用于海底防喷器的液压阀装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年12月17日提交的临时申请62/093,200的优先权。

本申请涉及油气井钻井防喷器，并且具体地涉及用于螺线管阀和液压阀的安装装置。

背景技术：

近海钻井作业需要与钻井隔水管连接的防喷器以控制井压力。典型的海底防喷器(“bop”)具有许多部件，比如一个或多个环形防喷器、几个闸板、用于连接至井口设备的连接器以及用于在紧急状况下从下部部分释放bop的上部部分和钻井隔水管的快速释放连接器。这些部件的大部分，也称作机能，是液压致动的。

bop具有控制系统，也称为多路复用或mux盒布局(muxpodlayout)，以通过供给流体液压力控制这些各种功能以执行特定功能。控制系统具有向各个bop部件供给流体液压力的称作spm(板式歧管)阀的液压阀。控制系统具有螺线管阀，当收到电信号时，螺线管阀向液压阀中的一个发送液压先导信号。

在典型的应用中，液压阀的盖部分可能需要螺纹连接至阀体，这可以引起螺纹错扣和磨损。另外，可能具有连接至每个单独的导向管路的重叠外部管段，使得难以接近一些液压阀。一些现有技术布置需要拆除或重定位外部管以接近所关注的液压阀，以便更换或维修该阀。外部管的装配一般具有可将其拆除和装配的有限时间，并且如果不正确地拧紧它们可能会泄漏。

技术实现要素：

防喷器控制系统包括具有液压阀面的阀块。电致动螺线管阀紧固至阀块。液压阀腔从液压阀面延伸到阀块内。液压阀至少部分地装配在液压阀腔内。液压阀盖紧固至液压阀面，从而覆盖液压阀腔。盖具有密封地容纳活塞的活塞腔。与螺线管阀连通的螺线管阀先导通道具有在阀块中延伸至液压阀面的阀块部分。先导通道具有在盖的侧壁内的盖部分，侧壁密封地联结先导通道的阀块部分并且导向活塞腔。当螺线管阀被电致动时从螺线管阀到液压阀的液压先导信号使液压阀运动。

阀块还可以具有螺线管阀面。螺线管阀腔从螺线管阀面延伸到阀块内。螺线管阀安装在螺线管阀腔中。先导通道的阀块部分具有联结螺线管阀腔的内端部。螺线管阀供给通道可以在阀块内延伸至螺线管阀腔。

液压阀供给通道在阀块内延伸至液压阀腔。液压阀出口通道在阀块液压阀腔内延伸。液压阀沿一个方向的运动选择性地打开通向液压阀出口通道的液压阀供给通道。

阀块可以具有多个螺线管阀腔，每个螺线管阀腔从螺线管阀面延伸到阀块内。阀块可以具有多个液压阀腔，每个液压阀腔从液压阀面延伸到阀块内。液压阀的盖中的每一个可以通过多个紧固件紧固至液压阀面。

在一个实施例中，螺线管阀腔沿着阀块的长度并排定位。螺线管阀供给通道在阀块内纵向延伸。液压阀腔沿着阀块的长度并排定位。液压阀供给通道在阀块内纵向延伸。液压阀供给通道可以与螺线管阀供给通道平行。

阀块具有在液压阀面的相对侧上的背面。在所示出的示例中，液压阀出口通道中的每一个从液压阀腔中的一个延伸至背面。

在一个实施例中，阀块具有面向相对方向的两个端部。螺线管阀供给通道具有在端部中的一个处的进口。液压阀供给通道具有在端部中的一个处的进口。

附图说明

因此，本发明的特征、优势和目的以及其他方面将变得明显的方式将被获得并且能够被更详细地理解，以上简要概括的本发明的更具体的说明可以参照其在附图中示出的实施例获得，附图形成本说明书的一部分。然而，注意到，附图仅示出本发明的优选实施例，并且因此不视为限制其范围，因为本发明可能认可其他等同有效的实施例。

