DE2812714A1 - Bohrlochventilvorrichtung - Google Patents

Description

der Schlumberger Technolgy Corporation, 5ooo Gulf Freeway, Houston, Texas/USA

betreffend:

"Bohrlochventilvorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrlochventilvorrichtung und insbesondere auf ein Druckprtfventil, das in einen Rohrstrang eingefügt wird, welcher in das Bohrloch abgesenkt wird und das betätigbar ist, um die Druckfestigkeit des Stranges zu überprüfen.

Bei zahlreichen Bohrlocharbeiten wird ein Packer in das Bohrloch an das untere Ende eines Rohrstranges abgesenkt, und der Packer wird festgesetzt, um eine bestimmte Zone des Bohrlochs zu isolieren. Dann wird eine Substanz, wie Zementbrühe, Säure oder hydraulisches Aufbrechfluid, durch den Strang unter Druck gepumpt und in die Formation hinter der Bohrlochauskleidung durch Perforationen unterhalb des Packers. Ein wichtiger Faktor für den Erfolg eines solchen Arbeitsganges liegt natürlich darin, daß ein druckfester Rohrstrang vorliegt.

Deshalb möchte man den Rohrstrang hinsichtlich möglicher Lecks überprüfen, wenn dieser in das Bohrloch abgesenkt wird.

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Eine solche Prüfung erfolgt normalerweise in häufigen Intervallen, wenn die Strangabschnitte an der Erdoberfläche zusammengestellt werden, so daß bei Feststellung eines Lecks dieses repariert werden kann oder ein fehlerhafter Rohrabschnitt ersetzt werden kann. Typischerweise wird ein Ventil in den Rohrstrang oberhalb des Packers eingesetzt und wird durch Manipulation des Rohrstranges betätigt, um diesen abzuschließen, damit der Rohrstrang mit einem Fluid gefülltund unter Druck gesetzt werden kann, um so festzustellen, ob er einem gewünschten Druckpegel standhält. Eine dabei auftretende Schwierigkeit bezüglich der Manipulation typischer Ventile besteht darin, daß - wenn der hydrostatische Druckkopf der Flüssigkeit im Rohrstrang den Druckkopf in den Ringraum außerhalb übersteigt - das Ventil nur unter Schwierigkeiten wieder geöffnet werden kann und bei Anwendung exzessiver Kräfte beschädigt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für das Druckprüfen von Rohrsträngen geeignete Ventilvorrichtung zu schaffen, bei der Mittel vorgesehen sind für den Druckausgleich oberhalb und unterhalb des Schließelementes vor dem Wiederöffnen des Ventiles, damit die Wiederöffnung des Ventiles ohne weiteres und ohne das Risiko der Beschädigung von Ventilelementen erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Im Sinne der Erfindung liegende Weiterbildungen der Venti!vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Bohrloch mit einem

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Rohrstrang, einem Rohrdruckprüfventi1 und einem Packer,

Fig. 2A bis 2C sind Längsschnittdarstellungen, teilweise aber auch in Seitenansicht, eines RohrstrangprüfventiIs gemäß der Erfindung, wobei die aufeinanderfolgenden Figuren jeweils aufeinanderfolgende Abschnitte des Ventils von oben nach unten darstellen,

Fig. 2D ist eine Abwicklung einer Kulissensteuerung

für die Teleskopbewegung von Teilen des Ventils nach Fig. 2A bis C, und

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 2A, wobei

jedoch das Ventil in der Schließposition dargestellt ist.

Man erkennt in Fig. 1 einen Rohrstrang 1o, der sich in ein mit einer Auskleidung versehenes Bohrloch 11 erstreckt und an seinem unteren Ende einen konventionellen Bdrlochpacker 12 trägt. Der Bohrlochpacker 12 ist nur schematisch dargestellt, enthält jedoch die üblichen Schleppglieder, Gleitstücke und einen Expandakonus für die Verankerung gegen Vertikalbewegungen innerhalb der Bohrlochauskleidung sowie ein Packerelement zum Abdichten des Ringraums zwischen dem Rohrstrang und der Auskleidung. Ein Rohrstrangprüfventil 13 ist im Rohrstrang 1o unmittelbar oberhalb des Packers 12 enthalten; dieses Ventil bildet den eigentlichen Gegenstand der Erfindung.

