NO312423B1 - Boresikringsventil med avstenger-kilelåser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en aktiviseringsmekanisme for en boresikringsventil av avstengertypen. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en forbedret boresikringsventil som innbefatter en forholdsvis enkel og robust hydraulisk drevet aktiviseringsmekanisme for automatisk å låse avstengerne i en boresikringsventil i lukket tilstand, som angitt i innledningen til krav 1.

Låsemekanismer har vært brukt i årtier for å'låse i ltlkket strlrifig motstående avstengere i en boresikringsventil (BOP). De som er kjent med BOP-operasjoner innser sikkerhetsfordelene med automatisk låsing av BOP-avstengerne i lukket stilling, som sikrer at BOP-avstengerne forblir lukket selv om hydraulisk trykk til BOP går tapt eller tas av, og tillater kun BOP-avstengerne å åpne igjen når hydraulisk trykk forsettelig blir pådratt BOP for det formål av å åpne BOP-avstengerne.

Tidlige versjoner av BOP-låseanordninger innbefatter kompliserte låseenheter med mange komponenter og spennfjærer. En tidlig versjon av en boresikringsventils låsemekanisme er vist i US-patent 3242826. Andre låsemekanismer for boresikringsventiler av avstengertypen er kun istand til å låse hver avstenger-aksel lukket i en enkelt låsestilling. Selvom ulike dimensjoner på avstenger-tetningsblokker og avstenger-avskjæringsblokker blir brukt for rørvarer innenfor oljevirksomheten med forskjellige dimensjoner, har BOP-låseinnretninger som låser i en enkelt stilling, slik som innretningene vist i US-patent nr. 4188860 og 4519571, tvilsom pålitelighet i mange applikasjoner. Den nominelle diameter av oljefelt-rørvarer kan variere noe som en funksjon av rørvarens produsent. Den utvendige overflate av rørvaren kan ha erfart slitasje eller errosjon, som dermed reduserer den utvendige diameter av rørvaren for inngrep med arbeidssylinderens tetningsblokk. Ekspansjonspakning-tetningsslitasje på tetningsblokkens hode krever korrekt aksiell avstand på avstengerakselens posisjon for å sikre at en effektiv tetning vil bli foretatt med oljefelt-rørvaren som passerer gjennom BOP. Tetningsslitasje på motstående avstenger-skjærblokker krever også forskjellig aksiell avstandbrakte avstenger-låseposisjoner for å sikre at korresponderende skjæravstengere vil tette av høy trykk i brønnboringen under avstengerne i BOP.

Ved bruk av en enkelt låsestilling-aktiviseringsmekanisme, behøver feltjusteringer hurtig å bli foretatt av en erfaren operatør for å sikre at den låste stilling på avstengerakselen vil gi den ønskede tettende virkning når BOP ble stengt.

Andre BOP-låsemekanismer innbefatter låsepaler eller stoppere som er utvendig av boresikringsventilens avstengersylinder. En utvendig BOP-låseinnretning, som vist i US-patent nr. 3918478 er ikke lenger brukt i stor utstrekning. Andre BOP avstenger låseinnretninger innbefatter halestang-forlengelser som beveger seg inne i et låsehus i en retning stort sett vinkelrett på aksen til avstengeren og avstengerhuset. US-patent nr. 4601232 og 4969627 viser hver låsemekanismer med et låsehus adskilt fra avstengerhuset. Tilleggskostnaden og kompleksiteten av disse utforminger har redusert deres aksepterbarhet for mange applikasjoner.

I de senere år har avstengerlåser for boresikringsventiler som tillater låsing av avstengerakselen i mange stillinger innbefattet aksielt avstandsbeliggende tenner langs avstengeren eller langs et annet element som er aksielt sentrert i forhold til avstengeraksen. US-patent nr. 4290577 viser en avstengerlås med flere låsestillinger dannet av gjengene på overflaten av en stang. Disse gjengede stangoverflater samvirker med en enveis clutchenhet for å låse avstengeren stengt i en av mange stillinger. Vridningsmoment dreier en låsemutter som dermed gjør at avstengeren kan låse i mange stillinger. Låsemekanismen blir automatisk innstilt hver gang avstengeren lukkes, og låsesystemet opprettholder avstengeren lukket etter at det hydrauliske lukketrykk er avlastet. Ved påsetting av et åpningstrykk som frigjør clutchmekanismen åpner låsemekanismen og gjør at arbeidssylinderen kan åpne. Mekanismen som vit i dette patent er også komplisert og reparasjon og vedlikeholdskostnader er høye.

US-patent nr. 4840346 viser en låsemekanisme som innbefatter aksielt avstandsbeliggende tenner på utsiden av en sentral sperre-sylinder. Et antall fleksible fingerelementer er omkretsmessig avstandsplassert omkring en sperresylinder, og er aksielt fast i forhold til en langstrakt stang som beveger tetningshodet til inngrep med oljefelt-rørvaren. US-patent nr. 3941141 viser også en låseenhet for å låse en avstenger i en boresikringsventil. Den sentrale stang innbefatter aksielt avstandsbeliggende tenner, og et antall holdekileelementer blir bragt til låsende inngrep med den sentrale stang ved samvirke mellom den ytre overflate på holdekileelementene og den indre overflate på et kileelement.

US-patent nr. 5025708 viser en avstenger-låsemekanisme som er istand til å låse i mange stillinger. Enheten innbefatter et antall omkretsmessig avstandsbeliggende låsestenger, som hver har låsetenner for inngrep med et respektivt låsesegment. Låsesegmentene er fjærspent for inngrep med låsetennene og kan forflyttes ut av inngrep med låsestengene ved hydraulisk styrt bevegelse av et opplåsingsstempel med koniske opplåsingsfingre. BOP avstenger-låseinnretninger som baserer seg på aksielt avstandsbeliggende tenner er istand til å låse i mange stillinger, skjønt antallet låsestillinger er bestemt av den aksielle avstand mellom låsetennene. Når tennene er plassert aksielt i avstand nærmere hverandre, øker maskineringskostnadene og antallet tenner nødvendig for pålitelig å motstå avstengerens åpningstrykk øker. 708 patentet minimerer dette problem ved å tillate at tennene på en låsestang kan være aksielt forskutt i forhold til tennene på en annen låsestang.

