DE112016005583T5

DE112016005583T5 - Unterirdisches Sicherheitsventil mit dauerhaftem, in der offenen Position verriegelten Element

Info

Publication number: DE112016005583T5
Application number: DE112016005583.8T
Authority: DE
Inventors: Jimmie Robert Williamson
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2036-03-12
Also published as: GB201809176D0; CA3007077A1; GB2564257A; US10794148B2; DE112016005583B4; CA3007077C; SG11201803969QA; GB2564257B; US20180334883A1; WO2017155549A1

Abstract

Ein Bohrlochsystem beinhaltet einen Bohrstrang und ein unterirdisches Sicherheitsventil, das mit dem Bohrstrang verbunden ist und ein Gehäuse beinhaltet, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist. Ein Strömungsrohr ist innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert und mit der Klappe in Eingriff bringbar, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen. Ein Betätigungskolben ist an das Strömungsrohr wirkgekoppelt, ein Ausgleichskolben ist an das Strömungsrohr wirkgekoppelt und ein in der offenen Position verriegelter Kolben ist mit einer Aktormuffe, die an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, in Eingriff bringbar. Ein in der offenen Position verriegeltes Werkzeug ist innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positionierbar, um Hydraulikdruck in eine Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu übertragen und dadurch den in der offenen Position verriegelten Kolben zu einer betätigten Position zu betätigen, die das Strömungsrohr bewegt und die Klappe dauerhaft in der offenen Position verriegelt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Unterirdische Sicherheitsventile (subsurface safety valves - SSSV) werden im Allgemeinen als Teil der Produktionsrohrleitung innerhalb von Öl- und Gasbohrlöchern installiert, um vor unerwünschter Übertragung von Hochdruck- und Hochtemperatur-Formationsfluiden an die Bohroberfläche zu schützen. Diese unterirdischen Sicherheitsventile sind dazu gestaltet, Fluidproduktion aus den unterirdischen Formationen als Reaktion auf eine Vielzahl von abnormalen und potentiell gefährlichen Bedingungen einzuschließen.
Eingebaut in die Produktionsrohrleitung werden SSSV typischerweise als über die Rohrleitung rückholbare Sicherheitsventile (tubing retrievable safety valves - TRSV) bezeichnet, da sie durch Zurückziehen der Produktionsrohrleitung zurück an die Oberfläche rückgeholt werden können. TRSV werden normalerweise durch Hydraulikfluiddruck betrieben, der an der Oberfläche gesteuert wird und über Hydrauliksteuerleitungen an das TRSV übertragen wird. Dementsprechend können auch oberflächengesteuerte TRSV als über die Rohrleitung rückholbare oberflächengesteuerte unterirdische Sicherheitsventile (tubing retrievable surface controlled subsurface safety valves - TRSCSSV) bezeichnet werden.
TRSV beinhalten typischerweise ein Rückschlagventil, wie etwa ein Klappenventil. Das Klappenventil beinhaltet ein Verschlusselement oder eine „Klappe“, die schwenkbar zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position montiert ist. Hydraulikfluiddruck muss auf das TRSV ausgeübt werden, um das TRSV in der offenen Position zu platzieren. Wenn Hydraulikfluiddruck verloren geht, wechselt das TRSV jedoch automatisch in die geschlossene Position, um zu verhindern, dass Formationsfluide durch die TRSV im Bohrloch nach oben steigen und die Oberfläche erreichen. Somit sind TRSV üblicherweise als ausfallsichere Ventile gekennzeichnet.
Da TRSV häufig jahrelang unter schwierigen Betriebsbedingungen im Einsatz sind, ist ein Ausfall des TRSV möglich. Zum Beispiel kann ein TRSV in der geschlossenen Position irgendwann Leckpfade bilden. Alternativ kann ein TRSV in der geschlossenen Position sich nicht ordnungsgemäß öffnen, wenn es betätigt wird. Wenn ein TRSV in der geschlossenen Position ausfällt, muss es zur offenen Position bewegt und dauerhaft dort verriegelt werden, sodass Produktionsvorgänge fortfahren können.
Figurenliste
Die folgenden Figuren sind zur Veranschaulichung bestimmter Aspekte der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen und sollen nicht als ausschließliche Ausführungsformen angesehen werden. Der offenbarte Gegenstand ist zu beträchtlichen Modifikationen, Änderungen, Kombinationen und Äquivalenten hinsichtlich Form und Funktion in der Lage, ohne vom Geltungsbereich dieser Offenbarung abzuweichen.

1 veranschaulicht ein Bohrlochsystem, das die Grundlagen der vorliegenden Offenbarung enthalten kann.
2A-2C sind progressive Querschnittsseitenansichten eines Ausführungsbeispiels des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 2A-2C.
3A-3C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 3A-3C in der dargestellten Endansicht.
3D ist eine Querschnittsseitenansicht eines Teils des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 3D in der dargestellten Endansicht.
3E ist eine Querschnittsendansicht entlang der Linien 3E aus 3D.
4A-4C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 4A-4C in der dargestellten Endansicht.
5A-5C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 5A-5C in der dargestellten Endansicht.
6A-6C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils aus 1, entlang der Linien 6A-6C in der dargestellten Endansicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf unterirdische Sicherheitsventile und insbesondere ein unterirdisches Sicherheitsventil, das einen in der offenen Position verriegelten Kolben beinhaltet, der verwendet wird, um das unterirdische Sicherheitsventil bei Betätigung dauerhaft in der offenen Position zu verriegeln.
Die hier offenbarten Ausführungsformen stellen ein unterirdisches Sicherheitsventil bereit, das unter Verwendung eines in der offenen Position verriegelten Werkzeugs und eines entsprechenden in der offenen Position verriegelten Kolbens, die im unterirdischen Sicherheitsventil angeordnet sind, dauerhaft in der offenen Position verriegelt werden kann. Das unterirdische Sicherheitsventil ist mit einem Rohrstrang verbunden, der sich innerhalb eines Bohrlochs erstreckt und ein Gehäuse beinhaltet, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist. Ein Strömungsrohr ist innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert und mit der Klappe in Eingriff bringbar, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen. Ein Betätigungskolben ist innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert ist und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert, und ein Ausgleichskolben ist innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert ist und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert. Ein in der offenen Position verriegelter Kolben ist innerhalb einer Bohrung eines in der offenen Position verriegelten Kolbens, die in der Wand definiert und mit einer an das Strömungsrohr wirkgekoppelten Aktormuffe in Eingriff bringbar ist, beweglich positioniert. Ein in der offenen Position verriegeltes Werkzeug ist innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positionierbar, um Hydraulikdruck in die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu übertragen und dadurch den in der offenen Position verriegelten Kolben zu einer betätigten Position zu betätigen, die das Strömungsrohr innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs bewegt und die Klappe dauerhaft in der offenen Position verriegelt.
1 ist ein Bohrlochsystem 100, das eine oder mehrere Grundlagen der vorliegenden Offenbarung beinhalten kann, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Wie veranschaulicht, kann das Bohrlochsystem 100 ein Steigrohr 102 beinhalten, das sich von einer Bohrlochkopfinstallation 104, die an einem Meeresboden 106 positioniert ist, erstreckt. Das Steigrohr 102 kann sich zu einem Oberflächenstandort, wie etwa einer Offshore-Öl- und Gasplattform (nicht gezeigt), erstrecken. Ein Bohrloch 108 erstreckt sich von der Bohrlochkopfinstallation 104 durch verschiedene unterirdische Formationen 110 nach unten. Das Bohrloch 108 ist als verkleidet dargestellt, es kann aber gleichermaßen ein nicht verkleidetes Bohrloch 108 sein, ohne dabei vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Obwohl 1 das Bohrlochsystem 100 im Kontext einer Offshore-Öl- und Gasanwendung abbildet, versteht es sich für den Fachmann, dass die verschiedenen Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, gleichermaßen gut zur Verwendung in landbasierten Anwendungen, die sich an einer beliebigen geographischen Stelle befinden, geeignet sind. Somit sollte jedoch zu verstehen sein, dass diese Offenbarung nicht auf eine beliebige Art von Bohrloch beschränkt ist.
Das Bohrlochsystem 100 kann ferner ein unterirdisches Sicherheitsventil 112 (im Nachfolgenden „das Sicherheitsventil 112“) beinhalten, das mit einem Rohrstrang 114, der in das Bohrloch 108 eingebracht ist und sich von der Bohrlochkopfinstallation 104 erstreckt, verbunden ist. Der Rohrstrang 114, der Produktionsrohrleitung umfassen kann, kann eine Fluidleitung für kommunizierende Fluide (z. B. Kohlenwasserstoffe), die aus den unterirdischen Formationen 110 extrahiert werden, über die Bohrlochkopfinstallation 104 zu der Bohrlochoberfläche bereitstellen. Eine Steuerleitung 116 und eine Ausgleichsleitung 118 können sich jeweils zu der Bohrlochkopfinstallation 104 erstrecken, die wiederum die Steuer- und Ausgleichsleitungen 116, 118 in einen Kranz 120 überträgt, der zwischen dem Bohrloch 108 und dem Rohrstrang 114 definiert ist. Die Steuer- und Ausgleichsleitungen 116, 118 können aus einem Steuerverteiler oder Drucksteuersystem (nicht gezeigt), der/das sich der Bohrlochoberfläche (d. h. einer Produktionsplattform) befindet, einer Unterwasser-Steuerstation oder einem Drucksteuersystem, das sich an der Erdoberfläche oder in einem Bohrloch befindet, entspringen. Die Steuer- und Ausgleichsleitungen 116, 118 erstrecken sich von der Bohrlochkopfinstallation 104 innerhalb des Kranzes 120 und kommunizieren schließlich mit dem unterirdischen Sicherheitsventil 112.
