防喷器的制造方法
【专利摘要】一种防喷器（BOP），具体地为一种具有新型构造的BOP，在给定操作力的情况下，与常规的BOP相比，该新型BOP可具有较小的外径，该BOP包括具有纵向轴线的外壳，该外壳被分割为第一外壳部分（14a）和第二外壳部分（14b），借助紧固件（16）来防止所述第一外壳部分相对于所述第二外壳部分运动，每个紧固件均包括轴，所述轴穿过设置在所述第一外壳部分内的紧固件接纳通道而延伸到设置在所述第二外壳部分内的紧固件接纳通道中，所述外壳还设有流体流动通道（44），这些流体流动通道从所述外壳的所述第一部分延伸到所述外壳的所述第二部分，这些流体流动通道介于那些紧固件接纳通道之间。在本发明的一个实施方式中，将根据该设计的三个环状BOP集成为堆叠件。在孔中的中央孔内安装有密封组件，该密封组件的最下端支撑在锁块（56）上，该锁块从BOP外壳延伸入中央孔。例如能利用液压致动装置使该锁块运动，并且该锁块能收回到BOP外壳的壁内。
【专利说明】防喷器
[0001]本发明涉及一种用于在向地下储液层钻探和/或从储液层生产流体(通常为碳氢化合物流体)中使用的防喷器(BOP)。
[0002]钻孔或钻井通常是利用称为钻杆或钻柱的钢管来进行的，钻杆或钻柱在其最下端带有钻头。钻柱包括多个首尾相连的管状部。通常利用安装在钻管顶部上的旋转台使得整个钻柱旋转，随着钻探过程的进行，利用泥浆流将钻探过程产生的残渣带到井眼外。泥浆沿着钻柱向下泵送，通过钻头，然后经由位于钻柱外径与井眼之间的环状空间(通常称为环状部)回到表面。对于海底井眼而言，称为提升器的管体从钻台延伸到井眼的顶部，从而为钻柱和来自井眼的流体提供连续的通道。实际上，提升器使井眼从海床延伸到钻塔，因而环状部还包括位于钻柱的外径与提升器之间的环状空间。
[0003]利用防喷器来密封、控制和监控油气井是公知的，这些防喷器不仅用于陆基钻塔，也用于离岸钻塔。在通常的高压井眼的钻探过程中，钻柱通过BOP堆叠件向着油和/或气的储层延伸。可操作BOP来密封钻柱，从而关闭环状部并防止流体从井眼流出。也可操作BOP堆叠件来切断钻柱，从而完全关闭井眼。常用的BOP有两类，即闸板形BOP和环形Β0Ρ，并且BOP堆叠件通常包括至少一个闸板形或环形Β0Ρ。尽管陆基和海底BOP通常固定在井眼顶部的井口处，但是离岸钻塔的BOP通常在提升器内安装在钻塔平台之下。为了将BOP安装在提升器内，期望使BOP穿过旋转台中的中央孔，但是传统的BOP的外径一般太大而不能芽过该中央孔。
[0004]本发明涉及一种新型构造的Β0Ρ，与传统的BOP相比，在给定操作力的情况下，其具有较小的外径。
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种防喷器，所述防喷器包括具有纵向轴线的外壳，该外壳被分割为第一外壳部分和第二外壳部分，借助紧固件来防止所述第一外壳部分相对于所述第二外壳部分运动，每个紧固件均包括轴，所述轴穿过设置在所述第一外壳部分内的紧固件接纳通道而延伸到设置在所述第二外壳部分内的紧固件接纳通道中，所述外壳还设有流体流动通道，所述流体流动通道从所述外壳的所述第一部分延伸到所述外壳的所述第二部分，所述流体流动通道介于那些紧固件接纳通道之间。
[0006]通过该布置，可以减小所述防喷器的外径。
[0007]优选的是，所述防喷器的外径小于47英寸，即小于119.4厘米。
[0008]在本发明的优选实施方式中，所述流体流动通道以及所述紧固件接纳通道布置为大致圆形阵列。在该情形下，优选的是，所述圆形阵列以所述防喷器的所述纵向轴线为中心。
[0009]在本发明的一个实施方式中，在每对相邻流体流动通道之间都存在两个以上的紧固件接纳通道。
[0010]优选的是，所述紧固件包括轴，该轴在使用时延伸进入所述紧固件接纳通道中的一个紧固件接纳通道，该轴的至少一部分带有螺纹，并且所述外壳的所述第一部分和所述外壳的所述第二部分中的一者或两者内的紧固件接纳通道的至少一部分设有对应的螺纹部分，从而在使用时，每个紧固件的所述轴的螺纹部分与紧固件接纳通道的螺纹部分接合。[0011]优选的是，所述紧固件接纳通道从所述外壳的外表面中的肩部延伸到所述外壳中，所述肩部将所述外壳的小外径部分与所述外壳的大外径部分相结合。在本发明的一个实施方式中，所述肩部大致垂直于所述防喷器的所述纵向轴线延伸。所述紧固件均可在所述轴的一端处设有头部，在使用时，该头部与所述肩部接合。
[0012]所述紧固件接纳通道和所述流体流动通道可大致平行于所述防喷器的所述纵向轴线延伸。
[0013]有利的是，在所述外壳的所述第一部分和所述外壳的所述第二部分之间设有密封装置。在本发明的一个实施方式中，所述密封装置与所述外壳的所述第一部分和所述外壳的所述第二部分两者的内表面接合。
