CN102536150A - 紧急海底井口关闭装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及紧急海底井口关闭装置。具体而言，提供了用于控制井的基于井口的系统、装置和方法。在诸如防喷器的紧急系统的失效期间，可采用根据本发明实施例的基于井口的紧急控制装置来控制井。套管柱压缩组件可沿径向压缩延伸穿过井口罩的套管柱和/或钻管中的每一个以限制或停止井流体通过。紧急井流体转移组件的套管柱穿透器可另外或备选地用于在套管柱中形成孔洞。与穿透器形成一体或连接的转移器延伸穿过井口罩的侧部中的孔洞和由穿透器切割的孔洞中的一个或多个，以使井流体从井口罩内转移通过转移器中的通道并转移到外部导管。

Description

紧急海底井口关闭装置

技术领域

本发明涉及立管管理系统。更具体而言，本发明涉及用于在紧急时期控制井的系统、程序产品和相关方法。

背景技术

由从浮动平台或船只进行的离岸碳氢化合物钻探和生产操作所存在的一个问题是需要在位于海底的每个井眼或井与位于海面的船只的工作甲板之间建立密封的流体通路。这种密封流体通路通常由钻探立管系统提供。用于离岸钻探的钻探立管从钻探机延伸到直接或间接地连接到海底井口(wellhead)的上部上的防喷器(BOP)上。典型的海洋钻探立管允许用于在钻探操作过程中向井下泵送润滑泥浆的钻管通过、通过钻管已泵送到立管的主管中的钻探泥浆返回以及任何相关的钻探切割，并提供将钻探船只在海底BOP组(stack)上方连接到井上。同样，生产立管从海底井口系统和浮动船只延伸并提供在其之间的连通。

常常称为BOP组的BOP是用于控制和监控海底井的特制阀或一组阀。BOP组一般包括两类防喷器：闸芯(ram)和环形。闸芯型BOP通常使用可沿径向延伸以阻塞或开启延伸穿过BOP组的流体通道的一对相对的钢制闸芯。闸芯BOP包括管式闸芯、全闭式闸芯、剪切式闸芯以及全闭剪切式闸芯。管式闸芯在管周围封闭，以当钻管延伸穿过BOP组的孔时限制钻管的外侧与BOP组的内孔之间的环形空间中的流动。不具有用于管路的开口的全闭式闸芯在没有钻管延伸穿过BOP组时通过彼此压靠而完全封闭孔以形成密封。剪切式闸芯和全闭剪切式闸芯使用经硬化的钢剪而切穿钻管。环形BOP类似于括约肌工作。

不同的防喷器可具有不同的封闭直径以适应钻管的存在或钻管的不同直径。BOP组还包括与立管并排延伸并在可用于关闭海底井的BOP元件之间的不同部位进入BOP内部的多个扼流管线和压井管线。

钻探立管能够在BOP组上方与井分离，从而允许钻探船只收回立管并在需要时(即在飓风活动或故障期间)临时从钻探地点移开。在保持在井口上方的情况下，当正常工作时，BOP组在船只未就位时可供用于密闭压力大的井(live well)。当返回后，则船只可展开立管，重新连接到BOP组上，以及与井重新建立碳氢化合物连通。

海洋钻探立管还允许通过使用BOP组在紧急时期控制井。要求启动BOP组的构件的紧急情况通常与钻穿具有显著高于钻探泥浆所能承受的压力的地质流体压力的区域相关。在此类事件期间，BOP组的不同类型的防喷器中的一个或多个以液压方式工作，以关闭或限制井流体流经BOP组的流动。然后，井控制通过泵送密度适当的泥浆穿过压井管线并最终使其经由扼流管线循环回到水面而重新建立。

然而，近来值得报导的事件已显现BOP会存在可靠性问题。在最近的事件中，BOP未能启动导致钻探机毁坏并且由于BOP组未能停止井流体流入周围的海洋中而造成显著的环境破坏。因此，发明人认识到需要设置两种故障系统并且基于井口的紧急控制装置可通过提供独立的安全防护系统而有利地提供必要的故障保护。发明人还认识到当前存在的井控制系统并未提供用于切断井的基于井口的方法。因此，发明人认识到需要独立于BOP的在紧急情况下控制井流体的流动的基于井口的系统、装置和方法。具体而言，发明人认识到需要可包括与BOP组分开定位的紧急井流体切断组件的系统、装置和方法，该紧急井流体切断组件可在无剪切的情况下沿径向压缩延伸穿过海底井口的套管柱和/或钻管，以便实现通过海底井口的井流体的流量的显著减小。发明人还认识到需要包括具有紧急井流体转移组件的系统、装置和方法，该紧急井流体转移组件用以将井流体从井口罩(housing)内转移到外部导管，从而以受控的方式释放在井口罩内流动的井流体的流体压力。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的各种实施例有利地提供了独立于BOP的在紧急情况下控制井流体的流动的系统、装置和方法。本发明的各种实施例包括可包括与BOP组分开定位的紧急井流体切断组件的系统、装置和方法，该紧急井流体切断组件可在不剪切的情况下沿径向压缩延伸穿过海底井口的套管柱和/或钻管，以便实现通过海底井口的井流体的流量的显著减小。本发明的各种实施例还包括具有紧急井流体转移组件的系统、装置和方法，该紧急井流体转移组件用以将井流体从井口罩内转移到外部导管，从而以受控的方式释放在井口罩内流动的井流体的流体压力。

