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Dokumentenidentifikation DE3348228C2 23.08.1990
Titel Strömungsvorrichtung
Anmelder Koomey Blowout Preventers, Inc., Houston, Tex., US
Erfinder Jones, Marvin Richard, Houston, Tex., US
Vertreter Hansmann, A., Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Vogeser, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 14.10.1983
DE-Aktenzeichen 3348228
File number of basic patent 33375100
Offenlegungstag 07.06.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.1990
IPC-Hauptklasse E21B 29/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Strömungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Preventer dieser Art sind gewöhnlich mit einer Vorrichtung ausgerüstet, durch die die Bohrung unter den geschlossenen Stößeln mit den Kammern hinter ihnen verbunden wird, wodurch bei geschlossenen Stößeln auf wenigstens einen Teil der Fläche der äußeren Enden der Stößel-Fluiddruck einwirkt, um dadurch eine Kraft zu erzeugen, die den hydraulischen Betriebsdruck, der die Stößelpackungen in Dichtungsberührung hält, ergänzt. Zu diesem Zweck können in den Unterseiten der Stößel Nuten vorgesehen werden, die die Bohrung und die Kammer miteinander in Verbindung halten. Ein Versuch zur Verringerung der Abmessungen des Betätigungssystems, das zur Erzeugung einer Öffnungskraft notwendig ist, um dadurch diese ergänzende Kraft im Hinblick auf das Bohrlochströmungsmittel zu überwinden, ist in der US-Patentschrift 30 36 807 beschrieben. In dieser Druckschrift wird ein Preventer vorgeschlagen, der mit Stößeln versehen ist, die ventilgesteuerte Kanäle aufweisen, durch die die Bohrung mit den Kammern verbunden wird, wenn die Stößel geschlossen sind, und die dann die Kammer mit der Bohrung über den geschlossenen Stößeln verbinden, die normalerweise unter einem viel geringeren Druck steht als die Bohrung unter ihnen, wodurch über den Enden der Stößel im wesentlichen Druckgleichgewicht erreicht wird, wenn die Stößel die nach außen gerichtete Öffnungsbewegung ausführen. Bei dem in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 3 37 383 (entspr. DE-OS 32 48 542.5-24) beschriebenen Preventer, die "hydraulisch betätigte Ventile" betitelt ist, befinden sich in den Unterseiten der Stößel Nuten, und die Strömung durch einen Kanal, der die Kammer mit der Bohrung über jedem geschlossenen Stößel verbindet, wird mit Hilfe eines Ventilkopfes an dem Ende der Stange gesteuert, die mit einem Kolben in dem Zylinder des Betätigungssystems verbunden ist und eine Leerlaufverbindung mit dem Stößel aufweist, so daß das äußere Ende jedes Kanals geschlossen wird, wenn sich der Stößel mit der Kolbenstange nach innen bewegt, und geöffnet wird, sobald sich der Stößel mit der Kolbenstange nach außen bewegt.

Obgleich der Preventer, der sowohl in der US-Patentschrift 30 36 807 als auch in der oben genannten anhängigen Patentanmeldung beschrieben ist, dem gewünschten Ergebnis der Verkleinerung der Kraft entspricht, die benötigt wird, um die Stößel zurückzuziehen, erfordern die Stößel dieses Patentes und in gewissem Maße auch die Stößel der anhängigen Patentanmeldung eine komplizierte Konstruktion, die die Gesamtkosten des Preventers erhöht.

Wie des weiteren in der anhängigen Patentanmeldung festgestellt ist, ist das Betätigungssystem des in der US-Patentschrift 30 36 807 beschriebenen Ausblaspreventers so aufgebaut, daß die aufgrund des Bohrlochströmungsmittels vorhandene Kraft, die auf die Kolbenstange einwirkt, welche in die Stößelkammer eintritt, um der Bewegung der Stößel in die Schließstellung entgegenzuwirken, erheblich verringert oder ganz beseitigt wird. Somit erstreckt sich von dem äußeren Ende des Kolbens des Betätigungssystems für jeden Stößel eine Stange in eine äußere Kammer des Gehäuses hinein, und der Kolben sowie die äußere Stange und die innere Stange sind mit einer Durchgangsbohrung versehen, so daß dann, wenn die Stangen im wesentlichen dieselbe Querschnittsfläche aufweisen, sie sich im Gleichgewicht befinden.

