JPH05508455A - 自動ロツクを備えた作動器 - Google Patents
自動ロツクを備えた作動器Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
自動ロックを備えた作動器
発明の背景
発明の分野
本発明は、一般に、作動器シリンダーに関する作動器ピストンの軸位置をロック
するための安全機構を有する作動器に関する。さらに詳細には、発明は、作動器
への流体圧力が中断されたとしても、BOPの流路を密封して維持するために、
多重閉位置においてピストンに固着したラムを機械的にロックする簡単かつ信頼
性ある流体動力BOP作動器に関する。
背景の説明
噴出防止装置(BOP)は、管状ストリング又は管状ストリングとBOP本体の
間の環帯を通る流路を閉鎖するために、油田作業において使用される。BOP作
動器は、典型的に、それぞれの作動器シリンダー内で軸方向に移動するラムシャ
フトの閉鎖と開放を行うために、流体動力を与えられる。BOP本体の対向側に
ある作動器は、典型的に、BOPの所望の流路を閉鎖するために、ラムブロック
を同時に押圧する。BOPは、しばしば、緊急中、又は沖合設置における予測さ
れた険悪天候の前の坑井運転停止作業中、坑井を密封するために作動される。
BOPへの加圧流体の供給は、BOPの閉鎖後中断されるために、作動器は、閉
位置においてラムシャフトをロック又は固定し、これにより、ラムにおいて閉鎖
圧力の偶然の放出を防止するために各種形式の安全機構を設計される。BOPは
、しばしば、海底又は他の遠隔環境に位置するために、BOP作動器と関連ロッ
ク機構は、高い信頼性がなければならない。技術における当業者は、BOPラム
の偶然の開放から生ずる重大な保安及び環境危険を認識し、従って、−次及びバ
ックアップシステムが、この発生を防止するために考案された。
先行技術のBOPラム作動器は、初期的に、作動器シリンダー内の単一軸位置に
おいてピストンの位置を固定し、こうして、ラムを単一閉位置において固定する
ロック機構を装備した。そのようなロック機構を備えたBOP作動器の例は、米
国特許第3.242.826号において開示される。ロック機構は、シリンダー
壁における環状凹部に係合し、これにより、作動器シリンダーに関してラムシャ
フト位置をロックする膨張可能なロック区分を含む。単一位置ロック機構は、ラ
ムブロック構成要素の摩耗が、ロック条件を達成し、信頼性ある密封圧力でBO
Pの流路を密封するために、ロック機構の連続的な調整を必要とすることから、
幾つかの欠点を持つ。
BOPロック機構に関連した別の問題は、作動器シリンダー内でラムシャフトを
軸方向に固定するロック要素間の作動器の正常動作中、摩擦抵抗を最小にし、同
時に、外れないロック機構を設け、これにより、ロック機構が意図的に解除され
る前にラムシャフトを開放させる目標に関する。米国特許第4.519.571
号は、ラムが閉位置の方に移動される時、シリンダーのロック肩に沿って外側に
くさび止めされる作動器口・ツク要素を開示する。流体圧力がロック要素を閉位
置に維持するために利用可能でないならば、ロック要素は、ロック構成要素間の
摩擦力を克服することによって解除される。上記の特許は、比較的狭い範囲内で
あるが、いろいろな軸方向位置においてロックを達成することができるロック機
構を開示する。ラムブロック構成要素の摩耗のためのロック機構調整は最小にさ
れるが、同−BOF作動器は、BOPを通過する種々の大きさの管をロックする
ための種々のラムブロックで信頼性良(使用できない。さらに、ロック機構の信
頼性は、ロック要素を閉位置において保持するために、BOPへの流体圧力の維
持による。
Hydrilによって商業化された多重位置ロック機構は、いろいろな位置にお
いてBOP作動器ロックを許容し、その結果ラムブロックは、ラムブロックのシ
ールは摩耗するとしても、高閉鎖力で密封される。ラムは、油圧によって閉鎖さ
れ、そして単方向クラッチ、止めナツト、及びねじ付き先棒組立品によって閉鎖
して維持される。ラムを開放しようとする力は、先棒を通って止めナツトとロッ
クされたクラッチ板に伝達される。油圧は、クラッチ板を解放し、これにより、
先棒において止めナツトを回転させ、ラムシャフトを開放させるために使用され
る。このロック機構は複雑であり、こうして、維持するために費用がかかると考
えられる。先棒とクラッチ組立品は、ラムブロックと反対側の位置において作動
器シリンダーから軸方向に整列して延在しているために、ロック機構は、BOP
組立品の直径を非所望にも増大させる。
ロック機構を備えた先行技術のBOP作動器の各々は、こうして、信頼性、有用
性及び/費用に関して重大な欠点を有する。単−又は二重位置ロック機構は、い
ったんラムシールが摩耗すると、所望のロック閉鎖圧力を設けない。狭い範囲の
多重軸方向位置においてロックを行うロック装置は、BOPを通過する多様な直
径の管を密封するための交換可能なラムブロックで使用できない。BOPへの流
体圧力は緊急中又はBOPの閉鎖後長い猶予のいずれかに中断されるために、シ
リンダー内のうムシャフトの係止を保証するために流体圧力を必要とする作動器
ロック機構は、所望の高信頼性を設けない。十分な開放圧力が作動器ラムに印加