US-patent nr. 4305565 viser en avstengerlås for en boresikringsventil som innbefatter et antall kileelementerforklemming mellom en tilspisset innvendig konisk overflate på avstengerhuset og tilspisset utvendig konisk overflate på en låsekonus bevegbare av et stempel. Denne type låseanordning innbefatter også mange komponenter. Mens låseanordningen er istand til å låse i et antall stillinger sikrer den varierende diameter av de konisk avkortede overflater på både avstengerhuset og låsekonusen kun at det vil være linjekontakt istedenfor plan flatekontakt mellom kileelementet og både avstengerhuset og låsekonusen. Når høye brønntrykk forsøker å tvinge avstengeren til en åpen stilling er disse krefter konsentrert langs kontaktlinjene istedenfor sammenpassende kontaktplan, som dermed skaper høye spenninger og stor slitasje mellom komponentene.

GB 2,134,983 viser en boresikringsventilavstenger med en avstengningsblokk og et avstengerstempel. Et hydraulisk stempel kan skyve låsestempelet inn under låsesegmentet. Det hydrauliske stempelet og låsesegmentet er tilspissede flater, dog ikke et flertall hovedsakelig plane avsmalnede eller tilspissede stasjonære overflater.

Ulempene med den kjente teknikk blir overvunnet med den foreliggende oppfinnelse og en forbedret boresikringsventil med kileavstenger-låsere blir beskrevet i det etterfølgende. Låsemekanismen for boresikringsventilen som vist her er forholdsvis enkel og likevel robust, og er svært pålitelig for låsing av en avstenger i et ubestemt antall låsestillinger innenfor et bredt låseområde.

En boresikringsventil innbefatter en forbedret avstenger-aktiviseringsmekanisme for å styre åpning og lukking av en avstengerblokk eller avstengerhode. Nærmere bestemt hindrer avstenger-aktiviseringsmekanismen automatisk åpning av avstengerblokken med mindre hydraulisk trykk bli pådratt boresikringsventilen for det bestemte formål av å låse avstenger-lukkemekanismen og dermed tillate åpning av avstengerblokken. I en eksempelvis utførelse er avstengerblokken en avstenger-tetningsblokk for tettende inngrep med et oljefelt-rørvare som går gjennom BOP. Avstenger-tetningsblokken er mekanisk koplet til en avstenger eller avstengeraksel som passerer gjennom en BOP-dør og er aksielt bevegelig innenfor en avstengerhus langs en avstengerakse mellom åpen og lukket stilling. Et avstengerstempel er festet til avstengerakselen og beveger seg aksielt inne i avstengerhuset som svar på fluidtrykket. Et låsestempel kontakter tettende avstengerstempelet og er uavhengig bevegbart som respons på fluidtrykk i forhold til avstengerstempelet langs avstengeraksen.

Låsestempelet innbefatter et antall plane tilspissede overflater som hver er skråstilt ved en spiss positiv låsestempel-kamvinkel. Et antall låsestenger er utkraget inne i respektive låsestanghulrom i avstengerstempelet og er festet til en sylinderhodeplate i avstengerhuset. Antallet låsestenger er omkretsmessig anordnet omkring låsestempelet, og hver innbefatter en plan tilspisset overflate på denne som er skråstilt ved en spiss negativ låsestang-kamvinkel. Et antall låsesegmenter eller kilesegmenter er hvert bevegelig inne i avstengerhuset ved inngrep med avstengerstempelet.

Hvert av låsesegmentene blir klemt mellom en respektiv plan tilspisset overflate på en låsestang og en tilsvarende tilspisset flate på låsestempelet for å hindre åpning av avstengeren inntil et avlåsende fluidtrykk blir pådratt låsestempelet. Hver av låsestengenes plane tilspissede flater er skråstilt ved en kamvinkel på mindre enn 12° i forhold til avstengeraksen og er tilspisset slik at det er en økning i avstanden mellom avstengeraksen og låsestangens overflate når den beveger seg aksielt mot avstengerblokken. Hver av de plane tilspissede overflater på låsestempelet er likeledes skråstilt ved en vinkel på mindre enn 12° i forhold til låsestangens akse, men er tilspisset i en motsatt retning slik at avstanden mellom avstengeraksen og låsestempelets overflate minsker når den beveger seg aksielt mot avstengerblokken. Den ytre overflate på hver av låsesegmentene er utformet for plant inngrep med den plane overflate på en respektiv låsestang, og den indre overflate av hvert låsesegment er likeledes utformet for plant inngrep med den respektive tilspissede overflate på låsestempelet. I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er fire låsestenger omkretsmessig anordnet ved 90° omkring låsestempelet, hvor hver låsestang er jevnt avstandsplassert fra den sentrale avstengerakse.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret aktiviseringsmekanisme for en boresikringsventilavstengning for å styre åpning ov stengning av en avstengerblokk forbundet med en avstenger som er bevegelig inn i et avstengerhus og langs en avstengerakse mellom åpnede og lukkede stillinger, der mekanismen innbefatter et avstengerstempel festet til avstengeren og aksielt bevegelig inne i avstengerhuset, der avstengerstempelet har en avstengende endeflate og en aksielt motsatt avstengeråpnende endeflate, et låsestempel som tettende er i kontakt med avstengerstempelet og er bevegelig langs avstengeraksen som svar på fluidtrykk der låsestempelet har en låsende endeflate, en aksielt motstående endeflate, der aktiviseringsmekanismen er kjennetegnet ved et antall stort sett plane, tilspissede låsestempelflater, omkretsmessig avstandsplassert omkring en utside av låsestempelet og hver skråstilt ved en spiss låsestempelkamvinkel, et antall stort sett plane, tilspissede stasjonære flater, hver festet til avstengerhuset og skråstilt ved en spiss stasjonær låsende kamvinkel, ag et antall låseségmenter hver ptassert radielt i avstand mellom en respektiv tilspisset stasjonær flate og en tilspisset låsestempelflate, der hvert låsesegment er plassert for låsing mellom en respektiv tilspisset stasjonær flate og en respektiv tilspisset låsestempelflate for å hindre åpning av avstengeren inntil låsestempelet er forflyttet som respons på fluidet.

