DE2364328A1

DE2364328A1 - Sicherheitsventilanordnung fuer ein foerderbohrloch

Info

Publication number: DE2364328A1
Application number: DE2364328A
Authority: DE
Inventors: David E Young
Original assignee: Schlumberger Technology Corp
Current assignee: Schlumberger Technology Corp
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-12-22
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2212483B1; US3814181A; FR2212483A1; CA994669A; GB1451510A

Description

DIPK-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf,

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PATENTANWÄLTE telefon {02ii) 6722 4β

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma Schlumberger Technology Caporation, 2 77 Park Avenue, New York, N.Y. /USA

betreffend:

"Sicherheitsventilanordnung für ein Förderbohrloch"

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsventilanordnung für den Einsatz im Inneren eines Förderbohrlochs, in welchem ein Formationsdruck für die Förderung von Bohrlochfluid vorliegt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine derartige Sicherheitsventilanordnung, bei der sicheres Verschließen eines Sicherheitsventilmechanismus erfolgt im Falle, daß der Umgebungsdruck in Höhe des Sicherheitsventils unter ein vorgegebenes Minimum abfällt.

In der Frühzeit der ERdölförderung war es gängige Praxis, eine unter Druck stehende Quelle oder eine Lagerstätte von Erdölprodukten durch Bohren anzuzapfen und jeglichen Gasdruck entweichen zu lassen, der etwa vorhanden war, bis zum Abfall auf einen kontrollierbaren

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Pegel oder einen solchen Pegel, bei dem die Erdölprodukte durch Pumpen gefördert werden konnten. Dabei war das Gas im wesentlichen unbrauchbar und wurde als Abfall betrachtet* Wenn Öl aus dem Bohrloch zisammen mit dem entweichenden Gas ausgeblasen wurde, so sammelte man das öl in an der Oberfläche liegenden Becken, die rings um die Bohrlochstätte angeordnet waren. In der Weiterentwicklung der Erdölförderung entdeckte man, daß das unter Druck stehende Gas in Förderformationen wirksam verwendet werden konnte, um andere Produkte zu erzeugen, und das Gas selbst in seinem natürlichen oder einem anderen physikalischen Zustand, etwa nach Verflüssigung beispielsweise vermarktet werden konnte. Verschiedene Entwicklungen wurden durchgeführt, um den Verlust von Gasdruck in Erdöllagerstätten zu vermeiden, doch bezogen sich die meisten früheren Entwicklungen auf Oberflächensteuerventile und dergl., die von Hand manipulierbar waren oder mechanisch betätigt wurden zum Zweck der Steuerung der Strömung.

Zwar können Förderbohrlöcher jetzt wirksam unter Kontrolle gehalten werden, um das unnötige Entweichen von Gas aus der Lagerstätte zu verhindern, doch ergeben sich gelegentlich unvorhersehbare Umstände, die dafür führen, daß ein Förderbohrloch wild abbläst. Oberflächenförderkontrolleinrichtungen können zerstört werden durch mechanische Einrichtungen, die in der Nähe des Bohrlochs arbeiten, und die Oberflächengeräte des Förderbohrlochs können in anderer Weise verschjaäenen Gefahren ausgesetzt werden, die an der Oberfläche vorliegen, welche zu einem solchen Ausblasen des Bohrlochs führen könnten.

Wenn das Förderbohrloch im Küstenshelf, etwa von einer Bohriecfaplattform aus, gebohrt worden ist, so ist das Auftreten einer Explosion oder von Feuer und dergl. extrem gefährlich für das Leben von Personal, weil es

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schwierig ist, von der Produktionsstatte zu entweichen. Explosionen und Feuer im Küstenshelf sind ferner extrem teuer hinsichtlich der dabei zerstörten Anlagen, weil diese selbst außerordentlich teuer sind. Darüber hinaus kann eine Ölverseuchung, die infolge Zerstörung einer an der Oberfläche angeordneten Förderdurchflußkontrolleinrichtung hervorgerufen wird und sich auf einer Förderstätte im Küstenshelfbereich ausbreitet, zu einer Verschmutzung von sehr großen Bereichen der Küstenlinie führen, so daß etwa Naturschutzgebiete und dergl. weitgehend zerstört werden.

Explosionen, sowohl im Bereich der Oberflächendurchflußkontrollanlagen wie auch innerhalb des Förderbohrlochs unterhalb der genannten Anlagen, können zu einer so weitgehenden Beschädigung der Geräte führen, daß ein entsprechendes Förderbohrloch wild bläst.

Förderbohrlöcher können ferner wild blasen infolge Verschiebung der Erdschichten, durch die das -Bohrloch abgeteuft ist, und ferner kann ein Ausblasen zurückzuführen sein auf unzureichende strukturelle Haftung zwischen dem Bohrlochzement innerhalb der Bohrung und den umgebenden Erdformationen, so daß ein unter Druck stehendes Förderfluid um das Äußere der Bohrlochauskleidung zur Erdoberfläche gelangen kann. · - '

Wenn ein solches Förderbohrloch aus irgendeinem Grunde wild bläst, so können die Kosten für die Bohrfirma und Förderfirma extrem hoch liegen. Diese Kosten können verursacht werden durch den Produktionsverlust während der Zeit, in der das Bohrloch wild bläst und infolge Verlust an Läerstättendruck, was zur Verhinderung weiterer Förderung von Erdöl in situ führen kann. Der Verlust an Lagerstättendruck kann auch die Fördergeschwindigkeit der Erdölprodukte erheblich absenken oder die Förderung solcher Erzeugnisse extrem

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teuer machen, weil Gasdruckverfahren eingesetzt werden müssen und Sekundärförderoperationen für wirksame Förderung vorgesehen werden müssen„

Es ist offensichtlich erforderlich, unter der Oberfläche liegende Förderkontrollmechanismen vorzusehen, die automatisch oder selektiv arbeiten, je nach Wunsch, um zu verhindern, daß ein Bohrloch wild bläst,, selbst dann, wenn eine an der Oberfläche angeordnete Durchflußkontrollanlage beschädigt oder unwirksamst» Unter der Oberfläche liegende Kontrollanlagen dieses. Typs können in der Lage sein7 Explosionen und Feuer zu verhindern, welche sonst im Falle einer Beschädigung oder Fehlfunktion der .Oberflächenkontrollsysteme eintreten k anten. Darüber hinaus können unter der Oberfläche liegende Durchflußkontrollsicherheitsanlagen wirksam die Verschmutzung der Oberflächenumgebung verhindern, die sonst einträten, wenn man ein im Küstensetilfbereich liegendes Bohrloch wild blasen ließe= Da ein unter der Oberfläche liegender Sicherheitsmechanismus wirksam die überwiegende Mehrzahl aller Bohrlochausblasvorgänge verhindern kann und da die Kontrolle der Produktion so extremwichtig ist, ist es offensichtlich, daß unter der Oberfläche liegende Sicherheitsmechanismen erforderlich sind für das wirksame Funktionieren der Erdölförderung,

