DE2364328A1 - SAFETY VALVE ARRANGEMENT FOR A POT HOLE - Google Patents

Description

DIPK-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf,DIPK-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf,

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Beschreibung
zum Patentgesuchdescription
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der Firma Schlumberger Technology Caporation, 2 77 Park Avenue, New York, N.Y. /USAfrom Schlumberger Technology Caporation, 2 77 Park Avenue, New York, N.Y. /UNITED STATES

betreffend:concerning:

"Sicherheitsventilanordnung für ein Förderbohrloch""Safety valve arrangement for a production well"

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.The invention relates to a safety valve arrangement for use inside a production well, at which formation pressure is present for the production of borehole fluid. The invention particularly relates to such a safety valve arrangement, in the case of the safe closing of a safety valve mechanism takes place in the event that the ambient pressure at the level of the safety valve falls below a predetermined minimum falls off.

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 kontrollierbarenIn the early days of petroleum production, it was common practice to use a pressurized well or reservoir of petroleum products by drilling and releasing any gas pressure that may exist was up to the drop on a controllable

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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.Level or such a level at which the petroleum products could be conveyed by pumps. There was the gas essentially unusable and considered waste * When oil from the well is mixed with the escaping gas was blown out, the oil was collected in basins lying on the surface around the borehole site were arranged. In the advancement of oil production it was discovered that the pressurized gas in production formations could be used effectively to produce other products, and the gas itself in its natural or another physical state, such as after liquefaction, for example, could be marketed. Different Developments have been made to avoid the loss of gas pressure in petroleum reservoirs, but related Most of the previous developments focused on surface control valves and the like, which could be manipulated by hand were or were mechanically operated for the purpose of controlling the flow.

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.Production wells can now be effectively controlled to prevent the unnecessary escape of To prevent gas from leaving the reservoir, but unforeseeable circumstances occasionally arise which lead to that a production well blows wildly. Surface conveyor control devices can be destroyed by mechanical devices working near the borehole, and the surface equipment of the production well may otherwise be exposed to various hazards are present on the surface, which could lead to such a blowout of the borehole.

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 esIf the production well is in the coastal shelf, approximately from a Bohriecfaplattform has been drilled, so is the occurrence of an explosion or fire and the like. Extremely dangerous to the lives of personnel because of it

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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.it is difficult to escape from the production site. Explosions and fires in the coastal shelf are also extremely expensive in terms of the destroyed facilities because they are themselves extraordinarily expensive. In addition, oil contamination resulting from the destruction of an at the Surface arranged conveying flow control device is caused and located on a production site in the coastal shelf area spreads, to a pollution of very large areas of the coastline, so that approximately nature reserves and the like. Are largely destroyed.

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.Explosions, both in the area of surface flow control systems as well as within the production well below the mentioned systems, can lead to such an extensive Damage to the equipment will cause a corresponding production well to blow wildly.

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. · - 'Production wells can also blow wildly as a result of shifting the layers of earth through which the well is sunk and blowout may be due to insufficient structural adhesion between the Well cement within the wellbore and surrounding earth formations so that a pressurized production fluid around the exterior of the borehole casing to the surface of the earth can get. · - '

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 extremIf for any reason such a production well is blowing wildly, the cost to the drilling company can be increased and funding company are extremely high. These costs can be caused by the loss of production during the time in which the borehole blows wildly and as a result of loss of pressure which can lead to the prevention of further production of petroleum in situ. The loss of reservoir pressure can also reduce the speed of conveyance of petroleum products considerably or the conveyance of such products extremely

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teuer machen, weil Gasdruckverfahren eingesetzt werden müssen und Sekundärförderoperationen für wirksame Förderung vorgesehen werden müssen„make it expensive because gas pressure processes are used must and secondary funding operations for effective funding must be provided "

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, Obviously there is a need to provide subsurface conveyor control mechanisms, which work automatically or selectively, as desired, to prevent a borehole from blowing wildly, even when a surface-mounted flow control system is damaged or ineffective Control systems lying on the surface of this. Type 7 may be able to prevent explosions and fires, which otherwise, in the event of damage or malfunction of the surface control systems, this could occur. About that sub-surface flow control security systems can also be used effectively prevent the pollution of the surface environment that would otherwise occur if to wildly blow a borehole lying in the low-lying coastal area let = Because a subsurface safety mechanism effectively controls the vast majority of all well blowout operations and since control of production is so extremely important, it is obvious that underground safety mechanisms are necessary for the effective functioning of oil production,

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,Various production well safety systems have been developed with both surface and subsurface safety systems which can be actuated to a safe position in response to the occurrence of an appropriate production wellbore condition so as to prevent the flow of production fluid until the production system is resumed for further operation has been made sure . The actuation of safety valves can be controlled automatically by pilot mechanisms,

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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.that respond to remote control, or alternatively, safety valves can be operated in the safe position by a force which is developed depending on the occurrence of a corresponding condition in the borehole. Coastal auxiliary production wells can be assigned to conveyor systems, that are provided with a "security mode" that Permits or shuts down production from the well in the event of storms or other dangerous conditions, which would otherwise adversely affect the funding work.

