰34a以及具有杆62b、运动挡块46b、刀片54b和闸门64b的剪切闸板。 因此，可以理解的是，通过以这种方式移除剪切闸板，可以维修、保养设备 的内部结构，并且例如，可以更换刀片54a、54b，以及可以更换和/或加工 闸门64a、64b。类似地，这还允许接近金属对金属的密封件42、44，该密 封件42、44也可以被移除，并由类似形式的密封件或不同材料的密封件替 换，从而便于设备的维修。图11-图13示出图1-图10的井眼控制设备的可 选实施方式，其中主体28中不设有导向元件36。可以理解，在其他实施方 式中，正如以上所述的，图11-图13中的井眼控制设备可以设置有一个或多 个导向元件。

现参照图14a、图14b以及图15a、图15b，其较好地显示了根据本发明 的井眼控制设备的操作。图14a中的设备示出为被关闭，其中闸板所处位置 使得井眼23打开且具有穿过其中的管状件75(如虚线所示)。图14b示出设 备被致动以使得中空的内活塞66a、68a向外移动并拉动连接板30b和32b， 以及连接在其上的剪切闸板60a和60b，从而切割刀片54a、54b切割管状件 (如单独的虚线75所示)。在图14b所示的行程中，闸门64a、64b被示出 为密封孔眼23。可以看出，闸门64a的上表面76抵靠密封件42的下表面 78；并且类似地，闸门64b的下表面80抵靠密封件44的上表面82，从而在 闸门与密封件之间形成金属对金属的密封，以在设备中的两个位置提供有效 的金属对金属的密封，这类似于前述英国专利GB2454850B所公开的结构。 还可以理解的是，金属密封件42、44激励(energises)抵靠于壳体28，提 供进一步的金属对金属的密封，并避免对弹性密封件的需要。

参照图9、图15a和图15b，其中闸门挡块64a、64b在沿行程方向呈锥 形并被显示为放大的锥形面67a、67b，从而当闸门挡块移动时，锥形部越过 彼此以产生运动的位移分量，该位移分量垂直于致动方向并平行于壳体通 孔。该垂直分量(如图15a和图15b中的蓝色箭头所示)是轴向的并足以使 得在阀座42、44内的材料产生偏转，从而激励抵靠在闸门64a、64b的表面 76、80上的金属对金属的阀座密封件，且激励抵靠在壳体28上的密封件42、 44以形成进一步的金属对金属的密封。图15a和图15b中所示的锥形部的角 度是不按比例的。优选地，使用较小的角度，以产生所需的预加载(preload)， 从而激励金属对金属的密封并减小廊道(galley)的深度。

可用的锥形部的最小角度受到密封结构的预加载能力和/或致动器的行 程长度的限制。

可用的锥形部的最大角度受到密封的预加载需求和/或致动器的能力以 及/或者致动器锁的能力的限制。

为了使从致动器至密封件预加载的做功传递最大化，优选的为较小的角 度，但是该角度必须足以在其制造和组装公差方面与系统兼容。

锥形部的角度可以小至难以用眼察觉，但闸门将具有足够的锥度，以产 生所需的垂直于闸门运动方向的位移分量，该位移分量足以激励密封件。

这具有以下显著的优点：一旦阀被关闭，密封件就已经能独立于任何井 眼压力或流体刺激被完全激励，并为低压流体或低密度流体提供了一种非常 稳健的密封。这种结构将孔眼的所有密封位置置于高压缩预加载的状态，而 不论孔眼状态的情况或孔眼内任何流体的情况。这提供了真正自我激励的双 向金属对金属的密封，且高压预加载密封状态允许使用完全的金属对金属的 密封，以提供更稳健且耐用的密封完整性。

图16示出对于在井眼控制设备中上、下闸门的不同配置，在上、下闸 门64a、64b从孔眼23的打开位置到关闭位置的移动过程中，施加至致动器 (例如，内活塞66a、66b和外活塞68a、68b)上的压力或液压力关系图。 图16中的实线涉及具有平行闸门(即闸门不具有锥形部)的井眼控制设备 22。图16中的短划线所示的为具有锥形闸门的井眼控制设备22。虚线所示 的为具有闸板的井眼控制设备，该闸板被相互推动以关闭通孔。

