專利名稱：深水防颶風(fēng)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種防風(fēng)暴栓(storm plug)和用于暫時隔離海 上油井或氣井的方法。也被稱為防颶風(fēng)栓的該防風(fēng)暴栓包括可收回維護 封隔器和可被液壓致動以防止流體流經(jīng)的閥。該閥可包括具有固定閥 (standing valve)的閥殼和位于閥殼內(nèi)的可液壓移動的隔離套管。該
隔離套管可被定位成與固定閥結(jié)合而預(yù)防流體流經(jīng)閥殼。閥的液壓致動 消除了旋轉(zhuǎn)工作管柱來打開和關(guān)閉閥的需要，并且還可防止在向井安裝 可收回維護封隔器和尾管過程中由于工作管柱旋轉(zhuǎn)而將閥意外打開。
背景技術(shù)：
出于在暴風(fēng)雨條件下保證海上油井或天然氣井安全的需要，或?qū)?口進行維護時都需要使用"防風(fēng)暴栓"。防風(fēng)暴栓組件包括可收回維護封 隔器和閥，該閥在工業(yè)上又被稱為防風(fēng)暴閥或防颶風(fēng)閥。防風(fēng)暴栓放置 位于泥線以下通常200英尺位置，即海底以下200英尺位置的下套管井 中。在傳統(tǒng)的"巖床(shelf)"應(yīng)用中，因為升降式鉆井平臺的最大操 作深度大約為300英尺，所以防風(fēng)暴栓將被設(shè)置在可能500英尺的最大 深度處。在其中浮式鉆井船或半潛式鉆井平臺在6000英尺以上的水深操 作的深水應(yīng)用中，防風(fēng)暴栓的設(shè)置深度將可能為6200英尺以上。
防風(fēng)暴栓在設(shè)置深度的操作通常是機械的，因而可收回維護封隔器 使用右向旋轉(zhuǎn)來設(shè)置，之后，用左向旋轉(zhuǎn)關(guān)閉防風(fēng)暴閥。在該操作中暗 含著工作管柱的恢復(fù)，因此閥的左向旋旋的第二個目的就是將工作管柱 從防風(fēng)暴栓斷開。因此防風(fēng)暴栓留在下套管井中，直到暴風(fēng)雨的威脅過 去或水線以上的維修結(jié)束。在將來必須繼續(xù)進行向下鉆進操作時，防風(fēng) 暴栓被收回，以通過下套管井來進行鉆井或完井作業(yè)。這是通過將工作 管柱運轉(zhuǎn)至閥的頂部，并用5000至10000磅的力輕輕擊打該工作管柱，
然后使工作管柱慢慢向右旋轉(zhuǎn)以與閥頂部的螺紋再次接合而實現(xiàn)的。一 旦接合，則收回防風(fēng)暴栓并從井眼卸下。
在大陸架深度時，工作管柱的旋轉(zhuǎn)可使用管扳手或頂部驅(qū)動單元來 精確實現(xiàn)。然而對深水井來說，利用任何裝置的旋轉(zhuǎn)都可能是不精確的， 從而導(dǎo)致閥斷開或意外打開的問題。而且，由于使防風(fēng)暴栓到達設(shè)置深 度常常需要高扭矩旋轉(zhuǎn)(由于井眼偏斜)，所以在進行設(shè)置并從工作管柱 斷開之前閥可能被損壞。通常將尾管或鉆柱連接至可收回維護封隔器的 底部，以在封隔器上提供重量并在井被暫時隔離時保護鉆柱。深水井對 旋轉(zhuǎn)工作管柱以將尾管插入井內(nèi)的需要可能會增大。
因此，有益的是提供可用于暫時隔離深水井并可通過液壓裝置而不 是工作管柱的旋轉(zhuǎn)來關(guān)閉的防風(fēng)暴栓。還有益的是提供在被送入井時能 夠承受所施加的極高的右旋扭矩而不用考慮損壞或斷開裝置的防風(fēng)暴 栓。有益的是提供一種防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓被設(shè)計成處理深水防風(fēng)暴 栓設(shè)備的典型的極高尾管載荷。還有益的是提供一種防風(fēng)暴栓，該防風(fēng) 暴栓適于在送入井眼中的同時保持閥機構(gòu)打開，從而自動地用流體填充 工作管柱，以允許流體在關(guān)閉閥機構(gòu)之前循環(huán)。
本公開的發(fā)明致力于克服或至少降低上述一個或多個問題帶來的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的發(fā)明旨在一種防風(fēng)暴栓以及一種用于暫時隔離深水海上井 的方法。具體地說，其中所述防風(fēng)暴栓可通過液壓手段而不是工作管柱 的旋轉(zhuǎn)來致動。根據(jù)一個實施方式，該防風(fēng)暴栓包括可收回維護封隔器 和閥。該閥包括位于閥殼內(nèi)的隔離套管和固定閥，該固定閥防止流體流 過所述隔離套管的至少一部分。所述閥殼的上端與工作管柱機械聯(lián)接， 而所述閥殼的下端與所述封隔器機械聯(lián)接。所述隔離套管可以在打開位 置與關(guān)閉位置之間以液壓方式移位。在所述打開位置，流體可流經(jīng)位于 所述閥殼與所述隔離套管之間的環(huán)形旁通區(qū)域，而在所述關(guān)閉位置，所 述隔離套管防止流體流經(jīng)所述閥。 所述防風(fēng)暴栓的閥可包括連接至所述隔離套管的動力活塞，該動力 活塞響應(yīng)于預(yù)定的液壓壓力而使所述隔離套管從所述打幵位置移位到所 述關(guān)閉位置。 一個或多個延伸穿過所述閥殼的流體端口可允許外部壓力 使所述動力活塞和所述隔離套管移位。隔離套管/動力活塞組件在打開位 置可通過剪切機構(gòu)可釋放地附接于所述閥殼。所述剪切機構(gòu)可為適于在 預(yù)定壓力下剪斷的剪切銷。
