DE3830814C2 - - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren von
Einrichtungen in einer Förderleitung zur Ölförderung aus
einer unterirdischen Formation gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich also auf die Ölförderung und
insbesondere auf eine Zentriervorrichtung zum Zentrieren
von Rohreinrichtungen und/oder Werkzeugen in einer Bohr
lochverrohrung.
Öl wird aus unterirdischen Formationen durch eine rohr
förmige Förderleitung, die aus einer bis an die Oberfläche
reichenden Folge von Rohren gebildet wird, gefördert. Das
Öl wird durch die Wirkung einer unten im Bohrloch ange
ordneten Pumpe, die durch die rohrförmigen Einrichtungen
mit vielen Pumpstangen und/oder mindestens einer polierten
oder anderweitig geglätteten Stange gesteuert wird, ge
fördert.
In den letzten Jahren wurden auf vielen Ölfeldern ge
richtete und abweichende Bohrungen üblich. Für schwere und
sehr schwere Rohöle wird auch die Einleitung von Dampf zur
Verbesserung der Ölförderung verwendet. In vielen dieser
Sonden befindet sich eine polierte Stange, die sich durch
eine Stopfbüchse bewegt. Häufig versagt diese polierte
Stange wie auch die Kolbenstange, die mit der unter
irdischen oder im Bohrloch angeordneten Pumpe verbunden
ist, weil die auf das Pumpgestänge wirkenden, Hin- und
Herbewegungs-Kräfte nicht vollkommen gleichgerichtet und
mit der Stopfbüchse und/oder der unterirdischen Pumpe
zentriert sind. Als Ergebnis entstehen unerwünschte
Radialkräfte, die ungleichmäßigen Verschleiß der ver
schiedenen Bestandteile bewirken und sowohl zu Ölverlust,
als auch zu vorzeitigem Versagen der Pumpe führen.
Verschiedene Vorrichtungen zum Zentrieren und Führen der
Stangen und/oder rohrförmigen Einrichtungen, wie zum Bei
spiel Pumpstangen in einer rohrförmigen Förderleitung sind
auf dem Fachgebiet bekannt. Ein Vorrichtungstyp hat
mehrere Rollen zum Berühren der rohrförmigen Leitung und
zum Aufrechterhalten des erwünschten Abstandes der rohr
förmigen Leitung und der sich hin- und herbewegenden rohr
förmigen Einrichtung oder des Meißels. Die U.S. Patente
No. 24 66 239 (Holcombe), 26 01 478 (Weir) und 45 57 327
(Kinley et al.) veranschaulichen solche Vorrichtungen.
Zentrier- und Führungseinrichtungen mit feststehenden
Kontaktelementen sind ebenfalls bekannt. U.S.-Patent No.
27 22 462 (Tschirley) zeigt einen Elastomerkragen mit
einer Reihe von Vorsprüngen oder Auskragungen an einem
Bohrrohr. Die Vorsprünge dienen dazu, die erwünschte Tren
nung zwischen dem Rohr und dem umgebenden Gehäuse aufrecht
zu erhalten. US Patent 39 38 853 (Jurgens et al.) er
läutert eine ähnliche Stabilisiervorrichtung, die an
einer Schwerstange befestigt ist. Die Vorrichtung enthält eine
innere und eine äußere Hülse mit einer Serie von sich
längserstreckenden schraubenförmigen Rippen. Der Haupt
nachteil bei der Verwendung derartiger feststehender
Kontaktelemente ist ihre Neigung zum schnellen Verschleiß
durch Reibung.
Kürzlich wurde eine Zentriervorrichtung mit einer
Kupplung, einem zylindrischen Körper und mehreren linsen
förmigen in Schlitzen im Körper angeordneten Rädern ent
wickelt, um das Reibungsproblem zu überwinden. Um die
Abnutzung der Rohrwand zu verringern, sind die Radteile
aus einem harten, nicht abrasiven Material, wie zum Bei
spiel Hart-Nylon hergestellt. Das US Patent 46 21 690
(Klyne) erläutert eine derartige Vorrichtung.
