DE2249551A1

DE2249551A1 - Bohrlochwerkzeug

Info

Publication number: DE2249551A1
Application number: DE2249551A
Authority: DE
Inventors: James W Kisling; David E Young
Original assignee: Schlumberger Technology Corp
Current assignee: Schlumberger Technology Corp
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-10-10
Publication date: 1973-04-19
Also published as: US3764168A; FR2156171A1; FR2156171B1; GB1404650A; AR193545A1; CA978178A

Description

Beschreibung

zur Patentanmeldung der

Firma Schlumberger Technology Corporation, 277 Park Avenue,

New YorJc, iSf.Y. 1OO17/ÜSA

betreffend:

"Bohrlochwerkzeug"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrlochwerkzeug, insbesondere auf eine Expansionsverbindung, wie sie verwendet wird in einem Bohrstrang beim Bohren von Bohrlöchern im Küstengewässer von einer schwimmenden Bohrstation aus.

Beim Abteufen eines Bohrlochs ist es äußerst wünschenswert, auf dem Bohrkopf ein im wesentlichen konstantes Gewicht lasten zu lassen, um den Bitverschleiß und die Lochrichtung steuern zu können. Für Bohrungen auf dem Land erfolgt die Steuerung des Gewichts auf den Bohrkopf ziemlich einfach, doch erfordert das Bohren von Küstenshelf-Bohrlöchern von einer schwimmenden Bohrplattform aus die Lösung spezieller Probleme infolge der Tatsache, daß die Plattform, und infolgedessen der Bohrturm und der Drehtisch, dauernd in Vertikalrichtung sich bewegen relativ zum Boüen des Bohrlochs. Infolgedessen ist es üblich geworden, eine Gleit- oder

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üxpansionsverbindung in den Bohrstrang einzuschalten, üblicherweise zwischen das Bonrrohr und die Bohrkrägen, und die Verbindung zu einer teilweise kontrahierten Position zu schliessen, so daß sie frei teleskopartig beweglich ist, wenn sich die Bonrplattform und der Rohrstrang in Vertikalrichtung bewegen. Auf diese Weise bleibt das Gewicht der ßohrkrägen immer auf dem Bohrkopf.

Die bisher üblichen Expansionsverbindungen waren unbefriedigend, nauptsächlich infolge ihrer Unfähigkeit, dem Verschleiß an den Abdichtungsflächen und Abdichtungselementen zu widerstehen, der hervorgerufen wird durch die dauernde Relativbewegung zwischen den Expansionsverbindungsteilen innerhalb des Bohrfluids, welches Sandpartikel, abgerissene Teile und andere Abfälle enthält. Dieses Problem ist besonders akut in einigen bekannten Anordnungen, die so aufgebaut und angeordnet sind, daß sich diese Abfälle innerhalb der

¹I,

Teile in Kontakt mit den verschleißenden Flächen absetzen können.

Ein weiteres Problem ist bei den bekannten Bohrlochwerkzeugen dieses Typs die verhältnismäßige Unbequemlichkeit bei der Wartung der Anordnung, um verschlissene Dichtungen oder andere Teile zu ersetzen, weil die Konstruktion derart ist, daß das Jt^x^ansionsveroindungsglied aus dem Bohrstrang ausgebaut und auf den Bohrplattformboden abgelegt werden mjuß, um es zu reparieren. Dies verursacht eine merkliche Verzögerung iieini ad teufen und ist natürlich unerwünscht.

Hufgaue uer vorliegenden ^rfinuung ist es, eine neue una veroesserte Ausführung für ein solches donrlochwerKzeug, aLso eine öotirexpansionsverbindung zu schaffen, die sehr

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verschleißfest ist und sogar gewartet werden kann, ohne daß sie aus dem Bohrstrang ausgebaut werden muß.

