DE3152212C2 - Ventilvorrichtung - Google Patents

Description

Vorhandensein von zwei Zentrierstützflächen, von denen eine in der Kammer und die andere in der Zentralbohrung der Zwischenwand befindlich ist, die im Gehäuse starr befestigt ist, was eine Steigerung der Betriebssicherheit der Ventilvorrichtung im Laufe deren Arbeit ermöglicht

Es ist vorteilhaft, wenn die Zwischenwand beweglich untergebracht, während der Schaft des Ventilelements mit der Zwischenwand starr verbunden ist. Dadurch wird eine gewisse Vereinfachung des Aufbaus erreicht Dabei verringern sich keinesfalls die Betriebssicherheit und -dauer der Ventilvorrichtung im Ganzen, da die Zwischenwand außer ihrer Hauptfunktion (in ihr sind die kalibrierten Bohrungen ausgespart, in denen beim Durchfluß des fließenden Mediums Druckgefälle entsteht) gegebenenfalls noch die Rolle einer Führung für das Ventilelement der Abdichtung übernimmt

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist in ihrem Aufbau verhältnismäßig einfach ausgeführt, in ihrem Betrieb äußerst sicher, weist eine verlängerte Lebensdauer auf, was bei dem Betrieb im fließenden Medium mit Gehalt an den festen Beimengungen von besonderer Wichtigkeit ist DufCh Anwendung einer Zwischenwand mit kalibrierten bohrungen in der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtuii§ sowie eines Schaftes am Ventilelement der Abdichtung entstehen bessere Verhältnisse für die Arbeitsfähigkeit dieser Baugruppe, da gegebenenfalls zwei zentfierende Stützoberflächen vorhanden sind, die im Betrieb die Gleichachsigkeit wie dessen Verstellung sichern. Zugleich ist die Anzahl der beweglichen Dichtungselemente auf das Minimum verringert, und außerdem Werden diese mit Spülflüssigkeit ununterbrochen bespült wodurch verlängerte Lebensdauer beim Betrieb im schmirgelnden Medium erreicht wird.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; in diesen zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit starr befestigter Zwischenwand im Längsschnitt;

F i g. 2 den Schnitt H-II in der F i g. 1;

F i g. 3 den Schnitt HI-III in der F i g. 1;

Fig.4 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit verstellbarer Zwischenwand;

F i g. 5 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit starr befestigter Zwischenwand und einem Ventilelement in Form eines Absperrkolbens.

In allen aus den Zeichnungen ersichtlichen, konkreten Ausführungsvarianten sind die Ventilvorrichtungen in ihrer Transportstellungslage dargestellt.

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung enthält ein hohlausgeführtes Gehäuse 1 (F i g. 1), das einen Eingang 2 zum Durchfluß des fließenden Mediums, mit dem das Gehäuse 1 an ein nicht ersichtliches Rohr der Bohrrohrkolonne angeschlossen ist, und einen Ausgang 3 besitzt, mit dem die Vorrichtung an einen nicht mitabgebildeten Bohrlochsohlenverdrängermotor angeschlossen ist. In der Mantelwandung des Gehäuses 1 sind Durchgangsbohrungen 4 ausgespart, die den Gehäuseinnenraum mit dem Bohrungsrohrumgebungsraum verbinden. Im Gehäuse 1 ist eine Zwischenwand 5 in der Höhe über den Durchgangsbohrungen 4 befestigt, die dessen ganzen Querschnitt überdeckt. Zum Durchfluß des fließenden Mediums, einer Flüssigkeit sind in der Zwischenwand 5 kalibrierte Bohrungen 6 ausgespart, an denen ein Druckgefälle erzeugt wird. Die kalibrierten Bohrungen 6 sind am Umfang der Zwischenwand 5 und entlang einer Kreislinie gleichmäßig verteilt ausgeführt, wie es F ig. 2 zeigt

Zur besseren Bequemlichkeit der Montage der Zwischenwand 5 wird das Gehäuse 1 (F i g. 1) aus zwei Gehäuseteilen la und ib zusammengesetzt ausgeführt, die miteinander vermittels Gewindeverbindung vereint werden.