Viele dieser Vorrichtungen erreichten beim Test in Bohr
löchern mit Temperaturen über 260°C keine hohe Lebens
dauer. Oft sind die nichtmetallischen Bestandteile der
Vorrichtung die schwachen Teile, weil sie den kritischen
Bedingungen in Ölbohrungen nicht standhalten können. Bei
den Räder aufweisenden Vorrichtungen kommt das Versagen
oft daher, daß zu wenig Räder mit der Förderleitung in
Berührung sind.
Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine Zentriervor
richtung bereitzustellen, die bei verschiedenen Ölbohrein
richtungen oder -werkzeugen verwendet werden kann, um die
Einrichtungen in der Förderleitung zu zentrieren und
in der Lage ist, den Betriebsbedingungen
in Ölsonden standzuhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß
gelöst durch die Merkmale
des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß wird also eine Zentriervorrichtung vorge
schlagen, die zur Zentrierung einer polierten Stange und/
oder der Kolbenstange einer unterirdischen Pumpe in der
Förderleitung eingesetzt werden kann. Die Zentriervor
richtung umfaßt einen langgestreckten, im wesentlichen
zylindrischen Körper, der eine Längssymmetrieachse,
mindestens einen Schlitz quer durch den Körper und in
jeden Schlitz ein drehbares Teil exzentrisch zur Längs
achse aufweist. Bei einer bevorzugten Konstruktion be
sitzt der Körper mehrere mit Abstand voneinander ange
ordnete Schlitze; die Vorrichtung umfaßt mehrere in diesen
Schlitzen drehbare Teile. Bei einer bevorzugten Arbeits
weise berühren alle drehbaren Teile gleichzeitig die Rohr
wand.
Die Zentriervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist
an jedem Ende sich längs erstreckende, innen mit Gewinden
versehene Bohrungen auf, die eine Verbindung zu mehreren
rohrförmigen oder nicht rohrförmigen Einrichtungen zu
lassen. Beispielsweise könnte die Zentriervorrichtung zwischen eine
polierte Stange und und eine Pumpstange eingefügt werden,
um die polierte Stange in der Förderleitung zu zentrieren,
wenn sich die Stange in einer Stopfbüchse bewegt. Die
Zentriervorrichtung könnte auch zwischen einer Pumpstange
und einer Kolbenstange einer unterirdischen Pumpe ange
bracht sein, um diese innerhalb der Förderleitung zu
zentrieren und auszurichten.
Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäße Zentrierein
richtung die unerwünschten Radial-Reibungskräfte, die zum
Versagen veschiedener Einrichtungen und Werkzeuge, die in
der Ölförderung benutzt werden, führen können, verringert.
Ferner kann die Zentriervorrichtung in heißer oder kalter
Bohrungsumgebung eingesetzt werden.
Diese und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Er
findung werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Zentriereinrichtung
im Querschnitt;
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
die ein in einem Schlitz eingebautes Rad veran
schaulicht;
Fig. 3 eine Querschnittansicht, die die Beziehung
zwischen den Rädern und der Förderleitung
veranschaulicht;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Teilquerschnitts
eines Teils der Zentriervorrichtung aus Fig. 1,
die die Montage eines Rades in einem Schlitz
zeigt;
Fig. 5 eine Querschnittansicht eines Teils der Zentrier
vorrichtung aus Fig. 1, die die exzentrische
Montage des Rades im Schlitz zeigt; und
Fig. 6 eine Querschnittansicht einer bevorzugten
Radkonfiguration.
Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Zentrier
vorrichtung 10 dazu verwendet werden, verschiedene
Komponenten oder Werkzeuge in einer Ölförderleitung auszu
richten. Zum Beispiel kann sie an der untersten Endver
bindung einer rohrförmigen Einrichtung 12, wie zum Bei
spiel einer polierten Stange, angebracht werden, um eine
falsche Ausrichtung zu vermeiden. Sie kann auch an der
oberen Verbindung einer rohrförmigen Einrichtung 14, wie
zum Beispiel einer Kolbenstange, angeordnet werden, um sie
zu zentrieren.
