闸板式防喷器活塞杆子组件的制作方法

此申请请求享有2014年7月17日提交的序列号为62/025700名称为“Ram Blowout Preventer Operator Piston Rod Subassembly”的共同未决的美国临时申请的优先权和权益，其全部公开由此为了所有目的通过引用以其整体并入本文中。

背景

此公开大体涉及用于烃钻探和生产操作的防喷器。具体而言，本公开涉及促进防喷器的活塞杆子组件的组装、拆卸和现场维护的系统和方法。

在烃钻探和生产操作中，通过具有封闭井眼的闸板，防喷器可用于阻挡穿过井眼的流体流。闸板可密封空井眼，或围绕钻探管、抛光的杆或井眼内的其它工具或设备密封井眼。备选地，闸板可为剪切闸板，其在启用时移动以接合且物理地剪切井眼中的任何部件。备选地，闸板可为夹紧闸板，其可接合管状、抛光的杆或井中的其它设备以防止这种管状、抛光的杆或井中的其它设备的轴向或旋转运动。

由于闸板和活塞杆在防喷器的操作期间可遭受很大的力和极端环境，一些目前的防喷器的活塞杆子组件可为带有完全由昂贵合金形成的活塞杆和尾杆两者的单个部件以达到活塞杆的期望强度。

在一些目前的其中活塞杆组件由多个部件形成的系统中，部件之间的连接可预载，使得部件在防喷器的操作期间不松掉。然而，这种目前的系统的部件之间的连接上的预载要求构件送到现场之外，以便分开部件以用于维修、更换或抢修。

本公开的概要

此公开的实施例提供一种用于水下或表面防喷器的活塞杆子组件，其允许可在现场发生的简化组装和拆卸过程，从而提高进行维修和抢修部分的能力。相比于具有完全由昂贵合金形成的活塞杆子组件的一些目前的活塞杆组件，本文描述的系统和方法还节省材料成本。本文描述的活塞杆组件将活塞杆提供为单独的部件，使得活塞可由较不昂贵的材料形成。

本文描述的系统和方法还提供预载活塞杆连接，其不需要用于组装和拆卸的紧固件，这是由于当利用手工工具固定预载环紧固件时产生预载。预载在拆卸期间可通过利用手工工具移除预载环紧固件而直接地破坏。这允许在现场(诸如离岸)进行维修，且使得在没有额外操作(诸如加工)的情况下抢修部分更容易。

在此公开的实施例中，用于防喷器的活塞杆子组件包括活塞杆，活塞杆在活塞杆的外径上具有杆螺纹对接部且具有杆肩。预载环具有用于接合杆螺纹对接部的环螺纹对接部以将活塞杆联接至预载环。当活塞杆联接至预载环且杆肩接合预载环的环肩时，活塞杆的突出的端表面突出越过预载环的端面。活塞具有用于接收预载环的凹穴。预载环紧固件将预载环联接至活塞以形成活塞杆和活塞之间的活塞杆连接，使得活塞杆的突出的端表面接合凹穴的内表面且在活塞杆连接中产生预载。

在此公开的备选实施例中，一种防喷器的活塞杆子组件包括活塞杆，活塞杆在一端处在活塞杆的外径上具有杆螺纹对接部和杆肩。闸板连接器(ram connector)定位在与第一端相反的第二端处。预载环具有用于接合杆螺纹对接部的环螺纹对接部以将活塞杆联接至预载环。当活塞杆联接至预载环且杆肩接合预载环的环肩时，活塞杆的突出的端表面突出越过预载环的端面。活塞具有用于接收预载环的凹穴。活塞还具有选择性地接合防喷器的阀盖组件的活塞腔的内径的外径密封件且可在延伸位置和缩回位置之间在活塞腔内移动。活塞还具有尾杆，尾杆是带螺纹的伸长部件，其在与活塞杆相反的方向上延伸且螺纹地接合防喷器的阀盖组件且当活塞在延伸位置和缩回位置之间移动时在活塞中产生旋转。预载环紧固件将预载环联接至活塞以形成活塞杆和活塞之间的活塞杆连接，使得活塞杆的突出的端表面接合凹穴的内表面且在活塞杆连接中产生预载。

