DE69108021T2

DE69108021T2 - Verrohrungsaufhängung für Bohrlochkopf.

Info

Publication number: DE69108021T2
Application number: DE69108021T
Authority: DE
Inventors: Edward Thomas Thornburrow
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: DE69108021D1; EP0523301B1; EP0523301A1

Description

Bei der Erstellung eines Bohrloches in einem Erdöl- oder Erdgasfeld werden konzentrische Futterrohrstränge nacheinander in das Bohrloch durch einen unvollständigen Bohrlochkopf abgesenkt. Es kommt manchmal vor, daß ein Futterrohr-Strang steckenbleibt, bevor er bis zur vollen Tiefe abgesenkt wurde. Vorausgesetzt, daß er eine zur Verwendung brauchbare Tiefe erreicht hat, wird dies hingenommen und das untere Ende des Futterrohrstranges wird im Bohrloch zementiert. Zu dieser Zeit wird der Strang jedoch im Bohrlochkopf nicht in geeigneter Weise abgestützt, weil die Aufhängung oder Spule, die am oberen Ende des Futterrohrstranges befestigt ist, einen geeigneten Sitz am Bohrlochkopf noch nicht erreicht hat. Unter diesen Umständen ist eine Notauf hängung notwendig.
Eine dieser Notaufhängungen umfaßt eine ringförmige Gleit- und Dichtungseinrichtung, welche aus zwei Teilen gebildet wird, die klappbar verbunden sind, so daß die Einheit um einen abzustützenden Futterrohrstrang gelegt werden kann. Die Einheit umfaßt einen Gleitbecher und einen Ring von komplementären Gleitsegmenten und, oberhalb der Segmente, eine elastomere Dichtung. Bei Anwendung wird die Einheit um einen Futterrohrstrang gelegt und auf der Stützfläche eines Bohrlochkopfes nahe des Bodens der Gleit- und Dichtungseinheit aufgesetzt, und die Gleitteile werden mittels Schrauben oder durch die Last des Futterrohrstranges unter Spannung gesetzt, um den Futterrohrstrang zu fassen. Obgleich eine solche Einheit durch den Bohrlochschieber (BOP) gesetzt werden kann, was im Vergleich zu den zuvor verwendeten Notaufhängesystemen vorteilhaft ist, bleibt es ein Nachteil einer solchen Anordnung, daß die zweiteilige Konstruktion der Gleit- und Dichtungseinrichtung zwangsläufig die Möglichkeit des Versagens bei den sehr hohen Drücken beinhaltet, welchen die Dichtung bei ihrem Einsatz ausgesetzt sein kann, was es notwendig macht, die Einheit robuster zu gestalten, als dies in anderer Beziehung notwendig wäre. Eine Vergrößerung der Verrohrungshöhe wäre für diesen Futterrohrstrang ebenfalls notwendig. Die moderne Praxis bevorzugt außerdem Metall-Metall-Dichtungen gegenüber den elastomeren Dichtungen. Weiter ist in Betracht zu ziehen, daß nur sehr wenig radiales Spiel in dem Ringraum zwischen einem Futterrohr und dem nächsten äußeren Futterrohr, insbesondere bei großen Soll-Futterrohrdurchmessern von 27,3 cm (10 3/4 Zoll) und größer, vorhanden ist.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Aufhängungsvorrichtung für eine Verrohrung in einem Bohrlochkopf ein rohrförmiges Gehäuse, das zur Befestigung in einem Bohrlochkopf vorgesehen ist, und eine Vielzahl von am Umfang angeordneten, axial beabstandeten Nuten radial an der Innenfläche des Gehäuses besitzt, wobei sich die Tiefe jeder Nut axial verjüngt, um eine Ausnehmung für diesen Gleitring zu bilden, sowie durch einen in jeder Nut eingeschlossenen, jedoch axial beweglichen, entsprechend steifen, am Umfang nicht unterbrochenen, einteiligen Metall-Dichtungs- und Gleitring, welcher aus der entsprechenden Nut nach innen vorsteht und welcher an seiner radialen Innenfläche mit Zähnen versehen ist.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Aufhängung eines Futterrohrstranges, welcher steckengeblieben ist, bevor er vollständig in das Bohrloch abgesenkt werden konnte, wobei das Verfahren (vorzugsweise, nachdem eine überstehende Länge am oberen Ende des Futterrohrstranges abgeschnitten und eine Abschrägung am oberen Ende des verbleibenden Futterrohrstranges angebracht wurde) umfaßt: Befestigen des rohrförmigen Gehäuses einer neuen, erfindungsgemäßen Vorrichtung unterhalb eines oberen Endes der Verrohrung durch längsseitiges Strecken der Vorrohrung und Aufsetzen des Gehäuses im Bohrlochkopf, so daf eine Preßpassung zwischen den Gleitringen und der Verrohrung die Gleitringe in ihren entsprechenden Nuten axial nach oben zieht, wobei es den Ringen möglich ist, an der Verrohrung nach unten zu rutschen und demzufolge die Verrohrung freizugeben, so daß die Gleitringe durch die Verrohrung in ihren entsprechenden Nuten axial nach unten in Positionen gezogen werden, in welchen die Ringe sich zwischen der Verrohrung und dem Gehäuse verklemmen, und die an den radialen inneren Flächen der Ringe befindlichen Zähne sich in die Verrohrung eindrücken, um die Verrohrung sowohl zu befestigen als auch eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Verrohrung zu schaffen.
