NO140115B

NO140115B - SUBMISSIBLE CLOSE VALVE FOR OIL BRIDGE

Info

Publication number: NO140115B
Application number: NO740978A
Authority: NO
Inventors: Talmadge Layne Crowe
Original assignee: Baker Oil Tools Inc
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-03-19
Publication date: 1979-03-26
Also published as: NO784088L; DE2462473B2; JPS5016923A; DE2428804A1; GB1461641A; JPS5442323B2; US3868995A; DE2462473C3; NO740978L; NO140115C; DE2428804C3; GB1461642A; IT1013232B; CA997676A; DE2462473A1; DE2428804B2; FR2233547A1; RO71655A; SU641876A3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en nedsenkbar stengeventil for oljebrønner som er innrettet for anbringelse i et brønnfluidumsproduksjonsrør, omfattende et ventilhus med en gjennomløpskanal, et ventillegeme som er forskyvbart anordnet mellom en første stilling hvori kanalen er avstengt, og en andre stilling hvori kanalen er åpen, styreorganer for forskyvning av ventillegemet mellom disse stillinger innbefattende deler som danner et væsketrykkammer for bevegelse av ventillegemet til den andre stilling, samt fjærorganer som i samvirke med brønnflui-' dumstrykket i produksjonsrørstrengen tvinger ventillegemet til den første stilling etter at styrevæsketrykket i kammeret er redusert. Med "nedsenkbar stengeventil" menes i denne forbindelse en ventil som er beregnet på å arbeide under jord- eller sjø-overflaten. The present invention relates to a submersible shut-off valve for oil wells which is arranged for placement in a well fluid production pipe, comprising a valve housing with a passage channel, a valve body which is displaceably arranged between a first position in which the channel is closed, and a second position in which the channel is open, control means for displacement of the valve body between these positions including parts which form a fluid pressure chamber for movement of the valve body to the second position, as well as spring means which, in cooperation with the well fluid pressure in the production pipe string, force the valve body to the first position after the control fluid pressure in the chamber has been reduced. In this context, "submersible shut-off valve" means a valve that is intended to work below the ground or sea surface.

Stengeventiler av ovennevnte art er i det vesentlige tidligere kjent, bl.a. fra US patenter nr. 3 703 193 og 3 741 249. Shut-off valves of the above type are essentially previously known, i.a. from US Patent Nos. 3,703,193 and 3,741,249.

Ved utvinning av brønnfluider, f.eks. olje og/eller gass, fra brønner som er fjernt beliggende, er det blitt vanlig praksis å installere automatiske stengeventiler som påvirkes av brønnfluidumtrykket på slik måte at de kan beveges fra åpen stilling til lukket stilling i tilfelle av fluidumtap, hvilket kan forårsakes av forskjellige omstendigheter. Det kan f.eks. inn-treffe at en undersjøisk brønn påføres skader som kan medføre at brønnfluidum strømmer ut i sjøen, hvilket ikke bare medfører et vedvarende fluidumtap helt til brønnen kan avtettes, men dessuten resulterer i forurensning av sjøbunnen og strandområder som følge av at olje strømmer ut i sjøen og driver mot land. Det er videre ønskelig å forebygge ukontrollerte tap av brønnfluidum fra fjernt-liggende brønner på land hvor brønnhodet kan påføres skader som resulterer i en ukontrollert, vedvarende utstrømning helt til brønnen kan avtettes. When extracting well fluids, e.g. oil and/or gas, from wells that are remotely located, it has become common practice to install automatic shut-off valves that are affected by the well fluid pressure in such a way that they can be moved from an open position to a closed position in the event of fluid loss, which can be caused by various circumstances . It can e.g. occur that a subsea well is damaged which can cause well fluid to flow into the sea, which not only results in a sustained loss of fluid until the well can be sealed, but also results in pollution of the seabed and coastal areas as a result of oil flowing into the sea and drifts towards land. It is also desirable to prevent uncontrolled losses of well fluid from remote wells on land where the well head can be damaged resulting in an uncontrolled, persistent outflow until the well can be sealed.

Det er tidligere utviklet ulike ventiler med innbe-fatning av glideventiler og kuleventiler som er forsynt med en stort sett fullboret, gjennomgående åpning for praktisk talt uhindret gjennomstrømning med henblikk på automatisk avstengning av en slik utstrømning fra en brønn i en dyptliggende sone i produksjonsrørstrengen. Slike kuleventiler har imidlertid vist seg å fungere på mangelfull måte, særlig når de er åpnet og brønnfluidumtrykket under ventilen, som holder ventilen lukket, Various valves have previously been developed, including slide valves and ball valves, which are provided with a largely fully drilled, continuous opening for practically unhindered flow with a view to automatically shutting off such an outflow from a well in a deep-lying zone in the production pipeline. However, such ball valves have been shown to function poorly, particularly when they are opened and the well fluid pressure below the valve, which keeps the valve closed,

er av vesentlig størrelse og derved bevirker en høy friksjonsbe-lastning mellom tetningsflåtene og det flateparti av kuleventilen mot hvilket de befinner seg i tettsluttende anlegg. I enkelte tilfeller kan de betjeningsmidler som skal bringe kuleventilen i åpen stilling, ødelegges. is of significant size and thereby causes a high frictional load between the sealing floats and the flat part of the ball valve against which they are located in a tight fitting. In some cases, the operating means that bring the ball valve into the open position can be destroyed.

Kuleventiler er blitt bygget inn i dyptliggende sik-kerhetsventiler hvor fluidumtrykket på begge sider av den lukkede kuleventil utjevnes ved hjelp av en avbalanseringsventil innen kuleventilen åpnes, hvorved slitasjen og friksjonsmotstanden mot kulens bevegelse redusere, slik som beskrevet i US patent nr. 3 850 242. Ball valves have been built into deep-seated safety valves where the fluid pressure on both sides of the closed ball valve is equalized by means of a balancing valve before the ball valve is opened, thereby reducing wear and frictional resistance to the movement of the ball, as described in US patent no. 3,850,242.

Det nye og særegne ved stengeventilen ifølge foreliggende oppfinnelse er at ventillegemet innbefatter en omføringsven-til for utjevning av brønnfluidumtrykket på begge sider av ventillegemet innen dette føres fra den første stilling til den andre The new and distinctive feature of the shut-off valve according to the present invention is that the valve body includes a bypass valve for equalizing the well fluid pressure on both sides of the valve body before it is moved from the first position to the second

stilling. score.

