用於海底防噴器的螺線管閥殼體的製作方法

2023-05-30 00:37:41 3

相關申請的交叉參考

本申請要求於2014年12月17日提交的臨時申請62/093,083的優先權。

本申請大致涉及用於海底鑽井的防噴器，並且具體地涉及用於防噴器的控制系統，控制系統具有能夠獨立地排空介電流體的螺線管閥殼體以用於維護。

背景技術：

近海鑽井作業需要與鑽井隔水管連接的防噴器以控制井壓力。典型的海底防噴器(「bop」)具有許多部件，比如一個或多個環形防噴器、數個閘板、用於連接至井口設備的連接器以及用於在緊急狀況下從bop和鑽井隔水管的下部部分釋放其上部部分的快速釋放連接器。也被稱作機能的這些部件的大部分被液壓地致動。

bop具有控制系統，也稱為多路復用或mux盒布局(muxpodlayout)，以通過供給流體液壓力以執行特定功能來控制這些不同的功能。控制系統具有稱作spm(板式歧管)閥的液壓閥，其向各個bop部件供給流體液壓力。控制系統具有螺線管閥，當接收電信號時螺線管閥向液壓閥中的一個發送液壓引導信號。

螺線管閥中的數個可被安裝在填充電氣絕緣介電液體的螺線管閥殼體中。典型的控制系統將具有幾個螺線管閥殼體。每個螺線管閥殼體可以具有壓力補償器以使介電液體壓力與海水的流體靜壓平衡。

現行實踐要求在需要檢修位於螺線管殼體中的一個中的部件的任何時間從全部螺線管殼體排空介電流體。控制系統中的介電流體的總體積可以超過80加侖。因此，每當需要在螺線管閥殼體中的一個中進行維護時大量介電流體損失並且必須被替換。

技術實現要素：

海底防噴器控制系統具有安裝在至少一個豎直管柱中的多個螺線管閥殼體。多個螺線管閥安裝在螺線管閥殼體中的每一個內。控制系統具有多個液壓閥，液壓閥中的每一個液壓地連接至螺線管閥中的一個並且通過螺線管閥中的一個控制。控制系統具有包含介電液體的中心腔。用於每個螺線管閥殼體的獨立連通管使中心腔中的介電液體與螺線管閥殼體的內部連通。連通管中的每一個具有在螺線管閥殼體中一個中的開口下端部和在中心腔內的開口上端部，開口上端部處於至少等於閥殼體的豎直管柱的上端部的高度。安裝至螺線管閥殼體中的每一個的獨立的排空管線能夠在不需要排空其他螺線管閥殼體的情況下排空螺線管閥殼體中的一個以用於維護，同時恢復控制系統。

在一個實施例中，中心腔內的壓力補償器使中心腔內以及全部螺線管閥殼體中的介電液體的壓力與包圍系統的海水的流體靜壓平衡。

獨立的空氣通風管線從螺線管閥殼體中的每一個延伸。空氣通風閥連接至空氣排出管線中的每一個。

在一個示例中，連通管中的每一個的開口上端部在中心腔內處於基本相同的高度處。中心腔靠著螺線管閥殼體豎直地延伸。電線從中心腔內密封地延伸穿過中心腔的壁以及密封地延伸穿過螺線管閥殼體中的每一個的壁，延伸至螺線管閥殼體中的所述每一個內的螺線管閥中的一個。

在所示出的實施例中，螺線管閥殼體中的每一個具有水平下側和水平上側。連通管中的每一個的開口下端部比靠近上側更靠近下側。連通管中的每一個具有在中心腔內的豎直部分，豎直部分彼此平行。

附圖說明

因此，獲得並且能夠更詳細地理解本發明的特徵、優勢和目的以及其他方面將變得易於理解的方式，可以通過參考其在附圖中示出的實施例獲得以上簡要地概括的本發明的更具體的說明，附圖形成該說明書的一部分。然而注意到，附圖僅示出本發明的優選實施例並且因此並不視為限制其範圍，因為本發明可以認可其他等同有效的實施例。

