DE2845034A1

DE2845034A1 - Steuerventilsystem zur verwendung bei der errichtung fester plattformen vor der kueste

Info

Publication number: DE2845034A1
Application number: DE19782845034
Authority: DE
Inventors: Lloyd Carter Knox
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1977-10-21
Filing date: 1978-10-16
Publication date: 1979-04-26
Also published as: SE7810896L; NL7810468A; US4140426A; AU519629B2; NO783552L; GB2007290B; GB2007290A; BR7806937A; DK469878A; AU4019478A; JPS54146402A; BE871398A; CA1102236A

Description

PATENTANWÄLTE DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl-Chem. Dr. RUDOLF

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG

Postfach 110386 '· Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895 28 4 503 A

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Patentanmeldung Halliburton Company, Duncan' Oklahoma, USA Steuerventilsystem zur Verwendung bei der Errichtung fester

Plattformen vor der Küste

Die Erfindung betrifft ein Steuerventilsystem zur Verwendung bei der Errichtung fester Plattformen vor der Küste, deren Stützen durch Pfähle im Meeresboden verankert sind, welche von Pfahlhülsen umgeben sind, wobei der Ringraum zwischen den Pfählen und den Pfahlhülsen mit einem Vergußmaterial vergossen ist, und zwar zur Steuerung der Strömung eines Aufblähdruckmittels beim Aufblähen eines oberen Packers und eines unteren Packers, die in der Pfahlhülse sitzen und im aufgeblähten Zustand den Ringraum zwischen der Pfahlhülse und dem Pfahl abdichten, und zur Steuerung der Strömung des Vergußmaterials beim Vergießen des Ringraumes.

Wenn Plattformen im Meer vor der Küste bei größeren Meerestiefen errichtet werden sollen, ist es erforderlich, um die Stützen der Plattform Pfahlhülsen vorzusehen, durch welche eine zusätzliche Verankerung der Plattform auf dem Meeresgrund erfolgt. Um den Ringraum zwischen dem Pfahl, der bis zu der gewünschten Tiefe in den Meeresboden eingetrieben worden ist, und der Pfahlhülse zum Vergießen abzudichten, sind in jeder Pfahlhülse zwei aufblähbare Packer eingebaut. Ein Packer ist am

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oberen Ende der Pfahlhülse vorgesehen, während der andere Packer am unteren Ende der Pfahlhülse sitzt. Gelegentlich kann auch nur ein aufblähbarer Packer in der Pfahlhülse an deren oberem Ende eingebaut sein.

Bei bekannten Anordnungen ist für jeden Packer eine getrennte Aufblähleitung vorgesehen worden. Zum Einleiten des Vergußmaterials in den Ringraum zwischen dem Pfahl und der Pfahlhülse wird bei der bekannten Anordnung jeweils eine getrennte Vergußmaterial-Zufuhrleitung verwendet. Außerdem ist für jede Pfahlhülse eine getrennte Vergußmaterial-Rücklaufleitung vorgesehen, über welche überschüssiges Vergußmaterial aus jeder Pfahlhülse zur Oberseite der Plattform zurückfließen kann. Bei einer Plattform mit sechzehn Pfahlhülsen sind beispielsweise zweiunddreißig Packer in die Pfahlhülsen eingebaut, um die Ringräume zwischen den Pfählen und Pfahlhülsen abzudichten. Das macht zweiunddreißig Packer-Aufblähleitungen, sechzehn Vergußmaterial-Zufuhrleitungen und sechzehn Vergußmaterial-Rücklaufleitungen erforderlich, die alle bis zur Oberseite der Plattform geführt sein müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventilsystem zu schaffen, welches die Anzahl der zum Aufblähen der Packer und zum Einleiten der Vergußmasse erforderlichen Leitungen drastisch zu vermindern gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Zufuhr des Aufblähdruckmittels zu den Packern und für die Zufuhr des Vergußmaterials zu dem Ringraum eine einzige Leitung vorgesehen ist, daß diese Leitung mit jedem der Packer über ein Rückschlagventil verbunden ist, daß mit einem der Rückschlagventile ein Packer-Steuerventil in Reihe geschaltet ist, welches erst bei Überschreiten eines vorgegebenen ersten Druckes in der Leitung öffnet, und daß die Leitung weiterhin mit dem Ringraum über ein Vergußmaterialsteuerventil verbunden

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ist, welches in seiner Schließstellung durch eine Sperreinrichtung gehalten ist, die erst bei überschreiten eines vorgegebenen zweiten Druckes, der höher als der erste Druck ist, gelöst wird, und welches dann durch den Druck eines in die Leitung gedrückten Vergußmaterials aufdrückbar ist.

Es ist daher zum Aufblähen der Packer und zum Einleiten des Vergußmaterials in den Ringraum nur eine Leitung erforderlich. Das Steuerventilsystem gestattet durch geeignete Wahl der Drücke eines Aufblähdruckmittels in dieser einzigen Leitung nacheinander das Aufblähen des einen und dann das Aufblähen des anderen Packers und schließlich das Öffnen eines Vergußmaterial-Steuerventils, über welches das Vergußmaterial aus der gleichen Leitung in den Ringraum zwischen den Packern eingeleitet werden kann.

Weitere Ausgestalungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer auf dem Meeresboden errichteten Plattform.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt das Steuerventilsystem zum Aufblähen der verschiedenen Packer und zum Vergießen des Ringraumes zwischen einem Pfahl und einer Pfahlhülse vor dem Aufblähen der Packer.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung ähnlich

Fig. 2 und zeigt die Anordnung nach Aufblähen der Packer aber vor dem Einleiten der Vergußmasse.

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Fig. 4 ist eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 2 und 3 und zeigt die Anordnung nach dem Aufblähen der Packer und dem Einleiten der Vergußmasse in den Ringraum zwischen Pfahl und Pfahlhülse.

Fig.5 ist ein Teilschnitt des unteren Packers in der Pfahlhülse in nicht-aufgeblähtem Zustand und des unteren Packer-Rückschlagventils, des Vergußmaterial-Rückschlagventils und des Vergußmaterial-Steuerventils.

Fig. 6 ist ein Teilschnitt des oberen Packers in der Pfahlhülse in seinem nicht-aufgeblähtem Zustand und des zugehörigen Packer-Rückschlagventils und Packer-Steuerventils.

Fig. 7 ist ein Teilschnitt ähnlich Fig. 5 und zeigt den Packer in aufgeblähtem Zustand, das Vergußmaterial-Steuerventil in geöffnetem Zustand und die Einleitung von Vergußmaterial in den Ringraum zwischen Pfahl und Pfahlhülse.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt eines Schieberventils, welches benutzt wird, um das Aufblähdruckmittel und die Vergußmasse nach dem Vergießen eines Ringraumes einer Pfahlhülse auf die Packer und den Ringraum anderer Pfahlhülsen umzuleiten.

Fig. 9 zeigt das Schieberventil von Fig. 8 in seinem ersten umgeschalteten Zustand.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch ein Überdruckventil, welches benutzt wird, um den Druck des Aufblähdruckmittels und des Vergußmaterials zu regeln, so daß kein übermäßiger Druck auf die Packer ausgeübt werden kann, der zu einem Zusammendrücken des Pfahles führen könnte.

