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Die Erfindung betrifft einen Rohrabschnitt zur Verwendung bei Tiefbohrungen, bestehend aus einem
Rohrstück, das an einem Ende einen zapfenartigen und am andern Ende einen komplementären hülsenartigen Kupplungsteil aufweist, wobei an jedem der beiden Kupplungsteile eine gegen das Rohrstück isolierte Kontaktelektrode vorgesehen ist und diese Elektroden miteinander durch einen elektrischen Leiter verbunden sind, welcher sich durch in den Kupplungsteilen ausgebildete Kanäle und durch ein zwischen den Kupplungsteilen innerhalb des Rohrstückes verlaufendes Schutzrohr erstreckt.
Rohrabschnitte dieser Gattung können für Rohrstränge verwendet werden, längs welcher elektrische
Signale übertragen werden sollen. Diese Signale können Werte darstellen, die innerhalb eines Bohrlochs gemessen werden, z. B. den Neigungswinkel einer niederzubringenden Bohrung, dessen Kenntnis für das Bedienungspersonal einer Tiefbohranlage von grossem Wert ist, da es hiebei möglich ist, die Bohrarbeiten zu optimieren. Bei Ölgewinnungsarbeiten können die Signale auch Angaben über den im Bohrloch herrschenden Druck enthalten ; diese Angaben werden häufig kontinuierlich registriert, um Informationen über das Verhalten der Tiefbohrung zu gewinnen.
Bei einem bekannten Rohrabschnitt dieser Gattung (vgl. US-PS Nr. 3, 696, 332) verläuft der die Kontaktelektroden an den beiden Kupplungsteilen verbindende elektrische Leiter in einem geraden
Schutzrohr, das sich entlang der Innenwandung des Rohrabschnittes erstreckt, damit es das Hindurchströmen der Bohrflüssigkeit bzw. das Hindurchführen von an Drahtseilen aufgehängten Werkzeugen nicht behindert.
Wenn Bohrarbeiten ausgeführt und/oder Rohrstränge in einer Tiefbohrung verlegt werden, besteht jedoch die Gefahr, dass sich die Rohrstränge in einem solchen Ausmass durchbiegen, dass ein gerades Signalleitungsrohr, das sich längs der Innenwand des Rohrstranges erstreckt, in Richtung auf die Achse des Rohrstrangs verlagert, so dass das Hindurchführen eines Werkzeugs durch den Rohrstrang behindert wird. Enthält z.
B. ein Bohrrohrabschnitt mit einer Länge von 9 m und einem Innendurchmesser von etwa 100 mm ein Signalleitungsrohr, dessen Enden mit dem Rohrabschnitt verbunden sind und das einen Aussendurchmesser von etwa 10 m hat, so führt eine gleichmässige Krümmung desselben in einem Ausmass, bei dem die Erdtangenten einen Winkel von 4, 46 miteinander einschliessen, dazu, dass das Signalleitungsrohr zwar seine gerade Form beibehält, sich jedoch so durch den Innenraum des Rohrabschnitts erstreckt, dass es die Innenwand des Rohrabschnitts auf der Gegenseite berührt. Krümmungen des genannten Ausmasses kommen häufig vor, insbesondere bei in Küstennähe unter Wasser angelegten Tiefbohrungen, bei denen von einer einzigen Bohrplattform aus zahlreiche Bohrlöcher angelegt werden.
