DE2313937C3 - Absperreinrichtung für Tiefbohrungen - Google Patents

Description

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aus Gummi bestehenden, elastischen Dichtungen insbesondere dann, wenn das Ventil unter Hochdruckbedingungen eingesetzt wird und Strömungen mit hoher Geschwindigkeit am Ventil auftreten sov,ie eine starke Relativbewegung zwischen den Dirhtungsflächen 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 Dichtuugseinrichtung eine mit der Ventilkugel in Dichtungseingriff stehende ringförmige Primärdichtung und eine ringförmige elastische Sekundärdichtung umfaßt, die zu der Primärdichtung radial nach außen versetzt angeordnet und mit der Ventilkuge! 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.

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

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Pri-"wdichtung an einem der Ventilkugel zugewandten Ende einer längsbewegbaren Betätigungshülso der Ventilkugel gebildet und die Sekundärdichtung ortsfest angeordnet Für ein Bewegen der Ventilkugel in beiden Längsrichtungen können eine obere und eine untere Betätigungshülse vorgesehen sein, wobei an dem der Ventilkugel zugewandten Ende der unteren Beiätigungshülse eine ringförmige, kugelige Dichtungsfläche '35 ausgebildet ist

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 Sekundärdichtung keinen hohen Druckunterschieden ausgesetzt ist und keine gleitende oder drehende Relativbewegung zum Venil erfährt, wird die Lebensdauer der Dichtung beträchtlich gesteigert

Zusätzliche Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aue weiteren Unteransprüchen. In der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Unterwasser-Bohrlochs, in das eine automatische Unterwasser-Absperreinrichtung eingesetzt worden ist,

F i g. 2a, 2b und 2c einen Viertellängsschnitt durch eine Ausführungsform eines automatischen Absperrventils nach der Erfindung im offenen Zustand, wobei die F i g. 2b und 2c fortlaufende Verlängerungen der F i g. 2a nach unten sind,

F i g. 3 einen senkrechten Detailschnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 2b,

F i g. 4 einen senkrechten Detailschnitt nach der Linie 4-4 der F i g. 3,

F i g. 5a, 5b und 5c einen Viertellängsschnitt entsprechend den F i g. 2a bis 2c, wobei sich jedoch das Ventil in Schließstellung befindet und die F i g. 5b und 5c fortlaufende Verlängerungen der F i g. 5a nach unten sind,

F i g. 6 einen abgebrochenen Längsschnitt nach der

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Linie 6-6 der F i g. 5b,

F i g. 7 einen Schnitt entsprechend F i g. 3, wobei die Ventilkugel in Schließstellung gedreht, jedoch vor ihrem Eingriff mit der elastischen Dichtung dargestellt ist,

F i g. 8 einen Schnitt entsprechend F i g. 7, wobei jedoch die Ventilkugel mit der elastischen Dichtung in Eingriff ist und

F i g. 9 eine perspektivische Detailansicht der Ventilkugel des Trägers und der elastischen Dichtung in Explosivdarstellung.

Wie sich zunächst aus F i g. 1 ergibt, ist eine automatische Absperreinrichtung V in einen Förderrohrutrang Teingebaut, der sich durch ein Bohrlochgehäuse C das in ein Bohrloch Weingesetzt ist, nach unten erstreckt. Der Rohrstrang Γ und das Gehäuse C erstrecken sich nach oben durch ein Gewässer zu einer Plattform P. Auf der Plattform befindet sich ein herkömmlicher ventilversehener Rohrkopf H, von dem eine Strömungsleitung F ausgeht, mittels welcher Bohrlochmedien zu einem an einer geeigneten Stelle angeordneten Lagerbehälter geführt werden. In das Gehäuse C ist eine Dichtungspackung 10 eingesetzt, die eine Dichtung zwischen dem Rohrstrang Γ und dem Gehäuse unter der Absperreinrichtung Vbildet. Letztere bleibt, wie im folgenden beschrieben wird, nur so lange offen, wie ihr ein geeigneter Steuermediumdruck aus einer Druckquelle 11 durch einen Steuermediumrohrstrang CF zugeführt wird, der sich nach unten durch das Gehäuse C von der Druckquelle 11 zur Absperreinrichtung Verstreckt.

Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Absperreinrichtung ein langgestrecktes, rohrförmiges äußeres Gehäuse 20 mit einem oberen Gehäuseabschnilt 21, der bei 22 mit dem unteren Ende des Rohrstrangs Tüber der Absperreinrichtung verschraubt ist. An seinem unteren Ende ist der obere Gehäuseabschnitt 21 bei 23 mit einem Zwischengehäuseabschnitt 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 liegt. Über der Dichtung 32 besitzt das zylindrische Ende 30 eine geeignete Anzahl aufwärts gerichteter, mit Winkelabstand angeordneter Finger 33, die eine nach oben gerichtete Schulter 34 bilden, deren Zweck später beschrieben wird. Der Zwischengehäuseabschnitt 24 besitzt eine Innenbohrung 35 und eine nach innen weisende innere Schulter 36 gegenüber einer aufwärts weisenden Schulter 37 am oberen Ende des unteren Gehäuseabschnitts 26. 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 eine Abstützung 40, die, wie insbesondere F i g. 9 zeigt, aus einem oberen und einem unteren diametral geteilten Stirnring 41 bzw. 42 und einem Paar diametral mit Abstand voneinander angeordneter, sich in Längsrichtung erstreckender Ventilstützrippen bzw. Stangen 43,

die die Slirnringc 41 und 43 miteinander verbinden, besteht. Die Stangen 43 besitzen nach innen gerichtete, gegenüberliegende Zapfen 44, 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 F i g. 2a bis 2c und der geschlossenen, eine Durchströmung verhindernden Stellung nach den F i g. 5a bis 5c bewegt werden kann.

Der untere Gehäuseabschnitt 26 besitzt eine Innenbohrung 37, die einen 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 ist.

Die Feder 51 ist eine Ventilbetätigungsfeder und liegt an ihrem oberen Ende an einem unteren Endflansch bzw. Anschlag einer unteren Ventilbetätigungsund Dichtungshülse 53 an, die in einer reduzierten Bohrung 54 im oberen Gehäuseabschnitt 26 mit längsverlaufenden und im Winkelabstand angeordneten Kanälen 55 zur Ermöglichung eines freien Mediumstroms, wie später beschrieben wird, hin- und hergehbar angeordnet ist. An ihrem oberen Ende besitzt die Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 53 eine ringförmige, kugelige Sitzfläche 56, mit der sie in Dichtungseingriff an einer kugeligen Ventilgegenfläche 57 des Ventilkörpers 46 anliegt.

Über dem Ventilkörper 46 befindet sich im äußeren Gehäuse 20 hin- und hergehbar eine obere Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 60. die an ihrem unteren Ende eine kugelige Vcntileingriffs- und Dichtungsfläche 61 aufweist, die mit der kugeligen Oberfläche 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 6Z der sich hin- und hergehbar in eine Bohrung 63 des äußeren Gehäuseabschnitts 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 eine Bypass-Ventilhülse 67 mit einem ringförmigen Zwischenkolbenabschnitt 68. der mit einer gleitbar in der Bohrung 31 liegenden Außendichtung 69 versehen ist Die Hülse 60 trägt eine Innendichtung 70, die gleitbar in der Bypass-Ventilhülse 67 liegt. Wie ersichtlich, ist zwischen dem ringförmigen Kolben 68 und dem Zylinderkopf 65 ein sich in Längsrichtung erstreckender ringförmiger Druckraum 71 gebildet, dem ein Steuermedium durch einen langgestreckten Kanal 72 im äußeren Gehäuseabschnitt 21 zugeführt wird. Der Kanal 72 mündet in den Druckraum 71 am Zylinderkopf und ist durch eine geeignete Armatur mit der Steuermediumleitung bzw. dem Rohrstrang CF 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 Ventilhülse 67 angeordnet ist, und dem oberen Ende 62 kleineren Durchmessers der Hülse 60. Die Bypass-Ventilhülse 67 kann normalerweise in der in F i g. 2a gezeigten Stellung mittels mehrerer sich nach oben erstreckender, normalerweise nach innen zurückgezogener, jedoch elastisch nach außen aufweitbarer Klemm- bzw. Sperrfinger 74 gehalten werden, die nach innen gerichtete Ansäitze 75 an ihren oberen

ίο Enden aufweisen, die mit einer nach außen vorragenden Schulter 76 der Hülse 60 in Eingriff bringbar sind. Unterhalb des Kolbenabschnitts 68 besitzt die Bypass-Ventilhülse 67 eine geeignete Anzahl radialer Bypass-Kanäle 77, die in einer, in F i g. 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 Sperrfinger 74 gelöst sind und die Bypass-Ventilhülse 67 nach unten verschoben worden ist, stehen die Kanäle 77 und 78 jedoch in Verbindung. Der untere kanalfreie Abschnitt 79 der Bypass-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, so daß in der Stellung nach F i g. 2 der Bohrlochmediumdmck die Ventühülse 67 nicht umgehen kann.

