Die Erfindung betrifft einen Ausblaspreventer nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine
Dichtungspackung dafür nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 2.
Ein solcher Ausblaspreventer und eine solche
Dichtungspackung sind bekannt aus dem Firmenkatalog
"Composite Catalogue of Oil Field Equipment and
Services, 25th Revision, 1962-1963, Seite 1095".
Stößel der genannten Art stellen metallische
Körper dar die so geformt sind, daß sie sich
axial in der Stößelkammer bewegen, und die über
ihrer Stirnseite, ihren Seitenwänden und über
ihrer Oberseite mit Aussparungen versehen sind,
die zur Aufnahme von Dichtungspackungen dienen,
welche dann, wenn die Stößel in ihre Schließ
stellungen bewegt worden sind, zwischen den
entgegengesetzten Stößeln und zwischen jedem
Stößel und seiner Kammer eine kontinuierliche
Dichtung bilden und natürlich auch eine Dichtung
um eine in der Bohrung des Preventergehäuses
befindliche Rohrleitung, wenn es sich um
Rohrleitungsstößel handelt. Im einzelnen ragen die
vorderen Stirnteile der Dichtungspackung aus dem
Metallkörper des Stößels so heraus, daß sie
unabhängig von Verschleiß die gsgenseitige
Abdichtung aufrechterhalten und überschüssiges
Packungsmaterial bilden, das die Seiten- und
Oberteile der Packung veranlaßt, sich gegen die
benachbarten Wände der Stößelkammer zu verformen,
sobald die Stirnflächen der Stößelpackungen in
festen Eingriff miteinander gebracht werden.
Bei dem Ausblaspreventer und Stößel nach der
vorgenannten Druckschrift sind nur diejenigen
Teile der Stößelflächen abgeschrägt, die sich
neben der zur Aufnahme der Rohrleitung bestimmten
Aussparung befinden, wobei die abgeknickten
außenliegenden Teile rechtwinklich zur Bewegungs
achse der Stößel verlaufen. Dabei weist die
eine dieser rechtwinklig zur Bewegungsachse der
Stößel verlaufenden Flächen (auf der einen Seite
der Aussparung) schräg nach oben, und die
auf der anderen Seite der Aussparung rechtwinklig
zur Bewegungsachse des Stößels liegende Fläche
schräg nach unten. Auch bei einer solchen
Anordnung sind die Vorderseiten der gegenüberliegen
den Stößel zueinander komplementär. Dabei
ergeben sich jedoch im Schließzustand des
Preventers in folgender Weise ungünstige
Kräfteverhältnisse: Wenn die Preventerstößel sich
um die Rohrleitung schließen und mit ihren Vorder
seiten in Berührung kommen, dann stößt die
rechtwinklig zur Preventerbewegungsachse ver
laufende, schräg nach oben gerichtete Fläche des
einen Stößels gegen die gegenüberliegende,
schräg nach unten gerichtete Fläche des anderen
Stößels, bzw. es stößt die schräg nach oben
gerichtete Fläche des anderen Stößels nach oben
gegen die schräg nach unten gerichtete Fläche
des erstgenannten Stößels. Dadurch entsteht ein
Moment, welches die Stößel um ihre Längsachse
zu kippen trachtet. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß die Stößel in ihren Kammern mit einigem
Spiel aufgenommen sind und somit dieser Kippneigung
in gewissem Maße folgen können. Mit steigenden
Innendrücken steigen auch das Spiel und das
Ausmaß der Kippbewegung. Um die obere Seite der Stößel
für richtige Abdichtung an die obere Seite der
Stößelkammern anzulegen, muß somit der unterhalb
der geschlossenen Stößel herrschende Druck die
Kippkraft überwinden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
einen Blow-out-Preventer und eine Dichtungspackung
dafür zu schaffen, die eine sichere Abdichtwirkung
der Stößel in den Stößelkammern des Preventers gewähr
leisten.
Die Lösung der Aufgabe ist in den Kennzeichnungsteilen
der Ansprüche 1 und 2 herausgestellt.
