闸阀组件 |
|||||||
| 申请号 | CN201180064138.2 | 申请日 | 2011-12-22 | 公开(公告)号 | CN103314176A | 公开(公告)日 | 2013-09-18 |
| 申请人 | 阿克海底公司; | 发明人 | J·海尔兰特; L·伦特海姆; | ||||
| 摘要 | 公开了一种用于海底油井维修系统的闸 阀 组件（100）。在实施方式中，所述闸阀组件包括 阀体 （102）。所述阀体（102）包括设置在阀腔（206）中的切割闸 门 （204），使得所述切割闸门（204）能够在所述阀腔（206）中在“打开” 位置 和“关闭”位置之间进行往复运动。所述切割闸门（204）的所述往复运动导致穿过所述闸阀组件（100）的输送管线的切断操作。所述闸阀组件（100）还包括形成在所述阀体（102）中位于所述阀腔（206）的旁边的废料凹部（202）。所述废料凹部（202）限定有开口，所述开口能够容纳所述输送管线在所述切割操作中产生的一个或多个切屑。所述切割闸门（204）的所述往复运动将所述输送管线的一个或多个切屑输送到所述废料凹部（202）中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于海底油井维修系统的闸阀组件（100），该闸阀组件包括： |
||||||
| 说明书全文 | 闸阀组件技术领域[0001] 本发明涉及一种用于海底发明的套件的闸阀组件，该闸阀组件用于在紧急情况中隔离或密封油井。特别地，本发明涉及一种闸阀，该闸阀具有在阀体内的废料凹部（slug pit），以在油井停工的过程中容纳以下被称为输送管线（tubing conveyed strings）的钢丝绳（slick line）、电线、电缆、管道、连续油管（coil tubing）中的任意一者或者任何延伸穿过切割闸门的细长部件的切割操作中产生的切屑。 背景技术[0002] 在传统的石油和天然气的开采技术中，输送管线通常通过闸阀组件降入油井中，闸阀组件形成为海底油井控制套件（WCP）的一部分。在海底油井的环境下，安装海底油井控制套件，以在紧急情况下提供措施来隔离并密封油井。这种闸阀组件利用闸门关闭或打开穿过闸阀组件的通道。理想地，希望的是输送管线在闸阀完全关闭之前从闸阀组件中移出。然而，在紧急情况中，用于执行关闭或密封操作的时间应该为最短并且优选切断输送管线。 [0003] 闸阀组件通常包括阀体和线性移动的闸门，所述阀体具有位于其中的阀腔，该阀腔具有入口和出口（沿着阀孔），所述闸门具有通孔，当该通孔与入口和出口对齐时形成通道。所述闸门线性地移动以通过操作机构来打开和关闭流通通道。在要求油井或天然气井关闭的操作中，需要能够将输送管线切断的操作机构。 [0004] 为了实现上述操作，目前的闸阀被设计为在所述闸门或底座的流通通道的任一个的内周面的边缘上具有切断面，当所述闸门从“打开”位置移动到“关闭”位置时，使得输送管线被所述切断面切断。在传统的“双重切断”闸阀的情况下，当闸阀从打开位置移动到关闭位置时，这种切断将导致输送管线的切屑（或废料碎片（slug pieces））留在切断闸门的通孔中。当闸阀从“关闭”位置移动返回到“打开”位置时，输送管线的切屑会阻塞或堵塞该闸阀。当闸阀从关闭位置移动到打开位置时，输送管线的切屑会掉入阀孔（油井）中。这种堵塞或切屑掉入油井中在某些情形中是不好的。 [0005] 现有的切割闸阀被设计为处理以上提到的问题，这种切割闸门包括使用用于电缆的切断操作的凹入的切割边缘。在美国专利No.2010/0102263中公开了这样的电缆切割闸阀中的凹入的切割边缘。在切割操作后，凹部收集电缆形成的切屑。然而，当闸门从“关闭”位置移动到“打开”位置后，该凹部容纳所述切屑。另外，凹部中的电缆切屑将沿着阀腔阻挡阀体，从而可能损坏阀腔的轮廓。此外，以上公开的电缆切割闸阀切割微小的电缆，其并不适用于切割油井控制套件（WCP）中通常使用的较大尺寸的电缆。 [0006] 因此，闸阀组件需要至少能够处理以上提到的关于双重切断阀的缺点，并且能够处理一般输送管线的切割，也就是，切割较大的尺寸，而不仅仅是电缆。 发明内容[0007] 公开了一种用于海底油井维修系统的闸阀组件。在实施方式中，所述闸阀组件包括阀体。所述阀体包括设置在阀腔中的切割闸门，使得所述切割闸门能够在所述阀腔中在“打开”位置和“关闭”位置之间进行往复运动。所述切割闸门的所述往复运动导致穿过所述闸阀组件的输送管线的切断操作。所述闸阀组件还包括形成在所述阀体中位于所述阀腔的旁边的废料凹部。所述废料凹部具有开口，所述开口能够容纳所述输送管线在所述切割操作中产生的切屑。所述切割闸门的所述往复运动将所述输送管线的一个或多个切屑输送到所述废料凹部中。所述阀的重新打开并不被留在废料凹部中的任何切屑阻挡。 [0009] 为了进一步说明本发明的以上和其他优点和特征，本发明的更具体的描述将参考附图显示的特定实施方式来说明。需要理解的是，这些附图仅图示了本发明的典型的实施方式，并不对本发明的保护范围构成限制。结合附加的说明和详细的附图来描述和解释本发明，其中： [0010] 图1表示根据本发明的优选实施方式的海底闸阀组件； [0011] 图2表示优选的闸阀组件处于启动模式的示意性的剖视立体图； [0012] 图3表示根据本发明的优选实施方式的闸阀组件的剖面侧视图； [0013] 图4表示根据实施例的处于非启动模式的阀体中的底座密封；以及 [0014] 图5表示根据优选实施方式的闸阀部件的立体等轴视图和剖面等轴视图。 具体实施方式[0015] 根据本发明的优选实施方式，现在参考附图，更具体地，参考图1，显示了海底闸阀组件100的立体图。海底闸阀组件100包括阀体102，阀体102容纳有闸阀组件的一个或多个部件。阀体102具有入口108a和出口108b，入口108a和出口108b允许输送管线穿过阀体102。在实施方式中，输送管线对应于一个或多个具有宽度范围例如3-75mm的尺寸的电线、电缆、连续油管、管线、钢丝绳（slickline）等等。所述管的外径通常在100-250mm的范围内。能够理解的是，在通常的海底油井配置技术中，所述闸阀组件100形成为海底油井维修系统中的紧急断开套件（Emergency Disconnect Package,EDP）和油井控制套件（Well Control Package,WCP）的一部分。闸阀组件100提供控制机构以操作穿过所述阀的通道。同样能够理解的是，在此详述的海底闸阀组件100为可以在深水中使用的类型。 [0016] 在一些紧急情况下，所述通道需要被暂时暂停或永久关闭。这种紧急情况可以包括但并不限于，火灾、漏油、油井维护等等。闸阀组件100包括闸阀，该闸阀能够被驱动机构（例如104和106）操作，以关闭或打开穿过所述闸阀的通道。如图所示，闸阀组件100包括连接到阀体102的相对两侧的两个致动器。在许多情况下，包括液压致动器106和故障保护致动器104是可取的，以确保穿过阀体102的通道在包括切断和关闭的操作中被适当地控制。在优选的实施方式中，这种致动器104、106能够对应于弹簧致动器104和液压致动器106，弹簧致动器104和液压致动器106机械连接于阀体102，并且以串联的方式工作以实现以上提到的目的。机械连接可通过连接到液压致动器106的轴107以及连接到弹簧致动器的推杆109来实现。轴107可通过第一导向体101来引导和密封，推杆109可通过第二导向体103来引导和密封。两个致动器也可以选择性地设置在阀体102的一侧。当需要切割功能时，液压致动器与故障保护致动器在任何紧急操作中都一起工作，因为没有液压致动器提供的额外的力的话，故障保护致动器通常没有足够的力以切断输送管线。如果由于任何原因，正常的液压动力失效时，预加载的液压套件（未显示）将被提供以提供必要的力，从而打开和关闭闸阀。阀体102具有输送管线能够穿过的入口108a和出口108b。 [0017] 图2表示本发明的实施方式的闸阀组件100的剖视图。图3表示实施方式中闸阀组件100的剖视的前视图。阀体102包括线性并可选择地移动的切割闸门204，切割闸门204通常为平面件。