NL9200718A

NL9200718A - Insluitklepsysteem voor boorbuis.

Info

Publication number: NL9200718A
Application number: NL9200718A
Authority: NL
Original assignee: Otis Eng Co
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1992-11-16
Also published as: CA2067071C; NO921395D0; NL194677C; US5310005A; GB2255118B; NO306310B1; CA2067071A1; NO921395L; GB2255118A; GB9207528D0; NL194677B; US5145005A

Description

INSLUITKLEPSYSTEEM VOOR BOQRBUIS

Deze uitvinding heeft betrekking op klepsamenstellen voor ondergrondse klepsystemen, en in haar voorkeursuitvoeringsvorm op een insluitklepsysteem voor een hoorbuis in een boorput. Het voorkeursklepsysteem volgens de uitvinding heeft betrekking op een ondergronds scharnierklepsamenstel dat gebruikt kan worden voor het regelen van de opwaartse door een hoorbuis gaande koolwaterstof- en boorfluïda-stroom, wanneer de boorserie omhoog wordt gehaald gedurende het boren, en een wisselkopsamenstel dat een stromingsmof in het onderhavige scharnierklepsamenstel kan grijpen om de scharnierklep selectief te openen en te sluiten.

Tijdens het boren van boorputten wordt de boorserie dikwijls uit de boorput omhoog gehaald om een boorbeitel of motor te vervangen. Er kunnen problemen ontstaan bij het omhoog halen van de boorserie, als de koolwaterstof fluïda uit ondergrondse formaties het boorfluïdum in de boorput onder een te hoge druk zetten. De kans op dergelijke problemen is in het bijzonder groot bij zeer afwijkende putten, waaronder, maar niet uitsluitend, de zogenaamde "horizontale boringen", waarbij de boring van de boorput verticaal naar beneden loopt tot op een gewenst startpunt en vervolgens in een horizontale richting gaat lopen en door talrijke breukvlakken loopt. Wanneer het nodig is de boorserie uit de boring te verwijderen en het bodem-boorgat-samenstel in de verticale hoorbuis omhoog wordt getrokken, kan de boorput gaan spuiten.

Een eerder gebruikte techniek om de opwaartse stroom koolwaterstof-fluïda te regelen wanneer de druksituatie in boorputten in disbalans raakt bij het omhoog halen van de boorserie, is het afdichten van het boorgat en de boorputkop en de boorspoeling in een zodanige toestand te brengen dat zijn gewicht hoog genoeg is om weerstand te bieden aan de druk van koolwaters tof stroom. Als de boorserie wordt teruggetrokken naar minder diep gelegen niveaus, kan het nodig zijn deze behandeling van de spoeling verscheidene malen te herhalen, waarbij het gewicht van de spoeling steeds verder verhoogd wordt en ook de kosten steeds verder stijgen. Ten einde te vermijden dat het boorfluïdum herhaaldelijk weer in een bepaalde toestand gebracht moet worden bij het omhoog halen van de boorserie, kan een ondergronds klepsamenstel worden geïnstalleerd om als een afsluitklep voor de opwaartse stroom koolwaterstoffluïda te dienen.

Het gebruik van scharnierkleppen als afsluitkleppen of veiligheidskleppen in onderaardse boorputten is eerder beschreven in bijvoorbeeld de

Amerikaanse octrooien: 2,447,842; 4,531,587; 4,706,933; 4,926,945 en 4,977,957.

De scharnierklep gaat in elk van de hierboven genoemde octrooien van de stand van de techniek, open en dicht door draaiing over een hoek van 90°. De grote drukverschillen en hoge fluïdumsnelheden die soms Voorkomen, bij gebruik van dergelijke kleppen in ondergrondse toepassingen, kan spannings-concentraties veroorzaken die tot storing van de klep leiden doordat de veren of de scharnieren of dergelijke breken. Anderen hebben al geprobeerd de kans op dergelijke storingen te verminderen door bedieningszuigers te gebruiken in combinatie met drukveren of hydraulische cilinders om de krachten te smoren die tegen de scharnierkleppen en hun scharnierpunten worden uitgeoefend, of door klepdelen van een materiaal met een lichter gewicht te maken.

Dergelijke scharnierkleppen die onder een hoek van minder dan 90° draaien zijn bekend. In US-A-1,871,536 wordt een dergelijke klep gebruikt om een inrichting te verschaffen, waarbij de voorspanwerking van een voorspanveer die normaal een sluitorgaan van de klep in afdichtend contact met een klepzitting houdt, wordt geneutraliseerd wanneer de klep geopend wordt. Op een ander terrein wordt in US-A-3,672,630 een scharnierklep voor een zuigleiding beschreven, waarbij het sluitorgaan een schuin lopend aangrijpoppervlak ontmoet om een verminderde weerstand bij het openen te bieden.

Volgens een aspect van de onderhavige uitvinding, wordt een ondergronds klepsamenstel verschaft dat een kleporgaan heeft welke draaibaar is tussen een open en een gesloten positie onder een hoek van minder dan 90°, om daardoor de spanningen te verminderen, en het klepsamenstel omvat tevens middelen om de klep naar een gesloten positie voor te spannen, waarbij die voorspanmiddelen een aantal veersteunsamenstellen omvatten die draaibaar verbonden zijn met het klepsluitorgaan, waarbij ten minste een steunsamen-stel aan weerszijden van het scharnierpunt van het klepsluitorgaan, draaibaar met het klepsluitorgaan is verbonden.

Het klepsamenstel volgens de uitvinding omvat bij voorkeur een gebogen scharnierkleporgaan, een buisvormige klepzitting met een gebogen zittingsop-pervlak, en een elastomere afdichting op de gebogen scharnierklep die dient om tegen het gebogen zittingsoppervlak van de klepzitting te grijpen.