Die beanspruchte Ausgestaltung des Ausblaspreventers
und seiner Dichtungspackung führt durch die besondere
Formgebung der Vorderseiten zu einer zuverlässigen
Abdichtung und Anlage der Stößel an den Oberseiten
ihrer Kammern.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung anhand von Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht eines Bohrlochkopfes
mit einem Paar senkrecht übereinander angeordneter
Ausblaspreventer des Stößeltyps, wobei die Stößel
des oberen Preventers um eine in den fluchtend aus
gerichteten Bohrungen der Preventergehäuse befind
liche Rohrleitung geschlossen sind und die Stößel
des unteren Preventers zurückgezogen sind, um den
Ringraum zwischen der Rohrleitung und den Bohrungen
zu öffnen,
Fig. 2 eine vergrößerte senkrechte Schnittansicht der
einen Seite des unteren Ausblaspreventers von
Fig. 1, wobei der sich auf dieser Seite befindende
Stößel in die Öffnungsstellung bewegt ist und das
Innere der Betätigungsstange zum Bewegen des
Stößels von dem äußeren Ende des Stößeldurchgangs
kanals mit Abstand getrennt ist,
Fig. 3 eine perspektivische, auseinandergezogene Dar
stellung eines der Stößel, und zwar gesehen von
außen, innen und der einen Stößelseite, wobei
der vordere Teil des Stößels sowie der Oberteil
der Packung aus den Aussparungen des metallenen
Stößelkörpers entfernt sind, und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes
des Stößels in einem vergrößerten Maßstab.
Die in Fig. 1 dargestellten oberen und unteren, senkrecht
übereinanderliegenden Preventer, sind in ihrer Gesamtheit
mit 10 bezeichnet und weisen Gehäuse 11 mit senkrechten
Durchgangsbohrungen auf, die axial miteinander fluchten
wenn sich die Preventer in ihrer übereinandergesetzten
Lage befinden und in dieser Lage, wie bei 13 gezeigt, mit
einander verschraubt sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
erstreckt sich von dem Bohrloch und durch die fluchtenden
Bohrungen des Preventers hindurch eine Rohrleitung 14,
die normalerweise eine Bohrrohrleitung ist, durch die
Bohrflüssigkeit umgewälzt und abwärts in das Bohrloch
hineingeführt werden kann, um von dort dann in dem zwischen
der Rohrleitung und den Bohrungen des Preventers vorhandenen
Ringraum 15 wieder nach oben zurückgeführt zu werden.
Jeder Preventer weist außerdem ein Paar Stößel 16 auf,
die in Kammern 17 sitzen, welche einander gegenüberliegende
Seiten der Gehäusebohrungen 12 schneiden. Wie erläutert,
lassen sich die Stößel in den Kammern zwischen Außen
stellungen, in denen sie in ihre Kammern zurückgezogen sind,
so daß die Bohrung offen ist, so daß im Falle des unteren
Preventers ein Durchfluß durch den Ringraum möglich ist,
und Innenstellungen bewegen, in denen sie mit der Rohrlei
tung und untereinander in Berührung stehen, um den Ringraum
zu verschließen, wie dies in Fig. 1 im Falle des oberen
Preventers dargestellt ist. Es versteht sich, daß dann,
wenn die Stößel des oberen Preventers geschlossen sind,
der Druck der Bohrlochflüssigkeit unter ihnen und damit
in den Kammern 17, in denen die Stößel 16 des unteren
Preventers sitzen, ziemlich hoch sein kann.