Bei dem in der obigen Patentanmeldung beschriebenen Preventer wird durch ein Paß-Stück in die äußere Kammer und die Durchgangsbohrung der Stangen und den Kolben Fett eingespritzt, und der Bohrschlamm sowie das Fett werden mit Hilfe eines Stopfens, der in der Bohrung verschiebbar sitzt, getrennt, wenn sich die äußere Stange in der äußeren Kammer bewegt, so daß der Bohrschlamm in der Bohrung des Gehäuses von der Kammer im wesentlichen ausgeschlossen bleibt und damit die Dichtungen, die die in diese Kammer hineinführende äußere Stange umgeben, geschützt werden. Im einzelnen sind in der Bohrung an den inneren und äußeren Enden der Stangen Schlitze vorhanden, die es dem Fett ermöglichen, an dem Stopfen vorbeizugehen, wenn dieser zu einer inneren Grenzstellung bewegt wird, und die es auch dem Bohrlochströmungsmittel ermöglichen, an dem Stopfen vorbeizuströmen, wenn er in eine äußere Grenzstellung bewegt wird, um dadurch jegliche Hohlräume in der äußeren Kammer zu füllen.

Obgleich dieses Merkmal dieses Betätigungssytem notwendig ist, um Bohrlochströmungsmittel im wesentlichen von der Ausgleichskammer entfernt zu halten, stellt es dennoch einen kostspieligen Zusatz dar, weil die Bypaß-Schlitze in die Stangen maschinell eingearbeitet werden müssen.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strömungssteuervorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Möglichkeit einer Überbrückung des Stopfens ohne die Notwendigkeit maschineller Bearbeitung der Stangen gegeben ist. Die Lösung der oben genannten Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht eines Ausblaspreventers der erfindungsgemäßen Art, bei dem die Stößel in Stellungen innerhalb ihrer Führungsbahnen zurückgezogen sind,

Fig. 2 eine senkrechte Schnittansicht des Preventers, ähnlich derjenigen von Fig. 1, bei der jedoch die Stößel nach innen bewegt sind, um die Rohrleitung abzuscheren, das obere abgeschnittene Ende der Rohrleitung aus der Bahn zwischen den Einrichtungen auf den Stößelflächen, die zur Abdichtung dienen, herausbewegt ist, und daraufhin die Abdichtung in bezug aufeinander und in bezug auf die Führungsbahnen erfolgt ist,

Fig. 3 eine Ansicht der beiden aus ihren Führungsbahnen entfernten Stößeln, gesehen von dem inneren Ende, der einen Seite von oben,

Fig. 4 eine senkrechte Schnittansicht eines Teils des Preventers, einschließlich des rechten Stößels und seines Betätigungssystems, wobei die Kolben des Betätigungssystems nach außen in die vollständig zurückgezogenen Stellungen bewegt sind, um dadurch die Stößel in die Öffnungsstellung zu bringen.

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, jedoch nach der Einwärtsbewegung der Stößel unter der Einwirkung des Steuerfluids auf die Außenseiten der Kolben des Betätigungssystems, um dadurch die inneren Enden der Schneidkanten der Blätter in Berührung zu bringen und mit dem Abflachen der entgegengesetzten Seiten einer Rohrleitung innerhalb der Bohrung des Gehäuses zu beginnen,

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, jedoch nach erfolgter weiterer Einwärtsbewegung der Stößel, wodurch die Blätter die Rohrleitung abgeschert haben und die inneren Enden der Greif- und Hubarme veranlaßt worden sind, die entgegengesetzten Seiten der Rohrleitung über den Schneidblättern der Stößel abzuflachen, wobei der äußere ringförmige Kolben des Betätigungssystems in die Stellung bewegt ist, in der er an dem inneren Ende des Zylinders anliegt,

Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Ansicht, bei der jedoch die Stößel noch weiter nach innen bewegt worden sind, nachdem die Rohrleitung abgeschert worden ist, wodurch die Arme veranlaßt wurden, das obere abgescherte Ende der Rohrleitung über das obere Schneidblatt und damit aus der Bahn zwischen dem inneren Ende und dem oberen Schneidblatt zu räumen und wobei sich die Packung quer über das innere Ende des anderen Stößels, über das untere Schneidblatt erstreckt, und wobei die Bewegung des inneren Kolbens des Betätigungssystems in bezug auf den stillstehenden äußeren Kolben nach innen dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist der Preventer, im folgenden Ausblasventil genannt, insgesamt mit 20 bezeichnet. Dieses Ausblasventil weist ein Gehäuse 21 mit einer senkrechten Durchgangsbohrung 22 und Flanschen auf seinen oberen und unteren Enden auf, mit denen es befestigt werden kann, so daß es einen Teil eines Bohrlochkopfes bildet, wobei seine Bohrung 22 axial mit der Bohrung des Bohrlochkopfes fluchtend ausgerichtet ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, erstreckt sich senkrecht durch die Bohrung des Ausblasventils eine Rohrleitung 24, die Teil eines Bohrstrangs sein kann, der an einem Bohrgestänge aufgehängt ist und an seinem unteren Ende mit einem Meißel versehen ist, der sich in Richtung auf den Boden des Bohrlochs erstreckt. Wie beim Bohren von Bohrlöchern an sich bekannt, wird Bohrschlamm durch den Bohrstrang im Kreislauf abwärts geführt, wobei er aus dem Meißel austritt und dann in dem Ringraum 25 zwischen dem Bohrstrang und der Bohrung nach oben gleitet.

