NO158963B

NO158963B - SURFACE CONTROL VALVE VALVE FOR USE IN BURN PRODUCTION BEARS.

Info

Publication number: NO158963B
Application number: NO802336A
Authority: NO
Inventors: Ernest P Fisher Jr; John H Yonker
Original assignee: Otis Eng Co
Priority date: 1979-09-13
Filing date: 1980-08-05
Publication date: 1988-08-08
Also published as: GB2060029A; CA1149734A; NO158963C; GB2060029B; GB2109037B; FR2468813B1; FR2468813A1; GB2109037A; NO802336L

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en overflatestyrt sikkerhetsventil til bruk i brønnproduksjonsrør, omfattende et langstrakt, stivt, rørformet ventilhus hvor en del av ventilhuset avgrenser en trykksone som tilføres styretrykkvæske, en ventildel som styrer væskestrømmen gjennom ventilhuset, en rørformet betjeningsanordning som er utstyrt med et ventilsete og er aksialt forskyvbar i ventilhuset, for samvirke med ventildelen og bevegelse av denne mellom åpen og lukket stilling, trykkpåvirkbare organer som er anordnet på betjeningsanordningen og avtettet mot ventilhuset, slik at det dannes en styretrykkpåvirkbar flate som er avdékket mot trykksonen for bevegelse av betjeningsanordningen mot åpen stilling, og en fjær som er anordnet i ventilhuset og tvinger betjeningsanordningen mot lukket stilling. The present invention relates to a surface-controlled safety valve for use in well production pipe, comprising an elongated, rigid, tubular valve body where part of the valve body delimits a pressure zone to which control pressure fluid is supplied, a valve part that controls the flow of fluid through the valve body, a tubular operating device that is equipped with a valve seat and is axially displaceable in the valve housing, for interaction with the valve part and movement of this between the open and closed position, pressure-influenceable organs which are arranged on the operating device and sealed against the valve housing, so that a control pressure-influenceable surface is formed which is uncovered against the pressure zone for movement of the operating device towards open position, and a spring which is arranged in the valve housing and forces the operating device towards the closed position.

Oppfinnelsen vedrører særlig en sikkerhetsventil for styr- The invention particularly relates to a safety valve for control

ing av gjennomstrømmende brønnfluid i en brønnrørkanal. Nærmere bestemt er sikkerhetsventilen innrettet for å monteres i meget større dybder enn hittil mulig, og betjenes ved anvendelse av en enkelt styreledning. ing of flowing well fluid in a well pipe channel. More specifically, the safety valve is designed to be installed at much greater depths than previously possible, and is operated by using a single control line.

Sikkerhetsventiler som er til bruk i undervannskonstruksjoner og som styres fra overflaten har i noen tid vært benyttet for regulering av fluidstrømmen i undersjøiske brønnanlegg. Det er vanlig kjent å anordne en sikkerhetsventil for brønnfluid for regulering av fluidstrømmen i en brønnledning ved hjelp av en ventildel som er anbrakt i sikkerhetsventilkanalen og som kan beveges mellom en åpen og en lukket stilling. Ventildelen bringes i kanalåpnerstillingen ved hjelp av en stempel- og trykkammer-anordning som drives av styrevæske som vanligvis bringes under trykk ved overflaten og fremføres gjennom en egnet ledning til sikkerhetsventilens trykkammer og derved bringer stemplet til å bevege en betjeningsanordning som påvirker ventildelen. Når trykket avlastes, vil ventildelen tibakeføres til kanallukkerstillingen under innvirkning av en fjær eller annet, elastisk trykkelement. Safety valves that are used in underwater structures and that are controlled from the surface have for some time been used to regulate the fluid flow in underwater well systems. It is commonly known to arrange a safety valve for well fluid for regulating the fluid flow in a well line by means of a valve part which is placed in the safety valve channel and which can be moved between an open and a closed position. The valve part is brought into the channel opener position by means of a piston and pressure chamber device which is driven by control fluid which is usually brought under pressure at the surface and advanced through a suitable line to the pressure chamber of the safety valve and thereby causes the piston to move an operating device which affects the valve part. When the pressure is relieved, the valve part will return to the channel closing position under the influence of a spring or other elastic pressure element.

For at fjæren skal kunne skyve betjeningsanordningen mot dens normale "hvile"stilling for stenging av ventildelen må fjæren overvinne det hydrostatiske trykk som utøves mot stemplet av styrevæskesøylen som strekker seg mellom sikkerhetsventilen og overflaten. Dette forårsaker problemer ved dype brønninstallasjo-ner, og det blir ofte besluttet å anvende en tolednings-, In order for the spring to push the actuator toward its normal "rest" position for closing the valve portion, the spring must overcome the hydrostatic pressure exerted against the piston by the control fluid column extending between the safety valve and the surface. This causes problems in deep well installations, and it is often decided to use a two-wire,

"balansert" sikkerhetsventil, hvor det hydrostatiske trykk i styreledningen utliknes av det hydrostatiske trykk i en andre, væskefylt ledning som strekker seg mellom sikkerhetsventilen og brønnoverflaten. Balanserte sikkerhetsventiler av denne type er velkjente. Det henvises i denne forbindelse til norsk patent 155 707 som omhandler en balansert tolednings-undervannssikkerhetsventil. "balanced" safety valve, where the hydrostatic pressure in the control line is equalized by the hydrostatic pressure in a second, liquid-filled line that extends between the safety valve and the well surface. Balanced safety valves of this type are well known. Reference is made in this connection to Norwegian patent 155 707 which deals with a balanced two-line underwater safety valve.

Hvis det imidlertid var mulig å forsterke ventillukker-fjæren og samtidig redusere den ringformete stempelflate, ville sikkerhetsventiler av enkeltledningstype kunne monteres i meget større dybder. Den begrensende faktor ved valg av fjærdimensjon og fjærstyrke har alltid vært representert av det disponible rom for opptakelse av fjæren i sikkerhetsventilen. Hvis styrestemplet er montert over fjæren, må sikkerhetsventilhuset være dimensjonert for å tåle de store trykkforskjeller som skyldes plasseringen av ytre pakninger, og det gjenstående, innvendige rom for fjæren vil følgelig være lite. If, however, it were possible to strengthen the valve-closer spring and at the same time reduce the annular piston surface, single-line type safety valves could be mounted at much greater depths. The limiting factor in the selection of spring dimensions and spring strength has always been represented by the available space for accommodating the spring in the safety valve. If the control piston is mounted above the spring, the safety valve housing must be dimensioned to withstand the large pressure differences caused by the placement of outer seals, and the remaining internal space for the spring will consequently be small.

