NO339896B1 - Ventil og fremgangsmåte derav for bruk i brønnhull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ventil som typisk anvendes på nedhullsverktøy i olje- og gassbrønner og særlig en vanninjeksjonsventil.

Bakgrunn

I sekundær utvinning av olje- og gassbrønner er mulig å anvende en teknikk med vanngjennomstrømming for å fremme oljeutvinning. Denne teknikken medfører injeksjon av vann inn i reservoaret og finner normalt sted ved bruk av en eller flere vanninjeksjonsbrønner. Slike ventiler festes typisk til en stigerørslås eller uttrekkbar pakning og føres ned til ønsket dybde. En egnet ventildesign omfatter et legeme forsynt med et sete, som en tallerken eller ei anna tetteflate i ventilen kan hvile mot. Tallerkenen spennes mot setet eller setene for å holde ventilen i en lukket stilling. Vannet som føres ned rørstrengen i et brønnhull vil komme fram til tallerkenen, og vanntrykket vil virke mot belastningen fra fjæra og tvinge tallerkenen vekk fra setet. Vannet ledes deretter gjennom åpninger i tallerkenen, hvorved den tar en omvei for så å returnere til en sentral strømningsvei gjennom ventilen og strømme ved bunnen av samme.

Slike ventiler har flere ulemper. Disse ventilene har typisk ei fjær som utøver en kraft mot tallerkenen for å holde ventilen lukket. Når vannet strømmer vil på denne måten et initialt trykk åpne ventilen, men ventilen har en tendens til å lukkes igjen når trykket faller når fluidet strømmer gjennom ventilen.

En annen ulempe ved disse ventilene er arrangementet av åpningene som vannet strømmer gjennom når ventilen er åpen. På grunn av konstruksjonens natur har typisk disse åpningene liten diameter og vil på denne måten øke trykkfallet gjennom ventilen. Den omledete trange strømnings veien forårsaker også erosjonsproblemer gjennom ventilen og øker potensialet for oppbygging av fragmenter i ventilen som kan forårsake ventilhavari.

Noen vanninjeksjonsventiler er utformet som høytløftende ventiler. Slike ventiler er utformet slik at tallerkenen beveges lett til fullt åpen stilling med den minimale vanninjeksjons-strømningsraten. Uheldigvis fører en slik høytløftende konstruksjon til en svak fjærkraft-konstruksjon som produserer svak resulterende lukkekraft på tallerkenmekanismen. Dette kan føre til problemer med fragmentavsetninger mellom tallerkenen og setet som på denne måten hindrer tetting.

Annen kjent teknikk er beskrevet i US 6533037 B2 og US 2698586 A.

Formål

Et formål med oppfinnelsen er i én utførelsesform av oppfinnelsen å anvise en ventil som overvinner i det minste noen av ulempene med kjente ventiler.

Et annet formål med oppfinnelsen er å framskaffe en vanninjeksjonsventil som oppviser et stort omstrømningstversnitt.

Nok et formål med oppfinnelsen er å framskaffe en vanninjeksjonsventil som er en høytløftende ventil.

Oppfinnelsen

I henhold til et første aspekt av oppfinnelsen er det framskaffet en ventil for bruk i et brønnverktøy, hvilken ventil omfatter et hovedsakelig rørformet legeme omfattende en første ende for tilkopling til en vaierlås eller pakning, hvilken første ende oppviser et første innløp forbundet med strengen som framskaffer en strømningsvei i form av et første tverrsnittsareal, en eller flere innløpsåpninger lokalisert på legemet, hvilke åpninger framskaffer en strømningsvei fra et kombinert tverrsnittsareal som er større enn det første tverrsnittsarealet, en tetningsmontasje omfattende et tetningslokk som kan beveges i forhold til legemet for å åpne og lukke åpningene, hvorved fluidet som strømmer gjennom innløpet flytter tetningslokket til å åpne ventilen og danne en uhindret strømningsvei gjennom innløpet og åpningene med neglisjerbart trykkfall.

Ved å etablere en direkte strømningsvei fra innløpet til utsiden av ventilen gjennom åpningene, som er uhindret, det vil si at tverrsnittsarealet for strømningsveien ikke reduseres, vil en overvinne problemene forbundet med et trykkfall gjennom ventilen.

Åpningene er fortrinnsvis arrangert langs omkretsen av det rørformete legemet. Det er mer foretrukket at tverrsnittsarealet av åpningen er større enn halvparten av det totale overflatearealet av det rørformete legemet. I en foretrukket utførelsesform er to hovedsakelig rektangulære åpninger lokalisert på det rørformete legemet. Åpningene er arrangert slik at de opptar en vesentlig andel av det rørformete legemet for å etablere maksimal flyt av fluidet når ventilen er åpen. I den foretrukkete utførelsen etablerer deler av det rørformete legemet mellom åpningene langsgående skinner.

Tetningsmontasjen omfatter fortrinnsvis ei første tetningsflate og det rørformete legemet omfatter ei andre tetningsflate, og overflatene kontaktes for å lukke ventilen.

