專利名稱：旋轉(zhuǎn)控制裝置軸承夾的遠(yuǎn)程操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及結(jié)合地下井使用的設(shè)備和執(zhí)行的操作，在本文描述的實(shí)施例中，更具體地涉及旋轉(zhuǎn)控制裝置軸承夾的遠(yuǎn)程控制。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)控制裝置可能需要人在其附近活動(dòng)，以便維護(hù)或更換旋轉(zhuǎn)控制裝置的軸承、密封件等。例如，如果旋轉(zhuǎn)控制裝置與浮式鉆機(jī)一起使用，則人在旋轉(zhuǎn)控制裝置附近會(huì)有危險(xiǎn)。因此，應(yīng)明白，建造旋轉(zhuǎn)控制裝置的技術(shù)領(lǐng)域需要改進(jìn)。不論旋轉(zhuǎn)控制裝置是與近海的鉆機(jī)一起使用，還是與陸上的鉆機(jī)一起使用，這些改進(jìn)都將是有用的。


圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)方法的示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)控制裝置的局部剖視圖。圖3A和3B是旋轉(zhuǎn)控制裝置的改進(jìn)處的示意性局部剖視圖，所述改進(jìn)處包括夾緊裝置并體現(xiàn)本發(fā)明的原理，所述夾緊裝置被示出處于松開配置和夾緊配置。圖4A和4B是另一構(gòu)造的夾緊裝置處于松開配置和夾緊配置的示意性局部剖視圖。圖5A-C是又一構(gòu)造的夾緊裝置處于夾緊配置、松開配置和分開配置的示意性局部剖視圖。圖6是又一構(gòu)造的夾緊裝置處于夾緊配置的示意性局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1中代表性地示出能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的井系統(tǒng)10及其關(guān)聯(lián)方法。在系統(tǒng)10中，旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD) 12連接在立管組件(riser assembly) 14的上端。立管組件14懸掛于浮式鉆機(jī)16。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易明白，圍繞立管組件14的頂部的區(qū)域(被稱為“月池”)是相對(duì)危險(xiǎn)的區(qū)域。例如，鉆機(jī)16會(huì)因波浪的動(dòng)作而起伏，多條線和電纜18會(huì)來回?cái)[動(dòng)等。因此，期望減少或避免人在該區(qū)域中的活動(dòng)。旋轉(zhuǎn)控制裝置(例如RCD12)中的密封件和軸承可能需要維護(hù)或更換，所以圖1中描繪的RCD的一個(gè)重要特征在于，其夾緊裝置22不需要人在鉆機(jī)16的月池區(qū)域活動(dòng)就能夠被松開和夾緊。取而代之，用流體壓力管線20來對(duì)夾緊裝置22施加壓力，以便夾緊、松開該裝置(如以下更完整描述的)?，F(xiàn)在再參照?qǐng)D2，圖2代表性地示出現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)控制裝置。圖2中描繪的旋轉(zhuǎn)控制裝置被用作能夠使用本發(fā)明的原理來加以改進(jìn)的一種旋轉(zhuǎn)控制裝置的示例。然而，應(yīng)清楚理解，其他類型的旋轉(zhuǎn)控制裝置能夠納入本發(fā)明的原理。
旋轉(zhuǎn)控制裝置也被稱為術(shù)語(yǔ)“旋轉(zhuǎn)控制頭”、“旋轉(zhuǎn)防噴器”、“旋轉(zhuǎn)分流器”和“RCD”。旋轉(zhuǎn)控制裝置用來密封旋轉(zhuǎn)控制裝置的本體26與位于流道42內(nèi)的管狀柱28 (例如鉆柱)之間沿徑向形成的環(huán)空24，流道42沿縱向延伸通過旋轉(zhuǎn)控制裝置。為此，旋轉(zhuǎn)控制裝置包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)空密封件30。