NO175442B

NO175442B - Annular-out preventer

Info

Publication number: NO175442B
Application number: NO865354A
Authority: NO
Inventors: James A Burton; Kenneth W Colvin; Julian D Keithahn
Original assignee: Hydril Co
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1994-07-04
Also published as: NO865354L; NO175442C

Description

Denne oppfinnelse angår en ringroms-sikringsventil forsynt med en ringformet pakningsenhet, som nærmere angitt i ingressen til krav 1. This invention relates to an annulus safety valve provided with an annular packing unit, as specified in the preamble to claim 1.

I mange år har konstruksjonen av pakningsenheter for ringromavstengere i sikringsventiler fulgt prinsippene beskrevet i US patent nr. 2 609 836. Betegnelsene pakningsenhet, tetningsenhet, pakning er brukt om hverandre i denne beskri-velse for å betegne det element i ringromavstengeren som sammensnøres som en ring rundt et rør eller annen gjenstand i ringromavstengerens vertikale strømningsbane og som fortrinns-vis er innrettet til fullstendig å avstenge den vertikale strømningsbane selv når der ikke er noe rør eller noen gjenstand i den vertikale strømningsbane. Slike enheter innbefat-ter identiske metallinnsatser som er regelmessig fordelt rundt pakningens sentrale akse og innstøpt i et elastomermateriale. Ved innsnøring eller lukking av pakningen rundt et brønn-bore-rør stenger pakningen ringrommet mellom borerøret og ringromavstengeren. Materialet er forankret ved hjelp av innsats-vegger idet det frembringer vertikale folder som strekker seg radielt innad for avtetning mot røret. For many years, the construction of packing units for annulus shut-off valves in safety valves has followed the principles described in US patent no. 2,609,836. The terms packing unit, sealing unit, packing are used interchangeably in this description to denote the element of the annulus shut-off that tightens as a ring around a pipe or other object in the vertical flow path of the annulus stopper and which is preferably arranged to completely block the vertical flow path even when there is no pipe or object in the vertical flow path. Such units include identical metal inserts which are regularly distributed around the central axis of the gasket and embedded in an elastomeric material. When tightening or closing the gasket around a well drill pipe, the gasket closes the annulus between the drill pipe and the annulus stopper. The material is anchored by means of insert walls as it produces vertical folds that extend radially inward to seal against the pipe.

US patent nr. 3 917 293 omhandler differensialforankring av innsatsene rundt pakningsaksen i elastomermaterialet med den forbedring at pakningsenheten har lengre syklus-levetid. Syklus-levetid er definert som det antall stengninger før svikt inntrer, som pakningselementet kan utføre enten på et brønnrør i pakningsenhetens ringrom eller i fravær av et brønnrør. Ovennevnte patent viser ledeinnsatser og følgeinn-satser hvorved ledeinnsatsene ved stengning beveges radielt innad for å danne en tilnærmet massiv metallvegg rundt sik-ringsaksen. Elastomermaterialet i pakningsenheten under en slik vegg ekstruderes innad mot et brønnrør eller annen gjenstand i ringrommet eller slik at ringrommet blir fullstendig avstengt i fravær av slikt brønnrør eller annen gjenstand. US patent no. 3 917 293 deals with differential anchoring of the inserts around the gasket axis in the elastomer material with the improvement that the gasket unit has a longer cycle life. Cycle life is defined as the number of closures before failure occurs, which the packing element can perform either on a well pipe in the annulus of the packing unit or in the absence of a well pipe. The above-mentioned patent shows guide inserts and follower inserts whereby the guide inserts are moved radially inward when closing to form an approximately massive metal wall around the fuse axis. The elastomer material in the packing unit under such a wall is extruded inwards against a well pipe or other object in the annulus or so that the annulus is completely closed off in the absence of such a well pipe or other object.

Ring-pakningsenheten beskrevet i US patent nr. 3 917 293 øker i vesentlig grad pakningens syklus-levetid i forhold til den pakning som er vist i ovennevnte US patent nr. 2 609 836. The ring packing unit described in US patent no. 3,917,293 significantly increases the cycle life of the packing compared to the packing shown in the above-mentioned US patent no. 2,609,836.

Ytterligere eksempler på teknikkens stand vil fremgå av ålment tilgjengelig NO patentsøknad nr. 84 5058, samt US patentskrift nr. 3 958 808. Further examples of the state of the art will appear from the generally available NO patent application no. 84 5058, as well as US patent document no. 3 958 808.

Hovedformålet med sikringsventilen som utgjør gjenstanden for denne oppfinnelse er å frembringe ytterligere forbedringer i sykluslevetiden og i operasjonskarakteristika i forhold til tidligere kjente pakningsenheter. The main purpose of the safety valve which is the object of this invention is to produce further improvements in cycle life and in operational characteristics in relation to previously known packing units.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en ringroms-sikringsventil av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de øvrige krav. This purpose is achieved according to the invention by an annulus safety valve of the type indicated at the outset, with the new and distinctive features that are specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention appear from the other claims.

Når BOP-stempelet tvinges oppad i BOP-huset, tvinger drivinnsatsen ledeinnsatsen fremover ved driwinkel-grense-flaten og den overdrevne forskyvning av de to tilgrensende bakflater på ledeinnsats-topplatene. Dette gir ledeinnsatsene en kontrollert, forutsigbar, jevn bevegelse. As the BOP piston is forced upward in the BOP housing, the drive insert forces the guide insert forward at the drive angle boundary surface and the excessive displacement of the two adjacent back surfaces of the guide insert top plates. This gives the guide inserts a controlled, predictable, smooth movement.

I den foretrukne utføringsform er drivinnsatsene brede In the preferred embodiment, the drive inserts are wide

over bakpartiet på deres utvendige diameter som dekker arealet bak ledeinnsatsene. Dette gjør det mulig å tvinge ledeinnsatsene til en mindre diameter uten å åpne opp baksiden og bevirke skade på pakningsenhetens utvendige diameter. over the rear part of their outer diameter which covers the area behind the guide inserts. This allows the guide inserts to be forced to a smaller diameter without opening up the back and causing damage to the outer diameter of the packing assembly.