Boresikringsventilen kan pålitelig benyttes med forskjellig dimensjonerte oljefelt-rørvarer innenfor et utvalgt område, og gjør at boresikringsventilen mer pålitelig tetter mot et rør uten å "rygge tilbake" til en låst stilling bestemt av de varierende egenskaper til tetningene i avstengerblokken. Tilbakeryggingen som vanligvis er forbundet med låsemekanismen som baserer seg på aksielt avstandsbeliggende tenner for å hindre åpning av avstengerblokken er dermed unngått ved kiletypen låsemekanismer ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det er nok et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en avstenger-låsemekanisme av kiletypen som er istend til å opprettholde en avstengerblokk lukket inntil fluidtrykk pådras BOP for å bevege et låsestempel og dermed tillate den påfølgende åpning av avstengerblokken. Den hydraulisk manøvrerte låsemekanisme er utformet til å opprettholde en boresikringsventil lukket selvom fluidlukketrykket til boresikringsventilen tas bort eller utilsiktet går tapt. Et relatert formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret avstenger-låsemekanisme som vil redusere BOP-avbruddstiden på grunn av dens enkelhet og pålitelighet. Manøvreringsmekanismen ifølge den foreliggende oppfinnelse baserer seg således ikke på mange bevegelige deler.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at aktiviseringsmekanismen for en boresikringsventil fortrinnsvis benytter et antall omkretsmessig avstandsbeliggende låsestenger som hver er festet til avstengerhuset. Det er et ytterligere trekk ved oppfinnelsen å redusere kompleksiteten til en låsemekanisme ved å tilveiebringe plane overflater på hver låsestang og tilsvarende plane overflater på et låsestempel og som samvirker med et av et antall låseségmenter, slik at hvert av kilesegmentene er klemt mellom en respektiv låsestang og låsestempelet for å hindre utilsiktet åpning av avstangerblokken. Hver av de tilspissede overflater på låsestengene og på avlåsningsstempelet er skråstilt ved en skrå vinkel på mindre enn 12°, fortrinnsvis mindre enn om lag 8°, i forhold til den sentrale avstengerakse. Disse tilspissede flater er skråstilt motsatte retninger, imidlertid slik at kilesegmentene blir innfanget mellom radielt avstandsbeliggende skråflater slik at lukkefluidtrykket på avstengerstempelet og på låsestempelet tvinger kilesegmentene mer tett mellom skråflatene.

Det er et vesentlig trekk ved den foreliggende oppfinnelse at boresikringsventilens manøvreringsmekanisme er robust og høyt pålitelig, og likevel har montasjen på bevegelige deler og kan fremstilles på økonomisk måte. De plane overflater på låsesegmentene passer dermed med de plane overflater på en respektiv låsestang og en tilsvarende overflate på låsestempelet for å oppnå plan kontakt mellom inngrepsflatene, som dermed sikrer den pålitelige fordeling av høye krefter over et stort kontaktareal. Det er et tilhørende trekk ved oppfinnelsen at låsemekanismen ifølge BOP automatisk låser avstengerblokken i lukket stilling, uten å benytte spennfjærer eller andre komponenter til å spenne låsesegmentene inn i en låst stilling.

En betydelig fordel ved oppfinnelsen er at låsemekanismen er istand til pålitelig å låse avstengerblokker for variabel boring med oljefelt-rørvarer eller med motstående avstengerblokker. Et ubestemt antall låsestillinger kan tilveiebringes innenfor et låseområde som er minst 4 cm langt. En videre fordel med oppfinnelsen er at avbrekkstiden for en BOP gjøres minst mulig ved å tilveiebringe en enkel og likevel robust aktiviseringsmekanisme som krever lite om noe justering. Det er også en fordel at avstenger-manøvreringsmekanismen kan benyttes til å innpasses i eksisterende boresikringsventiler av avstengertypen.

Disse og andre formål, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse der henvisning gis til figurene i de vedlagte tegninger. Fig. 1 viser en perspektivavbildning av en del av en boresikringsventil i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, innbefattende en avstengerblokk, en BOP-dør og en aktiviseringsmekanisme inne i et avstengerhus. Aktiviseringsmekanismen som den er vist i fig. 1, er i en mellomstilling mellom en åpnet og en lukket stilling. Fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom en del av boresikringsventilen som vist i fig. 1, som viser aktiviseringsmekanismen innenfor et avstengerhus i avstengerens åpne stilling. Fig. 3 viser et snittriss som illustrerer avstengerhuset som vist i fig. 2 med aktiviseringsmekanismen i avstengerens lukkede stilling.

Fig. 4 viser et tverrsnittsriss langs linjen 4-4 i fig. 3.

Fig. 1 viser eri del av en boresikringsventil (BOP) som innbefatter en fluiddrevet aktuatorenhet 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. BOP innbefatter vanligvis et ringformet legeme eller hus (ikke vist) som har en vertikal passasje gjennom seg for å oppta rørelementer som går gjennom BOP og inn i en brønnboring. Fagmannen vil forstå at BOP huset kan oppta rørformede elementer av ulike diametere, og konvensjonelle avstengerblokker slik som avstengerblokken 12 (se fig. 2) kan ombyttelig installeres i endeplaten 13 i avstengeren 14 for samvirke med ulike oljefelt-rørvarer innenfor et spenn av diametere.

