[发明专利]不规则压力容器的补强方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于油气工业的不规则压力容器。具体地，本发明 涉及防喷器的制造或补强方法。

背景技术

井控是油气勘探的重要方面。例如，在钻井时，必须将安全装置放置 于合适的位置，以避免伴随钻井作业发生的意外情况对人员造成伤害以及 对设备造成破坏。

钻井包括穿透各种地下地质构造或“层”。有时，井筒将穿透地层压力 明显高于井筒中压力的层。在出现这种情况时称井已溢流。伴随溢流出现 的压力升高通常是由地层流体(可以是液体、气体或它们的组合)流入井筒所 引起。压力较高的溢流往往从进入井筒的位置向井口蔓延(从高压区域向低 压区域)。如果允许溢流到达地面，则可能将钻井液、钻具和其它钻井结构 件从井筒中喷出。这种“井喷”可造成钻井设备(包括例如钻机)的严重破坏和 钻机操作人员的重大伤亡。

鉴于井喷的风险，将称为防喷器的装置安装在位于地表的井头上方或 者在深水钻井布置中安装于海底，以有效地密封井筒，直至可采取积极的 措施控制溢流。可起动防喷器，以使溢流得到充分地控制并“循环”离开 系统。防喷器有数种，其中最常见的为闸板式防喷器和套筒式环空防喷器 (annular blowout preventer)(包括球形防喷器)。

套筒式环空防喷器通常使用具有金属插入物的大型环形橡胶或弹性密 封件，将该密封件称为“密封胶芯(packing units)”。可起动防喷器内的密封胶 芯，以包围钻杆和钻具，从而完全密封钻杆或钻具与井筒之间的“环空“。在 密封胶芯的孔内没有钻杆或钻具的情况下，可压缩密封胶芯以使密封胶芯 的孔完全闭合。通常，密封胶芯密封钻杆周围，其中可手动或借助机械快 速压缩密封胶芯，以作用于其周围的密封件，来防止井压造成井喷。美国 专利No.2,609,836和5,819,013披露了套筒式环空防喷器的实例，在此引入 它们的全文作为参考。美国专利No.3,667,721披露了球形防喷器的实例， 在此引入其全文作为参考。

闸板式防喷器通常具有主体和至少一对水平相对的阀盖(bonnet)。通常 利用例如螺栓围绕阀盖的周边将阀盖固定于主体。可供选择地，可利用铰 链和螺栓将阀盖固定于主体，从而为了维护进入可使阀盖转动至一侧。各 阀盖内为活塞驱动闸板。闸板可以是钻杆闸板(pipe ram)(起动时移动接合并 环绕钻杆和钻具以密封井筒)、剪切闸板(起动时移动接合并物理剪切井筒中 的任意钻杆或钻具)或全封闭闸板(起动时类似于闸阀密封井筒)。闸板通常 相对设置，无论是钻杆闸板、剪切闸板还是全封闭闸板，闸板通常在井筒 中心附近相互抵靠进行密封，从而完全密封井筒。

闸板通常由钢制成且在密封表面上装配有弹性部件。防喷器闸板可具 有使其能够密封井筒的各种构造。钻杆闸板中间通常具有与孔中钻杆的直 径相应的圆形切口，以在钻杆处于孔中时将井密封；然而，这种钻杆闸板 仅仅有效密封直径范围有限的钻杆。设计变径闸板以密封直径范围更广的 钻杆。还可改变防喷器中的各种防喷器闸板，使井控人员得以针对特定井 筒段或进行的作业优化防喷器构造。美国专利No.6,554,247、6,244,560、 5,897,094、5,655,745和4,647,002披露了闸板式防喷器的实例，在此引入它 们的全部内容作为参考。

图1示出了美国专利No.4,647,002所述的闸板式防喷器实施方案的截 面图。防喷器壳体104可具有垂直孔102，可将管状构件100(例如钻杆或钻 具)插入该垂直孔102。壳体104可具有一个或多个水平孔106、108(如图所 示双闸板防喷器构造中的两个水平孔)。水平孔106中为防喷器闸板60，如 截面图所示，所述防喷器闸板60各自具有顶部密封件10和密封元件24。 如图所示，防喷器闸板60处于开放位置。当防喷器闸板60闭合时，顶部 密封件10发挥作用而密封水平孔106的上表面，同时密封元件24向内密 封如第二水平孔108中所示的管状构件100。