NO344387B1 - Brønnhullssperreventil - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en brønnhullsventil omfattende et hus som har en gjennomgående passasje, og en kule som har en gjennomgående boring, roterbart montert for å rotere uten translasjon om sin akse for å innrette og feilinnrette boringen med passasjen. Det tekniske området for oppfinnelsen angår brønnsperreventiler, blant andre anvendelser, en ventil for å danne en kjøringssluse nede i brønnen som gjør det mulig for en streng å bli satt sammen i en aktiv brønn ved isolasjon av en nedre del av brønnen, og mer spesielt trekk vedrørende slike ventiler i forbindelse med å låse dem, sammenstille dem og teknikker for fremstilling av komponenter.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Ventiler for kjøringssluser er ventiler som brukes nede i brønnhull for å gjøre det mulig for lange sammenstillinger å bli satt sammen i brønnen over den lukkede kjøringssluseventilen med brønntrykk videre under den lukkede kjøringssluseventilen. Disse ventilene blir ofte brukt i tandem med brønnsikringsventiler for å ha redundans med hensyn til underliggende brønntrykk. Ventilene blir også brukt nede i hullet for andre isolasjonsformål.

Kjøringssluseenheter blir brukt ved overflaten av et brønnhode og omfatter et kammer over brønnhodet gjennom hvilket en bunnhullsanordning blir satt sammen med den nedre ventilen for å stenge av for brønntrykk. Disse kjøringsslusene på overflaten har begrensede lengder bestemt av målestokken til det tilgjengelige riggutstyret. Brønnkjøringssluser omgår ganske enkelt lengdebegrensningene til kjøringssluser på overflaten ved å bruke en kjøringssluseventil nede i hullet for å tillate så meget som lengder på tusenvis av fot i brønnhullet for å sammenstille en bunnhullsanordning.

Tidligere er kuleventiler blitt brukt som kjøringssluseventiler. De består generelt av et par styreledninger til motsatte sider av et stempel hvis bevegelse frem og tilbake i takt med en kule for å rotere den 90 grader mellom en åpen og en lukket stilling. Spennhylser kunne bli brukt til å holde kulen i begge posisjoner og ville bli frigjort som reaksjon på styretrykk i én av styreledningene. Et eksempel på en slik utforming kan sees i US-patent nr.4,368,871; 4,197,879 og 4,130,166. I disse patentene dreies kulen om sin egen akse på svingtapper. Andre konstruksjoner translaterer kulen mens den roteres 90 grader mellom en åpen og en lukket stilling. Ett eksempel på dette er den 15K Enhanced Landing String Assembly som kan leveres av Expro Group, som innbefatter en slik kjøringssluseventil. Andre konstruksjoner kombinerer rotasjon og translasjon av kulen med en separat låsehylse som er hydraulisk drevet for å låse rotasjonen til kulen og forskyve hylsen i en lukket kulestilling som vist i US-patent 4,522,370. Noen ventiler er av en røropphentingstype slik som Halliburtons PES<®>LV4 Lubricator Valve. Opplåsingshylser som går gjennom en kule, er blitt foreslått i US-patent 4,449,587. Andre konstruksjoner slik som i US-patent 6,109,352 som brukes i undersjøiske ventiltrær, har et tannstangdrev for en kule og bruker et fjernstyrt undervannsfartøy (ROV, remotely operated vehicle) til å drive ventilen mellom åpne og lukkede stillinger, noe som krever at hver ende som posisjoneres er i en låst stilling, men fortsetter til en tilstand slik at det samme ROV ganske enkelt reverserer retningen og ventilen kan reversere retning.

US3886967 beskriver en nedihullsventil med et hus som har en gjennomgående passasje.

US4467870 beskriver en nedihulls roterende kuleventil og et antall symmetrisk arrangerte aktueringsstempler.

Det som mangles og som ivaretas av foreliggende oppfinnelse, er en mer elegant løsning på en kjøringssluseventil av kuletypen i et brønnhull. Ett av trekkene er evnen til å translatere kulen med det formål å låse opp en kule som normalt roterer mellom åpen og lukket om sin egen akse. Et annet trekk er en fremgangsmåte for å fremstille deler som må være splittet i langsgående retning slik at de beholder den opprinnelige boringsdimensjonen til tross for veggfjerning som inntreffer ved langsgående splitting av delen. Nok et annet trekk er evnen til å sammenstille komponenter til en gitt total dimensjon for nøyaktig å innstille en forbelastning på forspente seter som er i kontakt med kulen.