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.Safety valve assemblies on and below the surface can be developed that effectively shut down surface or underground production flow control equipment reach so as to shut off the flow of production fluid in the event that excessive well pressures occur, as well as in the event that the control system is exposed to an excessive flow of conveying fluid will. In most cases, a downhole safety valve is solely on the flow rate appropriately designed and remains open to allow the flow of the delivery fluid during periods normal or slow flow. Such valves are typically operated by forces that develop during high velocity flow so as to move the valve assembly to the closed position and the flow of the delivery fluid to end.

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 bezeichnetWhen a production well has been sunk and a If a fault occurs in the conveyor system, it is desirable that the borehole shuts down automatically. A typical arrangement that serves this purpose is a so-called speed sensitive valve which has a spring actuated piston which is sealed and slidable inside a housing and a flow restriction has, typically referred to as the flow bean

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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.and through which the conveying fluid flows. The pressure drop across the restriction by the flow bean acts on an area generally defined by ,. Piston seal diameter and bore diameter the flow restriction, so an upward one to produce resulting force, which depends on the flow rate or flow velocity »if the Flow is just rising to a value that is so great that the spring is compressed by a predetermined amount, so the valve closes and thus blocks the flow.

. 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«. One of the frequently used valve elements is; a cone or poppet valve with an enlarged head _B around which the fluid flows / just before it flows through - lateral openings in the valve operating sleeve. In the closed position, the head engages an annular valve seat with a metal-to-metal diameter. However, this type of closure presents a number of difficulties: "The likelihood that a leak will occur if there are even minor manufacturing imperfections in the sealing surfaces " is given = abrasive substances such as sand grains in the wellbore fluids, hammer blows or the like the tendency to erode the metal valve seat and cause a tiny leak that quickly enlarges through cavitation and causes valve failure. In addition, if the valve element does not get directly into the tight shut-off position and can oscillate or if a throttle function develops for even a short period of time before closing, this throttling operation will most likely lead to cavitation of the sealing parts, making the valve ineffective «

Ein anderes üblicherweise verwendetes Ventilsysteia verwendet ein Ventilkuge!element, bei dem der VerschlußAnother commonly used valve system uses a valve ball element in which the closure

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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.is effected by a metal-to-metal contact between the ball and a complementary seat or by a adhesive sealing ring that sits against the metal surface of the ball. A throttling condition can occur when the valve ball is riveted directly and safely to the fully closed position as soon as the appropriate Borehole condition occurs.

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,If a leak should occur in the surface system of the production well and if the leak is originally small and increases as a result of erosion or cavitation of the system ι the differential pressure that causes the automatic closure in a speed-sensitive well safety system can lead to the occurrence of throttling and thus cavitation cause the safety valve mechanism, which makes the latter ineffective,

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.The object of the invention is accordingly to create a safety valve mechanism of a new type of construction which is able to close in response to a given pressure difference, but which is not exposed to erosion by borehole fluids as a result of the construction of a throttle operation the closed position gelangenim response would cause to detecting a detrimental downhole condition, which otherwise excessive flow in the conveyor system.

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 zurThis object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. object of the invention is accordingly a downhole Safety valve arrangement, which is based on a predetermined drop in ambient pressure in a borehole that is outside of the safety valve mechanism is present, responds to the development of a pressure drop, which in turn leads to the Closing the safety valve leads. The means to

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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.Development of the pressure drop are so separate from the valve mechanism, and the valve mechanism itself becomes not exposed to any pressure differential condition, which otherwise would lead directly to the closing of the valve.

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.The valve can be made so that it can be opened again simply by injecting a sufficiently high pressure in the conveying line in order to counteract the forces to act, which hold the valve in the closed position. The valve can nevertheless be produced inexpensively and has proven to be reliable and cheap to use.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Ventilanordnung gemäß der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.A preferred embodiment of the valve arrangement according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

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 eineA valve arrangement arranged in the borehole itself can thus, according to the invention, comprise a housing structure, the is adapted to be switched into a production string within a production well system, and A safety valve can be located within the housing which serves to switch off the flow of the delivery fluid in response to the occurrence of an undesired one Pressure condition inside the borehole. A valve seat can be provided within the housing against which a valve element comes to sit, which in turn is movable between an open or closed position relative to the seat. The valve element can be connected to an actuating sleeve which is movably arranged within the housing and is urged to the open position by a spring element to allow fluid to flow through the valve. The movable one Sleeve can form a piston against which one