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In Fig. 1 ist eine im Meer vor der Küste stehende Plattform dargestellt, die einen Oberteil 33, Stützen 31 und Zwischenstützen 31' besitzt. An den Stützen 31 und Zwischenstützen 31' sitzen Pfahlhülsen 32, von denen jede einen oberen und einen unteren Packer 40 aufweist. Die Packer 40 liegen dichtend an einem Pfahl 20 an, der durch die Pfahlhülse 32 hindurchgetrieben ist. In der Darstellung von Fig. 1 sind in den Pfahlhülsen 32 nur zwei Pfähle 20 vorgesehen. Die Packer 40 sind mit Aufblähleitungen 34 verbunden, die von den Packern zum Oberteil 33 der Plattform 30 verlaufen, wo sie in einem geeigneten Fitting enden. Eine Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 verläuft von dem Ringraum unterhalb des oberen Packers 40 in einer Pfahlhülse 32 zu dem Oberteil 33 der Plattform 30. In der Praxis würde in jeder Pfahlhülse 32 eine Vergußmaterial-Rücklauf leitung 35 eingebaut sein. Es ist jedoch der Übersichtlichkeit halber nur eine Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 gezeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines typischen Steuerventilsystems zum Aufblähen der Packer. Durch eine Pfahlhülse 32 ist ein Pfahl 20 hindurchgetrieben. Am oberen und am unteren Ende der Pfahlhülse 32 sitzt je ein aufblähbarer Packer 40. Die Packer 40 werden mittels einer einzigen Leitung 34 aufgebläht, die in Verbindung mit dem Steuerventilsystem auch als Leitung dient, durch welche ein Vergußmaterial zum Ausfüllen des Ringraumes zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 gepumpt werden kann.

Das Steuerventilsystem enthält ein Überdruckventil 190, ein Schieberventil 15O, ein oberes Packer-Rückschlagventil 70, ein oberes Packer-Steuerventil 120, ein unteres Packer-Rückschlagventil 70, ein Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 und ein Vergußmaterial-Steuerventil 120. Das überdruckventil 150 ist zwar als erstes Ventil in dem Steuerventilsystem in der Leitung dargestellt, es kann aber tatsächlich an jeder beliebigen Stelle in dem Steuerventilsystem vor den Steuerventilen 120 angeordnet werden, da die einzige Funktion des Überdruckventils

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150 darin besteht, ein Über-Aufblähen der Packer 40 zu verhindern und dadurch zu verhindern, daß der Pfahl 20, welcher innerhalb der Pfahlhülse 32 sitzt, zusammengedrückt wird. In einer von der Leitung 34 zu dem oberen Packer 40 abzweigenden Zweigleitung 36 sind ein oberes Packer-Steuervenil 120 und ein oberes Packer-Rückschlagventil 70 angeordnet. In einer
Zweigleitung 37, die von der Leitung 34 zu dem Vergußmasseanschluß an der Pfahlhülse 32 führt, sind das Vergußmasse-Rückschlagventil 100 und ein Vergußmasse-Steuerventil 120 angeordnet,
während ein unteres Packer-Rückschlagventil 70 in der Zweigleitung 38 sitzt, die von der Leitung 34 zu dem in der
Pfahlhülse 3:· eingebauten unteren Packer 40 führt.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des unteren
aufblähbaren Packers 40 und der zugehörigen Ventile, nämlich des Vergußmaterial-Rückschlagventils 100, des Vergußmaterial-Steuerventils 120 und des Packer-Rückschlagventils 70 dargestellt. Der aufblähbare Paker 40 ist dabei im nicht aufgeblähten Zustand gezeigt, und der Pfahl 20 ragt in den aufblähbaren Packer 40 hinein.

Der aufblähbare Packer 40 enthält ein Packergehäuse 41,
Führungsringe 42 und 43, ein gummielastisches Packerglied 44 und Packerglied-Stützschuhe 48 und 49. Das Packergehäuse 41 ist zylindrisch.

Der Führungsring 42 ist mit dem Packergehäuse 41 verschweißt und sichert so ein Ende des Packerglieds 44 innerhalb des
Packergehäuses 41 gegen jede Axialbewegung innerhalb des
Packergehäuses 41. Der Führungsring 42 ist mit einem Teil von verminderter Dicke versehen, der zwei ringförmige Vertiefungen 52 und 53 besitzt. Die ringförmigen Vertiefungen 52 und 53 sind komplementär zu Ringwülsten 58 bzw« 59 an einem Ende des
Packergliedes 44. Der Führungsring 42 enthält weiterhin eine Ringwulst 56, welche ein Herausziehen der Ringwulst 59 des
Packerglieds 44 aus der ringförmigen Vertiefung 53 verhindert.

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48,

In ähnlicher Weise ist der Führungsring 43 mit dem Packergehäuse 41 verschweißt und sichert das andere Ende des Packerglieds 44 innerhalb des Packergehäuses 41 gegen jede Axialbewegung innerhalb des Packergehäusees 41. Der Führungsring 43 ist mit einem Teil verminderter Dicke versehen, der zwei ringförmige Vertiefungen 54 und 55 aufweist, welche komplementär zu Ringwülsten 60 bzw. 61 am anderen Ende des Packerglieds 44 sind. Der Führungsring 43 enthält weiterhin eine Ringwulst 57, welche das Herausziehen der Ringwulst 61 des Packerglieds 44 aus der ringförmigen Vertiefung 55 verhindert.

Das Packerglied 44 kann aus jedem geeigneten gummielastischen Material bestehen, wenn auch bevorzugt Gummi verwendet wird. Das Packerglied 44 besitzt ein ringförmiges Verstärkungsglied 45, welches an einem Ende durch einen Metallring 46 verankert ist, der in der Ringwulst 59 an einem Ende des Packerglieds sitzt. Das andere Ende des Verstärkungsglieds 45 ist mit einem Metallring 47 verankert, der in einer am anderen Ende des Packerglieds 44 angeordneten Ringwulst sitzt. Das Verstärkungsglied 45 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, obwohl ein Gewebe aus Nylon besonders geeignet ist. Die Metallringe und 47 können entweder aus massivem Stahl oder aus Drahtseil bestehen. Das Packerglied 44 enthält weiterhin ein ringförmiges Materialband 50, das angrenzend an einem Ende des Packergliedes 4 4 auf dem inneren Durchmesser desselben angeordnet ist und unter den Fingern 62 des Stützschuhes 48 liegt. Ein ringförmiges Materialband 51 ist angrenzend an das andere Ende des Packergliedes 44 auf dessen Innendurchmesser angeordnet und liegt unter den Fingern 63 des Stützschuhes 49. Die ringförmigen Materialbänder 50 und 51 dienen dazu, das Packerglied 44 gegen Beschädigung durch die Finger 62 und 63 der Stützschuhe 48 bzw. 49 zu schützen, wenn das Packerelement aufgebläht wird, so daß der Gummi sich beim Verformen des Packergliedes 44 nicht in die Schlitze 64 und 65 eindrücken kann. Die ringförmigen Materialbänder 5.0 und 51 können aus jedem geeigneten flexiblen Material bestehen, welches genügend Festigkeit besitzt, um das Packerglied 44 zu schützen, beispielsweise Stahl, Messing usw., obwohl vorzugsweise ein Gewebe aus Nylon verwendet wird.

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Der Stützschuh 48 ist ein ringförmiges Metallband mit Fingern 62, die durch Zwischenräume 64 getrennt sind, und sitzt auf den Innendurchmesser des Packerglieds 41 angrenzend an einem Ende desselben. In ähnlicher Weise ist der Stützschuh 49 ein ringförmiges Metallband mit Fingern 63, die durch Zwischenräume 65 getrennt sind, und sitzt auf dem Innendurchmesser des Packergliedes 44 angrenzend an das andere Ende desselben. Die Stützschuhe 48 und 49 können aus jedem geeigneten Metall hergestellt sein, obwohl vorzugsweise Stahl verwendet wird. Die Stützschuhe 48 und 49 schützen anfänglich das Packerglied 44 vor Beschädigung durch den Pfahl 20, wenn der Pfahl 20 dort hindurchgetrieben wird, da die Stützschuhe 48 und 49 das Packerglied 44 gegen das Packergehäuse 41 drücken, bis das Packerglied 44 aufgebläht wird.

Wie weiter in· Fig. 5 dargestellt ist, ist das Packer-Rückschlagventil 70 mit dem Einsatzanschluß 66 des Packers 40 mittels der Zweigleitung 38 verbunden. Das untere Packer-Rückschlagventil 7O enthält ein Gehäuse, einen Ventilkörper und eine Ventilkörper-Rückstellfeder .

