NO310207B1 - Påfyllingsventil - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en påfyllingsventil for bruk i sementeringsoperasjoner ved oppbygning av olje- og gassbrøn-ner, i henhold til ingressen i det selvstendige krav 1.

Under oppbygging av olje- og gassbrønner bores et borehull til en viss dybde. Borestrengen blir nå tatt ut og foringsrør innsatt. Ringrommet mellom utsiden av foringsrøret og borehullets vegg blir så kondisjonert for sementering ved å pumpe kondisjoneringsfluid ned foringsrøret. Kondisjonerings-fluidet strømmer radielt utad fra bunnen av foringsrøret og passerer oppad gjennom ringrommet hvor det tar rusk og rask med seg og transporterer det til overflaten. Tilslutt blir sement pumpet ned gjennom foringsrøret, trykkes radielt utad fra bunnen av foringsrøret og passerer oppad inn i ringrommet hvor det herder.

Vanligvis blir en påfyllingsventil innpasset i bunnen av foringsrøret eller nær bunnen. Påfyllingsventilen hindrer fluid å entre foringsrøret fra boringen, men tillater at fluid strømmer fra foringsrøret ned i borehullet. Påfyllings-ventillen er vanligvis innarbeidet i en flottørsko eller en øvre flottørsko, idet en flottørsko er anordnet i bunnen av foringsrøret mens en øvre flottørsko er innarbeidet mellom to foringsrørlengder.

For tiden innbefatter enkelte av søkers flottørventiler et rørformet hus som opptar et ventilelement som er glidbart montert i rørhuset. Ventilelementet har en hovedsakelig soppform med et hode som er presset oppad mot et ventilsete med en fjær som omskriver stammen på ventilelementet. Mens dette arrangement virker temmelig akseptabelt, er mengden som fluid, f.eks. boreslam, kondisjoneringsfluid og sement, kan strømme gjennom strømningsventilen begrenset av det forholdsvis lille strømningsareal mellom den radielle omkrets av hodet på ventilelementet og innsiden av rørhuset.

US 5092406 omhandler en ventilanordning for bruk ved pumping av cementslurry gjennom foringsrøret i olje/gassbrønner for sementering av ringrommet mellom brønnveggen og forings-røret. I US 1984107 beskrives en ytterligere ventilanordning, men ingen av disse er tilveiebragt med vinduer i det rørformede partiet, slik at gjennomstrømningsraten blir lavere enn for ventilanordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

US 4712619 beskriver en ventilanordning for brønnsemen-teringsoperasjoner som enkelt kan monteres på en flottørsko eller flottørkrage i foringsrøret. Denne ventilanordningen er i motsetning til ventilanordningen i henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebragt med en tallerkenventil med nedoverrettet ventilsete, og uten vinduer i det rørform-ede parti.

Formålet med i det minste foretrukne utførelser av oppfinnelsen er å tilveiebringe en påfyllingsventil som, når den er åpen, vil tillate friere passering av fluider gjennom denne.

Den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved de i karakteristikken til det selvstendige krav 1 angitte trekk.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige kravene.

For en bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse vil henvisning nå gis, gjennom et eksempel, til de vedlagte tegninger, hvor,

Fig. 1 viser et snittriss av søkerens øvre flottørsko som

innehar en kjent påfyllingsventil;

fig. 2 viser et snittriss av en utførelse av en øvre flottørsko som innehar en påfyllingsventil i samsvar

med den foreliggende oppfinnelse i sin lukkede

stilling;

fig. 3 viser et riss i likhet med fig. 2, men som viser

påfyllingsventilen i sin åpne stilling;

fig. 4 viser et snittriss av en andre utførelse av en

påfyllingsventil i samsvar med oppfinnelsen;

fig. 5 viser et riss langs linje V-V ifølge fig. 4;

fig. 6 viser et perspektivriss av et ventilelement som danner en del av en tredje utførelse av en påfyllingsventil i samsvar med den foreliggende opp-f innelse;

fig. 7 viser et riss tatt langs linje VII-VII ifølge fig. 6; fig. 8 viser et perspektivriss av et ventilelement som danner del av en fjerde utførelse av en påfyllingsventil i samsvar med oppfinnelsen;

fig. 9 viser et øvre planriss av ventilelementet vist i fig.

9;

fig. 10 viser et vertikalt snittriss gjennom en femte utførelse av en påfyllingsventil i samsvar med

oppfinnelsen med et feste i en uvirksom stilling; og fig. 11 viser et riss i likhet med fig. 10 som viser

påfyllingsventilen med feste i en virksom stilling.