Wie in den Schnittdarstellungen nach Fig. 2A bis 2C erkennbar, umfaßt das Rohrstrangprüfventil 13 einen äußeren Rohrkörper 2o, der teleskopartig beweglich ist relativ zu einem inneren Rohrkörper 21 und demgemäß eine relative Vertikalbewegung zvischen einer Ausfahr- und einer Einfahrposition aus-

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führen kann. Natürlich kann jeder Rohrkörper aus miteinander verschraubten Einzelteilen bestehen, um Herstellung und Montage zu vereinfachen. Der äußere Rohrkörper 2o weist Gewindegänge

22 am oberen Ende zwecks Befestigung am unteren Ende des Rohrstranges 1o auf, während der innere Rohrkörper 21 Gewindegänge

23 an sänem unteren Ende aufweist für die Befestigung entweder direkt oder über zwischengeschaltete andere Bohrlochgeräte an dem Packer 12.

Der Unterabschnitt 24 des inneren Rohrkörper 21 weist einen Kulissenschlitz entsprechend der Abwicklungnach Fig. 2D auf, die in der Außenperipherie vorgesehen ist, während der Unterabschnitt 25 des äußeren Rohrkörpers 2o einen Stift oder Fortsatz 26 aufweist, der in die Kulisse eingreift zur Steuerung der relativen Längsbewegung. Wenn der Fortsatz 26 sich in dem kurzen Vertikalabschnitt 27 der Kulisse 28 befind^, werden die Rohrkörper 2o und 21 in der eingefahrenen Position nach Fig. 2A bis 2C gehalten. Sollte jedoch der äußere Rohrkörper 2o einer rechtsgehenden Drehung unterworfen werden und gezogen werden, so wird der Fortsatz 26 längs der Schrägfläche 29 in den langgestreckten Vertikalabschnitt 3o der Kulisse geführt, so daß die Rohrkörper 2o und 21 relativ zueinander um einen erheblichen Hub ausgefahren werden können.

Wie wiederum in Fig. 2A erkennbar, ist ein Innenabschnitt 32 des äußeren Rohrkörpers 2o im seitlichen Abstand innerhalb eines Oberabschnitts 33 desselben angeordnet und trägt nahe seinem oberen Ende einen Ventilsitzring 34, der den Strömungsdurchtritt durchdie Rohrkörper umschließt. Ein rundes Klappenventilelement 35 ist mittels eines Stiftes 36 oder dergleichen am Innenabschnitt 32 angelenkt und kann zwischen einer in der Zeichnung Fig. 2A dargestellten offenen Position und einer Schließposition verschwenkt werden, in welch letzterer das Ventilelement quer zu dem Strömungsdurchlaß 37 steht und nach unten gegen einen Dichtring 38 abdichtet,der in eine Ringnut

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des Sitzringes 34 eingesetzt ist. Normalerweise, d.h. wenn die Rohrkörper 2o und 21 in der eingefahrenen Relativposition stehen, erstreckt sich ein Ventilbetätigungsrohr 4o nach oben durch den Sitzring 34 und hält so das Ventilelement 35 in der Offen-Position. Wenn das Rohr 4o nach unten durch den Sitzring 34 zurückgezogen ist, sorgt jedoch eine Scharniervorspannfeder 41 dafür, daß das Ventilelement 35 nach unten in die Schließ-Position gedrückt wird, in der es auf dem Sitzring aufsitzt.

