立管反沖阻尼的制作方法
【專利摘要】一種與海底井一起使用的器具，其包括：上立管部分，下立管部分，和將該上和下立管部分聯接在一起的弱聯接部；和聯接在該上和下立管部分之間的機構，其用于阻抑跟著該弱聯接部的斷裂的該上立管部分的反沖，該阻抑是由于當該上和下立管部分分開時發生該機構的部件或多個部件的塑性變形產生的。
【專利說明】立管反沖阻尼
【技術領域】
[0001]本公開總得涉及立管反沖阻尼，并且更具體地涉及跟著立管弱聯接部的斷開的立管反沖的阻尼，該立管弱聯接部設計成提供故障保護機構。
【背景技術】
[0002]立管是從海表面上的鉆探平臺延伸到海床的管并且用于有效地將海底井延伸到表面鉆井設施。立管可以在海床處被連接至防噴器和井口。在海表面處，立管可以被連接至鉆探船(或平臺)。該立管可以被用于將鉆探泥漿從鉆孔輸送到鉆探船，并且還提供了用于鉆探管和其它從該船延伸至井口的工具的通道。當該船位于海表面上時，該船將隨著海表面上的浪上下移動。提供裝置來允許該船在一范圍值內的豎直移動，同時保持立管上的張緊。然而，這些裝置不足以補償該船的極端運動，例如在非常惡劣的天氣條件期間。這些裝置可以不注意地停止工作，結果是沒有補償的船或漂浮平臺。因此，弱聯接部可以在預定位置或高度處被設置在立管或立管聯接部中，其在立管上在預定量的張力、彎曲力矩或其組合下失效或釋放。如果弱聯接部失效或釋放，該弱聯接部下方的立管部分可仍連接到防噴器，而弱聯接部上方的立管部分可仍連接到該船。該上立管部分的突然釋放和其向上的動能可對該鉆探船造成嚴重危險。該向上移動可被立管內的氣體或流體的正壓力進一步驅動。
【發明內容】
[0003]根據本發明的第一方面，提供了與海底井一起使用的器具，其包括:上立管部分，下立管部分，和將該上和下立管部分聯接在一起的弱聯接部；和聯接在該上和下立管部分之間的機構，其用于阻抑跟著該弱聯接部的斷裂的該上立管部分的反沖，該阻抑是由于當該上和下立管部分分開時發生該機構的部件或多個部件的塑性變形產生的。
[0004]該機構可以包括聯接至所述下立管部分或者與所述下立管部分形成整體的第一部分，和聯接至所述上立管部分或者與所述上立管部分形成整體的第二部分，跟著該弱聯接部的斷裂該第一和第二部分配合以使該部分中的一個或兩者塑性變形。
[0005]該塑性變形可以是由該第一部分切削過該第二部分。
[0006]該第一部分可以包括一個或多個剪切刀，和所述第二部分包括剪切板或多個剪切板，其中所述塑性變形通過剪切刀或多個剪切刀切削過該(多個)剪切板來實現。
[0007]第二部分可以包括圓筒形剪切板，該圓筒形剪切板關于立管部分的一個或兩者同軸地設置，并且所述剪切刀或多個剪切刀從上或下立管部分徑向向外延伸。
[0008]該或每個剪切板可以形成有沿著該板軸向延伸的弱化區域或多個弱化區域，從而跟著該弱聯接部的斷裂，每個弱化區域被剪切刀接合。
[0009]該或每個弱化區域可以具有沿其軸向范圍的恒定徑向厚度；或者沿其軸向范圍的變化的徑向厚度，從而當該上和下立管部分分開時由該機構施加的阻尼力被控制。
[0010]所述塑性變形可以是由所述第一部分的所述第二部分內或的彎曲。
[0011]所述第一和第二部分可以包括各自的圓筒，該各自的圓筒可伸縮地彼此接合。
[0012]流體緊封件可以被形成在所述第一和第二部分之間，以便在該立管內容納流體。
