背景技術(shù)：

1.發(fā)明領(lǐng)域

本技術(shù)涉及油氣井，并且確切地說(shuō)，涉及一種用于防噴器(bop)的改進(jìn)的全封閉剪切閘板。

2.相關(guān)領(lǐng)域簡(jiǎn)述

典型的bop包括穿過(guò)所述bop并且與井口相連的孔腔。管道和工具通過(guò)所述bop中的孔腔進(jìn)入所述井口。一般來(lái)說(shuō)，全封閉剪切閘板包括在bop組套中，且在孔腔內(nèi)的壓力控制是必要時(shí)，例如，鉆井內(nèi)的意外壓力涌動(dòng)會(huì)對(duì)鉆井裝置或其他鉆井區(qū)域上的人員產(chǎn)生危險(xiǎn)時(shí)，所述全封閉剪切閘板在孔腔內(nèi)剪切管道或工具。

全封閉剪切閘板通常包括安裝在bop上的殼體或閥蓋內(nèi)的剪切閘板塊。所述剪切閘板塊具有附接至其前端、朝向所述孔腔的葉片。當(dāng)驅(qū)動(dòng)所述剪切閘板時(shí)，活塞推動(dòng)所述殼體內(nèi)的所述剪切閘板塊，使所述剪切閘板塊和葉片跨所述孔腔關(guān)閉，同時(shí)剪切所述孔腔中的任何管道、工具或其他物體并將鉆井密封。由于所述剪切閘板關(guān)閉，所述剪切閘板塊和葉片暴露在井眼壓力下，所述壓力可能非常高，例如超過(guò)15,000lbs/in²。

一些現(xiàn)有剪切閘板設(shè)計(jì)利用螺栓或其他緊固件將閘板葉片附接至剪切閘板塊。通常這些螺栓穿過(guò)所述葉片的前表面進(jìn)入所述閘板塊中。然而，這可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)榇┻^(guò)葉片表面鉆出用于緊固件的孔腔會(huì)弱化所述葉片，并且可能引入應(yīng)力通路。另外，所述緊固件在所述葉片上的定位需要交錯(cuò)所述葉片上的螺栓的高度，導(dǎo)致在壓力下，所述螺栓中的應(yīng)力出現(xiàn)不均勻分布。因此，螺栓通常高于約15,000lbs/in²的壓力下斷裂。

然而，在現(xiàn)今的石油和天然氣行業(yè)中，孔腔操作逐漸在更深的水下進(jìn)行，導(dǎo)致井眼中壓力更高。例如，bop通常安置在壓力高于15,000lbs/in²，甚至高于約20,000lbs/in²或更大壓力的鉆井頂部，從而超過(guò)已知bop全封閉剪切閘板的操作限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)一種用在防噴器(bop)組套中的剪切閘板組件，所述剪切閘板組件具有剪切閘板殼體和孔腔。所述bop的所述孔腔配置成在所述bop附接至井口時(shí)與井眼對(duì)準(zhǔn)。所述剪切閘板組件包括閘板塊，所述閘板塊設(shè)置在所述剪切閘板殼體內(nèi)且具有面對(duì)所述孔腔的前端。所述閘板塊能夠打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)，所述閘板塊在所述打開(kāi)位置從所述孔腔縮回，所述閘板塊在所述關(guān)閉位置向所述孔腔伸出。

所述閘板塊組件還包括葉片，所述葉片具有前表面、后表面、下剪切邊緣和上邊緣。所述葉片通過(guò)緊固件附接至所述閘板塊的所述前端。在一些實(shí)施例中，所述緊固件可以相對(duì)于所述閘板塊的上表面成角度延伸穿過(guò)所述閘板塊的一部分并到達(dá)所述葉片的所述后表面。在其他實(shí)施例中，所述緊固件可穿過(guò)所述葉片延伸到所述閘板塊中。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述葉片的所述后表面可以成角度，以便所述后表面垂直于所述緊固件的縱軸。

