DE4016874A1 - Kugel-rueckschlagventil - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Kugel-Rückschlagventil, und insbeson­ dere Kugel-Rückschlagventile zur Verwendung unter Bedingungen, die hohen Druck und scheuernde Strömungsmittel mit sich bringen, etwa beim Ölbohren oder bei Gasquellen.

Rückschlagventile werden bei Verrohrungssystemen verwendet, um die Strömung eines Strömungsmittels (einer Flüssigkeit, einer Auf­ schlämmung oder eines Gases) in einer Richtung zu ermöglichen, aber nicht in der anderen Richtung. Ein Kugel-Rückschlagventil benutzt eine Kugel, die nicht unmittelbar an irgendeinem anderen Bestand­ teil des Ventils angebracht ist, sondern ist innerhalb eines Käfigs oder einer anderen Trageanordnung eingeschlossen. Wenn das Strö­ mungsmittel in der erlaubten Richtung strömt, wird die Kugel an ei­ ner Vorrichtung abgestützt (etwa einem Rückhaltenapf mit Öffnungen rund um den Umfang), die es dem Strömungsmittel gestattet, rund um den Umfang der Kugel zu strömen. Wenn das Strömungsmittel in der Gegenrichtung strömt, wird die Kugel gegen einen verengten Durchlaß gedrückt, der "Sitz" genannt wird, was die Strömung in dieser Rich­ tung sperrt.

Verschiedenartige Kugel-Rückschlagventile wurden für herkömmliche Anlagen zur Handhabung von Strömungsmitteln entwickelt. Siehe z.B. die US-Patente 40 91 849 (Stevenson 1978), 23 28 014 (Heigis 1941) , 42 36 759 (Lysenko 1980) und 22 79 513 (Hage 1939).

Ausgeklügeltere Kugel-Rückschlagventile wurden für die Verwendung beim Öl- und Gasbohren und bei Wiederaufwältigungen entwickelt, welche hohe Drücke, hohe Temperaturen und scheuernde Strömungsmit­ tel wie Bohrschlamm- und Zementarten nach sich ziehen. Diese Rück­ schlagventile haben mehrere unterschiedliche Verwendungen. Bei­ spielsweise sind die Kugel-Rückschlagventile, die in der US-PS 34 74 861 (Watkins 1968) und in der GB-PS 21 02 474 A (Cunningham und andere) als Bohrlochsicherung ausgebildet. Es ist ein gewisses Ausmaß der Strömung in Aufwärtsrichtung gestattet, doch wenn die Aufwärtsströmung ein bestimmtes Maß überschreitet, wird sie die Ku­ gel auf den Sitz anheben und die Strömung stoppen. Im Gegensatz hierzu sind Ventile, die in einer Schwimmanordnung während des Öl- und Gasbohrens verwendet werden, so ausgelegt, daß sie jede Auf­ wärtsströmung unterbinden. Sie werden verwendet während Tätigkeiten wie etwa des Auszementierens eines Bohrlochfutterstranges innerhalb einer Förderbohrung während einer Bohrtätigkeit, oder etwa des Ver­ schließens einer erschöpften Formation während einer Wiederaufwäl­ tigung. Solche Ventile sind beschrieben in den US-PS 18 82 314 (Burt 1932), 37 76 258 (Dockins 1973) und 46 55 247 (Westra und andere 1987).

Der hier verwendete Begriff "Öl- und Gasbohrtätigkeiten" umfaßt je­ de Tätigkeit (wie Auszementieren, Überarbeitungen usw.), die vorge­ nommen wird, um Bohrlöcher (inclusive Förder- oder Injektionsbohr­ löcher) zu erzeugen, die bei der Erzeugung von Öl und/oder Gas be­ teiligt sind.

