NO329168B1

NO329168B1 - The riser valve

Info

Publication number: NO329168B1
Application number: NO20085258A
Authority: NO
Inventors: Knut Tore Ljosne
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-09-06
Also published as: WO2010069992A9; WO2010069992A4; NO20085258L; WO2010069992A2; WO2010069992A3

Abstract

En marin stigerørsfylleventil som er tilpasset for å kobles til et stigerør som strekker seg gjennom en vannmasse og til å åpne og stenge kommunikasjon mellom det indre av stigerøret og det omgivende vannet. Ventilen omfatter et hus (21) og et ventiNegerne (22) inne i huset (21). Ventillegemet (22) er tilpasset for å bevege seg inne i huset (21) mellom en stengt posisjon som hindrer kommunikasjon mellom det indre av stigerøret og vannet, og en åpen posisjon som tillater kommunikasjon mellom det indre av stigerøret og vannet. Ventillegemet (22) og ventilhuset (21) har respektivt en av en tetningsflate (29) og et sete (39). Tetningsflaten (29) og setet (39) er tilpasset til å danne en tettende grenseflate i ventilens lukkede posisjon. Ventilen omfatter et kammer (28) for baktrykk fra vannet, hvilket kammer (28) kommuniserer med det indre av stigerøret når ventilen er åpen, og det omgivende vannet når ventilen er lukket.A marine riser fill valve adapted to connect to a riser extending through a body of water and to open and close communication between the interior of the riser and the surrounding water. The valve comprises a housing (21) and a ventiNegerne (22) inside the housing (21). The valve body (22) is adapted to move inside the housing (21) between a closed position that prevents communication between the interior of the riser and the water, and an open position that allows communication between the interior of the riser and the water. The valve body (22) and the valve housing (21) respectively have a sealing surface (29) and a seat (39). The sealing surface (29) and the seat (39) are adapted to form a sealing interface in the closed position of the valve. The valve comprises a chamber (28) for back pressure from the water, which chamber (28) communicates with the interior of the riser when the valve is open, and the surrounding water when the valve is closed.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt feltet marin olje- og gassbrønnboring og spesielt en ventil i samsvar med ingressen til krav 1, som plasseres i en dypvanns stigerørsstreng for å motvirke kollaps av stigerøret på grunn av trykket fra sjøvannet når det interne trykket til stigerøret faller, for eksempel på grunn av ekspansjon av stigende formasjongass eller tap av sirkulasjon og påfølgende reduksjon i høyde av slamsøylen. Dersom det interne trykket faller betydelig under det eksterne hydrostatiske trykket åpnes ventilen, noe som tillater sjøvann å komme inn i stigerøret via porter, og derved utligner det interne og det eksterne trykket. The present invention relates generally to the field of marine oil and gas well drilling and in particular to a valve in accordance with the preamble of claim 1, which is placed in a deep water riser string to prevent collapse of the riser due to the pressure of the seawater when the internal pressure of the riser drops, for for example due to expansion of rising formation gas or loss of circulation and subsequent reduction in height of the mud column. If the internal pressure falls significantly below the external hydrostatic pressure, the valve opens, allowing seawater to enter the riser via ports, thereby equalizing the internal and external pressure.

En tidligere kjent stigerørsfylleventil av denne typen er vist i US 4719937 og er også beskrevet i detalj i en operatørhåndbok datert mars 2008. Den er ment å installeres nær overflaten og består av fire hydraulisk kontrollerte rundsleideventiler 1 (hvorav én er vist i figur 1). Når de er åpne, tillater disse ventilene 1 stigerøret 20 å fylles med vann for å motvirke kollaps av stigerørsstrengen på grunn av trykkforskjeller forårsaket av sjøvann som trykker på utsiden av stigerørsstrengen hvis boreslam kommer ut av stigerøret under drift. Hver rundsleideventil består av et ventillegeme 2 som sklir opp og ned på et stasjonært ventilskaft 3. Ventilstammen 3 har hydrauliske porter 4a, 4b for å styre åpning og stengning av hydraulisk trykk til kamre 5, 6, på motstående sider av et stempel 13, inne i legemet av ventillegemet 2. En tetningsmutter 7 forsegler kamrene 5, 6 slik at det hydrauliske trykket kan påvirke ventillegemet 2 til å åpne eller stenge ventilen 1 etter ønske. Det indre av ventilen 1 er åpen mot det indre av stigerørsstrengen ved en port 8 og er utsatt for boreslammet. Hver ende av ventillegemet 2 sklir inne i en hylse 9, 10. Disse hylsene 9, 10 er åpne mot sjøen. Forseglinger i hver ende av ventillegemet 2 hindrer slam fra å unnslippe fra stigerøret og sjøvann fra å komme inn i stigerøret når ventilen er i den lukkede posisjonen. En beskyttende stangmansjett 11 beskytter ventilstammen. A prior art riser fill valve of this type is shown in US 4719937 and is also described in detail in an operator's manual dated March 2008. It is intended to be installed close to the surface and consists of four hydraulically controlled rotary slide valves 1 (one of which is shown in Figure 1). When open, these valves 1 allow the riser 20 to fill with water to counteract collapse of the riser string due to pressure differences caused by seawater pressing on the outside of the riser string if drilling mud exits the riser during operation. Each round slide valve consists of a valve body 2 which slides up and down on a stationary valve stem 3. The valve stem 3 has hydraulic ports 4a, 4b to control the opening and closing of hydraulic pressure to chambers 5, 6, on opposite sides of a piston 13, inside in the body of the valve body 2. A sealing nut 7 seals the chambers 5, 6 so that the hydraulic pressure can influence the valve body 2 to open or close the valve 1 as desired. The interior of the valve 1 is open to the interior of the riser string at a port 8 and is exposed to the drilling mud. Each end of the valve body 2 slides inside a sleeve 9, 10. These sleeves 9, 10 are open to the sea. Seals at each end of the valve body 2 prevent mud from escaping from the riser and seawater from entering the riser when the valve is in the closed position. A protective rod sleeve 11 protects the valve stem.

