NO338693B1 - Trykkaktivert ventil - Google Patents

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelsens område

[0001] Den foreliggende oppfinnelsen angår generelt brønner brukt ved letting og produksjon av hydrokarboner. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en trykkaktivert ventil for en rørformet streng.

Kjent og beslektet teknikk

[0002] En brønn for leting og produksjon av hydrokarboner, dvs. olje og gass, lages typisk ved først å bore et borehull med relativt stor diameter fra en overflate eller en sjøbunn inn i en formasjon. Deretter senkes en foring ned i borehullet og sementeres til formasjonen. Foringen stabiliserer grunnen og hindrer jord, sand grus, osv. i å falle ned i brønnen. I prinsipp bygges brønnen ved å bore et brønnhull med noe mindre diameter, sementere en ny foring eller et forlengelsesrør til formasjonen osv. i en rekke borehull og foringer eller forlengelsesrør med avtakende diametere inntil man når ønsket dybde i formasjonen. Det kan også lages hori-sontale sidegreiner inn i et reservoar.

[0003] Det resulterende hullet kalles et "brønnhull" i det følgende. Et brønnhull kan omfatte uforede deler kalt "åpent hull". For å muliggjøre en strøm av hydrokarboner fra formasjonen til et brønnhull, må det lages åpninger i foringen, for eksempel med rettede eksplosive ladninger i en penetreringskanon.

[0004] I en brønn brukt til produksjon av olje eller gass, settes vanligvis en produksjons-streng inn i brønnhullet, og brønnen kan deles inn i flere soner slik at fluidstrøm forhindres mellom sonene. Produksjonsstrengen omfatter ventiler for å slippe hydrokarboner fra én eller flere produksjonssoner inn i strengen, og for å stenge av soner som ikke lenger produserer en tilstrekkelig konsentrasjon av olje eller gass, f.eks. en uttømt sone som produserer hovedsakelig vann. US 2010/0224371 Al omhandler en ventil og en fremgangsmåte for sirkula-sjonskontroll i en brønn. US 5,540,280 vedrører et tidlig evalueringssystem som kan benyttes for å teste og/eller behandle en undergrunnsformasjon.

[0005] Injeksjonsbrønner brukes til å pumpe vann og/eller gass inn i et reservoar for å øke trykket, og dermed produksjonen av hydrokarboner. For formålene i den foreliggende oppfinnelsen, kan injeksjonsbrønner betraktes på samme måte som produksjonsbrønner.

[0006] Når en brønn ikke lenger er nyttig, blir den plugget og forlatt. Plugging kan typisk omfatte å frese opp, feks. 50-100 meter, av foringen, fylle sement i den oppfreste delen og kutte foringen, for eksempel 5-10 meter under en sjøbunn.

[0007] I den kortfattede oversikten ovenfor, er tallrike detaljer kjent på området utelatt av hensyn til klarhet. For eksempel omfatter boringen i virkeligheten også å montere et brønn-hode og sikkerhetsventiler, for eksempel for å hindre et trykksjokk fra en gasslomme som kan påtreffes under boringen. Sementering, perforering, hydraulisk frakturering og andre proses-ser har spesifikke krav som må tilfredsstilles under komplettering osv. Under komplettering og produksjon kan det foretas trykktester for å sikre integriteten til brønnen, dvs. at det ikke noen vesentlige lekkasjer til omgivelsene og/eller mellom nærliggende soner.

[0008] Fra det ovenstående, skulle det være klart at det er mange tilfeller i en brønns levetid hvor en rørformet streng føres inn i borehullet, og deretter åpnes. Forskjellige metoder for å frembringe en åpning er i vanlig bruk, og avhenger av den aktuelle anvendelsen. Slike metoder omfatter, men er ikke begrenset til, perforeringskanoner, fallkuleaktiveite innret-ninger, burstdisker og borbare plugger. Nærmere bestemt krever noen anvendelser en trykkaktivert ventildrevet av trykk under et sertifisert nivå for brønnen, feks. for å unngå skade på selve brønnen eller på utstyr utplassert i brønnen. Dette kan utelukke bruk av perforeringskanoner, burstdisker, osv.

[0009] Formålet med den foreliggende oppfinnelsen er således å frembringe en forbedret trykkaktivert ventil som aktiveres med én eller flere trykkpulser, hvor ingen av dem har amplitude som overstiger et forhåndsbestemt terskeltrykk.

[0010] Av tekniske og økonomiske grunner bør ventilen være robust, pålitelig og enkel å fremstille.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0011] Dette formalet oppnås med en trykkaktivert ventil ifølge det selvstendige krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

