DE2313937A1

DE2313937A1 - Absperreinrichtung fuer tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2313937A1
Application number: DE2313937A
Authority: DE
Inventors: Kurt Leutwyler
Original assignee: Baker Oil Tools Inc
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1973-09-27
Also published as: JPS5441003B2; IT986033B; JPS4913727A; FR2176659B1; DE2313937B2; DE2313937C3; FR2176659A1; CA960637A; GB1390049A; GB1390050A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-IN6. DR. IUR. DIPI ΙΝβ.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück , 19. März 1973

MOSERSTRASSE 2Ο/2-» L/Th

Baker Oil Tools, Inc.,

7^00 East Slauson Avenue

Los Angeles. California 900*10, U.S.A, Absperreinrichtung für Tiefbohrungen

Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung für Tiefbohrungen rait einem in einem langgestreckten Gehäuse mit einem Strömungskanal angeordneten Kugelventil, dessen Ventilkugel einen Durchgangskanal aufweist, einer Betätigungseinrichtung zum Drehen der Ventilkugel zwischen einer ersten Stellung, in der der Durchgangskanal mit dem Ströraungskanal fluchtet, und einer zweiten Stellung, in der der Strömungskanal durch die Ventilkugel geschlossen ist, und mit einer die Ventilkugel abdichtenden kombinierten Metall-auf-Metall- und elastischen Dichtungseinrichtung.

Bei bekannten Absoerreinrichtungen besteht die Dichtungseinrichtung für das Kugelventil üblicherweise entweder aus zusammenwirkenden kugeligen Metall-auf-Metall-Plächen an der Ventilkugel und entSDrechenden Dichtungsrohren bzw. -hülsen, elastischen Dichtungen, die von den Hülsen getragen sind und

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an der Kugeloberfläche angreifen, oder aus einer Kombination von Metall-auf-Metall- und elastischen Dichtungen,

Es ist jedoch schwierig, insbesondere bei Schmutz enthaltenden oder korrosiven Strömungsmedien die Metall-auf-Metall-Dichtung aufrechtzuerhalten, und die entweder allein oder in Kombination mit einer Metall-auf-Metall-Dichtung vorgesehenen elastischen Dichtungen urterliegen aufgrund der Drehung der Ventilkugel in der elastischen Dichtung einem schnellen Verschleiß und lassen daher bald in ihrer Wirkung nach. Das Verschleißr>roblem stellt sich bei derartigen, z. B. aus Gummi bestehenden, elastischen Dichtungen insbesondere dann, wenn das Ventil unter Hochdruckbedingungen eingesetzt wird und Strömungen mit hoher Geschwindigkeit am Ventil auftreten sowie eine starke Relativbewegung zwischen den Dichtungsflächen beim öffnen und Schließen des Ventils stattfindet.

Die Erfindung schafft hier Abhilfe und ist ausgehend von einer Absperreinrichtung der eingangs angegebenen Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung ein Paar einander gegenüberliegender ringförmiger Primärdichtungsflächen, die an entgegengesetzten Seiten der Ventilkugel in Dichtungseingriff anliegen, und eine ringförmige elastische Sekundärdichtung umfaßt, die zu einer der Primärdichtungs flächen radial nach außen versetzt angeordnet und mit der Ventilkugel in Eingriff bringbar ist, wobei dfe Ventilkugel vor ihrer Drehung zwischen den beiden Stellungen in Längsrichtung zum Strömungskanal und außer

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Eingriff mit der Sekundärdichtung bewegbar ist. Hierdurch ist eine kombinierte Metall-auf-Metall- und elastische bzw, elastomer Dichtungseinrichtung für das Kugelventil geschaffen, bei der ein starker Verschleiß der elastischen Dichtung dadurch vermieden ist, daß die Ventilkugel linear außer und in Dichtungsberührung mit der elastischen Dichtung bewegt und erst dann gedreht wird.' wenn sie sich außer Eingriff mit der elastischen Dichtung befindet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die elastische Dichtung nicht von dem oder den rohrförmigen Dichtungskörpern getragen, die an der Ventilkugel anliegen und deren Drehung bewirken können, sondern ortsfest angeordnet und vorzugsweise von einer Ventilkugelabstützung getragen.

