NO325583B1

NO325583B1 - Circulation valve and method for replacing a liquid in a well

Info

Publication number: NO325583B1
Application number: NO20064948A
Authority: NO
Inventors: Trond Kvasnes
Original assignee: Welldeco As
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-06-23
Also published as: NO20064948L

Abstract

Sirkulasjonsventil (25) for en hydrokarbonbrønn omfattende et hovedsakelig sylindrisk utformet nedre tilkoplingselement (1) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (15), et hovedsakelig sylindrisk utformet øvre tilkoplingselement (3) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (17) og et hovedsakelig sylindrisk utformet stempel (2) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (1 6), hvilket stempel (2) er anordnet i det nedre tilkoplingselementets (1) aksialt gjennomgående hulrom (15) slik at det øvre tilkoplingselement (3), det nedre tilkoplingselement (1) og stempelet (2), i sammenmontert tilstand, danner et aksialt gjennomgående hulrom i sirkulasjonsventilen (25). Stempelet (2) er utformet med minst ett gjennomgående hull (18) i radial retning og det nedre tilkoplingselement (1) er utformet med minst ett gjennomgående hull (20) i radial retning, og hullene (18,20) er innrettet slik at de, i sirkulasjonsventilens (25) åpne posisjon, ligger overfor hverandre slik at et fluid kan strømme inn i eller ut av sirkulasjonsventilens (25) gjennomgående hulrom (15, 17), og i sirkulasjonsventilens (25) lukkede posisjon, er hullene (18, 20) forskjøvet i forhold til hverandre slik at det stenges for fluidstrømning inn i eller ut av sirkulasjonsventilens (25) gjennomgående hulrom (15, 17) i radial retning.Circulation valve (25) for a hydrocarbon well comprising a substantially cylindrical shaped lower connecting member (1) provided with an axially through cavity (15), a substantially cylindrically shaped upper connecting member (3) provided with an axially passing cavity (17) and a substantially cylindrical piston (2) provided with an axially through cavity (16), said piston (2) being arranged in the axially through cavity (15) of the lower connecting member (1) such that the upper connecting member (3), the lower connecting member (1) and the piston (2), in assembled condition, forms an axially through cavity in the circulation valve (25). The piston (2) is formed with at least one through-hole (18) in the radial direction and the lower connection element (1) is formed with at least one through-hole (20) in the radial direction, and the holes (18, 20) are arranged so that the , in the open position of the circulation valve (25), are opposite one another so that a fluid can flow into or out of the passage cavity (15, 17) of the circulation valve (25), and in the closed position of the circulation valve (25), the holes (18, 20) ) displaced relative to each other so as to close fluid flow into or out of the circulating valve (25) through the cavity (15, 17) in the radial direction.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en hydrostatisk betjent sirkulasjonsventil for bruk ved utsirkulering eller utbytting av en væske, vanligvis sjøvann, fra en borestreng før produksjonsstart av hydrokarboner. Den vedrør også en fremgangsmåte for å bytte ut en væske som befinner seg i en hydrokarbonbrønn. The present invention relates to a hydrostatically operated circulation valve for use when circulating or replacing a liquid, usually seawater, from a drill string before the start of production of hydrocarbons. It also relates to a method for replacing a fluid located in a hydrocarbon well.

Før produksjonsstart av en ny hydrokarbonbrønn som befinner seg offshore, vil denne vanligvis være fylt med væske. Denne væsken fjernes før man setter brønnen i produksjon. Dette har inntil nå vært.en omstendelig affære som tar mye tid - flere dager går vanligvis med for å utføre denne operasjonen. Before the start of production of a new hydrocarbon well that is located offshore, this will usually be filled with liquid. This liquid is removed before the well is put into production. This has until now been a cumbersome affair that takes a lot of time - several days are usually required to perform this operation.

Fra tidligere kjent teknikk er det fra EP 301 734 Bl kjent en nedihulls sirkulasjons-/omløpsventil som innbefatter et sylindrisk ventilhus med aksial og radial sirkulasjonsbane og sirkulasjonsport samt et stempel og et øvre og et nedre forbindingsstykke som kan skrues til ventilstammen. I US 3,941,190 er det beskrevet en anordning som omfatter en omløpsventil for utsirkulering av brønnfluid fra rørstrengen som innbefatter en støtdemper og en fjærinnretning. I NO 318578 er det beskrevet en nedihulls omløpsventil hvor stempelet har en . langsgående boring, mens det i NO 314811 er beskrevet en nedihulls-fluidsirkuleringsanordning med en rørformet ytterdel med en aksial gjennomgående boring og fluidforbindelsesåpning, og med en innretning som tvinger stempelet til lukket normalstilling og med gjengete forbindelseskoplinger for å kople fluidsirkuleringspparatet sammen med rørstrengen. En fremgangsmåte for en avstengningsventil med ventilhus og stempel med aksial og radial boring med en rørstreng er beskrevet i US 6,085,843, hvor fremgangsmåten omfatter nedsenkning av anordningen med to brønnverktøy i en hydrokarbonproduserende brønn og trykkøkning slik at avstengningsventilen går fra den åpne fluidstrømningsstillingen mellom rørstrengen og ringrommet til den avstengte stillingen. From prior art, a downhole circulation/bypass valve is known from EP 301 734 Bl which includes a cylindrical valve housing with an axial and radial circulation path and circulation port as well as a piston and an upper and a lower connection piece that can be screwed to the valve stem. In US 3,941,190, a device is described which comprises a bypass valve for circulating out well fluid from the pipe string which includes a shock absorber and a spring device. NO 318578 describes a downhole bypass valve where the piston has a . longitudinal drilling, while NO 314811 describes a downhole fluid circulation device with a tubular outer part with an axial through bore and fluid connection opening, and with a device that forces the piston to the closed normal position and with threaded connection couplings to connect the fluid circulation device together with the pipe string. A method for a shut-off valve with valve body and piston with axial and radial drilling with a pipe string is described in US 6,085,843, where the method comprises submerging the device with two well tools in a hydrocarbon-producing well and increasing pressure so that the shut-off valve goes from the open fluid flow position between the pipe string and the annulus to the suspended position.

