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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer. 62/722,161, eingereicht am 23. August 2018, mit dem Titel „ELEKTRISCHES EINSATZSICHERHEITSVENTIL“, die gemeinsam mit dieser Anmeldung zugewiesen und hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Operationen und Ausrüstung, die in Verbindung mit einem unterirdischen Produktionsbohrloch ausgeführt und verwendet werden, erfordern normalerweise, dass ein Sicherheitsventil relativ tief in das Produktionsbohrloch eingesetzt wird, um potentielle Produktionsstörungen zu vermeiden, die bei dem Produktionsbohrloch auftreten können. Zum Beispiel kann ein Sicherheitsventil in einer Tiefe von 1.000 Fuß oder mehr eingesetzt werden.
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Die meisten Offshore-Bohrlöcher zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen müssen gesetzlich ein oberflächengesteuertes Sicherheitsventil unter der Oberfläche (SCSSV) beinhalten, das sich untertägig in dem Produktionsstrang befindet, um den Kohlenwasserstofffluss im Notfall abzusperren. Diese SCSSVs werden normalerweise in Offshore-Bohrlöchern unterhalb der Schlammgrenze eingesetzt. Oft ist es wünschenswert, über ein Einsatzsicherheitsventil (z. B. ein drahtgebundenes rückholbares Sicherheitsventil) zu verfügen, das in Verbindung mit den SCSSVs verwendet wird. Was auf dem Fachgebiet benötigt wird, ist ein verbessertes Sicherheitsventil, und in einer Ausführungsform ein verbessertes Einsatzsicherheitsventil, das nicht auf die Probleme vorhandener Einsatzsicherheitsventile sowie deren Verwendung mit vorhandenen SCSSVs stößt.
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Figurenliste
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Nun wird Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Figuren genommen, in denen:
- 1 ein Bohrlochsystem veranschaulicht, das eine beispielhafte Betriebsumgebung beinhaltet, in der die hierin offenbarten Vorrichtungen, Systeme und Verfahren eingesetzt werden können;
- 2A-2C eine Ausführungsform eines Sicherheitsventils, das gemäß der Offenbarung hergestellt wurde, an einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspositionen veranschaulichen;
- 3A-3B eine alternative Ausführungsform eines Sicherheitsventils, das gemäß der Offenbarung hergestellt wurde, an einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspositionen veranschaulichen; und
- 4A-4B eine alternative Ausführungsform eines Sicherheitsventils, das gemäß der Offenbarung hergestellt wurde, an einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspositionen veranschaulichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In den nachfolgenden Zeichnungen und Beschreibungen sind gleiche Teile in der gesamten Patentschrift und in den Zeichnungen jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Zeichnungsfiguren sind nicht zwingend maßstabsgetreu, können dies aber sein. Gewisse Merkmale der Offenbarung können stark vergrößert oder in einigermaßen schematischer Form gezeigt sein, und einige Details bestimmter Elemente sind möglicherweise im Interesse von Deutlichkeit und Kürze nicht gezeigt.
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Die vorliegende Offenbarung kann in Ausführungsformen unterschiedlicher Formen implementiert werden. Spezifische Ausführungsformen sind detailliert beschrieben und sind in den Zeichnungen gezeigt, mit dem Verständnis, dass die vorliegende Offenbarung als Beispiel für die Grundsätze der Offenbarung anzusehen ist und nicht dazu gedacht ist, die Offenbarung auf diejenige zu beschränken, die hierin veranschaulicht und beschrieben ist. Es ist vollständig anzuerkennen, dass die unterschiedlichen Lehren der hierin erörterten Ausführungsformen einzeln oder in einer beliebigen geeigneten Kombination eingesetzt werden können, um gewünschte Ergebnisse zu erzeugen. Darüber hinaus sollen alle Aussagen hierin, in denen Grundsätze und Aspekte der Offenbarung sowie spezifische Beispiele dafür aufgeführt sind, Äquivalente davon umfassen. Zusätzlich bezieht sich der Begriff „oder“ wie hierin verwendet auf ein nicht ausschließendes oder, sofern nicht anders angegeben.
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Sofern nicht anders angegeben, soll die Verwendung der Begriffe „verbinden“, „in Eingriff nehmen“, „koppeln“, „anbringen“ oder eines beliebigen anderen ähnlichen Begriffs, der eine Interaktion zwischen Elementen beschreibt, die Interaktion nicht auf direkte Interaktion zwischen den Elementen beschränken und kann auch indirekte Interaktion zwischen den beschriebenen Elementen beinhalten.