Die Absperreinrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft bei Unterwasser-Tiefbohrungen angewendet werden, bei denen die ein Lecken des Ventils verhindernden Dichtungsdrücke beträchtlich sind und das durch das Ventil strömende Medium Schmutz enthalten oder korrosiv sein kann. Da die elastische Dichtung keinen hohen Druckunterschieden ausgesetzt ist und keine gleitende oder drehende Relativbewegung zum Ventil erfahrt, wird die Lebensdauer der Dichtung beträchtlich gesteigert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfingung ergeben sich aus den Ansorüchen und der nachstehenden

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	1	_n . 2313937
		eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs-
Beschreibung		der Zeichnung zeigen:
beispiels. In	2a, 2b 2c	eine schematische Darstellung eines Unterwasser-
Pig		Bohrlochs , in das eine automatische Unterwasser-
		Absoerreinrichtung eingesetzt worden ist;
		einen Viertellängsschnitt durch eine Ausführungs form eines automatischen Absperrventils nach der
Pig. und	3	Erfindung im offenen Zustand, wobei die Pig. 2b
		und 2c fortlaufende Verlängerungen der Pig, 2a
	H	nach unten sind;
		einen senkrechten Detailschnitt nach der Linie 3-3
Pig.	5a, 5b 5c	der Fig. 2b;
		einen senkrechten Detailschnitt nach der Linie ¹I-¹I
Pig.		der Fig. 3;
	6	einen Viertellängsschnitt entsDrechend den Fig. 2a bis 2c, wobei sich jedoch das Ventil in Schließ
Pig. und		stellung befindet und die Pig, 5b und 5c fortlau
	7	fende Verlängerungen der Fig, 5a nach unten sind;
		einen abgebrochenen Längsschnitt nach der Linie
Pig.		6-6 der Fig. 5b;
		einen Schnitt entsprechend Fig. 3» wobei die Ven
Pig.	8	tilkugel in Schließstellung gedreht,iedoch vor
		ihrem Eingriff mit der elastischen Dichtung darge
		stellt ist;
	einen Schnitt entsprechend Fig. 7, wobei jedoch di>
Pig.	Ventilkugel mit der elastischen Dichtung in Ein-

griff ist; und

Fig. 9 eine perspektivische Detailansicht der Ventilkugel des Trägers und der elastischen Dichtung in Explosivdarstellung.

Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, ist eine automatische Absperreinrichtung V in einen Förderrohrstrang T eingebaut. der sich durch ein Bohrlochgehäuse .C, das in ein Bohrloch W eingesetzt ist, nach unten erstreckt. Der Rohrstrang T und das Gehäuse C erstrecken sich nach oben durch ein Gewässer zu einer Plattform P. Auf der Plattform befindet, sich ein herkömmlicher ventilversehener RohrkoDf H, von dem eine Strömungsleitung F ausgeht, mittels welcher Bohrlochmedien zu einem an einer geeigneten Stellje angeordneten Lagerbehälter geführt werden. In das Gehäuse C ist eine Dichtungspackung 10 eingesetzt, die eine Dichtung zwischen dem Rohrstrang T und dem Gehäuse unter der Absoerreinrichtung V bildet. Letztere bleibt, wie im folgenden beschrieben wird, nur solange offen, wie ihr ein geeigneter Steuermediumdruck aus einer Druckquelle 11 durch einen Steuennediumrohrstrang CF zugeführt wird, der sich nach unten durch das Gehäuse C von der Druckquelle 11 zur Absperreinrichtung V erstreckt.

Bei der dargestellten Aus führungshorn» umfaßt die Absoerreinrichtung ein langgestrecktes, ro^rförmiges äußeres Gehäuse 20 mit einem oberen Gehäuseabschnitt 21, der bei 22 mit dem unteren Ende des Rohrstrangs T über der AbsDerreinrichtung verschraubt

