DE3245926A1

DE3245926A1 - Ausbruchspreventer

Info

Publication number: DE3245926A1
Application number: DE19823245926
Authority: DE
Inventors: Richard Mark 77084 Houston Tex. Church jun.; Bolie Calvin 77018 Houston Tex. Williams III
Original assignee: Cameron Iron Works Inc 77251 Houston Tex; Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1982-12-11
Publication date: 1983-07-07
Also published as: NO164119B; DE3245926C2; NL8204567A; MX156725A; ATA464682A; FR2519111B1; AU551296B2; FR2519111A1; NZ202380A; CA1193543A; AR248173A1; JPS58146693A; NO824387L; GB2112432B; NO164119C; AT382427B; AU9062082A; JPH0317999B2; CH650321A5; US4460151A

Description

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!■.■Schreibung

Die Erfindung betrifft einen Ausbruchspreventer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ausbruchspreventer werden zur Drucküberwachung innerhalb von Öl- und Gasquellen während der Niederbringung der Bohrung und während ihrer Fertigstellung verwendet. Ringförmige Ausbruchspreventer des erfindungsgemäßen Typs weisen eine einzige, ringförmige, elastische Packung innerhalb eines Gehäuses auf und umfassen Vorrichtungen, die bewirken, daß die Packung in dichtendem Eingriff mit einem Teil eines Röhrenstrangs, der sich durch den Preventer erstreckt, oder mit sich selbst gebracht wird, um ebenso gut abzudichten, wenn sich kein Röhrenstrang durch denPreventer erstreckt.

In der US-PS 3 572 627 wird ein ringförmiger Ausbruchspreventer gezeigt und beschrieben. Die Packung hat dort einen elastischen Ring mit einer Reihe kreisförmig angeordneter starrer Einlagen, die sich durch die Packung erstrecken und irisblendenförmige Abschlußflanken auf beiden Seiten haben, die sich so bewegen,' daß sie eine Endstütze des elastischen Rings darstellen, wenn er vom Kolben radial nach innen gepreßt wird. Die Kolben sind um den elastischen Ring angebracht, um eine direkte, nach innen gerichtete radiale Kraft auf den elastischen Ring auszuüben. Andere ringförmige Preventer nützen eine axiale Deformation des elastischen Ringes aus, um ihn zu einer radial nach innen gerichteten Bewegung in eine dichtende Lage zu veranlassen. Beispiele für ringförmige Ausbruchspreventer der bekannten Art liefern die US-Patentschriften 4 099 699, 2 387 205, 3 667 721, 3 323 773, 2 148 844, 2 812 197 und 2 846 178.

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An sich ist die Anwendung einer axialen Kraft auf den elastischen Ring eines ringförmigen Ausbruchspreventers einfacher und billiger als die Anwendung einer relativ gleichförmigen, radialen Kraft auf den elastischen Ring. Die Anwendung von axialen Kräften auf den elastischen Ring der US-PS 3 572 627 ist jedoch nicht möglich, da die starren Einlagen eine wirksame axiale Deformierung des Ringes verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ausbruchspreventer mit verbesserten Packung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Der Ausbruchspreventer umfaßt ein Gehäuse, eine ringförmige Packung und einen Kolben zur Ausübung einer axialen Kraft auf die ringförmige Packung. Die Packung umfaßt einen elastischen Ring mit einer kreisförmig angeordneten Serie starrer Einlagen, die auf ihrer Innenseite in den Innenbereich des Ringes ragen. Die Einlagen sind in die Oberseite des Ringes eingebettet, so daß sich ihre Innenseiten nach innen bewegen, wenn der elastische Ring nach, innen bewegt wird, wodurch eine obere Auflage für den elastischen Ring geschaffen wird. Außerdem weist der Ausbruchspreventer

einen Stützring zwischem dem Ring und den Außenkanten der Einlagen auf. Eine weitere, kreisförmig angeordnete Serie von Einlagen kann in die Unterseite des elastischen Ringes eingebettet sein.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten ringförmigen Ausbruchspreventer einfacher Bauart und mit langer Standzeit zu schaffen.