Når stemplet og trykkammeret er anordnet i motsatt ende av sikkerhetsventilen, i forhold til ventilens lukkeelement, er lukkefjæren som regel plassert mellom nevnte deler. Et slikt arrangement gir bare begrenset plass for øket fjærdimensjon. When the piston and the pressure chamber are arranged at the opposite end of the safety valve, in relation to the valve's closing element, the closing spring is usually placed between said parts. Such an arrangement provides only limited space for increased spring dimensions.

Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en sikkerhetsventil som er til bruk i undervannskonstruksjoner og styres fra overflaten og som har en enkelt styreledning, som kan monteres i en brønn i større dybde enn det som hittil har vært gjennomførbart for sikkerhetsventiler med enkelt styreledning idet ventilen innrettes til å anvende en lukkefjær som er relativt stor i forhold til stemplets flate-areal . It is therefore an object of the present invention to produce a safety valve which is for use in underwater constructions and is controlled from the surface and which has a single control line, which can be installed in a well at a greater depth than has hitherto been feasible for safety valves with a single control line as the valve is arranged to use a closing spring that is relatively large in relation to the surface area of the piston.

Den overflatestyrte sikkerhetsventil ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at betjeningsanordningen er utstyrt med et utvendig, oppadvendende, fast skulderparti, og at de trykkpåvirkbare organer omfatter et ringformet stempel som er glidbart anordnet på og avtettet mot betjeningsanordningen inne i ventilhuset og som samvirker med skulderpartiet, idet stemplet tvinges til anlegg mot skulderpartiet når det påvirkes av styretrykkvæske ved omstilling av betjeningsanordningen mot åpen stilling. The surface-controlled safety valve according to the invention is characterized by the fact that the operating device is equipped with an external, upward-facing, fixed shoulder part, and that the pressure-sensitive organs comprise an annular piston which is slidably arranged on and sealed against the operating device inside the valve housing and which cooperates with the shoulder part, as the piston is forced to abut against the shoulder area when it is affected by steering pressure fluid when the operating device is switched to the open position.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er det på det ringformede stempels ytterflate anordnet to glidetetninger med forskjellig diameter og i aksiell avstand fra hverandre, idet differensialflaten mellom tetningene danner den styretrykkpåvirkelige flate og ytterflaten mellom tetningene danner indre begrensning av trykksonen. According to a preferred embodiment of the invention, two sliding seals with different diameters and at an axial distance from each other are arranged on the outer surface of the annular piston, the differential surface between the seals forming the control pressure-influenced surface and the outer surface between the seals forming the inner limitation of the pressure zone.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelse av sikkerhetsventilen utgjøres betjeningsanordningen over det faste skulderparti og ventilhuset over trykksonen av tynnveggete rør som mellom seg danner et ringformet rom for opptak av fjæren, idet det ringformete rom og rommet utenfor ventilhuset, med unntak av trykksonen, er i fluidkommunikasjon med det indre av betjeningsanordningen. According to a further preferred embodiment of the safety valve, the operating device above the fixed shoulder part and the valve housing above the pressure zone is made up of thin-walled tubes which between them form an annular space for receiving the spring, the annular space and the space outside the valve housing, with the exception of the pressure zone, being in fluid communication with the interior of the operating device.

Ved disse utførelser av den overflatestyrte sikkerhetsventil kan det opprettes et meget høyt stempeltrykk i forhold til sikkerhetsventilens totalstørrelse. With these designs of the surface-controlled safety valve, a very high piston pressure can be created in relation to the safety valve's total size.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et sideriss, delvis i snitt, av en versjon av foreliggende oppfinnelse i form av en overflatestyrt sikkerhetsventil, for nedføring gjennom brønnrørstrehgen, som innbefatter et ventillukkeelement som befinner seg i posisjon for stenging av ventilkanalen. Fig. 2A-2C viser sideriss, delvis i snitt, hvor sikkerhetsventilen ifølge fig. 1 er vist plassert i en motsvarende monteringsnippel i en brønn, og hvor ventillukkeelementet befinner seg i kanalåpnerstillingen og sikkerhetsventilen er forbundet med et omstillerverktøy og en låsedorhylse. Fig. 3A-3C viser sideriss, delvis i snitt, hvor den foreliggende oppfinnelse er vist i tilknytning til en sikkerhetsventil som brukes i undervannskonstruksjoner og styres fra overflaten og som er innkoplet i rørstrengen og hvor ventillukkeelementet befinner seg i kanallukkerstillingen. The invention is described in more detail below in connection with the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a side view, partly in section, of a version of the present invention in the form of a surface-controlled safety valve, for lowering through the well pipe line, which includes a valve closing element which is in position for closing the valve channel. Fig. 2A-2C show side views, partly in section, where the safety valve according to fig. 1 is shown placed in a corresponding mounting nipple in a well, and where the valve closing element is in the channel opener position and the safety valve is connected with a changeover tool and a locking mandrel sleeve. Figs 3A-3C show side views, partly in section, where the present invention is shown in connection with a safety valve which is used in underwater constructions and is controlled from the surface and which is connected to the pipe string and where the valve closing element is in the channel closing position.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes generelt som sikkerhetsventil som brukes i undervannskonstruksjoner og styres fra overflaten, uavhengig av om den kan innkoples i rørstrengen, som vist i fig. 3A-3C, eller er av "gjennom rørledningen" - (TLF) eller av "kabel"-typen. Uttrykket "kabel" (wire line) angir at sikkerhetsventilen nedføres i et brønnrør og opphentes fra dette ved anvendelse av kabel, i motsetning til verktøy som plasseres i røret ved hjelp av "nedpumpings" - eller TFL-metoden. The present invention can be used in general as a safety valve used in underwater structures and controlled from the surface, regardless of whether it can be connected to the pipe string, as shown in fig. 3A-3C, or is of the "through the pipeline" - (TLF) or of the "cable" type. The term "wire line" indicates that the safety valve is lowered into a well pipe and retrieved from it using a cable, as opposed to tools that are placed in the pipe using the "pump-down" or TFL method.

