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Aufhängevorrichtung für Rohrstränge in einer Tiefbohrung
Bei Tiefbohrarbeiten ist es bekanntlich häufig notwendig, in einem Bohrloch mehrere Rohrstränge ab- zustützen, wobei es sich z. B. um die Verrohrung der Tiefbohrung und um sonstige Rohrleitungen handeln kann. Es ist allgemein üblich, zwischen den verschiedenenRohrsträngen an deren Unterstützungsstelle eine
Abdichtung vorzusehen, damit die Strömungsmitteldrücke in den einzelnen Rohrsträngen voneinander uni abhängig beeinflusst werden können.
Das Aufhängen der verschiedenen Rohrstränge und der Einbau der Ab- dichtungen zwischen den einzelnen Strängen erfolgt am Mundloch der Bohrung, wo jeder der nacheinander enger werdendenRohrstränge an seinem oberen Ende mit einer Aufhängevorrichtung versehen wird, mittels welcher der Rohrstrang an einem einen Bestandteil der Mundlochausrüstung bildenden hülsenförmigen Bau- teil aufgehängt wird.
Eine bekannte Aufhängevorrichtung für Rohrstränge hat einen Aufhängekörper mit einer axialen Boh- rung, in dem ein die Bohrung umgebender Keilfänger angeordnet ist, und mehrere am Keilfänger abge- stützte und längs seiner geneigten Fläche verschiebbare Klemmkeilsegmente mit gegen die Achse der Boh- rung in gleicher Richtung geneigten Innen- und Mantelflächen, wobei die Mantelfläche gegen die Achse der Bohrung unter dem gleichen Winkel wie die Keilfängerfläche geneigt ist ; ferner sind an den Innenflä- chen der Klemmkeilsegmente abgestützte und längs dieser Flächen verschiebbare Greifkeilsegmente vor- gesehen, die zur Längsachse der Bohrung parallele Innenflächen haben, und zwischen den Klemmkeil- segmenten und den Greifkeilsegmenten sind Federn angeordnet.
Dabei können die Klemmkeil- oder die
Greifkeilsegmente mitHilfe von Hebelgestängen oder Griffen verstellt werden. Da alle geschilderten Ar- beiten an der Erdoberfläche ausgeführt werden, können die Arbeiter die Aufhängevorrichtungen leicht mit
Hilfe von Handwerkzeug bzw. der erwähnten Hebelgestänge an Rohren montieren.
Bis jetzt steht jedoch noch keine Aufhängevorrichtung zur Verfügung, die es ermöglicht, mehrere
Rohrstränge, z. B. eine Bohrlochverrohrung sowie Rohrleitungen, in einer Tiefbohrung aufzuhängen, die sich in Küstennähe unter Wasser am Meeresboden befindet, wo die Wassertiefe z. B. 15 - 450 m beträgt.
Ein Hauptziel der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Aufhängevorrichtung der vorstehend erläu- terten bekannten Art so auszugestalten, dass es einer Bedienungsperson, die sich an einem ferngelegenen
Punkte befindet, möglich ist, mehrere Rohrstränge in einer Tiefbohrung aufzuhängen, insbesondere, wenn sich das Mundloch der Bohrung am Meeresboden befindet.
Die Vorrichtung soll dabei zweckmässig durch ein Druckmittel fernbetätigbar sein, so dass sie sich in der Tiefbohrung anordnen lässt und es ermöglicht, verschiedene Rohrstränge festzuklemmen, die einzeln oder gleichzeitig eingebaut werden.
Diese Ziele werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass bei einer Aufhängevorrichtung der schon beschriebenen allgemeinen Art die Klemmkeilsegmente im Keilfänger durch Abscherstifte und die
Greifkeilsegmente in den Klemmkeilsegmenten durch lösbare, federbelastete Haltestifte in ihrer von der
Achse der Bohrung entfernten Ruhestellung gehaltert sind, wobei die Greifkeilsegmente durch die zwi- schenihnenund denKlemmkeilsegmenten angeordneten Federn inRichtung des Vorschubes in die Klemmstellung vorgespannt sind, und dass ein in axialer Richtung verschiebbarer Ring vorgesehen ist, durch den bei seiner Verschiebung die Klemmkeilsegmente unter Abscherung der Abscherstifte mit den hiebei von den Haltestiften freigegebenenGreifkeilsegmenten in die Arbeitsstellung verschiebbar sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ring mittels eines
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Kolbens verstellbar ist, der in einem Zylinder bewegbar ist, welcher über einen Druckmittelzuführungskanal mit einer an eine Druckmittelquelle anschliessbaren Leitung verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematisch gehaltene Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch das Mundlochaggregat einer Tiefbohrung. Fig. 2 ähnelt Fig. 1, wobei jedoch an dem Aggregat einRohrstrang aufge- hängt ist. Fig. 3 ähnelt Fig. 2, wobei jedoch an dem Aggregat ein zweiter Rohrstrang aufgehängt ist.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch eine der in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Rohrklemmvorrichtungen.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemässe Aufhänge Vorrichtung für eine Bohrlochverrohrung und weitere Rohrleitungen insgesamt mit 11 bezeichnet ; diese Vorrichtung kann einen oder mehrere Abschnitte umfassen, wobei sich die Anzahl der Abschnitte nach der Anzahl der aufzuhängenden Rohrstränge richtet.