本說(shuō)明書(shū)中還公開(kāi)了本發(fā)明的替代實(shí)施例，其中，上唇緣從所述閘板塊的上部向所述孔腔延伸，所述上唇緣接觸所述葉片，以減少在所述閘板塊從所述打開(kāi)位置向所述關(guān)閉位置移動(dòng)時(shí)，所述葉片相對(duì)于所述殼體的旋轉(zhuǎn)，從而減小所述緊固件內(nèi)的應(yīng)力。此外，在其他示例性實(shí)施例中，所述閘板塊組件可包括下唇緣，所述下唇緣從所述閘板塊的下部向所述孔腔延伸，所述唇緣與所述葉片隔開(kāi)一定間隙。密封件可設(shè)置在所述下唇緣和所述葉片之間的所述間隙中，用于密封所述閘板塊與所述葉片之間的接口。

附圖說(shuō)明

閱讀以下非限定性實(shí)施例的描述并且查看附圖之后，可更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是附接到井口的bop組套組件的透視圖；

圖2是處于關(guān)閉位置中的上下全封閉剪切閘板的透視圖，其中包括所剪切的管道；

圖3a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剪切閘板塊和葉片的透視圖；

圖3b是沿線(xiàn)3b-3b截取的圖3a中的剪切閘板塊和葉片的截面?zhèn)纫晥D；

圖4a是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的剪切閘板塊和葉片的透視圖；

圖4b是沿線(xiàn)4b-4b截取的圖4a中的剪切閘板塊和葉片的截面?zhèn)纫晥D；

圖5a是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的剪切閘板塊和葉片的透視圖；

圖5b是沿線(xiàn)5b-5b截取的圖5a中的剪切閘板塊和葉片的截面?zhèn)纫晥D；

圖6a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)替代實(shí)施例的剪切閘板塊和葉片的透視圖；以及

圖6b是沿線(xiàn)6b-6b截取的圖6a中的剪切閘板塊和葉片的截面?zhèn)纫晥D。

具體實(shí)施方式

參考以下優(yōu)選實(shí)施例和附圖可進(jìn)一步了解本發(fā)明的前述方面、特征和優(yōu)勢(shì)，在附圖中，類(lèi)似參考數(shù)字表示類(lèi)似的元件。描述附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，為清晰起見(jiàn)，將使用特定術(shù)語(yǔ)。然而，本發(fā)明并非意圖限制于所使用的特定術(shù)語(yǔ)，且應(yīng)了解，每個(gè)具體術(shù)語(yǔ)都包括以類(lèi)似方式操作以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似目標(biāo)的等效物。

圖1中示出了典型的海底bop組件，所述典型海底bop組件包括下組套組件2和上組套組件4或下海底立管總成(lmrp)。例如，上組套組件4可包括立管轉(zhuǎn)接器6、環(huán)形防噴器8、10、控制艙11和節(jié)流壓井管線(xiàn)13。下組套組件2可包括框架12，所述框架在下端設(shè)有井口連接器14，用于連接到海底井口組件(未示出)和液壓蓄能器15。一般來(lái)說(shuō)，孔腔穿過(guò)bop組件，包括穿過(guò)上組套組件4和下組套組件2，其中孔腔可包括管道。剪切閘板殼體16一般位于所述下組套組件上的管道閘板殼體18、20、22的上方。剪切閘板殼體16包括上剪切閘板塊24和下剪切閘板塊26，所述上剪切閘板塊和下剪切閘板塊附接至上葉片28和下葉片30(如圖2所示)。每個(gè)管道閘板殼體18、20、22包括管道閘板塊(未示出)，所述管道閘板塊在配對(duì)面上設(shè)有半圓形凹槽，用于圍繞不同尺寸范圍的管道進(jìn)行封閉。當(dāng)打開(kāi)時(shí)，所述剪切和管道閘板塊位于所述孔腔的任一側(cè)上。當(dāng)關(guān)閉時(shí)，剪切閘板葉片28、30封閉所述孔腔。如果所述孔腔內(nèi)存在管道，剪切閘板葉片28、30將剪切所述管道。

