NO326484B1 - Sandstyringstetning for undergrunns sikkerhetsventil - Google Patents

Description

[0001] Feltet for denne oppfinnelsen er undergrunns sikkerhetsventiler, og mer spesifikt sandtetninger for innsettbare sikkerhetsventiler, i alminnelighet installert på kabel.

[0002] Produksjonsrør omfatter i alminnelighet en undergrunns sikkerhetsventil (SSV, subsurface-safety-valve) som del av strengen. Dersom en SSV svikter, kan en innsetnings-sikkerhetsventil bli senket gjennom produksjonsrørstrengen, i alminnelighet på en kabel, slik at den anbringes i et par av tetningsboringer som muliggjør at det eksisterende hydrauliske styreledningssystemet for produksjons-rørsikkerhetsventilen kan anvendes ved aktivering av innsetnings-sikkerhetsventilen. De nedihulls sikkerhetsventilene som tidligere ble benyttet anvendte et regulerende strømningsrør som ble aktivert av et ringformet stempel ved anvendelse av hydraulikktrykket i styreledningen. Stempelet beveget seg mot kraften fra en returfjær. Nedovergående bevegelse av strømningsrøret ville rotere en klaffventil 90 grader og vekk fra et samvirkende sete for å tillate strømning å passere oppihulls gjennom strømningsrøret. Stempelet var innrettet i en ringformet utsparing i huset dannet mellom en innvendig vegg og en utvendig vegg. Strømningsrøret var innrettet innenfor den innvendige veggen med en klaring. Klaringen var nødvendig for å muliggjøre fri translatorisk bevegelse av strømnings-røret, som nødvendig for å åpne eller lukke SSVen eller den på samme måte fungerende innsetnings-sikkerhetsventilen.

[0003] I operasjon måtte anvendte trykk i det hydrauliske styringssystemet overstige driftstrykkene i produksjonsrøret for å drive strømningsrøret nedover. I noen tilfeller var det anvendte styringstrykket så høyt at det bøyde den innvendige husveggen. Ettersom det var et gap mellom strømningsrøret og den innvendige husveggen som følge av konstruksjonen, og brønnfluider kunne strømme inn i dette gapet, kunne bøyningen av den innvendige husveggen forårsake fastkiling av strømningsrøret, spesielt når sand eller annet partikkelmateriale var til stede i brønnfluidene. Én løsning som ble forsøkt var å øke klaringen mellom strømnings-røret og den innvendige husveggen. Ulempen med denne tilnærmingen var at den tillot mer sand og annet partikkelmateriale å komme til følsomme områder, så som tetningene for aktiveringsstempelet. Akkumuleringer i dette følsomme tetnings-området ville raskt forårsake svikt av en stempeltetning eller fastkiling av aktiveringsstempelet. En annen tilnærming var å øke tykkelsen til den innvendige husveggen for å minimere bøyningen av denne som reaksjon på anvendte styringssystemtrykk som oversteg produksjonsrørtrykket. Denne tilnærmingen hadde imidlertid den ulempen at den reduserte strømningsrørets boringsstørrelse, noe som kunne hindre eller sinke produksjonen eller begrense størrelsen til verk-tøy som kunne passere gjennom strømningsrøret.

