DK150665B - Drosselventil til regujlering af gennemstroemning og dermed bagtryk i - Google Patents

Description

150665

Opfindelsen angår en drossel vent i 1 til regulering af gennemstrømning og dermed bagtryk i en olie- og gasboring i forbindelse med udluftning af utilsigtet gas-indslip i boringen, med et i ventilhusets strømnings-5 vej anbragt som en bøsning udformet og af et f.eks. som gummi fleksibelt materiale bestående vent i 1 legeme, der radiært kan indsnævres til reducering af ventilens strømni ngsvej.

Ved udførelse af olie- eller gasboringer er der risiko 10 for ukontrolleret udslip af olie eller gas på grund af forskellige geologiske forhold i undergrunden. De herskende tryk i borehullet gør, at borerøret ved grunde gaszoner ikke bør lukkes med en ventil.

Der er forsøgt udviklet drossel venti ler af den indled-15 ningsvis angive art, hvormed man kan kontrollere bagtrykket, d.v.s. trykket i borehullet under udluftning af gas fra borehullet. Ventilerne er imidlertid ikke brugbare ved grunde gaszoner, idet strømmen af olie eller gas er stærkt slidende, idet der fra de øverste 20 geologiske lag medrives forholdsvis store mængder af sandpartikler.

Der findes ventiler, som udnytter princippet i at reducere den indvendige diameter af et fleksibelt ventillegeme ved at udøve et aksialt tryk på begge ender af 25 dette, således at det på midten buler ind i ventilens strømningsvej. Nedslidningen sker således i midten af venti 1 legemet. Det er altså alene vent i 1 legemets tykkelse, der er bestemmende for ventilens levetid.

Der kendes også pakningsenheder kendt som "hydril 30 anular blow out preventors", som består i det væsentlige af et ringformet gummi legeme forstærket med stålsegmenter. Sådan pakningsenhed kan anbringes på et borerør 150665 2 eller på en firkantet eller sekskantet "kelly" for at pakke til et forud bestemt tryk, men kan også lukkes delvist eller helt på et åbent hul. det ringformede gummilegeme er cylindrisk indvendigt og har en udvendig 5 konisk overflade, der samvirker med et aksialt bevægeligt sammentrækningsstempel, som ved bevægelse i en retning i forhold til gummilegemet klemmer legemet indefter for at indsnævre og om muligt helt lukke passagen gennem dette. Når en sådan kenot pakningsenhed benyttes 10 som en drøvleventi1, er den udsat for et betydeligt slid på dens indvendige flade. Nærmere bestemt vil de faste partikler, der er båret med af væskestrømmen slide aksiale render i hele gummi legemets længde. Efter nogen tid vil disse render forhindre en total lukning 15 af pakningsenheden, og når denne kun er delvis lukket, vil det varierende mønster af renderne ændre karakteristikken af den gennemstrømmende væske, således at en • nøjagtig kontrol af strømmen vil kræve hyppig justering af sammentrækningsstemplet.

20 Det er formålet med opfindelsen at angive en drosselventil, der kan regulere bagtrykket i et borehul, selv hvor udluftningen af gassen kræver mange timers strømning af stærkt slidende mudder- og sandpartikler, og uden at nedslidningen reducerer ventilens effektivitet.

25 Dette er yderst vigtigt, da det under en sådan udluftning ikke er muligt af sikkerhedsmæssige grunde at lukke for de øvrige sikkerhedsventiler med det formål at udbedre slitagen. Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved en ventil af den indledningsvis angivne art, ved at 30 udforme denne således, at venti 1 legemet i upåvirket til stand har en lysning, der er lig med eller mindre end lysningen af ventilens strømningsvej i øvrigt, og at ventilen er forsynet med midler til startende fra ventillegemets ene ende radiært at indsnævre venti 1 legemet 35 efterhånden i stadig mindre afstand fra dets anden ende 3 150665 som kompensation for det slid, som den indsnævrede del af venti 1 legemet er udsat for. Ved at afbøje den yderste ende af det fleksible hylsterformede ventillegeme ind i ventilens strømningsvej, og i takt med slitagen 5 bliver det venti 1 legemets længde, der er bestemmende for ventilens levetid. Da venti 1 legemet kan gøres betydeligt længere end godstykkelsen, kan ventilen gives en væsentlig længere levetid end de kendte indretninger.