Selv om det endelige resultat av trykkutligningen over stengeventilen i og for seg blir det samme ved bruk av ventilen ifølge oppfinnelsen som ved bruk av de kjente ventiltyper, oppviser førstnevnte ventil den egenskap at trykket innlednings-vis kan utjevnes over stengeventilen før denne omstilles fra lukket til åpen stilling. Derved blir det vesentlig lettere å utføre ventilomstillingen. Dessuten har man funnet at utjevningsventilen ikke oppviser lekkasjer i løpet av den tid anordningen befinner seg i brønnhullet. Det skal bemerkes at ventilen kan bli stående i brønnhullet i flere år. I størstedelen av denne tid vil stengeventilen være i åpen stilling, men den må være fullstendig manøv-rerings-sikker når den skal stenges, og også når den skal stilles tilbake til åpen stilling, hvilket først krever at trykket over stengeventilen utjevnes. En har funnet at en stengeventil med en omføringsventil innbefattet i selve kuleventillegemet, slik som ved foreliggende oppfinnelse, er mer pålitelig enn kjente stenge- Although the final result of the pressure equalization above the shut-off valve in and of itself is the same when using the valve according to the invention as when using the known valve types, the former valve has the property that the pressure can initially be equalized across the shut-off valve before it is changed from closed to open position. This makes it significantly easier to carry out the valve conversion. It has also been found that the equalization valve does not show leaks during the time the device is in the wellbore. It should be noted that the valve can remain in the wellbore for several years. During most of this time, the shut-off valve will be in the open position, but it must be completely maneuverable when it is to be closed, and also when it is to be set back to the open position, which first requires that the pressure above the shut-off valve be equalized. It has been found that a shut-off valve with a diversion valve included in the ball valve body itself, such as in the present invention, is more reliable than known shut-off

ventiler på samme område, og den er samtidig fri for lekkasjer. valves in the same area, and it is also free of leaks.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende detaljerte beskrivelse i tilknytning til teg-ningen, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en undersjøisk brønn hvori det er anordnet en nedsenkbar stengeventil, Fig. 2a, 2b, 2c, 2d og 2e viser sammen et langsgående delsnitt gjennom en automatisk stengeventil i en utforming i henhold til oppfinnelsen, hvor ventilen befinner seg i lukket stilling og hvor hver av figurene 2b til og med 2e utgjør suksessivt nedadgående fortsettelser av fig. 2a, Fig. 3a og 3b viser sammen et langsgående delsnitt gjennom de partier av ventilenheten som er vist i fig. 2a til og med 2e, hvor ventilen befinner seg i lukket stilling men i trykk-balansert tilstand med omføringsventilen åpnet og hvor fig. 3b danner en nedadgående fortsettelse av fig. 3a, Fig. 4a, 4b og 4c viser sammen et langsgående delsnitt av ventilen i åpen stilling, idet fig. 4b og 4c danner nedadgående fortsettelser av fig. 4a, Fig. 5 viser et detaljert vertikaldelsnitt langs linjen 5-5 i fig. 2c hvor enkelte deler er utelatt. Fig. 6 viser et snitt i overensstemmelse med fig. 5, men hvor ventilen er dreiet til åpen stilling, Fig. 7 viser et tverrsnitt langs linjen 7-7 i fig. 5, Fig. 8 viser et detaljert perpektivriss av kuleventilen, samt fig. 9 viser et vertikalsnitt langs linjen 9-9 i fig. 2c. Further features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description in connection with the drawing, where: Fig. 1 shows a schematic diagram of an underwater well in which a submersible shut-off valve is arranged, Fig. 2a, 2b, 2c, 2d and 2e together shows a longitudinal section through an automatic shut-off valve in a design according to the invention, where the valve is in the closed position and where each of the figures 2b to 2e constitute successive downward continuations of fig. 2a, Fig. 3a and 3b together show a longitudinal section through the parts of the valve unit shown in fig. 2a through 2e, where the valve is in the closed position but in a pressure-balanced state with the bypass valve opened and where fig. 3b forms a downward continuation of fig. 3a, Fig. 4a, 4b and 4c together show a longitudinal section of the valve in the open position, as fig. 4b and 4c form downward continuations of fig. 4a, Fig. 5 shows a detailed vertical section along the line 5-5 in fig. 2c where certain parts are omitted. Fig. 6 shows a section in accordance with fig. 5, but where the valve is turned to the open position, Fig. 7 shows a cross-section along the line 7-7 in fig. 5, Fig. 8 shows a detailed perspective view of the ball valve, as well as fig. 9 shows a vertical section along the line 9-9 in fig. 2c.

Som det fremgår av tegningene, med henvisning innled-ningsvis til fig. 1, er det installert en automatisk stengeventil-enhet V i en brønnproduksjonsrørstreng T som strekker seg nedad gjennom et foringsrør C som er innført i et brønnborehull W. Rør-strengen T og foringsrøret C rager oppad gjennom vannet til en plattform P. Det er på plattformen anordnet et rørhode H, forsynt med konvensjonelle ventiler, som er forbundet med en rørled-ning F som er innrettet for fremføring av brønnfluider til et hensiktsmessig plassert reservoar. Et pakningselement 10 som er anbragt i foringsrøret C, danner en tetningssone mellom rørstren-gen T og foringsrøret under ventilenheten V, og ventilenheten er tilpasset for å forbli i åpen stilling, som beskrevet i det etter-følgende, bare så lenge som det tilføres et hensiktsmessig styrevæsketrykk fra en trykkilde 11 til ventilenheten V. As can be seen from the drawings, with reference initially to fig. 1, an automatic shut-off valve assembly V is installed in a well production tubing string T extending downwardly through a casing C inserted into a wellbore W. The tubing string T and casing C extend upwardly through the water to a platform P. It is on the platform arranged a pipe head H, provided with conventional valves, which is connected to a pipeline F which is arranged for conveying well fluids to a suitably located reservoir. A packing element 10 placed in the casing C forms a sealing zone between the pipe string T and the casing under the valve unit V, and the valve unit is adapted to remain in the open position, as described below, only as long as a appropriate control fluid pressure from a pressure source 11 to the valve unit V.

