專利名稱：雙向沖壓式防噴器密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開(kāi)的實(shí)施例總體涉及使用于油和汽行業(yè)的防噴器。具體地說(shuō)，選定的實(shí)施例涉及用于沖壓式防噴器的改善的密封承載件，其中，該密封承載件配置成沿著沖壓式防噴器的軸線移動(dòng)。
背景技術(shù)：
井的控制是油和氣勘測(cè)的重要方面。當(dāng)鉆井時(shí)，例如，必須將安全裝置設(shè)置定位從而防止對(duì)人員和設(shè)備造成傷害和損害，這種傷害和損害是由與鉆井活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的意料外事件導(dǎo)致的。
鉆井需要穿透大量的地表下地理結(jié)構(gòu)或者"地層"。偶然地，井孔(wellbore )將穿透的地層具有基本上大于保持在井孔中的壓力的地層壓力。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，這種井被稱為是"出現(xiàn)井涌"。與井涌相關(guān)聯(lián)的壓力增加一般通過(guò)地層流體(可以是液體，氣體或者其組合)的流動(dòng)進(jìn)入井孔而產(chǎn)生。相對(duì)高壓的井涌趨向于從井孔的入口點(diǎn)向上朝向表面?zhèn)鞑?從高壓區(qū)域到低壓區(qū)域)。如果井涌被允許到達(dá)表面，那么鉆井流體，鉆井工具以及其他鉆并結(jié)構(gòu)可能會(huì)被沖出井孔。這種"噴出"可能導(dǎo)致鉆井設(shè)備的突難性損壞(包括例如鉆井成套設(shè)備)以及設(shè)備操作人員的大量受傷或死亡。
由于存在噴出的危險(xiǎn)，所以公知為防噴器("BOPs")的裝置安裝在表面處的井頭上方或者海底上的深水鉆井裝置中從而有效地密封井孔，直到能夠采取主動(dòng)的措施來(lái)控制該井涌。存在若干類型的防噴器，大多數(shù)常用的是環(huán)形防噴器(包括球形防噴器)和沖壓式防噴器。防噴器可以被激活使得井涌得到正確的控制并且"循環(huán)離開(kāi)，，該系統(tǒng)。在深水鉆井中，BOPs傳統(tǒng)地使用在被稱為"海下BOP防噴器組"或者簡(jiǎn)稱為"海下防噴器"的組件中，這樣稱呼的原因是在組件中許多BOP"堆疊到一起"(也就是，連接到一起)，通常采用4、 5或6個(gè)沖壓式BOPs堆疊在一個(gè)或多個(gè)環(huán)形BOPs下方。大量的BOPs位于海下防噴器組會(huì)造成冗余，例如可能在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)將防噴器組保留在海底。
首先參照?qǐng)D1，示出海下BOP防噴器組10的示意圖。海下BOP防噴器組10包括下部雙沖壓式BOP組件11、中部雙沖壓式BOP組件12和上部雙沖壓式BOP組件13。此外，海下BOP防噴器組10包括巻軸14和環(huán)形BOP15。每個(gè)雙沖壓式組件包括形成為單一體的兩個(gè)沖壓式BOPs (或者"腔，，)；因此，這一防噴器包括六個(gè)傳統(tǒng)的"單獨(dú)，，沖壓式BOP的等同物并且被稱為是"具有六個(gè)沖壓腔"。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出典型的傳統(tǒng)沖壓式防噴器100的實(shí)例。沖壓式BOP100包括具有豎直孔104 (即，"井孔")和水平孔106的BOP體102。豎直孔104圍繞豎直軸105設(shè)置，水平孔106圍繞基本上垂直于軸105的軸線107設(shè)置。管111的接頭如圖所示設(shè)置在豎直孔104中。沖壓式防噴器100還包括設(shè)置在相對(duì)側(cè)上的水平孔106中沖壓塊108,其連接至活塞致動(dòng)桿112，以及保護(hù)罩110,該保護(hù)罩可拆卸地固緊至BOP體102從而使得保護(hù)罩110能夠被拆下進(jìn)行維護(hù)。
當(dāng)沖壓式防噴器100被致動(dòng)時(shí)，沖壓塊108沿著水平軸線107朝向豎直孔104移動(dòng)。沖壓塊108可以是管狀沖壓塊(如圖所示)或者可變孔沖壓塊，剪切沖壓塊，全封閉沖壓塊，或者任何其他的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的沖壓塊。當(dāng)管和可變孔沖壓塊被致動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)為接合并且環(huán)繞鉆井管和/或鉆井工具從而密封井孔。相對(duì)比地，剪切沖壓塊接合并且物理上剪切豎直孔104中的任何測(cè)井電纜，鉆井管道，和/或鉆井工具，而當(dāng)沒(méi)有障礙物時(shí)，全封閉沖壓件封閉豎直孔104。關(guān)于沖壓式防噴器的更多討論記載在美國(guó)專利6,554,247中，授權(quán)給Berchenhoff,轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓者，并且其完整內(nèi)容引用結(jié)合于此。