uiese Aufgabe wird bei einem Bohrlochwerkzeug zum Einbau in einen Bohrstrang mit einem teleskopartig in einem Außenteil angeordneten Innenteil und mit .einer Sicherung zum Verhindern einer Relativdrehung beider gemäß der Erfindung gelöst durch ein Rohr, das innerhalb des Außenteils eingesetzt ist 'und sich darin nach oben in seitlichem Abstand von dem Außenteil erstreckt zur Ausbildung einer Kammer, deren oberer Abschnitt mit dem Raum zwischen Innen- und Außenteil kommuniziert und deren unterer Anschnitt in Fluiddurchflußverbindung mit dem Bohrlochringraum steht, und daß ein Abschnitt des Innenteils gleitbeweglich in dem Rohr aufgenommen ist mit zusammenwirkenden üinricntungenan dem Innenteilabschnitt und dem Rohr zum Unterbinden von Fluidlecken. Das Rohr kann als Audichtrohr bezeichnet werden, da der untere Endabschnitt des Innenteils abdichtend gleitbeweglich innerhalb des Rohres ist, das seinerseits am Außenteil befestigt ist und vorzugsweise eine Dichtungsanordnung an seinem oberen Ende trägt.

Aiofallbeladene Bohrlochfluide, die in die Kammer während einer Teleskopbewegung der Teile eindringen, können nur in Kontakt mit dem Abdichtrohr gelangen, welches die Verschleißflächen des Innenteils isolieren,und die Positionierung der Durchlässe stellt sicher, daß solche Materialien aus der Kammer ausgespült werden und sich nicht in ihr in erheblichem Maße absetzen können. Das Außenteil ist vorzugsweise aus Teilen aufgebaut, die ohne weiteres von einander nahe dem unteren-Ende des Aüdichtrohres abgetrennt werden können, ohne daß das Bohrlochwerkzeug aus dem Rohrstrang ausgebaut wird, womit das AJodichtroiir und die Abdichtung freigelegt v/erden für die Wartung oüer das Austauschen von Ersatzteilen.

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Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes betreffen:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung

einer Abteufung eines Bohrlochs von einer schwimmenden Bohrplattform;

Fig. 2 A und 2B sind Längsschnitte mit Teilen in Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bohrlochwerkzeuges, wobei Fig. 2B die untere Fortsetzung der Fig. 2A bildet;

Fig. 3 und 4 sind Querschnittsdarstellungen gemäß

Linien 3-3 bzw. 4-4 der Fig. 2A; und

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung

der Dichtungsanordnung.

Fig. 1 zeigt schematisch einenschwimmende Bohrplattform Io, welche Vertikalbewegungen unterworfen ist infolge Wellen und Gezeiten, und die sich über einem Bohrloch 11 im Küstengewässer positioniert befindet. Ein Bohrkopf 12 ist verbunden mit dem unteren Ende einer Serie von Bohrkrägen 13, welche das erforderliche Gewicht auf dem Bohrloch bringen, und ein Strang aus Bohrrohren 14 erstreckt sich nach oben für die Aufhängung an dem Bohrturm 15. Zwischen den Rohrstrang 14 und die Bohrkrägen 13 ist eine Gleit- oder Expansionsverbindung 16 geschaltet, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Expansionsverbindung 16 ist in der Lage, eine relative Längsbewegung zwischen dem Rohrstrang 14 und den Bohrkrägen 13 zu ermöglichen, während die für das Rotary-

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Bohrverfahren typischen Drehmomente übertragen werden. Die Bedienungsmannschaft auf der plattform senkt den Rohrstrang 13 ab, um die Expansionsverbindung 16 in eine Zwischen- oder teilweise geschlossene Stellung zu bringen, so daß die Plattform Io und der Rohrstrang in Vertikalrichtung schwingen können, wie oben erläutert wurde, ohne daß eine entsprechende Bewegung der Bohrkrägen 13 erfolgt, womit ein konstantes Gewicht auf dem Bohrkopf 12 lastet. Durch Beobachten des Gewichtsanzeigers auf der Plattform kann man feststellen, wann der Bohrkopf 12 soweit sich eingearbeitet hat, daß der Rohrstrang 14 etwas abgesenkt werden muß, um die freie teleskop^ ge Bewegung der Expansionsverbindung 16 wieder aufrechtzuerhalten.

