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Hintergrund
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Die
Erfindung bezieht sich auf System und ein Verfahren zur Kontrolle
des Flusses und des Drucks eines Fluids und insbesondere auf solch
ein System und Verfahren, nach welchem eine Drossel vorgesehen ist,
die sich automatisch bewegt, um den Fluss eines Fluids in einem
System zu steuern und einen erwünschten
Rückdruck
auf das Fluid aufrecht zu erhalten, unabhängig davon, welche Flussbedingungen
innerhalb des Systems vorhanden sind oder auftreten.
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Es
gibt viele Anwendungen, in welchen es notwendig ist, den Rückdruck
des in einem System fließenden
Fluids zu steuern. Zum Beispiel ist es beim Bohren von Ölquellen üblich, ein
Bohrrohr mit einem Bohrmeißel
an dessen unterem Ende in dem Bohrloch aufzuhängen und, während der Bohrmeißel gedreht
wird, ein Bohrfluid wie z.B. Bohrschlamm nach unten durch das Innere
des Bohrstrangs, aus dem Bohrmeißel heraus und durch den Ringspalt
des Bohrlochs nach oben zur Oberfläche zu zirkulieren. Dieser
Fluidkreislauf wird aufrecht erhalten, um Bohrklein aus dem Bohrloch
zu entfernen, den Bohrmeißel
zu kühlen
und den hydrostatischen Druck im Bohrloch konstant zu halten, um
die Bildung von Gasen zu kontrollieren und Gasausbrüche und ähnliches
zu verhindern. In jenen Fällen,
in welchen das Gewicht des Bohrschlamms nicht ausreichend ist, um
den unteren Lochdruck im Bohrloch in Grenzen zu halten, wird es
notwendig, an der Oberfläche
zusätzlichen
Rückdruck
auf den Bohrschlamm anzuwenden, um das Fehlen einer hydrostatischen
Förderhöhe zu kompensieren
und dadurch das Bohrloch unter Kontrolle zu halten. Daher wird in
einigen Fällen eine
Rückdruck-Kontrollvorrichtung
auf der Rückflussleitung
des Bohrfluids angebracht.
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Rückdruck-Kontrollvorrichtungen
sind auch notwendig, um "Stöße" im System zu kontrollieren, die
durch das Eindringen von Salzwasser oder die Bildung von Gasen in
das Bohrfluid verursacht werden und welche zu einem Ausbruchzustand
führen können. In
diesen Situationen muss ausreichender zusätzlicher Rückdruck auf das Bohrfluid angewendet
werden, so dass das Formationsfluid in Grenzen gehalten und wohl
kontrolliert wird, bis schwereres Fluid oder Schlamm den Bohrstrang
herab und den Ringspalt herauf zirkuliert werden kann, um das Bohrloch
totzupumpen. Es ist auch erwünscht,
die Bildung von übermäßigen Rückdrücken zu
vermeiden, die ein Anhaften des Bohrstrangs verursachen könnten oder
die Formation, die Bohrloch-Ummantelung
oder die Bohrlochkopf-Einrichtungen beschädigen könnten.
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Jedoch
wird die Einhaltung eines optimalen Rückdrucks auf das Bohrfluid
durch Variationen in gewissen Eigenschaften des Bohrfluids verkompliziert,
während
es durch die Rückdruck-Kontrollvorrichtung
fließt.
Zum Beispiel kann die Dichte des Fluids durch das Eindringen von
Geröll
oder Formationsgasen verändert
werden, und/oder die Temperatur und das Volumen des in die Kontrollvorrichtung
eintretenden Fluids kann sich ändern.
Daher wird der erwünschte
Rückdruck
nicht erreicht, bis geeignete Änderungen
an der Drosselung des Bohrfluids in Erwiderung dieser geänderten
Bedingungen durchgeführt worden
sind. Herkömmliche
Vorrichtungen erfordern allgemein eine manuelle Kontrolle und Einstellungen der
Drosselvorrichtungsöffnung,
um den erwünschten
Rückdruck
aufrecht zu erhalten. Jedoch bringt eine manuelle Kontrolle der
Drosselvorrichtung eine Zeitverzögerung
mit sich und ist im Allgemeinen ungenau.
