NO311812B1 - Fjerninnstillbar gasslöfteventil og fremgangsmåte for fjerninnstilling av en gasslöfteventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fjerninnstillbar gassløfteventil for bruk i en produksjonsbrønn, som angitt i innledningen til patentkrav 1.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte ved fjerninnstilling av en gassløfteventil i en produksjonsbrønn, som angitt i innledningen til patentkrav 7.

Ved produksjon av væsker, innbefattende olje og vann, fra en geologisk formasjon har de fleste brønner til å begynne med tilstrekkelig naturlig brønnhulltrykk for effektivt å løfte væskene opp til overflaten. Over en tidsperiode avtar imidlertid dette naturlige trykk i bunnen av hullet, som dermed krever kunstige tiltak for å bedre løftet. En vanlig kjent metode for å forsterke løftet er å injisere gass inn i produksjonsrøret. Denne injeksjon foretas vanligvis ved å presse gass ned ringrommet mellom produksjonsrørstrengen, som leder væsken til overflaten, og foringsrøret i brønnen. Gassen tvinges til å strømme gjennonTen gasstrømning-styreanordning ved den ønskede dybde og inn i produksjons-rørstrengen'Gassboblene blander seg med væskene og reduserer den totale densitet i blandingen. Med væskens densitet redusert blir så det minskende naturlige trykk nede i hullet i stand til å løfte væsken til overflaten. Denne gassinjeksjon i brønnen krever betjening av en gassløft-styreventil som regulerer injeksjonen av gasstrøm inn i produksjonsrøret.

Ved vanlige applikasjoner kan forskjellige typer løftegass-injeksjonsstyringsventiler bli brukt. Blant de enkleste av disse er blendeventilen, hvilken består av en spesial-dimensjonert blendeinnsats montert i ventilhuset og en tilbakeslagsanordning. Størrelsen, på blenden som brukes velges vanligvis basert på beregnede eller estimerte parametere, og kan eller kan ikke derfor vise seg å være optimal i den virkelige applikasjonen. For å bekrefte om den valgte blendestørrelse er optimal eller ikke, kan det være nødvendig å ta ut og erstatte ventilen en eller flere ganger ved bruk av forskjellige blendestørrelser for å sammenligne brønnens ytelsesdata. Hver fjerning og bytting av ventilen krever et avbrekk i brønnproduksjonen såvel som en tidsperiode for at brønnen skal stabilisere seg igjen før nyttige sammenlignbare produksjonsdata kan oppnås. I tillegg kan en kunstig løftet brønn hvis reservoarkarakteristikker er av en transient beskaffenhet, kreve regelmessig utskiftning av løfteventil-blenden for å opprettholde optimale forhold. En betydelig ulempe med dette system er at flere turer ned i og ut av hullet må utføres for å oppnå den korrekte innstilling. Disse multiple turer er naturligvis tidkrevende og kostbare.

Betjeningsventilen for en kunstig løft installasjon er vanligvis beregnet til å regulere eller begrense strømmen av injeksjonsgass fra foringsrøret inn i produksjonsrøret og tillate strømning av den injiserte gass som reaksjon på enten en forhåndsvalgt trykktilstand eller styring fra overflaten. En iboende vanskelighet ved bruk av gassløfteventiler som er enten helt åpne eller lukket, er at gassløft-produksjonskompletteringer er lukkede fluid-systemer som er svært elastiske av natur pga. komprimerbarheten til fluidene og de ofte store dybder for brønnene. Av denne årsak, og spesielt i tilfelle av dobbeltkompletterte brønner, kan strømmen av injisert gass gjennom en helt åpen gassløfteventil frembringe vibrasjoner ved den harmoniske frekvens av det lukkede system og dermed skape resonanssvingninger i systemet som genererer ekstremt store og destruktive krefter i produksjonsutstyret. Gassløfteventiler med en bestemt blendeåpning, plassert ved et resonanspunkt inne i brønnkompletteringene, kan måtte skiftes ut for at systemet skal være i drift.

En annen applikasjon av nedihullsbrønnstyringsventiler i en produksjonsbrønn er den for kjemisk injeksjon. I enkelte brønner er det nødvendig å injisere en strøm av kjemikalier ned i borehullet for å behandle enten brønnproduksjonsutstyret eller formasjonen som omgir borehullet. Introduksjonen av kjemikalier gjennom en nedihulls-ventil som bare har en helt åpen eller helt stengt stilling, tillater ikke presis styring av kjemikaliemengden som injiseres i brønnen.

En annen applikasjon av nedihullsbrønnstyringsventiler er den for en dobbeltkomplet-teringsgassløftoperasjon i en brønn. Ved å variere blendestørrelsen på gassinjeksjons-ventilen kan trykkfallet over gassløftventilen styres slik at trykket i gassen inne i hver rørstreng ved injeksjonsventilen kan sammenpasses med behovene for den bestemte formasjon. Strømstyringsventiler som bare har helt åpen eller lukket stilling, bidrar imidlertid til unøyaktig styring av trykkfallet. I tillegg lider slike systemer også av potensiell resonans pga. svingningene generelt av strømmen gjennom ventilen som kan nødvendiggjøre innjustering av systemet på en eller annen måte eller utskiftning av ventilen for at systemet skal kunne være i virksomhet.

Nok en applikasjon for nedihulls brønnstyreventiler er i "auto-løfting"-applikasjoner. Autoløfting skjer hvor gass fra en geologisk formasjon ved et forholdsvis høyere trykk blir brukt til å levere løfteenergi til væskene fra en separat formasjon, alle innenfor den samme brønnboring.

Som nevnt ovenfor innbefatter de tidligere kjente strømningsstyreventiler for nedihulls applikasjoner, slik som gassløftventiler, et antall iboende ulemper. En første ulempe er at man har en strømningsblende med en enkelt størrelse i den åpne tilstand, hvilket kan frembringe resonanssvingninger som fører til ødeleggende virkninger i brønnen. En annen ulempe er at det bare forekommer en helt åpen eller helt lukket stilling, hvilket krever ■ vandring av ventilen mellom disse to stillinger ved høye trykk og fører til kraftig slitasje på ventilene. Slik slitasje krever hyppig vedlikehold eller utskiftning av ventilene som er svært kostbare.

En annen ventiltype som benyttes for gassløft-applikasjoner er en hydraulisk aktivisert ventil som vanligvis blir styrt fra overflaten. Ved styring av strømmen av et hydraulisk fluid fra overflaten aktiviseres en tallerkenventil for å styre fluidstrømmen inn i gassløfte-ventilen. Ventilen beveges fra en lukket stilling til en åpen stilling så lenge som nødvendig for å iverksette strømmen av løftegass. Slike ventiler er også posisjons-ustabile, dvs. ved avbrekk i det hydrauliske styretrykk returnerer gassløfteventilen til sin vanligvis lukkede stilling. Andre hydraulisk aktiviserte nedihulls brønnstyringsventiler innbefatter også visse iboende ulemper som et resultat av deres lange hydrauliske styreledninger, som fører til en forsinkelse i påføringen av styresignaler til en nedihulls anordning. I for eksempel applikasjoner som innebærer hydraulisk drevne motorer eller stempler, er den nøyaktige strømmen av hydraulisk fluid som er nødvendig for å justere ventilen til i hovedsak kritiske toleranser, ofte vanskelig å oppnå pga. hysteresene som utvikler seg i et hydraulisk system som spenner over vesentlige brønndybder. En annen . kompliserende faktor er den hydrauliske høyde som er tilstede ved disse samme brønndybder. Ved slike dybder blir trykket som bidrar til den hydrauliske fluidhøyde temmelig betydelig, hvilket gjør innstillingen av ventilen mer vanskelig pga. det ekstra hydrauliske trykk som må kompenseres for når ventilen justeres. Disse problemer eksisterer primært fordi punktet for finjustering av ventilen avhenger av strømmen av hydraulisk fluid som blir styrt fra overflaten, og av årsaker angitt ovenfor er fininnstil-lingsjusteringen på ventilen vanskelig å oppnå.

For å overvinne enkelte av disse ulemper har elektrisk styrte gassløftventiler blitt utviklet. Enkelte av disse ventiler, slik som den vist i US-patent nr. 3,427,989, lider også av ulemper med posisjonslabilitet og drift basert enten på helt åpen eller helt lukket tilstand. En annen elektrisk ventil, som er vist i US-patentansøkning nr. 08/218,375 og er hermed innarbeidet som referanse, retter seg mot mange av problemene som tidligere elektriske styreventiler lider av, ved å tilveiebringe en elektrisk ventil som tillater justering av en blendeventil med variabel størrelse ved hjelp av signaler fra overflaten. Selv om disse ventiler er godt egnet for deres tiltenkte bruk, er de mer kostbare og kompliserte i sin konstruksjon enn konvensjonelle hydrauliske ventiler omtalt ovenfor.