图1是根据本发明的防喷器控制系统的上部部分的示意性主视图。

图2是图1的控制系统的控制模块中的一个的透视图。

图3是沿图2的线3-3截取的图2的控制模块的截面图。

具体实施方式

现在将参照示出实施例的附图在以下更加全面地说明本发明的方法和系统。本发明的方法和系统可以具有多种不同的形式，并且不应被理解为限制于本文中阐述的所示实施例；相反地，这些实施例提供为使得本发明变得全面和完整并且向本领域技术人员完全地表达其范围。相同的附图标记在全文中指代相同的元素。

图1示意性地示出用于海底防喷器(未示出)的控制系统11的上部。海底防喷器(“bop”)具有许多部件，比如一个或多个环形防喷器、几个闸板、用于连接至井口设备的连接器以及用于在紧急状况下从下部部分释放bop的上部部分和隔水管的快速释放连接器。这些部件的大部分，也指代机能，是液压致动的。控制系统11，也称为多路复用或mux盒布局，安装至bop并且通过供给流体液压力控制这些各种功能以执行特定功能。

控制系统11包括可以具有各种结构的支承框架13。几个控制模块15安装至框架13。在该例子中，图1示出仅四个控制模块15，并且通常将有至少四倍于此数量。控制模块15可以在一个或多个竖直柱中彼此叠置地安装至框架13，图1示出两个竖直柱。

每个控制模块15具有多个液压阀17，通常称作spm(附属板安装)阀。每个液压阀17控制通向防喷器的部件中的一个的液压流体流以执行功能中的一个。每个控制模块15具有多个螺线管阀19，螺线管阀19中的每一个控制液压阀17中的一个。螺线管阀19被电致动并且将液压先导信号传递至液压阀17。图1示出每个控制模块15中的六个液压阀17和六个螺线管阀19，但该数量可以变化。每个控制模块15具有包围全部螺线管阀19的螺线管阀壳体21。壳体21通常包含被压力补偿为等于海水的流体静压的电绝缘介电液体。每个壳体21可以具有可拆卸盖板23以当控制系统11被收回用于维护时提供通向螺线管阀19的入口。图1示出分解以示出其中的螺线管阀19的盖板23中的一个。图3示出盖板23被去除。

控制系统11具有两个海底电子设备模块(sem)25，每一个均安装至可以连接至框架13的容纳部27。每个sem25具有向各个螺线管阀19发送信号的电路。sem25是彼此冗余的。此外，一般地全部控制模块15冗余另一个控制模块15。

参照图2，每个控制模块15具有歧管或阀块29，歧管或阀块29可以是实体整件的合金钢。阀块29具有液压阀面31，液压阀面31在该示例中是平的并且定位在延伸阀块29的长度的单个平面中。阀块29还具有螺线管阀面33，螺线管阀面33在该示例中是平的并且定位在延伸阀块29的长度的单个平面中。螺线管阀面33示出为阀块29的上部水平侧。液压阀面31示出为在垂直于螺线管阀面33的平面的平面中的阀块29的竖直前部。阀块29具有两个相对面对的端部34。

每个液压阀17具有包括凸缘37的独立盖35和从凸缘37向外延伸的圆柱形部分39。紧固件41延伸穿过每个凸缘37以将液压阀盖35并排地紧固至液压阀面31。每个螺线管阀19具有利用紧固件固定至螺线管阀面33的独立盖43。