Verschiedene Förderbohrlochsicherheitssysteme sind entwickelt worden mit sowohl an der Oberfläche wie unter der Oberfläche liegenden Sicherheitsanlagen, welche betätigt werden können in eine sichere Position in Abhängigkeit von dem Auftreten einer.entsprechenden Förderbohrlochbedingung, um so das Strömen von Förderfluid zu unterbinden bis die Förderanlage für weiteren Betrieb wieder sicher gemacht worden ist. Die Betätigung von Sicherheitsventilen kann automatisch gesteuert werden durch Pilotmechanismen,

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die ansprechen auf Fernsteuerung, oder alternativ können Sicherheitsventile betätigt werden in die sichere Position durch eine Kraft, die entwickelt wird in Abhängigkeit von einem Auftreten einer entsprechenden Bedingung im Bohrloch. Küstenshelfförderbohrlöcher können Förderanlagen zugeordnet, werden, die mit einem"Sicherheitsmodus" versehen sind, der die Förderung aus dem Bohrloch erlaubt oder abschaltet int Falle von Stürmen oder anderen gefährlichen Konditionen, die sonst nachteilig die Förderarbeit beeinflussen würden.

An und unter der Oberfläche liegende Sicherheitsventilanordnungen können entwickelt werden, die wirksam das Abschalten der Oberflächen- oder unterirdischen Förderströmungskontrollanlage erreichen, um so die Strömung des Förderfluids in dem Falle abzuschalten, daß exzessive Bohrlochdrücke auftreten, sowie in dem Falle, daß die Kontrollanlage einer exzessiven Strömung von Förderfluid ausgesetzt wird. In den meisten Fällen ist ein im Bohrloch angeordnetes Sicherheitsventil ausschließlich auf die Strömungsgeschwindigkeit ansprechend ausgebildet und bleibt offen, um die Strömung des Förderfluids zu ermöglichen während Perioden normaler oder langsamer Strömung. Solche Ventile werden typischerweise betätigt durch Kräfte, die sich entwickeln während Strömung hoher Geschwindigkeit, um so den Ventilaufbau in die Schließposition zu bewegen und die Strömung des Förderfluids zu beenden.

Wenn ein Förderbohrloch abgeteuft worden ist und ein Fehler in dem Fördersystem auftritt, ist es wünschenswert, daß das Bohrloch automatisch abschaltet. Eine typische Anordnung, die diesem Zweck dient, ist ein sogenanntes geschwindigkeitsempfindliches Ventil, welches einen federbetätigten Kolben aufweist, der abgedichtet gleitbeweglich innerhalb eines Gehäuses ist und eine.Durchflußbegrenzung aufweist, die typischerweise als Strömungsbohne bezeichnet

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wird- und durch die das Förderfluid strömt. Der Druckabfall über der Begrenzung durch die Strömungsbohne wirkt auf einen Bereich, der allgemein definiert ist durch den,. Kolbendichtungsdurchmesser und denBohrungsdurchmesser der Strömungsbegrenzung, um so eine aufwärtsgerichtete resultierende Kraft zu erzeugen, die abhängt von der Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit» Wenn die Strömung gerade auf einen Wert ansteigt, der so groß ist, daß die Feder um einen vorgegebenen Betrag komprimiert, wird, so schließt das Ventil und sperrt damit die Strömung ab.

. Eines der häufig verwendeten Ven ti !elemente ist; ein Kegel- oder Tellerventil mit einem vergrößertem Kopf _B um den herum das Fluid strömt/ unmittelbar bevor es durch - seitliche Öffnungen in der Ventilbetätigungsmuffe fließt. In der geschlossenen Position gelangt der Kopf in Eingriff mit einem ringförmigen Ventilsitz mit einer Metaii-gegen-Metall-Dicntung. Diese Type von Verschluß weist jedoch eine Anzahl von Schwierigkeiten auf« Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Leck entsteht, wenn auch nur geringfügige Herste1-lungsunvollkommenheiten in den Abdichtungsflächen auftreten„ ist gegeben= Verschleißende Substanzen, wie Sandkörmcfoen, · in denBohrlochfluiden, Hammerschlag oder dergl» haben die Tendenz, den metallischen Ventilsitz zu erodieren und ein winziges Leck zu verursachen, das innerhalb kurzer Zeit durch Kavitation sich vergrößert und zum Versagen des Ventils führt. Wenn darüber hinaus das Ventilelement nicht direkt in dichte Äbsperrposition gelangt und oszillieren kann oder eine Drosselfunktion für auch nur eine geringe Zeitdauer vor dem Verschließen entwickelt, so führt dieser Drosselbetrieb mit Wahrscheinlichkeit zur Kavitation der Abdichtteileρ womit das Ventil unwirksam gemacht wird«

Ein anderes üblicherweise verwendetes Ventilsysteia verwendet ein Ventilkuge!element, bei dem der Verschluß

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bewirkt wird durch einen Metall-Metall-Kontakt zwischen der Kugel und einem komplementären Sitz oder durch einen haftenden Dichtungsring, der sich gegen die Metallfäche der Kugel setzt. Eine Drosselbedingung kann auftreten, wenn die ¥entilkugeln niete äirekt und sicher in die vollständig geschlossene Position bewegt wird, sobald die entsprechende Bohrlochbedingung eintritt.

Falls in der Oberflächenanlage des Förderbohrlochs ein Leck auftreten sollte und falls das Leck ursprünglich klein ist und infolge Erosion oder Kavitation der Anlage sich vergrößertι kann der Differentialdruck, der das automatische Verschließen in einem geschwindigkeitsempfindlichen Bohrlochsicherheitssystem hervorruft, zu einem Auftreten eines Drosselbetriebes führen und damit Kavitation des Sicherheitsventiimechanismus hervorrufen, womit der letztere unwirksam gemacht wird,

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen Sicheriieitsvenfcilmechanismus neuartiger Bauweise zu schaffen, der in der Lage ist, im Ansprechen auf eine vorgegebene Druckdifferenz 2u schließen, jedoch nicht der Erosion durch Bohrlochfluide lanterliegt infolge Aufbau eines Drosselbetriebes-, Das ventil soll demnach direkt und wirksam in die Schließposition gelangenim Ansprechen auf das Erfassen einer nachteiligen Bohrlochbedingung, die sonst exzessive Strömung in dem Fördersystem hervorrufen würde.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine im Bohrloch angeordnete Sicherheitsventilanosdnung, die auf einen vorgegebenen Abfall des Umgebungsdruckes in einem Bohrloch, der außerhalb des Sicherheitsventiimechanismus vorliegt, anspricht, zur Entwicklung eines Druckabfalls, welcher seinerseits zum Schließen des Sicherheitsventils führt. Die Mittel zur

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Entwicklung des Druckabfalls sind also getrennt von dem Ventilmechanismus, und der Ventilmechanismus selbst wird keiner Druckdifferenzbedingung ausgesetzt, welche sonst direkt zum Schließen des Ventils führen würde.