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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.Force acts, which is developed by a pressure difference, so as to cause the valve element to close, the pressure difference being defined by the difference of the Flow pressure within a flow passage that is defined in the sleeve, and the ambient pressure within the wellbore outside of the safety valve assembly. A sufficient differential pressure can be developed to automatically close the safety valve in the In response to a predetermined drop in ambient pressure, causing a movable element to be effective The size of the inlet opening of the valve modified in direct proportion to the amount of the drop in ambient pressure. A plunger that extends from a pressure dome portion of the valve housing is carried and is movable in response to the differential pressure developed between the ambient pressure and the pressure within a variable volume gas-laden chamber, 'operates to be the effective size of the inlet port of the valve is restricted when an excessive flow of conveying fluid through the valve is what caused may be due to a failure of the surface facility, the ambient pressure within the production well below one the specified minimum operating level. The plunger causes a differential pressure at the inlet port of the valve occurs, and the actuating sleeve responds to the differential pressure and moves the valve element in the meantime Closed position. A biasing device, such as a compression spring, can be used to control the movement of the plunger element towards a position in which the effective size of the inlet opening is limited.

Fig. 1 zeigt halbschematisch, teilweise geschnitten, eine unterirdische Erdformation mit einem Förderbohrloch, das durch die Formationen abgeteuft ist und mit einer Bohrlochauskladung versehenFig. 1 shows semi-schematically, partially in section, an underground earth formation with a production well, which is sunk through the formations and provided with a borehole discharge

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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.is in which a conveyor line is located. With the conveyor line is an underground Safety valve mechanism connected according to the teachings of the present invention is constructed.

Fig. 2A, 2B und 2 C sind Langsschnittdarstellungen des oberen, mittleren bzw. unteren Abschnitts eines Sicherheitsventilmechanismus gemäß der Erfindung;Figs. 2A, 2B and 2C are longitudinal sectional views the upper, middle and lower portions of a safety valve mechanism according to FIG Invention;

Fig. 3A ist ein vergrößerter Querschnitt der Ventilbaugruppe des Mechanismus gemäß der Erfindung;3A is an enlarged cross-section of the valve assembly of the mechanism according to the invention;

Fig. 3B ist ein vergrößerter Querschnitt einer umgebungsdruckabhängigen Ventileinlaßöffnungskontrolleinheit gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung;Fig. 3B is an enlarged cross section of an ambient pressure dependent Valve inlet port control unit according to the teachings of the present invention Invention;

Fig. 4A ist eine Querschnittsdarstellung der Ventilbaugruppe und des Ventileinlaßöffnungssteuermechanismus gemäß der Erfindung, wobei die Teile in offenen oder Normalbetriebsposition gezeigt sind;Figure 4A is a cross-sectional view of the valve assembly and valve inlet port control mechanism according to the invention, with the parts in open or normal operating position are shown;

Fig. 4B ist eine Querschnittsdarstellung derselben Teile in geschlossenem Zustand,der eintritt in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Abfall des Umgebungsdrucks.Fig. 4B is a cross-sectional view of the same parts in the closed state which is entering as a function of a predetermined drop in ambient pressure.

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. EinFig. 1 reveals an earth formation Io with a production well 12 which is sunk through the formation, and is provided with a Bohrlochlinüung 14, which in usual Way is cemented and interspersed the earth formations. A

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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.Production string of tubes 16 extends from the surface down through a typical production packer 18 having a Packer element 2o which isolates the production section from the well casing above. Well fluid enters the casing 14 through perforations (not shown) which lie below the packer 18 and flows upwards through the conveyor line 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.At a suitable subterranean position in the conveyor line, usually above the packer 18 a safety valve assembly 22 according to the invention attached to the lower end of a conventional one cable-operated setting and pulling mandrel 24 which is seated in a nipple 26. The mandrel 24 is provided with locking hooks 28 and positioning parts 3o provided, which are arranged on both sides of a sealing packing ring 32, and the upper end of the dome 24 is provided with a barrel and pull neck 34. The details of the construction of the mandrel assembly as well as the procedures for deflation and pulling the assembly on a cable are known to those skilled in the art and do not form part of the present invention.

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.2A, 2B and 2C show in detail the upper, middle and lower portions of the safety valve assembly, respectively 22. A valve housing 36 can have an upper flange 38 with an internal thread in part 4o so as to provide a screw connection to be able to produce with the lower end of the dome 24.

