DE2608248B2

DE2608248B2 - Absperreinrichtung für Tiefbohrungen

Info

Publication number: DE2608248B2
Application number: DE2608248A
Authority: DE
Inventors: Talmadge Layne Houston Tex. Crowe (V.St.A.)
Original assignee: Baker International Corp
Current assignee: Baker International Corp
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1978-05-03
Also published as: JPS5526274B2; JPS51100906A; US3971438A; GB1539527A; DE2608248C3; DE2608248A1; GB1539526A; GB1539528A; FR2303220A1; CA1038750A

Description

Die Erfindung betrifft eine in eine Förderleitung eines Bohrlochs unter der Oberfläche einsetzbare Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem durchgehenden Strömungskanal enthaltenden Gehäuse, einem Absperrventil mit einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden und einer zweiten, den Strömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkugel und einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Ventilkugel zwischen den beiden Stellungen, wobei die Betätigungseinrichtung einen Steuermedium-Druckraum zum Bewegen der Ventilkugel in die Offenstellung umfaßt und eine Einrichtung zum Drücken der Ventilkugel in die Schließstellung bei Reduzierung des Steuermediumdruckes im Steuermedium-Druckraum vorgesehen und in die Ventilkugel ein Bypass-Ventil mit einem Bypass-Kanal für einen Druckausgleich an der Ventilkugel vor deren Bewegen aus der Schließ- in die Offenstellung eingearbeitet ist.

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 Veriust von Bohrlochmedien uus abgelegenen Landbohrungen zu verhindern, bei denen Schaden an der Bohrlochkopfausrüstung 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 dieses geschlossen hält, beträchtlich ist. Hierdurch wird eine hohe Reibungsbelastung zwischen den Dichtungsflächen und der Oberfläche der Kugel, mit der sie in Dichtungseingriff stehen, hervorgerufen. Unter Umständen kann

hierbei die Betätigungseinrichtung zum Verschieben der Kugel in die Offenstellung zerstört werden.

Es ist bereits bekannt (DT-OS 23 43 901), 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.

Es ist ferner bereits eine Absperreinrichtung für Tiefbohrungen der eingangs angegebenen Art bekannt (DT-OS 24 28 804), bei der ein solches Ausgleichsventil unter Ausbildung eines Bypass-Kanals in die Ventilkugel des Absperrventils einbezogen ist. Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine derartige Absperreinrichtung hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit und ihrer Montage bzw. ihres Einsatzes im Bohrloch zu verbessern.

Hierzu ist zunächst vorgesehen, daß dem Bypass-Kanal eine Siebeinrichtung zur Begrenzung des Zutritts von Feststoffen zum Bypass-Kanal vorgeschaltet ist, wodurch erreicht ist, daß Feststoff-Partikel, z. B. Sand, bei der Durchführung des Druckausgleichs nicht in den Bypass-Kanal gelangen und diesen verstopfen können. Bei Ausbildung der Ventilkugel als Kugelsockel und Kappe ist in den Kugelsockel eine elastische Dichtung zwischen den Sieböffnungen und den in der Kappe der Ventilkugel befindlichen Bypass-Kanal eingearbeitet, um eine Abdichtung bei in Schließstellung befindlicher Ventilkugel zu schaffen.

Nach der Erfindung ist ferner eine Ventilkugel-Abslützung vorgesehen, die im Ventilgehäuse einstellbar ist, um einen strammen Sitz der Ventilkugelkappe an einer Ventilsitzhülse zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Ventilkugel-Abstützhülse einstellbar an einem oberen Dorn angebracht ist, so daß durch Einstellung der Hülse in Längsrichtung in bezug auf den Dorn die Ventilkugel in bezug auf ihren Sitz eingestellt wird.

Die einstellbare Hülse verbindet außerdem den oberen Dorn mit einem unteren Dorn, die beide mit Dichtungen versehen sind, die mit einem üblichen Einsatznippel in Dichtungseingriff bringbar sind, wenn die Absperreinrichtung in ihre Position abgesenkt wird, um auf diese Weise eine Abdichtung an einander gegenüberliegenden Seiten des Steuermediumkanals des Nippels zu bilden. Die Einstellhülse ist zwischen den Dichtungen mit öffnungen für eine Verbindung zwischen dem Steuermediumkanal und einem Druckraum der Absperreinrichtung versehen, der zum öffnen des Ventils mit einem Steuermediumdruck beaufschlagbar ist. Die mit öffnungen versehene Hülse befindet sich hierbei in einem druckausgeglichenen Raum, so daß sie nicht dickwandig ausgebildet sein muß, wodurch ein maximaler Innenraum für andere Bauteile und ein großer mittlerer Strömungskanal geschaffen ist.

Eine innere Federführung ist für eine Feder vorgesehen, die zur Überwindung des Steuermediumdruckes bei geschlossenem Ventil vorgesehen ist, jedoch ist diese Feder nicht außen eingeschlossen oder geführt. Aus diesem Grunde kann die Feder einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisen und so stark ausgebildet sein, daß ein beträchtlicher Steuermediumdruck überwunden werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Absperreinrichtung in größerer Tiefe, z. B. gut unterhalb der Gewässersohle im Falle einer durch ein verhältnismäßig tiefes Gewässer geführten Unter-

wasserbohrung, oder unterhalb eines Punktes einzusetzen, an dem sich Paraffin in der Bohrlochleitung bildet, welches die Ventilfunktion beeinträchtigen könnte.

