包括全封闭剪切闸板的防喷系统的制作方法

背景技术：

本公开的领域整体涉及用于石油和天然气井的防喷(bop)系统，并且更特别地涉及包括全封闭剪切闸板的bop系统。

许多已知的石油和天然气生产系统包括防喷(bop)系统，所述防喷系统密封井筒以阻止材料通过井筒释放出来。至少一些已知的bop系统包括具有刀片的全封闭剪切闸板。在操作期间，全封闭剪切闸板切割延伸通过井筒的管子并密封井筒。然而，至少一些已知的全封闭剪切闸板不完全切割对象，诸如沿管子延伸通过井筒的缆线。因此，未被切割的缆线阻止全封闭剪切闸板密封井筒。

技术实现要素：

在一个方面，提供了一种用于防喷系统的全封闭剪切闸板。所述全封闭剪切闸板包括外壳，所述外壳被构造成联接到堆叠并接收至少一根管子和至少一根缆线。所述至少一根管子和所述至少一根缆线延伸通过由所述堆叠限定的井筒。所述全封闭剪切闸板还包括具有上部刀片的上部载体和具有下部刀片的下部载体。所述上部载体和所述下部载体中的至少一者被构造成相对于所述外壳移动，使得所述上部载体和所述下部载体可定位在所述上部载体和所述下部载体间隔开的第一位置以及所述上部载体和所述下部载体密封所述井筒的第二位置。所述上部刀片和所述下部刀片被构造成当所述上部载体和所述下部载体在所述第一位置与所述第二位置之间移动时切割所述至少一根管子和所述至少一根缆线。所述上部刀片和所述下部刀片中的至少一者包括被构造成在所述至少一根缆线与所述上部刀片和所述下部刀片中的所述至少一者之间引起摩擦的纹理化表面。

在另一个方面，提供了一种防喷系统。所述防喷系统包括限定井筒的堆叠和被构造成联接到所述堆叠并接收延伸通过所述井筒的至少一根管子和至少一根缆线的全封闭剪切闸板。所述全封闭剪切闸板包括具有上部刀片的上部载体和具有下部刀片的下部载体。所述上部载体和所述下部载体中的至少一者被构造成相对于所述外壳移动，使得所述上部载体和所述下部载体可定位在所述上部载体和所述下部载体间隔开的第一位置以及所述上部载体和所述下部载体密封所述井筒的第二位置。所述上部刀片和所述下部刀片被构造成当所述上部载体和所述下部载体在所述第一位置与所述第二位置之间移动时切割所述至少一根管子和所述至少一根缆线。所述上部刀片和所述下部刀片中的至少一者包括被构造成在所述至少一根缆线与所述上部刀片和所述下部刀片中的所述至少一者之间引起摩擦的纹理化表面。

在又一个方面，提供了一种组装用于防喷系统的全封闭剪切闸板的方法。所述方法包括提供被构造成切割井筒中的缆线的至少一个刀片。所述至少一个刀片包括切割刃、与所述切割刃相对的后刃和从所述后刃延伸到所述切割刃的至少一个表面。所述方法还包括对所述至少一个刀片的所述至少一个表面进行纹理化以形成至少一个纹理化表面。所述至少一个纹理化表面被构造成在所述缆线与所述至少一个刀片之间引起摩擦。所述方法还包括将所述至少一个刀片联接到下部载体和上部载体中的至少一者，使得所述至少一个纹理化表面被构造成接触所述缆线。所述上部载体和所述下部载体中的至少一者被构造成相对于所述外壳移动，使得所述上部载体和所述下部载体可定位在所述上部载体和所述下部载体间隔开的第一位置以及所述上部载体和所述下部载体密封所述井筒的第二位置。

附图说明

在参考附图阅读以下详细描述后，将更好地了解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相似的符号代表所有图示中相似的部分，其中：

图1是包括全封闭剪切闸板的示例性防喷(bop)系统的示意图；

图2是图1中所示的bop系统的透视图；

图3是图1和图2中所示的全封闭剪切闸板的截面图；

图4是与图1-图3中所示的全封闭剪切闸板一起使用的刀片的平面图；

图5是刀片的切割比对间隙距离的示例性图形表示。

除非另外指明，否则本文提供的附图意图示出本公开的实施方案的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施方案的广泛多种系统。因此，附图并不意图包括本领域普通技术人员已知的实践本文公开的实施方案所需要的所有常规特征。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将会提及多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。

