NO20101465L

NO20101465L - Underwater safety valve with multiple springs

Info

Publication number: NO20101465L
Application number: NO20101465A
Authority: NO
Inventors: John E Burris; Allen P Carney; Troy L Smith
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2010-11-08
Also published as: US20090236099A1; WO2009120581A2; WO2009120581A3; BRPI0909481A2; AU2009228563A1

Abstract

En brønnsikringsventil oppviser vertikalt stablede fjærer som hver er uavhengig understøttet i ventilhuset og som hver har en motstående ende som ligger an mot en skulder forbundet med strømningsrøret. Montert på denne måten blir deres påførte kraft additiv ettersom de i virkeligheten er montert i parallell mellom huset og strømningsrøret for å overvinne hydrostatisk trykk ved dypvanns-installasjoner som kan overskride 20.000 fot. Stablingen gjør det også mulig å maksimalisere strømningsarealet til strømningsrøret for en gitt ytre diameter av huset, bestemt av brønnforholdene.A well protection valve has vertically stacked springs, each of which is independently supported in the valve housing and each having an opposite end abutting a shoulder connected to the flow tube. Mounted in this way, their applied force becomes additive since they are in fact mounted in parallel between the housing and the flow pipe to overcome hydrostatic pressure at deep water installations which can exceed 20,000 feet. The stacking also makes it possible to maximize the flow area of the flow tube for a given outer diameter of the housing, as determined by the well conditions.

Description

TEKNISK OMRÅDETECHNICAL AREA

Det tekniske området for denne oppfinnelsen er brønnsikringsventiler, og mer spesielt de som er ment for bruk i dypvannsapplikasjoner hvor lukking avhenger av å overvinne hydrostatisk trykk i en brønn. The technical field of this invention is well safety valves, and more particularly those intended for use in deep water applications where closure depends on overcoming hydrostatic pressure in a well.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSENBACKGROUND OF THE INVENTION

Brønnsikringsventiler blir vanligvis brukt til å hindre uønsket strømning fra å nå overflaten og forårsake en skadelig tilstand. En vanlig konstruksjon innebærer en klaffventil som blir holdt åpen ved hjelp av et strømningsrør. En styreledning fra overflaten strekker seg til et stempel i huset til sikringsventilen som er koblet til strømningsledningen. Påført trykk på stempelet forskyver strømningsrøret ned mot en klaffventil som roterer omkring en svingtapp som vanligvis er fjærbelastet. Det fremførte strømningsrøret kommer ned foran den roterte klaffventilen, og sikker-hetsventilen forblir i den åpne stillingen så lenge trykket blir opprettholdt i styreledningen fra overflaten. Handlingen med å åpne sikringsventilen ved å bevege strømningsrøret komprimerer også en lukkefjær. Lukkefjæren er utformet for å overvinne det forventede hydrostatiske trykket i styreledningen såvel som friksjons-motstand i stempelpakningene og vekten av deler. Når dybden av plasseringen blir større, slik som dybder i størrelsesorden 15.000 til 20.000 fot og mer, øker den kraften som er nødvendig for at lukkefjæren skal overvinne det forventede hydrostatiske trykket, dramatisk. Well safety valves are typically used to prevent unwanted flow from reaching the surface and causing a harmful condition. A common design involves a butterfly valve which is held open by means of a flow pipe. A control line from the surface extends to a piston in the relief valve housing which is connected to the flow line. Pressure applied to the piston displaces the flow tube down towards a poppet valve which rotates around a pivot which is usually spring-loaded. The advanced flow tube descends in front of the rotated flapper valve, and the safety valve remains in the open position as long as pressure is maintained in the control line from the surface. The act of opening the relief valve by moving the flow tube also compresses a closing spring. The closing spring is designed to overcome the expected hydrostatic pressure in the control line as well as frictional resistance in the piston seals and the weight of parts. As the depth of the location increases, such as depths on the order of 15,000 to 20,000 feet and more, the force required for the closure spring to overcome the expected hydrostatic pressure increases dramatically.

