NO163344B

NO163344B - Styreventil.

Info

Publication number: NO163344B
Application number: NO821579A
Authority: NO
Inventors: Ernest B Gentry
Original assignee: Otis Eng Co
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1990-01-29
Also published as: NO821579L; CA1174165A; US4442859A; GB2101178A; NO163344C; GB2101178B

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en styreventil som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

De utføringsformer av foreliggende oppfinnelse som er vist

i søknaden er særlig egnet for bruk i en vaiersluse (også benevnt kabelkjøringssluse) for betjening av olje- og gassbrøn-ner. US patent 3 831 676 omhandler en pakkboks for befestigelse til en vaiersluse for tetning rundt en vaier. US patent 3 762 725 omhandler en pakkboks og en tetningsgland som bruker hydraulikkfluid for regulering av kraften hvormed tetningsglanden danner inngrep med en i glanden anordnet vaier. Begge patenter angir detaljer vedrørende bruken av vaiersluser. Videre er det fra US patent 3 806 084 kjent en ventil av den ovenfor omtalte art, men ikke spesielt beregnet for bruk i en vaiersluse. Som ytterligere eksempler på teknikkens stilling på området kan nevnes US patent 4 085 772, GB patent 1 258 304 og DE patent 1 256 018.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å komme frem til en ventil av den innledningsvis nevnte art, med varierte funksjons-og betjeningsmuligheter, særlig med sikte på anvendelse i forbindelse med en vaiersluse som ovenfor nevnt. Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. En fordelaktig utføringsform av oppfinnelsen er angitt i krav 2.

Ventilen ifølge oppfinnelsen tillater således fluidinjek-sjon i ventilens indre fra en utvendig kilde, samt styrt utstrømning eller spyling fra ventilens indre. Videre er det mulig å styre ventilen ved å øke fluidtrykk fra en kilde utenfor ventilen over en forutvalgt verdi og/eller ved manøvre-ring av en vaier som strekker seg gjennom ventilen. Ventilen tilpasses lett for bruk i en vaiersluse og kan brukes for injisering av fluider i vaierslusen fra en utvendig kilde eller føre fluider ut fra vaierslusen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 er et skjematisk oppriss av en vaiersluse montert

på et brønnhode,

Fig. 2A og 2B viser i større målestokk riss delvis i oppriss og delvis i snitt, av øvre del av en vaiersluse med partier som er fjernet for å vise en spyle- og injeksjonsstyreventil.

Fig. 3 er et horisontalt snitt langs linjen 3-3 på fig. 2B. Fig. 4 viser delvis i snitt og delvis i oppriss med fjernete partier, en alternativ utføringsform opptatt i en spyle- og injeksjonsstyreventil i et parti av en vaiersluse. Fig. 5 er et lengdesnitt som viser et hus beregnet på å oppta ventilen og utgjøre en del av en vaiersluse.

Fig. 6 er et enderiss av huset vist i fig. 5.

Fig. 7 viser i større målestokk et lengdesnitt av ventillegemet som kan være forskyvbart anordnet i huset vist i fig. 5.

I fig. 1 er vist en vaiersluse 40 festet til et vanlig brønnhode 41. Boringen i vaierslusen 40 er aksielt innrettet på linje med brønnhodet 41 slik at når ventilen 42 åpnes, kan en vaier-verktøystreng (ikke vist) nedsenkes gjennom brønnhullet (ikke vist) ved konvensjonell vaierteknikk til et sted nede i borehullet og tilbakeføres til brønnens overflate. Vaierslusen 40 innbefatter en skive 43 for føring av en vaier 45 og en pakkboks 44 for tetning rundt vaieren 45, der den går inn i vaierslusen 40. En manuell avløpsventil 46 er anordnet for å muliggjøre trykkavlastning av vaierslusen 40 etter at ventilen 42 er stengt. Standard driftsrutiner krever åpning av avløps-ventilen 46 før vaierslusen 40 frakoples brønnhodet 41.

Under visse brønnforhold, som f.eks. sterk forurensning av hydrogensulfid i brønnfluidene, er det nødvendig å injisere en kjemisk inhibitor i vaierslusen for å beskytte vaieren mot kjemisk korrosjon. Videre er det ved brønner med høyt trykk av og til ønskelig å avlaste trykket i vaierslusen 40 fra et fjerntliggende sted før den manuelle avløpsventil 46 åpnes. Utføringsformene av foreliggende oppfinnelse vist i ventilene på fig. 2b og fig. 4 kan brukes både til å styre injeksjonen av fluid i vaierslusen 40 og til å slippe fluider ut fra denne.