Nach den Fig. 1-3 umfasst die Aufhängevorrichtung 11 einen oberen Abschnitt lla für die Aufhängung eines Rohrstranges und einen unteren Abschnitt llb für die Aufhängung zweier Rohrstränge, denn gemäss Fig. 3 sollen insgesamt drei Rohrstränge 12,13 und 14 in dem Bohrloch aufgehängt werden. Für die Beschreibung sei angenommen, dass es sich bei dem äussersten Rohrstrang 12 um die bis zur Erdoberfläche reichende Verrohrung der Tiefbohrung handelt, während der Rohrstrang 13 als der mittlere Rohrstrang und der Rohrstrang 14 als der Ölrohrstrang bezeichnet sei. Die Zahl der zu verwendenden Rohrstränge richtet sich hauptsächlich nach der Tiefe, bis zu der die Bohrung niedergebracht wird, der Häufigkeit der Herabsetzung des Bohrerdurchmessers, den durchfahrenen Formationen, den Spülverlusten, aussergewöhnlichen Drücken usw.
Zwar ist kein zur Wasseroberfläche führender Rohrstrang vorgesehen, doch sei bemelkt, dass die Vorrichtung nach Fig. 3 gegebenenfalls auf einem solchen Rohrstrang angeordnet werden kann, der vorher in den Boden einzementiert worden ist. Wenn die Bohrung zur Produktion benutzt werden soll, kann ausserdem ein weiterer Rohrstrang innerhalb des Ölrohrstranges 14 aufgehängt werden.
Die Aufhängevorrichtung 11 wird im wesentlichen durch ein dickwandiges rohrförmiges Gehäuse gebildet, dessen Abschnitte lla und llb auf beliebige Weise fest miteinander verbunden sind, z. B. durch miteinander verschraubte Flanschen 15 und 16. Der obere Abschnitt lla und der untere Abschnitt 11b der Aufhängevorrichtung sind mit je einerRohrklemmvorrichtung 17a bzw. 17b ausgerüstet (vgl. Fig. 3). Jede dieser RohrkLemmvorrichtungen ermöglicht es, einen Rohrstrang aufzuhängen, wobei ein dritter Strang, d. h. das Rohr 12, am unteren Ende des unteren Abschnittes llb der Aufhängevorrichtung auf geeignete Weise befestigt, z. B. bei 18 angeschweisst ist. Während der Bohrarbeiten kann an das obere Ende der Aufhängevorrichtung ll'ein z.
B. als hydraulischer Stössel ausgebildeter Rohrkopf 21 angeschlossen sein, oberhalb dessen ein Verbindungskopf 22 zum Anschliessen anderer Einrichtungen vorgesehen sein kann.
Gemäss Fig. 4 ist jeder Abschnitt der Aufhängevorrichtung z. B. der Abschnitt lla, mit einer gleichachsigen Bohrung grossen Durchmessers versehen, durch welche die Rohrstränge während der Durchführung und der Fertigstellung der Tiefbohrung hindurchgeführt werden können. Dort, wo eine Rohrklemmvorrichtung angeordnet werden soll, ist die dicke Wand derAufhängevorrichtung durch eine maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise so ausgebildet, dass eine Aussparung 24 von erheblichen Abmessungen vorhanden ist, deren unterer Teil sich nach innen verjüngt, um die konische Fläche eines Keilfängers 25 zu bilden. Innerhalb des Keilfängers 25 sind mehrere - vorzugsweise drei - Klemmkeilsegmente 26 angeordnet, welche an der konischen Fläche des Keilfängers 25 gleiten und sich sowohl axial als auch in geringem Ausmass radial bewegen können.
Sowohl die Innenflächen 27 als auch die Aussenflächen 28 der Klemmkeilsegmente, 26 sind glatt, und jede Aussenfläche 28 hat die gleiche Neigung wie die damit zusammenwirkende Fläche des Keilfängers 25, während die Innenfläche 27 in der gleichen Richtung, jedoch nicht notwendigerweise unter dem gleichen Winkel, geneigt ist.
