DE2736129C2 - Preventer - Google Patents

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DE2736129C2 DE2736129A DE2736129A DE2736129C2 DE 2736129 C2 DE2736129 C2 DE 2736129C2 DE 2736129 A DE2736129 A DE 2736129A DE 2736129 A DE2736129 A DE 2736129A DE 2736129 C2 DE2736129 C2 DE 2736129C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Preventer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Solche Preventer oder Bohrlochabsperrvorrichtungen dienen bei Erschließen und Ausbeuten von öl- und Gasquellen, insbesondere von auf dem Meeresgrund liegenden öl- und Gasquellen, zum schnellen Verschließen der Bohrlöcher bei Gas- und ölausbrüchen.
Bekannte Preventer oder Bohrlochabsperrvorrichtungen dieser Art sind aus der GB-PS 8 05 810 US-PS 39 46 806, US-PS 38 17 326 und US-PS 37 36 982 bekannt
Häufig trifft man beim Bohren von öl- oder Gasquellen auf eine Schwefelwasserstoff-Umgebung, die eine sogenannte Wasserstoffversprödung der Scherrammen oder Scherbacken bewirkt, so daß diese eine für die Scherung der Bohrstränge ausreichende Festigkeit und Härte im Ernstfall nicht mehr besitzen. Diese Wasserstoffversprödung tritt insbesondere bei Legierungen und Werkstoffen mit hohem Härtegrad auf. Das Problem der Wasserstoffversprödung ist in der US-PS 38 80436 ausführlich beschrieben, so daß hierauf Bezug genommen werden kann.
In der US-PS 38 80 436 wird bereits zur Lösung dieses Problems der abnehmenden Festigkeit hochgehärteter Legierungen vorgeschlagen, die Scherrammen selbst aus einem Werkstoff oder einer Legierung herzustellen, dessen bzw. deren Härte höchstens Rc 22 beträgt. Die beim Scherungsprozeß den Bohrstrang beaufschlagenden Teile und Flächen der Scherrammen werden von einem relativ weichen, durch Verformen aber härtbaren Material gebildet, das vor Einwirkung von Verformungskräften eine Härte von höchstens Rc 22 hat und beim Schervorgang schlagartig verhärtet bis zu einem Härtegrad, der ausreicht, den Bohrstrang zu scheren,
Diese bekannte Lösung befriedigt insofern nicht, da die Scherflächen der Scherrammen zunächst sehr viel weicher sind als der Bohrstrang und beim Scherbeginn dazu neigen, sich zu deformieren und die Schärfe der Scherkante zu verlieren und damit häufig nicht mehr den Bohrstrang scheren können. Mitunter härten auch die Scherflächen nicht genügend und brechen dann insbesondere an den Ecken aus, so daß Leckagen entstehen, so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Preventer der eingangs genannten Art zu schaffen, der in Schwefelwasserstoff-Umgebung zuverlässig und ohne möglichen Dichtigkeitsverlust den Bohrstrang schert und
Die Aufgabe ist bei einem Preventer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst
Die dort angegebenen Legierungen haben den Vorteil, trotz ihres hohen Härtegrads unter Schwefelwasserstoff nicht zu verspröden und so ihre Festigkeit nicht zu verlieren. Sie lassen sich gut auf die Oberfläche der Scherrammen oder Scherbacken im Schweißverfahren aufbringen, wobei eine gute Haftung bei geringer Schwächung des Oberflächenmaterials der Scherrammen erreicht wird. Die Schichtdicke beträgt etwa Vi6 bis V8 inch und ist damit so dünn, daß einerseits kein Abschälen der Legierungsschicht und andererseits kein Verformen der Scherrammen durch unterschiedliches thermisches Ausdehnen und Zusammenziehen des Werkstoffs von Schicht und Scherrammen, insbesondere beim Schweißen, eintritt.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1A eine Vorderansicht eines Preventers, teilweise geschnitten, F i g. 1 eine perspektivische Darstellung zweier kooperierender Scherrammen des Preventers in F i g. 1A,
F i g. 2 bis 4 jeweils in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt des oberen Teils des Preventers in F i g. 1A mit Scherrammen in drei verschiedenen Positionen,
Fig.5 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt des oberen Teils des Preventers in Fig. IA gemäß
einem weiteren AusführungsbeispieL
Der in F i g. 1A dargestellte, an sich bekannte Blowoat-Preventer 10 v/eist einen herkömmlichen zylindrischen Körper 12 mit einer Bohrung 14 auf, der an einem nicht dargestellten Leitungsrohr befestigt ist, das zum Bohren bei öl- oder Gasquellen verwendet wird. Ein herkömmlicher Bohrsti*ang 16, einschließlich Abschnitten von Bohrleitungen, Werkzeugverbindungen und anderen Bohreinrichtungen (nicht gezeigt) führt, im Normalbetrieb durch die Bohrung 14 des Preventer 510 hindurch.