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Sofern nicht anders angegeben, ist die Verwendung der Begriffe „oben“, „oberes“, „aufwärts“, „über dem Bohrloch“, „stromaufwärts“ oder anderer ähnlicher Begriffe so auszulegen, dass sie im Allgemeinen zur Oberfläche des Bohrlochs gerichtet sind; ebenso ist die Verwendung der Begriffe „unten“, „unteres“, „nach unten“, „unten im Bohrloch“ oder anderer ähnlicher Begriffe so auszulegen, dass sie im Allgemeinen zum unteren Ende eines Bohrlochs verlaufen, unabhängig von der Bohrlochausrichtung. Die Verwendung eines beliebigen oder mehrerer der vorstehenden Begriffe ist nicht als Bezeichnung von Positionen entlang einer vollkommen vertikalen oder horizontalen Achse auszulegen. Sofern nicht anders angegeben, ist die Verwendung des Begriffs „unterirdische Formation“ so auszulegen, dass sowohl Bereiche unter exponierter Erde als auch Bereiche unter Erde, die mit Wasser bedeckt sind, wie zum Beispiel Ozean oder Süßwasser, eingeschlossen sind.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Bohrlochsystems 100 dargestellt, das eine beispielhafte Betriebsumgebung beinhaltet, in der die hierin offenbarten Vorrichtungen, Systeme und Verfahren eingesetzt werden können. Das Bohrlochsystem 100 beinhaltet eine Offshore-Plattform 110, die über eine elektrische Verbindung 130 mit einem Sicherheitsventil 120 (z. B. Sicherheitsventil, Einsatzsicherheitsventil, drahtgebundenes rückholbares Sicherheitsventil oder eine Kombination davon) verbunden ist. Ein Ringraum 140 kann zwischen dem Bohrloch 150 und einer Leitung 160 (z. B. Produktionsverrohrung) definiert sein. Der Bohrlochkopf 170 kann ein Mittel zum Übergeben und Abdichten der Leitung 160 gegen das Bohrloch 150 bereitstellen und ein Profil zum Verriegeln eines unterirdischen Blowout-Preventers bereitstellen. Die Leitung 160 kann an den Bohrlochkopf 170 gekoppelt sein. Die Leitung 160 kann eine beliebige Leitung sein, wie zum Beispiel ein Gehäuse, eine Auskleidung, eine Produktionsverrohrung oder andere Rohre, die in einem Bohrloch angeordnet sind.
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Obwohl das Bohrlochsystem 100 in 1 als Offshore-Bohrloch dargestellt ist, sollte ein Durchschnittsfachmann in der Lage sein, die Lehren hierin auf eine beliebige Art von Bohrlochsystem anzuwenden, einschließlich Onshore oder Offshore. Die elektrische Verbindung 130 kann sich in das Bohrloch 150 erstrecken und kann mit dem Sicherheitsventil 120 verbunden sein. Die elektrische Verbindung 130 kann einem Elektromagneten, der innerhalb des Sicherheitsventils 120 angeordnet ist, Strom bereitstellen. Wie nachstehend detaillierter beschrieben ist, kann der Strom, der dem Elektromagneten bereitgestellt wird, den Elektromagneten erregen, um Komponenten des Sicherheitsventils 120 an Ort und Stelle zu halten.
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Unter Bezugnahme auf 2A ist ein Beispiel für ein Sicherheitsventil 200 in einer ersten geschlossenen Position veranschaulicht. In der bestimmten Ausführungsform von 2A ist das Sicherheitsventil 200 an einen Verriegelungsdorn 280 gekoppelt und ist innerhalb eines Produktionsstrangs 290 positioniert. Zum Beispiel können Gewinde 282 das Sicherheitsventil an den Verriegelungsdorn 280 koppeln. Der Produktionsstrang 290 kann in einer Ausführungsform neben anderen möglichen Bohrlochmerkmalen (z. B. elektrisch oder auf andere Weise) einen Teil eines SCSSV bilden. In der Ausführungsform von 2A beinhaltet der Produktionsstrang 290 eine Landungsstelle 295 (z. B. einen Landungsnippel). In der ersten geschlossenen Position sind die Gleithülse 222 und das Strömungsrohr 208 des Sicherheitsventils 200 so positioniert, dass die Gleithülsenschulter 218 und die Strömungsrohrschulter 232 in Kontakt sind und die Kraftfeder 210 und die Nasenfeder 212 vollständig erweitert sind. In der ersten geschlossenen Position kann die Gleithülse 222 als in einer ersten Position befindlich bezeichnet werden und kann das Strömungsrohr 208 als in einer ersten Position befindlich bezeichnet werden.
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Komponenten des Sicherheitsventils 200 können innerhalb des Ventilkörpers 224 angeordnet sein. Das Sicherheitsventil 200 kann in einem Bohrloch als Teil eines Bohrlochabschlussstrangs angeordnet sein. Das Bohrloch kann eine öl- und gasführende unterirdische Formation penetrieren, sodass Öl und Gas innerhalb der unterirdischen Formation produziert werden können. Der untere Abschnitt 202 kann direkt Formationsfluiden und Druck ausgesetzt sein, indem er in Fluidkommunikation mit in dem Bohrloch vorhandenen Fluiden steht. Gemäß einer Ausführungsform könnte das betätigte Sicherheitsventil 200 nachträglich innerhalb eines Rohres des SCSSV heruntergelassen werden, ähnlich wie ein Servicewerkzeug (d. B. drahtgebunden eingesetzt) betrieben werden könnte.
