DE1950776A1

DE1950776A1 - Ventilanlage fuer Bohrloecher

Info

Publication number: DE1950776A1
Application number: DE19691950776
Authority: DE
Inventors: Nelson Norman Alken; Jerry Benjamin
Original assignee: ACF Industries Inc
Current assignee: ACF Industries Inc
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1969-10-08
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1274692A; US3509910A; NL6915593A; ES371596A1; BR6913163D0; AT296918B; FR2020796A1

Description

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ACF Industries, Incorporated in New York (USA)

Ventilanlage für Bohrlöcher

Auf der Suche nach Erdöllagerstätten hat die Petroleumindustrie immer wieder neue Verfahren zur Erschließung von fündigen Schichten auf dem Meeresboden entwickelt und ist in der Lage, Bohrungen unter ungünstigen Umständen im Unterwasserbereich durchzuführen und fündige Quellen auszunützen. Die Erdölindustrie ist in der Lage, in Wassertiefen zu bohren, für die die Errichtung von Überwasserbtihnen schon nicht mehr wirtschaftlich ist, wobei aber die Kosten für die Unterwassererschließung wirtschaftlich tragbar sind. Zur Sicherstellung einer vollständigen Ausnützung von in der Meerestiefe vorkommenden Erdöllagern wurden Verfahren entwickelt, mit denen Bohrstellen angelegt, gewartet und Öl gefördert werden kann, wobei die Betätigungs- und Steuer organe auf dem Meeresboden oder in dessen unmittelbarer Nähe angebracht werden.

Hydraulisch gesteuerte Anlagen für Unterwasserbohrlöcher können über Steuer leitungen betätigt werden, die sich bis zu den an der Oberfläche befindlichen Bedienungsbühnen erstrecken, oder ein Hydraulikaggregat kann auf dem Bohrlochventil oder in dessen Nähe zur Lieferung der Druckflüssigkeit für die Ventilbetätigung untergebracht werden. Bedienungsbühnen für die unter Wasser befindliche kraftbetätigte

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Anlage werden im allgemeinen bevorzugt, wenn sie wirtschaftlich durchführbar sind. Wo es jedoch unbedingt erforderlich ist, die Anlage auf dem Meeresboden anzubringen, ist es im allgemeinen notwendig, ein selbständiges Druckölaggregat beim Unterwasserventil oder in dessen unmittelbarer Nähe vorzusehen. Bei Unterwasseraus führungen wird das Aggregat meistens mit dem Bohrlochventil verbunden, und eine entsprechende Anzahl von Leitungen erstreckt sich dann von ihm zu den verschiedenen Einzelventilen, die betätigt werden sollen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derartige unabhängige Systeme sehr teuer zu installieren und zu ersetzen sind und vor allem bei der Wartung zahlreiche Nachteile aufweisen.

Unterwasseranlagen für Bohrlöcher, bei denen für die Betätigung unabhängige Aggregate verwendet werden, unterliegen außerdem leicht einer unsachgemäßen Bedienung des Bohrloches über das Steuersystem, wenn die Anlage gewartet wird. Es liegt auf der Hand, daß eine derartige unsachgemäße Betätigung während der Wartungsarbeiten leicht zu gefährlichen Situationen und möglicherweise gar zum vollständigen Ausfall der Erdölquelle führen kann. Hydraulische Betätigungsaggregate, die an einer unter Wasser befindlichen Bohrlochanlage angebracht sind, erfordern meistens spezielle Führungssysteme, damit das Aggregat während der Montage in Bezug auf das Bohrloch genau positioniert werden kann. Derartige spezielle Führungssysteme sind außerordentlich teuer und erhöhen die Wartungskosten für die Anlage ganz erheblich.

Es iet daher das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Unterwasserbohrlochanlage herzustellen, welche ein selbständiges Hydraulikaggregat in sich schließt, das seinerseits elektrisch oder elektronisch ferngesteuert werden kann und auf diese Weise eine Anzahl von Ventilen eines Unterwasserbohrloohes betätigt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Ventilanlage für Unterwasserbohrlöcher mit einem Steuersystem hiefür zu schaffen, welche ein eigenes unabhängiges hydraulisches Antriebssystem besitzt, welches über Fernsteuerung leicht und einfach installiert oder vom BohrIoohventilsy stem abgenommen werden kann. '

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anlage mit einem eigenen unabhängigen Hydrauliksystem auszubilden, welches leicht vom Ventilsystem abgenommen und Über das Führungssystem für das Ventil zwecks billiger Durchführung von Wartungsarbeiten an die Meeresoberfläche gebracht werden kann.

Unter den Zielen der Erfindung ist auch die Schaffung eines Ventils, welches mit einem unabhängigen Hydraulikaggregat ausgestattet ist, das den Oberteil der Ventilanlage bildet und vom Bohrloch abgenommen werden kann zwecks leichter Zugänglichkeit der Leitungskanäle bei der Wartung der Anlage.

Weiters bezweckt die Erfindung ein Ventil mit Steuersystem für Unterwasserbohrlöcher zu schaffen, bei dem ein unabhängiges hydraulisches Antriebsaggregat verwendet wird, welches installiert oder vom Bohrlochventil abgenommen werden kann, ohne daß ein gesondertes Führungssystem für seine Anbringung oder Entfernung vorgesehen werden muß.

Schließlich bezweckt die vorliegende Erfindung ein Ventil zu schaffen, welches von einfacher Konstruktion, billig in der Herstellung und betriebssicher ist.