En utforming av den undersjøiske ventilenhet V er A design of the subsea valve unit V is

vist i fig. 2a til og med 9. I denne utførelsesform omfatter ventilenheten en langstrakt, rørformet yttermantel 2 0 med en øvre seksjon 21 som ved gjenger 22 er forbundet med den nedre ende av en koplingsdel 23 som i sin tur er gjenget til rørstren-gen T ovenfor ventilenheten, mens den øvre seksjons 21 nedre ende ved gjenger 23a er forbundet med en mellomliggende mantelseksjon 24 som strekker seg nedad og som ved hjelp av en gjenget kop-lingsdel 25 er forbundet med en nedre mantelseksjon 26 hvis nedre ende ved gjenger 27 er fastgjort til en nedre koplingsdel 28 som i sin tur er forbundet ved sin nedre ende ved hjelp av gjenger 29 til den del av rørstrengen T som strekker seg ned i brønnborehul-let nedenfor ventilelementet. Yttermantelen 2 0 omfatter en indre utboring 35 og et nedadrettet, innvendig skulderparti 36 som ér beliggende rett overfor et oppadrettet skulderparti 37 i mantel-seks jonen 26. Det er mellom det nedadrettede skulderparti 36 og det oppadrettede skulderparti 37 anordnet en ventilstyrehylse 4 0 som fortrinnsvis er splittet i langsgående retning og som, slik det tydeligst fremgår av fig. 5 og 6, består av en perifer, øvre endering 41 og to motsatt beliggende, langsgående ventilførings-ribber eller -stenger 43 som strekker seg nedad fra enderingen. Stengene 43 er forsynt med innadragende, motsatt beliggende tapper 44 som hver griper inn i en sliss 45 i den tilgrensende side av et kuleventilelement 46, slik at kuleventilen 46, som utførli-gere forklart i det etterfølgende, kan beveges mellom den lukkede stilling ifølge fig. 2a til og med 2e og den åpne eller gjennom-strømmede posisjon ifølge fig. 4a til og med 4c samt fig. 6. shown in fig. 2a through 9. In this embodiment, the valve unit comprises an elongated, tubular outer jacket 20 with an upper section 21 which is connected by threads 22 to the lower end of a connecting part 23 which in turn is threaded to the pipe string T above the valve unit , while the lower end of the upper section 21 by threads 23a is connected to an intermediate casing section 24 which extends downwards and which by means of a threaded coupling part 25 is connected to a lower casing section 26 whose lower end by threads 27 is attached to a lower connecting part 28 which in turn is connected at its lower end by means of threads 29 to the part of the pipe string T which extends down into the wellbore below the valve element. The outer shell 20 comprises an inner bore 35 and a downwardly directed, internal shoulder part 36 which is located directly opposite an upwardly directed shoulder part 37 in the mantle six ion 26. Between the downwardly directed shoulder part 36 and the upwardly directed shoulder part 37 there is arranged a valve control sleeve 40 which preferably is split in the longitudinal direction and which, as can be seen most clearly from fig. 5 and 6, consists of a peripheral, upper end ring 41 and two oppositely situated, longitudinal valve guide ribs or rods 43 which extend downwards from the end ring. The rods 43 are provided with inwardly extending, oppositely located studs 44 which each engage in a slot 45 in the adjacent side of a ball valve element 46, so that the ball valve 46, as explained in more detail in the following, can be moved between the closed position according to fig . 2a through 2e and the open or flow-through position according to fig. 4a through 4c as well as fig. 6.

Den nedre mantelseksjon 26 omfatter en indre utboring 4 7 som opptar det øvre, sylinderformede endeparti 48 av den nedre koplingsdel 28, mens dette øvre endeparti er forsynt med en side-ringtetning 49 som befinner seg i tettsluttende anlegg i utboringen 47 under den øvre endeflate av koplingsdelen 28. Endeflaten 50 danner en knast eller et sete for en spiralformet trykkfjær 51 som er innført i utboringen 47. Fjæren 51 tjener for bevegelse av ventilen, og fjærens øvre ende ligger an eller trykker mot en anslagsring 51a som befinner seg i anlegg mot en endeflens eller knast 52 på en nedre ventiltetningshylse 53 som er bevegelig i frem- og tilbakegående retning i utboringen 4 7 i den nedre mantelseksjon 26, og som strekker seg i langsgående retning gjennom spiralfjæren 51. Hylsens 53 nedre ende er forsynt med en utvendig knast 54 som kan bringes i inngrep med en fjærholderring 55 som ligger an mot den nedre ende av fjæren 51. Fjæren 51 kan således tvinge tetningshylsen 53 oppad.. Ventiltetningshylsens 5 3 øvre ende går over i en ringformet sfærisk anslagsflate 56 som er tilpasset for tettsluttende anlegg mot en motsvarende, sfærisk ventilflate 57 på ventilelementet 46, som vist i fig. 4c og 6. The lower casing section 26 comprises an internal bore 47 which occupies the upper, cylindrical end part 48 of the lower coupling part 28, while this upper end part is provided with a side ring seal 49 which is located in a tight fit in the bore 47 below the upper end surface of the coupling part 28. The end surface 50 forms a cam or a seat for a spiral-shaped pressure spring 51 which is inserted in the bore 47. The spring 51 serves for movement of the valve, and the upper end of the spring lies against or presses against a stop ring 51a which is in contact with a end flange or cam 52 on a lower valve seal sleeve 53 which is movable in a reciprocating direction in the bore 4 7 in the lower mantle section 26, and which extends in the longitudinal direction through the coil spring 51. The lower end of the sleeve 53 is provided with an external cam 54 which can be brought into engagement with a spring retaining ring 55 which rests against the lower end of the spring 51. The spring 51 can thus force the sealing sleeve 53 upwards.. Vented the upper end of the sealing sleeve 5 3 transitions into an annular spherical abutment surface 56 which is adapted for tight fitting against a corresponding, spherical valve surface 57 on the valve element 46, as shown in fig. 4c and 6.

