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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdrehsicherung für eine Steigleitung in einem Bohrloch in Verbindung mit dem Betrieb einer Exzenterschneckenpumpe. Die Vorrichtung bringt mindestens zwei mit Zähnen versehene Klauen durch mindestens zwei Nocken mit einer Innenwand eines Bohrloches in Wirkzusammenhang. Die mindestens zwei Nocken sind an einem vorzugsweise hohlen Grundkörper angeordnet. Die Exzenterschneckenpumpe ist durch die Vorrichtung zentrierbar.
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Das amerikanische Patent
US 4,605,063 offenbart eine Vorrichtung mit der ein Gestänge in einer Rohrleitung gegen axiale Bewegungen gesichert werden kann. Die Klauen, welche mit nach oben und unten gerichteten Zähnen ausgestattet sind, werden zur Verdrehsicherung in Richtung der Innenwandungen der Rohrleitung bewegt. Um die Klauen in die Ausgangsposition zurück zu bewegen sind diese durch Zugfedern miteinander verbunden. Zur Zentrierung des Gestänges und der Vorrichtung ist die Vorrichtung mit zusätzlichen Zentrierelementen versehen. Diese Zentrierelemente sind zwischen den Klauen angeordnet.
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Das amerikanische Patent
US 4,811,785 offenbart ein Werkzeug, mit welchem das Verdrehen eines Gestänges in einem Bohrloch verhindert wird. Zu diesem Zweck werden, mit Zähnen versehene Klauen, durch Nocken, die sich an der Innenseite der Klauen befinden radial nach außen an die Bohrlochwand gepresst. Dies geschieht durch ein Verdrehen im Uhrzeigersinn. Zum Lösen der Klauen wird das Gestänge mit Nocken gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Zur Zentrierung der Vorrichtung sind oberhalb der Klauen Elemente angeordnet, die durch Blattfedern nach außen an die Bohrlochinnenwand gepresst werden.
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Das amerikanische Patent
US 5,275,239 offenbart eine weitere Vorrichtung, mit welcher die Verdrehung des Gestänges in einem Bohrloch vermieden werden kann. Bei dieser Vorrichtung werden mehrere dreieckige Klauen von jeweils einer Blattfeder radial nach außen an die Bohrlochwandung gepresst. Bei einer Verdrehung des Gestänges im Uhrzeigersinn werden die dreieckigen Klauen derart bewegt, dass sie in einem Drehpunkt aufgestellt werden. Der äußerste Punkt der dreieckigen Klauen verkeilt sich mit der Bohrlochwand, wobei die Blattfeder eingedrückt wird.
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Zum Entspannen der Blattfedern wird das Gestänge in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
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Die amerikanischen Patentanmeldung US 2005/0224233 A1 offenbart ein Verfahren zum lösbaren verankern einer Verrohrungen oder eines Gestänges in einem Bohrloch. Mit einem Anker kann ein Gestänge in einem Bohrloch mit verschiedenen Bohrungsdurchmesser positioniert werden. Der Anker besitzt einen festen Durchmesser und weist Mittel zur Verankerung im Bohrloch auf. Mit diesen Mitteln zur Verankerung kann der Anker und mit ihm das Gestänge im Bohrloch lösbar fixiert werden.
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Das amerikanische Patent
US 5,636,690 beschreibt eine Verdrehsicherung zur Sicherung von Gestänge oder anderem Equipment in einem Bohrloch. Mit der Verdrehsicherung wird sichergestellt, dass sich das Gestänge im Bohrloch nur in eine Richtung drehen kann. Wir das Gestänge in die andere Richtung gedreht, verkeilt sich die Verdrehsicherung im Bohrloch.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdrehsicherung zu schaffen, mit der die Verdrehung und/oder die Entschraubung eines Stranges verschraubter Steigrohre in einem Bohrloch während des regulären Betriebes vermeidbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung gelöst, die durch die Merkmale des Anspruchs 1 beschrieben ist. Weitere vorteilhafte Merkmale zur Vermeidung der Verdrehung eines Steigrohres in einem Bohrloch sind den abhängigen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Es ist eine Verdrehsicherung für Steigrohre in einem Bohrloch offenbart. Die erfindungsgemäße Verdrehsicherung besteht aus mindestens zwei mit Zähnen versehene Klauen. Durch mindestens zwei Nocken sind die Klauen mit einer Innenwand eines Bohrloches in Wirkzusammenhang bringbar. Die mindestens zwei Nocken sind an einem vorzugsweise hohlen Grundkörper angeordnet. Die unmittelbar an der Verdrehsicherung befestigte Exzenterschneckenpumpe ist durch die Verdrehsicherung zusätzlich zentrierbar. Die Klauen sind durch jeweils mindestens eine Spiraldruckfeder miteinander verbunden und vorgespannt.