参照图16，可以看出，在运动约10％(A)时，压力增加至使得致动器 将闸门从关闭位置移入孔眼。对于闸板防喷器，由于必须克服孔眼压力才能 推动闸门进入孔眼，因此这初始压力较高。

在运动约20％-30％(B)时，致动器压力增加，同时包含在孔眼23中 的管状件被切割刀片64a、64b切割。对于具有闸板的井眼控制系统，由于 闸板仅运动至孔眼23的中点，因此该运动在约50％(C)时终止。对于具有 锥形闸门和平行闸门的井眼控制设备(分别由实线和短划线表示)的实施方 式，闸门继续运动。在超过90％(D)后，对于具有锥形闸门的井眼控制设 备的实施方式，致动压力增加。这增加是由于上、下闸门的相互作用(例如， 当上、下闸门64a、64b滑过彼此时)而导致的。可选地或附加地，这种致 动压力的增加可以是由导向元件37与上、下闸门64a、64b的啮合元件65a、 65b相互作用而导致的。

在具有平行闸门的井眼控制设备的实施方式中，孔眼的上、下闸门提供 的密封取决于孔眼压力或流体刺激。通过提供具有锥形闸门的井眼控制设 备，井眼的密封由上、下闸板64a、64b的相互作用和摩擦激励(如上所述)。 锥形闸门的使用可以减少在井眼控制设备内的井眼流体泄漏的发生，并且因 此提高了安全性。可选地或附加地，通过提供具有导向元件的井眼控制设备， 孔眼的密封被激励，并致动闸板(例如锥形闸板或平行闸板)至与上、下阀 座42、44密封啮合(如上所述)。

参照图17a和图17b，其示出图1中的设备处于打开状态(图17a)和 处于关闭状态(图17b)的放大图。如参照图2所述的，第一致动器30和第 二致动器32通过连接装置34固定在一起。各个圆柱形致动器壳体30、32 包含第一、第二致动器，在该实施方式中，正如以上所述，第一、第二致动 器包括内活塞66a、68a和外活塞66b、68b。从图17a和图17b可以看出，致动器壳体30、32同轴设置在孔眼23外。

连接装置34设置为沿壳体27的纵向方向相互拉近第一和第二致动器壳 体30、32。在此处，连接装置34通过在第一和第二致动器30、32上施加向 内的作用力和/或载荷(如朝向孔眼23的力和/或载荷)而向内且朝向孔眼 23偏压或拉动第一和第二致动器壳体30、32。

在图17b中，内、外活塞66a、68a、66b、68b已被液压驱动以将闸门 64a、64b移动至关闭位置(如上所述)。从图17b可以看出，在关闭位置， 内活塞66a、68a被向外驱动，以从其各自的致动器壳体30、32延伸。在使 用中，内活塞66a、68a在第一和第二致动器30、32上施加向外的作用力和/或载荷(如远离孔眼23的力和/或载荷)。在使用中，当闸门移动至关闭位 置时，由连接装置34施加在第一和第二致动器壳体30、32上的力和/或载 荷与由内活塞66a、68a的致动施加在第一和第二致动器壳体30、32上的力 和/或载荷是相反方向的。

在此处，当闸门64a、64b从孔眼23的打开位置被各自的内、外活塞66a、 68a、66b、68b移动和/或致动至关闭位置时，连接装置34使第一和第二致 动器壳体30、32的运动(如向外运动)最小化和/或阻止其运动。

从图17a和图17b可以看出，连接装置34设置于孔眼23外并沿壳体27 的纵向方向延伸。该连接装置在第一和第二致动器壳体30、32之间提供了 有效的加载路径。连接装置避免了用于将致动器壳体30、32连接至孔眼23 的法兰等的使用，从而减小井眼控制设备的重量。