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Das
US-Patent 4,355,784, dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung zugesprochen,
offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle des Rückdrucks
eines Bohrfluids in der obigen Umgebung, welche die oben dargestellten
Probleme angehen. Entsprechend dieser Anordnung bewegt sich eine
balancierte Drosselvorrichtung in einem Gehäuse, um den Fluss und den Rückdruck
des Bohrfluids zu kontrollieren. Ein Ende der Drosselvorrichtung
ist dem Druck des Bohrfluids ausgesetzt und ihr anderes Ende ist
dem Druck eines Kontrollfluids ausgesetzt. Wenn sich jedoch bei
diesem Design die Drosselvorrichtung von ihrer geschlossenen Position
zu einer offenen Position in Funktion von entweder einem Anstieg
im Bohrlochfluid-Druck oder einem Abfall im Kontrollfluid-Druck
bewegt, bewegt sie sich oft zu schnell und zu weit, so dass sie
häufig über ihre normale
Betriebsposition hinausschießt.
Dies kann Druckspitzen erzeugen und/oder es einem großen Gasvolumen
in der Nähe
der Oberfläche
des Bohrlochs erlauben, aus der Vorrichtung auszutreten, wobei beide
Vorfälle
unerwünscht
sind.
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Was
daher benötigt
wird, ist ein Verfahren und ein System zur Kontrolle des Rückdrucks
eines fließenden
Fluids, welches alle Vorteile des in dem obigen Patent offenbarten
Systems und Verfahrens beinhaltet, jedoch jegliche Druckspitzen
und jegliche Gasentlüftung
verringert, wenn sich die Drossel von ihrer geschlossenen Position
zu einer offenen Position bewegt.
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Darstellung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
wird ein Fluid-Kontrollsystem bereitgestellt, umfassend: ein Gehäuse mit
einem Einlasskanal, eine axiale Bohrung, von welcher ein Abschnitt
einen Auslasskanal bildet, und eine Kammer; ein Drosselelement,
welches für
die Bewegung im Gehäuse
geeignet ist, um den Fluss des Fluids vom Einlasskanal zum Auslasskanal
zu steuern, wobei das Fluid eine Kraft auf ein Ende des Drosselelements
anwendet; eine Spindel, die am Gehäuse befestigt ist und sich
in einen anderen Abschnitt der Bohrung erstreckt, und ein Schiffchen,
das mit dem Drosselelement verbunden ist und gleitend auf der Spindel
innerhalb des letzteren Bohrungsabschnitts angebracht ist; eine
Kontrollfluidquelle, die mit der Kammer verbunden ist, so dass das
Kontrollfluid eine Kraft auf das andere Ende des Schiffchens anwendet,
welche im Betrag gleich und in der Richtung entgegengesetzt zur
auf das Drosselelement angewendeten Kraft ist, um die Position des
Drosselelements im Gehäuse
auf eine Weise zu kontrollieren, dass ein Rückdruck auf das Fluid im Einlasskanal
ausgeübt
wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Schiffchen weiter eine Dämpfvorrichtung
in Form eines hervorstehenden Elements umfasst, welches radial nach
außen
hervorsteht, wobei die äußere Oberfläche des
hervorstehenden Elements und eine entsprechende Oberfläche des
Gehäuses
zusammenarbeiten, um dazwischen einen eingeschränkten Bereich zu definieren,
durch welchen das Fluid innerhalb der Kammer in Verbindung steht,
um die Bewegung des Drosselelements zu dämpfen.
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Weitere
Ausführungsformen
sind in den hierzu beigefügten
abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Dementsprechend
werden ein System und ein Verfahren beschrieben, entsprechend derer
ein Einlasskanal und ein Auslasskanal in einem Gehäuse gebildet
sind und ein Drosselelement in dem Gehäuse beweglich ist, um den Fluss
des Fluids vom Einlasskanal zum Auslasskanal zu kontrollieren und einen
Rückdruck
auf das Fluid auszuüben.
Die Bewegung des Drosselelements von einer völlig geschlossenen Position
zu einer offenen Position wird gedämpft.
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Die
Drosselungsvorrichtung funktioniert automatisch, um einen vorbestimmten
Rückdruck
auf das fließende
Fluid trotz Änderungen
in den Fluidbedingungen aufrecht zu erhalten. Zudem wird auch eine
hochgenaue Steuerung des Rückdrucks
bei erwünschten
Druckwerten während
des Schließens und Öffnens des
Fluidflusses durch das System erreicht. Weiter werden große Druckspitzen
und/oder ein akuter anfänglicher
Fluidschub eliminiert, wenn sich die Drosselvorrichtung von einer
geschlossenen Position zu einer offenen Position bewegt.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden besser unter beispielhaftem
Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Figuren
verständlich
sein.
