专利名称：剪切刀片和附接到剪切闸板上的方法
技术领域：
本公开大体上涉及钻井，并且具体而言涉及一种用于防喷器的附接到剪切闸板(ram)上的改进的剪切刀片(blade)。
背景技术：
在离岸钻井操作中，操作人员将通过钻井立管来执行钻井操作。钻井立管在海底处的水下井口组件与钻井船之间延伸。钻井立管由一定数目的独立接头或区段构成。这些区段固定到彼此上，且从在钻井船的立管配置地板上延展。钻井立管一般还具有围绕主中心管延伸的一定数目的辅助导管。一些辅助导管将液压流体压力供给至安装在水下井口上的水下防喷器(BOP)来控制井。BOP组件可为组组件的一部分，组组件可位于从钻井船向下延伸的立管的下端处。BOP组组件一般将包含剪切闸板、管闸板、可变的孔闸板、环形闭合部件和用于在紧急情况下从立管断开的快速断开机构。当受促动时，剪切闸板将闭合通孔，且还闭合在井中的剪切管，如钻管、油管或外壳。剪切刀片可经由多个螺栓附接到闸板块上，螺栓穿过剪切刀片的前面，且螺纹接合闸板块。此外，螺栓有助于抵抗在剪切期间的力，且还有助于抵抗来自于孔压力的力。然而，用于在剪切刀片的前面上的每个螺栓的沉孔会减小刀片的面积，从而减小刀片的强度。因此，需要一种用于将剪切刀片附接到闸板块上的改进的技术。
发明内容
通过提供一种将剪切刀片附接到剪切闸板上的方法的本发明的优选实施例，大体上解决或规避了这些和其它问题，且大体上实现了技术优点。本发明的实施例提供了一种包括附接到闸板块上的剪切刀片的剪切闸板组件。类似的剪切刀片和闸板块与前述剪切刀片和闸板块相对且偏离前述剪切刀片和闸板块。至少一个螺栓通路以一定角度形成在闸板块的顶部处。螺栓通路形成在剪切刀片的后面中，与在闸板块上的螺栓通路对应。引入闸板块的螺栓通路中的螺栓并且以及剪切刀片中的螺栓通路将剪切刀片附接到闸板块上。螺栓可螺纹接合在剪切刀片中的螺栓通路。此外，至少一个螺栓通路形成在剪切刀片的面上，该螺栓通路与形成在闸板块的面上的螺栓通路配准。在剪切刀片的面上和闸板块的面上的螺栓通路允许将螺栓引入通路中，且螺纹接合闸板块以提供剪切刀片与闸板块的附加连接稳定性。使用在闸板块的顶部处和剪切刀片的后面处的成角度的螺栓通路来将剪切刀片连接到闸板块上的技术，由于不必从前面移除用于附加螺栓通路的附加材料，故通过增大剪切刀片的前面的表面面积而有利地增大了剪切刀片的强度。
图1为根据本公开的剪切闸板组件的闸板块的透视图。图2为图1的闸板块的侧视图。
图3为图1的闸板块的顶视图。图3A为图1的一个闸板块的侧部截面视图。图4为图1的闸板块的底部透视图。图5为图1中的上闸板块的前视图。图6为根据本公开具有剪切闸板的防喷器组件的透视图。
具体实施例方式参看图1，示出了从它们处于其中的壳体或机罩移除的剪切闸板或全封(blind)剪切闸板11。剪切闸板11为闸板BOP组件的一部分，闸板BOP组件为组组件的一部分，组组件位于从钻井船向下延伸的立管的下端处。BOP组组件的下端固定到在海底上的水下井口上。BOP组组件一般还将包含管闸板、可变的孔闸板、环形闭合部件和用于在紧急情况下与立管断开的快速断开机构。当促动时，剪切闸板11将闭合通孔，且还闭合在井中的剪切管，如钻管、油管或外壳。剪切闸板11包括具有前端15的上闸板组件13。半圆形密封凹槽16位于上闸板块13的上侧上以用于接纳弹性体密封件9的一部分。上剪切刀片17安装到前端15上。在该实施例中，可将多个螺栓18引入从上剪切刀片17的前面23延伸至后面的螺栓通路20中。螺栓通路20平行于轴线Ax，且在上剪切刀片17的前面23处形成沉孔。多个螺栓18中的各个螺栓均延伸到形成在上闸板组件13的前端15上的螺栓通路22(图3)中，螺栓通路22与上剪切刀片17的螺栓通路20配准。螺栓18可具有与螺栓通路20，22的螺纹内部轮廓对应的螺纹外部轮廓。螺栓18的尺寸可取决于所经历的剪切力和井压力而变化。除通过上刀片17的前面23进入的螺栓18之外，至少一个成角度的螺栓26也被引入形成在上闸板组件13的上表面上的成角度的螺栓通路28中。在所示的实施例中，存在两个成角度的螺栓通路，各自在轴线Ax的相对侧上。下文将在图3A处进一步论述成角度的螺栓26和成角度的螺栓通路28。成角度的螺栓通路28的入口位于密封凹槽16的内侧或前方。继续参看图1，上刀片17的前面23具有上缘19和下缘21。