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Cin weiteres Ziel der ir findung, ist es, eine verbesserte ringförmige Packung für einen Ausbruchspreventer zu schaffen, deren obere Stütze sich nach innen bewegt, wenn der elastische Ring nach innen bewegt wird.
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Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, eine verbesserte Packung zu schaffen, die einen verbesserten Schutz vor Undichtigkeiten bietet, wenn sie geschlossen ist und unter Druck steht.

Schließlich ist es Ziel der Erfindung, einen verbesserten, ringförmigen Ausbruchspreventer zu schaffen, der häufig in die dichtende Stellung gebracht werden kann, ohne daß Beschädigungen auftreten, die ihn undicht werden lassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

^ Figur 1 eine Ansicht eines ringförmigen Ausbruchspreventers mit Teilschnitt, bei dem sich die Packung in entspannter oder offener Position befindet;

Figur 2 eine Ansicht ähnlich wie Figur 1, bei der sich

die Packung in geschlossener, dichtender Position

befindet;

Figur 3 eine Draufsicht der Packung in entspannter oder offener Position;

Figur 4 eine Ansicht ähnlich Figur 3, bei der sich die Packung in geschlossener oder dichtender Position befindet;

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Figur 5 einen Teilschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der Packung.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte ringförmige Ausbruchspreventer 10 weist ein ringförmiges Gehäuse 12 mit einer durchgehenden, vertikalen Bohrung 13, einen ringförmigen Kolben 14, einen Rückhaltering 16, einen Sperring 18 und eine Packung 20 auf. Das Gehäuse 12 umfaßt einen mit einem Ansatz 24 verbundenen unteren Flansch 22, einen vom Ansatz 24 nach oben verlaufenden, ringförmigen Rand 26 und einen äußeren, ringförmigen Gehäuseabschnitt 28, der sich vom Ansatz 24 aus radial nach außen und vom Rand 26 aus in einem Abstand nach oben und um diesen herum erstreckt. Zwischen dem Rand 26 und dem Gehäuseabschnitt 28 unterhalb des unteren Endes des Rückhalterings 16 besteht ein ringförmiger Raum in Form einer Kammer 30. Der Kolben 14 ist verschiebbar montiert und liegt teilweise innerhalb der Kammer 30. Ein erster Durchlaß 32 erstreckt sich durch den Gehäuseabschnitt 28 in die Kammer 30, um Flüssigkeit unter Druck der Unterseite des Kolbens 14 zuzuführen und ihn dazu zu veranlassen, sich nach oben zu bewegen, und um Flüssigkeit abzulassen, wenn sich der Kolben 14 nach unten bewegt. Ein zweiter Durchlaß 34 erstreckt sich durch den Gehäuseabschnitt 28

in die Kammer 30, um der Oberseite des Kolbens 14 Flüssigkeit unter Druck zuzuführen und ihn dazu zu veranlassen, sich nach unten zu bewegen und Flüssigkeit abzulassen, wenn sich der Kolben 14 nach oben bewegt.

Die Packung 20 - ist ringförmig und liegt innerhalb einer Aussparung 37 unter einer Schulter 36 des Rückhalterings 16 und über der Oberseite eines ringförmigen Auslegers 38, der an dem ringförmigen Kolben 14 angeordnet ist. Die Packung 20 steht an ihrer Unterseite mit dem

ringförmigen Ausleger 38 des Kolbens 14 in Eingriff. Auf

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diese Weise übt dessen Ausleger 38 eine axiale Kraft auf die Packung 20 aus, wenn sich der Kolben 14 nach oben bewegt. Die Schulter 36 verhindert eine Aufwärtsbewegung der Packung 20 und die innere Fläche 40 des Rückhalterings 16 verhindert eine radiale Bewegung nach außen, wodurch die Packung 20 In ihre geschlossene oder dichtende Stellung bewegt wird, die in Figur 2 dargestellt ist.

