NL8720473A - Boorkolomonderdelen met hoge buigsterkteverhouding. - Google Patents

Description

NL 35.585 WO-Me/gb Γ 8 7 2 Ö ^ 7 3

Boorkolomonderdelen met hoge buigsterkteverhouding Achtergrond van de uitvindincf Gebied van de uitvinding

Deze uitvinding heeft betrekking op boorkolomonderdelen, zoals die worden gebruikt in de olie-, gas-, water- en 5 mijnindustrie, en in het bijzonder op onderdelen daarvan die het gebruik van een vanghals aan het penuiteinde daarvan benutten teneinde vangvermogen te verkrijgen, waarbij de toepassing daarvan met de pen bovenwaarts gericht tevens de buigsterkteverhouding (BSR) van de boorkolom verhoogt en ten 10 aanzien van de afmeting het gebruik van grotere, sterkere verbindingen toelaat.

Beschrijving van de stand van de techniek

Vele storingen van boorkolomverbindingen zijn meer een gevolg van buigspanningen dan van torsiespanningen. Het 15 Amerikaans Petroleuminstituut definieert de buigsterkteverhouding (BSR) als volgt:

D4 - b4 D

BSR= _ 20

R4 - d4 R

waarin 25 BSR = buigsterkteverhouding, D = buitendiameter van pen en naafbus, d = binnendiameter van de boring, b = schroefdraadvoetdiameter, van de naafbusschroefdraad aan het uiteinde van de pen, en 30 R = schroefdraadvoetdiameter van de penschroefdraad 3/4 inch vanaf de schouder van de pen.

Een verbinding met een BSR van 2,50:1 wordt in het algemeen geaccepteerd als een gemiddelde ontlaste verbinding.

872 04 73 - 2 -

Het acceptabele gebied kan evenwel variëren van 3,20:1 tot 1,90:1 afhankelijk van de booromstandigheden. Wanneer de buitendiameter van de naafbus sneller zal slijten dan de binnendiameter van de pen, zal de resulterende buigsterkte-5 verhouding dienovereenkomstig worden verminderd. Deze onevenwichtige slijtagesnelheid treedt op ten gevolge van het feit dat de buitenzijde wordt blootgesteld aan erosie, die wordt veroorzaakt door de met abrasieve gesneden deeltjes geladen boorsuspensie en door het schuren tegen de zijde van het gat. 10 De binnendiameter van de pen neemt in vergelijking zeer langzaam toe ten gevolge van de relatief schone door de boring gepompte boorsuspensie. Wanneer de buigsterkteverhouding onder 2,00:1 daalt, kunnen verbindingsmankementen een aanvang nemen. Deze mankementen kunnen bestaan uit gezwollen naafbus-15 sen, gespleten naafbussen of vermoeidheidsbreuken in de naaf-bussen bij de laatste in ingrijping zijnde schroefdraad.

Het dient te worden opgemerkt dat de buigsterkteverhouding niet afhangt van de buitendiameter of de binnendiameter van het lichaam van de gereedschapsonderdelen, doch 20 alleen van de betreffende afmetingen bij de naafbus en pen, of de afmetingen bij de verbindingseinden van de onderdelen.

Gewone boorkolommen verlopen in het gat met de pen-uiteinden van de onderdelen benedenwaarts gericht en de naaf^ busuiteinden van de onderdelen omhoog. Wanneer de kolom ten 25 gevolge van één van de vele, vele redenen op een gegeven plaats in het gat komt vast te zitten, is het een standaardprocedure het boorproces te stoppen en de kolom op de plaats boven de eerste pijpsectie die vast zit te ontkoppelen. Vervolgens wordt een schuifklok gebruikt die over de "vis" (dat 30 wil zeggen de in het gat gelaten sectie) wordt geschoven, teneinde de vis verankerd aan te grijpen en vervolgens op te halen. Het grijpanker bestaat gewoonlijk uit een schroef-grijpanker of een kernbuisgrijpanker en werkt vrijwel als een "Chinese vinger". Het grijpanker bezit inwendige tenen en een 35 taps toelopend uitwendig oppervlak, die mogelijk maken dat de vis binnentreedt door het uitzetten van het grijpanker in een los passende schroeflijnvormig taps toelopende spiraalsectie in de kom van het visgereedschap. Bij het ophalen van de vis wordt het grijpanker samengetrokken door de tenen in de kom, 8720478.' - 3 - waardoor de tanden meer worden aangegrepen als de trekkracht wordt verhoogd. De schuifklok kan worden losgemaakt door het benedenwaarts trillen, teneinde het tapse gedeelte op het grijpanker buiten ingrijping te brengen met het tapse ge-5 deelte in de kom, en het vervolgens langzaam naar rechts draaien van de schuifklok terwijl deze wordt opgetrokken.

