NO20110678A1

NO20110678A1 - Ventilskafttetning

Info

Publication number: NO20110678A1
Application number: NO20110678A
Authority: NO
Inventors: Oystein Mogedal; Bengt Dahlborg; Nick Newlands; Olle Safvenberg
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-12
Also published as: CN103534522A; US9194511B2; GB2504246A; RU2606714C2; CN103534522B; GB2504246B; AU2012254230B2; NO334295B1; RU2013153194A; GB201319946D0; MY166664A; WO2012154056A1; AU2012254230A1; BR112013028963B1; US20140084199A1; BR112013028963A2

Abstract

Oppfinnelsen tilveiebringer en ventil som vil være nyttig som en produksjonsventil i eller være koplet til et produksjonstre undervann, og annen liknende bruk under eller over vann. Ventilen omfatter et ventilelement, et trykkhus for ventilelementet, en aktuator og en stang og en kappe. Aktuatoren vil via stangen kunne være operativt anordnet for å lukke eller åpne en fluidpassasje gjennom ventilelementet. Kappen vil kunne omslutte stangen og vil være forbundet til trykkhuset for ventilelementet og tetninger vil være anordnet mellom stangen og kappen for å kunne tette igjen mot trykket i trykkhuset for ventilelementet. Ventilen utmerker seg ved at ventilen vil være omfattet av minst en tetning for å kunne tette mellom stangen og kappen, denne tetningen vil ha identisk innvendig tetningsdiameter mot stangen og utvendig tetning mot et enkelt legeme eller et element av kappen.

Description

TETNINGSANORDNING FOR VENTILSTANG

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder ventiler, som er nyttige for å kunne stenge av eller åpne opp for fluid under høyt trykk, slik som en produksjons ventil for tilkobling eller integrering med et undervanns XT (ventiltre) for produksjon av olje og gass. Mer spesifikt gjelder oppfinnelsen tetninger for undervannsventiler, for å kunne gjøre regulering av produksjon av olje og gass, så vel som tetninger for liknende ventiler.

Oppfinnelsens bakgrunn og tidligere teknikk

Produksjon av olje, kondensat og gass fra reservoarer som befinner seg under vann, vil i større og større grad være fra brønnhoder som har blitt plassert på havbunnen. Et undervanns XT (ventiltre) vil være plassert på slike brønnhoder, og tilveiebringer ventiler for å kunne gjøre regulering mellom brønnhodet og strupeventilen. XT-ventiler vil typisk være enten åpne eller lukkede for produksjonsflyt. Ventilene vil vanligvis være sluseventiler, som vil bli regulert via en resiprokerende funksjon på en aktuator. Aktuatoren vil kunne være utformet som et fjærbelastet stempel, der stempelstangen blir forlenget for å kunne åpne ventilen når hydraulisk trykk eller elektrisk kraft blir påført aktuatoren.

Stempelstangen vil typisk være koaksial med ventilstangen, og nevnte elementer opererer som ett element og de vil kunne være ett enkelt element eller vil kunne være delt opp i seksjoner. Ventilstangen forbinder aktuatoren til et ventilelement, ofte betegnet som en sluse, i et trykk-hus som inneholder ventilelementet. Minst en del av ventilstangen vil være eksponert for trykket i ventilens trykk-hus, da denne vil kunne bli forlenget inn i det nevnte trykk-huset. Ventilstangen vil kunne være av én enkelt lengde eller av flere koaksiale lengder.

Tetning mot det trykket som er inne i ventilhuset vil finne sted mellom ventilstangen og en kappe som omringer ventilstangen. I en typisk tetningsanordning vil tetningene kunne være omfattet av primære og sekundære dynamiske tetninger, og dessuten av ytterligere tetninger. For tiden vil den sekundære tetningen kunne bli holdt i en bærer. Dette resulterer i et behov for en statisk tetning på bærerens ytre diameteroverflate, mot kappen. En slik tidligere teknikks utforming har blitt utviklet i løpet av de vurderingene som har blitt gjort med hensyn til montering, vedlikehold og utskiftning. Tidligere teknikks utforminger fører imidlertid til at det blir flere tetninger med forskjellig utforming, geometri og trykk-integritet, noe som resulterer i en omfangsrik og kompleks tetningsanordning som tilveiebringer for flere lekkasjeveier, og som gjør testing og kvalifisering av hver tetning svært vanskelig. Det vil derfor være et behov for en ny tetningsanordning for ventilstenger, som vil kunne tilveiebringe forbedringer med hensyn til antall og lengde på lekkasjeveiene, antall forskjellige utforminger og geometrier, og som vil kunne tilveiebringe forenklet tetningsanordning, forlenget levetid og som vil kunne tillate mindre dimensjoner og forenklinger med hensyn til testing, kvalifisering og vedlikehold. Formålet med den foreliggende oppfinnelsen vil være å kunne møte dette behovet.