I fig. 1 danner ventilen 20 en del av den øvre seksjon av vaierslusen 40. Fig. 2a og 2B viser den øvre seksjon i større detalj. Ventilen 20 innbefatter et hus 21 med gjenger 25 i den ene ende og en hurtigkopling 26 i den andre ende, som organ for befestigelse av huset 21 til vaierslusen 40.

Huset 21 har en første i lengderetningen gjennomgående kanal 22. Kanalen 22 er innrettet koaksialt på linje med boringen i vaierslusen 40 når gjengene 25 og koplingen 26 er satt sammen med de andre seksjoner av vaierslusen 40. En første port 23 strekker seg radielt gjennom huset 21 og kommuniserer fluid mellom utsiden av huset 21 og den første langsgående kanal 22. For utføringsformen vist i fig. 2B er der også anordnet en annen port 27. Begge porter 23 og 27 er utformet med innvendige gjenger for tilkopling av fluidledninger 47 og 48.

Som best vist i fig. 1 kan ventiler V-l, V-2 og V-3 påvirkes til å lede fluidtrykk fra en pumpe P til portene 23 og/eller 27. Ventilene V-l, V-2 og V-3 kan også påvirkes til å tømme fluider ut gjennom portene 23 og/eller 27 inn i en tank T. Forskjellige konstruksjoner av ventiler, pumper og tanker utenfor vaierslusen 40 kan velges i avhengighet av de fluider som skal injiseres gjennom eller strømme ut gjennom ventilen 20.

De to utføringsformer av foreliggende oppfinnelse vist i fig. 2B og 4 skiller seg hovedsakelig fra hverandre ved utformingen av ventillegemet som er forskyvbart anordnet i den første langsgående kanal i hver ventil. I hver utføringsform er ventillegemet stort sett sylindrisk med en langsgående boring som strekker seg i det minste delvis gjennom ventillegemet. Videre har hvert ventillegeme 30 og 130 et konisk utvendig diameterparti dimensjonert for anlegg mot et metallsete som er utformet i de respektive første langsgående kanaler.

I fig. 2B er ventillegemet 30 vist forskyvbart anordnet i den første langsgående kanal 22. En langsgående boring 34 strekker seg gjennom ventillegemet 30 med gjennomløpende vaier 45. Den ene ende 35 av ventillegemet 30 har en fjær 51 anordnet rundt sin utvendige diameter. En ende av fjæren 51 ligger an mot en ansats 52 i innretningen 40, og den andre ende av fjæren 51 ligger an mot en flens 36 på utsiden av ventillegemet 30.

Den første langsgående kanal 22 har et innsnevret innvendig diameterparti 28 med en skarp, ringformet kant 29 utformet ved den innvendige diameterovergang. Ventillegemet 30 har et konisk utvendig diameterparti 37 som er dimensjonert for inngrep med kanten 29. Inngrep mellom konuspartiet 37 og ringkanten 29 danner en første avstengning for blokkering av fluidstrøm mellom ventillegemets 30 utside og innsiden av den første langsgående kanal 22. Dette inngrep mellom konuspartiet 37 og ringkanten 29 bestemmer også ventillegemets 30 første stilling som vist i fig. 2B. Fjæren 51 tvinger ventillegemet 30 mot dets første stilling. Ventillegemet 30 har en annen stilling (ikke vist) der konuspartiet 37 befinner seg i langsgående avstand fra ringkanten 29 for derved å tillate fluidkommunikasjon mellom disse deler.

Ringkanten 29 i huset 21 kan erstattes av elastomerisk materiale og/eller avfases for tilpasning til konuspartiet 37 for å danne den første avstengning. Fortrinnsvis oppviser ringkanten 29 en skarp kant mot konuspartiet 37 slik at der opprettes en meget smal metall/metall-linjekontakt mår ventillegemet 30 er i sin første stilling. Et vesentlig trekk ved denne oppfinnelse er at hver utføringsform oppviser denne smale metall/metall-linjekontakt for den første avstengning.

