DE68909871T2

DE68909871T2 - Steuerungseinrichtung eines Ventils für einen Bohrungstester.

Info

Publication number: DE68909871T2
Application number: DE89308573T
Authority: DE
Inventors: Timothy J Noack; Kenneth L Schwendemann
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2009-08-25
Also published as: AU3952289A; DE68909871D1; AU623426B2; EP0358378A3; CA1314807C; EP0358378A2; NO893427L; NO893427D0; US4880060A; EP0358378B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuersystem zur Steuerung der Betätigung eines Ventils, insbesondere eines Rückhalteventils in einem Unterwasser-Bohrungsprüfsystem.
US-A-4,693,315 von Frank H. Taylor offenbart ein Bohrungsprüfsystem, das ein hydraulisch gesteuertes Rückhalteventil im Oberteil des Prüfrohrstrangs enthält.
Ein elektro/hydraulisches Steuersystem zur Steuerung entfernt gelegener Ventile ist in US-A-4,636,934 offenbart, auf welches für weitere Details Bezug genommen werden sollte. Dieses komplizierte System steuert eine Anzahl entfernter Ventile in einem Bohrungsprüfsystem für Unterwasserbohrungen. Das Steuersystem mißt auch verschiedene Bohrungsparameter und analysiert die Messungen auf vorprogrammierte Umstände, um die entfernt gelegenen Ventile für einen optimalen Betrieb des Prüfsystems zu steuern.
Rückhalteventile werden oberhalb eines Unterwasserprüfbaums im Oberteil des Rohrstranges verwendet, der in eine Bohrung hinabgelassen wird, um formationsbewertende Fließprüfungen durchzuführen. Vor Beginn der Prüfarbeiten in einer Bohrung ist das Rückhalteventil gewöhnlich geschlossen, um gegen Druck von oben abzudichten und eine Druckprüfung an allen Prüfstrangverbindungen vom Rückhalteventil bis zur Oberfläche zu ermöglichen. Nach der Druckprüfung werden die Rückhalteventile wieder geöffnet, um während der Prüfung Durchfluß durch den Prüfstrang zu ermöglichen.
Die Hauptfunktion des Rückhalteventils besteht darin, zu schließen, bevor der Oberteil des Prüfstrangs unter Notfallbedingungen vom Rest des Prüfstranges rasch getrennt wird. Das geschlossene Rückhalteventil hält wasserverschmutzende Flüssigkeiten im oberen Prüfstrangteil zurück und verhindert die Abgabe dieser Flüssigkeiten in das umgebende Wasser. Das geschlossene Rückhalteventil verhindert auch, daß bei der Trennung Druckmittel aus dem oberen Prüfstrangteil nach unten austritt, woraus sich eine rasche strahlunterstützte Aufwärtsbewegung des Strangteils ergibt, die Verletzung oder Sachschaden verursachen könnte.
Frühere hydraulische Steuersysteme enthielten Steuerleitungen, die mit einer Druckquelle an der Oberfläche verbunden waren. Diese Leitungen verliefen von der Druckquelle an der Oberfläche möglicherweise Tausende von Fuß abwärts, um Ventilen in den Bohrungsprüfsträngen unter Druck stehendes Fluid zuzuleiten, um die Ventile entsprechend den Anforderungen während der Bohrungsprüfarbeiten zu öffnen oder zu schließen. Wegen der großen Länge und der geringen Weite dieser Leitungen zusammen mit der hohen Viskosität der unter Druck gesetzten Steuerflüssigkeiten, die durch die Leitungen gepumpt werden, sind lange Zeitdauern erforderlich, um zum Schließen und Öffnen der hydraulisch betriebenen Ventile ausreichende Flüssigkeitsmengen von der Oberfläche zu einem Ventil zu fördern und das Ventil zu betätigen. Da die Rückhalteventile aufgrund von Notfallbedingungen, welche sich während der Bohrungsprüfung entwickeln, manchmal geschlossen werden, ist eine rasche Schließung sehr erwünscht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein hydraulisches Steuersystem zur Steuerung eines Rückhalteventils in einem Prüfrohrstrang mit einem Oberteil und einem Unterteil in einer Bohrung vorgesehen, wobei das hydraulische Steuersystem umfaßt:
(i) ein Steuersystem in dem Prüfrohrstrang; und
(ii) Steuersystemmittel in dem Gehäuse zur Druckleitung vom Prüfrohrstrang zu dem Ventil zu dessen rascher Schließung, welche Steuersystemmittel Mittel zum Erfassen von verringertem Druck in dem Prüfrohrstrang oberhalb des Rückhalteventils, wenn dies geschlossen und verriegelt ist, und zum Verriegeln des Rückhalteventils enthalten, damit Fluide durch das Rückhalteventil und den Prüfrohrstrang in die Bohrung gepumpt werden können, wobei die Steuersystemmittel aufweisen:
(a) ein erstes, normalerweise geschlossenes 3/2-Wege-Steuerventil mit einem Betätigungs-Steuerteil zum Öffnen dieses Ventils und einem federbelasteten Steuerteil zum Schließen dieses Ventils,