Die Packung 20 ist in (ion Figuren 3 und 4 genauer dargestellt und umfaßt einen elastischen Ring 42, eine ringförmige Serie starrer, oberer Einlagen 44, die auf der Oberseite des Ringes 42 angeordnet, befestigt und eingebettet sind, und eine ringförmige Serie starrer, unterer Einlagen 46, die in der Unterseite des Ringes 42 befestigt und eingebettet sind. Alle starren, oberen Einlagen 44 haben einen flachen, dreieckigen Körper 48 und einen Steg 50, der sich von dem Innenende bzw. der Spitze des Körpers 48 nach unten erstreckt. Jeder Steg 50 erstreckt sich im Innenbereich des Ringes 42 nach unten und ist so lang, daß sichergestellt ist, daß er durch die Bewegung des Ringes 42 nach innen bewegt wird und daß die Innenseiten der Körper 48, wie in Figur 4 dargestellt, nach innen gedreht werden. Der Steg 50 endet in einem deutlichen Abstand von den Oberenden der Stege der unteren Einlagen 46, so daß ein ausreichend großer Bereich entlang der axialen Länge des Ringes 42 unbehindert bleibt, damit eine Dichtung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, ermöglicht wird. In der entspannten, offenen Stellung, die Figur 3 darstellt, stehen die dreieckigen Körper 48 schräg zur Achse der Packung 20 und liegen aneinander an, so daß die oberen Einlagen 44 gemäß Figur 4 bei einer Bewegung des Ringes 42 in die geschlossene Stellung wie bei einer Irisblende in weniger schräge Stellungen gedreht und radial nach innen bewegt werden. Dadurch wird die Auflage für den Ring 42 vergrößert, indem die

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wirksame radiale Länge, d. h. die radiale Ausdehnung der Einlagen vergrößert wird»

Die starren, unteren Einlagen 46 sind gleich oder im wesentlichen gleich wie die oberen Einlagen 44, sie sind jedoch nach Figur 4 umgekehrt wie die oberen Einlagen 44 ausgebildet, so daß sie dieselbe relative Bewegung wie letztere ausführen. Man nimmt an, daß die Verwendung starrer, unterer Einlagen 46, die mit den oberen Einlagen 44 identisch sind, vorteilhaft ist. Die entgegengesetzte Drehung der unteren Einlagen 46 und oberen Einlagen 44 bewegt eine leichte Verdrehung des Ringes 42. Diese Verdrehung unterstützt offenbar das Öffnen des Ringes 42.

In das Äußere des elastischen Ringes 42 ist unmittelbar unterhalb des äußeren Bereichs der Körper 48 der oberen Einlagen 44 ein Stützring 52 eingebettet. Der Stützring
52, der gemäß Figur 2 zwischem dem elastischen Ring 42 und den Außenenden der oberen Einlagen 44 angeordnet ist, stützt die oberen Einlagen 44, wenn der Ausbruchspreventer 10 in die Dichtungsstellung gebracht wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die Innenenden der oberen Einlagen 44 im Inneren der durch den Rückhaltering 16 verlaufenden Bohrung 13 nicht nach oben kippen. Diese Stütze für die oberen Einlagen 44 ermöglicht es, daß diese den elastischen Ring 42 kontinuierlich stützen, bis er sich gänzlich in die Dichtungsstellung bewegt hat.

Die Bewegung des elastischen Ringes 42 bei der axialen Deformierung verursacht eine Drehbewegung der oberen Einlagen 44, um eine Auflage für das Öberende des elastischen Ringes 42 zu schaffen. Diese Bewegung der oberen Einlagen 44 kann als Irisbewegung bezeichnet werden, da sie zur Reduzierung des Durchmessers der wirksamen Auflage durch die oberen Einlagen 44 führt. Die unteren Ein-

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lagen 46 führen eine ähnliche Irisbewegung durch.

Das modifizierte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 umfaßt einen elastischen Ring 42 mit oberen Einlagen 44 und einem Stützring 52, der von einer auf dem Rückhaltering 56 befestigten Rückhaltering-Kappe 5,8 in einer Rinne 54 in der Innenfläche des Rückhalterings 56 gehalten wird. Die Einspannung des Stützrings 52 in der Rinne 54 zwischen Rückhaltering 56 und Rückhaltering-Kappe 58 schafft eine durchgehende Stütze für die äußeren Bereiche der oberen Einlagen 44 und stellt sicher, daß der Stützring 52 durch die Bewegung des elastischen Ringes 42 verschoben wird.