Ausserdem liegt es auf der Hand, dass auch schon eine erheblich geringere Krümmung eines Rohrabschnitts dazu führen könnte, dass sich das Signalleitungsrohr von der benachbarten Wand so weit entfernt, dass sich an ihm ein in dem Rohrstrang herabgelassenes Drahtseil verfangen könnte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrabschnitt der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem das Schutzrohr für die isolierte elektrische Leitung innerhalb des Rohrabschnitts auf kostensparende und zuverlässige Weise so untergebracht ist, dass einerseits der Rohrabschnitt nur in einem geringen Ausmass durch mechanische Spannungen beansprucht wird und dass sich zuverlässig mit Hilfe von Drahtseilen Werkzeuge durch den Rohrabschnitt hindurchführen lassen.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass das Schutzrohr einen im wesentlichen wendelförmigen Hauptabschnitt und gerade Endabschnitte aufweist, wobei der Aussendurchmesser der Wendel so gewählt ist, dass die Wendelwindungen mit Vorspannung an der Innenwandung des Rohrstückes anliegen, während die geraden Endabschnitte des Schutzrohres zu den Kanälen in den Kupplungsteilen verlaufen, und dass in diesen Kanälen Dichtungseinrichtungen vorgesehen sind, welche die Endabschnitte des Schutzrohres gegen die Kanalwände abdichten und zugleich das Schutzrohr in den Kanälen verankern.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Innendurchmesser der Kupplungsteile kleiner als der Innendurchmesser des wendelförmigen Hauptabschnittes des Schutzrohres und die Innenwandung beider Kupplungsteile weist einen Übergangsabschnitt auf, welcher vom kleineren Innendurchmesser der Kupplungsteile auf den grösseren Innendurchmesser des Rohrstückes überleitet ; die Kanäle der Kupplungsteile münden dann im Bereich dieser Übergangsabschnitte in den Innenraum der Kupplungsteile.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen verkürzten Längsschnitt eines erfindungsgemässen Rohrabschnitts und Fig. 2 in einem vergrösserten Teilschnitt die in Fig. 1 durch den Pfeil II bezeichneten Einzelheiten.
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Zu dem in Fig. 1 dargestellten Rohrabschnitt--l-gehört ein Rohrstück --2--, das an einem Ende einen Werkzeuganschluss--3-in Form eines Innenteils und am andern Ende einen Werkzeuganschluss-4- in Form eines Aussenteils aufweist. Die Werkzeuganschlüsse sind auf bekannte Weise als X-Loch-Anschlüsse ausgebildet, doch haben sie einen kleineren Innendurchmesser. Beispielsweise wurden bei einem Bohrstrang mit einem Durchmesser von etwa 115 mm X-Loch-Werkzeuganschlüsse vom gleichen Durchmesser verwendet, bei denen der kleinste Durchmesser der Kanäle --5-- etwa 64 mm betrug.
Die Werkzeuganschlüsse tragen Elektroden zum Weiterleiten elektrischer Signale zu entsprechenden Elektroden gleichartiger Rohrstücke --2-- benachbarter Rohrabschnitte --1--, wenn mehrere Rohrabschnitte mit Hilfe der Werkzeuganschlüsse miteinander verbunden sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden die Elektroden durch Kontaktringe --6 und 7-- gebildet, die an den zugehörigen Enden des Rohrabschnitts --1-- in Nuten mit Hilfe eines Isoliermaterials, z. B. eines Epoxyharzes, eingebaut sind. In Fig. 2 ist ein ringförmiges Kontaktelement --6-- zu erkennen, das teilweise von dem Isoliermaterial --8-umschlossen ist, welches die Ringnut --9-- ausfüllt, mit der die Stirnfläche der Abdichtungssehulter - 10-- des Werkzeuganschlusses --3-- versehen ist.
Werden gleichartige Rohrabschnitte der in Fig. l und 2 dargestellten Art mit Hilfe ihrer Werkzeuganschlüsse miteinander verbunden, werden die Kontaktelemente--6 und 7-- und das zugehörige Isoliermaterial --8-- dadurch gegen innerhalb und/oder ausserhalb des Bohrstrangs vorhandene Fluide geschützt, dass eine metallische Berührung zwischen den benachbarten Abdichtungsschultern --10-- herbeigeführt wird.
Die Kontaktelemente --6 und 7-- sind durch einen elektrischen Stromkreis verbunden, der sich
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--11Stromkreis gehören ein im wesentlichen vollständig in dem Kanal --11-- angeordneter Leiter --16--, ein Kabel --17--, das im wesentlichen vollständig von dem Schutzrohr --13-- aufgenommen ist, sowie ein nicht dargestellter Leiter, der sich durch den Kanal --15-- erstreckt. Das Kabel --17-- ist leitend mit den beiden Leitern an den Enden des Rohrabschnitts verbunden.
