DE2428804A1

DE2428804A1 - Absperreinrichtung fuer tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2428804A1
Application number: DE2428804A
Authority: DE
Inventors: Talmadge Layne Crowe
Original assignee: Baker Oil Tools Inc
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1975-01-09
Also published as: NO140115B; NO784088L; DE2462473B2; JPS5016923A; GB1461641A; JPS5442323B2; US3868995A; DE2462473C3; NO740978L; NO140115C; DE2428804C3; GB1461642A; IT1013232B; CA997676A; DE2462473A1; DE2428804B2; FR2233547A1; RO71655A; SU641876A3

Description

PATENTANWÄLTE

Φ I P L.--J NS. DR. IUR. DIPI INS.

VQLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 OSNABRÜCK , 12. Juni

MÜSERSTRASSE aO/24- L/Tli

Baker Oil Tools, Inc.

7^00 East Slauson Avenue, Los Angeles California 90051, U.S.A.

Absperreinrichtung für Tiefbohrungen

Die Erfindung betrifft eine in eine Förderleitung eines Bohrlochs unter der Oberfläche einsetzbare Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem einen durchgehenden Strömungskanal enthaltenden Gehäuse, einem Absperrventiltait einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden und einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkörper und einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen des Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen, wobei die Betätigungseinrichtung einen Steuermedium-Druckraum zum Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung umfaßt und eine Einrichtung zum Drücken des Ventilelements in die Schließstellung vorgesehen ist.

Bei der Förderung von Bohrlochmedien, ζ. B. öl und/oder Gas, aus entfernt gelegenen Bohrlöchern ist es üblich, automatische Absperrventile zu verwenden, die auf den Druck der Bohrlochmedien ansprechen und im Falle eines Verlustes an Bohrloch-

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medien, der durch verschiedene Umstände hervorgerufen werden kann, aus einer Offen- in eine Schließstellung bewegt werden. Es kann beispielsweise der Fall eintreten, daß ein unter Wasser eingebrachtes Bohrloch beschädigt wird, so daß Bohrlochmedien in das Wasser strömen können. Dies führt nicht nur zu einem Verlust an Bohrlochmedien, bis das Bohrloch abgesperrt werden kann, sondern auch zu einer Verschmutzung des Gewässers und der Küste , wenn z. B. öl an Land getrieben wird. Es ist ferner wünschenswert den unkontrollierten Verlust von Bohrlochmedien aus abgelegenen Landbohrungen zu verhindern, bei denen Schäden an der Bohrlochkopf ausrüstung auftreten können, die zu einem unkontrollierten Ausströmen führen, bis das Bohrloch abgesperrt werden kann.

Es sind schon verschiedene Ventile, einschließlich Schieber- und Kugelventile, zum automatischen Abschließen eines derartigen schadhaften Bohrlochs entwickelt worden, die in einem Förderrohrstrang unter der Oberfläche Anordnung finden und eine im wesentlichen volle," durchgehende Bohrungsöffnung besitzen, welche die Strömung nicht merklich einschränkt. Jedoch haben z. B. derartige Kugelventile Schwierigkeiten im Betrieb verursacht, insbesondere wenn sie geöffnet werden und wenn der Druck des Bohrlochmediums unter dem Ventil, der diesee geschlossen hält, beträchtlich ist. Hierdurch wird eine hohe Reibungsbelastung zwischen den Dichtungsflächen und der Oberfläche der Kugel, mit der sie in Dichtungseingriff stehen, hervorgerufsn. Unter Umständen kann hierbei die Betätigungseinrichtung zum

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Verschieben der Kugel in die Offenstellung zerstört werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (DT-OS 2 J>k3 901), beim Betrieb von Kugelventilen in unter der Oberfläche einsetzbaren Absperreinrichtungen für Tiefbohrungen ein Ausgleichsventil vorzusehen, durch das der Mediumdruck am geschlossenen Kugelventil vor dessen öffnen ausgeglichen wird, um auf diese Weise den Verschleiß, und den Reibungswiderstand bei der Betätigung der Ventilkugel herabzusetzen.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Absperreinrichtung mit einem automatischen, vorzugsweise als Kugelventil ausgebildeten Absperrventil, bei der der Ventilköprer bzw. die Ventilkugel unter Vereinfachung der Betätigung und Anordnung im Gehäuse der Absperreinrichtung ungeachtet eines hohen Bohrlochmediumdruckes, der bestrebt ist, das Ventil geschlossen zu halten, leicht und zuverlässig aus der Schließ- in die Offenstellung überführt werden kann.