如同在鉆井石油和氣體井中使用的任何工具那樣，防噴器必須被密封和固緊從而防止對(duì)周圍的環(huán)境和人員造成潛在的危險(xiǎn)。例如，沖壓式防噴器可包括保護(hù)罩與防噴器主體之間的高壓密封從而防止流體泄漏。在許多情況下，高壓密封件是彈性體密封件并 應(yīng)當(dāng)進(jìn)行常規(guī)的檢查從而確保彈性體部件尚未被切割，永久地變形或者品質(zhì)下降，例如在與井孔中的鉆井流體的化學(xué)反應(yīng)作用下。
仍然參照?qǐng)D2,沖壓式防噴器100包括設(shè)置在沖壓塊108的凹槽118中的上密封件116，沖壓塊108密封地連接至前密封件(或者"沖壓打包機(jī)")109。在管狀沖壓件的情況下，當(dāng)沖壓塊108如圖所示關(guān)閉時(shí)，上密封件116(在沖壓塊108的上部與水平孔106的上部之間密封)與前密封件109 (其完全圍繞豎直孔104中的管道密封)的組合完成管道111與豎直孔104之間的環(huán)形空間之間的密封。在剪切沖壓件按和全封閉沖壓件的情況下，當(dāng)沖壓塊108封閉時(shí)，前密封件109相對(duì)于彼此密封，而不是井孔中的物體，上密封件116和前密封件109的組合完成打開(kāi)的井孔的密封。
傳統(tǒng)地，沖壓塊108具有釆用凹槽101 (有時(shí)稱為"擋泥槽，，)形式的壓力平衡路徑，該凹槽機(jī)制入沖壓塊的底表面從而連通前密封件109下方的豎直孔104與沖壓塊后面的水平孔106的相應(yīng)容積之間的流體壓力。因此，每個(gè)沖壓塊108可在水平孔106中向后和向前移動(dòng)，而不用必須相對(duì)于前密封件109下方的豎直孔104與沖壓塊108后面的容積之間的流體壓力差做功。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然可知，用于豎直孔109與沖擊塊109后面容積之間的壓力平衡的流體壓力連通可通過(guò)除了沖擊塊108底部中的機(jī)制凹槽之外的其他裝置實(shí)現(xiàn)，諸如沖擊塊中的鉆井通道，水平孔106底部中的銑成狹槽，或者甚至外殼102外部的管道等。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3,示出沖擊BOP的上密封磨損板120的放大橫截面視圖。因?yàn)樗娇?06的上表面會(huì)由于重復(fù)地使用沖擊BOP而磨損，所以現(xiàn)代沖擊BOPs可裝配有可替換的上密封磨損板從而避免修理水平孔106的昂貴成本。上密封磨損板120通過(guò)例如螺栓122和夾頭式插入件122A不可移動(dòng)地固緊至外殼102,并且包括套筒部分120A和相對(duì)于井孔軸線105徑向向外延伸的凸緣部分120B。另外，如圖所示，上部密封磨損板120相鄰于沖壓塊108并且密封殼體102從而與上部密封件116相結(jié)合地防止殼體102與沖壓塊108之間的泄漏。 一般地，O形環(huán)124設(shè)置在上部密封板120的凸緣部分120B的凹槽126中從而密封地接合(作為表面密封)殼體102并且防止在殼體102與密封承載件120之間出現(xiàn)高壓流體泄漏。
由于沖壓式BOPs的主要功能是防止流體從井孔溢出，所以許多沖壓式BOPs僅沿單一方向密封。因此，沖壓式BOP可以僅僅密封從而將受壓流體
7與通向外界環(huán)境的井孔隔離開(kāi)并且一般不會(huì)采用雙方向密封件；能夠相對(duì)于來(lái)自于bop上方的壓差進(jìn)行密封。
例如，當(dāng)沖壓塊108彼此接合并且從上方密封高壓流體時(shí)，高壓流體可作用在沖壓塊108的上表面并且將它們向下推動(dòng)。這種推動(dòng)會(huì)導(dǎo)致沖壓塊108向下移動(dòng)并且不與水平孔106的上部密封接合(或者可選擇地，在如此裝配有密封承載件120的沖擊BOP中)。
