專利名稱：用于井下用途的雙向密封機械移位球閥的制作方法
技術領域：
本申請涉及一種井下截止閥，其可用于防噴器應用，所述井下截止閥允許在壓力大的井中通過隔離管柱的下部分而修補管柱，本申請更尤其是涉及有關這樣的閥的機械操作的特征以及防止從上方施加的差異壓力無意中打開這樣的閥的設計結構。
背景技術：
防噴閥是在井下用于允許較長組件在關閉的防噴閥上方的井中裝在一起的閥，井壓力遠低于關閉的防噴閥。這些閥通常與地下安全閥串聯使用，以具有在下方的井壓力作用下關閉的冗余。防噴組件用于井的地表，其包括井頭上方的隔室，底孔組件通過所述井頭與隔離井壓力的底閥裝在一起。這些地面防噴器長度受到限制，該長度由可利用的鉆機設備的規格決定。井下防噴器只不過是通過使用井下防噴閥繞過了地表防噴器的長度限制，以在井眼中允許多達數千尺長度組裝底孔組件。過去使用球閥作為防噴閥。球閥的特征在于活塞的相對兩側具有一對控制線， 活塞的前后運動帶動一球在打開位置和關閉位置之間旋轉90度。可使用筒夾將球保持在兩位置，所述筒夾響應其中一條控制線的控制壓力釋放球。這種結構的例子可參見USP 4，368，871 ;4，197，879和4，130，166。在這些專利中，球在耳軸上繞自己軸線轉動。其他結構是使球平移，同時在打開位置和關閉位置之間使球旋轉90度。這樣的一個例子是由 Expro Group提供的1 增強下放管柱組件，其包括這樣的防噴閥。其他結構利用單獨的鎖定套筒組合了球的旋轉和平移，所述鎖定套筒被液壓驅動，以在球關閉位置鎖定球轉動和移位套筒，如USP 4，522，370所示。一些閥為由管回收型，例如Halliburton的PES LV4防噴閥。在USP 4，449，587中已經提出了對球進行的打開鎖定套筒。其他被用于水下采油樹的結構，例如USP 6，109，352，具有用于球的齒輪齒條傳動，并使用遠距離操縱車輛(ROV)在打開和關閉位置之間驅動閥，所處的任一端部就是鎖定位置，但進入該ROV僅僅反向以便閥可以反向的狀態。井下未使用球閥的例子如USP6，695，286 ；4, 289165和 5，417，405 所示。目前缺少的而由本發明解決的是應用于例如隔離或防砂作業的井下球閥的更好的解決方案。本發明旨在通過套筒的移位來機械致動球閥，在其中一種情況下，可以用在線纜上運行的移位工具致動所述套筒。本發明還進一步提供了在球關閉以及壓差來自球上方情況下的致動組件上的均壓機構。致動機構上的壓力得到均衡，而不是在關閉的球上存在壓力，這樣則可防止壓差移動致動機構中的套筒，否則所述套筒將使球旋轉而打開。對本領域普通技術人員來說，通過閱讀下文對優選實施例的描述并結合相關視圖，本發明的這些及其他特征將變得更加顯而易見，同時應認識到附帶的權利要求書是本發明的全部界限。
發明內容
一種井下球閥，其安裝在管柱中，其特征在于旋轉球，所述旋轉球在通過保持架保持抵靠上游密封件和下游密封件時，能夠在其軸線上轉動。該保持架接收一滑塊，所述滑塊偏心接合所述旋轉球，以在打開和關閉位置之間旋轉該球。一套筒附著于一活塞組件，所述活塞組件又附著于滑塊，用于串聯運動以旋轉球。該套筒由例如線纜移位工具在相反方向上機械操作。關閉的球上的壓差不會影響致動活塞，因為致動活塞上的壓力被平衡，同時保持關閉的球上的壓差。當球保持關閉時，一止回閥允許致動活塞處于壓力平衡下。
圖1是整個閥組件的剖視圖；圖2是圖1中組件頂部的放大圖；圖3是圖1中組件中部的放大圖；圖4是圖1中組件下端的放大圖；圖5是一透視圖，顯示了在球操作時滑塊與保持架的相互作用。