Der seitliche Abstand zwischen dem Innenabschnitt 32 und dem Oberabschnitt 33 führt zu einem ringförmigen Strömungsdurchlaß 44, der an dem Ventilelement 35 und dem Ventilsitz vorbeiführt. Das untere Ende des Durchlasses 44 kommuniziert über eine oder mehrere öffnung 45 mit der Bohrung 46 des inneren Rohrköerpers 21, und das obere Ende des Durchlasses kommuniziert über einen Vertikalabstand, der beim* Zusammenbau der Teile entsteht, mit der Bohrung 47 des äußeren Rohrkörpers 2o. Eine Ventilhülse 5o mit einem Ventilkopf 51 an ihrem unteren Ende sitzt gleitbeweglich zwischen dem Innenabschnitt 32 und dem Betätigungsrohr 4o zwischen einer oberen «nd Position, dargestellt in Fig. 2 A, wo die Hülse in der Position gehalten wird durch Anschlag an einer oberen Endfläche 57 des inneren Rohrkörpers 21, und einer unteren Position, wo ein Dichtelement 53,angebracht am Kopf 51, an einer Sitzfläche 54 anliegt zum Absperren einer Abwärtsströmung durch den Durchlaß 44. Die Ventilhülse wird nach unten von einer Schraubenfeder 55 vorgespannt, die eingespannt ist zwischen dem oberen Hülsenende und einer abwärts gekehrten Schulter 56 an dem Innenabschnitt 32. Ein O-Ring 57 am oberen Abschnitt der Ventilhülse 5o dichtet im Gleitsitz gegen die Innenwandfläche 58 des Innenabschnitts 32 auf einem kleineren Durchmesser ab als dem Durchmesser des Dichtungseingriffs von Dichtelement 53 an Oberfläche 54.

Gemäß Fig. 2B ist der innere Rohrkörper 21 mit einer langgestreckten Innenausnehmung 6o versehen, in der eine

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Schraubenfeder 61 untergebracht ist, eingespannt zwischen einer aufwärts gekehrten Schulter 62 des Rohrkörpers und einer auswärts gerichteten Schulter 63, angeformt an das Betätigungsrohr 4o. Die Feder 61 spannt das Rohr 4o nach oben vor und dient dazu, den oberen Abschnitt des Rohres durch den Sitzring 34 zu drücken unter Öffnen dfes VEntilelementes 35 unter bestimmten Umständen der relativen Positionen der Teile und Druckbetätigungen, wie nachfolgend noch zu erläutern. Eine oder mehrere Strömungsöffnungen 65 sind in der Wandung des Betätigungsrohres 4o vorgesehen und so angeordnet, daß sie radial ausgefluchtet stehen mit den Öffnungen 45 am unteren Ende des Durchtritts in der ausgefahrenen Relativposition der Rohrkörper 2o, 21.

Für die Benutzung wird die Rohrdruckprüf-Venti!vorrichtung 13, wie in den Zeichnungen dargestellt, montiert und an das untere Ende des Rohrstranges 1o angehängt und danach mit dem Packer 12 in das Bohrloch 11 abgesenkt. Während der Abwärtsbewegung steht der Fortsatz 26 innerhalb des kurzen Segments 57 der Kulisse 28,umdie Teile gegen das Ausfahren zu verriegeln, und so,daß das Klappenventilelement 35 und das Hülsenventilelement 5o in der in Fig. 2A und 2B dargestellten offenen Position sind. Wenn es gewünscht wird, die Druckfestigkeit des Rohrstranges 1o zu testen, wird an der Erdoberfläche der Strang nach rechts verdreht und angehoben. Die Schleppglieder des Packers 12 halten den inneren Rohrkörper 21 stationär im Bohrloch, so daß der äußere Rohrkörper 2o nach oben relativ zum inneren Rohrkörper bewegt wird, wenn der Steuerfortsatz 26 sich durch den langgestreckten vertikalen Schlitz 3o der Kulisse bewegt. Ein saLches Anheben des äußeren Rohrkörpers 2o positioniert das Klappenventilelement 35 oberhalb des oberen Endes des Betätigungsrohres 4o, so daß das Ventilelement nach unten schwenkenkann und sich auf den Sitzring 34, diesen abschließend, legt. Eine solche Aufwärtsbewegung ermöglicht auch, daß das Hülsenventilelement 5o nach unten verschoben wird durch seine Betätigungsglieder 55 in die Schließposition, wo der Kopf 51 auf der

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Dichtfläche 54 aufsitzt. Die beschriebene Relativpositbn der Teile ist in Fig. 3 dargestellt.