以前，釆用具有單一方向密封件的沖壓式BOP并不認(rèn)為是缺點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有理由使得BOP相對(duì)于上方的壓力密封。但是，公知的是，在管理部門(mén)的深水鉆井裝置中(例如，Minerals Management Service ("MMS"),美國(guó)內(nèi)務(wù)部，管理美國(guó)水域中離岸鉆油和鉆氣)需要在海下防噴器組位于海底時(shí)相對(duì)于井孔壓力周期性地測(cè)試各個(gè)沖壓式BOPs相對(duì)于井孔壓力的完善性。
先前，這種原地BOP測(cè)試可通過(guò)兩種測(cè)試方法其中之一而實(shí)現(xiàn)。在第一種測(cè)試方法中，在一串管上，測(cè)試工具下降穿過(guò)海底BOP防噴器組，并且在該組的最低BOP的下方錨定。該測(cè)試工具被致動(dòng),人而在那一點(diǎn)密封井孔(例如，通過(guò)使得可膨脹填充物膨脹)，關(guān)閉待測(cè)試的BOP。然后，流體壓力連通至管道周圍的測(cè)試工具上方和待測(cè)試BOP下方的環(huán)形空間。在測(cè)試之后，管道串和測(cè)試工具被從井孔抽走，并且可重新開(kāi)始正常的鉆井操作。但是，這種方法在設(shè)備安裝時(shí)間方面的成本是非常高的。在備選測(cè)試方法中，海底BOP組可包括安裝在海底BOP組底部的倒置操作位置處的額外沖壓BOP。因此，倒置BOP可密封從上方引入的測(cè)試壓力。但是，當(dāng)將額外的BOP在海底BOP組底部設(shè)置為倒置位置時(shí)，額外的沖擊"腔"可能不會(huì)密封井孔壓力，因此可能不會(huì)在操作期間用做常規(guī)的BOP。此外，額外的BOP也可增加海底BOP組的高度、重量和成本。
因此，有利的是，采用能夠在海底雙向密封的沖壓式BOP，使得BOP組可在不在井中采用專用測(cè)試工具的情況下進(jìn)行測(cè)試。此外，這種雙方向沖壓BOP將允許BOP組在不需要用于測(cè)試目的的專用倒置腔的情況下得以測(cè)試。此外，因?yàn)榇嬖诖罅康暮５譈OP組，所以有利的是，釆用成本低的設(shè)備和方法改進(jìn)現(xiàn)有的沖壓式BOPs,這樣它們能夠沿兩個(gè)方向密封。
目前能夠有效地在例如門(mén)或滾珠閥中雙向密封孔或管道的一種裝置需要在可動(dòng)壓力擋板的任一側(cè)上采用分離的密封件(或者金屬-金屬密封，或者可變形密封)，由此每個(gè)密封件獨(dú)立于其他密封件產(chǎn)生作用，從而從一個(gè)方向或者另一方向密封壓力。
但是，嘗試這種"雙密封"方案的沖壓式BOPs會(huì)不利地將壓力流體截留在沖壓塊后面，由此有效地液壓鎖定沖壓塊。額外地，"底部"密封機(jī)構(gòu)會(huì)增加復(fù)雜度和制造成本。此外，因?yàn)闆_擊塊的重量大以及井孔流體的磨損性質(zhì)，所以這種沖壓式BOP上的工作壽命可能會(huì)受到限制。
具有雙向密封沖壓塊的沖壓式BOP公開(kāi)在授權(quán)于Helfer等的美國(guó)專利No. 4,655,431,其完整內(nèi)容引用結(jié)合于此。Heifer的沖壓式BOP包括圍繞沖壓塊的外周密封件，其中沖壓塊中的沖壓塊表面與后部之間的通道，在前密封件上方和下方，以及沖壓塊中的閥裝置允許流體僅從沖壓塊的前部向后部流通。這種設(shè)計(jì)被稱為是從任一方向保持壓力的均等。
另外，具有雙方向密封沖壓件的沖壓式BOP公開(kāi)在授權(quán)于Van Winkle等的美國(guó)專利No. 6，124，619,其完整內(nèi)容引用結(jié)合于此。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的密封件，Van Winkle的沖壓式BOP包括沖壓塊密封件，其圍繞沖壓塊從而密封沖壓件后面的空間。另外，設(shè)置一機(jī)構(gòu)從而選擇性地將沖壓件后面的容積連接至相鄰于沖擊件的更高壓井孔容積(在上方或下方)。該連接形成為沿兩個(gè)方向自由流動(dòng)，由此允許井孔壓力排空以及產(chǎn)生壓力差變化的波動(dòng)。
此外，具有雙方向密封沖壓件的BOP教導(dǎo)在授權(quán)于WWtby等的美國(guó)專利6.719,262,其完整內(nèi)容引用結(jié)合于此。Whitby專利的這一 BOP包括上部密封件和底部密封件，從而消除截留在沖壓塊后面的流體的流出問(wèn)題，該BOP包括兩個(gè)流體連通系統(tǒng)。該第一連通系統(tǒng)是選擇性操作系統(tǒng)，用于平衡每個(gè)沖壓件背部后面的壓力與沖壓填充物下方的流體壓力。第二連通系統(tǒng)包括選擇性操作流體連通系統(tǒng)，用于平衡每個(gè)沖壓件的背部之間的流體壓力與沖壓填充物上方的流體壓力。如此，每個(gè)選擇性操作流體控制系統(tǒng)包括連接于此用于這種"選擇性"操作的控制單元。
