DE69629973T2

DE69629973T2 - Fernregelbares Ventil sowie Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE69629973T2
Application number: DE69629973T
Authority: DE
Inventors: Mark Alan Lewisville Schnatzmeyer; Joseph L. Dallas Pearce
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: NO961030L; EP0732479A3; NO961030D0; DE69629973D1; AU4808796A; US5535767A; EP0732479A2; AU706618B2; EP0732479B1; NO311812B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein ferngesteuertes Ventil und eine Methode für das Anwenden desselben. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein ferngesteuert betätigtes einstellbares Ventil, welches in einem Tertiärförderungssystem bei der Produktion und während des Betriebs eines Bohrlochs angewendet werden kann.
Während der Produktion von Flüssigkeiten, einschließlich Öl und Wasser, aus einer geologischen Formation heraus verfügen die meisten Bohrlöcher anfänglich über einen ausreichend großen natürlichen Bohrlochdruck, mit welchem Flüssigkeiten wirkungsvoll bis an die Erdoberfläche gehoben werden können. Über eine gewisse Zeitspanne hinweg fällt dieser natürliche Bohrlochdruck jedoch ab, und es wird deshalb notwendig sein, künstliche Stufen für das Verbessern der Förderkapazität anzuwenden. Eine dem Fachmann sehr wohl bekannte Methode des Unterstützens dieser Förderbewegung ist das Injizieren von Gas in das Fördergestänge. Diese Injizierung wird normalerweise durchgeführt, indem das Gas in einen Ringraum zwischen dem Fördergestänge, welches Flüssigkeit an die Erdoberfläche befördert, und die Verrohrung des Bohrlochs hineingedrückt wird. Das Gas wird dann mit Hilfe eines Gasregelventils in der gewünschten Tiefe in das Fördergestänge eingeführt. Gasblasen vermischen sich daraufhin mit der Flüssigkeit und reduzieren die allgemeine Dichte der Mischung. Wenn die Dichte der Flüssigkeit auf diese Weise reduziert ist, ist der reduzierte natürliche Bohrlochdruck wieder dazu in der Lage, die Flüssigkeit an die Erdoberfläche hinauf anzuheben. Dieses Injizieren von Gas in das Bohrloch fordert den Betrieb eines Gasheberegelventils, welches die Injizierung des Gasflusses in das Gestänge hinein reguliert.
Bei herkömmlichen Anwendungen können verschiedene Arten von Hebegas-Injizierregelventile angewendet werden. Eines der einfachsten dieser Ventile ist das Drosselventil, welches aus einem spezifisch großen Öffnungseinsatz besteht, welcher innerhalb des Ventilkörpers befestigt ist, sowohl wie aus einem Rückschlagmechanismus. Die Größe der angewendeten Öffnung wird normalerweise mit Hilfe von errechneten oder eingeschätzten Parametern gewählt und wird sich aus diesem Grund während der eigentlichen Anwendung als mehr oder weniger optimal erweisen. Um zu bestätigen, ob die Größe der gewählten Öffnung optimal ist oder nicht, kann es weiter erforderlich sein, das Ventil ein oder mehrere Male zu entfernen und auszuwechseln und verschieden große Öffnungen auszuprobieren, um auf diese Weise Bohrlochleistungsdaten zu vergleichen. Ein jeder Akt des Entfernens und des Austauschens des Ventils fordert jedoch eine Unterbrechung der Bohrlochproduktion sowohl wie eine Zeitperiode, innerhalb welcher sich das Bohrloch erneut stabilisieren kann, bevor weitere nützliche Produktionsdaten für den Vergleich aufgezeichnet werden können. Ein künstlich gefördertes Bohrloch, dessen Reservoircharakteristiken transient sind, kann ausserdem ein regelmäßiges Ändern der Hebeventilöffnung fordern, bevor optimale Bedingungen aufrecht erhalten werden können. Ein wesentlicher Nachteil dieses Systems besteht aus der Tatsache, dass mehrere Trips in das Bohrloch hinein und aus demselben heraus erforderlich sind, bevor die korrekte Einstellung erreicht werden kann. Diese zahlreichen Trips sind natürlich zeitraubend und kostspielig.
Das Betätigungsventil einer künstlichen Hebeinstallation soll normalerweise den Durchfluß von injiziertem Gas aus der Verrohrung in das Fördergestänge regulieren oder einschränken und den Durchfluß von injiziertem Gas in Reaktion entweder auf einen vorgewählten Druck oder aufgrund einer Steuerung von der Erdoberfläche her ermöglichen. Ein Problem, welches bei der Anwendung von Gashebeventilen, welche entweder voll geöffnet oder voll geschlossen sind, immer wieder auftritt ist die Tatsache, dass Gashebeproduktionskomplettierungen geschlossene Flüssigkeitskreise repräsentieren, welche aufgrund der Kompressierbarkeit der Flüssigkeiten und der oft besonders großen Tiefe des Bohrlochs von Natur aus besonders elastisch sind. Aus diesem Grund, und besonders in einem Fall von Doppelkomplettierungsbohrlöchern, kann der Durchfluß von injiziertem Gas durch ein voll geöffnetes Gashebeventil Schwingungen auf einer harmonischen Frequenz innerhalb des geschlossenen Kreises verursachen, und auf diese Weise resonante Oszillierungen innerhalb desselben und extrem große und zerstörerische Kräfte innerhalb der Produktionsausrüstung erzeugen. Gashebeventile mit einer Öffnung einer bestimmten Größe, welche an einem Resonanzpunkt innerhalb der Bohrlochkomplettierung(en) positioniert sind, müssen deshalb oft ausgewechselt werden, bevor das System betrieben werden kann.
Ein weiterer Anwendungszweck für Flüssigkeitsregelventile innerhalb eines Produktionsbohrloches ist die chemische Injizierung. In manchen Bohrlöchern kann es notwendig sein, eine bestimmte Menge von Chemikalien in das Bohrloch hinein zu injizieren, um entweder die Bohrlochproduktionsausrüstung oder die Formation um dasselbe Bohrloch herum zu behandeln. Das Einführen von Chemikalien durch ein Tieflochventil, welches entweder nur voll geöffnet oder nur voll geschlossen werden kann, ermöglicht keinerlei präzise Kontrolle über die Menge von Chemikalien, welche in das Bohrloch hinein injiziert werden.
Eine weitere Anwendung für Tieflochfließregelventile ist diejenige des Doppelkomplettierungsgashebebetriebs in einem Bohrloch. Durch das Variieren der Öffnungsgröße des Gasinjizierventils kann hier der Differentialdruckabfall über dem Gashebeventil kontrolliert werden, so dass der Druck des Gases innerhalb einer jeden Rohranordnung am Injizierventil den Anforderungen der jeweiligen Formation angepaßt werden kann. Fließregelventile, die nur voll geöffnet oder nur voll geschlossen werden können, führen jedoch zu einer nicht präzisen Kontrolle dieses Druckabfalls. Solche Systeme leiden ausserdem unter einer möglichen Resonanzbildung aufgrund der Oszillierung, welche durch den Durchfluß durch das Ventil erzeugt wird, was wiederum ein Tuning des Systems auf irgendeine Art und Weise oder das Auswechseln des Ventils erforderlich machen wird, bevor das System betrieben werden kann.
Eine weitere Anwendung für Tieflochflüssigkeitsregelventile ist das "Auto-Lifting". Ein Auto-Lifting tritt auf, wenn Gas aus einer geologischen Formation unter relativ hohem Druck für das Erstellen der für das Anheben von Flüssigkeit aus einer getrennt gelegenen Formation erforderlichen Energie angewendet wird, wobei all dies innerhalb des gleichen Bohrlochs geschehen soll.
Wie weiter oben schon erwähnt, weisen Fließregelventile für Tieflochanwendungen nach dem aktuellen Stand der Technik, wie zum Beispiel Gashebeventile, eine Reihe von inhärenten Nachteilen auf. Ein erster dieser Nachteile besteht aus der Tatsache, dass im geöffneten Zustand lediglich eine einzige Fließöffnungsgröße vorhanden ist, welche eine resonante Oszillierung erzeugen kann, die wiederum in der Erzeugung von zerstörerischen Kräften innerhalb des Bohrloches resultieren kann. Ein zweiter Nachteil ist derjenige, dass nur eine voll geöffnete oder eine voll geschlossene Position erhältlich ist, welche beide das Pendeln des Ventils zwischen diesen beiden Position unter hohem Druck fordern und in einer besonders starken Abnutzung der Ventile resultieren. Eine solche Abnutzung fordert wiederum häufige Instandhaltungsmaßnahmen oder das Auswechseln der Ventile, was sich als extrem kostspielig erweisen kann.
Ein weiterer Ventiltyp, welcher für Gashebeanwendungen genutzt wird, besteht aus einem hydraulisch betätigten Ventil, welches im allgemeinen von der Erdoberfläche aus gesteuert wird. Ein solches Kontrollieren des Durchflusses einer hydraulischen Flüssigkeit von der Erdoberfläche aus beinhaltet das Betätigen eines Tellerventils für das Kontrollieren des Flusses von Flüssigkeit in das Gashebeventil hinein. Das Ventil wird so lange wie notwendig aus einer geschlossenen Position auf eine geöffnete Position bewegt, um den Durchfluß des Hebegases zu erzielen. Solche Ventile sind ausserdem nicht positionsstabil, d. h. das Gashebeventil wird bei einer Unterbrechung des hydraulischen Regeldrucks auf seine normalerweise geschlossene Konfigurierung zurückkehren. Andere hydraulisch betätigte Tieflochfließregelventile weisen als Resultat ihrer langen hydraulischen Kontrolleitungen auch bestimmte inhärente Nachteile auf, welche in einer Verzögerung bei der Übertragung von Kontrollsignalen an ein Tieflochgerät resultieren. Bei einer Anwendung, welche hydraulisch getriebene Motoren oder Kolben umfasst, wird zum Beispiel ein besonders präziser Durchfluß von hydraulischer Flüssigkeit erforderlich sein, um das Ventil auf notwendige kritische Toleranzen einstellen zu können, und dies kann aufgrund der Hysterese, welche sich in einem hydraulischen System entwickelt, welches größere Bohrlochtiefen beinhaltet, oft nur schwer erreicht werden. Die auf solchen Bohrlochtiefen vorhandene hydraulische Förderhöhe repräsentiert eine weitere Komplikation. Auf solchen Tiefen kann der Druck, welcher durch die Säule der hydraulischen Flüssigkeit ausgeübt wird, besonders groß sein, was das Einstellen des Ventils weiter erschwert, da der zusätzliche hydraulische Druck ausgeglichen werden muß, wenn dasselbe Ventil eingestellt wird. Diese Probleme bestehen hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass das Feineinstellen des Ventils von dem Durchfluß der hydraulischen Flüssigkeit abhängt, welche von der weit entfernt gelegenen Erdoberfläche aus kontrolliert wird, und das Feineinstellen eines solchen Ventils ist aus den oben aufgeführten Gründen deshalb nur besonders schwierig durchzuführen.
Um einige dieser Nachteile zu überkommen wurden elektrisch gesteuerte Gashebeventile entwickelt. Aber auch einige dieser Ventile, wie zum Beispiel das Ventil, welches in US-Anmeldung 3.427.989 geoffenbart wird, leiden unter Nachteilen mit Bezug auf ihre Positionsstabilität und ihren Betrieb, welcher entweder auf einem voll geöffneten oder einem voll geschlossenen Ventil basiert ist. Ein weiteres elektrisches Ventil, welches in der ausstehenden US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/ 218.375 geoffenbart wird, löst durch das Bereitstellen eines elektrischen Ventils, welches das Einstellen einer variablen Öffnungsgröße mit Hilfe von Signalen von der Erdoberfläche aus ermöglicht, viele der Probleme, unter welchen elektrische Regelventile nach dem aktuellen Stand der Technik leiden. Obwohl diese Ventile sich ausgezeichnet für ihre beabsichtigte Anwendung eignen sind sie wesentlich kostspieliger und komplizierter in ihrem Design als die weiter oben schon erwähnten herkömmlichen hydraulischen Ventile. US 5.172.717 veranschaulicht ein elektrisch betätigtes Tieflochsystem für das Kontrollieren und Überwachen des Durchflusses von Gas aus einem Gashebebohrloch.
