NO831942L - Fjernstyrt strupeventil. - Google Patents

Description

Når en olje/gassbrønn eller en annen dyp brønn bores blir brønnhodeutstyr etter hvert montert ved borehullets munning,

for mekanisk bæring av foringsrørstrenger og andre rørstrenger som går ned i og henger i brønnhullet. Dette gjøres for å muliggjøre at slam og andre fluider kan sirkulere i brønnhullet, for at man skal kunne foreta en styrt gjenvinning av fluider, herunder kaks fra borehullet, uten å forurense vannet eller grunnen rundt brønnhodet, for å hindre at eventuelt sjø- eller innsjøvann skal kunne strømme inn i brønnen på tidlig trinn,

og for å kunne kontrollere det underjordiske trykk. Ettersom borehullet blir dypere og dypere blir behovet for kontroll av det underjordiske trykk mer og mer vesentlig. De underjordiske trykk i forbindelse med brønnhullet kan vanligvis gå opp til 3 5 bar og kan i dypere brønner gå opp til 210 bar eller mer.

Det tør være åpenbart at det ikke er praktisk gjennomførbart

å utføre et totalt produksjons-, oppsamling- og lagringssystem på nedstrømsiden av brønnhodet som er i stand til å tåle slike høye trykk, særlig når man tar hensyn til at trykkene ikke nødvendigvis holder seg konstante over lengre tid, men kan fluktuere på uregelmessig måte.

Løsningen ligger derfor i å forsyne brønnhodeutstyret med

en trykkreduksjonsventil, vanligvis lengre oppstrøms enn de vanlige ventiler som benyttes nede i brønnhullet. En slik ventil kan styres med hensyn til åpningsgraden. Vanligvis er ventilen bare litt åpnet, og den relative åpningsgrad

(opptil en innstilt maksimalverdi) er avhengig av oppstrøms-trykk og nedstrømstrykk. Ventilen kan også stenges helt.

Setene og andre ventilflater slites meget sterkt av brønn-fluidene når en slik ventil bare er åpnet litt. Disse ventiler, som vanligvis kalles for strupeventiler, har etter hvert markert seg som en egen ventilart.

Ferdigstilte produksjonsbrønner befinner seg nå ofte på utilgjengelige steder og det har derfor etter hvert blitt vanlig å betjene flere brønner fra et felles kontrollsenter, idet man benytter elektronisk, pneumatisk og/eller hydraulisk avføling, ordregiving og styreoverføring mellom hver brønn og det felles kontrollsenter.

Det foreligger et behov for strupeVentiler som kan benyttes under boring, komplettering, produksjon og overhaling og som kan fjernstyres, er såkalt fail-safe og oppviser en relativ jevn driftskarakteristikk i åpningsområdet.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt en strupe/ventil som innbefatter en regulerbar stopper for begrensing av ventilåpningen. Et fluidumtrykkpåvirkbart stempel er tilknyttet ventilstangen. Dette stempel påvirkes vanligvis av et differensialtrykk for å holde ventilen åpen i den grad stopperen tillater dette. Det er anordnet en mekanisk hjelpeinnretning som prøver å lunne ventilen. Denne hjelpeinnretningen kan være forsynt med en visuell indikator som indikerer ventilens åpningstilstand. For regulering av stopperen benyttes en fjernstyrt mekanisk anordning.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser et foretrukket utførelseseksempel.

På tegningene viser

fig. 1 et lengdesnitt av en typisk del av et brønnhodeutstyr,

her en del av et ventiltre, med en strupeventil ifølge

oppfinnelsen,

fig. 2 viser et utsnitt i større målestokk fra ventilen i

fig. 1, og

fig. 3 viser et snitt etter linjen 3-3 i fig. 1.