Aus den Figuren ist ersichtlich: die Zentriervorrichtung
10 ist aus einem langgestreckten, im wesentlichen
zylindrischen Körper 16 hergestellt, der irgendeine ge
wünschte Länge und einen gewünschten Durchmesser haben
kann. Zum Beispiel kann der Körper 16 in den Durchmesser
größen 1,90 cm, 2,22 cm, 2,54 cm, 2,86 cm, 3,18 cm und
3,81 cm hergestellt sein, um zu allen handelsüblichen
polierten Stangen und Kolbenstangen zu passen. Der Körper
16 kann aus irgendeinem für die Verwendung in heißen und
kalten Bohrlöchern geeigneten Material hergestellt sein,
wie zum Beispiel gehärtetem und getempertem Stahl.
Der Körper 16 besitzt eine oder mehrere abgeflachte Ab
schnitte oder ebene Flächen 28, um das Verdrehen der
Zentriervorrichtung zu erlauben. Zusätzlich besitzt der
Körper 16 in Längsrichtung verlaufende Gewindebüchsen 30
an jedem Ende, um eine Verbindung der Zentriervorrichtung
mit jedem erwünschten Werkzeug, einem Teil der Ausrüstung
oder jeder rohrförmigen Einrichtung mit passenden Gewinde
endstücken zu erlauben.
Es sind mehrere Schlitze 18 im Körper 16 ausgebildet, um
mehrere drehbare Teile 20, wie zum Beispiel Räder oder
Rollen, die zur Zentrierung der Zentriereinrichtung und
irgendeiner damit verbundenen Einrichtung in der Förder
leitung 22 dienen, aufzunehmen. Bevorzugt erstreckt sich
jeder Schlitz quer durch den Körper 16 und ist so ausge
richtet, daß seine Längenausdehnung im wesentlichen
parallel zur Längssymmetrieachse A des Körpers 16 ver
läuft. Während jeder Schlitz jede erwünschte Breite haben
kann, ist es bevorzugt, daß er nur wenig weiter als die
Dicke t eines Zentralabschnitts des drehbaren Teils 20
ist, so daß die Drehung des Teils 20 im wesentlichen auf
eine zur Achse A im wesentlichen parallele Ebene, begrenzt
ist.
Die Schlitze 18 erstrecken sich um den Umfang des Körpers
16 und sind in einer bevorzugten Anordnung um einen Winkel
von ungefähr 45° gegeneinander versetzt. In dieser bevor
zugten Form sind sie ferner so angeordnet, daß sie eine
schraubenartige Anordnung bilden. Es wurde gefunden, daß,
wenn eine derartige Anordnung vorgesehen wird, die Gesamt
oberfläche der drehbaren Teile, die die Verrohrung berühr
en, verbessert wird. Weiterhin werden die Kräfte, die pro
drehbarem Teil wirken, wesentlich verringert, dadurch wird
die Standzeit sowohl der Zentriervorrichtung als auch der
Förderleitung verbessert. Zusätzlich wird die Wahrschein
lichkeit eines Versagens der drehbaren Teile, verglichen
mit anderen Anordnungen, verringert, weil die Kräfte üb
licherweise im wesentlichen senkrecht auf das drehbare
Teil wirken.
Wie aus den Fig. 2 und 5 ersichtlich, ist ein drehbares
Teil 20 in jeden Schlitz 18 zur Drehung um eine Achse B,
die von der Längsachse A entfernt oder dazu exzentrisch
ist, angebracht. Der Abstand D zwischen der Längsachse A
und der Rotationsachse B ist eine Funktion des Materials,
aus dem das drehbare Teil 20 und die Förderleitung 22
besteht und des Durchmessers der Förderleitung 22. Für die
meisten Anwendungen liegt die Abweichung im Bereich von
ungefähr 1 bis zu ungefähr 15 mm, bevorzugt zwischen etwa
5 bis etwa 10 mm.