所述防風(fēng)暴栓的閥還可包括鎖定機構(gòu)，該鎖定機構(gòu)用于將所述隔離 套管鎖定在關(guān)閉位置。該鎖定機構(gòu)可以為卡合在所述動力活塞的肩部上 的夾套。閂鎖機構(gòu)(如鎖定爪)可用于相對于所述閥殼保持所述夾套。 通過將釋放套管移位成與釋放套管閂鎖機構(gòu)的內(nèi)徑上的凹部對準而可以 釋放所述閂鎖機構(gòu)。送入工具可釋放地連接至所述防風(fēng)暴栓，通過施加 預(yù)定大小的液壓壓力可釋放所述送入工具。
在一個實施方式中， 一種用于暫時停止海上井的系統(tǒng)包括可收回維 護封隔器以及具有上端和下端的閥殼，該下端與所述封隔器機械聯(lián)接， 該上端與工作管柱機械聯(lián)接。該系統(tǒng)還可包括位于所述閥殼內(nèi)部且可在 打開位置與關(guān)閉位置之間以液壓方式移動的隔離套管。 一固定閥定位在 所述隔離套管內(nèi)并防止流體流過所述隔離套管的至少一部分。所述閥殼 包括至少一個流體端口，可以通過該流體端口施加液壓壓力來使所述隔 離套管移位。在打開位置，所述隔離套管允許流體流經(jīng)所述閥殼與所述 隔離套管之間的環(huán)形旁路區(qū)域。在關(guān)閉位置，所述隔離套管防止流體流 經(jīng)所述閥殼。動力活塞可連接至所述隔離套管，該動力活塞通過一剪切 機構(gòu)有選擇地連接至所述閥殼，該剪切機構(gòu)適于在預(yù)定液壓壓力下剪斷， 并且所述動力活塞響應(yīng)于該預(yù)定液壓壓力而使所述隔離套管從打開位置 移位到關(guān)閉位置。
所述系統(tǒng)包括適于在預(yù)定液壓壓力下從所述閥殼釋放的送入工具。 該送入工具還適于作為輔助釋放機構(gòu)而從所述閥殼機械地釋放。該系統(tǒng) 的送入工具可包括具有帶外螺紋的指的夾套和可液壓地移動的支撐套 管，該支撐套管在第一位置使夾套指向外擴張，而在第二位置允許夾套 指向內(nèi)移動。帶外螺紋的夾套指適于在被所述支撐套管向外擴張時與所
述閥殼的螺紋部分接合。
該系統(tǒng)還可包括鎖定機構(gòu)，該鎖定機構(gòu)有選擇地將所述隔離套管鎖 在關(guān)閉位置。該系統(tǒng)還可包括收回工具，該收回工具適于與所述閥殼的 螺紋部分接合。該收回工具可與釋放套管接合，該釋放套管釋放將所述 隔離套管鎖在關(guān)閉位置的鎖定機構(gòu)。
一種實施方式為一系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可收回維護封隔器；具有上 端與下端的閥殼，該閥殼下端與可收回維護封隔器機械聯(lián)接，并具有位 于該閥殼內(nèi)的固定閥和位于該閥殼內(nèi)的可移動隔離套管；以及收回工具。 該收回工具適于與所述閥殼的上端機械地聯(lián)接。所述隔離套管以液壓方 式從第一位置致動到第二位置，其中在該第二位置，所述隔離套管與所 述固定閥相結(jié)合而防止流體流經(jīng)所述閥殼。系統(tǒng)可包括鎖定機構(gòu)和可移 動釋放套管，所述鎖定機構(gòu)用于選擇性地將所述隔離套管固定在所述第 二位置，所述可移動釋放套管將所述隔離套管從該第二位置釋放，其中 所述收回工具的接合移動所述釋放套管。
一種實施方式為一種暫時中止海上井的方法，該方法包括將可收 回維護封隔器和具有上端與下端的閥送入海上井內(nèi)，該下端與所述可收 回維護封隔器機械聯(lián)接，該上端與工作管柱機械聯(lián)接，所述閥適于在送 入井內(nèi)的同時允許流體流經(jīng)所述閥。該方法還包括設(shè)置可收回維護封 隔器、防止流體流經(jīng)所述閥、并將工作管柱從與所述閥的上端的機械聯(lián) 接中移除。所述閥以液壓方式致動以防止流體流經(jīng)該閥。
一種實施方式為一種暫時中止海上井的方法，該方法包括將可收 回維護封隔器和閥送入海上井，該閥包括均位于閥殼內(nèi)的固定閥和可移 動隔離套管。所述閥殼的下端與所述可收回維護封隔器機械聯(lián)接，所述 閥殼的上端與工作管柱機械聯(lián)接。該方法包括設(shè)置所述可收回維護封隔 器以及對所述閥殼施加預(yù)定液壓壓力，以使所述隔離套管移動到防止流 體流經(jīng)所述閥殼的位置。
該方法可包括將所述絕緣套管鎖定在防止流體流經(jīng)所述閥殼的位 置?？梢岳门c所述閥殼的上端可釋放地機械聯(lián)接的送入工具將所述可 收回維護封隔器和所述閥送入海上井。該方法可包括施加第二預(yù)定液壓
壓力以將所述送入工具從所述閥殼釋放，該方法還可包括將所述收回工 具與所述閥殼接合以收回所述可收回維護封隔器和所述閥。該方法還包 括移動所述釋放套管以解鎖所述絕緣套管。所述收回工具的接合可以使 所述釋放套管在所述閥殼內(nèi)移動。該方法還可包括在解鎖所述絕緣套管 之后利用所述收回工具將所述可收回維護封隔器和所述閥從海上井中收 回。


圖1示出了連接有送入工具的用于暫時隔離海上井的防風(fēng)暴閥的一 個實施方式的剖面圖。
圖2示出了圖1實施方式的剖面圖，其中防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)關(guān)閉并 且送入工具斷開。
圖3示出了圖1的實施方式的剖面圖，其中收回工具連接至防風(fēng)暴閥。
圖4示出了送入工具的一個實施方式的軸測圖。
圖5示出了收回工具的一個實施方式的軸測圖。
圖6示出了用于暫時隔離海上井的防風(fēng)暴栓的軸測圖，該防風(fēng)暴栓 連接至工作管柱。
圖7示出了用于暫時隔離海上井的防風(fēng)暴栓的軸測圖，其中工作管 柱端口且防風(fēng)暴栓設(shè)置成隔離所述井。
