用于加压流体流动路径的连接件的制作方法

本部分旨在提供相关的背景信息以便于更好地理解所描述的实施例的各个方面。相应地，应该理解的是，这些陈述应当以此来阅读，而不是作为对现有技术的承认。

在大多数海上钻井作业中，海底井口位于衬有套管的地下井筒上端，防喷器(BOP)堆叠安装到井口上，并且海底立管总成(LMRP)安装到BOP堆叠上。LMRP的上端通常包括联接到向上延伸到海面处的钻探船的钻井立管的下端的挠性接头。钻柱从钻探船通过钻井立管、LMRP、BOP堆叠和井口悬挂到井筒中。

在钻井作业过程中，钻井流体或泥浆从海面沿着钻柱向下泵送，然后沿着钻柱周围的井环向上返回。LMRP、BOP和其它海底钻井设备有许多功能和操作参数可能需要监测和控制。

例如，如果地层流体快速侵入井环中(通常称为“井涌”)，则BOP堆叠和/或LMRP可致动以帮助密封井环并控制井筒中的流体压力。尤其是，BOP堆叠和LMRP包括封闭构件或空腔，其被设计成帮助密封井筒并且防止高压地层流体从井筒释放。因此，BOP堆叠和LMRP作为压力控制设备起作用。

密度较大的泥浆可以沿着钻柱向下循环到井筒中，沿着井环向上循环，并通过BOP堆叠的扼流管线通过扼流器(限流器)排出，直到井下压力被克服。一旦“压井”泥浆从井底延伸到顶部，井就被“压住”了。如果井的完整性完好，钻井可以恢复。或者，如果循环不可行，则可以通过强制地从顶部泵入较重的泥浆并通过BOP堆叠中的压井管线连接件进入来压井。相应地，当流体在高压和腐蚀性环境中通过海底系统被泵送时，每个部件之间的流体连接件必须牢固并且能够在苛刻的条件下操作和密封。

附图说明

为了详细描述本发明的实施例，现在将参照附图，在附图中：

图1示出了根据一个或多个实施例的用于钻探和/或生产地下井筒的海上系统的示意图；

图2示出了根据一个或多个实施例的图1的海底BOP堆叠组件的正视图；

图3示出了根据一个或多个实施例的图1和图2的海底BOP堆叠组件的透视图；

图4示出了根据一个或多个实施例的包括海底连接件的海底系统的透视图；

图5示出了根据一个或多个实施例的图4的海底系统的横截面图；

图6示出了根据一个或多个实施例的图5的海底连接件的详细的横截面图；

图7示出了根据一个或多个实施例的海底连接件的详细的横截面图；

图8示出了根据一个或多个实施例的海底连接的详细的横截面图；以及

图9示出了根据一个或多个实施例的海底连接件的详细的横截面图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了用于钻探和/或生产井筒11的海上系统10的实施例。在这个实施例中，系统10包括在海面12处的海上船舶或平台20和安装在海床13处的井口30上的海底BOP堆叠组件100。平台20配备有支撑升降机(未示出)的井架21。管状钻井立管14从平台20延伸到BOP堆叠组件100。在钻井操作期间，立管14将钻井流体或泥浆返回到平台20。一个或多个液压导管15沿着立管14的外部从平台20延伸到BOP堆叠组件100。导管15将加压的液压流体供应到组件100。套管31从井口30延伸到地下井筒11中。

井下作业由管柱16(例如，钻柱、生产管柱、连续油管等)进行，管柱16由井架21支撑并从平台20通过立管14延伸穿过BOP堆叠组件100，并进入井筒11。井下工具17连接到管柱16的下端。通常，井下工具17可包括用于钻井、完井、评估和/或生产井筒11的任何合适的井下工具，包括但不限于钻头、封隔器、固井工具、套管或管道铺设工具、测试设备、射孔枪等。在井下作业期间，钻柱16以及因此与之联接的工具17可以相对于立管14和BOP堆叠组件100轴向地、径向地和/或旋转地移动。