参照图3，阀块29还具有背部45，背部45可以在平行于液压阀面31的单个竖直平面中。此外，阀块29可以具有在与螺线管阀面33平行的单个水平平面中的平的底部47。

螺线管阀面33具有一行螺线管阀腔49(图3中示出一个)，该行沿着阀块29的长度延伸。每个螺线管阀腔49从螺线管阀面33并且垂直于螺线管阀面33延伸到阀块29内。螺线管阀腔49可以相同。螺线管阀19中的一个紧固在每个螺线管阀腔49内。图3示出螺线管阀19中的一个，示意性地说明了下部部分装配在螺线管阀腔49内，同时上部部分突出到螺线管阀面33以上较短距离。螺线管阀19可以通过各种方式，比如通过螺纹紧固在螺线管阀腔49中。螺线管阀19可以相同，每一个具有电气螺线管部分，当电气螺线管部分通过电信号激励时将阀部分从断开位置移位至接通位置。

螺线管阀供给通道51纵向延伸通过阀块29，从而与螺线管阀腔49中的每一个的下端部相交。螺线管阀供给通道51将螺线管阀腔49中的每一个联结在一起。螺线管阀供给通道51具有在阀块端部34中的一个上的进口53(图2)，用于向每个螺线管阀腔49供给流体液压力。

螺线管阀面31具有一行液压阀腔55(图3中示出一个)，该行沿着阀块29的长度延伸。每个液压阀腔55延伸到垂直于液压阀面31的阀块29内。每个液压阀腔55的轴线垂直于每个螺线管阀腔49的轴线并且与螺线管阀腔49中的一个的轴线相交。液压阀腔55可以相同。液压阀17中的一个紧固到液压阀腔55中的每一个内。液压阀17的内部部分装配在液压阀腔55内，外部部分从液压阀面31向前突出。液压阀17可以具有多种结构并且可以相同。

液压阀供给通道57纵向延伸通过阀块29，从而与液压阀腔55中的每一个的下侧相交。液压阀供给通道57将液压阀腔55中的每一个联结在一起。液压阀供给通道57具有在阀块端部34中的一个上的进口58(图2)，用于向每个液压阀腔55供给流体液压力。液压阀供给进口58可以与螺线管阀供给通道进口53在同一阀块端部34上，如图所示，或可替代地在相对的端部34上。液压阀供给通道57在该实施例中平行于螺线管阀供给通道51。

独立的液压阀出口通道59从每个液压阀腔55延伸至阀块背部45。液压阀出口通道59彼此平行并且大致垂直于液压阀供给通道57。液压管路(未示出)将每个液压阀出口通道59连接至bop的部件以执行功能。当螺线管阀19中的一个向液压阀17中的一个液压地发送信号时，液压阀17将运动至接通位置，从而将来自液压阀供给通道57的液压流体提供至液压阀出口通道59中的一个。在可替代实施例中，当螺线管阀19断电时，部件bop功能处的流体压力可以通过定位在阀块29上的排气孔(未示出)从液压阀出口通道59排出。

独立的先导通道61从每个螺线管阀腔49延伸至液压阀腔55中的一个。每个先导通道61具有从螺线管阀腔49延伸至液压阀面31的内部或阀块部分61a。每个先导通道61具有与先导通道内部部分61a匹配并且在液压阀盖35的侧壁内延伸的外部或盖部分61b。在该实施例中，每个液压阀盖35的侧壁具有隆脊63(还在图2中示出)，隆脊63联结盖35的圆柱形部分39的上侧并且沿着圆柱形部分39的上侧与圆柱形部分39的轴线平行地延伸。先导通道外部部分61b在隆脊63内与先导通道内部部分61a同轴地延伸。密封件(未示出)密封先导通道内部部分61a与外部部分61b的接头。先导通道61具有联结先导通道外部部分61b的外端部并且向下延伸至形成在盖35的圆柱形部分39中的活塞腔65的连接部分61c。先导通道连接部分61c通过钻削垂直于形成先导通道外部部分61b的钻孔的孔形成。在钻削连接部分61c之后，机械师将安装柱塞66以阻塞钻孔的形成连接部分61c的进入部分。当螺线管阀19中的一个被电致动时，液压信号从螺线管阀供给通道51通过先导通道61流动至活塞腔65。选择性地，排出通道(未示出)可以延伸穿过阀块29以当螺线管阀19中的一个被断电时允许压力从液压阀先导通道61逸出。