Nach der Erfindung wird dies bei einer Absperreinrichtung für Tiefbohrungen der eingangs angegebenen Art im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Betätigungseinrichtung den von einer Kugel mit sich durch diese hindurcherstreckendem Strömungskanal und einer kugeligen Dichtungsfläche gebildeten Ventilkörper zwischen sich aufnehmende, obere und untere Hülsen mit kugeligen Gegendichtungsflächen aufweist und der Ventilköper von einer oberen Hülse im Gehäuse abgestützt ist.

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Hierbei kann vorzugsweise das Absperrventil zugleich als Bypassventil für einen Druckausgleich des Bohrlochmediums am Absperrventil vor einem Bewegen des Ventilkörpers aus der Schließ- in die Offenstellung ausgebildet sein.. Der Absperrventilkorper kann hierzu die Form eines Kugelsockels und der Bypassventilkörper die Form einer dem Kugelsockel zugeordneten Kappe besitzen, die eine normalerweise geschlossene Bypassöffnung bilden.

Die Bewegung des Ventilkörpers in die Schließstellung kann durch eine Feder unterstützt werden, so daß selbst beim Fehlen eines zur Gewährleistungdes Schließens des Absperrventils ausreichenden Bohrlochdrucks das Ventil dennoch geschlossen wird und seine Absperrwirkung gewährleistet ist.

Die Absperreinrichtung nach der Erfindung kann in einen Förderrohr strang eingebaut und in das Bohrloch im Rohrstrang eingelassen werden, wobei das Steuermedium durch eine zusätzliche Steuerleitung zugeführt wird, die sich in das Bohrloch längs der Förderleitung erstreckt. Stattdessen kann die Absperreinrichtung, wenn das Bohrloch durch das Gehäuse über dem Absperrventil fördern soll, auch in ein Ansatzrohrstück eingefahren und an seinem Platz gesichert werden, wobei es aus dem Ansatzrohrstück durch Drahtseilwerkzeuge bzw. ein Laufwerkzeug herausgefahren werden kann. In diesem Fall ist die Steuerleitung von einer geeigneten Staiermediumdruckquelle mit dem Ansatzrohrstück verbunden.

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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüc-hen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

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

Fig. 2a,2b,2c, einen Viertellängsschnitt durch eine automatische 2d und 2e

Absperreinrichtung nach der Erfindung im geschlossenen Zustand, wobei die Pig. 2b bis 2e fortlaufende Verlängerungen der Fig. 2a nach unte darstellen;

Fig. 3a und 3b einen Längsschnitt, -teilweise als Viertelschnitt

durch die Absperreinr-ichtung nach den Fig. 2a·bis 2e, in denen das Absperrventil in Schließstellung, jedoch im Zustand des Druckausgleichs bei offenem Bypassventil dargestellt ist und wobei die Fig. 3b eine untere Fortsetzung der Fig. 3a ist;

Fig. ka.₃ 4b einen Viertellängsteilschnitt, in dem das Ab- und 4 c

sperrventil in Offenstellung veranschaulicht ist

und wobei die Fig, 4b und 4c untere Fortsetzungen der Fig₄ 4a darstellen;

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Fig. 5 einen senkrechten Detailschnitt mit einigen abgebrochen dargestellten Teilen nach der Linie 5-5 der Pig. 2cj

Fig. 6 einen Schnitt entsprechend Fig. 5, wobei sich

jedoch das Absperrventil in seiner Offenstellung befindet;

Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 5; Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Ventilkugel;

und

Fig. 9 einen Längsschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 2c

Wie zunächst aus Fig. 1 ersichtlich ist, 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 sieh 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 Abdichtung zwischen dem Rohrstrang T und dem Gehäuse unter der Absperreinrichtung V bildet. Letztere bleibt, wie im folgenden beschrieben wird, nur so lange offen, wie ihr ein geeigneter Steuermediumdruck aus einer Druckquelle 11 zugeführt wird.

