DE1179523B

DE1179523B - Device for hanging casing and riser pipe strings in deep boreholes

Info

Publication number: DE1179523B
Application number: DES83240A
Authority: DE
Inventors: John Albert Haeber; Lloyd Gilbert Otteman
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1963-01-11
Filing date: 1963-01-11
Publication date: 1964-10-15

Description

Vorrichtung zum Aufhängen von Futterrohr-und Steigrohrsträ@agen-in Tiefbohrungen Die Erfindung betrifft eine Aufhängevorrichtung für Futter- und Steigrohre in einem Verrohrungskopf bei Tiefbohrungen und ist speziell für die Ausrüstung von Unterwassersonden geeignet.Device for hanging up casing and riser pipes Deep boreholes The invention relates to a suspension device for feed and riser pipes in a casing head for deep boreholes and is specially designed for equipping Suitable for underwater probes.

Um neue Ölfelder aufzufinden, werden in zunehmendem Ausmaß Tiefbohrungen in Küstennähe unter Wasser angelegt. Gewöhnlich erstrecken sich hierbei die Futterrohrstränge zusammen mit einem oder mehreren Steigrohrsträngen nach oben bis zu einer oberhalb der Wasserfläche liegenden Stelle, wo sie durch einen Bohrlochkopf von bekannter Konstruktion verschlossen werden, wie es in der gleichen Weise bei an Land angelegten Tiefbohrungen üblich ist.In order to find new oil fields, deep drilling is increasing created underwater near the coast. Usually the casing strings extend here together with one or more riser strings up to one above the body of water lying where it is known by a wellhead Construction to be closed as it is in the same way when moored on land Deep drilling is common.

In neuerer Zeit wurden Versuche unternommen, um Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die es ermöglichen, eine Tiefbohrung durchzuführen und abzuschließen, bei der sowohl der Verschlußkopf der Verrohrung als auch später der Bohrlochkopf und die Verschlußvorrichtung für den Bohrlochkopf in einer solchen Tiefe unter Wasser liegen, daß Schiffe darüber hinwegfahren können. Vorzugsweise ordnet man den Verrohrungskopf und das Verschlußaggregat nahe dem Meeresboden an. Um den Einbau derartiger Einrichtungen unter Wasser in einer Tiefe zu ermöglichen, in welcher ein Taucher nicht mehr ohne Schwierigkeiten arbeiten kann, hat es sich als erforderlich erwiesen, völlig neuartige Vorrichtungen für diesen Zweck zu schaffen.More recently, attempts have been made to provide methods and devices to create that make it possible to carry out and complete a deep borehole, in which both the closure head of the casing and later the wellhead and the closure device for the wellhead at such a depth under water lie that ships can pass over it. It is preferable to arrange the casing head and the closure assembly near the seabed. To the installation of such facilities to enable underwater to a depth in which a diver can no longer do without Difficulties can work, it has been found to be completely novel To create devices for this purpose.

Bekannt ist eine Aufhängevorrichtung in einem Gehäuse für die Aufnahme eines einzelnen Rohrstranges, welcher von der Wasseroberfläche aus ein-und ausgebaut werden kann.A suspension device in a housing for the recording is known a single pipe string, which is installed and removed from the surface of the water can be.