Wenn in den Rohrstrang 114 eingebaut, kann das Sicherheitsventil 112 als ein durch die Rohrleitung rückholbares Sicherheitsventil (TRSV) bezeichnet werden. Die Steuerleitung 116 kann dazu verwendet werden, das Sicherheitsventil 112 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu betätigen. Insbesondere ist die Steuerleitung 116 eine Hydraulikleitung, die Hydraulikfluid zu dem Sicherheitsventil 112 befördert. Das Hydraulikfluid wird unter Druck in der Steuerleitung 116 aufgebracht, um das Sicherheitsventil 112 zu öffnen und in seiner offenen Position zu halten, wodurch es Produktionsfluiden ermöglicht wird, im Bohrloch durch das Sicherheitsventil 112, durch den Rohrstrang 114 und zu dem Oberflächenstandort für die Produktion nach oben zu strömen. Um das Sicherheitsventil 112 zu schließen, wird der Hydraulikdruck in der Steuerleitung 116 reduziert oder eliminiert. Wenn die Steuerleitung 116 durchtrennt oder unbrauchbar ist oder wenn ein Notfall an einem Oberflächenstandort vorliegt, ist die Standardposition für das Sicherheitsventil 112 die geschlossene Position, um Fluide daran zu hindern, nach dem Sicherheitsventil 112 im Bohrloch nach oben zu steigen und anderweitig ein Blowout zu verhindern.
Die Ausgleichsleitung 118 liefert eine Ausgleichshydraulikkraft, um die Auswirkungen von hydrostatischem Druck, der auf die Steuerleitung 116 wirkt, zu kompensieren. Insbesondere, um es dem Sicherheitsventil 112 zu ermöglichen, bei größeren Tiefen zu arbeiten, ist es oft erforderlich, die hydrostatischen Kräfte im Bohrloch, die durch das Sicherheitsventil 112 aufgenommen werden, auszugleichen. Die Ausgleichsleitung 118 liefert Hydraulikdruck an das Sicherheitsventil 112, um eine Kompensationskraft bereitzustellen, die diesen hydrostatischen Kräften begegnet, wodurch es dem Sicherheitsventil 112 ermöglicht wird, bei größeren Bohrlochtiefen zu arbeiten.
Die 2A-2C stellen progressive Querschnittsseitenansichten einer beispielhaften Ausführungsform des Sicherheitsventils 112 aus 1 dar, entlang der Linien 2A-2C, gezeigt in der dargestellten Endansicht. Das Sicherheitsventil 112 ist in den 2A-2C in nachfolgenden Schnittansichten dargestellt, wobei 2A einen oberen Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt, 2B einen nachfolgenden zentralen Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt, und 2C einen nachfolgenden unteren Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt. Der Veranschaulichung nach kann das Sicherheitsventil 112 ein Gehäuse 202 beinhalten, das eine obere Untereinheit 204a (2A), eine zentrale Untereinheit 204b (2B) und eine untere Untereinheit 204c (2C) beinhaltet, die jeweils wirkgekoppelt sind, um das Gehäuse 202 zu bilden. Das Gehäuse 202 kann einen zentralen Strömungsdurchgang 206 definieren, der sich entlang der Länge des Gehäuses 202 zwischen der oberen und unteren Untereinheit 204a,c erstreckt. Die obere und untere Untereinheit 204a,c können jeweils dazu konfiguriert sein, an einen oberen bzw. unteren Abschnitt des Rohrstrangs 114 (1) wirkgekoppelt zu sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „wirkgekoppelt“ auf ein direktes oder indirektes Kopplungseingreifen zwischen zwei Komponenten über beliebige bekannte Kopplungsmittel, wie etwa Gewinde, mechanische Befestigungsvorrichtungen (z. B. Bolzen, Schrauben, Stifte usw.), Schweißen oder eine beliebige Kombination davon.
Ein Steuerleitungsanschluss 208 ist in dem Gehäuse 202 zum Verbinden der Steuerleitung 116 (1) mit dem Sicherheitsventil 112 bereitgestellt. Bei angemessener Verbindung mit dem Steuerleitungsanschluss 208 befindet sich die Steuerleitung 116 in Fluidverbindung mit einer Betätigungskolbenbohrung 210, die in dem Gehäuse 202 definiert ist und in der Lage ist, Steuerleitungsdruck dorthin zu befördern. Die Betätigungskolbenbohrung 210 ist ein verlängerter Kanal oder eine verlängerte Leitung, der/die sich längs entlang eines Abschnitts der axialen Länge des Sicherheitsventils 112 erstreckt. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich „Steuerleitungsdruck“ auf den Fluiddruck, der von dem Hydraulikfluid, das in der Steuerleitung 116 bereitgestellt wird, ausgeübt wird.
Ein Betätigungskolben 212 ist innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 angeordnet und dazu konfiguriert, sich darin axial zu verschieben. Der Betätigungskolben 212 beinhaltet einen Kolbenkopf 214, der mit einem oberen Anschlag 213, der innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 definiert ist, zusammenpasst, wenn der Betätigungskolben 212 in Richtung des Steuerleitungsanschlusses 208 nach oben gedrückt wird. Der obere Anschlag 213 kann zum Beispiel einen radialen Vorsprung umfassen, der innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 definiert ist und eine Oberfläche mit reduziertem Durchmesser aufweist, die dazu konfiguriert ist, in eine entsprechende Oberfläche des Kolbenkopfs 214 einzugreifen. In anderen Ausführungsformen kann der obere Anschlag 213 eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Mittel in der Betätigungskolbenbohrung 210 sein, die/das die axiale Bewegung des Betätigungskolbens 212 zu stoppt, wenn sich diese in Richtung des Steuerleitungsanschlusses 208 bewegt.
Der Betätigungskolben 212 beinhaltet außerdem eine Kolbenstange 216, die sich längs von dem Kopf 214 durch zumindest einen Abschnitt der Betätigungskolbenbohrung 210 erstreckt. An einem distalen Ende davon ist die Kolbenstange 216 an eine Aktormuffe 218 gekoppelt, die den Betätigungskolben 212 effektiv an ein Strömungsrohr 220, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 beweglich angeordnet ist, koppelt. Insbesondere kann die Aktormuffe 218 in eine Vorspannvorrichtung 222 (z. B. eine Druckfeder, eine Reihe von Belleville-Unterlegscheiben oder dergleichen) eingreifen, die axial zwischen der Aktormuffe 218 und einem Betätigungsflansch 224, der Teil des Strömungsrohrs 220 bildet, angeordnet ist. Wenn die Aktormuffe 218 auf die Vorspannvorrichtung 222 mit axialer Kraft, die von dem Betätigungskolben 212 übertragen wird, einwirkt, bewegen sich der Betätigungsflansch 224 und das Strömungsrohr 220 axial in die gleiche Richtung.
Wie in 2C gezeigt, beinhaltet das Sicherheitsventil 112 ferner ein Klappenventil 226 und eine zugehörige Klappe 228, die selektiv zwischen offenen und geschlossenen Positionen beweglich ist, um Fluidstrom durch den zentralen Strömungsdurchgang 206 in die Aufwärtsrichtung des Bohrlochs entweder zu verhindern oder zu ermöglichen. Das Klappenventil 226 ist in 2C in seiner geschlossenen Position gezeigt, in der die Klappe 228 im Wesentlichen Fluidstrom in die Aufwärtsrichtung des Bohrlochs (d. h. nach links in den 2A-2C) innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 blockiert. In der veranschaulichten Ausführungsform greift ein Klappenarm 230 in die Rückseite der Klappe 228 ein und drückt die Klappe 228 zu ihrer geschlossenen Position, wie von einer Klappenfeder 232 eingewirkt. In anderen Ausführungsformen kann eine Torsionsfeder (nicht gezeigt) alternativ die Klappe 228 zu ihrer geschlossenen Position drücken.
Das Strömungsrohr 220 ist in der Lage, sich nach unten zu verschieben (d. h. nach rechts in den 2A-2C), um in die Klappe 228 einzugreifen und diese zu öffnen, indem die Federkraft der Klappenfeder 232 und jeder beliebige hydrostatische Druck innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 überwunden werden. Wie nachfolgend beschrieben, drängt die axiale Bewegung des Betätigungskolbens 212 innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 das Strömungsrohr 220, sich axial innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 zu bewegen, um in die Klappe 228 einzugreifen. Wenn sich das Strömungsrohr 220 in seine nach unten gerichtete Position erstreckt, schwenkt es die Klappe 228 aus ihrer geschlossenen Position in eine offene Position (gezeigt in 3C). Wenn das Strömungsrohr 220 zurück nach oben verschoben wird (d. h. nach links in den 2A-2C), wirken die Klappenfeder 232 und der Klappenarm 230 gemeinsam, um die Klappe 228 zurück in deren geschlossene Position zu schwenken.
Das Sicherheitsventil 112 definiert ferner eine untere Kammer 234 innerhalb des Gehäuses 202, die Teil des Betätigungskolbenbohrung 210 bilden kann, wie etwa eine längliche Verlängerung davon ist. Eine Triebfeder 236, wie etwa eine Spulen- oder Druckfeder, kann innerhalb der unteren Kammer 234 angeordnet sein. Die Triebfeder 236 spannt den Betätigungsflansch 224 und die Betätigungsmuffe 218 nach oben vor, was wiederum den Betätigungskolben 212 in die gleiche Richtung vorspannt. Dementsprechend veranlasst die Expansion der Triebfeder 236 den Betätigungskolben 212 dazu, sie innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 nach oben zu bewegen.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die Triebfeder 236 als eine spulenförmige Druckfeder dargestellt ist, jede Art von Vorspannvorrichtung anstelle von oder zusätzlich zu der Triebfeder 236 verwendet werden kann, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann ein komprimiertes Gas, wie etwa Stickstoff, mit entsprechenden Dichtungen anstelle der Triebfeder 236 verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das komprimierte Gas in einer separaten Kammer enthalten sein und bei Bedarf genutzt werden.
