鉆桿的感應(yīng)剪斷的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】鉆桿的感應(yīng)剪斷
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年03月15日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.13/844, 057的優(yōu)先權(quán)，而美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.13/844，057要求了 2012年10月23日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/717，480的優(yōu)先權(quán)，這兩者通過(guò)引用的方式全部結(jié)合于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及鉆井設(shè)備，尤其是涉及防噴器。
【背景技術(shù)】
[0004]防噴器是布置在水下井上的裝置，用來(lái)防止災(zāi)難性井噴。尤其是，防噴器設(shè)計(jì)為用來(lái)防止井內(nèi)物泄露到海中的最后防線。解決這種問(wèn)題的防噴器中的兩元件系統(tǒng)包含了:環(huán)形防噴器，它是一種橡膠裝置，用來(lái)關(guān)閉和完全切斷空的或者鉆進(jìn)的孔；以及致動(dòng)閘芯，其設(shè)計(jì)為關(guān)閉裸井或圍繞固定的管道尺寸閉合。某些致動(dòng)閘芯可具有剪切管道的能力，必要時(shí)用于緊急斷開(kāi)連接。這兩個(gè)裝置的致動(dòng)包括液壓系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)元件。密封住井是災(zāi)難性井噴時(shí)優(yōu)選的解決方案，但是對(duì)于緊急斷開(kāi)連接情況，執(zhí)行鉆桿(drilling pipe)的切斷或者剪斷。
[0005]管道剪切是一種對(duì)于處理鉆井船舶和平臺(tái)上緊急狀況的重要活動(dòng)。海底上的防噴器可包括用來(lái)當(dāng)出現(xiàn)需要快速動(dòng)作的緊急狀況時(shí)執(zhí)行管道剪切的裝置。管道剪切通常通過(guò)機(jī)械裝置得到實(shí)施，例如管道剪切閘芯。然而，剪切閘芯受限于他們所能切斷的管道厚度。當(dāng)緊急狀況出現(xiàn)并且井內(nèi)物通過(guò)鉆桿逃逸的時(shí)候，必需立即行動(dòng)來(lái)保護(hù)人員生命和保護(hù)環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]感應(yīng)剪切可用來(lái)在海下井處切割鉆桿。電磁環(huán)可構(gòu)建到海底處的防噴器(BOP)中。電磁環(huán)產(chǎn)生了穿過(guò)鉆桿(dirllpipe)的磁場(chǎng)，并且可將足夠的能量傳送來(lái)改變金屬鉆桿的狀態(tài)以剪切該鉆桿。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，一種設(shè)備包括夾鉗，其可調(diào)整以在管道周?chē)蜷_(kāi)和關(guān)閉，嵌入在夾鉗中形成線圈的金屬線，以及連接到金屬線的電源。電源可構(gòu)造為將電力施加到金屬線，以通過(guò)感應(yīng)加熱該管道，從而剪切該管道。
[0008]按照另一個(gè)實(shí)施方式，一種設(shè)備包括感應(yīng)加熱線圈，其構(gòu)造為圍攏在鉆桿上，以及感應(yīng)電源，其連接到感應(yīng)加熱線圈上。
[0009]根據(jù)另一實(shí)施方式，一種設(shè)備包括用于感應(yīng)地剪切鉆桿的裝置，以及連接到感應(yīng)剪切裝置的電源。
[0010]上述內(nèi)容相當(dāng)廣泛的略述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以使得隨后進(jìn)行的本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明可以得到更好的理解。本發(fā)明的另外的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下面進(jìn)行描述，其形成了本發(fā)明權(quán)利要求的主題。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉的是，所公開(kāi)的概念和特定實(shí)施方式可容易地用作改進(jìn)或者設(shè)計(jì)用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將意識(shí)到這些等同的結(jié)構(gòu)并不脫離開(kāi)本發(fā)明的精神和范圍，正如所附加的權(quán)利要求所說(shuō)明那樣。新的特征被認(rèn)為是本發(fā)明的特點(diǎn)，關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作方法，以及進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)，將參照附圖思考時(shí)從下面描述更好的理解。然而將明確理解的是，這些附圖中的每一個(gè)是僅僅為了說(shuō)明和描述的目的，而并不是用來(lái)對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更加完全的理解所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法，現(xiàn)在參考與所附附圖相結(jié)合的下列描述。
[0012]圖1是說(shuō)明防噴器(BOP)設(shè)計(jì)的示意圖，其具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)剪切。
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓縮套(gripping ring)的透視圖，其具有兩個(gè)或者更多疊置刀片，其通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可接合在鉆桿上。
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有嵌入式金屬線用于感應(yīng)剪切鉆桿的剪切環(huán)的剖視圖。
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)剪切操作的示意圖。
[0016]圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電磁剪切鉆桿的剖視圖。
[0017]圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有感應(yīng)加熱線圈的防噴器的實(shí)施的框圖。
[0018]圖7是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)線圈致動(dòng)的俯視圖。
