NO751959L - - Google Patents

Description

"Styrekobllng for undervanns-inatallasjoner"

Den foreliggende oppfinnelse angår uhdervanns-styrekoblinger til styring av brønnhode-installasjoner under vann, f.eks. strøm-ningsregulatorer under både normale forhold og i nødsituasjoner.

Det er vel kjent å benytte overflate-styrte strømnings-regulatorer anordnet på brønnhodet på undervanns-brønner for å styre produksjonen i slike brønner. Slike strømningsregulatorer innbefatter vanligvis et antall spesielle funksjonsbetjente ventiler som styrer den virkelige oljestrøm fra brønnen gjennom en strømningsledning til en eller annen form for lagringsanordning på overflaten av vannet. Strømningsregulator-ventilene styres ved forskjellige typer styresystemer, som helt hydrauliske systemer, .elektro-hydrauliske systemer og elektriske styresystemer. Dersom styresystemet for strømnings-regulatorene er hydraulisk eller elektro-hydraulisk, er det nød-vendig å føre minst én hydraulisk tilførselsledning fra styre-plåttformen på overflaten ned til strømningsregulatoren for å skaffe fluidum under trykk til brønnhodet.

Når der benyttes elektro-hydrauliske eller hydrauliske styresystemer for å styre strømningsregulatorer under overflaten, er ett av de problemer som er vanskeligst å mestre, fullstendig sammenbrudd av styresystemet. F.eks. dersom der benyttes et elektro-hydraulisk styresystem,; er en elektro-hydraulisk styreenhet som er anordnet på strømningsregulatoren, forbundet med en elektro-hydraulisk til-før selsledning som strekker seg til overflaten. Dersom den elektro-hydrauliske styreenhet svikter, er det så å si umulig å betjene ventilene i strømningsregulatoren. Kan styreenheten avmonteres, må den da fjernes og byttes ut. Dersom styreenheten er fast eller skaden på styreenheten forekommer i den del av denne som er fast installert på strømningsregulatoren, kan det være nødvendig å fjerne hele strømningsregulatoren. I ethvert tilfelle faller en reparasjon av strømningsregulatoren og/eller av styreenheten på strømnings-regulatoren meget kostbart, både med hensyn til det utstyr som skal til for å gjennomføre reparasjonen, og til produksjonstap.

Siden reparasjonsomkostningene er så store, har der vært fore-slått forskjellige systemer til å forlenge levetiden av styresystemer for undervanns-strømningsregulatorer for å eliminere behovet for reparasjon og dermed unngå eller i det minste utsette produksjons-avbrudd. En løsning når det gjelder å forlenge levetiden av en strømningsregulator, er å holde parat et separat, reserve-styresystem som er maken til styresystemet for hoved-strømningsregulatoren. Et eksempel på et slikt reserve-styresystem kan finnes i Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, 1972-1973, bind 3,

30. revisjon, utgitt av World Oil, side 4152-4161.

En annen metode til å forlenge levetiden av en strømnings-regulator består i å kombinere det vanlige hydrauliske styresystem, omfattende den hydrauliske styreledning og styreenheten, med en separat hydraulisk tilførselsledning forbundet med en eller annen form for trykkstyrt ventil som er forbundet med ventilene i strøm-ningsregulatoren via en omkasterventil i den hensikt å betjene ventilene i strømningsregulatoren i tilfellet av svikt i hoved-styreenheten.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en undervanns-styrekobling til betjening av en brønnhode-installasjon under vann, f.eks. en strømningsregulator eller et utbruddsvern, i en ny og forbedret utførelse, som gjør det mulig å forlenge brønn-hodets driftstid og samtidig eliminere nødvendigheten av å bruke to separate hydrauliske tilførselsledninger som strekker seg fra vannflaten ned til undervanns-installasjonen.

Ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen innbefatter undervanns-styrekoblingen en elektro-hydraulisk styreenhet som er sammenmontert med et brønnhode-ventilsystem som innbefatter forskjellige kjente styreventiler for normal betjening av brønnen. Hydrauliske toveis-styreventiler er anordnet i brønnhode-ventil-systemet eller -installasjonen og er hydraulisk forbundet med de forskjellige brønnhode-styreventiler og med den hydrauliske styreenhet. Med de hydrauliske toveis-styreventiler og med styreenheten er der forbundet en flerdobbelt, trykkfølsom, feilsikker ventil

eller sekvensventil som leverer forskjellige distinkte<*>fluidum-utgangssighaler som reaksjon på fluidum-inngangssignaler med forskjellige trykk. Et ved overflaten manøvrert styreorgan med en eneste hydraulisk styreledning strekker seg fra overflaten av vannet til hydraulisk forbindelse med den feilsikre ventil for å skaffe inngangssignaler med varierende trykk til den feilsikre ventil. Den feilsikre ventil innbefatter også organer som skaffer et normalt utgangs-betjeningssignal til styreenheten for betjening av denne under vanlige betingelser, og innbefatter ytterligere organer som skaffer separate utgangssignaler direkte til toveis-ventilene for betjening av brønnhodé-ventilene i nødssituasjoner. ;Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til tegningen, som skjematisk viser en undervanns-installasjon, f.eks. en strømningsregulator, tilknyttet den nye og feilsikre styrekobling ifølge den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen. ;På tegningen er C den generelle betegnelse for en undervanns-styrekobling ifølge den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen, bestemt til å styre en undervanns-installasjon, f.eks. en strømnings-regulator T anordnet under vann. Strømningsregulatoren T er som vist på tegningen, montert på en brønnhode-føringskonstruksjon 11. Strøm-ningsregulatoren T, forbindelsesorganet 10 for brønnhodet og førings-konstruks jonen 11 utgjør alle undervanns-utstyr som er kjent innen oljeindustrien. F.eks. er en passende føringskonstruksjon 11 vist i Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, bind 3, ;Ofr' ;side 4500, utgitt av World Oil, 1972-1973. Videre er et passende brønnhode-forbindelsesorgan, f.eks. som 10, vist på side 4 509 i det samme bind. Dessuten er en passende strømningsregulator T vist på sidene 4536-4537 i det samme bind. ;Henvisningstallene 12, 14, 15 og 16 betegner betjeningsorganer for visse ventiler i strømningsregulatoren, f.eks. produk-sjonsventiler, testventiler og sikkerhetsventiler, som alle er tidligere kjent. Ventil-betjeningsorganene 12-16 drives hydraulisk for å åpne og lukke slike ventiler ved bruk av hydraulisk trykk. Strøm-ningsregulatoren T innbefatter videre en fordeler 17 med påmontert regulator-deksel 18. ;Undervanns-styrekoblingen C innbefatter et styresystem 20 som befinner seg ved overflaten og er skjematisk vist som et panel 20a montert over vannlinjen 21. Overflate-styresystemet 20 kan være maken til det styresystem som er vist på side 4164 i bind 3 i Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, 1972-1973. Selvfølgelig skal det forstås at styrepanelet 2 0a bare er represen-tativt for det' styresystem ved overflaten som er innrettet til å levere hydraulisk fluidum under trykk og passende elektriske signaler til undervanns-strømningsregulatoren T for manøvrering av dennes ventiler som styres av ventil-betjeningsorganene, f.eks. 12-16. ;På strømningsregulatoren T er der montert en styreenhet 2 3;som er innrettet til å motta hydrauliske signaler og elektriske signaler fra styresystemet 2 0 ved overflaten i den hensikt å betjene ventil-betjeningsorganene, f.eks. organene 