DE2428804C3

DE2428804C3 - Absperreinrichtung für Tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2428804C3
Application number: DE2428804A
Authority: DE
Inventors: Talmadge Layne Houston Tex. Crowe (V.St.A.)
Original assignee: Baker International Corp
Current assignee: Baker International Corp
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-06-14
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB1461642A; DE2462473C3; DE2462473A1; JPS5016923A; JPS5442323B2; GB1461641A; DE2428804A1; IT1013232B; DE2428804B2; SU641876A3; NO140115C; NO740978L; CA997676A; RO71655A; NO784088L; US3868995A; NO140115B; DE2462473B2; FR2233547A1

Description

Die Erfindung betrifft eine in eine Förderleitung eines Bohrlochs unter der Oberfläche einsetzbare Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem einen durchgehenden Stremungskanal enthaltenden Gehäuse, einem Absperrventil mit einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden und einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkörper, einer Betätigungseinrrhtung zum Verschieben 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, und mit einem Bypassventil für einen Druckausgleich am Ventilkörper vor dessen

Bewegen aus der Schließ- in die Üffenstellung.

Bei der Förderung von Bohrlochmedien, ζ. Β. 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 Bohrlochmedien, 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

so 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 Schaden an der Bohrlochkopfausrüstung auftreten können, die zu einem unkontrollierten Ausströmen führen, bis das Bohrloch angesperrt 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 dieses geschlossen hält,beträchtlich ist Hierdurch wird eine hohe Reibungsbelastung zwischen den Dichtungsflächen und der Oberfläche der Ventilkugel, mit der sie in Dichtungseingriff steht, hervorgerufen. Unter Umständen kann hierbei die Betätigungseinrichtung zum Verschieben der Ventilkugel in die Offenstellung zerstört werden. Der Beseitigung dieser Schwierigkeiten dienen Bypassventile für einen Druckausgleich an der Ventilkugel bzw. am Ventilkörper vor dessen Bewegen aus der Schließ- in die Offenstellung, um auf diese Weise den Verschleiß und den Reibungswiderstand bei der Betätigung des Ventilkörpers herabzusetzen.

Bei einer bekannten Absperreinrichtung für Tiefbohrungen der eingangs angegebenen Art (US-PS 37 03 193) ist des Bypassventil zwischen einer Betätigungshülse der Einrichtung zum Verschieben des Ventilkörpers und dem Gehäuse der Absperreinrichtung oberhalb des Ventilkörpers gesondert von diesem vorgesehen. Befindet sich der Ventilkörper ^:n seiner Schließstellung, so ist ein Absenken der Betätigungshülse für ein öffnen des Bypassventils erforderlich. Dieses Absenken der Betätigungshülse erfolgt, bevor eine Längsverschiebung des Ventilkörpers stattgefunden hat. Hierbei wird eine nach oben weisende Schulter einer des weiteren zwischen dem unteren Ende der Betätigungshülse und dem Ventilkörper vorgesehenen Stützhülse von ihrem Sitz am Gehäuse nach unten bewegt, um eine in der Betätigungshülse vorgesehene Öffnung für den Druckausgleich freizugeben. Der Ventilkörper nimmt an dieser Abwärtsbewegung nicht teil, da zwischen den den Ventilkörper mit der Betätigungshülse verbindenden Verbindungsgliedern und der Betätigungshülse ein Bewegungsspiel in Längsrichtung vorgesehen ist Diese bekannte Konstruktion eines Bypassventils ist kompliziert und träge, weil die Längsverschiebung des Ventilkörpers für dessen Bewegung in die Offenstellung eine voraufgegangene Längsverschiebung der beteiligten Hülsen der Betätigungseinrichtung zum Verschieben des Ventilkörpers zur Voraussetzung hat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperreinrichtung mit einem automatischen, vorzugsweise als Kugelventil ausgebildeten Absperrventil der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der der Ventilkörper unter Vereinfachung der Betätigung und Anordnung des Bypassventils ungeachtet eines hohen Bohrlochmediumdruckes, der bestrebt ist, das Ventil geschlossen zu halten, leicht und schnell aus der Schließin die Offenstellung überführt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Bypassventil in den Ventilkörper einbezogen und durch eine Längsverschiebung des Ventilkörpers aus seiner Schließ- in seine Offenstellung bewegbar ist Hierdurch ist einen besonders einfache, kompakte Konstruktion eines Bypassventils geschaffen, die ferner eine kurze Ansprechzeit bzw. schnelle Betätigung des Absperrventils ermöglicht da bei der Erfindung das öffnen des Bypassventils als Ergebnis einer Längsverschiebung des Absperrventilkörpers, die für dessen öffnen durchgeführt wird, erfolgt. Es ist somit keine vorherige, gesonderte Betätigung des Bypassventils erforderlich, um erst dann den Offnungsvorgang des Ventilkörpers durch dessen Längsverschiebung einzu-Die Absperreinrichtung nach der Erfindung kann in einen Förderrohrstrang 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 Statt dessen 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,

