NO783026L - Sikkerhetsventil. - Google Patents

Description

Sikkerhetsventil.

Denne oppfinnelse angår et borehull-sikkerhets-ventilsystera anvendbar ved utførelse av borehullstesting av en offshore-brønn fra et flytende borefartøy.

US patent nr. 3 653 439 omhandler en kombinert glideskjøt-sikkerhetsventilanordning som muliggjør automatisk avstengning av rørstrengen mot oppadstrømmende fluider fra et avgrenset formasjonsparti, dersom rørstrengen på hvilken bore-hullstesteverktøyet er nedført i brønnen skulle brekke i to over formasjonspartiet. Selv om det i patentet omtalte system har mange fordeler er der i,tilfeller hvor lineredskap såsom perfo-reringsverktøy og lignende skal nedføres i brønnen i forbindelse med borehullstestingen, behov for å ha mulighet for "full åpning"-. Betegnelsen "full åpning" brukes her i den vanlige betydning at verktøyet har en rett, gjennomgående, vertikal åpning' som ikke har mindre diameter enn boringen i-rørstrengen som verktøyet er 'koplet til.

Anordningen vist i ovennevnte US patent kan få full åpning ved å- fjerne en sperre i verktøyet ved bruk av en fallarmteknikk som angitt i patentskriftet. Etter.at sperren er fjernet er imidlertid sikkerhetsventilen ikke lenger virksom og verktøyet kan da ikke lenger brukes til å' stenge røret i et nødstilfelle.

Et formål ved foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe en ny og forbedret sikkerhetsventil med .full åpning som er innrettet til å monteres i borestrengen under sjøflaten og som automatisk virker til å avstenge boringen i borestrengen dersom denne skulle brekke ved et uhell.

Dette samt andre formål oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse ved et apparat som omfatter en sikkerhetsventilanordning innrettet til å avstenge et brønnrør mot fluider som strømmer oppover i røret, omfattende: rørformede teleskop- elementer som avgrenser et strømningsløp og kan beveges mellom uttrukket og sammenskjøvet stilling, en ventilinnretning med full åpningskapasitet for åpning og avstengning av strømnings-løpet, samt aktivatororganer innbefattende motsatt bevegelige deler for åpning av ventilinnretningen som reaksjon på uttrekking av teleskopelementene og for avstengning av ventilinnretningen som reaksjon på sammenskyving av elementene.

Foreliggende oppfinnelse har andre formål og fordeler som vil fremgå klarere i forbindelse med følgende detaljerte beskrivelse av en foretrukket utføringsform, i sammenheng med tegningen, hvor: Figur 1 er et skjematisk riss av en offshore-bore-hullstesteopera-sjon som utføres fra et flytende fartøy, Figur 2A - 2F ef oppriss, delvis i snitt, av en kombinert glideskjøt og sikkerhetsventilinnretning méd full åpningskapasitet i samsvar med foreliggende oppfinnelse, idet suksessive figurer er fortsettelser av nedre del av foregående figur, og Figur 3A - 3C er riss lik figur 2, men med ventilelementet i stengt tilstand. Innledningsvis henvises til figur 1. Foreliggende oppfinnelse er særlig anvendbar ved testing av en offshore-brønn 10 som bores fra et flytende borefartøy 11.

En rørstreng 12 er'Opphengt i tårnet 13 og strekker seg fra fartøyet 11 til en undervanns-styreventil 14 som er ned-senket i en undervanns blow out preventer eller BOP-enhet 15, idet styreventilen 14 er av en type som er vist i US patent nr.

3 967 647. Rørstrengen 12 bærer en rekke testeverktøy innbefattende en testeventilenhet 16' som er forbundet med en brønnpak-,ning 17 og et perforert ankerrør 18 med trykkmålere 19 montert

i sin nedre ende. En typisk reverseringsventil 20 er anordnet over. testeventilenheten 16 sammen med en nedre glideskjøtenhet 22.'Pakningen 17 er av kjent konstruksjon som f. eks. vist i US

patent nr. 3 399 729, og virker til å avtette og avgrense den .

brønnsone som skal testes, og innbefatter en forbiføringskanal og -ventil hvorved trykkforskjeller kan utlignes ved avslutning av.testen. Testeventilenheten 16 innbefatter en ventil med full åpningskapasitet og er konstruert til å påvirkes som reaksjon på trykkendringer i fluider i brønnringrommet 2 3 som avgrenses mellom røret 12 og brønnforingsrøret 21.

