DE2214803C3 - Schnappmanschette für Bohrrohre und Bohrgestänge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnappmanschette für Bohrrohre und Bohrgestänge, bestehend aus einem offenen, zusammenziehbaren, im wesentlichen zylindrisehen Mansehettenring aus elastomerem Material, in den konzentrisch ein Federband eingelegt ist:, das an dem einen Ende eine Zunge und am anderen Ende einen fluchtend angeordneten Schlitz zum Einrasten der Zunge aufweist, und in dessen Enden öffnungen zum 6j Festziehen des Manschettenringes vorgesehen sind.

Bei Bohrrohren und Bohrstangen werden Gestängeschoner verwendet, die die Auf- und Abbewegung der Bohrstangen bzw, das Drehen und Absenken der Bobrrolire erleichtern sollen. Diese Schoner dürfen sich nicht oder nur innerhalb bestimmter Grenzen bewegen, um ein Verklemmen und einen Bruch des Bohrgestänges oder der Bohrrohre zu vermeiden. Um eine Bewegung der Schoner zu verhindern oder auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen, werden an den Bohrstangen und Bohrrohren Manschetten angebracht

Sowohl bei den Gestängeschonern als au:h den Manschetten ist es wichtig, daß sie im Feld rasch und wirtschaftlich an den Bohrstangen und Bohrrohren angebracht und ebenso leicht wieder entfernt werden können.

Man hat deshalb schon Schnappmanschetten mit den eingangs genannten Merkmalen entwickelt Eine solche Schnappmanschette ist beispielsweise aus der US-PS 28 46 016 bekannt Sie hat sich jedoch in der Praxis nicht bewährt Zu ihrem Festziehen 1st ein sehr spezielles Werkzeug erforderlich, und bei der Anwendung der Manschette traten häufig Brüche auf. Beim Anbringen ist eine besondere Axialbewegung notwendig, um das Verriegelungsglied in die Rastöffnung zu bringen, und diese ist bei den hohen Drücken und Spannungen, denen Bohrrohre und Bohrstangen im Bohrloch ausgesetzt sind, nur schwer zu bewerkstelligen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Manschette für Bohrrohre und Bohrstangen zur Verfugung zu stellen, die mit einem verhältnismäßig einfachen Werkzeug ohne Schwierigkeit angebracht werden kann und fest auf dem Bohrrohr oder der Bohrstange sitzt

ErfindungsgemäB wird diese Aufgabe bei einer Schnappmanschette der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Federband am schlitzseitigen Ende des Manschettenrings bis an den Schlitz von dem elastomeren Material umschlossen und abschließend an dem Schlitz ein Endstück des Manschettenrings vorgesehen ist gegenüber dem die Zunge spitzwinklig geneigt angeordnet und entlang dem sie in den Schlitz einführbar ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Manschette gemäß der Erfindung sitzt sehr fest auf dem Bohrrohr oder der Bohrstange, ohne den Durchfluß von Spültrübe oder öl zu behindern. Sie läßt sich im Feld mit einem einfachen Werkzeug rasch anbringen und ebenso leicht wieder lösen. Klemmschrauben, Verbindungsstifte oder andere Verbindungselemente werden nicht benötigt

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Bohrloch mit einem Bohrrohr, einem Gestängeschoner und Schnappmanschetten gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine Teilansicht des oberen Endes einer Bohrrohrverbindung mit angebrachten Gestängeschonern und Manschetten;

Fig.3 eine Ansicht der Schnappmanschette in unverriegeltem Zustand;

Fig.4 ein Metallfederband der Schnappmanschette mit Verbundlöchern, Laschen, einer Zunge und einem Schlitz;

Fig.5 einen Schnitt durch ein Bohrrohr mit einer Darstellung der Anbringung und Verriegelung der Schnappmanschette;

Fig.6 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der Schnappmanschette mit herausnehmbarem Greifeinsatz in auseinandergezogener Darstellung;

F i g. 7 eine bildliche Darstellung der modifizierten

Schnappmanschette mit Vorkehrungen zur Aufnahme des Greifeinsatzes;

F i g, 8 eine Endansicht des Greifeinsatzes;

