DE1226058B

DE1226058B - Suspension device for string of pipes in borehole heads of oil and natural gas boreholes

Info

Publication number: DE1226058B
Application number: DEST25094A
Authority: DE
Inventors: Alexandr D Krasyuk; Alexandr V Mnatsakanov; Evgeny V Poznakharev
Original assignee: STAVROPOLNEFTEGAZ
Current assignee: STAVROPOLNEFTEGAZ
Priority date: 1966-03-09
Filing date: 1966-03-09
Publication date: 1966-10-06

Description

Hängevorrichtung für Rohrstränge in Bohrlochköpfen von Erdöl- und Erdgas-Bohrlöchern Vorliegende Erfindung betrifft eine Hängevorrichtung zum Festhalten von Rohrsträngen in Bohrlochköpfen von Erdöl- und Erdgas-Bohrlöchern.Suspension device for pipe strings in wellheads of petroleum and Natural Gas Wells The present invention relates to a hanger for restraint of tubing strings in wellheads of oil and gas wells.

Es sind Hängevorrichtungen zum Festhalten von Rohrsträngen in Bohrlochköpfen von Erdöl- und Erdgas-Bohrlöchern bekannt, bei denen eine starre Befestigung des Kopfteiles des Rohrstranges am Bohrlochkopf vorgesehen ist.They are hangers for holding tubing strings in wellheads of petroleum and natural gas wells known in which a rigid attachment of the Head portion of the pipe string is provided at the wellhead.

In Tiefbohrlöchern und in Bohrlöchern mit an der Sohle auftretenden hohen Temperaturen verlängert und verkürzt sich bekanntlich der nicht zementierte freie Rohrstrang bei jeweiliger Änderung der Bohrlochtemperatur. Bei einem Temperaturabfall, wie er beim Spülen usw. auftritt, verkürzt sich der Rohrstrang. Bei einem Temperaturanstieg dagegen, der bei der Inbetriebnahme des Bohrloches durch den Zustrom zu beobachten ist, verlängert sich der Rohrstrang.In deep boreholes and in boreholes with occurring at the bottom As is well known, non-cemented ones are prolonged and shortened at high temperatures free pipe string when the borehole temperature changes. If the temperature drops, as occurs when flushing, etc., the pipe string is shortened. When the temperature rises on the other hand, to be observed during the commissioning of the borehole by the influx the pipe string is extended.

Infolge periodisch auftretender, durch Temperaturschwankungen hervorgerufener Verlängerungen und Verkürzungen erhält der Rohrstrang bei der bekannten starren Befestigung am Bohrlochkopf außer der schon vorhandenen Belastung durch das Eigengewicht zusätzliche Belastungen. Durch derartige zusätzliche Belastungen sowie durch die durch das Eigengewicht des Rohrstranges erzeugten Belastungen treten innere Spannungen auf, die,oft die Festigkeit der Futterrohre übersteigen, wodurch Zerstörungen der Gewindeverbindungen der Futterrohre auftreten, die ein Undichtwerden derselben und manchmal sogar Zerreißen der Rohre zur Folge haben.As a result of periodic occurrences caused by temperature fluctuations The pipe string is lengthened and shortened in the known rigid Fastening to the wellhead in addition to the already existing load from its own weight additional burdens. By such additional burdens as well as by the The loads generated by the weight of the pipe run cause internal stresses on, which, often exceed the strength of the casing, causing destruction of the Threaded connections of the casing occur, the leakage of the same and sometimes even rupture the pipes.

Bekannte Maßnahmen zur Vermeidung der durch die Verlängerung und Verkürzung des Rohrstranges eintretenden Folgen bestehen beispielsweise in einem Zementieren des Rohrstranges bis zum Bohrlochkopf mit Leichtzementen oder in einem Erhöhen der Futterrohrfestigkeit durch doppelstufiges Zementieren. Diese Maßnahmen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf.Known measures to avoid the by the lengthening and shortening Consequences occurring in the pipe string consist, for example, in cementing of the pipe string to the wellhead with light cements or in an increase of the Lining strength through double-step cementing. However, these measures point has a number of disadvantages.