Sammendrag av oppfinnelsen

Behovet vil være imøtekommet med en ventil i henhold til oppfinnelsen.

Mer spesifikt vil oppfinnelsen tilveiebringe en ventil som er nyttig som en produksjonsventil i eller koblet til et produksjonstre under vann, samt annen liknende bruk under eller over vann, der ventilen vil være omfattet av et ventilelement, et trykkhus for ventilelementet, en aktuator, en stang og en kappe. Aktuatoren vil via stangen kunne være operativt anordnet for å kunne lukke eller åpne en fluidpassasje gjennom ventilelementet, kappen vil omslutte stangen og vil kunne være forbundet med trykkhuset for ventilelementet, og tetninger vil kunne være anordnet mellom stangen og kappen for å kunne tette igjen mot det trykket som er fra trykkhuset for ventilelementet. Ventilen vil utmerke seg på den måten at ventilen vil være omfattet av minst én tetning for å kunne tette igjen mellom stang og kappe, der tetningen vil kunne ha en identisk innvendig tetningsdiameter mot stangen og en utvendig tetning mot ett enkelt legeme eller et element av kappen.

Fortrinnsvis vil tetningselementene, for å kunne få til en tetning av stangen mot kappen, ha samme innvendige og utvendige tetningsdiameter, slik som i en enkelt tetning og en miljøtetning anordnet mellom ventilstangen og det enkelte legemet eller det enkelte elementet av kappen; eller primære tetninger, sekundære tetninger og miljøtetninger anordnet mellom ventilstangen og det enkelte legemet eller elementet av kappen. Alle tetninger vil fortrinnsvis være identiske. Dette vil redusere antall tetningsgeometrier og forenkle testing og vedlikehold. Alternativt vil forskjellige tetningsgeometrier kunne bli anvendt.

På den siden som er bort fra trykkhuset og i den retningen som er bort fra trykkhuset, vil hver av de enkelte tetningene eller de primære og sekundære tetningene fortrinnsvis være støttet opp av en støttemekanisme som består av en støttering etterfulgt av en segmentert lastring etterfulgt av en tilbakeholdelsesring. I kombinasjon, betegnes støtteringen, lastringen og tilbakeholdelsesringen som henholdsvis primære og sekundære støttemekanismer for utførelsesformer av ventiler som har primære og sekundære tetninger. Støtteringen på den aksiale overflaten som er vendt bort fra trykkhuset, vil fortrinnsvis være skråstilt utover, der den motstilte aksiale overflaten til den segmenterte lastringen vil være tilsvarende skråstilt innover. Den segmenterte lastringen på den aksiale flaten som er vendt bort fra trykkhuset omfatter en aksial overflate som er skråstilt innover, og den motstilte aksiale overflaten til tilbakeholdelsesringen omfatter en aksial overflate som på tilsvarende måte vil være skråstilt utover. Skråstilt utover betyr at det er en normalvektor rettet ut fra overflaten til det relevante elementet som peker som utover fra ventilstangens akse, som er divergerende og vendt bort fra ventilstangens akse. Skråstilt innover betyr at det er en normalvektor rettet ut fra overflaten til det relevante elementet som peker innover mot aksen for ventilstangen, som er konvergerende for ventilstangens akse, slik at slike innovervendte normalvektorer vil kunne møtes på stammens akse. Slike normalvektorer vil kunne sies å ligge i et kjegleplan, hvormed vektorer som er skråstilt innover vil peke mot kjeglespissen, mens vektorer som er skråstilt utover vil peke bort fra kjeglespissen. Grunnet nevnte skråstillinger, vil aksiale krefter på tetningene og støttemekanismene tilveiebringe en kraftkomponent som presser den segmenterte lastringen mot kappen eller kappeelementet, og en utstikker rundt den segmenterte lastringens utvendige overflate vil bli presset inn i en tilpasset fure rundt den innvendige overflaten på kappen eller kappeelementet. Denne anordningen vil kunne sikre at svært sterke krefter, som vil være tilsvarende mange hundre bar, vil kunne bli håndtert av tetningsanordningen for ventilstangen uten at materiale vil bli ekstrudert, at det det oppstår uønskede forskyvninger eller rotasjoner av elementer eller fluidlekkasjer.

