DE4016874A1 - Kugel-rueckschlagventil - Google Patents
Kugel-rueckschlagventilInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Kugel-Rückschlagventil, und insbeson
dere Kugel-Rückschlagventile zur Verwendung unter Bedingungen, die
hohen Druck und scheuernde Strömungsmittel mit sich bringen, etwa
beim Ölbohren oder bei Gasquellen.
Rückschlagventile werden bei Verrohrungssystemen verwendet, um die
Strömung eines Strömungsmittels (einer Flüssigkeit, einer Auf
schlämmung oder eines Gases) in einer Richtung zu ermöglichen, aber
nicht in der anderen Richtung. Ein Kugel-Rückschlagventil benutzt
eine Kugel, die nicht unmittelbar an irgendeinem anderen Bestand
teil des Ventils angebracht ist, sondern ist innerhalb eines Käfigs
oder einer anderen Trageanordnung eingeschlossen. Wenn das Strö
mungsmittel in der erlaubten Richtung strömt, wird die Kugel an ei
ner Vorrichtung abgestützt (etwa einem Rückhaltenapf mit Öffnungen
rund um den Umfang), die es dem Strömungsmittel gestattet, rund um
den Umfang der Kugel zu strömen. Wenn das Strömungsmittel in der
Gegenrichtung strömt, wird die Kugel gegen einen verengten Durchlaß
gedrückt, der "Sitz" genannt wird, was die Strömung in dieser Rich
tung sperrt.
Verschiedenartige Kugel-Rückschlagventile wurden für herkömmliche
Anlagen zur Handhabung von Strömungsmitteln entwickelt. Siehe z.B.
die US-Patente 40 91 849 (Stevenson 1978), 23 28 014 (Heigis 1941) ,
42 36 759 (Lysenko 1980) und 22 79 513 (Hage 1939).
Ausgeklügeltere Kugel-Rückschlagventile wurden für die Verwendung
beim Öl- und Gasbohren und bei Wiederaufwältigungen entwickelt,
welche hohe Drücke, hohe Temperaturen und scheuernde Strömungsmit
tel wie Bohrschlamm- und Zementarten nach sich ziehen. Diese Rück
schlagventile haben mehrere unterschiedliche Verwendungen. Bei
spielsweise sind die Kugel-Rückschlagventile, die in der US-PS
34 74 861 (Watkins 1968) und in der GB-PS 21 02 474 A (Cunningham und
andere) als Bohrlochsicherung ausgebildet. Es ist ein gewisses
Ausmaß der Strömung in Aufwärtsrichtung gestattet, doch wenn die
Aufwärtsströmung ein bestimmtes Maß überschreitet, wird sie die Ku
gel auf den Sitz anheben und die Strömung stoppen. Im Gegensatz
hierzu sind Ventile, die in einer Schwimmanordnung während des Öl-
und Gasbohrens verwendet werden, so ausgelegt, daß sie jede Auf
wärtsströmung unterbinden. Sie werden verwendet während Tätigkeiten
wie etwa des Auszementierens eines Bohrlochfutterstranges innerhalb
einer Förderbohrung während einer Bohrtätigkeit, oder etwa des Ver
schließens einer erschöpften Formation während einer Wiederaufwäl
tigung. Solche Ventile sind beschrieben in den US-PS 18 82 314
(Burt 1932), 37 76 258 (Dockins 1973) und 46 55 247 (Westra und
andere 1987).
Der hier verwendete Begriff "Öl- und Gasbohrtätigkeiten" umfaßt je
de Tätigkeit (wie Auszementieren, Überarbeitungen usw.), die vorge
nommen wird, um Bohrlöcher (inclusive Förder- oder Injektionsbohr
löcher) zu erzeugen, die bei der Erzeugung von Öl und/oder Gas be
teiligt sind.
