NO20130014A1

NO20130014A1 - Hydraulisk styrt barriereventilutjevningssystem

Info

Publication number: NO20130014A1
Application number: NO20130014A
Authority: NO
Inventors: Kevin R Plunkett; Robert J Dyer
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2013-01-22
Also published as: US8534317B2; US20120012327A1; BR112013001001A2; GB2496532B; WO2012009400A3; GB201223431D0; NO346151B1; BR112013001001B1; GB2496532A; WO2012009400A2

Abstract

En barriereventil har et utjevningselement for kulen eller pluggen når den er i den lukkede posisjon før den er åpnet. En hydraulisk åpen og en lukket ledning er forbundet til et hus slik at de kan bevege et stempel i motsatte retninger. Stempelendene er tettet og det utvendige av stempelet er konet for å skyve en eller flere omløpsventiler åpne for å forbinde rørtrykk over kulen når den er frigjort fra sitt sete. Trykk på den hydrauliske hovedledning fora lukke kulen reverserer stempelbevegelsen og tillater en fjærforspenning å lukke omløpsventilen eller ventilene. Utjevningssystemet kan være integrert i barriereventilhuset eller kan være separat som en ettermontering.

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

[0001]Område for oppfinnelsen er barriereventiler og mer nøyaktig ventiler for underjordisk bruk som har et trykkutjevningselement som opereres av styresystemet for å åpne og lukke ventilen.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002]Isolasjonsventiler er benyttet i underjordiske lokaliseringer for å atskille en lokalisering fra en annen ved å forhindre strømning. Noen av disse anordninger er sikkerhetsventiler som har evnen til å styre trykkdifferensial i en retning fra under til over. Disse sikkerhetsventiler har en lukningsanordning kjent som en klaff som er operert ved hjelp av et strømningsrør som igjen er aktuert av et hydraulisk stempel operert gjennom et hydraulisk system styrt ved en overflatelokalisering. I klafftype-ventiler har behovet for å utjevne trykk over klaffen når den er i den lukkede posisjon blitt møtt med en ventil lokalisert i klaffen som først møtes av strømningsrøret for å åpne en passasje gjennom klaffen for trykkutjevning før strømningsrøret skyver selve klaffen for å vende 90 grader til en åpen posisjon ettersom strømningsrøret går fremover forbi den forskjøvne klaffen. Eksempler på slike utforminger kan sees i USP 4478286; 6644408; 6848509 og 6877564.

[0003]Andre utforminger har fokusert på trykkutjevning over det hydrauliske stempel som aktuerer strømningsrøret i tilfellet der det er en tetningslekkasje eller rørsvikt i styresystemet. I disse tilfeller er det i systemer med to styreledninger en utjevningsventil i det hydrauliske system som kan åpne for å sette operasjons-stempelet i trykkbalanse slik at en lukningsfjær som virker på det hydrauliske stempel skyver opp det hydrauliske stempel og med dette forbundne strømnings-rør slik at sikkerhetsventilen kan lukke. Et eksempel på et slikt system er USP 6109351.

[0004]Den foreliggende oppfinnelse angår også med konseptet for trykkutjevning over en lukket lukningsdel. Grunnen for å utjevne trykket over lukningselementet er for å gjøre det mulig for operasjonssystemet for lukningsdelen å gjøre sin jobb. Styresystemkomponentene må ikke konstrueres for å motstå de høyere differensialtrykk som for eksempel kan betydelig øke tetningsfriksjon når man for eksempel prøver å rotere kulen eller pluggen til en åpen posisjon. Det er hoved-sakelig tre måter å utjevne over en lukket ventildel før man prøver å åpne den. Strømningen kan utjevnes enten gjennom delen, mellom delen og én av dens seter eller mellom lokaliseringer på motsatte sider av den lukkede del men atskilt fra delen. I den foreliggende oppfinnelse er det sistnevnte valg anvendt og det normale hydrauliske system for åpning og lukking av ventildelen er anvendt på en måte som sørger for utjevning gjennom passasjer som er atskilt fra de hydrauliske ledninger som normalt opererer ventildelen. I den foreliggende utførelse foregår vesentlig utjevningen via den samme mekanisme som tilslutt vil åpne ventilen. Disse og andre aspekter med den foreliggende oppfinnelse vil tydeligere frem-komme for de som er faglært på området fra en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelse og de tilhørende tegninger idet det erkjennes at det fullstendige omfang av oppfinnelsen skal bestemmes fra de vedføyde kravene.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0005]En barriereventil har et utjevningselement for kulen eller pluggen når den er i den lukkede posisjon før den åpnes. En hydraulisk åpne og en lukkeledning er forbundet til et hus slik at de kan bevege et stempel i motsatte retninger. Stempelendene er tettet og det utvendige av stempelet er konisk for å skyve én eller flere omløpsventiler åpne for å forbinde rørtrykk over kulen når den er frigjort fra (eng. ramped off) sitt sete. Trykk på den hydrauliske hovedledning for å lukke kulen reverserer stempelbevegelsen og tillater en fjærforspenning og lukke omløps-ventilen eller ventilene. Utjevningssystemet kan integreres i barriereventilhuset eller kan være separat som en ettermontering.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0006]Figur 1 er et generelt riss som viser trykkutjevningssystem forbundet med barriereventilen;

