DE2462473B2 - Absperreinrichtung für Tiefenbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung für

to 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 verschieb- und drehbaren Ventiikörper und einer Betätigungseinrichtung zum Verschieben des von einer Kugel mit sich durch diese hindurcherstreckendem Strömungskanal und einer kugeligen Dichtungsfläche gebildeten Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen, die einen von einer äußeren, durch den Druck eines Steuermediums abwärts bewegbaren Kolbenhülse und einer innerhalb derselben angeordneten Innenhülse einer oberen Hülsenanordnung sowie dem Außengehäuse gebildeten Steuermedium-Druckraum zum Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung und eine eine untere, von einer Feder umgebene Hülse umfassende Einrichtung zum Drücken des Ventilkörpers in die Schließstellung sowie obere und untere, kugelige Gegendichtungsflächen für den für eine Drehbewegung um seine Querachse mit der oberen Hülsenanordnung verbundenen Ventilkörper umfaßt, die am unteren Ende der oberen Innenhülse und am oberen Ende der unteren Hülse gebildet sind.

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 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 Bohrlochkopfausrüstung auftreten können, die zu einem unkontrollierten Ausströmen führen, bis das Bohrloch abgesperrt werden kann.

Bei einer bekannten Absperreinrichtung der eingangs angegebenen Art (US-PS Re 25 471, US-PS 30 07 669) ist die untere Hülse der Einrichtung zum Drücken des Ventilkörpers in die Schließstellung mit ihrer Gegendichtungsfläche unter allen Betriebsbedingungen ständig in Abdichtungsgleiteingriff an der kugeligen Dichtungsfläche des Ventilkörpers gehalten. Dies erschwert die Bewegung des Ventilkörpers insofern, als die untere Hülse insbesondere auch bei der Verschiebung des Ventilkörpers aus der Schließstellung in die Offenstellung gegen den Ventilkörper drückt und dadurch hohe Reibungskräfte an den beteiligten

b5 Flächen der unteren Hülse und des Ventilkörpers wirksam werden läßt. Diese haben nicht nur einen vermehrten Verschleiß zur Folge, sondern erfordern auch einen entsprechend größeren Druck des Steuer-

mediums, um die Drehung des Ventilkörpers aus seiner Schließ- in seine Offenstellung herbeizuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absperreinrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der der Ventilkörper unter Vereinfachung der Betätigung und Anordnung im Gehäuse der Absperreinrichtung ungeachtet eines hohen Bohrlochmediumdruckes, der bestrebt ist, das Ventil geschlossen zu halten, mit einfachen Mitteln zuverlässig und verschleißmindernd aus der Schließ- in die Offenstellung überführbar ist

Diese Aufgabe wird bei einer Absperreinrichtung für Tiefbohrungen der angegebenen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ventilkörper mit der äußeren Kolbenhülse der oberen Hülsenanordnung verbunden, in Schließstellung mit Abstand von der unteren Hülse und deren GegendJchtungsfläche gehalten und erst bei Erreichen seiner Offen-!teilung in Dichtungseingriff mit der unteren Hülse überführbar ist

Bei dieser Ausgestaltung erfolgt aufgrund der vorgenommenen Verbindung des Ventilkörpers mit der äußeren Kolbenhülse die Kraftübertragung bei konstruktiv einfacher Ausbildung durch ein funktionsmäßig einstückiges Bauteil, so daß die Absperreinrichtung nach der Erfindung ein hohes Maß an Funktionssicherheit besitzt Da der Ventilkörper ferner in seiner Schließstellung mit Abstand von der unteren Hülse und deren Gegendichtungsfläche gehalten ist und erst bei Erreichen seiner Offenstellung in Dichtungseingriff mit der untereren Hülse überführt wird, sind die Reibung beim Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung und damit der Verschleiß wesentlich herabgesetzt

