JP2017503118A - 非対称的な切断バルブシート - Google Patents

Abstract

本発明は、バルブブロック、バルブブロックの空洞内を開放位置から閉鎖／切断位置まで摺動可能なゲート、バルブブロックとゲートとの間であってバルブの上部に配置された上側シート、およびバルブブロックとゲートとの間であってバルブの下部に配置された下側シートを備えた切断バルブを提供する。本バルブは、上側シートとバルブブロックとの間に配置された上側弾性部材およびバルブブロックと下側シートとの間に配置された下側弾性部材をさらに備える。本切断バルブは、上側シートがバルブブロックに向かう許容移動距離と下側シートがバルブブロックに向かう許容移動距離とが実質的に等しくなるように、上側シートおよび下側シートの高さと、弾性部材と、ゲートの下側にあるあらゆるスペーサーとの組み合わせが選択されることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は切断バルブに関し、特に緊急状況下で油井においてワイヤーラインを切断して油井を密閉する油井で使用されるバルブに関する。

油やガスの生産中、特に油井の改修や試験中に、ワイヤーライン操作がよく行われる。各種工具や機器を支持および操作するために、ストランド、例えばケーブル、ライン、ワイヤー、コイルまたはピアノ線が坑口装置を通過する。

ゲートバルブが閉鎖する前にストランドを油井から取り出すことが理想的である。しかし場合によっては、バルブの閉鎖前にストランドを取り出すことができずに、ストランドの上でゲートバルブが閉鎖されることがある。ワイヤーが通過する切断バルブは、バルブの着座後に閉鎖および密閉操作をしている間にストランドを剪断することができるものでなければならない。

ワイヤーストランドを上側シートとゲートとの間に引きずり込むリスクを最小限に抑えるために、切断装置の剪断効率は高いことが重要である。ワイヤーまたはストランドが適切に剪断または切断されない場合には、これによりバルブ内でシール漏れが生じる可能性がある。

ゲートの熱膨張を可能にするためには、ブロックとシートとの間に隙間がなければならない。バルブが閉鎖している間に、上側および下側シートはそれぞれのバルブシートポケット内に後退する。先行技術では、切断バルブは中心線の周りで対称的であり、これはシートや弾性部材などがゲートの上側とゲートの下側において等しいことを意味する。

ゲートの重量は典型的に５０〜１２０ｋｇであり、重力によりゲートは下方に引き下ろされ、これによりゲートの中心線と切断バルブの空洞の中心線との間に大きなずれが生じ、このようにして上側シートとバルブブロックとの間の隙間が下側シートとバルブブロックとの間の隙間よりも大きくなることもある。従って切断位置では、上側シートは下側シートよりも大きく後退することになり、上側シートとゲートとの間の隙間が下側シートとゲートとの間の隙間よりも大きくなってしまう。これについて以下にさらに説明する。

典型的にコイル、ピアノ線または他のストランドのような丈夫で細いストランドを有するストランドの束からなる編組線は、ゲートとシートとの間の隙間にストランドの一部が引きずり込まれることによりシール漏れを生じさせるリスクを特に示すものである。

油井内で切断バルブを変えるのは不便かつ困難であり、従って、ケーブル、ワイヤー、ストランド、コイル、ピアノ線などの異なる種類の物体を効率的に切断することができる切断バルブを油井内に設置することが必要である。

米国特許出願公開第２０１３０１１９２８８号は、任意のダウンホールツールを介して剪断し、かつ剪断動作が完了した後にそのシール性能を維持することができる先行技術の切断バルブを開示している。この切断バルブは、バルブブロックの空洞内を開放位置から閉鎖／切断位置まで摺動可能なゲートを備える。このバルブはゲートの両側に装着されたシートと、ゲートが閉鎖位置にある場合にゲートに係合するシール面とを有する。剪断要素は、バルブシートのそれぞれに接続され、かつそれらによって運ばれ、ゲートの移動に応答して開放位置から閉鎖位置にバルブシートに対して軸方向に移動することができる。

ゲートの上側および下側にあるシートおよび剪断装置は同じように動作するものとして記載されている。この公開特許公報は、かなりの重量を有するゲートにより切断プロセス中にゲートが下方に引き下ろされる点を考慮していない。

この公開特許公報にはゲートバルブの重力によって引き起こされるあらゆる調整について記載されていない。これは、上側シートおよび下側シートの許容移動距離を実質的に等しくするように上側および下側シートに対して作用する力を補償することは当業者には明らかでないことを示している。

