KR20080037650A

KR20080037650A - Rod lock for ram blowout preventers

Info

Publication number: KR20080037650A
Application number: KR1020087000238A
Authority: KR
Inventors: 로버트 아놀드 저지; 마이클 웨인 버크켄호프
Original assignee: 하이드릴 엘엘씨
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2008-04-30

Abstract

A blowout preventer (100) to hydraulically seal a wellbore includes a housing (102) configured to be positioned above a wellhead and to surround a drillstring (112), a plurality of rams (120) positioned perpendicular to an axis (114) of the drillstring to engage the drillstring (112) and hydraulically isolate an annulus (116) between the wellbore and the drillstring (112) when in a closed position, and a roller lock (350, 250) positioned about a thrust rod (326, 226, 126) of each ram (120) configured to maintain the rams (120) in the closed position.

Description

ROD LOCK FOR RAM BLOWOUT PREVENTERS}

본 발명은 일반적으로 석유 개발 및 복구 산업에서 활용되는 것과 같은 폭발 차단기용 로킹 기구에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 램형(ram-type) 폭발 차단기용 드러스트 로드의 바람직하지 않은 역전을 방지하기 위한 롤러 로크 기구에 관한 것이다.The present invention relates generally to locking mechanisms for explosion breakers such as those used in the oil development and recovery industry. More specifically, the present invention relates to a roller lock mechanism for preventing undesirable reversal of the thrust rod for a ram-type explosion breaker.

웰보어는 아래의 지각층에 갇힌 오일 및 가스 매장물을 발견하기 위해 지각 내부로 깊이 천공된다. 통상, 이러한 웰보어는 긴 채취, 또는 스트링 나사 파이프의 단부에서 드릴 비트를 회전시키는 드릴스트링(drillstring)이라고 공지된 장치에 의해 천공된다. 이러한 작업에 관련된 에너지 및 마찰 때문에, 드릴 비트가 아래의 암석층을 절삭함에 따라 드릴링 머드(drilling mud)라고 통상 언급되는 드릴링 유체가 드릴 비트를 윤활하고 냉각시키도록 사용된다. 또한, 드릴링 머드는 웰보어의 바닥으로부터 표면까지 드릴 커팅을 제거하는 보조적인 기능을 수행할 수 있다. 통상, 드릴링 머드는 드릴스트링의 중심 보어를 통해 고압 하에서 드릴 비트에 전달된다. 그로부터, 드릴 비트 상의 노즐은 여압 머드(pressurized mud)를, 여압 머드가 비트를 세척하고 냉각하는 드릴 비트 상의 커터로 유도한다. 유체가 드릴스트링의 중심 보어를 통해 다운홀(downhole)로 전달됨에 따라, 드릴스트링 부 품의 외측과 컷 웰보어 사이에 형성된 환형부에서 유체는 표면으로 복귀한다. 따라서, 드릴링 머드의 유체역학적 칼럼은 통상 표면으로부터 절삭되는 다운홀의 바닥까지 연장된다.Wellbore is drilled deep into the crust to find oil and gas deposits trapped in the bottom crust. Typically, such wellbore is drilled by a long well, or a device known as a drillstring that rotates a drill bit at the end of a string screw pipe. Because of the energy and friction involved in this operation, drilling fluid, commonly referred to as drilling mud, is used to lubricate and cool the drill bit as the drill bit cuts the rock layer below. In addition, the drilling mud may perform a secondary function of removing drill cutting from the bottom of the wellbore to the surface. Typically, the drilling mud is delivered to the drill bit under high pressure through the center bore of the drillstring. From there, the nozzle on the drill bit directs the pressurized mud to the cutter on the drill bit where the pressurized mud cleans and cools the bit. As the fluid is delivered to the downhole through the center bore of the drillstring, the fluid returns to the surface in an annulus formed between the outside of the drillstring part and the cut wellbore. Thus, the hydrodynamic column of the drilling mud typically extends from the surface to the bottom of the cut down hole.

웰보어가 표면 아래로 수천 피트 천공됨에 따라, 드릴링 머드의 정역학적 칼럼은 웰보어의 폭발을 방지하도록 또한 작용한다. 탄화수소 및 다른 유체는 상당한 압력 하에 존재하는 지하층에 갇혀있는 경우가 많다. 임의의 유동 제어 계획이 없다면, 이러한 파열된 지각층으로부터의 유체는 웰보어 밖으로 간헐천과 같이 폭발할 수 있고, 탄화수소 및 다른 바람직하지 않은 유체를 대기 중으로 분출할 수 있다. 드릴링 머드 칼럼으로부터의 수천 피트의 유압 헤드는 정상 상태 하에서 웰보어가 폭발하는 것을 방지하는데 조력한다. 그러나, 어떤 예측되지 않은 환경하에서, 드릴 비트는 여압층의 포켓을 직면할 것이며, 웰보어가 "킥(kick)" 하도록 야기하거나 또는 압력에서의 빠른 증가를 경험하도록 할 것이다. 지각층 킥은 예측할 수 없고, 다르게라면 재앙을 초래할 것이기 때문에, 폭발 차단기("BOP's")로 알려진 유동 제어 장치는 현재 사용되는 대부분의 드릴링 리그(rig)에 필수적이다.As wellbore is drilled thousands of feet below the surface, the hydrostatic column of the drilling mud also acts to prevent explosion of the wellbore. Hydrocarbons and other fluids are often trapped in underground layers that exist under significant pressure. Without any flow control scheme, the fluid from this ruptured crust can explode like a geyser out of the wellbore and eject hydrocarbons and other undesirable fluids into the atmosphere. Thousands of feet of hydraulic heads from the drilling mud column help to prevent the wellbore from exploding under normal conditions. However, under certain unforeseen circumstances, the drill bit will face the pockets of the pressurization layer, causing the wellbore to "kick" or to experience a rapid increase in pressure. Since tectonic kicks are unpredictable and would otherwise cause catastrophe, flow control devices known as explosion breakers (“BOP's”) are essential for most drilling rigs in use today.

