NO322299B1 - Anordning og fremgangsmate for styring av fluidstrom - Google Patents

Description

Dette er en cip av U.S.-patentsøknaden med serienr. 09/243 401 og tittel "Valves for Use in Wells", som ble innlevert 1. Februar 1999.

Foreliggende oppfinnelse angår nedihulls brønnverktøy. Mer spesifikt angår oppfinnelsen en anordning og en fremgangsmåte for styring av ventiler nedihulls for å oppnå de ønskede strømningsforholdene gjennom ventilene.

De økonomiske forholdene innen petroleumsindustrien krever at olje-selskapene kontinuerlig forbedrer sine utvinningssystemer for å produsere olje og gass mer effektivt og økonomisk fra kilder som stadig blir vanskeligere å utnytte og uten å øke kostnadene til forbrukeren. En teknikk som fortiden anvendes er å bore horisontale, skrå og flergrenede brønner, der et antall avviksbrønner bores fra et hoved-borehull. I slike brønner, i likhet med i standard vertikale eller nesten vertikale brønner, kan borehullet forløpe gjennom forskjellige hydrokarboninneholdende soner eller det kan forløpe gjennom én enkelt sone over en lang distanse. Én fremgangsmåte for å øke produksjonen i brønnen er å perforere brønnen på en rekke forskjellige steder, enten i den samme hydrokarboninneholdende sonen eller i forskjellige hydrokarboninneholdende soner, og med det øke strømningsmengden av hydrokarboner inn i brønnen.

Et problem ved produksjon fra en brønn på denne måten angår styringen av strømmen av fluider fra brønnen og behandlingsstrategien for reservoaret.

For eksempel, i en brønn som produserer fra et antall separate soner, eller sideforgreninger i en flergrenet brønn, der én sone har et høyere trykk enn en annen sone, kan sonen med det høyere trykket produsere inn i sonen med det lavere trykket i stedet for til overflaten. Tilsvarende, i en horisontal brønn som forløper gjennom én enkelt sone, kan perforeringer nær brønnens "hæl" nærmest overflaten - begynne å produsere vann før perforeringene ved brønnens lå". Produksjon av vann nær hælen reduserer den totale produksjonen fra brønnen. Likeledes kan koning av gass redusere den totalé produksjonen fra brønnen.

En fremgangsmåte for å redusere slike problemer kan være å innføre et produksjonsrør i brønnen, isolere hver av perforeringene eller sidegrenene med pakninger og styre strømningen av fluider inn i eller gjennom produksjonsrøret. Typiske systemer for strømstyring tilveiebringer imidlertid kun åpen eller lukket strømningsstyring, uten mulighet for å strupe strømningen. For å oppnå full kontroll over reservoaret og strømningen, som er nødvendig for å redusere de ovenfor nevnte problemene, må strømningen kunne strupes. Et antall anord-ninger har vært utviklet eller foreslått for å tilveiebringe denne strupingen, selv om alle har visse ulemper. Struping kan også være ønskelig i brønner som kun har én perforert produksjonssone.

Mer spesifikt er anordningene ifølge tidligere teknikk typisk enten kabel-førte tilbakehentingsventiler, eksempelvis de som settes inne i sidelommen av en stamme, eller rø rf ørte tilbakehentingsventiler som er festet til rørstrengen. Et eksempel på en kabelført tilbakehentingsventil er vist i U.S.-patentsøknaden 08/912 150 av Ronald E. Pringle, med tittel "Variable Orifice Gas Lift Valve for High Flow Rates with Detachable Power Source and Method of Using Same", som ble innlevert 15. August 1997 og som med dette inkorporeres her som referanse. Strupeventilen som ble vist i den søknaden kan selektivt posisjoneres i den sideplasserte boringen i en sidelommestamme og tilveiebringer variabel strømstyring av fluider inn i produksjonsrøret.

En typisk rø rf ørt tilbakehentingsventil er den standard "glidemuffe"-ventilen, selv om andre typer ventiler så som kuleventiler, klaffventiler og liknende også kan anvendes. I en glidemuffeventil er en muffe med åpninger radielt derigjennom posisjonert i produksjonsrøret. Muffen kan føres mellom en åpen stilling, der muffens åpninger er linjeført med åpninger som forløper gjennom produksjonsrørets vegger og muliggjør strømning inn i produksjons-røret, og en lukket stilling, der åpningene ikke er linjeført og fluidet ikke kan strømme inn i produksjonsrøret.

Det finnes et stort antall andre typer nedihullsventiler, inklusive de som er vist i U.S-patentsøknaden 09/243 401 åv David L. Malone, med tittel "Valves for Use in Wells", innlevert 1. Februar 1999 og U.S.-patentsøknaden 09/325 474 med tittel "Apparatus and Method for Controlling Fluid Flow in a Wellbore" av Ronald E. Pringle m. fl., innlevert 3. Juni 1999, som begge med dette inn-lemmes her som referanser. I alminnelighet har ventilen ventildeksler som tilveiebringer en tetning rundt dekselets periferi og åpningen gjennom produk-sjonsrøret. Ventildekslene er dimensjonert etter åpningens størrelse. På denne måten blir kontaktarealet mellom dekselet og produksjonsrøret, eller setet, mye mindre enn det for en glidemuffe, og slaglengden reduseres. I tillegg anvender ventilen materiale med lav friksjon, så som en belegning av polykrystallin rombe, for å bedre glideegenskapene og innbefatter selvrensningsevne for å fjerne oppsamlet formasjonsavfall som tenderer til å hindre ventilbevegelsen.

EP 0998 619 beskriver en strupning som aktiveres av en aktuator.

Strupningen muliggjør nøyaktig styring av fluidstrømmen mellom et utvendig areal og en innvendig aksiell fluidpassasje som strekker seg gjennom strupningen.

Fra NO 306876 fremgår det en ventilstyringsanordning av typen J-spalteindekser for å styre to seksjoner i et testverktøy i en borestreng, særlig to ventilseksjoner. Anordningen omfatter en sirkulasjonsventil og en isolerende kuleventil.

Det er utviklet elektrisk og hydraulisk fjernstyrte aktuatorer for nedihullsventiler for å overkomme visse andre vanskeligheter en ofte møter på ved operasjon av ventilene i horisontale brønner, sterkt skrådde brønner og under-sjøiske brønner som anvender kasteliner eller spiralrør for å aktuere ventilen. De fjernstyrte aktuatorene posisjoneres i brønnen i nærheten av ventilen for å styre ventilens strupestilling.

Ett problem med hydrauliske aktuatorer er de begrensningene som følger med de skrittvise trinnene som anvendes med slike systemer. Elektriske aktuatorer kan bringes til så godt som enhver posisjon mellom åpen og lukket stilling på grunn av motorenes fleksibilitet. Hydrauliske aktuatorer anvender imidlertid typisk indekseringsmekanismer for å bringe ventilene via trinnposisjoner til og mellom åpen og lukket stilling. Antallet inkrementer mellom åpen og lukket stilling kan være relativt begrenset på grunn av plassmangel eller andre begrensninger, idet en eksempelvis mekanisme har seks stillinger. I konvensjonelle indekseringsmekanismer er avstanden mellom inkrementene i alminnelighet den samme. Videre er åpningene tilveiebrakt i ventilene typisk sirkulære eller har på annen måte en tilnærmet uniform utforming, I en eksempelvis konstruksjon er den første stillingen lukket stilling, den andre skrittvise stillingen åpner ventilen tjue prosent, den tredje skrittvise stillingen åpner ventilen førti prosent, den fjerde skrittvise stillingen åpner ventilen seksti prosent, den femte skrittvise stillingen åpner ventilen åtti prosent og i den sjette stillingen er ventilen fullt åpen.