Het insluitklepsysteem voor een hoorbuis volgens de uitvinding omvat bij voorkeur verder een wisselkopsamenstel dat losneembaar de stromingsmof kan grijpen om de klep selectief te openen of te sluiten. Het wisselkopsamenstel omvat bij voorkeur een spiehuis dat een aantal aan de omtrek verdeelde, onder veerbelasting staande beweegbare spieën heeft die radiaal naar buiten zijn voorgespannen om in ringvormige uitsparingen in de binnenwand van de stromingsmof te grijpen, voor gebruik bij het openen en sluiten van de klep. Het onderhavige wisselkopsamenstel omvat verder bij voorkeur een belastingsvereffeningsplaat en een 0-ring met een grote dwarsdoorsnede aan elk einde van het spiehuis om de mechanische belasting in hoofdzaak gelijkelijk over alle aan de omtrek verdeelde spieën te verdelen. Een beitelnevensamenstel dat draaibaar in een Cutlesö®-lager is gemonteerd, verschaft een s.tromingskanaal voor boorfluïdum door het wisselkopsamenstel. De belastingvereffeningsplaten zijn in het bijzonder nuttig wanneer het gat wordt geboord met behulp van een buignevensamenstel, bijvoorbeeld een 3/^0_ bocht.

Korte beschrijving van de tekeningen

Het apparaat volgens de uitvinding wordt verder beschreven en uitgelegd aan de hand van de volgende figuren van de tekeningen en daarbij is:

Figuur 1 een schematisch vooraanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een boortoren die boven een boorput is geïnstalleerd, waarbij het insluit-systeem voor de hoorbuis volgens de uitvinding in een ondergrondse boring wordt gebruikt, en waarbij de boorserie horizontaal in een onderaardse laag loopt, vanaf een startpunt onder de onderhavige klep;

Figuur 2 een vooraanzicht, gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk opengewerkt, van het scharnierklepsamenstel volgens de uitvinding, waarbij de stromingsmof in zijn bovenste positie is getoond en de scharnierklep gesloten is, een situatie die zich telkens voordoet wanneer de boorserie naar boven wordt getrokken naar een punt waarop het bodemgatsamentel zich boven het scharnierklepsamenstel bevindt;

Figuur 3 een vergroot zijaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van het insluitklepsysteem voor een hoorbuis volgens de uitvinding, waarbij de wisselkop de stromingsmof heeft gegrepen en deze naar beneden heeft gedreven om de scharnierklep te openen gedurende het inbrengen van de boorserie door het scharnierklepsamenstel;

Figuur 4 een vergroot vooraanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van het insluitklepsysteem voor een hoorbuis volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de wisselkop de stromingsmof heeft gegrepen, terwijl hij omhoog wordt teruggetrokken door het scharnierklepsamenstel, juist voorafgaande aan het door een overdruk uit de bovenste vergrendelgroef verwijderen van het vergrendelorgaan, ten einde het mogelijk te maken dat de stromingsmof door de wisselkop naar boven wordt getrokken, zodat de scharnierklep dicht kan gaan;

Figuur 4A een vergroot vooraanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van het scharnierklepsamenstel volgen de uitvinding, nadat de stromingsmof ver genoeg naar boven is getrokken om het boogveer-vergrendelorgaan in de onderste vergrendelgroef te laten grijpen en de scharnierklep te sluiten, waardoor de naar het oppervlak gaande stroom van fluïda geblokkeerd wordt;

Figuur 5 een aanzicht in dwarsdoorsnede langs de lijn 5—5 van figuur 4 door het scharnierklepsamenstel van de uitvinding;

Figuur 6 een vergoot vooraanzicht, gedeeltelijk opengewerkt, van het wisselkopsamenstel volgens de uitvinding;

Figuur 7 een aanzicht in dwarsdoorsnede langs de lijn 7—7 van figuur 6 door het wisselkopsamenstel volgens de uitvinding; en

Figuur 8 een vergroot detailaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, dat laat zien hoe een beweegbare spie in de onderste ringvormige uitsparing van de vergrendelmof grijpt, zoals in figuur 3 is afgebeeld.

Gelijke verwijzingscijfers zijn gebruikt ter aanduiding van gelijke delen in alle figuren van de tekeningen.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

In figuur 1 is een boortoren 10 op een grondoppervlak 12 boven een putboring 14 geplaatst. Een hoorbuis 16 is door middel van cement 18 in de putbooringl4 bevestigd, en strekt zich normaal 300 tot 400 feet onder het startpunt 21 uit, waar de richting van de boorput 14 begint af te wijken van een hoofdzakelijk verticale koers, zoals kan gebeuren bij horizontaal boren of in een zeer afwijkende put. Een boorserie 20 strekt zich naar beneden door de hoorbuis 16 uit vanaf een boortoren 10, voorbij het einde 23 van de hoorbuis 16, in het gebied van de boorput 14 dat zich horizontaal in de laag 32 uitstrekt. Aan het distale einde van de boorserie 20 bevindt zich een bodemgatsamenstel dat typisch MWD-apparatuur 22 (MWD = measuring while drilling = meten tijdens boren), een stabilisator 24, een spoelingsmotor 26, een verwisselbare kop 28 en een boorbeitel 30 omvat. Een scharnierklepsamenstel 34 volgens de uitvinding is bij voorkeur samen met de hoorbuis 16 met cement in de boorput 14 vastgezet, en een boorserie 20 gaat door het scharnierklepsamenstel 34, wanneer zij in of uit de boorput wordt gehaald. Volgens een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, is het scharnierklepsamenstel 34 in de hoorbuis 16 ongeveer 100 feet boven het startpunt 21 geïnstalleerd.