폭발 차단기는 드릴스트링을 포위하는 환형 공간을 밀봉하도록 구성된 장치이다. 폭발 차단기의 가장 흔한 형태 중 하나는 램형 폭발 차단기로 공지되어 있다. 램형 폭발 차단기는 드릴스트링(및 그것에 연결된 임의의 부품)이 통과할 수 있는 큰 통로를 포함하는 웰헤드의 정상에 장착된 큰 하우징을 포함한다. 하우징은 또한 드릴스트링의 축과, 후퇴 위치와 연장 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 웰헤드에 대체로 수직인 평면 내에 위치된 두 개 이상의 램을 포함한다. 램의 단 부는 연장될 때, 배치된 드릴스트링 둘레에 완전한 환형 유압 밀봉부를 제공하도록 구성된다. The explosion breaker is a device configured to seal the annular space surrounding the drillstring. One of the most common forms of explosion breakers is known as ram type explosion breakers. The ram-type explosion breaker includes a large housing mounted on top of the wellhead that includes a large passage through which the drillstring (and any component connected to it) can pass. The housing also includes at least two rams located in a plane generally perpendicular to the axis of the drillstring and the wellhead configured to move between the retracted and extended positions. The end of the ram, when extended, is configured to provide a complete annular hydraulic seal around the disposed drillstring.

우선, 도1을 참조하면, 통상적인 램형 BOP(100)가 개략적으로 도시된다. 주하우징(102)과, 두 개 이상의 피스톤 램 하우징(104)과, (미도시된) 다른 웰헤드 구성품에 대한 연결을 위한 상부 볼팅 플랜지(106) 및 하부 볼팅 플랜지(108)를 포함하는 램형 BOP(100)가 도시된다. 램형 폭발 차단기(100)는 양호하게는 대체로 원통형인 관통 보어(110)가 유전관(112)이 드릴스트링 축(114)을 따라 방해받지 않고 관통하도록 허용하도록 구성된다. 유전관(112)은 통상 드릴스트링의 구성품이며, 드릴 파이프, 드릴 칼라, 측정 공구, 권취된 튜빙(tubing), 또는 와이어라인(wireline) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 정상 상태 하에서, 유체가 관(112)의 외측 프로파일과 보어(110)의 내측 프로파일 사이에 형성된 환형부(116)를 통과하도록 관통 보어(110)는 개방되고, 방해되지 않는다. BOP 100 아래의 유체가 BOP 100 위의 웰보어와 더 이상 연통되지 않도록 아래의 웰보어가 차단되려고 할 때, 램 조립체(118)는 보어(110)과 관(112) 사이의 환형부(116)의 360°밀봉을 제공하도록 작동된다.First, referring to FIG. 1, a typical ram type BOP 100 is schematically shown. Ram-type BOP including main housing 102, two or more piston ram housings 104, and upper bolting flange 106 and lower bolting flange 108 for connection to other wellhead components (not shown). 100 is shown. Ram-type explosion breaker 100 is preferably configured to allow the generally cylindrical through bore 110 to pass through the dielectric tube 112 unobstructed along the drillstring axis 114. The dielectric tube 112 is typically a component of a drillstring, and may include, but is not limited to, drill pipes, drill collars, measuring tools, wound tubing, wirelines, and the like. Under normal conditions, the through bore 110 is open and unobstructed such that fluid passes through the annular portion 116 formed between the outer profile of the tube 112 and the inner profile of the bore 110. When the well bore below is about to be blocked such that fluid below BOP 100 is no longer in communication with the well bore above BOP 100, ram assembly 118 is annular 116 between bore 110 and tube 112. It is operated to provide a 360 ° seal of.

각각의 램 조립체(118)는 드러스트 로드(126)를 통한 유압 피스톤(124)에 연결된 선단 에지(122)를 갖는 밀봉 램(120)을 포함한다. 선단 에지(122)는 양호하게는 그 사이에 밀접한 밀봉이 형성될 수 있도록 유전관(112)의 외측 프로파일에 대응하도록 형상 지어진다. 드러스트 로드(126)를 통해 밀봉 램(120)에 연결된, 유압 피스톤은 관(112)에 대해 선단 에지(122)를 결합시키고 환형부(116)를 밀봉하 도록, 외측 유압원(미도시됨)에 의해 작동된다. 각각 선단 에지(122)에 대해 대응하는 반원형 프로파일을 구비하는 두 개의 램 조립체(118)가 있는 것이 통상적일 수 있지만, 램형 BOP 100는, 환형부(116)를 차단하고 밀봉하기 위한 선단 에지(122)를 위해 대응하는 원형부를 구비하면서 세 개 이상의 램 조립체(118)를 채용할 수 있다. Each ram assembly 118 includes a sealing ram 120 having a leading edge 122 connected to the hydraulic piston 124 through the thrust rod 126. The leading edge 122 is preferably shaped to correspond to the outer profile of the dielectric tube 112 so that a tight seal can be formed therebetween. The hydraulic piston, connected to the sealing ram 120 via the thrust rod 126, engages an external hydraulic source (not shown) to engage the leading edge 122 against the pipe 112 and seal the annular portion 116. Is operated by). While it may be typical to have two ram assemblies 118 each having a corresponding semicircular profile for the leading edge 122, the ram BOP 100 has a leading edge 122 for blocking and sealing the annular portion 116. Three or more ram assemblies 118 may be employed with corresponding circular portions.

환형부(116)를 차단하기 위해, 여압 유체가 램 하우징(104)의 저수조(130)와 연통하는 유압 포트(128)에 인가된다. 저수조(130)에서의 압력에서의 증가는 피스톤(124)의 배면(132)을 가압하고, 피스톤(124), 로드(126), 및 램(120)이 관(112)을 향해 밀리도록 한다. 저수조(130)와 연통되는 압력이 높을수록, 로드(126)를 통해 램(120)으로 전달되는 하중도 커진다. 램(120)을 환형부(116) 외부로 후퇴시키도록, 포트(128)에 대한 압력이 감소되며, 피스톤(124)은 저수조(130) 내로 후퇴될 수 있다. 피스톤(124)의 후퇴는 후퇴 스프링(미도시됨), 유압 견인기의 사용을 통해, 또는 공지된 임의의 다른 수단을 통해 보조될 수 있다. 특히, 후퇴 포트(129)는 유압의 증가가 램(120)을 후퇴시키기 위해 피스톤(124)을 변위시키도록 후퇴 저수조(131)에 유압적 접근을 제공하도록 사용될 수 있다. To block the annular portion 116, pressurized fluid is applied to the hydraulic port 128 in communication with the reservoir 130 of the ram housing 104. The increase in pressure in the reservoir 130 pressurizes the back 132 of the piston 124 and causes the piston 124, the rod 126, and the ram 120 to push towards the tube 112. The higher the pressure communicated with the reservoir 130, the greater the load transmitted to the ram 120 through the rod 126. To retract the ram 120 out of the annulus 116, the pressure on the port 128 is reduced and the piston 124 may be retracted into the reservoir 130. Retraction of the piston 124 may be assisted through the use of a retraction spring (not shown), a hydraulic retractor, or any other means known in the art. In particular, the retraction port 129 may be used to provide hydraulic access to the retracting reservoir 131 such that an increase in hydraulic pressure displaces the piston 124 to retract the ram 120.

