CN104411917A - 一种用于防喷器的电磁致动器 - Google Patents

Abstract

一种防喷器，包括：主体，该主体包括贯穿其中的孔；空腔，其布置在主体中并且和所述孔相交；第一封闭部件和第二封闭部件，两者可移动地布置在上述空腔内、位于所述孔的相对两侧；第一杆，其具有一定长度，并且包括联接至第一封闭部件的第一端部；第二杆，其具有一定长度，并且包括联接至第二封闭组件的第一端部；第一滑行组件，其中，第一杆的第二端部至少部分地布置在第一滑行组件内；以及第二滑行组件，其中，第二杆的第二端部至少部分地布置在第二滑行组件内；其中，第一杆和第二杆具有沿各杆的长度的至少一部分分布的磁体；第一滑行组件和第二滑行组件位于所述孔的相对两侧；并且，第一滑行组件和第二滑行组件均包括用于产生电磁场的装置。

Description

一种用于防喷器的电磁致动器

相关申请的交叉参照

本申请要求了2012年6月20日提交的美国临时专利申请No.61/661,918的权益，以上提到的专利申请内容通过参考被并入本发明的说明书。

技术领域

本发明涉及一种油田封闭装置，也已知为防喷器(防喷器)以及用于关闭防喷器的电磁致动器。

背景技术

当针对陆地和海上的油气的进行钻井时，需要大量的安全措施，并且一种关键性的安全措施就是使用防喷器。防喷器基本上是大型的阀，其封闭、隔离和密封井眼，以在发生井涌或其他事件的过程中阻止加压油气从钻井喷出。广泛使用的一种类型的防喷器是闸板型防喷器。该类型的防喷器使用两个相对的闸板，所述两个相对的闸板通过一起运动来闭合，以围绕管道进行封闭，或者截断管道并且密封井眼。

防喷器典型地通过使用加压液压流体来进行操作，以控制闸板的位置。大多数防喷器联接至流体泵或其他加压液压流体源。在大多数的应用情况中，多个防喷器被组合以形成防喷器组，并且该防喷器组可以包括使用多种类型的防喷器。在一些应用情况中，可能需要在防喷器处储存几百加仑的加压液压流体以能够对防喷器进行操作。

美国专利US7338027描述了一种闸板型防喷器，其被设计成使用较少的流体来解决存储并且加压大量液压流体的问题。上述专利提供了一种防喷器的概述及其操作方法。

传统的液压防喷器需要大量的空间，主要是由于液压存储箱以及用作液压流体的驱动力来源的关联的增压器。此外，这些***十分沉重，并且当在深水海底的条件下使用时，由于海水的静水压力，这些***变得更加难以操作，并且变得更低效。此外，基于用于闭合防喷器的控制计划，液压防喷器需要花费一些时间来进行闭合。因此，需要提供一种不具有上述缺点的防喷器。

发明内容

本发明提供了一种防喷器，其包括：主体，该主体包括贯穿其中的孔；空腔，该空腔布置在所述主体中并且和所述孔相交；第一封闭部件和第二封闭部件，两者可移动地布置在上述空腔内、位于所述孔的相对两侧；第一杆，其具有一定长度，并且包括联接至第一封闭部件的第一端部；第二杆，其具有一定长度，并且包括联接至第二封闭部件的第一端部；第一滑行组件，其中，第一杆的第二端部至少部分地布置在第一滑行组件内；以及第二滑行组件，其中，第二杆的第二端部至少部分地布置在第二滑行组件内；其中，第一杆和第二杆具有沿各杆的长度的至少一部分布置的磁体；第一滑行组件和第二滑行组件位于所述孔的相对两侧上；并且，第一滑行组件和第二滑行组件均包括用于产生电磁场的装置。