Det er i yttermantelen 20 over ventilelementet 46 anordnet en frem- og tilbakegående, øvre ventilbevegelses- og ventiltetningshylse 60 hvis nedre ende omfatter en sfærisk ven-tilanleggs- og ventiltetningsflate 61 som kan bringes i kontakt med ventilelementets 46 sfæriske flate 57. Den øvre ventilhylse 60 som strekker seg oppad i radiell avstand innvendig i de ytre mantelseksjoner 21 og 26, er i den øvre ende forbundet med en sylinderformet endehylse 62 som er bevegelig i frem- og tilbakegående retning og som strekker seg inn på en innvendig hylse 63 A reciprocating, upper valve movement and valve sealing sleeve 60 is arranged in the outer casing 20 above the valve element 46, the lower end of which includes a spherical valve installation and valve sealing surface 61 which can be brought into contact with the spherical surface 57 of the valve element 46. The upper valve sleeve 60 which extends upwards in a radial distance inside the outer casing sections 21 and 26, is connected at the upper end to a cylindrical end sleeve 62 which is movable in a reciprocating direction and which extends onto an inner sleeve 63

i yttermantelseksjonen 21, idet den videre er forsynt med en ringformet pakning 64 som er glidbart og tettsluttende anordnet i sideveggen av ventilhylsens 60 hylseseksjon 62 under et radielt innadragende sylinderhodeparti 65 av mantelseksjonen 21. in the outer jacket section 21, as it is further provided with an annular gasket 64 which is slidably and tightly arranged in the side wall of the sleeve section 62 of the valve sleeve 60 under a radially extending cylinder head portion 65 of the jacket section 21.

Hylsen 63 er vanligvis forbundet med mantelseksjonen 21 ved løsgjørbare midler som innbefatter en bruddskrue 63a, i den stilling som er vist i fig. 2b. Som nærmere beskrevet i US patent 3 896 876, kan imidlertid hylsen 63 skyves nedad og derved åpne kuleventilen 46 samt holde denne i åpen stilling, slik det vil fremgå av etterfølgende beskrivelse. Det er således anordnet en delt sperrering 63b med utvendige tenner i inngrep med oppadrettede, innvendige tenner på yttermantelseksjonen 21 samt med innvendige sperretenner 6 3d i inngrep med utvendige sperretenner på hylsen 63, slik at når hylsen 6 3 tvinges nedad ved hjelp av et skifteverktøy, hvorved bruddskruen 63a brytes, vil hylsen 63 bringes i anlegg mot et skulderparti 63e på den øvre ventilhylse 60 og skyve denne nedad. Sperreringen 63b vil derved fastholde hylsen 63 slik at ventilen 46 er åpen. The sleeve 63 is usually connected to the jacket section 21 by releasable means which include a breaking screw 63a, in the position shown in fig. 2b. As described in more detail in US patent 3 896 876, however, the sleeve 63 can be pushed downwards and thereby open the ball valve 46 and hold it in the open position, as will be apparent from the following description. There is thus arranged a split locking ring 63b with external teeth in engagement with upwardly directed, internal teeth on the outer casing section 21 and with internal locking teeth 6 3d in engagement with external locking teeth on the sleeve 63, so that when the sleeve 6 3 is forced downwards by means of a shift tool, whereby the breaking screw 63a is broken, the sleeve 63 will be brought into contact with a shoulder part 63e on the upper valve sleeve 60 and push this downwards. The locking ring 63b will thereby retain the sleeve 63 so that the valve 46 is open.

En langstrakt stempelhylse 6 7 med et hode 68 som befinner seg glidbart i anlegg mot den Øvre ventiltetningshylse 60, er anordnet bevegelig i frem- og tilbakegående retning innvendig i yttermantelen 20. Det er under hodet 68 utformet et nedadrettet skulderparti 69 og et nedadragende, sylinderformet tetnings-parti 70 som kan forskyves glidende mot en tetningsribbe eller An elongated piston sleeve 6 7 with a head 68 which is slidably in contact with the Upper valve seal sleeve 60 is arranged to be movable in a reciprocating direction inside the outer casing 20. A downwardly directed shoulder portion 69 and a downwardly extending, cylindrically shaped sealing part 70 which can be moved slidingly towards a sealing rib or

-flens 71 på ventilhylsen 60 som er forsynt med en tetningsring - flange 71 on the valve sleeve 60 which is provided with a sealing ring

72 og danner et oppadrettet skulderparti 73. Stempelhylsen 67 72 and forms an upward shoulder part 73. The piston sleeve 67

er forsynt med forlengede, nedadragende, diametralt motsatt beliggende armer 74 som strekker seg glidbart gjennom ventilende-ringen 41 og mellom ventilføringsarmene 43 og som tjener for opp-lagring og styring av kuleventilen 4 6 på svingtapper 7 5 som griper inn i tannhjul 75a på motsatte sider av kuleventilen 46, slik at denne kan dreies om en horisontalakse som senere beskrevet. Stempelarmene 74 strekker seg nedad under svingetappene 75 på is provided with extended, downwards, diametrically opposed arms 74 which extend slidably through the valve end ring 41 and between the valve guide arms 43 and which serve for storage and control of the ball valve 4 6 on pivot pins 7 5 which engage in gears 75a on the opposite sides of the ball valve 46, so that it can be rotated about a horizontal axis as described later. The piston arms 74 extend downwards below the pivot pins 75 on

hver side av den nedre ventiltetningshylses. 53 øvre ende 52 og kan derved bringes i anlegg mot den øvre fjærsetering 51a, som vist i fig. 2d. each side of the lower valve seal sleeve. 53 upper end 52 and can thereby be brought into contact with the upper spring seating ring 51a, as shown in fig. 2d.

En flytestempelhylse 76 er innført mellom stempelhylsen 67 og den ytre mantelseksjon 24, samt forsynt med en utvendig tetningring 77 og en innvendig tetningsring 78 som befinner seg i anlegg mot henholdsvis mantelseksjonen 24 og stempelhylsen 67. A floating piston sleeve 76 is inserted between the piston sleeve 67 and the outer casing section 24, and provided with an external sealing ring 77 and an internal sealing ring 78 which are in contact with the casing section 24 and the piston sleeve 67 respectively.

