NO340630B1

NO340630B1 - Glidehylseinnretning til bruk inne i en brønnboring

Info

Publication number: NO340630B1
Application number: NO20081964A
Authority: NO
Inventors: Alfredo Gomez
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2017-05-15
Also published as: US20070089887A1; GB2444893A; CA2626948A1; GB0807900D0; WO2007050618A1; CA2626948C; GB2444893B; NO20081964L; US7445047B2

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Opprinnelsens område

[0001]Oppfinnelsen vedrører generelt glidehylseinnretninger av den type som brukes inne i en brønnboring, og mer bestemt design av tetninger som brukes inne i en glidehylseinnretning.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002]Glidehylseinnretninger brukes for å tillate selektiv fluidkommunikasjon mellom en strømningsboring og et omgivende ringrom i en brønnboring. Innretningene brukes typisk som ventiler som selektivt åpnes og/eller stenges for å utføre en bestemt funksjon inne i brønnboringen. En typisk bruk for slike ventiler er å injisere kjemiske inhibitorer, stimulerende midler eller lignende inn i ringrommet fra brønn-boringen. Under produksjonsfasen blir glidehylseventiler ofte brukt til å regulere mengden av strøm av produksjonsfluid fra ringrommet inn i strømningsboringen. Mange andre bruksområder for disse innretninger er kjent innen teknikken.

[0003]Konvensjonelle glidehylseinnretninger inkluderer et ytre hus med minst en siderettet fluidstrømningsport anordnet deri. Et hylseorgan er anordnet inne i huset og er forskyvbart mellom første og andre posisjoner for selektiv kommunisering og isolering av fluidkommunikasjonsporten i forhold til det indre av verktøyet. Hylseorganet kan forskyves hydraulisk, ved bruk av et forskyvningsverktøy, eller ved bruk av andre teknikker som er kjent innen teknikken. Sett av tetninger er typisk lokalisert på den ene eller begge de aksiale sider av fluidstrømningsporten(e) for å danne en fluidtetning mellom hylseorganet og huset. Disse tetninger er viktige for-di de hindrer lekkasje inn i eller ut av ventilinnretningen mens hylseventilen er stengt. I mange konvensjonelle ventildesign er tetningene stablede sett av vinkelformede tetningsorganer som er dannet av termoplastisk materiale. Et eksempel på et konvensjonelt tetningssett er beskrevet i US-patent 5,309,993, bevilget til Coon et al. Dette patent eies av rettsetterfølgeren for den foreliggende oppfinnelse og innlemmes herved som referanse. Bruken av termoplastiske materialer tillater at tetningsorganene bøyer seg og krummer seg litt, for å bevirke en bedre fluidtetning, hvilket er beskrevet i detalj i US-patent 5,309,993.

[0004]Selv om standard termoplastiske tetninger virker godt for de fleste applikasjoner, har teknologien fortsatt å utvikle seg for å tillate at oljeboring finner sted på dypere intervaller og følgelig under høyere trykk og temperaturer. Begrensninger på bruken av glidehylseinnretninger ved disse lavere dybder blir påtvunget av det økte trykk og de økte temperaturer på tetningene. I applikasjoner hvor det er en høy trykkdifferanse mellom den indre strømningsboring og det omgivende ringrom, vil åpning og stenging av hylseventilen bryte ned tetningene. Når hylsen forskyves fra en stengt posisjon til en åpen posisjon, eller omvendt, vil fluid passere gjennom strømningsporten(e) under stort trykk og forsøke å passere mellom hylseorganet og det ytre hus. De termoplastiske tetningsorganer vil bli utsatt for store erosjons-krefter, og være tilbøyelige til å slites bort. Etter gjentatt bruk under slike betingel-ser, kan tetningene bli ubrukbare.

[0005]Enkelte nåværende tetningsdesign har tilført en diffusor-ring til hylseventilen for å hjelpe til med å redusere hastigheten til fluid som passerer gjennom strømningsporten(e) når hylseorganet forskyves mellom åpne og stengte posisjoner. Et eksempel på denne type av diffusor-ring er beskrevet i US-patent nr. 5,309,993, bevilget til Coon et al. Selv om diffusor-ringen er nyttig, løser den ikke fullstendig problemet med erosjon av de termoplastiske tetningsorganer.

