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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein ferngesteuertes Ventil und eine Methode für das Anwenden
desselben. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein ferngesteuert
betätigtes
einstellbares Ventil, welches in einem Tertiärförderungssystem bei der Produktion
und während
des Betriebs eines Bohrlochs angewendet werden kann.
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Während
der Produktion von Flüssigkeiten, einschließlich Öl und Wasser,
aus einer geologischen Formation heraus verfügen die meisten Bohrlöcher anfänglich über einen
ausreichend großen
natürlichen
Bohrlochdruck, mit welchem Flüssigkeiten
wirkungsvoll bis an die Erdoberfläche gehoben werden können. Über eine
gewisse Zeitspanne hinweg fällt dieser
natürliche
Bohrlochdruck jedoch ab, und es wird deshalb notwendig sein, künstliche
Stufen für das
Verbessern der Förderkapazität anzuwenden. Eine
dem Fachmann sehr wohl bekannte Methode des Unterstützens dieser
Förderbewegung
ist das Injizieren von Gas in das Fördergestänge. Diese Injizierung wird
normalerweise durchgeführt,
indem das Gas in einen Ringraum zwischen dem Fördergestänge, welches Flüssigkeit
an die Erdoberfläche
befördert,
und die Verrohrung des Bohrlochs hineingedrückt wird. Das Gas wird dann
mit Hilfe eines Gasregelventils in der gewünschten Tiefe in das Fördergestänge eingeführt. Gasblasen
vermischen sich daraufhin mit der Flüssigkeit und reduzieren die
allgemeine Dichte der Mischung. Wenn die Dichte der Flüssigkeit
auf diese Weise reduziert ist, ist der reduzierte natürliche Bohrlochdruck
wieder dazu in der Lage, die Flüssigkeit
an die Erdoberfläche
hinauf anzuheben. Dieses Injizieren von Gas in das Bohrloch fordert
den Betrieb eines Gasheberegelventils, welches die Injizierung des
Gasflusses in das Gestänge hinein
reguliert.
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Bei herkömmlichen Anwendungen können verschiedene
Arten von Hebegas-Injizierregelventile angewendet
werden. Eines der einfachsten dieser Ventile ist das Drosselventil,
welches aus einem spezifisch großen Öffnungseinsatz besteht, welcher
innerhalb des Ventilkörpers
befestigt ist, sowohl wie aus einem Rückschlagmechanismus. Die Größe der angewendeten Öffnung wird
normalerweise mit Hilfe von errechneten oder eingeschätzten Parametern gewählt und
wird sich aus diesem Grund während der
eigentlichen Anwendung als mehr oder weniger optimal erweisen. Um
zu bestätigen,
ob die Größe der gewählten Öffnung optimal
ist oder nicht, kann es weiter erforderlich sein, das Ventil ein
oder mehrere Male zu entfernen und auszuwechseln und verschieden
große Öffnungen
auszuprobieren, um auf diese Weise Bohrlochleistungsdaten zu vergleichen.
Ein jeder Akt des Entfernens und des Austauschens des Ventils fordert
jedoch eine Unterbrechung der Bohrlochproduktion sowohl wie eine
Zeitperiode, innerhalb welcher sich das Bohrloch erneut stabilisieren kann,
bevor weitere nützliche
Produktionsdaten für den
Vergleich aufgezeichnet werden können.
Ein künstlich
gefördertes
Bohrloch, dessen Reservoircharakteristiken transient sind, kann
ausserdem ein regelmäßiges Ändern der
Hebeventilöffnung
fordern, bevor optimale Bedingungen aufrecht erhalten werden können. Ein
wesentlicher Nachteil dieses Systems besteht aus der Tatsache, dass
mehrere Trips in das Bohrloch hinein und aus demselben heraus erforderlich
sind, bevor die korrekte Einstellung erreicht werden kann. Diese
zahlreichen Trips sind natürlich zeitraubend
und kostspielig.
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Das Betätigungsventil einer künstlichen
Hebeinstallation soll normalerweise den Durchfluß von injiziertem Gas aus der
Verrohrung in das Fördergestänge regulieren
oder einschränken
und den Durchfluß von
injiziertem Gas in Reaktion entweder auf einen vorgewählten Druck
oder aufgrund einer Steuerung von der Erdoberfläche her ermöglichen. Ein Problem, welches
bei der Anwendung von Gashebeventilen, welche entweder voll geöffnet oder
voll geschlossen sind, immer wieder auftritt ist die Tatsache, dass
Gashebeproduktionskomplettierungen geschlossene Flüssigkeitskreise
repräsentieren,
welche aufgrund der Kompressierbarkeit der Flüssigkeiten und der oft besonders
großen
Tiefe des Bohrlochs von Natur aus besonders elastisch sind. Aus diesem
Grund, und besonders in einem Fall von Doppelkomplettierungsbohrlöchern, kann
der Durchfluß von
injiziertem Gas durch ein voll geöffnetes Gashebeventil Schwingungen
auf einer harmonischen Frequenz innerhalb des geschlossenen Kreises
verursachen, und auf diese Weise resonante Oszillierungen innerhalb
desselben und extrem große
und zerstörerische
Kräfte
innerhalb der Produktionsausrüstung erzeugen.
Gashebeventile mit einer Öffnung
einer bestimmten Größe, welche
an einem Resonanzpunkt innerhalb der Bohrlochkomplettierung(en)
positioniert sind, müssen
deshalb oft ausgewechselt werden, bevor das System betrieben werden
kann.
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Ein weiterer Anwendungszweck für Flüssigkeitsregelventile
innerhalb eines Produktionsbohrloches ist die chemische Injizierung.
In manchen Bohrlöchern
kann es notwendig sein, eine bestimmte Menge von Chemikalien in
das Bohrloch hinein zu injizieren, um entweder die Bohrlochproduktionsausrüstung oder
die Formation um dasselbe Bohrloch herum zu behandeln. Das Einführen von
Chemikalien durch ein Tieflochventil, welches entweder nur voll geöffnet oder
nur voll geschlossen werden kann, ermöglicht keinerlei präzise Kontrolle über die
Menge von Chemikalien, welche in das Bohrloch hinein injiziert werden.
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Eine weitere Anwendung für Tieflochfließregelventile
ist diejenige des Doppelkomplettierungsgashebebetriebs in einem
Bohrloch. Durch das Variieren der Öffnungsgröße des Gasinjizierventils kann hier
der Differentialdruckabfall über
dem Gashebeventil kontrolliert werden, so dass der Druck des Gases
innerhalb einer jeden Rohranordnung am Injizierventil den Anforderungen
der jeweiligen Formation angepaßt
werden kann. Fließregelventile,
die nur voll geöffnet
oder nur voll geschlossen werden können, führen jedoch zu einer nicht
präzisen
Kontrolle dieses Druckabfalls. Solche Systeme leiden ausserdem unter
einer möglichen
Resonanzbildung aufgrund der Oszillierung, welche durch den Durchfluß durch
das Ventil erzeugt wird, was wiederum ein Tuning des Systems auf
irgendeine Art und Weise oder das Auswechseln des Ventils erforderlich
machen wird, bevor das System betrieben werden kann.
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Eine weitere Anwendung für Tieflochflüssigkeitsregelventile
ist das "Auto-Lifting". Ein Auto-Lifting
tritt auf, wenn Gas aus einer geologischen Formation unter relativ
hohem Druck für
das Erstellen der für
das Anheben von Flüssigkeit
aus einer getrennt gelegenen Formation erforderlichen Energie angewendet
wird, wobei all dies innerhalb des gleichen Bohrlochs geschehen
soll.
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Wie weiter oben schon erwähnt, weisen Fließregelventile
für Tieflochanwendungen
nach dem aktuellen Stand der Technik, wie zum Beispiel Gashebeventile,
eine Reihe von inhärenten
Nachteilen auf. Ein erster dieser Nachteile besteht aus der Tatsache,
dass im geöffneten
Zustand lediglich eine einzige Fließöffnungsgröße vorhanden ist, welche eine resonante
Oszillierung erzeugen kann, die wiederum in der Erzeugung von zerstörerischen
Kräften
innerhalb des Bohrloches resultieren kann. Ein zweiter Nachteil
ist derjenige, dass nur eine voll geöffnete oder eine voll geschlossene
Position erhältlich
ist, welche beide das Pendeln des Ventils zwischen diesen beiden
Position unter hohem Druck fordern und in einer besonders starken
Abnutzung der Ventile resultieren. Eine solche Abnutzung fordert
wiederum häufige
Instandhaltungsmaßnahmen
oder das Auswechseln der Ventile, was sich als extrem kostspielig erweisen
kann.
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Ein weiterer Ventiltyp, welcher für Gashebeanwendungen
genutzt wird, besteht aus einem hydraulisch betätigten Ventil, welches im allgemeinen von
der Erdoberfläche
aus gesteuert wird. Ein solches Kontrollieren des Durchflusses einer
hydraulischen Flüssigkeit
von der Erdoberfläche
aus beinhaltet das Betätigen
eines Tellerventils für
das Kontrollieren des Flusses von Flüssigkeit in das Gashebeventil
hinein. Das Ventil wird so lange wie notwendig aus einer geschlossenen
Position auf eine geöffnete Position
bewegt, um den Durchfluß des
Hebegases zu erzielen. Solche Ventile sind ausserdem nicht positionsstabil,
d. h. das Gashebeventil wird bei einer Unterbrechung des hydraulischen
Regeldrucks auf seine normalerweise geschlossene Konfigurierung zurückkehren.
Andere hydraulisch betätigte
Tieflochfließregelventile
weisen als Resultat ihrer langen hydraulischen Kontrolleitungen
auch bestimmte inhärente
Nachteile auf, welche in einer Verzögerung bei der Übertragung
von Kontrollsignalen an ein Tieflochgerät resultieren. Bei einer Anwendung,
welche hydraulisch getriebene Motoren oder Kolben umfasst, wird
zum Beispiel ein besonders präziser
Durchfluß von
hydraulischer Flüssigkeit
erforderlich sein, um das Ventil auf notwendige kritische Toleranzen
einstellen zu können,
und dies kann aufgrund der Hysterese, welche sich in einem hydraulischen
System entwickelt, welches größere Bohrlochtiefen
beinhaltet, oft nur schwer erreicht werden. Die auf solchen Bohrlochtiefen
vorhandene hydraulische Förderhöhe repräsentiert
eine weitere Komplikation. Auf solchen Tiefen kann der Druck, welcher
durch die Säule
der hydraulischen Flüssigkeit
ausgeübt
wird, besonders groß sein,
was das Einstellen des Ventils weiter erschwert, da der zusätzliche
hydraulische Druck ausgeglichen werden muß, wenn dasselbe Ventil eingestellt
wird. Diese Probleme bestehen hauptsächlich aufgrund der Tatsache,
dass das Feineinstellen des Ventils von dem Durchfluß der hydraulischen
Flüssigkeit
abhängt,
welche von der weit entfernt gelegenen Erdoberfläche aus kontrolliert wird,
und das Feineinstellen eines solchen Ventils ist aus den oben aufgeführten Gründen deshalb
nur besonders schwierig durchzuführen.
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Um einige dieser Nachteile zu überkommen wurden
elektrisch gesteuerte Gashebeventile entwickelt. Aber auch einige
dieser Ventile, wie zum Beispiel das Ventil, welches in US-Anmeldung 3.427.989
geoffenbart wird, leiden unter Nachteilen mit Bezug auf ihre Positionsstabilität und ihren
Betrieb, welcher entweder auf einem voll geöffneten oder einem voll geschlossenen
Ventil basiert ist. Ein weiteres elektrisches Ventil, welches in
der ausstehenden US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/ 218.375 geoffenbart
wird, löst
durch das Bereitstellen eines elektrischen Ventils, welches das
Einstellen einer variablen Öffnungsgröße mit Hilfe
von Signalen von der Erdoberfläche
aus ermöglicht,
viele der Probleme, unter welchen elektrische Regelventile nach dem
aktuellen Stand der Technik leiden. Obwohl diese Ventile sich ausgezeichnet
für ihre
beabsichtigte Anwendung eignen sind sie wesentlich kostspieliger und
komplizierter in ihrem Design als die weiter oben schon erwähnten herkömmlichen
hydraulischen Ventile. US 5.172.717 veranschaulicht ein elektrisch
betätigtes
Tieflochsystem für
das Kontrollieren und Überwachen
des Durchflusses von Gas aus einem Gashebebohrloch.