Die innere Federführung ist darüber hinaus in bezug auf das Ventil bzw. die Ventilabstützung einstellbar und besitzt einen Innendurchmesser, der im wesentlichen dem der Öffnung des Kugelventils entspricht. Die Führung besitzt eine Stirnfläche, die in eine Stellung für einen Eingriff durch den Kugelsockel und die Kugelkappe bei in Offenstellung befindlicher Ventilkugel gebracht werden kann, so daß eine glatte, durchgehende Bohrung durch die Absperreinrichtung geschaffen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung veranschaulicht. In der Zeichnung zeigt

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

Fig.2a, 2b, 2c, 2d und 2e einen Viertellängsschnitt durch eine automatische 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 teilweise als Viertelschnitt ausgeführten Längsschnitt durch die Absperreinrichtung nach den F i g. 2a bis 2e, in denen das Absperrventil in Schließstellung, jedoch im Zustand des Druckausgleichs bei offenem Bypass-Ventil dargestellt ist und wobei die F i g. 3b eine untere Fortsetzung der F i g. 3a ist,

Fig.4a und 4b einen teilweise als Viertelschnitt ausgeführten Längsschnitt, in dem das Absperrventil in Offenstellung veranschaulicht ist und wobei die F i g. 4b eine untere Fortsetzung der F i g. 4a darstellt,

F i g. 5 einen Schnitt 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 i g. 7 eine perspektivische Explosivdarstellung der Ventilkugel,

F i g. 8 einen Schnitt durch die Ventilkugel nach der Linie8-8der Fig. 2c,

F i g. 9 einen Horizontalschnitt nach der Linie 9-9 der F i g. 3a,

Fig. 10 einen Horizontalschnitt nach der Linie 10-10 der F i g. 3b,

Fig. It einen Horizontalschnitt nach der Linie 11-11 der Fig.3b;und

Fig. 12 einen Horizontalschnitt nach der Linie 12-12 der F i g. 3b.

Wie zunächst aus F i g. 1 ersichtlich ist, erstreckt sich ein Förderrohrstrang T durch ein Bohrlochgehäuse C nach unten, das in ein Bohrloch W eingesetzt ist. Der Rohrstrang T besitzt einen Nippel N zur Aufnahme einer automatischen Absperreinrichtung, die in diesen von Drahtseilwerkzeugen rückholbar eingesetzt wird. Der Rohrstrang Γ und das Gehäuse C erstrecken sich durch ein Gewässer nach oben zu einer Plattform P Auf der Plattform P befindet sich ein herkömmlicher ventilverschencr 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 eine Pichlungspackung 10 eingesetzt, die eine Abdichtung zwischen dem Rohrstrang T und dem Gehäuse unterhalb des Nippels /Vbilclel.

Der durch den Rohrstrang T aufwärts geführte Mediumstrom wird mittels der Absperreinrichtung V nach den F i g. 2a bis 2e gesteuert. Der Nippel N ist vor einem langgestreckten rohrförmigen Gehäuse 20

^r> gebildet, das bei 21 mit dem unteren Ende des Rohrstrangs Γ und an seinem unteren Ende bei 22 mil einem sich nach unten erstreckenden Rohrstrang 23 verschraubt ist, der mehrere tausend Fuß lang sein kann und der sich zwischen dem Nippel N und der

ίο Dichtungspackung 10 befindet. Derartige Nippel besitzen eine innere Nut 24 zwischen einer aufwärts weisenden Schulter 25 und einer abwärts weisenden Schulter 26. Die Absperreinrichtung V hat einen Sitz aul der Schulter 25, wobei mit der Schulter 26 ein Gesperre

r> 27 in Eingriff steht, um die Absperreinrichtung gegenüber einer aufwärts gerichteten Verschiebung festzulegen.

Unterhalb der Nut 24 besitzt das Gehäuse 20 eine obere zylindrische Dichtungsbohrung 28 und eine mit

21) Abstand zu dieser angeordnete untere zylindrische Dichtungsbohrung 29, zwischen denen sich eine vergrößerte Bohrung 30 befindet. Das Gehäuse 20 ist mit einem Kanal 31 versehen, der sich radial in die erweiterte Bohrung 30 hineinerstreckt, in der eine Anschlußarmatur 32 eine Verbindung mit einer Steuermediumleitung 33 herstellt. Die Steuermediumleitung 33 erstreckt sich von einer Druckquelle 11 nach unten in dem zwischen dem Bohrlochgehäuse C und dem Rohrstrang Tgebildeten Ringraum 34 zum Nippel

ίο N, wodurch bei eingesetzter und im Nippel Λ verriegelter Absperreinrichtung V diese mit einem Steuermedium beaufschlagbar ist.

