专利名称：防喷器刀片组件及其使用方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于进行井场作业的技术。更确切地说，本发明涉及比如管道定心装置和/或防喷器(BOP)的技术。
背景技术：
通常进行油田作业以定位和收集有价值的井下流体。石油钻塔可定位于井场，比如钻具之类的井下工具可布置进入地面，以到达地下储层。当井下工具形成井眼以到达期望的储层时，套管便在井眼内粘结到位，完成井眼以开始从储层开采流体。管道或管柱可定位在井眼中，以获得地下流体从储层到地面的通道。如果地下流体从井眼释放时泄漏，那么会造成重大的环境威胁。比如防喷器的器材可定位在井眼周围，以在井眼中的管道周围形成密封，以便例如当流体被带到地面时，防止流体泄漏。防喷器可具有可选择性致动的闸板(ram)或闸板罩盖(ram bonnet),例如管式闸板(接触、接合和/或包围管道来密封井眼)或剪切闸板(接触并物理剪切管道)，闸板或闸板罩盖可以被启动，以切断和/或密封井眼中的管道。美国专利/申请 3554278、4647002 、5025708、7051989、5575452、6374925、7798466、5735502、5897094 和2009/0056132提供了闸板防喷器和/或闸板块的一些示例。还已经提供了用于切割防喷器中的管子的技术，如美国专利 3946806、4043389、4313496、4132267、2752119、3272222、3744749、4523639、5056418、5918851、5360061、4923005、4537250、5515916、6173770、3863667、6158505、4057887、5515426、3955622、7234530 和 5013005 所公开的。一些防喷器可提供有引导件，如美国专利5400857、7243713和7464765所述。尽管用于切割管道的技术得到发展，但是仍需要提供先进技术来更有效地密封和/或切断管道。本发明旨在完成本领域的这些需求。
发明内容
在至少一个方面，本主题可涉及一种防喷器的刀片组件，用于剪切穿透地层的井眼的管道，所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中的、用于接收管道的孔。所述刀片组件包括闸板块，所述闸板块可在管道周围在非接合位置和接合位置之间移动；由闸板块支承的刀片，用于切割地接合所述管道；可缩回的引导件，由闸板块支承，并且可沿闸板块滑动地移动；以及释放机构，用于选择性地释放引导件，以在用于引导与管道的接合的引导位置和位于刀片后方一距离处的切割位置之间移动，以允许刀片切割地接合管道。可通过将断开力施加到释放机构的引导面来启动所述释放机构。刀片组件可还包括用于启动释放机构的触发器。触发器可包括可操作性地连接到释放机构的柱塞。柱塞可关于引导件的顶点和/或沿引导件的引导面定位。柱塞可包括多个接触件。所述接触件均可经由杆操作性地联接到一构件。该构件可滑动地定位在引导件的触发器沟道中。柱塞可具有至少一个触发器引导件，其可滑动地定位在引导件中的至少一个触发器狭槽中。释放机构可包括操作性地联接到触发器，并可滑动地定位在引导件的触发器沟道中的构件。释放机构可还包括多个偏置构件，用于支撑引导沟道中的构件；多个楔形物，可通过所述构件的移动在引导件中在锁紧位置和非锁紧位置之间选择性地移动；和/或多个突起，由楔形物支承，并可沿引导件中的多个通路选择性地移动。所述通路可与延伸穿过引导件的管道流体连通，以使流体通过其中。释放机构可包括可邻近闸板块的边缘定位的唇缘。闸板块可具有用于滑动地接收唇缘的斜坡。引导件可包括多个弹簧，释放机构可包括可释放地连接到多个弹簧的多个闩锁(latch)。所述闩锁可枢转地连接到闸板块，以选择性地接合多个弹簧。闸板块可具有引导销，其可由引导件中的引导狭槽接收，以沿其滑动地移动。闸板块可具有肩部，以滑动地接合所述引导件。引导面可以是凹的，具有沿其中心轴线的顶点。引导面可具有与中心轴线成第一角的第一部分和/或与中心轴线成第二角的第二部分。在另一方面，本主题可涉及一种用于剪切穿透地层的井眼的管道的防喷器。该防喷器可包括壳体和一对刀片组件，该壳体具有通过其中的、用于接收管道的孔。刀片组件均可包括闸板块，其可在管道周围在非接合位置和接合位置之间移动；由闸板块支承的刀片，以切割地接合管道；可缩回的引导件，由闸板块支承，并可沿闸板块滑动地移动；以及释放机构，用于选择性地释放引导修的，以在引导与管道的接合的引导位置和位于刀片后方一位置处的切割位置之间移动，以允许刀片切割地接合管道。可缩回的引导件可具有袋，用于接收与其相对定位的另一可缩回的引导件的顶部。防喷器可还包括至少一个致动器，用于致动每个刀片组件中的闸板块。释放机构可包括用于其启动的触发器 。触发器可通过与管道的接触和/或与另一引导件的接触启动。最后在另一方面，本主题可涉及一种剪切穿透地层的井眼的管道的方法。该方法可涉及提供包括壳体和一对刀片组件的器，该壳体具有通过其中的、用于接收管道的孔。刀片组件均可包括闸板块、由闸板块支承的刀片、由闸板块支承的可缩回的引导件以及释放机构。该方法可还涉及在管道周围在非接合位置和接合位置之间移动闸板块；选择性地释放释放机构；在用于引导与管道的接合的引导位置和位于刀片后方一距离处的切割位置之间可滑动地移动引导件，以允许刀片切割地接合管道；以及使管道与刀片切割地接合。