具有多个活塞的球面环形防喷器的制造方法
【专利说明】具有多个活塞的球面环形防喷器
[0001]本申请是根据35 U.S.C.§ 120,2013年11月22日提交的美国申请序号14/087091的部分继续，通过引用将其完整地结合于此以用于所有目的。
技术领域
[0002]以下描述涉及石油和天然气工业中在油井和天然气井钻探和研宄期间使用的防喷器，以防止井身压力在因地层流体的流入或者其它未受控制状况引起的意外压力“跳动”的情况下逸入外部环境中。例如，环形球面防喷器设计可包括多个活塞和密封管(gland)。
【背景技术】
[0003]良好控制是石油和天然气勘探的重要方面。例如，在钻探井时，安全装置必须到位，以防止从关联钻探操作的意外事件产生的、对设备以及更重要地对人员的损坏。由于喷出的安全条件和风险，称作防喷器(BOP)的装置安装在表面或者深水状况的海底的井口上方，以有效地密封井身，直到能够采取措施来控制跳动。防喷器是大型专用高压阀或者类似机械装置，通常冗余地以叠层安装，并且用来密封和控制井下压力，以及监测油井和天然气井，以便最终防止钻井操作期间液体和气体的未受控制流动。防喷器以多种样式、尺寸和额定压力出现，并且服务于各种功能的若干单独单元相结合以组成防喷器叠层。防喷器系统的功能的一部分包括但不限于将井产流体限制到井身，提供将流体加入井身的器件，允许可控容积的流体从井身被抽取，调节和监测井身压力，并且密封井口。
[0004]除了控制井下压力以及石油和天然气的流动之外，防喷器还预计防止管道、工具和钻探流体在喷出威胁时从井身喷出。防喷器对人员、钻塔和环境的安全性以及对井完整性的监测和维护是必不可少的。因此，预计防喷器是故障安全装置。频繁地提供相同类型的多个防喷器以获得冗余度、即故障安全装置的有效性的重要因素。
[0005]存在两种主要类型的防喷器，即环形和RAM。环形BOP通常就安装到BOP叠层的顶部。钻探人员则通常将预定数量的RAM BOP安装在环形防喷器下方。研制防喷器以应对钻探期间从储层发出的极端不稳定压力和未受控制流、通常称作地层跳动。跳动能够导致称作“喷出”的潜在灾难事件。如果检测到跳动，则环形通常首先封闭，以及如果环形将要失败，则RAM用作备用。在操作期间，BOP时常被损坏，以及在应对内部部件损坏、例如活塞时，修复是困难的(即使不是不可能的)。
[0006]在钻探典型高压井时，钻柱经过防喷器叠层朝石油和天然气储层安排路线。当钻探井时，钻探流体、即“泥浆”经过钻柱向下馈送到钻头、即“刀片”，并且在钻杆外部与壳体(作为井身的衬里的管道)之间的环状空隙、即环带中沿井身向上返回。钻探泥浆柱向下施加静水压力，以便中和来自被钻探地层的相反压力，从而允许钻探进行。当跳动发生时，钻塔操作人员或者自动系统闭合防喷器单元，从而密封环带，以停止流体流出井身。更密集泥浆然后沿钻柱向下循环到井身中、沿环带向上并且经过在BOP叠层的底座的阻塞线经过阻气门离开，直到克服井下压力。如果防喷器和泥浆没有限制跳动的向上压力，则喷出发生，潜在地使石油和天然气沿井身向上驰过管道，损坏钻塔，并且使井的完整性成为问题。
【发明内容】
[0007]按照一示例，防喷器包括:上壳体，其中包括配置成具有空腔接纳主密封的内顶；下壳体，其中包括多个内部流体互连的圆筒；多个环状活塞和密封管，配置成放置在多个内部流体互连的圆筒中；激励环，配置成由环状活塞来操作、以便操作主密封，并且圆周地设置在下壳体的空隙区域中；以及上密封管组件，配置成将多个内部流体互连的圆筒与下壳体的空隙区域隔离。
[0008]在另一个示例中，防喷器包括:壳体，包括形成于其中的多个流体互连的圆筒；主密封，定位在壳体中；多个圆筒状套管，可移开地放置在多个流体互连的圆筒中；多个环状活塞和密封管，配置成放置在多个圆筒状套管中；以及激励环，配置成由环状活塞来操作，以便操作主密封。