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Ein Ventilverschlussmechanismus 204 kann den unteren Abschnitt 202 von dem Strömungsrohr 208 isolieren, wodurch verhindert werden kann, dass Formationsfluide und Druck in das Strömungsrohr 208 fließen, wenn sich der Ventilverschlussmechanismus 204 in einer geschlossenen Position befindet. Der Ventilverschlussmechanismus 204 kann eine beliebige Art von Ventil sein, zum Beispiel ein Klappenventil oder ein Kugelventil. 2A veranschaulicht den Ventilverschlussmechanismus 204 als ein Ventil vom Klappentyp. Wie nachstehend detaillierter veranschaulicht wird, kann der Ventilverschlussmechanismus 204 in eine offene Position betätigt werden, damit Formationsfluide von dem unteren Abschnitt 202 durch einen Strömungsweg 214, der durch den unteren Abschnitt 202 definiert ist, ein Inneres eines Strömungsrohres 208 und ein Inneres der Leitung 206 (z. B. in dieser Ausführungsform als Teil des Produktionsstrangs 290 gebildet) fließen können.
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Wenn sich das Sicherheitsventil 200 in der ersten geschlossenen Position befindet, ermöglicht keine Menge an Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204, dass Bohrlochfluide von dem unteren Abschnitt 202 in den Strömungsweg 214 fließen. In dem Fall, dass Druck in der Leitung 206 über den Druck in dem unteren Abschnitt 202 erhöht wird, kann sich der Ventilverschlussmechanismus 204 öffnen, wenn der Druck in der Leitung 206 hoch genug ist, um eine Federkraft von der Klappenfeder 205 zu überwinden. Die Ausrichtung des Ventilverschlussmechanismus 204 kann ermöglichen, dass Bohrlochbehandlungsfluide von einer Oberfläche, wie zum Beispiel einem Bohrlochkopf, in den unteren Abschnitt 202 und in die unterirdische Formation gepumpt werden. Sobald der Druck in der Leitung 206 abnimmt, kann die Klappenfeder 205 bewirken, dass der Ventilverschlussmechanismus 204 in die geschlossene Position zurückkehrt und Fluss von dem unteren Abschnitt 202 in den Strömungsweg 214 kann verhindert werden. Sollte eine Druckdifferenz durch den Ventilverschlussmechanismus 204 umgekehrt sein, sodass Druck in dem unteren Abschnitt 202 größer als ein Druck in der Leitung 206 ist, kann der Ventilverschlussmechanismus 204 in einer geschlossenen Position bleiben und nicht zulassen, dass Fluide in dem unteren Abschnitt 202 in die Leitung 206 fließen.
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Die Kraftfeder 210 kann zwischen der Ventilanordnung 216 und der Gleithülsenschulter 218 angeordnet sein. Wie in 2A veranschaulicht, können die Gleithülsenschulter 218 und die Strömungsrohrschulter 232 in Kontakt sein, wenn sich das Sicherheitsventil 200 in der ersten geschlossenen Position befindet. Die Kraftfeder 210 kann eine positive Federkraft gegen die Gleithülsenschulter 218 bereitstellen, die das Strömungsrohr 208 in der ersten Position halten kann. Die Kraftfeder 210 kann auch eine positive Federkraft bereitstellen, um das Strömungsrohr 208 und die Gleithülse 222 von einer zweiten Position in die erste Position zurückzubringen, wie nachstehend erläutert wird.
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Eine Nasenfeder 212 kann zwischen der Gleithülsenanordnung 230 und der Strömungsrohrschulter 232 angeordnet sein. Die Gleithülse 222 und die Gleithülsenanordnung 230 können fest angebracht sein, damit sich die Gleithülse 222 bewegen kann, wenn eine Kraft von der Nasenfeder 212 oder von dem Kolben 220 auf die Gleithülsenanordnung 230 ausgeübt wird. Die Nasenfeder 212 kann eine positive Federkraft gegen die Gleithülsenanordnung 230 und die Strömungsrohrschulter 232 bereitstellen, die das Strömungsrohr 208 von einer ersten Position in eine zweite Position bewegen kann. Die Nasenfeder 212 kann auch eine positive Federkraft bereitstellen, die die Gleithülse 222 von der zweiten Position in die erste Position bewegen kann. Die vorstehend beschriebenen Komponenten können innerhalb von Verrohrung 226 angeordnet sein, die fest an der Ventilanordnung 216 angebracht sein kann.
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Unter Bezugnahme auf 2B ist das Sicherheitsventil 200 in einer zweiten geschlossenen Position veranschaulicht. In der zweiten geschlossenen Position kann die Gleithülse 222 von der ersten Position zu einer zweiten Position relativ näher in der Nähe des Ventilverschlussmechanismus 204 verschoben werden. Das Strömungsrohr 208 kann sich nach unten verschieben, bis es den Ventilverschlussmechanismus 204 kontaktiert. Wenn sich das Sicherheitsventil 200 in der zweiten geschlossenen Position befindet, können sich sowohl die Kraftfeder 210 als auch die Nasenfeder 212 in einem komprimierten Zustand befinden.