12-16. Styreenheten 2 3 ;kan installeres sammen med selve strømningsregulatoren T eller sammen-monteres med strømningsregulatoren T etter at denne er festet til brønnhodet. Styreenheten 2 3 kan være av kjent utførelse og kan f.eks. tilsvare den som er vist på side 4154-4159 i bind 3 i Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, 1972-1973. ;En strømningsledning 24 strekker seg fra en lagringsanordning (ikke vist) ved overflaten ned til en strømningsledning-tilkoblings-stasjon 25, f.eks. som beskrevet i US-PS 3 866 677, som innehas av oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse. Strømningslednings-tilkoblingsstasjonen 25 innbefatter hovedsakelig et strømningsregu-lator-tilkoblingsorgan 25a som er forbundet med selve strømnings-regulatoren T via en regulator-strømningsledning, f.eks. som 2 4a. Strømningslednings-tilkoblingsstasjonen 25 innbefatter i tillegg en strømningsledning som forbinder tilkoblingsorganet'25b med strøm-ningsledningen 24. Strømningslednings-tilkoblingsorganet 25b mon-teres og forbindes for drift med strømningsregulator-strømnings-lednings-koblingsorganet 25a for å danne driftsmessig forbindelse til overføring av olje fra strømningsregulatoren T til overflaten. ;En hydraulisk tilførselsledning 22a og en elektrisk tilførsels-ledning 22b strekker seg fra styresystemet 20 ved overflaten ned til strømningsregulatoren T langs strømningsledningen 24. Den elektriske tilførselsledning 22b kan være forbundet med styreenheten 2 3 ved hjelp av et hvilket som helst passende forbindelsesorgan, skjematisk antydet ved 2 3a. Hydraulisk forbindelse med styreenheten 2 3 blir derimot tilveiebragt ved bruk av undervanns-styrekoblingen C ifølge den foretrukne utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse. Følgelig er der med strømningsregulator-strømningsledning-tilkoblingen 25a forbundet en annen hydraulisk tilførselsledning 26 som strekker seg til hydraulisk forbindelse med en flerdobbelt, trykkfølsom, feilsikker ventil eller sekvensventil 2 7 anordnet på strømningsregulator-dekselet 18. Den hydrauliske ledning 26 danner hydraulisk forbindelse med den hydrauliske tilførselsledning 22a gjennom strømningslednings-tilkoblingsstasjonen 25 for å skaffe et ;fluidum-inngangssignal til sekvensventilen 27. ;Sekvensventilen 27 er omtalt i US-paténtsøknad nr. 464 771. Sekvensventilens funksjon er via ledningen 26 å motta et inngangssignal som kan befinne seg på forskjellige trykknivåer, og å skaffe separate og distinkte utgangssignaler avhengig av inngangssignalets trykknivå. Sekvensventilen innbefatter fire inngangsmodi eller ;-veier 27a, 27b, 27c og 27d. Utgangsveien eller -ledningen 27a er en hydraulisk ledning som strekker seg fra sekvensventilen 2 7 til styreenheten 2 3 til det formål å skaffe hydraulisk fluidum under et spesielt trykk til styreenheten 23. Under normale driftsforhold skaffes der hydraulisk fluidum under trykk gjennom sekvensventilen 27 og gjennom utgangsledningen 27a, og styreenheten 2 3 betjenes under bruk av et slikt hydraulisk trykk i ledningen 2 7a i kombi- ;nasjon med elektriske signaler sendt fra styresystemet 20 til enheten 23. ;Utgangsveien eller -ledningen 27b er også en hydraulisk;ledning som er tilsluttet en toveis-ventil eller omkaster-ventil 2 8 anordnet på regulatoren. Sekvensventilens utgangsvei eller -ledning 27c er forbundet med en annen omkaster-ventil 29, og sekvensventilens utgangsvei eller -ledning 27b er forbundet med en tredje omkaster-ventil 30. ;Omkaster-ventilene 28*-30 er hydrauliske toveis-styreventiler, f.eks. som beskrevet på side 4223 i Composite Catalog of Oil Field Equipment and Services, 1972-1973. Omkaster-ventilen 2 8 innbefatter

