增强器闸板防喷器的制造方法
【专利说明】増强器闸板防喷器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年8月I日提交的申请序列号为61/861,095的共同待审美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
[0003]在本公开范围内可用的实施例一般涉及防喷器(“Β0Ρ”)，例如，能够结合地下和/或海底井眼使用的那些，以及更具体地，涉及适用于当被驱动时提供加强/增强压力至其闸板(ram)的防喷器。
【背景技术】
[0004]BOP通常用于在石油和天然气井中以及其它地下勘探和生产活动中的井控，尤其是在遭遇井压的钻井作业、完井作业以及烃(或其它物质)的生产期间。在大多数进行石油和天然气钻井作业的区域，使用BOP是法律所要求的。
[0005]BOP在石油和天然气工业中已经使用将近一个世纪，如在美国专利N0.1,569,247中所述，该专利的全部内容通过引用并入本申请。传统的BOP采用径向对置的液压闸板块(ram block)。当液压流体推进在每一闸板模块内部在多个闸板内配置的活塞中时，多个闸板汇集(例如，朝向内的方向移动)，通常彼此接触以密封一井眼。虽然可使用闸板切断和/或移动一管件，或围绕一管件密封，但是多种类型的BOP都可用来密封一井，而不依赖于该井眼是否包括一管件。控制井眼中不想要或者意外的压力对于维持安全的工作环境以及安全的设备来说是极其重要的，并且保护了环境和储藏。
[0006]不同类型的BOP已经经过多年的发展，以解决各种钻井方案中的不同问题。在近海石油和天然气工业中的标准做法是使用多个BOP的高“堆叠”，其类型、结构以及特征裕度(redundancy)可以不同。
[0007]在石油和天然气工业中的标准做法包括使用闸板型防喷器。在可能遇到最高、最危险的压力的情况下，闸板型防喷器通常被视为可靠的。自从20世纪20年代第一代BOP的发展以来，闸板型BOP的设计/结构变化很小，至少就机械功能而言是这样，并且这些变化一般局限于增加液压力和现代控制。径向对置的闸板块，即放置在井眼的相对侧上并且容纳在BOP壳体中的闸板块，一般通过液压驱动来“闭合”，并且在井眼的中心处接触，以提供抗井眼压力的密封。在该闭合操作中，可围绕井眼中的任意管件形成一密封，如果使用全封闭闸板块(例如，没有管件)，则通过闸板之间的接触形成密封，或者当使用剪切闸板时，例如用于剪切和密封一个或多个管件，则通过闸板之间的接触形成密封。闸板一般包括闸板块密封表面，其由可延伸的、可膨胀的、可挤压的橡胶、或在其端部上的橡胶“封隔器(packers)”形成，其形成为具有所需的形状和弹性以形成围绕管件的密封，或者在剪切或没有管件的情况下，形成抵靠一对置闸板的密封。
[0008]容纳闸板腔和闸板块的BOP壳体具有一开放的中心，用于将管件放置在井眼上方并且提供用于管件的空间，该管件比如钻柱，其可穿过BOP壳体并且进入井眼或者在井眼上方。最近，为了在驱动期间产生足够的压力以剪切具有显著强度的管件，活塞在闸板中的移动需要大量的外部空间一一足够用于放置大型液压缸以及因此足够放置大量液压流体的显著的外部空间。可见该所需的空间为大体上线性的液压缸的横向延伸的形式，其远离主BOP壳体，横向或垂直于主BOP壳体，并且与对置的闸板块相对。将处于压力作用下的液压流体引入缸体来朝向闭合位置驱动闸板。因此，大型缸体以及外壳(从闸板块朝相反方向、从BOP壳体向外横向延伸)对于传统BOP的功能是至关重要的。这些液压缸及其外壳需要在两横向方向上的大量空间并且为了增加用于执行闭合操作所必要的作用力，需要增加很大的质量至整个Β0Ρ。因此，传统BOP空间占用大且笨重，需要全面的规划以及功能强大的设备来将其放置在井眼上方。
[0009]美国专利7，779，918(其全部内容通过引用并入本申请)描述了一种紧凑的井眼控制装置，在一“闭合”操作中，该装置采用液压活塞驱动连杆，进而推动闸板合在一起。该井眼控制装置似乎提供了一种虽然机械结构复杂但相对紧凑的装置，用于切断隔水管内的小直径管件，例如所引用的工作柱，但主要仅适合用于在直径相对小的管件上进行的操作。
