FR2697887A1 - Set of valves and method for rapid test. - Google Patents
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Abstract
Procédé et appareil pour tester simultanément sur les lieux d'utilisation l'intégrité en pression d'un corps de vanne et les possibilités d'étanchéité des surfaces d'assemblage métal-sur-métal, siège-sur-corps et siège-sur-porte dans une vanne fermée ou ouverte, comme par exemple une vanne porte ou une vanne à plaque. Le procédé comprend: l'injection d'un milieu de tests, pressurisé extérieurement, dans la cavité de vanne (16) par un orifice existant qui n'est pas utilisé normalement pour le test de pression, par exemple par un raccord de purge de chapeau ou par des raccords au ras du corps de vanne et des raccords d'injection de graisse. L'appareil comprend un siège de vanne ayant une base (49) et un opercule cylindrique (50) reçu de manière télescopique soit du-côté amont, soit des deux côtés de la vanne.Method and apparatus for simultaneously testing the pressure integrity of a valve body and the sealing capability of metal-to-metal, seat-to-body and seat-to-body assembly surfaces at the point of use door in a closed or open valve, such as a door valve or a plate valve. The method comprises: injecting test medium, pressurized externally, into the valve cavity (16) through an existing port which is not normally used for pressure testing, for example through a pressure purge fitting. bonnet or by fittings flush with the valve body and grease injection fittings. The apparatus includes a valve seat having a base (49) and a cylindrical wedge (50) telescopically received either on the upstream side or on both sides of the valve.
Description
La présente invention concerne des vannes portes, et plus particulièrementThe present invention relates to gate valves, and more particularly
un ensemble de portes en forme de plaques et un procédé pour tester en pression le récipient sous pression constituant la base d'un corps de vanne et pour contrôler en pression les capacités des deux a set of plate-shaped doors and a method for pressure testing the pressure vessel forming the base of a valve body and for controlling the capacities of both
ensembles de sièges amont et aval.upstream and downstream seat assemblies.
Les vannes portes sont des dispositifs de commande de pression généralement utilisés pendant les phases de forage, d'achèvement et de production d'un puits Des vannes portes s'emploient dans des applications à terre, en mer et sous-marines Les vannes portes sont typiquement employées dans des systèmes de puits, soit sous forme de vannes annulaires, soit sous forme de vannes arborescentes Les vannes annulaires sont reliées à la The gate valves are pressure control devices generally used during the drilling, completion and production phases of a well. Gate valves are used in land, at sea and underwater applications The gate valves are typically used in well systems, either in the form of annular valves or in the form of tree valves The annular valves are connected to the
sortie latérale d'une tête de tubage, d'un raccord double- lateral outlet of a casing head, of a double-
bride pour tubage, ou d'une tête de colonne de production. flange for tubing, or a production column head.
Elles assurent un accès commandé à-l'anneau du tubage Les vannes arborescentes sont des vannes ayant une structure en arbre de Noël qui assurent la commande d'un puits en cours de production Les vannes portes sont également They provide controlled access to the casing ring The tree valves are valves with a Christmas tree structure which control a well during production The gate valves are also
employées dans diverses autres opérations de commande. used in various other control operations.
Périodiquement, les vannes portes doivent subir un test de pression sur les lieux d'utilisation Plus précisément, Des vannes annulaires de têtes de puits doivent subir un test d'intégrité de récipients sous pression du corps de vanne et de la capacité à maintenir la pression des ensembles de siège Il est souhaitable d'effectuer ces tests sans dégager la vanne de la tête de Periodically, the gate valves must undergo a pressure test at the place of use More specifically, Annular valves of well heads must undergo a test of the integrity of the pressure vessels of the valve body and of the capacity to maintain the pressure seat assemblies It is desirable to perform these tests without releasing the valve from the head
puits et sans démonter des raccords quelconques à bride. well and without dismantling any flange connections.