Das Wesentliche der Erfindung besteht in der Ausbildung von Aufhängemitteln - im folgenden mit Hänger bezeichnet - für eine Vielzahl von Futter-und Steigrohrsträngen, die so ausgebildet sind, daß sie, sich gegenseitig abstützend, ineinandergebaut und gegen Verschiebung durch Druck von unten gesichert im Verrohrungskopf befestigt werden können.The essence of the invention consists in the formation of suspension means - hereinafter referred to as hanger - for a variety of feed and riser pipes, which are designed so that they are mutually supportive, built into one another and secured against displacement by pressure from below in the casing head can be.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung, die am Bohrlochkopf angeordnet werden kann, umfaßt einen Verrohrungskopf mit mindestens einer einen .Sitz bildenden Schulter, einen ersten Hänger mit als Sitze wirkenden Schultern auf der Innen- und Außenseite, wobei sich die äußere Schulter an einer Schulter auf der Innenseite des Verrohrungskopfes abstützen kann, ferner einen zweiten Hänger mit mindestens einer einen Sitz bildenden Schulter auf der Außenseite, die sich an der Schulter auf der Innenseite des ersten Hängers abstützen kann, sowie zum Festhalten dienende Abfangkeile, die auf der Außenseite jedes Hängers so angeordnet sind, daß sie an der Innenfläche des Verrohrungskopfes angreifen.A device formed according to the invention, which is at the wellhead may be arranged comprises a casing head having at least one .Seat forming shoulder, a first hanger with shoulders acting as seats on the inside and outside, with the outside shoulder at one shoulder can support on the inside of the casing head, also a second hanger with at least one shoulder forming a seat on the outside that extends on the shoulder on the inside of the first hanger, as well as for Clamping slips placed on the outside of each hanger are that they attack the inner surface of the casing head.

Der erste Hänger kann sich direkt in dem Verrohrungskopf abstützen oder in einem als Zwischenstück ausgebildeten Aufhängungskörper abgestützt werden, der mit abdichtender Wirkung mit dem Verrohrungskopf verbunden ist; in diesem Falle werden die Haltekeile so angeordnet, daß sie an dem Aufhängungskörper angreifen. Bei Unterwassertiefbohrungen wird die Benutzung der letzteren Anordnung vorgezogen.The first hanger can be supported directly in the casing head or be supported in a suspension body designed as an intermediate piece, which is connected with a sealing effect to the casing head; in this case the retaining wedges are arranged so that they engage the suspension body. The latter arrangement is preferred for underwater deep drilling.

Die Erfindung sieht somit eine Aufhängevorrichtung vor, die - wie schon erwähnt - es ermöglicht, mehrere Verrohrungsstränge ineinander anzuordnen, und innerhalb des Verrohrungskopfes oder des Aufhängekörpers sicher zu verankern, so daß weder die in der Tiefbohrung auftretenden Drücke noch eine Wärmeausdehnung der Futterrohrstränge dazu führen können, daß sich die Rohrstränge innerhalb des Bohrlochs nach oben bewegen.The invention thus provides a suspension device that - like already mentioned - it enables several piping strings to be arranged one inside the other, and to be securely anchored within the casing head or the suspension body, so that neither the pressures occurring in the deep borehole nor thermal expansion the casing strings can lead to the pipe strings within the Move the borehole upwards.

Bei einer Ausbildungsform der Erfindung kann man gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung mindestens zwei Hänger jeweils einzeln unter Benutzung des gleichen Werkzeugs in das Bohrloch einführen. Zu diesem Zweck besitzt jeder der Hänger eine durchgehende Bohrung, und die oberen Enden dieser Bohrungen haben den gleichen Durchmesser; ferner sind Verankerungsnuten auf der Innenfläche jeder dieser Bohrungen nahe dem oberen Ende derselben vorgesehen, in denen ein Werkzeug an dem betreffenden Hänger angreifen kann.In one embodiment of the invention you can according to another Feature of the invention at least two hangers each individually using the insert the same tool into the drill hole. To this end, everyone owns the Hangers have a through hole, and the upper ends of these holes have the same diameter; there are also anchoring grooves on the inner surface everyone these bores are provided near the top of the same in which a tool can attack the trailer in question.

Ferner kann die Vorrichtung mit Mitteln versehen sein, an denen mindestens zwei konzentrische Futterrohrstränge aufgehängt werden können; hierbei ist der am weitesten innen angeordnete Futterrohrstrang vorzugsweise mit einem Hänger ausgerüstet, der einen oder mehrere Steigrohrstränge aufnehmen kann, die sich an dem Hänger abstützen können.Furthermore, the device can be provided with means on which at least two concentric casing strings can be hung; here is the am the furthest inside casing string, preferably equipped with a hanger, which can accommodate one or more riser strings supported on the hanger can.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is described below with reference to a schematic drawing explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße; in einem Bohrlochkopf angeordnete Aufhängevorrichtung.The drawing shows in longitudinal section an inventive; in one Hanger arranged wellhead.