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Um die Gleithülse 222 in die zweite Position zu bewegen, kann der Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 durch Absenken des Drucks in der Leitung 206 erhöht werden. Das Absenken des Drucks in der Leitung 206 kann dazu führen, dass Fluid aus dem unteren Abschnitt 202 durch den Aktivierungskanal 228 fließt, der zwischen der Verrohrung 226 und dem Ventilkörper 224 definiert ist. Es kann eine Fluidkommunikation zwischen dem Aktivierungskanal 228 und dem Kolben 220 geben, beispielsweise unter Verwendung eines Filters 229. Der Aktivierungskanal 228 kann es dem Fluid aus dem unteren Abschnitt 202 ermöglichen, eine Druckkraft auf den Kolben 220 auszuüben. Der Kolben 220 kann die Kraft durch die Gleithülsenanordnung 230 übertragen, wodurch die Kraft weiter auf die Gleithülsenschulter 218 übertragen werden kann. Wenn der Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 erhöht wird, kann die auf den Kolben 220 ausgeübte Druckkraft erhöht werden. Wenn der Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 über die durch die Nasenfeder 212 und die Kraftfeder 210 bereitgestellte Federkraft hinaus erhöht wird, können die Nasenfeder 212 und die Kraftfeder 210 komprimiert werden und es der Gleithülse 222 ermöglichen, sich in die zweite Position zu bewegen und dem Strömungsrohr 208, den Ventilverschlussmechanismus 204 zu kontaktieren. In dem Fall, dass der untere Abschnitt 202 ein nicht perforierter Rohrabschnitt ist oder wenn sich in dem unteren Abschnitt 202 ein Stopfen befindet, der verhindert, dass Druck von dem unteren Abschnitt 202 auf den Kolben 220 übertragen wird, kann ein Druckunterschied durch den Ventilverschlussmechanismus 204 durch Rohrschwellung induziert werden.
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In der zweiten geschlossenen Position bleibt das Sicherheitsventil 200 sicher, da keine Fluide aus dem unteren Abschnitt 202 in das Strömungsrohr 208 fließen können. In der zweiten geschlossenen Position sollte kein Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 bewirken, dass sich der Ventilverschlussmechanismus 204 öffnet, damit Fluide aus dem unteren Abschnitt 202 in den Strömungsweg 214 fließen können. Wenn der Druck in der Leitung 206 erhöht wird, kann sich die Gleithülse 222 in die erste Position zurückbewegen, die in 2A veranschaulicht ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sicherheitsventilen, die im Allgemeinen eine Steuerleitung benötigen, um Druck zu liefern, um einen Kolben zum Bewegen einer Gleithülse zu betätigen, erfordert das Sicherheitsventil 200 in bestimmten Ausführungsformen nur Druck, der von den Bohrlochfluiden in dem unteren Abschnitt 202 geliefert wird, um die Gleithülse 222 zu bewegen.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2B kann die Verbindungsstange 236 fest an der Gleithülsenanordnung 230 und der magnetischen Anordnung 238 angebracht sein. Die magnetische Anordnung 238 kann eine Vielzahl verschiedener Magnete umfassen und im Bereich der Offenbarung bleiben. In einer Ausführungsform ist die magnetische Anordnung 238 jedoch ein Permanentmagnet, und in einer weiteren Ausführungsform umfasst die magnetische Anordnung 238 einen Permanentmagneten, der SmCo umfasst. In einer anderen Ausführungsform umfasst die magnetische Anordnung 238 ein ferromagnetisches Material. In einer weiteren Ausführungsform weist die magnetische Anordnung 238 keine elektrischen Teile auf. Wie veranschaulicht, können, wenn die Gleithülse 222 von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird, auch die Verbindungsstange 236 und die magnetische Anordnung 238 bewegt werden. Zu einem Zeitpunkt, bevor, zwischen oder nachdem die Gleithülse 222 in die zweite Position gelangen darf, kann eine elektromagnetische Anordnung 240 in dem Produktionsstrang 290 eingeschaltet werden. Das Antreiben der elektromagnetischen Anordnung 240 kann dazu führen, dass die magnetische Anordnung 238 oder ein anderer magnetischer Teil des Sicherheitsventils 200 mit der elektromagnetischen Anordnung 240 an Ort und Stelle fixiert wird. Die magnetische Anordnung 238 kann durch die Verbindungsstange 236 an der Gleithülsenanordnung 230 angebracht sein, wodurch, wenn die magnetische Anordnung 238 an Ort und Stelle fixiert ist, auch die Gleithülsenanordnung 230 und die Gleithülse 222 an Ort und Stelle fixiert werden können. Das Antreiben der elektromagnetischen Anordnung 240 kann dazu führen, dass die Gleithülse 222 in der zweiten Position fixiert wird. Elektromagnete können ein Mittel bereitstellen, um die Gleithülse 222 in einer beliebigen Bohrlochtiefe zu halten. Hydrauliksysteme, die in früheren Bohrlochsicherheitsventilen verwendet wurden, erfordern Steuer- und Ausgleichsleitungen, um ein Ventil zu betätigen und offen zu halten. Hydrauliksysteme können Einschränkungen in der Betriebstiefe aufweisen, während Elektromagnete möglicherweise nicht den gleichen Herausforderungen gegenüberstehen.