램(120)은 연장되고 선단 에지(122)를 유전관(112)에 결합시키면서, 강한 유압 밀봉은 유체가 환형부(116)를 통해 웰보어를 빠져나가는 것을 방지한다. 유압이 저수조(130)에 유지되는 한, 램(120)은 환형부(116)를 계속 밀봉할 것이다. 그러나, 램형 BOP 100의 작동적인 능력에도 불구하고 환형부의 밀봉을 유지하는 것이 바람직한 경우들이 있다. 예컨대, 리그사이트(rigsite)에서의 동력 공급 중단의 경우에 밀봉 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 보어가 연장된 시간 동안 폐쇄되는 경우라면, 그 기간에 걸쳐 유압을 유지하는 것이 항상 신뢰성이 있거나 현명한 것은 아니다. 따라서, 작동되는 경우라면 유압 램(120)을 정위치에 "로크"하기 위한 시스템 및 기구는 유전에서 매우 바람직하다.The ram 120 extends and couples the leading edge 122 to the dielectric tube 112, while a strong hydraulic seal prevents fluid from exiting the wellbore through the annulus 116. As long as hydraulic pressure is maintained in the reservoir 130, the ram 120 will continue to seal the annular portion 116. However, there are cases where it is desirable to maintain the sealing of the annular portion despite the operational capability of the ram type BOP 100. For example, it is desirable to remain sealed in the event of a power outage at the rigsite. Also, if the bore is closed for an extended period of time, maintaining hydraulic pressure over that period is not always reliable or wise. Thus, systems and mechanisms for "locking" hydraulic ram 120 in place when operated are highly desirable in oil fields.

유압 램(120)을 정위치에 로킹시키기 위한 종전의 한 방법은 저수조(130) 내에 배치되면 정 위치에 로크 피스톤(124)을 기계적인 스크류로 조이는 것을 포함한다. 이러한 스크류들은 수동으로 또는 동력 장치를 통해서 조여지며, 램(120), 드러스트 로드(126), 피스톤(124)을 정위치에 효과적으로 로크할 것이다. 그러나, 접근성 우려는 이러한 해결책이 최적상태에 못 미치는 상태로 만든다. 특히, 심해 설치에서, 이러한 로킹 스크류는 원격 조정된 차량에 의해 또는 전기 액츄에이터를 통해 작동되어야만 한다. 이와 같이, 수백 피트 또는 그 이상의 깊이에서 그들의 신뢰성은 의심된다. 또한, 땅에 기초를 둔 리그에서는, BOP 100은 통상 리그 플로어 아래에 위치된다. 이와 같이, 로킹 스크류를 결합시키고 결합해제시키는 것은 상당한 시간을 요구하고, 긴급한 경우에는 시간은 항상 사용가능한 것은 아니다.One conventional method for locking the hydraulic ram 120 in place involves tightening the lock piston 124 with a mechanical screw in place when placed in the reservoir 130. These screws are tightened manually or through a power unit, which will effectively lock the ram 120, thrust rod 126, piston 124 in place. However, accessibility concerns make this solution less than optimal. In particular, in deep sea installations, such locking screws must be operated by means of a remotely controlled vehicle or via an electric actuator. As such, their reliability is suspected at depths of hundreds of feet or more. Also, in land-based leagues, BOP 100 is usually located below the league floor. As such, engaging and disengaging the locking screw requires considerable time, and in an emergency the time is not always available.

드러스트 로드(126)를 정위치에 로킹시키기 위해 유압 램을 로킹시키는 추가적인 해결책이 가능하다. 이전에, [예컨대, 본 명세서에 참조로써 합체된 로버트(Robert)의 미국 특허 제3,941,141호] 래칫 프로파일이 드러스트 로드(126)를 정위치에 보유하기 위해 필적하는 로킹 부재와 결합된 드러스트 로드(126)의 외측 프로파일 상에서 사용되어왔다. 또한, 다양한 내부 나사 기구들[예컨대, 양자 모두 본 명세서에 참조로써 합체된 엘리슨(Ellison)의 미국 특허 제4,052,995호, 올 슨(Olson)의 미국 특허 제4,076,208호]은 드러스트 로드(126)를 사용되는 정위치에 고정하고 그에 의해 드러스트 로드(126)는 나사결합되고 대응하는 잼 너트 장치는 드러스트 로드(126)를 정위치에 로킹시키도록 채용되어왔다. 마지막으로, 다양한 웨징(wedging) 해결책[예컨대, 양자 모두 본 명세서에 참조로써 합체된 애비(Abbe)의 미국 특허 제4,305,565호와, 윌리암스(Williams)의 미국 특허 제4,969,390호]이 드러스트 로드(126)를 정위치에 로킹시키도록 제안되어왔다. 전망이 있어보이기는 하지만, 이러한 해결책 각자는 이들이 드러스트 로드(126)을 정위치에 결합시키고 로킹시키기 전에 백래시라고 알려진 후방에서의 가벼운 미끄러짐 또는 "유격"의 양을 나타내는 점에서 최적에 못미친다고 다수에 의해 간주된다. 웰보어에 대한 고압 "킥"의 경우에, 드러스트 로드(126)에 연결된 램(120)에 있어서의 극소량의 변위도 웰보어 유체의 최악의 해제를 초래할 수 있다. An additional solution is possible to lock the hydraulic ram to lock the thrust rod 126 in place. Previously (e.g., US Pat. No. 3,941,141 to Robert, incorporated herein by reference) a ratchet profile combined with a locking member comparable to retaining the thrust rod 126 in place Has been used on the outer profile of 126. In addition, various internal thread mechanisms (eg, US Pat. No. 4,052,995 to Elson, US Pat. No. 4,076,208 to Olson), both of which are incorporated herein by reference, discloses the drust rod 126. In place, the thrust rod 126 is screwed in and the corresponding jam nut device has been employed to lock the thrust rod 126 in place. Finally, various wedging solutions (e.g., U.S. Patent No. 4,305,565 to Abbe and U.S. Patent No. 4,969,390 to Williams), both incorporated herein by reference, are described in Drust Road 126. ) Has been proposed to lock in place. Although it looks promising, each of these solutions is less than optimal in that they represent a slight amount of slip or "gap" in the rear, known as backlash, before engaging and locking the thrust rod 126 in place. Is considered by the majority. In the case of a high pressure “kick” against the wellbore, even a small amount of displacement in the ram 120 connected to the thrust rod 126 may result in the worst release of the wellbore fluid.