Ventilen åbnes desuden hurtigt til fuld gennemstrøm-10 ning, når midlerne, der påvirker vent i 1 legemet til indsnævring, aflastes. Vent i 1 legemet søger nemlig af sig selv til sin fuldt åbne stilling.

Med hensyn til afbøjning af det fleksible venti 1 legemes ende ind i strømningsvejen kan denne foretages på for-15 skellig måde. Således kan venti 1 legemet udelukkende påvirkes af radiære kræfter. Eksempelvis kan der arrangeres en række stempler i venti 1 legemets længde, som er arrangeret således, at de trykkes ind mod venti 1 legemet i takt med, at enden nedslides. En anden mulighed er, 20 at foretage en sammensnøring af venti 1 legemets ende ved hjælp af en omviklet stålwire eller kæde eller klembak ker. I krav 3 er der angivet en udførelsesform, hvor der mellem en cylindrisk væg og venti 1 legemet er anbragt et eller flere fleksible legemer opdelt i et el-25 ler flere kamre, der kan fyldes med væske eller gas og arrangeres således, at trykket i de enkelte kamre kan reguleres individuelt til at udøve et radiært tryk på venti 1 legemet for at holde dette indsnævret i stadig mindre afstand fra dets ene ende i takt med slitagen.

30 Vent i 1 legemet holdes således indsnævret ved at styre trykket ned langs vent i 1 legemet i takt med, at enden slides.

Ved en anden udførelsesform som angivet i krav 4 har det fleksible ventillegeme to endeflader, der henholds- 150665 i vis vender mod ventilens indløbs- og udløbsåbning og har en i det væsentlige radiær understøtningsflade for den ene ende af venti 1 legemet og har en afbøjningsflade beregnet for samvirke med venti 1 legemets anden ende, og 5 hvor understøtningsfladen og afbøjningsfladen er indrettet således, at de forskydes aksialt imod hinanden til afbøjning af ventillegemets ende, radiært til indsnævring af ventilens gennemstrømningsåbning. Den ønskede endediameter på vent i 1 legemet kan holdes kon-10 stant, selv når den gennemstrømmende væske eller gas udøver stor slitage på venti 1 legemet. Dette muliggøres ved at forskyde venti 1 legemet og afbøjningsfladen aksialt i forhold til hinanden indtil det ønskede bagtryk er opnået. Som nu den afbøjede del af venti 1 legemet 15 bortslides, bevæges ventil legemet og afbøjningsfladen yderligere mod hinanden for at holde konstant bagtryk med. det resultat, at mere materiale fra vent i 1 legemet afbøjes for derved at holde en konstant inderdiameter eller strømningsvej. Denne proces kan fortsætte indtil 20· hele den afbøjelige del af venti 1 legemet er bortslidt.

Længden af .den afbøjelige del af venti 1 legemet er kun en funktion af den sikkerhedsmargin, der ønskes.

Ved en hensigtsmæssig udførelsesform af ventilen udformes afbøjningsfladen konisk med den skrå flade vendende 25 mod venti 1 legemet og ind mod ventilens strømningsvej.

Venti 1 legemets ende vil således afbøjes mod den koniske afbøjningsflade ind i strømningsvejen.

Ventilsædet kan udformes på mange forskellige måder, eksempelvis kan det bestå af en række segmenter, men 30 hensigtsmæssigt udformes den cirkulært.

I princippet er det underordnet, om afbøjningsfladen føres mod venti 1 legemet eller omvendt, men det er imidlertid 5 150665 mest hensigtsmæssigt at bevæge afbøjningsfladen mod vent i 1 legemet. Ved en udføreslesform af ventilen er venti 1 legemets understøtningsflade således bygningsfast med ventilhuset, mens afbøjningsfladen er aksialt be-5 vægeligt.