Det er derved mellom flytestempelhylsen 76 og mantelseksjonens 21 sylinderhodeparti 6 5 frembragt et kammer 79 som gjennom en åpning eller kanal 80 kan forsynes med trykkvæske fra en styretrykkled-ning CF. Ved trykkpåvirkning av den midtre væskemengde i kammeret 79 tvinges stemplet 6 7 nedad, hvorved kuleventilen 46 åpnes, som beskrevet i det etterfølgende, mens trykket av brønnfluidet i røret T under kuleventilen 46 virker oppad mot stemplet 67, i forening med fjæren 51, slik at ventilen 46 bringes i lukket stilling dersom styrevæsketrykket minskes i kammeret 79. A chamber 79 is thereby created between the floating piston sleeve 76 and the cylinder head portion 65 of the mantle section 21, which can be supplied with pressure fluid from a control pressure line CF through an opening or channel 80. When pressure is exerted by the central amount of liquid in the chamber 79, the piston 67 is forced downwards, whereby the ball valve 46 is opened, as described below, while the pressure of the well fluid in the tube T below the ball valve 46 acts upwards against the piston 67, in association with the spring 51, so that the valve 46 is brought into the closed position if the control fluid pressure is reduced in the chamber 79.

Selv om avtettingen mot kuleventilen? 46 sfæriske ytterflate 57.kan tilveiebringes utelukkende ved hjelp av tetnings-hylsenes 53 og 60 sfæriske endeflate 56 og 61, er foreliggende ventil dessuten forsynt med en elastomertetningsring 81 som er fastgjort til en bærering 82 som er utstyrt med en tetningsring 83 som ligger glidbart an mot stempelhylsen 60. Bæreringen 82 er montert i et spor 84 i den delte ventilendering 41, slik det tydeligst fremgår av fig. 5. Although the seal against the ball valve? 46 spherical outer surface 57. can be provided exclusively by means of the spherical end surfaces 56 and 61 of the sealing sleeves 53 and 60, the present valve is also provided with an elastomer sealing ring 81 which is attached to a support ring 82 which is equipped with a sealing ring 83 which is slidably against the piston sleeve 60. The bearing ring 82 is mounted in a groove 84 in the split valve end ring 41, as can be seen most clearly from fig. 5.

Det foretrekkes at når kuleventilen 46 befinner seg i lukket stilling, blir trykket på begge sider av kuleventilen utjevnet innen ventilen åpnes, hvorved betjeningsmekanismen avlas-tes for den motstand som fremkalles av trykkforskjellen. Som det tydeligst fremgår av fig. 2c, 3b, 8 og 9, er det i henhold til oppfinnelsen anordnet utjevnings- eller balanseringsorganer i kuleventilkonstruksjonen. Nærmere bestemt er kuleventilen 46 forsynt med en bueformet hette 85 med en midtåpning eller -kanal 86. Huset eller sokkelen av ventilen 46 er utstyrt med en ventil-stamme 87 som er anbragt på et innsatselement :87a og som er tilpasset for innføring i åpningen 86.. Ventilinnsatsen 87a som let-ter fremstillingen av kuleventilen 46, er i form av en skive med en perifer flens 87b som er tilpasset for å opptas i et under-skåret spor 87c i kuleventilen 46 samt fastholdes i stilling ved egnede midler, f.eks. en låsepinne (ikke vist). Hetten 85 og kuleventilen 46 er forsynt med innbyrdes inngripende deler for sammenlåsing av hetten og kulen, slik at disse danner en enhet som kan dreies mellom stillingene ifølge fig. 2c og fig. 3b, It is preferred that when the ball valve 46 is in the closed position, the pressure on both sides of the ball valve is equalized before the valve is opened, whereby the operating mechanism is relieved of the resistance caused by the pressure difference. As is most clearly evident from fig. 2c, 3b, 8 and 9, according to the invention, leveling or balancing means are arranged in the ball valve construction. More specifically, the ball valve 46 is provided with an arc-shaped cap 85 with a central opening or channel 86. The housing or base of the valve 46 is equipped with a valve stem 87 which is placed on an insert element :87a and which is adapted for insertion into the opening 86 .. The valve insert 87a, which facilitates the manufacture of the ball valve 46, is in the form of a disc with a peripheral flange 87b which is adapted to be received in an undercut groove 87c in the ball valve 46 and is held in position by suitable means, e.g. e.g. a locking pin (not shown). The cap 85 and the ball valve 46 are provided with interlocking parts for interlocking the cap and the ball, so that these form a unit which can be rotated between the positions according to fig. 2c and fig. 3b,

hvor delene omfatter innadragende partier eller ribber 87d på hetten 85, som er adskilt fra hverandre og derved avgrenser en sliss 87e som opptar et motsvarende ribbeparti 87f av kuleventilen 46, som understøtter ventilinnsatsen 87a. Ventilstammen 87 er omsluttet av en tetningsring 88 på en bøssing som er tilpasset for å bringes i tettsluttende anlegg mot et sete 89 i hettens 85 underflate. Når hetten er hevet fra kulesokkelen, where the parts include indenting parts or ribs 87d on the cap 85, which are separated from each other and thereby delimit a slot 87e which occupies a corresponding rib part 87f of the ball valve 46, which supports the valve insert 87a. The valve stem 87 is enclosed by a sealing ring 88 on a bushing which is adapted to be brought into tight contact against a seat 89 in the cap 85's lower surface. When the cap is raised from the ball socket,

som vist i fig. 3b, vil væske kunne strømme gjennom hettekanalen 86 og utjevne trykket på begge sider av kuleventilen 46, idet de innbyrdes motsvarende ribbepartier 87d og 87f derved holder kulen og hetten sammenført eller i inngrep med hverandre for fel-les omdreining, men når hetten er bragt i anlegg, som vist i fig. 9, vil derimot omføringskanalen 86 være lukket. as shown in fig. 3b, liquid will be able to flow through the cap channel 86 and equalize the pressure on both sides of the ball valve 46, as the mutually corresponding rib portions 87d and 87f thereby keep the ball and the cap together or in engagement with each other for joint rotation, but when the cap is brought into facility, as shown in fig. 9, on the other hand, the bypass channel 86 will be closed.

