NO850874L - Roertrykkbalansert broennsikkerhetsventil - Google Patents

Description

Generelt er det vel kjent å tilveiebringe en undervanns brønn-sikkerhetsventil for bruk i en brønn for stengning av en strøm av brønnfluider gjennom brønnrøret. US-patent 4,161,219 angir en stempelaktivert sikkerhetsventil som er tvunget til en åpen stilling og lukkes som respons til hydrualisk fluid som påføres fra brønnoverflaten. I den ventil virker fluidtrykket i brønn-røret mot stempel- og sylinderenheten i en retning for å bevege ventilen til en lukket stilling. Imidlertid i det tilfellet, arbeider trykket i brønnrøret mot det hydrauliske styrefluid fra overflaten som krever øket hydraulisk styretrykk som virker mot en rørtrykk, hvilket er uønsket såvel som variabelt i noen anvendelser.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en forbedret stempel-og sylinderaktivert undersjøisk sikkerhetsventil i hvilke brønntrykket i brønnrøret ikke påvirker åpningen eller lukkingen av sikkerhetsventilen og således tilveiebringer en såkalt balansert ventil for så vidt som brønnrørstrykkvirkningen angår.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en undersjøisk brønn-sikkerhetsventil i hvilke ventilen er konstruert og avtettet slik at virkningen av trykket i brønnrøret eller boringen av sikkerhetsventilen ikke påvirker åpningen eller lukkingen av sikkerhetsventilen. Ventilkonstruksjonen og tetningene er dimensjonert for slik å være balansert i både en lukkeretning og en åpneretningen for så vidt hva rørtrykkvirkningen angår.

Et ytterligere mål med den foreliggende oppfinnelse er frem-bringelsen av en brønnsikkerhetsventil for å styre fluidstrøm-men gjennom et brønnrør som innbefatter et rørformet hus og et ventillukkeelement som beveger seg mellom åpen og lukket stilling. Et langsgående rørformet element er teleskopisk bevegbart i huset for å kontrollere bevegelsen av ventillukkeelementet. Spenninnretninger er forsynt til å virke på det rørformede element i en første retning for å bevirke ventillukkeelementet å bevege seg til lukket posisjon. En stempel- og sylinderenhet er plassert i huset, hvor en av disse er forbundet til det rør-formede element, og en side av enheten er anordnet til å være i kommunikasjon med hydraulisk fluid som forløper til brønnover-flaten for å bevege ventillukkeelementet til den åpne stilling. Den foreliggende forbedring utelukker trykk i brønnrøret fra

å påvirke åpningen og lukkingen av ventilen ved å tilveiebringe første og andre avstandstetningsinnretninger mellom det rørform-mede element og huset for å forhindre brønntrykket i det rør-formede element fra å kommunisere med stempel- og sylinderenheten. I tillegg er den ytre diameter av det rørformede element på hvilke den første og andre tetningsinnretning virker av den samme diameter hvorved kreftene som virker på det rørformede element fra brønntrykket på det rørformede element blir balansert. I tillegg blir den andre side av stempel- og sylinderenheten ventilert for å tillate operering av enheten ved det hydrauliske styrefluid fra overflaten som virker på den siden av enheten.

Nok et mål med den foreliggende oppfinnelse er at ventilasjonen forløper gjennom huset til det ytre av huset hvorved hydrostatisk trykk i brønnen på utsiden av ventilen virker på stempel-og sylinderenheten i en retning til å lukke ventilen og for å kompensere for det hydrostatiske trykk i kontrolledningen som fører til overflaten.

Nok et mål med"den foreliggende oppfinnelse er at den første

og andre tetningsinnretning hver innbefatter to sirkulære tetninger med en ventilasjonspassasje som fører fra tetningenes mellomrom for ytterligere å isolere stempel- og sylinderenheten fra trykket i det rørformede element. Fortrinnsvis fører ventil-eringene til det ytre av ventilhuset.

Et ytterligere mål med oppfinnelsen er at et hydraulisk kammer er formet mellom huset og det rørformede element og er anordnet til å kunne forbindes til brønnoverflaten for å motta hydraulisk styrefluid og overføre styrefluidet til en side av den hydrauliske stempel- og sylinderenhet. Første og andre avstands-tetningsinnretning er ved motsatte ender av kammeret for å forhindre fluidtrykket i det rørformede element fra å kommunisere med det hydrauliske kammer og den ene side av stempel- og sylinderenheten.