Det innsnevrete diameterparti 28 bærer også en elastomerisk tetningsring 60 i en passende utsparing i langsgående avstand fra ringkanten 29. Ventillegemets 30 utvendige diameter nær elastomer-tetningsringen 60 er jevnt sylindrisk og holder konstant tetningskontakt mot ringen 60, idet ventillegemet 30 omstilles mellom dets første og andre stilling. Anlegget mellom tetningsringen 60 og ventillegemet 30 danner en andre avstengning for blokkering av fluidstrøm mellom utsiden av ventillegemet 30 og innsiden av den første langsgående kanal 22. En filtavskraper 61 er opptatt i en passende utsparing i det innsnevrete innvendige diameterparti 28, i langsgående avstand fra elastomer-tetningsringen 60. Filtavskraperen 61 beskytter ringen 60 ved at den hindrer sand, slipekorn eller andre småpartikler på ventillegemets 30 utside fra kontakt med ringen 60.

Den første og andre avstengning avgrenser delvis et fluidkammer 65 mellom metall-ringkanten 29 og elastomerringen 60. Fluidkammeret 65 avgrenses også av en utsparing 66 på utsiden av ventillegemet 30. Porten 23 kommuniserer også med kammeret 65.

En åpning 33 ér boret radielt gjennom ventillegemet 30 for kommunisering av fluid mellom den langsgående boring 34 og den første langsgående kanal 22. En avstrykerenhet er anordnet rundt vaieren 45 nær den andre ende av den langsgående boring 34. Avstrykerenheten består av distansestykker 67 og 68 som plasserer filtringen 69 i boring 34. En låsering 70 anvendes for å holde distansestykkene 67 og 68 samt filtringene 69 på plass. Denne avstrykerenhet fjerner sand, slipekorn eller annet partikkelformet materiale fra vaieren 45, og minsker derved skade på komponentene i vaierslusen 40 over ventilen 20.

Huset 21 innbefatter en annen langsgående kanal 72 i radiell avstand fra den første langsgående kanal 22. Kanalen 72 kommuniserer med første langsgående kanal 22 på hver ende av fluidkammeret 65.

Flensen 36 på ventillegemets 30 ende 35 bærer en stempeltetning 73 for derved å danne en glidetetning med den tilgrensende første langsgående kanal 22. En stasjonær tetning 74 er anordnet i den første langsgående kanal 22 for inngrep med utsiden av ventillegemet 30. Tetningen 74 er i lengderetningen anordnet i avstand fra stempeltetningen 73. En tredje langsgående kanal 75 er anordnet for kommunikasjon mellom porten 27 og den del av den første langsgående kanal 22 som ligger mellom stempeltetningen 73 og den stasjonære tetning 74. Stempeltet-ningens 73 diameter er større enn tetningens 74 diameter. Derfor vil øking av fluidtrykk fra porten 27 skape en kraft på flensen 36 motsatt fjæren 51. Når fluidtrykket som virker på stempeltetningen 73 overskrider en forutvalgt verdi, vil fjærren 51 bli sammentrykket, for derved å tillate omstilling av ventillegemet 30 til dets andre stilling.

En åpning 33 er utformet i lengderetningen mellom den stasjonære tetning 74 og den del av konuspartiet 37 som ligger an mot ringkanten 29. Når derfor ventillegemet 30 er i sin første stilling, blokkerer den første tetningsinnretning fluidkommunikasjon' mellom kammeret 65 og andre deler av den første langsgående kanal 22. Når ventillegemet 30 er i sin andre stilling, kan fluid kommunisere fra den del av den første langsgående kanal 22 som ligger under fluidkammeret 65 gjennom den andre langsgående kanal 72 forbi konuspartiet 37 og ringkanten 29 inn i fluidkammeret 65 og porten 23. Med ventillegemet 30 i dets andre stilling, kan fluid også kommunisere fra porten 23 og kammeret 65 forbi konuspartiet 37 og ringkanten 29 gjennom åpningen 33 og inn i den langsgående boring 34. Omstilling av ventillegemet 30 til dets andre stilling, tillater således avlasting av fluidtrykk fra vaierslusen 40 eller injisering av fluid i den langsgående boring 34 for belegging av vaieren 45.

Ventillegemet 30 i ventilen 20 kan omstilles til sin andre stilling på tre forskjellige måter.

