NO316190B1 - Nedihulls verktöy - Google Patents

Abstract

En kuleventil (20) nede i brønnen omfattende et legeme (22) som avgrenser en boring (32), en ventilkule (34) som avgrenser en gjennomgående passasje (36) slik at kulen (34) kan posisjoneres for å tillate strøm gjennom legemets boring (32) eller å lukke boringen, og en tettende sammenstilling (34) anbrakt på én side av kulen og som avgrenser et ventilsete (50, 53) for å danne en tettende kontakt med kulen (34), og en tetning mellom legemet og sammenstillingen.En fluidtrykkraft tilført på én side av kulen (34) bidrar til å drive ventilsetet. (50, 53) mot kulen (34), og en fluidtrykkraft tilført på den andre side av kulen bidrar til å. drive kulen mot ventilsetet. Tetningssammenstillingen danner del. av en kuletransportør som er aksialt bevegelig i boringen, hvor aksial bevegelse av transportøren bevirker dreining av kulen mellom den åpne og lukkede posisjon.

Description

NEDIHULLS VERKTØY

Oppfinnelsen angår et nedihulls apparat og særlig, men ikke utelukkende, produksjonsventiler og verktøy for drift av produksjonsventiler.

Fra de amerikanske patenter US 5.338.001, US 4.714.116 og US4.230.185 samt europeisk patent EP 55.183 Al er det kjent ulike produksjonsventiler og verktøy for drift av produksjonsventiler. Imidlertid viser nevnte skrifter løsninger som innehar enkelte ulemper som er løst i den foreliggende oppfinnelse.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en produksjonskuleventil omfattende: - et hovedlegeme som avgrenser en boring; - en ventilkule som avgrenser en gjennomgående strøm-ningsbane slik at kulen kan posisjoneres for å tillate strømning gjennom legemets boring eller å avstenge tett ved boringen; og - en tettende sammenstilling anbrakt på én side av kulen og som avgrenser et ventilsete for å forme en tettende kontakt med kulen og en tetning mellom legemet og tetningssammensti11ingen; - hvor arrangementet er slik at en fluidtrykkraft tilført mot den ene side av kulen bidrar til å drive ventilsetet mot kulen, og en fluidtrykkraft tilført på den andre side av kulen bidrar til å drive kulen mot ventilsetet.

Tetningssammenstillingen danner fortrinnsvis en del av en kuletransportør som er aksialt bevegelig i boringen, aksial bevegelse av transportøren som bevirker rotasjon av kulen mellom den åpne og den lukkede tilstand. Mest fortrinnsvis forblir ventilsetet i tettende kontakt med kulen over i det minste en del av den aksiale bevegelse av transportøren fra den kulelukkede posisjon. Videre er det foretrukket at tetningen mellom tetningssammenstillingen og legemet opprettholdes under nevnte be-vegelser.

Kuletransportøren er fortrinnsvis også forspent mot den åpne posisjon av kulen.

i

En sperremnretmng er fortrinnsvis også tilveiebrakt mellom legemet og kuletransportøren for å holde kule-transportøren frigjørbart i kulens lukkede posisjon. Sperreinnretnmgen kan omfatte et sperreelement forbundet med kuletransportøren og forsynt med radialt utvidbare partier og en støttedel for å støtte partiene i en ut-strakt posisjon i inngrep med en profil avgrenset av legemet, idet bevegelsen av støttedelen fra en støtte-posisjon tillater at nevnte partier trekker seg tilbake og at sperreelementet beveger seg i forhold til legemet og at kulen åpner. Meget fordelaktig er det når de tilbaketrukkede partier av sperreelementet går i inngrep med støttedelen slik at aksial bevegelse av støttedelen resulterer i tilsvarende bevegelse av sperreelementet. I en utførelsesform bevirker løfting av støttedelen at sperreelementet og kuletransportøren beveger seg til kulens lukkede posisjon, og når denne posisjon nås mnkoples sperren for å holde kuletransportøren i kulens lukkede posisjon. Meget fordelaktig er det tilveiebrakt anordninger for å holde støttedelen i støtteposisjonen. Nevnte anordningen kan være i form av en sperrehake mellom støttedelen og et parti av legeme.