Jeder Stößel wird mit Hilfe eines Kolbens 19 zwischen
einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegt. Der
Zylinder 18 ist in dem Gehäuse außerhalb jeder Stößel
kammer ausgebildet und enthält einen hin- und herbeweg
lichen Kolben 19 sowie eine Kolbenstange 20, die sich von
dem Kolben wegerstreckt und die abgedichtet durch eine
Packung oder Dichtung 21 a hindurchgeführt ist, die in einer
Durchgangsöffnung einer Wand des Gehäuses getragen wird,
welche die Stößelkammer von dem Zylinder trennt. Wie noch
beschrieben werden wird, kann Hydraulikmittel von einer
äußeren Ouelle zugeführt oder aus dem Zylinder abgeführt
werden, und zwar auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 19,
um den Kolben dadurch hin- und herzubewegen und damit den
Stößel in Richtung auf die Bohrung und von der Bohrung
weg zu bewegen. Der Kraft, die das hydraulische Arbeits
mittel zum Schließen des Stößels liefert, wirkt eine
entgegengesetzt gerichtete Kraft entgegen, die von der
Bohrlochflüssigkeit geliefert wird, welche über der Quer
schnittsfläche der Stange wirkt, um den Stößel in die
Öffnungsstellung zu drücken.
Jedes Gehäuse 11 weist einen Hauptkörper 21 auf, in dem
sich die Bohrung 12 des Gehäuses und das innere Ende der
Kammer 17 befinden, in der jeder Stößel sitzt. Das Ge
häuse ist ferner mit einem Paar Deckel 22 versehen, von
denen jeder an der einen Seite des Hauptkörpers 21 ange
lenkt ist. Der Zylinder
18 des Stößelbetätigungssystems ist am äußeren Ende des
Hauptkörpers 21 außerhalb des äußeren Endes der Stößelkammer 17
ausgebildet, das mit dem inneren Ende des Zylinders 18 ausge
richtet ist, wenn die Deckel ihre Schließstellungen ein
nehmen.
Jeder Stößel weist einen metallenen Stößelkörper 25 in
etwa ovalen Querschnitts auf, der eine Packung oder
Dichtung aus gummiartigem Material trägt, die zur Abdichtung
gegen den anderen Stößel und an einer Rohrleitung dient,
welche in der Gehäusebohrung angeordnet ist, sowie zur
Abdichtung in bezug auf die Kammer 17 im Preventergehäuse,
so daß eine durchgehende Dichtung zum Verschließen der
Bohrung vorhanden ist.
In jedem Fall weist die Packung einen
vorderen Flächenteil 26 auf, der auf jeder Seite mit
hinteren Verlängerungen versehen ist, welche in eine Aus
sparung hineinpassen, die sich quer zur Vorderseite und
den Seiten des Stößelkörpers 25 erstreckt, sowie einen
oberen Teil 27, der von einer Aussparung über der Ober
seite des Stößelkörpers aufgenommen wird, die sich von
der einen Seite zur anderen der seitlichen Verlängerungen
der vorderen Stirnseite der Packung erstreckt, um über der
oberen Stirnseite und dem vorderen Ende der Oberseite des
Stößels eine Fläche zu umschreiben.
Bei bestimmten im Handel erhältlichen Preventerstößeln ist
aber auch festzustellen, daß jeder Stößelkörper 25 mit
einer Nut G in seiner Unterseite versehen ist, die die
Bohrung 12 des Gehäuses an seinem inneren Ende mit der Kammer
17 an dem äußeren Ende des Stößels verbindet. Auf diese
Weise wirkt der Bohrlochflüssigkeitsdruck in der Bohrung
des Preventergehäuses ständig auf das äußere Ende des
Stößels in der Kammer ein, so daß
dann, wenn sich die Stößel in der Schließ
stellung befinden, der Flüssigkeitsdruck zusätzlich zu
der von der Arbeitsflüssigkeit erzeugten Kraft eine Kraft
erzeugt, die die Stößel in dieser Stellung halten, d. h. dann,
wenn die Stößel geschlossen sind, ist der Druck der Bohr
lochflüssigkeit in der Bohrung des Preventers über den
Stößeln, der auf die Fläche auf der inneren Oberseite und
der oberen Frontseite einwirkt, welche von der durchgehenden
Packung begrenzt ist, relativ niedrig im Vergleich zu dem
Bohrlochdruck unterhalb der geschlossenen Stößel und damit
in der Kammer 17 hinter den Stößeln.
