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Aufhängevorrichtung für Rohrstränge in einer Tiefbohrung
Bei Tiefbohrarbeiten ist es bekanntlich häufig notwendig, in einem Bohrloch mehrere Rohrstränge ab- zustützen, wobei es sich z. B. um die Verrohrung der Tiefbohrung und um sonstige Rohrleitungen handeln kann. Es ist allgemein üblich, zwischen den verschiedenenRohrsträngen an deren Unterstützungsstelle eine
Abdichtung vorzusehen, damit die Strömungsmitteldrücke in den einzelnen Rohrsträngen voneinander uni abhängig beeinflusst werden können.
Das Aufhängen der verschiedenen Rohrstränge und der Einbau der Ab- dichtungen zwischen den einzelnen Strängen erfolgt am Mundloch der Bohrung, wo jeder der nacheinander enger werdendenRohrstränge an seinem oberen Ende mit einer Aufhängevorrichtung versehen wird, mittels welcher der Rohrstrang an einem einen Bestandteil der Mundlochausrüstung bildenden hülsenförmigen Bau- teil aufgehängt wird.
Eine bekannte Aufhängevorrichtung für Rohrstränge hat einen Aufhängekörper mit einer axialen Boh- rung, in dem ein die Bohrung umgebender Keilfänger angeordnet ist, und mehrere am Keilfänger abge- stützte und längs seiner geneigten Fläche verschiebbare Klemmkeilsegmente mit gegen die Achse der Boh- rung in gleicher Richtung geneigten Innen- und Mantelflächen, wobei die Mantelfläche gegen die Achse der Bohrung unter dem gleichen Winkel wie die Keilfängerfläche geneigt ist ; ferner sind an den Innenflä- chen der Klemmkeilsegmente abgestützte und längs dieser Flächen verschiebbare Greifkeilsegmente vor- gesehen, die zur Längsachse der Bohrung parallele Innenflächen haben, und zwischen den Klemmkeil- segmenten und den Greifkeilsegmenten sind Federn angeordnet.
Dabei können die Klemmkeil- oder die
Greifkeilsegmente mitHilfe von Hebelgestängen oder Griffen verstellt werden. Da alle geschilderten Ar- beiten an der Erdoberfläche ausgeführt werden, können die Arbeiter die Aufhängevorrichtungen leicht mit
Hilfe von Handwerkzeug bzw. der erwähnten Hebelgestänge an Rohren montieren.
Bis jetzt steht jedoch noch keine Aufhängevorrichtung zur Verfügung, die es ermöglicht, mehrere
Rohrstränge, z. B. eine Bohrlochverrohrung sowie Rohrleitungen, in einer Tiefbohrung aufzuhängen, die sich in Küstennähe unter Wasser am Meeresboden befindet, wo die Wassertiefe z. B. 15 - 450 m beträgt.
Ein Hauptziel der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Aufhängevorrichtung der vorstehend erläu- terten bekannten Art so auszugestalten, dass es einer Bedienungsperson, die sich an einem ferngelegenen
Punkte befindet, möglich ist, mehrere Rohrstränge in einer Tiefbohrung aufzuhängen, insbesondere, wenn sich das Mundloch der Bohrung am Meeresboden befindet.
Die Vorrichtung soll dabei zweckmässig durch ein Druckmittel fernbetätigbar sein, so dass sie sich in der Tiefbohrung anordnen lässt und es ermöglicht, verschiedene Rohrstränge festzuklemmen, die einzeln oder gleichzeitig eingebaut werden.
Diese Ziele werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einer Aufhängevorrichtung der schon beschriebenen allgemeinen Art die Klemmkeilsegmente im Keilfänger durch Abscherstifte und die
Greifkeilsegmente in den Klemmkeilsegmenten durch lösbare, federbelastete Haltestifte in ihrer von der
Achse der Bohrung entfernten Ruhestellung gehaltert sind, wobei die Greifkeilsegmente durch die zwi- schenihnenund denKlemmkeilsegmenten angeordneten Federn inRichtung des Vorschubes in die Klemmstellung vorgespannt sind, und dass ein in axialer Richtung verschiebbarer Ring vorgesehen ist, durch den bei seiner Verschiebung die Klemmkeilsegmente unter Abscherung der Abscherstifte mit den hiebei von den Haltestiften freigegebenenGreifkeilsegmenten in die Arbeitsstellung verschiebbar sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mittels eines
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Kolbens verstellbar ist, der in einem Zylinder bewegbar ist, welcher über einen Druckmittelzuführungskanal mit einer an eine Druckmittelquelle anschliessbaren Leitung verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematisch gehaltene Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch das Mundlochaggregat einer Tiefbohrung. Fig. 2 ähnelt Fig. 1, wobei jedoch an dem Aggregat einRohrstrang aufge- hängt ist. Fig. 3 ähnelt Fig. 2, wobei jedoch an dem Aggregat ein zweiter Rohrstrang aufgehängt ist.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine der in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Rohrklemmvorrichtungen.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Aufhänge Vorrichtung für eine Bohrlochverrohrung und weitere Rohrleitungen insgesamt mit 11 bezeichnet ; diese Vorrichtung kann einen oder mehrere Abschnitte umfassen, wobei sich die Anzahl der Abschnitte nach der Anzahl der aufzuhängenden Rohrstränge richtet.
