NO338732B1

NO338732B1 - Anordning og fremgangsmåte for å blokkere en fluidstrømning, og anordning for å teste en undergrunnsformasjon

Info

Publication number: NO338732B1
Application number: NO20044500A
Authority: NO
Inventors: Preston N Weintraub; Richard R Watson
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2016-10-10
Also published as: EP1511914A4; WO2003097988A2; AU2003235521C1; WO2003097988A3; NO20044500L; US20040000762A1; AU2003235521B2; CA2485973C; WO2003097988A9; EP1511914A2; AU2003235521A1; BR0309985A; BR0309985B1; US6983803B2; CA2485973A1

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører systemer for boring av olje- og gass-brenner. Mer spesielt angår oppfinnelsen fluidventiler brukt til å regulere eller styre fluidstrømninger og trykk i et brønnhullsmiljø. Ifølge et aspekt angår foreliggende oppfinnelse en utjevningsventil brukt til å atskille høyt differensialtrykk i et borings-miljø under ekstraboringsoperasjoner.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Under boring og avslutning av olje- og gass-brønner har brønnhullsmiljøet en tendens til å være barskt og uforsonlig. Disse barske forholdene innbefatter vibrasjon og dreiemoment fra borkronen, eksponering for boreslam, borkaks og formasjonsfluider, hydrauliske krefter fra det sirkulerende boreslammet og skrap-ing av følsomt utstyr mot sidene i brønnhullet. Ekstreme trykk og temperaturer er også til stede. Slike barske tilstander kan ødelegge og forringe deler av borestrengen, spesielt det utstyret som befinner seg i forskjellige verktøystrenger.

Generelt strømmer boreslammet nedover gjennom den indre strømnings-boringen i borestrengen, ut gjennom borkronen og tilbake opp gjennom ringrommet mellom borestrengen og borehullsveggen. Noen ganger er det imidlertid nød-vendig at fluidstrømmen eller deler av denne blir avledet, uansett om fluidstrøm-ningen befinner seg i den indre strømningsboringen eller i ringrommet. Deler av fluidstrømningen kan f.eks. avledes for å tilveiebringe hydraulisk kraft til et uavhen-gig system inne i borestrengen, slik som en pakningsmodul, for å opprettholde kontinuerlig sirkulasjon av boreslammet når primære boringsoperasjoner midlerti-dig er blitt stanset, eller for å skape eller utligne et trykkfall mellom visse soner i brønnhullsmiljøet. For å oppnå avledning av fluidstrømningen, spesielt fluidstrøm-ningen i ringrommet, er det blitt utviklet forskjellige ventiler.

Ventiler brukt i boringsoperasjoner er iboende følsomme for de barske til-standene fordi de krever bruk av pakninger og bevegelige deler. Ventiler som vekselvirker med boreslamstrømningen er spesielt utsatt for boreslammet, de ødeleggende restene som føres av boreslammet og betydelige trykkfall. I motsetning til ventiler som befinner seg i lukkede systemer, som typisk bare vekselvirker med en ren hydraulisk olje, blir ventiler som vekselvirker med brønnfluider, kalt "skitne" fluidventiler, nødvendigvis eksponert for større slitasje og forringelse. Borerestene som befinner seg i brønnfluider har en tendens til å skade tradisjonelle ventiler som benytter elastomere pakninger. Skitne fluidventiler må derfor konstrueres på en annen måte for å kompensere for deres eksponering for produksjonsavfall i brønnfluider.

Skitne fluidventiler blir ofte eksponert for boremiljøet fordi de er nødvendige for å skape eller utjevne differensialtrykk mellom boringsutstyret og noen systemer som er blitt avlukket fra boringsutstyret. Denne ventiltypen blir vanligvis kalt en utjevningsventil. Funksjonen til utjevningsventilen er enten å isolere eller forbinde ringrommet i borehullet med en strømningsledning i ventilen inne i borestrengen. Når ringrommet blir isolert fra den interne strømningsledningen, blir det skapt et betydelig trykkfall i størrelsesorden flere tusen psi. Hvis normalposisjonen til ventilen er å forbinde ringrommet med den interne strømningsledningen, så blir ventilen betraktet som normalt åpen. Hvis normalposisjonen er isolasjon, så blir ventilen betraktet som normalt lukket.

Fordi trykkdifferansen er så stor når ringrommet er isolert fra de interne strømningsledningene i borestrengen, har ventil- og andre pakninger lett for å bli blåst ut og hurtig forringet. Utjevningsventiler blir derfor brukt til å balansere trykk-differansene. For å redusere slitasjen på pakningene er disse ventilene ofte av den normalt åpne typen (som forbinder ringrommet med interne strømningslednin-ger). Til tross for å være normalt åpne, er utjevningsventiler fortsatt utsatt for slitasjen fra brønnfluidene som ventilene vekselvirker med. Industrien vil derfor hilse velkommen en pålitelig, normalt åpen, skitten fluidventil for å forsegle høye differensialtrykk i et boremiljø, og som også kan skiftes ut uten å forstyrre den hydrauliske kretsen eller andre konstruksjoner som brukes til å aktivere ventilen.