また、この公開特許公報における剪断要素の構成は本発明における切断要素の構成よりも複雑である。本発明では、切断要素はゲートの一体化部分を形成している。

切断位置における上側シートとゲートとの間の隙間を最小限に抑え、かつバルブの剪断効率を高め、それによりワイヤーが完全に切断される、すなわち切り離されることを保証する切断バルブが求められている。

本発明は、バルブブロックと、バルブブロックの空洞内を開放位置から閉鎖／切断位置まで摺動可能なゲートと、バルブブロックとゲートとの間であってバルブの上部に配置された上側シートと、バルブブロックとゲートとの間であってバルブの下部に配置された下側シートとを備える切断バルブを提供する。本バルブは、上側シートとバルブブロックとの間に配置された上側弾性部材およびバルブブロックと下側シートとの間に配置された下側弾性部材をさらに備える。切断バルブは、上側シートおよび下側シートの高さと、弾性部材と、ゲートの下側にあるあらゆるスペーサーとの組み合わせが、上側シートがバルブブロックに向かう許容移動距離と下側シートがバルブブロックに向かう許容移動距離とが実質的に等しくなるように選択されるという点で特徴的である。

切断バルブのゲートは、かなりの重量を有し、バルブとシートとの間に隙間が必要なために、ワイヤーがバルブ内で切断されるとその重力によりゲートが下方に引き下ろされる。これによりゲートの上部および下部において不均等な切断が生じる。この重力を補償し、かつ上側および下側シートがバルブブロックに向かう移動距離を等しくすることができるように、弾性部材、スペーサーまたは異なる高さのシートを配置する。

「バルブの切断位置」という用語は、ゲートを下側シートに向かって引き下ろすように作用する重力をゲートが受けた際のバルブの位置として定義される。

切断バルブの好ましい実施形態は、参照される従属請求項に定義されている。

本文脈における「等しいスリット」という用語は、空洞の上部および空洞の下部における各シート（支柱を有する外側部分）とゲートとの間の垂直方向の隙間が等しい大きさを有することを意味する。スリットが等しい場合、不均等に切断され、かつワイヤーの細いストランドがゲートとシートとの間に引き込まれるリスクが最小限に抑えられる。

本発明の一実施形態は、より高い弾性率を有する弾性部材（例えばバネ）を実装し、それにより垂直方向に積み重ねられたバルブ部品の重量に対する補償として下側シートにより大きな力を得ることである。このより高い弾性率によりゲートはバルブ空洞の中心に効率的に位置決めされる。これにより切断手順の間にシートをそれらのポケットの中に等しい距離で後退させ、それによりゲートの各側に等しい切断スリットを残し、このようにして切断効率を高め、かつ細いストランドを引き込むリスクを最小限に抑える。

等しいスリットを有する別の利点は、特に丈夫で細いストランドを有する細い編組線に対する切断動作がより効率的になる点にある。

本発明の別の実施形態は、シートの下部にシムなどの間隔保持要素を実装し、かつ間隔保持要素とシートとの間に等しい弾性部材すなわちバネの剛性を主に使用することである。

本発明のさらに別の好ましい実施形態は、バルブの下側により小さいシートポケットを配置するか、バルブの上側により強力なバネを配置することである。

切断バルブの等角図である。 本発明を使用しない通常の切断手順の概略図であり、開放位置にある本発明に係るバルブを示す。 本発明を使用しない通常の切断手順の概略図であり、ゲートが方向Ｘに移動している閉鎖位置にある本発明に係るバルブを示す。 本発明を使用しない通常の切断手順の概略図であり、バルブの切断手順を示す。 本発明を使用しない通常の切断手順の概略図であり、バルブの切断手順を示す。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、ゲートバルブに作用する力によって示されている先行技術のゲートバルブの原理図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、ゲートバルブに作用する力によって示されている本発明に係るゲートバルブの原理図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、下側シートにより強力なバネを備えた本発明に係る切断バルブの好ましい実施形態の断面図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、下側バルブブロック内にシムまたは追加材料を有する本発明に係る別の好ましい実施形態の断面図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、下側シートにより小さいバネポケットを有する本発明に係るさらに別の好ましい実施形態の断面図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、下側シートとバネとの間に追加されたシムを有する本発明に係るさらに別の好ましい実施形態の断面図である。 本発明の異なる好ましい実施形態の概略図であり、上側シート６ａ内により大きなバネポケットが配置されている本発明に係るさらに別の好ましい実施形態の断面図である。