En konvensjonell boresikringsventil innbefatter to konstruksjonsmessig like og motstående aktuatorenheter anordnet på motstående sider av BOP-huset hver for å gripe et oljerør. Den sentrale avstengerakse 16 for de motstående avstengerenheter er dermed vanligvis koaksielle, og passerer gjennom og er vinkelrette på den sentrale akse gjennom BOP-passasjen som opptar vertikale oljefelt-rørvarer. Hver aktuatorenhet 10 kan strukturelt forbindes med konvensjonell bolt og mutterenhet 18 (se fig. 2) til en BOP-dør 20. Hver dør kan i sin tur festes til BOP-huset med lignende gjengede elementer (ikke vist) som går gjennom respektive åpninger 22 i døren 20. Hver enhet, som vist i fig. 1, kan svingbart monteres på BOP-huset med øvre og nedre armer 21, som dermed muliggjør reparasjon og vedlikehold av avstengerblokkene. BOP-enheten innbefatter dermed motstående aktuatorer som samtidig blir aktivisert slik at avstengerblokkene eller skjærblokkene samtidig stenger av fluidstrømmen gjennom BOP. Tetningen 48 opprettholder tettende inngrep mellom avstengerakselen 14 og døren 20 under bevegelse frem og tilbake av avstengeren inne i huset 26. Tetningen 50 sørger for en statisk tetning mellom den fremre ende av huset 26 og døren 20.

Hver av aktuatorenhetene innbefatter et avstengerstempel 24 som beveger seg frem og tilbake langs den sentrale avstengerakse 16 inne i avstengerhuset 26. Avstengerakselen 14 sammenknytter mekanisk avstengerstempelet 24 og den utskiftbare avstengerblokk

12. For å tette et ringrom omkring et oljerør, kan en korrekt dimensjonert avstengerblokk 12 monteres på en respektiv avstengeraksel 14 på hver aktuatorenhet for å tette med oljefelt-rørvaren for å avtette en strømningsbane mellom BOP- huset og rørvaren. Alternativt kan konvensjonelle avskjæring-avstengerblokker monteres på enden av avstengeren 14 for å skjære gjennom en oljefelt-rørvare som fullstendig avstenger strømningsbanen gjennom BOP-huset. BOP kan innbefatte et par motstående øvre aktuatorenheter og et par nedre aktuatorenheter med identiske avstengerblokker om duplert betjening er ønsket. Alternativt kan det øvre sett avstengerblokker anordnes for tetning omkring en dimensjon oljerør, mens det nedre sett avstengerblokker kan aktiviseres for tetning omkring en annen dimensjon rørvare. I nok en utførelse kan de nedre, første avstengerblokker være beregnet på tetning omkring ringrornmet mellom oljefelt-rørvaren og BOP-huset, mens det øvre, andre sett avstengerblokker er beregnet på å avskjære oljefelt-rørvaren og fullstendig avstenge enhver fluid- eller gasstrøm gjennom BOP. Hvert av parene med motstående øvre og nedre aktuatorenheter vil dermed styres separat. Fig. 2 viser aktiviseringselementet i helt åpen stilling, og fig. 3 viser den samme aktiviseringsenhet i helt lukket stilling. Hver aktuator er fluiddrevet, og vanlig hydraulisk fluid istedenfor luft blir benyttet som fluidmedium for å oppnå de høye lukkekrefter som ønskes. Trykksatt fluid i avstengerens lukkekammer 28 i aktuatorenheten 10 beveger avstengerstempelet 24 og avstengerblokken 12 strukturelt forbundet med denne til avstengerens lukkede stilling. Når avstenger-låsemekanismen som omtalt i det etterfølgende har blitt deaktivisert, beveger trykkfluidet i avstengerens åpnekammer 30 avstengerstempelet 24 og dermed avstengerblokken til den åpnede stilling. Fig. 1,2 og 3 viser avstengerhuset 26, som omfatter et stort sett hylseformet sylindrisk parti 32 med en innvendig sylindrisk overflate 34 for tettende inngrep med en eller flere tetninger 36 på avstengerstempelet 24. Den indre sylinderflate 34 på husdelen 32 er dermed symmetrisk utformet omkring den sentrale avstengerakse 16. Huset 26 innbefatter videre hodeplaten 38 som samvirker med det sylindriske parti 32 på døren 20 for å danne hulrommene 28 og 30 mellom seg, med sine hulrom fluidmessig adskilt av avstengerstempelet 24. En konvensjonell statisk tetning 51 tetter mellom husdelen 32 og hodeplaten 38.

Et antall konvensjonelle gjengede festebolter og mutterkomponenter 18 kan være anordnet utvendig av det hylseformede sylindriske parti 32 for å kople hodeplaten 38 til døren 20. En montasjering 32 kan festes til hodeplaten 38 med lignende konvensjonelle festebolter (ikke vist). Et antall låsestenger 40 er hver festet i hver ende til montasjeringen 39 med vanlige bolter 42, og hver stang 40 er fortrinnsvis plassert i en viss avstand fra og er symmetrisk plassert omkring senteraksen 16.1 en foretrukken utførelse er fire låsestenger 40 anordnet og ligger plassert i avstand ved 90° intervaller omkring aksen 16.

Avstengerstempelet 24 er dermed aksielt beveget inne i huset 26, og innbefatter et antall aksielt gående låsestang-hulrom 44 i seg. Hvert låsestang-hulrom 44 er innrettet og dimensjonert for å motta den utkragede ende av en av låsestengene 40 under frem og tilbakebevegelse av avstengerstempelet inne i huset 26. Holdeplaten 46 er festet til den bakre ende av avstengerstempelet 24. Holdeplaten 46 kan forbindes til avstengerstempelet 24 med et antall omkretsmessig avstandsbeliggende bolter 86, som vist i fig. 4. Innrettingstapper 44 sikrer at platen 46 vil bli gjenmontert i samme stilling som stempelet 24.

