具有活塞驅(qū)動套筒的井場連接器及其使用方法
【專利摘要】一種井場連接器(110)，包括：連接器主體(232)，具有適于聯(lián)接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔(265)；活塞(234)，可在所述連接器主體中軸向移動，并且具有沿著其內(nèi)表面的活塞輪廓；和多個套筒(236)。所述套筒可定位在鄰近所述活塞的所述連接器主體周圍并且可在其周圍徑向移動。所述套筒具有沿著其外表面與所述活塞的活塞輪廓對應(yīng)的套筒輪廓。所述套筒還具有沿著其內(nèi)表面可與所述第二部件選擇性地接合的夾持輪廓，由此所述套筒可選擇性地閂鎖在所述第二部件周圍。
【專利說明】具有活塞驅(qū)動套筒的井場連接器及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及在井場作業(yè)中使用的連接器。更具體地，本公開涉及用于連接井場部件的井場連接器，諸如井口和/或海底連接器。

【背景技術(shù)】
[0002]可執(zhí)行各種油田作業(yè)來定位和收集有價值的井下流體。石油鉆機(jī)定位在井場處，并且井下工具，諸如鉆井工具，調(diào)配到地面以到達(dá)地下儲層。一旦井下工具形成井眼(或井孔)以到達(dá)期望的儲層，則套管可膠合到井眼內(nèi)的合適位置，并且完成的井眼開始生產(chǎn)來自儲層的流體。管材(或管柱)可設(shè)置用于使地下流體通向水面。
[0003]井口可設(shè)置在井眼頂部周圍，用于將套管和/或管材支撐在井眼中。井口連接器可設(shè)置用于將井口連接到水面部件，諸如防噴器(BOP)和/或圣誕樹。在一些井里，管狀井口定位在海床處。在鉆井作業(yè)期間，立管從水面上的船只向下延伸到井口。井口連接器將立管的下端部連接到井口。井口連接器還可用于將海底采油樹連接到井口。
[0004]連接器可用在海底應(yīng)用中。海底連接器用于將海底裝置結(jié)合到海底管組(subseastack)中。如果來自海底的氣體運(yùn)移到海底連接器中，則在合適的條件下，氣體可以在連接器內(nèi)部形成水合物，為固態(tài)的烴類氣體和水。水合物可積聚在連接器中，并干擾了連接器閂鎖機(jī)構(gòu)的操作。為了避免或控制水合物積聚在連接器中，可使用水合物密封件來防止或控制氣體運(yùn)移到連接器中。連接器的一些示例提供于美國專利/申請4，557，508 ;8，016，042 ；7，614，453 ;4，902，044 ；2010/0006298 ；4606555 ；4606555 和 5332043 中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在至少一個方面，本文中的技術(shù)可涉及一種用于連接井場的各部件的井場連接器。所述井場具有延伸到地下地層中的井眼。所述井場連接器包括連接器主體、活塞和多個套筒。所述連接器主體具有適于聯(lián)接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔。所述活塞可在所述連接器主體中軸向移動，所述活塞具有沿著其內(nèi)表面的活塞輪廓。所述套筒可定位在鄰近所述活塞的所述連接器主體周圍并且可在其周圍徑向移動。所述套筒還具有沿著其外表面與所述活塞的活塞輪廓對應(yīng)的套筒輪廓，以及沿著其內(nèi)表面可與所述第二部件選擇性地接合的夾持輪廓，由此所述套筒可選擇性地閂鎖在所述第二部件周圍。
[0006]所述井場連接器還可包括可漂浮密封構(gòu)件，所述可漂浮密封構(gòu)件包括柔性環(huán)，所述柔性環(huán)具有從中穿過的孔洞，以密封地接收所述第二部件。所述密封構(gòu)件可橫向于所述連接器主體的軸線在所述連接器主體的袋中可滑動地移動，由此所述第二部件可對準(zhǔn)到所述第一部件以在其間進(jìn)行連接。所述連接器主體包括可活動地連接到所述第一部件的蓋和具有從中穿過的孔洞以接收所述第二部件的接頭。所述蓋具有蓋位置，在蓋位置上可與所述套筒的套筒輪廓接合。所述連接器主體進(jìn)一步包括主體環(huán)，所述主體環(huán)活動地聯(lián)接在所述蓋與所述接頭之間。
[0007]所述套筒具有主體輪廓，所述主體輪廓可與所述連接器主體選擇性地接合。所述連接器主體限定出套筒空腔，用于接收所述套筒。所述套筒可從所述蓋的接收器移動一段距離，并且在其間限定出間隙。所述連接器主體具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定出空腔，以滑動地接收所述活塞。所述活塞在其內(nèi)表面上包括支撐環(huán)，所述支撐環(huán)限定所述活塞輪廓的一部分，以在所述縮回位置將所述多個套筒支撐在上面。所述活塞在其內(nèi)表面上包括閂鎖環(huán)。所述閂鎖環(huán)限定所述活塞輪廓的一部分，以在所述接合位置支撐所述套筒。所述活塞包括可與所述套筒接合的主活塞和支撐所述主活塞的副活塞。當(dāng)所述主活塞超過最大的力時，所述副活塞可在所述連接器主體中可滑動地移動。
[0008]所述活塞將所述連接器主體中的空腔分離成第一可變?nèi)莘e腔室和第二可變?nèi)莘e腔室。所述第一可變?nèi)莘e腔室和所述第二可變?nèi)莘e腔室可活動地連接到流體源，以在其中選擇性地轉(zhuǎn)移流體，由此所述活塞可在上行程位置和下行程位置之間在所述主體中移動。所述部件包括管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵及其組合中的至少兩個。
[0009]在另一方面，本公開可涉及一種連接井場的部件的方法。所述井場具有延伸到地下地層中的井眼。所述方法包括:提供井場連接器；將連接器主體的端部活動地連接到第一部件；將第二部件接收在連接器主體的空腔中；以及通過選擇性地接合多個套筒的套筒輪廓與活塞的活塞輪廓和套筒的夾持輪廓至第二部件將套筒選擇性地R鎖在第二部件周圍。
