专利名称：内防喷球和球座的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于油气井系统的内防喷器；尤其是涉及一种具有球阀的内防喷器，其具有施加于其上改进的防护涂层以提高内防喷器的耐用性。
背景技术：
内防喷器通常包括管，在所述管内安装有上部球座和下部球座，并且在所述管内可旋转地容纳球。这些部件共同构成了球阀以在高压钻井应用中检测压力和防止井喷。在作业期间，所述球座具有与球的部分外表面接触的表面。由于长时间地与球座接触，所述球的这些接触部分会受到磨损，并由于过多的磨损而随时间渐渐失效。
为了提高球阀的耐用性，常常将防护涂层涂敷到与球座接触的球的外表面上。球的中心开口与球的外表面的结合处形成了尖锐/易损坏的边缘。由于防护涂层从球的外表面向上一直延伸到该易损坏边缘，而没有进入到球的中心开口，所以，所述易损坏的边缘会暴露于高速钻井泥浆中，并且在压力高达到16,000psi的内防喷器阀的周期性静压测试(这在某些钻井系统中是必需的)常常会导致涂层在所述易损坏边缘处剥离或脱落，从而引起所述内防喷器失效。
所述的球座还包括与球的中心开口对齐的中心开口，以允许钻井泥浆能够从其中流过。一些内防喷器的制造公差使得球内径小于上部球座的内径。这就暴露出了球的外表面与球的中心开口的结合处，从而增加了涂层从球上脱落的可能性。
因此，需要有一种具有增加的耐用性的改进的内防喷器。
发明内容
在一个实施例中，本发明为一种内防喷器，其包括具有管状组件的球阀，所述管状组件具有中心通道，且具有安装在所述中心通道内的上部球座和下部球座。球可旋转地容纳在上部球座与下部球座之间，并且所述球具有外表面和中心开口，其中所述中心开口具有切口(undercut)。防护涂层可涂敷在外表面和切口上。
在另一实施例中，本发明为具有球阀的内防喷器，所述球阀具有管状组件，所述管状组件具有中心通道，且具有安装在所述中心通道内的上部球座和下部球座。球可旋转地容纳在上部球座与下部球座之间，并且所述球具有中心开口和与上部球座的接触面接触的上部接触面。其中所述中心开口在球的上端部具有上部切口。防护涂层可涂敷在球的上部接触面和上部切口上。
在又一个实施例中，本发明为具有第一球阀的内防喷器，所述第一球阀包括具有中心通道的第一管状组件，所述中心通道具有安装于其内的第一上部球座和第一下部球座。第一球可旋转地容纳在第一上部球座和第一下部球座之间，并且第一球包括中心开口和与第一上部球座的接触面接触的上部接触面。所述中心开口包括位于第一球的上端部的上部切口。第一防护涂层涂敷在第一球的上部接触面和上部切口上。所述内防喷器还包括具有第二管状组件的第二球阀，所述第二管状组件螺纹地连接到第一管状组件上并包括中心通道，并且所述中心通道具有安装于其内的第二上部球座和第二下部球座。第二球可旋转地容纳在第二上部球座与第二下部球座之间，并包括中心开口和与第二上部球座的接触面接触的上部接触面。所述中心开口包括位于第二球上端部的上部切口。第二防护涂层涂敷在第二球的上部接触面和上部切口上。
结合下面的详细描述和附图，将能够更好的理解本发明的这些及其它特征和优点，其中图1为根据本发明的示例性实施例的，在钻井作业期间与顶部驱动系统和钻柱一起的内防喷器的侧视图，所述内防喷器可连接到该钻柱上；图2为图1所示内防喷器的剖视图，其具有上部球阀和下部球阀，所述上部球阀包括具有球和球座的上部管状组件，所述下部球阀包括具有球阀和球阀座的下部管状组件；图3为具有图1所示内防喷器的上部球座的球的接触部分的放大视图，为了清晰起见，其中省略了防护涂层；图4为具有图1所示内防喷器的下部球座的球的接触部分的放大视图，为了清晰起见，其中省略了防护涂层；图5为图1所示内防喷器的球的放大视图，其具有切口以容纳防护涂层，为了清晰起见，其中省略了防护涂层；和图6为图5所示球的视图，其中防护涂层连接到球的每一外表面和切口上(应该指出的是，该图不成比例，为了清晰起见，将防护涂层放大了)。
具体实施例方式
参看图1-6，本发明的实施例涉及一种内防喷器，所述内防喷器具有一根管，上部球座和下部球座安装在所述管内并可旋转地容纳它们之间的球。在一个实施例中，所述的球包括具有一切口的中心开口，以允许防护涂层被涂敷到球的外表面上；所述涂层围绕球的外表面与中心开口的结合处；并连接到所述切口。防护涂层延伸入所述切口增加了所述内防喷器的耐用性，下面将对该结构进行详尽地描述。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的内防喷器10。所述内防喷器10提供压力单向阀以防止在钻井作业期间回压恢复(build up)引起的油气井的井喷。在一个实施例中，内防喷器10通过螺纹连接到钻柱16，并在钻井作业期间由顶部驱动系统18进行驱动。
