NO179382B - Undervanns brönnsikringsventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en undervanns brønn-sikringsventil for anbringelse i et brønnproduksjonsrør, hvilken brønnsikringsventil er av typen som det nærmere fremgår av ingressen til det etterfølgende selvstendige krav.

Det er kjent fra US patent nr. 4527630 å tilveiebringe en hydraulisk aktivisert brønnsikringsventil med første og andre strømningsavstengende ventiler. Den første ventil er plassert for å avstenge fluidstrømning fra en styrefluid-passasje til en stempel- og sylinderenhet når sikringsventilen er i åpen stilling og den andre ventil er plassert for å avstenge fluidstrømning fra sylinderen til styrestrøm-passasjen når sikringsventilen er i lukket stilling. I en slik sikringsventil virker trykkfluidet i sikringsventilen fordelaktig mot stempel- og sylinderenheten i en retning som beveger sikringsventilen til lukket stilling. Imidlertid vil forurensninger i trykkfluidet samle seg på det andre strømningsavstengende ventilelement og ventilsete og forhindre at den andre ventil tilveiebringer en gasstett tetning. Derfor kan gass unnslippe fra trykkfluidet som innbefatter brønnproduksjonsfluidet. Slike gasser, som er brennbare, kan strømme gjennom stempel- og sylinderenheten og opp styrefluidpassasjen til brønnoverflaten for å påvirke styrefluidoperasjonen av sikringsventilen og skape farefulle forhold på overflaten.

Brønnsikringsventilen har en hydraulisk ventilaktiviserende innretning innbefattende strømningsavstengende ventiler som er plassert utenfor direkte sammenblanding med trykkfluidet for å redusere muligheten for at gass unnslipper til styrefluidpassasjen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en undervanns brønnsikringsventil av den inn-ledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved en tetningsanordning plassert mellom første og andre ventiler på den ene siden og stempelet på den andre siden, hvilken tetningsanordning er innrettet til å aktiviseres og deaktiviseres som reaksjon på bevegelse av stempelet i forhold til sylinderen og til, når aktivisert, å danne en ekstra tetning som kan hindre en fluidstrøm, spesielt en gasstrøm, som har lekket forbi stempelet og inn i sylinderen, og trenge videre inn i styrefluidkanalen når sikringsventilen er i lukket stilling.

For å hindre en fluidstrøm, spesielt en gasstrøm som har lekket forbi stempelet inn i sylinderen, fra å trenge seg videre inn i styrefluidkanalen når sikringsventilen er lukket, kan en tetningsanordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelse benyttes. Tetningsanordningen kan plasseres mellom den første og andre ventil på én side og stempelet på den annen side. Tetningsanordningen kan videre være tilpasset for aktivisering og deaktivisering som reaksjon på bevegelse av stempelet i forhold til sylinderen.

En side ved den foreliggende oppfinnnelse er at stempelet innbefatter første og andre partier som er bevegbare i forhold til hverandre og en metalltetning er plasssert mellom de to partier av stempelet. Fordelaktig innbefatter hver av de to partier skråflater som vender mot hverandre og tetningen er en O-r ingtetning som øker dens tetning mot sylinderen når kraft påføres stempelet.

Nok en side ved den foreliggende oppfinnelse er en dødgangs-forbindelse mellom den andre ventil og tetningsanordningen for sekvensmessig å aktivisere den andre ventil og tetningsanordningen .

Enda en side ved den foreliggende oppfinnelse er at tetningsanordningen innbefatter kileformede tetningsflater for tetning mellom stempelet og sylinderen.

Nok et trekk ved den foreliggende oppfinnelse er at tetningsanordningen innbefatter metalltetningselementer og metall-tetningsflater.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremkomme fra den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelsen gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger.

Fig. 1 viser et sideriss, dels i snitt, av en brønnsik-ringsventil som benytter den foreliggende oppfinnelse og er vist i åpen stilling,

fig. 2 viser et forstørret oppriss av én utførelse av den hydrauliske aktiviseringsinnretning ifølge fig. 1 med den hydraulisk aktiviserende innretning i sin øvre stilling,

fig. 3 viser et forstørret oppriss av nok en utførelse

av en hydraulisk aktiviseringsinnretning, og

fig. 4 viser et forstørret snittriss av stempelet

ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Mens den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i forbindelse med en undervanns rørsikringsventil med et ventillukkeelement av klafftypen, skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse kan benyttes med andre typer sikringsventiler og andre typer ventillukkeelementer.