可在施加断开力时进行选择性地释放。选择性地包括沿闸板块的斜坡移动唇缘；松开引导件；触发释放机构；和/或在锁紧位置和非锁紧位置之间移动释放机构。该方法可还涉及通过弓I导件将管道弓I导至防喷器中的期望位置处。在本发明的某些方面，提供了一种防喷器，包括:引导件，安装在闸板块上，用于朝向防喷器内的切割和/或剪切位置引导管道；定位成当所述管道到达所述切割和/或剪切位置时用于检测的机构；以及用于切割/剪切管道的刀片；布置是这样的，在使用时，当所述机构检测到所述管道到达所述切割和/或剪切位置时，所述刀片仅可操作成切割/剪切所述管道。在一些实施例中，引导件可停留在与管道接触的位置，同时刀片切割/剪切管道。在另外的实施例中，在刀片刚好与管道接触之前或之后，引导件可收缩远离与管道的接触。在任一情况下，当在刀片能够切割/剪切管道之前引导件被推靠在管道上时，存在一闸板块必须克服的偏置和/或断开力。
参考本发明的在附图中所示的实施来更详细地说明上面简要概述的本发明，从而详细地理解本发明的上述特征和优点。然而，应当注意的是，附图仅示出本发明的示例实施例，因此，并不认为限制本发明的范围，因为本公开可包括其它同样有效的实施例。附图未必按比例绘制，并且为了清楚简明，附图的某些特征和某些视图显示成依比例示意性地扩大。图1是具有防喷器(BOP)的近海井场的示意图，该防喷器具有刀片组件。图2是图1的防喷器在开始防喷器操作前的示意图，部分为横截面视图。图3-6是图1的具有刀片和管道定心系统的刀片组件的一部分的各示意图。图7-17是图2的防喷器104沿线7_7截取的横截面的一部分的示意图，示出刀片组件切断管道。图18-22是具有闩锁并释放机构的各刀片组件的示意性顶视图。图23-24是具有触发器启动的释放机构的各刀片组件的示意性顶视图。图25A-25B是具有触发器启动楔形释放机构的刀片组件的示意性顶视图。
图26A-26B是具有触发器启动的多接触楔形释放机构的刀片组件的示意性顶视图。图27A-27B是具有触发器启动的多接触楔形释放机构的刀片组件的示意性顶视图。图28是示出用于剪切井眼的管道的方法的流程图。
具体实施例方式以下说明包括示例性设备、方法、技术和体现本发明主题的技术的指令序列。然而，应理解的是，可在没有这些特定细节的情况下实施所述实施例。本文中的技术涉及用于防喷器的刀片组件。这些刀片组件构造成提供管道定心和剪切能力。可缩回的引导件和/或释放机构可用于在剪切期间定位管道。期望提供用于在切断管道之前定位管道的技术。还期望可在任意尺寸的管道上执行这样的技术，比如那些具有高达约872英寸(21.59cm)或更大直径的管道。这样的技术可涉及下列内容中的一个或多个，其中:定位管道、有效的部件更换、减少刀片上的磨损、需要较小的力来切断管道、有效的切断以及用于部件更换的维护时间较少。图1示出具有位于防喷器(BOP) 104的壳体105中的刀片组件102的近海井场100。刀片组件102可构造成在切断管道106之前或同时将管道106定心在防喷器104中。管道106可被供给通过防喷器104，进入穿透地层109的井眼108中。防喷器104可以是定位在海床112上的水下系统110的一部分。水下系统110可还包括从井眼108延伸的管道(或管子)106、围绕井眼108的井口 114、从井眼108延伸的导管116以及其它水下装置，比如冲孔模板(stripper)和输送系统(未示出)。
刀片组件102可具有至少一个管道定心系统118和至少一个刀片120。管道定心系统118可构造成在刀片120接合管道106之前和/或同时将管道106定心在防喷器104内，如下更详细所讨论的。管道定心系统118可以联接至刀片120，或与刀片120—起移动，从而允许在不使用额外致动器或不需要机加工防喷器104体的情况下将管道106定心。虽然近海井场100显示为海底作业，但是应当明白的是，井场100可基于陆地或水，刀片组件102可用于任何井场环境。管道106可以是用于将工具下到井眼108中的任何合适的管道和/或运输工具，比如某些井下工具、管子、套管、钻管、衬管(liner)、挠性管、生产油管、测井电缆、平直管线或其它定位在井眼和相关部件中的管道构件，相关部件是比如钻环、钻杆接头、钻头、测井仪、封隔器等(本文中指的是“管道”或“管柱”)。地面系统122可用于使在近海井场100处的操作便利。地面系统122可包括钻塔124、平台126 (或船舶)和地面控制器128。此外，还可存在一个或多个水下控制器130。虽然地面控制器128显示为位于地面位置的地面系统122的一部分，水下控制器130显示为位于水下位置的水下系统110的一部分，但是应当明白的是，一个或多个地面控制器128和水下控制器130可位于不同位置，以控制地面和/或水下系统。为了操作刀片组件102和/或其它与井场100相关联的装置，地面控制器128和/或水下控制器130可放置成彼此连通。位于井场100的地面控制器128、水下控制器130和/或任何装置可经由一个或多个通信链路132连通。通信链路132可以是任何合适的通信系统和/或装置，比如液压线路、气动线路、接线、光纤、遥测通信、声通信、无线通信、任何它们的组合等。经由地面控制器128和/或水下控制器130可自动地、手动地和/或选择性地操作位于井场100的刀片组件102、防喷器104和/或其它装置。