[0012] Nærmere bestemt omfatter en trykkaktivert ventil ifølge oppfinnelsen en glidehylse som er anbrakt aksialt bevegelig mellom en inaktiv posisjon og en aktivert posisjon i et hus. En tellehylse er montert mellom huset og glidehylsen, hvor tellehylsen er aksialt og roterbart bevegelig i forhold til huset. Et radialt forløpende arbeidsareal er eksponert mot en sentral boring, og tilpasset til å frembringe en trykkraft i en aksial nedstrømretning på tellehylsen når et trykk i den sentrale boringen overstiger et trykk i et gassfylt kammer. En fjær yter en fjærkraft på tellehylsen i en oppstrømretning motsatt av nedstrømretningen; En tapp og en førings-slisse (J-slot) er plassert mellom huset og tellehylsen slik at en rekke trykkpulser med egnet størrelse og varighet som virker på arbeidsareal et forårsaker en frem- og tilbake-bevegelse av tellehylsen inne i huset, hvor føringsvegger forårsaker en rotasjon fra en første bunn til en siste topp, hvor den siste bunnen er anbrakt lenger oppstrøms enn en hvilken som helst tidligere topp. Trykkutligningsmidler utløses ved å plassere tappen ved den siste toppen, og er tilpasset til å åpne en passasje mellom den sentrale boringen og kammeret ved en utlignende forskyvning av glidehylsen oppstrøms i forhold til en tetningsflate slik at en tetning passeres, hvorved trykkraften forsvinner. Ventilen er tilpasset til å forskyve glidehylsen fra den relative forskyvningen frembrakt av den aksiale posisjonen til den siste slissen forbi utligningsforskyvningen til den aktiverte posisjonen ved hjelp av fjæren.

[0013] Under innkjøring tvinger fjæren tappen til tett kontakt med en første bunn i førings-slissen. For å aktivere ventilen, må det påføres en serie trykkpulser som hver er stor nok til å overvinne fjærkraften og som hver har en varighet som tillater tappe å løpe langs førings-slissen til den neste toppen. Størrelsen av trykkpulsene kan holdes innen et sertifisert maksimum tillatt i brønnen ved å tilpasse arbeidsareal et og fjærkraften.

[0014] Føringsslissen er frembrakt på en tellehylse som er roterbart og valgfritt aksialt bevegelig i forhold til glidehylsen. Dermed kan glidehylsen benyttes til å tette kammeret uten at trykkraften fra pulsene må overvinne friksjonskreftene forårsaket av tetningen.

[0015] Bare den siste toppen i føringsslissen tillater en aksial bevegelse som er tilstrekkelig til å åpne passasjen mellom kammeret og den sentrale boringen. Når trykket i kammeret er lik trykket i den sentrale boringen, kan trykket i den sentrale boringen ikke lenger utøve en netto aksial trykkraft. På dette tidspunktet gir fjæren den eneste aksiale kraften som virker på glidehylsen, slik at glidehylsen beveges til sin aktiverte posisjon og ventilen holdes i sin aktiverte tilstand. Eventuelle trykkpulser påført i den sentrale boringen når ventilen er aktivert vil heller ikke gi noen netto aksial kraft på glidehylsen, slik at ventilen forblir aktivert.

[0016] Den komprimerbare gassen er fortrinnsvis luft ved atmosfærisk trykk. Dermed kan kammeret ganske enkelt forsegles ved fremstillingen, dvs. at ingen spesielle tiltak kreves for en annen gass.

[0017] Noen utførelsesformer omfatter låsemidler tilpasset til å låse tellehylsen til glidehylsen ved den relative forskyvningen frembrakt av den aksiale posisjonen til den siste slissen. Det vil si, fordi den siste toppen i føringsslissen er plassert lenger oppstrøm enn enhver tidligere topp, at tellehylsen tillates å gå lenger nedstrøms i forhold til den faste tappen når tappen kontakter den siste toppen. Denne ekstra bevegelsen nedstrøms kan forårsake at et radialt forspent element går i inngrep med en slisse eller skulder på kjent måte, slik at tellehylsen ikke kan beveges aksialt i forhold til glidehylsen så snart låsemidlene går i inngrep.

[0018] I alternative utførelsesformer holdes tellehylsen aksialt tilbake på glidehylsen og fjærkraften påføres gjennom glidehylsen. I disse utførelsesformene kan tellehylsen for eksempel tillates å rotere i en omkretsretning omkring glidehylsen, og tellehylsen og glidehylsen beveger seg sammen aksialt i forhold til huset.

[0019] Trykkutligningsmidlene kan omfatte en utligningshylse og hektemidler tilpasset til å hekte utligningshylsen til huset ved den relative forskyvningen frembrakt av den aksiale posisjonen til den siste slissen, hvor tetningsflaten er den indre overflaten av utligningshylsen.

[0020] Hekten omfatter typisk et radialt forspent element i inngrep med en komplementær slisse eller skulder når de to elementene i hekteforbindelsen er aksialt innrettet med hverandre, på samme måte som låsemidlene drøftet ovenfor. Hektemidlene kan for eksempel omfatte en utvidbar C-ring anbrakt omkring utligningshylsen. Når C-ringen passerer en indre skulder i huset, ekspanderer den, støter an mot skulderen og forhindrer at utligningshylsen beveges aksialt oppstrøms i forhold til huset.

[0021] Trykkutligningsmidlene åpner en passasje mellom den sentrale boringen og kammeret ved å forskyve glidehylsen oppstrøms i forhold til huset fra en forskyvning frembrakt av den siste toppen. Dette kan oppnås på en hvilken som helst måte kjent for den fagkyndige, for eksempel ved å trekke en forsegling inn i kammeret og/eller forskyve en hylse i forhold til en tetning slik at det frembringes en passasje forbi tetningen eller slik at radiale åpninger gjennom forskjellige hylser avdekkes eller innrettes med hverandre for å danne en passasje mellom den sentrale boringen og kammeret.