en styreenhet-inngangsledning 28a og en utgangsledning 2 8b som er forbundet med ventil-betjeningsorganet 14. Omkaster-ventilen 2 9 innbefatter styreenhet-inngangsledning 29a og ventil-utgangsledning 29b forbundet med ventil-betjeningsorgan 15, og omkaster-ventilen 30 innbefatter styreenhet-inngangsledning 30a og ventil-utgangs-

ledning 30b. Omkaster-ventilen 28 skaffer gjennom utgangsledningen 28b et utgangssignal til ventil-betjeningsorganet 14 som reaksjon på

et fluidum-inngangssignal enten fra styreenhet-inngangsledningen 28a eller fra sekvensventilens utgangsledning 2 7b. På lignende måte

skaffer omkaster-ventilen 29 et fluidum-utgangssignal til ventil-bet jeningsorganet 15 som reaksjon på et fluidum-inngangssignal enten fra ledningen 28a eller fra ledningen 27c, som er den sekvens-utgangsledning som er forbundet med denne omkaster-ventil. Omkaster-ventilen 30 skaffer fluidum-utgangssignalet til ledningen 30b og dermed til ventil-betjeningsorganet 16 som reaksjon på et fluidum-inngangssighal enten fra styreenhet-inngangsledningen 30a eller fra sekvensventil-utgangslédningen 2 7d.

Ventil-betjeningsorganene 14, 15 og 16 kan således virke ved mottagelse av utgangssignaler fra de respektive omkaster-ventiler 28-30. Omkaster-ventilene 28-30 skaffer også utgangssignaler som reaksjon på fluidum-utgangssignaler enten fra styreenheten 2 3 eller fra sekvensventilen 27.

Sekvensventilen 2 7 er istand til å dirigere et fluidum-inngangssignal på ledningen 26 til en hvilken som helst av de fire ledninger 27a-27d avhengig av fluidum-trykknivået hos inngangssignalet i ledningen 26. Når fluidum-inngangssignalet i ledningen 26 via sekvensventilen 27 dirigeres til en hvilken som helst av de spesielle utgangsledninger, f.eks. 27a, blir der ikke samtidig levert fluidum-trykk via noen som helst av de øvrige utgangsledninger 2 7b-27d.

Under drift og bruk av undervanns-styrekoblingen C ifølge oppfinnelsen føres eller senkes sekvensventilen ned på. strømnings-regulatoren sammen med enten strømningsregulator-dekselet eller styreenheten 2 3. Ved sammenføyning med strømningsregulatoren kobles sekvensventilen til styreenheten 2 3 og til omkaster-ventilené 28-30 ved hjelp av kjente, passende hydrauliske forbindelsesorganer. Ved den foretrukne utførelsesform blir fluidum-trykk gjennom inngangsledningen 26 dirigert inn i styreenhetens inngangsledning 2 7a ved et første trykknivå. Dette første trykknivå benyttes utelukkende under normale driftsbetingelser. Under normale betingelser mottar undervanns-styreenheten 23 fluidum-trykk gjennom ledningen 27a og styrer i samvirkning med elektriske signaler fra ledningen 22b til-førselen av hydraulisk fluidum gjennom ledningene 28a, 29a og 30a for å lede fluidum inn i de respektive omkaster-ventiler 28-30 og dermed styre betjeningen av ventil-betjeningsorganene 14-16.

Dersom styreenheten 2 3 skulle svikte, vil tilførselen av fluidum-trykk ved det første trykknivå gjennom ledningen 27a til styreenheten 2 3 være til liten eller ingen nytte for virkelig å betjene ventil-betjeningsorganene 14-16. Når der forekommer en slik nødssituasjon, kan sekvensventilen 27 skiftes til et annet, tredje eller fjerde trykknivå for å betjene hvilket som helst av ventil-bet jeningsorganene 14-16. F.eks. ved svikt i styreenheten 2 3 stiger trykket i tilførselsledningen 22a og den hydrauliske inngangsledning 26 til et annet nivå (høyere enn det første trykknivå), som skifter sekvensventilen 27 til en annen stilling, hvor fluidet i ledningen 26 ledes til sekvens-utgangsledningen 27b. Fluidet i sekvens-utgangsledningen 27b ledes inn i omkaster-ventilen 2 8 og deretter ut gjennom omkaster-utgangsledningen 28b inn i ventil-betjeningsorganet 14 for å betjene den ventil som er forbundet med dette.

