DE3541826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ringraumventil nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Für den praktischen Förderbetrieb werden bisweilen zwei ko­ axiale Rohrstränge verwendet.

Bei der Verwendung solcher Rohrstränge für Erdölbohrungen können damit größere Fließquerschnitte erreicht werden. Das Erdöl kann entweder nur mit Hilfe des inneren Rohres oder nur des Ringraumes zwischen den beiden koaxialen Rohren oder aber zugleich aus beiden Rohr-Räumen gefördert werden.

Bei Erdgasbohrungen, die ein stark korrodierendes Medium wie H₂S oder CO₂ fördern, kann es sich als notwendig erweisen, die Materialien der Einbauten durch sogenannte Inhibitoren vor Korrosion zu schützen. Solche, in flüssiger Form ver­ fügbaren Inhibitoren werden entweder durch eine gesonderte, parallel zum Förderstrang eingebaute Leitung oder durch den Ringraum einer koaxialen Rohrkombination zum Borlochtiefsten gepumpt.

Bei Verwendung einer koaxialen Rohrkombination stehen sowohl der Steigraum des inneren Rohres als auch der Ringraum zwischen den beiden koaxialen Rohrsträngen in direkter Verbindung mit der Lagerstätte. Bei einer Beschädigung des Bohrlochkopfes könnte das in der Bohrung enthaltene Medium unkontrolliert austreten. Zur Bohrlochsicherung ist es bekannt (DE-PS 27 14 049), in dem Ringraum zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr einen Ventilkörper zu befestigen, der in einen der beiden Rohrstränge fest eingefügt und mit der Ringraumwandung des jeweils anderen Rohrstranges zur Unterbindung eines Durchflusses abgedichtet ist, dafür aber durch verschließbare Bohrungen die durch den Ventilkörper getrennten Ringräume verbindet. Auf einem Ansatz des Ventilkörpers ist ein Ventil verschiebbar angeordnet, das durch Druck einer Feder die Bohrungen verschließt, durch gsteuerten Gegendruck, z. B. mittels einer Steuerleitung über mehrere Kolben aber gegen den Druck der Feder geöffnet werden kann. Dieses bekannte Ventil könnte zum Verkanten neigen, weil die Kolben getrennt angesteuert werden und die Feder nicht gleichmäßig und symmetrisch auf das Ventil drückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Ringraumventil ein unkontrolliertes Austreten von Bohrlochmedien zu verhindern und eine sichere Führung des verschiebbaren Ventils auch bei robustem Betrieb zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird bei koaxialen Rohrsträngen durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in

Fig. A einen Längsschnitt durch einen koaxialen Rohrstrang mit eingesetztem geöffnetem Ringraum-Ventil,

Fig. B einen Rohrstrang gemäß Fig. A mit geschlossenem Ventil,

Fig. C einen Querschnitt durch einen Rohrstrang nach Fig. A und Fig. B im Bereich des Ventilkörpers.