在该实例中，下缘21比上缘19向前延伸地更远，从而导致面23相对于垂线倾斜。面23大体上还为凹面，从而导致在其外侧端24之间的面23的中心相对于在外侧端24处的面23的更前方部分凹入。可采用用于上刀片17的多种不同的形状。管引导臂25可位于上闸板块前端15的外侧上。各个臂25均可与上闸板块13整体地形成，但它们可以以其它方式附接，如通过焊接或紧固件。各个臂25均具有竖直(vertically)定向的内侧27和前端或末梢29。楔形表面31从内侧27的前部延伸至末梢29。在该实例中，各内侧27均与剪切闸板11的纵向轴线Ax平行。楔形表面31可为平的竖直表面，如图所示，其相对于纵向轴线Ax成锐角。在该实施例中，楔形表面31相对于纵向轴线Ax成大约30度的角。除平的外，楔形表面31也可为弯曲表面。各个引导臂25均具有上侧33，在该实例中，上侧33为平的且在水平面中。倒角或斜角(bevel)34可选地可在上侧33与末梢29的交叉点处。如图2中所示，上侧33以比上刀片下缘21更低的高度在上闸板块前端15上间隔开。在该实例中，如图3中所示，由于各个臂25的内侧27与上刀片外侧端24中的一个的外侧距离大致相同，故上侧33并未直接位于上刀片17的下方。另外，图2和图3示出了末梢29比上刀片17更向前延伸。内侧27与楔形表面31的结合部与上剪切刀片上缘19和外侧端24的结合部大致竖直对准。楔形表面31在离上闸板块前端15与从前端15到外侧端24处的上刀片面23的上缘19的距离大致相同的距离处连结内侧27。各个引导臂25均具有外侧35，外侧35从基部37延伸，在该处，臂25将上闸板块13连结到末梢29上。外侧35可相对于纵向轴线Ax成锐角。在该实施例中，该锐角相对于纵向轴线为大约15度。末梢29具有小于基部37的高度和宽度。图3A示出了上剪切刀片17和上闸板块13的区段。如前文所述，至少一个成角度的螺栓26被引入形成在上闸板块13的上表面上的成角度的螺栓通路28中。成角度的螺栓通路28向下延伸通过上闸板块13的前端15，且可相对于轴线Ax具有大致在大约15度至大约45度之间的角度范围。成角度的螺栓通路28直径可减小一次，从而形成肩部36，螺栓26的头部可停靠在肩部36上。成角度的螺栓26继续通过成角度的螺栓通路28且进入形成在上刀片17的后面中的成角度的刀片螺栓通路38，在该处，刀片的成角度的刀片螺栓通路与在闸板块13上的成角度的螺栓通路配准。成角度的刀片螺栓通路38在到达上刀片的前面23之前终止于上刀片17内。成角度的螺栓26可具有螺纹外部轮廓，螺纹外部轮廓与成角度的螺栓通路28，38的螺纹内部轮廓对应。成角度的螺栓26的尺寸可取决于经历的剪切力和井压力而变化。通过使用成角度的螺栓26和分别在闸板块的上表面处和在上刀片17上的成角度的螺栓通路28，38来将上刀片17附接到闸板块13上，在上刀片的前面23就移除了较少材料。这导致了用于上剪切刀片17的前面23的表面面积的最大化，这转变为上剪切刀片的强度增大。该图示出了进入上刀片17的前面23的四个螺栓18和进入通过闸板块13的上表面的两个成角度的螺栓26来将上刀片固定到闸板块上。然而，应当理解的是可取决于应用和井压力状况来使用螺栓18和成角度的螺栓26的各种组合。此夕卜，待使用的螺栓18，26的尺寸可影响待使用的螺栓的数目。图4示出了各个臂25的下侧39。下侧39示出为平的，且在与上侧33 (图3)平行的平面中。斜表面41可使下侧39的外侧边缘与外侧35连结。斜表面41示出为在相对于水平面倾斜的平面中。仍参看图4，且还参看图5，上闸板块13的下侧具有剪切管端凹部43。凹部43具有连结侧壁部分47的后壁部分45。壁部分45和47为定位成用以在井管的上端被剪切之后接纳井管的上端的竖直壁。后壁部分45示为部分柱形，且与直的侧壁部分47配合。剪切管端凹部43的其它形状是可行的。图4还示出了用于连接到活塞杆上的上闸板块13的后端上的T形连接件槽口 49。又参看图1，下闸板块51示为与上闸板块13水平对准。下闸板块51具有前端53，前端53与上闸板块13的前端15平行。下闸板块51的上侧中的顶部密封凹槽55接纳弹性体密封件56，且与密封凹槽16对准以在闸板块13，51与彼此邻接时形成连续的(注意密封件不一定是"环形")密封件。