Indien het visgereedschap de vis niet kan bevrijden door trekken, dan is het vaak noodzakelijk over de vastzittende sectie heen te "wassen". "Overwassen" is de werkwijze 10 die wordt begonnen door het in het gat brengen van verschillende buisstukken van gladde profielbuis met een binnendiame-ter die enigszins groter is dan de vis en een buitendiameter die enigszins kleiner is dan de diameter van het gat. Over-waspijp wordt dan in het gat gebracht op de boorpijp, waarna 15 over de vis heen wordt gefreesd waarbij tevens de formatie van de vis weg wordt gesneden en gewassen in een poging de vis te bevrijden, zodanig dat deze op de in het voorgaande beschreven wijze met een schuifklok kan worden teruggekregen.

Zoals in het voorgaande is genoemd, veroorzaakt het 20 afnemen van de buitendiameter van de naafbus het afnemen van de buigsterkteverhouding. In situaties met een groot gat kunnen boorkolomonderdelen met grotere buitendiameters van de pijpverbindingsuiteinden en derhalve hiermede gepaard gaande grotere buigsterkteverhoudingen worden toegepast wanneer de 25 bovengenoemde opvisproblemen zijn geaccepteerd. De nauwkeuriger toleranties die gepaard gaan met relatief kleine gat-afmetingen maken het evenwel noodzakelijk kleine boorkolomonderdelen met een lage buigsterkteverhouding in te brengen. De vooruitzichten op gewone slijtage of vangmanipulaties 30 waarbij de buigsterkteverhouding tot onder acceptabele grenzen daalt, veroorzaakt problemen bij het leven met de in het voorgaande beschreven marginale buigsterkteverhoudingen. Bijvoorbeeld bij een reeks van gatmaten met een binnendiameter van 6" bezitten de zwaarstangen met een buitendiameter van 35 4I" en bijbehorende boorkolomonderdelen met een binnendiameter van 2h" die normaal worden gebruikt, slechts een buigsterkteverhouding van 1,85:1 wanneer zij nieuw zijn. Dit is een getal datreeds kleiner is dan de praktijk bij voorkeur voorschrijft.

8720473 ’ - 4 -

Zoals hieronder wordt aangetoond, neemt de buigsterkteverhouding toe bij het toenemen van de binnendiameter van de pen, terwijl de buigsterkteverhouding vrij snel af-neemt bij het afnemen van de buitendiameter van de naafbus.

5 verbinding binnen- 4 3/4" buiten- 5" buiten- 5¾11 buitendiameter diameter diameter diameter N.C. 38/3V' 2h” 2.12:1 2.62:1 3.17:1 I.F. 2 V' 1.85:1 2.38:1 2.84:1 10 2" 1.80:1 2.25:1 2.67:1 1 3/4" 1.70:1 2.15:1 2.62:1

Derhalve is het een kenmerk van de onderhavige uitvinding een verbeterde constructie van een buisvormig boorko-15 lomproduct te verschaffen met een hogere buigsterkteverhouding voor kleine zwaarstangen dan bekende productconstructies, terwijl het vangen wordt mogelijk gemaakt zonder het kritisch verlagen van de buigsterkteverhouding. Een ander kenmerk van de uitvinding maakt het gebruik van een grotere sterkere ver-20 binding met een acceptabele buigsterkteverhouding mogelijk, bijvoorbeeld NC 40/4" F.H., 5V' buitendiameter x 2h” binnendiameter, met een buigsterkteverhouding van 2,30:1 en meer dan 30% verhoging van de torsiesterkte.

