用于抽采井的緊急閥組件、配備了所述閥的井以及在緊急條件下利用所述閥來管理抽采 ...的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在緊急條件下(例如在井噴的情況下)管理抽采井(例如用于抽采石油和/或天然氣的井)的緊急閥組件。本發(fā)明還涉及配備了所述閥的井以及在緊急條件下利用所述閥來管理抽采井的方法。
技術(shù)背景
[0002]在2010年墨西哥灣發(fā)生的深水地平線平臺的環(huán)境災難重申了改進系統(tǒng)以在緊急條件下封鎖烴類或天然氣從儲層噴出的必要性。特別地，深水地平線平臺的漏油災難揭示了現(xiàn)有的井所配備的在鉆井階段或者在生產(chǎn)階段抵抗烴類從儲層噴出的安全系統(tǒng)是如何多次被證明為不夠安全的。
[0003]除了這次事故以外，將井口定位于深度現(xiàn)已達到3000米的海底或洋底、以及在這些深度進行干預操作以封鎖氣體或油泄露的困難使得人們更強烈地感覺到:除了安裝于采油樹上的現(xiàn)有防噴器(Β0Ρ)或目前設置于井口內(nèi)側(cè)的安全閥外還必需有額外的安全系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的目的在于克服上文所提到的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并且特別提供一種安全系統(tǒng)來防止或封鎖烴類或天然氣從抽采井噴出，并且能夠在現(xiàn)有的安全系統(tǒng)被證明為無效或者不能操作時介入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的第一方面，利用具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的緊急閥組件實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0006]在本發(fā)明的第二方面，利用具有根據(jù)權(quán)利要求10所述的特征的抽采井實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0007]在本發(fā)明的第三方面，利用具有根據(jù)權(quán)利要求12所述的特征、用于在緊急條件下管理抽采井的方法實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0008]上述的裝置的另外的特征由從屬權(quán)利要求限定。
[0009]通過參考以下示意性附圖在下文示出的特定非限制性實施例的詳細描述，本領域技術(shù)人員將更加明了本發(fā)明獲得的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了配備了根據(jù)本發(fā)明的一特定實施例的井口組件的抽采井的局部剖面立視圖；
[0011]圖2示出了具有相關的緊急閥的圖1的井口的第一局部剖面?zhèn)纫晥D；
[0012]圖3示出了在剪切抽采井的管之前圖2的緊急閥的第二局部剖面?zhèn)纫晥D；
[0013]圖4示出了在剪切抽采井的管之后圖2的緊急閥的第三局部截面?zhèn)纫晥D；
[0014]圖5示出了在圖4的狀態(tài)下的圖2的緊急閥根據(jù)軸線AR的方向的正視圖。
【具體實施方式】
[0015]在本描述中，術(shù)語“上游”表示較靠近待開采的儲層的位置，而術(shù)語“下游”表示較遠離待開采的儲層的位置；同樣，術(shù)語“自上游”表示方向與從儲層抽采的流體流動一致的移動，而術(shù)語“自下游”表示方向與從儲層抽采的流體流動相反的移動。
[0016]圖1至圖5涉及根據(jù)本發(fā)明的一特定實施例的井口組件，所述井口組件總體上以附圖標記1表示，所述井口組件設計為用于開采完井。
[0017]組件1可以包括實際井口 3、緊急閥5的組件和完井采油樹7，完井采油樹也被稱作采油樹。
