NO20141503A1 - Belgventil og injeksjonsventil - Google Patents

Description

Belgventil og injeksjonsventil

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører området ventiler, og nærmere bestemt injeksjonsventiler. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en belgventil og en injeksjonsventil som angitt i innledningen til krav 1 og krav 12.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Bruk av belger er velkjent innen området maskinteknikk. I den sammenhengen er belger generelt elastiske beholdere som er komprimerbare og utvidbare når de utsettes for positivt og negativt trykk. Disse belgene er typisk dannet av et egnet metallmateriale og er utformet for å anta sin opprinnelige form når trykkene lettes. Metallbelger er typisk dannet ved forming, elektroforming eller ved sveising av individuelle metallmembraner til hverandre. Sveisede metallbelger er generelt foretrukket for anvendelser som krever høy styrke, presisjon, følsomhet og varighet. Materialene til sveisede belger kan være titan, rustfritt stål eller annet høystyrke, korrosjonsresistent materiale.

Belger, og særlig sveisede metallbelger, har mange anvendelser, slik som mekaniske tetninger og ventiler. Sveisede metallbelger er feks. ofte brukt i såkalte gassløftventiler som er installert i underjordiske hydrokarbonbrønner.

Hydrokarboner, slik som olje, gass og/eller blandinger derav finnes normalt i underjordiske reservoarer. Disse naturlige hydrokarbonreservoarene utnyttes ved å bore ett eller flere borehull (brønner) i reservoarene og ekstrahere (produsere) hydrokarboner via egnet rør- og prosessutstyr. Imidlertid finnes det hydrokarbonreservoarer der den naturlige strømmen av hydrokarboner til overflaten ikke er tilstrekkelig til å tillate eller vedlikeholde lønnsom produksjon i brønnen. Dette kan for eksempel skyldes hydrokarbonenes viskositet og/eller vekt eller at trykket i oljebrønnen er for lavt til å motvirke det hydrostatiske trykket til fluidet i brønnen så vel som mottrykket som prosesseringsinstallasjonene på overflaten utøver på fluidet i olje- og/eller gassbrønnene. Hydrokarbonreservoarene kan også etter at de har vært i produksjon en tid miste trykket som er nødvendig for å drive hydrokarbonene ut av reservoaret. Derfor har i årenes løp et antall systemer og prinsipper blitt utviklet for å øke brønnens produksjon ved hjelp av kunstig løfting. Én vanlig kunstig løftemetode innebærer bruk av injisert gass. I en slik såkalt gassløftmetode injiseres en gass under høyt trykk i det ringformede rommet mellom foringsrøret produksjonsrøret. Trykkstyrte ventiler, såkalte injeksjonsventiler eller gassløftventiler, brukes til å tilføre og styre mengden av gass som strømmer inn i produksjonsrøret. Den mest vanlige gassløftteknikken er teknikken med kontinuerlig strømning, som ligner veldig på naturlig strømning. I gassløftsystemer med kontinuerlig strømning suppleres gassen som kommer fra formasjonen, med ytterligere høytrykksgass, tilført fra en ekstern kilde. Denne eksterne gassen injiseres kontinuerlig i ringrommet og inn i produksjonsrøret og blander seg med det produserte brønnfluidet. Denne prosessen reduserer fluidets tetthet og blandingens strømningstrykkgradient og bevirker at fluid strømmer inn i borehullet. Gassløftventiler kan også brukes under en brønns oppstartfase, der kompletteringsfluid finnes både i brønnens ringrom og produksjonsrøret. For å starte produksjon i en brønn må kompletteringsfluid som er i ringrommet, forskyves gjennom én eller flere av gassløftventilene og opp til overflaten gjennom produksjonsrøret.

Konfigurasjonen og anordningen av disse trykkstyrte ventilene vil avhenge av et antall parametere. For eksempel, avhengig av størrelsen (diameteren) på produksjonsrøret og injeksjonstrykket som er tilgjengelig, vil såkalte gassinjeksjonspunkter være tilveiebrakt på ett eller flere steder i og langs produksjonsrøret, der den spesifikke konfigurasjonen for hver enkelte brønn slik er tilpasset for optimal gassinjeksjon. Den trykkbetjente ventilen, feks. en gassløftventil, vil så installeres på disse gassinjeksjonspunktene på samme eller andre steder langs produksjonsrørets lengderetning i den hensikt å være i stand til å initiere gassinjeksjon, slik at en optimal produksjon i brønnen kan oppnås gjennom denne kunstige "løftingen".

Gassløftventilen(e) kan deretter betjenes eller styres ifølge et antall ulike prinsipper, for eksempel ved hjelp av trykk, der det er trykkforskjeller rundt og på tvers av ventilen som utfører styringen av ventilen(e), dvs. åpning og lukking av ventilen.

