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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Öl- und Gasexploration und -förderung und insbesondere eine Kopplungsunterbaugruppe zum Verbinden von Rohrleitungssegmenten in einem Werkzeugstrang miteinander.
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Bohrlöcher werden in verschiedenen Tiefen gebohrt, um an Öl, Gas, Mineralien und andere natürlich auftretende Vorkommen zu gelangen und sie aus unterirdischen geologischen Formationen zu fördern. Bohrlöcher werden auch in verschiedenen Umgebungen gebohrt, darunter der Tiefsee, wo Meeresbodenbedingungen weicher oder weniger verfestigt für gewünscht beim Bohren sein können. In diesen Bohrlöchern können
sich Bohrstränge und Komplettierungsstränge in verschiedene Tiefen erstrecken und können relativ weitläufigen Wegen folgen, um eine Position einer geologischen Formation zu erreichen, die reich an förderbaren Kohlenwasserstoffen ist.
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Zum Einsetzen von Werkzeugen in verschiedenen Positionen und Tiefen in der Bohrlochbohrung kann ein Werkzeugstrang, der ein Einfahrwerkzeug beinhalten kann, zum Einsetzen von Werkzeugen oder anderen Vorrichtungen verwendet werden. Zum Bilden des Werkzeugstrangs können Rohrleitungssegmente aneinander oder an Werkzeugunterbaugruppen gekoppelt sein. Diese Kopplungen können mithilfe von Kopplungsunterbaugruppen erzielt werden, die robuste, dichte Verbindungen zwischen Rohrleitungssegmenten in einem Werkzeugstrang bilden.
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US 2005 / 0 279 513 A1 beschreibt eine Baugruppe zur Verbindung mit einer drehbaren Welle. Die Baugruppe umfasst eine Gegenhülse, die schraubbar an die Welle gekuppelt werden kann und eine Mittelhülse, die für den Einsatz zwischen der Welle und der Gegenhülse bemessen und geformt ist. Die Mittelhülse enthält eine Vielzahl von Keilnuten, die an ihren Innen- und Außenflächen ausgebildet sind. Die Keilnuten auf der Innenfläche der Mittelhülse können mit Keilnuten auf der Außenfläche der Welle in Eingriff gebracht werden, und die Keilnuten auf der Außenfläche der Mittelhülse können mit Keilnuten auf der Innenfläche der Gegenhülse in Eingriff gebracht werden.
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US 2003 / 0 122 373 A1 beschreibt eine Verbinderanordnung zum Verbinden und Verriegeln von rohrförmigen Elementen. Der Verbinder besteht aus zwei rohrförmigen Elementen und einem Kupplungselement. Die rohrförmigen Elemente werden miteinander verschraubt, um eine Gewindeverbindung herzustellen. Die Verriegelungsanordnung wird durch eine auf dem rohrförmigen Element ausgebildete Bahn bereitgestellt, wobei ein Verriegelungselement in die Bahn eingeführt werden kann, um die Gewindeverbindung zu verriegeln. Die Verriegelungsanordnung wird auch durch eine Vielzahl von Kaskadenelementen bereitgestellt, die auf jedem Rohrelement angeordnet sind.
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US 4 397 484 A beschreibt eine Vorrichtung, in der entgegengesetzt gewundene, unähnliche Vergröberungsgewinde zur Aufnahme von Kupplungen mit kegeligen Keilnutenenden vorgesehen sind.
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US 776 391 A beschreibt eine Vorrichtung zur formschlüssigen Verriegelung eines Brunnenbohrers an seinem Schaft. Das Hauptziel besteht darin, ein festes Kupplungselement an der Bohrmaschine und ein bewegliches Kupplungselement, das gegen unabhängige Drehung an der Bohrstange verriegelt ist, vorzusehen, wobei die Kupplungen nebeneinander eingreifen und die Verbindung von Stange und Bohrmaschine überlappen, sowie eine Sicherungsmutter, um die Kupplungen zusammenzuhalten.
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US 5 474 334 A beschreibt eine Kupplungsbaugruppe die aus einem ersten Rohr und einem zweiten Rohr besteht, die durch eine mittlere Subnut mit einer äußeren Hülse verbunden sind. Jedes Rohr umfasst einen rohrförmigen Körper mit einer ersten Achse und ein Gewindestiftende mit einer zweiten Achse. Der mittlere Teil umfasst Gewindekästen an jedem Ende mit einer zentralen Dichtungsbohrung. Die Gewindekästen des mittleren Unterteils greifen über ein Gewinde in die Bolzenenden des ersten und zweiten Rohrs ein. Die Gewinde auf einem Stift sind rechtsgängig und die Gewinde auf dem anderen Stift linksgängig, so dass bei Drehung des mittleren Unterteils und der äußeren Hülse die Stifte und Kästen bei der Drehung in eine gemeinsame Richtung in Gewindeeingriff kommen. Die Kästen und Stiftenden haben eine gemeinsame Achse. Die Achsen des ersten und des zweiten Rohres stehen unter einem Winkel zur gemeinsamen Achse, so dass ein Versatzwinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr entsteht.
