DE3122469C2

DE3122469C2 - Bohrlochpreventer

Info

Publication number: DE3122469C2
Application number: DE3122469A
Authority: DE
Inventors: Richard A. 77088 Houston Tex. Olson; Gary R. 77070 Houston Tex. Schaeper
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: Baroid Technology Inc
Priority date: 1980-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1984-04-12
Also published as: NO160538B; FR2484012B1; US4283039A; NO811789L; JPS579993A; FR2484012A1; JPS6116839B2; AU7134081A; SG78083G; GB2077326A; CA1157769A; AU527677B2; NO160538C; MX155176A; DE3122469A1; GB2077326B

Abstract

Eine ringförmige Bohrlochabsperrvorrichtung (10) zur Verwendung auf einer Öl- oder Gasbohrungsanlage ist mit einem unteren Gehäuse (18), einem oberen Gehäuse (16), einer elastischen Dichtungsvorrichtung (32), einer senkrechten Bohrung (22, 24), die durch das Gehäuse koaxial hindurch verläuft, und mit einem senkrecht wirkenden Kolben (38) für die Betätigung der Dichtungsvorrichtung versehen, in der die Innenfläche (50) des oberen Gehäuses (16) und die Innenfläche (52) des unteren Gehäuses (18) konzentrische sphärische Flächen sind, die sich zu der Bohrung (28) erstrecken. Die elastische Dichtungsvorrichtung besteht aus Stahlsegmenten (36), die sich zwischen der Oberseite (54) und der Unterseite (56) der Dichtungsvorrichtung (30) erstrecken, wobei die Stahlsegmente (36) sphärische Flächen aufweisen, die mit den sphärischen Flächen (50, 52) des oberen und unteren Gehäuses (16, 18) zusammenwirken. Das obere und untere Gehäuse (16, 18) umschließen jeweils eine senkrechte Wand (70, 72), die sich von den sphärischen Flächen (50, 52) des oberen und unteren Gehäuses (16, 18) abwärts erstrecken, wobei der senkrecht bewegbare Kolben (38) an den senkrechten Wänden (70, 72) abdichtend anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrlochpreventer für öl- und Gasbohrlöcher, mit einem zwischen der Innenfläche eines oberen Gehäuseteils und der Innenfläche eines unteren Gehäuseteils durch einen axial verschieblichen Kolben in Richtung auf eine durchgehende Axialbohrung radial beweglichen, mit einer elastischen Dichtungsvorrichtung versehenen Dichtungselement, wobei die Innenflächen der beiden Gehäuseteile konzentrisch zur Axialbohrung angeord- bo net sind.

Aus der DE-AS 21 17 835 ist eine Bohrlochabsperrvorrichtung bekannt, die ein unteres Gehäuseteil, ein oberes Gehäuseteil, eine elastische Dichtungsvorrichtung, die zwischen den Gehäusen angeordnet ist sowie b> einen Kolben zur Betätigung der Dichtungsvorrichtung aufweist.

Ein ringförmiger Bohrlochpreventer der eingangs erwähnten Gattung ist aus der DE-OS 27 40 791 bekannt. Dieser Bohrlochpreventer ist mit einem Dichtungselement aus Gummi mit stählernen Verstärkungselementen versehen. Bei dieser bekannten Konstruktion vollziehen sich die Ausdehnung und die Zusammenziehung der Gummidichtung ausschließlich radial, so daß eine Änderung der Bewegungsrichtung um 90° gegenüber der nach oben gerichteten Bewegung des Betätigungskolbens bewirkt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrlochpreventer der eingangs erwähnten bekannten Gattung so zu verbessern, daß die Umwandlung der Längsbewegung des Betätigungskolbens in eine im allgemeinen quer gerichtete Bewegung des Dichtungselementes erleichtert und eine bessere Steuerung der Bewegung und der Dichtungswirkung erzielt wird, wenn sich der Betätigungskolben nach oben bewegt

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Innenfläche des obeien Gehäuseteils eine konkav sphärische Form und die Innenfläche des unteren Gehäuseteils eine konvex sphärische Form aufweisen, wobei die den beiden Innenflächen zugewandten Oberflächen der elastischen Dichtungsvorrichtung an die Form der ihnen jeweils zugeordneten Innenflächen der beiden Gehäuseteile angepaßt sind.

