NO179420B

NO179420B - Surface controlled well protection valve

Info

Publication number: NO179420B
Application number: NO891307A
Authority: NO
Inventors: Rennie L Dickson; Roddie R Smith
Original assignee: Otis Eng Co
Priority date: 1988-05-06
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1996-06-24
Also published as: NO891307D0; NO179420C; GB2218133A; GB2218133B; GB8907435D0; BR8902482A; NO891307L; CA1317280C; SG42892G

Description

Oppfinnelsen angår en overflatestyrt brønnsikringsventil for å kontrollere en fluidstrøm gjennom et brønnrør, så som et produksjonsrør, i samsvar med den innledende delen av patentkravet. The invention relates to a surface controlled well safety valve for controlling a fluid flow through a well pipe, such as a production pipe, in accordance with the preamble of the patent claim.

Det er vanlig praksis å komplettere olje og gassproduserende brønner med sikkerhets-systemer som omfatter en brønnsikirngsventil styrt fra brønnoverflata for å stenge av fluidstrømmen i brønnrøret. Generelt er slik ventil styrt i respons til fluidtrykk ledet til ventilen fra en fjern lokasjon ved brønnoverflata via et rør med liten diameter (styringsrør) som tillater brønnen selektivt å stenges ned etter som tilstanden krever. Overflatekontrol-leren er typisk utstyrt for å respondere til nødstilstander som f.eks. brann, ødelagte strøm-ningslinjer, oljesøl osv. det er ofte nødvendig å lede brønnservice operasjoner gjennom en brønnsikringsventil. Brønnserviceoperasjonene kan kreve å strekke en kabelverktøystreng gjennom brømmsikringsventilen. Eksempler på slike serviceoperasjoner er trykk og temperaturprøving. Videre brønnservice prosedyrer kreves for å gjennopprette ødelagte brønnutstyr. Disse prosedyrer resulterer i periodisk åpning og lukking av sikkerhetsventilen. Brønnsikringsventiler er vist i de følgende US-patenter 3.860.066; 3.882.935; 4.344.602; 4.356.867; og 4.449.587. Foreliggende oppfinnelse er vist med en klafftype-ventil stengt i brønnsikringsventilen. US-patent 3.860.066 viser at et langsgående bevegelig betjeningsrør kan styre åpning og lukking av kule-, fiærstøtte-, eller klafftype ventillukke-element innenfor en brønnsikringsventil. It is common practice to supplement oil and gas-producing wells with safety systems that include a well safety valve controlled from the well surface to shut off the fluid flow in the well pipe. Generally, such a valve is controlled in response to fluid pressure directed to the valve from a remote location at the well surface via a small diameter pipe (control pipe) which allows the well to be selectively shut down as the condition requires. The surface controller is typically equipped to respond to emergency situations such as fire, broken flow lines, oil spills, etc. it is often necessary to direct well service operations through a well safety valve. The well service operations may require running a cable tool string through the well safety valve. Examples of such service operations are pressure and temperature testing. Further well service procedures are required to restore damaged well equipment. These procedures result in the periodic opening and closing of the safety valve. Well safety valves are shown in the following US Patents 3,860,066; 3,882,935; 4,344,602; 4,356,867; and 4,449,587. The present invention is shown with a flap type valve closed in the well safety valve. US patent 3,860,066 shows that a longitudinally movable operating tube can control the opening and closing of a ball, spring support, or flap type valve closing element within a well safety valve.

For noen brønnutførelser er det ønskelig å installere sikringsventil ved store dyp. For disse utførelsene er lite stempelareal en måte å minimalisere effekten av hydrostatisk fluidtrykk fra styreledningen som fører til brønnoverflata. Stempler som har et lite tverrsnitt sammenliknet med tverrsnittet av hele ventilmontasjen har blitt brukt i overflatestyrte brønnsikringsventiler (SCSSV). Eksempler på slike stempler er vist i: For some well designs, it is desirable to install a safety valve at great depths. For these designs, small piston area is a way to minimize the effect of hydrostatic fluid pressure from the control line leading to the well surface. Pistons that have a small cross section compared to the cross section of the entire valve assembly have been used in surface controlled well safety valves (SCSSVs). Examples of such stamps are shown in:

US-Patent 4.378.931 viser en overflatestyrt brønnsikringsventil som opereres ved en hydraulisk stempelmotor eller stempel montert på utsida av sikringsventilhuset. US-Patent 4,378,931 shows a surface-controlled well safety valve which is operated by a hydraulic piston motor or piston mounted on the outside of the safety valve housing.

Ettersom at en sikringsventil med tilbaketrekkbart rør ikke kan lett fjernes fra brønnen for rutinevedlikehold, vil enhver feil ved fluidtetningen eller oppsamling av produksjonsavfall innenfor sikringsventilen være meget kostbar å rette opp. Alle tetningssystemer er utsatt for svikt avhengig av operasjonsomgivelsene og utførelsen av tetningene. For noen omgivelser har metall-til-metall-tetninger lengre livsløp sammenlignet med elastomeriske materialer. Elastomerisk, polymerisk, og metall-til-metall-tetningssystemer har vært brukt i SCSSVer. Eksempler på metall-til-metalltetningssystemer er vist i: As a safety valve with retractable pipe cannot be easily removed from the well for routine maintenance, any failure of the fluid seal or collection of production waste within the safety valve will be very expensive to correct. All sealing systems are subject to failure depending on the operating environment and the performance of the seals. For some environments, metal-to-metal seals have longer lifetimes compared to elastomeric materials. Elastomeric, polymeric, and metal-to-metal sealing systems have been used in SCSSVs. Examples of metal-to-metal sealing systems are shown in:

US-Patent 4.834.183 er rettet mot å løse problemet i forbindelse med akkumulering av sand eller annet produksjonsavfall i sikringsventil. US-patent 4.723.606 viser et betjenings-rør og ventillukkelement som kan skifte mellom åpen og lukket stilling ved hjelp av et kabel-verktøy. Foreliggende oppfinnelse omfatter trekk vist i US-patent 4 834 183 og 4.723.606. US-Patent 4,834,183 is aimed at solving the problem in connection with the accumulation of sand or other production waste in safety valves. US patent 4,723,606 shows an operating tube and valve closing element that can be switched between open and closed position by means of a cable tool. The present invention includes features shown in US patent 4,834,183 and 4,723,606.

Foregående opplistete patentskrifter er tatt med for referanse i forbindelse med denne søknaden. The previously listed patent documents are included for reference in connection with this application.

Fra US-patentskrft 4.527.630 er kjent en overflatestyrt brønnsikringsventil for å kontrollere en fluidstrøm gjennom et brønnrør. Her er et ventilelement montert i en gjennomgående, sentral boring i et rørformet hus, for å kunne beveges mellom en første stilling som tillater fluidstrøm gjennom den sentrale boringen, og en andre stilling som blokkerer for fluidstrøm. Et betjeningsrør er anordnet glidbart i boringen i en første retning for å tillate at ventilelementet beveger seg fra dets første stilling til dets andre stilling. Det er videre anordnet en sylinderboring i huset, i radial avstand fra og parallelt med den sentrale boringen. I sylinderboringen er anbrakt et stempel for å bevege betjeningsrøret i den første retingen under påvirkning av styrefluidtrykk fra overflata. Stempelet er forbundet med en ring som kan fastholdes på betjeningsrøret. En fjæranornding er spent mellom ei skulder i husets aksiale boring og ringen for å bevege betjeningsrøret i den andre retningen. From US patent 4,527,630 a surface-controlled well safety valve is known for controlling a fluid flow through a well pipe. Here, a valve element is mounted in a continuous, central bore in a tubular housing, in order to be able to move between a first position that allows fluid flow through the central bore, and a second position that blocks fluid flow. An operating tube is slidably disposed in the bore in a first direction to allow the valve member to move from its first position to its second position. A cylinder bore is also arranged in the housing, at a radial distance from and parallel to the central bore. A piston is placed in the cylinder bore to move the operating tube in the first direction under the influence of control fluid pressure from the surface. The piston is connected to a ring that can be retained on the operating tube. A spring device is tensioned between a shoulder in the axial bore of the housing and the ring to move the operating tube in the other direction.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en overflatestyrt brønn-sikringsventil, som har et betjeningsrør med et enkelt stempel med liten diameter anbrakt fra den langsgående aksen av betjeningsrøret. Lager og en fleksibel kopling mellom deler av betjeningsrøret er anbrakt for å minimalisere eksentrisk belastning. Det vil si at lageret isolerer vridningskrefter som genereres ved fjæra fra betjeningsrøret og stempelet, og den fleksible koplingen kompenserer for variasjoner i framstillingstoleranser i delene av betjen-ingsrøret og for slamlukkekrefter. It is an object of the present invention to provide a surface controlled well safety valve, which has an operating tube with a single piston of small diameter located from the longitudinal axis of the operating tube. Bearings and a flexible coupling between parts of the operating tube are provided to minimize eccentric loading. That is, the bearing isolates twisting forces generated by the spring from the operating tube and piston, and the flexible coupling compensates for variations in manufacturing tolerances in the parts of the operating tube and for mud closing forces.