图2示出图1的防喷器104的示意性横截面视图，该防喷器具有刀片组件102和密封组件200。如所示，防喷器104具有穿过防喷器104的中心轴线204的孔202。孔202可以用于接收管道106。防喷器104 可具有一个或多个沟道206，用于接收刀片组件102和/或密封组件200。如所示，有两个沟道206，一个在其中具有刀片组件102，另一个在其中具有密封组件200。尽管有两个沟道206，但是应当明白的是，可以有任意数量的沟道206来容纳任意数量的刀片组件102和/或密封组件200。沟道206可构造成朝向和远离管道106沿径向引导刀片组件102和/或密封组件200。防喷器104可允许管道106在例如插入(run in)、钻孔、测井等正常操作期间穿过防喷器104。在扰动(upset)、压力波动或其它触发事件的情况下，防喷器104可切断管道106和/或密封孔202以防止流体从井眼108释放出来。虽然防喷器104显示为具有特定的构造，但是应当明白的是，防喷器104可具有多种形状，并可具有其它装置，比如传感器(未示出)。美国专利5735502描述了可以使用的防喷器的示例，该美国专利的全部内容通过引入并入本文。刀片组件102可具有均固定到闸板块208的管道定心系统118和刀片120。每个闸板块208可构造成当刀片120在防喷器104内移动时保持(和支承)刀片120和/或管道定心系统118。闸板块208可经由闸板轴212联接到致动器210，以在沟道206内移动刀片组件102。致动器210可构造成使闸板轴212和闸板块208在如图2所示的操作(或非接合)位置和致动(或接合)位置之间移动，在致动位置，闸板块208已接合和/或切断管道106和/或密封孔202。致动器210可以是任何合适的致动器，比如液压致动器、气动致动器、伺服机等。除了管道定心系统118或作为管道定心系统118的替代例，密封组件200也可用于使管道106定心。图3是刀片组件102的一部分的示意性透视图，该刀片组件具有刀片120和管道定心系统118。刀片120和管道定心系统118由闸板块208之一支撑。应当明白的是，可以有另一个闸板块208来保持彼此协作的另一个刀片120和/或管道定心系统118，如图2所示。如所示，刀片120构造成使用多相剪切来切断管道106。刀片120可具有穿刺点300和一个或多个沿刀片接合端的槽302。而且，用于切断管道106的任何合适的刀片可用在刀片组件 102 中，比如美国专利 / 申请 7367396、7814979、12/883469、13/118200、13/118252和/或13/118289公开的刀片，这些专利的所有内容作为引用并入本文。管道定心系统118可构造成将管道106定位在防喷器104的中央位置处(如图2所示)。中央位置是这样的位置，其中，穿刺点300可与管道106的中央部分304对准。在中央位置，穿刺点300可刺穿管道106的邻近管道106中央部分304的管道壁306。为了使穿刺点300如所期望般刺穿管道106，需要在管道106接合刀片120之前或同时将管道106定心。如图3所示，管道定心系统118可具有可缩回的引导件308，该引导件构造成比刀片120先接合管道106。引导件308可具有用于在闸板块208朝向管道106移动时接合管道106并使管道106朝向中央位置移动(推动)的任何合适形状。如所示，引导件308是弯曲的、凹的或C形的，表面310具有顶点312，该顶点在表面310的接合端沿表面310的中央部分与穿刺点300基本对准。当闸板块208使刀片组件102朝向管道106沿径向移动时，弯曲表面310可比刀片120先接合管道106。弯曲表面310可通过闸板块208的连续径向移动朝向顶点312引导管道,直到管道106邻近顶点312为止。管道定心系统118可具有一个或多个偏置构件314和/或一个或多个易卸构件(frangible member) 316。偏置构件314和/或易卸构件316可构造成当刀片120继续朝向管道106移动和/或接合管道106时，允许引导件308相对于刀片120塌陷(collapse)和/或移动。因此，引导件308可接合管道106并将其对准到防喷器104的中央位置(如图1和2所示)。当刀片120接合并切断管道106时，偏置构件314或易卸构件316可随后允许引导件308移动。偏置构件314或易卸构件316可用于允许引导件308相对于刀片120移动。而且，偏置构件314和易卸构件316可一起用作冗余系统，以确保不会损坏闸板块208。在一起使用偏置构件314和易卸构件316的情况下，偏置构件314可需要引导力来移动引导件308,该引导力大于分离(break)易卸构件316所需的引导力。偏置构件314可以是任何合适的装置，其用于在闸板块208连续径向移动的情况下允许引导件308使管道106定心并相对于刀片120移动。由偏置构件314产生的偏置力可足够大以维持引导件308处于引导位置，直到管道106定心在顶点312处。通过闸板块208的连续移动，可以克服偏置力。然后，当刀片120继续朝向管道106移动和/或移动穿过管道106时，偏置构件314可允许引导件308相对于刀片120移动。当闸板块208朝向操作位置(如图2所示)向后移动和/或当管道106被切断时，偏置构件314可使引导件308移向初始位置，如图3所示。偏置构件314可以是用于偏置引导件308的任何合适的装置，例如板簧、弹性材料、卷簧等。