本發(fā)明涉及防噴器(BOP)，其常規(guī)用于烴回收操作中以防止井噴。更具體地，本發(fā)明涉及一種鍛造工藝，其更有效地使用原材料、鍛造裝置和其他可用的資源，并且?guī)韺OP的質(zhì)量、機械特性和安全操作的改進。

背景技術(shù)：

許多年來，諸如BOP的重要部件已經(jīng)使用隨后有大量的機加工操作的開模鍛造技術(shù)制造。

使用傳統(tǒng)的開模制造工藝(錠腳成型(ingot-pin forming)和鞍鍛、鐓鍛、拉拔以及鍛造至尺寸)，這種大型和重要的部件以接近40％至45％的材料生產(chǎn)率被制造。在用于制造這種零件的典型的現(xiàn)有鍛造方法中包括的大概步驟為：

鑄塊初軋成方坯→鋸切割→粗成尺寸→粗加工→熱處理→半精加工→精加工

如圖2中所示，這些包括拉拔開槽鑄塊、鐓鍛、初軋以及將其切割成兩段，隨后為機加工、熱處理和精加工。

以上工藝必然需要通過開模鍛造工藝實現(xiàn)粗鍛造形狀，而最終形狀和尺寸通過機加工實現(xiàn)。簡而言之，現(xiàn)有的制造方法是開模鍛造、機加工和熱處理的組合。申請人的經(jīng)驗是現(xiàn)有的工藝導(dǎo)致在整個工藝中(從初軋方坯至完成零件)約42％的材料利用(或者約58％的材料浪費)。

在采用傳統(tǒng)的開模鍛造方法鍛造諸如BOP的大型部件中觀察到的一個關(guān)鍵問題是如圖4中例示的魚尾的形成。在初軋步驟的結(jié)束時，獲得具有矩形端部配置的鑄塊。當(dāng)使用開模方法鍛造矩形端部形狀時，邊緣處的材料開始移動至接近中心的材料的前方，因此在初軋坯料的端部形狀處形成魚尾。

在用于制造諸如BOP的大型和重要的部件的開模鍛造工藝中，沒有允許形成接近凈成形(并由此減少機加工的程度)的現(xiàn)有工藝。因此需要開發(fā)一種制造復(fù)雜、大型和重要的部件的開模鍛造工藝，其將導(dǎo)致輸入材料、機加工操作以及周期時間、能源消耗的減少，并最終導(dǎo)致制造成本的減少。

從圖2證明，在使用傳統(tǒng)的鍛造方法的這種部件的大規(guī)模生產(chǎn)期間，大量的原材料被傳統(tǒng)的制造方法浪費，其導(dǎo)致大量的機加工時間和低生產(chǎn)率(42％)。為了減少這種浪費，重要的是使接近凈成形的輸入以進行機加工。這將有助于建立鍛造工藝和機加工工藝之間正確的平衡，并有效地利用材料和機加工時間。諸如BOP的部件將因此以提高的生產(chǎn)率被制造，而不折損期望的機械特性和特定的強度。

在BOP領(lǐng)域中已經(jīng)做出許多發(fā)明。其中一些在下面列出。

US 8136247包括形成第一坯料以形成防噴器主體的第一部分；形成第二坯料以形成防噴器主體的第二部分；以及焊接該坯料以形成該防噴器主體。

US6318482的發(fā)明涉及一種BOP，允許一定程度的受控的流體泄漏至封隔器以上的環(huán)面，而在與從水下井危險噴發(fā)相關(guān)聯(lián)的緊急情況中可引起鉆探泥漿以填充整個鉆孔。因此清楚的是，水下井中的流體(液體和/或氣體)的非受控噴發(fā)的發(fā)生，防噴器以采用停止噴發(fā)的觸發(fā)或設(shè)置位置的方式被釋放。

US5897094，本發(fā)明涉及一種防噴器(BOP)，其通常用于烴回收操作中以防止井噴。更具體地，此發(fā)明涉及具有改進的機構(gòu)的BOP，用于將BOP主體和支撐閘板組件的一對徑向相對的門中的每個在結(jié)構(gòu)上相互連接，并用于在閘板墊塊維修操作期間將該門在結(jié)構(gòu)上從BOP主體斷開。

US2284869涉及一種用于裝設(shè)一般類型的頭的防噴器，其在先申請?zhí)?9,047的題目為“裝設(shè)頭與防噴器”，其一個主要目的在于提供一種相對簡單且便宜但是仍然非常有效的防噴器。

US3647174發(fā)明涉及一種閘板型防噴器，具有活塞和汽缸裝置，用于閘板的正常打開和關(guān)閉，也用于在防噴器閥帽從主體斷開時影響閥帽遠離和返回至主體的移動。