在该实施例中，液压阀17包括定位在液压阀腔55中的固定罩67。外部环形密封件69将罩67密封至液压阀腔55的圆柱形内壁表面。罩67具有形成在其中并且与液压阀供给通道57对准的多个孔或端口71。罩67具有抵接后端座73并且相对于后端座73密封的后部端部，后端座73包围液压阀出口通道59的入口。罩67具有抵接前端座75并且相对于前端座75密封的相对端部。

活动线轴77定位在罩67中并且通过内部环形密封件78密封。线轴77相对于罩67在所示出的关闭位置与打开位置之间运动(stroke)。在所示出的关闭位置中，线轴77的前端部靠着前端座75密封。关闭位置阻挡液压流体从液压阀供给通道57流动进入线轴77的内部。在打开位置中，线轴77抵接后端座73并且靠着后端座73密封。液压流体从液压阀供给通道57流动通过罩端口71，进入线轴77内并且流出液压阀出口59。

杆79连接至线轴77以使线轴77运动。杆79从线轴77向前延伸到盖活塞腔65内。杆77在盖活塞腔65内具有在其前端部上的活塞81。一个或多个同轴螺旋弹簧83(示出两个)包围杆79并且将线轴77朝向关闭位置推动。弹簧壳体85包围弹簧83的一部分并且具有紧固至液压阀腔55中的螺纹的螺纹86。弹簧壳体85还靠着前座75紧固弹簧后部保持器87。弹簧前保持器89紧固至杆79以便随其一起运动。杆79将相对于弹簧后部保持器87和前座75滑动。当螺线管阀19断电时，弹簧83使液压阀17返回至正常位置。

在操作中，钻井装置上的操作人员向控制盒25中的一个发送信号，作为响应，控制盒25中的一个向螺线管阀19中的一个发送电信号。螺线管阀19使开口螺线管阀供给通道51移位至先导通道61。液压流体从螺线管阀供给通道51通过先导通道61流动至活塞腔65。活塞81使杆79和线轴77从图3所示的关闭位置运动至打开位置，其中线轴77抵接后端座73。液压流体然后从液压阀供给通道57流动通过罩端口71，进入线轴77的内部并且离开出口通道59。液压流体流动至bop的部件以执行一定功能。

如果使用出口通道布置(未示出)，当螺线管阀19断电时，先导通道61打开通向排出通道(未示出)。液压流体然后将通过先导通道61流过活塞腔65并且流出排出通道。弹簧83使杆79和线轴77从打开位置运动至关闭位置，其中线轴77抵接前端座75。流体液压力然后从液压出口59行进至液压阀排出通道(未示出)，从而从bop的部件释放压力。

实施例中的一个中公开的阀模块的内部通道消除了对外部管的需要，以向液压阀提供导向压力。本发明的一些实施例包括一种用于液压阀盖的螺栓安装方法，这将使得该组件比需要盖旋转以紧固螺纹的现有技术类型更加简易。面安装盖消除了在组件的组成期间由错误地螺纹安装组件所引起螺纹错扣和磨损的问题。本文中说明和示出的实施例消除或减小了对操作人员从系统拆除部件以接近液压阀的需要。例如，本发明的设计能够通过消除液压阀和配件前面的管来改善接近。所形成的向液压阀的干净的通路将使得更方便检测泄漏、进行维护和维修和/或更换阀。本发明的实施例还将消除再张紧配件的需要，否则这可能引起泄漏。另外，系统中的部件的数目的整体下降导致可靠性的提高，这是有利的。

可以理解的是本发明的范围不局限于所示出和所说明的结构、操作、精确材料或实施例的精确细节，因为改进和等同方案对于本领域技术人员将是明显的。在附图和说明书中，已经公开了示例性实施例，尽管采用了专用名词，但是其仅以一般性和描述性方式使用，而非用于限制目的。