Det er konstruksjonsparametere som påvirker dimensjonen til lukkefjæren for å håndtere økende hydrostatiske trykk som er tilstede ved anvendelser på større dybder. Det er en endelig grense for lengden av ventilhuset som skal være i stand til å få det i posisjon. En løsning for å forkorte lengden av ventilen var å bruke en rekke kortere fjærer mellom to punkter som hvert er ført omkring en stang, som illustrert i US-patent 5,564,675. Ett av problemene med denne konstruksjonen er at den minsket strømningsarealet til strømningsrøret en gitt ytre dimensjon av ventilhuset for å få en slik fjærenhet til å passe inn i huset. En annen løsning som benytter en innbyggingssikringsventil som lander på en landekrage, var å separere fjærene fra ventillegemet for bare å låse dem sammen når ventillegemet var plassert nede i hullet på landekragen. Denne konstruksjonen som er vist i US-patent 4,524,830 benyttet en 90 graders kuleventil og en kompleks landekragekonstruksjon som fremdeles måtte redusere strømningsarealet gjennom ventilen for å gi plass for det fjærbelastede forbindelsesleddet mellom fjærenheten og det separate ventillegemet. Andre utforminger av sikringsventiler som ikke benytter klaffventiler og har flere fjærer for forskjellige formål, er vist i US-patentene 3,889,751 og 4,428,557. There are design parameters that affect the dimension of the closure spring to handle increasing hydrostatic pressures present in applications at greater depths. There is a finite limit to the length of the valve body that should be able to get it into position. One solution to shorten the length of the valve was to use a series of shorter springs between two points, each of which is guided around a rod, as illustrated in US Patent 5,564,675. One of the problems with this design is that it reduced the flow area of the flow tube for a given outer dimension of the valve housing in order to fit such a spring assembly into the housing. Another solution using a built-in safety valve that lands on a land collar was to separate the springs from the valve body to only lock them together when the valve body was located down the hole in the land collar. This design shown in US Patent 4,524,830 used a 90 degree ball valve and a complex land collar design which still had to reduce the flow area through the valve to accommodate the spring loaded link between the spring assembly and the separate valve body. Other safety valve designs that do not use poppet valves and have multiple springs for different purposes are shown in US Patents 3,889,751 and 4,428,557.

Foreliggende oppfinnelse virker innenfor konstruksjonsbegrensningene for å maksimalisere størrelsen av strømningspassasjen i sikringsventilens strømningsrør mens den er begrenset av den ytre dimensjonen av brønntilstander og likevel ha nok kraft til å overvinne det hydrostatiske trykket i en dypt innsatt sikringsventil. Fjærer blir uavhengig understøttet i ventilhuset og er gruppert i en vertikal stabel for hver å skyve mot strømningsrøret og det hydrostatiske trykket som påfører en nedadrettet kraft som har en tendens til å holde ventilen åpen. Ved fjerning av påført trykk er fjærenheten sterk nok til å overvinne hydrostatisk trykk som er i brønnen eller i en styreledning i installasjoner med sikringsventilen montert ved dyp som kan overskride 20.000 fot, med minimal eller ingen reduksjon i strømningsarealet gjennom strømningsrøret. The present invention operates within the design constraints of maximizing the size of the flow passage in the relief valve flow tube while being limited by the outer dimension of well conditions and still having enough power to overcome the hydrostatic pressure in a deeply seated relief valve. Springs are independently supported in the valve body and are grouped in a vertical stack to each push against the flow tube and the hydrostatic pressure which applies a downward force that tends to keep the valve open. Upon removal of applied pressure, the spring assembly is strong enough to overcome hydrostatic pressure in the well or in a control line in installations with the relief valve installed at depths that may exceed 20,000 feet, with minimal or no reduction in flow area through the flow pipe.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSENSUMMARY OF THE INVENTION