Das Gehäuse des Rückschlagventils enthält einen ersten Gehäuseteil 71, an welchem der Stopfenteil des Ventilkörpers anliegt, einen zweiten Gehäuseteil 72, welcher den Stößelteil des Ventilkörpers führt, und eine Endkappe 73. Der erste Gehäuseteil 71 ist mit einer Bohrung 74 versehen, welche einen Teil des zweiten Gehäuseteils 72 aufnimmt, einer Bohrung 7'5, die mit der Zweigleitung 38 in Verbindung steht, einer konischen Bohrung 76, an welcher der Stopfenteil des Ventilkörpers zur Anlage kommt, und einer Bohrung 77, die mit der Leitung 34 in Verbindung steht. Der erste Gehäuseteil ist mit der Leitung 44 bei 78 durch Verschweißung verbunden. In ähnlicher Weise ist der erste Gehäuseteil 71 bei 79 durch Verschweißen mit der Zweigleitung 38 verbunden. Statt einer Verschweißung kann auch jede andere geeignete Befestigungsart gewählt werden.

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Der zweite Gehäuseteil ist mit dem ersten Gehäuseteil 71 bei verschweißt, wodurch die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden sind. Der zweite Gehäuseteil 72 enthält eine zentrale Bohrung 81 mit einer Ventilkörperführung 82, die mit dem zweiten Gehäuseteil 72 bei 83 verschraubt ist, und eine Mehrzahl von Bohrungen 84, welche eine Verbindung zwischen dem durch die Bohrung 75 in dem ersten Gehäuseteil 71 gebildeten Hohlraum und dem durch die Bohrung 85 im zweiten Gehäuseteil gebildeten Hohlraum herstellt. Das Ende des zweiten Gehäuseteils 72 ist durch eine Kappe 73 abgedichtet, die daran durch irgendwelche geeigneten Mittel, beispielsweise durch Verschweißung befestigt ist.

Der Ventilkörper, der innerhalb des von dem ersten Gehäuseteil 71 dem zweiten Gehäuseteil 72 und der Endkappe 73 gebildeten Gehäuses angeordnet ist, enthält eine Ventilkörperkappe 86, eine elastische Ventilkörperdichtung 87, einen Ventilkörperstößel 88, eine Ventilkörperfeder 89 und einen Ventilkörper-Federteller 90. Der Ventilkörper stößel 88 trägt an einem Ende die elastische Ventilkörperdichtung 87, welche durch die Ventilkörperkappe 86, die auf das Ende 92 des Ventilkörperstößels 88 aufgeschraubt ist, gegen eine Ringschulter 91 gedrückt wird. Der Ventilkörper-Federteller 90 liegt an der Unterseite 87' der elastischen Ventilkörperdichtung 87 an und wirkt seinerseits als Widerlager für das obere Ende der Ventilkörperfeder 89. Diese ist auf dem Ventilkörperstößel 88 und der Ventilkörperführung 82 zentriert. Statt durch eine Schraubverbindung kann der Ventilkörperstößel 88 durch irgendwelche geeigneten Befestigungsmittel mit der Ventilkörperkappe 86 verbunden werden. Außerdem kann die elastische Ventilkörperdichtung 87 aus irgendeinem geeigneten gummielastischen Material hergestellt sein.

Die elastische Ventilkörperdichtung 87 und die Ventilkörperkappe 86 werden mittels der Ventilkörperfeder 89 in Anlage an der konischen Bohrung 76 des ersten Gehäuseteils 71 des Rückschlagventilgehäuses gehalten.

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Mit der Leitung 34 sind weiterhin das Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 und das Vergußmaterial-Steuerventil 12o verbunden, die ihrerseits über eine Zweigleitung 37 mit dem Vergußmaterialanschluß 67 in der Pfahlhülse 32 verbunden sind.

Das VergußmaterialRückschlagventil 100 enthält ein Rückschlagventilgehäuse 1o1, eine Rückschlagventilkappe 102 und einen Rückschlagventil-Stopfenkörper 103.

Das Rückschlagventilgehäuse 101 ist mit einer Bohrung 109 versehen, welche einen Teil der Leitung 34 aufnimmt, einer Bohrung 108, welche einen Ventilsitz 111 aufnimmt, einer Bohrung 107, die mit der Zweigleitung 37 in Verbindung steht, einer Gewindebohrung 1O6, welche einen Teil der Ventilstößelführung 112 aufnimmt, einer Bohrung 105, welche ebenfalls einen Teil der VentilStößelführung 112 aufnimmt, und einer Bohrung 104, die an einem Ende mittels der Rückschlagventilkappe 102 abgeschlossen ist.

Die Leitung 34, die Rückschlagventilkappe 102 und die Zweigleitung 37 sind durch geeignete Mittel, beispielsweise Verschweißen, an dem Rückschlagventilgehäuse 101 befestigt.

Der Stopfenkörper 103 des Vergußmaterial-Rückschlagventils besteht aus einem Stopfenkopf 113 mit einem Schutzüberzug und einem Ventilstößel 115, der in Durchbrüchen der Stößelführung 112 geführt ist. Der Stopfenkopf 113 liegt dichtend an einer konischen Fläche 117 des Ventilsitzes 111 an, der in das Rückschlagventilgehäuse 101 eingeschraubt ist. Der Schutzüberzug 114 auf dem Stopfenkopf kann aus jedem geeigneten gummielastischen Material bestehen, ist aber vorzugsweise aus Gummi.

Der Stopfenkopf 113 wird mittels einer Feder 118 in Anlage an der konischen Fläche 117 des Ventilsitzes 111 gehalten. Die Feder 118 ist um den Ventilstößel 115 zentriert und liegt mit einem Ende an dem Stopfenkopf 113 an, während sich das andere Ende an der Stößelführung 112 abstützt.

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Die Stößelführung 112 ist in das Rückschlagventilgehäuse 101 eingeschraubt und weist einen zentralen Durchbruch 116 auf, durch den der Ventilstößel 115 hindurchragt, sowie einen oder mehrere Durchbrüche 119, welche eine Druckmittelverbindung zwischen den Bohrungen 107 und 104 des Rückschlagventilgehäuses 101 herstellen. Im eingebauten Zustand in dem Rückschlagventilgehäuse 101 kann die Stößelführung 112 an einer Schulter 105' der Bohrung 105 in dem Rückschlagventilgehäuse 101 anliegen.

In die Zweigleitung 37 zwischen dem Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 und dem Vergußmasse-Einlaßanschluß 67 in der Pfahlhülse 32 ist ein Vergußmaterial-Steuerventil 120 eingebaut. Das Vergußmaterial-Steuerventil 120 enthält ein Steuerventilgehäuse 121, eine Steuerventilkappe 122 und einen Steuerventilkörper 123.

Das Steuerventilgehäuse 121 weist eine Bohrung 124 auf, die mit der Zweigleitung 37 in Verbindung steht, eine Bohrung 125, welche den Kopf 131 des Steuerventilkörpers 123 aufnimmt, eine Bohrung 126, welche mit der der Zweigleitung 37 in Verbindung steht, eine Bohrung 127, welche den Scherstift 135 des Steuerventilkörpers 123 aufnimmt, eine Ringnut 128, welche ringförmige Dichtmittel 130 aufnimmt, und eine Gewindebohrung 129, in welche der Gewindeteil 122¹ der Steuerventilkappe 122 eingeschraubt ist. Zur Herstellung einer druckmitteldichten Abdichtung zwischen der Steuerventilkappe 122 und dem Steuerventilgehäuse 121 sind in der Ringnut 128 ringförmige Dichtmittel 130 angeordnet. Die ringförmigen Dichtmittel 130 können aus jedem geeigneten Material bestehen. Vorzugsweise wird als Dichtmittel ein gummielastischer O-Ring verwendet. Die Zweigleitung 37 kann durch irgendwelche geeigneten Mittel an dem Steuerventilgehäuse 121 befestigt werden. Vorzugsweise wird sie angeschweißt.