[0010]所述方法還可包括:通過橫向于其軸線在連接器主體中可滑動地移動密封構(gòu)件將第二部件對準(zhǔn)到第一部件以在其間進(jìn)行連接。選擇性地円鎖可包括:通過將流體選擇性地泵送到第一可變腔室和第二可變腔室中來移動活塞，將套筒支撐在活塞的套筒環(huán)上，通過在連接器主體中軸向移動活塞樞轉(zhuǎn)地移動多個套筒，將活塞的活塞輪廓與套筒的套筒輪廓接合，通過將活塞的R鎖環(huán)與多個套筒接合而將多個套筒壓靠在第二部件上，通過將活塞的活塞輪廓與套筒的套筒輪廓對準(zhǔn)來縮回套筒，通過使活塞的活塞輪廓與套筒的套筒輪廓錯位來延伸套筒，使套筒的主體部與連接器主體選擇性地接合，和/或活動地連接管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵及其組合中的至少兩個。
[0011]在另一方面，本公開可涉及一種用于海底井場的管材的海底連接器。所述海底連接器包括:連接器主體，具有打開的端部，以接受在上面具有連接輪廓的管柱或工具；至少一個套筒，可移動地安裝用于所述連接器主體中的豎直支撐件；固定水平支撐件，在所述主體中，用于與所述套筒的第一端部選擇性接觸；和至少一個可軸向移動的活塞，在上面具有水平支撐表面，借此選擇性地移動所述活塞會帶動所述套筒的第二端部上的輪廓將所述輪廓接合并保持至管柱或工具連接輪廓。移動所述活塞可導(dǎo)致所述套筒的所述第一端部接觸所述固定水平支撐件。
[0012]前述總體說明和以下詳細(xì)說明對本發(fā)明是示例性的，并且意在提供理解所要求的本發(fā)明本質(zhì)和特點(diǎn)的概述或框架。所包括的附圖在于提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且并入且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖圖示了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并且與具體描述一起用來解釋本發(fā)明的原理和操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以上列舉的特征和優(yōu)點(diǎn)可以詳細(xì)理解，以上簡要概括的更特定的說明可參考其附圖中圖示的實(shí)施例。然而，應(yīng)指出的是，附圖僅圖示了典型實(shí)施例，并因此不應(yīng)視為限制其范圍。圖不一定按照比例，并且為了清楚和簡明的目的，某些特征和某些視圖可按比例夸大示出或示意地示出。
[0014]圖1A和IB是離岸井場的示意圖，具有連接各種部件的井場連接器。
[0015]圖2A和2B是圖1B的井場連接器的豎直橫截面圖，沿著線2_2截取并且分別示出在松開位置和閂鎖位置。
[0016]圖3是處于組裝位置的圖2A和2B的一部分井場連接器的細(xì)節(jié)圖。
[0017]圖4是圖2A的井場連接器的分解圖。
[0018]圖5是描繪連接海底部件的方法的流程圖。
[0019]圖6A-6C是分別處于解鎖狀態(tài)、解鎖錯位狀態(tài)和鎖定狀態(tài)的海底連接器的橫截面圖。
[0020]圖7是描繪連接海底部件的另一方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]在以下詳細(xì)說明中，可闡述許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對本公開實(shí)施例的深入理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，在沒有一些或所有這些具體細(xì)節(jié)的情況下可實(shí)踐本公開的實(shí)施例。在其它情況下，可不用詳細(xì)描述熟知的特征或工藝，以免不必要地模糊主題。另外，可使用相似或相同的標(biāo)號來識別相同或相似的元件。
[0022]井口連接器可具有在井口上方滑動的殼體。在一種類型中，多個夾頭(dogs)可由井口連接器承載。夾頭在它們的內(nèi)側(cè)可包括凹槽。凸輪環(huán)可向內(nèi)移動夾頭，使之與形成在井口外部的凹槽形成接合接觸。多個活塞可在井口主體周圍沿周向彼此隔開，以在鎖定位置和解鎖位置之間沿軸向移動凸輪環(huán)。可替代地，可以使用環(huán)形活塞來移動凸輪環(huán)。由于大的凸輪環(huán)橫截面和大量的活塞，海底連接器可能大、重且制造昂貴。
[0023]某些海底連接器可采用夾持區(qū)段，夾持區(qū)段由軸向移動的活塞徑向地致動。為了組裝連接件，環(huán)形活塞可在閂鎖夾頭上面，使得活塞中的凹處放置成當(dāng)組裝連接件時允許夾頭縮回。當(dāng)致動環(huán)形活塞時，活塞可在嵌套于環(huán)形活塞內(nèi)呈弓形區(qū)段的閂鎖夾頭的上端部和下端部近旁給予支撐。
[0024]本公開涉及井場連接器，諸如具有用于鎖定區(qū)段的固定上支撐件的連接器，鎖定區(qū)段利用致動活塞移動而旋轉(zhuǎn)至鎖定位置，從而可以使用下主體輪廓。井場連接器可具有以下特征，諸如固定的上套筒支撐件，其中套筒構(gòu)造成無干擾地安裝或移除。環(huán)形活塞配置在固定支撐件下面，并且軸向致動以在井場連接器頂部的上輪廓周圍旋轉(zhuǎn)套筒。套筒與固定支撐件之間的初始間隙容許旋轉(zhuǎn)?；钊叨瓤奢^短，并且在活塞頂部形成固定支撐件的形狀的情況下，還可有助于井場連接器高度和相關(guān)重量的減少。液壓系統(tǒng)使活塞致動。井場連接器可以是陸基或海底連接器，用于連接各種井場部件，諸如管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵(LMRP)等等。
[0025]本主題尋求提供緊湊、輕便且建造經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。該設(shè)計提供了固定上支撐件，用于閂鎖與活塞分離的殼體中的夾頭或套筒。在活塞向上位置，與活塞構(gòu)造組合的固定支撐件的空隙允許套筒在它們的下端部保持縮回，以待組裝?；钊妮S向向下移動使套筒的下端部旋轉(zhuǎn)，以接合井管材上的配合圖案，同時將套筒的頂部移動到固定支撐件，以將海洋立管或井口鎖定到井管材。