Den indbyrdes aksiale forskydning af venti 1 legemet og afbøjningsfladen i forhold til hinanden kan udformes på mange forskellige måder, eksempelvis kan det foretages med bolte, der spændes eller ved hjælp af kabler eller 10 kæder. Imidlertid er en hensigtsmæssig udformning af ventilen ifølge krav 8 ejendommelig ved, at indretningen til aksial forskydning af understøtningsf laden og afbøjningsfladen i forhold til hinanden udgøres af en hydraulisk drivenhed.

15 Ved en udformning af ventilen ifølge krav 9 omfatter den hydrauliske drivenhed i det mindste to hydralikcy-lindre anbragt i hver sin side af ventilhuset med den ene ende fastgjort til huset og den anden ende til afbøjningsfladen. En symmetrisk anbringelse af hydraulik-20 cylindre omkring huset modvirker skævtræk. Desuden er bevægelsen af hydraulikcylindrene nem at styre.

Det er principielt underordnet om cylinderkappen er fastgjort til afbøjningsfladen og cylinderstemplet til ventilhuset, men hensigtsmæssigt fastgøres kappen til 25 ventilhuset og cylinderstemplet til afbøjningsfladen.

Ved en udformning af drossel venti len ifølge krav 11 omfatter ventilhuset en indvendig cylindrisk væg, der danner strømningsvejen og en dermed koncentrisk udvendig cylindrisk kappe, hvor den hydrauliske drivenhed er 30 anbragt i mellemrummet mellem de to vægge. Drosselventilen kan således som en enhed indsættes i borerøret.

Desuden ligger den hydrauliske drivenhed beskyttet.

6 150665

For at forhindre smudsansamlinger i ventilen under dens fremstilling, forsendelse og oplagring kan indløbs- og udløbsåbningen dækkes af en beskyttelsesmembran, som iturives ved et bestemt tryk.

5 For at bevare venti 1 legemets elastiske egenskaber kan strømningsvejen mellem de to beskyttelsesmembraner være fyldt med et konserveringsmiddel med hensyn til ventillegemet. Drossel venti len vil således altid være funktionsdygtig, uanset om den ikke er i funktion over et 10 længere tidsrum.

En anden udførelsesform af beskyttelsesmembranen, som tillader en uforstyrret strømning gennem ventilen, når den ikke er i brug, er ejendommelig ved, at den er udformet som et rørformet fortrinsvis flexibelt hylster 15 anbragt inden i venti 1 legemet og forløbende i hele ventilens længde, og med fanger ved enderne beregnet til sammenspænding med hele ventilen ved ind- og udløbet.

Udover at ventilen ikke forstyrrer strømning i passivstilling, kan den også testes og helt ned til lukke-20 stilling ved at lave beskyttelseshylsteret flexibelt nok. I modsætning til den ovenfor nævnte udformning, skal beskyttelsesmembranen ikke sprænges, men slides igennem i det øjeblik man begynder at drøvle med ventilen .

25 Udførelsesformer for opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen.

På tegningen viser: figV 1 et aksialt snit af en udførelsesform af 'drosselventilen ifølge opfindelsen, 30 fig. 2 et tværsnit af drosselvent i len ifølge 7 150665 fig. 1, fig. 3 et længdesnit som i fig. 1, men hvor ventilen er vist i funktion, fig. 4 drossel vent i len i fig. 1 set direkte fra 5 enden, fig. 5 en typisk overflade opbygning af en offshore olie- eller gasbrønd under boring i de øverste jordlag, fig. 6 et vandret snit af opbygningen i fig. 5, 10 og fig. 7 en anden udførelsesform af drosselventi-len ifølge opfindelsen.

Drossel venti len illustreret på tegningens fig. 1-4 omfatter en cylindrisk kappe 1 med en indløbs- og udløbs-15 forbindelse 2,3 forsynet med flanger, og som vist i fig. 1 kan være dækket af beskyttelsesmembraner 4, så længe ventilen ikke har været i funktion. I den viste udførelsesform omfatter ventilhuset to dele nemlig en ydre kappe 5 og en indvendig del 6, der i det væsent-20 ligste udgøres af en indvendig cylindrisk væg 7, der definerer strømningsvejen mellem de to forbindelsesender 2,3.

