NO343934B1

NO343934B1 - Forbedret brønnhullsstyreventil

Info

Publication number: NO343934B1
Application number: NO20091204A
Authority: NO
Inventors: Jeffrey Charles Edwards
Original assignee: Enovate Systems Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2019-07-08
Also published as: CA2663969C; BRPI0717418B1; CA2663969A1; BRPI0717418A2; US20100071913A1; US8353338B2; GB0904688D0; GB0618555D0; NO20091204L; WO2008035091A1; GB2454850B; GB2454850A

Description

FORBEDRET BRØNNHULLSSTYREVENTIL

Den foreliggende oppfinnelse angår en ventil for stenging av et gjennomgående løp, spesielt, men ikke utelukkende, for stenging av et brønnhull gjennom hvilket et rørelement, slik som en vedlikeholds-/boreledning eller intervensjonsverktøy passerer.

For å verne personell og miljø er oljeinstallasjoner forsynt med én eller flere styringsanordninger for brønnhull, slik som en styreanordning for stigerør eller en utblåsningssikring (BOP), for å tette brønnhullet.

Fra publikasjonen US 3,561,526 er det kjent en utblåsningssikring som omfatter et legeme som har en røråpning derigjennom, føringsbaner for lukkehoder som strekker seg sideveis fra motstående sider av røråpningen, en lukkehodekonstruksjon som omfatter første og andre lukkehoder, som hver er plassert i en av føringsbanene for lukkehodene, og midler for å bevege lukkehodene sammen for å lukke røråpningen og for å flytte lukkehodene fra hverandre for å åpne røråpningen. Hvert lukkehode har et knivblad festet til dette i stilling for bladets skjærekant på et lukkehode for å passere like under bladets skjærekant på den andre av lukkehodene for å skjære et rør når rammene beveges sammen for å lukke åpningen. Hvert lukkehode omfatter tetningsmiddel som er innrettet til å inngå og komprimeres av knivbladet på det andre lukkehodet når lukkehodene griper inn for å danne en separat og uavhengig tetning mellom knivbladet på hvert lukkehode og tetningsmiddelet på den andre.

Publikasjonen US 2,231,613 beskriver en lukkemekanisme for et foringsrør.

Noen styreanordninger på produksjonsrør har kuttelukkehoder, såkalte "cutting rams” anbrakt vinkelrett på et vertikalt løp. Lukkehodene kan aktiveres for å dele et rør anbrakt i brønnhullet og tette brønnen. Kuttelukkehodene beveger seg i et horisontalt plan og er ofte drevet av såkalte in-line stempler. Imidlertid er det ulemper med disse anordninger. For eksempel oppnås tetningen generelt ved bruk av elastomer-tetninger, hvis begrens ninger avdekkes etter som mer aggressive, høytrykksbrønner med høy temperatur blir utviklet.

Forbedret tetning kan oppnås ved bruk av ventiler for å tette det gjennomgående løp, imidlertid kan nåværende tilgjengelige ventiler bare skjære gjennom et begrenset utvalg av ledninger med godt resultat.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å rydde av veien eller redusere minst én av de tidligere nevnte ulemper.

I henhold til et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en brønnhullsstyreventil som innbefatter:

- et hus som avgrenser et gjennomgående løp, hvor det gjennomgående løp tilpasset for å ta imot et rør;

- første og andre porter anbrakt inne i huset, hvor portene er bevegelige i ulike retninger på tvers av det gjennomgående løpet mellom en stilling med åpent løp og en stilling med lukket løp, idet portenes bevegelse fra en stilling med åpent løp og til en stilling med lukket løp, i bruk, kutter av et rør som befinner seg mellom portene;

idet brønnhullsstyreventilen videre omfatter:

- et første tetningssete for å tildanne en tetning med én av portene i stilling med lukket løp for å tette det gjennomgående løp, og

at portene er aksialt bevegelige i forhold til det gjennomgående løpet.