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Es ist dem Fachmann auf diesem Bereich deshalb
eindeutig klar, dass ein Bedarf für ein preiswertes, flüssigkeitsaktiviertes
Regelventil eines einfachen Designs besteht, in welchem die Größe der Öffnung des
Ventils über
eine Reihe von Werten hinweg einstellbar ist, welche es durch resonante
Oszillierung gefährdeten
Gashebesystemen ermöglichen würden, durch
ein Einstellen der Größe der Öffnung fein
eingestellt zu werden und dadurch die resonanten Oszillierungen
zu verzehren. Ein Ventil mit einer solchen einstellbaren Öffnung würde eine
sehr viel größere Kontrolle über die
Menge und die Rate der Injizierung von Flüssigkeit in das Bohrloch hinein
erlauben. Insbesondere würde
eine solche präzisere Kontrolle über den
Fluß des
Injiziergases in ein Doppelhebegasbohrloch hinein eine ununterbrochene Kontrolle
des Injizierdrucks in beiden Rohranordnungen eines gemeinsamen Ringraums
ermöglichen, was
wiederum in einer wirtschaftlicheren Produktion aus dem Bohrloch
resultieren würde.
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Es besteht auf diesem Bereich weiter
ein Bedarf für
ein flüssigkeitsaktiviertes
Regelventil, welches positionsstabil ist; dies bedeutet, dass es
möglich
sein würde,
ein Fließregelventil
auf eine bestimmte Öffnungsgröße einzustellen
und es in dieser Position festzustellen, bis es wahlweise auf eine
andere Größe umgestellt
wird, ohne dass ein Bohrlochverfahren für dieselbe Änderung der Öffnungsgröße erforderlich
ist, d. h. ein Herausziehen des Ventils. Es besteht auf diesem Bereich
weiter ein Bedarf für
ein flüssigkeitsaktiviertes
Regelventil, welches nicht nur die Öffnungsgröße des Ventils überwachen
kann, sondern welches ausserdem die Drucke und Fließraten innerhalb
des Produktionssystems überwacht, um
auf diese Weise die gewünschten
Produktionsparameter innerhalb des Bohrloch zu erzielen.
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Das flüssigkeitsaktivierte Fließregelventilsystem
der vorliegenden Erfindung bietet ein Ventilsystem, welche die Nachteile
von Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik überwindet.
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Um diese weiter oben erwähnten Probleme des
aktuellen Standes der Technik zu lösen ist es eines der Hauptziele
der vorliegenden Erfindung, ein fernsteuerbares, hydraulisch betätigtes Ventil
zu bieten, welches sowohl die Empfindlichkeit von ferngesteuerten
hydraulisch aktivierten Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik
gegenüber
dem unvermeidbaren Auftreten von Variationen des hydraulischen Drucks
und der Reaktionszeit wie auch die große Komplexität und die
Kosten ferngesteuerter elektrisch betätigter Ventile überwindet.
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Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet
deshalb ein flüssigkeitsaktiviertes
fernsteuerbares Ventil, welches in einem Tertiärförderungssystem angewendet werden
kann, und welches das Folgende umfasst: (1) einen gestreckten Ventilkörper mit
einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem Verfahrensflüssigkeitsauslaß, (2) eine
gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert
ist und relativ zu demselben axial verdrängt werden kann, um eine Rate
des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem
Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion
einer relativen axialen Position der Schieberspindel im Verhältnis zu
dem Ventilkörper
einzustellen, und (3) eine Nocke, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert
ist und den Ventilkörper
mit der Schieberspindel verkuppelt, wobei die Nocke eine Reihe von
axialen Verdrängungspositionen
auf derselben umfasst, um die Schieberspindel auf diese Weise wahlweise
auf eine der relativen axialen Positionen im Verhältnis zu
dem Ventilkörper
zu platzieren, wobei der Ventilkörper
eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung umfasst,
welche das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf und das
Entfernen desselben Drucks von dem Ventil ermöglicht, um die Schieberspindel
auf diese Weise axial und im Verhältnis zu dem Ventilkörper zwischen
einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und her zu bewegen,
wobei die Nocke sich von einer ersten axialen Verdrängungsposition
auf eine zweite axiale Verdrängungsposition
bewegt, wenn die Schieberspindel hin und her bewegt wird, und wobei
ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition
daher ein Einstellen der Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen
dem Flüssigkeitseinlaß und dem
Flüssigkeitsauslaß verursacht.
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Wie weiter oben schon erwähnt weisen Fließregelventile
für Tieflochanwendungen
nach dem aktuellen Stand der Technik, wie zum Beispiel Gashebeventile,
eine Reihe von inhärenten
Nachteilen auf. Ein erster dieser Nachteile ist die Tatsache, dass eine Öffnung mit
nur einer einzigen Größeneinstellung
auf ihre geöffnete
Position gestellt werden muß, und
dass dies eine resonante Oszillierung produzieren kann, welche wiederum
in zerstörerischen
Kräften
innerhalb des Bohrlochs resultieren wird. Die einzige Größeneinstellung
dieser Öffnung
der Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik erfordert weiter
ein langwieriges und kostspieliges Versuchsverfahren des Einführens eines
Ventils mit einer feststehenden Öffnung
einer bestimmten Größe, welches innerhalb
des Bohrlochs auf eine stabile Stellung positioniert werden muß, das Bestimmen
der Produktionsrate, und das Wiederholen der ersten drei Stufen für das Bestimmen
der Produktionsrate als eine Funktion der Öffnungsgröße, um die Produktion aus dem
Bohrloch zu optimieren.
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Ein zweiter Nachteil einiger der
hydraulisch betätigten
Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik besteht darin, dass
dieselben nur entweder auf eine voll geöffnete oder eine voll geschlossene Position
gestellt werden können,
und dass sie weiter das Pendeln desselben Ventils zwischen diesen
beiden Positionen unter hohem Druck fordern, was in einer beachtlichen
Abnutzung der Ventile resultiert. Eine solche Abnutzung fordert
häufige
Instandhaltungsverfahren oder das regelmäßige Auswechseln der Ventile,
was wiederum sehr kostspielig ist. Hydraulisch betätigte Tieflochfließregelventile
nach dem aktuellen Stand der Technik weisen weiter bestimmte inhärente Nachteile
als ein Resultat ihrer langen hydraulischen Kontrolleitungen auf,
welche oft in einer Hysterese bei der Anwendung von Kontrollsignalen resultieren,
die an das Tieflochventil übertragen
werden. Ausserdem sind Ventile nach dem aktuellen Stand der Technik
nicht dazu in der Lage, Telemetriekreise für das Weiterleiten von Information
von den Ventilen an ein Steuersystem an der Erdoberfläche zu beinhalten.
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Die vorliegende Erfindung überwindet
diese Nachteile solcher hydraulisch aktivierten Ventile nach dem
aktuellen Stand der Technik, indem sie ein hydraulisch aktiviertes
Ventil mit einer Öffnung
bietet, welche über
eine Reihe von diskreten Größen hinweg
einstellbar ist. Dies ermöglicht
das Feineinstellen von Systemen wie zum Beispiel Gashebesystemen,
welche gegenüber
einer resonanten Oszillierung besonders empfindlich sind, mit Hilfe
des Einsteilens der Größe der Öffnung,
so dass dasselbe System dann nicht länger resonant ist. Eine einstellbare Öffnung ermöglicht ausserdem
eine Kontrolle über
die Menge und die Rate der Injizierung von Flüssigkeiten in das Bohrloch.
Insbesondere wird auf diese Weise eine weitaus präzisere Kontrolle über den Durchfluß von Injiziergas
in eine Doppelhebegasbohrlochkomplettierung hinein ermöglicht,
welche wiederum die ununterbrochene Kontrolle des Injizierdrucks
in beiden Rohranordnungen eines gemeinsamen Ringraums ermöglichen
würde.
Dies ermöglicht weiter
die Kontrolle des Produktionsdrucks und der Durchflußrate innerhalb
des Bohrlochs und wird in einer wirtschaftlicheren Produktion aus
dem Bohrloch resultieren.
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In strengem Widerspruch zu herkömmlichen hydraulisch
aktivierten Ventilen umfasst das Ventil der vorliegenden Erfindung
eine einzigartige neue Nockenanordnung, welche jegliche Empfindlichkeit des
Ventils gegenüber
von Variationen oder Verzögerungen
des hydraulischen Drucks beseitigt, unter welcher diese Ventile
normalerweise leiden. Die Nocke übersetzt
eine einfache AnlAus-Anwendung
des hydraulischen Drucks in eine Hin- und Herbewegung der Schieberspindel
und eine Umstellung auf vorbestimmte diskrete Ventilpositionen.
Auf diese Weise können
Variationen oder Verzögerungen,
welche bei Ventilen nach dem aktuellen Stand der Technik in falschen
Durchflußraten
resultiert hätten,
in diesem Fall keinerlei Auswirkung ausüben.
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In der Vergangenheit war der Fachmann
auf diesem Bereich oft der Meinung, dass nur elektrisch aktivierte
Ventile die notwendige Kontrollierbarkeit besitzen, welche diese
inhärenten
Probleme hydraulisch aktivierter Ventile überwinden kann.
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Die vorliegende Erfindung beweist
jedoch, dass eine vorhersehbare hydraulische Kontrolle eine ausgezeichnete
Alternative zu solchen elektrisch aktivierten Ventilen nach dem
aktuellen Stand der Technik repräsentiert.
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Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft eines
Tieflochfließregelventilsystems
ist die Positionsstabilität
der Fließregelöffnung.
Das heißt,dass
es besonders nützlich
sein würde,
wenn ein Fließregelventil
auf eine bestimmte Öffnungsgröße eingestellt werden
könnte,
und wenn es auf derselben festgestellt werden könnte, bis diese wahlweise auf
eine andere Größe umgestellt
wird. Die Positionsstabilität ist
vorzugsweise in der Abwesenheit irgendwelcher Kontrollsignale an
das Ventil vorhanden, so dass jegliche auferlegte Kraft nur für das Umstellen
der Öffnung
von einer Größe auf eine
andere erforderlich ist. Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet
an der Nocke befindliche definierte axiale Verdrängungspositionen um sicherzustellen,
dass die Schieberspindel auch in der Abwesenheit eines hydraulischen
Drucks auf ihrer Position verbleibt. Druck wird daher nur für das Umstellen
des Ventils auf eine andere Größe auferlegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist die Nocke rotierbar und umfasst einen
J-Schlitz um einen Umfang um dieselbe herum, wobei dieser J-Schlitz
so adaptiert ist, dass er eine Kurvenrolle in demselben empfangen
kann, um auf diese Weise die relative axiale Position der Schieberspindel
im Verhältnis
zu dem Ventilkörper
zu bestimmen, wobei der J-Schlitz eine Reihe von Zwischendurchgängen umfasst,
welche die Reihe von axialen Verdrängungspositionen mit denselben
verkuppeln. Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden
soll, kooperiert der J-Schlitz mit der Kurvenrolle, um dieselbe
Kurvenrolle in eine gewählte
axiale Position zu platzieren, wenn die Kurvenrolle axial im Verhältnis zu
dem J-Schlitz verlegt wird. Die vorliegende Erfindung nutzt das
Konzept des J-Schlitzes deshalb auf besonders vorteilhafte Art und
Weise, um eine vorhersehbare Kontrolle eines Ventils zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine Kurvenrolle,
welche den Ventilkörper
mit der Nocke verkuppelt. Auf diese Weise überquert die Kurvenrolle den
J-Schlitz, wenn die Schieberspindel im Verhältnis zu dem Ventilkörper hin
und her geschoben wird. Bei einem solchen Arrangement ist die Nocke
im Verhältnis
zu der Schieberspindel axial festgestellt, obwohl sie frei rotieren
kann. Bei einer alternativen Ausführung kann die Nocke im Verhältnis zu dem
Ventilkörper
axial festgestellt sein, und die Kurvenrolle kann an der Schieberspindel
befestigt sein. Bei jeder dieser beiden Ausführungen ist das Resultat jedoch
das gleiche.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung, umfasst die Schieberspindel einen Differentialkolben,
welcher innerhalb einer Hülse
des Ventilkörpers
hin und her geschoben werden kann und eine Kontrollflüssigkeitskammer um
denselben Differentialkolben herum definiert; das Auferlegen des
Kontrollflüssigkeitsdrucks
auf diese Kontrollflüssigkeitskammer
wird die Schieberspindel dazu veranlassen, sich auf eine gesperrte
Position zu bewegen. Ein Differentialkolben ist in der Form eines doppelten,
getrennt positionierten Kolbens definiert, welcher verschiedene
Oberflächenbereiche
umfasst, die miteinander verkuppelt sind, um sich in die gleiche
Richtung zu bewegen. Wenn ein Druck auf den Raum zwischen den Kolben
auferlegt wird, übt
dieser Druck eine größere Kraft
auf den Kolben mit der größeren Oberfläche aus
als auf denjenigen mit der kleineren Oberfläche aus, und bewegt auf diese
Weise beide Kolben in die Richtung der Kraft, welche auf den Kolben
mit der größeren Oberfläche drückt. Die vorliegende
Erfindung verwendet diesen Differentialkolben, um es dem Kontrollflüssigkeitsdruck
zu ermöglichen,
auf eine bestimmte Stufe hin anzusteigen, bevor die Kolbenbewegung
ausgelöst
wird, so dass die Empfindlichkeit des Ventils gegenüber von Druckabnormalitäten oder
-abweichungen reduziert wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung definieren der Ventilkörper und die Schieberspindel
eine Druckausgleichskammer an demjenigen Ende, welches distal zu
dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt,
wobei der Ventilkörper
eine Druckausgleichsöffnung
umfasst, welche eine Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Druckausgleichskammer und dem Umfeld ermöglicht,
welches das distale Ende umgibt. Dieses Umfeld, welches das distale
(normalerweise das obere) Ende umgibt, besteht normalerweise aus
dem Fördergestänge. Der
Gestängedruck
kann deshalb gegen die Schieberspindel zur Wirkung gebracht werden.