Das Ausblasventil weist ein Paar Stößel 26A und 26B auf, die in Führungsbahnen 27 sitzen, welche die gegenüberliegenden Seiten der Bohrung 22 schneiden, um zwischen äußeren Lagen, in denen sie, wie aus Fig. 1 ersichtlich, während des im Bohrloch stattfindenden Bohrvorgangs aus der Bohrung zurückgezogen sind, und inneren Lagen, in denen sie sich quer durch die Bohrung erstrecken, um sich gegenseitig und in bezug auf das Gehäuse abzudichten und damit die Bohrung zu schließen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, bewegt werden zu können. Jeder Stößel wird mit Hilfe eines Betätigungssystems zwischen Öffnungs- und Schließstellungen bewegt. Zu diesem System gehört ein Zylinder 28 des Gehäuses 21, der sich außerhalb jeder Stößelführungsbahn befindet, ein Kolben, der in jedem Zylinder hin- und herbeweglich gelagert ist und eine Stange 30, die sich abdichtend durch eine Packung oder Dichtung 31 in eine Öffnung durch eine Wand des Gehäuses hindurcherstreckt, die eine Kammer hinter dem Stößel von dem Zylinder abtrennt, um den Stößel mit dem Kolben zu verbinden. Wie im folgenden beschrieben wird, wird von einer äußeren Quelle dem Zylinder Hydraulikmittel zugeführt bzw. aus ihm in diese Quelle zurückgeführt, und zwar beidseitig des Kolbens 29, um dadurch die Kolben wahlweise zu bewegen und damit die Stößel in Richtung auf die Bohrung oder von der Bohrung weg zu verschieben.

Jedes Gehäuse 21 weist einen Hauptkörper 21A auf, in dem die Bohrung 22 und die Führungsbahnen 27 ausgebildet sind, sowie ein Paar Hauben 32.

Jeder Stößel weist einen metallenen Stößelkörper 33 auf, der im allgemeinen eine ovale Querschnittsform besitzt, um axial nach innen und außen gleiten zu können, und zwar in Richtung auf die Bohrung R und von ihr weg und innerhalb einer Führungsbahn des Preventergehäuses. Des weiteren sind auf den rechten und linken Stößeln 26B und 26A Blätter BU, BL vorhanden, die Schneidkanten aufweisen, mit denen die Rohrleitung 24 abgeschert wird, sobald sich die beiden Blätter übereinander bewegen. Im einzelnen kann die Schneidkante des oberen Blatts BU auf dem rechten Stößel 26B sich über die Schneidkante des unteren Blatts BL auf dem linken Stößel 26A bewegen, und von dem Stößel 26B wird über dem Blatt BL eine Packung 34 so getragen, daß sie mit dem inneren Ende 35 des Blatts 26B in abdichtender Berührung steht, wenn die Rohrleitung abgeschert wird und das obere, abgescherte Ende dieser Leitung, wie dies im folgenden beschrieben werden wird, angehoben wird, sobald sich die Stößel weiter nach innen in die Schließstellung bewegen.

Dazu kommt, daß jeder Stößel eine Packung trägt, die an den entgegengesetzten Seiten der sich in seitlicher Richtung erstreckenden Packung 34 (im Falle des linken Stößels) und der Blattendoberfläche 35 (im Falle des rechten Stößels) innere Stirnteile 36 aufweist sowie Seitenteile 37, die sich von einem jeden solchen Stirnteil längs jeder Seite des Stößelkörpers nach hinten erstrecken, und auch Kopfteile 38, die mit den äußeren Enden der Seitenteile 37 verbunden sind und sich über den Kopf des Stößels erstrecken. Wie aus der Zeichnung ersichtlich und an sich bekannt, bleiben die Kopfteile 38 in den Führungsbahnen, wenn sich die Stößel in ihre äußere Positionen bewegen, wodurch die Stößelpackungen eine durchgehende Dichtung bilden, die die Bohrung des Preventergehäuses verschließt.