[0014]所述防喷器还可包括环状填料元件和致动部分，该致动部分能大致平行于所述防喷器的所述纵向轴线运动，以推动所述填料元件与所述外壳的所述第一部分接合，使所述填料元件抵靠所述外壳的所述第一部分受到的挤压使得由所述填料元件包围的空间的直径减小。在该情况下，优选的是，所述外壳的所述第一部分的内径从第一端口向第二端口增力口，从而所述外壳的所述第一部分的内表面形成凸轮表面，所述填料元件在受到所述致动部件挤压时与所述凸轮表面接合。
[0015]所述防喷器还可包括流体压力致动的锁定部件，该锁定部件设置在从所述外壳的外部延伸到所述外壳内部的孔中，并且所述锁定部件能从收回位置运动到锁定位置，在所述收回位置，所述锁定部件不延伸入所述外壳的内部，在所述锁定位置，所述锁定部件延伸入所述外壳的内部。
[0016]根据本发明的第二方面，提供一种防喷器堆叠件，该防喷器堆叠件包括多个根据本发明第一方面的防喷器，这些防喷器布置成使得各防喷器的纵向轴线位于一条直线上。
[0017]在所述防喷器堆叠件的一个实施方式中，第一防喷器的外壳的第一部分与第二防喷器的外壳的第二部分形成为一体。在此情况下，所述外壳的外部设有肩部，该肩部将所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的小外径部分和所述第二防喷器的所述外壳的所述第二部分相结合，与所述第一部分相比，所述第二部分的外径较小。
[0018]在本发明的一个实施方式中，所述第一防喷器的所述外壳中的所述流体流动通道中的至少一个流体流动通道能借助其至少一部分延伸到所述外壳之外的管道而连接至所述第二防喷器的所述外壳中的流体流动通道。在此情形下，所述管道从位于所述第二防喷器的所述外壳的所述第二部分与所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的小外径部分之间的肩部和位于所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的小外径部分与大外径部分之间的肩部延伸。
[0019]根据本发明的第三部分，提供一种防喷器堆叠件，所述防喷器堆叠件包括绕该防喷器堆叠件的纵向轴线同轴布置的三个环状防喷器。每个防喷器均可包括外壳环状填料元件以及致动部分，所述外壳具有第一部分和第二部分，所述致动部分能大致平行于所述防喷器的所述纵向轴线运动，以推动所述填料元件与所述外壳的所述第一部分接合，所述填料元件抵靠所述外壳的所述第一部分受到的挤压使得由所述填料元件包围的空间的直径减小。
[0020]在此情形下，所述外壳的所述第一部分的内径从第一端口向第二端口增加，从而所述外壳的所述第一部分的所述内表面形成凸轮表面，所述填料元件在受到所述致动部分的挤压时与该凸轮表面接合。
[0021]所述防喷器堆叠件中的至少一个防喷器可具有根据本发明第一方面的防喷器的特征中的任何特征。
[0022]根据本发明的第四方面，提供一种防喷器，所述防喷器包括外壳和流体压力致动的锁定部件，该锁定部件设置在从所述外壳的外部延伸到所述外壳的内部的孔中，并且所述锁定部件能从收回位置运动到锁定位置，在所述收回位置，所述锁定部件不延伸入所述外壳的内部，在所述锁定位置，所述锁定部件延伸入所述外壳的内部。
[0023]可设有两个流体压力操作的锁定部件，所述两个流体压力操作的锁定部件在所述外壳的纵向上分离开。
[0024]所述防喷器还可具有根据本发明第一方面的防喷器的任一特征。
[0025]根据本发明的第五方面，提供过一种防喷器组件，所述防喷器组件包括根据本发明第三方面的防喷器以及管状部件，该管状部件位于所述防喷器的外壳的中央通道内，所述锁定部件在处于锁定位置时与所述管状部件接合，以防止或限制所述管状构件沿着所述防喷器的外壳的所述中央通道平移运动。
[0026]所述防喷器可包括第一流体压力操作的锁定部件和第二流体压力操作的锁定部件，这两个流体压力操作的锁定部件在所述外壳的纵向上分离开，所述第一锁定部件在其处于锁定位置与所述管状部件接合，以防止或限制所述管状部件在沿着所述防喷器的外壳的所述中央通道的第一方向上平移运动，并且所述第二锁定部件在处于锁定位置与所述管状接合，以防止或限制所述管状部件在沿着所述防喷器的外壳的所述中央通道的第二方向上平移运动。
[0027]现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，附图中:
[0028]图1为通过包括三个根据本发明的BOP的BOP堆叠件的纵向截面图；
[0029]图2为通过图1所示的BOP堆叠件的纵向截面图，在该BOP堆叠件内定位有密封组件；
[0030]图3为图1所示的BOP堆叠件的侧视立体图；
[0031]图4为通过图1所示的BOP堆叠件的截面的标记有X的部分的细节图；
[0032]图5为通过图1所示的BOP堆叠件中的其中一个下锁块的截面的细节图；
[0033]图6为通过图2所示的密封组件的纵向截面的立体图。