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Bei der in den Pig. 2a bis 9 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Absperreinrichtung V ein langgestrecktes, rohrförmd,ges äußeres Gehäuse 20 mit einem oberen Gehäuseabschnitt 21, der bei 22 mit dem unteren Ende einer Kupplung 23 verschraubt ist, die ihrerseits mit dem Rohrstrang T über der Absperreinrichtung verschraubt ist. Der obere Gehäuseabschnitt 21 ist bei 23a an seinem unteren Ende mit einem Zwischengehäuseabschnitt 24 verschraubt, der sich nach unten erstreckt und durch eine Kupplung 25 mit einem unteren Gehäuseabschnitt 26 verschraubt ist. Letztere ist an seinem unteren Ende bei 27 mit einer Verbindungshülse verschraubt, die ihrerseits bei 29 an ihrem unteren Ende mit dem Rohrstrang T verschraubt ist, der sich unter der Absperreinrichtung nach unten ins Bohrloch erstreckt. Das Gehäuse 20 besitzt eine Innenbohrung 35 und eine nach unten weisende innere Schulter 36 gegenüber einer aufwärts weisenden Schulter 37 im Gehäuseabschnitt 26. Zwischen der nach unten weisen-den Schulter 36 und der nach oben weisenden Schulter 37 befindet sich ein Ventilkäfig 4o, der vorzugsweise längsgeteilt ist und aus einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden oberen Stirnring 41 und einem Paar di-ametral mit Abstand voneinander angeordneter, in Längsrichtung verlaufender Eingriffsrippen bzw. -stangen 43, die fibh vom Stirnring nach unten erstrecken, besteht. Die Stangen 43 besitzen nach innen gerichtete, gegenüberliegende Zapfen 44, von denen jeder in einen Schlitz 45 in der angrenzenden Seite eines Ventilkörpers in Form einer Kugel 46 eingreift, wodurch, wie im folgenden ausführlicher beschrieben wird, die Ventilkugel 46 zwischen der Schließstellung nach den Fig. 2a bis 2e und Fig.

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und der eine Durchströmung zulassenden Offenstellung nach den Fig. 4a bis 4c und Fig. 6 bewegt werden kann.

Der untere Gehäuseabschnitt 26 besitzt eine Innenbohrung 47, die einen oberen zylindrischen Endbereich 48 der Verbindungshülse 28 aufnimmt, wobei letztere mit einem Dichtungsring 49 versehen ist, der mit Dichtungseingriff in der Bohrung 47 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. Die Feder 51 ist eine Ventilbetätigungsfeder und liegt an ihrem oberen Ende an einem Anschlagring 51a an, der einen Endflansch bzw. Anschlag 52 einer unteren Ventildichtungshülse 53 untergreift, die in der Bohrung 47 im unteren Gehäuseabschnitt 26 hin- und hergehbar angeordnet äst und sich ciin Längsrichtung durch die Schraubenfeder 51 erstreckt. An ihrem unteren Ende besitzt die Dichtungshülse. 53 einen Außenanschlag 54, der an einem Federsitzring 55, auf dem das untere Ende der Feder 51 aufsitzt, in Anlage bringbar ist. Die Feder 51 kann in der Weise wirken, daß die Dichtungshülse nach oben gedrückt wird. An ihrem oberen Ende besitzt die Dichtungshülse 53 eine ringförmige, kugelige Dichtungsfläche 56, mit der sie entsprechend der Darstellung in den Fig. 4c und 6 in Dichtungseingriff mit einer kugeligen Venfcilgegenfläche 57 des Ventilkörpers 46 in Eingriff bringbar ist,

über dem Ventilkörper 46 befindet sich im äußeren Gehäuse 20 hin- und hergehbar eine obere Ventilbetätigungs- und Dichtungs-

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hülse 6O, die an ihrem unteren Ende eine kugelige Ventileingriffs und Dichtungsfläche 6l aufweist, die mit der kugeligen Oberfläche 57 des Ventilkörpers 46 in Eingriff bringbar ist. Die obere VentiLhülse 6O erstreckt sich nach oben radial nach innen versetzt innerhalb der äußeren Gehäuseabschnitte 21 und 26 und besitzt an ihrem oberen Ende einen zylindrischen Endabschnitt 62, der hin- und hergehbar auf einer Innenhülse 63 des äußeren Gehäuseabschnitts 21 angeordnet ist. Der Hülsenabschnitt 62 der Ventilhülse 60 besitzt einen Dichtungsring 64, der gleitbar und mit Dichtungseingriff an der Innenhülse 63 unter einem sich radial nach innen erstreckenden Zylinderkopfbereich 65 des Gehäuseabschnitts 21 anliegt.

