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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der
Installierbarkeit von Bohrlochfutterrohren und insbesondere ein
Verfahren zur Vorbereitung von Bohrlochfutterrohren für die Installation.
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Hintergrund der Erfindung
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Im
Zusammenhang mit dem Bohren und Fertigstellen von Erdöl-Bohrlöchern werden
Bohrlöcher typischerweise
erstellt, indem ein Bohrloch unter Verwendung eines Rohrstrangs,
der im Wesentlichen aus einem Bohrrohr besteht, gebohrt wird, dann
der Bohrrohrstrang entfernt wird und dann das Bohrloch fertiggestellt
wird, indem ein zweiter Rohrstrang, im Folgenden Futterrohr genannt,
eingesetzt wird, der in der Folge auf Dauer einzementiert wird.
Die Installation von Futterrohren erfordert in dieser typischen Konstruktion,
dass das Futterrohr in lange Bohrlöcher eingeführt wird, von denen einige
horizontale Ausdehnungen aufweisen. In diesen horizontalen Ausdehnungen
muss das Futterrohr installiert werden, indem es das Bohrloch entlang
geschoben wird. Dadurch wird das Futterrohr in Eingriff mit der
Bohrlochwandung gedrückt.
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Jüngste Fortschritte
in der Bohrtechnologie haben es ermöglicht, dass Bohrlöcher mit
einem einzigen Futterrohrstrang gebohrt und fertiggestellt werden
können,
was die Notwendigkeit beseitigt hat, das Bohrrohr aus dem Loch zu
holen und wieder einzuführen,
um den Bohreinsatz zu warten und bei der Fertigstellung der Bohrung
Platz für
das Futterrohr zu schaffen. Diese Änderung wird durch potenzielle Kosteneinsparungen
durch reduzierte Bohrzeit und geringere Kosten für Anschaffung und Wartung des Rohrstrangs
motiviert, sowie verschiedene technische Vorteile, wie etwa das
verringerte Risiko des Einsackens des Bohrlochs vor dem Einbau des
Futterrohrs.
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Die
Installation von Futterrohren durch abweichende Bohrlöcher oder
durch Bohren mit dem Futterrohr stellt jedoch eine Herausforderung
für die Leistungsanforderungen
des Futterrohrs dar. Die Installation kann harte strukturelle Anforderungen
an Futterrohre stellen, da diese längere Zeitperioden in Kontakt
mit der Wandung des Bohrlochs überstehen müssen. Einrichtungen,
wie etwa Zentriervorrichtungen können
auf dem Futterrohr montiert werden, um als Lagerflächen zu
dienen, die vorzugsweise den Kontakt des Futterrohrs mit der Bohrlochwandung aufnehmen
bzw. das Futterrohr von der Bohrlochwandung beabstanden. Auch Siebe
wurden mit einem Basisrohr verbunden, wie zum Beispiel in der europäischen Patentanmeldung
EP 0783074 , veröffentlicht
am 9. Juli 1997, gezeigt. Solche Einrichtungen müssen jedoch kosteneffektiv
sein, da sich im Bohrloch verbleiben und nicht wiedergewonnen werden.
Darüber
hinaus müssen
diese Einrichtungen mit dem Futterrohr so verbunden werden, dass
sie die Unversehrtheit des Futterrohrs weder durch das Mittel zu
ihrer Befestigung noch durch den Verschleiß, den sie induzieren, beeinträchtigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
wurde ein Verfahren zur Verbesserung der Installierbarkeit von Bohrlochfutterrohren
erfunden, wie zum Beispiel etwa, in Vorbereitung, zur Verwendung
zum Auskleiden eines Bohrlochs durch eine Formation, oder um als
Bohrstrang zu dienen und nach dem Bohren im Loch zu verbleiben,
um das durch seine Verwendung erzeugte Bohrloch auszukleiden. In
dem Verfahren wird eine den Einbau des Bohrlochfutterrohrs in ein
Bohrloch unterstützende Einrichtung
auf die Außenfläche des
Futterrohrs aufgepresst. Die den Einbau des Futterrohrs unterstützende Einrichtung
kann dazu dienen, das Einlaufen durch das Bohrloch zu erleichtern,
die Position relativ zu dem Bohrloch aufrecht zu erhalten oder den
Verschleiß gegenüber der
Wandung des Bohrlochs, in welches das Futterrohr eingeführt wird,
aufzunehmen. Die den Einbau des Bohrlochfutterrohrs unterstützenden
Einrichtungen werden an dem Futterrohr befestigt, um eine Verbindung
zu schaffen, die eine strukturell bedeutsame Kapazität zur Übertragung von
axialen und Drehmomentlasten besitzt. Wenn Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, kann die Lastübertragungsfähigkeit der
Verbindung zwischen der Einrichtung und dem Futterrohr so eingerichtet
werden, dass sie im Wesentlichen eine beträchtliche relative Bewegung
der Einrichtung an dem Futterrohr unter den Lasten verhindert, die
auftreten können,
wenn ein oder mehrere Futterrohrstöße als Auskleidung in ein Bohrloch
eingebaut werden, das unter Verwendung eines herkömmlichen
Bohrverfahrens gebohrt wurde, oder wenn ein oder mehrere Futterrohrstöße als Komponenten
eines Rohrstrangs zum Bohren oder Auskleiden von Bohrlöchern verwendet
wird.