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Figurenliste
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Die folgenden Figuren sollen bestimmte Aspekte der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen und sind nicht als ausschließliche Ausführungsformen zu betrachten. Der offenbarte Gegenstand kann beträchtlichen Modifikationen, Abänderungen und Äquivalenten in Form und Funktion unterliegen, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen.
- 1A stellt eine schematische Ansicht eines Bohrlochs an Land dar, in dem ein Werkzeugstrang eingesetzt wird, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform;
- 1B stellt eine schematische Ansicht eines Offshore-Bohrlochs dar, in dem ein Werkzeugstrang eingesetzt wird, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform;
- 2 stellt eine schematische Querschnittansicht einer Kopplerbaugruppe zum Verbinden von zwei Rohrleitungssegmenten miteinander gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform dar;
- 3 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform eines Kopplers dar, der in der Kopplerbaugruppe aus 2 verwendet wird;
- 4 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform eines Mantelrohrs dar, der in der Kopplerbaugruppe aus 2 verwendet wird;
- 5 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform eines verkeilten Sperrrings dar, der in der Kopplerbaugruppe aus 2 verwendet wird;
- 6 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform eines C-Rings dar, der in der Kopplerbaugruppe aus 2 verwendet wird;
- 7 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 dar, die das erste Mantelrohr aus 4, den verkeilten Sperrring aus 5 und den C-Ring aus 6 beinhaltet;
- 8 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 dar, die die Komponenten aus 7 und einen Koppler beinhaltet;
- 9 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 dar, die die Komponenten aus 8 und ein zweites Mantelrohr beinhaltet;
- 10 stellt eine perspektivische Querschnittansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 dar, die die Komponenten aus 9 beinhaltet, bevor das erste Mantelrohr mit dem zweiten Mantelrohr in Eingriff tritt;
- 11 stellt eine perspektivische Querschnittansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 dar, die die Komponenten aus 9 beinhaltet, nachdem das erste Mantelrohr mit dem zweiten Mantelrohr in Eingriff getreten ist;
- 12 stellt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 vor dem Ausrichten des verkeilten Sperrrings an dem Koppler und dem ersten Mantelrohr dar;
- 13 stellt eine zweite perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 vor dem Ausrichten des verkeilten Sperrrings an dem Koppler und dem ersten Mantelrohr dar;
- 14 stellt eine zweite perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 nach dem Ausrichten des verkeilten Sperrrings an dem Koppler und dem ersten Mantelrohr und der Bewegung des Sperrrings in eine verriegelte Position dar; und
- 15 stellt eine zweite perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Kopplerbaugruppe aus 2 nach dem Abschluss der Montage dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wird auf die begleitenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden. Diese Ausführungsformen werden ausführlich genug beschrieben, um es einschlägigen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung auszuüben, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt werden können und dass logische strukturelle, mechanische, elektrische und chemische Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Um Einzelheiten zu vermeiden, die nicht notwendig sind, um es einschlägigen Fachleuten zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen auszuüben, kann die Beschreibung bestimmte Informationen weglassen, die einschlägigen Fachleuten bekannt sind. Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Umfang der veranschaulichenden Ausführungsformen ist ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Soweit nicht anders angegeben, soll die Verwendung beliebiger Formen der Begriffe „verbinden“, „eingreifen“, „koppeln“, „anbringen“ oder anderer Begriffe, die ein Zusammenwirken zwischen Elementen beschreiben, das Zusammenwirken nicht auf ein direktes Zusammenwirken zwischen den Elementen beschränken und kann auch indirektes Zusammenwirken zwischen den beschriebenen Elementen beinhalten. In der folgenden Erörterung und in den Ansprüchen werden die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassend“ in offener Weise verwendet und sind daher im Sinne von „beinhaltend, aber nicht beschränkt auf“ zu verstehen. Soweit nicht anders angegeben, erfordert „oder“ im Sinne des vorliegenden Dokuments kein gegenseitiges Ausschließen.
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Liner-Hanger-Systeme und andere Arten von Werkzeugsträngen können bei der Bohrlochkonstruktion oder Bohrlochsanierung und -reparatur an Positionen verwendet werden, die von unmittelbar unterhalb des Bohrlochmündungssystems bis zu Positionen tief in einem Bohrloch reichen. Werkzeugstränge, die in solchen Systemen verwendet werden, können deshalb erweiterbar sein und können Kupplungen beinhalten, die tolerant gegenüber durch Biegen und Vibration induzierten Kräften sind, um sich einer Entkopplung in der Bohrlochbohrung zu widersetzen. Insbesondere können Werkzeugstränge, die Einfahrwerkzeuge einsetzen, die zum Platzieren oder Anordnen von Untertageausrüstung verwendet werden, wie etwa Liner-Hangers, Plugs oder Packer, gegenüber diesen induzierten Kräften beständig sein, um die Unversehrtheit des Werkzeugstrangs zu wahren und den
Verlust des Werkzeugs im Bohrloch zu verhindern. Werkzeugstränge, die andere Arten von Werkzeugen einsetzen, können ähnlich beständig gegenüber diesen induzierten Kräften sein.
