NO311309B1 - Sikkerhetsventil - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en undervanns sikkerhetsventil som omfatter et rørformet ventilhus, en vent il lukkede 1, som er innrettet til å beveges mellom åpen og lukket posisjon, et aksialt skyvbart strømnings-rør for å åpne ventilens lukkedel, fjærorganer for å forspenne strømningsrøret til en låst posisjon og en stempel- og sylinderanordning for bevegelse av strøm-ningsrøret til en åpen posisjon, der en del av anordningen lengdeveis overlapper fjærorganet.

Undervanns sikkerhetsventiler brukes innvendig i borehull for å hindre ukontrollert tømming av bore-hullsvæsker, som, dersom de ikke er kontrollert, kan føre direkte til en katastrofal brønnutblåsning. Enkelte typer sikkerhetsventiler benevnes klappventiler ("flapper type valve") fordi ventilens lukkedel er formet som en sirkulær plate, som beskrevet i US Patent No. 3 7992 58, eller er formet som en buet plate, som beskrevet i US Patent No. 4926945. Klaffen åpnes ved hydraulisk trykk på et stempel- og sylinderanordningen, som beskrevet i US Reissue Patent No. B14161219, for å flytte et strømningsr rør mot klaffen. Strømningsrøret er forspent med en spiralfjær i retning slik at klaffen lukkes dersom det hydrauliske væsketrykk reduseres eller forsvinner.

Denne type ventiler er relativt dyre å produsere delvis på grunn av de generell dimensjoner på ventilen og dennes indre komponenter. Det er et behov for å redusere kostnadene på slike ventiler, og en fremgangsmåte for å redusere kostnadene, er å redusere ventilens totale lengde, og dermed redusere kravene til råmateriale og arbeidskraft. Minimums lengde på en sikkerhetsventil er bestemt av den avstand strømningsrøret må flyttes for å åpne klaffen og for å sikre at klaffen lukkes. Strøm-ningsrørets bevegeIseslengde, kjent som dennes stempels-lag ("stroke"), er kumulativ, idet dennes avstand må gjentas gjennom hele sikkerhetsventilen, siden det må sørges for plass innvendig i sikkerhetsventilhuset til strømningsrørets forflytning i både åpen og lukket posisjon, lengden av stempelet i åpen og lukket posisjon, og den nødvendige lengde av den sammenpressede fjær. Dette fører til en minimums lengde på minst tre stempelslagslengder, pluss høyden av den sammentrykte fjær.

US Patent No. 4860991 viser en sikkerhetsventil med minimal lengde, hvor stempel- og sy 1 inderanordningen plasseres parallelt med og langs med effektfjæren, slik at den minimale lengde tilsvarer to stempelslagslengder. Mens denne konstruksjon av sikkerhetsventiler frembringer en fordelaktig lengdereduksjon og dermed kostnadsreduk-sjon, er det behov for en sikkerhetsventil med ytterligere redusert lengde, og også minimal ytterdiameter men fremdeles en langsgående boring med maksimal indre diameter. Boringens indre diameter reduseres når en sikkerhetsventil av denne type konstrueres med en redusert ytre diameter, fordi sikkerhetsventilhuset ikke har tilstrekkelig plass til å romme tykkelsen av ef fektf j æren, tykkelsen av stempelarrangementet, tykkelsen av klaffen, veggtykkelsen av huset, og fremdeles ha en boring med standard indre diameter for en gitt rørstørrelse.

Lengden av sikkerhetsventilen kan også påvirkes når det inkluderes organer for å låse av ("lock out") ventilen og opprette sekundær hydraulisk kommunikasjon. Å låse av ("lock out") en sikkerhetsventil er et uttrykk som er velkjent for fagmannen på området, og er definert som muligheten til midlertidig eller permanent å låse sikkerhetsventilens klaffer i en åpen posisjon. En sikkerhetsventil låses av når sikkerhetsventilen feiler, slik som når pakningene feiler eller ved brønnoverha-lingsoperasjoner. Straks en sikkerhetsventil er låst av, settes en sekundær innsatsventil eller en ved hjelp av en vaierline uttrekkbar innsatsventil, på en avtettende måte, innvendig i den langsgående boring i sikkerhetsventilen, som beskrevet i US Patent No. 4252197, eller innvendig i en hydraulisk kommunikasjonsnippel, og den eksisterende hydrauliske kommunikasjonslinje brukes for å operere innsatsventilen.