I en nødsituasjon vil en brønnhullsstyreventil i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse skjære røret, for eksempel et vedlikeholds-/borestreng- eller intervensjonsverktøy, for å stenge det gjennomgående løp, idet en tetning tildannes mellom den første port og det første tetningssete. Å tilveiebringe to porter tilveiebringer en forbedret kutteytelse på rørelementet.

Ventilen innbefatter fortrinnsvis et andre tetningssete for å tildanne en tetning med den andre av portene. Tilveiebringelse av et andre tetningssete tilveiebringer doble uavhengige tetningsbarrierer tilpasset for å stå imot brønntrykk.

I stillingen med lukket løp rager fortrinnsvis hver port ut tvers over det gjennomgående løp.

Hver port avgrenser fortrinnsvis et skjære- eller avkuttingsparti og et tetningsparti.

Avkuttingspartiet er fortrinnsvis forskjellig fra tetningspartiet.

Hver port avgrenser fortrinnsvis en flerhet av flater.

Avkuttingspartiet er fortrinnsvis avgrenset av en av nevnte portflater og tetningspartiet er avgrenset av en annen av nevnte portflater.

Avkuttingsflaten er fortrinnsvis motsatt av tetningsflaten. Å forsyne hver port med separate kutte- og tetningsflater reduserer sannsynligheten for skade på tetningsflaten mens røret blir kuttet.

I stillingen med lukket løp er fortrinnsvis kutteflatene tilstøtende.

Portene er fortrinnsvis aksialt holdt fra (restrained to) hverandre.

Portene er som nevnt aksialt bevegelige i forhold til det gjennomgående løp. Aksial bevegeise av portene gjør det mulig for portene å bevege seg inn i tetningskontakt med et/ett av tetningssetene under påvirkning av en ytre kraft, slik som et påført trykk.

Det første tetningssete er fortrinnsvis aksialt bevegelig i forhold til det gjennomgående løp, mot portene.

Det andre tetningssete er fortrinnsvis aksialt bevegelig i forhold til det gjennomgående løp, mot portene. Aksial bevegelse av ett eller begge setene gjør det mulig for tetningssetene å bevege seg inn i tetningskontakt med portene under påvirkningen av en ekstern kraft, slik som et påført trykk. Så snart styringsventilen blir aktivert, kan en trykkforskjell forekomme tvers over de stengte porter, og dersom, for eksempel, trykket er høyere under de lukkede porter enn over de lukkede porter, vil trykkforskjellen presse den øverste port opp mot det øverste sete og det nederste sete ned mot den nederste port, og på denne måte forbedre tetningen.

Det første og/eller andre tetningssete er fortrinnsvis forspent mot portene.

Tetningssetet/hvert tetningssete er fortrinnsvis forspent mot portene ved hjelp av en konisk skive.

Tetningssetet/hvert tetningssete er alternativt forspent mot portene ved hjelp av minst én fjær.

Hver port omfatter fortrinnsvis et parti for kontakt med tetningssetet, et tetningsseteinngrepsparti.

Tetningsseteinngrepspartiene omfatter fortrinnsvis metall.

Tetningsseteinngrepspartiene omfatter fortrinnsvis Inconel.

Tetningssetene omfatter fortrinnsvis metall. En tetningsanordning av metall-mot-metall tilveiebringer det ønskede nivå av kjemisk- og temperaturmotstand og mekanisk integritet.

Tetningssetene og/eller tetningsseteinngrepspartiene har fortrinnsvis herdede flater (hard faced).

Tetningssetene og/eller tetningsseteinngrepspartiene har fortrinnsvis flater herdede med wolframkarbid.

Ventilen innbefatter fortrinnsvis ytterligere aktueringsmidler for å bevege portene fra stillingen med åpent løp og til stillingen med lukket løp.

Aktueringsmidlene trekker fortrinnsvis portene fra stillingen med åpent løp og til stillingen med lukket løp. Ved å trekke portene mot lukking sikrer at ingen potensielle knekkingskrefter blir tilført mens røret kuttes, og derved sørger for at portene forblir i et fast aksialt forhold, og på denne måte øker skjærekreftene mellom portene og øker den genererte skjærekraft. En ytterligere fordel med dette arrangement er at det indre trykk i brønnhullet hjelper til med lukkingen av lukkehodene (rams).