Tetningslokket er fortrinnsvis en tallerken og den første tetningsflata er ei utvendig overflate av tallerkenen lokalisert ved en ende av tetningsmontasjen. Den andre tetningsflata er fortrinnsvis et sete lokalisert i omkretsen av ei innvendig overflate av det rørformete legemet. Tetningsmontasjen omfatter helst et forspenningsorgan for å spenne tallerkenen og den første tetningsflata mot den andre tetningsflata.

Forspenningsorganet kan med fordel være ei fjær lokalisert sentralt inne i en lukket kanal i tetningsmontasjen. Fortrinnsvis er en første ende av fjæra er lokalisert ved en bunn av tetningsmontasjen og en motstående ende av fjæra lokalisert ved en bunn av tallerkenen.

Fortrinnsvis er den utvendige overflata av tallerkenen i inngrep med skinnene for å opprettholde lineær bevegelse av tallerkenen inne i det rørformete legemet.

Ventilen omfatter fortrinnsvis et trykkavlastningsorgan for å åpne ventilen ved et forutbestemt fluidtrykk. Trykkavlastningsorganet omfatter fortrinnsvis et skjærorgan som hindrer bevegelse av tallerkenen på tetningsmontasjen. Fortrinnsvis er også den andre tetningsflata lokalisert på en flytende bestanddel. På denne måten holdes tetningen mellom overflatene inntil skjærorganet forskyves. Skjærorganet er fortrinnsvis en fleksibel ring.

Et lastjusteringsorgan er valgfritt lokalisert mellom forspenningsorganene og den første overflata for å variere lasten som utøves av den første overflata på den andre overflata. I en typisk ventil, mens den første overflata nærmer seg den andre overflata for å flytte ventilen til lukket stilling, er lasten fra forspenningsorganet på sitt laveste og potensialet for fragmentoppbygging mellom overflatene er på sitt høyeste. Ved å innlemme et lastjusteringsorgan kan lasten økes mens ventilen er lukket, for å trekke ventilen til den fullstendig lukkete stilling. Dette øker lasten i kontakt mellom overflatene og resulterer i en tettende effekt av ventilen, særlig når ventilen brukes som en høyløfteventil.

Lastregulatoren omfatter fortrinnsvis ei ringfjær. Ringfjæra kan omfatte en inngrepsetablerende del med fjærkrager som rager ut fra samme. Den inngrepsetablerende delen kan være en brakett. Ringen er fortrinnsvis arrangert parallelt med en sentral langsgående akse av ventilen.

Lastregulatoren omfatter fortrinnsvis i tillegg minst en rulle. Denne rulla eller rullene er fortrinnsvis festet på den inngrepsetablerende delen eller braketten.

Rullene er fortrinnsvis lokalisert mot ei løpeflate av ventilen der løpeflata er hovedsakelig parallell med den sentrale aksen. Nærmere bestemt omfatter løpeflata tre avskrådde seksjoner, en første skrånende seksjon i en første vinkel i forhold til løpeflata, ei tredje skrånende overflate med en andre vinkel i forhold til løpeflata og en spiss av den første skrånende overflata er forbundet med bunnen av den tredje overflata for å etablere den andre skrånende overflata.

I en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er den første og andre skrånende overflata vinklet ved om lag nitti grader i forhold til løpeflata. I en alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er den første og tredje løpeflata anbrakt i en bratt vinkel i forhold til løpeflata.

Aller helst er lastregulatoren arrangert på ei innvendig overflate av tallerkenen og løpeflata er arrangert på ei utvendig overflate av det andre rørformete legemet. Denne måten å påvirke fjæra på forårsaker en bevegelse av lastregulatoren langs den utvendige overflata av det andre rørformete legemet. I én utførelsesform sikrer ringfjæra at rullen er lokalisert mot ei skrånende overflate av løpeflata når verktøyet er satt sammen.

Ventilen er fortrinnsvis en injeksjonsventil. Ventilen kan være en vann- eller gassinjeksjonsventil. Alternativt er ventilen en sikkerhetsventil som ville blitt brukt i en sikkerhetsanordning nede i en brønn.

I henhold til et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det framskaffet en framgangsmåte for å injisere et fluid inn i et brønnhull, hvilken framgangsmåte omfatter (a) lokalisere en injeksjonsventil på et forankringsorgan ved en ende av en arbeidsstreng, (b) kjøre strengen til den ønskete dybden,

(c) tette strengen til en vegg av brønnhullet ved bruk av forankringsorganet,

(d) lede fluid ved et første trykk gjennom arbeidsstrengen, og

(e) anvende fluidet til å åpne ventilen og derved injisere fluid gjennom en uhindret vei gjennom ventilen inn i brønnhullet ved samtidig å opprettholde fluidtrykket ved det første trykket.

Injeksjonsventilen er fortrinnsvis i henhold til det første aspektet. Framgangsmåten kan omfatte trinnet med å fange trykket under ventilen. Denne framgangsmåten gjør brønnen sikker ved stenging av ventilen eller dersom det skulle oppstå en plutselig trykkøkning under ventilen.

Aller helst innlemmer injeksjonsventilen trykkavlastningsorganet og framgangsmåten omfatter videre trinnet med å utføre en eller flere trykktester over ventilen.

