DE3740367C1

DE3740367C1 - Seat ring for ball cocks mounted in a floating manner, having a sealing element which blocks on one side

Info

Publication number: DE3740367C1
Application number: DE3740367A
Authority: DE
Inventors: Gerhardt Dipl-Ing Bamberg; Dietmar Dr-Ing Flehr
Original assignee: RAUTENKRANZ INT HERMANN
Current assignee: RAUTENKRANZ INT HERMANN
Priority date: 1987-11-25
Filing date: 1987-11-25
Publication date: 1989-07-06

Abstract

A shut-off valve (10), in particular for installation in drilling and rising pipe rods for drilling systems, having a shut-off member (12) which is mounted in a floating manner in seat rings (14, 15). In the main direction of pressure, the upper seat ring (14) is assigned a sealing element (19) which blocks on one side. The sealing element (19) which blocks on one side is arranged on that side of the upper seat ring (14) which faces away from the shut-off member (12), in an annular groove (18) located radially on the outside. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Absperrhahn, insbesondere zum Einbau in Bohr- und Steigrohrgestänge für Bohranlagen, mit einem in einem oberen und einem unteren Sitzring schwimmend gelagerten Absperrorgan.The invention relates to a shut-off valve, in particular for Installation in drill pipe and riser pipe for drilling rigs, with one floating in an upper and a lower seat ring stored shut-off device.

Derartige Absperrhähne, wie sie beispielsweise aus der US 30 36 590 bekannt sind, dienen dazu, einen Bohrstrang abzusperren. Der Bohrstrang ist während des Bohrbetriebs mit einer Spülung gefüllt, die einen vorbestimmten Druck in dem Bohrloch aufrechterhält. Sollte der Druck in dem ange bohrten Gebirge größer werden als der Druck der Spülung, so muß sichergestellt sein, daß die Bohrung des hohlen Ge stänges jederzeit und sicher mit einem Absperrhahn abge sperrt werden kann, um ein Außerkontrollegeraten des Bohr lochs zu verhindern.Such stopcocks, such as those from the US 30 36 590 are known, serve a drill string cordon off. The drill string is during drilling filled with a purge that a predetermined pressure in maintains the borehole. If the pressure in the drilled mountains become greater than the pressure of the flushing, so it must be ensured that the bore of the hollow Ge at all times and safely with a shut-off valve can be locked to an out of control device of the drill to prevent lochs.

Aus der US 31 54 094 ist ferner bekannt, die Sitzringe mit stirnseitigen Dichtungen abzudichten. In Geschlossenstellung wird das Absperrorgan eines derartigen Absperrhahns, bei spielsweise ein Kugelküken, durch den Differenzdruck fest gegen die metallischen Sitzringe gepreßt. Soll das Kugel küken nun geschaltet werden, so können die hierfür erforder lichen Schaltkräfte oft nicht aufgebracht werden. In einen solchen Fall versucht man den Druck aus der Hauptdruckrich tung, d. h. aus dem Bohrloch heraus, durch einen Gegendruck auszugleichen. Durch diesen Gegendruck wird jedoch ohne be sondere Maßnahmen nur die gesamte Einheit aus dem oberen und dem unteren Sitzring und dem zwischen den Sitzringen festeingespannten Kugelküken gegen die Hauptdruckrichtung verschoben, ohne daß sich die Sitzringe vom Kugelküken lösen.From US 31 54 094 it is also known that the seat rings with seal the face seals. In the closed position the shut-off device of such a shut-off valve, at for example a ball plug, fixed by the differential pressure pressed against the metallic seat rings. Shall the ball chicks can now be switched, so they can be required for this switching forces are often not applied. In a in such a case, you try to print from the main pressure gauge tung, d. H. out of the borehole by back pressure balance. By this back pressure, however, without special measures only the entire unit from the top and the lower seat ring and the one between the seat rings firmly clamped ball plug against the main pressure direction moved without the seat rings from the ball plug to solve.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Absperr hahn zu schaffen, bei dem das Absperrorgan bei Aufgabe von Gegendruck sicher von den Sitzringen freikommen kann.The object of the present invention is to shut off to create a tap in which the shut - off device when Back pressure can safely come free from the seat rings.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß dem oberen Sitzring ein einseitig gegen die Hauptdruckrichtung des Bohrgestän ges sperrendes Dichtelement zugeordnet ist. Durch diese Maßnahmen wird ein Absperrhahn geschaffen, bei dem der un vermeidbare Spalt zwischen dem oberen Sitzring und dem Ge häuse in Hauptdruckrichtung sicher gesperrt ist, der aber bei Aufgabe von Gegendruck nicht gesperrt ist, so daß ein Druckausgleich zu dem Totraum zwischen dem Kugelküken und der Gehäuseinnenwandung stattfinden kann. Durch diesen Druckausgleich lösen sich die Sitzringe von dem Kugelküken und es kann geschaltet werden.
This object is achieved in that the upper seat ring is assigned a sealing element which blocks on one side against the main pressure direction of the drill pipe. Through these measures, a shut-off valve is created in which the unavoidable gap between the upper seat ring and the Ge housing is securely locked in the main pressure direction, but which is not locked when counter pressure is given up, so that pressure equalization to the dead space between the ball valve and the Housing inner wall can take place. This pressure equalization releases the seat rings from the ball plug and it can be switched.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt Further advantageous measures are in the subclaims described. The invention is in the drawing shown and is described in more detail below; it shows