ist. An seinem unteren Ende ist der obere Gehäuseabschnitt 21

bei 23 mit einem ZwischengehSuseabschnitt 24 verschraubt, der sich nach unten erstreckt und bei 25 mit einem unteren Gehäuseabschnitt 26 verschraubt ist. Letzterer ist an seinem unteren Ende bei 27 mit einer Verbindungshülse 28 verschraubt, die ihrerseits bei 29 an ihrem unteren Ende mit dem Rohrstrang verschraubt ist, der sich nach unten in das Bohrloch unter der Absperreinrichtung erstreckt. Der Zwischengehäuseabschnitt 24 besitzt einen sich nach oben erstreckenden zylindrischen Abschnitt 30 in einer Gegenbohrung 31 des oberen Gehäuseabschnitts 21, Der zylindrische Abschnitt 30 trägt eine geeignete Dichtung 32, die mit Dichtungseingriff, in der Bohrung 31 IJe^t. über der Dichtung 32 besitzt das zylindrische Sr.d> 30 eiλv* geeignete Anzahl aufwärtsgerichteter, mit Winkel.;;-st-and angeordneter Finger 33, die eine nach oben gerichtete Schulter 34 bi^len, deren Zweck später beschrieben wird. Der Zwischengehäuseab^clinitt 24 besitzt eine Innenbohrung 35 und eine nah innen weisende innere Schulter 36 gegenüber einer aufwärts weisenden Schulter 37 am oberen Ende des unteren Gehäuseabschnitts 2o, Unter der Schulter 37 besitzt der Gehäuseabschnitt 26 einen zylindrischen Endabschnitt 38, der einen in der Bohrung 35 liegenden Dichtungsring 39 trägt, Zwischen der nach unten weisenden Schulter 36 und der nach oben weisenden Schulter 37 befindet sich ein Ventilträger bzw. Stützkörper 40, der, wie insbesondere Pig, 9 zeigt, aus einem oberen und einem unteren diametral geteilten Stirnring ¹Il bzw. 42 und einem Paar diametral mit Abstand voneinander angeordneter, sich in Längsrichtung erstreckender VentilstützrioDen bzw. Stangen 4 3, die die Stirnringe 41 und 43 miteinander verbinden, besteht, Die

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Stangen 43 besitzen nach innen gerichtet, gegenüberliegende Zat>-fen ¹I^I, von denen .jeder in einen Schlitz 45 in der angrenzenden Seite eines Ventilkörpers 46 eingreift, wodurch, wie im folgenden ausführlicher beschrieben wird, die Ventilkugel 46 zwischen der offenen, eine Durchströmung zulassenden Stellung nach den Pig. 2a bis 2c und der geschlossenen, eine Durchströmung verhindernden Stellung nach den Pig. 5a bis 5c bewegt werden kann.

Der untere Gehäuseabschnitt 26 besitzt eine Innenbohrung 37, die einei oberen zylindrischen Endbereich 48 der Verbindungshülse 28 aufnimmt, wobei letztere mit einem Dichtungsring 49 versehen ist, der mit Dichtungseingriff in der Bohrung 37 unter der oberen Endfläche 50 der Hülse 28 liegt. Diese Endfläche 50 stellt einen Anschlag bzw. einen Sitz· für eine Schraubendruckfeder 51 dar, die in der Bohrung 47 angeordnet ist und deren innerer Windungsdurchmesser vorzugsweise größer als der Strömungskanal in der Absperreinrichtung iab.

Die Feder 51 ist eine Ventilbetätigungsfeder und liegt an ihrem oberen Ende an einem unteren Endflansch" bzw. Anschlag einer unteren Vent Übet ätigungs- und Dichtungshülse 53 an, die in einer reduzierten Bohrung 54 im oberen Gehäuseabschnitt 26 mit längsv erlaufenden und im Winkelabstand angeordneten Kanälen 55 zur Ermöglichung eines freien Mediumstroms, wie SDäter beschrieben wird, hin- und hergehbar angeordnet ist. An ihrem oberen Ende besitzt die Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 53 eine ringförmige, kugelige Sitzfläche 56. mit dsr sie in Dichtunp;seingriff

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an einer kugeligen Ventilgegenfläche 57 des Ventilköroers 46 anliegt.

über dem Ventilköroer 46 befindet sich im äußeren Gehäuse 20 hin- und hergehbar eine obere Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 60, die an ihrem unteren Ende eine kugelige Ventileingriffs- und Dichtungsfläche 61 aufweist, die mit der kugeligen Oberfläche J 57 des Ventilkörpers 46 in Eingriff bringbar ist. Die obere Ventilhülse 60 erstreckt sich nach oben radial nach innen versetzt innerhalb des äußeren oberen Gehäuseabschnitts 21 und besitzt an ihrem oberen Ende einen zylindrischen Endabschnitt 62, der sich hin- und hergehbar in eine Bohrung 63 des äußeren Gehäuseabschnit 21 erstreckt. Letzterer besitzt einen Dichtungsring 64, der gleitbar und mit Dichtungseingriff am zylindrischen Abschnitt 62 der Hülse 60 über einem sich radial nach innen erstreckenden Zylinderkopf 65 des Gehäuseabschnitts 21 anliegt. Unter dem Zylinderkopf 65 befindet sich ein sich radial nach außen erstreckender Kolben 66 an der Hülse 60.