Die vorliegende Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Ventilanlage für Bohrlöcher aus einer Anzahl von Ventilen besteht, die zwecks Steuerung des Durchflusses einer Flüssigkeit durch mindestens eine Leitung, vorzugsweise aber durch meTirere Leitungen der Bohrlochanlage betätigt werden. Jedes dieser Anzahl von Ventilen ist mit einem hydraulisch beaufschlagten Stellglied versehen, welches durch Druckflüssigkeit betätigt wird, um das betreffende Ventil in eine vorgewählte offene oder geschlossene Stellung zu bringen und welches auf Steuerimpulse oder Absinken des hydraulischen Drucks anspricht und dadurch die inneren Vent-l1elemente in eine zweite vorgewählte offene oder geschlossene Stellung bringt.

Die Bohrlochventilanlage umfaßt ein unabhängiges Hydraulikaggregat, welches mit dem oberen Ende des Bohrlochventilsystems verbunden ist, und zwar durch eine schnell lösbare

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Ummantelung. Diese Ummantelung enthält ein System von Leitungskanälen für Hydraulikflüssigkeit zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Verteilerleitungen, welche hydraulische Druckflüssigkeit zu den verschiedenen Ventilstellgliedern zu deren Betätigung bringen. Das hydraulische Antriebsaggregat enthält einen Flüssigkeitstank dessen oberer Teil durch ein zylindrisches Gehäuse gebildet wird, während sein unterer Teil im Inneren des Verbindungsmantels liegt. Eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe befindet sich im Flüssigkeitstank; ihr Ansaugteil ist mit dem Behälter verbunden, ihr Förderteil dagegen mit den verschiedenen Leitungskanälen des Systems, und zwar durch eine Anzahl von Magnetventilen. Die Magnetventile werden entweder durch ferngesteuerte elektrische Schaltanlagen oder aber durch ferngesteuerte elektronische Signale betätigt,um dadurch das Öffnen bestimmter Ventile und damit die gewünschte Betätigung der gesamten Ventilanlage sicherzustellen. Das Hydraulikaggregat enthält ein Druckausgleichesystem, um einen gleichmäßigen Druck zwischen der Flüssigkeit im Behälter und dem Meerwasser oder der anderen Umgebung, in der die Anlage arbeitet, zu gewährleisten. Das Antriebsaggregat enthält weiters einen Sammler, in dem durch die Flüssigkeitspumpe ein Überdruck erzeugt wird und der die Arbeit der Pumpe beim Öffnen eines Magnetventils zwecks raschen Ansprechens der Ventilstellglieder unterstützt.

Die Erfindung schafft eine Ventilanlage für Unterwasserbohrlöcher, welche ein eigenes hydraulisches Versorgungssystem besitzt, das elektrisch oder elektronisch von einer beliebigen Stelle ferngesteuert werden kann, um dadurch eine Anzahl von Bohrloohventilen auf dem Meeresboden zu betätigen. Das hydraulische Antriebsaggregat ist mit dem oberen Ende des Bohrlochventilgehäuses so verbunden, daß es als Verschluß für eine Anzahl von Leitungskanälen im Gehäuse der Bohrlochventilgruppe dient und auf diese ¥eise effektiv den oberen Teil der Bohrlochventilanlage

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bildet. Das hydraulische Versorgungssystem ist mit dem Ventilgehäuse durch einen einfachen, sicher wirkenden Verbindungsmantel verbunden, welcher das hydraulische Aggregat mit dem Bohrlochventil verriegelt oder es von diesem löst. Hiebei wird der Außenmantel des Verbindungsstückes hydraulisch geradlinig nach unten oder nach oben verschoben. Das unabhängige hydraulische System kann durch selektive Fernsteuerung installiert oder abgenommen werden, ebenso kann es durch Fernsteuerung zum planmäßigen Öffnen oder Schließen einer Anzahl von Ventilen innerhalb des Bohrlochkopfes verwendet werden.

Die Wartung des Bohrlochventilkopfes kann bei abgenommenem Hydraulikaggregat stattfinden, wodurch jede Möglichkeit einer für den Betrieb des Bohrloches gefährlichen unsachgemäßen Verstellung einer oder mehrerer Ventile im Bohrlochkopf ausgeschlossen wird. Durch die Verwendung dieser unabhängigen hydraulischen Antriebsgruppe wird die Notwendigkeit eines Zusammen- oder Ausbaues von außenliegenden Verbindungsgliedern für die Zufuhr von Druckflüssigkeit vom Aggregat zum Bohrlochkopf vollständig ausgeschaltet. Da das hydraulische Antriebsaggregat gemäß der Erfindung auf den Oberteil des Bohrlochventils aufgesetzt wird, ist es ohne weiteres klar, daß für die Installation des Aggregats das gleiohe Führungssystem verwendet werden kann wie für die Installation des Bohrlochventilkopfes selbst.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Fig. 1 zeigt einen Teilaufriß der Ventilanlage, teilweise im Schnitt. Fig. 2 ist ein Querschnitt, in dem das Ventil und das Ventilstellglied im Detail dar gestellt sind. Fig. 3 zeigt eine ausschnittsweiee Ansicht der in Flg. 2 dargestellten Anlage mit Betätigungselement, wobei besonders die leitenden Verbindungen der Anlage In Detail dargestellt sind; Fig. k ist eine ausschnittsweise