Gemäß Fig. 2A und 2B umfaßt die Expansionsverbindung 16 einen oberen Innenteil oder Dorn 2o, der teleskopartig in einem unteren üßenteil oder Gehäuse 21 angeordnet ist. Das obere Ende des Innenteils hat eine mit Innengewinde verseime öffnung 22, und das untere Ende des Außenteils hat einen Zapfenfortsatz 23 mit Außengewinde für die Verbindung der Teile mit dem Rohrstrang. Das Innenteil 2o weist obere und untere Abschnitte 24 bzw. 25 auf, die miteinander durch einen Kragen 26 gekuppelt sind, während das Außenteil die miteinander verschraubten Abschnitte 27 und 28 aufweist, mit dem oberen Abschnitt befestigt an einem Kupplungsteil 29 und dem unteren Abschnitt befestigt an einem unteren Kupplungsteil 3o. Das Innenteil 2o weist nach außen vorspringende Keile 31 auf, die mit Keilfedern 32 kämmen, welche in Längsnuten 3.3 befestigt sind, die sich in einem nach innen verdickten Abschnitt 34 des oberen Abschnitts 27 befinden, wie in Fig. 3 erkennbar. Das obere Ende jedes Teils 32 greift in eine nach unten gerichtete Schulter 35 des oberen Kupplungsteils 29 und das untere Ende greift in eine aufwärts gerichtete Schulter 36 am unteren Ende Jeder Nut 33. Die Keile 32 dienen dazu, eine

Relativdrehung zwischen dem Innen- und Außenteil 2o und 21 zu verhindern, so daß das Bohrdrehmoment über die Expansionsverbindung 16 übertragen werden kann. Die Keile 32 bestehen vorzugsweise aus einem relativ zum Material des Innenteils 2o weichen Material, etwa Weicheisen, so daß die Keile die Verschleißteile sind. Bei übermäßigem Verschleiß können sie leicht ersetzt werden durch Abschrauben des unteren Kupplungsteils 29,bei auseinandergezogener Expansionsverbindung. Verschleiß der Keile 32 und der KeilvorSprünge 31 wird minimal gemacht dadurch, daß ein Keilabstreifring 37 vorgesehen ist, befestigt in einer Innenausnehmung 38 in einer Haltemuffe 39, die verbunden ist mit der Oberseite des oberen Kupplungsteils 29. Der Abstreifring 37 weist eine innere Konfiguration entsprechend der Querschnittsaußenlinie der Keile 31, wie in Fig. 4 erkennbar, so daß der Ring nach innen einspringende Abschnitte 4o beseitzt, welche zwischen die Keile greifen. Der Abstreifring 37 dient dazu, Peststoffteile oder anderes Bohrklein in dem Bohrlochfluid am Eindringen von oben zwischen das Innen- und Außenteil 2o und 21 während deren Teleskopbewegung zu hindern.

Ein Rütteltragen 42 mit einem abgestuften Außendurchmesser ist am oberen Abschnitt 24 des Innenteils 2o am unteren Endabschnitt desselben angeschraubt und so bemessen, daß der obere Teile 43 einen relativ festen Ge^tsitz mit der Innenwandung 44 des oberen Abschnittes 27 ausbildet. Der Rüttelkragen 42 weist eine nach oben gerichtete Fläche auf, die in Eingriff bringbar ist mit einer Gegenfläche 4e* am unteren Abschnitt des Gehäuses 34 unterhalb der Keile 32, um eine aufwärts gerichtete Schlagwirkung oder einen Rüttelschlag auszuüben bei vollständigem Auseinanderziehen der Teile 2o und

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Eine nach unten .gerichtete Rüttelaktion kann bewirkt werden durch Aufschlagen der Unterseite der Aufnahme 22 mit dem oberen Ende der Haltemuffe 39. Ein Mehrzahl von Nuten 45 sind im oberen Teil 43 ausgebildet _f um den freien Fluiddurchtritt während der Teleskopbewegung zu gestatten. Um die Stabilität für den unteren Abschnitt 25 des Innenteils 2o zu verbessern, ist ein Ring 46 entsprechend innerhalb des unteren Abschnitts 28 des Außenteils 21 befestigt mit einer Bohrungsgröße für einen ziemlich dichten Gleitsitz mit der Außenfläche 47 des unteren Abschnitts. Die Aufrechterhaltung der konzentrischen Lage der Teile bildet eine weitere Maßnahme beim Minimalmachen von Abdichtverschleiß und dergleichen.