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Somit
schafft die Erfindung ein Verfahren zur Vorbereitung des Bohrlochfutterrohrs
für den
Einbau, umfassend Auswählen
eines Futterrohrstoßes
mit einem Außendurchmesser
und einer Außenfläche, der in
der Lage ist, eine Einrichtung durch Aufpressen darauf aufzunehmen,
und die Einrichtung auszuwählen,
um den Einbau des Bohrlochfutterrohrs zu unterstützen, wobei die Einrichtung
einen Körper
aufweist, welcher eine nach außen
weisende Fläche,
eine innere Bohrung, die ausreichend groß ist, um das Einsetzen des
Futterrohrstoßes
durch dieselbe zu gestatten, und zumindest einen rohrförmigen Abschnitt an
dem Körper
umfasst, wobei der Teilbereich der inneren Bohrung, der sich durch
den rohrförmigen
Abschnitt erstreckt, einen Innendurchmesser aufweist, der in der
Lage ist, locker um den äußeren Durchmesser
des Futterrohrstoßes
herum zu passen; Anbringen der Einrichtung auf den Futterrohrstoß, so dass
der Futterrohrstoß sich
durch die innere Bohrung hindurch erstreckt; und Aufpressen der
Einrichtung auf den Futterrohrstoß durch Ausüben einer nach innen, im Wesentlichen
radial gerichteten Kraft auf eine Vielzahl von Punkten um einen äußeren Umfang
des rohrförmigen
Abschnitts herum, wodurch dieser veranlasst wird, sich plastisch
nach innen zu verformen und mit der Außenfläche des Futterrohrstoßes in Kontakt
zu kommen, Ausüben
einer solchen zusätzlichen
nach innen, im Wesentlichen radial gerichteten Kraft, die erforderlich
ist, um sowohl den rohrförmigen
Abschnitt der Einrichtung als auch die Außenfläche des Futterrohrs zu einer
Verlagerung nach innen um einen Betrag zu zwingen, der zumindest
groß genug
ist, dass nach der Aufhebung der Kraft eine Presspassung zwischen
der Einrichtung und dem Futterrohr geschaffen ist.
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Der
Schritt des Aufbringens einer im Wesentlichen radial gerichteten
Kraft auf eine Vielzahl von Punkten um einen äußeren Umfang des rohrförmigen Abschnitts
herum wird hierin als "aufpressen" bezeichnet.
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Vorzugsweise
ist durch Auswahl des Futterrohrs, der den Einbau des Futterrohrs
unterstützenden
Einrichtung und/oder der angewandten Kraft die nach innen gerichtete
Verlagerung der Futterrohraußenfläche nicht
so groß, dass
der Durchgangs-Durchmesser des Futterrohrs übermäßig verringert wird. In einer
Ausführungsform
wird das Futterrohr nicht über
den Durchgangs-Durchmesser
hinaus nach innen verlagert. In einer weiteren Ausführungsform
verursacht die Verlagerung der Futterrohraußenfläche nach innen jedoch, dass
der Innendurchmesser des Futterrohrs über den Durchgangsdurchmesser
des Futterrohrs hinaus verringert wird.
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In
einer Ausführungsform
kann das Verfahren verwendet werden, um Futterrohr für die Fertigstellung
von Bohrlöchern
zu erzeugen, und in einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren
verwendet werden, um Futterrohr zur Verwendung in einem Bohrstrang
zu erzeugen. Die den Einbau unterstützende Einrichtung kann aus
jenen, die zur Erleichterung des Einführens des Futterrohrs nützlich sind,
aus jenen zur Steuerung der Anbringung des Futterrohrs innerhalb
des Bohrlochs, aus jenen zur Aufnahme des Verschleißes gegen
die Wand des Bohrlochs, in welches das Futterrohr eingeführt wird, oder
aus jenen, die Kombinationen der vorstehend genannten schaffen,
ausgewählt
werden.