■15 Bei normaler, fehlerfreier Funktion befindet sich der Kolben 14 in seiner unteren Lage und die Packung 20 ist entspannt, wodurch ein Innendurchmesser 62 freigegeben wird, der mindestens so groß ist wie die in Figur 1 dargestellte Bohrung 13. Soll das Ausbruchspreventer 10 geschlossen werden, wird die Kammer 30 über den ersten Durchlaß 32 unter Druck gesetzt und der zweite Durchlaß 34 mit einem geeigneten, nicht dargestellten Auslaß verbunden. Dadurch wird der Kolben 14 nach oben bewegt, so daß der Ausleger 38 die Packung 20 zusammendrückt. Die axiale Deformierung bewegt den elastischen Ring 42, wie in Figur 2 dargestellt, nach innen. Die oberen Einlagen 44 und die unteren Einlagen 46 drehen sich in die in den Figuren 2 und 4 gezeigten Stellungen, um die Auflage für den mittleren Bereich des Ringes 42 zu vergrößern.

Der Einschluß des Stützringes 52 stellt eine zusätzliche Stütze während der ganzen axialen Verformung der Packung 20 sicher. Der Ring 42 wird dadurch entspannt, daß der Druck unter dem Kolben 14 über den ersten Durchlaß 32 aufgehoben und über den zweiten Durchlaß 34 von oben auf den Kolben 14 Druck ausgeübt wird. Dadurch bewegt sich der Kolben 14 in die in Figur 1 dargestellte

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Lage, und er ermöglicht es der Packung 20, in die gänzlich geöffnete Stellung zurückzukehren.

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Claims

Ansprüche

Ausbruchspreventer mit einer Vorrichtung zur axialen Verformung einer Packung (20), dadurch gekennzeichnet, .

- daß ein elastischer Ring (42) mit einer Innenfläche, einem in eine obere Außenfläche des Ringes (42) eingebetteten Stützring (52) und einer im wesentlichen kreisförmigen Serie von irisblendenartigen, starren, oberen Fin lagen (44) vorgesehen ist, die auf der Oberseife des Ringes (42) angeordnet und verankert sind;

- daß jede der oberer. Einlagen (44) einen flachen Körper (48) und einen sich von dessen Innenseite nach unten erstreckenden Steg (50) aufweist;

- daß die flachen Körper (48) der oberen Einlagen (44) in einer im wesentlichen auf der Achse des Ringes (42) set.·· recht stehenden Ebene lii.-jen; jrtd

- daß die radial innersten Enden der Körper (48) im wesentlichen an der Innenfläche des Ringes (4?) liegen, VW nη dieser nicht zusammei>gepr · ßt i t;

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- daß die oberen Einlagen (44) im wesentlichen dreieckig sind, zur Achse der Packung (20) schräg stehen und aneinander anliegen;

- daß der Steg (50) im Ring (42) in einem Bereich nach unten ragt, der wesentlich kleiner ist als die Länge des zusammengepreßten Ringes (42);

- daß die oberen Einlagen (44) auf die axiale Kompression des Ringes (42) reagieren, indem sie in eine. Stellung drehbar sind, in_ der ihre Innenenden den verminderten Innendurchmesser des Ringes (42) stützen, da dessen Innenfläche durch die radial nach innen gerichtete Ausdehnung des Ringes (42) zusammengepreßt wird, während die Außenenden der oberen Einlagen (44) durch den Stützring (52) gehalten werden, damit sichergestellt ist, daß die Innenenden sich nicht axial verdrehen, während der Ring (42) zusammengepreßt wird.
2. Ausbruchspreventer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen kreisförmig angeordnete Serie starrer, unterer Einlagen (46) an der Unterseite des elastischen Ringes (42) angeordnet und befestigt ist.
3. Ausbruchspreventer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Einlagen (46) identisch mit den oberen Einlagen (44) sind.
4. Ausbruchspreventer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Einlagen (46) die Umkehrung der oberen Einlagen (44) sind.
5. Ausbruchspreventer, gekennzeichnet

- durch ein ringförmiges Gehäuse (12) mit einer axial verlaufenden, ringförmigen Kammer (30) und Durchlässen (32, 34), die sich durch das Gehäuse (12) zu