ίο wobei es aus dem Ansatzrohrstück durch ein Laufwerkzeug herausgefahren werden kann. In diesem Fall ist die Steuerleitung von einer geeigneten Steuermediumdruckquelle mit dem Ansatzrohrstück verbunden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht In der Zeichung zeigt

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

Fig.2a, 2b, 2c, 2d und 2e einen j'iertellängsschnitt durch eine automatische Absperreinnchiung nach der Erfindung im geschlossenen Zustand, wobei die F i g. 2b bis 2e fortlaufende Verlängerungen der Fig.2a nach unten darstellen;

Fig.ja und 3b einen Längsschnitt teilweise als Viertelschnitt, durch die Absperreinrichtung 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 F i g. 3b eine untere Fortsetzung der F i g. 3a ist;

Fig.4a, 4b und 4c einen Viertellängsteilschnitt, in dem das Absperrventil in Offenstellung veranschaulicht ist und wobei die F i g. 4b und 4c untere Fortsetzungen der F i g. 4a darstellen;

Fig.5 einen senkrechten Detailschnitt mit einigen abgebrochen dargestellten Teilen nach der Linie 5-5 der F i g. 2c;

F i g. 6 einen Schnitt entsprechend F i g. 5, wobei sich jedoch das Absperrventil in seiner Offenstellung befindet;

F ι g. 7 eine Querschnitt nach der Linie 7-7 der F i g. 5; F i g. 8 eine perspektivische Darstellung der Ventilkugel;und

Fig.9 einen Längsschnitt nach der Linie 9-9 der F i g. 2c.

Wie zunächst aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist eine automatische Absperreinrichtung V in einen Förderrohrstrang Γ eingebaut, der sich durch ein Bohrlochgehäuse C, das in ein Bohrloch ^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 herkc'iirolicher 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 Cist eins Dichtungspackung 10 eingesetzt, die eine Abdichtung zwischen dem Rohrstrang Γ und dem Gehäuse unter uer Absperreinrichtung V bildet. Letztere bleibt, wie im folgenden beschrieben wird, nur so lange offen, wie ihr geeigneter Steuermediu::ndruck aus einer Druckquelle 11 zugeführt wird.

Bei der in den Fig.2a bis 9 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Absperreinrichtung V ein langgestrecktes, rohrformiges 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 Tuber 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 23 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 T verschraubt ist, der sich unter der Absperreinrichtung nach unten ins Bohrloch erstreckt. Das Gehäuse 20 besitzt ein?n Innenbohrung 35 und eine nach unten weisende innere Schulter 36 gegenüber einer aufwärts weisenden Schulter 37 im Gehäuseabschnitt 26. Zwischen der nach unten weisenden Schulter 36 und der nach oben weisenden Schulter 37 befindet sich ein Ventilkäfig 40, der vorzugsweise längsgeteilt ist und aus einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden oberen Stirnring 41 und einem Paar diametral mit Abstand :o voneinander angeordneter, in Längsrichtung verlaufender Eingriffsrippen bzw. -stangen 43, die sich 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 F i g. 5 und der eine Durchströmung zulassenden Offenstellung nach den F i g. 4a bis 4c und F i g. 6 bewegt werden.

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 ist und sich in Längsrichiung 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 53 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 Ventilgegenflache 57 des Ventiikörpers in Eingriff bringbar ist.

Über dem Ventilkörper 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 57 des Ventilkörpers in Eingriff bringbar ist. Die obere Ventilhülse 60 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 radial nach innen erstreckenden Zylinderkopfbereich 65 des Gehäuseabschnitts 21 anliegt.