Tidligere mekanismer for å låse av en sikkerhetsventil og opprette sekundære hydrauliske kommunikasjonsveier påførte sikkerhetsventilen ytterligere lengde og/eller økte den mekaniske kompleksitet på sikkerhetsventilen, og økte dermed kostnaden på sikkerhetsventilen.

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å sørge for en undervanns sikkerhetsventil, som overvinner de nevnte mangler og som møter de krav som er beskrevet ovenfor. En fordelaktig utførelse av den foreliggende oppfinnelse frembringer en undervanns sikkerhetsventil med minimal lengde, med minimal ytre diameter, med et minimalt antall komponenter, og med en langsgående åpning med standard indre diameter for en gitt rørstørrelse. Den foretrukne utførelse omfatter et rørformet ventilhus med en ventillukkedel opptatt deri, idet denne kan beveges mellom åpen og lukket posisjon, og et aksialt skyvbart strømningsrør, som er anordnet innvendig i huset for å åpne ventilens lukkedel. I stedet for en enkelt effektfjær, er et antall langsgående anordnete fjærer med relativt liten diameter radialt fordelt omkring huset for forspenning av strømningsrøret til en lukket posisjon. En stempel- og sylinderanordning opptar og beveger strøm-ningsrøret til en åpen posisjon, med en del av anordningen lengdeveis overlappende minst en av fjærene. Med en slik overlappingsanordning, er det oppnådd en undervanns sikkerhetsventil med minimal lengde, minimal ytre diameter, standard indre diameter, og også minimal kostnad.

En slik sikkerhetsventil frembringer en ekstremt enkel og effektiv mekanisme for å låse av sikkerhetsventilen og opprette sekundær hydraulisk kommunikasjon med en med vaierline innsatt sekundærventil. I en utførelse, hvor en sekundærventil må anbringes innvendig i sikkerhetsventilen, tvinger et vaierline slagverktøy strøm-ningsrøret til å bevege seg forbi avskjærbare tapper, som igjen sørger for at stempelet trekkes ut av sylinderen. Denne konstruksjon utelukker at stempelet beveger seg inn i sylinderen igjen, idet strømningsrøret ikke kan flyttes og slik at klaffen er låst i den åpne posisjon. Siden stempelet er trukket ut av sylinderen, tillates hydraulisk væske å flyte inn i sikkerhetsventilens indre åpning og inn i sekundærventilens driftsmekanisme.

For at oppfinnelsen skal kunne forstås fullt ut, vil det ved hjelp av eksempler, henvises til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et tverrsnitt av en fordelaktig utførelse av en sikkerhetsventil i følge foreliggende oppfinnelse, der et strømningsrør i denne er vist i en tilbaketrukket eller lukket ventilposisjon. Fig. 2 viser et tverrsnitt av sikkerhetsventilen ifølge fig. 1 med strømningsrøret vist i en utstrakt eller åpen ventilposisjon. Fig. 3 viser et snitt langs linjen A-A i fig. 2. Fig. 4 viser et tverrsnitt av sikkerhetsventilen ifølge fig. 1 med strømningsrøret vist i en væskeomløps-eller avlåst posisjon.

Som kort beskrevet ovenfor, omfatter undervanns sikkerhetsventilen med minimal lengde som utgjør en fordelaktig utførelse i følge oppfinnelsen et rørformet ventilhus med en ventillukkedel i, som kan beveges mellom åpen og lukket posisjon, et aksialt skyvbart strømnings-rør for å åpne ventilens lukkedel, et antall av langsgående anordnete fjærer fordelt radialt omkring huset for forspenning av strømningsrøret til en låst posisjon, en stempel- og sylinderanordning for å flytte strømningsrø-ret til en åpen posisjon, med en del av anordningen lengdeveis overlappende i alle fall den ene av fjærene.