En stigning av fluidum-trykket i tilførselsledningen 22a

og dermed i inngangsledningen 26 til et tredje høyere nivå vil be-virke at sekvensventilen skifter og dirigerer fluidet ved det tredje nivå til omkaster-ventilen 29 gjennom sekvensventil-utgangslédningen 27c. Det fluidum som ledes inn i omkaster-ventilen 29, føres deretter gjennom omkastérventil-utgangsledningen 29b til ventil-bet jeningsorganet 15 for å betjene den med dette forbundne ventil. På én lignende måte kan ventil-betjeningsorganet 16 påvirkes ved høyning av fluidum-trykket i ledningene 22a og 26 til et fjerde nivå, som er høyere enn den ved tidligere trykknivåer, og som be-virker at sekvensventilen 27 skifter og leverer fluidum under trykk gjennom ledningen 27d til omkaster-ventilen 30. Som forklart tidligere virker hver av omkaster-ventilene, f.eks. 28, til å skaffe et utgangs-fluidumsignal gjennom utgangsledningen, f.eks. 28b, som reaksjon på et fluidum-signal gjennom en tilhørende utgangsledning, f.eks. 28a eller 27b. På denne måte er det mulig å utnytte sekvensventilen 27 til å avløse undervanns-styreventilenheten 2 3 når det måtte være nødvendig.

Sekvensventilen 2 7 kan også være slik forbundet med styreenheten 2 3 at fluidum-trykket i ledningene 22a og 2 6 under normale driftsbetingélser blir dirigert til styreenhet-utgangsledningen 28a når fluidum-trykket er på et fjerde, høyeste trykknivå. Under disse forhold benyttes sekvensventilen til å levere hydraulisk fluidum under trykk til en hvilken som helst av de tre omkaster-ventiler 28-30 når fluidum-trykket i ledningene 22a og 26 synker til et tredje, annet eller første trykknivå, alle trinnvis lavere enn det fjerde, høyeste trykknivå. Denne driftsmåte er særlig fordelaktig når styreenheten 27 kan svikte på grunn av en trykklekkasje som kan gjøre det vanskelig å høyne trykket i sekvensventilen tilstrekkelig til et annet, høyere trykknivå som er tilstrekkelig til å føre ventilen ut av dens første stilling.

Ved den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen som er angitt her, har undervanns-styrekoblingen C vært beskrevet i forbindelse med styring av ventiler i en strømningsregulator. Det skal forstås at de samme prinsipper kan anvendes i forbindelse med hvilke som helst fjerntliggende undervanns-brønnhodeinstallasjoner som innbefatter et utbruddsvern montert på brønnhodet under bore-operasjonene. Det skal gjøres oppmerksom på at monteringen av sekvensventilen på strømningsregulator-dekselet 18 gjør det mulig å fjerne og reparere styreenheten 2 3 mens sekvensventilen brukes til manøvrering av strømningsregulatoren T.

Den ovennevnte utredning og beskrivelse av oppfinnelsen er ment som en illustrasjon og forklaring av denne, og at det er mulig å foreta adskillige endringer med hensyn til størrelse, form og materialvalg såvel som til detaljer ved den viste konstruksjon uten å gå ut over oppfinnelsens idé. F.eks. skal det forstås at sekvensventilen 2 7 kan føres eller senkes ned på strømningsregulatoren T sammen med selve styreenheten 23 istedenfor sammen med strømningsregu-lator-dekselet 18. I ethvert tilfelle kan sekvensventilen løses og tas av fra strømningsregulatoren T. Dessuten kan signal-utgangs-ledningene, f.eks. 27b for sekvensventilen 27, forbindés med flere enn ett ventil-betjeningsorgan om det skulle ønskes.

