DE102016103507A1

DE102016103507A1 - Vorrichtung und Verfahren zum longitudinalen Anschlitzen von Futterrohren mit einem Schlitzwerkzeug und anschließendes Wegfräsen der zuvor angeschlitzten Rohrwandungen

Info

Publication number: DE102016103507A1
Application number: DE102016103507.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Ritschel
Original assignee: DEA Deutsche Erdoel AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31
Also published as: EP3420178A1; WO2017144712A1; EP3420178B1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anschlitzen von Futterrohren. Die Vorrichtung umfasst ein Schlitzwerkzeug und ist zum longitudinalen Anschlitzen von Futterrohren („Casing“) vorgesehen, um nachfolgend die zuvor angeschlitzten Bereiche des jeweiligen Futterrohrs wegzufräsen um hierdurch die Rohrwandungen des Futterrohrs zu entfernen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anschlitzen von Futterrohren. Die Vorrichtung umfasst ein Schlitzwerkzeug und ist zum longitudinalen Anschlitzen von Futterrohren („Casing“) ohne deren Durchtrennung vorgesehen, um nachfolgend die zuvor angeschlitzten Bereiche des jeweiligen Futterrohrs wegzufräsen, um hierdurch die Rohrwandungen des Futterrohrs zu entfernen. Durch das longitudinale Anschlitzen werden Sollbruchstellen für den Fräsvorgang bereitgestellt.
Stand der Technik
Es ist ein bekanntes Problem, dass bei Förderbohrungen mit zunehmender Zeit die Förderrate des geförderten Guts, wie beispielsweise Erdöl oder Erdgas, abnimmt und die Förderung somit zunehmend unwirtschaftlich wird. Eine interessante, weil kostengünstigere Alternative zu einer Neubohrung ist in einem solchen Falle eine sogenannte Ablenkungsbohrung. Bei einer Ablenkungsbohrung wird eine bereits vorhandene Bohrung im oberen Streckenabschnitt weiter genutzt, um aus dem oberen Streckenabschnitt heraus zumindest eine neue Bohrung in die bisherige oder eine andere Lagerstätte anzulegen. Auf diese Weise wird die neu zu bohrende Strecke verringert. Ein weiterer Vorteil einer Ablenkungsbohrung ist, dass die bereits vorhandene Infrastruktur, wie z.B. Bohrplätze, Zufahrtswege, Aufbereitungsanlagen etc. weitestgehend unverändert weiter genutzt werden kann und hierfür keine Kosten aufgewandt werden müssen. Zur Vorbereitung der Ablenkungsbohrung ist es notwendig, die vorhandenen Futterrohre in einem oberen Streckenabschnitt zu entfernen. Ein anderes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren sind Bohrungen für die Geothermie, Sole- oder Brunnenbohrungen.
Der grundsätzliche Rohraufbau für Bohrungen ist meist folgender: Das äußerste Futterrohr wird Ankerrohrtour genannt. In dieses werden die weiteren technischen Rohrtouren (= Futterrohre) eingebaut. Im Innersten befindet sich die Komplettierung, die als Förderrohr dient. Einzelne Rohre werden zu einer Rohrtour verbunden. Zumeist sind diese Futterrohre in die Bohrung einzementiert – zumindest ab einer gewissen Tiefe – und können nicht einfach durch Schneiden und Ziehen ausgebaut werden.
Dadurch wird es notwendig, die Futterrohre von oben durch Fräsen abzutragen. Das Entfernen der Futterrohre wird auch Vollliquidation genannt.
Mit Hilfe eines Fräsgerätes wird von oben nach unten das jeweils innerste Futterrohr bis zu der gewünschten Tiefe zerspant und das Spangut mit einer Spülung ausgetragen. Im Weiteren wird sukzessiv das jeweils von innen nach außen nächste Futterrohr bis zu der gewünschten Tiefe mit dem Fräsgerät zerspant. Neben dem Ankerrohr kann es aber erwünscht sein, weitere äußere technische Futterrohre bestehen zu lassen.
Die technischen Futterrohre müssen nicht notwendigerweise bis zu Tage zementiert sein. Daraus ergibt sich, dass das Futterrohr in einem oberen Streckenabschnitt herausgeschnitten und gezogen werden kann, so dass sich die Notwenigkeit für ein Fräsen erst ab dem Bereich ergibt, wo die technischen Futterrohre einzementiert sind.