Die Hülse 60 trägt innerhalb der Bohrung 31 des Gehäuseabschnitts 21 eineßy-Oass-Ventilhülse 67 mit ainem ringförmigen Zwischenkolbenabschnitt 68, der mit einer gleitbar irider Bohrung 31 liegenden Außendichtung 69 versehen ist. Die Hülse 60 trägt eine Innendichtung 70, die gleitbar in der By-pass-Ventilhülse 67 liegt. Wie ersichtlich, ist zwischen dem ringförmigen Kolben 68 uiid dem Zylinderkonf 65 ein sich in Längsrichtung erstreckender ringförmiger Druckraum 71 gebüd-et, dem ein Steuermedium durch

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einen langgestreckten Kanal 72 im äußeren Gehäuseabschnitt 21 zugeführt wird. Der Kanal 72 mündet in den Druckraum 71 am Zylinderkopf 65 und ist durch eine geeignete Armatur mit der Sfcuermediumleitung bzw. dem Rohrstrang CP verbunden. Die wirksame auf den Druck ansprechende Fläche der Hülse 60 im Raum 71 ist die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der- Hülse 60, an der die Ventilhülse67 angeordnet ist, und dem oberen Ende 62 kiel-, neren Durchmessers der Hülse 60. ' ·

Die By-pass-Ventilhülse 67 kann normalerweise in der in Pig. 2a gezeigten Stellung mittels mehrerer sich nach oben erstreckender, normalerweise nach innen zurückgezogener, jedoch elastisch nach außen aufweitbarer Klemm- bzw. Sperrfinger 71 gehalten werden, die nach innen gerichtete Ansätze 75 an ihren oberen Enden aufweisen, die mit einer nach außen vorragenden Schulter 76 der Hülse 60 in Eingriff bringbar sind. Unterhalb des Kolbenabschnitt 68 besitzt die By-pass-Ventilhülse 67 eine geeignete Anzahl radialer By-pass- Kanäle 77, die in einer, in Fig. 2a dargestellten Stellung der Hülse 67 mit Abstand über einer geeigneten Anzahl, radialer Kanäle 78 in der Hülse 60 liegen. In einer zweiten Stellung, wenn die Soerrfinger 7Ί gelöst sind und die By-oass-Ventilhülse 67 nach unten verschoben worden ist, stehen die Kanäle 77 und 78 jedoch in Verbindung. Der untere kanalfreie Abschnitt 79 der By-pass-Ventilhülse 67 bildet eine innere zylindrische Fläche 80. an der eine obere Ringdichtung 81 und eine untere Ringdichtung 82 anliegen, zwischen denen die Kanäle 78 angeordnet sind,

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so daß in der Stellung nach Fig. 2 der Bohrlochmediumdruck die Ventilhülse 67 nicht umgehen kann.

Wenn sich die Ventilbebätigungs- und Dichtungshülse 60 in der Stellung nach den Fig. 2a und 2b befindet, die in Bezug auc das Gehäuse 20 eine untere Stellung ist, befindet sich der Ve\tixkörper 46 in der Offenstellung und die Stirndichtungsfläche 61 der Hülse 60 wird durch den nach unten auf die Hülse 60 wirkenden Druck des Steuermediums im Raum 71 in Eingriff mit der Kugelfläche 57 des Ventilkörpers 46 gedrückt. Diese abwärtsgerichtete Kraft wird dunh den Ventilkörner HS auf die untere Ventilbetätigungs- und Dichtungshin..u· 53 durch die Dichtungsfläche 5o < deren oberem Ende und die Kugelfläche 57 des Ventilkörpers 46 übertragen und drückt die F'.cler 51 Lusanwen, Unter diesen Umstän den befindet sich der Ventilkugelkörner 46 in der Offenstellung, wobei das Verhältnis der oben erwähnten Ventilkugelbetätigungszapfen 44 und des Schlitzes 45 am deutlichsten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Wie bereits erwähnt, besitzt der Ventilkugelkör-Der 46 identische Schlitze 45 an gegenüberliegenden Seiten, in die diametral gegenüberliegende Zapfen eingreifen. Der Ventilkugelkörner 46 besitzt an jeder seiner gegenüberliegenden Seiten eine ebene Sehnen-fläche 90 an den diametral gegenüberliegenden Stangen 43 des Kugelträgers 40. Der Schlitz 45 verläuft radial in Bezug auf die Drehachse des Ventilkugelköprers 46, und in radialer Ausrichtung mit dem Schlitz 45 ragt ein Anschlag 91 von der ebenen Fläche 90 nach außen und bildet ein Paar rechtwinklig zueinander stehender Anschlagflächen 91a und 91b. Wenn sich der