本发明还提供了一种密封井眼并阻止油气流动通过井眼的方法，所述方法包括：在井眼中设置防喷器，该防喷器包括：主体，该主体包括贯穿其中的孔，该孔与井眼对准；空腔，其布置在所述主体中并且与上述孔相交；第一封闭部件和第二封闭部件，两者可移动地布置在上述空腔内、位于所述孔的相对两侧；第一杆，其具有一定长度，并且包括联接至第一封闭部件的第一端部；第二杆，其具有一定长度，并且包括联接至第二封闭部件的第一端部；第一滑行组件，其中，第一杆的第二端部至少部分地布置在第一滑行组件内；以及第二滑行组件，其中，第二杆的第二端部至少部分地布置在第二滑行组件内；其中，第一杆和第二杆具有沿各杆的长度的至少一部分布置的磁体；第一滑行组件和第二滑行组件位于所述孔的相对两侧上；并且，第一滑行组件和第二滑行组件均包括用于产生电磁场的装置；以及，使在第一滑行组件和第二滑行组件中产生的电磁场与沿第一杆和第二杆布置的磁体相互作用，导致第一、第二杆以及联接至所述第一、第二杆的封闭部件向着所述孔的中心运动，使得第一封闭部件接触第二封闭部件，从而密封该孔。

附图说明

图1显示了处于开启位置的、具有闸板的防喷器的实施例；

图2显示了处于闭合位置的、具有闸板的防喷器的实施例；

图3显示了当防喷器闭合时，***的操作的示意图。

具体实施方式

本文描述的电磁致动防喷器克服了上述的这些缺点，并且提供了一种更加紧凑、更加轻便以及更加有效的防喷器。这些防喷器将借助参考附图被更加详细的描述，但需要指出的是，这些附图显示的是针对电磁致动防喷器的使用的多个可行的实施例中的一个实施例。

图1显示了根据本发明的防喷器的一个实施例。该防喷器显示为处于开启的位置。该防喷器10可以在顶部12和底部14连接至管状管道、井眼或者另外的防喷器以形成防喷器组(未显示)。管道16穿过防喷器孔18，并且该管道可以是用于从井眼生产油气的立管、钻柱，或者可以是在钻井、完井、修井、生产或在从地下岩层生产油气的其他步骤中使用的任何其他管道。

对于水下钻井而言，防喷器可以布置在海底或靠近海底，或者布置在位于海面上或靠近海面的钻井船或生产船上，或者对于陆地钻井的应用情况而言，防喷器可以布置在陆地上。

防喷器包括空腔20，该空腔在此显示为从防喷器的一侧延伸至另一侧的水平空腔。第一封闭部件22位于所述孔的左侧，而第二封闭部件32位于所述孔的右侧。这些封闭部件典型地被称为闸板，并且这些闸板可以是管杆闸板、盲板、剪切闸板或者剪切盲板。管杆闸板通常在最靠近所述孔的边缘处具有半圆形开口，使得当管杆闸板向着管道16运动时，管杆闸板彼此接触并且形成围绕管道的密封。管杆闸板仅限制流体在围绕管道的环形空间中的流动，但不限制流体在管道中的流动。盲板没有用于管道的开口，并且这些盲板用于当钻井不包括任何管或管道时来封闭钻井。剪切闸板通常具有设计成用于截断管道16的硬化钢刀头。剪切盲板旨在当井眼包括管时，通过在所述闸板封闭钻井时截断所述管道来密封井眼。电磁致动器能够和这些类型的封闭部件中的任何一种或多种一起使用。

第一封闭部件联接至第一杆26的第一端部24。第一杆具有沿第一杆的长度，或者至少沿第一杆的长度的一部分布置的磁体28(优选地为永磁体)。第二封闭部件联接至第二杆36的第一端部34。第二杆具有沿第二杆的长度，或者至少沿第二杆的长度的一部分布置的磁体38(优选地为永磁体)。