Die Drehachse B für jedes drehbare Teil 20 wird durch einen
Stift 24 gebildet, dessen Enden in Bohrungen 26 angeordnet
sind. Jedes geeignete Mittel (nicht gezeigt) nach dem
Stand der Technik kann benutzt werden, um den Stift 24 in
seiner Lage zu verriegeln. Bevorzugt ist jeder Stift 24 im
wesentlichen quer zur Längsachse A und der Längsausdehnung
des Schlitzes ausgerichtet. Obwohl der Stift 24 aus jedem
dem Fachmann bekannten, geeigneten Material hergestellt
sein kann, ist es bevorzugt, den Stift aus abgeschrecktem
und getempertem Stahl herzustellen.
Jedes drehbare Teil 20 ist zur Drehung um den fest
stehenden Stift 24 in einem gußeisernen Gleitlager 27
montiert. Es wurde gefunden, daß die Verwendung eines
solchen Lagers die Standzeit des drehbaren Teils ver
bessert, zum Teil als Ergebnis der großen Abnutzungs
resistenz des Lagers.
In Fig. 6 besitzt das drehbare Teil 20 einen Zentral
abschnitt 32 mit einer Dicke t, die ausreichend groß ist,
als Drucklager zu wirken, um die Reibungskräfte zwischen
dem zylindrischen Körper 16 und dem Teil 20 zu minimieren.
Das Teil 20 ist weiterhin durch Zwischenabschnitte 34 an
jeder Seite des Zentralabschnitts 32, mit einer Dicke T und
durch ein Endteil 36, das bevorzugt einen halbkreis
förmigen Querschnitt mit einem Radius von ungefähr der
Hälfte der Dicke T besitzt, charakterisiert. Es wurde
gefunden, daß, wenn solche halbkreisförmigen Endteile
vorgesehen werden, die Kontaktfläche pro drehbarem Teil
maximiert wird.
Der Durchmesser jedes Teils 20 ist natürlich eine Funktion
des Versetzungsabstands D und des Durchmessers des Rohrs
22. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Zentriervorrichtung
10 betrieben, indem die Endabschnitte 36 der drehbaren
Teile 20 gleichzeitig die innere Wand des Rohrs 22 be
rühren.
Es wurde gefunden, daß die Standzeit der Zentriervor
richtung 10 und der Förderleitung 22 dadurch verlängert
werden kann, daß jedes drehbare Teil 20 aus einem Material
hergestellt wird, das bei den Arbeitstemperaturen in der
Bohrung, im allgemeinen oberhalb 150°C, eine Härte von
mindestens 50 Brinnel-Härte (HB) bis ungefähr 150 HB,
bevorzugt ungefähr 50 HB unter der Härte des Materials,
aus dem die Förderleitung hergestellt ist, besitzt. Es
wurde gefunden, daß bei der Verwendung eines solchen
Härteunterschieds eine Beschädigung der Förderleitung
verhindert werden kann. Die drehbaren Teile 20 können aus
Nichteisenmaterialien, wie zum Beispiel wärmehärtbaren und/
oder thermoplastischen Polymeren oder metallischen
Materialien, wie zum Beispiel Eisen- oder Nichteisenmetall
oder Metallegierungen hergestellt sein. Geeignete
metallische Materialien schließen Kupferlegierungen mit
einer Härte im Bereich zwischen etwa 50 HB und etwa 200 HB
und austenitsche oder ferritische rostfreie Stähle, wie
zum Beispiel AISI 316, ein, sind aber nicht darauf
beschränkt. Selbstverständlich hängt das für die Teile 20
ausgewählte spezielle Material von der Bohrloch
temperatur und Korrosionswirkung, der Härte der Förder
leitung und der Sondentiefe ab. Die Förderleitung 22 kann
aus API J 55 hergestellt werden. Um zusätzlich die Stand
zeit zu erhöhen, wurde gefunden, daß der oben erwähnte
Härteunterschied den Reibungsverschleiß der Leitung durch
die drehbaren Teile verringert.
Während das Teil 16 jede gewünschte Anzahl von Schlitzen
18 haben kann und die Vorrichtung 10 jede Anzahl drehbarer
Teile 20 haben kann, ist es bevorzugt, daß es acht
Schlitze und acht drehbare Teile gibt.