[0026]該設(shè)計的整體高度可降低，因?yàn)楫?dāng)連接件完全組裝并且在解鎖位置移動到井口或立管上時，可能沒有活塞部分需要在套筒上面以組裝連接件。套筒在組件上輪廓周圍樞轉(zhuǎn)，并且鄰近固定支撐件設(shè)置一空間，以在不綁定的情況下容納這樣的套筒旋轉(zhuǎn)。該設(shè)計可構(gòu)造成使套筒的安裝和移除更簡單，并且當(dāng)套筒爪指張開時排除干擾?；仡檭?yōu)選實(shí)施例的說明和相關(guān)附圖，本公開的這些和其它方面對本領(lǐng)域技術(shù)人員將更加顯而易見，同時認(rèn)識到本發(fā)明的整個范圍在所附權(quán)利要求中。
[0027]圖1A和IB描繪了具有各種連接構(gòu)造的離岸井場100。井場100具有海底系統(tǒng)102和水面系統(tǒng)104。井場100描述為海底作業(yè)，但可用于任何井場環(huán)境(例如，陸基或水基)。海底系統(tǒng)102包括從井眼112延伸到海床114中的井口 106，以及位于其上面的井場連接組件 108。
[0028]圖1A示出了連接組件108，連接組件108包括一對BOP 111、心軸107和一對井場連接器110a、110b。一對井場連接器IlOaUlOb的上部描繪為連接一對BOP 111的上部與心軸107。心軸107將上部井場連接器110a、IlOb連接到下部的一對BOP 111。下部的一對井場連接器IlOaUlOb描繪為將下部BOP 111連接到井口 106。
[0029]圖1B示出了另一連接組件108’，另一連接組件108’包括LMRP 105、心軸107、下管組109和一對井場連接器110a、110b。上部的一對井場連接器I 1a描繪為連接LMRP 105與心軸107。下部的一對井場連接器IlOb描繪為將下管組109連接到井口 106。海底控制器120設(shè)置用于操作、監(jiān)測和/或控制井場連接器110a、110b、LMRP 105、下管組109和/或井場100的其它部分。
[0030]雖然圖1A和IB示出了具體構(gòu)造，但是可活動地連接各種各樣的井場部件(或裝置)，諸如一個或多個管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵、其組合等。一個或多個井場連接器可連接一對或多對部件。可使用多個相同或不同的部件和/或連接器之一。
[0031]水面系統(tǒng)104包括鉆機(jī)124、平臺126 (或船只)、立管(或管材)128和水面控制器122。立管128從平臺126延伸到連接組件108、108’，以使流體從中通過。一部分(或所有的)立管128和/或井口 106可穿過連接組件108、108’，并且在其間提供流體連通。
[0032]水面控制器122設(shè)置用于操作、監(jiān)測和/或控制鉆機(jī)124、平臺126和/或井場100的其它部分。如圖所示，水面控制器122在水面位置，而海底控制器120在海底位置(例如，在平臺126、船只(未示出)或異地)。然而，將要理解的是，一個或多個控制器120/122可定位在各種位置來控制水面系統(tǒng)104和/或海底系統(tǒng)102。通信鏈路130可提供用于與井場100的各部分通信，諸如控制器120/122。
[0033]圖2A-4示出了圖1A的井場連接器IlOb的各種視圖。如圖所示的井場連接器IlOb是海底連接器，連接兩個海底部件，亦即BOP 111和井口 106。圖2A和2B描繪了分別處于松開位置和閂鎖位置的井場連接器IlOb的豎直橫截面圖。圖3示出了組裝的一部分井場連接器IlOb的細(xì)節(jié)圖，其中上部件支撐在套筒上用于快速組裝。圖4示出了井場連接器IlOb的分解圖。
[0034]井場連接器IlOb包括連接器主體232、活塞(或環(huán)形活塞或襯套(sleeVe))234和夾持套筒(或者鎖定夾頭或爪指)236。連接器主體232包括蓋238、主體環(huán)240和接頭242。BOP 111用螺栓252固定并且用密封件214(例如，金屬的、彈性的或其它密封件)密封到連接器蓋238。蓋238使用螺栓254固定到主體環(huán)240。主體環(huán)240使用螺栓256固定到下接頭242。軸線X縱向延伸通過井場連接器110b。
[0035]BOP 111具有孔246，孔246與蓋238中的孔248流體連通。流體通道244延伸通過井場連接器IlOb并且與BOP 111的孔246、蓋238的孔248和井口 106的孔250連通，以使流體從中通過。
[0036]活塞234定位在連接器主體232的空腔265中。圖2A示出的活塞234行程向上，套筒236處于縮回位置。圖2B示出的活塞234行程向下，以將井場連接器IlOb固定到井口 106。在圖2A的示例中，井場連接器IlOb降低到井眼管材106上，活塞234處于抬起位置，套筒236處于縮回(或脫離)位置，以接收井口 106。一旦處于井口 106周圍的合適位置，可激活井場連接器110b，以移動到圖2B的閂鎖位置，降低活塞來接合套筒236與井口106。
[0037]下接頭242具有打開的下端部258，用于接受井眼管材，諸如井口 106。井口 106在其上端部262近旁具有井口輪廓(或者螺紋或夾持特征)260。夾持套筒236是一組周向區(qū)段，在其上端部周圍具有主體輪廓(或者螺紋或夾持特征)266a并且在其下端部周圍具有夾持輪廓(或者螺紋或夾持特征)266b。如圖2B和3所示,主體輪廓266a是中斷的，以在蓋238上的蓋輪廓(或位置)264處組裝到主體環(huán)240。主體輪廓266a可接收在蓋238周圍的蓋輪廓264處。
[0038]如圖3所示，在組裝期間，蓋輪廓264是套筒236的支撐位置。間隙268發(fā)生在蓋輪廓264上面，以允許套筒236有空間徑向向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，清除可優(yōu)選地一體形成到活塞234的夾持環(huán)270。在組裝時，如圖2A所示，凹處272將與活塞234的支撐環(huán)270套準(zhǔn)。
