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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrstran(Y-ventil, bestehend aus
einem in einen Rohrstrang einbaubaren Ventilgehäuse, welches einen sich zwischen
einem Ein- und Auslaß erweiternden, axialen Durchflußkanal aufweist, einem in der
Erweiterung des Kanals mittels einer Halterung drehbar abgestützten Absperrorgan
mit einer öffnung und einer Vorrichtung zum Drehen des Absperrorgans.
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Derartige Ventile finden insbesondere bei ölbohrarbeiten Verwendung
und dienen dazu, bei auftretender Eruptions- oder Explosionsgefahr ein Aufwärtsströmen
durch den Strang zu verhindern.
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Bei einem bekannten Ventil der eingangs genannten Art besteht die
Vorrichtung zum Drehen des Absperrorgans aus einem gesonderten, über eine Zugangsöffnung
im Ventilgehäuse mit dem Absperrorgan kuppelbaren Werkzeug. Eine derartige Aus-"estaltung
setzt die Zugänglichkeit des Ventils von außen voraus. Daher muß das Ventil stets
am Bohrlochkopf, zumindest aber in dessen Nähe im Rohrstrang eingebaut werden, um
für eine Betätigung unmittelbar oder nach Anheben des Rohrstranges. sofern hierfür
bei Auftreten von Gefahr die Zeit ausreicht, zugänglich zu sein.
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Ein Anheben des Rohrstranges kann durch ein Ventil mit einem Absperrorgan
vermieden werden. welches von einer auf den Druck des Mediums im Rohrstrang ansprechenden
Antriebsvorrichtung drehbar ist. Die Drehbewegung für das Absperrorgan wird dabei
von einer Längsbewegung desselben im Rohrstrang abgeleitet, die ein Druckkolben
der Antriebsvorrichtung dem Absperrorgan erteilt. Eine solche Ausgestaltung läßt
eine gewünschte Trennung des Absperrorgans und seiner Antriebsvorrichtung in der
Praxis nicht zu, so daß das Absperrorgan eremeinsam mit seiner Antriebsvorrichtung
in den Rohrstrang eingeführt bzw. aus diesem entfernt werden müssen. Die Antriebsvorrichtung
ist ferner dem aufwärtsströmenden, Sand- oder Gesteinspartikel mitführenden Flüssigkeitsstrom
ausgesetzt, unterliegt dementsprechend hohem Verschleiß und bietet daher die Gefahr
eines Versagens im Falle des Bedarfs.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein baulich einfaches und
sicher wirkendes Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches unabhängig
von einer Zugänglichkeit von außen jederzeit betätigt werden kann und eine vom Absperrorgan
getrennte, dem Verschleiß durchströmender Flüssig-]zeit entzoaene Vorrichtun- zum
Drehen aufweist.
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Hierzu ist das Bohrstranaventil nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zum Drehen des Absperrorgans eine mit diesem verbundene, aus
der Kanalerweiterung vorstehende Kurbel und ein im Gehäuse axialverschiebliches
Antriebsglied für die Kurbel aufweist, das entgegengesetzt gerichtete Druckflächen
zur Beaufschlagung mit einem Betätigungsdruck aufweist. Vorzugsweise besteht das
Antriebsglied aus einer koaxial zum Durchflußkanal anaeordneten Büchse, welche mit
dem Gehäuse eine außerhalb des Durchflußkanals liegende Druckkammer zur Aufnahme
eines eine der beiden Druckflächen der Büchse beaufschlagenden Druckmittels bildet.
Die andere Druckfläche am entgegengesetzten Ende der Büchse kann von elastischen
Gliedern, unter Druck gesetzt werden.
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Das Bohrstrangventil nach der Erfindung kann an irgendeiner beliebigen
Stelle im Rohrstrang eingebaut und ohne Zeitverlust im Falle auftretender Gefahr
betätigt werden. Die Vorrichtung zum Drehen des C
Absperrorgans liegt geschützt
außerhalb des von Flüssigkeit durchströmten Kanals und ist daher allen Einwirkungen
entzogen, welche die jederzeitige Be-C C
triebsbereitschaft des Ventils beeinträchtigen
könnten. In weiterer Ausgestaltung kann das Ventil auch als Doppelventil ausgebildet
sein, dessen zweites Absperrorgan dein ersten entsprechend ausgebildet und gelagert
ist und ebenfalls eine Kurbel aufweist, gemeinderen Betäti-un- über das beiden Kurbeln
-same Antriebsglied synchronisiert ist.