Der in F i g. 1A dargestellte Preventer 10 ist ein Doppelkammer-Steuerschieber-Typ mit einer oberen Scherrammenanordnung 18 und einer unteren Rohrrammenanordnung 20.
Der zylindrische Körper 12 weist RammsnaufOihinekammern 22a und 226 für die Scherrammenanordnung 18 und Ranuiienaufnahmekammern 24a und 246 für die Rohrrammenanordnung 20 auf. Die Rammenaufnähmekammern 22a, 226,24a, 2Ab erstrecken sich seitlich der Bohrung 14 des Kömers 12 und sind jeweils einander gegenüberliegend angeordnet Die Rammenaufnahmekammern 22a und 22b bzw. 24a und 246 enthalten jeweils Einrichtungen zum Verschieben der Rammen in die Bohrung hinein und von der Bohrung weg, wie Kolben und Zylinder hydraulische Steuerungen u. dgL (nicht gezeigt), so daß in einer zurückgezogenen oder äußeren Position diese Rammen außerhalb der Bohrung 14 liegen und voa dort in eine innere Position verbracht werden können. Während sich die Scherrammen 18a, b von der äußeren zur inneren Position bewegen, um gegen den Bohrstrang 16 angelegt zu werden und diesen zu scheren, bewegen sich die Rohrrammen 2Oa, b von ihrer äußeren Position auf die innere Position, um sich gegen den Bohrstrang 16 anzulegen und diesen zu stützen.
Der beschriebene Preventer 10 ist bekannt und wird in einer Vielfalt von Typen in der öl- und Gaserschließungsindustrie verwendet Sondertypen, die lediglich eine bewegliche Scherramme aufweisen, sind in der US-PS 35 90 920 beschrieben. Auch auf eine weitere Beschreibung der Rohrrammenanordnung 20 wird verzichtet, da diese hier von untergeordneter Bedeutung ist
Die Scherrammenanordnung 18 besteht aus einer ersten und zweiten Scherramme 18a und 186 (Fig. 1 und 2). Jede dieser Scherrammen 18a und 186 weist eine Rammenblockstütze 26a und 26b von halbkreisförmiger Form mit einer im wesentlichen konzentrischen, halbkreisförmigen und sich nach oben öffnender Vertiefung auf, in welcher jeweils ein halbkreisförmiger Rammenblock 26a und 266 befestigt ist Zwischen den kreisförmigen Teilen der Rammenblockstützen 26a und 260 und den darin einliegenden Rammenblöcken 28a und 286 sind Dichtungen 30a und 30b eingesetzt
Wie aus F i g. 2—4 zu erkennen ist sind die Rammenblöcke 28a und 26b in ihren zugeordeten Rammenblockstützen 26a und 266 in Grenzen versehieblich befestigt und zwar durch die in den Rammenblöcken 28a und 28b befestigten Bolzen 32a und 326, die durch im Durchmesser vergrößerte Öffnungen 34a und 346 in den Rammenblockstützen 26a und 266 hindurchragen. Durch die vergrößerten öffnungen 34a und 346 können die Rammenblöcke 28a und 286 in ihren Rammenblockstützen 26a und 266 begrenzte radiale Verschiebebewegungen nach außen ausführen, wobei sie sich bei und nach der Scherung des Bohrstranges 16 auf die Dichtungen 30a und 306 aufpressen, wie dies in F i g. 4 zu sehen ist