Med henblikk på nærmere beskrivelse av oppfinnelsen er det i fig. 1 vist en sikkerhetsventil 10 av TFL-typen. Det fremgår at sikkerhetsventilen 10 omfatter et ventilhus 12 med en langsgående og gjennomgående kanal 14. Kanalen 14 opptar et ventillukkeelement 16 som ligger an mot et ventilsete 17 i enden av en betjeningsanordning 18 som kan beveges i langsgående retning i forhold til ventilhuset 12 og derved føre lukkeelementet 16 til en første posisjon for stenging av kanalen 14, og en andre posisjon hvori lukkeelementet 16 åpner kanalen 14. Selv om det viste element er av kuletype, er oppfinnelsen like egnet for anvendelse ved en sikkerhetsventil med lukkelement av "klaff"-type. With a view to a more detailed description of the invention, it is in fig. 1 shows a safety valve 10 of the TFL type. It appears that the safety valve 10 comprises a valve housing 12 with a longitudinal and continuous channel 14. The channel 14 accommodates a valve closing element 16 which rests against a valve seat 17 at the end of an operating device 18 which can be moved in a longitudinal direction in relation to the valve housing 12 and thereby lead the closing element 16 to a first position for closing the channel 14, and a second position in which the closing element 16 opens the channel 14. Although the element shown is of the ball type, the invention is equally suitable for use with a safety valve with a closing element of the "flap" type.

Under innvirkning av det ringformige stemplet 20 skyves betjeningsanordningen 18 mot sin andre posisjon og bringer derved lukkelementet 16 i kanalåpnerstillingen. Stemplet 20 dannes av en konsentrisk ring som i hovedsak er beliggende mellom betjeningsanordningen 18 og kanalveggen 12b i ventilhuset 12, og som er utstyrt med O-ringpakninger eller glidetetninger 28 og 32 på yttersiden og en pakning 30 på innersiden. Den ringformete flate mellom O-ringpakningene 28 og 32 er den flate som påvirkes av styretrykkvæsken. Under the influence of the annular piston 20, the operating device 18 is pushed towards its second position and thereby brings the closing element 16 into the channel opening position. The piston 20 is formed by a concentric ring which is mainly located between the operating device 18 and the channel wall 12b in the valve housing 12, and which is equipped with O-ring seals or sliding seals 28 and 32 on the outside and a seal 30 on the inside. The annular surface between the O-ring seals 28 and 32 is the surface affected by the control pressure fluid.

Stemplet 20 er montert i en trykksone 23, dvs. i et hulrom som avgrenses stort sett mellom betjeningsanordningen 18 og et parti av kanalveggen 12b i ventilhuset. Styretrykkvæske kan, gjennom en innløpskanal 22, ledes fra utsiden av ventilhuset 12 til det indre av trykksonen 23. Når stemplet 20 befinner seg i "hvile"-stilling, som vist i fig. 1, vil den øvre stempelflate 54 ligge an mot et flateparti 52 i ventilhuset. The piston 20 is mounted in a pressure zone 23, i.e. in a cavity which is largely defined between the operating device 18 and a part of the channel wall 12b in the valve housing. Control pressure fluid can, through an inlet channel 22, be led from the outside of the valve housing 12 to the inside of the pressure zone 23. When the piston 20 is in the "rest" position, as shown in fig. 1, the upper piston surface 54 will rest against a surface portion 52 in the valve housing.

Mens stemplet 20 i sikkerhetsventilen 10 ifølge fig. 1 While the piston 20 in the safety valve 10 according to fig. 1

"flyter" fritt i trykksonen 23, kan stemplet 20 være forbundet med og utgjøre en del av betjeningsanordningen 18. Det vil i et slikt tilfelle ikke lenger være behov for pakningen 30 eller stemplet 20. Ved anvendelse av et "flytende" stempel 20, slik som vist, vil det imidlertid være mulig å kvele brønnen ved nedpump- "floats" freely in the pressure zone 23, the piston 20 can be connected to and form part of the operating device 18. In such a case, there will no longer be a need for the gasket 30 or the piston 20. When using a "floating" piston 20, such as shown, however, it will be possible to suffocate the well by pumping down

ing av fluid under trykk gjennom rørstrengen, for derved å tvinge ventillukkeelementet 16 til åpen stilling. Når ventillukkeelemen- ing of fluid under pressure through the pipe string, thereby forcing the valve closing element 16 into the open position. When the valve closing element

tet 16 befinner seg i lukkestilling som vist i fig. 1, er stemp- tet 16 is in the closed position as shown in fig. 1, is stamp-

let 20 brakt i sin øverste posisjon. Hvis det skulle vise seg ønskelig å "kvele" brønnen ved nedpumping av fluid under trykk fra brønnoverflaten, vil disse fluider utøve en kraft mot ventillukkeelementet 16, hvorved dette tvinges nedad sammen med betjeningsanordningen 18. Ventilsetet 17 vil på et visst tidspunkt skyves til åpen stilling og tillate gjennomløp av de pumpede fluider. Det frittflytende stempel 20 føres oppad av trykket fra de pumpede fluider som passerer metall-mot-metallsetet 17, slik at den øvre stempelflate 54 stort sett bringes i anlegg mot flatepartiet 52 i ventilhuset. Hvis stemplet 20 var fastgjort til betjeningsanordningen 18, ville betjeningsanordningen skyves oppad og derved bringe ventillukkeelementet 16 til å "klapre", og dette vil kunne medføre potensiell, alvorlig skade og hindre ned-føring av tilstrekkelig fluidmengder i brønnen. Dette er et vik- let 20 brought in its top position. If it should prove desirable to "choke" the well by pumping down fluid under pressure from the well surface, these fluids will exert a force against the valve closing element 16, whereby this is forced downwards together with the operating device 18. The valve seat 17 will at a certain point be pushed to the open position and allow passage of the pumped fluids. The free-floating piston 20 is carried upwards by the pressure from the pumped fluids passing the metal-to-metal seat 17, so that the upper piston surface 54 is largely brought into contact with the surface portion 52 in the valve housing. If the piston 20 were attached to the operating device 18, the operating device would be pushed upwards and thereby cause the valve closing element 16 to "clutter", and this could cause potential, serious damage and prevent the flow of sufficient fluid quantities into the well. This is a cove-

tig sikkerhetsmessig trekk ved overflatestyrte undervannssikker-hetsventiler. silent safety feature of surface-controlled underwater safety valves.