Les dispositifs de l'art antérieur pour tester des vannes annulaires en utilisation, sans démonter les raccords d'extrémité de vannes impliquaient l'emploi de portes à coins ou de portes partagées complexes au lieu des portes en plaques Les portes à coins et les portes partagées de la technique antérieure ont tendance à être plus encombrantes et plus lourdes que les portes en plaques du fait de l'épaisseur que doivent avoir les composants Elles nécessitent davantage de composants distincts que les portes en plaques Ces composants plus The prior art devices for testing annular valves in use, without disassembling the valve end fittings involved the use of corner doors or complex shared doors instead of plate doors Corner doors and doors prior art partitions tend to be more cumbersome and heavier than plate doors due to the thickness of the components required They require more separate components than plate doors These more
gros nécessitent un boîtier plus encombrant et plus lourd. large ones require a more bulky and heavier housing.
Ils sont en général plus coûteux à fabriquer étant donné que les exigences imposées aux matériaux sont plus sévères et du fait que les différents composants doivent être assemblés entre eux avec des tolérances très étroites- En outre, les dispositifs à portes en coin et à portes partagées de la technique antérieure emploient des ressorts et des petites broches intégrées situés sur les côtés des portes pour maintenir assemblées les moitiés de portes L'emploi de petites pièces intégrées de ce type limite la longévité des ensembles de vannes correspondantes dans les conditions pénibles des champs de pétrole. La présente invention propose un ensemble de vannes portes en plaques qui permet de tester sur place rapidement en sécurité et facilement, l'intégrité de récipients sous pression du corps de vanne d'une vanne fermée ou ouverte, tout en testant simultanément les possibilités d'étanchéité à la pression des surfaces d'assemblage métal sur métal, siège sur corps et-siège sur porte des deux côtés de la vanne Les tests de ce type de They are generally more expensive to manufacture since the requirements imposed on the materials are more stringent and the fact that the various components must be assembled together with very close tolerances- In addition, devices with corner doors and shared doors of the prior art employ springs and small integrated pins located on the sides of the doors to keep the door halves assembled. The use of small integrated parts of this type limits the longevity of the corresponding valve assemblies under the difficult conditions of oil. The present invention provides a set of gate valve plates which makes it possible to quickly, safely and easily test on site the integrity of pressure vessels of the valve body of a closed or open valve, while simultaneously testing the possibilities of pressure tightness of metal to metal assembly surfaces, seat on body and seat on door on both sides of the valve Tests of this type of
la vanne porte selon la présente invention n'exigent aucun- the gate valve according to the present invention requires no-
démontage des brides ni de réglages des bouchons spéciaux placés dans l'alésage des vannes, et par conséquent suppriment les problèmes liés aux ensembles de portes à coins et de portes partagées et aux ensembles de sièges télescopiques de la technique antérieure. L'invention comprend un ensemble de vannes à portes en plaques qui utilisent de nouveaux assemblages de sièges pour appliquer un nouveau procédé pour tester simultanément en pression tous les joints d'étanchéité de la structure de vanne lorsque la pression est appliquée au corps de vanne par un orifice existant qui n'est normalement pas employé pour les tests de pression, tels qu'un raccord à purgeur à chapeau ou des raccords à ras du disassembly of flanges or adjustments of special plugs placed in the valve bore, and therefore eliminate the problems associated with sets of corner doors and shared doors and sets of telescopic seats of the prior art. The invention includes a set of plate door valves which use new seat assemblies to apply a new method to simultaneously test all gaskets in the valve structure under pressure when pressure is applied to the valve body by an existing port that is not normally used for pressure testing, such as a cap trap connection or flush fittings
corps de vanne et des raccords d'injections de graisse. valve body and grease injection fittings.