En kombinert glideskjøt og sikkerhetsventilanordning

25 som er konstruert i samsvar med foreliggende' oppfinnelse er

innkoplet i rørstrengen 12 under brønnhodet 15 .■ Som nærmere forklart i den følgende beskrivelse muliggjør anordningen 25 lengdeforandring av røret 12 på grunn av temperatur- og trykk-variasjoner, og den utgjør en konstruksjon for automatisk avstengning av strømning gjennom rørstrengen i tilfelle av brudd i denne på et sted under styreventilen 14.

Som vist i figur 2A - 2F innbefatter enheten 2 5 en' glideskjøtseksjon 26 og en sikkerhetsventilseksjon 27. Glide-, skjøtseksjonen 26 omfatter en dor 28 som er teleskopisk opptatt i et rørhus .29 og som har en krage 30 ved sin øvre ende innrettet for tilkopling til borerøret 12. En rillet del 31 på doren 28 har utvendige riller 32 som står i glideinngrep med innvendige riller 33 på den øvre del 34 av huset 29 for å hindre relativ dreiebevegelse, og passende anslag er anordnet på doren og huset for å begrense teleskopbevegelsen. Passende åpninger kan om øn-skelig være utformet i husets vegg for fluidoverføring under

teleskopbevegelse. En tetningsdel 35 på doren 28 strekker seg nedover gjennom.et innad fortykket parti 36 (fig. 2B) av huset 29 som bærer en tetningsenhet 37 som står i inngrep med tetnings-delens ytre omkrets. En på delen 35 utformet stempelseksjon 38 (fig. 2C) med større diameter bærer en tetningsenhet 39 som er tettende forskyvbar på husets-29 innvendige veggflate 40. Én eller flere■radielle åpninger eller porter 41 strekker seg gjennom veggen til delen 35 over stemplet 38 slik at den øvre stem-pelflate utsettes for'fluidtrykket i dorens 42' boring, og andre porter 42 strekker seg gjennom husets 29 vegg ved nedre ende av det ringformede kammer 43 som dannes mellom doren og huset for

,å utsette stemplets 38 nedre flate for fluidtrykket i ringrommet utenfor huset. Stemplets 38 effektive trykkareal, som kan ansees å tilsvare tverrsnittsarealet til ringkammeret 43, er ut-ført vesentlig lik tverrsnittsarealet som avgrenses av dorens 28 ytre omkretsflate nær tetningsenheten 37 for å utgjøre en trykk-utlignet konstruksjon av grunner som skal forklar.es nærmere i

det følgende. En nedre tetningsenhet 44 som er anordnet på en innad fortykket husseksjon 45 avtetter mot dordelens 35 ytre omkrets ved nedre ende av kammeret 43.•

Ventilseksjonen 27, som. er vist på fig. 2D - F, omfatter et nedre rørformet huselement 50 med en gjenget tapp 51 ved. nedre ende (fig. 2F) innrettet for tilkopling til rørstengen 12. Et ventilelement med full åpningskapasitet i form av en skive eller et spjeld 52 er ved hjelp av en dreietapp 53 hengslet til en festehylse 54 hvis nedre ende er stivt festet til tappen 51 ved hjelp av gjenger 55. Ventilelementet 52 kan beveges mellom en. åpen stilling ved siden av'boringen 42' gjennom hylsen 54 som vist på fig. 2F, og en lukket stilling på tvers av boringen der dennes øvre flate ligger tettende an mot en setering 56. En åp-' ning 57 opptar ventilelementet 52 i dets åpne stilling, og en hengselfjær 58 av hensiktsmessig konstruksjon tvinger kontinuer-lig ventilelementet mot dets lukkede stilling mot seteringen '56. En forbiførings- og utligningshylse 59 er ved hjelp av gjenger 60 festet.til øvre ende av ventilfestehylsen 54 og strekker seg oppover i huselementet 50 i sideveis avstand fra dettes veggflate for å danne en ringformet strømningskanal 61. Et antall omkrets-messig fordelte og radialrettede porter 62 er utformet i veggen til hylsen 59 i dennes øvre endeparti.