现在参照图1至图3，BOP堆叠组件100安装到井口30以控制和密封井筒11，从而将烃类流体(液体和气体)容纳在井筒11内。在这个实施例中，BOP堆叠组件100包括海底立管总成(LMRP)110和BOP或BOP堆叠120。BOP堆叠120可释放地固定到井口30以及LMRP 110。同样，LMRP 110可释放地固定到BOP堆叠120和立管14。在这个实施例中，井口30、BOP堆叠120和LMRP 110之间的连接件包括液压致动的机械井口型连接件50。此外，LMRP 110和立管14之间的连接件是远程控制的凸缘连接件，就像连接件50一样可以是远程、液压控制的。

LMRP 110包括立管挠性接头111、立管转接头112、一个或多个环形BOP 113以及一对冗余控制单元或控制盒114。流动孔115穿过LMRP 110从LMRP 110的上端处的立管14延伸到LMRP 110的下端处的连接件50。立管转接头112从挠性接头111向上延伸并联接到立管14的下端。挠性接头111允许立管转接头112和与其连接的立管14相对于LMRP 110成角度地偏转，同时井筒流体从井筒11通过BOP堆叠组件100流入立管14。环形BOP 113包括环形弹性密封元件，该环形弹性密封元件被径向向内机械挤压以密封在延伸穿过LMRP 110的管(例如，管柱16、套管、钻杆、钻铤等)上或密封流动孔115。因此，环形BOP 113能够密封在各种管道尺寸和/或轮廓上。

在这个实施例中，BOP堆叠120包括至少一个如前所述的环形BOP 113、扼压阀131和扼压管线132。扼压管线连接件130将LMRP 110的阴扼压连接头与BOP堆叠120的阳扼压转接头连接，从而使得LMRP 110的扼压连接头与BOP堆叠120的扼流管线132流体连通。主孔125延伸穿过BOP堆叠120。另外，BOP堆叠120包括多个轴向堆叠的闸板BOP 121。每个闸板BOP 121包括一对相对的闸板(ram)和一对致动和驱动匹配闸板的致动器126。在这个实施例中，BOP堆叠120包括四个闸板BOP 121：一个上闸板BOP 121，其包括相对的盲剪切闸板或刀片，用于切断管柱16并将井筒11与立管14密封隔开；以及三个下闸板BOP 121，其包括相对的管式闸板，用于接合管柱16并且密封管柱16周围的井环。在其它实施例中，BOP堆叠(例如，堆叠120)可以包括不同数量的闸板、不同类型的闸板、一个或多个环形BOP或其组合。控制盒114包括海底电子模块(SEM)并且操作LMRP 110和BOP堆叠120的阀131、闸板BOP和环形BOP 113。

如图3中最好地示出的，BOP堆叠120还包括安装在BOP堆叠120上的至少一组或一排127的液压蓄能器127a。虽然主液压源是由沿着立管14延伸的液压导管15提供的，但是蓄能器排127也可以用于支持BOP堆叠120的闸板、扼压阀131、连接头50b以及BOP堆叠120的扼压连接头130的操作。蓄能器排127用作提供液压动力以操作BOP堆叠120的闸板、阀131、连接头50b和连接头130的备用装置。此外，尽管在这个实施例中可以使用控制盒114操作BOP堆叠120的BOP 121和扼压阀131，但是在其它实施例中，也可以由一个或多个海底遥控车(ROV)操作BOP 121和扼压阀131。

如前所述，在这个实施例中，BOP堆叠120包括一个环形BOP 113和四组闸板(一组剪切闸板和三组管式闸板)。然而，在其它实施例中，BOP堆叠120可包括不同数量的闸板、不同类型的闸板、不同数量的环形BOP(例如，环形BOP 113)或其组合。此外，尽管LMRP 110被示出和描述为包括一个环形BOP 113，但是在其它实施例中，LMRP(例如，LMRP 110)可以包括不同数量的环形BOP(例如，两组环形BOP 113)。此外，尽管在这个实施例中BOP堆叠120可被称为“堆叠”，因为其包含多个闸板BOP 121，但在其它实施例中，BOP 120可仅包括一个闸板BOP 121。

