DE3122469A1

DE3122469A1 - Bohrlochabsperrvorrichtung

Info

Publication number: DE3122469A1
Application number: DE19813122469
Authority: DE
Inventors: Richard A. 77088 Houston Tex. Olson; Gary R. 77070 Houston Tex. Schaeper
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: Baroid Technology Inc
Priority date: 1980-06-05
Filing date: 1981-06-05
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS579993A; JPS6116839B2; SG78083G; NO160538C; CA1157769A; NO160538B; AU7134081A; AU527677B2; FR2484012B1; FR2484012A1; US4283039A; MX155176A; GB2077326A; DE3122469C2; GB2077326B; NO811789L

Description

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Stand der Technik

Die US-PS 3 667 721 beschreibt allgemein eine ringförmige Bohrlochabsperrvorrichtung zum Schließen und Abdichten eines offenen Loches, eines Gehäuses, eines Bohrlochrohres, von Röhren oder eine Mitnehmerstange, wobei in der Vorrichtung die Innenfläche des oberen Gehäuses eine sphärische Fläche darstellt.

Die Erfindung betrifft eine verbesserte ringförmige Bohrlochabsperrvorrichtung, bei der die Gesamthöhe kürzer, das hydraulische Volumen, das zur Betätigung der Bohrlochabsperrungsvorrichtung erforderlich ist, mindestens 50% reduziert wird, wodurch die Größe des erforderlichen hydraulischen Betätigungssystems verringert wird, die Schließzeit der Bohrlochabsperrvorrichtung um mindestens 50% vermindert wird und die Kosten der Bohrlochabsperrvorrichtung wesentlich verringert werden.

Zusammenfassung

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Bohrlochabsperrvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen enthalten.

Die Erfindung ist somit auf eine Bohrlochabsperrvorrichtung zur Verwendung bei öl- oder Gasbohranlagen gerichtet und weist ein unteres Gehäuse, ein oberes Gehäuse, eine elastische Dichtungsvorrichtung zwischen

den Gehäusen und einen Kolben zur Betätigung der Dichtungsvorrichtung auf, wobei die Innenfläche des oberen Gehäuses eine sphärische Fläche ist, die Innenfläche des unteren Gehäuses sphärisch ausgebildet ist und die elastische Dichtungsvorrichtung obere und untere sphärische Flächen zum Zusammenwirken mit den sphärischen Flächen des oberen Gehäuses bzw. des unteren Gehäuses aufweist.

In einer Weiterbildung sind die sphärischen Flächen des oberen Gehäuses und des unteren Gehäuses konzentrisch ausgebildet.

Ferner umfaßt die Dichtungsvorrichtung Stahlsegmente, die sich zwischen der Oberseite und der Unterseite der Dichtungsvorrichtung erstrecken, wobei die Oberseite und die Unterseite der Stahlsegmente sphärische Flächen haben.

Darüberhinaus ist es zweckmäßig, daß sich die innere sphärische Fläche des oberen Gehäuses und des unteren Gehäuses bis zu der koaxialen Bohrung des Gehäuses erstrecken und die sphärischen Flächen konzentrisch sind. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt Stahlsegmente, die sich zwischen der Oberseite und der Unterseite der Dichtungsvorrichtung erstrecken, wobei die Oberseite und Unterseite der Dichtungsvorrichtung und der Stahlsegmente konzentrische sphärische Flächen bilden, die mit den sphärischen Flächen des oberen und unteren Gehäuses zusammenwirken. Das obere und untere Gehäuse umfassen jeweils eine senkrechte Wand, die sich von den sphärischen Flächen des oberen und unteren Gehäuses abwärts erstrecken, wobei der senkrecht bewegbare Kolben an den senkrechten Wänden abdichtend anliegt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer Unterwasserbohranlage, in der die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 ist ein senkrechter Querschnitt der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung in der offenen und nicht abdichtenden Stellung mit einem Bohrstrang innerhalb der Vorrichtung,

Fig. 3 eine weggebrochene Ansicht, teilweise im Querschnitt, gemäß Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 ist eine weggebrochene Ansicht im Querschnitt, welche die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung in der geschlossenen Stellung um den Bohrstrang herum zeigt,

Fig. 5 ist eine weggebrochene Ansicht im Querschnitt, die die Bohrlochabsperrvorrichtunggemäß der Erfindung in einer geschlossenen Stellung in der offenen Bohrung zeigt, und

Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der metallischen Übertragungssegmente des Dichtungselementes.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Bohrlochabsperrvorrichtung gemäß der Erfindung ist im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und wird.