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Ansicht der Ventilgruppe mit Betätigungsglied nach Fig. i, wobei der Aufbau und die Anordnung der Verbindungsleitungen zwischen dem Gehäuse des Bohrlochventils und dem Hydraulikaggregat dargestellt sind. Fig. 1 zeigt ein Ventilgehäuse 10 für ein zweifach ausgeführtes Bohrloch, mit drei Durchflußkanälen 12, 14 und 16 (Fig.2), die sich in zwei fündige Schichten unter der Erdoberfläche erstrecken. Eine der Flüssigkeitsleitungen dient für die Rückführung von Flüssigkeiten, Bohrwerkzeugen und anderen Einrichtungen, wenn diese durch den Flüssigkeitsdruck in das Bohrloch oder aus diesem herausgedrückt werden. Die Ventilgruppe 10 enthält je einen Leitungskanal für die Rohrstränge, wobei der Durchfluß durch jeden dieser Kanäle durch eine Reihe von Ventilen ge-steuert wird. Eines der Ventile 18 besitzt ein Gehäuse. 46, das eine Ventilkammer 22 bildet, in welcher ein Schieber 50 hin- und herbewegt wird. Der Schieber 50 ist mit einer Öffnung 51 versehen, die so angeordnet ist, daß sie sich mit dem Flüssigkeitskanal 14 deckt (oder diesen verschließt), um dadurch den Durchfluß der Flüssigkeit freizugeben oder zu sperren.

Die Gruppe 52 des Ventilstellgliedes ist mit dem Ventilgehäuse 46 durch segmentierte Klemmstücke 54 verbunden, die die Verblndungsflansche auf dem Gehäuse 46 und eine Stellgliedbasis in satter, abdichtender Anlage halten. Das Stellglied des Ventils wird geradlinig hydraulisch betätigt und umfaßt einen hydraulischen Zylinder, in dem ein beweglioher Kolben 60 sich hin und her bewegt. Der Kolben 60 ist über eine Stange 62 so mit dem Schieber 50 verbunden, daß sioh jede Bewegung des Kolbens in einer gleichgerichteten Verschiebung des Schiebers auswirkt und das Öffnen und Schließen desselben hervorruft. Zwischen dem Kolben 60 und der Anlagefläche 56 des Ventilstellgliedes befindet sich eine Druckfeder 64, welche den Kolben vom Ventilgehäuse naoh außen wegdrückt.

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Zur Betätigung des hydraulischen Ventilstellgliedes wird die Gruppe Ventil und Stellglied mit einem hydraulischen Leitungssystem versehen 66, welches aus einem Kanal im Ventilgehäuse und einem Kanal 70 in der Basis 56 des Stellgliedes besteht. Die hei den Kanäle 68 und 70 sind zwecks Flüssigkeitstransport durch ein Rohrstück 72 miteinander verbunden, das eine abgedichtete Überbrückung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Stellglied darstellt, wenn diese beiden Bauteile zusammengebaut werden. Hydraulikflüssigkeit aus dem Kanal 70 tritt in einen Durchflußkanal ein, den ein rohrförmiges Leitungsstück Ik bildet, welches den Kanal in der Basis des Stellgliedes mit einem Kanal 76 verbindet, der in der Abschlußkappe 78 des hydraulischen Stellgliedes ausgebildet ist. Zur Betätigung des Stellgliedes 52 wird Druckflüssigkeit aus einem Behälter durch das Leitungssystem im Ventil und Stellglied geführt und tritt in den Zylinder 58 zur Beaufschlagung der Vorderseite des Kolbens 60 ein. Dadurch wird der Kolben 60 nach innen in Richtung auf das Ventilgehäuse 46 gedrückt, wodurch die Schraubenfeder 6k zusammengedrückt und der Ventilstößel 62 und der Schieber in eine Stellung gebracht werden, in welcher sich die Öffnung 51 im Schieber mit dem Erdölausflußkanal Ik im Bohrlochkopf deckt. Um das Ventil zu schließen, ist es dann erforderlich, das hydraulische Zuflußsystem so zu steuern, daß die Hydraulikflüssigkeit 'frei aus dem Zylinder 58 und durch das Leitungssystem 66 austreten kann. Wenn dies der Fall ist, wird durch die vereinigte Wirkung der Druckfeder 6k und des Flüssigkeitsdrucks im Räume des Stössels 62 der Stössel und damit der Kolben zwangsweise nach außen in Richtung weg vom Ventilgehäuse gedruckt, wodurch der Schieber 50 in die geschlossene Stellung gebracht wird und damit den Durchtritt der Flüssigkeit durch den Kanal Ik des Bohrlochkopfes sperrt.

Zum Zwecke der Zufuhr hydraulischer Druckflüssigkeit in das Leitungssystem 66 der Gruppe Ventil und Stellglied, wird einer von mehreren Verteilern 82 mit dem Ventilgehäuse

Sch

durch eine Ver*-rauhung 80 (Fig.2,3) verbunden.

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Fig. 3 zeigt,daß der Verteiler 82 des hydraulischen Antriebssystems mit einem Querverbindungskanal 100 versehen ist, der im Inneren eine Erweiterung 104 aufweist, welche zusammen mit der zylindrischen Außenfläche des Bolzens 80 eine ringförmige Kammer 105 bildet, die den Bolzen umschließt. Dichtungsstücke 106 dichten den Bolzen und den Verteiler 82 auf jeder Seite der ringförmigen Erweiterung 104 gegeneinander ab und erfüllen dadurch den doppelten Zweck, einerseits die Hydraulikflüssigkeit in der ringförmigen Kammer festzuhalten und anderseits ihre Vermischung mit von außen kommenden Fremdstoffen zu verhindern. Die Dichtungsstücke 106 können aus elastischen 0-Ringen (Fig.3) oder aus irgendwelchen anderen Dichtungsmitteln bestehen. Der Bolzen 80 ist mit einem Flüssigkeitskanal 108 versehen, durch den die ringförmige Kammer 105 und der Kanal 68 des hydraulischen Systems 66 miteinander verbunden werden.