(b) ein zweites, normalerweise offenes 3/2-Wege-Steuerventil mit einem Betätigungs-Steuerteil zum Schließen dieses Ventils und einem federbelasteten Steuerteil zum Öffnen dieses Ventils,
(c) eine entfernt befindliche Druckquelle,
(d) einen ersten Durchflußkanal zwischen der Druckquelle und dem ersten Anschluß des ersten Steuerventils mit einem ersten Rückschlagventil, das einen Durchfluß vom ersten Steuerventil zur Druckquelle gestattet,
(e) einen zweiten Durchflußkanal zwischen dem Rückhalteventil und einem zweiten Anschluß des ersten Steuerventils, wobei der zweite Anschluß mit dem ersten Anschluß des ersten Steuerventils verbunden ist, wenn sich letzteres in der normalerweise geschlossenen Stellung befindet, welcher Kanal zum Schließen des Rückhalteventils und zur Verriegelung des geschlossenen Rückhalteventils vorhanden ist,
(f) einen dritten Durchflußkanal zwischen dem zweiten Anschluß des ersten Steuerventils und dem Betätigungs-Steuerteil des zweiten Steuerventils zum Schließen des zweiten Steuerventils,
(g) einen Speicher,
(h) einen vierten Durchflußkanal zwischen dem Inneren des Oberteils des Prüfrohrstrangs in der Bohrung und dem dritten Anschluß des ersten Steuerventils,
(i) einen fünften Durchflußkanal zwischen dem Speicher und dem Betätigungs-Steuerteil des ersten Steuerventils,
(j) einen sechsten Durchflußkanal zwischen dem Betätigungs- Steuerteil des ersten Steuerventils und dem dritten Anschluß des ersten Steuerventils, in welchem Kanal ein zweites Rückschlagventil vorgesehen ist, das den Durchfluß vom Speicher zum dritten Anschluß des ersten Steuerventils gestattet,
(k) einen siebenten Durchflußkanal, der einerseits den Teil des ersten Durchflußkanals zwischen der Druckquelle und dem ersten Rückschlagventil und den Teil des sechsten Durchflußkanals zwischen dem Speicher und dem zweiten Rückschlagventil verbindet, wobei der siebente Durchflußkanal ein drittes Rückschlagventil hat, das den Durchfluß von der Druckquelle zum Speicher und zum Betätigungs-Steuerteil des ersten Steuerventils gestattet,
(l) einen achten Durchflußkanal zwischen der Druckquelle und:
- den federbelasteten Steuerteilen der ersten und zweiten Steuerventile,
- dem dritten Anschluß des zweiten Steuerventils,
(m) einen neunten Durchflußkanal zwischen dem Rückhalteventil und dem zweiten Anschluß des zweiten Steuerventils, der in der normalerweise offenen Stellung dieses Ventils mit dem dritten Anschluß dieses Ventils verbunden ist, wobei dieser Kanal zur Öffnung des Rückhalteventils vorgesehen ist,
(n) einen zehnten Durchflußkanal zwischen dem ersten Anschluß des zweiten Steuerventils und dem Äußeren des Systemsteuergehäuses.
Das Rückhalteventil, das von dem Steuersystem nach der Erfindung gesteuert wird, ist vorzugsweise von der Art eines Kugelventils, das von einem in Längsrichtung bewegbaren, auf Druck ansprechenden Kolben zwischen offenen und geschlossenen Stellungen verdreht wird, ähnlich dem Ventil, das in US-A- 4,522,370 von Noack und Rathie gezeigt ist. Dieses Ventil ist innen in Richtung auf die offene Stellung vorgespannt, und verriegelt, wenn es geschlossen ist, eine dauernde Anlage von Schließdruck an das geschlossene Ventil. Wenn es nicht verriegelt ist, drückt Kraft von hohem Druck oberhalb der geschlossenen Ventilkugel in diesem Ventil die Kugel abwärts und offen, um zu gestatten, daß Totpumpfluide durch das Rückhalteventil und den Prüfstrang hindurch nach unten in die Bohrung gepumpt werden.
Das hydraulische Steuersystem nach dieser Erfindung sieht eine rasche Schließung eines hydraulisch betätigten Ventils dadurch vor, daß eine lange Steuerleitung von der Oberfläche beseitigt wird, die gewöhnlich das unter Druck gesetzte Schließfluid zu dem Ventil fördert. Das Bohrloch-Steuersystem kann Bohrungsdruck in dem Prüfstrang verwenden, um das Ventil zu schließen. Das Steuersystem nach der Erfindung ermöglicht der Bedienungkraft, das Rückhalteventil entsprechend den Anforderungen durch Unterdrucksetzen von Fluid in einer ersten Öffnungssteuerleitung an der Oberfläche zu öffnen und das Rückhalteventil durch Unterdrucksetzen von Fluid in einer zweiten Schließungssteuerleitung an der Oberfläche zu schliessen, um gegen den Druck von oben abzudichten. Eine Ausführung des Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung sieht eine rasche Schließung des Rückhalteventils dadurch vor, daß ein Absperrventil an der Oberfläche von Hand geöffnet wird, um einen Druckstoß aus einem Hochdruckspeicher durch eine Leitung nach unten zu übertragen und ein Vorsteuerventil in einem Steuergehäuse im Prüfstrang zu schließen. Das geschlossene Vorsteuerventil leitet Bohrungsdruck aus dem Prüfstrang durch Durchflußkanäle hindurch in das Gehäuse und Leitungen, um das Rückhalteventil zu schließen und das geschlossene Ventil zu verriegeln.