Die innere Fläche des Rammenblockes 28a der Scherramme 18a bildet eine ein Widerlager darstellende Bohrstrang-Anlagefläche 36a, die an ihrem unteren Ende von einer Schneidkante 38a begrenzt ist und an ihrem oberen Ende abgeschrägt ist wie dies bei 40a in F i g. 2—4 angedeutet ist
Die untere Seite des Rammenblockes 28a hat eine sich verjüngende Ausnehmung 42a, die sich von der Schneidkante 38a ausdehnt und über die Unterseite des Rammenblockes 28a erstreckt. In diese Ausnehmung 42a ist eine Dichtung 44a eingesetzt, die sich gegen eine nach oben gerichtete Abstützung 46a an der der Bohrung 14 zugekehrten Innenseite der Rammenblockstütze 26a abstützt Bei einer nach außen gerichteten Relativbewegung des Rammenblocks 28a zu der Rammenblockstütze 26a drückt sich die Dichtung 44a gegen die Abstützung 46a und bewirkt somit eine Abdichtung oberhalb eines Scherblattes 366 an eier Scherramme 186.
Das an der Scherramme 186 zur Bohrung 14 hin vorspringende Scherblatt 366 mit einer Scherfläche 386 ist auswechselbar an der Rammenblockstütze 266 mittels eines Gewindebolzens 406 befestigt. In einer Vertiefung 426, die sich in dem Rammenblock 286 erstreckt ist ein Dichtungsglied 446 eingesetzt. Das der Bohrung 14 zugekehrte innere Ende 48a der Rammenblockstütze 26a ist von außen her vertieft, um das untere gescherte Ende des Bohrstrangs 16 aufzunehmen, und die der Bohrung 14 zugekehrte äußere Fläche 486 des Rammenblocks 286 ist von außen her vertieft um das obere gescherte Ende des Bohrstrangs 16 aufzunehmen (F i g. 4).
Auf eine weitere Beschreibung der Scherrammen 18a und 186 wird hier verzichtet, da die in den F i g. 1 —4 dargestellten und bislang beschriebenen Scherrammen 18a und 186 in der US-PS 37 36 982 eingehend beschrieben sind.
In dem Preventer 10 kann auch eine Sclierrammenanordnung, wie sie in Fig.5 dargestellt ist, verwendet werden. Eine solche Scherrammenanordnung ist in allen Einzelheiten in US-PS 38 17 326 oder US-PS 39 46 806 beschrieben.
Der in F i g. 5 dargestellten Preventer 10c hat wiederum einen zylindrischen Körper 12c mit einer Bohrung 14c für die Durchführung eines hier nicht gezeigten Bohrstranges. Der Körper 12c weist wiederum zwei sich an der Bohrung 14c gegenüberliegende Rammenaufnahmekammern 22c und 22d auf, die sich radial zur Bohrung 14c erstrecken. In den Rammenaufnahmekammern 22c und 22c/ sind wiederum Scherrammen 26c und 26c/ längsverschieblich geführt Die Scherrammen 26c und 26c/ sind mit Dichtungen 30c und 30c/ sowie 44c versehen, wobei sich letztere in einem Scherblatt 28c der Scherramme 26c erstreckt und so ausgelegt ist. daß sie mit dem Scherblatt 28c/ der anderen Scherramme 26c/ nach Scherunp des Bohrstrangs 26c/ nach Scherung des BoUrstrangs eine Abdichtung ergibt Die Scher- und Anlageflächen 36c und 36c/der Scherblätter 28c und 28c/ werden von einer relativ dünnen Schicht aus einer überwiegend Nickel, Kobalt oder Wolframkarbid enthaltenen Legierung gebildet, wie im einzelnen nachstehend erläutert wird.