Fig. 1 den Schnitt durch einen doppelt wirkenden Sicher heitskugelhahn mit schwimmend gelagertem Kugelküken zum Einbau in Bohr- und Steigrohrsträngen, mit in Hauptdruckrichtung sperrendem Dichtelement; Figure 1 shows the section through a double-acting safety ball valve with a floating ball plug for installation in drilling and riser pipes, with sealing element blocking in the main pressure direction.

Fig. 2 die Detaildarstellung des in Sitzringen schwimmend gelagerten, abgedichteten und geschlossenen Kugel kükens mit in Hauptdruckrichtung sperrendem Dicht element nach Fig. 1; Figure 2 shows the detailed view of the floating, sealed and closed ball plug in seat rings with sealing element in the main pressure direction blocking element according to Fig. 1.

Fig. 3 die Detaildarstellung des in Hauptdruckrichtung sperrenden Dichtelements nach Fig. 1. Fig. 3 shows the detailed view of the blocking in the main printing direction the sealing member of FIG. 1.

Der in der Fig. 1 dargestellte Absperrhahn 10 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 11, in dem ein Kugelküken 12 angeordnet ist. Das Kugelküken 12 ist in einem oberen Sitz ring 14 und einem unteren Sitzring 15 schwimmend gelagert und Metall auf Metall gedichtet. Der Sitzring 15 ist durch einen O-Ring 13 gegenüber der Gehäuseinnenwandung 22 abge dichtet. Der obere Sitzring 14 wird durch eine Zwischen scheibe 16 und einen Schulterring 17 abgestützt, der durch ein Verriegelungsstück 25 in seiner Lage gehalten wird.The shut-off valve 10 shown in FIG. 1 essentially consists of a housing 11 in which a ball plug 12 is arranged. The ball plug 12 is floating in an upper seat ring 14 and a lower seat ring 15 and sealed metal to metal. The seat ring 15 is sealed by an O-ring 13 against the housing inner wall 22 . The upper seat ring 14 is supported by an intermediate disc 16 and a shoulder ring 17 which is held in position by a locking piece 25 .

Wie die Fig. 2 zeigt, ist der obere Sitzring 14 auf der der Hauptdruckrichtung 32 (Pfeil) abgewandten Seite an seinem radial äußeren Umfang mit einer Ringnut 18 versehen. In diese Ringnut 18 ist als einseitig sperrendes Dichtelement ein Nutring 19 eingelegt, der eine radial innere Dichtlip pe 20 und eine radial äußere Dichtlippe 21 aufweist. Die Dichtlippen 20 und 21 sind gegen die Hauptdruckrichtung 32, also gegen das Kugelküken 12, gerichtet. Die gesamte Ein heit aus oberem Sitzring 14, Kugelküken 12 und unterem Sitzring 15 wird durch eine gegen den unteren Sitzring 15 wirkende Tellerfeder 24 in Hauptdruckrichtung 32 unter Vor spannung gehalten.As shown in FIG. 2, the upper seat ring 14 is provided with an annular groove 18 on its radially outer circumference on the side facing away from the main pressure direction 32 (arrow). In this annular groove 18 , a sealing ring 19 is inserted as a sealing element blocking on one side, which has a radially inner sealing lip 20 and a radially outer sealing lip 21 . The sealing lips 20 and 21 are directed against the main pressure direction 32 , ie against the ball plug 12 . The entire unit from the upper seat ring 14 , ball plug 12 and lower seat ring 15 is held by a diaphragm spring 24 acting against the lower seat ring 15 in the main pressure direction 32 under tension.

Durch die Sitzringe 14 und 15, das Gehäuse 11 und das Kugel küken 12 wird ein Totraum 23 gebildet. Das Kugelküken 12 ist in diesem Totraum 23 drehbar, der Totraum 23 seiner seits ist flüssigkeitsgefüllt. Bei der dargestellten Aus führung befindet sich zwischen dem oberen Sitzring 14 und dem Gehäuse 11 ein Spalt 30, der durch den Nutring 19 abge dichtet wird. Wie die Fig. 3 zeigt, ist in dem Nutring 19 eine Nutringfeder 31 eingelegt, die die Dichtlippen 20 und 21 unter Vorspannung hält. Der Nutring 19 dichtet den Spalt 30 nur bei Druck aus der Hauptdruckrichtung 32 ab.A dead space 23 is formed by the seat rings 14 and 15 , the housing 11 and the ball plug 12 . The ball plug 12 is rotatable in this dead space 23 , the dead space 23 on the other hand is filled with liquid. In the illustrated embodiment, there is a gap 30 between the upper seat ring 14 and the housing 11 , which is sealed by the groove ring 19 . As shown in FIG. 3, a groove ring spring 31 is inserted in the groove ring 19 , which holds the sealing lips 20 and 21 under prestress. The groove ring 19 seals the gap 30 only under pressure from the main pressure direction 32 .