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VentilkugelkörDer 16 in der Stellung nach ^ig. 3 befindet, liegt die Anschlagfläche 91a an der senkrechten Seitenwandung Oa der anliegenden Stange 13 an,wodurch die Drehung des Ventilköroers 16 in Richtung des Pfeils in die Stellung, in der das Ventil offei ist, begrenzt ist. Die Anschlagfläche 91b des Anschlags 91 liegt entsprechend der Darstellung in Fig. 8 an der Stfengenflache 13a an, um die Drehung des Ventilköroers 16 in die Stellung, in der das Ventil geschlossen ist, zu begrenzen. Eine derartige Drehung zwischen der Offen- und Schließstellung wird durch eine Längsbzw. Vertikalbewegung des Ventilkörpers 16 im Träger 10 hervorgerufen, wobei die beiden Extremstellungen in den Fig. 3 und 8 dargestellt sind. Wie oben erwähnt und im folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Ventilkörper 16 in Längsrichtung durch eine Längsbewegung der oberen Betätigungshülse 60 und der unteren Betätigungshülse 53 verschoben, wie es durch die Pfeile in Fig. angedeutet ist. Der Schlitz 15 ist derart ausgebildet, daß er eine Drehung des Ventilkörpers 16 herbeiführt, wenn sich letztere: vertikal bzw. in Längsrichtung im Träger 10 bewegt. Zu diesem Zweck ist entsprechend der Darstellung in Fig. 3 der Schlitz 1.5 im Ventilkörper 16 durch gegenüberliegende Wandungen 15a und 15b bildet, die im rechten Winkel zueinander und Darallel zur Anschlai fläche 91a bzw. 91b verlaufen. Am Sefedtel des zwischen den Wandungen 15a und 15b gebildeten* Winkels öffnet sich der Schlitz bei 15c radial nach innen. Semit ist das Verhältnis zwischen dem Zapfen 11 und der Wandung 15a so, daß die Ventilkugel 16 aus der Stellung nach Fig. 8 in die Stellung nach Fig. 3 gedreht wird, wenn sich die Ventilkugel 16 in Bezug auf den Zapfen 11 nach unten

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bewegt, und umgekehrt kommt die ebene Wandung 45b am Zapfen 44 zur Anlage und dreht die Ventilkugel aus der Stellung nach Fig. in die Stellung nach Fig. 8, wenn sich der Ventilkörper 46 nach oben bewegt. Es ist jedoch ersichtlich, daß, wenn sich der Ventilkörper 46 in der Stelung nach Fig. 8 befindet, der Zaofen 44 außer Eingriff mit der ebenen Wandung 45b ist, so daß eine freie Längsbewegung der Ventilkugel 46 mSglicht ist, nachdem die Anschlagfläche 91b an der Stangenwandung 43a anliegt. Eine entsprechend, begrenzte freie Abwärtsbewegung der Ventilkugel 46 ist bei geöffnetem Kugelventil entsprechend der Darstellung in Fig. 3 zugelassen, wobei der Zapfen 44 die Schlitzwandung 45a freigibt, wenn die Anschlagfläche 91a an der Seitenwandung 43a der Stange 43 zur Anlage kommt. Eine derartige Verbindung der Ventilkugel 46 und des Drehzapfens 44 mit freier bzw. verlorener Bewegung entlastet die Verbindung von möglicherweise Beschädigungen hervorrufenden Kräften, wenn sich die Ventilkugel in der Schließ- bzw. Offenstellung befindet und erleichtert zusätzlich die Verwendung einer im folgenden beschriebenen elastischen Dichtung,

Der Ventilkugelträger 40 trägt unter dem oberen geteilten Ringbereich 41 eine elastische Dichtung 100, durch die die obere Betätigungshülse 60 hin- und herbeweglich ist. Diese Dichtung 100 umfaßt einen Stützring 101 mit einem axial verlaufenden zvlindrischen Mantel 102, der von einem inneren Ringkanal 101a aufgenommen wird, welcher im in das Gehäuse eingebauten Träger 40 gebildet ist. In den Mantel 102 ist ein federnder, gummielastischer bzw, elastisch verformbarer Ringkörper 103 eingegossen oder auf