[0034]现在参照图1，其示出了根据本发明的BOP堆叠件10，在本实施例中，该BOP堆叠件10包括三个BOP 12a、12b、12c。在本实施例中，BOP中的每个BOP都是环形Β0Ρ，其内部工作部件基于US 2，609，836中阐述的原始Shaffer环形BOP设计。然而，应理解的是，本发明不限于这种BOP的内部工作部件，因而可应用于BOP的任何其他设计。还应理解的是，在本实施例中，BOP堆叠件中的每个BOP 12a、12b、12c大体上是彼此相同的，从而为了清楚起见，下文中采用的附图标记在附图中仅示出为与BOP堆叠件10中的最上面的BOP 12a相关。但是，BOP 12a、12b、12c都包括相同的部件。当然，BOP 12a、12b、12c的构造并不一定都是相同的，而且BOP堆叠件10可包括三个以下或三个以上的Β0Ρ。
[0035]每个BOP 12a、12b、12c都包括外壳14,该外壳被分为第一部分14a和第二部分14b，所述第一部分14a和第二部分14b利用多个紧固件16而紧固在一起。尽管可采用传统的螺栓和螺母连接方式，但是在本实施例中，采用的是大的半圆头螺钉或螺栓。如图3最佳示出的那样，每个外壳部分14a、14b的外表面通常都是圆柱形的。然而，第一外壳部分14a设有肩部14c，该肩部大体上垂直于BOP 12a、12b、12c的纵向轴线A而在大外径部和小外径部之间延伸，该大外径部位于小外经部与外壳14的第二部分14b之间。外壳14的第二部分14b的外径与外壳14的第一部分14a的大外径部的外径近似相等。
[0036]在外壳14中设有多个大体上呈圆柱形的紧固件接纳通道(“螺栓孔”)，在本发明的本实施方式中，这些紧固件接纳通道大体上平行于BOP 12a的纵向轴线A延伸，从肩部14c开始，通过外壳14的第一部分14a的大外径部，延伸到外壳14的第二部分14b的外壁28内。优选的是，每个螺栓孔的位于外壳14的第二部分14b内的部分都具有螺纹，这样，通过将螺栓16穿过这些螺栓孔中的每个螺栓孔，使每个螺栓16的螺纹杆部与螺栓孔内具有螺纹的部分接合且螺栓16的头部与肩部14c接合，从而可将外壳14的两个部分14a和14b固定在一起。
[0037]为了确保外壳14基本上不渗透流体，在本发明的优选实施方式中，在外壳14的第一部分14a和第二部分14b之间设置有密封装置。该密封装置可包括O形环或类似物，所述O形环或类似物位于外壳14的两个部分14a、14b的、大体上垂直于BOP 12a的纵向轴线延伸的相邻端面之间。这意味着，在旋紧螺栓16的情况下，该密封装置压紧在外壳14的两个部分14a、14b之间。这有可能导致密封装置的损坏。这样，在本发明的图1和图2所示的优选实施方式中，该密封装置包括密封环32，该密封环与外壳14的内表面接合，从而在第一部分14a和第二部分14b之间延伸。通过将密封装置布置在该位置，在旋紧螺栓16时，该密封装置将不受到来自螺栓16的载荷。
[0038]除了螺栓孔之外，还设有其他的通道(流体流动通道)，这些通道大体上平行于BOP12a的纵向轴线A而延伸通过外壳14的第一部分14a的大外径部和外壳14的第二部分14b的外壁28中的一者或全部。这些通道形成为用于将诸如润滑剂或钻探泥浆清除流体之类的流体引导至外壳14内的选定位置的管道。图1和图2示出了这样一种流体流动通道44，该通道44的位于第一外壳部分14a的大外径部内的上端通过另一个斜向延伸的通道46连接至外壳14的位于环状填料元件18之上的内部。为了在外壳14内容纳流体流动通道44和螺栓孔，同时使BOP 12a的外径最小，将流体流动通道散布在螺栓孔之间。在本发明的该实施方式中，流体流动通道和螺栓孔绕外壳14排列为大致圆形阵列，其中每个通道和螺栓孔的纵向轴线距BOP堆叠件10的纵向轴线大致相等的距离。
[0039]在图中所示的本发明的该实施方式中，具有45个如上所述延伸穿过外壳14的纵向通道，其中有30个螺栓孔，15个流体流动通道44。这些通道布置成始终有两个紧邻的螺栓孔，每对螺栓孔由一个液体通道44分隔开。这最佳在图3中示出。
[0040]在本发明的另一实施方式中，具有48个纵向通道，其中有36个螺栓孔和12个流体流动通道，同样，这些通道以BOP堆叠件10的纵向轴线A为中心大致布置成圆形阵列。在该实施方式中，优选的是，在相邻的流体流动通道之间具有三个螺栓孔。尽管在附图所示的本发明的实施方式中，螺栓孔和流体流动通道44的纵向轴线绕外壳14大致均匀地间隔开，但是这不是必须的。期望的是，绕每个螺栓孔都提供更多的空间，以例如容纳设置在螺栓孔内的紧固件的头部和/或以提供足够的空间来使用工具以旋紧紧固件。此外，还可能期望的是增大每个螺栓孔相对于流体流动通道44的直径，以便容纳较大直径的螺栓。
[0041 ] 环状填料元件18被收纳在外壳14的第一部分14a内，液压致动活塞20被收纳在外壳14的第二部分14b内。在外壳14的第一部分14a和第二部分14b内分别设有圆形的轴向端口 22、24，外壳14的第一部分14a包括加大的圆柱形孔26，该圆柱形孔26包括曲形凸轮表面，优选为半圆形凸轮表面，该凸轮表面从端口 22处延伸到外壳14的第二部分14b。