Wenn sich die Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 60 in der Stellung nach den F i g. 2a und 2b befindet, die in bezug auf das Gehäuse 20 eine untere Stellung ist. befindet sich der Ventilkörper 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 Ventükörpers 46 gedruckt Diese abwärts gerichtete Kraft wird durch den Ventilkörper 46 auf die untere Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 53 durch die Dichtungsfläche 56 an deren oberem Ende und die Kugelfläche 57 des Venlilkörpers 46 übertragen und drückt die Feder 51 zusammen. Unter diesen Umständen befindet sich der Ventilkugelkörper 46 in der Offenstellung, wobei das Verhältnis der obenerwähnten Ventilkugelbetätigungszapfen 44 und des Schlitzes 45 am deutlichsten aus F i g. 3 ersichtlich ist. Wie bereits erwähnt, besitzt der Ventilkugelkörper

46 identische Schlitze 45 an gegenüberliegenden Seiten, in die diametral gegenüberliegende Zapfen eingreifen. Der Ventilkugelkörper 46 besitzt an jeder seiner gegenüberliegenden Seiten eine ebene Sehnenfläche 90 an den diametral gegenüberliegenden Stangen 43 der

Abstützung 40. Der Schlitz 45 verläuft radial in bezug auf die Drehachse des Ventilkugelkörpers 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 91 & Wenn sich der Ventilkugelkörper 46 in der Stellung nach F i g. 3 befindet, liegt die Anschlagfläche 91a an der senkrechten Seitenwandung 43a der anliegenden Stange 43 an. wodurch die Drehung des Ventilkörpers 46 in Richtung des Pfeils in die

Stellung, in der das Ventil offen ist, begrenzt ist Die Anschlagfläche 916 des Anschlags 91 liegt entsprechend der Darstellung in Fi g. 8 an der Stangenfläche 43a an. um die Drehung des Ventükörpers 46 in die Stellung, in der das Ventil geschlossen ist, zu begrenzen. Eine derartige Drehung zwischen der Offen- und Schließstellung wird durch eine Längs- bzw. Vertikalbewegung des Ventükörpers 46 in dei Abstützung 40 hervorgerufen, wobei die beiden Extremstellungen in

den F i g. 3 und 8 dargestellt sind. Wie obenerwähnt und im folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Ventilkörper 46 in Längsrichtung durch eine Längsbewegung der oberen Betätigungshülse 60 und der unteren Betätigungshülse 53 verschoben, wie es durch die Pfeile in F i g. 3 angedeutet ist. Der Schlitz 45 ist derart ausgebildet, daß er eine Drehung des Ventilkörpers 46 herbeiführt, wenn sich letzterer vertikal bzw. in Längsrichtung in der Abstützung 40 bewegt. Zu diesem Zweck ist entsprechend der Darstellung in F i g. 3 der Schlitz 45 im Ventilkörper 46 durch gegenüberliegende Wandungen 45a und 45b gebildet, die im rechten Winkel zueinander und parallel zur Anschlagfläche 91a bzw. 916 verlaufen. Am Scheitel des zwischen den Wandungen 45a und 456 gebildeten Winkels öffnet sich der Schlitz bei 45c radial nach innen. Somit ist das Verhältnis zwischen dem Zapfen 44 und der Wandung 45a so, daß die Ventilkugel 46 aus der Stellung nach F i g. 8 in die Stellung nach F i g. 3 gedreht wird, wenn sich die Ventilkugel 46 in bezug auf den Zapfen 44 nach unten bewegt, und umgekehrt kommt die ebene Wandung 456 am Zapfen 44 zur Anlage und dreht die Ventilkugel aus der Stellung nach F i g. 3 in die Stellung nach F i g. 8, wenn sich der Ventilkörper 46 nach oben bewegt. Es ist jedoch ersichtlich, daß, wenn sich der Ventilkörper 46 in der Stellung nach F i g. 8 befindet, der Zapfen 44 außer Eingriff mit der ebenen Wandung 456 ist, so daß eine freie Längsbewegung der Ventilkugel 46 möglicht ist, nachdem die Anschlagfläche 916 an der Stangenwandung 43a anliegt Eine entsprechend begrenzte freie Abwärtsbewegung der Ventilkugel 46 ist bei geöffnetem Kugelventil entsprechend der Darstellung in F i g. 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.