切割闸门204包括通孔205，通孔205形成在切割闸门204的实心部 207（图3中显示）中。如图所示，阀体102容纳有阀腔206，通道208穿过阀体102形成并与阀腔206相交。通孔205与入口108a和出口108b对齐时形成用于输送管线（未显示）的通道208。驱动机构（104和106）以线性往复运动的方式与切割闸门204接合。所述线性往复运动使得切割闸门204从“打开”位置移动到“关闭”位置，反之亦然。 [0018] 切割闸门204的“打开”位置对应于切割闸门204的通孔205与入口108a和出口108b对齐以允许形成畅通的流动通道的方位。另一方面，切割闸门204的“关闭”位置对应于通孔205沿水平方向（例如，朝向左边，如图2和图3所示）移动使得入口108a和出口 108b之间的通道208被切割闸门205阻塞的方位。在图2显示的闸阀组件100的实施方式中，通孔205并未与通道208（入口108a和出口108b）对齐，从而使闸阀组件100处于“关闭”位置，阻挡流体通过通道208。 [0019] 阀体102还包括两个环形阀座210和212，两个环形阀座210和212同轴安装以与通道208对齐，每个阀座的一端延伸到阀腔206中。在“打开”位置时，阀座210和212沿着围绕通孔205的环形表面密封地接触切割闸门204。在关闭位置，阀座210和212将密封地接触围绕实心部207的同质部分的环形表面，从而在阀腔206和通道208之间提供压力密封。切割闸门204通过一个或多个致动活塞（未标记）在阀腔206中选择性地移动，所述一个或多个致动活塞设置在连接于切割闸门204的相对端的连杆107的一端。驱动机构104和106提供合力，以在闸阀组件100中选择性地移动切割闸门204。切割闸门204能够移动，以将闸阀组件100推动到图4所示的“打开”位置，或者图2和图3所示的“关闭”位置。闸阀组件100以这样的方式安装，即切割闸门204构成为沿垂直于输送管线穿过的通道208的方向往复运动。 [0020] 在实施中，切割闸门204对应于“双重切断”闸阀，该“双重切断”闸阀沿其两个周面边缘具有两个切断面。参考图4，两个切割边缘209和211显示为沿着通孔205的部分延伸。因此，切割闸门204的往复运动导致穿过通道208的输送管线的切割操作（通过碰撞（impinging））。所述切割操作产生输送线管的切屑（或废料碎片）。 [0021] 在典型的实施方式中，阀体102包括在阀腔206旁边形成的限定有开口的废料凹部（slug pit）202，以容纳输送管线的切割操作产生的一个或多个切屑。切割闸门204的往复运动将输送管线的一个或多个切屑运输到废料凹部202中。在实施方式中，废料凹部202对应于形成在阀腔206旁边的位于阀体102中的空腔、凹槽以及壳体中的任意一个。在示例性的实施方式中，废料凹部202对应于图2所示的由两个斜面形成的V形腔。只要壳体设置为接收切屑，那么任何其他形状都可以。 [0022] 如图3最清楚地显示，废料凹部202的主要部分设置在阀体102的同质体中。由两个倾斜壁201、203形成的空间在倾斜壁201、203的相交点处具有大约90度的尖角，从而在轴107/闸阀204的通道的下方形成V形空间。靠近阀体102的中部设置的倾斜壁201比另一个壁203稍微更加垂直地倾斜，也就是，最中心的壁201相对于垂直中心线的倾斜角小于45度。由于这种设置，如果使用较小的尖角时，另一个壁203的较长部分将位于阀体102中。此外，便于在引导移动轴107的相邻的导向体101中方便地设置邻近的空隙/凹槽213。可以注意到，在优选实施方式中，废料凹部202包括在空间202、213中，空间202、 213也包括第一导向体101的凹槽213，从而在轴107占据的空间的下方共同形成通道。由于这种设置，废料凹部202收集的切割废料可以相对容易地移出。另外，所述空隙通过提供足够的空间使轴107的键端与闸阀204的键槽217相互连接，从而使轴107与闸阀204容易地连接和断开。 [0023] 操作中，在必须使油井暂停或关闭油井的紧急情形中，驱动机构（例如104和106）可以手动致动或自动致动。采用活塞和连接杆107的驱动机构在其端部通过键锁止连接装置217连接到闸阀204，驱动机构将切割闸门204从“打开”位置移动到“关闭”位置。在切割闸门204的线性移动（例如，从右到左）过程中，切割闸门204的周面切割边缘（209和211）将切断穿过通道208的输送管线。所述切割将产生输送管线的切屑或废料碎片（slug piece）。立马在切割后，输送管线的切屑将保留在切割闸门204的通孔205中。随着切割闸门204进一步朝向“关闭”位置移动，切割闸门204的通孔205中的输送管线的切屑将朝向沿着阀腔206形成的废料凹部202输送。输送管线的切屑由于重力掉落到废料凹部202中。阀座210和212将通道208和阀腔206密封隔离。在该阶段，切割闸门204关闭，油井暂停或密封（图2和图3）。 [0024] 当切割闸门204从“关闭”位置移动返回到“打开”位置时，输送管线的切屑并未堵塞或阻挡切割闸门204的移动。另外，输送管线的切屑被输送回通道208（或油井）中的可能性降低。 [0025] 图5表示根据实施方式的切割闸门204的三维等轴视图和剖视等轴视图。切割闸门204可以对应于从闸阀组件100分离的部件，以便于容易地维护和修理。这样，可以选择不同的设计和尺寸，以适于海底维修系统的要求。 [0026] 如图所示，切割闸门204包括实心部207，实心部207具有通孔205，环形阀座210和212围绕通孔205密封地设置。实心部207形成有两个对称的突出部213和215，突出部213和和215限定了切割闸门204中的键槽开口217。键槽开口217可以通过两个平行面以这样的方式限定，即连接杆107的端部装配到开口217中，以产生牢固的机械配合。这样形成的机械配合能够将线性力应用来移动切割闸门204。驱动机构（液压致动器106和弹簧致动器104）施加力，以碰撞（impinge）切割边缘（例如211和209）和通道208之间的输送管线。实心部207还包括凸出部221，凸出部221在切割闸门204的平行且相对的两侧沿其长度方向向外并水平延伸。凸出部221用于在往复运动所需的平面定位切割闸门并且用作磨损面。 [0027] 虽然参考特定的一个或多个附图描述了闸阀组件100，但本领域技术人员需要理解的是，多种变型可用于闸阀组件100的一个或多个部件，并且未脱离本发明的保护范围。实施例包括可在海底维修系统中提供有效布置的例如螺杆、活塞以及连接杆等等的不同类型的驱动机构。另外，关于例如但并不限于油井安装和连接机构、井口系统等等的本领域公知的装置的其他部件的附加详细说明未包括在该说明书中。 [0028] 闸阀组件100和切割闸门204的公开实施方式解决了使用双重切断闸阀以切断输送管线的海底维修系统中遇到的问题。由于切割闸门204的往复运动，输送管线的废料碎片或切屑掉落到废料凹部202中。在实施方式中，废料凹部202可被定义为限定一个或多个能够容易地收集输送管线的掉落的切屑的模型和内腔形状。在其他实施方式中，阀座210和212可以使用弹簧底座机构来布置。在该实施方式中，一个或多个弹簧可设置在形成在阀体102中的凹槽中，由于弹簧的回复力，从而朝向切割闸门204推动阀座210和212。在不脱离说明书的范围的情况下，也可以使用其他密封机构。同样需要注意的是，切割闸门204具有切断和密封的能力。 [0029] 本领域技术人员需要理解的是，受到磨损以及撕裂的所有部件由硬塑料材料制得或者装配有本领域公知的类似的硬性材料层。 [0030] 同样需要理解的是，权利要求的主题并不限制于用于详述本发明的原理的各种实施例或文字，在不偏离范围的情况下，可以想到用于实现权利要求的各种变形。相反地，本发明的实施方式包括其结构上和功能上的等同替换。 [0031] 虽然在此图示和说明了本发明的某些目前的优选实施方式以及实施其的某些目前的优选实施方式，但明显应当理解的是，本发明并不限于此，多种具体形式和实施方式可落入以下权利要求的保护范围内。 |
||||||