Oppfinnelsens formål oppnås med en anordning med trekk som angitt i den karakteriser-ende delen av patentkravet. The purpose of the invention is achieved with a device with features as indicated in the characterizing part of the patent claim.

Foreliggende oppfinnelse tillater bruk av metall-til-metalltetningen som er nødvendig ved forholdene i et brønnhull. Videre minimalisere foreliggende oppfinnelse sjansen for akkumulering av produksjonsavfall og tillater bevegelse av betjeningsrøret ved et kabelmontert verk-tøy hvis det blir tett. Resultatet blir en brønnsikirngsventil med økt nedhulls servicelivsløp, selv om brønnfluidstrøm gjennom den kan være skadelig for tetningssystemet eller kan inneholde sand, parafin, kalsium eller andre materialer. The present invention allows the use of the metal-to-metal seal which is necessary for the conditions in a wellbore. Furthermore, the present invention minimizes the chance of accumulation of production waste and allows movement of the operating tube with a cable-mounted tool if it becomes clogged. The result is a well safety valve with increased downhole service life, even though well fluid flow through it may be harmful to the sealing system or may contain sand, kerosene, calcium or other materials.

Ytre diameter av betjeningsrøret er mindre enn den indre diameter av huset i nærheten. Denne differansen i diameter tillater betjeningsrøret å gli på langs innenfor huset. Forskjellen i diametre skaper et sirkelformet rom som har en tendens til akkumulere sand eller annet produksjonsavfall båret av brønnfluidene. Hvis slikt avfall tillates å samles opp i den sirkel-formete rommet, kan de forhindre tilfredsstillende funksjon av sikringsventilen. The outer diameter of the operating pipe is smaller than the inner diameter of the nearby housing. This difference in diameter allows the operating tube to slide longitudinally within the housing. The difference in diameters creates a circular space that tends to accumulate sand or other production waste carried by the well fluids. If such debris is allowed to accumulate in the circular space, it may prevent satisfactory operation of the relief valve.

Videre formål og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil bli klart for fagfolk på området ved den følgende detaljerte beskrivelse sammen med tilhørende tegninger der flere foretrukne utførelser av oppfinnelsene er vist. I tegningene viser: fig. 1 et elevert skjematisk riss i tverrsnitt av en typisk brønnutførelse som omfatter en rørmontert overflatestyrt brønnsikringsventil med klafftype ventillukning, Further objects and advantages of the present invention will become clear to those skilled in the art from the following detailed description together with associated drawings in which several preferred embodiments of the inventions are shown. The drawings show: fig. 1 is an elevated schematic cross-sectional view of a typical well design comprising a pipe-mounted surface-controlled well safety valve with flap-type valve closure,

fig. 2a og 2b tilsammen et langsgående tverrsnitt med deler tatt bort av en brønnsikrings-ventil og et betjeningsrør som inkorporerer foreliggende oppfinnelse med sikringsventilen i åpen stilling, fig. 2a and 2b together a longitudinal cross-section with parts removed of a well safety valve and an operating pipe incorporating the present invention with the safety valve in the open position,

fig. 3 brønnsikringsventilen vist i fig. 2a i langsgående tverrsnitt med deler tatt bort og i stengt stilling, fig. 3 the well safety valve shown in fig. 2a in longitudinal cross section with parts removed and in closed position,

fig. 4 et tverrsnitt tatt langs linja 4 -4 i fig. 3, fig. 4 a cross-section taken along the line 4-4 in fig. 3,

fig. 5 et forstørret tverrsnitt med deler latt bort som viser forbedret stempelmidler anbrakt fra betjeningsrøret, fig. 5 is an enlarged cross-section with parts omitted showing improved piston means fitted from the operating tube;

fig. 6 er en forstørret ortografisk projeksjon av komponentene ved stempelmidlene, lageret og den fleksible koplingen, fig. 6 is an enlarged orthographic projection of the components of the piston means, the bearing and the flexible coupling,

fig. 7 et førstørret tverrsnitt med deler tatt bort som viser et første adapter for å kople en kontrollrørledning til brønnsikringsventilen i fig. 2a, fig. 7 is an exploded cross-sectional view with parts removed showing a first adapter for connecting a control pipeline to the well safety valve of FIG. 2a,

fig. 8 en forstørret tverrsnitt med deler tatt bort som viser et andre adapter for kopling til styringsrørledning til brønnsikringsventilen i fig. 2a, fig. 8 is an enlarged cross-section with parts removed showing a second adapter for connection to the control pipeline of the well safety valve in fig. 2a,

fig. 9 ved en forstørret tverrsnitt med deler tatt bort som viser forstørret riss av fleksible kopling og lagret med alternative små fjærer, fig. 9 is an enlarged cross-sectional view with parts removed showing an enlarged view of flexible couplings and stored with alternative small springs,

fig. 10 et tverrsnitt med deler tatt bort som viser alternative stempelmidler sammenliknet med fig. 5. fig. 10 is a cross-section with parts removed showing alternative piston means compared with fig. 5.

I følgende beskrivelse er like deler vist gjennom spesifikasjonen og tegninger med samme referansenummer. Tegningene er ikke nødvendigvis i samme skala. Deler av noen komponenter har blitt overdrevet for bedre å illustrere detaljer ved foreliggende oppfinnelse. In the following description, similar parts are shown through the specification and drawings with the same reference number. The drawings are not necessarily to the same scale. Portions of some components have been exaggerated to better illustrate details of the present invention.

Ved først å referere til fig. 1, omfatter brønnutførelse 20 en foringsrørstreng 28 som strekker seg fra brønnoverflata til en hydrokarbonproduserende formasjon (ikke vist). Rørstreng 21 er konsentrisk anbrakt innenfor foringsrøret 28 og strekker seg fra et brønnhode 23 gjennom produksjonspakning 22 som tetter mellom rørstrengen 21 og foringen 28. Pakningen 22 retter formasjonsfluider slik som olje, gass, vann o.l. i rørstreng 21 fra perforeringer (ikke vist) i foringen 28 som tillater formasjon eller brønnfluider inn i brønnhullet. Brønnfluider bærer ofte med seg sand eller annet produksjonsavfall som kan samles opp ved posisjoner i rørstrengen 21 med lav fluidvelositet. Selvregulerende strømningsventiler 24a og 24b ved brønnoverflata styrer fluidstrømmen fra rørstreng 21. Brønnhodekopp 27 er anbrakt på brønnhodet 23 for å tillate service på brønnen 20 via rørstrengen 21 ved kabelteknikker som omfatter installasjon og fjerning av forskjellige brønnhullsverktøy (ikke vist) innenfor rør-strengen 21. Andre brønnserviceoperasjoner som kan utføres gjennom rørstrengen 21 er bunnhull temperatur og trykkovervåkning. Referring first to FIG. 1, well construction 20 comprises a casing string 28 extending from the well surface to a hydrocarbon-producing formation (not shown). Pipe string 21 is concentrically placed within the casing 28 and extends from a wellhead 23 through production packing 22 which seals between the pipe string 21 and the casing 28. The packing 22 directs formation fluids such as oil, gas, water etc. in pipe string 21 from perforations (not shown) in casing 28 which allow formation or well fluids into the wellbore. Well fluids often carry with them sand or other production waste which can be collected at positions in the pipe string 21 with low fluid velocity. Self-regulating flow valves 24a and 24b at the well surface control the fluid flow from the pipe string 21. Wellhead cup 27 is placed on the wellhead 23 to allow servicing of the well 20 via the pipe string 21 by cable techniques which include the installation and removal of various downhole tools (not shown) within the pipe string 21. Other well service operations that can be carried out through the pipe string 21 are bottomhole temperature and pressure monitoring.