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sonstige Weise fest eingefügt, dessen Hauptbereich 101 radial nach innen vorsDringt und in Eingriff mit dem Außenumfang der Hülse 60 steht. Der elastische Ringkörper 103 besitzt eine innere Umfangsnut IO5 über dem Hauotbereich ΙΟΊ und eine untere, ringförmige Schrägfläche 106, die mit der kugeligen Dichtungsfläche 57 der Ventilkugel 16 in Eingriff bringbar ist'.' wenn letztere, in Bezug auf den Träger 10 radial nach oben in Dichtungseingriff mit der Dichtung 100 bewegt wird. Wie aus den Pig. 6 und 8 ersichtlich bildet die Dichtungsstirnfläche 6l der Hülse 60 eine innere, in Umfangsrichtung ununterbrochene Metall-auf-Metall-Dichtung mit der Ventilkugel 16,' und der elastische Ringkörper 103 bildet eine äußere, in Umfangsrichtung ununterbrochene Dichtung, Die Metallauf-Metall-Dichtung zwischen der Hülse 60 und der Ventilkugel 16 ist die Primärdichtung. Da jedoch derartige Metall-auf-Metall-Dichtungen Beschädigungen durch Schmutz enthaltende oder korrosive Strömungsmedien erfahren, die zu gewissen Leckschäden führen, stellt die äußere elastische Dichtung eine Sekundärdichtung dar, die dem geringen, durch einen Leckschaden bzw. ein Durchsickern zwischen der Metall-auf-Metall-Dichtung verursachten Differens- bzw. Wirdruck ungeachtet dessen, daß die Kugelfläche 57 der Ventilktigel möglicherweise angekratzt oder angefressen ist, standhalten kann., Im Betrieb ist der elastische Dichtungsköroer 103 stationär und kommt mit der Ventilkugel 16 während des l*zten Anteils deren aufwärtsgerichteter Längsbewegung in Bezug auf den Kugelträger 10 in Eingriff, wobei die Ventilkugel außer Eingriff mit der elastischen Dichtung während des Anfangsanteils der nach unten gerichteten Längsbewegung der Ventilkugel 16 in Bezug auf

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den Kugelträger ^O gelangt. Der Anfangsanteil einer derartigen Abwärtsbewegung der Ventilkugel ¹16 erfolgt erst dann, wenn das By-pass-Ventil 76 für einen Druckausgleich des Strömungsmediums am geschlossenen Kugelventil geöffnet v/orden ist, so daß die elastische Dichtung 100 beim öffnen des Kugelventils keinem beträchtlichen Differenz- bzw. Wirkdruck oder einer starken ht äiumströmung ausgesetzt ist. Die Lebensdauer der elastischen Dichtung wird ferner durch die Tatsache erhöht, daß sich die Veritilkugel während ihres Eingriffs mit der elastischen Dichtung nicht dreht.

Bei äer Anwendung der Erfindung wird der Rohrstrang T mit der ein · gebauten Absperreinrichtung V in das Bohrloch an die gewünschte Stelle abgelassen, wobei die D-ichtuhgspäckung 10 den Ringraum zwischen dem Rohrstrang und dem Gehäuse C abdichtet und die Steuer' meaiumleituhg gleichzeitig mit dem Rohrstrang T in das Bohrloch eihglässeh wird. Unter normalen Umständen befindet sich die Ahsperreinrichtung V in dem in den Fig, 5a bis 5c und 8 dargestellten Zustand, wenn sie in das Bohrloch eingelassen wird, wobei aie Betätigung^feder 51 die Betätigungs- und Ventilsitzhülse 53 nach oben in Dichtungseingriff mit der Ventilkugel M6 drückt, so daß letztere durch die Kraft der Feder 51 in der Schließstellung: nach Fig. 8 gehalten wird. Die Aufwärtsbewegung der oberen Betätigungshülse 60 ist durch Anlage des oberen Endes des Kolbens 66 im Steuermediumdruckraum 71 am Zylinderkopf 75 begrenzt, und äie Vehtilkugel M6 ist daher unter "Druck zwischen der unteren Betätigungshülse 53 und der oberen Betätigungshülse 60 unter dem

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Einfluß der Feder 51 und des Differenzdrucks gehalten, der durch Strömungsmedium im Bohrloch hervorgerufen wird, das auf die auf den Differenzdruck ansnrechende Fläche der unteren Betätigungshülse 53 wirkt, wenn deren Dichtungsfläche 56 sich mit der Ventilkugel H6 in Dichtungseingriff befindet. Die elastische Sekundärdichtung 100 liegt hierbei dichtend an der Ventilkugelfläche 57 an, um Leckströme zwischen dieser und der Hülsenfläche 61 zu verhindern.