[0009]在另一个示例中，配置成用于防喷器中的活塞筒包括形成活塞筒的外壁的圆筒状套管；环状活塞，放置在圆筒状套管中；以及密封管，保持在活塞筒的远端部分上，其中环状活塞包括配置成接纳活塞杆的孔。
[0010]在另一个示例中，使用防喷器的方法包括将活塞筒(其中包括圆筒状套管、环状活塞和密封管)设置到防喷器内形成的空腔中；
将防喷器的活塞杆连接到活塞筒的环状活塞内形成的孔；以及使用底盖板来覆盖防喷器的空腔。
【附图说明】
[0011]通过结合附图进行阅读，将会更好地了解以上概述以及以下详细描述。为了便于说明，本公开的某些实施例在附图中示出。但是，应当理解，本发明并不局限于所示的准确布置和工具。结合到本说明书中并且构成其部分的附图示出按照本发明的系统、设备和方法的实现，并且连同本描述一起用来说明按照本发明的优点和原理。
[0012]图1示出防喷器组件的示例的透视图。
[0013]图2示出按照一个实施例所连接的防喷器组件的截面透视图。
[0014]图3A示出按照一个实施例、从图2所示旋转大约90度的防喷器组件的截面正视图。
[0015]图3B示出具有按照一个实施例所示的环状活塞及关联密封管的细节A的防喷器组件的截面正视图；
[0016]图3C示出按照一个实施例、如图3B所示的环状活塞和密封管的截面侧视图的细节A的放大示图。
[0017]图4示出与防喷器的一个实施例配合使用的激励环的截面图。
[0018]图5示出与防喷器的一个实施例配合使用的下壳体的截面图。
[0019]图6示出与防喷器的一个实施例配合使用的上壳体的截面图。
[0020]图7示出防喷器组件的另一个示例的截面图。
[0021]图7A和图7B示出包括如图7所示具有通孔的适配器和过滤器或金属丝网的防喷器的示例的放大示图。
[0022]图8示出包括上密封管组件和圆筒状套管的下壳体的示例的截面图。
[0023]图9示出包括指示器/排放端口的下壳体的示例的截面图。
[0024]图9A示出如图9所示的指示器/排放端口的示例的放大示图。
[0025]图10示出防喷器的活动活塞筒的示例的截面图。
【具体实施方式】
[0026]在详细说明本发明的至少一个实施例之前，要理解，本发明并不局限于它在以下描述中提出或者在附图中示出的构造的细节以及部件的布置的应用。提供附图和书面描述，以指导本领域的技术人员进行和使用对其寻求专利保护的本发明。本发明适用于其它实施例并且能够按照各种方式来实施和执行。本领域的技术人员将会理解，为了清楚起见和便于了解，并非示出一商业实施例的所有特征。本领域的技术人员还将会理解，结合本发明的方面的实际商业实施例的开发将要求许多实现特定判定来取得本发明人的商业实施例的最终目标。虽然这些工作会是复杂和费时的，但是这些工作是获益于本公开的领域的技术人员例行任务。
[0027]另外，要理解，本文所采用的用语和术语是为了便于描述，而不应当被视作限制。例如，单数术语、例如“一”的使用不是意在限制项的数量。另外，非限制性地例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下” “向下”、“向上”、“侧”和“表面”等的关系术语在描述中为了对附图的具体参照的清楚而使用，而不是要限制本发明或者所附权利要求书的范围。此外，应当理解，本发明的特征的任一个能够单独地或者与其它特征结合使用。通过阅读附图和详细描述，本领域的技术人员将会清楚地知道本发明的其它系统、方法、特征和优点。预计所有这类其它系统、方法、特征和优点都包含在本描述之内，包含在本发明的范围之内，并且受到所附权利要求书保护。
[0028]现在将详细参照按照附图所示的本发明的实现。为了便于阐述，本文所述的实施例引用术语“流体”，其表示气体、液体以及具有固体集料的液体溶液以及