NO844816L - Strupeventil for boring - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en styreventil

og mer spesielt til strupeventiler som tjener til å oppta energien i høytrykksfluider så som f.eks. fluider som stiger opp fra en brønn.

Strupeventiler er generelt koplet til brønnannulusen ved brønnoverflaten for å oppta energien i høytrykksfluider idet slike fluiser vanligvis inneholder små partikler så som ut-boret materiale løsnet fra brønnformasjoner i grunnen. Slikt materiale erroderer på destruktiv måte i ikke-metalliske tet-ninger som er anordnet i strupeventilen på grunn av tetnings-materialets blottleggelse mot væskestrømmen når ventilen er delvis åpen, dvs. i den fluidenergidisserperende stilling.

I denne henseende utsettes tetningen ikke for den slipende fluidstrømning når ventilen er lukket, da væskestrømmen i en slik tilstand er stoppet opp. Det er behov for en ventilsammen-stillingkarakterisert vedi alt vesentlig redusert tetnings-errosjon og tilsvarende øket levetid. Videre er det behov for en strupeventilkonstruksjon som videre erkarakterisert veduvanlig enkel oppbygning og forbedret konstruksjon som er kompatibel med plutselig høyt brønn-fluidtrykk, slik som f.eks. under et "spark" i mudstrømmen oppover i annulus mellom brønn-foringen og borestrengen.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret strupeventil som møter ovennevnte behov.

I hovedsak inkluderer multistilling-strupeventil-sammenstillingen ifølge foreliggende oppfinnelse i kombinasjon: a) et ventillegeme utformet med et indre kammer og inn-løps- og utløps-strømningsåpninger som kommuniserer med nevnte

kammer, og

b) en ventilstopper-sammenstilling som er aksialt bevegbar i kammerets lengderetning, idet nevnte sammenstilling inkluderer en aksialt utadragende spindel, en aksialt utadragende hylse, en ringformet seksjon anordnet mellom spindelen og hylsen, og en ringformet tetningsanordning på nevnte ringformete del som frilagt langs seksjonens periferi, c) at hylsen er utstyrt med et flertall gjennomgående åpninger og har en tilbaketrukket stilling i hvilken strømmen

passerer med relativt mindre hastighet forbi tetningen for deretter å passere fremover via nevnte åpninger med relativt

øket hastighet inn i hylsen, med påfølgende generell aksial strømning fremover mot utløpsåpningen, d) at hylsen har en fremskutt stilling i hvilken tetningen er radielt sammenpresset for å ligge i inngrep med en utboring,

hvorved nevnte strøm gjennom nevnte hylseåpninger blokkeres.

Videre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse såvel som detaljer ved foretrukkete utføringsformer, vil bli nærmere beskrevet i den påfølgende beskrivelse og på tegningene, på hvilke: fig. 1 viser et oppriss av en strupeventil koplet til en brønninstallasjon;

fig. 2 viser i forstørret målestokk et delvis horisontal-snitt tatt langs linjen 2-2 på fig. 1;

fig. 3 viser et vertikalsnitt sett langs linjen 3-3 på

fig. 2 idet figuren viser strupeventilen i fullt åpen stilling;

fig. 4 viser et snitt tilsvarende snittet vist på fig. 3 hvor strupeventilen er i fullstendig stengt stilling;

fig. 5 viser en ytterligere detalj av ventilsammenstillingen når den er fullstendig lukket, hvilken figur er i forstørret målestokk;

fig. 5a viser i ytterligere forstørret målestokk en del-seksjon av detaljer på ventilelementene i en fullstendig lukket stilling;

fig. 5b viser et snitt tilsvarende snittet vist på fig. 5a idet figuren viser detaljer av ventilelementene ved en strøm gjennom en delvis lukket ventil; og

fig. 5d viser et snitt tilsvarende snittet vist på fig. 5b hvor ventilen er fullstendig åpen.

Som vist på fig. 1 er en strupeventil 10 vist i en sideveis tilkoplet stilling ved 11 til brønnforing 12 hvilken ventil er beregnet på å motta fluider under trykk, slik som f.eks. høy-trykks-boremud som typisk inneholder sand eller andre partikler. Brønnforingen omgir borestrengen 13 gjennom hvilken mudet sirku-lerer nedover som indikert med pilen 14.

Som vist på figurene 2 og 3 inkluderer strupeventilen 10 et ventillegeme 15, et ventillokk 15a, og mellomliggende ringformete deler 15b, 15c, 15d og 15e. Sistnevnte deler er beliggende i boringer 16a-16c som vist. Stoppskuldre 17a og 17b ligger an mot flensoverflate 18 og 19, henholdsvis på delene 15b og 15e, mens toppdekselet 15a holder delene 15b - 15e i stilling.