I en utførelsesform er det ringformede stemplet som aktiverer ventilen, erstattet med minst ett stavstempel og den avstand som er gjort tilgjengelig med denne endringen, muliggjør tillegg av en pakning for å hindre lekkasje under tilstander med høye differensialtrykk i retning fra toppen til bunnen av brønnhullet.

Disse og andre trekk ved foreliggende oppfinnelse vil lettere kunne forstås for fagkyndige på området ut fra en oversikt over den foretrukne utførelsesformen og de vedføyde tegningene som blir beskrevet nedenfor, selv om man vil innse at det fullstendige omfanget av oppfinnelsen er bestemt av patentkravene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en brønnhullsventil, omfattende: et hus som har en gjennomgående passasje:

en kule som har en gjennomgående boring, roterbart montert for å rotere uten translasjon om sin akse for å innrette og feilinnrette boringen med passasjen; karakterisert ved at

passasjen er definert av motstående hylser med tetninger som forblir i kontakt med kulen når den roterer; og

minst ett stavstempel montert i en stavstempelboring i huset hvor stavstempelboringen er isolert fra passasjen og stavstempelet er aktivert i motsatte retninger, stavstempelet er sammenkoblet med kulen for samtidig bevegelse med kulen, stempelet mottar aktiveringstrykk gjennom huset, aktiveringstrykket er isolert fra trykk i passasjen for selektiv aktivering av stavstempelet i motsatt retning for deretter å aktivere kulen i motsatt retning for å innrette og feilinnrette boringen i kulen med passasjen.

Ytterligere utførelser er angitt i underkravene 2-15.

En brønnsperreventil av kuletypen for toveis tetning omfatter en kule som roterer om sin akse for å åpne eller lukke med styreledningstrykk til en aktiveringsstavstempelenhet. Kulen kan også forskyves til en låst åpen stilling. Et bur omgir kulen og holder tilbake motstående seter. Buret er laget av ett stykke og tangentiale hull er boret og gjenget før stykket blir splittet i langsgående retning med en EDM-trådkuttingsteknikk. Festeanordningene for på nytt å sammenstille de kuttede halvdelene riktig, atskiller dem slik at de indre dimensjonene til det opprinnelige ene stykket opprettholdes. Ekstra verktøy muliggjør bestemmelse av avstanden mellom de interne komponentene slik at en ønsket fjærbelastning på setene mot kulen kan oppnås. Pakninger på hylsene som utgjør kuleseter, bidrar til å hindre lekkasje på grunn av kuledeformasjon ved høye differensialtrykk når ventilen er lukket.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en tverrsnittsskisse av hele kjøringssluseventilen;

fig. 2 er en større skisse av den øvre enden av ventilen på fig.1;

fig. 3 er en større skisse av den midtre delen av ventilen på fig.1 som viser kulen i åpen stilling;

fig. 4 er en alternativ skisse av fig.3 som viser kulen i lukket stilling; fig. 5 er en større skisse av den nedre ende av ventilen på fig.1;

fig. 6 er en perspektivskisse av snittskissen so er vist på fig.4 og 5;

fig. 7 viser den øvre ende av ventilen på fig.1 under sammenstilling for å få riktig avstand mellom interne komponenter;

fig. 8 viser den nedre ende av ventilen på fig.1 under sammenstilling for å få riktig avstand mellom interne komponenter;

fig. 9 er en perspektivskisse av buret som omgir kulen og som er splittet i langsgående retning;

fig. 10 er en skisse i tverrsnitt gjennom utførelsesformen som viser bruken av stavstempler og en ytterligere nedre pakning for å ta seg av problemene med kuledeformasjon under høye differensialtrykk; fig. 11 er en forstørret skisse av en øvre pakning omkring en hylse som understøtter det øvre kulesetet;

fig. 12 er et kraftdiagram for konstruksjonen på fig.1 som viser en tilstand med en differensialkraft i en opphullsretning;

fig. 13 er skissen på fig.12 med et differensialtrykk i en nedhullsretning og med lekkasje fra kuledeformasjon under høye differensialtrykk; fig. 14 viser et differensialtrykk i opphullsretningen ved bruk av en pakning på hylsen over kulen;

fig. 15 er skissen på fig.14 med et differensialtrykk i en nedhullsretning som viser hvordan lekkasje blir redusert eller eliminert under høye differensialtrykk i en nedhullsretning, og viser en ytterligere pakning på den ytre diameteren til den nedre hylsen for å bidra med tetning.