Mens betegnelsene "opp", "ned", "topp" og "bunn" er brukt i den foreliggende beskrivelsen, bør de anses som relative siden ventilen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan brukes i enhver stilling.

I det etterfølgende er det gitt en beskrivelse av utførelsesformer av oppfinnelsen med henvisning til vedlagte figurer, der

Figur 1 er ei delvis kuttet tverrsnittsskisse gjennom en ventil i henhold til én utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, vist i en (a) åpen og (b) lukket konfigurasjon, Figur 2 viser ei skjematisk skisse av arrangementet av strømningshuset på ventilen i figur 1 der figur 2a er rotert nitti grader med hensyn til figur 2, Figur 3 er ei tverrsnittsskisse av en ventil i henhold til en annen utførelsesform, der den venstre siden av figuren illustrerer ventilen i den åpne konfigurasjonen og den høyre siden illustrerer ventilen i den lukkete konfigurasjonen, Figur 4a og 4b er skjematiske illustrasjoner av posisjonene av tallerkensetet og tallerkenen når ventilen i figur 3 beveges til den lukkete stillingen, og Figur 5 er et diagram som viser en lukkekarakteristikk for en ventil som sammenlikner fjærbelastningen på en tradisjonell injeksjonsventil med den for injeksjonsventilen i figur 3.

Med henvisning til figur 1 er det vist en ventil, generelt indikert med henvisningstall 10, i henhold til en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figur la er ventilen 10 i en åpen konfigurasjon, mens figur lb er ventilen 10 i en lukket konfigurasjon. Fagpersonen vil se at ventilen 10 kan gjenkjennes som en vanninjeksjonsventil, men den kan med letthet tilpasses til en sikkerhetsventil eller andre arrangement som en kan finne på et brønnhullverktøy for å regulere fluidstrøm.

Ventilen 10 omfatter en toppovergang 12 som inkluderer en gjengeseksjon 14 for å forbinde ventilen 10 med et forankringsorgan slik som en lås eller pakning. Ventilen er typisk festet til en vaierlås eller uttrekkbar broplugg og kjørt ned til aktuell dybde, vanligvis i pakningsenderøret. Toppovergangen 12 inneholder en utboring 106. Utboringen eller kanalen 106 er innløpet til ventilen 10 slik at fluid som ledes ned arbeidsstrengen kan komme inn i ventilen. Kanalen 106 har et sirkulært tverrsnitt og framskaffer på det smaleste et strømningstverrsnittsareal ved innløpet.

Et strømningshus 18 holdt på plass med festeskruer 16 er gjenget fast til toppovergangen 12. Utformingen av strømningshuset 18 er fordelaktig for driften av injeksjonsventilen og er beskrevet i det etterfølgende med henvisning til figur 2. Huset 18 er primært et rørformet legeme som framskaffer ei utvendig overflate 20 for ventilen 10. Ved en nedre ende 22 av huset 18 er det festet en bunnovergang eller endelokk 24. Endelokket 24 er gjenget fast til huset 18 og er forhindret fra frigjøring ved hjelp av festeskruer 26.

Endelokket 24 omfatter en kanal 32 i hvilken det er lokalisert et indre rør 34. Det indre røret 34 framskaffer et rørformet legeme med ei indre sylindrisk overflate 36 og ei ytre overflate 38. Ei fjær 42 er montert innenfor den innvendige sylindriske overflata 36 og lokalisert rundt et innvendig rørformet sentreringsorgan 39. Fjæra 42 rager forbi den øvre enden 46 av det innvendige røret 34 og den øvre enden 41 av sentreringsorganet 39.

Sentreringsorganet 39 ligger an mot enden av kanalen 32 i bunnovergangen 24. Sentreringsorganet 39 ligger an mot endelokket 24. For montering er en festering 43 lokalisert mellom sentreringsorganet 39 og røret 34. Sentreringsorganet 39 omfatter også en aksial boring 45 som er innrettet med en utløpsboring 47 gjennom endelokket 24. Disse boringene 45,47 etablerer fluidadgang i kammeret 49 der fjæra 42 er lokalisert.

Den øvre enden av fjæra 42 er avgrenset av et øvre fjærhus 51. Huset 51 omfatter ei sylindrisk hylse 55 med en flens 53 på den utvendige overflata ved en nedre ende av samme. Hylsa 55 er gjenget fast til et lokk 57 ved den øvre enden av fjæra 42. Det innvendige røret 34 omfatter en flens eller krage 59 på ei innvendig overflate ved toppen 46. Kragene 53 og 59 er i inngrep for å hindre langsgående bevegelse for å skille huset 51 fra røret 34.