[0022] I noen utførelsesformer kan trykket delvis utlignes når tappen befinner seg ved den siste toppen. Dette reduserer trykkraften som motvirker fjærkraften, slik at nettokraften i oppstrømretningen øker. Fjærkraften er tilstrekkelig til å skyve tellehylsen mot en trykkraft, og den økte kraften kam for eksempel utnyttes til å skyve glidehylsen sammen med tellehylsen.

[0023] I en foretrukket utførelsesform er flere tapper jevnt fordelt i omkretsretningen omkring huset, der hver tapp løper i én separat av flere identiske føringsslisser. Dette balanserer kreftene som virker på de bevegelige delene.

[0024] Om det er ønsket, kan flere identiske føringsslisser være aksialt forskjøvet fra hverandre. Dette muliggjør lengre føringsslisser, og dermed lengre åpningssekvenser.

[0025] Flere trekk og fordeler fremgår av de avhengige kravene og den følgende detaljerte beskrivelsen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0026] Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i den følgende detaljerte beskrivelsen ved hjelp av et eksempel på en utførelsesform og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 er et langsgående snitt gjennom en ventil ifølge oppfinnelsen;

Fig. 2 er et forstørret riss av en del av ventilen på figur 1.

Fig. 3 er et delvis gjennomskåret riss av utførelsesformen i fig. 1 og 2 i inaktiv tilstand; Fig. 4 er et langsgående snitt av utførelsesformen i de forrige figurene i en tilstand umiddelbart før den aktiveres; Fig. 5 er et langsgående snitt av utførelsesformen i de forrige figurene i en aktivert tilstand;

Fig. 6 er et forstørret riss av et tapp-i-føringsslisse-arrangement; og

Fig. 7 illustrerer en alternativ utførelsesform av trykkutligningsmidler.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

[0027] Eksemplene på utførelsesformer som beskrives her, angår en ventil som kjøres inn i brønnen i en lukket tilstand og er aktivert når den er åpen. Andre ventiler kan kjøres inn i brønnen i en åpen tilstand og blir aktivert når de lukkes. Derfor brukes begrepene "inaktiv" og "aktivert" i stedet for "åpen" og "lukket" i det følgende, slik at "inaktiv" viser til ventilens tilstand under innkjøring, og "aktivert" viser til tilstanden etter aktivering.

[0028] Fig. 1 er et langsgående snitt gjennom en ventil 100 ifølge oppfinnelsen. Ventilen 100 omfatter en oppstrøms endedel 10 med et gjenget parti 11 for gjengeforbindelse til en rørformet streng (ikke vist) og en nedstrøms endedel 20 med et gjenget parti 21 for gjenget forbindelse til en rørformet streng eller en endekapsel. Den eksakte formen og gjengetypen i gjengeforbindelsen 11,21 avhenger av den aktuelle anvendelsen, og er velkjent på området.

[0029] En glidehylse 130 er anbrakt aksialt bevegelig mellom den inaktive posisjonen vist i figur 1, hvor radiale åpninger 131 gjennom glidehylsen 130 er aksialt forskjøvet fra radiale porter 111 gjennom et hus 110 og en aktivert posisjon hvor de radiale poningene 131 er innrettet med portene 111.

[0030] Glidehylsen 130 omfatter et radialt rettet arbeidsareal 132 eksponert mot den sentrale boringen, slik at et trykk som virker på arbeidsarealet 132 gir en aksial trykkraft i en nedstrøm-retning, dvs. mot høyre på fig. 1. Et kammer 115 som innledningsvis er fylt med en komprimerbar gass ved et trykk som er lavere enn trykket i den sentrale boringen er tilveiebrakt for å tilveiebringe trykkdifferansen fra arbeidsarealet, og dermed en trykkraft som virker i nedstrømretningen. Hvis trykket inne i kammeret 115 er lik trykket i den sentrale boringen, vil det ikke bli påført noen trykkraft på arbeidsarealet 132 i nedstrømretningen.

[0031] En fjær 140 er trykket sammen mellom endedelen 20 nedstrøms og glidehylsen 130. Hensikten med fjæren 140 er å tilveiebringe en aksial forspenning eller kraft på glidehylsen 130 i oppstrømretningen, dvs. i motsatt aksial retning av den aksiale kraften forårsaket av trykket som virker på arbeidsarealet 132. Fjæren 140 kan selvsagt monteres på enhver egnet måte for å frembringe den ønskede forspenningen. Det skal også forstås at begrepet "fjær" brukes av utelukkende praktiske grunner, og at "fjæren 140" i en praktisk utførelsesform kan være en hvilken som helst pakke med enhver kjent type fjær eller en kombinasjonen av dem.

[0032] En tellehylse 150 er anbrakt mellom glidehylsen 130 og huset 110.1 utførelses-formen vist i tegningene, er tellehylsen anbrakt i en slisse i omkretsretningen på glidehylsen 130. Tellehylsen 150 kan rotere i slissen, og beveger seg aksialt sammen med glidehylsen 130.1 andre utførelsesformer kan tellehylsen være aksialt bevegelig i forhold til glidehylsen i tillegg til at den er roterbart bevegelig. Dette forklares nærmere nedenfor.