En ventilaktivatordor 6 5 er vertikalt forskyvbar i huset 50 mellom en nedre stilling vist i figur 2F hvor en brodd 66 som er festet til aktivatordorens nedre endestrekker seg gjennom seteringen 56 for å holde ventilelementet 52 i åpen stilling, og en øvre stilling hvor brodden er trukket ut fra seteringen for å muliggjøre omdreining av-ventilelementet 52 til den lukkede stilling mot seteringen 56. Et antall langstrakte forbiførings-porter 67 er utformet gjennom veggen til aktivatordoren 65 og er innrettet til å avsperres fra hylseportene 62 i dorens øvre stilling ved hjelp av vertikalt fordelte tetninger 68, 69. Idet aktivatordoren 65 beveges nedover fra sin øvre. stilling, slik'det skal beskrives i det følgende, vil nedre endeparti av portene 67 bringes i flukt med hylseportene 62 før ventilelementet 52 åpnes ved hjelp av brodden 66 slik at fluid kan strømme via ringkanalen 61, på utsiden av festehylsen 54 nær ventilelementet 52, og der-etter inn i hylseboringen.under ventilen gjennom porten 70 slik at ventilelementet åpnes under stort sett utlignede trykkforhold. På grunn av portenes 67 langstrakte form vil de dessuten forbli i flukt med portene 62 inntil etter at brodden 66 er kommet ut av inngrep med ventilelementet 52 slik at'dette også kan lukkes under stort sett utlignede trykkforhold.

Som vist på figur 2E strekker en øvre seksjon 74 av aktivatordoren 65 seg oppover gjennom.et innsnevret parti 75 av rørhuset 50 og er avtettet mot dette ved hjelp av en O-ringtetning

76. En spiralfjær 77 er montert rundt doren 74, sammentrykket mellom innbyrdes motvendte anleggsflater 78 og 79 på henholds-vis doren' 74 og huset 50. Dorseksjonens 74 øverste endeparti 80 har utvidet diameter, som vist på figur 2D og er avtettet ved

hjelp av O-ringer 81 mot en stempelhylse 82 som også kan beveges vertikalt i huselementet 50. Stempélhylsen 82 bærer på sin ytre omkrets tetninger 83 som tettende kan forskyves mot en innvendig veggflate 84 i huset.

Sideklaringen mellom aktivatordorens 74 ytre veggflate 85 under det utvidede endeparti 80 og husets 50 innvendige veggflate 84 over det innsnevrede parti 75, danner et ringformet sylinderrom 86 som er fyllt med hydraulikkfluid gjennom.en passende fylleplugg. 87. Stempelhylsens 82 nedre endeparti strekker seg inn i dette sylinderrom og fortrenger derved en del av oljen av-hengig av stempelhylsens vertikale stilling i forhold til huset

50. I stempelhylsens 82 øvre stilling vist på figur 2D fortrenger hylsen 82 en minimal oljemengde, hvilket fører til at aktivatordoren 7-4 på grunn av fjæren. 7 7 forskyves nedover til sin. nedre stilling hvorved ventilelementet 52 åpnes av brodden 66. Omvendt vil.aktivatoren, i stempelhylsens 82 nedre stilling hvor den fortrenger en maksimal oljemengde i kammeret 86, forskyves oppover

mot kraften fra fjæren 77 til sin øvre stilling hvor brodden 66 er trukket opp gjennom setet 56 slik at ventilelementet 52 kan svinge til lukket stilling.

En styrepinne 90 (figur 2E) som er montert i veggen til husets innsnevrede parti 75 står i inngrep med en langstrakt vertikal sliss 91 i aktivatordorens 74 ytre omkrets for å sikre radial innretting av forbistrømningsportene 67, 62 i dens åpne stilling.