Nun wird ein beispielhafter Betrieb des Sicherheitsventils 112, um die Klappe 228 selektiv zu öffnen und zu schließen, bereitgestellt. Der Steuerleitungsdruck wird über die Steuerleitung 116 (1) zum Steuerleitungsanschluss 208 übertragen, der den Betätigungskolben 212 zwingt, sich axial nach unten innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 zu bewegen. Die Kolbenstange 216 überträgt die Hydraulikkraft mechanisch zur Betätigungsmuffe 218 und zum Betätigungsflansch 224, wodurch das Strömungsrohr 220 entsprechend in der Abwärtsrichtung verschoben wird. In anderen Worten bewegt sich das Strömungsrohr 220, wenn sich der Betätigungskolben 212 axial innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 bewegt, entsprechend in die gleiche Richtung. Wenn sich das Strömungsrohr 220 nach unten bewegt, greift es in die Klappe 228 ein, überwindet die Federkraft der Klappenfeder 232 und schwenkt dadurch die Klappe 228 in ihre offene Position, um es Fluiden zu ermöglichen, von unten aus dem Bohrloch in den Strömungsdurchgang 206 einzudringen.
Wenn sich der Betätigungskolben 212 innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 axial nach unten bewegt, wird die Triebfeder 236 innerhalb der unteren Kammer 234 zusammengedrückt und baut zunehmend Federkraft auf. In zumindest einer Ausführungsform wird der Betätigungskolben 212 seine axiale Bewegung in der Abwärtsrichtung fortsetzen und dadurch die Triebfeder 236 weiter zusammendrücken, bis in einen unteren Anschlag, der innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 angeordnet ist, eingegriffen wird. Eine Metall-zu-Metall-Dichtung kann zwischen dem Betätigungskolben 212 und dem unteren Anschlag geschaffen werden, sodass die Migration von Fluiden (z. B. Hydraulikfluiden, Produktionsfluiden usw.) dort hindurch im Allgemeinen verhindert wird.
Wenn es gewünscht ist, die Klappe 228 zu schließen, kann der über die Steuerleitung 116 bereitgestellte Steuerleitungsdruck reduziert oder eliminiert werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Triebfeder 236 sich ausdehnt und den Betätigungskolben 212 nach oben innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 verschiebt und dadurch das Strömungsrohr 220 entsprechend in die gleiche Richtung bewegt. Wenn sich das Strömungsrohr 220 axial nach oben bewegt, bewegt es sich aus dem Eingriff mit der Klappe 228, wodurch es ermöglicht wird, dass der Klappenarm 230 und die Klappenfeder 232 die Klappe 228 zurück in ihre geschlossene Position schwenken.
Der Betätigungskolben 212 wird weiterhin seine axiale Bewegung in der Aufwärtsrichtung fortsetzen, bis der Kolbenkopf 214 des Betätigungskolbens 212 den oberen Anschlag 213 erreicht und effektiv eine weitere Aufwärtsbewegung des Betätigungskolbens 212 verhindert. Der Eingriff zwischen dem Kolbenkopf 214 und dem oberen Anschlag 213 erzeugt eine mechanische Metall-zu-Metall-Dichtung zwischen den zwei Komponenten, um die Migration von Fluiden (z. B. Hydraulikfluiden, Produktionsfluiden usw.) dort hindurch zu verhindern.
Die 3A-3C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils 112 entlang der Linien 3A-3C, wie in der dargestellten Endansicht gezeigt. Ähnlich wie die 2A-2C sind die 3A-3C nachfolgende Schnittansichten des Sicherheitsventils 112, jedoch stattdessen mit einem Winkelversatz 302 in Bezug auf die Sicht entlang der Linien 2A-2C aus den 2A-2C betrachtet. Dementsprechend sind die Betätigungskolbenbohrung 210 und der zugehörige Betätigungskolben 212 in den 3A-3C nicht dargestellt. Stattdessen ist ein Ausgleichskolben 304 der Darstellung nach innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung 306 angeordnet, die im Gehäuse 202 und insbesondere innerhalb der zentralen Untereinheit 204b definiert ist. Außerdem stellen die 3A-3C das Sicherheitsventil 112 in der betätigten Konfiguration dar, wobei das Strömungsrohr 220 nach unten verlängert ist, um die Klappe 228 in die offene Position zu bringen, wie in 3C gezeigt.
In einigen Ausführungsformen kann der Winkelversatz 302 etwa 15° betragen. Demzufolge sind die Betätigungskolbenbohrung 210 und die Ausgleichskolbenbohrung 306 in solchen Ausführungsformen innerhalb des Gehäuses 202 (d. h. der zentralen Untereinheit 204b) um etwa 15° voneinander winkelversetzt. Es versteht sich jedoch, dass der Winkelversatz 302 mehr oder weniger als 15° betragen kann, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Der Veranschaulichung nach beinhaltet der Ausgleichskolben 304 einen Kopf 308 und eine Ausgleichskolbenstange 310, die sich längs vom Kopf 308 durch mindestens einen Abschnitt der Ausgleichsbetätigungskolbenbohrung 210 erstreckt. An einem distalen Ende davon ist die Ausgleichskolbenstange 310 an die Aktormuffe 218 gekoppelt, die den Ausgleichskolben 304 an das Strömungsrohr 220 effektiv koppelt. Wenn das Sicherheitsventil 112 betätigt wird und das Strömungsrohr 220 sich in der Abwärtsrichtung im Bohrloch bewegt, bewegt sich der Ausgleichskolben 304 entsprechend axial innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306.
Der Ausgleichskolben 304 kann einen Satz von dynamischen Dichtungen 312 bei oder nahe dem Kopf 308 beinhalten, um gegen den Innendurchmesser der Ausgleichskolbenbohrung 306 abzudichten, wenn sich der Ausgleichskolben 304 darin bewegt. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck „dynamische Dichtung“ verwendet, um eine Dichtung anzugeben, die Druck- und/oder Fluidisolierung zwischen Elementen bereitstellt, die relative Verdrängung dazwischen aufweisen, zum Beispiel eine Dichtung, die gegenüber einer sich verschiebenden Oberfläche abdichtet, oder eine Dichtung, die an einem Element vorhanden ist und gegenüber dem anderen Element abdichtet. Die dynamischen Dichtungen 312 können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, darunter unter anderem ein elastomeres Material, ein Metall, ein Verbundstoff, ein Kautschuk, ein Keramikwerkstoff, ein beliebiges Derivat davon und eine beliebige Kombination davon. In einigen Ausführungsformen können die dynamischen Dichtungen 312 einen oder mehrere O-Ringe oder dergleichen umfassen. In anderen Ausführungsformen können die dynamischen Dichtungen 312 jedoch eine Reihe von V-Ringen oder CHEVRON®-Packringen oder eine andere hinreichende Dichtungskonfiguration (z. B. Dichtungen, die rund, V-förmig, U-förmig, quadratisch, oval, T-förmig usw. sind) umfassen, so wie dem Fachmann allgemein bekannt.
Wie in 3B gezeigt, kann ein unterer Dichtungsstapel 314 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 gesichert und um die Ausgleichskolbenstange 310 angeordnet sein. Der untere Dichtungsstapel 314 kann dazu konfiguriert sein, dynamisch gegen die äußere Oberfläche der Ausgleichskolbenstange 310 abzudichten, wenn sich der Ausgleichskolben 304 axial innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 verschiebt. Der untere Dichtungsstapel 314 kann außerdem die innere Wand der Ausgleichskolbenbohrung 306 abdichtend in Eingriff nehmen und stellt dadurch einen Punkt der Fluidisolierung innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 bereit.
Eine Ausgleichskammer 316 kann in der Ausgleichskolbenbohrung 306 zwischen den dynamischen Dichtungen 312 und dem unteren Dichtungsstapel 314 definiert sein. Die Ausgleichsleitung 118 kann über den Ausgleichsleitungsanschluss 318 (3D), der der Ausgleichskammer 316 Ausgleichsleitungsdruck bereitstellt, kommunizierend an die Ausgleichskammer 316 gekoppelt sein. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich „Ausgleichsleitungsdruck“ auf den Fluiddruck, der von dem Hydraulikfluid, das in der Ausgleichsleitung 118 bereitgestellt wird, ausgeübt wird. Da der untere Dichtungsstapel 314 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 stationäre bleibt, wenn sich der Ausgleichskolben 304 axial innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 verschiebt, nimmt das Volumen der Ausgleichskammer 316 entsprechend zu oder ab.