Nettsiden www . prweb . com / vedrører / hish pressure / bellows seal / prwebl1869363 . htm beskriver at Sensor Operations LLC Metal Bellows har utviklet en høytrykks belgtetning for bruk i injeksjonsventil anvendelser.

US 6 932 581 Bl (Messick) beskriver en gassløftventil som kan brukes med en underjordisk brønn, og beskriver et hus, en ventilstamme og minst én belg. Huset har en port som er i kommunikasjon med et første fluid, og ventilstammen reagerer på at det første fluidet etablerer en forhåndsdefinert terskel for å åpne ventilen. Belgen(e) danner en tetning mellom ventilstammen og huset. Belgen(e) utsettes for en kraft som utøves av det første fluidet; og et andre fluid rommet i belgen(e) motarbeider kraften som utøves av det første fluidet. Ventilstammen omfatter en gasstamme og en fluidstamme, og tverrsnittsdiameteren til gass- og fluidstammen er forskjellig. Gasstammen og fluidstammen kan være adskilte deler som er koblet sammen ved hjelp av trykk under aktivering, eller kan være fremstilt som én enkelt del.

US 3 208 398 A (Douglas) beskriver en gassløftventil som har et trykkammer, en øvre tett belgmembran som henger under trykkammeret og er i fluidkommunikasjon med dette, og der trykkammeret og belgmembranen er belastet med et forhåndsbestemt trykk som er over atmosfærisk trykk. En ventil sammenstilling er festet under den øvre belgmembranen og inkluderer et tett kammer, og en nedre belgmembran henger under kammeret og er i kommunikasjon med dette. Et ventilhode som er konfigurert for å samvirke med et ventilsete, er festet til den nedre enden av den nedre belgmembranen.

WO 2008/150179 Al (Tveiten, et al.) beskriver en ventilinnretning omfattende en ekstern struktur med en lengdeakse og et ventilsete, og et ventillegeme montert bevegelig inni den eksterne strukturen. Ventilinnretningen omfatter en første belginnretning som kan beveges i en i det vesentlige radial retning, i fluidforbindelse med et første fluid og hydraulisk forbundet med en andre belginnretning som kan beveges i en i det vesentlige aksial retning. Den andre belgjnnretningen er forbundet med et første delstempel som samvirker med et andre delstempel, og derved gir det andre delstempelet en motsatt rettet bevegelse i forhold til det første delstempelet, som dermed beveger ventillegemet i forhold til ventilsetet.

US 2 542 259 A (0'Leary) beskriver en ventil som har en utvidbar elastisk belg som samvirker med ventilelementet. US 2 797 700 A (McGowen), US 2 698 024 A (Canalizo), US 2 610 644 A (Carlisle, et al.) beskriver strømningsventiler som benytter belger.

WO 2010/062187 Al (Tveiten, et al.) beskriver en ventil for bruk i en olje- og/eller gassbrønn offshore eller på land i den hensikt å øke brønnens produksjon. Ventilen omfatter en ytre struktur i hvilken en første og en andre trykkaktivert belginnretning er anordnet, der den første og andre trykkaktiverte belginnretningen er i fluidkommunikasjon med hverandre via et støttemiddel. Støttemiddelet er fast montert inni den ytre strukturen, i det støttemiddelet derved avgrenser et åpent og et lukket rom for henholdsvis den første og den andre trykkaktiverte belginnretningen, hvori det lukkede rommet er fylt med et fluid under trykk, mens det åpne rommet er i fluidkommunikasjon med omgivende fluid. Inni støttemiddelet er et bevegelig stempel tilveiebrakt; i det stempelet kan beveges i aksial retning i forhold til støttemiddelet. Stempelet kan ytterligere konfigureres slik at det sammen med det gjennomgående hullet i støttemiddelets over- og/eller underside danner en metall-mot-metall-tetning, hvorved den første eller den andre trykkaktiverte belginnretningen ikke tillates ytterligere bevegelse i sin aksiale retning når stempelet bringes i kontakt med støttemiddelets over- eller underside.

US 7 370 706 B2 (Becker, et al.) beskriver en gassløftventilbelgsammenstilling i hvilken et indre stempel integrert i belgen tilveiebringer overkjøringshindring og oveitrykksbeskyttelse under drift av ventilen, uavhengig av det innstilte eller opererende gasstrykk utøvd på gassløftventilen. Stempelet adskiller et hydraulisk dempingsreservoar i belgens indre konvolusjoner fra det øvre gassvolumkammeret. Stempelet vandrer en forhåndssatt avstand mellom to stoppere for å tilveiebringe en fluiddempet hydraulisk balanse tvers over belgkonvolusjonene i både den åpne og den lukkede posisjonen til ventilen.