在该实施方式中，连接装置包括六个细长件或连系装置，其中三个在图 17a和图17b中示出，并以标号35标记。可以理解的是，在其他实施方式中， 如图2和图10所示的，可以设置有多于或少于六个细长件35。在该实施例 中，细长件35彼此平行设置。各个连系装置35包括第一连系部或杆36a和 第二连系部或杆36b。从图17a和图17b可以看出，第一和第二连系部36a、 36b分别从第一和第二致动器壳体30、32延伸。

连接装置34包括六个连接件或螺旋扣38(其中三个在图17a和图17b 中示出)，以用于将细长件35的第一和第二连系部36a、36b连接在一起。 可以理解的是，在其他实施方式中，如图2和图10所示的，可以设置有多 于或少于六个连接件38。各个螺旋扣38和各个第一、第二连系部36a、36b 具有螺纹，如在该实施例中可以具有左旋螺纹和右旋螺纹，从而螺旋扣38 的旋转可以拉近第一和第二致动器壳体30、32。

旋转螺旋扣可以调整或改变第一和第二致动器壳体30、32之间的张力。 例如，通过旋转螺旋扣38可以改变第一和第二致动器壳体30、32之间的张 力，从而将第一和第二致动器壳体30、32彼此拉近，或者，旋转螺旋扣38 以释放第一和第二致动器壳体30、32之间的张力。

现参照图18a和图18b，类似于图13所示和描述的那样，端板和相关的 剪切闸板组件显示为被移除，以允许接近设备的内部。这可以通过将致动器 66a、68a设置为围绕封闭的主体的中空活塞(该中空活塞为闸门)而实现， 从而活塞和闸门实际上平行布置而非串联。相比于活塞与闸门串联布置的结 构，这种结构具有缩短结构的整体长度的优点；此外，由于闸板安装在连接 板上，连接板和闸板的拆除不会受到致动器的位置的阻碍或干扰，这就意味 着可以在致动器保持在原位的情形下移除组件和闸门，如图15a和图15b所 示。类似地，可以理解的是，可以解除活塞致动器与闸门和杆的连接，以允 许在隔离状态下(即单独)对致动器进行功能测试而不操作闸门。此外，可 以在用于向阀闸门提供行程传动的剪切闸板杆保持原位的同时移除致动器， 从而具有在维修或移除致动器时不存在和不需要任何干扰阀压力完整性的 优点。

现将参照图19a至图19e详细说明如图1至图18所示的外活塞结构的 操作。可以理解的是，由于活塞由液压流体控制，因此提供一种能够保证将 前述内活塞和外活塞保持在相应位置且不会在液压失效时往复运动的控制 系统是很重要的。这可以由用于锁定在液压缸内往复运动的活塞的位置的控 制机构提供。

参照图19a至图19e(其示出外活塞66a处于致动的不同阶段)，可以看 出，液压缸具有由外活塞66b、68b隔开的两个致动腔82、84，其中一个腔 82用于使活塞伸出，另一个腔84用于使活塞缩回。活塞具有由密封件86、 88提供的密封结构，其用于隔离致动腔82、84，并隔开且限定存在于活塞 密封件86、88之间的第三腔90。当活塞在外圆柱30、32与设备主体28之 间限定的主腔内移动时(如图14a和图14b所示)，该第三腔90随活塞移动。

如两个致动腔84、86一样，第三腔90被独立控制并通过油口92由液 压流体加压。为该腔90提供压力可以控制一系列环向设置的锁止卡爪72。 如前述所有附图所示，可以理解的是，各个锁止卡爪通过弹簧垫片(为了清 楚起见未显示)而被弹簧加载，这意味着各个锁止卡爪被偏压为与其中一个 活塞承载槽94接合，从而将活塞锁定在关闭位置或打开位置。为腔90施加 液压将迫使锁止卡爪抵靠弹簧垫片并使其脱离与承载槽94的接合，且允许外内活塞和闸板的致动，以在打开位置和关闭位置之间移动(如前所述)。

在图19a中，可以看出，活塞锁定在缩回位置，从而锁止卡爪被偏压至 槽94内。通过线路92施加液压力，以迫使锁止卡爪如图19b地缩回。这使 得液压力作用于腔86，以使活塞如图19c地伸出。当液压力从腔1和腔3 释放时，锁止卡爪被弹簧偏压至使该锁止卡爪与槽94接合的位置。这能防 止活塞在液压失效的情况下的回弹。