DETALJERT BESKRIVELSE AV EN FORETRUKKET UTFØRELSESFORM Fig. 1 illustrerer utformingen av hovedkomponentene for å vise deres posisjon i forhold til hverandre med kulen 10 i sentrum og i den lukkede stillingen. En hylse 12 er over kulen 10 og en hylse 14 er under kulen 10. Disse hylsene utgjør respektive seter 16 og 18 som blir holdt mot kulen 10 ved hjelp av et bur 20. Buret 20 er vist i perspektiv på fig.9. En sleide 22 strekker seg gjennom buret 20 og er innrettet med kulen 10 for å rotere den mellom den åpne og den lukkede stillingen på svingtapper 24. Et stempel 26 reagerer på styreledningstrykk ved å føre sleiden 22 frem og tilbake for å operere kulen 10. En låseenhet 28 for en åpen stilling er anordnet nær toppen av verktøyet, mens justeringsmekanismen 30 for forbelastningen er lokalisert nær den motsatte enden. Bruk av denne grunnleggende lokaliseringen av hovedkomponentene i ventilen, vil de andre figurene nå bli brukt til å frembringe ytterligere detaljer og forklare den grunnleggende virkemåten.

Fig. 6 kan brukes til lå vise hvordan kulen 10 blir rotert 90 grader mellom den lukkede stillingen som er vist på fig.6, og den åpne stillingen som er vist i tverrsnitt på fig.3. Et stempel 26 opererer like mange stempler som er kjent på området og som blir brukt i brønnhullsventiler. Et par styreledninger (ikke vist) er ført fra overflaten til motsatte stempelflatearealer på stempelet 26 for å tvinge det til å bevege seg i motsatte retninger. Stempelet 26 er festet til sleiden 22 for tandembevegelse. Sleiden 22 har en øvre ring 32 og en nedre ring 34 forbundet ved hjelp av armer 36 hvorav én er synlig på fig.6. Ved å se på fig.9, kan det sees at buret har langsgående slisser 38 og 40 som opptar armene 36 til sleiden 22. Det vises til fig.1 og 6 hvor det kan sees at sleiden 22 er ved enden av sitt oppadgående slag ettersom den har kommet i kontakt med stammen 42. Kulen 10 har motsatt vinklede ytre slisser 44 hvorav én er delvis synlig på fig.6. Slissene 44 er parallelle med hverandre på motsatte flater 46 som bedre sett på fig.1. Flater 46 på kulen 10 omkring armene 48 og 50 for buret 20 kan best sees på fig.6 og 9. Hull 52 og 54 mottar svingtapper 24 som strekker seg inn i kulen 10 for å tillate den å rotere om sin egen akse. Buret 22 beveger seg ikke, men når sleiden 22 blir beveget av stempelet 26, blir resultatet rotasjon av kulen 10 om dens egen akse. Dette skjer fordi armene 36 har innad vendende tapper (ikke vist) som er innrettet med slisser 44 i kulen 10 utenfor sentrum fra svingtappene 24 for å indusere rotasjon av kulen 10.

For bedre å se denne bevegelsen, må fig.3 og 4 sammenlignes. Fig.4 viser kulen 10 i en lukket posisjon og den øvre ringen 32 nær stammen 42, men ikke i kontakt. Dette er fordi en sneppertring 56 eventuelt er innrettet med slissen 58 på hylsen 12 for å holde kulen 10 i en lukket stilling inntil nok trykk blir utøvet på stempelet 26 til å bringe sneppertringen 56 ut av sporet 58 inntil den blir innrettet med et spor 60 for å definere den åpne stillingen på fig.3. På fig.4, under normal åpning og lukking av kulen 10, er igjen den eneste delen som er i bevegelse, bortsatt fra kulen 10 som er vist på figuren, sleiden 22 med ringen 56. Fig.3 viser den fullstendig åpne stillingen for kulen 10 med ringen 56 innrettet med sporet 60.

Sleiden 22 er eventuelt i kontakt med buret 20 på dette tidspunkt. Fig.3 viser også stempelet 26 festet til sleiden 22 med en anti-rotasjonstapp 62. Én av styreledningsforbindelsene 65 for å operere stempelet 26 er også vist på fig.3. Fig.3 viser også at hylsene 12 og 14 henholdsvis utgjør flenser 64 og 66, og hvordan buret 20 tilbakeholder disse flensene sammen mot kulen 10. Pakningene 16 og 18 er henholdsvis anordnet i flensene 64 og 66 for omkretsmessig tettende kontakt med kulen 10 når den roterer mellom den åpne og den lukkede stillingen på fig.3 og 4.