Det vises til fig. 1 i tegningene, hvor det er vist en av søkerens nåværende øvre flottørsko som er generelt identifisert med henvisningstallet 1.

Flottørskoen 1 omfatter en påfyllingsventil 2 som er montert i en kort foringsrørlengde 3 ved en ring med høydensitets sement 4.

Påfyllingsventilen 2 omfatter et rørformet hus 5 innbefattende et sylindrisk parti 6 og et ventilsete 7 båret av en plate 8.

Et ventilelement 9 er opptatt i det rørformede hus 5.

Ventilelementet 9 er soppformet og omfatter et hode 10 og en spindel 11.

Hodet 10 er presset mot vetilsetet 7 av en lett fjær 12 som er plassert omkretsmessig rundt spindelen 11 og virker mellom hodet 10 og et armkryss 13.

Under bruk er flottørkraven 1 montert i en lengde med foringsrør mot dens bunn. Når foringsrøret er i stilling pumpes boreslam ned foringsrøret 3. Borslammet strømmer gjennom påfyllingsventilen 2 og passerer så radielt utad fra bunnen av foringsrøret 3 og oppad gjennom et ringrom mellom foringsrøret 3 og brønnboringen. Boreslammet frakter rusk og rask med seg til overflaten. Vanligvis føres boreslammet gjennom påfyllingsventilen 2 i flere timer. Kondisjoneringsfluid (vanligvis referert til som "spacer") blir så pumpet ned foringsrøret. Kondisjoneringsfluid hjelper til å fjerne slammet og inneholder kjemikalier som hjelper sementen til å hefte til foringsrøret.

Etter kondisjonering pumpes en sementladning ned foringsrøret mellom en øvre plugg og en nedre plugg på vanlig måte. Etter at den nedre plugg har kommet til anlegg mot den øvre flate 14 av den øvre flottørsko 1 pådras økende trykk mot den øvre plugg inntil en sprengplate i den nedre plugg brister og tillater sementen å strømme nedad inn i den øvre flottørsko 1. Trykk påført sementen av den øvre plugg blir overført til hodet 10 på ventilelementet 9 som beveger seg nedad bort fra ventilsetet 7, som dermed tillater at sementen passerer gjennom påfyllingsventilen 2.

Når den øvre plugg kontakter den nedre plugg passerer ikke noe mer sement gjennom påfyllingsventilen. Trykket blir så avlastet på den øvre plugg, påfyllingsventilen virker til å hindre sement i å strømme oppad inne i foringsrøret. Etter at sementen har herdet blir den øvre plugg, den nedre plugg, påfyllingsventilen og eventuell sement under påfyllingsventilen boret ut.

Strømmen av kondis;) oner ingsf luid og sement gjennom påfyllingsventilen 2 er begrenset ved strømningsarealet mellom omkretsen av hodet 10 på ventilelementet 9 og det sylindriske parti 6 av det rørformede hus 5, dvs. ringrommet som har bredden 15.

Det vises nå til fig. 2 og 3 i tegningene hvor det er vist en øvre flottørsko som er generelt identifisert med henvisningstallet 101.

Flottørskoen 101 omfatter en påfyllingsventil 102 som er montert i en kort f oringsrørlengde 103 med en ring av høydensitet sement 104.

Påfyllingsventilen 102 omfatter et rørformet hus 105 innbefattende et sylindrisk parti 106 og et ventilsete 107 med en seteflate 108.

Et ventilelement 109 er opptatt i det rørformede hus 105. Ventilelementet omfatter et hode 110 og en spindel 111 som omfatter et rørformet parti 111A forsynt med vinduer 111B og 111C.

Hodet 110 er presset mot ventilsetet 107 med en svak fjær 112 som er plassert omkring spindelen 111 og virker mellom en flens 116 på toppen av det rørformede parti 111A og en skulder 117 tildannet i det rørformede hus 105 mellom det sylindriske parti 106 og ventilsetet 107.

Ved bruk er flottørskoen 101 montert i en foringsrørlengde mot dens bunn. Når foringsrøret er i stilling pumpes boreslam ned foringsrøret. Boreslammet fortrenger ventilelementet 109 nedad fra ventilsetet 107 som dermed tillater boreslammet å passere gjennom påfyllingsventilen 102. Boreslammet passerer så nedad til bunnen av foringsrøret, radielt utad og så oppad i ringrommet mellom foringsrøret og brønnboringen. Boreslammet fjerner rusk og rask fra ringrommet og transporterer det til overflaten. Etter flere timer stopper strømningen av slam og kondisjoneringsfluid pumpes ned foringsrøret for å preparere ringrommet for sementering.

