DE1072936B - Verrohrungskopf - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Verrohrungskopf für Tiefbohrlöcher mit einem mit einer senkrechten Durchgangsöffnung versehenen oberen Kopfteil und einem an diesen dichtend angeflanschten unteren Kopfteil mit einer mit der Durchgangsöffnung des oberen Kopfteils fluchtenden senkrechten Durchgangsöffnung, einer an diese Durchgangsöffnung unten anschließende Sitzfläche zur Aufnahme einer Rohrhalteeinrichtung für ein sich in das Bohrloch erstreckendes Rohr und einem den Ringraum zwischen Rohr und Durchgangsöffnung abdichtenden Aufbau, welcher oberhalb der Rohrhalteeinrichtung angeordnet ist und die Rohrbalteeinrichtung in ihrem durch das Gewicht des Rohres nicht belasteten Zustand über Verbindungsglieder trägt, jedoch nach Belastung der Rohrhalteeinrichtung durch das Rohrgewicht nach unten gezogen, dabei axial zusammengedrückt und in dichtende Anlage mit dem Rohr und der Durchgangsöffnung gebracht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Konstruktion eines Verrohrungskopfes dieser Bauart zu vereinfachen und seine axiale Länge zu verkürzen. Ferner soll durch die Erfindung eine Möglichkeit geschaffen werden, einen Dichtungsaufbau zu verwenden, bei dem der Grad der Zusammendrückbarkeit des flexiblen Dichtungselementes einstellbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Sitzfläche eine einzige konische Fläche mit steilem Konus ist, auf deren unterem Teil die Rohrhalteeinrichtung abstützbar ist und auf deren oberem Teil der ringförmige Dichtungsaufbau zuerst in einer Stellung aufliegt, in welcher er die durch das Rohrgewicht nicht belastete Rohrhalteeinrichtung außer Eingriff mit dem unteren Teil der Abstützfläche hält.

Bei dieser Anordnung kann der Dichtungsaufbau bei unbelasteter Halteeinrichtung diese in einem gewissen Abstand von ihrer Sitzfläche halten, wird aber, wenn die Halteeinrichtung durch das Gewicht des Rohres belastet ist und auf ihre Sitzfläche absinkt, in voreinstellbarer Weise komprimiert.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Altsführungsbeispiels hervor.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, durch den Verrohrungskopf und das obere Ende der Verrohrung;

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt, der die Lage der einzelnen Teile bei unbelasteter Halteeinrichtung zeigt;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt wie Fig. 2, der die Lage der einzelnen Teile bei belasteter Halteeinrichtung zeigt;

Fig. 4 zeigt einen horizontalen Teilschnitt nach 4-4 der Fig. 3.

Verrohrungskopf

Anmelder:

George Aaron Butler,
Houston, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Mai 1957

John Beson und Dan William Lewis sen.,

Houston, Tex. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Der in Fig. 1 dargestellte Verrohrungskopf besteht aus dem Unterteil oder dem eigentlichen Verrohrungskopf 10 und dem darüber angeordneten Oberteil 37. Das Unterteil 10 hat in an sich bekannter Weise eine vertikal angeordnete Höhlung oder Bohrung 11 von im wesentlichen zylindrischer Form mit drei konischen Flächen 12, 13 und 14 (Fig. 2) von verschiedener Steigung. Die obere Konusfläche 12 ist unterhalb einer Bohrung 15 angeordnet; sie dient im allgemeinen nicht als Sitzfläche. Die mittlere Konusfläche 13 ist verhältnismäßig steil (d. h., sie bildet einen verhältnismäßig kleinen Winkel mit der Vertikalen) und länger als die Konusflächen 12 und 14; sie dient in doppelter Weise als Sitzfläche, nämlich einmal für die Halteeinrichtung des Rohres 17 und zum anderen für eine Dichtungsvorrichtung; diese beiden Einrichtungen werden weiter unten näher beschrieben. Die Konusfläche 14 bildet den Übergang zur unteren Gewindebohrung 18.