Ved drift monteres glideskjøt-sikkerhetsvehtilanord-ningen ifølge foreliggende oppfinnelse som vist på tegningen og innkoples i rørstrengen med doren 31 uttrukket og med stempélhylsen 82 i øvre stilling som vist på figur 2D, idet kammeret 86 er fylt med hydraulikkfluid. Drivfjæren 77 holder aktivatordoren 74 i nedre stilling hvor ventilelementet 52 er åpent slik at det dannes en uhindret, vertikal kanal gjennom verktøyet. Teste-verktøyene vist i figur 1 føres ned i brønnen og pakningen 17 ansettes på vanlig måte over formasjonen som skal testes i den hen-sikt å avsperre formasjonen. Den nedre glideskjøt 22 forskyves

teleskopisk til komprimert tilstand, og den neddykkede styreven-

til 14 plasseres i BOP-enheten 1.5 på en slik måte og i en. slik avstand at glideskjøtseksjonen 25 enten er strekkbelastet og således uttrukket eller doren 28 kan innta en midtstiliing i forhold til huset 29. Under borehulltestingen vil fluidtrykk-endringer som opptrer i rørstrengen 12 ikke påvirke glideskjø-tens stilling fordi tverrsnittsarealet er det samme på doren 28 ved tetningsenheten 37 og på stemplet 38. Krefter som virker oppover på doren 28 på grunn av større trykk i tetningsenheten enn i ringrommet 2 3 utbalanseres således av like store krefter som virker nedover på stemplet 38. Det vil derfor være klart, at glideskjøtseksjonen 25 kan forskyves fritt for å oppta forand-ringer i rørlengde på grunn av temperatur- eller trykkendringer^i brønnen, og påvirkes ikke av ansatt fluidtrykk. Heller ikke vil teleskopforskyvning av selve glideskjøten påvirke de fluidtrykk som opptrer i rørstrengen eller i brønn-ringrommet.

Ventilséksjonens 27 konstruksjon gir "full åpning" slik at det dannes et "uhindret, vertikalt gjennomløp gjennom rø-ret, som tillater full strømning samt nedføririg av hvilke som helst lineverktø.y operatøren måtte ønske å benytte før, under eller- etter borehulltestingen.

Dersom rørstrengen 12 skulle ryke i tb under den neddykkede styreventil 14, vil den del av rørstrengen som.fører til formasjonen automatisk avstenges som forklart i det følgende. Den løse del av det avbrutte rør vil falle nedover i brønnen og bevirke at glideskjøtseksjonen 25 sammenskyves til fullt lukket stilling. Når dette skjer vil dorens 28 nedre endeflate 93 danne inngrep med stempelhylsens 82 øvre endeflate 94 og presse denne nedover i forhold til huset 50. Idet det nedragende hylse-parti 82 tvinges inn i pumpekammeret 86 forskyver det en del av oljen i kammeret og det økede trykk virker mot nedre flate 94 på stempelseksjonen 80 på .aktivatordoren 74 hvorved doren forskyves oppover mot kraften fra fjæren 77. Idet aktivatordoren 74'forskyves oppover trekkes broddr.øret 6 6 opp gjennom ventilseterin-gen 56 slik at spjeldventilelementet 52 kan lukke og hindre brønnfluider i å strømme, oppover gjennom boringen 4 2 i verktøyet. Etter at ventilelementet 52.er lukket som vist på figur 3C beveges aktivatordoren. 65 fortsatt .noe oppover og til dens øvre stilling hvor dorens tetningsringer 69 ligger over forbiførings-og utligningsportene 62. Både ventilelementet 52 og portene 67, 62 er således avstengt slik at brønnfluider ikke kan strømme opp over gjennom rørstrengen 12.

For gjenåpning av ventilelementet 52 ansettes en strekkraft for å bevege doren 28 oppover i huset 29 inntil glideskjøten er fullt åpen. Idet nedre endeflate 93 på doren 28 beveges oppover utvides spiralfjæren 77 hvorved aktivatordoren 74 beveges nedover, hvilket igjen pumper stempelhylsen 82 oppover i forhold til huset 50. De1 nedre deler av utlig-ningsportene 67 kommer i flukt med hylseportene 6 2 for utligning av trykk over ventilelementet 5 2 som tidligere beskrevet, hvoretter ventilelementet føres til åpen stilling idet brodd-røret 66 fremføres gjennom.seteringen 56.

Det vil nå være klart at det her er vist og beskrevet en glideskjøt-sikkerhetsventilanordning som innbefatter et ventilelement som i åpen tilstand oppviser et gjennom-løp med full åpning for nedføring av lineverktøy, instrumenter eller lignende. Ettersom visse endringer eller modifikasjoner kan utføres i den viste utføringsform uten å avvike fra den oppfinneriske idé, tar vedlagte patentkrav sikte på å dekke alle slike endringer og modifikasjoner som faller innenfor den sanne ånd.og omfanget til foreliggende oppfinnelse.