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Reibungskräfte, die
durch die Presspassung an dem nach innen verlagerten Abschnitt ermöglicht werden,
schaffen den Mechanismus, durch welchen strukturell bedeutsame axiale
und torsionale Lasten zwischen der Einrichtung und dem Futterrohr
im Wesentlichen ohne Schlupf zwischen den beiden übertragen
werden können.
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Das
Futterrohr zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung muss in
der Lage sein, die Umfangsspannungen beim Aufpressen aufzunehmen, ohne
instabil zu werden, zum Beispiel ohne sich zu verziehen oder zu
verknittern. Dies erfordert im Allgemeinen, dass das Futterrohr
dickwandig ist, zum Beispiel mit einem Verhältnis von Außendurchmesser
zu Dicke ("D/t") von weniger als
100 und vorzugsweise weniger als 50.
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Um
für dieses
Verfahren möglichst
generell nützlich
zu sein, sollten die eine Installation unterstützenden Einrichtungen für die schnelle
Installation auf dem (Öl-)Feld
an Futterrohrstößen mit
zumindest einem nicht gestauchten Ende geeignet sein.
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Der
rohrförmige
Abschnitt der Einrichtung unter Anwendung einer Last an einer Vielzahl
von Punkten um ihren Umfang herum weist eine elastische Rückfederung
auf, die geringer ist als die elastische Rückfederung des Futterrohrs,
auf welche sie aufgepresst ist. Der rohrförmige Abschnitt kann zylindrisch
oder größtenteils
zylindrisch mit einigen radialen oder axialen Abweichungen von Innendurchmesser
oder Außenfläche sein.
Der rohrförmige
Abschnitt sollte im Wesentlichen in Umfangsrichtung kontinuierlich
verlaufen, sodass während
der Verlagerung radial nach innen an einer Vielzahl von Punkten
um den Umfang der Außenfläche des
Abschnitts herum eine Umfangsspannung erzeugt werden kann. Der rohrförmige Abschnitt
sollte in der Lage sein, die Umfangsspannungen beim Verpressen aufzunehmen, ohne
instabil zu werden, zum Beispiel, ohne sich zu verziehen oder zu
verknittern. Dies erfordert im Allgemeinen, dass der Abschnitt dickwandig
ist, zum Beispiel mit einem Verhältnis
von Außendurchmesser
zu Dicke ("D/t") von weniger als
100 und vorzugsweise weniger als 50.
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Der
lockere Sitz des Abschnitts um das Futterohr herum muss ausreichend
sein, um die Abweichungen im Außendurchmesser
des Futterrohrs, das verwendet werden soll, aufnehmen zu können.
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Eine
Einrichtung, die ausgewählt
wird, um das Einführen
des Futterrohrs zu erleichtern, kann eine abgeschrägte Vorderkante
einschließen,
um das Überwinden
von Oberflächenkonturen
an der Bohrlochwandung zu erleichtern oder um das Anheben des Futterrohrs
zu erleichtern, so dass Vorsprünge
wie zum Beispiel Futterrohrstöße an der
Futterrohraußenfläche entlang
des Bohrlochs laufen können,
ohne sich in die Formation einzugraben oder an Absätzen in
der Bohrlochwandung hängen
zu bleiben.
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Eine
Einrichtung, die ausgewählt
ist, um den Verschleiß gegen
die Wandung des Bohrlochs, in welches das Futterrohr eingeführt wird,
aufzunehmen, kann Lagerflächen
aufweisen, die in der Lage sind, erweiterten Abrieb gegen die Bohrlochoberflächen auszuhalten,
und die ausreichen, um den Anforderungen beim Einbau in ein Bohrloch
oder beim Bohren zumindest eines Bohrlochs zu widerstehen. Die Lagerflächen sollten
abriebfester sein als das Material des Futterrohrs und können zum
Beispiel aus Aufpanzerungen, d. h. die Behandlung des Stahls, um
seine Härte
zu verbessern, Rippen, Linien von Schweißnähten, gehärteten Einsätzen etc. bestehen.