Das Steuersystem nach der Erfindung verwendet eine Anzahl von Vorsteuerventilen, vorgesteuerten Rückschlagventilen und einen Speicher, der im Steuergehäuse in dem Bohrloch untergebracht ist, und zahlreiche Durchflußkanäle in dem Steuergehäuse und Leitungen zum Öffnen, Schließen und Verriegeln oder raschen Schließen und Verriegeln des geschlossenen Rückhalteventils. Diese Steuersystemausführung sieht auch eine Drucküberwachung der Leitungen von der Oberfläche aus vor, rasche automatische Schließung des Rückhalteventils, Wiederöffnung des Rückhalteventils oder das Pumpen von Totpumpfluiden durch das Rückhalteventil hindurch in die Bohrung vor der Wiederöffnung. Wenn das Rückhalteventil offen ist, überwacht das Steuersystem die Steuerleitungen zur Oberfläche auf Druckverlust. Das Steuersystem erfaßt einen Druckverlust in beschädigten Steuerleitungen und betätigt automatisch das Rückhalteventil, um das Ventil rasch zu schließen und das geschlossene Ventil hydraulisch zu verriegeln. Wenn das Ventil schließt, wird der Bohrungsdruck in dem Steuergehäusespeicher eingeschlossen. Dieser Druck wird später zum Betätigen des Steuersystems verwendet, um das Rückhalteventil wieder zu öffnen. Das automatisch geschlossene Ventil kann durch hohen Druck oberhalb des Ventils offen gepumpt werden, und Totpumpfluid kann durch das Ventil und den Prüfstrang hindurch in die Bohrung gepumpt werden, um die Bohrung totzupumpem. Nach dem Pumpen von Totpumpfluid oder Wiederherstellung der Unversehrtheit der Steuerleitung nach der automatischen Schließung des Rückhalteventils kann das Steuersystem betätigt werden, um das Rückhalteventil wieder zu öffnen.
Die Steuerleitungen sind mit einer Druckquelle an der Oberfläche verbunden, verlaufen den Ringraum zwischen dem Prüfstrang und einer Steigleitung hinab und sind an die Steuerschaltung in dem Gehäuse in der Nähe des Rückhalteventils in dem oberen Prüfstrangteil angeschlossen. Die Öffnungs- und Schließungsleitungen des Ventils verlaufen von dem Steuergehäuse zum Rückhalteventil, und die Steuerschaltung im Gehäuse steht in Druckverbindung mit dem Bohrungsprüfstrang und den Flüssigkeiten im Ringraum der Steigleitung
Das Steuersystem nach dieser Erfindung kann zur Steuerung aller ähnlichen hydraulisch betätigten Ventile verwendet werden.
Unter den Merkmalen, die durch das Ventilsteuersystem nach der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden können, befinden sich:
(i) das System kann das Rückhalteventil betätigen und entriegeln, nachdem es durch Verringerung des Drucks oberhalb des Rückhalteventils geschlossen wurde;
(ii) das System ermöglicht nach Schließen des Rückhalteventils, daß Totpumpfluide den Prüfstrang hinab durch das Rückhalteventil hindurch in die Bohrung gepumpt werden;
(iii) das System kann den Druck in den Steuerleitungen von der Oberfläche aus überwachen, wenn das Ventil geöffnet ist, und automatisch Bohrungsdruck verwenden, um ein Ventil in dem Bohrungsrohrstrang bei einem Druckverlust in den Steuerleitungen rasch zu schließen.
(iv) das System kann Bohrungsdruck zur raschen Schließung des Ventils verwenden;
(v) das in einem Bohrungsrohrstrang untergebrachte System erfordert nicht, daß unter Druck gesetztes Fluid über große Entfernungen von der Oberfläche gepumpt werden muß, um ein Ventil zu schließen;
(vi) das System kann, nachdem es zum Schließen eines Ventils betätigt wurde, das Wiederöffnen des Ventils einleiten; und
(vii) das System kann auch veranlassen, daß ein Unterwasserprüfbaum in dem Bohrungsprüfstrang abgetrennt wird.
Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, worin
Figur 1 eine schematische Zeichnung ist, die eine Unterwasserbohrung zeigt, an der eine Bohrungsprüfung durchgeführt wird. Die Prüfausrüstung enthält ein Rückhalteventil, das durch ein hydraulisches Steuersystem nach dieser Erfindung gesteuert wird.
Figur 2 eine schematische Zeichnung eines hydraulischen Ventilsteuersystems ist, die das Ventil offen zeigt. Dieses System stimmt nicht mit der vorliegenden Erfindung überein, ist aber zur Unterstützung seines Verständnisses beschrieben.