Den utstyrdelen 10 som er vist i fig. 1 vil vanligvis utgjøre en mellomdel av en større utstyrsenhet, eksempelvis et ventiltre som benyttes for en petroleumbrønn, men det kan også dreie seg om et kjemi-prosessanlegg eller lignende hvor det er ønskelig å kunne styre lignende tilstander. I forbindelse med petroleumbrønner vil vanligvis en oppstrøm-fluidumledning være tettende tilknyttet ved 12, 14, mens en nedstrøm-fluidum-ledning vil være tettende tilkoplet ved 16, 18. Den fluidum-strøm som skal reguleres ved hjelp av strupeventilen er an-tydet med den inngående oppstrømpil 20 og den utgående ned-strømpil 22.

Strupeventilen innbefatter et hus 2 4 med en tverrgående inn-løpspassasje 26. Denne innløpspassasjen går inn til et i hovedsaken i lengderetningen forløpende, stort sett sylindrisk kammer 28 hvorfra det går en utløpspassasje 30. Utløpet 30 går som vist videre gjennom et overgangsstykke 32 som er koplet til huset 2 4 på en tett måte. Overgangsstykket er anordnet som et separat element av fremstillingstekniske og montasjetekniske grunner.

I den enden som vender mot kammeret 2 8 er passasjen 3 0 gjenget 34 og er utformet med et konisk sete 36. En utbyttbar strupe-hylse 38 er innsatt på tett måte i denne delen av passasjen 30. Strupehylsen 38 er utbyttbar av to hovedgrunner: For det første fordi den er utsatt for slitasje, og for det andre fordi det benyttes ulike typer i et brønnhull på de ulike trinn av dens levetid, dvs. under boring, produksjon og overhaling. Som vist er strupehylsen 38 utformet med et rør 40 som er gjenget utvendig ved 42 og også er forsynt med et konisk sete 44. Strupehylsen kan således skrus på plass i passasjen og gis metall-metall-tetning mot setet 36. Den nedre delen 46 til strupehylsen 38 strekker seg ut av huset 34 og ned i boringen i overgangsstykket 32.

Øverst i strupehylsen 38 kan dens boring være forsynt med en omløpendehård flate som vist ved 48.

En strupeventilstang 56 rager inn i kammeret 28 rett overfor utløpet 30. Denne stangen avsluttes med en spiss 58 som vanligvis har konisk form. Den koniske spiss 5 8 går ved sin

basis over i stangen 56, inne i kammeret 28.

Spissen 5 8 er utført og anordnet for tettende anlegg mot setet 52 i strupehylsen. Spissen 58 kan trekkes tilbake i begrenset utstrekning fra sitt setesamvirke med strupehylsens sete 52, hvorved det dannes en strømningsbane gjennom struperen.

Passasjen 30 i huset 24 og kammeret 28 danner to avsnitt i

en langsgående boring 96 i huset 24. Stangen 56 er anordnet i denne langsgående boring. Boringens 9 6 endeparti er forsynt med innvendige gjenger ved 98. Stangen 56 er tett og glidbart opplagret i boringen 96 ved hjelp av en pakning 100 som ligger an mot en krave 102 og danner en endevegg 104 i kammeret 28.

Huset 24 har en innsprøytningsåpning 10 8, eksempelvis for inn-sprøyting av plastmateriale for energisering eller oppfrisking av pakningen 100.

En pakningsbrille 110 er skrudd inn i boringen 96 ved 112 for aksial komprimering og radiell ekspandering av pakningen. Pakningsbrillen 110 har en skulder 113 som ligger an mot enden 114 av huset 24 og begrenser pakningsbrillens innføring i boringen 96. Pakningsbrillen 110 har en sentral boring 116. Ventilstangen 5 6 er ført gjennom denne boringen. Boringen i pakningsbrillen er avtettet mot ventilstangen ved hjelp av tetningsringer 118 som er lagt inn i respektive spor i boringen i pakningsbrillen.

Et aktuatorhus er betegnet med 120. Det er utformet som

et hylselignende legeme med en gjennomgående boring 122 og endeflenser 124, 126. Den ene enden 124 er klemt fast til husets 24 ende 114. Boringen 122 passer over den delen av pakningsbrillen 110 som strekker seg utenfor huset 24. Pakningsbrillen 110 har et utvendig spor hvori det er innlagt en tetningsring 128 som tetter mellom denne boringspluggdelen 130 av pakningsbrillen 110.