Et kammer 20 er anordnet innvendig i legemet 15 slik at dette strekker seg rundt en mellomliggende del på delen 15c. Sistnevnte del har et antall åpninger 21 gjennom sin vegg,

slik at fluid som kommer inn via legemets side-innløpsåpninger 22 og inn i det ringformete kammer 20, passerer via åpninger

21 og inn i det innvendige rom 23 innvendig i delen 15c.

Delen 15c kommuniserer med utløpsåpningen 24 for å tillate utstrømning av fluid, f.eks. via ledningen 25 til en sump eller andre områder.

En ventilstoppersammenstilling er anordnet ved 26 idet denne er bevegbar i lengderetningen i akseretningen 27 for kammeret 20 og rommet 23. Nevnte sammenstilling inkluderer en aksialt utadragende spindel 28, en aksialt utadragende hylse 29 og en ringformet del, så som f.eks. en flens 30, plassert mellom spindelen 28 og hylsen 29. En aktuator for å bevege nevnte spindel og hylse aksialt kan f.eks. bestå av et stempel 31 festet ved 31a til den reduserte diameterfor-lengelse 28a på spindelen, idet stempelet er bevegbart i én retning inne i sylinderen 32 under påvirkning av et styrende fluidtrykk tilført via ledningen 33 til kammeret 34 i sylinderen; samt at stempelet er bevegbart i motsatt retning inne i sylinderen 32 som et resultat av påføring av styrefluidtrykk via ledningen 35 til kammeret 36 i sylinderen. Én ende av sylinderen 32 er opptatt i dekselet 15a mens et hode 39 stenger den mot-satte ende av sylinderen idet festeorgan 40 sammenkopler hodet og dekselet. Det vises også til tetningen 85' mellom dekselet 15a og spindelforlengelsen 28a samt til tetningen 86' mellom hodet 39 og ytterligere spindelforlengelse 28a<1>.

Som vist på fig. 5a til 5c bærer metallflenser 30 en ringformet tetning 42 som f.eks. kan være dannet av et elastomerisk materiale. Flensen 30 og hylsen 29 kan f.eks. bestå av et slitesterkt materiale slik som f.eks. tungsten karbid samtidig som at delen 15d også kan bestå av et slikt materiale. Tetningen er plassert ved en side 30a på flensen på motsatt side av hylsen 29 idet hylsen 29 f.eks. utgjør en integrert enhet med flensen. Tetningen kan ha en svalehale eller en underkuttet tilpasning med siden 30a på flensen, for derved å bidra til dens

tilbakeholdelse på flensen.

Hylsen er utført med et flertall gjennomgående åpninger 43 anordnet rundt aksen 27 for å lede en oppsplittet fluidstrøm innvendig i hylsen for å slå mot hverandre og derved oppta strømningsenergi når hylsen og sammenstillingen 26 (se fig.

3 og 5b) er i sine tilbaketrukkede stillinger. Etter hvert som sammenstillingen 26 beveges fremover, vil åpningene 43 prodres-sivt stenges av borebrønnen 44, for derved å redusere strøm-ningsmengden ved 25. I en fullstendig fremskutt stilling på hylsen (se fig. 4 og 5a) vil sideåpningene 43 være fullstendig avstengt fra boreveggen 44, mens tetningen er sammenpresset eller klemt radielt for derved å tette mot veggen (utboringen) 44, slik at strømmen gjennom ventilen er fullstendig avstengt. En aktuator er anordnet på denne ende, hvilken strekker seg

mot den skrånende side 42a på tetningen. Den viste aktuator 47 er sylindrisk og har en skrånende fremre overflate som er tilpasset den tettende vegg 42a. Et anlegg, slik som en feste-anordning 50, holder aktuatoren fast til den ringformete del eller flensen 30 for aksial bevegelse mellom hylsens fremskutte og tilbaketrukne stillinger. Motholdet er ved hjelp av gjenger koplet ved 51 til aktuatorlegemet 52, for derved å kunne justere den aksiale sammenpressing av tetningen, slik at ønsket tilpasning med boreveggen 44 oppnåes.

