DE3031282A1 - Differentialdruck-regelventileinrichtung fuer bohrlochabsperrvorrichtungen oder preventer - Google Patents

Differentialdruck-regelventileinrichtung fuer bohrlochabsperrvorrichtungen oder preventer

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DE3031282A1
DE3031282A1 DE19803031282 DE3031282A DE3031282A1 DE 3031282 A1 DE3031282 A1 DE 3031282A1 DE 19803031282 DE19803031282 DE 19803031282 DE 3031282 A DE3031282 A DE 3031282A DE 3031282 A1 DE3031282 A1 DE 3031282A1
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Description

Die Erfindiong bezieht sich auf eine Differentialdruck-Regelventi!einrichtung gemäßr dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derzeit werden zwei Hauptarten von Preventern zum Absperren unkontrollierter Druckflüssigkeitsausbrüche, z.B. bei öl- und Gasquellen, verwendet, nämlich Preventer der Kolbenbauart und der sphärischen Bauart, Beim Betrieb eines sphärischen Preventers wird Arbeitsflüssigkeit auf die Schließseite eines eingebauten Kolbens injiziert, ujü den Kolben gegen ein flexibles Verschlußelement zu drücken, das dadurch in den Strömungsweg expandiert, um die Strömung zu unterbrechen. Bei einem Preventer der Kolbenbauart wird ein hydraulischer Zylinder mit einer an seinem Kolben befestigten Stange dazu verwendet, einen Kolbenzu bewegen/ der als Verschlußelement wirkt/ um den Strömungsweg der unter Druck stehenden Flüssigkeit zu verschließen. Obwohl die nachstehende Diskussion sich auf die letztere Bauart von Pr .ventern bezieht, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß sie in gleicher tfeise auf sphärische Preventer anwendbar ist.
Aus einem Zylinder, -Kolben und Kolbenstange bestehende Betätigungsvorrichtungen (Betätigungszylinder) wurden als Betätigungsvorrichtungen für Preventer seit langem verwendet. Diese Vorrichtungen umfassen im allgemeinen einen geschlossenen Zylinder mit einem Kolben, der innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordnet ist, und eine an dem Kolben befestigte Stange, die "sich aus einem Ende des Zylinders heraus erstreckt. Der Kolben und Zylinder weisen daher eine blinde oder Deckelseite und eine Stangenseite tuf, wobei diese Bezeichnung durch die Lage der Stange bedingt ist.
In der Vergangenieit funktionierten diese Betätigungsvorrichtungen hydraulis ?h durch Einspritzen von Flüssigkeit in den Zylinder an der Deckelseite, um den Kolben und die Stange in eine ausgefahrene Stellung zu bewegen, so'daß die Stange die Preventerverschlußvcrrichtung betätigte, um die von der Quelle kommende Strömung abzusperren. Die in dem Zylinder auf der
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Stangenseite des Systeftis enthaltene Flüssigkeit wurde wiederum nach der Bewegung des Kolbens zu der Seite des Zylinders hin, von der sich die Stange erstreckte/ zu einem Vorratsbehälter zurückgeleitet. Dieser arbeitsvorgang erforderte große Flüssigkeitsvolumen, um den Kolben und die Stange aus einer voll geöffneten Stellung in eine voll geschlossene Stellung zu überführen. Weil darüberhinaus die installierte Leistung, d.h. die Leistung, die zur vollständigen Bewegung des Kolbens erforderlich ist, der volumetrisehen Strömung durch die Pumpe multipliziert mit dem Druck in den Leitungen gleich ist, ergibt sich durch den großen Flüssigkeitsbedarf auch eine große Leistungsanforderung an die Pumpe, die zum Bewegen der Flüssigkeit verwendet wird.
Es wurden daher viele Versuche unternommen, den Leistungs- und Flüssigkeitsbedarf einer solchen Betätigungsvorrichtung zu verringern. Aus der US-PS 3 360 807 ist eine Ventilvorrichtung bekannt, die dazu dient, den Böhrlochdrtiek, der durch einen Ausbruch hervorgerufen wird, zürn Schließen des Preventers unterstützend heranzuziehen. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch als nachteilig angenommen, daß sie jedwede Flüssigkeit oder Substanz, die im Bohrloch vorhanden sein kann, als Treibflüssigkeit verwendet. Infolgedessen zirkuliert durch da;s Ventil Bohrschlamm oder andere Flüssigkeit mit suspendiertem Steinschutt. Eine derartige Treibflüssigkeit kann den Rachtöil einer potentiellen Verstopfung der Ventilvorrichtung mit siea bringen, die einen wirksamen Betrieb der Einrichtung verhinäer»
In der US-PS 3 299 957 ist eine Flüsaigkeitsrege!einrichtung in Fig. 18 gezeigt, die aus einem Akkumulatorzylinder besteht, der in Verbindung mit der Pumpvorrichtung verwendet wird. Insbesondere wiri die Pumpvorrichtung kontinuierlich betätigt, um den Kolben wirksam anzuheben und den Akkumulator tinter Druck zu setzen. Der Zweck dieser Einrichtung besteht jedoch darin, die Verwendung einer Pumpe mit niedrigerer Eingangsleistung zu verwenden, statt den gesamten Leistungs- und Flüssigkeitsbedarf auf ein Minimum zu reduzieren. Tatsächlich wird die von den Kolben
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während der Absenkbewegung der Kolben ausgestoßene Flüssigkeit jedesmal an einen Flissigkeitsvorratsbehälter abgegeben, wenn die Kolben abgesenkt werden. Infolgedessen wird bei der bekannten Einrichtung eine größere Menge Flüssigkeit und eine größere installierte Leistung nötig als bei normalen Einrichtungen.
Bei anderen Einrichtungen werden Akkumulatoren verwendet, wie z.B. bei solchen der US-PS 4 098 341 und 3 044 481. Alle diese Systeme erfordern übermäßig große Mengen an hydraulischer Flüssigkeit, wobei der für den Betrieb erforderliche Leistungsbedarf ansteigt.
Es ist anzunehmen, daß noch andere Versuche zur Verminderung des gesamten Leistungsbedarf gemacht \irarden, die jedoch mit erheblichen kostspieligen Abänderungen an der Konstruktion des Pr venters verbunden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelventileinrichtung so zu verbessern, daß weniger Energie erforderlich ist, um die Einrichtung zu betreiben, während gleichzeitig der Bedarf an hydraulischer Flüssigkeit in der Einrichtung auf ein Minimum reduziert wird.
Die Erfindung löst ciese Aufgabe durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 .
Die Regelventileinrichtung für Bohrlochabsperrvorrichtungen oder Preventer umfaßt ein Flüssigkeitsrückleitsystem, mit dem die Flüssigkeit von der öffnenden Seite des Kolbens eines Preventers auf die Schließseite: des Kolbens wahlweise gerichtet werden kann. Zur Vereinfachung wird die Erfindung im einzelnen anhand eines Präventers den: Kolbenbauart beschrieben. Es ist jedoch verständlich, daß d.\e Regelventileinrichtung in gleicher Weise bei sphärischen Preventern anwendbar ist, wobei die Schließseite des Kolbens bei einom sphärischen Preventer der Deckelseite
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des Betätigungskolbens bei einem Preventer der Kolbenbauart entspricht und die Öffnungsseite der Stangenseite entspricht.