Die US-PS 46 55 247 betrifft ein Kugel-Rückschlagventil, das von
Gemoco aus Houma, Louisiana, verkauft wird (eine Abteilung der
Chromalloy Comp., die eine Tochtergesellschaft der Sequa Corp. ist)
und weitverbreitet in der Öl- und Gasindustrie verwendet wird. Die
Konstruktion dieser Ventile kann dadurch gewürdigt werden, daß
man die Betriebsbedingungen in Betracht zieht, denen sie standhal
ten müssen. Ein vorgeschlagenes, vom Amerikanischen Mineralölinsti
tut empfohlenes Verfahren zum Prüfen von Schwimmanordnungen erfor
dert beispielsweise, daß Ventile, die zur Verwendung bei Auszemen
tiertätigkeiten ausgebildet sind, dadurch geprüft werden, daß man
Schlamm, der 2 bis 4% Sand führt, mit Durchsätzen von 1588 l/min
(10 barrels/min) (für jedes Ventil in Auskleidungsgrößen von 114,3 mm
oder größer) oder mit Durchsätzen von 953 l/min (6 barrels/min)
(für kleinere Größen von Auskleidung und Verrohrung) durch das Ven
til pumpt. Nachdem sie auf diese Weise 24 Stunden lang abgescheuert
wurden, müssen die Ventile einem Gegendruck von 345 bar (5000 psi)
standhalten.
Das in der US-PS 46 55 247 beschriebene Kugel-Rückschlagventil ent
hält eine flexible Stulpe nahe dem Auslaß, die mehreren Zwecken
dient. Wenn die Abwärtsströmung durch das Ventil beginnt, dann
dient die Stulpe als Behinderung, die die Fläche der Umfangskanäle
verkleinert. Dies veranlaßt anfangs die Strömungsmittelströmung
durch den inneren Kanal (d.h. durch den Halternapf), was das rasche
Aufsitzen der Kugel auf dem Halternapf fördert und das Hämmern bzw.
Schlagen verringert. Wenn die Kugel auf dem Halternapf aufsitzt,
muß das Strömungsmittel durch die Umfangskanäle strömen, was die
flexible Stulpe veranlaßt, einwärts flexibel auszuweichen. Dies
gestattet hohe Volumina an Bohrschlamm oder Zement und läßt große
Partikel durch die Umfangskanäle hindurchtreten. Zusätzlich trägt
die flexible Stulpe dazu bei, eine Zone niedrigen Drucks unter der
Kugel zu erzeugen, die dazu beiträgt, den zuverlässigen Sitz der
Kugel auf dem Napf während der Abwärtsströmung aufrechtzuerhalten.
Wenn der Druck umgekehrt wird und die Aufwärtsströmung beginnt,
dann verformt sich die Stulpe flexibel nach außen und lenkt das
meiste Strömungsmittel in den innenliegenden Kanal, was sicher
stellt, daß die Kugel vom Haltenapf abgehoben wird und unmittelbar
wieder aufsitzt, um den Einlaß mit nur minimalem Hämmern oder
Schlagen zu sperren.
Trotz dieser Vorzüge hat die flexible Stulpenausführung mehrere Be
schränkungen. Am wichtigsten ist der Umstand, daß es schwierig ist,
eine flexible Stulpe in einem Ventil in einem kleinen Futter oder
Rohr (101,6 mm Durchmesser oder weniger) zu verwenden. Die flexible
Stulpe erhöht auch die Herstellungskosten; da sie nicht aus dem
selben Metall oder Hartkunststoff hergestellt werden kann, das bzw.