In die geneigte Fläche des Keilfängers 25 sind ebenso viele Nuten eingeschnitten, wie Klemmkeilsegmente 26 vorhanden sind ; diese Nuten bilden Keilführungen 31, in denen Führungskeile 32 der Klemmkeilsegmente gleiten können. Die Führungskeile 32 sind jeweils an der Aussenfläche des betreffenden Klemmkeilsegmentes 26 befestigt. Das Zusammenwirken der Führungskeile 32 mit den Führungsnuten 31 gewährleistet, dass die Klemmkeilsegmente 26 in dem Keilfänger 25 zwangläuflg in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden, so dass sie sich nicht in der Umfangsrichtung bewegen können.
In jedes derKlemmkeilsegmente 26 ist einSegment einer ringförmigen Abdichtung 33 eingebaut, die durch ein Segment eines Dichtungshalteringes 34 in ihrer Lage gehalten wird ; das Halteringsegment kann mit einer oder mehreren Schrauben 35 am Körper des Klemmkeilsegmentes 26 befestigt sein. Wenn die Abdichtung 33 ihre Betriebsstellung einnimmt, d. h. wenn das zugeordnete Klemmkeilsegment 26 zu-' sammen mit dem Dichtungshaltering 34 gegen die am Boden des Keilfängers 25 vorgesehene Sitzfläche 36 gedrückt worden ist, wird die Dichtung auseinandergedrückt, so dass ihre Aussenfläche mit ab-
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dichtender Wirkung am Keilfänger 25 angreift, während ihre Innenfläche eine Abdichtung an dem sich in der Mitte zwischen den Klemmkeilsegmenten 26 erstreckenden Rohrstrang bewirkt.
Gleichzeitig dehnen sich die Teile der Dichtung 33 an ihren Stirnflächen aus, so dass sie einen vollständigen Dichtungsring bilden. Normalerweise wird jedes Klemmkeilsegment 26 in seiner Ruhestellung bzw. im zurückgezo- genen Zustand auslösbar festgehalten ; zu diesem Zweck ist ein Abscherstift 37 vorgesehen, der in ein
Loch 38 in der Wand der Aufhängevorrichtung eingesetzt sein kann. Die diese Abscherstifte aufnehmenden
Löcher sind mit abdichtender Wirkung verschlossen, um Druckverluste im Ringraum zu verhindern.
Oberhalb der Klemmkeilsegmente 26 ist ein deren Lage bestimmender Ring 41 vorgesehen, oberhalb dessen ein Antriebsring 42 angeordnet ist. Jedes Klemmkeilsegment 26 Ist mit dem Lagebestimmungs- ring 41 durch eine Schraube 43 verbunden, deren grosser Kopf in einer Aussparung 44 oberhalb eines radia- len Schlitzes 45 des Lagebestimmungsringes liegt. Dadurch, dass die Höhe des Kopfes der Schraube 43 kleiner ist als die Tiefe der Aussparung 44 und dass der Schaft der Schraube 43 einen Durchmesser hat, der kleiner ist als die Breite des Schlitzes 45, kann sich die Schraube 43 zusammen mit dem daran befestigten
Klemmkeilsegment 26 unterhalb des Antriebsringes 42 im Schlitz 45 radial bewegen.
In der Wand des betreffenden Abschnittes der Aufhängevorrichtung 11 sind Druckzylinder 46 ausge- bildet, in denen jeweils ein Antriebskolben 47 angeordnet ist, der an seinem unteren Ende mit dem An- triebsring 42 vorzugsweise fest verbunden ist. Jeder der Druckzylinder 46 steht über einen radialen Ka- nal 48 mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanal 51 in Verbindung, über den von einer
Leitung 52 ein hydraulisches Druckmittel zugeführt werden kann. Gegebenenfalls könnten die Antriebs- kolben 47 unmittelbar mit der Oberseite der Klemmkeilsegmente 26 verbunden sein, doch wird die Ver- wendung eines Antriebsringes 42 vorgezogen, um zu gewährleisten, dass auf sämtliche Klemmkeilsegmen- te gleich grosse Kräfte aufgebracht werden, um sie zur Anlage an ein Rohr zu bringen.
Entsprechend kann in bestimmten Fällen der die Lage der Klemmkeilsegmente bestimmende Ring 41 mit den Schlitzen 44 und den darin beweglichen Schrauben 43 weggelassen werden, u. zw. dann, wenn die Führungskeile, 32 und die Führungsnuten 31 ausreichen, um die Klemmkeilsegmente 26 in ihrer Lage zu halten.
Ferner sind Greifkeilsegmente 53 vorgesehen, die längs der geneigten Innenflächen 27 der Klemm- keilsegmente 26 in im wesentlichen axialer Richtung gleiten können und eine sich senkrecht erstreckende geriffelte oder gezahnte Innenfläche 54 sowie eine geneigte Aussenfläche 55 aufweisen, welch letztere unter dem gleichen Winkel geneigt ist wie die Innenfläche des betreffenden Klemmkeilsegmentes 26.