DK 146426 beskriver en glideventil hvis åpningsbevegelse ved samme bevegelse av dens ventilskaft kan endres til en lukkebevegelse.

KORT BESKRIVELSE AV NOEN AV

DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMENE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for å blokkere en fluidstrømning, der anordningen omfatter: en pakningsinnsats med en første åpning, en andre åpning og en fluidbane som strekker seg fra den første åpningen til den andre åpningen;

en fjær med en støtteende og en pakningsende, hvori støtteenden er understøttet av en forsenkning på pakningsinnsatsen, og hvor fjæren strekker seg inn i fluidbanen;

en pakning koblet til pakningsenden av fjæren ved en tang på pakningen; og

hvori pakningen er anordnet for frem- og tilbakegående bevegelse nær den andre åpningen mellom en åpen stilling og en lukket stilling, der pakningen tetter den andre åpningen fra fluidbanen i den lukkede stilling,

karakterisert vedat

pakningen er tilført en forspenningskraft fra fjæren;

når pakningen er i den åpne stillingen er tangen på pakningen ikke koaksial med forsenkningen på pakningsinnsatsen og fjæren er deformert slik at endene til fjæren ikke er koaksiale; og

for å åpnes eller lukkes beveges pakningen ved å gli på en pakningsoverflate, idet bevegelsesretningen er transversal til retningen av fluidstrømningen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en anordning for å teste en undergrunnsformasjon,

karakterisert vedat anordningen omfatter:

et sylindrisk verktøyhus;

en formasjonssondeenhet understøttet av huset;

en ventil understøttet av huset, og en fluidåpning som strekker seg gjennom huset fra ventilen til sondeenheten hvor ventilen omfatter:

en anordning ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, og

en anordning for å drive pakningen mellom den åpne og den lukkede stillingen;

og hvori fluidåpningen og fluidbanen er i fluidkommunikasjon når pakningen er i den åpne stillingen, og hvor fluidåpningen er forseglet fra fluidbanen når pakningen er i den lukkede stillingen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for å blokkere en fluidstrømning, der fremgangsmåten omfatter: å dirigere en fluidstrømning gjennom en pakningsinnsats;

å understøtte en fjær slik at fjæren strekker seg inn i fluidstrømningen;

å drive en pakning mellom en åpen stilling og en lukket stilling, der fluidet blir tillatt å strømme gjennom pakningsinnsatsen når pakningen er i den åpne stillingen og fluidet blokkeres når pakningen er i den lukkede stillingen,karakterisert vedat pakningen blir forspent ved anvendelse av fjæren, når pakningen er i den åpne stillingen deformeres fjæren slik at endene til fjæren ikke er koaksiale; og pakningen drives ved å gli på en pakningsoverflate for å åpnes eller lukkes, idet retningen av aktiveringen er transversal til retningen av fluidstrømningen.

Ytterligere utførelsesformer av anordningen for å blokkere en fluidstrøm-ning, anordningen for å teste en undergrunnsformasjon, og fremgangsmåten for å blokkere en fluidstrømning i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

De foretrukne utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse innbefatter en skitten fluidventil for å forsegle høye fluiddifferensialtrykk i et boremiljø, og fremgangsmåter for bruk av en slik ventil. En utførelsesform av ventilen innbefatter en pakningsinnsats som har flere åpninger for å dirigere en fluidbane gjennom innsatsen, en fjær forbundet med én ende av pakningsinnsatsen og som strekker seg gjennom fluidbanen, og et pakningsorgan forbundet med den andre enden av fjæren. Pakningen kan aktiveres mellom en åpen stilling og en lukket stilling, slik at den dekker én av åpningene i pakningsinnsatsen når den er i den lukkede stillingen for derved å stenge av fluidstrømningen gjennom pakningsinnsatsens fluidbane. Fjæren tilveiebringer en forbelastningskraft på pakningsorganet slik at pakningsorganet alltid har tilstrekkelig kontakt med de overflater som omgir åpningen som pakningen dekker. Fjæren har også en smekkvirkning for å bidra til skarp bevegelse mellom den åpne og den lukkede stillingen. Fjær- og pakningsorgan-kom-binasjonen utgjør en skjærpakning som er lekkasjesikker i et skittent fluidmiljø.

I andre utførelsesformer av ventilen innbefatter pakningsinnsatsen flere motstående stavorganer som er anordnet for frem- og tilbake-gående bevegelse inne i boringer ved siden av pakningsorganet. Stavorganene er i kontakt med tetningsorganet og kan beveges frem og tilbake for å aktivere pakningsorganet mellom den åpne og den lukkede stillingen.