具体而言，本发明的实施例提供了一种用以控制井的基于井口的控制装置。该装置可包括连接到井口罩上或与其形成一体的紧急井流体切断组件。该紧急井流体切断组件可包括套管柱压缩组件和套管柱压缩致动器，其中，套管柱压缩组件定位成沿径向压缩延伸穿过井口罩的孔的多个套管柱中的每一个，以及套管柱压缩致动器以可操作方式联接到套管柱压缩组件上以致动套管柱压缩组件。根据本发明的示例性实施例，套管柱压缩组件包括一对相对的压缩闸芯，该压缩闸芯定位成朝井口罩的孔的中心沿径向延伸以对多个套管柱中的每一个在同一共轴位置施加压缩力。

该对相对的压缩闸芯中的每一个都可包括液压活塞，该液压活塞连接到井口罩的一部分上以施加压缩力。因此，套管柱压缩致动器可包括液压源，该液压源包括各种构件，举例而言，例如存储经加压的液压流体的液压蓄压器、具有液压泵的液压泵组件、定位成用以驱动液压泵的马达，以及液压流体储器。作为备选，该对相对的压缩闸芯中的每一个都可包括连接到井口罩的一部分上的线性致动器，该线性致动器当旋转时使压缩闸芯的套管柱接合表面朝井口罩的孔的中心延伸以对多个套管柱施加压缩力。因此，套管柱压缩致动器可包括定位成用以旋转线性致动器的一个或多个电马达以及电力源。以可操作方式连接到紧急井流体切断组件上或与其形成一体的远程启动控制器构造成用以接收远程启动命令并向套管柱压缩致动器提供远程启动信号以使套管柱压缩组件启动。

根据本发明的示例性实施例，基于井口的控制装置单独地或另外包括连接到井口罩上或与井口罩形成一体的紧急井流体转移组件。紧急井流体转移组件可包括套管柱穿透器和井流体转移器，其中，套管柱穿透器定位成用以在大致相同的共轴位置在多个套管柱中的每一个中形成孔洞，以及井流体转移器定位成用以延伸穿过套管柱中的每一个中的孔洞，以使井流体从井口罩内转移到外部导管，从而以受控的方式释放在井口罩内流动的井流体的流体压力。

穿透器可根据各种装置予以实施，举例而言，这些装置例如呈以下形式：定位成用以穿过井口罩和多个套管柱切割孔洞的切割刀片组件，定位成用以穿过井口罩和多个套管柱切割孔洞的放电切割组件，定位成用以穿过井口罩和多个套管柱切割孔洞的化学铣削组件，包括炸药包(explosive charge)的爆炸释放切割组件，该炸药包以可操作方式连接到切割爆炸器上以切割穿过井口罩和多个套管柱的孔洞，以上仅列出一部分。

在示例性构造中，转移器包括主体、通道和井流体收集孔洞，其中，通道沿着主体的主轴线延伸穿过主体的部分以从井口罩内导送井流体，以及井流体收集孔洞延伸穿过转移器的至少一部分并连接到前述通道上以提供通向该通道的流体孔道(channel)。转移器的井流体收集孔洞可采用朝下凹部的形式，该凹部并未延伸穿过转移器的主体，使得当转移器以可操作方式定位并密封在井口罩内时，井流体收集孔洞将井流体导送到主体中的通道内以将井流体从井口罩内转移到外部导管。相应的是，转移器的外表面部分可成形为并且在材料方面构造成用以延伸穿过并接合井口罩中的孔洞的内表面部分以形成不漏流体的密封。此外或作为备选，延伸穿过套管柱的孔洞中的一个或多个的内表面部分可定制尺寸为对于转移器的外表面部分和孔洞中的一个或多个的内表面部分形成密封关系。以可操作方式连接到紧急井流体转移组件上或与其形成一体的远程启动控制器构造成用以接收远程启动命令并向套管柱穿透器提供远程启动信号，以使在多个套管柱中的每一个中形成孔洞，和/或使井流体转移器延伸穿过多个套管柱中的每一个中的孔洞以将井流体从井口罩内转移到外部导管。

本发明的实施例还包括用以控制井的方法。例如，根据本发明实施例的方法可包括采用紧急井流体切断组件的套管柱压缩组件沿径向压缩延伸穿过井口的部分的多个套管柱中的每一个，以限制井流体通过。该方法还可包括采用紧急井流体转移组件的套管柱穿透器在多个套管柱中的至少一个中形成孔洞并使井流体转移器延伸穿过井口罩的侧部中的孔洞和由穿透器切割的孔洞中的一个或多个，以使井流体从井口罩内转移到外部导管。根据该方法的示例性实施例，转移器的插入可通过如下方式来完成，也即首先在转移器的插入部分的上表面和下表面至少部分地横向于井口罩内的井流体的流动方向定向的情况下插入转移器的部分，从而允许井流体绕开转移器，并且旋转转移器以使朝下的孔洞定向在井口罩内的井流体的方向上，以使井流体从井口罩内转移到转移器中的通道并转移到外部导管。旋转转移器的步骤可包括：首先使转移器的外表面部分与多个套管柱中的至少一个中的孔洞的内表面部分密封地接合，并且使朝下的孔洞定向在井口罩内的井流体的方向上，以使井流体从井口罩内转移到转移器中的通道并转移到外部导管。