Das Unterteil 10 hat oben einen Flansch 20, der durch Schrauben mit einem Gegenflansch des Oberteils verbunden wird. Eine ringförmige Nut 21 enthält eine Stahldichtung 22, die zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten Verbindung dient. Eine seitliche, mit Gewinde versehene Öffnung 25 führt zu dem Zwischenraum zwischen dem Rohr 17 und dem Oberflächenrohr 30; in der Nähe dieser Öffnung ist die äußere Wand des Unterteils verstärkt, wie bei 31 in Fig. 2 dargestellt"

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Das mit Gewinde versehene untere Ende 18 des Verrohrungskopfes dient zur Verbindung mit dem äußeren Rohr 30, welches das Gewicht des Verrohrungskopfes trägt. Das .Rohr 17 läuft konzentrisch durch das äußere Rohr 30 hindurch. Das obere Ende des Rohres 17 geht durch das Unterteil 10 hindurch und ist gegenüber dem Oberteil 37 abgedichtet.

Die Halteemrichtung 40, die die Verbindung des Kopfes mit dem Rohr bewirkt,--hat eine im wesentlichen vertikale Wandung 41 mit einem oberen, nach innen vorspringenden Flansch 42. Die Wand 41 hat außen eine konische Sitzfläche;43 von der gleichen Neigung wie die Sitzfläche 13 des Unterteils, eine darunter befindliche vertikale Fläche 44 und unterhalb derselben eine konische Fläche 45 von der gleichen Neigung wie die konische Fläche 14 des Unterteils. Innen hat die Wandung 41 eine konische Fläche 47 von etwa der gleichen Neigung wie die Flächen 13 und 43.

Der horizontale Flansch 42 der Halteeinrichtung hat Gewindelöcher, in welche eine Mehrzahl von Schrauben 48 eingreift, welche die Dichtungselemente SO, 51 und 52 halten bzw. komprimieren. Das Teil 50 ist ein eiserner Ring, der auf dem Plansch 42 aufruht, wenn die Halteeinfichtung nicht mit dem Gewicht des Rohres 17 belastet ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, jedoch einen gewissen Abstand von dem Flansch 42 hat, wenn die Halteeinrichtung das Gewicht des Rohrstranges 17 trägf, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Ring 50 hat außen eine konische Sitzfläche 55, die auf der konischen Flache 13 des Unterteils aufruht, wodurch der Ririgmit-'dem Unterteil verbunden wird. Zwischen dem Ring 50 und dem Rohrstrang 17 ist ein gewisser Zwischenraum 56 vorgesehen. Das Teil 51 ist ein Dichtungsring^ vorzugsweise aus elastischem, elastomerischem Material; dieser Dichtungsring hat oben und unten ringförmige Vorsprünge 57, 58, 59 und 60, die in entsprechende Aussparungen der Teile 50 und 52 eingreifen.-Wird der Dichtungsring 51 durch die Scheiben 50 und 52 zusammengedrückt, so bewirkt er eine Abdichtung zwischen dem Unterteil 10 und. dem Rohr 17. Das.Teil 52 ist ein eiserner Kompressionsring, der über dem Dichtungsring 51 angeordnet ist und eine Mehrzahl von Aussparungen 63 zur Aufnahme der Köpfe der Schrauben 48 trägt, die durch Bohrungen der Teile 50 bis 52 hindurchtreten und in den Flansch 42 eingreifen. Wenn die Halteeinrichtung mit dem Gewicht des Rohrstranges 17 belastet ist, ziehen die Schrauben 48 den Ring 52 nach unten und komprimieren die Dichtung 51 derart, daß diese eine Abdichtung zwischen dem Rohr 17 und dem Unterteil 10 bewirkt (Fig. 3).

Im Inneren der Halteeinrichtung 40 ist eine Mehrzahl von Greifbacken 70 angeordnet, die sich gegen die innere Schrägfläche 47 legen können. Die segmentartig ausgebildeten Greifbacken bilden zusammen genommen einen Ring, der in dem Zwischenraum zwischen dem Rohr 17 und der konischen Flächen 47 angeordnet ist, wie aus Fig. 4 zu ersehen. Außen haben die Greifbacken eine Nut 71, in welcher ein aufklappbarer Ring 72 angeordnet ist, der die Segmente zusammenhalt. Jede der Greifbacken hat ein Gewindeloch zur Aufnahme einer Schraube 73, die durch einen Schlitz des Teiles 40 hindurchtritt.