Die US-PS 46 55 247 betrifft ein Kugel-Rückschlagventil, das von Gemoco aus Houma, Louisiana, verkauft wird (eine Abteilung der Chromalloy Comp., die eine Tochtergesellschaft der Sequa Corp. ist) und weitverbreitet in der Öl- und Gasindustrie verwendet wird. Die Konstruktion dieser Ventile kann dadurch gewürdigt werden, daß man die Betriebsbedingungen in Betracht zieht, denen sie standhal­ ten müssen. Ein vorgeschlagenes, vom Amerikanischen Mineralölinsti­ tut empfohlenes Verfahren zum Prüfen von Schwimmanordnungen erfor­ dert beispielsweise, daß Ventile, die zur Verwendung bei Auszemen­ tiertätigkeiten ausgebildet sind, dadurch geprüft werden, daß man Schlamm, der 2 bis 4% Sand führt, mit Durchsätzen von 1588 l/min (10 barrels/min) (für jedes Ventil in Auskleidungsgrößen von 114,3 mm oder größer) oder mit Durchsätzen von 953 l/min (6 barrels/min) (für kleinere Größen von Auskleidung und Verrohrung) durch das Ven­ til pumpt. Nachdem sie auf diese Weise 24 Stunden lang abgescheuert wurden, müssen die Ventile einem Gegendruck von 345 bar (5000 psi) standhalten.

Das in der US-PS 46 55 247 beschriebene Kugel-Rückschlagventil ent­ hält eine flexible Stulpe nahe dem Auslaß, die mehreren Zwecken dient. Wenn die Abwärtsströmung durch das Ventil beginnt, dann dient die Stulpe als Behinderung, die die Fläche der Umfangskanäle verkleinert. Dies veranlaßt anfangs die Strömungsmittelströmung durch den inneren Kanal (d.h. durch den Halternapf), was das rasche Aufsitzen der Kugel auf dem Halternapf fördert und das Hämmern bzw. Schlagen verringert. Wenn die Kugel auf dem Halternapf aufsitzt, muß das Strömungsmittel durch die Umfangskanäle strömen, was die flexible Stulpe veranlaßt, einwärts flexibel auszuweichen. Dies gestattet hohe Volumina an Bohrschlamm oder Zement und läßt große Partikel durch die Umfangskanäle hindurchtreten. Zusätzlich trägt die flexible Stulpe dazu bei, eine Zone niedrigen Drucks unter der Kugel zu erzeugen, die dazu beiträgt, den zuverlässigen Sitz der Kugel auf dem Napf während der Abwärtsströmung aufrechtzuerhalten. Wenn der Druck umgekehrt wird und die Aufwärtsströmung beginnt, dann verformt sich die Stulpe flexibel nach außen und lenkt das meiste Strömungsmittel in den innenliegenden Kanal, was sicher­ stellt, daß die Kugel vom Haltenapf abgehoben wird und unmittelbar wieder aufsitzt, um den Einlaß mit nur minimalem Hämmern oder Schlagen zu sperren.

Trotz dieser Vorzüge hat die flexible Stulpenausführung mehrere Be­ schränkungen. Am wichtigsten ist der Umstand, daß es schwierig ist, eine flexible Stulpe in einem Ventil in einem kleinen Futter oder Rohr (101,6 mm Durchmesser oder weniger) zu verwenden. Die flexible Stulpe erhöht auch die Herstellungskosten; da sie nicht aus dem selben Metall oder Hartkunststoff hergestellt werden kann, das bzw. der zur Herstellung des Rests des Ventils verwendet wird, muß jedes Teil getrennt hergestellt werden und dann müssen die Bestandteile zusammengebaut werden.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Kugel-Rückschlagventil zu schaf­ fen, das unter Betriebsbedingungen mit hohem Druck, hoher Tempera­ tur und Abnutzung arbeiten kann, aber nicht mehr eine flexible Stulpe erfordert, die in der US-PS 46 55 247 offenbart ist. Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kugel-Rück­ schlagventil für das Öl- und Gasbohren zu schaffen, das klein genug ist, um in ein Futter oder Rohr mit einem Durchmesser von 101,6 mm oder weniger eingesetzt zu werden.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Kugel-Rückschlagventil zu schaffen, das imstande ist, harten Betriebsbedingungen stand­ zuhalten, und das aus einer kleinstmöglichen Zahl von Bestandteilen zusammengebaut werden kann. Ein viertes Ziel ist es, ein Rück­ schlagventil zur Verwendung beim Öl- und Gasbohren zu schaffen, das aus einer kleinstmöglichen Zahl von Bestandteilen zusammengebaut werden kann, wobei man eine Normhülse oder einen Normschuh als je­ nen Käfig verwendet, der die Ventilanordnung hält.