[0018]井口 3可以是已知類型并且包括:例如，通過導管錨固到海床上的低壓殼體和高壓殼體，所述導管通常是厚度為36〃x 1.5〃的管，與具有錨固柱功能的另一 20〃管封固在一起。更一般而言，井口 3可以包括錨固管30，所述錨固管封固或者以任何方式錨固或固定到待開采的地下儲層所位于的海床或者其它地質(zhì)構(gòu)造，其中，錨固管30靠近所述的海床或其它地質(zhì)構(gòu)造的表面；如圖1、圖2所示，錨固管30的端部能從底部冒出或突出(圖1、圖2)。
[0019]采油樹7也可以是已知類型。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一方面，緊急閥組件5包括:
[0021]-外殼體50，優(yōu)選地直的貫通管道52布置于所述外殼體中；
[0022]-旋轉(zhuǎn)止擋件54，所述旋轉(zhuǎn)止擋件在它內(nèi)部形成貫通管道的分段520，其中，貫通管道52 (包括布置于旋轉(zhuǎn)止擋件中的貫通管道的分段520)，布置成使生產(chǎn)管線和/或鉆井管線通過，生產(chǎn)管線和/或鉆井管線布置成通過一個管9來容納和運載抽采的流體，所述抽采的流體諸如石油、油、水、淤泥、巖肩和/或泥土、天然氣或從地下儲層抽采的其它流體；
[0023]-止擋件驅(qū)動器56，其被布置成致動所述旋轉(zhuǎn)止擋件54，使得旋轉(zhuǎn)止擋件旋轉(zhuǎn)從而剪切穿過它的生產(chǎn)管線或鉆井管線，尤其剪切管9并且(優(yōu)選地以密封的方式或者以任何方式)閉合貫通管道52以便盡可能阻擋或至少抑制將從貫通管52抽采的流體的流出(圖 4)。
[0024]管9可以是技術(shù)俗語中的所謂的生產(chǎn)管或管柱。
[0025]旋轉(zhuǎn)止擋件54優(yōu)選地是旋轉(zhuǎn)球型。貫通管道52在打開時優(yōu)選地具有基本上直的軸線。
[0026]旋轉(zhuǎn)止擋件54被布置成用于剪切管9或者鉆井管線或生產(chǎn)管線，所述旋轉(zhuǎn)止擋件自身繞橫向于并且更優(yōu)選地垂直于同一管9的軸線AR旋轉(zhuǎn)。
[0027]再次根據(jù)本發(fā)明的一方面，貫通管道52、520具有直徑等于或大于七英寸的最小通過截面，從而允許具有適當直徑并且優(yōu)選地小于七英寸直徑的鉆井管線或生產(chǎn)管線通過，以便在貫通管道52、520的內(nèi)壁與鉆井管線或生產(chǎn)管線之間留有的充分的徑向空隙，便于剪切鉆井管線或生產(chǎn)管線。
[0028]貫通管道52、520的內(nèi)徑優(yōu)選地對應于基于Β0Ρ或井口、高壓殼體的標稱直徑而設計的最大內(nèi)徑，通常在13.625-18.625英寸的范圍內(nèi)。貫通管道52、520的內(nèi)徑更優(yōu)選地等于或大于13.625英寸，并且更優(yōu)選地等于或大于18.625英寸。貫通管道52、520的內(nèi)徑可以例如等于13-14英寸。
[0029]緊急閥5優(yōu)選地布置成接納于貫通管道52中并且剪切鉆桿的中間段以及連接它們的鉆具接頭兩者。鉆桿可以具有達到5-6.625英寸的外徑、厚達0.29-0.36英寸的厚度以及通常等于或大于80Kpsi (千鎊/平方英寸)(例如在95-135Kpsi范圍內(nèi))的鋼等級；相對應的鉆具接頭可以具有寬達6.625-8.25英寸的最大外徑或橫向尺寸。
[0030]外殼體50優(yōu)選地形成止擋件座，旋轉(zhuǎn)止擋件54能在止擋件座中旋轉(zhuǎn)以便剪切穿過旋轉(zhuǎn)止擋件54本身的生產(chǎn)管線或鉆井管線的管9 (或者更一般地，同一管線內(nèi)的管狀材料)，并且閉合抽采流體管道，并且組件閥5布置成剪切生產(chǎn)管線和/或鉆井管線，并且尤其剪切生產(chǎn)管線和/或鉆井管線的管9，這通過在布置于旋轉(zhuǎn)止擋件上的貫通管道的分段的至少第一邊緣540 (也被稱作“第一切削刃”)與布置于止擋件座上的至少第二邊緣500 (也被稱作“第二切削刃”)(圖3)之間擠壓生產(chǎn)管線和/或鉆井管線的管來進行。如圖3所示，緊急閥5可以設有兩個第一切削刃540和兩個第二切削刃500，兩個第一切削刃和兩個第二切削刃布置成以與示意性地對應或靠近穿過旋轉(zhuǎn)止擋件54的管道542的兩個口部定位的兩個不同部段相對應的方式剪切管9。