I nok en annen utførelsesform av ventilen innbefatter denne et frem- og tilbakegående hylseorgan understøttet av huset til en ventilstreng. Hylseorganet innbefatter en åpning med en indre overflate. Pakningsinnsatsen er plassert i åpnin gen, transversalt til hylseorganets langsgående akse og borestrengen. Huset mottar pakningsinnsatsen via en radial boring. De ytre deler av stavorganene er i kontakt med motsatte ender av den indre overflaten til hylseorganets åpning. Hylseorganet kan drives hydraulisk frem og tilbake for derved å skyve stavorganene og aktivere pakningsorganet mellom den åpne og den lukkede stillingen. Bruk av hylseorganet til å aktivere pakningsorganet gjør det mulig å skifte ut pakningsinnsatsen i felten uten å forstyrre det hydrauliske systemet.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter å dirigere en fluidstrømning gjennom en pakningsinnsats, å understøtte en fjær slik at fjæren strekker seg inn i fluidstrømningen; å forbelaste et pakningsorgan ved å bruke fjæren; og å aktivere pakningsorganet mellom en åpen stilling en lukket stilling, hvor fluidet blir tillatt å strømme gjennom pakningsinnsatsen når tetningsorganet er i den åpne stillingen, og fluid blir forseglet når pakningsorganet er i den lukkede stillingen.

En annen utførelsesform innbefatter å anbringe pakningsinnsatsen inne i en åpning dannet i et hylseorgan, hvor åpningen omfatter en indre overflate; å bringe den indre overflaten av åpningen i kontakt med pakningsorganet; og å drive hylseorganet mellom en åpen stilling og en lukket stiling for derved å aktivere pakningsorganet.

En ytterligere utførelsesform innbefatter å heve pakningsinnsatsen til overflaten av en brønn og erstatte pakningsinnsatsen med en ny pakningsinnsats på brønnoverflaten. Disse og andre fordeler og fremskritt som tilveiebringes av de forskjellige utførelsesformene av oppfinnelsen, vil lett være synlige for fagkyndige på området som leser beskrivelsen og studerer de vedføyde tegningene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en tverrsnittsskisse av utjevningsventilen i åpen stilling; Fig. 2 er en ytterligere tverrsnittsskisse av utjevningsventilen på fig. 1; Fig. 3 er en tverrsnittsskisse av ventilen på fig. 2 tatt ved planet A-A; Fig. 4A er en tverrsnittsskisse av ventilen på fig. 2 tatt langs planet B-B; Fig. 4B er ventilen på fig. 4A i en lukket stilling;

Fig. 5 er ventilen på fig. 2 i en lukket stilling; og

Fig. 6 er en tverrsnittsskisse av ventilen på fig. 1 i den lukkede stillingen og anbrakt inne i et større formasjonstestingsapparat.

NOTASJON OG NOMENKLATUR

Visse uttrykk blir brukt i den følgende beskrivelsen og i kravene for å referere til spesielle systemkomponenter. Som fagkyndige på området vil forstå, kan en fagkyndig referere til en komponent ved forskjellige navn. Dette dokumentet har ikke til hensikt å skjelne mellom komponenter som har forskjellige navn, men ikke funksjon. I den følgende beskrivelsen og i kravene blir uttrykkene "innbefattende" og "omfattende" brukt på en åpen måte og skal dermed tolkes til å bety "innbefattende, men ikke begrenset til ...". I tillegg vil referanse til opp eller ned bli gjort i beskrivelsen der hvor "opp", "oppover" eller "øvre" bety mot brønnens overflate og "ned", "nedover" eller "nedre" betyr mot bunnen av det primære brønnhullet eller eventuelle sidebrønner. Videre er uttrykket "kople" eller "kopier" ment å bety enten en indirekte eller en direkte forbindelse. Hvis derfor en første anordning er koplet til en annen anordning, så kan forbindelsen være gjennom en direkte forbindelse eller gjennom en indirekte elektrisk forbindelse via andre anordninger og for-bindelser.

Dette beskrivelseseksempelet er tilveiebrakt med den forståelse at det skal betraktes som en eksemplifisering av prinsippene bak oppfinnelsen, og er ikke ment å begrense oppfinnelsen til det som er illustrert og beskrevet her. Forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse tilveiebringer spesielt et antall forskjellige konstruksjoner og virkemåter. Det skal fullt ut innses at de forskjellige be-skrivelsene av utførelsesformene som er diskutert nedenfor, kan anvendes sepa-rat eller i en hvilken som helt egnet kombinasjon for å tilveiebringe ønskede resultater.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSESFORMENE

Det vises innledningsvis til fig. 1-4, hvor ventilen 10 innbefatter en paknings-enhet eller -innsats 20 og en drivenhet 40 montert i et hus 12. Den langsgående aksen til drivenheten 40 går fra venstre til høyre på fig. 1, mens den langsgående aksen til pakningsenheten 20 går fra topp til bunn og er transversal til den langsgående aksen til drivenheten 40. Huset 12 innbefatter en første åpning 14 hvis langsgående akse hovedsakelig faller sammen med den langsgående aksen til tetningsenheten 20. Åpningen 14 kommuniserer med en væske under trykk og en annen åpning 16 som kommuniserer med en passasje 18. Ventilen 10 styrer kom- munikasjon av fluid fra den første åpningen 14 til den andre åpningen 16 ved å åpne og lukke denne kommunikasjonen for fluidstrømning.

