NO151675B - Undervannsventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår undervannsventiler som anvendes i brønner, og nærmere bestemt ventiler som generelt an-bringes i et neddykket sikkerhetsventilsystem, for å gjennomføre produksjonstester i undervannsbrønner.

Det er i senere år utviklet en teknikk for utføring av produksjonstester i undervannsbrønner, som består i at det i sikkerhetsventilsystemet innmonteres en undervannsventil som styres fra overflaten. En slik ventil, f.eks. som kjent fra NO-PS 14 5 481, omfatter et ventilhus hvori det er anordnet

to ventilelementer i serie. Et ytterhus som opptar drivsylindre for ventilelementene er fastriglet til ventilhuset, og kan demonteres fra overflaten ved hjelp av et hydraulisk styresystem.

Hvis det forekommer under en test at de produserte væsker inneholder gass, er det risiko for dannelse av naturgasshydrat i væskestrømmen gjennom ventilen. De sikkerhetsventilsystemer hvori ventilen er plassert, fungerer i realiteten som gode varmevekslere med sjøvann som har en temperatur av noen få grader C. Sjøvannet vil således avkjøle de produserte gasser, og det er mulighet for dannelse av faste naturgasshydrater som hindrer en tilfredsstillende funksjon av ventilelementene, eller endog blokkerer disse. I

visse gassfelter i produksjon er dannelsen av hydrater allerede blitt forhindret ved injisering av en liten mengde alkohol eller glykol i brønnhodene i havbunnivå.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er å frembringe

en ventil av ovennevnte type, som omfatter en anordning som vil muliggjøre injisering av hydratmotvirkende væske i produksjons-strømmen gjennom ventilen.

En undervannsventil ifølge oppfinnelsen, for styring av væskestrømmen fra en undersjøisk brønn, omfatter et ventilhus som kan fastgjøres til en rørstreng som nedføres i brønnen, og er utstyrt med en væskekanal, ventilelementer som er bevegelig montert i ventilhuset, for å åpne og lukke væskekanalen, en ventilstyreanordning, innbefattende en yttermantel beregnet på å festes til en ledning som strekker seg opp til overflaten, overflatestyrte rigelorganer for løsbar forankring av yttermantelen til ventilhuset. Det nye og særegne ved undervannsventilen, dvs. de trekk som virker til at ovennevnte formål oppnås, er at ventilen videre omfatter en første væskeledning for under trykk å bringe fra overflaten en væske som motvirker hydratdannelse, en andre væskeledning for å bringe motvirkervæsken gjennom ventilhuset og inn i væskekanalen, koplingsorganer på yttermantelen og ventilhuset,

for løsbar sammenkopling av den første og andre væskeledning når yttermantelen forbindes med ventilhuset, og lukkemidler i den andre væskeledning, som forhindrer at væskene fra væskekanalen unnviker mot ventilhusets utside når yttermantelen demonteres fra ventilhuset.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en offshore-borerigg som innbefatter en undervannsventilanordning ifølge oppfinnelsen; Fig. 2A og 2B viser lengdesnitt av en ventil ifølge oppfinnelsen; Fig. 3 viser et snitt langs linjen 3-3 i fig. 2B, samt Fig. 4 viser et lengdesnitt av en annen versjon av ventilen ifølge oppfinnelsen.

En flytende eller halvt nedsenkbar boreplattform er i

fig. 1 vist i stilling over en undersjøisk brønn 11. på et brønn-hode 12 som er forankret til overenden av et foringsrør 13, er det montert et sikkerhetsventilsystem 14 som omfatter tetningselementer 15 som kan beveges i sideretning, for derved å avstenge det ring-formede rom mellom foringsrøret 13 og en produksjonsrørstreng 16. Den øvre ende av sikkerhetsventilsystemet er forbundet med et stigerør 17 som strekker seg opp til overflaten, hvor det er fastgjort til plattformen ved hjelp av en konstantstrekk-anordning (ikke vist). Flere hydrauliske ledninger forbinder ventilsystemet med overflaten.

Innvendig i sikkerhetsventilsystemet 14 er det plassert en ventilanordning 20 som er innkoplet i den rørstreng 16 som strekker seg mellom overflaten og den brønnformasjon som testes. Ventilanordningen 20 omfatter et ventilhus 21 som gjennom en skjøtedel 22 er forbundet med et riflet røroppheng 23 som ligger an mot en anleggsflate 24. En hydraulisk styreanordning 28 er demonterbart forbundet med ventilhuset 21. Ventilelementene som er anbragt i ventilhuset, kan åpnes ved hjelp av hydraulisk trykk som overføres gjennom en ledning 29 som strekker seg opp til overflaten. Styreanordningen 28 kan demonteres fra ventilhuset under påvirkning av et hydraulisk trykk som overføres gjennom en annen ledning 30. Ved hjelp av styreflenser 31 kan ventilanordningen 20 sentreres i ventilsystemet. Fra en pumpe som er plassert på plattformen 10 kan en væske som motvirker hydratdannelse, ledes inn i ventilen gjennom et fleksibelt rør 32 som strekker seg opp til overflaten.