Eine große Herausforderung bei solchen Fräsvorgängen innerhalb eines Förderrohres sind die anfallenden Späne. Das hauptsächliche Problem ist dabei, dass sich die beim Fräsen des Futterrohres bildenden langen und flachen Frässpäne, deren Breite typischerweise der Wandstärke des Rohres entspricht, um das Fräsgerät und das Fräsgestänge anlagern und in Form von Spannestern fest an das Fräsgestänge legen und somit innerhalb kurzer Zeit ein Weiterfräsen erschweren bzw. unmöglich machen. Das Fräsgestänge und das Fräsgerät müssen dann in einem zeitintensiven und somit ebenfalls kostenaufwendigen Prozess wieder zu Tage befördert werden und von den festgesetzten Spänen und Spannestern befreit werden. Diese Tätigkeit erfolgt manuell, ist zeitraubend, und es besteht die Gefahr von Verletzungen.
Fräsen von langen Rohrtoursektionen sind mittlerweile Standardarbeiten. Trotz allem sind detaillierte Vorplanungen hinsichtlich der Werkzeugauswahl, der Spülungszusammensetzung und der Zusammensetzung der Spülungsreinigungskette notwendig. Bewährt hat sich der Einsatz von Spanabtrennungsanlagen. Dadurch wurden zeit- und personalaufwendige Reinigungsarbeiten am Spülungsreinigungssystem minimiert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fräsen von Futterrohren bereitzustellen, welches das eingangs genannte Problem der Bildung von Spannestern und/oder das Anhaften von Spänen am Fräskopf oder Fräsgestänge verringert und verhindert. Die Späne sollen so konditioniert werden, dass diese durch die Spülung effektiv ausgetragen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
Die Aufgabe wird im Einzelnen durch ein Verfahren gelöst, das ein longitudinales Anschlitzen eines Futterrohres mit einem Schlitzwerkzeug zur Herstellung von Sollbruchstellen umfasst und eine entsprechende Vorrichtung. In einem weiteren Arbeitsschritt umfasst das Verfahren ein anschließendes Wegfräsen der zuvor angeschlitzten Rohrwandungen. Durch das Anschlitzen werden Probleme, die mit der Bildung von langen Spänen verbunden sind, minimiert.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wurde überraschend gefunden, dass die sich negativ auswirkende Bildung langer Späne und Spannester verhindert werden kann, indem man die zu fräsenden Rohrwandungen zunächst mittels eines Schlitzwerkzeugs longitudinal, d.h. in Längsrichtung der Rohrachse, anschlitzt und anschließend die angeschlitzten Rohrwandungen fräst.
Durch das Anschlitzen der Rohrwandung werden definierte longitudinale Ausnehmungen in Form von Schlitzen in der inneren Metallwand des jeweiligen Förderrohres erzeugt. Das Anschlitzen besteht in einer lokalen Verringerung der Wandstärke des Futterrohres entlang der Längsrichtung des Futterrohres. Kennzeichen des Anschlitzens ist, dass das Rohr nicht durchtrennt wird. Das Futterrohr wird über die abzutragende Länge geschlitzt.
Die Verringerung der Wandstärke wird nachfolgend auch als Schlitztiefe bezeichnet. Die bevorzugte Schlitztiefe wird z.B. von den Materialeigenschaften des Futterohres beeinflusst, wie insbesondere die Streckgrenze, die Wandstärke, die Zusammensetzung des metallischen Werkstoffes. Die Schlitze sind dadurch gekennzeichnet, dass diese maximal 95% der Wandstärke ausmachen. Bevorzugte Schlitztiefen sind 5 bis 95% der Wandstärke, insbesondere 30 bis 60 % der Wandstärke (jeweils im Mittel über die Wegstrecke).
Diese Schlitze bilden bei der darauffolgenden Fräsoperation eine Art Sollbruchstelle (vorzugsweise regelmäßig beabstandet) für die sich bildenden Frässpäne. Diese Sollbruchstellen sorgen nun dafür, dass die Frässpäne eine definierte Länge besitzen, die so lang ist wie die Entfernung zwischen zwei Schlitzen entlang der Rohrwand. Dabei ist die Länge der Frässpäne so gewählt, dass die sich bildenden Frässpäne nicht mehr an dem sich drehenden Fräsgestänge verfangen und mittels herkömmlichen Techniken, wie etwa durch Spülen, aus dem Bohrloch entfernt werden können.