En sikkerhetsventil av TPL- eller kabeltypen, slik som beskrevet, mottar vanligvis styretrykkvæske gjennom en ledning (ikke vist) langs rørstrengens ytterside. Ledningen er som regel ført fra en trykkmanifold ved overflaten og nedad til en monteringsnippel, som vist i fig. 2, eller til en sikkerhetsventil som vist i fig. 3, hvori oppfinnelsen er anvendt. A TPL or cable type safety valve, as described, usually receives control pressure fluid through a conduit (not shown) along the outside of the tubing string. The line is usually led from a pressure manifold at the surface and downwards to a mounting nipple, as shown in fig. 2, or to a safety valve as shown in fig. 3, in which the invention is applied.

Når styrevæsken bringes under et forutvalgt trykk som er tilstrekkelig for betjening av sikkerhetsventilen, blir stemplet 20 skjøvet mot ventillukkeelementet, hvorved et flateparti 24 på stemplet 20 bringes i anlegg mot en tilsvarende, utadragende skråflate 26 på betjeningsanordningen 18. Ved fortsatt bevegelse av stemplet 20 i samme retning bringes betjeningsanordningen 18 i bevegelse og dreier derved ventillukkeelementet 16 til kanalåpnerstillingen, som tydeligst er vist i fig. 2C. When the control fluid is brought under a preselected pressure that is sufficient for operating the safety valve, the piston 20 is pushed against the valve closing element, whereby a surface portion 24 of the piston 20 is brought into contact with a corresponding, projecting inclined surface 26 on the operating device 18. With continued movement of the piston 20 in same direction, the operating device 18 is set in motion and thereby turns the valve closing element 16 to the channel opener position, which is most clearly shown in fig. 2C.

Så lenge det opprettholdes et tilstrekkelig trykk i trykksonen 23, vil ventildelen 16 fastholdes i kanalåpnerstillingen. Ved avlastning av trykket i trykksonen 23 tilbakeføres betjeningsanordningen 18 til sin første posisjon, som vist i fig. 1, under innvirkning av den "strekk"-kraft som påføres betjeningsanordningen av et elastisk trykkorgan som er vist i form av en fjær 40. Fjæren 40 er anbrakt i det ringformete rom 41 mellom betjeningsanordningen 18 og kanalveggen i ventilhusdelen 12a. Dette ringformete rom 41 er som vist anordnet i avstand ovenfor trykksonen 23, og er i det etterfølgende betegnet som "fjærhuset 41". As long as a sufficient pressure is maintained in the pressure zone 23, the valve part 16 will be maintained in the channel opening position. When the pressure in the pressure zone 23 is relieved, the operating device 18 is returned to its first position, as shown in fig. 1, under the influence of the "stretching" force applied to the operating device by an elastic pressure member which is shown in the form of a spring 40. The spring 40 is located in the annular space 41 between the operating device 18 and the channel wall in the valve housing part 12a. As shown, this annular space 41 is arranged at a distance above the pressure zone 23, and is hereinafter referred to as "spring housing 41".

Trykksonen 23, omfattende et flateparti i sikkerhetsventilen hvori stemplet 20 er opptatt, påvirkes av en trykkforskjell. Dette flateparti er på yttersiden av sikkerhetsventilhuset avgrenset av minst to tetningselementer 36 og 38. Når disse tetningselementer 36 og 38 bringes i anlegg mot en glattslipt kanalvegg i en monteringsnippel i brønnrørstrengen, som vist i fig. 2A-2C, vil det oppstå en trykkforskjell mellom (a) flatepartiet mellom tetningselementene 36 og 38 og (b) flatepartiet utenfor det avtettede flateparti. The pressure zone 23, comprising a surface portion of the safety valve in which the piston 20 is occupied, is affected by a pressure difference. This surface portion is on the outside of the safety valve housing bounded by at least two sealing elements 36 and 38. When these sealing elements 36 and 38 are brought into contact with a smoothly ground channel wall in a mounting nipple in the well pipe string, as shown in fig. 2A-2C, a pressure difference will arise between (a) the surface portion between the sealing elements 36 and 38 and (b) the surface portion outside the sealed surface portion.

Det er ingen trykkforskjell mellom fjærhuset 41, kanalen 14 i sikkerhetsventilen 10 og rommet 11 mellom yttersiden av sikkerhetsventilen 10 og kanalveggen 130 i monteringsnippelen 128. There is no pressure difference between the spring housing 41, the channel 14 in the safety valve 10 and the space 11 between the outside of the safety valve 10 and the channel wall 130 in the mounting nipple 128.

Følgelig kan tykkelsen av materialet som anvendes i ventilhusdelen 12a og i betjeningsanordningen 28 reduseres i vesentlig grad. Derved økes volumet i fjærhuset 41, slik at fjæren 40, som skal opptas i fjærhuset 41, kan fremstilles av fjærtråd av grovere diameter. Consequently, the thickness of the material used in the valve housing part 12a and in the operating device 28 can be reduced to a significant extent. Thereby, the volume in the spring housing 41 is increased, so that the spring 40, which is to be accommodated in the spring housing 41, can be produced from spring wire of a coarser diameter.

Fjæren 40 fastholdes mellom et skulderparti 46 som er forbundet med den øvre ende av betjeningsanordningen 18 og et skulderparti 44 ved den nedre ende av ventilhusdelen 12a. Ved avlastning av styretrykket i trykksonen 23 vil fjæren 40, som tidligere beskrevet, virke mot betjeningsanordningens skulderparti 46 og "trekke" betjeningsanordningen 18 til en slik posisjon at lukkeelementet 16 føres til kanallukkerstillingen i anlegg mot metallsetet 17 på enden av betjeningsanordningen. The spring 40 is held between a shoulder part 46 which is connected to the upper end of the operating device 18 and a shoulder part 44 at the lower end of the valve housing part 12a. When relieving the control pressure in the pressure zone 23, the spring 40, as previously described, will act against the operating device's shoulder part 46 and "pull" the operating device 18 to such a position that the closing element 16 is brought to the channel closing position in contact with the metal seat 17 at the end of the operating device.