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Einige Werkzeugstränge können Kopplungsbaugruppen beinhalten, in denen Rohrleitungssegmente durch Koppler miteinander verbunden sind, um den Werkzeugstrang weiter in eine Formation hinein zu erweitern. Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kopplerbaugruppe, die die statischen und dynamischen Lasten toleriert, denen der Werkzeugstrang unterliegt, und verhindert, dass sich der Werkzeugstrang aufgrund von Vibration, Verdrehen und anderen Kräften entkoppelt, die auftreten können, wenn der Werkzeugstrang in einem Bohrloch gedreht und/oder gehandhabt werden. Die Kopplerbaugruppe ist auch betriebsfähig, um weiteren Lasten standzuhalten, die sich aus einer außergewöhnlichen Belastung der Gewindegrenzflächen ergeben, wenn die Baugruppe einen engen Radius im Bohrloch zurücklegt.
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Nun Bezug nehmend auf die Figuren zeigt 1A eine schematische Ansicht einer Bohranlage 104, in der ein Werkzeugstrang 128 eingesetzt wird, der eine Kopplerbaugruppe 100 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform beinhaltet. Die Bohranlage 104 ist an einer Oberfläche 124 eines Bohrlochs 102 angeordnet. Das Bohrloch 102 beinhaltet eine Bohrlochbohrung 130, die sich von der Oberfläche 124 des Bohrlochs 102 zu einem unterirdischen Substrat oder einer unterirdischen Formation 134 erstreckt. Das Bohrloch 102 und die Bohranlage 104 sind in 1A an Land dargestellt. Alternativ stellt 1B eine schematische Ansicht einer Offshore-Plattform 142 dar, die einen Werkzeugstrang 128 betreibt, der die Kopplerbaugruppe 100 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform beinhaltet. Die Kopplerbaugruppe 100 in 1B kann in einem unterseeischen Bohrloch 138 eingesetzt werden, auf das die Offshore-Plattform 142 zugreift. Die Offshore-Plattform 142 kann eine schwimmende Plattform sein oder stattdessen an einem Meeresboden 140 verankert sein.
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1A-1B stellen jeweils mögliche Nutzungen oder Einsätze der Kopplerbaugruppe 100 dar, die in jedem Fall im Werkzeugstrang 128 verwendet werden können, um ein Werkzeug 144 oder eine andere Vorrichtung untertage einzusetzen. In der Ausführungsform aus 1A und 1B wurde die Bohrlochbohrung 130 durch einen Bohrprozess gebildet, in dem Bohrgut, Fels in und anderes unterirdisches Material aus der Formation 134 von einem Bohrmeißel geschnitten wurden, der über einen Bohrstrang betrieben wird, um die Bohrlochbohrung 130 zu erzeugen. Während des Bohrprozesses oder danach kann ein Abschnitt der Bohrlochbohrung mit einem Futterrohr (in 1A und 1B nicht dargestellt) verkleidet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Bohrlochbohrung ohne Futterrohr in einer unverrohrten Lochkonfiguration gehalten werden.
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Der Werkzeugstrang 128 kann Rohrleitungsabschnitte beinhalten, die jeweils durch Gewindeverbindungen oder andere Verbindungsarten mit benachbarten Rohrleitungen verbunden sind, wie etwa die Kopplerbaugruppe 100. Der Werkzeugstrang 128 kann eine Sammlung von Rohren, Mantelrohren oder Röhren als eine einzelne Komponente bezeichnen, oder alternativ die einzelnen Rohre, Mantelrohre oder Röhren, die den Strang bilden. Der Begriff Werkzeugstrang soll nicht einschränkender Art sein und kann ein Einfahrwerkzeug oder eine andere Art von Werkzeugstrang beinhalten, der zum Einsetzen des Werkzeugs 144 oder von Ausrüstung in der Bohrlochbohrung verwendet wird. In einigen Ausführungsformen kann der Werkzeugstrang 128 einen Durchlass beinhalten, der in Längsrichtung im Werkzeugstrang 128 angeordnet ist und eine Fluidverbindung zwischen der Oberfläche 124 des Bohrlochs 102 und einer Untertageposition 136 ermöglichen kann. Es sei angemerkt, dass die hier beschriebene Kopplerbaugruppe 100 dazu verwendet werden kann, Rohrleitungssegmente in einem beliebigen geeigneten Werkzeugstrang zu koppeln, darunter beispielsweise einem Einfahrwerkzeug zum Einsetzen eines Liner-Hangers.
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Das Absenken des Werkzeugstrangs 128 kann durch eine Hebebaugruppe 106 im Zusammenhang mit einem Bohrturm 114 erfolgen, der an oder benachbart zu der Bohranlage 104 oder Offshore-Plattform 142 angeordnet ist. Die Hebebaugruppe 106 kann einen Haken 110, ein Kabel 108, einen Kranblock (nicht dargestellt) und einen Hebezug (nicht dargestellt) beinhalten, die kooperativ zusammenwirken, um einen Bohrkopf 116 anzuheben oder abzusenken, der an ein oberes Ende des Werkzeugstrangs 128 gekoppelt ist. Der Werkzeugstrang 128 kann nach Bedarf angehoben oder abgesenkt werden, um weitere Rohrleitungsabschnitte zum Werkzeugstrang 128 hinzuzufügen, um das distale Ende des Werkzeugstrangs 128 an der Untertageposition 136 in der Bohrlochbohrung 130 anzuordnen.