圖8示出了連接至工作管柱的收回工具的軸測圖，該收回工具正被 送入井中以收回設(shè)置好的用于暫時隔離海上井的防風(fēng)暴栓。
圖9示出了連接至用于暫時隔離海上井的防風(fēng)暴栓的圖8的收回工 具的軸測圖。
圖10示出了可被用于將防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)手動移動到打開位置的
收回工具的一個實施方式的端部的剖面圖。
圖11示出了擰到防風(fēng)暴閥的接收器中的圖10的收回工具。
圖12示出了防風(fēng)暴閥的一個實施方式的剖面圖，該防風(fēng)暴閥包括可
用于將該防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)移動到關(guān)閉位置的機械連桿。
圖13示出了圖12的實施方式的剖面圖，其中送入工具從防風(fēng)暴閥斷幵。
圖14示出了防風(fēng)暴閥的一個實施方式的上半剖面圖，該防風(fēng)暴閥處
于其中可以利用油管壓力使防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)關(guān)閉的送入位置。
圖15示出了其中防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)關(guān)閉的圖14的實施方式的剖面視圖。
圖16示出了可用于堵塞尾管以允許油管壓力將圖14的防風(fēng)暴閥的 閥機構(gòu)關(guān)閉的裝置的一個實施方式的剖面圖。
圖17示出了可用于將支撐套管保持在其向上位置從而將送入工具 從防風(fēng)暴閥釋放的保持環(huán)的一個實施方式。
圖18示出了可利用環(huán)空壓力從防風(fēng)暴閥斷開的送入工具的一個實 施方式的上半剖面圖。
圖19示出了圖18的送入工具的上半剖面圖，其中支撐套管移動至 其上部位置。
盡管易于對本發(fā)明進行各種修改和變型形式，但在附圖中以示例方 式示出了具體實施方式
，并且這里將對這些實施方式進行詳細描述。然 而，應(yīng)理解，本發(fā)明并不旨在局限于所公開的特定形式。而其目的是覆 蓋落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等 價物及替換例。
具體實施例方式
下面將本發(fā)明示例性實施方式描述成它們可以應(yīng)用在防風(fēng)暴栓以及 用于暫時隔離海上油井或天然氣井的方法中。為了清楚起見，在該說明 書中并沒有描述實際實施的所有特征。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)意識到，在任何這種實 際實施方式的改進中，為了達到研制者的具體目的(如符合系統(tǒng)相關(guān)和 商業(yè)相關(guān)的約束)，必須制定大量具體實施的決定，這些實施彼此之間會 有所不同。而且，應(yīng)當(dāng)意識到，這樣的改進工作可能是復(fù)雜且耗費時間 的，雖然如此但這對于獲益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員只是常規(guī)的任務(wù)。
本發(fā)明的各種實施方式的其他方面和優(yōu)點通過對下列說明和附圖的
描述將變得顯而易見。
圖1示出了可被用作暫時隔離海上井的防風(fēng)暴栓的構(gòu)件的防風(fēng)暴閥
的一個實施方式。該防風(fēng)暴閥的下端包括底部接頭60，該底部接頭60與 可收回維護封隔器80 (圖7所示)機械聯(lián)接。盡管在優(yōu)選實施方式中使 用了可收回維護封隔器，其它類型的可從商業(yè)獲得的封隔器(如生產(chǎn)封 隔器)可與本發(fā)明一起使用。本文中使用的機械聯(lián)接是指直接連接或間 接連接。受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到可以使用其他的接頭/ 連接器將底部接頭60連接到可收回維護封隔器80。底部接頭60的頂端 與外殼220機械聯(lián)接。術(shù)語"閥殼"可用來指擰在一起、用鍵保持在一 起用于防旋轉(zhuǎn)目的、且/或緊固在一起以構(gòu)成防風(fēng)暴閥的外殼的部件的集 合。閥殼可包括各種構(gòu)件，如接頭和殼，這對于獲益于本公開的本領(lǐng)域 技術(shù)人員來說是能認識到的。整個防風(fēng)暴閥的閥殼包括中心孔。兩頭陽 螺紋接頭210可用于將外殼220與底部接頭60相連。該兩頭陽螺紋接頭 210可包括將兩頭陽螺紋接頭210連接到底部接頭60的下螺紋部分45以 及用于連接至外殼220的上螺紋部分215。
緊固件125可用于將防風(fēng)暴閥的殼的各種構(gòu)件連接到一起。防旋轉(zhuǎn) 鍵135可用于防止殼的各個構(gòu)件相對于彼此旋轉(zhuǎn)。防旋轉(zhuǎn)鍵135可防止 防風(fēng)暴閥的各種螺紋構(gòu)件在防風(fēng)暴栓進入海上井期間由于工作管柱旋轉(zhuǎn) 而意外斷開。
該防風(fēng)暴閥包括位于底部接頭60的中心孔內(nèi)的固定閥50，該固定 閥將中心孔內(nèi)的流體流從循環(huán)端口 30轉(zhuǎn)移到環(huán)形的旁路區(qū)域35中。流 體流可沿中心孔繼續(xù)向下穿過隔離套管10的端口 70并進入底部接頭60 的中心孔中。圖中所示的端口的方位和數(shù)量用于說明性目的，在本發(fā)明 的精神內(nèi)可以改變，這對于獲益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是能夠 認識到的。防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)包括與固定閥50相結(jié)合的隔離套管10。