下闸板块51具有用于在剪切之后接纳井管的下端的剪切管端凹部57。剪切管端凹部57具有与两个直侧壁部分61配合的弯曲后壁部分59。其它形状是可行的。在该实施例中，闸板块13和51设计成压力协助闭合。半圆形凹槽9和55中的密封件9和56允许了这种压力协助。利用紧固件将闸板剪切刀片固定到闸板块上将造成用于压力通过密封件9和56泄漏的路径，除非围绕紧固件提供附加的密封件，紧固件从后侧到前侧延伸通过闸板块。在本文的情况下，用以固定刀片的成角度的螺栓通路28完全地倚靠在密封件9，56的内部孔侧上，以便压力没有机会由压力协助元件泄漏且减弱压力协助元件。此外，由于成角度的螺栓通路28在密封凹槽16和密封件9的前方，故不必围绕各个螺栓通路密封。如前文解释地，通路28不会穿过密封凹槽16和55，而是改为完全位于由密封件9和56密封的压力区中。然而，在备选实施例中，通路28可绕过密封件9和56。下刀片63附接到下闸板块51的前端53上。如图2中所示，下刀片63处于比上刀片17更低的高度处。应当理解的是，下剪切刀片63可以以与对上剪切刀片17所述的相似的方式附接到下闸板块51的前端53上，且因此在图3A中类似地描述。因此，如图3中所示，下刀片63还可具有形成在下闸板块51的下表面上的成角度的螺栓通路62。至少一个成角度的螺栓64被引入成角度的螺栓通路62中。成角度的螺栓通路62向下延伸通过下闸板块51的前端53，且可相对于轴线Ax具有大致在大约15度至大约45度之间的角度范围。成角度的螺栓64继续通过成角度的螺栓通路62且进入形成在下刀片63的后面中的成角度的螺栓通路66，在该处，刀片的成角度的刀片螺栓通路与在闸板块51上的成角度的螺栓通路配准。成角度的刀片螺栓通路66在到达下刀片63的前面69之前终止于下刀片63内。下刀片63在剪切时在上刀片17的下方滑动。下刀片63的上缘65在比上刀片17的下缘21略低的高度处。下刀片63具有下缘67，下缘67比上缘65离下块前端53更近。面69在下缘67与上缘65之间延伸，且因此相对于垂线倾斜。如图2中所示，在该实例中，下刀片面69的倾斜与上刀片面23的倾斜相同。如在图1和图3中所示，下刀片面69还凹入中心区域，中心区域比下刀片63的外侧端70离下块前端53更近。下刀片63从一个外侧端70到另一个的长度与上刀片17从一个外侧端24到另一个的长度相同。参看图4，图4示出了下块51的底部，凹部71从下刀片外侧端70朝外和朝后地沿各个外侧位于下剪切块51上。各个凹部71均包括沿外侧提供的空间或间隙，以在闸板块13,51闭合时接纳一个臂25。各个凹部71均由上侧壁72和内侧壁74限定，在该实例中，侧壁72和74为平的且竖直的。各个凹部71均与一个臂25对准，以在处于闭合位置或剪切位置时接纳臂。各个凹部71均具有比各个臂25的长度更大的纵向长度。另外，上侧壁72具有比各个臂25更大的宽度，且内侧壁74具有比各个臂25从其下侧39到其上侧33 (图2)的高度更大的高度。凹部71并非封闭的腔体，因为其没有外侧壁或底侧壁。上侧壁72与臂25的上侧33(图2)之间不存在干涉。臂25的内侧27与内侧壁74之间不存在干涉。臂上侧33可可选地滑动地接合凹部上侧壁74，但并不因此在下闸板块51上造成竖直力。各个臂25的竖直中点大致与下刀片63的竖直中点相同。当移动至闭合位置或剪切位置时，下刀片63将在臂进入凹部71时在两个臂25之间滑动。下刀片63的外侧端70在臂进入凹部71时将与臂25的内侧27间距较紧。用于连接到活塞杆上的T形连接件槽口 76位于下块51的后端上。在制造期间，通过经由上闸板块13在上表面处开始且穿过前端15镗孔来形成成角度的螺栓通路28。成角度的刀片螺栓通路38通过经由上刀片17的后面镗孔来形成，使得刀片的成角度刀片螺栓通路在匹配时与在闸板块13上的成角度的螺栓通路配准。螺纹可形成在成角度的刀片螺栓通路38中，以螺纹接合成角度的螺栓26，成角度的螺栓26可具有螺纹外部轮廓。沉孔可形成在闸板块13的成角度的螺栓通路28中，沉孔对应于成角度的螺栓26的头部。可形成附加的成角度螺栓和通路。此外，螺栓通路20通过从上剪切刀片17的前面23到后面镗孔而形成。螺栓通路20形成为平行于轴线Ax，且在上剪切刀片17的前面23处形成沉孔。