圖1是根據本發明的防噴器控制系統的局部示意主視圖，示出部分切除的螺線管閥殼體中的一個的蓋板。

圖2是圖1的去除前蓋的螺線管閥殼體中的一個和中心腔的一部分的示意性主視圖。

具體實施方式

現在將參照附圖以下更加全面地說明本發明的方法和系統，在附圖中示出實施例。本發明的方法和系統可以為許多不同的形式，並且不應被解釋為限於本文中闡述的所示實施例；相反地，提供這些實施例以使本發明全面和完整，並且將向本領域技術人員完全地表達其範圍。相同的附圖標記在全文中指代相同的元件。

圖1示意性地示出用於海底防噴器(未示出)的控制系統11的上部。海底防噴器(「bop」)具有許多部件，比如一個或多個環形防噴器、數個閘板、用於連接至井口設備的連接器以及用於在緊急狀況下從bop和隔水管的下部部分釋放其上部部分的快速釋放連接器。也被稱作機能的這些部件的大部分被液壓地致動。控制系統11，也稱為多路復用或mux盒布局，安裝至bop並且通過供給流體液壓力以執行特定功能來控制這些不同的功能。

控制系統11包括支承框架13，支承框架13可以具有各種構造。中心殼體或腔15安裝至框架13。中心腔15是細長形的，其長度沿著框架13豎直地延伸。在所示出的示例中，中心腔15為矩形，具有彼此平行的兩個豎直側壁17。中心腔15具有可以垂直於側壁17的上端部19和下端部(未示出)。具有電氣絕緣性能的傳統介電液體21填充中心腔15的內部。

在該實施例中，一個或多個(示出兩個)壓力補償器23位於中心腔15中。每個壓力補償器23均是常規的並且可以具有各種構造。每個壓力補償器23具有活動障礙物，比如柱塞、波紋管或隔膜，或者其組合，活動障礙物的一側暴露於海水壓力，另一側暴露於介電液體21。海水的流體靜壓使得障礙物運動以使介電液體的壓力與流體靜壓平衡，或者至少減小壓差。

中心腔15的內部被分成彼此密封的兩個獨立空腔，每個均包含介電液體21。壓力補償器23中的一個可以定位在空腔中的一個中，另一個定位在另一個空腔中。

中心腔15與控制系統11的兩個豎直管柱25(示出一個)相鄰，每一個與豎直側壁17相鄰。螺線管閥殼體27在每個豎直管柱25中彼此疊置地緊固至框架13。在示例中，圖1示出每個管柱25中的僅兩個螺線管閥殼體27。一般地，在每個管柱25中將具有再幾個螺線管閥殼體27。

每個螺線管閥殼體27大致為矩形並且使其長度水平地定向。每個螺線管閥殼體27具有平行於平的下側31並且在平的下側31之上間隔開的平的上側29。豎直端壁33將上側29和下側31的相對端部彼此聯結。豎直端壁33平行於中心腔側壁17。豎直端壁33中的內端壁與中心腔側壁17中的一個小間距地間隔。每個螺線管閥殼體27在其前側上具有通過緊固件緊固的可拆卸蓋板35。

數個螺線管閥37在每個螺線管閥殼體27內安裝至下側31。作為一個例子，附圖示出螺線管閥37中的五個，但是該數量可以變化，比如六個至八個。每個螺線管閥37可以是基於所接收的電氣控制信號發送液壓引導信號的常規電致動閥。

一行39液壓閥41在每個螺線管閥殼體27以下安裝至框架13。液壓閥41是常規的並且通常稱為spm或板式歧管閥。在該示例中，每一行39均是水平的並且直接定位在螺線管殼體27中的一個以下。每個液壓閥行39因此與每個豎直管柱25中的螺線管閥殼體27中的一個交替。當通過來自螺線管閥37中的一個的引導信號發送信號時，每個液壓閥41在壓力下供給或接收液壓流體以執行bop功能中的一個。每個螺線管閥37液壓地連接至液壓閥41中的一個。