Driwinkelen mellom de to langsgående fremre flater på drivinnsatsenes topp-plate kan velges slik at de bevirker kontinuerlig delvis inngrep mellom hver fremre flate på topp-platen til en drivinnsats og bakflaten på topp-platen til en tilgrensende ledeinnsats mellom pakningsenhetens avlastete tilstand og pakningsenhetens lukketilstand. Driwinkelen <p mellom de to langsgående fremre flater på drivinnsatsenes topp-plate og en annen vinkel a mellom de to langsgående bakflater på ledeinnsatsenes topp-plate er relatert ved ligningen The driving angle between the two longitudinal front surfaces of the top plate of the drive inserts can be selected so that they cause continuous partial engagement between each front surface of the top plate of a drive insert and the back surface of the top plate of an adjacent guide insert between the packing unit's unloaded state and the packing unit's closed state. The drive angle <p between the two longitudinal front surfaces of the top plate of the drive inserts and another angle a between the two longitudinal rear surfaces of the top plate of the guide inserts are related by the equation

hvor N er antall drivinnsatser. where N is the number of drive inputs.

Når N = 8 og ø velges til ca. 90°, er de langsgående fremre flater på drivinnsatsenes topp-plate i kontinuerlig delvis inngrep med bakflatene på topp-platen til en tilgrensende ledeinnsats mellom pakningsenhetens avlastete tilstand og en lukket tilstand ved pakningsenheten. Ledeinnsatsen beveger seg radielt innad ca. 1,85 ganger så mye som drivinnsatsen gjør under lukking av pakningsenheten. Ledeinnsatsens hurtige bevegelse i forhold til drivinnsatsen krever mindre slaglengde for å lukke pakningsenheten. Mindre slaglengde ved pakningsenheten gjør det mulig å konstruere en ringromavstenger med minimal høyde. When N = 8 and ø is chosen to be approx. 90°, the longitudinal front surfaces of the top plate of the drive inserts are in continuous partial engagement with the rear surfaces of the top plate of an adjacent guide insert between the unloaded state of the packing unit and a closed state of the packing unit. The guide insert moves radially inwards approx. 1.85 times as much as the drive insert does during closing of the packing unit. The rapid movement of the guide insert relative to the drive insert requires less stroke to close the packing unit. Shorter stroke at the packing unit makes it possible to construct an annulus spacer with minimal height.

Når N = 8 og <f> velges ca. 150° blir de langsgående fremre flater på drivinnsatsenes topp-plate løsgjort fra bakflaten på topp-platen til en tilstøtende ledeinnsats mellom pakningsenhetens avlastete tilstand og pakningsenhetens lukketilstand. Ledeinnsatsen beveger seg radielt innad ca. 1,22 ganger så mye som ledeinnsatsen under lukking av pakningsenheten. When N = 8 and <f> is chosen approx. 150°, the longitudinal front surfaces of the drive inserts' top plate are detached from the rear surface of the top plate to an adjacent guide insert between the packing unit's unloaded state and the packing unit's closed state. The guide insert moves radially inwards approx. 1.22 times as much as the guide insert during closing of the packing unit.

Den krummete bakre langsgående flate på drivinnsatsenes The curved rear longitudinal surface of the drive inserts

topp-plate er top plate is

ganger ytterradien til topp-platen på times the outer radius of the top plate on

pakningsenhetens drivinnsats ved fullstendig lukking, når N er antall drivinnsatser i pakningsenheten. Når pakningsenheten er fullstendig lukket er der bare en liten spalte mellom tilgrensende bakre langsgående flater som virker til å hindre vesentlig utpresning av elastomermaterialet bakover gjennom pakningsenhetens drivinnsats-topplater under lukking. the packing unit's drive insert at complete closure, when N is the number of drive inserts in the packing unit. When the packing unit is completely closed, there is only a small gap between adjacent rear longitudinal surfaces which acts to prevent substantial extrusion of the elastomer material backwards through the packing unit's drive insert top plates during closure.

Hver av drivinnsatsenes topp-plater har to langsgående sideflater. Sideflatene forbinder en ende av den bakre krumme flate med én av de skrå fremre flater hvorved der bare foreligger en liten spalte mellom tilgrensende sideflater på drivinnsatsene når pakningsenheten er fullstendig lukket, som virker til stort sett å hindre elastomerekstrudering oppad mellom drivinnsatsenes topp-plater. Each of the drive inserts' top plates has two longitudinal side surfaces. The side surfaces connect one end of the rear curved surface with one of the inclined front surfaces whereby there is only a small gap between adjacent side surfaces of the drive inserts when the packing unit is completely closed, which acts to largely prevent elastomer extrusion upwards between the top plates of the drive inserts.

Den krumme fremre flate på ledeinnsatsens topp-plate er The curved front surface of the guide insert's top plate is

ganger innerradien til topp-platen på pakningsenhetens times the inner radius of the top plate of the packing unit

ledeinnsats ved fullstendig lukking, når N er antall ledeinnsatser i pakningsenheten. Når pakningsenheten er fullstendig lukket foreligger bare en liten spalte mellom tilstøtende fremre langsgående flater som virker til stort sett å skape en massiv metallvegg rundt pakningsenhetens lengdeakse. Slik guide insert at complete closure, when N is the number of guide inserts in the packing unit. When the packing unit is completely closed, there is only a small gap between adjacent front longitudinal surfaces which acts to largely create a massive metal wall around the longitudinal axis of the packing unit. Such

massiv metallvegg hindrer radiell ekstrudering av elastomer-materialer gjennom ledeinnsats-topplatene og gir bedre elasto-merstøtte til å motstå borehulltrykk. solid metal wall prevents radial extrusion of elastomer materials through the guide insert top plates and provides better elastomer support to withstand borehole pressure.

Hver av ledeinnsatsenes topp-plater har to langsgående sideflater. Hver sideflate forbinder en ende av den fremre krumme flate med en av de skrå langsgående bakre flater. Når pakningsenheten er fullstendig lukket foreligger bare en liten spalte mellom de tilstøtende sideflater på ledeinnsatsen som virker til stort sett å hindre oppad elastomerekstrudering mellom ledeinnsatsens topp-plater. Each of the guide inserts' top plates has two longitudinal side surfaces. Each side surface connects one end of the front curved surface with one of the inclined longitudinal rear surfaces. When the packing unit is completely closed, there is only a small gap between the adjacent side surfaces of the guide insert which acts to largely prevent upward elastomer extrusion between the top plates of the guide insert.