Dieser Gestängedruck
hebt den Verfahrensflüssigkeitseinlaßdruck auf
(normalerweise der Verrohrungsdruck), welcher in die entgegen gesetzte
Richtung zur Wirkung gebracht wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung definieren der Ventilkörper und die Schieberspindel
eine Druckausgleichskammer an demjenigen Ende, welches distal zu
dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt,
wobei die Schieberspindel eine Druckausgleichsöffnung umfasst, welche eine
Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Druckausgleichskammer und einem Umfeld ermöglicht,
welches den Verfahrensflüssigkeitseinlaß umgibt.
Für Anwendungen,
bei welchen der Verrohrungsdruck wesentlich größer ist als der Gestängedruck
ist es möglich,
dass das hier beschriebene Druckausgleichssystem nicht ausreicht,
um die Schieberspindel daran zu hindern, innerhalb des Ventilkörpers aufzuschwimmen
und die Öffnungsgröße auf diese
Weise zu ändern.
Bei solchen Anwendungen kann der Verfahrensflüssigkeitseinlaßdruck über die
Druckausgleichsöffnung
in die Druckausgleichskammer eingeleitet werden, um mögliche Gestängedruckempfindlichkeiten
zu minimieren. Ein weiterer Vorteil, der mit dieser Ausführung assoziiert ist,
besteht aus der Tatsache, dass die obere Kammer dem reineren Injiziergasumfeld
der Verrohrung ausgesetzt ist, und nicht dem oft verunreinigten
Produktionsflüssigkeitsumfeld
der Verrohrung. Der Innenraum des Ventils ist deshalb einem relativ
reineren und verunreinigungsfreien Umfeld ausgesetzt. In manchen
Fällen
kann die Flüssigkeit
innerhalb der Verrohrung Komponente wie zum Beispiel geologische
Sedimentation, Wasser, und andere Substanzen wie zum Beispiel korrosive
Minerale beinhalten, welche mit derselben Flüssigkeit vermischt sind, und welche
das Ventil daran hindern können,
richtig zu funktionieren. Das Injiziergas ist natürlich frei
von solchen. Verunreinigungen, welche daher auch hier nicht vorhanden
sind, und daher den Betrieb des Ventils nicht stören können.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst die Nocke mehr als eine Verdrängungsposition
auf derselben, und umfasst vorzugsweise mindestens drei axiale Verdrängungspositionen
auf derselben. Diese axialen Verdrängungspositionen können aperiodisch
angeordnet sein. Auf diese Weise liefert die Nocke bei der hier
geoffenbarten Ausführung
mehrere Positionen, deren maximale Anzahl nur durch die physische
Geometrie und das allgemeine Design des Ventils eingeschränkt wird,
und besonders durch den Umfang der Nocke und die Breite der Durchgänge des J-Schlitzes.
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Der Kontrollflüssigkeitsdruck kann mit Hilfe einer
Kontrollflüssigkeit
produziert werden, welche aus einer Gruppe gewählt werden kann, die aus einer hydraulischen
Flüssigkeit
und einem Gas besteht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung bietet die Nocke eine axiale Verdrängungsposition,
in welcher die Schieberspindel das Ventil schließt. Wie weiter unten noch eingehender
beschrieben werden soll, ist diese geschlossene Position besonders
nützlich
für diagnostische
Zwecke. In Ventilen, welche nicht mit Verdrängungssensoren ausgestattet
sind, ermöglicht
das Vorhandensein einer solchen geschlossenen Position die Oberflächenbestimmung
des Ventilzustandes. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn die
Position des Ventils nicht einfach festgestellt werden kann oder
vergessen wurde.
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Bei einer weiteren Ausführung der
vorliegenden Erfindung kooperieren die Schieberspindel und der Ventilkörper miteinander
und formen eine Venturiöffnung,
welche mit dem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und -auslaß verkuppelt
ist. Venturiöffnungen
ermöglichen
einen kritischen Durchfluß bei
relativ niedrigen Durchflußraten
der Verfahrensflüssigkeit,
und dies resultiert daher in einer weitaus besseren Ventilleistung.
Das Ventil der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise eine
Venturiöffnung,
welche den Betrieb desselben Ventils wesentlich erleichtert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung kann der Ventilkörper so betrieben werden, dass
er innerhalb einer Seitenaussparungsspindel positioniert werden
kann, welche mit einer Bohrlochdurchflußader assoziiert ist. Dem Fachmann
auf diesem Bereich ist die Anwendung einer Seitenaussparungsspindel
für das
Beherbergen eines Gashebeventils sehr wohl bekannt. Das Ventil der
vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen genauso lang, verfügt über den
gleichen Durchmesser, und umfasst das gleiche Schwerkraftszentrum
und die gleiche Masse wie ein Ventil nach dem aktuellen Stand der
Technik. Dies ist besonders wichtig, wenn eine Drahtleitung für das Herausziehen
des Gashebeventils vorhanden ist, welche auch in krummen Bohrlöchern mit
einer Maximalkrümmung
von ungefähr
70 Grad verwendet werden kann.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine Feder, welche
die Schieberspindel in Richtung einer geschlossenen Position im
Verhältnis
zu dem Ventilkörper
vorspannt. Diese Feder hebt eine mögliche Neigung der Schieberspindel,
aufzuschwimmen, auf und steigert auf diese Weise die Öffnungsgröße. Die
Anwendung von hydraulischem Druck von der Erdoberfläche aus
hebt die Kraft derselben Feder auf und ermöglicht es der Schieberspindel,
sich hin und her zu bewegen und eine unterschiedliche axiale Position
und Öffnungsgröße einzunehmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter eine entfernt gelegene
Quelle für
den kontrollierbaren hydraulischen Druck, welche mit der Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung verkuppelt
ist, wobei die entfernt gelegene Quelle dazu fähig ist, einen vorgeschriebenen
Druck zu etablieren und zu unterbrechen, um die Schieberspindel
innerhalb des Ventilkörpers
hin und her zu bewegen. Wie weiter oben schon eingehender beschrieben,
fordert die vorliegende Erfindung lediglich eine intermittierende
Quelle für
den hydraulischen Druck, welcher eine Mindestdruckschwelle überschreiten
muß. Der
eigentliche Druck und die Rate, mit welcher derselbe Druck auferlegt
wird, sind dabei für
den Betrieb des Ventils nicht wichtig, solange der Druck dazu ausreicht,
die Schieberspindel hin und her zu bewegen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter einen Sensor für das Übertragen
von Ventildaten an einen entfernt gelegenen Standpunkt, wobei derselbe
Sensor aus der folgenden Gruppe gewählt werden kann: (1) einem
Gestängedruckwandler
und (2) einem Schieberspindel-Axialverdrängungswandler.
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Ein weiterer beachtlicher Vorteil,
welcher bei Tieflochfließregelventilsystemen
sehr wünschenswert
ist, ist der eines akkuraten Systems für die Überwachung von nicht nur der Öffnungsgröße des Ventils,
sondern auch des Drucks des Fördergestänges, um
auf diese Weise die gewünschten
Produktionsparameter innerhalb des Bohrloches zu erhalten. Es ist zum
Beispiel besonders vorteilhaft, einen bestimmten Bohrlochdruck zu
wählen
und die Größe der Öffnung des
Ventils dann zu kontrollieren, um den gewünschten Wert für diesen
Bohrlochdruck zu erhalten. Solche Systeme fordern eine verläßliche Vorrichtung
sowohl für
das Senden von Daten aus dem Bereich des Ventils an die Erdoberfläche wie
auch für das
Verarbeiten derselben Daten und das darauffolgende aktive Kontrollieren
der Größe der Fließöffnungsgröße des Ventils,
um auf diese Weise das gewünschte
Resultat zu erhalten, welches von dem System überwacht wird.
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Bei dieser bevorzugten Ausführung umfasst das
Ventil Wandler für
das Aufspüren
der Verdrängung
der Schieberspindel (und daher der Öffnungsgröße) und des Gestängedrucks.
Weitere Sensoren, wie zum Beispiel Fließratenwandler, können innerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung natürlich auch angewendet werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung steht der Verfahrensflüssigkeitseinlaß in Kommunikation
mit einer Verrohrung eines Untergrundbohrloches. Auf diese Weise zwingt
der Verrohrungsdruck vorzugsweise eine in der Verrohrung befindliche
Verfahrensflüssigkeit durch
das Ventil der vorliegenden Erfindung. Bei Gashebesystemen, in welchen
Gas durch eine Verrohrung gezwungen wird, welche zentral zu der
Verrohrung liegt, um eine Produktion durch dieselbe Verrohrung hindurch
zu ermöglichen,
würde der
Verfahrensflüssigkeitseinlaß stattdessen
mit der Verrohrung in Kommunikation stehen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung steht der Verfahrensflüssigkeitsauslaß mit dem
Fördergestänge in Kommunikation,
welches sich innerhalb einer Verrohrung eines Untergrundbohrloches
befindet. Auf diese Weise fließt
die Verfahrensflüssigkeit
vorzugsweise aus dem Ventil heraus und durch das Ventil der vorliegenden
Erfindung hindurch in das Fördergestänge hinein.
Bei Gashebesystemen, bei welchen Gas durch das Gestänge, welches
zentral zu der Verrohrung liegt, gedrückt wird, um eine Produktion
durch dieselbe Verrohrung hindurch zu ermöglichen, würde der Verfahrensflüssigkeitsauslaß stattdessen
mit der Verrohrung in Kommunikation stehen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung umfasst das Ventil weiter ein Rückschlagventil
für das
Verhindern eines größeren Rückflusses
von Verfahrensflüssigkeit
aus dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß zurück in den
Verfahrensflüssigkeitseinlaß. Dieses
Rückschlagventil
verhindert einen solchen Durchfluß durch das Ventil.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung sind die erste und die zweite ringförmige Dichtung
um den Ventilkörper
herum positioniert und kooperieren mit einer Spindel, welche den
Ventilkörper
umgibt, um auf diese Weise eine ringförmige Kammer für den Empfang
einer Kontrollflüssigkeit
für das
Einführen
in das Ventil durch die Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung hindurch zu
erstellen. Wie weiter oben schon eingehender beschrieben befindet
sich das Ventil der vorliegenden Erfindung vorzugsweise innerhalb
einer Seitenaussparungsspindel. Anstatt einen hydraulischen Schlauch
zusammen mit dem Ventil einzuführen kann
das Ventil vorzugsweise in eine Spindel herabgelassen werden, welche
eine integrale hydraulische Drucköffnung umfasst. Das Ventil
ist abdichtend an diese Drucköffnung
angeschlossen, was es dem in dieser Öffnung entwickelten Flüssigkeitsdruck
wiederum ermöglicht,
die Schieberspindel hin und her zu bewegen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist das Ventil mit einem Einführ-/Entfernungswerkzeug
kombiniert, wobei dasselbe Einführ-/Entfernungswerkzeug
mit einem Ende des Ventilkörpers
verkuppelt ist, welches distal zu dem Verfahrensflüssigkeitsauslaß positioniert
ist, und wobei das Ventil entfernbar in einer Spindel innerhalb
eines Untergrundbohrloches positioniert ist. Das Einführ-/Entfernungswerkzeug
ermöglicht
das Einstellen des Ventils in einer gewünschten Position und das Entfernen
desselben. Es ist oft weiter vorteilhaft, das Ventil der vorliegenden
Erfindung gegen ein Ventil mit einer feststehenden Öffnungsgröße auszutauschen,
nachdem das Ventil der vorliegenden Erfindung dazu angewendet wurde,
die optimale Öffnungsgröße zu bestimmen.