Als isolierte elektrische Leiter können bei dem erfindungsgemässen Rohrabschnitt zahlreiche der handelsüblichen elektrischen Leiter verwendet werden. Vorzugsweise werden solche Leiter verwendet, bei denen eine relativ geringe elektrische Kapazität zwischen dem Draht und der äusseren Umhüllung und ein hoher Widerstand zwischen dem Draht und der Umhüllung bzw. Masse vorhanden ist. Die Flexibilität und der Durchmesser des isolierten elektrischen Leiters --17-- werden so gewählt, dass sich der Leiter beim Einbau relativ leicht in das Schutzrohr --13-- einführen lässt.
Zu dem Schutzrohr --13-- gehören Endabschnitte --18 und 19--, die in den Kanälen --12 und 14-der Werkzeuganschlüsse --3 und 4-- verankert werden, zwei im wesentlichen gerade Abschnitte --20 und 21-- sowie ein Mittelabschnitt --22--, welch letzterer so ausgebildet ist, dass er elastisch in Anlage an der Innenwand des Rohrstücks --2-- gehalten wird. Zu diesem Zweck weist der Mittelabschnitt --22-- des Schutzrohrs --13-- eine im wesentlichen schraubenlinienförmige Gestalt derart auf, dass er elastisch nach aussen vorgespannt wird, wenn er in den Rohrabschnitt eingebaut wird, so dass er bestrebt ist, einen Aussendurchmesser anzunehmen, der mindestens im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Rohrstücks-l-ist.
Nachdem der Mittelabschnitt --22-- unter elastischer Verformung in das Rohrstück - eingeführt worden ist, werden somit im wesentlichen alle Teile des Schutzrohrs elastisch an die Innenwand des Rohrstücks --2-- angedrückt. Bei einem Rohrstück mit einer Länge von etwa 9 m können die geraden Abschnitte --20 und 21-- des Schutzrohrs-13-jeweils eine Länge von etwa 300 bis 600 mm haben ; der Abstand zwischen den Windungen des schraubenlinienförmigen Mittelabschnitts --22-- bzw. die Ganghöhe dieses Abschnitts kann etwa 900 bis 1500 mm betragen ; eine Ganghöhe von etwa 1200 mm hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Die Endabschnitte --18 und 19-- des Schutzrohrs --13-- werden in den Kanälen --12 und 14-- auf eine nachstehend an Hand von Fig. 2 beschriebene Weise verankert.
Die Werkzeuganschlüsse --3 und 4-- des Rohrstücks --2-- haben eine solche Form, dass die Endabschnitte --18 und 19-- des Schutzrohrs --13-- leicht in die Kanäle --12 und 14-- eingeführt werden können. Der Durchmesser der Bohrungen --5-- der Werkzeuganschlüsse ist kleiner als der Innendurchmesser des schraubenlinienförmigen Mittelabschnitts --22-- des Schutzrohrs --13--, so dass sich jedes mit Hilfe eines Drahtseils herabgelassene Werkzeug, das die Werkzeuganschlüsse passiert, auch längs des mittleren Teils des Rohrstücks bewegen kann.
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Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Befestigung des Endabschnitts --18-- des Schutzrohrs --13-- im
Kanal --12-- des Werkzeuganschlusses --3--. Der Endabschnitt --18-- trägt einen kleinen Flansch --23--, bei dem es sich um einen gesonderten Ring handeln kann, der mit dem Schutzrohrabschnitt --18-- z. B. durch Verschweissen verbunden ist. Gemäss Fig. 2 weist der Endabschnitt --18-- des Schutzrohrs ein
Aussengewinde auf, auf das eine Mutter --24-- aufgeschraubt ist. Durch Festziehen der Mutter --24-- auf dem Endabschnitt --18-- des Schutzrohrs wird dieser Endabschnitt in den Kanal-12-so hineingezogen, dass gleichzeitig ein Dichtungsring --25-- in abdichtende Berührung mit einer konischen Schulter in dem
Kanal --12-- gebracht wird.