Figur 3 eine Zeichnung des Steuersystems nach Figur 2 ist, das zur Schließung des Ventils betätigt worden ist.
Figur 4 eine schematische Zeichnung der Ausführung des hydraulischen Ventilsteuersystems nach dieser Erfindung ist, die das Ventil offen zeigt.
Figur 5 eine Zeichnung des Steuersystems nach Figur 4 ist, das betätigt worden ist, um das Ventil zu schließen.
Figur 1 zeigt eine Unterwasserbohrung, an der Bohrungsprüfungen durchgeführt werden. Ein Schwimmfahrzeug oder eine Plattform 10 ist über einem Unterwasserbohrungskopf 11 angeordnet. Der Bohrungskopf enthält eine Bohrlochsicherung 12, an der ein Steigrohr 13 befestigt ist. Ein Verrohrungsstrang 14 verläuft vom Bohrungskopf in das Bohrloch nach unten und enthält eine Aufsetzschulter 15. Ein Bohrturm 16 auf dem Fahrzeug wurde verwendet, um einen Prüfrohrstrang 17 mit einem Oberteil 17a und einem Unterteil 17b in die Bohrung hinabzulassen, wobei zwischen dem oberen Prüfrohrstrang und dem Steigrohr ein Ringraum 18 gebildet wird. Der obere Prüfrohrteil enthält ein Rückhalteventil 19 und Rückhalteventil-Steuersystem-Gehäuse 20.
Der Oberteil des Prüfstrangs kann von dem unteren Prüfstrangteil durch Betätigen eines Unterwasserprüfbaums 21 abgetrennt werden, um, falls erforderlich, einen oberen Baumteil 21a vom unteren Baumteil 21 b während der Bohrungsprüfarbeiten abzutrennen.
Ein mit einer Spannute versehenes Hängelager 22 ist an der Verrohrungsaufsetzschulter 15 abgesetzt und stützt das Gewicht des Prüfstrangs ab, und die Bohrlochsicherung 12 wurde geschlossen, um den Prüfstrang herum abzudichten.
Die Steuerleitungen 23, 24 und 25 (falls verwendet) sind in ein Kabel 26 eingeschlossen, deas auf einer Rolle 27 an Deck 28 des Fahrzeugs aufgewickelt ist. Diese Steuerleitungen sind in dem Steuersystemgehäuse und einer hydraulischen Druckquelle 29 angeschlossen, die sich auch an Deck des Fahrzeugs befindet. Die erste und zweite Steuerleitung 23 und 24 verlaufen von dem Gehäuse zu dem Rückhalteventil, und die Leitung 25 kann, wenn gewünscht, von dem Gehäuse zum Unterwasserprüfbaum verlaufen. Den Fachleuten in der Technik der Bohrungsprüfung und der Steuersysteme sollte klar sein, daß das Steuersystem auch in dem Rückhalteventilkörper untergebracht sein könnte und die erste und zweite Steuerleitung 23 und 24 zwischen dem Steuersystemgehäuse und dem Rückhalteventil nicht nötig wäre. Die Druckquelle enthält Pumpen, Ventile, einen Steuerfluidbehälter und Anzeigegeräte zur Bereitstellung von unter Druck gesetztem Fluid in den Steuerleitungen und zur Betätigung des Steuersystems und des Rückhalteventils entsprechend den Anforderungen beim Prüfen der Bohrung.
Figur 2 zeigt schematisch eine Ausführung eines hydraulischen Systems, in dem die Druckquelle 29 eine Pumpe 30, einen Speicher 31 und ein Mehrwegeventil 32 (das in in der Aus-Stellung gezeigt ist) enthält. Das Ventil 32 hat einen Auslaß 32a. Die Pumpe wird verwendet, um den Speicher unter Druck zu setzen, und der Druck aus der Pumpe kann wahlweise durch das Ventil 33 hindurch auf die erste Leitung 23 und das Steuersystem gegeben werden, um das Rückhalteventil 19 zu öffnen, oder durch das Ventil 34 hindurch auf die zweite Steuerleitung 24 und das Steuersystem, um das Rückhalteventil zu schließen und den Druck an dem geschlossenen Rückhalteventil aufrechtzuerhalten und es geschlossen zu verriegeln.
Innerhalb des Steuersystemgehäuses 20 befinden sich ein normalerweise offenes 3/2-Wege-Steuerventil 35 und eine Anzahl von inneren Durchflußkanälen 36(a-d). Die Leitung 25 verläuft von dem Speicher durch das Mehrwegeventil hindurch in den Steuerverteiler und die inneren Durchflußkanäle zum Ventil 35 in dem Steuergehäuse. Die Leitung 25 kann, falls gewünscht, von dem Steuergehäuse zu einem Unterwasserprüfbaum in dem Prüfstrang verlängert werden, um unter Druck gesetztes Fluid dem Prüfbaum zuzuleiten und die Abtrennung des Baums einzuleiten.