Kuletransportøren omfatter fortrinnsvis også anordninger for innkoplmg av et verktøy nede i brønnen anbrakt i boringen for å tillate at verktøyet kan bevege kuletran-sportøren fra kulens åpne posisjon til kulens lukkede posisjon. I den foretrukkede utførelsesform er nevnte anordninger i form av støttedelen av sperreinnretnmgen.

Kuletransportøren kan være bevegelig fra kulens lukkede posisjon til kulens åpne posisjon ved tilføring av både fluidtrykk og/eller fysisk kraft. I en utførelsesform aktivisert med fluidtrykk resulterer tilføring av trykk til et valgt parti av ventilen i bevegelse av støttedelen fra støtteposisjonen. I den foretrukne utførelsesform overfører en anordning med sperrehake og fjær bevegelse av et stempel i én retning til bevegelse av støttedelen i den motsatte retning. Stempelet kan være bevegelig som reaksjon på trykk i boringen.

Disse aspekter ved den foreliggende oppfinnelse tillater at en fluidtrykkraft eller fysisk kraft tilført i en første retning kan overføres til bevegelse i motsatt andre retning. Derfor kan f.eks. en strekkraft oppover tilført fra overflaten via en wire overføres til en kraft nedover.

Disse og andre aspekter ved den foreliggende oppfinnelse skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utførelseseksempler og under henvisning til tegningene ; der

fig. 1 viser et snittriss av en halv produksjonsventil ifølge en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 viser et riss i større målestokk av produksjons-ventilen på fig. 1 (på sju ark);

fig. 3 viser et snittriss av en halv produksjonsventil ifølge en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse; og

fig. 4 viser et riss i større målestokk av ventilen på fig. 3 (på seks ark).

Det skal nå først vises til fig. 1 og 2 på tegningene som viser1en nedihulls produksjonsventil 20 i følge en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Ventilen kan anvendes ved et stort antall forskjellige innretning-er, men skal beskrives nedenfor med henvisning til inn-retninger ved komplettering hvor ventilen kan være lukket for å tillate at det kan utføres trykktester ovenfor ventilen, og deretter åpnes for å tillate uhindret strøm gjennom ventilen.

Ventilen 20 omfatter et rørformet legeme 22 som omfatter øvre og nedre hylser 24, 25 og fem ytre hylsepartier 26, 27, 28, 29 og 30 forbundet med hverandre og også med endehylsene 24, 25 med passende gjengede forbindelser. Legemet 22 avgrenser en gjennomgående boring 32, og beliggende mot den nedre ende av boringen 32 er det en ventilkule 34 som avgrenser en gjennomgående strømningskanal 36 slik at kulen 34 kan roteres mellom en åpen posisjon (som vist) hvor kulepassasjen 36 er i flukt med boringen 32, og en lukket posisjon hvor passasjen er vinkelrett på boringen. Dreining av kulen 34 aktiveres ved relativ aksial bevegelse mellom to par av sideplater 38, 39, hvor én plate 38 bærer en tapp 40 som er i inngrep med en boring 41 på siden av kulen 34 på kulens sentralakse, og den andre plate 39 bærer en forskjøvet tapp 42 som er i inngrep med en tilsvarende forskjøvet boring 43 på kulen 34.

Kulen 34 og sideplatene 38, 39 danner del av en kuletran-sportørsammenstilling som er aksialt bevegelig i forhold til legemet 22, og omfatter en tettende sammenstilling 44. Selv om den lukkede ventil 20 representerer en barri-ere mot strømning i begge retninger, er den tettende sammenstilling bare tilveiebrakt på den nedre side av kulen 34. Sammenstillingen 44 omfatter en hylse 46 som er aksialt bevegelig i forhold til legemet 22 og omfatter en siksaktetnmg 48 mellom dens nedre ende og den nedre endehylse 25. Den øvre ende av hylsen 46 avgrenser et trinn<1>49 som er tilpasset en ventilsetehylse 50 som omfatter vmkeltetninger og 0-ringer 51, 52 og en ringfor-met tetningsflate 53 for kontakt med kulen 34. Hylsen 50 er forspent til kontakt med kulen 34 av en trykkfjær 54.

på den motsatte siden av kulen 34 er det forspent en kulebeskyttende hylse 56, av trykkfjær 57, til kontakt med den øvre flaten av kulen 34.

