DE2302461A1

DE2302461A1 - Betriebssichere hydraulische betaetigungsvorrichtung fuer unterwasserventile

Info

Publication number: DE2302461A1
Application number: DE2302461A
Authority: DE
Inventors: Lyle E Hiatt; Fernado Murman
Original assignee: Hydril LLC
Current assignee: Hydril LLC
Priority date: 1972-01-17
Filing date: 1973-01-16
Publication date: 1973-07-26
Also published as: FR2177722B1; DE2302461B2; JPS4885971A; FR2177722A1; NL7300209A; JPS5216556B2; GB1360371A; DE2302461C3; CA976456A; IT976927B; US3750404A; NL152958B

Description

H 588

Mn-;. H.

BEKUU Ο»

aw» w

Hydril Company, los Angeles / California (V,St<»v.A·)

Betriebssichere hydraulische Betätigungsvorrichtung

für Unterwasserventile

Die Erfindung betrifft allgemein die Steuerung und Betätigung von Unterwasser-Ölförderungswerkzeugen und insbesondere betriebssichere Betätigungsvorrichtungen für solche Werkzeuge bei hydraulischer Betätigung, die in eine Anlage eingeschaltet sind, bei der die Arbeitsflüssigkeit nicht in ein Gewässer abgelassen wird, um Umweltverschmutzungen zu vermeiden.

Im Betrieb von Unterwasserölbohrungen werden beispielsweise Bohrlochabschlussventile (für Öl- und Gasausbrüche), hydraulische Rammen und andere derartige Ausrüstungen üblicherweise am Kopf einer Unterwasserbohrung angeordnet. Die solche Vorrichtungen und Werkzeuge steuernden und betätigenden Ventile werden vorzugsweise von hydraulischen Motoren angetrieben. Solchen Motoren muss die Arbeitsflüssigkeit so zugeführt werden, dass im falle eines Ausfalls des hydraulischen Druckes die Motore selbsttätig

309830/0511

In einer betriebssicheren "Sichtung¹¹ "betrieben werden, d.h.· in
einer Richtung, in der ein Verschluss der Unterwasserbohrung erfolgt· Andererseits muss die Anlage so eingerichtet sein, dass
die Arbeitsflüssigkeit nicht in Gewässer abgelassen wird und
diese verunreinigt. Ss werden ferner Vorrichtungen benötigt, die in der oben beschriebenen Weise wirken, bei denen keine Motorabdiehtungs Schwierigkeiten als folge unerwünschter Einwirkung
des Arbeitsflußsigkeitsdruekes auf den Motor bestehen, "welche
Vorrichtungen einfach und ohne Schwierigkeiten betrieben werden
können, und bei denen an einer Unterwasser gelegenen Stelle der
Motorteil der Anlage entfernt und ersetzt werden kann.

Die Erfindung sieht eine hydraulisch betriebene Vorrichtung Tor, die die obengenannten Anforderungen erfüllt, und die durch
eine ungewöhnlich vorteilhafte Konstruktion und Arbeitsweise
gekennzeichnet ist» Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist grundsätzlich auf einen umsteuerbaren hydraulischen Motor, durch dessen Bauteile im Betrieb des Motors eine unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit fließt, einen hydraulischen Druckspeicher, der
mit dem Motor in Verbindung steht, die durch den Motor strömende Arbeitsflüssigkeit aufnimmt und das Ventil in eine von zwei Einstellungen bewegt, und die bei dem Ablassen der den Motor im Betrieb durchströmenden Arbeitsflüssigkeit das Ventil in die andere der beiden Einstellungen bewegt, und eine Leitung zum Umleiten
der hydraulischen Arbeits flüssigkeit am Motor vorbei, wobei nach dem Arbeiten des Motors eine Drosselung erfolgt. Diese Drosselung der Strömung kann durch eine entsprechend bemessene öffnung in
der leitung bewirkt werden, durch die ein Teil der Druckflüssigkeit am Motor vorbeigeleitet wird, um den Druck am Motor-einlass und -auslass auszugleichen, um eine Belastung des Motors
und der Abdichtungen zu vermeiden nachdem der Motor außer Betrieb gesetzt worden ist.