Das Regelventilsystem für den Betätigungszylinder weist demnach einen Kolben auf/ der in den Zylinder verschiebbar angeordnet ist, sowie eine Stange, die an dem Kolben befestigt ist und sich aus einer Seite des Zylinders heraus erstreckt, wobei der Kolben und der Zylinder eine Deckelseite und eine Stangenseite aufweisen. Die Regelventileinrichtung umfaßt ein Flüssigkeitsrückleitsystem für das wahlweise Leiten der Flüssigkeit von der Stangenseite des Kolbens zu dar Deckelseite des Kolbens, und zwar nach 'Beaufschlagung der Deckelseite des Kolbens durch die unter Druck stehende Flüssigkeit. Diese überführung der Flüssigkeit von der Stangenseite des Kolbens auf die Deckelseite des Kolben» vermindert den Flussigkeitsbedarf sowie den installierten Leistuiigsbedarf durch Verminderung der Flüssigkeitsmenge, die durch die Pumpe hindurchgehen muß.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Flüssigkeitsrückleitsystem für das wahlweise überführen der Flüssigkeit von der Stangenseite des Kolbens zu der Deckelseite des Kolbens eine Strömungsrichtungsregeleinrichtung und ein druckempfindliches Schaltsystem.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Strömungsrichtungs-Regelsystem einen Regelzylinder mit einem darin verschiebbar angeordneten. Kolben. Die erste Seite des Regelzylinders ist mit der Deckelseite deä BetätigungsZylinders verbunden, während das zweite Ende mit einer Zylinderkammer verbunden ist. Der Regelzylinder ist ferner an einer Stelle mit der Stangenseite des Betätigungszylinders verbunden, so daß die Bewegung des Regelzylinderkolbens zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite des Regelzylinders die Stangenseite des Betätigungszylinders entweder mit der Deckelseite des Betätigungszylinders oder mit der Zyliiderkammer- in Verbindung bringt.
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Das Strömungsrichtungs-Regelsystern dieser bevorzugten Ausführungsform umfaßt ferner einen Schaltzylinder, der im Sinne einer wahlweisen Verstellung des Regelzylinclerkolbens von der zweiten Seite des Regelzylinders zur ersten Seite desselben wirksam ist, so daß, nachdem ein bestimmter Druck erreicht wird, ein von der Stangenseite des Betätigungszylinders kommender Flüssigkeitsstrom in einen Vorratsbehälter entleert wird. Der Schaltzylinder ist an einem Ende mit dem druckempfindlichen Schaltsystem und am anderen Ende mit der Zylinderkammer verbunden.
Das druckempfindlicl: e Schaltsystem dieser bevorzugten Ausführungsform enthält ein Drickentlastungsventil, das im Sinne einer Freigabe der Strömung in den Schalt zylinder wirksam ist, wenn ein vorbestimmter Druck an der Deckelseite des Betätigungszylinder.'S erreicht wird. Hierdurch wird wiederum die Strömung von der Stingenseite des BetätigungsZylinders in den Vorratsbehälter und nicht in die Deckelseite des Betätigungszylinders zurückgeleitet. De3: Rückdruck auf der Stangenseite des Kolbens wird daher weggenomiien, so daß die Pumpe den Preventer vollständig schließen, kann.
Das Schaltsystem umfaßt außerdem ein in einer Richtung wirksames Kugel-Rückschlagventil, das es ermöglicht, den Flüssigkeitsstrom, der durch das Rückschlagventil in den Schaltzylinder eingedrungen ist, wieder in die Regelventi!einrichtung an der stromaufwärts liegenden Seite des Rückschlagventils einzuführen.
Bei einer ^alternativen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ströraungsrichtungs-Kegeleinrichtung ein Strömungsrichtungsventil in Verbindung mit der Stangenseite des Betätigungszylinders, der Deckelseite des Betätigungszylinders und einer Auslaßleituig. Eine Mehrzahl von Strömungsrichtungsfühlern steht mit dem Strömungsrichtungsventil in Verbindung, um die Ventilstellung im Sinne des gewünschten Strömungsverlaufs zu ändern. Das druckempfindliche Schaltsystem umfaßt nindestens einen Druckfühler,
der sowohl mit der Deckelseite des Betätigungskolbens als auch mit dem Strömungsrichtuixgsventil in Verbindung steht, so daß der Fühler die gewünschte Stellungsänderung des Wählventils bewirken kann, nachdem die Deckelseite des Betätigangszylinders einem vorbestimmten Druck ausgesetzt wurde.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Vermi lderung des Treibflüssigkeitsbedarfs und Leistungsbedarfs für Betätigungszylinder vor. Die Verfahrensschritte umfassen zunächst das • Einleiten von Flüssigkeit in den Betätigungszylinder auf der Stangenseite des Kolbens zur Bewegung des Kolbens in eine voll geöffnete Stellung an der der Stangenseite des Zylinders abgekahrten Seite,. Wenn der Kolben voll zurückgezogen ist und der Betätigungszylinder mit Flüssigkeit auf der Stangenseite des Kolbens vollständig gefüllt ist/ wird Flüssigkeit wahlweise unter Druck in die Deckelseite des Betätigungszylinders gedrückt, damit der Betätigur jskolben den Pre.venter schließt. Die aus der Stangenseite de.? Zylinders gedrückte Flüssigkeit wird dann wahlweise in die Deckelseite des Zylinders gerichtet, bis ein bestimmter Druck auf der DeckelseLte des Kolbens erreicht wird. Ist dieser Druck erreicht, wird die Flüssigkeit aus der Stangenseite des Zylinders anschließend aus dem Regelventilsystem in typischer Weise zurück in den Vorratsbehälter geleitet».
Gemäß einem bevorzugten Merkmal des Verfahrens umfaßt die Regelventileinrichtung ein Strömungsrichtungsregelsystem und ein druckempfindliches Schaltsystem. Hierbei wird Flüssigkeit zunächst in die Strömungsrichtungs- Regeleinrichtung gerichtet, um es in eine zurückgezogene Stellung zu bringen. Danach wird Druckflüssigkeit in das Strömungsrichtungs-Regelsystem so eingeleitet, daß die Strömungsrichtungs-Regelvorrichtung wahlweise so positioniert wird, daß die Flüssigkeit aus der Stangenseite des BetätigungsZylinders in die Deckelsei-e des Betätigungs-Zylinders geleitet wird. Die unter Druck >tehence Flüssigkeit
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wird außerdem gleichzeitig in eine druckempfindliche Schaltvorrichtung injiziert, um die überwachung des Drucks im System zu ermöglichen- Wenn das System einen Druck erreicht, der eine Entlastung des Rückdrucks auf dem Betätigungskolben erfordert, dann wird das Strömungsrichtungs-Regelsystem wahlweise so eingestellt, daß die Flüssigkeit aus der Stangenseite des Betätigungszylinders in einen Vorratsbehälter geleitet wird.
Weiterhin können das Strömungsrichtungs-Regelsystem und das druckempfindliche Sc ha It sys+· em entweder ein Strömungsrichtungsventil aufweisen, das mit einer Mehrzahl von Druck- und Strömungsfühlern verbunden ist, wie weiter unten beschrieben, oder das Strömungsrichtungs-Regolsystem kann den Regelz;ylinder, die Zylinderkammer und den Schaltzylinder, wie oben beschrieben, umfassen, während das druckempfindliche Schal.tsystem außerdem das Druckentlastungsventil und das Kugelrückschlagventil enthält. Bei dieser letztgenemnten Anordnung ist das Verfahren dann dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in die Zylinderkammer eingeleitet wird, wodurch der RegelzylinderKolben auf die erste Seite des Regelzylinders gedrückt und der Schaltzylinderkolben so positioniert wird, daß der Regelzylinderkolben frei bewegbar ist. Die Flüssigkeit fließt dann über die Zylinderkammer durch den Regelzylinder zum Betätigungszylinder, wo sie in die Stangenseite des Betätigungszylinders eintritt und den Kolben in seine vollständig geöffnete Stellung zurückzieht.
Wenn es erwünscht ist, z.B. wenn ein Bohrlochausbruch stattfindet, wird unter Druck stehende Flüssigkeit zunächst wahlweise in den Zylinder an der Deckelseit3 des Kolbens, in die erste Seite des Regelzylinders und in das Diuckentlastungsventil sowie das Kugel-Rückschlagventil geleitet. Die in den Regelzylinder eintretende Flüssigkeit drückt den Rec,elzylinderkolben auf die zweite Seite des Regelzylinders, wodurch der Flüssigkeitsstrom aus der Stangenseite des Betätigungszylinders mit der Deckelseite des Betätigungszylinders in Verbindung tritt. Infolgedessen
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wird die Flüssigkeit von der Stangenseite des Kolbens dazu verwendet, um den Zylinder auf der Deckelseite des Kolbens zu füllen/ wodurch der Leistungsbedarf und der Flüssigkeitsmengenbedcirf vermindert werde i.