Claims (10)

1.. Sikkerhetsveirtilanordning innrettet for lukking

-av.et brønnrør mot oppadstrømmende fluider, omfattende tele-, skopisk anordnede' rørelementer som avgrenser en strømningska-nal og kan beveges mellom en uttrukket og en sammenskjøvet stilling, karakterisert ved en ventilinnretning med full åpningskapasitet for åpning og lukking av strømnings-kanalen, samt en aktivatorinnretning innbefattende innbyrdes motsatt bevegelige deler for åpning av ventilinnretningen som reaksjon på uttrekking av nevnte elementer og for lukking av ventilinnretningen som reaksjon på sammenskyving av elementene.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én av nevnte deler er tettende forskyvbart anordnet i forhold til et av de andre elementer for å avgrense et lukket kammer inneholdende hydraulikkfluid, idet den andre av nevnte deler er slik innrettet at dens bevegelse i en lengderetning' virker til å fortrenge fluid i kammeret og-til å bevege den andre del i motsatt lengderetning.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de innbyrdes motsatt bevegelige deler er tettende forskyvbart anordnet i forhold til hverandre og til ett av elementene og sammen med nevnte'ene element avgrenser et lukket kammer inneholdende hydraulikkfluid, idet langsgående bevegelsé av én av nevnte deler i én retning i forhold til nevnte ene element bevirker fortrengning av nevnte hydraulikkfluid samt bevegelse av den andre delen i forhold til det ene element i motsatt lengderetning.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at aktivatorinnretningen omfatter et hydraulisk drevet første ventilaktivatororgan som kan beveges oppover i nevnte midtre element for å bevirke lukking av ventilinnretningen og nedover i det ytre element for å bevirke åpning av ventilinnretningen, kammerorganer inneholdende hydraulikkfluid . som kan samvirke med det første aktivatororgan for å bevege det første aktivatororgan som reaksjon på fortrengning av hydraulikkfluid i kammerorganet, samt tvinge et påvirkbart andre ventilaktivatororgan bevegelig nedover i det ytre. element for ■• fortrengning av hydraulikkfluid i kammerorganet og bevirke oppadgående bevegelse av det første ventilaktivatororgan som ■ reaksjon på teleskopisk relativ bevegelse av elementene til sammenskjøvet-stilling.

5.. Anordning ifølge krav 4 hvor de teleskopiske rørelementer omfatter et indre element som er teleskopisk an- , ordnet i et ytre element, karakterisert ved fjær-organér som virker mellom det første ventilaktivatororgan og det ytre element-for å tvinge det første ventilaktivatororgan nedover når det andre ventilaktivatororgan beveges oppover.

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karak- terisert' ved at kammerorganet avgrénses delvis av det første ventilaktivatororgan, idet det andre ventilaktivatoror gan er tettende forskyvbart i forhold til det første ventilaktivatororgan og det ytre element.

7. Anordning ifølge krav 4, 5 eller 6,' k a r a k terisert ved at det andre ventilaktivatororgan innbefat ter en oppadvendt overflate innrettet til å ligge an mot en nedadvendt overflate på det indre element for å bevirke nedad-gående bevegelse av det andre ventilaktivatororgan som reaksjon på teleskopisk bevegelse av elementene. ■

8. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved organer for utligning av fluidtrykket i strømningskanalen.over og under ventilinnretningen forut for åpning av denne ved hjelp av det første ventilaktivatororgan.

9. Anordning ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved stempelorganer på det indre ele- ment som kan beveges i sylinderorganer på det ytre element, idet stempelorganets øvre flate utsettes for fluidtrykket i strøm-ningskanalen og stempelorganets nedre flate utsettes for fluidtrykket utenfor det ytre element, hvilke stempel- og sylinderorganer er dimensjonert og innrettet til å utbalansere og opp-heve resultantkraften på elementene som følge av endringer i fluidtrykk i strømningskanalen.

10. Anordning ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved stempel- og sylinderorganer på elementene' for utbalansering og oppheving av resultantvirkningen på elementene ved endringer i fluidtrykket i kanalen gjennom elementene.