Das Schlitzwerkzeug besteht aus einem Grundkörper, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des zu fräsenden Futterrohrs ist, um vollständig in das jeweilige Futterrohr eingebracht werden zu können. Schlitzwerkzeug und Futterrohr bilden somit ein Paar, weil das Schlitzwerkzeug passend zum jeweiligen Futterrohr eingesetzt wird.
Das Schlitzwerkzeug weist weiterhin mehrere Schlitzvorrichtungen auf, die auf dem in der Regel zylinderförmigen Grundkörper des Schlitzwerkzeuges angeordnet sind. Im Betriebszustand stehen die Schlitzvorrichtungen aus dem Grundkörper heraus, so dass die Mehrzahl der Schlitzkanten, vorzugsweise alle Schlitzkanten, in das Material des Futterrohres hineinreichen.
Am Schlitzwerkzeug sind mindestens drei, vorzugsweise mindestens 4, und höchstens 12, vorzugsweise bis zu 8 Schlitzvorrichtungen vorgesehen, die vorzugsweise etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Schlitzkanten der Schlitzvorrichtungen laufen vorzugsweise an ihrem jeweiligen Enden spitz zu.
Besonders bevorzugt ist, dass die Schlitzkanten jeweils gegenüberliegende Paare bilden, d.h. eine gedachte Verbindung der Schlitzkanten eines Paares etwa den Mittelpunkt des Futterrohres schneidet. Die Schlitzkanten benachbarter Schlitzvorrichtungen können in Schlitzrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein.
Nach einer Ausgestaltung der Schlitzvorrichtung steigt der äußere Durchmesser bzw. die dadurch bewirkte Eindringtiefe der Schlitzkanten in Schlitzrichtung von vorne nach hinten an, z.B. in Form einer Treppenstufenform. Vorzugswiese sind die Kanten mit einem Flächenabschnitt in Schlitzrichtung und vorzugsweise auch entgegen der Schlitzrichtung spitz zulaufend. „Vorne“ meint in diesem Sinne in Richtung der Bewegung des Schlitzwerkzeuges, z.B.: meint „vorne“ für ein nach unten gerichtetes Drücken „unten“.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Schlitzvorrichtungen teilweise oder in ihrer Gesamtheit als Schlitzscheiben ausgebildet. Die Schlitzscheiben sind im Grundkörper drehbar gelagert und weisen auf ihrem äußeren Umfang spitz zulaufende Schlitzkanten auf.
Der Grundkörper des Schlitzwerkzeugs hat im Querschnitt vorzugsweise eine Kreisform. Vorne in Schlitzrichtung ist am Schlitzwerkzeug bevorzugt ein Führungsabschnitt vorgesehen, der nach einer Ausgestaltung als Führungsdorn ausgebildet ist und vorzugsweise konisch zuläuft, um nach hinten zu den Schlitzvorrichtungen hin etwa dem Kaliber des Futterrohres zu entsprechen, vorzugsweise 2 bis 10% kleiner als der Innendurchmesser des Futterohres ist, um damit das Schlitzwerkzeug im Futterrohr zentriert zu führen.
Das Schlitzen erfolgt nach einer Ausgestaltung unter Drücken von oben nach unten und nach einer anderen unter Ziehen von unten nach oben.
Schlitzvorrichtungen mit statischen Schlitzkanten werden stets von oben nach unten geführt und hierbei in das Futterrohr gedrückt. Schlitzvorrichtungen mit statischen Schlitzkanten sind für ein Schlitzen unter Ziehen nicht geeignet, weil die Schlitzvorrichtung zunächst im Wesentlichen widerstandsfrei auf eine bestimmte Tiefe herabgelassen werden muss. Hierzu werden Schlitzvorrichtungen mit ausfahrbaren Schlitzkanten benötigt.