L'ensemble de sièges est monté dans un ensemble de vannes comprenant typiquement une porte en plaque, une tige rotative, un chapeau, une garniture d'étanchéité, un bouchon, une bride de sièges arrière, une chambre de vannes, des éléments de siège, un passage d'écoulement et The seat assembly is mounted in a valve assembly typically comprising a plate door, a rotary rod, a cap, a packing, a plug, a rear seat flange, a valve chamber, seat elements , a flow passage and
un corps de vanne formant une cavité de corps de vanne. a valve body forming a valve body cavity.
Le nouvel ensemble de sièges comprend un opercule d'étanchéité coulissant, une base de corps de siège, un The new seating package includes a sliding seal, a seat body base, a
ressort Belleville et une pluralité de bagues annulaires. Belleville spring and a plurality of annular rings.
Le corps de siège est introduit dans un logement de siège prévu dans le corps de vanne L'opercule d'étanchéité coulissant est monté sur une section de diamètre réduit de la base du corps de siège et sollicité à l'origine contre la porte en plaque indépendamment de la base du corps de siège par le ressort Belleville Une bague annulaire assure l'étanchéité entre la base du corps de siège et The seat body is inserted in a seat housing provided in the valve body The sliding sealing cap is mounted on a reduced diameter section of the base of the seat body and originally urged against the plate door independently of the base of the seat body by the Belleville spring An annular ring seals between the base of the seat body and
l'opercule d'étanchéité coulissant. the sliding seal.
Lorsque le corps de vanne subit un test de pression, l'intégrité durécipient formé par ce corps de vanne et tous les composants des deux ensembles de sièges subissent simultanément un test de maintien de la pression, en appliquant une procédure de test spéciale au cours de laquelle la pression est appliquée par un orifice qui When the valve body undergoes a pressure test, the integrity of the container formed by this valve body and all the components of the two sets of seats simultaneously undergo a pressure maintenance test, applying a special test procedure during which pressure is applied through an orifice which
-n'est normalement pas utilisé pour appliquer une pression. -normally is not used to apply pressure.
Un milieu de tests sous pression, soit gazeux, soit liquide, est forcé sous pression, à l'intérieur de la cavité de vanne par l'orifice Le milieu sous pression est pompé en permanence vers l'intérieur de la cavité de vanne jusqu'à ce que la pression de test souhaitée soit atteinte Le milieu sous pression introduit dans la cavité de vanne agit sur le diamètre extérieur de l'opercule d'étanchéité coulissant et sur une partie de la face radiale de la garniture d'étanchéité coulissante du siège pour s'associer à la force du ressort Belleville, afin de solliciter la face d'étanchéité de l'opercule d'étanchéité coulissant contre la porte En même temps, le milieu sous pression agit sur l'épaulement formé par la partie de diamètre réduit de la base du corps de siège, pour enfoncer plus profondément la base du corps de siège dans son logement de siège Des bagues annulaires et des surfaces radiales d'étanchéité empêchent les fuites entre les composantes du siège et le corps de vanne La face plate lisse de la garniture d'étanchéité coulissante appuie contre la surface de la porte en plaques pour assurer l'étanchéité en empêchant le milieu sous pression de fuir dans l'alésage de passage de la vanne Ainsi, le passage d'écoulement ou alésage de circulation est fermé et la vanne peut subir un test de pression lorsque la porte en plaque, ou autre élément de fermeture de vanne A pressurized test medium, either gaseous or liquid, is forced under pressure, inside the valve cavity by the orifice. The pressurized medium is continuously pumped towards the inside of the valve cavity until the desired test pressure is reached The pressurized medium introduced into the valve cavity acts on the outside diameter of the sliding seal and on part of the radial face of the sliding seat seal to associate with the force of the Belleville spring, in order to urge the sealing face of the sealing seal sliding against the door At the same time, the medium under pressure acts on the shoulder formed by the part of reduced diameter from the base of the seat body, to push the base of the seat body deeper into its seat housing Annular rings and radial sealing surfaces prevent leaks between the components of the valve seat and body The smooth flat face of the sliding seal presses against the surface of the plate door to ensure sealing by preventing the pressurized medium from leaking into the valve passage bore. the flow passage or circulation bore is closed and the valve can undergo a pressure test when the plate door, or other valve closing element
est soit en position fermée, soit en position ouverte. is either in the closed position or in the open position.