Zum Öffnen des Rückhalteventils 19 unter Verwendung des in Figur 2 gezeigten hydraulischen Steuersystems sollte das System mit Fluid gefüllt sein, die Ventile 32, 33 und 34 geschlossen sein und die Pumpe 30 betrieben werden, um den Speicher 31 unter Druck zu setzen. Zum Schließen des Rückhalteventils sollte die Pumpe 30 betrieben und das Ventil 34 geöffnet werden, um Fluid durch die möglicherweise sehr lange zweite Leitung 24 hinab durch den inneren Durchflußkanal 36a des Gehäuses, das Ventil 35 und den inneren Kanal 36b zurück in die zweite Leitung 24 in und unter einen Rückhalteventilkolben 19a zu pumpen und den Kolben nach oben zu bewegen, um eine Öffnungsfeder 19b des Rückhalteventils zusammenzudrücken und das Ventil zu schließen. In der zweiten Leitung 24 aufrechterhaltener Druck hält das Rückhalteventil geschlossen. Wenn eine rasche Schließung des Rückhalteventils erwünscht ist, wird das Mehrwegeventil 32 in Offenstellung gedrückt, wie in Figur 3 gezeigt ist, wodurch sich der unter Druck gesetzte Speicher 31 in die Steuerleitung 25 entladen und rasch einen Druckstoß hinab zu und durch den Steuergehäusekanal 36c zum Ventil 35 übertragen kann. Dieser Druckstoß verschiebt das Ventil 35 in eine Stellung, die den inneren Durchflußkanal 36a schließt und den Durchflußkanal 36d von innerhalb des oberen Prüfstrangteils 17a mit dem Durchflußkanal 36b und der zweiten Leitung 24 zwischen dem Rückhalteventil 19 und dem Steuergehäuse 20 verbindet.
Höherer Bohrungsdruck im Strangteil 17a fließt nun über eine kurze Entfernung durch den Kanal 36d, das Ventil 35, den Kanal 36b und die zweite Leitung 24 hindurch in das Rückhalteventil und schließt das Ventil. Ständige Anlage des Schließdrucks an den Rückhalteventilkolben 19a hält oder "verriegelt" das Rückhalteventil geschlossen.
Falls gewünscht, kann eine Leitung 25 zwischen dem inneren Gehäusekanal 36c und dem Unterwasserprüfbaum verbunden werden; der Druckstoß aus dem Speicher betätigt so nicht nur das Rückhalteventil zum Schließen, sondern bereitet auch den Unterwasserprüfbaum zur Abtrennung vor.
Bei geschlossenem und verriegeltem Rückhalteventil kann der Unterwasserprüfbaum abgetrennt werden, und das geschlossene Rückhalteventil hält die unter Druck gesetzten Fluide in dem Prüfstrang zurück.
Wenn keine Abtrennung erforderlich ist, aber nun erwünscht ist, Totpumpfluide durch den Prüfstrang hinabzupumpen, muß der Druck in der Leitung 25 und im inneren Durchflußkanal 36c durch das Positionierventil 32 auf nahe Null verringert werden; der Druck wird so durch den Auslaß 32a im Ventil 32 abgelassen.
Wenn keine Abtrennung des Unterwasserprüfbaums oder kein Pumpen von Totpumpfluiden erforderlich ist, kann das Rückhalteventil zur Fortsetzung der Bohrungsprüfarbeiten dadurch wieder geöffnet werden, daß das Ventil 32 auf Reduktion in der Leitung 25 und im Kanal 36c eingestellt wird. Es sollte dann unter Druck gesetztes Fluid von der Pumpe 30 und/oder dem Speicher 31 durch das Ventil 33 auf die erste Steuerleitung 23 gegeben werden, um den Rückhalteventilkolben 19a nach unten zu bewegen und das Rückhalteventil zu öffnen.
Eine andere Form eines hydraulischen Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Figur 4 gezeigt. Dieses Steuersystem ist in einem Steuersystemgehäuse 20 untergebracht, wobei erste und zweite Leitungen 23 und 24 von der Druckquelle 29 auf dem Plattformdeck zum Steuergehäuse verlaufen. Die ersten und zweiten Steuerleitungen 23 und 24 verlaufen vom Steuergehäuse zum Rückhalteventil, und die Leitung 25 kann, falls erwünscht, von der Druckquelle zum Unterwasserprüfbaum 21 verlaufen. In diesem System ist der einzige Zweck, dem die Leitung 25 dient, die Abtrennung des Unterwasserprüfbaums einzuleiten.
Die hydraulische Druckquelle 29 für diese Erfindungsform enthält eine Pumpe, einen Steuerfluidbehälter und Ventile zum wahlweisen Einlassen des unter Druck gesetzten Fluids in die ersten und zweiten Leitungen 23, 24 und 25, um das Steuersystem und das Rückhalteventil so zu betätigen, wie es für Bohrungsprüfarbeiten erforderlich ist. Druckfluid in der ersten Leitung 23 an Deck betätigt das Steuersystem nach Figur 4, um den Rückhalteventilkolben 19a nach unten zu bewegen und das Rückhalteventil zu öffnen. Das Druckfluid in der zweiten Leitung 24 bewegt den Rückhalteventilkolben nach oben, um das Rückhalteventil 19 zu schließen, wie in Figur 5 gezeigt ist. Aufrechterhaltener Druck in der zweiten Leitung 24 hält oder verriegelt das Rückhalteventil geschlossen.
Innerhalb des Steuersystemgehäuses 20 nach Figur 4 befindet sich ein normalerweise offenes 3/2-Wege-Steuerventil 35, ein normalerweise geschlossenes 3/2-Wege-Steuerventil 37, ein Isolator 38, ein Speicher 31 von kleinem Volumen, eine Anzahl von Rückschlagventilen 39 und eine Anzahl von inneren Durchflußkanälen 40. Das Ventil 35 hat einen Auslaß 35a, der mit dem inneren Kanal 40a und dem Ringraum 18 nach Figur 1 außerhalb des Ventils in Verbindung steht. Ein innerer Durchflußkanal 40b verbindet das Innere des oberen Prüfrohrstrangteils 17a und den Isolator 38. Eine elastische Dichtung 38b an einem schwimmenden Kolben 38a des Isolators trennt das Steuerfluid in dem Steuersystem abdichtend von dem Bohrungsfluid in dem Prüfrohr und verhindert eine Verschmutzung des Steuersystemfluids durch die Bohrungsfluide, die Rohöl-Kohlenwasserstoffe, basische Sedimente oder Wasser enthalten. Der Isolierkolben "schwimmt" frei unter den Drücken in den inneren Kanälen.