Eine Schlitzvorrichtung mit ausfahrbaren Schlitzkanten weist nach einer Ausführungsform eine Hydraulik auf, mit der die Schlitzkanten ausgestellt werden können. Ebenso ist es möglich, dass die Schlitzkanten auf mehreren beweglichen Platten des Grundkörpers angeordnet sind, die ausgestellt werden können.
Es ist auch möglich, dass die Schlitzkanten bzw. die Platten nicht hydraulisch sondern nur durch die Zugkraft oder Druckkraft ausgestellt werden, beispielsweise indem die Schlitzkanten in einer Schiene laufen, deren erste Endposition die Schlitzkante von dem Futterohr entfernt hält und deren gegenüberliegende zweite Position die Schlitzkanten auf das Futterohr zuführen. Die erste Position ist vorne in Schneidrichtung, die zweite Position ist in Schneidrichtung hinten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Schlitzvorrichtung Teil der Fräsvorrichtung, so dass Fräskopf und Schlitzvorrichtung ein kombiniertes Werkzeug bilden. Der rotierende Fräskopf und die Schlitzvorrichtung sind aber hinsichtlich der zum Fräsen notwendigen Rotation entkoppelt, weil die Schlitzvorrichtung auf einer Welle drehbar gelagert ist. So wird ein longitudinales Anschlitzen in Rohrachsenrichtung bewirkt, bevor der Fräskopf den dann angeschlitzten Futterrohrbereich abträgt. Der Vorteil der Integration von Schlitzvorrichtung und Fräsvorrichtung in ein kombiniertes Werkzeug liegt darin, dass nur ein Werkzeug durch das Futterrohr gefahren werden muss und Anschlitzen und Fräsen in einem Arbeitsgang erfolgen.
Die Schlitzvorrichtung ist einer großen Materialbelastung ausgesetzt und verschleißt, woraufhin diese aus dem Bohrloch herausgefahren werden müssen, um ausgetauscht zu werden. Sind Fräskopf und Schlitzvorrichtung eine Einheit, gilt dies für die gesamte Einheit.
Die Schlitzvorrichtung wird in das Futterrohr an einem Arbeitsstrang hineingeführt. Dies ist in der Regel das Bohrgestänge, das für die Schlitzvorrichtung allein nicht in eine Rotation versetzt wird, wohl aber für das Kombinationswerkzeug aus Schlitzvorrichtung und Fräsvorrichtung. Die Anpresskraft, die auf die Schlitzvorrichtung ausgeübt wird, wird durch das Gewicht des Bohrgestänges erzeugt.
Der Führungsdorn läuft in Bewegungsrichtung des Schlitzwerkzeuges vorzugsweise konisch zu. Nach einer anderen Ausgestaltung ist der Führungsdorn in Form eines Zentrierkorbes ausgebildet, z.B. in Form einer oder mehrerer Bügel.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Figuren illustriert, ohne auf diese beschränkt zu sein:
1 und 2 zeigen eine Schlitzvorrichtung mit Führungsdorn und mehreren, festen, aus einem Grundkörper flügelartig herausstehenden Schlitzvorrichtungen, die parallel zur Vorschubrichtung auf der Umfangsfläche des Grundkörpers angebracht sind.
3 und 4 zeigen eine Schlitzvorrichtung mit Führungsdorn und mehreren scheibenartigen drehbaren Schlitzvorrichtungen.
5 und 6 zeigen ähnlich der 2 und 3 eine Schlitzvorrichtung und mehrere scheibenartige drehbare Schlitzvorrichtungen, wobei diese jedoch jeweils in einer Linie hintereinander angeordnet sind und gestuft tiefer in das zu schlitzende Futterrohr einschneiden.
7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schlitzvorrichtung mit Führungsdorn, Zentrierkorb und mehreren, im Grundkörper ausstellbaren, flügelartigen Schlitzvorrichtungen, die durch das Wirken einer vertikal gerichteten Kraft aus dem Grundkörper herausfahrbar sind. Beim Ziehen ist der Zentrierdorn vorzugsweise als Zentrierkorb ausgebildet.
9 und 10 zeigen ein Schlitzwerkzeug mit Zentrierkorb und mehreren, aus dem Grundkörper herausragenden ausstellbaren, scheibenartigen Schlitzvorrichtungen, die vertikal auf einer Ebene auf dem Umfang des nicht rotierenden Grundkörpers angeordnet sind, wobei die ausstellbaren, scheibenartigen Schlitzvorrichtungen in den Grundkörper zunächst eingefahren und dann ausgefahren sind.