[0006]Den foreliggende oppfinnelse løser problemene ved den kjente teknikk.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0007]Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en glidehylseinnretning til bruk inne i en brønnboring, kjennetegnet ved at innretningen omfatter: et rørformet hus som avgrenser en strømningsboring; en hylse som er bevegelig i forhold til huset og som kan tettes med hensyn til huset; en tetningssammenstilling som danner en fluidtetning med både huset og hylsen, tetningssammenstillingen omfatter: 1) en termoplastisk tetningskomponent som har tettende overflater for å danne fluidtetninger både mot huset og hylsen; og 2) en metallisk tetningskomponent som danner en fluidtetning både mot huset og hylsen, den metalliske tetningskomponent omfatter et ringformet C-tetningsringorgan; og en endeadapter-støttering i kontakt med den metalliske tetningskomponenten for demping av den metalliske tetningskomponent til kontakt med deler av huset.

[0008]Foretrukne utførelsesformer av glidehylseinnretningen er videre utdypet i kravene 2 til og med 6.

[0009]Det er omtalt en forbedret tetningssammenstilling til bruk i glidehylseventiler. Tetningssammenstillingen inkorporerer et antall av ringformede, vinkelformede tetningselementer som er i en stablet konfigurasjon. Tetningselementene er fortrinnsvis dannet av et termoplastisk materiale og tilveiebringer en fluidtetning mellom det ytre hus og det indre hylseorgan i glidehylseventilen. I tillegg inkluderer tetningssammenstillingen fortrinnsvis et par ringformede metalliske tetningsorganer som har et C-ring tverrsnitt (en "C-tetning"). På motsatte aksiale sider av hver metalliske C-tetning er det en C-tetningsholdering og en endeadapter som er utformet og dimensjonert til å assistere de metalliske C-tetninger til å bli aksialt sammentrykket og ikke-sammentrykket for elastisk å tette mot både det indre hylseorgan og det ytre hus.

[0010]I operasjon danner de termoplastiske tetningselementer av tetningssammenstillingen en dynamisk fluidtetning både mot det ytre hus og det indre hylseorgan. Videre tilveiebringes elastisk metall-mot-metall kontakt av C-tetningsparti-ene av tetningssystemet både mot det ytre hus og hylseorganet. Den metalliske konstruksjon av C-tetningene tilveiebringer erosjonsbestandighet og beskyttelse for de termoplastiske komponenter i tetningssystemet. I tillegg hjelper de metalliske C-tetninger og deres bestemte konstruksjon tetningssystemet med å virke som en fluiddiffusor under åpning og stenging av hylseventilen.

[0011]Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et tetningssystem som tillater en hylseventil å opereres ved høyere temperaturer og trykk enn konvensjonelle glide-hylser. I tillegg tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en glidehylseventil som er mer robust enn konvensjonelle hylseventilsammenstillinger og tilveiebringer en større driftslevetid.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0012]For detaljert forståelse av oppfinnelsen vises det til den følgende detaljerte beskrivelse av de foretrukne utførelser, sett sammen med de ledsagende tegnin-ger hvor henvisningstegn angir like eller lignende elementer gjennomgående på de flere figurer på tegningene.

[0013]Figur 1 er et kvart tverrsnittsriss fra siden av en eksemplifiserende glidehylseventil som inkorporerer en tetningssammenstilling som er tilvirket i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og som er i en åpen posisjon for å tillate fluidkommunikasjon over ventilen.

[0014]Figur 2 er et kvart tverrsnittsriss sett fra siden av den hylseventil som er vist på fig. 1, nå i en stengt konfigurasjon.

[0015]Figur 3 er et tverrsnittsriss sett fra siden av en eksemplifiserende tetningssammenstilling som er tilvirket i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

[0016]Figur 4 er et forstørret riss av partier av tetningssammenstillingen på fig. 3.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRELSER

[0017]Figurene 1 og 2 illustrerer en eksemplifiserende glidehylseventil 10. Hylseventilen 10 inkluderer et rørformet ytre hus 12 og et indre hylseorgan 14 som er aksialt bevegelig i forhold til det ytre hus 12 mellom åpne, sirkulerende og stengte posisjoner, hvilket er kjent innen teknikken. Det ytre hus 12 inkluderer en øvre rør-del 16 som har et gjenget endeparti 18 for sammenkobling med andre partier av en produksjonsstreng (ikke vist) på en måte som er kjent innen teknikken. En siderettet fluidstrømningsport 20 er anordnet gjennom den øvre rørdel 16 for å tillate fluidkommunikasjon mellom utsiden av den øvre rørdel 16 og den aksiale strøm-ningsboring 22 som er avgrenset deri. Nedenfor strømningsporten 20 er det en indre ringformet utsparing 24 som holder en diffusor-ring 26 på plass deri. Diffusor-ringen 26 virker slik at den reduserer fluidstrømningsmengden inn i eller ut av ventilen 10 under åpning eller stenging for å hjelpe til med å hindre skade på tetningssammenstillingen 34. Diffusor-ringen 26 er fortrinnsvis av den type som er beskrevet i US-patent nr. 5,156,220, bevilget til Forehand et. al. Dette patent eies av rettsetterfølgeren for den foreliggende oppfinnelse, og innlemmes heri som referanse.