Weiterhin kann der Speicher ein unter einen vorherbestimmten Druck gesetztes Gas enthalten sowie eine aus einer Pumpe bestehende Druckflüssigkeitsquelle und ein abgeschlossenen Vorratsbehälter, der die aus dem Speicher abgelassene Arbeitsflüssigkeit
aufnimmt, die vonder Pumpe aus dem Vorratsbehälter abgesaugt wird, wobei eine in sich abgeschlossene hydraulische Anlage geschaffen

wirdβ

309830/0511

2302481

Ferner kann die den Speicher und den Motor umfassende Einrichtung mit einem unter Wasser befindlichen Montagemittel lösbar verbunden werden, so dass die Einrichtung entfernt und mit Druckgas neu aufgeladen werden kann. Wie noch zu ersehen s ein
wird, kann die Einrichtung eine Basis aufweisen» durch die hindurch eine Verbindung für das hydraulische Arbeitsmittel mit der den Speicher und den Motor umfassenden Einrichtung hergestellt werden kann.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben· In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine Seitenansicht einer Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung,

!ig·2 eine Darstellung der Betätigungsvorrichtung, von der
linie 2-2 in der Fig.1 aus gesehen,

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Anlage,,in die die Vorrichtung nach der Erfindung eingebaut ist,

S¹Ig.4 eine Schnittzeichnung nach der Linie 4-4 in der Fig·2,

Fig·4a eine Schnittzeichnung nach der Linie 4a-4a in der Fig.4>

Fig.5 eine Schnittzeichnung nach der Linie 5-5 in der Fig.4,

Fig«6 eine Schnittzeichnung nach der Linie 6-6 in der Fig.4,

Fig.7 ein Schnitt durch einen Teil der Fig,«4 und die

Fig.8 eine Schnittzeichnung nach der Linie 8-8 in der Fig·7.

Der in der Fig«3 dargestellte umsteuerbare hydraulische
Motor 10 weist bei 11 eine Verbindung mit einem Ventil 12 auf, das in zwei Einstellungen bewegbar ist, z.B. in eine Offenstellung und in eine Schließstellung. Das Ventil 12 kann auf einem Drehstopfenventil bestehen. Der Motor ist mit den Durchlässen 13 und 14 versehen, durch die die Arbeitsflüssigkeit für den
Betrieb des Motors ein- und ausgelassen wird. Die Verbindung 11 kann aus einer drehbaren Welle bestehen.

Mit dem Motor etteht ein hydraulischer Druckspeicher 15 in Verbindung,, der die im Betrieb des Motors strömende und unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit aufnimmt und das Ventil in

eine der beiden Einstellungen bewegt, während bei dem Ablassen

309830/0S11

der Arbeiteflüssigkeit im Betrieb des Motors das Ventil in die andere der beiden Einstellungen bewegt wird· Der Speicher 16 kann aus einem Zylinder 16 bestehen, der ein unter einen vorherbestimmten Druck gesetztes Gas 17 enthält, sowie einen Kolben 18 oder ein anderes Mittel, der (das) bei der Strömung der Arbeitsflüssigkeit durch den Motor im Zylinder bewegt wird· Wird die hydraulische Arbeiteflüssigkeit aus einer druckerzeugenden Quelle zugeführt (beispielsweise aus der mit dem Steuerventil 28 in Verbindung stehenden Pumpe 27), wobei die Arbeitsflüssigkeit einen höheren Druck aufweist als das Gas 17, so strömt die Arbeitsflüssigkeit in Richtung des Pfeiles 19 durch die Leitung 20 und den Durchlass 21 in den Zylinder und drückt den Kolben in die Gaskammer 22 hinein, wodurch der Gasdruck erhöht wird. Hierbei kann das Ventil 12 in die Offenstellung bewegt werden, so dass Arbeitsflüssigkeit in einer Rohrleitung 26 aus einer Quelle 24 zu einem unter Wasser befindlichen Ölbohrungswerkzeug 25 geleitet werden kann, wie dargestellt·

Bei der zweiten Einstellung des Steuerventils 28 steht die Druckquelle 27 mit dem Motor 10 nicht mehr in Verbindung, und der Durchlass 13 des Motors wird vom Ventil 28 mit dem Vorratsbehälter 29 verbunden. In diesem Falle bewirkt der höhere Druck des Gases in der Kammer 22, dass der Kolben 18 Arbeitsflüssigkeit aus der Kammer 30 über den hydraulischen Motor 10 in den Vorratsbehälter 29 verdrängt. Der Motor dreht sich hierbei natürlich im umgekehrten Sinne und bewegt das Ventil 12 in die Schließstellung· Das Ventil 12 kann, aus einem Dreiwegeventil bestehen, in welchem Falle das dem Werkzeug 25 zugeführte Druckgas in das Gewässer abgelassen wird, wie bei 32 dargestellt, wenn das Ventil seine Sehließstellung einnimmt. Hierdurch wird ein betriebssicheres Arbeiten bewirkt, falls die Arbeitsflüssigkeit von der Pumpe 27 nicht mehr unter Druck gesetzt wird·

