DE2043385C3 - Ausbruchsventil für Bohrlöcher - Google Patents

Description

und zwar auch dann, wenn das Ausbruchsventil für

Unterwasserbohrungen verwendet wird und dort beispielsweise direkt oberhalb des Bohrlochkopfes an-Die Erfindung betrifft ein Ausbruchsventil für 50 geordnet ist.

Bohrlöcher mit einer radial wirkenden Blähkörper- Die lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der

dichtung innerhalb eines Gehäuses, welches eine Dichteinsatz mit einem starren Ring verbunden ist, obere und eine untere, in axialer Richtung miteinan- der eine Verriegelungsnut zur Aufnahme von radial der und mit der Blähkörperdichtung fluchtende Öff- verschieblich im Gehäuse gelagerten Klinken aufnung für den Durchgang eines Werkzeugs aufweist, 55 weist. Bei diesem Ausbruchsventil braucht zum Aus- und mit einem innerhalb der Blähkörperdichtung lös- wechseln des Dichteinsatzes lediglich die Verriegebar angeordneten Dichteinsatz aus gummielastischem lung gelöst werden, weil dann der Dichteinsatz aus Material, der auf einer Schulter an der unteren öff- der Blähkörperdichtung und damit aus dem Gehäuse nung des Gehäuses abgestützt ist, wobei die obere herausgezogen werden kann. Das Entriegeln und öffnung des Gehäuses größer als der Dichteinsatz ist. 60 Verriegeln des Dichteinsatzes kann ohne weiteres mit Beim Bohren nach öl, insbesondere beim Bohren Hilfe von Fernsteuerungen erfolgen, weil die Klinken unter Wasser von einer schwimmenden Plattform keine Drehbewegung, sondern nur eine translatoriaus, benutzt man stationäre Ausbruchsventile, durch sehe Bewegung ausführen, die sich auf einfache deren Blähkörperdichtung die Bohrwerkzeuge, die Weise erzeugen und steuern läßt. Verwendet man tragenden Rohre und die die Rohre verbindenden 65 also das Ausbruchsventil für Unterwasserbohrungen, Ringhülsen hindurchgezogen werden können, ohne so läßt sich ohne den sonst erforderlichen Aufwand daß der Druck innerhalb der Bohrung zusammen- ein häufiges Überwachen und Auswechseln des dem bricht oder das Wasser in die Bohrung eintritt. Die Verschleiß ausgesetzten Dichteinsatzes vornehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläuteit. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines schwimmenden Wasserfahrzeugs oberhalb einer Unterwasserbohrung mit einem Bohrkopf und einem verbesserten stationären Ausbruchsventil nach der Erfindung,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht durch die Vorrichtung nach F i g. 1 entsprechend der Ebene H-II,

F i g. 3 einen Teil der Ansicht nach F i g. 2, während ein Bohrrohr mit einer Hülse hindurchgezogen wird,

F i g. 4 eine Ansicht ähnlich der nach F i g. 3, wobei gezeigt ist, wie ein Rückhol werkzeug den Dichteinsatz entfernt.

Gemäß F i g. 1 ist ein schwimmendes Schiff bzw. ein Ponton 10 über eine geeipnete nicht gezeigte Verankcrung im Wasser oder Meer 11 oberhalb eines Bohrlochs 12 am Meeresboden 13 festgelegt. Auf dem Meeresboden sitzt ein Unterwasserbohrlochkopf 14. Das Schiff 10 trägt ein gebräuchliches Bohrgestell 15, von dem aus ein Einhänger 16 zum Bohrlochkopf 14 verläuft, um einzelne Abschnitte des rohrförmigen Bohrwerkzeugs 17 in den Bohrkopf 14 zu führen. Die Abschnitte sind über Hülsen 18 miteinander verbunden. Der Einhänger Ϊ6 enthält außerdem eine hydraulische Druckleitung 19 und eine Rückführungsleitung 20 zum Anschluß an den Bohrlochkopf 14.

Der Unterwasserbohrlochkopf 14 umfaßt eine verbesserte stationäre Ausbruchsvorrichtung mit einem stationären Ausbruchsventil 25, mit einem herausnehmbaren oder rückholbaren Dichteinsatz 45, mit einer Einrichtung 50 zum Ausrichten des Einsatzes und mit einer Verriegelung 55 zum lösbaren Festlegen des Einsatzes. Das Ausbruchsventil 25 ist außerdem mit einer Speicheranordnung 75 verbunden, welche den Überdruck ausgleicht, der erzeugt wird, wenn eine Rohrhülse durch den Dichteinsatz 45 hindurchgeht. Anschließend stellt die Speicheranordnung den auf das Ausbruchsventil 25 und den Dichteinsatz 45 ausgeübten Druck wieder her.