Es ist zwar schon bei Absperreinrichtungen für Tiefbohrungen bekannt (US-PS 37 03 193), den Ventilkörper mit der Kolbenhülse der oberen Hülsenanordnung der Betätigungseinrichtung zu verbinden, jedoch ist hierbei die obere Hülsenanordnung nicht von einer äußeren Kolbenhülse und einer innerhalb derselben angeordneten Innenhülse, sondern praktisch nur von der Kolbenhülse bebildet die an ihrem unteren Ende mit einer mit dem Ventilkörper zusammenwirkenden, Gegendichtungsflächen ausbildenden Ventilhülse sowie ferner mit einem Paar von Verbindungsstangen zur Herstellung der Verbindung mit dem Ventilkörper versehen ist, die mit einwärts gerichteten Ansätzen mit axialem Spiel in eine Nut einer mit dem unteren Ende der Kolbenhülse verschraubten Stützhülse eingreifen. Bei dieser bekannten Anordnung führt die Kolbenhülse bei einer durch Drackbeaufschlagung im Steuermedium-Druckraum veranlaßten Abwärtsbewegung in bezug auf die Verbindungsstangen bzw. die Abwärtsbewegung des Ventilkörpers eine mitnahmefreie Verlustbewegung aus, bevor der Ventilkörper abwärts bewegt werden kann. Die Lagerung der den Ventilkörper abstützenden Verbindungsstangen in der Kolbenhülse bzw. deren unterseitiger Stützhülse mit axialem Spiel kompliziert die Anordnung und wirkt sich nachteilig auf die Kraftübertragung von der druckbeaufschiagten Kolbenhülse auf den abwärts zu bewegenden Ventilkörper aus. Bei Verwendung einer unteren Einrichtung zum Drücken des Ventilkörpers in die Schließstellung mit einer von einer Feder umgebenen Hülse liegt diese auch in Schließstellung des Ventilkörpers mit Dichtungseingriff an diesen an, so daß bei dieser Ausbildung fernerhin hohe Reibungskräfte beim Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung mit vermehrtem Verschleiß der beteiligten Bauteile auftreten.

Die Absperreinrichtung nach der Erfindung kann in einen Förderrohrstrang eingebaut und in das Bohrloch im Rohrstrang eingelassen werden, wobei das Steuejrmedium 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, wobei es aus dem Ansatzrohrstück durch Drahtseilwerkzeuge bzw. ein Lauf werkzeug herausgefahren werden kann. In diesem Fall in 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 Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Unterwasser-Bohrlochs, in das eine auotmatische Absperreinrichtung unter der Oberfläche eingesetzt worden ist;

F i g. 2a, 2b, 2c, 2d und 2e einen Viertellängsschnitt durch eine auotmatische Absperreinrichtung nach der Erfindung im geschlossenen Zustand, wobei die F i g. 2b bis 2e fortlaufende Verlängerungen der F i g. 2a nach unten darstellen;

Fig.3a und 3b einen Lärtgsschnitt; teilweise als Viertelschnitt durch die Absperreinrichtung nach den F i g. 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;

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

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

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

F i g. 7 einen Querschnitt nach der Linie 7-7 der F ig. 5;

F i g. 8 eine perspektivische Darstellung der Ventilkugel; und

F i g. 9 einen Längsschnitt nach der Linie 9-9 der F i g. 2c.
Wie zunächst aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist eine

so automatische Absperreinrichtung V in einen Förderrohrstrang Teingebaut, der sich durch ein Bohrlochgehäuse C, das in ein Bohrloch Weingesetzt ist, nach unten erstreckt. Der Rohrstrang T und das Gehäuse C erstrecken sich nach oben durch ein Gewässer zu einer Plattform P. Auf der Plattform befindet sich ein herkömmlicher ventilversehener Rohrkopf f/, von dem eine Strömungsleitung F ausgeht; mittels welcher Bohrlochmedien zu einem an einer geeigneten Stelle angeordneten Lagerbehälter geführt werden. In das

fao Gehäuse Cist eine Dichtungspackung 10 eingesetzt die eine Abdichtung zwischen dem Rohrstrang Γ und dem Gehäuse un:er der Absperreinrichtung V bildet Letztere bleibt, wie im folgenden beschrieben wird, nur so lange offen, wie ihr ein geeigneter Steuermedium-

M druck aus einer Druckquelle 11 zugeführt wird.