Bei der Erfindung wird nun in dem Stößelkörper 25 ein Durchgangs
kanal 30 vorgesehen, dessen äußeres Ende mit dem oberen
inneren Teil des Stößelkörpers 25 verbunden ist, der von der durchgehenden Packung
umgeben ist, um dadurch die Stößelkammer 17 mit der Bohrung
des Preventers über den geschlossenen Stößeln zu verbinden.
Wie beispielsweise aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Durch
gangskanal 30 von einer zentralen Bohrung 30 A gebildet, die
sich zum äußeren Ende des Stößels hin öffnet und mit
der Kolbenstange 20 axial fluchtet, sowie von einem
Paar sich nach oben zu und nach innen zu erstreckenden
Abzweigen 30 B, die die Oberseite des Stößels in etwa
in der Mitte zwischen seinem inneren Ende und der sich in Quer
richtung erstreckenden oberen Packung 27 sowie auf ent
gegengesetzten Seiten der Längsmittellinie des Stößel
körpers durchdringen.
Das innere Ende der Stange 20 in der Kammer 17 hat einen
vergrößerten Kopf 31, der
mit einer ringförmigen Packung 34,
die mit einer
Sitzoberfläche auf dem hinteren Ende des Stößelkörpers
in Berührung bringbar ist, die die Öffnung der Bohrung
30 A des Durchgangskanals 30 zum hinteren Ende des Stößels
umgibt, um diesen Durchgangskanal zu verschließen. Wenn
also die Stange in bezug auf den Stößel nach vorne be
wegt wird, dann kommt die Packung 34 aufgrund einer Leer
laufverbindung oder Totgangverbindung zwischen der Stange
und dem Stößel mit der Sitzoberfläche des Stößels in
abdichtende Berührung, um dadurch den Durchgangskanal
zu verschließen. Alternativ dazu wird, sobald die Stange
in bezug auf den Stößel so weit nach außen bewegt wird,
wie dies die Totgangverbindung zuläßt, die Packung 34
von der Sitzoberfläche abgehoben, so daß sich der Durch
gangskanal 30 öffnet und damit die Stößelkammer auf der
Außenseite des Stößels an die Bohrung des Gehäuses über
den geschlossenen Stößeln angeschlossen wird.
Das bedarf hier keiner näheren Beschreibung.
Wenn die Stange 20
einwärtsbewegt wird, bewegt sich der Stößel so lange
nach innen, bis die Aussparung 26 auf seiner vorderen
Stirnseite um die im Bohrloch befindliche Rohrleitung
greift. Wenn der gegenüberliegende Stößel bereits in
die Schließstellung bewegt worden ist,
stehen die Stirnflächen
der Packungen auf gegenüberliegenden Seiten der Aussparungen
beider Stößel miteinander in dichtender Berührung, um
die Preventerbohrung zu schließen. Somit ragen, wie oben
beschrieben, die vorderen Stößelpackungen aus der Stirn
seite des metallenen Stößelkörpers nicht nur deshalb heraus,
um um die Rohrleitung herum abzudichten und sich gegen
seitig abzudichten, sondern auch deshalb, damit die Seiten
packungen und die Kopfpackungen der Stößel mit den Stößel
kammern in Dichtungsberührung treten. Wenn sich die Stößel
in der Schließstellung befinden und der Stößeldurchgangs
kanal 30 von den Dichtungsringen 34 auf den Ventilköpfen
verschlossen wird, wirkt der verhältnismäßig hohe Bohr
lochflüssigkeitsdruck unterhalb der geschlossenen Stößel
auf eine erhebliche Fläche der hinteren Enden der Stößel
ein, um dadurch eine Kraft zu erzeugen, die die Schließ
kraft der Betätigungsflüssigkeit ergänzt, um die Stößel
geschlossen zu halten.