Drivinnsatsene har en bunnplate med to langsgående fremre flater. De to langsgående fremre flater skråner med samme vinkel i forhold til lengdeplanet langs radien gjennom drivinnsatsens sentrum. Vinkelen mellom bunnplatens to langsgående fremre flater kalles driwinkelen. The drive inserts have a bottom plate with two longitudinal front surfaces. The two longitudinal front surfaces slope at the same angle in relation to the longitudinal plane along the radius through the center of the drive insert. The angle between the two longitudinal front surfaces of the bottom plate is called the drive angle.

Hver av ledeinnsatsene har en bunnplate med to langsgående bakre flater og en langsgående fremre flate. De to langsgående bakre flater skråner med samme vinkel i forhold til lengdeplanet gjennom radien gjennom ledeinnsatsens sentrum. Each of the guide inserts has a bottom plate with two longitudinal rear surfaces and a longitudinal front surface. The two longitudinal rear surfaces slope at the same angle in relation to the longitudinal plane through the radius through the center of the guide insert.

Drivinnsatsene og ledeinnsatsene er anordnet i forhold til hverandre slik at der foreligger i det minste delvis inngrep mellom hver fremre flate på drivinnsatsens bunnflate og bakflaten på en tilgrensende ledeinnsats i pakningsenhetens avlastete tilstand. The drive inserts and the guide inserts are arranged in relation to each other so that there is at least partial engagement between each front surface of the bottom surface of the drive insert and the rear surface of an adjacent guide insert in the unloaded state of the packing unit.

I henhold til oppfinnelsen danner ledeinnsatsenes topp-plater ved fullstendig avstengning rundt et rør en så godt som massiv metallisk ringformet vegg bare en liten radiell strekning større enn den største radielle dimensjon til et rør eller en annen gjenstand som skal føres gjennom enheten. Det ytre ringrom mellom pakningsinnsatsene og BOP-lukkestempelet minimaliseres for i størst mulig grad å minske elastomertapet på grunn av stempelkraften rundt utsiden av pakningsenheten. Elastomertap på utsiden av pakningen minimaliseres ved at elastomeren er opptatt innvendig i pakningsenheten inne i drivinnsatsene innstøpt i elastomermaterialet. Tapet av ringromavstenger-slaglengde er minimalisert. Dette står i direkte forhold til gummitapet for å øke pakningsenhetens syklus-levetid. Endelig er sikringsventilen ifølge oppfinnelsen mer pålitelig og holdbar. According to the invention, the top plates of the guide inserts, when completely closed around a pipe, form an almost solid metallic ring-shaped wall only a small radial distance larger than the largest radial dimension of a pipe or other object to be passed through the device. The outer annulus between the packing inserts and the BOP closure piston is minimized to minimize the loss of elastomer due to the piston force around the outside of the packing unit as much as possible. Elastomer loss on the outside of the gasket is minimized by the fact that the elastomer is taken up inside the gasket unit inside the drive inserts embedded in the elastomer material. The loss of annulus rod stroke is minimized. This is in direct relation to the rubber tape to increase the cycle life of the packing unit. Finally, the safety valve according to the invention is more reliable and durable.

Andre fordeler og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå tydeligere av de medfølgende tegninger der like henvisnings-tall angir like deler og der en illustrerende utføringsform av oppfinnelsen er vist, hvor: Figur 1 er et oppriss, delvis i snitt, som viser en ringroms-sikringsventil med pakningsenhet, Figur 2 er et horisontalsnitt i større målestokk langs linjene 2-2 på figur 1 og viser pakningsenheten i en åpnet eller avlastet tilstand, Figur 3 er et vertikalsnitt langs linjene 3-3 på figur 2, Figur 4 er et snitt lik snittet i figur 2 og viser pakningsenheten i en lukket tilstand rundt et brønnrør som strekker seg gjennom utblåsingssikringens vertikale gjennomløp, Figur 5 er en skjematisk tegning som viser forholdet mellom driwinkelen ø til drivinnsatsens topp-plate og ledevinkelen a til ledeinnsatsens topp-plate og viser forholdet mellom slike innsatser i den avlastete tilstand og den lukkete tilstand, Figur 6 er en tegning lik figur 5, men viser en større vinkel ø og viser pakningsenheten i en avlastet tilstand og i en lukket tilstand, Figur 7 viser pakningsenheten konstruert lik konstruksjonen på figur 6 der vinkelen ø er ca. 150° og pakningsenheten i en åpnet tilstand, Figur 8 viser pakningsenheten på figur 7 i en lukket tilstand og tettende rundt et brønnrør i brønnhullet, Other advantages and features of the invention will appear more clearly from the accompanying drawings where like reference numbers indicate like parts and where an illustrative embodiment of the invention is shown, where: Figure 1 is an elevation, partly in section, showing an annulus safety valve with packing unit, Figure 2 is a horizontal section on a larger scale along lines 2-2 in Figure 1 and shows the packing unit in an opened or unloaded state, Figure 3 is a vertical section along lines 3-3 in Figure 2, Figure 4 is a section similar to the section in figure 2 and shows the packing unit in a closed state around a well pipe that extends through the vertical passage of the blowout protection, Figure 5 is a schematic drawing showing the relationship between the drive angle ø to the top plate of the drive insert and the guide angle a to the top plate of the guide insert and shows the relationship between such inserts in the unloaded state and the closed state, Figure 6 is a drawing similar to Figure 5, but shows a larger angle ø and shows packing units n in a relieved state and in a closed state, Figure 7 shows the packing unit constructed similar to the construction in Figure 6 where the angle ø is approx. 150° and the packing unit in an open state, Figure 8 shows the packing unit in Figure 7 in a closed state and sealing around a well pipe in the wellbore,

Figur 9 viser et sideriss av en drivinnsats, Figure 9 shows a side view of a drive insert,

Figur 10 viser et bakre riss av drivinnsatsen sett langs linjene 10-10 på figur 9, Figur 11 er et tverrsnitt sett oppad gjennom drivinnsatsen langs linjene 11-11 på figur 9, Figur 12 er et tverrsnitt sett nedad langs linjene 12-12 på figur 9, Figure 10 shows a rear view of the drive insert seen along the lines 10-10 in figure 9, Figure 11 is a cross-section seen upwards through the drive insert along the lines 11-11 in figure 9, Figure 12 is a cross-section seen downwards along the lines 12-12 in figure 9,