Figur 2 viser ventilen i åpen posisjon. Ettersom figur 2 er en figur fra driftshåndboken og figur 2 er en figur fra patentet, er konstruksjonene litt forskjellige. I åpen posisjon har ventillegemet 2 forskjøvet seg oppover og åpnet en strømningskanal illustrert av piler 12 fra sjøen inn i stigerøret. Når trykket har blitt utlignet kan ventilen stenges igjen ved å tilføre et hydraulisk trykk i port 4b, og derved øke trykket i kammeret 5 og tvinge ventillegemet 2 nedover. Figure 2 shows the valve in the open position. As figure 2 is a figure from the operating manual and figure 2 is a figure from the patent, the constructions are slightly different. In the open position, the valve body 2 has shifted upwards and opened a flow channel illustrated by arrows 12 from the sea into the riser. When the pressure has been equalised, the valve can be closed again by applying a hydraulic pressure in port 4b, thereby increasing the pressure in the chamber 5 and forcing the valve body 2 downwards.

Selv om denne stigerørsfylleventilen i de fleste tilfeller er ventet å funksjonere godt, er det en potensiell risiko involvert. Ventilen vil vanligvis forbli i den lukkede posisjonen, hvor den vil hindre slam fra å unnslippe til sjøen, i svært lang tid. Dersom det indre trykket faller under et visst differansetrykk relativt til sjøvannstrykket, vil en trykksensor aktivere en alarm ved overflatestrukturen. Operatøren vil deretter, basert på sin vurdering av alvorlighetsgraden til situasjonen avgjøre om stigerørsfylleventilen bør åpnes. Dersom han avgjør å gjøre dette påføres et hydraulisk trykk på port 4a, som åpner ventilen. Dersom operatøren, basert på sin vurdering eller av en annen grunn, ikke åpner ventilen og trykkdifferansen over ventilen overstiger et forhåndsbestemt trykk, bør ventilen ikke desto mindre åpnes automatisk. Although this riser fill valve is expected to function well in most cases, there is a potential risk involved. The valve will usually remain in the closed position, where it will prevent sludge from escaping into the sea, for a very long time. If the internal pressure falls below a certain differential pressure relative to the seawater pressure, a pressure sensor will activate an alarm at the surface structure. The operator will then, based on his assessment of the severity of the situation, decide whether the riser fill valve should be opened. If he decides to do this, hydraulic pressure is applied to port 4a, which opens the valve. If the operator, based on his judgment or for some other reason, does not open the valve and the pressure differential across the valve exceeds a predetermined pressure, the valve should nevertheless open automatically.

Denne automatiske åpningen gjøres av sjøvannstrykket som virker på ventilen. Dersom ventilen av en eller annen grunn ikke åpner selv om sjøvannstrykket er svært høyt relativt til det indre trykket i stigerøret, er det et potensiale for kollaps av stigerøret, og som følge av dette store skader, vesentlig forsinkelse i boringen, stort økonomisk tap og risiko for forurensning. Det er derfor av ytterste viktighet at ventilen fungerer selv om den har vært stående i en stengt posisjon i lang tid og har vært utsatt for marin vekst og korrosjon. Det er også viktig at ventilen lukkes fast når trykket har blitt utlignet og boring skal gjenopptas. Dersom den ikke stenger tett når et hydraulisk trykk påføres i port 4b, vil slam og annen forurensning unnslippe til sjøen. Det er også en risiko for forringelse av den beskyttende stang mansjetten 11 og påfølgende lekkasje av sjøvann inn i stang mansjetten. Dersom dette skjer blir stangen utsatt for forurensning og bevegelsen av ventillegemet vil hindres. Resultatet kan være at ventilen ikke vil åpne, i det minste ikke i den nødvendige grad. Av disse grunner innebærer den tidligere kjente ventilen visse risikoer for funksjonsfeil med hensyn på både den automatiske åpnefunksjonen og lukke funksjonen. This automatic opening is done by the seawater pressure acting on the valve. If for some reason the valve does not open even though the seawater pressure is very high relative to the internal pressure in the riser, there is a potential for collapse of the riser, and as a result major damage, significant delay in drilling, major economic loss and risk for pollution. It is therefore of the utmost importance that the valve works even if it has been left in a closed position for a long time and has been exposed to marine growth and corrosion. It is also important that the valve is firmly closed when the pressure has been equalized and drilling is to be resumed. If it does not close tightly when a hydraulic pressure is applied in port 4b, sludge and other pollution will escape into the sea. There is also a risk of deterioration of the protective rod sleeve 11 and subsequent leakage of seawater into the rod sleeve. If this happens, the rod is exposed to contamination and the movement of the valve body will be hindered. The result may be that the valve will not open, at least not to the required extent. For these reasons, the previously known valve involves certain risks of malfunction with regard to both the automatic opening function and the closing function.