F i g, 9 eine Endansicht eines gewellten Federgliedes, das anstelle des Greifeinsatzes verwendet werden kann; S und

Fig. 10 einen Querschnitt durch die modifizierte Schnappmanschette, der die Beziehungen zwischen Manschette und Greifeinsatz erkennen läßt

In F i g. 1 ist der Schaft eines drehbaren Bohrrohrs 1 in einem Mantelrohr 5 dargestellt Die Beschreibung kann aber mit einigen später beschriebenen Abänderungen ohne weiters auch auf ein Bohrgestänge übertragen werden. In der Mitte des Bohrrohrs berindet sich ein konzentrischer Kanal 2, durch den die Spültrübe fließt Um die Verbindung aufeinanderfolgender Bohrrohre zu erleichtern, sind diese mit konischen Enden 3 von größerem Durchmesser und Gewinden 4 an jedem Ende versehen, wobei das Gewinde an einem Ende ein Außen- und am anderen Ende ein Innengewinde ist

Ein Gestängeschoner 6 sitzt gleitbar auf der Außenfläche des Bohrrohrs 1 und lieg» an der Innenwand des Mantelrohrs 5 an. Der Gestängeschoner kann aus Kunststoff, einem Elastomer oder auch aus Metall bestehen und ist bei der in Fig. 1 dargestellten Beispielsausführung mit einem Sperrbolzen 7 und Durchflußnuten 9 versehen.

Die Schnappmanschetten 11 gemäß der Erfindung sind mit einer Anzahl von Verriegelungslöchern 12 versehen und sitzen in einem festgelegten Abstand zu 3» dem Gestängeschoner 6 auf dem Bohrrohr 1.

Die jeweilige relative Lage von Gestängeschoner 6 und Sennappmanschetten 11 auf dem Bohrrohr 1 ändert sich mit dem Zustand des Bohrlochs. In einer typischen Situation kann die erste, d. h. obere, Schnappmanschette etwa 90 cm von einem Ende des Bohrrohrteils entfernt sitzen, wobei der Abstand zwischen den Manschetten 11 und dem Schoner 6 etwa 5 cm beträgt, damit der Schoner eine entsprechende Bewegung nach oben und unten ausführen kann. Die Gesamtlänge eines Bohrrohrteils kann 9 m oder mehr betragen.

Im Falle von besonders krummen oder schwierigen Bohrlöchern kann man mit zwei Schonern 6 arbeiten, die im Abstand von etwa 7,5 cm zwischen einem Satz Manschetten 11 angeordnet sind. Diese Arbeitsweise ist in Fig.2 dargestellt Hier sind zivei Schoner 6 mit Sperrbolzen 7 und einer Verriegelungsverbindung 8 versehen, wodurch ein Schnappen der normalerweise aus einem Elastomer oder Kunststoff bestehenden Schoner um die Außenfläche des Bohrrohrs 1 erleichtert Bei dieser Ausführung sind innere axiale Durchflußnuten 10 vorgesehen. Die anderen Bauteile sind die gleichen, wie sie anhand von F i g. 1 beschrieben sind.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schnappmanschette 11 mit Verriegelungslöchern IZ Vorzugsweise sind zwei Löcher 12 vorgesehen, eines an einem Ende der Manschette 11 und das andere am gegenüberliegenden Ende. Der Körper der Manschette besteht im wesentlichen aus einem elastomeren Material 13, in dem axiale Nuten 14 vorgesehen sind, die einerseits als Durchflußkanäle dienen und andererseits an der Innenseite der Manschette Anlageflächen 15 bilden, die sich an die Außenfläche des Bohrrohrs 1 anlegen. Konzentrisch in das elastomere Material 13 ist ein Federband 16 (siehe auch Fig.4) aus Federstahl oder einem ähnlichen Material eingebettet. In der Nähe eines Endes der offenen Manschette 11 befindet sich ein Schlitz 17, der in eine Flucht mit einer Verriegelungszunge 18 am gegenüberliegenden Ende der Manschette gebracht werden kann. Das elastomere Material 13 umgibt das Federband am schlitzseitigen Ende nur bis zu dem Schlitz 17, Ferner weist das Federband 16 ausgestanzte Laschen 20 auf, die in das elastomere Material 13 durchdringen· Diese Laschen sind am besten in F i g. 4 zu erkennen, die das Federband 16 allein zeigt