De jevnt inndelte inkrementene og de generelt uniforme hullstørrelsene gir grunnlag for en rekke diskusjonstemaer. Trykkfallet over en ventil er propor-sjonalt med den inverse av arealet kvadrert. En ventilåpning der arealet i hvert inkrement varierer tilnærmet lineært skaper således en endring av trykkfall og strømningsmengde som varierer sterkt, idet endringen i trykkfall og strømnings-mengde er større når ventilen initielt åpnes sammenliknet med endringen i trykkfall og strømningsmengde når ventilen bringes fra en nesten åpen stilling til helt åpen stilling. I eksempelet nevnt ovenfor er for eksempel endringen av trykkfallet (og strømningsmengden) mellom tyve prosent åpen og førti prosent åpen stilling mye større enn den mellom seksti prosent åpen og åtti prosent åpen stilling. En av nøkkelfaktorene ved konstruksjon og anvendelse av en nedihullsventil er styring av trykkfallet og strømningsmengden. Det er således fortsatt et behov for en ventil og et styringssystem som tilveiebringer forbedrede trykkfall- og strømningsmengdeegenskaper etter hvert som ventilen bringes mellom de skrittvise stillingene.

Videre, når en anvender et trinnsystem, kan et ønsket trykkfall eller en ønsket ventilstilling ligge mellom to trinn. Dersom ventestillingene er spredt på en slik måte at en ønsket stilling ligger mellom eksisterende strupestillinger, kan aktuatoren således kontinuerlig skifte mellom vedsidenliggende stillinger i et forsøk på å oppnå de ønskede strømningsforholdene. Et slikt tilfelle kan for eksempel inntreffe mellom den 20% og den 40% skrittvise stillingen, der

endringen av trykkfallet og strømningsmengden er relativt stor. Kontinuerlig skifting kan tendere til å slite på nedihullskomponentene uten å tilveiebringe den ønskede strømningen. Følgelig er det et behov for en ventil og et styringssystem som er konstruert for å tilveiebringe de skrittvise stillingene som er nødvendig for å unngå kontinuerlig skifte av stilling og for å imøtekomme de mest sannsynlige strømningsbehovene for ventilen.

En annen begrensning assosiert med enkelte konvensjonelle ventil-aktuatorer er at indekseringsmekanismene for å stege aktuatorene gjennom trinnposisjoner ikke tilveiebringer presis styring. Når for eksempel en aktuator går fra en første skrittvis stilling til en andre skrittvis stilling, vil aktuatoren faktisk kunne forårsake at ventilen midlertidig åpnes forbi den andre skrittvise stillingen på grunn av indekseringsmekanismens konstruksjon. Som en følge av den midlertidige overbevegelsen av aktuatoren kan det oppstå en fluidstrømnings-puls. En slik fluidpuls kan skade den omliggende formasjonen eller forårsake produksjon av uønskede elementer så som sand. Det er således et behov for en ventilaktuator som tilveiebringer en mer presis styring enn den som er til-gjengelig med konvensjonelle aktuatorer.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en ventilenhet, omfattende en ventil med en åpning, gjennom hvilken strømning av fluid kan strupes. En aktuator er konstruert for å posisjonere ventilen i én eller flere trinnposisjoner mellom åpen stilling og lukket stilling Ventilen, åpningen og aktuatoren er konstruert for å tilveiebringe en forbestemt endring av strømningsforholdene i respons til aktuatoren som beveger ventilen mellom et første par posisjoner, og for å tilveiebringe hovedsakelig den forutbestemte forandringen i strømnings-forhold som reaksjon på aktuatoren som beveger ventilen mellom et andre par posisjoner.

Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for å strupe strømingen gjennom en åpning ved anvendelse av en aktivator festet til en ventil. Ventilen kan bringes til mange trinnposisjoner omfattende en åpen stilling, en lukket stilling, og én eller flere mellomliggende stillinger. Fremgangsmåten omfatter trinn med å bevege ventilen mellom et første par tilstøtende posisjoner og bevege ventilen mellom et andre par tilstøtende posisjoner. Fremgangsmåten omfatter videre opprettholdelse av en forutbestemt endring av et strømningsforhold med ventilen som respons til at ventilen beveges mellom det første paret tilstøtende stillinger og mellom det andre paret tilstøtende stillinger.

Generelt, ifølge én utførelsesform, inkluderer en ventilenhet en ventil med en åpning gjennom hvilken fluidstrømningen kan strupes og en aktuator som er konstruert for å bringe ventilen til én eller flere trinnvise stillinger mellom åpen stilling og lukket stilling. Ventilen, åpningen og aktuatoren er konstruert for å tilveiebringe en forutbestemt forandring i strømningsforhold som reaksjon på at aktuatoren beveger ventilen mellom et første par stillinger, og for å tilveiebringe hovedsakelig den forutbestemte forandringen i strømningsforhold som reaksjon på at aktuatoren beveger ventilen mellom et andre par stillinger.

Andre egenskaper og utførelsesformer vil klargjøres av den etterfølgende

beskrivelsen og av patentkravene.

Måten med hvilken disse målene og andre ønskelige egenskaper oppnås

forklares i den følgende beskrivelsen og de vedlagte figurene, hvorav:

Figur 1 illustrerer eksempler på nedihulls utstyr som inkluderer et strupe system ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Figurene 2A-2C er et tverrsnitt av strupesystemet i figur 1, som inkluderer aktuator, indekseringsmekanisme og ventil. Figur 3 illustrerer plansnittet av et indekseringsmønster laget i en indekseringsanordning som er en del av indekseringsmekanismen i figurene 2A-2C. Figur 4 illustrerer plansnittet av et posisjoneringsmønster laget i en posisjoneringsanordning som er en del av indekseringsmekanismen i figurene 2A-2C. Figurene 5-10 illustrerer åpninger ifølge enkelte utførelsesf ormer i

ventilen i figurene 2A-2C.

Figur 11 er et forstørret tverrsnittsareal av en andel av ventilen i figurene

2A-2C.

Figurene 12 og 13 illustrerer åpninger ifølge andre utførelsesf ormer av

ventilen i figurene 2A-2C.

Figur 14 er et skjematisk diagram av et strupesystem ifølge alternative

utførelsesf ormer.

Figur 15 illustrerer en indekseringsmekanisme for anvendelse i strupesystemet i figur 14. Figur 16 illustrerer en ventil ifølge en alternativ utførelsesform som kan

tilpasses for anvendelse i strupesystemet i figur 1.

Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte figurene kun illustrerer enkelte av utførelsesformene av denne oppfinnelsen, og de skal derfor ikke betraktes som begrensende for dens rekkevidde ettersom oppfinnelsen kan realiseres i form av andre like effektive utførelsesf ormer.

I den følgende beskrivelsen gjennomgås en rekke detaljer for å gi en forståelse av foreliggende oppfinnelse. Fagfolk på området vil imidlertid forstå at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene og at mange variasjoner eller modifikasjoner av de beskrevne utførelsesformene er mulige. For eksempel, selv om den følgende diskusjonen primært fokuserer på anvendelse av en hydraulisk aktuator, skal det bemerkes at andre utførelses-former av foreliggende oppfinnelse også kan være nyttige i forbindelse med andre typer aktuatorer, eksempelvis elektriske eller mekaniske aktuatorer, som anvender trinnvis posisjonering.

Når de anvendes her benyttes ordene "opp" og "ned"; "øvre" og "nedre";

"oppover" og "nedover"; og andre liknende ord som angir relative posisjoner ovenfor eller nedenfor et gitt punkt eller element, i denne beskrivelsen for klarere å beskrive enkelte utførelsesformer av oppfinnelsen. Når de anvendes om utstyr og fremgangsmåter for anvendelse i brønner som forløper skrått eller horisontalt, kan imidlertid slike ord henvise til en venstre mot høyre eller høyre mot venstre relasjon etter hva som er naturlig.

