NO160596B - Sikkerhetssystemer for bruk ved betjening av oljebroenner. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen gjelder en sikkerhetsventil av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

US- patentskrift 3.215.203 beskriver utstyr og framgangsmåter for tilførselen og fjerning av et strømingsrør fra en brønn. Fra US-PS.3.216.731 er det kjent utstyr og en framgangsmåte for å hindre utblåsning ved å fjerne et strømningsrør fra en brønn.

Videre er det fra US-patentskrift 3.157.233 kjent en sikkerhetsventil- anordning innrettet til å anbringes i en produksjonsrørstreng og til å samvirke med en arbeids-rørstreng, for å hindre uønsket strømning under brønnoperasjoner, såsom overhaling eller nedpressing.

Den kjente ventil-anordningen omfatter et rørformet ventilhus med øvre, utvendige tetningsorganer for avtetting mot produksjonsrøret, et hylseformet ventilorgan som er aksialt bevegelig i ventilhuset og sammen med dette danner en tallerkenventil. I tillegg finnes overflatestyrte midler for å bevege ventilorganet mellom åpen og lukket stilling.

Denne kjente ventilanordningen forutsetter imidlertid bruk av en utblåsningssperre over brønnhodet.

Oppfinnelsens hovedformål er generelt å skape en bedre sikkerhetsventil-anordning særlig sammenliknet med den sistnevnte løsningen.

Et mer avgrenset formål er å skape en ventilanordning

som kan danne en fluidbarriere med ytterflata av arbeidsrøret, men likevel la fluid strømme inn i åpningen mellom arbeids-røret og produksjonsrøret. Den må kunne festes løsbart til produksjonsrøret og kunne styre strømmen i åpningen som dannes ved å stikke en ledning inn i et produksjonsrør. Den må

dessuten kunne blokkerefluidstrømmen gjennom produksjonsrøret etter at et arbeidsrør er trukket tilbake. Videre må ventilanordningen hindre uønsket utstrømning av fluider mens arbeidrøret fjernes gjennom åpningen i produksjonrøret.

I samsvar med oppfinnelsen kan dette oppnås ved å utforme ventilanordningen som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil

gå fram av underkravene.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet, ved hjelp av eksempler, med henvisning til vedlagte tegninger, hvor

fig.IA viser et delvis vertikalsnitt og oppriss med deler fjernet, idet den viser en typisk brønn med den lavere delen av et hydraulisk nedføringsutstyr festet på

brønnhodet,

fig.IB er en fortsettelse av brønnen vist i fig.IA og inkluderer et sikkerhetssystem for å hindre uønsket fluidumstrøm mens det arbeides over brønnen;

fig.2A-2D viser et delvis snittet oppriss, som

viser én sikkkerhetsventil i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, i sin andre stilling hvor den blokkerer fluidumstrømmen gjennom produksjonsrørledningen (første strømningsrør);

fig.3A-3D viser i delvis oppsnittet sideriss sikkerhetsventilen i f ig.2A-2D i sin. f ørste^ stilling med en arbeidsrørledning (andre strømningsrør) stukket gjennom og med tallerkenventil åpen for å slippe' f luiidiums-t.røm gjennom åpningen mellom arbeidsrør ledningen ogi produksijionsrør lednlingen';

fig.4A-4D viser i delvis oppsnittet sl'deri's«; sikkerhetsventilen i fig.2A-2D snudd til sin første stilUingi etter at arbeidsrørledningen delvis er trukket tilbake fra den longitudinelle strømningspassasjen som strekker seg gjennom sikk e>r:h eits.ven t i 1 e n;

fig.5 viser et snitt langs linja 5-5 i fig.3D og viser trykkreguleringsorganer som begrenser maksimalforskjellen i trykk som virker på hvert lukningselement;

og

fig.6 viser et snitt langs linja 6-6 i fig.3B med tallerkenventilen i åpen stilling.