Die vorstehend beschriebenen und bislang bekannten kommerziellen Preventer sind zum Gebrauch unter Schwefelwasserstoffeinflüssen nicht geeignet da Wasserstoffversprödungen der Scherrammen auftreten und
ein Versagen dieser verursachen. Die Scherarbeit kann damit nicht mehr geleistet werden und folglich würde eine Abdichtung der Bohrung unterhalb des Preventers unterbleiben.
Bei dem hier vorgestellten Preventer sind die Scherrammenblöcke 28a und 286 (F i g. 1 —4) und 28c und 28c/
(F i g. 5) aus einer Legierung mit einem Härtegrad von höchstens Rc 22 hergestellt Die Scherflächen 38i> der
Scherblätter 36o und die Bohrstrang-Anlagefläche 36a mit der Schneidkante 38a (F i g. 2—4), sowie die Scher-
und Anlageflächen 36c und 36c/ der Scherblätter 28c und 28c/ der Scherrammenblöcke 26c und 26c/ (F i g. 5) bestehen aus einer verhältnismäßig dünnen Schicht aus einer überwiegend Nickel, Kobalt oder Wolframkarbid enthaltenden Legierung. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Nickel, Kobalt oder Wolframkarbid mindestens 50
Gewichtsprozent der entsprechenden Legierung. Alle diese Legierungen sind hart genug, um den Bohrstrang 16
to zu scheren.
Diese Legierungen werden an den Rammenblöcken 28a, 2Sb, 28c, 28c/in einer verhältnismäßig dünnen Schicht von einer Dicke von ungefähr V4 inch angeschweißt, was eine Abschwächung der unterliegenden Metallgrundschicht um ungefähr V8 inch hervorruft. Die Oberflächen werden auf eine Dicke von ungefähr V32—V8 inch geschliffen und hinterlassen eine Schichtdicke der Legierung von ungefähr 'Λβ—V8 inch. Dickere Legierungsschichten sind nicht zufriedenstellend, da Abschälungen oder Verformungen der Rammenblöcke 28a—28c/ wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung und Schrumpfung der Legierung und des Blockmetalls entstehen können.
Die Legierungsflächen erstrecken sich zweckmäßigerweise lediglich über diejenigen Teile der Rammenblökke 28a—28t/, die beim Scheren vom Bohrstrang 16 belastet werden. Vorzugsweise erstreckt sich die Legierungsschicht noch etwas über die Schneidkante 38a der Anlagefläche 42a hinaus. Falls erforderlich, können zusätzliche Oberflächen aus solchen Legierungen vorgesehen werden.
Die Rammenblöcke 28a—28c/werden vorzugsweise aus einem niedrigen Legierungsstahl mit einem geregelten Härtegrad, vorzugsweise in dem Bereich von BHN 207-235 hergestellt und erhalten eine wie vorstehend beschriebene Legierungsoberfläche in dem im Scherungsprozeß beanspruchten Bereich.
In den nachstehenden Beispielen und Tabellen werden Ausführungsformen der Legierungen vorgestellt, wobei alle angegebenen Zahlen Gewichtsprozente darstellen.
Beispiel 1
Folgende überwiegend Kobalt enthaltende Legierungen sind für die Bohrstrang-Anlage- und Scherflächen der Rammenanordnungen geeignet:
Tabelle 1 Legierungs Chemische Zusammensetzung, Gew.-Prozent Nr. Cr C Si Mn Mo Fe Ni Co B W Sonstige
40
*·) 5,5 1,0 -
45
50
Die unter Tabelle 1 aufgeführten Kobalt-Legierungen können an den entsprechenden Stellen an den Scherrainmenkörpern aus Metallegierungen mit einem max. Härtegrad von ungefähr Rc 22 angeschweißt und wie oben geschliffen werden. Sie geben eine zufriedenstellende Scherleistung von Bohrsträngen unter Schwefelwasserstoffeinflüssen.