Således er det tydelig at det finnes et behov innenfor teknikken for en rimelig, enkelt konstruert, fluidaktivisert styreventil hvor blendestørrelsen i ventilen er innstillbar over et verdiområde som vil muliggjøre at gassløftsystemer, som er utsatte for resonanssvingninger, vil kunne ominnstilles ved å regulere størrelsen på blenden for å dempe resonanssvingninger. En slik varierbar blendeventil ville tillate mye bedre styring av mengden og hastigheten på injeksjonsfluidene i brønnen. Nærmere bestemt vil mer nøyaktig styring over strømmen av injeksjonsgass i en dobbeltløft gassbrønn komplet-tering tillate kontinuerlig styring av injeksjonstrykket i begge produksjonsrørstrenger fra et felles ringrom, hvilket vil føre til mer effektiv produksjon fra brønnen.

Det er også et behov innenfor teknikken for en fluidaktivisert styreventil som er posisjonsstabil; dvs. at en strømningsstyreventil vil kunne innstilles ved en bestemt blendestørrelse pg forbli ved denne samme blendestørrelse inntil valgvis endret til en annen størrelse uten behov for brønninngrep for å endre blendestørrelsen, dvs. hente opp ventilen. Dél er også et behov innenfor teknikken for en fluidaktivisert styreventil som kan overvåke ikke bare blendestørrelsen i ventilen, men også trykkene og strømnings-mengdene inne i produksjonssystemet for å oppnå ønskede produksjonsparametere i brønnen.

Det fluidaktiviserte strømningsstyreventilsystem ifølge den foreliggende oppfinnelse er et ventilsystem som retter seg mot manglene i tidligere kjente ventiler.

Det er således et hovedformål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fjerninnstillbar, hydraulisk aktivisert ventil som overvinner både følsomheten i de tidligere kjente fjernjusterbare hydraulisk aktiviserte ventiler overfor uunngåelige variasjoner i hydraulisk trykk og responstid, og kompleksiteten og kostnaden ved tidligere kjente fierninnstillbare elektrisk aktiviserte ventiler.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det derfor en fjerninnstillbar gassluftventil som angitt innledningsvis, med de kjennetegn som er angitt i karakteristikken til patentkrav 1.

Ytterligere trekk ved gassløftventilen er angitt i de uselvstendige patentkrav 2 til 6.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det også en fremgangsmåte ved fierninnstilling av en gassløfteventil som nevnt innledningsvis, med de i karakteristikken i patentkrav 7 angitte kjennetegn.

Ytterligere trekk ved fremgangsmåten er angitt i de uselvstendige fremgangsmåtekrav 8 til 10.

Som nevnt ovenfor har tidligere kjente strømningsstyreventiler for brønnhull-applikasjoner, slik som gassløftventiler, et antall iboende ulemper. En første av disse er

en enkelt blendestørrelse i den åpne tilstand hvilket kan frembringe resonanssvingninger som fører til ødeleggende virkninger i brønnen. Blenden med en enkelt størrelse ifølge de tidligere kjente ventiler krever videre en langvarig og kostbar prøving- og feilingsprosess innbefattende kjøring av en ventil som har en fast blende av en gitt størrelse, venting på at brønnen når en stabil tilstand, bestemme produksjonsgraden, og repetere de første tre trinn for å bestemme produksjonsgraden som en funksjon av blendestørrelsen for å optimalisere produksjon fra brønnen.

En andre ulempe ved enkelte tidligere kjente hydraulisk aktiviserte ventiler er den at det bare finnes en helt åpen eller fullt lukket stilling, hvilket krever veksling av ventilen mellom disse to stillinger ved høye trykk og fører til betydelig slitasje på ventilene. Slik slitasje krever hyppig vedlikehold eller utskiftning av ventilene, hvilket er kostbart. Tidligere kjente hydraulisk aktiviserte nedihulls brønnstyringsventiler har også visse iboende ulemper som et resultat av deres lange hydrauliske styreledninger, som fører til en hysterese i påføring av styresignaler til nedihullsventilen. I tillegg har ikke tidligere kjente ventiler telemetrikretser for å formidle informasjon fra ventilen til styreenheter på overflaten.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner ulempene med disse tidligere kjente hydraulisk aktiviserte ventiler ved å tilveiebringe en hydraulisk aktivisert ventil som har en åpning som er innstillbar over et område med diskrete størrelser. Dette gjør at systemene, slik som gassløftsystemer som er utsatte for resonanssvingning, kan ominnstilles ved å regulere størrelsen på blenden slik at systemet ikke lenger er i resonans. I tillegg tillater en innstillbar blende styring av mengden av og hastigheten til injeksjonsfluidene i brønnen. Nærmere bestemt vil en mer presis styring av strømmen av injeksjonsgass inn i en dobbelt løftegass-løftebrønnkomplettering tillate kontinuerlig styring av injeksjonstrykket i begge produksjonsrørstrenger fra et felles ringrom. Dette gir mulighet for styring av produksjonstrykkene og strømningsratene i brønnen og fører til mer effektiv produksjon fra brønnen.

I sterk motsetning til konvensjonelle hydraulisk aktiviserte ventiler benytter den foreliggende oppfinnelse en ny kamstyring som fjerner en hver følsomhet i ventilen for variasjoner eller forsinkelser i hydraulisk trykk. Kammene overfører en enkel av/på applikasjon av hydraulisk trykk til ventilspindelbevegelse frem og tilbake og en overgang mellom forutbestemte ventestillinger. Således vil variasjoner eller forsinkelser som ville ha ført til feilaktige strømningsmengder i de tidligere kjente ventiler, i stedet ikke ha noen virkning overhodet.

Tidligere mente man at kun elektrisk aktiviserte ventiler hadde den nødvendige kontrollerbarhet for å overvinne ulempene med hydraulisk aktiviserte ventiler. Den foreliggende oppfinnelse demonstrerer imidlertid at forutsigbar hydraulisk styring er et utmerket alternativ til de kjente elektrisk aktiviserte ventiler.

En annen ønskelig karakteristikk av et nedihulls strømningsstyrende ventilsystem er posisjonsstabiliteten i strømningsstyringsblenden. Dvs., det ville være svært nyttig å kunne innstille en strømningsstyreventil ved en bestemt blendeåpning og få den til å forbli den samme inntil valgvis endret til en annen størrelse. Posisjonsstabilitet er foretrukket i fravær av mulige styresignaler til ventilen, slik at påført kraft kun er nødvendig for å endre blenden fra en størrelse til en annen. Ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse benytter definerte aksielle forskyvningsposisjoner på kammen for å sikre at ventilspindelen forblir i sin stilling i mangel på hydraulisk trykk. Trykk pådras kun for å overføre ventilen til en annen størrelse.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er kamstyringen i form av et dreibart hylseelement og forsynt med et J-spor omkring dens omkrets, der J-sporet er innrettet til å motta en følger for å styre den relative aksielle stilling til ventilspindelen i forhold til ventilhuset, idet J-sporet har et antall mellomliggende passasjer som kobler antallet aksielle forskyvningsstillinger. Som det vil bli beskrevet samvirker J-sporet med en følger for å anbringe følgeren i en valgt aksiell stilling når følgeren sjaltes aksielt i forhold til J-sporet. Den foreliggende oppfinnelse gjør bemerkelsesverdig fordelaktig bruk av J-sporkonseptet for å gi forutsigbar styring av en ventil.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse omfatter ventilen videre en følger som kobler ventilhuset til kammen. Dermed beveger følgeren seg gjennom J-sporet når ventilspindelen blir beveget frem og tilbake i forhold til ventilhuset. I et slikt arrangement er kammen aksielt festet i forhold til ventilspindelen, skjønt den er fri til å dreie. Alternativt kan kammen fikseres aksielt i forhold til ventilhuset og følgeren kan monteres på ventilspindelen. I begge arrangementer er resultatet det samme.

I en foretrukken utførelse omfatter ventilspindelen et differensialstempel som er frem og tilbake bevegbart i en hylse i ventilhuset. Innføring av styrefluidtrykk i styrefluidkammeret bevirker at ventilspindelen beveger seg til en låst stilling. Et differensialstempel er definert som en dualitet av avstandsbeliggende stempler som har forskjellige overflatearealer og som er koblet til hverandre for å bevege seg i samme retning. Når trykk pådras rommet mellom stemplene pådrar trykket en større kraft mot stemplet med større overflateareal enn mot stemplet med mindre overflateareal, hvilket medfører at begge stempler vil bevege seg i retning av kraften som virker på stemplet med større overflateareal. Differensialstempelet tillater at styrefluidtrykket bygger seg opp til et betraktelig nivå før det resulterer i en stempelbevegelse, hvorved følsomheten i ventilen med hensyn til trykkuregelmessigheter eller forsinkelser reduseres.

