CN101748988B - 抗变形的开口室头及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗变形的开口室头及方法。一种环形防喷器(26)装置包括：主体，静压头，活塞(50)以及开口室头(60)。开口室头(60)具有主体，主体具有带有内孔的环形形状，该主体具有沿着径向方向的截面，该截面具有至少三个部分，即具有长方形形状的主体部分(64)；从主体部分(64)的最长侧延伸的第一肋(66)，第一肋(66)覆盖主体部分(64)的中线，其中中线基本垂直于主体部分(64)的最长侧；以及与第一肋(66)在同一侧上从主体部分(64)的最长侧延伸的第二肋(68)，第二肋(68)离主体部分(64)的最短侧比离中间更近。

Description

抗变形的开口室头及方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体涉及构造成以便经受由高压产生的变形的防喷器和开口室头。

背景技术

在过去几年中，随着化石燃料的价格上涨，对开发新生产现场的兴趣大大提高。但是，以地面为基地的生产现场的可用性是有限的。因此，该行业现在已经将钻探延伸到了看来似乎拥有大量化石燃料的近海地点。

用于从近海油田提取化石燃料的现有技术使用如图1所示的系统10。更具体地，系统10包括具有卷盘14的船12，卷盘14为控制器18供应功率／通信绳索16。可使用卷盘传输功率和信号。一些系统具有用以传输压力下的流体的软管卷盘，或者用以传输压力下的流体的硬管道(刚性导管)，或者两者兼有。其它系统可具有软管(具有通信(功能))或线路(引导器)，以在海底供应和操作功能。但是，这些系统的共同特征在于它们的有限的操作深度。将在后面论述的控制器18设置在海下，其靠近海床20，或者在海床20上。在这点上，注意图中所示的元件没有按比例绘制，且不能从图中推定尺寸。

图1还显示了海底井的井口22和进入海底井的生产管道24。在生产管道24的末尾处有钻机(未示出)。采用同样未示出的各种机构来使生产管道24旋转，且暗示使钻机旋转，以使海底井延伸。

然而，在正常的钻探操作期间，可能会发生可损坏井和／或用于钻探的装备的意外事件。一种此类事件是来自地下构型的气体、石油或者其它井流体不受控制地流入井中。此类事件有时被称为“急冲”或“井喷”，且可能在构型压力超过由钻探流体柱施加到其上的压力时发生。这种事件是无法预料的，且如果不采取措施防止其(发生)，井和／或相关联的装备可能会受损。

可能会损坏井和／或相关联的装备的另一事件是飓风或地震。这两种自然现象可能会损坏井和相关联的装备的完整性。例如，由于飓风在海面上产生的疾风，对海下装备供以动力的船或钻探平台可能会开始漂移，从而导致破坏功率／通信绳索或者将井连接到船或钻探平台上的其它元件。如本领域技术人员将理解的，可能会损坏井和／或相关联的装备的完整性的其它事件也是可能的。

因此，可在井的顶部上安装防喷器(blowoutpreventer，简称“BOP”)，以在以上事件中的一种正威胁到井的完整性的情况下密封井。BOP在传统上实现为阀，以在钻探或完成操作期间，防止壳体和钻管之间的环形空间中或开孔(即没有钻管的孔)中的压力释放。图1显示了通常被称为POD的控制器18控制的BOP26或28。防喷器控制器18控制储蓄器30，以关闭或打开BOP26和28。更具体地，控制器18控制用于打开和关闭BOP的阀系统。用于打开和关闭阀的液压流体通常由海面上的装备加压。加压流体在海面和海底存储在储蓄器中，以操作BOP。当失去对井的控制时，在海底存储在储蓄器中的流体也可用来自动剪切和／或用于自动锁刹(deadman)功能。储蓄器30可包括存储压力下的液压流体的容器(罐)，且提供打开和关闭BOP所需的压力。来自储蓄器30的压力由管道或软管32传送到BOP26和28。

一种类型的BOP是环形防喷器，图2中显示了其中的一个实例。环形BOP26具有主体40，主体40中形成有空腔42。钻探管路(未显示)横穿空腔42。环形BOP26由凸缘44附连到井口22上。封隔器46形成于主体40的空腔42的内部，围绕钻探管路，使得当BOP打开时，封隔器46不会影响钻探管路的运动。静压头48附连到主体40上，以关闭空腔42，而且还防止封隔器46离开主体40。在主体40的凹部中提供了活塞50，以不影响钻探管路运动通过空腔42。图2中显示了活塞50没有压在封隔器46上。

