閥致動(dòng)器的制造方法
【專利說明】

【發(fā)明內(nèi)容】

[0001]本發(fā)明涉及閥致動(dòng)器，具體而不排它地，該閥致動(dòng)器用于致動(dòng)安裝在石油鉆井以及/或者石油產(chǎn)品或者氣體鉆井以及/或者氣體產(chǎn)品中使用的管件中的可旋轉(zhuǎn)的閥構(gòu)件。
[0002]通常利用具有位于最下端的鉆頭的被稱為鉆桿或者鉆柱的鋼管進(jìn)行鉆孔或鉆井操作。鉆柱包括首尾相連的一系列管段。
[0003]可以利用轉(zhuǎn)臺(tái)或者利用安裝在鉆桿的頂部的地上鉆井馬達(dá)(通常被稱為“頂驅(qū)”)使整個(gè)鉆柱旋轉(zhuǎn)，或者可以利用安裝在鉆頭正上方的鉆柱中的流體動(dòng)力馬達(dá)使鉆頭獨(dú)立于鉆柱旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行鉆井時(shí)，泥漿流用于將鉆井過程造成的雜物運(yùn)出鉆孔。泥漿被向鉆柱下栗送，穿過鉆頭，并且經(jīng)由位于鉆柱的外直徑與鉆孔之間的環(huán)形空間(通常稱作環(huán)形域)回到表面。泥漿流還用于冷卻鉆頭，并且用于使鉆孔增壓，因而充分防止來自被鉆柱穿透的地層的流體流入物進(jìn)入到鉆孔中。泥漿是非常廣義的鉆井術(shù)語，在本上下文中用于描述鉆井過程中使用的任何流體或者流體混合物，并且覆蓋了從空氣、氮?dú)狻⒖諝饣虻獨(dú)庵械撵F化流體、帶有空氣或氮?dú)獾呐菽黧w、充氣流體或者硝化流體到具有固體顆粒的油和(或)水的重質(zhì)混合物的寬廣范圍。
[0004]需要大量壓力以沿此流徑驅(qū)動(dòng)泥漿，為了實(shí)現(xiàn)此目的，通常利用借助管與歧管連接至鉆柱頂部的一個(gè)或多個(gè)容積式栗將泥漿栗送到鉆柱中。
[0005]通過將泥漿栗送到位于鉆柱最頂端的主要的、軸向通道中而使主要的泥漿流到井孔中，同時(shí)還公知，鉆柱設(shè)置有從設(shè)置在鉆柱側(cè)面中的口延伸到主通道中的側(cè)通道，從而泥漿能在鉆柱頂部的替代位置被栗送到主通道中。
[0006]例如，在進(jìn)行鉆井并且鉆孔越來越深時(shí)，需要增大鉆柱的長度，這通常由如下操作實(shí)現(xiàn):使頂驅(qū)從鉆柱頂部脫離接合；將新的管段添加至鉆柱；使頂驅(qū)與新的管段的自由端接合；然后重新開始鉆井。因此，要理解的是，在此過程中泥漿向鉆柱下栗送的操作停止。
[0007]由于多種原因，在鉆井過程中使泥漿流動(dòng)停止是有問題的，從而已經(jīng)提出:通過設(shè)置通常位于每段鉆柱中的側(cè)通道而利于持續(xù)通過鉆柱栗送泥漿。這是指，當(dāng)鉆柱頂部封閉，頂驅(qū)斷開并且連接新的鉆柱段的時(shí)候，泥漿能經(jīng)由側(cè)通道被栗送到鉆柱中。
[0008]在US2158356中公開的這樣一種系統(tǒng)中，在每段鉆柱的頂部設(shè)置有用塞子封閉的側(cè)通道以及閥構(gòu)件，該閥構(gòu)件可在第一位置與第二位置之間樞轉(zhuǎn)，在上述第一位置中，鉆柱的主通道開放，同時(shí)側(cè)通道封閉；在上述第二位置中，主通道封閉同時(shí)側(cè)通道開放。在鉆井過程中，閥保持在第一位置中，但是當(dāng)要增長鉆柱長度的時(shí)候，從側(cè)通道移除塞子，使從栗延伸的軟管連接至側(cè)通道，并且打開軟管中的閥，從而開始泥漿經(jīng)由側(cè)通道栗送到鉆柱中的操作。然后關(guān)閉位于從栗延伸到鉆柱頂部的主軟管中的閥，并且泥漿在側(cè)通道處的壓力使閥構(gòu)件從第一位置移動(dòng)至第二位置，因此封閉鉆柱的主通道。
[0009]然后斷開主軟管，將新的管段安裝在鉆柱上，并且使主軟管連接至新管段的頂部。打開主軟管中的閥，使得重新開始泥漿栗送到鉆柱頂部中的操作，并且封閉通向側(cè)通道中的軟管中的閥。進(jìn)入鉆柱頂部的泥漿產(chǎn)生的壓力使閥構(gòu)件回到其第一位置，這使得在沒有泥漿從鉆柱大量泄漏的情況下能從側(cè)通道移除軟管。
[0010]然后可以在此段鉆柱下降到井中之前，例如通過焊接或者使塞子擰到側(cè)通道中而永久密封側(cè)通道。
[0011 ] 此過程通常被稱作持續(xù)循環(huán)鉆井。