En tallerken 84 er lokalisert på lokket 57 som etablerer en kon 104 med avrundet nese som er lokalisert i kanalen 106 på toppovergangen 12. Tallerkenen 84 omfatter videre ei delkonformet overflate 108 som inkluderer en kant 110 som etablerer ei tetningsflate 111 for å tette mot et tallerkensete 112 lokalisert på strømningshuset 18. Tallerkensetet 112 etablerer ytterligere ei tetningsflate 113 som når den møter overflata 112 tetter kanalen 106 for å hindre fluidstrøm som kommer inn i boringen 106 fra å unnslippe ventilen 10. Denne konfigurasjonen kan derfor anses for å være en lukket konfigurasjon av ventilen 10. Egnete O-ringer 114a og 114b er lokalisert mellom henholdsvis tallerkensetet 112 og den innvendige overflata 116 av strømningshuset 18, og mellom toppovergangen 12 og strømningshuset 18. Dette hindrer inntrengning av fluid gjennom ventilen 10.

Kanten 110 og således tallerkenen 84 holdes mot tallerkensetet 112 av fjæra 42 og overflatene 111, 113 tetter sammen. Denne lukkete posisjonen er vist i figur lb mens tallerkenen 84 er anbrakt på tallerkensetet 112 og det ikke skjer noen gjennomstrømning i ventilen.

Et tallerkenskjørt 68 er gjenget fast til og holdt med festeskruer 86 til en fordypning 88 på ei utvendig overflate 90 av tallerkenen 84. Skjørtet 68 etablerer en strømlinjet profil som løper tilbake til det innvendige røret 34. Skjørtet 68 er dimensjonert for å passe rundt det innvendige røret 34 og en avskraperring 69 er lokalisert mellom disse. Ringen 69 tillater at tallerkenen 84 beveges i lengderetningen i forhold til røret 34 og huset 18. Til en nedre ende 71 av skjørtet 68 er det festet et skjærringhus 73 som ligger an mot en skjærring 75 lokalisert på den utvendige overflata 38 av røret 34.

På denne måten holdes tallerkenen 84 i en tettende stilling inntil det utøves tilstrekkelig kraft for å forskyve skjærringen 75. Ved forskyvning holdes delene av ringen 75 innenfor skjærringhuset 73. Dette betyr at delene ikke kan komme vekk fra ventilen og forårsake feil ved ventilen eller at deler av skjærringen 75 blir igjen nede i hullet og forårsaker skade på annet utstyr.

Ved å inkludere skjærringen 75 kan tallerkenen 84 holde trykk ovenfor og nedenfor ventilen i den lukkete konfigurasjonen. For å tillate at tallerkenen 84 holder trykk ovenfra, har tallerkensetet 112 et innebygget "flyteorgan", dvs. at toppovergangen 12 og huset 18 etablerer en fordypning ved setet 112 lengre enn lengden av setet 112 slik at den kan beveges lengdeveis mellom definerte grenser. Denne flyten tillater at tallerkenen 84 og setet 112 kan beveges nedover sammen mens fluid tilføres ovenfra. Flyten adresserer også eventuelle toleransekrav og gir tilstrekkelig slaglengde for å sikre at skjærringen 75 forskyves etter ønske bør tallerkensetet 112 bunner ut og tallerkenen 84 kommer ut av setet og tillater at fluid strømmer gjennom passasjen.

Valg av trykklassifisering av skjærringen gir en verdi som trykket kan testes ved over ventilen i lukket konfigurasjon. Det kan utføres et vilkårlig antall tester så lenge totaltrykket i boringen 106 ikke tillates å overstige klassifiseringen av skjærringen 75. Trykket økes deretter til å bryte ringen 75 og tillate at fluid kan injiseres gjennom ventilen 10.

Ved åpning virker fluidtrykk på tallerkenen 84 og den tvinges nedover mot fjæra 42. Mens trykket holdes ved like strømmer fluid fritt og direkte fra boringen 106 til åpningene 132 på huset 18. Grunnet tverrsnittsarealet av strømningsveien 120 gjennom åpningene 132, som i stor grad overstiger innløpsstrømmens tverrsnittsareal ved boringen 106, er det et neglisjerbart trykkfall når ventilen 10 åpnes. Trykket vil på denne måten forbli hovedsakelig konstant gjennom ventilen mens den er åpen og i bruk. Den åpne konfigurasjonen er vist i figur la.

Profilen av nesen 104 sammen med skjørtet 68 etablerer en strømlinjeformet strømningsvei 120 for å maksimere fluidstrøm gjennom ventilen i den åpne posisjonen. Dette fremmes ytterligere ved utformingen av strømningshuset 18 lokalisert rundt det indre røret 34. Dette er illustrert i figur 2.

Figur 2a viser ei sideskisse av huset 18, mens figur 2b viser det samme huset rotert 90 grader. Strømningshuset 18 omfatter et rørformet legeme 130 som har en diameter mindre enn eller lik diameteren av toppovergangen 12. På legemet 130 er det motsatt arrangert to spalter eller åpninger 132. Åpningene 132 er arrangert i lengderetningen og dekker en vesentlig andel av ventilen 10, som begynner ved toppovergangen 12 og slutter nær endelokket 24. Åpningene 132 er hovedsakelig rektangulære i tverrsnitt med en avrundet del 134 mot endelokket 24. Åpningene 134 kan ha enhver valgt dimensjon men må framskaffe et tverrsnittsareal som er større enn tverrsnittsarealet av boringen 106. Fortrinnsvis er tverrsnittsarealet av åpningene om lag en størrelsesorden større enn tverrsnittsarealet av boringen 106. Geometrien i denne utførelsesformen er en følge av valsing gjennom en sylinder formet på ei skrå flate. Åpningene eller portene 132 fjerner en betydelig del av legemet 130 for å etablere maksimal flyt av fluid gjennom ventilen 10. Deler av legemet 30 som er igjen på hver side av åpningene 132 etablerer skinner 136 som brukes til å lede tallerkenen 84 gjennom ventilen uten å hindre dens vei. Som en kan se fra figur 2a er tallerkenen 84 og tallerkenskjørtet hovedsakelig eksponert inne i legemet 130.