[0010]美国专利8，353，338(其全部内容通过引用并入本申请)描述了一种可选的装置，该装置向外液压移动一剪切组件，其中该剪切组件的后缘，而不是前缘，稍微移动穿过井眼并且执行一管件的剪切。如所述，在密封和剪切操作中，传统的闸板BOP使用剪切组件的前缘，该前缘进行向内或向外并且接着稍微穿过井眼的移动。
[0011]应当指出，管件剪切(以及产生的密封)操作比起其它BOP闭合操作需要更大的作用力。通常，剪切操作所需的增加的能量通过增加增压缸至现有闸板液压缸的末端产生。所增加的增压缸增加了质量并且进一步增大了本来就已经很大了的BOP的空间占用。
[0012]带法兰的、螺栓紧固的“保护罩(bonnet)”、或铰接“门”(具有连续的(从法兰或门)延伸的液压缸壳体)是传统BOP缸附接至BOP壳体所使用的通常装置。如前所述，该带法兰的或铰接的壳体从主BOP壳体垂直或横向向外延伸。此类保护罩通常使用许多大的、重的螺栓来螺栓连接至BOP主体，而铰接门则通过大铰链连接至BOP主体。移除螺栓和/或铰链非常耗时费力。近年来，采用不同锁定机构的“无螺栓”门已经得到了发展，虽然安装在门上的大铰链仍然占用大量空间，这由于打开门所需的大摆弧空间而加剧。在某些情况下，大铰链门所占据的空间可能会妨碍到其它设备的放置和/或服务力度。
[0013]闸板BOP通常使用BOP主体中“打开的”和“闭合的”接口以引导液压流体至闸板并且分别朝打开的或闭合的位置驱动它们。随着流体进入活塞-闸板-轴组件一侧上的闸板缸的一端，其将使容纳在活塞另一侧的缸体中的流体流动。BOP设计为具有合适的接口、通道以及收集器，以适应在打开位置和闭合位置之间驱动BOP的流体流动。需要时，闭合操作闭合闸板，而当认为合适以及安全时，“打开”操作将闸板缩回至打开位置。
[0014]虽然由于具有相当多的移动部件和磨损部件而笨重，但是传统BOP还是相对可靠的。传统BOP用于传输密封或剪切力的动力与BOP的大小密切相关，可传输的作用力的增加会导致BOP空间占用的显著增加。由于现代的井会被钻得很深并遭遇非常明显的压力，在陆上以及近海的海底安装中都是这样，多个BOP以及BOP堆叠正变得极其重并且占用相当多的空间。然而，即使使用传统BOP的大小和动力，严重的压力相关的油田事故和灾难仍然困扰着该行业。
【发明内容】
[0015]本公开的范围内可使用的实施例涉及用于通过液压和/或气体辅助操作来控制、密封和/或剪切以及密封井眼管件的方法，以及可使用此类方法的装置(例如，防喷器)。实施例中的BOP可使用比传统BOP更少且更简单的部件，但能对其闸板施加相同或更大的作用力，比起传统的BOP壳体、缸体、螺栓紧固的保护罩和/或铰接门，显著减少了装置的重量及空间占用。例如，本公开的范围内可使用的实施例无需保护罩或门就可使用。进一步地，在本公开的范围内可使用的实施例包括在几乎任何情况下都具有基本故障安全保护的Β0Ρ。
[0016]在一实施例中，防喷器可包括集成的、自备的压力增强器，该增强器可用于传输超出传统替代物所能提供的作用力/压力至BOP闸板。倘若液压动力由于任何原因而不可用时，一个或多个实施例可包括与增强器连通的气体存储器，该气体存储器适用于释放气体来对增强器施加足够的压力，以独立执行密封和/或剪切操作。在一实施例中，BOP可提供紧凑的空间占用和/或重量，例如通过不使用保护罩或门，从而消除使用与保护罩以及门一起使用的笨重的螺栓和/或类似的连接功能件。例如，在一实施例中，可使用单个锁定销或螺杆以接触闸板模块，实现对闸板进行有效的维护，同时减少该装置的整体重量以及空间占用。这种结构、重量以及占用空间的减少能够通过使用与传统驱动闸板不同的方法来实现。
[0017]在一实施例中，增强器可以是在BOP壳体内集成并且封闭的部件。在使用中，该增强器能够实现施加增强的液压压力，例如，通过使用活塞、柱塞和/或类似构件，这些构件具有表面积不同的侧面，以将在该增强器第一侧面处接收的压力倍增，并且将此倍增的作用力施加至