DE10110399C1 - Gestänge und dessen Verwendung für eine Bohrvorrichtung mit einem Drehantrieb - Google Patents

Abstract

Bei einer Bohrvorrichtung mit einem Dreh- und Schubantrieb besteht das Gestänge aus mehreren über Steckverbindungen in beiden Richtungen drehfest miteinander verbundenen Rohrabschnitten und erstreckt sich im Innern des Gestänges ein Zuganker, mit dessen Hilfe die Rohrabschnitte gegeneinander verspannt werden. Der Zuganker kann aus Rohrabschnitten oder aus einem Zugseil bestehen und eröffnet die Möglichkeit, das Gestänge in seiner Gesamtheit entgegen der Bohrrichtung zu bewegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aus mehreren miteinander verbundenen Rohrabschnitten bestehendes Gestänge und dessen Verwendung für eine Bohrvorrichtung mit einem Dreh- und Vorschubantrieb.

Bei Bohrvorrichtungen, die außer einem Dreh- und Vorschubantrieb auch einen Schlag- und/oder einen Vibrationsantrieb besitzen können, dient das Gestänge zum Übertragen von Druckkräften und Drehmomenten auf das Bohrwerkzeug sowie - beim Herausholen des Gestänges aus einer Bohrung üblicherweise entgegen der Bohrrichtung - auch zum Übertragen von Zug­ kräften. Des weiteren dienen Bohrgestänge für das Naßbohren dazu, Spül­ flüssigkeit beispielsweise für einen hydraulischen Abbau des Erdreichs in Richtung Bohrwerkzeug zu fördern. Bohrgestänge unterliegen somit einer starken statischen und dynamischen Beanspruchung und erfordern daher Verbindungen der einzelnen Rohrabschnitte; die dem gewachsen und gege­ benenfalls auch flüssigkeitsdicht sind.

Die Praxis verwendet als Gestängeverbinder üblicherweise Schraubverbin­ dungen, die jedoch einerseits ein zeitaufwendiges Verschrauben zumeist unter Zuhilfenahme einer besonderen Gestängeschraubvorrichtung erfor­ dern und insbesondere außerordentlich empfindlich gegen Verschmutzung und mechanische Beschädigungen sind. Hinzu kommt, daß Schraubbohr­ gestänge beim Bohren nur eine Drehrichtung erlauben, weil es andernfalls zu einem Aufschrauben der Verbindung kommen würde. Selbst wenn der Zeitaufwand für das Ansetzen der Schraubvorrichtung, das eigentliche Ver­ schrauben und das Abnehmen der Schraubvorrichtung je Gestängeabschnitt gering ist, so summieren sich die damit verbundenen Stillstandszeiten mit zunehmender Gestänge- bzw. Bohrlänge ganz erheblich.

Die Erfindung ist daher auf ein aus mehreren Abschnitten bestehendes Bohrgestänge gerichtet, dessen Abschnitte sich zeitsparend miteinander verbinden und voneinander lösen lassen.

Dies ist bei einem erfindungsgemäßen Gestänge möglich, wenn die Rohrab­ schnitte mit Hilfe eines im Rohrinnern angeordneten Zugankers miteinander verspannt sind. Der Zuganker ermöglicht es, auf eine Gewindeverbindung zu verzichten und statt dessen eine einfache, beispielsweise formschlüssige Steckverbindung zu verwenden. Eine solche Steckverbindung kann darin bestehen, daß die Rohrabschnitte muffenartig ineinander gesteckt sind.

Der Zuganker kann aus massiven Abschnitten oder ebenfalls aus Rohrab­ schnitten (Innenrohrabschnitte) bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, Spülflüssigkeit durch einen rohrförmigen Zuganker zum Bohrkopf zu fördern und durch einen Ringkanal zwischen Zuganker (Innengestänge) und Außen­ gestänge zurückzufördern oder auch mit einem Antriebsfluid für einen MUD- Motor sowie einer davon getrennten Spülflüssigkeit zu arbeiten.

Die Rohrabschnitte des Außen- und/oder des Innengestänges bzw. Zugan­ kers können formschlüssig, beispielsweise über Bajonett-Verschlüsse mit­ einander verbunden sein, die ein schnelles und sicheres Verbinden und Trennen der Rohrabschnitte erlauben.

Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Innenrohrabschnitte am einen Ende eine Aufnahme mit einer Öffnung zum Hindurchstecken mindestens eines Verriegelungsanschlags aufweisen. Das andere Rohrende ist dann mit mindestens einem entsprechenden Verriegelungsanschlag versehen, der zum Verriegeln und Entriegeln lediglich um beispielsweise 90° gedreht zu werden braucht.

In der Nähe des Verriegelungsanschlags kann mindestens ein Mitnehmeran­ schlag angeordnet sein, der mit einem entsprechenden Anschlag des zugehörigen Außenrohrabschnitts zusammenwirkt. In ähnlicher Weise kann in der Nähe der Aufnahme der Innenrohrabschnitte für den Verriegelungsanschlag mindestens ein Mitnehmeranschlag angeordnet sein, der ebenfalls mit einem Anschlag des zugehörigen Außenrohrabschnitts zusammenwirkt.

Um dieses Zusammenwirken zu ermöglichen, können die Außenrohrab­ schnitte mit einem Innenkragen versehen sein, in dem sich ein Längsschlitz zum Hindurchführen des Mitnehmeranschlags am Innenrohrabschnitt befin­ det. Der Innenkragen kann dabei in eine Ringnut für den Mitnehmeranschlag übergehen.

Da sich die Abschnitte des Außenrohrs und des Zugankers ohne Schrauben miteinander verbinden lassen, sollten sie jeweils mindestens eine Schlüssel­ fläche aufweisen, um eine in beiden Richtungen drehfeste Verbindung zu schaffen und bei dem Zuganker mit Hilfe eines Schlüssels ein leichtes und schnelles Verriegeln zu ermöglichen.

Der Zuganker kann aber auch aus einzelnen Seilabschnitten bestehen, die beispielsweise über einen aus Haken und Öse bestehenden Verbinder mit­ einander verbunden sind. In diesem Falle kann in der Nähe des Hakens ebenfalls mindestens ein Mitnehmeranschlag und/oder auch in der Nähe der Öse mindestens ein Mitnehmeranschlag angeordnet sein. Diese Anschläge wirken dann ebenfalls mit geschlitzten Innenkragen der Außenrohrabschnitte zusammen.

Vorzugsweise sind die Mitnehmeranschläge jeweils paarweise einander ge­ genüberliegend angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Außenrohrabschnitt,

Fig. 2 einen Innenabschnitt in Gestalt einer massiven Stange,

Fig. 3 zwei miteinander verbundene Gestängeabschnitte aus Rohrab­ schnitten nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen Gestängequerschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Gestängequerschnitt nach der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 die Stirnansicht eines hinteren Innenrohrabschnitts und

Fig. 7 zwei über einen seilförmigen Zuganker miteinander verbundene Rohrabschnitte.

Das Bohrgestänge besteht im wesentlichen aus einem Bohrkopf 1 mit Düsen 2 für eine Spülflüssigkeit sowie einzelnen Außenrohrabschnitten 3 und In­ nenabschnitten 4. Die Außenrohrabschnitte 3 besitzen am einen Ende eine Muffe 5 mit mindestens einer Schlüsselfläche 6 sowie am anderen Ende ei­ nen Zapfen 7 mit mindestens einer komplementären Schlüsselfläche 8 sowie einer Ringnut 9 für eine nicht dargestellte Dichtung.

Der Innenabschnitt 4 besteht aus einer massiven Stange (Fig. 2) und besitzt ebenfalls am einen Ende eine Muffe 11 mit mindestens einer Schlüsselfläche 12 und am anderen Ende einen Zapfen 13 mit mindestens einer komple­ mentären Schlüsselfläche 14 sowie Verriegelungsanschläge 15.