Die Abstützung 40 trägt unter dem oberen geteilten Ringbereich 41 tine elastische Dichtung 100, durch die die obere Betätigungshülse 60 hin- und herbeweglich ist. Diese Dichtung 100 umfaßt einen Stützring 101 mit einem axial verlaufenden zylindrischen Mantel 102, der von einem inneren Ringkanal 101a aufgenommen wird, welcher in der in das Gehäuse eingebauten Abstützung 40 gebildet ist In den Mantel 102 ist ein federnder, gummielastischer bzw. elastisch verformbarer Ringkörper 103 eingegossen oder auf sonstige Weise fest eingefügt dessen Hauptbereich 104 radial nach innen vorspringt und in Eingriff mit dem Außenumfang der Hülse 60 steht Der elastische Ringkörper 103 besitzt eine innere Umfangsnut 105 über dem Hauptbereich 104 und eine untere, ringförmige Schrägfläche 106, die mit der kugeligen Dichtungsfläche 57 der Ventilkugel 46 in Eingriff bringbar ist wenn letztere in bezug auf die Abstützung 40 radial nach oben in Dichtungseingriff mit der Dichtung 100 bewegt wird Wie aus den F i g. 6 und 8 ersichtlich, bildet die Dichtungsstirnfläche 61 der Hülse 60 eine innere, in Umfangsrichtung ununterbrochene Metall-auf-Metall-Dichtung mit der Ventilkugel 46, und der elastische Ringkörper 103 bildet eine äußere, in Umfangsrichtung ununterbrochene Dichtung. Die Metall-auf-Metall-Dichtung zwischen der Hülse 60 und der Ventilkugel 46 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 Differenz- bzw. Wirkdruck ungeachtet dessen, daß die Kugelfläche 57 der Ventilki'gel möglicherweise angekratzt oder angefressen ist, standhalten kann. Im Betrieb ist der elastische Dichtungskörper 103 stationär und kommt mit der Ventilkugel 46 während des letzten Anteils deren aufwärts gerichteter Längsbewegung in bezug auf die Abstützung 40 in Eingriff, wobei die Ventilkugel außer Eingriff mit der elastischen Dichtung während des Anfangsanteils der nach unten gerichteten Längsbewegung der Ventilkugel 46 in bezug auf die Abstützung 40 gelangt. Der Anfangsanteil einer derartigen Abwärtsbewegung der Ventilkugel 46 erfolgt erst dann, wenn das Bypass-Ventil 76 für einen Druckausgleich des Strömungsmediums am geschlossenen Kugelventil geöffnet worden ist so daß die elastische Dichtung 100 beim öffnen des Kugelventils keinem beträchtlichen Differenz- bzw. Wirkdruck oder einer starken Mediumströmung ausgesetzt ist. Die Lebensdauer der elastischen Dichtung wird ferner durch die Tatsache erhöht, daß sich die Ventilkugel während ihres Eingriffs mit der elastischen Dichtung nicht dreht