Det er derfor et stort potensial for å redusere tidsforbruk, og dermed kostnader, ved utsirkulering av væsken som befinner seg i hydrokarbonbrønner før de settes i produksjon. There is therefore great potential for reducing time consumption, and thus costs, by circulating out the liquid that is in hydrocarbon wells before they are put into production.

Det er har derfor vært en hensikt å forenkle den prosedyren som er nødvendig for å erstatte væsken i hydrokarbonbrønner offshore før den settes i produksjon. It has therefore been intended to simplify the procedure that is necessary to replace the liquid in hydrocarbon wells offshore before it is put into production.

På samme måte har det vært en hensikt å redusere tiden det tar å utføre denne prosedyren. Likewise, it has been intended to reduce the time it takes to perform this procedure.

Dette kan oppnås ved å ta i bruk en sirkulasjonsventil i henhold til krav 1 og en fremgangsmåte for å bytte ut væsken som befinner seg i hydrokarbonbrønnen i henhold til krav 7. Ytterligere utførelsesformer ved oppfinnelsen er definert i de uselvstendige kravene. This can be achieved by using a circulation valve according to claim 1 and a method for replacing the liquid that is in the hydrocarbon well according to claim 7. Further embodiments of the invention are defined in the independent claims.

I henho él'd til et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en sirkulasjonsventil for en hydrokarbonbrønn som i hovedsak omfatter tre hoveddeler en hovedsakelig sylindrisk utformet nedre konnektor forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom, en hovedsakelig sylindrisk utformet øvre konnektor forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom og et hovedsakelig sylindrisk utformet stempel forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom. Stempelet er anordnet i den nedre konnektorens aksialt gjennomgående hulrom. Den øvre konnektoren, den nedre konnektoren og stempelet danner, i sammenmontert tilstand, et aksialt gjennomgående hulrom i sirkulasjpnsventilen. Videre er stempelet og den nedre konnektoren hver seg utformet med minst ett gjennomgående hull i radial retning, dvs. gjennom stempelets og konnektorens vegger. Disse hullene er innrettet slik at de ligger overfor hverandre i sirkulasjonsventilens åpne posisjon slik at et fluid kan strømme radialt inn i eller ut av sirkulasjonsventilens gjennomgående hulrom. Hullene er videre innrettet slik at de, i sirkulasjonsventilens lukkede posisjon, er forskjøvet i forhold til hverandre slik at det stenges for fluidstrømning inn i eller ut av sirkulasjonsventilens gjennomgående hulrom i radial retning. In accordance with a first aspect of the invention, a circulation valve for a hydrocarbon well is provided which essentially comprises three main parts a mainly cylindrically designed lower connector provided with an axially through cavity, a mainly cylindrically designed upper connector provided with an axially through cavity and a substantially cylindrical shaped piston provided with an axially through cavity. The piston is arranged in the lower connector's axially continuous cavity. The upper connector, the lower connector and the piston form, in the assembled state, an axially continuous cavity in the circulation valve. Furthermore, the piston and the lower connector are each designed with at least one through hole in the radial direction, i.e. through the walls of the piston and the connector. These holes are arranged so that they lie opposite each other in the circulation valve's open position so that a fluid can flow radially into or out of the circulation valve's continuous cavity. The holes are further arranged so that, in the closed position of the circulation valve, they are offset in relation to each other so that fluid flow into or out of the circulation valve's continuous cavity in the radial direction is blocked.

Stempelet er, som nevnt ovenfor, anordnet inne i den nedre konnektorens aksiale, gjennomgående hulrom. Før prosessen med å sirkulere eller bytte ut væsken som befinner seg i hydrokarbonbrønnen tar til, anordnes stempelet i åpen posisjon, slik at et fluid kan strømme gjennom sirkulasjonsventilens radiale hull. Sirkulasjonsventilen kan senkes ned i hydrokarbonbrønnen i åpen posisjon eller i lukket posisjon. Hvis den senkes ned i lukket posisjon, må stempelet anordnes i åpen posisjon før utsirkulasjonen av væsken tar til. Stempelet holdes i den åpne posisjonen ved hjelp av et egnet middel. Dette midlet kan for eksempel være en skjærpinne. Skjærpinnen kan være utformet med eller uten gjenger, eventuelt delvis med gjenger. The piston is, as mentioned above, arranged inside the lower connector's axial, continuous cavity. Before the process of circulating or replacing the fluid located in the hydrocarbon well begins, the piston is arranged in the open position, so that a fluid can flow through the radial hole of the circulation valve. The circulation valve can be lowered into the hydrocarbon well in the open position or in the closed position. If it is lowered into the closed position, the piston must be arranged in the open position before the outflow of the liquid takes place. The piston is held in the open position by means of a suitable means. This means can be, for example, a cutting stick. The cutting pin can be designed with or without threads, possibly partially with threads.