Die Innenhülse 63 ist normalerweise mit dem Gehäuseabschnitt durch eine lösbare Einrichtung unter Verwendung einer Abscherschraube 63a in der aus Pig. 2b ersichtlichen Stellung verbunden, Jedoch kann die Innenhülse 63, wie es insbesondere in der DT-OS 2 337 682 beschrieben ist, nach unten bewegt werden, um die Ventilkugel 46 in die Offenstellung zu bringen und sie in dieser zu halten. Hierbei ist ein elastischer, geteilter Sperring 63b mit Außenzähnen 63c vorgesehen, die mit aufwärts gerichteten Innenzähnen las äußeren Gehäuseabschnitts 21 in Eingriff stehen. Der Sperring 63b besitzt ferner innere Sperrzähne 63d, die mit äußeren Sperrzähnen der Hülse 63 in Eingriff stehen, wodurch diese, wenn sie durch ein Verschiebewerkzeug nach unten gedrückt und die Abscherschraube 63a durchbrochen wird, an einer Schulter 63e der oberen Ventilhülse 60 zurAnlage kommt, um letztere nach

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unten zu drücken. Der Sperring 63b hält die Hülse 63 in einer
Stellung, in der sich die Ventilkugel 46 in ihrer Offenstellung befindet.

Im Außengehäuee 20 befindet sich hin- und hergehbar eine länglich Kolbenhülse 67, deren Köpf 68 gleitbar an der oberen Ventildichtungshülse 60 anliegt. Unterhalb des Kopfes 68 befindet sich eine nach unten weisende Schulter 69 und ein nach unten verlängerter zylindrischer Dichtungsbereich 70, der in bezug auf eine Dichtungsrippe bzw. einen Flansch 71 der Ventilhülse 60 gleitbar ist, der einen Dichtungsring 72 trägt und eine nach oben

/73

weisende Schulter bildet. Die Kolbenhülse 67 besitzt nach

unten gerichtete, diametral mit Abstand voneinander angeordnete Arme 74, die gleitbar durch den Ventilkäfigring 41 und zwischen den Käfigstangen 43 hindurchragen. Die Arme 74 lagern und tragen die Ventilkugel 76 auf Schwenkzapfen 75, die in Zapfenlöcher
75a in der gegenüberliegenden Seite der Ventilkugel 46 für deren Drehung um eine horizontale Achse eingreifen. Unterhalb der
Schwenkzapfen 75 sind die Arme 74 nach unten verlängert und übergreifen das obere Ende 52 der unteren Ventildichtungshülse 53, so daß sie mit dem oberen Federsitzring 51a entsprechend der
Darstellung in Fig. 2d in Eingriff bringbar sind.

Zwischen der Kolbenhülse 67 und dem äußeren Gehäuseabschnitt 24 befindet sich eine Schwimmkolbenhülse 76 mit einem äußeren Dichtungsring 77 und einem inneren Dichtungsring 78, die am Gehäuseabschnitt 24 bzw. der Kolbenhülse 6.7 anliegen. Zwischen der

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Schwitnmkolbenhülse 76 und dem Zylinderkopfbereich 65 des Gehäuse· abschnitte 21 ist auf diese Weise ein Raum 79 gebildet, dem ein Steuermeddum aus einer Steuermediumleitung CP über einen Kanal 80 zugeführt wird. Der Druck des Steuermediums im Raum 79 wirkt auf die Kolbenhülse 67, um sie nach unten zu drücken, damit die Ventilkugel 46 in die Offenstellung geführt wird, während der Druck des Bohrlochmediums im Rohrstrang T unter der Ventilkugel 46 gemeinsam mit der Feder 51 mit einer nach oben gerichteten Kraft auf die Kolbenhülse 67 wirkt, um die Ventilkugel 46 im Falle einer Reduzierung des Steuermediumdruckes im Raum 79 in eine Schließstellung zu drücken.

Während eine Abdichtung der Ventilkugel 46 an ihrer kugeligen Ümfftngsfläche 57 allein durch die kugeligen Endflächen 56 und 61 der Dichtungshülsen 53 und 60 herbeigeführt werden kann, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner ein gummielastischer bfcw. elastomerer Dichtungsring 81 vorgesehen, der von einem Trägerring 82 mit einem an der Kolbenhülse 60 gleitbar anliegenden Dichtungsring 83 gehalten ist, Der Trägerring 82 ist, wie insbesondere Fig. 5 zeigt, in einer Nut 84 des geteilten Käfigrings 41 angeordnet.

Wenn sich die Ventilkugel 46 in der Schließstellung befindet, ist vorzugsweise der Druck an der Ventilkugel auszugleichen, bevor sie in die Offenstellung bewegt wird, um dadurch die Betätigungseinrichtung von dem durch das Ungleichgewicht des Drucke erzeugten Widerstand zu entlasten. Nach der Erfindung ist hierzu

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ein Bypass- bzw. Ausgleichsventil in das Kugelventil einbezogen,

/den
wie es insbesondere aus Fig. 2c, 3b, 8 und 9 ersichtlich ist.