Zur Verbindung des Bolzens 80 mit dem Ventilgehäuse 46 ist der Bolzen 80 mit einem Außengewinde IiO versehen, das in eine mit Innengewinde 112 versehene Stelle einer Verbindungsöffnung 114 eingeschraubt wird. Dichtungsstücke 116 (z.B. O-Ringe od.dgl. Dichtungsmittel) befinden sich auf dem Bolzen 80 und dichten diesen gegen eine zylindrische Innenfläche 113 ab, welche den Außenteil der Verbindungsöffnung 114 bildet. Die Dichtungsstücke 116 verhindern den Austritt der Hydraulikflüssigkeit aus dem Leitungssystem im Ventilgehäuse 46 und überdies das Eindringen korrosiver Flüssigkeiten von außen (z.B. Meerwasser).

Fig.4 zeigt einen Verbindungsmantel 120. Er dient zur Verbindung des selbständigen Hydraulikaggregats mit dem obersten Teil des Bohrlochventilkopfes 10. Der Verbindungsmantel 120 ist mit einem Verbindungsflansch 122 ausgestattet, der so ausgebildet ist, daß er mit einem Verbindungsflansch 124 am Oberteil des Ventilgehäuses satt aufliegend dichtet. Eine Anzahl von Blinddichtungen (je eine für jede Durchfluß-

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öffnung) befinden sich in einer Aussparung I30 des Verbindungsmantels 120 und ragen nach unten in die Erweiterungen der Leitungen 12, 14 und l6. Sie gewährleisten eine sichere Abdichtung gegen Flüssigkeitsaustritt aus den Leitungen, wenn der Verbindungsmantel mit dem Ventilgehäuse 10 zusammengespannt wird. Zwei der Blinddichtungen 126 und 128 sind in Fig.4 dargestellt. Mehrere bewegliche Spannsegmente 132 befinden sich lose im Verbindungsmantel 120; in dem in Fig.4 dargestellten zusammengebauten Zustand dienen sie dazu, die Flansche 122, 124 satt dichtend zu verbinden. An der Innenseite eines Mantelstückes 130 ist eine Kegelmantelfläche ausgebildet, die die Spannsegmente 132 in Verriegelungsstellung mit den Flanschen 122, 124 bringt, wobei die Segmente sich in der in Fig.4 gezeigten Stellung verriegeln.

Im Außenmantel I36 befindet sich auch eine Schräg*· fläche 138, welche an den rückwärtigen Nasen 140 der Spannsegmente 132 angreift. Wenn der Außenmantel 136» wie in Fig.4 gezeigt, nach oben bewegt wird, gleiten die rückwärtigen Nasen 140 über die Schrägfläche I38 ab und bewirken dadurch, daß die Spannsegmente 132 in einer Weise geschwenkt werden, daß die Flansche 122 und 124 sich voneinander lösen* Man ersieht daraus, daß bei der Abwärtsbewegung des Außenmantels 136 der Verbindungsmantel mit dem Oberteil des Bohrlochkopfes 10 zusammengespannt wird, wogegen bei entgegen gerichteter Bewegung des Außenmantels I36 (nach oben), der Verbindungsmantel vom Bohrlochkopf 10 gelöst wird.

Der Außenmantel 136 ist mit einer Innenschulter versehen, die mit einer zylindrischen, mit großem Durohnesser ausgebildeten Dichtfläche 144 zusammenwirkt, ebenso ait einer zweiten Dichtfläche 146 von geringerem Durchmesser, die sich beide im Körper des Verbindungsraantels I30 befin-.den und eine obere und untere hydraulische Betätigungekammer (148 bzw. 150) bilden. Ein ringförmiger Schließteil 152 ist am Mantelkörper I30 mit Hilfe eines Spannteils 154 und einer Anzahl von Sohrauben 156 befestigt. In die hydraulischen

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Betätigungskammern 148 und 150 wird durch Zuleitungen 158 Und l6O Druckflüssigkeit zugeführt. Die Leitungen 158 und l6O befinden sich im Mantelkörper 130» Druckflüssigkeit,

die durch den Zuflußkanal 158 in die obere Betätigungskammer 148 geleitet wird, wirkt auf die Schulter 142 des Außenmantels 136 und verschiebt diesen in Bezug auf den Mantelkörper 130 nach unten. Die Abwärtsbewegung des Außenmantels in Bezug auf den Mantelkörper bewirkt, daß die Spannsegmente 132 die Ringflansche 122 und 124 in der oben beschriebenen Weise gegeneinander spannen und verriegeln. Die Zuführung von Druckflüssigkeit in die untere hydraulische Betätigungskammer 150 durch Zuleitung l60 bewirkt eine Druckkraft gegen die untere Fläche des Absatzes 142, die eine Aufwärtsverschiebung des Außenmantels 136 relativ zum Mantelkörper (Fig.4) verursacht und damit die Freigabe- der Flansche 122 und 124 durch die Spannsegmente 132 in der oben dargestellten Weise bewirkt.

Die Innenwände des Mantelkörpers 130 bilden den Unterteil eines hydraulischen Flüssigkeitsbehälters 162. Eine Verbindungsplatte 164 ist mit dem Oberteil des Mantel körpers 130 duroh die Bolzen I66 verschraubt und an seinem Umfang mit einem Flansch 168 versehen, der durch ein Befestigungsglied 17I in engem dichtenden Kontakt mit dem unteren Flansch 170 eines zylindrischen Gehäuses 172 gehalten wird.