Avlasting av styretrykket i trykksonen 23 vil selvsagt ikke oppheve virkningene av det trykk som utøves mot stemplet 20 av styrevæskesøylen som strekker seg mellom sikkerhetsventilen 10 og overflaten. Dette hydrostatiske trykk mot trykksonen 23 motvirker stenging av kanalen 14 ved hjelp av ventildelen 16. Fjæren 40 må være dimensjonert for å overvinne denne trykkraft. Grunnet plass-begrensninger i fjærhuset 41 er tråddimensjonen for fjæren ende-lig bestemt. Kombinasjonen av fjærens og stemplets ringflates kraftutvikling begrenser den dybde hvori sikkerhetsventilen kan monteres. Stempeltrykket defineres som forholdet mellom fjær-kraften for lukking og stempelflaten. Som følge av at fjærhuset 41 ifølge oppfinnelsen har et meget større rominnhold og derfor kan oppta en fjær som utøver en større kraft enn normalt, og på grunn av anvendelsen av en liten stempelflate vil ventilene ifølge foreliggende oppfinnelse kunne plasseres dypere enn hittil i en brønn. Dette er oppnådd under samtidig opprettholdelse av standarddimensjonskanaler for strømmen av produksjonsfluid gjennom sikkerhetsventilen. Relieving the control pressure in the pressure zone 23 will of course not nullify the effects of the pressure exerted against the piston 20 by the control fluid column which extends between the safety valve 10 and the surface. This hydrostatic pressure against the pressure zone 23 counteracts the closing of the channel 14 by means of the valve part 16. The spring 40 must be sized to overcome this pressure force. Due to space limitations in the spring housing 41, the wire dimension for the spring is finally determined. The combination of the force development of the spring and the ring surface of the piston limits the depth in which the safety valve can be mounted. The piston pressure is defined as the ratio between the spring force for closing and the piston surface. As a result of the fact that the spring housing 41 according to the invention has a much larger volume and can therefore accommodate a spring that exerts a greater force than normal, and due to the use of a small piston surface, the valves according to the present invention will be able to be placed deeper than hitherto in a well. This has been achieved while simultaneously maintaining standard dimension channels for the flow of production fluid through the safety valve.

En annen fordel er at .de pakninger som benyttes i TFL-verktøytogets svivelkoplinger, heretter vil kunne utelates. Grunnen til dette er at samtlige pakningselementer, f.eks. 36 og 38, er forbundet med selve ventilen 10, og at styretrykkvæsken ledes mellom pakningselementene. Another advantage is that the gaskets used in the TFL tool train's swivel joints will now be able to be omitted. The reason for this is that all packing elements, e.g. 36 and 38, are connected to the valve 10 itself, and that the control pressure fluid is led between the packing elements.

Elimineringen av trykkdifferansen som virker mot betjeningsanordningen 18 og/eller ventilhusdelen 12a gjør det mulig å anordne fjærer av øket relativ størrelse i det økete rom i fjærhuset 41. En annen fordel ved oppfinnelsen består i at stemplet 20 tillater "gjennompumping" av fluidum for "kveling" av brønnen i en nødsituasjon. The elimination of the pressure difference acting against the operating device 18 and/or the valve housing part 12a makes it possible to arrange springs of increased relative size in the increased space in the spring housing 41. Another advantage of the invention consists in that the piston 20 allows "pumping through" of fluid for "choking " of the well in an emergency.

Som angitt ovenfor, er stemplet 20 fortrinnsvis "fritt flytende" eller atskilt fra betjeningsanordningen 18. Når det pumpes gjennom ventilen 10, vil følgelig ventildelen 16 og betjeningsanordningen 18 beveges nedad under sammenpressing av fjæren 40 mot skulderpartiet 44. Idet stemplet 20 ikke er direkte forbundet med betjeningsanordningen 18, kan stemplet holdes i hvilestilling, som vist i fig. 1, mens det pumpes gjennom ventilen 10. As stated above, the piston 20 is preferably "free floating" or separate from the operating device 18. When it is pumped through the valve 10, the valve part 16 and the operating device 18 will therefore be moved downwards while compressing the spring 40 against the shoulder portion 44. As the piston 20 is not directly connected with the operating device 18, the piston can be held in a rest position, as shown in fig. 1, while it is pumped through the valve 10.

Det er anordnet en avstryker 48 av filt ved den øvre enden av betjeningsanordningen 18 for å frembringe en avstrykereffekt mot innerflaten på husdelen 12a, som er i kontakt med betjeningsanordningen 18. Avstrykeren 48 av filt er ikke helt nødvendig og er heller ikke brukt i utførelseseksemplet ifølge fig. 2b. Som påpekt ovenfor, er det ikke noen forskjell i trykket mellom fjærhuset 41 og boringen 14 i sikkerhetsventilen 10. En liknende avstryker 42 av filt er plassert mellom betjeningsanordningen 18 og et parti av ventilhuset over stemplet 20, slik at det ikke finnes noen begrensning mellom fjærhuset 41 og stemplets 20 overside 54. A wiper 48 of felt is arranged at the upper end of the operating device 18 to produce a wiper effect against the inner surface of the housing part 12a, which is in contact with the operating device 18. The wiper 48 of felt is not absolutely necessary and is also not used in the embodiment according to fig. 2b. As pointed out above, there is no difference in pressure between the spring housing 41 and the bore 14 in the safety valve 10. A similar scraper 42 of felt is placed between the operating device 18 and a part of the valve housing above the piston 20, so that there is no restriction between the spring housing 41 and stamp 20 upper side 54.

Det er konstatert at hvis stempelflaten holdes meget liten i forhold til fjæren av stor tråddiameter, vil stempeltrykket økes i slik grad at sikkerhetsventilen 10 ifølge oppfinnelsen vil kunne monteres i ekstremt store dybder. It has been established that if the piston surface is kept very small in relation to the spring of large wire diameter, the piston pressure will be increased to such an extent that the safety valve 10 according to the invention will be able to be mounted at extremely large depths.