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Eine
Einrichtung, die aus jenen ausgewählt ist, die zur Steuerung
der Positionierung des Futterrohrs innerhalb des Bohrlochs nützlich sind,
kann für die
Beabstandung des Futterrohrs von der Wandung des Bohrlochs, in welchem
es verwendet werden soll, sorgen, und insbesondere für die Zentrierung
oder Stabilisierung des Futterrohrs innerhalb des Lochs. Somit ist
in einer Ausführungsform
die Dicke der Einrichtung so ausgewählt, dass sich die Einrichtung
radial nach außen über die
Außenfläche des
Futterrohrs erstreckt, sobald das Lagerelement auf das Futterrohr
aufgepresst ist. Darüber
hinaus kann die Dicke des Lagerelements an den Lagerflächen so ausgewählt werden,
dass das Lagerelement als eine Zentriervorrichtung oder eine Stabilisiervorrichtung dient,
unter Berücksichtigung
des Innendurchmessers des Bohrlochs, in welchem das Futterrohr verwendet
werden soll.
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In
einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung, kann die Temperaturdifferenz
verwendet werden, um die Passung zwischen dem Futterrohr und der
Einrichtung nach den bekannten Verfahren des Aufschrumpfens zu steuern,
wobei die Temperaturdifferenz durch Erwärmung der Einrichtung, Kühlung des
Futterrohrs, oder beides, vor dem Verpressen erreicht wird.
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Es
wird jedoch bevorzugt, das Erfordernis, entweder die Vorrichtung
zu erwärmen
oder das Futterrohr zu kühlen,
um die Presspassung zu erreichen, zu vermeiden. Insbesondere wird
vorzugsweise einen ausreichenden festen Sitz in der aufgepressten Verbindung
im Wesentlichen nur durch mechanische Mittel erhalten, ohne dass
eine beträchtliche
Temperaturdifferenz zwischen der Einrichtung und dem Futterrohr
zum Zeitpunkt des Aufpressens erforderlich ist. Dieses Ziel wird
erreicht, indem die Elastizitätsgrenze
des Materials der Vorrichtung in dem zu verpressenden Abschnitt
geringer ausgewählt
wird als jene des Futterrohrs, auf welches die Zentriervorrichtung
aufgebracht werden soll. In diesem Zusammenhang bezieht sich der
Begriff Elastizitätsgrenze
allgemein auf die Beanspruchung, bei welcher die Materialien der
Teile fließen.
Dem Fachmann wird klar sein, dass mit den so ausgewählten Materialeigenschaften bei
Freigabe der Last, welche die radiale Verlagerung bewirkt, das Metallfutterrohr,
wenn die während
des Verpressens bewirkte radiale Verlagerung ausreichend ist, um
die Umfangsspannung des Metallfutterrohrs dazu zu bringen, zumindest
gleich seiner Elastizitätsgrenze
zu sein, dazu tendieren wird, um einen größeren Betrag "zurückzufedern" als die Zentriervorrichtung,
wenn beide Teile getrennt wären.
Da die Teile nicht getrennt sind, ist die Differenz in diesem Betrag
des Zurückfederns
oder der Elastizität als
Passung vorhanden und erfüllt
den gewünschten Zweck,
einen festen Sitz im Wesentlichen nur durch mechanische Mittel zu
erzeugen.
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Während für die meisten
Anwendungen ein rein mechanisches Verfahren zur Erzielung eines festen
Sitzes durch Verpressen wünschenswert
ist, kann die vorliegende Erfindung sowohl thermische als auch mechanische
Verfahren zur Anbringung der Einrichtung an dem Futterrohr verwenden.
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Um
den Reibungsschluss des aufgepressten Lagerelements mit dem dickwandigen
Futterrohr zu erleichtern, kann die innere Oberfläche der
Einrichtung zumindest über
den zu verpressenden Abschnitt (d. h., zumindest einen Abschnitt
der inneren Oberfläche,
welche die innere Bohrung durch den rohrförmigen Abschnitt definiert)
mit einer aufgerauten Oberflächenbearbeitung
versehen sein. In einer weiteren Ausführungsform ist ein die Reibung
erhöhendes Material,
wie zum Beispiel ein Schleifkorn-Harz-Gemisch, im Grenzflächenbereich
des verpressten Abschnitts angeordnet. In ähnlicher Weise können verschiedene
Haftmaterialien vor dem Verpressen in dem Grenzflächenbereich
angeordnet werden, um als Kleber zu dienen, welche die Reibungseigenschaften
der Verbindung verbessern, sobald sich ihre Scherfestigkeit nach
dem Aushärten
entwickelt hat.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine
weitere detaillierte Beschreibung der oben kurz beschriebenen Erfindung
erfolgt nun unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen von spezifischen
Ausführungsformen
der Erfindung. Diese Zeichnungen stellen nur typische Ausführungsformen
der Erfindung dar und sind daher nicht als Einschränkung ihres