Væggen 7 er indvendig over en væsentlig del af dens længde omgivet af et fleksibelt rørformet ventilelement 25 8 med en plan første ende, der hviler mod en understøt ning 9 ud i et med ventilhusdelen 6 og en anden konisk ende, der samvirker med en afbøjningsflade 10 eller sammentrækningsstempel. Den indvendige og udvendige 150665 8 overflade af disse er plane med den udvendige og indvendige side af det rørformede ventilelement 8 i ventilens fuldt åbne stilling som vist i fig. 1.

Afbøjningsfladen 10 er forsynet med radiært, udadstik-5 kende flige 11, der går igennem aksiale slidser 12 i væggen 7, og en drivenhed 13 i form af et tilsvarende antal hydrauliske drivcylindre 14 er anbragt i det ringformede rum mellem væggene 5 og 7. Ved at drivcylindrene 14 bæres af ventilhusdelen 6, og deres stemp-10 ler 16 er forbundet med de tilsvarende flige 11, kan afbøjningsfladen 10 forskydes frem og tilbage.

I stillingen vist i fig. 1 kan trykmediet gennem ikke viste slanger føres til stemplet 15 på den side, der bærer stempelstangen og derved forårsage, at afbøj-15 ningsfladen 10 forskydes til venstre på tegningen. Eftersom det rørformede ventilelement er fast understøttet af understøtningen 9, vil forskydningen af afbøj-. ningsfladeelementet presse den højere ende af det rørformede ventilelement 8 mod stillingen vist i fig. 1, i 20 hvilke strømningsvejen gennem ventilen er helt lukket. Afbøjningsfladeelementet 10 kan imidlertid indstilles til en vilkårlig stilling mellem disse, der er vist på tegningen, således at strømningsvejen forbliver mere eller mindre åben og derved kontrollerer væskestrømmen 25 som ønsket.

Ved den indsnævrede zone dannet af den indad afbøjede ende af venti 1 legemet 8 fremkommer der et betydeligt slid, men dette slid kompenseres der for ved gradvis at forskyde afbøjningsfladen 10 aksialt mod vent i 1 legemet 30 8. En sådan justering for slid kan derfor foretages, indtil afbøjnings.fladen 10 har nået sin yderste stilling, kun begrænset af de hydrauliske cylindres slag- 9 150665 længde.

Det rørformede ventilelements 8 fleksibilitet kan forbedres ved aksiale render fordelt over dets indvendige væg, og dets yderside kan have rundtgående svækkelses-5 riller, som angiver "klare" sammensnøringszoner efterhånden som slitagen skrider fremad og medfører successivt ofring af ventilelementmateriale.

Fig. 5 viser et typisk overfladearrangement af en offshore olie- eller gasboring monteret med den ovenfor 10 beskrevne drossel venti 1 17. I det tilfælde at en udluftning af borehullet er påkrævet på grund af indstrømning af gas fra de gennemborede jordlag, lukkes en divertor 18. Herved forøges trykkes i borehullet 19, indtil beskyttelsesmembranen 4 på drossel venti len itu-15 rives, og borevæsken strømmer igennem drosselventilen og afledningsrøret 20. Boreoperatøren kan derefter justere venti 1 legemets 8 endediameter ved gennem den hydrauliske drivenhed 13 at udøve tryk på afbøjningsfladen 10 og derved regulere bagtrykket i borehullet til 20 et forud beregnet maksimalt tryk, som aflæses på et manometer 21. Den punkterede linie i fig. 6 viser, hvordan man alternativt kan montere to drosselventiler på hver side af borehullet.

På tegningens fig. 7 er der vist en anden udførelses-25 form for drosselventilen ifølge opfindelsen. Der er på figuren benyttet samme henvisningsbetegnelser for samme del som i fig. 1. Imellem ventilhuset 1 og ventillegemet 8 er der anbragt et fleksibelt element, der strækker sig i hele eller næsten hele ventilelementets læng-30 de. Legemet er opdelt i en række separate kamre 23, hvori der kan inføres en væske eller gas under tryk.