Erreicht der Druck in der Deckelseite des Betätigungszylinders eine: vorbestimmte Höhe, die typischerweise dem Druck entspricht/ bei dem die Pumpe nicht mehr langer den Rückdruck überwinden kann, der durch die Flüssigkeit auf der Stangensaite des Betätigungszylinders ausgeübt wird/ dann wird sich das Druckentlastungsventil öffnen, wodurch die unter Druck stehende Flüssigkeit mit dem Schaltzylinder verbunden wird. Der Schaltzylinderkolben wird im Sinns einer Verstellung des RegelzylinderkoLbans nach dar ersten Seite des Regelzylinders betätigt, wodurch der Strom von der Stangenseite des Betätigungszylinders durch den Regelzylin*- der und durch die Zylinderkammer in einen Vorratsbehälter zurückgeleitet wird. Hierdurch wird der Rückdruck entlastet, der durch die aus der Stangenseite des Betätigungszylindert kommende Flüssigkeit hervorgerufen wurde,, wodurch die Pumpe dem Betätigungszylinder vollständig schließen kann.
Bei dem alternativen Regelventilsystem kann die Strömungsrichtungs-Rege!einrichtung ein Strömungsrichtungsventil mit dem Betätigungszylinder auf der Stangenseite des Kolbens, mit dem Betätigungszylinder auf der Deckelseite des Kolbens sowie mit einem Auslaß verbinden. Das Strömungsrichtungs-Regelsystem besteht ferner aus einem Überwachungssystem zur Feststellung der Richtung des Flüssigkeitseintritts in das System und zur Einstellung der Lage des Strömungsrichtungsventils in die richtige Stellung. Das Strömungsrichtungsventil kann eine Stellung aufweisen., bei der der Auslaß mit der Stangenseite des BetätigungsZylinders verbunden ist, und es kann eine Rückleitstellung aufweisen, bei der die Stangenseite des Betätigungszylinders mit der Deckelseite des Betätigungszylinders verbunden ist. Das druckempfindliche Schaltsystem dieser Regelventileinrichtung umfaßt einen Druckfüh „er, der mit der Deckelseite des Kolbens verbunden ist, damit die vorbestimmte
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Druckhöhe, wenn sie erreicht wirdp abgetastet wird.
Das Verfahren ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in den Auslaß geleitet wird, wo sie abgefühlt wird und das Strömungsriehtungsventil in die Strömung durch eine Position eingestellt wird, durch die der Flüssigkeitsstrom in die Stcangenseite des Zylinders zum Füllen dieser Seite sowie zum vollständigen Zurückziehen den Kolbens in die offene Stellung geleitet wird. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird dann wahlweise in den Zylinder auf der Deckelseite des Kolbens geleitet, wo sie abgefühlt wird und ein Signal erzeugt wird, durch das das Strömungsrichtungsventil in die Rückkehrstellung einstellbar ist. Die infolge der Bewegung des Kolbens in den Betätigungszylinder gedrückte Flüssigkeit wird dann aus der Stangenseite des Zylinders in die Deckel ;eite des Zylinders geleitet, wodurch wiederum Flüssigkeit und L sistung eingespart we;rden.
Wenn einmal dir Druck in dem System auf der Deckelseite des Zylinders die vorbestilmmte Druckhöhe erreicht, sendet der Druckfühler ein we.-teres Signal, das das erste Signal überholt und das StrömungsTichtungsventil durch eine Position so neu einstellt, daß die Ström mg von der Stangenseite des Kolbens aus dem Zylinder durch den Auslaß abfließt, um sie aus der Regelventileinrichtung abzuführen.
Für die obige Einrichtung und das Verfahren ist die Anmerkung wichtig, daß die durch die Einführung der unter Druck stehenden Flüssigkeit eu.1: der Deckelseite des Kolbens hervorgerufene Kraft nicht durch die Kraft des Rückdrucks aufgehoben wird, der durch die Verbindung der Stangenseite des Betätigungszylinders η it der Deckelseite des Betätigungszylinders aufgrund der Difierenzflächen zwischen der Stangenseite des Kolbens und der Deckelseite des Kolbens an Wirkung verliert. Weil sich nämlich die Stange des Betätigungskolbens aus dem Zylinder heraus erstreckt, unterscheidet sich die wirksame Fläche, auf die der Druck in
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Richtung der Kolbenbewegung ausgeübt werden kann, durch das Verhältnis der Flächen auf der Kolbenseite des Kolbens und der Deckelseite des Kolbens. Da die Stangenseite des Kolbens eine kleinere effektive Fläche aufweist/ weil die Stange selbst nicht den normalen Kräften in Bewegungsrichtung der unter Druck stehenden Flüssigkeit unterworfen wird, hat die Stangenseite des Kolbens immer eine kleinere effektive Oberfläche als die Deckelseite des Kolbens. Daher wird die Strömung immer dazu neigen, von der Stangenseite des Kolbens zu der Deckelseite des Kolbens hin zu zirkulieren, wenn unter Druck stehende Flüssigkeit gleichen Drucks auf beiden Seiten eingeführt wird. Die Erfindung funktioniert daher aufgrund der Differentialkräfte,, die durch die wesentlich gleichen Drücke hervorgerufen werden, wcilohe auf die unterschiedlichen Flächenbereiche ausgeübt werde .1.
Es ist zu erwähnen, daß dieselbe Untersuchung ai ch für sphärische Preventer gültig ist. Dies bedeutet, daß die Querschnittsfläche der Verlängerung von dem Kolbenkörper aui der Öffnungsseite des Kolbens, die gegen das flexible Organ drückt, um es auszudehnen, ebenfalls nicht den normalen Kräften unterworfen wird, denen die entsprechende Fläche auf der ScMießseite des Kolbens ausgesetzt ist. Infolgedessen weisen sphärische Präventer dieselbe Differentialdruckabhängigkeit wie Präventer der Kolbenbauart auf und funktionieren deshalb in derselben Weise.
Aufgrund dessen werden durch die Erfindung die vorhergehend erwähnten Probleme eines übermäßigen Flüssigkeit:;bedarfs und Bedarfs an installierter Leistung durch Verwendung der in dem Betätigungszylinder auf der Stangenseite des Koloens enthaltenen Flüssigkeit überwunden, mit der der Zylinder auf der Deckelseite des Kolbens gefüllt wird, wodurch die Flüs sigkeitsinenge vermindert wird, die durch die Pumpe gepumpt werden muß und der Flüssigkeits- und Leistungsbedarf vermindert wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Regelventileinrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Regelventileinrichtung ftr einen Betätigungszylinder in der voll geöffneten Stellung, bei dem hydraulische Fluss ic;keit als das Kraftübertragungsmittel für die Strömungsrichtungsregeleinrichtung verwendet wird;
Fig. 2 eine schematisohe Ansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 in der Schließstellung für Niederdruckbetrieb;
Fig. 3 eine schemacische Ansicht der Regelventileinrichtung gemäß Fig. 1 in der Stellung für Hochdruckbetrieb;
Fig. 4 eine schematische Αηε-.icht einer Regelventileinrichtung unter Verwendung von Strömungsrichtungsventil- und Druckfühlern als die StrÖmungsrichtungsregeleinrichtung und die iruckempfindliche Schalteinrichtung/ u.id
Fig. 5 eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer Bohrlochabsperrvorrichtung bzw. eines sphärischen Preventers, welche die Verbindung der Regelventileinrichtung mit diesem veranschaulicht.
Die Erfinduni/ bezieht sich auf ein Regelventilsystem für einen Betätigungszylinder, das insbesondere für die Verwendung bei einer Bohrlochabsperrvorrichtung oder einem sogenannten Preventer geeignet ist, der in Kolben- oder Schieberbauart auf einer Bohrinsel vorgesehen ist.
Der Betätigungszylinder und die Regelventileinrichtung werden im allgemeinen von einer Regelventileinrichtung 10, einer Betätigungszylinderanordnung 12 und einem Vierweg-Dreistellungsventil 14 gebildet. Die drei Stellungan des Vierwegeventils
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sind folgende: eine zurückgezogene. Stellung, in der unter Druck stehende Flüssigkeit von einer Druckflüssigkeitsquelle, die nicht gezeigt ist., mit der Deckelseite 21 des Betätigungszylinders 20 und eine Zylinderkammer 70 mit einem nicht gezeigten Vorratsbehälter verbunden sind; eine Schließstellung, i:i der die Druckflüssigkeitsquelle mit der Zylinderkammer 70 und der Betätigungszylinder 20 mit dem Vorratsbehälter ir Verbindung stehen, und eine neutrale Stellung, in der keine Druckflüssigkeit durch das Ventil hindurchströmt.