Uit figuur 2 en 3 blijkt dat het scharnierklepsamenstel 34 bij voorkeur als zijn belangrijkste constructieve elementen omvat, een bovenste lichaamsorgaan 36, een onderste lichaamsorgaan 38, een stromingsmof 40, een klepzittingsmoforgaan 42, een scharnierklep 5^* een klepscharniersamenstel 56, en veersteunsamenstellen 58. Het bovenste lichaamsorgaan 36 en het onderste lichaamsorgaan 38 zijn bij voorkeur van buisvormig staal gemaakt en met elkaar verbonden door middel van een lasnaad 44, hoewel het duidelijk is dat indien gewenst, ook een schroefdraadverbinding in plaats van de lasverbinding gebruikt kan worden. Zoals in figuur 2 is getoond, is het bovenlichaam 36 op het boorbuisdeel 70 geschroefd, en het boorbuisdeel 72 op het onderste lichaamsorgaan 38. Gemakshalve zijn de boorput en het cement, behalve in figuur 1, niet getoond.

Het scharnierklepsamenstel 3^ wordt bij voorkeur in zijn volledig open positie, met de stromingsmof 40 en de scharnierklep 5^ in de in figuur 3 getoonde positie, in de boorput gebracht, zodat het cement de werking van de klep niet door verontreiniging kan beïnvloeden, blokkeren of anderszins kan beperken. De onderste en bovenste 0-ring, respectievelijk 86, 88, voorkomen dat het cement in de ringvormige ruimte tussen de stromingsmof 40 en het bovenste en onderste lichaamsorgaan 36, 38 kan dringen, als het cement in de hoorbuis 16 naar beneden wordt gepompt, zodat het terug naar boven kan stromen in de ringvormige ruimte tussen de buitenwand van de hoorbuis 16 en de boorput 14. Nadat de hoorbuis 16 met cement is vastgezet, is het wenselijk de hoorbuis uit te spoelen of indien noodzakelijk een schraper of krabber door de hoorbuis en de stromingsmof 40 te bewegen om ervoor te zorgen dat de bovenste en onderste ringvormige uitsparing, respectievelijk 66, 68, schoon zijn en in aangrijping met de beweegbare spieën 80 of het wisselkopsamenstel 76 kunnen worden gebracht, zoals verderop aan de hand van de figuren 3 en ή beschreven zal worden.

De stromingsmof 40 is hoofdzakelijk cilindervormig en heeft een buitendiameter die enigszins kleiner is dan de binnendiameter van het bovenste lichaamsdeel 38 om schuivende aangrijping in lengterichting daartussen te vergemakkelijken. Het binnenoppervlak 64 van de stromingsmof 40 omvat bij voorkeur een bovenste en onderste ringvormige uitsparing, respectievelijk 66 en 68. De bovenste ringvormige uitsparing 66 is te zien in de figuren 2 en 3. en de onderste ringvormige uitsparing is zichtbaar in de figuren 3 ® *1· Het buitenoppervlak van de stromingsmof 40 omvat bij voorkeur een ringvormige onderste vergrendelgroef 50 en een bovenste vergrendelgroef 52, die vergrendelorganen 45 van een boogveer 46 op kunnen nemen die in de ringvormige uitsparing 48 op de binnenwand van het bovenste lichaamsorgaan 36 is aangebracht. Zoals in figuur 2 is getoond, wordt de stromingsmof 40 in zijn hoogste stand in het scharnierklepsamenstel 3^ gehouden, wanneer het vergrendelorgaan 45 van de boogveer 46 in de onderste vergrendelgroef 50 grijpt. De stromingsmof 40 wordt in het scharnierklep-samenstel 3^ aangebracht, voordat het bovenste lichaamsorgaan 36 met het onderste lichaamsorgaan 38 wordt verbonden.

Het klepzittingsmoforgaan 42 wordt evenzo bij voorkeur concentrisch in het scharnierklepsamenstel 3^ aangebracht, voordat het bovenste lichaamsorgaan 36 en het onderste lichaamsorgaan 38 worden samengesteld. Het klepzittingsmoforgaan 42 omvat bij voorkeur een zich naar buiten uitstrekkende flens 94, die een ringvormige schouder 92 van het onderste lichaamsorgaan 38 grijpt en daardoor gedragen wordt. Wanneer het bovenste en onderste lichaamsorgaan 36 en 38 door een las 44 met elkaar verbonden zijn, zit het klepzittingsmoforgaan 42 vast op zijn plaatst tussen de ringvormige schouder 92 en de daar tegenaan liggende ringvormige schouder 95 aan het ondereinde van het bovenste lichaamsorgaan 36. Hoewel het binnenoppervlak van het klepzittingsmoforgaan 42 hoofdzakelijk cilindrisch is, heeft zijn onderrand een een constante straal hebbend gebogen zittingsoppervlak 116 dat gevormd is onder een hoek van minder den 90°, en bij voorkeur onder een hoek van ongeveer 45°. met de middellijn van het scharnierklepsamenstel 3^· De stromingsmof 40 kan in lengterichting in het klepzittingsmoforgaan 42 schuiven. De binnendiameter van de stromingsmof 40 is enigszins groter dan de buitendiameter van de boorserie 20, met inbegrip van elk element van het bodemgatsamenstel, zodat de boorserie 20 door het scharnierklepsamenstel 3^ kan gaan.

De scharnierklep 5^. het klepsluitorgaan, is een deel van een cilinder die een inwendige straal heeft die gelijk is aan die van het klepzittings- · moforgaan 42 en een gebogen afdichtingsrand 124 die afdichtend kan aangrijpen tegen het klepzittingsoppervlak 116. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn het klepzittingsmoforgaan 42 en de scharnierklep 5^ zodanig ontworpen en uitgevoerd dat de afdichtingsrand 124 volledig het zittingsoppervlak 116 grijpt nadat de scharnierklep 5^ ^5° gedraaid is vanuit zijn volledig geopende stand, zoals gedetailleerder hieronder wordt beschreven in verband met figuur 4A. Omdat de scharnierklep 5^ een cilindrisch deel is, kan deze worden weggeborgen achter de stromingsmof 40, wanneer de klep in de open stand staat, zoals in figuur 3 getoond is, maar hij kan ook naar de volledig gesloten stand worden gedraaid die in figuur 2 en 4A getoond is, zonder tegen de binnenwand van de onderste lichaamsdeel 38 aan te komen.