現(xiàn)在參考圖2，其中圖示了從剪切閘板殼體16拆除并且處于關(guān)閉位置的上剪切閘板塊24和下剪切閘板塊26。上剪切閘板塊24具有限定表面或前端32的側(cè)表面。上葉片28安裝到上閘板塊24的前端32。上葉片28具有前表面36，所述前表面具有上邊緣38和前下邊緣40。就本發(fā)明而言，關(guān)于閘板塊和相關(guān)聯(lián)部件所用的術(shù)語(yǔ)“前”應(yīng)該表示從上剪切閘板塊24的前端32朝向葉片28的表面36。在圖2中所示的實(shí)例中，上葉片28的前下邊緣40從上剪切閘板塊24的前端32向前延伸的距離比上邊緣38更遠(yuǎn)。上葉片28的表面36一般還可是凹面或收縮面，使表面36的中心相對(duì)于表面36的外端42、44處的更向前部分凹進(jìn)。當(dāng)然，上葉片28可使用不同的形狀?？梢钥闯?，當(dāng)關(guān)閉剪切閘板塊24、26時(shí)，葉片28、30重疊，從而剪切位于bop孔腔中的閘板塊24、26之間的管道46。

參考圖3a和3b，其中圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的上剪切閘板塊24和上葉片28的透視圖(圖3a)和截面?zhèn)纫晥D(圖3b)。為更好地了解本發(fā)明所提供的優(yōu)勢(shì)，理解在關(guān)閉剪切閘板期間作用于上剪切閘板塊24和葉片28上的力將有所幫助。隨著上剪切閘板塊24向前移動(dòng)以關(guān)閉，上葉片28下方的流體向上葉片28的底部施加向上的力f，該力可能非常高，在一些情況下超過(guò)15,000lbs/in²。該向上的力f，并且確切地說(shuō)，所述向上的力f中作用在葉片28的前邊緣40處或附近的部分，驅(qū)使所述葉片轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)離上剪切閘板塊24，并且在上葉片28與上剪切閘板塊24之間的接口處產(chǎn)生圍繞緊固件48的力矩m。本發(fā)明的特征在于，例如，通過(guò)改進(jìn)緊固件的定向以及閘板塊24與葉片28之間接口的輪廓等，增強(qiáng)上剪切閘板塊24和葉片28承受高壓的能力。

例如，在圖3a和圖3b所示的實(shí)施例中，上葉片28使用多個(gè)緊固件48附接至上剪切閘板塊24，所述多個(gè)緊固件以一定角度從上剪切閘板塊24的上表面插入并穿過(guò)上葉片28的后表面50進(jìn)入上葉片28中。穿過(guò)葉片的后表面50將葉片28緊固到上剪切閘板塊24是有利的，因?yàn)檫@樣可減少或消除緊固件穿過(guò)葉片28的表面36的需要，從而加固了葉片28并減少了穿過(guò)葉片28的可能的應(yīng)力通路。在圖3a和3b中，用于將上葉片28附接到上剪切閘板塊24的緊固件48的數(shù)量是五個(gè)，但可在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，使用更多或更少的螺栓。所述緊固件可由非脆性和不易破裂的高強(qiáng)度材料制成。將緊固件成角度地穿過(guò)上剪切閘板塊24并進(jìn)入葉片28的后部中一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，緊固件48可在葉片28的中部或上部接合葉片28的后部，其中葉片28與所剪切的管道接觸極少。與在葉片28的下部進(jìn)行附接相比，這樣可減少作用在所述緊固件上的剪切力。

圖3b中還所示了在上葉片28的一部分之上延伸的上剪切閘板24的上唇緣52。該上唇緣52有助于減少上葉片28的旋轉(zhuǎn)，如上所述，該旋轉(zhuǎn)可由所述葉片下方的壓力引起。將上唇緣52設(shè)置在葉片28上方有助于阻止葉片28的旋轉(zhuǎn)，從而減少了緊固件48處的力矩m的大小。這樣是有利的，因?yàn)榭蓽p小緊固件48和上葉片28上的應(yīng)力，從而降低所述緊固件或葉片斷裂或彎曲的可能性。