Der Ventilkörper 123 des Vergußmaterialsteuerventils enthält einen Kopfteil 131 mit Ringnuten 132, welche ringförmige Dichtmittel 133 enthalten. Die Dichtmittel 133 liegen dichtend

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an der Bohrung 125 des Steuerventilgehäuses 121 an. Der Ventilkörper 123 weist weiterhin einen Stößelteil 134 und einen Scherstift 135 auf, der in einem Durchbruch 136 am Ende des Stößelteils 134 sitzt. Der Scherstift 135 ist mittels einer Ringscheibe 137 in dem Steuerventilgehäuse 121 gehalten, die ihrerseits durch die Steuerventilkappe 122 gehalten ist, welche die Ringscheibe in Anlage an der Schulter 138 des Steuerventilgehäuses 121 hält. Die Ringscheibe 137 hat einen zentralen Durchbruch von ausreichender Größe, so daß der Stößelteil des Ventilkörpers 120 des Steuerventils frei dort hindurchgleiten kann, nachdem der Scherstift 135 abgeschert ist.

Wie in Fig. 5 weiter dargestellt ist, ist eine Ventilabschirmung 139 vorgesehen, welche das untere Packer-Rückschlagventil 70, das Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 und das Vergußmasse- -Steuerventil 120 gegen Beschädigung bei der Handhabung der Plattform schützt.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, stimmt der Aufbau des oberen Packer-Rückschlagventils 70 und des oberen Packer-Steuerventils 120 mit dem Aufbau des unteren Packer-Rückschlagventils 70 und des in Fig.5 dargestellten Vergußmaterial-Steuerventils 120 überein. Das Steuerventil 120 kann benutzt werden, um entweder den Aufblähdruck des Packers oder den Anfangsdruck beim Einleiten des Vergußmaterials zu bestimmen. In dieser Hinsicht ist der obere Packer 4o im Aufbau übereinstimmend mit dem unteren Packer 40, der in Fig.5 dargestellt ist.

Nicht dargestellt in Fig. 6 ist die Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35, die in die Pfahlhülse 32 unmittelbar unterhalb des Packers 40 eingebaut ist.

In Fig. 7 ist der untere Packer 40 in aufgeblähtem Zustand dargestellt, und es wird Vergußmaterial in den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 eingeleitet.

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Das Packerglied 44 wird aufgebläht, 'so daß es den Pfahl 20, der bis zu der gewünschten Tiefe eingetrieben worden ist, fest umgreift, indem irgendein geeignetes Druckmittel, üblicherweise Wasser, durch den Packer-Aufblähanschluß 66 hindurchgepumpt wird. Wenn das Packerglied 44 aufgebläht ist, werden die Stützschuhe 48 und 49 nach innen ausgelenkt, bis die Finger und 63 auf dem Pfahl 20 zum Aufsitzen kommen. Wenn das Packerglied 44 in seiner aufgeblähten Stellung ist, geben die Stützschuhe 48 und 49 dem Packerglied 44 axiale -Unterstützung und verhindern eine axiale Auswölbung und dementsprechende Beschädigung des Packerglieds 44 über die Ringwülste 56 und der Führungsringe 42 bzw. 43. Wenn das Packerglied 44 aufgebläht ist, sind die Enden des Packerglieds 44 gegen axiale Bewegung mittels der Ringe 46 und 47 gesichert. Die Ringe 46 und 47 verhindern, daß die Enden des Packergliedes 44 aus den ringförmigen Vertiefungen 52 und 53 des Führungsringes 42 und den ringförmigen Vertiefungen 54 und 55 des Führungsringes 43 herausgezogen werden, da die Ringe 46 und 47 ein Zusammendrücken der Enden des Packergliedes 44 bis zu einem Grad, der ein Vorbeigehen der Enden des Packerglieds 44 zwischen den Ringwülsten 56 und 57 und dem Packergehäuse 41 gestatten würde, verhindern.

Die Enden des Packerglieds 44 können gegen axiale Bewegung innerhalb des Pkckergehäuses 41 durch die Führungsringe 42 und 43 gesichert werden, da das Aufblähen des Packerglieds 44 nach einwärts erfolgt, wodurch das Packerglied 44 effektiv zusammengedrückt wird.

Nachdem das Packerglied 44 aufgebläht worden ist, wird Vergußmaterial durch den Vergußmaterial-Anschluß 67 in den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 oberhalb des Packers 40 gepumpt, wobei der Packer das Gewicht des Vergußmaterials in dem Ringraum aufnimmt und verhindert, daß das Vergußmaterial in den Ringraum unterhalb des Packers austritt oder daß umgebendes Material in den Ringraum oberhalb des Packers 40 eintritt und das Vergußmaterial verunreinigt.

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Wenn der untere Packer 40 aufgebläht ist, ist die Aufblähflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, durch das untere Packer-Rückschlagventil 70 eingeschlossen. Um den Ringraum zwischen dem Pfahl und der Pfahlhülse 32 mit Vergußmaterial zu füllen, nachdem der unter Packer 40 aufgebläht ist, wird Vergußmaterial durch die Leitung 34 unter ausreichendem Druck gepumpt, so daß der Teil des Scherstifte« 135, der innerhalb des Durchbruchs 136 im Ende des Stößelteis 134 sitzt, abgeschert wird. Wenn der Ventilkörper 123 des Vergußmaterial-Steuerventils sich frei in dem Steuerventilgehäuse 121 bewegen kann, wird der Stopfenkopf 131 des Vergußmateric.l-Steuerventils aus der dichtenden Anlage an der Bohrung 125 in dem Steuerventilgehäuse 121 gedrückt, wodurch Vergußmaterial über die Zweigleitung 37 fließen kann, welche das Vergußmaterial-Steuerventil 120 mit dem Vergußmaterialanschluß 67 in der Pfahlhülse 32 verbindet, und in den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 eintritt.

Wenn einmal der Scherstift 135 abgeschert ist und der Kopf 131 des Vergußmaterial-Steuerventils nicht langer dichtend an der Bohrung 125 des Steuerventilgehäuses 121 anliegt, so daß das Vergußmaterial durch das Ventil hindurchströmen kann, dann sinkt der Einleitdruck des Vergußmaterials drastisch. Das hat eine Druckdifferenz an dem unteren Packer-Rückschlagventil 70 zur Folge, welche das Packer-Rückschlagventil in der Schließstellung hält. Das untere Packer-Rückschlagventil schließt nämlich die Aufblähflüssigkeit in dem zwischen dem Packergehäuse und dem Packerglied 44 gebildeten Ringraum auf einer Seite des unteren Packer-Rückschlagventils 70 ein, während die andere Seite des Packer-Rückschlagventils nur dem Einleitdruck der Vergußmasse ausgesetzt ist.

In Fig. 8 ist eine bevorzugte Ausführungform des Schieberventils 150 dargestellt. Das Schieberveritil 150. enthält eine Gehäuse, eine erste Schieberhülse 153 und eine zweite Schieberhülse 154.

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Das Schieberventilgehäuse enthält einen ersten Gehäuseteil 151, welcher die erste Schieberhülse 153 und die zweite Schieberhülse 154 enthält, und einen zweiten Gehäuseteil 152, der als Anschlag für die erste Schieberhülse 153 dient. Der erste Gehäuseteil 151 ist durch irgendwelche geeigneten Mittel, vorzugsweise durch Verschweißen, mit der Leitung 34 verbunden. Der zweite Gehäuseteil 152 ist durch irgendwelche geeigneten Mittel, vorzugsweise durch Verschweißen mit dem ersten Gehäuseteil 151 und der (nicht dargestellten) Leitung 34 verbunden.

