DE2205042B2 - Greifkeilanordnung für Bohrlochwerkzeuge - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Greifkeilanordnung für in ein Bohrloch absenkbare Bohrlochwerkzeuge, wobei der Greifkeil um eine zur Werkzeugachse senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist und an seinem Umfang Greifzähne, die mit der Bohrlochwandung in Eingriff bringbar sind, aufweist, deren Grenzkurvenprofil durch eine in einer senkrecht zur Schwenkachse liegenden Ebene gebildete Kurve bestimmt ist.

Bei einer bekannten Greifkeilanordnung (US-PS 35 48 936) sind die Zähne so geformt, daß ihre Spitzen einen Kreisabschnitt bilden, wobei der Durchmesser des Kreises für jeden Zahn der gleiche ist, so daß die Spitzen auf einer geraden Linie liegen, was zu einem gewissen Grad den Bereich der Futterrohrgewichtsklassen, für «o welche der Keil Verwendung finden kann (und damit den Bereich von Rohren mit verschiedenen Innendurchmessern), begrenzt.

Eine Greifkeilanordnung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 26 38 851 bekannt. "5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Greifkeilanordnung so auszubilden, daß sie sich bei verschiedenen Innendurchmessern von Futterrohren festklemmt, und zwar unter einem kontrollierten Keiloder Eingriffswinkel. so

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gegenüber dem Stand der Technik wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung erreicht, daß der Keilwinkel unabhängig vom Innendurchmesser des Bohrloch- oder Futterrohres im wesentlichen gleichbleibt, so daß die auf die Wandung einwirkenden Klemmkräfte ein sicheres Klemmen aber ohne Beschädigung der Rohrwandung ermöglichen.

Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels klar.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen typischen Abdichtkörper für Bohrlochwerkzeuge, die eine als Abfangkeil bezeichnete Fangvorrichtung benötigen.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Futterrohrstück, in das der teilweise geschnitten dargestellte Abfangkeil eingesetzt ist.

F i g. 3 ist eine der F i g. 2 gleichartige Darstellung mit einem Futterrohr von gegenüber dem der F i g. 2 geringeren Innendurchmesser.

F i g. 4 ist eine den F i g. 2 und 3 ähnliche Darstellung, wobei der Abfangkeil zurückgeschwenkt ist, so daß er durch das Futterrohr hindurchbewegt werden kann.

F i g. 5 zeigt schematisch ein kreisförmiges Grenzkurvenprofil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Abfangkeils und

F i g. 5a zeigt ein parabolisches Grenzkurvenprofil.

Fig.6 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Abfangkeils, von oben gesehen, der in Berührung mit dem Futterrohr eines Bohrloches ist.

Fig.7 zeigt eine der Fig.6 ähnliche Darstellung eines Abfangkeils nach dem Stand der Technik, der nur eine geringe Berührung mit dem Futterrohr erreichen läßt.

In F i g. 1 ist ein Abdichtkörper JO gezeigt, wie er üblicherweise bei Ölbohrungen verwendet wird. Dieser Abdichtkörper ist typisch für viele Bohrlochwerkzeuge, die eine Fangvorrichtung benötigen, um das Werkzeug gegen einen von der mit ihm verbundenen Rohrkolonne und gegen den von dem auf einen abgedichteten Bereich am Bohrlochwerkzeug einwirkenden Druckdifferential ausgeübten Druck zu verankern.

Der Abdichtkörper 10 besteht aus einem oberen Verbindungsstück 12, das mit dem Dorn 14 verschraubt ist, den eine Dichtungspackung 16 und eine untere Muffe 18 kreisförmig umgeben. Ferner ist der Dorn 14 von einer verschiebbaren Hülse 20 umschlossen, die seitliche Löcher zur Aufnahme von Bolzen 34 hat, welche mit dem Abfangkeil 30 verschraubt sind. Ein oberes ringförmiges Widerlager 22 für die Fläche 38 am Abfangkeil 30 umgibt die Hülse 20. Mit der Hülse 20 ist ein unteres Widerlager 24 verschraubt, das eine Reibung hervorrufende Federn 26 trägt, die sich gegen das Futterrohr anlegen. Eine Verriegelung (Bajonettverschluß) 28 kann auf Drehung des Domes 14 durch die nicht gezeigte, mit dem Verbindungsstück 12 gekuppelte Rohrkolonne hin lösbar einen Stift 29 erfassen.