Den tidligere kjente ventilen har radiale forseglinger som må entre et borehull. Disse The previously known valve has radial seals that must enter a borehole. These

tetningene må passe godt inn i borehullet. Om toleransen er for liten, vil ventilen motsette seg å åpnes og en økt åpningskraft må anvendes. Resultatet kan være at ventilen vil åpnes for sent. Dersom tetningene passer for løst i borehullet, kan skitt og forurensning komme inn i mellomrommet mellom tetningen og borehullet og resultatet kan være at ventilen vil sette seg fast i borehullet og være vanskelig å bevege. the seals must fit well into the drill hole. If the tolerance is too small, the valve will resist opening and an increased opening force must be used. The result may be that the valve will open too late. If the seals fit too loosely in the borehole, dirt and contamination can enter the space between the seal and the borehole and the result may be that the valve will get stuck in the borehole and be difficult to move.

Det formodes at den tidligere kjente ventilen er avhengig av operatørkontroll for å kunne definitivt åpnes eller lukkes. Selv om ventilen har blitt installert på noen stigerør har den så vidt vi vet ikke blitt anvendt i praksis. It is believed that the prior art valve is dependent on operator control to be definitively opened or closed. Although the valve has been installed on some risers, it has not, as far as we know, been used in practice.

Den foreliggende oppfinnelse har som formål å redusere disse risikoene for funksjonsfeil. Dette oppnås ved de kjennetegnene trekk i det påfølgende krav 1. The purpose of the present invention is to reduce these risks of malfunction. This is achieved by the characteristic feature in the subsequent claim 1.

En foretrukket og illustrerende utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, med henvisning til følgende figurer: A preferred and illustrative embodiment of the present invention will now be described, with reference to the following figures:

Figur 3a, som viser ventilen ifølge oppfinnelsen i en stengt posisjon, Figure 3a, which shows the valve according to the invention in a closed position,

Figur 3b, som viser ventilen ifølge oppfinnelsen i en delvis åpen posisjon, Figure 3b, which shows the valve according to the invention in a partially open position,

Figur 3c, som viser ventilen ifølge oppfinnelsen i en åpen posisjon, og Figure 3c, which shows the valve according to the invention in an open position, and

Figur 4, som viser en sammensetning av fire ventiler montert på et stigerør. Figure 4, which shows a composition of four valves mounted on a riser.

De strukturelle prinsippene til ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet under henvisning til figur 3a. Ventilen består generelt av et ventilhus 21 og et ventillegeme 22. Huset innbefatter tre deler: en hoveddel 23, en hylsedel 24 og et deksel 25. Hoveddelen har en åpning 26, som er tilpasset til å kommunisere med det indre av stigerøret. The structural principles of the valve according to the present invention will be described with reference to Figure 3a. The valve generally consists of a valve housing 21 and a valve body 22. The housing includes three parts: a main part 23, a sleeve part 24 and a cover 25. The main part has an opening 26, which is adapted to communicate with the interior of the riser.

Ventillegemet 22 har en generelt hylseformet del 27 med en relativt stor diameter og en internt aksial boring 28, som også er betegnet som et ventilmottrykkammer, da det inneholder væske som virker som et mottrykk på ventilen for å motvirke åpning av ventilen.. Den hylseformede delen 27 er åpen ved en første ende hvor dens indre er åpen mot innsiden av dekselet 25. Ved dens andre ende har den hylseformede delen 27 en utvendig skulder 29. Ved dens andre ende er den hylseformede delen 27 også integrert med en stamme 30, som strekker seg aksialt fra hylsedelen 27. Ved overgangen mellom den hylseformede delen 27 og stammen 30, har ventillegemet flere ventilmottrykkanaler 31 som setter det indre av hylsedelen og mottrykkammeret 28 i kommunikasjon med et sjøvannkammer 32. Sjøvannkammeret 32 er i kommunikasjon med det omgivende sjøvannet via fire porter 33. The valve body 22 has a generally sleeve-shaped part 27 with a relatively large diameter and an internal axial bore 28, which is also referred to as a valve back pressure chamber, as it contains liquid which acts as a back pressure on the valve to counteract opening of the valve.. The sleeve-shaped part 27 is open at a first end where its interior is open to the inside of the cover 25. At its other end, the sleeve-shaped part 27 has an external shoulder 29. At its other end, the sleeve-shaped part 27 is also integrated with a stem 30, which extends axially from the sleeve part 27. At the transition between the sleeve-shaped part 27 and the stem 30, the valve body has several valve back pressure channels 31 which put the interior of the sleeve part and the back pressure chamber 28 in communication with a seawater chamber 32. The seawater chamber 32 is in communication with the surrounding seawater via four ports 33.

Dekselet er utstyrt med en liten åpning 50 for å tillate at innestengt luft kan passere ut av dekselet under installasjon. The cover is provided with a small opening 50 to allow trapped air to pass out of the cover during installation.

Den ytre enden av stammen 30 mottas i et første hydraulisk kammer 36 i en del 34 av ventilhuset 21 med redusert diameter. Det første hydrauliske kammeret 36 er sperret av fra sjøvannkammeret 32 ved hjelp av en tetningssammenstilling 35, som omkranser stammen 30. Det første hydrauliske kammeret 36 har en første hydraulisk port 37 for kommunikasjon av hydraulisk trykk, som vil bli forklart i det følgende. The outer end of the stem 30 is received in a first hydraulic chamber 36 in a part 34 of the valve housing 21 of reduced diameter. The first hydraulic chamber 36 is sealed off from the seawater chamber 32 by means of a sealing assembly 35, which encircles the stem 30. The first hydraulic chamber 36 has a first hydraulic port 37 for communicating hydraulic pressure, which will be explained below.