For det første kan fluidtrykk fra pumpe P ledes mot stempeltetningen 73 for å overvinne fjæren 51 og eventuelt fluidtrykk som virker på konuspartiet 37 for å holde ventillegemet 30 i dets første stilling. Etter at ventillegemet 30 har beveget seg til sin andre stilling, kan fluid enten innføres gjennom porten 23 eller uttømmes fra porten 23 avhengig av stillingen til ventilene V-l, V-2 og V-3. Når fluidtrykk fra pumpen P synker til under en forutvalgt verdi, vil fjæren 51 og/eller fluidtrykk i vaierslusen 40 føre ventillegemet 30 tilbake, til dets første stilling.

For det andre kan fluidtrykk injiseres ved hjelp av pumpen P gjennom porten 23 inntil det injiserte trykk overskrider kraften fra fjæren 51 og eventuelt fluidtrykk som virker på motsatt side av den første avstengning. Denne metode er særlig anvendbar for injisering av små mengder fluid i den langsgående boring 34.

For det tredje kan vaieren 45 trekkes tilbake eller hales opp inntil linepluggen 80 kommer til anlegg mot den andre ende 30a av ventillegemet 30. Fortsatt trekk i vaieren 45 vil overvinne fjæren 51 og omstille ventillegemet 30 til dets andre stilling. Denne metode er særlig anvendbar for fjernstyrt avlasting av trykk i vaierslusen 40 forut for åpning av den manuelle ventil 46.

Ventilen 120 og dens forskjellige deler vist i fig. 4, 5 og 6 utgjør en alternativ utføringsformn av foreliggende oppfinnelse. Ventilen 120 har samme virkemåte som den tidligere beskrevne ventil 20, bortsett fra at ventilen 120 bare har to måter hvorved ventillegemet 130 kan omstilles fra dets første til dets andre stiling.

Ventilen 120 innbefatter et hus 121.som er lik det tidligere beskrevne hus 21. Huset 121 har gjenger 25 i sin ene ende for befestigelse til en vaiersluse. En ytre flens 119 er anordnet nær den andre ende av huset 121 for inngrep med kopling 26. En første langsgående kanal 122 som strekker seg gjennom huset 121 er koaksialt innrettet på linje med boringen i vaierslusen når ventilen 120 er installert.

Fig. 5 viser en utsparing 117 i hvilken en elastomerisk tetningsring 60 er anordnet, og en utsparing 118 i hvilken en filtavstryker 61 er anordnet. Huset 121 har en port 23 som kommuniserer mellom ventilens 120 utside og en første langsgående kanal 122. Porten 27 og en tredje langsgående kanal 75 er imidlertid ikke anordnet i huset 121. En annen langsgående kanal 72 er utformet i huset 121 og har samme oppgave som tidligere beskrevet for ventilen 20. Kanten eller ringkantet 29 er bedre vist i fig. 5. Ringkanten 29 har fortrinnsvis en meget skarp kant eller hjørne for å danne en smal linjekontakt med konusflaten 37 på ventillegemet 130.

Ventillegemet 130 som kan være forskyvbart anordnet i den første langsgående kanal 122 er best vist i fig. 7. En langsgående boring 134 strekker seg gjennom ventillegemet 130 med åpningen 133 kommuniserende mellom boringen 134 og utsiden av ventillegemet 130. Hovedforskjellen mellom ventillegemet 30 og ventillegemet 130 er at en ende 135 av ventillegemet 130 bærer ikke en flens 3 6 og stempeltetning 73. Som vist i fig. 4 er et spennorgan eller en fjær 151 anordnet i det utvidete parti i den langsgående boring 134 som omfatter enden 135 av ventillegemet 130. Spennorganet eller fjæren 51 i ventilen 20 er anordnet rundt utsiden av enden 35 på ventillegemet 30. En utsparing 115 er utformet i den andre ende av den langsgående boring 134 og er dimensjonert til å oppta distansestykker 67 og 68 og fUtringer 69 som vist i fig. 7. Et spor 114 som danner inngrep med låsering 70 for befestigelse av avstrykerenheten i utsparingen 115 er også vist.

Ventillegemet 130 i ventilen 120 kan omstilles til sin andre stilling på to forskjellige måter.