Når all væsken er sirkulert ut, er det fordelaktig at sirkulasjonsventilen stenges for gjennomstrømning av fluider. Stempelet er derfor innrettet til, ved et på forhånd bestemt trykk i fluidet som befinner seg i sirkulasjonsventilens gjennomgående hulrom, som vil være det samme trykket som i sirkulasjonsventilens omgivelser, å bevege seg i aksial retning i den nedre konnektoren fra sirkulasjonsventilens åpne posisjon til sirkulasjonsventilens lukkede posisjon. When all the liquid has been circulated out, it is advantageous for the circulation valve to be closed for the flow of fluids. The piston is therefore arranged to, at a predetermined pressure in the fluid located in the circulation valve's through cavity, which will be the same pressure as in the circulation valve's surroundings, move in an axial direction in the lower connector from the circulation valve's open position to the circulation valve's closed position position.

Dette kan gjøres ved at stempelet, i sirkulasjonsventilens åpne posisjon, er forbundet til den nedre konnektoren ved hjelp av minst én skjærpinne. Fortrinnsvis er det anordnet flere skjærpinner. I tillegg er stempelets tverrsnittsareal i enden som vender mot den øvre konnektoren større enn stempelets tverrsnittsareal i enden som vender mot den nedre konnektoren. Idet trykket øker i fluidet vil det derfor oppstå en resultantkraft som virker på stempelet i aksial retning fra den øvre konnektoren mot den nedre konnektoren. Ved at den minst ene skjærpinnen er dimensjonert slik at den knekker ved et på forhånd bestemt trykk i fluidet som befinner seg i sirkulasjonsventilens gjennomgående hulrom, kan sirkulasjonsventilen stenges for strømning av fluid gjennom de radiale hullene ved å øke trykket i fluidet. Ved bruk av flere skjærpinner, vil de være dimensjonert slik at alle knekker idet trykket i fluidet når det på forhånd bestemte trykket. This can be done by the piston, in the circulation valve's open position, being connected to the lower connector by means of at least one shear pin. Preferably, several cutting pins are arranged. In addition, the cross-sectional area of the piston at the end facing the upper connector is greater than the cross-sectional area of the piston at the end facing the lower connector. As the pressure increases in the fluid, a resultant force will therefore arise which acts on the piston in an axial direction from the upper connector towards the lower connector. By the fact that the at least one shear pin is dimensioned so that it breaks at a predetermined pressure in the fluid located in the circulation valve's continuous cavity, the circulation valve can be closed for the flow of fluid through the radial holes by increasing the pressure in the fluid. When using several shear pins, they will be dimensioned so that they all break when the pressure in the fluid reaches the predetermined pressure.

Bruk av skjærpinner kan for eksempel benyttes når sirkulasjonsventilen senkes ned i hydrokarbonbrønnen, både i åpen og lukket posisjon. Stempelet kan da festes til den nedre konnektoren under produksjonen av sirkulasjonsventilen ved hjelp av minst én, men fortrinnsvis flere skjærpinner, som er dimensjonert slik at skjærpinnen eller skjærpinnene knekker ved en gitt belastning. The use of shear pins can, for example, be used when the circulation valve is lowered into the hydrocarbon well, both in the open and closed position. The piston can then be attached to the lower connector during the production of the circulation valve by means of at least one, but preferably several shear pins, which are sized so that the shear pin or pins break at a given load.

I stedet for å bruke skjærpinner kan man tenke seg en form for låsemekanisme som holder stempelet på plass i åpen posisjon under utsirkulering av væsken og inntil trykket i fluidet, som normalt vil være en borevæske eller en lignende væske, økes til en forhåndsbestemt verdi hvor låsemekanismen løser ut stempelet slik at sirkulasjonsventilen stenges for fluidstrømning gjennom de radiale åpningene. Instead of using shear pins, one can imagine a form of locking mechanism that holds the piston in place in the open position during circulation of the fluid and until the pressure in the fluid, which would normally be a drilling fluid or a similar fluid, is increased to a predetermined value where the locking mechanism releases the piston so that the circulation valve is closed to fluid flow through the radial openings.

En slik mekanisme kan brukes som et alternativ når sirkulasjonsventilen senkes ned i hydrokarbonbrønnen i lukket posisjon, dvs. en posisjon hvor et fluid ikke kan strømme gjennom sirkulasjonsventilens radiale hull. I dette tilfellet flyttes stempelet til sirkulasjonsventilens åpne posisjon etter at sirkulasjonsventilen er anordnet i riktig posisjon i hydrokarbonbrønnen og holdes fast i denne posisjonen av låsemekanismen. Such a mechanism can be used as an alternative when the circulation valve is lowered into the hydrocarbon well in a closed position, i.e. a position where a fluid cannot flow through the circulation valve's radial hole. In this case, the piston is moved to the open position of the circulation valve after the circulation valve is arranged in the correct position in the hydrocarbon well and is held in this position by the locking mechanism.