Pakningsenheten 20 innbefatter en pakningsplate 22, en pakning 24, en kasse 26, en fjærkappe 28, en pakningsfjær 30, en plugg 32, en lukkeskyvestav 52 og en åpningsskyvestav 54. Pakningsenheten 20 utgjør en feltutskiftbar pakningsinnsats som er anordnet i en gjennomgående åpning 34 i veggen 36 til huset 12, over en sylindrisk boring 38 i huset 12 og inn i en forsenkning 42. Den langsgående aksen til åpningen 34 faller hovedsakelig sammen med aksene til åpningen 14 og pakningsenheten 20. Den sylindriske boringen 38 er transversal til aksen til åpningen 34 og forsenkningen 42 som er koaksiale. Pluggen 32 og åpningen 34 er gjenget ved 35 for fjernbart å forbinde pakningsinnsatsen 20 med huset 12.

Drivenheten 40 innbefatter et glideorgan 50, en returfjær 56, et lukkestem-pel 58 og et åpningsstempel 60. Som tydeligst vist på fig. 1, 4A og 4B, innbefatter glideorganet 50 en slisset åpning 62 med første og andre buede kanter 64, 66, ved siden av åpningen 34 og forsenkningen 42. Den slissede åpningen 62 er et avlangt hull i glideorganet 50. De første og andre buede kantene, henholdsvis 64, 66, er utformet som resultat av å skjære den slissede åpningen 62 gjennom det sylindriske legemet til glideorganet 50. Drivenheten 40 er anordnet inne i den sylindriske boringen 38 som i det følgende vil bli nærmere beskrevet. Pakningsenheten 20 strekker seg gjennom den slissede åpningen 62 mellom åpningen 34 og forsenkningen 42.

Det vises nå spesielt til fig. 3 hvor pakningsplaten 22 er opptatt inne i forsenkningen 42 og er forseglet til bunnen av forsenkningen 42 ved hjelp av pakningsorganene 68, slik som O-ringer. Pakningsplaten 22 har en tettende overflate på den side som er motsatt av pakningsorganene 68. Pakningsplaten 22 innbefatter en fluidpassasje 70 som strekker seg gjennom denne for å kommunisere med den andre åpningen 16. Kassen 26 er et hovedsakelig begerformet hulrom 72 og har en ringformet flens 74 som strekker seg omkring en ende 76 med redusert diameter av pakningsplaten 22. Et forskjøvet, slisset hull 78 med side- og ende-veg-ger strekker seg gjennom bunnen av kassen 26. Fluidpassasjen 70 i pakningsplaten kommuniserer med hulrommet 72 via det slissede hullet 78.

Pakningen 24 er et massivt, sylindrisk formet organ som har en tange 80 som strekker seg fra én ende og en pakningsoverflate på den andre enden. Pak ningen 24 har en diameter litt større enn diameteren til munningen av fluidpassasjen 70 i pakningsplaten, slik at når pakningen 24 er sentrert på passasjen 70, tetter pakningsoverflaten til pakningen 24 sammen med pakningsoverflaten til pakningsplaten 22 for å hindre strømning gjennom passasjen 70 og ventilen 10. Pakningen 24 kan beveges frem og tilbake i det slissede hullet 78 i bunnen av kassen 26. Sideveggene til det slissede hullet 78 opprettholder pakningen 24 innrettet med passasjen 70 under den frem- og tilbakegående bevegelsen mens endeveggene tjener som anslag for den frem- og tilbakegående bevegelsen av pakningen 24 i det slissede hullet 78.

Lukkeskyvestaven 52 og åpningsskyvestaven 54 er anordnet frem- og tilbakegående i boringer, henholdsvis 90 og 92, gjennom sidene til kassen 26. Lukkeskyvestaven 52 har et større tverrsnitt enn åpningsskyvestaven 54 slik at skyvestavene ikke kan monteres feil. Skyvestaven 54 er innfanget i en sliss 150 i glideorganet 50; lukkeskyvestaven 52 som har et større tverrsnitt, kan ikke passe inn i slissen 150. Skyvestavene 52, 54 er posisjonert for å være innrettet med pakningen 24 slik at de indre endene til stavene 52, 54 ligger an mot pakningen 24 og de ytre endene av stavene 52, 54 ligger an mot endeveggene til glideorganet 50 som utgjøres av den slissede åpningen 62. Denne posisjoneringen sikrer at når glideorganet 50 forskyves aksialt, forskyves også stavene 52, 54 aksialt og pakningen 24 blir beveget mellom den åpne og den lukkede stilingen. Glideorganet 50 virker som et skyttelstempel. Hver ende av glideorganet 50 innbefatter en sylinder, henholdsvis 94 og 96. Lukkestempelet 58 og åpnestempelet 60 er opptatt i sylinderne, henholdsvis 94 og 96, og er stasjonære organer festet til huset 12. Pakninger 104 er anordnet mellom stemplene 58, 60 og huset 12, og pakninger eller O-ringer 106 er anordnet mellom stemplene 58, 60 og veggene til sylinderne, henholdsvis 94 og 96.

Fjærkappen 28 innbefatter en del med redusert diameter som er opptatt i en forsenkning i den åpne enden av kassen 26 for å feste kassen 26 til kappen 28. Et antall fluidpassasjer 84, 85, strekker seg gjennom fjærkappen 28. En fjærholdings-boring 82 er sentrert på delen med redusert diameter og mottar en ende av pakningsfjæren 30 mens den andre enden av fjæren 30 opptar tangen 80 som rager utfra pakningen 24.