Denne utskjæringen i strømningshuset 18 fører til at ventilen 10 har et stort omstrømningsareal som minimerer trykkfallet og erosjonsproblemer gjennom ventilen 10. Dette reduserer i tillegg fragmentoppbygging siden det finnes færre overflater, kanter eller andre overflatearealer som strømningsveien kommer i inngrep med der fragmenter kan samles opp.

I en alternativ utførelsesform kan området av ventilen 10 som er eksponert overfor injeksjonsstrømningsrater slik som nesekonen 104 og overflatene av strømningshuset 18 være belagt med et wolframkarbidbasert belegg. Belegget ledes til områder der retningen av strømmen endres vesentlig. Belegget inkluderes for å hjelpe til med å beskytte ventiltetteflatene mot effektene av erosjonsstrøm særlig når store mengder fragmenter er forventet. Slike belegg er kjent for fagpersonen innenfor nedstrøms kuleventilteknologi.

I en alternativ utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er tallerkensetet 112 gjort omstillbart som vil hjelpe til med å redusere justeringskostnader. I nok en utførelsesform er tallerkensetet framskaffet i form av en myk tetning. Denne utførelsen er slik sett særlig egnet for anvendelser der vann og gass injiseres vekselvis gjennom ventilen og den myke tetningen forbedrer gasstettekarakteristikkene ved ventilen.

En henviser nå til figur 3 som illustrerer en ventil, generelt indikert med henvisningstall 100, i henhold til en andre utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Deler som er like med de i ventilen 10 har samme henvisningstall. Figur 3 viser ventilen 100 i lukket (høyre side) og åpen (venstre side) konfigurasjon. Fagpersonen vil gjenkjenne at ventilen 100 er gjenkjennbar som en vanninjeksjonsventil, men kan være likedan tilpasset for en sikkerhetsventil eller andre arrangement som en vil finne i et brønnverktøy for regulering av fluidstrøm.

Ventilen 100 omfatter en toppovergang 12 som inkluderer en boksseksjon 14 for tilkopling av ventilen 100 til et forankringsorgan, det vil si en lås eller broplugg. Ventilen er typisk festet til en vaier lås eller uttrekkbar broplugg og kjørt ned til aktuell dybde, vanligvis i pakningsenderøret. Til toppovergangen 12 er det fastgj enget et strømningshus 18. Huset 18 er primært et rørformet legeme med ei utvendig overflate 20 til ventilen 100. Ved en nedre ende 22 av huset 18 er det festet en bunnovergang eller endelokk 24. Endelokket 24 er gjenget til huset 18 og er forhindret fra frigjøring ved hjelp av festeskruer 26. Det er også lokalisert en justeringsmutter 28 og en tilgrensende låsemutter 30 slik at den relative posisjoneringen mellom endelokket 24 og huset 18 kan justeres.

Endelokket 24 omfatter en boring 32 som opptar et innvendig rør 34. Det innvendige røret 34 etablerer et rørformet legeme med ei innvendig sylindrisk overflate 36 og ei utvendig overflate 38. Ei fjær 42 er festet innenfor den innvendige sylindriske overflata og ligger an mot en bunn 40 av boringen 32. Fjæra 42 rager forbi den øvre enden 46 av det innvendige røret 34.

Fra enden 46 etablerer den utvendige overflata 38 en hovedsakelig langsgående del 48 som løper parallelt med fjæra 42 som er innrettet på en sentral akse 50 av ventilen 100. Delen 48 møter ei flate 52 som stiger utover fra overflata 38 med en vinkel på om lag syttifem grader. Dette gir en markant avtrapning på den utvendige overflata 38. Deretter etablerer den utvendige overflata en svak avtrapning 56 mot ei andre flate 54 som etablerer ei andre markant flate lik den for flata 52. Mellom hver flate 52,54 og den utvendige overflata 38 rager den svake avtrapningen 56 fra spissen 60 av flata 52 til bunnen 62 av flata 54. Denne avtrapningen 56 er rettet mot den sentrale aksen mens den løper mot endelokket 24.

Under flata 54 er det lokalisert endedeler av ei første ringfjær 66 og et tallerkenskjørt 68. Ringfjæra 66 og tallerkenskj ørtet 68 er gjenget sammen og låst med festeskruer 64. Ringfjæra 66 og tallerkenskj ørtet 68 kan skli på den utvendige overflata 38 av det innvendige røret 34.