為了允許密封件30隨著管狀柱28的旋轉(zhuǎn)一起旋轉(zhuǎn)，在軸承座組件33中設(shè)置軸承組件32。軸承座組件33提供旋轉(zhuǎn)控制裝置的本體26與其環(huán)空密封件30之間的密封旋轉(zhuǎn)界面。夾具34將座組件33 (其中具有軸承組件32和密封件30)可釋放地固定到本體26，使得能夠從本體移走軸承組件和密封件以進(jìn)行維護(hù)或更換。然而，在圖2的現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造中，使用螺栓36來固定夾具34的端部，因此每當(dāng)準(zhǔn)備從本體26移走軸承組件32和密封件30時(shí)，就需要人在靠近旋轉(zhuǎn)控制裝置的區(qū)域(例如月池)中活動(dòng)以擰開夾具的端部。這限制了圖2的旋轉(zhuǎn)控制裝置與陸上鉆機(jī)、浮式鉆機(jī)、其他類型的近海鉆機(jī)等一起使用的適用性?，F(xiàn)在再參照?qǐng)D3A和3B，其中代表性地示出了圖1的改進(jìn)式旋轉(zhuǎn)控制裝置12中使用的可遠(yuǎn)程操作的夾緊裝置22處于相應(yīng)的松開配置和夾緊配置的一個(gè)示例。在該示例中，夾緊裝置22包括活塞62，其響應(yīng)于活塞的相對(duì)兩側(cè)的室64、66之間的壓力差而位移。如圖3A和3B所示，當(dāng)活塞62向上或向下位移時(shí)，承載在本體26上的或另外附接到本體26的一系列沿周向分布的擋塊、凸耳或夾緊段68分別沿徑向位移而與座組件33上的互補(bǔ)形輪廓部70接合或脫離接合。室64、66可經(jīng)由管線20連接到壓力源56 (例如泵、壓縮機(jī)、貯液器、加壓氣體室等)和壓力控制系統(tǒng)58。壓力在控制系統(tǒng)58的控制下從壓力源56被傳遞到室64、66。例如，當(dāng)期望松開夾緊裝置22時(shí)，控制系統(tǒng)58會(huì)使得壓力源56將加壓流體流輸送到管線20之一(流體經(jīng)由其他管線返回)，從而導(dǎo)致活塞62沿一個(gè)方向位移。當(dāng)期望夾緊該夾緊裝置22時(shí)，控制系統(tǒng)58會(huì)使得壓力源56將加壓流體流輸送到另一管線20(流體經(jīng)由第一管線返回)，從而導(dǎo)致活塞62沿反方向位移?？刂葡到y(tǒng)58可包括在壓力源56與夾緊裝置22之間互聯(lián)的手動(dòng)操作的四向、三位閥，或更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制的可編程邏輯控制器(PLC)和閥箱(valve manifold)等?？刂葡到y(tǒng)58能夠控制壓力差從室64向室66施加(如圖3A描繪的)以使活塞62位移到其松開位置，或控制壓力差從室66向室64施加(如圖3B描繪的)以使活塞位移到其夾緊位置。三位閥的中間位置可用于當(dāng)活塞62已經(jīng)位移到其夾緊或松開位置以后防止活塞非故意位移。當(dāng)然，可以設(shè)置其他類型的閥或其他工具來控制活塞62的位移，這符合本發(fā)明的原理?？刂葡到y(tǒng)58優(yōu)選地相對(duì)于旋轉(zhuǎn)控制裝置12遠(yuǎn)程定位。至少，人與控制系統(tǒng)58的交互界面優(yōu)選地遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)控制裝置12，使得不需要人出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)控制裝置附近以進(jìn)行夾緊、松開過程。位置傳感器80 (例如，圖像、機(jī)械、電子、接近、位移、磁性、位置開關(guān)或其他傳感器類型)可用來監(jiān)控活塞或夾緊裝置22的其他部件(例如，夾緊段)的位置。按這種方式，操作者能夠確認(rèn)夾緊裝置22是否處于夾緊位置、松開位置或其他位置?，F(xiàn)在再參照?qǐng)D4A和4B，其中代表性地示出另一構(gòu)造的夾緊裝置22處于相應(yīng)的夾緊配置和松開配置。該構(gòu)造在一些方面與圖3A和3B的構(gòu)造的相同之處在于，越過活塞62的壓力差用于使活塞位移到其夾緊位置和松開位置。然而，圖4A和4B的構(gòu)造利用的是呈彈性爪指(collet finger)形式的夾緊段68。