Figur 13 er et sideriss av ledeinnsatsen, Figure 13 is a side view of the guide insert,

Figur 14 er et bakre riss av ledeinnsatsen sett innad langs linjene 14-14 på figur 13, Figur 15 er et tverrsnitt sett oppad langs linjene 15-15 på figur 13, Figur 16 er et tverrsnitt sett nedad langs linjene 16-16 på figur 13, og Figur 17 er en skjematisk tegning som viser forholdet mellom driwinkelen ø til drivinnsatsens bunnplate og ledevinkelen a til ledeinnsatsens bunnplate og viser forholdet mellom slike innsatser i den avlastete tilstand og lukkete tilstand. Figure 14 is a rear view of the guide insert seen inwards along lines 14-14 in figure 13, Figure 15 is a cross-section seen upwards along lines 15-15 in figure 13, Figure 16 is a cross-section seen downwards along lines 16-16 in figure 13 , and Figure 17 is a schematic drawing showing the relationship between the drive angle ø to the drive insert's bottom plate and the guide angle a to the guide insert's bottom plate and shows the relationship between such inserts in the unloaded state and closed state.

I figur 1 omfatter en utblåsningssikring eller boresik-ringsventil 10 et metallhus 11 hvis nedre utstrekning har en flens ved 12 og ved 13 er boltet til en brønnf6ringsrør-flens 14 eller annet brønnhodeutstyr. Huset 11 inneholder et stempel 15 som kan beveges oppad i et kammer 16 som reaksjon på fluidtrykk som virker oppad mot stempelflaten 17. En ringformet pakningsenhet 100 er ifølge oppfinnelsen sammensnørt via trykkvirkning fra en stempel-kamflate 22 mot pakningens utvendige flate 23. Flatene 22 og 23 er rettavkortet koniske og oppad divergerende. In Figure 1, a blowout protection or drilling safety valve 10 comprises a metal housing 11 whose lower extent has a flange at 12 and at 13 is bolted to a well casing flange 14 or other wellhead equipment. The housing 11 contains a piston 15 which can be moved upwards in a chamber 16 in response to fluid pressure acting upwards against the piston surface 17. According to the invention, an annular packing unit 100 is constricted via pressure action from a piston-cam surface 22 against the outer surface 23 of the packing. The surfaces 22 and 23 are truncated conical and diverging upwards.

Pakningsenheten 100 ifølge oppfinnelsen vil, når den er forskjøvet tilstrekkelig radielt innad, avtette rundt brønnrø-ret 19 som er vist forløpende aksielt vertikalt gjennom ringromavstenger-sikringsventilen 10. I fravær av brønnrøret 19 vil pakningsenheten 100 fullstendig avstenge det vertikale gjennomløp 20 gjennom sikringsventilen når pakningsenheten er tilstrekkelig innsnøret ved hjelp av stempelet 15. Ved nedad-bevegelse av stempelet som reaksjon på fluidtrykk mot flaten 24 ekspanderer pakningen radielt utad til den åpnete eller avlastete tilstand vist i figur 1. The packing unit 100 according to the invention will, when it is displaced sufficiently radially inwards, seal around the well pipe 19 which is shown running axially vertically through the annulus stopper safety valve 10. In the absence of the well pipe 19, the packing unit 100 will completely shut off the vertical passage 20 through the safety valve when the packing unit is sufficiently constricted by means of the piston 15. Upon downward movement of the piston in response to fluid pressure against the surface 24, the gasket expands radially outwards to the opened or relieved state shown in figure 1.

Stempelringflaten 25 kan stå i styrt glideinngrep med hus-lokkboringen 26. Pakningsenheten 100 er normalt inneslut-tet vertikalt under huslokkets nedre innvendige flate 27. The piston ring surface 25 can be in controlled sliding engagement with the housing cover bore 26. The packing unit 100 is normally enclosed vertically under the lower inner surface 27 of the housing cover.

Figur 2 viser et tverrsnitt av pakningsenheten 100 i en avlastet tilstand i huslokket 18. Figur 3 er et aksialsnitt langs linjene 3-3 på figur 2 og viser et sideriss av en drivinnsats D og en ledeinnsats L som er innstøpt i elastomermateriale 46. Drivinnsatsene D er regelmessig sirkulært fordelt rundt ring-pakningsenheten 100 og har topp-plater 42 som vist i figur 2 og bunnplater 51 som best vist i figur 17. Ledeinnsatsene L er også sirkulært anordnet i pakningsenheten 100 og har topp-plater 44 som ligger an mot drivinnsatsenes D topp-plater 42 som vist i figur 2. Ledeinnsatsene L har også bunnplater 53 i inngrep med drivinnsatsenes bunnplater 51 som vist i figur 17. Figure 2 shows a cross-section of the packing unit 100 in a relieved state in the housing cover 18. Figure 3 is an axial section along lines 3-3 in Figure 2 and shows a side view of a drive insert D and a guide insert L which are embedded in elastomer material 46. The drive inserts D is regularly circularly distributed around the ring packing unit 100 and has top plates 42 as shown in Figure 2 and bottom plates 51 as best shown in Figure 17. The guide inserts L are also circularly arranged in the packing unit 100 and have top plates 44 which rest against the drive inserts D top plates 42 as shown in figure 2. The guide inserts L also have bottom plates 53 in engagement with the drive inserts' bottom plates 51 as shown in figure 17.

I pakningens 100 åpne tilstand, som vist i figur 2, er de fremre langsgående flater 52, 54 på drivinnsatsenes D topp-plater 42 i inngrep med de bakre langsgående flater 62, 64 på ledeinn-satsenes L tilgrensende topp-plater 44. Drivinnsatsenes D topp-plate 42 har også en buet langsgående bakflate 56 som skal beskrives nærmere i forbindelse med figur 9 og 10. In the open state of the gasket 100, as shown in Figure 2, the front longitudinal surfaces 52, 54 of the top plates 42 of the drive inserts D engage with the rear longitudinal surfaces 62, 64 of the adjacent top plates 44 of the guide inserts L. The D of the drive inserts top plate 42 also has a curved longitudinal rear surface 56 which will be described in more detail in connection with figures 9 and 10.