Aktueringsmidlene er fortrinnsvis drevet med hydraulikk,

Hver port innbefatter fortrinnsvis et kutteparti.

Hvert kutteparti er fortrinnsvis herdet metall.

Hvert kutteparti innbefatter fortrinnsvis et element som er avtagbart festet til sin respektive port. Dette betyr at kuttelementene er utskiftbare for å maksimere kutteytelsen.

Hvert kutteparti avgrenser fortrinnsvis en kutteegg.

Hver kutteegg er fortrinnsvis V-formet.

Portene er fortrinnsvis bevegelige i motsatte retninger.

□et beskrives også en fremgangsmåte for å tette et brønnhull, i det fremgangsmåten omfatter:

- å aktuere første og andre port i forskjellige retninger på tvers av et gjennomgående løp avgrenset av et ventilhus; og

- å bringe den ene av portene i kontakt med et første tetningssete.

Fremgangsmåten innbefatter fortrinnsvis det ytterligere trinn å bringe den andre av portene i kontakt med et andre tetningssete.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, ved hjelp av eksempel, med henvisning til de medfølgende figurer i hvilke:

Figur 1 er en delvis gjennomskåret perspektivtegning av en brønnhullsstyreventil i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse vist i en stilling med åpent løp;

Figur 2 er et gjennomskåret lengdesnitt av brønnhullsstyreventilen i figur 1 vist i stillingen med åpent løp;

Figur 3 er et gjennomskåret lengdesnitt av brønnhullsstyreventilen i figur 1 vist i stillingen med lukket løp;

Figur 4 er en plantegning av kuttelementene vist i figur 1 ; og

Figur 5 er et forstørret snitt av de første og andre tetningsseter og et parti av huset og portene til brønnhullstyringsventilen i figur 1 i stillingen med lukket løp.

Det henvises først til figur 1 hvor det er vist en delvis gjennomskåret perspektivtegning av en brønnhullsstyreventil, generelt indikert med tallet 10, i henhold til en utførelse av den foreliggende oppfinnelse vist i en stilling med åpent løp, og figur 2, et lengdesnitt av brønnhullsstyreventilen 10, også vist i stillingen med åpent løp. Brønnhullsstyreventilen 10 omfatter et hus 12 som avgrenser et gjennomgående løp 14, hvor det gjennomgående løp 14 er tilpasset for å ta imot en vedlikeholdsledning (ikke vist).

Brønnhullsstyreventilen 10 omfatter ytterligere en første port 18 og en andre port 20. Portene 18,20 er bevegelige mellom en stilling med åpent løp, vist i figur 1 og 2, og en stilling med lukket løp, vist i figur 3, med et gjennomskåret lengdesnitt av brønnhullsstyreventilen 10 i figur 1 i stillingen med lukket løp. Portene 18, 20 er fremstilt av korrosjonsresistent Inconel og med harde flater av wolframkarbid.

Med henvisning spesielt til figur 2, innbefatter brønnhullsstyreventilen 10 ytterligere et første tetningssete 22 anbrakt nært inntil en øvre tetteflate 24 på den første port 18, og et andre tetningssete 26 anbrakt nært inntil en nedre tetteflate 28 på den andre port 20. Det første og andre tetningssete 22, 26 er også fremstilt av korrosjonsresistent Inconel og med harde flater av wolframkarbid.

Brønnhullsstyreventilen 10 er anordnet for å tillate den første og andre port 18, 20 å bevege seg aksialt i forhold til det gjennomgående løp 14, og det andre tetningssete 26 å bevege seg aksialt mot den andre port 20. Hensiktene med denne bevegelse vil bli forklart i det etterfølgende.

På den motsatte side av tetningsflaten 24 på den første port 18 er en første skjæreflate 30. På liknende måte, på den motsatte side av tetningsflaten 28 på den andre port 20 er en andre skjæreflate 32.

