NO310740B1 - Brönnsikringsventil - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en brønn-sikringsventil omfattende:

et rørformet ventilhus,

et ventillukkerelement som er bevegelig mellom en åpen og en lukket stilling,

et aksialt forskyvbart gjennomstrømningsrør for åpning av ventillukkerelementet,

en fjæranordning for tvinging av gjennomstrømnings-røret mot en lukket stilling, og

et stempel- og sylinderaggregat for flytting av gjennomstrømningsrøret til en åpen stilling.

Brønnsikringsventiler anvendes i brønnkanaler for å forebygge ukontrollert utstrømming av brønnfluider som hvis de ikke kontrolleres, vil direkte kunne forårsake en katastrofal brønnutblåsning. Visse typer av sikkerhets-ventiler benevnes klaffventiler, fordi ventillukker-elementet er i form av en sirkulær skive, som beskrevet i US-patentskrift 4.926.945. Klaffen åpnes ved overføring av hydraulisk trykk til et stempel- og sylinderaggregat som beskrevet i US-Reissue patent nr. B14.161.219, hvorved et gjennomstrømningsrør skyves mot klaffen. Under påvirkning av en skruefjær tvinges gj ennomstrømingsrøret i slik retning at klaffen kan lukkes dersom det hydrauliske fluidtrykk avtar eller går tapt.

I sikringsventiler har det tidligere inngått mekanismer som er relativt kompliserte og følgelig kostbare i fremstilling, for blokkering av sikringsventilen. "Blokkering" av en sikringsventil er for fagfolk et velkjent uttrykk, og defineres som evnen til å låse sikringsventilklaffen i åpen stilling, midlertidig eller permanent . En sikringsventil er blokkert dersom hvis den svikter, f.eks. ved pakningsbrudd, eller under over-halingsprosesser. Ved blokkering av en sikringsventil innføres en sekundær eller kabelbåret innsatsventil i sikringsventilens langsgående innerkanal, som beskrevet i US-patentskrift 4.252.197, eller i en hydraulisk for-bindelsesnippel, og den tilstedeværende, hydrauliske styreledning anvendes for betjening av innsåtsventilen.

Anvendelse av tidligere kjente mekanismer for blokkering av en sikringsventil og opprettelse av de sekundære, hydrauliske forbindelsesbaner medførte øking av ventilens lengde og/eller øking av dens mekaniske kompleksitet, med derav følgende prisøkning.

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe en brønnsikringsventil med en relativt enkel og følgelig mindre kostbar blokkeringsmekanisme.

Brønnsikringsventilen ifølge oppfinnelsen er kjenne-tegnet ved en plugg som er innført i en kanal i ventilhuset og som ved fjerning fra kanalen bevirker at det opprettes fluidforbindelse mellom stempel- og sylinderaggregatet og en langsgående kanal gjennom ventilhuset, hvorved sikringsventilen blir blokkert.

Pluggen er tilpasset for å skyves fra åpningen, for å blokkere sikringsventilen og derved opprette sekundær hydraulisk fluidforbindelse med det indre av sikringsventilen, for drift av sekundærverktøy, såsom kabelbårne sett av sekundærventiler som innføres i den blokkerte sikringsventil.

En slik sikringsventil representerer en ytterst enkel og effektiv mekanisme for blokkering av ventilen og tilførsel av hydraulisk sekundærfluid. I en utførelsesform hvor en sekundærventil skal innføres i sikringsventilen, benyttes et kabelbåret slagverktøy som vil tvinge en sekundærhylse til å brekke brudd-tapp(er), noe som i sin tur bevirker at pluggen trekkes bort fra kanalen. Denne konstruksjon utelukker gjeninntrenging av pluggen i åpningen, slik at sekundærhylsen og gjennomstrømningsrøret ikke kan beveges og slik at klaffen fastlåses i åpen stilling. Fordi pluggen tilbaketrekkes fra åpningen, kan hydraulisk fluid innstrømme i sikringsventilens langsgående innerkanal og til sekundærventilens drivmekanisme.