Wie in 3A gezeigt, beinhaltet das Sicherheitsventil ferner einen Filter 320, der innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 positioniert ist und eine Vielzahl von Schlitzen 322 definiert. Der Filter 320 erleichtern die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang 206 und einer Filterkammer 324, die im Gehäuse 202 definiert ist. Die Filterkammer 324 kann in Fluidverbindung mit der Ausgleichskolbenbohrung 306 stehen und dadurch ist der Rohrleitungsdruck in der Lage, in die Ausgleichskolbenbohrung 306 nach oben im Bohrloch vom Ausgleichskolben 304 über den Filter 320 (d. h. die Schlitze 322) und die Filterkammer 324 einzudringen. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich „Rohrleitungsdruck“ auf den Hydraulikdruck, der von dem Fluid ausgeübt wird, das im zentralen Strömungsdurchgang 206 und dadurch im Rohrstrang 114 (1) vorhanden ist. Dementsprechend trifft Rohrleitungsdruck auf den Ausgleichskolben 304 an seinem übertägigen Ende auf und geht gegen den Ausgleichsleitungsdruck innerhalb der Ausgleichsleitung 316 an. Die Schlitze 322 dienen dazu, Partikel oder Verunreinigungen mit einer vorbestimmten Größe im Rohrleitungsdruck herauszufiltern und dadurch dabei zu unterstützen, die Integrität der dynamischen Dichtungen 312 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 beizubehalten.
Der Ausgleichskolben 304 ermöglicht es dem Sicherheitsventil 112, in Tiefen zu arbeiten, in denen die Vorspannkraft, die von der Triebfeder 236 bereitgestellt wird, von der hydrostatischen Kraft des Steuerleitungsdrucks in der Steuerleitung 116 (1) überwunden werden würde. Wie vorstehend angegeben, ist der Ausgleichskolben 304 dem Rohrleitungsdruck an einem übertägigen Ende über den dynamischen Dichtungen 312 ausgesetzt. Er ist dem Ausgleichsleitungsdruck unter den dynamischen Dichtungen 314 ausgesetzt. Da das Strömungsrohr 220 nicht innerhalb des Gehäuses 202 abgedichtet wird, sind außerdem die unteren Enden des Betätigungskolbens 212 (2A) und des Ausgleichskolbens 304 unter dem unteren Dichtungsstapel 314 jeweils dem Rohrleitungsdruck ausgesetzt. Das untere Ende der Ausgleichskolbenstange 310 weist einen reduzierten Durchmesser auf und der Bereich des Steuerleitungsdrucks innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 (2A-2B) ist gleich dem Bereich des oberen Endes des Ausgleichskolbens 304 minus dem Bereich der Ausgleichskolbenstange 310 an ihrem unteren Ende. Infolgedessen ist der Betätigungskolben 212 (2A) mit dem Rohrleitungsdruck druckausgeglichen, sodass der Rohrleitungsdruck nicht überwunden werden muss, um die Klappe 228 (2C und 3C) zu öffnen. Anstatt, dass der Rohrleitungsdruck überwunden werden muss, um das Strömungsrohr 220 zu bewegen und dadurch die Klappe 228 zu öffnen, muss der Steuerleitungsdruck nur die Reibung und die Federkraft der Schließfeder 236 überwinden. Der Ausgleichsleitungsdruck, der der Ausgleichskammer 316 bereitgestellt wird, hilft dabei, dem hydrostatischen Kopf des Fluids in der Steuerleitung 116 entgegenzuwirken.
3D ist eine Querschnittsseitenansicht eines Teils des Sicherheitsventils 112 entlang der Linien 3D, wie in der dargestellten Endansicht gezeigt. Insbesondere stellt 3D den Steuerleitungsanschluss 318, der im Gehäuse 202 bereitgestellt ist, zum Verbinden der Steuerleitung 118 (1) mit dem Sicherheitsventil 112 bereit. Bei dem angemessenen Verbinden mit dem Ausgleichsleitungsanschluss 318 wird die Ausgleichsleitung 118 in Fluidverbindung mit der Ausgleichskolbenreliefbohrung 321 positioniert, die fluidisch mit der Ausgleichskammer 316 (3B, 5B, 6B) verbunden ist. Ein Metall-zu-Metall-Dichtungsstopfen 323 ist in der Ausgleichskolbenreliefbohrung 321 positioniert und stellt einen Punkt der Fluidisolierung bereit, bei dem der Ausgleichsleitungsdruck übertägig des Dichtungsstopfens 323 ist und der Rohrleitungsdruck untertägig vom Dichtungsstopfen 323 ist.
3E ist eine Querschnittsendansicht des Sicherheitsventils 112 entlang der Linien 3E aus 3D. Wie veranschaulicht, ist die Ausgleichskolbenreliefbohrung 321 in der Lage, fluidisch mit der Ausgleichskolbenbohrung 306 über eine Zwischenleitung 325, die sich zwischen der Ausgleichskolbenreliefbohrung 321 und der Ausgleichskolbenbohrung 306 erstreckt, zu kommunizieren. Die Zwischenleitung 325 kann zum Beispiel ein Loch sein, das in das Gehäuse 202 gebohrt wird (z. B. funkenerosive Bearbeitung), um auf die Ausgleichskolbenbohrung 306 und insbesondere die Ausgleichskammer 316 zuzugreifen. Die Betätigungskolbenbohrung 210 und die Betätigungskolbenstange 216 sind ebenfalls in 3E derart dargestellt, dass sie von der Ausgleichskolbenreliefbohrung 321 und der Ausgleichskolbenbohrung 306 winkelversetzt sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 3A-3C, wenn das Sicherheitsventil 112 mit der Klappe 228 in der geschlossenen Position ausfällt, muss ein Interventionsvorgang vorgenommen werden, um die Klappe 228 in der offenen Position zu verriegeln, sodass weitere Produktionsvorgänge des Bohrlochs bei Bedarf fortgesetzt werden können. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann dies durch Einbringen eines in der offenen Position verriegelten Werkzeugs (nicht gezeigt) im Sicherheitsventil 112 und Betätigen eines in der offenen Position verriegelten Kolbens (nicht gezeigt), um das Strömungsrohr 220 zu verlängern und die Klappe 228 dauerhaft in die offene Position zu bringen, erreicht werden. Insbesondere, und wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird, kann das in der offenen Position verriegelte Werkzeug dazu konfiguriert sein, ein Sperrprofil 326, das auf der inneren Wand des Gehäuses 202 (d. h. der oberen Untereinheit 204a) definiert ist, innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 einzubringen. In einigen Ausführungsformen kann das Sperrprofil 326 ein gesetzlich geschütztes RPT®-Profil umfassen, das von Halliburton Energy Services of Houston, Texas, USA, herkömmlich verfügbar ist. In anderen Ausführungsformen jedoch kann das Sperrprofil einfach einen Abschnitt des zentralen Strömungsdurchgangs 205 mit reduziertem Durchmesser umfassen. Das in der offenen Position verriegelte Werkzeug kann obere und untere Dichtungen (nicht gezeigt) beinhalten, die dazu konfiguriert sind, gegen eine obere Dichtungsbohrung 328a und eine untere Dichtungsbohrung 328b abzudichten, die auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 202 definiert und auf jedem axialen Ende des Filters 320 bereitgestellt sind. Sobald das in der offenen Position verriegelte Werkzeug über den Filter 320 abdichtet, wird der Rohrleitungsdruck erhöht, um den in der offenen Position verriegelten Kolben (nicht gezeigt) zu betätigen und die Klappe 228 dauerhaft in die offene Position zu bringen und dadurch das Sicherheitsventil 112 in der offenen Konfiguration zu verriegeln.
4A-4C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils 112 und eines beispielhaften in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 entlang der Linien 4A-4C, wie in der dargestellten Endansicht gezeigt. Die 4A-4C sind nachfolgende Schnittansichten des Sicherheitsventils 112, wobei 4A den oberen Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt, 4B einen nachfolgenden zentralen Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt und 4C einen nachfolgenden unteren Abschnitt des Sicherheitsventils 112 darstellt. Ähnliche Bezugszeichen, die in vorherigen Figuren verwendet wurden, beziehen sich auf ähnliche Komponenten oder Elemente, die womöglich nicht erneut beschrieben sind. In der Ansicht der 4A-4C ist der Betätigungskolben 212 innerhalb der Betätigungskolbenbohrung 210 dargestellt und das Sicherheitsventil 112 ist in der geschlossenen Konfiguration gezeigt, wobei das Strömungsrohr 220 nach oben innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 zurückgezogen ist, wodurch der Klappe 228 ermöglicht wird, zur geschlossenen Position zu schwenken.
Wie veranschaulicht, beinhaltet das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 ein zylindrisches Gehäuse 404, das eine Innenströmungsbohrung 406 definiert, die in eine Innenströmungskammer 408 übergeht. Die Innenströmungskammer 408 weist einen kleineren Durchmesser als die Innenströmungsbohrung 406 auf und befindet sich in Fluidverbindung mit der Innenströmungsbohrung 406 über einen zentralen Durchlass 412 und eine oder mehrere Strömungsleitungen 414 (zwei in 4A gezeigt). Eine Kappe 416 ist am untertägigen Ende des Gehäuses 404 gesichert und sichert dadurch einen Pfeilsitz 418 innerhalb der Innenströmungskammer 408. Die Kappe 416 definiert einen Kappenströmungspfad 420 und der Pfeilsitz 416 definiert einen Pfeilströmungspfad 422, der fluidisch mit dem Kappenströmungspfad 420 verbunden ist. Dementsprechend kann ein Fluid durch das Gehäuse 404 gelangen, indem durch die Innenströmungsbohrung 406, dann durch die Innenströmungskammer 408 über den zentralen Durchlass 412 und/oder die Strömungsleitungen 414 und letztendlich durch den Kappen- und den Pfeilströmungspfad 420, 422 zirkuliert wird.