Die Dicke der Greifkeilsegmente oder Rohrklemmstücke 53 ist so gewählt, dass sich jedes Greifkeil- segment dann, wenn es gemäss Fig. 4 seine zurückgezogene oder Ruhestellung einnimmt, nicht weiter nach innen zur Mittelachse der Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung erstreckt als die Innenfläche am oberen Ende des Klemmkeilsegmentes 26. Dementsprechend sind ofieAbmessungen und die Dicke der Segmen- te 26 so gewählt, dass sich bei der in Fig. 4 gezeigten zurückgezogenen oder Ruhestellung kein Teil eines Segmentes 26 in die Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung hinein erstreckt.
Hiedurch wird erreicht, dass die Zähne an der Innenfläche der Greifkeilsegmente 53 nicht durch Werkzeuge beschädigt oder abgenutzt werden, die sich durch die Bohrung 23 des Abschnittes 11a der Aufhängevorrichtung erstrecken oder sich in der Bohrung drehen.
Die Greifkeilsegmente 53 sind gegen Drehbewegungen jeweils durch einen an der Innenfläche des zugehörigen Klemmkeilsegmentes 26 ausgebildeten Keil 56 gesichert, der mit einer Keilnut 57 an der Aussenfläche des Greifkeilsegmentes 53 zusammenwirkt. Die Greifkeilsegmente 53 werden normalerweise in ihrer zurückgezogenen oder wirkungslosen Stellung durch einen auslösbaren Haltestift 60 festgehalten, der gleitend beweglich in einer Aussparung 61 des Klemmkeilsegmentes 26 angeordnet und durch eine Druckfeder 62 so vorgespannt ist, dass beide Enden des Stiftes aus der Aussparung 61 herausgleiten können.
Normalerweise nimmt der Stift 60 jedoch die aus Fig. 4 ersichtliche Stellung ein, wobei das innere Fnde des Stiftes in das Greifkeilsegment 53 hineinragt, während sich das äussere Ende des Stiftes an der Innenwand der Aussparung 24 abstützt.
In einer Aussparung 63 in dem überhängenden Oberteil jedes Klemmkeilsegmentes 26 liegt eine Druckfeder 64, die sich an der Oberseite des Greifkeilsegmentes 53 abstützt. Diese Feder ist so bemessen, dass sie auf die Oberseite des Greifkeilsegmentes 53 eine vorbestimmte Kraft ausübt, um das Segment längs der geneigten Innenfläche des Klemmkellsegmentes 26 nach unten zu schieben und gleichzeitig die gezahnte Innenfläche 54 an ein Rohr anzudrücken, das sich durch die Bohrung 23 der Aufhängevorrichtung erstreckt.
Wenn die erfindungsgemässe Vorrichtung benutzt werden soll, wird sie in ein Bohrloch eingesetzt, und der äussere Rohrstrang 12 wird einzementiert. Dann können die Bohrarbeiten fortgesetzt werden, wobei sich das Bohrrohr durch die Aufhängevorrichtung 11, die Verrohrung 12 und den Ausbruchschieber 21 er-
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streckt. Wenn das Bohrloch auf die gewünschte zusätzliche Tiefe gebohrt worden ist, werden das Bohrge- stänge und der nicht dargestellte Bohrer aus dem Bohrloch herausgezogen, und es wird ein mittlerer Rohr- strang 13 in die Aufhängevorrichtung 11 eingesetzt, durch den unteren Abschnitt l1b nach unten bewegt und durch die unteren Rohrklemmvorrichtungen 17b gemäss Fig. 2 in seiner Lage gehalten.
Um die Klemmkellsegmente zu betätigen, wird ein Druckmittel über die Rohrleitung 52 (Fig. 4) und den Kanal 48 in die Druckzylinder 46 eingeleitet, wodurch die Antriebskolben 47 nach unten gedrückt werden. Dies bewirkt, dass sich der Antriebsring 42 zusammen mit den ihm benachbarten Teilen der
Klemmkeilsegmente 26 nach unten bewegt, wobei der Stift 37 abgeschert wird, so dass sich die Klemm- keilsegmente 26 sowohl nach unten als auch nach innen bewegen können. Hiebei dienen die Keile 32 in den Nuten 31 sowie die Schrauben 43 in den Schlitzen 45 dazu, die gegenseitige Lage der verschie- denen Klemmkeilsegmente 26 aufrechtzuerhalten.