Diese Erfindung umfaßt ein verbessertes Kugel-Rückschlagventil zur Verwendung unter Betriebsbedingungen wie beim Öl- und Gasbohren, die scheuernde Strömungsmittel, hohe Drücke und hohe Temperaturen umfassen. Bei diesem verbesserten Rückschlagventil ist ein ein­ stückiger Kugelhalter vorgesehen, der aus (1) einem Halterring für die Kugel, (2) einem Sockel und (3) mindestens zwei vertikalen Trä­ gern besteht, die den Halterring mit dem Sockel verbinden. Umfangs­ kanäle sind durch (a) Öffnungen gebildet, die zwischen den Trägern in Nachbarschaft zu (b) ausgesparten Bereichen im Sockel hindurch­ treten. Dies ermöglicht es dem Innendurchlaß (durch den Halter­ ring), in Relation zu den Umfangskanälen verhältnismäßig groß zu sein. Dies hat zwei Wirkungen. Wenn die Abwärtsströmung beginnt, dann ist die Strömungsgeschwindigkeit durch den Innendurchlaß ver­ hältnismäßig hoch, was dazu beiträgt, daß die Kugel rasch auf dem Halterring einen ruhigen Sitz einnimmt. Wenn die Abwärtsströmung durch die Umfangskanäle fortfährt, dann veranlaßt die geringe Größe der Umfangskanäle die fortgesetzte hohe Geschwindigkeit, was zu einem Bereich mit verhältnismäßig niedrigem Druck unter der Kugel führt, verglichen mit dem Druck über der Kugel. Dies stellt sicher, daß die Kugel zuverlässig auf ihrem Sitz auf dem Halterring ver­ bleibt. Das gesamte Ventil kann in einem freistehenden Gehäuse zu­ sammengebaut werden, oder in einer Normhülse oder einem Normschuh, die bzw. der bei Bohr- oder Wiederaufwältigungsarbeiten verwendet wird. Dieses verbesserte Ventil ist einfacher und billiger herzu­ stellen als Ventile mit flexiblen Stulpen, und es kann mit einem Futter oder Rohr beliebiger Größe verwendet werden. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein Längsschnitt durch ein Rückschlagventil in Übereinstim­ mung mit der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt längs Linie 1-1 in Fig. 2 vorgenommen wurde und eine Norm-Schwimmhülse als Gehäuse für das Ventil dient,

Fig. 2 ein Schnitt durch ein Rückschlagventil dieser Erfindung und längs Linie 2-2 in Fig. 1 vorgenommen, wobei die Kugel nicht gezeigt ist,

Fig. 3 eine Perspektivansicht des Kugelhalters dieser Erfindung,

Fig. 4 ein Längsschnitt durch den Kugelhalter dieser Erfindung und längs Linie 4-4 in Fig. 3 vorgenommen,

Fig. 5 ein Längsschnitt des Halters dieser Erfindung und zeigt mehrere fakultative verjüngte Flächen, die zum Minimieren von Turbulenz und Abrieb benutzt werden können,

Fig. 6 ein Längsschnitt durch ein verbessertes Kugel-Rückschlag­ ventil in Übereinstimmung mit der Erfindung, wobei das Ventil im Inneren eines freistehenden Gehäuses mit Außenge­ winde enthalten ist,

Fig. 7 ein Längsschnitt durch ein Kugel-Rückschlagventil, das im Inneren eines freistehenden Gehäuses enthalten ist, wie in Fig. 6 gezeigt, wobei die gesamte Anordnung im Inneren ei­ ner Gewindehülse fest angebracht ist, und

Fig. 8 ein Längsschnitt durch ein verbessertes Kugel-Rückschlag­ ventil in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei das Ventil im Inneren eines freistehenden Gehäuses enthalten ist, das zur Verwendung in einem Bohrloch mit großem Durchmesser in das Innere einer großen Hülse einze­ mentiert ist.

Es erfolgt nun die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels, wobei auf die Zeichnungen mittels der Bezugszeichen näher eingegangen wird.

Das Kugel-Rückschlagventil 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebautes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ventil-Prototyps, der zu Versuchszwecken aufgebaut ist und in ein 2 7/8-Zoll-Rohr (d.h. ein Rohr mit 73 mm Außendurchmesser) paßt. Soweit unten nicht anders erörtert, kön­ nen die Abmessungen des Prototyps maßstäblich so vergrößert werden, daß sie unmittelbar zu jeder gewünschten Rohr- oder Futtergröße passen. An diesen Abmessungen können aber auch kleinere Anpassungen vorgenommen werden, ohne daß man von Lehren und Ansprüchen dieser Erfindung abweicht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Rückschlagventil 10 in einer Hülse 12 enthalten, die jede Norm-Schwimmhülse (oder jeder Norm-Schwimm­ schuh) sein kann, die bzw. der zur Verwendung beim Öl- und Gasbohren aufgebaut ist. Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Ventil­ anordnung, die unten beschrieben und in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt sind, können im Inneren freistehender Gehäuse eingeschlossen sein, die fest im Inneren von Normhülsen oder Normschuhen befestigt wer­ den können.