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Weitere Merkmale eraeben sich aus den Ansprüchen. In der nachfolgenden
Beschreibung wer den mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen
Vertikalschnitt durch das Bohrstranventil bei aeschlossener Stellun- eines Absperrorgans,
Fig. la eine Teilseitenansicht zur Veranschaulichung einer Einzelheit der Drehvorrichtung
des Ventils gemäß F i g. 1,
F i 2 eine teilweise we--(Yebrochene Ansicht des
Ventils mit in Offenstellung gedrehtem Absperrorgan, F i g. 3 einen Schnitt
nach Linie 3-3 in F i g. 1,
F i g. 4 einen Schnitt nach Linie
4-4 in F i g. 1,
F i 5 einen teilweise weggebrochenen Vertikalschnitt
zur Veranschaulichung der Innenkonstruktion eines Doppelventils nach der Erfindung,
und F i g. 6 und 7 Ansichten von aba wandelten Einle zelheiten.
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Gemäß F i a. 1 ist das Bohrstranaventil 10 in einen
Rohrstrana 11, z. B. eine Stei-leitunc, oder ein Bohrgestänge, eingeschaltet.
Das Ventil umfaßt ein rohrförmi-es Ventil-ehäuse, welches z. B. aus Teilen 12,
13, 14 und 61 zusammengesetzt ist. Das Gehäuse umgrenzt einen sich
in Längsrichtung erstreckenden Durchflußkanal 15, der bei 16 eine
Erweiterung aufweist. Die Gehäuseteile 12 und 13 sind mit deir zylindrischen
Gehäuseteil 14 bei 17 und 18 wie dargestellt verschraubt.
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Das Ventil 10 besteht weiterhin aus einem mit 19
bezeichneten
Absperrorgan mit einer durchgehender Öffnung 20, welches mittels einer Halterung
in der Kanalerweiterung 16 drehbar angeordnet ist. F i g. 1
und 2 zeigen
das Absperrorgan in einer den Durchflußkanal 15 absperrenden bzw. freigebenden
Stellung. Die Halterung besteht aus einem Paar von einander gegenüberliegenden,
von Abschlußschultern 24 und 25 der Gehäuseteile 12 und 13 gehaltenen
und an diesen anliegenden Lagerplatten 22 und 23
(F i g. 4). Das Absperrorgan
ist auf Lagerkugeln 26
g
abgestützt. Diese sind in einander parallel
gegen-C überliegenden ringförmigen Kugellagerbahnen 27 und Z, C C
lb 29 untergebracht, welche in einander gegenüber-C C
liegenden Seiten
28, 30 des Absperrorgans bzw. der Lagerplatten 22 und 23 eingeschnitten
sind. Letzterz haben seitliche Öffnungen oder Bohrungen 34 zur losen Aufnahme von
sich in entgegengesetzter Richtung erstreckenden Vorsprüngen 35 und
36, die keine Belastung von dem Absperrorgan auf die Platten übertragen.
Im Gegenteil wird die gesamte Absperror,-anbelastun durch die Lagerkugeln auf die
Platten 22 und 23 übertragen, wodurch ungeachtet C 21
der Belastungszustände
dem Drehen des Absperrorgans nur sehr geringe Widerstände durch die Halterung entgegenwirken.
Die ringförmigen Teile, d. h. & C C
die Hauptbereiche der
Platten 22 und 23 werden von in entgegengesetzten Seiten des im wesentlichen
kugelförmigen
Absperrorgans eingeschnittenen Nuten 37 aufgenommen.