Stempel- og sylinderaggregat for skyving av gjennom-strømningsrøret til en åpen stilling omfatter med fordel minst én pakning av ikke-metall eller ikke-elastomer materiale.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etter-følgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1, 2 og 3 viser i forening et sideriss, delvis i aksialsnitt, av ventilen med et innvendig gjennomstrøm-ningsrør plassert i en utstrukket eller ventilåpen-stilling.

Fig. 4 viser et snitt etter linjen B-B i fig. 1.

Fig. 5 viser et sideriss sett i retningen A i fig. 1.

Som kortfattet beskrevet i det ovenstående, omfatter brønnsikringsventilen i den foretrukne utførelsesfor av oppfinnelsen en ventilblokkeringsmekanisme som, sammen-lignet med hittil kjente sikringsventiler, er relativt enkel og følgelig mindre kostbar. I sikringsventilen ifølge oppfinnelsen inngår et rørformet ventilhus 12, et ventillukkerelement 18 som er bevegelig mellom en åpen og en lukket stilling, et aksialt forskyvbart gjennom-strømningsrør for åpning av ventillukkerelementet, en fjæranordning (38) for tvinging av gjennomstrømningsrøret mot en lukket stilling, et stempel- og sylinderaggregat 26 for flytting av gjennomstrømingsrøret til en åpen stilling, og en plugg 56 for innføring i en åpning i ventilhuset. Denne åpning står i fluidforbindelse med stempel- og sylinderaggregatet. Pluggen er tilpasset for å skyves ut fra åpningen, for blokkering av sikringsventilen, og derved opprette sekundær, hydraulisk fluidforbindelse med det indre av sikringsventilen, for drift av sekundærverktøy, såsom kabelbårne sett av sekundærventiler for innføring i den blokkerte sikringsventil.

Med henblikk på den foreliggende beskrivelse er sikringsventilen beskrevet som en stemepelstang-sikringsventil av type som kjent fra US-Reissue Patent nr. B14161219 og US-patenskrift 4.860.991, hvortil det hen-vises. Det påpekes imidlertid at samtlige nye særtrekk ved oppfinnelsen som er detaljert beskrevet i det etter-følgende, kan anvendes fordelaktig ved kommersielt til-gjengelige sikringsventiler av andre typer.

En sikringsventil av en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen som er vist i fig. 1, 2 og 3, omfatter et rørformet ventilhus 10 med en langsgående og gjennomgående kanal 14. I hver ytterende av ventilhuset 12 er det anordnet koplingsinnretninger, f.eks. gjengete koplings-deler 16, for sammenkopling av ventilhuset 12 med en rør-streng (ikke vist) slik det vil være kjent for fagfolk. Et ventillukkerelement 18 vanligvis betegnet som en "klaff", er svingbart opplagret i en innvendig forsenkning i ventilhuset 12. Klaffen 18 kan være i form av en stort sett plan eller en bueformet skive. En ventillukker-mekanisme av annen type, eksempelvis en sideveis bevegelig plugg, en dreibar kule og lignende kan også benyttes.

Ventillukkerelementet 18 har som formål å stenge og avtette kanalen 14, for å forebygge fluidstrømning gjennom denne. Ventillukkerelementet 18 dreies derfor til en "lukket" stilling og holdes i anlegg mot et ringformet ventilsete 20 under påvirkning av en hengselfjær 22, på velkjent måte. Mekanismen som virker mot klaffen 18 og skyver denne til en "åpen" stilling som vist i fig. 1, 2 og 3, består av et aksialt forskyvbart gjennomstrømnings-rør 24. Røret 24 tvinges mot klaffen 18 under påvirkning av et stempel- og sylinderaggregat 26, som omfatter et langstrakt stang- eller stempelelement 28 som er aksialt bevegelig i en sylinder eller kanal 30 på utsiden eller fortrinnsvis innenfor sideveggen av ventilhuset 12. Én eller flere ringpakninger 32 er anordnet ved en første ende av stempelet 28, og en andre av stempelet 28 er med tapper eller på annen måte forbundet med en flens 34 på gjennomstrømningsrøret 24. Hydraulisk styrefluid fremføres til aggregatet 2 6 gjennom en rørledning 36 som strekker seg til markoverflaten, for å bevege stempelet 28 og derved tvinge gjennomstrømningsrøret 24 mot klaffen 18, for å åpne denne, på velkjent måte.