Hver av stengene 40 er således fast innfestet til hodeplaten 38 og går inn i et respektivt hulrom 44 i avstengerstempelet 24. Som vist i fig. 2 og 4 har hver stang 40 et langstrakt parti som innbefatter en plan overflate 84 som er stort sett parallell med senteraksen 16, som dermed danner en halvsylindrisk tverrsnittsform for hver stang 40. Den utkragede ende av hver stang innbefatter en radielt innad vendende plan, tilspisset låseflate 82. det vises til fig. 1 og 2 hvor den ikke-tilspissede overflate 84 tillater at et låsende eller kirende segment 60 kan gli langs den respektive stang 40 under avstengerens lukkeoperasjon. Holdeplaten 46 virker dermed som et bevegelig element for å gjøre inngrep med hvert av segmentene 60 for bevegelse med avstengerstempelet til avstengerens lukkede stilling. Hvert låsesegment 60 er forhindret i å bevege seg aksielt mot døren 20 i forhold til avstengerstempelet 24 med stoppflaten 94 på avstengerstempelet. Hvert av låsesegmentene 60 er således innfanget aksielt mellom flatene 94 og 96 på avstengerstempelet. Låsestempelet 62 innbefatter konvensjonelle tetninger 54 for tettende inngrep med den innvendige sylindriske overflate 25 på avstengerstempelet 24 (se fig. 1). Både avstengerstempelet og et låsestempel er dermed reagerende på fluidtrykk, men kan bevege seg uavhengig innenfor avstengerhuset 26. Lukkende fluidtrykk i hulrommet 28 virker dermed på den lukkende endeflate 92 (se fig. 3) på avstengerstempelet 24, som innbefatter den lukkende side på holdeplaten 46. Lukkende fluidtrykk virker også på den låsende endeflate 64 av låsestempelet 62. Låsestempelet og avstengerstempelet kan dermed bevege seg som en enhet mot den lukkede stilling, hvor avstengerstempelet 24 skyver låsesegmentene 60 langs den ikke-tilspissede overflate 84 av en respektiv låsestang 40. Når hvert av låsesegmentene 60 glir til inngrep med en respektiv tilspisset flate 82 på en låsestang 40 er låsesegmentet 60 fri til å bevege seg radielt utad, og vil deretter gli langs den respektive overflate 72 på låsestempelet 62.

Aksiell bevegelse av avstengerstempelet 24 vil stoppes når hodet 12 tettende kontakter oljerøret eller skjærer gjennom rørvaren, som forklart nedenfor. Dersom aksiell bevegelse av avstengerstempelet ikke tidligere er forhindret, vil avstengerstempelet 24 kontakte døren 20, som dermed stopper videre bevegelse av avstengeren. Det hydrauliske trykk i kammeret 28 fortsetter å virke på den låsende endeflate 64 av låsestempelet 62, imidlertid driver dermed låsestempelet videre mot døren 20 og tvinger låsekilene 60 radielt utad. Hver av låsekilene blir dermed fastklemt mellom en respektiv skråflate 82 på en låsestang 40 og skråflaten 72 på låsestempelet 62. Låsestangen 40 kan ikke bøye seg radielt utad ettersom den kontakter veggen i det respektive hulrom 44 inne i avstengerstempelet 24, som i sin tur bæres inne i avstengerhuset 26.

Låsemekanismen som beskrevet ovenfor vil hindre åpning av avstengerblokken selv om høye krefter pådras det motstående avstengerhodet. I en typisk applikasjon kan låsemekanismen utformes til å motstå et betjeningstrykk inne i brønnen som overskrider 103 422 kPa. Låsemekanismen hindrer bakoverbevegelse eller åpning av avstengeren 14 på grunn av kilevirkningen i låsemekanismen. Låsemekanismen som vist her kan også utformes til å motstå en høy aksiell belastning som ligger over 272 160 kg på avstengerblokkene forårsaket av et verktøyledd som er "avhengt" eller hviler på avstengerblokkene. Det skal forstås at selv om lukketrykket i kammeret 28 går tapt, kan avstengeren 14 ikke åpne på grunn av låsemekanismen som beskrevet her. Enhver kraft som forsøker å åpne avstengerblokken vil bli overført fra avstengeren til avstengerstempelet, som vil utøve kraft på låsesegmentene 60 via stoppflaten 94 for å skyve låsesegmentene mot hodeplaten 30, som dermed videre driver låsesegmentene på en kilende måte mellom låseflatene på låsestengene og låsestempelet. Aktiviseringsmekanismen ifølge den foreliggende oppfinnelse vil dermed tillate at avstengeren kan slås til en lukket stilling, og vil åpne avstengeren i den lukkede stilling inntil hydraulisk trykk blir pådratt for å frigjøre låsemekanismen.

For å frigjøre låsemekanismen og tillate åpning av avstengerboringen, må hydraulisk trykk pådras avstengerens åpningskammer 30. Trykket i kammeret 30 vil virke på avstengerens åpningsflate 91 på avstengerstempelet 24, skjønt avstengerstempelet kan ikke bevege seg bakover på grunn av de innfangede låseségmenter 60. Fluidtrykket i kammeret 30 vil strømme gjennom en passasje 68 i avstengerstempelet 24 for å trykksette kammeret 70 mellom avstengerstempelet og låsestempelet, som dermed utøver en avlåsningskraft på den avlåsende endeflate 66 på låsestempelet 62. Dette trykk beveger låsestempelet 62 mot hodeplaten 38, ved å tillate at de tilspissede flater 72 på låsestempelet kan gli i forhold til de respektive låseségmenter 60. Denne virkning frigjør kilekraftens skapt av segmentene 62, slik at avstengerstempelet 24 frigjøres til å bevege seg til sin åpne stilling.