To langsgående sideflater 58, 60 forbinder den fremre langsgående flate 52 og en ende av den langsgående bakflate 56 og den langsgående fremre flate 54 med den andre ende av den langsgående bakflate 56. Likeledes har ledeinnsatsenes L topp-plater 44 en buet langsgående fremre flate 66 og sideflater 68, 70 som forbinder de langsgående bakflater 64 og 62 med den buete langsgående fremre flate 66. Utskjæringer 71 av elastomermateriale er anordnet i spaltene mellom bakflatene 56 på drivinnsatsenes topp-plater som vist i figur 1 og 2. Two longitudinal side surfaces 58, 60 connect the front longitudinal surface 52 and one end of the longitudinal rear surface 56 and the longitudinal front surface 54 with the other end of the longitudinal rear surface 56. Likewise, the L top plates 44 of the guide inserts have a curved longitudinal front surface 66 and side surfaces 68, 70 which connect the longitudinal rear surfaces 64 and 62 with the curved longitudinal front surface 66. Cut-outs 71 of elastomeric material are arranged in the slots between the rear surfaces 56 of the top plates of the drive inserts as shown in Figures 1 and 2.

Figur 4 viser tilstanden til pakningsenheten etter at Figure 4 shows the condition of the packing unit after

stempelet 15 er beveget oppad for derved å innsnevre pakningsenheten 100 innad ifølge oppfinnelsen. Som vist i figur 4 har ledeinnsatsens topp-plate 44 beveget seg innad til en stilling slik at de buete fremre langsgående flater 66 på hver ledeinnsats tilnærmet danner en lukket sylindrisk flate rundt brønn-røret 19. Likeledes har de langsgående bakflater 56 på drivinnsatsenes D topp-plate 42 beveget seg innad for å danne en tilnærmet sylindrisk ytterflate ved toppen av pakningsenheten 100. Foldene 50 av elastomermaterialet 46 i pakningsenheten har beveget seg innad for å stenge ringrommet rundt brønnrøret 19. Elastomermaterialet vil fullstendig stenge ringrommet selv i fravær av et brønnrør 19 eller annen gjenstand i ringpakningens 100 vertikale strømningsbane. the piston 15 is moved upwards to thereby narrow the packing unit 100 inwards according to the invention. As shown in Figure 4, the guide insert's top plate 44 has moved inward to a position so that the curved front longitudinal surfaces 66 on each guide insert approximately form a closed cylindrical surface around the well pipe 19. Likewise, the longitudinal rear surfaces 56 of the drive inserts D have the top plate 42 has moved inward to form an approximately cylindrical outer surface at the top of the packing assembly 100. The folds 50 of the elastomeric material 46 in the packing assembly have moved inward to close the annulus around the well pipe 19. The elastomeric material will completely close the annulus even in the absence of a well pipe 19 or other object in the vertical flow path of the ring gasket 100.

På samme måte beveger drivinnsatsens D bunnplater 51 seg innad ved oppadbevegelse av stempelet 15 slik at pakningsenheten 100 ifølge oppfinnelsen innsnøres innad. Drivinnsatsenes D bunnplater 51 beveger ledeinnsatsenes L bunnplater 53, som best vist i figur 17, for å danne en lukket sylindrisk flate rundt brønnrøret 19. Elastomermaterialet 46 nærmest bunnplatene 51 og 53 beveger seg innad for å avstenge ringrommet rundt brønnrøret 19 i likhet med topp-platene. Elastomermaterialet nærmest bunnplatene 51 og 53 vil fullstendig avstenge ringrommet selv i fravær av et brønnrør 19 eller annen gjenstand i ringpakningens 100 vertikale strømningsbane. In the same way, the bottom plates 51 of the drive insert D move inward by upward movement of the piston 15 so that the packing unit 100 according to the invention is constricted inward. The drive inserts D bottom plates 51 move the guide inserts L bottom plates 53, as best shown in Figure 17, to form a closed cylindrical surface around the well pipe 19. The elastomer material 46 closest to the bottom plates 51 and 53 moves inward to seal off the annulus around the well pipe 19, similar to the top the plates. The elastomer material closest to the bottom plates 51 and 53 will completely seal off the annulus even in the absence of a well pipe 19 or other object in the vertical flow path of the annulus 100.

Figur 5 viser forholdet mellom drivinnsatsenes topp-plater 42 og ledeinnsatsenes topp-plater 44. Driwinkelen ø mellom topp-platens 42 fremre flater 52 og 54 er tilnærmet 90°. Forholdet mellom driwinkelen ø og ledevinkelen a, vinkelen som dannes av forlengelser av topp-platens 44 bakre flate 62 og 64 er ø = a + <360>°, der N er antall drivinnsatser Figure 5 shows the relationship between the top plates 42 of the drive inserts and the top plates 44 of the guide inserts. The driving angle ø between the front surfaces 52 and 54 of the top plate 42 is approximately 90°. The ratio between the drive angle ø and the guide angle a, the angle formed by extensions of the rear surface 62 and 64 of the top plate 44 is ø = a + <360>°, where N is the number of drive inserts

N N

anordnet i pakningsenheten 100. Dersom N er lik 8 enheter og ø lik 90° er a 45°. arranged in the packing unit 100. If N equals 8 units and ø equals 90°, a is 45°.

Illustrasjonen på figur 5 viser pakningsenheten i dens lukkete tilstand på høyre side av figuren. Bakflåtene 62 og 64 på ledeinnsatsens topp-plate 44 drives innad av flatene 52 henholdsvis 54 på drivinnsatsens topp-plate 42. Topp-platene 42 har beveget seg radielt innad en strekning r2 under påvirkning av ringromavstenger-stempelet 15 (figur 1). Ledeinnsatsens topp-plate 44 har beveget seg 1,85 ganger rx hvilket indikerer at en forholdsvis hurtig bevegelse innad av ledeinnsatsen er oppnådd. Som vist i figur 17 har også bunnplatene 51 beveget seg radielt innad en strekning rx under påvirkning av stempelet 15 (figur 1). Ledeinnsatsenes bunnplater 53 har også beveget seg 1,85 ganger rl7 det samme som topp-platen 44. The illustration in Figure 5 shows the packing unit in its closed state on the right side of the figure. The rear floats 62 and 64 on the guide insert's top plate 44 are driven inwards by the surfaces 52 and 54 respectively on the drive insert's top plate 42. The top plates 42 have moved radially inwards a distance r2 under the influence of the annular spacer piston 15 (figure 1). The guide insert's top plate 44 has moved 1.85 times rx which indicates that a relatively rapid inward movement of the guide insert has been achieved. As shown in Figure 17, the bottom plates 51 have also moved radially within a distance rx under the influence of the piston 15 (Figure 1). The guide inserts' bottom plates 53 have also moved 1.85 times rl7 the same as the top plate 44.

