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Doppelstrang-Verrohrungskopf Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung
für zwei parallele Steigrohrstränge aufweisende Erdöl-oder Erdgassonden, deren Verrohrungsköpfe
zwei den Steigrohrsträngen zugeordnete Förderbohrungen haben, deren Achsen einen
vom Bohrungsdurchmesser abhängigen, vorbestimmten Abstand aufweisen und die durch
in Längsrichtung versetzt angeordnete Ventilverschlußkörper unabhängig von einander
verschließbar sind.
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Bei bisher bekannten Ventilanordnungen dieser Art wurden Hahnventile
verwendet, deren parallel angeordnete zylindrische Ventilkörper die ihnen zugeordneten
Förderbohrungen rechtwinklig durchsetzten.
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Bei hohen Lagerstättendrüeken von beispielsweise 350 bis 1200 kg/cm=
können bei Hahnventilen Formänderungen auftreten, welche ein zufriedenstellendes
Arbeiten der Ventile beeinträchtigen. Ferner muß bei diesen Ventilen der Durchmesser
des Ventilkörpers etwa doppelt so groß wie der Durchmesser der Förderbohrung sein,
weil in Schließstellung des Ventils zwischen der Förderbohrung und der dann rechtwinklig
zu dieser liegenden Ventilkörperbohrung Mindestabdichtungsflächen vorhanden sein
müssen. Der Durchmesser des Ventilkörpers ist aber für den Mindestabstand der beiden
Förderbohrungen im Verrohrungskopf bestimmend, so daß bei Verwendung von Hahnventilen
wegen des verhältnismäßig großen Durchmessers dieser Ventile der Mindestabstand
der beiden Förderbohrungen voneinander entsprechend groß sein muß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Ventilanordnung
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auch bei hohen Förderdrücken einwandfrei
arbeitet und die ferner einen geringeren Abstand der beiden Förderbohrungen voneinander
zuläßt als eine Anordnung mit Hahnventilen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß einer Bohrung ein
an sich bekanntes, in einer gesonderten Kammer angeordnetes Schieberventil zugeordnet
ist, wobei die jeweils der Ventilkammer benachbarte Bohrung die Ventilkammer mit
einem Teil ihrer Bohrungswand durchgreift, der eine Mindestwandstärke aufweist,
und daß jeder Ventilschieber beiderseits Führungselemente aufweist, die zumindest
an der der benachbarten Böhrung zugekehrten Seite aus zwei gesonderten, im Abstand
voneinander angeordneten Teilen bestehen, zwischen denen die benachbarte Bohrungswand
angeordnet ist.
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Der Vorteil der Verwendung eines Schieberventils bei einem Verrohrungskopf
mit zwei Förderbohrungen beruht darauf, daß bei einer durch hohen Förderdruck verursachten
Formänderung des Schieberkörpers das Verschieben dieses Körpers auf den hierfür
vorgesehenen flachen Führungselementen nicht beeinträchtigt wird, während die Sitzflächen
eines Hahnventilkörpers bei Formänderung unter Druck urrund werden. Ein solches
Unrundwerden beeinträchtigt das Schließen und öffnen des Ventils in hohem Maße.
Da ferner Schieberkörper an ihren der benachbarten Förderbohrung zugekehrten Seiten
flach sind und nicht rund, so ragen Schieberventile weniger über den Außendurchmesser
ihrer Förderbohrung in Richtung auf die benachbarte Förderbohrung hinaus. Der Abstand
der Förderbohrungen voneinander ist also an sich geringer als bei Hahnventilen.
Eine weitere Vergrößerung der Mindeststärke der zwischen den beiden Förderbohrungen
und den Schieberventilen vorhandenen Trennwände wird gemäß der Erfindung dadurch
ermöglicht, daß diese Trennwände zwischen zwei Teilen der Führungselemente vorspringen,
wie in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen
noch näher beschrieben werden wird.
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In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet sind, ist
Fig.1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
einer bevorzugten Ausführung, Fig. 2 eine Draufsicht nach Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 ein waagerechter Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 ein lotrechter
-Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 1, Fig. 5 ein lotrechter Teilquerschnitt
des in Fig. 1 teilweise im Schnitt dargestellten Ventilaufbaues und Fig. 6 ein lotrechter
Querschnitt nach Linie 6-6 der Fig.5 durch die Schmiermitteleinspritzvorrichtung.