[0039]閂鎖環(huán)275還一體地形成在活塞234上，用于支撐套筒236。支撐環(huán)270和閂鎖環(huán)275限定活塞輪廓沿著活塞的內(nèi)表面。如發(fā)生這種情況，圖3所示的間隙268將緊密推動套筒236使之與包圍的環(huán)形活塞234完全套準(zhǔn)。然而，為了避免干擾組裝，在固定的支撐表面276與一部分主體環(huán)240之間仍可存在如圖2A所見的間隙。連接器主體232將其中的接收器279限定在蓋238和主體環(huán)240周圍以接收套筒236，并且將表面278限定在套筒236的頂部280近旁，它們將在致動活塞234時最終接觸。
[0040]在主體(或連接器)環(huán)240與接頭242之間，活塞234沿著連接器主體232在空腔265中的內(nèi)表面形成可變?nèi)莘e腔室282a?？勺?nèi)莘e腔室282a可凹進(jìn)穿過通路284a而供給來自流體源283的液壓，以將活塞234保持在圖2A的向上位置。圖2B圖示了相對的可變?nèi)莘e腔室282b，其凹進(jìn)穿過通路284b而施加液壓，以將活塞234移動到圖2B的位置。
[0041]向下移動活塞234使套筒236在蓋輪廓264周圍旋轉(zhuǎn)，以閉合表面276和278之間的間隙，這又推動輪廓264和266a在一起，同時夾持環(huán)270騎行于套筒236的表面環(huán)(或斜面)286，直到夾持環(huán)270的表面與套筒236的表面環(huán)286對準(zhǔn)而向內(nèi)推動套筒236的下端部290，以將輪廓264和266a鎖定在一起，如圖2B所示。壓力激勵的金屬墊片273可設(shè)置在井口 106和蓋238周圍，以密封井口 108與蓋238之間的界面，從而防止流體從通道244泄漏。其它密封構(gòu)件和/或密封件可設(shè)置在如本文中描述的井場連接器周圍。
[0042]活塞234的上端部292符合從主體環(huán)240徑向延伸的固定支撐件294的形狀?；钊?34不需要在套筒236上面延伸，這可降低部件高度并可節(jié)省重量和空間，同時仍允許使用類似的閂鎖原理用其它設(shè)計改造。固定支撐件294在某種意義上是懸臂式結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)套筒236的表面278壓靠在固定支撐件294的承靠表面276上時，鄰接至蓋238會給予它一些另外支撐。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，活塞234可以是單個環(huán)形活塞或各作用在離散套筒236上的多個較小活塞。示出了另外的備用活塞277。例如，當(dāng)另外壓力施加到井場連接器時，該另一活塞可根據(jù)需要激活，以與活塞234 —起移動。
[0044]使用固定支撐件并且遵從活塞234的形狀可考慮與套筒236大致軸向?qū)?zhǔn)的更短的活塞，用于圖2A的連接組裝以及圖2B的閂鎖操作位置。這可減少井場連接器IlOb的大小，并且可使之更輕且生產(chǎn)成本更低。夾持輪廓(或支撐位置)266b的位置以及在此位置上面的接觸可允許套筒下端部290無干擾地?fù)u擺以待組裝。
[0045]在移除時，套筒236再次可以縮回，使得它們可以用如圖3圖示的蓋238容易拉動，用于安裝以及移除。套筒236的上端部278與承靠表面276之間的初始間隙268連同夾持輪廓266b的定位可尋求允許快速組裝套筒236以及允許它們無干擾地排除問題。如圖1A和3所示，井場連接器IlOb可降低至BOP 111上的井眼，并且由立管128調(diào)配到海底位置以待組裝。如圖1A和2A所示，井場連接器IlOb可預(yù)組裝到BOP 111 (和/或立管128)上，以附接至井口(或管材)106。
[0046]圖5示出了連接井場部件的方法500的流程圖。該方法包括提供595井場連接器。井場連接器包括:連接器主體，具有適于聯(lián)接到第一部件的端部和用于接收第二部件的空腔；活塞，在連接器主體中可軸向移動(活塞沿著其內(nèi)表面具有活塞輪廓)；和多個套筒，可定位在鄰近活塞的主體周圍并且可在其周圍徑向移動。套筒可定位在鄰近活塞的連接器主體周圍并且可在其周圍徑向移動，沿著其外表面具有與活塞的活塞輪廓對應(yīng)的套筒輪廓，并且沿著其內(nèi)表面具有可與第二部件選擇性地接合的夾持輪廓。該方法還包括:596將連接器主體的端部活動地連接到第一部件，597將第二部件接收在連接器主體的空腔中，以及598通過選擇性地接合套筒的套筒輪廓與活塞的活塞輪廓和套筒的夾持輪廓至第二部件將多個套筒選擇性地閂鎖在第二部件周圍。
[0047]活塞可將連接器主體中的空腔分離成第一可變?nèi)莘e腔室和第二可變?nèi)莘e腔室，選擇性地R鎖可包括通過將流體選擇性地泵送到第一可變腔室和第二可變腔室中來移動活塞。選擇性地R鎖可包括:將多個套筒支撐在活塞的套筒環(huán)上，通過在連接器主體中軸向移動活塞而樞轉(zhuǎn)地移動多個套筒，接合活塞的活塞輪廓與套筒的套筒輪廓，通過接合活塞的閂鎖環(huán)與多個套筒將多個套筒壓靠在第二部件上，通過對準(zhǔn)活塞的活塞輪廓與多個套筒的套筒輪廓而縮回多個套筒，通過使活塞的活塞輪廓與多個套筒的套筒輪廓錯位而延伸多個套筒，和/或活動地連接管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵及其組合中的至少兩個。該方法還可包括:選擇性地接合多個套筒的主體部與連接器主體。
[0048]井場連接器還可包括可漂浮密封構(gòu)件，所述可漂浮密封構(gòu)件包括柔性環(huán)，所述柔性環(huán)具有從中穿過的孔洞，用于密封地接收第二部件(密封構(gòu)件可橫向于其軸線在連接器主體中可滑動地移動)。該方法還可包括:通過橫向于其軸線在連接器主體中可滑動地移動密封構(gòu)件將第二部件對準(zhǔn)到第一部件以在其間進(jìn)行連接。各步驟可以任何順序執(zhí)行，并且根據(jù)期望而重復(fù)。