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. unterenThe housing 36 may be defined by separate upper and lower sections 42 and 44, respectively, that are joined together are defined by a coupling 46 with a central thickened wall section, the stops 48 and 5o for engagement with the upper and lower housing sections 42 and 44, respectively. The coupling 46 can also be connected to upper and lower External thread sections 52 and 54 can be provided for connection to the internal threads of the upper and lower

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GehäuseabschnitteoHousing sections o

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.The housing 36 of the safety valve can furthermore be provided with a valve section 56, which can have internal thread 5 8 at the upper end for the screw connection with a lower external thread section 6 o of the lower housing section 44. The valve section can also be provided with internal thread 52 at the lower end for connection to the upper externally threaded section 64 of a support coupling 66. The lower end of the lower housing section 44 can define an annular shoulder 6 8 as a support for a seat element To ₁ which is held in engagement with the annular shoulder surface 68 by an annular seat support flange 72 which is defined within the valve portion 56 of the housing. The seat element 7o can be provided with a sealing element 74, for example an O-ring or the like, which is held within a circumferential groove in order to maintain a seal between the seat element 7o and the inner wall 76 of a sealing pocket, which is defined between the shoulder 6 8 and the inner flange 72. The seat ring 7o has an inclined stop surface 78 just above an inwardly directed sealing surface 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 8A valve element, indicated generally at 82, can be reciprocated within the valve portion 56 of the housing and can include a tubular portion 84, provided with an upper thread extension 86 for screw connection with a lower internal thread section 88 a valve actuation sleeve 9o, which is also used for reciprocating Movement is arranged within the housing 36. The tubular portion 84 of the valve element can be provided be with a closed lower end 92 which may be stepped down to define an annular one Stop section 94 as a support for an annular seal retaining ring 96. A seal support end cap 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.can be provided with internal threads loo for screw connection with external thread Io2 of the valves! ententes and together with the retaining ring 96 it serves to hold an annular Dicntungselementes Io4, which is compressible to a certain extent is through the retaining ring or compression ring 96 so as to increase the degree of sealing engagement between the sealing element Io4 and the sealing surface bo to increase when the valve element is in the closed position.

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.When the valve element 82 is moved upward to the closing position, the outer periphery of the sealing element slides Io4 in sealing engagement with the substantially cylindrical Sealing surface 8o of the sealing element 7o, and a tapered surface Io6 of the retaining ring 96 will be in Stop moving with the tapered surface 78 of the sealing element. When the valve element 82 by the differential pressure is pushed in the upward direction, the retaining ring becomes 96 is subjected to forces acting away from the stop section 94 and deforms the sealing element Io4, thus the latter the pressure on the sealing contact with the annular sealing surface 8o enlarged. The sealing ability of the valve is accordingly increased in direct proportionality with the increase the differential pressure across the closed valve.

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.In the open position of the valve element 82, which is shown in FIG. 2B, fluid that is being conveyed flows through the safety valve around the lower end of the valve element and enters the tubular section 84 through at least one, but preferably a plurality of openings Io8. The pumped fluid then continues to flow upwardly through a passage Ho defined by cooperating tubular portions of the valve element and the valve actuation sleeve and into the conveying line to which the safety valve arrangement is connected through the upper flange 38.

Im allgemeinen ist es wünschenswert, einen Mechanismus vorzusehen, um das Ventilelement 82 in der offenen PositonIn general, it is desirable to provide a mechanism to keep valve element 82 in the open position

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL 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.to hold according to FIG. 2B as long as the ambient pressure is within halo the well casing and outside the safety valve mechanism is in a suitable operating area and to effect the closing of the valve element and thus to terminate the flow of conveying fluid, in the event that that the ambient pressure should fall below a given minimum level for some reason. The means to a To achieve pressure-responsive control of the valve element 82 can expediently be shown in FIG Have shape where a biasing means, such as a compression spring 112 is installed between the stop shoulders 114 and 116 which are defined by the lower ends of the Coupling 46 or by a thickened wall section 12o of the valve operating sleeve member 49. The compression spring 112 pushes the valve operating sleeve under normal conditions 9o downwards until an annular, tapering shoulder 122, worked on this, comes to a stop on a tapered support shoulder 124 formed inside the lower housing portion 44 where further downward movement of the valve element 82 is limited by the stop surface 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-It is necessary to develop a force that acts upwards on the valve actuation sleeve 9o and is able to overcome the bias of the compression spring "112, so as to cause an upward movement of the actuating sleeve into a position with which the valve element is brought into its closed position. According to the invention, an annular sealing element 126 can be located within an annular groove which is defined within an inwardly re-entrant portion 128 of the coupling element 46, which sealing element has sealing contact with a generally cylindrical sealing surface 13o on the valve operating sleeve 9o. A second annular sealing element 132 can be held within an annular groove defined in a piston element 134 with a lower internal thread