Das Federband 16 kann aus jedem federnden Werkstoff bestehen; am besten eignet sich jedoch Federstahl von guter Qualität Es enthält mindestens zwei Reihen Verbundlöcher 19, die in geeigneter Weise auf dem Umfang des Federbandes 16 angeordnet sind (die Löcher 19 sind in F i g. 3 nicht dargestellt, da sie bei der fertigen Manschette mit dem elastomeren Material 13 ausgefüllt sind). Sie dienen zur Verstärkung der mechanischen Verbindung zwischen dem Federband und dem elastomeren Material 13.

Die Verbindungslaschen 20 sind am besten aus dem Körper des Federbandes 16 in Form vorstehender Lippen von im wesentlichen halbrunder Gestalt ausgestanzt und sind abwechselnd nach den entgegengesetzten Seiten (oben und unten) des Federbandes 16 ausgebogen. Sie sind bemessen und ausgebogen, daß sie, wie vorstehend erwähnt, über die Innenfläche des elastoraren Materials 13 hinaus vorstehen; sie graben sich, wie noch beschrieben wird, nach dem Montieren in das Bohrrohr. Diese Laschen dienen außerdem zur Verstärkung der Verbindung zwischen dem Federband 16 und dem elastomeren Material 13.

In Fig.4 ist ferner der Schlitz 17 und die Zunge 18 dargestellt Sie sind Bestandteile des Federbandes 16 und bilden zusammen einen Verriegelungsmechanismus für die Manschette 11.

Die Zunge 18 liegt in geöffnetem Zustand der Manschette auf einem Endstück 16a des Manschettenringes auf und bildet mit der Tangente an den Manschettenring einen spitzen Winkel. Das an dem Schlitz 17 beginnende Endstück 16a ist nicht von elastomerem Material 13 umgeben.

Die Funktion und Wirkungsweise aller vorstehend beschriebenen Elemente und ihre Beziehung zueinander ist aus F i g. 5 verständlich.

Neben einer Darstellung der Methode zum Anbringen der Schnappmanschette 11 auf einem drehbaren Bohrrohr 1 zeigt Fig.5 eine andere Ansicht der verschiedenen Elemente der Manschette. Um die Manschette 11 zu befestigen, muß sie zunächst von Hand ausreichend aufgeweitet werden, so daß sie etwa in der Nähe der gewünschten Endlage am Rohr um die Außenfläche des Bohrrohrs 1 in radialer Richtung federn kann. Danach kann die Manschette axial am Rohr in ihre Endlage geschoben werden.

Zu.n Festziehen und Verriegeln wird ein besonderes Verriegelungswerkzeug 121 verwendet. Es besteht im wesentlichen aus einer Zunge mit einer großen Übersetzung, d. h. mit einem großen Hebelarmverhältnis, die Verriegelungsglieder 122 aufweist Das Werkzeug 121 wird so weit geöffnet, daß die Glieder 122 in Flucht mit den äuUeren Verriegelungslöchern 12 in den beiden Enden der Manschette 11 gebracht werden können. Dann werden Stifte 122 in die Löcher 12 eingeführt und die Griffe des Werkzeugs 121 zusammengedrückt, wodurch die Manschette zusammengezogen wird. Dabei gleitet die Zunge 18 über das Endstück 16a des Federbandes, bis sie dem Schlitz 17 gegenüberliegt, in den sie schließlich infolge der Eigenfederung der Manschette einschnaDPt.

Das der Zunge 18 benachbarte Verriegelungsglied 122 des Werkzeugs 121 befindet sich dann gegenüber dem inneren Verriegelungsloch 12 am anderen Ende der Manschette, so daß das Verriegelungsglied des Werkzeugs durch das Federband 16 dringen kann. Dadurch wird die Fertigstellung der Befestigung der Manschette 11 an dem Rohr 1 erleichtert.