本发明的各种实施例有利地提供用以控制井的基于井口的井控制装置，该控制装置附接在井口系统上或与井口系统形成一体。该井控制装置可有利地包括紧急井流体切断组件和紧急井流体转移组件两者。紧急井流体切断组件可经致动以停止或限制油和气体从海底井的流动，其中该停止或限制可通过压缩套管柱如22″、13-5/8″和/或10-3/4″套管来完成，以便保留很小或不保留流动区域。该限制可通过机械地使井套管柱塌陷例如通过机械地施力或以爆炸方式施力来提供。塌陷力可通过活塞式闸芯来实现，该闸芯通过压力驱动、通过电子机械马达、相变材料系统驱动或通过来自爆炸装置的直接高压驱动。尽管如此，其它使套管塌陷的手段也在本发明的范围内。紧急井流体转移组件可经致动以穿透井口罩和/或套管和/或钻柱以便控制来自海底井的油和气体的流动。有利的是，可采用穿透器以通过钻探或通过穿透套管柱来穿透井，以便能够限制或转移流体流(flowingstring)。与穿透器分开或形成一体的转移器可用于形成从被穿透的井套管中的一个或多个开始的新的流动路径。井眼的穿透可通过各种手段例如钻孔、化学铣削、放电加工或经由使用炸药包的穿透来执行。一旦孔已穿透，则可将形成转移器的物理阻隔物(barrier)引导通过穿透部而从井眼转移流动。有利的是，连接到穿透器上或与其形成一体的转移器可有利地具有用于一旦穿透器/转移器就位便引送流体流动的孔。有利的是，该装置还可包括用以控制井流体切断组件的部分和井流体转移组件的部分两者的一个或多个控制系统，该控制系统最低限度能够独立于平台控制系统或操作员而经远程致动，以使得该一个或多个控制系统与诸如立管故障或井喷/钻机毁坏事件的公知故障模式隔离。

附图说明

由于可以更具体地理解将变得明显的本发明的特征和优点以及其它的方式，可参考在附图中示出的本发明的实施例来对以上简要概括的发明进行更具体的描述，附图形成本说明书的一部分。然而，应注意，附图仅示出本发明的各种实施例且因此不认为其限制了本发明的范围，因为本发明也可包括其它有效实施例。

图1是根据本发明实施例的用以控制井的基于井口的控制装置的组合示意性方框图和环境视图；

图2是根据本发明实施例的紧急井流体切断组件的一部分的组合剖视、透视和环境视图；

图3是根据本发明实施例的紧急井流体转移组件的一部分的组合剖视、透视和环境视图；

图4是根据本发明实施例的插入海底井口罩的转移器在转移器旋转之前的透视图；

图5是根据本发明实施例的插入海底井口罩的转移器在转移器旋转之后的透视图；

图6是根据本发明实施例的具有用以封闭贯通孔洞的侧部的闸门(gate)的转移器的透视图；

图7是根据本发明实施例的套管柱穿透器的切割刀片部分的剖视图；

图8是根据本发明实施例的套管柱穿透器的放电加工切割部分的剖视图；以及

图9是根据本发明实施例的用以控制井的方法的示意性方框图。

具体实施方式

现将在下文中参考附图更充分地描述本发明，附图示出了本发明的实施例。然而，本发明可采用诸多不同的形式来实施并且不应被解释为局限于文中阐述的所示实施例。相反，提供这些实施例使得本公开内容将详实和完整，并且将向本领域的技术人员充分地传达本发明的范围。

图1至图9示出了用以控制海底井系统31的装置30和方法的各种实施例。本发明的各种实施例有利地向用于在井喷的情况下切断或转移来自海底井的流动流体或用于永久废井的传统BOP组提供了备用装置(back-up)。如果发生井喷，该新型井口紧急控制装置30可独立于平台控制系统或操作员而远程致动。远程致动可包括ROV(远程操作机车)干预或通过电启动装置或液压致动装置两者。当前的井控制防护是共生的，因为它们并不独立。当前的防护仅在系统如所设计那样运行的情况下工作。这是因为用于标准BOP系统的主控制装置位于平台上，此种防护系统设计为用以保护，使得如果一个失效，则另一个也会失效。有利的是，装置30的实施例可提供独立的安全防护系统，该防护系统以基于井口的紧急控制装置30的形式提供两种故障系统中的第二种。在当前存在的井控制系统未提供用于关闭井的基于井口的方法的情况下，根据本发明实施例的各种井关闭方法有利地在标准BOP之前的生产流中的位置提供这种能力。在井口处的位置也会是有益的，这是因为当发生立管下落时不太可能发生对装置30的损坏或其它意外地脱机。立管下落可能由包括疲劳、脱开(drive-off)、井喷、人为失误等的多种事件导致。井口切断装置30的干预位置能够有益地受到良好保护或者甚至位于泥浆管线下方以保护它免于机械损坏。