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In der Ausführungsform, die in 2B veranschaulicht ist, kann die elektromagnetische Anordnung 240 einen Abschnitt des Produktionsstrangs 290 bilden oder alternativ einen Abschnitt eines SCSSV bilden. Zum Beispiel in der Ausführungsform aus 2A bis 2C befindet sich die elektromagnetische Anordnung 240 in der Landungsstelle 295. Gemäß dieser Ausführungsform ist die elektromagnetische Anordnung 240 permanent und somit an Ort und Stelle fixiert. Darüber hinaus beinhaltet in einer Ausführungsform die elektromagnetische Anordnung 240 keine beweglichen Teile. Dementsprechend ist es die magnetische Anordnung 238, die einen Abschnitt des Sicherheitsventils 200 bildet, der sich bewegt. In einem solchen Beispiel, in dem die elektromagnetische Anordnung 240 einen Abschnitt eines SCSSV bildet, könnte das Sicherheitsventil 200 als sekundäres oder Backup-Sicherheitsventil wirken. In einer solchen Konfiguration kann das Sicherheitsventil 200 unter Verwendung einer Drahtleitung, eines Spulenrohrs oder eines anderen semipermanenten Verfahrens in dem Bohrloch abgesenkt werden. In der gezeigten Ausführungsform sitzt das Sicherheitsventil 200 und insbesondere der Verriegelungsdorn 280 innerhalb eines Profils 298 in der Landungsstelle 295.
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Während eine elektromagnetische Anordnung 240 und eine zugehörige magnetische Anordnung 238 in Bezug auf 2B veranschaulicht und beschrieben worden sind, kann es andere Ausführungsformen geben, bei denen eine andere Art von elektrischer Anordnung verwendet werden könnte. Beispielsweise könnten in einer anderen Ausführungsform ein elektrischer Magnet und ein Stift verwendet werden, um die Merkmale des Sicherheitsventils 200 elektrisch an den Merkmalen des Produktionsstrangs 290 zu befestigen. Dementsprechend sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf einen bestimmten Typ eines Kopplungsmechanismus beschränkt sein.
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Unter Bezugnahme auf 2C ist das Sicherheitsventil 200 in einer geöffneten Position veranschaulicht. Wenn sich das Sicherheitsventil 200 in der geöffneten Position befindet, kann die Gleithülse 222 in der zweiten Position wie in 2B durch die Kraft fixiert werden, die von der elektromagnetischen Anordnung 240 und der magnetischen Anordnung 238 bereitgestellt wird, wobei die Kraft durch die Verbindungsstange 236 auf die Gleithülsenanordnung 230 übertragen wird. Das Strömungsrohr 208 ist so veranschaulicht, dass es von der ersten Position, die in 2A und 2B veranschaulicht ist, zu einer zweiten Position verschoben wird, die in 2C veranschaulicht ist. Wenn sich das Strömungsrohr 208 in der zweiten Position befindet, können die Strömungsrohrschulter 232 und die Gleithülsenschulter 218 in Kontakt sein und das Strömungsrohr 208 kann den Ventilverschlussmechanismus 204 in eine offene Position verschoben haben. Die Nasenfeder 212 kann sich in einem nicht komprimierten Zustand befinden, während sich die Kraftfeder 210 in einem komprimierten Zustand befinden kann.
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Das Strömungsrohr 208 kann von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden, wenn die Gleithülse 222 in der zweiten Position fixiert ist. Wenn die Gleithülse 222 in der zweiten Position fixiert ist, kann die Nasenfeder 212 eine positive Federkraft gegen die Strömungsrohrschulter 232 und die Gleithülsenanordnung 230 bereitstellen. Die positive Federkraft von der Nasenfeder 212 kann durch das Strömungsrohr 208 in den Ventilverschlussmechanismus 204 übertragen werden. In dem Fall, in dem die positive Federkraft von der Nasenfeder 212 größer ist als der Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204, kann sich die Nasenfeder 212 ausdehnen und das Strömungsrohr 208 in die zweite Position bewegen. Wenn alternativ die positive Federkraft von der Nasenfeder 212 nicht größer als der Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 ist, kann der Druck in der Leitung 206 erhöht werden, bis der Druck in der Leitung 206 und die positive Federkraft von der Nasenfeder 212 den Differenzdruck durch den Ventilverschlussmechanismus 204 überwinden. Die positive Federkraft von der Nasenfeder 212 kann dann das Strömungsrohr 208 in die zweite Position bewegen. Wenn sich das Strömungsrohr 208 in der zweiten Position befindet, können Fluide wie Öl und Gas in dem unteren Abschnitt 202 in den Strömungsweg 214 und zu einer Oberfläche des Bohrlochs wie zu einem Bohrlochkopf fließen. Das Sicherheitsventil 200 kann in der offenen Position bleiben, wobei sich die Gleithülse 222 in der zweiten Position und das Strömungsrohr 208 in der zweiten Position befinden, solange die elektromagnetische Anordnung 240 eingeschaltet bleibt.