Der untere Teil der Halteeinrichtung 40 hat außen eine Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang verteilten Einschnitten 75, zwischen denen Rippen 76 angeordnet sind. Die Einschnitte 75 gestatten das Hindurchtreten von Flüssigkeit aus dem Ringraum zwischen den Rohren 17 und 30 zur Auslaßöffnung 25. Es ist nicht erforderlich, daß die Auslässe 25 den Einschnitten 75 genau gegenüberstehen, da die Rippen 76 schmäler sind als die Auslaßöffnungen und diese daher nicht versperren können.

Jede der Aussparungen 75 enthält innen eine weitere Aussparung 78; gegen deren äußere Fläche sich die Köpfe der Schrauben 73 legen. Vertikale Einschnitte 79 gestatten den Durchtritt des Schaftes der Schrauben. Die Schrauben 73 haben den Zweck, die

ίο Greifbacken während der Montage der Vorrichtung in zurückgezogener Stellung zu halten; nachdem der Verrohrungskopf über das Rohr 17 geschoben ist, werden sie gelockert.

Die Greifbacken 70 sind an ihrer Innenfläche 81 sowie an der schrägen Außenfläche 82 mit Rillen oder Gewindegängen versehen. Die Rillen der Innenflächen 81 haben vorzugsweise nach oben gerichtete, scharfe Kanten, während die Außenfläche 82 nach unten gerichtete Kanten haben, die weniger ,scharf ausgebildet sind und mit der Fläche 47 in Eingriff kommen. Die Ausbildung dieser Rillen und ihre Wirkungsweise ist in der deutschen Auslegeschrift 1 064 893 näher beschrieben. Wird das Rohr freigegeben, so graben sich die scharfen'inneren Kanten zunächst in das Rohr 17 ein und nehmen dessen Gewicht auf. Die nicht so scharfen äußeren Kanten gleiten entlang der Fläche,47 nach unten, bis die auf die Greifbacken ausgeübte radiale Kraft ein vorherbestimmtes Maximum erreicht hat, ,worauf die äußeren Kanten in die Fläche 47 eingreifen, eine weitere Abwärtsbewegung

_t der Greifbacken verhindern und die radiale Kraft erhöhen. Die auf die Greifbacken ausgeübte, radial nach innen gerichtete Kraft ist nicht so groß, daß sie imstande ist, das Rohr 17 zusammenzudrücken.

Das mit dem Bezugszeichen 37 bezeichnete Oberteil enthält einen zylindrischen Teil 85, der gegenüber dem oberen Ende des Rohres 17 abgedichtet -ist. Der Zylinder 85 hat unten einen Flansch 86, der mit dem Flansch 20 durch die Schrauben 87 verbunden ist; der Ring 22 bewirkt eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen den beiden Flanschen. Die Höhlung 88 des Zylinders 85 ist unten bei 89 verbreitert; darunter befindet sich eine weitere Verbreiterung'90. Eine unten

+5 mit einer schrägen'Kante versehene Buchse 91 kann durch eine Mehrzahl von Stellschrauben 92 nach oben gedrückt werden, die gleichmäßig'am Umfang verteilt sind. Der obere Teil der Buchse 91 dient zur Zusammendrückung einer elastomerischen Dichtung 93, die das Rohr 17 umgibt. Eine Gegenbuchse 94 legt sich gegen den Absatz der öffnung 89 und umgibt das Ende des Rohres 17. Das untere Ende der Buchse 94 dient als Gegendruckfläche für die Dichtung. Wird die Buchse 91 durch die Schrauben 92 nach oben gedrückt, so- wird die Dichtung 93 zusammengedrückt, so daß sich eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegenüber dem Rohr 17 ergibt. Der Zylinder 85 hat eine Auslaßöffnung 96, die zu dem Innenräum oder der Höhlung 88 führt.