Det vises nå til tegningene, og særlig til fig. 1, hvor henvisningstallet 10 generelt indikerer en undervanns sikringsventil ifølge den foreliggende oppfinnelse som innbefatter et hus 12 som er tilpasset for kopling i et brønnproduksjonsrør for å tillate brønnproduksjon derigjennom under vanlige driftsforhold, men hvor sikringsventilen 10 kan stenge eller stenges som reaksjon på unormale forhold.

Ventilen 10 innbefatter en boring 14, et ringformet ventilsete 16 plassert omkring boringen 14, et ventillukkeelement slik som en ventilklaff 18 koplet til huset 12 med en dreietapp 20. Således når ventilklaf fen 18 er i sin øvre stilling og ligger an mot ventilsetet 16, er sikringsventilen lukket og blokkerer strømning oppad gjennom boringen 14 og brønnproduksjonsrøret.

Et strømningsrør eller rørformet element 22 er teleskopisk bevegbart i huset 12 og gjennom ventilsetet 16. Som best vist i fig. 1, når det rørformede element 22 beveges til en posisjon nedad, skyver røret 22 klaffen 18 bort fra ventilsetet 16. Således holdes ventilen 10 i åpen stilling så lenge som røret 22 er i den nedre stilling. Når røret blir beveget oppad, tillates klaffen 18 å bevege seg oppad mot setet 16 ved virkningen av en fjær 24.

Strømningsrøret 22 presses i en retning oppad med en egnet innretning som kan innbefatte en fjær 26 for ettergivende å presse elementet 22 i en retning oppad for å frigjøre klaffen 18 for å lukke ventilen 10. Sikringsventilen 10 blir styrt ved pådrag eller fjerning av et trykkfluid, slik som hydraulisk fluid, gjennom en styrekrets eller lignende, slik som en styreledning eller ledninger 32 som forløper til brønn-overflaten eller foringsrørets ringrom. Trykkfluid leveres til en hydraulisk stempel- og syl inderenhet som i sin tur griper med det rørformede element 22 for å bevege elementet 22 nedad og presser klaffen 18 fra setet og til helt åpen stilling. Sikringsventilen 10 reguleres ved pådrag eller avlastning av trykksatt fluid gjennom styreledningene 32 og en fluidpassasje 46 for å tilføre hydraulisk styretrykkfluid til en stempel- og sylinderenhet innbefattende et stempel 40 i og bevegbar i forhold til en sylinder 48 som svar på fluidtrykket i sylinderen. Enten sylinderen 48 eller stempelet 40 kan gripe og bevege det rørformede element 22, og her vist stempelet 40 som griper med det rørformede element 22 ved en forbindelse 42. Bunnen av stempel- og sylinderenheten blir utsatt for trykket i brønnfluidet i boringen 14 som strømmer i strømningsrøret 22 og virker mot enten stempelet eller sylinderen, her vist som bunnen av stempelet 40, for å presse det rørformede element 22 til lukket stilling når styrefluidtrykket fjernes fra styreledningen 32.

Stempelet 40 er fortrinnsvis et metallstempel, slik som i form av kopptetninger, for å oppnå ønskelig tetning under vanskelige temperaturforhold, og et korrosivt fluid- og gassmiljø. Imidlertid er metallstempelet 40 utsatt for slitasje og oppskraping i sitt ugjestmilde miljø og kan lekke, særlig ved forsøk på å avtette for gasser. Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot å tilveiebringe positive strømningsavstengende ventiler, fortrinnsvis av metall, som gir en positiv tetning i begge retninger, selv i tilfelle bypass av et fluid mellom stempelet 40 og sylinderen 48.

