用于抽采井的紧急阀组件、配备了所述阀的井以及在紧急条件下利用所述阀来管理抽采 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在紧急条件下(例如在井喷的情况下)管理抽采井(例如用于抽采石油和/或天然气的井)的紧急阀组件。本发明还涉及配备了所述阀的井以及在紧急条件下利用所述阀来管理抽采井的方法。
技术背景
[0002]在2010年墨西哥湾发生的深水地平线平台的环境灾难重申了改进系统以在紧急条件下封锁烃类或天然气从储层喷出的必要性。特别地，深水地平线平台的漏油灾难揭示了现有的井所配备的在钻井阶段或者在生产阶段抵抗烃类从储层喷出的安全系统是如何多次被证明为不够安全的。
[0003]除了这次事故以外，将井口定位于深度现已达到3000米的海底或洋底、以及在这些深度进行干预操作以封锁气体或油泄露的困难使得人们更强烈地感觉到:除了安装于采油树上的现有防喷器(Β0Ρ)或目前设置于井口内侧的安全阀外还必需有额外的安全系统。
[0004]本发明的目的在于克服上文所提到的现有技术的缺陷，并且特别提供一种安全系统来防止或封锁烃类或天然气从抽采井喷出，并且能够在现有的安全系统被证明为无效或者不能操作时介入。
【发明内容】
[0005]在本发明的第一方面，利用具有根据权利要求1所述的特征的紧急阀组件实现本发明的目的。
[0006]在本发明的第二方面，利用具有根据权利要求10所述的特征的抽采井实现本发明的目的。
[0007]在本发明的第三方面，利用具有根据权利要求12所述的特征、用于在紧急条件下管理抽采井的方法实现本发明的目的。
[0008]上述的装置的另外的特征由从属权利要求限定。
[0009]通过参考以下示意性附图在下文示出的特定非限制性实施例的详细描述，本领域技术人员将更加明了本发明获得的优点。
【附图说明】
[0010]图1示出了配备了根据本发明的一特定实施例的井口组件的抽采井的局部剖面立视图；
[0011]图2示出了具有相关的紧急阀的图1的井口的第一局部剖面侧视图；
[0012]图3示出了在剪切抽采井的管之前图2的紧急阀的第二局部剖面侧视图；
[0013]图4示出了在剪切抽采井的管之后图2的紧急阀的第三局部截面侧视图；
[0014]图5示出了在图4的状态下的图2的紧急阀根据轴线AR的方向的正视图。
【具体实施方式】
[0015]在本描述中，术语“上游”表示较靠近待开采的储层的位置，而术语“下游”表示较远离待开采的储层的位置；同样，术语“自上游”表示方向与从储层抽采的流体流动一致的移动，而术语“自下游”表示方向与从储层抽采的流体流动相反的移动。
[0016]图1至图5涉及根据本发明的一特定实施例的井口组件，所述井口组件总体上以附图标记1表示，所述井口组件设计为用于开采完井。
[0017]组件1可以包括实际井口 3、紧急阀5的组件和完井采油树7，完井采油树也被称作采油树。
[0018]井口 3可以是已知类型并且包括:例如，通过导管锚固到海床上的低压壳体和高压壳体，所述导管通常是厚度为36〃x 1.5〃的管，与具有锚固柱功能的另一 20〃管封固在一起。更一般而言，井口 3可以包括锚固管30，所述锚固管封固或者以任何方式锚固或固定到待开采的地下储层所位于的海床或者其它地质构造，其中，锚固管30靠近所述的海床或其它地质构造的表面；如图1、图2所示，锚固管30的端部能从底部冒出或突出(图1、图2)。
[0019]采油树7也可以是已知类型。
[0020]根据本发明的一方面，紧急阀组件5包括:
[0021]-外壳体50，优选地直的贯通管道52布置于所述外壳体中；
[0022]-旋转止挡件54，所述旋转止挡件在它内部形成贯通管道的分段520，其中，贯通管道52 (包括布置于旋转止挡件中的贯通管道的分段520)，布置成使生产管线和/或钻井管线通过，生产管线和/或钻井管线布置成通过一个管9来容纳和运载抽采的流体，所述抽采的流体诸如石油、油、水、淤泥、岩肩和/或泥土、天然气或从地下储层抽采的其它流体；
[0023]-止挡件驱动器56，其被布置成致动所述旋转止挡件54，使得旋转止挡件旋转从而剪切穿过它的生产管线或钻井管线，尤其剪切管9并且(优选地以密封的方式或者以任何方式)闭合贯通管道52以便尽可能阻挡或至少抑制将从贯通管52抽采的流体的流出(图 4)。
[0024]管9可以是技术俗语中的所谓的生产管或管柱。
[0025]旋转止挡件54优选地是旋转球型。贯通管道52在打开时优选地具有基本上直的轴线。
[0026]旋转止挡件54被布置成用于剪切管9或者钻井管线或生产管线，所述旋转止挡件自身绕横向于并且更优选地垂直于同一管9的轴线AR旋转。