固定閥50的上端連接至隔離套管10，該隔離套管10可以從圖l所 示的打開或下部位置移動到圖2所示的關(guān)閉或上部位置。隔離套管10包 括上密封件20和下密封件40。當(dāng)隔離套管10處于下部位置時，密封件 20與兩頭陽螺紋接頭210形成流體密封，而下密封件40不接觸閥殼的任
何部分，從而允許流體沿著環(huán)形旁路區(qū)域35向下流動并通過隔離套管下 端的端口 70。
隔離套管IO與定位于閥殼的中心孔內(nèi)的動力活塞180機械聯(lián)接。一 個或多個可剪切裝置200 (如剪切螺釘)與動力活塞180機械聯(lián)接以選擇 性地將動力活塞180連接到外殼220。閂鎖機構(gòu)195可連接至動力活塞 180以與可剪切裝置接合，從而在防風(fēng)暴栓被送入井中的同時將動力活塞 180和隔離套管10保持在打開或下部位置。該防風(fēng)暴閥包括一鎖定機構(gòu)， 以將動力活塞180和隔離套管10保持在關(guān)閉或上部位置。如圖1-3所示 的鎖定機構(gòu)為具有夾套指165的夾套160，這些夾套指165包括位于夾套 指165下端的肩部170。這些夾套指165的肩部170和夾套160將動力活 塞180保持在如下面詳細描述的關(guān)閉位置。作為鎖定機構(gòu)的夾套和夾套 指僅用于示例性目的，并且可以為其它各種鎖定裝置，如鎖定環(huán)或一套 鎖定爪，這對于獲益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是能夠認識到的。
外殼220的頂端連接至接收器100的下端，該接收器包括如上面所 討論的中心孔。外殼220和接收器100可擰在一起。閥殼可包括定中心 器130以在防風(fēng)暴閥送入井中時有助于使其居中。定中心器130可用緊 固件125連接至閥殼并可包括防旋轉(zhuǎn)鍵135以防止外殼220與接收器100 之間的旋轉(zhuǎn)。接收器IOO的上部與送入工具300機械聯(lián)接。接收器的中 心孔包括螺紋部分115，該螺紋部分與送入工具300的夾套指340的外螺 紋接合。
送入工具300與防風(fēng)暴閥的閥殼機械聯(lián)接并用于將防風(fēng)暴栓送入海 上井。送入工具300包括可移動支撐套管310，該可移動支撐套管310在 其初始位置使夾套330的夾套指340擴張成與接收器100的螺紋部分115 接合。夾套指340的外螺紋與支撐套管310相結(jié)合使得送入工具300可 與接收器100螺紋連接。 一個或多個可剪切裝置105 (如剪切銷或剪切螺 釘)提供了附加的將送入工具300連接到接收器100的可釋放裝置。頂 部接頭350可連接送入工具300的上端，從而使送入工具300可與工作 管柱或鉆井管360 (如圖4和6所示)機械聯(lián)接。緊固件125可將定中心 器130連接到頂部接頭350，以在將防風(fēng)暴閥送入井中時有助于防風(fēng)暴閥
居中。防旋轉(zhuǎn)鍵125可用于防止頂部接頭350和送入工具300之間的旋 轉(zhuǎn)。
在如下面詳細所述那樣已經(jīng)設(shè)置可收回維護封隔器且將隔離套管10 移動到關(guān)閉位置之后，可從接收器100將送入工具300以液壓方式釋放。 可向送入工具的中心孔施加壓力。由于支撐套管的下密封件311具有比 支撐套管310的上密封件312更大的直徑，因此液壓壓力在支撐套管310 上施加向上的力。因此，向支撐套管310的下密封件311施加了更大的 力。支撐套管310可以由可剪切裝置320 (如剪切銷或剪切螺釘)選擇性 地固定在其初始位置，該可剪切裝置320適于在送入工具300的中心孔 內(nèi)的預(yù)定壓力下剪斷。一旦可剪切裝置320已經(jīng)剪斷而釋放支撐套管310， 液壓壓力將使支撐套管310沿著送入工具300的中心孔向上移動。支撐 套管接口 380可包括保持環(huán)313 (圖17所示)，該保持環(huán)與頂部接頭350 中的肩部314接合以將支撐套管310保持在上部位置。圖17所示的保持 環(huán)313僅用于示例性目的，因為如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的那樣，多種 裝置都可以用于將支撐套管310保持在其上部位置。
送入工具300中的上連通端口 305允許包含在支撐套管310和送入 工具300之間的凹部315內(nèi)的流體在支撐套管310沿送入工具300向上 移動時排出凹部315。下連通端口 110有助于防止由于支撐套管310和接 收器100之間的流體截留而產(chǎn)生壓力積累。夾套指340在支撐套管310 沿送入工具300向上移動并且與夾套指340脫離接觸時將被向內(nèi)壓縮。 夾套指340的塌縮將送入工具300的底部從與接收器100的螺旋接合中 釋放。向上的力然后可通過工作管柱360和頂部接頭350施加到送入工 具300上直到可剪切裝置105斷裂而將送入工具300從防風(fēng)暴閥釋放。 在喪失液壓控制或不能使支撐套管310沿送入工具300向上移位的情況 下，可以通過旋轉(zhuǎn)工作管柱360將送入工具300從防風(fēng)暴閥上移除。工 作管柱360的旋轉(zhuǎn)會剪斷可剪切裝置105，從而使得夾套指340旋轉(zhuǎn)并從 接收器100的螺紋部分115擰出?？蛇x的是，支撐套管接頭380中的標 準設(shè)置輪廓390可以允許支撐套管310通過移位工具或設(shè)置工具而機械 地向上移位以將銷320剪斷，從而釋放支撐套管310。