Av figur 5 fremgår også det kontinuerlige inngrep mellom flatene 52 og 62 og flatene 54 og 64. En fordel med den hurtige innadbevegelse av ledeinnsatsen L er at det er tilstrekkelig med et forholdsvis mindre slag for at stempelet 15 skal drive ledeinnsatsen L og dens topp- og bunnplater til deres lukkete tilstand. Et resultat av denne fordel er at en ringromavstenger kan konstrueres med en forholdsvis kortere høyde på grunn av ledeinnsatsens L hurtige innadbevegelse. En forholdsvis kortere høyde av ringromavstengeren er fordelaktig fordi der foreligger begrenset plass i høyden mellom brønn-hodet og boreriggdekket ved mange borerigger. Figure 5 also shows the continuous engagement between surfaces 52 and 62 and surfaces 54 and 64. An advantage of the rapid inward movement of the guide insert L is that a relatively small stroke is sufficient for the piston 15 to drive the guide insert L and its top and bottom plates to their closed state. A result of this advantage is that an annular spacer can be constructed with a relatively shorter height due to the rapid inward movement of the guide insert L. A relatively shorter height of the annulus stopper is advantageous because there is limited space in the height between the wellhead and the drilling rig deck on many drilling rigs.

En annen fordel vist i figur 5, når ø er ca. 90°, er kontinuerlig inngrep mellom de fremre flater 52, 54 på topp-platen 42 og de bakre flater 62 og 64 på ledeinnsatsens topp-plate 44 mellom den åpne tilstand vist til venstre og den lukkete tilstand til høyre. Slikt et kontinuerlig inngrep gir en kontrollert, forutsigbar, jevn innadbevegelse av ledeinnsatsene. På samme måte gir det kontinuerlige inngrep mellom de fremre flater 80, 82 og bakre flater 84, 86 (figur 17) mellom den åpne og lukkete tilstand en kontrollert, forutsigbar, jevn bevegelse. Another advantage shown in figure 5, when ø is approx. 90°, is continuous engagement between the front surfaces 52, 54 of the top plate 42 and the rear surfaces 62 and 64 of the guide insert's top plate 44 between the open condition shown on the left and the closed condition on the right. Such a continuous engagement provides a controlled, predictable, smooth inward movement of the guide inserts. Similarly, the continuous engagement between the front surfaces 80, 82 and rear surfaces 84, 86 (Figure 17) between the open and closed states provides a controlled, predictable, smooth movement.

En annen fordel som fremgår av illustrasjonene på figur 5 og 17 er at ledeinnsatsenes L topp-plate 44 og bunnplate 53 kan bringes til å bevege seg til en meget liten radius fra sikringsventilens senterakse. Den med liten radius utformete, stort sett massive metallvegg til ledeinnsats-topplatens fremre flater 66 og bunnplatens fremre flater 88 rundt den største del av en borestreng, f.eks., gjennom sikringsventilen gir bedre elastomerstøtte for å motstå borehulltrykk når pakningsenheten er lukket. Another advantage that appears from the illustrations in Figures 5 and 17 is that the top plate 44 and bottom plate 53 of the guide inserts L can be made to move to a very small radius from the central axis of the safety valve. The small-radius formed, generally solid metal wall to the guide insert top plate front faces 66 and bottom plate front faces 88 around the largest portion of a drill string, e.g., through the safety valve provides better elastomeric support to withstand wellbore pressure when the packing assembly is closed.

Figur 5 viser at ytterradien til bakflåtene 56 til drivinnsatsenes D topp-plater 42 strekker seg stort sett fullstendig rundt buestrekningen på ^-^ i der N er lik antall drivinnsatser, ganger ytterradien til topp-platen til pakningsenhetens drivinnsats ved fullstendig lukking. Med andre ord, som vist til høyre på figur 5, er der dannet en forholdsvis fullstendig metallflate rundt sikringsventilens periferi ved lukking. Bare en liten spalte foreligger mellom tilgrensende bakre langsgående flater 56, slik at der i alt vesentlig forhindres ekstrudering bakover av elastomermaterialet gjennom topp-platene på pakningsenhetens 100 drivinnsats under lukking. Figure 5 shows that the outer radius of the rear floats 56 of the drive inserts D top plates 42 extends largely completely around the arc of ^-^ in where N is equal to the number of drive inserts, times the outer radius of the top plate of the packing unit's drive insert at complete closure. In other words, as shown on the right in Figure 5, a relatively complete metal surface is formed around the safety valve's periphery when closing. Only a small gap exists between adjacent rear longitudinal surfaces 56, so that extrusion of the elastomer material backwards through the top plates of the packing unit 100 drive insert during closing is essentially prevented.

Likeledes vil sideflatene 60 og 58 sammen bevege seg slik at bare en liten spalte 72 foreligger ved fullstendig lukking. Den lille spalte 72 hindrer i alt vesentlig oppadekstrudering av elastomermaterialet mellom drivinnsatsenes D topp-plater 42. Likeledes, som vist i figur 4, foreligger en meget liten spalte mellom sideflatene 68 og 70 på ledeinnsatsenes L topp-plater 44 slik at oppadekstrudering av elastomermaterialet ved lukking av pakningsenheten 100 forhindres. Bunnplatene 51 og 53 virker på en liknende måte for å hindre ekstrudering av elastomermaterialet 46. Likewise, the side surfaces 60 and 58 will move together so that only a small gap 72 is present upon complete closure. The small gap 72 essentially prevents upward extrusion of the elastomer material between the drive inserts D top plates 42. Likewise, as shown in Figure 4, there is a very small gap between the side surfaces 68 and 70 of the guide inserts L top plates 44 so that upward extrusion of the elastomer material at closure of the packing unit 100 is prevented. The bottom plates 51 and 53 act in a similar way to prevent extrusion of the elastomeric material 46.