Schutzbereichs zu verstehen. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Einrichtung in der Form einer Futterrohr-Zentriervorrichtung,
die in der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten
Einrichtung auf einem Futterrohrstoß angeordnet, wie sie vor dem
Aufpressen aussehen kann;
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3 eine
teilweise geschnittene schematische Ansicht durch die Wandung einer
Einrichtung, die koaxial an einem Futterrohrstoß und innerhalb eines Klemm-Verpresswerkzeugs
angeordnet ist, vor der Ausübung
einer radialen Verpress-Verlagerung;
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4 die
teilweise geschnittene schematische Ansicht der in 3 gezeigten
Anordnung, wie sie nach der Ausübung
der radialen Verpress-Verlagerung aussehen würde;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer die Installation unterstützenden
Einrichtung, wobei die Einrichtung in Form eines Futterrohr-Schleißringwerkzeugs
vorliegt; und
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6 eine
axiale Schnittansicht durch eine weitere die Installation eines
Futterrohrs unterstützende
Einrichtung, die auf einen Futterrohrstoß aufgepresst dargestellt wird.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Die
Einbaubarkeit von Bohrlochfutterrohren kann durch Befestigung von
den Einbau von Futterrohren unterstützenden Einrichtungen an denselben verbessert
werden. Die Befestigung durch Aufpressen schafft einen stabilen,
festen Sitz zwischen dem Futterrohr und der Einrichtung, der in
der Lage ist, der axialen und radialen Last beim Einbau des Futterrohrs
zu widerstehen und im Wesentlichen die Unversehrtheit des Futterrohrs
nicht kompromittiert.
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Eine
Einrichtung, die in der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist, ist
in 1 dargestellt. Die Einrichtung ist eine Zentriervorrichtung,
die zur Unterstützung
des Einbaus des Futterrohrs nützlich
ist, indem sie zumindest die Stellung des Futterrohrs relativ zu
dem Bohrloch aufrecht erhält
und den Verschleiß gegen
die Wandung des Bohrlochs, in welches das Futterrohr eingeführt wird,
aufnimmt. Die Zentriervorrichtung umfasst einen Metallkörper 1, welcher
eine Innenbohrung 2, ein einen zum Verpressen geeigneten
Abschnitt bildendes zylindrisches Ende 3, und einen Zentrierabschnitt 4,
an welchem Rippen 5 angeordnet sind, aufweist.
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Das
zylindrische Ende und der Zentrierabschnitt sind einteilig an dem
Körper
ausgebildet und die Innenbohrung verläuft durch beide. Während der verpressbare
Abschnitt in der illustrierten Ausführungsform das zylindrische
Ende 3 ist, muss angemerkt werden, dass der verpressbare
Abschnitt – falls
gewünscht – zwischen
einem Paar von Zentrierabschnitten ausgebildet werden kann, statt
an einem Ende. Auch ist anzumerken, dass je nach Wunsch mehr als
ein verpressbarer Abschnitt und mehr als ein Zentrierabschnitt an
der Zentriervorrichtung vorgesehen werden können.
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Rippen 5 sind
gleichmäßig in einem
Abstand um den Zentrierabschnitt herum angeordnet. Es sind zumindest
drei Rippen in einem Abstand um den Umfang des Zentrierabschnitts
herum angeordnet. Vorzugsweise ist jede Rippe windungsartig geformt,
und die Anzahl, Länge
und Ganghöhe
der Rippenwindungen sind eingerichtet, um sicherzustellen, dass
die Ausgangsposition des Umlaufs jeder Rippe mit der Endposition
des Umlaufs zumindest einer benachbarten Rippe überlappt. Die Rippen können an
dem Körper
der Zentriervorrichtung durch eine Reihe von Verfahren, die Fräsen, Gießen, Schweißen oder
Hydroformen einschließt,
angeordnet werden.
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Die
Innenbohrung 2 des Körpers
der Zentriervorrichtung ist so ausgewählt, dass sie locker über zumindest
ein Ende eines dickwandigen Metallfutterrrohrs 6 passt,
welches in 2 als ein Schraubkupplungs-Futterrohrstoß dargestellt
ist, auf den eine Kupplung aufgeschraubt ist. Wie gezeigt erlaubt
der Innendurchmesser der Bohrung 2, dass die Zentriervorrichtung
einfach über
ein Ende des Futterrohrs 6 aufgesetzt und vor dem Verpressen
irgendwo an der Länge
des Futterrohrstoßes
angeordnet werden kann. So angeordnet schafft das Verpressen ein Mittel,
um eine ausgeprägte
Presspassung sogar dort zu erzielen, wo das Material der Zentriervorrichtung
und des Futterrohrs vor dem Verpressen ähnliche Temperaturen aufweisen.