Ventilen 20 som er vist mer detaljert i fig. 2A og 2B,

er av samme type som omtalt i NO-PS 145 481, i

kombinasjon med et system for injisering av en væske som motvirker dannelsen av hydrater. Det henvises til ovennevnte norske patent-skrift for nærmere detaljer vedrørende denne ventils konstruksjon og virkemåte. Foreliggende beskrivelse begrenser seg til å re-kapitulere hovedtrekkene.

Styreventilen 21 omfatter en underdel 33 som er fastskrudd til en overdel 34 som er forsynt med utvendige knaster 3 7 og hvor det i overenden er anordnet et perifert spor 35. ventilhuset ^omfatter en gjennomgående kanal 36 som kan lukkes av en øvre ventilenhet og en nedre ventilenhet. Den øvre ventilenhet omfatter et klaffventilelement 40 som fastholdes i lukkestilling ved hjelp av en fjær 41. Den nedre ventilenhet består av et kuleventilelement 42 som er dreibart opplagret i et bur 43 som tvinges oppad av en spiralfjær 44. Hvis buret 43 skyves nedad i forhold til ventilhuset, vil kuleventilelementet dreies og åpne væskekanalen .

Styreanordningen 28 omfatter en yttermantel 45 i flere deler 46, 47, 48 og 49, hvis øvre ende er fastskrudd til rør-strengen 16 og dekker ventilhuset. Yttermantelen er forbundet med ventilhuset ved hjelp av rigelknaster 52 som fastholdes i sporet 3 5 av en rigeldor 53. Et stempel 54 som er forbundet med ledningen B, er fastgjort til rigeldoren som tvinges nedad av en fjær 55. Enheten dekkes av en beskyttelseshylse 56 som er innpasset over en stor del av ventilhuset 21. Styreanordningen omfatter midler for bevegelse av ventilenhetene. En drivhylse 61 som er konstruert for åpning av klaffventilelementet 40, beveges gjennom en flek-

sibel kopling, av et første stempel 60. Kuleventilelementet 42

åpnes ved hjelp av et andre stempel 62 som er forbundet med et

rør 63 med fjærtunger 64 som befinner seg i inngrep i en ring 65

som er fastgjort til kuleventilelementets bur 43. De to stempler 60 og 62 beveges nedad under påvirkning av hydraulisk trykkvæske som overføres gjennom ledningen A og inn i et kammer 66.

Ventilen har en funksjonssikker virkemåte. Fra posisjon-

en ifølge fig. 2A og 2B kan de to ventilenheter åpnes ved til-

føring av hydraulisk trykkvæske, gjennom ledningen A, til kammeret

66. De to stempler 60 og 62 vil derved skyves nedad og bevege fjærtungene 64 som åpner kuleventilelementet 42, og dessuten be-

vege drivhylsen 61 som åpner klaffventilelementet 40. Ved over-

føring av hydraulisk trykkvæske gjennom ledningen B kan således styreanordningen demonteres fra ventilhuset. Stemplet 54 skyves oppad og beveger rigeldoren 53, slik at rigelknastene frigjøres.

Det er deretter mulig å bringe drivanordningen opp til overflaten,

og etterlate ventilhuset med de to ventilenheter lukket.

I tillegg til de hittil beskrevne, kjente elementer omfatter ventilen ifølge oppfinnelsen et første væskeledningsystem for tilføring av en væske som motvirker hydratdannelse, fra overflaten til yttermantelen. Denne væske kan f.eks. bestå av glykol eller metylalkohol som fra overflaten pumpes gjennom det fleksible rør 3 2 som kan være anordnet i form av en høytrykkslange (brudd-

trykk: 2 800 kg/cm 2). Ventilen omfatter dessuten et andre væskeledningsystem for fremføring av motvirkervæsken gjennom ventilhuset og opp til væskekanalen, og forbindelsesmidler mellom det første og det andre væskeledningsystem.