Bei der in den Fig. 2a bis 9 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Absperreinrichtung V ein langgestrecktes, rohrförmiges 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. 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 eine Innenbohrung 35 und eine nach unten weisende innere Schulter 36 gegenüber einer aufwärts !5 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 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 46 in Form einer Kugel eingreift, wodurch, wie im folgenden ausführlicher beschrieben wird, die Ventilkugel zwischen der Schließstellung nach den F i g. 2a bis 2e und Fig. 5 und der ein Durchströmung zulassenden Offenstellung nach den F i g. 4a bis 4c und F i g. 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 Schrauben- <io druckfeder 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 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 53 nach oben gdrückt wird. An ihrem oberen Ende besitzt die Dichtungshülse 53 eine ringförmige, kugelige Dichtungsfläche 56, mit der sie entsprechend der Darstellung in den F i g. 4c und 6 in Dichtungseingriff mit einer kugeligen Ventilgegenfläche 57 des Ventilkörpers 46 in Eingriff bringbar ist

Ober dem Ventilkörper 46 befindet sich im äußeren Gehäuse 20 hin- und hergehbar eine obere, innere Ventilbetätigungs- und Dichtungshülse 60, die an ihrem unteren Ende eine kugelige Ventileingriffs- und Dichtuagsfläche 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 der äußeren Gehäuseabschnitte 21 und 26 und besitzt an ihrem oberen Ende einen zylindrischen Endabschnitt 62, der hin- und hergehbar auf einer Hülse 63 des äußerer Gehäuseabschnitts 21 angeordnet ist. Der Hülsenab schnitt 62 der inneren Ventilhülse 60 besitzt einer Dichtungsring 64, der gleitbar und mit Dichtungseingrif! an der Hülse 63 unter einem sich radial nach inner erstreckenden Zylinderkopfbereich 65 des Gehäuseab· Schnitts 21 anliegt

Die Hülse 63 ist normalerweise mit dem Gehäuseab schnitt 21 durch eine lösbare Einrichtung untei Verwendung einer Abscherschraube 63a in der au; F i g. 2b ersichtlichen Stellung verbunden. Jedoch kanr die Hülse 63, wie es insbesondere im Zusammenhang mit dem älteren Gegenstand nach der DE-OS 23 37 682 beschrieben ist, nach unten bewegt werden, um die Ventükiige! 46 in die Offensteüup.g zu bringen und sie ir dieser zu halten. Hierbei ist ein elastischer, geteilter Sperring 636 mit Außenzähnen 63c vorgesehen, die mil aufwärts gerichteten Innenzähnen des äußeren Gehäuseabschnitts 21 in Eingriff stehen. Der Sperring 63i besitzt ferner innere Sperrzähne 63t/ die mit äußerer 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, innerer Ventilhülse 60 zur Anlage kommt, um letztere nach unten zu drücken. Der Sperring 63b hält die Hülse 63 ir einer Stellung, in der sich die Ventilkugel in ihrei Offenstellung befindet

Im Außengehäuse 20 befindet sich hin- und hergehbai eine längliche Kolbenhülse 67, deren Kopf 68 gleitbar ar der oberen, inneren Ventildichtungshülse 60 anliegt Unterhalb des Kopfes 68 befindet sich eine nach unter weisende Schulter 69 und ein nach unten verlängerte! zylindrischer Dichtungsbereich 70, der in bezug auf ein« Dichtungsrippe bzw. einen Flansch 71 der Ventilhülse 6( gleitbar ist, der einen Dichtungsring 72 trägt und ein« nach oben weisende Schulter 73 bildet. Die Kolbenhülss 67 besitzt nach unten gerichtete, diametral mit Abstanc voneinander angeordnete Arme 74, die gleitbar durch den Ventilkäfigring 41 und zwischen den Käfigstanger 43 hindurchragen. Die Arme 74 lagern und tragen di« Ventilkugel 76 auf Schwenkzapfen 75, die in Zapfenlö eher 75a in der gegenüberliegenden Seite dei Ventilkugel 46 für deren Drehung um eine horizontal« Achse eingreifen. Unterhalb der Schwenkzapfen 75 sine die Arme 74 nach unten verlängert und übergreifen da! obere Ende 52 der unteren Ventildichtungshülse 53, se daß sie mit dem oberen Federsitzring 51a entsprechen der Darstellung in F i g. 2d in Eingriff bringbar sind.

