專利名稱：內(nèi)防噴球和球座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣井系統(tǒng)的內(nèi)防噴器；尤其是涉及一種具有球閥的內(nèi)防噴器，其具有施加于其上改進的防護涂層以提高內(nèi)防噴器的耐用性。
背景技術(shù)：
內(nèi)防噴器通常包括管，在所述管內(nèi)安裝有上部球座和下部球座，并且在所述管內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地容納球。這些部件共同構(gòu)成了球閥以在高壓鉆井應(yīng)用中檢測壓力和防止井噴。在作業(yè)期間，所述球座具有與球的部分外表面接觸的表面。由于長時間地與球座接觸，所述球的這些接觸部分會受到磨損，并由于過多的磨損而隨時間漸漸失效。
為了提高球閥的耐用性，常常將防護涂層涂敷到與球座接觸的球的外表面上。球的中心開口與球的外表面的結(jié)合處形成了尖銳/易損壞的邊緣。由于防護涂層從球的外表面向上一直延伸到該易損壞邊緣，而沒有進入到球的中心開口，所以，所述易損壞的邊緣會暴露于高速鉆井泥漿中，并且在壓力高達到16,000psi的內(nèi)防噴器閥的周期性靜壓測試(這在某些鉆井系統(tǒng)中是必需的)常常會導(dǎo)致涂層在所述易損壞邊緣處剝離或脫落，從而引起所述內(nèi)防噴器失效。
所述的球座還包括與球的中心開口對齊的中心開口，以允許鉆井泥漿能夠從其中流過。一些內(nèi)防噴器的制造公差使得球內(nèi)徑小于上部球座的內(nèi)徑。這就暴露出了球的外表面與球的中心開口的結(jié)合處，從而增加了涂層從球上脫落的可能性。
因此，需要有一種具有增加的耐用性的改進的內(nèi)防噴器。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明為一種內(nèi)防噴器，其包括具有管狀組件的球閥，所述管狀組件具有中心通道，且具有安裝在所述中心通道內(nèi)的上部球座和下部球座。球可旋轉(zhuǎn)地容納在上部球座與下部球座之間，并且所述球具有外表面和中心開口，其中所述中心開口具有切口(undercut)。防護涂層可涂敷在外表面和切口上。
在另一實施例中，本發(fā)明為具有球閥的內(nèi)防噴器，所述球閥具有管狀組件，所述管狀組件具有中心通道，且具有安裝在所述中心通道內(nèi)的上部球座和下部球座。球可旋轉(zhuǎn)地容納在上部球座與下部球座之間，并且所述球具有中心開口和與上部球座的接觸面接觸的上部接觸面。其中所述中心開口在球的上端部具有上部切口。防護涂層可涂敷在球的上部接觸面和上部切口上。
在又一個實施例中，本發(fā)明為具有第一球閥的內(nèi)防噴器，所述第一球閥包括具有中心通道的第一管狀組件，所述中心通道具有安裝于其內(nèi)的第一上部球座和第一下部球座。第一球可旋轉(zhuǎn)地容納在第一上部球座和第一下部球座之間，并且第一球包括中心開口和與第一上部球座的接觸面接觸的上部接觸面。所述中心開口包括位于第一球的上端部的上部切口。第一防護涂層涂敷在第一球的上部接觸面和上部切口上。所述內(nèi)防噴器還包括具有第二管狀組件的第二球閥，所述第二管狀組件螺紋地連接到第一管狀組件上并包括中心通道，并且所述中心通道具有安裝于其內(nèi)的第二上部球座和第二下部球座。第二球可旋轉(zhuǎn)地容納在第二上部球座與第二下部球座之間，并包括中心開口和與第二上部球座的接觸面接觸的上部接觸面。所述中心開口包括位于第二球上端部的上部切口。第二防護涂層涂敷在第二球的上部接觸面和上部切口上。


