NO341880B1

NO341880B1 - Symmetriske kutteventil seter

Info

Publication number: NO341880B1
Application number: NO20131528A
Authority: NO
Inventors: Viktor Grennberg; Jan Herland
Original assignee: Aker Solutions As
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2018-02-12
Also published as: US10422197B2; JP2017503118A; WO2015072862A1; GB2536375A; NO20131528A1; BR112016011200B1; CN105765156A; AU2014351087A1; US20160265301A1; GB201608986D0; GB2536375B; BR112016011200A2

Abstract

Oppfinnelsen omhandler en kutteventil som omfatter en ventilblokk, en port, som er glidbar inne i et hulrom i ventilblokken fra en åpen posisjon til en lukket posisjon og kutteposisjon, et øvre sete er anordnet i en øvre del av ventilen mellom ventilblokken og porten, og et nedre setet er anordnet i en nedre del av ventilen mellom ventilblokken og porten. Ventilen omfatter videre et øvre elastisk element som er anordnet mellom det øvre setet og et nedre elastisk element anordnet mellom ventilblokken og det nedre setet. Kutteventilen er karakteristisk ved at kombinasjonen av høyde på det øvre setet, nedre setet, elastisk element og eventuelle avstandsstykker på den nedre siden av porten er valgt slik at den tillate forflytningen for det øvre setet mot ventilblokken og tillatt forflytning for det nedre setet mot ventilblokken, er i hovedsak lik.

Description

Symmetriske kutteventil seter

Oppfinnelsens virkeområde

Denne oppfinnelsen angår en kutteventil og spesielt til en ventil for bruk i olje brønner hvor ventilen kutter en streng og tetter brønnen i nødstilfeller.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ved olje og gass produksjon, og spesielt ved brønnoverhaling eller testing av brønner, er det vanlig med operasjoner med bruk av strenger.

Strenger, for eksempel kabler, liner, vaiere, kveil eller pianostrenger går gjennom brønnhode for a støtte og styre forskjellige verktøy og instrumenter. Ideelt blir strengen fjernet fra brønnen før sluseventilen lukker.

Imidlertid, i noen situasjoner er det ikke mulig å fjerne strengen før ventilen lukkes og ventilen lukkes over strengen. Kutteventiler som har en streng som passerer gjennom den skal være i stand til å kutte strengen mens kutteventilen lukker og opprettholder forsegling av ventilen etter at ventilen er anbrakt i lukket stilling.

Det er viktig at effektiviteten på kuttingen til kutteanordningen er høy for å minimere risikoen for å trekke inn vaier tråder mellom øvre sete og porten når trådene ikke blir kuttet tilstrekkelig, som kan forårsake en utett ventil.

Det må være en klaring mellom ventilblokken og setene for å tillate termisk ekspansjon av porten. Når ventilen lukkes vil den øvre og nedre setet trekkes inn i respektive setelommer i ventilen. I tidligere kjent teknikk er kutteventilen symmetrisk om en senter linje. Dette betyr at setene, elastiske elementer osv, er like på den øvre siden og nedre siden av porten.

Publikasjon US 2013119288 og GB 2352494 viser begge slike kutteventiler for å kutte en streng el i en brønn når ventilen lukkes.

Publikasjonene beskriver kutteventil omfattende en port med kutteelement som er horisontalt glidbart inne i et hulrom i ventilblokken og et øvre og nedre ventilfesteflate og fjær som er anordnet på hver side av porten.

Den øvre og nedre ventilfeste flate er innrettet til å forflytte seg en avstand fra porten mot ventilblokken når kutteelementet presses mot strengen el. Den øvre og nedre ventilfesteflaten og fjærene har lik utforming noe som medfører at ventilfesteflatene beveger seg i lik avstand fra porten mot ventilblokken uten å ta hensyn til tyngden som virker på porten.

I GB 2352494 er det anordnet et belegg på ventilsetet, men dette har som formål å øke slitestyrken til elementet som er i kontakt med kutteelement til kutteventilen.