Im Gehäuse 1 wird eine oben geöffnete Kammer 7 im Bereich der Durchgangsbohrungen 4 befestigt. Zwischen der Zwischenwand 5 und der Kammer 7 im Gehäuse 1 ist weiter eine Hülse 8 untergebracht In der Mantelwandung der Kammer 7 sind Durchgangsbohrungen 9 vorgesehen, die zwecks Verbindung des Innenraums der Kammer 7 mit dem Bohrungsrohrumgebungsraum mit den Durchgangsbohrungen 4 im Gehäuse 1 gleichachsig angeordnet sind. Zum Durchgang der Flüssigkeit zu dem Ausgang 3 des Gehäuses 1 dienen Durchgangskanäle 10 (Fig. 1, 3). Im Beschreibungsbeispiel sind die Durchgangskanäle 10 in der Wand der Kammer 7 in axialer Richtung verlegt- Um ein Überfließen der Flüssigkeit während Betriebes der Ventilvorrichtung aus dem Innenraum des Gehäuses 1 in den Bohrungsrohrumgebungsraum auszuschließen, sind Ausdrehungen in der Wandung der Kammer 7 an deren Außenseite zur Unterbringung von Dichtungsringen 11 (Fig. 1) ausgeführt. Zur Abtrennung des Innenraums des Gehäuses 1 von dem Bohrungsrohrumgebungsraum während des Bohrungsvorganges dient eine Abdichtung 12, die einen am Umfang der oben geöffneten Kammer 7 starr befestigten Sitz 13 und ein Ventilelement 14 mit Schaft 15 einschließt Das Ventilelement 14 ist unter der Einwirkung des Druckgefälles in Axialrichtung bis zum Aufsetzen auf den Sitz Ie während des Bohrungsvorganges verstellbar.
Zum Durchgang des Ventilschaftes 15 durch die Zwischenwand 5 wird in dieser eine durchgehende Zentralbohrung 16 in der Zwischenwandmitte ausgeführt Das Ventilelement 14 wird in seiner Transportstellung durch eine Feder 17 zurückgehalten, die mit ihrem einen Ende an der Zwischenwand 5 und mit dem anderen an eine am oberen Ende des Ventilschaftes 15 angeordnete Scheibe 18 anliegt Am Ende des Ventilschaftes 15 sind zwei Muttern 19 aufgeschraubt, die zur Regelung der Spannkraft der Feder 17 dienen. Zur Sicherung einer einwandfreien Abdichtung ist das Ventilelement 14 mit einer federnden Dichtmanschette 20 versehen, die auf einem mit dem Ventilelement 14 starr verbundenen Teller 21 angeordnet ist, wozu in diesem eine Blindgewindebohrung in axialer Richtung ausgedreht ist. Um ein eventuelles, selbsttätiges Abschrauben zu vermeiden, wird ein Splint 22 in die durchgehenden Bohrungen des ' Tellers 21 und Ventilelementes 14 hineingesteckt. Um die gewünschte Gleichachsigkeit des Sitzes 13 und Ventilelementes 14 sowie eine ausgerichtete Verstellung des Ventilelementes 14 aus seiner Transport- in die Arbeitsstellung und zurück zu bewerkstelligen, ist im Unterteil des Tellers 21 eine in die Zentralbohrung 24 des Ventilsitzes 13 hineingehende Führung 23 vorgesehen.

In dem in F i g. 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der Ventilvorrichtung ist die Zwischenwand 29 mit

Verstellmöglichkeit in Axialrichtung unter der Einwirkung des Druckgefälles untergebracht. Dabei ist der Schaft 25 des Ventilelementes 26 starr damit verbunden, während die Feder 27 zwischen der Zwischenwand 29 und Kammer 7 montiert ist. Zur Einstellung der Spannkraft der Feder 27 ist eine Regelhülse 28 im Unterteil der Ventilvorrichtung unter der Kammer 7 eingebaut. In dieser Hinsicht ist die Anordnung der Kammer 7 derart geändert, daß eine Gegeneinstellung der Durch-

gangsbohrungen 4 im Gehäuse 1 und der Durchgangsbohrungen 9 in der Kammer 7 das Überfließen der Flüssigkeit aus dem Bohrungsrohrumgebungsraum in den Innenraum der Bohrungsrohre und umgekehrt nicht beeinträchtigt. Im übrigen ist die Ventilvorrichtung ahnlieh der obenbeschriebenen ausgeführt.