现参照图20a、图20b、图21a和图21b，其说明连接板如何被保持在内 活塞致动器内，以及连接板如何被移除以使得闸板组件能够允许接近设备的 内部(如参照图12所述)。

首先参照图20a，可以看出，端板和致动器具有三组间隔的方形截面槽 100a、100b、100c和102a、102b、102c，且各对槽中设置有C形环104a、 104b、104c。可以理解的是，该槽的大小足以容纳所示C形环，但也足以允 许C形环位移至连接板32b和致动器中的任一者(如前所述)。这可以通过 在连接板上设置狭槽104而实现，该狭槽104设置为环绕连接板的周缘。该 狭槽延伸通过连接板并允许楔入部插入，从而一旦楔入部106(如20b)插 入，则C形环移动至内致动器活塞的槽内，这使得螺母和螺柱能够转动并释 放承载剪切闸板组件60a的连接板32b。楔入部104的插入允许连接板32b 沿图20b中箭头所示方向移除。

可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对前述设备和部 件的实施方式做出不同的修改。

例如，可以理解的是，闸门挡块64a、64b不一定为锥形的，尽管锥形 闸门挡块的设置具有前述激励密封的优点，进而一旦阀被关闭，即可得到非 常稳健的对低压流体或低密度流体的密封，以提供较好的密封完整性。

刀片的材料可以为铬镍铁合金或任意等效的足以切断管状件等的坚硬 材料。与周向槽相交的轴向狭槽104(如图20和图21所示)也可以位于致 动器上，同时位于或替代地位于端板32b。还可以理解的是，C形环102可 以以其他方法移位，例如通过提供凸轮轴，该凸轮轴具有紧靠各个C形环的 表面，且该凸轮轴的位置可以使C形环移入致动器或端板的槽中，以允许端 板被移除。

因而，可以理解的是，在提供被激励的密封完整性和易于接近以允许维 护设备的内部方面，前述设备相比现有技术具有显著的优点。本发明的结构 设置为致动器能够被移除且闸门保留原位，从而保证密封完整性；或者，设 置为剪切闸板能够被移除以允许更换刀片和密封件，从而便于快速维护并相 比现有结构显著减少时问和耗费。前述结构能够用于不同尺寸(从5”-7”英 寸的产品至18 3/4英寸的产品)的设备中，所有这些均以与前述实施方式相似 的原理操作。例如，肋条37可以相对壳体27的纵向轴线A下降(declined)。

例如，沟槽69a、69b可以相对上和/或下闸门64a、64b的纵向轴线B 下降。

Claims (30)

1.一种井眼控制设备，包括：

壳体，所述壳体具有用于限定路径的导向元件，所述壳体限定用于容纳管状件的通孔；

第一锥形闸门和第二锥形闸门，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门位于所述壳体内，并适于与所述导向元件啮合，其中，在使用中，通过致动力作用，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门能够沿所述导向元件限定的路径在大体垂直于所述通孔的方向上在所述通孔的打开位置和所述通孔的关闭位置之间移动；以及

第一密封座，所述第一密封座用于在所述关闭位置与所述第一锥形闸门形成第一密封，以密封所述通孔。

2.根据权利要求1所述的井眼控制设备，其中，当所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门正在关闭或处于所述关闭位置时，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门的锥形部使得所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门彼此共同作用。

3.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门沿行程方向呈锥形。

4.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，当所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门移动时，所述锥形部越过彼此以产生运动的位移分量，所述位移分量垂直于致动方向。

5.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述井眼控制设备包括第二密封座，所述第二密封座适于在所述关闭位置与所述第二锥形闸门形成第二密封，以密封所述通孔。

6.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一密封和/或所述第二密封使得通过所述通孔的流体流动最小化或阻止流体流过所述通孔，所述流体例如为井眼流体。

7.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件设置为：在使用中，所述导向元件致动所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门，以使所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门在所述关闭位置分别与所述第一密封座和/或所述第二密封座密封啮合。