Das Ventil kann so ausgebildet werden, daß es einfach wieder geöffnet werden kann durch Injizieren eines hinreichend hohen Drucks in den Förderstrang, um so den Kräften entgegen-·· zuwirken, welche das Ventil in der geschlossenen Stellung halten. Das Ventil kann dabei gleichwohl kostengünstig herstellbar sein und hat sich als zuverlässig und billig in der Benutzung erwiesen.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Ventilanordnung gemäß der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Eine in dem Bohrloch selbst angeordnete Ventilanordnung kann also gemäß der Erfindung eine Gehäusestruktur umfassen,-die so ausgebildet ist, daß sie in einen Förderstrang geschaltet wird innerhalb eines Förderbohrlochsystems, und innerhalb des Gehäuses kann sich ein Sicherheitsventil befinden, das dazu dient, die Strömung des Förderfluid abzuschalten im Ansprechen auf das Auftreten einer unerwünschten Druckbedingung innerhalb des Bohrlochs. Ein Ventilsitz kann innerhalb des Gehäuses vorgesehen werden, gegen den ein Ventilelement zum Sitzen kommt, das seinerseits beweglich ist zwischen einer offenen bzw. geschlossenen Position relativ zum Sitz. Das Ventilelement kann verbunden mit einer Betätigungsmuffe sein, die beweglich innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und in die offene Position gedrückt wird durch ein Federelement, damit Fluid durch das Ventil fließen kann. Die bewegliche Muffe kann einen Kolben bilden, gegen den eine

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Kraft wirkt, die entwickelt wird durch eine Druckdifferenz, um so das Schließen des Ventilelementes zu bewirken, wobei die Druckdifferenz definiert ist durch die Differenz des Strömungsdruckes innerhalb eines Strömungsdurchlasses, der in der Muffe definiert ist, und dem Umgebungsdruck innerhalb des Bohrlochs außerhalb der Sicherheitsventilanordnung. Ein genügender Differenzedruck kann entwickelt werden, um das automatische Schließen des Sicherheitsventils im Ansprechen auf einenvorgegebenen Abfall des Umgebungsdrucks zu bewirken, wodurch ein bewegliches Element die wirksame Größe der Einlaßöffnung des Ventils modifiziert in direkter Proportionalität zu der Höhe des Abfalls des Umgebungsdrucks. Ein Stößel, der von einem Druckdomabschnitt des Ventilgehäuses getragen wird und beweglich ist im Ansprechen auf den Differenzdruck,entwickelt zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck innerhalb einer gasbeladenen Kammer variablen Volumens,'arbeitet so, daß die wirksame Größe der Einlaßöffnung des Ventils beschränkt wird, wenn eine exzessive Strömung von Förderfluid durch das Ventil, was hervorgerufen sein kann durch ein Versagen der Oberflächenanlage, den Umgebungsdruck innerhalb des Förderbohrlochs unter einen vorgegebenen minimalen Betriebspegel absenkt. Der Stößel führt dazu, daß ein Differenzdruck an der Einlaßöffnung des Ventils auftritt, und die Betätigungsmuffe spricht an auf den Differenzdruck und bewegt das Ventilelement indessen Schließposition. Eine Vorspanneinrichtung, wie eine Druckfeder, kann verwendet werden, um die Bewegung des.Stößelelements in Richtung auf eine Position zu unterstützen, in der die wirksame Größe der Einlaßöffnung begrenzt wird.

Fig. 1 zeigt halbschematisch, teilweise geschnitten, eine unterirdische Erdformation mit einem Förderbohrloch, das durch die Formationen abgeteuft ist und mit einer Bohrlochauskladung versehen

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ist, in der sich ein Förderstrang befindet. Mit dem Förderstrang ist ein unterirdischer Sicherheitsventilmechanismus verbunden, der gemäß der Lehre der vorliegenden·Erfindung aufgebaut ist.

Fig. 2A, 2B und 2 C sind Langsschnittdarstellungen des oberen, mittleren bzw. unteren Abschnitts eines Sicherheitsventilmechanismus gemäß der Erfindung;

Fig. 3A ist ein vergrößerter Querschnitt der Ventilbaugruppe des Mechanismus gemäß der Erfindung;

Fig. 3B ist ein vergrößerter Querschnitt einer umgebungsdruckabhängigen Ventileinlaßöffnungskontrolleinheit gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A ist eine Querschnittsdarstellung der Ventilbaugruppe und des Ventileinlaßöffnungssteuermechanismus gemäß der Erfindung, wobei die Teile in offenen oder Normalbetriebsposition gezeigt sind;

Fig. 4B ist eine Querschnittsdarstellung derselben Teile in geschlossenem Zustand,der eintritt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Abfall des Umgebungsdrucks.

Fig. 1 läßt eine Erdformation Io erkennen mit einem Förderbohrloch 12,das durch die Formation abgeteuft ist, und mit einer Bohrlochauskleüung 14 versehen ist, die in üblicher Weise zementiert ist und die Erdformationen durchsetzt. Ein

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Förderstrang aus Rohren 16 erstreckt sich von der Oberfläche nach.unten durch einen typischen Förderpacker 18 mit einem Packerelement 2o, der den Förderabschnitt von dem Bohrlochgehäuse darüber isoliert. Bohrlochfluid tritt in die Auskleidung 14 durch (nicht darstellte) Perforationen ein, die unterhalb des Packers 18 liegen, und strömt aufwärts durch den Förderstrang 16.

An einer geeigneten unterirdischen Position im Förderstrang, überlicherweise oberhalb des Packers 18, befindet sich eine Sicherheitsventilanordnung 22 gemäß der Erfindung, und zwar befestigt an dem unteren Ende eines konventionellen kabelbetätigbaren Setz- und Ziehdornes 24, der in einem Nippel 26 sitzt. Der Dorn 24 ist mit Verriegelungshaken 28 und Positionierteilen 3o versehen, die beidseits eines Abdichtpackringes 32 angeordnet sind, und das obere Ende des Doms 24 ist versehen mit einem Lauf- und Ziehhals 34. Die Einzelheiten des Aufbaus der Dornbaugruppe wie auch die Verfahren für das Ablassen und Ziehen der Baugruppe an einem Kabel sind dem Fachmann bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2A, 2B und 2C zeigen im einzelnen den oberen, mittleren bzw. unteren Abschnitt der Sicherheitsventilanordnung 22. Ein Ventilgehäuse 36 kann einen Oberflansch 38 aufweisen mit Innengewinde im Teil 4o, um so eine Verschraubung mit dem unteren Ende des Doms 24 herstellen zu können.