Fortrinnsvis vil den segmenterte lastringen kunne være omfattet av en utstikker rundt den radiale utvendige overflaten, der utstikkeren passer inn i en tilpasset fure rundt kappen eller kappeelementets indre overflate, furen vil være dypere enn utstikkerens høyde. Furen vil fortrinnsvis ha aksiale sideoverflater, og utstikkeren vil ha aksiale sideoverflater. Disse aksiale sideoverflatene tilveiebringer aksial støtte.

Den segmenterte lastringen i tverrsnitt, vil fortrinnsvis ha en kilelignende form. Det bredeste partiet av kilen vil være på den øvre radiale utvendige overflaten, slik at aksiale krefter som virker på den segmenterte lastringen vil tilveiebringe en kraftkomponent som presser den segmenterte lastringen mot kappen eller kappeelementet, og utstikkeren til den segmenterte lastringen vil bli presset inn i kappen eller kappeelementets fure.

Fortrinnsvis vil tilbakeholdelsesringen ha en L-form i tverrsnitt. Den nedre delen av L'en ligger mot stangen og delvis under den segmenterte lastringen. Den delen av L'en som er under den segmenterte lastringen passer inni et tilpasset ut-trinn eller en utskjæring i den segmenterte lastringen, og nevnte ut-trinn eller utskjæring vil fortrinnsvis være bredere enn den delen av L'en som er inni. Dette hjelper til med å holde den segmenterte lastringen i posisjon, om det så skulle være under drift eller under installasjon. Den segmenterte lastringen vil fortrinnsvis være omfattet av tre segmenter, etter som dette vil kunne være et godt kompromiss mellom det å ha tilstrekkelig med segmenter som vil kunne tillate installasjon og å holde antall deler nede.

Det reduserte antallet med tetninger, reduserte dimensjoner på tetninger og typer av tetninger, samt at det ikke er noen tetningsbærere, vil være avgjørende for å kunne tilveiebringe forbedringer med hensyn til antall og lengder på lekkasjeveiene, antall forskjellige utforminger og geometrier, og forenklinger med hensyn til testing, kvalifisering og vedlikehold og forlenget levetid.

Figurer

Oppfinnelsen har blitt illustrert med fire figurer, der:

Figur 1 illustrerer en utførelsesform av en ventil i henhold til oppfinnelsen, der kappen og ventilens trykkhus er klippet bort,

Figur 2 illustrerer stangtetningene og støtten til Fig. 1 i videre detalj, og

Figur 3 illustrerer stangtetningene og støtten til Fig. 2 i større detalj.

Detaljert beskrivelse

Det vil bli gjort henvisning til Fig. 1 som illustrerer en utførelse av en ventil 1 i henhold til oppfinnelsen, mer spesifikt en undervanns XT-produksjonsventil. Ventilen vil være omfattet av et ventilelement 2, et hus 3 for ventilelementet, en aktuator 4, en stang 5 og en kappe 6. Aktuatoren 4 vil via stangen 5 være operativt anordnet for å kunne lukke igjen eller åpne opp en fluidpassasje 7 gjennom ventilelementet 2, kappen vil kunne omslutte stangen 5 og vil være forbundet til huset for ventilelementet, og tetninger 8, 9, 10,11 vil kunne være anordnet mellom stangen og kappen for å kunne tette igjen mot trykket i trykkhuset for ventilelementet. Alle tetninger 8, 9,10,11 for tetningen mellom stang og kappe, vil ha en identisk innvendig tetningsdiameter mot stangen 5 og en utvendig tetning mot et enkelt legeme eller et element av kappen 6. Ventilen vil kunne være, hvilket er innlysende for en fagmann, en sluseventil med et ikke-begrenset eller fullstendig hull for passasjevei når den er åpen for strømning, slik som er illustrert. Stangens resiprokerende handling 12 vil kunne åpne opp eller lukke igjen for strømning i passasjen 7. Ventilen vil kunne være omfattet av en avlastnings ventil 13, så som en tilbakeslagsventil, som vil være anordnet i et hull 14 mellom to miljøtetninger 10,11 for å kunne gi avlastning av produksjonsgjennomstrømning i den ekstremt usannsynlige situasjonen hvor produksjonsgjennomstrømningen vil lekke forbi de primære og sekundære tetningene. En slik avlastning vil forhindre at fluid vil kunne komme inn i reguleringssystemet, og på denne måten vil man være forsikret om at ventilen skal kunne bli betjent selv om det skulle være en situasjon med lekkasje. De miljøtetningene vil være anordnet for å kunne tette igjen mot fluidingress fra hullet 14, men vil tillate lekkasje til nevnte hull. Tetningsanordningen for ventilstangen vil bli holdt på plass på stangen av en tilbakeholder 15 for stangtetningen.