der zur Herstellung des Rests des Ventils verwendet wird, muß jedes
Teil getrennt hergestellt werden und dann müssen die Bestandteile
zusammengebaut werden.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Kugel-Rückschlagventil zu schaf
fen, das unter Betriebsbedingungen mit hohem Druck, hoher Tempera
tur und Abnutzung arbeiten kann, aber nicht mehr eine flexible
Stulpe erfordert, die in der US-PS 46 55 247 offenbart ist. Ein
zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kugel-Rück
schlagventil für das Öl- und Gasbohren zu schaffen, das klein genug
ist, um in ein Futter oder Rohr mit einem Durchmesser von 101,6 mm
oder weniger eingesetzt zu werden.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Kugel-Rückschlagventil
zu schaffen, das imstande ist, harten Betriebsbedingungen stand
zuhalten, und das aus einer kleinstmöglichen Zahl von Bestandteilen
zusammengebaut werden kann. Ein viertes Ziel ist es, ein Rück
schlagventil zur Verwendung beim Öl- und Gasbohren zu schaffen, das
aus einer kleinstmöglichen Zahl von Bestandteilen zusammengebaut
werden kann, wobei man eine Normhülse oder einen Normschuh als je
nen Käfig verwendet, der die Ventilanordnung hält.
Diese Erfindung umfaßt ein verbessertes Kugel-Rückschlagventil zur
Verwendung unter Betriebsbedingungen wie beim Öl- und Gasbohren,
die scheuernde Strömungsmittel, hohe Drücke und hohe Temperaturen
umfassen. Bei diesem verbesserten Rückschlagventil ist ein ein
stückiger Kugelhalter vorgesehen, der aus (1) einem Halterring für
die Kugel, (2) einem Sockel und (3) mindestens zwei vertikalen Trä
gern besteht, die den Halterring mit dem Sockel verbinden. Umfangs
kanäle sind durch (a) Öffnungen gebildet, die zwischen den Trägern
in Nachbarschaft zu (b) ausgesparten Bereichen im Sockel hindurch
treten. Dies ermöglicht es dem Innendurchlaß (durch den Halter
ring), in Relation zu den Umfangskanälen verhältnismäßig groß zu
sein. Dies hat zwei Wirkungen. Wenn die Abwärtsströmung beginnt,
dann ist die Strömungsgeschwindigkeit durch den Innendurchlaß ver
hältnismäßig hoch, was dazu beiträgt, daß die Kugel rasch auf dem
Halterring einen ruhigen Sitz einnimmt. Wenn die Abwärtsströmung
durch die Umfangskanäle fortfährt, dann veranlaßt die geringe Größe
der Umfangskanäle die fortgesetzte hohe Geschwindigkeit, was zu
einem Bereich mit verhältnismäßig niedrigem Druck unter der Kugel
führt, verglichen mit dem Druck über der Kugel. Dies stellt sicher,
daß die Kugel zuverlässig auf ihrem Sitz auf dem Halterring ver
bleibt. Das gesamte Ventil kann in einem freistehenden Gehäuse zu
sammengebaut werden, oder in einer Normhülse oder einem Normschuh,
die bzw. der bei Bohr- oder Wiederaufwältigungsarbeiten verwendet
wird. Dieses verbesserte Ventil ist einfacher und billiger herzu
stellen als Ventile mit flexiblen Stulpen, und es kann mit einem
Futter oder Rohr beliebiger Größe verwendet werden.
In der Zeichnung ist
Fig. 1 ein Längsschnitt durch ein Rückschlagventil in Übereinstim
mung mit der vorliegenden Erfindung, wobei der Schnitt
längs Linie 1-1 in Fig. 2 vorgenommen wurde und eine
Norm-Schwimmhülse als Gehäuse für das Ventil dient,
Fig. 2 ein Schnitt durch ein Rückschlagventil dieser Erfindung und
längs Linie 2-2 in Fig. 1 vorgenommen, wobei die Kugel
nicht gezeigt ist,
Fig. 3 eine Perspektivansicht des Kugelhalters dieser Erfindung,
Fig. 4 ein Längsschnitt durch den Kugelhalter dieser Erfindung und
längs Linie 4-4 in Fig. 3 vorgenommen,
Fig. 5 ein Längsschnitt des Halters dieser Erfindung und zeigt
mehrere fakultative verjüngte Flächen, die zum Minimieren
von Turbulenz und Abrieb benutzt werden können,
Fig. 6 ein Längsschnitt durch ein verbessertes Kugel-Rückschlag
ventil in Übereinstimmung mit der Erfindung, wobei das
Ventil im Inneren eines freistehenden Gehäuses mit Außenge
winde enthalten ist,
Fig. 7 ein Längsschnitt durch ein Kugel-Rückschlagventil, das im
Inneren eines freistehenden Gehäuses enthalten ist, wie in
Fig. 6 gezeigt, wobei die gesamte Anordnung im Inneren ei
ner Gewindehülse fest angebracht ist, und
Fig. 8 ein Längsschnitt durch ein verbessertes Kugel-Rückschlag
ventil in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
wobei das Ventil im Inneren eines freistehenden Gehäuses
enthalten ist, das zur Verwendung in einem Bohrloch mit
großem Durchmesser in das Innere einer großen Hülse einze
mentiert ist.