Wenn die Ventilelemente 35, 5o in Schließstellung sind, wird an der Oberfläche auf das den Rohrstrang 1o füllende Fluid Druck ausgeübt, um das Vorhandensein oder Fehlen von Lecks festzustellen. Dieser Druck hält das Ventilelement 3 5 dicht geschlossen und wirkt auch nach unten auf die den Bypass sperrende Ventilhülse 5o, entsprechend der Flächendifferenz, die definiert wird von den Dichtungen 53 bzw. 57. Um das Prüfventil 13 wieder zu öffnen, wird der Rohrstrang 1o abgesenkt und bewirkt eine Abwärtsbewegung des äußeren Rohrkörpers 2o, relativ zuminrieren Rohrkörper 21. Wenn das Klappenventilelement 35 unter einem nach unten wirkenden Differenzdruck steht, mit dem das Ventilelement dicht schließend auf dem Sitzring 34 gehalten wird - was z.B. der Fall wäre in Bohrlöchern mit niedrigem Fluidpegel, wenn der hydrostatische Fluidkopf in der Auskladung auf der Höhe des Ventils 13 niedriger ist als der der Fluide in dem Rohrstrang unmittelbar oberhalb des Ventils 13 kann das Klappenventil trotzdem leicht, wie nachfolgend erläutert, geöffnet werden. Wenn der äußere Rohrkörper 2o relativ zum inneren Rohrkörper 21 abgesenkt wird, kann das Betätigungsrohr 4o nach unten gleiten mit dem äußeren Rohrkörper 2o gegen die Vorspannung, bewirkt durch die Schraubenfeder 61. Nahe der vollständig eingefahrenen Position der Rohrkörper 2o und 21 trifft die obere Endfläche des inneren Rohrkörpers 21 auf die Vatilhülse 5o und drückt sie relativ aufwärts in die offene Position. Damit kann Fluid an dem Klappenventilelement 35 über den Durchtritt 44, die Öffnungen 45, die Schlitze 66 und die Rohrdurchlässe 65 treten, womit ein Druckausgleich über dem Klappenventilelement erfolgt. Bei Druckausgleich preßt die Schraubenfeder 61, die vorher durch die Abwärtsbewegung des Betätigungsrohres 4o komprimiert worden war, das obere Ende des Rohres durch den Sitzring 34, womit das Klappenventilelement in die offene Position verschwenkt wird. Die Teile

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der Ventilvorrichtung 13 sind dann in ihre normale Relativposition nach Fig. 2A bis 2C zurückgekehrt, wonach weitere Druckprüfungen durchgeführt werden, wenn weitere Rohrabschnitte zu dem Rohrstrang an der Oberfläche hinzugefügt worden sind.

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Claims (12)