Ventilhuset og ventilspindelen kan danne et kompensasjonstrykkammer i en ende distalt relativt arbeidsfluidutløpet, idet ventilhuset innbefatter en kompensasjonstrykkport som tillater fluidkommunikasjon mellom kompensasjonstrykkammeret og en omgivelse som omgir den distale ende. Omgivelsen som omgir den distale (vanligvis den øvre) ende er vanligvis produksjonsrøret. Derfor kan produksjonsrørtrykket bli brakt til å virke mot ventilspindelen. Dette produksjonsrørtrykk motvirker prosessfluidets innløpstrykk (vanligvis foringsrørtrykket) som virker i motsatt retning.

Ventilhuset og ventilspindelen kan også danne et kompensasjonstrykkammer i en ende distalt relativt prosessfluidutløpet, idet ventilspindelen innbefatter en kompensasjonstrykkport som tillater fluidkommunikasjon mellom kompensasjonstrykkammeret og en omgivelse som omgir prosessfluidinnløpet. I applikasjoner hvor foringstrykket er betydelig større enn produksjonsrørtrykket kan det tidligere beskrevne trykkompenseirngsregimet være utilstrekkelig til å hindre ventilspindelen i å flyte i ventilhuset og derved endre blendeåpningen. I slike applikasjoner kan prosessfluidets innløpstrykk bli innført i kompensasjonstrykkammeret via kompensasjonstrykkporten for å minimere mulige sensitive produksjonsrørtrykk. En annen fordel forbundet med denne modifikasjon er at det øvre kammer er utsatt for det renere injeksjonsgassmiljø i foringsrøret i steden for det ofte forurensede produksjonsfluidmiljø i produksjonsrøret. Derfor er innsiden av ventilen utsatt for et forholdsmessig renere og forurensningsfritt miljø. I enkelte tilfeller kan fluidet inne i produksjonsrøret ha komponenter slik som geologiske sedimenter, vann og andre substanser slik som korrosive mineraler innblandet i fluidet, som kan hindre ventilen i å funksjonere korrekt. Injeksjonsgassen er naturligvis fri for disse forurensninger.

I en foretrukken utførelse har kammen mer enn en forskyvningsposisjon. I den illustrerte utførelse har kammen således flere stillinger. Det maksimale antall stillinger er begrenset av den fysiske geometri og totale utforming av ventilen, spesielt omkretsen av kammen og bredden på passasjen i J-sporet.

I en foretrukken utførelse har kammen en aksiell fortrengningsstilling hvor ventilspindelen lukker ventilen. Som det vil bli beskrevet er den lukkede stilling mest

anvendelig for diagnostiske formål. I ventiler som ikke er utstyrt med forskyvningsfølere, tillater tilveiebringelsen av den lukkede stilling overflatebestemmelse av ventilens stilling. Dette er verdifullt dersom posisjonen til ventilen ikke umiddelbart kan bestemmes eller er blitt glemt.

Ventilspindelen og ventillegemet kan samvirke for å danne en venturi-åpning som kobler prosessfluidinnløpet og utløpet. Venturi-åpningene gir kritisk strømning ved forholdsvis lave mengder med prosessfluidstrømning, hvilket fører til en vesentlig øket ventil-virkningsgrad. Ventilen benytter fortrinnsvis en venturi-åpning for å øke ventilens betjening betydelig.

Ventilhuset kan som nevnt være plassert inne i en dorsidelomme forbundet med et brønnstrømningslederør. Fagmannen er likeledes kjent med bruken av en dorsidelomme for å romme en gassløfteventil. Ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelsen har hovedsakelig samme lengde, samme diameter og samme tyngdesenter og masse som tidligere kjente ventiler. Dette er viktig ved tilveiebirngelsen av en vaier-opphentbar gassløfteventil som kan brukes i awiksbrønner som har et maksimalt avvik på omlag 70°.

Ventilen kan ha en fjær som presser ventilspindelen mot en lukket stilling i forhold til ventilhuset. Fjæren motvirker en hver tendens i ventilspindelen til å flyte, som dermed øker blendeåpningen. Påsetting av hydraulisk trykk fra overflaten motvirker kraften i fjæren, slik at ventilspindelen kan bevege seg frem og tilbake og innstille seg ved en annen aksiell stilling og blendestørrelse.

Ventilen kan videre innbefatte en fjerntliggende kilde med kontrollerbart hydraulisk trykk koblet til styrefluidtrykkporten. Den fjerntliggende kilde er i stand til å etablere og avbryte et foreskrevet trykk for å bevege ventilspindelen frem og tilbake inne i ventilhuset. Som tidligere beskrevet krever den foreliggende oppfinnelse bare en intermit-terende kilde med hydraulisk trykk som overskrider et minimums terskeltrykk. Det faktiske trykk og graden ved hvilken trykk pådras er ikke av betydning for betjeningen av ventilen, så lenge som trykket er tilstrekkelig til å bevege ventilspindelen frem og tilbake.

Ventilen kan videre ha en føler for å omdirigere data som vedrører ventilen til et fjernliggende sted, der føleren er valgt fra gruppen bestående av: (1) en rørtrykk-transduktor og (2) en ventilspindel-aksialforskyvningstransduktor.

En annen betydelig fordel som er svært ønskelig i nedihulls strømningsstyringsventil-systemer er å ha et nøyaktig system for å overvåke ikke bare blendeåpningen i ventilen, men også trykket i produksjonsrøret for å oppnå ønskede produksjonsparametere i brønnen. F.eks. er det fordelaktig å velge et bestemt trykk nedi hullet og deretter styre størrelsen på blenden i ventilen for å oppnå den valgte verdi for trykket i bunnen av hullet. Slike systemer krever en pålitelig innretning for både å sende data opp i hullet fra områdetl nærheten av ventilen såvel som å behandle disse data og deretter aktivt styre størrelsen pa strømningsstyreåpningen i ventilen for å oppnå de ønskede resultater, som overvåket av systemet.

I denne foretrukne utførelse innbefatter ventilen transduktorer for å avføle forskyvningen av ventilspindelen (og dermed blendestørrelsen) og produksjonsrørtrykket. Naturligvis kan andre følere, slik som en strømningsmengde-transduktor, benyttes.

Når prosessfluid-innløpet kommuniserer med et foringsrør i en underjordisk brønn, tvinges foringsrørtrykket fortrinnsvis et prosessfluid i foringsrøret gjennom ventilen. I gassløftesystemer hvor gass tvinges gjennom produksjonsrør sentralt til foringsrøret for å tillate produksjon gjennom foringsrøret, vil prosessfluidinnløpet isteden kommunisere med produksjonsrøret.

Prosessfluid-utløpet kommuniserer med produksjonsrøret som befinner seg inne i et foringsrør i en brønn. Således fortsetter prosessfluidet fortrinnsvis fra ventilen inn i produksjonsrøret gjennom ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse. I gassløfte-systemer hvor gass tvinges gjennom røret sentralt til foringsrøret for å tillate produksjon gjennom foringsrøret, ville prosessfluidutløpet kommunisere i steden med foringsrøret.

Ventilen kan videre ha en tilbakeslagsventil for å hindre vesentlig prosessfluidstrømning fra prosessfluidutløpet til prosessfluidinnløpet. Tilbakeslagsventilen tillater ikke tilbake-strømning gjennom ventilen.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse samvirker første og andre ringtetninger plassert omkring ventilhuset med en dor som omgir ventilhuset for å skape et ringkammer for å oppta et styrefluid for innføring i ventilen via styrefluid-trykkporten. Som tidligere beskrevet ligger ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis inne i en sidelomme. I steden for å kjøre ned en hydraulisk slange med ventilen kan ventilen fortrinnsvis bli senket inn i en dor som har en integrert hydraulisk trykkport. Ventilen er i tettende kontakt med trykkporten, slik at fluidtrykket som utvikler seg i porten kan bevege ventilspindelen frem og tilbake.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse omfatter ventilen videre et innføring/uttrekningsverktøy koblet til en ende av ventilhuset distalt relativt prosessfluid-utløpet, idet ventilen er uttakbart plasserbar i en dor i en brønn. Innførings/uttreknings-verktøyet tillater ventilen å bli innstilt på plass og opphentet om ønsket. Ofte er det fordelaktig å erstatte ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse med en ventil som har en fast blenfleåpning etter at ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse har vært brukt for å bestemme den optimale åpningsstørrelsen.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse er ventilen plassert i en dorside-lomme forbundet med produksjonsrørstrengen i en brønn. Et foringsrør som omgir produksjonsrøret er tilpasset til å motta et prosessfluid og overføre prosess-fluidet til inne i produksjonsrøret via ventilen. Som fagmannen vil innse, representerer dette et fordelaktig miljø for drift av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

I en foretrukken utførelse av den foreliggende oppfinnelse er prosessfluidet en gass. Fagmannen vil forstå at ventilen ifølge oppfinnelsen fordelaktig også kan dosere væskestrømmen.