Die Absperreinrichtung V ist eine langgestreckte Einheit, die in an sich bekannter Weise mittels eines

ti Drahtseil-Laufwerkzeuges in den Nippel N eingesetzt und aus diesem zurückgeholt werden kann. Die Absperreinrichtung V besitzt ein rohrförmiges Ventilgehäuse 35, das mit einem oberen Gewindehais 36 versehen ist, mit dem bei 38 ein Rohrstück 37

■to verschraubt ist, das an seinem oberen Ende bei 39 mit einem Einsetz- und Rückholkopf 40 verbunden ist. Der Kopf 40 besitzt einen Hals 41, der eine nach unten weisende Schulter 42 für einen Eingriff durch ein Drahtseil-Laufwerkzeug oder ein Drahtseil-Ziehwerkzeug (nicht dargestellt) darbietet. Das Gesperre 27 umfaßt eine Vielzahl von Sperrfingern 43, die von einem Haltering 44 herabhängen, der auf einer Schulter 45 des Rohrstücks 37 aufsitzt und durch den Kopf 40 an seinem Platz gehalten ist. Das Rohrstück 37 besitzt Längsschlitze 46, die den Sperrfingern 43 eine Bewegung nach innen ermöglichen. An den unteren Enden der Sperrfinger 43 befinden sich nach außen vorstehende Sperrnasen 47, die in die Nut 24 des Gehäuses 20 des Nippels N für einen Eingriff unter der Schulter 26 zum

^r>^r> Halten der Absperreinrichtung V im Gehäuse 20 hineinragen, wobei eine nach unten weisende Schulter 48 des Rohrstücks 37 die Absperreinrichtung auf der Schulter 25 des Nippelgehäuses 20 abstützt. Im Rohrstück 37 befindet sich eine auf- und abbewegliche

h'i Haltehülse 49, die durch eine Schraubenfeder 50 eine aufwährtsgerichtete Beaufschlagung erhält. Die Schraubenfeder 50 ist zwischen einem Kopf flansch 51 der Haltehülse 49 und dem oberen Hals 36 der Absperreinrichtung angeordnet. Das Rohrstück 37 und die

' ■ Haltehülsc 49 sind mit Öffnungen 52 bzw. 53 versehen, um einen Mediumeinschluß bzw. -gegendruck zu verhindern. Wie an sich bekannt ist, befindet sich beim Einsetzen der Absperreinrichlung in das Gehäuse 20 des

Nippels Nein Laufwerkzeug mit dem Hals 41 in Eingriff, welches in der Weise wirkt, daß die Haltehülse 49 in einer unteren Stellung gehalten wird, so daß die Sperrfinger 43 nach innen springen, während, wenn das Laufwerkzeug entfernt wird, die Haltehülse 49 durch die Feder 50 nach oben gedrückt wird, um die Sperrfinger 43 in ihrer äußeren Verriegelungsstellung zu halten, wie es in F i g. 2a dargestellt ist.

Die Absperreinrichtung V umfaßt ferner einen oberen rohrförmigen Gehäuseabschnitt oder Dichtungsdorn 54, der den Hals 36 aufweist. Dieser Dorn 54 ist mit Dichtungsringen 55 versehen, die mit dem Gehäuse 20 des Nippels N in Dichtungseingriff stehen. Ein weiterer, unterer Gehäuseabschnitt oder Dichtungsdorn 56 ist mit Dichtungsringen 57 versehen, die in der unteren Dichtungsbohrung 29 mit dem Gehäuse 20 in Dichtungseingriff stehen.

Eine Einstelleinrichtung mit einer Hülse 58 verbindet den oberen und den unleren Dichtungsdorn 54 bzw. 56 miteinander. Die Hülse 58 ist bei 59 (F i g. 2b) mit dem oberen Dichtungsdorn 54 und bei 60 (F i g. 2c) mit dem unteren Dichtungsdorn 56 verschraubt. Der untere Dichtungsdorn 56 ist bei 61 mit einem unteren Ventilgehäuseabschnitt 62 verschraubt, welcher sich nach unten zu einer unteren Gewindeverbindung 63 (F i g. 2d) mit einer weiter nach unten geführten inneren Federsitz- und Führungshülse 64 erstreckt, um die eine Schraubenfeder 65 gelegt ist.

Die Schraubenfeder 65 hat an ihrem unteren Ende einen Sitz auf einem Ring 66, während ihr oberes Ende mit einem Anlagering 67 in Eingriff steht, der auf der Führungshülse 64 gleitbar angeordnet ist. Der untere Ring 66 stößt an einen Anschlagbund 68 an, der bei 69 auf die Führungshülse 64 zur Einstellung der Druckkraft der Schraubenfeder 65 aufgeschraubt ist.

An ihrem unteren Ende ist die Führungshülse 64 bei 70 mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Führungsnase 71 versehen. Der obere Anlagering 67 wirkt unter dem Druck der Schraubenfeder 65 nach oben auf eine Ventilkugel-Abstützung 72, die an ihrem oberen Ende mit einer langgestreckten Kolbenhülse 73 verbunden ist.

Die Kolbenhülse 73 ist gegenüber einer inneren Ventilsitzhülse 74 auf- und abbewegbar. Die Verbindungshülse 58, der untere Dichtungsdorn 56 und der obere Dichtungsdorn 54 wirken mit der Hülse 74 zur Ausbildung eines Kolbenraumes 75 zusammen, in dem sich das obere Kolbenende 76 der Kolbenhülse 73 befindet. Der Kolbenraum 75 ist von einem oberen Dichtungsring 77 am oberen Endabschnitt 78 der Ventilsitzhüise 74, einem unteren Dichtungsring 79 an der Kolbenhülse 73 und einem oberen Dichtungsring 80 an der Ventilsitzhülse 74 begrenzt. Der obere Dichtungsring 77 liegt an einer Dichtungswandung 81 des Dichtungsdorns 54 unterhalb der Gewindeverbindung 59 zwischen der Einstellhülse 58 und dem Dichtungsdorn 54 an. Der Dichtungsring 80 liegt zwischen dem oberen Kolbenende 76 und einer Dichtungswandung 82 in der Ventilsitzhüise 74. An seinem unteren Ende ist der Kolbenraum 75 durch Dichtungseingriff des Dichtungsringes 79 in der Dichtungsbohrung 83 des unteren Dichtungsdornes 56 abgedichtet.