In F i g. 5 ist eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit starrer Befestigung der Zwischenwand 29' und mit einer Abdichtung 30 dargestellt, die einen in der Kammer 7 befestigten Ventilsitz 31 und ein Ventilelement 32 einschließt, das in Form eines Absperrkolbens mit an diesem angeordnetem, im Querschnitt O-förmigem Dichtungsring 33 ausgeführt ist, der mit der Zylinderbohrung 34 des Ventilsitzes 31 in Wechselwirkung tritt. In seinem Unterteil endet der Absperrkolben 32 mit einer in die im Unterteil des Ventilsitzes 31 vorgesehene Zentralbohrung 36 der Zwischenwand hineingehenden Führung 35. In derselben Zwischenwand 29' sind Durchgangsbohrungen 37 an deren Umfang zum Überfließen der Flüssigkeit aus dem Bohrungsrohrumgebungsraum in den Innenraum der Bohrungsrohre und zurück angeordnet. Im Oberteil des Absperrkolbens 32 ist eine Abstützung?scheibe 38 angebracht, die einteilig mit diesem ausgeführt oder am Absperrkolben starr befestigt ist Über dieser Abstützungsscheibe 38 ist ein Kolbenschaft 39 vorgesehen, dessen Radialbewegungsgänge durch die Zentralbohrung 40 in der Zwischenwand 29' eingeschränkt sind. Zwischen der Abstützungsscheibe 38 und der Kammer 7 ist eine Rückführungsfeder 41 montiert Die Einstellung der Aufspannungskraft der Rückführungsfeder 41 erfolgt vermittels Einlagehülsen 42 und 43.

Die Wirkungsweise aller beschriebenen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Yentilvorrichtung soll nun anhand des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Während der Niedersenkung der Bohrrohrkolonne mit dem Bohrlochsohlenverdrängermotor zusammen oder ohne diesen steht die Ventilvorrichtung in ihrer Transportstellungslage, in der die Abdichtung 12 geöffnet ist d. h. das Ventilelement 14 wird durch die Feder 17 in seiner Oberstellung zurückgehalten. In diesem Fall tritt die Flüssigkeit aus dem Bohrungsrohrumgebungsraum durch die Durchgangsbohrungen 4 im Gehäuse 1, Durchgangsbohrungen 9 der Kammer 7, über den Spalt zwischen dem Ventilsitz 13 und Ventilelement 14 in den Innenraum der Ventilvorrichtung und dann in die Bohrkolonne hinein. Bei diesem Eintreten hält die Flüssigkeit unter Bespülung des Ventilsitzes 13 und Ventilelementes 14 der Abdichtung 12 alle diese Bauelemente sauber.

Nach dem Anlassen der überirdischen Bohrpumpen vird die Spülflüssigkeit durch die Yentüvorrichtung an den Bohrlochsohlenverdrängermotor und weiter zu dem nicht mitabgebildeten Bohrmeißel oder unmittelbar zu dem Bohrmeißel befördert Bei dieser Spülflüssigkeitsförderung wird an den kalibrierten Bohrungen 6 der Zwischenwand 5 ein Druckgefälle erzeugt: Die aus der Druckdifferenz entstandene Kraft greift am Schaft 15 des Ventilelementes 14 an und unter Überwinden der Spannkraft der Rückführungsfeder 17 verstellt sie das Ventilelement 14 bis zum Aufsetzen auf den Ventilsitz 13, wobei es dadurch mit Sicherheit die Abdichtung 12 bewirkt Die ganze Spülflüssigkeit strömt dabei durch die Durchgangskanäle 10 zu den Arbeitsorganen des Motors und hiernach auch zu dem Bohrmeißel oder unmittelbar zu dem Bohrmeißel. Nach dem Stillsetzen der Bohrpumpe und Abstellen der Zirkulationsförderung kehrt das Ventilelement 14 unter der Wirkung der Rückführungsfeder 17 in seine Ausgangsstellung, Transportstellung, zurück, wobei es von neuem den Bohrungsrohrumgebungsraum mit dem Innenraum der Bohrkolonne in Verbindung setzt.

Das luftdichte Verschließen der Abdichtung 30 in der in F i g. 5 wiedergegebenen Ventilvorrichtung erfolgt mittels der im Querschnitt O-förmigen Gummidichtung, die mit der zylindrischen Oberfläche des Ventilsitzes 31 in Kontakt tritt. Im übrigen unterscheidet sich die Wirkungsweise dieser Ventilvorrichtung von der obenbeschriebenen nicht.

In der Ausführungsvariante der Ventilvorrichtung nach F i g. 4 wird das Ventilelement 26 aus seiner Transport- in die Arbeitsstellung und zurück mit der beweglichen Zwischenwand 29 zusammen verstellt.

Das Nichtvorhandensein von das Ansammeln von Schlamm begünstigenden und demzufolge den normalen Verlauf des Betriebes der Ventilvorrichtung behindernden geschlossenen Innenräumen ermöglicht eine Steigerung der Betriebssicherheit und Verlängerung der Lebensdauer der Baugruppe.