Zwischen der Kolbenhülse 67 und dem äußerer Gehäuseabschnitt 24 befindet sich eine Schwimmkol benhülse 76 mit einem äußeren Dichtungsring 77 unc einem inneren Dichtungsring 78, die am Gehäuseab schnitt 24 bzw. der Kolbenhülse 67 anliegen. Zwischei der Schwimmkolbenhülse 76 und dem Zylinderkopfbe reich 65 des Gehäuseabschnitts 21 ist auf diese Weist ein Raum 79 gebildet, dem ein Steuermedium aus einei Steuermediumleitung CFüber einen Kanal 80 zugeführ wird. Der Druck des Steuermediums im Raum 79 wirk auf die Kolbenhülse 67, um sie nach unten zu drücken damit die Ventilkugel in die Offenstellung geführt wird während der Druck des Bohrlochmediums im Rohr strang Tunter der Ventilkugel gemeinsam mit der Fedei 51 mit einer nach oben gerichteten Kraft auf di( Kolbenhülse 67 wirkt, um die Ventilkugel im Falle eine: Reduzierung des Stcuennediumdruckes im Raum 79 ii eine Schließstellung zu drücken.

Während eine Abdichtung der Ventilkugel an ihre:

kugeligen Umfangsfläche 57 allein durch die kugeligen Endflächen 56 und 61 der Dichtungshülsen 53 und 60 herbeigeführt werden kann, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ferner ein gunimielastischer bzw. 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 F i g. 5 zeigt, in einer Nut 84 des geteilten Käfigrings 41 angeordnet.

Wenn sich die Ventilkugel 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. Dazu ist ein Bypaß- bzw. Ausgleichsventil in das Kugelventil einbezogen, wie es insbesondere aus den F i g. 2c, 3b, 8 und 9 ersichtlich ist. Hiernach besitzt die Ventilkugel eine Sehnenkappe bzw. Kalotte 85 mit einer zentralen öffnung 86. Der eigentliche Kugelkörper bzw. -sockel der Ventilkugel besitzt einen Stift 87 an einem Einsatz 87a, der sich in die öffnung 86 erstrecken kann. Der Ventileinsatz 87a erleichtert die Hersteilung der Ventilkugel und besitzt die Form einer Scheibe mit einem Umfangsflansch 87b, der in einer unterschnittenen Nut 87c in der Ventilkugel 46 befestigt ist. Die Kappe 85 und die Ventilkugel 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 Schlkz 87e zu bilden, der eine Gegenrippe 87/ der Ventilkugel 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 ünterfläche 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 auszugleichen, wobei die zusammenwirkenden Rippen 87dund 87/den Kugelsockel und die Kappe in einem Vereinigungszustand bzw. in Eingriff für eine gemeinsame Drehung halten. Wenn jedoch die Kappe entsprechend der Darstellung in F i g. 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 in der Offenstellung, und die Dichtungsendfläche 61 der Dichtungshülse 60 wird in Eingriff mit der kugeligen Oberfläche 57 der Ventilkugel 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 nach unten wirkende Kraft auf die untere Dichtungshülse 53 unter Kompression der Feder 51.