[0004] Et annet problem med innsetnings-sikkerhetsventiler når installert på kabel, spesielt i forbindelse med store størrelser så som 24,45 cm (9 5/8"), er enhetens vekt og lengde. Tidligere ville avstandsstykker og låser assosiert med en innsetningsventil, spesielt store sådanne, føre til en enhet hvis vekt kunne overstige kabelens bæreevne. I tillegg kunne lengden til store enheter overstige den til-gjengelige lengden i et sluserør ved overflaten. Dette kunne nødvendiggjøre anvendelse av ukonvensjonelle sluserør, noe som økte kostnadene. Den util-børlige lengden kunne også være et problem i en avviksbrønn, der det var mulig-het for fastkiling av innsetningsventil-enheten. NO 313 210 vedrører en brønnsikringsventil som kan settes inn I et produksjonsrør eller foringsrør i kombinasjon med en ringromssikringsventil ved den nedre enden av anordningen, samt tetninger mot ringrommet. CA 2 262 318 vedrører et ikke forstyrrende innsettingsverktøy som benytter et induktivt system for energitilførsel. Fra US 3 799 258 fremgår det en undergrunns sikkerhetsventil for forbindelse direkte inn i et brønnrør for avstengning av strømmen brønnfluider gjennom røret når visse brønnforhold oppstår, mens det fortsatt ivaretas en brønnboring med hovedsakelig den samme størrelsen som brønnrørets boring for å tillate ubegrenset adgang for brønnutstyr. Fra US 4 569 398 fremgår det en sikkerhetsventil med et strømningsrør tele-skopisk bevegelig i huset for styring av åpening og lukning av ventilen, og der huset har et fluidkammer med et stempel forbundet med strømningsrøret og en fluidpassasje forbundet med kammeret tilpasset for å være i kommunikasjon med fluidtrykket ved brønnoverflaten. Fra US 4 475 598 fremgår det en aktiveringsmekanisme for en roterbar kuleventil-enhet hvori flere aksialt forløpende stempel og sylinderenheter eller belgelementer er montert i veggen av det ytre huset av kuleventilen med en viklet avstand mellom hverandre. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en sikkerhetsventil for nedihulls anvendelse. Ventilen omfatter et hus med en gjennomgående strømningsvei og et stempel bevegelig innrettet i huset. Stempelet er koplet til et strømningsrør for å bevege strømningsrøret i huset for å aktivere ventilen. Strømningsrøret definerer en klaring i nevnte strømningsvei og en partikkelstopperanordning spenner over klaringen. Partikkelstopperanordningen omfatter en ring. Ringen er montert i et spor. Sporet er tilstrekklig dypt slik at bøyning av nevnte hus ikke vil bringe en ytterdiameter av nevnte ring i kontakt med en bunn av nevnte spor.

[0005] Foreliggende oppfinnelse har som ett av sine mål evnen til effektivt å fjerne eller i hvert fall minimere den negative innvirkningen av sand eller annet partikkelmateriale i klaringen mellom strømningsrøret og den innvendige husveggen. Dette målet er oppnådd uten ulempene ved de tidligere forsøkene beskrevet ovenfor. Et annet mål ved oppfinnelsen er å redusere enhetens lengde og vekt for å lette ut-bringelse av en innsetningsventil med standard kabelført utstyr og sluserør. Fagmannen vil forstå hvordan disse målene er oppnådd etter en gjennomgang av beskrivelsen nedenfor av den foretrukne utførelsesformen.

[0006] En tetning kan være tilveiebrakt for å hindre kontaminering ved sand eller annet partikkelmateriale i klaringen mellom et strømningsrør og den innvendige husveggen i en sikkerhetsventil. Et utvidet rom kan være tilveiebrakt ved tetningen for å muliggjøre oppsamling av sand eller annet partikkelmateriale i det ringformede klaringsrommet uten å forårsake fastkiling av strømningsrøret. Innsetnings-sikkerhetsventilen blir montert uten et avstandsstykke, med et tetning anordnet ved den nedre enden av innsetningsventilen for å danne inngrep med den nedre delen av SSVen. Som følge av dette, spesielt for større innsetnings-sikkerhetsventiler, kan enheten være lettere og kortere, noe som letter bruken av enkelt tilgjengelig standard sluserør og kabelført utstyr.

[0007] Figur 1 er et vertikalt snitt av den andelen av en sikkerhetsventil som viser plasseringen av sandstyringsringen;

[0008] Figur 2 er et forstørret snitt av sandstyringsringen og dens monteringsspor;

[0009] Figur 3 er et utsnitt som viser tidligere teknikks anordning av en innsetningsventil i en SSV;

[0010] Figur 4 er foreliggende oppfinnelse, og viser anordning av innsetnings-sikkerhetsventilen i SSVen.