所述磁体优选地布置成使得磁体的磁场沿杆交变分布。例如，第一行磁体可以布置成使得磁场沿一个方向分布，而第二行磁体可以布置成使得磁场沿相反的方向分布。这样的一个实施例使用相同类型的磁体，但是使磁体自杆面朝外的一侧呈交变布置的状态。所述杆可以具有环形的或者具有很多其他形状(包括三角形、正方形、五边形、六边形、七边形或者八边形)中的一种形状的横截面区域。具有平整侧边的形状可以更容易地构造，因为不同于弧形表面，磁体可以附接至平整的表面。

所述杆中的每个杆布置成使得杆的第二端部至少部分地布置在滑行组件内部。第一杆的第二端部25至少部分地布置在第一滑行组件29内部。第二杆的第二端部35至少部分地布置在第二滑行组件39的内部。

第一滑行组件和第二滑行组件包括用于产生电磁场的装置。该电磁场可以由沿滑行组件的长度布置的导线线圈产生。该电磁场的方向由流过导线的电流的方向确定。此外，铁磁体或其他材料可以布置在线圈内以提升由线圈产生的磁场的强度。

图2显示了处于封闭位置的防喷器。***的元件用图1中的相同的附图标记表示。该图显示了封闭部件(在该图中为管杆闸板)已围绕管道16闭合以密封围绕管道的井眼的环形空间。甚至当封闭组件已闭合时，所述杆仍至少部分地布置在滑行组件内。这允许防喷器能够开启，并且在防喷器闭合时保持杆的稳定。

闭合防喷器的操作的方法将借助参考图3(该图显示了***的简图以说明其操作)被进一步地描述。图3显示了一个永磁体50，如将在所述杆上发现的，该永磁体处于南极面朝滑行组件52的一部分的状态。在图中显示的四个阶段显示了所述滑行组件的磁场是如何变化以使杆加速并随后使杆减速的过程。

阶段1显示了当杆上的磁体被吸引至滑行组件上的电磁体时杆的加速过程。在阶段2中，在杆上的磁体被其刚刚经过的电磁体排斥开的同时被吸引至下一个电磁体。在相应的导线线圈中的电流被改变以使产生的磁场变化。在阶段3中，由于所述杆上的磁体刚经过的磁体的吸引力以及由于在杆上的磁体前面的磁体的排斥力，所述杆开始减速。该过程在阶段4中继续，直到杆上的磁体(以及杆)停止运动。这发生在当第一封闭部件和第二封闭部件已发生接触以密封钻井时。

基于磁体沿杆布置的位置，电流仅施加至与杆上的永磁体相邻的电磁体。在磁体沿杆的整个长度布置的情况下，那么当每个磁体经过滑行组件上的电磁体时，如图3所示的操作将依次施加给杆上的每个磁体。在磁体仅沿杆的长度的一部分布置的情况下，那么电磁体将仅在杆上的磁体靠近时才被提供电力。

由于产生了电磁场，所述杆将开始运动穿过滑行组件，从而将导致封闭部件以足够大的力闭合以克服井眼的压力，并且在使用剪切闸板的情况中截断管道并且承受住井眼的压力。当封闭部件与另一个封闭部件发生接触时，锁定部件将接合，由此将封闭部件和/或杆锁定就位，以在即使通向电磁体的电流关闭的情况下阻止防喷器开启。

该防喷器的一个实施例还包括有助于杆的启动运动的装置或***。基于***的设计，可能需要花费一些时间来产生足够的电磁场来给杆加速。存在很多可行的方法或装置来有助于启动***，而随后继续使杆运动的力将是电磁场以及其与杆上的磁体相互作用的结果。

用于杆的启动运动的可行的***包括使用***物药或推进剂。小的***物或推进剂可以布置在杆的第二端部的外部，并且当被引爆时将提供足够的力以使杆开始运动。可以在杆的端部可选地布置活塞以帮助吸收***物或推进剂产生的冲击力。

可选地，类似于轨道炮并且与轨道炮的使用原理相同的***可以用于杆的启动运动。在该实施例中，第一杆和第二杆中的每个杆的第二端部可以与分离的导电轨道组接触。当将足够大的电流施加至轨道时，所述杆将受力向防喷器的孔运动。