Ventillegemet 130 er vist i sin første stilling i fig. 4. Fluidtrykk fra en passende kilde på utsiden av ventilen 120 kan injiseres gjennom porten 23 inn i fluidkammeret 65. Fluidkammeret 65 avgrenses delvis ved en utsparing 66 på utsiden av ventillegemet 130, tetningskontakt mellom konuspartiet 37 og ringkanten 29 for å danne den første avstengning, og tetningskontakt mellom elastomerisk tetningsring 60 og utsiden av ventillegemet 130 for å danne den andre avstengning. Når kraften fra fluidtrykket i kammeret 65 som virker på den ene side av den første avstengning overskrider kraften fra fjæren 151 pluss fluidtrykk i den første langsgående kanal 122 som virker på den andre side av den første avstengning, vil ventillegemet 130 forflyttes i en lengderetning slik at der dannes en spalte eller et mellomrom mellom konuspartiet 37 og ringkanten 29. Dette betegnes som den andre stilling av ventillegemet 130. Fluid fra kammeret 65 kan så strømme inn i boringen 134 gjennom åpningen 133 og/eller kommunisere med andre deler av den første langsgående kanal 122. Elastomerringen 60 og den tilgrensende utside av ventillegemet 130 er dimensjonert til å opprettholde en fluidsperre, idet ventillegemet 130 omstilles mellom sin første og andre stilling.

En vaier strekker seg gjennom den langsgående boring 134 under normale operasjoner. Vaieren kan trekkes tilbake eller hales opp inntil en lineplugg som f.eks. vist i fig. 2B, støter mot den andre ende av ventillegemet 130 og omstiller ventillegemet 130 mot dets andre stilling. Mekanisk omstilling av ventillegemet 130 ved hjelp av vaieren oppretter en avlastnings-eller utstrømningsbane fra den første langsgående kanal 122 under fluidkammeret 65 gjennom den andre langsgående kanal 72, forbi spalten mellom konuspartiet 37 og ringkanten 29, inn i fluidkammeret 65, og ut gjennom porten 23. Som tidligere bemerket for ventilen 20 er omstilling av ventillegemet 130 til dets andre stilling ved hjelp av vaierbevegelse fra et fjernt sted en foretrukket metode for avlasting av en vaiersluse før åpning av en manuell tømmeventil på vaierslusen.

Claims

't1. Styreventil fpr innføring eller utslipping av et fluid og beregnet for bruk i forbindelse med installering av en vaier (45) tilknyttet et brønnhode eller liknende, omfattende et hus (21, 121) med en første i lengderetningen gjennomgående kanal (22, 122), en port (23) for kommunisering av fluid fra husets utside til den første kanal, et ventillegeme (30, 130) som er forskyvbart anordnet i den første langsgående kanal og har en langsgående, gjennomgående boring (34, 134), en første avstengning (29, 37) og en andre avstengning (60) som er anordnet med innbyrdes avstand i den første kanal på hver side av porten (23), hvilken andre avstengning er i form av en elastomertetning (60), midler (80; 36) for omstilling av legemet (30, 130) fra en første stilling som blokkerer fluidkommunikasjon gjennom den første kanal (22, 122) til en andre stilling som tillater fluidkommunikasjon gjennom denne, en spenninnretning (51, 151) for å spenne ventillegemet mot dets første stilling, og en i ventillegemet (30, 130) utformet åpning (33, 133) som kommuniserer mellom den langsgående boring (34, 134) og den første langsgående kanal (22, 122), idet ventillegemet (30, 130) i den andre stilling tillater fluidkommunikasjon fra husets (21, 121) utside gjennom porten (23) og inn i den langsgående boring (34, 134) via åpningen (33, 133),

karakterisert ved at den første avstengning er i form av en metallisk ventilavstengning (29, 37) anordnet mellom åpningen (33, 133) og fluidkammeret (65), at den første (29, 37) og andre avstengning (60) delvis avgrenser et fluidkammer (65) i den første langsgående kanal (22, 122), og at en andre langsgående kanal (72) er utformet i huset (21, 121) i radiell avstand fra den første langsgående kanal (22, 122) og står i forbindelse med sistnevnte kanal for å tillate fluid i den første kanal (22, 122) å strømme forbi fluidkammeret (65), idet vaieren (45) strekker seg gjennom ventillegemets langsgående boring (34, 134) og bærer et brønnverktøy (80) som er innrettet til å påvirke en ende av ventillegemet motsatt spenninnretningen (51, 151) ved trekk i vaieren (45), slik at

kraften fra spenninnretningen overvinnes for omstilling av ventillegemet.
2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at den metalliske ventilavstengning er i form av et på ventillegemets (30, 130) utside utformet konisk parti (37) som samvirker med en ringformet kant (29) på innsiden av den første kanal (22, 122).