Ingen av publikasjonene viser således en kutteventil hvor tyngden av porten/kutteelementet blir kompensert for å oppnå en mer effektiv og sikker kutting av strengen el i brønnen.

Vekten av porten er ofte mellom 50 og 120 kg. Tyngdekraften vil trekke porten nedover, dette kan føre til store avvik mellom senterlinjen av porten og senterlinjen til hulrommet av kutteventilen. Dette medfører også en større klaring mellom det øvre setet og ventil blokken enn det nedre setet og ventilblokken.

I denne kutteposisjonen tillates det øvre setet å trekkes inn mer enn det nedre setet. Dette medfører en større klaring mellom det øvre setet og porten enn det nedre setet og porten. Dette blir nærmere forklart nedenfor.

Spesielt representerer typiske flettede vaiere med seig og tynn tråd en risiko for å trekke inn deler av trådene mellom klaringen mellom porten og setene, noe som igjen forårsaker en tetning som lekker.

Det er tungvint å endre kutteventilen i brønnen, det er derfor nødvendig å installere en kutteventil som kan kutte forskjellige typer gjenstander, slik som kabler, vaier, kveiler, piano strenger osv. effektivt i brønnen.

Det eksisterer et behov for en kutteventil som minimerer klaringen mellom det øvre setet og porten i kutte posisjonen, og som øker kutteeffektiviteten på ventilen og således forsikrer at strengen blir kuttet av, dvs kappet fullstendig.

Sammendrag av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer en kutteventil som omfatter en ventil blokk, en port som er glidbart inne i et hulrom i ventilblokken fra en åpen posisjon til en lukket kuttende posisjon, et øvre sete er anordnet i en øvre del av ventilen mellom ventilblokken og porten. Et nedre sete er anordnet i en nedre del av ventilen mellom ventilblokken og porten. Ventilen omfatter videre et øvre elastisk element som er anordnet mellom ventilblokken og det øvre setet, og et nedre elastisk element som er anordnet mellom ventilblokken og det nedre setet. Kutteventilen er særegen ved at kombinasjonen av høyden på det øvre setet og nedre setet, elastiske element og avstandsstykker på nedre siden av porten er valgt slik at en tillatt vandring av det øvre setet mot ventilblokken og en tillatt vandring av det nedre setet mot ventilblokken er i det vesentligste lik.

Betegnelsen «kutteposisjon for ventil», er definert som posisjonen til ventilen når porten er gjenstand for den tyngdekraften som virker til å trekke porten mot det nedre setet.

Fordelaktige utførelsesformer av ventilen er definert i de uselvstendige kravene, til hvor referansen er gjort.

I denne sammenhengen menes det med betegnelsen «lik spalte» at den vertikale klaringen mellom hvert av setene (den ytre delen med utstikker) og porten, ved den øvre delen av hulrommet og den lave delen av hulrommet, er av lik størrelsesorden. Det minimerer risikoen ved ujevn kutting og å dra inn tynne tråder av vaieren mellom porten og setet når spaltene er like.

En utførelsesform av oppfinnelsen er å implementere et elastisk element, for eksempel en fjær, med en elastisitets modus, som resulterer i en høyere kraft på det nedre setet som en kompensasjon for vekten av ventil komponentene i den vertikale stabelen. Denne høyere modulen vil effektivt posisjonere porten i sentrum av ventilhulrommet. Dette tillater setene å trekkes inn i setelommene en lik distanse ved kuttesekvensen og dermed oppnå en lik kutting av trådene på hver side av porten noe som øker kutteeffektiviteten og minimerer risikoen for å trekke in tynne tråder.