Die Schneidkanten der unteren und oberen Blätter haben die Form eines flachen "V", um zur Zentrierung der Bohrleitung, sobald sie sich aufeinander zu und aneinander vorbeibewegen, um die Rohrleitung abzuscheren, zusammenzuarbeiten. Wenn das obere abgescherte Ende der Rohrleitung aus der Bahn zwischen der Packung 34 und der Oberfläche 35 gehoben wird, um dadurch den Stößeln zu ermöglichen, miteinander in Dichtungsberührung zu treten, wenn sie in die Schließstellung gebracht werden, kann das untere Ende der abgescherten Rohrleitung sich in eine Aussparung 52 hineinbewegen, die in der Unterseite des rechten Stößels ausgebildet ist, so daß die Rohrleitung die vollständige Schließbewegung der Stößel nicht behindert.

Wie im obigen bereits beschrieben, weist die Vorrichtung zum Ergreifen der gegenüberliegenden Seiten der Rohrleitung und zum Anheben des oberen abgescherten Rohrleitungsendes einen Arm 53 auf jedem Stößel auf, dessen äußerstes Ende auf ihm verschwenkbar gelagert ist, so daß es eine im allgemeinen waagerechte Achse quer zur Achse der Hin- und Herbewegung des Stößels verschwenkt werden kann. Wenn der Stößel nach innen bewegt wird, um dadurch sein inneres Ende 54 zu veranlassen, mit der einen Seite der Rohrleitung in Berührung zu treten, so wird er in einer in der Oberseite des Stößels vorhandenen Aussparung so abgestützt, daß sein inneres Ende sich über seiner Schwenkachse befindet, so daß dann, wenn sich der Stößel weiter nach innen bewegt, um die Rohrleitung anzuheben, der Arm um seine Schwenkachse nach oben verschwenkt wird. Auf diese Weise werden die überwiegend horizontalen Kraftkomponenten der Stößel, wenn die Rohrleitung ergriffen und abgeschert wird, zu überwiegend senkrechten Kraftkomponenten, sobald das abgeschnittene Ende der Rohrleitung angehoben wird.

Wenn das abgescherte Ende der Rohrleitung dann noch weiter um eine gewisse Strecke hochgehoben wird, treten die Stößel miteinander in Dichtungsberührung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich dann das obere abgescherte Ende der Rohrleitung frei anheben, um es zusammen mit dem Bohrstrang aus der Bohrung des Preventers zu entfernen. Dadurch wird den inneren Enden der Arme ermöglicht, abwärts zu schwenken und in Richtung nach innen zu miteinander in Eingriff zu treten. Wenn dann die Stößel in ihre Öffnungsstellung zurückgezogen werden, setzen die inneren Enden der Arme ihre gemeinsame Arbeitsschwenkbewegung in die abgestützte Lage fort und trennen sich dann voneinander.

Die Kolbeneinrichtung 29 des Betätigungssystems für jeden Stößel weist einen ersten äußeren, ringförmigen Kolben 60 auf, der einen Dichtungsring zur gleitenden Abdichtung in dem Zylinder 28 zwischen innersten und äußersten Stellungen besitzt, die dadurch bestimmt sind, daß die inneren und äußeren Enden der Zylinder 28 mit dem Kolben in Berührung treten. Des weiteren ist ein innerer Kolben 61 vorhanden, der einen Dichtungsring trägt, welcher in dem äußeren Kolben 60 abgedichtet gleitet. Dieser innere Kolben ist an der Kolbenstange 30 befestigt, um sich zusammen mit dem Stößel nach innen und nach außen zu bewegen, während die inneren und äußeren Kolben mit Mitteln ausgestattet sind, die nur eine begrenzte Axialbewegung der Kolben in bezug aufeinander zulassen. So weist der äußere Kolben einen ersten Flansch 62A an seinem inneren Ende auf, der seine Auswärtsbewegung in bezug auf den inneren Kolben 61 begrenzt, sowie einen Flansch 62B an seinem inneren Ende, der seine Einwärtsbewegung in bezug auf den Kolben 61 begrenzt.

Wie ersichtlich, nehmen dann, wenn Betätigungsfluid den inneren Enden beider Kolben durch die Öffnung P&sub1; zugeführt worden ist, um die Stößel zu öffnen, beide Kolben ihre äußersten Stellungen ein, d. h. der äußere Kolben 60 steht mit dem äußeren Ende des Zylinders in Berührung, und die Außenseite des Kolbens 61 berührt den Flansch 62B des äußeren Kolbens. Um die Stößel einwärts zu bewegen und dadurch die Rohrleitung abzuscheren und die Bohrung des Preventers zu verschließen, wird Betätigungsfluid den Außenseiten der Kolben durch die Öffnungen P&sub2; zugeführt und von den Innenseiten der Kolben durch die Öffnungen P&sub1; weggeführt. Während der anfänglichen Einwärtsbewegung bewegen sich die Kolben miteinander, weil der Flansch 62B des Kolbens 60 mit der Außenseite des Kolbens 61 in Berührung steht.