[0049]在另一方面，本公開涉及海底連接器，用于在第一海底裝置和第二海底裝置之間形成連接。該海底連接器包括連接器主體，所述連接器主體具有適于聯(lián)接到第一海底裝置的端部和適于接收第二海底裝置的連接構(gòu)件的空腔。密封構(gòu)件布置在空腔中，以便當(dāng)連接構(gòu)件延伸穿過密封構(gòu)件時為海底連接器提供水合物密封。密封構(gòu)件可在橫向于連接器主體的縱向軸線的方向上漂浮，以便安全地容許連接器主體與連接構(gòu)件之間預(yù)定范圍的角錯位。
[0050]用于在第一海底裝置和第二海底裝置之間形成連接的海底連接器包括連接器主體，所述連接器主體具有適于聯(lián)接到第一海底裝置的端部和適于接收第二海底裝置的連接構(gòu)件的空腔。密封構(gòu)件布置在空腔中，以便當(dāng)連接構(gòu)件延伸穿過密封構(gòu)件時為海底連接器提供水合物密封。密封構(gòu)件可在橫向于連接器主體的縱向軸線的方向上漂浮，以便安全地容許連接器主體與連接構(gòu)件之間預(yù)定范圍的角錯位。海底連接器可以是海底或陸基的井場連接器，用于連接各種井場部件，諸如管材、套管、立管、井口、防噴器、低立管海洋泵等等。
[0051]圖6A-6C示出了另一井場(或海底)連接器IlOa的各種視圖。如圖所示的井場連接器IlOa是海底連接器，連接兩個海底部件，亦即圖1B的BOPlll和心軸107。圖6A - 6C描繪了分別處于松開位置、松開錯位位置和閂鎖位置的井場連接器IlOa的豎直橫截面圖。圖2A-5的連接器IlOb的特征可以與連接器IlOa —起使用，反之亦然。
[0052]海底連接器IlOa具有連接器主體602，連接器主體602具有縱向(或軸向)軸線604。連接器主體602具有連接器基部(或接頭)606和連接器頭(或蓋)608?？涨?15限定在連接器基部606中，并且連接器頭608部分地延伸到空腔615中。限定在連接器頭608中的孔612從連接器頭608的頂端部614延伸到空腔615。
[0053]第一海底裝置(例如，BOP 111)的連接凸緣616緊固到連接器頭608，而第二海底裝置(例如，另一 BOP 111)的連接心軸107部分地接收在空腔615中。為了在第一海底裝置和第二海底裝置之間形成連接，連接心軸107可以使用合適的鎖定機(jī)構(gòu)鎖定到連接器主體602，其示例將在下面描述。
[0054]例如如圖6A和6B所示，海底連接器IlOa具有解鎖狀態(tài)，在解鎖狀態(tài)下，連接心軸107未鎖定到連接器主體602。如圖6C所示，海底連接器IlOa還具有鎖定狀態(tài)，在鎖定狀態(tài)下，連接心軸107鎖定到連接器主體602。在鎖定狀態(tài)下，第一海底裝置和第二海底裝置由海底連接器IlOa結(jié)合在一起。在解鎖狀態(tài)下，第一海底裝置和第二海底裝置并未由海底連接器IlOa結(jié)合在一起。
[0055]當(dāng)海底連接器IlOa處于鎖定狀態(tài)時，如圖6C所示，連接心軸107的縱向軸線619與連接器主體602的縱向軸線604對準(zhǔn)。另外，連接心軸107的孔621與連接器頭608的孔612對準(zhǔn)，這將允許工具和流體通過海底連接器110a。墊片642 (例如，壓力激勵的金屬墊片)可設(shè)置在連接心軸107和連接器頭608周圍，以密封連接心軸107與連接器頭608之間的界面，從而防止流體從已對準(zhǔn)的孔612、621泄漏進(jìn)入如圖6C所示的空腔615中。
[0056]雖然海底連接器I 1a在鎖定狀態(tài)和解鎖狀態(tài)之間過渡，但是連接心軸107或連接器主體602可假定各種傾斜位置，這將分別導(dǎo)致連接器主體602和連接心軸107的縱向軸線604、619之間的角錯位?？v向軸線604、619之間的角錯位還可簡單地表達(dá)為連接器主體602與連接心軸107之間的角錯位。圖6B示出了連接心軸107與連接器主體602之間的角錯位的示例。空腔615的直徑大于連接心軸107，以考慮連接器主體602與連接心軸107之間的該角錯位。
[0057]返回圖6A，環(huán)形活塞(或襯套)620布置在空腔615中，并且因流體在大致平行于縱向軸線604的方向上的壓差而可移動。連接器頭608具有徑向配置在孔612周圍的鎖定表面(或者蓋輪廓或位置)622。多個徑向鎖定夾頭(或者套筒或爪指)624配置在活塞620與鎖定表面622之間。每個鎖定夾頭624具有與活塞620的活塞輪廓相對的面(或者套筒輪廓)630，以及與連接器頭鎖定表面622相對的面(或者蓋輪廓)628。面626包括楔形(套筒的一部分)輪廓630，后者設(shè)計成接合活塞620上的配合楔形(或者活塞)輪廓。
[0058]面628包括夾持特征632，諸如牙。面628上部(或者主體輪廓)的夾持特征632設(shè)計成接合連接器頭鎖定表面622。面628下部(或者夾持輪廓)的夾持特征632設(shè)計成接合連接心軸107上的鎖定表面634。鎖定表面622、634各具有夾持特征，以與鎖定夾頭624面628上的夾持特征632鎖定接合。
[0059]返回圖6A和6B，沿著連接器主體602的內(nèi)表面，活塞620使空腔615分離成可變?nèi)莘e腔室621a、621b。在連接器基部606與活塞620之間，腔室621a、621b限定在空腔615內(nèi)。腔室621a，b可凹進(jìn)穿過通路625a，b而供給來自流體源627的液壓，以將活塞620保持在圖6A的向上位置或圖6C的向下位置。
[0060]通過將流體壓力施加到活塞620的上部面積636，使得活塞620向下移動且向內(nèi)傾斜鎖定夾頭624并且使之與鎖定表面622、634兩者接合(圖6C示出的鎖定夾頭624與鎖定表面622、634完全接合)，海底連接器I1a還可過渡到鎖定狀態(tài)。通過將流體壓力施加到活塞620的下部區(qū)域638，使得活塞620向上移動且向外傾斜鎖定夾頭624并且使之離開鎖定表面632、634，海底連接器IlOa被解鎖。