Hiernach besitzt die Ventilkugel 46 eine Sehnenkappe bzw. Kalotte 85 mit einer zentralen öffnung 86. Der eigentliche Kugelkörper bzw. -sockel der Ventilkugel 46 besitzt einen Stift 87 an einem Einsatz 87a, der sich in die öffnung 86 erstrecken kann. Der Ventileinsatz 87a erleichtert die Herstellung der Ventilkugel 46 und besitzt die Form einer Scheibe mit einem .Umfangsflansch 87b, der in einer unterschnittenen Nut 87c.in der Ventilkugel 46 befestigt ist. Die K-appe 85 und die Ventilkugel 46 sind mit Eingriffsgliedern für ihr gegenseitiges Zusammenschießen versehen, damit sie als eine Einheit zwischen den Stellungen nach Fig. 2c und Fig. 3b drehbar Bind. Hierzu sind nach innen gerichtete Bereiche bzw. Rippen 87d der Kappe 85 mit Abstand voneinander angeordnet, um einen Schlitz 87e zu bilden, der eine Gegenrippe.87f der Ventilkugel 46 aufnimmt, wobei die Bypassventilscheibe 87a von der Rippe 87f getragen ist. Um den Stift 87 ist ein Dichtungsring 88 an einem Vorsprung gelegt, der mit einem Sitz 89 in der ünterflache der Kappe 85 in Dichtungseingriff bringbar ist. Wenn die Kappe vom.Kugelsockel entsprechend der Darstellung in Fig. 3b abgehoben ist, kann ein Strömungsmedium durch die Kappenöffnung 86 strömen, um den Druck an der Ventilkugel 46 auszugleichen, wobei die zusammenwirkenden Rippen 87d und 87f den Kugelsockel und die Kappe in einem Vereinigungszustand bzw, in Eingriff für eine gemeinsame Drehung halten. Wenn jedoch die Kappe entsprechend der Darstellung in Fig. 9 aufsitzt, ist die Bypassöffnung 86 geschlossen. Befindet sich die Kolbenhülse

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67 in der Stellung nach den Fig. 4a bis 4c, die in bezug auf das Ventilgehäuse 20 eine untere Stellung ist, so ist die Ventilkugel 46 in der Offenstellung und die Dichtungsendfläche 6l der Dichtungshülse oQ wird in Eingriff mit der kugeligen Oberfläche 57 der Ventilkugel 46 durch den Druck des Steuermediums im Raum 79 gedrückt, der nach unten auf den Kolbenbereich der Dichtungshülse 60 wirkt. Das Steuermedium wirkt nach unten auf die Kolbenhülse 67 und überträgt über die Schwenkzapfen 75 eine auf die Ventilkugel 46 nach unten wirkende Kraft auf die untere Dichtungshülse 53 unter Kompression der Feder 51,

Das Zusammenwirken der Betätigungszapfen 44 der Ventilkugel 46 und des Schlitzes 45 ist insbesondere aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, wobei darauf hingewiesen sei, daß die Ventilkugel 46· identische Schlitze an ihren gegenüberliegenden Seiten aufweist, in die diametral einander gegenüberliegende Zapfen 44 eingreifen. Die Ventilkugel 46 besitzt hierbei an jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten eine ebene Sehnenfläche 90 an den diametral einander gegenüberliegenden Stangen 45 des Ventilkäfigs 40 und der Kolbenarme 74, Der Schlitz 45 verläuft radial in bezug auf die Drehachse der Ventilkugel 46 und radial mit dem Schlitz 45 ausgerichtet ragt ein - Begrenzungsansatz 91 von der ebenen Fläche 90.nach außen und bildet ein Paar rechtwinklig zueinander angeordneter Anschlagflächen 91a und 91b. Wenn sich die Ventilkugel 46 in der Stellung nach Fig. 5 befindet, liegt die Anschlagfläche 91a an der senkrechten Seitenwand 74a des angrenzenden

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Kolbenarms 74 an, wodurch die Drehung der Ventilkugel 46 in die Stellung, in der das Ventil geschlossen ist, begrenzt ist. Die Anschlagfläche 91b des Begrenzungsansatzes 91 liegt in der Stellung nach Fig. 6 an der Seitenwand 74a des Arms 74 an, um die Drehung der Ventilkugel 46 in die Stellung, in der das Ventil geöffnet ist, au begrenzen. Diese Drehung zwischen der Offen- und der Schließstellung wird durch eine Längs- bzw. Vertikalbewegung der Ventilkugel 46 im Käfig 40 hervorgerufen, deren beide Endstellungen in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht sind.

