NO177399B

NO177399B - Brönnsikringsventil som styres av det hydrostatiske trykk

Info

Publication number: NO177399B
Application number: NO853026A
Authority: NO
Inventors: Ronald Earl Pringle; Paul Wesley Black
Original assignee: Camco Inc
Priority date: 1984-08-29
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1995-05-29
Also published as: FR2569760A1; GB2163794B; GB2163794A; US4721162A; GB8519790D0; NO177399C; NO853026L; FR2569760B1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brønnsikringsventil for bruk i et brønnrør gjennom hvilket væske pumpes med en elektrisk pumpe, hvilken ventil aktiviseres ved et visst væskenivå i brønnen, og ventilen omfatter et hus beregnet på å forankres i brønnrøret under den elektriske pumpe, hvilket hus innbefatter en kanal for føring av brønnvæske oppad gjennom røret, et ventilsete tildannet i kanalen og en ventilstamme med et ventilelement aksielt bevegelig i kanalen for å åpne og lukke denne.

En brønnsikringsventil av denne type er kjent fra US-patent 3884300. Denne ventil er en sikringsventil beregnet på å beskytte et gassoppbevaringsreservoar for å hindre unn-slippelse av høytrykksgass i tilfelle et brønnhode blir skadet'.

I en produserende fluidbrønn, slik som en oljebrønn, strømmer oljen fra brønnf ormas j onen inn i en brønnrør ledning, så som et foringsrør, og til en pumpe hvor oljen så blir pumpet til brønnoverf laten. Det er; imidlertid av og til ønskelig å avstenge oljestrømmen fra formasjonen inn i rørledningen, slik som under overhalingsoperasjoner. Dvs. at med pumpen avstengt vil oljen fra formasjonen fortsette å strømme inn i rørledningen og stige i denne og komme i konflikt med overhalingsarbeidene.

En side ved den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en sikringsventil for å stenge av brønnfluid-strømningen i en brønn som produserer ved hjelp av en pumpe, og nærmere bestemt er den foreliggende oppfinnelse rettet mot styring av en brønnsikringsventil ved fluidnivået i brønnrør-ledningen. Fluidnivået i en brønn er lavere når pumpen er i drift enn nivået når pumpingen er stoppet. Dvs. at når brønnpumpen er stoppet begynner fluidet i brønnrørledningen rundt pumpen å stige og samle seg opp. Den foreliggende oppfinnelse anvender forskjellene i fluidnivået før og etter pumpingen, noe som gir forskjellige hydrostatiske væsketrykk som styrer sikringsventilen.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det til-veiebragt en brønnsikringsventil av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved en belg anordnet i huset og forbundet til ventil stammen, hvilken belg er fyllt med en trykkgass som virker til å ekspandere belgen i en retning for å åpne ventilen, og huset har en port mellom utsiden av belgen og utsiden av huset for å kommunisere det hydrostatiske trykk fra væsken i brønnrøret til utsiden av belgen, hvilket trykk virker til å komprimere belgen i en retning for å lukke ventilen, når den elektriske pumpe stopper og det hydrostatiske væsketrykk tillates å øke til det overvinner trykkgassen.

Hensiktsmessig innbefatter brønnsikringsventilen en utligningsventil med et ventilsete og et ventilelement for utligning av trykket over det første ventilelement før åpning av ventilen.

Videre kan det første ventilelement være teleskopisk forbundet til ventilstammen og utligningsventilens sete er fast forbundet til det første ventilelementet. Utlignings-ventilelementet kan være forbundet til ventilstammen. Videre kan sikringsventilen innbefatte fjærinnretninger mellom ventilstammen og det første ventilelement som presser utligningsventilen mot lukket stilling.

Andre og ytterligere formål, trekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av en for tiden foretrukket utførelse av oppfinnelsen, gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger.