[0007]Figur 2 er trykkutjevningsventilsammenstillingen i den lukkede posisjon; og

[0008]Figur 3 er utjevningsventilsystemet i den åpne posisjon.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSE

[0009]Ventilen 10 er vist i fig. 1. Den har en topprørdel 12 og en bunnrørdel 14 for forbindelse til en rørstreng som ikke er vist. Mellom disse er et flerkomponenthus som har en kule 18 som er vist i den åpne posisjon og flankert av hylse 20 og 22. Hylse 20 og 22 har ved deres respektive ender som vender mot kulen 18 tetninger 24 og 26. Kulen 18 roterer på akse 28 opplagret i en ramme 32. En bevegbar vogn 30 opptar kulen 18 i en forskjøvet lokalisering fra aksen 28 slik at den motsatte translasjon av vognen 30 resulterer i rotasjon av kulen 18 mellom den åpne posisjon som er vist og den lukkede posisjonen. Hydrauliske stempler 34 og 36 er på motsatte sider av vognen 30 for å presse den i motsatt retning avhengig av hvor det hydrauliske trykk er påført. Påføring av trykk i ledning 38 ved forbindelse 40 skyver sammenstillingen av stempel 34, vogn 30 og stempel 36 til høyre for å bevege kulen 18 til den viste åpne posisjon. Hydraulisk trykk i ledningen 42 ved forbindelse 44 beveger vognen 30 og stemplene 34 og 36 i den motsatte retning for å lukke kulen 18. Ledningene 38 og 42 fortsetter til overflaten hvor styring-ene er lokalisert for åpning eller lukning av kulen 18 ved selektivt å påføre trykk i en av disse ledninger og fjerne påført trykk fra den andre. På denne måten er operasjon av kulen 18 styrt, men uten noe element for trykkutjevning før forsøk på å operere kulen 18.

[0010] Utjevningen i denne utforming skjer når ledninger 46 og 48 er forbundet til utjevningsventilsammenstillingen 50. Ledning 46 sprer seg fra ledning 38 og ledning 48 sprer seg fra ledning 42. Ledning 46 forbinder ved forbindelse 52 og ledning 48 forbinder ved forbindelse 54.

[0011]Med referanse til fig. 2 er utjevningsventilsammenstillingen 50 vist i mer de-talj. En passasje 109 strekker seg mellom forbindelser 52 og 54. Et stempel 56 har en tetning 58 nær forbindelse 52 og en tetning 60 nær forbindelse 54. Stempel 56 er massivt og har ramper 62 og 64 som er atskilt fra hverandre. I risset i fig. 2 er kulen 18 i den lukkede posisjon og tallerkenventiler 68 og 70 er begge i den lukkede posisjon for å blokkere av forbindelser 72 og 74. Tallerkenventil 68 har en flens 76 som er i tetning mot et sete 78 og tallerken 70 har en flens 80 som tetter på setet 82. Fjær 84 hviler på flens 76 for å holde den mot setet 78. Fjær 86 hviler på flens 80 for å holde den mot setet 82. Deksler 88 og 90 holder henholdsvis sammenstillingene til tallerkener 68 og 70 i portene 92 og 94. Porter 92 og 94 går inn i en redusert dimensjon hvor tallerkenene 68 og 70 strekker seg. Den reduserte dimensjon danner setene 78 og 82. Ved deres nedre ender har tallerkenene 68 og 70 en T-formet passasje, henholdsvis 96 og 98.1 fig. 2-posisjonen er de innrettede motstående vinklede ender av de T-formede passasjer opp mot de reduserte boringer 100 og 102 formet i huset 50.