Wie bereits erwähnt, wird die Ventilkugel 46 durch eine Längsbewegung der Kolbenhülse 67 längsverschoben. Der Schltz 45 ist in der Weise ausgebildet, daß er diese Drehung der Ventilkugel 46 herbeiführt, wenn letztere sich vertikal bzw. in Längsrichtung innerhalb des Käfigs 40 bewegt. Wie den Fig. 5,6 und 8 zu entnehmen ist, ist der Schlitz 45 in der Ventilkugel 46 durch gegenüberliegende Wände 45a und 45b gebildet, die rechtwinklig zueinander und parallel zur Anschlagfläche 91a bzw, 91b verlaufen. Am Scheitel des zwischen den Wänden 45a und 45b definierten Winkels öffnet sich der Schlitz bei 45c radial nach innen. Hierbei ist das Zusammenwirken zwichen dem Zapfen 44 und der Wand 45a derart, daß die Ventilkugel 46 aus der Stellung nach Fig. 5 in die Stellung nach Fig. 6 gedreht wird, wenn die Ventilkugel 46 in bezug auf den Zapfen 44 nach unten bewegt wird, und umgekehrt kommt die Wand 45b am Zapfen 44 bei einer Aufwärtsbewegung der Ventilkugel 46 zur Anlage und dreht diese

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-aus der Stellung nach Fig. 6 in die Stellung nach Pig, 5, Wenn sich die Ventilkugel 46 in der Stellung nach Fig. 5 befindet, gibt jedoch der Zapfen 44 die Wand 45a frei, so daß eine freie Längsbewegung der Ventilkugel 46 möglich ist, nachdem die Anschlagfläche 91a an der Seitenwand 74a des Arms 74 zur Anlage gekommen ist. Eine entsprechend begrenzte freie Abwärtsbewegung der Ventilkugel 46 ist möglich, wenn sich die Ventilkugel entsprechend der Darstellung in Fig. 6 in Offenstellung befindet, wobei der Zapfen 44 die Schlitzwand 45b freigibt, wenn die Anschlagfläche 91b an der Seitenwand 74a des Arms 74 zur An3fee 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 Sc&ieß- oder Offenßtellung befindet.

Die Arbeitsweise der Absperreinrichtung ist wie folgt:

Der Rohrstrang T mit eingebauter Absperreinrichtung V wird in das Bohrloch an die gewünschte Stelle abgelassen, wobei die den Ringraum zwischen dem Rohrstrang und dem Gehäuse C abdichtende Dichtungspackung lOund die Steuermediumleitung gleichzeitig mit dem Rohrstrang T in das Bohrloch eingefahren werden. Die Absperreinrichtung wird normalerweise entsprechend der Darstellung in den Fig. 2a bis 2e und 5 geschlossen, wenn der Druck des Steuermediums im Steuermedium-Druckraum 79 abfällt und die Feder 51 mit einer nach oben gerichteten Kraft auf die unteren Enden der

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Arme 74 einwirkt, um die Kolbenhülse 67 nach oben zu drücken. Dura die Aufwärtsbewegung der Kolbenhülse 67 wird die Ventilkugel 46 über die Schwenkzapfen 75 nach oben bewegt, so daß die an den Steuerflächen 45a anliegenden Drehzapfen 45 die Ventilkugel in die Schließstellung drehen. Insofern als die Steuerfläche 45a den Zapfen 44 freigibt, kann die Ventilkugel 46 eine weitere Längsbewegung in einem bestimmten Ausmaß ausführen, so daß sie sich in Längrichtung ohne Drehung in Dichtungseingriff mit der elastischen Dichtung 81 bewegt. Die Aufwärtsbewegung der Dichtungshülse 60 ist durch Anlage einer an ihr vorgesehenen äußeren Ringschulter 4la an dem geteilten oberen Stirnring 41 des Ventilkäfigs 40 begrenzt.