Der zweite Gehäuseteil 152 weist eine Bohrung 155 auf, die mit der Leitung 34 in Verbindung steht, eine Schulter 156, die als Anlage für den ersten Gehäuseteil 151 und die erste Schieberhülse 153 dient, und eine Bohrung 157, welche als Führung dient, wenn sie das Ende des ersten Gehäuseteils 151 aufnimmt. Der erste Gehäuseteil 151 weist einen Abschnitt von verminderter Dicke 158 auf, der in der Bohrung 157 des zweiten Gehäuseteils 152 sitzt, eine Kammer 159, welche das Verschweißen des ersten Gehäuseteils 151 mit dem zweiten Gehäuseteil 152 erleichtert, und eine Bohrung 160, in welcher die erste Schieberhülse 153 und die zweite Schieberhülse 154 gleitbeweglich geführt sind, einen ersten Anschluß 161, der der ersten Schieberhülse 153 zugeordnet ist, und einen zweiten Anschluß 162, der der zweiten Schieberhülse 154 zugeordnet ist. Der Anschluß 161 steht mit der Leitung 39 in Verbindung, während der zweite Anschluß mit der Leitung 39' in Verbindung steht. Die Leitungen 39 und 39* können durch irgendwelche geeigneten Mittel, vorzugsweise durch Verschweißen, mit dem ersten Geäuseteil 151 verbunden sein. Die Leitung 39 und die Leitung 39' führen jede zu einer anderen Pfahlhülse mit einem oberen und einem unteren Packer und zugehörigen Steuerventilen, sowie sie schematisch in Fig.2 und im einzelnen in den Figuren 3 und 4 dargestellt sind. In der Seitenwandung des ersten Gehäuseteils 151 zwischen dem ersten Anschluß 161 und dem zweiten Anschluß 162 ist eine Gewindebohrung 151' vorgesehen, welche einen Scherstift 170 aufnimmt,

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- xr-

Si/I

während in der Seitenwandung des ersten Gehäuseteils 151 oberhalb des Anschlusses 162 eine Gewindebohrung 151'· vorgesehen ist, die auch einen Scherstift 170 aufnimmt.

Die erste Schieberhülse 153 ist mit einer Bohrung 163 versehen, einer unteren Schrägfläche 164, einer Bohrung 165, einer oberen Schrägfläche 166, einer Mehrzahl von Ringnuten 167, die jede einen gummielastischen O-Ring enthalten, und einer Gewindebohrung 169, die in der Seitenwandung der ersten Schieberhülse 153 vorgesehen ist.

Die erste Schieberhülse 153 wird in ihrer Lage in dem ersten Gehäuseteil 151 des Schieberventilgehäuses mittels eines Scherstiftes 170 gehalten, der in die Gewindebohrung 151" in dem ersten Gehäuseteil 151 und die Gewindebohrung 169 in der ersten Schieberhülse 153 eingeschraubt ist. In dieser Stellung innerhalb des ersten Gehäuseteils 151 des Schieberventilgehäuses deckt die erste Schieberhülse 153 den ersten Anschluß 161 ab und verhindert einen Durchtritt von Flüssigkeit durch diesen.

Um den Anschluß 161 für Flüssigkeitsströmung zu "öffnen, wird, wie in Fig.9 dargestellt ist, eine Kugel, die geringfügig kleiner ist als die Bohrung 165 in der ersten Schieberhülse 153, in die Leitung 34 eingeführt und in diese hinabgepumpt oder hinabgewqrfen, bis sie auf der Schrägfläche 164 zwischen den Bohrungen 163 und 165 der ersten Schieberhülse 153 zum Aufsitzen kommt. Wenn die Kugel auf der Schrägfläche 164 aufsitzt, wird der Druck in der Leitung 34 erhöht, bis der Scherstift 170 abgeschert wird, wodurch die erste Schieberhülse 153 freigegeben wird und sich in dem ersten Gehäuseteil 151 des Schieberventilgehäuses abwärts bewegen kann. Die erste Schieberhülse 153 kommt dann mit ihrer Unterseite 180 an der Schulter 156 des zweiten Gehäuseteils 152 des Schieberventilgehäuses zur Anlage. Wenn die Unterseite -180 der ersten Schieberhülse 153 an der Schulter 156 des zweiten Gehäuseteils 152 des Schieberventilgehäuses anliegt, wird eine Strömung

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durch die erste Schieberhülse 153 dadurch unterbunden, daß die Kugel abdichtend an der Schrägfläche 164 anliegt. Jede weitere Strömung wird über den geöffneten Anschluß 161 und durch die Zweigleitung 39 geleitet.

Um den Anschluß 162 zu öffnen, der mit der Zweigleitung 39' in Verbindung steht, wird eine Kugel, die geringfügig kleiner ist als die Bohrung 173 der zweiten Schieberhülse 154 in die Leitung 34 eingeführt und in diese hinuntergepumpt oder hinuntergeworfen, bis sie auf der Schrägfläche 172 zwischen den Bohrungen 171 und 173 der zweiten Schieberhülse 154 zum Aufsetzen kommt. Wenn die Kugel auf der Schrägfläche 172 aufsitzt, wird der Druck in der Leitung 34 erhöht, bis der Scherstift 170 abgeschert wird. Dadurch wird die zweite Schieberhülse 154 freigegeben und bewegt sich abwärts in dem ersten Gehäuseteil 151 des Schieberventilgehäuses, bis die Unterseite 178 an der Oberseite 179 der ersten Schieberhülse 153 zur Anlage kommt. Dann ist der Anschluß 162 in dem ersten Gehäuseteil 151 des Schxeberventilgehäuses freigegeben, und der Anschluß 161 wird durch die zweite Schieberhülse 154 abgedeckt.

Wenn die Unterseite 178 der zweiten Schieberhülse 154 an der Oberseite 179 der ersten Schieberhülse 153 anliegt, wird eine Strömung durch die zweite Schieberhülse 154 durch die dichtende Anlage der Kugel an der Schrägfläche 172 unterbunden. Eine weitere Strömung wird durch den nun geöffneten Anschluß 162 und durch die Zweigleitung 39' geleitet.

Obwohl hier ein Schieberventil mit nur zwei Schieberhülsen und zwei Auslaßanschlüssen dargestellt ist, könnte das Schieberventil jede beliebige Anzahl von Schieberhülsen und Anschlüssen aufweisen. Es wird zwar vorzugsweise ein Schieberventil verwendet. Es kann aber auch jedes andere handelsüblich

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erhältliche Ventil verwendet werden, welches über eine einzige Leitung betätigbar ist und eine Mehrzahl von Pfahlhülsen zu vergießen gestattet. Solche Ventile können entweder einzeln oder in Reihe in dem Steuerventilsystem verwendet werden.

In Fig.10 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Überdruckventils 190 dargestellt. Das überdruckventil 190 enthält einen Ventilzylinder 191, einen Sockel 192, eine Ventilscheibe 193, eine Ventilspindel 194, Ventilfederteller 195, eine Ventilfeder 196, eine Ventilfeder-Einstellschraube 197, eine Sicherungsmutter 198 für die Ventilfeder-Einstellschraube, eine Unterlegscheibe 1'J9 und eine Schraube 200.

Der Ventilzylinder 191 weist Gewindebohrungen 201, 202 und auf, welche den Sockel 192, eine (nicht dargestellte) Auslaßleitung bzw. die Ventilfeder-Einstellschraube 197 aufnehmen.

Der Ventilzylinder 191 bildet weiterhin einen zentralen Hohlraum 204, der die Ventilspindel 194, die Ventilfederteller 195 und die Ventilfeder 196 aufnimmt.

Der Sockel ist mit einer Bohrung 205 versehen, welche einen Kragen 214 der Ventilscheibe 193 aufnimmt, einer Bohrung 206, einer Schrägfläche 207 und einer Bohrung 208. Auf der Außenseite des Sockels 192 ist ein unterer Gewindeabschnitt 209 durch einen Bund 210 von einem oberen Gewindeabschnitt 211 getrennt, welcher in die Gewindebohrung 201 des Ventilzylinders 191 eingreift. Der untere Gewindeabschnitt 209 greift in ein Gewindefitting in der Leitung 34 ein, welches als Verbindungspunkt für das Überdruckventil 190 dient.