Bei der Anwendung der Erfindung wird der Rohrstrang T mit der eingebauten Absperreinrichtung V in das Bohrloch an die gewünschte Stelle abgelassen, wobei die Dichtungspackung 10 den Ringraum zwischen dem Rohrstrang und dem Gehäuse C abdichtet und die Steuermediumleitung gleichzeitig mit dem Rohrstrang T in das Bohrloch eingelassen wird. Unter normalen Umständen befindet sich die Absperreinrichtung V in dem in den F i'g. 5a bis 5c und 8 dargestellten Zustand, wenn sie in das Bohrloch eingelassen wird, wobei die Betatigungsfeder 51 die Betätigungs- und Ventilsitzhülse 53 nach oben in Dichtungseingriff mit der Ventilkugel 46 drückt so daß letztere durch die Kraft der Feder 51 in der Schließstellung nach F i g. 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 die Ventilkugel 46 ist daher unter Druck zwischen der unteren Betätigungshülse 53 und der oberen Betätigungshülse 60 unter dem Einfluß der Feder 51 und des Differenzdrucks gehalten, der durch Strömungsmedium im Bohrloch hervorgerufen wird, das auf die auf den Differenzdruck ansprechende Fläche der unteren Betätigungshülse 53 wirkt wenn deren Dichtungsfläche 56 sich mit der Ventilkugel 46 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 Steuermediumleitung CF aus der Quelle 11 eingeführt Ein derartiger Steuermediumdruck wirkt auf den Kolben 68 der Bypass-Ventilhülse 67, um letztere nach unten aus der Stellung nach F i g. 5a zu drücken. Der auf den Kolben 68 einwirkende Steuermediumdruck überwindet die elastischen Sperrfinger 74. so daß diese nach außen geführt werden und von der Schulter 76 freikommen. Wenn sich die Bypass-Ventilkanäle 71 in der Vemilhül-

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se 76 und die Kanäle 78 in der Betätigungshülse 60 in Übereinstimmung befinden, wird eine Strömungsmittelverbindung durch die Längskanäle 55 im unteren Gehäuseabschnitt 26 und um die Außenfläche der Ventilkugel 46, durch das offene Bypass-Ventil, und in den Rohrstrang Tuber dem geschlossenen Kugelventil hergestellt. Wenn somit der Druck des Strömungsmediums im Rohrstrang Tunter und über der Ventilkugel 46 ausgeglichen ist, geht deren Bewegung aus der Schließ- in die Offenstellung leicht vonstatten und wird der Reibungseingriff der Hülsendichliingsflächen 56 und 61 mit der Dichtungsfläche 57 der Ventilkugel 46 wesentlich herabgesetzt. Außerdem tritt kein wesentlicher Differenz- bzw. Wirkdruck an der elastischen Dichtung 100 auf, der einen Durchtritt von Strömungsmedium und eine Beschädigung der elastischen Dichtung verursachen könnte.

Daraufhin kann zum öffnen des Kugelventils, um erforderlichenfalls die Reibung zu überwinden, der Steuermediumdruck im Druckraum 71 erhöht werden, der auf die Kolbenfläche der Betätigungshülse 60 wirkt und diese nach unten aus der Stellung nach F i g. 5a in die Stellung nach F i g. 2a drückt. Während einer derartigen Abwärtsbewegung ist das Bypass-Ventil 67 an einer weiteren Abwärtsbewegung durch Anlage an den Enden 34 der mit Winkelabstand angeordneten Anschlagfinger 33 geändert. 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 Betätigungszapfen 44 berührt, wird die Ventilkugel 46 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, bis die Anschlagfläche 91a die Anschlagwandung 43a der Abstützung 40 berührt, zu welcher Zeit entsprechend der Darstellung in F i g. 3 die ebene Wandung 45a und der Zapfen 44 voneinander frei sind, so daß sämtliche in Längsrichtung wirkenden Kräfte von der Betätigungshülse 60 durch die Dichtungsflächen 61,57 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 ausübt, die die entgegengerichtete Aufwärtskraft, die durch die Kombination der Feder 51 und den auf die untere Betätigungshülse

ίο 53 wirkenden Druck hervorgerufen wird, überwindet.

Wenn aus irgendeinem Grunde der Steuermediumdruck kleiner wird, etwa auf Grund einer Beschädigung ler Steuermediumleitung CF zwischen der Absperreinrichtung V und der Plattform P oder wenn aus einem anderen Grunde gewollt das Bohrloch geschlossen werden soll, 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 F i g. 7 in die Stellung nach Fig.8 zu bewirken, bis die Anschlagfläche 916 der Ventilkugel 46 die Anschlagfläche 43a der Abstützung 40 berührt. Daraufhin können sich die geschlossene Ventilkugel und die zugehörigen Betätigungshülsen 53 und 60 nach oben bewegen, bis der Kolben 66 den Zy-