Ein Afäschlußteil 174 ist über ein Befestigungsstück mit dem Gehäuse 172 verbunden und an seinem oberen Ende mit einem kegelförmig ausgeweiteten Teil 178 versehen, welcher als Führungsstück bei Installationsarbeiten und für das Wiederherausholen von Wedezeugen dient» Ein Verbindungsbolzen 180 liegt genau in der Mitte einer kreisförmigen Wand 182, die die Abschlußplatte für das Abschlußstück 174 bildet. Werkzeuge für die Installation und das Wiederherausholen greifen an dem Bolzen 180 an, um das unabhängige Hydraulikaggregat auf das Bohrloch aufzusetzen oder es von diesem abzuheben· Wie ersiohtlich, kann infolge der Anordnung des Bolzens 180 auf der vertikalen Mittellinie des Bohrloohventils 10 das gleiche Führungssystem sowohl für das Hinab-

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lassen und Hochholen des Bohrlochkopfes als auch für das Hinunterlassen und Hochheiben des Hydraulikaggregates verwendet werden.

Das zylindrische Gehäuse 172 ist mit einer Reihe von Bohrungen 184 versehen, durch welche Meerwasser oder andere Stoffe aus der Umgebung, in der sich die Ventilanlage befindet, hindurchtreten können. Der obere Teil des Behälters 162 ist vom Meerwasser durch eine biegsame Membrane 186 getrennt, welche sich je nach den Volumsänderungen im Flüssigkeitsbehälter 162 ausdehsn oder zusammenziehen kann«. Die biegsame Membran 186 und die Öffnungen 184 gewährleisten, daß der Innendruck der Flüssigkeit im Behälter l62 immer gegenüber dem hydrostatischen Druck des Meerwassers über dem Bohrloch ausgeglichen ist. Durch Halter 190 ist eine Flüssigkeitspumpe 188 mit dem Oberteil der Verbindungsplatte 164 verbunden. Diese Pumpe wird von einem Elektromotor 192 angetrieben. Der Ansaugteil der Pumpe ragt in das Innere des Behälters 162 hinein. Die Pumpe 188 ist außerdem mit einer Förderleitung 194 versehen, welche einen Verteiler enthält, mit dem eine Reihe von hydraulischen Leitungen I96 mit Magnetventilen 198, die den Durchfluß durch diese Leitungen steuern, verbunden sind. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in Fig. 1 nur eine Leitung und nur ein Magnetventil dargestellt, aber es ist selbstverständlich eine ganze Anzahl von Magnetventilen über die Leitungen mit dem Verteiler 194 der Pumpe 188 verbunden. Im Innenkörper des Verbindungsmantels 130 ist eine Anzahl von Leitungskanälen 200 ausgebildet; diese Kanäle führen zu mehreren entsprechenden Verteilerleitungen 202 für die hydraulische Flüssigkeit, welche im oberen Ende des Körpers des Bohrlochventils untergebracht sind. Die Leitungen 20 2 stehen mit mehreren Leitungen 204 in Verbindung, wobei je ein Ende jeder dieser Leitungen über ein Gewinde in die äußeren, mit Gewinde versehenen Enden der Flüssigkeitsleitungen 202 eingeschraubt ist.

Die Leitungen 204 stehen mit einem Einsatzstück 206 für die Eingangsleitungen in Verbindung, welches den oberen Teil eines Flüssigkeitsverteilsystems bildet. Eine Anzahl von Übertragungsleitungen 208 für hydraulische Flüssigkeit

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gehen von dem Einsatzstück 206 aus und führen Druckflüssigkeit verschiedenen anderen Verteilern 82 zu, von denen einer in Fig. 1 ab'gebildet ist. Nach Erreichung der Verteiler 82 wird die Druckflüssigkeit aus dem Behältersystem den verschiedenen Gruppen von Ventilen und Ventilstellgliedern zu deren Betätigung in der gewünschten Reihenfolge zugeleitet. Die Magnetventile 198 können entweder durch elektrische Leitungen 199 betätigt werden, die sich von einer entfernt gelegenen Schalttafel zum Bohrloch erstrecken oder aber durch elektrischen Strom, der vom Bedienungsstand über Steuersignale ferngesteuert wird. Der Bedienungsstand kann entweder am Strand untergebracht werden, oder aber auf einer frei-

k schwimmenden oder starr befestigten Bühne an der Meeresoberfläche. Die Ventile eines Unterwasserbohrlochs können durch elektrischen Strom betätigt werden, der von einer Batterie 210, welche am oberen Ende des Bohrlochventils sitzt, geliefert wird. Die Speicherbatterie 210 kann ihrerseits durch einen in Abständen fließenden Strom aus einer entfernt liegenden elektrischen Energiequelle immer wieder aufgeladen werden. Eine Schutzabdeckung 212 umschließt die gekrümmten Rohre und schützt die Leitungen vor Beschädigung von außen. Die Abdeckung 212 ist mit dem Bohrlochkopf durch Schrauben 214 verbunden, die entweder in Gewindebohrungen im Einsatzstück oder in Flansche 215 auf dem Körper des Bohrlöchkopfes hineinragen.