Eine Abdichtanordnung 5o ist zwischen den Teilen 2o und 21 vorgesehen, um Lecken des Fluids zu verhindern. Gemäß einem der Hauptmerkmale der Erfindung ist die Abdichtanordnung 5o am oberen Endes eines nach oben sich erstreckenden Abdichtrohres 51 angeordnet, das fest verbunden ist mit dem Bodenkopplungsteil 3o durch Verschraubung 52. Die Außenwandfläche 53 des Abdichtrohres 51 ist in seitlichem inneren Abstand bezüglich der Innenwandfläche 54 des Außenteils 21 gelegen, so daß sich ein erheblicher "toter Raum" oder eine Kammer 55 ergibt, die in Kommunikation steht mit dem Bohrlochringraum über eine Mehrzahl von öffnungen 56,die sich durch die Wandung des Außenteils 21 an dem unteren Ende der Kammer erstrecken. Das Vorsehen des toten Raumes mit den bodenseitigen öffnungen Jbringt eine Anzahl von erheblichen Vorteilen gegenüber bekannten Ausführungsformen mit sich, indem Bohrklein und stückiges -Gut im Bohrlochfluid, das in die Kammer während der Teleskopbewegung der Teile eindringt, in der Kammer eingeschlossen wird und nicht die äußere Abdichtfläche 57 des Innenteils 2o berühren kann. Darüber hinaus wird Bohrklein aus der Kammer

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ausgespült durch die teleskopische Bewegung der Teile und kann sich deshalb nicht an dem Innenteil 2o absetzen.

Die Einzelheiten der Abdichtanordnung 5o sind in Fig. dargestellt. Eine Dichtungshaltemuffe 6o ist durch Gewinde 6,1 am oberen Ende des Dichtungsrohres 51 befestigt und mit einem typischen Abstreifring 62 am oberen Ende versehen. Die .Haltemuffe 6o hat eine innere ringförmige Ausnehmung 63 zur Aufnahme einer Abdichtmuffe 64 mit im Abstand liegenden Packerelementen 6b und 66, die in abdichtendem Eingriff stehen mit dem Innenteil 2o. Äußere Abdibhtringe 67 und 6ö verhindern das Lecken von Fluid zwischen die Abdichtung und die Haltemuffen 64 und 6o. Eine Schmieröffnung 69 ist in der Haltemuffe 6o vorgesehen, so daß Schmiermittel durch eine Öffnung

70 in die Abdichtung 64 oberhalb eines unteren Packerelements

71 eingespritzt werden kann. Die zusammengesetzte Abdichtanordnung bildet eine relativ verschleißfeste Struktur mit hoher Lebensdauer.

Die Teile werden wie in den Zeichnungen gezeigt zusammengebaut und in den Bohrstrang für den Bohrbetrieb eingekuppelt, etwa für einen Bohrbetrieb von einer Bohrinsel aus, die sich vertikal bewegt unter der WirKung von Wellen und Gezeiten. Die Nut federanordnung oder Keilanordnung 3 Ji -32 überträgt das Drehmoment über die Expansionsverbindung 16 und die relative Längsbewegung, die von der Verbindung durchgeführt wird, nimmt die vertikale Bohrinselbewegung auf und erlaubt, daß ein konstantes Gewicht auf dem Bohrkopf lastet. Die Abdichtanordnung 5o verhindert das Lecken von Fluid der Bohrtrübe in den Bohrlochringraum. Die Pumpwirkung, welche bei Auseinanderziehen und Kontraktion der Expansionsverbindung eintritt, saugt Bohrspülung aus der Kammer 55 an und treibt sie wieder aus, während

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Bohrklein, Sandpartikel und dergleichen in der Kammer eingeschlossen werden und nicht in Berührung kommen mit der äußeren Dichtfläche des Innenteils 2o. Die Positionierung der öffnungen 56 am unteren Ende der Kammer 55 stellt sicher, daß solche Materialien aus dieser abgespült werden während der Schließbewegung der Verbindung und sich nicht innerhalb des WErkzeugs in merkbarem Maße absetzen können.