Overflatestyrt brønnsikirngsventil 30 er en utførelse av trekkene ved oppfinnelsen er installert i brønnutførelsen 20 som en del av rørstrengen 21 for å styre fluidstrøm til brønn-overflata via rørstrengen 21 fra en brønnhull-lokasjon. Sikringsventil 30 er operert ved styrefluid koplet fra hydraulisk manifold 25 ved brønnoverflata via styringsrørledning 26 som retter styringsfluidsignalet til sikringsventil 30. Hydraulisk manifold 25 omfatter generelt pumper, et fluidreservoar, akkumulatorer, og styringsventiler for å framskaffe styringsfluidtrykk-signaler for å holde ventil 30 åpen eller tillate ventil 30 å lukkes når ønskelig. Manifold 25 omfatter også anordning som virker i respons til temperatur, lekkasje på overflatelinjer, eller andre nødsituasjoner da brønnen 20 bør stenges. Surface controlled well safety valve 30 is an embodiment of the features of the invention is installed in the well embodiment 20 as part of the pipe string 21 to control fluid flow to the well surface via the pipe string 21 from a wellbore location. Safety valve 30 is operated by control fluid coupled from hydraulic manifold 25 at the well surface via control pipeline 26 which directs the control fluid signal to safety valve 30. Hydraulic manifold 25 generally comprises pumps, a fluid reservoir, accumulators, and control valves to provide control fluid pressure signals to keep valve 30 open or allowing valve 30 to close when desired. Manifold 25 also includes a device that works in response to temperature, leakage on surface lines, or other emergency situations when the well 20 should be closed.

Sikringsventilen 30 omfatter lukkeorgan 31 for en ventil av klafftypen, montert på hengsel 34 for å svinge mellom sin lukkete stilling skjematisk representert i fig. 1 og sin åpne stilling i fig. 2b, som tillater fluidstrømsignal gjennom rørstrengen 21. Når et forhåndsbestemt trykk-signal er påført sikringsventilen 30 gjennom styringsrør 26 fra manifold 25, er ventillukkeorganet eller klaffene 31 holdt i sin første, eller åpne stilling. Når kontrolltrykket frigjøres, tillates ventil 30 å bevege seg til sin andre eller lukkete stilling. Safety valve 30 comprises closing means 31 for a valve of the flap type, mounted on hinge 34 to swing between its closed position schematically represented in fig. 1 and its open position in fig. 2b, which allows a fluid flow signal through the pipe string 21. When a predetermined pressure signal is applied to the safety valve 30 through the control pipe 26 from the manifold 25, the valve closing member or flaps 31 are held in their first, or open, position. When the control pressure is released, valve 30 is allowed to move to its second or closed position.

Detaljer ved konstruksjonen av den foretrukne form av ventilen 30 er vist i figurene 2a og 2b. Brønnsikringsventilen 30 har hus 60 formet ved et husdeler 61, 62, og 63 som er passelig koplet sammen ved gjengete ledd 65. Husdeler 61, 62, 63 kan koples sammen med sveisete ledd eller kombinasjon av gjenger og elastomeriske tetninger. Sveising er noen ganger ikke tilfredsstillende på grunn av kravene til varmebehandling før og etter. Elastomeriske tetninger har i noen omgivelser (høyt trykk, høy temperaturgass) en tendens å svikte under trykk-transienter. Gjengete forbindelser 65 er foretrukket på grunn av at de har en mekanisk styrke som er sammenliknbart med en sveiset kopling og metall-til-metalltetning. US-patentskrift 2.992.019 viser gjenger og metall-til-metall tetningssystemer som likner gjengete ledd 65. Details of the construction of the preferred form of valve 30 are shown in Figures 2a and 2b. The well safety valve 30 has a housing 60 formed by housing parts 61, 62, and 63 which are suitably connected together by threaded joints 65. Housing parts 61, 62, 63 can be connected together with welded joints or a combination of threads and elastomeric seals. Welding is sometimes not satisfactory because of the requirements for heat treatment before and after. Elastomeric seals in some environments (high pressure, high temperature gas) tend to fail during pressure transients. Threaded connections 65 are preferred because they have a mechanical strength comparable to a welded coupling and metal-to-metal seal. US Patent 2,992,019 shows threads and metal-to-metal sealing systems similar to threaded joints 65.

Gjengete ledd 65 er noen ganger referert til som totrinns gjenging på grunn av at diameteren på den gjengete delen 65a er vesentlig større enn den gjengete delen 65b. Avhengig av type materialer anvendt for produksjon av huset 60, kan diameter 65 og lengden av de gjengete delen 65a og 65b økes eller minskes slik at det gjengete leddet 65 får en mekanisk styrke lik eller større enn noen annen del av huset 60. Gjengete ledd 65 er spesielt ønskelig da de tillater mange alternativer med hensyn til utførelse av huset 60, men de er forholdsvis enkle å framstille og sette sammen. Threaded joint 65 is sometimes referred to as two-stage threading due to the fact that the diameter of the threaded portion 65a is substantially larger than the threaded portion 65b. Depending on the type of materials used to manufacture the housing 60, the diameter 65 and the length of the threaded parts 65a and 65b can be increased or decreased so that the threaded joint 65 has a mechanical strength equal to or greater than any other part of the housing 60. Threaded joint 65 are particularly desirable as they allow many alternatives with regard to the design of the housing 60, but they are relatively simple to manufacture and assemble.

Huset 60 kan generelt beskrives som en lang tykkvegget sylinder med en langsgående utboring 67 som strekker seg gjennom. Endene av husdelene 61 og 63 kan internt eller eks-ternt gjenges for å framskaffe midler på motsatt ende av huset 60 for tilkopling med rør-strengen 21. Ei låsemuffe (ikke vist) kan settes inn i brønnsikringsventilen 30 hvis ønsket for å holde ventillukkeorganet 31 åpent. Det er kjent låsemuffer som kan flyttes ved kabelverk-tøy til permanent eller temporert å holde ventillukkeorganet 31 åpent. The housing 60 can generally be described as a long thick-walled cylinder with a longitudinal bore 67 extending therethrough. The ends of the housing parts 61 and 63 can be internally or externally threaded to provide means on the opposite end of the housing 60 for connection with the pipe string 21. A locking sleeve (not shown) can be inserted into the well safety valve 30 if desired to hold the valve closing member 31 open. Locking sleeves are known which can be moved by cable tools to permanently or temporarily keep the valve closing member 31 open.

Husdel 61 har gjengete kopling 29 for å kople kontrollrør 26 til sikringsventil 30. Styr-ingsfluidtrykksignaler er kommunisert fra veggoverflata via styrerør 26, gjenget kopling 29, uthoret passasje 66 og awikspassasje 80. Passasje 80 er maskinelt i veggen av husdelen 61 parallelt med, men forskjøvet fra den langsgående utboring 67. Passasje 80 har to deler, øvre kammer 81 og stempelkammer 82. Indre diameter 81a av øvre kammer 81 er mindre enn indre diameter 82e av stempelkammer 82. Denne endringen i diametre skaper mellomliggende seteoverflate 83. Begge indre diametre 81a og 82a er vesentlig mindre enn den indre diameteren av den langsgående utboring 67 i nærheten. Housing part 61 has a threaded coupling 29 to connect control pipe 26 to safety valve 30. Control fluid pressure signals are communicated from the wall surface via control pipe 26, threaded coupling 29, threaded passage 66 and awik passage 80. Passage 80 is machined in the wall of housing part 61 parallel to, but offset from the longitudinal bore 67. Passage 80 has two parts, upper chamber 81 and piston chamber 82. Inner diameter 81a of upper chamber 81 is smaller than inner diameter 82e of piston chamber 82. This change in diameters creates intermediate seating surface 83. Both inner diameters 81a and 82a is substantially smaller than the inner diameter of the longitudinal bore 67 in the vicinity.