在所述的实施例中，所述内防喷器10包括上部球阀11，该球阀具有上部管状组件12，该组件具有安装在其内的上部球座22和下部球座24。球20可旋转地容纳在上部球座22和下部球座24之间。所述的上部管状组件12、球20、上部球座22和下部球座24共同构成了上部球阀11。在图2所示的实施例中，在中心通道25内，通过使下部球座24的下端与台肩27邻接放置、球20的下端与下部球座24的上端邻接放置、并且上部球座22的下端与球20的上端邻接放置，将球20和球座22，24安装在上部管状组件12中、中心通道25内。在一个实施例中，上部球座22包括螺纹21，该螺纹与上部管状组件12的中心通道25内的螺纹旋紧接合，以防止上部球座22、球20与下部球座24的垂向位移。
如图2所示，球20和球座22，24都具有中心开口36，38和40，这些中心开口沿轴向彼此对齐并在上部管状组件12内与中心通道25的纵向轴线对齐。如箭头所示，钻井泥浆向下穿过每一开口36，38和40流动。
仍参看图2(和放大图3和图4)，球20和球座22，24按照上述的方式定位，球20具有上部接触面26，该上部接触面26与上部球座22的接触面28接触；下部接触面30，该下部接触面30与下部球座24的接触面32接触。为了减小这些表面之间的磨损，每一接触面26，28，30和32都涂有防护涂层(例如图6所示，防护涂层50)。所述的防护涂层可由任意合适的涂层方法进行涂敷，并且所述的防护涂层可为用于降低磨损的任意合适的涂层。例如，在一个实施例中，所述的涂层为硬质防护涂层，如碳化钨涂层。
如上所述，现有技术中的内防喷器具有的问题是虽然将防护涂层涂敷到球的外表面上，但是未能延伸入球的中心开口中。因此，所述涂层常常会在球的外表面与球的中心开口的结合处从球阀上脱落。
如图5所示，在根据本发明的一个实施例中，切口51和53被分别切入球20的上端部和下端部，从而在球20的每一端部形成了环状凹槽。这些切口51和53使得防护涂层40(如上所述)能够被涂敷到球20的外表面55上；环绕在球20的外表面55与中心开口38的结合处50和52周围；并连接到切口51和53。这种设置降低了防护涂层从结合处50和52脱落的可能性，这在现有技术中是存在问题的。
在所述的实施例中，如图5所示，每一切口51和53包括纵向部件51L和53L以及横向部件51T和53T。如图所示，纵向部件51L和53L基本上平行于球20的中心开口38延伸并稍稍从中心开口30向内延伸，从而形成略大于中心开口38的开口。横向部件51T和53T限定了切口51和53的深度。在优选实施例中，切口51和53的深度由所需防护涂层的厚度控制。这是由于需要防护涂层40的外表面与中心开口38的内表面齐平。这种齐平的设置有助于防止防护涂层40从切口51和53上脱落。仅仅作为示例，在一个实施例中，切口51和53的深度以及防护涂层的厚度大致在0.008英寸到0.010英寸的范围内。
为了改善钻井泥浆穿过内防喷器10的流体流动，在图2-4所示的一个实施例中，球20内的中心开口38的直径略大于上部球座22内的中心开口36的直径(参看图3)；并且下部球座24内的中心开口40的直径略大于球20内的中心开口38的直径(参看图3)。在这种设置中，钻井泥浆能够从上部球座22内的中心开口38平稳地流到球20内略大的中心开口38，并从球20内的中心开口38平稳地流到略大的下部球座24内的略大的中心开口40。此外，这种设置减少了泥浆流动在上部球结合处50的影响(因为结合处50从上部球座22的中心开口36插入)，从而，进一步降低了防护涂层40在上部球结合处50脱落的可能性。
在图2所示的实施例中，所述内防喷器10还包括螺纹连接到上部球阀11上的下部球阀13。下部球阀13包括下部管状组件14，所述下部管状组件14具有安装在其内的上部球座22和下部球座24；球20按照上述的方式可旋转地容纳在上部球座22和下部球座24之间。下部管状组件14、球20、上部球座22和下部球座24共同构成了下部球阀13。
虽然这里公开了具体的实施例，可以预见，在不脱离所附的权利要求书的范围(字面上的和等价原则下的)内，本领域的技术人员能够并将会设计出替代的内防喷器系统和方法。
权利要求