所有的現(xiàn)有技術(shù)方案都取決于完全地密封水平孔中的沖壓塊以及平衡井孔(在沖壓塊上方或下方)與沖壓塊后面容積之間的壓力差。這些系統(tǒng)是相對(duì)復(fù)雜和昂貴的，該壓力平衡通道易于塞住(plugging)(例如，通過(guò)在鉆
至沖壓塊上方的井孔的敞開(kāi)管道。更關(guān)鍵地，如果壓力平衡機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障(例如，不論由于通道被塞緊還是閥部件出現(xiàn)故障)同時(shí)正在操作海底防噴器組，很可能需要鉆井操作的停止，井的封存(killing the well),以及將整個(gè)海底
9防噴器組拉至表面進(jìn)行維#%因此，希望采用雙方向密封沖壓式BOP,其不 需要壓力平衡通道或閥。另外，也希望釆用沖壓式BOP，能夠4吏用"傳統(tǒng)" 沖壓式BOP的現(xiàn)有沖壓塊密封件而密封雙方向壓力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種沖壓式防噴器。該沖壓式防噴 器包括主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎直孔相交的 水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其中，所述沖 壓塊適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)。所述沖壓式防噴器還包括在所 述主體與所述水平孔附近之間圍繞所述豎直孔設(shè)置的密封承載件，其中所述 密封承載件配置成沿著所述豎直孔的軸線移動(dòng)。所述沖壓式防噴器還包括位 于所述主體與所述密封承載件之間的密封裝置。
在另一方面，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種沖壓式防噴器。該沖壓式防噴 器包括主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎直孔相交 的水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其中，所述 沖壓塊適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)。該沖壓式防噴器還包括在所 述豎直孔與所述水平孔的相交部分處設(shè)置的密封承載件，其中，所述密封承 載件配置成沿著所述豎直孔的軸線移動(dòng)，并且與沖壓塊對(duì)其中的至少一個(gè)的 上部密封件形成密封地接合。該沖壓式防噴器還包括位于所述主體與所述密 封承載件之間的密封裝置。
此外，在另一方面中，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種沖壓式防噴器。該沖 壓式防噴器包括主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎 直孔相交的水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其 中，所述沖壓塊適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)。該沖壓式防噴器還 包括在所述豎直孔與所述水平孔的相交部分處設(shè)置的密封承載件，其中，所 述密封承載件配置成在所述沖壓塊上方的流體壓力的作用下推動(dòng)成與沖壓 塊對(duì)其中的至少一個(gè)密封接合。該沖壓式防噴器還包括位于所述主體與所述 密封承載件之間的密封裝置。
此外，在另一方面中，這里所公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種致動(dòng)沖壓式防噴器 的方法。該方法包括在井孔軸線附近相對(duì)于彼此密封一對(duì)沖壓塊通過(guò)作用在 所述沖壓塊上的流體壓力而將密封承載件密封地接合沖壓塊對(duì)其中的至少一個(gè)。所述密封承載件配置成沿著井孔軸線密封地移動(dòng)。
這里公開(kāi)的實(shí)施例的其他方面和優(yōu)勢(shì)將根據(jù)隨后的說(shuō)明書(shū)和所附的誶又 利要求而變得清楚明了。


圖1是水下BOP防噴器組的示意圖。 圖2是沖壓式防噴器的橫截面剖視圖。
圖3是用于現(xiàn)有技術(shù)中存在的沖壓式防噴器的上密封板的^f黃截面示意圖。
圖4A是用于根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例的沖壓式防噴器的密封承載件的橫 截面剖視圖。