LMRP 110和BOP堆叠120均包括重入和对准系统140，其允许在所有辅助连接件(即，控制单元、扼压管线)对准的情况下在海底进行LMRP 110与BOP堆叠120的连接。扼压管线连接头130将BOP堆叠120上的扼压管线132和扼压阀131连接到立管转接头112上的扼压管线133。因此，在这个实施例中，BOP堆叠120的扼压阀131通过连接头130与立管转接头112上的扼压管线133流体连通。然而，对准系统140并不总是必要的，并且不需要包括在内。

现在参照图4和图5，示出了包括BOP主体402的海底系统400的多个视图，一个或多个阀404联接到BOP主体402。图4示出了系统400的透视图，图5示出了系统400的横截面图。所示的BOP主体402是闸板BOP主体，并且因此包括一个或多个穿过其形成的空腔406。空腔406用于可移动地容纳或接收BOP主体402内的闸板，以选择性地控制流过BOP主体402的膛孔408的流体流动。BOP主体402还包括形成在其中的一个或多个扼压管线端口410。如图所示，扼压管线端口410与BOP主体402的膛孔408相交并流体连通。扼压管线端口410还分别相对于膛孔408在相应空腔406的轴向下方形成。

阀404联接到BOP主体402，使得阀404与扼压管线端口410流体连通并选择性地控制流过扼压管线端口410的流体流动。在这个实施例中，两个阀404被示出为与每个扼压管线端口410流体连通以提供通过每个端口410的流体控制，但是本公开不限于此。每个阀404包括主体412，主体412具有穿过主体412形成的流动路径414，流动路径414与扼压管线端口410流体连通。阀404还通过阀芯416彼此流体连通。阀芯416定位在阀404之间并且包括穿过其形成的流动路径418，流动路径418与阀404的流动路径414流体连通。尤其是，每个阀体412可以包括与流动路径414相交的流动路径420。阀芯416可以与阀体412的流动路径420直接流体连通并且与阀体412的流动路径414间接流体连通。海底系统400还包括一个或多个密封流体连接件430，以便于系统400内的流体连通和流体流动。密封流体连接件430可以包括在阀芯416和阀404之间，诸如包括在阀404之间的阀芯416的每个端部处。

图6提供参照图5的海底连接件430的详细视图。如图6所示，阀芯416的端部434可以收容在阀404的主体412内。此外，在阀芯416的端部434处或附近的外表面周围径向地形成有凹部432。在凹部432内包括或定位耐腐蚀处理或材料(例如耐腐蚀合金(CRA))，使得耐腐蚀材料可镶嵌、包覆或沉积到凹部432中，以在阀芯416的端部434处形成耐腐蚀材料层436。

还可以与凹部432相对地在阀404的主体412的内表面内径向地形成凹部438。在凹部438内包括或定位耐腐蚀材料，耐腐蚀材料镶嵌或沉积在凹部438中，以在主体412内形成耐腐蚀材料层440。诸如CRA的耐腐蚀材料可以完全由有色合金形成或包括有色合金，其中有色合金可以包括钛、镍、钴、铬和/或钼。钛、镍、钴、铬和/或钼的元素总和通常超过有色合金的50重量％。在另一个实施例中，耐腐蚀材料可以包括由陶瓷或氮化物形成的层以增加海底连接件430内的耐腐蚀性。

海底连接件430是密封连接件，因此当阀芯416和阀404的主体412彼此联接时，在阀芯416和阀404的主体412之间形成密封件。尤其是，密封件形成为抵靠耐腐蚀材料层436和/或440，以防止流体流过耐腐蚀材料层436和440。密封件可以包括弹性密封件和/或金属对金属密封件或由其形成。在图6的实施例中，密封件包括弹性密封元件442(例如，非金属密封元件)，例如自施力密封件或压力施力密封件。密封元件442径向地围绕阀芯416和阀404的主体412之间的阀芯416的端部434定位。密封元件442可以活化或接合阀芯416和阀404的主体412的径向表面，从而在形成连接件430时形成抵靠这些表面中的每一个表面的密封件。