Generelt tilveiebringer enkelte utførelsesformer av oppfinnelsen et strupesystem eller en ventilenhet som inkluderer en ventil som er konstruert for å strupe strømningen gjennom én eller flere åpninger i ventilen. En ventilaktuator som er operativt forbundet til ventilen kan posisjonere ventilen i én eller flere trinnposisjoner mellom åpen stilling og lukket stilling. Ventilaktuatoren definerer en forbestemt trinnsekvens som tilveiebringer ventilens trinnposisjoner. Endringen av strømningsarealet etter hvert som ventilen aktiveres gjennom de skrittvise stillingene varierer på en slik måte at en kan oppnå de forbestemte endringene av strømningsforholdene. Anvendt her kan strømnings-forhold henvise til trykkfallet over ventilen og/eller strømningsmengden gjennom en åpning i ventilen. I ett eksempel kan endringene av ventilens strømnings-forhold gjennom dé mange skrittvise stillingene være tilnærmet konstant. Andre forbestemte endringer av strømningsforholdene kan imidlertid oppnås i andre utførelsesformer. I én utførelsesform oppnås variasjonen av strømningsarealet ved anvendelse av ventilåpninger med en ikke-uniform utforming. I en annen utførelsesform oppnås den ikke-lineære variasjonen av strømningsarealet ved å variere steglengden til ventilaktuatoren mellom de forskjellige trinnene. En indekseringsmekanisme er forbundet til aktuatoren for å begrense bevegelsen av ventilaktuatoren og med det tilveiebringe de skrittvise stillingene mellom åpen og lukket stilling. Indekseringsmekanismen inkluderer et første indekseringselement som definerer mange langstrakte, forbundene slisser plassert i en avstand fra hverandre og et andre indekseringselement på hvilken det er festet en indekserings-arretering. Indekseringshaken er konstruert for.å passe med og beveges inne i de mange slissene. Det første og det andre indekseringselementet er konstruert for innbyrdes bevegelse, idet de mange slissene og indekseringshaken er konstruert for å samvirke til å begrense den innbyrdes bevegelsen mellom det første og det andre indekseringselementet.

Ifølge en annen egenskap ved enkelte utførelsesformer tilveiebringer indekseringsmekanismen som er forbundet til ventilaktuatoren en presis styring under aktivering av ventilen til trinnvise stillinger mellom åpen og lukket stilling. Dette kan oppnås ved å separere indekseringsmekanismen i to deler: en indekseringsanordning og en posisjoneringsanordning. Indekseringsanordningen inkluderer en indekseringsmuffe som har et indekseringsmønster rundt sin periferi. Indekseringsmuffen kan roteres om et første stammesegment av en styrestamme i ventilaktuatoren. Det første stammesegmentet kan aktiveres av fluidtrykk til å beveges opp og ned, hvilket fører til en trinnvis rotasjon av indekseringsmuffen om det første stammesegmentet som tilveiebringer indeksering gjennom ventilens trinnposisjoner. Posisjoneringsanordningen inkluderer en posisjoneringsmuffe som er montert rundt et andre stammesegment av styrestammen. Posisjoneringsanordningen definerer mange

stillinger som tilnærmet eksakt svarer til ventilens trinnposisjoner..Det første og det andre stammesegmentet av styrestammen er operativt forbundet, med et dødgangsgap tilveiebrakt derimellom for å gjøre at det første stammesegmentet kan nullstilles etter hvert inkrement med ventilaktuatoren uten at det andre

stammesegmentet beveges. Posisjoneringsanordningen kan således presist

opprettholde posisjonen til det andre stammesegmentet slik at ventilen ikke aktiveres forbi en ønsket skrittvis stilling av ventilen.

Med henvisning til figur 1 forløper en rørseksjon 14, i én utførelsesform, inne i en brønn til en sone 16 (som for eksempel kan være en produksjonssone eller en injeksjonssone) i en formasjon. Brønnen 10 er belagt med et fdringsrør

12 som er perforert slik at fluid kan strømme fra, eller injiseres inn i, sonen 16. Et strupesystem eller en ventilenhet 18 ifølge én utførelsesform er festet til den nedre endén av rørseksjonen 14. Strupesystemet 18 kan i sin nedre ende være festet til en annen rørseksjon 20. Fluid som skal produseres fra, eller injiseres

inn i, sonen 16 strømmer gjennom åpningen 19 i strupesystemet og en boring (ikke vist) i røret 14. Strupesystemet 18 inkluderer en ventil 22 som trinnvis kan bringes til og mellom åpen og lukket stilling for å styre strømningen av fluid mellom en åpning 19 i strupesystemet og utsiden av ventilen 22. Mellom åpen og lukket stilling kan ventilen 22 bringes til én eller flere mellomliggende, trinnposisjoner av en ventilaktuator 26 og en indekseringsmekanisme 24. Ifølge enkelte utførelsesformer er en egenskap ved ventilaktuatoren 26 det at ventilens strømningsareal mellom suksessive trinnposisjoner kan styres til å variere ikke-lineært mens ventilaktuatoren 26 beveges fra fullt lukket stilling til fullt åpen stilling for å tilveiebringe forbestemte endringer av strømnings-forholdene med ventilen 22. For eksempel kan således strømningsarealet gjennom ventilen 22, fra lukket stilling til en første delvis åpen stilling, økes med en første mengde. Strømningsarealet mellom den første delvis åpne stillingen og en andre delvis åpen stilling kan økes med en andre mengde som er forskjellig fra den første mengden. På denne måten kan operasjonen av ventilen 22 utføres i skrittvise trinn som svarer til en ikke-lineær økning av strømnings-arealet gjennom ventilen 22. Som et resultat av dette kan aktiveringen av ventilen 22 for eksempei styres på en slik måte at endringene av strømnings-forholdene holdes tilnærmet konstant mens ventilen 22 aktiveres mellom de mange skrittvise stillingene (inklusive åpen og lukket stilling). Enhver annen forbestemt endring av strømningsforholdene kan også oppnås med ytterligere utførelsesformer.

I én utførelsesform kan ventilåpningen åpnes i lengderetningen og har en bredde som ligger tilnærmet på tvers av lengderetningen. Åpningens bredde øker i alminnelighet fra en første ende ved den første, lukkede stillingen til en andre ende ved den åpne stillingen. I ytterligere utførelsesformer kan åpningens bredde økes og reduseres for å tilveiebringe de ønskede egenskapene med hensyn til endringen av strømningsforholdene.

En annen egenskap ved enkelte utførelsesformer av strupesystemet 18 er at indekseringsmekanismen 24 tilveiebringer presis styring av de skrittvise trinnene som gjøres av ventilaktuatoren 26 for å åpne ventilen 22. Dette hindrer at det oppstår pulser gjennom ventilen 22 som en følge av at den åpnes mer enn den skal og deretter faller tilbake til den ønskede skrittvise stillingen. Slike strømningspulser fra den omliggende formasjonen og inn i ventilen 22 kan forårsake skader på formasjonen. Videre kan pulser i fluidstrømmen forårsake at det produseres sand eller annet uønsket materiale fra den omliggende formasjonen, noe som er ugunstig.

Med henvisning til figurene 2A-2C inkluderer ventilaktuatoren 26 i strupesystemet 18 en styrestamme 101 med et første stammesegment 114 (figur 2A) og et andre stammesegment 152 (figur 2B). Det første stammesegmentet 114 kan aktiveres opp og ned ved hjelp av fluidtrykk som anvendes ned en styre-kanal 122, som kan forløpe fra overflaten eller fra et område i brønnen (f.eks. i ringrommet mellom foringsrøret og produksjonsrøret). Fluidtrykket som anvendes ned kanalen 122 strømmer inn i et aktiveringskammer 124. Fluidtrykk i. aktiveringskammeret 124 overføres mot en utvendig overflate 125 av en utover-løpende andel 126 av det første stammesegmentet 114. På undersiden av den utoverløpende andelen 126 eksponeres den nedre overflaten 127 av den utoverløpende andelen 126 for et trykkutlikningskammer (eng: balance line chamber) 128. Aktiveringskammeret 124 isoleres fra trykkutlikningskammeret 128 med en tetning 130. Fluidtrykket i trykkutlikningskammeret 128 kommuni-seres ned en kanal 132.1 én utførelsesform kan trykkutlikningskammeret 128 være fylt med olje. Trykkforskjellene som skapes over den utoverløpende andelen 126 av det første stammesegmentet 114 gjør at det første stammesegmentet 114 beveges opp eller ned (en første retning eller en andre, motsatt retning i en skrå eller horisontal seksjon av en brønn).