[0042]外壳14的第二部分14b包括大致呈圆柱形外壁28以及与其大致同轴的圆柱形内壁30，该外壁和内壁通过基部31相连。活塞20位于外壁28与内壁30之间的环状空间内，密封装置(诸如一个或多个O形环)设置在活塞20与外壁28与内壁30中的每一个之间，这样，活塞20将该环形空间分为两个腔室，并基本上防止了活塞20周围的流体从一个腔室泄露到另一个腔室。
[0043]在本实施例中，活塞20具有大体圆柱状主体20a，该主体与内壁30接合，或者十分靠近该内壁30，但是与外壁28间隔开。在活塞20的最下端(离填料元件18最远的端部)处设有在外壁28和内壁30之间延伸的密封部20b，从而在密封部20b与外壁28和内壁30两者之间都设有密封装置。密封环32也与活塞20的最上端(最靠近填料元件18的端部)密封接合。从而在外壁28、内壁30、基部31与活塞20的密封部20b之间形成第一流体防渗腔室34，并且在外壁28、密封装置32和活塞20的密封部20b与主体20a之间形成第二流体防渗腔室36。
[0044]活塞20能够在静止位置与活动位置之间运动，在所述静止位置，第一腔室34的容积最小，在所述活动位置，活塞20的最上端延伸到外壳14的第一部分14a内。
[0045]第一控制通道(未示出)设置成穿过外壳14的第二部分14b，从而将第一腔室34与外壳14的外部连通，并且第二控制通道(未示出)设置成穿过外壳14的第二部分14b，从而将第二腔室36与外壳14的外部连通。通过穿过第一通道供应加压流体，可使活塞20朝向填料元件18运动到活动位置，并且通过穿过第二通道供应加压流体，可使活塞20远离填料元件18运动到静止位置。有利的是，这些控制通道中的每一个控制通道的至少大部分是上述流体流动通道中的一个流体流动通道。
[0046]活塞20设置成在其处于静止位置时，不向填料元件18施加任何力，而在其处于活动位置时，将填料元件18推靠在凸轮表面上。填料元件18由通常为橡胶的弹性体材料制成，并且可以包括金属嵌件或肋，以有助于维持其结构完整性。活塞20抵靠凸轮表面向填料元件18施力的动作使得填料元件18被挤压，并且使其象括约肌一样收缩，从而减小了该填料元件的中央孔的直径。
[0047]在本实施例中，BOP堆叠件10包括三个BOP 12a、12b、12c，这三个BOP绕单一纵向轴线A同轴地对准。上面的BOP 12a的外壳14的第二部分14b与中间的BOP 12b的外壳的第一部分一体地形成(从而形成第一组合外壳部38)，中间的BIP 12b的外壳的第二部分与下面的BOP 12c的外壳的第一部分一体地形成(从而形成第二组合外壳部40)。每个BOP12a、12b、12c的外壳从而形成沿着BOP堆叠件10的纵向轴线A延伸的连续中央通道。在使用时，BOP堆叠件10可安装在提升器内，其中通过常规手段将最上面的BOP 12a的外壳14的第一部分14a固定至提升器48的上部，并且通过常规手段将最下面的BOP 12c的外壳的第二部分14b固定至提升器(未示出)的下部。
[0048]应理解的是，外壳部的这一整体构成意味着在组合外壳部38、40的外表面内存在两个肩部，其中第一个肩部大体上垂直于BOP堆叠件10的纵向轴线A在上BOP 12a、12b的第二部分14b与下BOP 12b、12c的第一部分14a的小径部之间延伸，而其中第二个肩部大体上垂直于BOP堆叠件10的纵向轴线A在小径部与下BOP 12b、12c的第一部分14a的大径部之间延伸。
[0049]用于将第一组合外壳部38连接至第二组合外壳部40的螺栓孔从第一组合外壳部38中的第二肩部延伸至中间BOP 12b的第二外壳部的外壁内。用于将第二组合外壳部40连接至最下面BOP 12c的第二外壳部的螺栓孔从第二组合外壳部40中的第二肩部延伸至最下面BOP 12c的第二外壳部的外壁内。螺栓16的头部从而与组合外壳部38和40中的每个组合外壳部上的第二肩部接合。
[0050]为了使液压通道44沿着BOP堆叠件10的整个长度延伸，而设置液压连接器管道
52。最上面BOP 12a的外壳14内的每个液压通道44都延伸通到第一组合外壳部38的第一肩部，在该第一肩部处，液压通道44与第一液压连接器管道52结合。第一液压连接器管道52延伸穿过设置在中间BOP 12b的外壳的第一部分内的液压通道，在该液压通道处，该第一液压连接器管道52与中间BOP 12b的外壳的第二部分中的液压通道相连。液压通道然后在第二组合外壳部40的第一肩部处穿出，在该第一肩部处，液压通道与第二液压连接器管道54结合。第二液压连接器管道54延伸穿过设置在最下面BOP 12c的外壳的第一部分内的液压通道，在该液压通道处，该第二液压连接器管道54与最下面BOP 12c的外壳的第一部分中的液压通道相连。液压通道然后从最下面BOP 12的外壳14的最下方横向表面穿出。