Die Steuerleitung 25 kann, falls gewünscht, von der Druckquelle 29 durch den inneren Gehäusekanal 40c und die Leitung 25 hindurch und vom Systemgehäuse zum Unterwasserprüfbaum 21 verlaufen, um dem Prüfbaum unter Druck gesetztes Fluid zuzuleiten und die Abtrennung des Prüfbaums einzuleiten. Offensichtlich würde der Kanal 40c nicht benötigt, wenn die Leitung 25 nicht verwendet wird.
Zum Öffnen des Rückhalteventils unter Verwendung des Steuersystems nach Figur 4 wird das Steuersystem mit Fluid gefüllt, Druck aus der zweiten Leitung 24 abgelassen und die erste Leitung 23 von der Druckquelle 29 unter Druck gesetzt. Dieser Druck wird durch den inneren Kanal 40d im Systemgehäuse 20 hindurch auf und durch das Steuerventil 35 hindurch, durch einen inneren Kanal 401 und die erste Leitung 23 hindurch übertragen, um den Kolben 19a nach unten zu bewegen und das Rückhalteventil zu öffnen.
Das Steuersystem nach Figur 4 kann unter Ausnutzung des Bohrungsdrucks im oberen Prüfrohrteil 17a betätigt werden, wenn dieser größer als jeder Druck ist, der von der Druckquelle 29 an die zweite Leitung 24 gelegt wird, um das Rückhalteventil zu schließen, wenn der Druck aus der ersten Leitung 23 abgelassen wird. Der höhere Druck aus dem oberen Prüfrohrteil 17a im Kanal 40b wurde durch den Isolator 38 auf einen Kanal 40f übertragen, wodurch das Rückschlagventil 39b schließt. Der Quellendruck in der zweiten Leitung 24 wird nun durch einen inneren Gehäusekanal 40e auf den Kanal 40f, durch das Rückschlagventil 39a auf einen Kanal 40g und einen Kanal 40h übertragen, lädt den Speicher 31 auf und bewegt das Steuerventil 37 in die offene Stellung. Der höhere Druck im Kanal 40f kann nun Durchfluß durch einen Kanal 40i, das offenen Ventil 37 in 40j und 40k hinein zum Steuerteil des Ventils 35, zurück in die zweite Leitung 24 und unter den Kolben 19a bewirken, was diesen nach oben in Richtung auf die geschlossene Stellung des Rückhalteventils treibt. Der Druck am Steuerventil 35 bewegt das Ventil 35 in eine Stellung, in der jeder Druck im Kanal 401 und der ersten Leitung 23 oberhalb des Kolbens 19a, der den Kolben nach unten in Richtung auf die offene Stellung des Rückhalteventils treibt, durch den Ventilauslaß 35a in den Ringraum 18 abgelassen wird. Wenn der Druck im Kanal 40k und der zweiten Leitung 24 unterhalb des Kolbens 19a hoch genug ist, um die Feder 19b zu überwinden, bewegt sich der Kolben 19a nach oben und schließt das Rückhalteventil, wie in Figur 5 gezeigt ist. Aufrechterhaltener Druck in der zweiten Leitung 24 verriegelt das Ventil 19 in der geschlossenen Stellung. Wenn die Leitung 25 von der Druckquelle 29 durch den Kanal 40c des Systemgehäuses zum Unterwasserprüfbaum 21 verlängert wird, kann die Leitung 25 unter Druck gesetzt werden, um die Abtrennung des Prüfbaums einzuleiten, und der obere Strangteil 17a kann, falls gewünscht, vom unteren Strangteil 17b abgetrennt werden.
In einer Situation, in der Bohrungsdruck im oberen Prüfrohrteil 17a Null oder geringer als der Druck ist, der durch die Druckquelle 29 zum Schließen des Rückhalteventils an die zweite Leitung 24 zum Schließen des Rückhalteventils gelegt werden kann, wird der Druck aus der ersten Leitung 23 abgelassen und der Druck in der zweiten Leitung 24 durch 40e auf 40f und das Rückschlagventil 39a auf 40g und das Rückschlagventil 39b in, aber nicht durch den Isolator 38 übertragen. Der Druck in 40g und 40h lädt den Speicher 31 auf und stellt das Ventil 37 offen, wodurch Druck aus 40f in 40i durch das offene Ventil 37 hindurch auf 40j und 40k zu der zweiten Leitung 24 und dem Steuerteil von Ventil 35 fließen kann. Druck in 40k bewegt das Ventil 35 in eine Stellung, die Druck in dem Kanal 401 und der ersten Leitung 23 durch den Ventilauslaß 35a in den Ringraum 18 abläßt. Druck in 40k und der zweiten Leitung 24 bewegt den Kolben 19a nach oben, was das Rückhalteventil schließt.