따라서, 산업계에서 최소의 조작자 상호작용 및 로킹이 발생하기 전에 램의 최소의 백래시를 가지면서, 빠르고, 확실하고, 견고하게 램형 폭발 방지기를 결합 위치에 로킹시키기 위한 장치에 대한 오랜 요구가 있어 왔다. Thus, there has been a long need in the industry for a device to lock a ram-type explosion protector in a mated position quickly, securely and securely with minimal backlash of the ram before minimal operator interaction and locking occurs.

일 실시예에서, 폭발 방지기는 웰헤드 위에 위치되고 드릴스트링(drillstring)을 포위하도록 구성되는 하우징과, 드릴스트링의 축에 수직하게 위치된 복수의 램들과, 각각의 램의 드러스트 로드 둘레에 위치되는 롤러 로크를 포함한다. 램은 드릴스트링과 결합하고, 램이 폐쇄된 위치일 때 하우징 위에 위치된 구성품으로부터 웰보어와 드릴스트링 사이의 환형부를 유압식으로 격리시키도록 구성될 수 있다. 롤러 로크는 램을 폐쇄된 위치에 유지시키도록 구성될 수 있다. In one embodiment, the explosion arrester is positioned over the wellhead and configured to surround a drillstring, a plurality of rams positioned perpendicular to the axis of the drillstring, and around a thrust rod of each ram. And roller locks to be provided. The ram may be configured to engage the drillstring and to hydraulically isolate the annular portion between the wellbore and the drillstring from the component located above the housing when the ram is in the closed position. The roller lock can be configured to hold the ram in a closed position.

일 실시예에서, 본 발명은 폭발 차단기와 함께 사용되기 위한 로킹 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 로킹 장치는 폭발 차단기의 램에 연결된 드러스트 로드의 이동을 결합되어서 제한하기 위한 복수의 구형 로킹 요소를 포함한다. 또한, 로킹 장치는 구형 로킹 요소를 위한 복수의 리셉터클을 포함할 수 있는데, 각각의 리셉터클은 작동 램이 가압된 개방일 때, 구형 로킹 요소를 드러스트 로드와 압축 접촉하도록 밀어넣도록 구성된 경사면을 포함한다. 또한, 로킹 장치는 구형 로킹 요소를 리셉터클로 후퇴시키고 보유하기 위한 그리고 작동 램이 개방될 때 이들을 드러스트 로드와의 압축 접촉 외부로 유도하기 위한 해제 케이지를 포함할 수 있다.In one embodiment, the invention relates to a locking device for use with an explosion breaker. In one embodiment, the locking device comprises a plurality of spherical locking elements for combinedly limiting the movement of the thrust rod connected to the ram of the explosion blocker. The locking device may also include a plurality of receptacles for the spherical locking element, each receptacle comprising an inclined surface configured to push the spherical locking element into compression contact with the thrust rod when the actuation ram is pressurized open. do. The locking device may also include a release cage for retracting and retaining the spherical locking element into the receptacle and for guiding them out of compression contact with the thrust rod when the actuation ram is opened.

일 실시예에서, 본 발명은 폭발 차단기의 램을 로킹시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 구형 로킹 요소를 램의 드러스트 로드에 인접하여 위치된 리셉터클 내부에 위치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 리셉터클은 램이 가압 개방될 때 구형 로킹 요소를 드러스트 로드와 결합시키도록 구성된 경사면을 포함한다. 본 발명은 드러스트 로드를 구형 로킹 요소와 압축 결합시켜 로킹하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 램을 언로킹시키도록 해제 케이지로 구형 로킹 요소를 각각의 리셉터클 내로 후퇴시키는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the invention relates to a method for locking a ram of an explosion breaker. The method may include positioning a spherical locking element inside a receptacle positioned adjacent to the thrust rod of the ram, wherein the receptacle is configured to engage the spherical locking element with the thrust rod when the ram is pressurized open. It includes an inclined surface. The invention further includes the step of locking the thrust rod in compression engagement with the spherical locking element. The invention may further comprise the step of retracting the spherical locking element into each receptacle with a release cage to unlock the ram.

본 발명의 다른 목적 및 장점은 이하의 설명 및 첨부된 청구항으로부터 명백할 것이다.Other objects and advantages of the invention will be apparent from the following description and the appended claims.

도1은 램형 폭발 차단기의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a ram type explosion breaker.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 드러스트 로드 리테이너의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a drust rod retainer according to an embodiment of the present invention.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드러스트 로드 리테이너의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a drust load retainer according to an embodiment of the present invention.