Lengre opp, som sett i fig. 1, er det en ringskulder eller innvendig krave 132. Denne skulderen og endeveggen på pakningsbrillen 110 begrenser et sylinderrom 136 hvis sidevegg 138 dannes av boringens 122 vegg.

Et fluidumstempel 140 er glidbart opptatt i sylinderen 136,

idet stempelets sylindriske yttervegg 142 har avtettet glide-kontakt med sideveggen 138. For dette formål har stempelet en stempelring 144. Stempelet 140 har en endedel 146 som er koaksial med hodedelen 148, men har mindre diameter. Denne endedelen 146 har 'således en sylindrisk ytterflate 150.

Stempelet 140 har en langsgående boring 152 med et gjengeparti 15 4. Videre er det anordnet eh tetningsring 156 i et utvidet parti 15 8 av boringen.

Strupeventilstangen 56 har et gjengeparti 160 hvormed stangen er skrudd inn i stempelboringen 152. Aksielt sett utenfor gjengepartiet 160 er ventilstangen 56 avtettet ved hjelp av tetningsringen 156, og et sekskanthode på ventilstangen 56

er opptatt i det utvidede parti 158 i boringen gjennom stempelet.

I sylinderen 136 dannes det således et kammer 162 på den ene siden av stempelet 140 og et kammer 16 4 på den andre siden av stempelet 140. Stempelflaten 166 er større enn stempelflaten 168.

I aktuatorhuset er det en fluidumport 170 som munner i kammeret 162. Dessuten har huset en fluidumport 172 som går fra kammeret 162 og ut til omgivelsene. Disse fluidumporter 170 og 172 er tilknyttet respektive styretrykkilder. Ved vanlig bruk, når struperen skal åpnes eller holdes, må styretrykkene som virker på de to stempelsider være slik at stempelet presses aksialt utover (oppover på tegningen) eller holdes tilbaketrukket.

Omkretsflaten 150 på stempeldelen 146 har avtettet glide- gjennomføring i boringens 96 innsnevrede parti 174. I dette partiet er det anordnet en tetningsring 176 som gir tetning mellom stempeldelen 146 og boringen.

Utenfor det innsnevrede parti 174 utvides boringen 96 igjen

og har en aksialt utoverrettet ringskulder 178 som danner den ene enden i et fjærkammer 180 hvis sidevegg er betegnet med 181. Dette fjærkammer strekker seg opp til aktuartorhusets 120 endeflens 126.

Ringskulderen 178 utgjør således en ringformet bunn i fjærkammeret 180. I fjærkammeret 180 er det anordnet en fjærfot 182. Denne fjærfoten 182 har en såleplate 184 og en tattdel 185. Såleplaten har således en endeflate 186 og en ring-flate 188. Når fjærfoten er ført så langt inn i fjærkammeret som mulig vil fjærfotsålens 186 ytre omkretsparti 190 ligge an mot bunnen 178 i fjærkammeret. Fjærfotsålens 186 sentrale parti 192 vil få anslagssamvirke med den aksiale endeflaten 194 på stempelet 140.

Fjærfoten 182 er fri i forhold til stempelet 140 og stangen

56 og kan således bevege seg aksial i forhold til disse elementer. Endeflensen 126 på huset 120 er ved 196 boltet fast til en plate 198. Et utstyrshus 200 dannes av denne flaten 198 og en tilhørendevegg 2 02.

Koaksialt med stangen 56 er det i platen 19 8 uttatt en åpning 204. Rundt denne åpningen 204 danner således platens 198 underside 206 en endevegg i fjærkammeret 180. En skruefjær 208 er anordnet i fjærkammeret 180 og ligger an mot henholdsvis platen 198 og ringflaten 194. Som vist går fjærfotens tappdel 185 inn i skruefjæren.

Denne tappdelen 185 har en aksialt utragende indikatorstang 210 som med sin innerende 212 er skrudd inn i tappdelen 185. Den ytre delen 216 av indikatorstangen 210 strekker seg ut av huset 200 og kan således inspiseres visuelt, enten direkte eller ved hjelp av en fjernføleranordning.