されるならばロック装置は故障するために、構成要素の摩擦係合によるロック機
構は、望ましくない。単方向クラッチ、止めナツト、及びねじ付き先棒組立品を
含むロック機構は、費用がかかり、BOPの大きさと複雑さを非所望に増大させ
る。多くの先行技術のロック機構は、現存のBOP作動器に実際に組み込むこと
ができず、従って、高交換費用が、融通のき(作動器ロック装置をBOPに設け
るために必要とされる。
先行技術の不都合は、本発明によって克服され、そして改良噴出防止装置作動器
が、以下に開示され、比較的長い範囲で軸方向に延在している多重位置において
BOPラムの位置を簡単かつ信頼性良くロックする。
作動器は、ラムブロック摩擦に対して繰り返して再調整される必要はなく、そし
て同一作動器が、BOPの多様な直径の流路を閉鎖するために交換可能なラムブ
ロックで使用される。
発明の要約
流体動力BOP作動器は、中実軸を有するシリンダー、シリンダー内で可動のパ
ワーピストン、及びパワーピストンとラムブロックを相互連結するためにシリン
ダーから延在しているラムシャフトとを含む。少なくとも2つのBOP作動器が
、EOP本体の対向側において設けられ、BOPを通った坑井流体の流れを制御
するためにそれぞれのラムブロックを開放及び閉鎖する。BOPは、坑井ポアへ
延在している多様な直径の管状部材を収容するための貫通孔を有する。
適切な実施態様において、パワーピストンは、複数の軸方向に延在しているロッ
ク空洞を設けられる。複数のロック棒は、各々、一方の端部においてシリンダー
頭に固着され、対向端部の各々は、対応するロック棒空洞内に延在して軸方向に
可動である。複数のロック区分は、各々、パワーピストンにおいて保持され、対
応するロック棒と協同し、パワーピストンがシリンダー頭の方に移動し、ラムブ
ロックを開放するのを通常防止している。パワーピストンに同様に保持されたア
ンロックピストンは、流体圧力に応答して軸方向に可動であり、テーバ表面を有
する指をロック棒からのロック区分に係合させ、かつアンロックさせる。アンロ
ックピストンに印加された同一流体圧力は、パワーピストンをラム開放位置に移
動させるために使用される。
ロック棒の各々は、多重の軸方向に離間したロック表面を有し、各ロック表面は
、好ましくは、シリンダーボアの中実軸に略垂直である。各ロック区分は、ロッ
ク棒において対応するロック表面に係合かっロックするために、複数のはめ合い
表面を含む。バネは、各ロック区分をそのロック棒との係合に偏向させ、これに
より、ラムブロックが閉位置に促進される時、ロック区分をロック棒に沿ってつ
め車で動作させる。閉鎖作動器への流体圧力損失は、パワーピストンがロック区
分の棒からの解除までシリンダーの方に移動するのを阻止されるために、ラムブ
ロックを開放させない。
ロック棒におけるロック表面は、ロック区分におけるはめ合い溝に係合する複数
の外溝によって形成される。一つのロック棒のための外溝は、別の棒の溝から軸
方向にオフセットされ、その結果、一つのロック区分は、解除と、そのロック棒
における隣接溝と別のロック区分の続(係合との間で、対応するロック棒に係合
かっロックする。外溝は、好ましく”は、管状部材を収容するためのBOPを通
った孔の公称直径の少なくとも45%の長さにわたって各ロック棒に沿って設け
られ、その結果、ラムブロックは、作動器シリンダー又はロック機構を変更又は
調整することなしに、BOPを通過する種々の大きさの管状部材を収容するため
に交換される。
流体圧力が作動器を意図的に開放するために印加されるまで、ラムブロックの偶
然の開放を防止するBOPのための簡単であるが高度に信頼性ある作動器を設け
ることが、本発明の目的である。
発明の特徴は、ロック棒におけるロック表面が、ラムシャフトの端部において種
々のラムブロックの交換を可能にする長さにわたって軸方向に離間され、作動器
シリンダー又はロックを達成するためのロック機構の修正を必要とすることなし
に、BOPを通過する多様な直径の管状部材を収容することである。
作動器への流体圧力又はロック構成要素間の摩擦力の維持によることなく、シリ
ンダー内の閉位置においてBOP作動器ピストンを機械的にロックするための改
良技術を設けることが、発明の別の目的である。
作動ピストンと作動器シリンダーの間の確実なロックが、シリンダーボアの中実
軸に略垂直なロック棒においてロック表面を設けることにより獲得されることが
、本発明の特徴である。
発明のさらに別の目的は、現存するBOP作動器が、BOP作動器の偶然の再開
放を防止するために、本発明のロック機構を含むように経済的に改装されること
である。
ロック棒の内の一つのためのロック表面が、別のロック棒におけるロック表面が
対応するロック区分におけるはめ合い表面と係止されている間、対応するロック
区分におけるはめ合い表面との係合から軸方向にオフセットされることが本発明
の利点である。
本発明のさらに別の利点は、ロック区分をロック棒との係合から外すための作動
器に印加された流体圧力がまた、パワーピストンを開放位置に移動させるために
使用されることである。
本発明のこれらと他の目的、特徴、及び利点は、次の詳細な説明から明らかにな
るであろう。この場合添付の図面を参照する。
図面の簡単な説明
第1図は、本発明による適切な噴出防止装置の部分的に断面の絵画図である。