但是，当活塞50由来自储蓄器30的高压促动时，活塞50朝封隔器46移动，从而压挤封隔器46，使得封隔器46的一部分压靠在钻探管路上，且密封井。当活塞50向上移动时，开口室52的大小减小，直到活塞50的上部顶端触到或接近于触到开口室头60为止。促动活塞50的闭合压力通过入口54进入封闭室58(示于图3中)。一旦活塞50关闭，就排出来自封闭室58的高压，使得活塞50为打开阶段做好准备。在该阶段，观察到活塞50可向下移动，从而导致在开口室头60的下部部分A上出现低压或真空，同时高压(例如来自海水)可出现在开口室头60的上部部分B上，如图3所示。

图3更加详细地显示了与静压头48、活塞50和主体40接触的开口室头60。开口室头60具有凹部62，0形环置于凹部62中，以密封开口室52。由于在活塞50关闭之后在活塞50向后移动时出现的真空，观察到，开口室头60由于A侧和B侧之间的高压差而变形。因为开口室头60确保开口室52中的液压液体保持不受外界污染，所以开口室头60的变形是不受欢迎的，因为其缩短了计划维护事件之间的时间间隔，增加了维护成本，而且还增加了钻探平台的停工时间。

因此，希望提供避免了上述问题和缺陷的系统和方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种环形防喷器装置，其包括：主体，其具有从第一端延伸到第二端的第一空腔，第一空腔构造成以便容纳钻探管路；静压头，其可移除地连接到主体的第一端上，且具有与主体的第一空腔对齐以容纳钻探管路的第二空腔；活塞，其设置在第一空腔和第二空腔内部，以与静压头和主体一起限定开口室和封闭室，该活塞构造成以便在第一空腔和第二空腔内部移动，以压挤封隔器，以便相对于第二空腔密封第一空腔；以及开口室头，其设置在开口室中，邻近静压头、主体和活塞，该开口室头构造成以便保护开口室中的液压流体不受外部污染的影响。开口室头具有主体，该主体具有带有内孔的环形形状，该主体具有沿着径向方向的截面，该截面具有至少三个部分，即：具有长方形形状的主体部分；自主体部分的最长侧延伸的第一肋，该第一肋覆盖主体部分的中线，其中中线基本垂直于主体部分的最长侧；以及与第一肋在同一侧上自主体部分的最长侧延伸的第二肋，该第二肋距主体部分的最短侧比距中间更近。

根据另一个示例性实施例，存在一种开口室头，其包括：主体，该主体具有带有内孔的环形形状，该主体具有沿着径向方向的截面，该截面具有至少三个部分，即：具有长方形形状的主体部分；从主体部分的最长侧延伸的第一肋，第一肋覆盖主体部分的中线，其中中线基本垂直于主体部分的最长侧；以及与第一肋在同一侧上从主体部分的最长侧延伸的第二肋，第二肋距主体部分的最短侧比距中间更近。

根据又一个示例性实施例，存在一种用于在使开口室头暴露于高压差时防止环形防喷器中的开口室头变形的方法，防喷器具有：主体，其具有从第一端延伸到第二端的第一空腔，第一空腔构造成以便容纳钻探管路；静压头，其可移除地连接到主体的第一端上，且具有与主体的第一空腔对齐以容纳钻探管路的第二空腔；活塞，其设置在第一空腔和第二空腔内部，以与静压头和主体一起限定开口室和封闭室，该活塞构造成以便在第一空腔和第二空腔内部移动，以压挤封隔器，以便相对于第二空腔密封第一空腔；以及开口室头，其设置在开口室中，与静压头、主体和活塞接触。该方法包括：通过对封闭室施加压力来关闭活塞；当活塞关闭时使封闭室通气，从而使得活塞向后移动，且在开口室内部、在活塞和开口室头之间产生真空；使开口室头经历来自开口室外部的高压，从而使得大的压差施加到开口室头上；以及通过使开口室头具有这样的主体来保持开口室头的原始形状：即：该主体具有带有内孔的环形形状，该主体具有在径向方向上的截面，该截面具有至少三个部分，即具有长方形形状的主体部分；从主体部分的最长侧延伸的第一肋，该第一肋覆盖主体部分的中线，其中中线基本垂直于主体部分的最长侧；以及与第一肋在同一侧上从主体部分的最长侧延伸的第二肋，第二肋距主体部分的最短侧比距中间更近。

附图说明

结合在说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，并且与描述内容一起阐明了这些实施例。在附图中：