지금부터 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드러스트 로드 로크(250)의 개략적인 설명이 도시된다. 본 실시예에서, 드러스트 로드 로크(250)는 양호하게는 드러스트 로드(226)를 포위하는 고정 위치 내에서 피스톤 램 하우징(예컨대 도1의 104) 내에 위치된다. 드러스트 로드 로크(250)는 바람직하게는 로킹 방향(252)에서의 드러스트 로드(226)의 변위를 허용하면서, 언로킹 방향(254)에서의 드러스트 로드(226)의 변위는 허용하지 않도록 구성된다. 드러스트 로드 로크(250)는 내부로 하나 이상의 롤러 리셉터클(258)이 형성되는 주요 본체(256)를 포함한다. 롤러 리셉터클(258)은 경사면(264)을 통해 얕은 섹션(262)까지 연장되는 깊은 섹션(260)을 포함하며 도시된다. Referring now to FIG. 2, a schematic illustration of a drust load lock 250 in accordance with an embodiment of the present invention is shown. In this embodiment, the thrust rod lock 250 is preferably located in the piston ram housing (eg 104 in FIG. 1) in a fixed position surrounding the thrust rod 226. The thrust rod lock 250 preferably allows the displacement of the thrust rod 226 in the locking direction 252 while not allowing the displacement of the thrust rod 226 in the unlocking direction 254. It is composed. The thrust rod lock 250 includes a main body 256 in which one or more roller receptacles 258 are formed. The roller receptacle 258 is shown with a deep section 260 extending through the inclined surface 264 to the shallow section 262.

이와 같이, 각각의 롤러 리셉터클(258)은 드러스트 로드(226)의 로킹이 선택적으로 요구될 때 리셉터클(258)로부터의 그리고 리셉터클 내에 롤러(266)를 보유하고 배치하도록 구성된다. 특히, 롤러(266)가 깊은 섹션(260) 내에 위치될 때, 롤러와 드러스트 로드(226) 사이에는 대체로 접촉이 발생되지 않지만, 롤러(266)가 경사면(264)의 하방으로 이동함에 따라 드러스트 로드(226)는 롤러(266)와 표면(264)에 의해 바인드(bind)로 점진적으로 잠금된다. 또한, 일단 그렇게 로킹되면, 언로킹 방향(254)에서의 드러스트 로드(226) 상의 하중에서의 추가적인 증가 는, 경사면(264)과 접하는 롤러(266)를 드러스트 로드(226)에 더 밀착하게 압축하도록 초래하는 경향이 있으며, 더 강한 로킹 위치를 얻게 된다. 로킹 방향(252)의 드러스트 로드(226)의 변위는 이 로드(226)가 로킹 방향(252)에서 이동하기에 자유롭도록 주요 본체(256)의 깊은 섹션(260)을 향해 롤러(266)가 경사면(264)을 굴러 올라가게 하는 경향이 있다. As such, each roller receptacle 258 is configured to hold and place rollers 266 from and within the receptacle 258 when the locking of the thrust rod 226 is optionally required. In particular, when the roller 266 is located in the deep section 260, generally no contact occurs between the roller and the thrust rod 226, but is exposed as the roller 266 moves below the inclined surface 264. Strand rod 226 is progressively locked in bind by roller 266 and surface 264. Further, once so locked, further increases in the load on the thrust rod 226 in the unlocking direction 254 make the roller 266 in contact with the inclined surface 264 more closely to the thrust rod 226. This tends to result in compression, resulting in a stronger locking position. The displacement of the thrust rod 226 in the locking direction 252 causes the roller 266 to move toward the deep section 260 of the main body 256 such that the rod 226 is free to move in the locking direction 252. There is a tendency to roll up the inclined surface 264.

또한, 드러스트 로드 로크(250)의 리테이너 케이지(268)는 롤러(266)를 리셉터클(258) 내에 보유하며, 드러스트 로드(226)가 해제될 때 롤러(266)를 깊은 섹션(260)으로 후퇴시키도록 구성된다. 리테이너 케이지(268)가 롤러의 드러스트 로드(226)와의 결합을 간섭하지 않으면서 롤러(266)를 변위시키도록 허용하도록, 리테이너 케이지(268)는 롤러(266)에 인접한 슬롯(미도시됨)을 포함하는 것이 바람직하다. 롤러(266)가 구형인 경우에, 슬롯은 종방향 슬롯 또는 롤러(266)의 외측 프로파일에 일치되는 구형 섹션일 수 있다. 다르게는, 롤러(266)가 원통형인 경우에, 슬롯은 롤러(266)과 대략 동일한 너비인 횡방향 슬롯일 수 있다. 구성에 관계없이, 드러스트 로드(226)가 언로킹 방향(254)에서 변위될 때, 리테이너 케이지(268)는 롤러(266)를 경사면(264) 상부 및 깊은 섹션(260) 내로 그리고 드러스트 로드(226)의 외표면과의 결합으로부터 이격되게 후퇴시키도록 방향(270)에서 변위된다. 롤러(266)가 드러스트 로드(226)에 대향하는 방향(270)에서 그리고 드러스트 로드(226)로 편향되도록 리테이너 케이지(268)는 편향될 수 있다. 다르게는, 케이지(268)는 드러스트 로드(226)의 이동이 롤러(266)가 결합되도록 초래함에 있어 유일한 힘이 되도록 허용하면서 편향되지 않을 수 있다. The retainer cage 268 of the thrust rod lock 250 also retains the roller 266 in the receptacle 258 and moves the roller 266 into the deep section 260 when the thrust rod 226 is released. And to retract. The retainer cage 268 is a slot (not shown) adjacent to the roller 266 to allow the retainer cage 268 to displace the roller 266 without interfering with the roller's engagement with the thrust rod 226. It is preferable to include. If the roller 266 is spherical, the slot may be a longitudinal slot or a spherical section that matches the outer profile of the roller 266. Alternatively, where the roller 266 is cylindrical, the slot may be a transverse slot that is approximately the same width as the roller 266. Regardless of the configuration, when the thrust rod 226 is displaced in the unlocking direction 254, the retainer cage 268 moves the roller 266 into the inclined surface 264 upper and deep sections 260 and the thrust rod Displaced in direction 270 to retract away from engagement with the outer surface of 226. The retainer cage 268 may be deflected such that the roller 266 is deflected in the direction 270 opposite the thrust rod 226 and towards the thrust rod 226. Alternatively, the cage 268 may not be deflected while allowing the movement of the thrust rod 226 to be the only force in causing the roller 266 to engage.