Wenn es erwünscht ist, die Dichtungsanordnung 5o für die Wartung auszubauen, erfolgt dies in einfacher und wenig aufweni^dger Weise, ohne das Erfordernis für den Ausbau der Expansionsverbindung 16 aus dem Bohrstrang. Das untere Kupplungsteil 3o wird in die Oberflächengleitstücke am Drehtisch gesetzt, und das Gewinde 72 wird gelöst mittels konventioneller kraftbetätigter Werkzeuge oder dergleichen. Das Innenteil 2o und das Außenteil 21 werden dann miteinander verbunden durch Einführen eines Gewindestopfens 73 innen in eine Außennut 74 auf dem Innenteil 2o, woraufhin die Teile gemeinsam gehoben werden, um das Dichtungsrohr 51 und die Dichtungsanordnung 5o freizulegen. Die Packung oder, die Packungsteile können leicht wieder hergerichtet werden oder ausgetauscht werden, und natürlich ist es möglich, entweder das Dichtungsrohr 51 oder die Dichtungsanordnung 5o oder beide durch Neuteile zu ersetzen.

Die Erfindung wurde zwar beschrieben unter Bezugnahme auf Bohrarbeiten im Küstenvorfeld, doch versteht es sich, daß auch andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar sind.

(Patentansprüche)

- Io -

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Claims

- Io -

Patentansprüche

'1. 7 Bohrlochwerkzeug zum Einbau in einen Rohrstrang mit einem teleskopartig in einem Außenteil angeordneten Innen- -—-Jtfiil und mit einer Sicherung zum Verhindern einer Relativürehung beider, gekennzeichnet durch ein Rohr (51), das innerhalb des Außenteils (21) eingesetzt 1st und sich darin nach oben in seitlichem Abstand von dem Außenteil erstreckt zur Ausbildung einer Kammer (55), deren oberer Abschnitt mit dem Raum zwischen Innen-(2o) und Außenteil kommuniziert und deren unterer Abschnitt in Fluiddurchflußverbindung mit dem Bohrlochringraum steht, und daß ein Abschnitt (57) des Innenteils gleitbeweglich in dem Rohr aufgenommen ist mit zusammenwirkenden Einrichtungen an dem Innenteilabschnitt und dem Roht zum Unterbinden von Fluidlecken.

2. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Einrichtungen eine Dichtungsanordnung (5o) umfassen, die am oberen Ende des Rohres angebracht 1st und Dichtungselemente in Dichtungskontakt mit dem Innenteilabschnitt aufweist.

3. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Einrichtungen ein Abstreifelement am oberen Rohrende zum Abstreifen desInnenteilabschnitts umfassen.

4. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil öffnungen in seiner Wan-

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dung nahe dem unteren Ende der Kanuner als Fluiddurchlaß zwischen dieser und dem Bohrlochringraum aufweist.

b. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil aus Teilen aufgebaut ist, die an einer Stelle nahe dem unteren Rohrende voneinander trennbar sind,das seinerseits lösbar am untersten der trennbaren Teile befestigt ist.

6. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile miteinander verschraubt sind.

7. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Befestigung zwischen dem Innenteil und dem oberen Abschnitt des Außenteils für die gemeinsame Bewegung ßeider relativ zu dem Rohr und dem untersten der trennbaren Teile.

8. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehsicherung eine Nut-Feder-Anordnung zwischen den Teilen oberhalb der Kammer umfaßt sowie zusammenwirkende Keile an einem der Teile, und daß eine Abstreifeinrichtung mit zwischen die Keilnuten greifenden Abschnitten zwischen den Teilen oberhalb der Nut-Feder-Anordnung angeordnet ist.

9. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gegekennzeichnet, durch eine StaDilisiereinrichtung zwischen Innen- und Außenteil oberhalb der zusammenwirkenden Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der konzentrischen Lage der Teile während einer teleskopischen Bewegung.

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