Skulderen 29 er ved dens side som vender mot sjøvannkammeret 33 utstyrt med en O-ringforsegling 38 og kan derved fungere som en tetningsflate. O-ringtetningen er tilpasset til å forsegle mot et ventilsete 39 beliggende på en kant 40 i huset 21. Ved siden av skulderen 29 som vender mot sjøvannkammeret 33 er ventillegemet 22 også utstyrt med en reduksjonsring 41 av et materiale som er motstandsdyktig mot slitasje, og som er tilpasset til å entre inn i setet 39 med liten klaring. Reduksjonsringen 41 sikrer at ventillegemet 22 fortsetter å åpne når det først er løftet av ventilsetet 39. Ettersom reduksjonsringen 41 hindrer sjøvann fra å strømme forbi setet 39, vil trykkdifferansen ikke falle umiddelbart. Reduksjonsringen 41 fungerer også til å beskytte tetningen 38 fra strømmen av sjøvann både under åpning av ventilen og når ventilen er helt åpen. On its side facing the seawater chamber 33, the shoulder 29 is equipped with an O-ring seal 38 and can thereby function as a sealing surface. The O-ring seal is adapted to seal against a valve seat 39 located on an edge 40 of the housing 21. Next to the shoulder 29 facing the seawater chamber 33, the valve body 22 is also equipped with a reduction ring 41 of a material resistant to wear, and which is adapted to enter the seat 39 with little clearance. The reduction ring 41 ensures that the valve body 22 continues to open once it has been lifted off the valve seat 39. As the reduction ring 41 prevents seawater from flowing past the seat 39, the pressure difference will not drop immediately. The reduction ring 41 also functions to protect the seal 38 from the flow of seawater both during opening of the valve and when the valve is fully open.

Mellom en forsegling 43, omtrent halvveis langs den hylseformede delen 27 av ventillegemet 22, og en tetning 44 ved enden av huset 21 nær dekselet 25, er det definert et andre hydraulisk kammer 45. En kant 48 er utformet på ventillegemet, hvorpå et trykk i det andre hydrauliske kammeret 45 kan virke. Som vist i figur 4, har ventilhuset 21 en andre hydraulisk port 42 for kommunikasjon av hydraulisk væske til det andre hydrauliske kammeret 45. Et ringformet spor 47 er utformet i veggen til hylsedelen 24 av huset 21, for å fordele det hydrauliske trykket over tverrsnittet til det andre hydrauliske kammeret 45. Between a seal 43, approximately halfway along the sleeve-shaped portion 27 of the valve body 22, and a seal 44 at the end of the housing 21 near the cover 25, a second hydraulic chamber 45 is defined. An edge 48 is formed on the valve body, upon which a pressure in the second hydraulic chamber 45 can operate. As shown in Figure 4, the valve housing 21 has a second hydraulic port 42 for communicating hydraulic fluid to the second hydraulic chamber 45. An annular groove 47 is formed in the wall of the sleeve portion 24 of the housing 21, to distribute the hydraulic pressure over the cross section of the second hydraulic chamber 45.

Ventilen er én av en gruppe ventiler, fortrinnsvis fire identiske ventiler, som er festet til stigerøret, som vist i figur 4. De fire ventilene er tilpasset til å operere i parallell for å fylle stigerøret med sjøvann dersom slamsøylen av en eller annen grunn synker ute av kontroll. Ventilene er konstruert til å operere automatisk, kun basert på differansetrykk mellom det indre og det ytre av stigerøret. I tillegg har ventilene også muligheten for fjernstyring, som vil bli forklart i detalj senere. Et viktig kjennetegn for å sikre korrekt operasjon av ventilene er at ventilen er en seteventil. The valve is one of a group of valves, preferably four identical valves, which are attached to the riser, as shown in Figure 4. The four valves are adapted to operate in parallel to fill the riser with seawater if the mud column for some reason sinks out of control. The valves are designed to operate automatically, based only on differential pressure between the inside and outside of the riser. In addition, the valves also have the possibility of remote control, which will be explained in detail later. An important characteristic to ensure correct operation of the valves is that the valve is a seat valve.