D'autres particularités et -avantages de l'invention Other features and advantages of the invention
apparaîtront encore dans la description ci-après. will appear further in the description below.
Aux dessins annexés, à titre d'exemples non limitatifs La figure 1 est une vue en coupe -d'un ensemble de vannes portes mono- directionnelles; la figure 2 est une vue en coupe agrandie de la figure 1 représentant une porte et des ensembles de sièges; la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'un ensemble de vannes portes bidirectionnelles, représentant In the accompanying drawings, by way of nonlimiting examples Figure 1 is a sectional view of a set of one-way gate valves; Figure 2 is an enlarged sectional view of Figure 1 showing a door and seat assemblies; Figure 3 is an enlarged sectional view of a set of bidirectional gate valves, representing
une porte et des ensembles de sièges. a door and sets of seats.
Une vanne typique à portes en plaques 10 est représentée sur la figure 1 La vanne comprend un corps de vanne 12 ayant un passage d'écoulement 14, une cavité ou chambre de vannes 16, et un chapeau 18 fixé sur le corps de vanne 12 par des boulons 20 Un bouchon de chapeau 22 est fixé sur le chapeau 18 Une porte 24 représentée en position ouverte est disposée dans la chambre de vanne 16 pour commander la circulation dans le passage de circulation 14, une tige de vanne 26 part de la porte 24 et traverse le chapeau 18 et le bouchon 22 La tige de vanne 26 est filetée à son extrémité inférieure Un volant 28 ou autre moyen approprié est monté pour entraîner la tige 26 en rotation Sous l'effet de la rotation de la tige 26, une broche de soulèvement 30 filetée intérieurement montée dans un alésage transversal 32 de la vanne porte 24 est translatée le long de la partie filetée de la tige 26 La broche de soulèvement -30 est à son tour translatée pour soulever ou abaisser la porte 24 vers la position ouverte ou la position fermée à l'intérieur de la cavité de vanne 16 Au-dessus de -la partie filetée de la tige 26 est montée une bride annulaire 36 d'arrière de siège pour assurer l'étanchéité de l'alésage du chapeau 18 lorsque la broche de soulèvement 30 et la porte 24 sont en position ouverte Une garniture d'étanchéité annulaire 34 est placée à l'extrémité supérieure du chapeau 18 et maintenue par un écrou de presse-étoupe 40 Des ensembles de siège 41 et-43 sont placés dans des logements de siège A typical valve with plate doors 10 is shown in FIG. 1 The valve comprises a valve body 12 having a flow passage 14, a valve cavity or chamber 16, and a cap 18 fixed to the valve body 12 by bolts 20 A bonnet cap 22 is fixed on the bonnet 18 A door 24 shown in the open position is arranged in the valve chamber 16 to control circulation in the circulation passage 14, a valve stem 26 starts from the door 24 and passes through the cap 18 and the plug 22 The valve stem 26 is threaded at its lower end A flywheel 28 or other suitable means is mounted to drive the stem 26 in rotation Under the effect of the rotation of the stem 26, a pin lifting pin 30 internally threaded in a transverse bore 32 of the gate valve 24 is translated along the threaded part of the rod 26 The lifting pin -30 is in turn translated to raise or lower the door 24 to the open position or the closed position inside the valve cavity 16 Above the threaded portion of the rod 26 is mounted an annular flange 36 of the seat back to ensure the tightness of the bore of the cap 18 when the lifting pin 30 and the door 24 are in the open position. An annular seal 34 is placed at the upper end of the cap 18 and held by a packing nut 40 seat 41 and -43 are placed in seat housings
42 et 44 prévus dans le corps de vanne 12. 42 and 44 provided in the valve body 12.