Pluggen 32 er et skivelignende organ som er gjenget opptatt av den gjeng-ede åpningen 34 og som ligger an mot fjærkappen 28 for å holde fjærenheten, dvs. pakningsinnsatsen 20, i huset 12. Pluggen 32 innbefatter et antall passasjer 86 som kommuniserer med åpningen 14 gjennom passasjene 84, 85 i fjærkappen

28 og hulrommet 72 i kassen 26. Innsiden av passasjene 86 er utvidet ved 88 for å sikre innretting og fluidkommunikasjon mellom passasjene 86 og passasjene 84

og 85. Det skal bemerkes at fluider kan strømme gjennom passasjene 85 omkring utsiden av kassen 26 og gjennom den slissede åpningen 62, og at fluider kan passere inn i den sylindriske boringen 38.

Lukkestempelet 58 er gjengbart forbundet med huset 12 ved gjenger 98 i en gjenget boring 100 i huset 12. Boringen 100 er en hydraulisk åpning som kommuniserer med en forsyning av hydraulisk fluid 170. Lukkestempelet 58 innbefatter også en åpning 102 som kommuniserer med den hydrauliske åpningen 100 slik at lukkesylinderen 94 kan trykksettes for hydraulisk å drive glideorganet 50 til den lukkede stillingen.

Åpnestempelet 60 er gjengeforbundet med huset 12 ved gjenger 108 i en gjengeboring 110 i huset 12. Åpnesylinderen 96 er et hydraulisk kammer som kommuniserer med en hydraulisk fluidforsyning 160 via en fluidpassasje 112. Åpnesylinderen 96 kan være trykksatt for hydraulisk å drive glideorganet 50 til åpnestillingen. Åpnesylinder-enden til glideorganet 50 har et parti 114 med redusert diameter for å danne et fjærringrom som kan romme returfjæren 56. Returfjæren 56 ligger an mot det stasjonære åpnestempelet 60 ved én ende, og mot en ringromskulder 118 dannet av partiet 114 med redusert diameter med den andre enden. Fortrinnsvis vil returfjæren 56 tilbakeføre glideorganet 50 til åpnestillingen ved reduksjon avfluidtrykk i lukkesylinderen 94. Hydraulisk trykk via den hydrauliske forsyningen 160 gjennom fluidpassasjen 112 i åpnesylinderen 96 blir fortrinnsvis brukt til å hjelpe returfjæren 56 når det er nødvendig. En returfjær er bare blitt anordnet på den ene siden av glideorganet 50 fordi ventilen 10 normalt er åpen. Ventilen 10 kan aktiveres hydraulisk i begge retninger, men er normalt åpen. Alternativt kan ventilen 10 være konstruert slik at den opererer som en normalt lukket ventil.

Ventilens virkemåte

Det vises nå til fig. 1 hvor ventilen 10 er vist i den åpne stillingen med glideorganet 50 forskjøvet hele veien til høyre av returfjæren 56. Med glideorganet 50 til høyre, er sylinderen 96 forstørret og åpneskyvestaven 54 har skjøvet pakningen 24 til høyre og klar av passasjen 70 i tetningsplaten 22. Denne konfigurasjonen åpner den passasjen som defineres av åpningen 14, passasjene 86, passasjene 84, 85, hulrommet 72, det slissede hullet 78, passasjen 70 og den andre åpningen 16 til passasjen 18. Gjengene 98, 108 holder henholdsvis stemplene 58, 60 i en stasjonær posisjon når hylseorganet 50 med sylindrene 94, 96 når pakningen 24 føres frem og tilbake som reaksjon på hydrauliske fluidkrefter påført enten gjennom fluidpassasjen 102 eller passasjen 112.

Det vises nå til fig. 5 hvor fluidet i boringen 100 blir trykksatt via hydraulisk fluid fra den hydrauliske forsyningen 170 gjennom passasjen 102 inntil trykket på bunnen av sylinderen 94 overvinner kraften til returfjæren 56 på skulderen 118, så vel som den kraft som skyldes friksjon forårsaket av O-ringer 106 på stemplene 58 og 60, som vist på fig. 1. Glideorganet 50 beveger seg så til venstre mens lukkeskyvestaven 52 tvinger pakningen 24 til å gli over pakningsoverflaten 120 til pakningsplaten 22. Staven 52 skyver pakningen 24 fra den åpne stilingen som er vist på fig. 1, til den lukkede stillingen som er vist på fig. 5. Pakningen 24 blir presset mot pakningsplaten 22 av pakningsfjæren 30. Når glideorganet 50 beveger seg til venstre, blir returfjæren 56 trykket sammen som vist på fig. 5.

For å gjenåpne ventilen 10 blir det hydrauliske trykket i boringen 100 redusert. Returfjæren 56 dekomprimeres dermed for å bevege glideorganet 50 tilbake mot høyre. I tillegg blir hydraulisk fluid fra den hydrauliske forsyningen 160 levert gjennom passasjen 112, og trykket virker på den nedre skulderen til sylinderen 96 for å bidra til bevegelsen av glideorganet 50 tilbake mot høyre. I det tilfelle hvor fjæren 56 svikter når det gjelder å åpne ventilen 10, vil denne sekundære hydrauliske forsyningen 160 virke til å lukke ventilen 10.