多个螺栓18中的各个螺栓18均持续到形成在上闸板块13的前端15上的螺栓通路22(图2和图3)中，且与上剪切刀片17的螺栓通路18配准。螺栓18可具有螺纹外部轮廓，以与可形成在螺栓通路20，22中的螺纹内部轮廓对应。进入上刀片17的前面23的螺栓18和进入通过闸板块13的上表面的成角度螺栓26将上刀片固定到闸板块上。图6示出了安装在典型水下防喷器组件内的全封剪切闸板11。防喷器组件具有防喷器("Β0Ρ")组81，防喷器组81包括在下端处带有井口连接件85的框架以用于连接到水下井口组件(未示出)上。全封剪切闸板11 一般位于管闸板上方，在该实例中，管闸板包括管闸板91、93和95。各个管闸板91、93和95均具有在匹配面上带有半柱形凹部的闸板以用于围绕不同尺寸范围的管封闭。当封闭时，全封剪切闸板11将密封孔，且如果存在管，则将剪切管。水下立管总成(LMRP) 94连接到BOP组81的上端上。环形BOP 95可位于LMRP 94的下端处。环形BOP 95将围绕任何尺寸的管封闭，且密封在管与孔的侧壁之间的环形空间。即使不存在管，则环形BOP 95也将完全封闭。挠性接头97位于LMRP 94的上端处，以允许连接到挠性接头97上的立管管柱99的下端挠曲。阻流和压井管线101从环形防喷器95的下方延伸到立管99旁边以用于将流体泵送到井中。在紧急情况中，LMRP 94和立管99均与BOP组81分离。冗余的控制舱(pod) 103安装到LMRP 94上，且包含用于控制各种闸板11，81，91和93、环形BOP 95和其它装备的移动的液压回路和电路。控制舱103为可从LMRP 94取回的，且连接到通向在表面处的钻井船的脐带(未示出)上。应当理解的是，本发明可采用许多形式和实施例。因此，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可在前文中作出很多变型。因此，通过参照本发明的某些优选实施例描述了本发明，但应当注意的是，所公开的实施例在性质上为示范性的而非限制性的，且在以上公开中将构思出较宽范围的变型、改型、改变和替换，且在一些情形中，可在没有对应使用其它特征的情况下采用本发明的一些特征。本领域的技术人员基于阅读优选实施例的以上描述将认为许多此类变型和改型是明显的且是所期望的。因此，应当认识到的是，应较宽地且以与本发明的范围一致的方式来解释所附权利要求。
权利要求
1.一种用于剪切防喷器(BOP)内的管的设备，包括: 具有前端和纵向轴线的剪切闸板块； 具有如面的刀片； 与所述前面相对的后面，所述后面与所述剪切闸板块的前端邻接； 多个面螺栓通路，其延伸通过所述刀片且进入所述剪切闸板块的前端，所述螺栓通路中的每一个平行于所述纵向轴线； 面螺栓，其位于各个面螺栓通路中且将所述刀片固定到所述剪切闸板块； 至少一个倾斜的螺栓通路，其从所述剪切闸板块的上表面向下且向内延伸出所述剪切闸板块的前端且进入所述刀片；以及 倾斜螺栓，其位于所述倾斜的螺栓通路中以将所述刀片固定到所述剪切闸板块上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述倾斜螺栓通路定向成使得穿过所述倾斜螺栓通路的竖直平面平行于所述纵向轴线。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述面螺栓通路定向成使得穿过所述面螺栓通路的竖直平面平行于所述纵向轴线。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，沉孔和肩部形成在所述倾斜的螺栓通路中。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，半圆形密封凹槽形成在所述剪切闸板块的上表面上，且至所述 倾斜螺栓通路的入口在所述密封凹槽与剪切闸板块之间。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，两个所述倾斜螺栓通路分别在所述纵向轴线的相对侧上。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，倾斜螺栓通路具有位于所述刀片内的前下端。