[0033] I figur 1 er kammeret 115 dannet mellom huset 110 og glidehylsen 130. Kammeret 115 inneholder en komprimerbar gass, fortrinnsvis luft med atmosfærisk trykk, når glidehylsen 130 er i den inaktive posisjonen. Som nevnt vil et trykk i den sentrale boringen som er større enn trykket i kammeret 115 og som virker på arbeidsarealet 132, bevege glidehylsen 130 nedstrøms, dvs. mot fjæren 140 og mot høyre i figur 1.

[0034] Kammeret 115 kan ventileres ved å forskyve en utligningshylse 120 etter en rekke trykkpulser som beskrevet i detalj med henvisning til figur 6. Disse trykkpulsene og fjærkraften fra fjæren 140 får en tapp 119 til å løpe i en føringsslisse 160 inntil utligningshylsen 120 åpner en fluidvei til kammeret 115, og derved fjerner trykkdifferansen over glidehylsen 130. Deretter aktiverer fjæren 140 ventilen som nærmere beskrevet nedenfor.

[0035] En indre hylse 170 er fastgjort til endedel en 20 nedstrøms, og ender ved en opp-strøms kant 171 nedstrøms for de radiale portene 111 gjennom huset 110.1 denne utførelses-formen tjener den indre hylsen 170 til å dekke åpningene 131 i den inaktive tilstanden. Den skal selvsagt ikke dekke portene 111 når åpningene 131 er innrettet med portene 111.

[0036] Fig. 2 er et forstørret riss av en del av utførelsesformen på figur 1. På figur 2 kan det ses at huset 110 omfatter en oppstrømdel 110a og en nedstrømdel 110b. Disse delene kan sammenføyes av en gjengeforbindelse som vist, eller på en hvilken som helst annen måte kjent på området. Det bemerkes at kammeret 115 dannes når nedstrømdel en 110b sammen-føyes med resten av den sammenstilte ventilen. For å danne kammeret 115 er det tilveiebrakt tetninger 112 og 113 mellom de to delene 110a og 110b av huset 110. For å fylle kammeret 115 med luft ved atmosfærisk trykk, holder det å sammenstille huset 110 under vanlige verkstedsforhold.

[0037] I tillegg til henvisningstallene vist på figur 1, viser figur 2 ringformede tetninger 133 og 134 oppstrøms og nedstrøms fra henholdsvis tappen 119 og føringsslissen 160. Tetningene 133 og 134 isolerer tellehylsen 150 og miljøet rundt fra den sentrale boringen og kammeret 115. Videre, ringformede tetninger 135 og 136 oppstrøms og nedstrøms fra radiale åpninger 131 gjennom glidehylsen 130, ringformede tetninger 121 og 137 mellom henholdsvis utligningshylsen 120 og huset 110 og glidehylsen 130, og et radialt forspent element 122, feks. en C-ring, på utligningshylsen 120.1 figur 2 ligger elementet 122 an mot en indre flate i huset 110. En skulder 114 er tilveiebrakt på den indre flaten nedstrøms fra det radialt forspente elementet 122. Utligningshylsen 120 og skulderen 114 er konfigurert slik at når utligningshylsen 120 forskyves nedstrøms, så vil det radialt forspente elementet 122 utvides radialt utover og skulderen 114 vil forhindre at utligningshylsen 120 beveges tilbake oppstrøms.

[0038] C-ringen 122 og skulderen 114 holder utligningshylsen 120 tilbake inne i huset så snart C-ringen har passert skulderen 114 og ekspandert. Generelt kan ethvert radialt forspent legeme brukes som lås eller hekte med et komplementært element så som en slisse eller skulder. Det vil si at låse- og hektemidler som brukt her omfatter ethvert radialt forspent legeme konfigurert til å kontakte er komplementært element slik som en slisse eller skulder når det radialt forspente legemet og det komplementære er aksialt innrettet med hverandre, slik at etterfølgende aksial forskyvning mellom det radialt forspente legemet og det komplementære elementet forhindres. Den ekspanderbare C-ringen er bare et eksempel på en hekte og skulderen 114 et eksempel på et komplementært element som kan brukes til å hekte utligningshylsen 120 til huset 110 så snart utligningshylsen 120 er forskjøvet tilstrekkelig nedstrøms til å bringe hekten i kontakt med det komplementære elementet.

[0039] Fig. 3 er et delvis gjennomskåret riss av utførelsesformen i de foregående figurene. Ventilen 100 er i sin inaktive tilstand som i de foregående figurene. Det bemerkes at ventilen 100 faktisk omfatter flere tapper 119 som løper i flere identiske føringsslisser 160, hvorav én vises i figur 3.

[0040] Når kraften som virker på det radialt rettede arbeidsarealet 132 overvinner forspenningen eller fjærkraften fra fjæren 140 (figurene 1 og 2), føres tappen 119 mot en første topp 162 i føringsslissen 160. Ettersom veggen mellom posisjonen av tappen 119 og den neste toppen 162 heller i forhold til den langsgående rotasjonssymmetriaksen til ventilen 100, får en aksial bevegelse av glidehylsen 130 nedstrøms glidehylsen 130 til å dreie seg litt omkring denne rotasjonsaksen. Tilsvarende, når trykket som virker på arbeidsarealet 132 lettes og fjæren skyver glidehylsen 130 oppstrøms forbi den faste tappen 119 fra topp 162 til bunn 163, forårsaker en annen hellende vegg en ny liten dreining av glidehylsen 130. Tilsvarende hellende vegger er tilveiebrakt mellom resten av bunnene og toppene i førings-slissen 160.

