DE1237517B - Bohrlochkopf und Haenger fuer die Verrohrung von Bohrloechern - Google Patents

Description

iUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT 1237 517 Int. α.:

E21b

Deutsche Kl.: S a - 33/04

Nummer: 1237 517

Aktenzeichen: G 42453 VI a/5 a

Anmcldetag: 31. Dezember 1964

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Bohrlochkopf und Hänger für die Verrohrung von Bohrlöchern mit einem einteiligen rohrförmigen Verrohrungskopf, der zwei an der Innenwand mit axialem Abstand zueinander angeordnete, sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Sitze aufweist, die zur Aufnahme und Abstützung komplementär geformter, am äußeren Umfang eines Rohrstranghängers vorgesehener Sitzflächen dienen.

Diese bekannte Vorrichtung zum Aufhängen von Futter- und Steigrohrsträngen mit aufeinanderfolgend kleiner werdenden Durchmessern in Tiefbohrungen weist einen Verrohrungskopf auf, der zwei innere, im axialen Abstand angeordnete, sich nach unten verjüngende kegelsitumpffÖrmige entsprechende äußere Kegelstumpf flach en eines Rohrstranghängers aufnehmende Sitze aufweist, die etwa gleiche Kegelwinkel haben. Die Last des am Hänger hängenden Rohrstranges kann nur durch einen der Sitze, da keine Nachgiebigkeit der miteinander zusammenwirkenden Teile vorgesehen ist, aufgenommen und auf den Verrohr ungs kopf übertragen werden, d. h., durch die Herstellungstoleranzen entstehen axiale Abstandsdifferenzen zwischen den Sitzen und den darin eingreifenden Teilen, die bewirken, daß nur der eine oder der andere Sitz tatsächlich tragen kann.

Ähnlich verhält es sich bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art, bei der die ganze an den verschiedenen Hängern wirkende Last von einer einzelnen kegel stumpf förmi gen sich nach unten verjüngenden Schulter des Verrohrungskopfes aufgenommen wird, so daß an dieser Stelle wie auch bei der zuvor besprochenen Vorrichtung eine enorme Kraftkonzentration auftritt, die zum Versagen der Aufhängung führen kann,

Mit der Erfindung soll ein Bohrlochkopf und Hänger geschaffen werden, bei dem die in Rohrstranghängern hängende Last nicht mehr wie bisher von einem einzelnen konischen Sitz des Verrohrungskopfes aufgenommen werden muß, sondern ein großer Anteil derselben als radial wirkende Klemmkräfte auf den Verrohrungskopf übertragen werden, um den Hauptsitz wesentlich zu entlasten.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die untere Stellung einnehmende Sitz einen größeren Kegelwinkel als der obere Sitz aufweist und daß der die obere Sitzfläche aufweisende Teil des Rohrstranghängers radial nachgiebig ausgebildet ist und eine im wesentlichen radial gerichtete Kraftkomponente auf den Verrohrungskopf überträgt, um den unteren Sitz wesentlich von der aufzunehmenden Last zu entlasten.

Bohrlochkopf und Hänger für die Verrohrung
von Bohrlöchern

Anmelder:

Gray Tool Company, Houston, Tex. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Elwood Kempton Pierce jun.,
Houston, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 3. Januar 1964 (335 563)

Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Bohrlochkopf wird die Last der aufeinanderfolgend in die Bohrung eingesetzten Rohrstränge als radiale Klemmkraft auf den Verrohrungskopf übertragen, so daß der untere Sitz desselben wesentlich entlastet und damit die Gefahr des Versagens der Aufhängung erheblich gemindert wird.

Eine Maßnahme, mit der mit absoluter Sicherheit erreicht wird, daß der untere Sitz wesentlich entlastet wird, besteht darin, daß der vertikale Abstand zwischen den beiden Sitzen des Verrohrungskopfes und den Sitzflächen des Hängers so gewählt ist, daß beim Einsetzen des Hängers der obere Sitz des Verrohrungskopfes und die obere Sitzfläche des Hängers eher zum Aufsetzen kommen als der untere Sitz des Verrohrungskopfes und die zugeordnete Sitzfläche des Hängers.