Das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 kann mit einem Zugwerkzeug 424 und einem Pfeil 426, der sich axial vom Zugwerkzeug 424 erstreckt, in das Bohrloch geführt werden. Ein Rüttelwerkzeug (nicht gezeigt) kann an das obere Ende des Zugwerkzeugs 424 wirkgekoppelt und dazu konfiguriert sein, Rüttellasten zu erzeugen, die über den Pfeil 426 zum Gehäuse 404 übertragen werden können. Im vorliegenden Zusammenhang beziehen sich die Wortgruppen „Herunterrütteln“ und „Heraufrütteln“ und Variationen davon auf das Rüttelwerkzeug, das eine axiale Impulslast erzeugt, die über den Pfeil 426 zum Gehäuse 404 übertragen wird. Insbesondere bedeutet „Heraufrütteln“, dass ein Aufwärtskraftimpuls über den Pfeil 426 auf das Gehäuse 404 angewandt wird, und „Herunterrütteln“ bedeutet, dass ein Abwärtskraftimpuls über den Pfeil 426 auf das Gehäuse 404 angewandt wird.
Der Pfeil 426 kann ein erstes oder oberes Ende 428a, ein zweites oder unteres Ende 428b und eine Welle 430, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende 428a,b erstreckt, aufweisen. Das obere Ende 428a des Pfeils 426 kann an eine Rückhaltevorrichtung 432 gekoppelt werden, die innerhalb eines Spannfutters 434, das am unteren Ende des Zugwerkzeugs 424 bereitgestellt wird, aufgenommen und gesichert wird. Das untere Ende 428b des Pfeils 426 kann einen Kopf 436, der dazu konfiguriert ist, innerhalb der Innenströmungskammer 408 aufgenommen zu werden, bereitstellen und anderweitig definieren. Der Kopf 436 weist einen Durchmesser auf, der größer als der Durchmesser der Welle 430 und des zentralen Durchlasses 412 des Gehäuses 404 ist. Wenn also die Kappe 416 und der Pfeilsitz 418 am untertägigen Ende des Gehäuses 404 gesichert sind und sich die Welle 430 durch den zentralen Durchlass 412 erstreckt, wird der Kopf 436 des Pfeils 426 innerhalb der Innenströmungskammer 408 gesichert.
Das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 ist in 4A derart dargestellt, dass es innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 aufgenommen wird. Insbesondere beinhaltet das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 eine obere Dichtung 438a, die dazu konfiguriert ist, die obere Dichtungsbohrung 328a abdichtend in Eingriff zu nehmen, und eine untere Dichtung 438b, die dazu konfiguriert ist, die untere Dichtungsbohrung 328b abdichtend in Eingriff zu nehmen. Dementsprechend kann das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 vorgeschoben werden, bis die obere und untere Dichtung 438a,b den Filter 320 axial überspannen und ein äußeres Profil 440 das Sperrprofil 326 der oberen Untereinheit 204b in Eingriff nimmt. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das äußere Profil 440 einen Abschnitt des Gehäuses 404 mit vergrößertem Durchmesser, der das Sperrprofil 326 in Eingriff nimmt und dadurch das axiale Vorschieben des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 stoppt. In anderen Ausführungsformen jedoch kann das äußere Profil 440 eine Reihe von Nuten und/oder Vorsprüngen umfassen, die mit dem Sperrprofil 326 übereinstimmen. Das äußere Profil 440 kann derart bereitgestellt werden, dass es das Sperrprofil 326 in Eingriff nimmt, wenn die obere und untere Dichtung 438a,b den Filter 320 axial überspannen.
5A-5C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils 112 und des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 entlang der Linien 5A-5C, wie in der dargestellten Endansicht gezeigt. Ähnlich wie die 4A-4C sind die 5A-5C nachfolgende Schnittansichten des Sicherheitsventils 112, jedoch mit dem Winkelversatz 302 betrachtet. Dementsprechend sind die Betätigungskolbenbohrung 210 und der zugehörige Betätigungskolben 212 in den 5A-5C nicht dargestellt. Stattdessen ist der Ausgleichskolben 304 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 gezeigt. Außerdem stellen die 5A-5C ähnlich wie die 4A-4C das Sicherheitsventil 112 in der geschlossenen Konfiguration dar, in der das Strömungsrohr 220 innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 nach oben zurückgezogen ist und die Klappe 228 zur geschlossenen Position bewegt ist.
Wie veranschaulicht, kann das Sicherheitsventil 112 ferner einen in der offenen Position verriegelten Kolben 502 beinhalten, der beweglich innerhalb einer Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens, die im Gehäuse 202 und insbesondere innerhalb der zentralen Untereinheit 204b definiert ist, angeordnet ist. Während nur ein in der offenen Position verriegelter Kolben 502 hier gezeigt und beschrieben ist, versteht es sich, dass das Sicherheitsventil 112 mehr als einen in der offenen Position verriegelten Kolben 502 beinhalten kann, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Der Ausgleichskolben 502 beinhaltet einen Kopf 506 und eine Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens, die sich längs vom Kopf 506 durch mindestens einen Abschnitt der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens erstreckt. Im Gegensatz zum Betätigungskolben 212 (2A und 4A) und des Ausgleichskolbens 304 jedoch ist das untere Ende der Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens nicht an die Aktormuffe 218 gekoppelt und bewegt sich deshalb nicht innerhalb der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens, wenn sich das Strömungsrohr 220 innerhalb des zentralen Strömungsdurchlasses 306 bewegt. Stattdessen kann das untere Ende der Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der Lage sein, die Aktormuffe 218 beim Bewegen in die Abwärtsrichtung im Bohrloch axial in Eingriff zu nehmen, und hilft dadurch, das Strömungsohr 220 bei Betätigung nach unten zu bewegen und die Klappe 228 zu öffnen.
Der Kolben 502 des in der offenen Position verriegelten Kolbens kann ferner einen Satz von dynamischen Dichtungen 510 bei oder nahe dem Kopf 506 beinhalten, um gegen den Innendurchmesser der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens abzudichten, wenn sich der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 darin bewegt. Die dynamischen Dichtungen 510 können ähnlich wie die dynamischen Dichtungen 312 des Ausgleichskolbens 304 sein und werden deshalb nicht erneut beschrieben.
Ähnlich wie der Ausgleichskolben 304 können das obere und untere Ende des in der offenen Position verriegelten Kolbens 502 dem Rohrleitungsdruck ausgesetzt sein. Insbesondere kann die Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens in Fluidverbindung mit der Filterkammer 324 stehen, die über den Filter 320 fluidisch mit dem zentralen Strömungsdurchgang 206 verbunden ist. Dementsprechend ist der Rohrleitungsdruck in der Lage, über den Filter 320 und die Filterkammer 324 in die Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens übertägig des in der offenen Position verriegelten Kolbens 502 zu gelangen. Außerdem ist das untere Ende des in der offenen Position verriegelten Kolbens 502 dem Rohrleitungsdruck über das nicht abgedichtete Strömungsrohr 220 ausgesetzt.
Das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 kann innerhalb des Sicherheitsventils 112 installiert werden, indem das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 durch den Rohrstrang 114 (1) auf einer Fördereinrichtung (z. B. Drahtleitung, Erzschlammleitung, Rohrschlange, Bohrrohr, Förderrohr usw.) vorgeschoben wird, bis das Sicherheitsventil 112 positioniert ist und in den zentralen Strömungsdurchgang 206 gelangt wird. Das Rüttelwerkzeug (nicht gezeigt), das an das übertägige Ende des Zugwerkzeugs 424 wirkgekoppelt ist, kann betätigt werden, um am Gehäuse 404 herunterzurütteln, bis das äußere Profil 440 das Sperrprofil 326 der oberen Untereinheit 204b in Eingriff nimmt und die obere und untere Dichtung 438a,b den Filter 320 axial überspannen.
Wenn der Kopf 436 des Pfeils 426 vom Pfeilsitz 418 gehoben ist, wie in 5A gezeigt, kann der Rohrleitungsdruck, der von der Oberfläche durch den Rohrstrang 114 angewandt wird, durch das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 gelangen, wie durch die Pfeile angegeben. Insbesondere kann das Fluid durch die Innenströmungsbohrung 406, die Innenströmungskammer 408 über den zentralen Durchlass 412 und/oder die Strömungsleitungen 414 (4A) und letztendlich durch den Kappen- und Pfeilströmungsweg 420, 422 zirkulieren, um innerhalb der unteren Abschnitte des zentralen Strömungsdurchgangs 206 zu strömen. Außerdem kann das Fluid, das in die Innenströmungsbohrung 406 gelangt, auch über eine Vielzahl von radialen Anschlüssen 512, die durch das Gehäuse 404 definiert sind, in die Filterkammer 324 befördert werden.
Das Fluid, das durch das Sicherheitsventil 112 gelangt, kann dabei helfen, den hydrostatischen Druck an der Klappe 228 (5C) auszugleichen, was dabei helfen kann, die Klappe 228 zu ihrer offenen Position zu bewegen. In mindestens einer Ausführungsform jedoch kann eine Zinke oder Stange (nicht gezeigt) an das untere Ende des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 gekoppelt werden, wie etwa an der Kappe 416, und sich längs nach unten im Bohrloch erstrecken, um die Klappe 228 in Eingriff zu nehmen. Die Länge der Stange könnte derart bemessen sein, dass die Einstellung des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 innerhalb des Sicherheitsventils 112, wie vorstehend beschrieben, ermöglichen würde, dass die Stange in Eingriff genommen wird und die Klappe 228 zumindest in die teilweise offene Position gebracht wird. Infolgedessen würde der Fluiddruck innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 auf jeder Seite der Klappe 228 ausgeglichen sein.
