NO20110108A1 - Tilbakeslagsventil - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en tilbakeslagsventil omfattende en klaff (3) og et ventilhus, ventilhuset omfatter et første og et andre element (1,2) koblet sammen, hvert element omfatter to ender hvor den ene enden har en funksjon egnet for å føye de to elementenes ene ender sammen, det ene elementet (1) omfatter videre et sete (16) for klaff (3), det andre elementet omfatter klaff (3), klaffen er dreibar rundt en bolt (13).

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen angår hydraulisk fjernstyrte overstyrbare tilbakeslagsventiler, bruken av slike i brønntesting, samt en fremgangsmåte for testing av teststrenger ved bruk av nevnte tilbakeslagsventiler.

Bakgrunnen for oppfinnelsen

I henhold til Norsok-kravene (D-SR-007) som er satt i forbindelse med brønntesting så er det ett krav om en tilbakeslagsventil montert mellom drepeventilen på overflate-testreet og riggens sementeringsenhet.

Bakgrunnen for kravet om en tilbakeslagsventilen er som følger; hvis brønnen må drepes underveis i test-operasjonen, så må drepeventilen på overflate-testreet åpnes slik at det kan pumpes brønndrepingsslam fra sementeringsenheten gjennom drepeventilen og ned i brønnen. I det øyeblikket drepeventilen åpnes vil den nevnte tilbakeslagsventilen hindre hydrokarboner i å strømme ned mot sementeringsenheten. Hydrokarboner i form av gass vil være ekstremt farlig å få inn i en sementeringsenhet.

Denne tilbakeslagsventilen, vanligvis en klaffventil, har pr idag en manuell mekanisk overstyringsfunksjon. En stålstang med gjenger skrus inn i ventilhuset og dytter klaffen av setet og etterlater seg en passasje der væsken kan pumpes forbi eller bli avblødd.

Overstyringsfunksjonen er nødvendig for å tillate trykktesting og tilhørende avbløding av teststrengen ihht

brønntesteprogramm og -prosedyrer.

Når testestrengen er verifisert ok så er påfølgende operasjon å perforere brønnen og deretter strømme hydrokarboner til overflaten.

Før teststrengen blir påført trykk må imidlertid den manuelle mekaniske overstyringsfunksjonen kobles ut slik at tilbakeslagsventilen fungerer som tiltenkt, altså hindre tilbakestrømning fra teststrengen til sementeringsenheten. Utkobling av overstyringsfunksjonen skjer ved at overnevnte stålstang skrus ut av posisjon og trekker seg av klaff-elementet og tillater dermed klaffen å tette mot setet.

Tilbakeslagsventilen er barriere nummer to etter drepeventilen på overflate-testtreet, dvs at tilbakeslagsventilen skal fungere som en barriere mot sementeringsenheten i tilfelle drepeventilen ikke holder tett, se tidligere forklaring. Fra dette punktet i operasjonsprogrammet skal altså den mekaniske overstyringsfunksjonen ikke være operasjonell.

For å koble bort denne mekaniske overstyringsfunksjonen må det personell opp i ridebeltet og fysisk koble ut funksjonen via en gjengestang og skiftenøkkel.

Denne operasjonen krever altså at personell går i ridebeltet og jobber innenfor den såkalt definerte røde sone. Man har i utgangspunktet ikke lov til å planlegge operasjoner i rød sone. Pr idag så er det imidlertid ikke mulig å komme unna denne operasjonen. Denne operasjonen krever følgelig internt avvik hver gang den skal utføres. Det er alltid en risiko for fallende gjenstander når det arbeides i ridebeltet, og er det i tillegg litt grov sjø så er dette en farlig operasjon. Det tar ca. 30 minutters operasjonstid hver gang overstyringsfunksjonen på denne tilbakeslagsventilen skal kobles av eller på.

Som beskrevet bidrar dagens løsning for tilbakeslagsventil i overflate-testtreet til en økt risiko for

operasjonspersonellet som må bevege seg i ridebeltet for å slå av eller på overstyringsfunksjonen til tilbakeslagsventilen. I tillegg medfører en slik manuell funksjon at operasjonstiden blir høy; ca 30 min for hver gang overstyringsfunksjonen kobles av eller på. I denne tidsperioden må andre operasjoner stå på vent mens personell befinner seg i rød sone.

Et ytterligere problem ved dagens tilbakeslagsventiler er lekkasjer gjennom tilbakeslagsventilen ved null eller lite trykk på brønnsiden.

Ved nåværende kjent teknikk eksisterer det følgelig et stort behov for en løsning som både kan redusere risiko for operasjonspersonell, og korte ned på operasjonstiden, i forbindelse med ut- og påkobling av overstyringsfunksjonen til tilbakeslagsventilen montert i mellom drepeventilen og sementeringsenheten på et overflate-testtre. I tillegg er det også ønskelig å minimere, eller fjerne, lekkasjer i forbindelse med null eller lite trykk på brønnsiden.

Sammendrag av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil spesielt egnet for anvendelse på drepesiden av et overflate-tessttre, anvendelsen av en hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil på drepesiden av et testtre og en fremgangsmåte for trykktesting av en brønnteststreng. Oppfinnelsen er ytterligere definert ved det følgende: En tilbakeslagsventil omfattende en klaff og et ventilhus, ventilhuset omfatter et første og et andre element koblet sammen, hvert element omfatter to ender hvor den ene enden har en funksjon egnet for å føye de to elementenes ene ender sammen, det ene elementet omfatter videre et sete for klaffen, det andre elementet omfatter klaffen, klaffen er dreibar rundt en bolt, hvori et av elementene omfatter et ekspanderbart kammer i kontakt med en tilkoblingsport for hydraulikkvæske, og et stempel i kontakt med kammer, stempel omfatter en første og andre ende, den første enden til stempelet er i kontakt med en forspent komprimerbar anordning og den andre enden til stempelet er roterbart koblet til klaffen.

Stempelet til tilbakeslagsventilen er fortrinnsvis koblet til klaffen ved hjelp av et ledd.

Den komprimerbare anordningen til tilbakeslagsventilen er fortrinnsvis en fjær.

Ventilsetet til tilbakeslagsventilen er fortrinnsvis utbyttbart, men kan også være fast.

Elementene som ventilhuset er satt sammen av kan føyes sammen ved bruk av gjenger på elementenes ene ender.

Ved elementenes andre ender er det fortrinnsvis en flens, men andre tilkoblingsanordninger kan også brukes.

Tilbakeslagsventilen kan også omfatte en hul sylinder som kan styres gjennom ventilen med den hensikt å beskytte klaff, ledd og stempel, dvs. mekanismen inne i ventilen. Dette vil først og fremst være aktuelt når ventilen anvendes i gruspakke-operasj oner.

I et aspekt av oppfinnelsen blir en hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil anvendt mellom en strømningsventil og en sementeringsenhet på et overflate-testtre. En foretrukket ventil for en slik anvendelse er en tilbakeslagsventil ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Et annet aspekt av oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for trykktesting av en brønnteststreng, omfattende de følgende trinn: - overstyre en tilbakeslagsventil (7a), plassert mellom en strømningsventil (4a) og en sementeringsenhet (8a) på et overflate-testtre, ved å tilføre hydraulisk trykk til nevnte tilbakeslagsventil (7a) gjennom en hydraulikklinje (9a) ;

- trykkteste brønnteststrengen; og

- koble ut overstyringen av tilbakeslagsventilen (7a) ved å fjerne det hydrauliske trykket.

Ved ventilhus-elementenes andre ender kan det være en flens, men andre tilkoblingsanordninger kan også brukes. Ved å benytte andre tilkoblingsanordninger enn flenser kan en ventilen brukes på forskjellige områder. Ved å bygge ventilen med "Weco"-koblinger kan den for eksempel brukes i engangsoppdrag offshore eller på landbaserte jobber. I disse tilfellene vil den bli brukt som en sikkerhets ventil.

Tilbakeslagsventilen ifølge oppfinnelsen kan også erstatte en såkalt "Surface Safety"-ventil som i dag brukes under brønntesting. Det er en ventil som skal hindre tilbakestrømning fra prosessanlegget i tilfelle en fleksibel produksjonsslange ryker på boredekk. Ventilen vil da være koblet opp mot ett elektronisk nedstengningssystem. Signal fra dette systemet vil frigjøre det hydrauliske kontrollinje-trykket og tillate klaffen å stenge. Risikovurdering tilsier at denne nye ventilen er bedre egnet enn dagens valgte sete/sleve ventiler (Gate and Seat)Fordelen med å bruke denne nye klaffventilen er at det ikke stenges trykk mellom overflate-testtreet og brønnhode-kontrollmanifolden, dagens ventiler stenger dette trykket inne og det medfører at ventilene må åpnes med et veldig høyt differensialtrykk. Dette sliter veldig på ventilen med fare for påfølgende lekkasje og nedetid. Det er og stor fare for hydratdannelse som igjen er meget farlig.

Ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil også kunne lages i eksotisk materiell slik at den kan monteres på brønnhoder som er plassert på havbunnen.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1: viser et typisk overflatetesttre med en manuelt operert tilbakeslagsventil på drepesiden. Figur 2: viser en isometrisk tegning av en tilbakeslagsventil ifølge oppfinnelsen. Figur 3: viser en snitttegning av tilbakeslagsventilen i figur 2, med klaff i lukket posisjon. Figur 4: viser en snitttegning av tilbakeslagsventilen i figur 2, med klaff i åpen posisjon.

Figur 5: viser snit C-C i fig. 3.

Figur 6: viser snit D-D i fig. 3.

Figur 7: viser et forstørret utsnitt av overstyringsmekanismen til tilbakeslagsventilen vist i fig. 3 og 4. Figur 8: viser et flytskjema for et overflate-testtre.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Et overflate-testtre blir benyttet ved testing av olje- og gassbrønner. Figur 1 viser et typisk testtre for montering på et brønnhode. Testtreet omfatter en produksjons- eller strømningsside A og en drepeside B. På drepesiden er det montert en tilbakeslagsventil lia mellom strømningsventilen 4a og en evt. sementeringsenhet 8a for innpumping av drepevæske. For å overstyre tilbakeslagsventiler som benyttes i dag, for eksempel i forbindelse med trykktesting av en brønnteststreng, må en person bevege seg opp i ridebeltet og gjøre dette ved hjelp av en manuell overstyringsmekanisme. For å unngå denne tids- og kostnadskrevende operasjonen tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen en ny hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil, anvendelsen av hydraulisk overstyrbare tilbakeslagsventiler i overnevnte operasjon, samt en fremgangsmåte for overstyring av en tilbakeslagsventil.

I figur 2 vises en utførelsesform av en tilbakeslagsventil, ifølge den foreliggende oppfinnelsen, fra siden. Ventilhuset omfatter to separate elementer, han-flens 1 og hun-flens 2. Flens 1 og 2 er i denne utførelsesformen skrudd sammen ved bruk av 8 x 8 Stub Acme gjenger med O-ring tetning. For å hindre flensene 1 og 2 i å bevege seg under operasjon er det lagt inn en låseskrue 10 (type M10), flensene blir da låst mot hverandre. Denne måten å koble flensene sammen på vil gjøre vedlikehold enkelt da ventilen ikke trenger maskinell tiltrekking med høyt moment. Han-flens 1 er innløpsdelen av ventilen, og væskestrømmen vil normalt komme inn fra denne siden. Utførelsesformer med en omvendt konfigurasjon, hvor innløpsdelen er utformet som en hun-flens, er også mulig.

Riggens drepeslange blir koblet inn på innløpsdelen av ventilen, slik at væsken går igjennom klaff 3, figur 3, som tiltenkt uten at hydraulisk trykk er tilført via en kontrollinje koblet til koblingspunkt/port 8(1/4" BSP).

Han-flensen 1 inneholder også et ventilsete 16, i denne spesifikke utførelsesformen er det valgt en løs seteinnsats for å gjøre fremtidig vedlikehold lettere, samt redusere vedlikeholdsutgifter. Videre er det en O-ringstetning 17 mellom ventilsete 16 og han-flens 1. Denne O-ringen er et lekkasjepunkt hvis den skulle feile. Lekkasjen er imidlertid intern og vil ikke påvirke ytre forhold eller operasjonsmodus. Anleggsflaten i han-flens 1, der O-ringen skal tette, kan fortrinnsvis belegges med Inconell, da dette reduserer faren for korrosjon og pittings forårsaket av korrosiv brønnvæske eller kjemikaler.

Hun-flens 2 er den andre hoveddelen som ventilen er satt sammen av, figur 3. Denne delen inneholder en klaff 3, høyre klaffboks 7 og venstre klaffboks 12. Klaffboks 7 og 12 danner boksen som klaffen 3 opererer inne i. Klaffen 3 er koblet via et ledd 5 sammen med stempel 4. I bakkant av, og i kontakt med, øvre del av stempel 4 er det en forspenningsfjær 15. I underkant av stempelets øvre del er det en utsparing mellom stempel og ventilhus. Utsparingen danner et kammer 11 som ekspanderer ved tilførsel av hydraulisk trykk. En pakningsboks 6 tetter mellom brønnvæske og hydraulisk tilført væske. I denne utførelsesformen er det valgt en løs pakningsboks 6 for å gjøre fremtidig vedlikehold lettere samt redusere utgifter til vedlikehold. Nedre del av stempel 4 er dreibart koblet sammen med den ene enden av ledd 5. Den andre enden av ledd 5 er dreibart koblet til klaff 3.

Tilførsel av hydraulisk trykk, fra et eget kontrollpanel, gjøres via H" BSP koblingspunkt/port 8.

Når hydraulisk væske blir tilført via koblingspunkt/port 8 drives stempel 4 bakover mot forspenningsfjæren 15 og komprimerer denne. Tilført hydraulisk væsketrykk overstiger forspenningskraften i fjæren 15. Når denne trykksettingen utføres beveges klaffen 3 fra normal stengt posisjon, figur 3, over til hydraulisk holdt åpen posisjon, figur 4. Dvs. at stempel 4 drar, via ledd 5, klaffen 3 opp i åpen posisjon. Denne posisjonen holdes så lenge det tilføres hydraulisk trykk.

Trykkutjevningskanal 9 (1/8" BSP) sørger for at det blir opprettholdt samme trykk i fjærhuset som i forkant av pakningsboksen 6. Denne trykkutjevningen er nødvendig for å ivareta ventilens funksjonalitet.

Når det hydrauliske trykket frigjøres, ekspanderer forspenningsfjæren 15 og driver den hydrauliske væsken ut av ventilen via koblingspunkt/port 8 tilbake til kontrollpanelet. Samtidig som den ekspanderende forspenningsfjæren 15 driver stempel 4 tilbake, beveges ledd 5 som igjen legger klaffen 3 tilbake på sete 16.

Klaff 3 trykkes mot ventilsete 16 ved hjelp av forspenningsfjæren 15 med en kraft tilsvarende omtrent 10 kilo.

På denne måten oppnås full tetning mot ventilsete 16 uten at klaff 3 må "settes/hjelpes" på ventilsetet 16 ved hjelp av væsketrykk fra brønnen. Dette hindrer lekkasje gjennom tilbakeslagsventilen ved lavt trykk på brønnsiden.

Selve klaffen 3 er lagret opp i en gjennomgående klaffbolt 13, se figur 5 og 6. O-ringer tetter rundt klaffbolt 13, i tillegg til 2 stk 1/4" BSP tetningsplugger.

I figur 7 vises et forstørret utsnitt av mekanismen for den hydrauliske overstyringen.

I figur 8 vises et flytskjema for et overflate-testtre hvor en hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil 7a er montert mellom strømningsventilen 4a på testtreets drepeside og riggens sementeringsenhet 8a. Flytskjemaet viser videre en strømningsventil 6a på produksjon/strømningssiden, øvre 3a og nedre 2a brønnventil, kroneventil 5a, brønntestestreng la, hydraulikklinje 9a og et kontrollpanel 10a for styring av hydraulikken. Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for verifisering av en brønnteststreng omfattende følgende trinn: - Overstyre en tilbakeslagsventil 7a, plassert mellom en strømningsventil 4a og en sementeringsenhet 8a på et overflate-testtre, ved å tilføre hydraulisk trykk til nevnte tilbakeslagsventil 4a gjennom en hydraulikklinje 9a.

- Trykkteste brønnteststrengen; og

- Koble ut overstyringen av tilbakeslagsventilen 7a ved å fjerne det hydrauliske trykket.

Ved å benytte overnevnte fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil operasjonstiden kunne reduseres fra 30 min. til maksimalt 3-4 min. Det skal også legges merke til at tilbakeslagsventilen 7a nå kan opereres parallelt med annen operasjon, dvs at det ikke lenger brukes riggtid. De økonomiske konsekvensene av en slik fremgangsmåte vil være I størrelsesorden 125000,- til 165000,- NOK per gang tilbakeslagsventilen opereres.

Claims (10)

1. Krav 1. En tilbakeslagsventil omfattende en klaff (3)og et ventilhus, ventilhuset omfatter et første og et andre element (1,2) koblet sammen, hvert element omfatter to ender hvor den ene enden har en funksjon egnet for å føye de to elementenes ene ender sammen, det ene elementet (1) omfatter videre et sete (16) for klaff (3), det andre elementet omfatter klaff (3), klaffen er dreibar rundt en bolt (13)karakterisert vedat et av elementene omfatter et ekspanderbart kammer (11) i kontakt med en tilkoblingsport (8) for hydraulikkvæske, og et stempel (4)i kontakt med kammer (11), stempel (4) omfatter en første og andre ende, den første enden er i kontakt med en forspent komprimerbar anordning (15) og den andre enden er roterbart koblet til klaffen (3).
2. 2. En tilbakeslagsventil ifølge krav 1, hvori stempelet er koblet til klaffen ved hjelp av et ledd (5).
3. 3. En tilbakeslagsventil ifølge krav 1 eller 2, hvori den komprimerbare anordningen (15) er en fjær.
4. 4. En tilbakeslagsventil ifølge ethvert av de foregående krav, hvori setet (16) er utbyttbart.
5. 5. En tilbakeslagsventil ifølge ethvert av de foregående krav, hvori elementene ene ender føyes sammen ved bruk av gj enger.
6. 6. En tilbakeslagsventil ifølge ethvert av de foregående krav, hvori elementenes andre ender omfatter en flens.
7. 7. En tilbakeslagsventil ifølge ethvert av de foregående krav, videre omfattende en hul sylinder som kan styres gjennom ventilen med den hensikt å beskytte klaff (3), ledd (5) og stempel (4).
8. 8. Anvendelse av en hydraulisk overstyrbar tilbakeslagsventil mellom en strømningsventil og en sementeringsenhet på et overflate-testtre.
9. 9. Anvendelse ifølge krav 8, hvori tilbakeslagsventilen er en ventil ifølge ethvert av kravene 1-7.
10. 10. En fremgangsmåte for trykktesting av en brønnteststreng, omfattende de følgende trinn: - overstyre en tilbakeslagsventil (7a), plassert mellom en strømningsventil (4a) og en sementeringsenhet (8a) på et overflate-testtre, ved å tilføre hydraulisk trykk til nevnte tilbakeslagsventil (7a) gjennom en hydraulikklinje (9a) ; - trykkteste brønnteststrengen; og - koble ut overstyringen av tilbakeslagsventilen (7a) ved å fjerne det hydrauliske trykket.