Gemäß der Zeichnung umfaßt eine typische Unterwasser-Bohrlochausrüstung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist, einen Unterwasser-Verrohrungskopf 11, in welchem sich an einer Sitzfläche 13 ein Futterrohr und Steigrohr-Aufhängungskörper 12 abstützt. Innerhalb des Aufhängungskörpers 12 sind mit Hilfe von Hängern 17 und 18 mehrere Futterrohrstränge 14 und 15 aufgehängt. Gegebenenfalls kann der äußerste Futterrohrstrang 16 bei 19 mit dem unteren Ende des Aufhängungskörpers 12 verschweißt sein. Während die Zeichnung einen Verrohrungskopf 11 zeigt, in dem ein Aufhängungskörper 12 für Futterrohr- und Steigrohrstränge aufgehängt ist, kann bei manchen Anlagen der Aufhängungskörper mit dem Verrohrungskopf 11 verschweißt sein oder mit ihm aus einem Stück bestehen. Der Verrohrungskopf 11 erstreckt sich von einer Unterstützung aus nach oben; im vorliegenden Falle wird diese Unterstützung durch eine waagerecht angeordnete Platte 21 gebildet, die auf dem Meeresboden ruht oder in den Meeresboden einzementiert ist. Ein Standrohr 22 ist mit dem unteren Ende des Verrohrungskopfes 11 z. B. durch Schweißen verbunden und erst-reckt sich in das im Meeresboden angelegte Bohrloch, in welches das Standrohr vorzugsweise einzementiert ist.As shown in the drawing, typical subsea wellbore equipment includes, equipped with the device according to the invention, an underwater casing head 11, in which on a seat 13 there is a casing pipe and a riser pipe suspension body 12 supports. Within the suspension body 12 are with the help of hangers 17 and 18 several casing strings 14 and 15 are suspended. If necessary, the extreme Casing string 16 welded at 19 to the lower end of the hanger body 12 be. While the drawing shows a casing head 11 in which a suspension body 12 for casing and riser strings can be used in some systems the suspension body can be welded to the casing head 11 or made with it consist of one piece. The casing head 11 extends from a support from upwards; in the present case this support is provided by a horizontal arranged plate 21 is formed, which rests on the seabed or in the seabed is cemented in. A standpipe 22 is attached to the lower end of the casing head 11 z. B. connected by welding and first-stretches into the created in the seabed Borehole in which the standpipe is preferably cemented.

Das obere Ende des Aufhängungskörpers 12 für die Futterrohr- und Stelgrohrstränge kann auf beliebige geeignete Weise verschlossen werden; im vorliegenden Falle ist ein Verschlußkörper 20 mit eitler oder mehreren senkrechten $ohrungen 23 und 24 vorgesehen. Der Verschlußkörper 20 ist mit einem sich in der Umfangsrichtung erstreckenden ausdehnungsfähigen Dichtungsorgan 25 ausgerüstet, und es ist ein Satz von radial nach außen bewegbaren Verriegelungsstücken 26 vorgesehen, die in eine oder mehrere Verankerungsnuten 27 eingreifen können, welche in der Innenfläche des Aufhängungskörpers 12 ausgebildet sind. Wegen des Gewichts der gewöhn-]ich oberhalb des Verschlußkörpers 20 angeordneten Einrichtung zum Regeln des Durchflusses, ist auf der Innenseite des Aufhängungskörpers 12 eine Schulter 28 vorgesehen, die den Verschlußkörper aufnimmt; somit braucht nicht das gesamte Gewicht des Aggregats von dem obersten Hänger 17 aufgenommen zu werden; bei einer alternativen Anordnung könnte jedoch der Hänger 17 das gesamte Gewicht aufnehmen. Bei der hier gezeigten Ausbildungsform ist der Verschlußkörper 20 mit einem nach unten ragenden Verbindungsstück 31 versehen, an dem man zwei hier nicht gezeigte Steigrohrstränge aufhängen kann, deren obere Enden in Gewindebohrungen 32 und 33 eingeschraubt werden. Auf der Außenfläche des Verbindungsstücks 31 sind nahe dem unteren Ende desselben Dichtungsringe 34 od. dgl. vorgesehen; jedoch könnte man solche Dichtungsringe auch auf der Innenfläche des obersten Hängers 17 anordnen, um eine Abdichtung zwischen dem unteren Ende des Verbindungsstücks 31 und dem Hänger 17 zu bewirken.The upper end of the hanger body 12 for the casing and stalk strings can be closed in any suitable manner; In the present case, a closure body 20 with empty or more vertical holes 23 and 24 is provided. The closure body 20 is equipped with an expandable sealing member 25 extending in the circumferential direction, and a set of radially outwardly movable locking pieces 26 are provided which can engage in one or more anchoring grooves 27 which are formed in the inner surface of the suspension body 12. Because of the weight of the device for regulating the flow, which is usually arranged above the closure body 20, a shoulder 28 is provided on the inside of the suspension body 12 which receives the closure body; thus the uppermost hanger 17 does not have to take up the entire weight of the unit; however, in an alternative arrangement, the hanger 17 could hold all of the weight. In the embodiment shown here, the closure body 20 is provided with a downwardly projecting connecting piece 31 on which two riser pipe strings, not shown here, can be suspended, the upper ends of which are screwed into threaded bores 32 and 33. On the outer surface of the connecting piece 31, sealing rings 34 or the like are provided near the lower end thereof; however, such sealing rings could also be arranged on the inner surface of the uppermost hanger 17 in order to effect a seal between the lower end of the connecting piece 31 and the hanger 17.