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Bei einer weiteren Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird ein Tertiärförderungssystem für die Anwendung
in einem Untergrundbohrloch geboten, welches ein Fördergestänge und
ein Ventil gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, welches in einer Seitenaussparungsspindel positioniert
ist, welche wiederum mit dem Fördergestänge und
einer Verrohrung assoziiert ist, welches das Fördergestänge umgibt und welches so adaptiert
ist, dass es eine Verfahrensflüssigkeit
empfangen und dieselbe Verfahrensflüssigkeit mit Hilfe einer Rate
des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
durch das Ventil hindurch bis in das Fördergestänge hinein übertragen kann. Der Fachmann
auf diesem Bereich wird hier sofort erkennen, dass dies ein bevorzugtes
Umfeld für
den Betrieb des Ventils der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der
vorliegenden Erfindung besteht die Verfahrensflüssigkeit aus einem Gas. Der
Fachmann auf diesem Bereich wird auch hier wieder sofort kennen,
dass das Ventil der vorliegenden Erfindung auch den Durchfluß von Flüssigkeiten
vorteilhaft bemessen kann.
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Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung
bietet eine Methode für
das Ferneinstellen eines Ventils, welches in einem Tertiärförderungssystem
angewendet werden kann, wobei dieselbe die folgenden Stufen umfasst:
das Auferlegen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks
auf eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung in
einem gestreckten Ventilkörper, wobei
der vorgenannte Ventilkörper
einen Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einen
Verfahrensflüssigkeitsauslaß umfasst;
das axiale Verdrängen
einer gestreckten Schieberspindel, welche innerhalb des vorgenannten
Ventilkörpers
positioniert ist, von einer ersten eingestellten Position auf eine
zweite gesperrte Position, wobei die vorgenannte Schieberspindel axial
relativ zu dem vorgenannten Ventilkörper verdrängt werden kann, um auf diese
Weise eine Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem
vorgenannten Flüssigkeitsauslaß als eine
Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel
im Verhältnis
zu dem vorgenannten Ventilkörper
einzustellen; das Bewegen einer Nocke von einer ersten axialen Verdrängungsposition
auf eine Zwischenposition mit Hilfe der vorgenannten Schieberspindel,
wobei die vorgenannte Nocke innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers positioniert
ist und den vorgenannten Ventilkörper
mit der vorgenannten Schieberspindel verkuppelt, und wobei die vorgenannte
Nocke eine Reihe von axialen Verdrängungspositionen auf derselben
erstellt, so dass die vorgenannten Schieberspindel wahlweise auf
eine dieser relativen axialen Positionen im Verhältnis zu dem vorgenannten Ventilkörper platziert
werden kann; und das Entfernen des vorgenannten Kontrollflüssigkeitsdrucks,
wobei die vorgenannte Schieberspindel die vorgenannte Nocke von
der vorgenannten Zwischenposition auf eine zweite axiale Verdrängungsposition bewegt,
und wobei ein Unterschied zwischen der vorgenannten ersten und der
zweiten axialen Verdrängungsposition daher
ein Einstellen der vorgenannten Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem
vorgenannten Flüssigkeitsauslaß verursacht.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird hier ein fernsteuerbares Ventil geboten,
welches in einem Tertiärförderungssystem
angewendet werden kann, und welches das Folgende umfasst: einen
gestreckten Ventilkörper
mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem
Verfahrensflüssigkeitsauslaß; eine
gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des vorgenannten Ventilkörpers positioniert
ist, für
das axiale Verdrängen
relativ zu derselben und das Einstellen einer Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem
vorgenannten Flüssigkeitsauslaß als eine
Funktion einer relativen axialen Position der vorgenannten Schieberspindel
im Verhältnis
zu dem vorgenannten Ventilkörper;
eine Nockenkurvenrolle, welche innerhalb den vorgenannten Ventilkörpers positioniert
ist und den vorgenannten Ventilkörper
mit der vorgenannten Schieberspindel verkuppelt, wobei die vorgenannte Nockenkurvenrolle
einen vorbestimmten Pfad verfolgt, welcher von einer Nockenoberfläche innerhalb des
vorgenannten Ventilkörpers
definiert wird, um eine axiale Hin- und Herbewegung der vorgenannten Schieberspindel
in eine vorbestimmte axiale Verdrängung derselben Schieberspindel
umzusetzen, wobei der vorgenannte Ventilkörper eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung für das Auferlegen
eines Kontrollflüssigkeitsdrucks
und das Entfernen desselben von dem vorgenannten Ventil umfasst,
um auf diese Weise die vorgenannte Schieberspindel axial im Verhältnis zu
dem vorgenannten Ventilkörper
zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und
her zu bewegen, wobei die vorgenannte Nockenkurvenrolle der vorgenannten
Nockenoberfläche
von einer ersten axialen Verdrängungsposition
auf eine zweite axiale Verdrängungsposition
folgt, wenn die vorgenannten Schieberspindel hin und her bewegt wird,
und wobei ein Unterschied zwischen der vorgenannten ersten und der
zweiten axialen Verdrängungsposition
daher ein Einstellen der vorgenannten Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses
zwischen dem vorgenannten Flüssigkeitseinlaß und dem
vorgenannten Flüssigkeitsauslaß verursacht.
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Das Vorhergehende hat die Eigenschaften und
technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung ziemlich grob umrissen,
so dass der Fachmann auf diesem Bereich die hierfolgende detaillierte
Beschreibung der vorliegenden Erfindung besser verstehen kann. Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nun hierfolgend
beschrieben, welche den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung darstellen.
Der Fachmann auf diesem Bereich sollte dabei berücksichtigen, dass das Konzept
und die spezifische, hier aufgeführte
Ausführung
jederzeit als eine Grundlage für
Modifizierungen oder das Design anderer Strukturen für das Durchführen der
gleichen Aufgaben der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
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Wir beziehen uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen,
wobei
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1 eine
schematische Seitenquerschnittsansicht eines Gashebesystems nach
dem aktuellen Stand der Technik veranschaulicht;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Ausführung eines flüssigkeitsaktivierten Regelventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, welches hier als ein innerhalb einer Seitenaussparungsspindel
im Verhältnis
zu der Verrohrung und dem Gestänge
positioniertes Phantom dargestellt ist;
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3 einen
Teilausschnitt einer allgemeinen Querschnittssansicht des Ventils
veranschaulicht;
-
3A einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht einer Ausführung des
oberen Teil des Ventils veranschaulicht, welches hier eine Öffnung zu dem
Gestänge
hin umfasst;
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3B einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des oberen Zwischenabschnitts
des auf 3A geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
-
3C einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Zwischenabschnitts
des auf 3A geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
-
3D einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts
des auf 3A geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
-
3E einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung des
oberen Abschnitts des Ventils veranschaulicht, welches hier eine Öffnung zu
dem Gestänge
umfasst, welche blockiert, ist, sowohl wie einen Durchgang durch
die Schieberspindel;
-
3F einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des oberen Zwischenabschnitts
des auf 3E geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
-
3G einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Zwischenabschnitts
des auf 3E geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
-
3H einen
Teilausschnitt einer Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts
des auf 3E geoffenbarten
Ventils veranschaulicht;
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4A eine
schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils
in seiner geschlossenen Position veranschaulicht;
-
4B eine
schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils
in seiner voll gesperrten Position veranschaulicht;
-
4C eine
schematische Querschnittsansicht des auf 3A–3D geoffenbarten Ventils
in einer repräsentativen,
teilweise geöffneten
betrieblichen Position veranschaulicht;
-
4D eine
schematische Querschnittsansicht des auf 3E–3H geoffenbarten Ventils
veranschaulicht, welches hier den Durchgang umfasst, welcher durch
einen Abschnitt der Schieberspindel hindurch geformt ist;
-
4E eine
schematische Querschnittsansicht des auf 4D geoffenbarten Ventils veranschaulicht,
welches hier einen Gestängedruckwandler
und einen Schieberspindel-Axialverdrängungswandler umfasst;
-
4 das
Nockenteil des Ventils zusammen mit einem J-Schlitz um den Umfang
desselben herum für
das Erstellen einer Reihe von axialen Verdrängungspositionen für die Schieberspindel
veranschaulicht; und
-
6 eine
Lageplanansicht der auf 5 geoffenbarten
Nocke veranschaulicht, welche die Reihe von Zwischendurchgängen zusammen
mit einem Kurvenrollenstift für
das Erstellen der Reihe von axialen Verdrängungspositionen für die Schieberspindel
zeigt, welcher darin positioniert ist.
-
Mit Bezugnahme auf 1 wird hier eine schematische Querschnittsansicht
einer herkömmlichen
Gashebekonfiguration veranschaulicht, welche während der Produktion eines
Flüssigkeitsbohrlochs angewendet
wird. Im allgemeinen ist hier ein ausreichend großer natürlicher
Druck für
das Heraufschieben der Flüssigkeit
an die Erdoberfläche
und das wirkungsvolle Produzieren desselben Bohrlochs innerhalb
des Reservoirs vorhanden, wenn zunächst ein solches Reservoir
produziert wird. Nach einer gewissen Zeitspanne wird dieser natürliche Druck
jedoch abfallen, und obwohl noch ausreichend natürlicher Druck innerhalb des
Reservoirs vorhanden sein wird, wird dieser nicht länger dazu
ausreichen, die Flüssigkeit
bis an die Erdoberfläche
hinauf anzuheben. In solchen Fällen
wird oft ein Gashebesystem angewendet. Das Gas (10), welches
hier durch Pfeile repräsentiert
wird, wird dabei in den Ringraum (12) zwischen der Bohrlochverrohrung
(14) und dem Fördergestänge (16)
injiziert. Das Gas (10) wird dann mit der Flüssigkeit
vermischt und reduziert die Dichte derselben, was wiederum dem verbleibenden
natürlichen
Druck ermöglicht,
die weniger dichte Flüssigkeit an
die Erdoberfläche
hinauf zu treiben, und daher das Bohrloch kommerziell zu produzieren.
Es sollte dabei jedoch berücksichtigt
werden, dass die auf 1 dargestellte
Konfiguration eine offenendige Gestängekonfiguration repräsentiert,
und dass diese hier lediglich aus repräsentativen Gründen veranschaulicht
wird, und dass dem Fachmann verschiedene andere herkömmliche
Gashebekonfigurationen und Geräte
bekannt sind. Es können
zum Beispiel verschiedene Arten von Gashebeventilen angewendet werden,
welche den Durchfluß von
Gas aus der Verrohrung in das Gestänge kontrollieren, und diese werden
normalerweise innerhalb einer herkömmlichen Spindelaussparung
(hier nicht dargestellt) positioniert. Die Verrohrung und das Gestänge werden über das
Gashebeventil miteinander in Flüssigkeitskommunikation
gestellt, wenn das Ventil auf eine geöffnete Position gestellt wird.
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Mit Bezugnahme auf 2 wird hier eine schematische Ansicht
der gestreckten Ventileinheit der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Auf dieser Zeichnung ist das Fördergestänge (18)
innerhalb der Verrohrung (20) positioniert und zusammen
mit herkömmlichen
Packern (22) zentralisiert. Die Ventileinheit (24),
welche hier als ein Phantom dargestellt ist, wird in einer Spindelaussparung
(26) im Innenraum der Spindel (28) positioniert.