in den Kolbenraum 75 gelangt der Steuermediumdruck aus der erweiterten Bohrung 30 des Nippelgehäuses 20 durch eine oder mehrere radiale öffnungen 84 in der Einstell- bzw. Verbindungshülse 58. Die Hülse 58 kann dünnwandig ausgebildet sein, um den Raum für die inneren Bauteile und einen großen Strömungskanal auszubilden, da Druckausgleich zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Hülse 58 zwischen der oberen Verbindung 59 mit dem Dichtungsdorn 54 und ihrer unteren Verbindung 60 mit dem unteren Dichtungsdorn 56 vorliegt.

Der in den Kolbenraum 75 gelegte Steuermediumdruck kann auf das obere Kolbenende 76 der Kolbenhülse 73 wirken und die aufwärts gerichtete Kraft der Schraubenfeder 65 überwinden, um die

ίο Ventilkugel-Abstützung 72 nach unten zu drücken, so daß das Ventil geöffnet wird. Die Abstützung 72 für die Ventilkugel B umfaßt ein Paar einander diametral gegenüberliegender Arme bzw. Stützglieder 85, die quer ausgerichtete Schwenkzapfen 86 aufweisen, auf denen die Ventilkugel B schwenkbar ist. Die Stützglieder 85 sind in langgestreckten Fenstern 87 des Ventilgehäuseabschnitts 62 angeordnet und mit dem unteren Ende der Kolbenhülse 73 und dem Anlagering 67 für die Schraubenfeder 65 verbunden.

An ihren unteren Enden besitzen die Stützglieder 85 Stifte 88, die in Stecklöcher 89 des Anlageringes 67 eingreifen. An ihren oberen Enden besitzen die Stützglieder 85 nach innen versetzte und nach oben verlängerte Zapfen 90, die in Ausnehmungen 91 in der Kolbenhülse 73 eingreifen und in diesen durch einen Haltering 92 gehalten sind. Aus Montagegründen ermöglichen es die oberen Zapfen 90 der Stützglieder 85, daß diese zu ihren unteren Enden hin auseinandergespreizt werden können, bevor die unteren Stifte 88 in die Stecklöcher 89 des Anlageringes 67 eingreifen, wodurch das Eingreifen der Schwenkzapfen 86 in den einander diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen 86a der Ventilkugel B möglich ist. Der Haltering besitzt Auskerbungen 92a, die mit den Ausnehmungen 91 der Kolbenhülse bei der Montage in Übereinstimmung bringbar sind, woraufhin der Haltering in eine Stellung gedreht wird, in der die Zapfen 90 in der Kolbenhülse gehalten sind.

Die Ventilsitzhülse 74 besitzt an ihrem unteren Ende

-to eine kugelige Ventileingriffs- und Dichtungsfläche 95, die mit der kugeligen Oberfläche der Ventilkugel B in Eingriff bringbar ist. Die Ventilkugel B liegt abdichtend an der kugeligen Dichtungsfläche 95 der Ventilsitzhülse 74 und an einer unteren kugeligen Dichtungsfläche % am oberen Ende der Führungshülse 64 an. Sie kann ferner mittels eines Dichtungsringes 97 aus elastomerem Werkstoff abgedichtet sein, der an einem am Ventilgehäuseabschnitt 62 befestigten Trägerring 98 gehalten ist. Der Trägerring 98 besitzt, wie insbesondere

so aus F i g. 11 ersichtlich ist, in seinem Außenumfang eine Nut 99 zur Aufnahme von Rollstiften 100, die sich durch öffnungen 101 im Gehäuseabschnitt 62 erstrecken und den Haltering 98 sowie den Dichtungsring 97 in einer Stellung für einen Dichtungseingriff mit der Ventilkugel B in deren Schließstellung halten.

Wenn sich die Ventilkugel B in ihrer Schließstellung befindet, so soll der Druck an der Ventilkugel ausgeglichen werden, bevor die Ventilkugel in ihre Offenstellung überführt wird, um auf diese Weise die Ventilbetätigungseinrichtung von Widerständen zu entlasten, die durch einen ungleichen Druck hervorgerufen werden. Eine solche Druckausgleichseinrichtung ist in Form eines Bypass-Ventils in die Ventilkugel einbezogen, wie sich insbesondere aus den F i g. 2c, 3b

t>5 und 8 ergibt. Die Ventilkugel B besitzt hierzu eine Kappe 102 mit einer mittleren öffnung 103 sowie einen Kugclsockel 104 mit einem Stift 105, der sich in die öffnung 103 hineinerstrecken kann. In eine Ringnut 106

um den Stift 105 ist ein elastischer Dichtungsring 107a eingeformt. Die Kappe 102 und der Kugelsockel 104 besitzen Eingriffsglieder, um sie für ein Drehen als eine Einheit zwischen den Stellungen nach Fig.2c und F i g. 4b zusammenzuschließen, die von nach innen gerichteten Rippen 107 der Kappe 102 gebildet sind, die mit Abstand voneinander angeordnet sind und einen Schlitz 108 ausbilden, der ein Gegenstück 109 des Kugelsockels 104 aufnimmt. Wenn die Kappe 102 entsprechend der Darstellung in F i g. 3b vom Kugelsokkel 104 angehoben ist, kann Strömungsmedium durch die Kappenöffnung 103 für einen Druckausgleich an der Ventilkugel B strömen, wobei die Eingriffsglieder 107 und 109 den Ventilkugelsockel 104 und die Kappe 102 für eine Drehung als Einheit zusammenhalten, während bei aufsitzender Kappe 102, wie z. B. F i g. 2c zeigt, die den Bypass-Kanal bildende Kappenöffnung 103 geschlossen ist.