Falls der Verrohrungskopf einen zweiten Rohrstranghänger aufnehmen muß, sieht die Erfindung vor, daß der zweite Hänger eine äußere sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Sitzfläche aufweist, die beim Einsetzen des zweiten Hängers in einen komplementär geformten Sitz im oberen Teil des ersten Hängers eingreift, so daß die durch das Gewicht des am zweiten Hänger hängenden Rohrstranges erzeugte Kraft über den Sitz des ersten Hängers in im wesentlichen radialer Richtung auf den Verrohrungskopf übertragen wird.

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Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der drischen Mittelteil des Hängers 16 unterhalb eines

Erfindung sollen nachfolgend an Hand der beigefüg- Paares auf Abstand gehaltener Dichtringe 48 ange-

ten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt ordnet ist und auf einem dazu komplementären Sitz

F i g. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäß innerhalb des Aufhängekörpers 12 ruht. Einstückig

ausgebildeten Vorrichtung, teilweise im Längsschnitt 5 mit dem Mittelteil des unteren Hängers 16 ist eine

dargestellt, nach oben vorstehende ringförmige Verlängerung 50

Fig. 2 einen Teillängsschnitt einer Abwandlung vorgesehen,die eine sich leicht nach innen und unten

der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. konisch verjungende Dichtfläche52 aufweist, die mit

In F i g. 1 ist eine Bohrlochkopf anordnung 10 für einem dazu komplementären Sitz innerhalb des Aufdie Verrohrung von Bohrlöchern dargestellt, die als io hängekörpers 12 zusammenwirkt. Dieser Sitz hat Hauptbestandteile einen kompakten Futter- und natürlich einen kleinsten Durchmesser von genügen-Steigrohr-Aufhängungskörper 12 aufweist, der am der Größe, um einen Durchtritt des Hängers 16 bei oberen Ende eines Futterrohrstranges 14, beispiels- der Einführung des Futterrohrstranges 24 zu geweise eines 13 ³/s"-Rohrstranges, befestigt ist und statten. Die innere Oberfläche der Verlängerung 50 übereinander angeordnet weitere Futterrohrhänger 16 15 verjüngt sich bei 54 in stärkerem Maße als die Ober- und 18 und einen Steigrohrhänger 20 aufnimmt. Der fläche 52 konisch nach innen und unten und bildet untere Futterrohrhänger 16 ist mit einer nach unten einen Sitz für den oberen Hänger 18. Eine Anzahl vorstehenden, mit Innengewinde versehenen und von von am Umfang verteilten Öffnungen 55 erstrecken der Wand des Aufhängungskörpers 12 auf Abstand sich durch die Verlängerung 50 unterhalb der konigehaltenen Verlängerung 22 versehen, die einen zwei- 20 sehen Oberflächen.

ten Futterrohrstrang 24, beispielsweise 9Ve" trägt. Der Der obere Hänger 18 weist außer seiner unteren obere Futterrohrhänger 18 ist mit einer mit Innen- Verlängerung 26 einen oberen zylindrischen Teil 56 gewinde versehenen und vom unteren Hänger 16 nach auf, der an der Bohrung des Aufhänge körpers 12 innen auf Abstand gehaltenen Verlängerung 26 ver- oberhalb des unteren Hängers 16 anliegt. Zwischen sehen, der einen dritten Futterrohrstrang 28, bei- 25 der Verlängerung 26 und dem oberen Teil 56 ist der spielsweise 7"-Rohre, trägt. Der Hänger 20 trägt obere Hänger 18 mit einer äußeren konischen Obereinen Rohrstrang 30, beispielsweise aus 3 Va'^Rohren fläche versehen, die mit dem Sitz 54 im unteren bestehend, und ist selbst oben auf dem oberen Hän- Hänger 16 zusammenwirkt. Zwischen dem oberen ger 18 abgestützt. Hängerteil 56 und der Bohrung des Aufhängekör-