Wenn sich die Klemmkeilsegmente 26 längs der konischen Fläche des Keilfängers 25 nach unten be- wegen, bewegen sich die senkrechten Aussenflächen der Segmente 26 von der Innenwand des Abschnit- tes 11a der Aufhängevorrichtung weg, so dass die Druckfeder 62 den Stift 61 langsam aus dem Greifkeil- segment 53 herausziehen und ihn aus der andern Seite des Klemmkeilsegmentes 26 herausschieben kann.
Wenn der Stift 60 vollständig aus dem Greifkeilsegment 53 herausgezogen worden ist, übt die Druckfe- der 64 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Oberseite des Segmentes 53 aus und bewirkt, dass sich dieses Segment längs der geneigteninnenfläche 27 desKlemmkeilsegmentes 26 nach unten bewegt, was dazu führt, dass sich das Segment 53 auch nach innen gegen den mittleren Rohrstrang 13 bewegt, um die- sen gemäss Fig. 2 in seiner Lage zu sichern.
Kurz, bevor die gezahnten Greifkeilsegmente 53 an der Aussen- fläche desRohrstranges 13 angreifen, berührt der Dichtungshaltering 34 am unteren Ende des Klemmkeilsegmentes 26 die Sitzfläche 36 innerhalb der Aufhängevorrichtung, so dass die Teile der Abdichtung 33 radial nach innen gegen den Rohrstrang 13 und nach aussen gegen die Wandung des Keilfängers 25 ausge- dehnt werden, um eine Abdichtung zu bewirken. Gleichzeitig dehnen sich die Teile der Abdichtung in Umfangsrichtung aufeinander zu aus, so dass sie einen geschlossenen Dichtungsring bilden. Nachdem eine sichere Verankerung bewirkt worden ist, kann der Rohrstrang in beliebiger Höhe oberhalb der Klemmkeile abgeschnitten werden.
Nachdem der mittlere Rohrstrang 13 gemäss Fig. 2 eingebaut worden ist, können die Bohrarbeiten in der üblichen Weise mit einem kleineren Bohrer wieder fortgesetzt werden, wobei sich der Bohrstrang durch die Aufhängevorrichtung und den mittleren Rohrstrang 13 erstreckt. Nachdem die Bohrung auf die gewünsche Tiefe niedergebracht worden ist, werden der Bohrstrang und der Bohrer herausgezogen, worauf derÖlrohrstrang 14 eingeschoben und gemäss Fig. 3 in der gleichen Weise, wie es bezüglich des mittleren Rohrstranges 13 beschrieben wurde, in der Aufhängevorrichtung verankert und abgedichtet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aufhängevorrichtung für Rohrstränge in einer Tiefbohrung, bestehend aus einem Aufhängekörper mit einer axialen Bohrung, in dem ein die Bohrung umgebender Keilfänger angeordnet ist, mehreren am Keilfänger abgestützten und längs seiner geneigten Fläche verschiebbaren Klemmkeilsgmenten mit gegen die Achse der Bohrung in gleicher Richtung geneigten Innen- und Mantelflächen, wobei die Mantelfläche gegen die Achse der Bohrung unter dem gleichen Winkel wie die Keilfängerfläche geneigt ist, mehreren an den Innenflächen der Klemmkeilsegmente abgestützten und längs dieser Flächen verschiebbaren Greifkeilsegmenten, die zur Längsachse der Bohrung parallele Innenflächen haben, und Federn,
die zwischen den Klemmkeilsegmenten und den Greifkeilsegmenten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkeilsegmente (26) im Keilfänger durch Abscherstifte (37) und die Greifkeilsegmente (53) in den Klemmkeilsegmenten (26) durch lösbare, federbelastete Haltestifte (60) in ihrer von der Achse der Bohrung entfernten Ruhestellung gehaltert sind, wobei die Greifkeilsegmente (53) durch die zwischen ihnen und den Klemmkeilsegmenten (26) angeordneten Federn (64) in Richtung des Vorschubes in die Klemmstellung vorgespannt sind, und dass ein in axialer Richtung verschiebbarer Ring (42) vorgesehen ist, durch den bei seiner Verschiebung die Klemmkeilsegmente (26) unter Abscherung derAbscherstifte (37) mit den hiebei von den Haltestiften (60) freigegebenen Greifkeilsegmenten (53) in die Arbeitsstellung verschiebbar sind.
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Suspension device for pipe strings in a deep borehole
In deep drilling work it is known that it is often necessary to support several pipe strings in a borehole. B. can be the piping of the deep borehole and other pipelines. It is common practice to place one between the various strings of tubing at their support point
Provide a seal so that the fluid pressures in the individual pipe strings can be influenced independently of one another.
The hanging of the different pipe strings and the installation of the seals between the individual strings takes place at the mouth hole of the bore, where each of the successively narrowing pipe strings is provided with a hanging device at its upper end, by means of which the pipe string is attached to a sleeve-shaped part of the mouth hole equipment Component is suspended.