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Eine veranschaulichende Ausführungsform einer Kopplerbaugruppe 100, die verwendet werden kann, um Rohrleitungssegmente in einem Werkzeugstrang aneinander zu koppeln, wird unter Bezugnahme auf 2-15 ausführlicher beschrieben. Jede Kopplerbaugruppe 100 beinhaltet ein erstes Mantelrohr 204 und ein zweites Mantelrohr 206, die durch eine Kupplung 202 an einem ersten Ende 230 des ersten Mantelrohrs 204 und einem zweiten Ende 232 des zweiten Mantelrohrs 206 verbunden sind. Jedes Mantelrohr kann einen Abschnitt eines Segments eines Werkzeugstrangs bilden. Zum verdrehenden Koppeln des ersten Mantelrohrs 204 und des zweiten Mantelrohrs 206 beinhaltet das erste Ende 230 des ersten Mantelrohrs 204 eine erste Arretierungskontaktfläche 222 und das zweite Ende 232 des zweiten Mantelrohrs 206 beinhaltet eine zweite Arretierungskontaktfläche 228. Die Arretierungskontaktflächen können Zahnradzähnen ähneln, die einander ergänzen und ineinander eingreifen, oder einem ähnlichen Merkmal wie etwa einer „Sägezahnklauenkupplung“, wie in 2 gezeigt.
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Im zusammengebauten Zustand bildet eine Dichtbohrung 208 oder Dichtoberfläche der Kupplung 202 eine Dichtung an O-Ringen 234, die in einer ersten O-Ringnut 220, die in der Außenfläche des ersten Endes 230 des ersten Mantelrohrs 204 und in einer zweiten O-Ringnut 221, die in der Außenfläche des zweiten Endes 232 des zweiten Mantelrohrs 206 gebildet ist, installiert sind.
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Die Kupplung 202 beinhaltet Innengewinde auf beiden Seiten der Dichtbohrung 208 zum Eingreifen mit dem ersten Mantelrohr 204 und dem zweiten Mantelrohr 206. In einer Ausführungsform beinhaltet die Kupplung 202 ein erstes Innengewinde 210 auf einer ersten Seite 236 der Kupplung 202 und ein zweites Innengewinde 212 auf einer zweiten Seite 238 der Kupplung 202. Das erste Innengewinde 210 greift in ein erstes Außengewinde 218 des ersten Mantelrohrs 204 ein und das zweite Innengewinde 212 greift in ein zweites Außengewinde 226 des zweiten Mantelrohrs 206 ein. Das erste Innengewinde 210 und das zweite Innengewinde 212 und das erste Außengewinde 218 und das zweite Außengewinde 226 können jeweils entgegengesetzte Gewinderichtungen aufweisen. In einer solchen Ausführungsform kann die Kupplung 202 das erste Mantelrohr 204 zum zweiten Mantelrohr 206 zueinander hin oder voneinander wegziehen, wenn die Kupplung 202 nach Spannmutterart gedreht wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. In einer Ausführungsform beispielsweise können das erste Innengewinde 210 und das erste Außengewinde 218 linksläufig sein, und das zweite Innengewinde 212 und das zweite Außengewinde 226 können rechtsläufig sein. In einer anderen Ausführungsform können das erste Innengewinde 210 und das erste Außengewinde 218 rechtsläufig sein, und das zweite Innengewinde 212 und das zweite Außengewinde 226 können linksläufig sein.
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In einer anderen Ausführungsform können die Gewinde keine entgegengesetzten Richtungen verwenden, um die Kupplung 202 zu veranlassen, das erste Mantelrohr 204 zum zweiten Mantelrohr 206 zu ziehen, und können stattdessen auf eine unterschiedliche Gewindesteigung zurückgreifen, um eine Bewegung des zweiten Mantelrohrs 206 zum ersten Mantelrohr 204 zu bewirken. Beispielsweise können das erste Innengewinde 210 und das erste Außengewinde 218 eine Gewindesteigung von acht Windungen pro Zoll aufweisen, während das zweite Innengewinde 212 und zweite Außengewinde 226 eine Gewindesteigung von vier Windungen pro Zoll aufweisen. In einer solchen Ausführungsform führt das Drehen der Kupplung 202 dazu, dass sich die Kontaktfläche des ersten Innengewindes 210 und des ersten Außengewindes 218 doppelt so schnell zurückzieht wie die Kontaktfläche des zweiten Innengewindes 212 und des zweiten Außengewindes 226, so dass sich das zweite Mantelrohr 206 zum ersten Mantelrohr 204 hinbewegt, was wiederum einen Eingriff der Arretierungskontaktfläche der Sägezahnklauenkupplung zwischen den Mantelrohren bewirkt.