Das Gehäuse 36 kann definiert sein durch getrennte obere und untere Abschnitte 42 bzw. 44, die miteinander verbunden sind durch eine Kupplung 46 mit einem mittleren verdickten Wandungsabschnitt,der Anschläge 48 und 5o definiert für den Eingriff mit dem oberen bzw. unteren Gehäuseabschnitt 42 bzw. 44. Die Kupplung 46 kann ferner mit oberen und unteren Außengewindeabschnitten 52 bzw.54 versehen sein zur Verbindung mit den Innengewinden der oberen bzw. unteren

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Gehäuseabschnitteo

Das Gehäuse 36 des Sicherheitsventils kann ferner versehen sein mit einem Ventilabschnitt 56, der Innengewinde 5 8 am oberen Ende aufweisen kann für die Schraubverbindung mit einem unteren Außengewindeabschnitt 6 ο des unteren Gehäuseabschnitts 44. Der Ventilabschnitt kann ferner versehen sein mit Innengewinde 52 an dem unteren Ende für die Verbindung mit dem oberen Außengewindeabschnitt 64 einer Tragkupplung 66. Das untere Ende des unteren Gehäuseabschnitts 44 kann eine Ringschulter 6 8 definieren als Abstützung für ein Sitzelement To₁ das in Eingriff mit der Ringschulterfläche 68 gehalten wird durch 3inen ringförmigen Sitzstützflansch 72, der definiert ist innerhalb des Ventilabschnitts 56 des Gehäuses. Das Sitzelement 7o kann versehen sein mit einem Abdichtelement 74, etwa einem O-Ring oder dergl. das innerhalb einer Uxnfangsnut gehalten ist, um so eine Abdichtung zwischen dem Sitzelement 7o und der Innenwandung 76 einer Abdichttasche aufrechtzuerhalten,, die definiert ist zwischen der Schulter 6 8 und dem Innenflansch 72. Der Sitzring 7o besitzt eine geneigt verlaufende Anschlagfläche 78 gerade oberhalb einer einwärts gerichteten Dichtfläche 8o.

Ein Ventilelement, das allgemein mit 82 bezeichnet ist, kann innerhalb des Ventilabschnitts 56 des Gehäuses hin- und herbewegt werden und kann einen rohrförmigen Abschnitt 84 umfassen, versehen mit einem oberen Gewindefortsatz 86 der für Schraubverbindung mit einem unteren Innengewindeabschnitt 88 einer Ventilbetätigungshülse 9o, die ebenso für hin- und hergehende Bewegung innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet ist. Der rohrförmige Abschnitt 84 des Ventilelementes kann versehen sein mit einem geschlossenen unteren Ende 92, das nach unten abgestuft sein kann zur Definition eines ringförmigen Anschlagabschnitts 94 als Abstützung für einen ringförmigen Dichtungshaltering 96. Eine Dichtungsabstutzendkappe 9 8

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kann vorgesehen sein mit Innengewinden loo für Schraubverbindung mit Außengewinde Io2 des Ventile !ententes und zusammen mit dem Haltering 96 dient sie zum Halten eines ringförmigen Dicntungselementes Io4, das in gewissem Maße komprimierbar ist durch den Haltering oder Kompressionsring 96, um so den Grad des Dichtungseingriffs zwischen dem Abdichtelement Io4 und der Dichtfläche bo zu vergrößern, wenn das Ventilelement sich in Schließstellung befindet.

Wenn das Ventilelement 82 nach oben in die Sehließposition bewegt wird, gleitet die Außenperipherie des Dichtelements Io4 in Abdichteingriff mit der im wesentlichen zylindrischen Dichtfläche 8o des Dichtungselements 7o, und eine sich verjüngende Fläche Io6 des Halterings 96 wird sich in Anschlag bewegen mit der sich verjüngenden Fläche 78 des Dichtelements. Wenn das Ventilelement 82 durch den Differenzdruck in Aufwärtsrichtung gedrückt wird, sojwird der Haltering 96 von dem Anschlagabschnitt 9 4 wegwirkenden Kräften unterworfen und deformiert das Abdichtelement Io4, damit das letztere den Druck auf den Abdichtkontakt mit der ringförmigen Abdichtfläche 8o vergrößert. Die Abdichtfähigkeit des Ventils wird demgemäß erhöht in direkter Proportionalität mit der Zunahme des Differenzdruckes über dem geschlossenen Ventil.

In der offenen Position des Ventilelements 82, die in 2B dargestellt ist, fließt Fluid, das gefördert wird, durch das Sicherheitsventil rings um das untere Ende des Ventilelements und tritt in den rohrförmigen Abschnitt 84 durch mindestens eine, vorzugsweise jedoch eine Mehrzahl von Öffnungen Io8 ein. Das geförderte Fluid strömt dann weiter aufwärts durch einen Durchlaß Ho, der definiert ist durch zusammenwirkende rohrförmige Abschnitte des Ventilelements und der Ventilbetätigungshülse und in den Förderstrang, mit dem die Sicherheitsventilanordnung verbunden ist durch den oberen Flansch 38.

Im allgemeinen ist es wünschenswert, einen Mechanismus vorzusehen, um das Ventilelement 82 in der offenen Positon

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ORIGINAL INSPECTED

gemäß Fig. 2B zu halten, solange der Umgebungsdruck innerhalo der Bohrlochauskleidung und außerhalb des Sxherheitsventilmechanismus sich in einem geeigneten Betriebsbeiäch befindet und das Verschließen des Ventilelementes zu bewirken und damit die Strömung von Förderfluid zu beenden, in dem Fall, daß der Umgebungsdruck unter einen vorgegebenen Minimalpegel aus irgendeinem Grunde fallen sollte. Die Mittel, um eine druckansprechende Steuerung des Ventilelements 82 zu erreichen, können zweckmäßigerweise die in Fig.2 A dargestellte Form haben, wo ein Vorspannungsmittel, etwa eine Druckfeder 112 zwischen den Anschlagschultern 114 und 116 eingebaut ist, die definiert werden durch die unteren Enden der Kupplung 46 bzw. durch einen verdickten Wandungsabschnitt 12o des Ventilbetätigungshülsenelements 49. Die Kompressionsfeder 112 drückt unter normalen Bedingungen die Ventilbetätigungshülse 9o nach unten, bis eine ringförmige sich verjüngende Schulter 122 auf diesem angearbeitet zum Anschlag gelangt an einer sich verjüngenden Stützschulter 124, ausgebildet innen am unteren Gehäuseabschnitt 44, wo eine weitere Abwärtsbewegung des Ventilelements 82 begrenzt wird durch die Anschlagfläche 12 4.