如图6所示，间隙444可以形成在阀芯416的端部434和阀404的主体412之间。间隙444可以使阀芯416能够相对于阀404的主体412轴向移动。间隙444可以适应阀芯416和主体412之间的公差和/或热膨胀，使得连接件430可以在现场构成而不必修改或改变连接件430。而且，在使用期间，流体可以流过间隙444和阀芯416的端部434与阀404的主体412之间。由于密封元件442可以是自施力密封件或压力施力密封件，因此可以使用流体压力来便于阀芯416的端部434和阀404的主体412之间的使用密封元件442的密封。增强构件446可定位在阀芯416与主体412之间，例如在耐腐蚀材料层436与440之间，以在耐腐蚀材料层436与440之间支撑密封元件442。此外，在这个实施例中，轴环或凸缘448可围绕阀芯416定位并且通过一个或多个紧固件450(例如，螺栓或螺钉)联接到主体412，以将密封元件442保持在阀芯416和阀404的主体412之间的适当位置。

根据本公开的海底连接件可以是无焊接的或当在现场组装时不包括焊接。因此，如上所述，可以存在间隙444以便于在现场组装连接件430。此外，这可以使海底连接件能够适用于高压高温(HPHT)应用，而焊接或制造的阀芯可能在HPHT应用中发生断裂、泄漏或其它失效的风险更高。HPHT应用和井通常涉及这样的环境：在未来的储层深度或总深度处的未受干扰的井底温度大于300℉或150℃，并且要钻穿的任何多孔地层的最大预期孔隙压力超过0.8psi/ft或18100Pa/m的静水压力梯度，或者井需要额定工作压力超过10000psi或69000kPa的压力控制设备。钻探具有这些特征的井由于无法进入和高压高温而造成特殊的挑战。此外，根据本公开的海底连接件可以符合API 17TR8标准，其中美国石油学会提供了HPHT设计指南的指导。

现在参照图7，示出了根据本公开的一个或多个实施例的海底连接件730。海底连接件730类似于图6中所示的海底连接件430，但是海底连接件730不包括凸缘以将密封元件742保持在阀芯716和阀704的主体712之间的适当位置。相反，在这个实施例中，形成在阀芯716的端部734中的凹部732足够深或足够大，使得密封元件742可以至少部分地定位或保持在凹部732内，相反，耐腐蚀材料层736形成为与图6中的阀芯716的其余外部径向表面齐平或水平。这种布置可以使阀芯716能够将密封元件742保持在阀芯716和阀704的主体712之间的适当位置。当组装海底连接件730时，耐腐蚀材料层736保持定位在密封元件742和阀芯716之间。

现在参照图8，示出了根据本公开的一个或多个实施例的海底连接件830的一个实施例。海底连接件830包括阀芯816和包括主体812的阀804。在这个实施例中，阀芯816联接到阀体812，使得阀芯816的端部834与阀体812邻接。当联接时，阀芯816的流动路径818与形成在阀体812中的流动路径820流体连通。

在阀芯816的端部834处或其附近形成凹部832。尤其是，在这个实施例中，凹部832形成在阀芯816的轴向端部处，并且径向地围绕阀芯816的端部834处的内表面。耐腐蚀材料镶嵌或沉积在凹部832中以在阀芯816的端部834处形成耐腐蚀材料层836。

因为海底连接件830是密封连接件，所以当阀芯816和阀804的主体812彼此联接时，在阀芯816和阀804的主体812之间形成密封件。在这个实施例中，在阀芯816和阀804的主体812彼此联接时，密封件形成为阀芯816和阀804的主体812之间的一个或多个金属对金属密封件852。金属对金属密封件852抵靠耐腐蚀材料层836和阀体812形成，以防止流体流过耐腐蚀材料层836。另外，虽然在这个实施例中没有具体示出，但阀体812还可以包括相应的耐腐蚀材料层。为了便于形成金属对金属密封件852，可以在耐腐蚀材料层836中形成环槽854，并且可以在阀体812中形成环槽856。如果环槽854和856都包括在连接件830中，则环槽854和856可以相对于流动路径818和820彼此对准，以便于在阀芯816和主体812之间形成金属对金属密封件852。