Nach der in der einschlägigen Technik bekannten Arbeitsfolge wird der Dorn 14 gedreht, um den Stift 29 außer Eingriff mit dem Bajonettverschluß 28 zu bringen. Der Dorn 14 und das obere Verbindungsstück 12 werden durch die nicht gezeigte Rohrkolonne abgesenkt. Die Reibungsfedern 26 legen sich gegen das nicht dargestellte Futterrohr an und stützen das untere Widerlager 24, welches mit der Hülse 20 verschraubt ist, die seitliche Löcher zur Aufnahme der mit dem Abfangkeil 30 verschraubten Bolzen 34 hat. Hierbei wird der Abfangkeil um die horizontale Achse 36 geschwenkt. Bei der Abwärtsbewegung des oberen Verbindungsstücks 12 drückt die Dichtungspackung 16 die Muffe 18 und das obere Widerlager 22 nach unten. Das obere Widerlager 22 kommt an der Fläche 38 des Abfangkeils 30 zur Anlage und bewirkt damit eine Schwenkung um die Achse 36 in einer noch später näher zu erläuternden Weise. Der Abfangkeil 30 legt sich gegen das Futterrohr an und stütz! das obere Widerlager 22 sowie die Muffe 18. Das auf das obere Verbindungsstück 12 einwirkende Gewicht der Rohrkolonne preßt die Dichtungspackung 16 zusammen, so daß sie dicht am Futterrohr und am Dorn 14 anliegt.

Durch Aufwärtszug an der nicht gezeigten Rohrkolonne werden das Verbindungsstück 12 und der Dorn 14

angehoben, so daß der Abdichtkörper 10 aus seiner Anlage am Futterrohr freikommt. Ein Ansatz 21 am Dorn 14 geht dabei nach oben, legt sich gegen die Fläche 19 an der Muffe 18 und hebt diese an. Das obere Verbindungsstück 12 bewegt sich aufwärts und von der Muffe 18 hinweg, wodurch die Dichtungspackung 16 sich zu ihrer ursprünglichen Länge entspannen kann. Der Ansatz 21 am Dorn 14 legt sich gegen die Fläche 19 an der Muffe 18 und holt diese sowie das obere Widerlager 22 hoch, das sich gegen den Bund 23 an der Hülse 20 anlegt und das untere Widerlager 24 nach oben zieht Dieses trifft auf den Punkt 46 am unteren Ende des Abfangkeils 30 und schwenkt diesen zurück, wie noch näher erläutert werden wird. Wenn das obere Verbindungsstück 12, der Dorn 14 und der Stift 29 zu ihrer vollständig zurückgezogenen Lage in Bezug auf den Bajonettverschluß 28 angehoben sind, nimmt dieser gegenüber dem Stift 29 eine Stellung ein, die eine Relativdrehung zwischen dem Bajonettverschluß 28 und dem Dorn 14 erlaubt, so daß der Stift 29 in den Bajonettverschluß einrasten kann.

Die Fig.2 zeigt einen einzelnen Abfangkeil 30 in einem Futterrohr 32, das in ein nicht gezeigtes Bohrloch eingesetzt ist.