[0051]从而，至BOP堆叠件10内部的所有外部液压连接都可通过BOP堆叠件10的最下方横向表面实现，这样就确保了这些液压连接无需增加BOP堆叠件10的外径。
[0052]液压连接器管道52借助包括诸如O形环的密封件的托架与外壳14密封，而且一旦BOP堆叠件被组装完成，则这些液压连接器管道52就保持为被约束的状态。为实现这一点，将每根液压连接器管道52插入穿过中间BOP 12b的外壳的第一部分中的液体通道，并且使其在第一组合外壳部38中的第一肩部处与最上面B0P12a的外壳14的第二部分14b中的液压通道密封接合。于是第一组合外壳部38可被栓接至第二组合外壳部40。类似地，将每根第二液压连接器管道54插入穿过最下面BOP 12c的外壳的第一部分中的液压通道，并且使其在第二组合外壳部40中的第一肩部50处与中间BOP 12b的外壳的第二部分中的液压管道密封接合。于是第二组合外壳部40可被栓接至最下面BOP 12c的第二外壳部分。
[0053]现在参照图2，该图2示出了 BOP堆叠件10，该BOP堆叠件10具有位于其中央通道内的密封组件42。该密封组件42在图6中被详细地示出，并且包括由三个部分构成的支撑框架60，在本发明的优选实施方式中，这三个部分由钢制成。在密封组件42处于使用状态时，第一部分60a位于最上方,如图2所不该第一部分安装在BOP堆叠件10内并且包括具有唇边的环形箍，该唇边从箍的最下端径向向内延伸，并且该唇边与BOP堆叠件10的纵向轴线A呈大约45度的角度朝向密封组件的最下端倾斜。该倾斜的唇边在其径向向内的边缘处具有边缘部，该边缘部具有位于大致正交于BOP堆叠件10的纵向轴线A的平面内的表面，并且该表面面向支撑框架60的第二部分60b。
[0054]第二部分60b位于第一部分60a下方，并且包括截面大致为圆形的管状壁，该管状壁在其最上端和最下端处具有径向向内延伸的唇边。这两个唇边均与BOP堆叠件10的纵向轴线A呈约45度的角度远离管状壁倾斜。最上面的唇边因此朝向支撑框架的第一部分60a倾斜，而最下面的唇边朝向支撑框架60的位于最下方的第三部分60c倾斜。位于第二部分60b的最上端和最下端处的这些倾斜唇边在它们的径向向内的边缘处具有边缘部，该边缘部具有位于大致正交于BOP堆叠件10的纵向轴线A的平面内的表面，并且该表面分别面向支撑框架60的第一部分60b和支撑框架60的第三部分60c。
[0055]支撑框架60的最下面的部分60c也包括横截面大致为圆形的管状壁，该管状壁在其最上端处具有径向向内延伸的唇边。该唇边也与BOP堆叠件10的纵向轴线A呈约45度的角度远离管状壁倾斜，并且朝向支撑框架60的第二部分60b倾斜。该倾斜唇边在其径向向内的边缘处也具有边缘部，该边缘部具有位于大致正交于BOP堆叠件10的纵向轴线A的平面内的表面，并且该表面面向支撑框架60的第二部分60b。
[0056]在支撑框架60的第一部分与第二部分之间定位有在本发明的该实施方式中包括密封填料元件64的密封件以及包括第一密封元件66和第二密封元件68的密封件。密封填料元件64和密封元件66、68 —起形成横截面大致为圆形的管件。密封填料元件64形成该管件的径向最外表面，第二密封元件68形成该管件的径向最内表面，而第一密封件元66位于密封填料元件64和第二密封元件68 二者之间。密封填料元件64的长度从其径向最内部分向其径向最外部分增加，而密封元件66、68比密封填料元件的径向最内部分稍短。密封填料元件64的端部从而与支撑框架的第一部分和第二部分的相邻的唇边的倾斜表面接合，密封元件66、68位于在边缘部之间。
[0057]在支撑框架60的第二部分和第三部分之间设有大体相同的密封件。
[0058]设有四个组装卡具62以将支撑框架连接至密封件，第一组装卡具62a将支撑框架60的第一部分60a连接至最上面的密封件的最上端，第二组装卡具62b将支撑框架60的第二部分60b的最上端连接至最上面的密封件的最下端,第三组装卡具62c将支撑框架60的第二部分60b的最下端连接至最下面的密封件的最上端,第四组装卡具62d将支撑框架60的第三部分60c连接至最下面的密封件的最下端。
[0059]在本发明的该实施方式中，每个组装卡具62都是具有C形横截面的环。卡具62的第一部分位于相应的支撑框架60部分的径向最外表面内的周向凹槽中，而卡具62的第二部分位于相应的密封填料兀件64的径向最外表面内的周向凹槽中，卡具62因而横跨支撑框架60与密封件之间的结合部。
[0060]如图2所示，密封组件42位于BOP堆叠件10的中央孔内，其中最上面的密封件与最上面的BOP 12a的填料元件18相邻，且最下面的密封件与中间BOP 12b的填料元件18相邻，支撑框架60的第一部分与最上面的BOP 12a的外壳14的第一部分14a接合，支撑框架60的第二部分与第一组合外壳部38接合，且支撑框架60的第三部分与第二组合外壳部40接合。