Klaffen 18 og gjennomstrømningsrøret 24 vil forbli i åpen stilling og tillate gjennomstrømning av fluider i kanalen 14, så lenge det hydrauliske trykk opprettholdes gjennom rørledningen 36 og mot stempelet 28. Dersom pakningene 32 svikter eller hvis rørledningen 36 skades, vil tapet av hydraulisk fluidtrykk medføre at klaffen 18 dreies til en lukket stilling, og sikringsventilen er derfor å betrakte som en sviktsikret konstruksjon. Kraften fra hengselfjæren 22 mot klaffen 18 er imidlertid vanligvis ikke tilstrekkelig til å dreie klaffen 18 til en lukket stilling og forskyve gjennomstrømningsrøret 24 og stempelet 2 8 i aksialretning. For å lukke klaffen 18 er en relativt stor kraftskruefjær 3 8 anordnet koaksialt med og på yttersiden av gjennomstrømningsrøret 24, som beskrevet i US-patentskrift 4.860.991. Istedenfor en eneste fjær 38 kan flere parallelle skruefjærer være radialt innmontert i ventilhuset 12 rundt gjennomstrømningsrørets yttervegg 24, som beskrevet i US-patentskrift 4.340.088.

Ved behov for overhaling av brønnkanalen nedenfor sikringsventilen 10 eller i tilfelle av ventilsvikt, er det nødvendig at sikringsventilen blokkeres. Å blokkere en sikringsventil er et velkjent uttrykk for fagfolk, og betegner at sikringsventilklaffen låses midlertidig eller permanent i åpen stilling. Oppfinnelsen omfatter en for-enklet mekanisme for blokkering av sikringsventilen. I en foretrukket utførelsesform av sikringsventilen 10 er det i den langsgående kanal 14 innmontert en sekundærhylse 4 0 med en innerdiameter som er større enn gjennomstrømnings-rørets 24 ytterdiameter. Sekundærhylsen 40 er anordnet koaksialt med en første ende av gjennomstrømningsrøret 24 og omslutter denne delvis. I sekundærhylsen 4 0 inngår en ringformet ribbe eller flens 42 i hylsens andre ende. Bevegelse av sekundærhylsen 40 hindres av én eller flere bruddtapper eller -bolter 44 som er pressinnpasset eller innskrudd i åpninger 46 i ventilhuset 12. Hver bolt rager gjennom et hull 48 i flensen 42, og hodet 50 på hver bolt 44 overdekker hullet 48. Som vist i fig. 4 og 5 er det i avstand fra og parallelt med stempel- og sylinderaggregatet 26 anordnet en sekundærkanal 52. Et første endeparti av sekundærkanalen 52 er utstyrt med en sideledning 54 hvorigjennom hydraulisk fluid fra sylinderen 3 0 kan inn-strømme i sekundærkanalen 52. I et andre endeparti av sekundærkanalen 52 er det innskrudd eller pressinnpasset en plugg 56 som hindrer at hydraulisk fluid strømmer ut av sekundærkanalen 52, helt til pluggen 56 fjernes som beskrevet i det etterfølgende. Pluggen 56 innbefatter et langstrakt skaft 58 som er innført i sekundærkanalen 52 og utstyrt med et utvidet hode 60 som er innpasset over et spor eller hull 62 i sekundærhylseflensen 42. For å blokkere sikringsventilen 10, innføres et kabelbåret slag-eller skifteverktøy (ikke vist) i den langsgående kanal 14 i sikringsventilhuset 12 og plasseres i en ringformet forsenkning eller rille 64 i kanalen 14. Etter å være riktig innplassert i sikringsventilen 10, betjenes slag-eller skifteverktøyet, for å overføre en kraft eller et støt mot den første ende av sekundærhylsen 40, for å forskyve denne i langsgående retning eller "nedad" og deretter knekke boltene 44. Sekundærhylsen 40 vil fort-sette sin bevegelse i aksialretning i ventilhuset 12, inntil en andre eller "nedre" ende av hylsen bringes i anlegg mot en ringformet skulder 65 i kanalen 14 eller på yttersiden av gjennomstrømningsrøret 24. Sistnevnte rør 24 forflyttes deretter nedad, for å åpne klaffen 18.