Die neue Abstützung hat den Vorteil, daß sie eine Metall- Metall-Dichtung und ein automatisches Unter-Spannung-Setzen der Dichtungsringe des Gleitbechers durch das Gewicht des Futterrohrstranges in einer Konstruktion vorsieht, in welcher das rohrförmige Gehäuse und die Gleitringe dünn genug sein können, um in dem engen Ringraum um ein abzustützendes Futterrohr aufgenommen zu werden, so daß trotz einer Vielzahl von Gleitringnuten keine Notwendigkeit für eine Vergrößerung der Höhe der Verrohrung über die normale Höhe hinaus besteht.
Die Zähne an der radialen Innenfläche der Ringe sind vorzugsweise ringförmig am Umfang befindliche Zähne, welche axial nach oben abgewinkelt sind, d. h. sozusagen axial zu den weiteren Enden der Nuten, so daß sie am Futterrohr hinab gleiten, jedoch sich im Futterrohr verhaken, wenn sie bei Freisetzung des abgehängten Futterrohrstranges nach oben gedrängt werden.
Es gibt, vorzugsweise an der radial außen liegenden Fläche jedes Ringes, am ringförmigen Umfang angeformte Zähne, die feiner sind als jene an der radialen Innenfläche. Der Zweck dieser feinen Zähne ist es, die festgeklemmte Last nach dein Festklemmen der Ringe in den engeren unteren Enden der Nuten zwischen den Ringen und dem rohrförmigen Gehäuse zu verteilen, um überhöhte Radialkräfte an bestimmten Stellen, welche das Futterrohr verbiegen könnten, zu vermeiden.
Das rohrförmige Gehäuse kann ein herabhängendes Teil einer Spindel sein, aber es ist vorzugsweise ein herabhängendes Teil einer Aufhängung, welche an ihrer Außenfläche eine Setzschulter aufweist, die axial oberhalb der Nuten angeordnet ist. Die Einrichtung kann dann mit einem nach oben stehenden Halsteil, z. B. einem mit Schraubgewinde versehenen Zapfen zum Halten einer konventionellen äußeren Dichtungseinrichtung und möglicherweise einer Setzeinrichtung für die Aufhängung des folgenden inneren Futterrohrstranges versehen sein. Das rohrförmige Gehäuse kann unterhalb der ringförmigen Nut einen Führungstrichter und Zentrierfinger aufweisen, die eingesetzt werden, wenn das Gehäuse über einem abzustützenden Futterrohrstrang abgesenkt wird.
Die Aufhängungseinrichtung kann durch spanende Bearbeitung des rohrförmigen Gehäuses, wobei die Nuten in einen inneren, im wesentlichen zylindrischen Mantel eingebracht werden, und durch axiales Vorschieben der Gleitringe in ungedehntem Zustand in den Körper in Ausrichtung mit den entsprechenden Nuten und darauffolgendes radiales Dehnen der Ringe nach außen unterhalb ihrer Elastizitätsgrenze unter Verwendung eines hydraulischen oder mechanischen Werkzeuges, bis diese in den Nuten gehalten werden und einen geeigneten Durchmesser aufweisen, hergestellt werden.
Die Notabstützung einer Futterrohraufhängung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Aufhängungsvorrichtung ist in den anliegenden Zeichnungen wie folgt dargestellt:
Figur 1 ist ein axialer Teilschnitt durch die Vorrichtung und die betroffenen Teile am Bohrlochkopf, wobei die Abschnitte rechts der Mittellinie die Aufhängungsvorrichtung zeigen, wie sie an den Futterrohren befestigt ist, und die Abschnitte links der Mittellinie zeigen den Futterrohrstrang, wie er an der Vorrichtung aufgehängt ist;
Figur 2 zeigt einen vergrößerten Teil der Figur 1, wobei sich der Futterrohrstrang im Verhältnis zur Aufhängungsvorrichtung in einer axial leicht veränderten Position befindet; und
Figur 3 ist ein vergrößerter Teil der rechten Seite von Figur 1, der jedoch den Futterrohrstrang zeigt, wie er an der Vorrichtung aufgehängt ist.