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Kurze Beschreibung
dar Zeichnungen
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1–3 und 4 sind
Querschnittsansichten des Systems entsprechend einer Ausführungsform
der Erfindung, die verschiedene Betriebsmodi zeigen.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts der 1.
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5 ist
eine Ansicht ähnlich
der 2, die jedoch eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Unter
Bezug auf 1 bezieht sich die Bezugsziffer 10 allgemein
auf ein Rückdruck-Kontrollsystem
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System 10 beinhaltet ein
Gehäuse 12 mit
einer axialen Bohrung 14, die sich durch dessen Länge erstreckt
und ein Ablassende 14a aufweist. Ein sich radial erstreckender
Einlasskanal 16 ist auch in dem Gehäuse 12 ausgebildet und
schneidet die Bohrung 14. Es ist zu verstehen, dass Verbindungsflansche
oder ähnliches
(nicht gezeigt) am Ablassende 14a der Bohrung 14 und
am Einlassende des Kanals 16 vorgesehen sein können, um
sie mit geeigneten Flussleitungen zu verbinden. Bohrfluid von unten
aus dem Bohrloch wird in den Einlasskanal 16 eingeführt, tritt
durch das Gehäuse 12 hindurch
und wird normalerweise aus dem Ablassende der Bohrung 14 zur
Rezirkulation abgelassen.
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Eine
Haube 18 ist an einem Ende des Gehäuses 12 gegenüber dem
Ablassende 14a der Bohrung 14 befestigt. Die Haube 18 hat
einen im wesentlichen T-förmigen
Querschnitt und weist einen zylindrischen Abschnitt 18a auf,
der sich in die Bohrung 14 des Gehäuses erstreckt. Ein Dichtungsring 19 erstreckt
sich in einer auf einer äußeren Oberfläche des Haubenabschnitts 18a ausgebildeten
Nut und greift mit einer entsprechenden inneren Oberfläche des Gehäuses 12 ein.
Die Haube 18 beinhaltet auch einen quer liegenden Abschnitt 18b,
der sich senkrecht zum zylindrischen Abschnitt 18a erstreckt
und am entsprechenden Ende des Gehäuses 12 auf herkömmliche
Weise befestigt ist.
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Eine
Spindel 20 ist in dem Endabschnitt der Haube 18 befestigt
und ein Dichtungsring 22 erstreckt sich zwischen der äußeren Oberfläche der Spindel
und der entsprechenden Innenoberfläche der Haube. Ein Stab 30 ist
verschiebbar in einer axialen Bohrung angebracht, die sich durch
die Spindel 20 erstreckt, und ein Dichtungsring 32 erstreckt
sich in einer Nut, die auf der inneren Oberfläche der die letztere Bohrung
definierenden Spindel ausgebildet ist. Der Dichtungsring 32 greift
mit der äußeren Oberfläche des
Stabs 30 ein, wenn der Stab in der Bohrung der Spindel 20 unter
noch zu beschreibenden Bedingungen gleitet. Ein Endabschnitt des
Stabs 30 steht aus den entsprechenden Enden der Spindel 20 und
der Haube 18 hervor und der andere Endabschnitt des Stabs 30 steht
aus dem anderen Ende der Spindel 20 und in die Bohrung 14 hinein
hervor.
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Eine
Distanzscheibe 34 ist am letzteren Ende des Stabs 30 auf
irgendeine bekannte Weise angebracht und ist zwischen zwei Sprengringen 35a und 35b gefangen,
deren Funktion später
detailliert beschrieben wird. Ein zylindrisches Drosselelement 36 ist
in der Bohrung 14 angeordnet, wobei ein Ende gegen die
Distanzscheibe 34 anschlägt. Das Drosselelement 36 ist
in 1 in seiner völlig
geschlossenen Position gezeigt und erstreckt sich in die Einmündung der
Bohrung 14 mit dem Einlasskanal 16, um den Fluss
des Fluids vom letzteren in den ersteren zu steuern, wie beschrieben
werden wird.