8.一种用于BOP的剪切闸板组件，包括: 各自具有前端和纵向轴线的上剪切闸板块和下剪切闸板块； 具有如面的上刀片； 具有如面的下刀片； 与所述前面中的至少一个相对的至少一个后面，所述后面与所述上剪切闸板块的前端和所述下剪切闸板块的前端邻接； 多个面螺栓通路，其延伸穿过所述刀片中的至少一个且进入所述剪切闸板块中的至少一个的前端中，所述螺栓通路中的每一个平行于所述纵向轴线； 面螺栓，其位于各个面螺栓通路中且将所述刀片中的至少一个固定到所述剪切闸板块中的至少一个； 至少一个倾斜螺栓通路，其从所述上剪切闸板块的上表面向下且向内延伸出所述上剪切闸板块的前端且进入所述上刀片中；以及 倾斜螺栓，其位于所述倾斜的螺栓通路中，以将所述上刀片固定到所述上剪切闸板块上。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括: 至少一个倾斜螺栓通路，其从所述下剪切闸板块的下表面向上且向内延伸出所述下剪切闸板块的前端且进入所述下刀片中；以及倾斜螺栓，其位于所述倾斜螺栓通路中以将所述下刀片固定到所述下剪切闸板块上。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述倾斜螺栓通路定向成使得穿过所述倾斜螺栓通路的竖直平面平行于所述纵向轴线。
11.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述面螺栓通路定向成使得穿过所述面螺栓通路的竖直平面平行于所述纵向轴线。
12.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，沉孔和肩部形成在所述倾斜的螺栓通路中。
13.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，半圆形密封凹槽形成在所述剪切闸板块的上表面上，且至所述倾斜螺栓通路的入口在所述密封凹槽与剪切闸板块之间。
14.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述倾斜螺栓通路中的两个分别在纵向轴线的相对侧上。
15.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述倾斜螺栓通路具有位于所述上刀片内的前下端。
16.一种用于将剪切刀片附接到安装在防喷器(BOP)上的闸板块的方法，所述方法包括: 镗出从所述闸板块的上表面到所述闸板块的前端的第一通路； 在所述剪切刀片的后面中镗出第二通路，其中，所述第二通路在由所述闸板块的前端和所述剪切刀片的后面所形成的接口处与所述第一通路配准；以及 利用接合所述第一通路和所述第二通路的螺栓将所述剪切刀片附接到所述闸板块上。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，镗出的所述第一通路和所述第二通路相对于水平轴线成角度，所述角度大致在大约15度至大约45度之间的范围中。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二通路终止于所述剪切刀片内。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，前螺栓将所述剪切刀片连接到所述闸板块上，所述前螺栓进入所述剪切刀片的前面且经由通路进入所述闸板块，所述通路延伸通过所述剪切刀片且与所述闸板块中的通路配准，其中所述螺栓和通路平行于水平轴线。
全文摘要
本发明涉及一种剪切刀片及附接到剪切闸板上的方法。具体而言，剪切刀片附接到闸板块上。至少一个螺栓通路以一定角度形成在闸板块的顶部处。螺栓通路形成在剪切刀片中，其与在闸板块上的螺栓通路对应。引入闸板块的螺栓通路中的螺栓且以及在剪切刀片中的螺栓通路将剪切刀片附接到闸板块上。通过使用用于将剪切刀片附接到闸板块上的该技术，并未进一步减小剪切刀片的前面的表面面积。因此，增大了剪切刀片的强度。
文档编号E21B33/064GK103184847SQ201210581938
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者V.沙, W.L.卡鲍夫, L.G.蔡尔德斯 申请人:海德里尔美国制造业有限责任公司