NO20101465L - Undersjoisk sikkerhetsventil med flere fjaerer - Google Patents

Abstract

En brønnsikringsventil oppviser vertikalt stablede fjærer som hver er uavhengig understøttet i ventilhuset og som hver har en motstående ende som ligger an mot en skulder forbundet med strømningsrøret. Montert på denne måten blir deres påførte kraft additiv ettersom de i virkeligheten er montert i parallell mellom huset og strømningsrøret for å overvinne hydrostatisk trykk ved dypvanns-installasjoner som kan overskride 20.000 fot. Stablingen gjør det også mulig å maksimalisere strømningsarealet til strømningsrøret for en gitt ytre diameter av huset, bestemt av brønnforholdene.

Description

TEKNISK OMRÅDE

Det tekniske området for denne oppfinnelsen er brønnsikringsventiler, og mer spesielt de som er ment for bruk i dypvannsapplikasjoner hvor lukking avhenger av å overvinne hydrostatisk trykk i en brønn.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Brønnsikringsventiler blir vanligvis brukt til å hindre uønsket strømning fra å nå overflaten og forårsake en skadelig tilstand. En vanlig konstruksjon innebærer en klaffventil som blir holdt åpen ved hjelp av et strømningsrør. En styreledning fra overflaten strekker seg til et stempel i huset til sikringsventilen som er koblet til strømningsledningen. Påført trykk på stempelet forskyver strømningsrøret ned mot en klaffventil som roterer omkring en svingtapp som vanligvis er fjærbelastet. Det fremførte strømningsrøret kommer ned foran den roterte klaffventilen, og sikker-hetsventilen forblir i den åpne stillingen så lenge trykket blir opprettholdt i styreledningen fra overflaten. Handlingen med å åpne sikringsventilen ved å bevege strømningsrøret komprimerer også en lukkefjær. Lukkefjæren er utformet for å overvinne det forventede hydrostatiske trykket i styreledningen såvel som friksjons-motstand i stempelpakningene og vekten av deler. Når dybden av plasseringen blir større, slik som dybder i størrelsesorden 15.000 til 20.000 fot og mer, øker den kraften som er nødvendig for at lukkefjæren skal overvinne det forventede hydrostatiske trykket, dramatisk.

Det er konstruksjonsparametere som påvirker dimensjonen til lukkefjæren for å håndtere økende hydrostatiske trykk som er tilstede ved anvendelser på større dybder. Det er en endelig grense for lengden av ventilhuset som skal være i stand til å få det i posisjon. En løsning for å forkorte lengden av ventilen var å bruke en rekke kortere fjærer mellom to punkter som hvert er ført omkring en stang, som illustrert i US-patent 5,564,675. Ett av problemene med denne konstruksjonen er at den minsket strømningsarealet til strømningsrøret en gitt ytre dimensjon av ventilhuset for å få en slik fjærenhet til å passe inn i huset. En annen løsning som benytter en innbyggingssikringsventil som lander på en landekrage, var å separere fjærene fra ventillegemet for bare å låse dem sammen når ventillegemet var plassert nede i hullet på landekragen. Denne konstruksjonen som er vist i US-patent 4,524,830 benyttet en 90 graders kuleventil og en kompleks landekragekonstruksjon som fremdeles måtte redusere strømningsarealet gjennom ventilen for å gi plass for det fjærbelastede forbindelsesleddet mellom fjærenheten og det separate ventillegemet. Andre utforminger av sikringsventiler som ikke benytter klaffventiler og har flere fjærer for forskjellige formål, er vist i US-patentene 3,889,751 og 4,428,557.

Foreliggende oppfinnelse virker innenfor konstruksjonsbegrensningene for å maksimalisere størrelsen av strømningspassasjen i sikringsventilens strømningsrør mens den er begrenset av den ytre dimensjonen av brønntilstander og likevel ha nok kraft til å overvinne det hydrostatiske trykket i en dypt innsatt sikringsventil. Fjærer blir uavhengig understøttet i ventilhuset og er gruppert i en vertikal stabel for hver å skyve mot strømningsrøret og det hydrostatiske trykket som påfører en nedadrettet kraft som har en tendens til å holde ventilen åpen. Ved fjerning av påført trykk er fjærenheten sterk nok til å overvinne hydrostatisk trykk som er i brønnen eller i en styreledning i installasjoner med sikringsventilen montert ved dyp som kan overskride 20.000 fot, med minimal eller ingen reduksjon i strømningsarealet gjennom strømningsrøret.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

En brønnsikringsventil som omfatter vertikalt stablede fjærer som hver blir uavhengig understøttet i ventilhuset, eller ventilhusene, og som hver har en motstående ende som ligger an mot en skulder forbundet med strømningsrøret, blir beskrevet. Montert på denne måten blir deres samlede kraft additiv ettersom de i virkeligheten er montert i parallell mellom huset og strømningsrøret for å overvinne hydrostatisk trykk i dypvannsanvendelser som kan overskride 20.000 fot. Stablingen tillater også at tverrsnittsarealet til strømningsrøret kan maksimaliseres for en gitt ytre diameter av huset bestemt av brønntilstandene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en skisse i tverrsnitt gjennom en sikringsventil i en lukket stilling med fjærene utstrakt; og fig. 2 er skissen på fig. 1 med fjærene sammentrykket og sikringsventilen i