Obwohl diese Spindel (28) verschiedene Konfigurationen
umfassen kann wird es bevorzugt, dass die Spindel (28)
eine Gewindemanschette umfasst, über
welche dieselbe mit dem Fördergestänge (18)
verbunden werden kann. Die Spindelausparung (26) ist in
dem Innenraum der Spindel (28) positioniert und ist so
konfiguriert, dass sie die Ventileinheit (24) sicher auf
die weiter unten beschriebene Art und Weise halten kann. Auf der Aussenseite
der Spindel (28) und in Flüssigkeitskommunikation mit
der Ventileinheit (24) ist eine Flüssigkeitskontrolleitung (30)
angeschlossen, welche sich bis an die Erdoberfläche hinauf erstreckt. Diese
Flüssigkeitskontrolleitung
(30) dient als ein Schutzrohr, durch welches die Kontrollflüssigkeit
fließt,
um die Ventileinheit (24) zu betätigen. Der hier angewendete Ausdruck 'Kontrollflüssigkeit' soll hydraulische
Flüssigkeiten,
Gase und ähnliche
Flüssigkeiten
einschliessen. Bei herkömmlichen
Ausrüstungen
kann dieser Flüssigkeitsdurchfluß von der
Erdoberfläche aus
kontrolliert werden, so dass die Ventileinheit (24) ferngesteuert
eingestellt und betätigt
werden kann. Die Kontrolleitung (30) kann weiter ein "T" innerhalb eines Rohrsystems umfassen,
welches an der Erdoberfläche
an einen Behälter
(hier nicht dargestellt) mit einer Geschwindigkeitskontrolle (hier
nicht dargestellt) angeschlossen ist, welche auch mit der Kontrolleitung
(30) verbunden ist. Dieses "T",
der Behälter,
und die Geschwindigkeitskontrolle können bei der Regelung des Druckanstiegs
innerhalb der Kontrolleitung (30), welcher aus dem Anstieg
der Temperatur der Kontrollflüssigkeit
innerhalb der Kontrolleitung (30) resultiert, sehr von
Nutzen sein. Auf diese Weise kann die Kontrolleitungsflüssigkeit über das "T" des Rohrsystems in den Behälter abgelassen werden,
wenn der Druck der Kontrollflüssigkeit
steigt. Die Ventileinheit (24) der vorliegenden Erfindung
ist jedoch dazu in der Lage, auch ohne ein solches "T" innerhalb des Rohrsystems oder ähnliche
Mechanismen den Aufbau von Druck zu reduzieren und kann geringere
Druckänderungen
innerhalb der Kontrolleitung (30) durchaus akzeptieren,
denn das Ventil wird sich erst dann auf eine geöffnete Position bewegen, wenn
die Federkraft mit Hilfe des Drucks der Kontrolleitung (30) überwunden
wird.
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Die hydraulische Druckbetätigung der
Ventileinheit (24) ist mit Sicherheit realisierbar, und
kann gegenüber
eines Gases wesentliche Vorteile aufweisen. Bei bestimmten Anwendungen
wird das Anwenden von Gas als die Kontrollflüssigkeit anstelle von hydraulischen
Flüssigkeiten
jedoch bestimmte Vorteile bieten. Ein solcher Vorteil besteht aus
der Tatsache, dass ein Anwenden von Gas den statischen Flüssigkeitsdruck
in der Kontrolleitung minimiert, was wiederum die Anwendung einer
leichteren Feder ermöglicht.
Aufgrund der Gegenwart der hydraulischen Flüssigkeit in der Kontrolleitung
zwischen dem Ventil und der Erdoberfläche übt der hydraulische Druck
einen Effekt des Einschränkens
bestimmter Leistungsparameter aus. So muß zum Beispiel aufgrund der Gegenwart
des hydraulischen Drucks eine stärkere Feder
in dem Ventil angewendet werden. Es folgt daraus weiter, dass der
Leistungsbereich des Ventils erweitert werden kann (Leistungsbereich
bedeutet hier den Bereich von Konditionen, unter welchen das Gerät angewendet
werden kann), wenn der statische Druck in der Kontrolleitung minimiert
werden kann. Es besteht weiter keinerlei Einschränkung bezüglich der Tiefe, in welcher
ein bestimmtes Ventil angewendet werden kann, und die Druckänderung
in der Kontrolleitung, welche durch einen Anstieg in der Temperatur
verursacht wird, würde
das Ventil nicht bewegen, wenn Gas als Kontrolleitungsflüssigkeit
verwendet wird, da dieses Gas einfacher zusammenzudrücken wäre. Ein
weiterer Vorteil der Anwendung von Gas besteht aus der Tatsache,
dass die Druckbetätigungszeit
(d. h. die Zeit, die für
den Ausgleich des gesamten Systems nach Auferlegen eines Drucks
von der Erdoberfläche
aus erforderlich ist) sowohl für
die Unterdruckstellung wie auch für das Entlüften der Kontrolleitung aufgrund
des Geschwindigkeitsunterschiedes der Medien wesentlich kürzer ausfallen würde.
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Mit Bezugnahme auf 3 und 3A bis 3D wird hier eine bevorzugte
Ausführung
der gestreckten Ventileinheit (24) der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Um das für
eine eingehende Diskussion erforderliche Detail darzustellen, wird
die Ventileinheit (24) hier mit Hilfe von vier Ansichten
geoffenbart, d. h. 3A bis 3D. Auf diese Weise wird
der Fachmann sofort erkennen, dass 3A–3D kollektiv die gesamte
Länge dieser
bestimmten Ausführung
der Ventileinheit (24) veranschaulichen, welche in ihrer Gesamtheit
auf 3 dargestellt ist.
Grundsätzlich besteht
diese Ventileinheit (24) aus einer Verklinkungseinheit
(32), einem gestreckten Ventilkörper (34), welcher
einen Ventilmechanismus umfasst, und einer herkömmlichen Rückschlagventileinheit (36). Der
Ventilkörper
(34) umfasst Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen
(38), Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen
(40) und eine Kontrollflüssigkeitsöffnung (42). Entlang
der Länge
des Ventilkörpers
(34) sind eine Reihe von Dichtungsabschnitten (44)
angeordnet, welche sich um den Umfang des Ventilkörpers (34)
herum erstrecken.
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Mit Bezugnahme auf 3A für
eine eingehendere Beschreibung der Ventileinheit (24) umfasst die
herkömmliche
Verklinkungseinheit (32) hier ein Profil, welches von einem
ersten (46a), einem zweiten (46b) und einem dritten
(46c) Ansatz geformt wird. Diese Profilansätze (46a, 46b und 46c)
ermöglichen
das Befestigen von Einführ-
und Entfernungswerkzeugen, welche für das Einstellen der Ventileinheit
(24) innerhalb der Aussparungsspindel angewendet werden.
Die Ventileinheit (24) kann mit Hilfe herkömmlicher
Methoden, wie zum Beispiel einer Drahtleitung, eingeführt und
entfernt werden. Die Verklinkungseinheit (32) umfasst eine
zentrale Spindel (48), welche in eine Verklinkungshülse (50)
eingeführt
werden kann, wobei sich beide dieser Teile bis an eine Verklinkungsmanschetteneinheit
(52) erstrecken, welche auch einen Teil der Verklinkungseinheit (32)
darstellt. Diese Verklinkungsmanschetteneinheit (52) umfasst
eine Verklinkungsmanschette (54) und einen Verklinkungsmanschettennippel
(56) mit einem Gewinde. Ein Endabschnitt (58)
der Verklinkungshülse
(50) wird zwischen der Verklinkungsmanschette (54)
und einem Abschnitt des Verklinkungsmanschettennippels (56)
eingeschoben, welcher die Verklinkungsmanschette (54) im
Verhältnis
zu der Ventileinheit (24) hält und zentralisiert. Die Verklinkungsmanschette
(54) umfasst ein angewinkeltes Ansatzprofil, welches ein "halbmondförmiges" entsprechendes Profil
befestigt, das an einer Innenwand der Spindelaussparung geformt
ist. Wenn die Ventileinheit (24) korrekt in dieser Spindelaussparung
positioniert ist, befestigt die Verklinkungsmanschette (54)
das entsprechende Profil der Spindel und verklinkt die Ventileinheit
(24) in ihrer korrekten Orientierung an dem korrekten Ort
im Verhältnis
zu der Spindelaussparung.
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Ein Abscherstift (60) erstreckt
sich durch die Verklinkungshülse
(50) und die zentrale Spindel (48) hindurch. Dieser
Abscherstift (60) hält
eine Feder (62) in einer zusammengedrückten Position und verhindert,
dass dieselbe Feder (62) die Verklinkungshülse (50)
in einer aufwärtige
Richtung von der Verklinkungsmanschette (54) hinweg vorspannt.
Wenn es wünschenswert
erscheint, die Ventileinheit (24) aus der Spindelaussparung
zu entfernen, wird eine ausreichend große Zugkraft auf die Verklinkungshülse (50)
auferlegt, um auf diese Weise den Abscherstift (60) zu
brechen. Die Verklinkungshülse
(50) bewegt sich dann aus ihrer Position zwischen der Verklinkungsmanschette
(54) und der Verklinkungsmanschettennippeleinheit (52)
nach oben, was der Verklinkungsmanschette (54) wiederum
ermöglicht,
sich aus dem entsprechenden Profil innerhalb der Spindelaussparung
zu lösen.
Die Ventileinheit (24) kann dann aus der Spindelaussparung
entfernt werden.
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Unmittelbar unter der Verklinkungsmanschette
(54) ist ein Rollstift (64) positioniert, welcher sich
durch die Verklinkungsmanschetteneinheit (52) hindurch
und in die zentrale Spindel (48) hinein erstreckt, um ein
Rotieren zwischen denselben zu verhindern. Ein 45° stufenändernder
No-Go-Ansatz (66) ist unmittelbar unter der Verklinkungsmanschette (54)
an dem Verklinkungsmanschettennippel (56) geformt. Der "No-Go"-Ansatz (66)
dient zwei Funktionen. Er verhindert erstens eine abwärtige Bewegung der
Ventileinheit (24), wenn diese in die Spindelaussparung
eingeführt
wird. Zweitens entspricht das 45°-Profil
einem ähnlichen
Ansatzprofil am Eingang der Spindelaussparung, welches die Ventileinheit (24)
innerhalb derselben Spindelaussparung korrekt positioniert. Die
Gestängeauslaßöffnung (38),
welche sich in das Gestänge
hinein öffnet,
ist innerhalb der Verklinkungsmanschetteneinheit (54) geformt. Die
Gestängeauslaßöffnung (38)
kann den Durchfluß von
Verfahrensflüssigkeit
aus dem Gestänge
heraus in den Ventilkörper
(34) hinein und aus demselben wieder heraus ermöglichen.
Der gestreckte Ventilkörper
(34), welcher einen Abschnitt der gestreckten Ventileinheit
(24) umfasst, ist über
ein Gewinde mit dem Ende der Verklinkungsmanschetteneinheit (52) verbunden,
welche derjenigen gegenüber
liegt, in welche die zentrale Spindel (48) über ein
Gewinde eingeschraubt wird.
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Mit Bezugnahme auf 3B ist innerhalb des Ventilkörpers (34)
eine gestreckte Schieberspindel (68) positioniert, welche
axial innerhalb des Ventilkörpers
(34) verdrängt
werden kann, und welche sich zu einem wesentlichen Anteil der Länge des Ventilkörpers (34)
in denselben hinein erstreckt. Die Schieberspindel (68)
kann axial und relativ zu dem Ventilkörper (34) verdrängt werden,
um auf diese Weise eine Rate für
den Verfahrensflüssigkeitsdurchfluß zwischen
den Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen
(38) und den Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen
(40) (3C) als
eine Funktion der relativen axialen Position der Schieberspindel
(68) im Verhältnis
zu dem Ventilkörper
(34) einzustellen.
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Die Schieberspindel (68)
umfasst eine Differentialkolbeneinheit (70), von welcher
aus sich eine gestreckte Betätigungsspindel
(72) in Richtung der Rückschlagventileinheit
(36) erstreckt. Der Durchmesser der Betätigungsspindel (72)
ist so entworfen, dass dieselbe nicht das gesamte Hohlraumvolumen des
Ventilkörpers
(34) füllt.
Als solches ist ein internes Volumen (74) innerhalb des
Ventilkörpers
(34) definiert, welches einen Durchfluß von Verrohrungsflüssigkeit
durch die Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen
(40) in den Innenraum des Ventilkörpers (34), und aus
dem Innenraum des Ventilkörpers
(34) durch die Gestängeauslaßöffnungen
(38) in den Innenraum des Gestänges ermöglicht. Dieser Flüssigkeitsdurchfluß setzt
die Innenabschnitte des Ventilkörpers
(34) natürlich
dem Druck aus, welcher mit einem solchen Flüssigkeitsfluß assoziiert
ist; die Auswirkungen desselben werden weiter unten noch eingehender
beschrieben. Die Differentialkolbeneinheit (70) umfasst
vorzugsweise einen ersten Endabschnitt (76), welcher über kooperierende
Innengewinde (78) am ersten Endabschnitt (76)
und Aussengewinde (80) an dem Ende der Schieberspindel (68)
mit der Schieberspindel (68) verkuppelt ist. Die Differentialkolbeneinheit
(70) umfasst weiter einen gegenüber liegenden zweiten Endabschnitt
(82), welcher einen kleineren Durchmesserbereich aufweist als
der erste Endabschnitt (76), und einen reduzierten Durchmesserabschnitt
(84) halbwegs zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt
(76, 82), welcher einen Nockenstützansatz
(87) umfasst.