Es wird darauf hingewiesen, dass der die Arbeitsflüssigkeit enthaltende Teil der hydraulischen Anlage die Arbeitsflüssijkeit nicht in ein Gewässer entleert (und dieses damit verunreinigt), da der Einlass der Pumpe 27 mit dem Vorratsbehälter 29 in Verbindung steht. Obwohl als Motor 10 jeder geeignete umsteuerbare hydraulische Motor verwendet werden kann, so ist jedoch ein Motor

309830/OS11

vorzuziehen, der von der Eirma Houdaille Industries, Inc., hergestellt und im Bulletin 1040A dieser Firma beschrieben wird.

Die Erfindung sieht eine Leitung zum Vorbeileiten der Arbeitsflüssigkeit am Motor 10 vor bei einer Drosselung Während und nach dem Arbeiten des Motors. Wie aus der Iig»3 zu ersehen iet, stehen die Leitungen 35 und 20 durch eine Leitung 34 mit einander in Verbindung, in der ein Drosseldurchlass 36 vorgesehen ist. Während der Zeit, in der durch den Motor 10 der größte Teil der Arbeitsflüssigkeit geleitet wird, ganz gleich ob dieser im Vorwärts- oder Hückwärtssinne arbeitet, lässt die Drosselöffnung nur eine schwache Strömung zu. Nachdem der Motor 10 das Ventil in doe Offen- oder die Schließstellung bewegt hat, leitet die öffnung 36 nach wie vor die Strömung weiter, bis der an der öffnung auftretende Druckunterschied beseitigt ist* Hierdurch wird der auf den Motor einwirkende unterschiedliche Druck aufgehoben, nachdem die Drehung des Motors bei der Sinnahme der Offen- oder Schließstellung des Ventils 12 beendet worden ist, wobei eine Beschädigung der Abdichtungen und der zugehörigen Motorteile vermieden und die Lebendauer der Unterwasserausstattung verlängert wird. Das in der Jig. 3 dargestellte Montagemittel 37 stellt die Abstützung oder Halterung für den Druckspeicher 15 und der zugehörigen Bauteile 10, 28_f 27t 29 und 12 dar.

Wie aus den figuren 1,2 und 4-8 zu ersehen ist, weist ein Speicher gleich dem bereits beschriebenen Druckspeicher 15 einen Zylinder 40 mit den Endkappen 40a und 40b auf, die duroh ein· Schraubverbindung bei 41 und 42 mit dem Zylinder verbunden sind. In der Zylinderbohrung 44 ist ein Kolben 43 gleitbar gelagert, der mit der Bohrung eine Druckgaskammer 45 bildet sowie eine Kammer 46 für die unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit. Bei 47-50 sind geeignete Dichtungsringe vorgesehen. In einem zylindrischen Gehäuse 51 ist koaxial zu diesem der Zylinder 40 angeordnet, so dass ein ringförmiger Zwischenraum 52 zur Aufnahme von Gas oder von Arbeitsflüssigkeit geschaffen wird, das oder die aus dem Speicher heraussickern und die öffnung 53 an der Zylinderwandung durchströmen, wobei am Kolben Dichtungen 49 und 50 vorgesehen sind, die bei allen Stellungen des Kolbens beiderseits dieser öffnung 53 gelegen sind.

309830/0511

Die Kammer 45 wird über ein Einlassperrventil 56» das aus einem Autoreifenventil bestehen kann, mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt. Das Ventil weist bei 57 eine Schraubverbindung mit der Kappe 40a auf und erstreckt sich in einen Nippel hinein, der an der Kappe vorgesehen ist. Auf den Nippel ist bei 60 eine Schutzkappe 59 aufgeschraubt und kann entfernt werden, um die Kappe 61 des Ventils 56 freizulegen, die auf den Schaft 62 entfernbar aufgesetzt ist. Nach dem Entfernen der Kappe 61 kann über ein mit dem Schaft 62 verbundenes Fitting in die Kaer 45 ein komprimiertes Gas, ζ·Β· Stickstoff, eingelassen werden. Ein einen feil des Gehäuses 51 bildender und an dem einen Ende vorgesehener Verschluss 63 nimmt den Nippel über die Bohrung 64 auf, wobei zwischen den beiden Bauteilen eine Abdichtung 65 angeordnet ist. Ein im Verschluss 63 angeordnetes Rückschlagventil 66 verhindert durch Ablassen ein Ansteigen des Gasdruckes im Saum 52, und femer ist im Verschluss eine Ausnehmung 67 vorgesehen, die ein Werkzeug 68 aufnimmt, das mit der Schulter 69 in Eingriff gebracht werden kann, um das Gehäuse und den Speicher in bezug auf eine Basis 70 zurückzuziehen, wie am besten aus der Pig.1 zu ersehen ist·