den åpne stillingen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMEN

Fig. 1 viser en husenhet 10 med anlegg 12 og 14 på hvilken henholdsvis fjærer 16 og 18 er understøttet. Et strømningsrør 20 har en gjennomgående passasje 22 og en nedre ende 24 som er anordnet nær en flens 26 som er vist mot sitt sete 28. Fjærer 16 og 18 som når de er sammentrykket av påført trykk i en styreledning som driver et stempel forbundet med strømningsrøret 20 (ingen av disse, bortsett fra strømningsrøret 20, er vist ettersom deres utforming er kjent for fagkyndige på området og som ikke er noen sentral del av oppfinnelsen) er skjøvet inn i kompresjon ved nedadrettet bevegelse av strømningsrøret 20 som beveger skuldre 30 og 32 for å skyve klaffventilen 26 bort fra dens sete 28. Sålenge trykket blir opprettholdt i styreledningen (ikke vist), vil fjærene 16 og 18 forbli komprimerte. Hvis trykket blir frigjort eller lekker ut av styreledningen og/eller kommer forbi det tilhørende stemplet (ikke vist), vil den kraften som overføres av fjærene 16 og 18, bli sterk nok til å skyve strømningsrøret 20 i opphullsretningen for å tillate klaffventilen 26 å komme opp mot setet 28. Ved dypvannsanvendelser vil kraften være stor nok fordi den kraften som overføres av fjærene 16 og 18 vil være additive ettersom de begge skyver opp strømningsrøret 20 ved uavhengig å skyve mot sine respektive skuldre 30 og 32 som strekker seg bort fra strømningsrøret 20.

Selv om to stablede fjærer er vist, kan mer enn to fjærer brukes. Stablingen av fjærene muliggjør forsterkning av kraften som virker mot det hydrostatiske trykket i styreledningen mens passasjen 22 tillates å være så stor som mulig for en gitt begrensning av den ytre diameteren til husenheten 10 i det omgivende brønnhullet. Selv om skruefjærer er illustrert, kan andre fjærtyper slik som Bellville-paknings-stabler alternativt brukes. Husenheten 10 såvel som strømningsrøret 20 kan være laget i ett stykke eller kan være modulære med gjengeforbindelser som illustrert på fig. 1 og 2.

Fig. 2 illustrerer fjærene 16 og 18 sammentrykket og klaffventilen 26 bak strømningsrøret 20 og bort fra sitt sete 28.

Beskrivelsen ovenfor er illustrert ved hjelp av den foretrukne utførelsesformen, men mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis omfang skal bestemmes av det bokstavelige og ekvivalente omfanget av de etterfølgende patentkravene.

Claims (17)

1. Ventil for brønnhullsbruk, omfattende: minst et hus med en gjennomgående strømningsbane; et ventilorgan montert og underkastet en forspenningsenhet for selektivt å åpne og lukke strømningsbanen; hvor forspenningsenheten omfatter et antall forspenningsorganer anordnet i en hovedsakelig aksial orientering i huset, og hver understøttet i nærheten av en ende av huset og operativt koblet til ventilorganet i nærheten av en motstående ende.

2. Ventil ifølge krav 1, hvor: forspenningsorganene omfatter fjærer; hvor fjærene er anordnet på utsiden av strømningsbanen.

3. Ventil ifølge krav 1, hvor: forspenningsorganene omfatter fjærer; fjærene er skruefjærer.

4. Ventil ifølge krav 1, hvor: forspenningsorganene omfatter diskrete fjærer i aksial innretning, den ene over den andre; hvor ventilorganet er definert av et strømningsrør med fjærene liggende direkte an mot eller indirekte an mot strømningsrøret.

5. Ventil ifølge krav 4, hvor: strømningsrøret betjener en klaffventil som roterer en kvart omdreining.

6. Ventil ifølge krav 4, hvor: strømningsbanen strekker seg gjennom strømningsrøret og hvor fjærene er montert på utsiden av strømningsrøret.

7. Ventil ifølge krav 4, hvor: fjærene overvinner en hydrostatisk kraft som virker på strømningsrøret ved monteringsdybder av huset på dyp større enn 20.000 fot.

8. Ventil ifølge krav 4, hvor: huset og strømningsrøret er modulære.

9. Ventil ifølge krav 4, hvor: huset og strømningsrøret hver er laget i ett stykke.

10. Ventil ifølge krav 1, hvor: forspenningsorganene omfatter fjærer; hvor antallet fjærer omfatter to fjærer.

11. Ventil ifølge krav 2, hvor: fjærene er skruefjærer.

12. Ventil ifølge krav 11, hvor ventilorganet er avgrenset av et strømningsrør med fjærene liggende direkte eller indirekte an på strømningsrøret.

13. Ventil ifølge krav 12, hvor: strømningsrøret opererer en klaffventil som roterer en kvart omdreining.

14. Ventil ifølge krav 13, hvor: strømningsbanen strekker seg gjennom strømningsrøret og fjærene er montert på utsiden av strømningsrøret.

15. Ventil ifølge krav 14, hvor: fjærene overvinner en hydrostatisk kraft som virker på strømningsrøret ved monteringsdybder for huset på mer enn 20.000 fot.

16. Ventil ifølge krav 15, hvor: huset og strømningsrøret er modulære.

17. Ventil ifølge krav 16, hvor: antallet fjærer omfatter to fjærer.