11 und 12 zeigen eine kombinierte Vorrichtung zum Schlitzen und Fräsen in einem Arbeitsgang für die druckbelastete Bewegung des Kombiwerkzeuges von oben nach unten vor der Einführung in das zu schlitzende Futterrohr.
13 und 14 zeigen mechanische Ausstellmechanismen für die Schlitzvorrichtungen; und
15 und 16 einen hydraulischen Ausstellmechanismus, worin über eine hydraulische Flüssigkeit die Schlitzvorrichtungen ausgestellt werden.
1 zeigt eine Ausgestaltung der Schlitzvorrichtung vor dem Einfahren in das zu schlitzende Futterrohr (4) umfassend einen nicht rotierenden Grundkörper (5), einen Führungsdorn (6) und mehrere, feste, flügelartige Schlitzvorrichtungen (7), die vertikal, d.h. parallel zur Vorschubrichtung auf der Umfangsfläche des nicht rotierenden Grundkörpers (5) angebracht sind. Der Grundkörper (5) wird von einem Bohrgestänge (1) getragen. Das Bohrgestänge (1) treibt die Schlitzvorrichtung in Schlitzvorrichtung in das Bohrloch hinein mit dem Führungsdorn voran. Das Bohrgestänge (1) wird selbst nicht gedreht. Vorne am Grundkörper befindet sich der konisch zulaufende Führungsdorn (6).
Das zu schlitzende Futterrohr (4) ist in das äußere Futterrohr (2) einzementiert. In der Figur ist entsprechend die Zementation (3) zwischen den Futterohren (2) und (4) dargestellt. Das obere innere Futterrohr wurde bereits entfernt, z.B. indem dies über dem Zementkopf abgeschnitten und herausgezogen wurde. Das als äußeres Futterrohr (2) dargestellte Rohr muss nicht zwangsläufig das Ankerrohr sein, sondern kann auch ein weiteres Futterrohr sein.
2 zeigt die erfindungsgemäße Schlitzvorrichtung nach 1, wobei die Schlitzvorrichtung bereits einen Streckenabschnitt in das zu schlitzende Futterrohr (4) hineingetrieben wurde und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Hineinpressen der Schlitzkanten der Schlitzvorrichtung von oben nach unten entstanden sind.
3 zeigt eine Schlitzvorrichtung vor der Einführung in das zu schlitzende Futterrohr (4) umfassend einen nicht rotierenden Grundkörper (5), einen Führungsdorn (6) und mehrere, feste, scheibenartige und drehbare Schlitzvorrichtungen (9), die auf einer Ebene auf der Umfangsfläche des nicht rotierenden Grundkörpers (5) angebracht sind, damit die gegenüberliegenden Schlitzkanten gleichmäßig in das Futterrohr eindringen. Um den vollen Umfang der scheibenartigen Schlitzvorrichtung zu zeigen, ist der Grundkörper (5) in der 3 zu Zwecken der zeichnerischen Darstellung aufgebrochen dargestellt.
4 zeigt die Schlitzvorrichtung nach 3, wobei die Schlitzvorrichtung bereits einen Streckenabschnitt in das zu schlitzende Futterrohr (4) hineingetrieben wurde und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Hineinpressen der Schlitzkanten der Schlitzvorrichtung von oben nach unten entstanden sind.
5 zeigt eine andere Ausgestaltung der Schlitzvorrichtung vor der Einführung in das zu schlitzende Futterrohr (4), umfassend weiterhin mehrere, scheibenartige und drehbare Schlitzvorrichtungen (9), die vertikal auf einer Ebene entlang der Oberfläche des nicht rotierenden Grundkörpers (5) angebracht sind, wobei jeweils 3 der scheibenartigen, drehbaren Schlitzvorrichtungen (9) untereinander auf einer Linie beabstandet angeordnet sind und der Abstand gegenüberliegender Schlitzkanten der Schlitzvorrichtung (9) von oben nach unten abnimmt.