I fig.IA og IB er et hydraulisk nedføringsutstyr 20

vist festet på et brønnhode 21. Brønnen er delvis definert ved en foringsrørstreng 22 som strekker seg fra brønnoverflata til et underjordisk produksjons-formasjon (ikke vist). Brønnhodet 21 er festet til og båret av foringsrøret 22.

Produksjonsrørledningen eller et første strømningsrør 23 er plassert i åpningen i foringsrøret 22. En brønnpakning 24

er plassert nede i hullet for å danne en fluidbarriere mellom det ytre av rørledningen 23 og det indre av foringsrøret 22. Pakningen 24 dirigerer fluidoverfør ingen mellom produksjons-formasjonen og brønnhodet 21 via boringen 38 i rørledningen 23. Pakningen 24 er fortrinnsvis plassert for å isolere mesteparten av den indre delen av foringsrøret 22 fra den korrosive effekten av formasjonsfluid. Dette systemet for å komplettere en brønn tillater redusert vedlikehold og gir øket levetid for brønnen. Bare produksjonsrørledningen 23 bør renses og/eller erstattes. Foringsrøret 22 bør vare ubegrenset hvis den ikke utsettes for korrosive fluider.

Brønnhodet 21 omfatter en hovedventil 25 som styrer strømmen inn i og ut av rørledningen 23. Tre

utblåsningssikringer 26, 27 og 28 blir plassert på brønnhodet 21 over hovedventilen 25 under hydraulisk overhaling av brønnen. Utblåsningssikringene 26, 27 og 28 er av konvensjonell type. De opereres ved fluidtrykk og har en vertikal boring på linje med boringen 38 i røret 23. Sikringene 26, 27 og 28 blir brukt til å opprettholde trykket inne i produksjonsrøret 23 mens en arbeidsrørledning eller vaskeledning 40, som er et andre strømningsrør, beveges longitudinelt derigjennom.

Det hydrauliske nedføringsutstyret 20 omfatter nødvendigvis stasjonære glidemekanismer 29 og 30 og en bevegelige glidemekanisme 31 for å bevege arbeidsrøret eller vaskeledningen 40 longitudinelt inn i eller ut av boringen 38 av rørledningen 23. En detaljert beskrivelse av hydraulisk nedføringsutstyr og forskjellige måter for å betjene en brønn finnes i US patent nr.3.215.203. Denne beskrivelsen av oppfinnelsen er laget med referanse til bruk av nedføringsutsyr 20 for å bevege arbeidsledningen 40 gjennom en sikkerhetsventil 45. En liknende sikkerhetsventil, som omfatter den foreliggende oppfinnelsen, kan installeres inn i foringsrøret 22 og produksjonsrørledningen 23, beveget longitudinelt derigjennom ved nedføringsutstyret 20. Denne oppkveilet rørenheten eller spolete rørinjektoren (ikke vist) kan brukes til å stikke et annet strømningsrør inn gjennom boringen 38 i rørledningen 23.

Et forgreningsrør på brønnoverflata inneholder nødvendige akkumulatorer, pumper og ventiler for å tilføre hydraulisk styrt fluid til sikkerhetsventilen 45 via en styreledning 33. Sikkerhetsventilen 45 inneholder tre separate organer for å hindre uønsket strømninga av brønnfluider. Hvert av disse tillate at sikkerhetsventilen 45 fungerer som en utblåsningssikring nede i hullet mens det andre strømningsrøret 40 beveges gjennom boringen 38 i det første strømningsrøret 23.