Figur 6 viser pakningsenhetkonstruksjonen når driwinkelen ø til topp-platen 42' på en drivinnsats D' er ca. 150°. Ettersom ø = a + 45° for åtte drivinnsatser, er ledevinkelen a ca. 105°. Illustrasjonen til høyre på figur 6 viser at drivinnsatsenes topp-plate 42' har beveget seg en strekning på r2 mens ledeinnsatsens L topp-plate 44' har beveget seg 1,22 ganger r2. Pakningsenheten på figur 6 krever således større slag av stempelet 15 for å lukke pakningsenheten sammenliknet med den på figur 5. Den nødvendige slaglengde for lukking av pakningsenheten kan justeres ved å justere dens driwinkel ø. Følgelig kan pakningsenheten ifølge oppfinnelsen konstrueres til å oppnå fordelene ifølge denne oppfinnelse i en utskif-tings-pakningsenhet for eksisterende ringromavstenger-sikringsventiler av standard høyde. Figure 6 shows the packing unit construction when the drive angle ø to the top plate 42' on a drive insert D' is approx. 150°. As ø = a + 45° for eight drive inserts, the guide angle a is approx. 105°. The illustration to the right of figure 6 shows that the top plate 42' of the drive inserts has moved a distance of r2, while the top plate 44' of the guide insert L has moved 1.22 times r2. The sealing unit in figure 6 thus requires a greater stroke of the piston 15 to close the sealing unit compared to that in figure 5. The necessary stroke length for closing the sealing unit can be adjusted by adjusting its drive angle ø. Accordingly, the packing assembly according to the invention can be designed to achieve the advantages of this invention in a replacement packing assembly for existing standard height annulus stem relief valves.

Som vist i figur 6 foreligger bare en liten spalte 72' mellom sideflatene 60' og 58' på drivinnsatsenes D' tilgrensende topp-plater 42'. Figur 7 viser i et fullstendig tverrsnitt en ring-pakningsenhet 100' som er konstruert med en vinkel ø ca. lik 150°. Drivinnsatsenes topp-plater er betegnet med 42', mens ledeinnsatsenes topp-plater er betegnet 44'. Figur 8 viser den lukkete tilstand av ring-pakningsenheten 100' på figur 7. Det er nødvendig med større slaglengde for stempelet 15 for å bringe ring-pakningsenheten 100' i lukket tilstand hvilket fremgår tydelig ved at ytterflatene 56' har beveget seg videre innad sammenliknet med de på figur 4. Figur 9 viser et sideriss av drivinnsatsen D. Topp-platens 42 bakflate 56 strekker seg nedad i lengderetningen en meget større strekning enn ledeinnsatsens topp-plate 44 som vist i figur 13. Den nedadforløpende bakflate 56 på drivenhe-tens D topp-plate 42 i samvirke med dens vinkelutstrekning ved lukking, som vist i figur 4, etterlater bare en liten spalte 72 mellom tilgrensende topp-plater på drivinnsatsene og gir utstrakt dekning av arealet bak ledeinnsatsene. Slik dekning gjør det mulig å drive ledeinnsatsene til en mindre diameter uten å åpne pakningsenhetens bakside for elastomerutpresning, slik at skaden på ytterdiameteren blir minimalisert. As shown in Figure 6, there is only a small gap 72' between the side surfaces 60' and 58' of the drive inserts D' adjoining top plates 42'. Figure 7 shows in a complete cross-section a ring-sealing unit 100' which is constructed with an angle ø approx. equal to 150°. The drive inserts' top plates are designated 42', while the guide inserts' top plates are designated 44'. Figure 8 shows the closed state of the ring-sealing unit 100' in figure 7. A greater stroke length is required for the piston 15 to bring the ring-sealing unit 100' into a closed state, which is clearly evident from the fact that the outer surfaces 56' have moved further inwards compared with those in Figure 4. Figure 9 shows a side view of the drive insert D. The back surface 56 of the top plate 42 extends downwards in the longitudinal direction a much greater distance than the top plate 44 of the guide insert as shown in Figure 13. The downwards running back surface 56 of the drive unit D top plate 42 in cooperation with its angular extension when closed, as shown in Figure 4, leaves only a small gap 72 between adjacent top plates on the drive inserts and provides extensive coverage of the area behind the guide inserts. Such coverage makes it possible to drive the guide inserts to a smaller diameter without opening the back of the packing unit for elastomer extrusion, so that damage to the outer diameter is minimized.

Minimalisering av elastomerutpresning av pakningen 100 til den ytre bakflate 23 (figur 1) minimaliserer elastomer-slitasje og -avrivning ved hver lukking av pakningen med det resultat at pakningens syklus-levetid blir forlenget. Anord-ning av ytterligere beskyttelse på pakningsenhetens bakside utgjøres av de divergerende partier 73, som vist i figur 9 og 10. Minimizing elastomer extrusion of the gasket 100 to the outer back surface 23 (Figure 1) minimizes elastomer wear and tear at each closure of the gasket with the result that the cycle life of the gasket is extended. Arrangement of additional protection on the back of the packing unit is made up of the divergent parts 73, as shown in figures 9 and 10.

Bunnplaten 51 er anordnet ved enden av steget 47 til The bottom plate 51 is arranged at the end of the step 47 to

drivinnsatsen D. Den motsatte skråning 110 av stegets 47 øvre forkant virker ytterligere til å øke pakningens syklus-levetid som omtalt i US patentskrift nr. 4 657 263 som det herved hen-vises til. the drive insert D. The opposite slope 110 of the upper front edge of the step 47 acts further to increase the cycle life of the gasket as discussed in US patent document no. 4,657,263 to which reference is hereby made.

Figur 11 og 12 bidrar ytterligere til å vise konstruksjonen av drivinnsatsen D. Figur 13 og 14 viser henholdsvis et sideriss og et riss sett bakfra, av ledeinnsatsen ifølge oppfinnelsen. Den fremre kant 112 skråner likeledes utad ovenfra og nedad som vist i ovennevnte US patentskrift nr. 4 657 263. Figur 15 og 16 bidrar ytterligere til å vise konstruksjonen av ledeinnsatsen L. Figures 11 and 12 further help to show the construction of the drive insert D. Figures 13 and 14 respectively show a side view and a view seen from behind, of the guide insert according to the invention. The front edge 112 likewise slopes outwards from above and downwards as shown in the above-mentioned US patent document no. 4,657,263. Figures 15 and 16 further help to show the construction of the guide insert L.