Det vises nå til fig.5 hvor den nedre ende av hylsen 14 kan sees, såvel som en annen styreledningsforbindelse 68 som blir brukt til å tvinge stempelet 26 i motsatt retning fra det trykket som påføres forbindelsen 65 som er vist på fig.3. En bunnovergang 70 har en skulder 72 på hvilken en fjær 74 er understøttet. Fjæren 74 skyver på ringen 76 som er festet til hylsen 14 med en gjenge 78. En skrue 80 låser posisjonen til ringen 76 etter at posisjonen innledningsvis blir bestemt i en prosedyre som vil bli forklart nedenfor. Fjæren 74 er essensielt en forbelastningsfjær på en enhet som begynner med ringen 76 og strekker seg til den øvre ende av ventilen som vist på fig.2.

Det vises til fig.2 hvor en fjær 114 blir brukt til å skyve på ringen 86 og gjennom de andre delene som er beskrevet foran, nedover på hylsen 12 for å sikre kontakt mellom setet 16 og kulen når trykket over kulen 10 er påført. Hylsen 16 er derimot forspent i opphullsretningen ved hjelp av en fjær 74 for å sikre en lignende kontakt mellom kulen og setet når trykket under kulen er påført. Som fagkyndig på området vil forstå, har sammenstillingen av deler fra skulderen 84 ved den øvre ende til skulderen 118 ved den nedre ende hver sin egen toleranse, og den justering som er tilgjengelig for posisjonen av ringen 76 på gjengen 78 er ganske minimal. Den totale dimensjonen til delene mellom skuldrene 84 og 118 kan følgelig bestemmes, og posisjonen til ringen 76 som er nødvendig for å gi den riktige forbelastningen på de sammenstilte delene blir også bestemt før endelig sammenstilling av den øvre overgangen 82 og den nedre overgangen 70. Fig.7 og 8 viser denne teknikken.

I stedet for sammenstilling av den øvre overgangen 82 og fjæren 114 til stammen 42 kan en øvre trykkmåler 122 monteres til stammen 42. Når den er fullstendig gjenget på, treffer en skulder 124 ringen 86 i nesten det nøyaktige punktet som skulderen 84 fra den øvre overgangen 82 normalt ville komme i kontakt med denne. Samtidig, ved den nedre enden på fig.8, kan i stedet for å sette på den nedre overgangen 70, fjæren 74 eller skruen 80, en nedre tilpasningsanordning 124 gjenges på stammen 42. Den nedre tilpasningsanordningen 124 har et par armer 126 og 128 som henholdsvis har skuldre 130 og 132 som rager opp nøyaktig der hvor skulderen 118 ville være når den nedre overgangen 70 er skrudd på. På grunn av de åpne gapene mellom armene 126 og 128 er det tilgang til justeringsringen 76, og den kan beveges opp eller ned på gjengen 78 så lenge skruen 80 ikke er montert. Ringen 76 blir dreid til bunnen på skuldrene 130 og 132, og så blir rotasjonen reversert for å tillate installasjon av skruen 80 i sporet 136 (se fig.5) slik at ringen 76 vår sin posisjon fiksert så nær som mulig til skulderen 118 når den nedre overgangen 70 er sammenstilt med fjæren 74. Den øvre overgangen 122 (fig.7) blir likeledes først fjernet og erstattet med den øvre overgangen 82 og fjæren 114 (fig. 2). Når den nedre overgangen 70 og fjæren 74 blir skrudd på, vil fjæren 74 ha den nødvendige forbelastningen siden den aktuelle overflaten til ringen 76, på tross av toleransene til alle de monterte delene, er bestemt etter hvert som den relateres til fjæren 74 for den ønskede forbelastningen.

Det vises nå til fig.9 hvor buret 20 er illustrert som fullstendig sammenstilt. Siden det må ri på kulen 10 og flensene 64 og 66 (fig.3), må det være laget i to stykker. Teknikken for å lage dette stykket, eller for den saks skyld andre stykker som må lages i to deler for å bli sammenstilt over ytterligere andre stykker, er å lage et langsgående kutt 140. Før dette gjøres, er all den maskineringen som er vist på fig. 9, gjort, innbefattende boringer 142 og 144 på en side og lignende boringer på den andre siden (ikke synlig) som går gjennom hvor det langsgående kuttet 140 vil bli laget. Før kuttet blir laget, blir igjen boringene 142 og 144 gjenget. Deretter blir kuttet 140 laget ved hjelp av en EDM-trådteknikk. Denne kjente teknikken fjerner endel av veggen der hvor kuttet blir laget. Etter at de kuttede halvdelene er skjøvet sammen, vil dermed deres indre diameter 146 være mindre enn den var før kuttet. Stigningen til gjengen og den tilsvarende gjengen på tappene 148 og 150 når de er skrudd inn for å bygge bro over kuttet 140, vil på grunn av gjengestigningen separere halvdelene ved kuttet 140 akkurat nok til å kompensere for den fjernede veggtykkelsen under kuttet, slik at når den er fullstendig sammenstilt, vil den opprinnelige diameteren 146 til det ene stykket som var der før kuttet, igjen være tilstede. Mens EDM-tråden fjerner bare noen få tusendeler av en tomme fra veggen for å utføre det langsgående kuttet, er resultatet likevel en endring i den indre boringens dimensjon. Denne teknikken med boring og gjenging før et langsgående kutt med EDM-tråden gjør det mulig å gjenvinne den opprinnelige boringsdimensjonen mens kuttet holder halvdelene sammen.