Es ist erforderlich, eine Kraft zu entwiclelen, die nach oben auf die Ventilbetätigungshülse 9o wirkt und in der Lage ist, die Vorspannung der Kompress ions feder" 112 zu überwinden, um so eine Aufwärtsbewegung der Betätigungshülse in eine Position zu verursachen, mit der das Ventilelement in seine Schließposition gebracht wird. Gemäß der Erfindung kann ein ringförmiges Dichtelement 126 innerhalb einer Ringnut gehalten sein, die definiert ist innerhalb eines nach innen einspringenden Abschnitts 128 des Kupplungselements 46, welches Dichtelement Abdichtkontakt hat mit einer im allgemeinen zylindrischen Dichtfläche 13o auf der Ventilbetätigungshülse 9o. Ein zweites ringförmiges Oichtelement 132 kann innerhalb einer Ringnut gehalten sein, definiert in eiaem Kolbenelement 134 mit einem unteren Innengewxmde-

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ende 136, welches Außengewinde 138 am oberen Ende des Hülsenelements 9o aufnimmt. Das Abdichtelement 132 kann angeordnet sein in Abdichteingriff mit einer inneren Abdichtfläche 14o, die ausgebildet ist innerhalb des oberen Gehäuseabschnitts Das Kolbenelement 134 zusammen mit der Hülse 9o und dem Abdichtelement 132 wirkt zusammen mit dem oberen Gehäuseabschnitt 42, dem Kupplungselement 46 und dem Abdichtelement 126, um so eine Ventilbetätigungskammer 142 auszubilden, die in Kommunikationjsteht mit dem Umgebungsdruck über mindestens eine, aber vorzugsweise eine Mehrzahl von öffnungen 144 im oberen Gehäuseabschnitt 42. Oberhalb des Kolbenelements 134 kann eine dünnwandige Muffe 135 vorgesehen sein in Wirkveröindung mit einer Muffe 137,die nach unten ragt von dem oberen Flansch 38 und so eine Barriere für Sand und andere reibende Bestandteile bildet, die zusammen mit dem Bohrlochfluid gefördert werden= Die Muffen 135 und 137 definieren einen toten Raum zwischen einander, der verhindert, daß sich Sand oberhalb der 0-Ring-Dichtung 132 sammelt, womit die Dichtung gegen reibenden Verschleiß geschützt wird.

Der übergebungsdruck, der über die öffnungen 144 in die ringförmige VentiIbetätigungskairaner 142 übertragen wird, wirkt auf eine FLäche auf der Ventilbetätxgungshülse 9o, die definiert ist durch das Kolbenelement 134 und als Bereich Ai bezeichnet wird, während der Fluiddruck innerhalb des Ventilgehäuses stromabwärts des Ventilelementes, der auch als Förderdruck bezeichnet werden soll, auf eine Fläche der Ventilbetätxgungshülse, bezeichnet mit A2, wirkt. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Umgebungsdruck, der nach aufwärts auf die Hülse 9o wirkt, etwas niedriger als der Förderdruck, der nachbnten auf die Hülse wirkt und die verbleibende abwärtsgerichtete Druckkraft addiert sich zu der abwärtsgerichteten Kraft, welche von der Kompressionsfeder 112 entwickelt wird, womit die Hülse und das mit ihr verbundene Ventilelement in der untersten oder Offen-Stellung gehalten wird. Wenn aus irgendeinem Grund der Druck

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des Förderfluids innerhalb des Ventilmechanismus erheblich abfällt relativ zum äußeren Umgebungsdruck des Sicherheitsventils ist die Druckddifferenz, die auf die Hülse 9o wirkt, derart, daß eine resultierende Kraft erheblicher Größe entwickelt wird, die nach oben auf die Hülse 9o durch das Kolbenelement 134 wirkt und gegenüber der Kompression der Feder das Übergewicht gewinnt und die Ventilbetätigungshülse 9ο in deren obere Stellung verschiebt, womit verursacht wird, daß das Ventilelement 82 sich gegen das Sitzelement 7o setzt und die Strömung von Fluid durch die Öffnungen Io8 unterbindet.

Falls die Strömungssteueranlage eines Förderbohrlochs beschädigt werden sollte, etwa durch Bruch einer Förderleitung, Versagen eines Kontrollventils oder dergl. und eine unkontrollierte Strömung von Bohrlochfluid sich ausbilden kann, so sinkt offensichtlich der Druck des Förderfluids innerhalb des Stranges des Bohrlochs. Die Abnahme des Förderdrucks wirkt sich aus in dem gesamten Fördersystem des Bohrlochs, bis zu den Äuskleidungsperforationen oder über diese hinaus, durch die die unter Druck stehenden Fluide aus den Lagerstattenformationen fließen. Unkontrollierte Strömung führt deshalb zu einer Abnahme des Umgebungsdrucks an allen Pegeln innerhalb der Bohrlochauskleidung. Deshalb soll der Sicherheitsventilmechanismus mit Mitteln ausgestattet sein für das Bewirken des Verschließenes eines Sicherheitsventils im Ansprechen auf einen vorgegebenen Abfall des Umgebungsdrucks . Gemäß der vorliegenden Erfindung wird als geeignetes· Mittel für das Bewirken des Ventilverschließens, wo das Ventil betätigt wird in die Schließposition durch das Vorliegen einer vorgegebenen Druckdifferenz, die insbesondere in Fig. 2C erkennbare Form erhalten, wo eine Kombinationshülse 146 aus Einlaßadapter und Abstützung gezeigt ist, die versehen ist mit oberen bzw. unteren Gewindeenden 14S bzw. 15o zum Anschluß an Außengewindeabschnitte 152 des Kupplungselements 166 und 154 eines Kupplungselements 156. Das Kupplungselement 156 kann seinerseits versehen sein mit einem unteren Außengewindeabschnitt 158 zwecks Verschraubung mit Innen-

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gewinde 16o in dem oberen Ende eines Druckdomgehäuses 162. Das Gehäuse 162 kann- an seinem unteren Ende verschlossen sein durch einen Verschlußstopfen 164 mit einem Außengewindeabschnitt 166, der verschraubt ist mit dem unteren Innengewindeabschnitt 168 des Gehäuses 162. Der Verschlußstopfen 164 wirkt zusammen mit dem Gehäuse 162 und dem Kupplungselement 156 und definiert eine Innendruckkammer oder einen Dom, innerhalb welchem ein gasförmiges Medium eingeführt wird unter irgendeinem Druck, abhängig von den gewünschten Betriebscharakteristiken des Sicherheitsventilme ch an i sinus.

Um das Druckgasmedium in die Druckkammer 17o einzuführen, kann der Verschlußstopfen 164 so gefertigt sein, . daß er einen Gaseinlaßdurchlaß 172 aufweist in Kommunikation mit einer Verschlußbohrung 174 und einen Innengewinde aufweisenden Gasversorgungsanschlußaufnehmer 176. Die Bohrung 174 kann ein Innengewinde aufweisendes Außenende 178 aufweisen für Verschraubung mit einem Verschlußelement I8o innerhalb dbr Bohrung 174. Abdichtelemente 182, die innerhalb einer Ringnut 184 im Verschlußelement I8o sitzen, dienen dazu, Abdichtungseingriff zu bewirken zwischen dem Verschlußstopfen und einer Abdichtfläche, die definiert ist von der zylindrischen Wandung der Bohrung 174. Innerhalb einer Ringnut am oberen Ende des Elements I8o kann ein Abdichtelement 186 angeordnet sein, das in Abdichteingriff gedrückt werden kann mit einer kegelstumpfförmigen Abdichtfläche 188, die sich rings um den Einlaßdurchtritt 172 befindet.