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Die Kupplung 202 und das erste Mantelrohr 204 können durch einen Sperrring 240, der unter eine Schulter 214 der Kupplung 202 gleiten kann und Innen- und Außenkeile zur Ausrichtung an und zum Eingriff in Axialnuten jeweils im ersten Mantelrohr und in der Kupplung 202 beinhalten kann, relativ zueinander fixiert sein. Ein Haltering 242 ist in einer Nut 250 des ersten Mantelrohrs 204 angeordnet, um sich einer axialen Bewegung der Kupplung 202 zu widersetzen und ein Zurücktreten vom Sperrring 240 zu verhindern. Die Baugruppe 100 kann ferner Anschlagschrauben 244 beinhalten, die in Gewindelöchern 216 installiert sind, die in Umfangsrichtung um die Kupplung 202 beabstandet sind, um mit dem ersten Mantelrohr 204 in Eingriff zu treten und die relative Bewegung zwischen dem ersten Mantelrohr 204 und der Kupplung 202 weiter einzuschränken.
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3 zeigt einen Abschnitt einer beispielhaften Kupplung 202, die in der Kopplerbaugruppe 100 verwendet wird. Die Kupplung 202 beinhaltet, wie angemerkt, eine Vielzahl von Gewindelöchern 216 um einen Umfang des Kopplers zum Aufnehmen einer Anschlagschraube. In einer Ausführungsform beinhaltet die Kupplung 202 acht solche Gewindelöcher 216, die gleichmäßig um einen Umfang der Kupplung 202 beabstandet sind. Die Kupplung 202 beinhaltet auch eine Vielzahl von internen Axialschlitzen 246, die in einer Innenfläche des ersten Endes 236 der Kupplung 202 gebildet sind. Eine Schulter 214 ist auch in der Innenfläche des ersten Endes 236 der Kupplung 202 gebildet und kann als ein Haltemerkmal dienen, das über dem Sperrring liegt und eine radiale Verformung desselben einschränkt.
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4 zeigt eine Ausführungsform eines ersten Mantelrohrs 204, wie in der Kopplerbaugruppe 100 aus 2 gezeigt, und insbesondere ein erstes Ende 230 des ersten Mantelrohrs 204. Das Mantelrohr beinhaltet ein Außengewinde 218, um mit den Innengewinden der Kupplung 202 in Eingriff zu treten, und eine erste Arretierungskontaktfläche 222 zum Bilden einer verdrehenden Kopplung an ein zweites Mantelrohr. Eine Dichtungsfläche 252 ist zwischen den Außengewinden 218 und der ersten Arretierungskontaktfläche 222 angeordnet und beinhaltet eine Nut 220 zum Aufnehme eines O-Rings. Auf der gegenüberliegenden Seite des Außengewindes 218 von der Dichtungsfläche252 ist eine Radialnut 250 zum Aufnehmen von einem oder mehreren von einem Sperrring und einem Haltering gebildet. Eine Vielzahl externer Axialschlitze 248 erstreckt sich von der Radialnut 250 zum ersten Ende 230.
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In einer Ausführungsform kann die Radialnut 250 eine gestufte Nut mit zwei Außendurchmessern umfassen, die kleiner als der Außendurchmesser des ersten Mantelrohrs 204 sind, um einen oder mehrere von einem Sperrring und einem Haltering oder „C-Ring“ in einer Nichteingriffsposition in einem ersten Abschnitt der Nut 250 mit einem größeren Außendurchmesser und in einer Eingriffsposition in einem zweiten Abschnitt der Nut 250 mit kleinerem Außendurchmesser zu halten. Das erste Mantelrohr 204 kann eine erste sichtbare Anzeige, die eine gefräste, geätzte, gemalte oder in anderer Weise markierte Radiallinie sein kann, an der Außenfläche des ersten Mantelrohrs 204 in einem ersten vorgegebenen Abstand von der ersten Arretierungskontaktfläche 222 und eine ähnliche zweite sichtbare Anzeige in einem zweiten vorgegebenen Abstand von der ersten Arretierungskontaktfläche 222 beinhalten.
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Die Anzahl externer Schlitze 248 des ersten Mantelrohrs 204 kann von der Anzahl interner Schlitze 246 der Kupplung 202 abweichen, um eine Kontaktfläche für eine Vernierartige Kupplung bereitzustellen, die eine Vielzahl von Eingriffspositionen für einen verkeilten Sperrring bereitstellt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. In einer Ausführungsform beispielsweise kann die Anzahl interner Schlitze 246 acht betragen und die Anzahl externer Schlitze 248 kann neun betragen. In einer anderen Ausführungsform kann die Anzahl interner Schlitze 246 n betragen und die Anzahl externer Schlitze 248 kann n+1 betragen. In einer anderen Ausführungsform kann die Anzahl interner Schlitze 246 n betragen und die Anzahl externer Schlitze 248 kann n-1 betragen. Ebenso kann die Anzahl interner Schlitze 246 in einer Ausführungsform n betragen und die Anzahl externer Schlitze 248 kann y betragen, wobei y # n. In einer Ausführungsform sind die externen Schlitze 248 Räume in gleichem Abstand um den Umfang des ersten Mantelrohrs 204, und die internen Schlitze 246 sind gleichmäßig um die Innenfläche der Kupplung 202 beabstandet.