Die Betätigungszylinderanordnung 12 besteht aus einea Betätigungszylinder 20 und einem darin längsverschiebbaren Betätigungskolben 23. Eine Betätigungsstange 24 ist mit einer Siite des Betätigungskolbens 23 fest verbunden und erstreckt s .ch aus einer Seite des Betätigungszylinders heraus.
Der Betätigungskolben 23 ist innerhalb des Befcätigun'jsZylinders 20 derart verschiebbar,, daß er von einer Zyliide.rsei :e bis zur anderen hin- und herbewegbar ist. Der Betätigungskolben 23 hat eine Stangenseite 25, die der Seite entspricht, auf der die Stange befestigt ist, sowie eine Deckelseite 26, die der Stangenseite 25 gegenüberliegt. Daher unterteilt der Betäti'jungskolben 23 den Betätigungszylinder in zwei volumetrische Abschnitte, nämlich in eine Deckelseite des Zylinders 21 und in eine Stangenseite des Zylinders 22, wobei das Volumen dieser beiden Abschnitte sich mit der Bewegung des Betätigungskolbens 23 ändert. Der Betätigungskolben 23 kann jede beliebige Gestalt aufweisen, er muß jedoch in Anpassung an den Innendurchmesser des Betätigungszylinders 20 in diesem dicht eingepaßt sein, um Leckölverluste aus der Deckelseite 21 des Zylinders in Richtung der Stangenseite 22 desselben und umgekehrt auf einem Minimum zu halten, sowie derart, daß beim Aufbringen von Druck auf den Kolben 23 dessen Lage in der Zylinderbohrung stabil ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Betätigungskolben 23 aus einer massiven Scheibe, mit einem Außendurchmessec, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des BetätigungszylLnders 20 entspricht.
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Der Betätigungszylinder 20 besteht aus einem geschlossenen Hohlzylinder mit einer Stangenöffnung 30 an einer Seite, einec stangenseitigen öffnung 28 in der Nähe des die Stangenende enthaltenden Endes und eine .deckelseitige öffnung 27.
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform besteht die Betätigungsstange 24 aus einer massiven zylindrischen Stange mit einem solchen Durchmesser/ daß die Querschnittsfläche der Stange kleiner als die Oberfläche der Deckelseite des Kolbens ist. Die Betätigungsstange 24 ist an dem BetäLigungskolben 23 durch Schweißen oder andere geeignete Mittel konzentrisch befestigt und vorzugsweise' von solcher Länge, daß sie sich durch die Stangenöffnung 3Q erstreckt, wenn der Betätigungskolben 23 sich in der ^cIl geöffneten Stellung in der Nähe oder an der Seite anliegend befindet, die der die Stangenöffnung aufweisenden Seite gegenüberliegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Regelventileinrichtung 10 aus einem StrömungsrichtungsrBegelzy linder 60, der Zylinderkammer 70, einem Schaltzylinder 80, einem Druckentlastungsventil 56 und einem in einer Richtung wirksamen Kugel-Rückschlagventil 58.
Der Strömungsrichtungs-Regelzylinder 6 0 ist ein Hohlzylinder mit einer Seite Π für die zurückgezogene Stellung und einer Seite 69 für die Rückholstellung. Die Seite 69 für die Rückholstellung weist eine Zylinderkammeröffnung 71 in ihrer Mitte auf, deren Durchmesser genügend groß ist, damit er im wesentlichen mit dem Durchmesser der Zylinderkammer 70 übereinstimmt. Die Seite 67 für die zurückgezogene Stellung steht mit c.er deckelseitigen öffnung 27 des Betätigungszylinders 20 mittels einer Regelzylinder-Druckleitung 46 und einer Schließleitung 40 in Verbindung.
Der Strömungsrichtungs-Regelzylinder besteht ferner aus einem Regelzylinderkolben 62 mit einer Rückholseite 6 4 und einer Druckmittel-Rückströmseite 66. Vorzugsweise besteht der
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Regelzylinderkolben 62 aus einer Scheibe nit einem solchen Durchmesser, daß er dem Innendurchmesser des Rugelzylinders 6 0 annähernd entspricht und so groß bemessen ist. daß die Ausübung von Druck auf die eine oder andere Seite des Regelzylinderkolbens (-2 nicht zu einer Verkantung desselben führt. Der Regelkolben 62 :.st daher innerhalb des Regelzylinders 60 verschiebbar angeordnet.
Der Strömungsrichtungs-Regelzylinder 60 ist außerdem mit einer öffnung 68 versehen, die etwa in der Läng£;mitte des Zylinders liegt und über eine stangenseitige Leitung 44 mit der stangenseitigen öffnung 28 des Betätigungszylindfirs 20 verbunden ist. Die Verbindungsstelle der stangenseitigen Leitung 44 und der Öffnung 68 soxlte so gewählt werden, daß die Verschiebung des Regelzylinderkolbens 62 nach der Seite 67 für die zurückgezogene Stellung das Druckmittel von der Stangens site 22 des Betätigung — Zylinders 20 zu der Zylinderfeammeröffnung 71 und der Zylinderkammer 70 geleitet wird. Darüberhinaus sollte das Druckmittel nach einer Verschiebung des Regelzylinder^olbens 62 nach der Seite für die Rückholstellung des RegelzyLinders 60 von der Stangenseite 22 des Betätigungszylinders 10 mit der Deckelseite 21 des Betätigungszylinders 20 mittels des Regelzylinders 60, der Regelzylinder-Druckleitung 46 und der Schließdruckleitung in Verbindung treten. .
Die Zylinderkammer 70 besteht aus einem offenen Zylinder mit einem Innendurchmesser, der kleiner als dsr Innendurchmesser des Regelzylinders 60 ist. Vorzugsweise ist die Zylinderkammer 70 mit dem Regelzylinder 60 an der Seite Eür die Rückholstellung mit der Längsachse des Regelzylinders 60 fluchtend fest verbunden. Ferner steht eine Rückho!druckleitung 42 über eine Auslaßöffnung 74 mit der Zylinderkammer 70 in Verbindung, wobei die Auslaßöffnung 74 etwa in der Längsmitte der Zylinderkammer 70 vorgesehen ist. Die Rückholdruckleitung 42 steht außerdem mit dem Vierwege-Dreistellungsventil 14 in Verbindung, so daß sie das Verbindungsmittel zwischen dem Vierwege-Dreistellungsventil 14 und der Zylinderkammer 70 darstellt. Die Länge der
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Zylinderkammer 70 ist nicht kritisch, sollte aber möglichst klein sein7 um den Bedarf an hydraulischer Flüssigkeit auf einem Mindestmaß zu halten.
In Fig. 1 ist ein Schaltzylinder 80 mit der Zylinderkammer 70 so verbunden, daß er koaxial zur Längsachse der Zylinderkammer 7 0 und des Regelzylinders 60 angeordnet ist. Der Schaltzylinder 80 besteht aus einer Niederdruckseite 83 mit einem Hochdruckeinlaß 88 und einer Hochdruckseite 85 mit einer Schaltstangenöffnung 72. Der Durchemsser der Schaltstangenöffnung 72 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der Zylinderkammer 70, wobei die Schaltstangenöffnung 72 mit der Zylinderkammer 70 fluchtet.
Der Schaltzylinder 80 besteht ferner aus einem Schaltkolben 82 mit einer Hochdrickseite 84 und einer Niederdruckseite 86, wobei die Hochdruckseite 84 dem Hochdruckeinlaß 88 und die Niederdruckseite 86 der Zylinderkammer 70 zum Anschluß an die Flüssigkeitsquellen gegenüberliegen.