Hver port 18, 20 innbefatter ytterligere et kutteelement 34, 36 for å bistå portene 18, 20 i å skjære gjennom vedlikeholdsstrengen. Hvert kutteelement 34, 36 er festet til sin respektive port 18, 20 med fire skruer 16. Kutteelementene 34, 36 ses best i figur 4 som er en plantetning av kutteelementene i figur 1 . Som det kan ses i figur 4, avgrenser kutteelementene 34, 36 en V-formet kutteegg 60. Når de settes i bevegelse, vil hver V-formet kutteegg 60 bringes i kontakt med røret som skal kuttes på to steder og virker ved å kutte røret med en skjærende virkning.

Med henvisning tilbake til figurene 2 og 3, blir portene 18, 20 beveget fra stillingen med åpent løp og til stillingen med lukket løp ved hjelp av første og andre hydraulikkaktuatorer 38, 40. Den første hydraulikkaktuator 38 er i forbindelse med den første port 18 og den andre hydraulikkaktuator 40 er i forbindelse med den andre port 20. Huset 12 avgrenser et par inngangsporter for hydraulikkfluid 42a, 42b og et par utgangsporter for hydraulikkfluid 44a, 44b for innføring og fjerning av hydraulikkfluid fra første og andre hydraulikkamre 46, 48 i forbindelse med henholdsvis de første og andre hydraulikkaktuatorer 38, 40.

For å bevege den første og andre port 18, 20 fra stillingen med åpent løp vist i figur 2, og til det gjennomgående løp med lukket stilling i figur 3, blir hydraulikkfluid pumpet gjennom inngangsportene 42a, 42b, og beveger derved hydraulikkaktuatorene 38, 40 bort fra det gjennomgående løp 14 og beveger de første og andre porter 18, 20 til stillingen med lukket løp, som vist i figur 3. Under bevegelsen til stillingen med lukket løp vil portene 18, 20 skjære gjennom vedlikeholdsstrengen anbrakt i det gjennomgående løp 14.

Å lukke det gjennomgående løp 14 medfører en økning i trykk, i dette tilfellet under portene 18, 20. Denne økning i trykk blir anvendt til å danne en dobbel tetning som nå vil bli beskrevet med henvisning til figur 5, som viser et forstørret tverrsnitt av de første og andre tetningsseter 22, 26 og et parti av huset 12 og portene 18, 20 i figur 1 i stillingen med lukket løp.

Etter hvert som trykket øker under portene 18, 20, beveger portene 18, 20 seg i samme retning som pilene "A" mot det første tetningssetet 22. En første tetning blir dannet når den første porttetningsflate 24 kommer i kontakt med det første tetningssete 22. Under påvirkningen av trykkforskjellen, beveger det andre tetningssete 26 seg aksialt mot portene 18, 20, og faktisk er en konisk fjær 50 tilveiebrakt for å forspenne det andre tetningssetet 26 til kontakt med den andre porttetningsflate 28 i retning av pilene "B". Virkningen til den koniske fjær 50 og trykkforskjellen tvers over portene 18, 20 presser det andre tetningssetet 26 inn til kontakt med den andre port 20, og tildanner en andre tetning. Således tilveiebringer brønnhullsstyreventilen 10 to uavhengige metall-mot-metall tetninger.

Det må forstås at begge tetningssetene kan være bevegelige mot portene. Dette arrangement medvirker til å tildanne en dobbel tetning i en situasjon hvor trykkforskjellen fører til at et høyere trykk over portene forekommer.

Claims

Patentkrav

1 . En brønnhullsstyreventil (10) som innbefatter:

- et hus (12) som avgrenser et gjennomgående løp (14), hvor det gjennomgående løp er tilpasset for å ta imot et rør, - første og andre porter (18, 20) anbrakt inne i huset (12), hvor portene (18, 20) er bevegelige i ulike retninger på tvers av det gjennomgående løpet (14) mellom en stilling med åpent løp og en stilling med lukket løp, idet portenes (18, 20) bevegelse fra en stilling med åpent løp og til en stilling med lukket løp, i bruk, kutter av et rør som befinner seg mellom portene (18, 20), k a r a k t e r i s e r t v e d at brønnhullsstyreventilen (10) videre omfatter:

- et første tetningssete (22) for å tildanne en tetning med en av portene (18) i stilling med lukket løp for å tette det gjennomgående løp (14), og

at portene (18, 20) er aksialt bevegelige i forhold til det gjennomgående løpet (14).
2. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor ventilen ytterligere omfatter et andre tetningssete (26) for å tildanne en tetning med den andre av portene (20).
3. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 2, hvor det andre tetningssetet (26) er aksialt bevegelig i forhold til det gjennomgående løp (14) mot portene (18, 20).
4. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 2, hvor det andre tetningssetet (26) er forspent mot portene (18, 20).
5. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 4, hvor hvert tetningssete (22, 24) er forspent mot portene (18, 20) ved hjelp av en konisk skive.
6. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 4, hvor hvert tetningssete (22, 24) er forspent mot portene (18, 20) ved hjelp av minst én fjær (50).
7. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 2, hvor hvert tetningssete (22, 24) innbefatter metall.
8. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 7, hvor hvert tetningssete (22, 24) har herdete flater.
9. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 8, hvor hvert tetningssete (22, 24) har herdete flater av wolframkarbid.
10. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor i stillingen med lukket løp strekker hver port (18, 20) seg tvers over det gjennomgående løp (14).
1 1 . Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor hver port (18, 20) avgrenser et skjæreparti og et tetningsparti.
12. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 11 , hvor skjærepartiet er forskjellig fra tetningspartiet.
13. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor hver port (18, 20) avgrenser en flerhet av flater (30, 32).
14. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor skjærepartiet er avgrenset av én av nevnte portflater (30, 32) og tetningspartiet er avgrenset av en annen av nevnte portflater (30, 32).
15. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor skjæreflaten (30, 32) er motsatt tetningsflaten (24, 28).
16. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor i stillingen med lukket løp, er skjæreflatene (30, 32) nært inntil hverandre.
17. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor portene (18, 20) er aksialt holdt mot hverandre.
18. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor det første tetningssetet (22) er aksialt bevegelig i forhold til det gjennomgående løp (14) mot portene (18, 20).
19. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor det første tetningssetet (22) er forspent mot portene (18, 20).
20. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 19, hvor tetningssetet (22) er forspent mot portene (18, 20) ved hjelp av en konisk skive.
21 . Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor tetningssetet (22) er forspent mot portene (18, 20) ved hjelp av minst én fjær (50).
22. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor hver port (18, 20) omfatter et

tetningsseteinngrepsparti.
23. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 22, hvor tetningsseteinngrepspartiet innbefatter metall.
24. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 22, hvor tetningsseteinngrepspartiet innbefatter Inconel.
25. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor tetningssetet (22, 26) innbefatter metall.
26. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 25, hvor tetningssetet (22, 26) og/eller tetningsseteinngrepspartiene har herdete flater.
27. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor tetningssetet (22, 26) og/eller tetningsseteinngrepspartiene har herdete flater av wolframkarbid.
28. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor ventilen ytterligere innbefatter aktueringsmidler (38, 40) for å bevege portene (18, 20) fra stillingen med åpent løp og til stillingen med lukket løp.
29. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 28, hvor aktueringsmidlene (38, 40) trekker portene (18, 20) fra stillingen med åpent løp og til stillingen med lukket løp.
30. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 28, hvor aktueringsmidlene (38, 40) er drevet av hydraulikk.
31 . Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor hver port (18, 20) omfatter et kutteparti (34, 36).
32. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 31, hvor hvert kutteparti (34, 36) er herdet metall.
33. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 31 , hvor hvert kutteparti innbefatter et element (34, 36) avtagbart festet til sin respektive port (18, 20).
34. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 31, hvor hvert kutteparti (34, 36) avgrenser en kutteegg (60).
35. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 34, hvor hver kutteegg (60) er V-formet.
36. Brønnhullsstyreventil (10) ifølge krav 1 , hvor portene (18, 20) er bevegelige i motsatt retning.