Das Gehäuse 51 enthält ferner den hydraulischen Motor 71 (gleich dem Motor 10 in der Flg*3), der mit Hilfe der Befestigungsmittel 72 an der ringförmigen Abstützung 73 befestigt ist. Diese Abstützung 73 ist ihrerseits durch Befestigungsmittel 74 mit einem Irägerring 75 verbunden, der am Gehäusezylinder 51 an dem zum Verschluss 63 entgegengesetzten Ende angebracht ist, wobei zwischen dem Ring 75 und der Abstützung 73 ein Dichtungsring 76 angeordnet ist· Die aus dem Speicher und dem Gehäuse bestehende Anordnung kann, daher mit dieser becherförmigen Basis lösbar verbunden werden beispielsweise durch Drehen und Verschrauben eines Befestigungsringes 77 mit der Basis bei 78_? wobei der Befestigungsring einen flansch 73a gegen die Innenseite 70a der Basis drückt·

Während des Zusammenbaus wird die Ausgangswelle 79 des Motors 71 über eine noch sm beschreibende Mechanik mit einer Zwisehenwelle 80 lösbar verkuppelt« Kittels eines Befestigungsmittels 82 ist an der Welle 79 eine ringförmige Autriebskupplungsplatte

81 309830/0511

befestigt, die eine um die Achse der Welle 79 herum angeordnete Eeihe von Antriebsstiften 83 trägt. An dem Ende der angetriebenen Welle 80 ist mittels einer Mutter 84 eine ringförmige Kupplungsplatte 183 befestigt, die mit einer Reihe von Schlitzen oder Ausnehmungen 85 (i^>ig#8) versehen ist, die die Stifte 83 aufnehmen. Diese Anordnung befindet sich in einer an der Platte 73 vorgesehenen Ausnehmung 86.

Die Stifte 83 weisen hohle Schäfte 87 auf, die von Federn in die Schlitze 85 hineingedrängt werden, und ferner sind an den Stiften Köpfe 89 vorgesehen, die auf Buchsen 90 aufgeschraubt r^srden, so dass diese an der Platte 81 festgehalten werden. Die Schäfte können daher während des Zusammenbaus bei dem anfänglichen Zusammenwirken mit der Seite 83a. der Platte 183 nach der 3?ig»7 nach links abgelenkt werden, wonach die Schäfte der Stifte in die entsprechenden Ausnehmungen 85 einrasten, wenn die Stifte und die Platte 81 um die Achse 91 in bezug auf die Platte 183 gedreht werden, wobei die Kupplungsverbindung hergestellt wird· Durch diese Konstruktion wird gesichert, dass die Stifte nicht beschädigt werden, wenn sie anfangs mit der Platte 183 in Eingriff gelangen. Die Ausnehmungen 85 bilden um die Achse 91 herum langgestreckte gekrümmte Schlitze, und deren Anzahl kann größer sein als die Anzahl der Stifte, um das Ausmaß der Drehung der Platte 81 in bezug auf die Platte 83 gering zu halten, die zum , Herstellen der Kupplungsverbindung erforderlich ist·

Wie aus der Fig«4 zu ersehen ist, kann der Zylinder 40 des Speiehers an der Montageplatte 73 mit Hilfe einer zu einem Kreis angeordneten Reihe von Abstandsbolzen 93 befestigt werden. Diese Bolzen sind bei 94 an der Platte 73 und bei 95 an einem Hing 96 befestigt, der seinerseits bei 97 an der Endkappe 4013 befestigt ist. Bei dieser Anordnung wird eine Kammer 98 für den Motor 71 zwischen dem Speicher und dem Basisglied 70 gebildet, an dem der Speicher lösbar befestigt ist·

Während der Herstellung der Kupplungsverbindung wird eine Verbindung für die Arbeitsflüssigkeit hergestellt zwischen dom Pitting 35a an dem Basisglied 70 und dem Durchlass 35b^ an der .: Platte 73· Zu diesem Zweck kann ein an der Platte 73 angeordneter Nippel 100 in ein fitting 35a eindringen, wobei eine