参照图1至图3，海底井系统31可包括落座在储藏地层35顶上的海底井口(系统)33。连接到井口33顶部上的是定位成用以控制离开海底井口33的井流体的防喷器37。在所示的构造中，连接器39位于海底井口33与防喷器37之间。如或许在图2和图3中最佳示出的那样，井口33包括高压罩41，该高压罩具有通常容纳22″、13-5/8″和/或10-3/4″套管柱45、47、49的中央孔43，这些套管柱随同合适的硬件一起延伸穿过中央孔43而包括例如13-5/8″和/或10-3/4″的套管挂架(hanger)51、53。通常焊接到20″或22″管45上的高压罩41落座在低压罩59中，该低压罩通常焊接到延伸至储藏地层35的30″或更大的管上。

图1示出了用以控制井系统31的基于井口的控制装置30的实例，该控制装置可包括紧急井流体切断组件61(也参见图2)和紧急井流体转移组件63(也参见图3)两者，其中，紧急井流体切断组件61与井口33的罩41连接或形成一体并且构造成用以限制或停止流体流经井口33，以及紧急井流体转移组件63与井口33的罩41连接或形成一体并且构造成用以使井流体通过外部导管65转移从而以受控的方式释放在井口罩41内流动的井流体的流体压力，下文更详细地描述这两者。应注意，根据优选构造，紧急井流体切断组件61和紧急井流体转移组件63定位在套管挂架51、53和任何相邻的设备如测角器或球阀下方。此外，尽管示出在泥浆垫(mudmat)60上方，但紧急井流体切断组件61和紧急井流体转移组件63中的一者或两者可定位在泥浆垫60下方，以在灾难性事件期间保护组件61、63免于物理损坏。

如图2中更详细地示出，紧急井切断组件61可包括套管柱压缩组件71和套管柱压缩致动器73，其中，套管柱压缩组件71定位成沿径向压缩延伸穿过井口罩41的孔43的套管柱45、47、49中的每一个，以及套管柱压缩致动器73以可操作方式联接到套管柱压缩组件71上以致动套管柱压缩组件71。套管柱压缩组件71包括一对相对的压缩闸芯74、75，该压缩闸芯74、75定位成朝井口罩41的孔43的中心沿径向延伸以对套管柱45、47、49中的每一个施加压缩力。应注意，套管柱45、47、49中的每一个都具有与多个套管柱45、47、49中的其它每一个均不相同的直径。因此，在示例性构造中，当沿径向施加时，压缩对于套管柱45、47、49中的每一个而言位于大致相同的共轴位置。

根据本发明的示例性实施例，一对相对的压缩闸芯74、75中的每一个都可包括连接到井口罩41的一部分上以施加压缩力的液压或电动活塞77。因此，当液压地实行压缩时，套管柱压缩致动器73可包括液压源，该液压源包括各种构件，举例而言，例如作为本领域的普通技术人员所公知和理解的存储经加压的液压流体的液压蓄压器、具有液压泵的液压泵组件、定位成用以驱动液压泵的马达以及液压流体储器。作为备选，活塞77可采用的形式为连接到井口罩41的一部分上的线性致动器，该线性致动器当旋转时使压缩闸芯74、75的套管柱接合表面朝井口罩41的孔43的中心延伸以对套管柱45、47、49施加压缩力。因此，当电气地实行压缩时，套管柱压缩致动器73可包括定位成用以旋转线性致动器的一个或多个电马达以及如本领域的普通技术人员所公知和理解的电力源。以可操作方式与紧急井流体切断组件61连接或形成一体的远程启动控制器79构造成用以接收远程启动命令并向套管柱压缩致动器73提供远程启动信号以使套管柱压缩组件71启动。

如图3至图6中更详细地示出，紧急井流体转移组件63可包括套管柱穿透器91，该穿透器定位成在大致相同的共轴位置在套管柱45、47、49中的每一个中形成孔洞93以及如果(套管柱)尚未存在的话并且在井口罩41的侧壁中形成孔洞95，并且可包括井流体转移器97，该转移器与套管柱穿透器91分开或形成一体并具有构造和定位成延伸穿过井口罩41中的孔洞95和套管柱45、47、49中的孔洞93中的一个或多个的部分，以使井流体从井口罩41内转移到外部导管65，从而以受控方式释放在井口罩41内流动的井流体的流体压力。应注意，根据优选构造，作为成套安装部件(installation package)的一部分，进入孔洞95在改造过程中预先形成或切割以接纳井流体转移组件63。

