NO344904B1

NO344904B1 - Forvrengningskompensasjon for en stangstempelboring i undergrunns sikkerhetsventiler

Info

Publication number: NO344904B1
Application number: NO20091941A
Authority: NO
Inventors: Clifford H Beall; Darren E Bane; David Z Anderson; Alan N Wagner; Gary Ben Lake
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2020-06-22
Also published as: BRPI0718685B1; WO2008060889A1; RU2009121639A; AU2007319495B2; US20080110631A1; EP2094938B1; RU2456432C2; US7699108B2; NO20091941L; CN101657604B; US20090078423A1; EP2094938A1; CN101657604A; AU2007319495A1; BRPI0718685A2; US7735560B2

Description

Oppfinnelsens område

Området for denne oppfinnelse er nedihulls undergrunns sikkerhetsventiler som opererer et ventilorgan med styreledningstrykk levert inn i en stempelboring.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Undergrunns sikkerhetsventiler (sub-surface safety valves, SSSV) brukes i produksjonsrør for å styre brønnen og for å stenge den av for å hindre utblåsing. Disse ventiler har typisk et skiveformet ventilorgan som er kjent som en klaff. Klaffen dreies 90º mellom en åpen og en stengt posisjon. Et forflyttbart rør kjent som et strømningsrør er bevegelig mellom to posisjoner. Når forflyttes ned, kommer det i inngrep med klaffen for å rotere den 90 grader, og fortsetter å gå fremover når klaffen beveges til en posisjon bak strømningsrøret. I denne posisjon er SSSVen åpen. En stengefjær som var trykket sammen når strømningsrøret åpnet SSSVen, brukes til å returnere strømningsrøret til den opprinnelig posisjon. Når strømningsrøret stiger, presser en dreiefjær på klaffen det opp mot en tetningsflate, for å stenge av produksjonsrøret.

En styreledning blir typisk kjørt i umiddelbar nærhet av produksjonsrøret fra overflaten til en stempelboring i SSSVen. Det er flere typer av stempler som kan brukes, og de er generelt forbundet til strømningsrøret, slik at det påførte og tilbakeholdte trykk i styreledningen virker på et stempel som er forbundet til strømningsrøret, for å holde strømningsrøret ned mot en stengefjær og holde klaffen i den åpne posisjon. En alminnelig stempeltype er et stangstempel, som benevnes dette på grunn av sin form. Andre stempeltyper kan ha en ringform. Stangstemplet sitter i en langstrakt boring i en hovedhuskomponent av SSSVen som vanligvis avsluttes i en totrinns hanngjenge, også kjent som en tapp. Tappen skrus sammen med en hunngjenge, benevnt en muffe, for fullstendig sammenstilling av SSSVen.

Mer nylig har det vært etterspørsel etter SSSVer som har høyere og høyere nominelle innvendige arbeidstrykk. Disse etterspurte arbeidstrykk har gått så høyt som 137,895-206,843 MPa. Testing av inneværende design under disse betingelser viste at de bekvemt kunne holde slike arbeidstrykk, men tilstedeværelsen av stempelboringen i tappdelen av husforbindelsen opplevde dimensjonsforvrengning, og ble generelt asymmetrisk. Årsaken til dette er at tappen er tynnere enn muffen i gjengeområdet. Når trykkene blir høye nok, avbøyes tappen inntil en klaring kommer ut av totrinns gjengen, ved hvilket tidspunkt tappen og muffen beveger seg sammen. Det problem som løses med den foreliggende oppfinnelse er således definert som hvordan man skal hindre stempelboringen i å forvrenges under høye laster. To løsningsmåter presenteres. En involverer en hylse som er innsatt i stempelboringen, slik at boringens forvrengninger blir irrelevante for den kontinuerlige evne stemplet har til å tette, fordi hylsen ikke forvrenges i det hele tatt, eller til det punkt hvor en trykktetning rundt stemplet er forsvunnet. En annen løsningsmåte er dannelse av boringer som er parallelle med stempelboringen, for å gjøre tappens vegg mer ensartet i styrke i nærheten av stempelboringen, for å holde nede eller eliminere forvrengningen i stempelboringen under belastning til det punkt hvor stemplets tetning holder og strømningsrøret kan fortsette å bli drevet ned mot en stengefjær. Disse og andre aspekter ved den foreliggende oppfinnelse vil bli klarere for de som har fagkunnskap innen teknikken av en gjennomgang av den foretrukne utførelse som er beskrevet nedenfor sammen med dens tilknyttede tegninger, idet det innses at det fulle omfang av oppfinnelsen finnes i de vedføyde krav.