Es ist dem Fachmann auf diesem Bereich deshalb eindeutig klar, dass ein Bedarf für ein preiswertes, flüssigkeitsaktiviertes Regelventil eines einfachen Designs besteht, in welchem die Größe der Öffnung des Ventils über eine Reihe von Werten hinweg einstellbar ist, welche es durch resonante Oszillierung gefährdeten Gashebesystemen ermöglichen würden, durch ein Einstellen der Größe der Öffnung fein eingestellt zu werden und dadurch die resonanten Oszillierungen zu verzehren. Ein Ventil mit einer solchen einstellbaren Öffnung würde eine sehr viel größere Kontrolle über die Menge und die Rate der Injizierung von Flüssigkeit in das Bohrloch hinein erlauben. Insbesondere würde eine solche präzisere Kontrolle über den Fluß des Injiziergases in ein Doppelhebegasbohrloch hinein eine ununterbrochene Kontrolle des Injizierdrucks in beiden Rohranordnungen eines gemeinsamen Ringraums ermöglichen, was wiederum in einer wirtschaftlicheren Produktion aus dem Bohrloch resultieren würde.
Es besteht auf diesem Bereich weiter ein Bedarf für ein flüssigkeitsaktiviertes Regelventil, welches positionsstabil ist; dies bedeutet, dass es möglich sein würde, ein Fließregelventil auf eine bestimmte Öffnungsgröße einzustellen und es in dieser Position festzustellen, bis es wahlweise auf eine andere Größe umgestellt wird, ohne dass ein Bohrlochverfahren für dieselbe Änderung der Öffnungsgröße erforderlich ist, d. h. ein Herausziehen des Ventils. Es besteht auf diesem Bereich weiter ein Bedarf für ein flüssigkeitsaktiviertes Regelventil, welches nicht nur die Öffnungsgröße des Ventils überwachen kann, sondern welches ausserdem die Drucke und Fließraten innerhalb des Produktionssystems überwacht, um auf diese Weise die gewünschten Produktionsparameter innerhalb des Bohrloch zu erzielen.
Das flüssigkeitsaktivierte Fließregelventilsystem der vorliegenden Erfindung bietet ein Ventilsystem, welche die Nachteile von Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik überwindet.
Um diese weiter oben erwähnten Probleme des aktuellen Standes der Technik zu lösen ist es eines der Hauptziele der vorliegenden Erfindung, ein fernsteuerbares, hydraulisch betätigtes Ventil zu bieten, welches sowohl die Empfindlichkeit von ferngesteuerten hydraulisch aktivierten Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik gegenüber dem unvermeidbaren Auftreten von Variationen des hydraulischen Drucks und der Reaktionszeit wie auch die große Komplexität und die Kosten ferngesteuerter elektrisch betätigter Ventile überwindet.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet deshalb ein flüssigkeitsaktiviertes fernsteuerbares Ventil, welches in einem Tertiärförderungssystem angewendet werden kann, und welches das Folgende umfasst: (1) einen gestreckten Ventilkörper mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem Verfahrensflüssigkeitsauslaß, (2) eine gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert ist und relativ zu demselben axial verdrängt werden kann, um eine Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion einer relativen axialen Position der Schieberspindel im Verhältnis zu dem Ventilkörper einzustellen, und (3) eine Nocke, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert ist und den Ventilkörper mit der Schieberspindel verkuppelt, wobei die Nocke eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben umfasst, um die Schieberspindel auf diese Weise wahlweise auf eine der relativen axialen Positionen im Verhältnis zu dem Ventilkörper zu platzieren, wobei der Ventilkörper eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung umfasst, welche das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf und das Entfernen desselben Drucks von dem Ventil ermöglicht, um die Schieberspindel auf diese Weise axial und im Verhältnis zu dem Ventilkörper zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und her zu bewegen, wobei die Nocke sich von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt, wenn die Schieberspindel hin und her bewegt wird, und wobei ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition daher ein Einstellen der Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß verursacht.
Wie weiter oben schon erwähnt weisen Fließregelventile für Tieflochanwendungen nach dem aktuellen Stand der Technik, wie zum Beispiel Gashebeventile, eine Reihe von inhärenten Nachteilen auf. Ein erster dieser Nachteile ist die Tatsache, dass eine Öffnung mit nur einer einzigen Größeneinstellung auf ihre geöffnete Position gestellt werden muß, und dass dies eine resonante Oszillierung produzieren kann, welche wiederum in zerstörerischen Kräften innerhalb des Bohrlochs resultieren wird. Die einzige Größeneinstellung dieser Öffnung der Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik erfordert weiter ein langwieriges und kostspieliges Versuchsverfahren des Einführens eines Ventils mit einer feststehenden Öffnung einer bestimmten Größe, welches innerhalb des Bohrlochs auf eine stabile Stellung positioniert werden muß, das Bestimmen der Produktionsrate, und das Wiederholen der ersten drei Stufen für das Bestimmen der Produktionsrate als eine Funktion der Öffnungsgröße, um die Produktion aus dem Bohrloch zu optimieren.
Ein zweiter Nachteil einiger der hydraulisch betätigten Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik besteht darin, dass dieselben nur entweder auf eine voll geöffnete oder eine voll geschlossene Position gestellt werden können, und dass sie weiter das Pendeln desselben Ventils zwischen diesen beiden Positionen unter hohem Druck fordern, was in einer beachtlichen Abnutzung der Ventile resultiert. Eine solche Abnutzung fordert häufige Instandhaltungsverfahren oder das regelmäßige Auswechseln der Ventile, was wiederum sehr kostspielig ist. Hydraulisch betätigte Tieflochfließregelventile nach dem aktuellen Stand der Technik weisen weiter bestimmte inhärente Nachteile als ein Resultat ihrer langen hydraulischen Kontrolleitungen auf, welche oft in einer Hysterese bei der Anwendung von Kontrollsignalen resultieren, die an das Tieflochventil übertragen werden. Ausserdem sind Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik nicht dazu in der Lage, Telemetriekreise für das Weiterleiten von Information von den Ventilen an ein Steuersystem an der Erdoberfläche zu beinhalten.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile solcher hydraulisch aktivierten Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik, indem sie ein hydraulisch aktiviertes Ventil mit einer Öffnung bietet, welche über eine Reihe von diskreten Größen hinweg einstellbar ist. Dies ermöglicht das Feineinstellen von Systemen wie zum Beispiel Gashebesystemen, welche gegenüber einer resonanten Oszillierung besonders empfindlich sind, mit Hilfe des Einsteilens der Größe der Öffnung, so dass dasselbe System dann nicht länger resonant ist. Eine einstellbare Öffnung ermöglicht ausserdem eine Kontrolle über die Menge und die Rate der Injizierung von Flüssigkeiten in das Bohrloch. Insbesondere wird auf diese Weise eine weitaus präzisere Kontrolle über den Durchfluß von Injiziergas in eine Doppelhebegasbohrlochkomplettierung hinein ermöglicht, welche wiederum die ununterbrochene Kontrolle des Injizierdrucks in beiden Rohranordnungen eines gemeinsamen Ringraums ermöglichen würde. Dies ermöglicht weiter die Kontrolle des Produktionsdrucks und der Durchflußrate innerhalb des Bohrlochs und wird in einer wirtschaftlicheren Produktion aus dem Bohrloch resultieren.
In strengem Widerspruch zu herkömmlichen hydraulisch aktivierten Ventilen umfasst das Ventil der vorliegenden Erfindung eine einzigartige neue Nockenanordnung, welche jegliche Empfindlichkeit des Ventils gegenüber von Variationen oder Verzögerungen des hydraulischen Drucks beseitigt, unter welcher diese Ventile normalerweise leiden. Die Nocke übersetzt eine einfache AnlAus-Anwendung des hydraulischen Drucks in eine Hin- und Herbewegung der Schieberspindel und eine Umstellung auf vorbestimmte diskrete Ventilpositionen. Auf diese Weise können Variationen oder Verzögerungen, welche bei Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik in falschen Durchflußraten resultiert hätten, in diesem Fall keinerlei Auswirkung ausüben.
In der Vergangenheit war der Fachmann auf diesem Bereich oft der Meinung, dass nur elektrisch aktivierte Ventile die notwendige Kontrollierbarkeit besitzen, welche diese inhärenten Probleme hydraulisch aktivierter Ventile überwinden kann.
Die vorliegende Erfindung beweist jedoch, dass eine vorhersehbare hydraulische Kontrolle eine ausgezeichnete Alternative zu solchen elektrisch aktivierten Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik repräsentiert.
Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft eines Tieflochfließregelventilsystems ist die Positionsstabilität der Fließregelöffnung. Das heißt,dass es besonders nützlich sein würde, wenn ein Fließregelventil auf eine bestimmte Öffnungsgröße eingestellt werden könnte, und wenn es auf derselben festgestellt werden könnte, bis diese wahlweise auf eine andere Größe umgestellt wird. Die Positionsstabilität ist vorzugsweise in der Abwesenheit irgendwelcher Kontrollsignale an das Ventil vorhanden, so dass jegliche auferlegte Kraft nur für das Umstellen der Öffnung von einer Größe auf eine andere erforderlich ist. Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet an der Nocke befindliche definierte axiale Verdrängungspositionen um sicherzustellen, dass die Schieberspindel auch in der Abwesenheit eines hydraulischen Drucks auf ihrer Position verbleibt. Druck wird daher nur für das Umstellen des Ventils auf eine andere Größe auferlegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Nocke rotierbar und umfasst einen J-Schlitz um einen Umfang um dieselbe herum, wobei dieser J-Schlitz so adaptiert ist, dass er eine Kurvenrolle in demselben empfangen kann, um auf diese Weise die relative axiale Position der Schieberspindel im Verhältnis zu dem Ventilkörper zu bestimmen, wobei der J-Schlitz eine Reihe von Zwischendurchgängen umfasst, welche die Reihe von axialen Verdrängungspositionen mit denselben verkuppeln. Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, kooperiert der J-Schlitz mit der Kurvenrolle, um dieselbe Kurvenrolle in eine gewählte axiale Position zu platzieren, wenn die Kurvenrolle axial im Verhältnis zu dem J-Schlitz verlegt wird. Die vorliegende Erfindung nutzt das Konzept des J-Schlitzes deshalb auf besonders vorteilhafte Art und Weise, um eine vorhersehbare Kontrolle eines Ventils zu ermöglichen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine Kurvenrolle, welche den Ventilkörper mit der Nocke verkuppelt. Auf diese Weise überquert die Kurvenrolle den J-Schlitz, wenn die Schieberspindel im Verhältnis zu dem Ventilkörper hin und her geschoben wird. Bei einem solchen Arrangement ist die Nocke im Verhältnis zu der Schieberspindel axial festgestellt, obwohl sie frei rotieren kann. Bei einer alternativen Ausführung kann die Nocke im Verhältnis zu dem Ventilkörper axial festgestellt sein, und die Kurvenrolle kann an der Schieberspindel befestigt sein. Bei jeder dieser beiden Ausführungen ist das Resultat jedoch das gleiche.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, umfasst die Schieberspindel einen Differentialkolben, welcher innerhalb einer Hülse des Ventilkörpers hin und her geschoben werden kann und eine Kontrollflüssigkeitskammer um denselben Differentialkolben herum definiert; das Auferlegen des Kontrollflüssigkeitsdrucks auf diese Kontrollflüssigkeitskammer wird die Schieberspindel dazu veranlassen, sich auf eine gesperrte Position zu bewegen. Ein Differentialkolben ist in der Form eines doppelten, getrennt positionierten Kolbens definiert, welcher verschiedene Oberflächenbereiche umfasst, die miteinander verkuppelt sind, um sich in die gleiche Richtung zu bewegen. Wenn ein Druck auf den Raum zwischen den Kolben auferlegt wird, übt dieser Druck eine größere Kraft auf den Kolben mit der größeren Oberfläche aus als auf denjenigen mit der kleineren Oberfläche aus, und bewegt auf diese Weise beide Kolben in die Richtung der Kraft, welche auf den Kolben mit der größeren Oberfläche drückt. Die vorliegende Erfindung verwendet diesen Differentialkolben, um es dem Kontrollflüssigkeitsdruck zu ermöglichen, auf eine bestimmte Stufe hin anzusteigen, bevor die Kolbenbewegung ausgelöst wird, so dass die Empfindlichkeit des Ventils gegenüber von Druckabnormalitäten oder -abweichungen reduziert wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung definieren der Ventilkörper und die Schieberspindel eine Druckausgleichskammer an demjenigen Ende, welches distal zu dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt, wobei der Ventilkörper eine Druckausgleichsöffnung umfasst, welche eine Flüssigkeitskommunikation zwischen der Druckausgleichskammer und dem Umfeld ermöglicht, welches das distale Ende umgibt. Dieses Umfeld, welches das distale (normalerweise das obere) Ende umgibt, besteht normalerweise aus dem Fördergestänge. Der Gestängedruck kann deshalb gegen die Schieberspindel zur Wirkung gebracht werden. Dieser Gestängedruck hebt den Verfahrensflüssigkeitseinlaßdruck auf (normalerweise der Verrohrungsdruck), welcher in die entgegen gesetzte Richtung zur Wirkung gebracht wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung definieren der Ventilkörper und die Schieberspindel eine Druckausgleichskammer an demjenigen Ende, welches distal zu dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt, wobei die Schieberspindel eine Druckausgleichsöffnung umfasst, welche eine Flüssigkeitskommunikation zwischen der Druckausgleichskammer und einem Umfeld ermöglicht, welches den Verfahrensflüssigkeitseinlaß umgibt. Für Anwendungen, bei welchen der Verrohrungsdruck wesentlich größer ist als der Gestängedruck ist es möglich, dass das hier beschriebene Druckausgleichssystem nicht ausreicht, um die Schieberspindel daran zu hindern, innerhalb des Ventilkörpers aufzuschwimmen und die Öffnungsgröße auf diese Weise zu ändern. Bei solchen Anwendungen kann der Verfahrensflüssigkeitseinlaßdruck über die Druckausgleichsöffnung in die Druckausgleichskammer eingeleitet werden, um mögliche Gestängedruckempfindlichkeiten zu minimieren. Ein weiterer Vorteil, der mit dieser Ausführung assoziiert ist, besteht aus der Tatsache, dass die obere Kammer dem reineren Injiziergasumfeld der Verrohrung ausgesetzt ist, und nicht dem oft verunreinigten Produktionsflüssigkeitsumfeld der Verrohrung. Der Innenraum des Ventils ist deshalb einem relativ reineren und verunreinigungsfreien Umfeld ausgesetzt. In manchen Fällen kann die Flüssigkeit innerhalb der Verrohrung Komponente wie zum Beispiel geologische Sedimentation, Wasser, und andere Substanzen wie zum Beispiel korrosive Minerale beinhalten, welche mit derselben Flüssigkeit vermischt sind, und welche das Ventil daran hindern können, richtig zu funktionieren. Das Injiziergas ist natürlich frei von solchen. Verunreinigungen, welche daher auch hier nicht vorhanden sind, und daher den Betrieb des Ventils nicht stören können.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die Nocke mehr als eine Verdrängungsposition auf derselben, und umfasst vorzugsweise mindestens drei axiale Verdrängungspositionen auf derselben. Diese axialen Verdrängungspositionen können aperiodisch angeordnet sein. Auf diese Weise liefert die Nocke bei der hier geoffenbarten Ausführung mehrere Positionen, deren maximale Anzahl nur durch die physische Geometrie und das allgemeine Design des Ventils eingeschränkt wird, und besonders durch den Umfang der Nocke und die Breite der Durchgänge des J-Schlitzes.
