NO171234B - Innsproeytningsventil for kjemikalier i en broenn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innsprøytningsventil for kjemikalieinjisering i en brønn, omfattende et hus med i avstand beliggende tetningsinnretninger på utsiden av huset for tetning i et brønnrør, en innløpsport i huset mellom tetningsinnretningene for mottak av kjemikalier, en kanal som fører fra innløpsporten til en utløpsport nedenfor tetningsinnretningene, og et ventilsete og ventilelement anordnet i kanalen.

Ventiler av denne art er kjent fra US-patent 3993129 og TJS-patent 3362347.

I olje- og gassbrønner med svært korrosive miljøer, er det av og til ønskelig å injisere kjemiske inhibitorer inn i produksjonsstrømmen for å hindre skade på brønnens produk-sjonsrør.

En konvensjonell innsprøytningsventil for kjemikalier betjenes med en belg som omslutter en trykkgassladning, slik som BKLK-2 ventiltypen, solgt av Camco, Inc. Vanligvis plasseres innsprøytningsventilen i en sidelomme-dor, slik som en dor av Camco type K, i en brønnboring og benyttes vanligvis for enten en kontinuerlig strømning eller en intermitterende kjemikalieinjeksjon i brønnen. Ventilen betjenes som reaksjon på en kjemikaliepumpe på overflaten gjennom en separat styreledning eller ringrommet rundt brønnproduksjonsrøret for å åpne injeksjonsventilen og tillate injeksjon av kjemikalier inn i brønnen. En slik anvendelse er mer fullstendig beskrevet og vist på side 11 i "Camco Condensed Catalog 82/83" som herved inngår som referanse.

Etter hvert som brønner kompletteres ved større havdyp, påstøtes høyere trykk (f.eks. 69 MPa) og temperaturer og konvensjonelle belgaktiviserte ventiler er ikke tilfredsstillende. Det vil si at innsprøytningsventiler for kjemikalier ofte må åpne og lukke så mange som 200.000 ganger i løpet av sin levetid, og en belg som er konstruert for å gi metall-lagene som omgir belgen høy styrke for å motstå høye trykk, vil skape en høy fjærkrafteffekt og overbelastninger, noe som vil medføre utmatting og svikt.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot det å tilveiebringe et aktiviseringsstempel til erstatning av belgen, hvilket vil motstå de høyere trykk og temperaturer som påstøtes, og når åpningstrykket er nådd kan bevegelse i ventilstempelet fortsette for å sikre full åpning for maksimal strømningsmengde under innsprøytningen. Den stempelaktiviserte ventil utfører denne funksjon med en mangel på økende krefter slik som i en fjær eller belg. Volumet av komprimert gass gjøres størst mulig i den stempelaktiviserte ventil for å hindre trykkøkning på grunn av ventilstammens bevegelse.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en innsprøytnings-ventil av den innledningsvis nevnte art, som kjennetegnes av de trekk som fremgår av karakteristikken i det etterfølgende selvstendige krav.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvsten-dige krav.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremkomme av den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukken utførelse av oppfinnelsen, gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger. Figur 1 er et oppriss delvis i snitt av den stempelaktiviserte kjemikalieinnsprøytningsventil ifølge den foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er et forstørret lengdesnitt av en del av ventilen ifølge figur 1, Figur 3 er et forstørret oppriss av ventilen, delvis i snitt, hvor gasstrykkladningen til å begynne med blir holdt i en lukket beholder, og Figur 4 er et oppriss i likhet med figur 3, der beholderen er åpnet. Det vises nå til tegningene, særlig figur 1, der henvisningstallet 10 generelt angir innsprøytningsventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og innbefatter et hus eller legeme 12 som har en eller flere innløpsåpninger eller porter 14, en øvre tetning 16 på utsiden av huset 12, og en nedre tetning 18 på utsiden av huset 12, og en utløpsåpning eller -porter 20. En fluidkanal 22 fører fra innløpsportene 14 til utløps-portene 20, og et ventilsete 24 og et ventilelement 26 er anordnet i kanalen 22 for å åpne og lukke kommunikasjonen gjennom kanalen 22. Således kan ventilen 10 anbringes i en dors sidelomme, der lommen har en åpning for å motta kjemikal iefluider fra en kjemikal iepumpe på brønnoverflaten, som står i kommunikasjon med doren og leverer kjemikaliefluid til innløpsporten 14 mellom tetningene 16 og 18.