Wenn es erwünscht ist, unter Druck stehendes gasförmiges Medium in die Druckäkmmer 17o einzuführen, kann das Verschlußelement I8o soweit aufgeschraubt werden, daß das Abdichtelement 186 von der Abdichtfläche 188 abhebt und Kommunikation geschaffen wird zwischen dem Durchtritt 172 und dem Gasyersorgungsaufnehmer 176. Die Gasversorgungsleitung kann durch Verschraubung verbunden werden mit dem Aufnehemer 176, und

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das Gas kann eingeführt werden durch den Durchtritt 172, bis die Druckkammer 17o unter dem Betriebsdruck steht. Das Verschlußelement 180 kann dann vollständig in die Bohrung 174 geschraubt werden, womit das Abdichtelement 186 in Abdichteingriff gegen die Abdichtfläche 188 gedrückt wird. Nachdem dies durchgeführt worden ist, kann die Gaszufuhrleitung von dem mit Gewinde versehenen Aufnehmer 176 abgeschraubt werden und, falls erwünscht, kann der Aufnehmer in geeigneter Weise verstopft werden.

Das obere Ende der Kupplung 156 kann einer Stößelbohrung 19o versehen sein, durch die ein zylindrischer Abschnitt 192 eines Stößelelements 19 4 sich erstrecken kann. Ein Ringdichtelement 196, etwa ein O-Ring oder dergl. kann innerhalb einer Ringnut 197„ausgebildet innerhalb der Bohrung 19o, gehalten sein und bildet eine Abdichtung mit der zylindrischen Fläche 19 8 auf dem zylindrischen Abschnitt des Stößels. Ein ringförmiger starrer Dichtungsträger 2oo kann fest im Gehäuse 162 gehalten sein durch eine sich nach innen erstreckende Schulter 2o2 am unteren Ende, der Kupplung 156 und kann abgedichtet sein relativ zum Gehäuse durch ein ringförmiges Abdichtelement 2o4, aufgenommeninnerrihalb einer Außenriut im Dichtungsträger. Ein Dichtungselement 2o6 kann aufgenommen sein innerhalb einer inneren ringförmigen Dichtungsnut im Dichtungsträger und bildet eine Abdichtung gegen die zylindrische Flächw 198 des Stößels 194. Der Dichtungsträger 2oo, das Abdichtelement 19 6 und die Kupplung 156 wirken zusammen, um abgedichtete Durchtritte zu definieren durch welche-sich der Stößel 19 4 erstrecken kann. Darüber hinaus dienen die Bohrungen durch den Dichtungsträger und die Kupplung auch als wirksame Führungsflächen zur Aufrechterhaltung der Ausfluchtung des Stößels mit der Einlaßöffnung 212 während der Linearbewegung desselben.

Es kann zweckmäßig sein, zu der durch das auf den Stößel wirkende komprimierte Gasmedium erzeugtaiKrafteirie

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Kraft zuzufügen, etwa wie sie entwickelt wird durch eine Druckfeder 2o8 oder eine andere geeignete Vorspanneinrichtung, um so eine resultierende Kraft zu erzeugen mit der Tendenz, einen vergrößerten Kopfabschnitt 21o des Stößels in Begrenzungsbesfiehung mit einer Einlaßöffnung 212 im Kupplungselement 66 zu drücken, um so die Strömung von Förderfluid durch den Kupplungsdurchtritt 114 und in den Sicherheitsventilmechanismus zu drosseln. Die kombinierten Kräfte von Gasdruck und Federkraft, welche auf den Stößel einwirken während des Normalbetriebes des Sicherheitsventilmechanismus werden jedoch überwunden durch eine resultierende abwärts gerichtete Kraft, die auf den Stößel einwirkt und entwickelt wird durch den Umgebungsdruck und den Stößel in seiner Position gemäß Fig. 2C hält, bis der Umgebungsdruck abfällt unter einen vorgegebenen Minimalpegel. Das unter Druck stehende Medium innerhalb der Druckkamer oder des Domes 17o wird immer auf einem niedrigeren Druck gehalten als der Umgebungsdruck, der während Normalbetrieb des Fördersystems erwartet wird, und die kombinierten Kräfte, entwickelt von dem gasförmigen Medium innerhalb der Druckkammer und der von der Druckfeder entwickelten Kraft werden niedriger sein als die abwärts gerichtete Kraft, die entwickelt wird durch den Umgebungsdruck während normaler Ventilbetriebsbedingungen.

Zur Illustration der voranstehenden Erläuterungen mag der Druck des kompressiblen Mediums im Druckdom mit P bezeichnet werden, während des Druck des Förderfluids, das durch den Sicherheitsventilmechanismus fließt, mit P_f bezeichnet wird, die von der Druckfeder im Dom ausgeübte Kraft sei P und der Umgebungsdruck wird mit P. bezeichnet. Während Normalbetrieb des Fördersystems ist P + P kleiner als P■ und deshalb wird der Stößel in seiner untersten Position durch die resultierende Kraft, die auf den Stößel wirkt, gehalten und die Einlaßöffnung 212 wird nicht verkleinert. Außerdem ist während des Normalbetriebes des Fördersystems

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Pr kleiner als P und der Ventilbetätigungsmechanismus wird x. ei

in der Offen-Position gehalten durch die resultierende Kraft, erzeugt von der DruckdiEfeasiz zwischen P^ und P .

Wenn sich ein nachteiliger oder gefährlicher Zustand im Förderbohrloch einstellt infolge Versagens des Fördersystems , derart, daß sonst eine exzessive Strömung sich einstellen würde, so fällt P^ plötzlich ab und dieser Druckabfall führt zu einem Abfall des Umgebungsdrucks P₌ des Förderbohrlochs. Wenn dies eintritt, üben P + P eine

g s

Kraft auf den Stößel aus, die größer ist als sie entgegengerichtete Kraft„hervorgerufen durch den Umgebungsdruck P . der auf den Stößel einwirkt, und die resultierende Kraft

zwischen diesen beiden entgegengerichtecen Kräften verschiebt den Stößel aufwärts, womit der Kopfabschnitt des Stößels die Einlaßöffnung 212 verengt= Dies führt zu einer Druckdifferenz über der Einlaßöffnung zwischen dem Umgebungsdruck P und dem

Förderdruck P„ und diese Druckdifferenz entwickelt eine resultierende Kraft, die.auf den Kolben 134 des Ventilbetätigungshülsenelementes 9ο einwirkt, die die Hülse und das Ventileiexnent 82 in dererJSchließposition verschieben.