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wie Fig. 1 nur als Beispiel zeigt, in einem Offshore-Unterwasserbohrbetrieb verwendet, bei dem die Bohrloch-Absperrvorrichtung 10 von einer schwimmenden Bohrinsel 11 aus durch Steuerleitungen 12 und 14 betätigt wird. Die vorliegende Vorrichtung 10 kann indessen bei allen Bauarten von Bohranlagen oder -gesteilen verwendet werden, gleichgültig, ob sie sich unter Wasser befinden oder nicht.

Die Bohrloch-Absperrvorrichtung 10 kann, wie Fig. 2 am besten zeigt, ein oberes Gehäuse 16 und ein unteres Gehäuse 18 umfassen, die durch einen Sperrmechanismus miteinander lösbar befestigt sind, der allgemein durch das Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.

Axial zueinander ausgerichtete, das Bohrwerkzeug aufnehmende Öffnungen 22 und 24 sind in dem oberen Gehäuse 16 bzw. dem unteren Gehäuse 18 zur Aufnahme eines Bohrwerkzeugs oder Bohrstranges 26 vorgesehen, der innerhalb einer koaxialen Bohrung 28 in den Gehäusen 16 und 18 axial bewegbar ist.

Das allgemein mit dem Bezugsζeichen 30 versehene Dichtungselement umfaßt eine elastische Dichtungsvorrichtung 32, die zwischen dem oberen Gehäuse 16 und dem unteren Gehäuse 18 positioniert und wahlweise zwischen einer nicht abdichtenden Stellung, die Fig. 2 zeigt, und einer abdichtenden Stellung gemäß den Fig. 4 und 5 bewegbar ist. Die Dichtungsvorrichtung 32 kann einen kontinuierlichen Ring aus elastischen Material, wie z.B. Natur- oder künstlichem Gummi, umfassen. Die Dichtungsvorrichtung enthält eine Innenbohrung 34, die annähernd dem Durchmesser der Gehäusebohrung 2 8 gleich ist.

Das Dichtungselement 30 umfaßt außerdem mehrere in radialem Abstand voneinander angeordnete Übertragungsmittel oder Stahlsegmente 36, die für ein verschiebbares

Zusammenwirken mit dem oberen Gehäuse 16 und dem unteren Gehäuse 18 zur Umwandlung der vertikalen Bewegung einer Betätigungsvorrichtung, wie z.B. des Kolbens 38, in eine einwärts gerichtete Bewegung der Dichtungsvorrichtung 30 vorgesehen sind/ um eine Abdichtung in der Gehäusebohrung 28 zu erzielen. Vorzugsweise sind die in radialem Abstand angeordneten Stahlsegmente an den elastischen Dichtungsring 32 angeklebt. Die Betätigungsvorrichtung oder der Kolben 38 ist doppeltwirkend ausgebildet und wird über die Flüssigkeitssteuerleitungen 12 und 14 senkrecht bewegt.

Während beliebige geeignete Sperrmittel verwendet werden können, um das obere Gehäuse 16 gegenüber dem unteren Gehäuse 18 festzulegen und das obere Gehäuse 16 auf einen Adapterring 40 aufzusetzen, kann die Sperrvorrichtung einen äußeren Sperring 42 mit abgewinkelten Zähnen umfassen, die mit einer Sperrnut 44 in dem unteren Gehäuse zusammenwirken, wobei ein Verriegelungsring 46 mit einer verjüng-cen Oberfläche versehen ist, die an der verjüngten Rückseite des Verriegelungsringes 42 anliegt, während Bolzen 48 zur Befestigung des Verriegelungsringes an dem oberen Gehäuse 16 dienen.