穿透器91可根据如本领域的普通技术人员所公知和理解的各种装置来实现，举例而言，这些装置的形式例如为具有各种形状的切割刀片组件99(参见例如图7)，也具有各种形状的放电切割组件100(参见例如图8)，化学铣削组件(未示出)，和/或包括以可操作方式连接到切割爆炸器上的炸药包(未示出)的爆炸释放切割组件，每个组件都定位成穿过套管柱45、47、49切割孔洞93和/或在井口罩41中切割孔洞95以切割穿过井口罩和多个套管柱的孔洞。如本领域的普通技术人员所公知的其它切割装置也在本发明的范围内。此外，致动器73′可根据穿透器91的实现方式而呈各种形式。例如，如果所实现的形式是切割刀片组件、化学铣削组件或放电切割组件，则致动器可包括用于旋转切割表面的马达和电源。如果采用爆炸释放切割组件的形式，则致动器73′可包括起爆器等。

参照图4至图5，在示例性构造中，转移器97包括主体101、通道103和井流体收集孔洞105，其中，通道沿着主体101的主轴线延伸穿过主体101的部分以从井口罩41内导送井流体，以及井流体收集孔洞延伸穿过转移器97的至少一部分并且连接到通道103上以提供通向通道103的流体孔道。转移器97的井流体收集孔洞105的形式可为朝下的凹部，该凹部并未延伸穿过转移器97的主体101，以便当转移器97以可操作方式定位并密封在井口罩41内时，井流体收集孔洞105将井流体导送到主体101中的通道103内以将井流体从井口罩41内转移到外部导管65。相应的是，转移器97的外表面部分可成形为并且在材料方面构造成用以延伸穿过并接合井口罩41中的孔洞95的内表面部分以形成不漏流体的密封。此外或作为备选，延伸穿过套管柱45、47、49的孔洞93中的一个或多个的内表面部分可定制尺寸为在转移器97的外表面部分与孔洞93中的一个或多个的内表面部分之间形成密封关系。以可操作方式与紧急井流体转移组件63连接或形成一体的远程启动控制器79′可接收远程启动命令并且可向套管柱穿透器91提供远程启动信号以使在套管柱45、47、49中形成孔洞93，和/或使井流体转移器97延伸穿过套管柱45、47、49中的孔洞93和/或孔洞95，以使井流体从井口罩41内转移到外部导管65。

图6示出了转移器97的备选实施例，其中井流体收集孔洞105′延伸穿过转移器97的本体。在这种构造中，转移器97可包括闸门107，该闸门可用以允许井流体绕开转移器97或者当致动时可使井流体导送到通道103内。

本发明的实施例还包括用以控制井31的方法。例如，参照图9，根据本发明实施例的方法可包括采用套管柱压缩组件61沿径向压缩多个套管柱中的每一个以限制井流体通过井口罩41的部分(方框201)。该方法还可包括采用紧急井流体转移组件63的套管柱穿透器91以在套管柱45、47、49中形成孔洞93(方框203)，并且使井流体转移器97延伸穿过井口罩41的侧部中的孔洞95和由穿透器91切割的孔洞93中的一个或多个，以使井流体从井口罩41内转移到外部导管65(方框205)。如图4至图5中进一步示出，根据该方法的示例性实施例，转移器97的插入可通过如下方式完成，也即首先在转移器97的插入部分的上表面和下表面定向成至少部分地横向于井口罩内的井流体的流动方向的情况下插入转移器97的部分，从而允许井流体绕开转移器97(方框207)，并且旋转转移器97，例如旋转90°，以使朝下的孔洞105定向在井口罩41内的井流体的方向上，从而将井流体从井口罩41内转移到转移器97中的通道并转移到外部导管65(方框209)。旋转转移器97的步骤可包括首先使转移器97的外表面部分与套管柱45、47、49中的至少一个中的孔洞93的内表面部分密封地接合，并且使朝下的孔洞105定向在井口罩41内的井流体的方向上，以使井流体从井口罩41内转移到转移器97中的通道103并转移到外部导管65。如图6中进一步示出，如果孔洞105的形式为贯通孔洞105′，则转移器97的插入还可包括关闭闸门107以建立通过转移器97中的通道103的流体流。

本发明的实施例提供了若干优点。在海底井喷的情况下，当前唯一的井控制手段是海底防喷器(BOP)。如果BOP的关闭机构未能工作，则没有其它手段来停止或控制来自海底井的流动。这可能导致储藏产品灾难性和不受控地溢出到海洋中。根据本发明实施例的海底井口紧急切断/转移装置30是与BOP分开的机构，该机构能够切断或严格限制来自海底井喷的流动，或用于转移井的流动。装置30可作为海底井口的一部分运行，或者如对于现有的井那样在安装井口之后运行。装置30的操作可例如通过以下几种手段中的一种来执行：(1)利用外部系统如ROV以通过扭矩、线性致动或由ROV供应的压力中的任一者来致动切断装置。此种封闭可夹紧、剪切或穿透落座在高压罩或井口系统中的任何套管柱。该外部系统一般将向装置30供应所需的动力和通信链路。ROV可直接或与井31相距一定距离地接合井口BOP装置。(2)可利用与切断装置形成一体的现场系统来致动切断装置30，以执行扭矩、线性致动或其它操作中的任一者来实现井控制。该现场系统可有线或无线地向装置30供应所需的动力和通信链路。其中能量源可包括机械、化学(例如电池&炸药)或压缩流体。(3)装置30的启动可独立于主BOP控制系统或平台操作员。然而，该启动系统可通过任何以上手段来启动(能够双重或多重启动)。装置30的启动最低限度可从远程平台、控制船或独立于进行钻探操作的平台的基于陆地的操作来进行。