공지된 리테이너 케이지를 변위시키거나 편향시키기 위한 유압관, 스프링, 및 장력 케이블을 포함하지만 이것에 한정되지는 않는 공지된 임의의 수단이 채용될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 특히, 리테이너 케이지는 유압이 부착된 유압 액츄에이터에 인가될 때 변위되도록 구성될 수 있다. 또한, 유압 장치가 드러스트 로드(226)를 언로킹 방향(254)으로 후퇴시키도록 채용되는 경우라면, 제어 시스템(미도시됨)은 이러한 유압을 리테이너 케이지 액츄에이터, 드러스트 로드 견인기 중 하나, 또는 양자 모두로 유도하도록 사용될 수 있다. 다르게는, 드러스트 로드 로크(250)를 해제시키기 위한 유압 시스템은 드러스트 로드(226)를 언로킹 방향(254)으로 변위시키도록 유압시스템과 다를 수 있다. It should be understood that any known means may be employed including, but not limited to, hydraulic tubes, springs, and tension cables to displace or deflect known retainer cages. In particular, the retainer cage may be configured to be displaced when applied to the hydraulic actuator to which the hydraulic pressure is attached. Also, if the hydraulic device is employed to retract the thrust rod 226 in the unlocking direction 254, the control system (not shown) may direct this hydraulic pressure to either a retainer cage actuator, a thrust rod retractor, or It can be used to drive both. Alternatively, the hydraulic system for releasing the thrust rod lock 250 may be different from the hydraulic system to displace the thrust rod 226 in the unlocking direction 254.

또한, 경사면(264)이 공지된 임의의 다양한 형태일 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 특히, 표면(264)은 단순한 평면일 수도 있고, 또는 구형 롤러(266)의 형상에 맞도록 프로파일될 수 있다. 또한, 롤러(266)가 일반적으로 설명되지만, 이들이 구형 또는 원통형 장치로 구성될 수 있으며, 드러스트 로드(226)와 경사면(264) 사이의 접촉 및 결합을 용이하게 하도록 다양한 경도 및 마찰값을 가지고 구성될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. It should also be understood that the inclined surface 264 may be in any of a variety of forms known in the art. In particular, surface 264 may be a simple plane or may be profiled to conform to the shape of spherical roller 266. In addition, although the rollers 266 are generally described, they may be configured as spherical or cylindrical devices, and have various hardness and friction values to facilitate contact and engagement between the thrust rod 226 and the inclined surface 264. It should be understood that it can be constructed.

지금부터 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드러스트 로드 로크(350)의 개략도가 도시된다. 도2의 드러스트 로드 로크(250)와 같이, 도3의 드러스트 로드 로크(350)는 양호하게는 드러스트 로드(326)를 포위하는 고정 위치 내의 피스톤 램 하우징(304) 내에 위치된다. 단일 드러스트 로드 로크(350)가 도시되지만, 복수의 로드 로크(350)가 드러스트 로드(326)를 반경 방향 및 축방향으로 포위할 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. Referring now to FIG. 3, a schematic diagram of a thrust load lock 350 in accordance with one embodiment of the present invention is shown. Like the thrust rod lock 250 of FIG. 2, the thrust rod lock 350 of FIG. 3 is preferably located in the piston ram housing 304 in a fixed position surrounding the thrust rod 326. While a single thrust rod lock 350 is shown, it should be understood that a plurality of rod locks 350 may surround the thrust rod 326 in the radial and axial directions.

드러스트 로드 로크(350)는 바람직하게는 로킹 방향(352)에서 드러스트 로크(326)의 변위를 허용하도록 구성되면서, 언로킹 방향(354)에서의 드러스트 로드(326)의 변위에 저항한다. 드러스트 로드 로크(350)는 내부로 두 개의 시리즈의 롤러 리셉터클(358a, 358b)이 형성되는 주요 본체(356)를 포함한다. 도2의 리셉터클(258)과 마찬가지로, 드러스트 로드(326)가 언로킹 방향(354)에서 변위될 때 내부 롤러 리셉터클(358a)은 롤러(366a)를 드러스트 로드(326)와의 결합으로 가압하도록 프로파일된다. 동시에, 주요 본체(356)가 언로킹 방향(354)에 배치될 때, 외측 롤러 리셉터클(358b)은 롤러(366b)를 외측 마모판(380)과의 결합으로 가압하도록 프로파일된다. 따라서, 드러스트 로드(326) 둘레의 그리고 드러스트 로드(326)에 따른 각각의 위치에 대해, 하나의 롤러(366a)는 드러스트 로드(326)와 맞물리며, 다른 롤러(366b)는 언로킹 방향(354)에서의 드러스트 로드(326)의 변위에 저항하도록 마모판(380)과 맞물린다. 이와 같이, 언로킹 방향(354)에서의 각각의 증가하는 변위에 대해, 도3의 드러스트 로드(326)는 단일 롤러 구성에서의 드러스트 로드에 의해 경험될 것과 같은(도2 참조) 반경 방향 압축의 두 배를 경험할 것이다. The thrust rod lock 350 is preferably configured to allow displacement of the thrust lock 326 in the locking direction 352 while resisting the displacement of the thrust rod 326 in the unlocking direction 354. . The thrust rod lock 350 includes a main body 356 in which two series of roller receptacles 358a and 358b are formed. Like the receptacle 258 of FIG. 2, the inner roller receptacle 358a forces the roller 366a to engage the thrust rod 326 when the thrust rod 326 is displaced in the unlocking direction 354. Profiled. At the same time, when the main body 356 is disposed in the unlocking direction 354, the outer roller receptacle 358b is profiled to press the roller 366b into engagement with the outer wear plate 380. Thus, for each position around the thrust rod 326 and along the thrust rod 326, one roller 366a meshes with the thrust rod 326 and the other roller 366b is in the unlocking direction. Engages with wear plate 380 to resist displacement of thrust rod 326 at 354. As such, for each increasing displacement in the unlocking direction 354, the thrust rod 326 of FIG. 3 is radially as it would be experienced by the thrust rod in a single roller configuration (see FIG. 2). You will experience twice the compression.