25 Samenvatting van de uitvinding

Een boorkolomonderdeel is verschaft met een zodanige constructie, dat een hoge buigsterkteverhouding in de boorkolomverbindingen wordt gehandhaafd in situaties wanneer 30 relatief kleine gatafmetingen het in de stand van de techniek noodzakelijk maken kleine boorkolomonderdelen met een lage buigsterkteverhouding te gebruiken. Een "zwaarstang" en een "boorpijp" zijn algemene namen voor een lengte of stuk van een buisvormig product dat bedoeld is om te worden opgenomen 35 in een boorkolom van dergelijke producten. Er zijn vele speciale zwaarstangen en boorpijpen, zoals zwaarder dan normaal, of voorzien van speciale gereedschapsonderdelen (bijvoorbeeld snijorganen). Normale stukken boorpijp alsmede deze speciale 8720473 ? - 5 - stukken worden allen algemeen aangeduld als zwaarstangen en boorpijp. Soms worden dergelijke pijpstukken ook aangeduid als "verloopstukken". Het hierin geopenbaarde boorkolomonder-deel is ontworpen om te worden opgenomen in de boorkolom met 5 zijn penuiteinde naar boven gericht. Het lichaamsgedeelte van het onderdeel sluit aan één uiteinde aan op het naafbusge-deelte en aan het andere uiteinde op het, pengedeelte. In het geval van zwaarstangen bezit het naafbusgedeelte ofwel dezelfde diameter als het lichaamsgedeelte of een grotere 10 buitendiameter dan het lichaamsgedeelte. In het geval van boorpijpen bezit het naafbusgedeelte een grotere buitendiameter dan het lichaamsgedeelte. De pensectie bezit een grotere diameter dan het lichaamsgedeelte, doch de pensectie is kleiner dan de buitendiameter van het naafbusgedeelte. De 15 pensectie omvat een zogenaamde "vanghals" aangrenzend aan de pen, hetgeen betekent dat zijn buitendiameter kleiner is dan de buitendiameter van het naafbusgedeelte.

Korte beschrijving van de tekeningen 20

Opdat de wijze waarop de in het voorgaande aangehaalde kenmerken, voordelen en doelen van de uitvinding, alsmede andere die duidelijk zullen worden, worden verkregen en in detail kunnen worden begrepen, wordt een meer bijzondere 25 beschrijving van de in het voorgaande kort samengevatte uitvinding gegeven aan de hand van de uitvoering daarvan die is weergegeven in de bijgaande tekeningen, die een onderdeel vormen van deze beschrijving. Het dient evenwel te worden opgemerkt, dat de bijgaande tekening slechts een voorkeurs-30 uitvoering van de uitvinding weergeeft en derhalve niet als beperking van het kader van de uitvinding mag worden beschouwd, aangezien de uitvinding op andere even effectieve uitvoeringen kan worden toegepast.

35 In de tekening is

Fig. 1 een langsdoorsnede van een bij voorkeur toegepaste uitvoering van een paar onderling verbonden zwaarstangen in overeenstemming met de onderhavige uitvinding; 8720473: - 6 -

Fig. IA een langsdoorsnede van een alternatieve uitvoering van een zwaarstang in overeenstemming met de onderhavige uitvinding;

Fig. 1B een langsdoorsnede van een bij voorkeur 5 toegepaste uitvoering van een boorpijp in overeenstemming met de onderhavige uitvinding; en

Fig. 1C een langsdoorsnede van een stabilisator in overeenstemming met de onderhavige uitvinding.

10 Beschrijving van de voorkeursuitvoerinq

Onder verwijzing naar de tekeningen, en in het bijzonder naar fig. 1, is een gedeelte van een boorkolom weergegeven, waarin zwaarstangen in overeenstemming met de onder-15 havige uitvinding worden toegepast. Een zwaarstang is typisch voorzien van drie gedeelten of secties, namelijk een lichaams-sectie 12 die over het grootste gedeelte van de lengte van de totale zwaarstang 10 verloopt, een naafbussectie 14 en een pensectie met een penuiteinde 16. De naafbussectie is het 20 vrouwelijke deel van de verbinding en de pensectie is het mannelijke deel van de verbinding. Zoals direct in de tekening te zien is, is de pensectie in gat 18 bovenwaarts gericht.

Onder het penuiteinde 16 is een vissehals 20 aan-25 wezig. Onder de vanghals 20 bevindt zich de lichaamssectie 12. De schouder van de pen bij de buitendiameter 22 van het conische gedeelte dient toereikend te zijn teneinde de op de verbinding uitgeoefende torsiebelasting te dragen. Deze schouderbreedte wordt aanvankelijk machinaal aangebracht met 30 een diameter van het conische gedeelte van 4-37/64", 4-49/64", respectievelijk 4-61/64" die overeenkomen met naafbusafme-tingen van 4-3/4" buitendiamer, 5" buitendiameter en 5-1/4" buitendiameter. De pensterkte verandert niet ten gevolge van een verandering in zijn buitendiameter zolang een adequate 35 schouderbreedte wordt gehandhaafd.