L'ensemble de siège aval 41, représenté sur les figurese-l et 2 est placé dans un logement de siège 42 et en contact d'étanchéité avec la porte 24 et le corps de vanne 12 Une surface radiale avant 45 est sollicitée en contact avec la porte 24 sous l'effet de la force appliquée par le ressort Belleville 46 Une bague annulaire 47 assure l'étanchéité annulaire entre la surface annulaire intérieure du logement de siège 42 et l'ensemble de siège 41 Une surface d'étanchéité radiale à l'arrière 48 assure l'étanchéité par rapport à la surface The downstream seat assembly 41, shown in FIGS. 1 and 2, is placed in a seat housing 42 and in sealing contact with the door 24 and the valve body 12 A front radial surface 45 is biased in contact with the door 24 under the effect of the force applied by the Belleville spring 46 An annular ring 47 provides the annular seal between the inner annular surface of the seat housing 42 and the seat assembly 41 A radial sealing surface at the rear 48 seals against the surface
radiale du logement de siège 42.seat housing radial 42.
Dans le logement 44 du siège amont, est placé le nouvel ensemble de sièges à test rapide 43 Comme indiqué sur la figure 2, l'ensemble de sièges à test rapide 43 comprend un corps de base de siège 49 et un opercule d'étanchéité coulissant 50 La base du corps de siège 49 est placée dans le logement de siège 44 de manière qu'une surface radiale avant 51 de la base du corps de siège 49 soit en contact avec une surface radiale du logement de siège 44 L'opercule d'étanchéité coulissant 50 est monté autour d'une partie de diamètre réduit 52 de la base du corps de siège 49 La partie de diamètre réduit 52 forme un épaulement radial 53 qui réunit la partie de diamètre réduit 52 au reste de la base du corps de siège 49 Une bague annulaire 54 est installée pour constituer une étanchéité annulaire entre la base du corps de siège 49 et le logement 44 du siège L'opercule d'étanchéité coulissant 50 est sollicité -contre la porte 24 par le ressort Belleville 55 Une bague annulaire 56 assure l'étanchéité entre l'opercule d'étanchéité coulissant 50 In the housing 44 of the upstream seat, the new set of quick test seats 43 is placed. As shown in FIG. 2, the set of quick test seats 43 includes a seat base body 49 and a sliding sealing cap. 50 The base of the seat body 49 is placed in the seat housing 44 so that a front radial surface 51 of the base of the seat body 49 is in contact with a radial surface of the seat housing 44 The cover of sliding seal 50 is mounted around a reduced diameter part 52 of the base of the seat body 49 The reduced diameter part 52 forms a radial shoulder 53 which joins the reduced diameter part 52 to the rest of the base of the seat body 49 An annular ring 54 is installed to constitute an annular seal between the base of the seat body 49 and the seat housing 44 The sliding sealing cap 50 is biased against the door 24 by the Belleville spring 55 An annular ring 56 seals between the sliding sealing cap 50
et la base du corps de siège 49.and the base of the seat body 49.
En fonctionnement, les tests simultanés de récipient sous pression du corps de vanne et de l'intégrité de l'ensemble des sièges sont effectués de la manière suivante: Premièrement, le bouchon de purge du chapeau (non représenté) est démonté afin de pouvoir fixer une conduite d'application d'un milieu de test sous pression venant d'une source extérieure (non représentée) Le conduit de purge du chapeau de vanne (non représenté) constitue un passage par lequel le milieu sous pression peut être introduit dans la cavité de vanne 16 La cavité 16 est remplie lentement par le milieu de test sous pression, In operation, the simultaneous tests of the pressure vessel of the valve body and of the integrity of the seat assembly are carried out as follows: First, the cap drain plug (not shown) is removed in order to be able to fix a line for applying a pressure test medium from an external source (not shown) The valve cap purge line (not shown) constitutes a passage through which the pressurized medium can be introduced into the cavity valve 16 The cavity 16 is filled slowly by the pressure test medium,
jusqu'à ce qu'une pression de test souhaité soit atteinte. until a desired test pressure is reached.