Sideplaten 39 er i stand til begrenset aksial bevegelse og er koplet til den øvre ende av det ytre hylseparti 30. Den andre sideplate 38 er imidlertid bevegelig over større strekning, og som nevnt ovenfor benyttes denne forskjellige aksiale bevegelse av platen 38, 39 til å dreie kulen 34. Sideplaten 38 er forbundet med en hylse 58, den øvre ende av hylsen 58 tilveiebringer en stopp for en ring 59 mot hvilken det virker en trykkfjær 60. Den øvre ende av fjæren 60 støter mot en ytterligere ring 61 som er i inngrep med en skulder 62 dannet på det ytre hylseparti 29. Fjæren 60 bidrar til å skyve hylsen 58 og sideplaten 38 nedover, og opprettholder dermed kulen i den åpne posisjon.

Den øvre enden av hylsen 58 er gjenget og festet til en indre hylse 64, hvor den nedre ende av hylsen 64 avgrenser et hus for fjæren 60, og den øvre ende av hylsen 64 som avgrenser f jærfmgre 66, er gjenget og festet til et sperreelement 68. Det er tilveiebrakt kiler 39 i åpninger 70 med mellomrom langs omkretsen avgrenset av sperreelementet 68. Kilene 69 er beliggende radialt mellom det ytre hylseparti 28 og en indre støttehylse 72. Som vist på fig. 1 og 2 er kilene 69 tilbaketrukket og det nedre indre hjørne av hver kile 69 er i inngrep med en skulder 73 avgrenset av hylsen 72. Det skal imidlertid bemerkes at det ytre hylseparti 28 avgrenser en profil 74 som kilene 69 kan strekke seg inn i for å låse sperreelementet 68 i forhold til legeme 22, som skal beskrives. Den øvre del av støttehylsen 72 avgrenser en sperring (no-go) 75 og en profil 76 for inngrep med et setteverktøy som skal beskrives. I begynnelsen er støttehylsen 72 bevegelig oppover i forhold til legemet 22 og en sperrehylse 78 tilveiebrakt mellom hylsen 72 og det ytre hylseparti 27. Som det skal beskrives finner slik bevegelse sted inntil støttehylseskulderen 80 mnkoples med en motstående sperrehylseskulder 81. Videre kan støttehylsen 72 opprettholdes i denne posisjon i forhold til sperrehylsen 78 ved innkopling av en sperrehake 82 med en fortannet profil 83 dannet på den ytre flate av støttehylsen 72.

Den øvre ende av sperrehylsen 78 er gjenget og festet til en ytterligere indre hylse 85 som strekker seg mn i den øvre endehylse 24. Den øvre ende av hylsen 85 samvirker med en ytterligere sperresammenstilling 85, hvor denne sammenstilling omfatter et nedre første sperresett 87 som er bevegelig i forhold til hylsen 85, og et øvre sperresett 88 som hindrer bevegelse oppover av hylsen 85 i forhold til legemet 22. En "Belleville"-fjærstabel 90 er tilveiebrakt mellom sperrene 87, 88. Den nedre flate av sperren 87 støter mot den øvre ende av en et stempel i form av en stempelhylse 92. Den nedre flate av stempelhylsen 92 er i fluidforbindelse med legemets boring, mens stempelets øvre flate 94 er i forbindelse med utsiden av legemet 22. Derfor vil et reelt differansetrykk over legemet bidra til å skyve stempelhylsen 92 oppover og dermed løfte den nedre sperre 87 i forhold til den indre hylse 85. Bevegelsen oppover av stempelhylsen 92 i forhold til legemet 22 reguleres av en ring 96 på det øvre parti av hylsen 92, og den aksiale utstrekning av denne kan justeres av legemeporten 98. Det kan sees at bevegelse oppover av stempelhylsen 92 vil bevirke at den nedre sperre 87 beveger seg oppover over det fortannede parti av hylsen 85. Når trykket er redusert fra boringen vil fjærstabelen 90 virke på den nedre sperre 87 og dermed bevege hylsen 85 nedover. Denne bevegelse nedover bevares av den øvre sperre 88. Anvendelse av flere trykksykler mot legemeboringen vil dermed resultere i skrittvis bevegelse nedover av hylsen 85, som anvendes ved åpning av den lukkede ventil, som skal beskrives.