Die Schaltstange 87 ist an der Niederdruckseite des Schaltkolbens 82 befestigt und besteht aus einer massiven zylindrischen Stange, die sich senkrecht von der Mitte des Schaltkolbens 82 erstreckt. Der Durchmesser der Schaltstange 87 ist kleiner als der Innendurchmesser der jylinderkammer 70, so daß die Schaltstange 87 durch die Zylindirkammer 70 hindurch bis zum Anschlag gegen den Regelkolben 62 h .ndurch treten kann und das Druckmittel um die Schaltctange 87 lerum durch die Zylinderkammer 70 sowohl in den Regelzylinde : 60 als auch in den Schaltzylinder 82 fließen kann, wenn eine solche Strömung zugelassen wird. Die Länge der Schaltstange 87 sollte so ausreichend sein, daß, wenn der Schaltkolben 82 gegen die Hochdruckseite 85 des Schaltzylinders 80 anschlägt und die Schaltstange 87 jegen den Regelzylinder 62 anschlägt, der Regelzylinderkolben 6 1 gegen die der zurückgezogenen Stellung entsprechende Seite 67 des Regelzylinders 60 gedrückt
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worden ist. Hierdurch wird wiederum die Verbindung der Stangenseite 22 des Betätigungszylinders 20 mit dem Regelzylinder 60 mittels der stangenseitigen Leitung 14 sowie mit der Zylinderkammer 70 und der Rückholdruckleitung 42 ermöglicht.
Es ist wichtig/ daß der Innendurchmesser des Schaltzylinders 80 im wesentlichen dem Außendurchmesser des Echaltkolbens 82 entspricht, so daß ein Druckmittelstrom van einer Seite des Schaltkolbens 82 zur anderen Seite auf ein Minin um reduziert oder vollkommen ausgeschlossen wird. Außerdem sollte der Durchmesser des Schaltkolbens 82 größer als der Durchmesser des Regelkolbens 62 seinv so daß der auf die Hochdruckseite 84 des Schaltkolbens 82 ausgeübte Druck eine größere Kraft hervorruft als derjenige, der durch die Flüssigkeit unter gleichem Druck auf die Druckmittelrückströmseite 66 des Regelkolbens 62 ausgeübt wird.
Gemäß Fig. 1 besteht die Regelventileinrichtung 10 außerdem aus einem druckempfindlichen Schaltsystem 35. Dieses System setzt sich aus einem vorgespannten Druckentlastungsventil 56 zusammen, das einstellbar ist, um den Druck verändern zu können, der erforderlich ist, um es von seinem Sitz in Fig. 1 abzuheben. Das Druckentlastungsventil 56 steht mit der deckelseitigen öffnung des Betäfcigungszylinders 20 mittels einer Druckfühlleitung 48 und einer Schließdruckleitung 40 in Verbindung. Das Druckentlastungsventil 56 steht außerdem mit der Entlas-ungsleitung 52 in Verbindung, welche an den Hochdruckeinlaß 88 des Schaltzylinders 80 und die Rückschlagventil-Rückleitung 54 angeschlossen ist.
Das druckempfindliche Schaltsystem 35 kann außerdem ein in einer Richtung durch eine Feder vorbelastetes.Kugel-Rückschlagventil 5 8 aufweisen, das über eine Absperrventilleitung 50 mit der Druckleitung 48 und der Schließdruckleitung 40 sowie mit der Entlastungsleitung 52 über die Rückschlagventil-Rückleitung 54 verbunden ist, so daß der Druck in der Druskfühlleitung 48 im Schließsinne des Rückschlagventils 58 wirksam wird, es sei
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denn7 daß ein größerer Druck in der Rückschlagventil-Rückleitung 54 vorhanden ist, durch den jener Druck überwunden wird. Für den Fachmann ist es ferner verständlich, daß andere geeignete Absperrventile zur Absperrung der Strömung in einer Richtung verwendbar sind.
Wenn daher die Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird/ wird das Vierweg-Dreistellungsventil 14 auf die zurückgezogene Stellung eingestellt, so daß das Druckmittel in die Leitung 42 fließen kann. Das Druckmittel strömt dann in die Zylinderkammer 70, von wo es sowohl in den Schaltzylinder 80 als auch in den Regelzylinder 60 fließt. Wie Fig. zeigt, wird durch das Druckmittel der Sch&ltkolber* 82 zur Niederdruckseite 83 des Schaltzylinders 80 und der Regelkolben 62 nach der Seite 67 des Regelzylinders 6 0 für die zurückgezogene Stellung gedruckt. Das Druckmittel strömt dann durch die stangenseitige Leitung 4 4 zum Betätigungszylinder 2 0 und dringt in die Stangenseite 22-des BetätigungsZylinders 20 ein, wo sie den Betätigungskolbeη 2 3 in die voll geöffnete Stellung nach der Seite drückt, die der Seite mit der Stangenöffnung 30 gegenüberliegt und dabei die Stangenseite 22 des Betätigungszylinders 20 füllt.
Das Vierweg-DreisteJlungsventil 14 kann dann in die neutr ile Stellung verstellt werden, damit eine weitere Strömung de.: Druckmittels in beide Seiten des Betätigungszylinders 2 0 verhindert wird, odtar es kann das Vierweg-Dreistellungsventil 14 in der zurückgezoger en Stellung belassen werden, um die Bohr-Iochabsperrvorrichtung bzw. den Preventer voll zurückgezogen oder offen zu holten.
Wenn es erwünscht ist/ z.B., wenn ein Ausbruch von Erdöl oder Gas stattfindet, wird das Vierweg-Dreistellungsventil 14 zunächst in die Schließstellung verstellt und Druckmittel in die Schließdruckleitung 40 geleitet. Das Druckmittel dringt
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danach in die Regelzylinder-Druckleitung 46. die Druckfühlleitung 48 und in die erste, deckelseitige öffnung 27 des Betätigungszylinders 20 ein. Da dieser Arbeitsvorgang angewandt wird, wenn es erwünscht ist, die Betätigungsstange 24 gegen einen hemmenden Druck zu beaufschlagen, wird der Flüssigkeitsstrom den Weg des geringsten Widerstandes zwischen den drei Eintrittsstellen nehmen und daher in den Regelzylinder 60 fließen. Infolgedessen wird, wie Fig. 2 zeigt, der Regelkolben 62 sich von der Seite 67 des Regelzylinders 6 3 für die zurückgezogene Stellung bewegen, und zwar kurz nachdem die Druckflüssigkeit in die Schließdruckleitung 40 eingetreten ist.
Wenn der Regelkolben 62 einmal an entweder der Schaltstange oder der Seite 69 des Regelzylinders 60 für die Rückholstellunj anstößt, dann neigt die Druckflüssigkeit in der Schließdruckleitung 40 dazu, sowohl in die Deckelseite des Betätigungszylinders 20 als auch durch die stangenseitige Leitung 44 über den Regelzylinder 60 in die Stangenseite 22 des BetätigungszylInders 20 zu fließen. Aufgrund der unterschiedlich großen Fläche ι der Deckelseite 26 und der Stangenseite 25 des Betätigungskolbens 23 ist die auf die Deckelseite 26 des Kolbens 23 ausgeübte Kraft größer. Der Betätigungskolben 23 wird sich deshalb in Richtung der Seite der Stangenöffnung des Betätigungszylinders 20 bewegen und dabei das Druckmittel aus der Stangenseite 22 des Betätigungszylinders 20 durch die stangenseitige Leitung und zurück in die Schließdruckleitung 40 drücken.
Es ist wichtig anzumerken, daß der Unterschied der auf jede Seite des Betätigungskolbens ausgaübten Druckes sich mit den wirksamen Flächen auf jeder Seite des Kolbens direkt ändert. Das heißt, da die Stange sich aus dem Betätigungszylinder 2 0 heraus erstreckt, ist die Oberfläche auf der Stangenseite 25 des Betätigungskolbens 23, die für eine zur Fläche normale Druckbeaufschlagung in Bewegungsrichtung zur Verfügung steht, geringer als die Oberfläche, mit ler der Druck auf die Fläche an der Deckelseite 26 in normaler Richtung einwirkt.