[0027]再次根据本发明的一方面，贯通管道52、520具有直径等于或大于七英寸的最小通过截面，从而允许具有适当直径并且优选地小于七英寸直径的钻井管线或生产管线通过，以便在贯通管道52、520的内壁与钻井管线或生产管线之间留有的充分的径向空隙，便于剪切钻井管线或生产管线。
[0028]贯通管道52、520的内径优选地对应于基于Β0Ρ或井口、高压壳体的标称直径而设计的最大内径，通常在13.625-18.625英寸的范围内。贯通管道52、520的内径更优选地等于或大于13.625英寸，并且更优选地等于或大于18.625英寸。贯通管道52、520的内径可以例如等于13-14英寸。
[0029]紧急阀5优选地布置成接纳于贯通管道52中并且剪切钻杆的中间段以及连接它们的钻具接头两者。钻杆可以具有达到5-6.625英寸的外径、厚达0.29-0.36英寸的厚度以及通常等于或大于80Kpsi (千镑/平方英寸)(例如在95-135Kpsi范围内)的钢等级；相对应的钻具接头可以具有宽达6.625-8.25英寸的最大外径或横向尺寸。
[0030]外壳体50优选地形成止挡件座，旋转止挡件54能在止挡件座中旋转以便剪切穿过旋转止挡件54本身的生产管线或钻井管线的管9 (或者更一般地，同一管线内的管状材料)，并且闭合抽采流体管道，并且组件阀5布置成剪切生产管线和/或钻井管线，并且尤其剪切生产管线和/或钻井管线的管9，这通过在布置于旋转止挡件上的贯通管道的分段的至少第一边缘540 (也被称作“第一切削刃”)与布置于止挡件座上的至少第二边缘500 (也被称作“第二切削刃”)(图3)之间挤压生产管线和/或钻井管线的管来进行。如图3所示，紧急阀5可以设有两个第一切削刃540和两个第二切削刃500，两个第一切削刃和两个第二切削刃布置成以与示意性地对应或靠近穿过旋转止挡件54的管道542的两个口部定位的两个不同部段相对应的方式剪切管9。
[0031 ] 止挡件驱动器56有利地包括膨胀腔室57并且布置成致动所述旋转止挡件54，使得旋转止挡件旋转，以便剪切穿过旋转止挡件的生产管线的管9并且以便闭合抽采流体管道，使膨胀腔室57中的爆炸物装料膨爆优选地不超过五次，更优选地不超过三次并且甚至更优选地仅一次，在此情况下，膨胀腔室57是爆炸腔室。止挡件驱动器56布置成致动旋转止挡件54在爆炸腔室57中引爆爆炸物，所述爆炸物优选地选自包括下列的爆炸物的组:固体爆炸物产品、火药装料。止挡件驱动器可以配备液压驱动器(未图示)，液压驱动器布置成致动旋转止挡件54并且进而由腔室57中产生的爆炸气体致动。
[0032]可替代地，爆炸腔室57可以被膨胀腔室(未图示)替代，合适的化学物质在膨胀腔室中膨胀，这相对于爆炸或引爆更缓慢，这种膨胀是通过使例如液体或固体物质气化来进行，这提供了致动旋转止挡件54的驱动能量。
[0033]止挡件驱动器56有利地不由可能的液压动力系统驱动或电力系统供能，所述可能的液压动力系统或电力系统给紧急阀5的下游的可能存在的防喷器提供动力。来自和朝向阀5的信号的传输线有利地独立于用于将信号从相邻防喷器传输以及将信号传输至相邻防喷器的传输线，使得阀5在Β0Ρ故障的情况下作为进一步的并且独立的安全措施。
[0034]在下文中将描述先前所描述的紧急阀组件的用途和功能的示例。
[0035]紧急阀组件5可以组装于已知的井口 3上，并且更具体而言可以例如组装于井口3、井口高压壳体与Β0Ρ组堆之间。如果井仍处于钻井阶段，一个或更多个已知类型的防喷器可以组装于紧急阀5上方；另一方面，如果已经完井并且在生产中，本身已知的采油树可以组装于紧急阀5上方。在紧急阀定位于井口与采油树之间时，紧急阀5也可以在修井期间用作安全阀，或者在生产期间位于体环中。
[0036]生产管线或钻井管线的管9穿过旋转止挡件54的贯通孔542。当在紧急情形下必须中断离开井的油、天然气或其它流体流动，并且在采油树上的(若存在)其它防喷器或其它安全阀已不能干预或者被证明无效时，可以通过利用(例如)声波命令或者R0V11 (远程操作车辆，图1)的机械臂来特别地启动止挡件驱动器56，使存在于紧急阀5上的爆炸物装料爆炸来致动紧急阀5。将爆炸物装料产生的爆炸气体收集在爆炸腔室57中，显著地增加了爆炸腔室内部的压力，从而提供使旋转止挡件54旋转所需的机械能。通过旋转止挡件本身的旋转，止挡件54首先剪切穿过止挡件54本身的管9的分段，并且随后，当穿过旋转止挡件54的管道542的两个口部都不与管9在阀5上方和下方的分段或以任何方式位于所述阀上游和下游的分段流体连通时，所述阀同时闭合支撑它们的管9的这些分段，不仅阻止来自储层的流体额外流出，还阻止在阀5下游已经抽采的流体朝向它们回流。为实现此目的，紧急阀5有利地设有密封垫圈。
[0037]为实现此目的，止挡件54可以例如旋转约90° (图4)。因此紧急阀5不可逆地中断用来钻井或开采储层的管9，并且所述紧急阀充当额外的和最终的防喷器，或者充当额外的和极限的安全阀