Nach den Fig. 1-3 umfasst die Aufhängevorrichtung 11 einen oberen Abschnitt lla für die Aufhängung eines Rohrstranges und einen unteren Abschnitt llb für die Aufhängung zweier Rohrstränge, denn gemäss Fig. 3 sollen insgesamt drei Rohrstränge 12,13 und 14 in dem Bohrloch aufgehängt werden. Für die Beschreibung sei angenommen, dass es sich bei dem äussersten Rohrstrang 12 um die bis zur Erdoberfläche reichende Verrohrung der Tiefbohrung handelt, während der Rohrstrang 13 als der mittlere Rohrstrang und der Rohrstrang 14 als der Ölrohrstrang bezeichnet sei. Die Zahl der zu verwendenden Rohrstränge richtet sich hauptsächlich nach der Tiefe, bis zu der die Bohrung niedergebracht wird, der Häufigkeit der Herabsetzung des Bohrerdurchmessers, den durchfahrenen Formationen, den Spülverlusten, aussergewöhnlichen Drücken usw.
Zwar ist kein zur Wasseroberfläche führender Rohrstrang vorgesehen, doch sei bemelkt, dass die Vorrichtung nach Fig. 3 gegebenenfalls auf einem solchen Rohrstrang angeordnet werden kann, der vorher in den Boden einzementiert worden ist. Wenn die Bohrung zur Produktion benutzt werden soll, kann ausserdem ein weiterer Rohrstrang innerhalb des Ölrohrstranges 14 aufgehängt werden.
Die Aufhängevorrichtung 11 wird im wesentlichen durch ein dickwandiges rohrförmiges Gehäuse gebildet, dessen Abschnitte lla und llb auf beliebige Weise fest miteinander verbunden sind, z. B. durch miteinander verschraubte Flanschen 15 und 16. Der obere Abschnitt lla und der untere Abschnitt 11b der Aufhängevorrichtung sind mit je einerRohrklemmvorrichtung 17a bzw. 17b ausgerüstet (vgl. Fig. 3). Jede dieser RohrkLemmvorrichtungen ermöglicht es, einen Rohrstrang aufzuhängen, wobei ein dritter Strang, d. h. das Rohr 12, am unteren Ende des unteren Abschnittes llb der Aufhängevorrichtung auf geeignete Weise befestigt, z. B. bei 18 angeschweisst ist. Während der Bohrarbeiten kann an das obere Ende der Aufhängevorrichtung ll'ein z.
B. als hydraulischer Stössel ausgebildeter Rohrkopf 21 angeschlossen sein, oberhalb dessen ein Verbindungskopf 22 zum Anschliessen anderer Einrichtungen vorgesehen sein kann.
Gemäss Fig. 4 ist jeder Abschnitt der Aufhängevorrichtung z. B. der Abschnitt lla, mit einer gleichachsigen Bohrung grossen Durchmessers versehen, durch welche die Rohrstränge während der Durchführung und der Fertigstellung der Tiefbohrung hindurchgeführt werden können. Dort, wo eine Rohrklemmvorrichtung angeordnet werden soll, ist die dicke Wand derAufhängevorrichtung durch eine maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise so ausgebildet, dass eine Aussparung 24 von erheblichen Abmessungen vorhanden ist, deren unterer Teil sich nach innen verjüngt, um die konische Fläche eines Keilfängers 25 zu bilden. Innerhalb des Keilfängers 25 sind mehrere - vorzugsweise drei - Klemmkeilsegmente 26 angeordnet, welche an der konischen Fläche des Keilfängers 25 gleiten und sich sowohl axial als auch in geringem Ausmass radial bewegen können.
Sowohl die Innenflächen 27 als auch die Aussenflächen 28 der Klemmkeilsegmente, 26 sind glatt, und jede Aussenfläche 28 hat die gleiche Neigung wie die damit zusammenwirkende Fläche des Keilfängers 25, während die Innenfläche 27 in der gleichen Richtung, jedoch nicht notwendigerweise unter dem gleichen Winkel, geneigt ist.