Das Strömungsmedium, das im Bypass durch die Ventilkugel B geführt wird, kann Schmutz und Feststoff-Partikel enthalten, die für einen Durchgang durch die öffnung 103 zu groß sind. Derartige Partikel können dazu führen, daß der Bypass-Kana! verstopft wird. Aus diesem Grunde ist die Ventilkugel ßmit einer Siebeinrichtung für das Strömungsmedium beim Druckausgleich versehen. Die Siebeinrichtung ist dadurch gebildet, daß der Bereich 109 des Kugelsockels 104 mit einer Anzahl mit Abstand voneinander angeordneter Nuten UO versehen ist, die Bypass-Kanäle bilden, welche einen kleineren Querschnitt als die öffnung 103 in der Kappe 102 haben. Wenn sich die Ventilkugel ß, wie F i g. 2c zeigt, in Schließstellung befindet, soll die untere Dichtungsfläche 95 der Ventilsitzhülse 74 in Dichtungseingriff mit der kugeligen Fläche der Kappe 102 stehen. Eine Aufwärtsbewegung der Ventilsitzhülse 74 ist durch Anstoßen des oberen Endabschnittes 78 an einer Schulter 54a (F i g. 2b) des oberen Dichtungsdorns 54 begrenzt. Die Positionierung der Ventilkugel B in bezug auf die Dichtungsfläche 95 der Ventilsitzhülse 74 ist durch die Gewindeverbindung 59 zwischen der Verbindungshülse 58 und dem oberen Dichtungsdorn 54 ermöglicht. Diese Gewindeverbindung kann reguliert werden, um die Ventilkugel B zur Ventilsitzhülse 74 zu verschieben, wobei eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, um die Teile in der einregulierten Stellung zu verriegeln. Zu diesem Zweck besitzt der Dichtungsdorn 54 eine Anzahl auf seinem Umfang mit Abstand voneinander angeordneter Kerben oder Nuten 546, in die hinein eine Nase 54c am oberen Ende der Verbindungshülse 58 für ein Verriegeln der Teile in einer ausgewählten einregulierten Stellung mit in Dichtungseingriff mit der Ventilsitzhülse 74 und dem elastischen Dichtungsring 97 stehender Ventilkugel B verformbar ist.

Eine Abwärtsbewegung der Kolbenhülse 73 bewirkt, daß die Ventilkugel B aus der Schließsteilung gemäß den F i g. 2a bis 2c in die Offenstellung gemäß den F i g. 4a, 4b und 6 bewegt wird. Zunächst wird jedoch der Druck an der geschlossenen Ventilkugel β ausgeglichen, wie es aus den Fig.3a und 3b ersichtlich ist. Die Betätigung der Ventilkugel B erfolgt durch einen Zapfen 111 und einen Schlitz 112 am Ventilgehäuse bzw. im Kugelsockcl 104.

Das Zusammenwirken des Zapfens Ul und des Schlitzes 112 zur Ventilkugelbetätigung ist insbesondere aus den F i g. 5 und 6 ersichtlich, wobei sich versteht, daß der Kugelsockel 104 identische Schlitze 112 an seinen einander gegenüberliegenden Seiten aufweisen kann, in die einander diametral gegenüberliegenden Zapfen 111 eingreifen. Der Kugelsockel 104 besitzt hierbei auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten je eine ebene Sehnenfläche 113, die den einander diametral gegenüberliegenden Stützgliedern 85 der Ventilkugel-Abstüt zung 72 benachbart sind. Der Schlitz 112 verläuft radial in bezug auf die Drehachse des Kugelsockels 104, wobei in radialer Ausrichtung mit dem Schlitz 112 ein Anschlag 114 von der ebenen Sehnenfläche 113 nach

to außen vorspringt und zwei rechtwinklig zueinander stehende Anschlagflächen 114a und 1146 ausbildet. Wenn sich die Ventilkugel B in der Stellung nach F i g. 5 befindet, liegt die Anschlagfläche 114a an der senkrechten Seitenwand 85a des benachbarten Stützgliedes 85 an, wodurch die Drehung der Ventilkugel B auf eine Stellung begrenzt ist, in der das Ventil geschlossen ist Die Anschlagfläche 1146 des Anschlages 114 liegt an der Seitenwand 85a des Stützgliedes 85 entsprechend der Darstellung in F i g. 6 an, um die Drehung der Ventilkugel B auf die Stellung zu begrenzen, in der das Ventil offen ist. Die Drehung zwischen der Schließ- und der Offenstellung wird durch eine Längs- bzw. Vertikalbewegung der Ventilkugel B herbeigeführt, wobei die beiden vertikalen Endstellungen in den F i g. 5 " und 6 veranschaulicht sind.