또한, 내측 및 외측 리테이너 케이지(368a, 368b)는 롤러(366a, 366b)를 리셉터클(358a, 358b) 내부에 보유하며, 드러스트 로드(326)의 후퇴가 바람직한 경우라면 로드 로크(350)가 해제되도록 허용한다. 도2의 리테이너 케이지(268)를 구비하는 것과 같이, 리테이너 케이지(368a, 368b)는 롤러(366a, 366b)가 슬롯 또는 다른 형태의 관통하는 개구(미도시됨)를 통해 드러스트 로드(326)와 마모판(380)에 접촉하도록 허용한다. 전과 같이, 리테이너 케이지(368a, 368b) 내의 이러한 개구는 롤러(366a, 366b)가 구형인 경우에는 종방향 슬롯 또는 구형 섹션의 형태를 취할 수 있으며, 롤러(366a, 366b)가 원통형인 경우라면 횡방향 슬롯일 수 있다. 주요 본체(356)와 리테이너 케이지(368a, 368b)와 결합되어 디폴드(default)에 의해 롤러(366a, 366b)를 드러스트 로드(326)과 마모판(380)과의 로킹 결합상태로 밀어넣게 하는 한 쌍의 편향 스프링(382, 384)이 도시된다. 내부 리테이너 케이지(368a)가 하우징(304)에 대해 고정됨에 따라, 경사면(364a)이 롤러(366a)를 드러스트 로드(326)와의 접촉상태로 가압하도록 화살표(352)의 방향에서, 스프링(382)은 주요 본체를 가압한다. 유사하게, 주요 본체(356)와 외측 리테이너 케이지(368b) 사이의 스프링(384)은 경사면(364b)이 롤러(366b)를 마모판(380)과의 접촉상태로 가압하도록 케이지(368b)와 롤러(366b)를 화살표(352)의 방향으로 가압한다. In addition, the inner and outer retainer cages 368a and 368b hold the rollers 366a and 366b inside the receptacles 358a and 358b, and the load lock 350 is released if retraction of the thrust rod 326 is desired. Allow it. As with retainer cage 268 in FIG. 2, retainer cages 368a and 368b are provided with thrust rods 326 through slots or other shaped through-openings (not shown). And contact with wear plate 380. As before, these openings in retainer cages 368a and 368b can take the form of longitudinal slots or spherical sections when the rollers 366a and 366b are spherical and transverse if the rollers 366a and 366b are cylindrical. It may be a directional slot. Coupling with main body 356 and retainer cages 368a and 368b to push rollers 366a and 366b into the locking engagement of thrust rod 326 with wear plate 380 by default. A pair of deflection springs 382 and 384 are shown. As the inner retainer cage 368a is secured relative to the housing 304, the spring 382 in the direction of the arrow 352 such that the inclined surface 364a forces the roller 366a into contact with the thrust rod 326. ) Pressurizes the main body. Similarly, the spring 384 between the main body 356 and the outer retainer cage 368b has a cage 368b and a roller such that the inclined surface 364b urges the roller 366b into contact with the wear plate 380. 366b is pressed in the direction of the arrow 352.

롤러(366a, 366b)를 드러스트 로드(326) 및 마모판(380)과의 결합으로부터 해제시키기 위해, 언로킹 기구(386)가 채용된다. 언로킹 기구(386)는 임의의 수의 방법으로 구성될 수 있으나, 양호하게는 롤러(366a, 366b)를 각각의 리셉터클(358a, 358b)로 후퇴시켜서 드러스트 로드(326)가 언로킹 방향(354)으로 후퇴될 수 있도록 구성된다. 도3의 언로킹 기구(386)가 하우징(304)의 리세스(388) 내에 도시된다. 기구(386)를 포위하는 유압 밀봉(390)은 유압이 유압 포트(392)로 증가될 때, 드러스트 면(394)이 대응하는 외측 리테이너 케이지(368b)의 하중 견부(396)와 결합하도록 354의 방향에서 기구(386)가 변위되도록 보증한다. 포 트(392)에 대한 압력이 충분히 상승될 때, 스프링(384 및 382)은 드러스트 로드(326)가 후퇴되는 것이 가능하도록 롤러(366a, 366b)가 리세스(358a, 358b) 내에 보유되도록 압축된다. 드러스트 로드(326)가 후퇴되는 경우라면, 포트(392)에 대한 압력은 해제될 수 있어서 드러스트 로드(326)는 필요한 임의의 제2 로킹 스텝없이 신속히 결합되고 정위치에 보유될 수 있다. 보통의 평행 상태에서, 로드 로크 조립체(350)는 임의의 보조적인 단계 없이, 심지어 유압력이 완전히 손실된 경우에조차도 드러스트 로드(326)의 결합해제에 저항한다. An unlocking mechanism 386 is employed to release the rollers 366a and 366b from engagement with the thrust rod 326 and wear plate 380. The unlocking mechanism 386 can be configured in any number of ways, but preferably the rollers 366a and 366b are retracted to the respective receptacles 358a and 358b so that the thrust rod 326 is in the unlocking direction ( 354). Unlocking mechanism 386 of FIG. 3 is shown in recess 388 of housing 304. The hydraulic seal 390 surrounding the mechanism 386 354 to allow the thrust face 394 to engage the load shoulders 396 of the corresponding outer retainer cage 368b when the hydraulic pressure is increased to the hydraulic port 392. Ensure the instrument 386 is displaced in the direction of. When the pressure on the port 392 is sufficiently raised, the springs 384 and 382 allow the rollers 366a and 366b to be retained in the recesses 358a and 358b so that the thrust rod 326 can be retracted. Is compressed. If the thrust rod 326 is retracted, the pressure on the port 392 can be released so that the thrust rod 326 can be quickly engaged and held in place without any second locking step required. In the normal parallel state, the rod lock assembly 350 resists the disengagement of the thrust rod 326 without any auxiliary steps, even when the hydraulic force is completely lost.