Injeksjonsboringer i SSSVer har blitt brukt å levere kjemikalier bak strømningsrøret, som illustrert i USP 6.148.920 og US publisert søknad 2005/0098210. Også relevant for SSSVer generelt er USP 4.042.023; 4.399.871; 4.562.854; 4.565.215; 5.718.289 og 6.148.920 og US søknad 2007/0040718.

US RE32390 E beskriver en undergrunns sikkerhetsventil omfattende et hus som har en hovedboring og en stempelboring i en vegg av dette. Stempelboringen strekker seg fra en forbindelse som er tilpasset til å motta en styreledning og en hylse i stempelboringen som videre inneholder et stempel deri.

US 6237693 B1 omtaler en undergrunns brønnsikkerhetsventil med et strømningsrør som er teleskopisk bevegelig i et hus for å styre bevegelsen av et ventillukningselement. En stempel- og sylindersammenstilling aktiverer strømningsrøret og er i kommunikasjon med hydraulisk styrefluid fra brønnoverflaten på en side og et gassforspenningskammer på den andre side og innbefatter en fjær som virker på strømningsrøret for å lukke ventilen. Et utjevningssystem utjevner fluidtrykk på motsatte sider av stempel- og sylindersammenstillingen i tilfelle av en svikt i tetningen mellom stempelet og sylinderen og derved tillater at fjæren lukker ventilen. Utjevningssystemet benytter færre komponenter enn tidligere konstruksjoner og benytter en ny referansekammerkonstruksjon som gjør at referansekammeret og stempelet kan posisjoneres innen den samme aksiale lengde som reduserer den totale lengde av sikkerhetsventilen i forhold til tidligere konstruksjoner.

FR 2702013 A vedrører et fluidtype styringssystem beregnet for å betjene lukkeren til et ventillegeme, spesielt for en brønn som produserer hydrokarboner, innbefattende en fluidstyrt mekanisme for å drive en driftssleide som er i stand til å bringe sleiden i en lav posisjon hvor den holder lukkeren åpen. Denne fluidtype styremekanisme omfatter to langsgående belger som er aktiveringsbelger, hver montert rundt en styrestang, nevnte belger, lukket i området av deres bunnende ved et forbindelseselement i ett stykke med driftssleiden og festet hermetisk til ventillegemet i området av deres toppende, og er ført via rørinnretninger som er i stand til å bevirke at de forlenger seg.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en undergrunns sikkerhetsventil, omfattende:

et hus som har en hovedboring og en stempelboring i en vegg av dette, nevnte stempelboring strekker seg fra en forbindelse som er tilpasset til å motta en styreledning; og videre kjennetegnet ved:

en hylse helt innen nevnte stempelboring og som videre inneholder et stempel deri;

nevnte hylse strekker seg for lengden av nevnte stempelboring okkupert av nevnte stempel.

Foretrukne utførelsesformer av ventilen er videre utdypet i kravene 2 til og med 7.

Forvrengninger av stempelboringen i en undergrunns sikkerhetsventil reduseres eller elimineres når ventilhuset utsettes for høye arbeidstrykk. I en utførelse er et stempel anordnet i en hylse som er anordnet i en stempelboring. Boringen kan forvrenges, men hylsen inne i den vil ikke forvrenges til det punkt hvor tetningstrykk rundt stemplet mistes. I en annen løsningsmåte er en ytterligere boring eller boringer anordnet i umiddelbar nærhet av stempelboringen, for å gjøre tappenden av forbindelsen for ventilhuset mer ensartet i området for stempelboringen, slik at trykkbelastningen ikke resulterer i tilstrekkelig forvrengning av stempelboringen til å miste stemplets tettende relasjon til dets boring.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er snittriss av en hylse inne i en stempelboring i tappartiet av et hus for en SSSV;

Figur 2 er et nærbilde av en nedre ende av hylsen på figur 1;

Figur 3 er et snittriss av en øvre seksjon av en SSSV ifølge kjent teknikk; Figur 4 er et snittriss langs linjene 4-4 på figur 3;

Figur 5 er et snittriss av det øvre parti av en SSSV, og viser dybden av ytterligere boringer i umiddelbar nærhet av stempelboringen;

Figur 6 er et snitt langs linjene 6-6 på figur 5;

Figur 7 er et alternativ til figur 5, og viser færre, men dypere boringer; og Figur 8 er et riss langs linjene 8-8 på figur 7.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelse

Figur 3 viser et snitt gjennom en SSSV ifølge kjent teknikk, og viser det øvre hus 10 og en forbindelse 12 for en styreledning fra overflaten (ikke vist). Ved den nedre ende er det en totrinns hanntappgjenge 14. Gjennom veggen av det øvre hus er det en stempelboring 16. Inne i denne boringen, men ikke vist, befinner det seg et stempel som er responsivt for trykkpåføring og –fjerning, som beskrevet ovenfor. Når man ser på snittrisset på figur 4, er stempelboringen 16 lokalisert i forhold til lengdeaksen 18. Fra disse to figurer kan det ses at resultatet av svært høye innvendige arbeidstrykk i nærheten av 137,895 MPa eller mer kan resultere i forvrengning av stempelboringen 16, fordi veggen av huset 10 ikke er ensartet og har hva som essensielt er et hulrom i et parti av veggen, hvilket svekker den i denne lokalisering, og forårsaker der et uproporsjonalt omfang av deformasjon. Siden stempeltetningene (ikke vist) må opprettholde en trykkdifferanse over stemplet for korrekt bevegelse av strømningsrøret (ikke vist), vil ovalitet av stempelboringen 16 redusere eller fjerne den evne stempeltetningene har til å holde på trykkdifferansen. Det netto resultat av svikt i stemplets tetning er en manglende evne til å operere ventilen, hvilket forårsaker at den går til sin feilsikre posisjon, som generelt er stengt.

Figurer 5-8 illustrerer to løsninger til dette problem. På figurene 5-6 er det ytterligere blindboringer 18 som fortrinnsvis er parallelle med stempelboringen 16. I denne løsning har de ytterligere hull 18, jevn innbyrdes avstand omkring omkretsen med utgangspunkt fra én side av stempelboringen 16, og går hele veien rundt til den andre side av stempelboringen 16, for å fordele og minimere forvrengningen i hver av boringene, inkludert stempelboringen 16. I dette eksempel er det 17 slike boringer 18.

Figurene 7-8 illustrerer en variasjon hvor det er færre blindboringer 20, men disse hull er anordnet nær stempelboringen 16 og fortrinnsvis på begge sider av stempelboringen 16 innenfor en 90º bue. Når det brukes færre hull, men posisjonert nær stempelboringen 16 på begge sider, blir den viktigste forandring i snitt flyttet til de ytre hull og bort fra stempelboringen 16, idet formålet er å konsentrere spenninger og således forvrengning ved disse ytre hull, og ikke ved stempelboringen 16, hvilket reduserer forvrengningen ved stempelboringen 16.

De som har fagkunnskap innen teknikken vil forstå at målet med løsningene som legges frem er å minimere eller eliminere forvrengning av stempelboringen 16 på grunn av høye innvendige trykk i hovedboringen 22 som frembringer denne forvrengning, fordi tilstedeværelsen av stempelboringen 16 er et svakt sted i det som allerede er en nokså tynn vegg nær tappgjengene 14. Tilføying av blindboringene har det formål at det gjør avbøyingen av huset 10 vegg mer ensartet i nærheten av stempelboringen 16, for å dele forvrengningseffektene, hvis det er noen, fra svært høye arbeidstrykk. Det er klart at løsningen på figur 6 gjør hele veggen av huset 10 ensartet i nærheten av stempelboringen 16, og man vil mer trolig komme til den ideelle løsning med minimal eller ingen forvrengning av boringen i stempelboringen 16, ettersom enhver tendens til forvrengning ikke er konsentrert i en enkelt boring 16 i huset 10, som vist i risset av kjent teknikk på figur 4. Isteden representerer figur 6 den mer omfattende løsning med deling av spenningen fra innvendig trykksetting. Den er mer kostbar å produsere, siden det brukes flere blindboringer 18 enn i alternativet på figur 8, som bruker blindboringer 20 til tross for den kjensgjerning at dybden av færre boringer fortrinnsvis er større enn dybden av en oppstilling hvor det brukes flere blindboringer. Selv om den løsning som søker å lede størstedelen av den totale forvrengning til de ytre hull på hver side av stempelboringen 16 anses som mindre virksom for å redusere forvrengningen i boringen 16 enn den løsning som søker å fordele forvrengningen mellom mange hull, er økonomien ved bruk av færre hull selvinnlysende, og denne annen løsning er også virksom ved at den reduserer forvrengningen i stempelboringen 16.