Die innere Oberfläche 50 des oberen Gehäuses 16 ist als sphärische Fläche ausgebildet, die sich bis zu der Bohrung 22 erstreckt. Zusätzlich ist die Innenfläche des unteren Gehäuses 18 als sphärische Fläche ausgebildet, die sich bis zur Bohrung 28 erstreckt. Die sphärischen Flächen 50 und 52 verlaufen konzentrisch und dienen der Führung und Steuerung des Dichtungselementes 30.

Außerdem umfaßt das Dichtungselement 30 eine obere Oberfläche 54, in der sowohl die elastische Dichtungsvorrichtung

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34 als auch die Stahlsegmente 36 eine sphärische Fläche haben, die mit der sphärischen Fläche 50 des oberen Gehäuses 16 übereinstimmt und mit dieser zusammenwirkt. In ähnlicher Weise ist das Dichtungselement 30, das die elastischen Dichtungsvorrichtung 32 und die Stahlsegmente 36 umfaßt, mit einer unteren Oberfläche 56 versehen, die sphärisch ist und mit der unteren sphärischen Fläche 52 des unteren Gehäuses 18 zusammenwirkt.

Die metallischen Übertragungsmittel oder Stahlsegmente 36 umfassen, wie a'us den Fig. 2 bis 6 am besten ersichtlich ist, im allgemeinen eine Bodenplatte 60 mit eimr gekrümmten sphärischen Fläche 62, die mit der sphärischen Fläche 52 übereinstimmt, sowie eine Kopfplatte 64 mit einer gekrümmten sphärischen Fläche 66, die mit der sphärischen Fläche 50 zusammenwirkt. Die Bodenplatte 60 und die Kopfplatte 64 sind durch eine Rippe 68 miteinander verbunden. Die Flächen 62 und 66 wirken mit den Flächen 52 und 50 zusammen und ergeben eine Gleitfläche geringer Reibung für aufeinander gleitende Metallteile während der einwärts gerichteten Schließwirkung des Dichtungselementes 30 im Sinne einer glatten Führung des Dichtungselementes 30 zwischen den sphärischen Flächen 50 und 52.

Die Innenfläche des oberen Gehäuses 16 umfaßt auch eine senkrechte Wand 70, die sich von der sphärischen Fläche 50 abwärts erstreckt. Die Innenfläche des unteren Gehäuses 18 umfaßt ebenfalls eine senkrechte Wand 72, die sich von der sphärischen Fläche 52 abwärts erstreckt. Der sich senkrecht bewegende Kolben 38 liegt abdichtend an den senkrechten Wänden 70 und 72 an und bewegt sich aus der in Fig. 2 gezeigten kontrahierten oder zurückgezogenen Stellung in die in den Fig. 4 und 5 gezeigte

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Betriebsstellung, d.h. in den Raum zwischen den sphärischen Flächen 50 und 52. Es ist anzumerken, daß die sphärischen Flächen 50 und 52 die Bewegung des Dichtungselementes 30 steuern und begrenzen, um eine positivere Steuerung der Bewegung und der Dichtungswirkung zu erzielen, wenn sich der Kolben 38 nach oben bewegt, wie die Fig. 4 und 5 am besten zeigen. Zusätzlich wird durch die Konstruktion gemäß der Erfindung die Gesamthöhe der Bohrlochabsperrvorrichtung 10 reduziert, das hydraulische Volumen um mindestens 50% vermindert, das zum Schließen der Bohrlochabsperrvorrichtung 10 erforderlich ist, wodurch die Größe des hydraulischen Steuersystems vermindert werden kann, während die Schließzeit um etwa 50% verringert wird und ebenso die Kosten für die Herstellung der Bohrlochabsperrvorrichtung wesentlich verringert werden. Nachdem eine erste Abdichtung erreicht ist, trägt ein auf die Unterseite des Kolbens 38 wirkender Druck dazu bei, die Bohrlochabsperrvorrichtung in der abgedichteten Stellung zu halten. Das öffnen der Bohrlochabsperrvorrichtung 10 wird durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 38 in Richtung seiner Ausgangsstellung erreicht, wodurch die elastischen Eigenschaften der Dichtungsvorrichtung 32 diese veranlassen, sich nach außen in die Offenstellung zwischen den sie begrenzenden beiden sphärischen Flächen 50 und 52 zu bewegen.