[0013]圓筒中的一個可以具有形成在其上的限制部，在立管反沖以造成所述塑性變形期間該限制部由該圓筒中的另一個接合，或者由該圓筒中的另一個支撐的部件接合。所述部件可以是支撐在形成在支撐圓筒中的肩部上的環形套筒。
[0014]根據本發明的第二方面，提供了與海底井一起使用的立管或立管區段，其包括:定位在該立管或立管區段內、弱聯接部上方的閥，該閥被配置成在正常使用中打開并且緊跟著該弱聯接部的斷裂關閉，以便實質上容納在該立管內、該閥上方的流體。所述閥是擋板閥。
[0015]該立管或立管區段可以還包括保持打開的部件，該保持打開的部件被聯接至所述弱聯接部下面的下立管部分或者與下立管部分形成整體，當該弱聯接部完整無損時該保持打開的部件保持所述閥打開，并且跟著該弱聯接部的斷裂，該保持打開的部件被從所述閥移位，以允許該閥關閉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1示出了通過在第一、正常操作配置中的立管弱聯接部區段的左手側的豎直橫截面；
[0017]圖2示出了通過跟著舉起的在第二、啟動配置中的立管弱聯接部區段的右手側的豎直橫截面；
[0018]圖3示出了通過跟著落下的在第二、啟動配置中的立管弱聯接部區段的右手側的豎直橫截面；
[0019]圖4示出了通過結合了替換反沖阻尼機構的立管弱聯接部的局部豎直橫截面；
[0020]圖5示出了通過剪切管或板的水平橫截面；
[0021]圖6示出了通過阻尼設備的豎直橫截面；
[0022]圖7示出了通過具有壓力端負載抑制阻尼設備的弱聯接設備的豎直橫截面；
[0023]圖8示出了通過具有壓力端負載抑制阻尼設備的弱聯接設備的豎直橫截面，作為該弱聯接部釋放的結果該壓力端負載抑制阻尼設備被接合。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了用于反沖阻尼的機構，其可以被結合到接近弱聯接機構的立管內。通過舉例，下立管部分I可以被耦合到井的頂部處的海底組件，例如結合防噴器，而第二立管部分2包括主立管區段的底端。阻尼機構的負荷承載能力確保了其在負荷下在弱聯接部的失效或釋放之前不會失效。盡管這里不詳細介紹，但是其他配置是可能的，例如其中上和下立管部分1、2實際上是連接在上和下立管部分的相應端周圍的分開的部件，或者是連接到上和下立管部分的表面上的條或面板。
[0025]在所示實施例中，該弱聯接部由連接在上和下立管部分之間的簡單剪切銷來提供。盡管在圖中僅示出了單獨的剪切銷，但是可以提供多個這樣的銷或者任何其他弱連接機構。當立管上的張力超過一些預定的閾值，該弱聯接部將會釋放。實際的閾值能通過使用例如具有不同默認閾值的剪切銷來調整。在弱聯接部失效之后，該阻尼機構將起作用。
[0026]在弱聯接部的失效或釋放后，阻尼機構將允許上立管部分2相對于下立管部分I的向上行進，如果該上立管部分2克服了閾值力。該閾值力小于釋放弱連接設備所需的力。該閾值力是足以克服由阻尼機構產生的阻力，該阻尼機構由結構件4、5和6形成。該機構包括部分I的內直徑限制部4.環形套筒或擋塊5設置在立管部分I和2之間。套筒5具有大于該限制部4的外直徑。套筒5圍繞部分2，形成了部分I和2之間的環形空間中的流體密封。
[0027]肩部6形成在上立管部分2的外表面的周圍以支撐套筒5。套筒5最初擱靠在肩部6上并且被形成在下立管部分I中的內直徑限制部4限制向上運動。在弱聯接部3失效的情況下，上立管部分2將能夠相對于下立管部分I向上行程，只要足夠大的張力持續被施力口。套筒5被肩部6迫使上升，當其行進時使下立管部分I變形，即，使下立管部分I的直徑變大。