Die Ventilscheibe 193 weist einen Scheibenteil 212 und einen Kragen 213 auf. Der Scheibenteil 212 besitzt eine zentrale Ausnehmung 214 auf seiner Oberseite und eine Schrägfläche 215, welche dichtend an der Schrägfläche 207 des Sockels 192 anliegt. Der Kragen 213 der Ventilscheibe 193 ist mit einer

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Mehrzahl von Öffnungen 216 versehen, welche mit einem Hohlraum 227 in Verbindung stehen, der durch die Bohrung 206 des Sockels 192 und der Außenfläche des Kragens 213 der Ventilscheibe gebildet ist. Wenn die Schrägfläche 215 der Ventilscheibe von der Schrägfläche 207 des Sockels 190 abhebt, kann Druckmittel frei durch die Bohrung 205 des Sockels 192, durch die Löcher 216 in den Kragen 213 der Ventilscheibe, durch den Hohlraum in den Hohlraum 204 des Ventilzylinders 191 und durch die Bohrung 202 in eine (nicht dargestellte) Auslaßleitung strömen.

Um die Ventilscheibe 193 in der Schließstellung zu halten, wird die Ventilfeder 196 verwendet, die an den Ventilfedertellern 195 anliegt, welche ihrerseits an dem erweiterten Kopf 217 der Ventilspindel 194 und an der Ventilfeder-Einstellschraube 197 anliegen. Der erweiterte Kopf 217 der Ventilspindel 194 liegt an der zentralen Ausnehmung 214 des Ventilscheibenteils 212 der Ventilscheibe 193 an, während das obere Ende 218 der Ventilspin del 194 in einer Bohrung 219 der Ventilfeder-Einstellschraube 197 frei beweglich ist.

Die Spannung der Ventilfeder 196 kann erhöht werden, indem die Ventilfeder-Einstellschraube 197 weiter in die Gewindebohrung 203 des Ventilzylinders 191 eingeschraubt wird. Wenn die gewünschte Spannung der Ventilfeder 196 erreicht ist, wird die Kontermutter 198 weitergeschraubt, so daß sie an der Oberseite 220 des Ventilzylinders 191 anliegt. Zum Abdichten der Bohrung 219 in der Ventilfeder-Einstellschraube 197 wird ein Gewindeteil 200 in den Gewindeabschnitt 221 der Bohrung 219 eingeschraubt, bis die Unterlegscheibe 199 dichtend an der Oberseite 222 der Ventilfeder-Einstellschraube 197 anliegt.

Das vorstehend beschriebene Überdruckventil 190 ist ein typisches handelsüblich erhältliches Überdruckventil, welches zur Verwendung in der Leitung 34 geeignet ist. Es können statt des oben beschriebenen Überdruckventils 190 auch andere Arten von handelsüblich erhältlichen Überdruckventilen verwendet werden.

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Es wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Aufblähvorgang für den oberen und den unteren Packer 40 beschrieben. Bei einem typischen Vergießvorgang einer Pfahlhülse 32 müssen die Betätigungsdrücke des unteren Vergußmasse-Steuerventils 120 und des oberen Packer-Steuerventils 120 gewählt werden. Bei einer typischen Anwendung ist der öffnungsdruck des unteren Vergußmaterial-Steuerventils 120 27 bar (4oo psi), während der öffnungsdruck des oberen Packer-Steuerventils 120 20 bar (3oo psi) beträgt. Um die Öffnungsdrücke des unteren Vergußmaterial-Steuerventils 120 oder des oberen Packer-Steuerventils 120 zu verändern, ist es nur erforderlich, die Größe des Scherstiftes 135 zu verändern. Ein Scherstift von größerem Durchmesser ergibt einen höheren öffnungsdruck für das Steuerventil 120. Wenn auch für das obere Packer-Steuerventil 120 ein Öffnungsdruck von 2O bar und für das untere Vergußmaterial-Steuerventil 120 ein Öffnungsdruck von 27 bar gewählt worden ist, könnten die Öffnungsdrücke auch andere gewünschte Werte haben.

Nachdem ein Pfahl 20 bis zu der gewünschten Tiefe eingetrieben worden ist, wird zum Aufblähen des unteren Packers 40 Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, durch die Leitung 34 unter einem Druck gepumpt, der kleiner als 20 bar ist. Nach Einpumpen eines Volumens von Flüssigkeit, welches ausreicht, um den Packer 40 aufzublähen, wird das System geschlossen und auf Lecks untersucht. Jedes Leck ist durch einen Druckverlust erkennbar. Wenn keine Lecks gefunden werden, wird der obere Packer 40 aufgebläht, indem der Pumpendruck der Flüssigkeit auf über 20 bar, aber weniger als 27 bar erhöht wird. Hierdurch wird der Scherstift 135 des oberen Packer-Steuerventils 120 abgeschert, und es kann Flüssigkeit in den Packer 40 über die Zweigleitung 36 eintreten. Nach dem Aufblähen des oberen Packers 40 wird das System wieder geschlossen und auf Lecks untersucht. Wenn keine Lecks auftreten, wird der Flüssigkeitsdruck auf über 27 bar erhöht, wodurch der Scherstift 135 in dem Vergußmaterial-Steuerventil 120 abgeschert wird. Wenn das Vergußmaterial-Steuer-

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ventil 120 öffnet, fällt der Druck in der Leitung 34 ab und zeigt an, daß der Ringraum zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 zur Aufnahme des Vergußmaterials bereit ist. Es wird dann der Druck in der Leitung 34 abgelassen, wobei der obere und der untere Packer 40 aufgebläht bleiben und abdichtend an dem Pfahl 20 anliegen, da die Rückschlagventile 70 des oberen und unteren Packers ein Zurückfließen der Flüssigkeit aus den Packern 40 in die Leitung 34 verhindern. Nachdem die Packer aufgebläht worden sind, aber bevor Vergußmaterial in den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 gepumpt wird, kann der zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 gebildete Ringraum von Wasser befreit und auf Lecks untersucht werden, indem Luft oder irgendein geeignetes Gas über die Leitung 34 und die Zweigleitung 37 in den Ringraum gedrückt wird, wobei das Wasser über die Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 zum Oberteil 33 der Plattform 30 strömt.

In Fig. 4 ist der Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 mit Vergußmaterial gefüllt dargestellt. Um den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 mit Vergußmaterial zu füllen, wird Vergußmaterial über die Leitung •34 und die Zweigleitung 37 in den Ringraum gepumpt, bis Vergußmaterial am oberen Ende der Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 austritt, welches am Oberteil 33 der Plattform 30 sitzt. Nachdem der Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 mit Vergußmaterial gefüllt ist, kann der Druck in der Leitung 34 abgelassen werden, wobei das Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 das Vergußmaterial in dem Ringraum hält und damit einen Rückfluß von Vergußmaterial in die Leitung 34 verhindert. Gegebenenfalls kann das Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 in dem Steuerventilsystem weggelassen werden. Wenn jedoch das Vergußmaterial-Rückschlagventil 100 in dem Steuerventilsystem nicht vorhanden ist, dann ist es erforderlich, den Druck in der Leitung 34 aufrechtzuerhalten, bis das Vergußmaterial in dem Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der.Pfahlhülse 32 aushärtet.

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Bevor das Hinabpumpen von Vergußmaterial in den Ringraum zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 beendet ist, wird eine Kugel mit geringfügig kleinerem Durchmesser als die Bohrung 165 der Schieberhülse 153 des Schieberventils 150 in die Leitung 34 gebracht und bis zu dem Schieberventil 150 hinabgepumpt oder hinabgeworfen, so daß der Anschluß 161 geöffnet wird, wenn die Kugel Flüssigkeitsdruck ausgesetzt wird, so daß ein weiterer Ringraum zwischen einem Pfahl und einer Pfahlhülse über die Zweigleitung 39' vergossen werden kann.

Die Anzahl öer Pfahlhülsen 32, die unter Verwendung einer einzigen Leitung 34 vergossen werden können, hängt von der Anzahl der Schieberhülsen in dem Schieberventil 150 und der Anzahl der Schieberventile 150 ab, die in dem Steuerventilsystem verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß nach dem Eintreiben eines Pfahles 20 bis zu der gewünschten Tiefe der obere Packer 40 zuerst aufgebläht wird, indem ein Packer-Steuerventil mit dem gewünschten öffnungsdruck gewählt und in die Zweigleitung 38 eingebaut wird, welche den unteren Packer 40 mit der Leitung 34 verbindet, während das mit dem oberen Packer verbundene Steuerventil weggelassen wird. Ein typischer öffnungsdruck für das Packer-Steuerventil würde 20 bar sein, wenn ein Vergußmaterial-Steuerventil mit einem öffnungsdruck von 27 bar in dem Steuerventilsystem benutzt wird.