Beskrivelsen ovenfor er generelt omtalt i søkerens US patent nr. 4527630. Imidlertid er det funnet at den nedre strøm-ningsstengende ventil som er utsatt for brønnfluider i boringen 14 vil bli forurenset med materialavsetning på sitt ventilelement og ventilsete og' er utsatt for gasslekkasje. Gasslekkasjen, som innbefatter brennbare hydrokarboner, vil skje forbi stempelet og inn i styrefluidledningen og vandre opp til brønnoverf laten. Denne gass vil ikke bare påvirke driften av sikringsventilen ved endring av fluidets densitet i styreledningen, men vil tillate oppsamling av farlige og brennbare gasser ved brønnoverflaten.

Det vises nå til fig. 2, som viser en første fluidavstengende ventil som kan innbefatte et ventilsete 50 og et ventilelement 52. Metallsetet 50 kan være i sylinderen 48 og ventilelementet 52 kan være på stempelet 40 eller bare flyte fritt. Setet 50 og elementet 52 er plassert på den siden av stempelet 40 som står i kommunikasjon med styrefluidpassasjen 46 og styreledningen 32 og åpnes ' og lukkes som svar på bevegelse av stempelet 40 i forhold til sylinderen 48. Den første strømningsavstengende ventil er plassert for å avstenge fluidstrømning fra fluidstrømningspassasjen 26 og ledningen 32 når ventilen 10 er i den åpne stilling.

En andre strømningsavstengende ventil er anordnet og kan innbefatte et metallventilsete 54, slik som på sylinderen 48 og et ventilelement 56, slik som på stempelet 40. Denne andre ventil er også plassert på den siden av stempelet som står i kommunikasjon med styrefluidpassasjen 46 og ledningen 32. Denne andre ventil åpnes og lukkes som reaksjon på bevegelse av stempelet 40 i forhold til sylinderen 48 og settes til til å avstenge fluidstrømning fra sylinderen 48 til fluid-styringspassasjen 46 når sikringsventilen 10 er i lukket stilling. Det skal særlig bemerkes at den andre strømnings-avstengende ventil bestående av setet 54 og elementet 56 er satt med stempelets 40 kopptetninger mellom den andre fluidtettende ventil og trykkfluidet i brønnboringen 14. Derfor kan stempelet 40, som ikke nødvendigvis er gasstett, gi en tilstrekkelig tettende virkning mot sylinderen 48 for å begrense passering av partikkelformet materiale i brønn-fluidene til ventilsetet 54 og ventilelementet 56. Derfor er denne andre fluidtettende ventil i stand til å opprettholde en metall-mot-metallgasstetning når den ikke blir utsatt for forurensning som ventilen ifølge US-patent nr.4527630.

I tillegg kan en tetningsanordning plasseres på den siden av stempelet 40 som står i kommunikasjon med styrestrøm-passasjen 46 og ledningen 32 og åpnes og lukkes som svar på bevegelse av stempelet i forhold til sylinderen 48 og settes til å avstenge fluidstrømning fra sylinderen 48 til styrefluidpassasjen 46 når sikringsventilen 10 er i den lukkede stilling. Denne tredje strømningsavstengende ventil består av eb tetningsanordning 60 med en første tilspisset flate 62 og en andre tilspisset kileflate 64. Den tilspissede kileflate 62 aktiviseres til en tettende kontakt med det indre av sylinderen 48 med skulderen 66 på stempelet 40 som også driver den tilspissede flate 64 mot en samvirkende tilspisset flate 68 på stempelet 40. Således tetter tetningsanordningen 60 mot både stempelet 40 og sylinderen 48 for å gi en ekstra tetning med den andre fluidavstengende ventil. En dødgangs-forbindelse er anordnet i stempelet 40 som består av en tapp 70 bevegbar i en slisse 72. Dette tillater en sekvensmessig og positiv innstilling av den andre ventil og tetningsanordningen. Når stempelet 40 beveger seg oppad beveger skulderen 62 tetningsanordningen 60 oppad mot flaten 68 som bringer ventilelementet 56 til anlegg med ventilsetet 54. Deretter tillater dødgangsbevegelseforbindelsen skulderen 66 å bevege seg ytterligere oppad for å øke tetningen med tetningsanordningen 60 og dens tilspissede flater 62 og 64 mot sylinderen 48 og stempelet 40. Ved bevegelse nedad av stempelet 40 utsettes stempelet for hydraulisk fluidtrykk i styrings-passasjen 46. Etter at ventilelementet 56 er løftet fra setet 54, tillater dødgangsforbindelsen 70 og 72 at ventilelementet 56 beveger seg nedad uten å trekke tetningen 60 langs sylideren 48 inntil stempelet 40 kan aktivisert med fluidtrykket for å trekke tilbake skulderen 66 fra inngrep med tetningen 60.