[0012]在其他相似系統(tǒng)中，不是設(shè)置可操作成或者封閉鉆柱的側(cè)通道或者封閉鉆柱的主通道的單個(gè)閥構(gòu)件，而是公知設(shè)置兩個(gè)分離的閥構(gòu)件，g卩，可操作成封閉主通道的主閥構(gòu)件與可操作成封閉側(cè)通道的副閥構(gòu)件。在此情況下，例如W02010/046653中公開的那樣，分離的閥構(gòu)件都可以具有其自己的致動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0013]W02012/085597中公開了另一另選布置，在該布置中，用于主閥構(gòu)件的致動(dòng)器與副閥構(gòu)件結(jié)合。圖la與圖lb中示出了此布置。在此布置中，主閥構(gòu)件16包括滾珠，該滾珠安裝在鉆柱10的主通道12中，并且該滾珠能繞大致垂直于鉆柱的縱軸線的軸線在允許流體沿主通道12流動(dòng)的開放位置與阻止流體沿主通道12流動(dòng)的封閉位置之間旋轉(zhuǎn)。利用也安裝在鉆柱10的主通道12內(nèi)的、與鉆柱10同軸的管式致動(dòng)器18實(shí)現(xiàn)滾珠16在開放位置與封閉位置之間的旋轉(zhuǎn)。致動(dòng)器18連接至滾珠16，使得致動(dòng)器18在鉆柱10中的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)使?jié)L珠16在封閉位置與開放位置之間移動(dòng)。致動(dòng)器18還作用成在其沿鉆柱滑動(dòng)時(shí)堵塞或者啟通側(cè)通道14，并且構(gòu)造成在主閥16處于封閉位置時(shí)打開側(cè)通道14并且在主閥16處于開放位置時(shí)封閉側(cè)通道14。
[0014]致動(dòng)器18借助致動(dòng)室38被水壓促動(dòng)，該致動(dòng)室設(shè)置在致動(dòng)器18與設(shè)置于鉆柱10的壁中的襯套10a之間。致動(dòng)室38在圖lc中被最佳示出，并且僅包括位于兩個(gè)部件18、10a之間的環(huán)形空間。兩個(gè)口 40a、40b被設(shè)置成穿過鉆柱10到此室38中，室38的每端有一個(gè)。第一口 40a最靠近致動(dòng)器18的第二端18b (最接近主閥構(gòu)件16)。
[0015]室38被安裝在致動(dòng)器18的外表面上的密封裝置41分成兩部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封裝置41包括兩個(gè)0形環(huán)。密封裝置41在允許致動(dòng)器18在鉆柱10內(nèi)滑動(dòng)的同時(shí)基本上阻止流體在室38的兩部分之間流動(dòng)。密封裝置41確保:經(jīng)第一口 40a進(jìn)入此室38中的增壓流體的流動(dòng)使致動(dòng)器18朝主閥構(gòu)件16移動(dòng)，同時(shí)經(jīng)第二口 40b進(jìn)入致動(dòng)室38中的增壓流體的流動(dòng)沿反方向作用以抵消第一口 40a處的增壓流體的影響。因而，致動(dòng)器18作用成一個(gè)壓力口 40a使致動(dòng)器18朝主閥構(gòu)件16移動(dòng)而另一個(gè)壓力口使致動(dòng)器18遠(yuǎn)離主閥構(gòu)件16移動(dòng)的雙動(dòng)式活塞。換而言之，借助第一口 40a與第二口 40b的壓力差操作致動(dòng)器18。
[0016]圖la示出了致動(dòng)器18在增壓流體供應(yīng)至口 40b時(shí)被遠(yuǎn)離主閥構(gòu)件16推動(dòng)，使得致動(dòng)器18封閉側(cè)口 14，同時(shí)圖lb示出了套管18在增壓流體供應(yīng)至口 40a時(shí)被朝主閥構(gòu)件16推動(dòng)，因而打開側(cè)口 14。
[0017]W02012/085597中詳盡地描述了這樣的機(jī)構(gòu)，借助這些機(jī)構(gòu)，致動(dòng)器套管18連接至滾珠16，使得致動(dòng)器套管18的滑動(dòng)移動(dòng)使?jié)L珠16旋轉(zhuǎn)。還根據(jù)GB2413373、US3, 236，255、GB1416085、US3, 703，193 以及 US3, 871，447 公知多種相似的布置。
[0018]這些布置也可以用于控制通過側(cè)通道的流體流動(dòng)(被稱為“亞栗送”)，這用于緊急情況中以例如有助于提供控制由于從被井穿透的地層流入的流體進(jìn)入井(稱作“井涌”)弓丨起井孔壓力突然激增所需的附加的泥漿壓力。