第2図は、第1図に一般に示された噴出防止装置作動器の一つの部分的に断面の
詳細図である。
第3図は、第2図に一般に示されたロック棒とロック区分の係止を示す部分的に
断面の簡略化絵画図である。
第4図は、ロック区分がロック棒との係合を外された、第3図に示されたロック
構成要素の代替的な実施態様の絵画図である。
第5図は、ロック棒とロック区分におけるロック溝の断面図である。
好ましい実施態様の詳細な説明
第1図は、本発明による複数の流体動力作動器20.22を含む噴出防止装置(
BOP)10を示す。BOPIOは、延在している通路14を有する環状本体1
2を含み、BOPを通過して坑井ポアに延在している管状部材16を有する。技
術における当業者には、本体12が多様な直径の管状部材を収容することができ
ることが認識される。以後に議論される種々のラムブロックは、各々、特定直径
管、例えば、7−5/8″ケーシングを密封するために作動器に取り付けられる
。BOPの定格サイズは、BOP通路14を通過される最大直径管によって決定
される。
BOP通路14の最も限定的な直径は、公称直径を有し、ドリルカラー、ビンと
箱連結、等のために十分な間げきを許容しながら、BOPを通過される最大管直
径までドリルバイブ又は他の管部材長を収容することができる。
描かれたBOPloは、BOP本体の対向側に設けた2つの構造的に同一の上方
作動器組立品20.2OAを含む。各組立品20,2OAは、ボルト及びナツト
組立品34によりてBOPドア18に構造的に連結され、BOPドア18は、他
のボルト及びナツト組立品19によって本体12に取り付けである。下方作動器
組立品22.22Aは、典型的に同一であり、BOP本体の対向側において同様
に設けられる。対向する上方及び下方作動器の両方は、同時作動され、その結果
、ラムブロックは、部材16を通路14内のほぼ軸方向に中心を据えて維持しな
がら、管部材16の対向側を押圧し、かつ密封する。第1図において、上方作動
器20.2OAは、ラムブロックが管部材16の回りを密封した閉位置にあり、
一方、下方作動器22.22Aは、完全開放位置にある。
作動器20.22の各々は、各作動器組立品に中実軸29に沿って往復動するピ
ストン組立品30を含む。各作動器は、流体動力を与えられ、そして作動器のラ
ム閉鎖室21における加圧流体は、ピストンと関連ラムブロックをラム閉位置に
移動させ、一方、ラム開放室23における加圧流体は、ピストンとラムブロック
を開位置に移動させる(第1図に描かれた作動器22を参照せよ)。組立品20
.2OAの軸29は、同軸であり、かつBOP通路14の中実軸13を垂直に通
過する。ラムシャフト24は、各ピストン組立品30を交換可能なラムブロック
26と機械的に相互連結し、そして少なくとも一つの密封要素28を取り付けて
いる。多様な利用可能なラムブロック26の各々は、本体12と管部材16の間
の流路を密封するために、選択直径管部材で密封するように各作動器のそれぞれ
のラムシャフトにおいて取り付けられる。代替的に、管部材16を通うてせん断
される従来のラムブロックが使用され、本体12を通った流路を完全に閉鎖する
。
上方作動器のためのラムブロックと下方作動器のためのラムブロックは、冗長な
密封が望まれるならば、同一である。代替的に、ラムブロックの上方セットは、
−サイズの管部材の回りを密封するために設けられ、一方、ラムブロックの下方
セットは、異なるサイズの管部材の回りを密封するために作動される。この場合
、上方又は下方作動器は、選択的に作動され、その結果、同−BOPは、BOP
を通つて坑井に通過する2直径の管のいずれかに対して密封される。さらに別の
実施態様において、上方ラムブロックは、管部材とBOP本体12の間の環帯の
回りを密封することを意図され、一方、ラムブロックの第2下方セツトは、管部
材をせん断させ、BOPを通った流体流を完全に閉鎖するように設計される。
第2図は、第1図に一般に示された作動器20を非常に詳細に描(。
流体動力作動器は、作動器の中実軸29を規定する内側円筒形表面48を有する
スリーブ形外側ハウジング又はシリンダー46を含む。シリンダー頭32は、シ
リンダー46の一端部において密封固着され、そしてシリンダーとシリンダー頭
は、ボルト及びナツト組立品34によってドア18に同時に固着される。ロック
棒板40は、中央肩ボルト33によってシリンダー頭32に連結しである。複数
のロック棒42は、各々、一端部において、取り付はボルト44によりロック板
40に固着しである。
好ましくは、二つ以上のロック棒が、本発明により設けられ、そして各棒42は
、作動器20の中実軸から一様な距離離間され、かつ対称に位置付けられる。好
ましい実施態様において、4つのロック棒42が設けてあり、軸29の回りに9
0°の間隔で離間される。
シリンダー46内で軸方向に可動なピストン組立品30は、複数の軸方向に延在
しているロック棒空洞68を有するマンドレル60を具備する。各空洞は、シリ
ンダー46内のパワーピストン組立品30の往復動作中、ロック棒42の一つの
自由又は片持ち端部を収容する位置と大きさである。従来のシール62と64は
、マンドレル60の外側円筒形表面とシリンダー46の内面48の間の耐流体密
封係合を維持し、一方、摩耗スリーブ66は、パワーピストン30をシリンダー