De scharnierklep 5^ wordt bij voorkeur door een venster in het onderste lichaamsorgaan 38 in het scharnierklepsamenstel 3^ geïnstalleerd, welk venster wordt begrensd door verticale randen 96 (waarvan er een niet zichtbaar is in de in de figuren 2 en 4A getoonde lengtedoorsnede), een gebogen bodemrand 97 en een gebogen bovenrand 99 (in figuur 5 te zien en als een onderbroken lijn in figuur 4A). Bij voorkeur is een gebogen vensterdek-sel 39 aan het onderste lichaamsdeel 38 bevestigd door middelèn zoals" de aan de omtrek lopende las 100, nadat de scharnierklep 54 door het venster naar binnen is gebracht, en nadat het klepscharniersamenstel 56 en de veersteun-samenstellen 58 met het onderste lichaamsdeel 38 zijn verbonden. Hoewel slechts één veersteunsamenstel 58 in figuur 2 zichtbaar is, omvat het scharnierklepsamenstel 34 van de uitvinding een aantal veersteunsamenstellen 58, waarbij ten minste een veersteunsamenstel 58 aan weerszijden van het scharniersamenstel 56 is aangebracht.

De constructie en installatie van de scharnierklep 54, het klepscharniersamenstel 56 en de veersteunsamenstellen 58 worden verder beschreven en uitgelegd aan de hand van de figuren 3t 4, 4A en 5. vergrote aanzichten, waarin deze delen duidelijker te zien zijn. Het klepscharniersamenstel 56 omvat bij voorkeur verder een scharnierorgaan 110 en een scharnierpen 112. Het scharnierorgaan 110 is bij voorkeur in een vaste relatie aan het bovenste, naar buiten gerichte oppervlak van de scharnierklep 54 bevestigd op het middelpunt van de zich aan de omtrek uitstrekkende boog die door de scharnierklep 54 wordt begrensd, zoals in figuur 5 te zien is. Het scharnierorgaan 110 is bij voorkeur draaibaar op de zich dwars uitstrekkende scharnierpen 112 gemonteerd, en de scharnierpen 112 is in een vaste relatie met het onderste lichaamsdeel 38 verbonden op een punt dat radiaal naar buiten is verplaatst ten opzichte van de lengteas door het langste deel van de klep 54 . zoals in figuur 3 is getoond. Volgens een bijzonder geprefereerde uitvoeringsvorm van de uitvinding, die het best te zien is in figuur 5, is de pen 112 in een halfcirkelvormig zadel gelast in het vlak van de gebogen bovenrand 99 van het venster in het onderste lichaamsorgaan 38. Een elastomere afdichting 114 is bij voorkeur rond de afdichtingsrand 124 van de scharnierklep 54 gevormd om een fluïdumdichte afdichting tussen de scharnierklep 54 en een klepzittingsmoforgaan 42 te bevorderen wanneer het scharnierklepsamenstel 34 naar de gesloten positie wordt gedraaid.

De veersteunsamenstellen 58 omvatten elk bij voorkeur een bovenste scharnier 60, een onderste scharnier 62, een geleidingsorgaan 104, een steunveer 106 en een scharniersteunorgaan 122. Elke bovenste scharnier 60 verbindt draaibaar een veersteunsamenstel 58 met de scharnierklep 54 op een punt dat in benedenwaartse richting op een afstand van het scharnierorgaan 110 ligt. De steunveer 106 spant de scharnierklep 54 naar de gesloten stand voor. Door de bovenste scharnier 60 in lengterichting op een afstand van de scharnierpen 112 te plaatsen, wordt de veerkracht verminderd die nodig is om te beginnen een sluitorgaan zoals de scharnierklep 54 vanuit de open naar de gesloten stand te draaien. Het gebruik van een veelvoud van veersteun-samenstellen 58, bij voorkeur twee, die op een gelijke afstand aan de-omtrek verdeeld aan weerszijden van het scharnierorgaan 110 zijn aangebracht, vermindert ook de spanning op het scharnierklepsamenstel 56. Een boogvormige uitsparing 108 wordt bij voorkeur op de naar buiten gerichte zijde van de klep 54 aangebracht om de draaiing van de scharnierklep 54 ten opzichte van de bovenste scharnier 60 tussen de open stand van de figuren 3 en 4 en de gesloten stand, die in figuur 4A getoond is, te vergemakkelijken. Het scharniersteunorgaan 122 is bij voorkeur zodanig omgebogen dat het bovenste scharnier 60 radiaal binnenwaarts ten opzichte van zowel de scharnierpen 112 en het onderste scharnier 62 is aangebracht. Deze tussenruimte verschaft een positief moment dat het de steunveer 106 mogelijk maak door het scharniersteunorgaan 122 op het bovenste scharnier 60 in te werken om te beginnen de scharnierklep 54 radiaal naar binnen te drijven, zodra de stromingsmof 40 opwaarts boven het scharnierpunt 112 wordt teruggetrokken. Deze tussenruimte maakt het een geleidingsorgaan 104 tevens mogelijk in de ringvormige ruimte tussen de scharnierklep 54 en het vensterdeksel 98 te draaien, wanneer de klep 54 open wordt gedrukt door de neerwaartse beweging van de stromingsmof 40, zoals hieronder beschreven wordt aan de hand van figuur 3* waarbij de steunveer 106 wordt samengedrukt. Een uitsparing 102 is bij voorkeur in het onderste lichaamsdeel 38 aangebracht om ruimte te bieden aan de draaibewe-ging van het geleidingsorgaan 104 om het onderste scharnier 62.