US4044988發(fā)明涉及一種閘板防噴器，包括具有縱向腔和橫向孔的殼體。閘板設(shè)置在殼體的腔中以相對于孔往復(fù)運動。腔壁處的縱向引導(dǎo)件之間的橫向間隔在從殼體的端部向孔的方向上一致地減小，閘板封隔器從孔側(cè)以徑向金屬構(gòu)件被加強，而閘板的主體包括適于在閘板移動期間相對于彼此移動的多個構(gòu)件。

US4227543發(fā)明涉及一種改進的防噴器，具有次級密封系統(tǒng)，其能夠被用于停止通過封隔器的泄漏，還提供在具有泄漏時可用的次級密封能力。

US4253638發(fā)明涉及一種改進的防噴器，其中閥帽被樞轉(zhuǎn)地安裝至主體并通過丟棄型閂鎖固定。鉸鏈和閂鎖被制造為可調(diào)節(jié)的，使得在閉合位置閥帽被合適地設(shè)置在主體上。

US4526339本發(fā)明針對一種交叉閘板型防噴器，其在相同平面上的第一對和第二對閘板被提供用于靈活性。本發(fā)明特別地用于石油和天然氣井的鉆探和相關(guān)維修，即停止和檢查。

US4844406本發(fā)明涉及一種井工具和用于安裝在井頂?shù)墓茴^上的設(shè)備，更公知的為防噴器。本發(fā)明的防噴器被構(gòu)造為在井的上端提供關(guān)于管柱、光桿、金屬線的密封，以及在沒有任何延伸通過井口的構(gòu)件的情況下關(guān)閉通過井口的孔。

顯然這些都沒有解決制造工藝期間原材料浪費或者提高部件質(zhì)量的問題。因此需要提供一種用于諸如BOP的大型和重要的部件的制造工藝，其實現(xiàn)有效的材料利用。特別地，需要提供一種具有開模鍛造或閉模鍛造和機加工的組合的制造工藝。此外，該產(chǎn)業(yè)發(fā)現(xiàn)對于在執(zhí)行精加工之前實現(xiàn)接近凈成形的制造工藝的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于以有效的材料利用開發(fā)安全和重要的部件。

本發(fā)明的進一步目的在于提供制造所述安全和重要的部件的方法。

另一目的在于以開模鍛造、沖孔和機加工的組合設(shè)計防噴器的制造工藝。

另一目的在于減少機加工量并開發(fā)在初軋方坯的兩端上的鍛造工藝以實現(xiàn)所需的形狀和尺寸。

另一目的在于提供鍛造模具設(shè)計以引入刻痕操作。又一目的在于通過引入刻痕操作形成啞鈴形狀并在端部處消除魚尾的形成。

另一目的在于減少機加工操作，以便通過引入沖孔工藝在鍛造工藝期間提高材料利用。

這些和其他目的將從以下參照附圖的描述中變得更加明顯。說明書所附附圖僅用于例示的目的，而不旨在以任意方式限制。

本發(fā)明公開一種使用開模鍛造、沖孔和機加工工藝的組合制造諸如BOP的重型和重要的部件的工藝，其導(dǎo)致更好的材料利用并節(jié)省機加工時間。

附圖說明

圖1示出防噴器。這里示出最終加工的部件的正視圖和側(cè)視圖。

圖2示出常規(guī)的部件制造方法。這里操作順序示出拉拔開槽鑄塊、鐓鍛、初軋操作和切割成兩段，隨后是機加工、熱處理和精加工。

圖3示出本發(fā)明的部件制造工藝。在本發(fā)明的制造工藝中，順序被修改為拉拔開槽鑄塊、鐓鍛、刻痕和在端角處初軋，隨后是切割成兩段、沖孔、半精加工、熱處理和精加工。

圖4示出在初軋方坯的端部處的魚尾形成。在具有端角的連續(xù)漸進成型的常規(guī)制造工藝中，其導(dǎo)致魚尾形成。圖中示出有缺陷的端部形狀。

圖5示出在初軋方坯的端部處的凸面形狀形成。本發(fā)明的制造工藝的效果減少端部缺陷。

圖6和圖7分別示出用于具有和不具有刻痕操作的鍛造工藝的晶粒流線。

具體實施方式

本發(fā)明公開一種制造大而復(fù)雜的鍛造零件的工藝。特別地，本發(fā)明還公開一種制造在石油和天然氣工業(yè)中使用的防噴器(見圖1)的工藝。

在包括這種大而復(fù)雜的零件鍛造的典型制造工藝(見圖2)期間，具有成型的階段，在該成型的階段中，待鍛造的零件在被旋轉(zhuǎn)的同時在端部處被擠壓。在成型工藝期間，當(dāng)初軋鑄塊/坯料的端角被擠壓時，外側(cè)材料比接近該區(qū)段核心的材料流動更大的程度。這導(dǎo)致在端角處形成魚尾(見圖4)。初軋工藝期間在坯料的端部處形成魚尾不僅降低工藝的生產(chǎn)率，而且惡化鍛造部件的質(zhì)量。