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Durch die Bewegung des Kolbens 23 nach der die Stangenöffnung aufweisenden Seite wird daher die Flüssigkeit durch die stangenseitige Leitung 44 in den Regelzylinder 60 gedrückt, von wo sie durch die Druckleitung 46 für den Regelzylinder in die Schließdruckleitung 40 und zurück in die Deckelseite 21 des Betätigungszylinders 20 anstatt zurück in den Vorratsbehälter fließen wird. Infolgedessen wird die Flüssigkeit, die aus einem Vorratsbehälter durch eine Pumpe in den Betätigungszylinder 2 0 gepumpt werden muß, durch das Flüssigkeitsvolumen in der Stangenseite 22 des Becüfigungszylinders 20 vermindert werden.
Es sind jedoch Anwendungsuiöglichkeiten denkbar, bei denen der Druck gegen die Betätigungsstange 24 groß genug sein wird, so daß der Druck der Flüssigkeit auf die Deckelseite des Betätigungskolbens 2 3 die vorbestimmte Einstellung für die Ventilöffnung des Druckentlastungsventils 56 erreichen wird. Da die Schließdruckleitung 40 und die Druckfühlleitung 48 mit dem Betätigungszylinder 20 an der Deckelseite 21 direkt in Verbindung stehen, wird der auf das Druckentlastungsventil 56 ausgeübte Druck im wesentlichen gleich dem Druck in dem Betätigungszylinder 20 an der Deckelseite des Kolbens sein. An solch einem Punl t wird sich das Druckentlastungsventil 56 öffnen, damit Flüssigkeit durch die Druckentlastungsleitung 52 in die Rückschlagventil-Rückleitung 54 und in den Hochdruckeinlaß 88 fließen kann. Da der Druck in der Druckfühlleitung 48 dem Druck in der Rückschlagventil-Rückleitung 54 entspricht, wird das Kugel-Rückscfcü agventil 58 nicht den Weg des geringsten Widerstandes bilden, so daß die Flüssigkeit in den Schaltzylinder 80 gedrückt wird. Fig. 3 zeigt, daß der Schaltkolben 82 dann zur Hochdruckseite 85 des Schaltzylinders 80 gedrückt wird, weil die Oberfläche der Hochdruckseite 84 des Schaltkolbens 82 größer ist als die Oberfläche der Druckmittel-Rückströmseite 66 des Regelkolbens 62. Durch die Bewegung des Schaltkolbens 82 wird wiederum der Regelkolben 62 zur Seite
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des Regelzylinders 60 für die zurickgezogene Stellung mittels der Schaltstange 87 gedrückt. Der Flüssigkeitsstrom aus der Stangenseite 22 des BetätigungsZylinders 20 wird dann in die stangenseitige Leitung 44 durch den Regelzylinder 60 in die Zylinderkairaner 70 und aus dieser 1 eraus in die Rückholdruckleitung 42 fließen.
Die Regelventileinrichtung wird diese Einstellung beibehalten, bis der Betätigungskolben 23 und die Betätigungsstange 2 4 ihre Arbeit beendet haben.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform der Regelventileinrichtung gemäß der Erfindung. Bei dieser Aus fütu-ungs form üben der Betätigungszylinder und das Vierwege-Dreistellungsventil dieselbe Funktion aus wie bei der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungshorn, so daß identische Teile mit den Fig. 1 bis 3 übereinstimmende Bezugszeichen aufweisen.
Gemäß Fig. 4 besteht eine Regelventileinr:.chtung 100 aus einem Strömungsrichtungsventil 91, einer Druckmittelrückleitung 92, einem Schließdruckfühler 94, der sowohl als Hochdruckfühler als auch als Strömungsrichtungsfühler wirksam ist, sowie aus einem Rückholdruckfühler 95.
Das Strömungsrichtungsventil 91 kann aus irgendeinem geeigneten Dreiwegeventil oder aus mehreren Ventilen bestehen, um als Dreiwegeventil wirksam sein zu können, wobei Flüssigkeit wahlweise in irgendeine der drei Richtungen geleitet werden kann. Das Strömungsrichtungsventil 91 kann in einer Stellung eine Strömung hervorrufen, bei der die stangenseitige Leitung 44 mit der Rückholdruckleitung 42 verbunden ist, während zur selben Zeit eine Verbindung dieser beiden Leitungen mit den Leitungen 92 oder 40 ausgeschlossen ist. Ferner kann das Dreiwegeventil eine Rückkehrstellung aufweisen, bei der die stangenseitige Leitung 44 mit der Rückstromleitung 92 und der Schließdruckleitung
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verbunden wird. Eine neutrale Stellung des Dreiwegeventils läßt keine Strömung zu. Das Stromungsrichtungsventil 91 kann elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch ardere geeignete Mittel betätigt werden.
Wenn daher die Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform benutzt wird, wird Flüssigkeit in die Rückholdruckleitung 42 eingeführt, wo sie durch den Rückholdruakfühler 9ü hindurchgeht. Der Rückholdruckfühlnr 95 löst die Bewegung des Strömungsrichtungsventils 91 in die zu.rückziehende Stellung über elektrische oder andere geeignete Mi :tel aus, so daß der Druckmittelstrom aus der Rückholdruckleit ing 42 sich durch die stangenseitige Leitung 44 in die Stang Ξ-nseite 22 des Betätigungszylinders 20 bewegt. Die. Flüssigkeit cüllt die S^angenseite 22 des Betätigungszylinders 20 und drück: den Betätigungskolben 23 in die voll geöffnete Stellung, di 3 der die Stangenöffnung enthaltenden Seite abgekehrt ist.
Das Vierwege-Dreistellungsventil 14 kann dann in die neutrale Stellung bew igt werden oder in der zurückgezogenen Stellung belassen werden, bis es gewünscht wire, den Betätigungszylinder zu schließen
Falls erwünsc-ht, wird FLüssigkeit dann wahlweise in die Schließdruck .eitung 40 geleitet, wo sie durch den Schließdruckfühler 94 hindurchgeht, der wiederum ein Signal auslöst, das das Strömung;;richtungsventil 91 veranlaßt, auf die Rückholstellung umzuschalten, so daß die stangenseitige Leitung 44 mit der Pückstromleitung 92 verbunden wird. Die unter Druck stehende Flüssi'rkeit wird dann in beide Seiten des Betätigungszylinders 20 eintreten, wie in Verbindung mit der Ausführungsform in den -"ig. 1 bis 3 beschrieben und wie dabei erklärt wurde, wird der Bet Itigungskolben 23 sich in Richtung der Seite mit der Stangenö !fnung bewegen, bis der Rückdruck auf die
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Betä:igungsstange 24 eine bestimmte Drt ckhöhe erreicht.
Wenn der Rückdruck auf die Betätigungsstange 24 die vorbestimmte Hohe erreicht, wird diese Höhe von cem Schließdruckfühler abgetastet, wobei das frühere Signal üterholt wird, so daß das Strömungsrichtungsventil 91 iri die zurückgezogene Stellung geschaltet wird. Die Flüssigkeit aus dem Betätigungszylinder 20 wird danach durch die Rückholdruckleittng 42 abfließen, statt zurück zur Deckelseite des BetätigungsZylinders 20 zu fließen, wodurch eine Vervollständigung des Arbeitsvorgangs ermöglicht wird.
Fig. 5 zeigt eine geeignete Verbindung alternativer Ausführungsforiren der Erfindung mit einem typischen sphärischen Preventer. Es ist ein sphärischer Keildeckel-Preventer 110 gezeigt, der aus einem unteren Gehäuse 112 mit einer ringförmigen Ausnehmung 120, einem Schließloch 127 und einem Öffnungsloch 128 besteht. Ein ringförmiger Kolben 123 ist in der ringförmigen Ausnehmung 120 verschiebbar angeordnet und weist eine Öffnungsseite 122 und eine Schließseite 121 auf: eine Verschlußverlängerung 124 ist mit der Öffnungsseite 122 des Kolbens 123 verbunden. Ein Verschlußelement 116 steht mit der Verschlußverlängerung 124 in Verbindung, und ein oberes Gehäuse 114 ist mit dem unteren Gehäuse 112 verbunden.
Im Betrieb entspricht daher die ringförmige Ausnehmung 120 dem Betätigungszylinder 12C in den Fig. 1 bis 4. Ferner entspricht der ringförmige Kolben 123 dem Kolben 23, die Verschlußverlängerung 124 der Betätigungsstange 247 das Schließloch 127 der deckeiseitigen öffnung 27, das Öffnungsloch 128 der kolbenstangenseiti,gen öffnung 28, die Schließseite 121 der Deckelseite 21 und die Öffnungsseite 122 der Stangenseite 22 in den Fig. 1 bis 4.