Es erfolgt nun die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei
spiels, wobei auf die Zeichnungen mittels der Bezugszeichen näher
eingegangen wird.
Das Kugel-Rückschlagventil 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein
gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebautes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel eines Ventil-Prototyps, der zu Versuchszwecken
aufgebaut ist und in ein 2 7/8-Zoll-Rohr (d.h. ein Rohr mit 73 mm
Außendurchmesser) paßt. Soweit unten nicht anders erörtert, kön
nen die Abmessungen des Prototyps maßstäblich so vergrößert werden,
daß sie unmittelbar zu jeder gewünschten Rohr- oder Futtergröße
passen. An diesen Abmessungen können aber auch kleinere Anpassungen
vorgenommen werden, ohne daß man von Lehren und Ansprüchen dieser
Erfindung abweicht.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Rückschlagventil 10 in einer Hülse
12 enthalten, die jede Norm-Schwimmhülse (oder jeder Norm-Schwimm
schuh) sein kann, die bzw. der zur Verwendung beim Öl- und Gasbohren
aufgebaut ist. Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Ventil
anordnung, die unten beschrieben und in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt
sind, können im Inneren freistehender Gehäuse eingeschlossen sein,
die fest im Inneren von Normhülsen oder Normschuhen befestigt wer
den können.
Die Hülse 12, die als Beispiel in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine
Norm-Schwimmhülse mit einer Vater- und Mutter-Ausbildung, mit einem
Muttergewinde 14 an der Oberseite und einem Außengewinde 16 an der
Unterseite. Die Hülse 12 hat auch ein Innengewinde 18, das ein we
nig oberhalb der oberen Ersteckung des Außengewindes 16 angeordnet
ist.
Das Ventil wird dadurch zusammengesetzt, daß man einen Kugelhalter
20 (der nachfolgend einfach als Halter 20 bezeichnet wird) in die
Hülse 12 einführt und mit einem Gewinde 22, das an der Außenseite
eines Sockels 24 angeordnet ist, in das Innengewinde 18 der Hülse
eingreifen läßt. Andere Mittel zum Befestigen des Halters im Inne
ren der Hülse (etwa Einzementieren bzw. Kleben, Schweißen, passen
des Einsetzen des Haltersockels gegen speziell eingerichtete Schul
tern in der Hülse, Gießen von Hülse und Halter als einstückiges Me
tallteil usw.) können, falls gewünscht, verwendet werden, wenn sie
genügend Festigkeit für den beabsichtigten Gebrauch liefern.
Der Haltersockel 24, der sich bevorzugt rund um den gesamten Umfang
des Halters erstreckt, ist an zwei oder mehr vertikalen Trägern 26
angebracht, die den Halterring 28 an der Oberseite des Halters 20
treffen und tragen.