Neben einer festen Verbindung von Federband und elastomerem Material dank der Laschen 20 am Federband 16 wird eine ungewöhnliche und hochwirksame Haftung der Manschette an der Außenfläche des Rohrs erzielt. Sie ist auf die Wirkung der Anlageflächen 15 aus dem elastomeren Material 13 zwischen den DurchfluOnuten 14 zurückzuführen. Diese Anlageflächen wirken wegen der Federung des Materials unter dem Einfluß des eingebetteten Federbandes 16 einzeln und gleichen jede Unebenheit durch Verformung oder zwischen Rohr und Innenfläche der Manschette 11 eingedrungene Fremdkörper *·.>*; wa* nicht der Fall wäre, wenn die Innenfläche kontinuierlich ausgebildet J₀ wäre.

Um eine noch straffere Verbindung zwischen Manschette und rotierendem Rohr zu erzielen, kann die Manschette so am Rohr montiert werden, daß bei der angewendeten Drehrichtung die Drehung die Festigkeit des Eingriffs der Zunge 18 in dem Schlitz 17 verstärkt wird. Bei der in F i g. 3 dargestellten Manschette müßte dazu das Rohr bei einem Blick von oben auf die Figur nach rechts umlaufen.

Um eine Montage in der gewünschten Rohrdrehrichtung sicherzustellen, kann an der Manschette an einer geeigneten Stelle eine entsprechende Markierung vorgesehen sein, z. B. das Wort »OBEN« am oberen Rand der Manschette.

Natürlich muß der Innendurchmesser der Manschette dem Außendurchmesser des Bohrrohrs unter Berücksichtigung der Art und Federungseigenschaften des elastomeren Materials 13 angepaßt werden.

Die Schnappmanschette bietet nicht nur einen hohen Reibschluß, sondern kann im Feld sehr einfach und schnell montiert und abgenommen werden. Zum Abnehmen wird einfach ein Schraubenzieher an einer Stelle nahe der Stelle, wo die Zunge 18 in den Schlitz 17 eingreift, zwischen die sich überlappenden Endteile der Manschette eingeführt und ihm ein kleiner Schub oder Drall erteilt. Dadurch springt die Manschette ab.

Wie vorstehend erwähnt ist die Schnappmanschette anhand der Anwendung bei Bohrrohren beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, daß eine entsprechende Ausführung der Schnappmanschette auch bei Bohr- oder Schwerstangen angewendet werden kann. Beim Anbringen an einer Bohrstange nahe an deren gestauchten Teil oder in der Nähe der Gestängeverbinder wirkt die Manschette selbst als Gestängeschoner. Sie stützt das Bohrrohr vorteilhaft beim Bewegen und Heben der Bohrstangen während des Betriebes, vor allem in einem krummen Bohrloch.

Ferner wurde festgestellt, daß die Schnappmanschette beim Anbringen eines Zentrierers an einem Mantelrohr selbst als Gestängeschoner oder als ein Unterstabilisator verwendet werden kann, beispielsweise an einer sogenannten Kelly-Stange. Bei allen diesen Anwendungen sind die Konstruktion der Schnappman schette und deren Montageweise im wesentlichen die gleichen, wie vorstehend für ein Bohrrohr beschrieben.

In den F i g. 6 bis 10 sind vorteilhafte Weiterbildungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Schnappmanschettte dargestellt. Die Manschette ist hier mit 1 Xa bezeichnet, und bei dieser Ausführungsform ist in dem Körper 13 der Manschette 11a eine konzentrische Kreisnut 21 vorgesehen. Ein Greifeinsatz in Form eines Rings 22 ist in die Nut 21 eingesetzt und mit vertikalen Durchflußnuten 23 ähnlich den Nuten 14 in den Fig.3 und 5 versehen. Diese Nuten 23 sind so angeordnet, daß sie mit den Nuten 14 im Hauptkörper der Manschette zusammenfallen.

