[发明专利]用于安装和接近防喷装置罩盖的方法和装置

说明书

本申请是申请日为2003年12月17日、申请号为200380109802.6(国际申请号PCT/US03/40191)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明主要涉及用于油气工业的防喷装置。具体地说，本发明涉及一种具有新颖的罩盖固定机构的防喷装置。

背景技术

对井进行控制是油气勘探的一个重要方面。在钻井例如进行油气勘探时，必须将设备放置到位，以避免在钻井过程中对人员和设备造成损伤。一种这样的井控装置已公知为防喷装置(BOP)。

防喷装置通常用于密封井眼。例如，勘探油或气进行钻井会穿透地下的各种地质结构或“层”。每个层通常包括特定的地质组成，例如页岩、砂岩、石灰石等。每层可包含处于不同形成压力下的残存流体或残存气体，并且随着深度的增大，形成压力增大。通过例如增大井眼处的钻井泥浆密度或者增大井表面的泵送压力，而将井眼压力大致调节到至少与形成压力相平衡。

在钻井过程中，有时井眼会穿透到形成压力显著高于井眼保持压力的层中。这时，井就发生所谓的“井涌”。形成的流体(可以是液体、气体或其混合)流入井眼通常会造成压力增大并伴随有井涌。较高压力的井涌会从井眼进入点沿井孔向上(从高压区向低压区)传播。如果允许井涌传播到地表面，钻井流体、井具及其它的钻井设备就会被喷出井眼。这些“井喷”通常会对钻井设备(例如包括钻机)造成严重的损坏并导致钻井人员伤亡。

由于有井喷的危险，因此，通常在地表面或深水钻井结构的海底安装防喷装置，以便于对井涌进行充分的控制并使其从系统中“向外循环”。可启动防喷装置来有效地密封井眼，直到可进行有效测量来控制井涌。现有多种防喷装置，最常用的是环形防喷装置和柱塞式防喷装置。

环形防喷装置通常包括环形的弹性“封隔器”，可启动“封隔器”(例如使其膨胀)来密封钻管和井具，并完全密封井眼。第二种类型的防喷装置是柱塞式防喷装置。柱塞式防喷装置通常包括一个本体和至少两个相对布置的罩盖。罩盖通常通过围绕其周边布置的例如螺栓固定到本体上。或者，罩盖可通过铰链和螺栓固定到本体上，从而可使罩盖可转动到一侧进行维修。

每个罩盖的内部设有一个柱塞驱动的闸板。闸板可以是防喷器闸板(启动时，产生运动，与钻管和井具接合并包围钻管和井具来密封井眼)或剪切闸板(启动时，产生运动，与井眼内的任何钻管或井具接合并对其进行物理剪切)。闸板通常彼此相对布置，无论是防喷器闸板还是剪切闸板，闸板通常在井眼中心附近相互贴靠进行密封，从而完全密封住井眼。

如同在钻探油井和气井中所用的任何工具一样，防喷装置必须定期进行维修。例如，防喷装置包括位于BOP的罩盖和本体之间的高压密封件。在很多情况下，高压密封件是弹性体密封件。弹性体密封件必须定期进行检查，以确保弹性体没有被切破，没有发生永久变形或者例如没有与井眼中的钻井流体发生化学反应而被腐蚀。而且，通常需要用剪切闸板来更换防喷器闸板，或反之，以提供不同的井控方案。因此，重要的是，防喷装置所包含的罩盖便于拆卸，以便可接近和维修其内部部件，例如闸板。

开发一种易于进行维修的防喷装置是一件非常困难的事。例如，如前所述，罩盖通常通过螺栓或铰链与螺栓组合来与BOP本体相连。必须对螺栓施加较大的扭矩，以便在罩盖门与BOP本体之间保持密封。罩盖和BOP本体之间的密封通常为端面密封，且密封必须能承受井眼内所存在的非常高的压力。

结果是，有必要利用特殊的工具和设备来安装和拆卸罩盖门和罩盖，以便进入到BOP本体内部。对用于将罩盖门连接到BOP本体上的螺栓进行安装和拆卸需要时间，其造成钻机停机，因此既昂贵又效率低。而且，位于罩盖门周围的大螺栓和近乎完整的“螺栓圈”通常需要足够大的力来将罩盖门固定贴靠在BOP本体上。螺栓和螺栓圈的尺寸会增大BOP的“堆叠高度”。通常的做法是将BOP“堆叠”起来(多个BOP竖直进行安装)使用，在钻井过程中，希望堆叠高度最小。

人们已进行了多种尝试来减小堆叠高度和进入BOP内部所需的时间。授予Morrill的美国专利No.5655745就公开了一种可施加压力的密封支架，其省去了罩盖门和BOP本体之间的端面密封。该专利中的BOP可在小于一个完整螺栓圈中使用较少和较小的螺栓来将罩盖固定到本体上。而且，该专利阐明了至少一些螺栓可用铰链来代替。