Tetningsanordningen for ventilstangen er illustrert i videre detalj i Figur 2, som det vil bli gjort henvisning til. I en retning vendt bort fra ventilelementet og det ventilhuset som vil kunne inneholde fluid under høyt trykk, vil tetningsanordningen for ventilstangen være omfattet av en primær tetning 8, en støttering 16, en segmentert lastring 17, en tilbakeholdelsesring 18, en sekundær stangtetning 9, en støttering 16, en segmentert lastring 17, en tilbakeholdelsesring 18, en første miljøtetning 10 med motsatt orientering, et avlastningshull 14, en andre miljøtetning 11 og en tilbakeholder 15 for stangtetningen. Kombinasjonene av støttering, segmentert lastring, som i den illustrerte utførelsesformen består av tre deler, og tilbakeholdelsesringen, utgjør henholdsvis en primær 19 og en sekundær 20 støttemekanisme.

Det vil videre bli gjort henvisning til Figur 3, som i videre detalj illustrerer den primære tetningen 8 og den primære støttemekanismen 19 i Figur 2. Mer spesifikt, mekanismen og belastningsbanen vil bli illustrert, i tillegg til den primære tetningen 8 og de primære støtteelementenes støttering 16, segmenterte lastring 17 og tilbakeholdelsesring 18. Et trykk i ventilhullet, slik som er illustrert med pil 21, og som kan bli høyere enn 150 bar, så som 690 bar, vil kunne virke inn på trykksiden av den primære tetningen 8, noe som resulterer i en aksial kraft, en trykk-ende belastning 22, fra siden av den primære tetningen i retning støtteringen. Den motstilte overflaten for støtteringen vil være aksial, men den overflaten for støtteringen som er vendt bort fra trykket 21 vil være skråstilt utover. Den segmenterte lastringen vil være omfattet av en overflate som er skråstilt innover på trykksiden og dessuten en overflate som er skråstilt innover på den siden som vender bort fra trykket. Tilbakeholdelsesringen 18 vil omfatter en overflate som er skråstilt utover og motstilt den motsatt skråstilte overflaten til den segmenterte lastringen. Aksiale krefter, som vil være krefter som er parallelle med ventilstangens akse, vil bli dekomponert til å kunne ha en radial komponent i tillegg til den aksiale komponenten når kraften virker på motstilte skråstilte overflater. Aksiale krefter som virker på den segmenterte lastringen vil ha en radial komponent som vender utover og som dytter den segmenterte lastringen utover, mot kappen eller kappeelementet, mot hvilket den segmenterte lastringen har radial støtte 23 og aksial støtte 24. Med andre ord, dette betyr at den segmenterte lastringen i tverrsnitt vil være formet som en kile som er bredere og lenger ut fra stangens akse, slik at aksialt trykk på den segmenterte lastringen vil kunne tilveiebringe en radial trykkomponent som er vendt utover, og som vil bli utjevnet av radialt støttetrykk på de ikke-utstikkende utvendige radiale overflatene av den segmenterte lastringen. Utstikkeren vil ikke være så høy som furen er dyp, noe som antas å være fordelaktig for å kunne stå i mot de høyeste trykkene uten lekkasje. Utstikkerens og furens aksiale sideoverflater tilveiebringer aksial støtte, og vil fungere for å kunne holde den primære tetningen på plass.