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Das Sicherheitsventil 200 kann in die erste geschlossene Position bewegt werden, wie in 2A veranschaulicht, indem die elektromagnetische Anordnung 240 ausgeschaltet wird. Wie zuvor erörtert, können die elektromagnetische Anordnung 240 und die magnetische Anordnung 238 die Gleithülsenanordnung 230 in der zweiten Position an Ort und Stelle fixieren, wenn die elektromagnetische Anordnung 240 eingeschaltet bleibt. Wenn die elektromagnetische Anordnung 240 ausgeschaltet ist, ist die Gleithülsenanordnung 230 möglicherweise nicht mehr an Ort und Stelle fixiert. Die Kraftfeder 210 kann eine positive Federkraft gegen die Ventilanordnung 216, die Gleithülsenschulter 218 und die Strömungsrohrschulter 232 durch Kontakt zwischen der Gleithülsenschulter 218 und der Strömungsrohrschulter 232 bereitstellen. Eine positive Federkraft von der Kraftfeder 210 kann die Gleithülse 222 axial in die erste Position und das Strömungsrohr 208 in die erste Position verschieben, wodurch das Sicherheitsventil 200 in die erste geschlossene Position zurückgeführt wird, die in 2A veranschaulicht ist. Eine positive Federkraft von der Kraftfeder 210 kann die magnetische Anordnung 238 axial in die Position verschieben, die in 2A veranschaulicht ist, indem die positive Federkraft durch die Verbindungsstange 236 übertragen wird.
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Unter kurzer Zuwendung zu 3A und 3B ist eine alternative Ausführungsform eines Sicherheitsventils 300 veranschaulicht, das gemäß der Offenbarung innerhalb eines Produktionsstrangs 390 platziert ist. Das Sicherheitsventil 300 ist in vielerlei Hinsicht dem Sicherheitsventil 200 aus 2A bis 2C ähnlich. Dementsprechend können gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche oder sogar identische Merkmale zu bezeichnen. Die Ansicht von 3A kann der Ansicht von 2A ähnlich sein, während die Ansicht von 3B der Ansicht von 2B ähnlich sein kann.
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Die Ausführungsform, die in 2A bis 2C gezeigt ist, impliziert eine elektromagnetische Anordnung 240 mit einer dedizierten elektrischen Steuerleitung von der Oberfläche, z. B. von dem Bohrlochkopf (WH)/Weihnachtsbaum (XT). Es wird ferner impliziert, dass zusätzliche elektrische Bohrlochmerkmale, wie beispielsweise ein elektrisches SCSSV (z. B. falls verwendet), ihre eigenen dedizierten elektrischen Steuerleitungen aufweisen, z. B. eine oder mehrere, aber typischerweise zwei, die nicht mit der dedizierten elektrischen Steuerleitung interagieren, die an die elektromagnetische Anordnung 240 gekoppelt ist. Dies impliziert drei (z. B. oder mehr) elektrische Steuerleitungen, die sich von dem WH/XT zu der elektromagnetischen Anordnung 240 nach unten erstrecken, und die zusätzlichen elektrischen Merkmale im Bohrloch, zusammen mit ihren jeweiligen Hardware- und Schlauchaufhängerpenetrationen.
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Um die Anzahl der elektrischen Steuerleitungen, Schlauchaufhängerpenetrationen usw. zu reduzieren, können eine oder mehrere der Steuerleitungen des elektrischen Sicherheitsventils verwendet werden, um der elektromagnetischen Anordnung 240 und den zusätzlichen elektrischen Merkmalen im Bohrloch Strom bereitzustellen. Dies kann erreicht werden, indem ein Steuermodul 310 benachbart zu der elektromagnetischen Anordnung 240 entweder übertägig oder untertägig der elektromagnetischen Anordnung 240 eingeschlossen wird. In dieser Konfiguration würde eine erste elektrische Steuerleitung 320 von übertägig in das Steuermodul 310 eintreten, und dann würde eine zweite elektrische Steuerleitung 330 dann das Steuermodul 310 verlassen und sich untertägig zu den zusätzlichen elektrischen Bohrlochmerkmalen wie dem elektrischen SCSSV erstrecken. In dieser Ausführungsform leitet das Steuermodul 310 Strom an die elektromagnetische Anordnung 240 und/oder die zusätzlichen elektrischen Merkmale im Bohrloch. Das Steuermodul 310 stellt auch ein Mittel zum Trennen der Elektrizität von den zusätzlichen elektrischen Merkmalen im Bohrloch bereit, falls die zusätzlichen elektrischen Merkmale im Bohrloch ausfallen. Wenn beispielsweise das zusätzliche elektrische Merkmal im Bohrloch ein elektrisches SCSSV wäre, könnte das Steuermodul 310 verwendet werden, um die Stromversorgung zu trennen, wenn das elektrische SCSSV ausfallen sollte, sodass bei Bedarf der gesamte Strom auf die elektromagnetische Anordnung 240 fokussiert werden könnte.