[0061]当最上面的BOP 12a与中间的BOP 12b的活塞20运动到活动位置时，填料元件18绕密封填料兀件64的径向最外表面被压缩,并与密封填料兀件64的该径向最外表面接合。这使得密封件被挤压，并且当在BOP堆叠件10中存在钻柱时，使得每个密封件象括约肌一样压紧在钻柱周围。当如上所述将BOP堆叠件10安装在提升机内时，密封件与钻柱的接合、填料元件18与密封件的接合以及填料元件18与外壳14的接合基本上防止了流体沿着BOP的外壳14与钻柱之间的环状空间流动。这样，借助最上面的BOP 12a或中间的BOP12b的活塞18向活动位置的运动封闭了提升器的环状空间。
[0062]在本实施方式中，密封组件42没有延伸到BOP堆叠件10中的最下面BOP 12c内，因此，当如上所述通过活塞20的运动致动时，最下面BOP的填料元件18就密封在钻柱的周围，而不需要中间密封件。这意味着，当密封组件42中的密封元件66、68被磨损时，能从BOP堆叠件10取出密封组件42，并用新的密封组件加以更换，而最下面的BOP仍在环状空间内保持压力。还应注意的是，在BOP堆叠件的中央孔中无钻柱或无任何其他部件的情况下，也至少能致动最下面BOP 12c内的填料元件18，以完全封闭BOP堆叠件10的中央孔。对于其他两个BOP 12a、12b而言也是这样，不过在正常使用中，它们无需采取相同的操作，这是因为密封组件42通常位于合适的位置。
[0063]应理解的是，在钻探过程中，延伸穿过BOP堆叠件10的钻柱可相对于BOP堆叠件10旋转，并且例如在起钻或下钻的过程中，或者在钻柱悬置在浮动的钻塔上时由于钻塔随着海洋的浪涌的运动，钻柱也会存在大致平行于BOP堆叠件10的纵向轴线A的平移运动。当如上所述推动密封件使其与钻柱接合时，该相对运动会导致密封件的磨损。应选择构造密封元件66、68的材料，以降低由于密封元件66、68与钻柱之间的摩擦力而带来的密封件的磨损和加热效应。
[0064]具体地，在一个实施方式中，与钻柱接触的第二密封元件68选用聚合物材料，以提供这样的性能并同时具有机械整体性以提供有效的密封。聚合物密封元件68可由聚四氟乙烯(PTFE)或基于PTFE聚合物制成。为了使密封件具有必要的弹性以使其在释放了来自相邻BOP 12a、12b的填料元件18的压力之后能与钻柱的脱离接合，还设有另一密封元件，即，第一密封兀件66,该第一密封兀件66由弹性体材料制成。该弹性体密封件66可由聚亚安酯或氢化丁腈橡胶制成。
[0065]尽管弹性体密封元件66和聚合物密封元件68可制成为分离的管件并且可设置成彼此机械接合，但是它们可共同模制成单个部分。在密封件的一个实施方式中，聚合物密封件68包括多个孔(优选为径向延伸的孔)，而弹性体密封元件66被铸造或模制到聚合物密封件68上，从而弹性体延伸入并优选地基本充满这些孔。
[0066]在密封组件42的该实施方式中，所述两个管状壁设有一列大致平行于BOP堆叠件10的纵向轴线A延伸的槽。穿过外壳14设有液压端口(未示出)，这些端口将这些槽与外壳14的外部连通，从而在使用过程中，润滑剂可通过这些端口流入密封组件42的位于该密封组件42的两个密封件之间且位于密封组件42的最下方密封件以及BOP堆叠件10的最下方密封填料元件18之间的中央孔内。应理解的是，在钻柱被封闭时，通过向这些区域提供润滑油，可有助于进一步降低密封元件66、68/填料元件18与钻柱之间的摩擦力。
[0067]通过图4和图5最佳示出的多个液压致动锁块56来充分防止密封组件42相对于BOP堆叠件10运动。在本发明的该实施方式中，设有两组锁块56，上面的一组锁块位于最上面的BOP 12a的外壳14的第一部分14a内，下面的一组锁块在第二组合外壳部40内位于中间BOP 12b和最下面的BOP 12c之间。应理解的是，锁块56无需精确地位于这些位置。而且，在本发明的该实施方式中，每组锁块都包括多个锁块56，如图3最佳示出的那样，所述多个锁块定位在围绕外壳的周面的一列孔内。
[0068]在本发明的该实施方式中，每个锁块56都具有非圆形的横截面,并且位于外壳14内的具有相应形状的孔内，该孔大致垂直于BOP堆叠件10的纵向轴线A而从外壳14的外部延伸入外壳的中央孔中。从而防止了锁块56在孔内的旋转。在每个锁块56的纵向表面内设有密封装置58，从而在锁块56与外壳14之间提供基本流密密封，同时允许锁块56大致垂直于BOP堆叠件10的纵向轴线A在外壳14内滑动。在该实施例中，每个密封装置58都包括弹性体密封环，所述密封环位于围绕锁块56的纵向表面的凹槽内。在本实施例中，也设置有两组这样的两个密封环。
[0069]每个锁块56的径向向外端都设有致动杆60，该致动杆延伸到安装在位于外壳14的外表面处的孔内的液压连接器62中。在液压连接器62与外壳14之间以及在液压连接器62与杆60之间设有密封装置，使得液压连接器62和杆60形成活塞和汽缸装置。因此通过向液压连接器62内供应加压流体，而可以将锁块56推入锁定位置，在该锁定位置，锁块56的径向向内端延伸到外壳14的中央孔中。