Nok et mål med den foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelsen av en annen utførelse i hvilke et hydraulisk ventilasjonskammer er formet mellom huset og det rørformede element og innbefatter en åpning som forløper gjennom huset, i hvilke ventileringskammeret er i kommunikasjon med den andre side av stempel- og sylinderenheten. I denne utførelse er den første og andre i avstand anordnede tetningsinnretning på motsatte sider av ven-tilas j onskammeret for å forhindre fluidtrykk i det rørformede element fra å kommunisere med den andre side av stempel- og sylinderenheten.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil komme frem fra den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, gitt for beskrivelsesformål og satt i forbindelse med de vedlagte tegninger.

Fig.lA og IB er forlengelse av hverandre av en bruddstykkevis sideskisse, delvis i tverrsnitt, av en brønnsikker-hetsventil som anvender en form av den foreliggende

oppfinnelse og vist i åpen stilling,

fig.2 er et tverrsnitt tatt langs linjen 2-2 i fig.lB, og fig.3A og 3B er fortsettelser av hverandre av en bruddstykkevis sideskisse, delvis i tverrsnitt, av en annen utførelse av en sikkerhetsventil som bruker den foreliggende oppfinnelse, og vist i åpen stilling.

Mens den foreliggende forbedring i en undersjøisk brønnsikker-hetsventil vil bli vist, kun for illustrasjonsformål, som inn-arbeidet i en av smekktypen gjennopprettbar rørsikkerhetsventil, vil det forstås at den foreliggende oppfinnelse kan bli brukt med andre typer av sikkerhetsventiler og sikkerhetsventiler som har forskjellige typer av ventillukkeelementer.

Idet det nå vises til tegningene, og særlig til fig.lA og IB, er den undersjøiske sikkerhetsventil ifølge den foreliggende oppfinnelse generelt indikert ved referansenummeret 10 og er vist å være av en ikke-gjenopprettbar type for kobling i et brønnrør 11 slik som ved et gjenget parti 12' ved en ende og en gjenget tapp 13 ved den andre ende for kobling av sikkerhetsventilen 10 direkte inn i røret 11 til en olje- og/eller gass-brønn. Sikkherhetsventilen 10 innbefatter generelt et legeme eller hus 12 anordnet til å bli forbundet i et brønnrør for å danne en del av dette og for å tillate brønnproduksjon deri-gjennom under normale driftsbetingelser, men i hvilke sikkerhetsventilen 10 kan lukkes eller bli lukket i respons av unormale tilstander slik som kan oppstå når brønnen overproduserer, utblåser eller i tilfelle av feil ved brønnutstyret.

Sikkerhetsventilen 10 inkluderer vanligvis en boring 14, et ringformet ventilsete 16 plassert over boringen 14, et ventillukkeelement slik som en klaff-ventil 18 forbundet til huset 12 ved en dreieaksel 20. Således når klaff-ventilen 18 er i den øvre posisjon og setet på ventilsetet 16, er sikkerhetsventilen 10 lukket og blokkerer strømningen oppad gjennom boringen 14 og brønnrøret 11. Et gliderør eller rørformet element 22 er teleskopisk bevegbart i huset 12 og gjennom ventilsetet 16.

Som det sees best i fig.lB, når det rørformede element 22 blir beveget til en nedre posisjon, skyver røret 22 klaffen 18 bort fra ventilsetet 16. således blir ventilen 10 holdt i åpen posisjon så lenge som gliderøret 22 er i nedre posisjon. Når glide-røret 22 blir beveget oppad, tillates klaffen 18 å bevege seg oppad mot setet 16 ved virkningen av fjæren 24 og også ved virkningen av fluidstrømmen som beveger seg oppad gjennom boringen 14 av huset 12.

Forskjellige krefter kan forsynes for å virke på det rørformede element 22 for å kontrollere dets bevegelse slik at under drifts-betingelsene vil det rørformede element 22 være i den nedre stilling og holde klaffen 18 bort fra og av ventilsetet 16,

slik at ventilen 10 vil være åpen. Når unormale tilstander opp-står, vil det rørformede element 22 bli beveget oppad langs klaffen 18 for å avstenge strømningen til ventilen 10 og brønn-røret 11. Således kan spenninnretninger slik som en fjær 26 eller et trykktilført kammer (ikke vist) virke mellom en skulder 28 på ventilhuset 12 og en skulder 30 på det rørformede element 22 for å gi tvang til det rørformede element 22 i en oppad retning for å frigjøre klaffen 18 for å lukke ventilen 10.