図１を参照すると切断バルブ１の等角図が示されている。

この図はバルブ本体１の断面を示し、本バルブは、その中に空洞３を収容する環状バルブブロック２と、空洞３と交わる本体１を貫通して形成された通路４とを備える。ゲート５は空洞３内に示されており、空洞３内を選択的に摺動可能である。環状シート６ａ、６ｂは通路４内に同軸方向に配置された状態で示されており、それぞれが空洞３内に延在する端部を有し、内端はゲート５に向かって延在し、外端はバルブ本体１のバルブブロック２に向かって延在している。シート６ａ、６ｂの外端は２つの垂直に分割された部分を含む。一方の部分は、バルブブロック２とシート６ａ、６ｂとの間に取り付けられたバネポケット内の弾性部材８（例えばバネ）と、シート６ａ、６ｂがバルブブロック２に押し付けられるとさらに突出してバルブブロック２に当接する支柱７とを有する（これは図２〜図５により良く示されている）。

シート６ａ、６ｂおよびゲート５は、熱膨張や部品公差などを可能にするために互いにその間に垂直方向の隙間を必要とする。バルブ１の上部には、シート６ａの支柱７ａとバルブブロック２との間に間隙９ａがある。

バルブ１の下部には、シート６ｂの支柱７ｂとバルブブロック２との間に間隙９ｂがある。間隙９ａ、９ｂは、シート６ａ、６ｂがバルブブロック２に向かって移動することができる距離を定める。

図２を参照すると、本発明を使用しない通常の切断バルブの断面図が開放位置で示されている。

ゲート５は、中実部分５ａと開口すなわち中空部分５ｂとを含む。中空部分５ｂは通路４の開口部と同じ直径を有する。

開放位置にある間、バルブシート６ａ、６ｂは、開口部５ｂを取り囲む環状面に沿ってゲート５の中実部分５ａと接触している。

支柱７ａ、７ｂとバルブブロックとの間隙９ａ、９ｂにも関わらずゲート５とシート６ａ、６ｂとの間の初期接触圧を維持するために、シート６ａ、６ｂは、シート６ａ、６ｂの外側部分において上述したように配置されたバネ８ａ、８ｂなどの弾性部材でバネ付勢されている。これらの弾性部材は、一端がバルブブロック２に接し、かつ他端がシート６ａ、６ｂにそれぞれ接した状態で配置されている。弾性部材８ａ、８ｂは等しい種類の部材であり、各シート６ａ、６ｂの付勢のために等しい力を有する。

ゲート５の重量によりゲート５が重力によって引き下ろされるため、上側シート６ａの支柱７ａとバルブブロック２との間の間隙９ａは下側シート６ｂの支柱７ｂとバルブブロック２との間の間隙９ｂよりも大きい。

図３を参照すると、図２の切断バルブ１の側断面図が閉鎖位置で示されている。バルブ１が閉鎖されると、ゲート５は矢印Ｘの方向に水平方向に摺動可能に移動し、ワイヤー１３などの被切断物に衝突する。

図４および図５を参照すると、図１のバルブの切断位置が示されている。切断手順の間、ワイヤー１３がゲート５とシート６ａ、６ｂとの間で圧迫された際に生じる切断力により、シート６ａ、６ｂはゲート５からバルブシートポケット内に押し込まれる。上側シート６ａの支柱７ａおよび下側シート６ｂの支柱７ｂがそれぞれバルブブロック２に当接するまで、シート６ａ、６ｂは後退する。

ワイヤー１３を押し付けるゲート５の部分は、切断縁１０ａ、１０ｂを有する。ワイヤー１３は、上側シート６ａとゲート５の上部の切断縁１０ａとの間に画定される上側切断スリット１１ａ、および下側シート６ｂとゲート５の下部の切断縁１０ｂとの間に画定される下側切断スリット１１ｂ内で切断される。

間隙９ａ（図３を参照）は間隙９ｂ（図３を参照）よりも大きいため、上側シート６ａは下側シート６ｂよりも長い距離を移動することができる。次いで、これにより下側スリット１１ｂよりも大きな上側スリット１１ａが形成される。上側スリット１１ａでは、大きなスリットが原因で、ワイヤーストランド１３ａをシート６ａとゲート５との間に引き込んでしまうことがある。シート６ａとゲート５との間に引き込まれたワイヤーストランド１３ａにより、切断後にバルブ１の適切な密閉が妨げられてしまうことがある。

既存の切断バルブに関する問題の原理およびその問題に対する解決法が図６ａおよび図６ｂに原則として示されている。図６ａは、ゲート５およびゲート５に接した状態にあるシート６ａ、６ｂを備えた先行技術の切断バルブ１を示す。弾性部材８ａはシート６ａに取り付けられおり、弾性部材８ｂはシート６ｂに取り付けられている。図６ａに示す現在の設計では、バネの力「Ｆｓ」は等しいが、ゲート５の両側において逆向きである。さらに重力がゲート５に作用し、この力「Ｆｎ」により、ゲート５の中心に沿った中心線１３がバルブ本体１の中心線１２よりも下にある位置までゲート５が下方に引き下ろされる。