Fig. 1 viser skjematisk i oppriss delvis i lengdesnitt,

brønnsikringsventilen ifølge den foreliggende

oppfinnelse i posisjon i en brønnrørledning og i lukket stilling,

fig. 2 viser skjematisk i oppriss, delvis i lengdesnitt,

brønnsikringsventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse i posisjon i en brønnrørledning og i åpen stilling,

fig.3A,3B og 3C viser halvt i oppriss og halvt i lengdesnitt suksessive deler av et innstillings-verktøy som gjør inngrep med brønnsikrings-ventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse og som holder den i innførings-posisjonen for installering i en brønnrør-ledning,

fig. 4 viser i forstørret lengdesnitt et fragment av innføringsverktøyet som kontakter sikringsventilen og holder den i åpen stilling for innsettelse i en brønnrørledning,

fig. 5 viser halvt i oppriss og halvt i lengdesnitt en del av sikringsventilen ifølge den foreliggende oppfinnelse i lukket stilling,

fig. 6 er lik fig. 5 og viser ventilen i en utlignings-stilling,

fig. 7 er lik fig. 5 og 6 og viser ventilen i den åpne

stilling, og

fig. 8 viser et tverrsnitt tatt langs linjen 8-8 i fig. 5.

Det vises nå til tegningene, særlig fig. 1 og 2, hvor en brønnrørledning eller et foringsrør 10 forløper fra brønn-overflaten og ned til en fluidproduserende formasjon 12, slik som en oljeformasjon, og foringsrøret 10 innbefatter perforeringer 14 for å tillate oljestrømning fra formasjonen 12 inn i brønnrørledningen eller foringsrøret 10. En konvensjonell brønnpumpe 16, slik som en elektrisk pumpe styrt med en elektrisk ledning 18, er plassert innenfor foringsrøret 10 for å pumpe væske eller olje til overflaten gjennom et pumpeproduksjonsrør 20. Vanligvis vil det pumpende fluidnivå i foringsrøret 10 være ved nivået 22. Dersom pumpen stenges av, kan imidlertid fluidnivået i foringsrøret 10 stige over det ønskede stengefluidnivå 24. Den foreliggende brønnsikringsventil er generelt indikert med henvisnings-tallet 30, og ventilen er plassert i brønnrørledningen eller foringsrøret 10 og opplagret i dette i en sentreringspinne eller stikker 32 som er forbundet til en konvensjonell brønnpakning eller brønnplugg 34. Ventilen 30 er anordnet til å stenge av fluidstrømningen fra formasjonen 12 under overhalingsarbeider eller andre tilstander når pumpen 16 er stoppet. Et formål med den foreliggende oppfinnelse er styring av brønnsikringsventilen 30 med fluidnivået i foringsrøret 10 for derved å unngå bruken av mere kostbare og kopliserte styreinnretninger.

Under pumpeoperasjoner når pumpen 16 er aktivert står fluidnivået i brønnen vanligvis ved nivået 22, hvilket nivå er lavere enn nivået 24. Ventilen 30 ifølge den foreliggende oppfinnelse er konstruert til å stenge når pumpen 16 stopper og fluidnivået i ringrommet i rørledningen 10 når et forutbestemt høyt nivå, slik som nivået 24. Ventilen 30 er anordnet til å åpne når pumpen 16 settes i drift og fluidnivået faller til et forutbestemt lavt nivå, slik som nivået 22. Dette betyr at ventilen 30 er konstruert til å stenge når fluidnivåhøyden lik med Hl + H2 danner en tilstrekkelig hydrostatisk trykkhøyde som vil stenge ventilen 30. Når høyden avtar til kun H2 er imidlertid kraften fra den hydrostatiske høyden H2 utilstrekkelig til å stenge ventilen 30, og ventilen 30 vil åpne som best vist i fig. 2.