Das Ventilgehäuse 1 hat einen unteren Flansch 2, einen oberen Flansch 3, parallele
Längsbohrungen 4 und 5 und Ventilkammern 6 und 7. Das Ventilgehäuse 1 hat eine unregelmäßige
Außenform, die den innenliegenden Ventilteilen angepaßt ist. Die Stirnflansche 2
und 3 haben Schraubenlöcher 8, über die der untere Ventilflansch 2 mit dem Barunterliegenden
Absetzflansch und der obere Flansch 3 mit dem oberen Kopfstück verbunden werden
kann. Die Bohrungen 4, 5 haben an ihren nahe dem Flansch 2 gelegenen unteren Enden
Erweiterungen 9 und 10 zur Aufnahme von Dichtungen, mit denen die Steigrohrstränge
11 und 12 dicht in das Ventilgehäuse 1. eingesetzt werden. Die Rohrstränge 11 und
12 werden unter dem Ventil von Haltevorrichtungen (nicht dargestellt) getragen.
Die Dichtungen können beliebiger und üblicher Art sein. In Fig. 4 vereist die Dichtung
einen Tragring 70 auf, der an die Dichtungsringe 71 von mehreren Druckschrauben
72 gedrückt wird, von denen jede Druckschraube in eine Flanschöffnung 73 über Dichtung
74 und Stopfbuchse 75 eingesetzt ist.
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Dichtungsnuten 76_(Fig. 4) sind in die Flächen des unteren Stirnflansches-2
und des oberen Stirnflansches 3 eingearbeitet. Die Bohrungen 4 und 5 ; haben an
ihren oberen Enden Innengewinde 77 und 78a zur Aufnahme eines zusätzlichen Bohrlochkopfstückes.
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Die Ventilkammer 6 überschneidet die Bohrung 4, und die Ventilkammer
7 überschneidet die Bohrung 5 an auf Abstand stehenden Ebenen des Ventilgehäuses
1. Da beide Ventilseiten im Aufbau gleich sind, wird nur eine Ventilseite beschrieben,
doch gilt die Beschreibung für beide Seiten. Die Ventilteile beider Seiten sind
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; wobei nur dann eine andere Bezeichnung
erfolgt, wenn eine Unterscheidung zwischen beiden Seiten notwendig ist.
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Jede Ventilkammer 6,. 7 hat zwei sich gegenüberstehende Auflager 15,
die in den die Bohrungen umgebenden Ausnehmungen 16 untergebracht sind. An die Auflager
15 sind Führungsschienen 17 angeschweißt, auf denen Schieber 18 beim öffnen und
Schließen des Ventils gleiten. Die Schieber 18 werden gegenseitig von Federn 19
auf Abstand gehalten, die sich zwischen den Schiebern befinden. Die Schieber liegen
daher dicht an den Auflagern 15 an und arbeiten mit den Auflagern 15 zusammen. Ansätze
der Auflager 15 sind als Vorratsbehälter 20 ausgebildet, die einen Kolben 21 enthalten.
Die Behälter 20 stehen über Durchlässe 22, 23 und 24 mit in den Auflagerflächen
befindlichen Nuten 25 und über Durchlässe 22 und 26 mit im Auflagerhals 28 befindlichen
Nuten 27 in Verbindung. Der Druck in der den Voratsbehälter aufnehmenden Kammer
wirkt auf den Kolben 21 und drückt die Dichtungsmasse aus dem Innenraum der Behälter
20 über die Durchlässe in die Nuten 25 und 27. Dies erfolgt jeweils nur an einer
Seite des Ventils, weil die auf den einen Vorratsbehälter wirkenden Drucke üblicherweise
in einer Ventilkammer ausgeglichen sind, während die auf die anderen Behälter wirkenden
Drücke unausgeglichen sind. Die Arbeitsweise der Vorratsbehälter wird später ausführlich
erläutert.