En annen fordel med like spalter er at kutte prosessen er mer effektiv, spesielt for tynne flettede strenger med seige og tynne tråder.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er å legge til et avstandsstykke, slik som mellomlegg ved den nedre delen av setet og bruke i hovedsak elastiske element det vil si lik stivhet på fjærene, mellom avstandsstykkene og setet.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er å anordne mindre setelommer på den nedre siden av ventilen og sterkere fjærer på de øvre siden av ventilen.

Kort beskrivelse av figurene

Figur 1 er en isometrisk visning av kutteventilen.

Figur 2- Figur 5 er skjematiske visning av en normalkuttesekvens uten bruk av oppfinnelsen, hvori

Figur 2 viser ventilen i en åpen posisjon.

Figur 3 viser ventilen i en lukket posisjon når porten beveges i en retning X. Figur 4 og 5 viser kuttesekvensen til ventilen.

Figur 6-11 er skjematiske visning av forskjellige utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen, hvori

Figur 6 viser et skjematisk visning av forskjellen mellom tidligere kjent teknikk og den foreliggende oppfinnelsen illustrert ved kreftene som virker.

Figur 7 er et utsnitt av en fordelaktig utførelse av en kutteventil ifølge den foreliggende oppfinnelsen med kraftigere fjærer på det nedre setet.

Figur 8 er et utsnitt av en annen fordelaktig utførelse av den foreliggende oppfinnelsen med mellomlegg eller tillagt materiale på den nedre ventil blokken. Figur 9 er et utsnitt av en ytterligere utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen med mindre fjærlommer på det nedre setet.

Figur 10 er et utsnitt av enda en annen fordelaktig utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen med mellomlegg lagt til mellom det lavere ventilsetet og fjæren.

Figur 11 er et utsnitt av enda en annen fordelaktig utførelsesform ifølge den foreliggende oppfinnelsen med større fjærlomme arrangement i det øvre setet.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Med referanse til figur 1 er det vist et isometrisk visning av en kutteventil.

Figuren viser innsiden av et ventilhus 1 som omfatter en ringformet ventilblokk 2. Denne omfatter et hulrom 3 deri og en passasje 4 formet gjennom huset 1 som krysser hulrommet 3. En port 5 er vist inne i hulrommet og er selektivt glidbar inne i hulrommet. Ringformede seter 6a, 6b er vist koaksialt arrangert i passasjen 4, hvert sete 6a, 6b har en ende som strekker seg inn i hulrommet 3, den indre enden strekker seg mot porten 5 og den ytre enden strekker seg mot ventil blokken2 til ventilhuset 1. Den ytre enden av setet 6a, 6b omfatter to vertikalt delte deler: en del med et elastisk element 8, for eksempel en fjær i en fjærlomme som er festet mellom ventilblokken 2 og setet 6a, 6b og et utstikker 7 som stikker videre ut og er anbrakt mot ventil blokken 2 når setet 6a, 6b presses mot ventil blokken 2 (Dette er bedre vist i figur 2-5).

Det er nødvendig å ha en vertikal klaring mellom setene 6a, 6b og porten 5 for å tillate termisk ekspansjon, komponent toleranser osv. Ved en øvre del av ventilen, er det et mellomrom 9a mellom utstikker 7a på setet 6a og ventilblokken. Ved den nedre delen av ventilen, er det et mellomrom 9b mellom utstikkeren 7b ved setet 6b og ventilblokken 2. Mellomrommet 9a, 9b definerer avstanden setene 6a, 6b har lov å flytte seg mot ventilblokken 2.

Med referanse til Figur 2 er det vist et snittdelt visning av en tradisjonell kutteventil uten bruk av oppfinnelsen. Denne er vist i en åpen posisjon.

Porten 5 omfatter en fast del 5a og en åpning 5b. Åpningen 5b har samme diameter som åpningen i passasjen 4.

Når ventilen er i åpen posisjon er setene 6a, 6b i kontakt med den faste delen 5a av porten 5 langs en ringformet overflate som avgrenser åpningen 5b.