Det vises nå til fig. 3A,3B og 3C hvor ventilen 30 er vist forbundet til et innføringsverktøy 36 og fortrinnsvis til en stikker 32 for installering i foringsrøret 10 og i brønnplug-gen 34. Ventilen 30 innbefatter vanligvis et hus eller legeme 38 tilpasset for innsettelse i rørledningen 10 og innbefatter en passasje 40 som har et innløp 42 og et utløp bestående av porter 44 hvorved fluid fra formasjonen 12 strømmer gjennom pluggen 34, det indre av stikkeren 32, inn i innløpet 42 og ut av portene 44 til innsiden av foringsrøret 10. En hovedventil er anordnet i passasjen 40 og innbefatter et ventilsete 46 og et ventilelement 48 for åpning og lukking av passasjen 40. Egnede spenninnretninger er anordnet i huset og disse kan innbefatte et trykksatt gasskammer 50, som har en gassladning slik som nitrogen, der kammeret åpner mot en bevegbar ventilstamme 52 som er teleskopisk bevegbar i huset 38 og er forbundet til ventilelementet 48 i en retning til å presse ventilelementet 48 mot åpen stilling. Innretninger som reagerer på fluidnivået, slik som en belg 54, er forbundet mellom ventilstammen 52 og huset 38 og er plassert nedstrøms av hovedventilen og står i kommunikasjon gjennom en port 56 med utsiden av huset 38 for slik å bli utsatt for kraften av den hydrostatiske fluidhøyde i rørledningen 10. Innsiden av belgen 54 utsettes for trykkgassen i kammeret 50 gjennom åpningen 58 i ventilstammen 52. Derfor virker kraften av den hydrostatiske fluidhøyde i rørledningen 10 på belgen 54 i en retningen til å trekke belgen 54 sammen og til å stenge hovedventilen når det hydrostatiske fluidtrykk i foringsrøret 10 overvinner gasstrykket i kammeret 50.

Det vises nå til figurene 3B og 4 hvor huset 38 til sikker-hetsventilen 30 innbefatter en stoppepal 60 som presses utad med en fjær 62. Mr ventilen 30 kjøres inn i rørledningen 10, vil imidlertid skjørtet 64 til innføringsverktøyet 36 kontakte og presse palen 60 innad til samvirke med en forsenkning 66 i ventilstammen 52 for å holde ventilen 30 i den åpne stilling mens den kjøres inn. Etter at ventilen 30 er installert og innføringsverktøyet 36 er fjernet, deaktivi-seres stoppepalen 60 med fjæren 62.

Innføringsverktøyet 36 ligger rundt toppen av ventilen 30 med skjørtet 64 og bærer ventilen 30 og stikkeren 32 med en J-formet slisse 68 som bærer ventilen 30 fra tappene 70 forbundet til utsiden av ventilen 30.

Innføringsverktøyet 36 innbefatter en indre hylse 72 som tvinges nedad med en fjær 74 mot toppen av ventilen 30 for først å holde tappene 70 i den J-formede slisse 68 for å bære ventilen og stikkeren 32. Når posisjonen til pluggen 34 er nådd, innsettes pluggtetningen 76 på stikkeren 32 inn i senter av pluggen 34, hvor stikkeren 32 deretter dreies slik at gjengene 78 entrer innsiden av pluggen 34 for å bære stikkeren 32 og ventilen 30 fra pluggen 34. Deretter vil bevegelse nedad og høyrehåndsdreining av innføringsverktøyet 36 frigjøre verktøyet 36 fra ventilen 30.

Det vises nå til fig. 5 hvor ventilen 30 er vist i lukket stilling. Dette betyr at det hydrostatiske trykk i fluidet i rørledningen 10 som entrer åpningen 56 virker mot utsiden av metallbelgen 54 til å overvinne gasstrykket i kammeret 50 til å trekke sammen belgen 54 og heve ventilstammen 52. Det skal bemerkes at ventilelementet 48 er teleskopisk båret av ventilstammen 52 som er teleskopisk anordnet i huset 38.

Ventilen 30 innbefatter også en andre ventil eller utligningsventil som har et ventilsete 80 og et ventilelement 82 som åpner og lukker en passasje 84 for å utligne trykket over den første ventil, som består av setet 46 og ventilelementet 48. Ventilsetet 80 er fast forbundet med ventilstammen 52 og ventilelementet 82 kan være på elementet 48. Fjæren 86 tvinger elementet 48 nedad for å føre ventilelementet 82 mot setet 80 hvorved fluidpassasjen 40 vil være stengt.