I fig.2A-2D er sikkerhetsventilen 45 vist i sin

andre stilling, hvor den blokkerer fluidstrømmen gjennom produksjonsrørledningen 23. Sikkerhetsventilen 45 omfatter husorganer 46 som det strekker seg en langsgående strømningskanal igjennom. For å forenkle tilvirkning og montering, består husorganene 46 av flere relativt lange hule sylindriske deler. Disse er festet til hverandre med gjenget forbindelse og er konsentrisk plassert for å gi en longitudin-ell strømningskanal 47. En del 46A er en konvensjonell låsedor brukt for løsbar festing av sikkerhetsventilen 45, nede i et hull, innenfor rørledningen 23. En landingsnippel 34 er laget som en del av rørledningen eller første strømningsrør 23. Spor 35 er utformet på det indre av nippelen 34 for å motta låsehaker 48 på låsedoren eller husdelen 46a. To pakningsorganer 49 er båret på det ytre av låsedoren 46a for å danne en fluidbarriere mellom det ytre av låsedoren 46a og det indre av nippelen 34. Pakningsorganene 49 begrenser fluidstrømningen gjennom sikkerhetsventilen 45, til strømningskanalen 47. De to pakningsorganene 49 er plassert longitudinelt i forhold til hverandre for å gi fluidtetning på motsatte sider av en åpning 36 som strekker seg gjennom

landingsnippelen 34. Denne åpningen 36 lar styrevæske overføres mellom styreledningen 33 og det indre av landingsnippelen 34. Pakningsorganene 49 isolerer styrt fluid fra formasjonsfluid.

US patent nr.3.208.531 beskriver en låsedor og landingsnippel som er tilfredsstillende for bruk i den foreliggende oppfinnelsen. Om ønsket kan den foreliggende oppfinnelsen bli inkorporert i en sikkerhetsventil som er permanent festet til og laget som en del av rørledningen 23. Imidlertid kan et slikt arrangement gi utilsiktet begrensning av produksjonsfluidstrøm. Derfor blir sikkerhetsventilen 45 fortrinnsvis installert ved konvensjonell vaierteknikk for betjening av brønnen og fjernet etter at betjeningen er utført.

Ei operasjonshylse 50 er glidbart plassert inne i strømningskanalen 47. For å forenkle monteringen, består operajonshylsa 50 av to hule sylindriske deler 50a og 50b som er knyttet sammen av gjenger 51. Operajonshylsedelen 50a er plassert innenfor og konsentrisk rettet inn i forhold til husorgandelen 46c. Denne delen 46c fungerer som et hus for et stempel. Mellomstykkedelen 46b forbinder stempelhuset 46c med låsedoren 46a. En stasjonær tetning 52 er båret på innerdiameteren av mellomstykkedelen 46b for å danne en fluidbarriere med den nærliggende ytterdiameteren av operasjonshylsa 50. En bevegelig stempeltetning 53 er båret på ytterdiameteren av operasjonshylsa 50 og er i kontakt med den nærliggende innerdiameterdelen av stempelhuset 46c. Tetningsorganene 52 og 53 er plassert i retning longitudinelt fra hverandre og definerer delvis et styrevæskekammer 54 med variabelt volum. Forskjellen i diameter mellom den stasjonære tetningen 52 og den bevegelige stempeltetningen 53 definerer det effektive arealet av stemplet 55 på det ytre av operajonshylsa 50. Åpningen 56 strekker seg lateralt gjennom veggen av stempelhuset 46c for å gi styrevæskeforbindelse med kammeret 54.

Et fjørorgan 57 er plassert inne i kammeret 54 som omgir det ytre av operajonshylsa 50. Dette fjørorganet 57 er plassert mellom en skulder 58 båret på det ytre av operajonshylsa 50 og en skulder 59 plassert på det indre av stempelhuset 46c. Økning av styrevæsketrykket inne i kammeret 54 til en verdi større enn fluidtrykket inne i den longitudinelle; strømningskanalen 47 skaper ei kraft på stemplet 55 som gjør at operasjonshylsa 50 glir i en retning. Fjørorganet 57 begrenser denne bevegelsen. Når

forskjellen i fluidtrykk mellom kammeret 54 og passasjen 47 avtar under en på forhånd valgt verdi, vil organet 57 returnere operasjonshylsa 50 til sin første stilling.