Det vises til fig.2 hvor den låste åpne tilstanden vil bli beskrevet. Hylsen 12 blir til slutt selektivt holdt tilbake ved hjelp av den øvre overgangen 82. Skulderen 84 inneholder en fiksert palring 86 for å hindre oppadgående bevegelse av palringen 86. Ringen 86 har undersnitt 88 som definerer en avsmalning 90. Ringen 92 sitter innledningsvis i undersnittet 88. Den har paltenner 94 som i posisjonen på fig.2 er forskjøvet fra paltenner 96 på ringen 86. Ringen 92 ligger an mot holderingen 98 som igjen holder splittringen 100 i sporet 102 i hylsen 12. På grunn av fjærens 114 press, blir hylsen 12 holdt nede mot kulen 10 og mot opphullskraften på hylsen 14 fra fjæren 74 (se fig 5). En låsekrave 104 har ett eller flere indre spor 106 for inngrep med et verktøy (ikke vist) som tilslutt vil trekke kraven 104 i opphullsretningen. En skjærskrue 108 fester innledningsvis kraven 104 til hylsen 12. Hylsen 12 har et spor 110 som tilslutt blir innrettet med tangentiale tapper 112 som strekker seg fra kraven 104. Kraven 104 holder innledningsvis ringen 92 i undersnittet 88. Under drift blir kraven 104 trukket oppover med et verktøy (ikke vist) for å bryte av skjærskruen 108. Når kraven så beveger seg oppover, rir tangentiale tapper 112 i spor 110 inntil de treffer toppen av dette slik at kraven 104 beveger seg i tandem med hylsen 12. I mellomtiden beveger kraven 104 seg i opphullsretningen fra ringen 92 for å tillate den å kollapse innover for å klargjøre avsmalningen 90. Når tappene 112 er innrettet med toppen av sporet 110 og hylsen 12 blir beveget med kraven 104, tar ringen 100 i sporet 102 i hylsen 12 med seg ringen 98, som i sin tur nå kan skyve ringen 92 forbi avsmalningen 90 slik at paltennene 94 beveger seg inn i inngrep med paltennene 96 på palringen 86. Opphullsbevegelsen som er beskrevet ovenfor, fortsetter inntil hylsen 12 treffer et føringsanslag. Dette skjer på to måter avhengig av posisjonen til kulen 10 når hylsen 12 blir trukket opp. Hvis kulen 10 er åpen, som vist på fig.3, trekker flensen 64 opp buret 20 såvel som sleiden 22 som ble brakt på linje med hylsen 12 ved sporet 60. Kulen 10 kommer opp med buret 20 fordi de er forbundet ved svingtapper 24. Kulen 10 roterer ikke fordi det ikke er noen relativ bevegelse mellom sleiden 22 og buret 20. Bevegelse av hylsen 12 stopper når ringen 32 treffer stammen 42, og denne posisjonen blir holdt låst ved hjelp av paltanninngrepet mellom tennene 94 og 96. Hvis derimot kulen 10 er i den lukkede stillingen på fig.4, vil hylsen 12 bringe opp buret 20 og bevege det i forhold til sleiden 22. Dette skjer fordi den øvre ringen 32 i sleiden 22 ved begynnelse av bevegelsen av hylsen 12 allerede er nær stammen 42 og ganske hurtig treffer den når hylsen 12 kommer opp. Ytterligere bevegelse oppover av hylsen 12 trekker buret 20 i forhold til sleiden 22, som får tapper i sleiden 22 til å rotere kulen 10 for å åpne etterhvert som de kommer på linje med slisser 44 i kulen 10. Når buret 20 kommer mot den allerede stoppede ringen 32 i sleiden 22, stanser bevegelse oppover og posisjonen blir igjen låst ved hjelp av inngrep mellom tennene 94 og 96.