Ifølge enkelte utførelsesformer, som illustrert i figur 2B, er indekseringsmekanismen 24 delt inn i to deler: en indekseringsanordning 100 og en posisjoneringsanordning 102. Indekseringsanordningen 102 inkluderer en indekseringsfinger 106 som på en fast måte er montert til huset 104 av strupesystemet 18.1 den øvre enden inkluderer indekseringsfingeren 106 en indekseringshake 108 som er konstruert for å løpe langs et mønster av langstrakte, forbundene slisser 120 laget i en avstand fra hverandre (vist mer i detalj i figur 3) på den utvendige overflaten rundt periferien til en roterbar indekseringsmuffe 110 som er en del av indekseringsanordningen 100. Indekseringsmuffen 110 er på en roterbar måte montert rundt det første stammesegmentet 114 av styrestammen 101, idet kulelagre 112 ér festet i den øvre og den nedre enden av indekseringsmuffen 110.1 én utførelsesform er olje eller et annet dertil egnet fluid inneholdt i et kammer 129 for å smøre kulelagrene 112. Utformingen av mønsteret av slisser 120 gjør at det første stammesegmentet 114 trinnvis kan aktiveres eller flyttes nedover i en forbestemt sekvens som respons på fluidtrykksykler som anvendes i kanalen 122.

Indekseringsmuffen 110 roteres ved nedoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114 som respons på anvendt fluidtrykk. Siden indekseringsfingeren 106 på en fast måte er montert til huset 104, forårsaker nedoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114 at indekseringsmuffen 110 roteres slik at indekseringshaken 108 føres langs indekserings-slissene 120.

Den nedre enden av det første stammesegmentet 114 er skrudd med gjenger til et aktuatorelement 142 som har en utoverløpende flens 144. Flensen 144 forløper radielt utover tilstrekkelig langt til at en utvendig andel av dens øvre overflate kan bringes i kontakt med en skulder 146 laget i den innvendige veggen av en konnektormuffe 148. Konnektormuffen 148 er i den nedre enden skrudd med gjenger til det andre stammesegmentet 152. Nedoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114 forårsaker at aktuatorelementet 142 beveges nedover slik at flensen 144 traverserer et gap 150. Den nedre enden av aktuatorelementet 142 traverserer en lengde D1 og butter mot én øvre overflate av det andre stammesegmentet 152 slik at det første stammesegmentet 114 skyver mot det andre stammesegmentet 152 og forårsaker nedover rettet bevegelse av det andre stammesegmentet 152. Det andre stammesegmentet 152 beveges nedover en forbestemt lengde, hvilket posisjonerer det andre stammesegmentet 152 i trinn som defineres av posisjoneringsanordningen 102. Fjerning av det anvendte trykket i aktiveringskammeret 124 gjør at det første stammesegmentet 114 kan beveges oppover. Gapet 150 tilveiebringer en dødgang mellom det første og det andre stammesegmentet slik at oppoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114 ikke forårsaker bevegelse av det andre stammesegmentet 152 før flensen 144 er beveget en lengde tilsvarende gapet 150. Dette gjør at det første stammesegmentet 114 kan nullstilles etter hver aktivering uten å forårsake bevegelse av det andre stammesegmentet 152. Som en følge av dette kan posisjoneringsanordningen 102 opprettholde posisjonen til det andre stammesegmentet 152 for å tilveiebringe presis styring av den trinnvise åpningen av ventilen 22 selv om det første stammesegmentet 114 beveges opp og ned ved anvendelse og fjerning av aktiveringstrykk.

Posisjoneringsanordningen 102 inkluderer en posisjoneringsmuffe 154 med en sagtann utform ing bestående av mange triangulære utspringere eller tenner 158A-158F laget i den utvendige overflaten av posisjoneringsanordningen 102. Posisjoneringsanordningen 102 er montert rundt det andre stammesegmentet 152 med kulelagre 156 festet i den øvre og den nedre enden av posisjoneringsmuffen 154. Kulelagrene 156 gjør at posisjoneringsmuffen 154 kan roteres med en forbestemt vinkel i forhold til det andre stammesegmentet 152 (som ytterligere beskrevet nedenfor).

Posisjoneringsanordningen 102 inkluderer en posisjoneringsfinger 160 som på en fast måte er festet til huset 104 av strupesystemet 18.1 den øvre enden har posisjoneringsfingeren 160 en posisjoneringshake 162 som er i kontakt med, eller befinner seg meget nær, den utvendige veggen av posisjoneringsmuffen 154. Når det andre stammesegmentet 152 beveges nedover følger posisjoneringsmuffen 154 nedover sammen med denne. Initiell nedoverrettet bevegelse av posisjoneringsanordningen 102 i en lengde angitt som D2 gjør at posisjoneringshaken 162 krysser over den første utspringeren 158A slik at den nedre overflaten 164 av posisjoneringshaken 162 legges an mot den øvre overflaten 166A av den første utspringeren 158A. Ytterligere nedoverrettet bevegelse av det andre stammesegmentet 152 fører til at posisjoneringshaken 162 føres over suksessive utspringere (158B-158F). Hver utspringer 158 svarer til en skrittvis stilling for ventilen 22. Konstruksjonen av posisjoneringsmønsteret 200 på den utvendige overflaten av posisjoneringsmuffen 154 er illustrert i figur 4, hvilket beskrives ytterligere nedenfor. I en alternativ utførelsesform, i stedet for anvendelse av utspringere som posi-sjoneringselementer som engasjeres av posisjoneringshaken 162, kan det lages spor i posisjoneringsmuffen 154.

Som vist i figur 2C er den nedre enden av det andre stammesegmentet 152 skrudd med gjenger til en ventilstamme 168 i hvilken det er laget en åpning 170 med en rekke åpningssegmenter (eller diskrete arealinkrementer) 170A, 170B, 170C, 170D og 170E. Nedenfor åpningen 170 er det et sete 174 som er festet til, eller er en integrert del av, den utvendige overflaten til ventilstammen 168. Setet 174 er fortrinnsvis laget av et materiale som har en lav f riksjons-koeffisient, som er hardt og som er erosjonsbestandig, så som polykrystallin rombe (PCD) eller et annet materiale med disse egenskapene. Et annet sete 172 som engasjeres med setet 174 er laget på den innvendige veggen av en hus-seksjon 176 i strupesystemet 18. Setet 172 er på samme måte laget av et materiale som hår en lav friksjonskoeffisient, som er hardt og som er erosjonsbestandig. I den illustrerte posisjonen i figur 2C (forstørret i figur 11), er mot-svarende vinklede overflater av setene 172 og 174 på en tett måte i kontakt med hverandre slik at de tilveiebringer en lukket stilling for ventilen 22. Som en følge av dette blokkeres fluid som strømmer inn i ventilen 22 gjennom mange åpninger 178 (laget i hus-andelen av ventilen 22) fra den innvendige boringen 19 i strupesystemet 18. Nedoverrettet bevegelse av ventilstammen 168 (for-årsaket av aktivering av styrestammen 101 som inkluderer det første og det andre stammesegmentet, 114 og 152) fører til at setene 172 og 174 føres fra hverandre slik at fluidet kan strømme gjennom åpningen 170 mellom strupe-systemets boring 19 og sonen 16.1 én konstruksjon økes strømningsarealet gjennom åpningen 170 trinnvis på en ikke-lineær måte når styrestammen 101 flyttes eller steges gjennom de mange stillingene som defineres av indekseringsmekanismen 24, slik at det skapes en endring av strømnings-forholdene (inklusive trykkfall og/eller strømningsmengde) etter hvert som ventilen steges gjennom de mange skrittvise stillingene.