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Ein hohler Zylinderabschnitt oder
eine Druckausgleichskammer (88) ist innerhalb des oberen
Abschnitts des Ventilkörpers
(34) geformt, in welchem die Differentialkolbeneinheit
(70) hin und her geschoben werden kann. Es wird dabei besonders bevorzugt,
dass das obere Ende der Kammer (88) so konfiguriert ist,
dass der größere erste
Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit (70)
innerhalb des oberen Endes der Kammer (88) hin und her
geschoben werden kann. Bei dieser bevorzugten Ausführung existiert
jedoch ein Ansatz (89) am äussersten oberen Ende derKammer
(88). Wenn der Ansatz mit der oberen Oberfläche des größeren ersten Endabschnitts
(76) in Kontakt gerät,
verhindert derselbe eine weitere axiale Bewegung der Schieberspindeleinheit
(68) in eine aufwärtige
Richtung.
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Eine erste Dichtung (90),
und vorzugsweise ein "O"-Ring, welcher durch
einen Anti-Extrusionsring (92) verstärkt wird, erstreckt sich um
den Umfang des ersten Endabschnitts (76) der Differentialkolbeneinheit
(70) und eine zweite Dichtung (94) herum, welche
vorzugsweise auch aus einem "O"-Ring besteht, welcher
durch einen Anti-Extrusionsring (92) verstärkt wird,
und erstreckt sich um den zweiten Endabschnitt (82) herum.
Aus Gründen,
die hierfolgend noch eingehender besprochen werden sollen, ist es besonders
wichtig hervorzuheben, dass die erste Dichtung (90) einen
Durchmesser umfasst, welcher größer ist
als derjenige der zweiten Dichtung (94). Eine Kontrollflüssigkeitskammer
(96) ist zwischen dem ersten Ende (76) und dem
zweiten Ende (82) der Differentialkolbeneinheit (70)
geformt und wird mit Hilfe der ersten und zweiten Dichtungen (90 und 94)
abgedichtet. Ausserdem ist zwischen der oberen Wand der Kammer (88)
und dem ersten Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit
(70) die Druckausgleichskammer (88) geformt, welche
durch die erste Dichtung (90) von der Kontrollflüssigkeitskammer (96)
abgedichtet wird. Die Kontrollflüssigkeitsöffnung (42),
welche direkt neben der Kontrollflüssigkeitskammer (96)
durch den Ventilkörper
(34) hindurch geformt ist, ermöglicht das Einführen von
Kontrollflüssigkeit
in und das Ablassen von Kontrollflüssigkeit aus der Kontrollflüssigkeitskammer
(96) für
das Hin- und Herschieben der Schieberspindel (68) axial
im Verhältnis
zu dem Ventilkörper
(34).
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Um den Umfang des oberen Abschnitts
des Ventilkörpers
(34) herum und neben der Kammer (88) erstreckt
sich eine erste von drei Dichtungen (44), welche ein Paar
von sich gegenüber
liegenden "V"-Ring Verschachtelungsprofilen
(98) mit einem "O"-Ring (100)
zwischen den sich gegenüber
liegenden Verschachtelungsprofilen (98) umfassen. Metallringe
(102) liefern dabei das erforderliche "V"-Ring Verschachtelungsprofil
für die
Unterstützung
des letzten Rings desselben Verschachtelungsprofils (98).
Wenn die Ventileinheit (24) in der Spindelaussparung positioniert
ist, formt das Design der Dichtung (44) eine Dichtung zwischen
der Innenwand der Spindelaussparung und der Aussenwand des Ventilkörpers (34).
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Innerhalb des Ventilkörpers (34)
ist eine Nocke (104) positioniert. Diese Nocke besteht
aus einem rotierenden oder verschiebbaren Stück einer bestimmten Form, oder
aus einem Vorsprung mit einer definierten Form, wie zum Beispiel
einem Rad, entweder für
das Erzeugen einer bestimmten Bewegung für eine Rolle, welche sich gegen
die Kante derselben bewegt, oder für einen Stift, welcher sich
frei in einer auf der Oberfläche
befindlichen Rille bewegt usw., oder zum Beispiel für die empfangende
Bewegung einer Rolle, eines Stiftes, usw. Die Nocke (104) besteht
bei einer bevorzugten Ausführung
aus einem zylindrischen Hülsenteil
mit einem ersten und einem zweiten, sich gegenüber liegenden Enden (106, 108).
Die Nocke (104) umläuft
locker einen Teil des zugespitzten Zwischenabschnitts (84)
und schwimmt frei auf, und kann deshalb um denselben Zwischenabschnitt
(84) herum rotiert werden. Die Nocke (104) wird
rotierbar um den zugespitzten Zwischenabschnitt (84) zwischen
dem Nockenansatz (86) und dem ersten Endabschnitt (76)
der Differentialkolbeneinheit (70) herum in Position gehalten
und funktioniert innerhalb der Kontrollflüssigkeitskammer (96). Stoßringe (110)
sind an sich gegenüber
liegenden Enden der Nocke (104) positioniert, um eine mögliche End-zu-End-Reibung zu reduzieren.
Während die
Nocke (104) auf die gerade beschriebene Art und Weise sicher
in ihrer korrekten axialen Position gehalten wird, besteht ausreichend
Freiraum zwischen der Aussenwand der Nocke (104) und der
Innenwand des Ventilkörpers
(34), um es der Nocke (104) zu ermöglichen,
frei zu schwimmen und daher um den Zwischenabstand (84)
der Differentialkolbenmontage (70) herum zu rotieren.
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Wie weiter unten noch eingehender
beschrieben werden soll, umfasst die Nocke (104) vorzugsweise
eine Reihe miteinander verbundenen Pfaden (112), welche
deren Umfang umspannen und zusammen als eine Art Nockenoberfläche funktionieren.
Während
diese Pfade (112) vorzugsweise ein miteinander verbundenes
Zickzackmuster formen wird der Fachmann hier sofort erkennen, dass
dieselben Pfade (112) auch in vielen anderen Auslegungen und
Konfigurationen angeordnet werden können, welche jedoch von den
jeweiligen technischen Anforderungen einer gegebenen Anwendung abhängen werden.
Eine Kurvenrolle (114), wie zum Beispiel eine Leitnase,
erstreckt sich vorzugsweise von der Innenwand des Ventilkörpers (34)
bis in einen der Pfade (112) hinein. Die Kurvenrolle (114)
verkuppelt somit effektiv die Nocke (104) mit dem Ventilkörper (34)
und veranlaßt
dieselbe Nocke (104) dazu, sich rotierbar um die Differentialkolbeneinheit
(70) herum zu indizieren, wenn die Differentialkolbeneinheit
(70) axial hin und her geschoben wird. Eine alternative Ausführung kann
einen Begleit- und Folgemechanismus umfassen, welcher einem vorgeschriebenen Pfad
folgt, um auf diese Weise die axiale Hin- und Herbewegung der Kolbeneinheit
(70) zu übersetzen und
die Schieberspindel (68) auf eine vorbestimmte Axioposition
oder Verdrängungsposition
einzustellen.
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Eine Ventilkörperfeder (115) ist
innerhalb des Ventilkörpers
(34) positioniert und gegen das Ende der Schieberspindel
(68) vorgespannt. Die Ventilkörperspindel (116)
ist so entworfen, dass dieselbe den statischen Druck der Kontrollflüssigkeit überwindet, so
dass die Körperventilfeder
(116) dazu in der Lage sein wird, die Schieberspindel (68)
auf eine geschlossene Position vorzuspannen, wenn kein Kontrollflüssigkeitsdruck
auf den Ventilkörper
(34) auferlegt wird, auch wenn ein Druck eine Kraft in
Richtung der geöffneten
Position ausübt.
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Mit Bezugnahme auf 3C dehnt sich die Ventilkörperfeder
(116) hier, um eine naheliegende zugespitzte Schieberspindelkopfeinheit
(118) nachzustellen. Unmittelbar neben dem Ende der Ventilkörperfeder
(116) befindet sich eine Federstellmutter (120),
welche das Einstellen der Spannung der Ventilkörperfeder (116) ermöglicht,
wenn die Umstände dies
erforderlich machen, und unmittelbar neben der Federstellmutter
(120) befindet sich eine Federfeststellmutter (122),
welche die Federstellmutter (12) daran hindert, ihre Position
durch schwingendes Rotieren zu ändern.
Ein Ende der Betätigungsspindel (72)
ist uber ein Gewinde mit einer Schieberspindelkopfmanschette (124)
verbunden, welche wiederum an einem zugespitzten Schieberspindelkopf
(126) befestigt ist. Neben dem Ende derselben Schieberspindelkopfmanschette
(124) befindet sich eine Gewindefeststellmutter (128),
welche den Schieberspindelkopf (126) in einer feststehenden
Position hält. Wenn
es jedoch wünschenswert
erscheint, die Gewindefeststellmutter (128) so positionieren,
dass dieselbe ein Einstellen des Schieberspindelkopfes (126) auf
eine veränderte
axiale Position der Nocke (104) erlaubt, ist auch dies
möglich
(3B). Der Schieberspindelkopf
(126) ist hier in seiner geschlossenen Position geoffenbart,
und ist weiter gegen den Ventilsitz (130) befestigt. Obwohl
hier ein zugespitzter Schieberspindelkopf und ein Ventilsitz mit
eckigen Ansätzen
veranschaulicht werden wird der Fachmann auf diesem Bereich natürlich sofort
erkennen, dass auch andere Ventiltypen und Ventilsitzkonfigurationen
angewendet werden können,
ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es
werden auf dieser Zeichnung weiter die Verrohrungsflüssigkeitseinlaßöffnungen
(40) der Verrohrung veranschaulicht, welche mit dem internen Volumen
(74) des Ventilkörpers
(34) in Kommunikation stehen.
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Um es kurz zu fassen veranschaulicht 3D ganz einfach eine herkömmliche
Rückschlagventileinheit
(36) mit Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnungen
(38), welche innerhalb derselben geformt sind. Die Rückschlagventileinheit
(36) ist über ein
Gewinde mit dem Ende des Ventilsitzkörpers (131) verbunden,
und wenn die Schieberspindel (126) nicht auf dem Sitz ruht,
wird sie daher in Flüssigkeitskommunikation
mit dem internen Volumen (74) des Ventilkörpers (34)
stehen.
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Mit Bezugnahme auf eine bevorzugte
Ausführung,
welche weiter oben schon eingehender beschrieben wurde, soll nun
eine bevorzugte Methode für
den Betrieb mit allgemeiner Bezugnahme auf 2, 3 bis 3D, 4A bis 4C, 5 und 6 beschrieben werden. Das Fördergestänge (18),
die Spindel (28), und die Kontrollflüssigkeitsleitung (30) werden
zunächst
in die Verrohrung (20) eingeführt und auf eine herkömmliche
Art und Weise in einer Position festgestellt. Wie weiter oben schon
aufgeführt
wird die Ventileinheit (24) mit Hilfe eines Einführwerkzeugs,
wie zum Beispiel einer Drahtleitung, und mit herkömmlichen
Methoden in das Fördergestänge (18)
eingeführt.
Die abwärtige
Bewegung der Ventileinheit (24) wird von dem No-Go-Ansatz
(66) angehalten, welcher mit einem gegenüber liegenden
Ansatz innerhalb der Spindelaussparung (26) in Kontakt tritt.
Die Verklinkungsmanschette (54) und der No-Go-Ansatz (66)
fördern
dann auf eine kooperierende Weise das Positionieren der Ventileinheit
(24) in der Spindelaussparung (26). Wenn die Ventileinheit
(24) in der Spindelaussparung (26) positioniert wird,
erstellen die Dichtungen (44) eine Dichtung gegen die Innenwand
der Aussparungsspindel (26), um auf diese Weise eine flüssigkeitsdichte
Dichtung zwischen denselben zu erzeugen, so dass die Kontrollflüssigkeit
dann durch die Verrohrungsflüssigkeitsöffnungen
(40) in den Ventilkörper
einfliessen kann, ohne in das Fördergestänge (18)
auszutreten. Die Dichtungen (44) isolieren auf diese Weise
effektiv die Verrohrungsflüssigkeit
von der Gestängeflüssigkeit, so
dass die Flüssigkeiten
und ihre assoziierten Drucke nur durch den Ventilkörper (34)
hindurch miteinander in Kommunikation stehen.