[0018]Den øvre rørdel 16 er ved hjelp av en gjenget forbindelse 28 fastholdt til en nedre rørdel 30. En ringformet tetningsgland 32 er avgrenset inne i det radialt indre av rørdelen 16. Tetningssammenstillingen 34 er anordnet inne i tetningsglanden 32. Strukturen og operasjonen av tetningssammenstillingen 34 vil straks bli beskrevet i nærmere detalj.

[0019]Det indre hylseorgan 14 har en eller flere siderettede strømningspassasjer 36 som er anordnet gjennom hylseorganet 14. På fig. 1 er hylseventilen 10 i en åpen konfigurasjon hvor hylseorganet 14 er anordnet aksialt inne i det ytre hus 12, slik at de siderettede fluidstrømningspassasjer 36 er hovedsakelig innrettet med den eller de ytre fluidstrømningsporter 20, slik at fluid kan overføres fra utsiden av det ytre hus, inn gjennom både porten(e) 20 og passasjene 36 og den indre strøm-ningsboring 22 i ventilen 10. På fig. 2 har det indre hylseorgan 14 blitt aksialt for-skjøvet til den stengte konfigurasjon, slik at de siderettede fluidpassasjer 36 i det indre hylseorgan 14 ikke lenger er innrettet med den eller de ytre fluidstrømnings-porter 20, og den fluidtetning som er dannet av tetningssammenstillingen 34 vil virksomt hindre fluidkommunikasjon mellom porten(e) 20 og passasjene 36. I den stengte posisjon er fluidkommunikasjon mellom den indre strømningsboring 22 og utsiden av ventilen 10 blokkert.

[0020]Med henvisning til fig. 3 og 4 vil strukturen og operasjonen av tetningssammenstillingen 34 bli beskrevet i nærmere detalj. Tetningssammenstillingen 34 tilveiebringer to-veis fluidtetning og ligner i mange henseende den vinkeltetning som er beskrevet i US-patent nr. 5,309,993. På fig. 3 kan det ses at tetningssammenstillingen 34 inkluderer en ringformet senterring-adapter 38 som oppviser indre og ytre radiale sideoverflater 40, 42. De aksiale sider av senterring-adapteren 38 oppviser aksiale nesepartier 44, 46. Vinkeltetninger 48, 50, 52 og 54 er stablet på nesepartiet 44, og vinkeltetninger 56, 58, 60 og 62 er stablet på nesepartiet 46. Vinkeltetningene 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60 og 62 er plastisk deformerbare organer som fortrinnsvis er dannet av et termoplastisk materiale. Passende termoplastiske materialer til bruk i denne applikasjon inkluderer polyetereterketon (PEEK) og polytetrafluoretylen, selv om andre egnede termoplastiske materialer kan brukes. Vinkeltetningene 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60 og 62 er også fortrinnsvis av den type som er beskrevet i US-patent nr. 5,309,993, bevilget til Coon et al.

[0021]C-tetningsholderinger 64, 66 er i kontakt med hver av de ytterste vinkeltetninger 54, henholdsvis 62. Hver av C-tetningsholderingene 64, 66 inkluderer et parti 68 med utvidet diameter som oppviser en aksial sideoverflate 70 som er V-formet. Hver av C-tetningsholderingene 64, 66 har også som karakteristisk trekk et parti 72 med redusert diameter som strekker seg aksialt utover fra partiet 68 med utvidet diameter. Det radialt reduserte parti 72 inkluderer et hodeparti 74 og en radialt redusert utsparing 76 som er lokalisert mellom hodepartiet 74 og partiet 68 med utvidet diameter.

[0022]Hodepartiet 74 av C-tetningsholderingene 64, 66 har kontakt med den indre overflate 78 av en C-tetningsring 80. C-tetningsringen 80 er fortrinnsvis dannet av et ikke-elastomerisk materiale, og mer foretrukket et metall som har høy fasthet og holdbarhet. Et for det inneværende foretrukket metall for C-tetningen er 718 Inconel. C-tetningsringen 80 har et C-formet tverrsnitt, som illustrert på fig. 3 og 4. C-tetningsringen har form-minne og er i stand til å trykkes sammen radialt, slik at kantpartiene 82, 84 av ringen 80 kan presses inn i utsparingen 76 i C-tetningsholderingene 64, 66. C-tetningsringen 80 er fortrinnsvis belagt med en overflate-plettering av et friksjonsbestandig materiale. Det friksjonsbestandige materiale kan være et hvilket som helst av et antall av kjente friksjonsbestandige substanser, inkludert Teflon®.