In Anwendungen, wo von einer beträchtlichen Erwärmung des
Futterrohrs und der Zentriervorrichtung nach dem Einbau der Zentriervorrichtung
ausgegangen wird, wird die Zentriervorrichtung vorzugsweise mit
einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gleich jenem oder kleiner als
jener des Futterrohrs ausgewählt.
In ähnlicher Weise
wird in Anwendungen, wo von einer auf das Verpressen folgenden Abkühlung ausgegangen
wird, die gegenteilige Beziehung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten
bevorzugt.
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Die
radiale Verlagerung, die zum Verpressen des zylindrischen Endes
3 der
Zentriervorrichtung mit dem Futterrohrstoß
6, auf welchem sie
platziert ist, erforderlich ist, kann durch verschiedene Verfahren, zum
Beispiel durch Hydroformen, wie es in der
kanadischen Anmeldung 2,328,190 , eingereicht
am 14. Dezember 2000, beschrieben wird, erreicht werden. In der
Praxis hat sich jedoch eine Spannvorrichtung, die eine verjüngte "Klemmring-Gehäuse"-Architektur verwendet, gut bewährt. Dieses
bekannte Verfahren zur Erzielung einer gleichmäßigen radialen Verlagerung,
und in der Folge der Ausübung
einer radialen Kraft beim Kontakt mit der Außenseite eines zylindrischen
Werkstücks,
verwendet eine Einrichtung wie jene, die in
3 schematisch
dargestellt ist. Die Einrichtung hält die außen verjüngten Finger oder Backen
7 eines
Klemmrings (Segmente einer außen konischen
Hülse)
im Inneren eines passenden, innen verjüngten massiven Gehäuses
8.
Die Aufbringung der axialen Klemmkraft auf das Gehäuse
8,
durch den Vektor F dargestellt, der an der Seitenfläche der Klemmbacken
7 eine
Kraft, dargestellt durch den Vektor R, entgegenwirkt, tendiert dazu,
die Klemmbacken
7 zu veranlassen, in das Klemmringgehäuse
8 entlang
des Winkels seiner konischen Bohrung einzudringen. Dies veranlasst
die Backen
7, sich radial nach innen zu bewegen und in
das zu greifende Werkstück
einzugreifen, das im vorliegenden Fall als das zylindrische Ende
3 einer
Zentriervorrichtung dargestellt ist. (Alternativ kann die Wirkung
des Klemmrings als Klemmverlagerung, verstanden als axiale Verlagerung
des Klemmringgehäuses
8 in
Bezug auf die Klemmbacken
7, beschrieben werden. In diesem
Fall geht man davon aus, dass die Klemmkraft in Korrelation mit
der Klemmverlagerung entsteht.) Die axiale Kraft F und die Gegenwirkung
R werden einfach zum Beispiel durch ein hydraulisches Betätigungselement
mit Hohlbohrung (nicht dargestellt) aufgebracht, mit einer Innenbohrung,
die größer ist
als der Außendurchmesser
des Futterrohrs
6.
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Mit
dieser Anordnung können
bei Aufbringung einer ausreichenden Kraft (F) die Backen nach innen
gedrückt
werden, um zuerst eine ausreichende radiale Verlagerung zu bewirken,
um das zylindrische Ende 3 der Zentriervorrichtung plastisch
zu verformen, und mit dem Futterrohr 6 in Kontakt zu bringen. Dieser
Betrag der radialen Verlagerung hebt den ringförmigen Spielraum des lockeren
Sitzes auf, der anfänglich
zum Platzieren und Positionieren der Zentriervorrichtung an dem
Futterrohr 6 erforderlich ist. Die Aufbringung einer zusätzlichen
Klemmkraft drückt
dann sowohl das zylindrische Ende 3 der Zentriervorrichtung
als auch die darunter liegende Wandung des Futterrohrs 6 nach
innen. In der bevorzugten Ausführungsform
wird die Klemmverlagerung vorzugsweise solange bewirkt, bis die
Umfangsspannung in der Futterrohrwandung an der Verpressstelle gleich
dessen Elastizitätsgrenze
ist oder diese geringfügig übersteigt.
Dem Fachmann wird klar sein, dass eine radiale Verlagerung über diesen
Punkt hinaus nur eine geringfügige
Steigerung des bleibenden festen Sitzes bewirkt, aber den Effekt
hat, dass der Durchgangs-Durchmesser des Futterrohrstoßes 6 verringert
wird. 4 zeigt schematisch den Klemmring, die Zentriervorrichtung
und das Futterrohr, wie diese in der vollständig verpressten Stellung aussehen
könnten.