Betjeningsrøret 40 er glidbart anbrakt innenfor langsgående utboring 67 for å skifte ventillukkeorganet 31 fra dets andre, lukkete stilling som vist i fig. 3 til dets første, åpne stilling som vist i fig. 2b. Betjeningsrøret 40 er konstruert fra to eller flere generelt hule, sylindriske deler benevnt 40a og 40b. Delene 40a og 40b er koplet sammen ved fleksibel kopling 70. Stempel 90, anbrakt i huset 60 bort fra den langsgående utboring 67, beveger betjeningsrøret 40 i respons til styringslfuidtrykk fra brønnoverflata. En del av stempelet 90 er glidbart anbrakt i passasjen 80. The operating tube 40 is slidably placed within the longitudinal bore 67 to shift the valve closing member 31 from its second, closed position as shown in fig. 3 to its first, open position as shown in fig. 2b. The operating tube 40 is constructed from two or more generally hollow, cylindrical parts named 40a and 40b. The parts 40a and 40b are connected together by flexible coupling 70. Piston 90, placed in the housing 60 away from the longitudinal bore 67, moves the operating tube 40 in response to control fluid pressure from the well surface. A part of the piston 90 is slidably placed in the passage 80.

Stempelet 90 har to hovedkomponenter - tetningsmontasje 91 og sylindrisk stang 100. Andre komponenter ved montasje 91 omfatter seteinnsett 92 og stempelringbærer 93. Seteinnsett 92 likner en maskinert bolt. Hodet 94 av innsett 92 har en maskineri metallseteoverflate 95 for å passe med seteoverflate 83 av den ved siden plasserte passasje 80. Innsett 92 er koplet til stempelringbæreren 93 med gjenger 96. Foretrinnsvis er elastisk tetningsring 97 anbrakt mellom hodet 94 og bærer 93. Ved tetningsring 97 virker som en støtte for metall-til-metallseteoverflata 83 og 95. The piston 90 has two main components - seal assembly 91 and cylindrical rod 100. Other components of assembly 91 include seat insert 92 and piston ring carrier 93. Seat insert 92 resembles a machined bolt. The head 94 of the insert 92 has a machined metal seating surface 95 to mate with the seating surface 83 of the adjacent passage 80. The insert 92 is connected to the piston ring carrier 93 by threads 96. Preferably, elastic sealing ring 97 is positioned between the head 94 and carrier 93. By sealing ring 97 acts as a support for the metal-to-metal seating surfaces 83 and 95.

Utførelsen av tetning 91 innenfor passasje 80 resulterer i bare en mulig lekkasjeveg for brønnfluider inn i styringsrøret 26 når sikringsventilen 30 er montert. Denne lekkasjevegen er stengt ved inngrep av metall-til-metall tetningsoverflater 83 og 95 når sikringsventilen 30 er lukket som vist i fig. 3. Springfjær 54 hjelper til å vedlikeholde metall-til-metalltetningen når det bare er en liten forskjell mellom styringslfuidtrykk og brønnfluidtrykk. Merknad: brønn-fluidtrykk vil bare være tilstede ved seteoverflatene 83 og 95 hvis ventillukkeorganet 31 også lekker normalt vil ventillukkeorganet 31 blokkere brønnfluidstrøm når sikringsventil 30 er i sin lukkete stilling. Tre stempelringer 98 er anbrakt i separate utboringer i det ytre av bærer 93. Stempelringene 98 er dimensjonert for å passe innenfor den indre diameter 82 og vesentlig begrenser fluidstrømmen gjennom tetningen 91. Metallseteoverflate 99 er anbrakt på enden av bærer 93 motsatt av hodet 94. Tetningen 91 er koplet til den øvre enden av stanga 100 ved gjenger 101. Derfor vil tetning 91 og stang 100 bevege seg som en enkel enhet i respons til styreverketrykk i stempelkammer 82. Metallseteoverflate 99 kan være anordnet på stang 100 som vist i den alternative utførelsen i fig. 10. The execution of seal 91 within passage 80 results in only one possible leakage path for well fluids into control pipe 26 when safety valve 30 is fitted. This leakage path is closed by the engagement of metal-to-metal sealing surfaces 83 and 95 when the safety valve 30 is closed as shown in fig. 3. Spring 54 helps maintain the metal-to-metal seal when there is only a small difference between control fluid pressure and well fluid pressure. Note: well fluid pressure will only be present at the seat surfaces 83 and 95 if the valve closing member 31 also leaks normally the valve closing member 31 will block well fluid flow when safety valve 30 is in its closed position. Three piston rings 98 are located in separate bores in the exterior of carrier 93. The piston rings 98 are sized to fit within the inner diameter 82 and substantially restrict fluid flow through the seal 91. Metal seating surface 99 is located on the end of carrier 93 opposite the head 94. The seal 91 is connected to the upper end of rod 100 by threads 101. Therefore, seal 91 and rod 100 will move as a single unit in response to steering pressure in piston chamber 82. Metal seating surface 99 may be provided on rod 100 as shown in the alternative embodiment in fig. 10.

Det ytre av betjeningsrøret 40 og det indre av huset 62 definerer delvis et mellomliggende ringrom 50. Stempelstanga 100 strekker seg fra den nedre enden av husdelen 61 til ringrommet 50. Ved sammensetting av sikringsventil 30, seteinnsett 92 koples til stempelringbærer 93 for å forme tetningen 91. Sylindrisk stang 100 og tetning 91 blir så gjenget sammen for å forme stempel 90 og delvis anbrakt innenfor passasje 80 av husdel 61. Metallseteinnsett 102 er dimensjonert for å gli over stang 100 og gjenges inn i stempelkammer 82 ved utgangen fra den nedre enden av husdel 61. Stempelstanga 100 er dimensjonert for å gli langs gjennom metalltetnings-innsett 102. Imidlertid er tetning 91 for stor for å beveges igjennom. En funksjon av metallseteinnsett 102 er å holde tetning 91 innenfor stempelkammer 82. Fleksibel tetningsring 104 og holdering 103 er fortrinnsvis anbrakt på enden av innsett 102 innenfor kammer 82. Fleksibel tetningsring 104 er dimensjonert for å gå i inngrep med metallseteoverflate 99 av tetning 91 og å forme en fluidbarriere med denne. Fleksibel tetningsring 104 er installert for å gi en sikkerhet for metall-til-metalltetning 99. The exterior of the operating tube 40 and the interior of the housing 62 partly define an intermediate annulus 50. The piston rod 100 extends from the lower end of the housing part 61 to the annulus 50. When assembling the safety valve 30, the seat insert 92 is connected to the piston ring carrier 93 to form the seal 91 Cylindrical rod 100 and seal 91 are then threaded together to form piston 90 and partially fitted within passage 80 of housing 61. Metal seat insert 102 is sized to slide over rod 100 and is threaded into piston chamber 82 at the exit from the lower end of housing 61. Piston rod 100 is sized to slide along through metal seal insert 102. However, seal 91 is too large to move through. One function of metal seat insert 102 is to hold seal 91 within piston chamber 82. Flexible seal ring 104 and retainer ring 103 are preferably positioned on the end of insert 102 within chamber 82. Flexible seal ring 104 is dimensioned to engage metal seat surface 99 of seal 91 and to form a fluid barrier with this. Flexible sealing ring 104 is installed to provide a metal-to-metal seal 99.