Wie sich am besten aus F i g. 2 ergibt, umfaßt das stationäre Ausbruchsventü 25 ein Gehäuse 26 mit einer unteren zentralen öffnung 27, die mit einer abgeschrägten Schulter 29 in eine ringförmige horizontale Fläche 28 übergeht. Weiterhin wird eine obere zylindrische Innenfläche 30 gebildet, die sich von der ringförmigen Fläche 28 bis zum offenen Oberende des Gehäuses 26 erstreckt.

Durch dieses offene Oberende des Gehäuses 26 ist eine Blähkörperdichtung eingesetzt, die insgesamt das Bezugszeichen 31 trägt. Die Blähkörperdichtung weist ein äußeres ring- oder rohrförmiges Element 32 auf, dessen Mittelabschnitt 33 aus Gummi besteht und zwischen oberen und unteren Verstärkungsringen 34 und 35 liegt. Ein inneres ring- oder rohrförmiges Element 36 liegt innerhalb des äußeren rohrförmigen Elements 32 und weist ebenfalls einen mittleren Gummiabschnitt 37 mit einer sich radial nach innen öffnenden V-förmigen Nut 38 sowie obere und untere Verstärkungsringe 39 und 40 auf.

Auf dem Gehäuse 26 ist in üblicher Weise mittels Schrauben ein Deckel 41 befestigt, der das oben offene Ende abschließt. Der Deckel 41 weist eine obere zentrale öffnung 42 auf, die in axialer Richtung mit der zentralen öffnung 27 des Gehäuses 26 fluchtet, jedoch im Durchmesser etwas größer ist. Weiterbin bildet der Deckel 41 eine ebene Ringfläche 43, die parallel zu der horizontalen ringförmigen Fläche 28 des Gehäuses 26 liegt und mit dieser einen Abstand zur Bildung einer Gehäusekammer einschließt. Die beiden horizontalen Ringfläcben 28 und 43 dienen zur Anlage der oberen und unteren, inneren und äußeren Ringe 39, 34, 35 und 40, um die Blähkörperdichtung 31 in der Gehäusekammer des Ausbruchs-

ίο ventils 25 auszurichten und zu halten. Dabei ist eine geeignete Anzahl von Dichtungen 44 vorgesehen, um den Deckel 41, die Ringe 28, 34, 39 und 43 sowie das Gehäuse 26 abzudichten.

Der entfenibare oder riickholbare Dichteinsatz 45 ist ring- oder rohrförmig ausgebildet und umfaßt einen mittleren Abschnitt 46 aus Gummi, der zwisehen steifen oberen und unteren Ringen 47 und 48 liegt. Der Außendurchmesser des Einsatzes 45 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der oberen

»o zentralen öffnung 42, jedoch etwas größer als der Innendurchmesser der unteren zentralen öffnung 27. Sein Innendurchmesser übersteigt den Außendurchmesser sowohl der rohrförmigen Bohrwerkzeuge 17 als auch der HüWvii «sder Werkzeugverbindungs-

»5 stücke 18.

Der D\chteinsatz 43 kann in das stationäre Ausbruchsventil 25 eingesetzt werden und weist insgesamt mit 50 bezeichnete Mittel auf, die ihn korrekt gegenüber dem Ventil ausrichten. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform umfassen diese Mittel 50 eine schrägflächige Abstützungsfläche 51 an dem unteren Metallring 48 sowie die Schrägflächige Schulter 29 im Gehäuse 26. Da der untere Ring 48 einen größeren Durchmesser als die untere zentrale öffnung 27 aufweist, kommt die Schulter 29 an der Abstützungsfläche zur Anlage, wenn der rückholbare Dichteinsatz 45 in das Ausbruchsventil 25 hineingleitet.

Das Ausbruchsventü 25 und der Dichteinsatz 45 sind mit einer Verriegelung versehen, die insgesamt das Bezugszeichen 55 trägt Sie ist vorgesehen, um den Dichteinsatz 45 lösbar in dem stationären Ausbruchsventil 25 festzuhalten. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform besteht die Arretie-

rung 55 aus einer umlaufenden, nach außen offenen Verriegelungsnut 56 im oberen Ring 47 sowie aus radial durch den Deckel 41 laufenden öffnungen 57 zur Aufnahme von bewegbaren Klinkenanordnungen 58, die lösbar in die Verriegelungsnut 56 eingreifen.