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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.end 136, which is external thread 138 at the upper end of the sleeve element 9o picks up. The sealing element 132 can be arranged in sealing engagement with an inner sealing surface 14o, which is formed within the upper housing section The piston element 134 together with the sleeve 9o and the sealing element 132 cooperates with the upper housing section 42, the coupling element 46 and the sealing element 126 so as to form a valve actuation chamber 142 in communication with ambient pressure above at least one, but preferably a plurality of openings 144 in the upper housing section 42. Above the piston element 134, a thin-walled sleeve 135 may be provided in operative connection with a sleeve 137 which protrudes downward from the upper flange 38 and thus forms a barrier for sand and other abrasive components that, together with the Borehole fluid being produced = Define sleeves 135 and 137 a dead space between each other that prevents sand from collecting above the O-ring seal 132, thus the seal is protected against frictional wear.

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 DruckThe pressure applied through ports 144 in the annular valve actuation collar 142 is transmitted, acts on a surface on the valve actuation sleeve 9o, the is defined by piston member 134 and referred to as area Ai while the fluid pressure is within the Valve housing downstream of the valve element, which is also to be referred to as the delivery pressure, on a surface of the Valve actuation sleeve, designated A2, acts. Under normal operating conditions, the ambient pressure is the acts upwards on the sleeve 9o, slightly lower than the delivery pressure that acts on the sleeve and the remaining downward compressive force adds to the downward force developed by the compression spring 112, and so does the sleeve connected valve element is held in the lowest or open position. If for some reason the pressure

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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.of the delivery fluid within the valve mechanism falls relative to the external ambient pressure of the safety valve is the pressure difference that acts on the sleeve 9o, such that a resultant force of considerable magnitude is developed which is applied upwardly on the sleeve 9o by the piston element 134 acts and overweight gains compared to the compression of the spring and the valve actuation sleeve 9ο in shifts its upper position, causing the valve element 82 to sit against the seat element 7o and prevents the flow of fluid through the openings Io8.

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-If the flow control system of a production well is damaged, for example by a break in a production line, Failure of a control valve or the like and an uncontrolled flow of borehole fluid develop Obviously, the pressure of the production fluid within the string of the wellbore will decrease. The decrease in delivery pressure affects the entire production system of the wellbore, up to or above the lining perforations through which the pressurized fluids flow from the reservoir formations. Uncontrolled flow therefore leads to a decrease in ambient pressure at all Levels within the borehole casing. Therefore, the safety valve mechanism should be provided with means for causing the closure of a safety valve in response to a predetermined drop in ambient pressure. According to the present invention, as suitable Means for effecting valve closure where the valve is actuated to the closed position by the presence of a predetermined pressure difference, which can be seen in particular in FIG. 2C Obtained the shape where an inlet adapter / support combination sleeve 146 is shown which is provided with upper and lower threaded ends 14S and 15o for connection to externally threaded sections 152 of the coupling element 166 and 154 of a coupling element 156. The coupling element 156 can in turn be provided with a lower one External thread section 158 for screwing with internal

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INSPECTEDINSPECTED

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.thread 16o in the upper end of a pressure dome housing 162. The housing 162 can be closed at its lower end be through a plug 164 with an externally threaded portion 166 which is screwed to the lower Internally threaded portion 168 of the housing 162. The plug 164 cooperates with the housing 162 and the Coupling element 156 and defines an internal pressure chamber or a dome within which a gaseous medium is introduced under any pressure depending on the desired operating characteristics of the safety valve 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.In order to introduce the pressurized gas medium into the pressure chamber 17o, the sealing plug 164 can be made so. that it may have a Gaseinlaßdurchlaß 172 has in communication with a lock hole 174 and an internally threaded Gasversorgungsanschlußaufnehmer 176. The bore 174 is internally threaded exhibiting outer end 178 having for fitting with a closure element I8o within dbr bore 174. seal members 182 within an annular groove 184 in the closure element Seat I8o serve to effect sealing engagement between the plug and a sealing surface which is defined by the cylindrical wall of the bore 174. Within an annular groove at the upper end of the element I8o, a sealing element 186 can be arranged which can be pressed into sealing engagement with a frustoconical sealing surface 188 located around the inlet passage 172.

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, undWhen it is desired to introduce pressurized gaseous medium into the pressure chambers 17o, the closure element I8o are screwed on so far that the sealing element 186 lifts off the sealing surface 188 and communication is created between the passage 172 and the gas supply receptacle 176. The gas supply line can through Screw connection can be connected to the pickup 176, and

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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.the gas can be introduced through passage 172, until the pressure chamber 17o is under the operating pressure. The closure element 180 can then completely into the Bore 174 are screwed, whereby the sealing element 186 is pressed into sealing engagement against the sealing surface 188 will. After this has been done, the gas supply line can be removed from the threaded receptacle 176 unscrewed and, if desired, the receptacle can be plugged in a suitable manner.