Ein Nachteil besteht im tiefen Eindringen des Zements in die erdöl- bzw. erdgashaltige Schicht, wodurch der Bohrlochbetrieb während der Anlaufperiode erschwert wird. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß der Zement nur sehr schwer bis zum Bohrlochkopf gehoben werden kann. Es ist nachteilig, daß die Rohre dann beim Aufgehen des Bohrloches nicht gezogen werden können. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die durch die Temperaturändewngen hervorgerufenen Verlängerungen und Verkürzungen der Rohrsäule nicht kontrolliert werden können. Bei wachsender Bohrlochtiefe steigt die Bedeutung dieser Nachteile schroff an.One disadvantage is the deep penetration of the cement into the petroleum or natural gas-bearing layer, whereby the well operation during the start-up period is made more difficult. Another disadvantage is to be seen in the fact that the cement is only very difficult to lift to the wellhead. It is disadvantageous that the pipes then cannot be pulled when the borehole opens. An essential one The disadvantage is that the extensions caused by the temperature changes and shortening of the tubular column cannot be controlled. With growing Borehole depth, the importance of these disadvantages increases sharply.

Der Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, diese Nachteile zu vermeiden.The purpose of the invention is to avoid these disadvantages.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, im gesamten nicht zementierten Rohrstrangteil eine konstante vorgegebene Spannung unabhängig von Änderungen der Bohrlochtemperatur aufrechtzuerhalten.The object of the invention is to not cement the whole Pipe string part a constant predetermined voltage regardless of changes in the Maintain borehole temperature.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein eine konstante vorgegebene Spannung in dem Rohrstrang gewährleistender Aufsatz vorgesehen ist, der mindestens einen hydraulischen Zylinder aufweist, der mit einem seiner Teile mit dem Kopfteil des Rohrstranges und ein anderer seiner Teile mit einem ortsfesten Unterbau, beispielsweise mit dem Standrohr, starr verbunden ist, wobei der Arbeitsraum des Zylinders dauernd mit einer im erwähnten Arbeitsraum unabhängig von der gegenseitigen Verschiebung des Kolbens und des Gehäuses des hydraulischen Zylinders einen konstanten Druck aufrechterhaltenden Vorrichtung in Verbindung steht. Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung weist der hydraulische Zylinder des Rohraufsatzes in seinem Querschnitt einen ringförmigen Arbeitsraum mit einem darin befindlichen, mit der Rohrsäule verbundenen ringförmigen Kolben auf.The object of the invention is achieved in that a constant The attachment ensuring the specified tension is provided in the pipe string, which has at least one hydraulic cylinder, which with one of its parts with the head part of the pipe string and another of its parts with a stationary one Substructure, for example with the standpipe, is rigidly connected, the work space of the cylinder continuously with one in the mentioned working space independent of the mutual Displacement of the piston and the housing of the hydraulic cylinder have a constant Pressure maintaining device is in communication. At a preferred embodiment of the invention, the hydraulic cylinder of the Pipe attachment in its cross section an annular working space with a therein located, connected to the tubular column annular piston.

Die einen gleichbleibenden Druck im Arbeitsraum des Zylinders aufrechterhaltende Vorrichtung besteht aus einem hydropneumatischen Druckumformer. Der Druckflüssigkeitsraum des Druckumformers steht mit dem Arbeitsraum des Zylinders des Rohraufsatzes in Verbindung.The one that maintains a constant pressure in the working space of the cylinder The device consists of a hydropneumatic pressure transducer. The hydraulic fluid space of the pressure transducer is in the working space of the cylinder of the pipe attachment Link.

Der Arbeitsraum und der Druckflüssigkeitsraum des Druckumformers sind durch eine Rohrleitung und zwei Rückschlagventile miteinander verbunden. Das eine Ventil läßt die Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum des Zylinders zum Druckumformer durch. Durch das andere. Ventil kann die Flüssigkeit in umgekehrter Richtung fließen.The working space and the hydraulic fluid space of the pressure transducer are connected to each other by a pipe and two check valves. The one The valve lets the liquid out of the working space of the cylinder to the pressure transducer by. Through the other. Valve allows the fluid to flow in the reverse direction.

In der Zeichnung ist ein Auisführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung teils in Seitenansicht, teils im Längsschnitt dargestellt.The drawing shows an example of the subject matter of Invention shown partly in side view, partly in longitudinal section.