[0061]在空腔615內(nèi)的是輔助環(huán)形活塞(或者襯套)640。根據(jù)需要，在大致平行于連接器主體602的縱向軸線604的方向上，橫跨活塞640的壓差可用于進(jìn)一步向上推動鎖定活塞620。雖然海底連接器IlOa過渡到解鎖狀態(tài)，連接心軸107和連接器主體602中的一者或兩者可傾斜和移位，使得連接器主體602和連接心軸107變成角錯位。例如，這在圖6B中示出。
[0062]返回圖6A，密封構(gòu)件642配置在活塞620的環(huán)形保持袋644中。密封構(gòu)件642可以是金屬或彈性構(gòu)件，為海底連接器IlOa與連接心軸107之間的界面提供密封。由密封構(gòu)件642提供的密封不需要容納壓力。密封構(gòu)件642可提供水合物密封，防止將水合物聚集和固化在空腔615內(nèi)，特別是在空腔615中暴露于或可暴露于海水的表面、諸如鎖定夾頭624和/或活塞620的表面附近。
[0063]密封構(gòu)件642可充當(dāng)單向閥，在使用海底連接器IlOa的同時防止氣體轉(zhuǎn)移到空腔615中。密封構(gòu)件642還可用于容納注射到空腔615中的流體，諸如乙二醇，以化解空腔615內(nèi)可能的水合物積聚。密封構(gòu)件642具有密封環(huán)646，后者具有限定開口 643的唇部641。當(dāng)連接心軸107接收在開口 643中時，唇部641界定并接合連接心軸107的密封區(qū)域649。密封區(qū)域649可在心軸鎖定表面634下面。連接心軸107在鎖定表面634處的外徑可小于連接心軸107在密封面積649處的外徑，使得唇部641不接合鎖定表面634。圖6A和6B示出的密封構(gòu)件642在密封面積649上的各種位置接合連接心軸107。
[0064]返回圖6A，保持袋644的上壁和下壁645、647抑制密封構(gòu)件642在橫向于連接器主體縱向軸線604的方向上的漂浮，即自由移動。可使用漂浮的密封構(gòu)件642，以便當(dāng)連接器主體602與連接心軸107之間存在角錯位并且連接心軸107延伸穿過開口 643時防止損壞海底連接器IlOa或連接心軸107。該角錯位可在海底連接器610從鎖定狀態(tài)過渡到解鎖狀態(tài)的時候發(fā)生。
[0065]如圖1A和IB所示，連接組件108’在水面處連接到鉆機(jī)。鉆機(jī)豎直偏離海底管組的位置可高達(dá)5度，如果在海底管組中海底連接器IlOa用于連接，則這可促使連接器主體602與連接心軸107之間的錯位。例如，嚴(yán)重錯位可發(fā)生在LMRP的海底連接件處，因?yàn)長MRP在卸下(liftoff)之前可初始樞轉(zhuǎn)偏離管組框架。在連接心軸107頂部的上面或下面，樞轉(zhuǎn)可高達(dá)40英寸(101.6cm)。
[0066]密封構(gòu)件642的漂浮能力可安全地容許甚至嚴(yán)重的錯位。作為示例，圖6B示出的密封構(gòu)件642漂浮到海底連接器IlOa的右側(cè)，以便容納連接器主體602相對于連接心軸107的向上傾斜。密封構(gòu)件642在橫向于縱向軸線619的方向上的可允許的行程長度可確定角錯位的范圍，這可以通過密封構(gòu)件642的漂浮能力而被安全地容許。密封構(gòu)件642的可允許的行程長度可以基于連接器主體602與連接心軸107之間預(yù)期的角錯位的典型范圍進(jìn)行選擇。
[0067]在一個實(shí)施例中，保持袋644形成在活塞620中，這將隨著活塞620對流體壓差的響應(yīng)使密封構(gòu)件642與活塞620 —起移動?？梢詫⒈３执?44定位在別處，諸如在連接器基部606的壁中或者在布置于空腔615內(nèi)的另一結(jié)構(gòu)中，只要定位在保持袋644中的密封構(gòu)件642能夠在海底連接器IlOa與連接心軸107之間的界面處提供密封即可。
[0068]如上面解釋的，密封構(gòu)件642在橫向于連接器主體縱向軸線604的方向上具有漂浮運(yùn)動。由于保持在袋644中，密封構(gòu)件642還經(jīng)歷其它方向上的運(yùn)動。例如，隨著形成袋644的活塞620移動，密封構(gòu)件642可在大致平行于連接器主體縱向軸線604的方向上移動。例如，當(dāng)在海底連接器IlOa的鎖定狀態(tài)和解鎖狀態(tài)之間過渡時，由于連接器主體602的傾斜和移位，密封構(gòu)件642還可經(jīng)歷傾斜和移位運(yùn)動。
[0069]密封環(huán)646具有底部密封環(huán)面648和側(cè)部密封環(huán)面650。側(cè)部密封環(huán)面650定位在唇部641上。底部密封環(huán)面648面對保持袋644的底壁647，并且布置成密封在保持袋644的底壁647上。側(cè)部密封環(huán)面650面對連接器主體602的中心，并且布置成當(dāng)連接心軸107接收在由唇部641限定的開口 643中時接合和密封在連接心軸107上。
[0070]在一個實(shí)施例中，密封環(huán)面648、650分別承載密封兀件652、654,諸如彈性體密封件。在另一實(shí)施例中，密封環(huán)面648、650中的一者或兩者可不承載密封元件，并且可以是密封表面，諸如彈性或金屬密封表面。另外的密封元件656，諸如彈性體密封件，可設(shè)置在連接器基部606與活塞620之間。密封元件656可由連接器基部606承載，使得它們提供必要的密封，而與活塞620在空腔615內(nèi)的位置無關(guān)。另外的密封兀件656可以是壓力密封兀件。
[0071]圖7示出了連接井場部件的另一方法700的流程圖。該方法包括提供795井場連接器。井場連接器包括連接器主體和可漂浮密封構(gòu)件。連接器主體具有可活動地連接到第一部件的端部、沿著其內(nèi)表面的袋和適于接收第二部件的空腔。可漂浮密封構(gòu)件包括柔性環(huán)，所述柔性環(huán)具有從中穿過的孔洞，以密封地接收第二部件。密封構(gòu)件可橫向于連接器主體的軸線在連接器主體的袋中可滑動地移動。該方法進(jìn)一步包括:796-將連接器主體的端部活動地連接到第一部件，797-將第二部件接收在連接器主體的空腔中，以及798-通過橫向于其軸線在連接器主體中可滑動地移動密封構(gòu)件將第二部件對準(zhǔn)到第一部件以在其間進(jìn)行連接。