Claims (10)

1.一种防喷器，所述防喷器包括：

a.主体，所述主体包括贯穿其中的孔；

b.空腔，所述空腔布置在所述主体中并且与所述孔相交；

c.第一封闭部件和第二封闭部件，所述第一封闭部件和第封闭部件能够运动地布置在所述空腔内且位于所述孔的相对的两侧上；

d.第一杆，所述第一杆具有一定长度，并且所述第一杆包括联接至所述第一封闭部件的第一端部；

e.第二杆，所述第二杆具有一定长度，并且所述第二杆包括联接至所述第二封闭部件的第一端部；

f.第一滑行组件，其中，所述第一杆的第二端部至少部分地布置在所述第一滑行组件内；以及

g.第二滑行组件，其中，所述第二杆的第二端部至少部分地布置在所述第二滑行组件内；

其中，所述第一杆和第二杆具有沿各杆的长度的至少一部分布置的磁体；所述第一滑行组件和第二滑行组件位于所述孔的相对两侧上；以及，所述第一滑行组件和第二滑行组件均包括用于产生电磁场的装置。

2.根据权利要求1所述的防喷器，其中，所述第一封闭部件和第二封闭部件是管杆闸板、剪切闸板或剪切盲板。

3.根据权利要求1所述的防喷器，其中，所述第一滑行组件和第二滑行组件均包括线圈，所述线圈连接至用于将电流施加至所述线圈以产生电磁场的电源。

4.一种密封井眼并且阻止油气流动通过井眼的方法，所述方法包括：

a.在所述钻井中设置防喷器，所述防喷器包括：

i.主体，所述主体包括贯穿其中且与所述井眼对准的孔；

ii.空腔，所述空腔布置在所述主体内并且与所述孔相交；

iii.第一封闭部件和第二封闭部件，所述第一封闭部件和第二封闭部件能够运动地布置在所述空腔内且位于所述孔的相对的两侧；

iv.第一杆，所述第一杆具有一定长度，并且所述第一杆包括联接至所述第一封闭部件的第一端部；

v.第二杆，所述第二杆具有一定长度，并且所述第二杆包括联接至第二封闭部件的第一端部；

vi.第一滑行组件，其中，所述第一杆的第二端部至少部分地布置在所述第一滑行组件内；以及

vii.第二滑行组件，其中，所述第二杆的第二端部至少部分地布置在所述第二滑行组件内；

其中，所述第一杆和第二杆具有沿各杆的长度的至少一部分布置的磁体；所述第一滑行组件和第二滑行组件位于所述孔的相对的两侧上；以及，所述第一滑行组件和第二滑行组件均包括用于产生电磁场的装置；以及

b.在第一滑行组件和第二滑行组件中产生电磁场，所述电磁场与沿所述第一杆和第二杆布置的所述磁体相互作用，导致所述第一杆和第二杆以及连接至所述第一杆、第二杆的所述第一封闭部件、第二封闭部件向所述孔的中心运动，使得所述第一封闭部件接触所述第二封闭部件，从而密封所述孔。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一滑行组件和第二滑行组件包括线圈，所述线圈连接至电源以产生电磁场。

6.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括提供锁定机构，以当不再产生电磁场时，阻止所述第一杆和第二杆回到它们的初始位置。

7.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括提供用于使所述第一封闭部件和第二封闭部件停止运动的装置，使得它们在彼此接触后不会继续行进。

8.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括使所述第一封闭部件和第二封闭部件或所连接的所述第一杆和第二杆的运动启动的方法，该用于使运动启动的所述方法不包括使用电磁场。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，使运动启动的所述方法可以包括使用***物或推进剂。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一杆的第二端部和第二杆的第二端部连接至用作轨道***离的导电轨道组，以向所述孔的中心驱动所述第一杆和第二杆。