Låsemekanismen kan være av en destruktiv type, dvs. at den består av ett eller flere elementer som låser stempelet i åpen posisjon og som er dimensjonert slik at elementet eller elementene gir etter når trykket i fluidet når en forhåndsbestemt verdi. The locking mechanism can be of a destructive type, i.e. it consists of one or more elements which lock the piston in the open position and which are dimensioned so that the element or elements give way when the pressure in the fluid reaches a predetermined value.

Eventuelt kan man tenke seg en ikke-destruktiv låsemekanisme som for eksempel kan omfatte fjærbelastede holdeelementer som holder stempelet fast i sirkulasjonsventilens åpne posisjon og er dimensjonert slik at holdeelementene slipper stempelet når trykket i fluidet når en forhåndsbestemt verdi. Det kan for eksempel oppnås ved at holdeelementenes fjærstivhet dimensjoneres slik at stempelet løses ut ved det forhåndsbestemte trykket. Alternatively, a non-destructive locking mechanism can be envisaged which, for example, may include spring-loaded holding elements that hold the piston firmly in the circulation valve's open position and are sized so that the holding elements release the piston when the pressure in the fluid reaches a predetermined value. This can be achieved, for example, by dimensioning the spring stiffness of the holding elements so that the piston is released at the predetermined pressure.

Når fluidet settes under trykk for å lukke sirkulasjonsventilen er det snakk om store krefter som virker på stempelet idet den minst ene skjærpinnen knekker eller låsemekanismen løser ut stempelet. Den nedre konnektoren omfatter derfor en støtdemper som stempelet støter i mot idet stempelet beveger seg fra sirkulasjonsventilens åpne posisjon til sirkulasjonsventilens lukkede posisjon. Støtdemperen er uformet slik at den i det minste tar opp så mye av stempelets bevegelsesenergi at stempelet ikke deformeres under sammenstøtet med støtdemperen. Støtdemperen kan være av en ren mekanisk type hvor stempelets bevegelsesenergi tas opp idet støtdemperen deformeres, eller man kan tenke seg en hydrostatisk støtdemper som vil kunne ta opp stempelets bevegelsesenergi uten at den deformeres, og kan dermed benyttes flere ganger. When the fluid is put under pressure to close the circulation valve, large forces act on the piston as at least one shear pin breaks or the locking mechanism releases the piston. The lower connector therefore comprises a shock absorber against which the piston strikes as the piston moves from the circulation valve's open position to the circulation valve's closed position. The shock absorber is unshaped so that it absorbs at least as much of the piston's movement energy as to prevent the piston from being deformed during the collision with the shock absorber. The shock absorber can be of a purely mechanical type where the piston's movement energy is absorbed as the shock absorber is deformed, or one can imagine a hydrostatic shock absorber which will be able to absorb the piston's movement energy without it being deformed, and can thus be used several times.

I henhold til et andre aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å sirkulere eller bytte ut en første væske, som befinner seg i en hydrokarbonbrønn, med en borevæske. Hydrokarbonbrønnen omfatter to koaksiale rør med forskjellig diameter slik at det dannes et ringrom mellom det indre og det ytre røret hvor væsken og borevæsken kan strømme. Idet den første væsken byttes ut med borevæsken, gjennomføres de følgende stegene: - en sirkulasjonsventil, fortrinnsvis en sirkulasjonsventil i henhold til et av kravene 1-6, føres ned til ønsket posisjon i hydrokarbonbrønnen, - borevæsken pumpes ned i hydrokarbonbrønnen inntil all den første væsken er sirkulert ut av hydrokarbonbrønnen, - enten hydrokarbonbrønnens ringrom eller indre rør stenges av for strømning av borevæsken, - trykket økes i borevæsken på den siden av hydrokarbonbrønnen som ikke er avstengt til det når en forhåndsbestemt verdi hvorved sirkulasjonsventilen stenger for strømning av borevæsken gjennom sirkulasjonsventilen. According to a second aspect of the invention, a method is provided for circulating or replacing a first fluid, which is located in a hydrocarbon well, with a drilling fluid. The hydrocarbon well comprises two coaxial pipes of different diameter so that an annulus is formed between the inner and outer pipe where the fluid and drilling fluid can flow. As the first fluid is replaced with the drilling fluid, the following steps are carried out: - a circulation valve, preferably a circulation valve according to one of claims 1-6, is brought down to the desired position in the hydrocarbon well, - the drilling fluid is pumped down into the hydrocarbon well until all the first fluid is circulated out of the hydrocarbon well, - either the hydrocarbon well's annulus or internal pipe is shut off for the flow of the drilling fluid, - the pressure is increased in the drilling fluid on the side of the hydrocarbon well that is not shut off until it reaches a predetermined value whereby the circulation valve closes for the flow of the drilling fluid through the circulation valve.