Der Abfangkeil 30 ist während seiner Verwendung zum Aufnehmen des abwärts gerichteten Drucks auf ein Bohrlochwerkzeug dargestellt. Der Abfangkeil hat eine zentrale Achse 31 und ist an Bolzen 34 um die Achse 36 schwenkbar gelagert. Ein Abwärtsdruck am Punkt 39 resultiert in einem auf den von den Bolzen 34 getragenen Abfangkeil übertragenen Moment, das den Abfangkeil zur Anlage mit dem Futterrohr schwenkt. Ein Zahn 40 am Oberteil des Abfangkeils 30 und ein Zahn 64 an dessen unterem Teil berühren das Futterrohr. Eine die Zähne 40 und 64 verbindende Linie bildet einen Winkel 44 mit einer rechtwinklig zur Achse des Futterrohres liegenden, durch die Schwenkachse 36 verlaufenden Ebene. Der Keilwinkel 44 ist von größter Wichtigkeit, da er klein genug sein muß, damit der axiale Druck eine ausreichende Klemmwirkung hervorruft, die ein zuverlässiges Festklemmen des Abfangkeils 30 am Futterrohr 32 sichert. Der Keilwinkel 44 darf aber auch nicht so klein sein, daß die Klemmwirkung derart groß ist, daß eine am Punkt 46 aufwärts wirkende Kraft nicht mit Sicherheit den Abfangkeil löst, wenn das gewünscht wird.

In Fig.3 ist ein Abfangkeil 50 gezeigt, der in einem Futterrohr 52 sitzt, das den gleichen Außendurchmesser wie das Futterrohr 32 hat, jedoch eine größere Wandstärke und demzufolge einen geringeren Innendurchmesser aufweist. Der Abfangkeil berührt anfangs die Innenoberfläche 50 des Futterrohrs 52 am Punkt 57 mit dem am oberen Teil gelegenen Zahn 56, und er berührt mit dem Zahn 58 am unteren Teil den Punkt 59. Der von der zwischen den Zähnen 56 und 58 gezogenen Linie gebildete Keilwinkel 60 gegenüber der rechtwinklig zur Achse des Futterrohres durch die Schwenkachse 36 gelegten Ebene ist außerordentlich wesentlich. Im Futterrohr der einen Gewichtsklasse ist der Keilwinkel 60 der gleiche wie der Winkel 44 im Futterrohr einer anderen Gewichtsklasse, wobei sich ein anderer Zahn des gleichen Abfangkeils gegen das Futterrohr anlegen kann.

Die Fig.4 zeigt den Abfangkeil 80 in zurückgeschwenkter Stellung, was seine Bewegung durch das Futterrohr 82 hindurch erleichtert. Ein nicht gezeigtes Gegenlager unterhalb des Abfangkeils 80 kann dazu dienen, dessen Unterkante 84 zu berühren und diese in einer Ebene zu halten, die im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Futterrohres liegt, wobei der Abfangkeil sich in einer zurückgeschwenkten Stellung und außer Anlage mit dem Futterrohr befindet.
Wie Fig.5 zeigt, liefert aufgrund des endlichen Inkrements zwischen den Zähnen, wie z. B. zwischen den Zähnen 62 und 64, eine durch die Spitzen der Zähne gezogene theoretische Kurve 74 eine anfängliche Berührung mit dem Futterrohr an oinem Punkt 72 zwischen den endlichen Spitzen der Zähne 62 und 64. In keinem Fall jedoch kann der tatsächliche Berührungspunkt des Zahnes 62 vom theoretischen Berührungspunkt 72 auf der Kurve um mehr als die Hälfte der Entfernung zwischen den Zähnen abweichen, sonst würde der benachbarte Zahn 64 näher am theoretischen Punkt liegen und die tatsächliche Berührung herstellen.

Die gegen die Wand sich anlegenden Spitzen der Zähne 42, 58, 61, 62, 64, 66, 68 und 70 können auf verschiedenen Radien geschnitten sein. Eine in geeigneter Weise gewählte, die Spitzen dieser Zähne begrenzende Kurve kann die Keilwinkel 44 und 60 im wesentlichen gleich halten. Eine entsprechend gewählte Grenzkurve kann den theoretischen Keilwinkel für den Abfangkeil für den kleinsten Innendurchmesser des Futterrohres gleich dem theoretischen Keilwinkel für den größten Innendurchmesser in einem Bereich für Futterrohre halten, für welchen ein Abfangkeil zur Verwendung bestimmt ist. Durch die Erfindung ist es möglich, den Keilwinkel für einen größeren Innendurchmesser des Futterrohres größer und für einen kleineren Innendurchmesser kleiner festzulegen oder umgekehrt, und zwar in Abhängigkeit von dem Erfordernis der Ausbildung eines bestimmten Abfangkeils. Innenoberflächen von Futterrohren mit Durchmessern, die zwischen den für das Futterrohr 32 und 52 gezeigten liegen, werden ebenfalls anfangs von den Zähnen an den oberen und unteren Ende eines Abfangkeils berührt, so daß der Keilwinkel im wesentlichen den Winkeln 44 und 60 gleich ist.