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Demnach können die bevorzugten Ausführungsformen der Regelventileinrichtung gemäß den Fig. 1 bis 4 mit dem sphärischen Preventer HO dadurch verbunden werden, daß die stangenseitige Leitung 44 mit dem Öffnungsloch 128 und die SchlLeßdruckleitung 40 mit dem Schließloch 127 verbunden werden, wie Fig. 5 zuigt. Der Betrieb der Regelventileinrichtung ist dann mit derje.iigen identisch, die oben in Verbindung mit len Fig. 1 bis 4 fü: den Preventer der Kolben-Bauart beschrieben wurde.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, laß die Erfindung eine Regelventileinrichtung betrifft, die mit Bohrlochabsperrvorrichtungen oder Preventern mit einer Kolbenanordnung zum Schließen des Preventers so lange, verwendet werden kann, wie -i.ie öffnungrseite des Kolbens eine kleinere wirksame Oberfläche als die Schließseite aufweist.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit besonderen Ausführungsformen beschrieben. Jedodr ist es für den Fachmann verständlich, daß Veränderungen der dargestellten Ausführungsform ohne Abweichung von der Erfindunc möglich sind. Beispielsweise könnte ein mechanisches Druck( :nt las tun gs ventil in der zweiten Avsführungsform eingesetzt werden, um die Funktion des Hochdruckfühlers auszuüben und eine Strömung direkt von dem Betätigungszylinder zu einem Auslaß zu ermöglichen. Weiterhin könnte eine Kombination von Druckfühlern iind pneumatischen Kolbenzylinderanordnungen verwendet werden, um die Strömung zurückzuführen, wenn dies erwünscht ist. Fe:rner könnte die Schaltung des Ventils und der Zylinder durch Magnetschalter oder andere geeignete Vorrichtungen bewirkt ',/erden. Diese und andere Veränderungen sind für den Fachmann offensichtlich und fallen in den Schutzumfang der Erfindung.
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Claims (10)

PATENTANWALT Κ/Ν 18-83 NL INDUSTRIES, INC., 1230 Avenue of the Americas, New York, N.Y., USA Differentialdruck-Regelventileinrichtung für BohrlöGThabsperrvorrichtung3n oder Preventer Patentansprüche :
1. Differentialdruck-Regelventileinrichtung für Bohrlochabs perrvorr ichtun'fen oder Preventer mit einem Betätigungskolben zum Schi .eßen des Preventers, wobei der Kolben eine Schließsei :e sowie eine Öffnungsseite mit einer kleineren wirksamen Oberfläche als die Schließseite aufweist, gekennzeichnet durch ein Flüssigkeitsrückleitsystem für das wahlweise Leiten der Flüssigkeit von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens zur Schließseite des Betätigungskolbens nach der Beaufschlagung von Druckflüssigkeit auf die Schließseite des Betätigungskolbens zur Verminderung des Flüssigkeitsmengenbedarfs sowie des installierten Leistungsbedarfs.
2. Differentialdruck-Regelventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsrückleitsystem ein Strömungsrichtungsregelsystem für das wahlweise Überführen der Strömung von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens zur Schließseite des Betätigungskolbens oder zu einem Auslaß sowie ein druckempfindliches Schaltsystem aufweist, das mit dem Strömungsrichtungs-Regelsystem zur wahlweisen Änderung der alternativen Strömungswege des Strömungs rieht ungs-Regelsy st ems verbunden ist»
SIMERTSTE.4 · 8000 MÜNCHEJf 86 · POB 8003i0 · KABEL: RHEIIiPATENT · TEI.. (OSO) 471079 · TELEX 3-228
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- 2 - 3031232
3. Differentialdruck-Regelventi!einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Strömungsrichtungs-Regelsystem mit einem Regelzylinder mit einer Bohrung mit Innendurchmesser, einem Rückkehrende und einem rückziehenden Ende/ wobei das rückziehende Ende mit der Schließseite des Betätigungskolbens verbunden ist, durch einen Regelzylinderkolben, der in dem Regelzylinder längsverschiebbar gelagert ist, wobei der Kolben eine Länge von weniger als der Hälfte der Länge des Regelzylinders aufweist und an der Innenwandung des Regelzylinders dicht anliegt, wobei der Regelzylinder mit der Öffnungsseite des Betätigungskolbens an einer etwa in der Längsmitte des Regelzylinders lie-
• genden Stelle zur Herstellung der Flüssigkeitsverbindung von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens zum Regelzylinder verbunden ist , wenn der Regelzylinderkolben sich an einer der beiden Seiten des Regelzylinders befindet, sowie durch eine Schaltvorrichtung für die wahlweise Bewegung des Regelzylinderkolbens von einer Seite zur anderen.
4. Differentialdruck-Regelventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltvorrichtung aus einer Zylinderkammer besteht, die mit dem Schließende des Regelzylinders verbunden ist, wobei die Zylinderkammer eine Längsbohrung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser des Regelzylinders ist, wobei die Zylinderkammer außerdem eine Auslaßöffnung für den Einlaß und Auslaß von Flüssigkeit aufweist, daß ein Schaltzylinder eine Hochdruckseite in Verbindung mit der Zylinderkammer, eine Niederdruckseite und eine Längsbohrung mit einem Durchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser des Regelzylinders ist, daß ein Schaltzylinderkolben in dem Schaltzylinder längsverschiebbar gelagert und mit eirer wirksamen Oberfläche versehen ist, die größer als die wirksame Oberfläche des Regelzylinderkolbens bemessen ist, wobei der Schaltzylinderkolben abdichtend in die Bohrung des Schaltzylinders eingepaßt ist, * in Längsrichtung des Regelzylinders angeordnete
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daß eine Schaltstange mit dem Schaltzylinderkolben verbunden ist, daß die äußeren radialen Abmessungen der Stange kleiner als der Innendurchmesser der Zylinderkammer bemessen sind und eine Stelle auf dem Schaltzylinderkolben aufweist, so daß die Schaltstange durch die Zylinderkammer in den Regelzylinder bewegbar ist, so daß der Regelzylinderkolben nach der Seite für die zurückgezogene Stellung nach einer Bewegung des Schaltzylinderkolbens nach der Hochdruckseite drückbar ist, so diß die Flüssigkeit um die Schaltstange herum durch die Zylinderkammer strömen kann, wenn die Zylinderkammer für den Flüssigkeitsstrom offen ist.
5. Differentialdruck-Regelventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das druckempfindliche Schaltsystem aus einem Druckentlastungsventil besteht, das mit der Niederdruckseite des Schaltzylinders und mit der Schließseite des Betätigungskolbens verbunden ist, daß ein Absperrventil sowohl mit dem Druckentlastungsventil als auch mit der Niederdruckseite des Schaltzylinders sowie mit der Schließseite des Betätigungskolbens verbunden ist.
6. Differentialdruck-Regelventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Strömungsrichtungs-Regelsystem aus einem Strömungsrichtungsventil besteht, wobei das Ventil mit der Öffnungsseite des Betätigungskolbens, der Schließseite des Betätigungskolbens und einer Entlastungsleitung verbunden ist, wobei mehrere Strömun^srichtunqsfühler mit dem Strömungsrichtungsventil zur Erzielung des gewünschten Strömungsweges in Verbindung stehen, und wobei das druckempfindliche Schaltsystem ηindestens einen Druckfühler aufweist, der mit der Schließseite des Betätigungskolbens und dem StrömungsrichtunciS-ventil im Sinne der wahlweisen Änderung des Strömungsveges durch das Strömungsrichtungsventil· verbunden ist.