在本發(fā)明的一個方面中，初軋的工藝被執(zhí)行，而在端部處沒有形成魚尾。這通過在初軋坯料的端部附近形成刻痕而實現(xiàn)(見圖3)?？毯墼诳刂棋懺炝慵牧鲃幽Ｊ街衅鸬街匾淖饔谩Ｆ溆兄谑共牧显讵M窄路徑中流動，因為流線在刻痕區(qū)域中被分割(見圖6和圖7)。這避免零件(或其材料)在其端部附近的阻力(dragging)，因為材料的流線通過刻痕操作分離。相反，因為流線被切割和分割，坯料的核心的材料移動將發(fā)生，從而在坯料的端部處形成隆起(見圖5)，而不是魚尾。

在制造工藝期間節(jié)省材料方面，鍛造工藝的優(yōu)化是非常需要的。這種優(yōu)化的關(guān)鍵方面是發(fā)明一種工藝，在該工藝中用于產(chǎn)品的材料的初始體積非常接近產(chǎn)品的最終體積。本發(fā)明公開一種用于BOP的優(yōu)化的鍛造工藝，通過使用開模鍛造技術(shù)，特別著重于最小化機加工資源和初始鑄塊重量。

初軋坯料的中心區(qū)域以及表面區(qū)域處的材料流動狀態(tài)使用3D金屬流動模擬軟件研究和分析。

諸如BOP的大而復(fù)雜的零件的常規(guī)制造工藝在圖2中示出。使用有限元分析，已經(jīng)提出優(yōu)化的工藝設(shè)計，以便以最小質(zhì)量的材料鍛造復(fù)雜的部件。

基于模擬結(jié)果，發(fā)明者已經(jīng)找到用于諸如BOP的大而復(fù)雜的零件的最優(yōu)化的制造方法。這包括在工藝的開模鍛造和機加工階段之間增加刻痕和沖孔的階段。

本發(fā)明的工藝以被拉拔至期望形狀的開槽鑄塊開始，這之后其受到鐓鍛和初軋以使其達到期望形狀。如圖3所示，此成形的部件接下來被切割成兩段。每件接下來受到?jīng)_孔操作。此后是機加工以獲得最終形狀，其受到熱處理，隨后是精加工工藝。

沖孔操作被發(fā)現(xiàn)對于諸如石油勘測工業(yè)中使用的防噴器的大型鍛造零件特別有用。是沖孔而非機加工產(chǎn)生有利的晶粒流線和更加堅固的最終零件。

從以上討論顯而易見，本發(fā)明具有以下實施例：

1、一種用于最小化端部損失的開模鍛造工藝，其特征在于，所述鍛造工藝包括刻痕的步驟，其中在初軋鑄塊之前在所述鑄塊的每個端部附近制造橫向刻痕。

2、如實施例1中公開的開模鍛造工藝，其特征在于，所述工藝在所述鐓鍛鑄塊的所述端部處形成所述刻痕之前包括形成開槽鑄塊、拉拔所述鑄塊和鐓鍛所述鑄塊的步驟。

3、如實施例1和2中公開的開模鍛造工藝，其特征在于，所述工藝進一步包括初軋和切割成兩段的步驟，用于進一步處理諸如沖孔所述段、半機加工和機加工至最終產(chǎn)品。

4、一種使用如實施例1至3中的任一個中公開的開模鍛造方法制作的產(chǎn)品。

盡管以上說明書包含許多特殊性，但是這些不應(yīng)當(dāng)被解釋為對本發(fā)明的范圍的限制，而是其優(yōu)選實施例的例證。應(yīng)當(dāng)認識到，在不超出本發(fā)明的精神和范圍的情況下，基于以上給出的公開的修改和變化是可能的。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍不應(yīng)當(dāng)由例示的實施例確定，而是由所附權(quán)利要求及其法定等同物確定。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于最小化端部損失的開模鍛造工藝，其特征在于，所述鍛造工藝包括刻痕的步驟，其中在初軋鑄塊之前在所述鑄塊的每個端部附近制造橫向刻痕，所述橫向刻痕具有有角度的尖端，所述尖端處的角度為銳角。

2.如權(quán)利要求1中所述的開模鍛造工藝，其特征在于，所述工藝包括形成開槽鑄塊、拉拔所述鑄塊和鐓鍛所述鑄塊的步驟，之后在鐓鍛后的所述鑄塊的所述端部處形成所述刻痕。

3.如權(quán)利要求1和2中所述的開模鍛造工藝，其特征在于，所述工藝進一步包括初軋和切割成兩段的步驟，用于進一步處理，諸如沖孔所述段、半機加工和機加工至最終產(chǎn)品。

4.一種使用如權(quán)利要求1至3中的任一項中所述的開模鍛造方法制作的用于在石油和天然氣中使用的防噴器。