Ringfjæra 66 rager mot den øvre enden 70 av ventilen 100 og etablerer ei utkraget frigjøringsfjær avsluttet ved en brakett 72. Braketten 72 er en typisk brakett som etablerer en innvendig 74 og utvendig 76 framstående del. Selv om bare en brakett 72 er illustrert, kan en arrangere et vilkårlig antall rundt det innvendige røret 34. Braketten 72 er forbundet med ei andre ringfjær 78 hvis ende 80 rager mot den øvre enden 70 av ventilen 100. Samlingen av ringfjær 78, brakett 72 og ringfjær 66 "fingre" etablerer en tallerken generelt indikert med henvisningstall 109.

Ringen 109 er typisk formet ved å dreie en profil på en sylinder og deretter å maskinere parallelle spalter gjennom sylinderen aksialt innenfor dens lengde. Mengden parallelle spalter arrangert rundt omkretsen er likt antall fingre (ringfjær 78, brakett 72 og ringfjær 66). Fingrene tjener som ei stang eller avsats støttet ved hver ende. Enden 80 av ringen 109 er sylindrisk og er støttet innenfor ei tilsvarende sylindrisk innvendig overflate 82 av en tallerken 84.

Tallerkenskj ørtet 68 er gjenget og holdt fast med festeskruer 86 på en fordypning 88 på ei utvendig overflate 90 av tallerkenen 84. Ei fjærskive 92 er lokalisert over ringfjæra 78 på tallerkenen 84. Fjærskiva 92 omfatter ei innvendig leppe 94 arrangert for å spenne mot endelokket 24 og holde en øvre ende 96 av fjæra 42.

På braketten 72 er det festet et hjul 102 arrangert slik at det kan løpe oppå den utvendige overflata 38 av det innvendige røret 34. Hjulet 102 kan riktignok være lokalisert på flata 52, løpe langs avtrapningen 56 mot flata 54 som beskrevet i det etterfølgende med henvisning til figur 4. En ende 69 av skjørtet 68 møter ei innvendig overflate 71 av strømningshuset 18. Fjæra 42 er følgelig opptatt mellom en bunn 40 av endelokket 24 og leppa 94 av fjærskiva 92 og dens bevegelse reguleres av bevegelsen av ringen 109 i forhold til den utvendige overflata 38 av det innvendige røret 34.

Tallerkenen 84 etablerer en avrundet nese-kon 104 som er lokalisert i en boring 106 på toppovergangen 12. Tallerkenen 84 etablerer videre ei delkon-formet overflate 108 som omfatter et framspring 110 som etablerer ei tetteflate 111 for å tette mot et tallerkensete 112 lokalisert på strømningshuset 18. Tallerkensetet 112 oppviser ei ekstra tetteflate 113, som når den møter overflata 112, tetter boringen 106 for å hindre fluidstrøm som kommer inn i åpningen 106 fra å strømme ut fra ventilen 100. Denne konfigurasjonen kan derfor anses for å være en lukket konfigurasjon av ventilen 100. Egnete O-ringer 114a og 114b er lokalisert mellom tallerkensetet 112 og den innvendige overflata 116 av strømningshust 18, og mellom henholdsvis toppovergangen 12 og strømningshuset 18. Dette hindrer inntrengning av fluid gjennom ventilen 100.

Framspringet 110 og følgelig tallerkenen 84 holdes mot tallerkensetet 112 initialt av fjæra 42 og videre av ringen 109 når braketten 72 er lokalisert ved flata 52 og hjulet 102 ligger an mot flata 52.1 denne posisjonen er tallerkensetet 112 og tallerkenen 84 nær ved å berøre hverandre. Dette er den stillingen der en typisk vanninjeksjonsventil i henhold til kjent teknikk vil finne dens fjærbelastning på sitt laveste og potensialet for fragmentoppbygging er på sitt høyeste. Ved denne posisjonen tar ringen 109 og særlig ringfjærene 66 og 78 over fra fjæra 42 og driver tallerkenen 84 til den fullstendig etablerte posisjonen mot tallerkensetet 112. Mens dette finner sted løper hjulet 102 ned den bratte flata 52 og lokaliseres der mot samme. Tallerkensetet 112 er nå lokalisert innenfor framspringet 110 ved tallerkenen 84 og overflatene 111,113 tetter sammen.

I denne posisjonen vil ringen 109 utøve en belastning på tallerkenen 84 mot tallerkensetet 112. Ringen 109 har følgelig trukket ventilen til den fullstendig lukkete posisjon. Dette øker kontaktbelastning fra tallerken 84 mot sete 112 og fremmer den resulterende tetteeffekt av ventilen.

Denne lukkete posisjonen er vist på høyre side av figur 3 der tallerkenen 84 er anbrakt på tallerkensetet 112 og det ikke finner sted noen flyt gjennom ventilen. For å initiere flyt gjennom ventilen føres vann eller et annet fluid gjennom boringen 106. Vann vil forårsake trykkoppbygging mot nesen 104 av tallerkenen 84 og skyver den mot endelokket 24.