Under bruk vil ventilen 20 blir kjørt mn i et borehull i den åpne posisjon, som vist. Dersom det er ønskelig å stenge ventilen blir et passende setteverktøy kjørt ned i brønnen for å mnkople støttehylseprofilen 76. Hylsen 72 blir så trukket oppover slik at støttehylseskulderen 73 går i inngrep med kilen 69 og løfter sperreelementet 68 og den indre hylse 64 hvor fjærfingre 66 avbøyes innover for å frigjøre en skulder 67 avgrenset av det ytre hylseparti 29. En slik bevegelse oppover løfter også koplmgs-hylsen og sideplaten 38. Da sideplaten 39 som omfatter den forskjøvede tapp 32 holdes tilbake fra vesentlig aksial bevegelse, resulterer slik bevegelse av sideplaten 38 i at kulen 34 beveger seg oppover og roterer til den lukkede posisjon. Når den nedre ende av sideplaten 38 er koplet til tetningssammenstillingshylsen 46, løftes tetningssammenstillingen 44 med kulen 34. Når sperreelementet 68 beveger seg oppover med støttehylsen 72 vil kilene 69 blir skjøvet utover inn i profilen 74 som låser sperreelementet 68 i forhold til legeme, men tillater ytterligere bevegelse oppover av støttehylsen 72. Denne bevegelse oppover kan fortsette inntil støttehylse-skulderen kommer i kontakt med sperrehylseskulderen 81. Hylsen 78 holdes i denne posisjon ved inngrep av sperren 82 med den fortannede profil 83. Kulen 32 blir dermed låst i den lukkede posisjon.

For å åpne ventilen økes trykket i boringen for å til-veiebringe bevegelse oppover av stempelhylsen 92 i forhold til legemet 22. Som beskrevet ovenfor resulterer dette i en bevegelse oppover av den nedre sperre 87 i forhold til den indre hylse 85, og når trykket reduseres beveger energien lagret i sperrefjæren den indre hylse 85 nedover i forhold til legemet 22 den samme strekning. Den aksiale utstrekning av ringen 96 er bestemt slik at ventilen 20 kan være utsatt for et forutbestemt antall trykksykluser før støttehylsen 72 har beveget seg nedover i forhold til legemet 22 tilstrekkelig til å tillate kilene 69 å bevege seg innover, som dermed frigjør sperreelementet 68 fra legemet 22 og tillater at fjæren 60 kan bevege hylsen 58 nedover og dermed dreie kulen 34 til den åpne posisjon.

Det skal nå vises til fig. 3 og 4 på tegningene som viser en ventil 170 i samsvar med en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse. Ventilen 170 er passende for bruk som f.eks. en smøreventil. Ventilen 170 deler mange trekk med ventilen 20 beskrevet ovenfor, men blir drevet bare mekanisk av et passende setteverktøy. Utformingen av den nedre del av ventilen 170 er i det vesentlige lik ventilen 20, og skal derfor ikke beskrives i detalj på nytt. Imidlertid har kilestøttehylsen 172 og sperrehylsen 174 forskjellig konfigurasjon, som beskrevet nedenfor. Sperrehylsen 174 avgrenser flere åpninger 176 anbrakt med mellomrom langs omkretsen som rommer kiler 178. Når ventilen 170 er åpen er kilene 178 som vist på tegningene tilbaketrukket og har mellomrom nedover fra kileinnkoplmgsprofilen 180 i ventillegemet 182. Støtte-hylsen 172 avgrenser en skulder 188 som kan bringes til inngrep med kilen 178 for å løfte sperrehylsen 174, som skal beskrives. Festet til den øvre ende av sperrehylsen 174 er et sett av fjærende tenner 184 som kan løftes oppover for å komme i kontakt med et anslag 186 og hjelpe til med å holde ventilen i den lukkede posisjon, som skal beskrives.