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.The upper end of the coupling 156 may be provided with a plunger bore 19o through which a cylindrical section 192 of a plunger element 19 4 can extend. A ring sealing element 196, such as an O-ring or the like. Can formed within an annular groove 197 ″ within the bore 19o, and forms a seal with the cylindrical Surface 19 8 on the cylindrical portion of the Ram. An annular rigid seal carrier 2oo may be firmly held in housing 162 by an inwardly extending shoulder 2o2 at the lower end, the Coupling 156 and may be sealed relative to the housing by an annular sealing element 2o4 received within an outer groove in the seal carrier. A sealing element 2o6 can be received within an inner annular seal groove in the seal carrier and forms a seal against the cylindrical surface 198 of the plunger 194. The seal carrier 2oo, sealing element 19 6 and coupling 156 cooperate to define sealed passages through which the plunger 19 4 can extend. Furthermore serve the holes through the seal carrier and the Coupling also as effective guide surfaces for maintenance the alignment of the plunger with the inlet port 212 during its linear movement.

Es kann zweckmäßig sein, zu der durch das auf den Stößel wirkende komprimierte Gasmedium erzeugtaiKrafteirieIt can be expedient to use the power generated by the compressed gas medium acting on the plunger

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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.To add force, such as is developed by a Compression spring 2o8 or another suitable biasing device in order to generate a resultant force with the Tendency to have an enlarged head portion 21o of the ram in delimitation with an inlet port 212 in the To push the coupling element 66 so as to prevent the flow of conveying fluid through the coupling passage 114 and into the Throttle safety valve mechanism. The combined forces of gas pressure and spring force acting on the plunger act during normal operation of the safety valve mechanism are overcome by a resulting downward force that acts on the ram and is developed by the ambient pressure and the ram in its position according to FIG. 2C until the ambient pressure falls below a predetermined minimum level. That Pressurized media within the pressure chamber or dome 17o is always maintained at a lower pressure as the ambient pressure expected during normal operation of the conveyor system and the combined forces from the gaseous medium inside the pressure chamber and the force developed by the compression spring will be lower as the downward force developed by ambient pressure during normal valve operating conditions.

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 FördersystemsTo illustrate the above, the pressure of the compressible medium in the pressure dome may be referred to as P, while the pressure of the delivery fluid flowing through the safety valve mechanism is referred to as P _f , the force exerted by the compression spring in the dome is P and the ambient pressure is marked with P. During normal operation of the conveyor system, P + P is less than P ■ and therefore the ram is held in its lowermost position by the resultant force acting on the ram and the inlet opening 212 is not reduced in size. In addition, during normal operation of the conveyor system

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Pr kleiner als P und der Ventilbetätigungsmechanismus wird x. ei Pr is less than P and the valve operating mechanism becomes x. egg

in der Offen-Position gehalten durch die resultierende Kraft, erzeugt von der DruckdiEfeasiz zwischen P^ und P .held in the open position by the resulting force, generated by the pressure difference between P ^ and 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 eineIf an adverse or dangerous condition occurs in the production well as a result of a failure of the production system, such that an excessive flow would otherwise occur, then P ^ suddenly drops and this pressure drop leads to a drop in the ambient pressure P _{= of} the production well. When this happens, P + P practice one

g sg 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 KraftForce on the plunger that is greater than the opposite Force "caused by the ambient pressure P. acting on the ram, and the resulting force

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 demshifts between these two opposing forces the plunger upwards, with which the head portion of the plunger the Inlet opening 212 narrowed = This leads to a pressure difference above the inlet opening between the ambient pressure P and the

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.Delivery pressure P "and this pressure difference develops a resulting Force on the piston 134 of the valve actuation sleeve element 9ο acts that the sleeve and the valve component 82 in its closed position.

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,Assume that the safety valve mechanism according to the invention is switched on in the pipe string in the usual way and that it is in the front position,

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&lsenelements3A
as shown in Figures 2A, 2B, 2C, and 3B. Production fluid then flows into the safety valve mechanism through inlet slots 113 and flows through inlet opening 22 and inlet passage 114 into the tubular valve housing and is defined through inlet openings Io8 into production passage Ho by valve actuation sleeve member 9o. The compression spring 112 develops a downward force on the annular shoulder 116 of the valve actuation sleeve, and this force is greater than a force developed by the ambient pressure within the valve actuation chamber 142 which is upward on the piston portion 134 of the sleeve member

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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.acts; it remains a resulting downward Force holding the sleeve in the lowermost position in contact with the tapered stop shoulder 124. Under these conditions, the valve element is open and the delivery fluid is delivered unhindered by the safety valve mechanism and the pipe string. The flow of the delivery fluid is at some other point in the delivery system controlled, for example by a throttle located in the flow control station located on the surface is located.