Die Längsverschiebung des Kugelsockels 104 erfolgt durch eine Längsbewegung der Kolbenhülse 73. Der Schlitz 112 ist derart geformt, daß die Drehung der Ventilkugel ß bei deren vertikaler Längsbewegung stattfindet Hierzu ist, wie die F i g. 5,6 und 7 zeigen, die Mündung des Schlitzes 112 im Kugelsockel 104 von einander gegenüberligenden Wandungen 112a und 1126 gebildet, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind und jeweils parallel zu den Anschlagflächen 114a und 1146 verlaufen. Am Scheitel des von den Wandungen 112a und 1126 begrenzten Winkels öffnet sich der Schlitz bei 112c nach innen und ist von Wandungen I 12</ und 112e begrenzt Das Zusammenwirken zwischen dem Zapfen 111 und den Wandungen 1126 und 112c/ist derart, daß eine gewisse abwärts gerichtete Längsbewegung der Ventilkugel Bohne deren Drehung stattfindet, wenn jedoch der Zapfen 111 mit den Wandungen 1126 und 112c/ in Eingriff kommt, findet eine Drehung statt, bis der Zapfen 111 die Wandungen 1126 freigibt und die Anschlagfläche 1146 an der Seitenwand 85a des Stützgliedes 85 anliegt (Fig.6). Danach findet eine Abwärtsbewegung der Ventilkugel B ohne Drehung statt. Wenn sich die Ventilkugel B, umgekehrt, in der Stellung nach Fig.6 befindet, erfolgt eine aufwärts

• gerichtete Längsbewegung der Ventilkugel B, bevor der Zapfen 111 mit den Wandungen 112a und 112e in Eingriff kommt. Durch eine fortgesetzte Aufwärtsbewegung wird die Ventilkugel B gedreht, bis die Anschlagfläche 114a an der Seitenwand 85a des

* ■ Stützgliedes 85 zur Anlage kommt und der Zapfen 111

die Wandung 112a freigibt Danach erfolgt eine weitere Aufwärtsbewegung der Ventilkugel B ohne Drehung. Eine derartige Verbindung der Ventilkugel B mit dem Zapfen 111 mit freier bzw. verlorener Bewegung

•v entlastet nicht nur die Verbindung von Beschädigungskräften bei in Schließ- oder Offenstellung befindlicher Ventilkugel B, sondern bewirkt auch das für eine vollständige Ventilfunktion erforderliche Bewegungsspiel.

h5 Die Wirkungsweise der Absperreinrichtung ist wie folgt:

Der Rohrstrang wird in das Bohrloch an die gewünschte Stelle abgelassen, wobei die Dichtungspak-

kung 10 den Ringraum zwischen dem Rohrstrang und dem Bohrlochgehäuse C abdichtet, gleichzeitig wird die Steuermediumleitung mit dem Rohstrang T in das Bohrloch abgelassen.

Die Absperreinrichtung V ist entsprechend der Darstellung in den Fig. 2a bis 2e und in Fig. 5 normalerweise geschlossen, wenn der Druck des Steuermediums im Steuermedium-Druckraum bzw. Kolbenraum 75 abgezogen ist und die Schraubenfeder 65 mit einer aufwärts gerichteten Kraft auf die unteren Enuen der Stützglieder 85 zur aufwärtsgerichteten Beaufschlagung der Kolbenhülse 73 wirkt. Durch eine Aufwärtsbewegung der Kolbenhülse 73 und der Stützglieder 85, die über ihre Schwenkzapfen 86 wirken, wird die Ventilkugel B nach oben getragen, so daß die Zapfen 111 mit der Wandung 112e in Eingriff gelangen und die Ventilkugel B in die Schließstellung drehen (Fig.5). Insoweit die Wandung 112a e'en Zapfen 111 freigibt, kann die Ventilkugel B einen gewissen Betrag einer weiteren Längsbewegung ausführen, so daß sie sich in Dichtungseingriff mit der Dichtungsfläche 95 der Ventilsitzhülse 74 und dem elastischen Dichtungsring 97 unter Ausführung einer drehungsfreien Längsbewegung bewegt Die Aufwärtsbewegung der Ventilsitzhülse 74 ist in der oben beschriebenen Weise begrenzt.

Wenn ein Steuermediumdruck auf den Kolbenraum 75 durch die Steuermediumleitung 33 gelegt wird, wird die Kolbenhülse 73 mit einer Abwärtskraft beaufschlagt, die die Kraft der Schraubenfeder 65 überwindet. Die Kolbenhülse 73 kann sich in bezug auf die Ventilsitzhülse 74 abwärts bewegen, bis die Schulter 115 am unteren Ende der Kolbenhülse 73 mit einem Anschlagring 116 an der Ventilsitzhülse 74 in Eingriff kommt, wie es in F i g. 3b gezeigt ist. Während dieses Anfangsanteils der Abwärtsbewegung der Kolbenhülse 73 und folglich des Kugelsockels 104 hält der Mediumdifferenzdruck die Kappe 102 in Dichtungsberührung mit dem unteren Ende der Ventilsitzhülse 74 und dem elastischen Dichtungsring, bis sich der Kugelsockel 104 aus der Stellung nach Fig.2c in die insbesondere in Fig.3b veranschaulichte Stellung bewegt hat, in der die öffnung 103 in der Kappe 102 offen und der Mediumdruck an der Kappe 102 egalisiert ist, wodurch der nach unten auf die Ventilsitzhülse 74 wirkende Mediumdruck die Kappe 102 in Dichtungseingriff mit dem Kugelsockel 104 zur Vereinigung der Ventilkugel entsprechend der Darstellung in F i g. 2c bewegen kann, wobei die Ventilsitzhülse 74 und die Kolbenhülse 73 sodann zusammen durch den Mediumdruck im Kolbenraum 75 für eine Längsverschiebung der Ventilkugel B und deren Drehung bewegt werden.