En regulerbar stopperanordning 218 er anordnet i huset 200. Stopperanordningen innbefatter en snekkedrevet jekk hvis basis-plate 220 er boltet fast til platen 198. Et stillingsregulerbart jekkelement 222 rager ned gjennom åpningen 204 og inn i fjærkammeret 180. Denne jekkdelen 222 er utformet som et sylindrisk legeme og har en sentral boring 224 for fri gjennom-føring av indikatorstangen.

Anordningen 218 har en inngangsaksel 230 som når den dreies

i den ene retningen vil bevirke at jekkdelen 222 beveger seg aksialt utover (oppover) og, når den dreies i den andre retningen, bevirker at jekkdelen 222 beveger seg aksialt innover (nedover).

Jekkdelen 222 har en innerende 228 som tjener som stoppflate for endeveggen 214 på fjærfotens 182 tappdel 185.

Fjærfoten 182 kan beveges aksialt innover eller nedover helt til den går mot kraven i boringen. Anslagssamvirket mellom fotens endeflate 214 mot stopperen 222 begrenser fjærfotens bevegelse aksialt utover, og begrenser således også bevegelsen av stempelet 140, strupeventilstangen 56 og dens spiss 58.

I utførelseseksempelet går akselen 230 ut i to retninger

fra anordningen 218. På den ene siden er akselen, utenfor huset 200, forsynt med et håndratt 232. På den andre siden er akselen 230 via en egnet transmisjon 234 (eksempelvis en Morse "DRC", modell TL 5018 kjedetransmisjon) forbundet med en egnet motor, eksempelvis en fluidummotor som drives av luft eller annen gass, en hydraulisk væske eller en annen væske. Motoren kan også være en elektromotor eller lignende. Fortrinnsvis har motoren på vanlig måte midler for fjernstyring.

Man kan således enten manuelt eller ved hjelp av motoren

dreie akselen 230 i ønsket retning for derved å innstille den maksimale åpningsmuligheten .for strupeventilen, mellom helt lukket stilling og helt åpen stilling. Jekkanordningen ut-gjør en regulerbar stempelstopper. Istedenfor snekkegir-driften kan stopperen utgjøres av en hydraulisk betjent jekk, en pneumatisk betjent jekk, en trinnaktuator av stempeltypen, en elektrisk motor eller en annen regulerbar, med stempel forsynt anordning.

Ved drift av innretningen tilføres styrefluidum til stempelet 140 gjennom fluidumporten 170 og 172. Derved presses stempelet 140 utover (oppover) til kontakt med stopperflaten 228 via fjærfoten 182. Derved trekkes stangen 56 aksialt gjennom pakningen 100 og brønnfluidum tillates da å strømme gjennom den åpningen som fremkommer ved at spissen 5 8 trekkes opp fra setet i strupehylsen 58. Dette brønnfluidum går ut gjennom strupeutløpet 30.

Det er sørget for en såkalt "fail-safe"-mulighet, idet, dersom trykket avlastes gjennom porten 170, spissen 5 8 vil tvinges til å legge seg an mot setet i strupehylsen 38. Grunnen til dette er det differensialtrykk som virker over tetningsområdet i strupehylsen 58. En ekstra kraft som bidrar til å legge spissen 5 8 an mot ventilsetet fåes fra fluidumtrykket i fluidumporten 172, da dette trykk virker på stempelflaten i det ytre eller øvre kammer. Fjæren 208, som er innspent mellom fjærfoten og platen 198, er beregnet til å trykke spissen 58 mot setet i ventilen dersom brønnfluidumtrykket eller styretrykket ikke er tilstrekkelig.

Innretningen 10 gir mulighet for pålitelig stillingsplasser-ing av spissen 58 i ventilåpningen og fjernstyrt begrensning av dens åpningsmulighet. Innretningen 10 kan således settes inn i et nødstengesystem som første stengekomponent, hvorved man eliminerer behovet for struping i oppstrømventilene. Innretningen kan ventileres slik at den lukker seg, som beskrevet forn, på samme måte som kjent fra sluseventiler forsynt med automatiske hydrauliske aktuatorer. Ved egnet, konvensjonell instrumentering av innretningen 10 kan man ut i fra en styre-pult på et fjernstyringssted styre åpningsinnstillingen, åpning/lukking og sikkerhetsoperasjoner. Styresystemet mulig-gjør et konstant utløpstrykk eller en konstant strømningsmengde fra innretningen 10.