弾性部材２１ａ（例えば上側シート６ａに作用するバネ）および弾性部材２１ｂ（例えば下側シート６ｂに作用するバネ）が非対称的である場合、それらは異なるバネ付勢を有している。下側バネは力「Ｆｓ＋Ｆｎ」で作用し、これはゲートの重力の重みを補償し、ゲート１３の中心線をバルブ本体１２の中心線１２と実質的に等しいままにする。これにより本バルブの上側および下側において間隙９ａ、９ｂ（図３）の均等な分配が生じ、このようにして実質的に等しい上側スリット１１ａおよび下側スリット１１ｂも得られる。

図７を参照すると、本発明の好ましい実施形態の閉鎖／切断バルブの断面図が示されている。この図は、バルブブロック２、空洞３、通路４、ゲート５、および先に記載したように配置されている支柱７ａ、７ｂを有するシート６ａ、６ｂを備えた、図１〜図５に記載されている切断バルブと同様の切断バルブ１を示す。ゲート５は、ゲート５の上部および下部に切断縁１０ａ、１０ｂを有する。弾性部材１８ｂ（例えばバネ）は、下側シート６ｂとバルブブロック２との間であって支柱７ｂの傍らに取り付けられている。この弾性部材１８ｂは上側シート６ａとバルブブロック２との間に取り付けられている弾性部材１８ａよりも強力である。

バネ１８ａ、１８ｂのこの不均等な強度を正確に選択すれば、本バルブの上側および下側において均等に分配されたバルブの隙間が生じる。これは、上側支柱７ａとバルブブロック２との間の上側間隙１９ａと、下側支柱７ｂとバルブブロック２との間の下側間隙１９ｂとが等しいことを意味する。また、ゲート５と上側シート６ａとの間の隙間とゲート５と下側シート６ｂとの間の隙間も等しい。

下側バネ１８ｂは、垂直方向に積み重ねられたバルブ部品の重量、特にゲート５の重量に対する補償として、上側バネ１８ａよりも高いバネ抵抗を有する。切断手順の間、シート６ａ、６ｂをそれらのポケットの中に等しい距離だけ後退させ、それによりゲート５の両側に等しい切断スリットを残し、このようにして細いストランドがスリット内に引き込まれるリスクを最小限に抑える。（スリットの位置は符号１１ａ、１１ｂによって図３に示されている）。本バルブの下側にあるより強力なバネ１８ｂの代わりに、より弱いバネ１８ａがバルブ１の上側に配置されている。これが本発明の一実施形態である。

図８を参照すると、本発明の好ましい実施形態に係る切断バルブの断面図が示されている。この図は、バルブブロック２、空洞３、通路４、ゲート５、支柱７ａ、７ｂを有するシート６ａ、６ｂ、および弾性部材８ａ、８ｂを備えた、図１〜図５に記載されている切断バルブと同様の切断バルブを示す。上側弾性部材８ａは下側弾性部材８ｂと等しい。また１つ以上のシム３０または他の追加材料がバルブブロック２の下部に配置されており、１つ以上のシム３０が下側弾性部材８ｂとバルブブロック２との間に配置されている。

下側弾性部材８ｂの圧縮は１つ以上のシム３０の厚さによって影響を受ける。１つ以上のシム３０は、本バルブの上側および下側において均等に分配されたバルブの隙間を維持し、このようにして等しい上側間隙１９ａおよび下側間隙１９ｂを維持する好適な厚さを有する。本バルブの下側にあるシム３０の代わりに、上側弾性部材８ａが配置されるバルブブロック２の一部を除去して同じ結果を得ることが本発明の一実施形態である。

次に図９を参照すると、本発明の別の好ましい実施形態に係る切断バルブの断面図が示されている。この図は、バルブブロック２、空洞３、通路４、ゲート５、および支柱７ａ、７ｂを有するシート６ａ、６ｂを備えた、図１〜図５に記載されている切断バルブと同様の切断バルブを示す。本発明の本実施形態では、下側シート６ｂに取り付けられたバネポケット２８ｂは、上側シート６ａに取り付けられたバネポケット２８ａよりも小さい。これにより上側シート６ａ内により大きなバネポケットが得られる。これにより、本発明の他の実施形態において先に記載したように、本バルブの上側および下側に均等に分配されたバルブの隙間が生じ、このようにして等しい上側間隙１９ａおよび下側間隙１９ｂが得られる。