Det foranstående har skissert forholdsvis grovt trekkene og de tekniske fordeler med den foreliggende oppfinnelse slik at fagmannen bedre kan forstå den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen som følger. Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli beskrevet senere. Fagmannen vil forstå at de kan lett bruke konseptet og den bestemte utførelse som er vist som en basis for å modifisere eller designe andre konstruksjoner for å utføre de samme formål som den foreliggende oppfinnelse. Fagmannen vil også innse at slike ekvivalente konstruksjoner ikke avviker fra oppfinnelsens ånd og ramme i dens bredeste forståelse.

For en mer fullstendig forståelse av den foreliggende oppfinnelse og dens fordeler gis nå henvisning til den følgende beskrivelse sammenholdt med de vedlagte tegninger hvor: -

Fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt av et tidligere kjent gassløftesystem; Fig. 2 viser et skjematisk lengdesnitt av den fluidaktiviserte styreventil, vist med stiplede linjer, plassert inne i en dorsidelomme i forhold til foringsrøret og produksjonsrøret; Fig. 3 viser et halvsnitt av ventilen; Fig. 3A viser et halvsnitt av en utførelse av ventilens øvre parti med åpninger til produksjonsrøret; Fig. 3B viser et halvsnitt av den øvre mellomseksjon av ventilen vist i fig. 3 A; Fig. 3C viser et halvsnitt av det nedre mellomparti av ventilen vist i fig. 3 A; Fig. 3D viser et halvsnitt lengdesnitt av den nedre endeseksjon av ventilen vist i fig. 3 A; Fig. 3E viser et halvsnitt av nok en utførelse av ventilens øvre parti med åpningen til produksjonsrøret blokkert og med en passasje gjennom ventilspindelen; Fig. 3F viser et halvsnitt av det øvre mellomparti av ventilen vist i fig. 3 E; Fig. 3G viser et halvsnitt av det nedre mellomparti av ventilen vist i fig. 3E; Fig. 3H viser et halvsnitt av den nedre endeseksjon av ventilen vist i fig. 3E; Fig. 4A viser et skjematisk snittriss av ventilen vist i fig.3A-3D i lukket stilling; Fig. 4B viser et skjematisk snittriss av ventilen vist i fig. 3A-3D i en helt låst stilling; Fig. 4C viser et skjematisk snittriss av ventilen vist i fig. 3A-3D i en representativ, delvis åpen driftsstilling; Fig. 4D viser et skjematisk snittriss av ventilen vist i fig. 3E-3H med passasjen tildannet gjennom et parti av ventilspindelen; Fig. 4E viser et skjematisk snittriss av ventilen vist i fig. 4D med en produksjonsrør-trykktransduktor, og en ventilspindels aksielle forskyvelsestransduktor; Fig. 5 viser ventilens kamparti med et J-spor på omkretsen for å tilveiebringe et antall aksielle forskyvningsposisjoner for ventilspindelen; og Fig. 6 viser et utfoldet planriss av kammen i fig. 5 og viser de mange mellompassasjer med en følgertapp plassert i denne for å tilveiebringe de mange aksielle forskyvningsposisjoner for ventilspindelen.

Det vises nå først til fig. 1 hvor det er vist et skjematisk snittriss av en konvensjonell gassløftanordning benyttet ved produksjon i en væskebrønn. Vanligvis, når et reservoar først produserer, er det tilstrekkelig naturlig trykk i reservoaret til å skyve væsken til overflaten og effektivt produsere fra brønnen. Etter en tidsperiode avtar imidlertid det naturligé trykk og mens det fortsatt er naturlig trykk i reservoaret, er det ikke lenger tilstrekkelig til å løfte væsken til overflaten. I slike tilfeller blir et gassløftesystem ofte brukt. Gassen 10, representert med pilene, injiseres i ringrommet 12 mellom brønn-foringsrøret 14 og produksjonsrøret 16. Gassen 10 blander seg med og reduserer væskens densitet, som gjør at det gjenværende naturlige trykk skyver den mindre tette væske til overflaten og dermed produserer brønnen kommersielt. Det skal forstås at utformingen vist i fig. 1 er en åpenendet produksjonsrørutforming og er representativ kun i beskaffenhet og at forskjellige konvensjonelle gassløftutforminger og apparatur er godt kjent. F.eks. blir forskjellige typer gassløftventiler som styrer gasstrømmen fra foringsrøret til produksjonsrøret vanligvis brukt og blir plassert inne i en konvensjonell dorlomme (ikke vist). Foringsrøret og produksjonsrøret er satt i fluidkommunikasjon med hverandre via gassløftventilen når ventilen er i en åpen stilling.

Det vises nå til fig. 2 hvor det er vist et skjematisk riss av den langstrakte ventilenhet ifølge den foreliggende oppfinnelse. I denne figur er produksjonsrøret 18 plassert inne i foringsrøret 20 og sentrert i konvensjonelle ekspansjonspakninger 22. Ventilenheten 24, vist med stiplede linjer, er plassert i en dorlomme 26 på innsiden av doren 28. Skjønt doren 28 kan ha forskjellige utforminger, er det foretrukket at doren 28 er et gjenget kraveelement som kan skrus fast til produksjonsrøret 18. Dorlommen 26 befinner seg på innsiden av doren 28 og er utformet for sikker holding av ventilenheten 24 på en måte som vil bli beskrevet i det etterfølgende. Forbundet til utsiden av doren 28 og i fluidkommunikasjon med ventilenheten 24 er en fluidstyreledning 30 som går til overflaten. Fluidstyreledningen 30 tjener som en rørledning gjennom hvilken styrefluid strømmer for å aktivisere ventilenheten 24. Som benyttet her er betegnelsen styrefluid - ment å innbefatte hydrauliske fluider, gass og lignende typer fluider. Ved konvensjonelle midler kan fluidstrømmen styres fra overflaten for å fjernjustere og fjernaktivisere ventilenheten 24. Styreledningen 30 kan også innbefatte en "T" på en manifold forbundet med en beholder (ikke vist) på overflaten med en hastighetskontroll (ikke vist) også på styreledningen 30. "Ten", beholderen og hastighetskontrollen kan hjelpe til å styre trykkøkninger i styreledningen 30 som skyldes økninger i temperatur i styrefluidet i styreledningen 30. Når trykket i styrefluidet øker, kan derfor styrelinefluidet føres til beholderen ved "T" på manifolden. Selv uten en slik "Ten" på manifolden, eller en annen lignende mekanisme for å avlaste trykkoppbygning, håndterer ventilenheten 24 ifølge foreliggende oppfinnelse en begrenset endring i trykket i styreledningen 30 fordi ventilen ikke vil bevege seg til en åpen stilling før fjærkraften er overvunnet av trykket fra styreledningen 30.

Hydraulisk trykkaktivisering av ventilenheten 24 kan benyttes, og kan ha enkelte fordeler fremfor gass. I visse applikasjoner har imidlertid bruk av gass som styrefluid i steden for hydrauliske fluider visse fordeler. En slik fordel er at bruk av gass minimaliserer den statiske fluidhøyde i styreledningen, hvilket i sin tur tillater bruken av en lettere fjær. Pga. nærværet av det hydrauliske fluidet i styreledningen mellom ventilen og overflaten, vil den hydrostatiske høyde begrense visse ytelsesparametere. F.eks., pga. nærværet av den hydrostatiske høyde må en kraftigere fjær bli brukt i ventilen. Det følger derav at dersom styreledningens statiske trykkhøyde kan minimaliseres, kan ytelsesomfanget til ventilen utvides (ytelsesomfang betyr område av tilstander hvor anordningen kan bli brukt). I tillegg er det ingen grense for dybden hvortil en bestemt ventil kan kjøres ned, og endringen i trykket i styreledningen forårsaket av en økning i temperaturen vil ikke sjalte ventilen dersom gass brukes som et styrelinefluid, ettersom gassen lettere vil bli komprimert. En annen fordel ved å bruke gass er at trykkaktiviseringens reaksjonstid (dvs. tiden som er nødvendig for at hele systemet skal utlignes etter pådrag av trykk ved overflaten) vil være meget kortere, både for trykksetting og ventilering av styreledningen, pga. viskositetsforskjellene i mediumet.