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Die Einrichtung zum Drehen des Absperrorgans besteht aus einer mit
dem Absperrorgan in Antriebsverbindung stehenden und aus der Kanalerweiterung
16 vorragenden Kurbel 38. Diese Antriebsverbindung wird z. B. von
Achsstücken 39 und 40 gebildet, von denen ersteres 39 von der Bohrung
34 der Platte 23 und letzteres 40 von der Bohrung 41 mit Lenkbohrung42 in
dem zylindrischen Teil14 aufgenommen wird. In Offenstellung des Absperrorgans erstreckt
sich eine auf dem Vorsprung 36 vorgesehene Feder 43 in Längsrichtung zum
Eingreifen in eine Nut 44 in dem Achsstück 39. Ähnlich wird eine Feder 45
auf dem Achsstück 39 von einer in dem Achsstück 40 ausgebildeten Nut 46 aufgenommen;
dabei erstreckt sich die Nut 46 jedoch quer, wenn sich die Keilnut 44 längs erstreckt
und umgekehrt. Dementsprechend wird zwischen dem Absperrorgan und dem Achsstück
40 eine Universalverbindung gebildet, die geringfügige Fehlausrichtungen des
Ab-
sperrorgans und dessen Dreh- und Halterichtung zur Vermeidung von Verklemmungen
ausgleicht.
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Das Drehen des Absperrorgans wird durch ein Antriebsglied, z. B. die
Büchse 50, bewirkt, die vom Gehäuse aufgenommen ist und mit dem Kurbelarm
derart in Eingriff steht, daß die Bewegung der Büchse koaxial zum Durchflußkanal
des Absperrorgans dreht. Zu diesem Zweck ist die Büchse (F i g.
1 und
2) mit einem Schlitz 51 zur Aufnahme des Endteils 38 a der vom Achsstück
40 bei 52 schwenkbar getragenen Kurbel versehen, wodurch die Bewegung der
Büchse in Längsrichtung zur Kurbel ausgeglichen wird. Zu diesem Zweck weist der
Schlitz 51 eine entsprechende Längserstreckung auf, und sowohl der Schlitz
als auch die Kurbel erstrecken sich in einer Krümmung um die vom Durchflußkanal
15 definierte Hauptlängsachse 53. Die Achse 53 liegt senkrecht
zu der Querachse, um die sich das Absperrorgan und die Kurbel drehen.
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Die Büchse ist weiterhin mit Nockenschultern 54 und 55 aneinander
gegenüberliegenden Längsseiten eines in der Büchse gebildeten und den Armbereich
38b der Kurbel aufnehmenden Hilfsschlitz versehen. Der Arinbereich der Kurbel
kann die Form eines Kopfes oder einer Kugel aufweisen, die zwischen die Nockenanschläge
54 und 55 eingreift und von diesen bei Längsbewegung der Büchse zum Drehen
des Absperrorgans zwischen offener und geschlossener Stellung betätigt wird. Der
Grad der Bewegung des Absperrorgans oder dessen Einstellung kann z. B. durch eine
mit dem Achsstück 40 verbundene und aus der Ventileinrichtung nach außen vorstehende
Anzeigeeinrichtung 57 (Fig. 3) bestimmt werden, insbesondere dann,
wenn das Ventil oberirdisch verwendet wird. Eine Abdichtung zwischen dem Achsstück
40 und der Büchse erfolgt durch Dichtungen 88 und 89. Die Dichtung
88 wird durch das von der Universalverbindung zugelassene Verschieben des
Achsstückes 40 bei Ansprechen auf den Innendruck in der Kanalerweiterung
16 zusammengedrückt. Zwischen den Dichtungen aufgebauter Flüssigkeitsdruck
wird durch die Ablaßöffnung 90
unter Ableitung nach außen abgebaut.
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Die Büchse 50 ist mit in entgegengesetzt gerichteten Flächen
versehen, die zur Bewegung der Büchse koaxial zu dem Durchflußkanal 15 und
der Kanalerweiterung 16 mit Druck beaufschlagbar sind. Hierbei kann der Druck
eines Druckmittels in einer von der Büchse und dem Gehäuse außerhalb des Durchflußkanals
15 gebildeten Kammer 58 aufgenommen werden, wobei dieser Druck auf
eine der Stirnflächen an einem Ende der Büchse bei 59 angelegt werden kann.
Die Druckmittelzufuhr erfolgt von einer Quelle 60 über eine Leitung
60 a, die in den zylindrischen Gehäuseteil 61 mündet, welches
den Teil 14 im Ab-
stand umgibt und zwischen an den Teilen 12 und
13
vorgesehenen Flanschen 62 und 63 eingepaßt ist. Ähnlich kann
der Druck eines Druckmittels einer an dem entgegengesetzten Ende der Büchse liegenden
Kammer 64 zum Anlegen von Antriebsdruck auf die Büchsenstirnfläche 65 zugeführt
werden. Eine diesem Zweck dienende, mit der Kammer 64 über ein Verbindungsstück
66 a verbundene Druckleitung ist bei 66 dargestellt.