linderkopf 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.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem in einem langgestreckten Gehäuse mit einem Strömungskanal angeordneten Kugelventil, dessen Venülkügel einen Durchgangskanal aufweist, 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 Strömungskanal durch die Ventilkugel geschlossen ist, und mit einer die Ventükuge! abdichtenden kombinierten Metall-auf-Metall- und elastischen Dichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichumgseinrichtung eine mit der Ventilkugel (46) in Dichtungseingriff stehende ringförmige Primärdichtung (6') und eine ringförmige elastische Sekundärdichtung (100) umfaßt, die zu der Primärdichtung 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. Absperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärdichtung (61) an einem der Ventilkugel (46) zugewandten Ende einer längsbewegbaren Betätigungshülse (60) der Ventilkugel gebildet und die Sekundärdichtung (100) ortsfest angeordnet ist.

3. Absperreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Bewegen der Ventilkugel (46) in beiden Längsrichtungen eine obere (60) und eine untere Betätigungshülse (53) vorgesehen sind, wobei an dem der Ventilkugel zugewandten Ende der unteren Betätigungshülse eine ringförmige, kugelige Dichtungsfläche (56) ausgebildet ist.

4. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung (100) in einer Abstützung (40) der Ventilkugel (46) angeordnet ist.

5. Absperreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch

Offen- und Schließstellung in bezug auf das Gehäuse (20) und die Sekundärdichtimg (100) nur längsbewegbar ist

7. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drehen der Ventilkugel (46) zwischen der Offen- und Schließstellung einander zugeordnete Zapfen (44) und Zapfeneingriffsflächen (45) an der Ventilkugelabstützung (40) bzw. der Ventilkugel umfaßt

8. Absperreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (44) an der Ventiikugelabstützung (40) und die Zapfeneingriffsflächen

(45) durch Wandungen (45a, 456) in der Ventilkugel

(46) gebildet sind.

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

10. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilkugel (46) und der Ventilkugelabstützung (40) Anschlagflächen (91a, 9t b; 43a) zur Begrenzung der Ventiikugeldrehung in die Offen- und Schließstellung vorgesehen sind.

11. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärdichtung (100) einen mit der Ventilkugelabstützung (40) verbundenen Trägerring (101) und einen in diesem angeordneten elastischen Ringkörper (103) umfaßt, der bereichsweise mit einer der Betätigungshülsen (53, 60) und der Oberfläche (57) der Ventilkugel (46) in Eingriff bringbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem in einem langgestreckten Gehäuse mit einem Strömungskanal angeordneten Kugelventil, dessen Ventilkugel einen Durchgangskanal aufweist, einer Betätigungseinrichtung zum Drehen der

gekennzeichnet, daß die Ventilkugel (46) und die 45 Ventilkugel zwischen einer ersten Stellung, in der der

Ventilabstützung (40) zusammen eine 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) sowie die obere Betätigungshülse (60) und das Gthäuse einen Steuermedium-Druckraum (71) bilden, wobei die obere Betätigungshülse durch den Druck des Steuermediums im Druckraum für eine Abwärtsbewegung der Betätigungshülsen und der Ventilkugel und die untere Betätigungshülse (53) durch den Druck des Bohrlochmediums für eine Aufwärtsbewegung der Betätigungshülsen und der Ventilkugel betätigbar sind und ein durch den Druck des Steuermediums im Druckraum in eine Offenstellung bewegbares Bypass-Ventil (67, 77) zum Ausgleichen des Strömungsmediumdrucks an der Ventilkugel in deren Schließstellung für eine Entlastung des Reibungseingriffs der Sekundärdichtung (100) mit der Ventilkugel vorgesehen ist.

6. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel (4b\ im unmittelbaren Bereich vor ihrer endgültigen Durchgangskanal mit dem Strömungskanal 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 Absperreinrichtungen besteht die Dichtungseinrichtung für das Kugelventil üblicherweise entweder aus zusammenwirkenden kugeligen Metallauf-Metall-Flächen an der Ventilkugel und entsprechenden Dichtungsrohren bzw. -hülsen, elastischen Dichtungen, die von den Hülsen getragen sind und 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 Metallauf-Metall-Dichtung vorgesehenen elastischen Dichtungen unterliegen auf Grund der Drehung der Ventilkegel in der elastischen Dichtung einem schnellen Verschleiß und lassen daher bald in ihrer Wirkung nach. Das Verschleißproblem stellt sich bei derartigen, z. B.