For å kunne blokkere sikringsventilen 10 er lengdene av skaftet 58 på pluggen 56 og sekundærkanalen 52 slik valgt, at når sekundærhylsen 4 0 forflyttes for å knekke boltene 44, vil den første ende av skaftet 58 tilbaketrekkes fra sekundærkanalen 52. For å hindre at skaftet 58 igjen trenger inn i sekundærkanalen 52, er hullet 62 dimensjonert slik at skaftet 58 innpasses løst i denne, hvorved den "øvre" eller første ende av skaftet 58 vil bringes ut av koaksial flukt med sekundærkanalen 52. Alternativt kan en bladf jaer (ikke vist) monteres på tvers av sekundæråpningens 52 lengdeakse. Pluggen 56 støter mot et anslag 66 i den langsgående kanal 14, og gjennomstrøm-ningsrøret kan ikke beveges "oppad" ved samvirkning mellom forsenkningene og flensene på sekundærhylsen 40 og gjennomstrømningsrøret 24. Klaffen 18 fastlåses derfor i åpen stilling, for blokkering av sikringsventilen 10.

Etter at pluggen 56 er tilbaketrukkt fra sekundærkanalen 52, kan hydraulisk fluid strømme fritt gjennom rørledningen 36, sideledningen 54 og gjennom den uav-tettede sekundærkanal 52 og videre inn i den langsgående kanal 14 .

For å medvirke til reduksjon av prisen for sikringsventilen 10 er stempel- og sylinderaggregatet 26 forsynt med spesialpakninger av ikke-metall- og ikke-elastomermateriale(r). Disse pakninger er billigere enn alle metallpakninger og er mer egnet enn konvensjonelle elastomerpakninger for bruk i ugunstigere brønnmiljøer. I beskrivelsen er uttrykket "ikke-metallisk, ikke-elastomermateriale" benyttet om materiale som er fremstilt av polyeterketon (PEK), polyetereterketon (PEEK), polyeterketoneterketonketon (PEKEKK), polyamider, polyetylentereftalater (PET), polysulfoner, epoksyer, polyestere, polyetere, polyketoner og andre polymerkombinasjoner av disse. I forbindelse med den etterfølgende beskrivelse antas tetningsmaterialet å bestå av polyetereterketon (PEEK).

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er det i den første eller "øvre" ende av sylinderen 30 anordnet en ringformet skråflate eller innsnevring 68 som fungerer som det øvre stempelanslag. En første ende av stempelet 2 8 innbefatter en avrundet hjelm 70 av ikke-metall-, ikke-elastomermaterialet. I tillegg eller alternativt innbefatter en andre eller "nedre" del av sylinderen 30 en innsats 72 av ikke-metall-, ikke-elastomermateriale. Innsatsen 72 har en kanal som opptar stangen på stempelet 28 og som omsluttes av en ringformet skråflate 74. En andre eller "nedre" ende av hodet på stempelet 2 8 innbefatter en ringformet tetningsskråflate 76 i motsvarighet til skråflaten i innsatsen 72.