In die geneigte Fläche des Keilfängers 25 sind ebenso viele Nuten eingeschnitten, wie Klemmkeilsegmente 26 vorhanden sind ; diese Nuten bilden Keilführungen 31, in denen Führungskeile 32 der Klemmkeilsegmente gleiten können. Die Führungskeile 32 sind jeweils an der Aussenfläche des betreffenden Klemmkeilsegmentes 26 befestigt. Das Zusammenwirken der Führungskeile 32 mit den Führungsnuten 31 gewährleistet, dass die Klemmkeilsegmente 26 in dem Keilfänger 25 zwangläuflg in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden, so dass sie sich nicht in der Umfangsrichtung bewegen können.
In jedes derKlemmkeilsegmente 26 ist einSegment einer ringförmigen Abdichtung 33 eingebaut, die durch ein Segment eines Dichtungshalteringes 34 in ihrer Lage gehalten wird ; das Halteringsegment kann mit einer oder mehreren Schrauben 35 am Körper des Klemmkeilsegmentes 26 befestigt sein. Wenn die Abdichtung 33 ihre Betriebsstellung einnimmt, d. h. wenn das zugeordnete Klemmkeilsegment 26 zu-' sammen mit dem Dichtungshaltering 34 gegen die am Boden des Keilfängers 25 vorgesehene Sitzfläche 36 gedrückt worden ist, wird die Dichtung auseinandergedrückt, so dass ihre Aussenfläche mit ab-
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dichtender Wirkung am Keilfänger 25 angreift, während ihre Innenfläche eine Abdichtung an dem sich in der Mitte zwischen den Klemmkeilsegmenten 26 erstreckenden Rohrstrang bewirkt.
Gleichzeitig dehnen sich die Teile der Dichtung 33 an ihren Stirnflächen aus, so dass sie einen vollständigen Dichtungsring bilden. Normalerweise wird jedes Klemmkeilsegment 26 in seiner Ruhestellung bzw. im zurückgezo- genen Zustand auslösbar festgehalten ; zu diesem Zweck ist ein Abscherstift 37 vorgesehen, der in ein
Loch 38 in der Wand der Aufhängevorrichtung eingesetzt sein kann. Die diese Abscherstifte aufnehmenden
Löcher sind mit abdichtender Wirkung verschlossen, um Druckverluste im Ringraum zu verhindern.
Oberhalb der Klemmkeilsegmente 26 ist ein deren Lage bestimmender Ring 41 vorgesehen, oberhalb dessen ein Antriebsring 42 angeordnet ist. Jedes Klemmkeilsegment 26 Ist mit dem Lagebestimmungs- ring 41 durch eine Schraube 43 verbunden, deren grosser Kopf in einer Aussparung 44 oberhalb eines radia- len Schlitzes 45 des Lagebestimmungsringes liegt. Dadurch, dass die Höhe des Kopfes der Schraube 43 kleiner ist als die Tiefe der Aussparung 44 und dass der Schaft der Schraube 43 einen Durchmesser hat, der kleiner ist als die Breite des Schlitzes 45, kann sich die Schraube 43 zusammen mit dem daran befestigten
Klemmkeilsegment 26 unterhalb des Antriebsringes 42 im Schlitz 45 radial bewegen.
In der Wand des betreffenden Abschnittes der Aufhängevorrichtung 11 sind Druckzylinder 46 ausge- bildet, in denen jeweils ein Antriebskolben 47 angeordnet ist, der an seinem unteren Ende mit dem An- triebsring 42 vorzugsweise fest verbunden ist. Jeder der Druckzylinder 46 steht über einen radialen Ka- nal 48 mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanal 51 in Verbindung, über den von einer
Leitung 52 ein hydraulisches Druckmittel zugeführt werden kann. Gegebenenfalls könnten die Antriebs- kolben 47 unmittelbar mit der Oberseite der Klemmkeilsegmente 26 verbunden sein, doch wird die Ver- wendung eines Antriebsringes 42 vorgezogen, um zu gewährleisten, dass auf sämtliche Klemmkeilsegmen- te gleich grosse Kräfte aufgebracht werden, um sie zur Anlage an ein Rohr zu bringen.
Entsprechend kann in bestimmten Fällen der die Lage der Klemmkeilsegmente bestimmende Ring 41 mit den Schlitzen 44 und den darin beweglichen Schrauben 43 weggelassen werden, u. zw. dann, wenn die Führungskeile, 32 und die Führungsnuten 31 ausreichen, um die Klemmkeilsegmente 26 in ihrer Lage zu halten.