Claims

1. Annular chamber safety valve provided with an annular packing unit (100) having a longitudinal axis, and with a device

(15, 16, 17) to compress the packing assembly (100) radially inwardly from an unloaded condition to a closed condition, which packing assembly (100) comprises a ring of elastomeric material; guide inserts (L) embedded in the elastomer material generally circularly around the axis, each of the inserts (L) having a step (48) which extends generally in the longitudinal direction and has a top plate (44); metallic drive inserts (D) embedded in the elastomer material generally circularly around the axis, each guide insert (L) bordering two complementary drive inserts (D), each of the drive inserts (D) having a step (47) extending generally in the longitudinal direction and a top -plate (42) with two longitudinal front surfaces (52, 54) and a longitudinal rear surface (56), which two longitudinal front surfaces (52, 54) slope at the same angle in relation to an axial plane midway through the drive insert (D), and form a driving angle (ø) between them, as the guide insert's (L) top plate (44) has side surfaces (62, 64) and a longitudinal front surface (66), characterized in that the side surfaces of the guide insert's (L) top plate ( 44) comprises two longitudinal, rear surfaces (62, 64) which face radially outwards in relation to the packing unit and which slope at the same angle in relation to an axial plane in the middle of the guide insert (L), and between them form a guide angle (a), and that the drive inserts (D) and the guide inserts (L) are such devices net in relation to each other that at least part of each rear surface (62, 64) of the top plate (44) of each guide insert (L) rests against at least part of a complementary front surface (52, 54 ) of the top plate (42) to one of the two adjacent drive inserts (D) in the unloaded state of the packing unit.

2. Safety valve according to claim 1, characterized in that the drive angle (ø) between the two longitudinal front surfaces (52, 54) on the top plate (42) of the drive inserts (D) is selected to effect continuous contact between said at least part of each rear surface (62, 64) of the top plate (44) of each guide insert (L) and said at least part of the complementary front surface (52, 54) of the top plate (42) of one of the two adjacent drive inserts ( D) between the packing unit's unloaded state and the packing unit's closed state.

3. Safety valve according to claim 1, characterized in that the drive angle (ø) is related to the guide angle (a) by the equation where N is the number of drive inserts (D).

4. Safety valve according to claim 3, characterized in that N = 8 and ø is 90°.

5. Safety valve according to claim 3, characterized in that N = 8 and ø is greater than 150°.

6. Safety valve according to claims 1 to 5, characterized in that the longitudinal rear surface (56) of the top plate (42) of the drive insert (D) is curved.

7. Safety valve according to claim 6, characterized in that the curved rear longitudinal surface (56) on the drive the sets (D) top plate (42) is times the outer radius of the top plate (42) of the drive insert (D) of the packing unit when fully closed, where N is the number of drive inserts (D) in the packing unit, so that when the packing unit is completely closed there is only a small gap (72) between adjacent rear longitudinal surfaces (56), which act to prevent substantial radial extrusion of the elastomer material between the packing unit drive insert top plates (42) during closure.

8. Safety valve according to claim 7, characterized in that each of the top plates (42) of the drive inserts (D) has two longitudinal side surfaces (58, 60) which each connect one end of the rear curved surface (56) with one of the inclined front surfaces (52, 54), so that when the sealing unit is completely closed, there is only a small gap (72) between adjacent side surfaces (58, 60) of the drive inserts (D), which acts to prevent significant extrusion of the elastomer material between the drive inserts (D) top plates (42).

9. Safety valve according to claims 1 to 8, characterized in that the longitudinal front surface (66) of the top plate (44) of the guide insert (L) is curved.

10. Safety valve according to claim 9, characterized in that the curved front surface (66) of the guide insert (L) top plate (44) is times the inner radius of the top plate (44) of the guide insert (L) of the packing unit when fully closed, where N is the number of guide inserts (L) in the packing unit, so that when the packing unit is completely closed, there is only a small gap (74) between adjacent front longitudinal surfaces (66), which act to essentially create a massive metal wall around the longitudinal axis of the packing unit and prevent radial extrusion of the elastomer material through the guide insert top plates (44).

11. Safety valve according to claim 10, characterized in that each of the top plates (44) of the guide inserts (L) has two longitudinal side surfaces (68, 70) which each connect one end of the front curved surface (66) with one of the inclined longitudinal rear surfaces (62, 64), so that when the sealing unit is completely closed, there is only a small gap (74) between adjacent side surfaces (68, 70) of the guide inserts (L), which acts to significantly prevent extrusion of the elastomer material upwards between the guide inserts (L) top plates (44).

12. Safety valve according to one of claims 1 to 11, characterized in that the rear surface (56) of the top plate (42) of the drive inserts (D) extends further down than the two longitudinal front surfaces (52, 54), which acts to prevent radial extrusion of the elastomer material backwards when closing.

13. Safety valve according to claim 12, characterized in that each of the drive inserts (D) comprises a diverging part (73) along the back of the step (47) from a point approx. midway along the longitudinal extent of the step (47) up to the rear surface (56) of the top plate (42), which divergent part (73) further acts to prevent radial extrusion of the elastomer material backwards when closing.

14. Safety valve according to one of claims 1 to 13, characterized in that each of the drive inserts (D) has a bottom plate (51) with two longitudinal front surfaces (80, 82) which slope at the same angle in relation to the axial plane centrally along the drive insert (D), the guide inserts (L) having a bottom plate (53) with two longitudinal rear surfaces (84, 86) and a longitudinal front surface (88), which two longitudinal rear surfaces (84, 86) slope at the same angle in relation to to an axial plane centrally through the guide insert (L), and that the drive inserts (D) and the guide inserts (L) are arranged in relation to each other in such a way that there is at least partial contact between each front surface (80, 82) on the bottom plate (51) to a drive insert (D) and a complementary rear surface (84, 86) on the bottom plate (53) to an adjacent guide insert (L) in the unloaded state of the packing unit.