結(jié)合下面的詳細描述和附圖，將能夠更好的理解本發(fā)明的這些及其它特征和優(yōu)點，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的，在鉆井作業(yè)期間與頂部驅(qū)動系統(tǒng)和鉆柱一起的內(nèi)防噴器的側(cè)視圖，所述內(nèi)防噴器可連接到該鉆柱上；圖2為圖1所示內(nèi)防噴器的剖視圖，其具有上部球閥和下部球閥，所述上部球閥包括具有球和球座的上部管狀組件，所述下部球閥包括具有球閥和球閥座的下部管狀組件；圖3為具有圖1所示內(nèi)防噴器的上部球座的球的接觸部分的放大視圖，為了清晰起見，其中省略了防護涂層；圖4為具有圖1所示內(nèi)防噴器的下部球座的球的接觸部分的放大視圖，為了清晰起見，其中省略了防護涂層；圖5為圖1所示內(nèi)防噴器的球的放大視圖，其具有切口以容納防護涂層，為了清晰起見，其中省略了防護涂層；和圖6為圖5所示球的視圖，其中防護涂層連接到球的每一外表面和切口上(應(yīng)該指出的是，該圖不成比例，為了清晰起見，將防護涂層放大了)。
具體實施例方式
參看圖1-6，本發(fā)明的實施例涉及一種內(nèi)防噴器，所述內(nèi)防噴器具有一根管，上部球座和下部球座安裝在所述管內(nèi)并可旋轉(zhuǎn)地容納它們之間的球。在一個實施例中，所述的球包括具有一切口的中心開口，以允許防護涂層被涂敷到球的外表面上；所述涂層圍繞球的外表面與中心開口的結(jié)合處；并連接到所述切口。防護涂層延伸入所述切口增加了所述內(nèi)防噴器的耐用性，下面將對該結(jié)構(gòu)進行詳盡地描述。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的內(nèi)防噴器10。所述內(nèi)防噴器10提供壓力單向閥以防止在鉆井作業(yè)期間回壓恢復(fù)(build up)引起的油氣井的井噴。在一個實施例中，內(nèi)防噴器10通過螺紋連接到鉆柱16，并在鉆井作業(yè)期間由頂部驅(qū)動系統(tǒng)18進行驅(qū)動。
在所述的實施例中，所述內(nèi)防噴器10包括上部球閥11，該球閥具有上部管狀組件12，該組件具有安裝在其內(nèi)的上部球座22和下部球座24。球20可旋轉(zhuǎn)地容納在上部球座22和下部球座24之間。所述的上部管狀組件12、球20、上部球座22和下部球座24共同構(gòu)成了上部球閥11。在圖2所示的實施例中，在中心通道25內(nèi)，通過使下部球座24的下端與臺肩27鄰接放置、球20的下端與下部球座24的上端鄰接放置、并且上部球座22的下端與球20的上端鄰接放置，將球20和球座22，24安裝在上部管狀組件12中、中心通道25內(nèi)。在一個實施例中，上部球座22包括螺紋21，該螺紋與上部管狀組件12的中心通道25內(nèi)的螺紋旋緊接合，以防止上部球座22、球20與下部球座24的垂向位移。
如圖2所示，球20和球座22，24都具有中心開口36，38和40，這些中心開口沿軸向彼此對齊并在上部管狀組件12內(nèi)與中心通道25的縱向軸線對齊。如箭頭所示，鉆井泥漿向下穿過每一開口36，38和40流動。
仍參看圖2(和放大圖3和圖4)，球20和球座22，24按照上述的方式定位，球20具有上部接觸面26，該上部接觸面26與上部球座22的接觸面28接觸；下部接觸面30，該下部接觸面30與下部球座24的接觸面32接觸。為了減小這些表面之間的磨損，每一接觸面26，28，30和32都涂有防護涂層(例如圖6所示，防護涂層50)。所述的防護涂層可由任意合適的涂層方法進行涂敷，并且所述的防護涂層可為用于降低磨損的任意合適的涂層。例如，在一個實施例中，所述的涂層為硬質(zhì)防護涂層，如碳化鎢涂層。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)防噴器具有的問題是雖然將防護涂層涂敷到球的外表面上，但是未能延伸入球的中心開口中。因此，所述涂層常常會在球的外表面與球的中心開口的結(jié)合處從球閥上脫落。
如圖5所示，在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，切口51和53被分別切入球20的上端部和下端部，從而在球20的每一端部形成了環(huán)狀凹槽。這些切口51和53使得防護涂層40(如上所述)能夠被涂敷到球20的外表面55上；環(huán)繞在球20的外表面55與中心開口38的結(jié)合處50和52周圍；并連接到切口51和53。這種設(shè)置降低了防護涂層從結(jié)合處50和52脫落的可能性，這在現(xiàn)有技術(shù)中是存在問題的。