US 6 827 146 B2 (Faustinelli) beskriver en dobbel belggassløftventil som skal anbringes i et gassløftlommekjernerør i en oljebrønn. Ventilen omfatter et foringsrør med en justerbar struper installert i oljebrønnen; et rør i foringsrøret, hvori en flytende slug kan bevege seg fra et oljereservoar til en overflate til oljebrønnen; en øvre belg som har en stamme som går i operativt inngrep med et første sete, og der den øvre belgen har et første trykk; og en nedre belg som har en perforert nedre stamme som går i operativt inngrep med et andre sete, og der den nedre belgen har et andre trykk som er forskjellig fra det første trykket til den øvre belgen.

US 8 701 779 B2 (Kleppa, et al.) beskriver en ventilinnretning som anvendes i forbindelse med olje- og gassbrønner i den hensikt å øke brønnens produksjon. Ventilinnretningen omfatter et eksternt hus, der minst ett innløp i det eksterne huset er forbundet med et utløp gjennom et langsgående borehull i husets lengderetning. Mellom ventilinnretningsinnløpet og -utløpet er et ventilsete montert i borehullet, der et ventillegeme stenger av forbindelsen mellom innløpet og utløpet. Ventillegemets posisjon styres av en støtte som er forbundet met en trykkfølsom belginnretning, omfattende et øvre og et nedre belgelement. Ved et gitt eksternt trykk vil det nedre belgelementet i belginnretningen komprimeres i ventilinnretningens aksiale retning, hvorved denne kompresjonen bevirker at de to belgelementenes støtelementer beveges i forhold til hverandre og derved bevirker at ventillegemet løftes ut av tilstøring mot ventilen.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er fremsatt ogkarakteriserti hovedkravet, mens de uselvstendige kravene beskriver andre egenskaper ved oppfinnelsen.

Det er således tilveiebrakt en belgventil,karakterisert ved:

- en første belg forbundet med et første dekselelement i én ende og med et støtteelement i den andre enden; og - en andre belg forbundet med et andre dekselelement i én ende og med støtteelementet i den andre enden;

- og danner derved henholdsvis første og andre belghulrom inni hver belg; og

- en munning anordnet for å fluidforbinde det første og andre belghulrommet med hverandre; og

- en ventilinnretning inni belgen anordnet for selektivt å åpne og lukke munningen.

I én utførelsesform er den første belgen forbundet med en første side av støtteelementet, og den andre belgen er forbundet med en andre side av støtteelementet. Støtteelementet er foretrukket konfigurert for forbindelse med et indre parti av et ventilhus. I én utførelsesform er munningen dannet i støtteelementet.

Ventilinnretningen inni belgen omfatter i én utførelsesform første og andre ventiltetningselement anordnet for selektivt å sammenpasse med respektive første og andre ventilsete for å lukke munningen. I én utførelsesform er ventiltetningselementene forbundet med hverandre via et forbindelseselement. I én utførelsesform strekker forbindelseselementet seg gjennom munningen.

Ventilinnretningen inni belgen omfatter i én utførelsesform første og andre elastiske element anordnet på respektive første og andre side av støtteelementet og som har respektive partier som er koblet til respektive første og andre holdeelement på ventilinnretningen. De elastiske elementene kan være spiralfjærer.

I én utførelsesform er det første dekselelementet skiveformet og konfigurert for forbindelse med en ventilstamme. Hvert av det første og andre dekselelementet kan omfatte et perifert pakningsmiddel.

Belgventilen ifølge oppfinnelsen er robust og pålitelig på grunn av sin nye ventilinnretning inni belgen og kan på praktisk vis brukes i kombinasjon med en injeksjonsventil som har

- et hus med en innløpsport og en utløpsport for fluidstrømning; - et baseelement anordnet i huset mellom innløpsorten og utløpsporten, og som har en gjennomgående kanal; - et ventilelement konfigurert for å bevege seg i huset og som omfatter et tetningselement konfigurert for frigjørbart å sammenpasse med et ventilsete for å hindre fluidstrømning gjennom kanalen;

hvori det første dekselelement er konfigurert for forbindelse med et parti av ventilelementet.

Det tilveiebringes en injeksjonsventil omfattende:

- et hus som har en innløpsport og en utløpsport for fluidstrømning; - et baseelement anordnet i huset mellom innløpsporten og utløpsporten, og som har en gjennomgående kanal; - et ventilelement konfigurert for å bevege seg inni huset og som omfatter et tetningselement konfigurert for frigjørbart å sammenpasse med et ventilsete for å hindre fluidstrømning gjennom kanalen;

karakterisert ved:

- en første belg forbundet med ventilelementet og med huset og en andre belg forbundet med huset og med et bevegelig dekselelement og slik danner respektive første og andre belghulrom;

- en munning anordnet for å fluidforbinde det første og andre belghulrommet med hverandre; og

- en ventilinnretning inni belgen anordnet for selektivt å åpne og lukke munningen.