Når ventilstyrestemplet 67 befinner seg i den stilling som er vist i fig. 4a - 4c og som motsvarer en nedre posisjon i forhold til ventilhuset 20, vil ventilelementet 46 være i åpen stilling, mens tetningshylsens 60 endetetteflate 61 er presset inn mot ventilelementets 46 sfæriske flate 57 som følge av styrevæsketrykket i kammeret 79 som virker nedad mot tetningshylsens 60 stempelflate. Trykket av væskemengden som virker nedad.mot stemplet 67 og gjennom svingtappene 75, utøver en nedadrettet kraft mot ventilelementet 46 og videre mot den nedre ventiltetningshylse 53, hvorved fjæren 51 sammenpresses. When the valve control piston 67 is in the position shown in fig. 4a - 4c and which corresponds to a lower position in relation to the valve housing 20, the valve element 46 will be in the open position, while the end sealing surface 61 of the sealing sleeve 60 is pressed against the spherical surface 57 of the valve element 46 as a result of the control fluid pressure in the chamber 79 which acts downwards against the sealing sleeve 60 piston surface. The pressure of the amount of liquid acting downwards against the piston 67 and through the pivot pins 75 exerts a downward force against the valve element 46 and further against the lower valve sealing sleeve 53, whereby the spring 51 is compressed.

Den tidligere nevnte forbindelse mellom ventilstyre-tappene 44 og slissen 45 fremgår tydeligst av fig. 5 og 6, idet det derved er underforstått at kuleventilelementet 46 er forsynt med identiske slisser 45 på motsatte sider som befinner seg i inngrep med motsatt beliggende tapper 44. Nærmere bestemt, er kuleventilelementet 46 utstyrt med et segmentformet, plant flateparti 90 på hver av sine motsatt beliggende sider som er anordnet The previously mentioned connection between the valve control pins 44 and the slot 45 is most clearly seen in fig. 5 and 6, whereby it is understood that the ball valve element 46 is provided with identical slots 45 on opposite sides which are in engagement with oppositely located studs 44. More specifically, the ball valve element 46 is equipped with a segment-shaped, planar surface portion 90 on each of its opposite sides that are arranged

i tilgrensning til de diametralt motsatt beliggende stenger 43 adjacent to the diametrically opposite rods 43

på ventilstyrehylsen 40 og stempelarmene 74. Slissen 45 strekker seg i radialretning i forhold til kuleventilelementets 46 dreie-retning samt i radiell flukt med slissen 45, mens det fra det plane flateparti 9 0 rager ut en stoppknast 91 som danner to innbyrdes rettvinklet beliggende stoppflater 91a og 91b. Når kuleventilelementet 46 befinner seg i stillingen ifølge fig. 5, vil stoppflaten 91a, som derved er bragt i anlegg mot den vertikale sidevegg 74a av den tilgrensende stempelarm 74, begrense dreiningen av ventilelementet 46 til den posisjon hvori ventilen er lukket. Stoppflaten 91b på stoppknasten 91 ligger an mot stang-flaten 74a som vist i fig. 6,.hvorved dreiningen av ventilelementet 46 begrenses til den posisjon hvori ventilen er åpen. Denne dreining mellom åpen og lukket stilling frembringes ved langsgående eller vertikal bevegelse av ventilelementet 46 i styrehylsen 40 hvor de to ytterstillinger i langsgående retning er vist i fig. 5 og 6. on the valve guide sleeve 40 and the piston arms 74. The slot 45 extends in the radial direction in relation to the direction of rotation of the ball valve element 46 as well as in radial alignment with the slot 45, while a stop cam 91 protrudes from the flat surface portion 90 which forms two stop surfaces 91a located at right angles to each other and 91b. When the ball valve element 46 is in the position according to fig. 5, the stop surface 91a, which is thereby brought into contact with the vertical side wall 74a of the adjacent piston arm 74, will limit the rotation of the valve element 46 to the position in which the valve is closed. The stop surface 91b on the stop cam 91 rests against the rod surface 74a as shown in fig. 6, whereby the rotation of the valve element 46 is limited to the position in which the valve is open. This rotation between open and closed position is produced by longitudinal or vertical movement of the valve element 46 in the control sleeve 40, where the two outer positions in the longitudinal direction are shown in fig. 5 and 6.

Som tidligere omtalt og som nærmere beskrevet i det etterfølgende, blir kuleelementet 46 beveget eller forskjøvet i lengderetningen ved langsgående bevegelse av stemplet 67. Slissen 45 er utformet på slik måte at ventilelementet 46 dreies under sin vertikale eller langsgående bevegelse i styrehylsen 40. Som det fremgår av fig. 5, 6 og 8, er således slissen 45 i ventilelementet 46 avgrenset av motsatt beliggende veggpartier 45a og 45b som forløper i rett vinkel mot hverandre og som hver er pa-rallell med stoppflåtene 91a og 91b. Slissen åpner seg i radielt innadgående retning ved toppunktet av vinkelen mellom vegg-partiene 45a og 45b. Forbindelsen mellom tappen 44 og veggpar-tiet 45a er følgelig slik at kuleventilen 46 vil dreies fra stillingen ifølge fig. 5 til stillingen ifølge fig. 6 ved en nedadgående bevegelse av ventilelementet 46 i forhold til tappen 44 As previously discussed and as described in more detail below, the ball element 46 is moved or displaced in the longitudinal direction by longitudinal movement of the piston 67. The slot 45 is designed in such a way that the valve element 46 is turned during its vertical or longitudinal movement in the control sleeve 40. As can be seen of fig. 5, 6 and 8, the slot 45 in the valve element 46 is thus delimited by opposite wall sections 45a and 45b which extend at right angles to each other and which are each parallel to the stop floats 91a and 91b. The slot opens in a radially inward direction at the apex of the angle between the wall parts 45a and 45b. The connection between the pin 44 and the wall part 45a is consequently such that the ball valve 46 will be rotated from the position according to fig. 5 to the position according to fig. 6 by a downward movement of the valve element 46 in relation to the pin 44

og omvendt, at det plane veggparti 45b vil bringes i anlegg mot tappen 44 og dreie kuleventilelementet fra stillingen ifølge fig. and vice versa, that the flat wall part 45b will be brought into contact with the pin 44 and turn the ball valve element from the position according to fig.