在附图和说明书中，已公开了本发明的典型优选实施例，并且尽管采用了特定术语，但这些术语仅在说明性的意义上予以使用且并非为了加以限制。本发明已特别参考这些所示实施例相当详细地进行了描述。然而，显而易见的是，在如前述说明书中所描述的本发明的精神和范围内可作出各种修改和变更。

Claims (28)

1.一种用以控制井的基于井口的控制装置，所述装置包括：

包括孔的井口罩，所述孔适合接纳延伸穿过所述孔的多个套管柱，所述多个套管柱中的每一个都具有与所述多个套管柱中的其它每一个均不相同的直径；以及

紧急井流体切断组件，所述紧急井流体切断组件连接到所述井口罩上或与其形成一体并且包括：

套管柱压缩组件，所述套管柱压缩组件定位成沿径向压缩所述多个套管柱中的每一个，以及

套管柱压缩致动器，所述套管柱压缩致动器以可操作方式联接到所述套管柱压缩组件上以致动所述套管柱压缩组件。

2.根据权利要求1所述的基于井口的控制装置，其特征在于，对所述多个套管柱中的每一个在大致相同的共轴位置执行压缩。

3.根据权利要求1所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述套管柱压缩组件包括一对相对的压缩闸芯，所述压缩闸芯定位成朝所述井口罩的孔的中心沿径向延伸以对所述多个套管柱中的每一个施加压缩力。

4.根据权利要求3所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述一对相对的压缩闸芯中的每一个都包括液压活塞，所述液压活塞连接到所述井口罩的一部分上以对所述多个套管柱施加压缩力；以及

其中，所述套管柱压缩致动器包括液压源，所述液压源包括以下中的一个或多个：存储经加压的液压流体的液压蓄压器和具有液压泵的液压泵组件、定位成用以驱动液压泵的马达，以及液压流体储器。

5.根据权利要求3所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述一对相对的压缩闸芯中的每一个都包括连接到所述井口罩的一部分上的线性致动器，所述线性致动器当旋转时使所述压缩闸芯的部分朝所述井口罩的孔的中心延伸以对所述多个套管柱施加压缩力；以及

其中，所述套管柱压缩致动器包括电力源以及定位成用以旋转所述线性致动器的至少一个电马达。

6.根据权利要求3所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述套管柱压缩致动器包括至少一个炸药包，所述炸药包定位成使所述相对的压缩闸芯中的每一个同时朝所述井口罩的孔的中心沿径向移动以对所述多个套管柱施加压缩力。

7.根据权利要求1所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

远程启动控制器，所述远程启动控制器连接到所述紧急井流体切断组件上或与其形成一体以接收远程启动命令并向所述套管柱压缩致动器提供远程启动信号以使所述套管柱压缩组件启动。

8.一种用以控制井的基于井口的控制装置，所述装置包括：

包括孔的井口罩，所述孔适合接纳延伸穿过所述孔的多个套管柱，所述多个套管柱中的每一个都具有与所述多个套管柱中的其它每一个均不相同的直径；以及

紧急井流体转移组件，所述紧急井流体转移组件连接到所述井口罩上或与其形成一体并且包括：

套管柱穿透器，所述穿透器定位成用以在所述多个套管柱中的每一个中形成孔洞，以及

井流体转移器，所述转移器定位成延伸穿过所述多个套管柱中的每一个中的孔洞以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管，从而以受控的方式释放在所述井口罩内流动的井流体的流体压力。

9.根据权利要求8所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述穿透器定位成用以对所述多个套管柱中的每一个而言在大致相同的共轴位置在所述多个套管柱中的每一个中形成所述孔洞。

10.根据权利要求8所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述穿透器包括以下中的一个或多个：

切割刀片组件，所述切割刀片组件定位成用以穿过所述井口罩和所述多个套管柱切割孔洞，

放电切割组件，所述放电切割组件定位成用以穿过所述井口罩和所述多个套管柱切割孔洞，

化学铣削组件，所述化学铣削组件定位成用以穿过所述井口罩和所述多个套管柱切割孔洞，以及

爆炸释放切割组件，所述爆炸释放切割组件包括炸药包，所述炸药包以可操作方式连接到切割爆炸器上以穿过所述井口罩和所述多个套管柱切割孔洞，

其中，所述转移器还延伸穿过所述井口罩中的孔洞；以及

其中，延伸穿过所述多个套管柱和所述井口罩的孔洞中的一个或多个的内表面部分和所述转移器的外表面部分定制尺寸为用以在所述转移器的外表面部分与所述孔洞中的一个或多个的内表面部分之间形成密封关系。