继续参照图8，轴环858和凸缘848可用于便于在阀芯816与阀804的主体812之间形成密封接合。轴环858可以围绕阀芯816定位，并且还与阀芯858螺纹接合或以其它方式附接。此外，凸缘848可以围绕阀芯816和轴环858定位并且通过一个或多个紧固件850(例如螺栓或螺钉)联接到主体812。轴环858包括与凸缘848的相应凸缘肩部862接合的轴环肩部860。肩部860和862用于将轴环858和阀芯816联接到主体812，并且还有利于通过强制耐腐蚀材料层836和阀体812彼此抵靠而在耐腐蚀材料层836和阀体812之间形成金属对金属密封件852。

现在参照图9，示出了根据本公开的一个或多个实施例的海底连接件930的一个实施例。海底连接件930包括阀芯916和包括主体912的阀904，使得当联接时，阀芯916的流动路径918与形成在阀体912中的流动路径920流体连通。

在阀芯916的端部934处或其附近形成凹部932。尤其是，在这个实施例中，凹部932形成在阀芯916的轴向端部处，并且径向地围绕阀芯916的端部934处的外表面。耐腐蚀材料镶嵌或沉积在凹部932中以在阀芯916的端部934处形成耐腐蚀材料层936。还可以与凹部932相对地在阀904的主体912的内表面内径向地形成凹部938。在凹部938内包括或定位耐腐蚀材料，耐腐蚀材料镶嵌或沉积在凹部938中，以在主体912内形成耐腐蚀材料层940。

抵靠耐腐蚀材料层936和/或940形成密封件，以在阀芯916与阀904的主体912彼此联接时，防止阀芯916与阀904的主体912之间的流体流动。在图9的实施例中，密封件包括弹性密封元件442(例如，非金属密封元件)，例如自施力密封件或压力施力密封件。密封元件942围绕阀芯916和阀体912之间的阀芯916的端部934径向定位。

继续参照图9，轴环958和凸缘948可用于便于在阀芯916与阀体912之间形成密封接合。在这个实施例中，凹槽960可以形成在阀芯916的径向外表面中，并且轴环958定位在凹槽960内。例如，轴环958可以形成为开口环以定位在凹槽970内。此外，凸缘948可以围绕阀芯916和轴环958定位并且螺纹联接到主体912。轴环958包括与凸缘948的相应凸缘肩部962接合的轴环肩部960。肩部960和962用于将轴环958和阀芯916联接到主体912。

如上所述，根据本公开的海底连接件可以允许更简单的制造和组装，特别是当需要在现场组装海底连接件以供使用时。此外，如果需要，海底连接件可以无焊接地组装，并且可以适用于石油和天然气工业中存在的HPHT应用。

本讨论是针对本发明的各种实施例。附图不一定按比例绘制。实施例的某些特征可能以放大比例或稍微示意性的形式示出，并且为了清楚和简明起见，常规元件的一些细节可能未示出。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被解释为或以其它方式用来限制本公开(包括权利要求书)的范围。应该充分认识到，所讨论的实施例的不同教导可以单独地或以任何合适的组合来使用以产生期望的结果。另外，本领域的技术人员将会理解，该描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅仅意在作为该实施例的示例，而不意图暗示包括权利要求的本公开的范围限于该实施例。

整个说明书和权利要求书中使用了某些术语来指代特定的特征或部件。如本领域技术人员将认识到的，不同的人可以通过不同的名称来指代相同的特征或部件。除非特别说明，否则本文档不打算区分名称不同但功能相同的部件或特征。在论述和权利要求书中，“包含”和“包括”这些术语是以开放的方式使用的，因此应解释为表示“包含，但不限于……。”此外，术语“联接”意在表示间接或直接连接。此外，术语“轴向”和“轴向地”通常是指沿着或平行于中心轴线(例如主体或端口的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”通常意味着垂直于中心轴线。为了方便起见，使用“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”和这些术语的变体，但是不要求任何特定的部件取向。

本说明书通篇对“一个实施例”，“一实施例”或类似语言的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施例中。因此，本说明书中通篇出现短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”以及类似的语言可以但不一定全都指同一实施例。

尽管已经关于具体细节描述了本发明，但是除了它们被包括在所附权利要求中的程度之外，这些细节不应该被认为是对本发明的范围的限制。