圖2示出了防風(fēng)暴閥，其中閥機構(gòu)關(guān)閉并且從接收器100的頂部移 除了送入工具300。該防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)通過將隔離套管10液壓移位到 關(guān)閉位置而被關(guān)閉。該防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)包括與可被液壓致動的隔離套 管10相結(jié)合的可在商業(yè)上獲得的鋼索傳送固定閥50。隔離套管10包括 上密封件20和下密封件40。在初始或打開位置，隔離套管10的上密封 件20密封兩頭陽螺紋接頭210，而下密封件40位于兩頭陽螺紋接頭210 的下方，從而允許流體流過循環(huán)端口 30并繞過固定閥50。
為了關(guān)閉閥機構(gòu)，向井套施加液壓壓力，該液壓壓力經(jīng)過貫穿外殼 220的連通端口 5施加至防風(fēng)暴閥的環(huán)形區(qū)域。防風(fēng)暴閥內(nèi)的增加的壓力 由于動力活塞密封件190的孔的直徑比隔離套管的上密封件20的孔的直 徑大而在動力活塞180上施加向上的力。井套內(nèi)的壓力增加到一預(yù)定量， 在該預(yù)定量時可剪切裝置200適于剪斷而釋放閂鎖機構(gòu)195，從而允許動 力活塞180沿外殼220向上移動。動力活塞180使隔離套管10沿防風(fēng)暴 閥向上移動，從而將下密封件40定位成抵靠兩頭陽螺紋接頭210。下密 封件40密封兩頭陽螺紋接頭210，從而防止流體流進環(huán)形旁路區(qū)域35而 繞過固定閥50。關(guān)閉的隔離套管10與設(shè)置的可收回維護封隔器80相結(jié) 合暫時地關(guān)閉了海上井。
具有夾套指165的夾套160被用于將動力活塞180和隔離套管10鎖 定到關(guān)閉位置。動力活塞180包括肩部185，該肩部在動力活塞180沿著 外殼220的中心孔向上移動時與夾套指165上的肩部170接合。夾套指 165的肩部170與動力活塞185的肩部接合，從而防止動力活塞180和隔 離套管10向下移動。在達到關(guān)閉位置之后，動力活塞180的進一步向上 移動由于動力活塞180的上端接觸夾套160而被防止。因此，夾套160 和夾套指165防止動力活塞180和隔離套管10的進一步移動直到插入收 回工具將防風(fēng)暴栓收回為止。
一旦不再需要隔離海上井，則可將圖3所示的收回工具400在工作 管柱460上行進以打開防風(fēng)暴閥而收回防風(fēng)暴栓。本公開的防風(fēng)暴栓在 海上井的使用僅用于示例性目的，這是由于所公開的防風(fēng)暴栓也可用于 暫時隔離陸上井，這對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是能夠認
識到的。收回工具400包括螺紋部分415，該螺紋部分可旋進接收器的螺 紋部分115。上接頭450可用于將收回工具400連接到工作管柱460。上 接頭450可螺紋連接到收回工具400并可包括定中心器130和用于防止 上接頭450與收回工具400之間的旋轉(zhuǎn)的防旋轉(zhuǎn)鍵135。
收回工具400的下端包括鼻部420，該鼻部在收回工具400擰進接 收器100中時接觸釋放套管120。釋放套管120連接鎖定套管140。與收 回工具400的鼻部420的接觸使釋放套管120和鎖定套管140產(chǎn)生向下 的力從而剪斷一個或多個選擇性地將鎖定套管連接到夾套160的可剪切 裝置155。如圖3所示，可剪切裝置155的剪斷允許釋放套管120和鎖定 套管140沿著防風(fēng)暴閥的內(nèi)孔向下移動。優(yōu)選的是，收回工具400的鼻 部420使可剪切裝置155在螺紋部分415完全安置在接收器的螺紋部分 115內(nèi)之前幾圈被剪斷。在初始位置，鎖定套管140將鎖定爪150支撐在 擴張位置，鎖定爪150連接至夾套160。鎖定套管140包括凹部145，當(dāng) 凹部145由于鎖定套管140沿著防風(fēng)暴閥的中心孔向下行進而到達鎖定 爪150的位置時鎖定爪150可塌縮到該凹部145中。釋放套管120、鎖定 套管140、凹部145和鎖定爪150的構(gòu)造僅用于示例性目的，并且可在本 發(fā)明的精神內(nèi)改變，這對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是能夠 認識到的。
鎖定爪150塌縮到鎖定套管140的凹部145中產(chǎn)生了包括釋放套管 120、鎖定套管140、夾套160、夾套指165、動力活塞180和隔離套管 10的組件。鎖定爪150塌縮到凹部145中還將夾套160從外殼220釋放， 從而將動力活塞180和隔離套管10解鎖。動力活塞/隔離套管組件現(xiàn)在 沿著防風(fēng)暴閥的中心孔自由地向下移動。
防風(fēng)暴閥中的閥機構(gòu)需要在從井移除防風(fēng)暴栓之前打開。在暫時隔 離海上井之前，將壓井液泵送到井中以防止從井中產(chǎn)生流體。如果在隔 離期間中貯液器沒有意料之外的流體損失，則固定閥50下方的壓力會被 平衡且動力活塞/隔離套管組件將適當(dāng)?shù)乇３衷陉P(guān)閉或上部位置。工作管 柱可被加壓，直至將動力活塞/隔離套管組件沿著防風(fēng)暴閥的中心孔向下 移動到打開或下部位置。防風(fēng)暴閥的外殼包括用于防止隔離套管10的進