[0023]En endeadapter-støttering 86 er anordnet i kontakt med den utvendige overflate 90 av hver av C-tetningsholderingene 64, 66. Endeadapter-støtteringene 86 er fortrinnsvis dannet av et termoplastisk materiale for å tilveiebringe en elastisk støtpute mellom C-tetningsringene 80 og endeveggoverflatene av tetningsglanden 32. Støtteringene 86 oppviser en første krum aksial overflate 90 som er utformet og dimensjonert til å ligge an mot den krumme utvendige overflate 88 av C-tetningsringene 80. Støtteringene 86 oppviser også en annen aksial overflate 92 som er hovedsakelig flat for kontakt med endeoverflatene av tetningsglanden 32 på en fluktende måte.

[0024]Figur 4 tilveiebringer en illustrasjon av hvordan tetning er tilveiebrakt av tetningssammenstillingen 34. Selv om kun halvparten av tetningssammenstillingen 34 er vist på fig. 4, vil det forstås at den andre halvdel av tetningssammenstillingen

34 vil funksjonere på den samme måte. Som vist er alternerende vinkeltetninger 50 og 54 plassert i tettende kontakt med den nedre rørdel 30 og glidehylseorganet 14. I tillegg er C-tetningsringene 80 også i tettende kontakt både med den nedre rørdel 30 og hylseorganet 14. Dette danner en metall-mot-metall tetning mellom tetningssammenstillingen 34 og både hylseorganet 14 og det ytre hus 12.[0025]I operasjon tilveiebringer tetningssammenstillingen 34 en dynamisk tetning mellom to bevegelige overflater som er dannet av hylseorganet 14 og den nedre rørdel 30. Vinkeltetningene 50, 54 presses inn i denne tettende kontakt når nese-partiene 94 av nabovinkeltetningene 48 og 52 kiles inn i de V-formede aksiale overflater 96 av tetningene 50, 54. Hver av vinkeltetningene 48, 50, 52, 54 har et par av dynamiske vingepartier 98, 100 som strekker seg utover og bakover fra nesepartiet 94. Vingepartiene 98, 100 definerer en spiss vinkel i forhold til hver-andre og oppviser tettende overflater 102, 104 som (i tilfelle av tetningene 50 og 54) tilveiebringer en fluidtetning mot den nedre rørdel 30 henholdsvis hylseorganet 14. Den halvstive karakter av det termoplastiske materiale som utgjør vinkeltetningene 50, 54 vil tillate at en elastisk tetning dannes mot hylseorganet 14 selv mens hylseorganet 14 blir aksialt forskjøvet.

[0026]C-tetningsringene 80 tilveiebringer beskyttelse for de indre vinkeltetninger 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 og C-tetningsholderingene 64, 66 mot erosjon og slitasje som er et resultat av at brønnboringsfluider passerer gjennom strømnings-portene 20, 36 under høye trykk og temperaturer. Slike fluider er tilbøyelige til å migrere inn mellom det ytre hus 12 og glidehylseorganet 14 når ventilen 10 be-veges mellom åpnede og stengte konfigurasjoner. Når differansetrykket over ventilen er svært høyt, vil fluidet begynne å erodere de termoplastiske elementer i konvensjonell tetninger svært hurtig. Erosjonsprosessen akselereres også når fluidene har økt temperatur. De ikke-elastomeriske C-tetningsringer 80 hjelper til med å beskytte de indre termoplastiske elementer i tetningssammenstillingen mot fluiderosjon ved å tjene som en beskyttende barriere. I tillegg vil passasje av fluidet mellom C-tetningsringene 80 og overflatene av det ytre hus 12 og hylseorganet 14 virke slik at det reduserer hastigheten til fluidet før det når de indre vinkeltetningskomponenter 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62. C-tetningskomponent-ene 80 i tetningssammenstillingen 34 vil således hjelpe til med å virke som et fluiddiffusor-element under åpning og stenging av ventilen 10. C-tetningsringene 80 hjelper også til med å hindre ekstrudering av termoplastiske komponenter ut av tetningsglanden 32.