Det vises nå til fig. 3 og 3 A til 3D, hvor det er vist en foretrukken utførelse av den langstrakte ventilenhet 24 ifølge oppfinnelsen. For å vise detaljen nødvendig for en detaljert omtale er ventilenheten 24 vist i fire riss, 3A til 3D. Således skal det forstås at fig. 3A-3D sammen illustrerer hele lengden av denne bestemte utførelse av ventilenheten 24 som vist i fig. 3. Grunnleggende utgjøres ventilenheten 24 av en låseenhet 32, et langstrakt ventilhus eller ventillegeme 34, som innbefatter en ventilmekanisme og en konvensjonell tilbakeslagsventilenhet 36. Ventilhuset 34 har produksjonsrørfiuid-utløpsporter 38, foringsrørfluid-innløpsporter 40 og en styrefluidport 42. Plassert i avstand langs lengden av ventilhuset 34 er et antall pakningsseksjoner 44 som forløper rundt omkretsen av ventilhuset 34.

Det vises nå til fig. 3A for en mer detaljert omtale av ventilenheten 24, der den konvensjonelle låseenhet 32 har en profil med en første 46a, en andre 46b og en tredje 46c skulder. De profilerte skuldre 46a, 46b og 46c tillater inngrep med et nedkjørings- og uttrekningsverktøy som brukes for å sette ventilenheten 24 på plass i lommen. Ventilenheten 24 kan innsettes og hentes opp med vanlige metoder slik som en vaier. Låseenheten 32 utgjøres av en sentral dor 48 opptatt i en låsehylse 50, der begge disse forløper til en låsekraveenhet 52, som også er del av låseenheten 32. Låsekraveenheten 52 utgjøres av en låsekrave 54 og en gjenget låsekravenippel 56. Et endeparti 58 av låsehylsen 50 ef opptatt mellom låsekraven 54 og et parti av låsekravenippelen 56, som holder og sentrerer låsekraven 54 i forhold til ventilenheten 24. Låsekraven 54 har et vinklet skulderprofil som kontakter en "bananform" sammenpassende profil utformet på den indre vegg av dorlommen. Når ventilenheten 24 er korrekt plassert i dorlommen griper låsekraven 54 dorens sammenpassende profil og låser ventilenheten 24 i den riktige orientering og lokalisering i forhold til dorlommen.

En skjærpinne 60 går gjennom låsehylsen 50 og den sentrale dor 48. Skjærpinnen 60 holder en fjær 62 i en sammentrykket stilling og hindrer fjæren 62 i å presse låsehylsen 50 i en retning oppad fra låsekraven 54. Om det er ønsket å fjerne ventilenheten 24 fra dorlommen utøves tilstrekkelig trekkraft på låsehylsen 50 for å avskjære skjærpinnen 60. Låsehylsen 50 beveger seg så oppad fra mellom låsekraven 54 og låsekravenippel-enheten 52, slik at låsekraven 54 løsgjør seg fra det sammenpassende profil i dorlommen. Ventilenheten 24 kan så fjernes fra dorlommen.

Plassert umiddelbart nedenfor låsekraven 54 er en rulletapp 64 som går gjennom låsekraveenheten 52 og inn i den sentrale dor 48 for å hindre relativ rotasjon. En 45° stoppskulder 66 er utformet straks under låsekraven 54 på låsekrave-nippelen 56. Stopp-skulderen 66 tjener to funksjoner. For det første stopper den nedadbevegelse av ventilenheten 24 når den blir innsatt i dorlommen. For det andre passer 45° profilet en tilsvarende skulderprofil ved inngangen av dorlommen for korrekt å lokalisere ventilenheten 24 inne i dorlommen. Produksjonsrør-innløpsporten 38, som åpner mot produksjonsrøret, er utformet i låsekraveenheten 54. Produksjonsrør-innløpsporten 38 kan tillate prosessfluid fra røret å entre og gå ut fra ventilhuset 34. Det langstrakte ventilhus 34 som omfatter et parti av den langstrakte ventilenhet 24, er gjengemessig • opptatt i enden av låsekraveenheten 52 motsatt den ved hvilken den sentrale dor 48 er gjengemessig opptatt.

Som vist i fig. 3B, er det i ventilhuset 34 anordnet en langstrakt yentilspindel 68 som er aksielt forskyvbar inne i ventilhuset 34 og forløper over et vesentlig parti av ventilhusets 34 lengde. Ventilspindelen 68 er aksielt forskyvbar i forhold til ventilhuset 34 for å justere en mengde prosesslfuidstrøm mellom produksjonsrør-utløpsportene 38 og foringsrørfluid-innløpsportene 40 (fig. 3) som en funksjon av den relative aksielle stilling av ventilspindelen 68 i forhold til ventilhuset 34.

Ventilspindelen 68 utgjøres av en differensialstempelenhet 70 hvorfra en langstrakt aktuatordor 72 forløper mot tilbakeslagsventilenheten 36. Aktuatordorens 72 diameter er slik at den ikke fyller hele det hule indre volum av ventillegemet 34. Som sådan er et indre voium 74 avgrenset i ventilhuset 34 som tillater at foringsrørfluid kan strømme inn på innsiden av ventilhuset 34 via foringsrørfluid-innløpsportene 40 og fra innsiden av ventilhuset 34 inn på innsiden av produksjonsrøret via produksjonsrør-utløpsportene 38. Denne fluidstrøm utsetter naturligvis de indre deler av ventilhuset 34 for trykk forbundet med slik fluidstrømning. Ulemper i denne forbindelse er omtalt nærmere senere. Fortrinnsvis har differensialstempelenheten 70 et første endeparti 76, som er koblet til ventilspindelen 68 med samvirkende hungjenger 78 på det første endeparti 76 og han-gjenger 80 på enden av ventilspindelen 68. Differensialstempelenheten 70 innbefatter videre et motsatt andre endeparti 82 som har et mindre diameterareal enn det første endeparti 76 og et parti 84 med redusert diameter mellom det først og andre endeparti 76, 82 og som innbefatter en kambærende skulder 87.

Et hulsylindrisk parti eller kompensasjonstrykkammer 88 er dannet i det øvre parti av ventilhuset 34 hvori differensialstempelenheten 70 er frem og tilbake bevegelig. Mer foretrukket er den øvre enden av kammeret 88 utformet til å la det større første endeparti 76 av differensialstempelenheten 70 bevege seg frem og tilbake i den øvre ende av kammeret 88.1 den foretrukne utførelse eksisterer imidlertid en skulder 89 i den øvre ytterende av kammeret 88. Når kontaktet med den øvre overflate av det større første endeparti 76 hindrer skulderen 89 videre aksiell bevegelse av ventilspindelenheten 68 i retning oppad.

En første tetning 90, fortrinnsvis en o-ring, forsterket med en antiekstruderingsring 92, forløper rundt omkretsen av det første endeparti 76 på differensialstempelenheten 70, og en andre tetning 94, også fortrinnsvis en o-ring, forsterket med en antiekstruderingsring 92, forløper rundt det andre endeparti 82. Av årsaker som vil bli omtalt senere, er det av betydning å påpeke at den første tetning 90 har en diameter større enn den til den andre tetning 94. Et styrefluidkammer 96 er dannet mellom den første ende 76 og andre enden 82 av differensialstempelenheten 70 og er forseglet med første og andre tetninger 90 og 94.1 tillegg er kompensasjonstrykkammeret 88 dannet mellom den øvre vegg av kammeret 88 og det første endeparti 76 av differensialstempelenheten 70 og er avtettet fra styrefluidkammeret 96 med den første tetning 90. Styrefluidporten 42, som er tildannet gjennom ventilhuset 34 nær styrefluidkammeret 96, tillater at et styrefluid kan innføres i og frigjøres fra styrefluidkammeret 96 for å bevege ventilspindelen 68 aksielt frem og tilbake i forhold til ventilhuset 34.

Forløpene randt omkretsen av ventilhusets 34 øvre parti og nær inntil kammeret 88 er en første av tre pakningstetninger 44 omfattende et par motstående profiler 98 med en o-ring 100 mellom. Metallringer 102 gir den nødvendige v-ring innleggsprofil for å bære den siste ring av ileggsprofilen 98. Når ventilenheten 24 er plassert i dorlommen er pakningstetningen 44 utformet til å danne en tetning mellom den indre vegg av dorlommen og den ytre vegg av ventilhuset 34.

Plassert inne i ventilhuset 34 er en kam 104. En kam er en dreiende eller glidende del av en hver foreskreven form, eller et fremspring av bestemt form, slik som på et hjul, enten for å tildele ønskede særegne bevegelse til en rulle som beveger seg mot sin kant, til en tapp fri til å bevege seg i et spor på sin flate, etc, eller for å motta bevegelse fra en slik rulle, tapp etc. Kammen 104, i en foretrukken utførelse, er et sylindrisk hylseelement med første og andre motsatte ender 106, 108. Kammen 104 omskriver løst et parti av det tilspissede mellomliggende parti 84 og er frittflytende og dermed dreibar omkring det mellomliggende parti 84. Kammen 104 er roterbart holdt i stilling rundt det tilspissede mellompartiet 84 mellom kamskulderen 86 og det første endeparti 76 av differensialstempelenheten 70 og virker inne i styrefluidkammeret 96. Trykkskiver 110 er plassert på motsatte ender av kammen 104 for å redusere ende mot ende-friksjonen. Mens kammen 104 er sikkert fastholdt i korrekt aksiell stilling på måten som nettopp er beskrevet, er det tilstrekkelig klaring mellom den ytre vegg av kammen 104 og den indre vegg av ventilhuset 34 for å la kammen 104 være frittflytende og dermed roterbar omkring det mellomliggende parti 84 av differensialstempelenheten 70.