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Unter Bezugnahme auf 3A und 3B befindet sich das Steuermodul 310 übertägig von der elektromagnetischen Anordnung 240 und somit tritt der Strom zuerst in das Steuermodul 310 ein. In dieser Konfiguration wird, wenn das zusätzliche elektrische Merkmal im Bohrloch normal funktioniert, Elektrizität zu dem zusätzlichen elektrischen Merkmal im Bohrloch und nicht zu der elektromagnetischen Anordnung 240 geleitet. Falls das zusätzliche elektrische Merkmal im Bohrloch ausfällt, leitet das Steuermodul 310 die Elektrizität zu der elektromagnetischen Anordnung 240 und nicht zu dem zusätzlichen elektrischen Merkmal im Bohrloch.
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Unter kurzer Zuwendung zu 4A und 4B ist eine alternative Ausführungsform eines Sicherheitsventils 400 gemäß der Offenbarung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform befindet sich das Steuermodul 410 untertägig von der elektromagnetischen Anordnung 240 und somit tritt der Strom zuerst in die elektromagnetische Anordnung 240 ein. In dieser Konfiguration würde eine erste elektrische Steuerleitung 420 in die elektromagnetische Anordnung 240 eintreten, Strom würde durch die elektromagnetische Anordnung 240 zu dem Steuermodul 410 wandern, und dann würde eine zweite elektrische Steuerleitung 430 dann das Steuermodul 410 verlassen und sich untertägig zu den zusätzlichen elektrischen Bohrlochmerkmalen wie dem elektrischen SCSSV erstrecken. Gemäß dieser Ausführungsform und zur Vereinfachung des Aufbaus kann das System so konfiguriert sein, dass Elektrizität immer durch die elektromagnetische Anordnung 240 fließt.
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Ein Prozesssteuersystem kann verwendet werden, um die Produktion von Formationsfluiden aus einem Bohrloch, in dem das Sicherheitsventil angeordnet ist, zu überwachen und zu steuern. Ein Prozesssteuersystem kann jeweils Komponenten wie Durchflussmesser, Druckwandler, Pumpen, Stromversorgungssysteme und zugehörige Steuersysteme umfassen. Das Prozesssteuersystem kann dem Sicherheitsventil Strom bereitstellen, um die elektromagnetische Anordnung darin ein- und auszuschalten. Die elektromagnetische Anordnung kann so ausgelegt sein, dass sie von jeder Stromquelle wie Wechselstrom („A/C“) oder Gleichstrom („D/C“) abfließt. Das Prozesssteuersystem kann es einem Bediener ermöglichen, das Sicherheitsventil durch die vorstehend beschriebenen Verfahren zu öffnen, indem die Pumpe verwendet wird, um den Druck zu reduzieren, die elektromagnetische Anordnung anzutreiben und die Pumpe zu verwenden, um den Druck zu erhöhen. Bohrlochfluiddrücke und Durchflussraten können von dem Prozesssteuersystem überwacht werden, um sichere Betriebsbedingungen zu gewährleisten und um sicherzustellen, dass der Produktionsprozess die Sicherheitsbeschränkungen nicht überschreitet. Sollte ein Problem wie ein Überdruckereignis auftreten, kann das Prozesssteuersystem das Problem erkennen und das Sicherheitsventil automatisch abschalten. Wie vorstehend erläutert, kann das Abschalten des Stroms zu dem Sicherheitsventil dazu führen, dass das Sicherheitsventil automatisch schließt, wodurch Drücke und Fluide enthalten werden.
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Hierin offenbarte Aspekte beinhalten:
- A. Ein Sicherheitsventil, beinhaltend: einen Ventilkörper, der eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial durch den Ventilkörper erstreckt; eine Gleithülse, die in der zentralen Bohrung angeordnet ist; ein Strömungsrohr, das relativ zu der Gleithülse angeordnet ist; einen Kolben, der bedienbar ist, um Kraft auf die eine oder die andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr zu übertragen; einen Ventilverschlussmechanismus, der an einem distalen Ende des Ventilkörpers angeordnet ist; und einen Aktivierungskanal, der den Kolben und einen Druck untertägig von dem Ventilverschlussmechanismus koppelt, um die Kraft an das eine oder das andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr bereitzustellen.
- B. Ein Bohrlochsystem, beinhaltend: einen Produktionsstrang, der eine zentrale Bohrung des Produktionsstrangs aufweist, die sich in einem Bohrloch befindet; ein Sicherheitsventil, das innerhalb der zentralen Bohrung des Produktionsstrangs positioniert ist, wobei das Sicherheitsventil 1) einen Ventilkörper, der eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial durch den Ventilkörper erstreckt, 2) eine Gleithülse, die in der zentralen Bohrung angeordnet ist, 3) ein Strömungsrohr, das relativ zu der Gleithülse angeordnet ist, 4) einen Kolben, der bedienbar ist, um Kraft auf das eine oder das andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr zu übertragen, 5) einen Ventilverschlussmechanismus, der an einem distalen Ende des Ventilkörpers angeordnet ist, und 6) einen Aktivierungskanal beinhaltet, der den Kolben und einen Druck in dem Produktionsstrang untertätig von dem Ventilverschlussmechanismus koppelt, um die Kraft an das eine oder das andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr bereitzustellen.