6 til stillingen ifølge fig. 5 ved en oppadgående bevegelse av ventilelementet 46. Det vil imidlertid bemerkes at det, når ventilelementet 46 befinner seg i den posisjon som er vist i fig. 5, vil det mellom tappen 44 og det plane veggparti 45a eksi-stere en klaring som muliggjør fri bevegelse av kuleventilen 46 6 to the position according to fig. 5 by an upward movement of the valve element 46. However, it will be noted that, when the valve element 46 is in the position shown in fig. 5, there will be a clearance between the pin 44 and the flat wall part 45a which enables free movement of the ball valve 46

i langsgående retning etter at stoppflaten 91a er bragt i anlegg mot stangveggen 74a, mens en motsvarende begrenset, fri bevegelse av kuleventilen 46 i nedadgående retning er mulig når kuleventi- in the longitudinal direction after the stop surface 91a has been brought into contact with the rod wall 74a, while a correspondingly limited, free movement of the ball valve 46 in the downward direction is possible when the ball valve

len er åpen, som vist i fig. 6, og tappen 44 er ute av berøring med slissveggen 45b, mens stoppflaten 91b ligger an mot stangens 74 sidevegg 74a. Som følge av en slik fri bevegelighet eller dødgang i forbindelsenmellom kuleventilen 46 og dreietappene 44 vil forbindelsen ikke utsettes for skadelige belastninger, når ventilen befinner seg i lukket eller i åpen stilling. len is open, as shown in fig. 6, and the pin 44 is out of contact with the slot wall 45b, while the stop surface 91b rests against the side wall 74a of the rod 74. As a result of such free movement or deadlock in the connection between the ball valve 46 and the pivots 44, the connection will not be exposed to harmful loads, when the valve is in the closed or open position.

Virkemåten av ventilen i henhold til oppfinnelsen er beskrevet i det etterfølgende. The operation of the valve according to the invention is described in what follows.

Rørstrengen T med den installerte ventilenhet V ned-føres i brønnen til ønsket posisjon, idet det ringformede rom mellom rørstrengen og foringsrøret C derved avtettes av paknings-elementet 10, mens styrevæskeledningen nedføres i brønnen samtidig med rørstrengen T. The pipe string T with the installed valve unit V is lowered into the well to the desired position, the annular space between the pipe string and the casing C being thereby sealed by the sealing element 10, while the control fluid line is lowered into the well at the same time as the pipe string T.

Sikkerhetsventilen er i normalstilling lukket, som vist i fig. 2a til og med 2e samt i fig. 5 når trykket av styre-væsken i trykkvæskekammeret 79 er utkoplet og fjæren 51 virker oppad mot de nedre ender av stempelarmene 74 og derved tvinger stemplet 67 oppad. The safety valve is normally closed, as shown in fig. 2a through 2e as well as in fig. 5 when the pressure of the control fluid in the pressure fluid chamber 79 is disengaged and the spring 51 acts upwards against the lower ends of the piston arms 74 and thereby forces the piston 67 upwards.

Ved den oppadgående bevegelse av stemplet 67 som overføres gjennom svingtappene 75, vil kuleventilen 46 føres oppad slik at de ventildreiende tapper 44 som ligger an mot kam-flåtene 45a, dreier ventilen til lukket stilling. Som følge av klaringen mellom kamflaten 45a og tappen 44 kan kuleventilen 46 uten å dreies, gjennomføre en langsgående overvandring av viss utstrekning, hvorved den forskyves i lengderetning til tettsluttende anlegg mot den elastiske pakning 81. Den oppadgående bevegelse av bære- eller tetningshylsen 60 begrenses ved at et ytre, ringformet skulderparti 41a på hylsen bringes i inngrep med ven-tilstyrehylsens 40 delte, øvre endering 41. By the upward movement of the piston 67 which is transmitted through the pivot pins 75, the ball valve 46 will be moved upwards so that the valve turning pins 44 which rest against the cam floats 45a, turn the valve to the closed position. As a result of the clearance between the cam surface 45a and the pin 44, the ball valve 46 can, without being turned, carry out a longitudinal overtravel of a certain extent, whereby it is displaced in the longitudinal direction to a close-fitting contact against the elastic gasket 81. The upward movement of the bearing or sealing sleeve 60 is limited by that an outer, ring-shaped shoulder part 41a on the sleeve is brought into engagement with the split, upper end ring 41 of the valve control sleeve 40.

Ved tilførsel av styrevæsketrykk gjennom trykkvæskeledningen CF fra brønnens øvre ende til trykkammeret 79 vil en nedadrettet kraft overføres til stemplet 67 for å overvinne kraften fra fjæren 51. Stemplet 67 kan beveges nedad i forhold til tetningshylsen 60 til de motsatt rettede skulderpartier 60 When control fluid pressure is supplied through the pressure fluid line CF from the well's upper end to the pressure chamber 79, a downward force will be transferred to the piston 67 to overcome the force from the spring 51. The piston 67 can be moved downwards in relation to the sealing sleeve 60 to the oppositely directed shoulder parts 60

og 73 kommer i anlegg mot hverandre, som vist i fig. 3b. Under denne innledende fase av stempelhylsens 6 7 og følgelig kuleventil-sokkelens 46 nedadgående bevegelse vil hetten 85 på grunn av trykkforskjellen fastholdes i tettsluttende kontakt med den nedre ende av den øvre tetningshylse 60 samt med den elastiske pakning 81 og derved forhindre en nedadgående bevegelse av tetningshylsen 60 helt til det tidspunkt da kulesokkelen er ført fra posisjonen ifølge fig. 9 til den posisjon som er utførligere vist i fig. and 73 come into contact with each other, as shown in fig. 3b. During this initial phase of the downward movement of the piston sleeve 6 7 and consequently the ball valve socket 46, the cap 85 will, due to the pressure difference, be maintained in tight contact with the lower end of the upper sealing sleeve 60 as well as with the elastic gasket 81 and thereby prevent a downward movement of the sealing sleeve 60 until the time when the ball socket has been moved from the position according to fig. 9 to the position shown in more detail in fig.

3b og hvori kanalen 86 gjennom kulehetten er åpen og væsketrykket på begge sider av hetten er utjevnet, hvilket vil muliggjøre en nedadgående bevegelse av hetten i forhold til sokkelen, samt lette den øvre tetningshylses 6 0 nedadgående bevegelse når stemplet 6 7 beveger seg videre nedad under påvirkning av styrevæsketrykket. 3b and in which the channel 86 through the ball cap is open and the liquid pressure on both sides of the cap is equalized, which will enable a downward movement of the cap in relation to the base, as well as facilitate the downward movement of the upper sealing sleeve 6 0 when the piston 6 7 moves further downwards influence of the control fluid pressure.