[0019]圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)地切割鉆桿的方法的流程圖。
[0020]圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的各種管道直徑的加熱速率的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有感應(yīng)剪切的防噴器(BOP)的示意圖。鉆井系統(tǒng)100可包括提升器102，其圍繞在鉆桿104周?chē)?。鉆井流體(未示出)可向下通過(guò)鉆桿104而被栗送。鉆井流體和切肩可通過(guò)鉆桿104與提升器102之間的空間而返回。該系統(tǒng)100還可包括防噴器106，感應(yīng)加熱線圈112，以及附設(shè)在海底附近的管道夾緊保持裝置108。提升器102可通過(guò)表層套管110進(jìn)行圍繞。井(未示出)可位于海底之下，且鉆桿104延伸到井中。
[0022]在某些情況下，可能必需的是密封提升器102以及鉆桿104。例如，如果提升器102內(nèi)的流體壓力超過(guò)一定極限，則出現(xiàn)緊急情況，導(dǎo)致了井內(nèi)物通過(guò)鉆桿104和/或提升器102而逃逸。在另一實(shí)施例中，提升器102和/或鉆桿104可在修理期間密封到系統(tǒng)100的設(shè)備。
[0023]鉆桿104和/或提升器102的密封可通過(guò)管道剪切來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆桿104和/或提升器102可通過(guò)電磁感應(yīng)剪切來(lái)剪切。在電磁感應(yīng)下，電流流過(guò)導(dǎo)體，以產(chǎn)生電磁(EM)場(chǎng)。電磁場(chǎng)可被引導(dǎo)穿過(guò)鉆桿104和/或提升器102，并且鉆桿104和/或提升器102可傳導(dǎo)來(lái)自電磁場(chǎng)的能量。因而，電力從導(dǎo)體傳送到了鉆桿104和/或提升器102，而在導(dǎo)體和鉆桿104和/或提升器102之間沒(méi)有物理接觸。隨著鉆桿104和/或提升器102從電磁場(chǎng)接收能量，鉆桿104和/或提升器102的溫度可升高。當(dāng)鉆桿104和/或提升器102的一部分達(dá)到熔點(diǎn)的時(shí)候，鉆桿104和/或提升器102的該部分改變狀態(tài)為液體，從而導(dǎo)致了鉆桿104和/或提升器102的剪切。
[0024]鉆桿104和/或提升器102的感應(yīng)剪切的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了活動(dòng)部件的數(shù)量。通過(guò)減少了剪切期間活動(dòng)的機(jī)械部件的數(shù)量，該剪切的完成時(shí)間也減少了。在某些實(shí)施方式中，剪切時(shí)間可以是幾秒鐘那么少。另外，鉆桿104和/或提升器102的感應(yīng)剪切導(dǎo)致了干凈的窄圓周切口。
[0025]感應(yīng)加熱線圈112可構(gòu)造為一圈疊置的刀片，它們可圍繞鉆桿104和/或提升器102打開(kāi)和閉合。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有兩個(gè)或者更多疊置刀片的壓縮套的立體圖，這些刀片通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可接合在鉆桿上。刀片202A、202B、和202C可以如下方式疊置，即允許刀片202A-C圍繞鉆桿104展開(kāi)和收縮。刀片202A-C的展開(kāi)和收縮可通過(guò)附接到刀片202A-C的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未示出)而得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，疊置刀片202A-C可閉合在鉆桿104上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿其他方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，疊置的刀片202A-C可遠(yuǎn)離鉆桿104打開(kāi)。在這種結(jié)構(gòu)中，疊置刀片圍繞鉆桿閉合，以產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)延伸貫穿鉆桿到第二刀片中的導(dǎo)體。
[0026]刀片202A-C可用作電的導(dǎo)體，以在鉆桿104周?chē)a(chǎn)生電磁場(chǎng)來(lái)剪切該鉆桿104。附加的成圈的刀片可包含在由刀片202A-C所限定的容積內(nèi)。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剪切環(huán)的剖視圖，這些剪切環(huán)具有嵌入的金屬線，用來(lái)對(duì)鉆桿進(jìn)行感應(yīng)剪切。第二和第三組刀片304和306可分別以類(lèi)似于刀片202A-C的方式疊置。這些刀片304和306可在鉆桿104處提供額外的電流和磁場(chǎng)，來(lái)剪切鉆桿104。刀片304和306還可在沿著鉆桿104在不同位置處提供電流和磁場(chǎng)，以允許操作者決定剪切鉆桿104的位置。
[0027]用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的導(dǎo)體可以是刀片202A-C。例如，金屬線可通過(guò)從刀片的一側(cè)延伸到刀片的相反側(cè)而形成線圈。導(dǎo)體還可以是嵌入在刀片202A-C中的金屬線(未示出)。刀片202A-C可具有嵌入在最靠近鉆桿104的刀片202A-C的表面附近的金屬線。當(dāng)?shù)镀?02A-C圍繞鉆桿104閉合以用于感應(yīng)剪切時(shí)，導(dǎo)體可比鉆桿104小5cm。絕緣材料，例如膠質(zhì)玻璃，可用在刀片202A-C與鉆桿104之間的夾鉗末端處，以防止導(dǎo)體的過(guò)分熱力學(xué)加熱。
[0028]產(chǎn)生電磁場(chǎng)的線圈的圈數(shù)可以隨著施加到線圈的電壓而改變，以改變感應(yīng)地從電源傳送到管道的電力的量。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，圈數(shù)可介于3和5圈之間，并且所傳送的總電力可介于10千瓦和500千瓦之間。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，剪切環(huán)還可與壓縮套(未示出)協(xié)作地工作。壓縮套(gripping ring)可包括一個(gè)或多個(gè)疊置的刀片，這些刀片附連到旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，在電磁感應(yīng)期間，鉆桿可處于機(jī)械張力下。機(jī)構(gòu)可構(gòu)建在防噴器(BOP)中或者水下附連到鉆桿的另一個(gè)模塊，以將張力施加到該鉆桿?？商娲?，附連到鉆桿的鉆井船或者鉆井平臺(tái)可施加張力。