Falls gewünscht, kann das Rückhalteventil nun wieder dadurch geöffnet werden, daß der Druck in der zweiten Leitung 24 abgelassen wird und der Druck in der ersten Leitung 23 an der Druckquelle erhöht wird. In dem Maße, in dem sich der Druck in der ersten Leitung 23 dem in dem Speicher 31 gespeicherten Druck annähert, wird das Ventil 37 durch den Druck aus der ersten Leitung 23 zuzüglich der Federkraft wieder geschlossen, was ermöglicht, daß der Druck in der zweiten Leitung 24, den Kanälen 40k und 40j durch das Ventil 37, das Rückschlagventil 39, den Kanal 40e und die zweite Leitung 24 fließen und durch die Druckquelle 29 an Deck abgelassen werden kann. Wenn der Druck in der Leitung 40k auf fast den gleichen Druck wie in der Leitung 40d verringert wurde, wird das Ventil 35 wieder offen gestellt, was Durchfluß von der ersten Leitung 23 in den Kanal 40d, durch das Ventil in den Kanal 401 und die erste Leitung 23 in das Rückhalteventil gestattet und den Kolben in Richtung auf die offene Stellung des Ventils treibt. Die Erhöhung des Drucks oberhalb des Kolbens 19a und die Verringerung des Drucks unterhalb des Kolbens 19a hat den Kolben nach unten bewegt und das Rückhalteventil wieder geöffnet, wie in Figur 4 gezeigt ist.
Das Ventilsteuersystem nach Figur 4 stellt zusätzlich einen automatische Schließung für ein offenes Rückhalteventil durch Bohrungsfluide und Druck im oberen Prüfrohrteil bereit.
Wenn die ersten und zweiten Steuerleitungen 23 und 24 beschädigt oder durchschnitten sind und der Druck in diesen Leitungen auf den hydrostatischen Druck bei der Tiefe verringert wird, ermöglicht der niedrigere Druck in der ersten Leitung 23, daß der Ladungsdruck im Speicher 31 das Ventil 37 wieder zurückstellt und Durchfluß von innerhalb des oberen Rohrteils 17a durch den Kanal 40b, um den Isolatorkolben 38a zu bewegen, und Einfießen in die Kanäle 40f und 40i, durch das Ventil in die Kanäle 40j und 40k, in die Leitung 24 unter den Kolben 19a bewirkt, was den Kolben nach oben treibt, um das Rückhalteventil zu schließen. Unter Druck gesetztes Fluid im Kanal 40k und Ventil 35 hält das Steuerventil 35 in einer Stellung derart, daß durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens verdrängtes Steuerfluid durch die erste Leitung 23, den Kanal 401 und das Ventil 35 fließen kann und durch den Auslaß 35a und den Kanal 40a zum Ringraum 18 abgelassen werden kann, während sich der Kolben nach oben bewegt, das Rückhalteventil schließt und das Ventil in der geschlossenen Stellung verriegelt wird. Das Rückhalteventil bleibt so lange geschlossen und verriegelt, wie der Druck in dem Rohrteil 17a aufrechterhalten wird.
Zu diesem Zeitpunkt kann es erwünscht sein, Totpumpfluid durch das Rückhalteventil und den Prüfrohrstrang in die Bohrung hinabzupumpen, um die Kontrolle über den Bohrungsdruck aufrechtzuerhalten, oder die erste und zweite Steuerleitung 23 und 24 können repariert und das Rückhalteventil wie zuvor beschrieben wieder geöffnet werden.
Falls das Pumpen von Totpumpfluiden gewünscht wird, muß der Druck im oberen Rohrteil 17a verringert werden, damit sich der Speicher 31 durch die Kanäle 40h, 40g, das Ventil 39b und den Kanal 40f in den Isolator 38 entladen kann, um den Druck im Kanal 40h am Steuerteil des Ventils 37 zu verringern, damit die Feder des Ventils 37 das Ventil 37 wieder geschlossen stellen kann und der Druck unter dem Kolben 19a durch das Ventil 37, das Rückschlagventil 39, den Kanal 40e und die zweite Leitung 24 zur Druckquelle abgelassen werden kann.
Nun wird der Druck im oberen Prüfrohrteil 17a erhöht. Einfließen in den Kanal 40b kann keinen Durchfluß durch den Isolator 38 in die Kanäle 40f und 40i herbeiführen, da das Rückschlagventil 39b und das Ventil 37 geschlossen sind. Da das Rückhalteventil, das durch die Steuersysteme nach der Erfindung gesteuert wird, derart ist, daß es zu seiner offenen Stellung abwärts bewegt und verdreht werden kann, wenn der auf den Kolben 19a wirkende Schließdruck zurückgenommen wird und hoher Druck oberhalb des geschlossenen Rückhalteventils angelegt wird. Bis über den Druck im unteren Prüfrohrteil erhöhter Druck im oberen Prüfrohrteil 17 wirkt auf das Rückhaltekugelventil, um dies nach unten zu bewegen und zu öffnen, was ermöglicht, daß Totpumpfluide den oberen Prüfrohrteil hinab durch das Rückhalteventil und den Prüfrohrstrang in die Bohrung hinabgepumpt werden können.
Nach dem Reparieren der Ersetzen der ersten und zweiten Steuerleitungen 23 und 24 kann das Rückhalteventil, wie zuvor beschrieben, wieder geöffnet werden, um die Bohrungsprüfarbeiten fortzusetzen.