Der Kontrollflüssigkeitsdruck kann mit Hilfe einer Kontrollflüssigkeit produziert werden, welche aus einer Gruppe gewählt werden kann, die aus einer hydraulischen Flüssigkeit und einem Gas besteht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet die Nocke eine axiale Verdrängungsposition, in welcher die Schieberspindel das Ventil schließt. Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, ist diese geschlossene Position besonders nützlich für diagnostische Zwecke. In Ventilen, welche nicht mit Verdrängungssensoren ausgestattet sind, ermöglicht das Vorhandensein einer solchen geschlossenen Position die Oberflächenbestimmung des Ventilzustandes. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn die Position des Ventils nicht einfach festgestellt werden kann oder vergessen wurde.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kooperieren die Schieberspindel und der Ventilkörper miteinander und formen eine Venturiöffnung, welche mit dem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und -auslaß verkuppelt ist. Venturiöffnungen ermöglichen einen kritischen Durchfluß bei relativ niedrigen Durchflußraten der Verfahrensflüssigkeit, und dies resultiert daher in einer weitaus besseren Ventilleistung. Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise eine Venturiöffnung, welche den Betrieb desselben Ventils wesentlich erleichtert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann der Ventilkörper so betrieben werden, dass er innerhalb einer Seitenaussparungsspindel positioniert werden kann, welche mit einer Bohrlochdurchflußader assoziiert ist. Dem Fachmann auf diesem Bereich ist die Anwendung einer Seitenaussparungsspindel für das Beherbergen eines Gashebeventils sehr wohl bekannt. Das Ventil der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen genauso lang, verfügt über den gleichen Durchmesser, und umfasst das gleiche Schwerkraftszentrum und die gleiche Masse wie ein Ventil nach dem aktuellen Stand der Technik. Dies ist besonders wichtig, wenn eine Drahtleitung für das Herausziehen des Gashebeventils vorhanden ist, welche auch in krummen Bohrlöchern mit einer Maximalkrümmung von ungefähr 70 Grad verwendet werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine Feder, welche die Schieberspindel in Richtung einer geschlossenen Position im Verhältnis zu dem Ventilkörper vorspannt. Diese Feder hebt eine mögliche Neigung der Schieberspindel, aufzuschwimmen, auf und steigert auf diese Weise die Öffnungsgröße. Die Anwendung von hydraulischem Druck von der Erdoberfläche aus hebt die Kraft derselben Feder auf und ermöglicht es der Schieberspindel, sich hin und her zu bewegen und eine unterschiedliche axiale Position und Öffnungsgröße einzunehmen.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine entfernt gelegene Quelle für den kontrollierbaren hydraulischen Druck, welche mit der Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung verkuppelt ist, wobei die entfernt gelegene Quelle dazu fähig ist, einen vorgeschriebenen Druck zu etablieren und zu unterbrechen, um die Schieberspindel innerhalb des Ventilkörpers hin und her zu bewegen. Wie weiter oben schon eingehender beschrieben, fordert die vorliegende Erfindung lediglich eine intermittierende Quelle für den hydraulischen Druck, welcher eine Mindestdruckschwelle überschreiten muß. Der eigentliche Druck und die Rate, mit welcher derselbe Druck auferlegt wird, sind dabei für den Betrieb des Ventils nicht wichtig, solange der Druck dazu ausreicht, die Schieberspindel hin und her zu bewegen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter einen Sensor für das Übertragen von Ventildaten an einen entfernt gelegenen Standpunkt, wobei derselbe Sensor aus der folgenden Gruppe gewählt werden kann: (1) einem Gestängedruckwandler und (2) einem Schieberspindel-Axialverdrängungswandler.
Ein weiterer beachtlicher Vorteil, welcher bei Tieflochfließregelventilsystemen sehr wünschenswert ist, ist der eines akkuraten Systems für die Überwachung von nicht nur der Öffnungsgröße des Ventils, sondern auch des Drucks des Fördergestänges, um auf diese Weise die gewünschten Produktionsparameter innerhalb des Bohrloches zu erhalten. Es ist zum Beispiel besonders vorteilhaft, einen bestimmten Bohrlochdruck zu wählen und die Größe der Öffnung des Ventils dann zu kontrollieren, um den gewünschten Wert für diesen Bohrlochdruck zu erhalten. Solche Systeme fordern eine verläßliche Vorrichtung sowohl für das Senden von Daten aus dem Bereich des Ventils an die Erdoberfläche wie auch für das Verarbeiten derselben Daten und das darauffolgende aktive Kontrollieren der Größe der Fließöffnungsgröße des Ventils, um auf diese Weise das gewünschte Resultat zu erhalten, welches von dem System überwacht wird.
Bei dieser bevorzugten Ausführung umfasst das Ventil Wandler für das Aufspüren der Verdrängung der Schieberspindel (und daher der Öffnungsgröße) und des Gestängedrucks. Weitere Sensoren, wie zum Beispiel Fließratenwandler, können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung natürlich auch angewendet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung steht der Verfahrensflüssigkeitseinlaß in Kommunikation mit einer Verrohrung eines Untergrundbohrloches. Auf diese Weise zwingt der Verrohrungsdruck vorzugsweise eine in der Verrohrung befindliche Verfahrensflüssigkeit durch das Ventil der vorliegenden Erfindung. Bei Gashebesystemen, in welchen Gas durch eine Verrohrung gezwungen wird, welche zentral zu der Verrohrung liegt, um eine Produktion durch dieselbe Verrohrung hindurch zu ermöglichen, würde der Verfahrensflüssigkeitseinlaß stattdessen mit der Verrohrung in Kommunikation stehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung steht der Verfahrensflüssigkeitsauslaß mit dem Fördergestänge in Kommunikation, welches sich innerhalb einer Verrohrung eines Untergrundbohrloches befindet. Auf diese Weise fließt die Verfahrensflüssigkeit vorzugsweise aus dem Ventil heraus und durch das Ventil der vorliegenden Erfindung hindurch in das Fördergestänge hinein. Bei Gashebesystemen, bei welchen Gas durch das Gestänge, welches zentral zu der Verrohrung liegt, gedrückt wird, um eine Produktion durch dieselbe Verrohrung hindurch zu ermöglichen, würde der Verfahrensflüssigkeitsauslaß stattdessen mit der Verrohrung in Kommunikation stehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter ein Rückschlagventil für das Verhindern eines größeren Rückflusses von Verfahrensflüssigkeit aus dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß zurück in den Verfahrensflüssigkeitseinlaß. Dieses Rückschlagventil verhindert einen solchen Durchfluß durch das Ventil.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die erste und die zweite ringförmige Dichtung um den Ventilkörper herum positioniert und kooperieren mit einer Spindel, welche den Ventilkörper umgibt, um auf diese Weise eine ringförmige Kammer für den Empfang einer Kontrollflüssigkeit für das Einführen in das Ventil durch die Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung hindurch zu erstellen. Wie weiter oben schon eingehender beschrieben befindet sich das Ventil der vorliegenden Erfindung vorzugsweise innerhalb einer Seitenaussparungsspindel. Anstatt einen hydraulischen Schlauch zusammen mit dem Ventil einzuführen kann das Ventil vorzugsweise in eine Spindel herabgelassen werden, welche eine integrale hydraulische Drucköffnung umfasst. Das Ventil ist abdichtend an diese Drucköffnung angeschlossen, was es dem in dieser Öffnung entwickelten Flüssigkeitsdruck wiederum ermöglicht, die Schieberspindel hin und her zu bewegen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Ventil mit einem Einführ-/Entfernungswerkzeug kombiniert, wobei dasselbe Einführ-/Entfernungswerkzeug mit einem Ende des Ventilkörpers verkuppelt ist, welches distal zu dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß positioniert ist, und wobei das Ventil entfernbar in einer Spindel innerhalb eines Untergrundbohrloches positioniert ist. Das Einführ-/Entfernungswerkzeug ermöglicht das Einstellen des Ventils in einer gewünschten Position und das Entfernen desselben. Es ist oft weiter vorteilhaft, das Ventil der vorliegenden Erfindung gegen ein Ventil mit einer feststehenden Öffnungsgröße auszutauschen, nachdem das Ventil der vorliegenden Erfindung dazu angewendet wurde, die optimale Öffnungsgröße zu bestimmen.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Tertiärförderungssystem für die Anwendung in einem Untergrundbohrloch geboten, welches ein Fördergestänge und ein Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, welches in einer Seitenaussparungsspindel positioniert ist, welche wiederum mit dem Fördergestänge und einer Verrohrung assoziiert ist, welches das Fördergestänge umgibt und welches so adaptiert ist, dass es eine Verfahrensflüssigkeit empfangen und dieselbe Verfahrensflüssigkeit mit Hilfe einer Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses durch das Ventil hindurch bis in das Fördergestänge hinein übertragen kann. Der Fachmann auf diesem Bereich wird hier sofort erkennen, dass dies ein bevorzugtes Umfeld für den Betrieb des Ventils der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht die Verfahrensflüssigkeit aus einem Gas. Der Fachmann auf diesem Bereich wird auch hier wieder sofort kennen, dass das Ventil der vorliegenden Erfindung auch den Durchfluß von Flüssigkeiten vorteilhaft bemessen kann.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet eine Methode für das Ferneinstellen eines Ventils, welches in einem Tertiärförderungssystem angewendet werden kann, wobei dieselbe die folgenden Stufen umfasst: das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung in einem gestreckten Ventilkörper, wobei der vorgenannte Ventilkörper einen Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einen Verfahrensflüssigkeitsauslaß umfasst; das axiale Verdrängen einer gestreckten Schieberspindel, welche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers positioniert ist, von einer ersten eingestellten Position auf eine zweite gesperrte Position, wobei die vorgenannte Schieberspindel axial relativ zu dem vorgenannten Ventilkörper verdrängt werden kann, um auf diese Weise eine Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper einzustellen; das Bewegen einer Nocke von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine Zwischenposition mit Hilfe der vorgenannten Schieberspindel, wobei die vorgenannte Nocke innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers positioniert ist und den vorgenannten Ventilkörper mit der vorgenannten Schieberspindel verkuppelt, und wobei die vorgenannte Nocke eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben erstellt, so dass die vorgenannten Schieberspindel wahlweise auf eine dieser relativen axialen Positionen im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper platziert werden kann; und das Entfernen des vorgenannten Kontrollflüssigkeitsdrucks, wobei die vorgenannte Schieberspindel die vorgenannte Nocke von der vorgenannten Zwischenposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt, und wobei ein Unterschied zwischen der vorgenannten ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition daher ein Einstellen der vorgenannten Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß verursacht.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird hier ein fernsteuerbares Ventil geboten, welches in einem Tertiärförderungssystem angewendet werden kann, und welches das Folgende umfasst: einen gestreckten Ventilkörper mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem Verfahrensflüssigkeitsauslaß; eine gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers positioniert ist, für das axiale Verdrängen relativ zu derselben und das Einstellen einer Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper; eine Nockenkurvenrolle, welche innerhalb den vorgenannten Ventilkörpers positioniert ist und den vorgenannten Ventilkörper mit der vorgenannten Schieberspindel verkuppelt, wobei die vorgenannte Nockenkurvenrolle einen vorbestimmten Pfad verfolgt, welcher von einer Nockenoberfläche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers definiert wird, um eine axiale Hin- und Herbewegung der vorgenannten Schieberspindel in eine vorbestimmte axiale Verdrängung derselben Schieberspindel umzusetzen, wobei der vorgenannte Ventilkörper eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung für das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks und das Entfernen desselben von dem vorgenannten Ventil umfasst, um auf diese Weise die vorgenannte Schieberspindel axial im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und her zu bewegen, wobei die vorgenannte Nockenkurvenrolle der vorgenannten Nockenoberfläche von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition folgt, wenn die vorgenannten Schieberspindel hin und her bewegt wird, und wobei ein Unterschied zwischen der vorgenannten ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition daher ein Einstellen der vorgenannten Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß verursacht.