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Wenn die Ventileinheit (24)
innerhalb der Spindelaussparung (26) eingestellt wird,
kann der Schieberspindelkopf (126) mit Hilfe der Ventilkörperfeder
(116) auf die geschlossene Position vorgespannt werden.
Wenn der Schieberspindelkopf (126) von dem Sitz gelöst werden
soll, wird die Nocke (104) verschoben und so indiziert,
dass dieselbe die gewünschte Öffnungegröße erzielt.
Wie weiter oben schon erwähnt
besteht die Nocke (104) aus einer zylindrischen Hülse mit
einem Muster von Pfaden (112), welche den Umfang derselben
umspannen, und welche in ihrem Design von der jeweiligen Anwendung abhängen. Die
Pfade (122) sollten vorzugsweise jedoch ein Zickzackmuster
formen. Ein repräsentatives Zickzackmuster
(132) wird auf 5 und 6 veranschaulicht, auf welche
wir uns hiermit nun spezifisch beziehen. Das Zickzackmuster (132)
sollte vorzugsweise aus einer 7-Schlitz-Konfiguration bestehen, welche
den Umfang der Nocke (104) wie auf 5 und 6 dargestellt
umspannt. Dieser J-Schlitz ist so adaptiert, dass er die Kurvenrolle
(114) in denselben hinein empfangen kann, um die relative
axiale Position der Schieberspindel (68) im Verhältnis zu
dem Ventilkörper
(34) zu bestimmen.
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Die Pfade (112) der J-Schlitz-Konfiguration bestehen
aus einer Reihe von verschieden langen, versetzt angeordneten Indexpfaden
(134) und Zwischenstoppfaden (136), welche mit
Hilfe von angewinkelten Indexierpfaden (138) miteinander
verbunden sind. Die Reihe von versetzt angeordneten Stoppfaden (136)
erstellt eine axiale Stopposition für die Kurvenrolle (114),
wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck
auferlegt wird, und die verschieden langen, versetzt angeordneten
Indexierpfade (134) erstellen eine axiale Indexierposition
für die
Kurvenrolle (114), wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck entfernt wird.
Die längeren
Indexierpfade (134) sind so entworfen, dass sie die Schieberspindel
(68) stufenweise auf eine gewählte axiale Position relativ
zu der Kurvenrolle (114) platzieren, wenn die Schieberspindel
(68) im Verhältnis
zu der Kurvenrolle (114) axial bewegt wird. Die J-Schlitz-Konfiguration
kann so konfiguriert werden, dass sie eine Vielzahl von Öffnungsgrößen und
erzielt und auch aperiodisch betrieben werden kann, wenn dies wünschenswert
erscheint; dies bedeutet, dass sie nicht unbedingt solche Öffnungsgrößen erzielen
muß, die
durch einen geraden Zahlenwert repräsentiert werden. Die Größe der Öffnung hängt lediglich
von der Länge
des jeweiligen Indizierpfades (134) ab, was nun hierfolgend
noch eingehender beschrieben werden soll.
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Die Kurvenrolle (114) wird
anfänglich
auf dem geschlossenen Positionspfad (140) positioniert, welcher
es der Ventilkörperfeder
(116) ermöglicht, die
Schieberspindel (68) vorzuspannen, und den Schieberspindelkopf
(126) auf diese Weise wie auf 4A veranschaulicht auf eine geschlossene
Position zu bewegen. Wenn durch die Kontrollflüssigkeitsleitung (30)
von einem entfernt gelegenen Standort aus ein Kontrollflüssigkeitsdruck
auferlegt und in die Kontrollflüssigkeitskammer
(96) eingeleitet wird, übt
derselbe Flüssigkeitsdruck
eine Kraft auf die erste Dichtung (90) und auf die zweite
Dichtung (94) um die Differentialkolbeneinheit (70)
herum aus. Da die erste Dichtung (90) jedoch über einen
größeren Oberflächenbereich
verfügt,
wird die Kraft, welche auf dieselbe Dichtung (90) ausgeübt wird,
größer sein
als diejenige, die auf die Dichtung (94) ausgeübt wird,
und es wird so im Verhältnis
zu der Schieberspindel (68) und dem Schieberspindelkopf
(126) eine Hebekraft erzeugt. Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck
gesteigert wird, überwindet
die Hebekraft den Widerstand, welcher von der Ventilkörperfeder
(116) erstellt wird, und treibt die Differentialkolbeneinheit (70),
die Schieberspindel (68), und den Schieberspindelkopf (126)
auf eine voll geöffnete
Position, welche auf 4B geoffenbart
ist. Da die Nocke (104) auf die weiter oben schon eingehender
beschriebene Art und Weise mit der Differentialkolbeneinheit (70)
verkuppelt ist, bewegt sich diese Nocke (104) auch in dieselbe
Richtung wie die Differentialkolbeneinheit (70).
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Wenn sich die Nocke (104)
bewegt, überquert
die Kurvenrolle (114) den anfänglich geschlossenen Pfad (140)
(6), bis dieselbe mit
einer ersten angewinkelten Oberfläche (142) in Kontakt
tritt. Wenn diese erste angewinkelte Oberfläche (142) kontaktiert
wird, verursacht der Anströmwinkel
der Kurvenrolle (114) auf der ersten angewinkelten Oberfläche (142)
ein Rotieren der Nocke (104) im Verhältnis zu dem Ventilkörper (34),
bis die Kurvenrolle (114) in einer gesperrten Position
innerhalb eines ersten Stoppfades (144) positioniert ist
(6). Bei einer bevorzugten
Ausführung
verläuft
die Rotierrichtung der Nocke (104) im Uhrzeigersinn, obwohl
der Fachmann auf diesem Bereich natürlich sofort erkennen wird,
dass das Design auch so konfiguriert werden könnte, dass dieselbe entgegen
den Uhrzeigersinn rotieren würde.
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Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck
von dem entfernt gelegenen Standort aus entfernt wird, wird auch
der Kontrollflüssigkeitsdruck
in der Kontrollflüssigkeitskammer
(96) abfallen. Wenn kein wesentlicher Flüssigkeitsdruck
mehr vorhanden ist, schiebt die Ventilkörperfeder (116) die
Schieberspindel (68) und die Nocke (104) in Richtung
der geschlossenen Position. Wenn sich die Nocke (104) auf
diese Weise bewegt, tritt die Kurvenrolle (114) mit einer
zweiten angewinkelten Oberfläche
(146) in Kontakt (6). Der
Anströmwinkel
der Kurvenrolle (114) auf der zweiten angewinkelten Oberfläche (146)
veranlaßt die
Nocke (104) dazu, zu rotieren, was wiederum die Kurvenrolle
(114) mit dem ersten Indexierpfad (148) in Verbindung
stellt. Die Kurvenrolle (114) trifft dann auf das Ende
des ersten Indexierpfades (148), und diese Position wird
mit Hilfe der durch die Ventilkörperfeder
(116) gegen die Schieberspindel (68) ausgeübte Vorspannungskraft
eingehalten. Der erste Indexierpfad (148) verfügt über eine
kürzere
Länge als der
anfängliche
Pfad (140), was die Schieberspindel (68) axial
von dem Ventilsitz (130) entfernt nachstellt und daher
den Schieberspindelkopf (126) von dem Sitz gelöst und wie
auf 4C veranschaulicht
in einer teilweise geöffneten
Position hält.
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Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck
wieder auferlegt wird, werden die Schieberspindel (68)
und die Nocke (104) auf eine voll geöffnete Position geschoben,
was die Kurvenrolle (114) wiederum dazu veranlaßt, den
ersten Indexierpfad (148) in Richtung einer dritten angewinkelten
Oberfläche
(150) zu verfolgen. Der Anströmwinkel der Kurvenrolle (114)
rotiert die Nocke (104) ausreichend weit, um die Kurvenrolle
(114) dazu zu veranlassen, sich auf eine zweite Stopposition
(152) hinüber
zu bewegen. Wenn der Kontrollflüssigkeitsdruck
entfernt wird, wird die Nocke (104) verschoben und veranlaßt die Kurvenrolle
(114) dazu, den Pfad in Richtung einer vierten angewinkelten
Oberfläche
(154) zu verfolgen und dort zur Ruhe zu kommen. Der Anströmwinkel
der Kurvenrolle (114) rotiert auch hier wieder die Nocke (104)
ausreichend weit, um die Kurvenrolle (114) auf einen zweiten
Indexierpfad (156) zu überführen. Die Kurvenrolle
(114) trifft dann auf das Ende desselben zweiten Indexieipfades
(156), und diese Position wird durch eine Kraft aufrecht
erhalten, welche durch die Ventilkörperfeder (116) auf
die Schieberspindel (68) ausgeübt wird. Der zweite Indexierpfad
ist kürzer
als der erste Indexierpfad (148), und dies öffnet die Öffnung auf
eine größere Größe als die Öffnung,
welche der ersten Indexierposition (148) entspricht.
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Die Nocke (104) kann auf
diese gleiche Art und Weise auf eine dritte Indexierposition (158)
oder auf weitere Positionen indexiert werden, welche jedoch von
dem Design der Nocke (104) abhängen werden, bis dieselbe Nocke
(104) eine komplette Umdrehung absolviert hat und bis die
Kurvenrolle (114) auf ihre anfängliche geschlossene Position (140)
zurückgekehrt
ist. Jeder der Indexierpfade (134), in welchem sich die
Kurvenrolle (114) befindet, steigert die Größe der Öffnung.
Auf diese Weise kann die Größe der Öffnung von
einem entfernt gelegenen Standort mit Hilfe der Anwendung einer
Kontrollflüssigkeit
präzise
kontrolliert werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung der Ventileinheit
der vorliegenden Erfindung ist auf 3E bis 3H und auf 4D dargestellt. Die auf diesen Zeichnungen
geoffenbarte Ventileinheit (24) ist mit der weiter oben
schon beschriebenen und auf 3 bis 3D dargestellten Ventileinheit
(24) bis auf einen einzigen Unterschied identisch. Dieser
Unterschied ist derjenige, dass die Differentialkolbeneinheit (70)
und ein Teil der Länge
der Schieberspindel (68) eine Druckausgleichsöffnung (160)
umfassen, welche sich durch dieselben hindurch erstreckt. Wie dargestellt
umfasst die Druckausgleichsöffnung (160)
eine erste Öffnung
(162), welche sich nach aussen hin und in die Kammer (88)
hinein öffnet
und sich durch die Differentialkolbeneinheit (70) und einen
Teil der Länge
der Betätigungsspindel
(72) hindurch erstreckt. Die Druckausgleichsöffnung (160) umfasst
weiter eine zweite Öffnung
(164), welche sich in den hohlen Teil des internen Volumens
(74) des Ventilkörpers
(34) hinein öffnet.
Dies platziert die Kammer (88) und das interne Volumen
(74) des Ventilkörpers
(34) in Flüssigkeitskommunkation
miteinander. Es sollte dabei ausserdem berücksichtigt werden, dass ein
Gewindedruckstöpsel
(166) eine Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Kammer (88) und der Gestängeflüssigkeitsauslaßöffnung (38)
blockiert. Auf diese Weise ist die Differentialkolbeneinheit (70)
dieser bestimmten Ausführung
der vorliegenden Erfindung nicht länger anfällig gegenüber des Drucks, welcher durch
die Flüssigkeit
in dem Gestänge
ausgeübt
wird. In Situationen, wo ein besonders hohes Druckdifferential zwischen
der Verrohrung und dem Gestänge
besteht, könnte
dies einen wesentlichen Vorteil für den wirkungsvollen Betrieb des
Ventils repräsentieren.
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Wir beziehen uns nun auf 4A bis 4D. Bei der vorherigen, auf 4A bis 4C veranschaulichten Ausführung sind
mehrere Kräfte
vorhanden. Die Kammer (88) liegt zunächst gegenüber dem Gestänge hin
offen, was eine abwärtige
Kraft auf den ersten Endabschnitt der Differentialkolbeneinheit
(70) ausübt.