Sirkulasjonsventilen føres fortrinnsvis ned i brønnen med stempelet anordnet i åpen posisjon, men sirkulasjonsventilen kan også føres ned i brønnen med stempelet anordnet i sirkulasjonsventilens lukkede posisjon. Stempelet føres da til sirkulasjonsventilens åpne posisjon, dvs. slik at et fluid kan strømme gjennom de radiale hullene i sirkulasjonsventilen etter at sirkulasjonsventilen er plassert i sin tiltenkte posisjon i hydrokarbonbrønnen og før utsirkuleringen av den væsken som befinner seg i hydrokarbonbrønnen starter. The circulation valve is preferably led down into the well with the piston arranged in the open position, but the circulation valve can also be led down into the well with the piston arranged in the closed position of the circulation valve. The piston is then moved to the circulation valve's open position, i.e. so that a fluid can flow through the radial holes in the circulation valve after the circulation valve is placed in its intended position in the hydrocarbon well and before the circulation of the liquid that is in the hydrocarbon well starts.

I en foretrukket utførelsesform består fluidet som pumpes ned i hydrokarbonbrønnen fortrinnsvis av en borevæske eller et lignende fluid. In a preferred embodiment, the fluid that is pumped down into the hydrocarbon well preferably consists of a drilling fluid or a similar fluid.

I det etterfølgende skal en ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen beskrives med hensyn til de vedlagte figurene, hvor In what follows, a non-limiting embodiment of the invention will be described with regard to the attached figures, where

Figur 1 viser et aksialt snitt gjennom sirkulasjonsventilen i åpen posisjon, Figure 1 shows an axial section through the circulation valve in the open position,

Figur 2 viser et perspektivriss av sirkulasjonsventilen, Figure 2 shows a perspective view of the circulation valve,

Figur 3 viser et delvis aksialt snitt av sirkulasjonsventilen oppløst i sine tre hoveddeler, Figure 3 shows a partial axial section of the circulation valve broken down into its three main parts,

Figur 4 viser et aksialt snitt gjennom sirkulasjonsventilen i åpen posisjon, Figure 4 shows an axial section through the circulation valve in the open position,

Figur 5 viser et aksialt snitt gjennom sirkulasjonsventilen i lukket posisjon. Figure 5 shows an axial section through the circulation valve in the closed position.

I det etterfølgende vises det til figurene 1-5 som forklart ovenfor. I figur 1 er det vist en sirkulasjonsventil 25 i henhold til oppfinnelsen. Det er vist et stempel 2 som er montert til en nedre konnektor 1. Den nedre konnektoren 1 og stempelet 2 er begge hovedsakelig sylindrisk utformet. Den nedre konnektoren 1 er utformet med et aksialt gjennomgående hulrom 15, mens stempelet 2 er utformet med et aksialt gjennomgående hulrom 16. Stempelet 2 er anordnet inne i den nedre konnektorens 1 hulrom 15 og kan, når det ikke er festet til den nedre konnektoren 1, bevege seg aksialt fra en åpen posisjon, slik som vist på figur 4 og til en lukket posisjon slik som vist på figur 5. Stempelet 2 er forsynt med minst ett, men fortrinnsvis et antall hull 18, og den nedre konnektoren er forsynt med korresponderende hull 20. Hullene 18 og 20 er utformet som radialt gjennomgående hull i henholdsvis stempelets 2 og den nedre konnektorens 1 vegger. In what follows, reference is made to Figures 1-5 as explained above. Figure 1 shows a circulation valve 25 according to the invention. A piston 2 is shown which is fitted to a lower connector 1. The lower connector 1 and the piston 2 are both mainly cylindrical in shape. The lower connector 1 is designed with an axially through cavity 15, while the piston 2 is designed with an axially through cavity 16. The piston 2 is arranged inside the lower connector 1 cavity 15 and can, when not attached to the lower connector 1 , move axially from an open position, as shown in figure 4 and to a closed position as shown in figure 5. The piston 2 is provided with at least one, but preferably a number of holes 18, and the lower connector is provided with corresponding hole 20. The holes 18 and 20 are designed as radial through holes in the walls of the piston 2 and the lower connector 1, respectively.

Stempelet 2 er fast anordnet til den nedre konnektoren 1 i sirkulasjonsventilens 25 åpne posisjon ved hjelp av minst én, men fortrinnsvis et antall skjærpinner 4. Den nedre konnektoren 1 er forsynt med minst ett, men fortrinnsvis et antall radialt gjennomgående skjærpinnehull 22 og stempelet 2 er forsynt med skjærpinnemottak 23 som korresponderer med skjærpinnehullene 22. Fortrinnsvis består skjærpinnemottaket 23 av et spor rundt stempelets ytre omkrets som korresponderer med den nedre konnektorens 1 skjærpinnehull 22. Det er også mulig å forsyne stempelet 2 med groper eller ikke-gjennomgående hull som korresponderer med den nedre konnektorens 1 skjærpinnehull 22. The piston 2 is fixed to the lower connector 1 in the open position of the circulation valve 25 by means of at least one, but preferably a number of shear pins 4. The lower connector 1 is provided with at least one, but preferably a number of radially through shear pin holes 22 and the piston 2 is provided with shear pin receptacle 23 which corresponds to the shear pin holes 22. Preferably, the shear pin receptacle 23 consists of a groove around the outer circumference of the piston which corresponds to the lower connector 1 shear pin hole 22. It is also possible to provide the piston 2 with pits or non-through holes corresponding to the lower connector's 1 shear pin hole 22.

