NO20110788A1 - Styresystem som er ufølsomt for produksjonsrørtrykk - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Området for oppfinnelsen er styresystemer for brønnsikringsventiler, og mer spesielt for brønnsikringsventiler hvor systemet er ufølsomt for produksjonsrørtrykk.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Brønnsikringsventiler blir brukt i brønner for å stenge dem i tilfelle av en ukontrollert tilstand for å trygge sikkerheten til personalet på overflaten og hindre skade på materiell, samt for å hindre forurensning. Disse ventilene omfatter typisk en klaff som er det lukkende organet og er montert for å rotere 90 grader mellom en åpen og en lukket stilling. Et hult rør, kalt et strømningsrør, blir aktivert nedover mot klaffen for å dreie til en posisjon bak røret og bort fra sitt sete. Dette er beskrevet som den åpne stillingen. Når strømningsrøret blir trukket tilbake, blir klaffen tvunget av en fjær montert til dens svingtapp, til å rotere til den lukkede stillingen et lignende klaffsete.

Strømningsrøret blir drevet av et hydraulisk styresystem som innbefatter en styreledning fra overflaten til én side av et stempel. Økning av trykket i styreledningen beveger stempelet i én retning og forskyver strømningsrøret med seg. Denne bevegelsen inntreffer mot en lukkefjær som vanligvis er dimensjonert for å motstå det hydrostatiske trykket i styreledningen, friksjonstap i stempelpakningene og vekten av komponentene for å bli beveget i en motsatt retning for å forskyve strøm-ningsrøret oppover og bort fra klaffen slik at klaffen kan svinge til lukket stilling.

Normalt er det ønskelig å få ventilen til å gå til en lukket stiling i tilfelle av sviktmodi i det hydrauliske styresystemet under normalt drift ved tap av eller fjerning av trykket i styreledningen. Behovet for å oppfylle krav ved normale tilstander og svikttilstander i et styresystem som er uavhengig av trykket i produksjonsrøret, spesielt i en anvendelse med en dyptliggende sikringsventil, har tidligere vist seg å være en utfordrende oppgave. Resultatene representerer en lang rekke forskjellige løsninger som ytterligere har komplisert konstruksjonen ved å innbefatte trekk for å sikre at den sviktsikre stillingen blir oppnådd uansett hvilke pakninger eller forbind-elser som svikter. Noen av disse systemene har påbygninger med styrestempler og flere trykksatte gassreservoarer, mens andre krever mange styreledninger fra overflaten for å motstå trykket fra det hydrostatiske trykket i styreledningen. Noen nylige eksempler på disse anstrengelsene kan sees i USP 6,427,778 og 6,109,351.

Til tross for disse effektene er det et mål å tilveiebringe et styresystem som er ufølsomt for produksjonsrørtrykk, for dyptliggende sikringsventiler, som er enklere, har forbedret pålitelighet og lavere produksjonskostnader. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en løsning på dette problemet ved å isolere styresystemet fra produksjonsrørtrykket ved å forsegle den indre passasjen i ventilen omkring strømningsrøret. Pakningene er konstruert for å være så nær like i dimensjon som mulig slik at det indre produksjonsrørtrykket tilveiebringer en minimal eller ikke netto målbar kraft på strømningsrøret for hele området av forventede produksjonsrørtrykk. Alternativt kan drivstempelet i styresystemet også har en del som eksponeres for produksjonsrørtrykket med pakninger med like eller nesten like diametre for å få det samme resultatet med ufølsomhet for produksjonsrørtrykk. Fagkyndige på området vil lett forstå oppfinnelsen ved en gjennomgang av beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen og de vedføyde tegningene, selv om de vil innse at det fullstendige omfanget av oppfinnelsen blir gitt i de vedføyde patentkravene.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Et system isolerer et styresystem for et brønnverktøy fra de indre trykkene i produksjonsrøret som verktøyet er montert i. Motstående pakninger blir brukt på en bevegelig komponent i verktøyet for å forskyve trykkinduserte krefter som virker på det indre arbeidstrykket i verktøyet. I en spesiell anvendelse i forbindelse med en brønnsikringsventil kan styresystemet isoleres fra produksjonsrørtrykket ved atskilte pakninger mellom passasjen og strømningsrøret eller omkring eksponerte deler av drivstempelet for strømningsrøret.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et oppriss av en brønnsikringsventil i lukket stilling som viser

plassering av pakningene;

fig. 2 er en detaljert skisse av den øvre pakningsplasseringen; og fig. 3 er en detaljert skisse av den nedre pakningsplasseringen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMEN

Fig. 1 er en total oversikt over en brønnsikringsventil S som viser en klaff 10 i en lukket posisjon mot en pakning 12. Strømningspassasjen 14 har et strømningsrør 16 innmontert for selektiv kontakt med klaffen 10 for åpning av ventilen. En styreledning (ikke vist) er tilkoblet ved en tilkobling 18, og når den blir trykksatt, reagerer drivstempelet 20 ved å bevege seg nedover. Drivstempelet 20 er ved 22 forbundet med strømningsrøret 16 for tandembevegelse. En lukkefjær 24 blir sammentrykket av den nedadrettede bevegelsen av stempelet 20. Når påføringen av trykk ved tilkoblingen 18 blir anvendt eller trykket 18 går tapt på grunn av et driftsproblem, løfter lukkefjæren 24 drivstempelet 20 som løfter strømningsrøret 16, som i sin tur tillater klaffen 10 å rotere tilbake mot sitt sete 12 på grunn av en svingefjær (ikke vist) omkring monteringsaksen 26.

For å isolere stempelet 20 fra trykket i passasjen 14 er en øvre pakning 28 vist på fig. 2 mellom strømningsrøret 16 og legemet 30, fortrinnsvis montert i et spor i legemet 30. En annen pakning 32 er vist på fig. 3, igjen mellom legemet 30 og strømningsrøret 16. Ideelt er pakningene 28 og 32 identiske slik at det indre trykket i passasjen 14 som skaper motstående og forskyvende krefter slik at trykknivået i passasjen 14 ikke har noen virkning på strømningsrøret 16. Ved å gjøre strømnings-røret 16 trykkufølsomt for produksjonsrørtrykket, blir det mulig å lage lukkefjæren 24 mindre fordi den ikke må kompensere for en materiell nettokraft på strømningsrøret 16 fra passasjen 14. Alt lukkefjæren 24 behøver å reagere på i et styresystem med en enkelt ledning tilkoblet ved 18, er det hydrostatiske trykket i styreledningen (ikke vist). Med pakningene 28 og 32 anordnet som vist, uansett om det er én eller flere staver eller et ringformet stempel, blir ikke eksponert i det hele tatt for trykk i passasjen 14.1 et alternativ til pakningene 28 og 32 mellom strømningsrøret 16 og legemet 30, kan motstående og hovedsakelig identiske pakninger være plassert på stempelet 20 for at trykket i passasjen 14 når stempelet 20, men det er ingen netto trykkeffekt fordi det ikke er noen forskyvende krefter på et par hovedsakelig identiske pakninger på stempelet 20. Alternativt kan pakninger som genererer motstående krefter som kansellerer hverandre, være anordnet mellom strømningsrøret 16 og legemet 30, såvel som på stempelet 20 slik at hvis pakningene 28 og 32 svikter, vil produksjonsrørtrykket i passasjen 14 likevel bli beholdt, og stempelet 20 som ikke er eksponert for dette trykket, vil så være i trykkbalanse fra produksjonsrørtrykket i passasjen 14. Fagkyndige på området vil forstå at legemet 30 vil ha en annen utforming for å romme pakninger på stempelet 20. Hovedsakelig vil et midtparti av stempelet 20 måtte strekke seg mellom nedre og øvre segmenter av legemet 30 slik at et midtre parti blir eksponert for passasjen 14 med det paret med pakninger som setter stempelet i trykkbalanse, anordnet henholdsvis med én i det øvre huset og en annen i det nedre huset og hvor begge er anordnet omkring stempelet 20 med motsatte pakningsarealer for å skape hovedsakelig utjevnende krefter. Å gjøre dette igjen er som en reserve, og den foretrukne utførelsesformen angår en paknings-plassering mellom det hule røret 16 og legemet 30 som den første forsvarslinje for å hindre trykket i passasjen 14 fra å påføre en betydelig eller en hvilken som helst nettokraft på lukkefjæren 24.

Fagkyndige på området vil videre forstå at legemet 30 kan være utformet for å danne et lukket kammer 34 hvor fjæren 24 nå er vist, slik at det blir dannet et system med to styreledninger som kan brukes til å utjevne hydrostatisk styreledningstrykk for å muliggjøre bruk av en enda mindre fjær 24 som kan benyttes ved isolasjon av styresystemstempelet 20 fra styreledningstrykket ved å bruke pakningene 28 og 32. Et trykk-kammer i huset 30 kan alternativt brukes til å kompensere for hydrostatisk styreledningstrykk og eliminering av fjæren 24 i et enkelt eller dobbelt styreledningssystem. Det skal bemerkes at kammeret 34 kan være det atmosfæretrykk på verktøyenheten ved overflaten, og at bevegelsen av stempelet 20 endrer volumet til kammeret 34 med en liten trykkoppbygning som ikke har noen betydning når det gjelder å hjelpe lukkefjæren 24 ved lukking av ventilen ved å bevege strømningsrøret 16. Kammeret 34 kan innledningsvis være i trykksatt tilstand med et høyt nok trykk på enheten som vil utjevne det hydrostatiske trykket i styreledningen ved den forventede bruksdybden til sikkerhetsventilen. En annen mulighet for å utjevne hydrostatisk trykk på den bakre enden av stempelet 20, er å kjøre inn en annen styreledning som vil utjevne det hydrostatiske trykket i styreledningen som går til tilkoblingen 18.