Zweitens umfasst das Gerät
die Ventilkörperfeder
(116), welche eine Kraft auf die Schieberspindel (68)
in Richtung der geschlossenen Position ausübt. Drittens übt der hydrostatische
Druck der Kontrollflüssigkeit
eine aufwärtige
Kraft auf die Differentialkolbeneinheit (70) in Richtung
einer geöffneten
Position aus. Viertens übt
der Verrohrungsdruck eine aufwärtige
Kraft auf den zweiten Endabschnitt (82) der Differentialkolbeneinheit
(70) aus. Solange diese verschiedenen Kräfte sich
im Verhältnis
zueinander in einem Gleichgewichtszustand befinden, wird das Ventil
korrekt funktionieren. In solchen Fällen, wo der Verrohrungsdruck
sehr viel größer ist
als der Gestängedruck,
und besonders wenn der Verrohrungsdruck auch niedriger ist als der
hydrostatische Druck in dem Flüssigkeitskontrollschutzrohr,
können
diese Differentiale jedoch die Schieberspindel (68) daran
hindern, korrekt zu funktionieren. Wenn das Druckdifferential zwischen
der Verrohrung und dem Gestänge ausreichend
groß ist,
kann es das Ventil daran hindern, korrekt zu indexieren. Um den
Mechanismus vollständig
zu indexieren, müssen
die Kräfte,
welche die Schieberspindel (68) heben, die widerstehenden Kräfte überwinden.
Wie aus 4A bis 4C eindeutig ersichtlich
ist, bestimmt der Druck in der hydraulischen Leitung das Differential
auf dem Bereich des ersten und des zweiten Endabschnitts (76 und 82) der
Differentialkolbeneinheit (70) und muß größer sein as die Summe der Effekte
der Folgenden: die Ventilkörperfederkraft,
der Verrohrungsdruck, welcher eine Kraft auf den ersten Endabschnitt
(76) ausübt,
der Verrohrungsdruck, welcher eine Kraft auf den zweiten Endabschnitt
(82) ausübt,
die das Gerät
beeinflussende Reibung, und – wenn
sich das Ventil auf einem Ventilsitz (130) befindet – das Gestänge-/Verrohrungsdruckdifferential
multipliziert mit dem Bereich des Ventilsitzes. Um den Indexierkreis
zu vervollständigen
müssen
die Kräfte,
welche die Schieberspindel (68) zurück in Richtung des Ventilsitzes (130)
vorspannen, stärker
sein, wenn der von einem entfernt gelegenen Standort aus auferlegte
Kontrollflüssigkeitsdruck
entfernt wird. Bei Anwendungen, in welchen der Verrohrungsdruck
wesentlich größer ist als
der Gestängedruck,
kann sich das auf 4A–4C geoffenbarte Ventil als
nicht dazu fähig
erweisen, die Schieberspindel (68) daran zu hindern, in
dem Ventilkörper
(34) aufzuschwimmen und auf diese Weise die Öffnungsgröße zu ändern. Andererseits
ist es möglich,
dass die Kontrollflüssigkeit
die übergroße Kraft,
welche durch den Gestängedruck
ausgeübt wird,
nicht mehr überwinden
kann, wenn der Gestängedruck
wesentlich größer ist
als der Verrohrungsdruck, so dass das Ventil nicht mehr korrekt
funktionieren kann.
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Bei der auf 4D veranschaulichten Ausführung unterliegt
der erste Endabschnitt (76) der Differentialkolbeneinheit
(70) jedoch keinem Gestängedruck,
und der Ventilkörper
(34) und die Schieberspindel (68) definieren hier
eine Druckausgleichskammer an einem Ende, welches distal zu dem
Verfahrensflüssigkeitsauslaß liegt,
wobei die Schieberspindel (68) eine Druckausgleichsöffnung (160)
umfasst, welche eine Flüssigkeitskommunikation
zwischen der Druckausgleichskammer (88) und dem Innenraum
des Ventilkörpers
(34) ermöglicht,
welcher dem Verrohrungsdruck gegenüber offen liegt. Bei einer
solchen Anwendung kann der Verrohrungsdruck durch die Druckausgleichsöffnung (160)
in die Druckausgleichskammer (88) eingeleitet werden, um
irgendwelche Empfindlichkeiten gegenüber dem Druckdifferential zwischen
der Verrohrung und dem Gestänge
zu negieren. Diese Negierung entsteht aufgrund der Fähigkeit
des Verrohrungsdrucks, eine abwärtige
Kraft auf die größere Oberfläche des
ersten Endabschnitts (76) der Differentialkolbeneinheit (70)
auszuüben.
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Mit Bezugnahme auf 4E wird hier eine weitere Ausführung des
Ventils der vorliegenden Erfindung geoffenbart, welches einen Gestängedruckwandler
(168) oder einen Schieberspindel-Axialverdrängungswandler
(170) für
das Übertragen
von Daten bezüglich
des Ventils an einen entfernt gelegenen Standort umfassen kann.
Ausserdem kann der Ventilsitzabschnitt (172) des Ventils
aus einem Venturidesign bestehen, wie zum Beispiel das in der US-Anmeldung,
welche durch die Docket-Nr. 950050U1P1P1 identifiziert wird, geoffenbarte
Ventil, wobei diese Anmeldung eine teilweise Fortsetzung der US-Anmeldung
mit der Seriennummer 08/301,666 repräsentiert, welche erstmals am
7. September 1994 eingereicht wurde.
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4E veranschaulicht
ein Düsenventuri (172),
welches den rechtkantigen Ventilsitz ersetzen kann. Dieses Düsenventuri
(172) kann zum Beispiel ein kreisrundes Bogenventuri umfassen,
welches wiederum einen Düsenabschnitt
(174) und einen Venturiabschnitt (176) umfasst.
Der Düsenabschnitt (174)
liegt dabei über
einem Halsstück
(178), und der Venturiabschnitt (176) liegt unter
demselben Halsstück
(178).
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Der Düsenabschnitt (174)
umfasst eine Seitenwand (180), welche dem Durchfluß von Flüssigkeit
(Gas) einen minimalen Widerstand bietet, wenn dasselbe Gas den Bereich
des Halsstücks
(178) erreicht. Der Querschnittsbereich des Halsstücks (178) ist
kleiner als der Querschnittsbereich des Düsenabschnitts (174)
und des Venturiabschnitts (176).
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Die Seitenwände (180) sind gekrümmt, so dass
die Schrägen
der Tangentenlinien, welche an jedem Punkt entlang der Kurve (182)
des Düsenabschnitts
(174) gemessen werden können,
an denjenigen Tangentenpunkten am größten sind, welche in der Nähe des Halsstücks (178)
liegen. Die Krümmung
des Düsenabschnitts
(174) ist außerdem
so geformt, dass sich hier ein Krümmungsradius befindet, welcher
um einen Faktor von zwischen 1.5 und 2.5, und vorzugsweise von 1.9
größer ist
als ein Durchmesser des Halsstücks
(178).
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Das Verhältnis des Querschnittsbereichs
am Durchmesser des Halsstücks
(178) zu dem Querschnittsbereich an dem breitesten Punkt
des Düsenabschnitts
(174), welcher am Mund (184) desselben gemessen
werden sollte, entspricht oder beträgt weniger als 0.4. Gas, welches
durch den Düsenabschnitt
(174) des Düsenventuris
(172) hindurch fließt, fließt mit einer
besonders großen
Geschwindigkeit und einem niedrigen Druck. Das Gas, welches durch den
Venturiabschnitt (176) hindurch fließt, verliert an Geschwindigkeit
und steigert seinen Druck, so dass Gas, welches aus dem Ventil austritt,
seinen korrekten Druck mit Hilfe eines nur geringen Aufwandes an Energie
und ohne Druckverlust erreicht.
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Das akustische (kritische) Fließratenregime besteht
aus demjenigen Abschnitt einer jeden Kurve, die horizontal verläuft. Durch
den Betrieb eines Gasinjizierfließregelgerätes innerhalb dieses akustischen
Fließregimes
wird ein stabiles Gashebesystem erzielt. Bei ähnlichen Förderdrucken fließt ausserdem
mehr Gas durch das Düsenventuri
(172) als durch eine rechtkantige Öffnung mit der gleichen Halsstückgröße. Auf
diese Weise erzeugt das Düsenventuri
(172) auch einen niedrigeren Druckabfall. Rechtkantige Öffnungen
fordern normalerweise einen Druckabfall von 45 Prozent des stromaufwärtigen Drucks,
um einen Durchfluß unter
akustische Geschwindigkeit durch dieselbe hindurch produzieren zu
können.
Im Gegensatz dazu fordert das Düsenventuri
der vorliegenden Erfindung lediglich einen Druckabfall von weniger
als 10 Prozent.
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Mit Bezug auf das Meßgerät liefert
die vorliegende Erfindung auch dadurch einen wesentlichen Vorteil,
dass es bei Tieflochfließregelventilen
besonders wünschenswert
ist, über
ein akkurates System für
das Überwachen
von nicht nur der Öffnungsgröße des Ventils,
sondern auch für
des Drucks des Fördergestänges zu
verfügen,
um auf diese Weise die gewünschten
Produktionsparameter innerhalb des Bohrloches aufzeichnen zu können. Es
wird so zum Beispiel von Vorteil sein, einen bestimmten Tieflochdruck
zu wählen
und dann die Größe der Öffnung des Ventils
zu kontrollieren, um auf diese Weise den gewählten Wert für den Tieflochdruck
zu erreichen. Solche Systeme fordern eine verläßliche Vorrichtung sowohl für das Senden
von Daten aus der Nähe
des Ventils an die Erdoberfläche,
wie auch für
das Verarbeiten dieser Daten und das darauffolgende aktive Kontrollieren
der Größe der Fließregelöffnung des Ventils,
so dass die von dem System überwachten gewünschten
Resultate erreicht werden können.
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Bei dieser bevorzugten Ausführung umfasst das
Ventil Wandler für
das Aufspüren
der Verdrängung
der Schieberspindel (und damit auch der Öffnungsgröße) und des Gestängedrucks.
Es können nach
den Prinzipen der vorliegenden Erfindung natürlich auch andere Sensoren,
wie zum Beispiel Fließratenwandler,
angewendet werden.
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Aus der oben aufgeführten Beschreibung wird
eindeutig klar, dass die vorliegende Erfindung ein fernsteuerbares
Ventil bietet, welches zusammen mit einem Tertiärförderungssystem angewendet werden
kann, sowohl wie eine Methode für
das Einstellen desselben. Das vorgenannte Ventil umfasst das Folgende:
(1) einen gestreckten Ventilkörper
mit einem Verfahrensflüssigkeitseinlaß und einem
Verfahrensflüssigkeitsauslaß, (2) eine
gestreckte Schieberspindel, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert
ist, für
das axiale Verdrängen
relativ zu derselben und das Einstellen einer Rate für den Verfahrensflüssigkeitsdurchfluß zwischen
dem Flüssigkeitseinlaß und dem
Flüssigkeitsauslaß als eine Funktion
einer relativen axialen Position der Schieberspindel im Verhältnis zu
dem Ventilkörper
und (3) eine Nocke, welche innerhalb des Ventilkörpers positioniert ist und
den Ventilkörper
mit der Schieberspindel verkuppelt, wobei die Nocke eine Reihe von
axialen Verdrängungspositionen
auf derselben umfasst, um die Schieberspindel auf eine ausgewählte relative axiale
Position im Verhältnis
zu dem Ventilkörper
zu platzieren, wobei der Ventilkörper
eine Kontrollflüssigkeitsdrucköffnung für das Auferlegen
und das Entfernen eines Kontrollflüssigkeitsdrucks auf das und von
dem Ventil umfasst, wobei die Schieberspindel axial im Verhältnis zu
dem Ventilkörper
zwischen einer gesperrten und einer eingestellten Position hin und
her bewegt wird, und wobei sich die Nocke von einer ersten axialen
Verdrängungsposition
auf eine zweite axiale Verdrängungsposition
bewegt, wenn die Schieberspindel hin und her geschoben wird, und wobei
ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten axialen Verdrängungsposition
daher das Einstellen der Rate des Verfahrensflüssigkeitsdurchflusses zwischen
dem Flüssigkeitseinlaß und dem
Flüssigkeitsauslaß bewirkt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
und deren Vorteile hier eingehend beschrieben worden sind wird es
dem Fachmann auf diesem Bereich eindeutig klar sein, dass dieses
Design verschiedene Änderungen,
Austauschteile, und Umstellungen beinhalten kann.