除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个(种)(a和an)”和“所述(the)”包括复数指称。

术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情形可能发生也可能不发生，并且所述描述包括所述事件发生的情况和不发生的情况。

如本说明书和权利要求中通篇所使用的近似语言可用于修饰任何可允许变化的定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值并不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。这里并且贯穿说明书和权利要求，除非上下文或语言另外指明，否则范围限制可组合和/或互换，此类范围被确定并包括其中包含的所有子范围。

如本文所用，术语“纹理化”是指从光滑表面沿法线方向的表面变化。术语“静摩擦”是指阻止对象移动的力。

本文所述的方法和系统方便切割井筒中的缆线，以提供更完全的井筒密封。例如，防喷(bop)系统的实施方案包括全封闭剪切闸板，所述全封闭剪切闸板包括具有至少一个纹理化表面的刀片。在一些实施方案中，使用机械和/或化学工艺在纹理化表面中形成磨损。在进一步实施方案中，纹理化表面包括图案。纹理化表面夹持缆线以方便刀片完全切断缆线。因此，当全封闭剪切闸板密封井筒时，缆线被阻止延伸跨过密封件。

图1是包括全封闭剪切闸板102的示例性防喷(bop)系统100的示意图。bop系统100被构造成密封至少部分地由堆叠106限定的井筒104并阻止材料流动通过井筒104。特别地，全封闭剪切闸板102被构造成切割延伸通过井筒104的管子108和缆线110并密封井筒104。在可替代实施方案中，bop系统100具有使bop系统100能够如本文所述的那样操作的任何构造。例如，在一些实施方案中，bop系统100包括剪切闸板和/或环形防喷器。

图2是包括全封闭剪切闸板102的bop系统100的透视图。图3是全封闭剪切闸板102的截面图。全封闭剪切闸板102包括外壳112、上部载体114、上部刀片116、下部载体118、下部刀片120和至少一个闸板致动器122。在示例性实施方案中，闸板致动器122联接到上部载体114和下部载体118中的每一者。闸板致动器122被构造成相对于外壳112移动上部载体114和下部载体118，使得上部载体114和下部载体118可定位在第一位置和第二位置。在示例性实施方案中，闸板致动器122是液压式的。在可替代实施方案中，全封闭剪切闸板102包括使全封闭剪切闸板102能够如本文所述的那样操作的任何闸板致动器122。

参考图1，外壳112被构造成联接到堆叠106并接收管子108和缆线110。当上部载体114和下部载体118处于第一位置时，上部载体114和下部载体118在外壳112的相对侧间隔开，使得管子108和缆线110在上部载体114与下部载体118之间穿过。随着上部载体114和下部载体118从第一位置移动到第二位置，上部载体114和下部载体118朝向彼此移动并压缩管子108和缆线110。上部刀片116和下部刀片120被构造成随着上部载体114和下部载体118从第一位置移动到第二位置而接触并切割管子108和缆线110。在第二位置，上部载体114和下部载体118密封井筒104。在示例性实施方案中，至少一个密封件124(图3中所示)在上部载体114与下部载体118之间延伸以方便当上部载体114和下部载体118处于第二位置时密封井筒104。在可替代实施方案中，井筒104以使bop系统100能够如本文所述的那样操作的任何方式得以密封。

图4是与全封闭剪切闸板102(图1和图3中所示)一起使用的刀片130的平面图。在一些实施方案中，刀片130用作上部刀片116(图3中所示)和/或下部刀片120(图3中所示)。刀片130包括纹理化表面132。纹理化表面132被构造成接触缆线110(图1中所示)并增大缆线110与刀片130之间的摩擦。特别地，在示例性实施方案中，纹理化表面132增大缆线110与刀片130之间的静摩擦并导致纹理化表面132夹持缆线110的部分，使得缆线110的所述部分相对于刀片130保持静止。因此，刀片130在缆线110中产生导致缆线110被切断的局部张力区。因此，纹理化表面132方便刀片130切割缆线110。在可替代实施方案中，刀片130包括使刀片130能够如本文所述的那样操作的任何表面。例如，在一些实施方案中，刀片130包括形成顶部表面的至少一部分的第一纹理化表面132和形成底部表面的至少一部分的第二纹理化表面132。