易卸构件316可以是用 于允许引导件308使管道106定心并随后从刀片120脱离的任何合适的装置。易卸构件316可允许引导件308将管道106定心在防喷器104中。一旦管道106定心，闸板块208朝向管道106的继续移动可增加易卸构件316上的力，直到达到断开力为止。当达到断开力时，易卸构件316可分离，从而当刀片120接合和/或刺穿管道106时允许引导件308移动或保持静止。易卸构件316可以是用于当达到断开力时允许引导件脱离刀片120的任何合适装置，例如剪切销等。图4是图3的刀片组件102的一部分的替代视图。如所示，引导件308具有在径向方向上与穿刺点300相距距离D的顶点312。管道定心系统118可位于刀片120的顶部400，从而当切断管道106时允许相对的刀片120(如图2所示)通过刀片120的近端。相对的刀片120可具有位于刀片120底部402的管道定心系统118。闸板块208可以是构造成支撑刀片120和/或管道定心系统118的任何合适的闸板块。图5是图3的刀片组件102的一部分的另一视图。如所示，管道定心系统118可具有释放机构(或唇缘)500，其构造成维持引导件308处于引导位置，如所示。唇缘500可以是用于接合闸板块表面502的任何合适的末端(upset)或肩部。唇缘500可维持引导件308处于引导位置，直到由于管道106到达顶点312，引导件308中的力变大，并且达到断开力为止。闸板块208的继续移动可使唇缘500从闸板块502变形和/或移位。然后，当引导件308相对于刀片120移位时，唇缘500可沿闸板块208的斜坡504行进。图6是图4的刀片组件102的另一视图。管道定心系统118显示处于引导位置。在引导位置，引导件308没有移动和/或脱落(break off)，并位于刀片120顶部400的上方。唇缘500可与闸板块表面502接合，用于额外地支撑引导件308。图7-17是图2的防喷器104沿线7-7截取的横截面的一部分的示意图，示出刀片组件102正在切断(剪切)管道106。图7示出处于初始操作位置的防喷器104。刀片组件102包括用于接合管道106的一对相对的管道切断系统118A和118B、刀片120A和120B以及闸板块208A和208B。如每幅图所示，这对相对的刀片组件102 (以及它们相应的切断系统118AU18B和刀片120A、120B)显示为相同，并关于防喷器对称，但是可选择地具有不同的构造(比如本文中所 示的)。在操作位置，管道106可自由地行进通过防喷器104的孔202，并执行井场作业。闸板块208AA和208BB从孔202缩回，管道定心系统118A和118B的引导件308AA和308BB可径向定位成比刀片120A和120B更靠近管道106。刀片组件102可保持在该位置，直到期望致动时为止，比如在扰动发生之后。当扰动发生时，可以致动刀片组件102，并开始切断操作。管道切断系统118A、118B、刀片120A、120B和闸板块208AA，BB可以与例如图3-6的管道切断系统118、刀片120和闸板块208相同。使切断系统118B、刀片120B和闸板块208BB颠倒，以与切断系统118A、刀片120B和闸板块208BB (显示为直立位置)相对地相互作用。刀片120A (或顶部刀片)可以是构造成面朝上或在刀片120B (底部刀片)上方行进的刀片120 (如图2所示)，刀片120B可以与图2的构造成面朝下的刀片120相同。图8示出开始切断操作的刀片组件102。如所示，闸板块208AA可使刀片120A和管道定心系统118A移进孔202中，并使它们朝向管道106移动。尽管图7-17示出上部刀片120A(以及闸板块208AA和管子定心系统118A)首先移动，但是下部刀片120B可首先移动，或者刀片120A和120B可同时移动。当闸板块208AA移动时，引导件308AA接合管道106。
图9示出当开始通过引导件308AA使管道106定心时的刀片组件102。当闸板块208AA继续使刀片120A和管道定心系统118A朝向防喷器104的中心径向移动时，引导件308AA开始使管道106定心。管道106可沿引导件308AA的弯曲表面310A朝向顶点312A推进(以与图3的弯曲表面310和顶点312—样的方式)。当管道106沿弯曲表面310A推进时，管道106移动到更靠近孔202的中心的位置，如图10所示。图11示出当管道106继续朝向弯曲表面310A的顶点312A沿引导件308AA推进并且另一刀片120B(或者底部刀片)被致动时的刀片组件102。刀片120B可随后朝向孔202的中心径向行进以接合管道106。图12示出当引导件308AA和308BB均接合管道106并继续使管道106朝向管道定心系统118A和118B的顶点312A和312B移动时的刀片组件102。当闸板块208AA和208BB继续使刀片120A和120朝向防喷器104的中心移动时，弯曲表面310A和弯曲表面310B可将管道106挤入管道定心系统118A和118B之间。图13示出定心在防喷器104中、与刀片120A和120B的穿刺点300A和300B对准的管道106。在管道106定心在引导件308AA和308BB之间的情况下，闸板块208AA和208BB的继续径向移动将增加管道定心系统118A和118B中的力。管道定心系统118A和118B中的力可增加到克服了偏置力和/或达到了断开力为止。