一步向下運動經(jīng)過其下部或打開位置的肩部。圖卜3所示的實施方式示
出了連接到隔離套管10的閂鎖機構(gòu)195將接觸兩頭陽螺紋接頭210，從 而一旦隔離套管10到達其下部位置則防止進一步向下移動。如果貯液器 發(fā)生流體損失，則關(guān)閉的閥下方的壓力應(yīng)比上方的壓力小。在這種情況 下， 一旦動力活塞/隔離套管組件被解鎖，在關(guān)閉的閥上方的增加的壓力 將使隔離套管移動到打開或下部位置。
另選的是，如果關(guān)閉的閥下方的壓力超過關(guān)閉的閥上方的液壓壓力， 則動力活塞/隔離套管組件即使在組件已被收回工具解鎖之后也將保留 在關(guān)閉位置。收回工具400包括密封件430，該密封件與接收器的密封孔 120接合，從而對井提供控制。工作管柱內(nèi)的壓力可緩慢增加直到其超過 井下壓力，使動力活塞/隔離套管組件移動到打開位置，從而打開防風(fēng)暴 閥中的閥機構(gòu)。
圖4示出了送入工具300的一個實施方式，該送入工具300可用于 將防風(fēng)暴栓送入海上井。送入工具300的上端包括連接至工作管柱360 的頂部接頭350。送入工具300可包括定中心器130以有助于使該工具和 防風(fēng)暴栓在井中居中。送入工具300的下端包括夾套指340,夾套指340 包括外螺紋部分345，該外螺紋部分345適用于擰進接收器100的螺紋部 分115。送入工具300可包括多個開口 325，以允許一個或多個可剪切裝 置選擇性地將送入工具300連接到防風(fēng)暴栓的接收器100。
圖5示出了收回工具400的一個實施方式，該收回工具400可用于 將防風(fēng)暴栓從海上井收回。收回工具400的上端包括可連接到工作管柱 460的頂部接頭450。收回工具400可包括定中心器130以有助于防風(fēng)暴 閥在井中居中。收回工具400包括螺紋部分415，該螺紋部分415適于與 接收器100的螺紋部分115接合。收回工具400包括可密封在接收器的 密封孔中的密封件430和用于與防風(fēng)暴栓的釋放套管接合的鼻部420。
圖6示出了將防風(fēng)暴栓送入海上井的工作管柱360的軸測圖。頂部 接頭350將工作管柱360連接到送入工具300。該送入工具連接到防風(fēng)暴 閥的接收器的上端。底部接頭60將可收回維護封隔器80連接到防風(fēng)暴 閥的底部。尾管90連接到封隔器80的底部。圖7示出了設(shè)置在井中的
封隔器80和從接收器100斷開的送入工具。
圖8和圖9示出了防風(fēng)暴栓從海上井的收回。通過頂部接頭450連 接到工作管柱460的收回工具400被如圖8所示送入井中。收回工具400 連接到防風(fēng)暴閥的接收器100。在封隔器80被拆卸后，工作管柱460可 用于從井中收回防風(fēng)暴閥、封隔器80和尾管90。
圖10示出了收回工具400的下端的另一個實施方式，該收回工具 400可用于從海上井收回防風(fēng)暴栓。收回工具400包括螺紋部分415，該 螺紋部分415適于與接收器100的螺紋部分115接合。收回工具400的 下端包括密封接頭480，該密封接頭包括兩組密封件485、 490。在密封 接頭4S0的末端是鼻部495，該鼻部適于與防風(fēng)暴閥的釋放套管接合。長 度較長的密封接頭480適于在收回工具400的螺紋部分415與接收器100 的螺紋部分115完全接合時使隔離套管IO移動到下部或打開位置。該增 加的長度允許操作者在收回工具400完全插入時將防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)移 動到打開位置，即使閥機構(gòu)下方的壓力增加也是如此。密封接頭480的 雙密封件485、 490保證在隔離套管10移動到打開位置之前將孔密封。
圖11示出了圖10的擰入防風(fēng)暴閥的接收器100中的收回工具400。 收回工具400的鼻部495與釋放套管120接合，該釋放套管120通過動 力活塞180和鎖定套管140連接到隔離套管10。收回工具400的該實施 方式的密封接頭480的長度使得隔離套管10在收回工具400完全接合在 防風(fēng)暴閥的接收器100內(nèi)時移動到下部或打開位置。
圖12示出了防風(fēng)暴閥的一個實施方式，該防風(fēng)暴閥包括位于支撐套 管310和動力活塞180之間的連桿375。 一個或多個可剪切裝置376 (如 一組剪切螺絲)可釋放地將連桿375連接到動力活塞180。連桿375通過 使動力活塞180和隔離套管10沿著殼220向上移位而允許對閥機構(gòu)進行 機械致動。如圖12所示，連桿375提供了用于致動閥機構(gòu)的輔助裝置。 可以利用移位工具(如鋼索移位工具)與支撐套管接頭380中的輪廓390 接合以將閥機構(gòu)移位到上部或關(guān)閉位置。連桿375還提供了可以利用送 入工具300從接收器的旋出將閥機構(gòu)移位到上部或關(guān)閉位置。送入工具 300的旋轉(zhuǎn)將通過套管310與連桿375的上端之間的螺紋連接而將旋轉(zhuǎn)運