I anledning den foreliggende beskrivelse, vil sikkerhetsventilen beskrives som en sikkerhetsventil utformet med stempelstang av typen som er vist i US Reissue Patent No. B14161219 og US Patent No. 4860991, som vanligvis er tilsluttet til samme, og som er inkludert heri som en referanse. Likevel må det forstås at alle nye trekk ved den foreliggende oppfinnelse som skal beskrives i detalj nedenfor, *ned fordel også kan benyttes i forbindelse med andre typer kommersielt til-gjengelige sikkerhetsventiler.

En foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 1-4, der en sikkerhetsventil 10 omfatter et tilnærmet sylindrisk eller rørformet hus 12 med en langstrakt gjennomgående åpning 14. I hver langsgående ende av huset 12 finnes det koblingsmekanismer, som for eksempel gjengede koblinger 16, for tilkobling av huset 12 til en rørstreng (ikke vist), som er velkjent for fagmannen på området. Innvendig i huset 12 er det montert en vent il lukkedel 18, som vanligvis er betegnet som en klaff, som er hengslet montert innvendig i en indre utsparing i huset 12. Klaffen 18 kan være i en form av en tilnærmet flat eller buet plate. Videre kan en vilkårlig annen type ventillukkemekanisme brukes, slik som for eksempel sidebevegelig plugg, roterende kule eller liknende.

Formålet med ventillukkemekanismen er å lukke igjen og tette åpningen 14 for å hindre gjennomstrømning av væske. Følgelig er ventilens lukkedel 18 dreiet inn til en lukket posisjon, som vist i fig. 1, og holdt mot det ringformede ventilsete 2 0 under påvirkning av en hengslet fjær 22, som velkjent av de som er lært i faget. Meka-nismen som virker på klaffen 18 for å presse denne inn til en åpen posisjon, som vist i fig. 3, er et aksialt skyvbart strømningsrør 24. Strømningsrøret 24 presses mot klaffen 18 under påvirkning av en stempel- og sylinderanordning 26, som er omfattet av en langstrakt stang eller stempel 2 8 som er aksialt bevegelig innvendig i en sylinder eller boring 3 0 som er plassert enten på utsiden av, eller med fordel, innvendig i husets 12 vegg. En eller flere ringformede pakninger 32 er montert på stempelets 2 8 tilstøtende første ende, og den andre ende av stempelet 2 8 er klemt eller på annen måte festet til en kam 34 på strømningsrøret 24. Hydraulisk driwæske tilføres til anordningen 26 fra en kanal 36, som er forlenget opp til jordens overflate, for å bevege stempelet 28 og dermed tvinge strømningsrøret 24 mot klaffen 18 for å åpne denne, som vist i fig. 2, og som velkjent for fagmannen på området.

Klaffen 18 og strømningsrøret 24 vil bli værende i åpen posisjon og tillate væsken å strømme gjennom åpningen 14, så lenge det hydrauliske trykk opprettholdes via kanalen 36 mot stempelet 28. I tilfelle pakningene 32 feiler eller kanalen 36 skades, vil tapet av hydraulisk væsketrykk sikre at klaffen 18 dreies til lukket posisjon, slik at sikkerhetsventilen på denne måte kan betraktes som en feilsikker konstruksjon. Likevel er vanligvis ikke kraften fra den hengslede fjær 22 på klaffen 18 tilstrekkelig til å dreie klaffen 18 til lukket posisjon og aksialt bevege strømningsrøret 2 4 og stempelet 28.