46内に軸方向に中心を据えて維持する。保持板70は、ボルト(不図示)によ
りマンドレル60に構造的に連結してあり、一方、ロック板72は、同様に、ボ
ルト74により保持板に固定しである。
複数のロック区分又は半ナツト92が、ピストン30において保持され、各区分
92は、それぞれのロック棒42と作動器の中実軸の間で放射状に離間されてい
る。各ロック区分は、ピストン30内のそれぞれの空洞93内で可動であり、区
分92の移動は、好ましくは、それぞれ、保持板70とマンドレル60における
案内表面95.97によって放射状移動に制限される。各ロック区分は、一対の
コイルバネ94によってそれぞれのロック棒との係合に偏向される。以下にさら
に十分に説明される如(、ロック区分92は、第2図に示された如く、ピストン
30がラムブロックを閉位置に移動するのを制限しないが、流体圧力がピストン
30を開位置に意図的に移動させるために印加されるまで、ピストン30が開位
置に移動するのを阻止するために、ロック棒42と協同する。
ラムシャフト24は、ねじ76を有する縮小直径端部78を含み、ラムシャフト
をパワーピストン30に構造的に連結している。シール56は、シリンダー内の
パワーピストンの往復動作中、ラムシャフト24とドア18の間の密封係合を維
持する。付加密封又はバッキング材料が、ドア18における入力ボート54を通
ってラムシャフトに適用される。
ドアエ8におけるシール52は、BOP本体12を密封し、シール50は、ドア
18とシリンダー46の間を密封する。
リング形状アンロック組立品79は、ロック棒空洞68とラムシャフトの端部7
8の間に放射状に位置付けられる。アンロックピストン80は、流体圧力に応答
してパワーピストン内で軸方向に可動である。ピストン80の外径表面における
シール86は、マンドレル60との密封係合を設けるが、アンロックピストンの
内径表面におけるシール88は、ラムシャフト24のピストン端部78を密封す
る。端部78は、作動ピストン又はピストン組立品30を形成するために、保持
板70とマンドレル60に軸方向に固着しである。複数の指90が、アンロック
ピストン80から延在しており、各指は、それぞれのロック棒42に係合し、か
つ係止状態から対応するロック区分92を放射状に引っ込めるように適合される
。ロック区分に関する指90の適正な角度定位は、保持板70に固着され、アン
ロックピストン80において円筒形空洞内で滑動可能な案内ピン82によって獲
得される。
第3図は、本発明によるロック機構の構成要素を非常に詳細に描(。
ロック棒42は、多重の軸方向に離隔した外溝122を含む。ロック区分は、放
射状外側の弓状表面93に沿って設けた類似の溝を有する。ロッり区分82はま
た、テーバ表面122を規定するスロット120を含み、アンロックピストン8
0に固着した指90における同様のテーバ表面と滑合する。第2図と第3図にお
いて、アンロックピストン80は、ロック位置にあり、この場合表面91と92
は、係合していない。この位置において、ロック区分92は、ロック棒42との
係止のためにバネ94によって偏向される。
第4図は、ロック区分とロック棒の代替的な実施態様を描き、この場合アンロッ
クピストンは、アンロック位置に軸29に向かって放射状内側に移動され、表面
91を表面119に係合させ、これにより、ロック棒からロック区分を引っ込め
、バネ94を圧縮させる。第4図において、ロック棒142は、構成において半
円筒形である。従って、ロック歯は、平面内にあり、そして修正ロック区分19
2における噛合歯は、同様に、平行平面内にある。修正ロック区分192は、こ
うして、ピストン80の軸方向移動により、ロック棒142との係合に対して作
動器軸29に関して放射状に移動される。後者の実施態様の一利点は、同一の歯
形に対して、ロック区分の放射状移動が、ロック歯と噛合歯が湾曲している時必
要であるよりも、ロック棒から各ロック区分を解除するために必要とされないこ
とである。第3図に示された実施態様において、各歯の端部は、作動器軸に関し
て放射状に移動するロック区分の全移動量を棒軸に関して移動せず、従って、各
噛合歯の部分は、それぞれのロック歯から解除されるが、他の部分は係合してい
る。しかし、後者の実施態様において、各噛合歯の長さの各部分は、それぞれの
ロック歯との係合を同時に外れる。いったんロック区分がそれぞれのロック棒か
ら引っ込められたならば、ピストン30は、作動器のシリンダー頭32の方に軸
方向に自由に移動する。
第5図は、ロック棒におけるロック溝と上記のロック区分におけるはめ合い溝の
プロフィルを非常に詳細に描(。製造と組み立ての容易さのために、各ロック溝
は、棒42の周囲に設けられるが、谷溝122の部分のみが、作動器の動作中ロ
ック区分92に係合する。ロック棒142の平面のみに、ロック溝を設けである
。いずれの場合にも、溝122は、好ましくは、棒において「歯」を形成する、
一連の軸方向に離隔した凹部である。棒に沿うで離隔した歯を形成する谷溝の軸
方向位置は、こうして、製造の容易さのために一定であり、作動器シリンダー内
の棒42の回転方向に独立に、棒42において歯を位置付ける。谷溝は、ロック
表面124を規定し、好ましくは、作動器の中実軸29に垂直又は略垂直である
