NO822138L - Ventilanordning for ringformet rom. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en ventilinnretning for ah-i vendelse i en underjordisk brønn, og spesielt en innretning for selektiv avtetning av et ringrom som dannes mellom den j ytre flate av en arbeidsstreng og innerflaten av et operativt !organ som befinner seg i en produksjonsstreng, såsom en , .sikkerhetsventil. 'i Før en hvilken som helst brønn kan settes i produksjon,

■må det sørges for montering av en rekke operative organer i produksjonsrørstrengen. Således kan én eller flere sikkerhetsventiler befinne seg på forskjellige dybder langs rør-strengen. Det forekommer ofte at kjemisk behandling, i spyling eller lignende arbeider må utføres ved produksjons-formasjonen, gruspakkingen eller grussilen. En rekke avl ;slike operasjoner blir utført ved at man fører inn i produk-i sjonsstrengens boring en lengde av sammenhengende rør, som I av og til kalles "makaronirøreller lengder av sandspylings-rør som vil lede spyle- eller behandlingsfluidå til det område av brønnen som krever utbedring. Slike rør kan av og til måtte passere én eller flere sikkerhetsventiler som er montert i produksjonsstrengen, og tilstedeværelsen av■ slike rør hindrer i høy grad stengning av sikkerhetsventilen, inntil rørene blir fjernet.

Som det vil være velkjent blant fagfolk, og som også

er erkjent ved en rekke offentlige bestemmelser vedrørende behandlingen eller reparasjoner av brønner, er det et vanlig krav at hvis sikkerhetsventilen må blokkeres fra stengning på grunn av gjennomføring av en eller annen arbeidsstreng gjennom den, må brønnen drepes før arbeidsoperasjonen kan settes igang. Dette er selvsagt en tidkrevende og kostbar operasjon.

Oppfinnelsen tilveiebringer en innretning som effektivt vil avtette det ringrom som dannes mellom en arbeidsrørstreng og innerflaten av huset for en sikkerhetsventil eller et lignende operativt organ i en underjordisk brønn, ved ethvert tilfelle som.normalt vil kreve en avstengning av sikkerhetsventilen. Når ventilen ikke kan stenges, vil ringrommet ' mellom arbeidsstrengen og den indre boring av ventilen eller i et lignende organ være effektivt avtettet, og strømningen av

■fluidum oppover i arbeidsstrengen kan effektivt styres ved hjelp av andre ventilinnretninger som er anordnet 'ved brønnhodet eller ved bunnen av arbeidsstrengen. Av største betydning vil det herunder være at ringrom-ventilinnretningen ifølge oppfinnelsen.vil forbli i brønnen.og igjen kan tas i bruk for avtettende å engasjere yttersiden av enhver i.

i innført arbeidsrørstreng. Ringromventilen utgjøres av et ventilhode, såsom ' en ringformet masse av elastomert materiale som i sin av-lastede stilling uhindret forløper rundt enhver arbeidsrør-streng og tillater lett passasje av denne gjennom sin j boring og dessuten selvsagt uhindret strømning av fluidum gjennom det' ringrom som dannes mellom arbeidsstrengen og

den indre boring av det operative organ, såsom en sikkerhetsventil. Det er sørget for en trykkpådragsinnretningj som normalt ville pådra en aksial trykkraft på den ring-> formede masse, idet den tvinger massen radialt innover for derved å bevirke tettende kontakt med ventilsetet, som ut-gjøres av den ytre vegg av arbeidsstrengen og den indre vegg av det omgivende hus av sikkerhetsventilen. Imidlertid blir den nevnte trykkpådragsinnretning motvirket av et ringstempel som er pådratt av et styrefluidumtrykk fra brønnhodet. Et slikt styrefluidumtrykk kan hensiktsmessig være det samme fluidumtrykk som benyttes for å bevirke aktiveringen av sikkerhetsventilen til åpen stilling. Ved enhver nevne-verdig reduksjon eller tap av styrefluidumtrykk vil pådragsinnretningen bevirke en aksial kompresjon av den ringformede elastomere masse og bevirke en effektiv avtetning av ringrommet mellom arbeidsstrengen og den indre boring av sikkerhetsventilens hus. Brønnen er således effektivt kontrollert.