Ten aanzien van hun afmetingen bezitten de naafbus-en pensecties beide een relatief korte lengte in vergelijking met de lichaamssectie. De lichaamssectie bezit normaal een lengte in de orde van 28 voet, terwijl de eindsecties normaal 87204737 - 7 - een lengte bezitten in de orde van 18"-24". De in de tekening weergegeven en als vanghals 20 aangeduide sectie van de zwaarstang bezit gewoonlijk een minimum lengte van 18". Zoals is weergegeven in fig. IA kan in een alternatieve uitvoering 5 van de in fig. 1 weergegeven zwaarstang 10 de gehele lichaamssectie 12A dezelfde buitendiameter bezitten als de vanghals 20A.

De buigsterkteverhouding is van toepassing op de roterende, van een schouder voorziene verbinding of de de 10 boorkolomonderdelen verbindende schroefdraad, waarbij de buitendiameter van de naafbus primair de buigsterkteverhouding regelt. De buitendiameter van de pensectie en de buitendiameter van het lichaam kunnen worden verkleind zonder het verlagen van de buigsterkteverhouding. Derhalve behoeft de 15 grotere buitendiameter van de naafbussectie een lengte van slechts een paar inch te bezitten, dat wil zeggen een voldoende lengte voor het versterken van de schroefdraadver-binding van de naafbus. Normaal wordt een lengte gebruikt die voldoende is om mogelijk te maken dat de naafbusverbinding 20 een aantal malen opnieuw wordt bewerkt.

Wanneer de diameter van de lichaamssectie dezelfde is als of kleiner is dan de diameter van de pensectie, zoals is weergegeven in het geval van de lichaamssectie 12B van de boorpijp 10B van fig. 1B, kan over de lichaamssectie heen 25 worden gewassen zonder dat enig staal wordt afgefreesd.

Anderzijds kan de in het voorgaande beschreven en in fig. 1 getoonde constructie met rust en met een grotere afmeting worden gelaten dan in het geval dat het naafbusuiteinde bovenwaarts zou zijn gericht, teneinde gewicht en stijfheid 30 te verschaffen. De verkleinde pensectie maakt het mogelijk dat de schuifklok op de vis aangrijpt, zoals in het voorgaande is beschreven.

Wanneer het noodzakelijk is over de volledige lengte van een sectie heen te wassen, kan indien alleen de naaf-35 bussectie een grotere diameter bezit deze gemakkelijk worden afgefreesd met de freesschoen van de waspijp. Samengevat bezit de uitvoerder met slechts een vanghals aangrenzend aan het penuiteinde een zwaardere stijvere zwaarstang met een 8720473? - 8 - grotere buigsterkteverhouding, terwijl het "vangvermogen" is gehandhaafd. In het geval dat het penuiteinde en de lichaams-sectie verkleind is zoals in de zwaarstang 10A, verkrijgt de uitvoerder in vergelijking tot de benedenwaarts gerichte pen-5 constructie volgens de stand van de techniek een hogere buig-sterkteverhouding, terwijl het "vangvermogen" en het "over-wasvermogen" zijn gehandhaafd.

Het is vermeld, dat in een boorkolom opgenomen speciale gereedschappen vaak speciaal toegevoegde kenmerken be-10 zitten die niet zijn opgnomen in een gewone zwaarstang.

Slijtknopen, ruimers, stabilisatorbladen, of hef- of klemver-diepingen kunnen bijvoorbeeld worden opgenomen. Het lichaams-gedeelte van een ruimer of een stabilisator, zoals die welke in fig. 1C met IOC is aangeduid, zou gewoonlijk een buiten-15 diameter bezitten die groter is dan zowel de pensectie als de naafbussectie. Met de in het voorgaande beschreven uitvoering met de pen bovenwaarts gericht, zou het gereedschap nog steeds "vangvermogen" bezitten. De naafbussectie zou een grotere buitendiameter bezitten in vergelijking met een van 20 een benedenwaarts gerichte pen voorzien gereedschap van hetzelfde type dat onderdeel vormt van de stand van de techniek en zou derhalve een grotere buigsterkteverhouding verschaf-" fen. Elk overwassen van een dergelijk gereedschap zou het over het lichaam heen frezen nodig maken teneinde de ruimer-25 snijders of de stabilisatorbladen en de korte naafbussectie te verwijderen.

Alhoewel de voorgaande beschrijving is gedaan met betrekking tot een tekening die een zwaarstang met een lichaamssectie en een naafbussectie met dezelfde buitendia-30 meter toont, dient te worden begrepen dat een naafbus met een buitendiameter van een grotere afmeting dan de lichaamssectie even bevredigend zou zijn.

Ofschoon een bijzondere uitvoering van de uitvinding is weergegeven, dient te worden begrepen dat de uitvinding 35 niet hiertoe beperkt is. Vele wijzigingen kunnen worden aangebracht welke voor een deskundige op het betreffende gebied duidelijk zullen worden.