I den lukkede stillingen som er vist på fig. 3, er pakningsfjæren 30 rett og sylindrisk, og i den åpne stillingen som er vist på figurene 1 og 2, er pakningsfjæren 30 deformert slik at endene til fjæren 30 ikke lenger er koaksiale fordi tangen 80 og forsenkningen 82 ikke lenger er koaksiale. Fjæren 30 blir tillatt å vri og ven-de på seg med bevegelsen av pakningen 24.

Når drivenheten 40 skyver pakningen 24 frem og tilbake i det slissede hullet 78 og over munningen til passasjen 70, er det viktig at riktig flathet og overflatebe-handling er opprettholdt slik at det ikke er noen lekkasje fordi den tetningen som skapes av pakningen 24 og pakningsplaten 22 når ventilen 10 er i den lukkede stillingen. Kontaktflatene (bunnflaten til pakningen 24 og den øvre pakningsflaten 120 til tetningsplaten 22) er derfor fremstilt plane til 2 He-lysbånd eller bedre. Når pakningen 24 blir skjøvet til den lukkede stillingen, skyver krefter fra ringromsfluidsøy-len under høyt trykk på den øvre siden av pakningen 24 ved tangen 80. Følgelig føres de deler av pakningen 24 som overlapper munningen av passasjen 70 ned mot pakningsplaten 22 og skaper det som er kjent som en skjærtetning.

Selv om skjærtetninger med hell er blitt anvendt i omgivelser med skittent fluid, er pakningsfjæren 30 i en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse til stede for å sikre at en riktig skjærtetning blir frembrakt. Pakningen 24 er bare forbundet med pakningsfjæren 30 ved tangen 80. Den er ikke forbundet med skyvestavene 52, 54 eller noen av de andre organene som omgir pakningen 24. Alternativt kan pakningen 24 være forbundet med én eller begge skyvestavene 52, 54, men dette ville begrense pakningen 24 på en slik måte at det muligens kan frembringe en belastning utenfor aksen eller feilinnretting av pakningen 24. En belastning utenfor aksen eller en feilinnretting av pakningen 24 ville hindre ringroms-trykket fra å få pakningen 24 til å ligge riktig an mot pakningsplaten 22, og derved hindre en skjærtetning.

Pakningen 24 blir i virkeligheten bare holdt tilbake av pakningsfjæren 30.

Pakningsfjæren 30 leverer kontinuerlig kraft til toppen av pakningen 24 ved tangen 80 for derved å frembringe en riktig forbelastning på pakningen 24. En "kneppvirk-ende" fjær blir brukt som pakningsfjær 30 for å opprettholde den kontinuerlige kraften på pakningen 24 uansett om pakningen 24 er i den åpne stillingen, den lukkede stillingen eller en annen stilling mellom disse. Når pakningen 24 beveger seg fra den åpne stillingen på fig. 1 til den lukkede stillingen på fig. 5, komprimeres pakningsfjæren 30 med en smekkvirkning. Når pakningen 24 beveger seg tilbake til den åpne stilingen, dekomprimeres også pakningsfjæren med en smekkvirkning. Smekkvirkningen hjelper drivenheten og skyvestaven med skarp bevegelse av pakningen 24. Imidlertid og viktigere muliggjør smekk-karakteristikken til pakningsfjæren 30 at fjæren kan påføre de nødvendige forbelastningskreftene på pakningen 24 til tross for fjærens forvridde eller forvrengte tilstand i den åpne stillingen. Forbelastningskraften er spesielt viktig når pakningen 24 beveges fra den åpne til den lukkede stillingen.

Man vil forstå at ventilen 10 kan brukes i enhver anvendelse som krever tet-ning av en fluidstrømning. Ventilen 10 er spesielt viktig i oljefeltoperasjoner og verktøy. For eksempel kan ventilen 10 brukes som en utjevningsventil i et oljefelt- verktøy som kommuniserer med det omgivende ringrom i et brønnhullsmiljø. En slik anvendelse av ventilen 10 er ved formasjonstesting. Ventilen 10 er spesielt velegnet for bruk i den formasjonstesteren som er beskrevet i en provisorisk US-patentsøknad nr. 60/381,243 inngitt 17. mai 2002, med tittel "Formation Tester, og i en samtidig inngitt patentsøknad via ekspresspost nr. EV 324573681 US og med tittel "MWD Formation Tester"', som begjærer prioritet fra den tidligere nevnte provisoriske søknaden, idet begge søknadene herved inkorporeres ved referanse for alle formål.

Ventilen 10 kan forsegle skittent fluid (avfallsbelastet fluid) lekkasjesikkert, og kan gjenåpnes mens det er en trykkdifferanse på opp til 8000 psi mellom den

første åpningen 14 og den andre åpningen 16. Skjærpakningen som tilveiebringes ved hjelp av ventilen 10, kan f.eks. brukes i et formasjonstestingsverktøy som krever en lekkasjesikker utjevningsventil i et miljø som inneholder skittent eller avfallsbelastet fluid. Ventilen 10 kan også brukes i en formasjonstester som foretar for-masjonstrykktester med en trykkdifferanse på opp til 8000 psi mellom ringromsflui-det og formasjonsfluidet i kammeret til formasjonstesteren.