。テーバ表面126は、隣接ロック表面124間に軸方向に延在している。谷溝
の内側丸かど130は、ロック表面をテーバ表面と連結し、外側丸かど128は
、テーバ表面の反対端部をロック表面と相互連結する。
ロック棒における軸方向に離隔した溝の各々によって形成したロック表面124
は、確実な停止を設け、高開放力がピストン30に印加されるとしても、ラムブ
ロックの意図しない開放を許容しない。各ロック表面124は、好ましくは、作
動器の中実軸29に垂直な平面内にある。
各ロック表面124は、作動器軸に垂直な平面かられずかにテーバされる(これ
により、棒42において円すい台ロック表面又は棒142においてテーバロック
平面を形成する)が、表面124のテーバは、棒の中実軸41に関して、少なく
とも80°であるべきであり、そして好ましくは、85°〜90′である。ロッ
ク表面124に対するわずかな後方テーバが設けられ、その結果、128に隣接
する各表面124の放射状外側端部は、130に隣接する表面の放射状内側端部
よりも、軸方向においてシリンダー頭により接近している。そのようなわずかな
後方テーバにより、ラムブロックに印加された開放力に応答して、棒からロック
区分を分離しようとする力はほとんどなく、そして区分をロック棒からアンロッ
クするために必要な力を縮小する。ロック表面124のためのわずかな前方突出
テーバ(円すい台表面の頂点を軸方向のロック表面とシリンダー頭32の間に置
く)は、所望の確実なロックを設けるが、口、yり棒からのロック区分の引き込
みの困難さを生じさせる。作動器が閉鎖される時、ロック区分が各ロック棒の自
由端部の方に容易に移動することを保証するために、ロック表面間のランプ表面
126は、好ましくは、各棒の軸41に関して約30°において前方にテーバさ
れ、そしてバネ94は、区分がそれぞれのロック棒に係合することを保証するた
めに十分な公称偏向力を設ける大きさである。 ロック区分92又は192にお
けるはめ合い溝108の各々のプロフィルは、ロック棒42における溝122の
プロフィルに同一である。はめ合い溝108の軸方向間隔は、こうして、ロック
棒における溝122の間隔に同一である。はめ合い溝108が形成される表面の
幾何形状は、ロック歯を含むそれぞれのロック棒の外面の部分の形状に順応し、
その結果、はめ合い溝の各々の長さは、ロック係合中ロック棒における歯の一つ
によって満たされる。ロック表面124は、こうして、作動器の開放を防止する
ために、ロック区分92におけるはめ合い表面110に係合する。ランプ表面1
26と112は、作動器の開放中、ロック区分と棒の間のつめ車作用を達成する
ために、繰り返してバネ94と滑合し、かつ協同する。
ロック溝122とはめ合い溝108は、所望のシール圧搾が、ラムブロックシー
ルの摩耗に対するロック構成要素の調整なしにラムブロックによって維持される
如(、相対的に接近して軸方向に離隔される。ロック表面124の接近した軸方
向間隔は、こうして、ラムブロックが、BOPへの流体圧力が中断されたとして
も、実質的に完全閉位置においてロックされることを保証する。好ましくは、溝
は、隣接ロック表面が約0.150”よりも小さく離間する如く、軸方向に離隔
される。各棒に沿った0、050”よりも小さなロック溝の軸方向間隔は、最終
ラム閉位置とロック位置の間の「遊び」をさらに縮小するために可能であるが、
軸方向間隔におけるいっそうの縮小は、ランプ表面のテーバの非所望の増大又は
軸方向力の非所望の縮小を生じ、溝によって形成された歯は、ロック区分がロッ
ク棒にロックされる間、これらの力に耐える。
溝の軸方向間隔における減少に伴う遊びの所望の縮小は、すべてのロック区分に
対するはめ合い表面を同一軸方向位置において維持しながら、一つの棒における
ロック表面の位置を別の棒におけるロック表面に関して軸方向にオフセットさせ
ることにより達成される。2つのロック棒の各々におけるロック表面が、0.1
00”離間されると仮定すると、一方の棒における各ロック表面は、他方の棒に
おけるロック表面間で軸方向に離間され、ロック区分を0.050“増分におい
て棒の一方とロックさせる。発明の好ましい実施態様において、4つのロック棒
と4つのロック区分が、設けである。2つの全く対向したロック棒におけるロッ
ク溝の軸方向位置は、同一であるが、他方の2つの全く対向した棒は、軸方向に
オフセットしたロック表面を有する。高シール圧搾が、こうして、ラムブロック
によって獲得されるが、ラムシャフト24への高軸方向開放力の印加は、シリン
ダー46内でピストン30を傾斜させる傾向はない。同一の結果は、棒における
対応するロック表面が同一軸方向位置にとどまる間、ロック区分におけるはめ合
い表面の軸方向位置をオフセットさせることにより獲得される。
多重のロック溝は、好ましくは、棒42又は142の比較的長い軸長に沿って設
けられる。好ましくは、溝は、BOP本体に沿って通路14の公称直径の少なく
とも45%の長さに延在している。この特徴は、種々のラムブロックを各作動器
のラムシャフトに装着させ、その結果、ロックは、閉位置の広幅又は広範囲に行
われる。ロック機構を調整することなく、同一作動器は、完全BOP停止におい
て「ブラインド」ラムブロックを自動的にロックさせ、そして異なるラムブロッ