図１０を参照すると、本発明のさらに別の好ましい実施形態に係る切断バルブの断面図が示されている。本実施形態では下側シート６ｂと弾性部材８ｂとの間に１つ以上のシム３１が追加されている。本バルブの上部および下部にある弾性部材８ａ、８ｂは、図８に記載されている実施形態のように等しい。また、これにより下側弾性部材８ｂがより圧縮されて本バルブの上側および下側において均等に分配されたバルブの隙間が生じ、等しい上側間隙１９ａおよび下側間隙１９ｂが得られる。

本バルブの下側のシム３１の代わりに、上側弾性部材８ａが配置される上側シート６ａの一部を除去して同じ結果を得ることが本発明の一実施形態である。

次に図１１を参照すると、本発明のさらに別の可能な実施形態に係る切断バルブの断面図が示されている。この図は、バルブブロック２、空洞３、通路４、ゲート５、および支柱７ａ、７ｂを有するシート６ａ、６ｂを備えた、図１〜図５に記載されている切断バルブと同様の切断バルブを示す。本発明の本実施形態では、上側シート６ａにバネ３８ａなどのより強力な弾性部材が配置されており、すなわち上側シート６ａ内のバネポケットは下側シート６ｂのバネポケットよりも大きい。上側および下側バネポケットの大きさ（深さ）間の好適な関係により先の実施形態と同じ結果が得られる。すなわち、本バルブの上側および下側に均等に分配されたバルブの隙間が生じ、このようにして等しい上側間隙１９ａおよび下側間隙１９ｂが得られる。

本発明の切断バルブは、あらゆる動作可能に組み合わせられた本明細書に記載および図示されているあらゆる特徴を備えることができ、そのような動作可能な組み合わせはそれぞれ本発明の一実施形態である。

Claims (8)

1. 切断バルブ（１）であって、バルブブロック（２）と、前記バルブブロック（２）の空洞（３）内を開放位置から閉鎖／切断位置まで水平に摺動可能なゲート（５）と、前記バルブブロック（２）と前記ゲート（５）との間であって前記バルブ（１）の上部に配置された上側シート（６ａ）と、前記バルブブロック（２）と前記ゲート（５）との間であって前記バルブ（１）の下部に配置された下側シート（６ｂ）と、前記バルブブロック（２）と前記上側シート（６ａ）との間に配置された上側弾性部材（８ａ、１８ａ、２８ａ、３８ａ）と、前記バルブブロック（２）と前記下側シート（６ｂ）との間に配置された下側弾性部材（８ｂ、１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ）とを備え、前記上側シート（６ａ）および前記下側シート（６ｂ）の高さと、前記弾性部材（８ａ、８ｂ、１８ａ、１８ｂ、２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂ）と、前記ゲート（５）の下側にある任意のスペーサー（３０）との組み合わせは、前記上側シート（６ａ）が前記バルブブロック（２）に向かう許容移動距離（間隙９ａ）と前記下側シート（６ｂ）が前記バルブブロック（２）に向かう許容移動距離（間隙９ｂ）とが実質的に等しくなるように選択されることを特徴とする、切断バルブ。
2. 前記弾性部材は少なくとも１つの上側バネ１８ａおよび少なくとも１つの下側バネ１８ｂを含み、前記上側バネは前記上側シート（６ａ）に取り付けられ、かつ前記下側バネ１８ｂは前記下側シート（６ｂ）に取り付けられており、前記下側バネ（１８ｂ）は前記上側バネ（１８ａ）よりも高い弾性モジュールを有する、請求項１に記載の切断バルブ。
3. 前記スペーサーは少なくとも１つのシム（３０）を含む、請求項１または２に記載の切断バルブ。
4. 少なくとも１つのシム（３０）は前記下側弾性部材（８ｂ）と前記バルブブロック（２）との間に配置されている、請求項３に記載の切断バルブ。
5. 少なくとも１つのシム（３１）は前記下側シート（６ｂ）と前記下側弾性部材（８ｂ）との間に配置されている、請求項３に記載の切断バルブ。
6. 前記下側シートのためのバネポケット２８ｂは前記上側シート６ａのためのバネポケット２８ａよりも小さい、請求項１〜５のいずれかに記載の切断装置。
7. 切断縁（１０ａ、１０ｂ）は前記ゲート（５）の一体化部分を形成している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の切断装置。
8. 緊急状況下でワイヤーラインを切断し、かつ油井を密閉するための請求項１〜７のいずれか１項に記載の切断バルブの使用。

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