Hver av skråflatene 82 påfiåsestangen 40 og skråftaten 72 på låsestempelet 62 er en plan tilspisset flate. Hver flate 72 og 82 ligger dermed innenfor et enkelt plan som er avskrådd ved en spiss vinkel i forhold til senteraksen 16. Ved å anordne hver låseflate innenfor et plan, oppnås stort sett flatekontakt istedenfor linjekontakt mellom hver flate og et respektivt låsesegment 60. Hver flate 72 på låsestempelet er skråstilt ved en spiss positiv låsende stempel-kamvinkel, som betyr at overflaten er tilspisset for å minske avstanden mellom avstengeraksen 16 og låsestempelets flate 72 når den beveger seg aksielt i en retning mot avstengerblokkene. Skråflaten er betraktet positiv ettersom dens helning er utformet til å tvinge hvert låsesegment 60 radielt utad. Hver låseflate 82 på en respektiv låsestang 40 er tilspisset i en spiss negativ låsestang-kamvinkel. Overflaten 82 er således tilspisset til å øke avstanden mellom avstengerakselen 16 og låsestangflaten 82 når den beveger seg aksielt i en retning mot avstengerblokken. Tilspissingen på denne overflate er motsatt av tilspissingen på overflaten 72, og er betraktet negativ ettersom denne overflate er skråstilt for å tvinge låsesegmentene 60 radielt innad mot låsestempelet 62. Hver låseflate 72 og 82 er tilspisset i forhold til senteraksen 16 ved en svak vinkel på mindre enn 12°, og fortrinnsvis mindre enn 8°, som dermed sikrer at låsesegmentet vil bli sikrere innfanget av friksjonskrefter mellom låseflatene for å utføre den ønskede låsefunksjon uten noe vesentlig slipp. Låseflaten 72 og 82 kan maskineres med normal maskineringsfinish, og mekanismen vil pålitelig låse for å hindre utilsiktet åpning av avstengeren. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er hver av låseflatene 72 og 82 avskrådd i forhold til aksen 16 ved en positiv og en negativ kamvinkel respektivt, hver mellom 5° og 6°. Om ønsket kan kamvinkelen for låsestempelflatene 72 være mindre erm kamvinkelen for flaten 82, ettersom overflaten 72 tilveiebringer den endelige låsekraft på kilene, som forklart ovenfor, på grunn av bevegelsen til låsestempelet 62 som svar på det lukkende fluidtrykk i kammeret 28.

Hvert av låsesegmentene 60 innbefatter en plan radielt utvendig flate 76 utformet for plant inngrep med den plane 82, og en plan radielt indre overflate 78 utformet for plant inngrep med den plane 72. Plan kontakt mellom disse inngrepsflater tillater dermed at høye krefter kan overføres for å skape den ønskede kilevirkning for låsemekanismen uten å avskalle eller skade låsemekanismens komponenter.

Hvert av låsesegmentene 60 er kontinuerlig bragt i radiell avstand mellom en låsestang og en respektiv plan tilspisset overflate 72 på låsestempelet 62. Låsesegmentene 60 funksjonerer også til å hindre rotasjon av låsestempelet 62 i forhold til avstengerhuset 26. De "frittflytende" låseségmenter 60 som kan bevege seg noe i enhver retning i forhold til både låsestempelet 62 og avstengerstempelet 24 sentrerer dermed automatisk og kontinuerlig omkretsorienteringen av skråflatene 72 i forhold til de stasjonære flater 82.

Hvert låsesegment har en plan utvendig overflate 76 for plant inngrep med skråflaten 82. Den aksielle lengde av overflaten 76 vil avhenge av kreftene påført låsemekanismen og det ønskede kontaktareal mellom hvert låsesegment og både låsestangen og låsestempelet. Låsemekanismen ifølge denne oppfinnelse har fortrinnsvis den evne til å låse i et ubestemt antall låsestillinger over et forholdsvis bredt låseområde, slik at aktiviseringsmekanismen vil behøve liten eller ingen justering selv om pakningsmaterialet i avstengerblokken endrer den foretrukne aksielle låsestilling. Fortrinnsvis har de faste tilspissede låseflater 82 hver en aksiell lengde på minst 4 cm lenger enn den aksielle lengde av den respektive flate 76, som dermed sikrer et rimelig bredt låseområde. Den aksielle lengde av de tilspissede flater 72 kan være lengre enn flaten 82, og kan fortrinnsvis være omlag 2 ganger så lange som flaten 76 pluss minst 4 cm.

Låseanordningen ifølge den foreliggende oppfinnelse er automatisk og ingen operatør intervenering er nødvendig for å utføre låsefunksjonen. Låsesegmentene 60 er istand til å låse i hvilke som helst av et ubestemt antall posisjoner innenfor et forholdsvis bredt låseområde. Låsemekanismen ifølge den foreliggende oppfinnelse er forholdsvis enkel og likevel svært robust, og innbefatter få bevegelige deler. Låsestempelet 62 utfører en funksjon av både å hjelpe til med låsing og beveger seg til å tillate opplåsing av mekanismen. Antallet låseségmenter vil avhenge av antallet stenger 40. Ingen fjærer eller andre spennelementer er nødvendig for å tvinge låsesegmentene 60 inn i låst inngrep mellom låseflatene.

I drift er avstengerblokker av valgt type og dimensjon festet til endene av de motstående avstengere 14 på en konvensjonell måte for å oppnå deres ønskede formål av enten å avtette en strømningsbane gjennom BOP når aktuatorene blir lukket, eller for å avskjære en oljefelt-rørvare inne i BOP og avtette trykket under BOP. For å lukke BOP blir trykksatt fluid ført gjennom avstengerens lukkeledning 52 i hodeplaten 38 og inn i kammeret 28 for å bevege avstengerstempelet 24 til sin lukkede stilling. Alternativt kan en hydraulisk fluidledning som går inn i døren 20 være fluidforbundet til en strømningsledning for å lukke avstengeren i hodeplaten 38 med en rørledning nær inntil, men utvendig av huset 26 (ikke vist). Under lukking blir kilesegmentene 60 forflyttet mot døren ved inngrep med holdeplaten 46. Under denne lukkeoperasjon vil låsestempelet 62 også beveges not den lukkede stilling som vist i fig. 3 enten ved inngrep med låsekilesegmentene 60, eller som svarpå fraidtrykk som direkte' virker på den låsende endeflate 64 av låsestempelet 62. Låsesegmentene 60 er aksielt innfanget mellom avstengerhuset og holdeplaten 46. Når bevegelse av avstengerstempelet 24 og låsesegmentene stopper vil hydraulisk trykk inne i kammeret 28 fortsette å virke på låsestempelet 62 til å tvinge de kilevirkende segmenter 60 radielt utad, som dermed ytterligere låser låsesegmentene 60 på plass. Låsesegmentene beveger seg dermed automatisk til en låsende stilling ved pådrag av hydraulisk fluid i lukkekammeret 28.