In der in der Fig. 2 dargestellten Geschlossenstellung wer den der untere Sitzring 15 gegen das Kugelküken 12 und das Kugelküken 12 gegen den oberen Sitzring 14 gepreßt. Durch die Reibung der dabei bestehenden Metall-auf-Metall-Dich tung kann sich das Kugelküken 12 so festsetzen, daß es nicht mehr in Offenstellung geschaltet werden kann. In the closed position shown in FIG. 2 who the lower seat ring 15 pressed against the ball plug 12 and the ball plug 12 against the upper seat ring 14 . Due to the friction of the existing metal-on-metal device you can fix the ball plug 12 so that it can no longer be switched to the open position.

Zum Schalten in die Offenstellung, ist eine Schaltklaue 26 vorgesehen, die in einer Buchse 28 geführt ist. Die Schalt klaue 26 ist über einen O-Ring 13 abgedichtet, der von ei nem Stützring 27 abgestützt wird. Zum Schalten der Schalt klaue 26 ist ein einsteckbarer Sechskant-Schaltschlüssel 29 vorgesehen.For switching to the open position, a switching claw 26 is provided which is guided in a socket 28 . The switching claw 26 is sealed by an O-ring 13 which is supported by a support ring 27 . To switch the switching claw 26 , an insertable hexagon key 29 is provided.

Sitzt das Kugelküken 12 so fest, daß es nicht mehr geschal tet werden kann, so kann mit Hilfe einer - nicht darge stellten - Pumpe entgegen der Hauptdruckrichtung 32 Druck gegen das Kugelküken 12 gegeben werden. Da der Spalt 30 von dem als einseitig sperrendes Dichtelement wirkenden Nutring 19 nur gegen Druck aus der Hauptdruckrichtung abgedichtet ist, gelangt der nun aufgebaute Gegendruck an diesem Dicht element vorbei in den Totraum 23 und sorgt hier für einen Druckausgleich. Nach Herstellung eines Druckausgleichs fällt der Anpreßdruck zwischen dem Kugelküken 12 und den Sitzringen 14 und 15 in sich zusammen und das Kugelküken 12 kann frei geschaltet werden. If the ball valve 12 is so tight that it can no longer be switched, then with the help of a pump - not shown - against the main pressure direction 32 pressure can be given against the ball valve 12 . Since the gap 30 is only sealed against pressure from the main pressure direction by the sealing ring 19 acting as a one-sided sealing element, the counterpressure now built up passes this sealing element past the dead space 23 and ensures pressure equalization here. After pressure equalization has been established, the contact pressure between the ball valve 12 and the seat rings 14 and 15 collapses and the ball valve 12 can be activated.

BezugszeichenReference numerals

10 Absperrhahn
11 Gehäuse
12 Kugelküken
13 O-Ring
14 oberer Sitzring
15 unterer Sitzring
16 Zwischenscheibe
17 Schulterring
18 Ringnut
19 Nutring
20 innere Dichtlippe
21 äußere Dichtlippe
22 Gehäuseinnenwandung
23 Totraum
24 Tellerfeder
25 Verriegelungsstück
26 Schaltklaue
27 Stützring
28 Buchse
29 Schaltschlüssel
30 Spalt
31 Nutringfeder
32 Hauptdruckrichtung 10 shut-off valve
11 housing
12 ball chicks
13 O-ring
14 upper seat ring
15 lower seat ring
16 washer
17 shoulder ring
18 ring groove
19 grooved ring
20 inner sealing lip
21 outer sealing lip
22 inner housing wall
23 dead space
24 disc spring
25 locking piece
26 shifting claw
27 support ring
28 socket
29 switching keys
30 gap
31 tongue groove
32 Main printing direction

Claims

1. Shut-off valve, in particular for installation in drilling and riser pipe rods for drilling rigs, with a shut-off element floating in an upper and a lower seat ring, characterized in that the upper seat ring ( 14 ) is one-sided against the main pressure direction ( 32 ) of the drill rod locking sealing element ( 19 ) is assigned.

2. Shut-off valve according to claim 1, characterized in that the one-sided locking sealing element ( 19 ) on the locking member ( 12 ) facing away from the upper seat ring ( 14 ) in a radially outer annular groove ( 18 ) is angeord net.

3. Stopcock according to claims 1 and 2, characterized in that the sealing element ( 19 ) is biased in a manner known per se with an annular spring ( 31 ).