) Zur elektronischen Betätigung eines der Magnetventile 198 ist ein Signalempfänger 216 am Behälter für die hydraulische Flüssigkeit befestigt. Dieser Signal empfänger 216 kann ausgerüstet werden für die Aufnahme von Schallsignalen, elektronischen Impulsen oder elektrischen Signalen, die von entfernt liegenden Sendern ausgestrahlt werden und die Ventile über eine Schaltlogik steuern, mit der der Empfänger ausgestattet ist. Die Steuerung der Ventile 198 (einzeln oder zu mehreren) erfolgt dann durch elektrische Impulse, wodurch Druckflüssigkeit zu einem bestimmten Ventilstellglied gelangt und dieses in der oben beschriebenen Weise betätigt. Wenn erwünscht, kann der Signalempfänger auch innerhalb des Flüssigkeitsbehälters angebracht werden, um so vor Beschädigung von außen geschützt zu sein.

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Um die hydraulische Flüssigkeitspumpe bei der Förderung der Druckflüssigkeit zu unterstützen, ist ein Sammler 220 durch eine Leitung 221 mit dem Ausgangsverteiler 194 der Pumpe 188 verbunden. Im Sammler befindet sich ein kompressibles Medium (etwa Luft oder trockener Stickstoff), welches durch die von der hydraulischen Pumpe 188 angelieferte Druckflüssigkeit zusammengedrückt wird. Der Elektromotor 192 wird durch ein auf Druck ansprechendes Schaltsystem ausgeschaltet, wenn der Flüssigkeits- oder Gasdruck einen voreingestellten maximalen Wert (z.B. 130 atü) erreicht. Bei Betätigung irgend eines der Magnetventile 198 wird der Motor 192 eingeschaltet, und die Pumpe 188 beginnt Flüssigkeit durch den Austrittsverteiler 194 zu fördern. Gleichzeitig wird Druck aus dem Sammler 220 über die Magnetventile 198 und durch die Leitungen 200 zum hydraulischen Verteilersystem einer bestimmten Gruppe von Ventil und Ventilstellglied geleitet, um der Pumpe bei der Betätigung der gewählten Bohrkopfventile zu helfen. Der Sammler kann ebenfalls innerhalb des Gehäuses, das den Flüssigkeitsbehälter 162 bildet, untergebracht werden.

Der Bohrlochkopf mit seinen Ventilen und Stellgliedern kann mit dem hydraulischen Antriebsaggregat zusammen und mit diesem schon verbunden installiert werden, oder von Antriebsaggregat getrennt, wobei die Flüssigkeitskanäle 12, 14 und l6 in geöffneter Stellung sind. Das hydraulische Antriebsaggregat kann von oben her auf den obersten Teil des Bohrloohventilkörpers 10 aufgesetzt werden, wobei für das Absenken des Aggregats das gleiche Führungssystem wie für den·Bohrlochventilkopf mit Betätigungsgliedern verwendet werden kann. Beim Absenken des hydraulischen Antriebsaggregats stülpt sich der Außenmantel 136 des Verbindungsstückes 120 in oberster Stellung auf den Bohrlochkopf, und die Spannsegmente 132 kippen, wie vorher beschrieben, nach oben in die geöffnete Stellung« Wenn dann die Flansche 122 und 124 aufeinander aufliegen, wird durch den Kanal 158 Druckflüssigkeit in die obere hydraulische

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Betatigungskammer 148 geleitet, die den Außenmantel 136 in Bezug auf den Verbindungskörper 130 nach unten drückt und damit die Spannsegmente 132 in die in Fig.4 gezeigte Sperrstellung schwenkt.

Zur Betätigung irgend eines der Stellglieder für die Bohrlochventile wird von einem entfernt gelegenen Sender aus ein Signal an den Empfänger 216 ausgeschickt. Dieses Signal wird von der Schaltlogik des Empfängers in einen elektrischen Impuls umgewandelt, der eines oder mehrere Magnetventile 198 betätigt. Nach Betätigung in der gewählten Reihenfolge öffnen sich die Magnetventile und hydraulische Druckflüssigkeit gelangt vom Verteiler 194 und vom Sammler 220 durch die Leitung I96 und die Kanäle 200 und 204 zu dem jeweils erforderlichen Stellglied über die Verteilerleitungen 208, Gleich nach Betätigung des gewählten Ventils mit Ventilstellglied wird die Pumpe 188 durch den Elektromotor 192 genügend lange Zeit weiter angetrieben, damit der Druck im Sammler 220 auf einen vorbestimmten maximalen Wert steigt, bei dem dann die Pumpe 188 wegen der Abschaltung des Motors 192 außer Funktion tritt.

Das hydraulische Antriebsaggregat kann leicht und schnell vom Bohrlochkopf 10 abgenommen werden, indem man einfach hydraulische Druckflüssigkeit in die untere Betätigungskammer ISO einströmen läßt, wodurch der Außenmantel 136 in Bezug auf den Körper des Verbindungsstückes 13O nach oben verschoben wird. Bei dieser Bewegung greifen die Schrägen 138 an den rückwärtigen Nasen 140 der Spannsegmente 132 an und schwenken diese in die geöffnete oder entriegelte Stellung, wodurch die Flanschen 122 und 124 freigegeben werden. Eine geeignete Hebeeinrichtung, welche an dem Zapfen 180 angreift, kann dann für das Abheben des hydraulischen Antriebsaggregats und für seinen Transport an die Meeresoberfläche eingesetzt werden, damit es dort gewartet oder bis zur weiteren Verwendung gelagert werden kann. Die Blinddichtungen 126 und 128 (Fig«4) sind jeweils mit dem Körper des Verbindungsstückes 130 verbunden und werden zusammen mit dem Antriebsaggregat entfernt, sodaß die Flüssig-

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keitskanäle 12, lh und 16 für Service und Wartung freiliegen. Es ist ersichtlich, daß die Installation und das Abnehmen der hydraulischen Antriebsgruppe vom Bohrlochkopf vorgenommen werden kann, ohne daß dabei hydraulische Rohrverbindungen außerhalb der Anlage zusammengesetzt oder auseinandergenommen werden müssen. Weiters ist klar, daß Wartungsarbeiten am Bohrlochkopf ohne jede Gefahr einer eventuellen unsachgemäßen Betätigung eines Ventils oder eines Ventilstellgliedes vorgenommen werden können, was eine Versteiles eines Ventils in eine unsichere Lage ausschließt.