Nachdem die gewünschte
radiale Verlagerung erreicht ist, wird die Klemmverlagerung des Klemmrings
rückgängig gemacht,
wodurch dieser von der Zentriervorrichtung gelöst und ein Abnehmen des Klemmrings
ermöglicht
wird, wobei die Zentriervorrichtung mit dem Futterrohr verpresst
bleibt.
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Um
sicherzustellen, dass dieses Verfahren der Kaltverpressung (d. h.,
mechanischen Verpressung ohne Unterstützung durch thermische Effekte) zu
einem ausreichenden bleibenden festen Sitz zwischen dem zylindrischen
Ende 3 der Zentriervorrichtung und dem Futterrohr 6 führt, hat
in dessen bevorzugter Ausführungsform
das Material der Zentriervorrichtung an dem zylindrischen Ende 3 eine
geringere Elastizitätsgrenze
als das des Futterrohrs 6. Das Material der Zentriervorrichtung
und des Futterrohrs besteht aus Kohlenstoffstahl mit ungefähr demselben Elastizitätsmodul,
so wie dies typischerweise der Fall ist. Daher kann die Elastizitätsgrenze
als Streckgrenze ausgedrückt
werden, da die Elastizitätsgrenze
allgemein gegeben ist durch Streckgrenze geteilt durch Elastizitätsmodul.
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Zum
Beispiel wurde in einem Versuch, der zur Bewertung der Drehmomentkapazität durchgeführt wurde,
die durch Verpressen einer Zentriervorrichtung mit einem Futterrohrmaterial
nach API L80 mit 177,8 mm (7 Zoll) Durchmesser und 38,7 kg/m (26
ppf) (spezifische Mindeststreckgrenze 551,6 mpa (80.000 psi)) erreicht
werden kann, wurde für
die Zentriervorrichtung Stahlmaterial mit einer gemessenen Streckgrenze
von 324,1 mpa (47.000 psi) ausgewählt. Die Elastizitätsgrenze
der Zentriervorrichtung betrug somit weniger als 50 % von jener
des Futterrohrs. Unter Verwendung dieses Materials wurde eine Zentriervorrichtung
mit einem Außendurchmesser
von 193,7 mm (7,625 Zoll), einem Innendurchmesser von 181 mm (7,125
Zoll) und einer maschinell bearbeiteten inneren Bohrung für einen
Versuch konstruiert. Nach Verpressen dieser Zentriervorrichtung
mit dem Futterrohr über
einen Abschnitt von 88,9 mm (3,5 Zoll) unter Verwendung des oben
beschriebenen Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde die erforderliche
axiale Kraft zur Verlagerung der Zentriervorrichtung mit ungefähr 88,96
kN (20,000 lbf) gemessen. Wenn diese Schiebekraft durch Torsion
aufgebracht worden wäre,
hätte das
erforderliche Drehmoment zur Auslösung einer Gleitrotation der
Zentriervorrichtung relativ zu dem Futterrohr 7908,5 Nm (5833 ftlb)
betragen. Dies kann mit dem maximal erwarteten Bohr-Drehmoment für diese Futterrohrgröße verglichen
werden, das in der Größenordnung
von 27116,4 Nm (20,000 ftlb) liegt. Mit dieser verpressten Zentriervorrichtungs-Konfiguration
müsste
das zwischen nur einer solchen Zentriervorrichtung und dem Futterrohr übertragene
Drehmoment 25 % des im ungünstigsten
Fall anzunehmenden gesamten Bohr-Drehmoments überschreiten, um ein Verrutschen
der Zentriervorrichtung an dem Futterrohr zu verursachen.
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In
bestimmten Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, die Fähigkeit
zur Lastübertragung
einer an einem Futterrohr angebrachten Zentriervorrichtung zu erhöhen, ohne
die verpresste Länge
zu erweitern, indem der für
ein gegebenes Presspassungsniveau erzielte Reibungsschluss verbessert
wird. Während
dies durch verschiedene Mittel erreicht werden kann, hat sich das
Aufrauen der Innenwand eines oder beider zylindrischer Enden oder
der Futterrohr-Außenfläche, an
welcher die Zentriervorrichtung verpresst werden soll, als besonders
effektiv erwiesen. In einem Versuch unter Verwendung einer Zentriervorrichtung,
die ähnlich
konfiguriert war wie jene, die im vorangehenden Beispiel beschrieben wurde,
bei der jedoch die Wandfläche 9,
welche die Innenbohrung 2 der Zentriervorrichtung definiert,
vor dem Verpressen durch Sandstrahlen aufgeraut wurde, wurde die äquivalente
Drehmomentkapazität
um ungefähr
70 % gesteigert.