Når en kant 180A som definerer grensen mellom det første åpningssegmentet 170A og det andre åpningssegmentet 170B ér beveget nedover i en lengde D2 til en linje angitt generelt som 182, er ventilen 22 aktivert til en første, delvis åpen stilling. Ytterligere suksessive skrittvise nedoverrettede bevegelser av ventilstammen 168 (for å stille kantene 180B-180E innregulert med linjen 182) fører til ytterligere skrittvise økninger av strømningsarealet i åpningen 170. En eksempelvis utforming av åpningen 170 er illustrert i fjgur 6, selv om andre utforminger av åpningen kan være mulige i ytterligere utførelsesformer, som illustrert i figurene 5, 7 og 8.

Setene 172 og 174 er i én utførelsesform konstruert slik at de forløper langs hele den innvendige periferien i ventilhuset, hvilket tilsvarer en muffe-ventil. Alternativt kan det anvendes en ventil med deksler som ikke forløper rundt hele den innvendige periferien i ventilhuset. Én slik ventil inkluderer en hvilken som helst av ventilene som er beskrevet i U.S.-patentsøknaden 09/243 401, med tittelen "Valves for Use in Wells", som det refereres til ovenfor. Slike ventiler har deksler som er konstruert for å føres over en åpning for å bringe ventilen til åpen, lukket og mellomliggende stillinger. Ett eksempel på en slik ventil er en ventil 400 som er illustrert i figur 6, og som har mange generelt tåreformede åpninger 402A-402D. Åpningene 402A-402D er laget i respektive seter 404A-404D, som kan være laget av et materiale som har en lav friksjonskoeffisient, som er hardt og som er erosjonsbestandig (f;eks. PCD). Dekslene 406A-406D er konstruert for å kunne beveges i lengderetningen til ventilen 400 over respektive åpninger 402A-402D for å sette ventilen i og mellom åpen og lukket stilling. Dekslene 406A-406D kan beveges med stenger 408 som er koplet til en aktuator 410 som i tur kan være operativt forbundet til en indekseringsmekanisme ifølge enkelte utførelsesformer for å posisjonere dekslene 406A-406D i åpen, lukket eller mellomliggende stillinger. Ytterligere utførelsesformer av ventilen 400 kan inkludere færre eller flere åpninger 402. Følgelig er foreliggende oppfinnelse nyttig for praktisk talt enhver type ventil, hvorvidt ventilen åpnes ved glidende eller roterende aktivering, og variasjoner av typen ventil anses å ligge innenfor rekkevidden til foreliggende oppfinnelse og er forventet.

Med henvisning til figur 4 illustreres posisjoneringsmønsteret 200 som er laget i den utvendige overflaten av posisjoneringsmuffen 154. Posisjonerings-mønsteret 200 inkluderer en første posisjon 202 som svarer til utgangsstillingén til posisjoneringshaken 162 (som også svarer til at ventilen 22 er i lukket

stilling). Skrittvis nedoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114

og det andre stammesegmentet 152, styrt av indekseringsanordningen 100,

gjør at posisjoneringshaken 162 suksessivt krysser over utspringerne 158A-158F og gjør at åpningen 170 bringes i suksessive trinnposisjoner.

Nedoverrettet forskyvning av ventilstammen 168 (figur 2C) eksponerer suksessive åpningssegmenter 170A-170F for åpningene 178 i huset til ventilen 22. Etter at åpningen 170 er brakt til fullt åpen stilling beveges deretter posisjoneringshaken 162 langs en skråstilt slisse 203 til en returstitling 204. Posisjoneringsmuffen 154 roteres så mye i forhold til det andre stammesegmentet 152 som er nødvendig for at posisjoneringshaken 162 skal bringes til returstillingen 204. Når posisjoneringshaken 162 kommer i returstillingen 204 gjør en returslisse 206 at posisjoneringshaken 162 kan returnere til utgangsstillingen 202 når det andre stammesegmentet 114 beveges oppover. Når posisjoneringshaken 162 returnerer via en vinklet slisse 208 tilbake til utgangsstillingen 202, roteres posisjoneringsmuffen 154 tilbake til sin originale stilling.

Figur 3 er et plansnitt som viser indekseringsmønsteret 120 forløpende periferisk rundt den utvendige overflaten av den roterbare indekseringsmuffen 110. Indekseringsmønsteret 120 inkluderer en rekke skrådde, langstrakte slisser 304A-304G plassert i en avstand fra hverandre, mange vertikale slisser 308A-308F plassert i en avstand fra hverandre og en returslisse 314 gjennom hvilket indekseirngshaken 108 kan gli. Indekseringshaken 108 starter i en første stilling 302, som svarer til at ventilen 22 er lukket.

Når det første stammesegmentet 114 aktiveres nedover roteres indekseringsmuffen 110 med en skrittvis vinkel slik at indekseringshaken 108 føres langs det første vinklede sporet 304A til en første skrittvis stilling 306A. Bevegelse av indekseringshaken 108 til den skrittvise stillingen 306A svarer til at posisjoneringshaken 162 i posisjoneringsanordningen 102 krysser over den første utspringeren 158A som en følge av nedoverrettet bevegelse av det andre stammesegmentet 152. Fjerning av trykket i aktiveringskammeret 124 gjør at det første stammesegmentet 114 nullstilles ved å beveges oppover for slik at indekseringshaken 108 glir langs den vertikale slissen 308A fra posisjonen 306A til posisjonen 31 OA. På grunn av dødgangsgapet 150 kan det første stammesegmentet 114 beveges oppover uten at det trekker med seg det andre stammesegmentet 152. Posisjoneringshaken 162 av posisjoneringsanordningen 102 forblir således anlagt mot den øvre skulderen 166A av den første utspringeren 158A mens indekseringshaken 108 i indekseringsanordningen 100 nullstilles. Suksessiv oppbygging og reduksjon av fluidtrykket i aktiveringskammeret 24 fører til at indekseringshaken 162 suksessivt traverserer de skråstilte slissene 304B-304G (for å inkrementeres til suksessive stillinger) og de vertikale slissene 308B-308F (for å nullstilles). Posisjonen 306F svarer til helt åpen stilling, og en returstilling 312 er den posisjonen fra hvilket indekseringshaken 108 kan returnere til utgangsstillingen 302 via returslissen 314. Ved suksessive aktiveringer av det første stammesegmentet 114 til sukséssive trinnposisjoner med indekseringsanordningen 100, holdes posisjoneringshaken 162 anlagt mot en tilsvarende posisjoneringsutspringer 158 mens indekseringsanordningen 102 nullstilles. Som en følge av dette kan posisjoneringsanordningen 100 opprettholde den skrittvise stillingen til det andre stammesegmentet 152 for å tilveiebringe en tilnærmet eksakt styring av stillingen til ventilen 22.

Fra returstillingen 312 i indekseringsmønsteret 120 kan indekseringshaken 108 føres langs returslissen 314 tilbake til utgangsstillingen 302, hvilket gjør at det første stammesegmentet 114 beveges oppover (sammen med indekseringsmuffen 110) for å returnere indekseringsmekanismen 24 til utgangsstillingen, hvilket svarer til lukket stilling for ventilen 22. Den oppoverrettede bevegelsen av det første stammesegmentet 114 under returen fører til at det andre stammesegmentet 152 beveges omtrent like langt oppover. Oppoverrettet bevegelse av det andre stammesegmentet 152 oppnås ved at den øvre overflaten av flensen 144 (figur 2B) trekker oppover på skulderen 146 av konnektormuffen 148. Den oppoverrettede bevegelsen av det andre stammesegmentet 152 gjør at posisjoneringshaken 162 kan beveges langs returslissen 206 (figur 4) tilbake til sin utgangsstilling 202 i posisjoneringsmuffen 154.