Som det vil bli beskrevet senere i nærmere detalj, har kammen 104 fortrinnsvis et antall sammenknyttede baner 112 som spenner om dens omkrets og til sammen virker som en

kamflate. Mens banene 112 fortrinnsvis har form av et sammenknyttet sikksakk-mønster, er det tenkt at banen 112 kan ha en myriade av utforminger og utseender, avhengig av de tekniske krav for en hver gitt applikasjon. En følger 114, slik som en styreknast, forløper fortrinnsvis fra den indre vegg av ventilhuset 34 inn i en av antallet baner 112. Følgeren

114 kobler effektivt kammen 104 til ventilhuset 34 og bevirker at kammen 104 blir dreibart indeksert omkring differensialstempelenheten 70 når enheten 70 blir beveget frem og tilbake aksielt. En alternativ utførelse kan innbefatte en spor- og følgeranordning som følger en foreskrevet bane for å overføre frem og tilbakeaksiobevegelse av stempelenheten 70 for å sette ventilspindelen 68 i en forutbestemt aksiostilling eller forskyvning.

En ventilfjær 116 holdes i ventilhuset 34 og er presset mot enden av ventilspindelen 68. HusventilfjaBren 116 er utformet til å overvinne styrefluidets statiske trykkhøyde slik at når pådratt styrefluidtrykk ikke blir levert til husventilen 34, vil husventilfjæren 116 kunne presse ventilspindelen 68 til en lukket stilling selv med trykkhøyden utøvende en kraft mot en åpen stilling.

Det vises nå til fig. 3C hvor husventilfjæren 116 forløper akkurat inntil en tilspisset ventilspindelhodeenhet 118. Umiddelbart inntil enden av husventilfjæren 116 er en fjærjusteirngsmutter 120 som tillater stramming av husventilfjæren 116 for justering ettersom forholdene krever, og straks inntil fjærjusteringsmutteren 120 er en fjærlåse-mutter 122 som hindrer fjærjusteringsmutteren 120 i å endre stilling gjennom vibrerende rotasjon. Gjengemessig festet til enden av aktuatordoren 72 er en ventilspindel-hodekrave 124 som er festet til et tilspisset ventilspindelhode 126. Nær enden av ventilspindel-hodekraven 124 er en låsemutter 128 som fester ventilspindel-hodet 126 i en satt stilling. Om så ønsket kan imidlertid låsemutter 128 plasseres for å tillate at ventilspindelhodet 126 kan justeres for å endre den aksielle innstilling av kammen 104.

(Fig. 3B). Ventilspindelhodet 126 er vist i lukket stilling og i anlegg mot ventilsetet 130. Mens et tilspisset ventilspindelhode og rettskuldret ventilsete er vist, vil det naturligvis forstås at andre typer ventiler og ventilseteformer kan brukes med den foreliggende oppfinnelse. I denne figur er også foringsrørfluid-innløpsportene 40 vist som går fra foringsrøret og kommuniserer med det indre volum 74 av ventilhuset 34.

I korthet illustrerer fig. 3D ganske enkelt den vanlige tilbakeslagsventilenhet 36 som har produksjonsrørfluid-utløpsporter 38 utformet i seg. Tilbakeslagsventilenheten 36 er gjengemessig festet til enden av ventilsetehuset 131, og når ventilspindelen 126 er av fra setet, er det fluidkommunikasjon med det indre volum 74 av ventilhuset 34.

Med en foretrukken utførelse beskrevet, vil en foretrukken fremgangsmåte for dens betjening nå bli omtalt med generell henvisning til fig. 2, 3 til 3D, 4A til 4C, fig. 5 og fig. 6. Produksjonsrøret 18, doren 28 og styrefluidledningen 30 ble kjørt ned i foringsrøret 20 og satt i posisjon på vanlig måte. Som tidligere angitt, blir ventilenheten 24 kjørt inn i produksjonsrøret 18 med et innføringsverktøy, slik som en vaier. Ventilenhetens 24 nedadbevegelse stoppes av stoppskuldren 66 som kontakter en motstående skulder i dorlommen 26. Låsekraven 54 og stoppskuldren 66 bidrar til å posisjonere ventilenheten 24 i dorlommen 26. Når ventilenheten 24 er plassert i dorlommen 26 tetter paknings-tetningene 44 mot en indre vegg av lommedoren 26 for å gi en fluidtett tetning mellom dem slik at styrefluid så kan sendes inn i ventilhuset 34 gjennom foringsrørlfuid-portene 40 uten å"lekke inn i produksjonsrøret 18. I realiteten isolerer pakningstetningen 44 foringsrørfluidet fra produksjonsrørfluidet slik at fluider og deres tilhørende trykk kan kommunisere kun gjennom ventilhuset 34.

Når ventilenheten 24 er innsatt i dorlommen 26 kan ventilstammehodet 126 bli presset til den lukkede stilling med ventilhusfjæren 116. For å løfte ventilstammehodet 126 fra setet beveges kammen 104 frem og tilbake og indekseres for å oppnå den ønskede blendeinnstilling. Som nevnt ovenfor er kammen 104 en sylindrisk hylse med et mønster av baner 112 som spenner om dens omkrets og som kan variere i form avhengig av applikasjonen. Fortrinnsvis danner banene 112 et sikksakk-mønster. Et representativt sikksakk-mønster 132 er illustrert i fig. 5 og 6. Nærmere bestemt er sikksakk-mønsteret 132 fortrinnsvis et J-sporarrangement om omkretsen av kammen 104, som vist i fig. 5 og 6. J-sporet er tilpasset til å motta følgeren 114 i seg for å styre den relative aksielle posisjon til ventilspindelen 68 i forhold til ventilhuset 34.

Banene 112 for J-sporarrangementet utgjøres av en serie forskutte indeksbaner 134 med varierende lengde og mellomliggende stoppbaner 136 sammenknyttet med vinklede indekseirngsbaner 138. Seriene av forskutte stoppbaner 136 gir en aksiell stopp-posisjon for følgeren 114 når styrefluidtrykk pådras, og de forskutte indeksbaner 134, som varierer i lengde, gir en aksiell indeksposisjon for følgeren 114 når styrefluidtrykket avlastes. De lengre indeksbaner 134 er utformet til trinnvis å plassere ventilspindelen 68 i en valgt aksiell stilling i forhold til følgeren 114 når ventilspindelen 68 sjaltes aksielt i forhold til følgeren 114. J-sporarrangementet kan utformes for oppnåelse av ulike blendestørrelseåpninger og kan være aperiodisk, om så ønsket; dvs., at det ikke nødvendigvis må oppnås blendestørrelser representert av liketallverdier. Størrelsen på blenden avhenger av lengden på indeksbanen 134, som nå vil bli ytterligere forklart. •

Følgeren 114 blir først plassert i den lukkede posisjonbane 140, som gjør at husventilfjæren 116 presser ventilspindelen 68, og dermed ventilspindelhodet 126 til en lukket stilling som vist i fig. 4A. Når styrefluidtrykk blir pådratt gjennom styrefluidledningen 30 fra et fjernt sted og inn i styrefluidkammeret 96 virker fluidtrykket på den første tetning 90 og andre tetning 94 rundt differensialstempelenheten 70. Siden den første tetning 90 har et større overflateareal, er imidlertid kraften som virker på tetningen 90 større enn på tetningen 94 og en løftekraft skapes i forhold til ventilspindelen 68 og ventilspindelhodet 126. Når styrefluidtrykket økes overvinner løftekraften motstanden gitt av husventilfjæren 116 og driver differensialstempelenheten 70, ventilspindelen 68 og ventilspindelhodet 126 til en helt åpen stilling, som vist i fig. 4B. Siden kammen 104 er koblet tirdifferensialstempelenheten 70 på en måte som er tidligere beskrevet, beveger kammen 104 seg også i samme retning som differensialstempelenheten 70.