For å lukke klaffen, ble det tidligere en relativt stor spiralfjær anordnet koaksialt med, og på utsiden av strømningsrøret, som vist i US Patent No. 4860991. I stedet for en enkelt effektfjær kan det også anordnes et antall parallelle spiralfjærer anordnes radialt i huset rundt strømningsrørets omkrets, slik som vist i US Patent No. 4340088. I en fordelaktig utførelse av den foreliggende oppfinnelse brukes et antall spiralfjærer med

relativt liten diameter, men med en ny tilpasning. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er en del av stempel- og

sylinderanordningen 26 plassert parallelt med og

i lengdeveis overlappende minst den ene av et antall radialt adskilte spiralfjærer 38. Fjærene 38 er anordnet om styrestenger og holdes i utsparingene eller boringene 40 innvendig i huset 12, slik som vist i fig. 3. Et antall fjærer med relativt liten diameter koster mindre enn en enkelt tradisjonell, relativt stor effektfjær.

Arrangementet som beskrevet ovenfor er unikt, fordi en del av stempel- og sylinderanordningen 2 6 lengdeveis overlapper minst en del av i alle fall den ene av fjærene 38. Enten stempelet 28 eller sylinderen 30 er anordnet i omtrent samme lengdeveis posisjon som fjærene 38. I de foretrukne utførelser som er vist i fig. 1, 2 og 4, er fjærene 38 anordnet i omtrent samme lengdeveis posisjon innvendig i, og parallelle med huset 12; likevel kan en eller flere av fjærene 38 forskyves i lengderetningen om ønskelig. Som vist i fig. 3 er fjærene 38 og stempel- og sylinderanordningen 26 anordnet i omtrent samme avstand fra husets 12 lengdeakse; dette er imidlertid ikke en betingelse. Videre er fjærene 38 og stempel- og sylinderanordningen 26 jevnt atskilt fra hverandre, men heller ikke dette er en betingelse.

Med arrangementet av interne komponenter som beskrevet ovenfor, er den totale lengde av sikkerhetsventilen minimalisert fordi stempel- og sylinderanordningen 26 er i omtrent samme lengdeveis posisjon som og ikke lengdeveis adskilt fra fjærene 38. Husets 12 ytterdiameter er minimalisert samtidig som åpningens 14 diameter holdes så stor som mulig for en gitt rørstørrelse, ved å plassere stempel- og sylinderanordningen 26 i omtrent samme radiale avstand fra den langsgående akse til huset 12 som fjærene 38, og ikke tilbaketrukket fra disse.

Den generelle operasjon av sikkerhetsventilen 10 foregår på tradisjonell måte, idet den hydrauliske væske som er tilført gjennom kanalen 36 flytter stempelet 28 mot husets 12 andre ende. Stempelet 28 flytter strøm-ningsrøret 26 mot klaffen 18 og åpner dermed denne, som vist i fig. 2. Klaffen 18 vil holdes i åpen posisjon så lenge det opprettholdes tilstrekkelig hydraulisk trykk til å motvirke fjærkraften i ventillukkefjærene 38.

I tilfelle borehullet under sikkerhetsventilen 10 trenger overhaling, eller dersom sikkerhetsventilen 10 feiler, er det et behov for å låse av sikkerhetsventilen. Betegnelsen å "låse av" en sikkerhetsventil er velkjent for fagmannen på området, og er definert som muligheten til midlertidig eller permanent å låse sikkerhetsventilens klaffer i åpen posisjon. Den foreliggende oppfinnelse er utstyrt med en forenklet mekanisme for å låse av ventilen. I en foretrukket utførelse av sikkerhetsventilen 10, flyttes den nedre ende av strømningsrøret 24 gjennom åpningen 14 til en "åpen" posisjon og deretter forbi klaffen 18, for delvis å hindre den fra sandopphop-ning. Stempel- og sylinderanordningen 26 vil flytte strømningsrøret 24 inntil dennes nedre ende eller den ringformede kam 34 nedre ende støter mot en eller flere avbrekkbare tapper 42, som er trukket delvis inn i åpningen 14. Tappene 42 er konstruert og valgt slik at den maksimale kraft som er generert av det hydrauliske trykk, som utøves mot stempelet 28, ikke er tilstrekkelig til å forskyve eller brekke av tappene 42. Et vaierlinestyrt slagrør eller skifteverktøy (ikke vist) settes inn i åpningen 14 i sikkerhetsventilhuset 12 og plasseres innvendig i den ringformede utsparing eller kam 44 innvendig i den langsgående boring i strømningsrøret 24. Slagrøret eller skifteverktøyet kan virke på en frilagt første eller "øvre" ende av strømningsrøret 24. Ved hjelp av slagrøret eller skifteverktøyet utøves tilstrekkelig kraft mot strømningsrøret 24 til å tvinge dette lengdeveis eller "nedover" for å åpne klaffen 18, som vist i fig. 2, og derved å bryte i stykker tappene 42. Strøm-ningsrøret 24 vil fortsette å bevege seg innvendig i åpningen 14 inntil en andre eller "lavere" ende av denne kommer i kontakt med en ringformet kam 46 innvendig i åpningen 14, som vist i fig. 4.