Wenn das Unterwasserventil geöffnet werden soll, damit das Bohrloch fördern kann, wird ein Steuermediumdruck in den Raum 71 über die Steuermeaiumleitung CF aus der Quelle 11 eingeführt. Ei: derartiger Steuermediumdruck wirkt auf den Kolben 68 der By-pass Ventilhülse 67, um letztere nach unten aus der Stellung nach Fig. 5a zu drücken. Der auf den Kolben 68 einwirkende Steuermediumdruck überwindet die elastischen Soerrfiner 7¹·, so daß diese nach außen geführt werden und von der Schulter 76 freikommen. Wenn sich die By-pass-Ventilkanäle 77 in der Ventilhülse 76 und die Kanäle 78 in der Betätigungshülse 60 in Übereinstimmung befinden, wird eine Strömungsmittelverbindung durch die Längskanäle 55 im unteren Gehäuseabachnitt 26 und um die Außenfläche der Ventilkugel H6, durch das offene By-pass-Ventil, und in den Rohrstrang T über dem geschlossenen Kugelventil hergestellt. Wenn somit der Druck des Strömungsmediums im Rohrstrang T unter und über der Ventilkugel Ί6 ausgeglichen ist, geht deren Bewegung aus der Schließ- in die Offenstellung leicht vonstatten und wird der Reibungseingriff der Hülsendichtungs-

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flächen 56 und 61 mit der Dichtungsfläche 57 der Ventilkugel wesentlich herabgesetzt. Außerdem tritt kein wesentlicher Differenz- bzw. Wirkdruck an der elastischen Dichtung 100 auf, der einen Duchtritt von Strömungsmedium und eine Beschädigung der elastischen Dichtung verursachen könnte.

Daraufhin kann zunöffnen des Kugelventils, um erforderlichenfall die Reibung zu überweinden, der Steuermediumdruck im Druckraum '71 erhöht werden, der auf die Kolbenfläche der Böbätigungshülse 60 wirkt und diese nach unten aus der Stellung nach Pig, 5a in die Stellung nach Fig. 2a drückt. Während einer derartigen Abwärtsbewegung ist das By-Dass-Ventil 67 an einer weiteren Abwärtsbewegung durch Anlage an den Enden 34 der mit Winkelabstand angeordneten Anschlagfinger 33 gehindet, Wenn sich die Hülse 60 abwärts bewegt, bewegt sich die Ventilkugel 46 entsprechend abwärts, und wenn die Wandung 45a des zugehörigen Schlitzes 45 den stationären Betätigungszaofen 44 berührt, wird die Ventilkugel 46 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis die Anschlag· fläche 91a die Anschlagwandung 43a des Ventilkugelträgers 40 berührt, zu welcher Zeit entsprechend der Darstellung in Fig. 3 die ebene Wandung 45a und der Zapfen 44 voneinander frei sind, so daß sämtlicheinlängsrichtung wirkenden Kräfte von der Betätigunshülse 60 durch die Dichtungsflächen 6l, 57 und 56 auf die Feder 51 übertragen werden können, ohne daß eine derartige Kraft auf die Kugelventildrehzapfen- und Schlitzeinrichtung angewandt wird, Das Bohrloch kann dann fördern, solange der Druck im Strömungsmediumdruckraum 71 eine Abwärtskraft auf die Hülse 60 aus-

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übt, die die entgegengerichtete Aufwärtskraft, die durch die Kombination der Feder 51 und den auf die untere Betätigungshülse 53 wirkenden Druck hervorgerufen wird, überwindet.

Wenn aus irgendeinem Grunde der Steuermediumdruck kleiner wird, etwa aufgrund einer Eesdrödigung der Steuermediumleitung CP zwischen der AbsDerreinrichtung V und der Plattform P, oder wenn aus einem anderen Grunde gewollt das Bohrloch geschlossen werden jsoll, wirken die Feder 51 und der Strömungsmitteldruck in der Weise nach oben auf die untere Betätigungshülse 53, daß die verbleibende, durch den Steuermediumdruck bewirkte Abwärtskraft Überwunden wird. Wenn die Betätigungshülse 53 die Ventilkugel 46 nach oben bewegt, berühren die Zapfen 44 die entsprechenden ebenen Wandungen 45b der Schlitze 45. um eine Drehung der Ventilkugel 46 im Uhrzeigersinn aus der Stellung nach Fig. 7 in die Stellung nach Fig. 8 zu bewirken, bis die Anschlagfläche 91b der Ventilkugel 46 die Anschlagfläche 43a des Kugelträgers 40 berührt. Daraufhin können sich die geschlossene: Ventilkugel und die zugehörigen Betätigungshülsen 53 und 60 nach oben bewegen, bis der Kolben 66 den Zylinderkopf 65 berührt. Sodann wird die Ventilkugel 46 unter Druck zwischen den Betätigungshülsen 53 und 60 unter dem Einfluß der Feder 51 und dem Bohrlochmediumdruck unter der Absperreinrichtung gehalten, wobei der elastische Dichtungskörper 103 in elastisch verformtem Dichtungseingriff mit der Kugelfläche 57 steht.