Der Hänger 20 ist mit einer Stopfbüchse ausge- 30 pers 12 und an den Sitzen 54 bzw. 52 sind geeignete führt, und zwar liegt eine ringförmige Dichtung 32 Dichtungsringe 58, 60 bzw. 62 vorgesehen,
an der Außenwand des Rohrstranges 30 an. Am Der kompakte Aufhängekörper ist mit den üb-Hänger 20 ist eine untere Verlängerung 34 vorge- liehen Auslässen, Hänger-Befestigungsschrauben und sehen, die einen Abstand zum Aufhängekörper 12 Prüfanzapfungen versehen. Wie dargestellt, steht der freiläßt und von einer Vielzahl von am Umfang ver- 35 seitliche Auslaß 64 mit dem Ringraum zwischen dem teilten Öffnungen 36 durchsetzt ist, die den Ring- Rohrstrang 30 und dem Futterrohrstrang 28 in Verraum zwischen dem Rohrstrang 30 und der Verlän- bindung; ein anderer Flanschauslaß 66 steht mit dem gerung 34 und den Ringraum zwischen der Ver- Ringraum zwischen den Futterrohrsträngen 28 und längerung 34 und dem Aufhängekörper 12 verbinden. 24 in Verbindung, und eine mit Innengewinde ver-Der obere Teil des Hängers 20 ist mit Dichtringen 38 40 sehene Öffnung 68 steht mit dem Ringraum zwischen und mit einer ringförmigen Nut für die Aufnahme dem Futterrohrstrang 24 und dem Futterrohrstrang von Befestigungsschrauben 40 versehen, die sich 14 in Verbindung. Die oberen und unteren Hänger radial durch den Aufhängekörper 12 erstrecken. 18 und 16 werden durch Befestigungsschrauben 70 Über dem oberen Ende des Aufhängekörpers 12 ist bzw. 72, die in ringförmige äußere Nuten der oberen der Rohrstrang 30 mit einem Gewindeanschluß- 45 Teile der Hanger eingreifen, festgehalten. Zwei Teststück 42 verbunden, das in einer mit Flanschen ver- anzapfungen 74 sind in der Wand des Aufhängesehenen Kappe 44 aufgenommen ist; diese Kappe ist körpers 12 zwischen den zum oberen Hänger 18 gemit dem oberen Ende des Aufhängekörpers 12 ver* hörigen Dichtringen 58 vorgesehen, und zwischen schraubt. Im praktischen Betrieb sind mit dem den zum unteren Hänger 16 gehörigen Dichtringen oberen Ende der Kappe 44 geeignete Ventile und 50 48 sind zwei weitere Testanzapfungen 76 vorgesehen, eine Förderleitung verbunden, um den Förderfluß In Fig. 2, in der bereits beschriebene Elemente aus dem Rohrstrang 30 aufzunehmen. durch mit einem Strich versehene Bezugszeichen

Erfindungsgemäß sind der Aufhängekörper 12 und gekennzeichnet sind, ist eine Bohrlochkopfanordder obere und der untere Hänger 18 bzw. 16 so aus- nung 10' dargestellt, die auf dem gleichen Erfingelegt, daß sie eine kleinstmögliche Druckfläche be- 55 dungsgedanken beruht. Wie dargestellt, ist ein sitzen, jedoch die Gefahr eines Ausfalles an den tra- unterer Futterrohrhänger 16' in einem kompakten genden Flächen vermieden wird. Um diese Vorteile Aufhängekörper 12' hauptsächlich auf einem unteren zu erzielen, ist der obere Futterrohrhänger 18 so an- Sitz 46' und daneben auf einem oberen Sitz 52' abgeordnet, daß er teilweise in den unteren Futterrohr- gestützt. Ein Futterrohrstrang 24' wird von einem hänger 16 eingreift und von diesem getragen wird, 60 unteren Hänger mit Hilfe von FangkeiJen 78 gewobei letzterer mit zwei in vertikalem Abstand zu- tragen. Durch das Gewicht des Futterrohrstranges 24' einander liegenden Sitzen versehen ist, die die Be- wird ein Dichtring 80 zwischen den Fangkeilen 78 lastung in vorbestimmter Weise auf dem Aufhänge- in dichte Anlage an den Futterrohrstrang 24' und körper 12 übertragen. den Hänger 16' aufgeweitet. Der untere Hänger 16'