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Eine Ausführungsform eines Sperrrings 240 mit internen Keilen 254 zum Eingreifen in die externen Axialschlitze 248 des ersten Mantelrohrs 204 und externen Keilen 256 zum Eingreifen in interne Axialschlitze 246 der Kupplung 202 ist in 5 gezeigt. Der Sperrring 240 kann als ein verkeilter Sperrring bezeichnet werden und kann eine erste flache Seitenfläche 262 aufweisen, die eine Passfläche für einen Haltering oder C-Ring bereitstellt, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, um den Sperrring 240 in einer Eingriffs- oder verriegelten Position zu fixieren. In einer Ausführungsform, in der die externen Keile 256 sich von einer ansonsten flachen zweiten Seitenfläche 263 erstrecken, kann der Sperrring 240 auch als ein mit Kronen versehener Sperrring bezeichnet werden. Ein Ausnehmungsabschnitt 258 kann im Sperrring 240 ausgespart sein, damit der Sperrring 240 in Vorbereitung auf die Installation erweitert und über das erste Ende 230 des ersten Mantelrohrs 204 zur Radialnut 250 geschoben werden kann. In einer Ausführungsform entspricht die Anzahl externer Keile 256 der Anzahl interner Schlitze 246 der Kupplung 202, und die Anzahl interner Keilen 254 entspricht der Anzahl externer Schlitze 248 des ersten Mantelrohrs 204. Hier kann „entspricht“ bedeuten, dass die Anzahl gleich ist oder dass eine Anzahl ein Vielfaches der anderen ist. In einer Ausführungsform beispielsweise, in der das erste Mantelrohr 204 9 externe Schlitze 248 beinhaltet, kann der Sperrring 240 1, 3 oder 9 interne Keile 254 beinhalten. Ebenso kann der Sperrring 240 in einer Ausführungsform, in der die Kupplung 202 8 interne Schlitze 246 beinhaltet, 1, 2, 4 oder 8 externe Keile 256 beinhalten.
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In 6 ist eine Ausführungsform des C-Rings, oder Halterings 242, gezeigt. Wie der Sperrring 240 beinhaltet auch der Haltering 242 einen Ausnehmungsabschnitt 260, um eine Verformung des Halterings 242 zuzulassen, um eine einfache Installation des Halterings 242 über dem ersten Ende 230 zu ermöglichen, wenn das erste Mantelrohr 204 vor dem Fertigstellen der Baugruppe 100. Obwohl ein C-Ring als Mittel zum Einschränken der axialen Bewegung des Sperrrings 240 in der Verriegelungsposition gezeigt ist, sei angemerkt, dass beliebige andere geeignete Verriegelungsmechanismen ebenfalls verwendet werden können. Beispielsweise kann der Sperrring durch eine Schraube oder einen ähnlichen mechanischen Befestiger in Position gehalten werden.
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Unter Bezugnahme auf 7-15 wird ein veranschaulichendes Verfahren zum Zusammenbauen der oben genannten Teile der Kopplerbaugruppe 100 beschrieben. Das veranschaulichende Verfahren schließt das Installieren einer Kopplung der Spannschlossart in Verbindung mit Mantelrohren mit „Sägezahnklauenkupplungs“-Zähnen an den jeweiligen Arretierungsenden der Mantelrohre ein, um Drehmoment direkt von Mantelrohr zu Mantelrohr zu übertragen, um die Kupplung des Drehmomentwegs von der Axial- und Zugkupplung der Kopplerbaugruppe 100 zu entfernen. Auf diese Weise unterliegt die Kupplung 202 nur Axiallasten von Zug und Komprimierung beim Einsatz in einem Werkzeugstrang. Die Verbindung kann mit einem rechtsläufigen Stiftgewinde an der Unterseite eines Mantelrohrs ausgelegt sein, die zu einem rechtsläufigen Gewinde an der Oberseite der angefügten Kupplung passt. Das untere Gewinde der Kupplung kann linksläufig sein, um an ein linksläufiges Gewinde am oberen Ende des nächsten Mantelrohrs angefügt zu
werden, wodurch eine Mantelrohr-Kopplung-Mantelrohr-Verbindung gebildet wird, die Rohrleitungssegmente in einem Werkzeugstrang miteinander verbindet.
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Wie in 7 gezeigt, beinhaltet das Verfahren das Installieren des C-Rings 242 und des Sperrrings 240 in einer oberen Schulter einer Radialnut 250 eines ersten Mantelrohrs 204. Auch nach der Installation des Sperrrings 240 und des C-Rings 242 sind eine erste sichtbare Anzeige 264 und eine zweite sichtbare Anzeige 266 am Mantelrohr 204 zu sehen. Die sichtbaren Anzeigen können als Bewegungsmarkierungen dienen, die Indexierungspositionen für die Kupplung 202 anzeigen, wenn die Kopplerbaugruppe fertiggestellt wird.