En brønnsikringsventil som omfatter vertikalt stablede fjærer som hver blir uavhengig understøttet i ventilhuset, eller ventilhusene, og som hver har en motstående ende som ligger an mot en skulder forbundet med strømningsrøret, blir beskrevet. Montert på denne måten blir deres samlede kraft additiv ettersom de i virkeligheten er montert i parallell mellom huset og strømningsrøret for å overvinne hydrostatisk trykk i dypvannsanvendelser som kan overskride 20.000 fot. Stablingen tillater også at tverrsnittsarealet til strømningsrøret kan maksimaliseres for en gitt ytre diameter av huset bestemt av brønntilstandene. A well safety valve comprising vertically stacked springs, each of which is independently supported in the valve body, or valve bodies, and each of which has an opposite end abutting a shoulder connected to the flow pipe, is described. Mounted in this manner, their overall power becomes additive as they are in effect mounted in parallel between the housing and the flow tube to overcome hydrostatic pressure in deep water applications that can exceed 20,000 feet. The stacking also allows the cross-sectional area of the flow tube to be maximized for a given outside diameter of the casing determined by the well conditions.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENEBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 er en skisse i tverrsnitt gjennom en sikringsventil i en lukket stilling med fjærene utstrakt; og fig. 2 er skissen på fig. 1 med fjærene sammentrykket og sikringsventilen i Fig. 1 is a sketch in cross-section through a safety valve in a closed position with the springs extended; and fig. 2 is the sketch in fig. 1 with the springs compressed and the safety valve in

den åpne stillingen.the open position.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Fig. 1 viser en husenhet 10 med anlegg 12 og 14 på hvilken henholdsvis fjærer 16 og 18 er understøttet. Et strømningsrør 20 har en gjennomgående passasje 22 og en nedre ende 24 som er anordnet nær en flens 26 som er vist mot sitt sete 28. Fjærer 16 og 18 som når de er sammentrykket av påført trykk i en styreledning som driver et stempel forbundet med strømningsrøret 20 (ingen av disse, bortsett fra strømningsrøret 20, er vist ettersom deres utforming er kjent for fagkyndige på området og som ikke er noen sentral del av oppfinnelsen) er skjøvet inn i kompresjon ved nedadrettet bevegelse av strømningsrøret 20 som beveger skuldre 30 og 32 for å skyve klaffventilen 26 bort fra dens sete 28. Sålenge trykket blir opprettholdt i styreledningen (ikke vist), vil fjærene 16 og 18 forbli komprimerte. Hvis trykket blir frigjort eller lekker ut av styreledningen og/eller kommer forbi det tilhørende stemplet (ikke vist), vil den kraften som overføres av fjærene 16 og 18, bli sterk nok til å skyve strømningsrøret 20 i opphullsretningen for å tillate klaffventilen 26 å komme opp mot setet 28. Ved dypvannsanvendelser vil kraften være stor nok fordi den kraften som overføres av fjærene 16 og 18 vil være additive ettersom de begge skyver opp strømningsrøret 20 ved uavhengig å skyve mot sine respektive skuldre 30 og 32 som strekker seg bort fra strømningsrøret 20. Fig. 1 shows a housing unit 10 with facilities 12 and 14 on which respectively springs 16 and 18 are supported. A flow tube 20 has a through passage 22 and a lower end 24 which is disposed near a flange 26 which is shown towards its seat 28. Springs 16 and 18 which when compressed by applied pressure in a control line actuate a piston connected to the flow tube 20 (none of which, except the flow tube 20, is shown as their design is known to those skilled in the art and which is no central part of the invention) is pushed into compression by downward movement of the flow tube 20 which moves shoulders 30 and 32 for to push the poppet valve 26 away from its seat 28. As long as pressure is maintained in the pilot line (not shown), the springs 16 and 18 will remain compressed. If the pressure is released or leaks out of the control line and/or gets past the associated piston (not shown), the force transmitted by the springs 16 and 18 will be strong enough to push the flow tube 20 in the bore direction to allow the poppet valve 26 to up against the seat 28. In deep water applications the force will be large enough because the force transmitted by the springs 16 and 18 will be additive as they both push up the flow tube 20 by independently pushing against their respective shoulders 30 and 32 which extend away from the flow tube 20 .