Det vises nå til fig. 6, hvor det er vist en anvendelse av ventilen 10 som en utjevningsventil 130 i en formasjonstester 132. Den første åpningen 14 er innrettet med en åpning 134 gjennom veggen i huset 136 til formasjonstesteren 132 slik at åpningen 14 er åpen mot det ringrommet 138 som er dannet mellom formasjonstesteren 132 og veggen til det borehullet som bores. Ringrommet 138 er fylt med boreslam og brønnfluider som kan passere gjennom åpningen 134 og inn i ventilen 130 via åpningen 14. En sikt eller et filter 140 kan være plassert over åpningen 134 for å hindre ødeleggende avfall fra å passere inn i utjevningsventilen 130. Filteret 140 blir holdt i huset 136 ved hjelp av en holdering 144.

Utjevningsventilen 130 er normalt åpen for å tillate ringromsfluider å strøm-me gjennom ventilen 130 fra åpningen 14 til åpningen 16 og inn i passasjen 118 i det indre organet 142. Formasjonstesteren 132 innbefatter en motor som driver en pumpe for å aktivere drivenheten 40 til å bevege pakningen 24 mellom de åpne og lukkede stillingene. I tilfellet med formasjonstesteren 132 kan ventilen 130 være lukket for å tillate formasjonstesteren å utføre en test.

Pakningsinnsatsen 20 er innsatt gjennom åpningen 134 i huset 136 og gjennom åpningen 14 i organet 142 som utgjør en del av de indre komponentene i formasjonstesteren 132. Som vist på fig. 6 er det interne organet 142 anordnet inne i huset 136 til formasjonstesteren 132. Innsatsen 20 kan erstattes i felten om nødvendig. Det vises nå til både fig. 1 og 6 hvor gjengene ved 35 på fig. 1 gjør det mulig for operatøren å isolere og fjerne pakningsinnsatsen 20. Først kan operatø-ren fjerne filteret 140 ved å fjerne holderingen 144 fra huset 136 og så fjerne filteret 140. Innsatsen 20 kan gripes ved å skru to små skruer inn i fjærkappen 28 og løfte innsatsen 20 ut av ventilen 10. Det hydrauliske systemet, innbefattende drivenheten 40, forblir uforstyrret. Ved installasjon av en ny innsats, hjelper skyvestavene 52, 54 operatøren med å orientere innsatsen 20 på riktig måte. Som nevnt før er åpneskyvestaven 54 mindre i diameter enn lukkeskyvestaven 52, noe som gjør det mulig for operatøren å innrette åpneskyvestaven 54 med slissen 150 i glideorganet 50.

Utjevningsventilen 10 kombinerer derfor skjærtetningsteknologi med en smekkvirkende pakningsutførelse som kan skiftes ut i felten uten å forstyrre den hydrauliske kretsen som brukes til å drive ventilen. Denne konstruksjonen kombinerer ytelse i et miljø med skittent fluid med vedlikehold hvis en pakningsfeil skulle inntreffe.

Beskrivelsen ovenfor er ment å illustrere prinsippene og de forskjellige utfø-relsesformene av foreliggende oppfinnelse. Selv om den foretrukne utførelsesfor-men av oppfinnelsen og dens bruksmåte er blitt vist og beskrevet, kan modifikasjoner gjøres av en fagkyndig på området uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. De utførelsesformene som er beskrevet her, er kun eksempler og ikke begrensende. Mange variasjoner og modifikasjoner av oppfinnelsen og anordningen og frem-gangsmåtene som er beskrevet her, er mulige og er innenfor rammen av oppfinnelsen. Beskyttelsesomfanget skal følgelig ikke begrenses av den foregående beskrivelse, men er bare begrenset av de etterfølgende patentkrav hvis ramme innbefatter alle ekvivalenter til innholdet av kravene.

Claims

1. Anordning (10) for å blokkere en fluidstrømning, der anordningen omfatter: en pakningsinnsats (20) med en første åpning (14), en andre åpning (16) og en fluidbane som strekker seg fra den første åpningen (14) til den andre åpningen (16); en fjær (30) med en støtteende og en pakningsende, hvori støtteenden er understøttet av en forsenkning (82) på pakningsinnsatsen (20), og hvor fjæren strekker seg inn i fluidbanen; en pakning (24) koblet til pakningsenden av fjæren (30) ved en tang (80) på pakningen (24); og hvori pakningen (24) er anordnet for frem- og tilbakegående bevegelse nær den andre åpningen mellom en åpen stilling og en lukket stilling, der pakningen (24) tetter den andre åpningen (16) fra fluidbanen i den lukkede stilling,karakterisert vedat pakningen (24) er tilført en forspenningskraft fra fjæren (30); når pakningen (24) er i den åpne stillingen er tangen (80) på pakningen (24) ikke koaksial med forsenkningen (82) på pakningsinnsatsen (20) og fjæren er deformert slik at endene til fjæren (30) ikke er koaksiale; og for å åpnes eller lukkes beveges pakningen (24) ved å gli på en pakningsoverflate (120), idet bevegelsesretningen er transversal til retningen av fluidstrømningen.