[0019]本發(fā)明涉及一種另選構(gòu)造的致動(dòng)器組件，此致動(dòng)器組件適于用在通過致動(dòng)器套管相對(duì)于鉆柱滑動(dòng)而實(shí)現(xiàn)閥的操作的這樣的閥布置中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種流體壓力操作的致動(dòng)器組件，該致動(dòng)器組件包括:管狀本體，該管狀本體具有壁，該壁具有內(nèi)表面與外表面并且圍繞基本平行于所述管狀本體的縱軸線延伸的主通道；位于所述主通道中并且能沿所述主通道移動(dòng)的致動(dòng)器；形成在所述管狀本體的所述壁與所述致動(dòng)器之間的第一方向室；以及形成在所述管狀本體與所述致動(dòng)器之間的至少一個(gè)第二方向室，其中，所述致動(dòng)器組件被構(gòu)造成當(dāng)所述第一方向室中的流體壓力以預(yù)定量超過該第二方向室或每一第二方向室中的流體壓力時(shí)，所述第一方向室中的所述流體壓力在所述致動(dòng)器上施加作用力，該作用力作用成相對(duì)于所述管狀本體沿第一方向推動(dòng)所述致動(dòng)器，并且當(dāng)該第二方向室或所述第二方向室中的至少一者中的流體壓力以預(yù)定量超過所述第一方向室中的流體壓力時(shí)，所述第二方向室中的所述流體壓力在所述致動(dòng)器上施加作用力，該作用力作用成相對(duì)于所述管狀本體沿第二方向推動(dòng)所述致動(dòng)器，其特征在于，所述管狀本體的外表面設(shè)置有:第一口，該第一口與穿過所述管狀本體的所述壁從所述第一口延伸至所述第一方向室的通道連通；第二口，該第二口與穿過所述管狀本體的所述壁從所述第二口延伸至該第二方向室或所述第二方向室之一的通道連通；以及第三口，該第三口與穿過所述管狀本體的所述壁從所述第三口延伸至該第二方向室或者所述第二方向室中的另一者的通道連通，所述第一口位于第一平面上，所述第二口位于第二平面上，并且所述第三口位于第三平面上，所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面大體相互平行，并且所述第一平面位于所述第二平面和所述第三平面之間。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述管狀本體的所述縱軸線基本正交于所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面。
[0022]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一方向與所述第二方向中的一者或者兩者基本平行于所述管狀本體的所述縱軸線。
[0023]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一方向與所述第二方向基本相反。
[0024]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述致動(dòng)器以所述致動(dòng)器沿所述第一方向和所述第二方向的移動(dòng)使主閥構(gòu)件移動(dòng)的方式連接至所述主閥構(gòu)件。在此實(shí)施方式中，所述主閥構(gòu)件能在所述主閥構(gòu)件封閉所述管狀本體的所述主通道的封閉位置與所述管狀本體的所述主通道開放的開放位置之間移動(dòng)。所述主閥構(gòu)件的由所述致動(dòng)器在所述第一方向與所述第二方向上的移動(dòng)引起的所述移動(dòng)可包括旋轉(zhuǎn)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)所述致動(dòng)器沿所述第一方向移動(dòng)時(shí)所述主閥構(gòu)件移動(dòng)至所述封閉位置，并且當(dāng)所述致動(dòng)器沿所述第二方向移動(dòng)時(shí)所述主閥構(gòu)件移動(dòng)至所述開放位置。
[0026]所述主閥構(gòu)件可以包括球閥構(gòu)件。
[0027]所述致動(dòng)器可以借助軌與銷布置連接至主閥構(gòu)件，借此銷從所述主閥構(gòu)件和所述致動(dòng)器中的一者延伸到設(shè)置在所述主閥構(gòu)件和所述致動(dòng)器中的另一者中的縫或槽中，當(dāng)所述致動(dòng)器在所述管狀本體中滑動(dòng)時(shí)所述銷沿所述縫或槽移動(dòng)，從而所述主閥構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述管狀本體設(shè)置有穿過所述管狀本體的所述壁從所述管狀本體的外部延伸到所述主通道中的側(cè)通道，并且所述致動(dòng)器能在所述致動(dòng)器基本防止流體沿所述側(cè)通道流動(dòng)的封閉位置與允許流體沿所述側(cè)通道流動(dòng)的開放位置之間移動(dòng)。在此情況下，所述致動(dòng)器沿所述第一方向的移動(dòng)可以使所述致動(dòng)器進(jìn)入所述開放位置，并且所述致動(dòng)器沿所述第二方向的移動(dòng)可以使所述致動(dòng)器進(jìn)入所述封閉位置。在主閥