圖3a和3b中還示出了在上葉片28下方從上剪切閘板24延伸的下唇緣54以及設(shè)置在上葉片28與下唇緣54之間的密封件56。在將上葉片28附接至上剪切閘板24的期間，隨著緊固件48的擰緊，上葉片28將拉向下唇緣54，從而向密封件56提供能量并且在密封件56上形成緊固力。

圖4a和4b示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的上剪切閘板塊24和上葉片28的透視圖(圖4a)和截面?zhèn)纫晥D(圖4b)?？梢钥闯?，該實(shí)施例包括一些類(lèi)似于圖3a和3b所示實(shí)施例的特征。例如，緊固件48以一定角度從上剪切閘板塊24插入并且進(jìn)入上葉片28的后表面150中。類(lèi)似地，上剪切閘板塊24包括上唇緣52和下唇緣54以及密封件56。每個(gè)這些特征執(zhí)行與上文相對(duì)于圖3a和3b所述的功能類(lèi)似的功能，并且是有利的，因?yàn)檫@些特征允許上剪切閘板塊24和葉片28更好地承受來(lái)自葉片28下方的高壓力f，尤其是在所述剪切閘板關(guān)閉期間。

另外，圖4a和4b所示實(shí)施例包括的特征在于，葉片28的后表面150成角度，以便所述后表面基本垂直于緊固件48的縱軸。葉片28的成角度后表面150與上剪切閘板塊24的類(lèi)似成角度表面58相對(duì)應(yīng)。上剪切閘板塊24的成角度表面58以類(lèi)似方式作用于上唇緣52上，因?yàn)樗蓽p少葉片28的旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)一步降低作用在緊固件48上的力矩m。這是有利的，因?yàn)檫@樣可以進(jìn)一步減小緊固件48和上葉片28上的應(yīng)力，從而進(jìn)一步降低所述緊固件或葉片斷裂或彎曲的可能性。

圖5a和5b示出了根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的上剪切閘板塊24和上葉片28的透視圖(圖5a)和截面?zhèn)纫晥D(圖5b)。可以看出，該實(shí)施例包括一些類(lèi)似于圖3a、3b、4a和4b所示實(shí)施例的特征。例如，緊固件48以一定角度從上剪切閘板塊24插入到上葉片28的后表面150中。類(lèi)似地，上剪切閘板塊24包括下唇緣和密封件56。另外，葉片28的后部150成角度，以便所述后部150的至少一部分基本垂直于緊固件48的縱軸。每個(gè)這些特征執(zhí)行與上文相對(duì)于圖3a、3b、4a和/或4b所述功能類(lèi)似的功能，并且是有利的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S上剪切閘板塊24和葉片28更好地承受來(lái)自葉片28下方的高壓作力f，尤其是在所述剪切閘板關(guān)閉期間。

另外，圖5a和5b所示的實(shí)施例包括的特征在于，上唇緣152的厚度t大于上述實(shí)施例中的上唇緣52的厚度。另外，上唇緣152與葉片28的上邊緣38向前延伸的距離大致相同，并且所述上唇緣沿著葉片28的上邊緣38的輪廓延伸并具有下表面160，所述下表面在葉片28頂部的一部分之上向前和向下傾斜。上唇緣152的增加的厚度以及其向葉片28的上邊緣38的進(jìn)一步延伸，有助于進(jìn)一步限制葉片28相對(duì)于上剪切閘板塊24的旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)一步減小緊固件48上的力矩以及緊固件48和葉片28中的對(duì)應(yīng)應(yīng)力。另外，上唇緣152的向上和向下傾斜的下表面160有助于進(jìn)一步將葉片28固定至上剪切閘板塊24，并減少或消除葉片28沿任何方向相對(duì)于閘板塊24的旋轉(zhuǎn)。