For å holde et initielt kontakttrykk mellom porten 5 og setene 6a, 6b på tross av mellomrommet 9a, 9b mellom utspringet 7a, 7b og ventilblokken, er setet 6a, 6b fjærbelastet med et elastisk element slik som fjærer 8a, 8b som er anordnet slik som tidligere nevnt ved den ytre delen av setene 6a, 6b. Disse er anordnet med en ende mot ventilblokken 2 og den andre enden respektivt anordnet mot setene 6a, 6b.

Mellomrommet 9a mellom utspringet 7a ved det øvre setet 6a og ventilblokken 2 er større enn mellomrommet mellom utspringet 7b ved det nedre setet 6b og ventilblokken 2 pga tyngdekraften som virker på porten 5.

Med referanse til figur 3, er det vist et snitt av kutteventilen 1 fra figur 2. Denne er vist i lukket posisjon. Når ventilen stenges, blir porten 5 glidbart beveget i retning av pilen X, og treffer på et element som skal kuttes, slik som en streng 13.

Kutteposisjonen til ventilen fra Figur 1 er vist i Figur 4 og 5. Ved kuttesekvensen er setene 6a, 6b skjøvet bort fra porten 5 og inn i ventilseter som et resultat av kuttekrefter som oppstår når strengen blir presset mellom porten 5 og setene 6a, 6b. Setene 6a, 6b blir trukket inn til utspringene 7a ved det øvre setet 6a og utspringet 7b ved det nedre setet 6b respektivt er i kontakt med ventil blokken 2.

Den delen av porten 5 som dyttes mot strengen 13 har en kuttekant 10. Denne kuttekanten 10 kutter strengen 13 i en spalte 11a mellom det øvre setet 6a og kuttekanten 10 på den øvre delen av porten 5. Strengen 13 kuttes i en spalte 11b mellom det nedre setet 6b og kuttekanten 10 på den nedre delen av porten 5.

Det øvre setet 6a tillates å bevege seg en lengre distanse enn det nedre setet 6b fordi mellomrommet 9a (Figur 3) er større enn mellomrommet 9b (figur 3). Dette vil igjen føre til at det dannes en større øvre spalte 11a enn en nedre spalte 11b. Ved den øvre spalte 11a kan det ved kutting trekkes inn tråder eller stykker av strengen mellom setet 6a og porten 5 pga en større spalte 11a på oversiden. Deler av strengen 13 kan sette seg fast i mellomrommet slik at ventilen ikke tetter tilstrekkelig etter at den er kuttet.

Prinsippet for problemet og løsningen er vist i Figur 6. Figuren viser porten 5, setene 6a, 6b som hviler mot porten 5, det elastiske elementet 8a er koblet til setet 6a og det elastiske elementet 8b er koblet til setet 6b. I nåværende modeller (som er vist på det venstre siden av figur 6) er kreftene til fjærene Fs like, men motsatte på begge sider av porten 5. Gravitasjonskrefter virker i tillegg på porten 5 i form av en kraft Fn som trekker porten nedover til en posisjon som er nedenfor en senter linje 12 i ventil huset 1. Hvis et elastisk element 21a som virker på det øvre setet 6a og et elastisk element 21b som virker på det nedre setet 6b er asymmetrisk og den nedre fjæren virker med en kraft Fs Fn, vil dette kompensere for gravitasjonskreftene som virker på porten. Porten forblir dermed i senterlinjen av ventilhuset. Dette vil lede til en jevn fordeling av mellomrommet 9a, 9b (Figur 3) ved den øvre siden og den nedre siden av ventilen.

Figur 7 viser et snitt av lukke og kutte ventilen i henhold til en fordelaktig utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figuren vier en kutte ventil 1 som er tilsvarende kutteventilen som er beskrevet i Figur 1-5. Denne omfatter en ventilblokk 2, et hulrom 3, en passasje 4, port 5 og seter 6a, 6b med utspring 7a, 7b som er anordnet som beskrevet tidligere. Et elastisk element, som for eksempel en fjær 18b er festet mellom det øvre setet 6a og ventilblokken 2. Denne ujevne styrken til fjærene 18a, 18b forårsaker en jevnt fordelt ventilklaring på den øvre siden og den nedre siden av ventilen, hvis styrken til fjærene 18a, 18b er valgt riktig.