Når høye åpningskrefter blir pådratt avstengerakselen 14 i et forsøk på å åpne BOP hindrer låsesegmentene 60 automatisk avstengerstempelet 24 og avstengerakselen 14 i å bevege seg tilbake mot en åpnende stilling på grunn av det låste inngrep av kilesegmentene 60 mellom kamflatene 72 og 82. Avstengerakselen forblir dermed i sin låste stilling, slik at aktuatormekanismen 10 tjener sin ønskede funksjon av å tette brønnfluidene. Når de er lukket vil aktuatormekanismen 10 i sin lukkede stilling uansett av om fluidtrykket i kammeret 28 opprettholdes. En høy aksiell åpningskraft overført gjennom avstengeraksen 14 vil dermed overføres gjennom avstengerstempelet 24 til å virke på låsesegmentet 60 og øke låsekraften mellom låsestempelet 62 og de mange låsestenger 40.

For å åpne aktuatorenheten 10 ventileres fluidtrykk fra kammeret 28. Fluidtrykk blir pådratt kammeret 30 gjennom avstengerens åpnende strørrmingsledning 53 i døren 20, og dermed til kammeret 70 via strømningsledmngen 68 for opplåsningsstempelet i avstengerstempelet. Trykksatt fluid i kammeret 30 kan ikke først bevege avstengerstempelet 24 til en åpen stilling på grunn av interferensen tilveiebragt av låsesegmentene 60. Trykkfiuid i kammeret 70 vil imidlertid bevege låsestempelet 62 til en ikke låst stilling, som dermed løsgjør den kilende virkning mellom de skrådde kamflater 72 og låsesegmentene 60. Denne virkning vil frigjøre låsesegmentene 60 fra kilende inngrep med låsestengene som dermed tillater at avstengerstempelet 24 beveger seg til sin åpne stilling. Dette er et trekk ved den foreliggende oppfinnelse at det samme trykksatte fluid virker på både låsestempelet 62 og på avstengerstempelet 24 for å bevege avstangerstempelet til sin åpne stilling.

Ulike modifikasjoner kan foretas på utførelsene som er beskrevet ovenfor uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. F.éks. er det mulig å eliminere låsestengene 40 og isteden anordne et antall omkretsmessig avstandsplasserte plane, tilspissede låseflater på huset 26, hvor kilesegmentene 60 dermed virker mellom låsestempelet 62 og de faste overflater på huset 26. Den tidligere beskrevne utførelse er imidlertid foretrukket, ettersom konstruksjonen som vist i figurene tillater anvendelse av en sylindrisk innvendig overflate på huset kontinuerlig mellom døren 20 og det sylindriske hodet 38. Den modifiserte utførelse omtalt ville kreve plane tilspissede overflater som er utformet på den innvendige overflate 26, og ville kreve sikring av avstengerstempelets tetninger ikke kunne bevege seg for å kontakte de avskrådde innvendige overflater på det sylindriske hus. I samsvar med en annen utførelse kan en enkelt stang festes til sylinderhodet 38 og være aksielt sentrert i forhold til senteraksen 16. Denne enkeltstående faste stang kan ha et antall omkretsmessig avstandsplasserte plane, tilspissede låseflater beliggende i avstand omkring dens utside. Låsestempelet kan da være et hylseformet element som er bevegelig i forhold til den faste låsestang, hvor kilesegmentene er klemt mellom det hylseformede låsestempel og den faste låsestang. Avstengerstempelet kunne festes i sin fremre ende til avstengerakselen, og kan ha en hylseformet bakre ende for å passe i ringrommet mellom låsestempelet og huset. I den foretrukne utførelse er låsestengene festet til sylinderhode som avgrenser avstengerens lukkekammer. Alternativt kunne låsestengene monteres inne i huset og festes til døren som avgrenser avstengerens åpningskammer. Låsestengene har fortrinnsvis en stort sett halvsylindrisk tverrsnittsutforming, skjønt andre tverrsnittsutforminger kan benyttes for å danne den radielt innad ikke-tilspissede plane overflate og den tilspissede plane overflate på hver låsestang.

Et av trekkene ifølge den foreliggende oppfinnelse er at eksisterende BOP- aktuatorer kan ettertilpasses til å innbefatte aktiviseringsmekanismen ifølge den foreliggende oppfinnelse. Ettersom både aktiviserings- og låsekomponentene befinner seg inne i det konvensjonelle hus 26, behøver dimensjonen på boresikringsventilen ikke å bli øket. Fagmannen vil forstå at ulike fluidslxønmingsledninger som leverer åpnings- og lukketrykk til kamrene 28 og 30, såvel som slrømningsledningen for å låse opp stempelet, kan plasseres og utformes på ulike måter for å få til formålene med oppfinnelsen.

Fagmannen vil forstå at bevegelige elementer forskjellig fra holdeplaten 46 omtalt ovenfor kan benyttes for å engasjere låsesegmentene for bevegelse til den låste stilling. Stoppflaten 94 på avstengerstempelet kontakter de låste segmenter for å hindre for tidlig åpning av avstengeren, skjønt andre mekanismer for samvirke mellom låsesegmentene og avstengerstempelet kunne bli brukt for dette formål. Selvom aksiell bevegelse mellom låsestempelet og låsesegmentene er ønsket, kunne de tilspissede overflater 72 på låsestempelet bli forlenget for å funksjonere som et bevegelig element for å bevege låsesegmentene til den låste stilling.