图1是传统的近海钻探平台的示意图；

图2是环形BOP的示意图；

图3是环形BOP的开口室头的示意图；

图4是根据一个示例性实施例的开口室头的俯视图；

图5是根据一个示例性实施例的开口室头的侧视图；

图6是根据一个示例性实施例的开口室头的截面图；

图7是根据一个示例性实施例的静压头的整体视图；

图8是根据一个示例性实施例的静压头的截面图；

图9是根据一个示例性实施例的静压头的截面的一部分的详细视图；以及

图10是示出了用于在环形BOP中使用开口室头的步骤的流程图。

具体实施方式

对示例性实施例的下列描述参照附图。不同附图中的相同参考标号指示相同或类似元件。下列具体实施方式不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定。为了简明起见，关于环形BOP系统的术语和结构来论述下列实施例。但是，接下来要论述的实施例不限于这些系统。

整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参照指的是；结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各处中出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”，不一定是指同一实施例。另外，特定特征、结构或特点可按任何合适的方式结合在一个或多个实施例。

根据一个示例性实施例，提供了一种具有接下来将要描述的特征的新颖的开口室头60A，使得在开口室头60A的一侧上出现真空及在另一侧上出现高压不会使开口室头60A变形。

图4显示了开口室头60A的俯视图，而图5则显示了开口室头60A的截面。开口室头60A可为环。在图6中以分解的形式显示了头60A的截面的打圆圈的部分C。如本领域技术人员将认识到的，开口室头60A在中间是空的，因为图5显示了仅上部部分和下部部分组成了开口室头60A。

关于图6，开口室头60A的截面可分成开口室头60A的主体部分64和接下来论述的其它更小的部分。根据一个示例性实施例，开口室头60A的主体部分64是长方形的。其它形状对于开口室头60A的主体部分64而言是可行的。至少两个肋66和68在主体部分64的同一侧D上自开口室头60A的主体部分64延伸。

根据一个示例性实施例，第一肋66大于第二肋68。例如，第一肋66在X方向上比第二肋68长，而且在Y方向上也比第二肋68长。在一种应用中，可将第一肋66设置成以便覆盖主体部分64的中心线F，其中，中心线F将主体部分64分成两个半部。在一种应用中，主体部分64的、在第一肋66和第二肋68之间的表面是平的。在另一种应用中，开口室头60A的表面60a设置成基本平行于主体64的表面64a，但是沿着X轴线相对于表面60a移位了。在又一种应用中，第二肋68的顶端在X轴线上与表面60a对齐。在另一种应用中，第一肋66沿着X轴线的高度大于主体部分64沿着同一轴线的宽度，且第二肋68沿着X轴线的高度小于主体部分64沿着同一轴线的宽度。

根据一个示例性实施例，可将第二肋68设置成与中心线F相比更接近开口室头60的M端即外端。在一种应用中，可将第二肋68设置成与凹部62对齐，如图6所示。第一肋66和第二肋68可由与主体部分64相同的材料制成。可使用锻造、模制、机械加工等已知方法的一种来形成具有第一肋66和第二肋68的开口室头60A。

虽然已经沿着F方向增大了现有的开口室头的大小，以防止上述变形，但是在那些头中仍然会发生变形。然而，第一肋66和第二肋68形成于上述位置处的图6所示的布置，在强度和抗变形方面展现出了未预料到的结果。相信第一肋66和第二肋68会在变形点处为开口室头60A赋予强度特点。

图6所示的开口室头60A的截面包括构造成以便容纳对应的橡胶环的两个凹部62。这些橡胶环压靠在环形BOP26的活塞50和主体40上，以密封开口室52。根据一个示例性实施例，面向活塞50的凹部比面向环形BOP26的主体40的凹部更宽。

图6所示的开口室头60A可具有第三肋70，该第三肋70形成于开口室头60A的M端处，使得第三肋70与狭窄的凹部62毗接。在一种应用中，第三肋70具有类似三角形的形状，其中最长的直角边(腿部)面向开口室头60A的主体部分64，最短的直角边(腿部)面向环形BOP26的主体40，而斜边面向开口室52。第三肋70的这种布置防止在将高压施加在开口室头60A的D侧即上侧且在头60的E面即底面上施加真空时，开口室头60A朝环形BOP26的主体40倾斜。

本领域技术人员将理解，在环形BOP的情境中的高压可能高达超出环境压力4000psi，环境压力本身在海下可为大约4000psi。因此，必须在用于在高压下从各种井中提取石油或气体的防喷器的情境中考虑关于图6论述的开口室头60A的新颖结构。

由于开口室头60设置在图2和3所示的静压头48旁边，所以，根据一个示例性实施例，静压头48A可构造成与开口室头60A的轮廓匹配。图7显示了在静压头48A的顶部中具有多个孔80的静压头48A的总体视图，螺钉通过孔80插入，以将静压头48A固定到环形BOP26的主体40上。静压头48A还包括大孔82，钻管通过该大孔82而插入。