Selv om den foretrukne utførelsesformen er en brønnsikringsventil, kan andre verktøy som har et styreledningssystem for å aktivere et stempel som igjen skal bevege en komponent i et brønnhullsverktøy, også trekke fordel av en tetning omkring komponenten som til slutt skal opereres av stempelet i styresystemet som i sin tur blir operert ved påført styreledningstrykk. Noen eksempler kan være andre typer ventiler slik som en slisse med hull drevet av en glidende hylse eller en ventil av kuletypen fjernutløsbar ved hydraulisk trykk påført fra overflaten, som noen eksempler.

Beskrivelsen ovenfor er illustrerende for den foretrukne utførelsesformen og forskjellige alternativer og er ikke ment å omfatte det bredeste omfanget av oppfinnelsen, som er bestemt av de etterfølgende patentkrav som angir det fullstendige omfanget, bokstavelig og ekvivalent.

Claims (17)

1. Brønnhullsverktøy som kan drives med hydraulisk trykk, omfattende: et hus som har en gjennomgående passasje mellom tilkoblinger for montering til en produksjonsrørstreng og en styresystemtilkobling for levering av hydraulisk trykk; et bevegelig element i passasjen som er eksponert for trykket i denne; et aktiveringssystem som reagerer på det trykket som leveres til styresystemtilkoblingen for selektiv bevegelse av det bevegelige elementet; pakninger anordnet mellom det bevegelige elementet og huset for å sette det bevegelige elementet i trykkbalanse fra trykk i passasjen.

2. Verktøy ifølge krav 1, hvor: pakningene er atskilt fra hverandre, og styresystemet omfatter videre en tilkobling til det bevegelige elementet mellom pakningene.

3. Verktøy ifølge krav 2, hvor: styresystemet omfatter et stempel som er isolert fra trykk i passasjen på grunn av pakningene.

4. Verktøy ifølge krav 2, hvor: styresystemet omfatter en lukkefjær som virker på tilkoblingen og er isolert fra trykket i passasjen ved hjelp av pakningene.

5. Verktøy ifølge krav 2, hvor: pakningene er montert på huset, og den bevegelige komponenten beveges henholdsvis til pakningene som er fiksert.

6. Verktøy ifølge krav 1, hvor: pakningene er montert på den bevegelige komponenten og er i kontakt med huset.

7. Verktøy ifølge krav 2, hvor: den bevegelige komponenten omfatter et strømningsrør montert for frem- og tilbakegående bevegelse for rotasjon av en klaff montert i passasjen ved selektiv trykktilførsel til styresystemtilkoblingen; hvor pakningene er montert på enten huset eller strømningsrøret, eller begge.

8. Verktøy ifølge krav 7, hvor: styresystemet videre omfatter et drivstempel forbundet med strømningsrøret mellom pakningene, hvor pakningene isolerer stempelet fra trykk i passasjen.

9. Verktøy ifølge krav 8, hvor: stempelet har et parti som vil være eksponert for passasjen hvis pakningene som er i kontakt med strømningsrøret, skulle svikte; nevnte parti av stempelet er i trykkbalanse med passasjetrykket hvis minst én av pakningene som er i kontakt med strømningsrøret, skulle svikte.

10. Verktøy ifølge krav 9, hvor: nevnte del av stempelet omfatter atskilte identiske pakninger eksponert for passasjetrykket hvis minst én av pakningene som er i kontakt med strømningsrøret, svikter.

11. Verktøy ifølge krav 7, hvor: pakningene er montert i spor i strømningsrøret.

12. Verktøy ifølge krav 11, hvor: pakningene er montert i spor i huset.

13. Verktøy ifølge krav 1, hvor: aktiveringssystemet omfatter et stempel i en boring i huset, som har en første side i strømningskommunikasjon med styresystemtilkoblingen og en andre side eksponert for et kammer med variabelt volum i huset.

14. Verktøy ifølge krav 13, hvor: stempelet omfatter minst én pakning for å isolere trykk i passasjen fra kammeret med variabelt volum.

15. Verktøy ifølge krav 14, hvor: stempelet omfatter et par atskilte pakninger med hovedsakelig lik diameter for å kompensere for eventuelt trykk i passasjen som kan nå stempelet.

16. Verktøy ifølge krav 14, hvor: kammeret er ladet med tilstrekkelig trykk til å kompensere for hydrostatisk trykk ved styresystemtilkoblingen.

17. Verktøy ifølge krav 14, hvor: det hydrostatiske trykket ved styresystemtilkoblingen fra en første styreledning blir kompensert for ved hjelp av en andre styreledning koblet til kammeret med variabelt volum.