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Das eine Ende jeder Ventilkammer (Fig. 1, 3 und 5) wird von einem
mit Flansch versehenen Verschlußstopfen 29 geschlossen, der mit dem Ventilgehäuse
1 über mehrere Schraubenbolzen 30 verbunden ist, die in Gewindebohrungen 31 des
Ventilgehäuses 1 eingeschraubt sind. Auf die Schraubenbolzen 30 sind Muttern 32
aufgeschraubt. Jeder Stopfen hat eine Ringschulter 33, die an einer Ring-; schulter
34 der Kammeröffnung anliegt. Ein nachgiebiger Dichtungsring liegt zwischen den
Schultern. Die nahe der Kammer befindiche Stirnseite des Verschlußstopfens 29 ist
an ihren Seiten 35 abgeschrägt und bildet ein abgesetztes Stirnende 36, an dem die
Schieber 18 in völlig eingeschobener Stellung anliegen. Das andere Ende jeder Ventilkammer,
das sogenannte Spindelende, wird von einer Haube 37 geschlossen, die über einen
Haubenflansch 38 mit dem Ventilgehäuse 1 mittels mehrerer Schraubenbolzen 39 verbunden
ist, die in Gewindebohrungen 40 des Ventilgehäuses 1 eingeschraubt sind. Die Schraubenbolzen
39 tragen Muttern 41. Haube 37 hat eine Ringschulter 42, die an der Ringschulter
43 der Kammeröffnung anliegt. Ferner hat Haube 37 eine Längsbohrung 44 zur Aufnahme
einer Spindel 45, die in der bevorzugten Ausführung eine nichtsteigende Spindel
ist. Die Spindel 45 ist in der Haubenöffnung 44 über mehrere Packungen drehbar abgedichtet,
die von einer Kappe 46 in Stellung gehalten werden, deren Innengewinde 47 auf ein
entsprechendes Außengewinde 48 der Kappe 37 aufgeschraubt ist. Ein in einer Ringnut
der Kappe 46 eingelegter Dichtungsring 49 umgibt die Buchse 61. Ein Wälzlager 50,
z. B. ein Kugellager oder ein anderes bekanntes Lager, liegt um die Ventilspindel
45 in der Kappe 46 nahe von Ringdichtung und Buchse 61 in einem Abstand von der
Innenkante der Ringdichtung. Eine Stopfbuchse 51 liegt um die Ventilspindel nahe
Lager 50. Die Stopfbuchse 51 wird zwischen einer auf der Innenseite der Kappe 46
geformten Schulter 53 und dem äußeren Stirnende der Haube 37 gehalten. Ein Stopfbuchsenring
52 mit einer nach innen gerichteten keilförmigen Ausnehmung arbeitet mit der Stopfbuchse
51 zusammen, um die Dichtungsringe 54 innerhalb eines Ringraumes 55 nahe dem Stopfbuchsenring
52 zu halten. An der Innenseite der Dichtungsringe 54 befindet sich ein Haltering.
Der Ringraum 55 hat an seinem Innenende einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt
56, aus dem eine Druckabflußöffnung zur Außenseite des Ventils führt, so daß der
Druck vor dem Herausnehmen der in der Haube 37 befindlichen Dichtungspackung aus
dem Ringraum abgelassen werden kann. Das Innenende des im Durchmesser kleineren
Ringraumes 56 wird von einem ringförmigen Band 58 gebildet, der aus einem Stück
mit der Haube 37 besteht. Der Bund 58 hat einen kleinen Abstand vom Umfang der Ventilspindel,
so daß Druck aus dem Innenraum des Ventils in den Dichtungsraum dringen kann. Spindel
45 hat einwärts des Bundes 58 einen Abdichtungskegel 59. Kegel 59 und Bund 58 haben
nach außen konvergierende Sitzflächen, die sich aufeinanderlegen und ein Ausblasen
aus der Ventilkammer verhüten, wenn
die Ventilspindel zum Ausbauen
der Spindeldichtungen in Längsrichtung nach außen gedreht wird.
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Die Ventilspinde145 trägt auf ihrem Außenende ein Handrad 62, das
auf dem Vierkant 63 der Spindel 45 aufgesetzt ist. Eine Mutter 64 drückt das auf
der Spindel 45 angeordnete Handrad auf eine Buchse 61, die die Spindel 45 in der
Nähe der Dichtung 49 und auch einen abgesetzten Spindelabschnitt nahe dem Vierkant
63 locker umgibt. Die Buchse 61 hat eine Einspritzöffnung 66, so daß Dichtungsmasse
in den Ringraum zwischen Spindelabschnitt 65 und Buchse 61 eingespritzt werden kann.
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Ein am Innenende der Spindel 45 vorhandener Gewindeabschnitt 67 wird
in eine Gewindebuchse 68 eingeschraubt, die in eine Ausnehmung 69 eingesetzt ist,
deren komplementäre Abschnitte in den beiden Schiebern 18 geformt sind.
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Die Führungsschienen 17 (Fig.4 und 5), die auf die Auflager 15 aufgeschweißt
sind, haben in Längsrichtung einen solchen Abstand voneinander, daß keine Störung
zwischen den Führungsschienen 17 und den Bohrungen des Ventils erfolgt. Wie aus
dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt der Ventilkammer zu sehen ist, ragt die
Wand der Bohrung 4 in die Ventilkammer 7, so daß daher die Verwendung von einstückigen
Führungsschienen 17 schwierig ist.