Die bewegbaren Klinkenanordnungen umfassen eine Klinke 59, weiche gleitend jeweils in eine radiale öffnung 57 eingesetzt ist. Die Klinke 59 trägt eine nach unten abgeschrägte, radial nach innen ragende Nase, die passend in die Verriegelungsnut 56 einge-

führt werden kann. Die Klinke 59 sitzt an einer Kolbenstange 61, welche sich, von der Klinke aus gesehen, radial nach außen durch eine öffnung 62 in einen hohlen Zylinder 63 erstreckt. In jeder öffnung 57 des Deckels 41 sitzt ein derartiger Zylinder. Das Außenende der Kolbenstange 61 ist in gebräuchlieher Weise an einem Kolben 64 befestigt, welcher sich in dem Zylinder 63 bewegen kann.

Das Außenende des Zylinders 63 ist von einem Zylinderdeckel 65 verschlossen. Dort sitzt eine Feder 66, die sich radial nach innen erstreckt und am Außenende des Kolbens 64 anliegt, um letzteren sowie damit gleichzeitig die Klinke 59 radial nach innen zu verspannen. Der Zylinder 63 ist mit einem

Paar von öffnungen 67 und 68 versehen, von denen jede nahe einem Ende des Zylinders liegt. Die öffnungen sind an von der Oberfläche aus gesteuerte, nicht gezeigte Zuführungsleitungen für ein Strömungsmittel angeschlossen. Diese Leitungen gehören zu den Druckleitungen 19. Außerdem weist die An-Ordnung aus Zylinder und Kolben eine geeignete Anzahl von Dichtungen 69 auf, die ein Entweichen von Druck bzw. Strömungsmittel verhindert.

Die Klinke 59 kann aus ihrer Verriegelungsstellung gemäß F i g. 2 und 3 radial nach außen gegen die Wirkung der Feder 66 in die Öffnungsstellung gemäß F i g. 4 bewegt werden, und zwar mittels eines Differenzdrucks im Strömungsmittel, der über die öffnungen 67 und 68 angelegt wird. Wird der Differenzdruck abgeschaltet, so kehrt die Klinke unter der Wirkung der Feder 66 in ihre Verriegelungsstellung gemäß F i g. 2 und 3 zurück.

Das stationäre Ausbruchsventil 25 ist außerdem mit einer Einrichtung versehen, die insgesamt das ao Bezugszeichen 70 trägt und dazu dient, wahlweise hydraulische Druckflüssigkeit zuzuführen. Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung 70 eine Druckleitung 71, die zu den Druckleitungen 19 gehört und an das Gehäuse 26 »5 angeschlossen ist, um Flüssigkeit unter Druck durch eine Einlaßöffnung 72 in das Gehäuse einzuleiten, und zwar in den Raum zwischen der Außenfläche des Gummiabschnitts 33 des äußeren Elements 32 und der oberen zylindrischen Innenfläche 30 des Gehäuses 26. Diese Verhältnisse gehen am deutlichsten aus F i g. 2 hervor.

Die Flüssigkeitsspeichervorrichtung 75 umfaßt eine Auslaßöffnung 76 im Ventilgehäuse 26. Eine von der öffnung 76 ausgehende Leitung 77 führt die Flüssigkeit zu einer öffnung 78 am oberen Ende eines Speicherzylinders 79. Der Speicherzylinder ist mit einem in vertikaler Richtung gleitenden Kolben 80 versehen, der über geeignete Dichtungen 81 abgedichtet ist, um die Flüssigkeit im oberen Raum des Zylinders 79 zu halten. Im Zylinder 79 zwischen dessen Boden und der Unterseite des Kolbens 80 sitzt eine Feder 82, die den Koi'uen nach oben verspannt. Der Zylinder 79 weist weiterhin eine untere öffnung 83 auf, die an eine mit Druckgas beaufschlagte Lei- « tung 84 angeschlossen ist, um einen Ausgleich zwisehen der Feder 82 und der Flüssigkeit oberhalb des Kolbens 80 zu schaffen.

Steigt der Flüssigkeitsdruck im Ausbruchsventil 25 an, so schiebt er den Kolben 80 gegen die Wirkung der Feder 82 und des Druckgases nach unten, wodurch mehr Flüssigkeit aus dem Ausbruchsventil entweichen kann. Fällt dagegen der Druck im Ausbruchsventil ab, so wird der Kolben 80 von der Feder 82 und dem Druckgas angehoben, um die darüber befindliche Flüssigkeit m das Ventil zu fördern.