彈性爪指被預(yù)先彎曲成沿徑向散開的配置結(jié)構(gòu)(如圖4A所示)，使得當(dāng)活塞62處于其松開位置時(shí)，夾緊段68將與座組件33上的輪廓部70脫離接合，由此允許座組件從本體26取出，或安裝到本體26中。當(dāng)活塞62位移到其夾緊位置時(shí)(如圖4B所示)，夾緊段68沿徑向向內(nèi)位移而與輪廓部70接合，由此防止座組件33從本體26取出。優(yōu)選地，夾緊段68的下表面72和輪廓部70的下表面74沿徑向向外的方向稍微向上傾斜，使得如果旋轉(zhuǎn)控制裝置12被內(nèi)部加壓，則將防止夾緊段與輪廓部脫離接合，不管活塞62處于其上部位置或下部位置。與圖3A和3B中的構(gòu)造一樣，圖4A和4B的構(gòu)造中的室64、66可經(jīng)由管線20連接到如上所述的壓力源56和控制系統(tǒng)58。圖4A和4B的構(gòu)造的其他不同之處在于，活塞62為環(huán)形(例如，使得其包圍流道42和旋轉(zhuǎn)控制裝置12的其他部件)。盡管圖3A-9B的構(gòu)造中的輪廓部70被描繪為形成在座組件33中的成凹形的凹部，但是輪廓部可改為在座組件上形成凸形的突出部，和/或輪廓部可形成在本體26上，不論輪廓部是否也形成在座組件上。現(xiàn)在再參照?qǐng)D5A-C，其中代表性地示出了另一構(gòu)造的夾緊裝置22處于相應(yīng)的夾緊配置、松開配置和分開配置。圖5A-C的構(gòu)造在許多方面類似于圖3A-9B的構(gòu)造。然而，在圖5A-C的構(gòu)造中，如圖5A所示，當(dāng)軸承座組件33被夾緊到本體時(shí)，夾緊段68沿徑向向外被支撐而與向內(nèi)形成在旋轉(zhuǎn)控制裝置12的本體26中的輪廓部70接合?；钊?2被偏置裝置76保持在向下位置，其中活塞上的下傾斜表面78沿徑向向外支撐夾緊段68。如圖5B所示，當(dāng)期望松開軸承座組件33時(shí)，經(jīng)由管線20向室64施加壓力，由此使活塞62克服偏置裝置76所施加的偏置力而向上位移。在活塞62的該向上位移的位置，夾緊段68被允許沿徑向向內(nèi)位移，并且與輪廓部70脫離接合。如圖5C所示，軸承座組件33現(xiàn)在能夠與本體26分開。圖6代表性地示出夾緊裝置22的另一構(gòu)造。圖6的構(gòu)造在許多方面類似于圖5A-C的構(gòu)造，然而，在圖6的構(gòu)造中，活塞62能夠通過使用松開裝置82 (代替越過活塞的壓力差)而從其夾緊位置機(jī)械式地位移。松開裝置82可被用于在壓力源56和/或控制系統(tǒng)58不可用或失效的情形下手動(dòng)地松開夾緊裝置22。在圖6的示例中，松開裝置82被擰到活塞62上并經(jīng)由縱向的花鍵與外套筒84接合。為了使活塞62位移到其松開位置，外套筒84旋轉(zhuǎn)(當(dāng)破壞剪切銷86時(shí))，由此使裝置82旋轉(zhuǎn)并使活塞克服偏置裝置76所施加的偏置力(由于裝置與活塞的螺接)而向上偏置。如果期望的話，可使用其他類型的松開裝置。例如，螺紋緊固件(例如螺栓或螺桿等)可擰到活塞中，以使活塞位移并擠壓偏置裝置76。應(yīng)注意，圖5A-C的這些夾緊段68是由單個(gè)連續(xù)環(huán)構(gòu)成的段，其交替的上側(cè)和下側(cè)被部分地刨切，由此使環(huán)沿徑向可擴(kuò)張。然而，如果期望的話，夾緊段68可設(shè)置為夾頭、擋塊、凸耳、鍵或任何其他形式。圖5A-C的構(gòu)造中的管線20可連接到如上所述的壓力源56和控制系統(tǒng)58。在該構(gòu)造中僅使用單管線20，因?yàn)槠醚b置76能夠使活塞62沿一個(gè)方向位移，但如果期望的話，可使用多條管線來產(chǎn)生越過活塞的壓力差，如以上其他示例所描述的那樣。盡管各種構(gòu)造的RCD12在上文中被描述為結(jié)合浮式鉆機(jī)16使用，但是應(yīng)清楚地理解，RCD能夠與任何類型的鉆機(jī)(例如，鉆船上的、半潛水的、自升式平臺(tái)上的、張力腿、陸上等的鉆機(jī))結(jié)合使用，這都符合本發(fā)明的原理。盡管以上詳細(xì)描述了夾緊裝置22的單獨(dú)示例，但應(yīng)理解，所描述的構(gòu)造的任何特征(例如圖3A的位置傳感器80)可以與任何其他構(gòu)造一起使用。例如，圖5A-C的構(gòu)造的夾緊段68可用在圖3A和3B的構(gòu)造中，圖4A和4B的構(gòu)造的活塞62可用在圖5A-C的構(gòu)造中，