[0027]Tetningssammenstillingen 34 tilveiebringer en aksial to-veis fluidtetning. En metal-mot-metal tetning etableres nær hver aksiale ende av tetningssammenstillingen 34. Strømningsmengden til fluid som for eksempel passerer fra venstre til høyre på fig. 3, vil bli redusert av C-tetningsringen 80 som er tilstøtende støtte-ringen 64, hvilket beskytter de indre vinkeltetninger 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 mot erosjon. Omvendt, hvis fluid passerer fra høyre til venstre på fig. 3, vil de indre vinkeltetninger 48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62 bli beskyttet mot erosjonsskade av C-tetningsringen 80 som er tilstøtende støtteringen 66.

[0028]I praksis vil tetningssammenstillingen 34 tilveiebringe en mer holdbar og mer varig tetning over et større område av trykk og temperaturer, hvilket forbedrer evnen til ventilen 10 til å operere på en virksom måte. De termoplastiske elementer tilveiebringer fluidtetning ved lavere trykk og temperaturer. Ved høyere trykk og temperaturer, som overstiger ytelsen til de termoplastiske materialer, vil C-tetningsringene 80 tilveiebringe tetting. Trykksatt fluid i og rundt tetningssammenstillingen 34 vil være tilbøyelig til å øke metall-mot-metall tetningen ved å virke på de indre overflater 78 av C-tetningsringene 80. Dette fluidtrykk vil presse C-tetningsringene 80 mot en aksialt utvidet tilstand som vil tilveiebringe en sterkere fluidtetning.

[0029]De som har fagkunnskap innen teknikken vil forstå at tetningssammenstillingen 34 er nyttig innenfor et bredt mangfold av glidehylseinnretninger, inkludert de hylser av "CM"- og "HCM"-typen som selges kommersielt av Baker Oil Tools, Houston, Texas. De som har fagkunnskap innen teknikken vil innse at tall-rike modifikasjoner og forandringer kan gjøres med de eksemplifiserende design og utførelser som her er beskrevet, og at oppfinnelsen kun er begrenset av de følgende krav.

Claims

1. Glidehylseinnretning (10) til bruk inne i en brønnboring,karakterisert vedat innretningen omfatter: et rørformet hus (12) som avgrenser en strømningsboring (22); en hylse (14) som er bevegelig i forhold til huset (12) og som kan tettes med hensyn til huset (12); en tetningssammenstilling (34) som danner en fluidtetning med både huset (12) og hylsen (14), tetningssammenstillingen (34) omfatter: 1) en termoplastisk tetningskomponent som har tettende overflater for å danne fluidtetninger både mot huset (12) og hylsen (14); og 2) en metallisk tetningskomponent som danner en fluidtetning både mot huset (12) og hylsen (14), den metalliske tetningskomponent omfatter et ringformet C-tetningsringorgan (80); og en endeadapter-støttering (86) i kontakt med den metalliske tetningskomponenten for demping av den metalliske tetningskomponent til kontakt med deler av huset (12).

2. Glidehylseinnretning (10) ifølge krav 1, karakterisert vedat den termoplastiske tetningskomponent omfatter: en ringformet senterring-adapter (38) som har indre og ytre radiale sideoverflater (40, 42) og første og andre aksiale nesepartier (44, 46); en første flerhet av ringformede vinkeltetninger (50, 54) anordnet i en stablet konfigurasjon og i kontakt med det første aksiale nesepartiet (44, 46); en andre flerhet av ringformede vinkeltetninger (48, 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62) anordnet i en stablet konfigurasjon og i kontakt med det andre aksiale nesepartiet (44, 46).

3. Glidehylseinnretning (10) ifølge krav 1, karakterisert vedat det videre omfatter en ringformet C-tetningsholdering (64, 66) som er anordnet mellom huset (12) og hylsen (14), C-tetningsholderingen omfatter et parti med utvidet diameter som har en generelt V-formet overflate for anlegg mot vinkeltetningen (48, 50, 52, 54); og et parti med redusert diameter for anlegg mot en indre overflate i C-tetningen, partiet med redusert diameter har en utsparing for mottak av aksiale ender av C-tetningsringens (80) tverrsnitt når C-tetningsringen (80) er aksialt sammentrykket.

4. Glidehylseinnretning (10) ifølge krav 1, karakterisert vedat den metalliske tetningskomponent har en ytre plettering av friksjonsbestandig materiale.

5. Glidehylseinnretning (10) ifølge krav 4, karakterisert vedat det friksjonsbestandige materialet omfatter TEFLON® belegg.

6. Glidehylseinnretning (10) ifølge krav 1, karakterisert vedat den termoplastiske tetningskomponent utgjøres av PEEK.