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Zusätzlich oder alternativ können elastische Glieder, z. B. Federn
67, zur übertragung von Druck auf die-Büchse 50 in der Kammer 64 angeordnet
sein, um die Büchse nach oben in die in F i g. 1 gezeigte geschlossene Drehstellung
des Absperrorgans zurückzubringen. Führungsstifte 69 erstrecken sich durch
die Federn, um diese gegen übermäßiges seitliches Ausbiegen zu halten.
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Die in F i g. 1 dargestellten Ringe 75 und
76 haben mit der Umfangsfläche des Absperrgliedes an entgegengesetzten Längsseiten
desselben in Eingriff stehenden Lippen 77 und 78. Die Ringe sind im
Gleitsitz in Senkbohrungen 79 bzw. 80 der Gehäuseteile 12 und
13 angeordnet. Die Ringe werden weiterhin von gewellten Flachfedem
81 und 82 gegen das Absperrorgan gedrückt, wobei die Lippen
77 und 78
sich abdichtend an die Absperrorganoberfläche anlegen und
ein Lecken entlang deraAbsperrorgan bei geschlossener Stellung gemäß F i
g. 1 verhindern. Ein seitlicher Zugang zu der Kanalerweiterung
16 zu Schmierzwecken wird durch die durch einen anderen in Längsrichtung
verlaufenden Schlitz 86 in der Büchse hindurchtretende Leitung
85 geschaffen. Ein mit Gewinde versehener Stopfen 87 schließt die
Leitung und ist zur leichteren Schmierung des Äußeren des Absperrorgans in der Kanalerweiterung
16 entfernbar. Die entgegengesetzten Seiten 91 und 92 der Leitung
bilden mit den Büchsenflächen 94 und 93 in Eingriff gelangende Anschläge
zur Begrenzung einer axialen Verschiebung der Büchse, wobei die Leitung von den
Gehäuseteilen 61 und 14 getragen wird. Außerdem verhindert die Leitung
85 ein Drehen der Büchse 50.
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Gemäß F i g. 6 begrenzt ein das Rohrverbindungsstück 66a zu
ersetzen geeignetes Rohrverbindungsstück 99 eine einen Kolben 101
enthaltende Kammer 100. Der Raum 102 oberhalb des Kolbens enthält ein komprimierbares
Medium, z. B. Luft, und der Raum 103 unterhalb des Kolbens steht mit der
Kammer 64 zur Aufnahme des bei Bewegung der Büchse 50 nach unten von dem
Kolben verdrängten Mediums in Verbindung. Dementsprechend kann durch Luftkompression
in dem Raum 102 entwickelter Druck der unteren Stimfläche 65 der Büchse zugeführt
werden. F i g. 7 zeigt eine andere Ausführungsform, in der die Hilfskammer
als Balg 104 ausgebildet ist, dessen Inneres zur Aufnahme eines verdrängten Druckmediums
mit der Kammer 64 in Verbindung steht. Das Balgäußere ist der Umgebung
105 ausgesetzt, die z. B. bei vor der Küste durchgeführten Bohrungen aus
dem Meerwasser unterhalb
des Meeresspiegels besteht. Der Druck der
umgebenden Flüssigkeit drückt den Balg daher zusammen und wird zum Ausgleich des
statischen Drucks ;ii der Leitung60a auf die untere Stirnfläche65 der Büchse übertragen,
wobei die Federn im Falle eines Versagens des vorgenannten statischen Druckes in
der Leitung60a das Ventil schließen.
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Das bei 110 in F i g. 5 dargestellte abgewandelte Ventil
eignet sich insbesondere zum Ablassen an einem Rohrstrang111 zu einer unter der
Erde bzw. unter dem Wasserspiegel liegenden Stelle eines Bohrbrunnens, z. B. innerhalb
eines Brunnengehäuses 112. Das Ventil besteht aus einem Rohrgehäuse mit einem mit
den Abschlußrohrteilen 114 und 115 in Schraubverbinduna stehenden zylindrischen
Teil 113 und einem an seinen Enden von an den Teilen 114 und 115 vorgesehenen
Flanschen begrenzten zylindrisehen Außen- äuse 116. Zum Einschalten des Ven-.eh
tils in den Rohrstrang 111 sind Rohrelemente 117
und 118 entsprechend
mit den Abschlußteilen 114 und 115 verbunden.