Die Innenhülse 63 ist normalerweise mit dem Gehäuseabschnitt 21 durch eine lösbare Einrichtung unter Verwendung einer Abscherschraube 63a in der aus Fig. 2b ersichtlichen Stellung verbunden. Jedoch kann die Innenhülse 63, wie es insbesondere in der (nach veröffentlichten) DE-OS 23 37 682 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 636 mit Außenzähnen 63c vorgesehen, die mit aufwärts gerichteten Innenzähnen des 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 63eder oberen Ventilhülse 60 zur Anlage kommt, um letztere nach unten zu drücken. Der Sperring 636 hält die Hülse 63 in einer Stellung, in der sich die Ventilkugel 46 in ihrer Offenstellung befindet.

Im Außengehäuse 20 befindet sich hin- und hergehbar eine längliche Kolbenhülse 67, deren Kopf68 gleitbar an der obenen Ventildichtungshülse 60 anliegt. Unterhalb des Kopfes 68 befindet sich eine nach unten weisende Schulter 69 und ein nach unten verlängerter zylindrischer Dichtungsbrsich 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 weisende Schulter 73 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 säe mit dem oberen Federsitzring 51s entsprechend der Darstellung in F i g. 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 67 anliegen. Zwischen der Schwimmkolbenhülse 76 und dem Zylinderkopfbereich 65 des Gehäuseabschnitts 21 ist auf diese Weise ein Raum 79 gebildet, dem ein Steuermedium aus einer Steuerrnediumlciiung CFfiber 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 Γ 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 Steuermedhimdruckes im Raum 79 in eine Schließstellung zu drücken.

Während eine Abdichtung der Ventilkugel 46 an ihrer kugeligen Umfangsfläche 57 allein durch die kugeligen Endflächen 56 und 61 der Dichtungshülsen 53 und 60

herbeigeführt werden kann, ist bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ferner ein gummielastischer bzw. elastomerer Dichtungsring 81 vorgesehen, der von einem Trägerring Ol mit einem an der Kolbenhülse 60 gleitbar anliegenden Dichtungsring 83 gehalten ist. Der Trägerring 82 ist, wie insbesondere F i g. 5 zeigt, in einer Nut 84 des geteilten Käfigrings 41 angeordnet.

V/ettr. 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 Druckes erzeugten Widerstand zu entlasten. Nach der Erfindung ist hierzu ein Bypass- bzw. Ausgleichsventil in das Kugelventil einbezogen, wie es insbesondere aus den 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 A_nr \;„„iiiL,,„„i Λα. k»<.:<-»i »;r.ar. ci;r< a-i _on _O,n_orr.

Ventilkugel 46 und radial mit dem Schlitz 45 ausgerichtet ragt eine Anschlagfläche 91 von der ebenen Fläche 90 nach außen und bildet ein Paar rechtwinklig zueinander angeordneter Anschlagflächen 91a und 916. Wenn sich die Ventilkugel 46 in der Stellung nach F i g. 5 befindet, liegt die Anschlagfläche 91a an der senkrechten Fläche 74a des angrenzenden Kolbenarms 74 an, wodurch die Drehung der Ventilkugel 46 in die Stellung, in der das Ventil geschlossen ist,

ίο begrenzt ist. Die Anschlagfläche 91 öder Anschlagfläche 91 liegt in der Stellung nach F i g. 6 an der Fläche 74a des Arms 74 an, um die Drehung der Ventilkugel 46 in die Stellung, in der das Ventil geöffnet ist, zu begrenzen. Diese Drehung zwischen der Offen- und der Schließsteliung wird durch eine Längs- bzw. Vertikalbewegung der Ventilkugel 46 im Käfig 40 hervorgerufen, deren beide Endstellungen in den F i g. 5 und 6 veranschaulicht sind.
Wie bereits erwähnt, wird die Ventilkugel 46 durch