[0028]圖2示出了弱聯接部3和上立管部分2的向上行進的立管配置。上立管I的變形是材料的塑性變形并且該變形是永久性的。下立管部分I優選是由例如相對軟的金屬或金屬合金的易延展材料形成的。上立管2和套筒5具有表面硬度，該表面硬度大于下立管部分I的表面硬度以避免磨損問題。上立管部分2或套筒5的較大強度可以通過使用當與下立管部分I相比較大的厚度來獲得。使下立管部分I變形所需的能量阻抑了上立管部分2的反沖。該反沖能通過適當選擇可變形部位的長度，以及可變形部分的形狀來控制。上和下立管部分的完全分開可以或不可以發生，根據立管移動的程度和對分開的期望。
[0029]變形過程是這樣的，即，在立管部分分開之前，如果立管部分I和2之間的分開力由于一些原因減小或者反方向，套筒5很卡能保持在其相對于下立管部分I的最高位置，同時上立管部分2向下行程到下立管部分I內。圖3示出了該情形。套筒5保持連續密封上和下立管部分之間的環狀部，以防止泄漏。當然，如果張力回復，在立管部分的分開發生之前能實現進一步的變形。
[0030]應理解，跟著剪切銷或弱聯接部3的破裂，可以允許上和下立管部分的相對旋轉。這是有優勢的，因為這有助于降低立管內的扭力。
[0031]由于上立管中的彎曲力矩的旋轉將被下立管部分I和上立管部分2之間的徑向間隙容納。在行程期間，構件5在該情況下將在一側處行進稍微多一些，以呈現相對于下立管的中心線的角度。
[0032]下立管部分I的在限制部4的上方的厚度能軸向地改變，從而需要來使該限制部變形的力相應地改變。增加或減小該限制部的厚度(即，徑向向內的程度)將增加或減小所需使限制部變形的力。這允許對上和下立管部分的分開率的進一步控制。
[0033]能設想并不要求套筒與上和下立管部分分開的實施例。例如，形成在上立管部分2上的肩部6能具有足夠大的外直徑，以接觸和使下立管部分I變形。還可以使立管部分的方位反向，由此設置在下立管部分上的阻尼部件被替代地設置在上立管部分上，反之亦然。
[0034]圖4示出了用于立管反沖阻尼的替換機構。該設備設置在立管周圍，接近形成在頸圈22內的弱聯接部。頸圈22提供對于剪切銷23的結構支撐和將剪切銷23固定地連接到上例管區段24。剪切銷23由具有高塑性特征的金屬例如鋁來制造。剪切管可以具有一對或幾對直徑上相反和軸向延伸的弱化區域25，如圖5中所示(通過該剪切管的橫截面)。頸圈22的下側支撐一對固定地連接到下立管部分27的剪切刀26。
[0035]跟著弱聯接部的失效或釋放，在沒有阻尼機構存在的情況下，上立管24將突然向上移動。然而，在阻尼機構位于合適位置時，該向上移動將被剪切刀26所需來剪切過剪切管23的金屬的(弱化區域25)的力來減慢。所需的剪切力將根據弱化區域25的厚度和剪切刀的性質。能通過改變剪切刀的數量和弱化的區域25/剪切管23的軸向長度，和通過調整該管和刀材料的性質來獲得進一步的控制。圖6示出了跟著張力在該立管上的松弛，仍連著上和下立管部分，但在大多數情況下，可以發生完全分開。通過軸向地改變剪切管的厚度，需要增加或減小的凈力來維持剪切動作，進一步允許阻尼力的控制。
[0036]2立管之間的旋轉將被一個刀調節，該刀比另一個剪切得更多，這允許2立管在它們各自的中心線之間具有角度。