Sikkerhetsventilen ifølge fig. 3 viser at foreliggende oppfinnelse er like anvendelig i forbindelse med neddykkete sikkerhetsventiler som kan opphentes med rørstrengen. Den viste sikkerhetsventil 60 kan innkoples i en brønnrørstreng (ikke vist) og omfatter et ventilhus 61 med en langsgående og gjennomgående kanal 62 som avgrenser en strømningsbane. Kanalen 62 opptar et lukkeelement 64 som er bevegelig mellom stillinger for åpning og stenging av strømningsbanen gjennom kanalen 62. The safety valve according to fig. 3 shows that the present invention is equally applicable in connection with submerged safety valves which can be retrieved with the pipe string. The shown safety valve 60 can be connected to a well pipe string (not shown) and comprises a valve housing 61 with a longitudinal and through channel 62 which delimits a flow path. The channel 62 accommodates a closing element 64 which is movable between positions for opening and closing the flow path through the channel 62.

Lukkelementet 64, i form av en kuleventil, føres til sine stillinger for åpning og stenging av strømningsbanen gjennom kanalen 62 under styring av en betjeningsanordning 66 som kan beveges i langsgående retning i kanalen 62 i sikkerhetsventilen 60, på samme måte som beskrevet i forbindelse med sikkerhets-ventilene av TFL- og kabeltypen. The closing element 64, in the form of a ball valve, is moved to its positions for opening and closing the flow path through the channel 62 under the control of an operating device 66 which can be moved in the longitudinal direction in the channel 62 in the safety valve 60, in the same way as described in connection with safety - the valves of the TFL and cable type.

Et stempel 70 i den rørstrengopphentbare sikkerhetsventil 60 ligger an mot betjeningsanordningen 66 og kan bevege denne slik at lukkeelementet 64 åpnes, ved at en skråflate 67a på enden av stemplet 70 bringes i anlegg mot en tilsvarende, utadragende skråflate 71a på betjeningsanordningen 66. A piston 70 in the pipe string retrievable safety valve 60 rests against the operating device 66 and can move this so that the closing element 64 is opened, by bringing an inclined surface 67a on the end of the piston 70 into contact with a corresponding, projecting inclined surface 71a on the operating device 66.

Stemplet 70 skyves til en stilling for åpning av lukkeelementet 64 ved ekspansjon av en trykksone 76 som står i forbindelse med overflaten gjennom en ledning (ikke vist) som er tilknyttet en innløpskanal 78 for innføring av trykkvæske. Idet trykksonen 76 ekspanderer, vil stemplet 70 skyves mot lukkeelementet 64, med flatepartiet 71a på stemplet 70 i anlegg mot skråflaten 67a, hvorved lukkeelementet 64 bringes i bevegelse og dreies mot kanalåpnerstillingen. Stemplets trykksone defineres som et flateparti av stemplet som befinner seg mellom pakninger 72 og 74 som er montert på stemplet 70. Så lenge styretrykket i sonen 76 opprettholdes over en forutvalgt verdi ved fortsatt trykktilførsel ved overflaten, vil lukkeelementet 64 fastholdes i kanalåpnerstillingen. The piston 70 is pushed to a position for opening the closing element 64 by expansion of a pressure zone 76 which is in contact with the surface through a line (not shown) which is connected to an inlet channel 78 for the introduction of pressurized liquid. As the pressure zone 76 expands, the piston 70 will be pushed towards the closing element 64, with the surface portion 71a of the piston 70 in contact with the inclined surface 67a, whereby the closing element 64 is set in motion and turned towards the channel opening position. The piston's pressure zone is defined as a surface part of the piston which is located between gaskets 72 and 74 which are mounted on the piston 70. As long as the control pressure in the zone 76 is maintained above a preselected value by continued pressure supply at the surface, the closing element 64 will be maintained in the channel opening position.

Ved avlastning av overflatetrykket vil lukkeelementet 64 tilbakeføres til kanallukkerstillingen under innvirkning av et elastisk trykkorgan, i dette tilfelle i form av en fjær 68 som opptas i et ringrom 80 mellom yttersiden av betjeningsanordningen 66 og kanalveggen i ventilhusdelen 61a. Ringrommet 80 er ikke avtettet mot sikkerhetsventilen 62. På grunn av den innmonterte fjær er ringrommet 80 i det etterfølgende betegnet som "fjærhuset". When the surface pressure is relieved, the closing element 64 will be returned to the channel closing position under the influence of an elastic pressure member, in this case in the form of a spring 68 which is accommodated in an annular space 80 between the outside of the operating device 66 and the channel wall in the valve housing part 61a. The annulus 80 is not sealed against the safety valve 62. Because of the spring installed, the annulus 80 is referred to below as the "spring housing".

Ved bevegelse av stemplet 70 for å føre lukkeelementet 64 mot dets kanalåpnerstilling vil fjæren 68 komprimeres i fjærhuset 80. Ved avlasting av trykket i trykksonen 76 vil, som tidligere nevnt, fjæren 68 tilbakeføres til sin normalstilling i fjærhuset 80, slik det fremgår av fig. 3. I normalstillingen vil fjæren 68 fastholde lukkeelementet 64 i kanallukkerstillingen. Fjæren 68 fastholdes av et skulderparti 84 som strekker seg utad fra betje-ningsanordningsrøret 6 6 og som ligger an mot innerveggen i ventilhusdelen 61a. Den motsatte ende av fjæren 68 ligger an mot et skulderparti 82 i den annen ende av ventilhusdelen 61a. Skulderpartiet 82 ligger an mot kanalveggen i ventilhusdelen 61a og forblir stasjonært. Bevegelsen av stemplet 70 begrenses av hvilestillingen mellom en skråflate 83 på stemplet 70 og en skråflate 71b på skulderpartiet 82. When moving the piston 70 to move the closing element 64 towards its channel opening position, the spring 68 will be compressed in the spring housing 80. When the pressure in the pressure zone 76 is relieved, as previously mentioned, the spring 68 will return to its normal position in the spring housing 80, as can be seen from fig. 3. In the normal position, the spring 68 will retain the closing element 64 in the channel closing position. The spring 68 is retained by a shoulder portion 84 which extends outwards from the operating device tube 66 and which rests against the inner wall of the valve housing part 61a. The opposite end of the spring 68 rests against a shoulder part 82 at the other end of the valve housing part 61a. The shoulder part 82 rests against the channel wall in the valve housing part 61a and remains stationary. The movement of the piston 70 is limited by the resting position between an inclined surface 83 on the piston 70 and an inclined surface 71b on the shoulder part 82.