图8显示了通过静压头48A的截面。图8显示了具有不平的表面84的静压头48A侧面。虽然此表面84看起来是带螺纹的，但其实不是这样的。表面84设计成以便保持静压头48A固定到环形BOP26的主体40上。静压头48A限定了钻探管路穿过其中的空腔。图9更加详细地显示了静压头48A的G区。图8所示的G区在主体40上具有对称的对应区。

关于图9，静压头48A具有分别对应于第一肋66和第二肋68的两个凹部86和88。在一种应用中，接收开口室头60的第一肋和第二肋的图8中的G区的面，成形为与图6所示的开口室头60A的D即上侧匹配。这样，开口室头60A在没有螺钉或其它固定机构的情况下联接静压头48A。

根据一个示例性实施例，图10示出了用于在将开口室头暴露于高压差时防止环形防喷器中的开口室头变形的方法的步骤，该防喷器具有：主体，该主体具有从第一端延伸到第二端的第一空腔，第一空腔构造成以便容纳钻探管路；静压头，其可移除地连接到主体的第一端上，且具有与主体的第一空腔对齐以容纳钻探管路的第二空腔；活塞，其设置在第一空腔和第二空腔内部以与静压头和主体一起限定开口室和封闭室，该活塞构造成以便在第一空腔和第二空腔内部移动，以压挤封隔器，以便相对于第二空腔密封第一空腔；以及开口室头，其设置在开口室中，与静压头、主体和活塞相接触。该方法包括：步骤1000，通过对封闭室施加压力来关闭活塞；步骤1002，当活塞关闭时，使封闭室通气，从而使得活塞向后移动且在开口室内部、在活塞和开口室头之间产生真空；步骤1004，使开口室头经历来自开口室外部的高压，从而使得大的压差施加在开口室头上；以及步骤1006，通过使开口室头具有这样的主体来保持开口室头的原始形状：该主体具有带有内孔的圆形形状，该主体具有在径向方向上的、具有至少三个部分的截面。这三部分是具有长方形形状的主体部分；从主体部分的最长侧延伸的第一肋，该第一肋覆盖主体部分的中线，其中该中线基本垂直于主体部分的最长侧；以及与第一肋在同一侧上从主体部分的最长侧延伸的第二肋，该第二肋距主体部分的最短侧比距中间更近。

所公开的示例性实施例提供了用于在关闭和打开环形BOP时防止开口室头变形的系统和方法。应当理解，此描述不意图限制本发明。相反，示例性实施例意图覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围中的备选方案、修改和等效物。另外，在示例性实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对要求保护的发明的综合理解。但是，本领域技术人员将理解，可在没有这种具体细节的情况下实践各种实施例。

虽然以特定的组合在实施例中对当前示例性实施例的特征和元件进行了描述，但是可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用各个特征或元件，或者在具有或不具有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合来使用各个特征或元件。

此书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有无异于权利要求书的字面语言的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构元件，则这样的其它实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种环形防喷器(26)装置，包括：

主体(40)，所述主体(40)具有从第一端延伸到第二端的第一空腔，所述第一空腔构造成以便容纳钻探管路；

静压头(48)，所述静压头(48A)可移除地连接到所述主体的第一端上，且具有与所述主体(40)的第一空腔对齐以便容纳所述钻探管路的第二空腔；

活塞(50)，所述活塞(50)设置在所述第一空腔和所述第二空腔内部，以与所述静压头(48A)和所述主体一起限定开口室(52)和封闭室，所述活塞(50)构造成以便在所述第一空腔和所述第二空腔内部移动，以压挤封隔器，以便相对于所述第二空腔密封所述第一空腔；以及

开口室头(60A)，所述开口室头(60A)设置在所述开口室(52)中，邻近所述静压头(48A)、所述主体和所述活塞(50)，所述开口室头(60A)构造成以便保护所述开口室(52)中的液压流体不受外部污染的影响，

其中，所述开口室头(60A)具有主体，所述主体具有带有内孔的环形形状，所述主体具有沿着径向方向的截面，所述截面具有至少三个部分，即

具有长方形形状的主体部分(64)，

自所述主体部分(64)的最长侧延伸的第一肋(66)，所述第一肋(66)覆盖所述主体部分(64)的中心线(F)，其中，所述中线基本垂直于所述主体部分(64)的所述最长侧，以及

