球閥組件的製作方法

2023-05-02 03:03:01

專利名稱：球閥組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及球閥組件，更具體地涉及用於在水下(例如，海底)完井中使用的球閥組件。
背景技術：
如本領域中所公知的那樣，球閥為用於控制流體流的機械裝置。它們包括總體球形或部分球形的可旋轉閥元件("球")，該閥元件具有經由其穿過的內孔(bore)並定位在流體導管內。在第一開啟構型中，球的內孔與導管大致共線，使得流體可經由其流過。當球旋轉時，阻塞或切斷可用的流體流動通路，直到球達到閉合構型，在閉合構型中球的內孔對於導管中的流體而言不能進入，且因此流體流不能穿過球。為了能夠控制球的旋轉，通常將球安裝在軸承上和/或設有用於支承容納在支承組件內的耳軸。
球閥的一個主要應用是在水下烴類抽提或生產設備內，且在這些場合，球閥可用於控制生產流體的流動。例如，作為現有技術可查看US6152229，W02006/040592, US669871 2, US2009/0065212, US2009/0065213, W02008/060891 和 GB 2340860。
當以此方式使用時，球閥在惡劣的環境內操作。具體而言，流體可含有大量的碎屑或顆粒汙染物。對於例如上文提出的那些的現有技術設計而言，問題在於此種碎屑可汙染球閥支承/促動組件(稱為促動區(zone))，從而阻止了球的有效旋轉。對於球閥而言常見的是在它們的預計壽命周期結束之前由於碎屑進入、汙染形成、腐蝕和潤滑劑衝刷而停滯。 這種停滯可導致旋轉機構的過大應力和變形，從而使得閥不可操作。
此外，公知的球閥組件可成為失衡的，使得開啟力或閉合力未均勻地施加到球上。 這種平衡的缺乏還可導致旋轉機構的過大應力和變形。
還很重要的是提供一種故障保險機構，其用來在計劃或非計劃地排洩閥控制系統壓力的情況下使閥閉合。發明內容
本發明的目的及益處本發明的總體目的在於克服這些問題，且因此提供適合在惡劣環境中(例如在完井系統內)使用的球閥組件。
本發明的第一目的在於提供一種用以防止汙染旋轉機構的裝置。
此目的通過封裝球閥組件來防止汙染物進入而實現。
本發明的另一目的在於提供對球的平衡力傳送。
此目的通過使用平衡促動機構來促使球旋轉而實現。
更詳細而言，本發明尤其提供了以下益處避免了球的停滯避免了因碎屑進入和形成在球與封裝體(encapsulation)的狹窄間隙之間的固體化汙染物造成的摩擦所引起的球停滯，因為在球與封裝體之間沒有球形接觸。這有助於避免因摩擦造成球的磨損，且因此促使操作壽命周期延長。
避免了機構的損壞通過封裝體避免了碎屑進入促動區中，這減小了機構中的摩擦。由此避免了機構的過載和因其產生的變形。
均勻的平衡力傳送提供至球的均勻平衡力保持了組件的穩定性。由此避免了因過載/非平衡力而造成機構的變形。
形成流體通過封裝體避免了在機構區中形成流體的不利影響，且有利的是內孔壓力自身用於球閥的故障安全閉合。
易於組裝/維護本發明使球閥能夠容易地構造、檢查和維護。此外，可在外部執行球對準的檢驗，因此減少了時間和費用。
發明概述根據本發明的第一方面，提供了一種球閥組件，該球閥組件包括管路區段，其具有用於使流體能夠在使用中經由其流過的軸向內孔；具有內部導管的閥球，該閥球安裝在管路區段內並用於相對於管路區段在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在開啟位置，內孔內的流體可流過導管，而在閉合位置，內孔內的流體不能接近導管；用於使閥球旋轉的驅動裝置，所述驅動裝置沿徑向置於內孔外側；以及封裝體，所述封裝體定位成用以收納閥球並具有沿徑向置於管路內孔與驅動裝置之間的部分，使得封裝體阻止內孔內的流體接近驅動裝置。