Dette betyr at et øvre mellomrom 19a mellom det øvre utspringet 7a og ventilblokken 2, og et nedre mellomrom 19b mellom det nedre utspringet 7b og ventilblokken 2, er likt.

Den nedre fjæren 18b har en høyere fjærmotstand enn den øvre fjæren 18a som en kompensasjon for vekten av ventilkomponentene, spesielt vekten av porten og den vertikale stabelen. Setene 6a, 6b tillates å trekkes inn i setelommene en lik distanse gjennom kuttesekvensen og dermed oppnås like kuttespalter på begge sider av porten 5. Dette minimerer risikoen for å trekke inn tråder eller deler av vaieren inn i spalten. (Posisjonen til spaltene er vist i figur 5 med referanse nummer 11a, 11b).

Som et alternativ til en sterkere fjær 18b ved den nedre enden av ventilen, er det anordnet en svakere fjær 18a på den øvre siden av ventilen 1. Dette er en mulig utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Med henvisning til Figur 8 er det vist et snitt av en kutteventil ifølge en fordelaktig utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Figuren viser en kutteventil som er lignende kutteventilen som er beskrevet i Figur 1-5. Denne viser en ventil blokk 2, et hulrom 3 en passasje 4 en port 5, seter 6a, 6b med utspring 7a, 7b og elastiske elementer 8a, 8b. Det øvre elastiske elementet 8a er lik det lavere elastiske elementet 8b. I tillegg er det anordnet en eller flere mellomlegg 30 eller annet tillagt materiale i den nedre delene av ventilblokken 2, mellomleggs materialet eller materialene 30 er anordnet mellom det lavere elastiske elementet 8b og ventilblokken 2.

Sammentrykkingen av det lavere elastiske elementet 8b er påvirket av tykkelsen på mellomlegget eller mellomleggene 30. Mellomlegget eller mellomleggene 30 har en passe tykkelse for å opprettholde en jevnt fordelt ventilklaring på den øvre siden av ventilen og samtidig et øvre mellomrom 19a og et nedre mellomrom 19b som er like. Som et alternativ til mellomlegg 30 ved den nedre siden av ventilen, er det en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen å fjerne deler av ventilblokken 2 hvor det øvre elastiske elementet 8a er anordnet i ventilblokken 2 for å oppnå det samme resultatet.

Figur 9 viser et snitt av kutteventilen ifølge en annen fordelaktig utførelsesform. Figuren viser en kutteventil lignende kutteventilen beskrevet i Figur1-5, denne omfatter en ventil blokk 2, et hulrom 3, en passasje, en port 5 og seter 6a, 6b med utspring 7a, 7b. I denne utførelsesformen til oppfinnelsen er fjærlommer 28b som er festet til det lave setet 6b mindre enn fjærlommene som er festet til det øvre setet 6a. Dette medfører en jevnt fordelt ventilklaring på den øvre siden og den lave siden av ventilen og derfor et øvre mellomrom 19a og et nedre mellomrom 19b som er likt, som tidligere beskrevet i de andre utførelsesformene av oppfinnelsen.

Figur 10 viser et snitt av en kutteventil ifølge enda en utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utførelsesformen er mellomlegget eller mellomleggene 30 lagt til mellom det nedre setet 6b og det elastiske elementet 8b. Det elastiske elementet 8a, 8b ved den øvre delen og den nedre delen av ventilen er lik, slik som utførelsesformen beskrevet i Figur 8. Dette leder også til en mer sammentrykt nedre elastisk element 8b og en jevnt fordelt ventilklaring på den øvre siden og den øvre siden av ventilen. Dette resulter i en likt øvre mellomrom 19a og et nedre mellomrom 19b.