Ved montering føres skjærpinnene 4 gjennom skjærpinnehullene 22 i den nedre konnektoren 1 og inn i korresponderende skjærpinnemottak 23 i stempelet 2, hvilke skjærpinnemottak 23 i en foretrukket utførelsesform er utformet som et spor rundt stempelets 2 ytre omkrets som korresponderer med skjærpinnehullene 22. During assembly, the shear pins 4 are guided through the shear pin holes 22 in the lower connector 1 and into corresponding shear pin receptacles 23 in the piston 2, which shear pin receptacles 23 in a preferred embodiment are designed as a groove around the outer circumference of the piston 2 which corresponds to the shear pin holes 22.

Sirkulasjonsventilens 25 øvre konnektor 3 er hovedsakelig sylindrisk utformet og er utformet med et aksialt gjennomgående hulrom 17. Den øvre konnektoren 3 monteres til den nedre konnektoren 1 ved hjelp av komplementært utformede gjenger på den øvre konnektorens innside og den nedre konnektorens ytterside. Når den øvre konnektoren 3 er skrudd på den nedre konnektoren 1, ligger den øvre konnektoren 3 over skjærpinnene 4 og hindrer dem i å falle ut. The upper connector 3 of the circulation valve 25 is mainly cylindrical in shape and is designed with an axially continuous cavity 17. The upper connector 3 is mounted to the lower connector 1 by means of complementary designed threads on the inside of the upper connector and the outside of the lower connector. When the upper connector 3 is screwed onto the lower connector 1, the upper connector 3 lies over the shear pins 4 and prevents them from falling out.

I sirkulasjonsventilens 25 åpne posisjon ligger de korresponderende hullene 18 og 20 rett overfor hverandre slik at et fluid kan strømme fra sirkulasjonsventilens hulrom og radialt gjennom hullene 18,20 eller omvendt. I lukket posisjon, som vist på figur 5, er hullene 18 i stempelet 2 og de korresponderende hullene 20 i den nedre konnektoren 1 forskjøvet i forhold til hverandre og sirkulasjonsventilen er derfor stengt for fluidstrømning radialt gjennom hullene 18,20. In the open position of the circulation valve 25, the corresponding holes 18 and 20 lie directly opposite each other so that a fluid can flow from the cavity of the circulation valve and radially through the holes 18,20 or vice versa. In the closed position, as shown in figure 5, the holes 18 in the piston 2 and the corresponding holes 20 in the lower connector 1 are offset in relation to each other and the circulation valve is therefore closed to fluid flow radially through the holes 18,20.

Stempelet 2 er utformet slik at tverrsnittsarealet 12 til stempelets ende som vender mot den øvre konnektoren 3, er større enn tverrsnittsarealet 14 til stempelets ende som vender mot den nedre konnektoren 1. Dette medfører at når fluidet i og rundt sirkulasjonsventilen 25, når sirkulasjonsventilen er i åpen posisjon, settes under trykk, så vil det medføre en resultantkraft på stempelet som forsøker å skyve stempelet 2 i aksial retning mot den nedre konnektoren 1. Skjærpinnene 4 er dimensjonert slik at de tåler en gitt skjærkraft før de knekker. Når trykket i fluidet når en på forhånd bestemt verdi, vil derfor skjærpinnene 4 knekke og stempelet 2 vil bevege seg i aksial retning mot den nedre konnektoren 1. Dette medfører at hullene 18 og 20 i henholdsvis stempelet 2 og den nedre konnektoren 1 forskyves i forhold til hverandre. Fluidstrømning radialt gjennom disse hullene 18,20 blokkeres og sirkulasjonsventilen 25 har inntatt sin lukkede posisjon som vist på figur 5. The piston 2 is designed so that the cross-sectional area 12 of the end of the piston facing the upper connector 3 is larger than the cross-sectional area 14 of the end of the piston facing the lower connector 1. This means that when the fluid in and around the circulation valve 25, when the circulation valve is in open position, is put under pressure, then this will result in a resultant force on the piston which tries to push the piston 2 in an axial direction towards the lower connector 1. The shear pins 4 are sized so that they withstand a given shear force before they break. When the pressure in the fluid reaches a predetermined value, the shear pins 4 will therefore break and the piston 2 will move in an axial direction towards the lower connector 1. This causes the holes 18 and 20 in the piston 2 and the lower connector 1 respectively to be displaced in relation to to each other. Fluid flow radially through these holes 18,20 is blocked and the circulation valve 25 has assumed its closed position as shown in figure 5.

Idet skjærpinnene 4 knekker, vil stempelet 2 bevege seg mot den nedre konnektoren As the shear pins 4 break, the piston 2 will move towards the lower connector

1 med til dels stor kraft. Det er derfor anordnet en støtdemper 10 i den nedre konnektoren 1 som i det minste vil ta opp så mye av stempelets 2 bevegelsesenergi at stempelet 2 ikke deformeres under sammenstøtet med støtdemperen 10. Støtdemperen 10 kan for eksempel være utformet som en ring med et eller flere svekkede partier 24 som trykkes sammen når stempelet 2 støter sammen med støtdemperen 10. 1 with sometimes great power. A shock absorber 10 is therefore arranged in the lower connector 1 which will at least absorb so much of the piston 2's movement energy that the piston 2 is not deformed during the collision with the shock absorber 10. The shock absorber 10 can, for example, be designed as a ring with one or more weakened parts 24 which are pressed together when the piston 2 collides with the shock absorber 10.