Når kuleventilen 46 føres nedad, vil dreietappen 44 bringes i anlegg not slisseflåtene 45b, hvorved kuleventilen dreies fra den lukkede stilling ifølge fig. 5 til den åpne stilling som er vist i fig. 6 og likeledes i fig. 4c, og hvori ven-tillukkefjæren 51 er sammenpresset ved hjelp av stempelarmene 74, mens den nedre ventiltetningshylses 53 sfæriske tetningsflate 56 befinner seg i tettsluttende anlegg mot den motsvarende tetningsflate 57 på kuleventilen 46. Fra dette punkt er en ytterligere, nedadgående bevegelse av kuleventilen forhindret, mens den tettsluttende forbindelse mellom den nedre tetningshylse 53 samt den øvre tetningshylses 60 metalltetningsflater og kuleventilen 46 opprettholdes av væsketrykket. En videre, nedadgående bevegelse av den nedre tetningshylse 53 er forhindret på grunn av den opp-rettede kontakt mellom hylsens nedre skulderparti 54 og det innvendige skulderparti på den nedre koplingsdel 28. When the ball valve 46 is moved downwards, the pivot pin 44 will be brought into contact with the slot flanges 45b, whereby the ball valve is rotated from the closed position according to fig. 5 to the open position shown in fig. 6 and likewise in fig. 4c, and in which the valve closing spring 51 is compressed by means of the piston arms 74, while the spherical sealing surface 56 of the lower valve sealing sleeve 53 is in tight contact with the corresponding sealing surface 57 of the ball valve 46. From this point, a further, downward movement of the ball valve is prevented , while the tight connection between the lower sealing sleeve 53 and the metal sealing surfaces of the upper sealing sleeve 60 and the ball valve 46 is maintained by the liquid pressure. A further, downward movement of the lower sealing sleeve 53 is prevented due to the upright contact between the sleeve's lower shoulder part 54 and the inner shoulder part of the lower coupling part 28.

Hvis styrevæsketrykket i trykkammeret 79, som virker nedad mot stemplet 67, av en eller annen grunn skulle opphøre, f.eks. ved brudd på trykkvæskeledningen CF eller ved planmessig ventilering av trykkvæskeledningen på plattformen P, vil det oppadrettede brønnfluidumtrykk mot stemplet 6 7 i samvirke med fjæren 51 overvinne ethvert residualstyrevæsketrykk og reversere lukkeprosessen ved oppadskyvning av stempelhylsen 67, hvorved kulen 46 medføres og kulens lukkebevegelse iverksettes ved hjelp av kuledréietappene 44. If the control fluid pressure in the pressure chamber 79, which acts downwards against the piston 67, should cease for some reason, e.g. in the event of a break in the pressure fluid line CF or in the case of planned venting of the pressure fluid line on the platform P, the upwardly directed well fluid pressure against the piston 6 7 in cooperation with the spring 51 will overcome any residual control fluid pressure and reverse the closing process by pushing the piston sleeve 67 upwards, whereby the ball 46 is entrained and the closing movement of the ball is initiated by of the ball pivot pins 44.

Selv om den nedsenkbare sikkerhetsventil i henhold til oppfinnelsen er vist i den foretrukne form, innbefattende en to-delt kuleventil hvor sokkelen og den relativt forskyvbare hette danner en omføringsventil, vil det være innlysende at en slik sammensatt kuleventil om ønskelig kan erstattes av en massiv kuleventil som er opplagret på tappene 7 5 og hvis virkemåte er den samme, bortsett fra trykkutjevningsprosessen. Although the submersible safety valve according to the invention is shown in the preferred form, including a two-part ball valve where the base and the relatively displaceable cap form a bypass valve, it will be obvious that such a composite ball valve can, if desired, be replaced by a massive ball valve which is stored on the pins 7 5 and whose mode of operation is the same, apart from the pressure equalization process.

Claims

1. Submersible shut-off valve for oil wells which is adapted for placement in a well fluid production pipe, comprising a valve body (21, 23, 24, 25, 26, 28) with a passage channel, a valve body (46) which is displaceably arranged between a first position (fig. 2c) in which the channel is closed, and a second position (fig. 4c) in which the channel is open, control means (60, 67, 74, 75, 53, 51, 44, 45) for displacing the valve body (46) between these positions include parts (24, 62, 60) which form a fluid pressure chamber (79) for movement of the valve body to the second position, as well as spring means (51) which, in cooperation with the well fluid pressure in the production tubing string, force the valve body to the first position after the control fluid pressure in the chamber (79) is reduced, characterized in that the valve body (46) includes a bypass valve (85, 86, 87) for equalizing the well fluid pressure on both sides of the valve body (46) before it is moved from the first position to the second position.

2. Shut-off valve according to claim 1, where the valve body consists of a ball and the control means comprise a pressure piston, characterized in that the bypass valve comprises a bypass valve body (85) which is arranged displaceably on the shut-off valve body (46), whereby the two valve bodies cooperate with each other to shut off the bypass valve when the shut-off valve body is in its upper position and where the piston (67) acts against the shut-off valve body and thereby, under the influence of the liquid pressure in the chamber, leads this valve body to the lower position, so that the bypass valve is opened.

3. Shut-off valve according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off valve body is in the form of a ball socket (46), and that the bypass valve comprises a cap (85) which is placed on the socket, and that the socket and the cap are equipped with means for forming of a bypass channel (86), as well as means (87) which close the bypass channel in the normal position.

4. Shut-off valve according to claim 3, characterized in that the cap (85) is equipped with a channel (86) and the base is connected with a pin (87) that extends into the channel, and that sealing means (88) are arranged between the base and the cap for sealing the channel when the pin is inserted into it, as well as means on the underside of the cap (85) which in the normal position under the influence of the pressure difference on the two sides of the cap prevent movement of the cap when the base is moved, until the channel is open.

5. Shut-off valve as specified in claim 3, characterized in that the base and the cap are mutually connected by cooperating means (87d, 87f) which enable a relative displacement of the cap and the base for opening the diversion channel.

6. Shut-off valve according to claim 5, characterized in that the interacting means comprise mutually corresponding ribs (87d, 87f) on the base and on the cap.