[0072]還可包括圖5的方法的特征。該方法可按任何順序執(zhí)行，并且根據(jù)需要而重復(fù)。
[0073]雖然已經(jīng)就限制數(shù)量的實(shí)施例描述了主題，但從本公開內(nèi)容受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以構(gòu)想出其它實(shí)施例，而不脫離本文中所公開主題的范圍。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅由所附權(quán)利要求限制。
[0074]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本文中所公開的技術(shù)可以經(jīng)由構(gòu)造有算法的軟件實(shí)施用于自動/自主的應(yīng)用，以執(zhí)行期望的功能。可以通過使具有合適硬件的一個或多個合適的通用計算機(jī)程序化來實(shí)施這些方面。程序化可通過使用一個或多個程序存儲裝置來完成，程序存儲裝置可由處理器讀取并且編碼可由計算機(jī)執(zhí)行的一個或多個指令程序，以執(zhí)行本文中描述的操作。程序存儲裝置可采用以下形式，例如:一個或多個軟盤；CD ROM或其它光盤；只讀存儲器芯片(ROM);以及其它形式的本領(lǐng)域熟知或隨后開發(fā)的種類。指令程序可以是“目標(biāo)代碼”，即，可或多或少直接由計算機(jī)執(zhí)行的二進(jìn)制形式；“源代碼”，在執(zhí)行之前需要編譯或解釋；或者一些中間形式，諸如部分編譯的代碼。程序存儲裝置和指令編碼的精確形式在此是無關(guān)緊要的。本發(fā)明的各方面還可構(gòu)造成經(jīng)由擴(kuò)展通信(例如，無線、因特網(wǎng)、衛(wèi)星等等)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)自在現(xiàn)場和/或遠(yuǎn)程控制來執(zhí)行所描述的功能(經(jīng)由合適的硬件/軟件)。
[0075]上面的說明是說明性的優(yōu)選實(shí)施例，并且許多修改可由本領(lǐng)域技術(shù)人員作出而不脫離本發(fā)明，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求的字面和等同范圍確定。
[0076]雖然參考各種實(shí)施和挖掘描述了實(shí)施例，但是將要理解的，這些實(shí)施例是說明性的，并且發(fā)明主題的范圍不應(yīng)限于此。許多變化、修改、添加和改進(jìn)是可能的。例如，可連接一個或多個井場連接器和/或部件。示出的井場連接器處于具體的方位，但是一個或多個可以根據(jù)期望顛倒以聯(lián)接在一個或多個部件之間。
[0077]多個實(shí)例可設(shè)置用于作為單個實(shí)例在本文中描述的部件、操作或結(jié)構(gòu)。一般地，在示例性構(gòu)造中作為分離部件而呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能可實(shí)施為組合的結(jié)構(gòu)或部件。類似地，作為單個部件而呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能可實(shí)施為分離部件。這些和其它變化、修改、添加和改進(jìn)可落入發(fā)明主題的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于連接井場的各部件的井場連接器，所述井場具有延伸到地下地層中的井目艮，所述井場連接器包括: 連接器主體，具有適于聯(lián)接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔； 活塞，可在所述連接器主體中軸向移動，所述活塞具有沿著其內(nèi)表面的活塞輪廓；和 多個套筒，可定位在鄰近所述活塞的所述連接器主體周圍并且可在其周圍徑向移動，所述多個套筒具有沿著其外表面與所述活塞的活塞輪廓對應(yīng)的套筒輪廓，并且所述多個套筒具有沿著其內(nèi)表面可與所述第二部件選擇性地接合的夾持輪廓，由此所述多個套筒可選擇性地閂鎖在所述第二部件周圍。
2.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，進(jìn)一步包括可漂浮密封構(gòu)件，所述可漂浮密封構(gòu)件包括柔性環(huán)，所述柔性環(huán)具有從中穿過的孔洞，以密封地接收所述第二部件，所述密封構(gòu)件可橫向于所述連接器主體的軸線在所述連接器主體的袋中可滑動地移動，由此所述第二部件可對準(zhǔn)到所述第一部件以在其間進(jìn)行連接。
3.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述連接器主體包括可活動地連接到所述第一部件的蓋和具有從中穿過的孔洞以接收所述第二部件的接頭。
4.如權(quán)利要求3所述的井場連接器，其中，所述蓋具有蓋位置，在蓋位置上可與所述多個套筒的套筒輪廓接合。
5.如權(quán)利要求3所述的井場連接器，其中，所述連接器主體進(jìn)一步包括主體環(huán)，所述主體環(huán)活動地聯(lián)接在所述蓋與所述接頭之間。
6.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述多個套筒具有主體輪廓，所述主體輪廓可與所述連接器主體選擇性地接合。
7.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述連接器主體限定出套筒空腔，用于接收所述多個套筒。
8.如權(quán)利要求7所述的井場連接器，其中，所述多個套筒可從所述連接器主體的蓋的接收器移動一段距離，并且在其間限定出間隙。