Åpning av ventilen finner sted mens tallerkenen 84 beveges nedover som vist på venstre side av figur 3. Mens den beveges nedover vil det avdekkes en strømningsvei 120 gjennom huset 18. Ved nedpressing av tallerkenen 84 vil hjulet 102 forårsakes til å løpe opp flata 52. Tetningen mellom overflatene 111 og 113 brytes. Grunnet den tette tilpasningen mellom kanten 110 og setet 112, vil lasten grunnet det nå avlastede trykket være tilstrekkelig til å tillate at hjulet kommer fram til spissen 60. Straks det kommer fram til spissen 60 løper hjulet raskt ned avtrapningen 56 mot flata 54. En ende 69 av tallerkenskjørtet 68 møter ei innvendig overflate 71 av strømningshuset 18. Straks braketten 72 har blitt skjøvet ut av sporet etablert av flata 52 på ventilåpningen, har slepefriksjonen fra ringen 109 blitt minimert slik at den ikke svekker fjæras 42 returkraft.

Når ventilen er åpen opererer følgelig ventilen som en løfteventil. Dette betyr at tallerkenen 84 beveges lett til den fullt åpne stilling med minimal vanninjeksjonsrate. Bruk av den høytløftende utformingen minimerer potensialet for fragmentoppbygging over ventilen ved posisjonen for setet 112 i toppovergangen 12.

Tilbake til figur 3 er det der illustrert et tallerkenskjørt 68. Tallerkenskjørtet 68 er gjenget på fordypningen 88 på tallerkenen 84. Skjørtet 68 framskaffer en strømlinjeformet profil som løper tilbake til gjengene 64 som fester den til ringen 109. En slik profil av nesen 104 sammen med skjørtet 68 framskaffer en strømlinjeformet strømningspassasje 120 for å maksimere fluidflyt gjennom ventilen i den åpne posisjonen. Dette fremmes ytterligere av utformingen av strømningshuset 18 lokalisert rundt det innvendige røret 34. Dette huset 18 er illustrert i figur 2 og er beskrevet foran med henvisning til samme figur. På denne måten er forholdet mellom tverrsnittsarealet av strømningsveien ved boringen 106 mindre enn tverrsnittsarealet gjennom åpningene 132 mens de er åpne.

Denne utskjæringen av strømningshuset 18 fører til at ventilen 100 har et stort omstrømningsareal med neglisjerbart trykkfall og minimerer erosjonsproblemer gjennom ventilen 100. Dette reduserer i tillegg potensialet for oppbygging av fragmenter.

Det skal også bemerkes at ringen 109 er lokalisert inne i et "dødt område" av ventilen 100 der fluidflyt ikke finner sted og dette minimerer virkningene på flyten og holder den vekk fra eventuelle fragmenter som passerer gjennom ventilen 100.

I bruk kjøres ventilen 100 ned i et brønnhull typisk festet til en vaierlås eller uttrekkbar broplugg og kjøres ned til ønsket dybde i lukket konfigurasjon. Straks den har kommet i stilling, tilføres fluid som skal injiseres gjennom ventilen 100 til boringen 106 ved et passende trykk. Fluidtrykk som utøves på nesen 104 av tallerkenen 84 virker mot fjæra 42. Tallerkenen 84 beveges på denne måten fra et tettende inngrep med tallerkensetet 112 i en nedadrettet relativ retning. Ved åpning løper hjulet 102 av ringen 100 opp flata 52 av overflata 38 og løper deretter nedover avtrapningen 56 mot flata 54. En ende 69 av skjørtet 68 møter ei innvendig overflate 71 av strømningshuset 18. Ventilen er nå åpen. Strømningsraten gjennom ventilen finner sted gjennom boringen 106 inn til strømningsdeler 120 og løper ut gjennom åpningene 132 inne i strømningshuset 18.

Når ventilen skal stenges reduseres vanntrykket i boringen 106. Last fra fjæra 42 virker mot tallerkenen 84 for å bevege den tilbake mot tallerkensetet 112. Bevegelsen bevirkes forholdsvis lett mens hjulet 102 av ringen 109 beveges opp avtrapningen 56. Når hjulet 102 kommer fram til spissen 60 av flata 52 tar ringfjærene 66 og 78 over fra fjæra 42 og driver tallerkenen 84 inn i inngrepsposisjon mot tallerkensetet 112. Overflatene 111 og 113 ligger an mot hverandre og etablerer en tetning. I fullkontakt-stilling vil ringen 109 utøve en forspenning på tallerkenen 84 mens hjulet nå er lokalisert mot flata 52.

Med henvisning til figur 5 er det illustrert et diagram som viser ventilposisjon 122 mellom åpen og lukket konfigurasjon mot fjærbelastning på tallerkenen 84. Det er illustrert to diagrammer. Det første 126 viser en typisk lastkarakteristikk for kjente injeksjonsventiler. I denne konfigurasjonen ser en at lasten følger ei rett linje fra en høy fjærbelastning 125 når ventilen er fullstendig åpen og ned til en lavere verdi 123 når ventilen er lukket. Linje 128 illustrerer ventillastkarakteristikkene for en ventil i henhold til minst en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Den initiale gradienten er grunnere enn for den kjente ventilen og kan anses å være tilnærmet en nær konstant belastning. Dette er forårsaket av den svakere starten som kreves for ventilen og gradienten øker ikke siden ventilen er konstruert med en enkelt stor spiralfjær. Linja 128 følger denne lineære nedadrettete veien inntil like før ventilen er lukket ved posisjon 130. Mens ventilen er lukket dannes en ekstra belastning av ringfj ærene 66 og 78 og som et resultat stiger grafen skarpt til en verdi 127 som kan være betydelig høyere enn verdien for fjærlasten hos den tradisjonelle ventilen i den lukkete konfigurasjonen.