For å øke stempelets 40 tetningsevne mot forurensninger i brønnfluidet i boringen 14 og fra å nå den andre ventil og tetningsanordningen, kan det benyttes en forbedret type stempel. Det vises nå til fig. 2,3 og 4 hvor stempelet 40 kan innbefatte et første parti 80 med oppad vendte tetningskopper og et andre parti 82 med nedad rettede tetningskopper. De to partier 80 og 82 er knyttet sammen med en bolt 84 som er skrudd inn i elementet 80, men er glidbart i elementet 82. Derfor har de to partier 80 og 82 begrenset bevegelse i forhold til hverandre. Partiene 80 og 82 innbefatter tilspissede flater 86 og 88 henholdsvis som vender mot hverandre og med en tetning, fortrinnsvis en 0-ring metalltetning 90, plassert derimellom. Derfor, når en aktiviserende kraft anbringes på stempelet 40, enten fluid eller kraften fra den pressende fjær 26, vil stempelpartiene 80 og 82 bevege seg sammen og trykke tetningen 90 utad til et sterkere tettende forhold mot sylinderen 48 for å redusere muligheten til at forurensninger i brønnfluidene skal passere forbi stempelet 40.

Andre og ytterligere utførelser av den hydrauliske ventils aktiviseringsinnretning ifølge den foreliggende oppfinnelse kan være slik som vist i fig. 3 hvor deler som er like med de i fig. 1 og 2 er likt nummerert med tillegget av suffikset "a". I fig. 3 består den første strømningsavstengende ventil av ventilelementet 56a og setet 54a og aktiviseres til inngrep av fluidtrykket når sikringsventilen 10 åpner. Oppad bevegelse av stempelet 40a beveger også skulderen 66a oppad til kontakt med kiletetningen 60a som presses til et tettende forhold med både stempelet 40a og sylinderen 48a. Ved åpning av ventilen 10 beveger det hydrauliske trykk ventilelementet 56a nedad, og beveger deretter stempelet 40a nedad for å trekke skulderen 66a nedad. Igjen tillater dødgangsfor-bindelsen mellom tappen 70a og rommet 72a sekvensmessig bevegelse av den første og andre strømningsavstengende ventil. Det betyr at en fjær, slik som bølgefjæren 71, er anordnet i dødgangsforbindelsen for å sikre at elementet 56a ligger an mot setet 54a for å lukke og avtette den første ventil før skulderen 66a tetter kiletetningen 60a på den andre ventil.

I drift, når hydraulisk styrefluid leveres gjennom ledningen 32 vil fluid strømme inn i passasjen 46 og åpne den første strømningsavstengende ventil og bevege elementene 56 og 56a respektivt fra setene 54 og 54a. Det hydrauliske fluid virker da på stempelet 40 og 40a og beveger disse nedad for å bringe strømningsrøret 22 nedad til å åpne klaffen 18. Ytterligere nedad rettet bevegelse av stempelet 40 tillater ventilelementet 52 eller 52a å bevege seg nedad og ligge an på ventilsetet 50 og 50a respektivt for å tilveiebringe en positiv tetning for å forhindre fluidstrømning fra passasjen 46 inn i sylinderen 48. Når det er ønsket å lukke ventilen, reduseres trykket i den hydrauliske styreledning 32. Fluidtrykket i boringen 14 i sikringsventilen 10 er i kommunikasjon med sylinderen 48 og bunnen av stempelet 40 og sammen med fjæren 26 presser stempelet 40 i en retning oppad for å tillate klaffen 18 å lukke.