[0041] I prinsipp kunne tappen 119 alternativt vært montert på tellehylsen 130 og førings-slissen 160 på en komplementær flate inne i huset 110.1 begge tilfeller er en føringsslisse plassert mellom huset 110 og glidehylsen 130 slik at en serie av trykkpulser med passende størrelse og varighet som virker på arbeidsarealet 132 forårsaker en aksial frem- og tilbake-bevegelse av glidehylsen 130 inne i huset 110. Tappen 119 som løper i føringsslissen 160 forårsaker en vinkelforskyvning, eller lett dreining, av glidehylsen 130 inne i huset 130 for hver trykkpuls grunnet føringsveggene mellom toppene og bunnene.

[0042] Ytterligere detaljer om formen til føringsslissen er forklart med henvisning til figur 6.

[0043] I figur 4, er tappen 119 vist ved en ytterste topp 166 i føringsslissen 160.1 denne posisjonen har trykk som virker på det aksialt rettede arbeidsarealet 132 skjøvet hylsen 130 mot fjærkraften fra fjæren 140 inntil skuldre på utligningshylsen 120 støter an mot skuldre henholdsvis inne i husdelen 110b og på glidehylsen 130, slik at videre nedstrøms bevegelse av glidehylsen 130 i forhold til huset 110 forhindres. Det radialt forspente elementet 122 har passert skulderen 114 og har ekspandert radialt. Når trykket i den sentrale boringen lettes, så lettes den aksiale kraften som skyver glidehylsen 130 nedstrøms, dvs. mot høyre side oi figur 4, og fjærkraften fra fjæren 140 vil nok engang skyve glidehylsen 130 oppstrøms, dvs. mot venstre i figur 4. Fordi det radialt forspente elementet 122 nå ligger an mot skulderen 114, blir utligningshylsen 120 holdt igjen aksialt og vil dermed skli over tetningen 137 når glidehylsen 130 skyves oppstrøms av fjæren 140.

[0044] Figur 5 illustrerer tilstanden til ventilen i dens aktiverte tilstand. I denne tilstanden er tappen 119 flyttet til en nederste bunn 167 av føringsslissen 160 og glidehylsen 130 er flyttet til sin aktiverte posisjon inne i huset 110. Som nevnt ovenfor, er dette posisjonen hvor de radiale åpningene 131 gjennom hylsen 130 er innrettet med portene 111 gjennom huset 110. De resulterende radiale åpningene fra den sentrale boringen til miljøet omkring ventilen 100 er, selvsagt, ikke dekket av den indre hylsen 170, dvs. at kanten 171 er til høyre for de radiale åpningene gjennom veggen på figur 5.

[0045] Utligningshylsen 120 er fortsatt holdt tilbake av det radialt forspente elementet 122 som støter an mot den indre skulderen 114 inne i huset 110. Det skal forstås at så snart tetningen 137 på glidehylsen 130 gled forbi utligningshylsen 120, så var kammeret 115 ikke lenger forseglet. Det vil si at det atmosfæriske trykket i kammeret 115 er erstattet av trykket i den sentrale boringen slik at ingen aksial kraft påføres av trykket på glidehylsen 130. Den eneste vesentlige aksiale kraften som virker på glidehylsen 130 i figur 5 er dermed kraften fra fjær 140.

[0046] Da fjærkraften er proporsjonal med forskyvningen (Hookes lov), avtar fjærkraften ettersom fjæren 140 forlenges. Fjæren 140 trenger kun å gi en relativt sterk kraft over den begrensede aksiale avstanden mellom de første toppene og bunnene i føringsslissen, hvor fjæren kan holdes i en relativt komprimert tilstand. På grunn av trykkutligningen drøftet ovenfor, er dermed kravene til kraft tilført fra fjæren 140 over en relativt stor avstand, og følgelig kostnaden for fjæren 140, redusert.

[0047] Figur 6 er et forstørret riss av en del av glidehylsen som viser en tapp 119 i førings-slisse 160. Når ventilen er i sin inaktive tilstand, dvs. når glidehylsen 130 er i sin inaktive posisjon, hviler tappen 119 i den første bunnen 161 i føringsslissen 160. For å flytte tappen 119 fra bunnen 161 til den første toppen 162, påføres en trykkraft på arbeidsarealet 132. Tappen 119 er stasjonær i forhold til huset 110, slik at den aksiale bevegelsen til glidehylsen 130 tvinger en rotasjon av glidehylsen 130 på grunn av føringsveggen mellom bunnen 161 og toppen 162.