Un manomètr&'-de milieu de test sous pression est utilisé pour vérifier l'intégrité du corps de vanne et des ensembles de siège Lorsque les exigences de test sont satisfaites, la pression de test est détendue en ouvrant la vanne 10 Enfin, la conduite d'alimentation en milieu de test est débranchée et le bouchon de protection du A pressure test medium gauge is used to check the integrity of the valve body and seat assemblies. When the test requirements are met, the test pressure is relieved by opening the valve. power to the test medium is disconnected and the protective cap of the
raccord de chapeau est remis en place. cap connector is replaced.
Au moment o le milieu sous pression est pompé vers l'intérieur de la cavité 16, le milieu sous pression agit sur le diamètre extérieur de la garniture de siège coulissante 50 et sur une partie de la face radiale de la garniture de siège coulissante pour s'associer à la force du ressort Belleville 55 afin de comprimer la face d'étanchéité de l'opercule d'étanchéité coulissant 50 contre la porte 24 Simultanément, le milieu sous pression agit sur l'épaulement radial 53 formé par la partie de diamètre réduit 52 de la base du corps de siège 49 pour forcer la base du corps de siège 49 plus profondément dans son logement de siège 44 Les bagues annulaires 54, 56 et les surfaces radiales d'étanchéité empêchent les fuites entre les composants de siège et le corps de vanne 12 La face radiale de la garniture coulissante 50 appuie contre la porte 24 pour former une étanchéité empêchant les fuites du milieu sous pression Ainsi, le passage d'écoulement 14 est fermé par rapport à la cavité du corps de vanne 16 et la vanne 10 peut subir un test de pression, When the pressurized medium is pumped into the interior of the cavity 16, the pressurized medium acts on the outside diameter of the sliding seat upholstery 50 and on part of the radial face of the sliding seat upholstery for s '' associate with the force of the Belleville spring 55 in order to compress the sealing face of the sliding sealing cap 50 against the door 24 Simultaneously, the medium under pressure acts on the radial shoulder 53 formed by the part of reduced diameter 52 of the base of the seat body 49 to force the base of the seat body 49 deeper into its seat housing 44 The annular rings 54, 56 and the radial sealing surfaces prevent leakage between the seat components and the body valve 12 The radial face of the sliding packing 50 presses against the door 24 to form a seal preventing leaks from the pressurized medium Thus, the flow passage 14 is closed p ar relative to the cavity of the valve body 16 and the valve 10 can undergo a pressure test,
soit en-position ouverte, soit en position fermée. either in the open position or in the closed position.
La figure 3 représente une autre forme de réalisation de l'invention La forme de réalisation de la figure 3 est un ensemble pour tester une vanne bidirectionnelle Dans l'ensemble bidirectionnel, de nouveaux ensembles de sièges pour test rapide sont montés des deux côtés de la porte pour admettre une circulation en amont ou en aval venant de l'une ou l'autre direction Les composants et procédés de tests de l'ensemble de vannes bidirectionnelles sont essentiellement les mêmes que ceux qui ont été représentés Figure 3 shows another embodiment of the invention The embodiment of Figure 3 is an assembly for testing a bidirectional valve In the bidirectional assembly, new sets of seats for quick test are mounted on both sides of the door to admit upstream or downstream traffic from either direction The components and test methods of the bidirectional valve assembly are essentially the same as those which have been shown
sur la figure 1 dans le cas de la vanne mono- in FIG. 1 in the case of the single valve
directionnelle. Bien que le meilleur mode envisagé pour appliquer l'invention ait été présenté et décrit ici, il apparaîtra que des variantes et modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention tel qu'il est défini directional. Although the best mode envisaged for applying the invention has been presented and described here, it will appear that variants and modifications can be made without departing from the scope of the invention as defined.
dans les revendications.in the claims.
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