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Die auf Abstand stehenden kurzen und als Führung verwendeten Schienenstücke
arbeiten aber in der gleichen Weise wie die üblichen einstückigen Führungsschienen.
Die Führungsschienen müssen so angeordnet sein, daß die Schieber 18 über ihre gesamte
Bahn beim Öffnen und Schließen des Ventils geführt werden.
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Der Querschnitt des Ventilgehäuses 1 ergibt sich daraus, daß die Außenseiten
des Ventilgehäuses sich den innenliegenden Ventilbauteilen und den Bohrungen anpassen
und daß die Aufbauten, in denen die Bohrungen 4 und 5 vorhanden sind, dazu dienen,
die Ventilbauteile zu tragen und dem Aufbau Festigkeit zu geben. Die Bohrungen 4
und 5 sind geradlinig und stehen dicht beieinander, so daß das Ventil bei den üblichen
Bohrlochköpfen verwendet werden kann und die Rohrstränge über das Ventil leicht
zugänglich sind. Der Abstand zwischen den Bohrungen 4 und 5 ist gleichförmig. Die
gegenseitig versetzten Ventilkammern stören sich nicht. Die einzelnen Ventile können
unabhängig voneinander betätigt werden, und zwar das eine Ventil von der einen Seite
und das andere Ventil von der gegenüberliegenden Seite des Doppelventilaufbaues.
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Die Behälter 20 (Fig. 5) enthalten eine Dichtungsmasse, die den Nuten
25 und 27 über die Durchlässe 22, 23, 24 und 26 zugeführt wird. Die Behälter 20
erstrecken sich bis nahe zur Haube 37, die die Kolben 21 in den Behälter hält. Über
den kleinen Abstand zwischen Behälter 20 und Haube 37 wirkt der in
der Ventilkammer herrschende Druck auf die Oberseite des im Behälter 20 befindlichen
Kolbens 21. Wenn in der unterhalb des Ventils gelegenen Bohrung 5 (Fig. 5) ein höherer
Druck vorhanden ist und sich das Ventil in der dargestellten geschlossenen Stellung
befindet, wird der untere Schieber infolge der Nachgiebigkeit der Federn 19 von
seinem Sitz abgehoben, so daß in der Ventilkammer der gleiche Druck herrscht wie
im unteren Teil der Bohrung 5. Dieser Druck drückt den oberen Schieber sehr fest
an das obere Auflager 15 an. Die Drücke auf den in dem unteren Behälter 20 befindlichen
Kolben 21 und in den Nuten des unteren Schiebers und des Auflagers werden ausgeglichen,
so daß sein Dichtungsmittel in diese Nuten fließt. Der Kammerdruck drückt auch auf
den in dem oberen Vorratsbehälter 20 befindlichen Kolben 21, so daß der Kolben
21 die Dichtungsmasse über die Durchlässe in die im oberen Schieber und dem oberen
Auflager befindlichen Nuten drückt, da diese Nuten dem niedrigen Druck ausgesetzt
sind, der oberhalb des Ventils im oberen Teil der Bohrung 5 herrscht. Die Behälter
20 arbeiten stets in gleicher Weise, ohne Rücksicht darauf, welche Seite des Ventils
dem höheren Druck ausgesetzt wird, so daß also auch die Fließrichtung im Ventil
umgekehrt werden kann. Das Ventil kann daher dort verwendet werden, wo eine Flüssigkeit
oder ein Gas aus dem Bohrloch abgelassen oder eine Flüssigkeit oder ein Gas in das
Bohrloch eingeführt werden soll, so daß es möglich ist, aus der einen Bohrung zu
fördern und ein gesondertes Gas über die andere Bohrung entweder der Gewinnungszone
oder zu einer tieferen oder höheren Zone zuzuführen. Andere Möglichkeiten sind den
Fachleuten offensichtlich.
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Die Behälter 20 jeder Ventilkammer 6 und 7 werden mit Dichtungsmassen
über für diesen Zweck vorhandene Einspritzöffnungen oder Einspritznippel gefüllt.
Nippel 83 und 85 (Fig. 4, 5 und 6) werden in Gewindefassungen 82 und 84 eingeschraubt,
die mit den Nuten 27 jedes Auflagers über die Durchlässe 79 bzw. 81 und über die
Querdurchlässe 78 bzw. 80 in Verbindung stehen. Die Gewindefassungen, Durchlässe
und Querdurchlässe sind im Ventilgehäuse 1 geformt. Die Dichtungsmasse wird über
die Nippel und die Durchlässe in die Behälter 20 eingespritzt.