Die vertikalen Träger 26 sind voneinander durch Umfangs-Strömungs
kanäle 30 getrennt. Wie deutlicher in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist,
kann jeder Strömungskanal 30 so angesehen werden, als sei er durch
zwei Öffnungen erzeugt, die verbunden sind, aber unterschiedliche
Oberflächen des Halters 20 belangen. Der Kanalteil 30 A ist aus der
vertikalen Trageanordnung ausgeschnitten und trennt zwei vertikale
Träger 26. Zusätzlich weist der Kanalteil 30 B einen ausgesparten
Bereich in der verdickten Wand des Sockels 24 auf. Benachbarte Ka
nalteile 30 A und 30 B bilden einen einzigen Umfangskanal 30. Alle
Umfangskanäle 30 treffen im Auslaß 32 zusammen.
Die Umfangskanäle 30 können während des Formgebungs- oder Gießvor
ganges erzeugt werden oder können spanend aus einem Stück Halbzeug
hergestellt werden. Falls gewünscht, können die vertikalen Träger
26 verdickte Träger mit kreisförmigem oder elliptischem Quer
schnitt, abgerundeten Ecken usw. umfassen. Die vertikalen Träger 26
können aber auch verschiedenerlei Arten abgerundeter, abgeschrägter
oder geneigter Flächen aufweisen, um Turbulenzen zu minimieren, et
wa eine Umfangskanalschulter 34 und den vertikalen Trägeranschlag
oder -absatz 36, (die konisch geformt sein können) die in Fig. 5
gezeigt sind.
Ein Innendurchlaß 38 durchsetzt den Halterring 36 und trifft auf
die drei Umfangskanäle 30 zur Bildung des Auslasses 32.
Der Halter 20, der aus dem Sockel 24, den vertikalen Trägern 26 und
dem Halterring 28 hergestellt ist, ist in Perspektivansicht in Fig. 3
und im Querschnitt in Fig. 4 gezeigt. Er ist bevorzugt aus einem
einzigen Materialstück hergestellt. Er kann beispielweise ein spa
nend endbearbeitetes Metall- (etwa Aluminium-)Gußstück sein. Er
kann aber auch aus hochfestem Kunststoff geformt sein. Er sollte
jedoch in jedem Fall aus einem Material hergestellt sein, das aus
gebohrt werden kann, nachdem das Auszementieren oder eine andere
Tätigkeit unten im Bohrloch vorgenommen ist.
Wenn das Ventil nicht mit Druckströmungsmittel gefüllt ist, kann
sich die Kugel 40 frei innerhalb der Ventilanordnung 10 zwischen
dem Halterring 28 und dem Sitz 50 bewegen. Normalerweise sitzt sie
auf dem Halterring 28 auf. Der Winkel, unter dem die Kugel 40 auf
den Ring 28 trifft, muß die Kugel daran hindern, im Ring festge
klemmt zu werden. Geeignete Winkel liegen im Bereich von etwa 45°
bis 60° zur Hauptachse des Ventils. Die Oberkante des Ringes 28
sollte bevorzugt mit einer solchen Kontur versehen sein, daß eine
beachtliche Dichtungs-Berührungsfläche mit der Kugel erzeugt wird.
Die Kugel kann aus jedem Material oder jeder Kombination von Mate
rialien mit den folgenden Eigenschaften hergestellt werden: (1) die
Oberfläche der Kugel muß ein gewisses Maß an Federfähigkeit bzw.
Nachgiebigkeit aufweisen, die es ihr ermöglicht, eine flüssigkeits
dichte Abdichtung selbst nach der Abnutzung zu bilden, aber sie
darf nicht zu viel Elastizität aufweisen, die es ihr sonst ermögli
chen würde, im Halterring festgekeilt zu werden; (2) sie muß eine
genügend niedrige Dichte aufweisen, so daß sie ohne weiteres in ei
nem aufwärtsfließenden Strom von Wasser oder irgendeinem anderen
Strömungsmittel aufsteigt, das eine höhere Dichte als Wasser auf
weist. Verschiedenartige Materialien wurden für eine solche Verwen
dung entwickelt, darunter Aluminium und andere zerbrechliche Mate
rialien, starre Kunststoffe und faserverstärkte Phenolverbindungen.