圖4B是用于根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例的沖壓式防噴器的備選密封承載件 的橫截面剖視圖。
圖4C是加壓狀態(tài)下如圖4B所示的密封承載件的橫截面剖視圖。
圖4D是用于根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例的沖壓式防噴器的第二備選密封承 載件的橫截面剖視圖。
圖5是根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例的提供圍繞鉆井管道的密封接合的沖壓式 防噴器的沖壓塊和密封承載件的橫截面剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)方面，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及具有改善的密封承載件的沖壓式防 噴器。在另一方面，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及具有一密封承載件的沖壓式防噴 器，該密封承載件配置成沿著沖壓式防噴器的豎直孔的軸線移動(dòng)。在另一方 面，這里公開(kāi)的實(shí)施例涉及具有一密封承載件的沖壓式防噴器，該密封承載 件配置成被推動(dòng)與沖壓式防噴器的沖壓式組件的上部密封件密封接合。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A,示出根據(jù)這里所公開(kāi)的實(shí)施例的沖壓式防噴器的密封 承載件520的橫截面剖視圖，具有處于"關(guān)閉"位置的沖壓塊108,使得它 們被關(guān)閉并且相對(duì)于來(lái)自于下方的井孔壓力進(jìn)行密封。密封承載件520圍繞 豎直孔104設(shè)置在殼體102與水平孔106之間，位于豎直孔104和水平孔106 的相交位置處。密封承載件520包括套筒部分520A和凸緣部分520B。此外， 套筒部分520A包括套筒上表面520C和設(shè)置在套筒部分520A的外表面上的凹槽526中的O環(huán)形密封件524。凸緣部分520B從套筒部分520A相對(duì)于 井孔軸線105 (未示出)沿徑向向外延伸，并且具有凸緣上表面520D。沖壓 塊108如圖所示處于"閉合"位置，即，完全進(jìn)入豎直孔104，使得該前密 封件(例如，圖2的109)處于密封接合。
此外，如圖所示，密封承載件520受到BOP體102沿徑向方向的約束， 但是可在沖壓式BOP的操作期間在規(guī)定的范圍內(nèi)沿豎直方向移動(dòng)。相對(duì)比 地，圖3所示的上密封磨損板120受到螺栓122和夾頭式插入件122A約束 并且被抑制不能進(jìn)行軸向移動(dòng)。因此，如果沖壓塊108處于封閉BOP位置
(如圖4所示)，那么密封承載件520的向上移動(dòng)可被限制為通過(guò)上密封件 116而保持有效的密封。如圖所示，向上移動(dòng)可受到凸緣上表面520D與主 體102之間的接觸的限制。類似地，下部行程可受到?jīng)_壓塊本身的限制，或 者現(xiàn)有技術(shù)中其他保持方法的限制。在任何情況下，并且在密封承載件520 的所有位置處，表面520C必須保持與沖壓塊108上方的豎直孔104流體聯(lián) 通。
仍然參見(jiàn)圖4A， O形環(huán)524的特征是在水平平面中測(cè)量的O形環(huán)的密 封區(qū)域524A。類似地，當(dāng)沖壓塊被"封閉"并且前密封件109處于密封接 合時(shí)，上密封件116的特征為同樣在水平平面內(nèi)測(cè)量的上密封區(qū)域116A。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，雖然有效的O形環(huán)密封區(qū)域524A可能是大體環(huán)形， 但是有效的上密封區(qū)域116A也可以不是大體環(huán)形。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可知，上密封區(qū)域116A的平均直徑可以小于 形環(huán)的密封區(qū)域524A的平 均直徑。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，雖然只有一個(gè)單獨(dú)的O形環(huán)密封件524 示出在圖4A中，但是其他密封裝置也可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下應(yīng) 用在密封承載件520上。