Das andere Ende des Schutzrohrs --13-- wird gemäss Fig. 1 in dem Kanal --14-- des andern
Werkzeuganschlusses --4-- in der gleichen Weise verankert, wie es vorstehend bezüglich der Verankerung des linken Endes des Schutzrohrs im Kanal-12-des Werkzeuganschlusses-3-beschrieben ist.
Nachdem beide Enden des Schutzrohrs --13-- in der beschriebenen Weise zuverlässig festgelegt worden sind, kann man das isolierte elektrische Kabel --17-- über den Kanal --12-- in das Schutzrohr einführen und es mit den in den Kanälen --11 und 15-- der Werkzeuganschlüsse --3 und 4-- angeordneten
Leitern --16-- verbinden. Die Herstellung dieser Verbindungen ist im folgenden an Hand von Fig. 2 beschrieben.
Der elektrische Leiter des isolierten Kabels --16-- wird an einem Ende mit dem in die Abdichtungs- schulter --10-- des Werkzeuganschlusses --3-- eingebauten Kontaktring verbunden und an seinem andern
Ende mit einem umgebogenen Abschnitt --26-- versehen, der leitend mit dem Leiter --27-- des Kabels - verbunden wird, u. zw. mit Hilfe eines Klemmverbinders-28--, auf den eine isolierende Kappe - aufgesetzt wird.
Das äussere Ende des Kanals --12-- des Werkzeuganschlusses --3-- wird mit Hilfe eines Gewinde- stopfens --30-- dicht verschlossen. Der Kanal --12-- des Werkzeuganschlusses --3-- ist mit einer radialen
Aussparung --31-- versehen, die dazu dient, das Ende --26-- des Leiters --16-- in seiner Lage zu halten, wenn es erforderlich ist, das Schutzrohr --13-- aus dem Rohrstück --2-- auszubauen, um es wegen einer eingetretenen Abnutzung oder aus andern Gründen zu erneuern.
Somit ist es möglich, die Verbindung zwischen den Leitern --16 und 17-- sowie zwischen dem Leiter --17-- und dem Leiter in dem Kanal --15-- des Werkzeuganschlusses --4-- zu unterbrechen und das betreffende Ende des Leiters --16-in Eingriff mit der radialen Aussparung --31-- zu bringen, damit die Mutter-24-- vom zugehörigen Endabschnitt --18-- des Schutzrohrs --13-- abgeschraubt werden kann, ohne dass sich der Leiter --16-verlagert. Hiedurch wird die Erneuerung des Kabels --17-- und/oder des Schutzrohrs --13-- erheblich erleichtert, denn es ist nicht erforderlich, die Kontaktringe-6 und 7-- aus den Werkzeuganschlüssen auszubauen.
Zwar lassen sich die Kontaktringe entfernen, doch ist dies schwierig, da sie in die Ringnuten --9-- eingekittet sind, so dass zeitraubende Arbeiten ausgeführt werden müssen, um die Ringnut des betreffenden Werkzeuganschlusses vollständig zu reinigen, bevor es möglich ist, einen neuen Isolierring und einen neuen Kontaktring einzubauen. Normalerweise werden Epoxykitte verwendet, die sich nur so schwer entfernen lassen, dass die Ringnut nachgearbeitet werden muss. Da sich die Abnutzung auf den schraubenlinienförmigen Abschnitt --22-- des Schutzrohrs --13-- beschränkt, ist es in den meisten Fällen nur erforderlich, das Schutzrohr zu erneuern, und dies lässt sich auf relativ einfache Weise durchführen.
Somit kann man die Rohrstücke erneut verwendbar machen, so dass sie die gleiche Lebensdauer erreichen wie normale Bohrstrangabschnitte.