60
65
1. 30 Maximum 2,5 1.0
2. 28 1,1 1,0
3. 29 1.4 1,4
4. 27 0,15
5. 20 0,10 ··)
6. 25 0,50 ··)
7. 28 1.6 1.1
8. 21 0,07 1.6
9. 26 0,75 1.2
10. 32 2,5
*)
**) Unter »Sonstige« aufgeführt
3,0·) 3,0·) Bat. — 12 1,0
3,0·) 3,0·) BaI. — 4,0 1,5
3,0·) 3,0·) BaI. — 8,0 1.5
2,0*} 2,8 BaI. — — 2,0
3,0·) 10 BaI. — 15 1,5
2,0·) 10,5 BaI. — 7,5 2,0
·*) 3,0·) BaI. — 4,0 1,5
— — BaI. 2,4 4,5 —
0,75 3,0») BaI. 0,7 5,5 IJS
3,0*) 2,5·) BaI. — 17 2,0
Beispiel 2
In diesem Beispiel sind Legierungen angegeben, die überwiegend Nickel enthalten und für die Bohrstrang-Anlage-und Scherflächen verwendet werden können:
Tabelle 2
Legierungs Nr.
Chemische Zusammensetzung, Gew.-Prozent Cr C Si Mn Mo
Fe
Sonstige
ii. 14 Maximum 0,75 3,5 4,0 BaI. **) 3,4 - 2,0
12. 12 0,45 3,9 H 3,0 BaI. *·) 2,5 1,5
13. 17 0,85 3,0 H 2,0 BaI. ·*) 3,3 1,5
14. 9 0,45 ·» e * 3,8 BaI. **) 2,0 - 1,5
15. η ιλ»\ '
yj,i\j j a 		io 1,0*) BaI. - 1,5 - 1,0
16. <v#i 0,10») . 1,0*) BaI. **) 1,8 1,0
17. 16 0,40 ' t#) ' 3,0 BaI. - 4.0 - Cu-2,5
18. 20 0,25·) ( t#) ' 1,0*) BaI. 4,0
19. 1*) 0,12·) ' *) ' 5,0 BaI. **) ~ ~ 5,0
20. 16,5 0,12·) ) ' 5,5 BaI. 2,5 - 4,5 2,5
21. 22 0,10 18 BaI. 1,5 - 0,6 2,0
22. 5 0,12*) ( 5,5 BaI. 2,5 2,5
*)
·*) Unter »Sonstige« aufgeführt **) ~
·*) —
**) ~
'·) —
'*) —
2,5
'*) ~
'*) 28
t#) 17
) 9,0
'·) 24
Die in der Tabelle 2 aufgeführten Nickel-Legierungen liefern als Bohrstrang-Anlage- und Scherflächen von Scherrammen aus einer Metallegierung mit einem max. Härtegrad von ungefähr Rc 22 bezüglich ihrer Scherleistungen zufriedenstellende Ergebnisse.
Beispiel 3
In diesem Beispiel sind die Bohrstrang-Anlage- und Scherflächen aus einer überwiegend Wolframkarbid enthaltenden Legierung gebildet, wie sie in verschiedenen Ausführungsformen in der Tabelle 3 angegeben ist:
Tabelle 3
Legierungs Nr.
Chemische Zusammensetzung, Gew.-Prozent
23. 90% Wolfram-Karbid und
10% Kobalt
24. 100% Wolfram-Karbid
25. 50% von Nr. 23
50% von Nr. 13 (oben)
26. 15% von Nr. 23
85% von Nr. 13
27. 35% von Nr. 23
65% von Nr. 14
Die in Tabelle 3 angegebenen Legierungen, die zum überwiegenden Tei! Wolfram-Karbid enthalten, können Bohrstränge unter Schwefelwasserstoffeinflüssen zufriedenstellend scheren, wenn sie auf Scherrammen aus einer Metallegierung mit einem max. Härtegrad von ungefähr Rc 22 verwendet werden.