圖6a和6b示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)替代實(shí)施例的上剪切閘板塊24和上葉片28的透視圖(圖6a)和截面?zhèn)纫晥D(圖6b)?？梢钥闯?，該實(shí)施例包括一些類(lèi)似于上述實(shí)施例的特征。例如，上剪切閘板塊24包括下唇緣154和密封件156。每個(gè)這些特征執(zhí)行與上文參照上述實(shí)施例所述的功能類(lèi)似的功能，并且是有利的，因此這些特征允許上剪切閘板塊24和葉片28更好地承受來(lái)自葉片28下方的高壓力f，尤其是在所述剪切閘板關(guān)閉期間。

在圖6a和6b所示的實(shí)施例中，下唇緣154在上葉片28下方從上剪切閘板24延伸并分層，分別具有不同厚度的第一部分154a和第二部分154b。還提供位于上葉片28和下唇緣54之間的密封件156。下唇緣的第一部分154a從上剪切閘板塊24的前表面32向前延伸并且接觸葉片28的底部129的至少一部分。下唇緣的第一部分154a的厚度可大于下唇緣的第二部分154b的厚度，并且提供針對(duì)葉片28向上旋轉(zhuǎn)的一定阻力，從而有助于減小緊固件148內(nèi)的剪切應(yīng)力。下唇緣的第二部分154b執(zhí)行與圖3a和3b所示的下唇緣54類(lèi)似的功能，也就是說(shuō)，向密封件156提供能量。具體來(lái)說(shuō)，在將上葉片28附接到上剪切閘板24期間，隨著緊固件148擰緊，上葉片28將拉向下唇緣54(包括下唇緣的第二部分154b)，從而向密封件156提供能量并且在密封件156上形成緊固力。

另外，如圖所示，將下唇緣的第一部分154a設(shè)置成抵靠葉片28的底部129的至少一部分，可允許葉片28的后部從密封件156處后移，從而降低所述密封件在閘板塊24與葉片28之間向上擠出的趨勢(shì)。這有助于降低上剪切閘板塊24與葉片28之間的流體泄漏的可能性。

圖6a和6b還示出了穿過(guò)葉片28的前表面36延伸到剪切閘板塊24中的緊固件148。在圖6a和6b中，五個(gè)緊固件148圖示為從葉片28插入，但可使用更多或更少的緊固件。另外，在一些實(shí)施例中，外部緊固件可大于內(nèi)部緊固件，以補(bǔ)償可能作用在葉片28的外部上的較大壓力。這樣的配置也可能是有利的，以便內(nèi)部緊固件不干擾所述葉片28的剪切區(qū)域。

另外，隨著緊固件148扭轉(zhuǎn)，葉片28向下唇緣54夾緊，從而向葉片28、下唇緣54與剪切閘板塊24之間的密封件56提供能量并且壓縮所述密封件。如圖所示，緊固件148可以以相對(duì)于葉片28的一定角度插入，以便葉片28中的孔洞不會(huì)位于發(fā)生剪切的葉片28的下部中，從而減小緊固件148上的剪切應(yīng)力。這種設(shè)計(jì)降低了緊固件148和葉片28上的應(yīng)力，從而降低了斷裂的可能性。

如上述實(shí)施例中的各種組合所述和所示，本發(fā)明的每個(gè)特征均可增強(qiáng)在剪切閘板關(guān)閉時(shí)，剪切閘板塊24和葉片28承受高于15,000lbs/in²的井眼壓力的能力。實(shí)際上，本說(shuō)明書(shū)中所示和所述的閘板塊和葉片設(shè)計(jì)可提高剪切閘板承受高達(dá)約20,000lbs/in²的壓力或更大壓力的能力。另外，當(dāng)剪切孔腔中的管道或其他物體時(shí)，本發(fā)明的剪切閘板組件可承受高達(dá)約1,900,000lbs的剪切力。

盡管僅以一些形式圖示或描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)顯而易見(jiàn)地了解，本發(fā)明并不限于此，而是可在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下易于進(jìn)行各種修改。此外，應(yīng)該了解，以上公開(kāi)的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。相應(yīng)地，在不偏離由隨附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)說(shuō)明性實(shí)施例做出各種修改且可設(shè)計(jì)其他布置。