Wenn dem Druckraum 79 ein unter Druck stehendes Steuerme.dium durch die Steuermediumleitung CF aus dem oberen Bereich des Bohrlochs zugeführt wird, wird die Kolbenhülse 67 mit einer abwarte gerichteten Kraft beaufschlagt, die die Kraft der Feder 51 überwindet. Die Kolbenhülse 67 kann sich hierbei nach unten in bezug auf die Dichtungshülse 60 bewegen, bis die einander gegenüberliegenden Schultern 69 und 73 aneinander zur Anlage kommen (Fig. 3b). Während dieses Anfangsanteils der Abwärtsbewegung der Kolbenhülse 67 und folglich des Kugelsockels der Ventilkugel 46 wird die Kappe 85 durch die Druckdifferenz in Dichtungsberührung alt dem unteren Ende der Dichtungshülse 60 und der elastischen Dichtung Öl gehalten, wobei eine Abwärtsbewegung der DichtungshÜlee 60 bis EU dem Zeitpunkt verhindert wird, SU dem sich der Kugtlsockel der Ventilkugel aus der Stellung nach Fig. 9 in die Stellung nach

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Pig. 3b bewegt hat, in der die Öffnung 86 durch die Klappe 85 offen ist und der Mediumdruck an der Kappe 85 ausgeglichen wird, wodurch sich die Kappe 85 nach unten in bezug auf den Kugelsockel der Ventilkugel 46 bewegen kann und die Abwärtsbewegung der oberen Dichtungshülse 60 erleichtert wird, wenn sich die auf den Steuermediumdruck ansprechende Kolbenhülse 67 weiter abwärts bewegt.

Wenn sich die Ventilkugel 46 nach unten bewegt, berührt der Drehzapfen 44 die Schlitzwand 45b, wodurch die Ventilkugel aus der Schließstellung nach Fig. 5 in die Offenstellung nach Fig. 6 gedreht wird. In einer derartigen Offenstellung, die auch aus Fig. 4c ersichtlich ist, ist die Ventilschließfeder 51 durch die Arme 74 der Kolbenhülse zusammengedrückt worden und die kugeligen Dichtungsflächen 56 und 57 der unteren Dichtungshülse 53 bzw. der Ventilkugel 46 stehen in Dichtungseingriff. An diesem Punkt ist keine weitere Abwärtsbewegung der Ventilkugel möglich und die Dichtungsberührung zwischen den metallenen Dichtungsflächen der unteren Dichtungshüle 53 und der oberen Dichtungshülse 6O mit der Ventilkugel 46 wird durch Mediumdruck aufrechterhalten. Die weitere Abwärtsbewegung der unteren Dichtungshülse 53 wird durch Anlage ihrer unteren Schulter 54 an der Innenschulter der unteren Verbindungshülse 28 verhindert.

Wenn aus irgendeinem Grunde der mit einer abwartsgerxchteten Kraft auf die Kolbenhülse 67 wirkende Steuermediuradruck im Druckraum 79 abfällt, etwa aufgrund einer Beschädigung der

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Steuermeddmnleitung CF oder wenn der Steuermediumdruck gewollt an der Plattform P abgelassen wird, bildet die Ventilschließfeder 51 eine Unterstützung des mit einer aufwärts gerichteten Kraft auf die Kolbenhülse 67 wirkenden Bohrlochmediumdrucks zur Überwindung eines dem Schließvorgang entgegenwirkenden Steuermediumrest druckes, indem die Kolbenhülse 67 mit Sicherheit nach oben verschoben wird, wodurch die Ventilkugel 46 zur Ausführung ihrer Schließbewegung mittels der Drehzapfen 44 mitgenommen wird.

Die beschriebene bevorzugte Ausführungsfom einer Absperreinrichtung unter Verwendung einer zweigetalten Ventilkugel mit einem Kugelsockel und einer ein Bypassventil bildenden, relativbewegbaren Kappe kann selbstverständlxch dadurch abgewandelt werden, daß die zusammengesetzte Ventilkugel durch eine auf den Zapfen 75 gelagerte einstückige Ventilkugel ersetzt wird, deren Arbeitsweise mit Ausnahme des Druckausgleichs die gleiche ist.

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Claims

Patentansprüche:

1./ In eine Förderleitung eines Bohrlochs unter der Oberfläche einsetzbare Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem einen durchgehenden Strömungskanal enthaltenden Gehäuse, einem Absperrventil mit einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden uhd einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkörper und einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen des Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen, wobei die Betätigungseinrichtung einen Steuettnedium-Druckr&utn zum Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung umfaßt und eine Einrichtung zum Drücken des Ventilelements in die Schließ stellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung den von einer Kugel mit sich durch diese hindurcherstreckendem Strömungskanai und einer kugeligen Dichtungsfiäche (57) gebildeten Ventilkörper (46) zwischen eich aufnehmende obere und untere Hülsen (6o,67|53) mit kugeligen Gegendichtungsflächen (61,56) aufweist und der Ventilkörper von einer oberen Hülse (67) im Gehäuse (20) abgestützt ist.

2, Absperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Hülse (67) längsverlaufende Arme (74) aufweist, !!fliehen denen der Ventilkörper (46) schwenkbar gelagert let.

3. Absperreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daft die Untere Hülse (53) zwischen den Armen (74) der oberen HÜlee (67) angeordnet ist.

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4. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß· der Ventilkörper (46) und das Gehäuse (20) zusammen eine Einrichtung zum Drehen des Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen als Folge einer Längsbewegung der oberen Hülse (67) und des Ventilkörpers in entgegengesetzten Richtungen im Gehäuse aufweist und die obere Hülse und das Gehäuse einen Steuermedium-Druckraum (79) bilden, wobei die obere Hülse durch Steuerme:diumdruck abwärts bewegbar ist.

5. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (46) im unmittelbaren Bereich vor seiner endgültigen Offen- und Schließstellung in bezug auf das Gehäuse (20) nur längsbewegbar ist.

6. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,, daß die obere Hülse (67) von einer Feder (51) mit einer aufwärts gerichteten Kraft beaufschlagt ist.

7. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis §, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtsbewegung der unteren Hülse (53) im Gehäuse (20) für einen Dichtungseingriff des Ventilkörpers (46) mit den Hülsen (60,67,53) der Betätigungseinrichtung begrenzt ist.

8« Absperreinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (51) als Schraubenfeder ausgebildet und

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zwischen der unteren Hülse (53) und dem Gehäuse (20) angeordnet ist,

9, Absperreinrichtung, .insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil zugleich als Bypassventil (85,86) für einen Druckausgleich des Bohrlochmediums am Absperrventil vor einem Bewegen des Ventilkörpers (46) aua der Schließ- in die Offenstelung ausgebildet ist.

10, Absperreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (85,86) mittels zweier in Längsrichtung relativ zueinander bewegbarer Hülse-n (60,67) der Betätigungseinrichtung des Absperrventils in eine Offen- und eine Schließstellung überführbar ist, von denen die eine (60) mit der kugeligen Dichtungsfläche (57) des VentBcörpers (46) in Dichtungseingriff bringbar und die andere (67) als auf den Druck des Steuermediums im Steuermeüium-DruckrasUm (79) ansprechender Kolben ausgebildet ist,

11, Absperreinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenr zeichnet, uaß das Bypassventil (85,86) einen auf dem Absperrventilkörper (46) verschiebbaren Bypassventilkörper (85) aufweist, wobei die beiden Ventilkörper (85,46) in einer oberen Stellung des Absperrventilkörpers (46) für ein Schließen des Bypassventils in Wirkverbindung stehen und der Absperrventilkörper (46) für ein öffnen des Bypassventils mittels der Kolben-

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hülse (67) in Abhängigkeit vom Druck des Steuerraediums im Steuermedium-Druckraum (79) in eine untere Stellung bewegbar ist.

12. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrventilkörper (46) die Form eines Kugelsockels und der Bypassventilkörper die Form einer dem Kugelsockel zugeordneten Kappe (85) besitzt, die eine normalerweise geschlossene Bypassöffnung (86) bilden.

13. Absperrexnrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassöffnung (86) in der Kappe (85) vorgesehen ist und der Kugelsockel einen in die Bypassöffnung einführbaren Stift (87)aufweist, zwischen dem Kugelsockel und der Kappe eine Dichtung (88) zum Abdichten der Bypassöffnung bei in dieser eingeführtem Stift angeordnet ist und die Kappe durch Differenzdruck gegen eine Bewegung mit dem Kugelsockel bis zum öffnen der Bypassöffnung festgeigt ist.

14. Absperreinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelsockel und die Kappe (85) durch in gegenseitigem Eingriff stehende Eingriffsglieder (87d,87f) unter Ermöglichung einer Relativbewegung zum öffnen der Bypassöffnung (86) miteinander verbunden sind.

15. Absperrexnrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichne daß die Eingriffsglieder (87d,87f) von Rippen des Kugelsockels und der Kappe (85) gebildet sind.

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16. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drehen des Ventilkörpers (46) von an diesem und einem Ventilkörperkäfig (40) vorgesehenen Zapfen (44) und Zapfeneingriffsflächen (45a,45b) gebildet ist.

17. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Ventilkörpers (46) in die Schließ- und Offenstellung durch an diesem und seinen Lagerarmen (74) vorgesehene Anschläge (91,74a) begrenzt ist.

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