動施加給連桿375?？杉羟醒b置376可延伸到連桿375的下端的環(huán)形凹部 中，該環(huán)形凹部允許連桿375與動力活塞180之間的相對旋轉(zhuǎn)。當(dāng)送入 工具被旋轉(zhuǎn)而與螺紋部分115脫離接合時，連桿375向上移動動力活塞 180和隔離套管10，從而關(guān)閉閥機構(gòu)。在一個可選實施方式中，連桿375 可作為用于致動閥機構(gòu)的主要裝置。在該實施方式中可省略動力活塞。 如果省略該動力活塞，則可以從圖12所示的零件180省略封隔裝置190、 端口 5和可剪切裝置200。在該實施方式中，零件180將作為隔離套管 10的延伸件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到該實施方式中的延伸件可為單獨 件或隔離套管10的一體部分。圖13示出了從防風(fēng)暴閥斷開的送入工具 300的連桿375。
圖14和圖15示出了可通過油管壓力致動閥機構(gòu)的防風(fēng)暴閥的一個 實施方式。需要將一栓插入尾管柱以允許油管壓力增加?？蛇x的是，一 旦設(shè)置好封隔器，并且在封隔器下方?jīng)]有任何鉆孔，則可在沒有栓的情 況下向工作管柱加壓。圖16示出了栓500的一個實施方式，該栓500可 用于阻止流體沿著尾管柱向下流動。栓500包括螺紋部分530和與栓500 的殼選擇性連接的密封元件510?？杉羟醒b置520將密封件510連接到殼 上，且適于在比致動防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)所需的壓力量更大的壓力下剪斷。
動力活塞密封件191、 192適于允許油管壓力使動力活塞180沿著殼 220向上移動，從而將隔離套管10移到上部或關(guān)閉位置。動力活塞180 包括貫穿該活塞的端口 193，從而允許油管壓力相對于隔離套管的上密封 件20在動力活塞密封件191、 192上產(chǎn)生向上的力。圖15示出了處于上 部或關(guān)閉位置的防風(fēng)暴閥的閥機構(gòu)。 一旦不再需要對井進行隔離，則可 以增加油管壓力，直到栓500中的可剪切元件520變形或剪斷從而釋放 密封件510為止。
圖18和圖19示出了送入工具300的一個實施方式，該送入工具300 可通過環(huán)空壓力而從防風(fēng)暴閥斷開。送入工具300的密封件316、 317適 于通過送入工具300的端口 6向密封件316、 317施加環(huán)空壓力時在支撐 套管310上產(chǎn)生向上的力。支撐套管310的向上運動使送入工具300從 防風(fēng)暴閥的接收器100釋放，如上所述。
盡管已經(jīng)示出并描述了各種實施方式，但是本發(fā)明并不限于此，并 且應(yīng)理解為包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說所有明顯的這種修改和變型。舉 例來說，閥機構(gòu)的關(guān)閉和/或送入工具的釋放可以以靜液壓方式實現(xiàn)。然 而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到靜液壓致動只是液壓致動的一種形式，因 此，包含在這里所使用的本發(fā)明的液壓制動的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于油井和氣井的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓包括封隔器；以及防風(fēng)暴閥，該防風(fēng)暴閥包括(i)具有上端和下端的閥殼，該下端與所述封隔器機械聯(lián)接；(ii)位于所述閥殼內(nèi)部的隔離套管，以及(iii)位于所述隔離套管內(nèi)的固定閥，其中，所述隔離套管能夠在一打開位置與一關(guān)閉位置之間以液壓方式移位，在所述打開位置流體能夠流經(jīng)所述閥殼與所述隔離套管之間的環(huán)形旁路區(qū)域，在所述關(guān)閉位置所述隔離套管和所述固定閥相結(jié)合而防止流體流經(jīng)所述防風(fēng)暴閥。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓還包括連接到所述 隔離套管的動力活塞，該動力活塞響應(yīng)于預(yù)定的液壓壓力而使所述隔離 套管從所述打開位置移位到所述關(guān)閉位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓還包括用于將所述 隔離套管鎖定在所述關(guān)閉位置的鎖定機構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述閥殼的所述上端適 于可釋放地連接至一送入工具，該送入工具附接至工作管柱的下端，所 述送入工具可通過預(yù)定的液壓壓力而從所述閥殼釋放。