Fagkyndige på området vil forstå at kjøringssluseventilen av kuletypen normalt kan opereres med styreledningstrykk som beveger stempelet 26 i motsatte retningen for å rotere kulen 10 om sin egen akse over 90 grader til henholdsvis de åpne og lukkede stillingene. Et eventuelt indekseringstrekk holder de åpne og lukkede stillingene når de er fastsatt. Ventilen kan låses i åpen stilling fra enten den åpne stillingen eller den lukkede stillingen ved å frigjøre den øvre hylsen 12 for å bevege og løfte den inntil den kommer i inngrep med kulen 10 i den åpne stillingen, mens den opprettholder en fullstendig boring gjennom ventilen. Selv om en pallås er illustrert, kan andre låseanordninger slik som en klo gjennom et vindu, spennhylser eller andre ekvivalente anordninger også tenkes. Det skal bemerkes at translasjon av kulen 10 bare blir anvendt når man forsøker å låse den i åpen stilling. Det skal bemerkes at deler kan gis andre former for alternativt å tillate kulen 10 å bli låst i lukket stilling som et alternativ.

Nok et annet trekk ved sperreventilen er forbelastningen av de indre komponentene og evnen til å tilpasse dimensjonen av de indre komponentene før montering av de øvre og nedre overgangene med fjæren eller fjærene som tilveiebringer forbelastningen, slik at den riktige størrelse på forbelastningen kan påføres. Nok et annet trekk er en måte for å lage de langsgående splittede delene slik at de beholder sin opprinnelige indre dimensjon til tross for fjerning av endel av veggen i en kuttingsoperasjon, ved bruk av borings- og gjengingsteknikken før den langsgående kuttingen ved hjelp av EDM-tråden, og så å gjenvinne nesten den opprinnelige avstanden i de sammenføyde halvdelene beroende på stigningen til den indre gjengen og festeanordningen som er innsatt i boringen og som spenner over det langsgående kuttet. I dette spesielle verktøy kan buret 20 og sleiden 22 være laget med denne teknikken. Teknikken har mange andre anvendelser for langsgående splitting av deler med indre boringer som må opprettholdes til tross for veggfjerning fra en kutteprosess slik som ved hjelp av en EDM-tråd.

Fig. 12 og 13 illustrerer det som skjer under høye differensialbelastningstilstander i henholdsvis opphulls- og nedhullsretningene i den konstruksjonen som er beskrevet ovenfor og som er illustrert på fig.1 og 4. På fig.12 er kulen 10 i den lukkede stillingen og med holdetrykk fra undersiden. Den øvre kulepakningen 16 er på hylsen 12, og det er en ekstern pakning 200 for å isolere ringrommet 202 som ikke er forseglet fra den indre passasjen 204 i kulen 10 fordi svingtappene 24 ikke er tettet. Trykk fra undersiden kan komme til kulen 10 gjennom ringrommet 204 såvel som røret 14 siden det ikke er noen ytre pakning på røret 14 for å isolere ringrommet 202. Den nedre pakningen 18 som er under kulen 10, er hovedsakelig en støvpakning ettersom pakningen 16 er den pakningen som er ment å holde trykkdifferansen i hver retning. Når trykkdifferansen er i en opphullsretning som illustrert på fig.12, når trykket ringrommet 202 fordi det ikke er noen ytre pakning på røret 14. Differensialtrykket i opphullsretningen blir stoppet ved pakningen 200 og pakningen 16. Nedhullstrykket kommer inn i passasjen 204 i kulen for uniform belastning av kulen 10 fra dens innside som illustrert med piler 208. Denne uniforme belastningen fra innsiden av kulen 10, bidrar til at kulen 10 opprettholder sin form og kontakten fortsetter langs hele setet 16 som en pakning mot differensialtrykket i opphullsretningen mot høye differensialtrykk på over 10.000 PSI.

I et høyt differensialtrykk i nedhullsretningen ved en situasjon som vist på fig.

13, skjer noe annet. Her isolerer pakningen 200 et slikt trykk fra opphullsretningen fra å komme til ringrommet 202 slik at hele differensialbelastningen på kulen 10 er fra den indre passasjen 210 så lenge pakningen 16 holder. Ved dette tidspunkt er imidlertid trykket inne i kulen 10 ved 204 betydelig mindre slik at trykket i passasjen 210 representert ved piler 212, kan deformere kulen 10 til en avlang form som illustrert skjematisk ved hjelp av en stiplet linje 214. Når dette skjer, holder ikke lenger tetningen mellom kulen 10 og dens sete 16, og trykket kommer forbi kulen 10 i ringrommet 202 og forbi setet 18 som bare er ment å tjene som en støvtetning, såvel som ned på utsiden av hylsen 14 fordi den i denne utførelsesformen ikke har noen ytre pakning. Selv om sammenstillingen på fig.13 har vist seg å være helt tjenlig ved lavere trykkdifferanser, har testing indikert muligheten for lekkasje på den måte som er beskrevet ovenfor ved differensialtrykk i nedhullsretningen i overkant av 10.000 PSI.