在所述的實施例中，如圖5所示，每一切口51和53包括縱向部件51L和53L以及橫向部件51T和53T。如圖所示，縱向部件51L和53L基本上平行于球20的中心開口38延伸并稍稍從中心開口30向內(nèi)延伸，從而形成略大于中心開口38的開口。橫向部件51T和53T限定了切口51和53的深度。在優(yōu)選實施例中，切口51和53的深度由所需防護涂層的厚度控制。這是由于需要防護涂層40的外表面與中心開口38的內(nèi)表面齊平。這種齊平的設(shè)置有助于防止防護涂層40從切口51和53上脫落。僅僅作為示例，在一個實施例中，切口51和53的深度以及防護涂層的厚度大致在0.008英寸到0.010英寸的范圍內(nèi)。
為了改善鉆井泥漿穿過內(nèi)防噴器10的流體流動，在圖2-4所示的一個實施例中，球20內(nèi)的中心開口38的直徑略大于上部球座22內(nèi)的中心開口36的直徑(參看圖3)；并且下部球座24內(nèi)的中心開口40的直徑略大于球20內(nèi)的中心開口38的直徑(參看圖3)。在這種設(shè)置中，鉆井泥漿能夠從上部球座22內(nèi)的中心開口38平穩(wěn)地流到球20內(nèi)略大的中心開口38，并從球20內(nèi)的中心開口38平穩(wěn)地流到略大的下部球座24內(nèi)的略大的中心開口40。此外，這種設(shè)置減少了泥漿流動在上部球結(jié)合處50的影響(因為結(jié)合處50從上部球座22的中心開口36插入)，從而，進一步降低了防護涂層40在上部球結(jié)合處50脫落的可能性。
在圖2所示的實施例中，所述內(nèi)防噴器10還包括螺紋連接到上部球閥11上的下部球閥13。下部球閥13包括下部管狀組件14，所述下部管狀組件14具有安裝在其內(nèi)的上部球座22和下部球座24；球20按照上述的方式可旋轉(zhuǎn)地容納在上部球座22和下部球座24之間。下部管狀組件14、球20、上部球座22和下部球座24共同構(gòu)成了下部球閥13。
雖然這里公開了具體的實施例，可以預(yù)見，在不脫離所附的權(quán)利要求書的范圍(字面上的和等價原則下的)內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠并將會設(shè)計出替代的內(nèi)防噴器系統(tǒng)和方法。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)防噴器，其包括球閥，所述球閥包括具有中心通道的管狀組件；安裝在所述管狀組件內(nèi)的上部球座；安裝在所述管狀組件內(nèi)的下部球座；可旋轉(zhuǎn)地容納在所述上部球座和所述下部球座之間的球，所述球包括外表面和中心開口，其中所述的中心開口具有切口；以及涂敷在所述球的所述外表面和所述切口上的防護涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述防護涂層包括能夠降低所述球與所述球座之間的磨損的硬質(zhì)防護涂層。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述防護涂層包括碳化鎢。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述上部球座包括與所述管狀組件的所述中心通道和所述球的所述中心開口軸向?qū)R的中心開口；其中所述球的所述中心開口大于所述上部球座的所述中心開口。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述下部球座包括與所述管狀組件的所述中心通道和所述球的所述中心開口軸向?qū)R的中心開口；其中所述下部球座的所述中心開口大于所述球的所述中心開口。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述切口在所述球的上端。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，其還包括位于所述球的所述下端的切口，并且所述防護涂層涂敷在所述球的所述外表面、上部切口和下部切口的每個上。