根據本發明的第二方面，提供了一種球閥組件，該球閥組件包括管路區段，其具有用於使流體能夠在使用中經由其流過的軸向內孔；具有內部導管的閥球，該閥球安裝在管路區段內並用於相對於管路區段在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在開啟位置，內孔內的流體可流過導管，而在閉合位置，內孔內的流體不能接近導管；以及用於使閥球旋轉的驅動裝置，該驅動裝置沿徑向置於內孔外側；其中，驅動裝置包括沿內孔軸線的方向置於閥球的相對側面上的第一活塞和第二活塞，該第一活塞和第二活塞可通過公共液壓流體管線促動，使得液壓流體壓力施加在所述公共液壓流體管線處引起所述第一活塞和所述第二活塞經受大致等量但方向相反的線性促動力。


現在將參看附圖來描述本發明，在附圖中圖I示意性地示出了根據本發明第一實施例的處於"開啟"構型的示例性閥組件的截面視圖；圖2示意性地示出了處於〃閉合〃構型的圖I中的閥組件的截面視圖；圖3以分解透視圖示意性地示出了圖I中的閥組件；圖4示意性地示出了圖I中的閥組件的驅動機構的截面視圖；以及圖5示意性地示出了根據本發明第二實施例的雙閥組件的截面視圖。
具體實施方式
在圖I中以及在圖3中的〃分解〃透視圖中示意性地示出了根據本發明的第一實施例的球閥組件I。可看到的是，在組件I的頂半部和底半部之間存在很大程度的對稱性， 且因此為了方便起見，如圖I中所示的置於組件上半部中的構件將大體上表示為〃頂部〃， 而如圖所示的置於組件下半部中的那些則大體上表示為〃底部〃。
組件I特別適合在水下烴類抽提井設備的完成安全模塊(CSM)內使用，它們是本來就已公知的構件。組件I包括管路區段2，其中，軸向內孔3延伸穿過管路區段以便使流體能夠經由其流過。管路區段2包括位於其頂端和底端處的頂殼體10和底殼體11，其中， 配件設在各個殼體上而使得能夠連接至流體輸送系統(未示出)的其它構件(在此情況下是CSM的構件)，以便在使用中生產流體流過內孔3。
閥球4大致安裝在管路區段2內並且用於相對於管路區段2在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在開啟位置，內孔內的流體可流過球4的內部導管，而在閉合位置，導管不可由內孔內的流體接近。在圖I中，閥示為處於」開啟」構型，使得生產流體流可能穿過導管。球4包括安裝在對應的耳軸板6a，6b內的第一耳軸5a和第二耳軸5b。軸承7設在各個耳軸5a，5b和相應的板6a，6b之間，以便耳軸可在耳軸板內平穩地旋轉且因此球可在耳軸板內平穩地旋轉。繼而，耳軸板6a，6b安裝到圖3中更清楚示出的封裝體19上。封裝體19為單一件的大體圓柱形構件，其具有如圖所示從頂部延伸至底部的軸嚮導管，該導管安置為與內孔3同軸。封裝體19的中心部分適於用以收納閥球4，其中，加工成的側面開口用於收納耳軸板6a，6b並使得能夠接近耳軸5a，5b。密封件8設在各個耳軸板和封裝體之間，圍繞耳軸板沿周向延伸，用以防止流體進入其間。