6A-6C sind progressive Querschnittsseitenansichten des Sicherheitsventils 112 und des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs 402 entlang der Linien 6A-6C, wie in der dargestellten Endansicht gezeigt. Ähnlich wie die 5A-5C sind die 6A-6C nachfolgende Schnittansichten des Sicherheitsventils 112, betrachtet mit dem Winkelversatz 302. Dementsprechend stellen die 6A-6C den Ausgleichskolben 304 und den in der offenen Position verriegelten Kolben 502 dar, die innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 bzw. der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet sind. Im Gegensatz zu den 5A-5C jedoch stellen die 6A-6C das Sicherheitsventil 112 in der offenen Konfiguration dar, wobei das Strömungsrohr 220 nach unten innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs 206 verlängert ist und dadurch die Klappe 228 in die offene Position bringt. Außerdem stellen die 6A-6C außerdem den in der offenen Position verriegelten Kolben 502 derart dar, dass er sich von einer anfänglichen Position, wie in den 5A-5C gezeigt, zu einer betätigten Position innerhalb der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens bewegt hat.
Nachdem das Gehäuse 404 nach unten gerüttelt wurde, sodass das äußere Profil 440 das Sperrprofil 326 in Eingriff nimmt und die obere und untere Dichtung 438a,b den Filter 320 axial überspannen, kann eine axiale Last auf das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 in der Abwärtsrichtung im Bohrloch angewandt werden, um den Kopf 436 des Pfeils 426 gegen den Pfeilsitz 418 zu platzieren. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann sich die axiale Last aus dem Gewicht ergeben, das auf das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 in der Abwärtsrichtung im Bohrloch von Werkzeugen (einschließlich des Zugwerkzeugs 424), die sich übertägig des Sicherheitsventils 112 befinden, angewandt wird. Die axiale Last kann den Kopf 436 des Pfeils 426 in Dichtungseingriff mit dem Pfeilsitz 418 drücken und dadurch eine Fluidverbindung zwischen der Innenströmungskammer 408 und dem Kappen- und Pfeilströmungspfad 420, 422 verhindern.
Nach dem Positionieren der axialen Last auf dem in der offenen Position verriegelten Werkzeug 402 kann der Rohrleitungsdruck, der durch den Rohrstrang 114 (1) zum zentralen Strömungsdurchgang 206 und dadurch zur Innenströmungsbohrung 406 befördert wird, erhöht werden und über die radialen Anschlüsse 512 in die Filterkammer 324 strömen. Der erhöhte Rohrleitungsdruck kann dann auf den oberen Enden des Ausgleichskolbens 304 und des in der offenen Position verriegelten Kolbens 502 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 bzw. Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens wirken und den Rohrleitungsdruck überwinden, der über das nicht abgedichtete Strömungsrohr 220 auf die unteren Enden des Ausgleichskolbens 304 und des in der offenen Position verriegelten Kolbens 502 wirkt. Infolgedessen können sich der Ausgleichskolben 304 und der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung 306 bzw. der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens axial nach unten bewegen.
Wenn sich der Betätigungskolben 212, der Ausgleichskolben 304 und der bzw. die in der offenen Position verriegelte(n) Kolben 502 axial nach unten bewegen, kann sich das Strömungsrohr 220 entsprechend in der Abwärtsrichtung im Bohrloch bewegen, um die Klappe 328 in Eingriff zu bringen und zu öffnen. Bei dieser Bewegung kann in einigen Ausführungsformen die hydraulische Steuerleitung 116 (1), die der Betätigungsbohrung 210 (2A und 4A) Steuerleitungsdruck bereitstellt, zur offenen Position gestellt werden, sodass Hydraulikdruck unten an der Steuerleitung 116 auch beim Verriegeln des Sicherheitsventils 112 in der offenen Position helfen kann. Die Ausgleichsleitung 118 (1) ist zu dieser Zeit an der Oberfläche offen. Wie zu verstehen ist, ermöglicht dies der Steuerleitung 116, den Oberflächendruck, der unten am Förderrohr angewandt wird, dabei zu unterstützen, die Klappe 328 zu öffnen. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die Steuerleitung 116 gleichzeitig Steuerleitungsdruck zur Betätigungsbohrung 210 befördern und der Betätigungskolben 212 (2A und 4A) kann dadurch dabei helfen, das Strömungsrohr 220 zu bewegen und die Klappe 328 zu öffnen.
Das Sicherheitsventil 112 kann ferner einen Verriegelungsmechanismus 514 beinhalten, der in der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist, um den in der offenen Position verriegelten Kolben 502 in der betätigten Position zu sichern und dadurch die Klappe 228 effektiv in der offenen Position zu sichern. In mindestens einer Ausführungsform, wie in den 5A-5B und 6B gezeigt, kann der Verriegelungsmechanismus 514 ein Spannfutter 516, das innerhalb der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens lagefixiert ist, und eine Reihe von Nuten oder Zähnen 518, die auf der äußeren Oberfläche der Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens definiert sind, umfassen. Das Spannfutter 516 kann dazu konfiguriert sein, die Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens aufzunehmen, wenn sich der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 in der Abwärtsrichtung im Bohrloch von der anfänglichen Position (5A-5C) zur betätigten Position (6A-6C) bewegt. Wenn sich die Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens durch das Spannfutter 516 in die Abwärtsrichtung im Bohrloch vorschiebt, können die Zähne 518 angewinkelt sein, sodass das Spannfutter 516 in der Lage ist, über die Zähne 518 zu laufen. Der Winkel der Zähne 518 jedoch kann ferner derart angewinkelt sein, dass die Bewegung der Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der entgegengesetzten Aufwärtsrichtung im Bohrloch im Wesentlichen verhindert wird, wenn das Spannfutter 516 die Zähne 518 in Eingriff nimmt. Dementsprechend kann der Verriegelungsmechanismus 514 ferner dazu konfiguriert sein, zu verhindern, dass der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 nach oben im Loch zurückgezogen wird, was verhindert, dass das Strömungsrohr 220 zurückgezogen wird und die Klappe 228 dadurch dauerhaft in der offenen Position verriegelt.
Während der Verriegelungsmechanismus 514 hier als eine Spannfutterbaugruppe dargestellt und beschrieben ist, die das Spannfutter 516 und die Zähne 518 beinhaltet, versteht es sich, dass andere Arten und Designs des Verriegelungsmechanismus gleichermaßen im Sicherheitsventil 112 eingesetzt werden können, um den gleichen Zweck zu erzielen, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. In anderen Ausführungsformen zum Beispiel kann der Verriegelungsmechanismus 514 einen Sicherungsring (nicht gezeigt) beinhalten, der dazu konfiguriert ist, sich radial zusammenzuziehen und in einer Nut (nicht gezeigt) auf der äußeren Oberfläche der Stange 508 des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu sitzen, sobald sich der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 innerhalb der Bohrung 504 des in der offenen Position verriegelten Kolbens nach unten im Bohrloch vorgeschoben hat, um den Sicherungsring in der Nut zu positionieren.
Sobald der in der offenen Position verriegelte Kolben 502 in der betätigten Position mit dem Verriegelungsmechanismus 514 gesichert ist und dadurch das Sicherheitsventil 112 dauerhaft in der offenen Konfiguration verriegelt ist, kann das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 von dem Sicherheitsventil 112 entfernt werden. Um dies zu erreichen, kann das Rüttelwerkzeug (nicht gezeigt), das an das übertägige Ende des Zugwerkzeugs 424 wirkgekoppelt ist, eine Aufwärtsrüttelkraft auf das Gehäuse 404 bereitstellen, bis das Gehäuse 404 aus dem zentralen Strömungsdurchgang 206 zurückgezogen ist. Sobald es aus dem zentralen Strömungsdurchgang 206 ist, kann das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 zur Oberfläche des Bohrlochs zurückgebracht werden, indem die Fördereinrichtung, die an das in der offenen Position verriegelte Werkzeug 402 gekoppelt ist, zurückgezogen wird.
Hier offenbarte Ausführungsformen beinhalten Folgendes:
A. Bohrlochsystem, das einen Rohrstrang, der innerhalb eines Bohrlochs ausfahrbar ist, und ein unterirdisches Sicherheitsventil, das mit dem Rohrstrang verbunden ist, beinhaltet. Unterirdisches Sicherheitsventil, beinhaltend ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist, ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist und mit der Klappe in Eingriff bringbar ist, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen, einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, und einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung eines in der offenen Position verriegelten Kolbens, die in der Wand definiert und mit einer an das Strömungsrohr wirkgekoppelten Aktormuffe in Eingriff bringbar ist, beweglich positioniert ist. Bohrlochsystem, ferner beinhaltend ein in der offenen Position verriegeltes Werkzeug, das innerhalb des zentralen Durchflusskanals positionierbar ist, um Hydraulikdruck in die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu übertragen und dadurch den in der offenen Position verriegelten Kolben zu einer betätigten Position zu betätigen, die das Durchflussrohr bewegt und die Klappe dauerhaft in der offenen Position verriegelt.
B. Verfahren, das Vorschieben eines in der offenen Position verriegelten Werkzeugs innerhalb eines Rohrstrangs zum unterirdischen Sicherheitsventil, das mit dem Rohrstrang verbunden ist, beinhaltet. Unterirdisches Sicherheitsventil, beinhaltend ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist, ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist, einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung eines in der offenen Position verriegelten Kolbens, die in der Wand definiert und mit einer an das Strömungsrohr wirkgekoppelten Aktormuffe in Eingriff bringbar ist, beweglich positioniert ist, und ein Filter, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern. Verfahren, ferner beinhaltend Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug, um eine obere Dichtung an einer oberen Dichtungsbohrung des Gehäuses abdichtend in Eingriff zu nehmen und eine untere Dichtung an einer unteren Dichtungsbohrung des Gehäuses abdichtend in Eingriff zu nehmen, wobei die obere und untere Dichtungsbohrung auf gegenüberliegenden axialen Enden des Filters bereitgestellt sind, Unterdrucksetzen des Rohrstrangs und dadurch Unterdrucksetzen des in der offenen Position verriegelten Kolbens über einen oder mehrere radiale Strömungsanschlüsse, die in dem in der offenen Position verriegelten Werkzeug definiert sind, das mit dem Filter zwischen der oberen und unteren Dichtung fluidisch verbunden ist, und Bewegen des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu einer betätigten Position innerhalb des in der offenen Position verriegelten Kolbens und dadurch Vorschieben des Strömungsrohrs, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen.