Mellom ventilhusets deler 33 og 34 er det montert en

hylse 70 (se også fig. 3) med en oppadrettet forlengelse 71. Det er, på innersiden av forlengelsen 71, anordnet et langsgående spor 72 som kan bringes i inngrep med en knast 3 7 på ventilhuset. En kanal 73 som forløper- i forlengelsens vertikalakse, omfatter et parti med redusert diameter, hvori det utmunner en horisontal kanal 74 som er lukket mot utsiden ved hjelp av en plugg 75, og som strekker seg nedad i overgang til en vertikal forsenkning 76

som opptar to serie-koplede énveisventiler 80 og 81. Utløpet

fra énveisventilene er lukket mot utsiden ved hjelp av en plugg 82, men står i forbindelse med en hellende kanal 83 (fig.2B) som gjennom en tetningshylse 84 ér forbundet med en kanal 85 i ventilhusdelen 34. Gjennom en åpning 86 som er beliggende mellom de to ventilelementer, utmunner kanalen 85 i ventilens aksiale væskekanal 36. I en modifisert versjon kan åpningen 86 være plassert under kuleventilelementet 42.

En ring 90 med tre slisser 91 som utmunner nedad og er tilpasset for å omgripe de tre knaster 3 7 på ventilhuset, er fastskrudd på den nedre ende av beskyttelseshylsen 56. Ringen 90 er videre utstyrt med en fjerde sliss 92 av større bredde (fig. 3), som er innpasset på forlengelsen 71. Rett overfor kanalen 73 i forlengelsen 71 er det anordnet en forsenkning 93 i ringen 90, for -opptakelse av et utvidet parti 94 av en rørformet koplingsdel 95. Ved hjelp av en bøssing 96 som er innskrudd i ringen 90 rundt koplingsdelen 95, fastholdes koplingsdelen i stilling med en viss klaring, slik at dens nedre parti i begrenset grad kan beveges i tversgående retning. Dette nedre parti er forbundet med nedre 0-ringer 100 og øvre 0-ringer 101. Et parti med redusert diameter som strekker seg mellom de øvre ringer loi og de nedre ringer 100, omfatter en åpning 102 som står i forbindelse med en aksial kanal 103 som strekker seg oppad fra koplingsdelen 95. Det fleksible rør 32 er fastgjort til den øvre ende av koplingsdelen 95, og danner derved en oppadgående forlengelse av kanalen 103. Koplingsdelen 95 er dimensjonert for å innføres i kanalen 73 i slik lengde, at henh. de nedre og de øvre 0-ringer 100 og loi plasseres på hver sin side av kanalen 74, når styreanordningen fastkoples til ventilhuset. Det er på denne måte opprettet en avtettet, kontinuerlig forbindelse mellom injeksjonspumpen på overflaten og væskekanalen gjennom ventilen. En væske som motvirker hydratdannelse kan således injiseres i ventilen mellom de to ventilelementer. Over-flatepumpen er dimensjonert for levering av et trykk opp til 700 kg/cm 2.

Hvis det under drift viser seg, under en test, at de produserte væsker inneholder gass, er det risiko for at det i undervannsventilens 20 nivå vil dannes naturgasshydrater som kan hindre ventilelementenes funksjon. Det er mulig å injisere glykol mellom de to ventilelementer fra overflaten, enten som en fore-byggende forholdsregel eller på det tidspunkt da hydratdannelsen begynner. Hvis styreanordningen 28 i en kritisk situasjon løs-gjøres fra ventilhuset 21, vil ventilhuset etterlates i ventilsystemet med de to ventilenheter lukket. Enveisventilene 80 og 81 forhindrer enhver væskestrøm gjennom kanalen 85 fra rommet mellom ventilelementene og mot utsiden av ventilhuset.

For atter å forbindes med ventilhuset, senkes styreanordningen 28, til undersiden av ringen 90 befinner seg i anlegg mot oversiden av hylsens 70 forlengelse 71. Deretter dreies rør-strengen, helt til slissen 92 er plassert rett overfor forlengelsen 71 og dekker denne, og koplingsdelen 95 innføres i kanalen 73. Deretter kan injiseringen av glykol i væskekanalen om nødvendig fortsette.

Fig. 4 viser en annen versjon av oppfinnelsen, hvor glykol-ledningen er tilkoplet på en annen måte. I stedet for å benytte den tversgående kopling ifølge fig. 2B, opprettes for-bindelsen mellom det første og det andre væskeledningsystem ved hjelp av kontaktflater på ventilhusperiferien. Et ventilhus 121, omfattende en underdel 133 og en overdel 134, opptar et ventil-element 140 av klafftypen og et kuleventilelement 142, som tidligere beskrevet. Ventilhuset er forbundet med en styreanordning som er forsynt med en beskyttelseshylse 156. En ring 170 hvis .nedre ende er forbundet med en krage 171 med slisser som befinner seg i inngrep med knaster 137 på ventilhuset, er fastskrudd til underenden av hylsen 156. Innersiden av ringen 170 er utstyrt med 0-ringer, og en kanal 173 med et oppadrettet utløp som er forbundet med den nedre ende av et fleksibelt rør 132, strekker seg mellom 0-ringene. Det fleksible rør 132 strekker seg opp til overflaten, hvor det er forbundet med utløpet av en glykolinjeksjons-pumpe.