Figurene avdekker flere detaljer ved utformingen som er spesifikke for den illustrerte utførelsesformen og som er typisk for en ventil i henhold til oppfinnelsen for det tiltenkte formålet. Imidlertid, de detaljene som er nevnt, så vel som de foretrukne egenskapene ved oppfinnelsen, vil kunne variere innenfor brede grenser, forutsatt at de obligatoriske særtrekkene i det uavhengige kravet vil bli opprettholdt. Ventilen i henhold til oppfinnelsen vil kunne innbefatte de særtrekkene som har blitt beskrevet i eller illustrert i en hvilken som helst operativ kombinasjon, der kombinasjonene vil være en del av oppfinnelsen.

Claims

1. Ventil som er nyttig som en produksjonsventil i eller koblet til et produksjonstre under vann, samt annen liknende bruk under eller over vann, der ventilen vil være omfattet av et ventilelement, et trykkhus for ventilelementet, en aktuator, en stang og en kappe, hvor aktuatoren via stangen vil være operativt anordnet for å kunne lukke igjen eller åpne opp for en fluidpassasje gjennom ventilelementet, kappen omslutter stangen og vil være koblet til trykkhuset for ventilelementet og tetninger vil være anordnet mellom stangen og kappen for å kunne tette igjen mot trykket fra trykkhuset for ventilelementet, karakterisert vedat ventilen omfatter minst en tetning for å tette igjen mellom stangen og kappen, der tetningen har identisk innvendig tetningsdiameter mot stangen og utvendig tetning mot et enkelt legeme eller et element av kappen.

2. Ventil i henhold til krav 1, hvor de tetningselementene som tetter stangen til kappen vil ha samme innvendige og utvendige tetningsdiameter, så som en enkelt tetning og en miljøtetning anordnet mellom ventilstangen og det enkelte legemet eller det enkelte elementet av kappen; eller primære tetninger, sekundære tetninger og miljøtetninger anordnet mellom ventilstangen og det enkelte legemet eller det enkelte elementet av kappen.

3. Ventil i henhold til krav 1 eller 2, hvor hver av den enkelte tetningen eller de primære og sekundære tetningene, på den siden som vender bort fra trykkhuset og i retning bort fra trykkhuset, vil være støttet opp av en støttemekanisme som består av en støttering etterfulgt av en segmentert lastring etterfulgt av en tilbakeholdelsesring.

4. Ventil i henhold til krav 3, hvor støtteringen på den aksiale overflaten som er vendt bort fra trykkhuset vil være skråstilt utover, den motstilte aksiale overflaten for den segmenterte lastringens vil være tilsvarende skråstilt innover, den segmenterte lastringen på den aksiale flaten som vender bort fra trykkhuset vil være omfattet av en aksial overflate som er skråstilt innover, og tilbakeholdelsesringens aksiale overflate som vil være omfattet av en aksial overflate som vil være tilsvarende skråstilt utover.

5. Ventil i henhold til et av kravene 3 og 4, hvor den segmenterte lastringen vil være omfattet av en utstikker rundt den radiale utvendige overflaten, der utstikkeren passer inn i en tilpasset fure rundt kappens eller kappeelementets innvendige overflate, furen vil være dypere enn høyden på utstikkeren.

6. Ventil i henhold til et av kravene 3-5, hvor den segmenterte lastringen i tverrsnitt har en kilelignende form, der den bredeste delen av kilen vil være i den øvre radiale utvendige overflaten, slik at aksiale krefter som virker på den segmenterte lastringen vil tilveiebringe en kraftkomponent som vil presse den segmenterte lastringen mot kappen eller kappeelementet, og utstikkeren til den segmenterte lastringen vil bli presset inn i kappen eller kappeelementets fure.

7. Ventil i henhold til et av kravene 5 og 6, hvor furen har aksiale sideoverflater og utstikkeren har aksiale sideoverflater, der de aksiale sideoverflatene vil tilveiebringe aksial støtte.

8. Ventil i henhold til et av kravene 3-6, hvor tilbakeholdelsesringen i tverrsnitt har en L-form, den nedre delen av L'en ligger mot stangen og delvis under den segmenterte lastringen, den delen av L'en som er under den segmenterte lastringen vil passe inn i et tilpasset ut-trinn eller en utskjæring av den segmenterte lastringen.

9. Ventil i henhold til et av kravene 3-7, hvor den segmenterte lastringen vil være omfattet av tre segmenter.