在示例性实施方案中，刀片130还包括切割刃134、后刃136和侧刃138。后刃136与切割刃134相对。侧刃138在后刃136与切割刃134之间延伸。切割刃134被打磨以方便刀片130切割对象。在可替代实施方案中，刀片130包括使刀片130能够如本文所述的那样操作的任何刃。

而且，在示例性实施方案中，纹理化表面132延伸贯穿刀片130。具体地，纹理化表面132从切割刃134延伸到后刃136，并从第一侧刃138延伸到第二侧刃138。因此，纹理化表面132被构造成贯穿刀片130接触缆线110(图1中所示)并允许刀片130切割定位在井筒104中任何位置的缆线110。另外，刀片130与缆线110(图1中所示)之间的摩擦力因为纹理化表面132延伸贯穿刀片130而得以增大。在可替代实施方案中，纹理化表面132延伸通过使刀片130能够如本文所述的那样操作的刀片130的任何部分。

另外，在示例性实施方案中，刀片130大体是凹五边形的。特别地，后刃136是基本上线性的，并且侧刃138相对于后刃136成一定角度。切割刃134包括凹坑或v形槽并相对于后刃136成一定角度。因此，切割刃134在切割期间引导对象朝向刀片130的中部，并阻止对象在刀片130周围移动。在可替代实施方案中，刀片130具有使刀片130能够如本文所述的那样操作的任何形状。例如，在一些实施方案中，刀片130是但不限于矩形、正方形、曲面、梯形、三角形和/或任何其他合适的形状。

此外，在示例性实施方案中，纹理化表面132包括通过触摸可感知的多处磨损140。因此，纹理化表面132是粗糙的。特别地，纹理化表面132具有贯穿刀片130的接触区域的在约1.27微米ra(50微英寸ra)至约178微米ra(7000微英寸ra)的范围内的平均表面变化。例如，纹理化表面132具有约0.03平方毫米(0.00005平方英寸)的最小接触区域，并被构造成贯穿接触区域接触缆线110(图1中所示)。在一些实施方案中，磨损140通过机械磨损工艺和化学磨损工艺中的至少一者而形成。在示例性实施方案中，至少部分地由于磨损工艺，磨损140是不规则的且随机分散在纹理化表面132各处。在可替代实施方案中，纹理化表面132包括使刀片130能够如本文所述的那样操作的任何特征。例如，在一些实施方案中，纹理化表面132包括诸如脊或肋特征，其形成诸如滚花图案、菱形图案和/或任何其他合适的图案的凸起图案。在进一步实施方案中，纹理化表面132包括诸如突起、尖钉和钩的特征，其以使刀片130能够如本文所述的那样操作的任何方式设置在纹理化表面132各处。在一些实施方案中，使用加成法形成纹理化表面132的特征。

在一些实施方案中，刀片130被改装到现有bop系统。纹理化表面132方便刀片130与现有系统兼容，因为纹理化表面132不一定需要改变刀片130的形状和大小。在进一步实施方案中，现有bop系统的刀片被纹理化以包括纹理化表面132。

参考图3，在示例性实施方案中，上部载体114和下部载体118在其之间限定间隙142。在一些实施方案中，间隙142处于约0.025毫米(mm)(0.001英寸(in.))至约0.500mm(0.020in.)的范围内。间隙142方便上部刀片116和下部刀片120切割对象。在一些实施方案中，上部刀片116和下部刀片120包括在间隙142的相对侧的纹理化表面132，使得间隙142限定在纹理化表面132之间。因此，纹理化表面132增大了对象诸如延伸通过间隙142的缆线110(图1中所示)上的局部力。在可替代实施方案中，全封闭剪切闸板102包括使全封闭剪切闸板102能够如本文所述的那样操作的任何间隙。

图5是不同刀片的切割比对间隙距离的示例性图形表示。如本文所用，术语“切割比”是指对象的切割部分与整个对象的比。例如，切割比为1指示对象已被完全切断成至少两个不同部分。切割比小于1指示对象还未被完全切断并保持连接为单个对象。例如，相对于缆线110的切割比将保持完好的线材的数量与形成缆线110的线材的数量进行对比。照此，如果缆线110未被完全切断并且形成缆线110的至少一根线材保持完好，则切割比小于1。