[0012]Ledning 104 fører rørtrykk over kul 18 og strekker seg fra ventilhuset 16 til forbindelse 72 idet ledning 106 fører rørtrykk og strekker seg fra hus 110 og under kulen 18 til forbindelse 74. Ringrom 108 strekker seg rundt stempel 56 og mellom tetninger 58 og 60. Når tallerkener 68 og 70 rir opp ramper 62 og 64 løfter flens-ene 76 og 80 av setene 78 og 82 og strømning er etablert for rørtrykk mellom forbindelser 72 og 74 og trykk på motsatte sider av den lukkede kule 18 er utjevnet etterfulgt av trykkoppbygning på stempel 34 som vender kulen for å åpne. Åpningssekvensen er initiert med trykk på ledningen 38 som går inn i ledning 46 for å bevege stempelet 56 til høyre til en bevegelsesstopp. Denne bevegelse skråner ut tallerkenene 68 og 70 og utjevner umiddelbart trykk på lukket kule 18 ved å åpne rørstrømning mellom forbindelser 72 og 74. Videre trykkoppbygning utover det som var påkrevd for å gli stempelet 56 mot tetningsfriksjonen ved tetninger 58 og 60 flytter stempelet 34, vognen 30 og stempelet 36 til høyre i fig. 1 for å åpne kulen 18 etter at trykk er utjevnet over denne. Ved å sette trykk på ledning 42 skyves stempel 56 til fig. 2-posisjonen fra fig. 3-posisjonen og tillater begge tallerkener 68 og 70 å gjenplasseres etter å ri ned ramper 62 og 64.

[0013]Idet huset 50 er vist i fig. 1 atskilt fra legemet 16 til barriereventilen 10, kan det også lett integreres i legemet 16 for å oppta mindre plass og for å tilrettelegge oppbygning av rørforbindelsene og for å tilveiebringe større beskyttelse for struk-turene som en integrert enhet. Idet fig. 2 og 3 viser bruken av et flyttestempel som skråner ut av tallerkener for å forårsake trykkutjevning for kule 18 er det andre måter å bevirke dette resultat og de er innen omfanget av oppfinnelsen. De som er faglært på området vil forstå at utformingen sørger for normal aktuering av den lukkede ventil til å åpne fra overflaten med et trykk påført en styreledning og fjernet fra den andre idet fordelen av utjevningstrykk fåes automatisk på den lukkede kulen før stemplene som dreier kulen er aktuert. Det skal bemerkes at i et to-styreledningssystem som illustrert er sammenstillingen dybde-upåvirkelig ettersom det hydrostatiske i én av styreledningen er utlignet med det hydrostatiske trykk i den tilstøtende ledning for den motsatte funksjon. Følgelig er stempel 56 i trykkbalanse hydrostatisk som også operasjonsstemplene 34 og 36 er. De som er faglært på området vil forstå at en enkelt ledningssystem kan benyttes istedenfor et to-styringsledningssystem hvor lukningskraften kan fremskaffes ved hjelp av en fjærsammenstilling enten mekanisk eller pneumatisk slik som ved å benytte et ladet trykk-kammer. Stempelet 56 i slike systemer kan også likeledes forspennes som de opererende stempler 34 og 36 til den ventillukkede posisjon av kule 18.

[0014]Den illustrerte utforming har fordeler i forhold til en utjevningsmetode som innbefatter atskillelse av tetninger 24 eller 26 fra kule 18. Problemet er at atskillel-sen ved kule 18 kan bevirke en øyeblikkelig høy strømningssituasjon forbi tetning-ene 24 eller 26 som kan erodere disse til det punkt at de er ikke-betjenbare etter et forhåndsbestemt antall av sykluser. Den illustrerte utjevningsmetode orienterer passasjene fra forbindelsene 72 og 74 ved en liten vinkel til setene 78 og 82 slik at erosjonseffekter er minimalisert. I fig. 3-posisjonen når strømning starter inn i de T-formede passasjer 96 eller 98 støter inngangsstrømningene mot hverandre for å redusere deres hastighet og også minimalisere erosjon. Valgfritt kan hele tallerk-ensammenstillingen og dens sam passende sete være en enhet som lett kan fjernes fra hus 50 etter bruk for å sette sammenstillingen hurtigere tilbake i drift.

[0015]Idet det er bekymringer angående tetningssvikt som det vil være i enhver slik anordning, er fra et perspektiv for en sikker operasjonsbarriere alltid ventiler installert i en brønn med andre sikkerhetsventiler som har systemer konstruert for å tillate brønnstenging hvis det illustrerte system utvikler et tetningsproblem til et punkt av ikke å være opererbar.

[0016]Driftspersonell behøver ikke å være bekymret for trykkutjevning før forsøk på å åpne ventilen 10 under differensialtrykk så høy som fullstendig arbeidstrykk fordi elementet fungerer automatisk for å utjevne og tilbakestille systemet når kulen igjen er lukket.

[0017]Beskrivelsen ovenfor er illustrativ for den foretrukne utførelse og mange modifikasjoner kan gjøres av de som er faglært på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis omfang skal bestemmes fra det bokstavelige og ekvivalente omfanget av kravene som følger.