Am Bohrlochkopf ist der Kopfteil des Rohrstranges 1 starr und dicht mit dem Kolben 2 des hydraulischen Zylinders 3 verbunden, der mit einem Flansch 4 auf dem Flansch 5 eines zuvor abgesetzten Standrohres 6 ruht. Der untere Teil des Kolbens 2 ist hierbei in der Mitte des Zylinders 3 angeordnet.At the wellhead, the head part of the pipe string 1 is rigidly and tightly connected to the piston 2 of the hydraulic cylinder 3 , which rests with a flange 4 on the flange 5 of a previously detached standpipe 6. The lower part of the piston 2 is arranged in the middle of the cylinder 3.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist der hydraulische Zylinder 3 einen im Querschnitt ringförmigen Arbeitsraurn 7 auf, in welchem der gleichfalls ringförmig gestaltete verschiebbare Kolben 2 angeordnet ist.As can be seen from the drawing, the hydraulic cylinder 3 has a working space 7 which is annular in cross section and in which the displaceable piston 2, which is likewise annular, is arranged.

Der Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 ist durch eine Rohrleitung 8 sowie durch Rückschlagventile 9 und 10 mit dem Druckflüssigkeitsraum 11 des Druckumformers 12 verbunden, der als Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines konstanten Druckes im Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 dient.The working chamber 7 of the cylinder 3 is connected by a pipeline 8 and check valves 9 and 10 to the pressure fluid chamber 11 of the pressure transducer 12, which serves as a device for maintaining a constant pressure in the working chamber 7 of the cylinder 3 .

Das Rückschlagventil 9 läßt die Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 in den Druckflüssigkeitsraum 11 des Druckumformers 12 und das Ventil 10 in umgekehrter Richtung durchtreten. Die Ventile 9 und 10 werden dabei auf denjenigen Druck eingestellt, der im Arbeitsraum durch das Gewicht des nicht zementierten Teiles des Rohrstranges 1 hervorgerufen wird.The check valve 9 allows the liquid to pass from the working space 7 of the cylinder 3 into the pressure fluid space 11 of the pressure transducer 12 and the valve 10 in the opposite direction. The valves 9 and 10 are set to the pressure that is caused in the working space by the weight of the non-cemented part of the pipe string 1 .

Die Ventile 9 und 10 dienen vorzugsweise dazu, den vorgegebenen Druck im Arbeitsraum 7 des Zy- linders 3 bei eventuellem Ausfall des Druckumformers 12 und während der Durchführung von Ausbesserungsarbeiten aufrechtzuerhalten.The valves 9 and 10 are preferably used to maintain the predetermined pressure in the working chamber 7 of the Z-Y- Linders 3 at risk of failure of the pressure transducer 12 and during the performance of repair work.

Bevor der Rohrstrang 1 am Kolben 2 des Zylinders 3 eingehängt wird, wird im Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 und im Druckflüssigkeitsraum 11 des Druckumformers 12 ein Druck erzeugt, der das Gewicht des nicht zementierten Teiles des Rohrstranges 1 im Gleichgewicht hält. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Kolben 13 im Druckflüssigkeitsraum 11 des Druckumformers 12 mittels einer Kolbenstange 14 mit dem im Druckgasraum 16 des Druckumformers 12 befindlichen Kolben 15 verbunden. Der Druckgasraum 16 ist durch eine einen stabilisierenden Gasdruckregler 18 aufweisende Rohr-.leitung 17 mit einer Druckgasflasche 19 verbunden, die als Energiequelle zur Erzeugung des erforderlichen Druckes im Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 dient. Beim Steigen und Fallen der Bohrlochtemperatur verlängert oder verkürzt sich der Rohrstrang 1, wodurch sich der Kopfteil des Rohrstranges 1 (bei Auf- rechterhaltung einer gleichbleibenden Spannung) nach oben oder unten verschiebt. Ein gleichbleibender Druck wird im Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 bei nach oben gerichteter gemeinsamer Verschiebung des Kolbens 2 sowie des Kopfteiles des Rohrstranges 1 durch Zuleiten einer zusätzlichen Druckgasmenge aus der Flasche 19 über den Druckregler 18 in den Druckgasraum 16 des Druckumformers 12 aufrechterhalten, wodurch eine Verschiebung der Kolben 13 und 15 in Richtung des Druckflüssigkeitsraumes 11 erfolgt. Die aus dem Raum 11 des Druckumformers 12 abströmende Flüssigkeitsmenge strömt über das Rückschlagventil 10 und durch die Rohrleitung 8 zusätzlich in den Arbeitsraum 7 des Zylinders 3. Before the pipe string 1 is hung on the piston 2 of the cylinder 3 , a pressure is generated in the working chamber 7 of the cylinder 3 and in the pressure fluid chamber 11 of the pressure transducer 12, which keeps the weight of the non-cemented part of the pipe string 1 in balance. As can be seen from the drawing, the piston 13 in the pressure fluid space 11 of the pressure transducer 12 is connected by means of a piston rod 14 to the piston 15 located in the pressure gas space 16 of the pressure transducer 12. The pressurized gas chamber 16 is connected by a pipe 17 having a stabilizing gas pressure regulator 18 to a pressurized gas cylinder 19 , which serves as an energy source for generating the required pressure in the working chamber 7 of the cylinder 3 . Extended at the rise and fall of temperature or borehole, the tubing 1 is shortened, the head part of the pipe string 1 whereby (for upward rather conservation of a constant voltage) up or shifts down. A constant pressure is maintained in the working chamber 7 of the cylinder 3 when the piston 2 and the head part of the pipe string 1 are moved upward together by supplying an additional amount of compressed gas from the bottle 19 via the pressure regulator 18 into the compressed gas chamber 16 of the pressure transducer 12, thereby causing a displacement the piston 13 and 15 takes place in the direction of the pressure fluid chamber 11. The amount of liquid flowing out of the space 11 of the pressure transducer 12 also flows via the check valve 10 and through the pipeline 8 into the working space 7 of the cylinder 3.