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Ein
zylindrisches Schiffchen ist verschiebbar über der Spindel 20 angebracht
und ein Dichtungsring 42 erstreckt sich in eine Nut, die
auf einer äußeren Oberfläche der
Spindel gebildet ist, und greift mit einer entsprechenden inneren
Oberfläche
des Schiffchens ein. Auf ähnliche
Weise erstreckt sich ein Dichtungsring 44 in einer auf
einer äußeren Oberfläche des
Schiffchens 40 gebildeten Nut und greift mit einer entsprechenden
inneren Oberfläche
des Gehäuses 12 ein.
Das Schiffchen 40 weist einen Abschnitt 40a mit
verringertem Durchmesser auf, welche mit der inneren Oberfläche des
Gehäuses 12 eine
Fluidkammer 46a definiert. Eine andere Fluidkammer 46b wird zwischen
der äußeren Oberfläche der
Spindel 20 und der entsprechenden inneren Oberfläche des
Haubenabschnitts 18a definiert. Die Kammern 46a und 46b stehen
miteinander in Verbindung und nehmen ein Kontrollfluid von einem
durch die Haube 18 gebildeten Kanal 48a auf. Es
ist zu verstehen, dass der Kanal 48a mit einem (nicht gezeigten)
hydraulischen System zur Zirkulierung des Kontrollfluids in und
aus dem Kanal verbunden ist. In diesem Zusammenhang wird das Kontrollfluid
in den Kanal 48, und daher in die Kammern 46a und 46b,
unter einer vorbestimmten erwünschten
Druckeinstellung eingeführt,
die von einem Druckeinstellungsregulator bestimmt wird und von einem
auf einer zugehörigen
Konsole platzierten Druckanzeiger gemessen wird. Da der Druckregulator,
der Druckanzeiger und die Konsole herkömmlich sind, sind sie nicht
gezeigt und werden nicht in weiterem Detail beschrieben.
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Das
Kontrollfluid tritt in die Kammern 46a und 46b ein
und wirkt gegen die entsprechenden exponierten Endabschnitte des
Schiffchens 40. Das Schiffchen 40 ist konzipiert,
um sich so zu bewegen, dass die von dem Druck auf das Kontrollfluid
aus den Kammern 46a und 46b erzeugte Kraft unter
der vorbestimmten Druckeinstellung, welche auf die entsprechenden
exponierten Endabschnitte des Schiffchens wirkt, gleich der Kraft
ist, die durch den Druck des Bohrfluids in dem Kanal 16 verursacht
wird, welcher auf die entsprechenden exponierten Endabschnitte des
anderen Endes des Schiffchens und der Aufnahme 50 wirkt.
Daher befindet sich das Schiffchen 40 normalerweise in
einem ausbalancierten Zustand, wie beschrieben werden wird.
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Ein
Kolben 48b ist auch durch den Haubenabschnitt 18a ausgebildet,
um vor dem Betrieb Luft aus dem System durch ein Ablassventil oder ähnliches
(nicht gezeigt) abzulassen.
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Das
Schiffchen 40 weist einen äußerlich mit Gewinde versehenen
Endabschnitt 40b mit verringertem Durchmesser auf, welcher
sich über
einen Abschnitt des Drosselelements 36 erstreckt. Ein Dichtungsring 49 erstreckt
sich in einer Nut, die auf einer inneren Oberfläche des Endabschnitts 40 ausgebildet
ist, und greift mit einer entsprechenden äußeren Oberfläche des
Drosselelements 36 ein. Eine mit Innengewinde versehene
Ableichmutter 50 steht mit dem Endabschnitt 40b des
Schiffchens 40 in Gewindeeingriff und erstreckt sich über einen
ringförmigen
Flansch 36a, der auf dem Drosselelement 36 gebildet
ist, um das Drosselelement auf dem Schiffchen zu fangen. Das Schiffchen 40 weist
zudem zwei beabstandete Nuten auf, die auf seinem inneren Durchmesser
ausgebildet sind, um die Sprengringe 35a und 35b aufzunehmen.
Daher verursacht die axiale Bewegung des Schiffchens 40 über die
befestigte Spindel 20 unter noch zu beschreibenden Bedingungen
eine entsprechende axiale Bewegung des Drosselelements 36 und
daher der Distanzscheibe 34 und des Stabs 30.