Operasjonshylsa 50 blir brukt til å åpne og stenge tallerkenventilen 85 i sikkerhethsventilen 45 i respons på styrevæsketrykket inne i kammeret 54. Tallerkenventilen 85 omfatter operasjonshylsa 50b og husdelen 46d. Flere radielle åpninger 60 strekker seg gjennom operajonshylsedelen 50b mellom endene av denne. Flere langstrakte radielle åpninger 61 er laget gjennom veggen av husdelen 46d. Når de radielle åpningene 60 er plassert overfor de longitudinelle åpningene 61, kan fluid overføres mellom kanalen 47 og yttersida av husorganet 46 som vist i fig.3b og 6.

Et første ringformet ventilsete 65 er dannet på yttersida av operajonshylsa 50 nær de radielle åpningene 60. Et andre ringformet ventilsete 66 er dannet på innsida av husorganet 46 nær de radielle åpningene 61 og vendt mot det første ventilsetet 65. De ringformete ventilsetene 65 og 66 er formet for å gripe inn i hverandre og fungere som en slags tallerkenvent il.

Stasjonære elastomere tetningorganer 67 og 68 er båret på innsida av husorganet 46 for å danne en fluidbarrere med den tilstøtende yttersida av operajonhylsa 50. Tetningene 67 og 68 har lik diameter for å hindre forskjeller i fluidtrykk fra å virke på operajonshylsa 50. Tetningene 67 og 68 er plassert etter hverandre på motsatt side av de radielle åpningene 60 og 61. Derfor, når det første ventilsetet 65 er i kontakt med det andre ventilsetet 66, vil denne kontakten sammen med tetningene 67 og 68 blokkere fluidoverfør ingen gjennom de radielle åpningene 60 og 61.

Flere tetningselementer 70a-70d er plassert inne i strømningskanalen 47 omgitt av husorgandelen 46d. Disse tetningselementene 70a-70d omfatter tetning for dannelse av en fluidbarriere med det ytte av arbeidsrørledningen 40 når den er plassert inne i strømningskanalen 47. Tetningselementene 70a-70d er formet av egnet elastomert materiale og er festet til respektive flenser 71. Hver flens 71 peker radielt innover fra sin respektive holdersylinder 72. Sylinderen 72 er glidbart plassert inne i hudorgandelen 46d mellom skuldre 73 og 74. Antall tetningselementer kan varieres i samsvar med brønnfluidtrykket.

Hver holdersylinder 72 bærer en O-ring 75 på ytterdiameteren for å hindre uønsket fluidstrømning mellom yttersida av sylinderen 72 og innerdiameteren av husorgandelen 46d. Flere trykkreguleringsventiler 76 kan også bli båret av hver holdersylinder 72. Reguleringsventilen 76 er fjørbelastete kule-tilbakeslagsventiler som åpnes for å tillate fluidstrøm derigjennom når forskjellen i trykk over reguleringsventilen 76 overskrider en på forhånd valgt verdi.

Forskjellige avlastningsventiler er kommersielt tilgjengelige og kan brukes istedenfor

kule-tilbakeslagsventilene vist i tegningene. Kontakt mellom det andre strømningsrøret 40 og tetningselementene 70a-70d danner flere longitudinelle fluidkammere 80, 81 og 82 som vist i fig.3C og 3D. Hvis forskjellen i fluidtrykk mellom tilstøtende kammere 80, 81 og 82 overskrider en på forhånd valgt verdi sammenliknet med hverandre eller den longitudinelle strømningskanalen 47, vil trykkregulerings-ventilene 76 åpnes for å redusere trykkforskjellen til innenfor den på forhånd valgte verdien. Slik blir det tillatelige trykk for tetningselementene 70a-70d ikke overskredet, og deres effektivitet er betydelig øket. US patent nr.3.215. 208 beskriver et liknende system av tetningselementer og reguleringsventiler for dannelse av en fluidbarriere med et strømningsrør.