Innen ringen 170 innføres fullstendig på ventilhuset 121 (den høyre del i fig."4) dekkes 0-ringene 172 av en beskyttelses-bøssing 174 som fastholdes i stilling ved hjelp av en bruddtapp 175. Når denne bøssing føres opp mot ventilhusets skråflate, brekkes tappen 175, hvoretter 0-ringene 172 bringes i~tettsluttende anlegg mot to kontaktflater på ventilhusets 121 periferi. En kanal 180 for injisering av glykol mellom ventilelementene, strekker seg gjennom ventilhuset, mellom kontaktflatene og i nivå med kanalen 173 når hylsen befinner seg i den nedre posisjon (den venstre del i fig. 4). Fortrinnsvis er det i kanalen 180 anordnet

to énveisventiler som, når ringen 170 er demontert, for-

hindrer enhver væskestrøm mellom innersiden og yttersiden av ventilhuset. i denne versjon er ventilhuset 121 noe lengre enn i anordningen ifølge fig. 2, for å gi tilstrekkelig plass for beskyttelsesbøssingen 174.

I likhet med versjonen ifølge fig. 2 kan styreanordningen i et nødstilfelle frigjøres fra ventilhuset. Etter at styreanordningen atter er forbundet med ventilhuset, kan injiseringen av glykol eller metylalkohol fortsette, for å forhindre hydratdannelse under produksjonstestene.

Det er selvsagt mulig å foreta tallrike forandringer

ved det beskrevne apparat, uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Spesielt kan det, som tidligere antydet, anordnes kanaler i ventilhuset, slik at den utstrømmende motvirkningsvæske innføres i brønnvæskestrømmen under de to ventilelementer. I eksemplet ifølge fig. 2B er det også mulig å montere en hankopling på ventilhuset og en hunkopling på styreanordningen. Deretter utfreses kanalen i ringen 90 og hylsen 70 forbindes med koplingsdelen 95.

Claims (5)

1. Undervannsventil for styring av væskestrømmen fra en under-sjøisk brønn, omfattende et ventilhus (33, 34) som kan fastgjøres til en rørstreng (16) som nedføres i brønnen, og er utstyrt med en væskekanal (36), ventilelementer (40, 42) som er bevegelig montert i ventilhuset, for å åpne og lukke væskekanalen, en ventilstyreanordning (28), innbefattende en yttermantel (45 - 49) beregnet på å festes til en ledning (16) som strekker seg opp til overflaten, overflatestyrte rigelorganer (52 - 54, 35)for løsbar forankring av yttermantelen til ventilhuset, karakterisert ved en første væskeledning (32) for under trykk å bringe fra overflaten en væske som motvirker hydratdannelse, en andre væskeledning (85) for å bringe motvirkervæsken gjennom ventilhuset og inn i væskekanalen, koplingsorganer (71, 90, 95) på yttermantelen og ventilhuset, for løsbar sammenkopling av den første og andre væskeledning når yttermantelen forbindes med ventilhuset, og lukkemidler (80, 81) i den andre væskeledning (85), som forhindrer at væskene fra væskekanalen (36) unnviker mot ventilhusets utside når yttermantelen demonteres fra ventilhuset.

2. Ventilanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at koplingsorganene omfatter en utboring (73) som er plassert i sidelengs forskjøvet stilling i en oppadrettet forlengelse (71) som er fastgjort til ventilhuset (33, 34), og en koplingsdel (95) som er fastgjort til mantelen (45 - 49) og tilpasset for å bringes i tettsluttende anlegg i utboringen når mantelen forbindes med ventilhuset.

3. Ventilanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at forlengelsen (71) og koplingsdelen" (95) er fastgjort til henholdsvis ventilhuset og mantelen med en viss klaring, for å lette innføringen av koplingsdelen (95) i utboringen (73).

4. Ventilanordning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at ventilhuset (33, 34) og mantelen (45 - 49) omfatter et system av knaster (37) og slisser (91) som bringer koplingsdelen (95) stort sett i flukt med utboringen (73), innen mantelen forbindes med ventilhuset.

5. Ventilanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at lukkemidlene består av første og andre enveisventiler (80, 81) som forhindrer en vaeskestrøm mot utsiden av ventilhuset i det andre væskeledningsystem.