Wie dargestellt, wird angenommen, daß ein Futterrohrgehäuse 10 in einem Bohrlochkopf aufgesetzt hat und einen Futterrohrstrang 11 von 33,97 cm (13 3/8 Zoll) Durchmesser in konventioneller Weise über ein Schraubgewinde 12 trägt. Ein Futterrohrstrang 13 von 27,3 cm (10 3/4 Zoll) Durchmesser ist dargestellt, wie er durch den Strang 11 in das Bohrloch abgesenkt worden ist. Unter der Annahme, daß der Strang 13 steckengeblieben ist, jedoch tief genug, um sein unteres Ende im Bohrloch zementieren zu können, wird das obere Ende des heraus stehenden Abschnittes des Futterrohrstranges mit einem mechanischen Futterrohrschneider abgeschnitten, um ein oberes Ende 14 des Futterrohrstranges herzustellen, welches dann bearbeitet wird, um eine konventionelle äußere Abschrägung 15, wie in Figur 2 zu erkennen, zu erhalten.
Der Futterrohrstrang wird dann im Bohrlochkopf mittels einer Notaufhängungsvorrichtung, welche einen Körper 16 mit einer Setzschulter 17 und einem herabhängenden Gehäuseteil 18, der an dessen innerer Fläche angeformt ist und fünf axial beabstandete ringförmige Nuten 19 aufweist, befestigt. Diese Nuten verjüngen sich nach unten unter dem bekannten Gleitwinkel von 8º und bilden die Gleitbecher. Innerhalb jeder Nut befindet sich ein anfänglich lose angeordneter, abgeschrägter Dichtungs- und Gleitring 20, der an seiner radialen Außenfläche mit seinen am ringförmigen Umfang angeformten Zähnen 21 und an seiner radialen Innenfläche mit drei nach oben abgewinkelten, am ringförmigen Umfang befindlichen Zähnen 22 versehen ist. Diese Zähne stehen in einen radial im Inneren des Gehäuses 18 befindlichen zylindrischen Mantel vor. An seinem unteren Ende ist das Gehäuse 18 mit äußeren Zentrierfingern 23 und einem Führungstrichter 24 versehen. Über dem Körper 16 hat die Aufhängung ein konventionelles Dichtungs- Halsteil 25 mit einem Außengewinde 26, in der Regel für eine Dichtungseinrichtung mit 27,3 cm (10 3/4 Zoll) Durchmesser.
Um das vorbereitete obere Ende des Futterrohrstranges 13 im Bohrlochkopf aufzuhängen, wird die Notaufhängung 16 mit einem Installationswerkzeug 27, welches am Halsteil 25 eines Werkzeugträgers 28 festgeschraubt ist, das an seinem unteren Ende eine Rohrlanze von 27,3 cm (10 3/4 Zoll) Durchmesser trägt, verbunden. Das Werkzeug 27 wird durch die O-Dichtungs-Ringe 29 zur Spindel 10 und durch die O-Dichtungs-Ringe 30 zum Werkzeug 28 abgedichtet. Die Konstruktion wird so abgesenkt, daß das rohrförmige Gehäuse 18 in den Ringraum 31 zwischen den Futterrohren 11 und 13 eintritt, wobei es durch den Trichter 24 geführt und durch die Finger 23 zentriert wird. Gleichzeitig tritt die Futterrohrlanze in die Oberseite des Futterrohres 13 ein. Dies setzt sich fort, bis die Schulter 17 auf einem komplementären Landebecher in dem Gehäuse 10 aufsetzt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
Durch Druck, der auf eine obere Fläche 32 des Werkzeuges 27 ausgeübt wird, wird die Notaufhängung auf ihrer Setzschulter in der Spindel 10 niedergehalten. Die Futterrohrlanze wird dann nach oben gezogen, um den Futterrohrstrang 13 zu dehnen und das obere Ende 14 des Futterrohrstranges zu veranlassen, durch das Gehäuse 18 und durch die Gleit-Dichtungs-Ringe 20 nach oben gezogen zu werden. Wie in Figur 2 dargestellt ist, zieht die Überlagerung zwischen dem Futterrohr und den Ringen jeden Ring nach oben, bis er an das obere Ende seiner entsprechenden Nut 19 anstößt, wonach die Aufwärtsbewegung des Futterrohres verursacht, daß es durch die Ringe gleitet. Dies setzt sich fort, bis das Futterrohr durch alle fünf Ringe nach oben gezogen wurde. Die Spannung in der Futterrohrlanze wird dann langsam gelöst, so daß der Futterrohrstrang 13 sich unter seinem eigenen Gewicht nach unten zusammenzieht und die fünf Ringe in ihren entsprechenden Nuten 19 gleichzeitig mit nach unten zieht, bis sie in den engeren unteren Teilen der Nuten zusammengedrückt werden. In diesem Moment verteilen die Zähne 21 die Last auf die Nutwandungen und die Zähne 22 drücken sich in das Futterrohr ein, um den Futterrohrstrang zu befestigen und an der Oberseite des Ringraumes 31 eine Labyrinth-Dichtung zu bilden. Diese feste Lage der Dichtung ist auf der linken Seite in Figur 1 dargestellt.
Danach werden das Werkzeug 27 und die Lanze freigesetzt und zurückgezogen, und eine konventionelle Dichtungseinheit wird vor dem Absenken in den folgenden Futterrohrstrang im Halsteil 25 befestigt.
Das Gehäuse 16 kann aus Stahl vom Typ 75 K und die Ringe 20 können aus einem harten Material, z. B. einer Inconel-Legierung, hergestellt sein.