Som et alternativ til mellomlegg 30 på den nedre siden av ventilen er det en utførelsesform av oppfinnelsen å fjerne deler av det øvre setet 6a hvor det øvre elastiske elementet 8a er anordnet mot setet 6a for å oppnå samme resultat.

Figur 11a viser et utsnitt av kutteventilen ifølge en annen mulig utførelsesform av oppfinnelsen. Figuren viser en kutteventil som er liknende kutteventilen som er beskrevet i Figur 1-5. Denne omfatter en ventilblokk 2, et hulrom 3 en åpning 4, en port 5 og seter 6a, 6b med utspring 7a, 7b. I denne utførelsesformen til oppfinnelsen er det anordnet stivere elastiske elementer slik som slik som fjærer 38a på det øvre setet 6a dvs fjærlommene på det øvre setet 6a er større enn fjærlommene ved det nedre setet 6b. Et passende forhold mellom størrelsen (dybden) på den øvre og nedre fjærlommen fører til samme resultat som tidligere utførelsesformer: en jevnt fordelt ventil klaring på den øvre siden og den nedre siden av ventilen og derfor et likt øvre mellomrom 19a og et nedre mellomrom 19b.

Kutteventilen til oppfinnelsen kan omfatte ethvert trekk som er beskrevet eller illustrert, i enhver fungerende kombinasjon, hver fungerende kombinasjon er en utførelsesform av oppfinnelsen.

Claims

Krav

1. Et kutteventil omfatter en ventilblokk (2) og en port (5), som er glidbar i horisontalretningen inne i et hulrom (3) i ventilblokken (2) fra en åpen posisjon til en lukke og kutteposision, et øvre sete (6a) er anordnet på en øvre del av ventilen (1) mellom ventilblokken (2) og porten (5), og et nedre sete (6b) er anordnet i en nedre del av ventilen (1) mellom ventilblokken (2) og porten (5), et øvre elastisk element (8a;18a;28a;38a) er anordnet mellom ventilblokken og det øvre setet (6a), og et nedre elastisk element (8b;18b;28b;38b) er anordnet mellom ventilblokken og det nedre setet (6b) k a r a k t e r i s e r t v e d at kombinasjonen av høyde på det øvre setet (6a) og det nedre setet (6b), elastisk elementene (8a;8b;18a;28a;28b;38a;38b) og eventuelle avstandsstykker (30) på den nedre siden av porten (5) er valgt slik at en tillat forflytning (mellom rom 9a) for det øvre setet (6a) mot ventilblokken (2) og en tillat forflytning (mellomrom 9b) for det nedre setet (6b) mot ventilblokken(2) er i hovedsak lik.

2. En kutteventil ifølge krav 1, hvori de elastiske elementene (8a;8b;18a;28a;28b;38a;38b) omfatter minst en øvre fjær (18a), og minst en nedre fjær (18b), nevnte øvre fjær (18a) er koblet til det øvre setet (6a) og nevnte nedre fjær (18b) er koblet til det nedre setet (6b), den nedre fjæren (18b) har høyere elastisitets koeffisient enn den øvre fjæren (18a).

3. En kutteventil ifølge krav 1 eller 2, hvori avstandsstykkene omfatter minst et mellomleggstykke (30).

4. En kutteventil ifølge krav 3, hvori mellomleggstykket (30) er anordnet mellom det nedre elastiske elementet (8b) og ventilblokken (2).

5. En kutteventil ifølge krav 3, hvori mellomleggstykket er anordnet mellom den nedre setet (6b) og det nedre elastiske elementet (8b).

6. En kutteventil ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, hvori en fjærlomme (28b) for den nedre setet er mindre enn en fjærlomme (28a) for det øvre setet (6a).

7. Bruk av kutteventil ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, hvori bruken omfatter kutting av en streng og forsegling brønnen i nødstilfeller.