In Fig. A ist ein Rohrstrang mit einem äußeren Rohr 1 und einem dazu koaxialen inneren Rohr 1 a dargestellt. Beide Rohrstränge sind unabhängig voneinander aus mittels Zapfen- und Muffengewinde zusammengeschraubten Teilrohren gebildet. Die Stoßstellen der einzelnen Rohrstücke müssen daher für den inneren und den äußeren Rohrstrang nicht gleiche Lage haben. In Fig. A ist in den inneren Rohrstrang ein Ventil­ körper 2 eingefügt, der hier also das innere Rohr 1 a bildet. Der Ventilkörper 2 hat wie ein übliches Rohr Zapfengewinde an einem und Muffengewinde am anderen Ende. Wenn ein solcher Ventilkörper 2 an den entsprechenden Gewinden der benach­ barten Rohre 1 a befestigt, also in den Rohrstrang eingefügt ist, dann bilden die Innenseiten aller Rohre 1 a einen durch­ gehend gleichen Querschnitt. Der äußere Durchmesser des Ventilkörpers 2 ist so groß gewählt, daß er den Ringraum 4, 9 zwischen den beiden Rohren 1 und 1 a nahezu ausfüllt. Mit diesem Ventilkörper 2 wird der Ringraum in zwei Teile 4 und 9 getrennt. Durch den Ventilkörper 2 ist eine Bohrung 5 geführt, die mit einer über Tage angeordneten Steuereinrich­ tung über eine Steuerleitung 3 verbunden ist, z.B. mit der Leitung verschraubt ist. Eine Verbindung der Ringräume 4, 9 wird über Bohrungen 6 im Ventilkörper 2 ermöglicht, die etwa achsparallel zu den Rohren 1, 1 a verlaufen. Je mehr Bohrungen 6 vorgesehen sind, desto besser ist der Durchfluß. Alle Bohrungen 6 sind auf einem Kreisumfang angeordnet. Zwischen dem Ventilkörper 2 und der Innenwandung des äußeren Rohres 1 ist eine Dichtung 7 angeordnet. Ihre Art ist den jeweiligen Anforderungen angepaßt. In der Figur sind Paketdichtungen dargestellt, die zur Erhöhung der Stabilität oder zur Bil­ dung eines Widerlagers in den Ventilkörper 2 eingebettet sind. Die Dichtungen können Lippendichtungen sein, Cup- Manschetten, beschichtete Metalle oder dergl. Die Anwendung ist für niedrige Drücke und für hohe Drücke bis 700 bar und mehr geeignet. Für einige dieser Dichtungen ist es vorteil­ haft, an der Stelle des Ventilkörpers in das äußere Rohr 1 ein Rohrstück mit besonders bearbeiteter, z.B. gehonter Innenfläche einzufügen. Die Steuerleitung 3 ist durch den Ringraum 4, 9 von über Tage her zum oberen Anschluß der Bohrung 5 des Ventilkörper 2 geführt und mit diesem Anschluß so verbunden, z.B. verschraubt, daß Steuerleitung 3 und Bohrung 5 einen freien Durchgang zu einem auf der anderen Seite des Ventil­ körpers 2 vorgesehenen weiteren Ringraum R haben. Der wei­ tere Ringraum R wird einerseits durch eine quer verlaufende Wandung des Ventilkörpers 2 und andrerseits durch einen ebenfalls quer zur Rohrachse angeordneten Teil eines hülsen­ artig ausgebildeten Ventils 8 gebildet. Das hülsenartige Teil des Ventils 8 umgibt den weiteren Ringraum R und dient mit seiner ringförmigen Stirnseite zum Verschließen der Mündungen der Bohrungen 6. Die Mündung der Steuer-Bohrung 5 ist gegenüber den Mündungen der Bohrungen 6 versetzt, so daß auch der weitere Ringraum R gegenüber dem Mündungsbereich der Bohrungen 6 versetzt ist. In diesem Versetzungsbereich hat der Ventilkörper 2 einen Durchmesser, der kleiner ist als der Achsabstand der Bohrungen 6 und größer als der Achsabstand der Steuer-Bohrung 5. Das hülsenartige Teil des Ventils 8 wird auf diesem Bereich verringerten Durchmesser geführt und zugleich der Ringraum R abgedichtet. Der dem weiteren Ringraum abgewandte Teil des Ventils 8 ist als verlängerter Ansatz ausgebildet. Dieser Ansatz wird auf dem dem inneren Rohr 1 a entsprechenden Teil des Ventilkörpers 2 geführt und zugleich der Ringraum R abgedichtet. Außerdem dient der Ansatz des Ventils 8 als Lager für eine Feder 10, die das Ventil 8 gegen die Mündung der Bohrungen 6 drückt. Zu diesem Zweck ist auf dem inneren Rohr 1 a ein Widerlager 11 befestigt. Das Widerlager besteht aus einem Ring 11, der mittels Schraube(n) 11 a auf dem Rohr befestigt ist. Die Schrauben 11 a können so beschaffen oder bemessen sein, daß sie bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckes im Ring­ raum 4 brechen oder lösen und so den Verschluß der Bohrungen freigeben. Der Ventilsitz ist so beschaffen, daß die Boh­ rungen 6 in einen ringförmig eingeschliffenen Dichtsitz 12 einmünden, den die entsprechend eingeschliffene Nase 13 an der Stirnseite des hülsenartig ausgebildeten Ventils 8 im Dicht­ sitz abdichtet. Als Material für den Ventilkörper 2 und das Ventil 8 hat sich Stahl bewährt. Für das Ventil 8 ist dabei ein härterer Stahl vorteilhaft. Da die Anordnung für unter­ schiedliche Fördermaterialien verwendbar ist, kann auch das Material der Körper unterschiedlich sein. Beispielsweise können für agressive Fördermedien rostfreie Stahlsorten, aber auch nichtmetallische Materialien geeignet sein. Auch Materialien wie inconel und K-Monel sind geeignet. Der Druck der Feder 10 ist so eingestellt, daß innerhalb weiter Druck­ grenzen im Ringraum 4 nur der Druck der Steuerleitungen auf den weiteren Ringraum R bestimmend ist für das Öffnen oder Schließen der Bohrungen. Bei Überdruck im Ringraum 4 oder bei Ausfall des Drucks in den Steuerleitungen kann aber auch das Ventil 8 durch den Druck geöffnet werden, der durch die Bohrungen 6 auf das Ventil 8 ausgeübt wird.