Der oberste Hänger 17 ist bei 37 auf seiner Innenseite mit einer Sitzfläche für das untere Ende des Zwischenstücks 31 oder gegebenenfalls für einen Rohrhänger von anderer Konstruktion versehen. Eine Schulter 40 ist auf der Außenseite des Hängers 17 ausgebildet; diese Schulter kann mit einer Schulter oder Sitzfläche 41 auf der Innenseite des unteren Hängers 18 zusammenarbeiten, und vorzugsweise sind Dichtungen 42 vorgesehen, um an der Anlagestelle eine Abdichtung zu bewirken. Bei den Dichtungen 42 kann es sich um auf Druck beanspruchte Packungen handeln, jedoch könnte man auch Dichtungsringe von kreisrundem oder quadratischem Querschnitt verwenden.The uppermost hanger 17 is at 37 on its inside with a seat for the lower end of the intermediate piece 31 or optionally for a pipe hanger provided by a different construction. A shoulder 40 is on the outside of the hanger 17 formed; this shoulder can be with a shoulder or seat 41 on the Inside of the lower hanger 18 cooperate, and preferably are seals 42 is provided in order to effect a seal at the contact point. With the seals 42 it can be packs subjected to pressure, but one could also Use sealing rings with a circular or square cross-section.

An der Außenseite des unteren Hängers 18 ist eine Tragschulter 43 ausgebildet, die sich an einer dazu passenden Schulter 44 auf der Innenseite des Aufhängungskörpers 12 abstützen kann. Zwischen den Sitzflächen 43 und 44 sind Dichtungen 45 angeordnet. Vorzugsweise ordnet man einen großen Dichtungsring 46 oder ein anderes Dichtungsorgan zwischen dem Aufhängungskörper 12 und dem Verrohrungskopf 11 an, und es werden Hilfsdichtungen 47 und 48 an der Sitzfläche oder Schulter 51 am unteren Ende des Aufhängungskörpers 12 vorgesehen, das sich an der Schulter 13 auf der Innenseite des Verrohrungskopfes 11 abstützt. Wie schon erwähnt, ist es bei vielen Tiefbohrungen, insbesondere bei solchen, die an Land angelegt sind, möglich, den Aufhängungskörper 12 mit dem Verrohrungskopf 11 zu verschweißen oder diese Teile zu einem einzigen Bauteil zu vereinigen. Um das Niederbringen der Tiefbohrung und ihre Fertigstellung zu erleichtern, wenn das Bohrloch unter Wasser auf dem Meeresboden angelegt wird, ist es jedoch vorzuziehen, eitlen mit dem Verrohrungskopf 11 lösbar verbundenen Aufhängungskörper 12 für die Futterrohr- und Steigrohrstränge zu verwenden. Der Aufhängungskörper 12 ist vorzugsweise mit mehreren unter Federspannung stehenden Haltekeilen 52 versehen, die an der Innenfläche des Verrohrungskopfes angreifen und den Aufhängungskörper fest in seiner Lage halten, wenn er Druckkräften ausgesetzt wird, die Ibestrebt sind; ihn nach oben zu bewegen. Ferner kann der Verrohrungskopf 11 auf der Außenseite oder auf der Innenseite reit einer oder mehreren Nuten 53 versehen sein, damit man an dem Verrohrungskopf ein Werkzeug verankern kann, wenn der Verrohrurigskopf eingebaut werden soll. Zwar zeigt die Zeichnung, daß der Verrohrungskopf 11 in seiner Wand eine Öffnung 54 aufweis" doch ist diese Öffnung normalerweise während der Bohrarbeiten und nach der Fertigstellung des Bohrlochs durch ein hier nicht gezeigtes Ventil verschlossen.On the outside of the lower hanger 18, a support shoulder 43 is formed, which can be supported on a matching shoulder 44 on the inside of the suspension body 12. Seals 45 are arranged between the seat surfaces 43 and 44. Preferably, a large sealing ring 46 or other sealing member is placed between the suspension body 12 and the casing