In figuur 3 omvat het insluitklepsysteem 74 voor een hoorbuis volgens de uitvinding een scharnierklepsamenstel 34 en middelen zoals een wisselkop-samenstel 76 voor het regelen van de beweging van de stromingsmof 40 tussen de hoge stand die in figuur 2 getoond is, en de lage stand die in figuur 3 getoond is. Als het wisselkopsamenstel 76 in het boorgat wordt gebracht, grijpen de beweegbare spieën 80, die radiaal naar buiten zijn voorgespannen, eerst in de bovenste ringvormige uitsparing 66 van de stromingsmof 40, terwijl de stromingsmof 40 in de bovenste stand wordt vergrendeld, zoals in figuur 2 is af geheeld. Wanneer het afgeschuinde oppervlak 164 van de beweegbare spieën 80 het afgeschuinde oppervlak 166 van de bovenste ringvormige uitsparing 66 grijpt, worden de naar buiten voorgespannen beweegbare spieën uit de bovenste ringvormige uitsparing 66 gedrukt en teruggeduwd in de vensters 136, en het wisselkopsamenstel 76 gaat verder naar beneden door de stromingsmof 40. Wanneer het wisselkopsamenstel 76 de bodem van een deel van de stromingsmof 40 bereikt, grijpen de beweegbare spieën 80 in de onderste ringvormige uitsparing 68. Zoals gedetailleerd in figuur 8 is getoond, grijpt de vierkante schouder 168 van de beweegbare spieën 80 tegen de vierkante schouder 170 van de onderste ringvormige uitsparing 68 en komt hij daar tegenaan, waarbij hij de neerwaartse verplaatsing van het wissel-kopsamenstel 76 door het scharnierklepsamenstel 34 stopt.

Zodra de beweegbare spieën 80 in de onderste ringvormige uitsparing 68 van de stromingsmof 40 grijpen, wordt er een voldoende grote neerwaartse kracht op het wisselkopsamenstel 76 uitgeoefend door de boorserie 20 om de boogveer onder een overdruk te zetten, waardoor het vergrendelorgaan 45 uit de onderste vergrendelgroef 50 vrijkomt. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, is de tegenhoudende belasting op de vergrendel-organen 45 en de boogveer 46 ten minste ongeveer 10.000 pound. Door het hoge gewicht van de boorserie 20 die aan een haak van de boortoren 10 hangt, is een sterke vergrendeling vereist, zodat het personeel aan het oppervlak kan vaststellen of het wisselkopsamenstel 76 de stromingsmof 40 heeft gegrepen.

Zodra de vergrendelorganen 45 zijn vrijgekomen uit de onderste vergrendelgroef 50, wordt de stromingsmof naar beneden geduwd door het wisselkopsamenstel 76, totdat de vergrendelorganen 45 weer in de bovenste groef 52 grijpen, zoals in figuur 3 is afgebeeld. Wanneer de stromingsmof 40 deze positie bereikt, bevindt de bodemrand 82 zich enigszins op een afstand van de af geschuinde ringvormige schouder 84 van het onderste lichaamsorgaan 38, maar komt de afgeschuinde ringvormige schouder 164 van de beweegbare spieën 80 in contact met de afgeschuinde schouder 84 van het onderste lichaamsorgaan 38 en glijdt deze daartegen om de naar buiten voorgespannen beweegbare spieën 80 uit de ringvormige uitsparing 68 en terug in de vensters 136 te drukken.

Als de boorbeitel 30 het wisselkopsamenstel 76 naar beneden voorafgaat door het scharnierklepsamenstel 34, komt de boorbeitel 30 in contact met de scharnierklep 54, waarbij de schamierklep 54 uit de in figuur 2 getoonde stand, naar de stand draait, waarin deze in figuur 3 is afgebeeld. Wanneer de stromingsmof 40 zo ver naar beneden door het klepzittingsmoforgaan wordt geduwd, dat de bodemrand 82 in contact met de klep 54 wordt gebracht, wordt de scharnierklep 54, 45* naar beneden gedraaid in een in hoofdzaak evenwijdige opstelling met de stromingsmof 40 in de ringvormige ruimte tussen de stromingsmof 40 en het vensterdeksel 98. Als de scharnierklep 54 vanuit zijn gesloten stand naar zij open stand draait, wordt de steunveer 106 samengedrukt, waardoor de veersteunsamenstellen 58 worden voorbereid om de scharnierklep 54 weer naar binnen te draaien, wanneer de stromingsmof 40 naar zijn bovenste positie wordt teruggebracht.

Het sluiten van scharnierklepsamenstel 34, zoals wenselijk is gedurende het omhoogbrengen van de boorserie om te voorkomen dat ondergrondse koolwaterstoffluïda de boorspoeling onder een te hoge druk kunnen zetten, wanneer de druk in het boorgat te laag is, is beschreven aan'de hand-van de figuren 4 en 4A. Als het bodemgatsamenstel van de boorserie 20 naar boven wordt teruggetrokken door het scharnierklepsamenstel 34. grijpen de beweegbare spieën 80 van het wisselkopsamenstel eerst de onderste ringvormige uitsparing 68 van de stromingsmof 40. Wanneer het afgeschuinde oppervlak 172 van de beweegbare spieën 80 in contact komt met en glijdt tegen het af-geschuinde oppervlak 174 van de onderste ringvormige uitsparing 68, worden de naar buiten voorgespannen beweegbare spieën 80 uit de onderste ringvormige uitsparing 68 gedrukt en teruggeduwd in de vensters 136. Het wisselkopsamenstel 76 gaat dan naar boven door de stromingsmof 40, totdat de beweegbare spieën 80 de bovenste ringvormige uitsparing 66 grijpen zoals in figuur 4 is getoond. Wanneer de vierkante schouder 176 van de beweegbare spieën 80 de vierkante schouder 178 van de bovenste ringvormige uitsparing 66 grijpt, wordt de opwaartse beweging van het wisselkopsamenstel 76 gestopt, totdat de opwaartse kracht die op het wisselkopsamenstel 76 wordt uitgeoefend door de boorserie 20 de boogveer 46 onder een overdruk zet, waardoor de vergren-delorganen 45 uit de bovenste vergrendelgroef 52 snappen.