Når kammen 104 beveger seg, beveger følgeren 114 seg i sin første lukkede bane 140 (fig. 6) inntil den kontakter en første vinklet flate 142. Når den første vinklede flate 142 er kontaktet, bevirker følgerens 114 innfallsvinkel mot en første vinkelflate 142 at kammen 104 dreier i forhold til ventilhuset 34 inntil følgeren 114 er plassert i en låst stilling inne i en første stoppbane 144 (fig. 6). I en foretrukken utførelse er rotasjons-retningen for kammen 104 med urviseren, det vil imidlertid naturligvis forstås at utformingen kan utformes for dreiing i retning mot urviseren.

Når styrefluidtrykket avlastes på det fjerntliggende sted, avtar styrefluidtrykket i styrefluidkammeret 96. Med et vesentlig styrefluidtrykk ikke lenger tilstede, tvinger husventilfjæren 116 ventilspindelen 68 og kammen 104 mot den lukkede stilling. Når kammen 104 beveger seg på denne måte, så kontakter følgeren 114 en andre vinkelflate 146 (fig.6). Følgerens 114 innfallsvinkel på den andre vinkelflate 146 bevirker at kammen 104 dreier, hvilket bringer følgeren 114 til en første indeksbane 148. Følgeren 114 støter på enden av den første indeksbanen 148, og denne stilling holdes med spennkraften utøvet mot ventilspindelen 68 av husventilfjæren 116. Den første indeksbane 148 har en kortere lengde enn den første bane 140, slik at ventilspindelen 68 justeres aksielt bort fra ventilsetet 130 og dermed etterlater ventilspindelhodet 126 løftet fra setet og i en delvis åpen stilling som vist i fig. 4C.

Når styrefluidtrykket igjen pådras, beveger ventilspindelen 68 og kammen 104 seg frem og tilbake mot en helt åpen stilling, hvilket medfører at følgeren 114 sporer fra den første indeksbane 148 mot en tredje vinkelflate 150. Følgerens 114 innfallsvinkel dreier kammen 104 tilstrekkelig til å besørge at følgeren 114 beveger seg til en andre stopp-stilling 152. Når styrefluidtrykket avlastes beveger kammen 104 seg og bevirker at følgeren 114 sporer mot og kontakter en fjerde vinklet flate 154. Følgerens 114 innfallsvinkel dreier kammen 104 tilstrekkelig til å få følgeren 114 til å forflytte seg til en andre indeksbane 156. Følgeren 114 støter mot enden av den andre indeksbane 156, og denne posisjon skyldes den kraft som utøves mot ventilspindelen 68 av ventilhusfjæren 116. Den andre indeksbane 156 har en kortere lengde enn den første indeksbane 148, hvilket bevirker at åpningen er større enn åpningen som tilsvarer den første indeksposisjon 148.

Kammen 104 kan indekseres på denne samme måte til en tredje indeksposisjon 158 eller flere posisjoner, avhengig av utformingen av kammen 104, inntil kammen 104 har foretatt en fullstendig omdreining for å returnere følgeren 114 til sin lukkede utgangs-stilling 140. Hver indeksbane 134 som følgeren 114 hviler i, øker blendeåpningen. Dermed kan blendeåpningen nøyaktig styres fra et fjerntbeliggende sted via bruk av et styrefluid.

En annen foretrukken utførelse av ventilenheten ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 3E til 3H og fig. 4D. Ventilenheten 24 representert i disse figurer er identisk med ventilenheten 24 tidligere omtalt ovenfor og vist i fig. 3 til 3D med en forskjell. Denne forskjell er at differensialstemplet 70 og et parti av lengden til ventilspindelen 68 har en kompensasjonstrykkport 160 som går igjennom denne. Som vist har kompensasjonstrykkporten 160 en første åpning 162 som åpner utad inn i kammeret 88 og forløper gjennom differensialstempelenheten 70 og et parti av lengden på aktuatordoren 72. Kompensasjonstrykkporten 160 har også en andre åpning 164 som åpner inn i det hule parti av det indre volum 74 av ventilhuset 34. Dette setter kammeret 88 og det indre volum 74 av ventilhuset 34 i fluidkommunikasjon med hverandre. Det skal bemerkes at en gjenget trykkplugg 166 sperrer fluidkommunikasjon mellom kammeret 88 og produksjonsrørfluidets utløpsport 38. Dermed er differensialstempelenheten 70 i denne bestemte utførelse ikke lenger utsatt for trykket utøvet av fluidet i produksjonsrøret. I situasjoner hvor det er en høyere trykkforskjell mellom foringsrøret og produksjonsrøret vil dette kunne være en betydelig fordel for å utføre betjening av ventilen.

Henvisning vil nå gis til fig. 4A til 4D. I den forutgående utførelse som vist i fig. 4A til 4C, er flere krefter involvert. For det første er kammeret 88 åpen mot produksjonsrøret, slik at det utøves en nedadrettet kraft mot det første endeparti av differensialstempelenheten 70. For det andre vil ventilhusfjæren 116 utøve en kraft mot ventilspindelen 68 mot den lukkede stilling. For det tredje utøver det hydrostatiske trykk fra styrefluidet en oppadrettet kraft mot differensialstempelenheten 70 mot en åpen stilling. For det fjerde utøver foringsrørtrykket en oppadrettet kraft mot det andre endeparti 82 av differensialstempelenheten 70. Så lenge som disse forskjellige krefter er i likevekt i forhold til hverandre, funksjonerer ventilen riktig. I de tilfeller hvor foringsrørtrykket blir mye større enn produksjonsrørtrykket, og spesielt dersom foringsrørtrykket også er lavere enn det hydrostatiske trykk i fluidstyringsrørledningen, kan imidlertid disse forskjeller hindre ventilspindelen 68 i å virke korrekt. Dersom trykkforskjellen mellom foringsrøret og produksjonsrøret er tilstrekkelig stor, kan det hindre ventilen i å indeksere korrekt. For å indeksere mekanismen fullstendig må kreftene som virker på slaget til ventilspindelen 68 overvinne disse motstandskrefter. Som vist i fig. 4A til 4C må trykket i den hydrauliske ledning ganger forskjellen i areal mellom det første endeparti og andre endeparti 76 og 82 av differensialstempelenheten 70 være større enn summen av virkningene av; husventilfjærkraften, produksjonsrørtrykket som virker på det første endeparti 76, foringsrørtrykket som virker på det andre endeparti 82, friksjonen i anordningen og dersom ventilen er på ventilsete 130, trykkforskjellen mellom produksjonsrør/foringsrør ganger arealet av ventilsetet. For å fullende indekseringssyklusen må kreftene som presser ventilspindelen 68 tilbake mot ventilsetet 130 vike når styrefluidtrykket pådratt ved det fierntbeliggende sted tas bort. I applikasjoner hvor foringsrørtrykket er betraktelig større enn produksjonsrørtrykket, kan ventilen vist i fig. 4A - 4C være utilstrekkelig til å hindre ventilspindelen 68 i å flyte i ventilhuset 34 og derfor endre blendeåpningen. På den annen side, dersom produksjonsrørtrykket blir betraktelig større enn foringsrørtrykket kan styrefluid ikke nødvendigvis være i stand til å overvinne over-skuddtrykket utøvet av produksjonsrørtrykket, slik at dermed ventilen feilfunksjonerer.

I utførelsen vist i fig. 4D er imidlertid det første endeparti 76 av differensialstempelenheten 70 ikke utsatt for produksjonsrørtrykket og ventilhuset 34 og ventilspindelen 68 danner et kompensasjonstrykkammer i en ende distalt relativt prosessfluid-utløpet. Ventilspindelen 68 innbefatter en kompensasjonstrykkport 160 som tillater fluidkommunikasjon mellom kompensasjonstrykkammeret 88 og det indre av ventilhuset 34, som er åpen for foringsrørtrykket. I slike applikasjoner kan foringsrørtrykk bli innført i kompensasjonstrykkammeret 88 via kompensasjonstrykkporten 160 for å nulle ut eventuell følsomhet for trykkforskjellen mellom produksjonsrøret og foringsrøret. Utnullingen kommer fra foringsrørtrykkets evne til å utøve en nedadrettet kraft på det større overflateareal av det første endeparti 76 på differensialstempelenheten 70.

Det vises nå til fig. 4E, hvor det er vist nok en utførelse av ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse som kan innbefatte en produksjonsrørtrykktransduktor 168 eller en ventilspindelaksialforskyvningstransduktor 170 for å dirigere data som vedrører ventilen til et fjerntliggende sted. I tillegg kan ventilsetepartiet 172 på ventilen være av en venturi-utførelse, slik som den vist i US patentansøkning nr. 950050U1P1P1, som er en continuation-in-part av US patentansøkning med serienummer 08/301,666 inngitt 7 september 1994 og som hermed inngår som referanse.

Fig. 4E viser den foreliggende dyse-venturi 172 som kan erstatte det rettkantede ventilsetet. Dyseventurien 172 kan f. eks. omfatte en sirkulær bueventuri som innbefatter et dyseparti 174 og et venturiparti 176. Dysepartiet 174 ligger over en hals 178, og venturipartiet 176 ligger under halsen 178.