6 zeigt die Schlitzvorrichtung nach 5, wobei die Schlitzvorrichtung bereits einen Streckenabschnitt in das zu schlitzende Futterrohr (4) hineingetrieben wurde und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Hineinpressen der Schlitzkanten der Schlitzvorrichtung von oben nach unten entstanden sind, wobei die Vertiefung des Schlitzes stufenartig von unten nach oben von Schlitzvorrichtung (9) zu Schlitzvorrichtung (9) zunimmt, so dass jede Schlitzkante nur einen Anteil der Gesamttiefe des Schlitzes schafft und damit die Belastung der einzelnen Schlitzvorrichtung (9) minimiert wird.
7 zeigt eine erfindungsgemäße Schlitzvorrichtung innerhalb des zu schlitzenden Futterrohres (4) umfassend einen nicht rotierenden Grundkörper (11) mit Führungsdorn (6), Zentrierkorb (10) und mehreren im Grundkörper (11) ausstellbaren, flügelartigen Schlitzvorrichtungen (12), die vertikal auf einer Ebene auf dem Umfang des Grundkörpers (11) angeordnet sind, wobei die ausstellbaren, flügelartigen Schlitzvorrichtungen (12) in den Grundkörper eingefahren sind.
8 zeigt die weitere Ausführungsform der Schlitzvorrichtung gemäß der nach 7, aber innerhalb des zu schlitzenden Futterrohres (4), wobei die variabel ausstellbaren, flügelartigen Schlitzvorrichtungen (12) durch das Wirken einer vertikal gerichteten Kraft aus dem nicht rotierenden Grundkörper (11) herausgefahren sind und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Ziehen der Schlitzvorrichtung von unten nach oben entstanden sind.
In der Regel erlaubt die Betriebsart „Ziehen“ das Einbringen größerer Kräfte über das Bohrgestänge (1) in Schlitzrichtung. Beim Ziehen ist der Zentrierdorn vorzugsweise als Zentrierkorb ausgebildet. Zusätzlich kann ein weiterer Zentrierkorb (10) unten am Grundkörper angeordnet werden (nicht dargestellt).
9 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlitzvorrichtung innerhalb des zu schlitzenden Futterrohres (4) umfassend einen nicht rotierenden Grundkörper (11) mit Führungsdorn (6), Zentrierkorb (10) und mehreren, im Grundkörper (11) ausstellbaren, scheibenartigen Schlitzvorrichtungen (12), die vertikal auf einer Ebene auf dem Umfang des nicht rotierenden Grundkörpers (11) angeordnet sind, wobei die ausstellbaren, scheibenartigen Schlitzvorrichtungen (12) in den Grundkörper eingefahren sind.
10 zeigt die Schlitzvorrichtung nach 9, wobei sich die variabel ausstellbaren, scheibenartigen, drehbar gelagerten Schlitzvorrichtungen (14) durch das Wirken einer vertikal nach oben gerichteten Kraft aus dem nicht rotierenden Grundkörper (13) herausgefahren sind und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Ziehen der Schlitzvorrichtung von unten nach oben entstanden sind.
11 zeigt eine kombinierte Vorrichtung zum Schlitzen und Fräsen in einem Arbeitsgang für die druckbelastete Bewegung des Kombiwerkzeuges von oben nach unten vor der Einführung in das zu schlitzende Futterrohr (4). Das Kombiwerkzeug umfasst einen oberen vom Bohrgestänge angetriebenen rotierenden Grundkörper zum Fräsen (15) und einen darunter angebrachten und über ein Lager entkoppelten nicht rotierenden Grundkörper (5) zum Schlitzen. Der nicht rotierende Grundkörper (5) zum Schlitzen weist ähnlich wie in 1 mehrere, feste, flügelartige Schlitzvorrichtungen (7) auf, die vertikal entlang des Umfangs des nicht rotierenden Grundkörpers (5) angeordnet sind. Ebenso wie in 1 ist der Grundkörper (5) zum Schlitzen mit einem Führungsdorn (6) versehen.