Zodra de vergrendelorganen 45 uit de bovenste vergrendelgroef 52 vrij zijn, drijft het wisselkopsamenstel 76 de stromingsmof 40 naar boven naar het punt waarop de vergrendelorganen 45 van de boogveer 46 in de onderste vergrendelgroef 50 van de stromingsbus 40 grijpen, zoals in figuur 4A is afgebeeld. Wanneer de stromingsmof 40 naar boven beweegt, wordt de schar-nierklep 54 gedraaid onder een voorkeurshoek 128 van ongeveer 45° vanuit de volledig geopende stand naar de gesloten stand. Deze draaiing wordt ingezet door het inwerken van een steunveer 106 op het scharniersteunorgaan 122, waardoor het scharnier 60 van het vensterdeksel 98 wegdraait. Zodra de scharnierklep 54 door de boring van het onderste lichaamsorgaan 38 begint te gaan, leidt het verschil in fluïdumdruk aan weerszijden van het scharnierklepsamenstel 34 ertoe, dat de afdichtingsrand 124 van de scharnierklep 54 zichzelf volledig tegen het zittingsoppervlak 116 van het klepzittings-orgaan 42 plaatst. Ingesloten druk die op de scharnierklep 54 wordt uitgeoefend vanaf onderin het boorgat, drukt de elastomere afdichting 114 tegen het afdichtingsoppervlak 116 en verbetert daardoor de afdichting.

Aangezien de draaiingshoek bij voorkeur slechts ongeveer 45° bedraagt, terwijl de draaiingshoek die bij conventionele klepsamenstellen wordt aangetroffen, 90° bedraagt, roept de scharnierklep 5^ een kleiner moment op en wordt er minder spanning op het scharnierorgaan 110 en de scharnierpen 112 uitgeoefend, wanneer de scharnierklep 54 sluit. Vanwege de hoge druk die kan worden uitgeoefend op de scharnierklep 54 van onderuit het gat wanneer de klep 54 begint te sluiten, dient de kleinere draaiingshoek en de kortere verplaatsingsafstand van de scharnierklep 54, die bereikt wordt door gebruik van de in het onderhavige document beschreven uitvinding, het effect van het met een klap dichtslaan van de scharnierklep 54 op het klepzittingsmoforgaan 42, moeten verminderen. Dit zal weer leiden tot minder storingen van de scharnierklep en zal de levensduur van de elastomere afdichting verlengen.

De constructie en werking van het wisselkopsamenstel 76 zal verder worden beschreven en uitgelegd in verband met de figuren 6 en 7· Het wisselkopsamenstel 76 omvat bij voorkeur een spiehuis 134 met een aantal aan de omtrek verdeelde vensters 136 die beweegbare spieën 80 bevatten die radiaal naar buiten zijn voorgespannen door spieveren 156. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, zijn drie beweegbare spieën 80 met een hoekafstand van 120° om het spiehuis 134 aangebracht, hoewel het duidelijk zal zijn dat men ook vier of meer beweegbare spieën kan gebruiken binnen het kader van de uitvinding. Ook kunnen er minder dan drie beweegbare spieën worden gebruikt, maar in dergelijke gevallen strekken de beweegbare spieën zich over een grotere boogwijdte uit en is het wenselijk dat de aan de omtrek verdeelde spieveren de mechanische belasting beter verdelen en vastlopen vermijden.

De maximumdiameter van het spiehuis 134 is bij voorkeur enigszins kleiner dan de binnendiameter van de stromingsmof 40. De vensters 136 en de beweegbare spieën 80 zijn bij voorkeur zodanig uitgevoerd dat de beweegbare spieën 80 radiaal naar buiten door de vensters 136 heen zijn voorgespannen door de spieveren 156 met een voldoende grote afstand om in de bovenste en onderste ringvormige uitsparing 66, 68 van de stromingsmof 40 te grijpen wanneer het spiehuis daardoorheen gaat. De vergrendelspieën 80 kunnen ook radiaal naar binnen worden gedrukt naar een punt waarop zij in hetzelfde vlak liggen als de buitenomtrek van het sluitelhuis 134 of enigszins daarbinnen liggen om slijtage te verminderen en vastlopen te voorkomen, hetgeen anders zou kunnen gebeuren. De spieveren 156 worden bij voorkeur binnen zich radiaal uitstrekkende cilindrische uitsparingen 158 in de spieën 80 gehouden door de mof 160. Hoewel dat niet zichtbaar is in de figuren 6 en 7. omvat elke beweegbare spie 80 bij voorkeur twee spieveren 156 die in cilindrische uitsparingen 148 zijn aangebracht die evenwijdig en verticaal op een afstand van elkaar liggen. Het gebruik van een aantal verticaal op een afstand gelegen spieveren 156 voor elke beweegbare spie 80 maakt het mogelijk dat de spie tot op zekere hoogte "zweeft" en vergemakkelijkt het in en uit aangrijping komen met de stromingsmof 40.

Het spiehuis 134 is typisch op een beitelnevensamenstel 144 gemonteerd dat van buiten en van binnen van een schroefdraad voorziene einden, respectievelijk 148 en 150 heeft, waarbij een rubber Cutles^S>-lager 152 wordt gebruikt van het type dat wordt vervaardigd door Uniroyal/Goodrich en de gemiddelde vakman algemeen bekend is. Het gebruik van een lager zoals een Cutles^-lager, is wenselijk om te voorkomen dat het spiehuis 134 met de boorserie meedraait of met de spoelingsmotoruitgangsas. Als een dergelijke draaiing zou worden toegelaten, zou deze snel ongewenste slijtage aan de beweegbare spieën 80 en het spiehuis 134 veroorzaken. Zoals in figuur 7 is getoond, wordt het Cutles^E>-lager gesmeerd door boorfluïdum dat radiaal naar buiten uit het stroomkanaal 146 door de afvoeropening 154 stroomt.