Ved en passende justering af trykkene i de enkelte kam- 10 150665 re kan der opnås, at venti 1 legemet får den i figuren viste facon altså en gradvis indsvævring mod ventilens udløbsénde. Efterhånden som venti 1 legemets ende nedslides aflastes det yderste kammer mod ventilens udløbs-5 ende, mens trykket forøges i det næstfølgende kammer til indsnævring af en ikke nedslidt ende af ventillegemet og så fremdeles.

Selvom ventilen her specielt er beskrevet i forbindelse med udluftning fra olie- og gasboringer, er det indly-10 sende, at ventilens anvendelse ikke er begrænset til det ene specielle område. Den er såldes velegnet til alle de formål, hvor drosselventilen gennemstrømmes af en stærkt slidende væske eller gas.

Claims (10)

150665

1. Drossel venti 1 til regulering af gennemstrømning og dermed bagtryk i en olie- og gasboring i forbindelse med udluftning af utilsigtet gasindslip i boringen, med et i ventilhusets (1) strømningsvej anbragt som en bøs-5 ning udformet og af et f.eks. som gummi fleksibelt materiale bestående ventillegeme (8), der radiært kan 1. ndsnaevres til reducering af ventilens strømningsvej kendetegnet ved, at venti 1 legemet (8) i upåvirket tilstand har en lysning, der er lig med eller 10 mindre end lysningen af ventilens strømningsvej i øvrigt, og at ventilen er forsynet med midler (10;22) til startende fra venti 1 legemets (8) ene ende radiært at indsnævre venti 1 legemet (8) efterhånden i stadig mindre afstand fra dets anden ende som kompensation for det 15 slid, som den indsnævrede del af ventillegemet er udsat for.

2. Drosselventi1 ifølge krav 1 kendetegnet ved , at midlerne til sammenklemning af vent i 1 legemet udelukkende påvirker dette radiært.

3. Drossel venti 1 ifølge krav 2 kendetegnet ved , at der mellem en cylindrisk væg (7) i ventilens hus og venti 1 legemet (8) er anbragt et eller flere fleksible legemer (22) opdelt i et eller flere kamre (23), der kan fyldes med væske eller gas og arrangeret 25 således, at trykket i de enkelte kamre (23) kan reguleres individuelt til at udøve et radiært tryk på ventillegemet (8), for at holde venti 1 legemet indsnævret i stadig mindre afstand fra den anden enden i takt med slitagen.

4. Drossel venti 1 ifølge krav 1 kendetegnet 150665 ved, at den har en i det væsentlige radiær understøtningsflade (9) for den ene ende af venti 1 legemet (8) samt en afbøjningsflade (10) beregnet for samvirke med vent i 1 legemets anden ende, og hvor understøtningsf laden 5 (9) og afbøjningsfladen (10) er indrettet således, at de kan forskydes aksialt mod hinanden til afbøjning af venti 1 legemets (8) ende radiært indefter til indsnævring af ventilens gennemstrømningsåbning.

5. Drosselventi1 ifølge krav 4 kendetegnet 10 ved, at afbøjningsfladen (10) er konisk med den skrå flade vendende mod venti 1 legemet (8) og ind mod ventil-I ens gennemstrømningsåbning.

6. Drosselventil ifølge krav 4 kendetegnet ved, at afbøjningsfladen (10) er cirkulært ringformet.

7. Drossel venti 1 ifølge krav 4 kendetegnet ved , at venti 1 legemets understøtningsflade (9) er bygningsfast med ventilhuset (1), mens afbøjningsfladen (10) er aksialt forskydeligt.

8. Drosselventil ifølge krav 4 kendetegnet 20 ved, at indretningen til aksial forskydning af understøtningsfladen (9) og afbøjningsfladen (10) i forhold til hinanden udgøres af en hydraulisk drivenhed (13).

9. Drosselventil ifølge krav 8 kendetegnet v e d , at den hydraliske drivenhed (13) omfatter i det 25 mindste to hydraulikcylindre (14) anbragt i hver sin side af ventilhuset (1) med den ene ende fastgjort til huset (1) og den anden ende til afbøjningsfladen (10).

10. Drosselventi1 ifølge krav 9 kendetegnet ved, at cylinderkappen er fastgjort til ventilhuset