当闸板块208AA和208BB继续移动时，引导件308AA和/或308BB可随后相对于刀片120A和120B移动或保持静止。用于管道定心系统118A和118B的偏置力和/或断开力可以相同，或者一个高于另一个，从而允许刀片120A和/或120B中的至少一个接合管道106。图14示出刀片120A正刺穿管道106。刀片120A已相对于引导件308AA移动，从而允许穿刺点300A延伸通过引导件308AA，并刺穿管道106。用于刀片120B (或者底部刀片)的管道定心系统118B可仍与刀片120B接合，从而当穿刺点300A刺穿管道106时允许引导件308BB将管道106保持在位。图15示出刀片120A和120B都在刺穿管道106。管道定心系统118B已相对于刀片120B (底部刀片)移动，从而允许穿刺点300B延伸通过引导件308BB，并刺穿管道106。图16示出当闸板块208AA和208BB在沟道206中彼此相对地沿径向移动时，刀片120A和120B继续剪切管道106。顶部刀片120A显示为在底部刀片120B的一部分上方通过。该移动继续到管道106被切断为止，如图17所示。图18-27B示出可用作本文中所描述的刀片组件102、102A、102B和闸板块208、208AA.208BB的刀片组件102a_j和闸板块208a_j的不同形式。刀片组件102a_j可与本文中的先前刀片组件类似，除了刀片组件102a_j包括本文中将要描述的引导件308a_j和释放机构1840-2740之外。释放机构1840-2740可用于释放引导件308a_j，以在接合管道的引导位置和位于刀片接合端后方一距离处的切割位置之间移动(与图12-17所描述的移动类似)。引导件308a可定位在管道106的相对两侧，以彼此接合(与图7-17所示的位置类似)。引导件308a-j可设有袋1831，用于接收相对引导件308的顶部1829。图18示出包括由闸板块208a支承的引导件308a的刀片组件102a。闸板块308a可具有可由闸板(未示出)接合的后端1837，以 在管道106周围在接合和非接合位置之间移动闸板块208a。引导件308a具有前部1832，外部1833和内弹簧1834从前部延伸。外部1833由闸板块208a可滑动地接收，弹簧1834位于其间。闸板块208a可设有抬升的外肩部1835，用于滑动地接合外部1833。内弹簧沟道1836延伸进每个外部1833和弹簧1834之间的引导件308a中。引导沟道1838在内弹簧1834之间延伸，以允许在其间移动。闸板块208a具有由内弹簧沟道1836可滑动地接收的抬升的肩部1842，以沿闸板块208a引导引导件308a的移动。内弹簧沟道1836和抬升的肩部1842的形状可以做成彼此滑动地接合。闸板块208a可还设有由引导沟道1838可滑动地接收的引导销1839，以沿闸板块208a引导引导件308a的移动。释放机构1840是枢转地安装到闸板块208a的抬升的肩部1842的闩锁1840。闩锁1840可设有弹簧(未示出)，以克服内弹簧1834将闩锁推到闭合位置，以防止引导件308a移动。闩锁1840和内弹簧1834可分别具有肩部1843、1844，以彼此接合。在启动时，闩锁1840可枢转地远离内弹簧1834移动到的未锁紧位置，从而允许引导件308a移动。引导件308a可通过闩锁1840的释放沿闸板块208a选择性地缩回。通过将足够力(例如断开力)施加到引导件308a可发生闩锁1840的启动以释放弹簧1834。当需要时，其它手动、自动、机械、电子或其它启动可用于选择性地释放闩锁1840。也如图18所示，引导 件308a可具有凹的引导面1810，用于接合管道。凹的引导面1810可具有沿引导件308a的中心轴线X的顶点1812。引导面1810的邻近顶点1812的第一部分1815可以以与中心轴线X成第一角Ci1延伸。引导面1810的第二部分1817可以从第一部分以与中心轴线X成第二角a2延伸。图19示出具有沿闸板块208b可滑动地移动的引导件308b的另一刀片组件102b。刀片组件102b与刀片组件102a类似，除了内弹簧1934之间的引导沟道1938较短，抬升的外肩部1935降低以及闸板块208b的形状改变。缩短的引导沟道1938和/或弹簧沟道1936可具有给定的长度，以限定出引导件308b沿闸板块208b的行进距离。闸板块208b的后端1937可被调整成接收闸板(未示出)。肩部1942和闩锁1940可定位成匹配后羰1937的形状。如图19所示的后端1937是扁平的，以可接收地接合闸板。图20的刀片组件102c和闸板块208c与图19的刀片组件102b相同，除了其部分已被硬化以耐磨。沿内弹簧2034和闩锁2040的接触表面施加涂层2050。涂层2050可以是可施加的任何硬化材料(例如氮化钛或TN)，以促进其间的相互作用和耐磨。图21示出具有由闸板块208d支承的引导件308d的刀片组件102d。引导件308d与图19的刀片组件102b相同，除了内弹簧2134的宽度W加宽，弹簧沟道2036、肩部2042和闩锁2040变窄。弹簧宽度W可选择成提供用于与闩锁2040相互作用的期望的柔性。内弹簧2134的宽度W可选择成提供期望的硬度，从而限定出启动闩锁2040以释放引导件308d所需的断开力。图22示出具有引导件308e的刀片组件102e。