兩個海底電子設備模塊43(僅示出一個)安裝至框架13。每個海底電子設備模塊43容納用於向各種螺線管閥37供給電信號的電子設備。一般地，每個海底電子設備模塊43的內部將處於一個大氣壓力下，同時海底沒有壓力補償。海底電子設備模塊43彼此冗餘。

管柱25中的一個內的螺線管閥37和液壓閥41一般地冗餘螺線管閥37，並且在另一個管柱25中冗餘液壓閥41。中心腔15的腔或空腔中的一個可以向管柱25中的一個中的螺線管閥殼體27供給介電液體21，並且另一個可以向另一個管柱25中的其他螺線管閥殼體26供給介電液體21。

圖2示意性地示出螺線管閥殼體27中的一個，其他相同。蓋板35(圖1)以及中心腔15的前壁已被去除。獨立的連通管47在每個螺線管閥殼體27與中心腔15之間延伸。每個連通管47具有密封地延伸穿過中心腔側壁17中的一個以及密封地延伸穿過螺線管殼體端壁33中的一個的下部部分。每個連通管47的下部部分終止在螺線管閥殼體27中的一個中，螺線管閥殼體27中的一個具有靠近螺線管殼體下側31並且靠近端壁33中的一個的開口下端部49。

每個連通管47具有開口上端部51，開口上端部51定位在其下端部49以上並且定位在包含其開口下端部49的螺線管閥殼體27以上的高度處。優選地，每個連通管47的開口上端部51處於豎直管柱25a、25b中的最上部螺線管閥殼體27的上側29以上的高度處。開口上端部51可以在中心腔上端部19以下近距離處。如圖1所示，開口上端部51可以在與其他連通管47的開口上端部51相同的高度處。

每個連通管47具有在其開口下端部49與開口上端部51之間延伸的豎直部分47a。豎直部分47a彼此平行。連通管47的從螺線管閥殼體27中的下部螺線管閥殼體延伸的豎直部分47a比連通管47的從螺線管閥殼體27的上部螺線管閥殼體延伸的豎直部分47a更長。在操作期間，開口上端部51將在中心腔15中的介電液體21的上部水平以下，上部水平將位於中心腔上端部19處。中心腔15中的介電液體21與經由每個連通管47填充每個螺線管閥殼體27的介電液體連通。

再次參考圖2，每個螺線管閥殼體27具有獨立的排空管線53，以當需要對其中的螺線管閥37中的一個或多個進行維護時排空介電液體21。在示例中，每個排空管線53比上側29更靠近螺線管閥殼體下側31定位。排空管線53示出為穿過端壁33中的外部端壁，但其可以定位在其他位置。通常手動操作的閥55選擇性地打開和關閉排空管線53。

用於每個螺線管閥殼體27的獨立的通風管線57輔助排空和填充。通風管線57從每個螺線管閥殼體27的靠近上側29的上部部分延伸。圖2示出密封地延伸穿過內端壁33和中心腔側壁17然後延伸出中心腔上端部19的通風管線57。用於全部螺線管閥殼體27的排出管線57可以類似地延伸穿過中心腔上端部19。可替代地，每個通風管線57可以直接從每個螺線管閥殼體27延伸而不穿過中心腔15的內部。可以手動操作的通風管線閥59選擇性地打開和關閉每個通風管線57。壓力補償器23的空腔可以在上端部19處具有相似的通風管線(未示出)。

仍然參考圖2，可以為電氣信號線的信號線61密封地延伸至每個螺線管閥殼體27內。信號線61可以包括連接至特定螺線管閥殼體27內的每個螺線管閥37的獨立的電線。在該示例中，用於信號線61的穿透連接器63密封地延伸穿過中心腔側壁17中和每個螺線管閥殼體27的端壁33中的一個中的孔。信號線61延伸至海底電子設備模塊43的底座，用於與海底電子設備模塊43中的一個中的電路通信。為了清晰起見，圖1未示出排出管線53、通風管線57和信號線61。