I figur 3a er ventilen i den lukkede posisjonen, der tetningen mellom o-ringen 38 og setet 39 effektivt hindrer kommunikasjon av sjøvann inn i stigerøret. Væsken i stigerøret virker på skulderen 29 over et ringareal A, mens sjøvannet virker på to motstående arealer, et netto ringareal B mellom huset 21 og stammen 30 i sjøvannkammeret 33, og et sirkulært areal C som korresponderer med tverrsnittet av den hylseformede delen 27 av ventillegemet 22. Areal B er litt større enn areal C, noe som resulterer i et netto vannringareal D. Netto vannringarealet D er litt mindre enn ringarealet A. Ettersom trykket på begge arealer B og C er trykket til sjøvannet, og dermed er likt, tenderer ventillegemet 22 mot den åpne posisjonen av ventilen vist i figur 4 av trykket som virker på det netto vannringarealet D. For å holde ventilen i den lukkede posisjonen vist i figur 3, må trykket inne i stigerøret som virker på areal A utøve en kraft som er i det minste lik kraften tilveiebragt av differensialarealet B-C=D. I den fremviste utførelsesformen, må trykket i stigerøret derfor synke et visst nivå under sjøvannstrykket før kraften som virker til å åpne ventilen overstiger kraften som virker til å stenge ventilen. Dersom trykket i stigerøret faller til et nivå under trykket som er tilstrekkelig til å balansere kreftene, vil ventillegemet 22 starte å bevege seg mot den åpne posisjonen. Trykkdifferansen som dette skjer ved kan betegnes AP]. In Figure 3a, the valve is in the closed position, where the seal between the o-ring 38 and the seat 39 effectively prevents the communication of seawater into the riser. The liquid in the riser acts on the shoulder 29 over an annular area A, while the seawater acts on two opposite areas, a net annular area B between the housing 21 and the stem 30 in the seawater chamber 33, and a circular area C which corresponds to the cross-section of the sleeve-shaped part 27 of the valve body 22. Area B is slightly larger than area C, which results in a net water ring area D. The net water ring area D is slightly less than the ring area A. As the pressure on both areas B and C is the pressure of the seawater, and thus is equal, the valve body tends 22 against the open position of the valve shown in Figure 4 by the pressure acting on the net water ring area D. To hold the valve in the closed position shown in Figure 3, the pressure inside the riser acting on area A must exert a force that is in the least equal to the force provided by the differential area B-C=D. In the shown embodiment, the pressure in the riser must therefore drop to a certain level below seawater pressure before the force acting to open the valve exceeds the force acting to close the valve. If the pressure in the riser falls to a level below the pressure which is sufficient to balance the forces, the valve body 22 will start to move towards the open position. The pressure difference at which this occurs can be denoted AP].

Så snart ventillegemet 22 har beveget seg vekk fra setet 39 og reduksjonsringen 41 har kommet klar av sjøvannkammerets 32 boring, vil arealet hvorpå den åpnende kraften virker øke med arealet som har vært dekket av setet 39, som vist i figur 3b. Som konsekvens av dette vil åpningskraften øke og differensialkraften vil virke til raskt å åpne ventilen. As soon as the valve body 22 has moved away from the seat 39 and the reduction ring 41 has cleared the bore of the seawater chamber 32, the area on which the opening force acts will increase with the area that has been covered by the seat 39, as shown in Figure 3b. As a consequence of this, the opening force will increase and the differential force will act to quickly open the valve.

Når ventilen åpner vil sjøvannet strømme forbi ventilsetet 39 og inn i det indre av stigerøret som vist ved pilene 51 i figur 3c. Når dette skjer vil trykket ved setet 39 falle, da væsker i bevegelse har et lavere trykk enn stasjonære væsker. For å hindre at dette trykkfallet ikke hindrer ventilen fra å åpnes videre eller til og med stenge igjen, noe som kan resultere i en uønsket blafring av ventilen, står mottrykkammeret 28 i kommunikasjon med sjøvannkammeret 32 via mottrykkanalene 31. Dette sikrer at væsken i mottrykkammeret vil strømme mot det lavere trykket i sjøvannkammeret til de to trykkene er utlignet, som vist ved pilen 52. Dermed vil mottrykket til ventilen tilpasse seg trykket nær ventilsetet og stabilisere ventilen i helt åpen posisjon. Denne foranstaltningen sikrer at ventilen vil forbli åpen til og med når trykket inne i stigerøret begynner å øke. Den sikrer også at alle de fire parallelle ventilene åpnes helt, selv om de ikke skulle ha åpnet seg samtidig. When the valve opens, the seawater will flow past the valve seat 39 and into the interior of the riser as shown by the arrows 51 in Figure 3c. When this happens, the pressure at the seat 39 will drop, as liquids in motion have a lower pressure than stationary liquids. To prevent this pressure drop from preventing the valve from opening further or even closing again, which could result in an unwanted flapping of the valve, the back pressure chamber 28 is in communication with the seawater chamber 32 via the back pressure channels 31. This ensures that the liquid in the back pressure chamber will flow against the lower pressure in the seawater chamber until the two pressures are equalised, as shown by arrow 52. Thus the back pressure to the valve will adapt to the pressure near the valve seat and stabilize the valve in the fully open position. This measure ensures that the valve will remain open even when the pressure inside the riser begins to increase. It also ensures that all four parallel valves open fully, even if they should not have opened at the same time.

Når ventilen har åpnet helt vil skulderen 29 til ventillegemet 22 hvile mot en støtte 46 på hylsedelen 24 av huset 21. Resultatet av dette er at arealet A som trykket inne i stigerøret virker på vil bli betydelig redusert, og trykket som er nødvendig for å holde ventilen åpen vil i tilsvarende grad bli redusert. Nettokraften som virker for å stenge ventilen vil være tilnærmelsesvis lik vekten av ventillegemet 22. Som et resultat vil ventilen forbli åpen så lenge det er en signifikant strømning gjennom ventilen. When the valve has fully opened, the shoulder 29 of the valve body 22 will rest against a support 46 on the sleeve part 24 of the housing 21. The result of this is that the area A on which the pressure inside the riser acts will be significantly reduced, and the pressure necessary to keep valve open will be correspondingly reduced. The net force acting to close the valve will be approximately equal to the weight of the valve body 22. As a result, the valve will remain open as long as there is significant flow through the valve.