刀片组件102e与刀片组件102d类似，除了引导件308e具有内弹簧2234和外弹簧2235，两者之间有弹簧沟道2236。外弹簧2235定位在每个内弹簧2234和外部2232之间，其间有外弹簧沟道2238。双闩锁2240定位在内弹簧2234和外弹簧2235之间的弹簧沟道2236中。双闩锁2240具有位于其两侧上的凹口 2242，用于接合位于一侧的内弹簧2234以及位于其相对侧上的外弹簧2235。通过施加断开力到引导件308e，内弹簧2234和外弹簧2235可从闩锁2240释放。在释放时，双闩锁2240滑动地接合内弹簧2234和外弹簧2235，以提供引导件308e沿闸板块208e的滑动。也如图22所示，弹簧沟道2238具有变化的形状，以符合双闩锁2240的变化的形状。图23-27B示出各刀片组件102f-j，它们包括具有释放机构2340-2740的引导件308f-j。刀片组件102f-j和引导件308f-j可与先前所述的刀片组件和引导件类似，除了刀片组件102f-j设有各种触发器2360-2760，以启动本文中所述的各释放机构2340-2740。如图23所示，刀片组件102f具有可滑动地定位在闸板块208f周围的引导件308f和沿引导面2310的触发器2360。闸板块208f中的引导销2362可由行进狭槽2364接收，以引导引导件308f沿闸板块208f的行进。引导件308f还设有触发器沟道2366，以接收释放机构2340。触发器2360包括弹簧式柱塞2368，其延伸超出引导件308f的引导面2310的顶点2312 —距离。柱塞2368通过杆2370连接到构件2372。构件2372在触发器沟道2366中响应于施加到柱塞2368的力可滑动地定位在引导位置和切割位置之间。引导销2367定位在闸板块208f中，以可滑动地接收构件2372。包括一对楔形物的释放机构2340定位在触发器沟道2366中，位于构件2372的两侦U。构件2372具有位于其两侧的抬升的肩部2374，以接合楔形物2340。在楔形物2340定位在抬升的肩部2374上的情况下，楔形物2340移入触发器沟道2366中的锁紧位置。触发器沟道2366具有宽部2376，用于允许楔形物2340向外延伸以沿肩部2377锁紧在触发器沟道2366中。在楔形物2340沿构件2372定位远离抬升的肩部23 74的情况下，楔形物2340移向触发器沟道2366中的非锁紧位置。在非锁紧位置，楔形物2340移向触发器沟道2366的窄部2378。当沿柱塞2368施加力时，可启动触发器2360。这样的力可施加为管道按压在柱塞2368上。一旦启动，施加到柱塞的力便经由杆2370转移到构件2372。构件2372平移，使得楔形物2340从构件2372的肩部2374上的锁紧位置移向远离构件2372的肩部2374的非锁紧位置，从触发器沟道2366的宽部2376移向窄部2378。在非锁紧位置，引导件308f能够相对于闸板块208f在引导位置和切割位置之间自由地滑动地移动。如图24所示，刀片组件102g具有可滑动地定位在闸板块208g周围的引导件308g。刀片组件102g与刀片组件102f类似，除了具有沿引导面2410的触发器2460和可滑动地定位在触发器乐观道2466中的构件2472。触发器2460包括柱塞2468和触发器引导件2482，柱塞2468具有沿引导面2410的触发器表面2480，触发器引导件2482延伸进引导件308g中的触发器狭槽2484中。触发器表面2480提供延长的接触面，以沿引导面2410通过管道和/或相对的闸板块和/或引导件启动。 构件2472从柱塞2468延伸，进入触发器沟道2466。构件2472通过偏置构件2486支撑在触发器沟道2466中。偏置构件可将预定阻力施加到构件2472的移动。构件2472可滑动地定位在触发器沟道2466中，以接合释放机构(或楔形物)2440。触发器沟道2466具有宽部2476，用于当定位在沿构件2472的肩部2474上时，使楔形物2469移至锁紧位置。触发器沟道2466还具有窄部2478，用于当定位远离沿构件2472的肩部2474时，使楔形物2440移至非锁紧位置。引导销2467定位在闸板块208g中，用于可滑动地接收构件2472。图25A和25B示出刀片组件102h的示意性顶视图，该刀片组件包括可滑动地定位在闸板块208h上的引导件308h和刀片120。图25A示出在其上具有引导板2586的引导件308h。图25B示出移除引导板2586以显露刀片120和引导件308h的内部部件的引导件308h。刀片组件102h与图24的刀片组件102g类似，除了触发器2560具有经由杆2510联接到构件2572的柱塞2568。构件2572在触发器沟道2566中可滑动地移动，以启动释放机构(或楔形物)2540。楔形物2540通过磁体2584联接至构件2572。当柱塞2568通过施加到其上的足够力而启动时，楔形物2540可选择性地延长。一旦启动，构件2572缩回，楔形物从如图25A所示的锁紧位置移向图25B所示的非锁紧位置。在图25A的锁紧位置，楔形物2540具有从其延伸的指形件2590，以接合构件2572。在该位置，构件2572被锁紧，并不能移动，直到启动柱塞2568为止。在图25B的非锁紧位置，楔形物2540的指形件2590移到构件2572上方的一位置。楔形物2540具有突起2583，突起可滑动地位置在闸板块208h中的通道2569中，构件2572能够自由地缩回。