還提供了用於使閥球4旋轉的驅動裝置，這些驅動裝置沿徑向置於內孔3外側。圖 4中更為清楚地示出了此種驅動機構。驅動裝置包括將在下文中更詳細描述的四個曲柄臂 16a_16d、頂部環形十字頭(crosshead) 17a和底部環形十字頭17b,以及頂部可動活塞20a 和底部可動活塞20b。封裝體19具有部分(也即，頂部末端和底部末端)，該部分沿徑向置於內孔3與驅動裝置之間，使得在使用中封裝體阻止內孔3內的流體接近驅動裝置。因此， 封裝體19保持驅動裝置免受攜帶在生產流體內的碎屑，這對於維持操作很關鍵。封裝體19 的內表面設計成與閥球4具有相對較寬的間隙，而沒有球形接觸，因此減小了因生產流體內的固體汙染物所引起的摩擦，且防止了對閥球旋轉的妨礙。封裝體19的側面開口向球提供相對較寬的支承並對球旋轉提供良好的引導。密封設在封裝體19上，例如在封裝體19 與十字頭17a，17b之間，用以在閥球4的閉合狀態期間完全地密封形成流體流(見圖2)。
閥球4通過四個曲柄臂16a_16d而旋轉,這四個曲柄臂16a_16d在其一端處可旋轉地連接到耳軸5a，5b上，其中，各個耳軸均連接兩個曲柄臂。曲柄臂的另一端可旋轉地連結到頂部十字頭17a或底部十字頭17b上，從而鬆動地限制在十字頭與相應的十字頭蓋 18a-18d之間。各個十字頭17a，17b均為環形並具有與內孔3同軸的開口。各個十字頭均在最接近球的一端處具有直徑較大的肩部部分來用以收納封裝體19，以及在另一端處具有直徑較小的相對較窄部分。十字頭17a，17b沿管路區段2的軸線線性地可動，使得十字頭的線性移動轉化成閥球4的旋轉移動。頂部十字頭17a和底部十字頭17b通過連接到相應十字頭的另一端(也即，離閥球4最遠的一端)上的頂部可動活塞20a和底部可動活塞20b 而分別線性地受到驅動。
通過頂部插入件14和底部插入件15，沿內孔的大部分長度限定內孔3的壁。這些是大致圓柱形的構件，其具有插入封裝體19中並延伸至閥球4的相應較窄部分。
管路區段2的大部分外表面通過大體圓柱形的外本體13限定，其中，外本體13沿徑向置於驅動裝置外側，且分別通過頂部本體螺母9和底部本體螺母12而連接到頂殼體10 和底殼體11上。
外本體13將頂部固定活塞21a和底部固定活塞21b承載在其內表面上，當閥開啟時處於鄰近相應十字頭17a，17b的肩部部分的位置處。固定活塞21a，21b設有不透流體的密封件，該密封件抵靠相應十字頭的較窄部分。可看到的是，頂部活塞腔室22a和底部活塞腔室22b由此通過相應的固定活塞21a，21b、可動活塞20a，20b、十字頭17a，17b和外本體 13限定。
此外，外本體13包括內側的液壓流體管線，其中，〃開啟〃液壓流體管線23大體上沿軸向在如圖所示的組件右側上延伸，而"閉合"液壓流體管線24大體上沿軸向在如圖所示的組件左側上延伸。這些液壓流體管線經由頂殼體10延伸至組件的頂部，這使得能夠連接到遠程液壓流體源(未示出)上。開啟流體管線23具有進入相應的頂部活塞腔室22a和底部活塞腔室22b的頂部埠 28a和底部埠 28b。同時，閉合流體管線24具有進入相應的頂部活塞腔室22a和底部活塞腔室22b的位於頂殼體10和底殼體11處的頂部埠 30a 和底部埠 30b。在十字頭17a，17b的外側面上密封的阻隔物用於將液壓腔室與內孔流體隔離開。
頂部插入件14和底部插入件15包括聯結內孔3和相應頂部十字頭17a和底部十字頭17b的內表面的相應的頂部故障保險流體通路25a和底部故障保險流體通路25b。
在操作中，為了開啟閥，將液壓流體壓力施加到開啟管線23上，且因此施加到埠 28a，28b上。這增大了活塞腔室22a，22b中的流體壓力，並引起可動活塞20a，20b向外移動，且因此還引起十字頭17a，17b向外移動，也即遠離閥球4移動。十字頭17a，17b的線性運動促使曲柄臂16a-16d將閥球4旋轉至開啟位置。
為了閉合閥，將液壓力施加到閉合管線24上，促使流體流至埠 30a，30b，這推動可動活塞20a，20b朝閥球4移動。此種線性運動促使曲柄臂16a-16d將閥球4旋轉至圖2 中所示的閉合構型。