11.根据权利要求8所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述转移器包括：

主体；

通道，所述通道沿着所述主体的主轴线延伸穿过所述主体的部分以从所述井口罩内导送井流体，其中，所述转移器密封地接合在穿过所述多个套管柱中的相应一个或多个切割的所述孔洞中的一个或多个内；以及

井流体收集孔洞，所述井流体收集孔洞延伸穿过所述转移器的至少一部分并且连接到所述通道上以提供通向所述通道的流体孔道。

12.根据权利要求11所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述转移器的井流体收集孔洞包括朝下的凹部，所述凹部并未延伸穿过所述转移器的主体以便当所述转移器以可操作方式定位并密封在所述井口罩内时，所述井流体收集孔洞将井流体导送到所述通道中以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

13.根据权利要求11所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述井流体收集孔洞还延伸穿过所述转移器的主体，以在所述转移器穿透到穿过所述井口罩切割和穿过所述多个套管柱中的每一个切割的所述孔洞中的一个或多个中的过程中提供用于所述井口罩内的井流体的流体旁路；以及

其中，所述转移器包括闸门，所述闸门连接到所述转移器的上表面部分上并且滑动地定位成使得当致动时，所述闸门转移封闭所述井流体收集孔洞的一部分以使进入所述井流体收集孔洞的井流体转移到延伸穿过所述转移器的所述主体的部分的所述通道中，从而使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

14.根据权利要求11所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

紧急井流体切断组件，所述紧急井流体切断组件与所述井口罩形成一体并且包括定位成用以沿径向压缩所述多个套管柱中的每一个的套管柱压缩组件和以可操作方式联接到所述套管柱压缩组件上以致动所述套管柱压缩组件的套管柱压缩致动器，所述紧急井流体切断组件构造成用以防止井流体通过位于所述紧急井流体转移组件上方的井口的部分，以便当致动时使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

15.根据权利要求8所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

远程启动控制器，所述远程启动控制器连接到所述紧急井流体转移组件上或与其形成一体以接收远程启动命令并向以下中的一个或多个提供远程启动信号：所述套管柱穿透器以使在所述多个套管柱中的每一个中形成所述孔洞，以及所述井流体转移器以延伸穿过所述多个套管柱中的每一个中的所述孔洞从而使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

16.一种用以控制井的基于井口的控制装置，所述装置包括：

包括孔的井口罩，所述孔适合接纳延伸穿过所述孔的多个套管柱，所述多个套管柱中的每一个都具有与所述多个套管柱中的其它每一个均不相同的直径；

紧急井流体转移组件，所述紧急井流体转移组件连接到所述井口罩上或与其形成一体并且包括：套管柱穿透器和井流体转移器，所述套管柱穿透器定位成用以在所述多个套管柱中的每一个中形成孔洞，所述井流体转移器定位成用以延伸穿过所述多个套管柱中的每一个中的孔洞以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管，从而以受控的方式释放在所述井口罩内流动的井流体的流体压力；以及

紧急井流体切断组件，所述紧急井流体切断组件连接到所述井口罩上或与其形成一体并且包括：套管柱压缩组件和套管柱压缩致动器，所述套管柱压缩组件定位成用以沿径向压缩所述多个套管柱中的每一个，所述套管柱压缩致动器以可操作方式联接到所述套管柱压缩组件上以致动所述套管柱压缩组件，所述紧急井流体切断组件构造成用以防止井流体通过位于所述紧急井流体转移组件上方的井口的部分，以便当致动时使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

17.根据权利要求16所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述穿透器定位成用以对所述多个套管柱中的每一个而言在大致相同的共轴位置在所述多个套管柱中的每一个中形成所述孔洞；

其中，所述转移器还延伸穿过所述井口罩中的孔洞；以及

其中，延伸穿过所述多个套管柱和所述井口罩的所述孔洞中的一个或多个的内表面部分和所述转移器的外表面部分定制尺寸为在所述转移器的外表面部分与所述孔洞中的一个或多个的内表面部分之间形成密封关系。

18.根据权利要求16所述的基于井口的控制装置，其特征在于，所述转移器包括：

主体，

通道，所述通道沿着所述主体的主轴线延伸穿过所述主体的部分以从所述井口罩内导送井流体，其中，所述转移器密封地接合在穿过所述多个套管柱中的相应一个或多个切割的所述孔洞中的一个或多个内，以及

井流体收集孔洞，所述井流体收集孔洞延伸穿过所述转移器的至少一部分并且连接到所述通道上以提供通向所述通道的流体孔道；以及

其中，所述基于井口的控制装置还包括外部流体导管，所述外部流体导管以可操作方式联接到所述转移器上以接收从所述井口罩内转移的井流体。

19.根据权利要求16所述的基于井口的控制装置，其特征在于，对所述多个套管柱中的每一个在大致相同的共轴位置执行压缩；

其中，所述套管柱压缩组件包括一对相对的压缩闸芯，所述压缩闸芯定位成用以朝所述井口罩的孔的中心沿径向延伸以对所述多个套管柱中的每一个施加压缩力；以及

其中，所述多个套管柱的压缩实现经所述井口罩流到连接至所述井口罩的上部上的防喷器的井流体的流体流量至少大约95％的减小。

20.一种用以控制井的方法，所述方法包括以下步骤：

采用紧急井流体转移组件的套管柱穿透器在多个套管柱中的至少一个中形成孔洞，所述多个套管柱中的每一个都共轴地位于井口罩的部分内并延伸穿过所述井口罩的部分，所述多个套管柱中的每一个都具有与所述多个套管柱中的其它每一个均不相同的直径；以及