C. Unterirdisches Sicherheitsventils, beinhaltend ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist, ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist und mit der Klappe in Eingriff bringbar ist, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen, einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist, und einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens, der in der Wand definiert und mit einer Aktormuffe, die an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, in Eingriff bringbar ist, beweglich angeordnet ist, wobei der in der offenen Position verriegelte Kolben zu einer betätigten Position betätigbar ist, die das Strömungsrohr bewegt und die Klappe in der offenen Position dauerhaft verriegelt.
Jede der Ausführungsformen A, B und C kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in einer beliebigen Kombination aufweisen: Element 1: wobei das unterirdische Sicherheitsventil ferner ein Filter beinhaltet, das innerhalb des zentralen Durchflusskanals positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Durchflusskanal und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern. Element 2: wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug Folgendes umfasst: ein zylindrisches Gehäuse, das eine Innenströmungsbohrung definiert, die zu einer Innenströmungskammer übergeht, eine obere Dichtung, die auf dem zylindrischen Gehäuse bereitgestellt ist, um eine obere Dichtungsbohrung, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs bereitgestellt ist, abdichtend in Eingriff zu nehmen, und eine untere Dichtung, die auf dem zylindrischen Gehäuse bereitgestellt ist, um eine untere Dichtungsbohrung, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs bereitgestellt ist, abdichtend in Eingriff zu nehmen, wobei die obere und untere Dichtungsbohrung auf gegenüberliegenden axialen Enden des Filters bereitgestellt sind. Element 3: wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug ferner Folgendes umfasst: eine Vielzahl von radialen Strömungsanschlüssen, die in dem zylindrischen Gehäuse definiert sind, um Fluidverbindung zwischen der Innenströmungsbohrung und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens über das Filter bereitzustellen, einen Pfeilsitz, der innerhalb der Innenströmungskammer gesichert ist, und einen Pfeil, der sich längs innerhalb des zylindrischen Gehäuses erstreckt und einen Kopf bereitstellt, der innerhalb der Innenströmungskammer positioniert ist, um den Pfeilsitz abdichtend in Eingriff zu nehmen und dadurch den Fluiddruck durch die radialen Strömungsanschlüsse und in die Ausgleichskolbenbohrung und die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens umzuleiten. Element 4: wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug ein Außenprofil umfasst, das mit einem Sperrprofil, das in dem zentralen Strömungsdurchgang definiert ist, in Eingriff bringbar ist. Element 5: wobei das obere und untere Ende von jedem des Ausgleichskolbens und des in der offenen Position verriegelten Kolbens dem Rohrdruck, der im zentralen Strömungsdurchgang vorliegt, ausgesetzt ist. Element 6: wobei das unterirdische Sicherheitsventil ferner einen Verriegelungsmechanismus beinhaltet, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist, um den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position zu sichern.
Element 7: wobei Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug ferner Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug, bis ein Außenprofil, das am in der offenen Position verriegelten Werkzeug bereitgestellt ist, ein Sperrprofil in Eingriff nimmt, das auf einer Innenfläche des zentralen Strömungsdurchgangs definiert ist, umfasst. Element 8: ferner umfassend Verriegeln des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der betätigten Position mit einem Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist. Element 9: wobei Unterdrucksetzen des Rohrstrangs ferner Unterdrucksetzen der Ausgleichskolbenbohrung über den einen oder die mehreren radialen Strömungsanschlüsse und dadurch Bewegen des Ausgleichskolbens innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung umfasst. Element 10: wobei Unterdrucksetzen des Rohrstrangs und dadurch Unterdrucksetzen der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens durch Anwenden einer axialen Last auf das in der offenen Position verriegelten Werkzeug und dadurch Drücken eines Kopfes eines Pfeils in Dichtungseingriff mit einem Pfeilsitz, der innerhalb einer Innenströmungskammer des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs gesichert ist, vorgeschaltet ist. Element 11: ferner umfassend Sichern des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der betätigten Position mit einem Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist. Element 12: ferner umfassend Heraufrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug, um das in der offenen Position verriegelte Werkzeug vom zentralen Strömungsdurchgang zurückzuziehen.
Element 13: ferner umfassend ein Filter, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern. Element 14, wobei das Filter Schlitze definiert, um Verunreinigungen mit einer vorbestimmten Größe vor dem Eindringen in die Ausgleichskolbenbohrung und die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu filtern. Element 15: wobei das obere und untere Ende von jedem des Ausgleichskolbens und des in der offenen Position verriegelten Kolbens dem Rohrdruck, der im zentralen Strömungsdurchgang vorliegt, ausgesetzt ist. Element 16: ferner umfassend einen Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist, die den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position sichert. Element 17: wobei der Verriegelungsmechanismus Folgendes umfasst: ein Spannfutter, das innerhalb der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens fixiert ist, eine Reihe von Zähnen, die auf einer äußeren Oberfläche der in der offenen Position verriegelten Kolbenstange definiert sind, wobei das Spannfutter die in der offenen Position verriegelte Kolbenstange aufnimmt und gegen die Reihe von Zähnen sperrt, wenn sich der in der offenen Position verriegelte Kolben zur betätigten Position bewegt, und wobei das Spannfutter die Zähne in Eingriff nimmt, um den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position zu sichern.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel beinhalten beispielhafte Kombinationen, die für A, B und C anwendbar sind, Folgendes: Element 1 mit Element 2; Element 2 mit Element 3; Element 13 mit Element 14; und Element 16 mit Element 17.
Folglich sind die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren gut geeignet, um die erwähnten Ziele und Vorteile sowie diejenigen, die damit zusammenhängen, zu erreichen. Die oben offenbarten bestimmten Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend, da die Lehren der vorliegenden Offenbarung modifiziert und auf verschiedene, jedoch äquivalente Arten umgesetzt werden kann, welche für den Fachmann, für den die in dieser Patentschrift enthaltenen Lehren von Vorteil sind, ersichtlich sind. Ferner sind keine Einschränkungen bezüglich der hier gezeigten Details zu Aufbau oder Gestaltung beabsichtigt, sofern nicht in den untenstehenden Patentansprüchen beschrieben. Demnach versteht sich, dass die bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, welche vorangehend offenbart wurden, abgeändert, kombiniert oder modifiziert werden können, und alle derartigen Abwandlungen in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt werden. Die hierin veranschaulichend offenbarten Systeme und Verfahren können in Abwesenheit eines beliebigen Elements, das hierin nicht spezifisch offenbart wird, und/oder eines beliebigen hierin offenbarten optionalen Elements auf geeignete Weise ausgeführt werden. Während Zusammensetzungen und Verfahren als verschiedene Komponenten oder Schritte „umfassend“, „enthaltend“ oder „beinhaltend“ beschrieben werden, können die Zusammensetzungen und Verfahren auch „im Wesentlichen bestehen aus“ den verschiedenen Komponenten und Schritten oder daraus „bestehen“. Alle vorangehend offenbarten Zahlen und Bereiche können in gewissem Maße variieren. In jedem Fall, in dem ein numerischer Bereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze offenbart wird, sind alle Zahlen und alle eingeschlossenen Bereiche, die in den Bereich fallen, spezifisch offenbart. Insbesondere ist jeder hierin offenbarte Wertebereich (in der Form „von etwa a bis etwa b“ oder ebenso „von ungefähr a bis b“ oder ebenso „von ungefähr a-b“) so zu verstehen, dass er alle Zahlen und Bereiche, die in dem breiteren Wertebereich eingeschlossen sind, darlegt. Zudem haben die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe ihre gewöhnliche, herkömmliche Bedeutung, sofern sie durch den Patentinhaber nicht ausdrücklich und eindeutig anders definiert sind. Des Weiteren sind die wie in den Patentansprüchen verwendeten unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ hierin derart definiert, dass sie ein oder mehr als eines der Elemente bezeichnen, die sie einleiten. Sollte ein Widerspruch in der Verwendung eines Wortes oder Begriffes in dieser Beschreibung und einem oder mehreren Patenten oder anderen Schriften, die hierin durch Bezugnahme enthalten sein können, vorliegen, sollten die Definitionen, die mit dieser Beschreibung übereinstimmen, übernommen werden.
Wie hierin verwendet, wird durch die Wendung „mindestens eine(s) von“, die einer Reihe von Elementen mit den Begriffen „und“ oder „oder“, um beliebige der Elemente zu trennen, vorausgeht, die Liste als Ganzes und nicht jedes Glied der Liste (d. h. jedes Element) modifiziert. Die Wendung „mindestens eine(s) von“ ermöglicht eine Bedeutung, die mindestens eines von einem beliebigen der Elemente und/oder mindestens eine von einer beliebigen Kombination der Elemente und/oder mindestens eines von jedem der Elemente einschließt. Beispielsweise beziehen sich die Wendungen „mindestens eines von A, B und C“ oder „mindestens eines von A, B oder C“ jeweils auf lediglich A, lediglich B oder lediglich C; eine beliebige Kombination von A, B und C; und/oder mindestens eines von jedem von A, B und C.