Die vorliegende Erfindung ist deshalb sehr gut dazu geeignet, sowohl die Aufgaben zu erfüllen und die Ziele und Vorteile zu erreichen, die oben erwähnt wurden, als auch andere, die hierin einbegriffen sind. Während vorliegend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Zwecke der Beschreibung angegeben wurde, können

- ίο -

zahlreiche Änderungen in Einzelheiten der Konstruktion und der Anordnung der Teile vorgenommen werden, die sich für den Fachmann von selbst ergeben und von der Erfindung umfaßt werden sowie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Leerseite

Claims

DIPL.-ING. HANS W. GROENING -P A T E N T A N W A L T K/N 18-90 NL INDUSTRIES, INC., 1230 Avenue of the Americas, New York, N.Y., USA Bohrlochabsperrvorrichtung Patentansprüche :

1. Bohrlochabsperrvorrichtung (10) zur Verwendung auf einer öl- oder Gasbohranlage, mit einem unteren Gehäuse (18), einem oberen Gehäuse (16) _r einer elastischen Dichtungsvorrichtung (32), die zwischen der. Gehäusen angeordnet ist, sowie einem Kolben (38) zur Betätigung der Dichtungsvorrichtung (32), dadurch gekennzeichnet _r daß die Innenfläche (50) des oberen Gehäuses (16) eine sphärische Fläche ist, daß die Innenfläche (52) des unteren Gehäuses (18) eine sphärische Fläche ist, daß die sphärischen Flächen (50,52) des oberen Gehäuses (16) und des unteren Gehäuses (18) konzentrisch sind und daß die elastische Dichtungsvorrichtung (32) obere und untere sphärische Flächen (54,56) für das Zusammenwirken mit den sphärischen Flächen (50,52) des oberen Gehäuses (16) und des unteren Gehäuses (18) in Abhängigkeit von der Beaufschlagung der elastischen Dichtungsvorrichtung (32) durch den Kolben (38) nach dessen Betätigung aufweist.

SIEnERTSTH. 4 · 8000 MÜNCHEN 80 · POB 800340 · KABEI.: RHEINPATENT · TEL. (080) 471079 · TELEX 5-SS650

2. Bohrlochabsperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsvorrichtung (30) Stahlsegmente (36) umfaßt, die sich zwischen der Oberseite und der Unterseite der Dichtungsvorrichtung (30) erstrecken, wobei die Kopfplatte und die Bodenplatte der Stahlsegmente sphärische Flächen haben.

3. Bohrlochabsperrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer senkrechten koaxialen Bohrung in einem oberen Gehäuse (16) und einem unteren Gehäuse (18), dadurch gekennzeichnet , daß sich die sphärische Innenfläche (50) des oberen Gehäuses (16) bis zu der Bohrung (22) erstreckt, daß die sphärische Innenfläche (52) des unteren Gehäuses (18) sich bis zu der Bohrung (28} erstreckt, daß die sphärischen Flächen der Kopfplatten und Bodenplatten der Stahlsegmente und der Dichtungsvorrichtung mit den sphärischen Flächen des oberen Gehäuses (16) und des unteren Gehäuses (18) zusammenwirken und daß der senkrecht bewegbare Kolben (38) in den Raum zwischen den sphärischen Flächen des oberen und unteren Gehäuses (16,18) zur Bewegung der Dichtungsvorrichtung in Richtung der Bohrung (22,2 8) bewegbar ist.

4. Bohrlochabsperrvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das obere und untere Gehäuse (16,18) jeweils eine senkrechte Wand (70, 72) aufweisen, die sieb von den sphärischen Flächen (50,52) des oberen Gehäuses (16) und des unteren Gehäuses (18) abwärts erstrecken, und daß der Kolben (38) an den senkrechten Wänden (70,72) abdichtend anliegt.