Hierdurch werden die sphärischen Führungsflächen des Dichtungselementes auf einer Bewegungsbahn geführt, ciie zwar im wesentlichen radial ist, aber dennoch eine axiale Komponente aufweist, die eine leichtere Bewegung des Dichtungselementes mittels des sich axial bewegenden Betätigungskolbens ermöglicht. Gleichzeitig begrenzen die konkav sphärischen Innenflächen des oberen Gehäuseteils und die konvex sphärischen Innenflächen des unteren Gehäuseteils die elastische Dichtungsvorrichtung im wesentlichen parallel oberhalb und unterhalb der elastischen Dichtungsvorrichtung, so daß diese nur in Richtung der abzudichtenden Bohrung verstellbar ist. Hierdurch wird das Erfordernis sowohl eines übermäßig langen Hubes des Betätigungskolbens als auch ein übermäßiges Volumen des elastischen Dichtungselementes vermieden.

Die UnteranspriJche enthalten bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

F i g. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer Unterwasserbohranlage, in der die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

F i g. 2 ist ein senkrechter Querschnitt der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der offenen und nicht abdichtenden Stellung, mit einem Bohrstrang innerhalb der Vorrichtung;

Fig.3 ist eine weggebrochene Ansicht, teilweise im Querschnitt, gemäß Linie 3-3 in F i g. 2;

F i g. 4 ist eine weggebrochene Ansicht im Querschnitt, welche die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung in der geschlossenen Stellung um den Bohrstrang herum zeigt;

Fig. 5 isi eine weggebrochene Ansicht im Querschnitt, die die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung in einer geschlossenen Stellung in der offenen Bohrung zeigt; und

Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der metallischen Übertragungssegmente des Dichtungs-

elementes.

Die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung ist im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 versehen und wird, wie Fig. 1 nur als Beispiel zeigt, in einem Offshore-Unterwasserbohrbetrieb verwendet, bei dem die Bohrlochabsperrvorricht^ng 10 von einer schwimmenden Bohrinsel 11 aus durch Steuerleitungen 12 und 14 betätigt wird. Die vorliegende Vorrichtung 10 kann indessen bei allen Bauarten von Bohranlagen cJer -gesteilen verwendet werden, gleichgültig, ob sie sich unter Wasser befinden oder nicht.

Die Bohrloch-Absperrvorrichtung 10 kann, wie Fig.2 am besten zeigt, ein oberer Gehäuseteil 16 und ein unterer Gehäuseteil 18 umfassen, die durch einen Sperrmechanismus miteinander lösbar befestigt sind, der allgemein durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.

Axial zueinander ausgerichtete, das Bohrwerkzeug aufnehmende Axialbohrungen 22 und 24 sind in dem oberen Gehäuseteil 16 bzw. dem unteren Gehäuseteil 18 zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs oder Bohrstranges 26 vorgesehen, der innerhalb einer koaxialen Bohrung 28 in den Gehäuseteilen 16 und 18 axial bewegbar ist.

Das allgemein mit dem Bezugszeichen 30 versehene Dichtungselement umfaßt eine elastische Dichtungsvorrichtung 32, die zwischen dem oberen Gehäuseteil 16 und dem unteren Gehäuseteil 18 positioniert und wahlweise zwischen einer nicht abdichtenden Stellung, die F i g. 2 zeigt, und einer abdichtenden Stellung gemäß den F i g. 4 und 5 bewegbar ist. Die Dichtungsvorrichtung 32 kann einen kontinuierlichen Ring v.us elastischem Material, wie z. B. Natur- oder künstlichem Gummi, umfassen. Die Dichtungsvorrichtung 32 enthält eine Innenbohrung 34, die annähernd dem Durchmesser der Gehäusebohrung 28 gleich ist.