Bei Abwärtsbewegung der Ventilkugel B kommen die Zapfen 111 mit den Wandungen 112tfder Schlitze 112 in Berührung und drehen dadurch die Ventilkugel B aus der Schließstellung nach F i g. 5 in die Offenstellung nach Fig.6, die auch in Fig.4b gezeigt ist, in der die Schraubenfeder 65 von den Stützgliedern 85 und dem Anlagering 67 zusammengedrückt worden ist und die kugelige Dichtungsfläche 96 an der Führungshülse 64 sowie der Kugelsockel und die Kappe miteinander in Dichtungseingriff stehen. An diesem Punkt ist eine weitere Abwärtsbewegung der Vontilkugel B verhindert und der Dichtungseingriff zwischen den Dichtungsflächen der unteren Führunghülse und der oberen Ventilsitzhülse mit der Ventilkugel wird durch Mediumdruck aufrechterhalten. Die Gewindeverbindung 63 zwischen der Führungshülse 64 und dem Gehäuseabschnitt 62 ermöglicht eine Einstellung des Zusammenwirkens zwischen der unteren Dichtungsfläche 96 und der Ventilkugel B.

Falls aus irgendeinem Grund der nach unten auf die Kolbenhülse 73 wirkende Steuermedümdruck im Kolbenraum 75 aufgehoben werden sollte, z. B. wegen einer Beschädigung der Steuermediumleitung 33 oder durch ein absichtliches Ablassen des Steuermediumdruckes auf der Plattform P, unterstützt die Schraubenfeder 65 den aufwärts wirkenden Bohrlochmediumdruck zur Überwindung eines restlichen Steuermediumdrucks zwecks Herbeiführung des Schließvorganges durch Aufwärtsschieben der Kolbenhülse 73, wodurch die Ventilkugel B zur Durchführung der Schließbewe-

.^: ■ gung mittels der Zapfen 111 mitgenommen wird.

Aus den Fig.5, 6 und 12 ist ersichtlich, daß das Ventilgehäuse eine Stange 62a aufweist, die entlang einer Seite eines Fensters 62b verläuft, das in den Ventilgehäuseabschnitt 62 eingeschnitten ist. Die Stange 62a befindet sich an der Seite des Fensters 62b, entlang welcher sich die Kappe 102 bewegt, wenn sich die Ventilkugel B beim Verschieben zwischen der Schließstellung nach F i g. 5 und der Offenstellung nach Fig.6 dreht. Wenn sich die Ventilkugel B in ihrer Offenstellung befindet, verhindert die Stange 62a ein Herausfallen der Kappe 102 durch die linke Seite des Fensters (gemäß der Darstellung in Fig.6), da sich die Kappe 102 nur um ein sehr geringes Maß bewegen kann, bevor sie mit der Stange in Berührung kommt. Außerdem würde, falls sich die Kappe 102 in ihrer vom Kugelsockel 104 abgehobenen Stellung befindet (F i g. 3b), jeder Versuch, die Ventilkugel Bzu drehen, zu einem Eingriff der Kappe 102 mit der Stange führen, was die Kappe daran hindern würde, sich aus ihrer Eingriffsstellung mit der Ventilsitzhülse 74 herauszudrehen. Die Kappe 102 und der Kugelsockel 104 müssen, wie in Fig.5 dargestellt, zusammen sein, bevor die Ventilkugel B aus ihrer Schließstellung gemäß F i g. 5 in ihre Offenstellung gemäß F i g. 6 verschoben werden kann. Bei zusammengehaltener Kappe 102 und Kugelsockel 104 kann die Ventilkugel B entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden, wobei die Kappe 102 die Stange 62a freigibt (F i g. 5). Die Stange 62a behindert nicht die fortgesetzte Drehung der Ventilkugel B

■· entgegen dem Uhrzeigersinn in die in F i g. 6 dargestellte Offenstellung.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 20 2r>

1. Ja eine Förderleitung eines Bohrlochs unter der Oberfläche einsetzbare Absperreinrichtung für Tiefbohrungen, mit einem einen durchgehenden Strö- ■-> mungskanal enthaltenden Gehäuse, einem Absperrventil mit einem zwischen einer ersten, den Strömungskanal schließenden und einer zweiten, den Slrömungskanal offenhaltenden Stellung verschiebbaren Ventilkugel und einer Betätigungseinrichtung zum Bewegen der Ventilkugel zwischen den beiden Stellungen, wobei die Betätigungseinrichtung einen Steuermedium-Druckraum zum Bewegen der Ventilkugel in die Offenstellung umfaßt und eine Einrichtung zum Drücken der Ventilkugel v> in die Schließstellung bei Reduzierung des Steuermediumdruckes im Steuermedium-Druckraum vorgesehen und in die Ventilkugel ein Bypass-Ventil mit einem Bypass-Kanal für einen Druckausgleich an der Ventilkugel vor deren Bewegen aus der Schließin die Offenstellung eingearbeitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bypass-Kanal eine Siebeinrichtung zur Begrenzung des Zutritts von Feststoffen zum Bypass-Kanal vorgeschaltet ist.

2. Absperreinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungskanal durch die Ventilkugel (B) hindurcherstreckt und diese mit einer kugeligen Dichtungsfläche versehen ist und die Betätigungseinrichtung einen auf den Steuermediumdruck im Steuermedium-Druckraum ansprechenden, in Längsrichtung bewegbaren Kolben sowie eine Ventilsitzhülse (74) mit einer mit der kugeligen Dichtungsfläche der Ventilkugel in Eingriff bringbaren Dichtungsfläche (95), die für ein öffnen und Schließen des Bypass-Ventils relativ zueinander r> längsbewegbar sind, und eine Einrichtung zum Drehen der Ventilkugel zwischen der Schließ- und der Offenstellung als Folge einer Längsbewegung der Ventilsitzhülse umfaßt.

3. Absperreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch -m gekennzeichnet, daß der Kolben der Betätigungseinrichtung von einer dem Steuermediumdruck entgegengerichteten Feder (65) beaufschlagt ist.

4. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel 4^r> (B) von einem Kugelsockel (104) und einer den Bypass-Kanal aufweisenden Kappe (102) gebildet und die Siebeinrichtung im Kugelsockel durch Ausbildung engerer Strömungswege als der des Bypass-Kanals vorgesehen ist. 5»

5. Absperreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswege der Siebeinrichtung von Nuten (110) im Kugelsockel (104) gebildet sind, die mit dem Bypass-Kanal der Kappe (102) in deren abgehobener Stellung in Strömungs- π verbindung stehen, wobei die Breite der Nuten geringer ist als der Durchmesser des Bypass-Kanals.

6. Absperreinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelsockel (104) mit einem mit dem Bypass-Kanal in Eingriff wi bringbaren Stift (105) und einem um diesen herum angeordneten elastischen Dichtungsring (107a) für eine Abdichtung zwischen dem Kugelsockel (104) und der Kappe (102) versehen ist.

7. Absperreinrichtung, insbesondere nach einem '·> der Ansprüche 1 bis 6 die ein langgestrecktes rohrförmiges Ventilgehäuse und eine gleichfalls langgestreckte innere rohrförmige Einheit mit einer den Kolben der Betätigungseinrichtung ausbildenden sowie eine Ventilkugel-Abstützung tragenden Kolbenhülse umfaßt, wobei an der Ventilkugel und dem Ventilgehäuse einander zugeordneten Einrichtungen zum Drehen der Ventilkugel zwischen der Schließ- und der Offenstellung als Folge einer Längsbewegung der Kolbenhülse und der Vertilkugel in entgegengesetzen Richtungen im Ventilgehäuse vorgesehen sind, der Steuermediumdruckraum von der Kolbenhülse und dem Ventilgehäuse gebildet und eine Einrichtung zur Aufwärtsbewegung der Kolbenhülse und der Ventilkugel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkugel-Abstützung (72) zwei Stützglieder (85) an einander gegenüberliegenden Seiten der Ventilkugel (/?,/aufweist, die diese schwenkbar abstützen und mit der Kolbenhülse (73) verbunden sind.

8. Absperreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Drehen der Ventilkugel (B) Drehglieder aufweisen, die bei in Schließ- oder Offenstellung befindlicher Ventilkugel für eine freie weitere Längesbewegung der Kolbenhülse (73) freigegeben sind.

9. Absperreinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (65) für eine aufwärtsgerichtete Beaufschlagung der Kolbenhülse (73) und der Ventilkugel ^vorgesehen ist

10. Absperreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (65) von einer unter der Ventilkugel (B) angeordneten Führungshülse (64) abgestützt ist.

11. Absperreinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Führungshülse (64) bei in Schließstellung befindlicher Ventilkugel (B) mit dieser in Eingriff bringbar ist.

12. Absperreinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (64) in bezug auf das über ihr gelegene rohrförmige Gehäuse in Längsrichtung einstellbar ist.

13. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützglieder (85) bei ihrer Verbindung mit der Ventilkugel (B) spreizbar und nach Verbindung mit der Kolbenhülse

(73) gegen Spreizen festlegbar sind.

14. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Steuermedium-Druckraums auf die Ventilsitzhülse

(74) für einen Eingriff ihrer Dichtungsfläche (95) mit der Ventilkugel (B) übertragbar ist.

15. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen der Ventilkugel (B)und der Dichtungsfläche (95) der Ventilsitzhülse (74) gegeneinander einstellbar sind.

16. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Dichtungsfläche (96), die der Dichtungsfläche (95) der Ventilsitzhülse (74) gegenüberliegt und mit der Ventilkugel (B) in deren Offenstellung in Eingriff bringbar ist.

17. Absperreinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungseingriff zwischen der zusätzlichen Dichtungsfläche (96) und der Ventilkugel (^einstellbar ist.

18. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drücken der Ventilkugel (B) in die Schließstellung eine Schraubendruckfeder (65)

sowie eine innere Führung (64) für diese umfaßt, die am Ventilgehäuse (35) abgestützt ist, wobei die Feder (65) die Führung (64) mit ihrem unteren Ende sich an dieser abstützend und mit ihrem oberen Ende an der Betätigungseinrichtung anliegend umgibt.

19. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse mit einem lösbaren Gesperre (27) versehen ist, das von einem Drahtseil-Werkzeug für ein rückholbares Verriegeln der Absperreinrichtung (V) in der Förderleitung betätigbar ist.