Falls gewünscht, kann die Kugel 40 aus einem Kernmaterial herge
stellt sein, das, falls gewünscht, mit einer gummierten Oberfläche
beschichtet sein kann. Die Sitzschulter 56 und/oder der Halterring
28 können auch mit einer gummierten Oberfläche beschichtet sein.
Nachdem der Halter 20 und die Kugel 40 ordnungsgemäß in die Hülse
12 eingesetzt wurden, wird der Sitz 50 in die Hülse 12 eingesetzt
und durch den Eingriff des Sitzgewindes 52 in das Hülsengewinde 14
gesichert bzw. befestigt. Der Sitz 50 kann auch in der Hülse oder
dem Schuh durch andere Mittel wie etwa Einzementieren bzw. Einkle
ben, Schweißen usw. befestigt werden. Der Sitz 50 enthält einen
Einlaß-Durchlaß 54, der zentriert und kreisförmig ist. Eine abge
schrägte Schulter 56 liefert eine Oberfläche, die eine flüssig
keitsdichte Abdichtung liefert, wenn die Kugel 40 gegen den Sitz 50
gepreßt wird.
Bei den Ventil-Prototypen, die bis heute entworfen und geprüft wur
den, hat die Querschnittsfläche des Innendurchlasses 38 65% der Ge
samtfläche der Umfangskanäle 30 überschritten.
Bei Errechnen der Fläche eines jeden Umfangskanales 30 müssen zwei
Größen bestimmt und dann zusammengezählt werden. Die erste Größe
ist die Querschnittsfläche des Kanalteils 30 A, der horizontal zwi
schen zwei der vertikalen Träger 26 hindurchgeht. Wie hier berech
net, wird diese Querschnittsfläche auf ebener Grundlage gemessen,
wobei die Ebene der Messung den Kanalteil 30 A an seinem engsten
Punkt kreuzt, um eine genaue Ablesung der Fläche zu liefern, durch
die das Strömungsmittel hindurchtreten kann.
Die zweite Größe, die die Fläche eines jeden Umfangskanals aus
macht, ist die Querschnittsfläche des Kanalteils 30 B, eine ausge
sparte Fläche, die vertikal durch den Haltersockel 24 hindurch
läuft. Diese Fläche wird horizontal gemessen, senkrecht zur Mittel
achse des Kugelventils.
Wie oben erwähnt, trifft jedes Kanalteil 30 A ein Kanalteil 30 B, um
einen einzigen Umfangskanal 30 zu bilden. Die Fläche des Umfangska
nals wird dadurch bestimmt, daß man die Fläche eines jeden Umfangs
kanals bzw. Kanalteils addiert. Die Gesamtfläche aller Umfangskanä
le wird durch Zusammenzählen aller Umfangskanäle bestimmt.
Das Verhältnis der Fläche des Innendurchlasses 38 zur Fläche der
Umfangskanäle 30 liegt bevorzugt im Bereich von etwa 60% bis etwa
80%. Bis heute vorgenommene Versuche zeigen, daß das Verhältnis von
etwa 70% das rasche Aufsitzen der Kugel auf dem Halterring 28 (wäh
rend der Abwärtsströmung) oder Schulter 56 (beim Sperren der Auf
wärtsströmung) bei Ventilen fördert, die zur Verwendung in einem
73-mm-Rohr ausgelegt sind, ohne daß eine flexible Stulpe nahe dem
Auslaß des Ventils erforderlich ist. Optimale Kanalflächenverhält
nisse für Ventile, die zur Verwendung in unterschiedlichen Futter-
oder Rohrgrößen ausgelegt sind, können variieren und können durch
routinemäßiges Experimentieren unter Benutzung jeder gewünschten
Rohr- oder Futtergröße bestimmt werden. Solche Versuche können da
durch vorgenommen werden, daß man Ventile bei einem Bereich von
Kanalgrößen und Verhältnissen Abrieb- und Druckversuchen unter
zieht, während man sie auf Schlagen oder Hämmern überwacht.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 6
und 7 gezeigt ist, ist die Ventilanordnung innerhalb eines Ge
häuses 60 enthalten, was es ermöglicht, daß das Ventil als eine
freistehende Einheit vormontiert und verschickt werden kann, bevor
es in eine Hülse oder einen Schuh eingesetzt wird. Das Gehäuse 60
kann ein Außengewinde 62 aufweisen, das es ermöglicht, daß es in
einer Normhülse 64 befestigt wird, wie in Fig. 7 gezeigt.