Wie einzeln nicht gezeigt, ist das innere Ende des Kolbens 60, wenn die abgeschnittene Rohrleitung angehoben worden ist und die Stößel in Dichtungsberührung gebracht worden sind, von dem Flansch 62A mit Abstand getrennt, so daß seine Berührung mit dem Flansch den vollen Dichtungseingriff zwischen den Stößeln nicht behindert und ein gewisser Verschleiß der Dichtungsflächen der Stößel während der fortgesetzten Benutzung des Preventers zugelassen wird.

Wenn die Stößel in ihre Öffnungsstellungen zurückgezogen werden sollen, wird Betätigungsfluid durch die Öffnungen P&sub1; in die Zylinder auf den Innenseiten der Kolben eingeleitet und durch die Öffnungen P&sub2; von den Außenseiten der Zylinder abgeleitet. Als Folge dessen bewegen sich die äußeren Kolben 60 in bezug auf die inneren Kolben 61 so lange nach außen, bis die Flansche 62A mit den inneren Kolben in Berührung treten und dann die inneren Kolben und die Kolbenstangen 30 mitnehmen. Die Stößel setzen daraufhin ihre Bewegung nach außen fort, bis die äußeren Enden der Kolben 20 das äußere Ende der Zylinder berühren, und die inneren Kolben bewegen sich in bezug dazu nach außen, um mit den Flanschen 62B in Berührung zu treten.

Wie auf diesem Gebiet der Technik bekannt, ist jeder Stößelkörper mit einer Nut G in seiner Unterseite versehen, die die Bohrungen 22 des Gehäuses an dessen innerem Ende mit der Kammer am äußeren Ende des Stößels verbindet, wodurch dann, wenn die Stößel geschlossen sind, Bohrlochfluiddruck aus der Bohrung auf die äußeren Enden der Stößel einwirkt, um diese geschlossen zu halten, und zwar mit einer Kraft, die zusätzlich zu derjenigen des Betätigungssystems wirkt. Somit ist in den geschlossenen Stellungen der Stößel der Bohrlochfluiddruck unter den Stößeln gewöhnlich höher als derjenigen über den Stößeln, so daß auf der Oberfläche der Stößel, die von der Dichtungseinrichtung umschlossen wird, eine realtiv große Druckdifferenz herrscht.

Wie bei dem Preventer der anhängigen Patentanmeldung P 32 48 542, so ist auch hier in dem rechten Stößel 26B ein Kanal 40 ausgebildet, der an seinem äußeren Ende mit der Stößelkammer auf der Außenseite des Stößels und an seinem inneren Ende mit dem oberen Innenteil des Stößels, der von der durchgehenden Dichtung umschlossen ist, in Verbindung steht und damit mit der Bohrung des Preventer-Gehäuses oberhalb der Stößel, und zwar im geschlossenen Zustand derselben. Das innere Ende des Kanals 40 weist vorzugsweise auseinanderstrebende Zweige 40A auf, die die untere Aussparung des Stößels 26B unterhalb des Arms 53 und oberhalb des Blatts BU verbinden und dadurch mit einem offenen Bereich zwischen den inneren Enden der geschlossenen Stößel. Des weiteren ist aus denselben Gründen, die in der anhängigen Patentanmeldung erwähnt sind, die Querschnittsfläche des Kanals größer als die der Nut G.

Ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Preventer der führenden Anmeldung weist das innere Ende der Kolbenstange 30 des rechten Stößels 26B einen vergrößerten Kopf 41 auf, der mit Zapfen 42 versehen ist, die von seinem inneren Ende auf gegenüberliegenden Seiten einer ringförmigen Packung 41a herausragen, welche koaxial zu dem Kanal 40 angeordnet ist, um dadurch alternativ das äußere Ende des Stößels rund um das äußere Ende des Kanals 40 abdichtend zu berühren und damit den Kanal zu verschließen oder zwecks Öffnung derselben mit ihm außer Berührung zu treten. Im einzelnen heißt das, daß die Zapfen 42 in vergrößerten T-Schlitzen 43 in dem rechten Stößel auf entgegengesetzten Seiten des Kanals 40 entfernbar aufgenommen werden, um dadurch zwischen der Stange und dem Stößel eine Leerlaufverbindung zu schaffen, so daß die Packung 41a sich frei vorwärtsbewegen kann, um das äußere Ende des Kanals 40 abzudichten, wenn das Betätigungssystem den Stößel nach innen bewegt, jedoch außer Berührung mit dem Ende des Stößels zu treten, um den Kanal 40 zu öffnen, sobald das Betätigungssystem so angetrieben wird, daß der rechte Stößel zurückgezogen wird. Die unteren Enden der T-Schlitze erstrecken sich durch die unteren Enden des rechten Stößels, um dadurch ein Mittel zu schaffen, mit Hilfe dessen der Stößel an dem inneren Ende der Kolbenstange angebracht oder von diesem Ende entfernt werden kann, wenn der rechte Kolben in die Öffnungsstellung bewegt wird.