Når ventilelementet 26 er i anlegg på setet 24, er kanalen 22 stengt og kjemikalier hindres i å bli sprøytet inn i brønnens produksjonsrør. Når fluidtrykket pådratt innløpsporten 14 øker, vil imidlertid ventilelementet 26 trekkes tilbake fra setet 24 og åpne kanalen 22 for å la kjemikalief luider passere gjennom kanalen 22 og utløpsportene 20.

Vanligvis blir en tilbakeslagsventil, som innbefatter et ventilelement 28, presset med en fjær 30 i en retning oppad for anlegg mot ventilsetet 32 for å hindre brønnfluid i å strømme fra utløpsportene 20 til innløpsportene 14, men tillate kjemikalieinnsprøytningsstrøm i motsatt retning.

Vanligvis blir ventilelementet 26 presset nedad med en gass-trykk-ladet belg. Ettersom brønnene blir dypere og høyere trykk og temperaturer påstøtes, er imidlertid belger ikke tilfredsstillende for å åpne og lukke en kjemikalieinnsprøyt-ningsventil som kan gjennomløpe så mange som 200.000 sykluser under sin levetid. For å motstå de høye trykk, for eksempel 69 MPa, ville en fleksibel belg kreve lag av sammenrullet, høyfast metall som ville skape en høy fjærkraftvirkning og bevirke overbelastning som ville medføre utmatting og eventuell svikt.

Det vises nå til figurene 1 og 2 hvor et stempel generelt er indikert med henvisningstallet 40 og er koblet til en stempelstang 43 som i sin tur er koblet til ventilelementet 26. Stempelet 40 er plassert i en sylinder 42 i huset 12 og er utsatt nedentil for trykket i innsprøytningsf luidet pådratt porten 14 og er utsatt oventil for gasstrykkladningen 44, som vanligvis er nitrogen. Stempelet 40 innbefatter en oppad rettet metall-skåltetning 46 og en nedad rettet metall-skåltetning 48 og fortrinnsvis en elastomer tetning 50, slik som en T-tetning plassert mellom tetningene 46 og 48. Metall-skåltetningene 46 og 48 er like med tetningen beskrevet i US-søknad nr. 538.000, inngitt 30. september 1983, og har den virkning å bli presset utad mot sylinderens 42 vegg for å tilveiebringe et tettende forhold, og de virker til å isolere tetningen 50 fra omgivelsene og hindre rusk i utilsiktet å påvirke den elastomere tetning 50. Den elastomere tetning 50 er spesielt virksom til å opprettholde en gasstett tetning. En forutbestemt mengde smørefett 52, slik som Conoco girolje DN-600, er innført i sylinderen 42 over stempelet 40 for å virke som en sperre mellom gassladningen 44 og stempelet 40. Oljen 52 vil smøre sylinderveggene og vil virke som et tetningsmedium ettersom oljen er lettere å holde på enn gassen 44. Ettersom oljen 42 er tyngre enn gassen 44 vil den forbli i bunnen av sylinderen 42 og nær stempelet 40.

Den elastomere tetning 50 benyttes til å skape en ekstra gasstetning skjønt forsøk har indikert at metall-skåltet-ningene 46 og 48 alene vil gi en tilfredsstillende gasstetning. I anvendelser der ventilen 10 benyttes i miljøer som har en temperatur større enn 205'C, ville imidlertid den elastomere tetning 50 helt utelates eller erstattes med en høytemperaturbestandig fluorkarboninnsats innlagt mellom metalltetningene 46 og 48.

Forhåndspåfyllingen av gass i kammeret 44 utføres vanligvis før bruk ved overflatetemperaturen, slik som 15,5°C, men den termiske utvidelse, brønntemperaturen og brønntrykket der ventilen 10 skal benyttes er beregnet når ventilen 10 fylles opp på forhånd. Ettersom det er ønskelig at oljen 52, som tilsettes sylinderen 42 under påfyllingsprosessen, er i kontakt med stempelet 40 til enhver tid, bør imidlertid ventilen 10 opprettholdes og lagres i en hovedsakelig vertikal stilling for å hindre at trykkgassen kommer i kontakt med tetningen 50.