[0037]在上面公開的第一個實施例中，部分I的易延展材料是可塑性變形的并且該變形是不可逆的，但該易延展材料在所應用的壓力下并不斷裂。在第二個實施例中，在由刀施加的應力下，易延展材料被變形至斷裂點。
[0038]根據該進一步實施例(圖4)，在剪切后在上和下立管部件之間并沒有設置密封件，因為切開的凹進部形成了流體能漏出的開口。然而，密封件可以設置在該設備周圍。
[0039]如所討論的，剪切管23可以是圓筒形的，被關于該立管同軸地設置。在替換設計中，該剪切管可以由平坦板更換，例如，每個刀一個板。板和刀優選地圍繞立管對稱地設置，從而該阻尼設備并不引起該立管的側向移動。
[0040]該剪切管機構可以與圖1至3的設備結合使用，和/或多個剪切管可以在同一立管上使用。剪切管以及上和下立管部分上的剪切刀的方位可以倒置。
[0041]通過沿它們的長度改變弱化的區域25的厚度，能控制剪切該剪切管的力，例如，展現逐漸減小或增加的剪切力。
[0042]該刀和該剪切管支撐件(例如，頸圈22)可以被連接至立管，從而它們能關于該立管旋轉以避免弱聯接部釋放之后的扭矩。
[0043]上面描述的實施例的優點是在弱聯接部的失效或釋放之后阻抑該上立管部分的突然運動沒有延遲。該機構還能有助于維持上和下立管部分的連接，只要船形件或平臺的向上運動并不超過該阻尼機構的可操作長度。可以通過改變材料的厚度和選擇材料的硬度或材料的性質來控制沿著該機構的長度的阻尼的量。當與例如液壓阻尼裝置相比時該機構還是相對簡單和節省成本的。因為這是意在意外情況下工作的安全性功能，該簡單性將積極地影響可靠性。
[0044]可能進一步需要考慮的問題是，當弱聯接部失效時，S卩，立管可以包括高壓下的大量氣體，從而，假設上和下立管部分的完全分開，該上立管部分將被逸出氣體向上驅動，增加了反沖力。氣體的存在和弱連接機構的可能釋放是獨立的事件，和為了具有最佳的反沖系統，必要的阻尼力的估計將受挑戰于氣體射流力的存在。為了解決該問題，可以在上立管部分的底部處引入限流器或閥，閥被配置成跟著弱聯接部的斷裂以關閉，因此消除了或最小化了該挑戰。當換算阻尼設備時這在方程中不考慮增加的射流力。
[0045]圖7示出了立管，該立管包括在弱聯接部的任一側上的上和下立管部分，具有設置在上立管部分I中的大致圓形的擋板閥，就在弱聯接部的上方。鉸鏈34樞轉地將擋板閥連接到上立管部分上。擋板座35在上立管部分的內周邊周圍延伸，就在弱聯接部上方。圓柱形流動管37從下立管部分向上延伸以穿進上立管部分內，并且在正常工作配置中保持擋板閥32打開。如果弱聯接部31斷裂，上和下立管部分將移動開，并且流動管37將從上立管部分退出，以允許擋板流動管靠著擋板座35關閉，作為由上立管部分內的加壓氣體施加的力的結果。除了作用在擋板上的重力之外，彈簧也有助于擋板關閉。
[0046]在圖8中示出了斷裂的弱聯接部31，其具有處于其關閉位置的擋板閥32。擋板閥的關閉應是快速的，跟著弱聯接部的斷裂該閥完全地、立即地關閉。盡管優選利用該擋板閥完全密封該上立管部分的下端，但這不是重要的，因為小泄漏不會產生顯著大小的向上力。
[0047]可以考慮下面的替換方案:
[0048].擋板閥可以包括彈簧布置以有助于關閉擋板。
[0049].擋板組件可以是連接在弱聯接部和上立管之間的單獨的單元。
[0050].擋板組件可以是弱聯接單元的整體部分。