坐坐寸寸ο活塞62、夾緊段68、偏置裝置76和/或夾緊裝置22的其他部件能夠承載在座組件33 (如在圖5A-C的示例中)和/或本體26 (如在圖3A-4B的示例中)上，輪廓部70可在包含本發(fā)明的原理的任何旋轉(zhuǎn)控制裝置的本體和/或座組件上形成?，F(xiàn)在可完全理解，以上內(nèi)容為本領(lǐng)域提供了操作位于旋轉(zhuǎn)控制裝置上的夾緊裝置的進(jìn)步之處。夾緊裝置22能夠被遠(yuǎn)程操作，由此允許在無需人靠近RCD12活動(dòng)的情況下移走和/或安裝軸承組件32和密封件30。以上內(nèi)容為本領(lǐng)域提供了旋轉(zhuǎn)控制裝置12，該旋轉(zhuǎn)控制裝置12能夠包括座組件33、本體26以及將座組件33可釋放地固定到本體26的夾緊裝置22，該夾緊裝置22包括使夾緊段68沿徑向位移的活塞62?；钊?2可使夾緊段68沿徑向位移而與輪廓部70鎖定接合。夾緊段68能夠包括連續(xù)環(huán)(如圖5A-6描繪的)、多個(gè)夾頭(如圖4A和B描繪的)和/或多個(gè)凸耳(如圖3A和B描繪的)?；钊?2可以是環(huán)形?；钊?2可包圍流道42，流道42沿縱向延伸通過旋轉(zhuǎn)控制裝置12。當(dāng)夾緊段68沿徑向位移時(shí)，活塞62可沿縱向位移。旋轉(zhuǎn)控制裝置12還能包括松開裝置82，其無需越過活塞62產(chǎn)生的壓力差就能使活塞62位移。松開裝置82可螺接活塞62。旋轉(zhuǎn)控制裝置12還能包括感測(cè)活塞62的位置的位置傳感器80。當(dāng)本體26被內(nèi)部加壓時(shí)，夾緊段68能夠與輪廓部70鎖定接合。以上內(nèi)容還為本領(lǐng)域提供了一種能夠包括旋轉(zhuǎn)控制裝置12的井系統(tǒng)10，旋轉(zhuǎn)控制裝置12包括密封旋轉(zhuǎn)控制裝置12的本體26與管狀柱28之間的環(huán)空24的至少一個(gè)密封件30，管狀柱28沿縱向延伸通過旋轉(zhuǎn)控制裝置12。旋轉(zhuǎn)控制裝置12還能包括活塞62，其沿縱向位移并選擇性地將座組件33夾緊到本體26以及使座組件33與本體26松開。應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明的原理的情況下，本文描述的本發(fā)明的各種實(shí)施例可用于各種取向(例如傾斜、倒轉(zhuǎn)、水平、豎向等)，而且可用在各種構(gòu)造中。這些實(shí)施例僅被描述為有效應(yīng)用本發(fā)明的原理的示例，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例的任何特定細(xì)節(jié)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在認(rèn)真考慮本發(fā)明的代表性實(shí)施例的以上描述時(shí)，將容易想到，特定實(shí)施例可進(jìn)行多種改型、添加、替換、刪除和其他改變，這些改變都被本發(fā)明的原理所包涵。因此，之前的詳細(xì)描述應(yīng)清楚地理解為僅作為解釋和示例給出，本發(fā)明的精神和范圍僅由隨附權(quán)利要求書及其等效方案限定。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)控制裝置，包括: 座組件； 本體；以及 夾緊裝置，將所述座組件可釋放地固定到所述本體，所述夾緊裝置包括使夾緊段沿徑向位移的活塞。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述活塞使所述夾緊段沿徑向位移而與輪廓部鎖定接合。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述夾緊段包括連續(xù)環(huán)。
4.如權(quán)利要求1所 述 的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述夾緊段包括多個(gè)夾頭。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述夾緊段包括多個(gè)凸耳。
6.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述活塞為環(huán)形。