I én utførelsesform er den første belgen og den andre belgen forbundet med respektive første og andre side av et støtteelement som er forbundet med huset. Munningen kan dannes i støtteelementet.

I én utførelsesform, hvori det bevegelige dekselelementet og minst et parti av huset danner et tettbart kammer.

I én utførelsesform omfatter ventilinnretningen inni belgen første og andre ventiltetningselement anordnet for selektivt å sammenpasse med henholdsvis første og andre ventilsete for å lukke munningen. Ventilinnretningen inni belgen omfatter i én utførelsesform et første og andre elastiske element, slik som spiralfjærer, anordnet på respektive første og andre side av støtteelementet og som har respektive partier som er koblet til respektive første og andre holdeelement på ventilinnretningen.

Den første belgen kan være forbundet med en ventil skive som er koblet til en stamme til ventilelementet.

Ventilskiven og dekselelementet er bevegelig anordnet i huset, og hver omfatter et pakningsmiddel for tettende og bevegelig å være i kontakt med husets indre vegg.

Injeksjonsventilen ifølge oppfinnelsen kan brukes som gassløftventil i hydrokarbonproduserende operasjoner i underjordiske formasjoner.

Kort beskrivelse av tegningene

Disse og andre egenskaper ved oppfinnelsen vil fremgå ut fra følgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform, gitt som et ikke-begrensende eksempel med henvisning til de medfølgende skjematiske tegningene, som ikke er i riktig målestokk, hvori: Figur 1 er en langsgående tverrsnittstegning av en gassløftventil med en utførelsesform av den doble belgen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, installert i et sidelommekj ernerør; Figur 2 er en langsgående tverrsnittstegning av gassløftventilen illustrert i figur i;

Figur 3 er en forstørrelse av seksjonen merket "A" i figur 2; og

Figur 4 er en langsgående tverrsnittrisstegning av gassløftventilen illustrert i figur 1 og 2 i en åpen posisjon.

Detaljert beskrivelse av en foretrukket utførelsesform

Den følgende beskrivelsen kan bruke betegnelser slik som "horisontal", "vertikal", "lateral", "frem og tilbake", "opp og ned", "øvre", "nedre", "indre", "ytre", "fremre", "bakre" etc. Disse betegnelsene refererer generelt til rissene og orienteringene som vist i tegningene, og som er forbundet med en normal bruk av oppfinnelsen. Betegnelsene brukes kun som hjelp for leseren og skal ikke være begrensende.

Figur 1 illustrerer en gassløftventil som har et hovedhus 1 installert i et sidelommekj ernerør 70. Sidelommekj ernerøret er forbundet med (eller er del av) utsiden av et produksjonsrør 71 som har en vegg 72. Produksjonsrøret er posisjonert inni et foringsrør som har en vegg 73 mot en underjordisk formasjon 74, hvorved et ringrom 75 er dannet mellom foringsrørveggen 73 og produksjonsrørveggen 72. Disse komponentene, deres konfigurasjon og bruk, er velkjent for fagmannen og er utførlig illustrert i kjent teknikk og trenger derfor ikke beskrives ytterligere her. Det bør bemerkes at selv om figurene viser sidelommekj ernerøret og gassløftventilen installert i en vertikal orientering, er ikke dette alltid tilfelle. Andre orienteringer er mulige og svært vanlige.

Sidelommekj ernerøret 70 omfatter en kjernerørinnløpsport 76 som vender mot ringrommet 75, og en kjernerørutløpsport 77 er tilveiebrakt i produksjonsrørveggen 72. Gassløftinnløpsportene 2 er i fluidkommunikasjon med kjernerørinnløpsporten 76, og gassløftventilutløpsporten 3 er i fluidkommunikasjon med kjernerørutløpsporten 77. Pakningstetninger 78 isolerer innløpsportene 2, 76 fra utløpsportene 3, 77 på en måte som er velkjent i teknikken, og definerer en innløpsstrømningskanal 79 og en utløpsstrømningsanal 80.1 drift strømmer fluid inn i sidelommekj ernerøret gjennom kjernerørinnløpsporten 76, gjennom gassløftventilinnløpsportene 2 og inn i ventilkammeret 22, der de utøver et trykk på ventilen, særlig ventilskiven 9. Dersom trykket i fluidene overstiger et forhåndsbestemt åpningstrykk for gassløftventilen, vil ventilelementet (dvs. ventilskiven 9, ventilstammen 4 og ventiltetningselementet 5) bevege seg aksialt (oppover i figur 1), hvorved ventiltetningselementet 5 løftes ut av sitt ventilsete 6 (se også figur 2) i ventilbaseelementet 23, og fluidene kan strømme gjennom baseelementmunningen 24, ut gjennom ventilutløpsporten 3 og inn i utløpsstrømningskanalen 80, gjennom kjernerørutløpsporten 77 og inn i produksjonsrøret 71. Figur 1 viser gassløftventilen i lukket posisjon.