[0051]擋板閥機構可以被用作獨立機構，以減小立管反沖，或者其可以與如上參照圖1-6描述的阻尼機構之一結合使用。在后者情況下，擋板閥可以被配置成在上和下立管的完全分開之前或之后關閉。
[0052]本領域技術人員會理解可以對上述實施例進行各種修改，而不偏離本發明的范圍。
【權利要求】
1.與海底井一起使用的器具，其包括: 上立管部分，下立管部分，和將該上和下立管部分聯接在一起的弱聯接部；和 聯接在該上和下立管部分之間的機構，其用于阻抑跟著該弱聯接部的斷裂的該上立管部分的反沖，該阻抑是由于當該上和下立管部分分開時發生該機構的部件或多個部件的塑性變形產生的。
2.根據權利要求1的器具，所述機構包括聯接至所述下立管部分或者與所述下立管部分形成整體的第一部分，和聯接至所述上立管部分或者與所述上立管部分形成整體的第二部分，跟著該弱聯接部的斷裂，該第一和第二部分配合以使該部分中的一個或兩者塑性變形。
3.根據權利要求2的器具，其中所述塑性變形是由該第一部分切削過該第二部分。
4.根據權利要求3的器具，所述第一部分包括一個或多個剪切刀，和所述第二部分包括剪切板或多個剪切板，其中所述塑性變形通過剪切刀或多個剪切刀切削過該(多個)剪切板來實現。
5.根據權利要求4的器具，其中所述第二部分包括圓筒形剪切板，該圓筒形剪切板關于該立管部分的一個或兩者同軸地設置，并且所述剪切刀或多個剪切刀從該上或下立管部分徑向地向外延伸。
6.根據權利要求4或5的器具，其中該或每個剪切板形成有沿著該板軸向延伸的弱化區域或多個弱化區域，從而跟著該弱聯接部的斷裂，每個弱化區域被剪切刀接合。
7.根據權利要求6的器具，其中該或每個弱化區域具有: 沿其軸向范圍的恒定徑向厚度；或者 沿其軸向范圍的變化的徑向厚度，從而當該上和下立管部分分開時由該機構施加的阻尼力被控制。
8.根據權利要求2的器具，其中所述塑性變形是由所述第一部分的所述第二部分內或的彎曲。
9.根據權利要求3的器具，其中所述第一和第二部分包括各自的圓筒，該各自的圓筒可伸縮地彼此接合。
10.根據權利要求9的器具，包括流體緊封件，該流體緊封件形成在所述第一和第二部分之間，以便在該立管內容納流體。
11.根據權利要求9或10的器具，該圓筒中的一個具有形成在其上的限制部，在立管反沖以造成所述塑性變形期間，該限制部由該圓筒中的另一個接合，或者由該圓筒中的另一個支撐的部件接合。
12.根據權利要求11的器具，其中所述部件是支撐在形成在該支撐圓筒中的肩部上的環形套筒。
13.與海底井一起使用的立管或立管區段，其包括:定位在該立管或立管區段內、弱聯接部上方的閥，該閥被配置成在正常使用中打開并且緊跟著該弱聯接部的斷裂而關閉，以便實質上容納在該立管內、該閥上方的流體。
14.根據權利要求13的立管或立管區段，其中所述閥是擋板閥。
15.根據權利要求13或14的立管或立管區段，其包括保持打開的部件，該保持打開的部件被聯接至所述弱聯接部下面的下立管部分或者與下立管部分形成整體，當該弱聯接部完整無損時該保持打開的部件保持所述閥打開，并且跟著該弱聯接部的斷裂，該保持打開的部件被從所述閥移位， 以允許該閥關閉。
【文檔編號】E21B17/01GK104053853SQ201180076266
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2011年11月18日 優先權日:2011年11月18日
【發明者】L·雷納斯, T·G·威諾爾, M·賽特 申請人:斯塔特伊石油公司