Die Hülse 12, die als Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Norm-Schwimmhülse mit einer Vater- und Mutter-Ausbildung, mit einem Muttergewinde 14 an der Oberseite und einem Außengewinde 16 an der Unterseite. Die Hülse 12 hat auch ein Innengewinde 18, das ein we­ nig oberhalb der oberen Ersteckung des Außengewindes 16 angeordnet ist.

Das Ventil wird dadurch zusammengesetzt, daß man einen Kugelhalter 20 (der nachfolgend einfach als Halter 20 bezeichnet wird) in die Hülse 12 einführt und mit einem Gewinde 22, das an der Außenseite eines Sockels 24 angeordnet ist, in das Innengewinde 18 der Hülse eingreifen läßt. Andere Mittel zum Befestigen des Halters im Inne­ ren der Hülse (etwa Einzementieren bzw. Kleben, Schweißen, passen­ des Einsetzen des Haltersockels gegen speziell eingerichtete Schul­ tern in der Hülse, Gießen von Hülse und Halter als einstückiges Me­ tallteil usw.) können, falls gewünscht, verwendet werden, wenn sie genügend Festigkeit für den beabsichtigten Gebrauch liefern.

Der Haltersockel 24, der sich bevorzugt rund um den gesamten Umfang des Halters erstreckt, ist an zwei oder mehr vertikalen Trägern 26 angebracht, die den Halterring 28 an der Oberseite des Halters 20 treffen und tragen.

Die vertikalen Träger 26 sind voneinander durch Umfangs-Strömungs­ kanäle 30 getrennt. Wie deutlicher in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, kann jeder Strömungskanal 30 so angesehen werden, als sei er durch zwei Öffnungen erzeugt, die verbunden sind, aber unterschiedliche Oberflächen des Halters 20 belangen. Der Kanalteil 30 A ist aus der vertikalen Trageanordnung ausgeschnitten und trennt zwei vertikale Träger 26. Zusätzlich weist der Kanalteil 30 B einen ausgesparten Bereich in der verdickten Wand des Sockels 24 auf. Benachbarte Ka­ nalteile 30 A und 30 B bilden einen einzigen Umfangskanal 30. Alle Umfangskanäle 30 treffen im Auslaß 32 zusammen.

Die Umfangskanäle 30 können während des Formgebungs- oder Gießvor­ ganges erzeugt werden oder können spanend aus einem Stück Halbzeug hergestellt werden. Falls gewünscht, können die vertikalen Träger 26 verdickte Träger mit kreisförmigem oder elliptischem Quer­ schnitt, abgerundeten Ecken usw. umfassen. Die vertikalen Träger 26 können aber auch verschiedenerlei Arten abgerundeter, abgeschrägter oder geneigter Flächen aufweisen, um Turbulenzen zu minimieren, et­ wa eine Umfangskanalschulter 34 und den vertikalen Trägeranschlag oder -absatz 36, (die konisch geformt sein können) die in Fig. 5 gezeigt sind.

Ein Innendurchlaß 38 durchsetzt den Halterring 36 und trifft auf die drei Umfangskanäle 30 zur Bildung des Auslasses 32.

Der Halter 20, der aus dem Sockel 24, den vertikalen Trägern 26 und dem Halterring 28 hergestellt ist, ist in Perspektivansicht in Fig. 3 und im Querschnitt in Fig. 4 gezeigt. Er ist bevorzugt aus einem einzigen Materialstück hergestellt. Er kann beispielweise ein spa­ nend endbearbeitetes Metall- (etwa Aluminium-)Gußstück sein. Er kann aber auch aus hochfestem Kunststoff geformt sein. Er sollte jedoch in jedem Fall aus einem Material hergestellt sein, das aus­ gebohrt werden kann, nachdem das Auszementieren oder eine andere Tätigkeit unten im Bohrloch vorgenommen ist.