En klaffventilanordning 90 er ved gjenger festet til den ytterste enden av husorganet 46 motsatt låsedoren 46a. Denne klaffventilanordningen 90 omfatter en sylindrisk husorganandel 46e hvorigjennom den longitudinelle strømningskanalen 47 strekker seg . En sirkulær ventilklaff 91 er festet ved hengsler 92 til husorganandelen 46e innenfor passasjen 47. Et tredje ringformet ventilsete 93 er dannet på innerdiameteren av delen 46e som vender mot ventilklaffen 91. En fjøranordning 94 påvirker klaffen 91 så den kommer i kontakt med det tredje ventilsetet 93. Fluidstrøm i retning oppover inne i strømningskanalen 47 tilskynder også at klaffen 91 kommer i kontakt med setet 93.

Ytterenden 42 av arbeidsrøret 40 kan komme i kontakt med klaffen 91 slik at den svinger ut for å åpne den longitudinelle strønmningskanalen 47. Fortrinnsvis skulle enhver, forskjell i trykk over klaffen 91 utlignes før kontakt med arbeidsrøret 40 for å hindre ødeleggelse av hengslingen 92. Fluidtrykk kan utliknes ved å pumpe fluid ned i rørledningen 23 fra brønnoverflata eller ved å åpne tallerkenventilen 85 for å la fluid

strømme gjennom de radielle åpningene 60 og 61. Tallerkenventilen 85 tillater fluidstrømmen å passere de elastomere seteelementene 70a - 70d.

Operasionsrekkefølge:

En typisk betjening utført av det hydrauliske nedføringsutstyret 20 er å føre arbeidsrørledningen 40 inn i boringen 38 til en sandbro som kan hindre formasjonsfluid å strømme gjennom boringen 38. En sandbro kan fjernes ved å pumpe rensefluid med høyt trykk fra brønnoverflata gjennom boringen 41 av arbeidsrøret 40 for å løfte sand o.l. til brønnoverflata gjennom ringrommet mellom yttersida av arbeidsrøret 40 og innsida av produksjonsrørledningen 23. Overflateutblåsningsssikringene 26, 27 og 28 er utformet for å stoppe uønsket fluidstrøm fra enten produksjonsrør-ledningen 23 eller arbeidsrørledningen 40 i nødsituasjoner. Sikkerhetsventilen 45 fungerer som utblåsningssikring nede i brønnhullet dersom overflateutblåsningssikringene 26, 27 og 28 skulle svikte. Ved normale driftsbetingelser må sikkerhetsventilen 45 tillate fluidoverfør ing gjennom både boringen 41 i arbeidsrøret 40 og ringrommet mellom arbidsrøret 40 og produksjonsrørledningen 23. De radielle åpningene 60 og 61 i tallerkenventilen 85 gir den sistnevnte fluidover-føringsveien.

Sikkerhetsventilen 45 er fortrinnsvis festet inne i landingsnippelen 34 ved konvensjonell vaierteknikk før festing til nedføringsutstyret 20. En f jernbar klo (ikke vist) kan brukes til å holde klaffen 91 borte fra det tredje ventilsetet 93 for å utlikne fluidtrykket ved installasjon av sikkerhetsventilen 45. Etterat kloen er fjernet og uten styrevæsketrykk tilstede i kammeret 54, vil sikerhetsventilen 45 være i sin andre stilling og blokkere fluidstrøm gjennom produksjonsrørledningen 23. Etter installering av nedføringsutstyret 20, kan styrevæsketrykk påføres fra brønnoverflata til kammeret 54 for å åpne tallerkenventilen 85. Fluidoverfør ingen gjennom de radielle åpningene 60 og 61 vil da utlikne trykket over klaffen 91.