A known suspension device for pipe strings has a suspension body with an axial bore, in which a wedge catcher surrounding the bore is arranged, and several wedge segments supported on the wedge catcher and displaceable along its inclined surface with wedge segments in the same direction against the axis of the bore inclined inner and outer surfaces, the outer surface being inclined with respect to the axis of the bore at the same angle as the wedge catcher surface; Furthermore, gripping wedge segments supported on the inner surfaces of the clamping wedge segments and displaceable along these surfaces are provided which have inner surfaces parallel to the longitudinal axis of the bore, and springs are arranged between the clamping wedge segments and the gripping wedge segments.
The clamping wedge or the
Gripping wedge segments can be adjusted with the aid of lever rods or handles. Since all the work described is carried out on the surface, the workers can easily take the hanging devices with them
Mount the pipes using hand tools or the lever linkage mentioned.
Up to now, however, no suspension device is available that allows several
Pipe strings, e.g. B. a well casing and pipelines to hang in a deep borehole that is located near the coast underwater on the seabed, where the water depth z. B. 15 - 450 m.
A main object of the invention is now to design a suspension device of the known type explained above in such a way that it is possible for an operator who is at a remote location
Points located, it is possible to suspend several strings of pipe in a deep borehole, especially if the mouth hole of the borehole is on the seabed.
The device should expediently be remotely actuated by a pressure medium, so that it can be arranged in the deep borehole and makes it possible to clamp different pipe strings that are installed individually or simultaneously.
These objects are achieved according to the invention in that in a suspension device of the general type already described, the clamping wedge segments in the wedge catcher by shear pins and the
Gripping wedge segments in the clamping wedge segments by releasable, spring-loaded retaining pins in their of the
Axis of the bore removed rest position are held, wherein the gripping wedge segments are pretensioned in the direction of the advance in the clamping position by the springs arranged between them and the clamping wedge segments, and that an axially displaceable ring is provided through which the clamping wedge segments are sheared off the shear pins with the gripping wedge segments released by the retaining pins can be moved into the working position.
A preferred embodiment of the invention is characterized in that the ring by means of a
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Piston is adjustable, which is movable in a cylinder which is connected via a pressure medium supply channel to a line that can be connected to a pressure medium source.
The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing of an embodiment. 1 is a schematic longitudinal section through the mouth hole assembly of a deep borehole. Fig. 2 is similar to Fig. 1, but with a pipe string suspended from the unit. Fig. 3 is similar to Fig. 2, but a second pipe string is suspended from the unit.
FIG. 4 is a longitudinal section through one of the pipe clamping devices shown only schematically in FIG.
In the drawing, the suspension device according to the invention for a borehole casing and other pipelines is designated as a whole by 11; this device can comprise one or more sections, the number of sections depending on the number of pipe strings to be suspended.
1-3, the suspension device 11 comprises an upper section 11a for the suspension of a pipe string and a lower section 11b for the suspension of two pipe strings, because according to FIG. 3 a total of three pipe strings 12, 13 and 14 are to be suspended in the borehole . For the description it is assumed that the outermost pipe string 12 is the casing of the deep borehole reaching down to the surface of the earth, while pipe string 13 is referred to as the middle pipe string and pipe string 14 as the oil pipe string. The number of pipe strings to be used depends mainly on the depth to which the borehole is sunk, the frequency with which the drill bit diameter is reduced, the formations passed through, the flushing losses, exceptional pressures, etc.
Although no pipe string leading to the water surface is provided, it should be noted that the device according to FIG. 3 can optionally be arranged on such a pipe string which has previously been cemented into the ground. If the bore is to be used for production, a further pipe string can also be suspended within the oil pipe string 14.
The suspension device 11 is essentially formed by a thick-walled tubular housing, the sections 11a and 11b of which are firmly connected to one another in any desired manner, e.g. B. by screwed together flanges 15 and 16. The upper section 11a and the lower section 11b of the suspension device are each equipped with a pipe clamping device 17a and 17b (see Fig. 3). Each of these pipe clamping devices enables a string of pipe to be suspended, with a third string, i.e. H. the tube 12, attached to the lower end of the lower portion 11b of the suspension device in a suitable manner, e.g. B. is welded at 18. During the drilling work, the upper end of the suspension device ll'ein z.
B. designed as a hydraulic ram pipe head 21, above which a connecting head 22 can be provided for connecting other devices.