[0070]RDD 42降下或下落到BOP堆叠件10的最上面端部内，其中最上面的一组锁块56收回到外壳14内(如图1所不),而最下面的一组锁块56处于锁定位置(如图5所不)。RDD42从而处于静止，其中，其最下端与最下面的锁块56接合。一旦RDD 42处于该位置，就向最上面的液压连接器62供应液压流体，以将最上面的锁块56推入到锁定位置，在该锁定位置，锁块的径向向内端延伸到外壳14的中央孔中(如图2、图4和图5所示)。RDD 42定位成使得，当锁块56处在该锁定位置时，其位于所述两组锁块56之间，且RDD 42的端部与每一个锁块56接合。通过这一方式，防止或至少明显地限制RDD 42在BOP堆叠件10内的纵向运动。
[0071]在本实施例中，每个锁块56的径向向内端都设有与RDD 42的端部接合的肩部56a,不过这一点并不是必要的。
[0072]应理解的是，通过使用能收回到外壳14的壁内的锁块，对RDD 42的机械锁定并不影响BOP堆叠件的中央孔的直径。而且，通过将锁块56收回到外壳14的壁内，可避免在没有密封组件的情况下在这些特征上堆积残渣。
[0073]除了密封组件42之外，还可采用以上所述的锁块56来将不同的管状部件保持在BOP堆叠件10的中央孔内。密封组件42的这样的替换例可以是在其最上端设有旋转控制装置(RCD)机构的制动适配器。在该情况下，为了在收到来自下方的压力的情况下将部件保持在BOP堆叠件10内，最上面的锁块56可与设置在部件的径向最外的表面内的肩部或凹槽接合，而不是与部件的最上端接合。这使得安装在管状部件上的RCD机构等定位在BOP堆叠件10的最上端，或者，甚至是延伸到BOP堆叠件10外部而进入到上提升器部分48内。
[0074]在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”及其变型指的是包括所指定的特征、步骤或整体。这些术语不应被理解为排除其他特征、步骤或部件的存在。
[0075]上述说明书或所附权利要求书或附图中公开的特征，无论表述为其具体的形式，还是用于执行所公开的功能的手段、或用于达到所公开的结果的方法或过程来加以表述，都可以适当的方式单独地或将这些特征加以组合来进行利用，以用其各种方式来实现本发明。
【权利要求】
1.一种防喷器，所述防喷器包括具有纵向轴线的外壳，该外壳被分割为第一外壳部分和第二外壳部分，借助紧固件来防止所述第一外壳部分相对于所述第二外壳部分运动，每个紧固件均包括轴，所述轴穿过设置在所述第一外壳部分内的紧固件接纳通道而延伸到设置在所述第二外壳部分内的紧固件接纳通道中，所述外壳还设有流体流动通道，所述流体流动通道从所述外壳的所述第一部分延伸到所述外壳的所述第二部分，所述流体流动通道介于那些紧固件接纳通道之间。
2.根据权利要求1所述的防喷器，其中，所述防喷器的外径小于47英寸，即小于119.4厘米。
3.根据权利要求1或2所述的防喷器，其中，所述流体流动通道以及所述紧固件接纳通道布置为大致圆形阵列。
4.根据权利要求3所述的防喷器，其中，所述圆形阵列以所述防喷器的所述纵向轴线为中心。
5.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，其中，在每对相邻流体流动通道之间都存在两个以上的紧固件接纳通道。
6.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，其中，所述紧固件包括轴，该轴在使用时延伸进入所述紧固件接纳通道中的一个紧固件接纳通道，该轴的至少一部分带有螺纹，并且所述外壳的所述第一部分和所述外壳的所述第二部分中的一者或两者内的紧固件接纳通道的至少一部分设有对应的螺纹部分，从而在使用时，每个紧固件的所述轴的螺纹部分与紧固件接纳通道的螺纹部分接合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，其中，所述紧固件接纳通道从所述外壳的外表面中的肩部延伸到所述外壳中，所述肩部将所述外壳的小外径部分与所述外壳的大外径部分相结合 。
8.根据权利要求7所述的防喷器，其中，所述肩部大致垂直于所述防喷器的所述纵向轴线延伸。
9.根据权利要求6和7所述的防喷器，其中，所述紧固件均在所述轴的一端处设有头部，在使用时，该头部与所述肩部接合。
10.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，其中，所述紧固件接纳通道和所述流体流动通道大致平行于所述防喷器的所述纵向轴线延伸。
11.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，其中，在所述外壳的所述第一部分与所述外壳的所述第二部分之间设有密封装置。
12.根据权利要求11所述的防喷器，其中，所述密封装置与所述外壳的所述第一部分和所述外壳的所述第二部分两者的内表面接合。