Claims (15)

1. Boorkolomonderdeel dat door schroefdraad kan worden verbonden als deel van een rotary-boorkolom, voorzien van een buisstuk met een lichaamsgedeelte dat zich over 5 het grootste gedeelte van de totale lengte van het onderdeel uitstrekt, een naafbusgedeelte aan het onderste gedeelte van het lichaamsgedeelte, en een pengedeelte met een vanghals aan het bovenste 10 uiteinde van het lichaamsgedeelte, waarbij de vanghals een kleinere buitendiameter bezit dan het naafbusgedeelte, terwijl zowel het naafbusgedeelte als het pengedeelte schroefdraad van dezelfde maat en soort bezit voor de verbinding met van overeenkomstige schroefdraad voorziene 15 boorkolomonderdelen.

2. Boorkolomonderdeel volgens conclusie 1, waarin het onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte.

3. Boorkolomonderdeel volgens conclusie 1, waarin het onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan tenminste even groot is als die van het naafbusgedeelte.

4. Boorkolomonderdeel volgens conclusie 1, waarin 25 het onderdeel een boorpijp is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte of pengedeelte.

5. Boorkolomonderdeel volgens conclusie 1, waarin de buitendiameter van het lichaamsgedeelte groter is dan die 30 van het naafbusgedeelte.

6. Aantal boorkolomonderdelen die kunnen worden verbonden als deel van een rotary-boorkolom, voorzien van een eerste onderdeel omvattende een buisstuk met een pengedeelte met een vanghals aan zijn bovenste uiteinde 35 en een naafbusgedeelte aan zijn onderste uiteinde, een tweede onderdeel omvattende een buisstuk met een 8710473 * « - 10 - pengedeelte met een vanghals aan zijn bovenste uiteinde, dat kan worden verbonden met het naafbusgedeelte van het eerste onderdeel en een naafbusgedeelte aan zijn onderste uiteinde dat kan worden verbonden met het pengedeelte van een derde 5 onderdeel, waarbij de buitendiameter van het naafbusgedeelte van elk onderdeel groter is dan die van de vanghals van het pengedeelte daarvan, terwijl de buitendiameter van het naafbusgedeelte van het eerste onderdeel groter is dan die van de 10 vanghals van het tweede onderdeel, en tenminste één van de onderdelen een lichaamsgedeel-te bezit tussen de vanghals en het naafbusgedeelte, dat zich over een belangrijk gedeelte van de totale lengte daarvan uitstrekt.

7. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 6, waarin het ene onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte.

8. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 6, 20 waarin het onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan tenminste even groot is als die van het naafbusgedeelte.

9. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 6, waarin het onderdeel een boorpijp is en de buitendiameter van 25 het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte of pengedeelte.

10. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 6, waarbij het lichaamsgedeelte een buitendiameter bezit, die van het ene onderdeel groter is dan die van het naafbus- 30 gedeelte.

11. Aantal boorkolomonderdelen die kunnen worden verbonden als deel van een rotary-boorkolom, voorzien van een eerste onderdeel omvattende een buisstuk met een pengedeelte aan zijn bovenste uiteinde en een naafbusge-35 deelte aan zijn onderste uiteinde, en een tweede onderdeel omvattende een buisstuk met een pengedeelte met een vanghals aan zijn bovenste uiteinde, dat kan worden verbonden met het naafbusgedeelte van het 8720475 V - 11 - eerste onderdeel en een naafbusgedeelte aan zijn onderste uiteinde dat kan worden verbonden met het pengedeelte van een derde onderdeel, waarbij de buitendiameter van het naafbusgedeelte 5 van het eerste onderdeel groter is dan die van de vanghals van het tweede onderdeel, en één van de onderdelen een lichaamsgedeelte tussen de vanghals en het naafbusgedeelte bezit, dat zich over een belangrijk gedeelte van de totale lengte van het ene onderdeel uitstrekt.

12. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 11, waarin het ene onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte.

13. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 15 11, waarin het onderdeel een zwaarstang is en de buitendiameter van het lichaamsgedeelte daarvan tenminste even groot is als die van het naafbusgedeelte.

14. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 11, waarin het onderdeel een boorpijp is en de buitendiameter 20 van het lichaamsgedeelte daarvan kleiner is dan die van het naafbusgedeelte of pengedeelte.

15. Aantal boorkolomonderdelen volgens conclusie 11, waarbij het lichaamsgedeelte van het ene onderdeel een buitendiameter bezit, die groter is dan die van het naafbus- 25 gedeelte. B720473'