Somit wird wie im Falle beider Stößel des Preventers der genannten älteren Anmeldung durch Einschalten des Betätigungssystems zum Zurückziehen des rechten Stößels automatisch der in ihm befindliche Kanal 40 geöffnet, um dadurch den über den inneren und äußeren Enden des rechten Stößels herrschenden Druck auszugleichen und damit zu ermöglichen, den Stößel mit geringerer Kraft zu öffnen. Wie im obigen jedoch beschrieben, ermöglicht das Zurückziehen des inneren Endes des rechten Stößels aus der Dichtungsberührung mit dem inneren Ende des linken Stößels, obgleich der linke Stößel 26A mehr oder weniger konventionell dadurch gebaut ist, daß er keinen Durchgangskanal aufweist, daß der Drucker über den inneren und äußeren Enden des linken Stößels ebenfalls auf diese Weise in wesentlichen ausgeglichen wird und damit sein Zurückziehen ebenfalls erleichtert wird.

Die Stange 30 des linken Stößels 26A sowie die Vorrichtung, durch die sie verbunden sind, kann mit der Stange 30 für den Stößel 26B und deren Verbindung untereinander identisch sein. Alternativ dazu können jedoch, da das innere Ende der Stange nicht die Funktion des Öffnens und Schließens eines Durchgangskanals durch den Stößel 26A erfüllt, Zapfen auf diesem inneren Stangenende vorhanden sein, die genau in T-Schlitze in dem äußeren Ende des Stößels passen.

Somit ermöglicht die Verbindung, daß der Stößel ausgetauscht oder repariert werden kann, verhindert jedoch jede wesentliche axiale Relativbewegung zwischen der Stange und dem Stößel während des Öffnungs- und Schließzyklus.

Wie ebenfalls bei dem Preventer der älteren Anmeldung vorgesehen, erstreckt sich eine weitere Stange 44 von dem Kolben 61 nach außen und läuft abgedichtet durch einen Dichtungsring 46, der in einer Öffnung im äußeren Ende des Zylinders 28 getragen wird, sowie in die äußere Kammer 45 innerhalb der Haube. Somit ist ein rohrförmiger Körper 48 mit einer Gegenbohrung in dem äußeren Ende der Öffnung im Ende des Zylinders verschraubt, so daß die äußere Kammer 45 entsteht, und eine zusätzliche Packung wird im inneren Ende des Körpers 48 aufgenommen, die zur Abdichtung zwischen diesem Körper und der Stange 44 außerhalb des Ringes 46 dient.

Im einzelnen erstreckt sich durch den Kolben und sowohl die innere Stange 30 als auch die äußere Stange 44 eine Bohrung 47, und die Querschnittsflächen der inneren und äußeren Stangen, die sich durch die Dichtungseinrichtungen 31 und 46 erstrecken, sind im wesentlichen gleich. Dadurch bestehen im Falle des rechten Stößels 26B die Stangen im wesentlichen nicht nur dann unter Druckgleichgewicht, wenn der Stößel zurückgezogen ist und der Kopf 41 von dem äußeren Ende des Stößels 26B während des Öffnens des Stößels mit Abstand getrennt ist, sondern auch während des Schließens des Stößels 26B, wenn die Bohrung 47 mit dem Kanal 40 verbunden wird. Eine ähnliche Bohrung kann in dem Kolben und den Stangen 40 und 44 des linken Stößels 26A ausgebildet werden, so daß die Stange 30, die mit dem linken Stößel über eine Leerlaufverbindung verbunden ist, wie im Falle der Stange 30 des Stößels 26B ebenfalls während des Zurückziehens des Stößels unter Druckgleichgewicht steht. Natürlich kann, falls zu diesem Zweck gewünscht, die Verbindung der Stange mit dem Stößel eng gepaßt sein, und eine Öffnung in der Stange 30 für den Stößel 26A kann die Durchgangsbohrung 47 mit der Kammer 45 verbinden.

Wie ebenfalls in der älteren anhängigen Patentanmeldung beschrieben, wird von der Gehäusehaube ein Paßstück E getragen, d. h. von dem äußeren Ende des rohrförmigen Körpers 48, so daß Fett in die äußere Kammer 45 und wenigstens einen Teil der mit dieser verbundenen Bohrung eingespritzt werden kann, um im wesentlichen zu vermeiden, daß Bohrschlamm in die Kammer 45 eindringt und um dadurch die Dichtung 46, die das äußere Ende der Stange 44 umgibt, zu schützen. Ein Stopfen 49 aus Plastikmaterial oder einem anderen geeigneten Material ist in der Bohrung 47 zwischen den inneren und äußeren Begrenzungsstellungen gleitend angeordnet, so daß er das Bohrlochfluid normalerweise von dem Fett trennt. Die Bewegungsgrenzen dieses Stopfens werden durch Sprengringe bestimmt, die in den inneren und äußeren Enden der inneren Stange 30 und der äußeren Stange 44 sitzen.