在控制系統11的最初安裝期間，在將bop降至海底之前技術人員將介電液體21填充到中心腔15和螺線管閥殼體27內。可以以不同的方式執行填充。例如，技術人員可以通過中心腔15中的下部進口(未示出)泵送介電液體21，同時關閉排空管線閥55，打開通風管線閥59。一旦介電液體達到連通管上端部51，介電液體沿連通管47向下流入螺線管閥殼體27以填充螺線管閥殼體27。一旦中心腔15和全部螺線管閥殼體27充滿並且排出夾帶的空氣，則技術人員關閉通風管線閥59。

鑽井和/或採油平臺上的操作人員然後將bop與控制系統11一起降至海內。海洋的流體靜壓將使得壓力補償器23使中心腔15和螺線管閥殼體27內的介電液體21的壓力與流體靜壓平衡。中心腔15中的介電液體21的壓力增大經由始終保持打開的連通管47與每個螺線管閥殼體27中的介電液體連通。在該示例中，壓力補償器23平衡對於螺線管閥殼體27以及中心腔15的壓力。可替代地，螺線管閥殼體27可以具有其自身的壓力補償器。

在操作期間，液壓閥41將一般地經由海底蓄能器和延伸至鑽井裝置的管道與液壓流體源連接。當需要某一功能時，鑽井設備上的操作人員經由集成線束向一個或兩個海底電子設備模塊43供給電信號。接著，海底電子設備模塊43中的電路通過信號線61向螺線管閥37中的一個發送信號，通常為電信號。作為響應，螺線管閥37向所連結的液壓閥41提供液壓引導信號。作為響應，接收引導信號的液壓閥41向bop的選擇的部件供給液壓流體或者接收來自選擇的部件的液壓流體。

螺線管閥37中的任一個的任何維護或更換將在恢復bop和控制系統11的同時進行。一般地，操作人員將確定螺線管閥37中的哪一個需要維修或更換。技術人員將排空僅包含在需要維護的螺線管閥殼體27或殼體27中的介電液體21。操作人員打開特定排空管線閥55和通風管線閥59，從而允許特定螺線管閥殼體27中的介電液體21排空。由於其他螺線管閥殼體27的排空管線閥55仍然關閉，因此其不會排空。類似地，中心腔15的排空管線(未示出)保持關閉。中心腔15中的少量介電液體21可以沿待排空的特定螺線管閥殼體27的連通管47的開口上端部51向下流動。然而，一旦中心腔15內的介電液體21的水平下降至開口上端部51以下，介電液體沿連通管47向下的流動將停止。這樣，可以在將包括位於更高高度處的螺線管閥殼體的其餘螺線管閥殼體27保持充滿介電液體21的同時，實現螺線管閥殼體27中的甚至最下側的一個的排空。

在已經完成排空之後，操作人員可以打開蓋板35並且替換或維修所需螺線管閥37。操作人員可以通過關閉排空管線閥55並且將介電液體21泵送到中心腔15的下部部分內來再填充特定螺線管閥殼體27。介電液體21上升至開口上端部51以上，然後通過特定連通管47向下流入需要填充的特定螺線管閥殼體27內。一旦已經排出全部和夾帶的空氣，技術人員則關閉特定通風管線59。操作人員則可以再配置控制系統11。

由於僅需要排空所影響的螺線管閥殼體或殼體27，因此將節省控制系統11中的大量介電流體21。例如，控制系統11可以包含總共80加侖或更多的介電流體21，而單個螺線管閥殼體27包含僅5加侖。此外，利用僅中心腔15內的壓力補償器或補償器23來使管柱25中的一個中的全部螺線管閥殼體27中的壓力平衡，降低了在每個螺線管閥殼體27具有其自身的獨立壓力補償器時所需的成本。

進一步理解的是本發明的範圍不局限於所示出和所說明的結構、操作、精確材料或實施例的精確細節，因為改進和等同方案對於本領域技術人員將是明顯的。在附圖和說明書中，已經公開了示例性實施例，儘管採用了專用名詞，但是其僅以一般性和描述性方式使用，而非用於限制目的。