Ferner sind Greifkeilsegmente 53 vorgesehen, die längs der geneigten Innenflächen 27 der Klemm- keilsegmente 26 in im wesentlichen axialer Richtung gleiten können und eine sich senkrecht erstreckende geriffelte oder gezahnte Innenfläche 54 sowie eine geneigte Aussenfläche 55 aufweisen, welch letztere unter dem gleichen Winkel geneigt ist wie die Innenfläche des betreffenden Klemmkeilsegmentes 26.
Die Dicke der Greifkeilsegmente oder Rohrklemmstücke 53 ist so gewählt, dass sich jedes Greifkeil- segment dann, wenn es gemäss Fig. 4 seine zurückgezogene oder Ruhestellung einnimmt, nicht weiter nach innen zur Mittelachse der Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung erstreckt als die Innenfläche am oberen Ende des Klemmkeilsegmentes 26. Dementsprechend sind ofieAbmessungen und die Dicke der Segmen- te 26 so gewählt, dass sich bei der in Fig. 4 gezeigten zurückgezogenen oder Ruhestellung kein Teil eines Segmentes 26 in die Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung hinein erstreckt.
Hiedurch wird erreicht, dass die Zähne an der Innenfläche der Greifkeilsegmente 53 nicht durch Werkzeuge beschädigt oder abgenutzt werden, die sich durch die Bohrung 23 des Abschnittes 11a der Aufhängevorrichtung erstrecken oder sich in der Bohrung drehen.
Die Greifkeilsegmente 53 sind gegen Drehbewegungen jeweils durch einen an der Innenfläche des zugehörigen Klemmkeilsegmentes 26 ausgebildeten Keil 56 gesichert, der mit einer Keilnut 57 an der Aussenfläche des Greifkeilsegmentes 53 zusammenwirkt. Die Greifkeilsegmente 53 werden normalerweise in ihrer zurückgezogenen oder wirkungslosen Stellung durch einen auslösbaren Haltestift 60 festgehalten, der gleitend beweglich in einer Aussparung 61 des Klemmkeilsegmentes 26 angeordnet und durch eine Druckfeder 62 so vorgespannt ist, dass beide Enden des Stiftes aus der Aussparung 61 herausgleiten können.
Normalerweise nimmt der Stift 60 jedoch die aus Fig. 4 ersichtliche Stellung ein, wobei das innere Fnde des Stiftes in das Greifkeilsegment 53 hineinragt, während sich das äussere Ende des Stiftes an der Innenwand der Aussparung 24 abstützt.
In einer Aussparung 63 in dem überhängenden Oberteil jedes Klemmkeilsegmentes 26 liegt eine Druckfeder 64, die sich an der Oberseite des Greifkeilsegmentes 53 abstützt. Diese Feder ist so bemessen, dass sie auf die Oberseite des Greifkeilsegmentes 53 eine vorbestimmte Kraft ausübt, um das Segment längs der geneigten Innenfläche des Klemmkellsegmentes 26 nach unten zu schieben und gleichzeitig die gezahnte Innenfläche 54 an ein Rohr anzudrücken, das sich durch die Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung erstreckt.
Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung benutzt werden soll, wird sie in ein Bohrloch eingesetzt, und der äussere Rohrstrang 12 wird einzementiert. Dann können die Bohrarbeiten fortgesetzt werden, wobei sich das Bohrrohr durch die Aufhängevorrichtung 11, die Verrohrung 12 und den Ausbruchschieber 21 er-
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streckt. Wenn das Bohrloch auf die gewünschte zusätzliche Tiefe gebohrt worden ist, werden das Bohrge- stänge und der nicht dargestellte Bohrer aus dem Bohrloch herausgezogen, und es wird ein mittlerer Rohr- strang 13 in die Aufhängevorrichtung 11 eingesetzt, durch den unteren Abschnitt l1b nach unten bewegt und durch die unteren Rohrklemmvorrichtungen 17b gemäss Fig. 2 in seiner Lage gehalten.
Um die Klemmkellsegmente zu betätigen, wird ein Druckmittel über die Rohrleitung 52 (Fig. 4) und den Kanal 48 in die Druckzylinder 46 eingeleitet, wodurch die Antriebskolben 47 nach unten gedrückt werden. Dies bewirkt, dass sich der Antriebsring 42 zusammen mit den ihm benachbarten Teilen der
Klemmkeilsegmente 26 nach unten bewegt, wobei der Stift 37 abgeschert wird, so dass sich die Klemm- keilsegmente 26 sowohl nach unten als auch nach innen bewegen können. Hiebei dienen die Keile 32 in den Nuten 31 sowie die Schrauben 43 in den Schlitzen 45 dazu, die gegenseitige Lage der verschie- denen Klemmkeilsegmente 26 aufrechtzuerhalten.