Es sei angenommen, daß der Sicherheitsventilmechanismus gemäß der Erfindung in den Rohrstrang in üblicher Weise eingeschaltet ist und daß es sich in der Vorderstellung befindet,

3A
wie in Fig. 2A, 2B, 2C,und 3B dargestellt. Förderfluid fließt dann in den Sicherheitsventilmechanismus ein durch die EinaUßschlitze 113 und fließt durch die Einlaßöffnung 22 und den Einlaßdurchtritt 114 in das rohreförmige Ventilgehäuse und wird durch die Einlaßöffnungen Io8 in den Förderdurchtritt Ho definiert von dem Ventilbetätigungshülsenelement 9o. Die Kompressionsfeder 112 entwickelt eine abwärts gerichtete Kraft auf die Ringschulter 116 der Ventilbetätigungshülse und diese Kraft ist größer als eine Kraft entwickelt vom Umgebungsdruck innerhalb der Ventilbetätigungskammer 142, die aufwärts auf den Kolbenabschnitt 134 des H&lsenelements

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wirkt; es veribleibt eine resultierende abwärtsgerichtete Kraft, welche die Hülse in der untersten Position hält in Anlage an der sich verjüngenden Anschlagschulter 124. Unter diesen Bedingungen ist das Ventilelement offen und das Förderfluid wird unbehindert gefördert durch den Sicherheitsventilmechanismus und den Rohrstrang. Die Strömung des Förderfluids wird an irgendeiner anderen Stelle des Fördersystems gesteuert, etwa durch eine Drossel, die sich in der an der Oberfläche befindlichen Strömungskontrollstation befindet.

Der Umgebungsdruck wirkt auf den Stößel 194 und entwickelt eine Kraft,die größer ist als die kombinierten Kräfte entwickelt von dem unter Druck stehenden Medium innerhalb der Druckkammer I7o und der Druckfeder 2o8, so daß sich eine überschießende abwärtsgerichtete Kraft ergibt, welche die Abstützschulter 211 in Eingriff mit dem oberen Abschnitt der Kupplung 156 hält.

Wenn im Fördersystem des Bohrlochs ein Fehler auftritt und ein erheblicher Abfall im Förderdruck eintritt, wird dieser Druckabfall übertragen durch das Sicherheitsventil und resultiert in einem Abfall des Umgebungsdrucks innerhalb der Bohrlochauskleidung. Mit abfallendem Umgebungsdruck verringert sich die verbleibende abwärtsgerichtete Kraft, die auf den Stößel 194 wirkt und verschwindet gegebenenfalls ganz, was zu einem Überwiegen der aufwärtsgerichteten und auf den Stößel wirkenden Kraft führt, entwickelt von den kombinierten Wirkungen der Federkraft und des Gasdrucks, welche von der Druckkammer I7o aus auf den Stößel einwirken. Wenn dies eintritt, beginnt der Stößel sich aufwärts zu bewegen, womit der Kopfabschnitt des Stößels in Eingriff mit der Einlaßöffnung 212 gelangt und diese verengt, so daß über der Einlaßöffnung ein Druckabfall" aufgebaut wird. Diese: Druckabfall wird natürlich stromabwärts der Öffnung

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- in den Strömungsdurchtritt !Io übertragen und führt ferner sum Aufbau einer größeren Druckdifferenz, die über denxiKolbenabschnitt 134 der Ventilbetätxgungshülse 9o wirksam ist, womit die verbleibende abwärtsgerichtete Kraft af die Hülse herabgesetzt wird.

Wenn der Umgebungsdruck unter einen vorgegebenen minimalen Auslösepegel abfallen sollte, bewegt sich der Kopfabschnitt des Stößels in eine Position sehr nahe der Einlaßöffnung 112, womit ein sehr starker Druckabfall über der Einlaßöffnung entwickelt» Diese Bedingung führt zu einer holmesi Druckdifferenz über dem Kolbenefenent 134 infolge des Umgebungsdrucks innerhalb der Ventilbetätigungskammer 142, die aufwärts auf den Kolben wirkt und eine Kraft solcher Größe entwickelt, daß die Kompressionskraft der Feder 112 überwunden wird, womit die Ventilbetätxgungshülse 9o aufwärtsgedruckt wird und das Ventilelement 82 in die Sehließposition gemäß Fig„ 4Äund 4B bewegt. >. .. .

Sobald sich das Ventilelement 82 in die Schließstellung bewegt, und das Abdichtelement Io4 in Dichtungseingriff mit der Abdichtfläche 8o das Ventilsitzelements 7o gelangt ist, wird die Strömung von Förderfluid durch das Ventil beendet und das Ventilelement bleibt geschlossen infolge der Druckdifferenz, die auf den Kolbenabschnitt 134 der Ventilbetätxgungshülse 9o wirkt. Wenn die Strömung von Pörderfluid durch das Ventil beendet ist, wird der Druck innerhalb des Einlaßdurchtritts 114 atsra stromaufwärts des Ventilelements sehr schnell sich dem Umgebungsdruck angleichen. Da darüber hinaus das Ventilelement 82 den Einlaßdurchtritt gegen den Zustand niedrigen Druckes abgedichtet hat, wird dieser Zustand verringerten Drucks nicht mehr länger auf den Bereich unterhalb des Sicherheitsventils übertragen» Der Umgebungsdruck innerhalb des Bohrlochs steigt deshalb plötzlich auf den maximalen Förderdruck an und der erhöhte Umgebungsdruck,

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der auf den Stößel 1S4 wirkt, entwickelt wiederum eine verbleibende abwärtsgerichtete Kraft, die den Stößel in dessen unterste Position verschiebt.

Wenn es erwünscht ist, das Sicherheitsventil wieder zu öffnen, nachdem das Fördersystem des Bohrlochs wieder in betriebsbereiten Zustand gebracht worden ist, kann ein unter Druck stehendes Medium in den Förderstrang oberhalb oder stromabwärts des Ventils injiziert werden und die damit auf den Flächenbereich A2 wirkende Druckkraft addiert sich zu der von der Kompressionsfeder 112 entwickelten Kraft und überwindet damit die Kraft, entwickelt von dem Umgebungsdruck, der auf den Bereich Al des Kolbens wirkt. Eine abwärtsgerichtete resultierende Kraft wird damit erzeugt, welche die Betätigungshülse bewegt und das Ventilelement mit ihr in die offene Position beider, wie in Fig. 2A angedeutet. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Umgebungsdruck an seinem höchsten Pegel und die Förderströmung kann wieder eingeleitet werden einfach durch Abschalten des injizierten Druckes, etwa durch öffnen eines Oberflächendurchflußsteuerventils des Fördersystems.