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7. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Beaufschlagen der Öffnungsseite des Betätigungskolbens mit Flüssigkeit zum Bewegern des Betätigungskolbens in eine Offenstellung;
b) wahlweises Beaufschlagen der Schließseite des Betätigungskolbens mit Druckflüssigkeit zur Einleitung der Bewegung des Betätigungskolbe:is im Schließsinne des Präventers;
c) wahlweises Überführen der von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens bei dessen Bewagung gemäß Verfahrensschritt (b) transportierter Flüssigkeit auf die Schließseite des Betätigungsfcolbens bis zum Erreichen eines bestimmten Druckes in dem System und
d) nachdem sich ein vorbestimmter Druck in dem System entwickelt hat, Zurückleiten der von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens beaufschlagten Flüssigkeit in einen Vorratsbehälter.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während der Durchführung les Verfahrensschrittes (a) gleichzeitig Flüssigkeit in ein Strömungsrichtungs-Regelsystem eingeführt wird, um diese in eine zurückgezogene Stellung zu bringen, daß während der Durchführung des Verfahrensschrittes (b) die unter Druck stehende Flüssigkeit sowohl (erstens) in die Strömungsrichtungs-Regeleinrichtung geleitet wird, so daß das Strömungsri^htungs-Regelsystem wahlweise so eingestellt wird, daß dia Flüssigkeit von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens zur Schließseite des Betätigungskolbens gerichtet wird, und (zweitens) in eine druckempfindliche Schaltvorrichtung zur Überwachung des Drucks im System, daß während der Durchführung des Verfahrensschrittes (c) anschließend die von der Öffnungsseite
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des Betätigungskolbens beaufschlagte Flüssigkeit zur Schließseite des 3etätigungskolbens mittels eines Strömungsrichtungs-Regelsystems bis zur Erreichung eines vorbestimmten Drucks in dem System geleitet und danach die Strömungsrichtungs-Regelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrensschrittes (d) neu eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet/ daß das Strömungsrichtungs-Regelsystem aus einem Regelzylinder mit einer Bohrung mit einem Innendurchmesser, einem Rückkehrende, einem zurückziehenden Ende und einem in dem Regelzylinder längsverschiebbaren Regelzylinderkolben besteht, wobai der Kolben eine Länge aufweist, die kleiner als die halbe Länge des Regelzylinders ist, und an der Innenwandung des Regelzylinders abdichtend anliegt, der mit der Öffnungsseite des Betätigungskolbens an einer etwa in der Längsmitte des Regelzylinders liegenden Stelle verbunden ist, um die Flüssigkeitsverbindung der Öffnungsseite des Betätigungskolbens mit dem Regelzylinder zu ermöglichen, wenn der Regelzylinderkolben sich an einer der beiden Seiten des Regelzylinders befindet, daß eine Zylinderkammer mit dem Schließende des Regelzylinders verbunden ist, wobei der Durchmesser der Längsbohrung der Zylinderkammer kleiner als der Innendurchmesser des Regelzylinders ist, daß ein Schaltzylinder eine Hochdruckseite, eine Niederdrucksexte aufweist und der Durchmesser der Längsbohrung des Schaltzylinders größer als der Innendurchmesser des Regelzylinders ist, daß die Hochdruckseite des SchaltZylinders mit der Zylinderkammer verbunden ist, daß der Schaltzylinderkolben in dem Schaltzylinder längsverschiebber gelagert ist und eine wirksame Oberfläche aufweist, die größer als die wirksame Oberfläche des Regelzylinderkolbens ist und an der Innenwandung des Schaltzylinders dichtend arliect, daß eine Schaltstange mit dem Schaltzylinderkolben verbinden ist, daß die Stange eine Lage und
Abmessung aufweist, die kleiner als die Innenabmessungen der Zylinderkammer sind/ so daß sie durch die Zylinderkammer in den Regelzylinder bewegbar ist, so daß der Regelzylinderkolben nach der Bewegung des Sohaltzylinderkolbens zu seiner Hochdruckseite hin in seine zurückziehende Seite drückbar ist und daß Flüssigkeit um die Schaltstange herum durch die Zylinderkammer bewegbar ist, wenn die Schaltstange in die Zylinderkammer eintritt, wobei das druckempfindliche Schaltsystem ein Druckentlastungsventil mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung aufweist, wobei letztere mit der Niederdruckseite des Schaltzylinders verbunden ist, daß ein Rückschlagventil eine offene und eine geschlossene Seite aufweist, wobei die offene Seite mit dem Rückschlagventil an der Auslaßöffnung und der Niederdruckseite des Schaltzylinders verbunden ist, daß während der Durchführung des VerfahrensSchrittes (a) Flüssigkeit in die Zylinderkammer einspritzbar ist, wodurch die Flüssigkeit zum Regelzylinder und Schaltzylinder geleitet wird, damit der Regelzylinderkolben zur Rückziehseite und der Schaltzylinderkolben zur Niederdruckseite bewegt werden, wodurch die Flüssigkeit durch den Regelzylinder zur Öffnungsseite des Betätigungskolbens strömen kann und den Betätigungskolben in eine offene Stellung drücken kann, woraufhin während der Durchführung des Verfahrensschrittes (b) Druckflüssigkeit im wesentlichen gleichzeitig in den Regelzylinder an der zurückziehenden Seite, in die'Einlaßöffnung des Druckentlastungsventil, in das geschlossene Ende des Kugel-Rückschlagventils und in die Schließseite des Betätigungskolbens eingeleitet wird, damit der Regelzylinder zur Rückkehrseite des Regelzylinders zur Durchführung des Verfahrensschrittes (c) bis zur Erzielung des vorbestimmten Drucks bewegbar ist, und daß anschließend, wenn der vorbestimmte Druck erreicht wird, das Druckentlastungsventil geöffnet wird, so daß die Flüssigkeit durch das Entlastungs-' ventil hindurch .fließt und den Schaltzylinderkolben zur
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Hochdruckseite des Schaltzylinders bewegt, wodurch der Regelzylinderkolben zur zurückziehenden Seite bewegt wird, so daß Flüssigkeit, die aus der öffnungsSeite des Betätigungskolbens durch den Steuerzylinder und die Zylinderkammer gedrückt wird, in einen Vorratsbehälter entleert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsrichtungs-Regelsysteia besteht aus einer Entlastungsleitung, einem Strömungsriehtungsventil in Verbindung mit der Schlicßseite des Betätigungskolbens, mit der Öffnungsseite des Betätigungskolbens und mit der Entlastungsleitung, daß das Strömungsrichtungsventil eine Durchflußstellung aufweise, bei der die Öffnungsseite des Betätigungskolbens durch das Strömungsrichtungsventil mit der Entlastungsleitung verbanden ist, daß das Strömungsrichtt.ngsventil eine Strcmungsrückkehrstellung aufweist, in dei die Öffnungsseite des Betätigungskolbens mit der Schließseite des Betätigungskolbens verbunden ist und Überwachungsvorrichtungen zum Abfühlen des Strömungsrichtungseingangs mit der Entlastungsleitung und der Schließseite des Betätigungskolbens zur wahlweisen Einstellung des Strömungsrichtungsventils auf die gewünschte Stellung verbunden ist, und daß das druckempfindliche Schaltsystem besteht aus einem Druckfühler in Verbindung mit der Schließseite des Betätigungskolbens und dem Strömungsrichtungsventil, daß während der Durchführung des Verfahrensschrittes (a) Flüssigkeit in die Entlastungsleitung eingeleitet wird, daß die Strömung in der Entlastungsleitung und die Einstellung des Strömungsrichi'ongsv ählventils auf die Strömungsdurchflußstellung überwacht wird, um die Strömung zur Öffnungsseite des Betätigungskolbens zu ermöglichen, daß anschließend, während der Durchführung des Verfahrensschrittes (b) die Druckflüssigkeit der Schließseite des Betätigungskolbens zugeführt v;ird, die Strömung auf der Schließseite des Betätigungskolbens und die Neueinstellung des Strömungsrichtungsventils auf die Strömungsrückkehrstellung überwacht wird,
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ORIGINAL INSPECTS}
damit die von der Öffnungsseite des Betätigungskolbens verdrängte Flüssigkeit der Schließseite des Betätigungskolbens zugeleitet wird, daß danach, während der Durchführung des
Verfahrensschrittes (c) der Druck durch den Druckfühler abgetastet und das Fluss Igke it sticht ungsventil auf die Durchflußstellung geschältet,wird, wenn der Druck eine vorbestimmte Höhe erreicht, um die Durchführung des Verfahrensschrittes (d) zu ermöglichen.
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