Das Zusammenwirken der Betätigungszapfen 44 der Ventilkugel und des Schlitzes 45 ist insbesondere aus ω den F i g. 5 und 6 ersichtlich, wobei darauf hingewiesen sei, daß die Ventilkugel identische Schlitze an ihren gegenüberliegenden Seiten aufweist, in die diametral einander gegenüberliegende Zapfen 44 eingreifen. Die Ventilkugel besitzt hierbei an jeder ihrer gegenüberliegenden Seiten ein ebene Sehnenfläche 90 an den diametral einander gegenüberliegenden Stangen 43 des Ventilkäfigs 40 und der Kolbenarme 74. Der Schlitz 45 verläuft radial in bezug auf die Drehachse der Ventilkugel 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 91 i>. Wenn sich die Ventilkugel in der Stellung nach Fig. 5 befindet, liegt die Anschlagfläche 91a an der senkrechten Seitenwand 74a des angrenzenden Kolbenarms 74, wodurch die Drehung der Ventilkugel in die Stellung, in der das Ventil geschlossen ist, begrenzt ist. Die Anschlagfläche 91 b des Begrenzungsansatzes 91 liegt in der Stellung nach Fig.6 an der Seitenwand 74a des Arms 74 an, um die Drehung der Ventilkugel in die Stellung, in der das Ventil geöffnet ist, zu begrenzen. Diese Drehung zwischen der Offen- und der Schließstellung wird durch eine Längs- bzw. Vertikalbewegung der Ventilkugel im Käfig 40 hervorgerufen, deren beide Endstellungen in den F i g. 5 und 6 veranschaulicht sind.

Wie bereits erwähnt, wird die Ventilkugel durch eine Längsbewegung der Kolbenhülse 67 längsverschoben. Der Schlitz 45 ist in der Weise ausgebildet, daß er diese Drehung der Ventilkugel herbeiführt, wenn letztere sich vertikal bzw. in Längsrichtung innerhalb des Käfigs 40 bewegt. Wie den F i g. 5,6 und 8 zu entnehmen ist, ist der Schlitz 45 in der Ventilkugel durch gegenüberliegende Wände 45a und 45i> gebildet, die rechtwinklig zueinander und parallel zur Anschlagfläche 91a bzw. 91 b 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 zwischen dem Zapfen 44 und der Wand 45a derart, daß die Ventilkugel aus der Stellung nach Fig.5 in die Stellung nach F i g. 6 gedreht wird, wenn die Ventilkugel in bezug auf den Zapfen 44 nach unten bewegt wird, und umgekehrt kommt die Wand 456 am Zapfen 44 bei einer Aufwärtsbewegung der Ventilkugel zur Anlage und dreht diese aus der Stellung nach F i g. 6 in die Stellung nach Fig.5. Wenn sich die Ventilkugel in der Stellung nach Fig.5 befindet, gibt jedoch der Zapfen 44 die Wand 45a frei, so daß eine freie Längsbewegung der Ventilkugel möglich ist, nachdem die Anschiagfiäche 91a an der Seitenwand 74a des Arms 74 zur Anlage gekommen ist. Eine entsprechend begrenzte freie Abwärtsbewegung der Ventilkugel ist möglich, wenn sich die Ventilkugel entsprechend der Darstellung in F i g. 6 in Offenstellung befindet, wobei der Zapfen 44 die Schlitzwand 456 freigibt, wenn die Anschlagfläche

91 b an der Seitenwand 74a des Arms 74 zur Anlage kommt. Eine derartige Verbindung der Ventilkugel und des Drehzapfens 44 mit freier bzw. verlorener Bewegung entlastet die Verbindung von möglicherweise Beschädigungen hervorrufenden Kräften, wenn sich die Ventilkugel in der Schließ- oder Offenstellung 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 Gehäuse C abdichtende Dichtungspakkung 10 und die Steuermediumleitung gleichzeitig mit dem Rohrstrang Tin 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 Arme 74 einwirkt, um die Kolbenhülse 67