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Zwei
zylindrische Futter 54a und 54b sind in der Bohrung 14 stromabwärts von
dessen Einmündung
in den Kanal 16 vorgesehen. Ein Drosselsitz 56 ist
auch stromabwärts
vom Futter 54b in der Bohrung angeordnet und ein Dichtungsring 58 erstreckt
sich in einer auf der Oberfläche
des Drosselsitzes ausgebildeten Nut und greift mit einem entsprechenden
Abschnitt der inneren Oberfläche
des Gehäuses 12 ein. Der
Drosselsitz 56 und daher die Futter 54a und 54b werden
durch ein statisches Abgleichelement 60 in der Bohrung 14 gehalten,
welches von einem Sprengring 36 in einer auf der inneren
Oberfläche
des Gehäuses 12 ausgebildeten
Nut gehalten wird. Die Futter 54a und 54b und
der Drosselsitz 56 definieren einen Ablasskanal 62 der
Bohrung 14 des Gehäuses 12,
der sich von der Einmündung
der Bohrung 14 und des Kolbens 16 zum Ablassende 14a der
Bohrung 14 erstreckt. Der Innendurchmesser des Drosselsitzes 56 ist
in Bezug auf den Außendurchmesser
des Drosselelements 36 so bemessen, dass er dasselbe in
einer relativ dichten Passform aufnimmt, wie beschrieben werden
wird.
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Wie
besser in 2 gezeigt ist, ist der Endabschnitt
des Schiffchenabschnitts 40a zu einem kleineren Durchmesser
hin abgestuft und eine Beilagscheibe 66 schlägt gegen
die so geformt Schulter an. Ein Sprengring 68 erstreckt
sich in einer ringförmigen
Nut, die auf dem letzteren Endabschnitt ausgebildet ist, und hält die Beilagscheibe 66 gegen
die Schulter. Der äußere radiale
Abschnitt der Beilagscheibe 66 steht radial nach außen von
der äußeren Oberfläche des
Schiffchenabschnitts 40a hervor. Eine ringförmige Lippe 18c erstreckt
sich radial von dem Endabschnitt des Haubenabschnitts 18a nach innen
und ist so bemessen, dass sie einen beschränkten Raum zwischen ihm und
der Beilagscheibe definiert, es jedoch der Beilagscheibe erlaubt,
mit einem relativ kleinen Abstand durch die Lippe hindurchzutreten.
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Wenn
sich daher das Schiffchen 40 relativ zur Spindel 20 und
zur Haube 18 unter noch zu beschreibenden Bedingungen bewegt,
tritt die Beilagscheibe 66 durch den von der Lippe 18c definierten kreisförmigen Raum.
Da das Kontrollfluid in dem ringförmigen Raum zwischen der äußeren Oberfläche der
Beilagscheibe 66 und der inneren Oberfläche der Lippe 18c vorhanden
ist, wird die letztere Bewegung des Schiffchens 40 gedämpft, d.h.
es wird ein Stoßdämpfer-Effekt
erzeugt. Dies verhindert eine übermäßig rasche
Bewegung des Schiffchens 40 aus noch zu beschreibenden
Gründen.
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Im
Betrieb wird angenommen, dass das Drosselelement 36 in
seiner in 3 gezeigten maximal geöffneten
Position ist. In dieser Position ist der "Drosselbereich", d.h. der Bereich zwischen dem Ende
des Drosselelements 36 und dem Drosselsitz 56,
größer als
der Bereich des Ablasskanals 62. Daher wird keine Rückdruck
auf das Bohrfluid ausgeübt, während es
durch den Einlasskanal 16 und den Ablasskanal 62 hindurchtritt
und aus dem Gehäuse 12 zur
Rezirkulation abgelassen wird.