Det er et vesentlig trekk ved foreliggende oppfinnelse at fluidstrømmen på grunn av monteringen av tetningen på flensen 30, med en vesentlig større ytre diameter enn hylsen 29, bringes til å passere med relativt mindre hastighet forbi tetningen (se pilen 56 på fig. 5c), og deretter fremover med relativt øket hastighet (se pilen 57 på fig. 5c) forbi de skrånende endevegger 58 og 59 på flensen, for deretter å passere ved 60 gjennom åpningene 43 inn i hylsens innvendige rom 61, hvor fluidstrålene slår mot hverandre. Strømmen passerer deretter generelt aksialt mot utløpet ved 25. Som et resultat vil slipende partikler i fluidstrømmen passere med mindre hastighet i området nær til, eller mot tetningen, hvilket forårsaker mindre slitasje på tetningen med påfølgende økning av tetningens levetid. Når videre ventilsammenstillingen er satt i en strøm-ningsreduserende stilling som vist på fig. 5b, med flensen 30 nær opp til endeflaten 64 på delen 15d, vil tetningen forbli i tilstrekkelig avstand fra denne endeflate slik at de slipende partikler som er for store til å passere gjennom åpningen 67 mellom 58 og 80 (se fig. 5b) forhindres i å komme i kontakt med tetningen hvorved tetningsslitasjen reduseres eller forhindres. Gapet 67 er mindre i bredde enn bredden på de andre gap eller åpninger nedstrøms for gapet 67, for derved å sikre at partikler som passerer gjennom gapet 67 ikke vil kile seg fast. Om det er ønskelig med utspyling av slike store partikler, kan nevnte sammenstilling beveges noe oppover. Det vises til utboringen 44 på fig. 5 som opptar flensen 30. Gapet 67 er imid-lertid større i areal enn de strømningspasserende arealer av de gjennomgående åpninger nedstrøms. I fullt åpen stilling som vist på fig. 5c, kan ventilen tillate passasje av store kuttede biter uten å ha noen områder som er utsatt for fast-kiling av slike partikler. Etter hvert som hylsen og flensen beveges fremover, vil tetningens ringformete ytre overflate 42b komme i anlegg med den fremre ringformete skrånende flate 80 på delen 15d som derved progressivt presser tetningen slik at denne sammenpresses i radiell retning, hvilket klart fremgår av fig. 5a og 5c. Etter at flensens skrånende flate 59 kommer til fullt anlegg mot delens flate 64a, kan spindelen 28 beveges ytterligere for å stenge gapet 82 på fig. 5a (og på tilsvarende måte åpne et gap ved 83) for derved ytterligere å sette tetningen 42 under trykk med påfølgende økning av trykket mot boringen 44.

Delen 15d flyter noe i stilling på grunn av klaringer

ved 84, 85 og 86 på fig. 3 for derved å justeres radielt i for-hold til sammenstillingen for å passe sammen med hylsen 29

etter hvert som denne beveges fremover. Se også fronttetningen 87 mellom den flytende del 15d og den ikke-flytende del 15e. Følgende karakteristika er av betydning:

a) med ventilen i fullt åpen stilling kan store kuttede biter passere, b) i midtstilling fungerer ventilen som en sluse eller seteventil; eller ved å tilføye et par hull som ved

43, fungerer den som en jet-strupeventil,

c) i fullt lukket stilling, energiseres tetningen på en stor flensdiameter for lavere strømningshastigheter,

d) spindelenden på hylsen 29 offres, idet denne tillates

å erroderes ved avslipninger uten å påvirke ventilens funksjoner.

Fig. 3 og 4 viser også tilveiebringelse av en ventilstil-lingsmålende og følende anordning generelt indikert med henvis-ningstallet 41. Denne anordning inkluderer et element 70 festet ved 71 til spindelforlengelsen 28a', og er bevegbar inn i eller ut fra en aksial stillingssensor 72. En trykkledning 73 kommuniserer følevæsketrykk (som indikerer ventilstillingen) til et utvendig måleorgan eller en registreringsenhet.

Hylsen 29 kan uten åpninger 29, og i dette tilfelle er hylsen utstyrt med et offrende, erroderbart element som anført ovenfor.

Claims (13)

1. En multistilling-strupeventil-sammenstilling, karakterisert ved kombinasjonen av følgende trekk: a) et ventillegeme utstyrt med et innvendig kammer og innløps- og utløps-strømningsåpninger som kommuniserer med nevnte kammer, b) en ventilstopper-sammenstilling bevegbar aksialt i kammerets lengderetning, hvilken sammenstilling inkluderer en aksialt ragende spindel, en aksialt ragende hylse, en ringformet del plassert mellom spindelen og hylsen og en ringformet tetning på nevnte ringformete del beliggende ved delens periferi, c) at hylsen er utstyrt med et flertall gjennomgående åpninger og har en tilbaketrukket stilling i hvilken strømmen passerer med relativt mindre hastighet forbi tetningen for deretter å passere fremover via nevnte åpninger med relativt øket hastighet inn i hylsen med påfølgende generell aksial strømning fremover mot utløpsåpningen, d) at hylsen har en fremskutt stilling i hvilken tetningen er radielt sammenpresset for å ligge i inngrep med en utboring og at strømmen gjennom nevnte hylseåpninger er blokkert.

2. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte ringformete del omfatter en flens, at tetningen utgjøres av et ikke-metallisk materiale og har en ytre overflate hvis diameter er større enn den ytre overflate på nevnte hylse ved nevnte hylses åpninger.

3. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte flens og hylse er dannet av et slitesterkt materiale og at nevnte ventilstopper-sammenstilling inkluderer en aktuator som beveges for presse tetningen aksialt og er anordnet for å holde tetningen tilbake i stilling mot flensen.

4. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte ventilstopper-sammenstilling inkluderer et fastholdingsorgan som fastholder nevnte aktuator på nevnte flens for aksial bevegelse.

5. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved en stoppskulder på nevnte ringformete del for et sammenpresset inngrep med nevnte ventillegeme for derved å blokkere videre bevegelse fremad av den ringformete del og hylsen i nevnte fremskutte stilling av hylsen, idet nevnte sammenpressede anlegg er ringformet for å tilveiebringe en mekanisk tetning.

6. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte utløpsåpning på legemet er beliggende i aksial avstand fra hylsen, og at nevnte innløpsåpning er plassert på én side av legemet som leder inn-løps-strømmen mot hylsen i en tilbaketrukket stilling av denne.

7. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 2, karakterisert ved at flensen rager frem mellom tetningen og hylsen og er utvendig avsmalnende mot hylsen for å tilveiebringe en åpning i legemet, som på kontrollert måte tillater passasje av en væskestrøm, hvoretter væskestrømmen aksellererer etter hvert som den passerer gjennom åpningen, idet åpningens bredde er mindre enn bredden på nevnte andre åpninger og at gapets areal er større enn det strømningspasse-rende areal i nevnte åpninger.

8. En strupeventil som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte legeme er utstyrt med en utboring som akkurat er tilpasset for å oppta hylsen, en boring for å oppta flensen og tetningen, samt en stoppskulder mellom nevnte to boringer for derved å stoppe en forskyvning forover av flensen.

9. En strupeventil som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte ventilstopper-sammenstilling har en stilling hvor nevnte flens og legeme danner et strømningsgap som er tilstrekkelig lite til å stoppe partikler i strømmen idet tetningen er beliggende i avstand fra nevnte gap, for derved å være i vesentlig avstand fra kontakt med nevnte partikler.

10. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 4 , karakterisert ved at aktuatoren har begrenset aksial bevegbarhet relativt til flensen for aksial sammenpressing av tetningen.

11. En strupeventilsammenstilling som angitt i krav 1, karakterisert ved en legemedel definert av nevnte utboring i legemet for opptagelse av tetningen aksialt, hvilken del kan beveges i begrenset radial retning i nevnte legeme for å tilpasse seg til opptagelse av hylsen i nevnte del.

12. En flerstillings-strupeventilsammenstilling, karakterisert ved kombinasjonen av følgende trekk: a) et ventillegeme utstyrt med et innvendig kammer og innløps- og utløps-strømningsåpninger som kommuniserer med nevnte kammer, b) en ventilstopper-sammenstilling aksialt bevegbar i kammerets lengderetning, hvilken sammenstilling inkluderer en aksialt ragende spindel, en aksialt ragende hylse, en ringformet seksjon plassert mellom nevnte spindel og hylse, og en ringformet tetning på nevnte ringformete seksjon, frilagt ved seksjonens periferi, c) at hylsen har en tilbaketrukket stilling i hvilken strømmen passerer med relativt mindre hastighet forbi tetningen for deretter å passere fremover med relativt øket hastighet forbi hylsen med påfølgende generelt aksial strømning fremover mot utlø psåpningen, at hylsen er utstyrt med en offerdel som erroderes når denne kommer i kontakt med slipepartikler i væskestrømmen, e) at hylsen har en fremre stilling i hvilken tetningen er radielt sammenpressbar for å ligge i inngrep med en utboring i legemet hvorved strømmen forbi nevnte hylse er blokkert.

13. Strupeventilsammenstilling som angitt i krav 12, karakterisert ved en stoppskulder på nevnte ringformete seksjon for sammenpresset anlegg med nevnte ventillegeme for blokkering av ytterligere bevegelse fremover av den ringformete del og hylse i nevnte fremskutte stilling, hvilket sammenpressbare anlegg har en ringformet kontaktflate for å tilveiebringe en sekundær mekanisk tetning.