Wenn die Stößel geöffnet werden sollen, wird Betätigungs
flüssigkeit den Zylindern 18 auf den Innenseiten der Kolben
zugeführt, und von den Außenseiten der Kolben abgeführt,
um dadurch die Stangen zurückzuziehen. Während der an
fänglichen Auswärtsbewegung der Stangen wird die Packung
34 von der Sitzoberfläche auf dem hinteren Ende des Stößels
abgehoben, so daß der Durchgangskanal 30 im Stößel geöffnet
wird, wodurch unter hohem Druck stehende Bohrflüssigkeit
in der Stößelkammer hinter dem Stößel zur Bohrung des
Preventergehäuses, über die geschlossenen Stößel gelangen
kann. Wie oben beschrieben, ist die Querschnittsfläche
jedes Durchgangskanals 30 erheblich größer als die Quer
schnittsfläche der Nut G im Boden jedes Stößels, deren
inneres Ende mit der Stößelkammer verbunden ist, so daß
die unter hohem Druck stehende Bohrflüssigkeit schnell
aus der Kammer am hinteren Ende jedes Stößels entweicht,
wodurch über dem Stößel ein Druckgefälle erzeugt wird,
das den Stößel während des anfänglichen Zurückziehens
der Betätigungsstange in die Öffnungsstellung drückt.
Die Stößel setzen natürlich ihre Rückzugbewegung fort,
wenn sich der Kolben 19 in seine äußerste Stellung in der
Kammer 18 bewegt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Das Gehäuse 11 besteht, wie oben ausgeführt, aus einem
Hauptkörper 21 (mit einem unteren Teil 45), in dem die Bohrung 12 und das innere Ende
der Stößelkammer 17 an seiner Schnittstelle mit der
Bohrung ausgebildet sind, sowie Deckeln 22 (Fig. 1, näher gezeigt bei 46 in Fig. 2), die mit der
einen Seite des Hauptkörpers gelenkig verbunden sind,
um zwischen den in der Zeichnung dargestellten Schließ
stellungen und den Öffnungsstellungen verschwenkt werden
zu können, wobei letztere um etwa 90° zu einer der dar
gestellten Seiten hin gedreht liegen. Vor der Verschwenkung
der Deckel in ihre Öffnungsstellungen werden die Stößel,
wie aus Fig. 2 hervorgeht, so zurückgezogen, daß
ihre inneren Enden an den offenen Enden der Kammern im
Preventerkörper vorbeigehen. Wenn jedoch die Deckel offen
sind, werden die Stößel aus ihren zurückgezogenen, äußeren
Stellungen in ihre inneren Stellungen, welche ihren
Schließstellungen entsprechen, wenn die Deckel geschlossen
sind, bewegt. Somit gehen die äußeren Enden der Stößel
an den offenen Enden der Deckelkammern vorbei, wenn diese
von T-Stücken des Ventilkopfes abgehoben werden, um
ersetzt oder repariert zu werden.
Wie am besten aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist der
metallene Körper 25 jedes Stößels mit einer Aussparung
versehen, die einen Teil 26 A aufweist, der sich über die
Vorderseite und entlang der Körperseiten von jedem Ende
der Vorderseite rückwärts erstreckt, so daß er den Packungs
teil 26 eng umschließen kann. Des weiteren ist ein Teil
27 A vorhanden, der sich über die Oberseite des Körpers
zwischen seinen vorderen und hinteren Enden erstreckt und
mit den seitlichen Verlängerungen der Aussparung 26 A so
verbunden ist, daß er die Packungsoberseite 27 eng um
schließt, wobei seine entgegengesetzten Enden auf den
Oberseiten der seitlichen Verlängerungen der Vorderseite
der Stößelpackung 26 sitzen. Wie oben bereits beschrieben,
wird die Packung, wenn die Stößel geschlossen werden, so
verformt, daß sie eine durchgehende Abdichtung bildet, die
eine Fläche auf dem vorderen Ende, den Seiten und der
Oberseite des Stößels umschreibt, die mit den Durchgängen
30 in Verbindung steht.
Die Vorderseite jeder Stößelpackung 26 weist einen Körper
100 aus gummiartigem Material auf, der auf seinen Ober-
und Unterseiten neben seiner Vorderseite flache Aussparungen
hat, die zur Aufnahme von oberen und unteren metallenen
Halteplatten 101 und 102 dienen. Diese Halteplatten sind
an den Packungskörper 100 angeformt oder angegossen, und
ihre Ober- und Unterseiten sowie Innenkanten schließen
im wesentlichen bündig mit denjenigen des Packungskörpers ab.