使井流体转移器延伸穿过所述井口罩的侧部中的孔洞和所述多个套管柱中的所述至少一个中的孔洞，以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管，从而以受控的方式释放所述井口罩内的井流体的流体压力。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述穿透器定位成用以对所述多个套管柱中的每一个而言都在大致相同的共轴位置在所述多个套管柱中的每一个中形成所述孔洞。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述井口罩的侧部中的所述孔洞的内表面部分和所述转移器的外表面部分定制尺寸为在所述转移器的外表面部分与所述井口罩中的孔洞的内表面部分之间形成密封关系；以及

其中，使井流体转移器延伸穿过所述井口罩的侧部中的孔洞的步骤包括使延伸到所述井口罩的侧部中的孔洞中的所述转移器的外表面部分与所述井口罩的侧部中的孔洞的内表面部分密封地接合，以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述转移器包括：主体、通道和井流体收集孔洞，所述通道沿着所述主体的主轴线延伸穿过所述主体的部分以从所述井口罩内导送井流体，所述井流体收集孔洞延伸穿过所述转移器的至少一部分并连接到所述通道上以提供通向所述通道的流体孔道；以及

其中，延伸穿过多个套管柱中的一个或多个的孔洞中的一个或多个的内表面部分和所述转移器的外表面部分定制尺寸为在所述转移器的外表面部分与所述孔洞中的一个或多个的内表面部分之间形成密封关系，以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述转移器包括：主体、通道和井流体收集孔洞，所述通道沿着所述主体的主轴线延伸穿过所述主体的部分以从所述井口罩内导送井流体，所述井流体收集孔洞延伸穿过所述转移器的至少一部分并连接到所述通道上以提供通向所述通道的流体孔道；

其中，所述转移器的所述井流体收集孔洞包括朝下的凹部，所述凹部并未延伸穿过所述转移器的所述主体以便当所述转移器以可操作方式定位并密封在所述井口罩内时，所述井流体收集孔洞在所述井口罩内朝下并将井流体导送到所述通道内，以使井流体从所述井口罩内转移到外部导管；

其中，所述转移器的待插入所述井口罩内的部分包括：

上表面和下表面，所述上表面与所述下表面之间的距离限定待插入所述井口罩内的所述转移器的部分的厚度，以及

第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的距离限定待插入所述井口罩内的所述转移器的部分的宽度；

其中，所述转移器待插入所述井口罩内的部分的厚度显著小于所述转移器待插入的部分的宽度，以便当所述转移器在所述上表面和所述下表面定向成大致横向于井口的主轴线的情况下穿过所述井口罩中的孔洞和所述多个套管柱中的至少一个中的孔洞插入时，井流体经所述转移器流到位于所述井口罩中的孔洞上方的所述井口罩的部分；以及

其中，使井流体转移器延伸穿过所述井口罩的侧部中的孔洞和所述多个套管柱中的所述至少一个中的孔洞的步骤包括在所述转移器的插入部分的上表面和下表面定向成至少部分地横向于所述井口罩内的井流体的流动方向的情况下首先插入所述转移器的部分，从而允许井流体绕开所述转移器。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述井口罩中的孔洞的内表面部分和所述转移器的外表面部分定制尺寸为在所述转移器的外表面部分与所述井口罩中的孔洞的内表面部分之间形成密封关系；

其中，使井流体转移器延伸穿过所述井口罩的侧部中的孔洞的步骤包括使延伸到所述井口罩中的孔洞中的所述转移器的外表面部分与所述井口罩中的孔洞的内表面部分密封地接合；以及

其中，所述方法还包括以下步骤：旋转所述转移器以使朝下的孔洞定向在所述井口罩内的井流体的方向上，以使井流体从所述井口罩内转移到所述转移器中的通道并转移到外部导管。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括旋转所述转移器的步骤，旋转所述转移器的步骤包括：

使所述转移器的外表面部分与所述多个套管柱中的至少一个中的孔洞的内表面部分密封地接合；以及

使朝下的孔洞定向在所述井口罩内的井流体的方向上，以使井流体从所述井口罩内转移到所述转移器中的通道并转移到外部导管。

27.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

采用紧急井流体切断组件的套管柱压缩组件沿径向压缩所述多个套管柱中的每一个以限制井流体通过位于所述紧急井流体转移组件上方的井口的部分，以便当致动时井流体经所述井流体转移组件从所述井口罩内转移到外部导管。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述套管柱压缩组件包括一对相对的压缩闸芯，所述压缩闸芯定位成朝所述井口罩的孔的中心沿径向延伸以对所述多个套管柱中的每一个施加压缩力；以及

其中，对所述多个套管柱中的每一个在大致相同的共轴位置执行压缩。

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