Claims (9)

1. Undervanns-styrekobling til betjening av et brønnhode-ventilsystem;i en brønnhode-installasjon under vann, karakterisert ved at den omfatter et brønnhode-ventilsystem med forskjellige ventil-betjeningsorganer som er anordnet i dette og tjener til normalt å betjene og styre strømning gjennom brønnhode-ventilsystemet, idet brønnhode-ventilsysternet innbefatter en elektro-hydraulisk styreenhet som normalt betjener de forskjellige ventil-bet jeningsorganer , hydrauliske toveis-styreventiler som er anordnet* i brønnhode-ventilsystemet, og gjennom hvilke styreenheten er forbundet hydraulisk med de forskjellige ventil-betjeningsorganer, en flerdobbelt, feilsikker ventil som reagerer på trykk og er forbundet med de hydrauliske toveis-styreventiler og med styreenheten, og som skaffer forskjellige distinkte utgangssignaler som reaksjon på en endring i trykket hos et eneste fluidum-inngangssignal , et ved overflaten plasert styreorgan og en eneste hydraulisk styreledning som står i hydraulisk forbindelse med den flerdobbelte trykkfølsomme ventil for å overføre et variabelt fluidum-inngangssignal fra styreorganet ved overflaten til den trykkfølsomme ventil, <:> samtidig som den flerdobbelte trykkfølsomme ventil innbefatter organer som skaffer et utgangs-betjeningssignal til den hydrauliske styreenhet under normale driftsbetingelser og ytterligere skaffer et utgangssignal direkte til toveis-ventilen for betjening av ventil-bet jeningsorganene i nødssituasjoner.

2. Styrekobling som angitt i krav 1, karakterisert v e d at styreorganet ved overflaten med den eneste hydrauliske styreledning innbefatter organer til overføring av et første fluidum-inngangssignal til den flerdobbelte trykkfølsomme ventil, som avgir et første fluidum-utgangssignal til styreenheten, idet styreenheten nyttiggjør seg det første fluidum-utgangssignal for overføring av véntil-betjeningssignaler til toveis-ventilene for betjening av ventil-betjeningsorganene under normale betingelser.

3. Styrekobling som angitt i krav 2, karakterisert ved at styreorganet ved overflaten med den hydrauliske styreledning skaffer et annet fluidum-inngangssignal til den flerdobbelte trykkfølsomme ventil, som innbefatter organer til overføring av det annet inngangssignal til minst én av toveis-ventilene for direkte å betjene minst ett av ventil-betjeningsorganene.

4. Styrekobling som angitt i krav 3, karakterisert v e d at den flerdobbelte trykkfølsomme ventil innbefatter organer til utelukkelse av overføringen av fluidet til styreenheten i forbindelse med leveringen av fluidum til en av toveis-ventilene.

5. Styrekobling som angitt i krav 1, karakterisert ved at toveis-ventilen avgir fluidum-trykksignaler enten fra styreenheten eller fra den flerdobbelte trykkfølsomme ventil til i ventil-betjeningsorganene.

6. Styrekobling som angitt i krav 1, karakterisert ved at den flerdobbelte trykkfølsomme ventil er montert på strøm-ningsregulatoren sammen med styreenheten.

7. Styrekobling som angitt i krav 3, karakterisert ved at det første fluidum-inngangssignal har et høyere trykk enn det annet fluidum-inngangssignal.

8. Styrekobling som angitt i krav 3, karakterisert ved at det annet fluidum-inngangssignal har et høyere trykk enn det første fluidum-inngangssignal.

9. Styrekobling som angitt i krav 1, karakterisert ved at den flerdobbelte trykkfø lsomme, feilsikre ventil er montert adskilt fra styreenheten, slik at brønnen kan forbli i drift ved hjelp av den flerdobbelte trykkfølsomme, feilsikre ventil selv når styreenheten er fjernet.