Das Vorhergehende hat die Eigenschaften und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung ziemlich grob umrissen, so dass der Fachmann auf diesem Bereich die hierfolgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser verstehen kann. Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nun hierfolgend beschrieben, welche den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung darstellen. Der Fachmann auf diesem Bereich sollte dabei berücksichtigen, dass das Konzept und die spezifische, hier aufgeführte Ausführung jederzeit als eine Grundlage für Modifizierungen oder das Design anderer Strukturen für das Durchführen der gleichen Aufgaben der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
Wir beziehen uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei
1 eine schematische Seitenquerschnittsansicht eines Gashebesystems nach dem aktuellen Stand der Technik veranschaulicht;
2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführung eines flüssigkeitsaktivierten Regelventils gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welches hier als ein innerhalb einer Seitenaussparungsspindel im Verhältnis zu der Verrohrung und dem Gestänge positioniertes Phantom dargestellt ist;
3 einen Teilausschnitt einer allgemeinen Querschnittssansicht des Ventils veranschaulicht;
3A einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht einer Ausführung des oberen Teil des Ventils veranschaulicht, welches hier eine Öffnung zu dem Gestänge hin umfasst;
3B einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des oberen Zwischenabschnitts des auf 3A geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
3C einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Zwischenabschnitts des auf 3A geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
3D einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des auf 3A geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
3E einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung des oberen Abschnitts des Ventils veranschaulicht, welches hier eine Öffnung zu dem Gestänge umfasst, welche blockiert, ist, sowohl wie einen Durchgang durch die Schieberspindel;
3F einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des oberen Zwischenabschnitts des auf 3E geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
3G einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Zwischenabschnitts des auf 3E geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
3H einen Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts des auf 3E geoffenbarten Ventils veranschaulicht;
4A eine schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils in seiner geschlossenen Position veranschaulicht;
4B eine schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils in seiner voll gesperrten Position veranschaulicht;
4C eine schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils in einer repräsentativen, teilweise geöffneten betrieblichen Position veranschaulicht;
4D eine schematische Querschnittsansicht des auf 3E–3H geoffenbarten Ventils veranschaulicht, welches hier den Durchgang umfasst, welcher durch einen Abschnitt der Schieberspindel hindurch geformt ist;
4E eine schematische Querschnittsansicht des auf 4D geoffenbarten Ventils veranschaulicht, welches hier einen Gestängedruckwandler und einen Schieberspindel-Axialverdrängungswandler umfasst;
4 das Nockenteil des Ventils zusammen mit einem J-Schlitz um den Umfang desselben herum für das Erstellen einer Reihe von axialen Verdrängungspositionen für die Schieberspindel veranschaulicht; und
6 eine Lageplanansicht der auf 5 geoffenbarten Nocke veranschaulicht, welche die Reihe von Zwischendurchgängen zusammen mit einem Kurvenrollenstift für das Erstellen der Reihe von axialen Verdrängungspositionen für die Schieberspindel zeigt, welcher darin positioniert ist.
Mit Bezugnahme auf 1 wird hier eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen Gashebekonfiguration veranschaulicht, welche während der Produktion eines Flüssigkeitsbohrlochs angewendet wird. Im allgemeinen ist hier ein ausreichend großer natürlicher Druck für das Heraufschieben der Flüssigkeit an die Erdoberfläche und das wirkungsvolle Produzieren desselben Bohrlochs innerhalb des Reservoirs vorhanden, wenn zunächst ein solches Reservoir produziert wird. Nach einer gewissen Zeitspanne wird dieser natürliche Druck jedoch abfallen, und obwohl noch ausreichend natürlicher Druck innerhalb des Reservoirs vorhanden sein wird, wird dieser nicht länger dazu ausreichen, die Flüssigkeit bis an die Erdoberfläche hinauf anzuheben. In solchen Fällen wird oft ein Gashebesystem angewendet. Das Gas (10), welches hier durch Pfeile repräsentiert wird, wird dabei in den Ringraum (12) zwischen der Bohrlochverrohrung (14) und dem Fördergestänge (16) injiziert. Das Gas (10) wird dann mit der Flüssigkeit vermischt und reduziert die Dichte derselben, was wiederum dem verbleibenden natürlichen Druck ermöglicht, die weniger dichte Flüssigkeit an die Erdoberfläche hinauf zu treiben, und daher das Bohrloch kommerziell zu produzieren. Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass die auf 1 dargestellte Konfiguration eine offenendige Gestängekonfiguration repräsentiert, und dass diese hier lediglich aus repräsentativen Gründen veranschaulicht wird, und dass dem Fachmann verschiedene andere herkömmliche Gashebekonfigurationen und Geräte bekannt sind. Es können zum Beispiel verschiedene Arten von Gashebeventilen angewendet werden, welche den Durchfluß von Gas aus der Verrohrung in das Gestänge kontrollieren, und diese werden normalerweise innerhalb einer herkömmlichen Spindelaussparung (hier nicht dargestellt) positioniert. Die Verrohrung und das Gestänge werden über das Gashebeventil miteinander in Flüssigkeitskommunikation gestellt, wenn das Ventil auf eine geöffnete Position gestellt wird.
Mit Bezugnahme auf 2 wird hier eine schematische Ansicht der gestreckten Ventileinheit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Auf dieser Zeichnung ist das Fördergestänge (18) innerhalb der Verrohrung (20) positioniert und zusammen mit herkömmlichen Packern (22) zentralisiert. Die Ventileinheit (24), welche hier als ein Phantom dargestellt ist, wird in einer Spindelaussparung (26) im Innenraum der Spindel (28) positioniert. Obwohl diese Spindel (28) verschiedene Konfigurationen umfassen kann wird es bevorzugt, dass die Spindel (28) eine Gewindemanschette umfasst, über welche dieselbe mit dem Fördergestänge (18) verbunden werden kann. Die Spindelausparung (26) ist in dem Innenraum der Spindel (28) positioniert und ist so konfiguriert, dass sie die Ventileinheit (24) sicher auf die weiter unten beschriebene Art und Weise halten kann. Auf der Aussenseite der Spindel (28) und in Flüssigkeitskommunikation mit der Ventileinheit (24) ist eine Flüssigkeitskontrolleitung (30) angeschlossen, welche sich bis an die Erdoberfläche hinauf erstreckt. Diese Flüssigkeitskontrolleitung (30) dient als ein Schutzrohr, durch welches die Kontrollflüssigkeit fließt, um die Ventileinheit (24) zu betätigen. Der hier angewendete Ausdruck 'Kontrollflüssigkeit' soll hydraulische Flüssigkeiten, Gase und ähnliche Flüssigkeiten einschliessen. Bei herkömmlichen Ausrüstungen kann dieser Flüssigkeitsdurchfluß von der Erdoberfläche aus kontrolliert werden, so dass die Ventileinheit (24) ferngesteuert eingestellt und betätigt werden kann. Die Kontrolleitung (30) kann weiter ein "T" innerhalb eines Rohrsystems umfassen, welches an der Erdoberfläche an einen Behälter (hier nicht dargestellt) mit einer Geschwindigkeitskontrolle (hier nicht dargestellt) angeschlossen ist, welche auch mit der Kontrolleitung (30) verbunden ist. Dieses "T", der Behälter, und die Geschwindigkeitskontrolle können bei der Regelung des Druckanstiegs innerhalb der Kontrolleitung (30), welcher aus dem Anstieg der Temperatur der Kontrollflüssigkeit innerhalb der Kontrolleitung (30) resultiert, sehr von Nutzen sein. Auf diese Weise kann die Kontrolleitungsflüssigkeit über das "T" des Rohrsystems in den Behälter abgelassen werden, wenn der Druck der Kontrollflüssigkeit steigt. Die Ventileinheit (24) der vorliegenden Erfindung ist jedoch dazu in der Lage, auch ohne ein solches "T" innerhalb des Rohrsystems oder ähnliche Mechanismen den Aufbau von Druck zu reduzieren und kann geringere Druckänderungen innerhalb der Kontrolleitung (30) durchaus akzeptieren, denn das Ventil wird sich erst dann auf eine geöffnete Position bewegen, wenn die Federkraft mit Hilfe des Drucks der Kontrolleitung (30) überwunden wird.
Die hydraulische Druckbetätigung der Ventileinheit (24) ist mit Sicherheit realisierbar, und kann gegenüber eines Gases wesentliche Vorteile aufweisen. Bei bestimmten Anwendungen wird das Anwenden von Gas als die Kontrollflüssigkeit anstelle von hydraulischen Flüssigkeiten jedoch bestimmte Vorteile bieten. Ein solcher Vorteil besteht aus der Tatsache, dass ein Anwenden von Gas den statischen Flüssigkeitsdruck in der Kontrolleitung minimiert, was wiederum die Anwendung einer leichteren Feder ermöglicht. Aufgrund der Gegenwart der hydraulischen Flüssigkeit in der Kontrolleitung zwischen dem Ventil und der Erdoberfläche übt der hydraulische Druck einen Effekt des Einschränkens bestimmter Leistungsparameter aus. So muß zum Beispiel aufgrund der Gegenwart des hydraulischen Drucks eine stärkere Feder in dem Ventil angewendet werden. Es folgt daraus weiter, dass der Leistungsbereich des Ventils erweitert werden kann (Leistungsbereich bedeutet hier den Bereich von Konditionen, unter welchen das Gerät angewendet werden kann), wenn der statische Druck in der Kontrolleitung minimiert werden kann. Es besteht weiter keinerlei Einschränkung bezüglich der Tiefe, in welcher ein bestimmtes Ventil angewendet werden kann, und die Druckänderung in der Kontrolleitung, welche durch einen Anstieg in der Temperatur verursacht wird, würde das Ventil nicht bewegen, wenn Gas als Kontrolleitungsflüssigkeit verwendet wird, da dieses Gas einfacher zusammenzudrücken wäre. Ein weiterer Vorteil der Anwendung von Gas besteht aus der Tatsache, dass die Druckbetätigungszeit (d. h. die Zeit, die für den Ausgleich des gesamten Systems nach Auferlegen eines Drucks von der Erdoberfläche aus erforderlich ist) sowohl für die Unterdruckstellung wie auch für das Entlüften der Kontrolleitung aufgrund des Geschwindigkeitsunterschiedes der Medien wesentlich kürzer ausfallen würde.