Dabei ist die Vermeidung eines geschlossenen Innenraums durch funktionell Zerteilung der Ventilvorrichtung in zwei vereinzelte Elemente erreicht, von denen eines eine gesicherte Abdichtung und das andere die Verarbeitung des Druckgefälles nach dem Ingangsetzen der Zirkulation von den überirdischen Bohrungspumpen zustandebringt. Diese Druckgefälleverarbeitung wird dank der Anwendung einer Zwischenwand mit kalibrierten Bohrungen in der Ventilvorrichtung erreicht, während die gesicherte Abdichtung durch den am Ventilelement vorgesehenen zentrierenden Schaft zustandekommt

Es ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung unter Bohrbetriebsverhältnissen erprobt worden. Die Betriebszeit einiger Ventilvorrichtungen übertrifft bereits ohne Auswechselung der Bauteile 300 Stunden.

Besonders zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in einer Bohrrohrkolonne über dem Bohrlochsohlenverdrängermotor einzubauen und beim Bohren von Erdöl- und Erdgasbohrungen anzuwenden, bei welchen technisches Wasser oder Bohrspüllösung mit Gehalt an mechanischen Beimengungen als Spülflüssigkeit zur Anwendung kommen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 den Innenraum des Bohrlochmotors angeschlossen. Zur Patentansprüche: Abtrennung des Innenraums des Hohlgehäuses von dem Bohrlochumgebungsraum während des Bohrvor-

1. Ventilvorrichtung zum Einbau in einen Bohr- gangs ist eine Abdichtung vorgesehen, a:e einen im H rohrstrang oberhalb eines durch ein fließfähiges Me- 5 Hohlraum unter dessen Durchgangsbohrungen einge-H dium angetriebenen Tieflochmotors, mit einem ei- bauten Sitz und ein in Form eines Kolbens ausgeführtes, ■f nen axialen Eingang und einen axialen Ausgang für abgefedertes Ventilelement enthält Innerhalb dieses ^! _;| das fließfähige Medium in Form von ein Druckgefäß Absperrkolbens wird eine in Axialrichtung verlegte ka-Ü Ie erzeugenden, kalibrierten Bohrungen aufweisen- librierte Bohrung zur Erzeugung eines erwünschten Sj den Gehäuse, in dessen Mantelwandung zusätzlich io Druckgefälles ausgeführt, unter dessen Eingriff die Verj§ Radialbohrungen zum Bohrlochringraum hin vorge- Schiebung des Absperrkolbens in Axialrichtung bis zu || sehen sind, die beim Bohren mittels einer Abdich- dessen Aufsetzen auf den Ventilsitz zwecks Abdeckung μ tung verschließbar sind, welche innerhalb des Ge- der Durchgangsbohrungen im Hohlgehäuse während jj§ häuses angeordnet ist und einen Ventilsitz sowie ein des Bohrvorgangs, d. h. zwecks Abtrennung des Bohr- |! federbelastetes Ventilelement umfaßt, das von dem 15 rohrumgebungsraums und Innenraums des Hohlgehäu- §| im fließenden Medium herrschenden Druckgefälle ses zustandekommt Diese Kaliberbohrung stellt gleich- :5 bis zum Aufsetzen auf den Ventilsitz axial verstell- zeitig innerhalb des Hohlgehäuses den Ausgang für das ^:ϊ bar ist dadurch gekennzeichnet, daß im fließende Medium dar. Am Absperrkolben werden an ts Innenraum des Gehäuses (1) oberhalb der Radial- seiner Außenseite Gummidichtungsringe angeordnet iff bohrungen (4) eine den ganzen Querschnitt des Ge- 20 (siehe beispielsweise US-Patentschrift 36 61 218).
1'; häuses (1) überdeckende Zwischenwand (5; 29; 29') Die Besonderheiten dieser Ausführung bestehen darv angeordnet ist in der die kalibrierten Axialbohrun- in, daß durch Anwendung einer feste Beimengungen . gen (6) zum Einlassen des fließfähigen Mediums in einschließenden Bohrspüllösung als fließendes Medium ;'■; das Gehäuse (1) ausgebildet sind, daß im Bereich der das Ventil in seinem normalen Betrieb des öfteren belli Radialbohrungen (4) eine mit diesen in Verbindung 25 hindert wird. Beim Stillegen des Bohrvorgangs für das ü; stehende, nach rückwärts hin offene Kammer (7) in Ansetzen der Bohrrohrkolonne usw. nimmt der Ab-J₁I das Gehäuse eingebaut ist, wobei zwischen der sperrkolben seine obere Ausgangsstellung (Transport- Ϋξ Kammer (7) und dem Gehäuse (1) axiale Durch- stellung) ein, bei welcher er die Verbindung des Bohr- '■\ gangskanäle (10) für das fließfähige Medium verlau- rohrumgebungsraums mit dem Innenraum der Bohr-''. fen, daß der Ventilsitz (13) der Abdichtung (12) am 30 rohrkolonne bewirkt. Der in großer Menge an der Umfang der nach rückwärts hin offenen Kammer (7) Bohrlochsohle befindliche Schlamm erreicht den lnnen-.· ausgebildet ist und daß das Ventilelement (14) einen raum zwischen dem Hohlgehäuse der Ventilvorrichtung • Schaft (15; 25) aufweist, dessen rückwärtiges Ende und der Mantelfläche des Absperrkolbens an der Anzumindest in Höhe der oberen Stirnseite der Zwi- Ordnungsstelle der Feder. Bei wiederholten Einschaltun- :' schenwand (5; 29; 29') angeordnet ist. 35 gen der Pumpen auf der Erdoberfläche verhindert der ;'