28127U P atentansprüche

1. Bohrlochventilvorrichtung mit inneren und äußeren teleskopartig ineinandergreifenden Rohrkörpern, die zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Relativposition beweglich sind und einen Strömungsdurchtritt begrenzen, gekennzeichnet durch eine erste Ventilanordnung (34, 35), die durch die Relativbewegung der Rohrkörper (2o, 21) in die ausgefahrene Position in die Schließstellung zwecks Unterbrechung des Strömungsdurchtritts in Abwärtsrichtung betätigbar sind, durch eine zweite Ventilvorrichtung (5o, 54) für den Ausgleich von Drücken in dem Strömungsdurchtritt oberhalb und unterhalb der ersten Ventilvorrichtung (34, 35), durch mit der zweiten Ventilvorrichtung zusammenwirkende, auf die Relativbewegung der Rohrkörper in die eingefahrene Position ansprechende Bauelemente für das Verschieben der zweiten Ventilvorrichtung in ihre Offen-Position, und durch ein federbelastetes, ebenfalls auf die Relativbewegung der Rohrkörper in die eingefahrene Position ansprechendes Betätigungselement (4o) für das öffnen der ersten Ventilvorrichtung nach dem öffnen der zweiten Ventilvorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Venti!vorrichtung einen Ventilsitz (34)umfaßt, der den Strömungsdurchtritt umschließt,und ein Ventilelement (35), das bei Abwärtsbewegung sich auf den Ventilsitz setzt und dabei die Abwärtsströmung von Fluiden durch den Strömungsdurchtritt unterbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die zweite VEnti!vorrichtung einen Fluiddurchtritt (44) umfaßt, der sich zwischen Stellen erstreckt, die mit dem Strömungsdurchtritt oberhalb und unterhalb des Ventilsitzes (34) kommunizieren, sowie eine Ventilhülse (5o) für das Öffnen bzw. Schlies-

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sen dieses Durchtritts (44) .

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluiddurchtritt (44) in dem äußeren Rohrkörper (2o) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verschieben der zweiten Ventilvorrichtung an dem inneren Rohrkörper (21) ein Oberflächenabschnitt vorgesehen ist, der in Anschlagwirkverbindung mit der Ventilhülse (5o) bringbar ist, und daß eine Vorspannfeder (55) vorgesehen ist für das Vorspannen der Ventilhülse (5o) in ihre Schließposition.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventilvorrichtung eine Ventilhülse (5o) umfaßt,d ie abdichtend gleitbeweglich ist relativ zu dem äußeren Rohrkörper (2o) und abwärts beweglich ist relativ zu diesem für das Absperren des Fluiddurchtritts (44), und daßder innere Rohrkörper (21) eine Anschlagfläche für das Verschieben der Ventilhülse nach oben in ihre Öffnungsposition aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (5o) eine unter dem Druck von Fluiden in dem Strömungsdurchtritt oberhalb der ersten Venti!vorrichtung stehende Querschnittsfläche aufweist für das Halten der Ventilhülse in ihrer Schließpositbn bei überwiegen dieses Druckes.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Vorspannfeder (55) für das Vorspannen der Ventilhülse (5o) in ihre untere Schließposition.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilvorrichtung einen Ventilsitzring (34) aufweist, der den Strömungsdurchtritt umschließt, sowie ein mittels Scharnier befestigtes Klappventil-

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element (35), das schwenkbeweglich an dem äußeren Rohrkörper (2o) angelenkt ist und bei Abwärtsbewegung auf den Ventilsitzring schließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement ein Betätigungsrohr (4o) umfaßt, das gleitbeweglich relativ zu dem inneren Rohrkörper (21) angeordnet ist und einen oberen Endabschnitt aufweist, der durch den Ventilsitzring erstreckbar ist, und daß eine Vorspannungfeder

(61) vorgesehen ist, die zwischen den innerem Rohrkörper (21) und dem Betätigungsrohr (4o) eingespannt ist, um das letztere mit seinem oberen Endabschnitt durch den Ventilsitzring zu verschieben.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (4o) relativ längs des inneren Rohrkörpers (2.1) bewegbar ist und nach oben ausfahrbar ist durch den Ventilsitz zum Öffnen der ersten Ventilvorrichtung, und daß eine Vorspannfeder (61) vorgesehen ist, die komprimierbar ist durch Relativbewegung der Rohrkörper in die eingefahrene Position zum Erzwingen einer Aufwärtsbewegung des Betätigungselements.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine entsperrbare Verriegelung (26, 27, 29, 3o) für das Halten der Rohrkörper in ihrer relativen eingefahrenen Position.

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