在该非锁紧位置，引导件308h可缩回至切割位置，使得刀片120延伸超出柱塞2568，以切割管道。图26A和26B示出刀片组件102i的示意性顶视图，该刀片组件包括可滑动地定位在闸板块208i上的引导件308i和刀片120。图26A示出在其上具有引导板2686的引导件308i。图26B示出移除引导板2686以显露刀片120和引导件308i的内部部件的引导件308i。刀片组件102i与图25A和25B的刀片组件102g类似，除了触发器2660包括具有经由杆2610联接到构件2672的三个接触件2673、2675的柱塞2668。构件2672在触发器沟道2667中可滑动地移动，以启动释放机构(或楔形物)2640。中央接触件2673具有位于其两侧的侧向接触件2675，以提供用于施加断开力的多个接触点。杆2610将接触件2673、2675连接到构件2672，以提供用于在闸板块208i的触发器沟道2667中平稳地滑动的稳定结构。构件2672还具有台阶2665，其提供位于触发器沟道2667中的对着引导件208i的直接止动件(a positive stop)。楔形物2640具有突起2683，其在通路2669中以与图25A和25B的楔形物2540和突起2583相同的方式行进。图27A和27B示出刀片组件102j的示意性顶视图，该刀片组件包括可滑动地定位在闸板块208j上的引导件308j和刀片120。图27A示出在其上具有引导板2786的引导件308j。图27B示出移除引导板2786以显露刀片120和引导件308i的内部部件的引导件308j。刀片组件102j与图26A和26B的刀片组件102i类似，除了闸板块208j具有可滑动地定位在引导件的引导狭槽2785中的引导销2784，通路2769与管道2792流体连通，以用于流体在其中的通道，触发器2760和构件2772具有改变的形状。通路2769可设置用于释放例如泥浆的流体，流体可堵塞在刀片组件102 j中。触发器2760具有柱塞2768，柱塞具有联接到构件2772的三个接触件，用于以与图26A和26B的触发器2660类似的方式启动释放机构(或楔形物)2740。如图27A所示，接触件2775中的一个延伸穿过引导板2786，并进入袋2731，以通过与另一相对的引导件的顶部接触而启动。如图7-27B所述的操作示出移动的特定顺序和/或刀片、引导件及其部件的构造。移动的顺序和构造可以变化。例如，刀片和/或引导件可同时或以不同顺序前进。各触发器、释放机构和/或引导件可设置成在剪切操作期间获得引导件的期望移动。图28示出剪切例如图1的井眼108的井眼的管道的方法2800。该方法涉及步骤2895:提供包括壳体和 一对刀片组件(每对刀片组件包括闸板块、由闸板块支承的刀片、由闸板块支承的可缩回的引导件以及释放机构)的防喷器，该壳体具有穿过其中的、用于接收管道的孔。所述方法还涉及:步骤2896，S卩，在管道周围在非接合位置和接合位置之间移动闸板块；步骤2897，S卩，选择性地释放释放机构；步骤2898，S卩，在用于引导与管道的接合的引导位置和刀片后方一距离处的切割位置之间可滑动地移动可缩回的引导件，以允许刀片切割地接合管道；以及步骤2899，即，使刀片与管道切割地接合。可还执行额外的步骤，例如收回刀片和/或引导件，并且可在必要时重复步骤。本领域技术人员应当明白，这里所公开的技术可经由构造有执行期望功能的算法的软件而实施用于自动化/自发的应用。这些方面可以通过对具有适当硬件的一个或多个合适的一般目标的计算机编程而实施。编程可通过使用由处理器可读的一个或多个程序存储装置，以及通过对由计算机可执行的一个或多个指令程序进行编码而完成，以执行在这里所述的操作。程序存储装置可采用例如一个或多个软盘、CD ROM或其它光盘、只读存储器(ROM)和其它本领域熟知或即将发展的形式。指令程序可以是“目标码”，即，可由计算机或多或少直接执行的二进制形式；可以是“源码”，在执行之前需要编码或译码；或一些中间形式，比如部分编译代码。程序存储装置和指令的编码的精确形式在这里是非物质的。本发明的方面还构造成原地单独地和/或经由延伸的通讯网络(例如无线、因特网、卫星等)远程控制地执行(经由合适的硬件/软件)所述功能。虽然参考许多实施方式和开发形式描述实施例，但是应当理解的是，这些实施例是说明性的，本发明主题的范围并不局限于此。可以进行许多变化、修改、附加和改进。例如，刀片(例如相同或不同 )、引导件、触发器和/或释放机构的不同组合可设置在不同的位置处(例如对齐，颠倒)，以执行引导和/或切断操作。可提供复数实例用于在此描述为单个实例的部件、操作或结构。通常，在示例性构造中呈现为独立部件的结构和功能可实施为组合结构或部件。类似地，呈现为单个部件的结构和功能可实施为独立部件。这些和其它变化、修改、附加和改进在本发明主题的范围内。
权利要求
1.一种防喷器的刀片组件，用于剪切穿透地层的井眼的管道，所述防喷器具有壳体，所述壳体具有通过其中的、用于接收所述管道的孔，所述刀片组件包括: 闸板块，能够在所述管道周围在非接合位置和接合位置之间移动； 刀片，由所述闸板块支承，用于切割地接合所述管道； 可缩回的引导件，由所述闸板块支承，并且可沿闸板块滑动地移动；以及 释放机构，用于选择性地释放所述引导件，以在用于引导与所述管道的接合的引导位置和位于刀片后方一距离处的切割位置之间移动，以允许所述刀片切割地接合所述管道。