Die am unteren Hänger 16 wirkende Last wird 65 weist eine Verlängerung mit einer Bohrung auf,

vorwiegend vom Aufhängekörper 12 aufgenommen, deren oberes Ende einen konischen Sitz 54' bildet,

und zwar durch eine äußere, sich nach unten ver- auf dem sich ein entsprechender konischer Abschnitt

jungende konische Schulter 46, die an einem zylin- eines oberen Hängers 18' abstützt. Vom oberen

Hänger 18' wird in der üblichen Weise durch Fangkeile 82 und Dichtungen 84 ein Futterrohrstrang 28' getragen. Ein Rohrstrang 30' wird von einem Hänger getragen, der mit einer unteren Verlängerung 34' oben auf dem oberen Hänger 18' ruht. S

Die Bohrkopfanordnungen 10 und 10' werden durch allgemein übliche Arbeitsgänge zusammengebaut, die hier nur insofern genauer beschrieben werden sollen, als sie die neuartige Ausbildung der Hänger und den inneren Aufbau des kompakten Aufhängekörpers 12 betreffen. Da die Anordnung 10' sich nur durch die Verwendung von Fangkeilen an Stelle der Schraubverbindung zwischen den Hangern und ihren Futterrohren nach Anordnung 10 unterscheidet, genügt eine Beschreibung der Arbeitsgänge im Zusammenhang mit einer dieser Anordnungen. Im folgenden wird auf F i g. 1 Bezug genommen. Der untere Hänger 16 und sein Futterrohrstrang 24 werden in der üblichen Weise in den Aufhängekörper 12 eingeführt, nachdem das Bohrloch gebohrt und der erste Futterrohrstrang 14 und der Aufhängekörper 12 eingebaut worden sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das untere Ende eines Bohrgestängerohrs in die innere Bohrung des Hängers 16 eingeschraubt und zusammen mit dem Hänger und dessen Futterrohrstrang 24 durch den Aufhängekörper 12 mit Hilfe einer Ziehvorrichtung abgesenkt wird. Der Hänger 16 ist so ausgebildet, daß beim Absenken zunächst seine obere Verlängerung 50 dichtend auf der konischen Oberfläche 52 und danach seine untere Schulter auf dem Sitz 46 aufsitzt, wobei die Verlängerung 50 sich beim Einsetzen tatsächlich etwas nach innen verformt. Der Hänger 16 wird somit bei 52 und 46 getragen.

Nachdem das Bohrloch weiter vorgetrieben worden ist, wird der obere Hänger 18 mit seinem daran befestigten Futterrohrstrang 28 durch den Aufhängekörper 12 abgesenkt, so daß seine äußere konische Oberfläche auf dem inneren Sitz 54 des Hängers 16 aufsitzt. Die Belastung des oberen Hängers 18 wird dadurch hauptsächlich in seitlicher Richtung über den Sitz 52 auf den Aufhängekörper 12 übertragen; nur ein kleiner Teil wird vom Sitz 46 aufgenommen. Es ist klar, daß das Ausmaß, bis zu dem diese Belastung seitlich statt nach unten übertragen wird, von der Beziehung zwischen den Konuswinkeln der Sitze 46, 52 und 54 abhängt.

Um eine seitliche Übertragung der Belastung zu bewirken, müssen die Kegelwinkel der Sitze 52 und 54 auf der Verlängerung des unteren Hängers natürlieh kleiner sein als der Kegelwinkel des unteren Sitzes 46. Wie dargestellt, ist der Kegelwinkel des Sitzes 54 größer als der Kegelwinkel des Sitzes 52, doch ist die genaue Beziehung dieser Kegelwinkel nicht kritisch. Es ist ebenso klar, daß die Verlangerung des unteren Hängers 16 vorzugsweise so ausgebildet sein sollte, daß sie von den auf die Sitze ausgeübten Kräften radial einwärts verformt werden kann. Dadurch wird sichergestellt, daß die durch das Gewicht des oberen Hängers 18 mit dem daran hängenden Futterrohrstrang 28 hervorgerufenen Kräfte hauptsächlich in etwa radialer Richtung am Sitz 52 statt am Sitz 46 nach unten auf den Aufhängekörper 12 übertragen werden.