Der Außenrohrabschnitt 3 besitzt des weiteren einen Innenkragen 16 mit zwei einander gegenüberliegenden Längsschlitzen, deren Querschnitt der Kontur von Mitnehmeranschlägen 19 am rückwärtigen Ende eines rohrförmi­ gen Innenabschnitts 4 entspricht und die - ähnlich wie in Fig. 4 dargestellt - um 90° gegenüber den Mitnehmeranschlägen angeordnet sind. Dem Innenkragen 16 benachbart ist eine Innenwandnut 20 des Außenrohrabschnitts 3, in die die Mitnehmeranschläge 19 im gekuppelten Zustand der beiden Rohr­ abschnitte 3, 4 eingreifen. Des weiteren ist das vordere Ende des Außen­ rohrabschnitts 3 mit einem Innenkragen 21 versehen, der ähnlich wie der Innenkragen 16 zwei einander gegenüberliegende Längsschlitze 17, 18 be­ sitzt (Fig. 4).

Das rückwärtige Ende des Innenrohrabschnitts 4 ist mit einer Aufnahme 22 für die Mitnehmeranschläge 15 am vorderen Ende des benachbarten Innen­ rohrabschnitts 4 versehen. Diese Mitnehmeranschläge 15 liegen im gekup­ pelten Zustand hinter einem Bund 23 am rückwärtigen Ende des in Fig. 3 linken bzw. vorderen Innenrohrabschnitts 4, der mit zwei einander gegen­ überliegenden Längsschlitzen 24, 25 (Fig. 5) zum Einführen der Mitnehme­ ranschläge 15 versehen ist. Am vorderen Ende des Innenrohrabschnitts 4 sind weitere Mitnehmeranschläge 26 angeordnet, die sich durch die Längs­ schlitze 17, 18 in dem Innenkragen 21 des Außenrohrabschnitts 3 hindurch­ schieben lassen und nach einer 90°-Drehung gemeinsam mit den anderen Mitnehmeranschlägen 15 am Innenrohrabschnitt 4 zur Verriegelung der bei­ den Rohrabschnitte 3, 4 dienen (Fig. 5).

Im gekuppelten Zustand besitzt das Gestänge eine durchgehende Innenboh­ rung 27 sowie einen die Innenrohrabschnitte 4 umgebenden durchgehenden Kanal aus einzelnen ringförmigen Abschnitten 28, 29, 30, die über die Längsschlitze 17, 18; 24, 25 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, ein einziges Fluid hin und zurück durch das Gestänge oder zwei Fluide getrennt voneinander in Richtung des Bohrkopfs zu fördern.

Die im gekuppelten Zustand einander gegenüberliegenden komplementären Schlüsselflächen 6, 8 an den Außenrohrabschnitten 3 schaffen eine in bei­ den Richtungen drehfeste Steckverbindung 11, 13 zwischen den einzelnen Außenrohrabschnitten 3, 4. Eine ebenfalls in beiden Drehrichtungen drehfe­ ste Steckverbindung ergibt sich im gekuppelten Zustand infolge der ebenfalls einander gegenüberliegende komplementäre Schlüsselflächen 12, 14 an den Innenabschnitten 4 der Zugankerausführung gemäß Fig. 2.

Die Innenabschnitte 4 sind untereinander über die Mitnehmeranschläge 15 und den Bunde 23 so miteinander sowie über die Mitnehmeranschläge 19, 26 und die Innenkragen 16, 21 so mit den Außenrohrabschnitten 3 verbun­ den, daß das Gestänge 3, 4 eine Einheit bildet und sich mit Hilfe des aus den Innenrohrabschnitten 4 bestehenden Zugankers bzw. Innengestänges insgesamt aus einer Erdbohrung (in Fig. 3 nach rechts) herausziehen läßt, obgleich die Außenrohrabschnitte 3 lediglich durch die reinen Steckverbin­ dungen 11, 13 miteinander verbunden sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 sind zwei Außenrohrabschnitte 30 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 über eine muffenartige Steckverbindung 31 in beiden Richtungen drehfest miteinander verbunden. Die Außenrohrabschnitte 30 besitzen zwei Innenkragen 32, 33, die ebenso wie die Innenkragen 16, 20 mit Längsschlitzen 34, 35 versehen sind.