Flens 41 er maskineri på det ytre av beljeningsrøret 40 for å passe med ringrommet 50. Flensen 41 har et generelt sirkulært tverrsnitt unntatt ei flate 42 og innskjæring 43 maskinert på motsatte side av denne. Flata 42 gir klaring for stempelstanga 100 for å strekke seg gjennom ringåpning 50 forbi flens 41. Den nedre enden av stempelstanga 100 er i inngrep med lastring 106 når den er dimensjonert for å passe rundt det ytre av betjeningsrøret 40 innenfor ringrommet 50. Lastring 106 har gjengete hull 107 og 108, diametralt motsatt hverandre. Hullet 107 er anbrakt for å motta gjenger 105 av stempelstanga 100. Hullet 108 er anbrakt for å motta pinne 109 som har liknende gjenger 105. Innrettingspinne 109 er dimensjonert for å passe innenfor utsparing 43. Pinne 109 og åpning 43 samarbeider for å forhindre rota-sjon av lastring 106 i forhold til betjeningsrøret 40. Stempelet 90 kan gi krefter til lastringen 106 som er overført til betjeningsrøret 140 for å åpne ventillukkeorganet 31. Ei motsatt kraft påtrykkes lastringen 106 ved forankringsmidler eller fjær 54 for å bevege betjeningsrøret 40 og tillate ventillukkeorganet 31 å beveges til sin lukkete stilling. Lastring 106 er også anbrakt mellom flens (første skulder) 41 og koplingsmidler (andre skulder) 70 på det ytre av betjeningsrøret 40. Flange 41 is machined on the outside of casing pipe 40 to fit with annulus 50. Flange 41 has a generally circular cross-section except for a surface 42 and notch 43 machined on the opposite side thereof. The flat 42 provides clearance for the piston rod 100 to extend through the annular opening 50 past the flange 41. The lower end of the piston rod 100 engages the loading ring 106 when it is sized to fit around the outside of the operating tube 40 within the annulus 50. The loading ring 106 has threaded holes 107 and 108, diametrically opposite each other. The hole 107 is arranged to receive threads 105 of the piston rod 100. The hole 108 is arranged to receive pin 109 which has similar threads 105. Alignment pin 109 is sized to fit within recess 43. Pin 109 and opening 43 cooperate to prevent rota- tion of the loading ring 106 in relation to the operating tube 40. The piston 90 can provide forces to the loading ring 106 which is transferred to the operating tube 140 to open the valve closing member 31. An opposite force is applied to the loading ring 106 by anchoring means or spring 54 to move the operating tube 40 and allow the valve closing member 31 to be moved to its closed position. Loading ring 106 is also placed between flange (first shoulder) 41 and coupling means (second shoulder) 70 on the outside of operating tube 40.

Forankringsmidler eller fjær 54 er båret på det ytre av betjeningsrøret 40 i fjærkammer 53 som er en del av ringrom 60. Fjærkammer 53 er definert i del ved skulder 62a og i den indre diameter av husdel 62. Forankringsmidler 54 påtrykker kraft for å bevege betjeningsrøret 40 langsgående motsatt fra krafta fra styringsfluidtrykket i stempelkammer 82 som virker på stempelet 90. Når styringsfluidtrykk i kammer 82 senkes under en forhåndsbestemt ventilfjær 54 beveges betjeningsrøret 40 på langs oppover for å tillate ventillukkeorganet 31 å returnere til sin andre, lukkete stilling. Fjær 35 tvunnet rundt hengsel 34 hjelper i å bevege klaffene 31 til lukket stilling. Anchoring means or spring 54 is carried on the outside of the operating tube 40 in spring chamber 53 which is part of annulus 60. Spring chamber 53 is defined in part by shoulder 62a and in the inner diameter of housing part 62. Anchoring means 54 apply force to move operating tube 40 longitudinally opposite to the force from the control fluid pressure in piston chamber 82 acting on the piston 90. When control fluid pressure in chamber 82 is lowered below a predetermined valve spring 54, the operating tube 40 is moved longitudinally upward to allow the valve closing member 31 to return to its second, closed position. Spring 35 twisted around hinge 34 assists in moving the flaps 31 to the closed position.

Betjeningsrøret 40 kan utføres for å tillate fjær 54 å være direkte i kontakt med en skulder ved sitt ytre. En slik utførelse er ofte brukt i kommersielt tilgjengelige brønnsikringsventiler. Sammentrykking av fjær 54 (fig. 2b) og ekspensjon av fjær 54 (fig. 3) produserer torsjons-krefter i tillegg til de langsgående kreftene. Derfor er lager 120 anbrakt på det ytre av betjen-ingsrøret 40 mellom lastringen 106 og fjæra 54. Lager 120 isolerer torsjonskrafta generert ved fjær 54 fra betjeningsrøret 40 og stempel 90. The operating tube 40 may be designed to allow spring 54 to be in direct contact with a shoulder at its exterior. Such a design is often used in commercially available well safety valves. Compression of spring 54 (Fig. 2b) and expansion of spring 54 (Fig. 3) produce torsional forces in addition to the longitudinal forces. Bearing 120 is therefore placed on the outside of operating tube 40 between load ring 106 and spring 54. Bearing 120 isolates the torsional force generated by spring 54 from operating tube 40 and piston 90.

Langsgående kraft fra fjæra 54 overføres via lager 120 til lastring 106 og så til første skulder (flens) 41 på det ytre av betjeningsrøret 40. Langsgående kraft fra stempelet 90 over-føres via lastring 106 og lita fjær 57 til andre skulder (fleksibel kopling) 70 på det ytre av betjeningsrøret 40. Longitudinal force from spring 54 is transferred via bearing 120 to loading ring 106 and then to first shoulder (flange) 41 on the outside of operating tube 40. Longitudinal force from piston 90 is transferred via loading ring 106 and small spring 57 to second shoulder (flexible coupling) 70 on the outside of the operating tube 40.

Langsgående krefter for å forandre ventillukkeorganet 31 til åpen stilling initieres ved å framskaffe en forhåndsbestemt mengde av styrefluidtrykk til stempelkammer 82. Stempelet 90 konverterer styringsfluidtrykk til en langsgående kraft som overføres via stang 100 til lastring 106. Ei lita fjær 57 er posisjonert mellom fleksibel kopling 70 og lastring 106. Langsgående kraft på lastring 106 via den lille fjær 57 er overført til fleksibel kopling 70. Etter som fleksibel kopling 70 er en integrert del av betjeningsrøret 40, vil den langsgående krafta bevege betjeningsrøret 40 til å åpne ventillukkeorganet 31. Longitudinal forces to change the valve closing member 31 to the open position are initiated by providing a predetermined amount of control fluid pressure to piston chamber 82. The piston 90 converts control fluid pressure into a longitudinal force which is transmitted via rod 100 to loading ring 106. A small spring 57 is positioned between flexible coupling 70 and loading ring 106. Longitudinal force on loading ring 106 via the small spring 57 is transferred to flexible coupling 70. As flexible coupling 70 is an integral part of the operating tube 40, the longitudinal force will move the operating tube 40 to open the valve closing member 31.

Til samme tid som lastring 106 utøver ei langsgående kraft på den fleksible koplingen 70, vil den langsgående krafta også utøves på fjær 54 via lager 120 og flens 119. Holdemuffe 118 er generelt sylindrisk og dimensjonert for å passe rundt betjeningsrør 40 og fleksibel kopling 70. Flens 119 på det ytre av holdemuffe 118 gir hvile for lager 120. Fjæra 54 er i kontakt med bunnen av flensen 119 og lager 120 på toppen. På denne måten blir vrikrefter fra sammenpressing av fjæra 54 isolert fra stempelet 90. En alternativ utførelse, holdemuffe 118a er vist i fig. 9. At the same time that loading ring 106 exerts a longitudinal force on flexible coupling 70, the longitudinal force will also be exerted on spring 54 via bearing 120 and flange 119. Retaining sleeve 118 is generally cylindrical and sized to fit around operating tube 40 and flexible coupling 70. Flange 119 on the outside of retaining sleeve 118 provides rest for bearing 120. Spring 54 is in contact with the bottom of flange 119 and bearing 120 on top. In this way, twisting forces from compression of the spring 54 are isolated from the piston 90. An alternative embodiment, holding sleeve 118a is shown in fig. 9.