Wenn die Stößel in die geschlossene Stellung bewegt worden sind, haben sich die Stopfen 49 dadurch, daß die Hauptteile der äußeren Stangen 44 aus den Kammern 45 zurückgezogen werden, in Lagen nach außen bewegt, die sich zumindest in der Nähe ihrer äußeren Grenzpositionen befinden. Für den Fall, daß Fett aus der Kammer 45 verlorengegangen ist, wird der Stopfen in der Bohrung durch den äußeren Sprengring gehalten, und eine gewisse Menge Bohrschlamm kann durch einen in ihm befindlichen verengten Kanal 50 hindurchströmen. Wenn die Stößel zurückgezogen werden, und die äußeren Stangen 44 in die Kammern 45 eintreten, werden die Stopfen 49 nach innen in ihre innerste Lage gepreßt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Fett kann durch einen verengten Kanal 50 im Stopfen durch diesen hindurchtreten, wodurch das Erfordernis, in der Durchgangsbohrung der Stangen Schlitze auszubilden, wie dies in der älteren Anmeldung erläutert ist, entfällt.

Betrachtet man nun die gesamte Betriebsweise des Preventers und wird angenommen, daß die Stößel in ihre äußersten Stellungen zurückgezogen sind, wie dies in den Fig. 1 und 4 zu sehen ist, und daß ein Rohr 24 in der Bohrung 22 abgeschert werden soll, so wird Steuerfluid den Außenseiten der Kolbenvorrichtungen 29 zugeführt und von ihren Innenseiten weggeführt, wodurch die Stößel veranlaßt werden, sich nach innen zu bewegen und mit den gegenüberliegenden Seiten des Leitungsrohrs in Berührung zu treten. Es versteht sich, daß sich die Stößel nicht notwendigerweise gleichzeitig in diese Stellungen bewegen, und tatsächlich ist es so, daß einer der Stößel gewöhnlich mit der einen Seite der Rohrleitung früher in Berührung tritt als der andere. Dies ist natürlich insbesondere dann der Fall, wenn die Steuerstange nur eines der Stößel in dem betreffenden Stadium des Betriebszyklus unter Druckgleichgewicht steht. In diesem Fall bewegt sich der betreffende Stößel gewöhnlich vor dem anderen Stößel nach innen. In jedem Fall wird durch die Berührung des inneren Endes des einen Stößels an der einen Seite der Rohrleitung dessen weitere Einwärtsbewegung so lange verzögert, bis der andere Stößel sich nach innen bewegt hat, um mit seinem inneren Ende auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung in Berührung zu treten.

Wie oben bereits beschrieben, werden beide Stößel mit einer verhältnismäßig großen Kraft bewegt, weil Bohrlochfluid auf den äußeren Enden sowohl des inneren als auch des äußeren Kolbens 60 bzw. 61 einwirkt.

Die Stößel setzen ihre Einwärtsbewegung in die geschlossene Stellung auch nach Abscheren der Rohrleitung fort, wodurch das innere Ende 35 des Blattes des rechten Stößels veranlaßt wird, unter Wirkung einer verhältnismäßig kleinen Kraft mit der Packung 34 in Dichtungsberührung zu treten. Gleichzeitig werden natürlich die Arme 53 dazu gebracht, sich weiter nach oben zu verschwenken, um dadurch das obere abgescherte Ende der Rohrleitung über die inneren Enden der Stößel oberhalb ihrer Blätter hinauszuheben, während das untere abgescherte Ende der Rohrleitung in die Aussparung 52 geschoben worden ist, so daß jegliche Behinderung der vollen Schließbewegung der Stößel vermieden wird.

Das obere abgeschnittene Ende der Rohrleitung kann dann mit dem Bohrstrang entfernt werden, um dem Bohrgestänge, an dem der Strang aufgehängt ist, zu ermöglichen, aus dem Bohrloch herausbewegt zu werden, so daß die inneren Enden der Arme frei nach innen schwingen können, um miteinander in Berührung zu kommen. Gleichzeitig kann Steuerfluid in die Zylinder 28 auf der linken Seite der Kolben eingeleitet und von den rechten Seiten der Kolben ausgeleitet werden, um dadurch die Stößel in ihre äußere Stellung zurückzuziehen.