Im Innern des aus den Außenrohrabschnitten 30 bestehenden Gestänges erstreckt sich ein Zuganker in Gestalt einzelner Seilabschnitte 36, 37, die am vorderen Ende mit Mitnehmeranschlägen 38 und am rückwärtigen Ende mit Verriegelungsanschlägen 39 ausgestattet sowie über einen in eine Öse 40 eingreifenden Haken 41 miteinander verbunden sind. Die hinteren Verriege­ lungsanschläge 39 dienen dazu, die Seilabschnitte 36, 37 im Zusammenwir­ ken mit den vorne angeordneten Mitnehmeranschlägen 38 zu positionieren und gegen ein Herausfallen aus den Rohrabschnitten zu sichern. Mit Hilfe der untereinander verbundenen Seilabschnitte 36, 37 lassen sich die Außen­ rohrabschnitte 30 zu einem einheitlichen, in beiden Richtungen drehfesten Gestänge miteinander verspannen. Außerdem erlaubt es das Seil 36, 37, das Gestänge in seiner Gesamtheit trotz seiner reinen Steckverbindungen 31 in beiden Richtungen aus einer Erdbohrung herauszuziehen.

Das Innere des Gestänges aus den Gestängeabschnitten 30 besteht aus einzelnen Abschnitten 42, die untereinander über die erwähnten Längs­ schlitze 34, 35 in den Innenkragen 32, 33 miteinander in Verbindung stehen. Das Gestänge eignet sich daher auch zum Fördern einer Spül- oder An­ triebsflüssigkeit.

Das erfindungsgemäße Gestänge eignet sich insbesondere auf zur Verwen­ dung mit einem Lenkkopf, wie er in der US-Patentschrift 5 322 391 beschrie­ ben ist, deren Inhalt hier in Bezug genommen wird.

Claims (18)

1. Gestänge aus mehreren miteinander verbundenen Rohrabschnitten (3; 30), dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte drehfest mitein­ ander verbunden und mit Hilfe eines im Rohrinnern angeordneten Zu­ gankers (4; 36, 37) miteinander verspannt sind.

2. Gestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohrabschnitte (3) über eine formschlüssige Steckverbindung (11, 13) miteinander verbunden sind.

3. Gestänge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker aus einzelnen Abschnitten (4) besteht.

4. Gestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuganker aus Innenrohrabschnitten (4) besteht.

5. Gestänge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte über eine formschlüssige Steckverbindung (11, 13) miteinan­ der verbunden sind.

6. Gestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (3; 30; 4; 36, 37) über Bajonett-Verschlüsse (14, 16; 15, 23; 21; 26) miteinander verbunden sind.

7. Gestänge nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenrohrabschnitte (4) am einen Ende eine Aufnahme (19) mit einer Öffnung (24; 25) für Mitnehmeranschläge (15) besitzen.

8. Gestänge nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Innenrohrabschnitte (4) mit Mitnehmeran­ schlägen (15) versehen ist.

9. Gestänge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Mitnehmeranschläge (15) des Innenrohrabschnitts (4) weitere Mit­ nehmeranschläge (26) angeordnet sind.

10. Gestänge nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Aufnahme (19) des Innenrohrabschnitts (4) für die Mitnehmeranschläge (15) an dem Innenrohrabschnitt (4) Mitnehme­ ranschläge (14) angeordnet sind.

11. Gestänge nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenrohrabschnitte (3) mit einem Innenkragen (16; 21) versehen sind und sich in dem Innenkragen Längsschlitze (18, 19) für Mitnehmeranschläge (14, 26) befinden.

12. Gestänge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innen­ kragen (16) in eine Innenwandnut (20) übergeht.

13. Gestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugan­ ker aus Seilabschnitten (36, 37) besteht.

14. Gestänge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seil­ abschnitte (36, 37) über eine Verbindung aus Haken (41) und Ösen (40) miteinander verbunden sind.

15. Gestänge nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Hakens (41) Mitnehmeranschläge (38) angeordnet sind.

16. Gestänge nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Nähe der Öse (40) Verriegelungsanschläge (39) angeordnet sind.

17. Verwendung eines Gestänges nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 1 und 13 bis 16, bei einer Vorrichtung zum Herstellen von Erdbohrungen mit einem Dreh- und Vorschubantrieb.

18. Verwendung eines Gestänges nach Anspruch 17 mit einem Lenkkopf.