Avtetningen av ringrommet kan oppheves øyeblikkelig

ved fornyet pådrag av styrefluidumtrykk på stempelet, hvilket bevirker en avlastning av trykket fra pådragsinnretningen på den ringformede elastomere masse, idet den elastiske "hukommelse" av en slik masse tillater denne å trekke seg sammen •radialt utover i nødvendig grad for å åpne ringrommet for fluidumstrømning og/eller tilbaketrekning av arbeidsstrengen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under

henvisning til de vedføyede tegninger, hvor

Fig. IA, IB og 1C sammen representerer et vertikalsnitt av en sikkerhetsventil for en underjordisk, i brønn som omfatter en ringromventil som er utført ifølge : oppfinnelsen, idet fig. IB og 1C er respektive fortsettelser, av fig. IA og IB.. j

<1>Fig. 2A og 2B viser vertikalsnitt i større målestokk av det parti av sikkerhetsventilen på fig. 1 som omfatter ringromventilen ifølge oppfinnelsen, og med ringromventilen 1'vist i sin åpne eller ikketettende stilling. Fig. 2B er i en vertikal fortsettelse av fig. 2A. i Fig. 3A og 3B er snitt i likhet med fig. 2A og 2B, men viser ringromventilen i dens stengte eller avtettende .stilling med hensyn til en innført arbeidsrørstreng. i Til tross for at ringromventilen ifølge oppfinnelsen kan innpasses i ethvert operativt organ i forbindelse med en produksjonsstreng for en underjordisk brønn, er ventilen<:>.fortrinnsvis benyttet i forbindelse med et organ til hvilket styrefluidumtrykk tilføres via en separat ledning fra toppen av brønnen. Således viser fig. IA - 1C en sikkerhetsventil 1 som innbefatter en dreibar kuleventil 2 som blir bragt i åpen stilling ved pådrag av styrefluidumtrykk på et aktuator-stempel 25 som bevirker dreining av kuleventilen 2 til åpen stilling mot virkningen av. trykkfjærer 27a og 27b, hvilke fjærer normalt tvinger kuleventilen til stengt stilling, slik som spesielt vist på fig. 1C. Sikkerhetsventilen 1 omfatter et oppad forløpende ytre hus 10, i hvilket ringromventilen 40 er montert. Det øvre parti- av kuleventilhuset 10 er ved toppen gjengeforbundet med en koblingshylse 11 som ved toppen er gjengeforbundet med en pakningshylse 12, som på sin side bærer et par aksialt adskilte mansjettpaknings-satser 13 og 14. Pakningssatsene 13 og 14 griper avtettende inn i boringen av en pakningsnippel 3 på vanlig måte, og nippelen 3 er festet til en produksjonsstreng ovenfor denne. Den øvre ende av pakningshylsen 12 er i sin tur gjengeforbundet med en koblingsstuss 15, som på sin side ved hjelp av gjenger er festet til den r.edre ende av en konvensjonell låseinnretning 30 som er forsynt med utragende låseseg- i .menter 31 som kan.gripe inn i en konvensjonell setenippel •3a i pakningsnippelen 3. Låseinnretningen 30 kan bestå av

,enhver velkjent innretning, f.eks. den låseinnretning som

er beskrevet i søkerens norske patentsøknad nr. 79 2765.

'Pakningshylsen 12 er dessuten forsynt med en radial port 12a, som på vanlig måte er koblet til en ledning 4 som i er ført gjennom veggen av produksjonsstrengen og via et rør 51 er koblet til en trykkfluidumkilde ved toppen av brønnen. Således kan styrefluidumtrykk tilføres det indre av huset

10 og forplante seg nedover i huset via innbyrdes forbundne.! rekker av ringformede kanaler inntil styrefluidumtrykket<j>pådrar en oppadvendende, ringformet flate 25a av ring- j | stempelet 25 som tilveiebringer åpningskraften for kule-| i iventillegemet 2 i sikkerhetsventilen 1. Hele den del av sikkerhetsventilen 1 som befinner seg nedenfor aktuator-• stempelet 25 er av konvensjonell type, og produseres og

■omsettes av Baker Packers Division, Baker International

i Corporation, Houston, Texas som "Super Series E" sikkerhetsventil, som er vist og beskrevet på side 775 i "1980 Completion Systems Catalog", publisert av Baker Packers Division. Følgelig skulle det ikke være nødvendig med noen ytterligere beskrivelse av sikkerhetsventil-komponenten av ventilinnretningehpå fig. IA - 1C.