在一項(xiàng)選定實(shí)施例中，密封承載件520可包括設(shè)置 在沖壓式防噴器的外殼和密封承載件之間的額外O形環(huán)。例如，凹槽中的O 形環(huán)可設(shè)置在密封承載件520的凸緣部分520B上?？蛇x擇地，其他密封裝 置可與密封承載件520結(jié)合使用以代替O形環(huán)。尤其地，可使用的密封組件 具有附接至密封承載件520的模制橡膠和唇式密封件。此外，在其他實(shí)施例 中，"除雜密封件"可設(shè)置成相鄰于孔104內(nèi)的BOP體102上的密封承載件 520從而防止任何碎片(例如，砂子、石子、石頭、細(xì)石、臟物、沙子)侵 入密封承載件520與BOP體102之間的空間。
12現(xiàn)在參照4B，示出在沖壓式BOP—側(cè)上的水平孔106和豎直孔104之 間的相交部分的可選密封承載件520。如圖4B所示，沖壓塊108描述為處 于完全縮回("打開(kāi)")位置，臺(tái)階106A位于水平孔106的下表面上，對(duì)應(yīng) 凹槽在沖壓塊108中。當(dāng)沖壓塊108縮回至水平孔106 (即，當(dāng)豎直孔104 完全打開(kāi)時(shí))，其下落離開(kāi)臺(tái)階106A，釋放上密封件116上的壓力并且延長(zhǎng) 密封件的壽命。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，臺(tái)階106可以是BOP體102的組成 部分，或者分離的可更換部件。
在圖4B所示的實(shí)施例中，密封承載件520通過(guò)設(shè)置在BOP體102的彈 簧凹槽526中的至少一個(gè)彈簧525而向下偏置。彈簧凹槽526可圍繞豎直軸 線(未示出)沿徑向布置，使得向下的偏置力可以平均地施加至密封承載4牛 520。本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，其他機(jī)械偏置機(jī)構(gòu)(例如，設(shè)置在圓周凹槽中 的彈性體環(huán)形件)也可以使用。在這一實(shí)施例中，密封承載件520被沖壓塊 108限制不做進(jìn)一步的向下移動(dòng)。
此外，應(yīng)當(dāng)指出的是，在圖4B所示的實(shí)施例中，沖壓塊108可包括壓 力平衡路徑，采用機(jī)制入沖壓塊108底表面中的凹槽101 (或者"防泥槽，，) 的形式，從而允許在位于前密封件109下方的一部分豎直孔104與沖壓塊(未 示出)后面的水平孔106的容積之間進(jìn)行壓力聯(lián)通。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4C,圖4B的密封承載件520的橫截面剖視圖示出處于封閉 測(cè)試位置的沖壓塊108。在測(cè)試位置處，沖壓塊108相對(duì)于來(lái)自于上方的井 孔壓力密封。如圖所示，井孔壓力527向下作用在沖壓塊108的上表面上并 且使得沖壓塊108稍微地向下移動(dòng)。因?yàn)樘淄采媳砻?20C與豎直孔104流 體聯(lián)通，所以井孔壓力也用于沿向下方向推動(dòng)密封^c載件520。由于井孔由 前密封件密封(例如，圖2的109),所以通過(guò)上密封件116在沖壓塊108 與密封承栽件520之間產(chǎn)生密封，并且通過(guò)O形環(huán)524在密封承載件520 與主體102之間產(chǎn)生密封。因此，向下推動(dòng)密封承載件與上密封件116接觸 所用的凈力可計(jì)算為
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其中，Oa是0形壞密封區(qū)域524A, Ta是上密封區(qū)域116A, WBP是井 孔壓力527。
此外，如果密封承載件520采用機(jī)械方式向下偏置(如圖所示采用彈簧 件525 ),那么凈力也可包括偏置彈簧525的總向下力。在選定實(shí)施例中，O形環(huán)密封區(qū)域524A可以5%超過(guò)上密封區(qū)域116A, /人而確保測(cè)試壓力下的 正確密封。在其他實(shí)施例中，密封區(qū)域之間的差可能大于10%。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4D,用于沖壓式防噴器的備選密封承載件520如圖所示與 沖壓塊108接合，封閉密封于來(lái)自下方的井孔壓力。如圖所示，密封承載件 520包括代替圖4A-4C的O形環(huán)524的唇形密封件524B，以及多個(gè)螺釘530， 限制密封承載件520的向下移動(dòng)。螺釘(例如，Allen-頭部有帽螺釘)530 可檸入沿徑向方式與套筒上表面520C相對(duì)的BOP體102。如圖所示，密封 承載件520包括具有臺(tái)階的孔532，從而容納螺釘530,彈簧525以它們?yōu)?中心同心地安裝。