Die Halteeinrichtung 40 und die Dichtungselemente 50 bis 52 sind vorzugsweise aufklappbar ausgebildet, so daß sie geöffnet und um das Rohr 17 herumgelegt werden können. Sie sind zu diesem Zwecke an einer Stelle ihres Umfanges aufgeschnitten und an der gegenüberliegenden Stelle, mit einem Gelenk versehen, so daß sie geöffnet werden können. Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt. . . - . .

Wird die Halteeinrichtung um das Rohr 17 herumgelegt und in die Höhlung 11 des Unterteils herabgelassen, so greift die Sitzfläche 55 des Ringes 50 zu-

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nächst ia die Gegenfläche 13 ein, wie in. Fig. 2 dargestellt, wobei die Ringe'51 und 52 auf dem Ring 50 aufliegen und mit Hilfe der Schrauben 48 die Halteeinrichtung 40 mit den Greif backen 70 tragen. Der Flansch 42 liegt hierbei an der Unterseite des Ringes 50 an; die konische Sitzfläche 43 der Halteeinrichtung 40 liegt oberhalb der Gegenfläche 13 des Unterteils 10. Die Schrägfläche 45 hat einen noch* größeren '-'-Abstand von der Fläche 14.

Wird das Gewicht des Rohres 17 auf die Halteeinrichtung gegeben, so greifen die scharfen Kanten der Innenflächen 81 der Greifbacken gleichmäßig in die Außenwand des Rohres 17 ein, so daß die Greifbacken längs der Fläche 47 nach unten gleiten. Wenn die auf die Greifbacken ausgeübte radiale Kraft groß genug ist, greifen die Kanten der Außenfläche 82 in die Fläche 47 ein. Hierdurch wird das Gewicht des Rohres 17 auf die Halteeinrichtung 40 übertragen, die dadurch nach unten gezogen wird, bis die konische Sitzfläche 43 der Halteeinrichtung, wie in Fig. 3 dargestellt, mit der konischen Gegenfläche 13 des Unterteiles 10 in Eingriff kommt. Der Flansch42 hat jetzt einen gewissen Abstand von dem Ring 50; der Ring 52 wird dabei durch die Schrauben 48 nach unten gezogen, so daß die Dichtung 51 zusammengedrückt wird. Der Ring 50 verändert seine Stellung dabei nicht. Die Fläche 45 hat immer noch einen gewissen Abstand von der Fläche 14, so daß das ganze Gewicht der Halteeinrichtung und des Rohres 17 auf der konischen Sitzfläche 13 des Unterteiles 10 liegt.

Die vertikale äußere Fläche 44 der Halteeinrichtung 40 liegt infolge der Keilwirkung der Greifbacken stets an der Wand der Höhlung 11 an.

Die Einrichtung nach der Erfindung enthält somit drei wichtige Teile, und zwar: Eine kombinierte ring·- förmige Dichtung (Ringe 50, 51 und 52), die sich gegen den oberen Teil der konischen Sitzfläche 13 legt; eine ringförmige Halteeinrichtung 40, die (infolge ihrer Verbindung mit der Dichtung) in unbelastetem Zustand oberhalb des unteren Teiles der konischen Sitzfläche 13 gehalten wird, sich in belastetem Zustand jedoch gegen den unteren Teil der konischen Sitzfläche 13 des Verrohrungskopfes legt und dabei die Dichtung zusammendrückt; und die genannte Verbindung zwischen der kombinierten Dichtung und der Halteeinrichtung, die durch die Schrauben 48 bewirkt wird.

Die neuartige Anordnung dieser drei Teile des Verrohrungskopfes ermöglicht es, daß sich sowohl die kombinierte Dichtung als auch die Halteeinrichtung gegen die gleiche Sitzfläche des Verrohrungskopfes legen können. Hierdurch ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Einer derselben besteht darin, daß der Grad der Zusammendrückung der Dichtung voreingestellt werden kann, bevor die Halteeinrichtung in den Verrohrungskopf eingesetzt wird. Diese Voreinstellung erfolgt in einfacher Weise durch Einstellung des Ab-.'•tandes, den die Flächen 43 und 13 der Fig. 2 bei unlelasteter Halteeinrichtung haben. Diese Einstellung e-folgt durch Verstellen der Schrauben 48. Wird die Halteeinrichtung dann belastet, so kommen die Flächen 43 und 13 miteinander in Eingriff, wodurch die Dichtung in vorherbestimmter Weise komprimiert wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die genannten Hauptteile als eine Einheit in den Verrohrungskopf bzw. dessen Sitzfläche 13 eingesetzt werden können, ohne daß es erforderlich ist, sie nach dem Einsetzen durch Schrauben od. dgl. miteinander zu verbinden, und daß es nicht erforderlich ist, nachträg-Ifch irgendwelche' Einstellungen dieser Verbindungsmittel vorzunehmen. ·■ ■"--■"