Wenn das Ventil nicht mit Druckströmungsmittel gefüllt ist, kann sich die Kugel 40 frei innerhalb der Ventilanordnung 10 zwischen dem Halterring 28 und dem Sitz 50 bewegen. Normalerweise sitzt sie auf dem Halterring 28 auf. Der Winkel, unter dem die Kugel 40 auf den Ring 28 trifft, muß die Kugel daran hindern, im Ring festge­ klemmt zu werden. Geeignete Winkel liegen im Bereich von etwa 45° bis 60° zur Hauptachse des Ventils. Die Oberkante des Ringes 28 sollte bevorzugt mit einer solchen Kontur versehen sein, daß eine beachtliche Dichtungs-Berührungsfläche mit der Kugel erzeugt wird.

Die Kugel kann aus jedem Material oder jeder Kombination von Mate­ rialien mit den folgenden Eigenschaften hergestellt werden: (1) die Oberfläche der Kugel muß ein gewisses Maß an Federfähigkeit bzw. Nachgiebigkeit aufweisen, die es ihr ermöglicht, eine flüssigkeits­ dichte Abdichtung selbst nach der Abnutzung zu bilden, aber sie darf nicht zu viel Elastizität aufweisen, die es ihr sonst ermögli­ chen würde, im Halterring festgekeilt zu werden; (2) sie muß eine genügend niedrige Dichte aufweisen, so daß sie ohne weiteres in ei­ nem aufwärtsfließenden Strom von Wasser oder irgendeinem anderen Strömungsmittel aufsteigt, das eine höhere Dichte als Wasser auf­ weist. Verschiedenartige Materialien wurden für eine solche Verwen­ dung entwickelt, darunter Aluminium und andere zerbrechliche Mate­ rialien, starre Kunststoffe und faserverstärkte Phenolverbindungen. Falls gewünscht, kann die Kugel 40 aus einem Kernmaterial herge­ stellt sein, das, falls gewünscht, mit einer gummierten Oberfläche beschichtet sein kann. Die Sitzschulter 56 und/oder der Halterring 28 können auch mit einer gummierten Oberfläche beschichtet sein.

Nachdem der Halter 20 und die Kugel 40 ordnungsgemäß in die Hülse 12 eingesetzt wurden, wird der Sitz 50 in die Hülse 12 eingesetzt und durch den Eingriff des Sitzgewindes 52 in das Hülsengewinde 14 gesichert bzw. befestigt. Der Sitz 50 kann auch in der Hülse oder dem Schuh durch andere Mittel wie etwa Einzementieren bzw. Einkle­ ben, Schweißen usw. befestigt werden. Der Sitz 50 enthält einen Einlaß-Durchlaß 54, der zentriert und kreisförmig ist. Eine abge­ schrägte Schulter 56 liefert eine Oberfläche, die eine flüssig­ keitsdichte Abdichtung liefert, wenn die Kugel 40 gegen den Sitz 50 gepreßt wird.

Bei den Ventil-Prototypen, die bis heute entworfen und geprüft wur­ den, hat die Querschnittsfläche des Innendurchlasses 38 65% der Ge­ samtfläche der Umfangskanäle 30 überschritten.

Bei Errechnen der Fläche eines jeden Umfangskanales 30 müssen zwei Größen bestimmt und dann zusammengezählt werden. Die erste Größe ist die Querschnittsfläche des Kanalteils 30 A, der horizontal zwi­ schen zwei der vertikalen Träger 26 hindurchgeht. Wie hier berech­ net, wird diese Querschnittsfläche auf ebener Grundlage gemessen, wobei die Ebene der Messung den Kanalteil 30 A an seinem engsten Punkt kreuzt, um eine genaue Ablesung der Fläche zu liefern, durch die das Strömungsmittel hindurchtreten kann.

Die zweite Größe, die die Fläche eines jeden Umfangskanals aus­ macht, ist die Querschnittsfläche des Kanalteils 30 B, eine ausge­ sparte Fläche, die vertikal durch den Haltersockel 24 hindurch­ läuft. Diese Fläche wird horizontal gemessen, senkrecht zur Mittel­ achse des Kugelventils.

Wie oben erwähnt, trifft jedes Kanalteil 30 A ein Kanalteil 30 B, um einen einzigen Umfangskanal 30 zu bilden. Die Fläche des Umfangska­ nals wird dadurch bestimmt, daß man die Fläche eines jeden Umfangs­ kanals bzw. Kanalteils addiert. Die Gesamtfläche aller Umfangskanä­ le wird durch Zusammenzählen aller Umfangskanäle bestimmt.