Det vil være åpenbart for fagfolk at sikringsventilen som er beskrevet i det ovenstående, har tallrike fordeler jevnført med de tidligere kjente sikringsventiler, deri-blant, men uten begrensende virkning, at den kan blokkeres med en relativt ukomplisert og billig indre mekanisme, at det kan opprettes sekundærf luidf orbindelse med et kabelbåret ventilsett uten behov for kompliserte og kostbare indre mekanismer, og at det kan anvendes relativt billige øvre og nedre pakninger for stempel- og sylinderaggregatet, som kan fungere i relativt ugunstige brønn-miljøer, uten behov for relativt kostbare helmetall-pakninger.

Claims (12)

1. Brønnsikringsventil omfattende: et rørformet ventilhus (12), et ventillukkerelement (18) som er bevegelig mellom en åpen og en lukket stilling, et aksialt forskyvbargt gjennomstrømningsrør (24) for åpning av ventillukker-elementet, en fjæranordning (38) for tvinging av gjennomstrøm-ningsrøret (24) mot en lukket stilling, og et stempel- og sylinderaggregat (26) for flytting av gjennomstrømningsrøret (24) til en åpen stilling, karakterisert ved en plugg (56) som er innført i en kanal (52) i ventilhuset (12) og som ved fjerning fra kanalen bevirker at det opprettes fluidforbindelse mellom stempel- og sylinderaggregatet (26) og en langsgående kanal (14) gjennom ventilhuset, hvorved sikringsventilen blir blokkert.

2. Brønnsikringsventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved en sekundærhylse (4 0) som konsentrisk omslutter en del av gjennomstrømningsrøret (24), og at pluggen (56) er forbundet med sekundærhylsen (40) slik at når denne forflyttes aksialt, vil pluggen (56) forskyves fra kanalen (52) .

3. Brønnsikringsventil i samsvar med krav 2, karakterisert ved minst én bruddtapp (44) som forhindrer bevegelse av sekundærhylsen (40) inntil kraften som utøves mot denne er tilstrekkelig til å knekke bruddtappen(e) (44).

4. Brønnsikringsventil i samsvar med krav 3, karakterisert ved at bruddtappen(e) (44) omfatter et skaft som er innført i en boring (46) i ventilhuset (12) og et utvidet hode (50) for anlegg mot en forlengelse (42) på et kantparti av sekundærhylsen (40).

5. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at pluggen (56) omfatter et skaft (58) som er innført i kanalen (52) i ventilhuset (12) og et utvidet hode (60) for anlegg mot en forlengelse (42) på et kantparti av sekundærhylsen (40) .

6. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kanalen (52) rager parallelt med og i tilgrensning til stempel- og sylinderaggregatet (26) .

7. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at en første ende av pluggen (56) er utformet for å hindre at pluggen (56) gjeninnføres i kanalen (52) etter at den første ende av pluggen (56) er trukket ut av kanalen.

8. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at pluggen (56) forskyves i sideretning etter å være trukket ut av kanalen (52), for å hindres i å gjeninntrenge i kanalen (52) og for derved at gjennomløpsrøret (24) beveges og blokkerer sikringsventilen.

9. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at stempelet (28) omfatter et første endeparti (70) av et materiale som ikke er et metall eller en elastomer og som skal avtette mot et ringformet metallsete (68) i et første endeparti av sylinderen (30).

10. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at stempelet (28) omfatter en metallskråflate (76) på et andre endeparti, for avtetting mot et ringformet sete av ikke-metall- eller ikke-elastomermateriale (74) i et andre endeparti av sylinderen (30).

11. Brønnsikringsventil i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at stempel- og sylinderaggregatet (26) omfatter minst én pakning av ikke-metall- eller ikke-elastomermateriale.

12. Brønnsikringsventil i samsvar med krav 11, karakterisert ved at pakningen er fremstilt av materiale som er valgt blant polyeterketon (PEK), polyetereterketon (PEEK), polyeterketoneterketonketon (PEKEKK), polyamider, polyetylentereftalater (PET), polysulfoner, epoksyer, polyestere, polyetere, polyketoner og polymeriserbare kombinasjoner av disse.