Mit Bezugnahme auf 3 und 3A bis 3D wird hier eine bevorzugte Ausführung der gestreckten Ventileinheit (24) der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Um das für eine eingehende Diskussion erforderliche Detail darzustellen, wird die Ventileinheit (24) hier mit Hilfe von vier Ansichten geoffenbart, d. h. 3A bis 3D. Auf diese Weise wird der Fachmann sofort erkennen, dass 3A–3D kollektiv die gesamte Länge dieser bestimmten Ausführung der Ventileinheit (24) veranschaulichen, welche in ihrer Gesamtheit auf 3 dargestellt ist. Grundsätzlich besteht diese Ventileinheit (24) aus einer Verklinkungseinheit (32), einem gestreckten Ventilkörper (34), welcher einen Ventilmechanismus umfasst, und einer herkömmlichen Rückschlagventileinheit (36). Der Ventilkörper (34) umfasst Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen (38), Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen (40) und eine Kontrollflüssigkeitsöffnung (42). Entlang der Länge des Ventilkörpers (34) sind eine Reihe von Dichtungsabschnitten (44) angeordnet, welche sich um den Umfang des Ventilkörpers (34) herum erstrecken.
Mit Bezugnahme auf 3A für eine eingehendere Beschreibung der Ventileinheit (24) umfasst die herkömmliche Verklinkungseinheit (32) hier ein Profil, welches von einem ersten (46a), einem zweiten (46b) und einem dritten (46c) Ansatz geformt wird. Diese Profilansätze (46a, 46b und 46c) ermöglichen das Befestigen von Einführ- und Entfernungswerkzeugen, welche für das Einstellen der Ventileinheit (24) innerhalb der Aussparungsspindel angewendet werden. Die Ventileinheit (24) kann mit Hilfe herkömmlicher Methoden, wie zum Beispiel einer Drahtleitung, eingeführt und entfernt werden. Die Verklinkungseinheit (32) umfasst eine zentrale Spindel (48), welche in eine Verklinkungshülse (50) eingeführt werden kann, wobei sich beide dieser Teile bis an eine Verklinkungsmanschetteneinheit (52) erstrecken, welche auch einen Teil der Verklinkungseinheit (32) darstellt. Diese Verklinkungsmanschetteneinheit (52) umfasst eine Verklinkungsmanschette (54) und einen Verklinkungsmanschettennippel (56) mit einem Gewinde. Ein Endabschnitt (58) der Verklinkungshülse (50) wird zwischen der Verklinkungsmanschette (54) und einem Abschnitt des Verklinkungsmanschettennippels (56) eingeschoben, welcher die Verklinkungsmanschette (54) im Verhältnis zu der Ventileinheit (24) hält und zentralisiert. Die Verklinkungsmanschette (54) umfasst ein angewinkeltes Ansatzprofil, welches ein "halbmondförmiges" entsprechendes Profil befestigt, das an einer Innenwand der Spindelaussparung geformt ist. Wenn die Ventileinheit (24) korrekt in dieser Spindelaussparung positioniert ist, befestigt die Verklinkungsmanschette (54) das entsprechende Profil der Spindel und verklinkt die Ventileinheit (24) in ihrer korrekten Orientierung an dem korrekten Ort im Verhältnis zu der Spindelaussparung.
Ein Abscherstift (60) erstreckt sich durch die Verklinkungshülse (50) und die zentrale Spindel (48) hindurch. Dieser Abscherstift (60) hält eine Feder (62) in einer zusammengedrückten Position und verhindert, dass dieselbe Feder (62) die Verklinkungshülse (50) in einer aufwärtige Richtung von der Verklinkungsmanschette (54) hinweg vorspannt. Wenn es wünschenswert erscheint, die Ventileinheit (24) aus der Spindelaussparung zu entfernen, wird eine ausreichend große Zugkraft auf die Verklinkungshülse (50) auferlegt, um auf diese Weise den Abscherstift (60) zu brechen. Die Verklinkungshülse (50) bewegt sich dann aus ihrer Position zwischen der Verklinkungsmanschette (54) und der Verklinkungsmanschettennippeleinheit (52) nach oben, was der Verklinkungsmanschette (54) wiederum ermöglicht, sich aus dem entsprechenden Profil innerhalb der Spindelaussparung zu lösen. Die Ventileinheit (24) kann dann aus der Spindelaussparung entfernt werden.
Unmittelbar unter der Verklinkungsmanschette (54) ist ein Rollstift (64) positioniert, welcher sich durch die Verklinkungsmanschetteneinheit (52) hindurch und in die zentrale Spindel (48) hinein erstreckt, um ein Rotieren zwischen denselben zu verhindern. Ein 45° stufenändernder No-Go-Ansatz (66) ist unmittelbar unter der Verklinkungsmanschette (54) an dem Verklinkungsmanschettennippel (56) geformt. Der "No-Go"-Ansatz (66) dient zwei Funktionen. Er verhindert erstens eine abwärtige Bewegung der Ventileinheit (24), wenn diese in die Spindelaussparung eingeführt wird. Zweitens entspricht das 45°-Profil einem ähnlichen Ansatzprofil am Eingang der Spindelaussparung, welches die Ventileinheit (24) innerhalb derselben Spindelaussparung korrekt positioniert. Die Gestängeauslaßöffnung (38), welche sich in das Gestänge hinein öffnet, ist innerhalb der Verklinkungsmanschetteneinheit (54) geformt. Die Gestängeauslaßöffnung (38) kann den Durchfluß von Verfahrensflüssigkeit aus dem Gestänge heraus in den Ventilkörper (34) hinein und aus demselben wieder heraus ermöglichen. Der gestreckte Ventilkörper (34), welcher einen Abschnitt der gestreckten Ventileinheit (24) umfasst, ist über ein Gewinde mit dem Ende der Verklinkungsmanschetteneinheit (52) verbunden, welche derjenigen gegenüber liegt, in welche die zentrale Spindel (48) über ein Gewinde eingeschraubt wird.
Mit Bezugnahme auf 3B ist innerhalb des Ventilkörpers (34) eine gestreckte Schieberspindel (68) positioniert, welche axial innerhalb des Ventilkörpers (34) verdrängt werden kann, und welche sich zu einem wesentlichen Anteil der Länge des Ventilkörpers (34) in denselben hinein erstreckt. Die Schieberspindel (68) kann axial und relativ zu dem Ventilkörper (34) verdrängt werden, um auf diese Weise eine Rate für den Verfahrensflüssigkeitsdurchfluß zwischen den Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen (38) und den Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen (40) (3C) als eine Funktion der relativen axialen Position der Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem Ventilkörper (34) einzustellen.
Die Schieberspindel (68) umfasst eine Differentialkolbeneinheit (70), von welcher aus sich eine gestreckte Betätigungsspindel (72) in Richtung der Rückschlagventileinheit (36) erstreckt. Der Durchmesser der Betätigungsspindel (72) ist so entworfen, dass dieselbe nicht das gesamte Hohlraumvolumen des Ventilkörpers (34) füllt. Als solches ist ein internes Volumen (74) innerhalb des Ventilkörpers (34) definiert, welches einen Durchfluß von Verrohrungsflüssigkeit durch die Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen (40) in den Innenraum des Ventilkörpers (34), und aus dem Innenraum des Ventilkörpers (34) durch die Gestängeauslaßöffnungen (38) in den Innenraum des Gestänges ermöglicht. Dieser Flüssigkeitsdurchfluß setzt die Innenabschnitte des Ventilkörpers (34) natürlich dem Druck aus, welcher mit einem solchen Flüssigkeitsfluß assoziiert ist; die Auswirkungen desselben werden weiter unten noch eingehender beschrieben. Die Differentialkolbeneinheit (70) umfasst vorzugsweise einen ersten Endabschnitt (76), welcher über kooperierende Innengewinde (78) am ersten Endabschnitt (76) und Aussengewinde (80) an dem Ende der Schieberspindel (68) mit der Schieberspindel (68) verkuppelt ist. Die Differentialkolbeneinheit (70) umfasst weiter einen gegenüber liegenden zweiten Endabschnitt (82), welcher einen kleineren Durchmesserbereich aufweist als der erste Endabschnitt (76), und einen reduzierten Durchmesserabschnitt (84) halbwegs zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt (76, 82), welcher einen Nockenstützansatz (87) umfasst.
Ein hohler Zylinderabschnitt oder eine Druckausgleichskammer (88) ist innerhalb des oberen Abschnitts des Ventilkörpers (34) geformt, in welchem die Differentialkolbeneinheit (70) hin und her geschoben werden kann. Es wird dabei besonders bevorzugt, dass das obere Ende der Kammer (88) so konfiguriert ist, dass der größere erste Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit (70) innerhalb des oberen Endes der Kammer (88) hin und her geschoben werden kann. Bei dieser bevorzugten Ausführung existiert jedoch ein Ansatz (89) am äussersten oberen Ende derKammer (88). Wenn der Ansatz mit der oberen Oberfläche des größeren ersten Endabschnitts (76) in Kontakt gerät, verhindert derselbe eine weitere axiale Bewegung der Schieberspindeleinheit (68) in eine aufwärtige Richtung.
Eine erste Dichtung (90), und vorzugsweise ein "O"-Ring, welcher durch einen Anti-Extrusionsring (92) verstärkt wird, erstreckt sich um den Umfang des ersten Endabschnitts (76) der Differentialkolbeneinheit (70) und eine zweite Dichtung (94) herum, welche vorzugsweise auch aus einem "O"-Ring besteht, welcher durch einen Anti-Extrusionsring (92) verstärkt wird, und erstreckt sich um den zweiten Endabschnitt (82) herum. Aus Gründen, die hierfolgend noch eingehender besprochen werden sollen, ist es besonders wichtig hervorzuheben, dass die erste Dichtung (90) einen Durchmesser umfasst, welcher größer ist als derjenige der zweiten Dichtung (94). Eine Kontrollflüssigkeitskammer (96) ist zwischen dem ersten Ende (76) und dem zweiten Ende (82) der Differentialkolbeneinheit (70) geformt und wird mit Hilfe der ersten und zweiten Dichtungen (90 und 94) abgedichtet. Ausserdem ist zwischen der oberen Wand der Kammer (88) und dem ersten Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit (70) die Druckausgleichskammer (88) geformt, welche durch die erste Dichtung (90) von der Kontrollflüssigkeitskammer (96) abgedichtet wird. Die Kontrollflüssigkeitsöffnung (42), welche direkt neben der Kontrollflüssigkeitskammer (96) durch den Ventilkörper (34) hindurch geformt ist, ermöglicht das Einführen von Kontrollflüssigkeit in und das Ablassen von Kontrollflüssigkeit aus der Kontrollflüssigkeitskammer (96) für das Hin- und Herschieben der Schieberspindel (68) axial im Verhältnis zu dem Ventilkörper (34).
Um den Umfang des oberen Abschnitts des Ventilkörpers (34) herum und neben der Kammer (88) erstreckt sich eine erste von drei Dichtungen (44), welche ein Paar von sich gegenüber liegenden "V"-Ring Verschachtelungsprofilen (98) mit einem "O"-Ring (100) zwischen den sich gegenüber liegenden Verschachtelungsprofilen (98) umfassen. Metallringe (102) liefern dabei das erforderliche "V"-Ring Verschachtelungsprofil für die Unterstützung des letzten Rings desselben Verschachtelungsprofils (98). Wenn die Ventileinheit (24) in der Spindelaussparung positioniert ist, formt das Design der Dichtung (44) eine Dichtung zwischen der Innenwand der Spindelaussparung und der Aussenwand des Ventilkörpers (34).
Innerhalb des Ventilkörpers (34) ist eine Nocke (104) positioniert. Diese Nocke besteht aus einem rotierenden oder verschiebbaren Stück einer bestimmten Form, oder aus einem Vorsprung mit einer definierten Form, wie zum Beispiel einem Rad, entweder für das Erzeugen einer bestimmten Bewegung für eine Rolle, welche sich gegen die Kante derselben bewegt, oder für einen Stift, welcher sich frei in einer auf der Oberfläche befindlichen Rille bewegt usw., oder zum Beispiel für die empfangende Bewegung einer Rolle, eines Stiftes, usw. Die Nocke (104) besteht bei einer bevorzugten Ausführung aus einem zylindrischen Hülsenteil mit einem ersten und einem zweiten, sich gegenüber liegenden Enden (106, 108). Die Nocke (104) umläuft locker einen Teil des zugespitzten Zwischenabschnitts (84) und schwimmt frei auf, und kann deshalb um denselben Zwischenabschnitt (84) herum rotiert werden. Die Nocke (104) wird rotierbar um den zugespitzten Zwischenabschnitt (84) zwischen dem Nockenansatz (86) und dem ersten Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit (70) herum in Position gehalten und funktioniert innerhalb der Kontrollflüssigkeitskammer (96). Stoßringe (110) sind an sich gegenüber liegenden Enden der Nocke (104) positioniert, um eine mögliche End-zu-End-Reibung zu reduzieren. Während die Nocke (104) auf die gerade beschriebene Art und Weise sicher in ihrer korrekten axialen Position gehalten wird, besteht ausreichend Freiraum zwischen der Aussenwand der Nocke (104) und der Innenwand des Ventilkörpers (34), um es der Nocke (104) zu ermöglichen, frei zu schwimmen und daher um den Zwischenabstand (84) der Differentialkolbenmontage (70) herum zu rotieren.
Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, umfasst die Nocke (104) vorzugsweise eine Reihe miteinander verbundenen Pfaden (112), welche deren Umfang umspannen und zusammen als eine Art Nockenoberfläche funktionieren. Während diese Pfade (112) vorzugsweise ein miteinander verbundenes Zickzackmuster formen wird der Fachmann hier sofort erkennen, dass dieselben Pfade (112) auch in vielen anderen Auslegungen und Konfigurationen angeordnet werden können, welche jedoch von den jeweiligen technischen Anforderungen einer gegebenen Anwendung abhängen werden. Eine Kurvenrolle (114), wie zum Beispiel eine Leitnase, erstreckt sich vorzugsweise von der Innenwand des Ventilkörpers (34) bis in einen der Pfade (112) hinein. Die Kurvenrolle (114) verkuppelt somit effektiv die Nocke (104) mit dem Ventilkörper (34) und veranlaßt dieselbe Nocke (104) dazu, sich rotierbar um die Differentialkolbeneinheit (70) herum zu indizieren, wenn die Differentialkolbeneinheit (70) axial hin und her geschoben wird. Eine alternative Ausführung kann einen Begleit- und Folgemechanismus umfassen, welcher einem vorgeschriebenen Pfad folgt, um auf diese Weise die axiale Hin- und Herbewegung der Kolbeneinheit (70) zu übersetzen und die Schieberspindel (68) auf eine vorbestimmte Axioposition oder Verdrängungsposition einzustellen.
Eine Ventilkörperfeder (115) ist innerhalb des Ventilkörpers (34) positioniert und gegen das Ende der Schieberspindel (68) vorgespannt. Die Ventilkörperspindel (116) ist so entworfen, dass dieselbe den statischen Druck der Kontrollflüssigkeit überwindet, so dass die Körperventilfeder (116) dazu in der Lage sein wird, die Schieberspindel (68) auf eine geschlossene Position vorzuspannen, wenn kein Kontrollflüssigkeitsdruck auf den Ventilkörper (34) auferlegt wird, auch wenn ein Druck eine Kraft in Richtung der geöffneten Position ausübt.
Mit Bezugnahme auf 3C dehnt sich die Ventilkörperfeder (116) hier, um eine naheliegende zugespitzte Schieberspindelkopfeinheit (118) nachzustellen. Unmittelbar neben dem Ende der Ventilkörperfeder (116) befindet sich eine Federstellmutter (120), welche das Einstellen der Spannung der Ventilkörperfeder (116) ermöglicht, wenn die Umstände dies erforderlich machen, und unmittelbar neben der Federstellmutter (120) befindet sich eine Federfeststellmutter (122), welche die Federstellmutter (12) daran hindert, ihre Position durch schwingendes Rotieren zu ändern. Ein Ende der Betätigungsspindel (72) ist uber ein Gewinde mit einer Schieberspindelkopfmanschette (124) verbunden, welche wiederum an einem zugespitzten Schieberspindelkopf (126) befestigt ist. Neben dem Ende derselben Schieberspindelkopfmanschette (124) befindet sich eine Gewindefeststellmutter (128), welche den Schieberspindelkopf (126) in einer feststehenden Position hält. Wenn es jedoch wünschenswert erscheint, die Gewindefeststellmutter (128) so positionieren, dass dieselbe ein Einstellen des Schieberspindelkopfes (126) auf eine veränderte axiale Position der Nocke (104) erlaubt, ist auch dies möglich (3B). Der Schieberspindelkopf (126) ist hier in seiner geschlossenen Position geoffenbart, und ist weiter gegen den Ventilsitz (130) befestigt. Obwohl hier ein zugespitzter Schieberspindelkopf und ein Ventilsitz mit eckigen Ansätzen veranschaulicht werden wird der Fachmann auf diesem Bereich natürlich sofort erkennen, dass auch andere Ventiltypen und Ventilsitzkonfigurationen angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es werden auf dieser Zeichnung weiter die Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen (40) der Verrohrung veranschaulicht, welche mit dem internen Volumen (74) des Ventilkörpers (34) in Kommunikation stehen.
Um es kurz zu fassen veranschaulicht 3D ganz einfach eine herkömmliche Rückschlagventileinheit (36) mit Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen (38), welche innerhalb derselben geformt sind. Die Rückschlagventileinheit (36) ist über ein Gewinde mit dem Ende des Ventilsitzkörpers (131) verbunden, und wenn die Schieberspindel (126) nicht auf dem Sitz ruht, wird sie daher in Flüssigkeitskommunikation mit dem internen Volumen (74) des Ventilkörpers (34) stehen.
Mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführung, welche weiter oben schon eingehender beschrieben wurde, soll nun eine bevorzugte Methode für den Betrieb mit allgemeiner Bezugnahme auf 2, 3 bis 3D, 4A bis 4C, 5 und 6 beschrieben werden. Das Fördergestänge (18), die Spindel (28), und die Kontrollflüssigkeitsleitung (30) werden zunächst in die Verrohrung (20) eingeführt und auf eine herkömmliche Art und Weise in einer Position festgestellt. Wie weiter oben schon aufgeführt wird die Ventileinheit (24) mit Hilfe eines Einführwerkzeugs, wie zum Beispiel einer Drahtleitung, und mit herkömmlichen Methoden in das Fördergestänge (18) eingeführt. Die abwärtige Bewegung der Ventileinheit (24) wird von dem No-Go-Ansatz (66) angehalten, welcher mit einem gegenüber liegenden Ansatz innerhalb der Spindelaussparung (26) in Kontakt tritt. Die Verklinkungsmanschette (54) und der No-Go-Ansatz (66) fördern dann auf eine kooperierende Weise das Positionieren der Ventileinheit (24) in der Spindelaussparung (26). Wenn die Ventileinheit (24) in der Spindelaussparung (26) positioniert wird, erstellen die Dichtungen (44) eine Dichtung gegen die Innenwand der Aussparungsspindel (26), um auf diese Weise eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen denselben zu erzeugen, so dass die Kontrollflüssigkeit dann durch die Verrohrungsflüssigkeitsöffnungen (40) in den Ventilkörper einfliessen kann, ohne in das Fördergestänge (18) auszutreten. Die Dichtungen (44) isolieren auf diese Weise effektiv die Verrohrungsflüssigkeit von der Gestängeflüssigkeit, so dass die Flüssigkeiten und ihre assoziierten Drucke nur durch den Ventilkörper (34) hindurch miteinander in Kommunikation stehen.
Wenn die Ventileinheit (24) innerhalb der Spindelaussparung (26) eingestellt wird, kann der Schieberspindelkopf (126) mit Hilfe der Ventilkörperfeder (116) auf die geschlossene Position vorgespannt werden. Wenn der Schieberspindelkopf (126) von dem Sitz gelöst werden soll, wird die Nocke (104) verschoben und so indiziert, dass dieselbe die gewünschte Öffnungegröße erzielt. Wie weiter oben schon erwähnt besteht die Nocke (104) aus einer zylindrischen Hülse mit einem Muster von Pfaden (112), welche den Umfang derselben umspannen, und welche in ihrem Design von der jeweiligen Anwendung abhängen. Die Pfade (122) sollten vorzugsweise jedoch ein Zickzackmuster formen. Ein repräsentatives Zickzackmuster (132) wird auf 5 und 6 veranschaulicht, auf welche wir uns hiermit nun spezifisch beziehen. Das Zickzackmuster (132) sollte vorzugsweise aus einer 7-Schlitz-Konfiguration bestehen, welche den Umfang der Nocke (104) wie auf 5 und 6 dargestellt umspannt. Dieser J-Schlitz ist so adaptiert, dass er die Kurvenrolle (114) in denselben hinein empfangen kann, um die relative axiale Position der Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem Ventilkörper (34) zu bestimmen.
Die Pfade (112) der J-Schlitz-Konfiguration bestehen aus einer Reihe von verschieden langen, versetzt angeordneten Indexpfaden (134) und Zwischenstoppfaden (136), welche mit Hilfe von angewinkelten Indexierpfaden (138) miteinander verbunden sind. Die Reihe von versetzt angeordneten Stoppfaden (136) erstellt eine axiale Stopposition für die Kurvenrolle (114), wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck auferlegt wird, und die verschieden langen, versetzt angeordneten Indexierpfade (134) erstellen eine axiale Indexierposition für die Kurvenrolle (114), wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck entfernt wird. Die längeren Indexierpfade (134) sind so entworfen, dass sie die Schieberspindel (68) stufenweise auf eine gewählte axiale Position relativ zu der Kurvenrolle (114) platzieren, wenn die Schieberspindel (68) im Verhältnis zu der Kurvenrolle (114) axial bewegt wird. Die J-Schlitz-Konfiguration kann so konfiguriert werden, dass sie eine Vielzahl von Öffnungsgrößen und erzielt und auch aperiodisch betrieben werden kann, wenn dies wünschenswert erscheint; dies bedeutet, dass sie nicht unbedingt solche Öffnungsgrößen erzielen muß, die durch einen geraden Zahlenwert repräsentiert werden. Die Größe der Öffnung hängt lediglich von der Länge des jeweiligen Indizierpfades (134) ab, was nun hierfolgend noch eingehender beschrieben werden soll.
Die Kurvenrolle (114) wird anfänglich auf dem geschlossenen Positionspfad (140) positioniert, welcher es der Ventilkörperfeder (116) ermöglicht, die Schieberspindel (68) vorzuspannen, und den Schieberspindelkopf (126) auf diese Weise wie auf 4A veranschaulicht auf eine geschlossene Position zu bewegen. Wenn durch die Kontrollflüssigkeitsleitung (30) von einem entfernt gelegenen Standort aus ein Kontrollflüssigkeitsdruck auferlegt und in die Kontrollflüssigkeitskammer (96) eingeleitet wird, übt derselbe Flüssigkeitsdruck eine Kraft auf die erste Dichtung (90) und auf die zweite Dichtung (94) um die Differentialkolbeneinheit (70) herum aus. Da die erste Dichtung (90) jedoch über einen größeren Oberflächenbereich verfügt, wird die Kraft, welche auf dieselbe Dichtung (90) ausgeübt wird, größer sein als diejenige, die auf die Dichtung (94) ausgeübt wird, und es wird so im Verhältnis zu der Schieberspindel (68) und dem Schieberspindelkopf (126) eine Hebekraft erzeugt. Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck gesteigert wird, überwindet die Hebekraft den Widerstand, welcher von der Ventilkörperfeder (116) erstellt wird, und treibt die Differentialkolbeneinheit (70), die Schieberspindel (68), und den Schieberspindelkopf (126) auf eine voll geöffnete Position, welche auf 4B geoffenbart ist. Da die Nocke (104) auf die weiter oben schon eingehender beschriebene Art und Weise mit der Differentialkolbeneinheit (70) verkuppelt ist, bewegt sich diese Nocke (104) auch in dieselbe Richtung wie die Differentialkolbeneinheit (70).
Wenn sich die Nocke (104) bewegt, überquert die Kurvenrolle (114) den anfänglich geschlossenen Pfad (140) (6), bis dieselbe mit einer ersten angewinkelten Oberfläche (142) in Kontakt tritt. Wenn diese erste angewinkelte Oberfläche (142) kontaktiert wird, verursacht der Anströmwinkel der Kurvenrolle (114) auf der ersten angewinkelten Oberfläche (142) ein Rotieren der Nocke (104) im Verhältnis zu dem Ventilkörper (34), bis die Kurvenrolle (114) in einer gesperrten Position innerhalb eines ersten Stoppfades (144) positioniert ist (6). Bei einer bevorzugten Ausführung verläuft die Rotierrichtung der Nocke (104) im Uhrzeigersinn, obwohl der Fachmann auf diesem Bereich natürlich sofort erkennen wird, dass das Design auch so konfiguriert werden könnte, dass dieselbe entgegen den Uhrzeigersinn rotieren würde.
Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck von dem entfernt gelegenen Standort aus entfernt wird, wird auch der Kontrollflüssigkeitsdruck in der Kontrollflüssigkeitskammer (96) abfallen. Wenn kein wesentlicher Flüssigkeitsdruck mehr vorhanden ist, schiebt die Ventilkörperfeder (116) die Schieberspindel (68) und die Nocke (104) in Richtung der geschlossenen Position. Wenn sich die Nocke (104) auf diese Weise bewegt, tritt die Kurvenrolle (114) mit einer zweiten angewinkelten Oberfläche (146) in Kontakt (6). Der Anströmwinkel der Kurvenrolle (114) auf der zweiten angewinkelten Oberfläche (146) veranlaßt die Nocke (104) dazu, zu rotieren, was wiederum die Kurvenrolle (114) mit dem ersten Indexierpfad (148) in Verbindung stellt. Die Kurvenrolle (114) trifft dann auf das Ende des ersten Indexierpfades (148), und diese Position wird mit Hilfe der durch die Ventilkörperfeder (116) gegen die Schieberspindel (68) ausgeübte Vorspannungskraft eingehalten. Der erste Indexierpfad (148) verfügt über eine kürzere Länge als der anfängliche Pfad (140), was die Schieberspindel (68) axial von dem Ventilsitz (130) entfernt nachstellt und daher den Schieberspindelkopf (126) von dem Sitz gelöst und wie auf 4C veranschaulicht in einer teilweise geöffneten Position hält.
Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck wieder auferlegt wird, werden die Schieberspindel (68) und die Nocke (104) auf eine voll geöffnete Position geschoben, was die Kurvenrolle (114) wiederum dazu veranlaßt, den ersten Indexierpfad (148) in Richtung einer dritten angewinkelten Oberfläche (150) zu verfolgen. Der Anströmwinkel der Kurvenrolle (114) rotiert die Nocke (104) ausreichend weit, um die Kurvenrolle (114) dazu zu veranlassen, sich auf eine zweite Stopposition (152) hinüber zu bewegen. Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck entfernt wird, wird die Nocke (104) verschoben und veranlaßt die Kurvenrolle (114) dazu, den Pfad in Richtung einer vierten angewinkelten Oberfläche (154) zu verfolgen und dort zur Ruhe zu kommen. Der Anströmwinkel der Kurvenrolle (114) rotiert auch hier wieder die Nocke (104) ausreichend weit, um die Kurvenrolle (114) auf einen zweiten Indexierpfad (156) zu überführen. Die Kurvenrolle (114) trifft dann auf das Ende desselben zweiten Indexieipfades (156), und diese Position wird durch eine Kraft aufrecht erhalten, welche durch die Ventilkörperfeder (116) auf die Schieberspindel (68) ausgeübt wird. Der zweite Indexierpfad ist kürzer als der erste Indexierpfad (148), und dies öffnet die Öffnung auf eine größere Größe als die Öffnung, welche der ersten Indexierposition (148) entspricht.
Die Nocke (104) kann auf diese gleiche Art und Weise auf eine dritte Indexierposition (158) oder auf weitere Positionen indexiert werden, welche jedoch von dem Design der Nocke (104) abhängen werden, bis dieselbe Nocke (104) eine komplette Umdrehung absolviert hat und bis die Kurvenrolle (114) auf ihre anfängliche geschlossene Position (140) zurückgekehrt ist. Jeder der Indexierpfade (134), in welchem sich die Kurvenrolle (114) befindet, steigert die Größe der Öffnung. Auf diese Weise kann die Größe der Öffnung von einem entfernt gelegenen Standort mit Hilfe der Anwendung einer Kontrollflüssigkeit präzise kontrolliert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Ventileinheit der vorliegenden Erfindung ist auf 3E bis 3H und auf 4D dargestellt. Die auf diesen Zeichnungen geoffenbarte Ventileinheit (24) ist mit der weiter oben schon beschriebenen und auf 3 bis 3D dargestellten Ventileinheit (24) bis auf einen einzigen Unterschied identisch. Dieser Unterschied ist derjenige, dass die Differentialkolbeneinheit (70) und ein Teil der Länge der Schieberspindel (68) eine Druckausgleichsöffnung (160) umfassen, welche sich durch dieselben hindurch erstreckt. Wie dargestellt umfasst die Druckausgleichsöffnung (160) eine erste Öffnung (162), welche sich nach aussen hin und in die Kammer (88) hinein öffnet und sich durch die Differentialkolbeneinheit (70) und einen Teil der Länge der Betätigungsspindel (72) hindurch erstreckt. Die Druckausgleichsöffnung (160) umfasst weiter eine zweite Öffnung (164), welche sich in den hohlen Teil des internen Volumens (74) des Ventilkörpers (34) hinein öffnet. Dies platziert die Kammer (88) und das interne Volumen (74) des Ventilkörpers (34) in Flüssigkeitskommunkation miteinander. Es sollte dabei ausserdem berücksichtigt werden, dass ein Gewindedruckstöpsel (166) eine Flüssigkeitskommunikation zwischen der Kammer (88) und der Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnung (38) blockiert. Auf diese Weise ist die Differentialkolbeneinheit (70) dieser bestimmten Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht länger anfällig gegenüber des Drucks, welcher durch die Flüssigkeit in dem Gestänge ausgeübt wird. In Situationen, wo ein besonders hohes Druckdifferential zwischen der Verrohrung und dem Gestänge besteht, könnte dies einen wesentlichen Vorteil für den wirkungsvollen Betrieb des Ventils repräsentieren.
Wir beziehen uns nun auf 4A bis 4D. Bei der vorherigen, auf 4A bis 4C veranschaulichten Ausführung sind mehrere Kräfte vorhanden. Die Kammer (88) liegt zunächst gegenüber dem Gestänge hin offen, was eine abwärtige Kraft auf den ersten Endabschnitt der Differentialkolbeneinheit (70) ausübt. Zweitens umfasst das Gerät die Ventilkörperfeder (116), welche eine Kraft auf die Schieberspindel (68) in Richtung der geschlossenen Position ausübt. Drittens übt der hydrostatische Druck der Kontrollflüssigkeit eine aufwärtige Kraft auf die Differentialkolbeneinheit (70) in Richtung einer geöffneten Position aus. Viertens übt der Verrohrungsdruck eine aufwärtige Kraft auf den zweiten Endabschnitt (82) der Differentialkolbeneinheit (70) aus. Solange diese verschiedenen Kräfte sich im Verhältnis zueinander in einem Gleichgewichtszustand befinden, wird das Ventil korrekt funktionieren. In solchen Fällen, wo der Verrohrungsdruck sehr viel größer ist als der Gestängedruck, und besonders wenn der Verrohrungsdruck auch niedriger ist als der hydrostatische Druck in dem Flüssigkeitskontrollschutzrohr, können diese Differentiale jedoch die Schieberspindel (68) daran hindern, korrekt zu funktionieren. Wenn das Druckdifferential zwischen der Verrohrung und dem Gestänge ausreichend groß ist, kann es das Ventil daran hindern, korrekt zu indexieren. Um den Mechanismus vollständig zu indexieren, müssen die Kräfte, welche die Schieberspindel (68) heben, die widerstehenden Kräfte überwinden. Wie aus 4A bis 4C eindeutig ersichtlich ist, bestimmt der Druck in der hydraulischen Leitung das Differential auf dem Bereich des ersten und des zweiten Endabschnitts (76 und 82) der Differentialkolbeneinheit (70) und muß größer sein as die Summe der Effekte der Folgenden: die Ventilkörperfederkraft, der Verrohrungsdruck, welcher eine Kraft auf den ersten Endabschnitt (76) ausübt, der Verrohrungsdruck, welcher eine Kraft auf den zweiten Endabschnitt (82) ausübt, die das Gerät beeinflussende Reibung, und – wenn sich das Ventil auf einem Ventilsitz (130) befindet – das Gestänge-/Verrohrungsdruckdifferential multipliziert mit dem Bereich des Ventilsitzes. Um den Indexierkreis zu vervollständigen müssen die Kräfte, welche die Schieberspindel (68) zurück in Richtung des Ventilsitzes (130) vorspannen, stärker sein, wenn der von einem entfernt gelegenen Standort aus auferlegte Kontrollflüssigkeitsdruck entfernt wird. Bei Anwendungen, in welchen der Verrohrungsdruck wesentlich größer ist als der Gestängedruck, kann sich das auf 4A–4C geoffenbarte Ventil als nicht dazu fähig erweisen, die Schieberspindel (68) daran zu hindern, in dem Ventilkörper (34) aufzuschwimmen und auf diese Weise die Öffnungsgröße zu ändern. Andererseits ist es möglich, dass die Kontrollflüssigkeit die übergroße Kraft, welche durch den Gestängedruck ausgeübt wird, nicht mehr überwinden kann, wenn der Gestängedruck wesentlich größer ist als der Verrohrungsdruck, so dass das Ventil nicht mehr korrekt funktionieren kann.
Bei der auf 4D veranschaulichten Ausführung unterliegt der erste Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit (70) jedoch keinem Gestängedruck, und der Ventilkörper (34) und die Schieberspindel (68) definieren hier eine Druckausgleichskammer an einem Ende, welches distal zu dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt, wobei die Schieberspindel (68) eine Druckausgleichsöffnung (160) umfasst, welche eine Flüssigkeitskommunikation zwischen der Druckausgleichskammer (88) und dem Innenraum des Ventilkörpers (34) ermöglicht, welcher dem Verrohrungsdruck gegenüber offen liegt. Bei einer solchen Anwendung kann der Verrohrungsdruck durch die Druckausgleichsöffnung (160) in die Druckausgleichskammer (88) eingeleitet werden, um irgendwelche Empfindlichkeiten gegenüber dem Druckdifferential zwischen der Verrohrung und dem Gestänge zu negieren. Diese Negierung entsteht aufgrund der Fähigkeit des Verrohrungsdrucks, eine abwärtige Kraft auf die größere Oberfläche des ersten Endabschnitts (76) der Differentialkolbeneinheit (70) auszuüben.
Mit Bezugnahme auf 4E wird hier eine weitere Ausführung des Ventils der vorliegenden Erfindung geoffenbart, welches einen Gestängedruckwandler (168) oder einen Schieberspindel-Axialverdrängungswandler (170) für das Übertragen von Daten bezüglich des Ventils an einen entfernt gelegenen Standort umfassen kann. Ausserdem kann der Ventilsitzabschnitt (172) des Ventils aus einem Venturidesign bestehen, wie zum Beispiel das in der US-Anmeldung, welche durch die Docket-Nr. 950050U1P1P1 identifiziert wird, geoffenbarte Ventil, wobei diese Anmeldung eine teilweise Fortsetzung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/301,666 repräsentiert, welche erstmals am 7. September 1994 eingereicht wurde.
4E veranschaulicht ein Düsenventuri (172), welches den rechtkantigen Ventilsitz ersetzen kann. Dieses Düsenventuri (172) kann zum Beispiel ein kreisrundes Bogenventuri umfassen, welches wiederum einen Düsenabschnitt (174) und einen Venturiabschnitt (176) umfasst. Der Düsenabschnitt (174) liegt dabei über einem Halsstück (178), und der Venturiabschnitt (176) liegt unter demselben Halsstück (178).
Der Düsenabschnitt (174) umfasst eine Seitenwand (180), welche dem Durchfluß von Flüssigkeit (Gas) einen minimalen Widerstand bietet, wenn dasselbe Gas den Bereich des Halsstücks (178) erreicht. Der Querschnittsbereich des Halsstücks (178) ist kleiner als der Querschnittsbereich des Düsenabschnitts (174) und des Venturiabschnitts (176).
Die Seitenwände (180) sind gekrümmt, so dass die Schrägen der Tangentenlinien, welche an jedem Punkt entlang der Kurve (182) des Düsenabschnitts (174) gemessen werden können, an denjenigen Tangentenpunkten am größten sind, welche in der Nähe des Halsstücks (178) liegen. Die Krümmung des Düsenabschnitts (174) ist außerdem so geformt, dass sich hier ein Krümmungsradius befindet, welcher um einen Faktor von zwischen 1.5 und 2.5, und vorzugsweise von 1.9 größer ist als ein Durchmesser des Halsstücks (178).