此外，多個(gè)固定螺釘531可徑向安裝在密封承載件520中。因此，密封 承載件520的向下移動(dòng)的下限可由固定螺釘531和螺4丁530的頭部的相對(duì)豎 直位置而確定。向下的機(jī)械偏置通過(guò)彈簧525提供，其如圖所示為盤(pán)簧， <旦 是可以是產(chǎn)生彈性力的任何適當(dāng)?shù)难b置，諸如Bellville墊圈或彈性體彈簧。 在一項(xiàng)實(shí)施例中，偏置彈簧力可通過(guò)套筒上表面520C與BOP體102之間的 厚彈性襯墊而提供，并且使得螺釘530通過(guò)其中。有利地，這種村墊可用作 偏置彈簧和除雜密封件。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出在沖壓式BOP的雙側(cè)上的豎直孔104與水平孔105 之間的相交部分的橫截面剖視圖，沖壓塊108處于完全伸展("封閉")位置， 處于采用從上方施加的井孔壓力527的"測(cè)試"模式。如前所述，前密封件 109和上密封件116密封地連接，使得當(dāng)沖壓式BOP關(guān)閉時(shí)，它們共同地完 全密封豎直孔104。 0形環(huán)密封區(qū)域524A和上密封區(qū)域116A的范圍可如上 所述參照?qǐng)D4A和4C而識(shí)別。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，在圖4A-4D以及圖5中，雖然密封承載件520 如圖所示定位在水平孔106的中心軸線上方，但是本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)如此局限。 尤其地，在選定實(shí)施例中，密封承載件可定位在水平軸線下方，使得密封岸義 載件可在來(lái)自于下方的高壓流體的作用下被推動(dòng)而與沖壓塊密封接合。
有利地，根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例的裝配有密封承載件的沖壓式BOP可 僅使用現(xiàn)有的上密封件和前密封件以及密封承載件后面的一個(gè)額外的低成 本密封件密封雙向壓力。此外，這種BOP可密封這種雙向壓力，同時(shí)不使 用昂貴、麻煩和復(fù)雜的壓力偏置機(jī)構(gòu)和方法。此外，根據(jù)這里公開(kāi)的實(shí)施例 的密封承載件可以容易地且低成本地適應(yīng)于現(xiàn)有沖壓式BOPs，因此允許較老的BOP防噴器在海底低成本且快速地就地測(cè)試，而不需要專門(mén)的BOP"腔"
進(jìn)行測(cè)試。
雖然已經(jīng)參照有限數(shù)量的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，4旦是本領(lǐng)域4支術(shù)人員可 知，在本公開(kāi)內(nèi)容的教導(dǎo)下，可以在不脫離本發(fā)明的這里公開(kāi)的范圍而設(shè)計(jì) 其他實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅受到所附的權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1、一種沖壓式防噴器，包括主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎直孔相交的水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其中，所述沖壓塊適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)；在所述主體與所述水平孔附近之間圍繞所述豎直孔設(shè)置的密封承載件；以及位于所述主體與所述密封承載件之間的密封裝置；其中，所述密封承載件配置成沿著所述豎直孔的軸線移動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件配置 成密封地接合所述沖壓塊對(duì)其中的至少 一個(gè)的上密封件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件的壓 力密封區(qū)域大于所述沖壓塊的壓力密封區(qū)域。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件包括 套筒部分和凸緣部分。