Ovennevnte forhåndsbestemte åpningstrykk for gassløftventilen, dvs. trykket ved hvilket ventiltetningselementet 5 beveger seg ut av og inn i sitt ventilsete, er forhåndsbestemt blant annet av egenskapene og karakteristikaene til belgen med hvilken ventilskiven 9 er forbundet. Dette vil bli beskrevet mer detaljert i det følgende, med henvisning til figur 2 og 3.

Som beskrevet ovenfor omfatter den illustrerte gassløftventilen et hus 1 som har et antall innløpsporter 2 og en utløpsport 3. Det skal derfor forstås at huset 1 i den illustrerte utførelsesformen har en sylindrisk form, som er en konvensjonell form for gassløftventiler, men oppfinnelsen skal ikke være begrenset til slike former. Et ventilelement (omfattende en ventilskive 9, en ventilstamme 4 og et tetningselement 5) er anordnet for å bevege seg aksialt (dvs. opp og ned i figur 2, som angitt ved den doble pilen Ma) inni huset 1. Den bevegelige ventilskiven 9 er utstyrt med en pakning mot husets vegg 25 (se figur 3) av en type som per se er kjent i teknikken. Figur 2 viser ventilen i den lukkede posisjonen, med tetningselementet 5 anbrakt i ventilsetet 6 i baseelementet 23. Denne tetningsanordningen er velkjent i teknikken og trenger derfor ikke beskrives ytterligere her. En ventilstammeføring 8 - som bare er angitt skjematisk i figur 2 - er også forbundet med huset 1 og anordnet mellom ventilskiven 9 og baseelementet 23. Mellomrommet mellom ventilstammeføringen 8 og ventilstammen 4 er overdrevet av illustrasjonsformål.

Baseelementet 23, som er fast forbundet med huset 1, adskiller ventilkammeret 22 fra utløpskammeret 7. Ventilinnløpsportene 2 er i fluidkommunikasjon med ventilkammeret 22, og ventilutløpsporten 3 er i fluidkommunikasjon med utløpskammeret 7. Som forklart ovenfor, når ventiltetningeselementet 5 er løftet ut av sitt ventilsete 6 i baseelementet 23, kan fluider strømme gjennom baseelementmunningen 24 som tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom ventilkammeret 22 og utløpskammeret 7.

Et støtteelement 11 er fast forbundet med huset 1, over ventilskiven 9, som vist i figur 2 og 3. Støtteelementet 11 kan fordelaktig være skiveformet eller sylinderformet, men andre former kan også være anvendelige. Støtteelementet 11 kan festes til husets indre vegg på en måte som er kjent i teknikken. Støtteelementet 11 omfatter en gjennomgående munning 14 og tilveiebringer derved fluidkommunikasjon mellom den første og andre støtteelementsiden 1 la,b. Munningsåpningene i begge sider er foretrukket skrå eller avrundet som vist i figurene og tilveiebringer derved henholdsvis første og andre ventilsete 14a,b.

Anordnet i munningen 14 er en ventilinnretningsstamme 17 som er utstyrt med første og andre ventiltetningselement 19a,b, ett på hver side av støtteelementet 11.1 den illustrerte utførelsesformen er ventiltetningselementene kjegleformede elementer, men det skal forstås at andre former er mulige.

Ventiltetningselementene 19a,b er posisjonert i passende avstand; slik at avstanden d (dvs. mellom områdene i hvilke tetningselementene støter mot sine respektive seter) er større enn husets aksiale dimensjon (dvs. tykkelse) t til støtteelementet 11 (se figur 3). Forskjellen mellom denne avstanden og tykkelsen (dvs. d- t) definerer mengden spillerom for ventilinnretningsstammen 17.1 figur 2 og 3 er ventilinnretningsstammen 17 i sin likevektsposisjon, slik at munningen 14 er åpen.

Anordnet i hver ende av ventilinnretningsstammen 17 er første og andre holdeelementer 18a,b i den illustrerte utførelsesformen konfigurert som plateelementer. Holdeelementene 18a,b er fast forbundet med ventilinnretningsstammen 17 ved hjelp av kjente midler, for eksempel ved hjelp av en gjenget forbindelse (ikke vist).

Anordnet mellom støtteelementet 11 og hvert holdeelement 18a,b er respektive første og andre spiralfjærer 20a,b. Spiralfjærene 20a,b fungerer som komprimerbare forspenningselementer og er sammenstilt mellom hvert respektive holdeelement og støtteelementet med en egnet kompresjon. Det skal forstås at denne forhåndsinnstilte kompresjonen, så vel som fjærenes stivhet, er bestemt for å passe til utformingskriteriene for gassløftventilen som sådan. Andre forspenningsmidler kan også brukes istedenfor spiralfjærer.