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Die Klauen sind durch die Federkräfte der Spiraldruckfedern derart an die Innenwand des Bohrloches angepresst, dass die Verdrehsicherung und mit ihr das Steigrohr sowie die Exzenterschneckenpumpe zentriert sind. Die Klauen sind durch eine Drehbewegung der Nocken an der Innenwand des Bohrloches verdrehsicher fixierbar. Durch eine Drehbewegung der Nocken in entgegengesetzter Richtung sind die Klauen von der Innenwand des Bohrloches wieder entsperrbar.
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Jede Klaue ist mit mindestens einem Klauenanschlag und jede Nocke mit einem Nockenanschlag versehen. Durch eine Drehbewegung des Grundkörpers mit den darauf befindlichen Nocken werden die Nockenanschläge mit den Klauenanschlägen in Wirkzusammenhang gebracht. Durch diesen Wirkzusammenhang ist eine Trennung der Klauen von der Innenwand des Bohrloches sichergestellt. Dies geschieht dadurch, dass die Nockenanschläge in die als Mitnehmer fungierenden Klauenanschläge eingreifen und die Drehbewegung des Steigrohres auf diese übertragen. Durch diese Drehbewegung wird dann der Entsperrvorgang eingeleitet.
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Der Grundkörper der Verdrehsicherung ist ein Rohr oder eine massive Stange oder ein Teil der Exzenterschneckenpumpe. An einer Oberseite weist der Grundkörper mindestens eine radial angeordnete Bohrung auf, durch welche eine Flüssigkeitssäule aus einem Ringraum ableitbar ist. Der Ringraum ist zwischen dem Steigrohr beziehungsweise der Exzenterschneckenpumpe und der Bohrlochwandung ausgebildet. Die Bohrungen sind von Bedeutung, da sich die Perforation des Bohrloches auch oberhalb der Exzenterschneckenpumpe und damit oberhalb der Verdrehsicherung befinden kann. Damit nun das Fördermedium ungehindert in die Exzenterschneckenpumpe einströmen kann und nicht erst an der Verdrehsicherung vorbei fließen muss um in den unteren Ansaugbereich der Exzenterschneckenpumpe zu fließen, ist mindestens eine radiale Bohrung in den Grundkörper eingebracht.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung im Verhältnis zu anderen Elementen vergrößert dargestellt sind.
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1 zeigt schematisch die Lage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Bohrloch.
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2 zeigt den Aufbau der Vorrichtung.
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3 zeigt den Aufbau der Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
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1 zeigt schematisch die Lage einer erfindungsgemäßen Verdrehsicherung 20 in einem Bohrloch 12. An der Erdoberfläche 16 befindet sich der Antrieb 14 durch den das Gestänge 10 in Rotation versetzt wird. Mit dem Gestänge 10 wird die Exzenterschneckenpumpe 18 angetrieben. Am unteren Ende 35 der Exzenterschneckenpumpe 18 ist die Verdrehsicherung 20 mittels Gewindemuffe 36 angebracht. Oberhalb der Verdrehsicherung 20 ist eine Flüssigkeitssäule 48 dargestellt, welche sich im Ringraum 50 zwischen dem Steigrohr 11 und/oder zwischen der Exzenterschneckenpumpe 18 und der Innenwand 40 des Bohrloches 12 befindet. Diese Flüssigkeitssäule 48 wird durch die Bohrungen 38 im Grundkörper 28 der Verdrehsicherung 20 zu dessen Unterseite 37 abgeleitet und/oder am unteren Ende 35 der Exzenterschneckenpumpe 18 angesaugt.
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2 zeigt den Aufbau der Verdrehsicherung 20. Die Verdrehsicherung 20 besteht aus einem Grundkörper 28, welcher aus einem nahtlosen Präzisionsrohr besteht. Alternativ können auch dickwandige Rohre verwendet werden, die sowohl mit Innengewinde und/oder mit Außengewinde ausgestattet sind. Die Anzahl der Klauen 22 richtet sich nach dem Außendurchmesser der Verdrehsicherung 20. Je größer der Außendurchmesser ist, desto mehr Klauen 22 sind vorhanden. In der Regel genügen drei Klauen 22, um die Verdrehsicherung 20 im Bohrloch 12 ausreichend zu klemmen und gleichzeitig zu zentrieren. Die Klauen 22 müssen so dimensioniert sein dass sie, bei einer Installation der Verdrehsicherung 20 im Bohrloch 12, über den Spalt zwischen den einzelnen Bohrlochrohren hinweggleiten, ohne sich dabei zu verhaken. Weiterhin sind jeder Klaue 22 Sicherungsringe 23 zugeordnet, die am Grundkörper 28 mit Schrauben 25 befestigt sind. Zusätzlich besitzen die Klauen 22 beidseitig einen schmalen Bund 27. Dieser Bund 27 ist so ausgestaltet, dass die Klauen 22 mit den Sicherungsringen 23 in Wirkzusammenhang stehen und nicht herausfallen können. Seitliche, radiale Bohrungen 38 im Grundkörper 28 ermöglichen den Abfluss der Flüssigkeitssäule aus dem darüber liegenden Ringraum zwischen dem Steigrohr und dem Bohrloch.