13.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，所述防喷器还包括环状填料元件和致动部分，该致动部分能大致平行于所述防喷器的所述纵向轴线运动，以推动所述填料元件与所述外壳的所述第一部分接合，所述填料元件抵靠所述外壳的所述第一部分受到的挤压使得由所述填料元件包围的空间的直径减小。
14.根据权利要求13所述的防喷器，其中，所述外壳的所述第一部分的内径从第一端口向第二端口增加，从而所述外壳的所述第一部分的内表面形成凸轮表面，所述填料元件在受到所述致动部件挤压时与所述凸轮表面接合。
15.根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，所述防喷器还包括流体压力致动的锁定部件，该锁定部件设置在从所述外壳的外部延伸到所述外壳的内部的孔中，并且所述锁定部件能从收回位置运动到锁定位置，在所述收回位置，所述锁定部件不延伸入所述外壳的内部，在所述锁定位置，所述锁定部件延伸入所述外壳的内部。
16.一种防喷器堆叠件，所述防喷器堆叠件包括多个根据前述权利要求中任一项所述的防喷器，这些防喷器布置成使得各防喷器的纵向轴线位于一条直线上。
17.根据权利要求16所述的防喷器堆叠件，其中，第一防喷器的外壳的第一部分与第二防喷器的外壳的第二部分一体形成。
18.根据权利要求17所述的防喷器堆叠件，其中，所述外壳的外部设有肩部，该肩部将所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的小外径部分与所述第二防喷器的所述外壳的所述第二部分相结合，与所述第一部分相比，所述第二部分的外径较小。
19.根据权利要求18所述的防喷器堆叠件，其中，所述第一防喷器的所述外壳中的所述流体流动通道中的至少一个流体流动通道能借助其至少一部分延伸到所述外壳之外的管道而连接至所述第二防喷器的所述外壳中的流体流动通道。
20.根据权利要求19所述的防喷器堆叠件，其中，所述管道从位于所述第二防喷器的所述外壳的所述第二部分与所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的小外径部分之间的肩部和位于所述第一防喷器的所述外壳的所述第一部分的所述小外径部分与大外径部分之间的肩部延伸。
21.一种防喷器堆叠件，所述防喷器堆叠件包括绕该防喷器堆叠件的纵向轴线同轴布置的三个环状防喷器。
22.根据权利要求21所述的防喷器堆叠件，其中，每个防喷器均包括外壳、环状填料元件以及致动部分，所述外壳具有第一部分和第二部分，所述致动部分能大致平行于所述防喷器的纵向轴线运动，以推动所 述填料元件与所述外壳的所述第一部分接合，所述填料元件抵靠所述外壳的所述第一部分受到的挤压使得由所述填料元件包围的空间的直径减小。
23.根据权利要求22所述的防喷器堆叠件，其中，所述外壳的所述第一部分的内径从第一端口向第二端口增加，从而所述外壳的所述第一部分的内表面形成凸轮表面，所述填料元件在受到所述致动部分的挤压时与该凸轮表面接合。
24.根据权利要求21所述的防喷器堆叠件，其中，所述防喷器中的至少一个防喷器具有权利要求1至19所阐述的特征中的任何特征。
25.一种防喷器，所述防喷器包括外壳和流体压力致动的锁定部件，该锁定部件设置在从所述外壳的外部延伸到所述外壳的内部的孔中，并且所述锁定部件能从收回位置运动到锁定位置，在所述收回位置，所述锁定部件不延伸入所述外壳的内部，在所述锁定位置，所述锁定部件延伸入所述外壳的内部。
26.根据权利要求25所述的防喷器，其中，设有两个流体压力操作的锁定部件，所述两个流体压力操作的锁定部件在所述外壳的纵向上分离开。
27.根据权利要求25或26所述的防喷器，所述防喷器具有权利要求1至20所阐述的特征中的任何特征。
28.一种防喷器组件，所述防喷器组件包括权利要求25所述的防喷器以及管状部件，该管状部件位于所述防喷器的外壳的中央通道内，所述锁定部件在处于锁定位置时与所述管状部件接合，以防止或限制所述管状构件沿着所述防喷器的外壳的所述中央通道平移运动。
29.根据权利要求28所述的防喷器组件，其中，所述防喷器包括第一流体压力操作的锁定部件和第二流体压力操作的锁定部件，这两个流体压力操作的锁定部件在所述外壳的纵向上分离开，所述第一锁定部件在处于锁定位置时与所述管状部件接合，以防止或限制所述管状部件在沿着所述防喷器的外壳的所述中央通道的第一方向上平移运动，并且所述第二锁定部件在处于锁定位置时与所述管状部件接合，以防止或限制所述管状部件在沿着所述防喷器的 外壳的所述中央通道的第二方向上平移运动。
【文档编号】E21B33/08GK103459764SQ201280014906
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月21日 优先权日:2011年3月23日
【发明者】C·莱藤伯格, A·J·麦格雷戈 申请人:控制压力营运私人有限公司