Wenn sie als Zentriervorrichtung für ein polierte Stange
benutzt wird, wird die Vorrichtung 10 so eng wie möglich
an das untere Ende der polierten Stange angeschlossen.
Wenn sie als Zentriervorrichtung für eine Kolbenstange
benutzt wird, wird die Vorrichtung 10 so eng wie möglich
mit der Kolbenstange der unterirdischen, nicht darge
stellten, Pumpe verbunden.
Bezugszeichenliste
10 Zentriervorrichtung
12 polierte Stange
14 Kolbenstange
16 Körper
18 Schlitz
20 drehbares Teil
21 Lager
22 Förderleitung
24 Stift
26 Bohrung
28 abgeflachter Abschnitt oder ebene Fläche
30 Gewindebüchse
32 Zentralabschnitt
34 Zwischenabschnitt
36 Endteil
12 polierte Stange
14 Kolbenstange
16 Körper
18 Schlitz
20 drehbares Teil
21 Lager
22 Förderleitung
24 Stift
26 Bohrung
28 abgeflachter Abschnitt oder ebene Fläche
30 Gewindebüchse
32 Zentralabschnitt
34 Zwischenabschnitt
36 Endteil
Claims (10)
1. Vorrichtung zum Zentrieren von Einrichtungen in einer
Förderleitung zur Ölförderung aus einer unterirdischen
Formation, mit einem langgestreckten, im wesentlichen
zylindrischen Körper (16) mit einer Längssymmetrieachse;
mindestens einem sich lateral durch den Körper (16) erstreckenden Schlitz (18);
drehbaren Teilen (20) zur Berührung der Rohrwand, um die Einrichtungen innerhalb der Förderleitung zu zentrieren, die (20) in jedem Schlitz (18), zur Drehung um eine Achse (B) innerhalb des zylindrischen Körpers (16), angeordnet sind, wobei die Achse im wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jedes drehbare Teil (20) in einer exzentrisch und im wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufenden Ebene liegt.
mindestens einem sich lateral durch den Körper (16) erstreckenden Schlitz (18);
drehbaren Teilen (20) zur Berührung der Rohrwand, um die Einrichtungen innerhalb der Förderleitung zu zentrieren, die (20) in jedem Schlitz (18), zur Drehung um eine Achse (B) innerhalb des zylindrischen Körpers (16), angeordnet sind, wobei die Achse im wesentlichen senkrecht zur Längsachse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jedes drehbare Teil (20) in einer exzentrisch und im wesentlichen parallel zur Längsachse verlaufenden Ebene liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet
durch mehrere Schlitze (18) und ein in jedem Schlitz (18)
exzentrisch angebrachtes drehbares Teil (20).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß alle drehbaren Teile (20) gleichzeitig die
Rohrleitung berühren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Rotationsachse durch einen im Körper (16)
befestigten Stift definiert ist.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, ferner dadurch
gekennzeichnet, daß jedes drehbare Teil (20) drehbar auf
dem Stift mittels eines Gußeisenlagers angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes drehbare Teil (20) zum Schutz des Rohrmaterials
aus einem Material mit einer Härte von mindestens 50
Brinnel-Härtegraden unter der Härte des Rohrmaterials
besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch
gekennzeichnet, daß der Körper (16) mit Gewinde
versehene, sich in Längsrichtung erstreckende Bohrungen
an jedem Ende aufweist, um die Vorrichtung mit weiteren
rohrförmigen Strukturen zu verbinden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der rohrförmigen Strukturen eine polierte Stange
ist und die andere ein Förderrohr, wobei die Vorrichtung
die polierte Stange zentriert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der rohrförmigen Strukturen eine Förderleitung
ist und die andere der rohrförmigen Sturkturen ein
Kolbenteil für unterirdische Pumpen ist, wobei die
Vorrichtung den Kolben zentriert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der drehbaren Teile (20) ein halbkreisförmigen
Endabschnitt besitzt, um eine relativ große
Oberflächenkontaktfläche zu bieten.
Applications Claiming Priority (1)
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DE (1) | DE3830814A1 (de) |
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