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.The ambient pressure acts on the plunger 194 and develops a force that is greater than the combined forces developed by the pressurized medium within the pressure chamber I7o and the compression spring 2o8, so that a excessive downward force results in the support shoulder 211 engaging the upper portion the clutch 156 holds.

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 ÖffnungWhen a failure occurs in the well's production system and there is a significant drop in production pressure, will this pressure drop is transmitted through the safety valve and results in a drop in ambient pressure within the borehole lining. As the ambient pressure decreases, the remaining downward force, the acts on the plunger 194 and possibly disappears completely, which leads to a predominance of the upward and force acting on the plunger, developed by the combined effects of spring force and gas pressure, which act on the plunger from the pressure chamber I7o. When this occurs, the ram begins to move upwards, whereby the head portion of the plunger engages and narrows the inlet port 212 so that a pressure drop "is built up across the inlet port. This: Pressure drop will, of course, be established downstream of the port

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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.- transferred into the flow passage! Io and also leads sum build-up of a larger pressure difference, which over the xi piston section 134 of the valve actuating sleeve 9o is effective, whereby the remaining downward force af the sleeve is reduced will.

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. >. .. .If the ambient pressure should drop below a predetermined minimum trigger level, the head section moves of the plunger to a position very close to the inlet port 112, with a very large pressure drop across the inlet port developed »This condition leads to a holmesi pressure differential above piston window 134 due to ambient pressure within valve actuation chamber 142 which acts upwardly on the piston and develops a force of such magnitude that the compression force of the spring 112 is overcome, pushing the valve actuating sleeve 9o upward and that Valve element 82 in the closed position according to FIGS. 4A and 4B emotional. >. ...

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,As soon as the valve element 82 moves into the closed position, and the sealing element Io4 in sealing engagement with the valve seat element 7o has reached the sealing surface 8o, the flow of conveying fluid through the valve is terminated and the valve element remains closed due to the pressure differential acting on the piston portion 134 of the valve actuation sleeve 9o works. When the flow of pumped fluid through the valve is stopped, the pressure within the Inlet passage 114 is located upstream of the valve element adjust to the ambient pressure very quickly. Because about it addition, the valve element 82 the inlet passage against the Once sealed, the low pressure condition will no longer affect the area transmit below the safety valve »The ambient pressure inside the borehole therefore suddenly rises to the maximum delivery pressure and the increased ambient pressure,

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der auf den Stößel 1S4 wirkt, entwickelt wiederum eine verbleibende abwärtsgerichtete Kraft, die den Stößel in dessen unterste Position verschiebt.which acts on the plunger 1S4, in turn develops a remaining downward force that moves the plunger to its lowest position.

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. If it is desired to reopen the safety valve after reopening the well production system has been brought into operational condition, a pressurized medium can be in the conveying line above or be injected downstream of the valve and add the pressure force acting on the surface area A2 becomes the force developed by the compression spring 112 and thus overcomes the force developed by the ambient pressure that acts on the Al area of the piston. A downward one resulting force is thus generated, which moves the actuating sleeve and the valve element with her in the open position of both, as indicated in Fig. 2A. At this point the ambient pressure is at its highest level and the delivery flow can be initiated again simply by switching off the injected pressure, for example through opening a surface flow control valve of the conveyor system.

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 dieThe Sicherheitsventilraechanismus according to the invention is constructed such that it remains open and allows unrestricted normal Stqtmung d of the conveying fluid, as long as the ambient pressure remains within the production well in a predetermined work area. However, a mechanism is provided for closing the safety valve assembly which is designed to respond to the development of a predetermined drop in ambient pressure and means are also provided to build up a pressure differential with which the valve can be moved into the closed position in response to the drop in the Ambient pressure to a value below a predetermined minimum pressure level. During normal operation, the

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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.Valve actuation sleeve and the valve according to the invention held in a static position, whereby they are not reciprocate, as is typically the case when a safety valve mechanism is in the open position is held by the force, developed solely by the pressure difference across a throttle point in the flow path by the valve mechanism.

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.After the automatic closing as a result of a fall in the ambient pressure to a predetermined extent, the valve arrangement can be reopened and put into delivery condition by simply applying pressure to the pipe string above the valve is injected.