Når strømningen synker vil vekten av ventillegemet 22 overstige reaksjonskreftene til strømmen inn i stigerøret, og ventilen vil begynne å stenge. Så snart reduksjonsringen 41 når borehullet av sjøvannkammeret, er ringarealet A reetablert og arealet hvorpå sjøvannet virker for å åpne ventilen er redusert. Dermed stenges ventilen bestemt. As the flow decreases, the weight of the valve body 22 will exceed the reaction forces of the flow into the riser, and the valve will begin to close. As soon as the reduction ring 41 reaches the borehole of the seawater chamber, the ring area A is re-established and the area on which the seawater acts to open the valve is reduced. This closes the valve firmly.

Den ovenfor forklarte åpningen ved differansetrykket mellom sjøvannet og stigerøret er en sikkerhetsanordning, for å sikre at ventilen åpnes før trykket i stigerøret faller til et nivå der det er en risiko for kollaps. Ventilen kan også drives hydraulisk. I dette tilfelle overvåker en sensor (ikke vist) trykkdifferansen mellom stigerøret og det omgivende sjøvannet. Dersom dette trykket, som faller under et visst trykk (heretter betegnet AP2), vil en alarm utløses på operatørens pult. AP2 er et høyere trykk enn APi og er på et nivå som gjør det mulig for operatøren å prøve andre muligheter for å øke trykket i stigerøret før han oversvømmer stigerøret med sjøvann. Dersom trykket i stigerøret faller videre kan operatøren avgjøre å åpne stigerørsventilene. Han aktiverer deretter en tilførsel av hydraulisk væske på den første hydraulisk port 37, som i sin tur øker det hydrauliske trykket i det første hydrauliske kammeret 36. Dette tvinger ventillegemet 22 til å bevege seg i retning av å åpne ventilen. Så snart O-ringen 38 har frigjort seg fra setet 39, vil kraften fra sjøvannstrykket øke (som forklart ovenfor) og hjelpe til i åpningen av ventilen. The opening explained above by the differential pressure between the seawater and the riser is a safety device, to ensure that the valve is opened before the pressure in the riser falls to a level where there is a risk of collapse. The valve can also be operated hydraulically. In this case, a sensor (not shown) monitors the pressure difference between the riser and the surrounding seawater. If this pressure, which falls below a certain pressure (hereinafter referred to as AP2), an alarm will be triggered on the operator's desk. AP2 is a higher pressure than APi and is at a level that allows the operator to try other options to increase the pressure in the riser before flooding the riser with seawater. If the pressure in the riser falls further, the operator can decide to open the riser valves. He then activates a supply of hydraulic fluid to the first hydraulic port 37, which in turn increases the hydraulic pressure in the first hydraulic chamber 36. This forces the valve body 22 to move in the direction of opening the valve. As soon as the O-ring 38 has freed itself from the seat 39, the force from the seawater pressure will increase (as explained above) and assist in the opening of the valve.

Når stigerøret har blitt oversvømt med sjøvann (enten initiert av operatøren eller av sikkerhetsanordningen) slik at trykket i stigerøret er utlignet med sjøvannstrykket og årsaken til trykkfallet i stigerøret har blitt fjernet, kan ventilen stenges igjen. Dersom ventilen har blitt åpnet hydraulisk, aktiverer operatøren et lager av hydraulisk væske på den andre hydrauliske porten 42, og dette øker deretter det hydrauliske trykket i det andre hydrauliske kammeret 45. Derved tvinges ventillegemet 22 mot den lukkede posisjonen. Så snart O-ringen 38 i skulderen 29 når setet 39, vil arealet hvorpå det omgivende sjøvannet virker minke og dermed vil kraften som virker til å åpne ventilen minke. Som en konsekvens av dette vil ventilen forbli i den lukkede posisjonen til og med når det hydrauliske trykket i det andre hydrauliske kammeret er avlastet. When the riser has been flooded with seawater (either initiated by the operator or by the safety device) so that the pressure in the riser is equalized with the seawater pressure and the cause of the pressure drop in the riser has been removed, the valve can be closed again. If the valve has been opened hydraulically, the operator activates a reservoir of hydraulic fluid on the second hydraulic port 42, and this then increases the hydraulic pressure in the second hydraulic chamber 45. Thereby, the valve body 22 is forced towards the closed position. As soon as the O-ring 38 in the shoulder 29 reaches the seat 39, the area on which the surrounding seawater acts will decrease and thus the force acting to open the valve will decrease. As a consequence, the valve will remain in the closed position even when the hydraulic pressure in the second hydraulic chamber is relieved.

Dersom ventilen har blitt åpnet automatisk av trykkdifferansen, vil ventilen også automatisk stenge når trykkdifferansen har blitt utlignet. If the valve has been opened automatically by the pressure difference, the valve will also automatically close when the pressure difference has been equalised.

Ved å justere hydraulisk trykk ved portene 37, 42 er det også mulig å justere åpnings- og lukkekraften, og dermed påvirke ventilen i én eller begge av åpne- og lukkeretningene. Det er også mulig å kortslutte mellom portene 37, 42 for å tilføre det samme trykket på begge portene. By adjusting the hydraulic pressure at the ports 37, 42, it is also possible to adjust the opening and closing force, thereby influencing the valve in one or both of the opening and closing directions. It is also possible to short-circuit between ports 37, 42 to apply the same pressure to both ports.