Bevegelse av ventilinnretningsstammen 17 vil komprimere én av spiralfj ærene og slakke den andre. For eksempel, når det første tetningselementet 19a er i den anbrakte posisjonen som vist i figur 3, er den første spiralfjæren 20a generelt komprimert, mens den andre spiralfjæren generelt er slakk. De elastiske egenskapene til spiralfjærene 20a,b kan ligne eller kan avvike fra hverandre, avhengig av de ønskede utformingskarakteristikaene.

En første belg 10a omgir den første spiralfjæren 20a og dens holdeelement 18a og er tettende festet i én ende til den bevegelige ventilskiven 9 og i den andre enden til den første siden 1 la av støtteelementet 11. Et første belghulrom 15a er slik dannet mellom den første belgen 10a, den bevegelige ventilskiven 9 og støtteelementets første side lia.

En andre belg 10a omgir den andre spiralfjæren 20b og dens holdeelement 18b og er tettende festet i én ende til en bevegelig dekselskive 12 og i den andre enden til den andre siden 1 lb av støtteelementet 11. Et andre belghulrom 15b er slik dannet mellom den andre belgen 10b, den bevegelige dekselskiven 12 og støtteelementets andre side 1 lb. Den bevegelige dekselskiven 12 er utstyrt med en pakning 25 av en type som per se er kjent i teknikken og er anordnet for å bevege seg aksialt (dvs. opp og ned i figur 2 og 3, som angitt ved den doble pilen Mb).

Den første og andre belgen 10a,b er i anvendelsen beskrevet i den illustrerte utførelsesformen en metalbelg; dannet ved å sveise enkeltstående metallmembraner til hverandre på en måte som er kjent i teknikken. Foretrukne materialer er titan, rustfritt stål eller andre høystyrke, korrosjonsresistent materialer, men oppfinnelsen skal ikke være begrenset til slike materialer.

I bruk er det første og andre belghulrommet 15a,b fylt med et fluid, foretrukket et ikke-komprimerbart fluid (typisk silikonbasert olje), og er fluidforbundet med hverandre via munningen 14. Fluidstrømning mellom de to belghulrommene styres slik ved posisjonen til ventilinnretningsstammen 17 og dens ventiltetningselementer 19a,b.

Anordnet på hvert holdeelement 18a,b er aktuatorfjærer 21a,b, som fungerer som

elastiske tilstøtingselementer mellom hvert holdeelement og henholdsvis ventilskiven 9 og dekselskiven 12. Aktuatorfjærenes 21a,b stivhet kan dimensjoneres for å passe til de påkrevde anvendelsene, individuelt eller sammen med de respektive spiralfjærene 20a,b. Det kan for eksempel være ønskelig å dimensjonere aktuatorfj ærene med en viss

elastisitet, slik at de tilveiebringer en jevn overføring av bevegelse mellom ventilskiven og dens korresponderende holdeelement og motsatt. Aktuatorfj ærene 21a,b er imidlertid valgfrie, ettersom de kan erstattes av en fast gjenstand (feks. en fjær med svært høy stivhet). Aktuatorfj ærene kan også utelates helt, i hvilket tilfelle ventilskiven og skivedekselet vil oppleve en lengre slagavstand før de støter mot sitt respektive holdeelement. Imidlertid foretrekkes aktuatorfj ærene med en egnet stivhet, ettersom de tilveiebringer en jevn overføring av bevegelse, som nevnt ovenfor. Det skal også bemerkes at aktuatorfj æren også kan monteres på ventilskiven og skivedekselet istedenfor på holdeelementet som illustrert.

Ventilinnretningsstammen 17, holdeelementene 18a,b, tetningselementene 19a,b og aktuatorfj ærene 21a,b (valgfritt) er generelt betegnet som en ventilinnretning 16.

Dekselskiven 12 definerer sammen med et øvre (se figur 2) parti av huset et tett kammer 13.1 drift av gassløftventilen fylles dette tette kammeret 13 med en gass (slik som nitrogen; fylledekselet er ikke vist). Alternativt kan det tette kammeret 13 ha et fjærelement (ikke vist) konfigurert for å tilveiebringe en ønsket kraft mot dekselskiven 12. Slike forhåndsbelastede kamre er kjent i teknikken.

I drift, når fluider går inn i ventilkammeret 22 (gjennom gassløftventilinnløpsportene 2), utøver de et trykk på ventilstammen 4, særlig ventilskiven 9. Dette trykket vil ha tendens til å bevege ventilskiven 9 (oppover i figur 2 og 3) og følgelig utøve en kompresjonskraft på den første belgen 10a. Dette vil i sin tur redusere volumet til det første belghulrommet 15a, hvorved fluidet inni dette hulrommet vil tvinges gjennom munningen 14 (dersom den ikke er lukket) og inn i det andre belghulrommet 15b. Det andre belghulrommet 15b vil slik utvide seg, ved at den andre belgen 10b forlenges og, dekselskiven 12 tvinges (oppover i figur 2 og 3). Bevegelsen av kapselskiven 12 motvirkes av forbelastningstrykket i det tette kammeret 13.