Det øvre parti 25b av ringstempelet 25 er glidbart

og tettende ført i boringen 23a i en f0ringshyl.se 23. Det effektive pådragsareal av ventilens ringstempel 25 utgjøres av en utragende skulder 25c forsynt med et ringformet spor for en tetningsring 24 som har glidende føring på en flate 10a av den indre boring i sikkerhetsventilens hus 10. Førings-hylsen 23 er forsynt med en rekke radialt fordelte langs-gående kanaler som således utgjør det nedre parti 4Id av en ringformet fluidumpassasje som strekker seg fra porten 12a og frem til den oppadvendende flate 25a av stempelet 25.

Føringshylsen 23 er ved toppen gjengeforbundet med

en koblingshylse 26 som er forsynt med utvendige gjenger 26a i inngrep med innvendige gjenger på den nedre ende av et indre hus 42 for ringrom-ventilinnretningen 40. Det indre hus 42 strekker seg oppad i hele lengden av innretningen 40 og er ved innvendige gjenger 4 2a ved sin øvre ende gjengeforbundet med den nedre ende av en hylse 43, som ved sin

i øvre ende har gjengeforbindelse 43a med den ovennevnte

pakningshylse 12. Den ytre diameter av hylsen 43 er alltid mindre enn den indre diameter av de tilgrensende partier av pakningshylsen 12 og de tilgrensende partier av koblingshylsen 11, hvorved det dannes en ringformet passasje 41a som strekker seg nedad fra innløpsporten 12a for å kommunisere med en ringformet passasje 41b mellom den ytre flate av det | indre hus 4 2 og den indre flate 10a av sikkerhetsventilens > hus 10. Den ringformede fluidumpassasje 41b kommuniserer ; på sin side med en ringformet fluidumpassasje 41c som er dannet mellom en kobling.shylse 10c for det ytre hus 10 og

den indre koblingshylse 26. Endelig kommuniserer den ring-i formede fluidumpassasje 41c med radialt anordnede langs-gående passasjer 41d gjennom stempelets føringshylse 23.!

Et ringformet ventil- eller pakningselement 45 er montert i det indre hus 42 av ventilinnretningen 40. Et slikt ventil- eller pakningselement 45 kan hensiktsmessig omfatte en ringformet masse av elastomert materiale av hovedsakelig langstrakt form, som ved sin øvre og nedre ende er forsynt med ringformede fremspring 45a hhv. 45b med'redusert tykkelse. Fremspringet 4 5b har pasning i et komplementært spor 46a.utformet i et ringformet kamelement 46 som er fiksert i stilling ved anslag mot toppflaten av koblingshylsen 26. Den ene vegg 46b av sporet 46a er avskrådd utad for derved å meddele et radialt innadrettet pådrag på den elastomere masse når denne blir trykket sammen-mot en slik flate. På samme måte, blir det øvre fremspring 45a av massen 45 ført i et spor 48a utformet i det nedre endeparti av et kamelement 48 av nippeltypen som er glidbart montert for aksiale bevegelser i den indre boring av det indre hus 42. Den ene flate 48b av sporet 48a er vinkelformet avskrådd for derved å kunne meddele en radialt innadrettet trykkraft til den elastomere masse 45 så snart en kompresjonskraft utøves av det ringformede kamelement 48.

Kamelementet eller kamnippelen 48 blir aktivert ved nedadrettet bevegelse av et ringstempel 50, som har et nedre parti som glidende samvirker med innerflaten av et indre fremspring 42b av det indre hus 42, og en radialt forstørret skulder 50a som har et spor 50b for opptagelse av en tetningsring 51 som glidbart og tettende har anlegg mot den indre vegg 42c.av det indre hus 42. En tetningsring 44 er anordnet i fremspringet 42b og samvirker glidende med det nedre parti av ringstempelet 50. Tetningsringen 51 i stempelskulderen 50a samvirker med boringen 4 2c i det indre hus 42.