Datamaskinstyrte fresemaskiner kan anvendes til å produsere mange variasjoner i antall, dybde, innbyrdes avstand, form og vinkelorientering av blindboringene. Den forbedrede ytelse kan predikeres på forhånd ved bruk av kjente endelig element-analysemetoder.

Den foreslåtte løsning omfatter variasjon av boringens diameter med boringene med større diameter fortrinnsvis nærmere stempelboringen 16. Selv om lengdeaksene til blindboringene fortrinnsvis er parallelle, er det tenkelig med variasjoner hvor en skråstilling av lengdeaksene er tenkelig, med forsyninger i størrelsesorden 15 grader eller mindre fra tilgrensende blindboringer eller for alle blindboringene i forhold til lengdeaksen 18, enten i den samme orientering eller forskjellige orienteringer. For eksempel kan lengdeaksene i alle blindboringene være parallelle til hverandre, samtidig som de står på skrå i forhold til aksen 18. Den mest økonomiske design å maskinere vil være det minste antall av blindboringer parallelle med hverandre og med aksen 18. Boringene kan ha identiske eller varierende dybder.

Figurer 1-2 illustrerer en annen løsning på det samme problem. For denne løsning har stempelboringen 16 en indre hylse 24 hvor stemplet (ikke vist) beveger seg frem og tilbake. Som vist i nærbildet på figur 2, en tetning 26 som holdes i et spor 28 i huset hindrer trykktap rundt utsiden av hylsen 24. Hylsen 24 settes inn gjennom den nedre ende av boringen 16 og glir inn fordi det er en klaring mellom dens utvendige dimensjon og boringsdimensjonen til stempelboringen 16. Tetningen 26 spenner over denne klaring for å tette den av. Hylsen 24 kan alternativt presses inn med ingen klaring og elimineringen av tetningen 26. Så snart hylsen 24 er fullstendig innsatt, blir seegerring eller en annen kjent ekvivalent festeanordning 30 installert i et spor 32 i boringen 16 for å hindre hylsen 24 i å forflytte seg i lengderetningen.

Formålet her er å tillate stempelboringen 16 å forvrenges mens hylsen 24 forblir upåvirket på grunn av klaringen mellom dem.

De som har fagkunnskap innen teknikken vil forstå at den løsning som foreslås på figurene 1-2 kan brukes sammen med løsningen på figurene 6 eller 8, eller separat. Det ønskede resultat er i alle tilfeller å opprettholde tetningsintegritet for tetningen rundt stemplet som opererer strømningsrøret i en SSSV eller i andre anvendelser med høye innvendige arbeidstrykk som overstiger 137,895 MPa, hvor hus har stempelboringer, uten hensyn til karakteren av nedihulls innretningen.

Claims

PATENTKRAV

1. Undergrunns sikkerhetsventil, omfattende:

et hus som har en hovedboring (22) og en stempelboring (16) i en vegg av dette, nevnte stempelboring (16) strekker seg fra en forbindelse (12) som er tilpasset til å motta en styreledning; og

videre k a r a k t e r i s e r t v e d :

en hylse (24) helt innen nevnte stempelboring (16) og som videre inneholder et stempel deri;

nevnte hylse (24) strekker seg for lengden av nevnte stempelboring (16) okkupert av nevnte stempel.

2. Ventil som angitt i krav 1, videre k a r a k t e r i s e r t v e d :

en klaring mellom nevnte hylse (24) og nevnte stempelboring (16).

3. Ventil som angitt i krav 2, videre k a r a k t e r i s e r t v e d :

en tetning (26) i nevnte klaring for å stenge denne av.

4. Ventil som angitt i krav 3, videre k a r a k t e r i s e r t v e d :

en holder (30) for nevnte hylse (24) for å hindre den i å forflyttes i forhold til stempelboringen (16).

5. Ventil som angitt i krav 4, k a r a k t e r i s e r t v e d :

nevnte hylse (24) motstår deformasjon i umiddelbar nærhet av stemplet, hvilken ellers oppleves av stempelboringen (16) når hovedboringen (22) trykksettes.

6. Ventil som angitt i krav 1, videre k a r a k t e r i s e r t v e d :

ingen klaring mellom nevnte hylse (24) og nevnte stempelboring (16).

7. Ventil som angitt i krav 6, k a r a k t e r i s e r t v e d :

nevnte hylse (24) motstår deformasjon i umiddelbar nærhet av nevnte stempel, hvilken ellers oppleves av stempelboringen (16) når hovedboringen (22) trykksettes.