According to Fig. 4, each section of the suspension device z. B. the section 11a, provided with a coaxial bore of large diameter through which the pipe strings can be passed during the implementation and completion of the deep bore. Where a pipe clamp is to be placed, the thick wall of the hanger is machined or otherwise formed to have a recess 24 of substantial dimensions, the lower part of which tapers inwardly around the conical surface of a wedge catcher 25 to build. Within the wedge catcher 25 there are several - preferably three - clamping wedge segments 26 which slide on the conical surface of the wedge catcher 25 and can move axially as well as to a small extent radially.
Both the inner surfaces 27 and the outer surfaces 28 of the clamping wedge segments 16, 26 are smooth, and each outer surface 28 has the same inclination as the surface of the wedge catcher 25 interacting therewith, while the inner surface 27 faces in the same direction, but not necessarily at the same angle, is inclined.
In the inclined surface of the wedge catcher 25 as many grooves are cut as there are clamping wedge segments 26; these grooves form wedge guides 31 in which guide wedges 32 of the clamping wedge segments can slide. The guide wedges 32 are each fastened to the outer surface of the relevant clamping wedge segment 26. The interaction of the guide wedges 32 with the guide grooves 31 ensures that the clamping wedge segments 26 are inevitably held in their mutual position in the wedge catcher 25, so that they cannot move in the circumferential direction.
Each of the wedge segments 26 incorporates a segment of an annular seal 33 which is held in place by a segment of a seal retainer ring 34; the retaining ring segment can be attached to the body of the wedge segment 26 with one or more screws 35. When the seal 33 is in its operative position, i. H. when the associated clamping wedge segment 26 has been pressed together with the seal retaining ring 34 against the seat surface 36 provided on the bottom of the wedge catcher 25, the seal is pressed apart so that its outer surface with
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engages sealing effect on the wedge catcher 25, while its inner surface causes a seal on the pipe string extending in the middle between the clamping wedge segments 26.
At the same time, the parts of the seal 33 expand at their end faces, so that they form a complete sealing ring. Normally, each clamping wedge segment 26 is held in a releasable manner in its rest position or in the retracted state; for this purpose, a shear pin 37 is provided, which is in a
Hole 38 can be used in the wall of the hanger. Those receiving these shear pins
Holes are sealed with a sealing effect to prevent pressure losses in the annulus.
Provided above the clamping wedge segments 26 is a ring 41 which determines their position and above which a drive ring 42 is arranged. Each clamping wedge segment 26 is connected to the position determination ring 41 by a screw 43, the large head of which lies in a recess 44 above a radial slot 45 of the position determination ring. Because the height of the head of the screw 43 is smaller than the depth of the recess 44 and that the shaft of the screw 43 has a diameter which is smaller than the width of the slot 45, the screw 43 can be attached to it together with the
Move the clamping wedge segment 26 radially below the drive ring 42 in the slot 45.
In the wall of the relevant section of the suspension device 11, pressure cylinders 46 are formed, in each of which a drive piston 47 is arranged, which is preferably firmly connected at its lower end to the drive ring 42. Each of the pressure cylinders 46 is connected via a radial channel 48 to a channel 51 extending in the circumferential direction, via which one
Line 52 a hydraulic pressure medium can be supplied. If necessary, the drive pistons 47 could be connected directly to the upper side of the clamping wedge segments 26, but the use of a drive ring 42 is preferred in order to ensure that forces of the same magnitude are applied to all clamping wedge segments in order for them to rest against a Bring pipe.
Correspondingly, in certain cases the ring 41, which determines the position of the clamping wedge segments, with the slots 44 and the screws 43 movable therein can be omitted, and the like. when the guide wedges 32 and the guide grooves 31 are sufficient to hold the clamping wedge segments 26 in their position.
Furthermore, gripping wedge segments 53 are provided, which can slide along the inclined inner surfaces 27 of the clamping wedge segments 26 in an essentially axial direction and have a vertically extending corrugated or toothed inner surface 54 and an inclined outer surface 55, the latter being inclined at the same angle as the inner surface of the relevant clamping wedge segment 26.
The thickness of the gripping wedge segments or pipe clamping pieces 53 is chosen so that each gripping wedge segment, when it assumes its retracted or rest position according to FIG. 4, does not extend further inward to the central axis of the bore 23 of the suspension device than the inner surface at the upper end of the Clamping wedge segment 26. Correspondingly, the dimensions and the thickness of the segments 26 are selected so that in the retracted or rest position shown in FIG. 4 no part of a segment 26 extends into the bore 23 of the suspension device.
This ensures that the teeth on the inner surface of the gripping wedge segments 53 are not damaged or worn by tools which extend through the bore 23 of the section 11a of the suspension device or which rotate in the bore.