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Wenn
es erwünscht
ist, einen Rückdruck
auf das Bohrfluid im Kanal 16 aus oben beschriebenen Gründen auszuüben, wird
ein Kontrollfluid unter der oben genannten vorbestimmten Druckeinstellung von
der oben beschriebenen externen Quelle in den Kolben 48a eingeführt und
tritt somit in die Kammern 46a und 46b ein. Wenn
das Bohrfluid aus dem gerade gebohrten Bohrloch in und durch den
Einlasskanal 16 und in das Gehäuse 12 tritt, wird
die effektive Öffnung,
oder der Durchtritt, zwischen dem Einlasskanal 16 und dem
Ablasskanal 62 durch die axiale Bewegung des Drosselelements 36 relativ
zum Drosselsitz 56 gesteuert. Das Design ist so, dass der
Einstelldruck das Drosselelement von der maximal geöffneten
Position der 3 zu einer in 4 gezeigten Standardbetriebsposition
bewegt. In der letzteren Position drosselt das Drosselelement 36 das
Fluid im Einlasskanal 16, wodurch ein Rückdruck auf das letztere Fluid
erzeugt wird, der sich durch das Bohrloch zurück erstreckt. Dies geschieht,
bis ein Fluiddruck am Einlasskanal 16 vorhanden ist, welcher
auf das entsprechende Ende des Schiffchens 40 mit derselben
Kraft wirkt wie jene, die an dem anderen Ende des Schiffchens von
dem Druck des Kontrollfluids in dem Kammern 46a und 46b aufgewendet
wird. Dieser ausbalancierte Zustand des Drosselelements 36 ist
die in 4 gezeigte Standardbetriebsposition. In dieser
Position wird ein sehr kleiner Spalt zwischen den entsprechenden
Enden des Drosselelements 36 und des Sitzes 56 aufrecht
erhalten, der es einer relativ geringen Menge des Bohrfluids erlaubt,
in die Ablasskammer 62 einzutreten, während der oben genannte Rückdruck
aufrecht erhalten wird.
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In
Hinblick auf den ausbalancierten Zustand des Schiffchens 40 und
daher des Drosselelements 36 verursachen jegliche Änderungen
im Zustand des Bohrfluids (wie z.B. Zirkulierungsrate, Dichte und Temperatur),
die zu entsprechenden Änderungen
im Druck des letzteren, auf das Schiffchen wirkenden Fluids führen, dass
das Schiffchen sich dementsprechend bewegt, bis der ausbalancierte
Zustand wiederhergestellt ist. Daher stellt das System 10 einen vorbestimmten
Rückdruck
auf das Bohrfluid auf und behält
ihn bei, trotz der Änderungen
in dessen Eigenschaften.
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Natürlich kann
das Schiffchen 40 und daher das Drosselelement 36 zur
in 1 gezeigten völlig geschlossenen
Position bewegt werden, indem einfach der Druck des Kontrollfluids
in dem Kammern 46a und 46b auf einen über den
vorbestimmten Einstelldruck gelegenen Wert angehoben wird. Dies treibt
das Schiffchen 40 und daher das Drosselelement 36 in
eine Richtung von rechts nach links, wie aus den Zeichnungen ersichtlich,
bis die Drossel ihre völlig
geschlossene Position erreicht, in welcher der Fluidfluss vom Einlasskanal 16 zum
Ablasskanal 12 blockiert ist.
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Wenn
es erwünscht
ist, das Schiffchen 40 und daher das Drosselelement 36 von
der in 1 gezeigten, geschlossenen Position zur Standardbetriebsposition
der 4 zu bewegen, wird der Druck des Kontrollfluids
in den Kammern 46a und 46b auf den vorbestimmten
Einstellpunkt reduziert (oder der Druck des Bohrfluids im Einlasskanal 16 wird
erhöht). Dies
verursacht, dass sich das Schiffchen 40 in eine Richtung
von links nach rechts bewegt, wie aus den Zeichnungen ersichtlich,
wodurch der Einlasskanal 16 mit dem Ablasskanal 62 verbunden
wird und das Bohrfluid dazu veranlasst wird, vom ersteren zum letzteren
zu fließen.
Dieser letztere Fluss wird den Druck des Bohrfluids verringern,
bis er dem Einstelldruck des Kontrollfluids in dem Kammern 46a und 46b gleich
ist und das System in seiner oben beschriebenen, ausbalancierten Standardbetriebsposition
ist. Sobald daher die Druckeinstellung festgelegt wird, führt das
Konsolenkontrollsystem dem System 10 automatisch Fluid
oder entfernt es davon, um es dem Schiffchen 40 zu erlauben,
sich zur geeigneten Position zu bewegen, um den Einstelldruck zu
steuern.