在此公开的还有另一个备选实施例中，一种组装带有活塞杆子组件的防喷器的方法包括提供活塞杆，活塞杆在活塞杆的外径上具有杆螺纹对接部且具有杆肩。活塞杆螺纹连接到预载环中。预载环具有用于接合杆螺纹对接部的环螺纹对接部以将活塞杆联接至预载环。当活塞杆联接至预载环且杆肩接合预载环的环肩时，活塞杆的突出的端表面突出越过预载环的端面。预载环可定位在活塞的凹穴中。预载环可联接至带有预载环紧固件的活塞以形成活塞杆和活塞之间的活塞杆连接，使得活塞杆的突出的端表面接合凹穴的内表面且在活塞杆连接中产生预载。

附图的简要描述

因此，获得了此公开的特征、优点和目的以及其它方面将变得显而易见的方式且可更加详细地理解该方式，通过参考在附图中示出的其实施例可得到上文简要概括的本公开的更加具体的描述，所述附图形成此说明书的一部分。然而，要注意的是，附图仅示出本公开的优选实施例，且因此不认为是限制其范围，因为本公开可容许其它同样有效的实施例。

图1是根据本公开的示例性实施例的安装在防喷器的操作器内的操作器活塞杆子组件的部分截面视图。

图2是图1的操作器活塞杆子组件的截面视图。

图3是图2的操作器活塞杆子组件的一部分的详细截面视图。

本公开的详细描述

本公开的方法和系统现在将参照伴随的附图更加全面地描述，在附图中示出了实施例。本公开的方法和系统可为许多不同的形式，且不应当理解为限于本文阐述的示出的实施例；相反，提供这些实施例使得此公开详尽和完整，且将其范围完全地传达给本领域的技术人员。相似的标号表示各处相似的元件。

还将理解的是，本公开的范围不限于构造的确切细节、操作、确切材料或示出和描述的实施例，由于修改和等同物将对本领域的技术人员显而易见。在附图和说明书中，已经公开了说明性实施例，且虽然使用了特定用语，但它们仅以一般和描述的意义使用且不为了限制的目的。

参照图1，闸板式防喷器操作器组件11是固定至阀盖组件13的阀盖14的组件的一部分。闸板式防喷器操作器组件11可用于控制流入和流出地下井的井眼的流体，或控制穿过井眼的部件(诸如，管状部件、抛光的杆或设备)的轴向或旋转运动。活塞杆子组件15定位在阀盖组件13内且可操作地响应于进入和排出限定在阀盖组件13内的活塞腔17的压力介质的选择性引入和移除。作为示例，压力介质可为液压流体、加压空气或在压力系统中使用的其它合适的流体或气体。压力介质可通过延伸到活塞腔17中的一个或多个流体通道由操作器或控制器供应。

如本领域的技术人员将认识的那样，活塞杆子组件15可操作成连接至闸板(未示出)，诸如管闸板，其在启用时移动以接合和环绕钻探管和井工具以密封井眼。备选地，闸板可为剪切闸板，其在启用时移动以接合且物理地剪切井眼中的任何部件。备选地，闸板还可为夹紧闸板，其可接合管状、抛光的杆或井中的其它设备以防止此管状、抛光的杆或井中的其它设备的轴向或旋转运动。示例性活塞杆子组件15和相关联的闸板的操作在专利号为7699554的共同拥有的美国专利中更加详细地描述，该专利由此以引用的方式并入本文中。

查看图2，活塞杆子组件15由带有具有杆螺纹对接部23的第一端21的活塞杆19构造。杆螺纹对接部23包括活塞杆19的外径上的螺纹。第一端21在活塞杆19的外径上还具有杆肩25。杆肩25是向外扩伸且面向杆螺纹对接部23的环形倾斜表面。环形倾斜表面限定了活塞杆19的外径的增加。活塞杆19在活塞杆19的第二端29上具有闸板连接器27。活塞杆19的第二端29可延伸到防喷器操作器组件11的阀盖14中且构造成用于连接至具有限定在其中的T型槽口的闸板(未示出)。闸板连接器27可由闸板限制，使得活塞杆的第二端29和闸板连接器27不可围绕活塞杆19的纵向轴线旋转。活塞杆19可例如由合金形成。