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Doppelabsperrorgane 119 und 120 sind drehbar in den Kanalerweiterungen
122 und 124 des Durchflußkanals 124 angeordnet, wobei die Konstruktion der Absperrorgane
mit ihren durchgehenden öffnungen und ihrer Halterung die gleiche wie vorstehend
zu F i o,. 1 bis 4 beschrieben ist. Die Einrichtung zum Drehen der Absperrorgane
besteht aus den Kurbeln 126 und 127, von denen jede mit ihrem entsprechenden
Absperrorgan wie zu F i g. 1 bis 4 beschrieben verbunden ist. Die Kurbeln
stehen aus den Kanalerweiterun 'gen 122 und 123 vor und ragen in die in der
Büchse 130 vorgesehenen Schlitze 128 und 129
hinein. Die Schlitze
und Nockenflächen 131, 132,
133, 134 sind wie vorstehend beschrieben
ausgebildet, und die Büchse ist in Längsrichtung in der von den Gehäuseteilen
113, 114, 115, 116 begrenzten Kammer beweglich, wodurch die
Absperrorgane im leichen Rhythmus gedreht werden und sich beide Absperrorgane gleichzeitig
öffnen und schließen. Der Längsabstand der Nockenflächen 131 und
132 zu den Nockenflächen 133 und 134 kann derart sein, daß die Einleitung
der Drehbewegung des einen Ab-C, C
sperrorgans geringfügig vor der des anderen
Absperrorgans erfolgt und so der von dem Ventil aufgebrachte Reibungswiderstand
beim Bewegungsbeginn verringert wird. Die Verwendung zweier Absperror-ane verleiht
der Anlage eine zusätzliche Sicherheit, e die gewährleistet, daß sich bei Bewegung
der Büchse in eine Endstellung zumindest ein Absperrorgan schließt.
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Die das Antriebsulied bildende Büchse weist eine obere Stirnfläche
140 auf, der Druck über eine Leituno, 141 zuaeführt werden kann, die von einer an
der Erd- bzw. Wasseroberfläche liegenden Druckmittelquelle beaufschlagt wird. Die
Leitung weist Verbindungsstücke 143 und 144 auf, von denen das Jetztgenannte einen
mit der Öffnung 146 in dem Gehäuseabschlußteil 114 in Reihe verbindbaren Endansatz
145 -erinaerer Weite aufweist und die öffnun-146 an dem oberen Ende der Büchse
130 mit der Kammer 135 in Verbindung steht. Zu diesem Zweck ist eine
Führung" z. B. ein Kragarm 147, auf dein Verbindungsstück 143 angeordnet, die das
Rohr 111
für eine Bewegung in Längsrichtung desselben bei Absenken der Leitung
141 umfaßt und den Endansatz 145 in eine Verbindung mit der öffnung 146 führt. Wenn
sich der Endansatz 145 dem Gehäuse nähert, kommt die an dem Verbindungsstück 144
vorgesehene konische Schulter 151 mit der Nockenfläche 149 an dem auf dem
Abschlußteil 114 des Gehäuses angeordneten Rohrabschnitt 150 in Eingriff.
Die Fläche 149 dreht sich spiralförmio, nach unten und führt die konisch zulaufende
Schulter 151
zu der und in die in F i g. 5 gezeigte Stellung, in der
der Endansatz 145 in den in dem Abschlußteil 115
,ebildeten Stutzen
153 eingefallen ist. Der Stutzen und die öffnung 146 sind anfänglich mit
Fett gefüllt, um Seewasser oder anderen fließenden Substanzen den Zugang zu der
Kammer 135 zu verwehren. Bei Eintritt des Endansatzes 145 in den Stutzen
jedoch wird das Fett aus dem letzteren über die Auslaßöffnung 156 nach außen
verdrängt. Wenn die Schulter 151 mit dem Sitz 157 in Ein-riff kommt,
steht die öffnung 146 mit dem rohrförmigen Kanal 158 in dem Verbindungsstück
144 in Verbindung, dem zum Antrieb der Büchse 130 Druck über die Leitung
141 zugeführt wird.