[發(fā)明專利]纖維增強(qiáng)的彈性體各向異性環(huán)形防噴器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380033474.X
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN104411918B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃明宇
• 申請（專利權(quán)）人: 海德里爾美國制造業(yè)有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21B33/06
• 分類號: E21B33/06;B29C70/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐晶,呂彩霞

發(fā)明背景

井控是油氣勘探的一個重要方面。例如，在油氣勘探應(yīng)用中鉆井時，安全裝置必須放在適當(dāng)位置以防止由與鉆探活動相關(guān)的不測事件引起的對人員的損傷和對設(shè)備的損壞。

油氣勘探中的鉆井包括穿透各種地面下地質(zhì)結(jié)構(gòu)或“層”。有時，井眼將穿透地層壓力明顯高于井眼中所保持的壓力的層。在這種情況發(fā)生時，稱該井具有“井涌傾向(taken a kick)”。與井涌相關(guān)的壓力增加通常因地層流體(其可為液體、氣體或其組合)流入井眼而產(chǎn)生。壓力比較高的井涌傾向于從井眼井口中的進(jìn)入點蔓延(從高壓區(qū)到低壓區(qū))。如果讓井涌到達(dá)地面，則鉆井流體、井工具及其他鉆井結(jié)構(gòu)可從井眼中噴出。這些“井噴”還可導(dǎo)致鉆井設(shè)備(例如包括鉆機(jī))災(zāi)難性的破壞和井隊人員相當(dāng)大的死傷。

由于井噴的風(fēng)險，防噴器(“blowout preventer, BOP”)通常以深水鉆孔配置安裝在地面上或海底以有效封堵井眼直到可采取積極對策來控制井涌。可啟動BOP以使得井涌被充分控制且從系統(tǒng)“帶出”(“circulated out” of the system)。有幾種類型的BOP，一種常見的類型是環(huán)形防噴器。

環(huán)形BOP通常包括可啟動以密閉鉆桿和井工具從而圍繞井眼完全封堵的環(huán)形彈性體“封隔單元”。在封隔單元的鉆孔內(nèi)沒有鉆桿或井工具的情形下，封隔單元可被壓到使鉆孔完全閉合的程度，充當(dāng)井眼的閥門。通常，封隔單元是在圍繞鉆桿封堵的情況下使用，其中可手動或通過機(jī)械迅速壓縮封隔單元以實現(xiàn)圍繞管道的封堵，從而防止井噴。

具有封隔單元的環(huán)形BOP的實例公開在美國專利2,609,836號(“Knox”)中，該專利的全文以引用的方式結(jié)合到本文中。該封隔單元包括嵌入彈性體主體中的多個金屬插入件。這些金屬插入件通常圍繞封隔單元的縱軸彼此等徑向距離地隔開。當(dāng)徑向壓封隔單元以抵抗井壓來封堵時，插入件提供彈性體主體的支撐結(jié)構(gòu)。在圍繞鉆桿壓縮封隔單元或其本身以抵抗井眼壓力封堵時，彈性體主體被徑向向內(nèi)擠壓，同時引起金屬插入件徑向向內(nèi)移動。

圖1為包括外殼102的背景技術(shù)環(huán)形BOP 101的實例。環(huán)形BOP 101具有貫穿延伸的鉆孔120且圍繞縱軸103布置。封隔單元105圍繞縱軸103布置在環(huán)形BOP 101內(nèi)。封隔單元105包括彈性材料環(huán)形主體107。封隔單元105包括與BOP 101的鉆孔120同心的鉆孔111。

環(huán)形BOP 101通過泵送到活塞室112的開口113中的流體來啟動。所述流體對活塞117施加壓力，其使活塞117向上移動。隨著活塞117向上移動，活塞117通過楔形面118將力傳遞給封隔單元105。從楔形面118傳遞到封隔單元105的力向上朝向環(huán)形BOP 101的可拆卸端蓋119且向內(nèi)朝向環(huán)形BOP 101的縱軸103。因為封隔單元105保持抵靠著環(huán)形BOP 101的可拆卸端蓋119，所以封隔單元105沒有由于從活塞117傳遞到封隔單元105的力而向上移位。然而，封隔單元105因傳遞力向內(nèi)移位，其將封隔單元105壓向環(huán)形BOP 101的縱軸103。在鉆管130沿縱軸103定位的情況下，在具有足夠徑向壓力時，封隔單元105將圍繞鉆管封堵到“閉合位置”。圖2中示出開啟位置，而圖3中示出閉合位置。如果不存在鉆管，則封隔單元105(在具有足夠的徑向壓力時)將完全封堵鉆孔111。

在環(huán)形BOP 101中使用的封隔單元105的實例示于圖4中。如前所述，封隔單元105包括彈性材料環(huán)形主體107且可包括多個金屬配件109。金屬插入件109可彼此以相等的徑向距離分布在封隔單元105的彈性材料環(huán)形主體107中。封隔單元105具有貫穿的鉆孔111。

已經(jīng)使用較高模量的彈性體來提供具有較久疲勞壽命的環(huán)形封隔器。然而，高模量彈性體需要較高的閉合壓力和更多的撓性循環(huán)來封堵管道或開孔。具有極端剛性的封隔器根本不可能閉合。