309830/0511

selbstabdichtende Verbindung hergestellt wird« Die Durchlässe oder Kanäle 35, 35ja, 35b_ und 35c, entsprechen dem Durchlass 35 in der I>ig<,3 während die Elemente 13, H, 36, 20 und 21 den mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Elementen nach der Fig»3 entsprechen«

Die Welle 80 ist bei 102 und 103.in einem Körper 104 gelagert, der bei 105 mit einem Ansatz 106 verbunden ist, der seinerseits bei 107 mit dem Basisglied 70 verbunden ist. Eine an der Welle vorgesehene Schnecke 108 treibt ein Schneckenrad 109 an, wie in der Iig»4.a dargestellt, welches Schneckenrad 109 ein Kükenventil im Gehäuse 110 betätigt, wie aus den figuren 1 und 2 zu ersehen ist. Dieses Ventil entspricht dem Ventil 12 in der Fig.3, Diese Ventile 110 und 12 können auch in andere Rohrleitungen als in die Rohrleitung 26 nach der Fig·3 eingesetzt werden.

Patentansprüche

309830/0511

Claims

Patent ansprüch

1· Vorrichtung zum Betätigen eines Unterwasserventils, die das Ventil in zwei Einstellungen bewegt, gekennzeichnet durch einen umsteuerbaren hydraulischen Motor mit Durchlässen, durch die zum Betreiben des Motors eine unter Druck stehend« Arbeitsflüssigkeit strömt, durch einen hydraulischen Druckspeicher, der mit dem Motor in Verbindung steht und im Betrieb des Motors strömende unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit aufnimmt, wobei das Ventil in eine der beiden Einstellungen bewegt wird, welcher Druckspeicher im Betrieb des Motor» strömende und unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit verdrängt, wobei das Ventil in die andere der beiden Einstellungen bewegt wird, und durch eine Rohrleitung, die die Strömung der Arbeitsflüssigkeit am Motor vorbeileitet und nach dem Antrieb des Motors drosselt·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die genannte Strömungsdrosseiung bewirkend· Öffnung in der genannten Rohrleitung.

% Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher ein unter einen vorherbestimmten Druck gesetztes (ras enthält, und dass eine Quell« für die unter Druck gesetzte Arbeitsflüssigkeit vorgesehen ist.

4« Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mit einer drehbaren Ausgangswelle versehen ist, die mit einem Unterwasaerventil in Verbindung gesetzt werden kann·

5« Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Unterwassermontagemittel für das genannte Ventil, durch eine mit dem Ventil in Verbindung stehende Quelle für eine unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit, und durch ein mit

309830/0511

2307461

dem Ventil in Verbindung stehendes unterwasserwerkzeug, das die unter Druck stehende Arbeitsflüssigkeit aufnimmt, wenn das Ventil vom Motor in die Offenstellung bewegt wird.

6« Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein den Motor enthaltendes Gehäuse, durch einen im Gehäuse angeordneten Speicherzylinder, und durch einen Speicherkolben, der im Zylinder in Abhängigkeit von der Arbeitsflüssigkeitsströmung durch das Wasser bewegbar ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein > Basisglied, mit dem das Gehäuse lösbar verbunden ist, und durch eine im Speicher vorgesehene Kammer, die die Arbeitsflüssigkeit aufnimmt und über das genannte Montagemittel mit der genannten Rohrleitung verbunden ist.

8· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der Spaicherkolben eine weitere Kammer abgrenzt, die entgegengesetzt zu der die Arbeitsflüssigkeit aufnehmenden Kammer gelegen ist und unter Druck gesetztes Gas aufnimmt, und dass die Arbeitsflüssigkeit über den Motor und durch das Basisglied hindurch in die betreffende Kammer einströmt und aus dieser ausströmt.

9* Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Stift-und-Kasten-Verbindung, die bei der lösbaren Befestigung des Gehäuses am Basisglied hergestellt und von der Arbeitsflüssigkeit durchströmt wird.

10« . Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Glied von einem Kolben gebildet rird, der im Spei eher zylinder bewegbar gelagert ist, dass an. der Zylinderwandung eine öffnung vorgesehen ist für den Durchlass heraussiekemden Ga&es in e-.aen Raum, der von dem Zylinder , mit dem Gehäuse gebildet wird, und dass Abdichtungsmittel zwischen dem Kolben und dem Zylinder vorgesehen sind, die bei allen Stellungen des Kolbens beiderseits der Öffnung

309830/0 5

gelegen sind.

309830/0511

Leerseite