Langsgående kraft for å forandre betjeningsrør 40 i den motsatte retning som tillater ventillukkeorgan 31 å bevege til sin lukkede stilling er gitt primært ved forankringsmidler eller fjær 54. Første styrefluidtrykk i stempelkammer 82 reduseres under en forhåndsbestemt verdi. Fjær 54 kan så ekspandere. Langsgående kraft fra ekspensjonen av fjær 54 ledes til betjeningsrør 40 via flens 119, lager 120, og lastring 106. Under ekspensjon av fjæra 54, er lastringen 106 i kontakt med bunnen av flensen 41 for å returnere betjeningsrøret 40 til dettes andres stilling. Lager 120 isolerer betjeningsrøret 40 og stempel 90 fra vrikraft generert ved ekspensjon av fjær 54. Longitudinal force to change operating tube 40 in the opposite direction allowing valve closing member 31 to move to its closed position is provided primarily by anchoring means or spring 54. First control fluid pressure in piston chamber 82 is reduced below a predetermined value. Spring 54 can then expand. Longitudinal force from the expansion of spring 54 is directed to operating tube 40 via flange 119, bearing 120, and loading ring 106. During expansion of spring 54, loading ring 106 is in contact with the bottom of flange 41 to return operating tube 40 to its other position. Bearing 120 isolates operating tube 40 and piston 90 from twisting force generated by expansion of spring 54.

Stasjonært skrapetetning 45 bæres på det indre av husdelen 61 i nærheten av den øvre enden av betjeningsrøret 40. Stasjonær tetning 45 virker som en skraper eller avfallsbarriere for å forhindre sand eller annet produksjonsavfall fra å komme inn i ringrom 50. Stationary scraper seal 45 is carried on the interior of housing portion 61 near the upper end of operating tube 40. Stationary seal 45 acts as a scraper or waste barrier to prevent sand or other production waste from entering annulus 50.

Om ønskelig kan betjeningsrøret 40 maskineres fra et enkelt stykke av råmateriale eller deler 40a og 40b koplet sammen ved gjenger. Imidlertid krever en slik konstruksjon at det tas hensyn til mange små toleranser for riktig funksjon av betjeningsrør 40 innenfor en langsgående utboring 67. Også under slamlukking av klaff 31, kan betjeningsrøret 40 ødelegges av last ved høyt trykk. Betjeningsrøret 40 som vist i figurene 2a og 2b kompenserer for variasjoner i framstillingstoleranse og gir lettere sammensetting ved hjelp av fleksibel kopling eller koplingsmidler 70. Fleksibel kopling 70 kompenserer også for slamlukkingskrefter. Som best vist i fig. 6, omfatter fleksibel kopling 70 to splittringer 71 og 72. Hver splittring 71 og 72 har et par innoverrettede flenser 73 og 74 som virker med tilhørende utboringer 75 og 76 på betjeningsrørdelene 40a og 40b. Fordypninger 77 og 78 er maskinert i den enden av delene 40a og 40b som vender mot hverandre. Sandbarriere 79 passer innenfor utboring 77 og 78 mellom delene 40 og 40b. Under sammensetting settes ringen 79 inn i fordypning 77. Del 40b blir så posisjonert i nærheten av og på linje med del 40a med ringen 79 delvis anbrakt i fordypning 78. Splittringer 71 og 72 er videre i inngrep med fordypninger 75 og 76. Splittringer 71 og 72 gjør at betjeningsrørdeler 40a og 40b beveges sammen unisont med langsgående utboring 67 og samtidig tillater begrenset bevegelse for å kompensere for de små variasjoner i dimensjonale toleranser mellom betjeningsrør 40 og det indre av huset 60. Under slamlukking kan delen 40b forskyves aksialt en avgrenset mengde, uten å overføre denne krafta til delen 40a eller stempel 90. Holdemuffe 118 er dimensjonert for å gli over det ytre av betjeningsrørdelen 40b og på en sikker måte sørge for at splittringene 71 og 72 gå i inngrep med hverandre. Sandbarrierering 79 begrenser fluidstrømmen mellom tilliggende emner av delene 40a og 40b. Ringen 79 kan framstilles av forskjellige elastomerer og ko-polymerer. Teflonbasert materiale har vist seg å være tilfredsstillende for ringen 79. If desired, the operating tube 40 can be machined from a single piece of raw material or parts 40a and 40b connected together by threads. However, such a construction requires that many small tolerances be taken into account for the correct functioning of operating pipe 40 within a longitudinal bore 67. Also during mud closing of flap 31, operating pipe 40 can be destroyed by loads at high pressure. The operating tube 40 as shown in Figures 2a and 2b compensates for variations in manufacturing tolerance and provides easier assembly by means of flexible coupling or coupling means 70. Flexible coupling 70 also compensates for mud closing forces. As best shown in fig. 6, flexible coupling 70 comprises two splits 71 and 72. Each split 71 and 72 has a pair of inwardly directed flanges 73 and 74 which work with associated bores 75 and 76 on the operating pipe parts 40a and 40b. Recesses 77 and 78 are machined into the ends of the parts 40a and 40b which face each other. Sand barrier 79 fits within boreholes 77 and 78 between parts 40 and 40b. During assembly, the ring 79 is inserted into recess 77. Part 40b is then positioned near and in line with part 40a with the ring 79 partially fitted into recess 78. Split rings 71 and 72 are further engaged with recesses 75 and 76. Split rings 71 and 72 causes operating tube parts 40a and 40b to move together in unison with longitudinal bore 67 and at the same time allows limited movement to compensate for the small variations in dimensional tolerances between operating tube 40 and the interior of housing 60. During mud closure, part 40b can be displaced axially a limited amount, without transferring this force to the part 40a or piston 90. The holding sleeve 118 is dimensioned to slide over the outside of the operating tube part 40b and in a safe way ensure that the split rings 71 and 72 engage with each other. Sand barrier 79 limits the fluid flow between adjacent blanks of parts 40a and 40b. The ring 79 can be produced from various elastomers and copolymers. Teflon-based material has been found to be satisfactory for the ring 79.

For å lette framstilling og sammensetting, er ventilsetet 37 maskinert som en del av husdelen 62 innenfor langsgående utboring 67. Ventilsetet 37 kan framstilles som en separat komponent og settes inn i husdelen 62. Ventilsetet 37 er vist i figurene 2b og 3 og har et sirkulært tverrsnitt. Ventilsetet 37 har ei herdet overflate 140 for å forme en metall-til-metall fluidtetning med tilpasset overflate 141. Kopolymerisk eller fleksibel tetning 147 bæres ved ventilsetet 37 for å framskaffe en sikkerhetsfluidtetning når ventillukkeorganet 31 er i sin andre, lukkende stilling. Et viktig trekk ved ventilsete 37 er strømningskanaler 38 maskinert på indre diameter av husdelen 62. Seteoverflater 140 og 141 av herdet metall er spesielt ønskelig når ventillukkeorganet 31 er utsatt for slamlukking. Fleksible tetningsmidler 147 er spesielt fordelaktig for å gi tett fluidbarriere ved lavt trykk. To facilitate manufacture and assembly, the valve seat 37 is machined as part of the housing part 62 within longitudinal bore 67. The valve seat 37 can be manufactured as a separate component and inserted into the housing part 62. The valve seat 37 is shown in Figures 2b and 3 and has a circular cross section. The valve seat 37 has a hardened surface 140 to form a metal-to-metal fluid seal with an adapted surface 141. Copolymeric or flexible seal 147 is worn at the valve seat 37 to provide a safety fluid seal when the valve closing member 31 is in its second, closed position. An important feature of the valve seat 37 is flow channels 38 machined on the inner diameter of the housing part 62. Seat surfaces 140 and 141 of hardened metal are particularly desirable when the valve closing member 31 is exposed to sludge closing. Flexible sealants 147 are particularly advantageous for providing a tight fluid barrier at low pressure.