På fig. 14 er en ytterligere pakning 216 blitt tilføyet. Den blokkerer trykk fra nedhullssiden fra å komme omkring røret 14 og inn i ringrommet 202. Pakningen 200 er fremdeles der på utsiden av røret 12. Piler 218 avspeiler den innledende belastningen på kulen 10 som inntil et forutbestemt differensialtrykk finnes, kan holde trykket i passasjen 206 ved pakningen 18. Etter at differensialtrykket blir høyere, vil trykket komme forbi pakningen 18 ved enten å deformere kulen 10 eller ved å forskyve hylsen 14 bort fra kulen 10. Ved dette tidspunkt vil trykket i nedhullsretningen komme inn i ringrommet 202 såvel som inn i kulen 10 ved 204. Denne effekten er vist skjematisk ved hjelp av piler 220. Ved dette punktet holder pakningen 16 det opphullsorienterte differensialtrykket på den måte som er beskrevet tidligere i forbindelse med fig.12. Selv om midlertidig deformering av kulen 10 inntreffer for å slippe trykk inn i ringrommet 202, skal det igjen bemerkes at deformasjonen er elastisk i stedet for plastisk, og at den endelige jobben til pakningen mot det oppadrettede differensialtrykket faller på pakningen 16. Når det indre rommet 204 i kulen 10 blir utlignet med trykket fra nedsiden, uansett den mekanisme ved hjelp av hvilken dette inntreffer, blir kulen 10 uniformt belastet mot setet 16, og selv med høye opphullsrettede differensialtrykk er det følgelig ikke noen lekkasje opp gjennom hullet forbi pakningen 16.

Fig. 15 blir nå sammenlignet med den samme situasjonen som er vist på fig.

13. Det er bare at denne gangen er det en pakning 216 på utsiden av røret 14, og pakningen 200 er fremdeles der over kulen 10 og på utsiden av hylsen 12 selv om den ikke er vist på fig.15. En oppbygning av nedadrettet differensialtrykk er vist ved piler 220. Dette differensialtrykket tvinges ved et forutbestemt nivå forbi pakningen 16 midlertidig og inn i ringrommet 202 og inn i kulen 10 i rommet 104. Ringrommet er nå forseglet med pakningen 216 slik at trykket i rommet 204 representert ved hjelp av piler 222, utlignes med trykket på kulen 10, representert ved piler 220, slik at kulen 10 blir jevnt belastet på setet 18, og setet 18 holder det nedhullsorienterte differensialtrykket fra å komme inn i passasjen 206. Ytelsen til sammenstillingen under et differensialtrykk fra undersiden på fig.14, er hovedsakelig den samme som når differensialtrykket er i den motsatte retningen som vist på fig.15. Den eneste forskjellen er hvilken pakning som holder differensialtrykket. I begge tilfeller deformeres kulen 10 elastisk for å utligne kuletrykket gjennom ringrommet 202 og kulen går rett tilbake til sin sfæriske form straks utligning av trykket finner sted. Dette er i motsetning til situasjonen med nedhullsorientert differensialtrykk på fig.13 hvor lekkasjen fortsetter når utligningen ikke inntraff, og kulen 10 ble deformert under differensialtrykket som indikert ved linjene 214, og lekkasjen fortsatte så lenge differensialtrykket på kulen 10 eksisterte.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse ble et bemerket at ved meget dype plasseringer av ventilenheten som er vist på fig.1-9, ble det ringformede stempelet 26 utsatt for slike høye differensialtrykk at dets form ble forstyrret i ringromspassasjen som omga det, og hvor resultatet ble slitasjesteder på den omgivende veggen som ødela pakningene som omga det ringformede stempelet 26 eller som i ekstreme tilfeller kan ødelegge stempelformen i en grad som er tilstrekkelig til å få den til å gripe inn i sin boring og bli ubevegelig. For å motvirke denne effekten som kan oppstå når ventilenheten som er skissert, er i meget dype posisjoner som innebærer meget høye hydrostatiske trykk på et ringformet stempel 26, ble konstruksjonen endret til å bruke stavstempler 224 som er i stykker og blir eksponert for forbindelser 68 og 64 til hvilke en styreledning (ikke vist) er forbundet. Stavstemplene er fortrinnsvis gruppert symmetrisk omkring den sentrale aksen til ventilenheten slik at enhver bevegelse frembrakt av et slikt stavstempel, kan kanselleres ved hjelp av et annet stavstempel anordnet 180 grader fra det første. Et hvilket som helst antall stavstempler kan brukes selv om en liketallet parring blir foretrukket av symmetriske grunner. Bruken av stavstempler eliminerer deformasjonsproblemene ved høye differensialtrykk som kan oppstå med eksisterende ringformede stempler 26. Det gir også rom for å tilføye pakningen 216 hvis formål ble diskutert ovenfor. Det markerer en fordel for kuleventiler i brønnhullet som blir aktivert med en stavstempelenhet og gjør konstruksjonen nyttig for meget høye differensialtrykk ved installasjoner hvor de ringformede stemplene kan svikte under differensialtrykk som kan finnes ved differensialtrykk over 10.000 PSI. Konstruksjonen av stavstempelet kan selvfølgelig også brukes ved lavere differensialtrykk i stedet for den ringformede konstruksjonen, med gode resultater.