Hovedfordelen med den foreliggende oppfinnelsen er at den framskaffer en ventil med et høyt omløpsstrømningsareal med en glatt strømningsvei som minimerer trykkfall og erosjonsproblemer gjennom ventilen mens den også reduserer potensialet for fragmentoppbygging i ventilen. Produksjonsflyten blir på denne måten optimalisert og blir bare begrenset av boringen i forankringsanordningen.

Nok en fordel med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er at den framskaffer en injeksjonsventil som ved innlemming av en skjærring etablerer en barriere mot trykk både ovenfra og nedenfra slik at det kan utføres trykktesting.

En annen fordel med en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er at den framskaffer en ventil for et brønnhullsverktøy der lasten på tallerkenen kan maksimeres når ventilen er lukket og tallerkenen er kontaktet mot tallerkensetet.

Fagpersonen forventes å finne fram til endringer av oppfinnelsen uten å avvike fra oppfinnelsens grunntanke. Selv om det er illustrert en tallerken, kan det anvendes ethvert egnet arrangement av to tetteflater. Dessuten kan størrelse og antall åpninger eller porter i strømningshuset endres til å variere med strømningsragen gjennom ventilen, mens en opprettholder det ønskete forholdet mellom tverrsnittsarealene. I tillegg kan skjørtene forsynes med en strømlinjeformet profil for vannpassasje ovenfra framspring mot hvilke vann nedenfra kan støte sammen med, for å hjelpe til med å returnere tallerkenen til den stengte posisjonen.

Claims (10)

1. Ventil for bruk i et brønnhullsverktøy, hvor ventilen omfatter et hovedsakelig rørformet legeme (130) som omfatter en første ende for tilkopling til en vaierlås eller pakning i en arbeidsstreng, hvorved den første enden har et første innløp (106) som kommuniserer med strengen som etablerer en strømningsvei (120) med et første tverrsnittsareal; én eller flere åpninger eller porter (132) lokalisert på legemet, k a r a k t e r i s e r t ved at portene etablerer en strømningsvei (120) med et kombinert strømningsareal som er større enn det første tverrsnittsarealet; en tetningsmontasje omfattende et tettelokk (84) som er bevegbart i forhold til legemet for å åpne og stenge portene; tettelokket er en tallerken med en første tetteflate (111) og en andre tetteflate (113) i form av et sete (112) lokalisert på en innvendig overflate av det rørformete legemet slik at overflatene når de er i kontakt etablerer en tetning for å stenge ventilen; tetningsmontasjen omfatter forspenningsorgan (42) for å spenne tallerkenen og den første tetteflaten (111) mot den andre tetteflaten (113); hvori en lastregulator er lokalisert mellom forspenningsorganet og den første overflaten for å variere lasten påført av den første overflaten på den andre overflaten og fluidstrøm gjennom innløpet beveger tettelokket for å åpne ventilen og danne en uavbrutt strømningsvei mellom innløpet og portene med neglisjerbart trykkfall.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat det kombinerte tverrsnittsarealet av portene (132) er større enn halvparten av overflatearealet av det rørformete legemet (130) ved portene.

3. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat forspenningsorganet er ei fjær (42) og at fjæra er innkapslet i et hus (51).

4. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat ventilen (10) omfatter trykkavlastningsorgan (75) for å åpne ventilen ved et forutbestemt fluidtrykk.

5. Ventil ifølge krav 4, karakterisert vedat trykkavlastningsorganet er en skjærring (75) som er dimensjonert for å brytes ved et ønsket trykk.

6. Ventil ifølge krav 1, karakterisert vedat ventilen (10) er en høytløftende injeksjonsventil.

7. Fremgangsmåte for å injisere fluid i et brønnhull, karakterisert vedå: (a) lokalisere en injeksjonsventil på et forankringsorgan ved en ende av en arbeidsstreng, (b) føre strengen ned til ønsket dybde, (c) tette strengen mot en vegg av brønnhullet ved bruk av forankringsorganet, (d) lede fluid ved et første trykk gjennom arbeidsstrengen, og (e) anvende fluidet til å åpne ventilen (10) og derved injisere fluid gjennom en uhindret vei gjennom ventilen og inn i brønnhullet ved samtidig å opprettholde fluidtrykket ved det første trykket, hvori injeksjonsventilen er i henhold til krav 1.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat injeksjonsventilen er i henhold til et hvilket som helst av kravene 2, 3, 4, 5, eller 6.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat fremgangsmåten inkluderer trinnet å avtrappe trykket under ventilen (10).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat fremgangsmåten inkluderer trinnet å utføre én eller flere trykktester over ventilen (10).