Falls gewünscht, kann das Gehäuse 60 eine Verlängerung des Sitzes
50 mit einem Innengewinde 66 am unteren Ende aufweisen, das fest am
Sockel 24 des Kugelhalters 20 angebracht werden kann, wie in Fig. 6
gezeigt. Das Gehäuse 60 kann aber auch eine Verlängerung des Hal
ters 20 aufweisen, mit einem Gewinde am oberen Ende, so daß sie am
Sitz 50 befestigt werden kann. Es kann aber auch ein rohrförmiges
Bestandteil mit einem Gewinde an beiden Enden aufweisen, das am
Sitz 50 und am Halter 20 befestigt werden kann.
Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in Fig. 8 gezeigt
ist, bildet ein Rückschlagventil ab, das zur Verwendung in einem
großen Futter eingerichtet ist. Wie hier gezeigt, ist das Ventil
innerhalb eines Gehäuses 70 eingeschlossen, das durch Zement in
einer Normhülse 74 befestigt ist. Diese Ausbildung ist verwendet,
weil Kugel-Rückschlagventile mit einem Durchmesser von weniger als
etwa 101,6 mm mehrere Vorzüge genießen, verglichen mit größeren
Ventilen, darunter: (1) auf den Halter wird während der Abwärts
strömung von der Kugel eine kleinere Kraft ausgeübt; (2) kleinere
Ventile sorgen für eine nützliche Drosselwirkung und verhindern den
"freien Fall" des Zements, wenn eine hohe Ungleichheit zwischen den
Dichten von Zement und Bohrschlamm vorliegt; und (3) es ist leich
ter und billiger bzw. weniger aufwendig, Kugeln mit ausreichend ge
nauer Rundheit zu formen, wenn der Durchmesser kleiner ist als etwa
101,6 mm, besonders wenn Materialien wie warmaushärtende Phenolhar
ze verwendet werden.
Bevorzugte Materialien zum Aufbau des Ventilgehäuses (falls über
haupt), des Ventilsitzes und des Kugelhalters umfassen bekannte ab
riebbeständige und hochtemperaturbeständige Kunststoffe, besonders
solche, die warmhärtende Phenolharze aufweisen. Andere Kunststoffe,
die für bestimmte Verwendungszwecke geeignet sind, umfassen ver
stärkte Nylonarten, Polycarbonate, starre Acrylnitril-Butadien-Sty
rol-Kopolymere und andere starre Kunststoffe. Andere Materialien,
darunter Keramikmaterialien, können in manchen Anwendungsfällen
auch benutzt werden. Metalle, die im herkömmlichen Ventilbau ver
wendet werden, wie Aluminium, Messing und Kupfer, können auch bei
dieser Erfindung verwendet werden. Stahl kann in manchen Situatio
nen ebenfalls verwendet werden, wenn es nicht nötig ist, das Ventil
zu durchbohren, nachdem eine Zementiertätigkeit oder eine andere
Tätigkeit abgeschlossen ist.
Eine Kugel-Rückschlagventilanordnung, die besonders zur Verwendung
bei einer Schwimmanordnung eingerichtet ist, die zum Auszementieren
von einer Rohrleitung oder einem Futter in Bohrlöchern verwendet
wird, kann unter Nutzung der vorgenannten Materialien aufgebaut
werden. Die auf diese Weise aufgebaute Rückschlagventilanordnung
verhindert wirksam die Rückwärtsströmung der Zement-Aufschlämmung
und anderer Strömungsmittel und kann mit einem herkömmlichen Bohrer
nach der Fertigstellung der Zementiertätigkeit ausgebohrt werden.