Under operasjon aktiveres ventilen 22 fra lukket stilling ved suksessive oppbygginger av fluidtrykket i aktiveringskammeret 124 (figur 2A). Avhengig av den ønskede strømningsmengden (for injeksjon eller produksjon) kan åpningen 170 i ventilen 22 bringes til en hvilken som helst av de skrittvise stillingene, inklusive lukket stilling, en mellomliggende stilling og åpen stilling. Fra lukket stilling forårsaker den første oppbyggingen av fluidtrykket at det første stammesegmentet 114 beveges nedover inntil den nedre enden av aktuatorelementet 142 bringes i kontakt med og skyver mot den øvre enden av det andre stammesegmentet 152. Ytterligere nedoverrettet bevegelse av det første stammesegmentet 114 beveger det andre stammesegmentet 152 nedover. Når det andre stammesegmentet 152 er beveget en forbestemt distanse krysser posisjoneringshaken 162 over den første posisjoneringsutspringeren 158A og tilveiebringer den første skrittvise stillingen til det andre stammesegmentet 152. Dette svarer til den første skrittvise stillingen for åpningen 170 i ventilen 22, der kanten 180A mellom det første og det andre åpningssegmentet 170A og 170B står tilnærmet innregulert med en linje 182 (figurene 2C og 11). For å nullstille det første stammesegmentet 114 utliknes trykket i aktiveringskammeret 124, hvilket fører til at det første stammesegmentet 114 beveges oppover. På grunn av dødgangsgapet 150 (figur 2B) kan imidlertid flensen 144 av aktuerings-elementet 142 beveges en viss lengde oppover uten en tilsvarende oppoverrettet bevegelse av det andre stammesegmentet 152. Lengden til dødgangsgapet 150 er den samme som lengden til hver slisse 308 i indekseringsmønsteret 120 i indekseringsanordningen 100. En påfølgende oppbygging av fluidtrykket i aktiveringskammeret 124 aktiverer på nytt det første stammesegmentet 114 nedover slik at det skyver det andre stammesegmentet 152 et stykke nedover. Dette fører til at posisjoneringshaken 162 krysser over den andre posisjoneringsutspringeren 158B, hvilket svarer til den andre skrittvise stillingen for åpningen 170 (der kanten 180B mellom åpningssegmentene 170B og 170C bringes med linjen 182). Trykket fjernes deretter fra aktiveringskammeret 124 for å nullstille det første stammesegmentet 114. Ytterligere oppbygginger og utlikninger av fluidtrykket i aktiveringskammeret 124 kan gjennomføres for bringe åpningen 170 til andre trinnposisjoner. Når åpningen er fullt åpen forårsaker den neste trykksyklusen at indekseringsmekanismen 24 (inklusive indekseringsanordningen 100 og posisjoneringsanordningen 102) returnerer til sin originale stilling, som svarer til at åpningen 170 i ventilen 22 er lukket.

Med henvisning til figurene 5-10 illustreres forskjellige utførelsesformer av ventilåpningene. I figur 5 illustreres en generelt tåreformet åpning 190 som har segmenter 190A-190F. Som illustrert gir den første delvis åpne stillingen

(som inkluderer åpningssegmentet 190A) 10% åpning (dvs. at strømnings-arealet er 10% at det totalt tilgjengelige strømningsarealet gjennom åpningen 190). I den andre delvis åpne stillingen (som inkluderer åpningssegmentene 190A og 190B) økes strømningsarealet med ytterligere 10%, slik at det til sammen tilveiebringes et 20% åpent strømningsareal. I den neste delvis åpne stillingen (som inkluderer åpningssegmentene 190A-190C) økes strømnings-arealet med 15%, slik at det til sammen tilveiebringes et 35% åpent strømnings-areal. Den neste skrittvise stillingen øker det åpne strømningsarealet med 35%, slik at det til sammen tilveiebringes et 70% åpent strømningsareal. Endelig gir den neste skrittvise stillingen fullt åpen stilling (100%).

I figur 6, i stedet for den tåreformige utformingen av åpningen 190, tilveiebringes en serie av sekvensielle åpningssegmenter 170A-170F. Det første rektangulære segmentet 170A er det smaleste, mens det siste rektangulære segmentet 170F er det bredeste. Det delvis åpne strømningsarealet som tilveiebringes av den første strømningsåpningen er 8% av det totalt tilgjengelige strømningsarealet. Den neste skrittvise stillingen gir et ytterligere strømnings-areal på 8%, slik at det tilveiebringes 16% åpent strømningsareal, etterfulgt av 28%, 54% og 100%.

I figur 7 illustreres en variasjon av konstruksjonen vist i figur 6.1 åpningen 192 i figur 7 tilveiebringes fem segmenter 192A-192E med forskjellig bredde. I konstruksjonen i figur 7 er imidlertid segmentet 192D bredest. Det første segmentet 194A tilveiebringer et strømningsareal på 10%, etterfulgt av skrittvise økninger til 20%, 35%, 70% og 100%.

I utførelsesf ormene i figurene 5-7 har hver av åpningene en bredde som varierer fra relativt smal i en første ende til relativt bred i en andre ende. I figur 8 tilveiebringer en annen utførelsesform en rombeformig åpning 194 som inkluderer segmenter 194A-194E. I denne konstruksjonen økes først de skrittvise endringene av strømningsarealet og deretter reduseres de etter segmentet 194D.

I tillegg til de konkrete verdiene for strømningsarealene i de mange skrittvise stillingene som er listet ovenfor, kan de følgende intervallene av strømningsarealer være mulige ved forskjellige ventestillinger: lukket stilling kan gi et strømningsareal som ligger mellom omtrent 0 og omtrent 6% av det totalt tilgjengelige strømningsarealet; en første skrittvis stilling kan gi et strømnings-areal som ligger mellom omtrent 7% og omtrent 13%; en andre skrittvis stilling

kan gi et strømningsareal som ligger mellom omtrent 14% og omtrent 23%; en tredje skrittvis stilling kan gi et strømningsareal som ligger mellom omtrent 24%

og omtrent 43%; en fjerde skrittvis stilling kan gi et strømningsareal som ligger mellom omtrent 44% og omtrent 95%; og en femte skrittvis stilling (som er åpen stilling) kan gi et strømningsareal som ligger mellom omtrent 95% og omtrent 100%.

Videre med henvisning til figurene 9 og 10 illustreres en generelt triangu-lært utformet åpning 191 med segmenter 191A-191E og en generelt trapes-formet åpning 193 med segmenter 193A-193E. Andre utforminger av ventilåpningen er også mulige, og avhenger av den ønskede endringen av strømningsforholdene når ventilen steges gjennom sine trinnposisjoner.

Som en ser av figurene 5-8 er endringen av strømningsarealet mellom de skrittvise stillingene for hver åpning ikke-lineær, slik at det skapes en forbestemt endring av strømforholdene. Dette gir en mer fleksibel styring av strømnings-forholdene med ventilen 22. Om ønskelig kan således endringen av trykkfallet og strømningsmengden holdes tilnærmet konstant etter hvert som ventilen 22 stegvis åpnes. Andre forbestemte endringer av strømningsforholdene for ventilen 22 kan også oppnås.

I utførelsesf ormene som er vist i figurene 2A-2C og 5-10 er steglengden for ventilaktuatoren 26, som defineres av indekseringsmekanismen 24, omtrent konstant etter hvert som aktuatoren 26 flyttes eller steges gjennom de mange skrittvise stillingene. I slike utførelsesformer oppnås den ikke-lineære endringen av strømningsarealet generelt ved hjelp av ikke-uniforme åpningssegmenter, som en ser av figurene 5-8, mens steglengden mellom trinnposisjoner for ventilaktuatoren holdes omtrent konstant.