Es sei bemerkt, dass sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf die Verwendung der beschriebenen ringförmigen Kontaktelemente --6 und 7-- nach Fig. 1 beschränkt. Vielmehr kann man auch beliebige andere Kontaktelemente oder Elektroden verwenden, die geeignet sind, elektrische Signale zu den Kontaktelementen oder Elektroden benachbarter gleichartiger Rohrstücke zu übertragen, welche mit Hilfe ihrer Kupplungselemente miteinander verbunden werden.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die Verwendung des in Fig. 2 dargestellten Dichtungsrings --25-aus Metall beschränkt, der mit dem Metall des Rohrstücks zusammenarbeitet. Vielmehr könnte man auch beliebige andere Dichtungen, z. B. zusammendrüekbare Dichtungen, verwenden.
Um den Druckabfall längs der Werkzeuganschlüsse --3 und 4-- des erfindungsgemässen Rohrab- schnitts-l-möglichst zu verringern, ist der Eintrittswinkel --32-- des Werkzeuganschlusses --3-ebenso wie der Austrittswinkel --33-- des Werkzeuganschlusses --4-- so gewählt, dass sich ein möglichst geringer Druckabfall einstellt. Bei einem Eintrittswinkel von 300 und einem Austrittswinkel von 10 lassen
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komplizierter. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kanäle --12 und 14-- an den Übergangsabschnitten münden, die sich zwischen den Kanälen --5-- und der Innenwand des Rohrstücks --2-- erstrecken.
Nimmt man an, dass der Bohrstrang von oben betrachtet im Uhrzeigersinne gedreht wird, kann man den schraubenlinienförmigen Mittelabschnitt --22-- des Schutzrohrs --13-- linksgängig wickeln, um den Druckverlust in der Bohrung des Rohrs und die mechanische Belastung der Verankerungen des Schutzrohrs auf ein Minimum zu verringern.
Das Schutzrohr --13-- lässt sich in den Rohrabschnitt --1-- bei der Herstellung leicht einbauen, und auch während des Gebrauchs lässt sich ein abgenutztes Schutzrohr leicht durch ein neues Schutzrohr ersetzen.
Das Schutzrohr --13-- wird auf bekannte Weise so gebogen, dass der Mittelabschnitt --22-- eine
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Innendurchmesser des Rohrstücks --2--. Ferner wird das Schutzrohr mit zu den Kanälen --12 und 14-passenden Endabschnitten versehen. Zunächst werden diese Kanäle in den Endabschnitten des Rohrstücks - ausgebildet. Danach wird das vorgeformte Schutzrohr --13-- in das Rohrstück so eingeführt, dass die Aussenfläche des Mittelabschnitts --22-- an die Innenwand des Rohrstücks angepresst wird. Nach dem Einbringen des Schutzrohrs in das Rohrstück werden die Endabschnitte --18 und 19-- in den Kanälen --12 und 14-verankert, z. B. in der vorstehend an Hand von Fig. 2 beschriebenen Weise.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rohrabschnitt zur Verwendung bei Tiefbohrungen, bestehend aus einem Rohrstück, das an einem Ende einen zapfenartigen und am andern Ende einen komplementären hülsenartigen Kupplungsteil aufweist, wobei an jedem der beiden Kupplungsteile eine gegen das Rohrstück isolierte Kontaktelektrode vorgesehen ist und diese Elektroden miteinander durch einen elektrischen Leiter verbunden sind, welcher sich durch in den Kupplungsteilen ausgebildete Kanäle und durch ein zwischen den Kupplungsteilen innerhalb des Rohrstückes verlaufendes Schutzrohr erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (13) einen im wesentlichen wendelförmigen Hauptabschnitt (22) und gerade Endabschnitte (18,19) aufweist, wobei der Aussendurchmesser der Wendel so gewählt ist,
dass die Wendelwindungen mit Vorspannung an der Innenwandung des Rohrstückes (2) anliegen, während die geraden Endabschnitte (18,19) des Schutzrohres (13) zu den Kanälen (12,14) in den Kupplungsteilen (3,4) verlaufen, und dass in diesen Kanälen (12,14) Dichtungseinrichtungen (23,24, 25) vorgesehen sind, welche die Endabschnitte (18,19) des Schutzrohres (13) gegen die Kanalwände abdichten und zugleich das Schutzrohr (13) in den Kanälen (12,14) verankern.