Zum Aufblähen des oberen Packers 40 wird Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, bei einem Druck von weniger als 20 bar durch die Leitung 34 gepumpt. Nachdem ein hinreichendes Volumen von Flüssigkeit zum Aufblähen des oberen Packers 40 hinabgepumpt worden ist, wird das System abgeschlossen und auf Lecks untersucht. Lecks werden wieder durch einen Abfall des Drucks im Steuersystem erkannt. Wenn keine Lecks gefunden werden, wird der Ringraum zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 geleert, indem Luft oder irgendein geeignetes Gas in die

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VergußmaterialRücklaufleitung 35 eingeleitet wird, so daß Wasser in dem Ringraum auf der Unterseite der Pfahlhülse 32 an dem unteren Packer 40 vorbei hinausgedrückt wird. Anschließend wird der untere Packer 40 aufgebläht, indem der Pumpendruck der Flüssigkeit in der Leitung 34 auf einen Wert über 20 bar, aber weniger als 27 bar erhöht wird. Dadurch wird der Scherstift 135 in dem Steuerventil 120 des unteren Packers abgeschert. Es kann jetzt Flüssigkeit in den Packer 40 über die Zweigleitung 38 eintreten. Nach dem Aufblähen des unteren Packers 40 wird das System wieder abgeschlossen und auf Lecks untersucht. Wenn keine Lecks vorhanden sind, wird der Flüssigkeitsdruck auf über 27 bar in der Leitung 34 erhöht. Hierdurch schert der Scherstift 135 in dem Vergußmaterial-Steuerventil 120 ab. Wenn das Vergußmaterial-Steuerventil 120 öffnet, sinkt der Druck in der Leitung 34 ab, was anzeigt, daß der Ringraum zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 zur Aufnahme des Vergußmaterials bereit ist. In diesem Moment wird der Druck in der Leitung 34 abgesenkt, wobei der obere und der untere Packer 40 aufgebläht bleiben und abdichtend an dem Pfahl anliegen, da das obere und das untere Packer-Rückschlagventil 70 ein Rückfließen der Flüssigkeit aus den Packern 40 in die Leitung 34 verhindern. Anschließend wird der Luft-oder Gasdruck in dem Ringraum abgesenkt, und das Vergußmaterial wird in den zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 gebildeten Ringraum über die Leitung 34 und die Zweigleitung 37 eingelassen, wobei überschüssiges Vergußmaterial zu dem Oberteil 33 der Plattform 30 Über die VergußmaterialRücklaufleitung 35 fließt.

Eine weitere mögliche Methode des Vergießens des Ringraumes zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 ergibt sich, wenn der untere Packer 40 in der Pfahlhülse 32 ein Steuerventil 120 aufweist, das in der den unteren Packer 40 mit der Leitung 34 verbindenden Zweigleitung 38 angeordnet ist, während das Steuerventil 120 von dem oberen Packer 40 weggelassen ist. Nachdem ein Pfahl 20 bis zu der gewünschten Tiefe eingetrieben

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worden ist, kann der obere Packer 40 zuerst aufgebläht werden, indem ein Öffnungsdruck für das untere Packer-Steuerventil von 20 bar gewählt wird, wenn ein Vergußmaterial-Steuerventil mit einem Öffnungsdruck von 27 bar in dem Steuerventilsystem benutzt wird.

Zum Aufblähen des oberen Packers 40 wird Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, durch die Leitung 34 bei einem Druck von weniger als 20 bar gepumpt. Nachdem ein ausreichendes Volumen von Flüssigkeit zum Aufblähen des oberen Packers hinabgepumpt worden ist, wird das System abgeschlossen und auf Lecks untersucht. Lecks sind an einem Druckverlust im Steuersystem erkennbar. Wenn keine Lecks gefunden werden, wird der untere Packer 40 aufgeblasen, indem der Pumpendruck der Flüssigkeit in der Leitung 34 auf einen Wert von über 20 bar, aber weniger als 27 bar erhöht wird. Hierdurch wird der Scherstift 135 in dem unteren Packer-Steuerventil 120 abgeschert. Es kann Flüssigkeit über die Zweigleitung 38 in den Packer 40 eintreten. In diesem Moment wird das System wieder abgeschlossen und auf Lecks untersucht. Wenn keine Lecks auftreten, wird der Flüssigkeitsdruck auf über 27 bar in der Leitung 34 erhöht, wodurch der Scherstift 135 in dem Vergußmaterial-Steuerventil 120 abgeschert wird. Wenn das Vergußmaterial-Steuerventil 120 öffnet, fällt der Druck in der Leitung 34 ab, was anzeigt, daß der Ringraum zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 zur Aufnahme der Vergußmasse bereit ist. In diesem Moment wird der Druck in der Leitung 34 abgelassen, wobei der obere und der untere Packer aufgebläht bleiben und abdichtend an dem Pfahl 20 anliegen, da das obere und das untere Packer-Rückschlagventil 70 einen Rückfluß der Flüssigkeit aus den Packern 40 in die Leitung 34 verhindern. Nachdem die Packer 40 aufgebläht worden sind, aber bevor Vergußmaterial zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 gebildeten Ringraum gepumpt wird, wird der zwischen dem Pfahl 20 und der Pfahlhülse 32 gebildete Ringraum von Wasser befreit und auf Lecks geprüft, indem Luft oder irgendein anderes geeignetes Gas über die Leitung 34 und die Zweigleitung

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37 in den Ringraum eingeleitet wird, wobei das Wasser über die Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 zu dem Oberteil der Plattform 30 ausfließt. Anschließend wird das Vergußmaterial in den durch die Pfahlhülse 32 und den Pfahl 20 gebildeten Ringraum über Leitung 34 und Zweigleitung 37 eingeleitet, wobei überschüssiges Vergußmaterial über die Vergußmaterial-Rücklaufleitung 35 zu dem Oberteil 33 der Plattform 30 strömt. Der Ringraum zwischen der Pfahlhülse 32 und dem Pfahl 20 kann belüftet sein, so daß Luft oder irgendein anderes Gas, welches zum Entleeren des Ringraumes vor dem Einleiten des Vergußmaterials verwendet wurde, austreten kann. Der Ringraum kann aber auch vergossen werden, ohne den Ringraum zu entlüften. Zwar wird der Luftdruck in dem Ringraum üblicherweise auf Atmosphärendruck abgelassen. Es könnte aber auch auf jeden anderen Druck entlüftet werden. Wenn eine Menge von Wasser in dem Ringraum verbliebe und das Vergußmaterial, das in den Ringraum gepumpt wird, verdünnen würde, dann kann Vergußmaterial· sol·ange in den Ringraum gepumpt werden, bis das aus der VergußmaterialRücklaufleitung 35 am Oberteil der Plattform 33 ausströmende Vergußmaterial die gleiche Qualität besitzt, wie das in den Ringraum gepumpte Ver gu ßmater ia1.