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3 zeigt den Aufbau der Verdrehsicherung 20 in einer Explosionsdarstellung. Die Verdrehsicherung 20 besteht aus einem Grundkörper 28 auf dem Nocken 24 aufgeschweißt sind. Die Anzahl der Nocken 24 entspricht der Anzahl der Klauen 22. Bei größeren Außendurchmessern der Verdrehsicherung 20 kann anstatt der aufgeschweißten Nocken 24 auch ein Nockenring (nicht dargestellt) auf den Grundkörper 28 aufgeschrumpft werden. Die Klauen 22 sind beidseitig mit einem Bund 27 versehen, welcher mit den Sicherungsringen 23 eine Wirkpaarung bildet. Jeweils zwei Klauen 22 sind in tangentialer Richtung, an jeder Seite, je zwei Spiraldruckfedern 30 zugeordnet. Die Klauen 22 der Vorrichtung 20 stehen über Spiraldruckfedern 30 miteinander in Verbindung. Durch diese Verbindung ist sichergestellt, dass die Klauen 22 gleichmäßig beabstandet und um den Grundkörper 28 herum verteilt sind. Gleichzeitig werden die Klauen 22 an die Innenwand des Bohrloches gepresst. Mit Sicherungsringen 23 werden die Klauen 22, gegeneinander sowie zur Gewindemuffe 36 und zur Unterseite 37 hin, gesichert. Die Sicherungsringe 23 werden mittels Schrauben 25 lösbar an dem Grundkörper 28 fixiert.
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4 zeigt eine Schnittzeichnung der erfindungsgemäßen Verdrehsicherung 20. Die Verdrehsicherung 20 ist in der 4 in ein Bohrloch 12 eingebracht und über die Klauen 22 kraftschlüssig an der Innenwand 40 des Bohrloches 12 gegen Verdrehung gesichert. Hierzu werden die Nocken 24 in Sperrrichtung 42 gedreht und die Klauen 22 an die Innenwand 40 gepresst. Durch eine Drehbewegung der Nocken 24 in die Entsperrrichtung 44 sind die Klauen 22 wieder entsperrbar. Sollten sich die Klauen 22 mit den Zähnen 26 zu stark in der Innenwand 40 verkeilt haben, werden die Nocken 24 soweit in die Entsperrrichtung 44 gedreht bis die Nockenanschläge 34 in die Klauenanschläge 32 eingreifen. Durch diesen Wirkschluss werden die Klauen 22 in die Entsperrrichtung 44 bewegt und lösen sich von der Innenwand 40.
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Weiterhin ist zu erkennen, dass Spiraldruckfedern 30 zwischen den Klauen 22 angeordnet sind. Die Spiraldruckfedern 30 wirken mit ihrer Federkraft 46 jeweils auf zwei benachbarte Klauen 22. Durch diese Federkraft 46 werden die Klauen 22 nach außen und an die Innenwand 40 des Bohrlochs gepresst. Beim Entsperren der Verdrehsicherung 20 treten die Nockenanschläge 34 und die Klauenanschläge 32 in Wirkzusammenhang. Die durch die Drehung in die Entsperrrichtung 44 erzeugte Kraft überwindet die Federkraft 46 der Spiraldruckfedern 30, sowie den Kraftschluss zwischen den Zähnen 26 der Klauen 22 und der Innenwand 40 des Bohrloches 12.
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Hierdurch sind die Klauen 22 gegenüber der Innenwand 40 des Bohrlochs 12 wieder beweglich.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gestänge
- 11
- Steigrohr
- 12
- Bohrloch
- 14
- Antrieb
- 16
- Erdoberfläche
- 18
- Exzenterschneckenpumpe
- 20
- Verdrehsicherung
- 22
- Klaue
- 23
- Sicherungsringe
- 24
- Nocke
- 25
- Schraube
- 26
- Zähne
- 27
- Bund
- 28
- Grundkörper
- 30
- Spiraldruckfeder
- 32
- Klauenanschlag
- 34
- Nockenanschlag
- 35
- Unteres Ende der Exzenterschneckenpumpe
- 36
- Gewindemuffe
- 37
- Unterseite
- 38
- Bohrung
- 40
- Innenwand
- 42
- Sperrrichtung
- 44
- Entsperrrichtung
- 46
- Federkraft
- 48
- Flüssigkeitssäule
- 50
- Ringraum