Der Sicherheitsventilraechanismus gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, daß er offenbleibt und normale ungedrosselte Stqtmung des Förderfluids d ermöglicht, solange der Umgebungsdruck innerhalb des Förderbohrlochs in einem vorgegebenen Arbeitsbereich bleibt. Ein Mechanismus ist aber vorgesehen für das Verschließen der Sicherheitsventilanordnung, der ansprechend ausgebildet ist auf die Entwicklung eines vorgegebenen Abfalls des Umgebungsdrucks' und Mittel sind ferner vorgesehen, eine Druckdifferenz aufzubauen,mit der das Ventil in die Schließposition bewegt werden kann im Ansprechen auf den Abfall im Umgebungsdruck auf einen Wert unerhalb eines vorgegebenen Minimaldruckpegels. Während des Normalbetriebs werden die

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Ventilbetätigungshülse und das Ventil gemäß der ERfindung in einer statischen Position gehalten, wobei sie sich nicht hin- und herbewegen, wie dies typischerweise der Fall ist, wenn ein Sicherüeitsventilmechanismus in der Offen-Stellung gehalten wird durch die Kraft, entwickelt allein durch die Druckdifferenz über einer Drosselstelle im Strömungspfad durch den Ventilmechanismus.

Nach dem automatischen Schließen infolge Abfalls des Umgebungsdrucks in vorgegebenem Maße kann die Ventilanordnung wieder geöffnet werden und in Förderzustand versetzt werden, indem einfach Druck in den Rohrstrang oberhalb des Ventils injiziert wird.

Da das Ventil sich automatisch im Ansprechen auf einen Abfall des Umgebungsdrucks unter einem vorgegebenen Betriebspegel schließt, kann das Ventil einfach geöffnet werden durch Öffnen eines Oberflächenkontrollventlls soweit, daß die Förderströmung ansteigt, was begleitet wird von einem vorgegebenen Abfall des Drucks innerhalb der Bohrlochauskledftung. Das Ventil schließt, sobald der Umgebungsdruck unter den Pegel abfällt, bei dem der Stößel 194 bewegt wird durch die^kombinierten Kräfte der Druckfeder 2o8 und des Förderdrucks innerhalb der Druckkammer I7o, derart, daß mit der Einlaßöffnung 212 eine Drosselstelle ausgebildet wird. Wenn während Prüfung oder Überwachung sich herausstellt, daß der Ventilmechanismus gewartet werdenmuß, kann der Ventilmechanismus aus dem Förderkontrollsystem des Bohrlochs ausgebaut werden, ohne daß der Rohrstrang ausgebaut werden muß. Ein konventionelles kabelbetätigtes Werkzeug kann verwendet werden, um den Sicherheitsventilmechanismus zu "bergen und zu ersetzen.

(Patentansprüche) 40 9 8 27/03U

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INSPECTED

Claims

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Patentansprüche

J.) Sicherheitsventilanordnung für Einsatz im Inneren eines Förderbohrlochs mit einem Ventil, das in einem Fluiddurchlaß in einem an einen Förderstrang anschließbaren Gehäuse sitzt und zusammenwirkende Ventilelemente aufweist, die relativ zueinander beweglich sind zur Steuerung der Fluidströmung durch die Ventilanordnung, sowie auf eine Druckdifferenz vorgegebener Größe ansprechend ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine DurctfLußbegrenzereinrichtung, die in dem Fluiddurchlaß stromaufwärts des Ventils angeordnet und auf einen Abfall des Umgebungsdruckes im Bohrloch ansprechend,ausgebildet ist zur Erzeugung der Druckdifferenz.
2) Sicherheitsventilanordnung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußbegrenzereinrichtung ein bewegliches Element umfaßt, das die Strömung des Förderfluids in Richtung auf das Ventil drosselt.
3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, über die das Gehäuse mit dem Bohrloch bzw. dem Rohrstrang kommuniziert, und daß das bewegliche Element eines Kolben umfaßt, der normalerweise stromaufwärts der Einlaßöffnung in dem Gehäuse angeordnet ist und mit einer Seite den Umgebungsdruck im Bohrloch ausgesetzt ist, während seine andere Seite einer im wesentlichen konstanten vorgewählten entgegengerichteten Kraft ausgesetzt ist.
4) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen Stößel bildet, der zusammenwirkt mit der Einlaßöffnung zur Verengmg von deren Größe im Ansprechen auf den Abfall im Umgebungsdruck.

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ORIGINAL INSPECTED¹

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5) Aaordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Mittel, die den Kolben in Richtung auf Positionen vorspannen, in denen die Strömung des Fluids durch die Einlaßöffnung gedrosselt wird und mit der vorgewählten entgegengerichteten Kraft, während der auf die aste Seite des Kolbens wirkende Umgebungsdruck eine Kraft entwickelt, entgegengerichtet den Vorspannmitteln zum Halten, des Kolbens in zurückgezogener Position,in der ungedrosselte Strömung von Fluid durch die Einlaßöffnung stattfindet.
6) Anordnung nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Kolbenbetätigungskammer definiert, in der der Kolben abgedichtet aufgenommen ist.
7) Anordnung nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel ein kompressibles Medium umfassen, das innerhalb der Kolbenbetätigungskammer befindlich ist und den Kolben in Richtung auf die Begrenzerposition vorspannt.
8) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Medium normalerweise unter niedrigerem Druck steht als dem normalen Betriebsoereich des Umgebungsdrucks entspricht.
9) Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel eine Druckfeder umfassen, die zwischen dem Gehäuse und dem Kolben wirkend angeordnet ist.
10) Anordnung nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder die von dem kompressiblen Medium auf den Kolben wirkende Kraft verstärkt.
11) Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse Ventilvorspann-

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mittel angeordnet sind zum Vorspannen des Ventils in die Ofen-Stellung, daß ein Ventilbetätigungsglied in dem Gehäuse angeordnet ist und beweglich ist relativ zu dem Gehäuse, welches Betätigungsglied ansprechend ausgebildet ist auf die vorgegebene Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck im Bohrloch und dem Druck stromabwärts des Ventils für die Bewegung des Ventils in die Schließposition desselben entrgegen der Vorspannung der Ventilvorspannmittel.
12) Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß di-e Ventilvorspannmittel eine Kompressions feder umfassen, die zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungsglied wirkend angeorndet ist.
13) Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Ventilelemente einen stationären Ventilsitz umfassen, der vom Gehäuse getragen ist sowie ein bewegliches Ventilelement, getragen vom stromaufwärtsliegenden Ende des Ventilbetätigungsgliedes.
14) Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilbetätigungsglied und das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind, daß das stromabwärtsliegende Ende des Ventilbetätigungsgliedes einen Kolben ausbildet, der gleitbeweglich abgedichtetaufgenommen ist in der Innenwandung des Gehäuses und dessen eine Ende dem Druck stromabwärts des Ventils unterworfen ist, während seine andere Seite den beweglichen Teil der Wandungen einer Kammer bildet, die teilweise definiert ist zwischen dem Gehäuse und dem Betätigungsglied und einer öffnung in dem Gehäuse aufweist, um die andere Seite des Kolbens dem Umgebungsdruck auszusetzen, und daß das Ventil in die SchließpEition verschieblich ist durch einen Abfall der Druckdifferenz zwischen dem Druck eijo stromabwärts des Ventils und dem Umgebungsdruck.

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