Das Dichtungselement 30 umfaßt außerdem mehrere in radialem Abstand voneinander angeordnete Übetragungsmitte! oder Stahlsegmente 36, die für ein verschiebbares Zusammenwirken mit dem oberen Gehäuseteil 16 und dem unteren Gehäuseteil 18 zur Umwandlung der vertikalen Bewegung einer Betätigungsvorrichtung, wie z. B. des Kolbens 38, in eine einwärts gerichtete Bewegung des Dichtungselementes 30 vorgesehen sind, um eine Abdichtung in der Gehäusebohrung 28 zu erzielen. Vorzugsweise sind die in radialem Abstand angeordneten Stahlsegmente an den elastischen Dichtungsring 32 angeklebt. Die Betätigungsvorrichtung oder der Kolben 38 ist doppeltwirkend ausgebildet und für über die Flüssigkeitssteuerleitung 12 und 14 senkrecht bewegt.

Während beliebige geeignete Sperrmittel verwendet werden können, um den oberen Gehäuseteil 16 gegenüber dem unteren Gehäuseteil 18 festzulegen und den oberen Gehäuseteil 16 auf einen Adaptjrring 40 aufzusetzen, kann die Sperrvorrichtung einen äußeren Sperring 42 mit abgewinkelten Zähnen umfassen, die mit einer Sperrnut 44 in dem unteren Gehäuseteil 18 zusammenwirken, wobei ein Verriegelunpsring 46 mit einer verjüngten Oberfläche versehen ist, die an der verjüngten Rückseite des Verriegelungsringes 42 anliegt, während Bolzen 48 zur Befestigung des Verriegelungsringes an dem oberen Gehäuseteil 16 dienen.

Die innere Oberfläche des oberen Gehäuseteils 16 ist als sphärisches Innenfläche 50 ausgebildet, die sich bis zu der Axialbohrung 22 erstreckt. Zusätzlich ist die Fläche des unteren Gchiuscteils 18 als sphärische Innenfläche 52 ausgebildet die sich bis zur Bohrung 28 erstreckt. Die sphärischen Innenflächen 50 und 52 verlaufen konzentrisch und dienen der Führung und Steuerung des Dichtungselementes 30.

Außerdem umfaßt das Dichtungselement 30 eine 5 obere Oberfläche 54, in der sowohl die elastische Dichtungsvorrichtung 34 als auch die Stahlsegmente 36 eine sphärische Fläche haben, die mit der sphärischen Innenfläche 50 des oberen Gehäuseteils 16 übereinstimmt und mit dieser zusammenwirkt. In ähnlicher

ίο Weise ist das Dichtungselement 30, das die elastische Dichtungsvorrichtung 32 und die Stahlsegmente 36 umfaßt, mit einer unteren Oberfläche 56 versehen, die sphärisch ist und mit der unteren sphärischen Innenfläche 52 des unteren Gehäuseteils 18 zusammenwirkt.

is Die metallischen Übertragungsmittel oder Stahlsegmeiüe 36 umfassen, wie aus den Fig. 2 bis 6 am besten ersichtlich ist, im allgemeinen eine Bodenplatte 60 mit einer gekrümmten sphärischen Fläche 62, die mit der sphärischen Innenfläche 52 übereinstimmt, sowie eine Kopfplatte 64 mit einer gekrümmten sphärischen Fläche 66, die mit der sphärischen Innenfläche 50 zusammenwirkt. Die Bodenplatte 60 und die Kopfplatte 64 sind durch eine Rippe 68 miteinander verbunden. Die sphärischen Flächen 62 und 66 wirken mit den sphärischen Innenflächen 52 und 50 zusammen und ergeben eine Gleitfläche geringer Reibung für aufeinander gleitende Metallteile während der einwärts gerichteten Schließwirkung des Dichtungselementes 30 im Sinne einer glatten Führung des Dichtungselementes

ι» 30 zwischen den sphärischen Innenflächen 50 und 52.