I utførelsen ifølge fig. 2 vil bevegelse oppad av stempelet 40 bevege skulderen 66 oppad til å kontakte tetningsanordningen 60 mot elementet 56 som bevirker at det andre ventilelement 56 ligger an og tetter mot ventilsetet 54. Ytterligere bevegelse oppad av skulderen 66 vil bevirke at tetningen 60 med sine tilspissede flater 62 og 64 tetter mot både stempelet på setet 68 og mot innsiden av sylinderen 48 for å danne en andre ekstra tetning. I den andre utførelse vist i fig. 3 vil ved oppad rettet bevegelse av stempelet 40a ventilelementet 56a ligge an mot ventilsetet 54a med fluidtrykket og oppad bevegelse av skulderen 66a vil bringe til anlegg tetningselementet 60a mot både stempelet 40a og innsiden av sylinderen 48a.

I begge utførelser avstenger den andre ventil og tetningsanordningen fluidstrømmen fra sylinderen til styrefluidpassasjen 46 og ledningen 32 og opererer i et forholdsvist rent miljø for positivt å tette og forhindre unnslippelse av enhver gass fra brønnfluidene inn i styrefluidpassasjen. Videre virker virkningen av de bevegbare stempelpartier 80 og 82 mot metall O-ringstetningen 90 til ytterligere å beskytte den andre ventil og tetningsanordningen mot forurensning fra materialer i brønnfluidene.

Claims (7)

1. Undervanns brønnsikringsventil (10) for anbringelse i et brønnproduksjonsrør, innbefattende et hus (12) med en boring (14) og et ventillukkeelement (18) bevegelig mellom åpen og lukket stilling for styring av en fluidstrøm gjennom boringen (14), et rørelement (22) teleskopisk bevegelig i huset (12) for styring av ventillukkeelementets (18) bevegelse, fjærinnretninger (26) for bevegelse av rørelementet (22) i en retning som lukker ventilen (10), en sylinder (48) i huset (12), et stempel (40) bevegelig opptatt i sylinderen (48) når utsatt for fluidtrykk i sylinderen (48), der stempelet (40) kontakter og beveger rørelementet (22), idet sylinderen (48) på en side av stempelet (40) står i kommunikasjon med en styref luidkanal (32) og sylinderen på den andre side av stempelet (40) står i kommunikasjon med et fluid i boringen (14), første (50,52) og andre (54,56) ventiler som åpnes og lukkes som reaksjon på bevegelse av stempelet (40) i forhold til sylinderen (48), hvor den første ventil (50,52) er innrettet til å avstenge fluidstrøm fra styrefluidkanalen (32) når sikringsventilen (10) står i den åpne stilling, og den andre ventil (54,56) er innrettet til å avstenge fluidstrømmen fra sylinderen (48) til styrefluidkanalen (32) når sikringsventilenen (10) er i lukket stilling, og hvor både den første ventil (50,52) og den andre ventil (54,56) er plassert på den ene side av stempelet (40) for å hindre at den første ventil (50,52) og den andre ventil (54,56) utsettes for fluider fra boringen (14), karakterisert ved en tetningsanordning (60) plassert mellom første og andre ventiler på den ene siden og stempelet (40) på den andre siden, hvilken tetningsanordning (60) er innrettet til å aktiviseres og deaktiviseres som reaksjon på bevegelse av stempelet (40) i forhold til sylinderen (48) og til, når aktivisert, å danne en ekstra tetning som kan hindre en fluidstrøm, spesielt en gasstrøm, som har lekket forbi stempelet (40) og inn i sylinderen (48), å trenge videre inn i styrefluidkanalen (32) når sikringsventilen er i lukket stilling.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert ved at stempelet (40) innbefatter første og andre stempelpartier (80,82) begrenset bevegelige i forhold til hverandre, og en metalltetning (90) plassert mellom de to partier av stempelet .

3. Anordning ifølge krav 2,karakterisert ved at hvert av de to partier (80,82) av stempelet innbefatter skråflater som vender mot hverandre.

4. Anordning ifølge krav 2,karakterisert ved at metalltetningen har en O-ringsform.

5 . Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en dødgangsfor-bindelse (70,72) mellom den andre ventil og tetningsanordningen (60) for sekvensmessig å aktivere den andre ventil og tetningsanordningen.

6. Anordning ifølge krav 5,karakterisert ved at tetningsanordningen (60) innbefatter kiletetningsflater for tetning mellom stempelet (40) og sylinderen (48).

7. Anordning ifølge krav 5,karakterisert ved at tetningsanordningen (60) innbefatter tetningselementer og tetningsflater av metall.