Sikkerhetsventilen 10 blir styrt ved påføring eller fjerning

av et trykkfluid, slik som hydraulisk fluid, gjennom en styre-bane eller ledning, slik som styreledningen 31 som forløper til brønnoverflaten som tilfører et trykktilført hydraulisk fluid til toppen av en stempel- og sylinderenhet generelt indikert ved referansenummeret 32, hvor en av disse, slik som stempelet 34 som beveger seg i et sylinder 36, er forbundet til det rør-formede element 22. Når det hydrauliske fluid blir tilført til enheten 32, vil en av elementene, slik som stempelet 34, bevege det rørformede element 22 nedad og tvinger klaffen 18 av setet 16 og inn til fullt åpen stilling. Hvis fluidtrykket i rør-ledningen 31 blir redusert tilstrekkelig relativt til kreftene som virker på det rørformede element 22 oppad, vil det rørform-ede element 22 bevege seg oppad forbi setet 16 og tillate klaffen 18 å svinge og lukke på setet 16.

Beskrivelsen ovenfor er generelt beskrevet i US-patent nr. 4,161,219. Imidlertid i det patentet virker fluidtrykket i boringen 14 mot stempelet for å bevege stempelet til en lukket stilling. Trykket i boringen 14 er variabelt og hvis det virker mot bunnen av stempel- og sylinderenheten 32, så må denne kraft overkommes ved kraften som tilføres til styreledningen 31. Det betyr at brønntrykket i boringen 14 arbeider mot styretrykket i ledningen 31. Derfor, i noen anvendelser, er det ønskelig å bruke en balansert ventil, det er en ventil som blir balansert i forhold til brønntrykket i boringen 14 som virker mot ventilen, slik at brønnen eller rørtrykket ikke påvirker verken åpne-eller lukkeoperasjonen av delen 10.

Idet det vises til fig.IA og IB, er én av stempel- og sylinderenheten 32, slik som stempelet 34, forbundet til det rørformede element 22 ved en egnet forbindelse slik som en not- og f jær-forbindelse 42 og stempelet 34 utsettes for fluidtrykk i et kammer 44 som er i kommunikasjon med styreledningen 31. For å forhindre trykk i boringen 14 fra å påvirke åpningen og lukkingen av ventilen 10, er en første tetningsinnretning generelt indikert ved henvisningsnummeret 48 og en andre tetningsinnretning, generelt indikert ved referansenummeret 50 forsynt mellom den ytre diameter av det rørformede element 22 og huset 12 for å forhindre fluidtrykk i boringen 14 fra å kommunisere med kammeret 44 og med stempel- og sylinderenheten 32. Fluidtrykket i boringen 14 vil virke mot begge ender av det rørformede element 22 tvers over tverrsnittet av det rørformede element 22 hvilket engasjerer tetningsinnretningen 48 og 50. Derfor er det viktig at den ytre diameter av det rørformede element 22

som engasjerer den første tetningsinnretning 48 og den andre tetningsinnretning 50 er de samme slik at kreftene som virker.;

på det rørformede element fra trykket i boringen 14 er balansert.

Imidlertid, hvis den ene eller den andre tetningsinnretning 48 eller 50 feiler, vil brønntrykket i boringen 14 strømme inn i kammeret 44 og virke mot stempelet 34 i en retning til å bevirke ventilen 10 å åpne. Hvis brønntrykket er tilstrekkelig til å overkomme spennfjæren 26, vil ventilen 10 feile i den åpne stilling. For å redusere denne mulighet, innbefatter hver av den første 48 og den andre 50 tetningsinnretning to sirkulære tetninger og en ventileringspassasje som fører fra mellom de to sirkulære tetninger til utsiden av huset 12 for ytterligere å isolere, stempel- og sylinderenheten 32 fra trykket i boringen 14 av det rørformede element 22. Således innbefatter tetningsinnretningen 48 første og andre sirkulære tetninger 52 og 54 .med en ventileringspassasje 56 derimellom som forløper til det ytre av huset 12. Likeledes innbefatter tetningsinnretningen 50 første og andre sirkulære tetninger 58 og 60 med en ventileringspassasje 52 derimellom som føres til det ytre av huset 12. Således, anta at tetningen 52 feiler, så vil rørtrykket i boringen 14 bli avledet gjennom passasjen 56 for derved å mulig-gjøre for tetningen 54 og forbli tetningen mellom det rørform-ede element 22 og huset 12. Likeledes hvis tetningen 60 feiler, vil rørtrykket strømme ut ventileringspassasjen 62 og tillate tetningen 58 å forbli bunntetningen mellom det rørformede element 22 og huset 12. Derfor er tetningsinnretninger 48 og 50 anordnet til å opprettholde en rørtrykkbalanse på det rørformede element 22 og isolere stempel- og sylinderenheten 32 fra rør-trykket i boringen 14.