Man kann den Dichteinsatz 45 vom Schiff 10 aus in das stationäre Ausbruchsventil 25 einbringen, indem man ein rohrförmiges Bohrwerkzeug 17 hineinschiebt und dann unterhalb des Einsatzes und oberhalb der nicht gezeigten Bohrspitze einen nicht gezeigten Stift befestigt. Das roniförmige Bohrwerkzeug 17 nrit dem Dichteinsatz 45 wird dann entlang deiB Einhänger 16 nach unten geführt Sobald der untere Ring 48 des Dichteinsatzes 45 das Ausbruchsventil 25 erreicht, greift die Abstützungsfläche 51 an den schrägflächigen Nasen 60 der Klinken 59 an und drückt die Klinken 59 gegen die Wirkung der Feder 66 nach außen in ihre Öffnungsstellung, in der sie den Dichteinsatz 45 passieren lassen.

Wie am besten aus F i g. 4 hervorgeht, gleitet der Dichteinsatz 45 durch die obere zentrale öffnung 42 und durch das Ausbruchsventil 25 hindurch, bis die Abstützungsfläche 51 an der schrägflächigen Schulter 29 des Gehäuses 26 angreift und die Abwärtsbewegung des Einsatzes 45 beendet. Dabei wird der Einsatz korrekt relativ zum Ausbruchsventil ausgerichtet.

Ist der Ausrichtvorgang des Dichteinsatzes 45 relativ zum stationären Ausbruchsventil 25 beendet, so gleiten die Nasen 60 der Klinken 59 unter der Wirkung der Federn 66 radial einwärts in die Verriegelungsnut 56, welche gleichzeitig mit den Nasen 60 fluchtet. Letztere greifen also in diese Nut des oberen Rings 47 ein, um den Einsatz 45 innerhalb des Ausbruchsventils festzuhalten.

Wenn der Gummiabschnitt 46 des Dichteinsatzes 45 nach häufiger Betätigung als verschlissen angesehen wird, so kann der Einsatz 45 zur Inspektion seiner Oberfläche aus dem Ausbruchsventil 25 herausgenommen werden. Zum Entfernen des Einsatzes 45 wird der Druck in den Druckleitungen 19 aufgehoben, so daß der mittlere Gummiabschnitt 46, der Gummiabschnitt 37 und der Gummiabschnitt 33 in ihre Öffnungslage nach F i g. 4 gelangen können.

An dem Bohrrohr 17 wird ein Rückholwerkzeug

85 befestigt. Gemäß F i g. 4 umfaßt es radial bewegbare Backen 86, die sich durch Öffnungen 87 des Werkzeugs erstrecken. Die Backen 86 werden von Federn 88 radial nach innen verspannt. Das Rückholwerkzeug 85 weist weiterhin einen Keil 89 auf, der die Backen 86 gegen die Wirkung der Feder 88 radial nach außen drückt.

Das Rückholwerkzeug 85 wird durch den Dichteinsatz 45 nach unten abgelenkt, wobei die Backen

86 zurückgezogen sind. Dann wird der Keil 89 nach unten gepreßt, so daß er die Backen 86 radial nach außen spreizt, und zwar so weit, daß sie den unteren Ring 48 des Dichteinsatzes 45 ergreifen können. Mit den radial nach außen ragenden Backen 86 wird das Rückholwerkzeug 85 angehoben, bis die Backen 86 am unteren Ring 48 angreifen.

Daraufhin wird dann die Arretierung 55 gelöst, indem man Druckfluid durch die Öffnung 68 am radial innen liegenden Ende des Kolbens 64 einleitet und damit den Kolben 64, die Kolbenstange 61 und die Klinke 59 radial nach außen gegen den Druck der Feder 65 bewegt Die schrägflächige Nase 60 gleitet dabei aus der Verriegelungsnut 56 des oberen Rings 47 heraus. Wie sich am besten aus Fig. 4 ergibt, wird damit der Dichteinsatz 45 freigegeben, so daß er zusammen mit dem Rückholwerkzeug 85 durch Anheben des Bohrrohrs 17 unter Verwendung des Bohrgestells 15 nach oben auf das Schiff bzw. den Ponton 10 gefördert werden kann. Dort kann der Einsatz 45 inspiziert und wieder eingesetzt bzw., falls erforderlich, ersetzt werden, indem man den Einführungsvorgang wiederholt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Blähkörperdichtung bleibt auch dann wirksam, wenn Patentansprüche· die die Rohre verbindenden Ringhülsen einen größe ren Durchmesser als die Rohre selbst aufweisen, weil