Sand eller annet produksjonsavfall som er inneholdt i brønnfluidet har en tendens til å sette seg ut og samles opp i områder med lav fluidstrømsvelositet. Eksempler på slike områder er i toppen av betjeningsrøret 40 når sikringsventilen 30 er åpen og fjærkammer 53. Et flertall av små porter eller strømningsmunnstykker 46 strekker seg gjennom den øvre enden av betjeningsrøret 40. Strømmunnstykket 46 er maskinert med en skarp vinkel i forhold til den langsgående aksen av betjeningsrøret 40 og er jevnt anbrakt rundt omkretsen av dette. En del av brønnfluidet som strømmer gjennom betjeningsrøret 40 vil gå ut via strøm-munn-stykket 46 og skaper turbulent strøm innenfor huset 60 i nærheten. Turbulent strøm ved denne loksasjonen virker til å vaske ut den indre diameteren av huset 60 og å forhindre oppsamling av produksjonsavfall på toppen av skraperingen 45. Antall, størrelse og skrå-vinkel i samband med strømningsmunnstykker 46 kan varieres for å gi den interne dimensjon av sikringsventil 30 og karakteristikk av grunnfluidet som strømmer igjennom denne. Sand or other production waste contained in the well fluid tends to settle out and accumulate in areas of low fluid flow velocity. Examples of such areas are at the top of the operating tube 40 when the relief valve 30 is open and spring chamber 53. A plurality of small ports or flow nozzles 46 extend through the upper end of the operating tube 40. The flow nozzle 46 is machined at a sharp angle to the longitudinal the axis of the operating tube 40 and is evenly placed around the circumference thereof. A part of the well fluid that flows through the operating pipe 40 will exit via the stream-mouth piece 46 and creates a turbulent flow within the housing 60 in the vicinity. Turbulent flow at this location acts to wash out the inner diameter of the housing 60 and to prevent accumulation of production waste on top of the scraper ring 45. The number, size and bevel angle of associated flow nozzles 46 can be varied to provide the internal dimension of the relief valve. 30 and characteristics of the base fluid that flows through it.

Et annet potensielt område for oppsamling av produksjonsavfall er ringrom 50 mellom den indre diameter av huset 60 og den ytre diameter av betjeningsrøret 40. Koplingen 70 med ringen 79 blokkerer brønnfluidstrøm mellom endene av betjeningsrørdelene 40a og 40b. Når sikringsventil 30 er i sin helt åpne stilling som vist i fig. 2b, er nedre ende 49 av betjen-ingsrøret 40 i kontakt med spisset skulder 69 for å forme en fluidbarriere med denne. Fjær 57 (fig. 2,3 og 6) eller alternativt fjær 157 (fig. 9) er posisjonert mellom lastring 106 og koplingsmidler (andre skulder) 70 på det ytre av betjeningsrøret 40. Fjær 57 eller 157 brukes for å beskytte nedre ende 49 av betjeningsrør 40 og spisset skulder 69 under slamåpning av sikringsventil 30. De virker som en dødgangsinnretning for å tillate begrenset bevegelse av lastring 106 i forhold til betjeningsrør 40. Fjær 57 eller 157 styrer mengden av kraft med hvilken den nedre enden 49 er i kontakt med spisset skulder 69. Mengden av kraft er en tilstrekkelig faktor for bestemmelse av tetningskaraktenstikken av fluidbarneren. Pa denne måten minimaliserer den foreliggende oppfinnelse inngangspunktene for brønnfluid som bærer produksjonsavfall i ringrom 50. Another potential area for the collection of production waste is annulus 50 between the inner diameter of the housing 60 and the outer diameter of the operating pipe 40. The coupling 70 with the annulus 79 blocks well fluid flow between the ends of the operating pipe sections 40a and 40b. When safety valve 30 is in its fully open position as shown in fig. 2b, the lower end 49 of the operating tube 40 is in contact with the pointed shoulder 69 to form a fluid barrier therewith. Spring 57 (fig. 2,3 and 6) or alternatively spring 157 (fig. 9) is positioned between the loading ring 106 and coupling means (second shoulder) 70 on the outside of the operating tube 40. Spring 57 or 157 is used to protect the lower end 49 of operating tube 40 and pointed shoulder 69 below mud opening of safety valve 30. They act as a backstop device to allow limited movement of loading ring 106 relative to operating tube 40. Spring 57 or 157 controls the amount of force with which the lower end 49 is in contact with pointed shoulder 69. The amount of force is a sufficient factor in determining the sealing characteristics of the fluid bearing. In this way, the present invention minimizes the entry points for well fluid carrying production waste in annulus 50.

Fjærkammeret 53 er generelt tilpasset med stillestående brønnfluid. Under åpning og lukking av ventilstengemidlene 31 vil fjæra 57 ekspenderes og trykkes sammen innenfor fjærkammer 53. Denne bevegelsen av fjæra 54 vil resultere i noe brønnfluidstrøm inn og ut av fjærkammer 53. Den nedre delen av seksjon 40b er vesentlig redusert til sammenlikning med de andre delene av betjeningsrøret 40 og ventilsetet 37. Derfor, mens betjeningsrøret 40 beveger ventillukkeorganet 31 fra sin lukkete stilling til sin åpne stilling, vil brønnfluid og avfall legges av springfjærkammer 53 via strømningskanaler 38. Dimensjonen for strømnings-kanaler 38 er valgt for å gi mekanisk støtte for delen av betjeningsrøret i nærheten av dette under slamlukking. Fluid vil gå fra fjærkammer 53 når ventillukkemidlet 31 er mellom sin første og andre stilling. Partiet med redusert diameter av seksjonen 40b minimaliserer også muligheten for betjeningsrøret 40 å ødelegge ventilsetet 37 under slamlukking av klaffen 31. The spring chamber 53 is generally adapted to stagnant well fluid. During opening and closing of the valve closing means 31, the spring 57 will be expanded and compressed within the spring chamber 53. This movement of the spring 54 will result in some well fluid flow in and out of the spring chamber 53. The lower part of section 40b is substantially reduced compared to the other parts of the operating pipe 40 and the valve seat 37. Therefore, while the operating pipe 40 moves the valve closing member 31 from its closed position to its open position, well fluid and waste will be deposited by spring chamber 53 via flow channels 38. The dimension of flow channels 38 is chosen to provide mechanical support for the part of the operating pipe in the vicinity of this during mud closure. Fluid will leave the spring chamber 53 when the valve closing means 31 is between its first and second positions. The reduced diameter portion of the section 40b also minimizes the possibility of the operating tube 40 destroying the valve seat 37 during mud closure of the valve 31.

Den foregående beskrivelse har blitt rettet mot en betjeningsrør som åpner et ventillukkeorgan av klafftypen. US-patentskrift 3.860.066 demonstrerer at betjeningsrør 40 kan modifiseres til å åpne og lukke kuletype og fiærstøtteventillukkeorgan i tillegg til klaff 35. Foreliggende oppfinnelse er derfor ikke begrenset til klaffventiler. The foregoing description has been directed to an operating tube which opens a valve closing member of the flap type. US Patent 3,860,066 demonstrates that operating tube 40 can be modified to open and close ball type and spring support valve closing means in addition to flapper 35. The present invention is therefore not limited to flapper valves.

Fig. 7 og 8 viser alternative styreledningadaptere 207 og 208 som kan anvendes for å kople kontroll-linje 26 til hus 60. Begge adapterene 207 og 208 har ytre gjenger for inngrep med gjengekoplinger 229 i husdel 61. Den nedre delen av hvert adapter 207 og 208 former metall-til-metalltetning 209 med det indre av utboret passasje 66 for å forhindre styringsfluid lekkasjer. Styringsledning 26 kan sikres innenfor åpninger 211 og 212 ved sveising, lodding, fine gjenger eller en kombinasjon av disse. Figurene 7 og 8 demonsterer fleksibiliteten ved foreliggende oppfinnelse for å gi forskjellige adaptere mens en holder fluidet tett innenfor metall-til-metalltetning slik som 209. Figs. 7 and 8 show alternative control line adapters 207 and 208 that can be used to connect control line 26 to housing 60. Both adapters 207 and 208 have external threads for engagement with threaded connections 229 in housing part 61. The lower part of each adapter 207 and 208 forms a metal-to-metal seal 209 with the interior of the drilled passage 66 to prevent control fluid leaks. Control cable 26 can be secured within openings 211 and 212 by welding, soldering, fine threads or a combination of these. Figures 7 and 8 demonstrate the flexibility of the present invention to provide various adapters while keeping the fluid tight within a metal-to-metal seal such as 209.