The gripping wedge segments 53 are each secured against rotational movements by a wedge 56 formed on the inner surface of the associated clamping wedge segment 26, which cooperates with a keyway 57 on the outer surface of the gripping wedge segment 53. The gripping wedge segments 53 are normally held in their retracted or ineffective position by a releasable retaining pin 60, which is slidably arranged in a recess 61 of the clamping wedge segment 26 and is pretensioned by a compression spring 62 so that both ends of the pin can slide out of the recess 61.
Normally, however, the pin 60 assumes the position shown in FIG. 4, the inner end of the pin protruding into the gripping wedge segment 53, while the outer end of the pin is supported on the inner wall of the recess 24.
In a recess 63 in the overhanging upper part of each clamping wedge segment 26 there is a compression spring 64 which is supported on the upper side of the gripping wedge segment 53. This spring is dimensioned in such a way that it exerts a predetermined force on the upper side of the gripping wedge segment 53 in order to push the segment downwards along the inclined inner surface of the clamping kell segment 26 and at the same time to press the toothed inner surface 54 against a tube which extends through the bore 23 the hanger extends.
When the device according to the invention is to be used, it is inserted into a borehole and the outer tubing string 12 is cemented in place. The drilling work can then be continued, with the drill pipe extending through the suspension device 11, the casing 12 and the excavation slide 21.
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stretches. When the borehole has been drilled to the desired additional depth, the drill string and the drill bit (not shown) are withdrawn from the borehole and a central tubular string 13 is inserted into the hanger 11, moved downwards through the lower section 11b and held in its position by the lower pipe clamping devices 17b according to FIG.
In order to actuate the clamping cell segments, a pressure medium is introduced into the pressure cylinder 46 via the pipeline 52 (FIG. 4) and the channel 48, whereby the drive pistons 47 are pressed downwards. This causes the drive ring 42 together with the parts of the adjacent to it
Wedge segments 26 are moved downward, the pin 37 being sheared off so that the wedge segments 26 can move both downward and inward. The wedges 32 in the grooves 31 and the screws 43 in the slots 45 serve to maintain the mutual position of the various clamping wedge segments 26.
When the wedge segments 26 move downwards along the conical surface of the wedge catcher 25, the vertical outer surfaces of the segments 26 move away from the inner wall of the section 11a of the suspension device, so that the compression spring 62 slowly moves the pin 61 out of the gripping wedge - Pull out segment 53 and push it out of the other side of the clamping wedge segment 26.
When the pin 60 is fully withdrawn from the wedge segment 53, the compression spring 64 exerts a downward force on the top of the segment 53 and causes that segment to move down along the inclined inner surface 27 of the wedge segment 26, which does so leads to the fact that the segment 53 also moves inwards against the central pipe string 13 in order to secure it in its position according to FIG.
Shortly before the toothed gripping wedge segments 53 engage the outer surface of the pipe string 13, the seal retaining ring 34 at the lower end of the clamping wedge segment 26 touches the seat surface 36 within the suspension device, so that the parts of the seal 33 radially inward against the pipe string 13 and outward be extended against the wall of the wedge catcher 25 in order to effect a seal. At the same time, the parts of the seal expand towards one another in the circumferential direction, so that they form a closed sealing ring. After a secure anchoring has been effected, the pipe string can be cut at any height above the clamping wedges.
After the central pipe string 13 according to FIG. 2 has been installed, the drilling work can be continued again in the usual manner with a smaller drill, the drill string extending through the suspension device and the central pipe string 13. After the borehole has been sunk to the desired depth, the drill string and the drill bit are withdrawn, whereupon the oil tubing string 14 is pushed in and anchored and sealed in the hanger as shown in FIG. 3 in the same way as was described with respect to the central tubing string 13 .
PATENT CLAIMS:
1. Suspension device for pipe strings in a deep bore, consisting of a suspension body with an axial bore in which a wedge catcher surrounding the bore is arranged, several wedge segments supported on the wedge catcher and displaceable along its inclined surface with the inside inclined towards the axis of the bore in the same direction and lateral surfaces, the lateral surface being inclined towards the axis of the bore at the same angle as the wedge catcher surface, several gripping wedge segments supported on the inner surfaces of the clamping wedge segments and displaceable along these surfaces, which have inner surfaces parallel to the longitudinal axis of the bore, and springs,
which are arranged between the clamping wedge segments and the gripping wedge segments, characterized in that the clamping wedge segments (26) in the wedge catcher by shear pins (37) and the gripping wedge segments (53) in the clamping wedge segments (26) by releasable, spring-loaded retaining pins (60) in their of the Axis of the bore removed rest position are held, wherein the gripping wedge segments (53) are biased by the springs (64) arranged between them and the clamping wedge segments (26) in the direction of advance in the clamping position, and that an axially displaceable ring (42) is provided, through which the clamping wedge segments (26) can be moved into the working position with the shear pins (37) being sheared off with the gripping wedge segments (53) released by the retaining pins (60).