- C. Ein Verfahren zum Betreiben eines Bohrlochsystems, beinhaltend: Positionieren eines Produktionsstrangs, der eine zentrale Bohrung des Produktionsstrangs aufweist, in einem Bohrloch; Positionieren eines Sicherheitsventils innerhalb der zentralen Bohrung des Produktionsstrangs, wobei das Sicherheitsventil 1) einen Ventilkörper, der eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial durch den Ventilkörper erstreckt, 2) eine Gleithülse, die in der zentralen Bohrung angeordnet ist, 3) ein Strömungsrohr, das relativ zu der Gleithülse angeordnet ist, 4) einen Kolben, der bedienbar ist, um Kraft auf das eine oder das andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr zu übertragen, 5) einen Ventilverschlussmechanismus, der an einem distalen Ende des Ventilkörpers angeordnet ist, und 6) einen Aktivierungskanal beinhaltet, der den Kolben und einen Druck in dem Produktionsstrang untertägig von dem Ventilverschlussmechanismus koppelt, um die Kraft an das eine oder das andere von der Gleithülse oder dem Strömungsrohr bereitzustellen; Ausüben von Bohrlochdruck von dem Produktionsstrang unterhalb des Ventilverschlussmechanismus auf den Kolben über den Aktivierungskanal, um den Kolben zu bewegen und das Öffnen des Sicherheitsventils zu unterstützen.
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Die Aspekte A, B und C können eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in Kombination aufweisen: Element 1: wobei der Aktivierungskanal den Kolben und den Druck untertägig von dem Ventilverschlussmechanismus durch den Ventilkörper koppelt. Element 2: wobei zumindest ein Abschnitt des Aktivierungskanals einen Ringraum zwischen dem Ventilkörper und der dort herum angeordneten Verrohrung umfasst. Element 3: wobei die Verrohrung Produktionsverrohrung ist. Element 4: wobei die Verrohrung ein Abschnitt eines oberflächengesteuerten unterirdischen Sicherheitsventils ist. Element 5: ferner beinhaltend eine magnetische Anordnung, die mit der Gleithülse oder dem Strömungsrohr beweglich ist, wobei die magnetische Anordnung bedienbar ist, um an eine feste elektromagnetische Anordnung in einer dort herum angeordneten Verrohrung zu koppeln, um zu verhindern, dass sich die Gleithülse oder das Strömungsrohr bewegt. Element 6: wobei die magnetische Anordnung ein ferromagnetisches Material umfasst. Element 7: wobei der Ventilkörper einen Abschnitt eines Einsatzsicherheitsventils definiert und wobei ferner kein Strom zu dem Einsatzsicherheitsventil geleitet wird. Element 8: wobei der Produktionsstrang ein oberflächengesteuertes unterirdisches Sicherheitsventil beinhaltet und wobei ferner der zumindest eine Abschnitt des Aktivierungskanals einen Ringraum zwischen dem Ventilkörper und dem oberflächengesteuerten unterirdischen Sicherheitsventil umfasst. Element 9: wobei der Produktionsstrang eine feste elektromagnetische Anordnung aufweist, die daran gekoppelt ist, und wobei ferner das Sicherheitsventil eine magnetische Anordnung beinhaltet, die mit der Gleithülse oder dem Strömungsrohr beweglich ist, wobei die magnetische Anordnung bedienbar ist, um an die feste elektromagnetische Anordnung zu koppeln, um zu verhindern, dass sich die Gleithülse oder das Strömungsrohr bewegt. Element 10: wobei Strom zu der festen elektromagnetischen Anordnung geleitet wird, aber kein Strom zu dem Sicherheitsventil geleitet wird. Element 11: wobei der Produktionsstrang zusätzlich eine feste elektromagnetische Anordnung beinhaltet, die damit gekoppelt ist, und wobei ferner das Sicherheitsventil eine magnetische Anordnung beinhaltet, die mit der Gleithülse oder dem Strömungsrohr beweglich ist, wobei die magnetische Anordnung bedienbar ist, um an die feste elektromagnetische Anordnung zu koppeln, um zu verhindern, dass sich die Gleithülse oder das Strömungsrohr aufwärts bewegt. Element 12: ferner beinhaltend das Erregen der festen elektromagnetischen Anordnung, um die magnetische Anordnung an der festen elektromagnetischen Anordnung zu befestigen, um zu verhindern, dass sich die Gleithülse oder das Strömungsrohr aufwärts bewegt. Element 13: ferner beinhaltend das Ausgleichen eines Drucks durch den Ventilverschlussmechanismus nach dem Erregen der festen elektromagnetischen Anordnung, wodurch das Strömungsrohr geöffnet werden und sich über den Ventilverschlussmechanismus hinaus erstrecken kann. Element 14: ferner beinhaltend das Abschalten von Strom an die erregte feste elektromagnetische Anordnung, wodurch bewirkt wird, dass sich das Strömungsrohr an dem Ventilverschlussmechanismus vorbei nach oben bewegt und das Sicherheitsventil schließt.
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Fachleute im Bereich dieser Anmeldung verstehen, dass andere und weitere Hinzufügungen, Löschungen, Ersetzungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können.