Das Verhältnis des Querschnittsbereichs am Durchmesser des Halsstücks (178) zu dem Querschnittsbereich an dem breitesten Punkt des Düsenabschnitts (174), welcher am Mund (184) desselben gemessen werden sollte, entspricht oder beträgt weniger als 0.4. Gas, welches durch den Düsenabschnitt (174) des Düsenventuris (172) hindurch fließt, fließt mit einer besonders großen Geschwindigkeit und einem niedrigen Druck. Das Gas, welches durch den Venturiabschnitt (176) hindurch fließt, verliert an Geschwindigkeit und steigert seinen Druck, so dass Gas, welches aus dem Ventil austritt, seinen korrekten Druck mit Hilfe eines nur geringen Aufwandes an Energie und ohne Druckverlust erreicht.
Das akustische (kritische) Fließratenregime besteht aus demjenigen Abschnitt einer jeden Kurve, die horizontal verläuft. Durch den Betrieb eines Gasinjizierfließregelgerätes innerhalb dieses akustischen Fließregimes wird ein stabiles Gashebesystem erzielt. Bei ähnlichen Förderdrucken fließt ausserdem mehr Gas durch das Düsenventuri (172) als durch eine rechtkantige Öffnung mit der gleichen Halsstückgröße. Auf diese Weise erzeugt das Düsenventuri (172) auch einen niedrigeren Druckabfall. Rechtkantige Öffnungen fordern normalerweise einen Druckabfall von 45 Prozent des stromaufwärtigen Drucks, um einen Durchfluß unter akustische Geschwindigkeit durch dieselbe hindurch produzieren zu können. Im Gegensatz dazu fordert das Düsenventuri der vorliegenden Erfindung lediglich einen Druckabfall von weniger als 10 Prozent.
Mit Bezug auf das Meßgerät liefert die vorliegende Erfindung auch dadurch einen wesentlichen Vorteil, dass es bei Tieflochfließregelventilen besonders wünschenswert ist, über ein akkurates System für das Überwachen von nicht nur der Öffnungsgröße des Ventils, sondern auch für des Drucks des Fördergestänges zu verfügen, um auf diese Weise die gewünschten Produktionsparameter innerhalb des Bohrloches aufzeichnen zu können. Es wird so zum Beispiel von Vorteil sein, einen bestimmten Tieflochdruck zu wählen und dann die Größe der Öffnung des Ventils zu kontrollieren, um auf diese Weise den gewählten Wert für den Tieflochdruck zu erreichen. Solche Systeme fordern eine verläßliche Vorrichtung sowohl für das Senden von Daten aus der Nähe des Ventils an die Erdoberfläche, wie auch für das Verarbeiten dieser Daten und das darauffolgende aktive Kontrollieren der Größe der Fließregelöffnung des Ventils, so dass die von dem System überwachten gewünschten Resultate erreicht werden können.
Bei dieser bevorzugten Ausführung umfasst das Ventil Wandler für das Aufspüren der Verdrängung der Schieberspindel (und damit auch der Öffnungsgröße) und des Gestängedrucks. Es können nach den Prinzipen der vorliegenden Erfindung natürlich auch andere Sensoren, wie zum Beispiel Fließratenwandler, angewendet werden.
Aus der oben aufgeführten Beschreibung wird eindeutig klar, dass die vorliegende Erfindung ein fernsteuerbares Ventil bietet, welches zusammen mit einem Tertiärförderungssystem angewendet werden kann, sowohl wie eine Methode für das Einstellen desselben. Das vorgenannte Ventil umfasst das Folgende: (1) einen gestreckten Ventilkörper mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem Verfahrensflüssigkeitsauslaß, (2) eine gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert ist, für das axiale Verdrängen relativ zu derselben und das Einstellen einer Rate für den Verfahrensflüssigkeitsdurchfluß zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion einer relativen axialen Position der Schieberspindel im Verhältnis zu dem Ventilkörper und (3) eine Nocke, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert ist und den Ventilkörper mit der Schieberspindel verkuppelt, wobei die Nocke eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben umfasst, um die Schieberspindel auf eine ausgewählte relative axiale Position im Verhältnis zu dem Ventilkörper zu platzieren, wobei der Ventilkörper eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung für das Auferlegen und das Entfernen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf das und von dem Ventil umfasst, wobei die Schieberspindel axial im Verhältnis zu dem Ventilkörper zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und her bewegt wird, und wobei sich die Nocke von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt, wenn die Schieberspindel hin und her geschoben wird, und wobei ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition daher das Einstellen der Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Flüssigkeitsauslaß bewirkt.
Obwohl die vorliegende Erfindung und deren Vorteile hier eingehend beschrieben worden sind wird es dem Fachmann auf diesem Bereich eindeutig klar sein, dass dieses Design verschiedene Änderungen, Austauschteile, und Umstellungen beinhalten kann.

Claims

Ein ferngesteuertes Ventil (24), welches mit einem Tertiärförderungsystem angewendet werden kann, und welches das Folgende umfasst: einen gestreckten Ventilkörper (34) mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß (40) und einem Verfahrensflüssigkeitsauslaß (38); eine gestreckte Schieberspindel (68), welche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers (34) positioniert ist, und welche axial und relativ zu demselben verdrängt werden kann, um auf diese Weise die Durchflußrate der Verfahrensflüssigkeit zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß (40) und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß (38) als eine Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) einzustellen; eine Nocke (104), welche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers (34) positioniert ist, und welche den vorgenannten Ventilkörper (34) mit der vorgenannten Schieberspindel (68) verkuppelt, wobei die vorgenannte Nocke (104) eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben bietet, auf welche die vorgenannte Schieberspindel (68) durch Auswahl einer gewünschten auf Position der Reihe von relativen axialen Positionen im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) gestellt werden kann, wobei die vorgenannte Nocke (104) sich von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt, wenn die vorgenannte Schieberspindel (68) hin und her geschoben wird, und wobei ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten vorgenannten axialen Verdrängungsposition daher eine Einstellung der vorgenannten Durchflußrate der Verfahrensflüssigkeit zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß (40) und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß (38) verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Ventil (24) mit Hilfe von Flüssigkeit aktiviert wird, und dass der vorgenannte Ventilkörper (34) eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung (42) umfasst, welche dazu fähig ist, das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf das vorgenannte Ventil zu ermöglichen und denselben wieder zu entfernen, um auf diese Weise die Schieberspindel (68) axial und im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und her zu bewegen.
Ein Ventil (24) nach Anspruch 1, bei welchem die vorgenannte Nocke (104) rotierbar ist und einen J-Schlitz (132) um einen Umfang desselben herum umfasst, wobei der vorgenannte J-Schlitz (132) adaptierbar ist und eine Kurvenrolle (114) in demselben empfangen kann, um auf diese Weise die vorgenannte relative axiale Position der vorgenannten Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) zu bestimmen, wobei der vorgenannte J-Schlitz (132) eine Reihe von Zwischendurchgängen (112) umfasst, welche die vorgenannte Reihe von axialen Verdrängungspositionen miteinander verkuppeln.
Ein Ventil (24) nach Anspruch 1, welches weiter eine Kurvenrolle (114) umfasst, welche die vorgenannte Schieberspindel (68) mit dem vorgenannten Ventilkörper (34) verkuppelt.
Ein Tertiärförderungssystem für die Anwendung in einem Untergrundbohrloch, welches das Folgende umfasst: ein Fördergestänge (18), ein Ventil (24) nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches in einer Seitenaussparungsspindel positioniert ist, welche mit dem vorgenannten Fördergestänge (18) assoziiert ist, und eine Verrohrung (20), welche das vorgenannte Fördergestänge (18) umgibt und für den Empfang einer Verfahrensflüssigkeit und die Übertragung der vorgenannten Verfahrensflüssigkeit in das vorgenannte Fördergestänge (18) zu der von dem Ventil (24) bestimmten Verfahrensflüssigkeitsfließrate adaptiert ist.
Ein Ventil (24) nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 3 in Kombination mit einem Einführ-/Entfernungswerkzeug, bei welchem das Einführ-/Entfernungswerkzeug mit einem Ende des vorgenannten Ventilkörpers (34) verkuppelt ist, welches distal zu dem vorgenannten Verfahrensflüssigkeitsauslaß (38) positioniert ist, wobei das vorgenannte Ventil entfernbar in der Spindel innerhalb eines Untergrundbohrlochs positioniert ist.
Ein Ventil (24) nach einem der obigen Ansprüche, bei welchem eine erste und eine zweite ringförmige Dichtung um den vorgenannten Ventilkörper (34) herum positioniert ist, und kooperativ mit einer Spindel (28) verbunden ist, welche den vorgenannten Ventilkörper umgibt, um auf diese Weise eine ringförmige Kammer (96) für den Empfang einer Kontrollflüssigkeit durch die vorgenannte Kontrollflüssigkeitsöffnung (42) für das Einführen in das vorgenannte Ventil (24) zu erstellen.
Eine Methode für das Fernsteuern eines Ventils (24), welche in einem Tertiärförderungssystem angewendet werden kann, und welche die folgenden Stufen umfasst: das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung (42) in einem gestreckten Ventilkörper (34), wobei der vorgenannte Ventilkörper (34) einen Verfahrensflüssigkeitseinlaß (40) und einen Verfahrensflüssigkeitsauslaß (38) umfasst; das axiale Verdrängen einer gestreckten Schieberspindel (68), welche in dem vorgenannten Ventilkörper (34) positioniert ist, von einer ersten eingestellten Position auf eine gesperrte Position, wobei die vorgenannte Schieberspindel (68) axial relativ zu dem vorgenannten Ventilkörper verdrängt werden kann, um auf diese Weise die Rate des Verfahrensflüssigkeitsflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß (40) und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß (38) als eine Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) einzustellen; das Bewegen einer Nocke (104) von einer ersten axialen Verdrängungsposition auf eine Zwischenposition mit Hilfe der vorgenannten Schieberspindel (68), wobei die vorgenannte Nocke (104) innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers (34) verdrängt wird, und das Verkuppeln des vorgenannten Ventilkörpers (34) mit der vorgenannten Schieberspindel (68), wobei die vorgenannte Nocke (104) eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben erstellt, auf welche die vorgenannten Schieberspindel (68) durch Auswahl einer der Reihe von relativen axialen Positionen im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) eingestellt werden kann; und das Entfernen des vorgenannten Kontrollflüssigkeitsdrucks, wobei die vorgenannte Schieberspindel (68) die vorgenannte Nocke (104) aus der vorgenannten Zwischenposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt, und wobei ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten vorgenannten axialen Verdrängungsposition daher das Einstellen der vorgenannten Rate des Verfahrensflüssigkeitsflusses zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß (46) und dem vorgenannten Flüssigkeitsauslaß (38) verursacht.
Eine Methode nach Anspruch 7, bei welcher die vorgenannte Stufe des Bewegens weiter die Stufe des Rotierens der vorgenannten Nocke (104) umfasst, wobei die vorgenannte Nocke mit einem J-Schlitz (132) ausgestattet ist, welche den Umfang derselben umläuft, und wobei der vorgenannte J-Schlitz (132) für den Empfang einer Kurvenrolle (144) in demselben adaptiert ist, um auf diese Weise die vorgenannte relative axiale Position der vorgenannten Schieberspindel (68) im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper (34) zu bestimmen, wobei der vorgenannte J-Schlitz (132) eine Reihe von Zwischendurchgängen (112) umfasst, welche mit der vorgenannten Reihe von axialen Verdrängungspositionen verkuppelt sind.
Eine Methode nach Anspruch 7 oder 8, welche weiter die Stufe des Verkuppelns eines Einführ-/Entfernungswerkzeugs mit einem Ende des vorgenannten Ventilkörpers (34) umfasst, welches distal zu dem vorgenannten Verfahrensflüssigkeitsauslaß (38) positioniert ist, wobei das vorgenannte Ventil (24) entfernbar in einer Spindel (28) innerhalb eines Untergrundbohrlochs positioniert ist.
Eine Methode nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei welcher das vorgenannte Ventil (24) in einer Seifenaussparungsspindel (28) positioniert ist, welche mit einem Fördergestänge (18) in einem Untergrundbohrloch assoziiert ist, wobei die vorgenannte Methode weiter die folgenden Stufen umfasst: das Empfangen einer Verfahrensflüssigkeit in eine Verrohrung (20), welche das vorgenannte Fördergestänge (18) umgibt; und das Übertragen der vorgenannten Verfahrensflüssigkeit in dasselbe Fördergestänge (18) durch das vorgenannte Ventil (24) mit Hilfe der vorgenannten Verfahrensflüssigkeitsfließrate.