Claims (10)

1. Aktiviseringsmekanisme (10) for en boresikringsventilavstenger for å styre åpning og stenging av en avstengerblokk (12) forbundet med en avstenger (14) som er bevegelig inne i et avstengerhus (26) og langs en avstengerakse (16) mellom åpnede og lukkede stillinger, innbefattende et avstengerstempel (24) festet til avstengeren og aksielt bevegelig inne i avstengerhuset (26), der avstengerstempelet har en avstengerstengende endeflate (92) og en aksielt motsatt avstengeråpnende endeflate (91); et låsestempel (62) som tettende er i kontakt med avstengerstempelet og er bevegelig langs avstengeraksen (16) som svar på fluidtrykk, låsestempelet har en låsende endeflate (64), en aksielt motstående opplåsende endeflate (66), karakterisert ved et antall stort sett plane, tilspissede låsestempelflater (72) omkretsmessig avstandsplassert omkring en utside av låsestempelet og hver skråstilt ved en spiss låsestempel-kamvinkel; et antall stort sett plane, tilspissede stasjonære flater (82) hver festet til avstengerhuset og skråstilt ved en spiss stasjonær låsende kamvinkel; og et antall låseségmenter (60) hver plassert radielt i avstand mellom en respektiv tilspisset stasjonær flate (82) og en tilspisset låsestempelflate (72), hvert låsesegment er plassert for låsing mellom en respektiv tilspisset stasjonær flate og en respektiv tilspisset låsestempelflate for å hindre åpning av avstengeren inntil låsestempelet er forflyttet som respons på fluidtrykk.

2. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 1, karakterisert v e d at avstengerhuset (26) innbefatter et hylseformet sylinderparti (32) for tettende inngrep med avstengerstempelet og en sylinder-hodeplate (38) avtagbart festet til det hylseformede sylinderparti; avstengerstempelet (24) innbefatter et antall omkretsmessig anordnede låsestang-hulrom (44) i seg; og et antall låsestenger (40) hver festet til sylinderens overflate (38) og har en utkraget ende som går inne i et respektivt låsestanghulrom i avstengerstempelet, der hver låsestang innbefatter en respektiv en av de tilspissede stasjonære flater (82) på seg.

3. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 2, karakterisert v e d at den spisse låsestempel-kamvinkel for hver av de tilspissede låsestempelflater er avskrådd ved en positiv vinkel for å minske avstanden mellom avstengeraksen (16) og den tilspissede låsestempelflate når den beveger seg aksielt mot avstengerblokken og er skråstilt ved en vinkel på mindre enn 12°, og den spisse stasjonærelåse-kamvinkel for hver av de tilspissede stasjonære overflater er avskrådd ved en negativ vinkel for å øke avstanden mellom avstengeraksen (16) og den tilspissede stasjonære overflate når de beveger seg aksielt mot avstengerblokken og er skråstilt ved en vinkel på mindre enn 12°.

4. Aktiviseringsmekamsme ifølge krav 2, karakterisert v e d at hvert av de mange låseségmenter (60) innbefatter en plan readielt utvendig overflate (76) for stort sett plant inngrep med en respektiv tilspisset stasjonær flate (82); og hver av de mange låseségmenter (60) innbefatter en plan radielt innvendig overflate (78) for stort sett plant inngrep med en respektiv låsestempelflate (72).

5. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 2, karakterisert ved at de mange låsestenger (40) innbefatter minst fire låsestenger jevnt avstandsplassert omkring omkretsen av låsestempelet (24) og hver radielt i avstand fra avstengeraksen (16) en jevn avstand.

6. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 1, karakterisert v e d at den omfatter et bevegelig element (46) forbundet til ett av avstengerstempelet og låsestempelet for å bevege de mange låseségmenter til en låst stilling som svar på bevegelse av avstengerstempelet og låsestempelet inne i avstengerhuset.

7. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 6, karakterisert v e d at det bevegelige element innbefatter et holdeelement (46) festet til avstengerstempelet (24) og er plassert aksielt i avstand motsatt av avstengerblokken i forhold til de mange låseségmenter for å gripe de mange låseségmenter for å gripe de mange låseségmenter for å bevege seg til låst stilling; og avstengerstempelet (24) innbefatter en stoppflate (94) på seg for å gripe en respektiv en av de mange låseségmenter for å hindre åpning av avstengeren når låsesegmentene er i den låste stilling.

8. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 1, karakterisert v e d at den videre omfatter en avstengerlukkende strømningsledning (52) for å pådra fluidtrykk mot den avstengerlukkende endeflate (92) på avstengerstempelet for å bevege avstengerblokken til lukket stilling; en avstengeråpnende strømningsledning (53) for å pådra fluidtrykk mot den avstengeråpnende endeflate (91) på avstengerstempelet for å bevege avstengerblokken til den åpnede stilling; og en strømningsledning (68) som låser opp stempelet for å pådra fluidtrykk mot den opplåsende endeflate (66) på låsestempelet for å bevege låsestempelet til en ikke låst stilling.

9. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 8, karakterisert v e d at strømningsledningen (68) for å låse opp stempelet passerer gjennom avstengerstempelet (24), slik at fluidtrykket pådratt den avstengeråpnende endeflate (91) på avstengerstempelet samtidig pådras den opplåsende endeflate (66) på låsestempelet for å fortsette åpning av avstengerblokken ved bevegelse av opplåsningsstempelet.

10. Aktiviseringsmekanisme ifølge krav 1, karakterisert v e d at hver av de mange låseségmenter (60) ligger radielt i avstand mellom en respektiv avskrådd stasjonær flate og en respektiv avskrådd låsestempelflate for å hindre dreining av låsestempelet i forhold til avstengerhuset.