I alternative utførelsesformer kan det anvendes mer uniforme åpninger og strømningsarealet for en åpning kan varieres ikke-lineært ved å variere steglengden for ventilaktuatoren. For eksempel illustrerer figurene 10. og 11 henholdsvis åpningene 196 og 198. Åpningen 196 har en generelt rektangulær utforming, og inkluderer åpningssegmenter 196A-196E. Lengden til segmentene 196A, 196B, 196C, 196D og 196E kan være forskjellig, som angitt henholdsvis med L1, 12, L3, L4 og L5. Med henvisning til figur 12, for å tilveiebringe styring av endringen av strømningsarealet gjennom åpningen 196 ifølge de alternative utførelsesformene i et strupesystem 18A, er steglengden for en ventilaktuator 26A forskjellig mellom de skrittvise stillingene. Dette oppnås ved å modifisere konstruksjonen av en indekseringsmekanisme 24A som inkluderer en indekseringsanordning 100A. I indekseringsanordningen 100A kan indekseringsmønsteret 120A (figur 15} endres på en slik måte at forflytning til de forskjellige stillingene, som defineres av slissene i indekseringsmønsteret 120A, gir forskjellige steglengder for aktuatoren 26A. De mange slissene i indekseringsmønsteret 120A definerer trinnposisjoner for en ventil 22A som

innbefatter åpningen 196. Det defineres en grunnlinje 220 som svarer til lukket stilling for åpningen 196. De skrittvise stillingene for åpningen 196 ligger i forskjellige avstander fra grunnlinjen 220, og forskjellen mellom avstandene (DA, DB, DC, DD og DE) fra grunnlinjen 220 mellom de forskjellige skrittvise stillingene varierer ikke-lineært. I én utførelsesform kan avstandene DA-DE øke sekvensielt. Steglengdene for ventilaktuatoren 26A kan konstrueres slik at de sammenfaller med avstandene DA-DE slik at steglengdene også varierer ikke-linært (for eksempel sekvensielt økende i én utførelsesform). Som illustrert i

figur 15 starter en indekseringshake, som er i inngrep med og kan beveges i indekseringsslissemønsteret 120A, i en posisjon 302A (lukket stilling for ventilen) og føres gjennom skråstilte slisser 305A, 305B, 305G, 305D og 305E til posisjonene 307A, 307B, 307C, 307D og 307E. Forskjellen mellom steglengdene kan oppnås ved å variere vinklingen av de skråstilte slissene 305 slik at avstandene (DA, DB, DC, DD, DE) mellom vedsideliggende posisjoner 307 er forskjellig.

. I figur 11 er det vist en alternativ åpning 198 som kan anvendes, i ventilen 22A. Åpningen 198 har generelt krummede ender og inkluderer segmenter 198A-198E. Som med åpningen 196 i figur 10 er lengdene L1-L5 til de respektive segmentene 198A-198É forskjellige. I de alternative utførelsesformene i figurene 10 og 11 er endringen av strømningsarealet mellom de skrittvise stillingene gjort ikke-lineær for å tilveiebringe fleksibel styring av strøm-forholdene med ventilen 22 slik at det kan skapes en forbestemt endring av

strømningsforholdene etter hvert som ventilen 22 steges gjennom de mange skrittvise stillingene.

Fremgangsmåten og anordningen for ikke-lineært å variere strømnings-arealet gjennom en ventilåpning mellom mange trinnposisjoner er uavhengig av fremgangsmåten og anordningen for å tilveiebringe presis styring av ventilens trinnposisjoner. Enkelte utførelsesformer kan innbefatte den førstnevnte egen-skapen, men ikke den sistnevnte, og omvendt. For eksempel kan indekseringsmekanismen og utformingen av ventilåpningen, i utførelsesformer som innbefatter den presise styringsegenskapen, konstrueres slik at det tilveiebringes en tilnærmet lineær endring av strømningsarealet når ventilen flyttes eller steges gjennom de mange skrittvise stillingene. I utførelsesformer som innbefatter evnen til på en ikke-lineær måte å variere ventilåpningens strømnings-areal slik at det tilveiebringes en forbestemt endring av strømforholdene med ventilen, kan det anvendes en indekseringsmekanisme som ikke er separert i to deler, som diskutert i forbindelse med figurene 2-4.

Mens det foregående er rettet mot den foretrukne utførelsesf ormen av foreliggende oppfinnelse, kan det anvises andre og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen uten at en går utover dens rekkevidde, idet rekkevidden til oppfinnelsen bestemmes av de etterfølgende patentkravene. Det er søkerens uttrykte intensjon ikke å påberope U.S.C. § 112, avsnitt 6 for noen begrensninger av noen av patentkravene her, bortsett fra de hvor kravet eksplisitt anvender ordet "apparat" sammen med en assosiert funksjon.

Claims (40)

1.. Ventilenhet (18), omfattende: en ventil (22) med en åpning (170,190,192,194,191,193,196,198), gjennom hvilken strømning av fluid kan strupes; en aktuator (26, 26A) konstruert for å posisjonere ventilen i én eller flere trinnposisjoner mellom åpen stilling og lukket stilling, og karakterisert ved at ventilen, åpningen bg aktuatoren er konstruert for å tilveiebringe en forbestemt endring av strømningsforholdene i respons til aktuatoren som beveger ventilen mellom et første par posisjoner, og for å tilveiebringe hovedsakelig den forutbestemte forandringen i strømningsforhold som reaksjon på aktuatoren som beveger ventilen mellom et andre par posisjoner.

2. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en indekseringsmekanisme (24, 24A) som er forbundet med aktuatoren og som er konstruert for å føre bevegelsen av aktuatoren mellom den ene eller de flere trinnposisjonene, den åpne stillingen og den lukkede stillingen.

3. Ventilenhet (18) ifølge krav 2, karakterisert ved at indekseringsmekanismen (24, 24A) videre omfatter: et første indekseringselement (110) som inkluderer mange langstrakte, forbundede slisser (120) plassert i en avstand fra hverandre; et andre indekseringselement (106) med en tilfestet sperre (108), idet sperren er konstruert slik at den passer i og kan beveges i de mange slissene; at minst én blant det første og det andre indekseringselementet er konstruert for å beveges i forhold til den andre; at de mange slissene og sperren er konstruert for sammen å begrense den relative bevegelsen mellom det første og det andre indekseringselementet; at de mange slissene definerer trinnposisjoner i forskjellig avstand fra en grunnlinje; og at forskjellene i avstand fra grunnlinjen mellom de mange slissene varierer ikke-lineært.

4. Ventilenhet (18) ifølge krav 3, karakterisert ved at det videre omfatter at forskjellene i avstand fra grunnlinjen mellom vedsideliggende par blant de mange slissene øker ikke-lineært.

5. Ventilenhet (18) ifølge krav 3, karakterisert ved at det videre omfatter at forskjellene i avstand fra grunnlinjen mellom, vedsideliggende par blant de mange slissene er sekvensielt økende.

6. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter: at ventilen (22) og åpningen (170,190,192,194,191,193,196,198) definerer et strømningsareal; og at strømningsarealet øker ikke-lineært etter hvert som ventilen (22) beveges fra lukket stilling via den ene eller de flere trinnposisjonene til åpen stilling.

7. Ventilenhet (18) ifølge krav 6, karakterisert ved at det videre omfatter: en åpning med et totalt areal; at strømningsåpningen i lukket stilling håret tverrsnittsareal som er mellom null og seks prosent av åpningens totale areal; at strømningsåpningen i en første trinnposisjon håret tverrsnittsareal som er mellom syv og tretten prosent av åpningens totale areal; at strømningsåpningen i en andre trinnposisjon har et tverrsnittsareal som er mellom fjorten og tjuetre prosent av åpningens totale areal; at strømningsåpningen i en tredje trinnposisjon har et tverrsnittsareal som er mellom tjuefire og førtitre prosent av åpningens totale areal; at strømningsåpningen i en fjerde trinnposisjon har et tverrsnittsareal som er mellom førtifire og nittifem prosent av åpningens totale areal; og at strømningsåpningen i åpen stilling har et tverrsnittsareal som er mellom nittifem og ett hundre prosent av åpningens totale areal.

8. Ventilenhet (18) ifølge krav 7, karakterisert ved at det videre omfatter minst én ytterligere trinnposisjon mellom åpen og lukket stilling.

9. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter at åpningen (190) har en generell dråpeform.

10. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter: at åpningen (170,190,192,194,191,193) definerer mange diskrete arealinkrementer; at de mange diskrete arealtrinn er tilnærmet like lange; og at de mange diskrete arealtrinn hvert har et areal som er valgt for å øke strømningsarealet gjennom åpningen med en forbestemt mengde slik at det tilveiebringes en tilnærmet konsistent endring av trykkfallet mellom forskjellige ventilstillinger.

11. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter at åpningen (170,190,192, 194,191,193) har en bredde som varierer fra relativt smal næren første ende til relativt bred nær en andre ende..

12. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter at åpningen (191) har en generelt triangulær form.

13. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter at åpningen (193) har en generell trapesform.

14. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter at åpningen (194) har en generell rombeform.

15. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av det første og det andre paret posisjoner omfatter to av enten den åpne posisjonen, lukkede posisjonen og en eller flere trinnposisjoner eller en kombinasjon av disse.

16. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at den forutbestemte forandringen i strømnings-forhold omfatter en forutbestemt forandring i trykk.

17. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at den forutbestemte forandringen i strømnings-forhold omfatter en forutbestemt forandring i strømningsrate.

18. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter: at åpningen definerer et strømningsareal for hver stilling av ventilen, idet strømningsarealene er valgt for å tilveiebringe hovedsakelig forutbestemt forandring i strømningsforholdet ettersom ventilen forandrer posisjoner.

19. Ventilenhet ifølge krav 18, karakterisert ved at åpningen (170,192) inkluderer mange segmenter som hvert har en generelt rektangulær utforming, idet hvert åpningssegment har en bredde og idet minst to av breddene er forskjellige.

20. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter: at ventilen (22) og aktuatoren (26A) er konstruert slik at de definerer en forutbestemt trinnsekvens mellom stillingene som henholdsvis posisjonerer ventilen (22) sekvensielt lengre fra og nærmere lukket stilling når ventilen (22) åpnes og lukkes; idet minste to av avstandene mellom suksessive ventilstillinger er forskjellig.

21. Ventilenhet (18) ifølge krav 20, karakterisert ved at det videre omfatter: en indekseringsmekanisme (24A) med et flertall posisjonerings-elementer, der hvert posisjoneringselement korresponderer med en av ventilposisjonene, idet indekseringsmekanismen ytterligere omfatter et element som kan samvirke med posisjoneringselementet for å definere sjaltesekvensen.

22. Ventilenhet (18) ifølge krav 20, karakterisert ved at det videre omfatter: en indekseringsmekanisme (24A) for aktuatoren (26A) som er konstruert slik at den definerer trinnsekvensen og begrenser bevegelsen av aktuatoren (26A) og ventilen (22) mellom åpen stilling, lukket stilling og den ene eller de flere trinnposisjonene.

23. Ventilenhet (18) ifølge kravl, karakterisert ved at det videre omfatter: en indekseringsmekanisme (24A) koplet til aktuatoren; at indekseringsmekanismen (24A) er konstruert slik at den begrenser bevegelsen av aktuatoren og ventilen (22) til én eller flere trinnposisjoner mellom åpen stilling og lukket stilling; at indekseringsmekanismen (24A) definerer en steglengde mellom suksessive blant den ene eller de mange trinnposisjonene, åpen stilling og lukket stilling; at indekseringsmekanismen (24A) definerer minst én steglengde som er forskjellig fra minst én annen steglengde.

24. Ventilenhet (18) ifølge krav 23, karakterisert ved at det videre omfatter at steglengdene øker sekvensielt.

25. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter: at åpningen (170,190,192,194,191,193) kan åpnes i lengderetningen og har en bredde som tilnærmet står på tvers av lengderetningen, idet bredden i alminnelighet øker fra en første ende nær den lukkede stillingen, til en annen ende, nær den åpne stillingen.

26. Ventilenhet (18) ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter: en mekanisme med en indekseringsanordning (100,100A) og en posisjoneringsanordning (102), der indekseringsanordningen samvirker med aktuatoren for å stege aktuatoren gjennom de mange stillingene, og der posisjoneringsanordningen er konstruert for å opprettholde stillingen til i hvert fall en første andel av aktuatoren etter hvert steg med aktuatoren for å tilveiebringe presis styring av ventilen.

27. Ventilenhet (18) ifølge krav 26, karakterisert ved at den første andelen av aktuatoren er operativt koplet til ventilen (22) på en slik måte at bevegelse av aktuatorens første andel fører til en endring av posisjonen i ventilen.

28. Ventilenhet 18) ifølge krav 26, karakterisert ved at indekseringsanordningen inkluderer mange forbundene slisser og en sperre som kan beveges i slissene, idet sperren og de mange slissene definerer aktuatorens mange stillinger.

29. Ventilenhet (18) ifølge krav 28, karakterisert ved at posisjoneringsanordningen inkluderer en sekvens av posisjoneringsetementer og en sperre som sekvensielt kan engasjeres med posisjoneringselementene, idet sperren og posisjoneringselementene definerer posisjoneringen av aktuatorens første stilling.

30. Ventilenhet (18) ifølge krav 31, karakterisert ved at aktuatoren videre har en andre andel som aktiveres av fluidtrykk og som er konstruert for å gå inngrep med aktuatorens første andel for å bevege aktuatorens første andel.

31. Ventilenhet (18) ifølge krav 30, karakterisert ved at de mange slissene i indekseringsanordningen og sperren definerer suksessive stillinger for den andre aktuatorandelen.

32. Ventilenhet (18) ifølge krav 31, karakterisert ved at aktuatorens første og andre andeler er operativt forbundet til en konnektoranordning med en dødgangsglippe som gjør at aktuatorens andre andel kan nullstilles uten at aktuatorens første andel beveges.

33. Ventilenhet (18) ifølge krav 32, karakterisert ved at aktuatorens andre andel nullstilles ved reduksjon av fluidtrykket.

34. Ventilenhet (18) ifølge kravl, karakterisert ved at den omfatter: at aktuatoren har et første og et andre bevegelig segment, der det første segmentet er konstruert for å bevege det andre segmentet i en første retning, idet ventilenheten videre omfatter: en indekseringsanordning samvirkende forbundet til det første segmentet for å forflytte det første segmentet mellom mange stillinger; og en posisjoneringsanordning samvirkende forbundet til det andre segmentet for å posisjonere det andre segmentet i mange stillinger som svarer til de mange ventilstillingene, idet det første segmentet kan separeres fra det andre segmentet slik at det første segmentet kan beveges i en andre retning motsatt for den første retningen uten å bevege det andre segmentet.

35. Ventilenhet (18) ifølge krav 34, karakterisert ved at det første segmentet kan aktiveres i mange sykler i den første og den andre retningen og med det forflyttes i trinn som defineres av indekseringsanordningen.

36. Ventilenhet (18) ifølge krav 35, karakterisert ved at det andre segmentet kan beveges av det første segmentet i. økende trinn i den første retningen som respons på aktivering av det første segmentet.

37. Fremgangsmåte for å strupe strømningen gjennom en åpning (170,190, 192,194,191,193,196,198) ved anvendelse av en aktivåtor (26,26A) festet til en ventil (22), idet ventilen (22) kan bringes til mange trinnposisjoner omfattende en åpen stilling, en lukket stilling, og én eller flere mellomliggende stillinger, idet fremgangsmåten omfatter: bevege ventilen mellom et første par tilstøtende posisjoner; bevege ventilen mellom et andre par tilstøtende posisjoner;karakterisert ved at fremgangsmåten videre omfatter opprettholdelse av en forutbestemt endring av et strømningsforhold med ventilen (22) som respons til at ventilen beveges mellom det første paret tilstøtende stillinger og mellom det andre paret tilstøtende stillinger.

38. Fremgangsmåte ifølge krav 37, karakterisert ved at opprettholdelsen inkluderer ikke-lineært å variere ventilens (22) strømningsareal samsvarende til trinnposisjonene.

39. Fremgangsmåte ifølge krav 38, karakterisert ved at den videre omfatter tilveiebringelse av en åpning, bestående av mange segmenter med varierende strømningsareal, i ventilen (22) og aktivering av ventilen (22) for suksessivt å eksponere åpningssegmentene når ventilen (22) forflyttes gjennom trinnposisjonene.

40. Fremgangsmåte ifølge krav 38, karakterisert ved at den videre omfatter variasjon av steglengdene for en aktuator (22A) som er operativt koplet til ventilen (22) etter hvert som aktuatoren forflyttes gjennom trinnposisjonene for å tilveiebringe ventilens trinnposisjoner.