活塞杆19的第一端21可与预载环31联接。预载环31具有用于接合杆螺纹对接部23的环螺纹对接部33以将活塞杆19连接至预载环31。环螺纹对接部33可包括延伸穿过预载环31的开孔的内径上的内螺纹。预载环31具有位置和形状确定成与杆肩25接合和配合的环肩35。环肩35是在预载环31的开孔的内表面上的倾斜环形肩。环肩35定位在预载环31的开孔内，使得当活塞杆19联接至预载环31且杆肩25接合环肩35时，活塞杆19的端表面37突出越过预载环31的端面39(图3)。

预载环31可联接至活塞41。活塞41具有带有外径密封件45的活塞本体43，密封件45可密封地且滑动地接合活塞腔17的内径。通过将压力介质在活塞本体43的第一侧注入活塞腔17，活塞杆子组件15可在活塞腔17内从缩回位置移动至延伸位置。通过将压力介质在活塞本体43的第二侧注入活塞腔17，活塞杆子组件15可在活塞腔17内从延伸位置移动至缩回位置。当活塞41和活塞杆子组件15在缩回位置时，活塞杆19的第二端29接近或靠近阀盖组件13。当活塞41和活塞杆子组件15在延伸位置时，活塞杆19的第二端29远离阀盖组件13延伸且从其进一步延伸，使得闸板延伸到井眼中。

活塞41还具有尾杆47。尾杆47可为在与活塞杆19相反的方向上延伸的带螺纹的伸长部件。尾杆47可为活塞41的整体形成的部分，使得尾杆47和活塞本体43是单个部件。活塞41和预载环31可由相比用于形成活塞杆19较廉价的材料形成。作为示例，活塞41和预载环31可由钢材料形成。

活塞41还具有用于接收预载环31的凹穴49。预载环紧固件51可将预载环31联接至活塞41来完成活塞杆19和活塞41之间的活塞杆连接53，如可在图3中最佳看到的那样。在示出的示例性实施例中，预载环紧固件51可延伸穿过预载环31以接合活塞41。作为示例，预载环紧固件51可包括帽螺钉的环形阵列。因为活塞杆19的端表面37突出越过预载环31的端面39，故活塞杆19的端表面37接合凹穴49的内表面55且预载环31的端面39的至少一部分与凹穴49的内表面55间隔开从而形成间隙57。这有助于确保操作负载合适地穿过活塞杆19。

当预载环紧固件51将预载环31联接至活塞41时，在活塞杆连接53中产生预载。在活塞杆连接53的预载期间，预载环31的端面39的至少一部分与凹穴49的内表面55间隔开，使得仍然存在间隙57。活塞杆连接53包括：通过环螺纹对接部33接合杆螺纹对接部23来将活塞杆19联接至预载环31；预载环紧固件51将预载环31联接至活塞41；杆肩25接合环肩35；且活塞杆19的端表面37接合凹穴49的内表面55。预载环紧固件51将作用为将预载环31拉向活塞41，而接合凹穴49的内表面55的活塞杆19的端表面37将抵抗此拉力。将预载环31拉向活塞41还将在预载环31和活塞杆19之间的对接部上施加负载，此对接部是接合杆螺纹对接部23的环螺纹对接部33和接合环肩35的杆肩25。活塞杆连接53的预载将有助于确保活塞杆连接53的构件在防喷器操作器组件11内贯穿活塞杆子组件15的操作仍然很好地固定在一起。

尾杆47的尾螺纹59螺纹地接合防喷器操作器组件11的内螺纹。防喷器操作器组件11的螺纹可为螺母和离合器组件的一部分，当活塞41通过将压力介质注入活塞腔17而在延伸位置和缩回位置之间移动时，螺母和离合器组件可允许防喷器操作器组件11的螺纹自由地旋转。因此，当活塞41通过将压力介质注入活塞腔17而在延伸位置和缩回位置之间移动时，螺母可围绕尾螺纹59旋转而不在活塞41上产生旋转。当在操作期间需要时，螺母和离合器组件允许活塞41沿线性通路锁定在各个位置处。当螺母和离合器组件接合时(这在操作器压力放出时发生)，活塞41锁定。当在井眼中存在压力时，压力端部负载施加至活塞杆19的第二端29。此压力端部负载将活塞杆子组件15推向缩回位置。因为活塞杆19的第二端29不可围绕活塞杆19的纵向轴线旋转，且螺母和离合器组件接合，故活塞41的线性运动在活塞杆连接53上产生转矩。