Anstelle des ringförmigen Greifeinsatzes kann auch eine Feder oder ein gewelltes Glied 25 in die Kreisnut 21 der Manschette 11a eingesetzt werden, wie in Fig.9 dargestellt. Diese Feder 25 ist wie der Ring 22 zur Anlage an die Außenfläche des Bohrrohrs vorgesehen und soll darauf Druck ausüben. Der Ring 22 kann abgeschrägte Kanten 26 haben, so daß, wie in Fig. IC dargestell·. zwischen der Manschette 11a und dem Einsatz eine Schwalbenschwanzkonstruktion gebilde wird.

Als Material für den herausnehmbaren Einsatz kann man, je nach dem besonderen Anwendungsfall, jedes geeignete Elastomer oder ähnliches Material, wie Kunststoff, verwenden. Das gewellte Glied 25 kann au: jedem geeigneten Metall oder einem sonstigen federn den Material bestehen, und es kann auch mit einem Kunststoff oder einem Elastomer beschichtet sein Beispielsweise wurde festgestellt, daß unterschiedlich bearbeitete Werkstoffe im Gegensatz zu schmelzflüssig geformten Materialien mit guten Verschleißeigenschaf ten unterschiedliche Greifleistungen mit sich bringen.

Bei dieser Ausführungsform sorgt der Greifring füi einen stark erhöhten Widerstand gegen eine Bewegung der Manschette in axialer Richtung und verbessert deren Greifwirkung erheblich. In dieser Konstruktion kann der Greifring mühelos entfernt und durch Ringe mit einem anderen (z. B. kleineren) Innendurchmessei ersetzt werden, um Rohrverschleiß auszugleichen.

Die Nuten 23 behalten natürlich in axialer Richtunj die Durchflußeigenschaften der vorstehend beschriebe nen Grundkonstruktion. Zwischen den axial fluchter ^Jer Nuten 14, 23 befinden sich sowohl an der Mansche»« Ha als auch an ihrem Ringeinsatz 22 Anlageflächen, wi< sie in F i g. 3 für die Grundkonstruktion der Mansche«« 11 mit 15 bezeichnet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Schnappmanschette für Bohrrohre und Bohrgestänge, bestehend aus einem offenen, zusammenziehbaren, im wesentlichen zylindrischen Manschettenring aus elastomerem Material, in den konzentrisch ein Federband eingelegt ist, das an einem Ende eine Zunge und am anderen Ende einen fluchtend angeordneten Schlitz zum Einrasten der Zunge aufweist, und in dessen Enden öffnungen zum Festziehen des Manschettenringes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband (16) am schlitzseitigen Ende des Manschettenrings (11, llaj bis an den Schlitz (17) von dem ij elastomeren Material (13) umschlossen und abschließend an dem Schlitz (17) ein Endstack (16a; des Manschettenrings (U, Ua) vorgesehen ist, gegenüber dem die Zunge (18) spitzwinklig geneigt angeordnet und entlang dem sie in den Schlitz (17) einführbar ist

2. Schnappmanschette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenfläche (15) des Manschettenringes (11, Ua) zur Verhinderung einer axialen Bewegung des Manschettenringes am Gestänge oder Rohr laschenartige Vorsprünge (20) vorgesehen sind.

3. Schnappmanschette nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch axiale Nuten (14) an der Innenfläche des Manschettenringes (U, Ua). y>

4. Schnappmanschette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Zustand«Jer Ma:_schette die einander gegenüberliegenden Εηέ?η des Federbandes (16) sich überlappende zylindrische FTchen bilden, deren Enden an den axialen Rändern freiliegen.

5. Schnappmanschette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Kreisnut (21) in der Innenfläche des Manschettenringes (llaj und einen in die Kreisnut (21) einsetzbaren, herausnehmbaren Greifeinsatz.

6. Schnappmanschette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifeinsatz aus einem Federmatertal und einer elastomeren äußeren Beschichtung besteht 4s

7. Schnappmanschette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifeinsatz die Form eines Rings (22) mit abgeschrägten Kanten (26) hat, die eine Schwalbenschwanzkonstruktion zwischen Manschettenring (Ua)und dem Ring (22) bilden. so

8. Schnappmanschette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, duß der Greifeinsatz die Form eines gewellten Gliedes (2S) hat, das federnd in der Kreisnut (21) festgeklemmt ist.

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