Ettersom ventilen vil forbli ubevegelig i den lukkede posisjonen i lange tidsperioder, er det en høy risiko for begroing på de delene som er utsatt for sjøvann og en risiko for at de delene som er utsatt for stigerørsvæskene utsettes for slitasje og avleiringer som setter seg fast til delen. For å hindre disse effektene fra å ha en ugunstig konsekvens for driften av ventilen, har forholdsregler blitt tatt for å beskytte kritiske deler fra eksponering. As the valve will remain motionless in the closed position for long periods of time, there is a high risk of fouling on the parts exposed to seawater and a risk of wear and deposits adhering to the parts exposed to the riser fluids the part. To prevent these effects from adversely affecting the operation of the valve, precautions have been taken to protect critical parts from exposure.

Den hylseformede delen 27 av ventillegemet er fullstendig omgitt av hylsedelen 24 av huset 21 fra tetningen 43 til enden av den hylseformede delen 27. Dette betyr at denne delen av ventillegemet 22 hverken utsettes for sjøvannet eller stigerørsvæskene, men kun for hydrauliske væsker. Det samme gjelder for mesteparten av den indre overflaten av hylsedelen 24 av huset 21. Hydrauliske væsker som beskytter materialet fra forvitring kan brukes. The sleeve-shaped part 27 of the valve body is completely surrounded by the sleeve part 24 of the housing 21 from the seal 43 to the end of the sleeve-shaped part 27. This means that this part of the valve body 22 is neither exposed to the seawater nor the riser fluids, but only to hydraulic fluids. The same applies to most of the inner surface of the sleeve portion 24 of the housing 21. Hydraulic fluids that protect the material from weathering can be used.

Den hylseformede delen 27 av ventillegemet 22 har en litt redusert ytre diameter mellom skulderen 29 og tetningen 43. Denne delen av ventillegemet 22 er eksponert for sjøvannet. Imidlertid, på grunn av den reduserte diameteren kan denne delen av ventillegemet 22 gjennomgå en ganske stor grad av begroing uten at dette har noen ugunstig effekt på evnen til ventillegemet til å beveges når ventilen skal kunne åpne. The sleeve-shaped part 27 of the valve body 22 has a slightly reduced outer diameter between the shoulder 29 and the seal 43. This part of the valve body 22 is exposed to the seawater. However, due to the reduced diameter, this part of the valve body 22 can undergo a fairly large degree of fouling without this having any adverse effect on the ability of the valve body to move when the valve is to be able to open.

Tetningen mellom ventillegemet 22 og ventilsetet 39 til huset 21 er en aksial tetning. Selv om forurensning eller avleiring kan finne sted i svært stor grad rundt tetningsarealet, som er delvis utsatt for stigerørsvæskene og delvis for sjøvann, vil denne forurensningen ikke ha noen større innvirkning på tetningseffekten eller evnen til ventillegemet til å bevege seg vekk fra setet. Tetningen forårsakes av at O-ringen 38 presser mot en annular ribbe 49. På grunn av kraften som virker for å holde ventilen lukket er det svært liten sjanse for at rusk eller biologisk materiale kan komme inn i mellom disse delene. The seal between the valve body 22 and the valve seat 39 of the housing 21 is an axial seal. Although contamination or scale may occur to a very large extent around the sealing area, which is partly exposed to the riser fluids and partly to seawater, this contamination will have no major effect on the sealing effect or the ability of the valve body to move away from the seat. The seal is caused by the O-ring 38 pressing against an annular rib 49. Due to the force acting to keep the valve closed, there is very little chance of debris or biological material getting in between these parts.

Tetningsarealet er nokså lite, slik at selv om skulderen og setet i noen grad skulle sitte fast i hverandre, vil åpningskraften til ventilen være tilstrekkelig stor til å overkomme sammenklebingen mellom delene. The sealing area is quite small, so that even if the shoulder and the seat were to some extent stuck together, the opening force of the valve would be sufficiently large to overcome the sticking between the parts.

Stammen 30 er omsluttet av tetningen 35 og det første hydrauliske kammeret 36 langs hele dets lengde. Når det gjelder den delen av ventillegemet 22 som er omsluttet av det andre hydrauliske kammeret 45, er stammen og den indre overflaten av delen 34 av huset 21 med redusert diameter beskyttet fra det nedbrytende sjøvannet og stigerørvæskene. Som konsekvens av dette, vil stammen forbli glatt til og med over en svært lang tid med stillstand. The stem 30 is enclosed by the seal 35 and the first hydraulic chamber 36 along its entire length. As for the portion of the valve body 22 enclosed by the second hydraulic chamber 45, the stem and inner surface of the reduced diameter portion 34 of the housing 21 is protected from the degrading seawater and riser fluids. As a consequence of this, the stem will remain smooth even over a very long period of inactivity.

Ventilen er ikke ment å forbli i den åpne posisjonen i lang tid. Som konsekvens av dette vil forurensning og slitasje i denne posisjonen være ubetydelig. Det er imidlertid viktig at forurensning eller slitasje som har funnet sted i løpet av den lange tiden ventilen har vært i den lukkede posisjonen, ikke hindrer ventilen fra å stenge på korrekt måte igjen. The valve is not intended to remain in the open position for a long time. As a consequence of this, contamination and wear and tear in this position will be negligible. It is important, however, that contamination or wear that has taken place during the long time the valve has been in the closed position does not prevent the valve from closing correctly again.