12 zeigt das Kombiwerkzeug nach 11, wobei die festen, flügelartigen Schlitzvorrichtungen (7) bereits in das Futterrohr (4) eingefahren sind und schlitzartige Vertiefungen (8) entlang der inneren Oberfläche des Futterrohres (4) durch Herunterpressen der Schlitzvorrichtung von oben nach unten geschaffen haben und die flügelartigen Fräsvorrichtungen mit dem jeweils untersten Schneidelement (16) eines jeden Flügels auf dem Futterohr aufsetzen und spanabtreibend das Futterrohr aufgrund der Drehbewegung wegfräsen. Die entstehenden Späne fallen aufgrund der zuvor geschaffenen schlitzartigen Sollbruchstellen in Form von Spänen mit einer begrenzten Länge an. Diese Späne können mit bekannten Zirkulationstechniken vorteilhaft ausgetragen werden. Die Frässpülung wird durch das Bohrgestänge geleitet und tritt am unteren Ende des Grundkörpers aus, z.B. durch Düsenöffnungen im Zentrierdorn. Die Bildung von Spannestern unterbleibt bzw. wird minimiert.
In 13 und 14 ist ein mechanischer Ausstellmechanismus gezeigt. Ein sich nach oben verjüngender Konus innerhalb des Grundkörpers wird mechanisch nach oben bewegt, z. B. durch die Umkehrung der Bewegung vom Herablassen des Schneidwerkzeuges zum Heraufziehen.
Indem sich der Konus nach oben entlang von schrägen Ausstellflächen bewegt, werden die Schlitzvorrichtungen entlang einer schiefen Ebene nach außen bis zu einer Anschlagposition gedrängt (14) und die Schlitzvorrichtungen greifen in das Futterohr bis zu einer schlitzenden Tiefe (nicht jedoch schneidend) ein. Schaubildartig ist rechts der geschlängelten Linie eine drehbare Schlitzvorrichtung (9) und links eine fest flügelartige Schlitzvorrichtung (7) dargestellt. In einem tatsächlichen Werkzeug werden jedoch i.d.R. jeweils gleichartige Schlitzvorrichtungen (7) eingesetzt.
Nach einer Ausgestaltung wird die Aufwärtsbewegung zum Ausfahren oder Einfahren der Schlitzvorrichtungen durch einen „J-Slot“ nach oben und unten begrenzt, der durch eine Drehbewegung des Bohrgestänges in der jeweiligen oberen oder unteren Endpositionen verrastbar ist. Das J-förmige Schlitzprofil in einer Hülse schafft eine Strecke für einen Steuernocken auf einer in der Hülse laufenden Welle. Durch Verfahren des Steuernockens nach oben oder unten und Einrasten durch eine Drehbewegung werden zwei Arbeitspositionen definiert.
In 15 und 16 ist ein hydraulischer Ausstellmechanismus dargestellt, worin mittels Druckbeaufschlagung auf eine hydraulische Flüssigkeit in einem Druckzylinder zumindest zwei gegenüberliegende Schlitzvorrichtungen, vorzugsweise alle Schlitzvorrichtungen, gleichzeitig ausgestellt werden. Die Flüssigkeit im Bohrgestänge wird obertägig mit Druck beaufschlagt. Das Werkzeug ist hydraulisch mit dem Bohrstrang verbunden, so dass ein aufgebrachter Druck die Zylinderkolben bewegt und die Schlitzvorrichtungen ausfährt (16), solange die Zylinderkolben druckbeaufschlagt sind. Nach einer Ausgestaltung kann der hydraulische Druck durch die Spülung aufgebaut werden, indem die Spülungspumpen einen ausreichend großen Innendruck erzeugen, relativ zum Außendruck. Die hydraulische Flüssigkeit und die Spülflüssigkeit können über zwei im Austausch befindliche Druckgefäße getrennt werden. Es ist aber auch möglich, die Spülung als hydraulische Flüssigkeit zu nutzen, wenn man die Spülung beispielsweise unter Druck über eine Düse aus dem Grundkörper führt, wobei die Düse einen ausreichenden Staudruck aufbaut.