Selv om to stablede fjærer er vist, kan mer enn to fjærer brukes. Stablingen av fjærene muliggjør forsterkning av kraften som virker mot det hydrostatiske trykket i styreledningen mens passasjen 22 tillates å være så stor som mulig for en gitt begrensning av den ytre diameteren til husenheten 10 i det omgivende brønnhullet. Selv om skruefjærer er illustrert, kan andre fjærtyper slik som Bellville-paknings-stabler alternativt brukes. Husenheten 10 såvel som strømningsrøret 20 kan være laget i ett stykke eller kan være modulære med gjengeforbindelser som illustrert på fig. 1 og 2. Although two stacked springs are shown, more than two springs may be used. The stacking of the springs enables amplification of the force acting against the hydrostatic pressure in the control line while allowing the passage 22 to be as large as possible for a given limitation of the outer diameter of the housing unit 10 in the surrounding wellbore. Although coil springs are illustrated, other spring types such as Bellville packing stacks may alternatively be used. The housing unit 10 as well as the flow pipe 20 can be made in one piece or can be modular with threaded connections as illustrated in fig. 1 and 2.

Fig. 2 illustrerer fjærene 16 og 18 sammentrykket og klaffventilen 26 bak strømningsrøret 20 og bort fra sitt sete 28. Fig. 2 illustrates the compression of the springs 16 and 18 and the flap valve 26 behind the flow tube 20 and away from its seat 28.

Beskrivelsen ovenfor er illustrert ved hjelp av den foretrukne utførelsesformen, men mange modifikasjoner kan gjøres av fagkyndige på området uten å avvike fra oppfinnelsen hvis omfang skal bestemmes av det bokstavelige og ekvivalente omfanget av de etterfølgende patentkravene. The above description is illustrated by means of the preferred embodiment, but many modifications may be made by those skilled in the art without departing from the invention, the scope of which shall be determined by the literal and equivalent scope of the subsequent patent claims.

Claims

1. Valve for wellbore use, comprising: at least one housing with a continuous flow path; a valve means mounted and subjected to a biasing device for selectively opening and closing the flow path; wherein the biasing unit comprises a number of biasing members arranged in a substantially axial orientation in the housing, and each supported near one end of the housing and operatively connected to the valve member near an opposite end.

2. Valve according to claim 1, where: the biasing means comprise springs; where the springs are arranged on the outside of the flow path.

3. Valve according to claim 1, where: the biasing means comprise springs; the springs are coil springs.

4. Valve according to claim 1, where: the biasing means comprise discrete springs in axial arrangement, one above the other; where the valve member is defined by a flow pipe with the springs lying directly against or indirectly against the flow pipe.

5. Valve according to claim 4, where: the flow tube operates a flapper valve that rotates a quarter turn.

6. Valve according to claim 4, where: the flow path extends through the flow tube and where the springs are mounted on the outside of the flow tube.

7. Valve according to claim 4, where: the springs overcome a hydrostatic force acting on the flow tube at installation depths of the housing at depths greater than 20,000 feet.

8. Valve according to claim 4, where: the housing and flow tube are modular.

9. Valve according to claim 4, where: the housing and flow tube are each made in one piece.

10. Valve according to claim 1, where: the biasing means comprise springs; where the number of springs comprises two springs.

11. Valve according to claim 2, where: the springs are coil springs.

12. Valve according to claim 11, where the valve member is delimited by a flow tube with the springs lying directly or indirectly against the flow tube.

13. Valve according to claim 12, where: the flow tube operates a flapper valve that rotates a quarter turn.

14. Valve according to claim 13, where: the flow path extends through the flow tube and the springs are mounted on the outside of the flow tube.

15. Valve according to claim 14, where: the springs overcome a hydrostatic force acting on the flow tube at casing installation depths of more than 20,000 feet.

16. Valve according to claim 15, where: the housing and flow tube are modular.

17. Valve according to claim 16, where: the number of springs includes two springs.