Wanneer het wisselkopsamenstel 76 gebruikt wordt met een buigneven-samenstel, zoals dikwijls voorkomt bij "gestuurd boren" van een horizontaal boorgat, is het waarschijnlijk dat het spiehuis 134 enigszins kantelt, zoals van ongeveer een 1/2 tot 2 graden, wanneer het door de stromingsmof 40 of het scharnierklepsamenstel 34 gaat. Om te helpen de mechanische belasting op de beweegbare spieën 80 gelijkelijk te verdelen, zijn bij voorkeur vereffeningsplaten 138 aangebracht aan elk einde van een spiehuis 134. Elke belastingsvereffeningsplaat 138 omvat bij voorkeur een ringvormige nok 139 die op een relatief zachte 0-ring 140 steunt die is aangebracht in een ringvormige groef 142. Als het wisselkopsamenstel 76 de stromingsmof 40 grijpt, blijven de belastingvereffeningsplaten 138 loodrecht op de middel-· lijn van de boorbeitel staan, maar de O-ringen 140 laten toe dat het spiehuis 134 enigszins kantelt (bijvoorbeeld ongeveer een 1/2 tot 1 graad) om de beweegbare spieën 80 de mogelijkheid te bieden zich met de stromingsmof 40 in lengterichting op te stellen. Dit verdeelt de belasting gelijkmatiger over de aan de omtrek verdeelde beweegbare spieën 80.

Hoewel het apparaat volgens de uitvinding in het onderhavige document is beschreven aan de hand van de voorkeursuitvoering daarvan, zal het duidelijk zijn dat het hierin scharnierklepsamenstel gebruikt kan worden voor andere toepassingen in boorgaten dan als een insluitklep voor een hoorbuis, zoals bijvoorbeeld in een bovengronds bestuurde, ondergrondse veiligheidsklep waarbij de scharnierklep wordt gesloten door een zuiger die door hydraulische druk bediend wordt. Andere veranderingen en wijzigingen aan het hierin beschreven apparaat zullen evenzo de gemiddelde deskundige op het gebied duidelijk worden na lezing van deze beschrijving en de strekking van de uitvinding dient alleen te worden beperkt door de ruimste interpretatie van de bijgaande conclusies, waarop de uitvinder aanspraak maakt.

Claims

1. Klep voor gebruik in een leiding in een ondergrondse boorput, waarbij de klep omvat een klepzitting, een klepsluitorgaan dat draaibaar is om een scharnierpunt tussen een open en een gesloten stand over een ingesloten hoek van minder dan 90°, met het kenmerk. dat besturingsmiddelen aanwezig zijn voor het omkeerbaar bewegen van het klepsluitorgaan tussen de open en de gesloten stand, waarbij de besturingsmiddelen middelen omvatten voor het voorspannen van de klep naar een gesloten stand en die voorspanmiddelen een veelvoud aan veersteunsamenstellen (58) omvatten die draaibaar zijn verbonden met het klepsluitorgaan, waarbij ten minste een steunsamen-stel draaibaar is verbonden met het klepsluitorgaan aan weerszijden van het scharnierpunt (110) van het klepsluitorgaan.

2. Klepsysteem voor gebruik in een leiding in een ondergrondse boorput, waarbij het klepsysteem een klep omvat en middelen voor het verplaatsen van die klep: waarbij de klep een in hoofdzaak cilindrisch lichaam omvat, een klepzitting, een klepsluitorgaan dat draaibaar in het lichaam is om een scharnier tussen open en een gesloten stand over een ingesloten hoek van minder dan 90° voor het voorspannen van het klepsluitorgaan naar de gesloten stand, met het kenmerk, dat die voorspanmiddelen een veelvoud aan steunsamen-stellen (58) omvatten die draaibaar zijn verbonden met het klepsluitorgaan (5*0 op aan de omtrek verdeelde punten, waarbij ten minste een steunsamen-stel is aangebracht aan elke zijde van het scharnier (110) van het klepsluitorgaan, dat een mof orgaan (40) omkeerbaar tussen een eerste en een tweede positie in het lichaam kan schuiven, welke posities respectievelijk overeenkomen met de open en gesloten stand van het klepsluitorgaan; en dat de middelen voor het verplaatsen van de klep een wisselkop-samenstel omvat dat middelen (80) heeft om losmaakbaar het moforgaan te grijpen om het moforgaan selectief tussen de eerste en tweede positie te bewegen.

3· Klepsysteem volgens conclusie 2, waarbij de steunsamenstellen (58) zijn verbonden met het klepsluitorgaan (54) op punten die zich in lengterichting op een afstand van het scharnier (110) van het klepsluitorgaan bevinden.

4. Klepsysteem volgens conclusie 2 of conclusie 3« waarbij elk steun-samenstel (58) een geleidingsorgaan (104) omvat en een scharniersteunorgaan (122) die verschuifbaar gekoppeld zijn, waarbij het geleidingsorgaan draaibaar is verbonden met het lichaam van het klepsamenstel en het schar- niersteunorgaan draaibaar verbonden is met het klepsluitorgaan; en middelen zoals een veer (106) om het scharniersteunorgaan van het geleidingsorgaan weg voor te spannen.

5· Klepsysteem volgens conclusie 4, waarbij het scharniersteunorgaan (122) van ten minste een steunsamenstel draaibaar is verbonden met het klepsluitorgaan (54) op een positie die zich radiaal inwaarts van het scharnier (110) van het klepsluitorgaan bevindt.

6. Klepsysteem van conclusie 4, waarbij het scharniersteunorgaan (122) van ten minste een steunsamenstel draaibaar verbonden is met het klepsluitorgaan (54) op een positie die zich radiaal inwaarts van de positie bevindt waar het geleidingsorgaan (104) draaibaar met het lichaam is verbonden.

7. Klepsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het klepsluitorgaan (54) een gebogen afdichtingsoppervlak (124) heeft waarop zich een elastomere afdichting bevindt.