head 11, and auxiliary seals 47 and 48 are provided on the seat or shoulder 51 at the lower end of the suspension body 12, which is located on the shoulder 13 on the Inside of the casing head 11 is supported. As already mentioned, it is possible with many deep boreholes, especially those that are made on land, to weld the suspension body 12 to the casing head 11 or to combine these parts into a single component. However, in order to facilitate the drilling of the deep well and its completion when the well is dug underwater on the seabed, it is preferable to use a suspension body 12 releasably connected to the casing head 11 for the casing and tubing strings. The suspension body 12 is preferably provided with a plurality of spring-loaded retaining wedges 52 which engage the inner surface of the casing head and hold the suspension body firmly in place when subjected to compressive forces which are sought; to move him up. Furthermore, the casing head 11 can be provided with one or more grooves 53 on the outside or on the inside so that a tool can be anchored on the casing head when the casing head is to be installed. Although the drawing shows that the casing head 11 has an opening 54 in its wall, this opening is normally closed during the drilling work and after the completion of the borehole by a valve not shown here.

Die Hänger 17 und 18 sind mit Haltekeilen 51 bzw. 58 ausgerüstet, die auf den Außenflächen der Hänger so angeordnet sind, daß sie an durch einen senkrechten Abstand getrennten Punkten an der Innenflache des Aufhängungskörpers 12 angreifen. Auf diese Weise sind die Futterrohrstränge 14 und 15 mit Hilfe der zugehörigen Hänger 17 und 18 unabhängig voneinander an dem Aufhängungskörper 12 verankert, und zwar derart, daß sie nicht durch Druckkräfte oder eine Wärmeausdehnung der Rohrstränge nach oben bewegt werden können. Die Haltekeile 58 sind nach oben gerichteten Kräften ausgesetzt, welche nur auf den Druck zurückzuführen sind, der in dem Ringraum 59 zwischen den Futterrohrsträngen 15 und 16 herrscht; diese Kräfte sind bestrebt, den unteren Hänger 18 von der Sitzfläche 44 abzuheben. Wenn dagegen der obere Hänger 17 nicht in dem unteren Hänger 18 nur abgestützt, sondern daran verankert wäre, würden die unteren Haltekeile 58 nach oben gerichteten Kräften ausgesetzt sein, die auf den Druck zurückzuführen sind, welcher in den Ringräumen 59 und 60 zwischen den Futterrohrsträngen 14, 15 und 16 herrscht.The hangers 17 and 18 are equipped with retaining wedges 51 and 58, respectively, which are arranged on the outer surfaces of the hangers so that they are connected by a vertical Attack spaced apart points on the inner surface of the suspension body 12. In this way the casing strings 14 and 15 are with the help of associated hangers 17 and 18 independently of one another on the suspension body 12 anchored in such a way that they are not due to compressive forces or thermal expansion the pipe strings can be moved upwards. The retaining wedges 58 are upward exposed to directed forces, which can only be attributed to the pressure that in the annulus 59 between the casing strings 15 and 16; these forces endeavor to lift the lower hanger 18 from the seat 44. If against it the upper hanger 17 is not only supported in the lower hanger 18, but on it anchored, the lower retaining wedges 58 would be subjected to upward forces be due to the pressure in the annular spaces 59 and 60 between the casing strings 14, 15 and 16 prevails.