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Finsatz 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 87ö, der in einer unterschnittenen Nut 87c in der Ventilkugel 46 befestigt ist. Die Kappe 85 und die Ventilkugel 46 sind mit Eingriffsgliedern für ihr gegenseitiges Zusammenschließen versehen, damit sie als eine Einheit zwischen den Stellungen nach F i g. 2c und F i g. 3b drehbar sind. Hierzu sind nach innen gerichtete Bereiche bzw. Rippen 87c/ der Kappe 85 mit Abstand voneinander angeordnet, um einen Schiit 87e zu bilden, der eine Gegenrippe 87/" der Ventilkugel 46 aufnimmt, wobei die Bypassventilscheibe 87a von der Rippe 87/"getragen ist. Um den Stift 87 ist ein Dichtungsring 88 an einem Vorsprung gelegt, der mit einem Sitz 89 in der Unterfläche der Kappe 85 in Dichtungseingriff bringbar ist. Wenn die Kappe vom Kugelsockel entsprechend der Darstellung in F i g. 3b abgehoben ist, kann ein Strömungsmedium durch die Kappenöffnung 86 strömen, um den Druck an der Ventilkugel 46 auszugleichen, wobei die zusammenwirkenden Rippen 87c/ und %7f 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 67 in der Stellung nach den F i g. 4a bis 4c, die in bezug auf das Ventilgehäuse 20 eine untere Stellung ist, so ist die Ventilkugel 46 in der Offenstellung und die Dichtungsfläche 61 der Dichtungshülse 60 wird iii eingriff mit der kugeligen Oberfläche 57 der Ventilkugel 46 durch den Druck des Steuermediums im Raum 79 gedruckt, 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 F i g. 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 uiärnetfäi einsriu£f gcgcnUi/criicgcnucri Stangen 43 ucS Ventilkäfigs 40 und der Kolbenarme 74. Der Schlitz 45 verläuft radial in bezug auf die Drehachse der ben. Der Schlitz 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 Flächen 45a und 45b gebildet, die rechtwinklig zueinander und parallel zur Anschlagfläche 91a bzw. 91 b verlaufen. Am Scheitel des zwischen den Flächen 45a und 45b definierten Winkels öffnet sich der Schlitz bei 45c radial nach innen. Hierbei ist das Zusammenwirken zwischen dem Zapfen 44 und der Fläche 45a derart, daß die Ventilkugel 46 aus der Stellung nach F i g. 5 in die Stellung nach F i g. 6 gedreht wird, wenn die Ventilkugel 46 in bezug auf den Zapfen 44 nach unten bewegt wird, und umgekehrt kommt die Fläche 45i> am Zapfen 44 bei einer Aufwärtsbewegung der Ventilkugel 46 zur Anlage und dreht diese aus der Stellung nach F i g. 6 in die Stellung nach F i g. 5. Wenn sich die Ventilkugel 46 in der Stellung nach F i g. 5 befindet, gibt jedoch der Zapfen 44 die Fläche 45a frei, so daß eine freie Längsbewegung der Ventilkugel 46 möglich ist, nachdem die Anschlagfläche 91a an der Fläche 74a des Arms 74 zur Anlage gekommen ist. Eine entsprechend begrenzte freie Abwärtsbewegung der Ventilkugei 46 ist möglich, wenn sich die Ventilkugel entsprechend der Darstellung in F i g. 6 in Offensie!hing befindet, wobei der Zapfen 44 die Schlitzfläche 45t> freigibt, wenn die Anschlagfläche 91 b an der Seitenfläche 74a des Arms 74 zur Anlage kommt. Eine derartige Verbindung der Ventilkugel 46 und des Drehzapfens 44

so mit freier bzw. verlorener Bewegung entlastet die Verbindung von möglicherweise Beschädigungen hervof rufenden Kräften, wenn sich die Ventilkugel in der Schließ- oder Offenstellung befindet.

Die Arbeitsweise der Absperreinrichtung ist wie

W 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 10 und die Steuermediumleitung gleichzeitig mit dem Rohrstrang T in das Bohrloch eingefahren werden. Die Absperreinrichtung wird normalerweise entsprechend der Darstellung in den F i g. 2a bis 2e und 5 geschlossen, wenn der Druck des Steuermediums im Steuermedium-Druckraum 79 abfällt und die Feder 51 mit einer nach oben gerichleien Kraft auf die unteren Enden der Arme 74 einwirkt, um die Kolbenhülse 67 nach oben zu drücken. Durch die

Aufwärtsbewegung der Kolbenhülse 67 wird die Ventilkugel 46 über die Schwenkzapfen 75 nach oben bewegt, so daß die an den Steuerflächen 4Sd 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 Längsrichtung ohne Drehung in iJichtungseingriff mit der elastischen Dichtung BI bewegt. Die Aufwärtsbewegung der Dichtungshülse 60 ist durch Anlage einer an ihr vorgesehenen äußeren Ringschulter 41a an dem geteilten oberen Stirnring 41 des Ventilkäfigs 40 begrenzt.