クを閉位置においてロックし、そのラムブロックは、BOP本体12の通路14
の直径によって収容される最大直径管に対して密封される。これらの各位置の間
に、作動器のための多数の他の閉位置があり、各閉位置は、BOPを通過する管
部材16の直径、ラムブロックシールにおける摩耗、及びラムブロックの構成に
依存している。本発明のロック機構は、こうして、BOPで使用される全範囲の
管及びラムブロックで有効であり、ロックを行うために流体圧力によらず、そし
てラムシャフトをロック位置において維持するためにロック構成要素間の摩擦力
による必要はない。
動作において、選択された形式と大きさのラムブロックは、こうして、いったん
作動器が閉鎖されると、BOPの流路を密封する所望の目的を達成するために対
向する作動器の端部に置かれる。表面からの加圧流体は、BOPを含む海底坑井
ヘッドにポンプで揚げられ、そして標準掘削使用又は生産作業中、作動器は、開
位置にとどまる。BOPが閉鎖されるならば、加圧流体は、シリンダー頭32(
第2図参照)におけるポート又は流体管路36を通って室47へと流され、パワ
ーピストン30を閉位置に移動させる。作動器の閉鎖中、ロック区分92又は1
92は、それぞれ、棒42又は142における溝に沿ってつめ車で動かされる。
ロック区分とピストンは、はめ合い表面110を収容するために最終ロック溝に
おける表面124とロック区分92の係正により、開位置への復帰を連続かつ自
動的に阻止されるために、ピストン30は、ロック機構が有効になる特定閉位置
に達する必要はない。作動器が、BOPの流路を完全に密封するために意図した
完全閉位置に達するのを阻止されるならば、作動器は、部分的閉位置においてロ
ックされ、こうして、BOPを通った坑井流体の流量を少なくとも制限する有益
な機能に役立つ。この作動器の閉鎖動作中、アンロックピストン80は、ピスト
ン80に作用する流体圧力のために、第2図に示されたアンロック位置へ軸方向
に移動され、又はアンロック位置に維持される。また、加圧流体は、パワーピス
トン30が閉位置に移動する時、ロック棒空洞を満たす。いったん閉鎖されると
、作動器は、室47における流体圧力が維持されるかに拘わらず、閉位置にとど
まる。閉鎖する流体圧力が維持されるがラムブロックにおける密封力が縮小され
るならば、あるいは閉鎖圧力が増大されるならば、ピストン30は、さらに閉鎖
に移動され、ラムブロックにおいて密封圧力を増大させ、そしてロック区分は、
ロック棒における次の溝とロックするためにつめ車で動かされる。
作動器20を開放するために、流体圧力は、管路36において排出され、そして
ポート又は流体管路58に意図的に印加される。加圧流体は、マンドレル60に
おける管路又はポート59を通過し、モしてアンロックピストン80に作用する
。従って、ピストン80は、ロック区分の方に軸方向に移動され、これにより、
ロック棒との係合からロック区分を回収させる。アンロック中、室23における
加圧流体はまた、ピストン30に作用するが、ピストン30は、ロック区分がロ
ック棒を解除するまで移動を阻止される。さらに、空洞68における流体は、ピ
ストン30が開位置に移動するためにロック棒42における溝を、又は空洞68
の側壁と端部キャップ146の円筒形外面144の間をゆっくりと通過しなけれ
ばならないために、ロック棒42の外面(又は端部キャップ146の外面144
)と空洞68の内径の間の密接な公差は、ピストン30がシリンダー頭の方に急
進するのを防止する。同一加圧流体は、ロック棒からロック区分を解除するため
にアンロックピストン80に作用し、かつピストン30を開位置に移動させるた
めにパワーピストン30に作用することが、本発明の特徴である。
本発明の特徴の一つは、現存するBOP作動器が、本発明の自動ロック機構を含
むために改装されることである。ロック構成要素のすべては、シリンダー46内
に収容されるために、噴出防止装置のサイズは、必ずしも増大される必要はない
。
多様な修正が、本発明の範囲を逸脱することなく、開示された実施態様に為され
る。例えば、コイルバネ以外の偏向装置が、ロック区分をロック棒との係合に偏
向させるために使用される。所望ならば、一つの管路からの流体圧力が、ロック
棒からロック区分を引っ込めるためにアンロックピストンに印加され、流体圧力
は、以後、最初にパワーピストンに印加され、ピストンを開位置に移動させる。
一つのロック棒が使用され、この場合ロック棒の自由端部は、作動ピストン30
の端部78における軸方向中心にある空洞に延在している。ロック棒は、ラム開
放室を規定するシリンダー頭又はドアにシリンダーボア内で取り付けられるが、
ロック棒は、好ましくは、ラム閉鎖室を規定するシリンダー頭に固着される。
円筒形又は半円筒形構成を有するロック棒が開示されたが、他の断面構成も使用
される。複数のはめ合い溝が、好ましくは、各ロック区分において設けられるが
、ロック区分において軸方向に離隔した溝の数は、ロック力が信頼性良くロック
棒に伝達されるならば、決定的ではない。
発明の上述の開示と記載は、例示的かつ説明的であり、そして例示装置の詳細及
び方法段階における多様な変更が、本発明を逸脱することな(添付の請求の範囲
内で行われる。
国際調査報告
Claims (20)