8. Klepsysteem voor gebruik in een leiding in een ondergrondse boorput, waarbij het klepsysteem een klep en middelen voor het verplaatsten van die klep omvat: waarbij de klep omvat een in hoofdzaak cilindrisch lichaam, een klepzitting, een klepsluitorgaan dat omkeerbaar draaibaar is om een scharnier tussen een open en een gesloten stand over een ingesloten hoek van minder dan 90° 1 middelen om het klepsluitorgaan voor te spannen naar de gesloten stand, en een moforgaan dat verschuifbaar is in een boring in dat lichaam tussen een eerste en tweede positie, die respectievelijk overeenkomen met de open en de gesloten stand van het klepsluitorgaan; met het kenmerk, dat er vergrendelmiddelen (45, 46) in de boring aanwezig zijn, die losneembaar het moforgaan (40) kunnen grijpen; en dat de middelen voor het verplaatsen van de klep een wisselkop-samenstel (76) omvatten, dat middelen (80) heeft om losneembaar het moforgaan te grijpen ten einde het moforgaan selectief tussen de eerste en de tweede positie te bewegen.

9. Klepsysteem volgens conclusie 8, waarbij een ringvormige uitsparing (48) in het lichaam de vergrendelmiddelen in de boring kunnen steunen.

10. Klepsysteem volgens conclusie 8 of conclusie 9. waarbij die vergrendelmiddelen aan de omtrek op een afstand aangebrachte boogveren (46) omvatten en vergrendelorganen (45) die zich radiaal binnenwaarts van de boogveren uitstrekken, waarbij de vergrendelorganen losneembaar het moforgaan (40) kunnen grijpen.

11. Klepsysteem voor gebruik in een leiding in een ondergrondse boorput, waarbij het klepsysteem een klep en middelen voor het verplaatsen van die klep omvat; waarbij de klep omvat een in hoofdzaak cilindrisch lichaam, een klepzitting, een klepsluitorgaan dat omkeerbaar draaibaar is tussen een open en gesloten stand om een scharnier dat verbonden is met het lichaam, over een ingesloten hoèk van minder dan 90°, middelen voor het voorspannen van het klepsluitorgaan naar de gesloten stand, een moforgaan dat verschuifbaar is tussen een eerste en tweede positie in het lichaam, die respectievelijk overeenkomen met de open en de gesloten stand van het klepsluitorgaan; met het kenmerk, dat het moforgaan {k0) een in hoofdzaak cilindrische buitenwand omvat met ten minste twee in lengterichting op een afstand aangebrachte ringvormige uitsparingen die de vergrendelmiddelen kunnen opnemen, en dat de middelen voor het verplaatsen van de klep een wisselkop-samenstel (76) omvatten, dat middelen (80) heeft om losneembaar het moforgaan te grijpen ten einde het moforgaan selectief tussen de eerste en de tweede positie te bewegen.

12. Klepsysteem voor gebruik in een leiding in een ondergrondse boorput, waarbij het klepsysteem een klep omvat en middelen om die klep te verplaatsen; waarbij de klep omvat een in hoofdzaak cilindrisch lichaam, een klepzitting, een klepsluitorgaan dat omkeerbaar draaibaar is tussen een open en gesloten stand om een scharnier dat met het lichaam is verbonden, over een ingesloten hoek van minder dan 90°, middelen om het klepsluitorgaan voor te spannen naar de gesloten stand, een moforgaan dat verschuifbaar is tussen een eerste en tweede positie in het lichaam, welke posities respectievelijk overeenkomen met de open en de gesloten stand van het klepsluitorgaan; met het kenmerk, dat de middelen voor het verplaatsen van de klep een wisselkopsamenstel omvatten dat middelen (80) heeft om losneembaar het moforgaan te grijpen om dit orgaan selectief tussen die eerste en die tweede positie te bewegen, en dat het wisselkopsamenstel verder een in hoofdzaak cilindrisch beweegbare spiehuis (13*0 omvat dat een veelvoud aan vensters (136) heeft die aan de omtrek van het huis op een afstand van elkaar zijn aangebracht en een veelvoud aan beweegbare spieën (80) die radiaal naar buiten door de vensters heen zijn voorgespannen.

13. Klepsysteem volgens conclusie 12, waarbij elke beweegbare spie (80) door ten minste een spieveer (156) radiaal naar buiten is voorgespannen. Ik. Klepsysteem volgens conclusie 12 of conclusie 13. waarbij het wisselkopsamenstel middelen (138) omvat om het beweegbare-spiehuis (13*0 coaxiaal met het moforgaan (40) op te stellen.

15. Klepsysteem volgens conclusie 14, waarbij het wisselkopsamenstel een belastingsvereffeningsplaat (138) omvat aan elk einde van het beweegbare-spiehuis (13*1) · '

16. Klepsysteem volgens een van de conclusies 12 tot en met 15. waarbij een buisvormige leiding (144) zich in lengterichting door het beweegbare-spiehuis uitstrekt en draaibaar daarin is gemonteerd, bijvoorbeeld in een Cutles^S>-lager (152) dat in het beweegbare-spiehuis is aangebracht .

17. Klepsysteem volgens een van de conclusies 12 tot en met 16, waarbij het moforgaan (40) een in hoofdzaak cilindrische binnenwand omvat met ten minste twee in lengterichting op een afstand liggende ringvormige uitsparingen (66, 68) die de beweegbare spie (80) op kunnen nemen voor die verplaatsing van het moforgaan.

18. Klepsysteem volgens conclusie 17, waarbij iedere ringvormige uitsparing (66, 68) in de binnenwand van het moforgaan (40) een vierkante schouder en een af geschuinde schouder omvat, waarbij elke vierkante schouder zich dichter bij het dichtstbij zijnde einde van de mof bevindt dan de respectieve afgeschuinde schouder.

19. Klepsysteem volgens een van de conclusies 12 tot en met 18, waarbij het lichaam (36, 38) een zich in lengterichting uitstrekkende boring omvat met een afgeschuinde schouder (84) aan elk einde daarvan, en waarbij elke beweegbare spie (80) een afgeschuind oppervlak omvat dat in contact kan komen met en kan schuiven tegen de afgeschuinde schouder om de beweegbare spie van het moforgaan vrij te maken.