Mellom stempelet 2 og den nedre konnektoren 1 er det anordnet en rekke o-ringer 5, 6, 7, 11 for tetning. Det kan også anordnes en o-ring 8 mellom den øvre konnektoren 3 og den nedre konnektoren 1. Between the piston 2 and the lower connector 1, a number of o-rings 5, 6, 7, 11 are arranged for sealing. An o-ring 8 can also be arranged between the upper connector 3 and the lower connector 1.

Under bruk vil den ovenfor beskrevede utførelsesformen av sirkulasjonsventilen 25 During use, the above-described embodiment of the circulation valve 25

i henhold til oppfinnelsen senkes ned i en hydrokarbonbrønn idet sirkulasjonsventilens 25 stempel 2 er montert i åpen posisjon som vist på figurene 1,2 og 4. Hydrokarbonbrønnen vil omfatte et indre rør og et utenforliggende rør slik at det dannes et ringrom. I brønnen vil det normalt være væske som må fjernes før brønnen settes i produksjon. Når sirkulasjonsventilen er anordnet i sin tiltenkte posisjon i hydrokarbonbrønnen, pumpes det borevæske eller et lignende fluid ned i brønnen som sirkulerer gjennom ventilen og presser væsken ut av brønnen. Borevæsken kan føres inn i det indre røret slik at borevæsken kommer inn i sirkulasjonsventilens aksialt gjennomgående hulrom og sirkulerer ut gjennom de radiale hullene 18 og 20 i henholdsvis stempelet 2 og den nedre konnektoren 1 og ut ringrommet. Borevæsken kan også sirkuleres i motsatt retning. according to the invention is lowered into a hydrocarbon well with the circulation valve's 25 piston 2 mounted in the open position as shown in Figures 1, 2 and 4. The hydrocarbon well will comprise an inner pipe and an external pipe so that an annulus is formed. There will normally be liquid in the well that must be removed before the well is put into production. When the circulation valve is arranged in its intended position in the hydrocarbon well, drilling fluid or a similar fluid is pumped into the well, which circulates through the valve and pushes the fluid out of the well. The drilling fluid can be fed into the inner tube so that the drilling fluid enters the circulation valve's axially continuous cavity and circulates out through the radial holes 18 and 20 in the piston 2 and the lower connector 1, respectively, and out the annulus. The drilling fluid can also be circulated in the opposite direction.

Når væsken er fjernet, stenges enten det indre røret eller ringrommet av. Deretter økes trykket i borevæsken inntil trykket blir så stort at skjærpinnene 4 knekker og stempelet 2 beveger seg mot den nedre konnektoren 1. Sirkulasjonsventilen 25 er da i sin lukkede posisjon, som vist på figur 5, hvor hullene 18 og 20 er forskjøvet i forhold til hverandre og stenger for radial fluidstrømning ut av eller inn i sirkulasjonsventilens 25 gjennomgående hulrom. Once the liquid is removed, either the inner tube or the annulus is sealed off. The pressure in the drilling fluid is then increased until the pressure becomes so great that the shear pins 4 break and the piston 2 moves towards the lower connector 1. The circulation valve 25 is then in its closed position, as shown in figure 5, where the holes 18 and 20 are offset in relation to each other and closes radial fluid flow out of or into the circulation valve's 25 through cavity.

Claims

1. Sirkulasjonsventil for en hydrokarbonbrønn, karakterisert ved at sirkulasjonsventilen (25) omfatter en hovedsakelig sylindrisk utformet nedre konnektor (1) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (15), en hovedsakelig sylindrisk utformet øvre konnektor (3) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (17) og et hovedsakelig sylindrisk utformet stempel (2) forsynt med et aksialt gjennomgående hulrom (16), hvilket stempel (2) er anordnet i den nedre konnektorens (1) aksialt gjennomgående hulrom (15) slik at den øvre konnektoren (3), den nedre konnektoren (1) og stempelet (2), i sammenmontert tilstand, danner et aksialt gjennomgående hulrom i sirkulasjonsventilen, hvilket stempel (2) er utformet med minst ett gjennomgående hull (18) i radial retning og hvilken nedre konnektor (1) er utformet med minst ett gjennomgående hull (20) i radial retning, hvilke hull (18,20) er innrettet slik at de, i sirkulasjonsventilens (25) åpne posisjon, ligger overfor hverandre slik at et fluid kan strømme inn i eller ut av sirkulasjonsventilens (25) gjennomgående hulrom, og hvilke hull (18,20) er innrettet slik at de, i sirkulasjonsventilens (25) lukkede posisjon, er forskjøvet i forhold til hverandre slik at det stenges for fluidstrømning inn i eller ut av sirkulasjonsventilens (25) gjennomgående hulrom i radial retning.1. Circulation valve for a hydrocarbon well, characterized in that the circulation valve (25) comprises a mainly cylindrically designed lower connector (1) provided with an axial through cavity (15), a mainly cylindrically designed upper connector (3) provided with an axially through cavity ( 17) and a substantially cylindrical shaped piston (2) provided with an axially through cavity (16), which piston (2) is arranged in the lower connector's (1) axially through cavity (15) so that the upper connector (3), the lower connector (1) and the piston (2), in the assembled state, form an axial through cavity in the circulation valve, which piston (2) is designed with at least one through hole (18) in the radial direction and which lower connector (1) is designed with at least one through hole (20) in the radial direction, which holes (18,20) are arranged so that, in the open position of the circulation valve (25), they lie opposite each other so that a fluid can into or out of the through cavity of the circulation valve (25), and which holes (18,20) are arranged so that, in the closed position of the circulation valve (25), they are offset in relation to each other so that it is closed for fluid flow into or out of the through cavity of the circulation valve (25) in the radial direction.