Det tannmnkoplede anslag 186 er koplet til ventillegemet 182 via en fjærsammenstillmg 190, og tilføring av kraft nedover til anslaget 186 bidrar til å trykke sammen en "Belleville" fjærstabel 192 inne i sammenstillingen 190.

For å bevege ventilen fra den åpne posisjon til den lukkede posisjon kjøres et setteverktøy inn i ventilen 170 og innkopler den verktøyinnkoplede profil 200 avgrenset av støttehylsen 172. Dersom støttehylsen 172 så løftes oppover, vil skulderen 188 komme i kontakt med kilene 178 og derfor løfte sperrehylsen 174 og ventil-kulesammenstillingen oppover for å bevege kulen til den lukkede posisjon. Kilene 178 beveger seg utover mn i legemeprofilen 180 for å låse sperrehylsen 174 i forhold til legemet 182. Videre går de fjærende tenner 184 i inngrep med anslaget 186.

Fjærsammenstillmgen 190 er anordnet for å løfte tennene 184 og sperrehylsen 174 via anslaget 186, slik at kilene 178 løftes fra skulderen av profilen 180. Når det ikke er noen vesentlig trykkforskjell over den lukkede ventil vil ventilkulen derfor blir opprettholdt i den lukkede posisjon av innkoplingen av tennene 184 med anslaget 186. Dette hindrer kilene 178 fra å bli kontinuerlig drevet innover til kontakt med støttehylsen 172 som under visse omstendigheter kan resultere i fastkiling av ventilen. Dersom det tilføres et vesentlig differansetrykk til kulen blir imidlertid fjærstabelen 192 sammentrykket for å bringe kilene 178 til låsende kontakt med profilskul-deren.

For å åpne ventilen beveges støttehylsen 172 nedover ved anvendelse av et setteverktøy. Tennene 184 løftes klar fra anslaget 186 med kontakt med en rampe 194, og kilene 178 beveger seg innover, som tillater at sperrehylsen 174 kan bevege seg nedover og åpne kulen.

i

Claims (18)

1. En nedihulls kuleventil (20) som omfatter en hoveddel (22) som avgrenser en boring (32), en ventilkule (34) som avgrenser en strømnmgspassas je (36), og som er ro-terbar mellom en åpen stilling for å tillate strømning gjennom boringen (32) i hoveddelen (22), og en lukket stilling for å stenge boringen (32), der rotasjon av ventilkulen (34) i forhold til hoveddelen (22) blir be-virket av en relativ aksiell bevegelse mellom nevnte deler og en tetningsenhet (44) anbrakt på én side av kulen (34), og som avgrenser et ventilsete (50, 53) for å danne en tettende kontakt med kulen (34) og en tetning mellom hoveddelen (22) og enheten (44) , karakterisert ved at ventilsetet (50, 53) kan beveges aksielt i forhold til ventilkulen (34) og en fluidtrykk kraft påført nevnte ene side av den lukkede ventilkulen (34) bidrar til å drive ventilsetet (50,53) mot kulen (34), og ventilkulen (34) er bevegelig aksielt i forhold til hoveddelen (22) i en begrenset grad uten å bevirke rotasjon av nevnte ventilkule (34), og en fluid i trykkraft påført på den andre siden av den lukkede ventilkulen (34) bidrar til å drive kulen (34) mot ventilsetet (50,53).

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at tetnmgsenheten (44) danner del av en kuletransportør som er aksielt bevegelig i boringen (32), hvor aksiell bevegelse av transportøren i forhold til hovedlegemet (22) bevirker rotasjon av ventilkulen (34) mellom den åpne og den lukkede stilling.

3. Ventil ifølge krav 2, karakterisert ved at ventilsetet (50,53) forblir i tettende kontakt med kulen (34) over i det minste en del av den aksielle bevegelse av transportøren fra kulens (34) lukkende stilling.

4. Ventil ifølge krav 3, karakterisert ved at tetningen mellom tetnmgsenheten (44) og hovedlegemet (22) er opprettholdt gjennom nevnte bevegelse.