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Wie in 8 gezeigt, beinhaltet das Verfahren ferner das Schrauben der Kupplung 202 auf das erste Mantelrohr 204, bis das erste Ende des Kopplers ungefähr an der ersten sichtbaren Anzeige 264 ausgerichtet ist. In einer veranschaulichenden Ausführungsform wird dann eine vorläufige Anschlagschraube 244 angezogen, um die Position der Kupplung 202 relativ zum ersten Mantelrohr 204 zu fixieren. Wie in 9 und 10 gezeigt, wird das zweite Mantelrohr 206 in das zweite Ende der Kupplung 202 geschraubt, bis eine erste Arretierungskontaktfläche des ersten Mantelrohrs 204 mit einer zweiten Arretierungskontaktfläche des zweiten Mantelrohrs 206 in Kontakt gelangt. In einer Ausführungsform findet Kontakt zwischen den Arretierungskontaktflächen statt, wenn Zahnspitzen an jedem Mantelrohr ersten Kontakt miteinander herstellen. Sobald Kontakt zwischen den Arretierungskontaktflächen hergestellt wurde, wird die Anschlagschraube 244 gelöst, um eine anfängliche Ausrichtung zwischen den Zähnen, oder Arretierungskontaktfläche, des ersten Mantelrohrs 204 und zweiten Mantelrohrs 206 zuzulassen.
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Wenn die Zähne oder anderen Kontaktflächen ausgerichtet sind oder ineinandergreifen, wird die Kopplung gedreht, um das erste Mantelrohr 204 und das zweite Mantelrohr 206 in Spannschlossart zueinander hin zu ziehen, bis die Arretierungskontaktflächen oder Zähne vollständig ineinandergreifen, wie in 11 gezeigt. Die Ausrichtung am ersten Ende der Kupplung 202 und der zweiten sichtbaren Anzeige 266 die Kupplung 202 in Bezug auf eine Axialposition der ersten Arretierungskontaktfläche 222 und, entsprechend, in Bezug auf die erste O-Ringnut 220 und die zweite O-Ringnut 221 zu positionieren, um sicherzustellen, dass O-Ringdichtungen zwischen den Mantelrohren und der Kupplung 202 richtig in der Dichtbohrung 208 positioniert sind.
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Nach dem Positionieren der Kupplung 202 und dem Eingriff der ersten Arretierungskontaktfläche 222 und der zweiten Arretierungskontaktfläche 228 wird der Sperrring 240 zur Installation positioniert.
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Wie oben angemerkt, beinhaltet der Sperrring eine Vielzahl von internen Keilen 254, die der Anzahl externer Schlitze 248 des ersten Mantelrohrs entspricht, 204 und eine Vielzahl von externen Keilen 256, die Kronen sein können, die internen Schlitzen 246 in der Kupplung 202 entsprechen. Um die Installation der Kupplung 202 fortzusetzen, werden die internen Keile 254 axial an den externen Schlitzen 248 ausgerichtet, und die externen Keile 256 werden axial an den internen Schlitzen 246 ausgerichtet, wie in 12 und 13 gezeigt.
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Dieser Schritt schließt eine leichte Drehung des ersten Mantelrohrs 204 relativ zur Kupplung 202 ein.
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Nach der Ausrichtung lassen die externen Schlitze 248 eine axiale Bewegung des Sperrrings 240 entweder zur Kupplung 202 hin, um ein Verriegeln nach der Mantelrohr-Kopplung zu ermöglichen, oder von der Kupplung 202 weg zur Entkopplung der Mantelrohre und Demontage zu. Auf diese Weise ermöglichen die externen Schlitze 248 und die Radialnut 250 drei Funktionen. Diese Funktionen beinhaltet (1) Lagerung „aus dem Weg“ während der Mantelrohrkopplung, wobei der Sperrring 240 von der Kupplung 202 weg geschoben werden kann, (2) Drehen und Andocken des Sperrrings 240 nach der Anordnung der Positionierung der externen Schlitze (Mantelrohrschlitze) 248 und der internen Schlitze (Kopplerschlitze) 246 zum Verriegeln und (3) wenn der Sperrring 240 in der zusammengebauten Mantelrohr-Kopplung-Mantelrohr-Verbindung in Eingriff steht, Installation des C-Rings 242 in einer inneren Schulter der Nut 250 mit kleinerem Durchmesser, um den Sperrring 240 fest in der verriegelten Position zu halten.
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Die Konfiguration der internen Keile 254 und externen Keilen 256 und der externen Schlitze 248 und internen Schlitze 246 führt zu einem „Vernier“-artigen Verhalten, wobei die Kupplung 202 nur um ein geringes Maß drehend indexiert werden kann, um eine Position zu erreichen, in der die Keile des Sperrrings 240 in die externen Axialschlitze des ersten Mantelrohrs 204 und internen Axialschlitze der Kupplung 202 eingreifen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform weist die Kupplung 202 acht Schlitze auf und der Sperrring 240 weist acht externe Keile 256 auf, während das erste Mantelrohr 204 neun externe Schlitze 248 aufweist und der Sperrring neun interne Keile 254 aufweist. Abhängig von der geometrischen Beschränkung in einem jeweiligen Einfahrwerkzeug kommt jedoch eine große Zahl möglicher Schlitzverhältnisse zwischen Kupplung und Mantelrohr in Frage, um mehr oder weniger Ausrichtungspositionen bereitstellen zu können.