Wenn sich die Klemmkeilsegmente 26 längs der konischen Fläche des Keilfängers 25 nach unten be- wegen, bewegen sich die senkrechten Aussenflächen der Segmente 26 von der Innenwand des Abschnit- tes 11a der Aufhängevorrichtung weg, so dass die Druckfeder 62 den Stift 61 langsam aus dem Greifkeil- segment 53 herausziehen und ihn aus der andern Seite des Klemmkeilsegmentes 26 herausschieben kann.
Wenn der Stift 60 vollständig aus dem Greifkeilsegment 53 herausgezogen worden ist, übt die Druckfe- der 64 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Oberseite des Segmentes 53 aus und bewirkt, dass sich dieses Segment längs der geneigteninnenfläche 27 desKlemmkeilsegmentes 26 nach unten bewegt, was dazu führt, dass sich das Segment 53 auch nach innen gegen den mittleren Rohrstrang 13 bewegt, um die- sen gemäss Fig. 2 in seiner Lage zu sichern.
Kurz, bevor die gezahnten Greifkeilsegmente 53 an der Aussen- fläche desRohrstranges 13 angreifen, berührt der Dichtungshaltering 34 am unteren Ende des Klemmkeilsegmentes 26 die Sitzfläche 36 innerhalb der Aufhängevorrichtung, so dass die Teile der Abdichtung 33 radial nach innen gegen den Rohrstrang 13 und nach aussen gegen die Wandung des Keilfängers 25 ausge- dehnt werden, um eine Abdichtung zu bewirken. Gleichzeitig dehnen sich die Teile der Abdichtung in Umfangsrichtung aufeinander zu aus, so dass sie einen geschlossenen Dichtungsring bilden. Nachdem eine sichere Verankerung bewirkt worden ist, kann der Rohrstrang in beliebiger Höhe oberhalb der Klemmkeile abgeschnitten werden.
Nachdem der mittlere Rohrstrang 13 gemäss Fig. 2 eingebaut worden ist, können die Bohrarbeiten in der üblichen Weise mit einem kleineren Bohrer wieder fortgesetzt werden, wobei sich der Bohrstrang durch die Aufhängevorrichtung und den mittleren Rohrstrang 13 erstreckt. Nachdem die Bohrung auf die gewünsche Tiefe niedergebracht worden ist, werden der Bohrstrang und der Bohrer herausgezogen, worauf derÖlrohrstrang 14 eingeschoben und gemäss Fig. 3 in der gleichen Weise, wie es bezüglich des mittleren Rohrstranges 13 beschrieben wurde, in der Aufhängevorrichtung verankert und abgedichtet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aufhängevorrichtung für Rohrstränge in einer Tiefbohrung, bestehend aus einem Aufhängekörper mit einer axialen Bohrung, in dem ein die Bohrung umgebender Keilfänger angeordnet ist, mehreren am Keilfänger abgestützten und längs seiner geneigten Fläche verschiebbaren Klemmkeilsgmenten mit gegen die Achse der Bohrung in gleicher Richtung geneigten Innen- und Mantelflächen, wobei die Mantelfläche gegen die Achse der Bohrung unter dem gleichen Winkel wie die Keilfängerfläche geneigt ist, mehreren an den Innenflächen der Klemmkeilsegmente abgestützten und längs dieser Flächen verschiebbaren Greifkeilsegmenten, die zur Längsachse der Bohrung parallele Innenflächen haben, und Federn,
die zwischen den Klemmkeilsegmenten und den Greifkeilsegmenten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkeilsegmente (26) im Keilfänger durch Abscherstifte (37) und die Greifkeilsegmente (53) in den Klemmkeilsegmenten (26) durch lösbare, federbelastete Haltestifte (60) in ihrer von der Achse der Bohrung entfernten Ruhestellung gehaltert sind, wobei die Greifkeilsegmente (53) durch die zwischen ihnen und den Klemmkeilsegmenten (26) angeordneten Federn (64) in Richtung des Vorschubes in die Klemmstellung vorgespannt sind, und dass ein in axialer Richtung verschiebbarer Ring (42) vorgesehen ist, durch den bei seiner Verschiebung die Klemmkeilsegmente (26) unter Abscherung derAbscherstifte (37) mit den hiebei von den Haltestiften (60) freigegebenen Greifkeilsegmenten (53) in die Arbeitsstellung verschiebbar sind.