5. Ventil ifølge krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved at kuletransportøren er forspent mot kulens (34) åpnende stilling.

6. Ventil ifølge krav 2 til 5, karakterisert ved at en sperremnretning er tilveiebrakt for løs-bart å holde kuletransportøren i forhold til hovedlegemet (22) i kulens (34) lukkende stilling.

7. Ventil ifølge krav 6, karakterisert ved at sperreinnretningen omfatter et sperreelement (68) tilkoplet kuletransportøren og forsynt med radielt utvidbare partier (69) og et støtteelement (72) for å støtte nevnte partier (69) i en utvidet stilling, hvor partiene (69) i den utvidede stilling er i inngrep med et profil (73) avgrenset av hovedlegemet (22), hvor bevegelse av støtteelementet (72) fra en støttestilling tillater nevnte partier (69) å trekke seg ut av inngre-pet med hovedlegemeprofilet (73) og at sperreelementet (68) kan beveges i forhold til hovedlegemet (22) og få kulen til å åpne.

8. Ventil ifølge krav 7, karakterisert ved at de tilbaketrukkede partier (69) i sperreelementet (68) kopler inn støtteelementet (72) slik at aksiell bevegelse av støtteelementet (72) resulterer i tilsvarende bevegelse av sperreelementet (68).

9. Ventil ifølge krav 8, karakterisert ved at løfting av støtteelementet (72) bevirker at sperreelementet (68) og kuletransportøren beveges til kulens (34) lukkede stilling, og når denne posisjon er nådd, mnkoples sperreelementet (68) for å holde kuletranspor-tøren i kulens (34) lukkende stilling.

10. Ventil ifølge krav 7, 8 eller 9, karakterisert ved at det er tilveiebrakt en holdeanord-ning (82, 83) for å holde støtteelementet (72) i støtte-posisjon.

11. Ventil ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte holdeanordnmg (82, 83) er utført som en sper-reinnretning mellom støtteelementet (72) og hovedlegemet (22).

12. Ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 2-11, karakterisert ved at kuletransportøren inkluderer en anordning (75) for mnkopling av et nedihulls verktøy (110) plassert i boringen for å tillate verktøyet å bevege kuletransportøren fra kulens (34) åpnende stilling til kulens (34) lukkende stilling.

13. Ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 11, karakterisert ved at kuletranportøren innbefatter en anordning (75) for innkopling av et nedihulls verktøy (110) plassert i boringen for å tillate verktøyet å bevege kuletranportøren fra kulens (34) åpne stilling til kulens (34) lukkede stilling og nevnte mn-koplmgsanordning er i form av sperreinnretningens støt-teelement (72).

14. Ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 2 til 13, karakterisert ved at kuletransportøren kan beveges fra kulens (34) lukkende stilling til kulens (34) åpnende stilling ved tilføring av fluid-trykk.

15. Ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 2 til 14, karakterisert ved at kuletransportøren er bevegelig fra kulens (34) lukkende stilling til kulens (34) åpnende stilling ved tilføring av en fysisk kraft.

16. Ventil ifølge et hvilket som helst av kravene 7 til 11, karakterisert ved at kuletransportøren er bevegelig fra kulens (34) lukkende stilling til kulens (34) åpnende stilling som en reaksjon på tilføring av et forutbestemt fluid-trykk på den lukkede ventil (20), og slik fluid-trykk bevirker bevegelse av støtteelementet (72) fra støttestillingen.

17. Ventil ifølge krav 16, karakterisert ved at en sperremnretning og forspennmgsmekanisme er tilveiebrakt og virker på et stempel (92) som er anbrakt aksielt bevegelig på hovedelementet (22), med sperremn-retnmgen tilveiebrakt mellom støtteelementet (72) og stempelet (92), bevegelse av stempelet (92) i en retning, imot virkningen fra fjæren (90), som en reaksjon på fluid trykk, er overførbart til bevegelse av støtte-elementet (72) i den motsatte retning.

18. Ventil ifølge krav 17, karakterisert ved at stempelet (92) er bevegelig som en reaksjon på trykk i boringen.