nach oben zu drücken. Durch die Aufwärtsbewegung der Kolbenhülse 67 wird die Ventilkugel 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 Längsrichtung ohne Drehung in Dichtungseingriff mit der elastischen Dichtung 81 bewegt. Die Aufwärtsbewegung der inneren 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 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 (F i g. 3b). Während dieses Anfangsanteils der Abwärtsbewegung der Kolbenhülse 67 und folglich des Kugelsockels der Ventilkugel wird die Kappe 85 durch die Druckdifferenz in Dichtungsberührung mit dem unteren Ende der inneren 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 w der Ventilkugel aus der Stellung nach Fig.9 in die Stellung nach 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 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 nach unten bewegt, ·"' berührt der Drehzapfen 44 die Schlitzwand 450, 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 F i g. 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 stehen in Dichtungseingriff. An diesem Punkt ist keine weitere Abwärtsbewegung der Ventilkugel möglich, und die Dichtungsberührung zwischen den metallenen Dichtungsflächen der unteren Dichtungshülse 53 und der oberen, inneren Dichtungshülse 60 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 abwärtsgerichteten Kraft auf die Kolbenhülse 67 wirkende Steuermediumdruck im Druckraum 79 abfällt, etwa 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 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 Bypaßventil bildenden, relativbewegbaren Kappe kann selbstverständlich 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 Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem einen durchgehenden Strömungskanal enthaltenden Außengehäuse, einem Absperrventil mit einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden und einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschieb- und drehbaren Ventilkörper und einer Betätigungseinrichtung zum Verschieben des von einer Kugel mit sich durch diese hindurcherstreckendem Strömungskanal und einer kugeligen Dichtungsfläche gebildeten Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen, die einen von einer äußeren, durch den Druck eines Steuermediums abwärts bewegbaren Kolbenhülse und einer innerhalb derselben angeordneten Innenhülst einer oberen Hülsenanordnung sowie dem Außengehäuse gebildeten Steuermedium-Druckraum zum Bewegen des Ventilkörpers in die Offenstellung und eine eine untere, von einer Feder umgebende Hülse umfassende Einrichtung zum Drücken des Ventilkörpers in die Schließstellung sowie obere und untere, kugelige Gegendichtungsflächen für den für eine Drehbewegung um seine Querachse mit der oberen Hülsenanordnung verbundenen Ventilkörper umfaßt, die am unteren Ende der oberen Innenhülse und am oberen Ende der unteren Hülse gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (46) mit der äußeren Kolbenhülse (67) der oberen Hülsenanordnung verbunden, in Schließstellung mit Abstand von der unteren Hülse (53) und deren Gegendichtungsfläche (56) gehalten und erst bsi Erreichen seiner Offenstellung in Dichtungseingriff mit der unteren Hülse (53) überführbar ist.

2. Absperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Kolbenhülse (67) mit dem Ventilkörper (46) mittels Schwenkzapfen (75) an längsverlaufenden Armen (74) der Kolbenhülse vorgenommen ist, auf denen der Ventilkörper drehbar gelagert ist.

3. Absperreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die untere Gegendichtungsfläche (56) ausbildende untere Hülse (53) zwischen den Armen (74) der Kolbenhülse (67) angeordnet ist.

4. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (46) und das Außengehäuse (20) zusammen eine Einrichtung zum Drehen des Ventilkörpers zwischen den beiden Stellungen als Folge einer Längsbewe gung der Kolbenhülse (67) und des Ventilkörpers in entgegengesetzten Richtungen bilden.

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

6. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (51) der Einrichtung zum Drücken des Ventilkörpers (46) in die Schließstellung die Kolbenhülse (67) mit einer aufwärts gerichteten Kraft beaufschlagt.

7. Absperreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (51) als Schraubenfeder ausgebildet und zwischen der unteren Hülse (53) und dem Außengehäuse (20) angeordnet ist.

8. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärtsbewegung der unteren Hülse (53) im Außengehäuse (20) für einen Dichtungseingriff des Ventilkörpers (46) mit der oberen Innenhübe (60) und der unteren Hülse begrenzt ist