Bezugszeichenliste

1: Bohrgestänge
2: Ankerrohr / äußeres Futterrohr
3: Zement im Ringraum
4: Futterrohr
5: nicht rotierender Grundkörper
6: Führungsdorn
7: flügelartige, feste Schlitzvorrichtung
8: schlitzartige Vertiefung / Sollbruchstelle
9: scheibenartige, drehbare, fixierte Schlitzvorrichtung
10: Zentrierkorb
11: nicht rotierender Grundkörper mit innenliegender Vorrichtung zum Ausstellen einer flügelartigen Schlitzvorrichtung
12: flügelartige, variabel ausstellbare Schlitzvorrichtung
13: nicht rotierender Grundkörper mit innenliegender Vorrichtung zum Ausstellen einer scheibenartigen, drehbaren Schlitzvorrichtung
14: scheibenartige, drehbar gelagerte, variabel ausstellbare Schlitzvorrichtung
15: rotierender Grundkörper
16: flügelartige Fräsvorrichtung mit Schneidelementen

Claims

Vorrichtung zum Schlitzen von einem Futterrohr umfassend ein Schlitzwerkzeug mit einem Grundkörper, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Futterrohrs ist, und zumindest drei über den Umfang des Grundkörpers versetzt angeordnete Schlitzvorrichtungen mit nach außen gerichteten Schlitzkanten zum Einbringen von longitudinalen Ausnehmungen in Form von zumindest drei Schlitzen in das Futterrohr, jeweils parallel zur Achsenrichtung des Futterrohrs und ohne Durchtrennung des Futterrohrs zur Herstellung einer Sollbruchstelle.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schlitze Schlitztiefen von 5 bis 95% der Wandstärke des Futterrohrs einbringen, insbesondere 30 bis 60 % der Wandstärke, jeweils im Mittel über die Wegstrecke.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper des Schlitzwerkzeugs zylindrisch ausgebildet ist und die Schlitzvorrichtungen aus dem zylindrischen Grundkörper herausstehen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens 4 und höchstens 12, vorzugsweise bis zu 8 Schlitzvorrichtungen am Schlitzwerkzeug vorgesehen sind, die vorzugsweise etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzkanten der Schlitzvorrichtungen jeweils gegenüberliegende Paare bilden.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußere Durchmesser in Bezug auf gegenüberliegende Schlitzkanten in Schlitzrichtung von vorne nach hinten in Schlitzrichtung ansteigt, vorzugsweise in Form einer Treppenstufenform und unabhängig hiervon zumindest zwei Schlitzvorrichtungen in einer Linie hintereinander angeordnet sind, um nur einen Schlitz einzubringen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzvorrichtungen teilweise oder in ihrer Gesamtheit als Schlitzscheiben ausgebildet sind und die Schlitzscheiben drehbar gelagert sind und vorzugsweise auf ihrem äußeren Umfang spitz zulaufende Schlitzkanten aufweisen.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzvorrichtungen mechanisch oder hydraulisch in Richtung des Futterohres ausfahrbar sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schlitzwerkzeug nach vorne in Schlitzrichtung mit einem Führungsdorn versehen ist zur Führung und achsparallelen Ausrichtung des Schlitzwerkzeugs im Futterohr.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schlitzwerkzeug von einem Bohrgestänge geführt wird und vom Bohrgestänge hinsichtlich einer Drehbewegung entkoppelt ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schlitzwerkzeug zum Ende, in Bezug auf die Vortriebsrichtung, bzw. zum Bohrgestänge hin einen Zentrierkorb aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schlitzwerkzeug an seinem Ende weiterhin einen Fräskopf zum Wegfräsen des Futterohrs aufweist und von dem Fräskopf hinsichtlich einer Drehbewegung entkoppelt ist.
Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlitzvorrichtung schlitzend von oben nach unten oder von unten nach oben in einem Futterrohr verfahren wird, wobei longitudinale Ausnehmungen in Form von zumindest drei Schlitzen im Futterrohr eingebracht werden, jeweils parallel zur Achsenrichtung des Futterrohrs und ohne Durchtrennung des Futterrohrs.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schlitzvorrichtung mit dem Bohrgestänge verfahren wird, der Grundkörper von dem Bohrgestänge hinsichtlich der Drehbewegung entkoppelt ist und nicht rotiert.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach dem Schlitzen des Futterrohrs das Futterrohr mit einem Fräskopf weggefräst wird und der Fräskopf separat in einer weiteren separaten Tour auf das Futterrohr gefahren wird oder der Fräskopf dem Schlitzwerkzeug folgend in derselben Tour von dem Bohrgestänge rotierend verfahren wird und der Fräskopf aufgrund der Schlitze überwiegend Spanabschnitte von einer Länge gemäß Schlitzabstand erzeugt.