具體實施例方式參見圖1和圖5，閥V屬于井下延伸的管柱(未顯示)的一部分，其連接于外殼14 的頂端10和底端12。內套筒16具有內槽18，以優選通過由雙箭頭20示意性表示的線纜工具接合并在相反方向上移動。套筒16的運動帶動活塞組件22移位，同時滑塊M相對于靜止的保持架沈移位。利用相對的銷30將球觀釘住，以便使其可以繞銷30在其中心軸線上旋轉。銷32從臂34伸出，并偏心接合球28，以便能夠在滑塊M相對于靜止的保持架 26移動時使球28在相反方向旋轉。利用保持架沈將上支座36和下支座34保持在球28 上。利用圖2-4的放大圖，與現在描述的主要部件一起，其余部件的詳細描述將更容易理解。套筒16具有一固定螺母40，所述固定螺母40在外部保持在螺紋42上。螺母40 壓向活塞連接器44，以便向下串聯運動。在套筒16向上運動期間，一肩部46接合活塞連接器44，以便串聯運動。連接器44附著于上活塞48，所述上活塞48又在螺紋52處附著于下活塞50。下活塞50在外殼10的孔M中移動，并利用密封件56密封在孔M中。如圖 5所示，下活塞50的下端附著于滑塊24，使得銷32可以相對于銷30移位，所述銷30將球 28固定到保持架沈上，以允許球觀繞銷30在打開位置和關閉位置之間旋轉，打開位置和關閉位置優選表示球觀旋轉90度。限制套筒16向下運動的一個方式是肩部58碰到主體 10的肩部60的時候。雖然上面已經詳細描述了單個活塞組件22，但是本領域技術人員應當明白，也可以使用其他組件，這些組件優選等間隔配置在外殼10的圓周上，以便使從工具移動套筒16賦予的運動施加給滑塊M的任何動量減到最小。主體10具有至少一個帶有止回閥64的孔62，所述止回閥64允許由箭頭66表示的從上方來的壓力進入球28位于關閉位置時的孔62中。當球28位于關閉位置時，通道68 被阻塞，就好象由于下活塞50上的密封件56而阻塞孔M —樣。通常，如果沒有孔62和止回閥64，可能會在連接器44上形成壓力，并向下推動活塞組件22。這可能對從關閉位置到打開位置移位活塞組件22并最終移位所述球觀帶來不希望的影響。孔62和止回閥64的存在允許壓差從上行至關閉的球觀，從而通過平衡活塞組件22上的壓力而不是平衡關閉的球觀的壓力而避免活塞組件上出現凈力。參見圖3a，進一步解釋了這個構思。圖3顯示了位于孔62的下端的冗余止回閥70，其作為止回閥64的備用，定向在與止回閥64相同的方向上。優選地，它們是相同的，并且其特征在于通過彈簧78偏壓在支座 76上的提升閥74。可以替換為其他方式的流動裝置。孔62通向環形空間72，該環形空間還與下活塞50連通。這樣，當流動經過孔62中的止回閥流到環形空間72中時，活塞組件 22處于壓力平衡狀態，通道68中的壓力位于關閉的球觀上方。上支座36具有靠著外殼10的密封疊片80和接觸球28的球密封件82，所述密封疊片和球密封件共同有效地保持關閉的球觀上方的壓力，并保持在滑塊M和保持架2所配置的空間84之外。實際上，空間72和84是連續的。圖3還顯示了帶有與球觀相互接觸的彈性密封件86的下支座組件38。下支座組件38持續延伸到圖4，圖4進一步顯示了密封疊片88，所述密封疊片88在大小和功能上類似于密封疊片80。外殼10上的肩部90 支撐環92和波狀彈簧或Bellevilie墊疊片94，所述環和波狀彈簧或Bellevilie墊疊片將固定在螺紋98上的螺母96朝下支座組件38推動。調節螺釘100保持螺母96的位置。疊片94在與球28相接觸的密封件82和86上進行預加載。與密封件80 —樣，密封件88有助于保持通道68中的壓力，并將空間84和72與通道68中的壓力隔離開。本領域技術人員應當明白，本發明的球閥能在井下使用，并優選通過線纜移位工具在管柱內機械操作，以從打開位置移動到關閉位置或反向移動。也可以替換為使用其他移位工具，例如在盤帶或剛性管上運行的其他移位工具。其具有均衡配置，以防止關閉的球 28上方聚集的壓力無意中打開處于關閉位置的球28。在球上方的活塞組件22上進行均衡， 而關閉的球沒有平衡壓力。在關閉位置，球觀利用球密封件82和86密封相反方向上的壓差，不管關閉的球觀上的壓差方向如何，所述球密封件82和86都與球觀保持接觸。活塞組件22上的壓力均衡不依賴于球觀的任何初始旋轉。當井下存在壓差時，波狀彈簧94提供預加載，以增強球觀與密封件82、86之間的接觸，并且在存在井下方向的凈壓差的情況下，波狀彈簧94阻止球觀與密封件82的分離。應當明白，本公開僅僅示出了本發明的當前的優選實施例，除了附帶的權利要求書中所述的外，都不作為本發明的限制。