Durch Verwendung eines Packers sowohl am oberen als auch am unteren Ende der Pfahlhülsen 32 an der Plattform 30 ergibt sich ein verbessertes Verfahren zum Vergießen der Pfahllu^sen, da es nicht erforderlich ist, die Ringräume in den Pfahlhülsen unter Druck zu halten," bis das Vergußmaterial erhärtet, was sonst erforderlich wäre, um sicherzusteilen, daß das die Pfahlhülsen umgebende Wasser nicht das Vergußmaterial verdünnt. Es kann leicht festgestellt werden, ob die Ringräume frei von Wasser sind oder nicht, um sicherzustellen, daß keine Verdünnung des Vergußmaterials erfol·gt, und es ist nicht erforderiich, große Mengen von Vergußmaterial in den Schlick auf dem Meeresboden zu pumpen, der die Pfahltu^sen umgibt, um sicherzustellen, daß die Ringräume in den Pfahlhülsen mit Vergußmaterial gefüllt sind.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche Λ Q H ^ U O ¹I

Steuerventilsystem zur Verwendung bei der Errichtung fester Plattformen vor der Küste, deren Stützen durch Pfähle im Meeresboden verankert sind, welche von Pfahlhülsen umgeben sind, wobei der Ringraum zwischen den Pfählen und den Pfahlhülsen mit einem Vergußmaterial vergossen ist, und zwar zur Steuerung der Strömung eines Aufblähdruckmittels beim Aufblähen eines oberen Packers und eines unteren Packers, die in der Pfahlhülse sitzen und im aufgeblähten Zustand den Ringraum zwischen der Pfahlhülse und dem Pfahl abdichten, und zur Steuerung der Strömung des Vergußmaterials beim Vergießen des Ringraumes,

dadurch gekennzeichnet,

daß für die Zufuhr des Aufblähdruckmittels zu den Packern (40) und für die Zufuhr des Vergußmaterials zu dem Ringraum eine einzige Leitung (34) vorgesehen ist,

daß diese Leitung (34) mit jedem der Packer (40) über ein Rückschlagventil (70) verbunden ist,

daß mit einem der Rückschlagventile (70) ein Packer-Steuerventil (120) in Reihe geschaltet ist, welches erst bei Überschreiten eines vorgegebenen ersten Druckes in der Leitung öffnet, und

daß die Leitung (34) weiterhin mit dem Ringraum über ein Vergußmaterial-Steuerventil (120) verbunden ist, welches in seiner Schließstellung durch eine Sperreinrichtung (135) gehalten ist, die erst bei überschreiten eines

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ORIGINAL INSPECTED

vorgegebenen zweiten Druckes, der höher als der erste Druck ist, gelöst wird, und welches dann durch den Druck eines in die Leitung (34) gedrückten Vergußmaterials aufdrückbar ist.
2. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Packer-Steuerventil (120) einen in einem Gehäuse geführten Ventilkolben (131) enthält, auf dessen Stirnfläche der Druck in der Leitung (34) wirkt und der in der Ausgangsstellung einen seitlichen Ausgang zu dem Packer abdeckt, und

daß der Ventilkolben (131) in seiner Ausgangsstellung durch einen Scherstift (135) gesichert ist, der bei Überschreiten des besagten ersten Druckes abschert.
3. Steuerventilsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Vergußmaterial-Steuerventil (120) einen in einem Gehäuse geführten Ventilkolben (131) enthält, auf dessen Stirnfläche der Druck in der Leitung (34) wirkt und der in der Ausgangsstellung einen seitlichen Ausgang zu dem Ringraum abdeckt, und

daß der Ventilkolben (131) in seiner Ausgangsstellung durch einen Scherstift (135) gesichert ist, der bei Überschreiten des besagten zweiten Druckes abschert.
4. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Vergußmaterial-Steuerventil (120) ein Vergußmaterial-Rückschlagventil (100) in Reihe geschaltet ist, welches einen Rückfluß des Vergußmaterials aus dem Ringraum zwischen Pfahl (20) und Pfahlhülse (32) nach dem Vergießen verhindert.

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5. Steuerventilsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (34) eine steuerbare Ventilanordnung (150) vorgesehen ist, durch welche die Strömung von Aufblähdruckmittel und die Strömung von Vergußmaterial nacheinander auf verschiedene Packer und Ringräume leitbar ist, die zwischen je einer Pfahlhülse (32) und einem Pfahl (20) angeordnet bzw. gebildet sind.
6. Steuerventilsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventilanordnung (150) Schieberventile mit je einer Schieberhülse (153, 154) enthält, daß diese Schieberhülsen (153, 154) gleichachsig in einem rohrförmigen Ventilgehäuse (151) angeordnet sind, welches seitliche Anschlüsse (161,162) für die zu den verschiedenen Packern (40) und Ringräumen führenden Zweigleitungen (39,39') aufweist,

daß die Schieberhülsen (153,154) durch Scherstifte (170) in Stellungen gehalten sind, in welcher sie je einen der seitlichen Anschlüsse (161,162) abdecken,

daß die Schieberhülsen (153,154) an ihren unteren Enden Einschnürungen (164,172) mit nach unten hin abnehmenden Durchmessern aufweisen, die Sitze für Verschlußkörper bilden, welche durch die Leitung (34) und das Ventilgehäuse (151) hinabgeworfen oder hinabgepumpt werden,

daß an dem Ventilgehäuse (151) ein Anschlag (156) vorgesehen ist, an welchem die unterste Schieberhülse (153) in Offenstellung zur Anlage kommt, und

daß jede Schieberhülse (153) in ihrer Offenstellung einen Anschlag für die nächstobere Schieberhülse (154) bildet, an welchem diese ihrerseits in ihrer Offenstellung zur

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Anlage kommt und dabei gleichzeitig den Anschluß (161) wieder abdeckt, der durch die jetzt den Anschlag bildende Schieberhülse (153) vorher freigegeben worden war.
7. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Leitung ein Überdruckventil (190) vorgesehen ist, welches den maximalen Aufblähdruck und den Maximaldruck des Vergußmaterials bestimmt.
8. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Packer-Steuerventil (120) mit dem dem oberen Packer (40) zugeordneten Rückschlagventil (70) in Reihe liegt.
9. Steuerventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Packer-Steuerventil (120) mit dem dem unteren Packer (40) zugeordneten Rückschlagventil (70) in Reihe liegt.
10. Verfahren zum Vergießen des Ringraumes zwischen Pfählen und Pfahlhülsen bei der Errichtung fester Plattformen vor der Küste, deren Stützen durch Pfähle im Meeresboden verankert sind, welche von Pfahlhülsen umgeben sind, wobei der Ringraum zwischen den Pfählen und den Pfahlhülsen mit einem Vergußmaterial vergossen ist, unter Verwendung eines Steuerventilsystems nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachstehenden-Verfahrensschritte:

(a) Abdichten des Ringraumes zwischen Pfahl (20) und Pfahlhülse (32) an einem Ende durch Aufblähen des dort vorgesehenen einen Packers (40), indem Aufblähdruckmittel unter einem Druck unterhalb des besagten vorgegebenen ersten Druckesauf die Leitung (34) gegeben wird,

(b) Abdichten des Ringraumes zwischen Pfahl (20) und Pfahlhülse (32) an dem anderen Ende durch Aufblähen des dort vorgesehenen anderen Packers (40), indem

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Aufblähdruckmittel unter einem Druck, der höher als der besagte vorgegebene erste Druck, aber niedriger als der besagte vorgegebene zweite Druck ist, auf die Leitung' (34) gegeben wird, wodurch das dort vorgesehene Packer-Steuerventil (120) aufgedrückt wird,

(c) Beaufschlagen der Leitung (34) mit Aufblähdruckmittel oder Vergußmasse unter einem Druck, der höher ist als der besagte vorgegebene zweite Druck, so daß die Sperreinrichtung (135) des Vergußmaterial-Steuerventils (120) gelöst wird, und

(d) Einleiten von Vergußmaterial in die Leitung und unter Aufdrücken des VergußmaterialSteuerventils (120) in den Ringraum zwischen Pfahl (20) und Pfahlhülse (32).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösen der Sperreinrichtung (135) des Vergußmaterial-Steuerventils (120), aber vor dem Einleiten des Vergußmaterials Druckgas in den Ringraum eingeleitet wird, um das in den Ringraum beim Lösen der Sperreinrichtung

(135) eingetretene Aufblähdruckmittel über eine vom Ringraum ausgehende Rücklaufleitung (35) auszutreiben.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, unter Verwendung eines Steuerventilsystems nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vergießen eines Ringraumes die Ventilanordnung (150) betätigt wird, um das Aufblähdruckmittel und das Vergußmaterial aus der Leitung (34) auf andere Packer bzw. einen anderen Ringraum zu leiten.

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