Bevegelsen av ventilskiven 9 vil også støte mot det første holdeelementet 18a (i den illustrerte utførelsesformen via den første aktuatorfj æren 21a) og slik tvinge ventilinnretningsstammen 17 oppover (i figurene) inntil det første tetningselementet 19a er anbrakt i den første ventiltetningen 14a og slik hindre fluidstrømning gjennom munningen 14. Denne posisjonen er vist i figur 4. Denne bevegelsen av ventilinnretningsstammen 17 motvirkes av den første fjærens 20a stivhet. Det skal også forstås at kompresjonsgraden til den første aktuatorfj æren 21a før holdeelementet begynner å bevege seg avhenger av stivheten til denne aktuatorfj æren.

Dersom trykket i fluidene som strømmer inn i ventilkammeret 22, er tilstrekkelig til å bevege ventilskiven 9, løftes ventiltetningselementet 5 ut av ventilsetet 6, og fluidet får strømme gjennom baseelementmunningen 24 og ut av gassløftventilen gjennom utløpsporten 3.

I figur 4 er ventilinnretningsstammen 17 i sin ytre opp-posisjon, slik at det første ventiltetningselementet 19a er anbrakt i det første ventilsetet 14a. Den første belgen 10a og den første fjæren 20a er komprimert, og den andre belgen 10 forlenges oppover, i bruk delvis av det ikke-komprimerbare fluidet som har strømmet gjennom munningen, og delvis av den andre aktuatorfj æren 21b. Det skal forstås at fluidets og det andre holdeelementets/den andre aktuatorfj ærens påvirkning på bevegelsen til dekselskiven 12 (og følgelig den andre belgen 10b) er et spørsmål om dimensjonering, feks. fjærkonstanter, stammelengde og forbelastningstrykk (i kammer 13).

Selv om dette ikke er illustrert, skal det forstås at ventilinnretningsstammen 17 kan innta en hvilken som helst posisjon i munningen 14, som spenner fra posisjonen vist i figur 4 og posisjon der det andre ventiltetningselementet 19b er anbrakt i det andre ventilsetet 14b (dvs. i den ytre ned-posisjon). I disse ytterposisjonene blokkeres fluid som strømmer gjennom munningen 14, av henholdsvis det første og andre ventiltetningselementet 19a,b. I en eventuell mellomstilling er fluidstrømning gjennom munningen 14 mulig.

Følsomheten til denne belgventilen kan stilles inn for den ønskede anvendelsen ved å velge egnede verdier for f.eks. aksial lengde til belgene 10a,b, tykkelse til støtteelementet 11 (dvs. lengden til munningen 14), stivhet til fjærene 20a,b, avstand mellom ventiltetningselementene 19a,b og/eller forbelastningstrykket i det tette kammeret 13.

Det skal forstås at ventilhuset 1, selv om det er vist som ett legeme i figur 1 og 2, faktisk kan bestå av flere husseksjoner som er forbundet (feks. via gjengede forbindelser) på måter som er velkjent i teknikken. Slik seksjonsvis konfigurasjon gjør det enkelt å sammenstille og ta fra hverandre indre komponenter (feks. støtteelementet 11, ventilskiven og stammen 9, 4 og de enkelte belgelementene). Det skal også forstås et støtteelementet 11, ventilstammeføringen 8 og ventilbaseelementet 23 kan festes fast til husets indre ved hjelp av et hvilket som helst festemiddel som er kjent i teknikken.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet med referanse til en gassløftventil for bruk i et produksjonsrør i en underjordisk formasjon, skal det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til denne bruken. Ventilen ifølge oppfinnelsen kan brukes i anvendelser på land eller offshore og i andre ventiler (feks. injeksjonsventiler) og i andre sammenhenger som i hydrokarbonproduksjon. Likeledes skal belgen ifølge oppfinnelsen ikke begrenses til bruken beskrevet ovenfor, dvs. i en gassløftventil, med kan brukes i en hvilken som helst sammenheng og i kombinasjon med et hvilket som helst utstyr, som en trykkfølsom belgventil.

Claims (20)

1. Belgventil,karakterisert ved: - en første belg (10a) forbundet med et første dekselelement (9) i én ende og med et støtteelement (11) i den andre enden; og - en andre belg (10b) forbundet med et andre dekselelement (12) i én ende og med støtteelementet (11) i den andre enden; - og derved danner henholdsvis første og andre belghulrom (15a,b) inni hver belg; og - en munning (14) anordnet for å fluidforbinde det første og andre belghulrommet med hverandre; og - en ventilinnretning (16) inni belgen anordnet for selektivt å åpne og lukke munningen (14).