2. Anordning ifølge krav 1, der pakningsfjæren (30) strekker seg i en langsgående retning i forhold til fluidbanen når pakningen (24) er i den lukkede stilling.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, ytterligere omfattende: et første stavorgan (52) som er anordnet for frem- og tilbakegående bevegelse inne i en første boring (90) nær den andre åpningen (16) av pakningsinnsatsen (20); et andre stavorgan (54) som er anordnet for frem- og tilbakegående bevegelse inne i en andre boring (92) nær den andre åpning (16) av pakningsinnsatsen (20); der det første stavorganet (52) vender mot det andre stavorganet (54); og der de første (52) og andre (54) stavorganer er utformet for å drive pakningen (24) mellom den åpne og den lukkede stilling.

4. Anordning ifølge krav 3, ytterligere omfattende: et hylseorgan (50) som har en langsgående akse og en åpning (62) som strekker seg gjennom hylseorganet (50) transversalt til den langsgående aksen, der åpningen (62) har en indre overflate; og der pakningsinnsatsen (20) strekker seg gjennom åpningen (62) slik at motstående ender (64, 66) av den indre overflaten av åpningen (62) fjernbart kommer i kontakt med de første (52) og andre (54) stavorganer.

5. Anordning ifølge krav 1 eller 2, der fjæren (30) omfatter en smekkvirkende fjær.

6. Anordning ifølge krav 4, der hylseorganet (50) er hydraulisk bevegbart mellom en åpen stilling og en lukket stilling tilsvarende de åpne og lukkede stillinger av pakningen (24).

7. Anordning ifølge krav 4, ytterligere omfattende: et hus (12); et første stempel (58) understøttet av huset (12); et andre stempel (60) understøttet av huset (12) og som vender mot det første stempel (58); der hylseorganet (50) innbefatter en første sylinder (94) for å motta det før-ste stempelet (58) og en andre sylinder (96) for å motta det andre stempelet (60); og der hylseorganet (50) er anordnet for frem- og tilbakegående bevegelse mellom de første (58) og andre (60) stemplene.

8. Anordning ifølge krav 7, hvor det første stempelet (58) innbefatter en første stempelfluidbane (102) som kommuniserer med en første hydraulisk fluidforsyning (170), og det andre stempel (60) innbefatter en andre stempelfluidbane (112) som kommuniserer med en andre hydraulisk fluidforsyning (160).

9. Anordning ifølge krav 1 eller 2, ytterligere omfattende: en dekkplate (28) som har en andre fluidbane, idet dekkplaten er fjernbart koplet nær den åpne enden av pakningsinnsatsen (20) slik at den andre fluidbanen kommuniserer med den første fluidbanen; og pakningsfjæren (30) er under-støttet av dekkplaten (28).

10. Anordning (132) for å teste en undergrunnsformasjon,karakterisert vedat anordningen omfatter: et sylindrisk verktøyhus (136); en formasjonssondeenhet understøttet av huset (136); en ventil (10) understøttet av huset (136), og en fluidåpning (16) som strekker seg gjennom huset (136) fra ventilen (10) til sondeenheten hvor ventilen (10) omfatter: en anordning ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, og en anordning for å drive pakningen mellom den åpne og den lukkede stillingen; og hvori fluidåpningen (16) og fluidbanen er i fluidkommunikasjon når pakningen (24) er i den åpne stillingen, og hvor fluidåpningen (16) er forseglet fra fluidbanen når pakningen (24) er i den lukkede stillingen.

11. Anordning ifølge krav 10, hvor pakningsinnsatsen (20) til ventilen er fjernbart anordnet i en boring (134) utformet i verktøyhuset (136), idet boringen (134) omfatter en indre overflate med en gjennomgående fluidåpning (16).

12. Fremgangsmåte for å blokkere en fluidstrømning, der fremgangsmåten omfatter: å dirigere en fluidstrømning gjennom en pakningsinnsats (20); å understøtte en fjær (30) slik at fjæren strekker seg inn i fluidstrømningen; å drive en pakning (24) mellom en åpen stilling og en lukket stilling, der fluidet blir tillatt å strømme gjennom pakningsinnsatsen (20) når pakningen (24) er i den åpne stillingen og fluidet blokkeres når pakningen (24) er i den lukkede stillingen,karakterisert vedat pakningen (24) blir forspent ved anvendelse av fjæren (30), når pakningen er i den åpne stillingen deformeres fjæren (30) slik at endene til fjæren (30) ikke er koaksiale; og pakningen drives ved å gli på en pakningsoverflate (120) for å åpnes eller lukkes, idet retningen av aktiveringen er transversal til retningen av fluidstrømningen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, ytterligere omfattende: å løfte pakningsinnsatsen (20) til overflaten av et brønnhull; og å erstatte pakningsinnsatsen (20) med en ny pakningsinnsats på overflaten av brønnhullet.