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In dem vorstehenden Beispiel dienen die acht internen Schlitze 246 an der Kupplung 202 und neun externen Schlitze 248 am ersten Mantelrohr 204 als eine feine Teilungskontaktfläche, die neun mögliche Anordnungen des Sperrrings 240 relativ zum ersten Mantelrohr 204 und acht mögliche Anordnungen relativ zur Kupplung 202 bereitstellt. Dies entspricht zweiundsiebzig potenziellen Anordnungskombinationen oder einer Anordnungsposition alle fünf Grad Drehung eines Teils. Anders ausgedrückt lässt eine solche Konfiguration eine Fünf-Grad-Differenz zwischen potenziellen Ausrichtungspositionen zu, um eine genaue Anordnung des Sperrrings 240 zu erzielen, wenn sich die Kupplung 202 in einer angezogenen Position befindet. In einer Ausführungsform ist dieser Granularitätsgrad fein genug, dass ein geringes Drehmoment genügend relative Bewegung zwischen der
Kupplung 202 und dem ersten Mantelrohr 204 bereitstellen kann, um eine genaue Ausrichtung zu erzielen und die Installation des Sperrrings 240 zu erleichtern.
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Wie oben unter Bezugnahme auf 4 angemerkt, beinhaltet das erste Mantelrohr eine Nut 250, in der sich der Sperrring 240 und der C-Ring 242 zunächst in der Nichteingriffsposition frei um das erste Mantelrohr 204 drehen können. Der Sperrring 240 kann in der Nut 250 gedreht werden, um die Keile des Sperrrings 240 an Schlitzen in der Kupplung 202 und dem ersten Mantelrohr 204 auszurichten. Wenn die internen Keile des Sperrrings 240 gedreht und axial in die Eingriffsposition verlagert wurden, sind sie an den axialen externen Schlitzen in 248 ausgerichtet und greifen in diese ein, um eine Drehung des Sperrrings 240 zu verhindern, und der C-Ring rastet zwischen dem Sperrring 240 und einer Schulter der Nut 250 ein, um eine axiale Bewegung des Sperrrings 240 weg aus den externen Schlitzen 248 einzuschränken.
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Auf diese Weise beinhaltet das Verfahren zum Zusammenbauen das axiale Bewegen des Sperrrings 240 in eine verriegelte oder Eingriffsposition in den externen Schlitzen 248 des ersten Mantelrohrs 204 und internen Schlitzen 246 der Kupplung 202 (wie in 14) nach einem sicheren Eingriff der ersten Arretierungskontaktfläche 222 und der zweiten Arretierungskontaktfläche 228. In einer Ausführungsform beinhaltet die Bewegung des Sperrrings 240 das Bewegen des Sperrrings 240 unter eine Schulter der Kupplung 202, die über der Außenfläche des Sperrrings 240 liegt, um eine radiale Verformung des Sperrrings 240 zu verhindern. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren auch das Bewegen des C-Rings 242 axial in der Radialnut 250, um mit einer Nutfläche in Eingriff zu treten und eine axiale Bewegung des Sperrrings 240 weg von der Kupplung 202 und der Arretierungskontaktfläche der Mantelrohre zu verhindern.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren auch das Installieren und Festziehen einer Vielzahl von Anschlagschrauben 244, wie in 15 gezeigt, die gleichmäßig und in einer gemeinsamen Ebene um die Kupplung 202 beabstandet sein können, um das Befestigen der Baugruppe in einer verriegelten Konfiguration zu unterstützen.
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Die Verwendung der Vernier-artigen Verriegelung der Kupplung 202 relativ zum ersten Mantelrohr 204, zusammen mit der „Sägezahnklauenkupplungs“-Arretierungskontaktfläche des ersten Mantelrohrs 204 und des zweiten Mantelrohrs 206, bewirkt eine sichere Verbindung. Die sichere Verbindung schränkt die Kupplung 202 gegen unerwünschte Drehung ein, die anderenfalls durch Vibration oder ungewöhnliche Gewindeflankenbelastung aufgrund von induzierten Momenten durch das Mantelrohr und den Koppler induziert werden können, während sich der Werkzeugstrang in Bohrlöchern mit einem kleinen Biegeradius dreht.
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Aus dem Vorstehenden wird deutlich geworden sein, dass Ausführungsformen eine Erfindung mit wesentlichen Vorteilen bereitgestellt wurden. Obwohl die Ausführungsformen nur in einigen wenigen Formen gezeigt wurden, sind die Ausführungsformen nicht eingeschränkt, sondern eignen sich für verschiedene Änderungen und Abwandlungen, ohne von ihrem Geist abzuweichen.