[0011] Figur 1 viser en andel av en SSV 10. Illustrasjonen er høvelig for en produk-sjonsrørmontert SSV så vel som en innsetnings-sikkerhetsventil, og henvisning til en SSV er ment å innbefatte begge typer. Et hus 12 har en utvendig vegg 14 og en innvendig vegg 16. Et stangformet stempel 18 er innrettet i ringrommet dannet mellom veggene 14 og 16. En ring 20 er stasjonær og tjener som en bevegelses-stopper for stempelet 18 og, med en stangstempeltetning (ikke vist) anordnet ovenfor, bygger trykk fra en styreledning (ikke vist) seg opp i huset 10 ovenfor stempelet 18. Foreliggende oppfinnelse er like anvendbar med et ringformet stempel som med en stangstempel-konstruksjon, som illustrert i figurene. Det oppbygde trykket beveger stempelet 18 nedover mot kraften fra en returfjær 24. Strømningsrøret 26 er anordnet innenfor den innvendige veggen 16, og det er en klaring 28 mellom disse. Klaringen 28 innbefatter (eng. features) et utvidet volum 30 som kan være dannet av en utspart overflate på den utvendige veggen 16, som vist, eller alternativt kan strømningsrøret 26 eller begge de motstående strukturene ha en utsparing for å gjøre klaringen 28 større. Lengre ned omfatter strømnings-røret 26 en skulder 32, som forløper inn i en mottaker 34 på muffen 36. Muffen 36 er festet til stempelet 18, slik at nedoverrettet bevegelse av stempelet 18 i respons til trykk i styreledningen også beveger strømningsrøret 26 nedover når mottakeren 34 presser ned på den fangede skulderen 32. Fjæren 24 komprimeres i denne prosessen, slik at den kan tilveiebringe lukkekraften under normal lukking eller kriselukking på en måte som er kjent for fagmannen.

[0012] Figur 2 illustrerer mer i detalj sandstyringsringen 38, innrettet i et spor 40 i den innvendige veggen 16. Formålet med ringen 38 er å minimere eller hindre at faste stoffer fra brønnboringen passerer rundt den og kommer til stempelet 18 eller tetningene 20 og 22. For å lette montering i sporet 40 kan ringen 38 ha en splitt 42 (vist skjematisk med stiplet linje i figur 2). Ringen 38 flyter fortrinnsvis fritt i sporet 40. Til tross for dette er de aksielle klaringene tilstrekkelig små til å minimere eller hindre passering av partikkelmateriale rundt flankene av ringen 38. Sporet 40 er laget dypt nok til at en eventuell bøyning av den innvendige veggen 16 ikke vil bringe bunnen av sporet 40 mot den utvendige diameteren til ringen 38. Slik bøyning kan forekomme som følge av trykk som overstiger produksjonsrørtrykket anvendt gjennom styreledningen (ikke vist), som forårsaker at den innvendige veggen 16 beveger seg mot strømningsrøret 26. Ringen 38 er fortrinnsvis tilvirket av "Elgiloy", som er en legering omfattende kobolt-krom-nikkel valgt for sin korro-sjonsbestandighet. Alternative materialer, så som et hvilket som helst fjærstål-materiale, kan også bli lagt til eller anvendt i stedet. Ringen 38 må ha tilstrekkelig stivhet, termisk stabilitet og kjemisk kompatibilitet for den tiltenkte anvendelse. Den må hele tiden være i kontakt med strømningsrøret 26 mens den driver rundt i sporet 40 for å fungere optimalt. Splitten 42 kan være vinklet for å lette innsetning av ringen 38 i sporet 40. Det større volumet 30 tjener som et kammer for akku-mulert partikkelmateriale ved ringen 38 for å hindre eller minimere dannelse av broer av slikt partikkelmateriale mellom den innvendige veggen 16 og strømnings-røret 26.

[0013] Det skal bemerkes at ringrommet 58 i hvilket fjæren 24 befinner seg har et klaringsgap (ikke vist) i området ved klaffventilen (ikke vist). Et klaringsgap er akseptabelt i dette området fordi huset 12 er tykkere i denne delen, og bøyning er ikke et problem som det er i området ved ringen 38. Det er også en større tendens til infiltrasjon av faste stoffer øverst i strømningsrøret 26 enn nederst. En viss klaring er også nødvendig ved ringrommet 58 for å hindre kollaps av strømnings-røret 26 dersom det er trykk i ringrommet 58 og trykket i produksjonsrøret avlastes hurtig. Tetninger har ikke tidligere vært anvendt ved den nedre enden av strøm-ningsrøret 26 for å isolere den nedre enden av ringrommet 58.