Der Fachmann erkennt oder ermittelt unter Anwendung allenfalls
routinemäßiger Experimente zahlreiche Äquivalente zu den speziel
len, hier offenbarten Ausführungsbeispielen. Solche Äquivalente
liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
Claims (11)
1. Kugel-Rückschlagventil, gekennzeichnet durch ei
nen Kugelhalter (20) mit einem Sockel (24), einem Halterring (28)
und mindestens zwei vertikalen Trägern (26), die den Sockel (24)
mit dem Halterring (28) verbinden, wobei es Umfangskanäle (30) ei
nem Strömungsmittel gestatten, durch den Kugelhalter (20) zu strö
men, wenn eine Kugel (40) auf dem Halterring (28) aufsitzt, und
wobei jeder Umfangskanal (30) gebildet ist durch
- a) eine Öffnung (30 A), die zwischen zwei vertikalen Trägern (26) hindurchführt, und
- b) einen ausgesparten Bereich (30 B) im Sockel (24).
2. Kugel-Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vertikalen Träger (26) geschaffen sind durch Bilden von
Öffnungen (30 A) in einem rohrförmigen Aufbau, der den Sockel (24)
mit dem Halterring (28) verbindet.
3. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche eines Innendurchlas
ses (38), der den Halterring (28) durchsetzt, etwa 60% bis 80% der
Summe der Flächen der Umfangskanäle (30) beträgt.
4. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltersockel (24) mit einem
Außengewinde versehen ist, das die zuverlässige Befestigung des
Halters (20) innerhalb einer Schwimmhülse (12) oder eines Schwimm
schuhes ermöglicht, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten
ausgebildet ist.
5. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelhalter (20), eine Kugel
(40) und ein Sitz (56) innerhalb eines freistehenden Gehäuses ein
geschlossen sind, das zur zuverlässigen Befestigung innerhalb einer
Hülse (12) oder eines Schuhes eingerichtet ist, die bzw. der für
Öl- und Gasbohrtätigkeiten ausgebildet ist.
6. Kugel-Rückschlagventil, gekennzeichnet durch:
- a) ein äußeres Gehäuse (60),
- b) einen Kugelhalter (20) mit einem Sockel (24), einem Halterring (28) und vertikalen Trägern (26), die den Sockel mit dem Hal terring verbinden,
- c) einer Kugel (40) und
- d) einem Sitz (56),
wobei Umfangskanäle (30) es einem Strömungsmittel gestatten, durch
das Rückschlagventil (10) zu strömen, wenn die Kugel (40) auf dem
Halterring (218) aufsitzt, und wobei jeder Umfangskanal (30)
gebildet ist durch
- a) eine Öffnung (30 A), die zwischen zwei vertikalen Trägern (26) hindurchführt, und
- b) einen ausgesparten Bereich (30 B) im Sockel (24).
7. Kugel-Rückschlagventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche eines Innendurchlasses (38), der den Halterring (28)
durchsetzt, etwa 60% bis 80% der Summe der Flächen der Umfangskanä
le (30) beträgt.
8. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (24) mit einem
Außengewinde versehen ist, das die zuverlässige Befestigung des
Halters (20) innerhalb einer Schwimmhülse (12) oder eines Schwimm
schuhes ermöglicht, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten
ausgebildet ist.
9. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (60) zur zu
verlässigen Befestigung innerhalb einer Hülse (12) oder eines Schu
hes eingerichtet ist, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkeiten
ausgebildet ist.
10. Kugel-Rückschlagventil nach mindestens einem der Ansprüche 6
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse eine Hülse
(12) oder ein Schuh ist, die bzw. der für Öl- und Gasbohrtätigkei
ten ausgebildet ist.
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