Claims

1. Hydraulisches Steuersystem zur Steuerung eines Rückhalteventils (19) in einem Prüfrohrstrang (17) mit einem Oberteil (17a) und einem Unterteil (17b) in einer Bohrung, enthaltend:

(i) ein Steuersystem(20)-Gehäuse in dem Prüfrohrstrang (17); und

(ii) Steuersystemmittel in dem Gehäuse (20) zur Druckleitung vom Prüfrohrstrang (17) zu dem Ventil (19) zu dessen rascher Schließung, welche Steuersystemmittel Mittel zum Erfassen von verringertem Druck im Prüfrohrstrang oberhalb des Rückhalteventils, wenn dies geschlossen und verriegelt ist, und zum Verriegeln des Rückhalteventils enthalten, damit Fluide durch das Rückhalteventil und den Prüfrohrstrang in die Bohrung gepumpt werden können, wobei die Steuersystemmittel aufweisen:

(a) ein erstes, normalerweise geschlossenes 3/2-Wege- Steuerventil (37) mit einem Betätigungs-Steuerteil zum Öffnen dieses Ventils und einem federbelasteten Steuerteil zum Schließen des Ventils,

(b) ein zweites, normalerweise offenes 3/2-Wege-Steuerventil (35) mit einem Betätigungs-Steuerteil zum Schließen des Ventils und einem federbelasteten Steuerteil zum Öffnen dieses Ventils,

(c) eine entfernt befindliche Druckquelle (29),

(d) einen ersten Durchflußkanal (40e, 24) zwischen der Druckquelle (29) und dem ersten Anschluß des ersten Steuerventils (37) mit einem ersten Rückschlagventil (39), das einen Durchfluß vom ersten Steuerventil zur Druckquelle gestattet,

(e) einen zweiten Durchflußkanal (40j, 24) zwischen dem Rückhalteventil (19) und einem zweiten Anschluß des ersten Steuerventils (37), der in der normalerweise geschlossenen Stellung des letzteren mit dessen erstem Anschluß verbunden ist, welcher Kanal zum Schließen des Rückhalteventils und zur Verriegelung des geschlossenen Rückhalteventils vorhanden ist,

(f) einen dritten Durchflußkanal (40k) zwischen dem zweiten Anschluß des ersten Steuerventils (37) und dem Betätigungs-Steuerteil des zweiten Steuerventils (35) zum Schließen des zweiten Steuerventils,

(g) einen Speicher (31),

(h) einen vierten Durchflußkanal (40b, 40i) zwischen dem Inneren des Oberteils des Prüfrohrstrangs in der Bohrung und dem dritten Anschluß des ersten Steuerventils (37),

(i) einen fünften Durchflußkanal (40h) zwischen dem Speicher (31) und dem Betätigungs-Steuerteil des ersten Steuerventils (37),

(j) einen sechsten Durchflußkanal (40g, 40f, 40i) zwischen dem Betätigungs-Steuerteil des ersten Steuerventils (37) und dem dritten Anschluß des ersten Steuerventils, in welchem Kanal ein zweites Rückschlagventil (39b) vorgesehen ist, das den Durchfluß vom Speicher (31) zum dritten Anschluß des ersten Steuerventils gestattet,

(k) einen siebenten Durchflußkanal, der einerseits den Teil des ersten Durchflußkanals (40e, 24) zwischen der Druckquelle (29) und dem ersten Rückschlagventil (39) und den Teil des sechsten Durchflußkanals (40g) zwischen dem Speicher (31) und dem zweiten Rückschlagventil (39b) verbindet, mit einem dritten Rückschlagventil (39a), das den Durchfluß von der Druckquelle zum Speicher (31) und zum Betätigungs-Steuerteil des ersten Steuerventils (37) gestattet,

(l) einen achten Durchflußkanal (23, 40d) zwischen der Druckquelle (29) und:

- den federbelasteten Steuerteilen der ersten (37) und zweiten Steuerventile (35),

- dem dritten Anschluß des zweiten Steuerventils (35),

(m) einen neuten Durchflußkanal (23, 40l) zwischen dem Rückhalteventil (19) und dem zweiten Anschluß des zweiten Steuerventils (35), der in der normalerweise offenen Stellung dieses Ventils mit dessen drittem Anschluß verbunden ist und zur Öffnung des Rückhalteventils (19) vorgesehen ist,

(n) einen zehnten Durchflußkanal (40a) zwischen dem ersten Anschluß des zweiten Steuerventils (35) und dem Äußeren (18) des Systemsteuergehäuses.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Prüfbaum mittel (21) im Prüfrohrstrang unterhalb des Rückhalteventils (19) zur Abtrennung des Rohroberteils (17a) vom Rohrunterteil (17b) und eine Leitung (25), die zwischen der Druckquelle (29) und dem Gehäuse (20) verläuft und sich zwischen dem Gehäuse (20) und dem Baum (21) erstreckt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) eine erste Steuerleitung (23) zur Öffnung des Rückhalteventils (19) zwischen der Druckquelle (29) und dem Steuersystemgehäuse (20) und zwischen dem Systemgehäuse (20) und dem Rückhalteventil (19) verläuft; und

(b) eine zweite Steuerleitung (24) zur Schließung des Steuerventils und zur Verriegelung des gesch lossenen Ventils zwischen der Druckquelle (29) und dem Gehäuse (20) und zwischen dem Gehäuse (20) und dem Rückhalteventil (19) verläuft.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersystemmittel weiterhin einen Isolator (38) zwischen dem inneren des Prüfstrangoberteils (17a) und dem zweiten Rückschlagventil (39b) enthalten.