- 1.坑井ボアに延在している管部材を収容するための貫通路を有する噴出防止装 置を通った坑井流体の流れを制御するために、加圧流体源に応答して、噴出防止 装置本体内で可動な一対の対向ラムブロックの一方を開放及び閉鎖するための流 体動力噴出防止装置作動器において、軸を規定する内側ボアを有するシリンダー と、シリンダーボア内で軸方向に可動であり、ボアをラム閉鎖室とラム開放室に 分離するパワーピストンであり、一つ又は複数の軸方向に延在しているロック棒 空洞を有するパワーピストンと、シリンダーの端部と密封係合するためのシリン ダー頭と、シリンダーボア内のパワーピストンをラム閉位置の方に移動させるた めに、加圧流体をラム閉鎖室に印加するための加圧流体源と連通している流体閉 鎖管路と、パワーピストンとラムブロックを機械的に相互連結するためにシリン ダーから延在しているラムシャフトと、シリンダー頭に第1端部において固着さ れ、パワーピストンの対応する軸方向に延在している空洞内で可動な対向する第 2端部を有する一つ又は複数のロック棒であり、各ロック棒は多重の軸方向に離 間したロック表面を有する一つ又は複数のロック棒と、パワーピストンによって 保持され、パワーピストンがシリンダーボア内で移動してラムブロックを開放す るのを防止するために、対応するロック棒のロック表面と係止するためのはめ合 い表面を有する一つ又は複数のロック区分と、 一つ又は複数のロック区分の各々をそれぞれのロック棒の方に偏向させるための バネと、 一つ又は複数のロック棒からパワーピストンをアンロックさせ、ラムプロックを ラム開位置に移動させるために、ロック区分の各々を対応するロック棒との係合 から選択的に移動させるためのアンロックユニットとを具備する噴出防止装置作 動器。
- 2.一つ又は複数のロック棒の各々が、外側の軸方向に離隔した溝を含み、各溝 は多重のロック表面の一つを形成し、一つ又は複数のロック区分が、多重のはめ 合い溝を含み、各溝が、対応するロック棒における外側溝との係止のためのはめ 合い表面を形成する請求の範囲1に記載の噴出防止装置作動器。
- 3.加圧流体源に応答して、パワーピストン内で軸方向に可動なアンロックピス トンを含むアンロックユニットと、流体開放管路内の加圧流体がアンロックピス トンとパワーピストンの両方を軸方向に移動させる如く、加圧流体をラム閉鎖室 に印加するための加圧流体源と連通している流体開放管路とをさらに具備する請 求の範囲1に記載の噴出防止装置作動器。
- 4.一つ又は複数のロック棒が、複数のロック棒を含み、各ロック棒はシリンダ ーボアの軸から一様な距離放射状に離間される請求の範囲2に記載の噴出防止装 置作動器。
- 5.複数のロック棒の一つに対するロック表面が、複数のロック棒の別のものに 対するロック表面から軸方向にオフセットされる請求の範囲4に記載の噴出防止 装置作動器。
- 6.多重の軸方向に離間したロック表面の各々が、シリンダーボアの軸に関して 少なくとも80°傾斜される請求の範囲1に記載の噴出防止装置。
- 7.一つ又は複数のロック棒の各々における多重のロック表面の各々が、ロック 棒における隣接ロック表面から0.150インチよりも小さな距離軸方向に離間 される請求の範囲5に記載の噴出防止装置。
- 8.シリンダーボアの軸に垂直な方向において、パワーピストンに関してロック 区分の各々の移動を制限するためのパワーピストンにおける案内表面をさらに具 備する請求の範囲3に記載の噴出防止装置作動器。
- 9.アンロックユニットが、さらに、アンロックピストンに連結された一つ又は 複数のアンロック指を具備し、各ロック指は、ロック区分をそれぞれのロック棒 から解除するために、ロック区分のそれぞれに係合するためのテーパ表面を有す る請求の範囲8に記載の噴出防止装置作動器。
- 10.一つ又は複数のロック棒の各々における多重のロック表面が、噴出防止装 置本体内の貫通路の公称直径の少なくとも45%の長さに沿って軸方向に延在し ている請求の範囲5に記載の噴出防止装置。
- 11.坑井ボアに延在している管部材を収容するための貫通路を有する噴出防止 装置を通った坑井流体の流れを制御するために、加圧流体源に応答して、吹出防 止装置本体内でラムブロックをラム開位置とラム閉位置の間で往復動作させるた めの流体動力噴出防止装置作動器において、軸を規定する内側ボアを有するシリ ンダーと、ラム開位置からラム閉位置にシリンダーボア内で軸方向に可動であり 、軸方向に延在しているロック棒空洞を有するパワーピストンと、シリンダーの 端部と密封係合するためのシリンダー頭と、パワーピストンとラムブロックを機 械的に相互連結するためにシリンダーから延在しているラムシャフトと、 シリンダー頭に第1端部において固着され、パワーピストンの軸方向に延在して いる空洞内で可動な対向する第2端部を有するロック棒であり、ロック棒は多重 の軸方向に離間したロック表面を有し、各ロック表面は、シリンダーボアの軸に 略垂直な平面内にあるロック棒と、パワーピストンによって保持され、かつパワ ーピストンに関して放射状に可動なロック区分であり、パワーピストンがシリン ダーボア内でラム開位置に移動するのを防止するために、ロック棒のロック表面 と係止するためのはめ合い表面を有するロック区分と、ロック棒からパワーピス トンをアンロックさせ、ラムブロックをラム開位置に移動させるために、ロック 区分をロック棒との係合から選択的に移動させるようにパワーピストンに関して 軸方向に可動なアンロックピストンとを具備する噴出防止装置作動器。