Som følge av at trykksonen i sikkerhetsventilen 60 er avgrenset til flatepartiet mellom pakningene 72 og 74 på stemplet 70 er det mulig å redusere kravene til styrken og tykkelsen av betjeningsanordningen 66. Det kan derfor anvendes en fjær av større tråddiameter enn ellers mulig. Dette skyldes plasseringen av fjæren 68 i motsatt stilling^av ventillukkeelementet 64 i forhold til trykksonen 76. Sikkerhetsventilen ifølge fig. 3 omfatter ytterligere trekk, såsom midler for utkopling av lukkeelementet 64 for anvendelse av en neddykket hjelpesikkerhetsventil (ikke vist), i tilfelle av at sikkerhetsventilen 60 ønskes tatt ut av drift. As a result of the pressure zone in the safety valve 60 being limited to the surface area between the seals 72 and 74 on the piston 70, it is possible to reduce the requirements for the strength and thickness of the operating device 66. A spring of larger wire diameter than otherwise possible can therefore be used. This is due to the placement of the spring 68 in the opposite position of the valve closing element 64 in relation to the pressure zone 76. The safety valve according to fig. 3 includes further features, such as means for disconnecting the closing element 64 for the use of a submerged auxiliary safety valve (not shown), in the event that the safety valve 60 is desired to be taken out of service.

Dette kan oppnås ved anvendelse av et omstillerverktøy som nedføres gjennom rørstrengkanalen, bringes i inngrep med et profilparti 92 i en glidehylse 90 og tvinges mot en slik stilling at hylsen 90 forskyves mot en andre, mellomliggende hylse 88. Glidehylsen 90 vil bringes i anlegg mot mellomhylsen 88 ved at undersiden 99 av glidehylsen støter an mot oversiden 97 av mellomhylsen 88, og derved knekker en låsebruddtapp 98, og mellomhylsen 88 tvinges i anlegg mot enden 85 av betjeningsanordningen 66. Enden av betjeningsanordningen 66 er følgelig forbundet med den nedre ende 86 av mellomhylsen 88, hvorved betjeningsanordningen tvinges mot lukkeelementet 64 og dreier dette til kanalåpnerstillingen. Et låseelement 9 6 bringes deretter i inngrep med mellomhylsen 88, hvorved denne fastlåses i sin forskjøvete stilling hvori lukkeelementet 64 fastholdes i kanalåpnerstillingen. This can be achieved by using an adjustment tool which is lowered through the pipe string channel, brought into engagement with a profile part 92 in a sliding sleeve 90 and forced towards such a position that the sleeve 90 is displaced towards a second, intermediate sleeve 88. The sliding sleeve 90 will be brought into contact with the intermediate sleeve 88 in that the lower side 99 of the sliding sleeve abuts the upper side 97 of the intermediate sleeve 88, thereby breaking a locking break pin 98, and the intermediate sleeve 88 is forced into contact with the end 85 of the operating device 66. The end of the operating device 66 is consequently connected to the lower end 86 of the intermediate sleeve 88, whereby the operating device is forced against the closing element 64 and turns this to the channel opener position. A locking element 96 is then brought into engagement with the intermediate sleeve 88, whereby this is locked in its offset position in which the closing element 64 is maintained in the channel opening position.

Etter at sikkerhetsventilen 60 er låst i stilling med åpen kanal, kan en neddykket, sekundær hjelpesikkerhetsventil nedføres i en monteringsnippel som fortrinnsvis er plassert ovenfor sikkerhetsventilen 60, for å styre fluidumstrømmen gjennom rørstren-gen. En monteringsnippel som er egnet for opptakelse av en sikkerhetsventil, som beskrevet i det ovenstående, er vist i fig. 2 sammen med sikkerhetsventilen ifølge oppfinnelsen som er plassert i nippelen. Den foreliggende oppfinnelse kan på den måte finne anvendelse i en neddykket sikkerhetsventil, som vist i fig. 3, som kan opphentes med rørstrengen, hvor det, fortrinnsvis ovenfor sikkerhetsventilen, er anordnet en monteringsnippel som kan oppta en kabel- og TFL-sikkerhetsventil ifølge oppfinnelsen. Andre monteringsnipler eller sikkerhetsventiler vil imidlertid kunne anordnes i serie med sikkerhetsventilen ifølge fig. 3. Andre neddykkete sikkerhetsventiler, som kan opphentes med rørstrengen, kan alternativt innkoples i denne rørstreng hvori det er anordnet monteringsnippel og hjelpesikkerhetsventil som vist i fig. 2. After the safety valve 60 is locked in the open channel position, a submerged, secondary auxiliary safety valve can be lowered into a mounting nipple which is preferably placed above the safety valve 60, to control the flow of fluid through the pipe string. A mounting nipple suitable for receiving a safety valve, as described above, is shown in fig. 2 together with the safety valve according to the invention which is placed in the nipple. The present invention can thus find application in a submerged safety valve, as shown in fig. 3, which can be picked up with the pipe string, where, preferably above the safety valve, a mounting nipple is arranged which can accommodate a cable and TFL safety valve according to the invention. However, other mounting nipples or safety valves can be arranged in series with the safety valve according to fig. 3. Other submerged safety valves, which can be retrieved with the pipe string, can alternatively be connected to this pipe string in which a mounting nipple and auxiliary safety valve are arranged as shown in fig. 2.