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. Since the valve is automatically in response to a If the ambient pressure closes below a predetermined operating level, the valve can simply be opened by Open a surface control valve so far that the conveying flow increases, which is accompanied by a predetermined drop in pressure within the borehole formation. That Valve closes as soon as the ambient pressure drops below the level at which the plunger 194 is moved by the ^ combined Forces of the compression spring 2o8 and the delivery pressure within the pressure chamber I7o, such that with the inlet opening 212 a throttle point is formed. If during testing or monitoring it is found that the valve mechanism requires maintenance, the valve mechanism can be removed from the well's production control system without the pipe string having to be removed. A conventional cord operated tool can be used to recover and replace the safety valve mechanism.

(Patentansprüche) 40 9 8 27/03U(Claims) 40 9 8 27 / 03U

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INSPECTEDINSPECTED

Claims (14)

" ²⁵ " 2364'" ²⁵ " 2364 ' PatentansprücheClaims 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.J.) Safety valve arrangement for use inside a production well having a valve which can be connected to a production string in a fluid passage in a Housing is seated and has cooperating valve elements which are movable relative to one another for control purposes the flow of fluid through the valve assembly, as well as is designed to respond to a pressure difference of a predetermined size, characterized by a flow limiter device, disposed in the fluid passage upstream of the valve and responsive to a drop in ambient pressure in the borehole, adapted to be generated the pressure difference. 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.2) safety valve arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the flow restriction device comprises a movable element which controls the flow of the conveying fluid throttles in the direction of the valve. 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.3) Arrangement according to claim 2, characterized in that the housing has an inlet opening and an outlet opening via which the housing communicates with the borehole or the tubing string, and that the movable element a piston normally disposed upstream of the inlet port in the housing and having a Side is exposed to the ambient pressure in the borehole, while its other side is a substantially constant preselected opposite force is exposed. 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.4) Arrangement according to claim 3, characterized in that that the piston forms a plunger which cooperates with the inlet opening to narrow its size in response on the drop in ambient pressure. - 26 -- 26 - 409827/03U409827 / 03U ORIGINAL INSPECTED¹ ORIGINAL INSPECTED ¹ " ²⁶ -2364 ·?23 ^"26 -2364 ·? 23 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.5) Aaordnung according to claim 3 or 4, characterized by Means for biasing the piston towards positions in which the flow of fluid through the inlet port is throttled and with the preselected opposing force, while that acting on the branch side of the piston Ambient pressure developed a force opposing the biasing means for holding the piston in retracted position Position in which there is unrestricted flow of fluid through the inlet opening. 6) Anordnung nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Kolbenbetätigungskammer definiert, in der der Kolben abgedichtet aufgenommen ist.6) Arrangement according to claim 3, 4 and 5, characterized in that the housing defines a piston actuation chamber, in which the piston is accommodated in a sealed manner. 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.7) Arrangement according to claims 5 and 6, characterized in that the biasing means is a compressible medium which is located within the piston actuation chamber and the piston towards the limiter position pretensioned. 8) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Medium normalerweise unter niedrigerem Druck steht als dem normalen Betriebsoereich des Umgebungsdrucks entspricht. 8) Arrangement according to claim 7, characterized in that the compressible medium is normally under lower Pressure stands as corresponds to the normal operating range of the ambient pressure. 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.9) Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the biasing means comprise a compression spring which is arranged to act between the housing and the piston. 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. 10) Arrangement according to claim 9 and one of claims 7 and 8, characterized in that the compression spring amplifies the force acting on the piston by the compressible medium. 11) Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse Ventilvorspann-11) Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that valve prestressing in the housing A0982 7/03UA0982 7 / 03U - 27 ,. . ' ORIGINAL !MSPlCTlP- 27,. . 'ORIGINAL! MSPlCTlP 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.means are arranged for biasing the valve into the Oven position that a valve actuator is arranged in the housing and is movable relative to the housing, which The actuator is designed responsive to the predetermined pressure difference between the ambient pressure in the Borehole and the pressure downstream of the valve for the movement of the valve in the closed position of the same against the bias of the valve biasing means. 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.12) Arrangement according to claim 11, characterized in that that the valve biasing means comprises a compression spring acting between the housing and the actuator is arranged. 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.13) Arrangement according to one of claims 11 and 12, characterized in that the cooperating valve elements a stationary valve seat carried by the housing and a movable valve element carried by the upstream End of the valve actuator. 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.14) Arrangement according to claim 13, characterized in that the valve operating member and the housing are substantially cylindrical, that the downstream end of the valve operating member forms a piston which is slidably sealed received in the inner wall of the housing and one end of the pressure downstream of the valve is subjected, while its other side forms the movable part of the walls of a chamber which is partially defined between the housing and the actuator and has an opening in the housing to expose the other side of the piston to ambient pressure, and that the valve in the Closing position is displaceable due to a drop in the pressure difference between the pressure eijo downstream of the valve and the ambient pressure. 409827/03U409827 / 03U LeerseiteBlank page