在損失腔室22a，22b內的液壓流體壓力的情況下，生產流體可進入故障保險埠 25a, 25b中，並迫使十字頭17a，17b朝閥球4線性地移動，這又促使閥球4旋轉至閉合構型。 故障保險促動通路與液壓流體區域是隔開的，從而防止汙染液壓流體。
當供有來自開啟管線23的液壓流體時，活塞腔室22a，22b克服內孔壓力(經由十字頭17a，17b)作用以通過推動十字頭遠離球中心線而開啟閥球4。故障保險通路25a，25b 的區域和活塞腔室22a，22b的區域調整成以便較小液壓力便將克服相對較大的內孔壓力而開啟閥球4。當封閉埠 30a，30b供有來自管線24的液壓流體時，連同故障保險閉合壓力一起，使十字頭17a，17b朝閥球中心線移動，因此導致使球閉合。
可看到的是，為了實現球的旋轉，任一管線23或24內的液壓流體的施加都引起對於第一可動活塞20a和第二可動活塞20b (且因此還引起對於十字頭17a，17b)的大致等量但方向相反的線性促動力。相比於現有技術，這改善了閥促動平衡。
此外，使用連接到球上的四個曲柄臂16a_16d(其中在球的左側面和右側面中的每一個上各有兩個曲柄臂)提供了用於球旋轉的均勻平衡力，也即存在從十字頭到球的平衡促動。
圖5中示意性地示出了本發明的第二實施例。這裡，閥組件包括兩個閥子組件26 和27。各個子組件均大體上類似於參照上文第一實施例所述，其中，上球閥組件26和下球閥組件27的操作功能通過外本體獨立地進行。為了避免混亂，圖5並未示出所有所需的埠，而是僅示出了沿本體的右側延伸的一條液壓管線。實際上，用於各個子組件26，27的埠將類似於上述第一實施例的組件I中的，這對於本領域的技術人員將是明顯的。
此類組件將可用於水下烴類抽提設備中，其中，子組件26用作〃密封球閥〃而子組件27用作〃剪切球閥"，這對於本領域的技術人員將是明顯的。
上述實施例僅為示例性的，且本發明範圍內的其它可能性和備選方案對於本領域的技術人員將是明顯的。例如，儘管已將本發明描述為與完井系統特別關聯，但本發明可適於球閥的任何應用而不一定是在海底環境內。
權利要求
1.ー種球閥組件，包括 管路區段，其具有用於使流體能夠在使用中經由其流過的軸向內孔； 具有內部導管的閥球，所述閥球安裝在所述管路區段內並用於相對於所述管路區段在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在所述開啟位置，所述內孔內的流體可流過所述導管，而在所述閉合位置，所述導管不可由所述內孔內的流體接近； 用於使所述閥球旋轉的驅動裝置，所述驅動裝置沿徑向置於所述內孔外側；以及 封裝體，所述封裝體定位成用以收納所述閥球並具有沿徑向置於所述管路內孔與所述驅動裝置之間的部分，使得所述封裝體阻止所述內孔內的流體接近所述驅動裝置。
2.根據權利要求I所述的組件，其特徵在於，所述閥球包括沿直徑相対的第一耳軸和第二耳軸，以及所述閥球經由相應的耳軸板安裝，各個耳軸板均收納相應的耳軸。
3.根據權利要求2所述的組件，其特徵在於，所述耳軸板由所述封裝體承載。
4.根據權利要求2和權利要求3中任ー項所述的組件，其特徵在於，密封件設在各個耳軸板與所述封裝體之間以防止流體經由其流過。
5.根據任一前述權利要求所述的組件，其特徵在於，所述封裝體限定所述內孔的壁。
6.根據權利要求I至權利要求4中任ー項所述的組件，其特徵在於，所述封裝體承載插入件，所述插入件限定所述內孔的壁。
7.根據任一前述權利要求所述的組件，其特徵在於，所述驅動裝置包括附接到所述閥球上的曲柄，所述封裝體防止所述內孔內的流體接近所述曲柄。