Claims

1. Ventil for underjordisk bruk, karakterisert vedat den omfatter: et hus med en passasje derigjennom og en ventildel roterbar på en sentral akse mellom en åpen og en lukket posisjon for nevnte passasje; et styresystem for operasjon av nevnte ventildel fra den lukkede til den åpne posisjon som initielt utjevner trykk i nevnte passasje over nevnte lukkede ventildel ved et sted fjernt fra nevnte ventildel før flytting av nevnte ventildel til åpen.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat: nevnte styresystem er hydraulisk.

3. Ventil ifølge krav 2, karakterisert vedat: en første forsyning av hydraulisk trykk i nevnte styresystem bevirker nevnte trykkutjevning etterfulgt av drift av nevnte ventildel til åpen.

4. Ventil ifølge krav 3, karakterisert vedat: nevnte første forsyning av hydraulisk trykk er forbundet til et første driftsstempel for nevnte ventildel og en utjevningsventilsammenstilling.

5. Ventil ifølge krav 4, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventilsammenstilling har en første og en andre forbindelse til nevnte passasje på motsatte sider av nevnte ventildel.

6. Ventil ifølge krav 5, karakterisert vedat den videre omfatter: minst én utjevningsventil i nevnte utjevningsventilsammenstilling for selektivt å tillate strømning mellom nevnte første og andre forbindelser for utjevning av passasjetrykk på nevnte ventildel.

7. Ventil ifølge krav 6, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventil er selektivt operert av nevnte første forsyning av hydraulisk trykk som opererer nevnte første driftsstempel.

8. Ventil ifølge krav 7, karakterisert vedat den videre omfatter: et utjevningsventilstempel i nevnte utjevningsventilsammenstilling for selektiv operasjon av nevnte utjevningsventil.

9. Ventil ifølge krav 8, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventilstempel er montert i en boring i nevnte utjevningsventilsammenstilling slik at overføring av nevnte utjevningsventilstempel opererer nevnte utjevningsventil mellom en åpen og lukket posisjon.

10. Ventil ifølge krav 9, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventilstempel omfatter atskilte tetninger som danner en ringformet passasje som strekker seg i det minste delvis mellom nevnte første og andre forbindelser.

11. Ventil ifølge krav 10, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventilstempel omfatter en rampe for selektiv flytting av nevnte utjevningsventil i en radial retning til nevnte boring i nevnte utjevningsventilsammenstilling.

12. Ventil ifølge krav 11, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventil er forspent mot en lukket posisjon og nevnte for-spenning er selektivt overvunnet med nevnte rampe for å åpne nevnte utjevningsventil.

13. Ventil ifølge krav 12, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventil omfatter en tallerken med i det minste én passasje gjennom seg, gjennom hvilken strømning passerer når nevnte tallerken er atskilt fra et sete ved translasjon av nevnte rampe.

14. Ventil ifølge krav 13, karakterisert vedat: minst én av nevnte første og andre forbindelser viser en hellende passasje som nærmer seg nevnte sete ved en vinkel på under 20 grader fra nevnte utjevningsventil-stempelboring.

15. Ventil ifølge krav 14, karakterisert vedat: nevnte i det minste ene utjevningsventil omfatter et flertall av atskilte utjevningsventiler og nevnte utjevningsventilstempel omfatter en atskilt rampe for hver nevnte utjevningsventil.

16. Ventil ifølge krav 15, karakterisert vedat den videre omfatter: en andre forsyning av hydraulisk trykk for å utligne hydrostatisk trykk i nevnte første forsyning av hydrauliske trykk og forbundet til et andre driftsstempel for nevnte ventildel for lukking av nevnte ventildel og til en motsatt ende av nevnte utjevningsventilstempel fra nevnte første forsyning av hydraulisk trykk for lukking av nevnte utjevningsventiler.

17. Ventil ifølge krav 16, karakterisert vedat: nevnte andre forsyning av hydraulisk trykk lukker nevnte utjevningsventiler før flytting av nevnte andre driftsstempel.

18. Ventil ifølge krav 17, karakterisert vedat: nevnte første og andre driftsstempler er på motsatte sider i nevnte hus fra nevnte ventildel.

19. Ventil ifølge krav 4, karakterisert vedat: nevnte utjevningsventilsammenstilling er montert integralt eller separat fra nevnte hus.

20. Ventil ifølge krav 16, karakterisert vedat: nevnte første og andre forsyninger av hydraulisk trykk kommuniserer med motsatte ender av nevnte utjevningsventilstempel og nevnte ramper er anbrakt mellom nevnte tetninger for å skape atskilte fluidpassasjer i nevnte utjevningsventilsammenstilling.