[0048] Altså må et trykk som er tilstrekkelig stort til å overvinne fjærkraften fra fjæren 140 drøftet ovenfor påtrykkes med tilstrekkelig varighet til å gjøre det mulig å flytte tappen 119 fra bunnen 161 til toppen 162. Tilsvarende, når trykket slippes, skyver fjæren 140 glidehylsen mot tappen 119 slik at glidehylsen fortsetter rotasjonen inntil tappen stopper i den andre bunnen 163. Sekvensen ovenfor kan beskrives som en trykkpuls med tilstrekkelig amplitude og bredde til å flytte tappen 119 fra en bunn 161 til neste bunn 163. Dermed kan en serie trykkpulser påtrykkes for å aktivere ventilen 110.

[0049] Som nevnt ovenfor, kan flere identiske føringsslisser være fordelt omkring omkretsen av glidehylsen 130. Eksempelet på utførelsesform vist på tegningene omfatter tre føringsslisser plassert etter hverandre i omkretsretningen. Dette begrenser åpenbart antall innledende trykkpulser som kan frembringes, da hver føringsslisse 160 har litt mindre enn 1/3 av omkretsen for bunner 161, 163, 165,... og tipper 162, 164, 166, .... Hvis en lenger serie av trykkpulser er ønsket, kan imidlertid føringsslissene forskyves aksialt fra hverandre, slik at hver føringsslisse har nesten en hel omkrets tilgjengelig for topper og bunner. I begge tilfeller er tappene 119 fortrinnsvis fordelt jevnt omkring omkretsen for å balansere kreftene som virker mellom tellehylsen 150 og huset 110. Det vil si at tappene 119 fortrinnsvis bør plasseres 180° fra hverandre i tilfelle 2 føringsslisser, 120° fra hverandre i tilfelle 3 førings-slisser, osv.

[0050] Figur 6 viser en føringsslisse plassert på tellehylsen 150. Tappen 119 er festet på huset 110, og det forstås at en relativ rotasjon av tellehylsen 150 inne i huset 110 er ekvivalent med at tappen 119 løper i føringsslissen uavhengig av om tappen er frembrakt på huset og føringsslissen på tellehylsen eller omvendt. Det foretrekkes imidlertid å tilvirke føringsslissen på tellehylsen 150 og feste tappen til huset. Dette arrangementet gjør det mulig å føre tellehylsen inn i huset og deretter sette tappen 119 radialt inn i føringsslissen 160 fra utsiden, og endelig sikre tappen 119 til huset 110, for eksempel med skruer som vist i tegningene.

[0051] Som drøftet ovenfor, er føringsvegger frembrakt i føringsslissen 160 mellom hver bunn 161, 163, 165, 167 og dens nærmeste topp 162, 164, 166 og omvendt. For å få til en rotasjonsforskyvning mellom hver topp og bunn, heller føringsveggene i forhold til rotasjonsaksen. Veggene som strekker seg fra den siste toppen 166 til den siste bunnen, som muliggjør en bevegelse oppstrøms som tilsvarer at glidehylsen forskyves til den aktiverte stillingen, er parallell med den sentrale langsgående aksen, og frembringer altså ingen dreining eller rotasjonsforskyvning omkring den langsgående sentrale symmetriaksen.

[0052] Et "spark", dvs. en falsk trykkimpuls, vil ikke kunne aktivere ventilen fordi en serie av trykkimpulser kreves for å få tappen 119 til å gå fra den første bunnen 161 til den siste toppen 166 i føringsslissen 160. Det er ikke engang sikkert at en puls av kort varighet er i stand til å flytte tappen fra en bunn 161, 163, 165 til nærmeste topp, henholdsvis 162, 164 og 166.

[0053] I figur 6 er posisjonen til den siste toppen 166 i forhold til alle tidligere topper illustrert med den aksiale avstanden d. Det vil si at den siste toppen er en avstand d lenger oppstrøms enn de foregående 162 og 164. Dette tillater tellehylsen 150 å bevege seg avstanden d lenger nedstrøms når tappen 119 kontakter toppen 166 enn når tappen 119 kontakter de foregående toppene 162 og 164. Som vist i figur 4 og drøftet ovenfor, får denne ekstra forskyvningen nedstrøms det radialt forspente elementet 122 til å passere skulderen 114 inne i huset 110 slik at utligningshylsen 120 vil bli holdt tilbake når trykket lettes for siste gang i aktiveringssekvensen, dvs. serien av trykkpulser som kreves for å aktivere ventilen.

[0054] Avstanden fra den siste toppen 166 til den siste bunnen 167 er tilstrekkelig til å tillate glidehylsen 130 å bevege seg til sin aktiverte posisjon. Naturligvis kan glidehylsen 130 alternativt stoppes ved sin aktiverte posisjon av stoppere tilveiebrakt inne i huset 110. Den siste bunnen 167 er altså ikke strengt nødvendig, men hvis den eksisterer kan den ikke forhindre at glidehylsen 130 beveges fra sin posisjon lengst nedstrøms, som tilsvarer når tappen 119 kontakter den siste toppen 166 i føringsslissen, til sin aktiverte posisjon.

[0055] I utførelsesformen beskrevet ovenfor, forstås at fjærkraften fra fjæren 140 må være i stand til å skyve tellehylsen 150 og glidehylsen 130 oppstrøms minst til en posisjon som tilsvarer at tappen 119 kontakter en av bunnene 161, 163 og 165. Ellers ville tappen 119 ikke være i stand til å løpe langs føringsslissen 160. Derfor vil fjærene 140 være i stand til å skyve glidehylsen oppstrøms en viss distanse før trykket utlignes og trykkraften som virker i motsatt retning forsvinner.