Wenn dem Druckraum 79 ein unter Druck stehendes Steuermedium durch die Steuermediumleitung CF aus dem oberen Bereich des Bohrlochs zugeführt wird, wird die Kolbenhülse 67 mit einer abwärts gerichteten Kraft beaufschlagt, die die Kraft der Feder 51 überwindet. Die

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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 mit dem unteren Ende der Dichtungshülse 60 und der elastischen Dichtung 81 gehalten, wobei eine Abwärtsbewegung der Dichtungshülse 60 bis zu dem Zeitpunkt verhindert wird, zu dem sich der Kugelsockel der Ventilkugel aus der Stellung nach Fig. 9 in die Stellung nach der F i g. 3b bewegt hat, in der die öffnung 86 durch die Kappe 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 Schlitzfläche 45b, wodurch die Ventilkugel aus der Schließstellung nach F i g. 5 in die Offenstellung nach F i g. 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 Dichtungshiilse 53 bzw. der Ventilkugel 46 stehen in Dichtungseingriff. An diesem Punkt ist keine weitere Abwärtsbewegung der Ventilkugel möglich,

ίο und die Dichtungsberührung zwischen den metallenen Dichtungsflächen der unteren Dichtungshülse 53 und der oberen Dichtungshülse 60 mit der Ventilkegel 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 abwärts gerichteten Kraft auf die Kolbenhülse 67 wirkende

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aufgrund einer Beschädigung der Steuermediumleitung 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 Steuermediumrestdruckes, 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 Ausführungsform einer Absperreinrichtung unter Verwendung einer zweigeteilten Ventilkugel mit einem Kugelsockel und einer ein

J5 Bypassventil bildenden, relativ bewegbaren Kappe kann 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.

Hierzu 6 Blatt Zeichnunaen

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 und einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkörper, einer Betätigungseinrichtung zum Verschieben 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, und mit einem Bypassventil für einen Druckausgleich am Ventilkörper vor dessen Bewegen aus der Schließ- in die Offenstellung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil in den Ventiikörper einbezogea und durch eine Längsverschiebung des Ventilkörpers aus seiner Schließ- in seine Offenstellung bewegbar ist.

2. Absperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil mittels zweier in Längsrichtung relativ zueinander bewegbarer Hülsen (60,67) der Betätigungseinrichtung des in der Grundform einer Kugel (46) mit sich durch diese hindurcherstreckendem Strömungskanal und einer kugeligen Dichtungsfläche (57) ausgebildeten Ventilkörpers in eine Offen- und eine Schließstellung überführbar ist, von denen die eine Hülse (60) mit der kugeligen Dichtungsfläche (57) des Ventilkörpers in Dichtungseingriff bringbar uno die andere Hülse (67) als auf den Druck des Sieuormediums im Steuermedium-Druckraum (79) ansprec .ende Kolbenhülse ausgebildet ist, durch deren Längsbewegung der Ventilkörper zwischen seiner Schließ- und seiner Offenstellung drehbar ist.

3. Absperreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil einen auf dem Absperrventilkörper verschiebbaren Bypassventilkörper aufweist, wobei die beiden Ventiikörper in einer oberen Stellung des Absperrventilkörpers für ein Schließen des Bypassventils in Wirkverbindung stehen und der Absperrventilkörper für ein Offnen des Bypassventils in Abhängigkeit vom Druck des Steuermediums im Steuermedium-Druckraum (79) in eine untere Stellung bewegbar ist.

4. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrventilkörper die Form eines Kugelsockels und der Bypassventilkörper die Form einer dem Kugelsockel zugeordneten Kappe (85) besitzt, die eine normalerweise geschlossene Bypassöffnung (86) bilden.

5. Absperreinrichtung nach Anspruch 4, 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 festgelegt ist.

6. Absperreinrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelsockel und die Kappe (85) durch in gegenseitigem Eingriff stehende Eingriffsglieder unter Ermöglichung einer Relativbewegung zum öffnen der Bypassöffnung (86) miteinander verbunden sind. 7. Absperreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsglieder von Rippen (87</, 87/) des Kugelsockels und der Kappe (85) gebildet sind. 8. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiikörper durch an diesem und einem Ventilkörperkäfig (40) vorgesehene Zapfen (44) und Zapfeneingriffsflächen (45a, ASb) unter dem Einfluß der Kolbenhülse (67) drehbar ist.

9. Absperreinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Ventilkörpers in die Schließ- und Offenstellung durch Anschlagflächen (91, 74a) begrenzt ist, die am Ventilkörper und an Lagerar men (74) für diesen vorgesehen sind.