5、 一種用于油井和氣井的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓包括 封隔器；以及具有閥機構(gòu)的防風(fēng)暴閥，其中，所述閥機構(gòu)可在允許流體流經(jīng)所述 閥機構(gòu)的第一位置和防止流體流經(jīng)所述閥機構(gòu)的第二位置之間以液壓方 式移動。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的防風(fēng)暴栓，其中，環(huán)空液壓壓力將所述閥機構(gòu)從所述第一位置移動到所述第二位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓還包括連接至可收 回維護封隔器的尾管柱和位于該尾管柱中的栓，其中，油管液壓壓力將 所述閥機構(gòu)從所述第一位置移動到所述第二位置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓還包括連桿，其中， 該連桿的一端連接到送入工具并在相反端與所述閥機構(gòu)機械聯(lián)接，所述 送入工具可釋放地連接到所述防風(fēng)暴閥。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述送入工具的非旋轉(zhuǎn) 運動也能夠?qū)⑺鲩y機構(gòu)從所述第一位置移動到所述第二位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述送入工具的旋轉(zhuǎn) 運動也能夠?qū)⑺鲩y機構(gòu)從所述第一位置移動到所述第二位置。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓還包括可釋放地 連接至所述防風(fēng)暴閥的送入工具。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的防風(fēng)暴栓，其中，環(huán)空壓力的施加將所 述送入工具從所述防風(fēng)暴閥釋放。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的防風(fēng)暴栓，其中，油管壓力的施加將所 述送入工具從所述防風(fēng)暴閥釋放。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述送入工具的旋轉(zhuǎn) 運動將所述送入工具從所述防風(fēng)暴闊釋放。
15、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述送入工具的非旋 轉(zhuǎn)運動將所述送入工具從所述防風(fēng)暴閥釋放。
16、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的防風(fēng)暴栓，其中，所述送入工具可被選 擇性地通過所述送入工具的運動或液壓壓力的施加而從所述防風(fēng)暴閥釋 放。
17、 一種暫時隔離油井和氣井的方法，該方法包括下列步驟 將封隔器和防風(fēng)暴閥送入井內(nèi)，該防風(fēng)暴閥具有與所述封隔器機械聯(lián)接的下端、與工作管柱機械聯(lián)接的上端、以及閥機構(gòu)； 設(shè)置所述封隔器；將所述閥機構(gòu)從允許流體流經(jīng)所述閥機構(gòu)的第一位置移動到防止流 體流經(jīng)所述閥機構(gòu)的第二位置；以及將所述工作管柱從所述防風(fēng)暴閥的所述上端移除。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述閥機構(gòu)被以液壓方式 從所述第一位置移動到所述第二位置。 '
19、 一種暫時隔離油井和氣井的方法，該方法包括下列步驟 將可收回封隔器和防風(fēng)暴閥送入井內(nèi)，該防風(fēng)暴閥具有(i) 具有與所述可收回維護封隔器機械聯(lián)接的下端的閥殼，(ii) 位于所述閥殼內(nèi)部并在打開位置與關(guān)閉位置之間可液壓移 位的隔離套管；以及(iii) 位于所述隔離套管內(nèi)的固定閥； 設(shè)置所述可收回封隔器；以及向所述閥殼施加預(yù)定的液壓壓力以將所述隔離套管移動到所述關(guān)閉 位置，從而防止流體流經(jīng)所述防風(fēng)暴閥。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法還包括將所述隔離套管鎖 定在所述關(guān)閉位置。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中， 一送入工具與所述閥殼的 所述上端可釋放地機械聯(lián)接，并且該方法還包括施加第二預(yù)定的液壓壓 力以將所述送入工具從所述閥殼釋放。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，該方法還包括將所述隔離套管移回到所述打開位置并利用收回工具將所述可收回封隔器和所述防風(fēng)暴閥 從所述油井和氣井收回。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于暫時隔離深水海上井的防風(fēng)暴栓，該防風(fēng)暴栓包括可收回維護封隔器和固定閥，該可收回維護封隔器連接至包含可移動隔離套管的閥殼。該固定閥預(yù)防流體流經(jīng)隔離套管的一部分，該隔離套管被從打開位置液壓致動到關(guān)閉位置。在打開位置，流體可通過固定閥中的流體端口流到閥殼與隔離套管之間的環(huán)形旁路區(qū)域。在關(guān)閉位置，隔離套管防止流體流經(jīng)閥殼。與傳統(tǒng)的通過工作管柱旋轉(zhuǎn)而設(shè)置的防風(fēng)暴閥相比，所述閥可以液壓致動。用于將防風(fēng)暴栓送入井內(nèi)的送入工具可以以液壓方式與閥殼斷開。
文檔編號E21B33/12GK101349146SQ200810133959
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者詹森·C·邁蘭, 道格拉斯·J·萊爾 申請人:Bj服務(wù)公司