2.如权利要求2所述的刀片组件，其中，通过将断开力施加到所述释放机构的引导面可启动所述释放机构。
3.如权利要求1所述的刀片组件，还包括用于启动所述释放机构的触发器。
4.如权利要求3所述的刀片组件，其中，所述触发器包括能够操作性地连接到所述释放机构的柱塞。
5.如权利要求4所述的刀片组件，其中，所述柱塞关于所述引导件的顶点、沿所述引导件的引导面和它们的组合之一而定位。
6.如权利要求4或5所述的刀片组件，其中，所述柱塞包括多个接触件，所述多个接触件均经由杆操作性地联接到一构件，所述构件可滑动地定位在所述引导件的触发器沟道中。
7.如权利要求4、5或6所述的刀片组件，其中，所述柱塞具有至少一个触发器引导件，所述至少一个触发器引导件可滑 动地定位在所述引导件的至少一个触发器狭槽中。
8.如权利要求3至7任一项所述的刀片组件，其中，所述释放机构包括操作性地联接到所述触发器，并可滑动地定位在所述引导件的触发器沟道中的构件。
9.如权利要求8所述的刀片组件，其中，所述释放机构还包括多个偏置构件，用于支撑所述引导沟道中的构件。
10.如权利要求8或9所述的刀片组件，其中，所述释放机构还包括多个楔形物，所述多个楔形物通过所述构件的移动可选择性地在所述引导件中在锁紧位置和非锁紧位置之间移动。
11.如权利要求10所述的刀片组件，还包括多个突起，所述多个突起由所述楔形物支承，并可沿所述弓I导件中的多个通路选择性地移动。
12.如权利要求11所述的刀片组件，其中，所述通路与延伸穿过所述引导件的管道流体连通，以使流体通过其中。
13.如权利要求2所述的刀片组件，其中，所述释放机构包括可邻近所述闸板块的边缘定位的唇缘。
14.如权利要求13所述的刀片组件，其中，所述闸板块具有用于滑动地接收所述唇缘的斜坡。
15.如权利要求1所述的刀片组件，其中，所述引导件包括多个弹簧，所述释放机构包括可释放地连接到所述多个弹簧的多个闩锁。
16.如权利要求16所述的刀片组件，其中，所述多个闩锁可枢转地连接到所述闸板块，以选择性地接合所述多个弹簧。
17.如以上权利要求任一项所述的刀片组件，其中，所述闸板块具有引导销，其可由所述引导件中的引导狭槽接收，以沿其滑动地移动。
18.如以上权利要求任一项所述的刀片组件，其中，所述闸板块具有肩部，以与所述引导件滑动地接合。
19.如以上权利要求任一项所述的刀片组件，其中，所述引导面是凹的，具有沿其中心轴线的顶点。
20.如权利要求20所述的刀片组件，其中，所述引导面具有与所述中心轴线成第一角的第一部分。
21.如权利要求21所述的刀片组件，其中，所述引导面具有与所述中心轴线成第二角的第二部分。
22.一种用于剪切穿透地层的井眼的管道的防喷器，所述防喷器包括: 壳体，具有通过其中的、用于接收所述管道的孔；以及 一对刀片组件，该对刀片组件均包括如权利要求1至21任一项所述的刀片组件。
23.如权利要求22所述的防喷器，其中，所述可缩回的引导件具有袋，用于接收与其相对定位的另一可缩回的引导件的顶部。
24.如权利要求22或23所述的防喷器，还包括至少一个致动器，用于致动多个刀片组件中的每个刀片组件的闸板块。
25.如权利要求22、23或24所述的防喷器，其中，所述释放机构包括用于其启动的触发器。
26.如权利要求25所述 的防喷器，其中，所述触发器可通过与所述管道的接触启动。
27.如权利要求25所述的防喷器，其中，所述触发器可通过与另一引导件的接触启动。
28.一种使用如权利要求22至27任一项所述的防喷器来剪切穿透地层的井眼的管道的方法，所述方法包括: 在所述管道周围在非接合位置和接合位置之间移动闸板块； 选择性地释放释放机构； 在用于引导与所述管道的接合的引导位置和所述刀片后方一距离处的切割位置之间可滑动地移动所述引导件，以允许所述刀片切割地接合所述管道；以及使所述管道与所述刀片切割地接合。
29.如权利要求28所述的方法，其中，在施加断开力时进行选择性地释放。
30.如权利要求28所述的方法，其中，选择性地释放包括沿所述闸板块的斜坡移动唇缘。
31.如权利要求28所述的方法，其中，选择性地释放包括松开所述引导件。
32.如权利要求28所述的方法，其中，选择性地释放包括触发所述释放机构。
33.如权利要求28所述的方法，其中，选择性地释放包括在锁紧和非锁紧位置之间移动所述释放机构。
34.如权利要求28至33任一项所述的方法，还包括通过所述引导件将所述管道弓I导至所述防喷器中的期望位置处。
全文摘要
本文中的技术涉及一种防喷器的刀片组件，用于剪切穿透地层的井眼的管道。该防喷器具有壳体，该壳体具有通过其中的、用于接收管道的孔。该刀片组件包括闸板块，可在管道周围在非接合位置和接合位置之间移动；由闸板块支承的刀片，用于切割地接合管道；可缩回的引导件，由闸板块支承并可沿闸板块滑动地移动；以及释放机构，用于选择性地释放引导件，以在用于与管道接合的引导位置和刀片后方一距离处的切割位置之间移动，以允许刀片切割地接合管道。
文档编号E21B33/06GK103228866SQ201180057368
公开日2013年7月31日 申请日期2011年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者F.B.斯普林格特, C.D.约翰逊, S.E.彼得斯, E.T.恩斯利 申请人:国民油井华高公司