8.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，在所述关闭位置，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门分别与所述第一密封座和/或所述第二密封座邻接，以形成所述第一密封和/或所述第二密封。

9.根据权利要求7或8所述的井眼控制设备，其中，当所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门中任一者处于所述关闭位置时，所述通孔被密封。

10.根据权利要求7或8所述的井眼控制设备，其中，当所述第一锥形闸门和所述第二锥形闸门均处于所述关闭位置时，所述通孔被密封。

11.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件沿大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体中。

12.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件相对所述壳体的纵向轴线倾斜或下降。

13.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件设置在所述壳体中以相对所述壳体的纵向轴线限定锐角。

14.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件具有一个以大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体内的突起、沟槽和/或凹槽，如细长的突起、沟槽和/或凹槽。

15.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述导向元件具有多个以大体横向于所述通孔的方向设置在所述壳体内的突起、沟槽和/或凹槽，如细长的突起、沟槽和/或凹槽。

16.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述壳体包括第一导向元件和第二导向元件，所述第一导向元件和所述第二导向元件设置在所述壳体内并彼此相对。

17.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门适于与所述导向元件啮合。

18.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门包括啮合元件，所述啮合元件设置为用于与所述壳体的所述导向元件匹配、交互和/或共同作用。

19.根据权利要求18所述的井眼控制设备，其中，所述啮合元件具有一个另外的突起、沟槽和/或凹槽，所述一个另外的突起、沟槽和/或凹槽用于与所述导向元件的一个相应的突起、沟槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。

20.根据权利要求18至19中任意一项所述的井眼控制设备，其中，所述啮合元件具有多个另外的突起、沟槽和/或凹槽，所述多个另外的突起、沟槽和/或凹槽用于与所述导向元件的相应的多个突起、沟槽和/或凹槽匹配、交互和/或共同作用。

21.根据权利要求18至20中任意一项所述的井眼控制设备，其中，所述啮合元件与所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门的锥形部共线。

22.根据权利要求16至20中任意一项所述的井眼控制设备，其中，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门具有设置在所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门的相对侧或相对面上的第一啮合元件和第二啮合元件，所述第一啮合元件和所述第二啮合元件用于与壳体的相应的第一导向元件和第二导向元件匹配、交互和/或共同作用。

23.根据权利要求18至22中任意一项所述的井眼控制设备，其中，所述啮合元件相对所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门的纵向轴线倾斜或下降。

24.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门包括第一金属闸门和/或第二金属闸门。

25.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，所述第一密封座和/或所述第二密封座包括第一金属密封座和/或第二金属密封座。

26.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，在所述关闭位置，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门与相应的所述第一密封座和/或所述第二密封座啮合或邻接，以形成相应的第一金属对金属的密封和/或第二金属对金属的密封。

27.根据前述任意一项权利要求所述的井眼控制设备，其中，在所述关闭位置，所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门以及/或者所述第一啮合元件和/或所述第二啮合元件与所述导向元件和/或所述壳体啮合或邻接，以在所述第一锥形闸门和/或所述第二锥形闸门与所述导向元件和/或所述壳体之间形成另外的第一密封和/或第二密封。

28.一种用于密封井眼的方法，该方法包括：

提供根据权利要求1至27所述的井眼控制设备；

从通孔的打开位置向所述通孔的关闭位置沿横向于所述通孔的方向致动或移动第一闸门和/或第二闸门；

使所述第一闸门与第一密封座啮合；以及

在所述第一闸门与所述第一密封座之间形成第一密封，以密封或关闭所述通孔。

29.根据权利要求28所述的用于密封井眼的方法，其中，当所述第一闸门和所述第二闸门正在关闭或处于所述关闭位置时，所述方法包括使所述第一闸门与所述第二闸门彼此啮合。

30.一种维护根据权利要求1至27中任意一项所述的井眼控制设备的内部的方法，所述方法包括以下的步骤：移除井眼控制设备的端盖，所述端盖连接于剪切闸板组件，移除所述端盖和剪切闸板组件以允许更换切割刀片、密封闸门或阀密封件。

Images