- 12.ロック棒との係合の方にロック区分を偏向させるためにパワーピストンに よって保持されたバネをさらに具備する請求の範囲11に記載の噴出防止装置作 動器。
- 13.複数のロック棒であり、各ロック棒は、ロック表面を形成する外側の軸方 向に離隔した溝を含む複数のロック棒と、複数のロック区分であり、各ロック区 分は、対応するロック棒の外側溝と係止するためのはめ合い表面を形成する多重 のはめ合い溝を含む複数のロック区分とをさらに具備する請求の範囲11に記載 の噴出防止装置作動器。
- 14.複数の軸方向に延在しているロック棒空洞を含むパワーピストンと、 一方の端部においてシリンダー棒に固着され、パワーピストンにおける対応する 空洞内で可動な対向する第2端部を有する複数のロック棒であり、複数のロック 棒の各々は、シリンダーボアの軸から一様な距離放射状に離間される複数のロッ ク棒と、 複数のロック区分であり、各ロック区分は、シリンダーボアの軸とロック棒空洞 のそれぞれの間に放射状にパワーピストンに位置付けられた複数のロック区分と をさらに具備する請求の範囲11に記載の噴出防止装置作動器。
- 15.加圧流体源に応答して、パワーピストン内で軸方向に可動なアンロックピ ストンを含むアンロックユニットと、流体開放管路内の加圧流体がアンロックピ ストンとパワーピストンの両方を軸方向に移動させる如く、加圧流体をラム閉鎖 室に印加するための加圧流体源と連通している流体開放管路とをさらに具備する 請求の範囲11に記載の噴出防止装置作動器。
- 16.ラムブロックをラム開位置とラム閉位置の間で往復動作させ、これにより 、噴出防止装置を通った坑井流体の流れを制御するための流体動力噴出防止装置 作動器を動作させる方法であり、噴出防止装置は、坑井ボアに延在している可変 直径の管部材を収容するための貫通路を有する本体を含み、噴出防止装置作動器 は、軸を規定する内側ボアを有するシリンダーと、シリンダーボア内で軸方向に 可動なパワーピストンと、シリンダーの端部の密封係合するためのシリンダー頭 と、パワーピストンとラムブロックを相互連結するためにシリンダーから延在し ているラムシャフトとを含む方法において、 (a)パワーピストン内に一つ又は複数の軸方向に延在しているロック棒を形成 することと、 (b)一つ又は複数のロック棒において多重の軸方向に離間したロック表面を形 成することと、 (c)各ロック棒の対向する第2端部がパワーピストンの対応する軸方向に延在 している空洞内に位置付けられる如く、一つ又は複数のロック棒の各々の第1端 部をシリンダー頭に固着することと、(d)一つ又は複数のロック区分において はめ合い表面を形成することと、 (e)各ロック区分が対応するロック棒に関して放射状に可動である如く、パワ ーピストンにおいて各ロック区分を位置付けることと、(f)それぞれのロック 棒との係合の方に各ロック区分を偏向させることと、 (g)パワーピストンをラム閉位置に移動させるために加圧流体を印加し、一方 、ロック区分の各々が、対応するロック棒における軸方向に離間したロック表面 をつめ車で動かされ、かつロック棒におけるロック表面とロック区分におけるは め合い表面の係合により、パワーピストンがラム開位置に移動するのを防止する ことと、(h)以後、パワーピストンを一つ又は複数のロック棒からアンロック させるために、各ロック区分を対応するロック棒との係合から移動させることと 、 (i)ロック区分が一つ又は複数のロック棒との係合から移動される間、パワー ピストンをラム開位置に移動させるために、加圧流体を印加することとを含む方 法。
- 17.パワーピストンにおいて軸方向に可動なアンロックピストンを位置付ける ことをさらに含み、 段階(h)と(i)が、加圧流体をアンロックピストンとパワーピストンに印加 することにより形成される請求の範囲16に記載の方法。
- 18.シリンダーボアの軸にほぼ垂直な平面内で一つ又は複数のロック棒の各々 において多重の軸方向に離間したロック表面の各々を形成することと、 シリンダーボアの軸にほぼ垂直な方向においてパワーピストンに関してロック区 分の各々の移動を制限することとをさらに含む請求の範囲16に記載の方法。
- 19.一つ又は複数のロック棒が、複数のロック棒を含み、そして段階(c)が 、さらに、 シリンダーボアの軸から一様な放射状距離で、複数のロック棒の各々をシリンダ ー頭に固着することと、 対応するロック区分におけるはめ合い表面に関する複数のロック棒の一つにおけ るロック表面の軸方向位置を、対応するロック区分におけるはめ合い表面に間す る複数のロック棒の別のものにおけるロック表面の軸方向位置からオフセットさ せることとをさらに含む請求の範囲16に記載の方法。
- 20.噴出防止装置本体内の貫通路の公称直径の少なくとも45%の長さに沿っ て、一つ又は複数のロック棒の各々において多重のロック表面を軸方向に形成す ることを段階(b)においてさらに含む請求の範囲16に記載の方法。
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