1. Ausbruchsventil für Bohrlöcher mit einer sie sich der Form der Rohre bzw. der Ringhülsen radial wirkenden Blähkörperdichtung innerhalb 5 selbsttätig anpassen, da sie unter einem von der eines Gehäuses, welches eine obere und eine un- Plattform gesteuerten Flüssigkeitsdruck stehen.

tere, in axialer Richtung miteinander und mit der Um zu verhindern, daß bei dem häufigen Wechsel

Blähkörperdichtung fluchtende Öffnung für den der Bohrwerkzeuge die Blähkörperdichtung verDurchgang eines Werkzeugs aufweist, und mit schleißt, ist innerhalb der Blähkorperdichtung em einem innerhalb der Blähkörperdichtung lösbar io Dichteinsatz lösbar angeordnet. Dieser Dichtemsatz angeordneten Dichteinsatz aus gummielastischem ist ebenfalls aus gummielastischem Material er tragt Material, der auf einer Schulter an der unteren jedoch die Verschleißbeanspruchung. Er muß desweöffnung des Gehäuses abgestützt ist, wobei die gen häufiger ausgewechselt werden,
obere öffnung des Gehäuses größer als der Bekannt ist es, den Dichteinsatz auf einer Schulter

Dichteinsatz ist, dadurch ge ken η zeich- 15 an der unteren öffnung des Gehäuses abzustützen, net, daß der Dichteinsatz (45) mit einem star- Dazu ist bei einer Ausführungsform (vgl. USA.-Paren Ring (47) verbunden ist, der eine Verriege- tentschrift 3 100 015) auf der Schulter an der unteren lungsnut (56) zur Aufnahme von radial ver- öffnung des Gehäuses ein geschlitzter Ring angeordschieblich im Gehäuse (26) gelagerten Klinken net, der sich federnd gegen das Gehäuse legt. Dieser (59) aufweist. so Ring besitzt eine nach innen konische Abstützfläche,

2. Ausbruchsventil nach Anspruch 1, dadurch gegen die sich der ebenfalls konisch ausgebildete gekennzeichnet, daß der starre Ring (47) am obe- Dich*einsatz legt. Zur Befestigung im Gehäuse wird ren Ende des Dichteinsatzes (45) vorgesehen ist der Dichteinsalz von einem oberen Ring gehalten, der und daß der Dichteinsatz (45) am unteren Ende ebenfalU eine nach innen konische Abstützfläche beeinen weiteren starren Ring (48) mit einer koni- 25 sitzt, gegen die sich der konisch ausgebildete Dichtschen Abstützungsfläche (51) zur Anlage an der einsatz legt. Der obere Ring besitzt ein Außengekomplementär ausgebildeten Schulter (29) des winde, mit dem er sich in das Innengewinde einer Gehäuses (26) trägt. oberen öffnung im Gehäuse einschrauben läßt. Das

3. Ausbruchsventil nach Anspruch 1 oder 2, Auswechseln dieses Dichteinsatzes ist schwierig, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken (59) 30 denn der Ring kann nur durch Abschrauben von unter der Wirkung von hydraulisch betätigbaren dem Gehäuse gelöst werden.

Kolben (64) im Bereich der oberen öffnung (42) Zwar kennt man Ausführungsformen, bei denen

des Gehäuses verschiebbar sind. die Dichtung, insbesondere die Blähkörperdichtung

4. Ausbruchsventil nach einem der An- mit den Ringen verbunden ist, damit soll aber ledigsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die 35 Hch eine Stützwirkung für die Blähkörperdichtung Klinken (59) von jeweils einer Feder (66) radial erreicht werden, während die Befestigung der Blähnach innen verspannt sind und am inneren Ende körperdichtung mit einer Überwurfmutter am Genach unten abgeschrägte Nasen tragen. häuse erfolgt (vgl. USA.-Patentschrift 2 548 412).

5. Ausbruchsventil nach einem der An- Im übrigen ist es bekannt, Teile von Ausbruchssprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der 40 ventilen oder von Bohrköpfen mit Hilfe von Verrie-Dichteinsatz (45) mittels eines durch seine Innen- gelungsnuten und darin eingreifenden verschiebbaren öffnung schiebbaren Werkzeugs (85) mit radial Klinken miteinander zu verriegeln (vgl. USA.-Patentnach außen bewegbaren Backen (86) aus dem schrift 3 350 103, deutsche Auslegeschrift 1 226 057). Gehäuse (26) entfernbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

45 Ausbruchsventil anzugeben, dessen Dichteinsatz in einfacherer Weise ein- und ausgebaut werden kann,