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Claims

Patentansprüche:

1. Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem in einem langgestreckten Gehäuse mit einem Strömungskanal angeordneten Kugelventil, dessen Ventilkugel einen Durchgangskanal aufwe ^L einer Betätigungseinrichtung zum Drehen der Ventilkugel zwischen einer ersten Stellung, in der der Durchgangskanal mit dem Strömungskanal fluchtet, und einer zweiten Stellung, in der der Strtf mungskanal durch die Ventilkugel geschlossen ist, und mit einer die Ventilkugel abdichtenden kombinierten Metall-auf-Metall- und elastischen Dichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung ein Paar einander gegenüberliegende: ringförmiger Primärdichtungs lachen (56,61), die an entgegengesetzten Seiten der Ventilkugel (46) in Dichtungseingriff anliegen, und eine ringförmige elastische Sekundärdichtung (100) umfaßt, die zu einer der Primärdichtungsflächen radial nach außen versetzt angeordnet und mit der Ventilkugel in Eingriff bringbar ist, wobei die Ventilkugel vor ihrer Drehung zwischen den beiden Stellungen in Längsrichtung zum Strömungskanal und außer Eingriff mit der Sekundärdichtung bewegbar ist.

2. Absüerreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Primärdicht ungs fläche"n (56.61) an den der Ventilkegel (46) zugewandten Enden zweier einander gegenüberliegender Betätigungshülsen (53160) der Ventilkugel gebildet sind und die Sekundärdichtung (100) ortsfest angeordnet ist,

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3. AbsDerreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung (100) in einer Abstützung (10) der Ventilkugel (16) angeordnet ist.

1. Absperreinrichtung nach einem der Ansorüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel (16) und die Ventilabstützung (10) eine zusammenwirkende Einrichtung zum Drehen der Ventilkugel zwischen den beiden Stellungen als Folge einer Längsbewegung der Betätigungshülsen (53,60) und der Ventilkugel in entgegengesetzten Richtungen im Gehäuse (20) aufweist, die obere Betätigungshülse (60) und das Gehäuse einen Steurmedium-Druckraum (71) bilden, wobei die obere Betätigungshftlse durch den Druck des Steuermediums im Druckraum für eine Abwärtsbewegung der Betätigungshülsen und der Ventilkugel und die untere BetätigungshüBe (53) durch den Druck des Bohrlochmediums für eine Aufwärtsbewegung der Betätigungshülsen und der Ventilkugel betätigbar ist, und ein durch den Druck des Steuermediums im Druckraum in eine Offenstellung bewegbares By-Oass-Ventil (67,77 zum Ausgleichen des Strömungsmediumdrucks an der Ventilkugel in deren zweiter Stellung für eine Entlastung des Reibungseingriffs der Sekundärdichtung (100) mit der Ventilkugel vorgesehen ist.

5. Absperreinrichtung nach einem der Ansorüche 1 bis 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel (16) während des Endanteils ihrer Bewegung in die erste und zweite Stellung in Bezug auf das Gehäuse (20) längsbewegbar ist.

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6. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drehen der Ventil kugel (46) zwischen der ersten und der zweiten Stellung zusammenwirkende Zapfen (44) und Zapfeneingriffsflächen (45) an der Ventilkugelabstützung (40) und der Ventilkugel umfaßt,

7. Absperreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zaofen (44) an der Ventilkugelabstützung (40) und die ZaDfeneingriffsflächen (45) durch Wandungen (45a*,'45b) der Ventilkugel (46) gebildet sind.

8. Absperreinrichtung nach Anspruch 6 oder 7", dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (44) und Zaofeneingriffsflochen (45) bei Drehung der Ventilkugel (46) in eine der beiden Stellungen für eine weitere nichtdrehende Längsbewegung der Ventilkugel außer Eingriff bringbar sind,

9. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilkugel (46) und der Ventilkugelabstützung (40) Anschlagflächen (91a,91b;43a) zur Begrenzung der Ventilkugeldrehung in die erste und zweite Stellung vorgesehen sind,

10. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung (100) einen mit der Ventilkugelabstützung (40) verbundenen Trägerring (101)-und einen in diesem angeordneten elastischen Ringkttrner (103) umfaßt,

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der bereichsweise mit einer der Betätigungshülsen (53.60) und der Oberfläche (57) der Ventilkugel (1»6) in Eingriff bringbar ist

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