Etter kondisjonering pumpes en sementladning ned foringsrøret mellom en øvre plugg og en nedre plugg på vanlig måte. Etter at den nedre plugg har kommet til anlegg på den øvre flate 114 av flottørskoen 101 pådras økende trykk mot den øvre plugg inntil en sprengplate i den nedre plugg brister og tillater sementen å strømme nedad inn i flottørskoen 101. Trykket pådratt sementen ved den øvre plugg blir overført til hodet 110 på ventilelementet 109 som beveger seg nedad bort fra ventilsetet 107 som dermed tillater sementen å passere gjennom påfyllingsventilen 102.

Som vist i fig. 3 føres sementen gjennom det rørformede parti 111A og utgår via vinduer 111B og 111C som er plassert motsatt hverandre.

En deflektor 119 er anordnet og forløper oppad fra hodet 110 inn i det rørformede parti 111A. Deflektoren 119 leder sementen mot viduene 111B og 111C.

I en prototype hadde påfyllingsventilen 102, vist i fig. 2 og 3, et strømningsareal betraktelig større enn påfyllingsventilen 2 vist i fig. 1, skjønt den indre diameter av de sylindriske partier 6 og 106 for hver påfyllingsventil 2,102 var i hovedsak like.

Utførelsen vist i fig. 4 og 5 er i hovedsak like med den vist i fig. 2 og 3 med unntaket av at deflektoren 219 er skrådd jevnt fra innsiden av ventilsetet 207 til et toppunkt 220 på senterlinjen av ventilelementet 209. I tillegg er ventilsetet 207 avskrådd og er innrettet til å motta en 0-rings tetning 221 montert på en tilsvarende avskrådd flate 222 på hodet 210 av ventilelementet 209. Ventilsetet 207 er vist vinklet ved 35° til lengdeaksen fra påfyllingsventilen, skjønt påfølgende tester indikerer at en vinkel på 45° kan være å foretrekke.

En ytterligere forskjell er at en ring 223 er festet til spindelen 211. Ringen 223 er forsenket under den øvre overflate 214 av flottørskoen for å sikre at ventilelementet 209 ikke starter å åpne så snart som den nedre plugg , kontakter den øvre flate 214 på flottørskoen. Dette arrangement sikrer også at spindelen 211 kan stige fritt i enden av sementeringen for å avstenge påfyllingsventilen. Fig. 6 og 7 viser en ytterligere utførelse som bruker en forholdsvis liten deflektor 319. Fig. 8 og 9 viser et ventilelement 409 som omfatter et rørformet parti 411A utstyrt med ett enkelt vindu 411B. Hodet 410 har en avfaset overflate 422 som, til forskjell fra utførelsen vist i fig. 4 og 5, ikke er utstyrt med en 0-ring tetning. Hodet 410 er festet til det rørformede parti 411A via deflektoren 419.

I utførelsen vist i fig. 10 er hodet 510 på ventilelementet 509 utstyrt med en gjenget boring 524 inn i hvilken et feste 525 er skrudd. Festet 525 omfatter et armkryss med fire ben 527 som stråler utad fra et nav 528.

En bolt 529 går gjennom navet 528 og er skrudd inn i den gjengede boring 524.

Når en foringsrørstreng senkes ned i en brønnboring er det av og til ønskelig å kunne la væske fra brønnboringen strømme inn i foringsrøret med en kontrollert rate. For dette formål blir en skjærtapp 530 først innsatt gjennom en boring som går gjennom navet 528 og skruen 529. Navet 528 blir deretter dreid slik at bolten 529 entrer den gjengede boring 524. Dreining fortsetter inntil festet 525 ligger an mot ventilsetet 507 og påfyllingsventilen åpnes den ønskede størrelse.

I bruk åpnes ventilelementet 509 den ønskede størrelse og foringsrøret senkes ned i brønnboringen. Når trykket på nederdelen av hodet 510 på ventilelementet 509 når et forutbestemt nivå bryter skjærtappen 530 og påfyllingsventilen stenger.

Under en sementeringsoperasjon fortrenges ventilelementet 509 nedad på den tidligere beskrevne måte for å la fluid passere gjennom ventilen 502.

Forskjellige modifikasjoner av utførelsene beskrevet ovenfor kan tenkes. F.eks., mens det foretrukne rørformede parti er av sirkulært tverrsnitt kunne det også være polygonalt; f.eks. kvadratisk eller ovalt, skjønt sirkulært er å foretrekke. Mens hodet 210 på vetilelementet 209 vist i fig. 6 og 7 bruker en 0-rings tetning 221, kan dette utelates under visse omstendigheter. Alternativt kan hodet 210 omfatte et elastisk tetningsmateriale.