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Die
Länge des
verpressten Abschnitts wird die Fähigkeit der verpressten Verbindung
zur Lastübertragung
im Allgemeinen linear beeinflussen. Für Zentriervorrichtungen, die
an Futterrohrstößen voller Länge angebracht
werden, kann die Länge
des zum Verpressen geeigneten Abschnitts, der durch das zylindrische
Ende 3 geschaffen wird, beinahe ohne Einschränkung ausgedehnt
werden. In ähnlicher
Weise begrenzt die Länge
der Klemmbacken 7 nicht die Länge, die verpresst werden kann.
Das Klemmwerkzeug kann verwendet werden, um die erforderliche radiale
Verlagerung an mehreren axialen Positionen zu bewirken, um ein zylindrisches
Ende 3 erweiterter Länge
schrittweise zu verpressen. Die erhöhte Fähigkeit zur Lastübertragung
kann somit einfach erzielt werden, indem die Länge des verpressten Abschnitts
ausgedehnt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist eine weitere den Einbau
von Bohrlochfutterrohren unterstützende
Einrichtung dargestellt, die in der vorliegenden Erfindung von Nutzen
ist. Während
Zentriervorrichtungen, wie die in 1 gezeigte,
an dem Futterrohr in ausreichend häufigen Intervallen angebracht
werden können,
um Verschleiß zu
verhindern, können andere,
weniger aufwändige
Einrichtungen, wie etwa das Schleißringwerkzeug von 5,
verwendet werden, um das Einführen
zu erleichtern und/oder Verschleiß aufzunehmen.
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Das
Schleißringwerkzeug
umfasst einen Metallkörper 101,
der eine Innenbohrung 102 enthält, einen zylindrischen Mittelabschnitt 103,
der einen zum Aufpressen geeigneten Abschnitt bildet, und zwei Endintervalle 104,
auf welchen mit einer Aufpanzerung versehene Schleißringe 105 sicher
angeordnet sind. Wie gezeigt, ist ein konzentrischer Schleißring 105 an
jedem Ende des Schleißringwerkzeugs
angeordnet, der Intervalle mit geringfügig erhöhtem Durchmesser bildet. Diese
Schleißringe
werden gebildet, indem Aufpanzerungsmaterial, das in der Industrie
bekannt ist, auf den Metallkörper 101 aufgebracht
wird. Das Schleißringwerkzeug
wird an dem Futterrohr durch Aufpressen über einen Teil des zylindrischen
Mittelabschnitts 103 unter Verwendung des oben für das Zentrierwerkzeug
beschriebenen Verfahrens aufgebracht.
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Ein
weiteres Schleißringwerkzeug
ist in 6 in auf einen Stoß des Futterrohrs 6 aufgepresster
Form dargestellt. Der Schleißring
umfasst einen Metallkörper 101,
der eine Innenbohrung 102 enthält, einen zylindrischen Endabschnitt 106,
der einen zum Aufpressen geeigneten Abschnitt bildet, und ein Intervall 104,
auf welchem ein mit einer Aufpanzerung versehener Schleißring 105 sicher
befestigt ist. Ein Ende 108 des Schleißringwerkzeugs ist abgeschrägt, um den
Durchgang desselben über
Unregelmäßigkeiten
in dem Bohrloch zu erleichtern. Das Ende 108 weist einen
Abschrägungswinkel α der Vorderkante
von vorzugsweise weniger als 60° und vorzugsweise
weniger als 45° auf.
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Das
Schleißringwerkzeug
kann daher alleine verwendet werden, um das Futterrohr von der Bohrlochwandung
zu beabstanden und Verschleiß aufzunehmen,
da der aufgepanzerte Schleißring 105 dem Verschleiß besser
widerstehen kann als das Futterrohr oder Standardkupplungen an dem
Futterrohr. Das Schleißringwerkzeug
kann auch lochabwärts von
einem Absatz an dem Futterrohr verwendet werden, wie etwa einer
Kupplung, wobei die abgeschrägte
Vorderkante 108 den Durchgang des Futterrohrs durch das
Bohrloch erleichtern kann, indem es verhindert, dass sich der Futterrohrabsatz
in die Formation eingräbt.
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Es
ist klar, dass diese und noch viele weitere Änderungen an den zur Veranschaulichung
dienenden Ausführungsformen
vorgenommen werden können,
und dennoch in den Schutzbereich der Erfindung fallen, und alle
derartigen Änderungen
werden von den folgenden Ansprüchen
abgedeckt.