9.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述連接器主體具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面限定出空腔，以滑動地接收所述活塞。
10.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述活塞在其內(nèi)表面上包括支撐環(huán)，所述支撐環(huán)限定所述活塞輪廓的一部分，以將所述多個套筒支撐在上面。
11.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述活塞在其內(nèi)表面上包括閂鎖環(huán)，所述閂鎖環(huán)限定所述活塞輪廓的一部分，以將所述多個套筒支撐在上面。
12.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述活塞包括可與所述多個套筒接合的主活塞和支撐所述主活塞的副活塞，當(dāng)所述主活塞超過最大的力時，所述副活塞可在所述連接器主體中可滑動地移動。
13.如權(quán)利要求1所述的井場連接器，其中，所述活塞將所述連接器主體中的空腔分離成第一可變?nèi)莘e腔室和第二可變?nèi)莘e腔室。
14.如權(quán)利要求13所述的井場連接器，其中，所述第一可變?nèi)莘e腔室和所述第二可變?nèi)莘e腔室可活動地連接到流體源，以在其中選擇性地轉(zhuǎn)移流體，由此所述活塞可在上行程位置和下行程位置之間在所述連接器主體中移動。
15.如權(quán)利要求1的所述的井場連接器，其中，所述部件包括管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵及其組合中的至少兩個。
16.一種連接井場的部件的方法，所述井場具有延伸到地下地層中的井眼，所述方法包括: 提供井場連接器，井場連接器包括: 連接器主體，具有適于聯(lián)接到第一部件的端部和接收第二部件的空腔； 活塞，可在連接器主體中軸向移動，活塞具有沿著其內(nèi)表面的活塞輪廓；和 多個套筒，可定位在鄰近活塞的連接器主體周圍并且可在其周圍徑向移動，多個套筒具有沿著其外表面與活塞的活塞輪廓對應(yīng)的套筒輪廓，并且多個套筒具有沿著其內(nèi)表面可與第二部件選擇性地接合的夾持輪廓； 將連接器主體的端部活動地連接到第一部件； 將第二部件接收在連接器主體的空腔中；以及 通過選擇性地接合多個套筒的套筒輪廓與活塞的活塞輪廓和多個套筒的夾持輪廓至第二部件，將多個套筒選擇性地閂鎖在第二部件周圍。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述井場連接器進(jìn)一步包括可漂浮密封構(gòu)件，所述可漂浮密封構(gòu)件包括柔性環(huán)，所述柔性環(huán)具有從中穿過的孔洞，以密封地接收所述第二部件，所述密封構(gòu)件可橫向于所述連接器主體的軸線在所述連接器主體的袋中可滑動地移動，所述方法進(jìn)一步包括:通過橫向于其軸線在連接器主體中可滑動地移動密封構(gòu)件將第二部件對準(zhǔn)到第一部件以在其間進(jìn)行連接。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述活塞將所述連接器主體中的空腔分離成第一可變?nèi)莘e腔室和第二可變?nèi)莘e腔室，其中選擇性地円鎖包括:通過將流體選擇性地泵送到第一可變腔室和第二可變腔室中來移動活塞。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:將多個套筒支撐在活塞的套筒環(huán)上。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:通過在連接器主體中軸向移動活塞而樞轉(zhuǎn)地移動多個套筒。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:將活塞的活塞輪廓與多個套筒的套筒輪廓接合。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:通過將活塞的閂鎖環(huán)與多個套筒接合而將多個套筒壓靠在第二部件上。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:通過將活塞的活塞輪廓與多個套筒的套筒輪廓對準(zhǔn)來縮回多個套筒。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:通過使活塞的活塞輪廓與多個套筒的套筒輪廓錯位來延伸多個套筒。
25.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:使多個套筒的主體部與連接器主體選擇性地接合。
26.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，選擇性地閂鎖包括:活動地連接管材、套管、立管、井口、防噴器、低海立管泵及其組合中的至少兩個。
27.一種用于海底井場的管材的海底連接器，包括: 連接器主體，具有打開的端部，以在上面接受具有連接輪廓的管柱或工具； 至少一個套筒，可移動地安裝用于所述連接器主體中的豎直支撐件； 固定的水平支撐件，在所述連接器主體中，用于與所述套筒的第一端部選擇性接觸；和至少一個可軸向移動的活塞，在上面具有水平支撐表面，借此選擇性地移動所述活塞會帶動所述至少一個套筒的第二端部上的輪廓將所述輪廓接合并保持至管柱或工具連接輪廓。
28.如權(quán)利要求27所述的海底連接器，其中:移動所述至少一個軸向移動的活塞導(dǎo)致所述至少一個套筒的所述第一端部接觸所述固定的水平支撐件。
【文檔編號】E21B33/038GK104334823SQ201380024829
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】D.A.揚(yáng)克 申請人:國民油井華高公司