Demzufolge verhindern die Halteplatten dann, wenn die
Packung aus der Vorderseite des metallenen Körpers 25 des
Stößels herausragt, daß der Gummi zwischen der Innenfläche
des metallenen Körpers 25 und der benachbarten Oberfläche
der Rohrleitung oder dem benachbarten vorderen Teil der
Packung des anderen Stößels extrudiert oder ausgequetscht
wird. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn die
Extrusionsplatten sich nach außen in die Packungsaussparung
hineinbewegen, sobald die Stößel dicht auf eine Rohr
leitung und gegeneinander gedrückt werden, die Seiten und
der Kopf des Packungskörpers verformt werden, um auf diese
Weise zwischen den Stößeln und den Stößelkammern sowie
um die Rohrleitung herum und zwischen den Stößeln eine
dichte Abdichtung zu schaffen.
Wie am besten aus Fig. 4 sowie aus Fig. 2
ersichtlich ist, ragt der Teil der vorderen Schutzpackung,
in dem die halbkreisförmige Aussparung ausgebildet ist,
etwas aus der in den Halteplatten ausgebildeten halbkreis
förmigen Aussparung heraus. Somit ist die halbkreisförmige
Aussparung in der vorderen Stößelpackung so bemessen, daß
sie eng um die Rohrleitung greift und den ersten Teil
des Stößels bildet, der mit der Rohrleitung in Berührung
tritt, wenn der Stößel in die Schließstellung bewegt wird.
Die Verformung dieses herausragenden Teils der vorderen
Stößelpackung in der Aussparung führt natürlich zur
Verformung der Innenfläche der vorderen Stößelpackung
auf den gegenüberliegenden Seiten der Aussparung. Während
dieser Zeit verhindern die Innenkanten der Extrusions
platten auf den gegenüberliegenden Seiten der in ihnen
befindlichen Rohrleitungsaussparungen sowie in den Aus
sparungen selbst das Herausquetschen des Packungsmaterials.
Ferner können die Halteplatten, wenn der herausragende
Teil des Packungsmaterials in der Aussparung der vorderen
Stößelpackung verschleißt, diesen Verschleiß frei kom
pensieren.
Wie bereits beschrieben und am besten aus Fig. 4 er
sichtlich, sind die abgeschrägten Teile der Innenkanten
jeder Halteplatte auf jeder Seite der Rohrleitungsaus
sparungen entgegengesetzt sowie in bezug auf jene Teile
der anderen Platte auf derselben Seite der Aussparung
geneigt. Somit weist, bezogen auf die linke Seite der in
Fig. 4 gezeigten Vorderseite des Stößels, die innere
Oberfläche des Stößelkörpers sowie die Innenkante der
oberen Halteplatte auf der linken Seite der Rohrleitungs
aussparung einen der Aussparung benachbarten Teil auf,
der nach außen abgeschrägt ist sowie einen der linken
Seite des Stößels benachbarten Teil, der nach innen abge
schrägt ist, und zwar in einem spitzen Winkel in bezug
auf eine Ebene lotrecht zur Bewegungsachse des Stößels.
Andererseits sind entsprechende Teile der rechten Seite
der Rohrleitungsaussparung sowie auf der linken Seite der
Aussparung in der unteren Halteplatte in entgegengesetzte
Richtungen abgeschrägt, d. h. in bezug auf das innere Ende
des Stößels nach innen und nach außen. Die Vorderflächen
des Packungskörpers sind schief, so daß zwischen den
Innenkanten der oberen und unteren Halteplatten, an denen
sie angeformt oder angegossen sind, ein glatter Übergang
vorhanden ist. Somit sind die gegenüberliegenden Stößel
identisch gebaut und miteinander austauschbar. Hierzu
brauchen sie nur um 180° gedreht zu werden, und zwar
bezüglich ihrer Enden.