Die durch die Spitzen der Zähne 58, 61, 62, 64, 66, 68 und 70 gezogene Kurve kann als Abschnitt einer Parabel, eines Kreises oder einer anderen gekrümmten Linie gewählt werden.

Bei der Darstellung nach F i g. 6 legt sich ein Abfangkeil 30 gegen das Futterrohr 32 an einem Punkt 90 an, da der Radius 92 des Abfangkeilzahns 40 um die Achse 94 kleiner ist als der Radius 98 für den Innendurchmesser des Futterrohres 32. Eine solche Beziehung ermöglicht eine Berührung des Abfangkeilzahns am Futterrohr in einer Ebene 96-96, in der auch die zentrale Achse 31 des Abfangkeils sowie die Achse 94, um die die Abfangkeilzähne geschnitten sind, liegen und die ein Profil der Abfangkeilzähne enthält, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Eine derartige Berührung in der Mitte der Abfangkeilzähne ist erwünscht, und zwar im Gegensatz zu dem nicht wünschenswerten, in F i g. 7 dargestellten Zustand, wobei der Radius 100 des Abfangkeilzahns 104 größer ist als der Radius 102 des Innendurchmessers des Futterrohres 112. Die Berührung des Abfangkeilzahns 104 mit der Innenoberfläche 106 des Futterrohres erfolgt an den Endpunkten 108 und 110 des Abfangkeilzahns 104. Eine derartige Berührung an den Punkten 108,110 ist unerwünscht und ungünstig, da die Enden der Zähne ungenau ausgebildet und nicht genügend scharf sein können, um in richtiger Weise gegen das Futterrohr zu packen, und zusätzlich können sie zu fest mit dem Futterrohr aufgrund der Klemmwirkung zur Anlage kommen.

Der unitäre Abfangkeil am Bohrlochwerkzeug gemäß Fig. 1 steht gegen einen Abwärtsdruck. Die gleichen Vorteile, wie sie hier beschrieben wurden, werden erreicht, wenn der erfindungsgemäß ausgebildete unitäre Abfangkeil in einer zu F i g. 1 umgekehrten Lage zur Anwendung kommt, um gegen einen Aufwärtsdruck bei einem Bohrlochwerkzeug festzuhalten. Derartige Anwendungsfälle sind in der US-PS 35 48 936 beschrieben.

Es wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel den Erfindungsgegenstand beschrieben, wobei das der senkrecht zur Schwenkachse verlaufenden Ebi liegende, gekrümmte Grenzkurvenprofil des Abfa keils verschiedene Gestaltungen haben kann. Beispi weise ist das Profil 74 nach Fig.5 ein Kreisabschi während das Profil 75 nach F i g. 5a ein Parabelabsch ist. Es ist ohne weiteres klar, daß dieses Profil auch n; anderen Kurven gebildet sein kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Greifkeilanordnung für in ein Bohrloch absenkbare Bohrlochwerkzeuge, wobei der Greifkeil um eine zur Werkzeugachse senkrechte Achse schwenkbar angeordnet ist und an seinem Umfang Greifzähne, die mit der Bohrlochwandung in Eingriff bringbar sind, aufweist, deren Grenzkurvenprofil durch eine in einer senkrecht zur Schwenkachse liegenden Ebene gebildete Kurve bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzkurvenprofil jedes einzelnen Greifzahns zusätzlich durch eine in einer durch die Schwenkachse (36) verlaufenden Ebene liegenden Kurve bestimmt ist und daß die Greifzähne an dem Greifkeil (30) beidseitig der Schwenkachse (36) angeordnet sind.

2. Greifkeilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzkurvenprofil ein Kreisabschnitt ist.

3. Greifkeilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzkurvenprofil ein Parabelabschnitt ist.