1.一种内防喷器，其包括球阀，所述球阀包括具有中心通道的管状组件；安装在所述管状组件内的上部球座；安装在所述管状组件内的下部球座；可旋转地容纳在所述上部球座和所述下部球座之间的球，所述球包括外表面和中心开口，其中所述的中心开口具有切口；以及涂敷在所述球的所述外表面和所述切口上的防护涂层。
2.如权利要求1所述的内防喷器，其特征在于，所述防护涂层包括能够降低所述球与所述球座之间的磨损的硬质防护涂层。
3.如权利要求1所述的内防喷器，其特征在于，所述防护涂层包括碳化钨。
4.如权利要求1所述的内防喷器，其特征在于，所述上部球座包括与所述管状组件的所述中心通道和所述球的所述中心开口轴向对齐的中心开口；其中所述球的所述中心开口大于所述上部球座的所述中心开口。
5.如权利要求4所述的内防喷器，其特征在于，所述下部球座包括与所述管状组件的所述中心通道和所述球的所述中心开口轴向对齐的中心开口；其中所述下部球座的所述中心开口大于所述球的所述中心开口。
6.如权利要求1所述的内防喷器，其特征在于，所述切口在所述球的上端。
7.如权利要求6所述的内防喷器，其特征在于，其还包括位于所述球的所述下端的切口，并且所述防护涂层涂敷在所述球的所述外表面、上部切口和下部切口的每个上。
8.一种内防喷器，其包括球阀，所述球阀包括具有中心通道的管状组件；安装在所述管状组件的所述中心通道内的上部球座；安装在所述管状组件的所述中心通道内的下部球座；可旋转地容纳在所述上部球座和所述下部球座之间的球，所述球包括中心开口和与所述上部球座的接触面接触的上部接触面，其中所述的中心开口包括位于所述球的上端的上部切口；以及涂敷在所述球的所述上部接触面和所述上部切口的防护涂层。
9.如权利要求8所述的内防喷器，其特征在于，所述防护涂层包括能够降低所述球与所述球座之间的磨损的硬质防护涂层。
10.如权利要求8所述的内防喷器，其特征在于，所述防护涂层包括碳化钨。
11.如权利要求8所述的内防喷器，其特征在于，所述上部球座包括与所述管状组件的所述中心通道和所述球的所述中心开口轴向对齐的中心开口；其中所述球的所述中心开口大于所述上部球座的所述中心开口。
12.如权利要求11所述的内防喷器，其特征在于，所述下部球座包括与所述管状组件的所述中心通道和所述球的所述中心开口轴向对齐的中心开口；其中所述下部球座的所述中心开口大于所述球的所述中心开口。
13.如权利要求8所述的内防喷器，其特征在于，所述球包括与所述下部球座的接触面接触的下部接触面；并且所述中心开口包括位于所述球的下端的下部切口；并且所述防护涂层涂敷在所述球的所述上部接触面、下部接触面、上部切口和下部切口的每个上。
14.一种内防喷器，其包括第一球阀，所述第一球阀包括具有中心通道的第一管状组件；安装在所述第一管状组件的所述中心通道内的第一上部球座；安装在所述第一管状组件的所述中心通道内的第一下部球座；可旋转地容纳在所述第一上部球座和所述第一下部球座之间的第一球，所述第一球包括中心开口和与所述第一上部球座的接触面接触的上部接触面，所述的中心开口包括位于所述第一球的上端的上部切口；和涂敷在所述第一球的所述上部接触面和所述上部切口的第一防护涂层；以及第二球阀，所述第二球阀包括螺纹地连接到所述第一管状组件的第二管状组件，所述第二管状组件包括中心通道；安装在所述第二管状组件的所述中心通道内的第二上部球座；安装在所述第二管状组件的所述中心通道内的第二下部球座；可旋转地容纳在所述第二上部球座与所述第二下部球座之间的第二球，并且所述第二球包括中心开口和与所述第二上部球座的接触面接触的上部接触面，所述的中心开口包括位于所述第二球的上端的上部切口；和涂敷在所述第二球的所述上部接触面和所述上部切口的第二防护涂层。
15.如权利要求14所述的内防喷器，其特征在于，所述的第一和第二防护涂层都包括能够降低所述球和所述球座之间的磨损的硬质防护涂层。
16.如权利要求14所述的内防喷器，其特征在于，所述第一和第二防护涂层包括碳化钨。
全文摘要
一种内防喷器，其包括球阀，所述球阀包括具有中心通道的管状组件，上部球座和下部球座安装在所述通道内。球可旋转地容纳在上部球座和下部球座之间，并且所述球包括外表面和中心开口，其中所述的中心开口具有切口，并且防护涂层涂敷在所述球的外表面和切口上。
文档编号E03B1/00GK1864021SQ200480029030
公开日2006年11月15日 申请日期2004年10月21日 优先权日2003年10月21日
发明者P·D·塞纳维拉特纳, L·韦尔斯, D·B·梅森 申请人:瓦克I/P公司