Claims (15)

Patentkrav

1. Brønnhullsventil, omfattende:

et hus (9) som har en gjennomgående passasje (206, 210):

en kule (10) som har en gjennomgående boring (204), roterbart montert for å rotere uten translasjon om sin akse for å innrette og feilinnrette boringen (204) med passasjen; karakterisert ved at

passasjen er definert av motstående hylser (12, 14) med tetninger (16, 18) som forblir i kontakt med kulen når den roterer; og

minst ett stavstempel montert i en stavstempelboring i huset hvor stavstempelboringen er isolert fra passasjen og stavstempelet (224) er aktivert i motsatte retninger, stavstempelet er sammenkoblet med kulen for samtidig bevegelse med kulen, stempelet mottar aktiveringstrykk gjennom huset, aktiveringstrykket er isolert fra trykk i passasjen for selektiv aktivering av stavstempelet i motsatt retning for deretter å aktivere kulen i motsatt retning for å innrette og feilinnrette boringen i kulen med passasjen.

2. Ventil ifølge krav 1, hvor:

det minst ene stavstempelet omfatter et like antall stavstempler.

3. Ventil ifølge krav 1, hvor:

stemplene er symmetrisk gruppert omkring passasjen.

4. Ventil ifølge krav 1, hvor:

kulen er anordnet i huset for å definere et omgivende ringrom med hensyn til kulen som videre er definert av en øvre hylse og en nedre hylse i tettende kontakt med kulen;

hvor ringrommet er forseglet mellom huset og minst én av hylsene.

5. Ventil ifølge krav 4, hvor:

ringrommet er forseglet med en første pakning mot den øvre hylsen.

6. Ventil ifølge krav 5, hvor:

den øvre hylsen omfatter, ved siden av en nedre ende, et sete med en øvre ettergivende pakning som er i kontakt med kulen.

7. Ventil ifølge krav 6, hvor:

boringen i kulen utjevnes med trykk fra undersiden mot kulen når kulen lukker passasjen når den første pakningen og den øvre ettergivende pakningen utsettes for trykk fra undersiden.

8. Ventil ifølge krav 7, hvor:

ringrommet er tettet mot begge hylsene.

9. Ventil ifølge krav 8, hvor:

ringrommet er forseglet med en andre pakning mot den nedre hylsen.

10. Ventil ifølge krav 9, hvor:

den nedre hylsen omfatter, ved siden av en øvre ende, et sete med en nedre ettergivende pakning som er i kontakt med kulen.

11. Ventil ifølge krav 10, hvor:

boringen i kulen utjevnes med trykk fra opphullsretningen mot kulen når kulen lukker passasjen når den andre pakningen og den nedre ettergivende pakningen inneholder trykk fra opphullssiden.

12. Ventil ifølge krav 4, hvor:

ringrommet er forseglet mot begge hylsene.

13. Ventil ifølge krav 12, hvor:

ringrommet er forseglet med en andre pakning mot den nedre hylsen.

14. Ventil ifølge krav 13, hvor:

den nedre hylsen omfatter, ved siden av en øvre ende, et sete med en nedre ettergivende pakning som kan bringes i kontakt med kulen.

15. Ventil ifølge krav 14, hvor:

boringen i kulen utlignes med trykk fra opphullsretningen mot kulen når kulen lukker passasjen ettersom den andre pakningen og den nedre ettergivende pakningen inneholder trykk fra opphullssiden.