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gegenüberliegenden Seiten der Kammer (30) erstrecken;

durch eine Vorrichtung mit einer nach innen ragenden, nach unten gerichteten Schulter (36) innerhalb des Gehäuses (12);

durch eine ringförmige Packung (20) im Inneren des Gehäuses (12), deren eines Ende an der Schulter (36) anliegt;

durch einen kreisförmigen Kolben (14) innerhalb des Gehäuses (12) mit einem Ausleger (38), der an dem Ende der Packung (20) anliegt, das dem an der Schulter (36) anliegenden Ende gegenüberliegt;
wobei abwechselnde Druckanwendungen an gegenüberliegenden Seiten der Kammer (30) den Kolben (14) gegen die Packung (20) bewegt, um diese zwischen dem Kolben (14) und der Schulter (36) in einer inneren Dichtungsstellung einzuklemmen, und auch von der Schulter (36) wegbewegt, damit sich die Packung (20) in ihrer offenen Stellung entspannen kann; und
durch einen zur Packung (20) gehörenden Ring (42) mit einer Innenfläche, einem rund um das Äußere des Ringes (42) eingebetteten Stützring (52) und mit einer im wesentlichen kreisförmigen Serie von starren Einlagen (44, 46), die auf Bewegungen des elastischen Ringes (42) reagieren, deren radial äußersten Enden den Ring (42) überlagern und von diesem gestützt sind, und deren radial innerste Enden im wesentlichen an der Innenfläche des Ringes (42) liegen, wenn dieser nicht zusammengepreßt ist, wobei die Einlagen (44, 46 J irn wesentlichen dreieckig sind, gegenüber der Achse der Packung (20) schräg stehen, aneinander anliegen und Einrichtungen zu ihrer Verdrehung aufweisen, so daß ihre Innenenden nach innen bewegbar sind und ihre Außenenden von dem Stützring (52) gehalten bleiben, während ein Zusammenpressen des Ringes (42) (42) erfolgt.

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6. Ausbruchspreventer, gekennzeichnet durch:

- ein Gehäuse (12) mit einer durchgehenden, vertikalen Bohrung (13) und einer sich axial erstreckenden, ringförmigen Kammer (30);

- eine Vorrichtung (16) mit einer inneren Schulter (36), die innerhalb des Gehäuses (12) in Richtung der Kammer (30) ausgerichtet ist;

- eine ringförmige, elastische Packung (20) innerhalb des Gehäuses (12), die an der Schulter (36) anliegt;

- einen ringförmigen Kolben (14) im Inneren der Kammer (30) mit einem Ausleger (38), der aus der Kammer (30) ragt und mit dem von der Schulter (36) abgewandten Ende der Packung (20) in Eingriff steht;

- eine Einrichtung (32, 34) für die Zu- und Ableitung von Flüssigkeit unter Druck an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (14) innerhalb der Kammer (30), um eine axiale Bewegung des Kolbens (14) hervorzurufen;

- einen elastischen Ring (42) als Teil der Packung (20), mit einem inneren und äußeren Bereich, einer im wesentlichen kreisförmigen Serie von irisblendenartigen Einlagen (44, 46), welche in die Oberseite des Ringes (42) eingebettet sind, .gegenüber der Achse der Packung (20) schräg stehen und aneinanderliegen, und mit einem im oberen Außenbereich des Ringes (42) angeordneten Stützring (52), der die radial äußersten Bereiche der oberen Einlagen (44) stützt;

- wobei die Einlagen (44, 46) dreieckige, flache Körper (48) sind und von ihren inneren Scheiteln ausgehende Stege (50) aufweisen, die sich über einen inneren Bereich des Ringes (42) erstrecken, welcher lang genug ist, um sicherzustellen, daß die Einlagen (44, 46) mit der nach innen gerichteten Ausdehnung des elastischen Ringes (42) irisblendenartig nach innen bewegbar sind und die in einem

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ausreichenden Abstand von der gegenüberliegenden Seite des Ringes (42) enden, um sicherzustellen, daß ein ausreichender Teil des Ringes (42) für eine Abdichtung aufgrund einer axialen Kompression unbehindert bleibt.
7. Ausbruchspreventer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine Vertiefung aufweist, in die der Stützring (52) eingesetzt ist.

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