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf" das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel, sondern umfaßt auch Abänderungen, die im Rahmen des dargelegten Erfindungsgedankens liegen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verrohrungskopf für Tiefbohrlöcher mit einem mit einer senkrechten Durchgangsöffnung versehenen oberen Kopfteil und einem an diesen dichtend angeflanschten unteren Kopfteil mit einer mit der Durchgangsöffnung des oberen Kopfteils fluchtenden senkrechten Durchgangsöffnung, einer an diese Durchgangsöffnung unten anschließende Sitzfläche zur Aufnahme einer Rohrhalteeinrichtung für ein sich in das Bohrloch erstreckendes Rohr und einem den Ringraum zwischen Rohr und Durchgangsöffnung abdichtenden Aufbau, welcher oberhalb der Rohrhalteeinrichtung angeordnet ist und die Rohrhalteeinrichrung in ihrem durch das Gewicht des Rohres nicht belasteten Zustand über Verbindungsglieder trägt, jedoch nach Belastung der Rohrhalteeinrichtung durch das Rohrgewicht nach unten gezogen, dabei axial zusammengedrückt und in dichtende Anlage mit dem Rohr und der Durchgangsöffnung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche eine einzige konische Fläche (13) mit steilem Konus ist, auf deren unterem Teil die Rohrhalteeinrichtung· (40) abstützbar ist und auf deren oberem Teil der ringförmige Dichtungsaufbau (50 bis 60) zuerst in einer Stellung aufliegt, in welcher er die durch das Rohrgewicht nicht belastete Rohrhalteeinrichtung außer Eingriff mit dem unteren Teil der Abstützfläche (13) hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von keilförmigen, innerhalb der Rohrhalteeinrichtung (40) angeordneten Greifbacken (70), welche mit inneren, mit dem Rohr (17) in Eingriff kommenden Greifkanten (81) und äußeren, mit der Rohrhalteeinrichtung in Eingriff kommenden Greifkanten (82) versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsaufbau (50 bis 60) aus einem unteren, in dem ringförmigen Raum zwischen dem Rohr (17) und der Sitzfläche (13) angeordneten und auf dieser Sitzfläche ruhenden Ring (50), einem oberhalb des unteren Ringes (50) angeordneten mittleren Dichtungsring (51) aus elastomerem Material und einem oberhalb des Dichtungsringes (51) angeordnete» oberen Ring (52) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhalteeinrichtung (40) unten eine nach innen gerichtete konische Sitzfläche (47) und eine nach außen gerichtete, konische Sitzfläche (43) enthält, welch letztere mit dem unteren Teil der konischen Sitzfläche (13) in Eingriff kommt, und daß der untere Ring (50) eine nach außen gerichtete, konische Sitzfläche (55) aufweist, die mit dem oberen Teil der Sitzfläche (13) in Eingriff kommt, wobei der vertikale Abstand zwischen der äußeren konischen Sitzfläche (43) der Rohrhalteeinrichtung (40) und dem unteren Teil der konischen Sitzfläche (13) größer als Null ist, wenn die keilförmigen Greifbacken (70) nicht das Gewicht des Rohres (17) auf-

nehmen, wobei' aber dieser Abstand gleich Null ist, wenn die Greifbacken (70) das Gewicht der Verrohrung (17) tragen, und wobei die äußere Sitzfläche (55) des unteren Ringes (50) in jedem Falle (sowohl bei belasteter als auch bei unbe-

lasteter Rohrhalteeinrichtung (40) auf dem oberen Teil der konischen Sitzfläche (13) aufruht.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriit Nr. 2 715 536.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen