NO20120478A1 - Flertrinns trykkutjevningsventilenhet for brønnsikringsventiler - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Det tekniske området for foreliggende oppfinnelse er en anordning for trykkutjevning i forbindelse med brønnsikrings- eller brønnhullsventiler, og mer spesielt en måte for å utjevne innfanget lavere trykk i en kule eller plugg i en ventil uten å måtte kjøre inn et verktøy i ventilen.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Brønnhullsventiler blir brukt til å isolere deler av brønnboringen av en rekke forskjellige grunner, slik som for sikkerhetssystemer eller for å tillate oppbygging av en lang bunnhullsanordning i brønnhullet for å nevne noen få eksempler. Slike ventiler har vært utstyrt med en roterende kule med en gjennomgående boring, som kan innrettes eller feilinnrettes med banen gjennom produksjonsstrengen hvor ventilen er montert. Kulen er omgitt av en glidehylse som blir drevet av et hydraulisk reguleringssystem fra overflaten. En slik konstruksjon som omfatter motstående stempler drevet av diskrete reguleringslinjer, er illustrert i US-publikasjon 2009/0184278. Denne konstruksjonen dreide seg om en trykkforskjell på et drivstempel og tilveiebrakte en passasje gjennom stempelet med to tilbakeslagsventiler 54, 76 i serie for å muliggjøre trykkutjevning over drivstempelet med kulen i lukket stilling.

Det som kan skje i en kuleventil av denne typen som har øvre og nedre seter mot kulen i den lukkede stillingen, er at trykk fra brønnhullet kan stige, noe som fører til en trykkdifferanse mellom passasjen inne i kulen og brønnhullstrykket. Denne trykkdifferansen kan deformere eller vri kulen og gjøre det vanskelig eller umulig for stempelaktiveringssystemet å operere kulen tilbake til den åpne stillingen. En måte dette kan løses på, er beskrevet i en felles overdratt søknad 12/366,752 inngitt 6. februar 2009 og med tittelen «Trykkutjevningsanordning for brønnhullsverktøy». Løsningen som er beskrevet i denne søknaden, var å bruke et verktøy som går inn i den øvre hylsen som inneholder et sete mot kulen, og separere setet fra kulen mens det samtidig leveres trykk fra overflaten for å utligne trykket på kulen før man forsøker å rotere den til den åpne stillingen. Problemet med denne teknikken var at den krevde en innkjøring i brønnen med oppkveilingsrør, låsing og forskyvning av den øvre hylsen og det tilhørende setet nok til å gi tilgang til kulen for utligning av trykket. En av undersidene av denne teknikken var at det trykket som påføres for å forsøke å utligne trykket i kulen, kunne være høyt nok til å frigjøre det nedre setet fra kulen slik at det høye trykket under kulen vil gå over kulen. Denne teknikken tok også tid som koster operatøren penger og krever spesielt utstyr på brønnstedet som kan befinne seg langt unna eller på land og dermed påføre ekstra kostnader når de gjelder å operere kulen når den utsettes for høye differensialtrykk som kan vri eller forvrenge kulen nok til å gjøre det vanskelig for det hydrauliske systemet å rotere den.

I sikringsventiler av klafftypen slik som USP 5,564,502, var den foretrukne fremgangsmåten for å få trykkutjevning på en lukket klaff ganske enkelt å påføre røret trykk på toppen for å redusere differansen før bruk av reguleringssystemet til å forsøke å rotere klaffen. Klaffen er selvsagt bygd for å rotere med trykk påført fra oversiden slik at denne teknikken ikke utligner trykk omkring klaffen når den var lukket, men ganske enkelt bygget opp trykket over den når den var lukket. Andre trykkutjevningsventiler montert i klaffen ble aktivert ved at det hydrauliske systemet beveger et strømningsrør nedover som lå an mot utjevningsventilen før klaffen ble påvirket av strømningsrøret, som vist i USP 6,848,409 eller 4,478,286.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å utligne trykk ved ganske enkelt å påføre trykk fra overflaten som kan kommuniseres til innsiden av kulen i den lukkede stillingen for trykkutjevning. Dette trykket som kommuniseres gjennom en passasje i det huset som selektivt kommuniserer med sonen over den lukkede kulen til den isolerte passasjen i kulen når kulen er i den lukkede stillingen. Denne kommunika-sjonen opptrer generelt gjennom en tilbakeslagsventilenhet som fortrinnsvis har en serie med redundante trekk og skjermer for å sikre at ved fjerning av det påførte trykket, vil passasjen i tilbakeslagsventilen bli lukket for å sørge for normal kuledrift for å åpne kulen med det hydraulisk aktiverte drivstempelet eller drivstemplene. Disse og andre trekk ved foreliggende oppfinnelse vil lettere kunne forstås av fagkyndige på området fra en beskrivelse av oppfinnelsen og de tilhørende tegningene når man forstår at det fullstendige omfanget av oppfinnelsen er utformet i de vedføyde patentkravene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

En brønnhullsventil som opererer ved å dreie et organ som har en gjennomgående passasje, med et reguleringssystem, oppviser også en passasje fra oversiden av den øvre pakningen for organet, som kommuniserer med den isolerte passasjen inne i organet når ventilen er lukket. Passasjen oppviser en tilbakeslagsventilenhet som fortrinnsvis har redundante tetningsegenskaper og filtre for å hindre partikler fra å komme inn. Trykk tilført fra oversiden av det lukkede organet kommer gjennom tilbakeslagsventilenheten for å utligne det høyeste trykket under kulen med det økte trykket i kulen fra trykktilførsel med overflaten. Fjerning av det påførte trykket resulterer i at tilbakeslagsventilen eller tilbakeslagsventilene tillater det hydrauliske systemet å rotere organet mens organet ikke lenger er utsatt for et høyt differensialtrykk.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er en tverrsnittsskisse gjennom en kuleventil som viser de viktigste komponentene, og tatt ved et snitt rotert fra tverrsnittet på fig. 2 hvor tilbakeslagsventilenheten er lokalisert; Fig. 2 er et snitt gjennom en huskomponent som vist på fig. 1, men rotert til et annet plan for å illustrere passasjen og tilbakeslagsventilenheten inne i passasjen, som muliggjør trykkutjevning i kulen når den er lukket forut for aktivering av det hydrauliske systemet til å åpne kulen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMEN

De grunnleggende komponentene i ventilen på fig. 1 er gjengitt mer detaljert i US-publikasjon 2008/0110632 hvis beskrivelse i sin helhet herved inkorporeres ved referanse som om den er fullstendig gjengitt. De delene av ventilen som er relevante for å forstå foreliggende oppfinnelse, vil bli betraktet nedenfor i tilstrekkelig detalj og for fullstendighetens skyld for å gi en fullstendig forståelse av virkemåten til den patentsøkte oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en kuleventil i lukket stilling. Kulen 10 har en nedre setehylse 12 på undersiden og en øvre setehylse 14 på oversiden. Setet 16 med pakningen 18 blir skjøvet av en fjæren het (ikke vist) mot kulen 10. Setet 20 med pakningen 22 er understøttet mot aksial bevegelse ved hjelp av huset 24 slik at forspenningen på den nedre hylsen 12 skyver setet 16 mot kulen 10 og i sin tur skyver kulen 10 mot setet 20. Styreledninger (ikke vist) er i fluidkommunikasjon med innløpspassasjer 26 og 28 som henholdsvis fører til drivstemplene 30 og 32. Stemplene 30 og 32 er fortrinnsvis stavstempler som ved sine motsatte ender fra passasjene 26 og 28, er forbundet med en glidehylse 34 ved de motstående endene av hylsen 34 for selektiv å bevege hylsen aksial frem og tilbake i motsatte retninger for normal åpning og lukking av kulen 10. Kulen 10 blir holdt i en stasjonær ramme 36 som er en åpen struktur for å motta passasjen i hylsen 34 etter hvert som den blir skjøvet aksialt frem og tilbake av stemplene 30 og 32. Rammen 36 understøtter kulen 10 for å rotere om sin sentrale akse på motsatte opplagringstapper som ikke er vist. Kulen 10 er også stiftet til hylsen 34 ved en posisjon bort fra den sentrale aksen til kulen slik at relativ aksial bevegelse av hylsen 34 i forhold til rammen 36, roterer kulen 10 90 grader i motsatte retninger avhengig av retningen til den relative bevegelsen av hylsen 34 forårsaket av selektiv trykkpåføring til passasjen 26 eller 28. Legg merke til at pakningen 38 holder trykket i røret under den lukkende kulen 10 fra å komme inn i passasjen 40, og en lignende pakning 41 mot den øvre hylsen 14 holder trykket i røret over den lukkede kulen 10 ute av innløpspassasjen 40. Med kulen 10 i den lukkede stillingen på fig. 1 er dens passasje 40 isolert fra rørtrykket under kulen 10 ved pakninger 18 og 38. Denne trykkdifferansen kan være høy nok til å forårsake vridning av kulen 10 til det punkt hvor det kan skade det hydrauliske systemet som forsøker å dreie kulen 10 mens den eksponeres for slike høye trykkdifferanser.

Foreliggende oppfinnelse tar opp hvordan kulen 10 skal utjevnes når den påføres et høyt differensialtrykk før forsøk på å bevege den. Selv om den foretrukne utførelsesformen er en 90 graders kule, kan foreliggende oppfinnelse anvendes i forbindelse med andre brønnhullsanordninger som på grunn av sin utforming kan bli eksponert for trykkdifferensialer som må utlignes for å hindre aktivering av system-skade eller skade på elementet som skal betjenes av aktiveringssystemet. Foreliggende oppfinnelse muliggjør bruk av rørtrykk ovenfra for å utligne trykk slik at organet eller kulen så kan roteres eller opereres på normal måte uten skade på noen komponenter.

Generelt uttrykt starter en omløpspassasje ved et innløp 42 og fortsetter til et utløp 44. Innløpet 42 er i huskomponenten 13 og er ikke synlig i snittet på fig. 1 fordi den er rotert omkring 90 grader fra boringen for stempelet 32. Innløpet 42 må kommunisere med rørtrykket og vil være lokalisert over enden av hylsen 14 slik at trykk som påføres fra oversiden av den lukkede kulen 10 inn i passasjen 46, vil nå innløpet 42. Ved den andre enden ved utløpet 44 kommuniserer passasjen 45 med lavtrykkspassasjen 40 i kulen 10 når kulen 10 er i den lukkede stillingen.

Alle fluider som kommer inn i innløpet 42, går gjennom filteret 48 inn i den indre passasjen 50 og så inn i et kammer 52. Ventilorganet 54 har et overgangs-stykke 56 med en pakning 58 med en langstrakt ende 60 som holder ventilorganet 54 sentrert når det beveges aksialt mot forspenningen til fjæren 62 som skyver på en tast 64 på en ende og huset 66 ved den motsatte enden. Organet 54 har også åpninger 68 som tillater strømning å komme inn når organet 54 er skjøvet nok mot fjæren 62 til å løfte pakningen 58 bort fra den motsatt avskrådde pakningsoverflaten på huset 66. Strømning omkring organet 54 går gjennom åpningen 70 i holderen 72 som er festet til et organ 76, og så gjennom en passasje 74. Strømningen fortsetter gjennom passasjene 78 hvor den skyver pakningen 80 som er montert på en konisk overflate, bort fra en motsvarene avskrådd flate på huset 82 slik at strømningen kan gå omkring utsiden av organet 76 for å nå sikten 84 som holdes til huset 82 ved hjelp av en holdemutter 86 som utløpet 44 går gjennom. Fjerning av et påført trykk ved innløpet 42 tillater fjærene 62 og 89 henholdsvis å bevege organene 54 og 76 for å sette pakninger 56 og 80 mot sine motsvarende avskrådde overflater i husene 66 og 82. Kulen 10 blir utjevnet mellom trykket i passasjen 40 og trykket ved 88 under kulen 10 ved å bruke strømningen gjennom passasjen 45 som et resultat av trykk påført over kulen 10 til passasjen 46. Kulen 10 kan så opereres på normal måte med det tidligere beskrevne hydrauliske systemet.

Fagkyndige på området vil forstå at det er to stablede tilbakeslagsventil-enheter og at en enkelt eller mer enn to enheter i serie kan tenkes. Filtre 48 og 84 hindrer partikler fra å komme inn i passasjen 45 når strømningsretningen reverseres for å forsterke pakningsintegriteten til pakningene 56 og 80.

Utjevningssystemet som er beskrevet, virker på påførte rørledningstrykk fra oversiden som er enkle å tilveiebringe, og det blir påført trykk som opererer utjevningsventilen eller ventilene for å frembringe trykkbalanse på det endelig regulerte elementet slik som kulen 10, slik at den så kan opereres på vanlig måte med et overflatestyrt hydraulisk system. Anvendelsen av oppfinnelsen gjelder er bredt område med verktøy som opererer nede i brønnhull hvor det ved en gitt posisjon kan finnes betydelige trykkdifferanser over en drevet komponent som må overvinnes før man forsøker å aktivere vedkommende komponent, slik at skade på aktiveringssystemet eller komponenten kan unngås. I den foretrukne utførelses-formen er det endelig regulerte elementet en kule 10, og aktiveringssystemet er hydraulisk og drevet fra overflaten med én eller flere styrelinjer som aktiverer ett eller flere stempler for å forårsake kulerotasjon. Trykkdifferansen over kulen 10 når den er lukket, kan forårsake elastisk kuledeformasjon som kan gjøre det vanskelig eller umulig innenfor kapasiteten til komponentene i det hydrauliske aktiveringssystemet å operere kulen 10 når den utsettes for slike differensialtrykk uten å skade selve kulen 10 eller mer sannsynlig komponentene i det hydrauliske systemet, slik som stemplene 30 eller 32, eller pakningene i forbindelse med disse stemplene. Utjevningssystemet er ikke avhengig av å tvinge stemplene mot komponenter, og kan av den grunn ganske enkelt opereres fra overflaten av en brønn uten ytterligere spesialutstyr. Det påførte trykket opererer direkte utjevningssystemet, noe som gjør det langt mer pålitelig enn andre systemer som tilveiebringer bevegelse av mekaniske komponenter bare for å åpne utjevningsventilen eller ventilene.

Den ovenfor angitte beskrivelsen er en illustrasjon av foretrukne utførelses-former, og mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis omfang skal bestemmes av det bokstavelige og ekvivalente omfanget av de etterfølgende patentkravene.

Claims (22)

1. Trykkutjevningssystem for et undergrunnsverktøy, omfattende: en bevegelig komponent i et hus som har en huspassasje som strekker seg fra en øvre ende til en nedre ende, idet komponenten har i det minste to posisjoner og er utformet i passasjen for å innfange trykk i en første sone av huset når den bevegelige komponenten er plassert i en første posisjon hvor det innfangede trykket er ved et lavere trykk enn trykket som er isolert ved siden av den nedre ende av den bevegelige komponenten i den første posisjonen; et selektivt åpnet trykkreagerende omløp med strømningstilgang til den øvre enden som strekker seg inn i sonen slik at trykk som leveres til den øvre enden, vil komme inn i sonen for å utligne trykk i sonen med trykk nær den isolerte nedre enden for å lette bevegelse av det bevegelige organet til en andre posisjon.

2. System ifølge krav 1, hvor: omløpet videre omfatter minst én tilbakeslagsventil.

3. System ifølge krav 2, hvor: den minst ene tilbakeslagsventilen omfatter et antall tilbakeslagsventiler.

4. System ifølge krav 3, hvor: tilbakeslagsventilene er anordnet i serie i omløpet.

5. System ifølge krav 1, hvor: omløpet strekker seg gjennom en vegg i huset.

6. System ifølge krav 5, hvor: omløpet strekker seg aksialt i veggen til huset, som har et innløp mellom den øvre enden og det bevegelige organet, og et utløp i nevnte sone.

7. System ifølge krav 6, hvor: det bevegelige organet omfatter en kule som har en gjennomgående strømningspassasje; hvor sonen delvis er avgrenset av strømningspassasjen når kulen er posisjonert for å lukke huspassasjen.

8. System ifølge krav 7, hvor: omløpet omfatter minst én tilbakeslagsventil.

9. System ifølge krav 8, hvor: den minst ene tilbakeslagsventilen omfatter minst to tilbakeslagsventiler.

10. System ifølge krav 9, hvor: tilbakeslagsventilene er anordnet i serie med omløpet.

11. System ifølge krav 6, hvor: omløpet omfatter minst én sikt.

12. System ifølge krav 11, hvor: den minst ene sikten omfatter to sikter med en sikt nær innløpet og den andre nær utløpet.

13. System ifølge krav 12, hvor: omløpet videre omfatter minst én tilbakeslagsventil mellom siktene.

14. System ifølge krav 10, hvor: omløpet omfatter minst én sikt.

15. System ifølge krav 14, hvor: den minst ene sikten omfatter to sikter med én sikt nær innløpet og den andre nær utløpet, og tilbakeslagsventilene mellom disse.

16. System ifølge krav 15, videre omfattende: en øvre setehylse plassert mellom den øvre enden og kulen, og en nedre setehylse plassert mellom den nedre enden og kulen; hvor hylsene hver oppviser et sete i kontakt med hulen når kulen er i en første posisjon som definerer sonen med den gjennomgående strømningspassasjen med trykk i den nedre hylsen isolert fr trykk i den øvre hylsen med sonen mellom disse; hvor hylsene er forseglet eksternt mot huspassasjen.

17. System ifølge krav 16, hvor: innløpet til omløpet som er lokalisert mellom den øvre enden og den øvre setehylsen.

18. System ifølge krav 4, hvor: omløpet omfatter minst én sikt.

19. System ifølge krav 18, hvor: den minst ene sikten omfatter minst to sikter med én sikt nær innløpet og den andre sikten nær utløpet.

20. System ifølge krav 19, hvor: tilbakeslagsventilene er plassert mellom siktene.

21. System ifølge krav 2, hvor: tilbakeslagsventilen omfatter et ventilorgan som har en langstrakt stamme som fører til en avskrådd overflate som videre omfatter en pakning, hvor tilbakeslagsventilen videre omfatter et hus for å føre stammen og en motstående avskrådd overflate i forhold til den avskrådde overflaten på ventilorganet, og et forspenningsorgan for å skyve de avskrådde overflatene mot hverandre.

22. System ifølge krav 21, hvor: stammen definerer en strømningsbane som ved påføring av trykk, forskyver ventilorganet mot forspenningsorganet for å tillate strømning i bare én retning.