Søkers seneste arbeider indikerer at deflektoren bør utformes til å hindre turbulens i fluidet når det passerer gjennom påfyllingsventilen. Dette reduserer kavitasjon som i sin tur reduserer erosjon og øker levetiden for påfyllingsventilen.

Claims (10)

1. Påfyllingsventil for bruk i sementeringsoperasjoner ved oppbygging av olje- og gassbrønner, hvilken påfyllingsventil omfatter et rørformet hus (105;205;505 ) med et ventilsete (107;207; 507 ); og et ventilelement (109;209;309;409;509 ) som er glidbart montert i det rørformede hus (105;205;505) og som er presset mot en lukket stilling, hvilket ventilelement (109; 209;309;409;509) omfatter et hode (110 ; 210;310;410;510) inngripbart med ventilsetet (107;207;507 ) på det rørformede hus (105; 205; 505 ) for å lukke påfyllingsventilen og, et rørformet parti (111A; 211A; 311A; 411A;511A, karakterisert ved at minst et vindu (111B, 111C; 211B, 211C; 311B, 311C; 411B; 511B, 511C) i det rørformede parti, der arrangementet er slik at, ved bruk, når påfyl-lingsventillen er installert i foringsrøret og fluid pumpes inn i foringsrøret, vil fluidet entre det rørformede parti (111A; 211A; 311A; 411A; 511A), fortrenge ventilelementet (109;209;309;409;509) i forhold til det rørformede hus (105;205;505) for å åpne påfyllingsventilen, og utgå via det minst ene vindu (111B, 111C; 211B, 211C; 311B, 311C; 411B; 511B, 511C).

2. Påfyllingsventil ifølge krav 1, karakterisert ved at det rørformede parti (111A;211A;311A;411A;511A) har minst to vinduer plassert i dens periferi.

3. Påfyllingsventil ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ventilelementet (109;209;309;409;509 ) er anordnet med en deflektor 119;219;319;419;519 ) for å avbøye fluid som entrer det rørformede parti (111A;211A;311A;411A; 511A) mot det minst ene vindu (111B, 111C; 211B, 211C; 311B, 311C; 411B; 511B; 511C).

4. Påfyllingsventil ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at det rørformede parti er forsynt med to vinduer (111B, 111C; 211B, 211C; 311B, 311C; 511B; 511C) som er plassert motsatt hverandre og deflektoren (119; 219; 319;

419; 519) forløper fra hodet (110;210;310) inn i det rørform-ede parti.

5. Påfyllingsventil ifølge ett av de foranstående krav, karakterisert ved at hodet (210;310;410;

510) har en avfaset flate som kommer til anlegg på et tilsvarende avfaset ventilsete (207;507) i det rørformede hus når ventilelementet er i sin lukkede stilling.

6. Påfyllingsventil ifølge et av de foranstående krav, karakterisert ved at den innbefatter en spiralfjær (112,212;512) for å presse ventilelementet (109;209;512) mot ventilsetet (107;207;507 ).

7. Påfyllingsventil ifølge krav 6, karakterisert ved at spiralfjæren (112;212,512) er montert omkring det rørformede parti (111A;211A;511A) av ventilelementet (109;209;509 ) og er arrangert til å virke mellom en flens (116;216;516) på det rørformede parti (111A;211A;511A) av ventilelementet og en skulder tildannet i det rørformede hus.

8. Påfyllingsventil ifølge et av de foranstående krav, karakterisert ved at den innbefatter et feste (525) forbundet til ventilelementet (509), hvilket feste

(525) er justerbart for å opprettholde påfyllingsventilen

(502) i en delvis åpen stilling.

9. Påfyllingsventil ifølge krav 8, karakterisert ved at festet (525) omfatter et armkryss med minst et ben (527) som stråler utad fra et nav (528) og et element (529) som forløper gjennom navet (528) og kontakter ventilelementet (509), der arrangementet er slik at åpning av påfyllingsventilen (502) kan justeres ved dreining av nevnte element (529 ).

10. Påfyllingsventil ifølge et av de foranstående krav, karakterisert ved at når påfyllingsventilen er lukket, er det minst ene vindu (111B, 111C) fullstendig plassert på en side av ventilsetet (107), og, når påfyllingsventil^en er helt åpen, er det minst ene vindu (111B, 111C) fullstendig plassert på den annen side av ventilsetet (107).