Beispiel 4
Die in Tabelle 4 aufgeführten, überwiegend Kobald enthaltenden Legierungen sind ebenfalls für Bohrstrang-Anlage und Scherflächen von Scherrammen geeignet
Tabelle 4 Chemische Zusammensetzung, Gew.-Prozent
Cr C Si 		2,25
1,25		 1,25
1,25		 Co W Sonstige
Legierungs
Nr. 		30,00
29,00		 BaL
BaL		 12,50
4,50		 6,00*)
6,00*)
28.
29.
*) Maximum
Von den in Tabelle 4 angegebenen Legierungen ist Nr. 29 besonders zum Gebrauch als Bohrstrang-Anlage- und Scherfläche geeignet Dieser Legierung wird derzeit der Vorzug gegeben.
Wie bereits erwähnt, konnten die Scherrammen von bisher bekannten Preventern Bohrstränge unter Schwefelwasserstoffeinflüssen nicht erfolgreich scheren. Wenn die Scherrammen jedoch aus Metallegierungen mit einem max. Härtegrad von Rc 22 hergestellt sind und ihre Bohrstrang-Anlage- und Scherflächen aus Legierungen gemacht sind, wie sie in den vorstehenden Tabellen 1 —4 angegeben sind, läßt sich ein effektives und erfolgreiches Scheren der die Preventer durchlaufenden Bohrstränge auch in Schwefelwasserstoff-Umgebung erreichen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
20 25 30 35 40
50 55 60 65

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Preventer mit einem eine Bohrung zum Durchführen eines Bohrstrangs aufweisenden Körper und mit zwei am Körper gehaltenen, miteinander kooperierenden Scherrammen oder -backen zum Scheren des Bohrstrangs und zum Absperren der getrennten Bohrstrangteile, von denen mindestens eine relativ zur anderen und quer zu Bohrung bewegbar ist und die im Scherungsprozeß zusammenwirkende Scher- und Widerlageflächen aufweisen und aus einem Material mit einem Härtegrad von höchstens Rc 22 bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scher- und Widerlageflächen (386, 36a; 36c, 36d) jeweils von einer auf die Scherrammen (28a, 286; 26c; 2Bd) aufgeschweißten, relativ dünnen Schicht aus einer überwie gend Nickel, Kobalt oder Wolframkarbid enthaltenden Legierung mit einer zur Scherung des Bohrstranges (16) ausreichenden Härte gebildet sind, die dünn genug ist, ein thermisch bedingtes Verformen oder Verziehen der Scherrammen (28a, 286; 26c; 26cf/oder ein Abschälen der Legierung zu vermeiden.
    2. Preventer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel-, Kobalt- oder Wolframkarbidanteil der Legierung mindestens 50 Gewichtsprozent beträgt
    is 3. Preventer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherfläche (38b) an einem an der
    einen Scherramme (286/ zur Bohrung (14; hin vorstehenden Scherblatt (366/ angeordnet und die Widerlagerfläche von einer an der anderen Scherramme (28a/ angeordneten, der Bohrung zugekehrten Bohrstrang-Anlagefläche (36a/gebüdet ist
    4. Preventer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstrang-Anlagefläche (36a) von einer mit der Scherfläche (38b) zusammenwirkenden Schneidkante (38a/ begrenzt ist und daß sich die
    Legierungsschicht über die Schneidkante (38a/ erstreckt
    5. Preventer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scher- und Widerlageflächen (36c; 36c//gebildet sind, von denen jeweils eine einer Scherramme (26c, 26<//zugeordnet ist
DE2736129A 1976-08-23 1977-08-11 Preventer Expired DE2736129C2 (de)

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Publication Number Publication Date
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JP (1) JPS5832274B2 (de)
AR (1) AR224608A1 (de)
AT (1) AT356613B (de)
BR (1) BR7705617A (de)
CA (1) CA1069044A (de)
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