8.根據任一前述權利要求所述的球閥組件，其特徵在於，所述球閥組件包括液壓流體管線，以及其中，所述驅動裝置包括可由所述液壓流體管線內的液壓流體壓カ促動的活塞。
9.根據權利要求8所述的球閥組件，其特徵在於，所述管路區段包括與所述內孔成流體連接的故障保險流體管線，使得在所述液壓流體管線內的液壓流體壓カ損失的情況下，流體可從所述內孔流過所述故障保險流體管線且因此促動所述活塞。
10.ー種球閥組件，包括 管路區段，其具有用於使流體能夠在使用中經由其流過的軸向內孔； 具有內部導管的閥球，所述閥球安裝在所述管路區段內並用於相對於所述管路區段在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在所述開啟位置，所述內孔內的流體可流過所述導管，而在所述閉合位置，所述導管不可由所述內孔內的流體接近；以及 用於使所述閥球旋轉的驅動裝置，所述驅動裝置沿徑向置於所述內孔外側； 其中，所述驅動裝置包括沿所述內孔的軸線方向置於所述閥球的相對側面上的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和所述第二活塞可通過公共液壓流體管線促動，使得所述液壓流體壓カ施加在所述公共液壓流體管線處引起所述第一活塞和所述第二活塞經受大致等量但方向相反的線性促動力。
11.根據權利要求10所述的組件，其特徵在於，液壓流體壓カ施加在所述公共流體管線處引起所述閥球旋轉至開啟位置，以及其中，提供了第二公共液壓流體管線，使得將液壓流體壓カ施加至所述第二公共液壓流體管線引起所述第一活塞和所述第二活塞經受大致等量但方向相反的線性促動力，導致所述閥球旋轉至閉合位置。
12.根據權利要求10和權利要求11中任ー項所述的組件，其特徵在於，各個活塞均經由相應的曲柄臂而連接到所述閥球上，使得所述活塞的線性運動引起所述閥球的旋轉。
13.根據權利要求12所述的組件，其特徵在於，各個活塞均經由附加的相應曲柄臂而在與早先的相應曲柄臂沿直徑相対的位置處連接到所述閥球上。
14.根據權利要求10至權利要求13中任ー項所述的組件，其特徵在於，所述閥球包括在直徑上相対的第一耳軸和第二耳軸，以及所述曲柄臂連接到相應的耳軸上。
15.根據權利要求10至權利要求14中任一項所述的球閥組件，其特徵在於，所述管路區段包括使所述內孔與所述活塞流體地連接的故障保險流體管線，使得在液壓流體壓カ損失的情況下，流體可從所述內孔流過所述故障保險流體管線且因此促動所述活塞。
16.ー種包括根據任一前述權利要求所述的閥組件的完井系統。
17.—種包括根據任一前述權利要求所述的閥組件的水下井設備。
全文摘要
本發明涉及球閥組件。具體而言，一種球閥組件包括管路區段，其具有用於使流體能夠在使用中經由其流過的軸向內孔；具有內部導管的閥球，該閥球安裝在管路區段內並用於相對於管路區段在開啟位置與閉合位置之間旋轉，其中，在開啟位置，內孔內的流體可流過導管，而在閉合位置，導管不可由內孔內的流體接近；用於使閥球旋轉的驅動裝置，所述驅動裝置沿徑向置於內孔外側；以及封裝體，所述封裝體定位成用以收納閥球並具有沿徑向置於管路內孔與驅動裝置之間的部分，使得封裝體阻止內孔內的流體接近驅動裝置。
文檔編號E21B34/00GK102979480SQ20121032681
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者R.布錢, S.納塔拉詹, V.T.科沙瓦穆思, T.多馬蒂 申請人:韋特柯格雷公司