權利要求
1.一種管柱中的用于井下用途的球閥，其包括外殼，所述外殼進一步包括位于貫通的通道中的球，密封件可操作地連接于所述球，所述球能夠在打開位置和關閉位置之間移動，在所述打開位置，所述通道打開允許流動，在所述關閉位置，所述通道關閉；致動器組件，該致動器組件可動地安裝在所述通道中，以使所述球在所述打開位置和關閉位置之間移動。
2.如權利要求1所述的球閥，其中當所述球位于所述關閉位置時，所述通道被關閉以建立相反方向上的壓差。
3.如權利要求1所述的球閥，其中在所述球位于所述關閉位置時，所述致動器組件有選擇地與所述通道中的、所述致動器組件所處的部分的壓力保持壓力平衡。
4.如權利要求3所述的球閥，其中所述致動器組件能夠進入壓力平衡，而不會使所述球運動。
5.如權利要求4所述的球閥，其中所述致動器組件能夠通過一流動均衡器通道而置于壓力平衡，所述流動均衡器通道包括至少一個單向閥。
6.如權利要求5所述的球閥，其中所述致動器組件包括可操作地連接于所述球的移位套筒。
7.如權利要求6所述的球閥，其中所述致動器組件包括至少一個活塞，所述活塞連接于與其一端鄰接的所述套筒，并可操作地連接于與其另一端鄰接的所述球，所述活塞具有位于其相對兩端之間的至少一個密封件，所述活塞能夠在所述外殼的活塞孔中移動，所述活塞孔包括暴露于所述球一側的所述通道中的壓力下的第一端和與所述球的所述一側的通道中的所述壓力密封地隔離的第二端。
8.如權利要求7所述的球閥，其中所述流動均衡器通道提供所述活塞孔的所述第一端和第二端之間的流動連通。
9.如權利要求8所述的球閥，其中一保持架將一上支座和一下支座保持抵接所述球， 所述上支座和下支座具有部分限定所述通道的管狀延伸部和所述通道外面的環形空間，所述環形空間與所述活塞孔的所述第二端流體連通。
10.如權利要求9所述的球閥，其中所述活塞包括與之接合的滑塊，所述滑塊在偏心位置與所述球接合，使得所述移位套筒的軸向運動引起所述球在所述保持架內旋轉。
11.如權利要求10所述的球閥，其中所述上支座和下支座均包括與所述球接觸的密封件，和在所述延伸部上、所述通道外面且在所述環形空間中的另一密封件。
12.如權利要求11所述的球閥，其中一偏壓機構作用在所述上支座和下支座中的至少一個上，以增強接觸所述球的所述密封件與所述球的接觸。
13.如權利要求6所述的球閥，其中所述移位套筒包括從所述通道能夠進入的內凹部，用于利用通過管柱插入所述外殼內的工具使所述套筒移位。
14.如權利要求13所述的球閥，還包括線纜支撐移位工具，其接合所述內凹部，以在相反方向上使所述移位套筒移位。
全文摘要
一種井下球閥，其安裝在管柱中，其特征在于旋轉球，所述旋轉球在通過保持架保持抵接上游密封件和下游密封件時，在其軸線上轉動。該保持架接收一滑塊，所述滑塊偏心接合球，以在打開位置和關閉位置之間旋轉該球。滑塊由附著于活塞組件的套筒操作。該套筒由例如線纜移位工具在相反方向上機械操作。關閉的球上的壓差不會影響致動活塞，因為致動活塞上的壓力被平衡，同時保持關閉的球上的壓差。當球保持關閉時，一止回閥允許致動活塞處于壓力平衡下。
文檔編號F16K5/06GK102325956SQ201080008774
公開日2012年1月18日 申請日期2010年1月22日 優先權日2009年1月26日
發明者C·H·比爾, J·T·斯隆, R·帕特森 申請人:貝克休斯公司