Arbeidsrørledningen 40 kan føres gjennom rørledningen 23 og den longitudinelle strømningskanalen 47 ved konvensjonell nedføringsteknikk. Enden 42 av arbeidsrørledningen 40 vil komme i kontakt med klaffen 91 slik at denne svinger bort fra ventilsetet 93. De elastomere tetningselementene 70a-70d danner en fluidbarriere med yttersida av arbeidsrøret 40 når det er plassert inne i den longitudinelle strømningskanalen 47. Om nødvendig kan fluid omgå tetningselementene 70a-70d ved åpning av tallerkenventilen 85.

I en nødsituasjon kan det styrte fluidtrykket inne i kammeret 54 bli redusert til under en på forhånd bestemt verdi for å la fjørorganet 57 lukke tallerkenventilen 85. De elastomere tetningselementene 70a-70d samvirker med tallerkenventilen 85 for å blokkere fluidstrømmen gjennom ringrommet mellom arbeidsrøret 40 og produksjons-rørledningen 23. Ved å heve arbeidsrørledningen 40 med nedføringsutstyret 20 inntil enden 42 er over klaffen 91, vil klaffventilen 90 også bli lukket. Fjørorganet 94 og brønnfluidtrykket samvirker for å forsterke at ventilklaffen 91 kommer i kontakt med det tredje ventilsetet 93. Ved å redusere det styrevæsketrykket og heve produksjonsrøret 23, skifter sikkerhetsventilen 45 fra sin første stilling som tillater fluidstrøm derigjennom, til sin andre stilling som blokkerer fluidstrøm gjennom produksjonsrørledningen 23. På denne måten gir sikkerhetsventilen 45 en andre barriere eller et tillegg til overflate-utblåsningssikringene 26, 27 og 28.

Claims (3)

1. l.Sikkerhetsventil-anordning for plassering i en produksjonsrørstreng i en borebrønn for å samvirke med en arbeidsrørstreng, med det formål å hindre uønsket fluid-strømning under brønnoperasjoner, så som overhaling og nedpressing, hvor det finnes et rørformet ventilhus (46) med øvre, utvendige tetningsorganer for å tette mot produksjonsrøret (34), et hylseformet ventilorgan (50) som er aksialt bevegelig i ventilhuset og sammen med dette danner en tallerkenventil (85), idet det finnes overflatestyrte midler for å bevege ventilorganet mellom åpen og lukket stilling,

   karakterisert ved at den omfatter tetningsorganer (70) for avtetning mot arbeidsrørets (40) ytterflate i ventilhuset (46) under tallerkenventilen (85), og at det ved den nedre enden av ventilhuset (46) er anordnet en klaffventil (91, 93) som åpnes ved nedpressing av arbeidrøret (40) gjennom ventilanordningens boring.
2. 2. Sikkerhetsventil-anordning i samsvar med patentkrav 1,

   karakterisert ved at tetningorganene omfatter: a) flere tetningelementer (70a-c) plassert etter hverandre i kanalen mellom sleideventilen og tallerkenventilen med innbyrdes avtand , b) at tetningselementene (70) ligger an mot utsida av arbeidsrøret (40) når dette er ført inn i strømingsveien, og danner dermed tetning mot dette både når dette røret er i bevegelse og stillestående i forhold til ventilhuset, c) at det finnes flere kammer (80, 81, 82) med innbyrdes avstand i lengderetningen, som dannes ved inngrep mellom tetningselementene (70a-c) og arbeidsrøret (40, d) samt at det finnes midler (76) for å begrense .trykkforskjellen mellom hvert kammer (80, 81, 81) til en på forhånd' bestemt verdi.
3. 3. Sikkerhetsventil i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at klaffvent ilen omfatter: a) et ringformet ventilsete (93) plassert i strømningsveien i den nedre enden av ventilhuset (46), b) en sirkulær ventilklaff (91) hengslet (ved 92) opptil ventilhuset (93), c) midler for å forspenne ventilklaffen mot anlegg mot ventilsetet, slik at den svinges tilside når arbeidsrøret føres inn.