Ved anvendelse av en monteringsnippel 100 som vist i fig. 2, som er innkoplet i en rørstreng, vil en glidehylse 102, som er anbrakt i kanalen i monteringsnippelen 100, befinne seg i en uforskjøvet normalstilling (ikke vist). Som det fremgår av fig. 2, er hylsen 102 skjøvet nedad til en stilling som tillater inn-strømming av styrevæske fra brønnoverflaten gjennom en ledning (ikke vist) som ender ved monteringsnippelen 100 i en innløps- When using a mounting nipple 100 as shown in fig. 2, which is connected to a pipe string, a sliding sleeve 102, which is placed in the channel in the mounting nipple 100, will be in an undisplaced normal position (not shown). As can be seen from fig. 2, the sleeve 102 is pushed downwards to a position which allows the inflow of control fluid from the well surface through a line (not shown) which ends at the mounting nipple 100 in an inlet

kanal 35 for styretrykkvæske. Idet den innstrømmer i monteringsnippelen 100 gjennom innløpskanalen 35, vil styretrykkvæsken normalt ikke kunne trenge inn i monteringsnippelkanalen på grunn av pakninger 109a og 109b som omslutter styrevæskeledningens 35 forlengete kanalinngang. Med hylsen i oppadskjøvet stilling er forbindelsen mellom kanalinngangsåpningen 33 og innløpsåpningen 35 sperret av den mellomliggende pakning 109a. channel 35 for steering pressure fluid. As it flows into the mounting nipple 100 through the inlet channel 35, the control pressure fluid will not normally be able to penetrate into the mounting nipple channel due to gaskets 109a and 109b which enclose the control fluid line 35's extended channel entrance. With the sleeve in the upwardly pushed position, the connection between the channel entrance opening 33 and the inlet opening 35 is blocked by the intermediate gasket 109a.

Som vist i fig. 2, er hylsen 102 skjøvet nedad hvorved det, gjennom åpningen 33, er åpnet adgang til kanalen 130 i monteringsnippelen 100. Hylsen 102 er forskjøvet til den viste, nedre stilling ved hjelp av kiler 112 i inngrep med et kanalprofilparti 116 i hylsen 102, hvor kilene 112 er anordnet på en dorhylse 110, As shown in fig. 2, the sleeve 102 is pushed downwards whereby, through the opening 33, access to the channel 130 in the mounting nipple 100 is opened. The sleeve 102 is shifted to the lower position shown by means of wedges 112 in engagement with a channel profile portion 116 in the sleeve 102, where the wedges 112 are arranged on a mandrel sleeve 110,

som gjennom en gaffelleddkopling 50 er forbundet med undervanns-sikkerhetsventilen 10. Fig. 2 viser en TFL-verktøystreng innbe-fattende sikkerhetsventilen 10, omstillerverktøyet 110 og en låsedorhylse 120. Hylsen 120 er utstyrt med kiler 122, som ved hjelp av en fjær 124 tvinges inn i en forsenkning 118 i kanal- which through a fork joint coupling 50 is connected to the underwater safety valve 10. Fig. 2 shows a TFL tool string including the safety valve 10, the adjustment tool 110 and a locking mandrel sleeve 120. The sleeve 120 is equipped with wedges 122, which are forced by means of a spring 124 into a recess 118 in the channel

veggen i monteringsnippelen 100. (the wall in the mounting nipple 100. (

Kilene 112 på dorhylsen 110 fastholdes i utadskjøvet stil- The wedges 112 on the mandrel sleeve 110 are retained in an outwardly pushed style

ling ved hjelp av en fjær eller et annet, elastisk organ 114 som er fastgjort til selve dorhylsen 110. Dorhylser for omstilling og låsing, med samme virkemåte som vist i fig. 2, er kjent i seg selv. ling by means of a spring or another elastic member 114 which is attached to the mandrel sleeve 110 itself. Mandrel sleeves for adjustment and locking, with the same mode of operation as shown in fig. 2, is known in itself.

Glidehylsen fastholdes i sin forskjøvete stilling, enten The sliding sleeve is retained in its offset position, either

den er forskjøvet til driftsstillingen som vist i fig. 2, eller forskjøvet oppad i passiv stilling, ved hjelp av et spennelement 106, som griper inn i forsenkninger 119a, 119b eller 119c. Den midtre forsenkning 119b vil alltid befinne seg i inngrep med spennelementet 106, som dessuten griper inn i en av forsenknin- it is shifted to the operating position as shown in fig. 2, or shifted upwards in a passive position, by means of a clamping element 106, which engages in recesses 119a, 119b or 119c. The middle recess 119b will always be in engagement with the clamping element 106, which also engages in one of the recesses

gene 119a og 119c, avhengig av hvorvidt hylsen er skjøvet oppad eller nedad. genes 119a and 119c, depending on whether the sleeve is pushed upwards or downwards.

Med hylsen 102 i nedskjøvet stilling, som vist i fig. 2, With the sleeve 102 in the pushed-down position, as shown in fig. 2,

vil den neddykkete sikkerhetsventil 10 fungere som tidligere beskrevet. the submerged safety valve 10 will function as previously described.

Claims

1. Surface controlled safety valve for use in well production pipe, comprising an elongated, rigid, tubular valve housing (12a, 12b), where part of the valve housing defines a pressure zone (23) which is supplied with control pressure fluid, a valve part (16) which controls the fluid flow through the valve body, a tubular operating device (18) which is equipped with a valve seat (17) and is axially displaceable in the valve body, for interaction with the valve part and movement of this between open and closed position, pressure-actuated organs arranged on the operating device and sealed against the valve body . that the operating device (18) is equipped with an external, upward-facing, fixed shoulder part (26), and that the pressure-actuated members comprise an annular piston (20) which is slidably arranged on and sealed (30) against the operating device inside the valve housing and which cooperates with the shoulder part, as the piston is forced to abut against the shoulder part when it is affected by control pressure fluid when the operating device is switched to the open position.

2. Safety valve in accordance with claim 1, characterized in that two sliding seals (28,32) with different diameters and at an axial distance from each other are arranged on the outer surface of the annular piston, the differential surface between the seals forming the control pressure-influenced surface and the outer surface between the seals forming internal limitation of the pressure zone (23).

3. Safety valve in accordance with claim 2, characterized in that the operating device (18) above the fixed shoulder part (26) and the valve housing (12A) above the pressure zone (23) consist of thin-walled tubes which between them form an annular space (41) for absorption of the spring (40), the annular space and the space outside the valve housing, with the exception of the pressure zone, being in fluid communication with the interior of the operating device.