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封裝置設(shè)置在 所述套筒部分上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封裝置包括O 形環(huán)和模制橡膠其中至少 一個(gè)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，還包括相鄰于所述密封承載 件設(shè)置的除雜密封件。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件設(shè)置 在所述水平孔的軸線上方。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件設(shè)置 在所述水平孔的軸線下方。
10、 一種沖壓式防噴器，包括 主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎直孔相交的水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其中，所述沖壓塊適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)；在所述豎直孔與所述水平孔的相交部分處設(shè)置的密封承載件；以及位于所述主體與所述密封承載件之間的密封裝置；其中，所述密封承載件配置成沿著所述豎直孔的軸線移動(dòng)；其中，所述密封承載件配置成與沖壓塊對(duì)其中的至少一個(gè)的上部密封件形成密封地接合。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件的 壓力密封區(qū)域大于所述沖壓塊的壓力密封區(qū)域。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件包 括套筒部分和凸緣部分，所述密封裝置設(shè)置在所述套筒部分上。
13、 一種沖壓式防噴器，包括 主體；穿過(guò)所述主體的豎直孔；穿過(guò)所述主體并與所述豎直孔相交的水平孔；設(shè)置在所述主體相對(duì)側(cè)上的水平孔中的一對(duì)沖壓塊，其中，所述沖壓塊 適于進(jìn)入和離開(kāi)豎直孔的受控側(cè)向移動(dòng)；在所述豎直孔與所述水平孔的相交部分處設(shè)置的密封承載件；以及位于所述主體與所述密封承載件之間的密封裝置；其中，所述密封承載件配置成在所述沖壓塊上方的流體壓力的作用下推 動(dòng)成與沖壓塊對(duì)其中的至少一個(gè)密封接合。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件配 置成被推動(dòng)與沖壓塊對(duì)其中的至少 一個(gè)的上密封件密封接合。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件的 壓力密封區(qū)域大于所述沖壓塊的壓力密封區(qū)域。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的沖壓式防噴器，其中，所述密封承載件包 括套筒部分和凸緣部分，所述密封裝置設(shè)置在所述套筒部分上。
17、 一種致動(dòng)沖壓式防噴器的方法，該方法包括 在井孔軸線附近相對(duì)于彼此密封一對(duì)沖壓塊；以及 通過(guò)作用在所述沖壓塊上的流體壓力而將密封承載件密封地接合沖壓塊對(duì)其中的至少 一個(gè)，其中所述密封承載件配置成沿著井孔軸線密封地移動(dòng)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述密封承載件密封地接合 所述沖壓塊對(duì)其中至少一個(gè)的上密封件。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述密封承載件的壓力密封 區(qū)域大于所述沖壓塊的壓力密封區(qū)域。
全文摘要
一種沖壓式防噴器和致動(dòng)該防噴器的方法。該沖壓式防噴器包括在主體和水平孔附近之間圍繞豎直孔設(shè)置的密封承載件。在沖壓塊上方的流體壓力的作用下，該密封承載件配置成被推動(dòng)密封接合沖壓式防噴器的一對(duì)沖壓塊其中的至少一個(gè)并且密封裝置形成主體與密封承載件之間的密封。
文檔編號(hào)E21B7/00GK101600847SQ200780051127
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者尤金·C·喬維爾, 約翰·D·朱達(dá) 申請(qǐng)人:海德里爾美國(guó)制造有限責(zé)任公司