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Während dieser
Bewegung des Schiffchens 40 und daher des Drosselelements 36 von
der geschlossenen Position der 1 zur oben
beschriebenen Standardbetriebsposition der 4 tritt
die Beilagscheibe 66 durch den von der Lippe 18c der Haube 18 definierten
kreisförmigen
Raum. Da das Kontrollfluid in dem eingeschränkten ringförmigen Raum zwischen der äußeren Oberfläche der
Beilagscheibe 66 und der inneren Oberfläche der Lippe 18c vorhanden
ist, wird die letztere Bewegung des Schiffchens 40 und
daher des Drosselelements 36 gedämpft, d.h. ein Stoßdämpfereffekt
wird erzeugt. Dies verhindert eine übermäßig rasche Bewegung des Schiffchens 40 und
eliminiert dadurch jegliche Druckspitzen und/oder plötzliche
anfängliche
Fluidanstiege, welche sehr wohl auftreten könnten, wenn diese Bewegung
nicht gedämpft
wäre.
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Alle
obigen Bewegungen des Schiffchens 40 verursachen eine entsprechende
Bewegung der Distanzscheibe 34 und des Stabs 30.
Daher variiert die Länge
des Abschnitts des Stabs 30, der aus dem Gehäuse 12 hervorsteht,
entsprechend und liefert daher eine Anzeige der relativen Position
des Drosselelements 36 in Bezug auf den Drosselsitz 50 und
daher des Grades der Fluiddrosselung und des Rückdrucks.
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In
jenen Situationen, in welchen ein merklicher Druckabfall im Einlasskanal 16 auftritt
oder wo ein Abschalten der Zirkulation des Bohrfluids erwünscht ist,
bewegt sich das Drosselelement 36 zu seiner geschlossenen
Position der 1, oder wird dorthin bewegt,
um jeglichen Fluss durch das Gehäuse 12 zu
beenden.
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Mehrere
Vorteile ergeben sich aus dem Vorangegangenen. Zum Beispiel läuft das
System 10 automatisch, um einen vorbestimmten Rückdruck
auf das Bohrfluid trotz Änderungen
in den Fluidbedingungen beizubehalten. Zudem wird eine höchst genaue
Kontrolle des Rückdrucks
unter erwünschten Druckwerten
während
des oben beschriebenen Schließens
und Öffnens
des Drosselelements 36 erreicht. Wie oben hervorgehoben
wurde, werden jegliche Druckspitzen und/oder plötzliche anfängliche Bohrfluidanstiege verhindert,
wenn sich das Drosselelement 36 von einer geschlossenen
Position zu einer offenen Position bewegt. Noch weiter wird jegliches
Geröll,
das dazu neigen würde,
den Kanal 16 zu verstopfen, den Druck des Bohrfluids erhöhen und das
Schiffchen 40 und daher das Drosselelement 36 dazu
veranlassen, sich zu bewegen, um die Verbindung zwischen den zwei
Kanälen
zu erhöhen,
den letzteren Druck auf dem Einstelldruck zu halten und zumindest
einen Teil des Gerölls
zum Ablösen
zu veranlassen. Zudem kann die Größe der Beilagscheibe 66 oder
des Schiffchenabschnitts 40c verändert werden, um dementsprechend
die Dämpfungseigenschaften
zu ändern.
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Eine
alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt.
Entsprechend dieser Ausführungsform
wird die Beilagscheibe 66 der vorherigen Ausführungsform
durch einen Endabschnitt 40c ersetzt, der an dem Endabschnitt
des Schiffchenabschnitts 40a ausgebildet ist. Der Endabschnitt 40c ist
ganzheitlich mit dem Schiffchenabschnitt 40a ausgebildet
und ist bevorzugt aus demselben Material gearbeitet. Der Endabschnitt 40c steht
radial nach außen
aus der äußeren Oberfläche des
Schiffchenabschnitts 40a hervor und hat die identische
Funktion der Beilagscheibe 66, d.h. er wirkt mit der Lippe 18c der
Haube 18 zusammen, um die Bewegung des Schiffchens auf
die oben beschriebene Weise zu dämpfen.
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Es
ist zu verstehen, dass Abänderungen
am Vorangegangenen durchgeführt
werden können, ohne
vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist die
vorliegende Erfindung nicht auf die Verarbeitung von Bohrfluid in
einer Ölfeldumgebung
beschränkt,
sondern ist gleichsam auf eine Anwendung anwendbar, die die Kontrolle
eines Fluidflusses und die Anwendung eines Rückdrucks auf dasselbe mit sich
bringt.