[0056] Fig. 7 er et skjematisk snitt som illustrerer en detalj fra en alternativ utførelsesform av trykkutligningsmidlene, hvor trykkraften avtar så snart glidehylsen 130 når sin ytterste nedstrømposisjon, dvs. når tappen 119 kontakter den siste toppen 166. Dette trekket øker nettokraften i oppstrømretningen så snart tappen 119 kontakter den siste toppen 166. Den økte kraften kan for eksempel brukes til å trekke en glidehylse oppstrøms i en ventil hvor glidehylsen 130 har vært stasjonær inntil dette punktet, og tellehylsen 150 har flyttet seg aksialt ti forhold til glidehylsen for å føre tappen 119 til den siste toppen 166.

[0057] I utførelsesformen vist på figur 7, forløper en radial utligningsåpning 138 gjennom glidehylsen 130 fra kammeret 115. Den aksiale posisjonen til åpningen 138 antas å svare til når tappen 119 er ved en topp 162 eller 164 slik at åpningen 138 vil forskyves nedstrøms en distanse d når tappen 119 når den siste eller endelige toppen 166. En radial utligningsport 172 forløper gjennom en indre hylse 170 festet til huset 110. Utligningsporten 172 er åpen mot den sentrale boringen, og plassert slik at den er innrettet med utligningsåpningen 138 når tappen 119 befinner seg ved den siste toppen 166 av føringsslissen 160. Mens én utligningsåpning 138 og én utligningsport 172 vises på figur 7, kan flere slike åpninger 138 og porter 172 plasseres omkring omkretsen av ventilen. Når åpningen(e) 138 og porten(e) 172 er innrettet med hverandre, går trykket i kammeret 115 mot trykket i den sentrale boringen.

[0058] Under den aksiale frem- og tilbake-bevegelsen forårsaket av trykkpulsene som påføres når tappen 119 løper fra den første bunnen 161 til den nest siste bunnen 165 i førings-slissen, er en første ringformet tetning aksialt anbrakt mellom utligningsåpningen 138 og utligningsporten 172 som vist på figur 7. Denne tetningen 139 tjener, sammen med andre tetninger, til å bevare trykkforskjellen mellom kammeret 115 og den sentrale boringen.

[0059] Når trykket er utlignet og fjæren 140 skyver glidehylsen 130 oppstrøms, dvs. til venstre på figur 7, vil åpningen 138 ikke lenger være innrettet med porten 172. For å sikre at ingen trykkdifferanse kan opptre mellom arbeidsarealet beskrevet ovenfor og et lukket kammer 115, er en andre ringformet tetning 116 anbrakt mellom huset 110 og glidehylsen 130, slik at en fluidvei åpnes mellom huset 110 og glidehylsen 130 etter at tappen 119 har forlatt den siste toppen 166 og glidehylsen 130 beveges oppstrøms.

[0060] For dette kan den andre ringformede tetningen 116 festes til glidehylsen 130 slik at den skyves inn i kammeret 115 etter at tappen 119 har forlatt den siste toppen 166 og glidehylsen 130 beveges oppstrøms.

[0061] Alternativt kan den andre ringformede tetningen 116 festes til huset 110 slik at en nedstrøms ende 173 av glidehylsen 130 glir forbi den andre ringformede tetningen 116 etter at tappen 119 har forlatt den siste toppen 166 og glidehylsen 130 beveges oppstrøms.

[0062] Fra det ovenstående forstås at nøkkeltrekkene ved oppfinnelsen er: en tellehylse 150 separat fra glidehylsen for å redusere friksjonen så mye som mulig; et arbeidsareal 132 og et lavrykkammer 155 som frembringer en trykkraft; en fjær som gir en fjærkraft i oppstrøm-retningen; en tapp 119 som løper i en føringsslisse 160 og trykkutligningsmidler som fjerner trykkraften når eller kort etter at tappen forlater den siste toppen 166, som er forskjøvet oppstrøms fra de tidligere toppene og dermed tillater tellehylsen 150 å gå til en ytterste nedstrømposisjon, hvor trykkutligningsmidlene utløses.

[0063] Det bemerkes at trykkraften krever en trykkdifferanse, og dermed en tetning, mellom et arbeidsareal og et lavtrykkskammer. Altså må en viss friksjon overvinnes. I utførelses-formen på tegningene, er et hovedsakelig ringformet kammer plassert mellom glidehylsen og huset, og glidehylsen 130 beveges dermed aksialt sammen med tellehylsen 150 under aktiveringssekvensen. Friksjon reduseres da bare tellehylsen 150, ikke glidehylsen 130, roterer i forhold til huset 110. En alternativ utførelsesform hvor tellehylsen beveges aksialt i forhold til glidehylsen på tilsvarende måte er vurdert. I denne alternative utførelsesformen kan tellehylsen 150 låses til glidehylsen 130 når tellehylsen er i en ytterste nedstrømposisjon ved hjelp av et radialt forspent legeme, feks. en ekspanderbar C-ring som støter an mot et komplementært element, feks. en skulder, som drøftet ovenfor. I denne alternative utførelsesformen trenger ikke fjæren som skyver glidehylsen til sin aktiverte posisjon være den samme fjæren som forårsaker den aksial frem- og tilbake-bevegelsen til tellehylsen 150.