En radial port 4 2d er utformet i veggen av det indre

■hus 42 i kommunikasjon med den ringformede fluidumpassasje 41b. Således vil, hver gang et styrefluidumtrykk tilføres hovedinnløpsporten 12a, dette trykk også pådra den nedad-rettede flate 50c som er utformet på stempelskulderen 50a og tvinge stempelet 50 i retning oppover. Det samme fluidumtrykk pådrar samtidig stempelet 25 av sikkerhetsventilen.1.

Bevegelse oppover av. stempelet 50 skjer mot virk-; ningen av en trykkfjær 52 hvis nedre ende ligger an mot ■ den øvre flate av stempelskulderen 50a, og hvis øvre ende ligger an mot en skulder 43b som er utformet på monterings-hylsen 43.

Under innkjøringsfasen av sikkerhetsventilen 1 og

den tilhørende ringrom-ventilinnretning, holdes stempelet 50 inaktiv stilling med fjæren 52 helt sammentrykket ved hjelp av en skjærstift eller -bolt 54 som er ført gjennom de tilgrensende veggpartier av stempelet 50 og det innadragende fremspring 42b av det indre hus 42. Skjærstiften 54 kan avskjæres etter innføringen av hele montasjen i produksjonsstrengen og innkobling av låseinnretningen 30, ved økning av styrefluidumtrykket til det nivå som kreves for-å

bevirke avskjæring av skjærstiften 54.

Deretter vil ringromventilen 4 0 bli værende i sin ikke-avtéttende eller åpne stilling bare så lenge et styrefluidumtrykk,som er tilstrekkelig høyt til å holde fjæren 5 2 sammentrykket og således forhindre pådrag av trykkrefter på det ringformede, elastomere pakningselement 45, pådras aktuatorstempelet 50. Det samme trykk vil selvsagt holde kuleventillegemet 2 av sikkerhetsventilen 1 i dets åpne stilling i overensstemmelse med konvensjonelle prosedyrer.

Til enhver tid når driftsforholdene krever stengning . av sikkerhetsventilen 1 og ringromventilen 40, er det bare nødvendig å redusere styrefluidumtrykket i en slik grad at fjæren 52 kan tvinge stempelet 50 nedover. Slik nedadgående bevegelse av stempelet bevirker dettes inngrep med det ringformede kamelement 4 8 og utøver en sammentryknings-kraft på den ringformede elastomere pakning 45 med resulterende kompresjon og deformasjon radialt innover av denne, hvorved det bevirkes et avtettende anlegg mot i •i den ytre periferi av en rørformet arbeidsstreng 60 (fig.'3A ' og 3B) som kan være innført i produksjonsstrengen. Kule- .! .ventillegemet 2 av sikkerhetsventilen 1 vil selvsagt bare : gå til en stengestilling som tillates av den innførte i

.arbeidsstreng, og fra nå av holdes brønnen under kontroll

ved hjelp av det ringformede pakningselement 4.5 samt ved ! avstengning av en egnet konvensjonell ventil (ikke vist), . som er anordnet på et hvilket som helst ønsket sted i

i arbeidsstrengen, hovedsakelig ved brønnhodet. På denne måte

■holdes brønnen under kontroll, uavhengig av det faktum at sikkerhetsventilen 1 er ute av stand til å gå til stengt:

stilling på grunn av den innførte arbeidsstreng.

For ytterligere å bidra til at den elastomere masse 45 straks deformeres radialt innover, er det anordnet en.

spalte, antydet ved 49, mellom' den nedre ende av stempelet

50 og den øvre ende av kamelementet 48. Denne spalte, som

i virkeligheten er en dødgangsforbindelse, tillater at stem-, : pelet 50 treffer kamelementet 48 med et kraftig aksialt støt og således overfører et slag av samme type til den elastomere pakning 4 5-. Det er funnet at den slagaktige type av kompresjonsbelastning på pakningen 45 er meget effektiv for å frembringe denønskede radialt innadrettede deformasjon av det elastomere materiale, for raskere å bevirke den ønskede avtetning av den ytre flate av den innførte arbeidsstreng 60,. som vist. på fig. 3A og 3B.