Wird die Steuerleitung 3 von über Tage mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so gelangt dieser durch die Bohrung 5 in den weiteren Ringraum R zwischen dem Ventilkörper 2 und dem Ventil 8 und drückt letzteres gegen die Kraft der Feder 10 vom Dichtsitz 12 in die geöffnete Stellung. In diesem Fall ist freier Durchfluß vom Ringraum 4 in den Ringraum 9 oder umgekehrt ermöglicht. Wird der Hydraulikdruck aus der Steu­ erleitung 3 durch übertägige Steuereinrichtungen oder durch Bruch der Steuerleitung entlastet, so drückt die Feder 10 das Ventil 8 mit seiner Nase 13 gegen den Dichtsitz 12 und unterbricht den Durchfluß zwischen den Ringräumen 4 und 9 durch die Bohrungen 6. Wenn es sich als notwendig erweist, eine Verbindung zwischen den Ringräumen 4, 9 herzustellen, obwohl das Ventil einen Durchfluß blockiert, so kann die Blockierung durch Zerstörung des Widerlagers 11 mittels Überdruck im Raum 4 gelöst werden.

Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist der Ventilkörper 2 in den Zug des inneren Rohres 1 a einge­ fügt. Diese Ausführungsform ist bezüglich des Auswechselns beschädigter oder verschlissener Ventilkörper die günstigste Lösung. Es ist aber auch möglich, den Ventilkörper in den Zug des äußeren Rohres 1 einzufügen und die Abdichtung zwischen Ventilkörper 2 und dem inneren Rohr 1 a vorzusehen.

Claims (10)

1. Ringraum-Ventil für Rohrstränge mit einem zwischen einem inneren und einem äußeren Rohr gebildeten Ringraum, insbesondere für Erdöl- oder Erdgasbohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum (4, 9) zwischen dem inneren Rohr (1 a) und dem äußeren Rohr (1) ein Ventilkörper (2) befestigt ist, der in einen der beiden Rohrstränge (1, 1 a), insbesondere den inneren Rohrstrang fest eingefügt ist, insbesondere mit benachbarten Rohren verschraubt ist, daß zwischen Ventilkörper (2) und der Innenwandung des jeweils anderen Rohres (1) Dichtungen (7) angeordnet sind, die einen Fluß im Ringraum (4, 9) unterbinden, daß im Ventilkörper (2) wenigstens eine Bohrung (6) zur Verbindung der beiden Teile (4, 9) des durch den Ventilkörper (2) getrennten Ringraumes (4, 9) vorgesehen ist, daß ein durch den Druck einer Feder (10) gegen die Mündung der Bohrung (6) drückbares Ventil (8) vorgesehen ist, und daß das Ventil (8) durch gesteuerten Druck beispielsweise aus der Steuerleitung (3) gegen den Druck der Feder (10) verschiebbar ist und daß im Ventilkörper (2) eine Steuerbohrung (5) vorgesehen ist, die den weiteren Ringraum (R) zwischen Ventilkörper (2) und Ventil (8) mit der Steuerleitung (3) verbindet, derart, daß im weiteren Ringraum (R) ein Druck für die Verschiebung des Ventils (8) erzeugbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) im Ventilkörper (2) im wesentlichen achsparallel angeordnet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß eine Vielzahl von Bohrungen (6) kreisförmig im Querschnitt des Ventilkörpers (2) angeordnet sind.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder zylindrisch ausgebildet und zwischen Ventil (8) und einem Widerlager (11) auf dem Ventilkörper (2) angeordnet ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) auf einem zylindrischen Ansatz des Ventils (8) angeordnet ist und diesen in Richtung auf das Widerlager (11) überragt.

6. Drosselorgan nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (11) einen Ring (11) enthält, der mit Schrauben (11 a) am Ventilkörper befestigt ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (11 a) so ausgebildet und/oder bemessen sind, daß sie bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckes auf das Widerlager (11) brechen oder lösen und so das Ventil 8 freigeben.

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ringraum (R) relativ zu den Ausgängen der Bohrungen (6) versetzt ist, daß der Durchmesser des Ventilkörpers (2) im Versetzungsbereich kleiner ist als der Achsabstand der Bohrungen (6) und größer als der Achsabstand der Steuer-Bohrung (5) und daß der Ventilkörper (2) im Versetzungsbereich als Führung für das diesen Bereich hülsenartig umfassende Ventil (8) dient.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (8) zwei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers aufweist, die die entsprechenden Bereiche unterschiedlicher Durchmesser des Ventilkörpers (2) umgeben, daß der weitere Ringraum (R) vom Bereich des Ventils (8) größeren Durchmessers umschlossen und von den quer zur Achsrichtung verlaufenden Wandungen des Ventilkörpers (2) und des Ventils (8) in axialer Richtung begrenzt wird, und daß zwischen den aufeinander geführten Teilen des Ventilkörpers (2) und des Ventils (8) Dichtungen vorgesehen sind.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6) in einen ringförmig geschliffenen Ventilsitz (12) münden und daß das Ventil (8) an seiner den Bohrungen (6) zugewandten Stirnseite eine eingeschliffene Nase (13) aufweist, die durch die Wirkung der Feder (10) in den ringförmig eingeschliffenen Dichtsitz gedrückt wird und alle Bohrungen (6) zugleich verschließt.