Patentansprüche ;

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Claims

P ate Ii ta η s ρ r ü c h ei

1. Versenkbare Ventilanlage für Bohrlöcher, daduroh gekennzeichnet, daß ein Ventilgehäuse mit durch diese hindurchgehenden Öffnungen für den FlUssigkeitsdurchtritt und mit Ventilen (18) für die Steuerung.des Flüssigkeitsdurchgangs durch die Durchflußöffnungen vorgesehen sind, wobei die Ventile hydraulisch betätigte Ventilstellglieder (52) haben, um das Öffnen und Schließen der Ventile zu steuern, daß eine unabhängige, elektrisch betätigte, hydraulische Flüssigkeitsquelle vorgesehen ist, die das obere Ende der Ventilanlage bildet, wobei die Flüssigkeitsquelle fernbetätigte Verbindungsmittel zwecks lösbarer Befestigung auf dem oberen Ende des besagten Ventilgehäuses besitzt und die Verbindungsmittel den Hin- und Rückfluß der Flüssigkeit zwischen der Flüssigkeitsquelle und den Ventilstellgliedern gewährleisten, wodurch die VentilstellgÄeder in entsprechender Weise beaufschlagt werden und die Bewegung der Bohrlochventile in Abhängigkeit von der entsprechenden Betätigung der hydraulischen Kraftquelle steuern.

2. Ventilanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kraftquelle am unteren Ende mit einem Verbindungsmantel (l2O) ausgestattet ist und der Verbindungsmantel so betätigt wird, daß er die hydraulische Kraftquelle mit dem Ventilgehäuse (1O) lösbar verbindet«

3· Ventilanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsmantel hydraulisch betätigt wird, um die Flüssigkeitskraftquelle mit dem Ventilgehäuse (lO) zu verbinden oder die_Kraftquelle vom besagten Ventilgehäuse zu lösen.

k, Ventilanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsmantel (120-) Verschlußmittel beinhaltet, die einen dichtenden Verschluß der Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen bilden.

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5. Ventilanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (46) Mittel für die Verteilung der hydraulischen Flüssigkeit vorgesehen sind und mit den Ventilstellgliedern (52) in leitender Verbindung stehen, daß Mittel (158, l6o) für den Zufluß der hydraulischen Flüssigkeit im Verbindungsmantel (l2O) vorgesehen sind, welche eine abgedichtete Flüssigkeitsverbindung mit den Mitteln für»die Verteilung der Flüssigkeit herstellen, wobei die Kraftquelle Steuerungsmittel für die selektive Betätigung der Ventilstellglieder über die Mittel (158) für den Flüssigkeitszufluß und die Flüssigkeitsverteilung enthält.

6. Versenkbare Ventilanlage für Bohrlöcher, mit einem Ventilgehäuse mit einer in diesem ausgebildeten Anzahl von Flüssigkeitskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse zumindestens ein Ventil (l8) für jeden der Flüssigkeitskanäle enthält und jedes Ventil ein hydraulisch betätigtes Stellglied (52) zur Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs besitzt, um den Flüssigkeitsdurchtritt durch die Kanäle zu steuern, daß eine unabhängige elektrisch betätigte hydraulische Kraftquelle wrhanden ist, die das obere Ende der Ventilanlage bildet, wobei die hydraulische Kraftquelle ein Gehäuse enthält, das einen Flüssigkeitsbehälter (162) bildet, und der Behälter mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt ist, daß eine Pumpe (I88) vorgesehen ist, die im Gehäuse angeordnet ist, deren Ansaugöffnung in leitender Verbindung mit dem Behälter steht und die mit einem Verteiler (194) im Förderkreis versehen ist, der hydraulische Druckflüssigkeit liefert, sobald die Pumpe in Gang gesetzt wird, daß die hydraulische Kraftquelle mit einer Anzahl von Zubringerleitungen für die hydraulische Flüssigkeit versehen ist, welche mit dem Verteiler in leitender Verbindung stehen, daß Steuerventile (198) zur selektiven Steuerung des Flusses des Hydraulikmittels durch die Zubringerleitungen und eine Anzahl von FlUssigkeitsverteilerleitungen vorgesehen sind, die in leitender Verbindung mit den Ventilstellgliedern (52) und den Zubringerleitungen sind, wodurch eine selektive Be-

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tätigung der Steuerventile möglich wird und die Betätigung eines bestimmten Stellgliedes der Ventilstellglieder erfolgt, und daß Mittel zur lösbaren Befestigung der hydraulischen Kraftquelle auf dem oberen Ende des Gehäuses (lO) für das Bohrlochventil vorgesehen sind.

7. Ventilanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur lösbaren Verbindung der hydraulischen Kraftquelle mit dem Ventilgehäuse einen Teil des Flüssigkeitsbehälters (162) bilden.

8. Ventilanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Kraftquelle Druckausgleichsmittel (z.B. 186) beinhaltet, um ausgeglichene Druckverhältnisse zwischen der hydraulischen Flüssigkeit im Behälter (162) und dem hydrostatischen Druok der umgebenden Flüssigkeit, in der sich die Anlage Befindet, zu gewährleisten.

9. Ventilanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (z-,B.12O) für die lösbare Verbindung der hydraulischen Kraftquelle mit dem Ventilgehäuse (lO) eine Anzahl von Spannsegmenten .(132) enthalten, die an dem unteren Ende der hydraulischen Kraftquelle und am oberen Ende des Ventilgehäuses angreifen, daß Abschrägungen (z.B.138) vorhanden sind, an denen die Spannsegmente (132) entlang gleiten und dabei aus einer entriegelten Stellung in eine verriegelte Stellung bewegt werden, in der die Spannsegmente die hydraulische Kraftquelle mit dem Ventilgehäuse kraftschlüssig verbinden.

10. Ventllanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur lösbaren Verbindung der hydraulischen Kraftquelle mit dem Ventilgehäuse einen ersten Flansch (122) auf der hydraulishen Kraftquelle und einen zweiten Flansch (124) auf dem Ventilgehäuse beinhalten, und daß eine Anzahl von Spannsegmenten, die auf der Kraftquelle montiert sind und ein bewegliches Glied (136) zur Betätigung der Spannsegmente vorhanden sind, das auf der Kraftquelle montiert ist und die Spannsegmente (132) zwischen einer Verriegelungsstellung, in der die Segmente die Flansche (122, 12A) in engem abdichtenden Kontakt miteinander halten und einer entriegelten Stellung, in der die Segmente die Flansche loslassen, hin-und herzu* .lie-weg-

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lieh ist, wodurch die hydraulische Kraftquelle von dem Ventilgehäuse durch eine entsprechende Bewegung des Betätigungsgliedes für die Spannsegmente gelöst werden kann.

11. Ventilanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Verschlußmittel (126, 128) vorhanden sind, die auf der hydraulischen Kraftquelle befestigt sind und einen dichtenden Abschluß innerhalb der Leitungskanäle des Ventilgehäuses bilden, wobei der Verschluß von den Leitungskanälen entfernt wird, wenn die Kraftquelle vom Ventilgehäuse abgenommen wird, sodaß die besagten Flüssigkeitsleitungen für Wartungsarbeit en zugänglich werden.

12. Unabhängige hydraulische Kraftquelle für eine versenkbare Ventilanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von in der Ventilanlage vorgesehenen Durchflußkanälen und eine Anzahl von hydraulisch betätigten Ventilen für die Steuerung des Flusses durch diese Kanäle aufweist, daß das Ventilgehäuse an seinem oberen Ende einen Verbindungsflansch besitzt und eine Anzahl Kanäle (z.B.202, 204) für die^ Verteilung der hydraulischen Flüssigkeit, die sich vom Verbindungsflansch zu den hydraulisch betätigten Ventilen erstrecken, daß die hydraulische Kraftquelle einen inneren Ver— bindungsmantel (l3O) mit einem Verbindungsflansch (122) an seiner Unterseite enthält, daß eine Anzahl von Spannsegmenten (132), die rings um den Innenmantel beweglich angeordnet sind und ein den Innenmantel umgebender Außenmantel (136) vorgesehen sind, der an den Spannsegmenten angreift und dieselben in ihrer Verriegelungsstellung in eine Stellung zwingt, in der sich die Verbindungsflansche in kraftschlüssiger, dicht sitzender Verbindung befinden, daß Mittel zur wahlweisen Bewegung des Außenmantels und GehäuseteÜB vorgesehen sind, die mit dem Innenmantel verbunden sind und zusammen mit diesem einen hydraulischen Flüssigkeitsbehälter (162) bilden, daß hydraulische Flüssigkeit in dem Behälter (162) und eine Pumpe (188) im hydraulischen Flüssigkeitsbehälter vorgesehen sind, deren Ansaugöffnung in leitender Verbindung mit dem Behälter steht, daß eine Pumpenförderleitung (194) und eine Anzahl von

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Flüssigkeitszufuhrleitungen (200) vorhanden sind, die sich von der Förderleitung zu den Verteilerleitungen erstrecken und daß Ventile (i-98.) für jede der Verteilerleitungen vorgesehen sind, wobei diese Ventile einzeln ferngesteuert werden können, um die hydraulisch betätigten Ventile in gewünschter Reihenfolge zu steuern.

13· Kraftquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (136) des Verbindungsstückes von einer entfernt gelegenen Kommandostelle aus hydraulisch betätigt werden kann.

Ik. Kraftquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzielung ausgeglichener Druckverhältnisse zwischen der hydraulischen Flüssigkeit im Behälter (162) und dem hydrostatischen Druck des Mediums, in das die hydraulische Kraftquelle versenkt wird, vorhanden ist.

15. Kraftquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammler (220) vorhanden ist, der in leitender Verbindung mit der Förderleitung (194) der Pumpe (I88) steht, daß im Sammler ein kompressibles Medium, das durch die hydraulische Flüssigkeit komprimiert wird, vorhanden ist, wodurch die im Sammler gespeicherte Druckflüssigkeit dazu dient, die Pumpe bei der Förderung der hydraulischen Flüssigkeit zur Betätigung der Ventile zu unterstützen, sobald die Ventile (46) für die Zufuhr der Flüssigkeit betätigt werden.

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