2. Belgventilen ifølge krav 1, hvori den første belgen (10a) er forbundet med en første side (1 la) av støtteelementet (11), og den andre belgen (10b) er forbundet med en andre side (1 lb) av støtteelementet (11).

3. Belgventilen ifølge krav 1 eller krav 2, hvori støtteelementet (11) er konfigurert for forbindelse med et indre parti av et ventilhus (1).

4. Belgventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-3, hvori munningen (14) er dannet i støtteelementet (11).

5. Belgventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-4, hvori ventilinnretningen (16) inni belgen omfatter første og andre ventiltetningselement (19a,b) anordnet for selektivt å sammenpasse med respektive første og andre ventilsete (14a,b) for å lukke munningen (14).

6. Belgventilen ifølge krav 5, hvori ventiltetningselementene (19a,b) er forbundet med hverandre via et forbindelseselement (17).

7. Belgventilen ifølge krav 6, hvori forbindelseselementet strekker seg gjennom munningen (14).

8. Ventilinnretningen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-7, hvori ventilinnretningen (16) inni belgen omfatter første og andre elastiske element (20a,b) anordnet på respektive første og andre side (1 la,b) av støtteelementet (11) og som har respektive partier som er koblet til respektive første og andre holdeelement (18a,b) på ventilinnretningen (16).

9. Belgventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-8, hvori det første dekselelementet (9) er skiveformet og konfigurert for forbindelse med en ventilstamme (4).

10. Belgventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1-9, hvori hvert av det første og andre dekselelementet (9, 12) omfatter et perifert pakningsmiddel (25).

11. Bruk av belgventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 1 -10 i en injeksjonsventil som har: - et hus (1) med en innløpsport (2) og en utløpsport (3) for fluidstrømning; - et baseelement (23) anordnet i huset mellom innløpsporten (2) og utløpsporten (3), og som har en gjennomgående kanal (24); - et ventilelement (4, 5, 9) konfigurert for å bevege seg inni huset og som omfatter et tetningselement (5) konfigurert for frigjørbart å sammenpasse med et ventilsete (6) for å hindre fluidstrømning gjennom kanalen (24); hvori det første dekselelementet (9) er konfigurert for forbindelse med et parti av ventilelementet (4).

12. Injeksjonsventil omfattende: - et hus (1) som har en innløpsport (2) og en utløpsport (3) for fluidstrømning; - et baseelement (23) anordnet i huset mellom innløpsporten (2) og utløpsporten (3), og som har en gjennomgående kanal (24); - et ventilelement (4, 5, 9) konfigurert for å bevege seg i huset og som omfatter et tetningselement (5) konfigurert for frigjørbart å sammenpasse med et ventilsete (6) for å hindre fluidstrømning gjennom kanalen (24); karakterisert ved: - en første belg (10a) forbundet med ventilelementet og med huset og en andre belg (10b) forbundet med huset og med et bevegelig dekselelement (12) og slik danner respektive første og andre belghulrom (15a,b); - en munning (14) anordnet for å fluidforbinde det første og andre belghulrommet med hverandre; og - en ventilinnretning (16) inni belgen anordnet for selektivt å åpne og lukke munningen (14).

13. Injeksjonsventilen ifølge krav 12, hvori den første belgen (10a) og den andre belgen (10b) er forbundet med respektive første og andre side (1 la,b) av et støtteelement (11) som er forbundet med huset.

14. Injeksjonsventilen ifølge krav 13, hvori munningen (14) er dannet i støtteelementet (11).

15. Injeksjonsventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 12-14, hvori det bevegelige dekselelementet (12) og minst et parti av huset danner et tettbart kammer (13).

16. Injeksjonsventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 12-15, hvori ventilinnretningen (16) inni belgen omfatter første og andre ventiltetningselement (19a,b) anordnet for selektivt å sammenpasse med respektive første og andre ventilsete (14a,b) for å lukke munningen (14).

17. Injeksjonsventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 13-16, hvori ventilinnretningen (16) inni belgen omfatter første og andre elastiske element (20a,b) anordnet på respektive første og andre side (1 la,b) av støtteelementet (11) og som har respektive partier som er koblet til respektive første og andre holdeelement (18a,b) på ventilinnretningen (16).

18. Injeksjonsventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 12-17, hvori den første belgen (10a) er forbundet med en ventilskive (9) som er koblet til ventilelementets stamme (4).

19. Injeksjonsventilen ifølge krav 18, hvori ventilskiven (9) og dekselelementet (12) er bevegelig anordnet i huset (1) og hver omfatter et pakningsmiddel (25) for tettende og bevegelig å være i kontakt med husets indre vegg.

20. Bruk av injeksjonsventilen ifølge et hvilket som helst av kravene 12-19 som gassløftventil i hydrokarbonproduserende operasjoner i underjordiske formasjoner.