Som tilfellet er for andre innretninger, eksempelvis Gray Tool Company PBS-chokes, kan innretningen 10 ha utbyttbar strupe-ventilstangspiss, slik at derved innretningen 10 kan tilpasses i ulike funksjoner, eksempelvis som produksjonsstruper, som struper i et slampumpeanlegg eller en "dreper"-manifold, borestruper eller lignende.

Innretningen 10 vil vanligvis være bygget for bruk innenfor trykkområdet 35 til 210 bar, idet ventilåpningen vanligvis kan reguleres fra 38 mm og opptil 76 mm, alt avhengig av arbeidstrykket.

Claims (10)

1. Fjernstyrt strupeventil av fail-safe-typen, karakterisert ved at den innbefatter en husanordning (14, 32) med en fluidumkanal (20, 28, 30) derigjennom, slik at den har en fluiduminnløpspassasje og en fluidumutløpspassasje, en anordning (38) som danner et ringformet ventilsete (52) på et mellomsted i kanalen i husanordningen, en strupeventilstang (56) med en spiss (58), hvilken strupeventilstang er ført avtettet gjennom husanordningen og krysser kanalen, idet spissen (58) befinner seg i nærheten av ventilsetet (52), hvilken spiss er slik utført og anordnet at den kan samvirke med ventilsetet og danne en lukkbar, størrelsesregulerbar åpning for kontroll av en fluidumstrøm fra fluiduminnløps-passasjen og til fluidumutløpspassasjen, idet strupeventilstangen har midler som danner et stempel (140) på stangen, husanordningen (14, 32) innbefatter midler som danner en syl-inder (132) for glidbart opptak av stempelet, og respektive fluidumporter (170, 172) har forbindelse med sylinderen på begge sider av stempelet, slik at fluidumtrykk kan settes på den ene eller på begge stempelsider for fremskyving eller til-baketrekking av strupeventilstangen og derved regulere strupe-ventilåpningens effektive størrelse, en regulerbar stoppean-ordninge (222) har en basis (220) som er fiksert i forhold til husanordningen og innbefatter et aksialt stillingsregulerbart jekkelement (222) med en skulder (228) som danner en stopper, og midler (226, 234) for aksial innstilling av jekkelementstopperen i forhold til husanordningen, idet strupeventilstangen (56) er anordnet for anlegg mot stopperen (228) i den maksimale tilbaketrukkede stilling, slik at det dannes en regulerbar begrensning for tilbaketrekkingen og således en positiv begrensning for størrelsen til strupeventilåpningen, et stempel (140) med en endedel (146) som strekker seg aksialt utenfor sylinderen (122) gjennom en ringkrave (174) i husanordningens langsgående boring, midler som danner et fjærkammer (181) i husanordningen, idet den nevnte ringkrave (174) munner i dette fjærkammer (181) og en fjærfot (182) er anordnet i fjærkammeret, midler som danner en ytre endevegg (206) for fjærkammeret, en trykk-skruefjær (208) innspent mellom fjærfoten og den ytre endevegg, hvilken fjær er utført og anordnet for å skyve stempelets endedel aksialt innover og derved forsøker å lukke struperen (58), og ved at strupeventilstangen (56) er anordnet til å ligge an mot stopperen derved at stempelets endedel (146) ligger an mot fjærfoten (182) og fjærfoten (182) ligger an mot stopperen (228) .