Lagring og transport av ventilen 10 i en vertikal stilling trenger ikke alltid å bli utført av servicepersonellet. Derfor, for å sikre at den forhåndspåfylte gass ikke kan komme i kontakt med den elastomere tetning 50, kan den trykksatte gassladning 44, som best vist i figur 3 og 4, lagres i en lukket gassbeholder 60 som har et brytbart parti, slik som en sprengplate 62. Således kan gassladningen innføres i beholderen 60, beholderen 60 innføres i sylinderen 42, og ventilen 10 kan lagres og transporteres i enhver stilling uten at gassladningen 44 når den elastomere tetning 50. I dette tilfelle er gjennomtrengningsinnretninger, slik som en punkteringshammer 64, plassert nær sprengplaten 62 og fortrinnsvis mellom beholderen 60 og stempelet 40. Spenninnretninger, slik som en fjær 66, er anordnet mellom hammeren 64 og beholderen 60 for i utgangspunktet å forhindre hammeren 64 i å punktere platen 62. I tillegg tilføres olje 68 i beholderen 60 når gassladningen 44 tilføres, og olje 70 tilsettes fortrinnsvis i sylinderen 42 over stempelet 40.

Som best vist i figur 4, etter at ventilen 10 er montert og plassert i brønnen, vil trykket ved innløpsporten 14 pådras undersiden av stempelet 40, som beveger punkteringshammeren 64 oppad, overvinner spennfJæren 66, og bevirker at punkteringshammeren 64 bryter platen 62 som dermed frigjør gassladningen 44 inn i sylinderen 42 over stempelet 40 for normal drift. I tillegg presses oljen 68 i beholderen 60 gjennom punkteringsåpningen og vil virke som en demper mot brå støt.

Mens den lukkede gassbeholder 60 er vist i bruk med en stempelaktivisert kjemikalieinnsprøytningsventil, kan beholderen 60 også benyttes på andre typer kjemikalieinn-sprøytningsventiler, slik som belgaktiviserte ventiltyper. Det vil si at trykkgassbeholderen 60 ville tillate bruken av en belgaktivisert ventil som har en tynnere belg ettersom belgen ikke behøver å utsettes for en svak trykkforskjell i gassladningen ettersom ladningen ikke ville pådras belgen før den var plassert i brønnen og opphevet av brønntrykket.

Det skal bemerkes at i figur 1 tilføres gassladningen 44 i sylinderen 42 gjennom en åpning 70 og stenges med en endeplugg og tetning 72, mens i anordningen ifølge figur 3 skjer den eneste eksponering av sylinderen 42, og således av gassladningen, mot tetningene på stempelet 40. Derfor krever beholderen 60, vist i figurene 3 og 4, færre tetninger og er derfor mindre utsatt for lekkasje.

Claims (7)

1. Innsprøytningsventil (10) for kjemikalieinjisering i en "brønn, omfattende et, hus (12) med i avstand beliggende tetningsinnretninger (16,18) på utsiden av huset (12) for tetning i et brønnrør, en innløpsport (14) i huset mellom tetningsinnretningene (16,18) for mottak av kjemikalier, en kanal (22) som fører fra innløpsporten (14) til en utløpsport (20) nedenfor tetningsinnretningene, og et ventilsete (24) og ventilelement (26) anordnet i kanalen (22), karakterisert ved en betjeningsmekanisme omfattende et stempel (40) anordnet i huset (12) over innløpsporten (14) og koplet til ventilelementet (26), hvilket stempel (40) innbefatter en oppad rettet metall-skåltetning (46) og en nedad rettet metall-skåltetning (48); og et lukket eller avtettet kammer (42) i huset (12) over stempelet (40), hvilket kammer (42) inneholder en trykkgassladning (44) som virker direkte på stempelet (40) i en retning til å stenge ventilelementet (26) på ventilsetet (24).

2. Ventil ifølge krav 1,karakterisert ved at den innbefatter en elastomertetning (50) mellom metalltetningene (46,48).

3. Ventil ifølge krav 1,karakterisert ved at den omfatter en lukket gassbeholder (60) plassert i kammeret (42), hvilken beholder inneholder trykkgassladningen (44) og innbefatter et brytbart parti (62); og gjennomtrengningsinnretninger (64) nær det brytbare parti (62) for åpning av beholderen (60).

4. Ventil ifølge krav 3, karakterisert ved at gjennomtrengningsinnretningen (64) er plassert mellom beholderen (60) og stempelet (40).

5. Ventil ifølge krav 3,karakterisert ved at den omfatter spenninnretninger (66) mellom beholderen (60) og gjennomtrengningsinnretningen (64) for først å hindre åpning av beholderen (60).

6. Ventil ifølge krav 3,karakterisert ved at beholderen (60) også inneholder olje (68).

7. Ventil ifølge krav 3,karakterisert ved at kammeret (42) hvor beholderen (60) er plassert er lukket og tetningsløst med unntak av stempelet (40).