尾杆47的尾螺纹59可相比杆螺纹对接部23的螺纹在相反的方向上定向，使得活塞41的旋转引起螺纹对接部33和杆螺纹对接部23相对于彼此旋转，使得杆肩25进一步接合环肩35。以此方式，当压力端部负载将活塞杆子组件15推向缩回位置时，预载环31和活塞杆19之间的连接将倾向于进一步变紧。由于杆肩25与环肩35的配合，活塞杆19不可旋转到预载环31外，且在防喷器操作器组件11的操作期间活塞杆连接53将仍然牢固。以此方式，杆肩25作用为防旋转器件，使得活塞杆19不可旋转到预载环31外。

为了维护活塞杆子组件15或更换或抢修活塞杆子组件15的部分，预载环紧固件51可在防喷器操作器组件11的现场利用手工工具操作以从活塞41释放预载环31来解除活塞杆连接53中的预载。拆卸活塞杆组件15的每个部分不需要加工、活塞杆组件15的材料的永久移除或活塞杆组件15的构件的其它破坏。

在操作的示例中，为了将防护器操作器组件11与活塞杆子组件15组装，活塞杆19的第二端29可直通延伸穿过预载环31的开孔，且活塞杆19可旋转使得环螺纹对接部33接合杆螺纹对接部23以将活塞杆19联接至预载环31。活塞杆19可旋转直到环肩35与杆肩25接合且配合。当环肩35与杆肩25接合且配合时，活塞杆19的端表面37突出越过预载环31的端面39。预载环31可然后定位在凹穴49内且预载环紧固件51可将预载环31联接至活塞41。活塞杆19的突出的端表面37将接合凹穴49的内表面55，且在活塞杆连接53中将产生预载。预载环紧固件51可在预载环31上导致足够的力，使得预载环31可在活塞杆连接53的预载期间变形。

在防喷器操作器组件11的操作期间，在可适用时，通过在活塞本体43的第一侧或在活塞本体43的第二侧将压力介质注入活塞腔17，活塞杆子组件15在缩回位置和延伸位置之间移动。当活塞41在缩回位置和延伸位置之间移动时，螺母和离合器组件可允许防喷器操作器组件11的螺纹自由地旋转，使得螺母可围绕尾螺纹59旋转而不在活塞41上产生旋转。

为了维护活塞杆子组件15或更换或抢修活塞杆子组件15的部分，预载环紧固件51可操作成在防喷器操作器组件11的现场从活塞41释放预载环31(诸如例如利用手工工具)来解除活塞杆连接53中的预载。因此，如果防喷器操作器组件11离岸使用，活塞杆子组件15可离岸拆卸且不需要将整个活塞杆子组件15送到陆上位置以用于拆卸。而且，由于不需要加工，当更换或维护构件时，活塞杆子组件15的构件可更加容易地抢修。

因此，如本文所述，相比于一些目前的系统，通过消除对用以产生和破坏活塞杆连接53的预载的额外紧固件的需要，以及通过消除对加工以分开活塞杆组件15的部分的需要，此公开的实施例简化了活塞杆组件15的组装和拆卸。通过提供仅要求活塞杆19由昂贵合金形成而活塞杆子组件15的剩余部分可由普通钢形成的实施例，本文描述的系统和方法还降低了活塞杆子组件15的材料成本。

因为防喷器操作器组件11可安装在各个位置中，本文使用的用语"垂直"、"水平"、"向上"、"向下"、"顶部"和"底部"仅为了方便。

因此，本文描述的系统和方法非常适合于执行目的和获取提到的目标和优点以及其中固有的其它方面。虽然目前优选的实施例已经为了公开的目的而给出，但步骤的细节中存在许多变化以用于完成期望的结果。这些和其它类似的变型对本领域的技术人员将很容易，且意在包含在本公开的精神和所附权利要求的范围内。