본 발명의 로드 로크 조립체(250 및 350)는 현재 입수가능한 로킹 기구에 대한 많은 장점을 나타낸다. 특히, 로드 로크 조립체(250, 350)는 드러스트 로드(226, 326)를 백래시(backlash)나 미끄러짐이 거의 없이 거의 즉각적으로 고정시킬 수 있다. 또한, 로드 로크 조립체(250, 350)는 디폴트에 의해 로킹되는 "페일 세이프(fail safe)" 장치로서 개시된다. 드러스트 로드(226, 326)가 연장되는 경우라면, 이들을 정위치에 로킹시키기 위해 어떠한 확인적인 단계도 필요하지 않다. 로드 로크 조립체(250, 350)는 자동적으로 결합되고, 드러스트 로드(226, 326)의 결합해제에 저항한다. 로드 로크(250, 350)를 결합시키기 위해 어떠한 외부적인 동력원도 필요하지 않기 때문에, 그들의 효율은 동력 공급중단에 의해 손상되지 않는다. 반대로, 로드 로크(250, 350)를 결합해제시키기 위해서만 유압(또는 다른) 동력이 필요하다. 마지막으로, 로드 로크(250, 350)가 드러스트 로드(226, 326)의 평활한 외부 프로파일에 결합되도록 구성됨에 따라, 드러스트 로드(226, 326) 상에 어떠한 방해 형상부도 필요하지 않다. 이전의 해결책들은 드러스트 로드(226, 326)의 작동 및 결합을 방해할 수 있는 특별한 프로파일을 요구하였다. The load lock assemblies 250 and 350 of the present invention exhibit many advantages over currently available locking mechanisms. In particular, the load lock assemblies 250, 350 can secure the thrust rods 226, 326 almost instantly with little backlash or slippage. The load lock assemblies 250 and 350 are also disclosed as "fail safe" devices that are locked by default. If the thrust rods 226, 326 are extended, no confirming step is required to lock them in place. The load lock assemblies 250 and 350 automatically engage and resist disengagement of the thrust rods 226 and 326. Since no external power source is required to engage the load locks 250 and 350, their efficiency is not compromised by power outages. Conversely, hydraulic (or other) power is needed only to disengage the load locks 250 and 350. Finally, as the load locks 250, 350 are configured to engage the smooth outer profile of the thrust rods 226, 326, no obstructive features are needed on the thrust rods 226, 326. Previous solutions have required special profiles that can interfere with the operation and coupling of the thrust rods 226, 326.

본 발명이 한정된 수의 실시예에 관해 기술되었으나, 본 개시의 잇점을 갖는 당업자들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 다른 실시예들이 고안될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 오직 첨부된 청구항에 의해서만 제한되어야 한다.Although the present invention has been described with respect to a limited number of embodiments, those skilled in the art having the benefit of the present disclosure will appreciate that other embodiments may be devised without departing from the scope of the present invention disclosed herein. Accordingly, the scope of the invention should be limited only by the appended claims.

Claims

Explosion breaker for hydraulically sealing the wellbore,

A housing positioned over the wellhead and configured to surround a drillstring,

A plurality of rams positioned perpendicular to the axis of the drillstring and configured to engage the drillstring and to hydraulically isolate the annular portion between the wellbore and the drillstring from the component located on the housing when the ram is in the closed position;

And a roller lock positioned about the thrust rod of each ram and configured to hold the ram in a closed position.

The roller lock of claim 1, wherein the roller lock comprises a plurality of spherical rollers in contact with the inclined surface, wherein when the ram is displaced away from the drillstring, the inclined surface is configured to push the spherical roller for compression engagement with the thrust rod. Explosion breakers.

The explosion breaker of claim 2, wherein the spherical roller and the inclined surface allow movement of the ram to engage the drillstring.

3. The explosion block of claim 2 wherein the roller lock includes a release cage configured to retract the spherical roller to escape the compression engagement with the thrust rod to allow movement of the ram from the closed position.

5. The explosion breaker of claim 4, wherein the release cage is also configured to retain the spherical roller in a contoured pocket comprising an inclined surface.

The explosion breaker of claim 2, wherein the sloped surface comprises a plane.

The explosion breaker of claim 2, wherein the sloped surface comprises a shape surface.

The roller lock of claim 1, wherein the roller lock comprises a plurality of cylindrical rollers in contact with the inclined plane, wherein the inclined plane is configured to push the cylindrical roller for compression engagement with the thrust rod when the ram is displaced away from the drillstring. Explosion breaker.

The explosion breaker of claim 1, wherein the roller lock includes a release mechanism to allow the ram to be displaced from the closed position.

The explosion breaker of claim 1, wherein the roller lock includes a release mechanism that is actuated when hydraulic pressure is applied to retract the piston.

A plurality of spherical locking elements in combination with a thrust rod connected to the ram of the explosion blocker to limit movement;

A plurality of receptacles for the spherical locking element, wherein each receptacle includes a sloped surface configured to push the spherical locking element into compression contact with the thrust rod when the actuation ram is pressed open;

And a release cage for retracting and retaining spherical locking elements with receptacles and guiding them out of compression contact with the thrust rods when the actuating ram is opened.

12. The locking device according to claim 11, wherein the spherical locking element allows movement of the actuating ram in the closing direction when in contact with the thrust rod.

The locking device of claim 11, wherein the inclined surface of the receptacle is planar.

The locking device of claim 11 wherein the inclined surface of the receptacle is a shaped surface.

The locking device of claim 14, wherein the shape surface corresponds to a spherical locking element.

12. The locking device of claim 11, wherein the receptacle comprises a pocket in which the spherical locking element can be fully retracted away from the thrust rod.

12. The locking device of claim 11, wherein the release cage prevents the loss of spherical locking elements when no tubular object extends through the explosion blocker.

To lock the explosion breaker's ram,

Positioning a spherical locking element inside a receptacle positioned adjacent the thrust rod of the ram,

Locking the thrust rod by compression engagement with a spherical locking element,

Retracting the spherical locking element into each receptacle with a release cage to unlock the ram,

And the receptacle comprises a sloped surface configured to engage the spherical locking element with the thrust rod when the ram is pressed open.

19. The explosion of claim 18, further comprising retaining a spherical locking element in the receptacle with a release cage, wherein the release cage includes an opening that allows the spherical locking element to contact the thrust rod without departing from the receptacle. How to lock the ram of the breaker.

The method of claim 18 wherein the release cage is a single component configured to retract all spherical locking elements into their respective receptacles.

The method of claim 18 wherein the release cage comprises a plurality of components, each configured to retract one or more spherical locking elements into their respective receptacles.