Avtetningen av ringrommet kan lett oppheves ved

påny å pådra styrefluidumtrykk på ringrominnretningen 40. Et slikt styrefluidumtrykk vil virke på stempelet 50 og tvinge det oppover under sammentrykning av fjæren 52 og avlastning av trykkreftene på det elastomere pakningselement 45. Et slikt pakningselement har fornøden iboende elastisk "hukommelse" til at det kan trekke seg tilbake til omtrent sin" opprinnelige stilling, hvilket er tilstrekkelig til at den innførte arbeidsstreng blir frigjort. Det samme styretrykk

vil bevege sikkerhetsventilens stempel 25 nedover og tvinge kuleventillegemet 2 til dets åpne stilling og således til-late at arbeidsstrengen kan trekkes ut av brønnen mens j ringromventilen forblir i brønnen og er klar for enhver senere bruk når en arbeidsrørstreng igjen skal benyttes.'

Skjønt oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med spesielle utførelser som er angitt i detalj, vil det forstås at dette bare er for å illustrere, og' at oppfinnelsen ikke nødvendigvis er begrenset til disse, idet alternative utførelser og betjeningsmåter vil være innlysende for fagfolk. Følgelig er det tenkelig med modifikasjoner som kan foretas uten at dette faller utenfor' rammen for oppfinnelsen.

Claims (7)

1. Ventil for et ringrom mellom en arbeidsrørstreng og et omgivende ringformet parti av et operativt organ i en produksjonsstreng i en underjordisk brønn, karakterisert ved et ringformet ventillegeme som er bevegelig og avtettende monterbart i boringen i det ringformede parti for hovedsakelig radiale bevegelser inn i og ut av avtettende kontakt med yttersiden av arbeidsstrengen, fjærende midler som tvinger det ringformede ventillegeme til den avtettende stilling, og midler som kan pådras av et styrefluidumtrykk mot virkningen av de fjærende midler for å bevirke at ventillegemet går til sin ikke-avtettende stilling i forhold til arbeidsstrengen etter pådrag av et forutbestemt styrefluidumtrykk på et ringstempel.

2. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter skjærstiftmidler for å holde det ringformede ventillegeme i dets ikke-avtettende stilling, idet skjærstiftmidlene er operativt forbundet med midlene som pådras av styrefluidumtrykket, hvorved pådrag av et forutbestemt styrefluidumtrykk på ringstempelet bevirker avskjæring av skjærstiftmidlene.

3. Ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at det ringformede ventillegeme omfatter en ringformet masse av elastomert materiale, samt at det er tilveiebragt midler som er operativt forbundet med de fjærende midler for å bevirke en aksial kompresjon av den ringformede, elastomere masse for å tvinge den indre vegg av massen til avtettende anlegg mot ytterflaten av arbeidsstrengen ved hjelp av den kraft som utvikles av de fjærende midler ved reduksjon av styrefluidumtrykket.

4. Ventil ifølge:krav 3, karakterisert 'ved at midlene som er operativt forbundet med de fjærende midler omfatter en dødgangsforbindelse for derved å frembringe en aksial slagaktig kraft på den ringformede elastomere masse. i

5. Ventil, ifølge krav 1, karakterisert ved at det ringformede ventillegeme omfatter en ringformet masse av elastomert materiale som med klaring omgir arbeidsstrengen i avlastet tilstand, at et første ringformet kam element er montert i boringen av det ringformede parti og <!> kan stå i inngrep med den ene ende av den ringformede elastomere masse, at et andre ringformet kamelement er operativt forbundet med de fjærende midler for å overføre en trykkraft til den annen endeflate av den ringformede elastomere masse, idet de første og andre kamelementer har avskrådde endeflater respektivt i anlegg mot endeflatene av den ringformede elastomere masse for å bevirke en radialt innoverrettet bevegelse av massens boring til avtettende anlegg mot arbeidsstrengen.

6.. Ventil ifølge krav 5, karakterisert1 ved at forbindelsen mellom de fjærende midler og det andre ringformede kamelement omfatter en dødgangsforbindelse når de fjærende midler er trykket sammen ved hjelp av ringstempelet, og derved frembringer en slagaktig kraft på den ringformede elastomere masse når, styrefluidumtrykket reduseres.

7. Ventil ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at det operative organ i produksjonsstrengen omfatter en ventil for selelktiv avtetning av strømningsbanen i produksjonsstrengen.