[0064] Ventilen ifølge oppfinnelsen kan altså tilpasses for et bredt utvalg anvendelser hvor det er behov for en ventil som kjøres inn, aktiveres og forlates i sin aktiverte tilstand.

Anvendelsene kan involvere høye trykk, så som sementering, hvor ventilen ville bli kjørt inn i lukket tilstand og åpnet av en serie trykkpulser. Trykkpulsene trenger ikke være spesielt store, slik som de som kreves for å bryte en burstdisk, og et passende antall pulser bestemt av antall topper og bunner på en tellehylse, kan være krevet for å forhindre for tidlig åpning.

[0065] Mens oppfinnelsen er blitt forklart med henvisning til eksempler på utførelsesformer, vil ulike alternativer og modifikasjoner være innlysende for fagkyndige. Eksemplene ovenfor skal altså ikke tolkes begrensende. I stedet er oppfinnelsen definert som det fremgår av de vedlagte patentkravene.

Claims (10)

1. Trykkaktivert ventil (100), hvor en glidehylse (130) er anbrakt aksialt bevegelig mellom en inaktiv posisjon og en aktivert posisjon i et hus (110), omfattende: en tellehylse (150) montert mellom huset (110) og glidehylsen (130), hvor tellehylsen (150) er aksialt og roterbart bevegelig i forhold til huset (110); et radialt forløpende arbeidsareal (132) eksponert mot en sentral boring og tilpasset til å frembringe en trykkraft i en aksial nedstrømretning på tellehylsen (150) når et trykk i den sentrale boringen overstiger et trykk i et gassfylt kammer (115); en fjær (140) som yter en fjærkraft på tellehylsen (150) i en oppstrømretning motsatt av nedstrømretningen; en tapp (119) og en føringsslisse (J-slot) (160) plassert mellom huset (110) og tellehylsen (150) slik at en rekke trykkpulser med egnet størrelse og varighet som virker på arbeidsarealet (132) forårsaker en frem- og tilbake-bevegelse av tellehylsen (150) inne i huset (110), hvor føringsvegger forårsaker en rotasjon fra en første bunn (161) til en siste topp (166),karakterisert vedat: tellehylsen (150) er roterbart bevegelig i forhold til glidehylsen (130); den siste bunnen (166) er anbrakt lenger oppstrøms enn en hvilken som helst tidligere topp; trykkutligningsmidler (120, 138) som utløses ved å plassere tappen (119) ved den siste toppen (166) og er tilpasset til å åpne en passasje mellom den sentrale boringen og kammeret (115) ved en utlignende forskyvning av glidehylsen (130) oppstrøms i forhold til en tetningsflate (120, 110) slik at en tetning passeres, hvorved trykkraften forsvinner; og fjæren (140) forskyver glidehylsen (130) til den aktiverte posisjonen.

2. Trykkaktivert ventil (100) ifølge krav 1, hvor gassen er luft ved atmosfærisk trykk.

3. Trykkaktivert ventil (100) ifølge krav 1 eller 2, videre omfattende låsemidler tilpasset til å låse tellehylsen (150) til glidehylsen (130) ved den relative forskyvningen frembrakt av den aksiale posisjonen til den siste slissen (166).

4. Trykkaktivert ventil (100) ifølge krav 1 eller 2, hvor tellehylsen (150) holdes aksialt tilbake på glidehylsen (130) og fjærkraften påføres gjennom glidehylsen (130).

5. Trykkaktivert ventil (100) ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor trykkutligningsmidlene omfatter en utligningshylse (120) og hektemidler (122, 114) tilpasset til å hekte utligningshylsen (120) til huset (110) ved den relative forskyvningen frembrakt av den aksiale posisjonen til den siste slissen (166), hvor tetningsflaten er den indre overflaten av utligningshylsen (120).

6. Trykkaktivert ventil (100) ifølge krav 5, hvor hektemidlene omfatter en radialt forspent C-ring (122) anbrakt på utligningshylsen (120) og en skulder (114) frembrakt inne i huset (110).

7. Trykkaktivert ventil (100) ifølge et hvilket som helst krav 1 til 4, hvor trykkutligningsmidlene (138, 172) omfatter radiale åpninger (138, 170) gjennom to forskjellige hylser slik at portene (148, 170) er innrettet med hverandre og danner en midlertidig passasje mellom den sentrale boringen og kammeret (115) ved den relative forskyvningen frembrakt den aksiale posisjonen til den siste slissen (166), og tetningsflaten er en indre overflate i huset (110).

8. Trykkaktivert ventil (100) ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor tellehylsen (150) er aksialt bevegelig i forhold til glidehylsen (130).

9. Trykkaktivert ventil (100) ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor flere tapper (119) er jevnt fordelt i omkretsretningen omkring glidehylsen (130), der hver tapp (119) løper i én separat av flere identiske føringsslisser (160).

10. Trykkaktivert ventil (100) ifølge krav 9, hvor de flere identiske føringsslissene (160) er aksialt forskjøvet fra hverandre.