[0031 ] 止擋件驅(qū)動器56有利地包括膨脹腔室57并且布置成致動所述旋轉(zhuǎn)止擋件54，使得旋轉(zhuǎn)止擋件旋轉(zhuǎn)，以便剪切穿過旋轉(zhuǎn)止擋件的生產(chǎn)管線的管9并且以便閉合抽采流體管道，使膨脹腔室57中的爆炸物裝料膨爆優(yōu)選地不超過五次，更優(yōu)選地不超過三次并且甚至更優(yōu)選地僅一次，在此情況下，膨脹腔室57是爆炸腔室。止擋件驅(qū)動器56布置成致動旋轉(zhuǎn)止擋件54在爆炸腔室57中引爆爆炸物，所述爆炸物優(yōu)選地選自包括下列的爆炸物的組:固體爆炸物產(chǎn)品、火藥裝料。止擋件驅(qū)動器可以配備液壓驅(qū)動器(未圖示)，液壓驅(qū)動器布置成致動旋轉(zhuǎn)止擋件54并且進而由腔室57中產(chǎn)生的爆炸氣體致動。
[0032]可替代地，爆炸腔室57可以被膨脹腔室(未圖示)替代，合適的化學物質(zhì)在膨脹腔室中膨脹，這相對于爆炸或引爆更緩慢，這種膨脹是通過使例如液體或固體物質(zhì)氣化來進行，這提供了致動旋轉(zhuǎn)止擋件54的驅(qū)動能量。
[0033]止擋件驅(qū)動器56有利地不由可能的液壓動力系統(tǒng)驅(qū)動或電力系統(tǒng)供能，所述可能的液壓動力系統(tǒng)或電力系統(tǒng)給緊急閥5的下游的可能存在的防噴器提供動力。來自和朝向閥5的信號的傳輸線有利地獨立于用于將信號從相鄰防噴器傳輸以及將信號傳輸至相鄰防噴器的傳輸線，使得閥5在Β0Ρ故障的情況下作為進一步的并且獨立的安全措施。
[0034]在下文中將描述先前所描述的緊急閥組件的用途和功能的示例。
[0035]緊急閥組件5可以組裝于已知的井口 3上，并且更具體而言可以例如組裝于井口3、井口高壓殼體與Β0Ρ組堆之間。如果井仍處于鉆井階段，一個或更多個已知類型的防噴器可以組裝于緊急閥5上方；另一方面，如果已經(jīng)完井并且在生產(chǎn)中，本身已知的采油樹可以組裝于緊急閥5上方。在緊急閥定位于井口與采油樹之間時，緊急閥5也可以在修井期間用作安全閥，或者在生產(chǎn)期間位于體環(huán)中。
[0036]生產(chǎn)管線或鉆井管線的管9穿過旋轉(zhuǎn)止擋件54的貫通孔542。當在緊急情形下必須中斷離開井的油、天然氣或其它流體流動，并且在采油樹上的(若存在)其它防噴器或其它安全閥已不能干預或者被證明無效時，可以通過利用(例如)聲波命令或者R0V11 (遠程操作車輛，圖1)的機械臂來特別地啟動止擋件驅(qū)動器56，使存在于緊急閥5上的爆炸物裝料爆炸來致動緊急閥5。將爆炸物裝料產(chǎn)生的爆炸氣體收集在爆炸腔室57中，顯著地增加了爆炸腔室內(nèi)部的壓力，從而提供使旋轉(zhuǎn)止擋件54旋轉(zhuǎn)所需的機械能。通過旋轉(zhuǎn)止擋件本身的旋轉(zhuǎn)，止擋件54首先剪切穿過止擋件54本身的管9的分段，并且隨后，當穿過旋轉(zhuǎn)止擋件54的管道542的兩個口部都不與管9在閥5上方和下方的分段或以任何方式位于所述閥上游和下游的分段流體連通時，所述閥同時閉合支撐它們的管9的這些分段，不僅阻止來自儲層的流體額外流出，還阻止在閥5下游已經(jīng)抽采的流體朝向它們回流。為實現(xiàn)此目的，緊急閥5有利地設有密封墊圈。
[0037]為實現(xiàn)此目的，止擋件54可以例如旋轉(zhuǎn)約90° (圖4)。因此緊急閥5不可逆地中斷用來鉆井或開采儲層的管9，并且所述緊急閥充當額外的和最終的防噴器，或者充當額外的和極限的安全閥