Dysepartiet 174 innbefatter sideveggen 180 som gir minimal motstand mot fluid-strømmen (gass) når gassen nærmer seg halsen 178. Tverrsnittsarealet av halsen 178 er mindre enn tverrsnittsarealet av dysepartiet 174 og venturipartiet 176.

Sideveggene 180 er krummet slik at helningen på tangentlinjer målt i hvert punkt langs kurven 182 av dysepartiet 174 er større enn tangentpunktene som nærmer seg halsen 178. Krumningen på dysepartiet 174 er også slik at det er en krumningsradius som er større enn en diameter av halsen 178 med en faktor mellom 1,5 og 2,5, fortrinnsvis 1,9.

Forholdet mellom tverrsnittsarealet ved diameteren av halsen 178 og tverrsnittsarealet av det bredeste punkt på dysepartiet 174, når målt ved munningen 184, er lik mer eller mindre enn 0,4. Gass som strømmer i dysepartiet 174 i dyseventurien 172 strømmer med en høy hastighet og et lavt trykk. Gassen som strømmer gjennom venturipartiet 176 avtar i hastighet og øker i trykk slik at gassen som utgår fra ventilen har trykket gjenvunnet med et minimalt energitap eller trykktap.

Det soniske (kristiske) strømningsgradregimet er det parti av hver kurve som er horisontal. Ved å betjene en gassinjeksjon-strømningsstyreanordning i det soniske strømningsregimet oppnås et stabilt gassløftsystem. Videre, ved lignende produksjons-trykk, strømmer mer gass gjennom dyseventurien 172 enn gjennom en rettkantet blende med samme halsstørrelse. Dermed sørger dyseventurien 172 for et lavere trykkfall. Rettkantede blender krever vanligvis et trykkfall på 46% av oppstrømstrykk for å frembringe sonisk hastighetsstrømning gjennom denne. Den foreliggende dyseventuri krever i motsetning mindre enn et 10% trykkfall.

Med hensyn til måleanordningene, er en betydelig fordel med dette aspekt av oppfinnelsen at det er svært ønskelig i nedihullsstrømningsstyre-ventilsystemer å ha et nøyaktig system for å overvåke ikke bare blendestørrelsen i ventilen, men trykket i produksjons-røret for å oppnå ønskede produksjonsparametere i brønnen. F.eks. er det fordelaktig å velge et bestemt trykk i bunnen av hullet og deretter styre størrelsen på blenden i ventilen for å oppnå den valgte verdi på trykket nede i hullet. Slike systemer krever en pålitelig innretning for både å sende data opp i hullet fra området rundt ventilen såvel som å behandle disse data og deretter aktivt styre størrelsen på strømningsstyreblenden i ventilen for å oppnå de ønskede resultater, som overvåket av systemet.

I denne foretrukne utførelse har ventilen transduktorer for å avføle forskyvningen av ventilspindeten (og dermed blendeåpningen) og produksjonsrørtrykket. Naturligvis er andre følere, slik som strømningsmengdetransduktorer innenfor det brede omfang av den foreliggende oppfinnelse.

Fra det ovenstående er det klar at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fjerninnstillbar ventil som kan benyttes i et forsterket løfteutvinningssystem og en fremgangsmåte for justering av denne. Ventilen omfatter: (1) et langstrakt ventilhus med et prosessfluid innløp og et prosessfluid utløp, (2) en langstrakt ventilspindel plassert inne i ventilhuset for aksiell forskyvning i forhold til dette for å justere en grad av prosess-fluidstrøm mellom fluidinnløpet og fluidutløpet som en funksjon av en relativ aksiell stilling på ventilspindelen i forhold til ventilhuset og (3) en kam plassert i ventilhuset og som kobler ventilhuset og ventilspindelen, idet kammen har et antall aksielle forskyv-ningsstillinger for å anbringe ventilspindelen i en utvalgt av et antall relative aksielle stillinger i forhold til ventilhuset. Ventilhuset har en styrefluid-trykkport for å tillate et styrefluidtrykk å bli innført i og frigjort fra ventilen for å bevege ventilspindelen aksielt i forhold til ventilhuset mellom stengt og satt stilling. Kammen beveger seg fra en første aksiell forskyvningstilling til en andre aksiell forskyvningsstilling når ventilspindelen blir beveget. En forskjell mellom den første og andre aksielle forskyvningsstilling bevirker dermed en regulering av graden av prosessfluidstrømning mellom fluidinnløpet og fluidutløpet.

Claims (10)

1. Fjerninnstillbar gassløfteventil (24) for bruk i en produksjonsbrønn, innbefattende et langstrakt ventilhus (34) med et prosessfluidinnløp (40) og et prosesslfuidutløp (38), og en langstrakt ventilspindel (68) i ventilhuset (34), hvilken ventilspindel (68) er aksialt forskyvbar i ventilhuset (34) for derved å regulere en prosessfluidstrømning mellom fluidinnløpet (40) og fluidutløpet (38) som en funksjon av en aksial ventilspindelstilling i ventilhuset (34),karakterisert vedat det mellom ventilspindelen (68) og ventilhuset (34) er anordnet en kamstyring (104), hvilken kamstyring (104) har et antall aksielle forskyvningsposisjoner (134, 136) for ventilspindelen (68), og at ventilhuset (34) har en styrefluid-trykkport (42) for introdusering av og avlasting av et styrefluidtrykk for å bevege ventilspindelen (68) aksialt relativt ventilhuset (34), idet kamstyringen (104) er anordnet for bevegelse fra en første aksiell forskyvningsposisjon til en andre aksiell forskyvningsposisjon når ventilspindelen (68) beveges aksielt, hvorved det tilveiebringes en regulering som nevnt av prosessfluidstrømmen mellom fluidinnløpet (40) og fluidutløpet (38).

2. Gassløfteventil ifølge krav 1,karakterisert vedat kamstyringen (104) er i form av et dreibart hylseelement (104) med et J-spor-arrangement (112, 114) rundt hylseelementets (104) omkrets.

3. Gassløfteventil ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat kamstyringen (104) innbefatter en kamfølger (114) tilordnet ventilhuset (34).

4. Gassløfteventil ifølge et av de foregående krav,karakterisertv e d at ventilen (24) er anordnet i en dorsidelomme (26) tilknyttet et produksjonsrør (18)i brønnen.

5. Gassløfteventil ifølge et av kravene 1-4,karakterisertv e d en første og andre ringtetning (44) rundt ventilhuset (34) for tetningssamvirke med en dor (28) rundt ventilhuset (34), slik at det tilveiebringes et ringkammer for opptak av styrefluid for innføring i ventilen (24) gjennom styrefluid-trykkporten (42).

6. Gassløfteventil ifølge et av kravene 1-5,karakterisertved at en ende av ventilhuset (34) distalt relativt prosessfluidutløpet (38) er utformet for sammenkobling med et innførings-/trekkverktøy.

7. Fremgangsmåte ved fjerninnstilling av en gassløfteventil (24) i en produksjonsbrønn, hvilken ventil (24) innbefatter et langstrakt ventilhus (34) med et prosessfluidinnløp (40) og et prosessfluidutløp (38), og en langstrakt ventilspindel (68) i ventilhuset (34), hvilken ventilspindel (68) er aksialt forskyvbar i ventilhuset (34) for derved å regulere en prosessfluidstrømning mellom fluidinnløpet (40) og fluidutløpet (38) som en funksjon av en aksial ventils_pindelstilling i ventilhuset (34),karakterisertv e d " at en mellom ventilspindelen (68) og ventilhuset (34) anordnet kamstyring (104) med et antall mulige aksiale forskyvningsposisjoner (134, 136) for ventilspindelen (68) beveges fra en første aksial forskyvningsposisjon til en andre aksial forskyvningsposisjon ved introdusering og avlasting av et styrefluidtrykk gjennom en styrefluidport (42) i ventilhuset (34), hvilket styrefluid påvirker ventilspindelen (68) til aksial bevegelse som overføres til en bevegelse av kamstyringen (104) mellom den første og andre forskyvningsposisjon for ventilspindelen (68).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat. kamstyringen (104) er et J-spor-arrangement (112, 114) som dreies under påvirkning av ventilspindelens (68) aksiale bevegelse.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8,karakterisert vedat ventilen (24) plasseres i en dorsidelomme (26) tilknyttet et produksjonsrør (18) i brønnen.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 7-9,karakterisertv e d at ventilen (24) bringes på plass i en dor (28) ved hjelp av et innførings-/trekkverktøy tilknyttet en ende av ventilhuset (34) som ligger distalt relativt ventilhusets (34) prosesslfuidutløp (38).