Når det hydrostatiske væsketrykk faller til et lavere nivå, slik som nivået 22 i fig. 2, vil ventilen 30 igjen begynne å åpne ved senkning av fluidnivået i rørledningen 10. For å gjenåpne ventilelementet 48 er det imidlertid ønskelig først å utligne trykket over ventilelementet 48 og setet 46. Etterhvert som den hydrostatiske kraft på utsiden av belgen 54 avtar, vil oppfyllingstrykket i kammeret 50 overvinne det hydrostatiske trykk og bevege ventilstammen 52 nedad. Nedad rettet bevegelse av ventilstammen 52 bringer det stivt innfestede utligningsventilsetet 80 nedad for å åpne passasjen 84 og utligne trykket over ventilelementet 48 og ventilsetet 46 som best vist i fig. 6. Tverrsnittsarealet av ventilelementet 48 som utsettes for oppstrøms fluid i innløpet 42 holdes på plass av det ulike trykk over ventilelementet 48, tiltross for fjæren 86, inntil trykket i hovedsak er utlignet.

Når trykket over ventilsetet 46 er utlignet, vil ventilelementet 48 bevege seg nedad ved virkningen av trykkladningen i kammeret 50 for å åpne hovedventilen og stenge utlignings-setet 80 mot ventilelementet 82. Deretter vil fluid strømme gjennom passasjen 40 til innsiden av brønnrørledningen 10 og til pumpen 16.

Derfor vil ventilen 30 sørge for en sikringsventil til bruk i en pumpende oljebrønn som styres av fluidnivået i brønnfor-ingsrøret.

Det vises nå til fig. 3B hvor en sikringsanordning er plassert, slik som en fjær 90 mellom en skulder 92 på huset 38 og en skulder 94 på stammen 52. I tilfelle av at gasstrykket i kammeret 50 går tapt, f.eks. dersom belgen 54 svikter, ville ventilen 30 svikte i åpen stilling. Fjæren 90 er imidlertid anordnet for å sikre at ventilen 30 vil svikte i lukket stilling. Dette betyr at i tilfelle av en lekkasje i kammeret 50, ville trykket på motsatte sider av belgen 54 bli balansert og fjæren 90 ville stenge ventilen 30.

Claims

1. Brønnsikringsventil for bruk i et brønnrør (10) gjennom hvilket væske pumpes med en elektrisk pumpe (16), hvilken ventil aktiviseres ved et visst væskenivå i brønnen, og ventilen omfatter et hus (38) beregnet på å forankres i brønnrøret (10) under den elektriske pumpé (16), hvilket hus (38) innbefatter en kanal (40) for føring av brønnvæske oppad gjennom røret (10), et ventilsete (46) tildannet i kanalen (40) og en ventilstamme (52) med et ventilelement (48) aksielt bevegelig i kanalen (40) for å åpne og lukke denne, karakterisert ved en belg (54) anordnet i huset (38) og forbundet til ventilstammen (52), hvilken belg er fyllt med en trykkgass som virker til å ekspandere belgen i en retning for å åpne ventilen, og huset (38) har en port (44) mellom utsiden av belgen (54) og utsiden av huset (38) for å kommunisere det hydrostatiske trykk fra væsken i brønnrøret (10) til utsiden av belgen (54), hvilket trykk virker til å komprimere belgen i en retning for å lukke ventilen, når den elektriske pumpe (16) stopper og det hydrostatiske væsketrykk tillates å øke til det overvinner trykkgassen.

2. Ventil ifølge krav 1,karakterisert ved en utligningsventil med et ventilsete (80) og et ventilelement (82) for utligning av trykket over det første ventilelement (48) før åpning av ventilen.

3. Ventil ifølge krav 2,karakterisert ved at det første ventilelement (48) er teleskopisk forbundet til ventilstammen (52) og utiigningsventilens sete (80) er fast forbundet til det første ventilelementet (48).

4. Ventil ifølge krav 3,karakterisert ved at utligningsventil-elementet (82) er forbundet til ventilstammen (52).

5. Ventil ifølge krav 4,karakterisert ved at den innbefatter fjærinnretninger (90) mellom ventilstammen (52) og det første ventilelement (48) som presser utligningsventilen mot lukket stilling.