Nachdem das Bohrloch wiederum weiter vorgetrieben worden ist, wird der Steigrohrstrang 30 eingeführt und mittels des Hängers 20 auf der Oberseite des oberen Hängers 18 abgestützt. Die obere Stirnfläche des Hängers 18 und die untere Stirnfläche der unteren Verlängerung 34 des Hängers 20 sind plan bearbeitet, um eine gleichmäßige Verteilung der Belastung sicherzustellen. Die Belastung wird nach unten über den Hänger 18 zum Sitz 54 und dann hauptsächlich radial nach außen über den Sitz 52 auf den Aufhängekörper 12 übertragen. Die Fertigmontage der Bohrkopfanordnung wird dann in der üblichen Weise unter Anwendung der üblichen Arbeitsgänge bewirkt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß im Verlauf der Bohrarbeiten Kontrollvorrichtungen einer Größe benutzt werden können, nachdem einmal der erste Futterrohrstrang 14 einzementiert und der Aufhängekörper 12 daran befestigt worden ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der erfindungsgemäße Bohrlochkopf und Aufhänger eine Anordnung darstellt, die für die Aufhängung der Rohrstränge eine sehr kleine Druckfläche ergibt und bei der die aufeinanderfolgenden Rohrstränge innerhalb eines kurzen Vertikalstückes aufgehängt sind. Die Anordnung ist deshalb nicht nur kompakt, sondern schließt auch die Möglichkeit etwaiger Ausfälle dadurch aus, daß dank der doppelt konischen Verlängerung 50 des unteren Hängers ein Teil der Belastung oberhalb des untersten Hängersitzes radial auf den Aufhängekörper übertragen wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bohrlochkopf und Hänger für die Verrohrung von Bohrlöchern mit einem einteiligen rohrförmigen Verrohrungskopf, der zwei an der Innenwand mit axialem Abstand zueinander angeordnete, sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Sitze aufweist, die zur Aufnahme und Abstützung komplementär geformter, am äußeren Umfang eines Rohrstranghängers vorgesehener Sitzflächen dienen, dadurch g e kennzeichnet, daß der die untere Stellung einnehmende Sitz (46) einen größeren Kegelwinkel als der obere Sitz (52) aufweist und daß der die obere Sitzfläche aufweisende Teil (50) des Rohrstranghängers (16) radial nachgiebig ausgebildet ist und eine im wesentlichen radial gerichtete Kraftkomponente auf den Verrohrungskopf (12) überträgt, um den unteren Sitz (46) wesentlich von der aufzunehmenden Last zu entlasten.

2. Bohrlochkopf und Hänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen den beiden Sitzen (46,52) des Verrohrungskopfes (12) und den Sitzflächen des Hängers (16) so gewählt sind, daß beim Einsetzen des Hängers der obere Sitz (52) des Verrohrungskopfes (12) und die obere Sitzfläche des Hängers eher zum Aufsitzen kommen als der untere Sitz (46) des Verrohrungskopfes und die zugeordnete Sitzfläche des Hängers.

3. Bohrlochkopf und Hänger nach Anspruch 1 oder 2, mit einem zweiten Rohrstranghänger, der im ersten Rohrstranghänger abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hänger (18) eine äußere sich nach unten verjüngende kegelstumpfförmige Sitzfläche (60) aufweist, die beim Einsetzen des zweiten Hängers in einen komplementär geformten Sitz (54) im oberen Teil (50) des ersten Hängers eingreift, so daß die

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durch das Gewicht des am zweiten Hänger (18) j Betracht gezogene Druckschriften:

hängenden Rohrstranges (28) erzeugte Kraft über ^{s B}

den Sitz (52) des ersten Hängers in im wesent- Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 179 523;

liehen radialer Richtung auf den Verrohmngs- französische Patentschrift Nr. 1250 353;

kopf (12) übertragen wird. 5 USA.-Patentschrift Nr. 3 105 552.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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