2. Fjernstyrt strupeventil, karakterisert ved at den innbefatter en husanordning (14, 32) med en langsgående boring (96) , og med en fluiduminnløpspassasje (20) som sideveis munner i den langsgående boring, samt en fluidum-utløpspassas je (30) fra den ene enden av den langsgående boring, et kammer (2 8) i husanordningen og tilknyttet fluiduminnløps-passasjen og utløpspassasjen, en strupeventilstang (56) som rager inn i kammeret gjennom den andre enden av den langsgående boring (96), et ventilsete (52) utformet i kammeret for fluidumutløpspassasjen, en spiss (58) på strupeventilstangen inne i kammeret, utført og anordnet for samvirke med ventilsetet for derved å tilveiebringe en lukkbar og stillingsreguler-bar åpning for kontroll av fluidumstrøm fra fluiduminnløp-passasjen og til fluidumutløpspassasjen, idet strupeventilstangen (56) har midler som danner et stempel (140) derpå, og husanordningen innbefatter midler som tilveiebringer en syl-inder (122) hvori det nevnte stempel er tettende og glidbart opptatt, hvorhos respektive fluidumporter (170, 172) har forbindelse med sylinderen på begge sider av stempelet, slik at et fluidumtrykk kan pådras enten den ene eller begge stempelsider for derved å trekke tilbake eller skyve frem strupeventilstangen og således regulere den effektive størrelsen av strupeventilåpningen, en regulerbar stopper (222) med en basis (220) som er fast i forhold til husanordningen og som innbefatter et aksialt stillingsregulerbart jekkelement (222) med en skulder (228) som danner en stopper, samt midler (226, 234) for aksial innstilling av jekkelementstopperen i forhold til husanordningen, idet strupeventilstangen (56) er anordnet for å ligge an mot denne stopper (228) når den er maksimalt tilbake-trykket, hvorved det dannes en regulerbar begrensning for ytter-ligere bevegelse av stangen og således en begrensning av størr-elsen til strupeventilåpningen.

3. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 2, karakterisert ved at stempelet (140) har en endedel (146) som strekker seg aksialt ut av sylinderen (122) gjennom en ringkrave (174) i husanordningens langsgående boring, midler som tilveiebringer et fjærkammer (181) i husanordningen, idet ringkraven (174) munner i fjærkammeret (181) og i en fjærfot (182) er plassert i fjærkammeret, midler som tilveiebringer en ytre endevegg (206) for fjærkammeret, en trykk-skruefjær (208) innspent mellom fjærfoten og den nevnte ytre endevegg, hvilken fjær er utført og anordnet slik at den utøver en skyvekraft aksialt innover på stempelets endedel og forsøker å lukke struperen, og ved at strupeventilstangen (56) er anordnet for å ligge an mot stopperen (228) ved anslag av stempelets endedel (146) mot fjærfoten (182) og anslag av fjærfoten mot stopper (228).

4. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 3, karakterisert ved at det ikke er noen strekkforbindelse mellom den regulerbare stopperanordning (222, 228) og strupeventilstangen (56).

5. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 4, karakterisert ved at jekkelementet (222) har midler som danner en langsgående boring (224) derigjennom, og at fjærfoten (182) sentralt er forsynt med en stillingsindikerings-stang (210) som er montert på fjærfoten og strekker seg ut gjennom jekkelementet i den nevnte langsgående boring (224).

6. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 2, karakterisert ved at midlene for aksial stillingsregulering av jekkelementstopperen i forhold til husanordningen innbefatter en sideveis utragende inngangsaksel (230) som ved reversibel manipulering kan bevirke at jekkelementet (222) beveges tilsvarende aksialt innover og aksialt utover, samt ved midler (232 og/eller 234) på akselen for reverserende manipulering av akselen for derved å innstille stopperen.

7. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 6, karakterisert ved at akselen er montert for manipulering ved rotasjon og at de nevnte på akselen anordnede midler for reverserbar rotering av akselen innbefatter både et håndratt (232) for manuell rotering av akselen og en motor for mekanisk rotering av akselen.

8. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 7, karakterisert ved at den nevnte motor er pneumatisk betjent motor.

9. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 7, karakterisert ved at den nevnte motor er en hydraulisk betjent motor.

10. Fjernstyrt strupeventil ifølge krav 7, karakterisert ved at den nevnte motor er en elektrisk betjent motor.