7.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述活塞包圍流道，所述流道沿縱向延伸通過所述旋轉(zhuǎn)控制裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中當(dāng)所述夾緊段沿徑向位移時(shí)，所述活塞沿縱向位移。
9.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，還包括松開裝置，所述松開裝置無需越過所述活塞產(chǎn)生的壓力差就能使所述活塞位移。
10.如權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中所述松開裝置螺接所述活塞。
11.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，還包括感測(cè)所述活塞的位置的位置傳感器。
12.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)控制裝置，其中當(dāng)所述本體被內(nèi)部加壓時(shí)，所述夾緊段與輪廓部鎖定接合。
13.—種井系統(tǒng),包括: 旋轉(zhuǎn)控制裝置，所述旋轉(zhuǎn)控制裝置包括密封所述旋轉(zhuǎn)控制裝置的本體與管狀柱之間的環(huán)空的至少一個(gè)密封件，所述管狀柱沿縱向延伸通過所述旋轉(zhuǎn)控制裝置，所述旋轉(zhuǎn)控制裝置還包括活塞，所述活塞沿縱向位移并選擇性地將座組件夾緊到所述本體以及使所述座組件與所述本體松開。
14.如權(quán)利要求13所述的井系統(tǒng)，其中所述活塞的沿縱向位移使夾緊段沿徑向位移。
15.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中所述活塞使所述夾緊段沿徑向位移而與輪廓部鎖定接合。
16.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中所述夾緊段包括連續(xù)環(huán)。
17.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中所述夾緊段包括多個(gè)夾頭。
18.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中所述夾緊段包括多個(gè)凸耳。
19.如權(quán)利要求14所述的井系統(tǒng)，其中當(dāng)所述本體被內(nèi)部加壓時(shí)，所述夾緊段與輪廓部鎖定接合。
20.如權(quán)利要求13所述的井系統(tǒng)，其中所述活塞為環(huán)形。
21.如權(quán)利要求13所述的井系統(tǒng)，其中所述活塞包圍流道，所述流道沿縱向延伸通過所述旋轉(zhuǎn)控制裝置。
22.如權(quán)利要求13所述的井系統(tǒng)，還包括松開裝置，所述松開裝置無需越過所述活塞產(chǎn)生的壓力差就能使所述活塞位移。
23.如權(quán)利要求22所述的井系統(tǒng)，其中所述松開裝置螺接所述活塞。
24.如權(quán)利要求13所述的井系統(tǒng)，還包括感測(cè) 所述活塞的位置的位置傳感器。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)控制裝置能夠包括座組件、本體和將座組件可釋放地固定到本體的夾緊裝置。夾緊裝置能夠包括使夾緊段沿徑向位移的活塞。井系統(tǒng)能夠包括旋轉(zhuǎn)控制裝置，其包括密封旋轉(zhuǎn)控制裝置的本體與管狀柱之間的環(huán)空的至少一個(gè)密封件，管狀柱沿縱向延伸通過旋轉(zhuǎn)控制裝置。旋轉(zhuǎn)控制裝置還能包括活塞，該活塞沿縱向位移并選擇性地將座組件夾緊到本體以及使座組件與本體松開。
文檔編號(hào)E21B19/00GK103221629SQ201080070240
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者克雷格·W·戈弗雷, 彼得·安東年科, 尼爾·G·欣內(nèi)爾, 弗雷德里克·D·柯蒂斯, 德瑞克·W·劉易斯 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司