Die Verwendung von Richtungsbegriffen, wie etwa über, unter, obere, untere, nach oben, nach unten, links, rechts, im Bohrloch nach oben, im Bohrloch nach unten und dergleichen, werden in Bezug auf die veranschaulichenden Ausführungsformen verwendet, wie sie in den Figuren dargestellt sind, wobei die Aufwärtsrichtung in Richtung der Oberseite der entsprechenden Figur oder Komponente ist und die Abwärtsrichtung in Richtung der Unterseite der entsprechenden Figur oder Komponente ist, wobei die Aufwärtsrichtung im Bohrloch in Richtung der Oberfläche des Bohrlochs ist und die Abwärtsrichtung im Bohrloch in Richtung des Fußes des Bohrlochs ist.

Claims

Beansprucht wird:
Bohrlochsystem, umfassend: einen Rohrstrang, der innerhalb eines Bohrlochs ausfahrbar ist; ein unterirdisches Sicherheitsventil, das mit dem Rohrstrang verbunden ist und Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist; ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist und mit der Klappe in Eingriff bringbar ist, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen; einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; und einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung eines in der offenen Position verriegelten Kolbens, die in der Wand definiert und mit einer an das Strömungsrohr wirkgekoppelten Aktormuffe in Eingriff bringbar ist, beweglich positioniert ist; und ein in der offenen Position verriegeltes Werkzeug, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positionierbar ist, um Hydraulikdruck in die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu übertragen und dadurch den in der offenen Position verriegelten Kolben zu einer betätigten Position zu betätigen, die das Strömungsrohr bewegt und die Klappe dauerhaft in der offenen Position verriegelt.
Bohrlochsystem nach Anspruch 1, wobei das unterirdische Sicherheitsventil ferner ein Filter beinhaltet, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern.
Bohrlochsystem nach Anspruch 2, wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug Folgendes umfasst: ein zylindrisches Gehäuse, das eine Innenströmungsbohrung definiert, die zu einer Innenströmungskammer übergeht; eine obere Dichtung, die auf dem zylindrischen Gehäuse bereitgestellt ist, um eine obere Dichtungsbohrung, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs bereitgestellt ist, abdichtend in Eingriff zu nehmen; und eine untere Dichtung, die auf dem zylindrischen Gehäuse bereitgestellt ist, um eine untere Dichtungsbohrung, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs bereitgestellt ist, abdichtend in Eingriff zu nehmen, wobei die obere und untere Dichtungsbohrung auf gegenüberliegenden axialen Enden des Filters bereitgestellt sind.
Bohrlochsystem nach Anspruch 3, wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug ferner Folgendes umfasst: eine Vielzahl von radialen Strömungsanschlüssen, die in dem zylindrischen Gehäuse definiert sind, um Fluidverbindung zwischen der Innenströmungsbohrung und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens über das Filter bereitzustellen; einen Pfeilsitz, der innerhalb der Innenströmungskammer gesichert ist; und einen Pfeil, der sich längs innerhalb des zylindrischen Gehäuses erstreckt und einen Kopf bereitstellt, der innerhalb der Innenströmungskammer positioniert ist, um den Pfeilsitz abdichtend in Eingriff zu nehmen und dadurch den Fluiddruck durch die radialen Strömungsanschlüsse und in die Ausgleichskolbenbohrung und die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens umzuleiten.
Bohrlochsystem nach Anspruch 1, wobei das in der offenen Position verriegelte Werkzeug ein Außenprofil umfasst, das mit einem Sperrprofil, das in dem zentralen Strömungsdurchgang definiert ist, in Eingriff bringbar ist.
Bohrlochsystem nach Anspruch 1, wobei das obere und untere Ende von jedem des Ausgleichskolbens und des in der offenen Position verriegelten Kolbens dem Rohrdruck, der im zentralen Strömungsdurchgang vorliegt, ausgesetzt ist.
Bohrlochsystem nach Anspruch 1, wobei das unterirdische Sicherheitsventil ferner einen Verriegelungsmechanismus beinhaltet, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist, um den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position zu sichern.
Verfahren, umfassend: Vorschieben eines in der offenen Position verriegelten Werkzeugs innerhalb eines Rohrstrangs zum unterirdischen Sicherheitsventil, das mit dem Rohrstrang verbunden ist, wobei das unterirdische Sicherheitsventil Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist; ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist; einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung eines in der offenen Position verriegelten Kolbens, die in der Wand definiert und mit einer an das Strömungsrohr wirkgekoppelten Aktormuffe in Eingriff bringbar ist, beweglich positioniert ist; und ein Filter, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern; Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug, um eine obere Dichtung an einer oberen Dichtungsbohrung des Gehäuses abdichtend in Eingriff zu nehmen und eine untere Dichtung an einer unteren Dichtungsbohrung des Gehäuses abdichtend in Eingriff zu nehmen, wobei die obere und untere Dichtungsbohrung auf gegenüberliegenden axialen Enden des Filters bereitgestellt sind; Unterdrucksetzen des Rohrstrangs und dadurch Unterdrucksetzen des in der offenen Position verriegelten Kolbens über einen oder mehrere radiale Strömungsanschlüsse, die in dem in der offenen Position verriegelten Werkzeug definiert sind, das mit dem Filter zwischen der oberen und unteren Dichtung fluidisch verbunden ist; und Bewegen des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu einer betätigten Position innerhalb des in der offenen Position verriegelten Kolbens und dadurch Vorschieben des Strömungsrohrs, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug ferner Herunterrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug umfasst, bis ein Außenprofil, das am in der offenen Position verriegelten Werkzeug bereitgestellt ist, ein Sperrprofil in Eingriff nimmt, das auf einer Innenfläche des zentralen Strömungsdurchgangs definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Verriegeln des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der betätigten Position mit einem Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Unterdrucksetzen des Rohrstrangs ferner Unterdrucksetzen der Ausgleichskolbenbohrung über den einen oder die mehreren radialen Strömungsanschlüsse und dadurch Bewegen des Ausgleichskolbens innerhalb der Ausgleichskolbenbohrung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Unterdrucksetzen des Rohrstrangs und dadurch Unterdrucksetzen der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens durch Anwenden einer axialen Last auf das in der offenen Position verriegelten Werkzeug und dadurch Drücken eines Kopfes eines Pfeils in Dichtungseingriff mit einem Pfeilsitz, der innerhalb einer Innenströmungskammer des in der offenen Position verriegelten Werkzeugs gesichert ist, vorgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Sichern des in der offenen Position verriegelten Kolbens in der betätigten Position mit einem Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Heraufrütteln am in der offenen Position verriegelten Werkzeug, um das in der offenen Position verriegelte Werkzeug vom zentralen Strömungsdurchgang zurückzuziehen.
Unterirdisches Sicherheitsventil, umfassend: ein Gehäuse, das einen zentralen Strömungsdurchgang definiert und eine Klappe beinhaltet, die innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs zwischen geschlossener und offener Position schwenkbar ist; ein Strömungsrohr, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs beweglich positioniert ist und mit der Klappe in Eingriff bringbar ist, um die Klappe zur offenen Position zu bewegen; einen Betätigungskolben, der innerhalb einer Betätigungskolbenbohrung, die in einer Wand des Gehäuses definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; einen Ausgleichskolben, der innerhalb einer Ausgleichskolbenbohrung, die in der Wand definiert und an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, beweglich positioniert ist; und einen in der offenen Position verriegelten Kolben, der innerhalb einer Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens, der in der Wand definiert und mit einer Aktormuffe, die an das Strömungsrohr wirkgekoppelt ist, in Eingriff bringbar ist, beweglich angeordnet ist, wobei der in der offenen Position verriegelte Kolben zu einer betätigten Position betätigbar ist, die das Strömungsrohr bewegt und die Klappe in der offenen Position dauerhaft verriegelt.
Unterirdisches Sicherheitsventil nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Filter, das innerhalb des zentralen Strömungsdurchgangs positioniert ist, um die Fluidverbindung zwischen dem zentralen Strömungsdurchgang und der Ausgleichskolbenbohrung und der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu erleichtern.
Unterirdisches Sicherheitsventil nach Anspruch 16, wobei das Filter Schlitze definiert, um Verunreinigungen mit einer vorbestimmten Größe vor dem Eindringen in die Ausgleichskolbenbohrung und die Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens zu filtern.
Unterirdisches Sicherheitsventil nach Anspruch 15, wobei das obere und untere Ende von jedem des Ausgleichskolbens und des in der offenen Position verriegelten Kolbens dem Rohrdruck, der im zentralen Strömungsdurchgang vorliegt, ausgesetzt ist.
Unterirdisches Sicherheitsventil nach Anspruch 15, ferner umfassend einen Verriegelungsmechanismus, der in der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens angeordnet ist, die den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position sichert.
Unterirdisches Sicherheitsventil nach Anspruch 19, wobei der Verriegelungsmechanismus Folgendes umfasst: ein Spannfutter, das innerhalb der Bohrung des in der offenen Position verriegelten Kolbens fixiert ist; eine Reihe von Zähnen, die auf einer äußeren Oberfläche der in der offenen Position verriegelten Kolbenstange definiert sind, wobei das Spannfutter die in der offenen Position verriegelte Kolbenstange aufnimmt und gegen die Reihe von Zähnen sperrt, wenn sich der in der offenen Position verriegelte Kolben zur betätigten Position bewegt, und wobei das Spannfutter die Zähne in Eingriff nimmt, um den in der offenen Position verriegelten Kolben in der betätigten Position zu sichern.