Bei nach unten gerichteter Verschiebung des Kopftqiles des Rohrstranges 1 gemeinsam mit dem Kolben 2 wird Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 7 des Zylinders 3 verdrängt und durch die Rohrleitung 8 über das Ventil 9 in den Druckflüssigkeitsraum 11 des Druckumformers 12 geleitet. Hierdurch werden die Kolben 13 und 15 in Richtung des Druckgasraumes 16 des Druckumformers 12 verschoben, wobei das Gas aus diesem Raum verdrängt wird und über das Ventil 20 ins Freie abströmt.When the head of the pipe string 1 is shifted downwards together with the piston 2, liquid is displaced from the working chamber 7 of the cylinder 3 and passed through the pipeline 8 via the valve 9 into the hydraulic fluid chamber 11 of the pressure transducer 12. As a result, the pistons 13 and 15 are displaced in the direction of the compressed gas space 16 of the pressure transducer 12, the gas being displaced from this space and flowing out through the valve 20 into the open.

Außer dieser vorzugsweisen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sind auch andere Ausführungsformen möglich. Es können beispielsweise mehrere rings um den Rohrstrang angeordnete Zylinder verwendet werden, die auf einem zuvor in das Bohrloch eingebauten Rohrstrang aufliegen. Ein gleichbleibender Druck in den Arbeitsräumen dieser Zylinder kann mittels eines pneumatischen oder andersartigen Kompensators aufrechterhalten werden. In diesem Fall können jedoch etwas größere Ab- weichungen vom vorgegebenen Druck im Zylinderarbeitsraum auftreten.In addition to this preferred embodiment of the subject matter of the invention, other embodiments are also possible. For example, a plurality of cylinders arranged around the pipe string can be used, which cylinders rest on a pipe string previously installed in the borehole. A constant pressure in the working spaces of these cylinders can be maintained by means of a pneumatic or other type of compensator. In this case, however, somewhat larger deviations can deviations from the predetermined pressure occurring in the cylinder chamber.

Claims

Claims: 1. Suspension device for pipe strings in wellheads of oil and natural gas wells, characterized in that the suspension device has at least one hydraulic cylinder (3) which is connected to the stationary standpipe (6) , the working space (7) of the hydraulic cylinder (3) is connected to a device that maintains a constant pressure in this space independently of the mutual displacement of the piston (2) and the housing of the hydraulic cylinder (3).

2. Hanging device according to claim 1, characterized in that the hydraulic cylinder (3) has in its cross section an annular working space (7) with an annular piston (2) located therein and connected to the pipe string (1). 3. Hanging device according spoke 1 and 2, characterized in that the constant pressure in the working space (7) of the hydraulic cylinder (3) maintaining device consists of a hydropneumatic pressure transducer (12), the pressure fluid space (11) with the working space (7) communicates. 4. Hanging device according to claim 2 and 3, characterized in that the working space (7) is connected to the pressure fluid space (11) of the Druckumfonners (12) by a pipe (8) and two check valves (9, 10) , one of which the fluid from the working space (7) of the hydraulic cylinder (3) into the pressure fluid space (11) of the pressure transducer (12) and the other in the opposite direction.