8.一種內(nèi)防噴器，其包括球閥，所述球閥包括具有中心通道的管狀組件；安裝在所述管狀組件的所述中心通道內(nèi)的上部球座；安裝在所述管狀組件的所述中心通道內(nèi)的下部球座；可旋轉(zhuǎn)地容納在所述上部球座和所述下部球座之間的球，所述球包括中心開口和與所述上部球座的接觸面接觸的上部接觸面，其中所述的中心開口包括位于所述球的上端的上部切口；以及涂敷在所述球的所述上部接觸面和所述上部切口的防護涂層。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述防護涂層包括能夠降低所述球與所述球座之間的磨損的硬質(zhì)防護涂層。
10.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述防護涂層包括碳化鎢。
11.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述上部球座包括與所述管狀組件的所述中心通道和所述球的所述中心開口軸向?qū)R的中心開口；其中所述球的所述中心開口大于所述上部球座的所述中心開口。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述下部球座包括與所述管狀組件的所述中心通道和所述球的所述中心開口軸向?qū)R的中心開口；其中所述下部球座的所述中心開口大于所述球的所述中心開口。
13.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述球包括與所述下部球座的接觸面接觸的下部接觸面；并且所述中心開口包括位于所述球的下端的下部切口；并且所述防護涂層涂敷在所述球的所述上部接觸面、下部接觸面、上部切口和下部切口的每個上。
14.一種內(nèi)防噴器，其包括第一球閥，所述第一球閥包括具有中心通道的第一管狀組件；安裝在所述第一管狀組件的所述中心通道內(nèi)的第一上部球座；安裝在所述第一管狀組件的所述中心通道內(nèi)的第一下部球座；可旋轉(zhuǎn)地容納在所述第一上部球座和所述第一下部球座之間的第一球，所述第一球包括中心開口和與所述第一上部球座的接觸面接觸的上部接觸面，所述的中心開口包括位于所述第一球的上端的上部切口；和涂敷在所述第一球的所述上部接觸面和所述上部切口的第一防護涂層；以及第二球閥，所述第二球閥包括螺紋地連接到所述第一管狀組件的第二管狀組件，所述第二管狀組件包括中心通道；安裝在所述第二管狀組件的所述中心通道內(nèi)的第二上部球座；安裝在所述第二管狀組件的所述中心通道內(nèi)的第二下部球座；可旋轉(zhuǎn)地容納在所述第二上部球座與所述第二下部球座之間的第二球，并且所述第二球包括中心開口和與所述第二上部球座的接觸面接觸的上部接觸面，所述的中心開口包括位于所述第二球的上端的上部切口；和涂敷在所述第二球的所述上部接觸面和所述上部切口的第二防護涂層。
15.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述的第一和第二防護涂層都包括能夠降低所述球和所述球座之間的磨損的硬質(zhì)防護涂層。
16.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)防噴器，其特征在于，所述第一和第二防護涂層包括碳化鎢。
全文摘要
一種內(nèi)防噴器，其包括球閥，所述球閥包括具有中心通道的管狀組件，上部球座和下部球座安裝在所述通道內(nèi)。球可旋轉(zhuǎn)地容納在上部球座和下部球座之間，并且所述球包括外表面和中心開口，其中所述的中心開口具有切口，并且防護涂層涂敷在所述球的外表面和切口上。
文檔編號E03B1/00GK1864021SQ200480029030
公開日2006年11月15日 申請日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者P·D·塞納維拉特納, L·韋爾斯, D·B·梅森 申請人:瓦克I/P公司