Et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er metall-til-metalltetningen etablert ved seteoverflata 95 av tetningsmontasje 91 i kontakt med seteoverflata 83 av passasje 80 når sikringsventil 30 er i sin andre, lukkete stilling. Se fig. 3. Fig. 9 viser anvendelsen av ei ekstra kraftig fjær 157 mellom lastring 106 og fleksibel kopling (andre skulder) 70 på det ytre av betjeningsrøret 40. Fjæra 157 omfatter et flertall av Belleville pakninger for å gi ytterligere kraft på betjeningsrør 40 for å hjelpe med å holde seteoverflata på nedre ende 49 og spissete skuldre 69 i tett fluidkontakt. Koblingen 70 på fig. 9 viser en modifisert holdemuffe 118a. Flens 119 er blitt eliminert i forhold til holdemuffa 118 på fig. 2b, 3 og 6. Utførelsen vist i fig. 9 tillater fjær 54 å være i direkte kontakt med lager 120. Avhengig av installasjonsdybde, brønnkasser (gass eller væske) og styrerørfluid, kan fjær 157 og holdemuffe 118a tilby forbedret ytelse sammenliknet med fjær 57 og holdemuffe 118 med flens 119. Mange varianter av tetningsmontasje 91 av stempelet 90 er gjort mulig ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Tetningsmontasje 91 kan lett modifiseres for å store variasjoner i brønnomgivelsene. Fjær-belastete stempelringer 98 er brukt for å minimalisere skraping med konet innsidediameter 82a. Tre stempelringer 98 er vist i tegningene. Dette antallet kan reduseres eller økes etter ønske i spesifikke brønntilstander og styringslinjefluider. Videre kan en eller flere stempelringer 98 erstattes av elastomerisk eller polymerisk tetningsring. Ryton- eller teflonbaserte komponenter kan anvendes for noen applikasjoner. An important feature of the present invention is the metal-to-metal seal established at the seat surface 95 of seal assembly 91 in contact with the seat surface 83 of passage 80 when safety valve 30 is in its second, closed position. See fig. 3. Fig. 9 shows the use of an extra strong spring 157 between the loading ring 106 and flexible coupling (second shoulder) 70 on the outside of the operating tube 40. The spring 157 includes a plurality of Belleville gaskets to provide additional force on the operating tube 40 to help by keeping the seat surface on the lower end 49 and pointed shoulders 69 in tight fluid contact. The coupling 70 in fig. 9 shows a modified holding sleeve 118a. Flange 119 has been eliminated in relation to holding sleeve 118 in fig. 2b, 3 and 6. The embodiment shown in fig. 9 allows spring 54 to be in direct contact with bearing 120. Depending on installation depth, well cases (gas or liquid) and control tubing fluid, spring 157 and retainer sleeve 118a may offer improved performance compared to spring 57 and retainer sleeve 118 with flange 119. Many variations of seal assembly 91 of the piston 90 is made possible by means of the present invention. Seal assembly 91 can be easily modified for large variations in the well environment. Spring-loaded piston rings 98 are used to minimize scraping with tapered inside diameter 82a. Three piston rings 98 are shown in the drawings. This number can be reduced or increased as desired in specific well conditions and control line fluids. Furthermore, one or more piston rings 98 can be replaced by an elastomeric or polymeric sealing ring. Ryton or Teflon based components can be used for some applications.

Tetning 91a i fig. 10 viser anvendelsen av U-kopp tetninger (Vari-tetninger) 220 og 221 på motsatte ender av denne. U-kopptetniriger 220 og 221 er i utførelse og konstruksjon lik skrapering 45.1 spesielle tøffe omgivelser vil disse hjelpe med å vaske innsidediameter 82 under bevegelse av stempelet 90. U-kopptetninger 220 og 221 kan også fungere som en sikkerhet for metall-til-metallseteoverflater 95 og 99 på samme måte som før beskrevet elastisk (teflon) tetningsringer 97 og 104. Anvendelsen av en eller begge U-kopptetninger er valgfritt avhengig av brønntilstandene. U-kopptetning 221 er til hjelp for å forhindre gass-inngang i kontrollrør 26 under gang av stempelet 90 mellom første åpen stilling og andre lukket stilling. Seal 91a in fig. 10 shows the use of U-cup seals (Vari-seals) 220 and 221 on opposite ends thereof. U-cup seals 220 and 221 are similar in design and construction to scraper ring 45.1 particularly harsh environments, these will help wash inside diameter 82 during movement of piston 90. U-cup seals 220 and 221 can also act as a safety for metal-to-metal seating surfaces 95 and 99 in the same way as previously described elastic (Teflon) sealing rings 97 and 104. The use of one or both U-cup seals is optional depending on the well conditions. U-cup seal 221 is helpful in preventing gas entry into control tube 26 during operation of the piston 90 between the first open position and the second closed position.

For noen brønnhullomgivelser (gassbrønner med høyt trykk), kan en komplett fluidtett barriere mellom ringrom 50 og langsgående strømpassasje 67 utsette betjeningsrør 40 for store diferensialtrykk. Forskjellig modifikasjoner av betjeningsrør 40 og tilhørende tetning gjør det mulig å tillate trykkutjevning hvis ønskelig. Disse modifikasjonene omfatter å plassere ett eller flere små munnstykker (ikke vist) i nedre ende 49 eller bore en eller flere små hull (ikke vist) radialt gjennom den reduserte diameter delen av seksjonen 40b. Disse modifikasjonene kan dimensjoneres for å forhindre vesentlig fluidstrøm inn i ringrommet 50. For some wellbore environments (high-pressure gas wells), a complete fluid-tight barrier between annulus 50 and longitudinal flow passage 67 may expose operating pipe 40 to large differential pressures. Various modifications of operating tube 40 and associated seal make it possible to allow pressure equalization if desired. These modifications include placing one or more small nozzles (not shown) in lower end 49 or drilling one or more small holes (not shown) radially through the reduced diameter portion of section 40b. These modifications can be sized to prevent significant fluid flow into the annulus 50.

Den forutgående skrevne beskrivelsen forklarer bare noen utførelser av foreliggende oppfinnelser. Fagfolk på området vil lett se andre modifikasjoner og varianter som ligger innenfor oppfinnelsens rekkevidde. The foregoing written description explains only some embodiments of the present inventions. Those skilled in the art will readily see other modifications and variations that are within the scope of the invention.

Claims

A surface-operated well safety valve for controlling a fluid flow through a well pipe, such as a production pipe, comprising a tubular housing (60) with a through central bore (67); a valve element (31) mounted in the housing to move between a first position allowing fluid flow through the central bore and a second position closing fluid flow; an operating tube (40), slidably disposed in the bore in a first direction to move the valve member from its second position to its first position, and in a second direction, opposite to the first direction, to allow the valve member to move from its first position to its second position; a ring (106) and means for retaining this on the operating tube; a cylinder bore placed in the housing at a radial distance from and parallel to the central bore, a piston (90) placed in the cylinder bore to move the operating tube in the first direction under the influence of control fluid pressure from the surface, the piston being connected to said ring; and a spring device (57) tensioned between a shoulder in the housing's axial bore and the ring to move the operating tube in the other direction, characterized in that an axial bearing (120) is placed on the operating tube (40) between the ring (106) and the spring device ( 57), so that the bearing isolates the ring against turning forces; and in that the operating tube comprises at least two sections (40a, 40b), means (70, 75, 76) at adjacent section end portions for connecting the sections with a small axial clearance, and means (77-79) for sealing between adjacent ends of the sections , so that the operating tube is limited in flexibility within the bore (67).