与所述第一肋(66)在同一侧上自所述主体部分(64)的所述最长侧延伸的第二肋(68)，所述第二肋(68)距所述主体部分(64)的最短侧比距所述中心线(F)更近。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述静压头(48A)包括第一凹部和第二凹部(62)，所述第一凹部和第二凹部(62)面向所述开口室(52)，构造成以便分别接收所述开口室头(60A)的所述第一肋和第二肋(66，68)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开口室头(60A)设置成与所述静压头(48A)接触，但不固定到所述静压头(48A)上。

4.一种用于防喷器的抗变形的开口室头(60A)，包括：

具有带内孔的圆形形状的主体，所述主体具有沿着径向方向的截面，所述截面具有至少三个部分，即

具有长方形形状的主体部分(64)，

从所述主体部分(64)的最长侧延伸的第一肋(66)，所述第一肋(66)覆盖所述主体部分(64)的中心线(F)，其中，所述中线基本垂直于所述主体部分(64)的所述最长侧，以及

与所述第一肋(66)在同一侧上从所述主体部分(64)的所述最长侧延伸的第二肋(68)，所述第二肋(68)距所述主体部分(64)的最短侧比距所述中心线(F)更近。

5.根据权利要求4所述的开口室头(60A)，其特征在于，所述第一肋(66)的高度大于所述第二肋(68)的高度。

6.根据权利要求4所述的开口室头(60A)，其特征在于，在基本垂直于所述径向方向的同一方向上，所述第一肋(66)的高度大于所述主体部分(64)的宽度。

7.根据权利要求4所述的开口室头(60A)，其特征在于，所述开口室头(60A)进一步包括：

第三肋(70)，所述第三肋(70)设置在所述主体的、与所述第一肋和第二肋(66，68)设置在其上的一侧相对的一侧上，且构造成与所述第二肋(68)自所述主体上的相同位置延伸。

8.根据权利要求7所述的开口室头(60A)，其特征在于，所述开口室头(60A)进一步包括：

第一凹部(86)，所述第一凹部(86)构造成以便容纳第一O形环，且邻近所述第一肋(66)而提供；以及

第二凹部(88)，所述第二凹部(88)构造成以便容纳第二O形环，且邻近所述第二肋(68)而提供，其中，所述第一凹部和第二凹部(86，88)设置在所述主体部分(64)的相对的最短侧上。

9.根据权利要求8所述的开口室头(60A)，其特征在于，在所述第一凹部(86)和所述第一肋(66)之间延伸的所述主体部分(64)的第一表面与从所述第二肋(68)延伸到所述第二凹部(88)的所述主体的第二表面处在不同的平面中。

10.一种用于在将开口室头(60A)暴露于高压差时防止环形防喷器(26)中的所述开口室头(60A)变形的方法，所述防喷器(26)具有：主体，所述主体具有从第一端延伸到第二端的第一空腔，所述第一空腔构造成以便容纳钻探管路；静压头(48A)，所述静压头(48A)可移除地连接到所述主体的所述第一端上，且具有与所述主体的所述第一空腔对齐以容纳所述钻探管路的第二空腔；活塞(50)，所述活塞(50)设置在所述第一空腔和所述第二空腔内部，以与所述静压头(48A)和所述主体一起限定开口室(52)和封闭室，所述活塞(50)构造成以便在所述第一空腔和所述第二空腔内部移动，以压挤封隔器，以便相对于所述第二空腔密封所述第一空腔；以及开口室头(60A)，所述开口室头(60A)设置在所述开口室(52)中，与所述静压头(48A)、所述主体和所述活塞(50)接触，所述方法包括：

通过对所述封闭室施加压力来关闭所述活塞(50)；

当所述活塞(50)关闭时，使所述封闭室通气，从而使得所述活塞(50)向后移动，且在所述开口室(52)内部、在所述活塞(50)和所述开口室头之间产生真空；

使所述开口室头经历来自所述开口室(52)外部的高压，从而使得大的压差施加在所述开口室头上；以及

通过使所述开口室头(60A)具有这样的主体来保持所述开口室头(60A)的原始形状：所述主体具有带有内孔的圆形形状，所述主体具有在径向方向上的截面，所述截面具有至少三个部分，即

具有长方形形状的主体部分(64)，

从所述主体部分(64)的最长侧延伸的第一肋(66)，所述第一肋(66)覆盖所述主体部分(64)的中心线(F)，其中，所述中线基本垂直于所述主体部分(64)的所述最长侧，以及

与所述第一肋(66)在同一侧上从所述主体部分(64)的所述最长侧延伸的第二肋(68)，所述第二肋(68)距所述主体部分(64)的最短侧比距所述中心线(F)更近。