2. Sirkulasjonsventil ifølge krav 1, karakterisert ved at stempelet (2), i sirkulasjonsventilens (25) åpne posisjon, er forbundet til den nedre konnektoren2. Circulation valve according to claim 1, characterized in that the piston (2), in the open position of the circulation valve (25), is connected to the lower connector

(1) ved hjelp av minst én skjærpinne (4).(1) using at least one shear pin (4).

3. Sirkulasjonsventil ifølge krav 1-2, karakterisert ved at stempelets (2) tverrsnittsareal (12) i enden som vender mot den øvre konnektoren (3) er større enn stempelets tverrsnittsareal (14) i enden som vender mot den nedre konnektoren (1).3. Circulation valve according to claims 1-2, characterized in that the cross-sectional area (12) of the piston (2) at the end facing the upper connector (3) is greater than the cross-sectional area (14) of the piston at the end facing the lower connector (1) .

4. Sirkulasjonsventil ifølge krav 3, karakterisert ved at den minst ene skjærpinnen (4) er dimensjonert for å knekke ved et på forhånd bestemt trykk i fluidet som befinner seg i sirkulasjonsventilens (25) gjennomgående hulrom.4. Circulation valve according to claim 3, characterized in that the at least one shear pin (4) is dimensioned to break at a pre-determined pressure in the fluid located in the through cavity of the circulation valve (25).

5. Sirkulasjonsventil ifølge krav 4, karakterisert ved at den nedre konnektoren (1) omfatter en støtdemper (10) som stempelet (2) støter i mot idet den minst ene skjærpinnen (4) knekker og stempelet (2) beveger seg fra sirkulasjonsventilens (25) åpne posisjon til sirkulasjonsventilens (25) lukkede posisjon.5. Circulation valve according to claim 4, characterized in that the lower connector (1) comprises a shock absorber (10) against which the piston (2) bumps as the at least one shear pin (4) breaks and the piston (2) moves from the circulation valve's (25 ) open position to the closed position of the circulation valve (25).

6. Fremgangsmåte for å bytte ut en væske, som befinner seg i en hydrokarbonbrønn, med en borevæske, hvilken hydrokarbonbrønn omfatter to koaksiale rør med forskjellig diameter slik at det dannes et ringrom mellom det indre røret og det ytre røret, karakterisert ved at de følgende stegene utføres: - en sirkulasjonsventil (25), fortrinnsvis en sirkulasjonsventil (25) i henhold til et av kravene 1-5, føres ned til ønsket posisjon i hydrokarbonbrønnen, - borevæske pumpes ned i enten det indre røret eller ringrommet inntil all væsken er sirkulert ut av hydrokarbonbrønnen, - enten ringrommet eller det indre røret stenges av for strømning av borevæsken, - trykket økes i borevæsken på den siden av hydrokarbonbrønnen som ikke er avstengt til det når en forhåndsbestemt verdi hvor sirkulasjonsventilen (25) stenger for strømning av fluidet gjennom sirkulasjonsventilen.6. Method for replacing a liquid, which is located in a hydrocarbon well, with a drilling fluid, which hydrocarbon well comprises two coaxial pipes of different diameter so that an annulus is formed between the inner pipe and the outer pipe, characterized in that the following the steps are carried out: - a circulation valve (25), preferably a circulation valve (25) according to one of claims 1-5, is brought down to the desired position in the hydrocarbon well, - drilling fluid is pumped down into either the inner tube or the annulus until all the fluid has been circulated out of the hydrocarbon well, - either the annulus or the inner tube is shut off for the flow of the drilling fluid, - the pressure is increased in the drilling fluid on the side of the hydrocarbon well that is not shut off until it reaches a predetermined value where the circulation valve (25) closes for the flow of the fluid through the circulation valve .

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at sirkulasjonsventilen (25) føres ned i brønnen med stempelet (2) anordnet i åpen posisjon.7. Method according to claim 6, characterized in that the circulation valve (25) is guided down into the well with the piston (2) arranged in the open position.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at sirkulasjonsventilen (25) føres ned i brønnen med stempelet (2) anordnet i lukket posisjon og at stempelet (2) føres til åpen posisjon etter at sirkulasjonsventilen (25) er plassert i sin tiltenkte posisjon i hydrokarbonbrønnen.8. Method according to claim 6, characterized in that the circulation valve (25) is led down into the well with the piston (2) arranged in the closed position and that the piston (2) is led to the open position after the circulation valve (25) has been placed in its intended position in the hydrocarbon well.