For å tillate stempel- og sylinderenheten 32 å bli aktivert til en åpen stilling og til en lukket stilling, er den andre side av stempel- og sylinderenheten 32 ventilert gjennom en ven-tileringspassas j e 64 i huset 12. Ventileringen 64 er forbundet til det ytre av huset og således er i kommunikasjon med ringrommet rundt sikkerhetsventilen 10 i en brønnboring hvorved et hvert hydrostatisk trykk av fluid som står i ringrommet virker på den andre side av stempelet 34 for hydrostatisk å presse stempelet 34 til en lukket stilling for å hjelpe spennkraften av fjæren 26. En fil 66 er forsynt på det ytre av huset 12 over ventileringspassasjen 64 for å redusere inngangen av forurens-ninger til sylinderen 36. Hvis ønsket kan ventilasjonspassasjen 64, istedenfor å bli forbundet til ringrommet, forbindes til en andre hydraulisk styreledning (ikke vist) som forløper til brønnoverflaten for hydrostatisk å spenne stempelet 34.

Andre og ytterligere utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan utføres slik som vist i fig.3A og 3B hvor like deler til de vist i fig.l og 2 er likeledes nummerert med et tillegg av etterstavelsen (a). Det vises til fig.3A og 3B hvor kammeret 44a mellom huset 12a og det rørformede element 22a er i kommunikasjon med den andre side av stempel- og sylinderenheten 32a istedenfor den første side som vist i fig.l og 2. I tillegg er kammeret 44a et ventileringskammer som innbefatter en ventileringspassasje 64a fra den andre side av stempel- og sylinderenheten 32a til det ytre av huset 12a. Igjen er første og andre tetningsinnretninger 48a og 50a plassert på motstående ender av kammeret 44a og mellom det rørformede element 22a og huset 12a-for å forhindre trykk i det rørformede element 22 og i boringen 14a fra å kommunisere med stempel- og sylinderenheten 32a. Likeledes er den ytre diameter av det rørformede element 22a på hvilke den første tetningsinnretning 48a og den andre innret-ning 50a samvirker av den samme diameter hvorved kreftene på det rørformede element 22 fra trykket i boringen 14 blir balansert. Igjen innbefatter den første tetningsinnretning 48a og den andre tetningsinnretning 50a to sirkulære tetninger som er tetningene 52a og 54a, og 58a og 68a henholdsvis, med ventil-eringspassas j er 56a og 62a som fører fra deres respektive sirkulære tetninger for ytterligere å isolere stempel og sylinderenheten 32a fra trykket i boringen 14a.

Claims (8)

1. Brønnsikkerhetsventil for å kontollere fluidstrømmen gjennom et brønnrør som innbefatter et rørformet hus og et ventillukkeelement som beveger seg mellom åpenog lukket posisjon, et langsgående rørformet element teleskopisk bevegbart i huset for å styre bevegelsen av ventillukkeelementet, innretninger for å spenne det rørformede element i en første retning for å bevirke ventillukkeelementet til å bevege seg til lukket posisjon, en stempel- og sylinderenhet posisjonert i huset hvor en av disse er forbundet til det rørformede element, en side av enheten er anordnet il å være i kommunikasjon med hydraulisk fluid som forløper til brønnoverflaten for å bevege ventillukkeelementet til den åpne posisjon, hvor forbedringen i innretning-en for å forhindre trykket i brønnrørledningen fra å påvirke åpningen og lukkingen av ventilen, karakterisert ved at den innbefatter første og andre i avstand anbragte tetningsinnretninger mellom det rørformede element og huset for å forhindre fluidtrykk i det rørformede element fra å kommunisere med stempel- og sylinderenheten, den ytre diameter av det rørformede element på hvilke den første og andre tetningsinnretning samvirker er av den samme diameter, hvorved kreftene på det rørformede element fra trykket i det rørformede element blir balansert, og en ventileringsåpning i kommunikasjon med den andre side av stempel- og sylinderenheten for å tillate operering av enheten ved hydraulisk fluid fra overflaten som virker på nevnte ene side av enheten.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at ventileringen forløper gjennom huset hvorved hydrostatisk trykk i en brønn virker på enheten i en retning til å lukke ventilen.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hver av den første og andre tetningsinnretning innbefatter to sirkulære tetninger og en ventilasjonspassasje som fører fra mellom de to sirkulære tetninger for ytterligere å isolere stempel- og sylinderenheten fra trykket i det rørform-ede element.

4. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at hver av den første og andre tetningsinnretning innbefatter to sirkulære tetninger og en ventilasjonspassasje som fører fra mellom de to sirkulære tetninger for ytterligere å isolere stempel- og sylinderenheten fra trykket i det rørformede element.

5. Brønnsikkerhetsventil for å kontrollere fluidstrøm-men gjennom en brønnrørledning, karakterisert ved at den innbefatter et hus som har en åpen boring og anordnet til å bli plassert i brønnrøret, et ventillukkeelement i husets boring og bevegbar mellom åpen og lukket stilling for å åpne og lukke fluidstrøm-men gjennom boringen og nevnte rør, et langsgående rørformet element som er teleskopisk bevegbart i huset for å kontrollere bevegelsen av ventillukkeelementet, innretninger for å presse det rørformede element i en første retning for å tillate ventillukkeelementet å bevege seg mot lukket stilling, en stempel- og sylinderenhet plassert i huset, og en av hvilke er forbundet til det rørformede element, et hydraulisk kammer formet mellom huset og det rør-formede element og anordnet til å bli forbundet til brønnover-flaten for å motta hydraulisk styrefluid, hvor en side av nevnte enhet er i kommunikasjon med det hydrauliske kammer for å aktivere det rørformede element i en andre retning for å åpne ventillukkeelementet, første og andre i avstand anbragte tetningsinnretninger på motsatte ender av kammeret og mellom det rørformede element og huset for å forhindre fluidtrykk i det rørformede element fra å kommunisere med stempel- og sylinderenheten, den ytre diameter av det rørformede element på hvilke den første og andre tetningsinnretning samvirker er av samme diameter hvorved kreftene på det rørformede element fra trykket i det rørformede element blir balansert, og en ventileringsåpning som forløper mellom det ytre av huset og den andre side av stempel- og sylinderenheten for å tillate operering av enheten ved hydraulisk fluid i kammeret som virker på nevnte ene side av enheten.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at hver av den første og andre tetningsinnretning innbefatter to sirkulære tetninger og en ventilasjonspassasje som fører fra mellom de to sirkulære tetninger for ytterligere å isolere stempel- og sylinderenheten fra trykk i det rørformede element.

7. Brønnsikkerhetsventil for å kontrollere fluidstrømmen gjennom en brønnrørledning, karakterisert ved at den innbefatter et hus som har en åpen boring og er anordnet for plassering i brønnrøret, et ventillukkeelement i husets boring og bevegbart mellom åpen og lukket posisjon for å åpne og lukke fluidstrømmen gjennom boringen og nevnte rør, et langsgående rørformet element teleskopisk bevegbart i huset for å kontrollere bevegelsen av ventillukkeelementet, innretninger for å presse det rørformede element i en første retning for å tillate ventillukkeelementet å bevege seg til lukket stilling, en stempel- og sylinderenhet plassert i huset, og en av hvilke er forbundet til det rørformede element, en side av enheten er anordnet til å være i kommunikasjon med hydraulisk fluid som forløper til brønnoverflaten for å bevege ventillukkeelementet til den åpne stilling, et hydraulisk ventileringskammer formet mellom huset og det rørformede element og innbefattende en åpning som forløper gjennom huset, hvor ventileringskammeret er i kommunikasjon med den andre side av stempel- og sylinderenheten, første og andre i avstand anbragte tetningsinnretninger på motsatte ender av kammeret og mellom det rørformede element og huset for å forhindre fluidtrykk i det rørformede element fra å kommunisere med stempel- og sylinderenheten, og den ytre diameter av det rørformede element på hvilke den første og andre tetningsinnretning samvirker er av samme diameter hvorved kreftene på det rørformede element fra trykket i det rørformede element blir balansert.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av den første og andre tetningsinnretning innbefatter to sirkulære tetninger og en ventilasjonspassasje som fører fra mellom de to sirkulære tetninger for ytterligere å isolere stempel- og sylinderenheten fra trykket i det rørform-ede element.