Das Verhältnis der Fläche des Innendurchlasses 38 zur Fläche der Umfangskanäle 30 liegt bevorzugt im Bereich von etwa 60% bis etwa 80%. Bis heute vorgenommene Versuche zeigen, daß das Verhältnis von etwa 70% das rasche Aufsitzen der Kugel auf dem Halterring 28 (wäh­ rend der Abwärtsströmung) oder Schulter 56 (beim Sperren der Auf­ wärtsströmung) bei Ventilen fördert, die zur Verwendung in einem 73-mm-Rohr ausgelegt sind, ohne daß eine flexible Stulpe nahe dem Auslaß des Ventils erforderlich ist. Optimale Kanalflächenverhält­ nisse für Ventile, die zur Verwendung in unterschiedlichen Futter- oder Rohrgrößen ausgelegt sind, können variieren und können durch routinemäßiges Experimentieren unter Benutzung jeder gewünschten Rohr- oder Futtergröße bestimmt werden. Solche Versuche können da­ durch vorgenommen werden, daß man Ventile bei einem Bereich von Kanalgrößen und Verhältnissen Abrieb- und Druckversuchen unter­ zieht, während man sie auf Schlagen oder Hämmern überwacht.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ist die Ventilanordnung innerhalb eines Ge­ häuses 60 enthalten, was es ermöglicht, daß das Ventil als eine freistehende Einheit vormontiert und verschickt werden kann, bevor es in eine Hülse oder einen Schuh eingesetzt wird. Das Gehäuse 60 kann ein Außengewinde 62 aufweisen, das es ermöglicht, daß es in einer Normhülse 64 befestigt wird, wie in Fig. 7 gezeigt.

Falls gewünscht, kann das Gehäuse 60 eine Verlängerung des Sitzes 50 mit einem Innengewinde 66 am unteren Ende aufweisen, das fest am Sockel 24 des Kugelhalters 20 angebracht werden kann, wie in Fig. 6 gezeigt. Das Gehäuse 60 kann aber auch eine Verlängerung des Hal­ ters 20 aufweisen, mit einem Gewinde am oberen Ende, so daß sie am Sitz 50 befestigt werden kann. Es kann aber auch ein rohrförmiges Bestandteil mit einem Gewinde an beiden Enden aufweisen, das am Sitz 50 und am Halter 20 befestigt werden kann.

Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in Fig. 8 gezeigt ist, bildet ein Rückschlagventil ab, das zur Verwendung in einem großen Futter eingerichtet ist. Wie hier gezeigt, ist das Ventil innerhalb eines Gehäuses 70 eingeschlossen, das durch Zement in einer Normhülse 74 befestigt ist. Diese Ausbildung ist verwendet, weil Kugel-Rückschlagventile mit einem Durchmesser von weniger als etwa 101,6 mm mehrere Vorzüge genießen, verglichen mit größeren Ventilen, darunter: (1) auf den Halter wird während der Abwärts­ strömung von der Kugel eine kleinere Kraft ausgeübt; (2) kleinere Ventile sorgen für eine nützliche Drosselwirkung und verhindern den "freien Fall" des Zements, wenn eine hohe Ungleichheit zwischen den Dichten von Zement und Bohrschlamm vorliegt; und (3) es ist leich­ ter und billiger bzw. weniger aufwendig, Kugeln mit ausreichend ge­ nauer Rundheit zu formen, wenn der Durchmesser kleiner ist als etwa 101,6 mm, besonders wenn Materialien wie warmaushärtende Phenolhar­ ze verwendet werden.

Bevorzugte Materialien zum Aufbau des Ventilgehäuses (falls über­ haupt), des Ventilsitzes und des Kugelhalters umfassen bekannte ab­ riebbeständige und hochtemperaturbeständige Kunststoffe, besonders solche, die warmhärtende Phenolharze aufweisen. Andere Kunststoffe, die für bestimmte Verwendungszwecke geeignet sind, umfassen ver­ stärkte Nylonarten, Polycarbonate, starre Acrylnitril-Butadien-Sty­ rol-Kopolymere und andere starre Kunststoffe. Andere Materialien, darunter Keramikmaterialien, können in manchen Anwendungsfällen auch benutzt werden. Metalle, die im herkömmlichen Ventilbau ver­ wendet werden, wie Aluminium, Messing und Kupfer, können auch bei dieser Erfindung verwendet werden. Stahl kann in manchen Situatio­ nen ebenfalls verwendet werden, wenn es nicht nötig ist, das Ventil zu durchbohren, nachdem eine Zementiertätigkeit oder eine andere Tätigkeit abgeschlossen ist.