Claims

1. Aufhängungsvorrichtung für eine Verrohrung in einem Bohrlochkopf, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gehäuse (18), das zur Befestigung in einem Bohrlochkopf vorgesehen ist, und eine Vielzahl von am Umfang angeordneten, axial beabstandeten Nuten (19) radial an der Innenfläche des Gehäuses besitzt, wobei sich die Tiefe jeder Nut axial verjüngt, um eine Ausnehmung für einen Gleitring zu bilden, sowie durch einen in jeder Nut eingeschlossenen, jedoch axial beweglichen, entsprechend steifen, am Umfang nicht unterbrochenen, einteiligen Metall-Dichtungs- und Gleitring (20), welcher aus der entsprechenden Nut nach innen vorsteht und welcher an seiner radialen Innenfläche mit Zähnen (22) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (22) ringförmig am Umfang und axial nach oben angewinkelt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Zähne (21) radial an der Außenfläche jedes Ringes vorgesehen sind, wobei die weiteren Zähne ringförmig am Umfang angeordnet und zierlicher als jene sind, die sich radial an der Innenfläche des Ringes befinden.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse ein unterer Teil einer Aufhängung (16) ist, der an seiner Außenfläche eine Setzschulter (17) aufweist, die sich axial oberhalb der Nuten befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen nach oben vorstehenden, mit Gewinde versehenen Hals (25) zum Halten einer Dichtungseinrichtung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse unterhalb der ringförmigen Nuten mit einer Führungskonus (24) und Zentrierfingern (23) versehen ist.

7. Verfahren zur Aufhängung einer Verrohrung in einem Bohrlochkopf (13), welche vor dem vollständigen Absenken im Bohrloch steckengeblieben ist, gekennzeichnet durch das Befestigen des rohrförmigen Gehäuses (18) einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auf dem oberen Ende der Verrohrung durch längsseitiges Strecken der Verrohrung und Festsetzen des Gehäuses im Bohrlochkopf, so daß eine Preßpassung zwischen den Gleitringen (20) und der Verrohrung die Gleitringe (20) in ihren entsprechenden Nuten (19) axial nach oben zieht, wobei es den Ringen möglich ist, an der Verrohrung nach unten zu rutschen und demzufolge die Verrohrung freizugeben, so daß die Gleitringe durch die Verrohrung in ihren entsprechenden Nuten axial nach unten in Positionen gezogen werden, in welchen die Ringe sich zwischen der Verrohrung und dem Gehäuse verklemmen, und die an den radialen inneren Flächen der Ringe befindlichen Zähne (22) sich in die Verrohrung eindrücken, um die Verrohrung sowohl zu befestigen als auch eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Verrohrung zu schaffen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine überschüssige Länge am oberen Ende der Verrohrung abgeschnitten wird und die obere Kante der Verrohrung mit einer Schräge (15) versehen wird, bevor die Aufhängungsvorrichtung an der Verrohrung befestigt wird.