Tilsmussing på ventillegemeoverflaten mellom skulderen 29 og tetningen 43 vil trekkes inn i boringen i hylsedelen 24 til huset 21. Imidlertid, ettersom denne delen av ventillegemet har en redusert diameter, vil det være plass nok mellom den indre overflaten av huset og ventillegemet til å romme eventuell forurensning som ikke er blitt skrapet av under bevegelsen av ventillegemet. Som en konsekvens, er sjansene svært små for at forurensningen resulterer i at ventillegemet setter seg fast i huset. Dirt on the valve body surface between the shoulder 29 and the seal 43 will be drawn into the bore in the sleeve portion 24 of the housing 21. However, as this portion of the valve body has a reduced diameter, there will be enough space between the inner surface of the housing and the valve body to accommodate any contamination that has not been scraped off during the movement of the valve body. As a consequence, the chances of the contamination resulting in the valve body getting stuck in the housing are very small.

Tilsmussing rundt tetningsarealet mellom skulderen 29 og setet 39 kan slites løs og ende opp med å dekke til deler av tetningsoverflatene. Imidlertid, ettersom tetningsoverflatene er forholdsvis små, vil tetningsstrykket være temmelig høyt og forurensningen vil mest sannsynlig bli tvunget ut av tetningsarealet eller bli komprimert til en grad der den ikke bidrar til en lekkasje. Slitasjeringen 41 vil også skrape av noe av forurensningen og avleiringen som kan dekke tetningsarealet. Dirt around the sealing area between the shoulder 29 and the seat 39 can wear loose and end up covering parts of the sealing surfaces. However, as the sealing surfaces are relatively small, the sealing pressure will be quite high and the contamination will most likely be forced out of the sealing area or be compressed to a degree where it does not contribute to a leak. The wear ring 41 will also scrape off some of the contamination and deposits that may cover the sealing area.

Åpningene som er utsatt for sjøvann eller stigerørsvæskene er store nok til ikke å bli tilstoppet av forurensning eller rusk. The openings exposed to seawater or riser fluids are large enough not to become clogged by contamination or debris.

Claims

1. A marine riser fill valve adapted to connect to a riser extending through a body of water and to open and close communication between the interior of the riser and the surrounding water, comprising a housing (21) and a valve body (22) within the housing , where the valve body (22) is adapted to move inside the housing (21) between a closed position that prevents communication between the interior of the riser and the water and an open position that allows communication between the interior of the riser and the water, where the valve body ( 22) and the valve housing (21) respectively have one of a sealing surface (29) and a seat (39), where the sealing surface (29) and the seat (39) are adapted to form a sealing interface in a closed position of the valve, characterized by that the valve includes a chamber (28) for back pressure from the water which communicates with the interior of the riser when the valve is open and with the surrounding water when the valve is closed.

2. Valve according to claim 1, characterized in that the effective mud area on which the pressure in the riser acts to keep the valve in the closed position is greater than the effective water area on which the pressure from the surrounding water acts to force the valve open, when the valve is in the closed position.

3. Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the effective mud area on which the pressure in the riser acts to force the valve to the closed position is smaller than the effective water area on which the pressure from the surrounding water acts to keep the valve in the open position , when the valve is in the open position.

4. A valve according to any one of the preceding claims, characterized in that the valve body is adapted to move in a direction transverse to the plane of the sealing surface (29) to open and close the valve.

5. Valve according to any one of the preceding claims, characterized in that the sealing surface includes an O-ring (38).

6. Valve according to any one of the preceding claims, characterized in that it further includes a first hydraulic chamber (36) at a first end of the valve body (22), that the first hydraulic chamber (36) has at least one seal (35) enclosing a portion of the valve body (22) and that the first hydraulic chamber (36) is adapted to receive a hydraulic pressure to open the valve.

7. Valve according to any one of the preceding claims, characterized in that it further includes a second hydraulic chamber (45) at a second end of the valve body (22), where the second hydraulic chamber (45) has at least one seal (44) enclosing a portion of the valve body (22), wherein the second hydraulic chamber (45) is adapted to receive a hydraulic pressure to close the valve.

8. Valve according to claim 6 or 7, characterized in that the hydraulic chamber (36, 45) and its seal (35, 44) completely surround a part of the valve body surface, the surface of which is adapted to slide in contact with the seals (35, 44 ) when the valve body (22) is moved from a closed to an open position.

9. Valve according to claim 8, characterized in that a part (34) of the valve body (22), which is adapted to move into a bore (28) in the housing surrounding the second hydraulic chamber (45) when the valve is open , has a reduced diameter compared to the part of the valve body (22) which is located inside the second hydraulic chamber (45) when the valve is in the closed position.

10. Valve according to any one of claims 6-9, characterized in that the valve body (22) includes a stem (30), which is received in the first hydraulic chamber (36).

11. A valve according to any one of the preceding claims, characterized in that the valve body (22) includes a bore that provides seawater communication across the sealing interface.

12. Valve according to any one of the preceding claims, characterized in that seawater pressure acting on the valve body (22) to close the valve acts on a smaller area than the seawater pressure acting on the valve body (22) to open the valve, thereby creating a biasing force in the opening direction of the valve, where the biasing force determines the minimum force from the pressure of the liquid in the riser to hold the valve in the closed position.

13. Valve according to any one of the preceding claims, characterized in that it includes a reduction ring (41) on the valve body (22), that the reduction ring (41) is close to the valve seat (39) when the valve is in the closed position and that the reduction ring (41) prevents an immediate pressure drop during the initial opening phase of the valve.