Die Innenfläche des oberen Gehäuseteils 16 umfaßt auch eine axial verlaufende Wand 70, die sich von der sphärischen Innenfläche 50 abwärts erstreckt. Die Innenfläche des unteren Gehäuseteils 18 umfaßt

s~> ebenfalls eine axial verlaufende Wand 72, die sich von der sphärischen Innenfläche 52 abwärts erstreckt. Der sich senkrecht bewegende Kolben 38 liegt abdichtend an den axial verlaufenden Wänden 70 und 72 an und bewegt sich aus der in Fig. 2 gezeigten kontrahierten

■«> oder zurückgezogenen Stellung in die in den F i g. 4 und 5 gezeigte Betriebsstellung, d. h. in den Raum zwischen den sphärischen Innenflächen 50 und 52. Es ist anzumerken, daß die sphärischen Innenflächen 50 und 52 die Bewegung des Dichtungselementes 30 steuern

■r> und begrenzen, um eine positivere Steuerung der Bewegung und der Dichtungswirkung zu erzielen, wenn sich der Kolben 38 nach oben bewegt, wie die F i g. 4 und 5 am besten zeigen. Zusätzlich wird durch die Konstruktion gemäß der Erfindung die Gesamthöhe der

'" Bohrlochabsperrvorrichtung 10 reduziert, das hydraulische Volumen um mindestens 50% vermindert, das zum Schließen der Bohrlochabsperrvorrichtung 10 erforderlich ist, wodurch die Größe des hydraulischen Steuersystems vermindert werden kann, während die

>' Schließzeit um etwa 50% verringert wird und ebenso die Kosten für die Herstellung der Bohrlochabsperrvorrichtung wesentlich verringert werden. Nachdem eine erste Abdichtung erreicht ist, trägt ein auf die Unterseite des Kolbens 38 wirkender Druck dazu bei, die

f>o Bohrlochabsperrvorrichtung in der abgedichteten Stellung zu halten. Das öffnen der Bohrlochabsperrvorrichtung 10 wild durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 38 in Richtung seiner Ausgangsstellung erreicht, wodurch die elastischen Eigenschaften der Diehtungs-

<" vorrichtung 32 diese veranlassen, sich nach außen in die Offcnstellung zwischen den sie begrenzenden beiden sphärischen Innenflächen 50 und 52 zu bewegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrlochpreventer für Öl- und Gasbohrlöcher, mit einem zwischen der Innenfläche eines oberen Gehäuseteils und der Innenfläche eines unteren Gehäuseteils durch einen axial verschieblichen Kolben in Richtung auf eine durchgehende Axialbohrung radial beweglichen, mit einer elastischen Dichtungsvorrichtung versehenen Dichtungselement, wobei die Innenflächen der beiden Gehäuseteile konzentrisch zur Axialbohrung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnei, daß die Innenfläche (50) des oberen Gehäuseteils (16) eine konkav sphärische Form und die Innenfläche (52) des unteren Gehäuseteils (18) eine konvex sphärisehe Form aufweisen, wobei die den beiden Innenflächen (50; 52) zugewandten Oberflächen (54; 56) der elastischen Dichtungsvorrichtung (32) an die Form der ihnen jeweils zugeordneten Innenfläche (50; 52) der beiden Gehäuseteile (16, 18) angepaßt sind.

2. Bohrlochpreventer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (30) Stahlsegmenle (36) umfaßt, die sich zwischen der Oberseite und der Unterseite des Dichtungselementes (30) erstrecken, wobei eine Kopf- und eine Bodenplatte (64; 60) der Stahlsegmente gleichfalls entsprechende sphärische Flächen (66,62) haben.

3. Bohrlochpreventer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die sphärischen Innenflächen (50; 52) des oberen und unteren Gehäuseteils (16; 18) jeweils bis zur Axialbohrung (22) hin erstrecken, daß die sphärischen Flächen (66; 62) der Kopf- und Bodenplatten (64; 60) der Stahlsegmente (36) gleichfalls an den sphärischen Flächen (50; 52) des oberen und des unteren Gehäuseteils (16; 18) gleitend geführt sind, und daß der Kolben (38) im Freiraum zwischen den sphärischen Flächen (50; 52) des oberen und unteren Gehäuseteils (16; 18) bewegbar ist.

4. Bohrlochpreventer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und untere Gehäuseteil (16; 18) jeweils eine axial verlaufende Wand (70; 72) aufweisen, die sich von den sphärischen Flächen (50; 52) des oberen und unteren Gehäuseteils (16; 18) abwärts erstrecken, wobei der Kolben (38) an den axialen Wänden (70; 72) abdichtend anliegt.