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- angesammelte Schlamm den Niederbewegungsgang ii. kennzeichnet, daß die Zwischenwand (5) im Gehäuse des Absperrkolbens, was ein teilweises Überfließen der (1) starr befestigt ist und die kalibrierten Axialboh- Bohrspüllösung über die geöffneten Durchgangsbohrungen (6) zum Einlassen des fließfähigen Mediums rungen in der Mantelwandung des Hohlgehäuses in den in das Gehäuse (1) an deren Umfang ausgeführt sind, 40 Bohrrohrumgebungsraum verursacht.

: wobei in der Mitte der Zwischenwand (5) eine Zen- Falls der Absperrkolben unter dem Eingriff des in

!' tralbohrung (16) zum Durchgang des Schaftes (15) seiner kalibrierten Bohrung entwickelten Druckgefälles

.,; des Ventilelements (14) ausgespart ist. mit eventueller Verkantung in seine untere Arbeitsstel-

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn- lung sinkt, können die sowohl am Ober- als auch am

zeichnet durch eine bewegliche Anordnung der Zwi- 45 Unterteil des Absperrkolbens aufgesetzten Abdich-

schenwand (29) und eine starre Verbindung des tungsringe beschädigt werden. Nach dieser Beschädi-

Schaftes (25) des Ventilelements (14) mit dieser. gung wird der weitere Betrieb der Ventilvorrichtung

wegen schnellerer Zerstörung der Abdichtungsringe

und Ausfalls der Ventilvorrichtung als Ganzes unmög-

50 Hch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ven-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ven- tilvorrichtung zu entwickeln, in der die kalibrierten Boh-

tilvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 an- rungen und die Dichtung aufbaumäßig derart ausge-

gegebenen Art. führt werden, daß deren Ausführung bei verhältnismä-

Bereits bekannt ist eine Ventilvorrichtung, die in einer 55 ßiger Einfachheit eine Steigerung der Betriebssicherheit

Bohrrohrkolonne über einem Bohrlochmotor eingebaut und Verlängerung der Betriebsdauer und Lebensdauer

wird und zur Entleerung bzw. Auffüllung der Bohrrohr- der Ventilvorrichtung bei deren Arbeit im fließenden

kolonne während der Einführungs-Hochziehungs-Ar- Medium mit Gehalt an festen Beimengungen ermög-

beitsgänge sowie zur Trennung des Innenraums der licht.

Bohrrohrkolonne von dem Bohrungsrohrumgebungs- 60 Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 gekenn-

raum dient. Diese Ventilvorrichtung enthält, ein Hohlge- zeichneten Merkmalen gelöst.

häuse, in dem koaxial angeordnet ein Ein- und Ausgang Zweckmäßigerweise ist die Zwischenwand im Gezum Durchtritt des fließenden Mediums sowie Durch- häuse starr befestigt, und es sind die kalibrierten Axialgangsbohrungen vorgesehen sind, die in der Mantel- bohrungen zum Einlassen des fließfähigen Mediums in wandung zur Verbindung des Gehäuseinnenraums mit 65 das Gehäuse an deren Umfang ausgeführt, wobei in der dem Bohrungsrohrumgebungsraum ausgespart sind. An Mitte der Zwischenwand eine Zentralbohrung zum seinem Eingang wird das Hohlgehäuse an den Innen- Durchgang des Schaftes des Ventilelements ausgespart raum der Bohrungsrohrkolonne und am Ausgang an ist. Diese Ausführung der Zwischenwand ermöglicht das