NO179420B - Overflatestyrt brönnsikringsventil - Google Patents

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.

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.

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:

US-Patent 4.378.931 viser en overflatestyrt brønnsikringsventil som opereres ved en hydraulisk stempelmotor eller stempel montert på utsida av sikringsventilhuset.

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:

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.

Foregående opplistete patentskrifter er tatt med for referanse i forbindelse med denne søknaden.

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.

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.

Oppfinnelsens formål oppnås med en anordning med trekk som angitt i den karakteriser-ende delen av patentkravet.

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.

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.

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,

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. 3 brønnsikringsventilen vist i fig. 2a i langsgående tverrsnitt med deler tatt bort og i stengt stilling,

fig. 4 et tverrsnitt tatt langs linja 4 -4 i fig. 3,

fig. 5 et forstørret tverrsnitt med deler latt bort som viser forbedret stempelmidler anbrakt fra betjeningsrøret,

fig. 6 er en forstørret ortografisk projeksjon av komponentene ved stempelmidlene, lageret og den fleksible koplingen,

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. 8 en forstørret tverrsnitt med deler tatt bort som viser et andre adapter for kopling til styringsrørledning til brønnsikringsventilen i 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. 10 et tverrsnitt med deler tatt bort som viser alternative stempelmidler sammenliknet med 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (1)

1. Overflatestyrt brønnsikringsventil for å kontrollere en fluidstrøm gjennom et brønnrør, så som et produksjonsrør, omfattende et rørformet hus (60) med en gjennomgående, sentral boring (67); et ventilelement (31) montert i huset for å beveges mellom en første stilling som tillater fluidstrøm gjennom den sentrale boringen, og en andre stilling som stenger for fluidstrøm; et betjeningsrør (40), anordnet glidbart i boringen i en første retning for å bevege ventilelementet fra dets andre stilling til dets første stilling, og i en andre retning, motsatt av den første retning, for å tillate at ventilelementet beveger seg fra dets første stilling til dets andre stilling; en ring (106) og midler for fastholdelse av denne på betjeningsrøret; en sylinderboring anbrakt i huset i radial avstand fra og parallelt med den sentrale boringen, et stempel (90) anbrakt i sylinderboringen for å bevege betjeningsrøret i den første retingen under påvirkning av styrefluidtrykk fra overflata, idet stempelet er forbundet med nevnte ring; og en fjæranornding (57) spent mellom ei skulder i husets aksiale boring og ringen for å bevege betjeningsrøret i den andre retningen, karakterisert ved at et aksiallager (120) er anbrakt på betjeningsrøret (40) mellom ringen (106) og fjær-anordningen (57), slik at lageret isolerer ringen mot dreiningskrefter; og ved at betjeningsrøret omfatter minst to seksjoner (40a, 40b), midler (70, 75, 76) ved nærliggende seksjoners endepartier for sammenkopling av seksjonene med en liten aksial klaring, og midler (77-79) for tetning mellom nærliggende ender av seksjonene, slik at betjeningsrøret er begrenset bøyelig innenfor boringen (67).