Eine Kugel-Rückschlagventilanordnung, die besonders zur Verwendung bei einer Schwimmanordnung eingerichtet ist, die zum Auszementieren von einer Rohrleitung oder einem Futter in Bohrlöchern verwendet wird, kann unter Nutzung der vorgenannten Materialien aufgebaut werden. Die auf diese Weise aufgebaute Rückschlagventilanordnung verhindert wirksam die Rückwärtsströmung der Zement-Aufschlämmung und anderer Strömungsmittel und kann mit einem herkömmlichen Bohrer nach der Fertigstellung der Zementiertätigkeit ausgebohrt werden.

Der Fachmann erkennt oder ermittelt unter Anwendung allenfalls routinemäßiger Experimente zahlreiche Äquivalente zu den speziel­ len, hier offenbarten Ausführungsbeispielen. Solche Äquivalente liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.

Claims (11)

1. Kugel-Rückschlagventil, gekennzeichnet durch ei­ nen Kugelhalter (20) mit einem Sockel (24), einem Halterring (28) und mindestens zwei vertikalen Trägern (26), die den Sockel (24) mit dem Halterring (28) verbinden, wobei es Umfangskanäle (30) ei­ nem Strömungsmittel gestatten, durch den Kugelhalter (20) zu strö­ men, wenn eine Kugel (40) auf dem Halterring (28) aufsitzt, und wobei jeder Umfangskanal (30) gebildet ist durch

• a) eine Öffnung (30 A), die zwischen zwei vertikalen Trägern (26) hindurchführt, und
• b) einen ausgesparten Bereich (30 B) im Sockel (24).

2. Kugel-Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikalen Träger (26) geschaffen sind durch Bilden von Öffnungen (30 A) in einem rohrförmigen Aufbau, der den Sockel (24) mit dem Halterring (28) verbindet.

3. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eines Innendurchlas­ ses (38), der den Halterring (28) durchsetzt, etwa 60% bis 80% der Summe der Flächen der Umfangskanäle (30) beträgt.

4. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltersockel (24) mit einem Außengewinde versehen ist, das die zuverlässige Befestigung des Halters (20) innerhalb einer Schwimmhülse (12) oder eines Schwimm­ schuhes ermöglicht, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten ausgebildet ist.

5. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelhalter (20), eine Kugel (40) und ein Sitz (56) innerhalb eines freistehenden Gehäuses ein­ geschlossen sind, das zur zuverlässigen Befestigung innerhalb einer Hülse (12) oder eines Schuhes eingerichtet ist, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten ausgebildet ist.

6. Kugel-Rückschlagventil, gekennzeichnet durch:

• a) ein äußeres Gehäuse (60),
• b) einen Kugelhalter (20) mit einem Sockel (24), einem Halterring (28) und vertikalen Trägern (26), die den Sockel mit dem Hal­ terring verbinden,
• c) einer Kugel (40) und
• d) einem Sitz (56),

wobei Umfangskanäle (30) es einem Strömungsmittel gestatten, durch das Rückschlagventil (10) zu strömen, wenn die Kugel (40) auf dem Halterring (218) aufsitzt, und wobei jeder Umfangskanal (30) gebildet ist durch

• a) eine Öffnung (30 A), die zwischen zwei vertikalen Trägern (26) hindurchführt, und
• b) einen ausgesparten Bereich (30 B) im Sockel (24).

7. Kugel-Rückschlagventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eines Innendurchlasses (38), der den Halterring (28) durchsetzt, etwa 60% bis 80% der Summe der Flächen der Umfangskanä­ le (30) beträgt.

8. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (24) mit einem Außengewinde versehen ist, das die zuverlässige Befestigung des Halters (20) innerhalb einer Schwimmhülse (12) oder eines Schwimm­ schuhes ermöglicht, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten ausgebildet ist.

9. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (60) zur zu­ verlässigen Befestigung innerhalb einer Hülse (12) oder eines Schu­ hes eingerichtet ist, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten ausgebildet ist.

10. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse eine Hülse (12) oder ein Schuh ist, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkei­ ten ausgebildet ist.