Die Hänger 17 und 18 sind jeweils nahe ihrem oberen Ende mit einer oder mehreren Nuten 61 bzw. 62 versehen, an denen ein Werkzeug verankert werden kann, mittels dessen man die Hänger 17 und 18 zusammen mit den daran befestigten Futterrohrsträngen 14 und 15 in das Bohrloch herablassen kann. Vorzugsweise haben beiden Hänger 17 und 18 nahe dem oberen Ende ihrer durchgehenden Bohrung, d. h. im Bereich der Verankerungsnuten 61 und 62 den gleichen Innendurchmesser, so daß man ein und dasselbe hier nicht gezeigte Werkzeug benutzen kann, um die beiden Hänger 17 und 18 in den Aufhängungskörper 12 einzuführen. Da außerdem der obere Hänger 17 so ausgebildet ist, daß die zugehörigen Haltekeile 57 an der Innenfläche des Aufhängungskörpers 12 angreifen, kann man die durchgehende Bohrung des Hängers 17 über einen erheblichen Teil ihrer Länge erweitern, wie es bei 63 angedeutet ist, um das Verbindungsstück 31 unterzubringen, an dem eine oder mehrere hier nicht gezeigte Steigrohrleitungen aufgehängt werden können. Da die Bohrungserweiterung 63 einen größeren Aufnahmeraum bildet, könnte man alternativ einen anderen Hänger für einen Futterrohr- oder Steigrohrstrang von erheblich größerem Durchmesser verwenden.The hangers 17 and 18 are each near their upper end with a or a plurality of grooves 61 or 62, on which a tool can be anchored can, by means of which the hangers 17 and 18 together with the attached Can lower casing strings 14 and 15 into the wellbore. Preferably have both hangers 17 and 18 near the top of their through bore, i.e. H. in the area of the anchoring grooves 61 and 62 have the same inner diameter, so that one and the same tool, not shown here, can be used to pull the two hangers 17 and 18 to be inserted into the suspension body 12. There is also the upper hanger 17 is designed so that the associated retaining wedges 57 on the inner surface of the Attack the suspension body 12, the through hole of the hanger 17 can be used extend over a considerable part of their length, as indicated at 63, to accommodate the connector 31, on which one or more not shown here Riser pipes can be hung. Since the bore extension 63 a If there is a larger recording space, you could alternatively use a different hanger for one Use casing or standpipe that is significantly larger in diameter.

Claims

Claims: 1. Suspension device for hanging casing and riser strings in deep boreholes, characterized by a casing head (11) with at least one seat that is either directly on the casing head (11) z. B. is designed as a seat (13) or on a suspension body (12) serving as an intermediate piece as a seat (43) on which a first hanger (18) is supported with its shoulder (44) and the hanger (18) within has a seat (41) on which a second hanger (17) rests with its shoulder (40) and both hangers (17, 18) are secured against pressure from below by retaining wedges (57, 58).

2. Suspension device according to claim 1, characterized characterized in that the retaining wedges (57, 58) are independently of one another on the inner surface attack the casing head (11) or the suspension body (12).

3. Suspension device according to claim 1 or 2, characterized in that the upper ends of the hangers (17, 18) have holes of the same diameter throughout and on their inner surface Have grooves (61, 62) in which a tool for lowering the hangers (17, 18) can attack.

4. Suspension device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the most inwardly arranged hanger (17) is a riser hanger (31) can accommodate. Documents considered: British Patent Specification No. 860 914.