[0014] Figurene 3 og 4 viser kontrasten til tidligere teknikks måte å sette inn en innsetnings-sikkerhetsventil 44 sammen med et avstandsstykke 46 og en lås 48 i en eksisterende SSV 10. Avstandsstykket 46 sprer ut tetninger 50 og 52 i respek-tive tetningsboringer i adapteret (eng. nipple adapter) 54 og den nedre delen 56. Fagmannen vil forstå at et penetrasjonsverktøy (eng. penetration tool) klargjør det hydrauliske styringssystemet for SSV 10 før tetningene 50 og 52 blir innsatt, slik at den opprinnelige styreledningen kan tjene til å aktivere stempelet i innsetnings-sikkerhetsventilen 42. Med tidligere teknikks anordning, som vist i figur 3, befinner innsetnings-sikkerhetsventilen 42 seg nedenfor tetningene 50 og 52, slik at det maksimale trykket som huset til innsetnings-sikkerhetsventilen 42 blir eksponert for er det interne trykket i produksjonsrøret. Til motsetning eliminerer anordningen i figur 4 avstandsstykket 46 ved å anordne tetningene 50' og 52' rett på innsetnings-sikkerhetsventilen 42'. I forbindelse med veldig store innsetnings-sikkerhetsventiler 42' vil et avstandsstykke øke vekten betydelig, noe som vil kunne gjøre hele enheten for tung å sette inn med bruk av standard kabelrigger. I tillegg kan enhetens lengde bli slik at den ikke passer i et standard sluserør dersom avstandsstykket 46 tas med. Den ekstra lengden kan også utgjøre et fastkilingsproblem i en sterkt avvikende brønn. Som et resultat av anordning av tetningene direkte på innsetnings-sikkerhetsventilen 42' og fjerning av avstandsstykket 46, blir den innvendige veggen 16 i ventilen 42' utsatt for en ytterligere kraft i tillegg til den fra trykket i produksjonsrøret. Dette er fordi trykk i styreledningen nå kan virke mot huset 12, mens i installasjonen i figur 3, som følge av avstandsstykket 46, styringstrykket ikke virket mot huset.

[0015] Fagmannen vil nå forstå at klaringen 28 kan økes når ringen 38 blir anvendt for å minimere eller hindre fastkiling av strømningsrøret 26 som følge av bøyning av huset 12 og mer spesifikt den innvendige veggen 16, spesielt i et tilfelle med en stor innsetningsventil, så som 42', anordnet i linjeføring med en SSV 10 på en måte som vist i figur 4. Igjen skal det understrekes at ventilen vist i figurene 1 og 2 kan være en produksjonsrørventil eller en innsetnings-sikkerhetsventil. Fjerning av avstandsstykket 46 og anordning av tetninger 50' og 52' på innsetningsventilen 42' gjør enheten lettere og kortere, hvilket letter innsetting av denne med standard kabel- og sluserørutstyr. Det større volumet ved ringen 38 tjener som mottaker og minimerer tendensen til at sand eller annet partikkelmateriale bygger seg opp og hindrer problemfri operasjon av strømningsrøret 26.

[0016] Det skal være underforstått at denne beskrivelsen kun er en illustrasjon av de på det nåværende tidspunkt foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, og at ingen begrensninger er tilsiktet annet enn som beskrevet i de etterfølgende kravene.

Claims (8)

1. Sikkerhetsventil for nedihulls anvendelse, omfattende: et hus (12), omfattende en strømningsvei derigjennom; et stempel (18) bevegelig innrettet i nevnte hus (12) og koplet til et strømningsrør (26) for å bevege strømningsrøret (26) i nevnte hus (12) for å aktivere ventilen; strømningsrøret (26) definerer en klaring (28) i nevnte strømningsvei (26); en partikkelstopperanordning spenner over nevnte klaring (28), karakterisert ved at: nevnte partikkelstopperanordning omfatter en ring (38); ringen (38) er montert i et spor (40); og sporet (40) er tilstrekklig dypt slik at bøyning av nevnte hus (12) ikke vil bringe en ytterdiameter av nevnte ring (38) i kontakt med en bunn av nevnte spor (40).

2. Ventil ifølge krav 1, der nevnte spor (40) er tilveiebrakt i nevnte hus (12).

3. Ventil ifølge krav 1, der nevnte spor (40) er tilveiebrakt i nevnte strømnings-rør (26).

4. Ventil ifølge krav 1, der nevnte ring (38) er splittet for å lette innretting i nevnte spor (40).

5. Ventil ifølge krav 1, der nevnte klaring (28) er utvidet ved nevnte partikkelstopperanordning.

6. Ventil ifølge krav 5, der nevnte utvidelse er dannet av en forsenket overflate på nevnte hus (12).

7. Ventil ifølge krav 4, der nevnte ring er splittet i et plan som krysser lengde-aksen til nevnte hus (12).

8. Ventil ifølge krav 1, der nevnte hus (12) videre omfatter et par av område-tetninger for å muliggjøre forseglende innsetting av nevnte hus (12) i en eksisterende produksjonsrør-sikkerhetsventil uten et avstandsstykke.