Jeder äußere Kolben 60 sich anfänglich in bezug auf den inneren Kolben nach außen, bis der Flansch 62A die Innenseite jedes inneren Kolbens berührt, was zur Folge hat, daß die Stößel anfänglich mit einer verhältnismäßig kleinen Kraft, hervorgerufen durch die Wirkung des Steuerfluids auf die inneren Enden beider Kolben, zurückgezogen werden. Die Auswärtsbewegung der Stange 30 führt natürlich zur Öffnung des äußeren Endes des Kanals 40 in dem rechten Stößel 26B, so daß der verhältnismäßig hohe Druck innerhalb der Kammer hinter dem Stößel 26B zur Bohrung 22 oberhalb der geschlossenen Stößel entspannt wird. Wie oben erwähnt, wird dadurch nicht nur im wesentlichen Druckgleichgewicht über beiden Enden des rechten Stößels erzeugt, sondern beim Zurückziehen des rechten Stößels von dem linken auch im wesentlichen Druckgleichgewicht über den inneren und äußeren Enden des linken Stößels 26A, wodurch das Zurückziehen jedes Stößels erleichtert wird.

Für den Fall, daß sich in der Bohrung 22 keine Rohrleitung 24 befindet, und die Stößel wie herkömmliche "Blind-Stößel" wirken sollen, stehen die inneren Enden der Arme 53 bei der Einwärtsbewegung der Stößel in eine Stellung unmittelbar jenseits der in Fig. 6 gezeigten, miteinander in Berührung. In diesem Stadium der Schließbewegung der Stößel haben sich die Schneidkanten der Scherblätter aneinander vorbeibewegt, um dadurch den inneren Enden der Arme zu ermöglichen, sich zu berühren und bei fortgesetzter Einwärtsbewegung der Steuer- oder Kolbenstange jedes Stößels sich nach oben in eine geneigte Position zu verschwenken. Diese Einwärtsbewegung und Aufwärtsverschwenkung der Arme setzt sich solange fort, bis das innere Ende 35 jedes Blattes des rechten Stößels die Packung 34 berührt. An diesem Punkt sind die Arme so weit geneigt.

Während der Öffnungs- und Schließzyklen der Stößel befindet sich die Stange zur Betätigung des rechten Stößels 26B unabhängig davon, ob eine Rohrleitung abgeschert oder eine offene Bohrung verschlossen wird, ständig im Gleichgewicht und die Stange zur Betätigung des linken Stößels 26A steht während einer Öffnungsbewegung unter Druckgleichgewicht. Des weiteren wirkt der Stopfen 49 in der oben beschriebenen Weise derart, daß das Eintreten von Bohrschlamm in die Gleichgewichtskammer 45 im wesentlichen ausgeschlossen wird.


Anspruch[de]
  1. Strömungsvorrichtung mit einem Körper, der einen Durchströmungsweg aufweist, ferner mit einem in dem Körper zwischen ersten und zweiten Stellungen hin- und herbeweglichen Element, in welchen Stellungen das Element die Strömung in einem größeren bzw. kleineren Maße einschnürt, des weiteren mit einer Einrichtung zur Hin- und Herbewegung des Elements zwischen den ersten und zweiten Stellungen, wobei außerhalb des Körpers ein Zylinder, ein in diesem hin- und herbeweglicher Kolben und weiterhin eine an dem Kolben befestigte Stange vorgesehen sind, die sich abgedichtet in den Körper hineinerstreckt gehört, um das Element so zu verbinden, daß es sich in seine erste Stellung bewegt, sobald die Stange nach innen bewegt wird, und daß es sich in seine zweite Stellung bewegt, sobald die Stange nach außen bewegt wird, ferner mit einer anderen Stange auf dem Kolben, die sich abgedichtet in eine Kammer außerhalb des Zylinders erstreckt, einer durch den Kolben und beide Stangen hindurchlaufenden Bohrung zur Verbindung des Inneren des Körpers mit der äußeren Kammer, einem Stopfen, der in der Bohrung zwischen inneren und äußeren Begrenzungsstellen gleitend hin- und herbeweglich ist, wobei das von dem Stopfen bei seiner Bewegung zwischen seinen inneren und äußeren Begrenzungsstellen verschobene Volumen im wesentlichen gleich demjenigen ist, das von der anderen Stange bei ihrer Bewegung in der äußeren Kammer verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (49) einen eingeschnürten Durchgangskanal (50) aufweist, der es in die äußere Kammer eingefülltem Fett ermöglicht, den Stopfen zu überbrücken, sobald dieser sich in seiner inneren Stellung befindet, und der es Leitungsfluid ermöglicht, den Stopfen zu überbrücken, sobald sich dieser in seiner äußeren Stellung befindet.






IPC
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