Lengden av stempelet 28 og sylinderen 30, og avstanden strømningsrøret 24 må bevege seg mellom de avbrekkbare tapper 42 og kammen 44, er alle valgt slik at når strømningsrøret 24 flyttes forbi tappene 42, vil stempelets 28 første ende trekkes ut av sylinderen 30. For å hindre stempelet 28 fra å entre sylinderen 3 0 igjen, er en bladfjær 48 (som vist i fig. 3) montert på tvers av husets 12 lengdeveis akse og inne i en ringformet utsparing 50 i huset 12. Fjæren 48 tvinger stempelets 2 8 første ende ut av koaksial flukt med sylinderen 30. Siden stempelet 28 ikke kan beveges, kan ikke strømningsrøret 24 beveges, og klaffen 18 er derved avlåst.

Straks stempelet 28 er trukket ut av sylinderen 30, kan hydraulisk væske fritt passere gjennom den åpne sylinder 3 0 og inn i åpningen 14, eller alternativt via boringene/utsparingene 40 og/eller 50 og deretter inn i åpningen 14 for å opprette en passasje for hydraulisk væske for bruk ved operasjon av den vaierlinestyrte ventil, som velkjent av fagmannen på området.

Selv om den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet med spesiell henvisning til de medfølgende tegninger, vil det fremgå at også andre og ytterligere modifikasjoner enn de som er vist eller foreslått heri, kan være innenfor kravenes beskyttelsesomf ang.

Claims (7)

1. Undervanns sikkerhetsventil som omfatter: - et rørformet ventilhus (12) - en ventillukkedel (18) , som er innrettet til å beveges mellom åpen og lukket posisjon,- - et aksialt skyvbart strømningsrør (24) for å åpne ventilens lukkedel (18) ; - fjærorganer for å forspenne strømningsrøret (24) til en låst posisjon; og - en stempel- og sylinderanordning (26) for bevegelse av strømningsrøret (24) til en åpen posisjon, der en del av anordningen (26) lengdeveis overlapper fjærorganet (38), -karakterisert ved at fjærorganet omfatter et antall lengdeveis anordnete fjærer (38) fordelt omkring huset (12).

2. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved at antallet fjærer (38) er parallelle og innbyrdes lengdeveis overlappende.

3. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-2, karakterisert ved at antallet fjærer (3 8) er opptatt innvendig i husets (12) vegg.

4. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at antallet fjærer (38) og en del av anordningen (26) er innbyrdes lengdeveis overlappende.

5. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at antallet fjærer (38) og en del av anordningen (26) er omtrent likt radialt fordelt omkring huset (12).

6. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at strømningsrøret (24) er innrettet til å beveges til en fullt utskjøvet posisjon, som er ulik strømningsrørets (24) åpnede og lukkede posisjoner, idet stempelet (2 8) er trukket ut av sylinderen (30) for å låse av sikkerhetsventilen .

7. Undervanns sikkerhetsventil i samsvar med krav 6, karakterisert ved at det når stempelet (2 8) er trukket ut av sylinderen åpnes en passasje mellom det indre av sylinderen (30) og husets (12) gjennomgående, langstrakte åpning (14) .