图5包括图表200，所述图表200包括指示刀片之间的间隙距离(in.)以0.005in.的增量从0.000至0.025的x轴202和指示切割比(无单位)以0.2的增量从0.0至1.0的y轴204。图3还包括曲线206，所述曲线206表示包括纹理化表面的刀片。图3还包括曲线208，所述曲线208表示包括光滑表面的刀片。

如图表200上所示，曲线206对于在约0.000in.至约0.013in.的范围内的间隙距离具有大约1.0的切割比。相比之下，曲线208对于在约0.000in.至约0.010in.的范围内的间隙距离具有大约1.0的切割比。曲线208对于大于0.010in.的间隙距离具有小于1.0的切割比。因此，在约0.010in.与约0.017in.之间，曲线206具有比曲线208更高的切割比。曲线206的更高切割比至少部分地是由于包括纹理化表面的刀片。特别地，纹理化表面增大了缆线与刀片之间的静摩擦，这增大了缆线中的局部失效区，并且当刀片相对于缆线移动时导致缆线失效。因此，由曲线206表示的包括纹理化表面的刀片与由曲线208表示的包括光滑表面的至少一些已知刀片相比，提供了改进的切割性能。

参考图1和图4，一种组装全封闭剪切闸板102的方法包括提供被构造成切割井筒104中的缆线110的刀片130。所述方法还包括对刀片130的至少一个表面进行纹理化以形成纹理化表面132。在一些实施方案中，使用机械磨损工艺和/或化学磨损工艺将材料从刀片130中移除。例如，在一些实施方案中，纹理化表面132通过在机械磨损工艺(例如而不限于刮削、砂磨、刮擦、划擦和摩擦)中使用工具(未示出)来机械磨损刀片130的表面而形成。在进一步实施方案中，在化学磨损工艺(例如而不限于喷砂、喷涂和蚀刻)中，将化学品施加于刀片130。在可替代实施方案中，纹理化表面132以使bop系统100能够如本文所述的那样操作的任何方式形成。

在示例性实施方案中，所述方法还包括将刀片130联接到下部载体118和上部载体114中的至少一者，使得纹理化表面132被构造成当下部载体118和上部载体114处于第二位置时接触缆线110。在一些实施方案中，上部刀片116的表面被纹理化以形成第一纹理化表面132，并且下部刀片120的表面被纹理化以形成第二纹理化表面132。上部刀片116联接到上部载体114，使得第一纹理化表面132被构造成接触缆线110。下部刀片120联接到下部载体118，使得第二纹理化表面132被构造成接触缆线110。在一些实施方案中，所述方法包括对齐下部载体118和上部载体114，使得当上部载体114和下部载体118处于第二位置时第一纹理化表面132和第二纹理化表面132在其之间限定间隙142。

上述方法和系统方便切割井筒中的缆线，以提供更完全的井筒密封。例如，防喷(bop)系统的实施方案包括全封闭剪切闸板，所述全封闭剪切闸板包括具有至少一个纹理化表面的刀片。在一些实施方案中，使用机械和/或化学工艺在纹理化表面中形成磨损。在进一步实施方案中，纹理化表面包括图案。纹理化表面夹持缆线以方便刀片完全切断缆线。因此，当全封闭剪切闸板密封井筒时，缆线被阻止延伸跨过密封件。

本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一者：(a)增大bop系统中的剪切闸板的切割比；(b)增加bop系统的可靠性；以及(c)提供与现有bop系统兼容的包括纹理化表面的刀片。

bop方法、系统和设备的示例性实施方案不限于本文所述的特定实施方案，相反地，系统的部件和/或方法的步骤可独立地并且与本文所述的其他部件和/或步骤分开地使用。例如，所述方法还可与需要剪切闸板的其他系统结合使用，并且不限于仅用本文所述的系统和方法进行实践。相反，示例性实施方案可以结合可受益于提高的切割效率的许多其他应用、设备和系统来实现和使用。

尽管本公开各实施方案的具体特征可能在一些图示中示出而并未在其他图示中示出，但这仅是为了便利。根据本公开的原则，图示中的任何特征可结合任何其他图示中的任何特征来提及和/或要求保护。

本书面描述使用实例来公开这些实施方案，包括最佳方式，同时也使本领域的任何技术人员能够实践这些实施方案，包括制造和使用任何装置或系统，以及实施任何所涵盖的方法。本公开的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想出的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构要素，则此类其他实例意图属于权利要求的范围内。