DE2517613A1

DE2517613A1 - Bohrgestaengeteil

Info

Publication number: DE2517613A1
Application number: DE19752517613
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Ing Juergens; Alfred Ostertag
Original assignee: Christensen Diamond Products Co
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1974-05-01
Filing date: 1975-04-21
Publication date: 1975-11-27
Also published as: DE2517613C3; JPS50141501A; CA1016934A; FR2269630A1; US3938853A; FR2269630B1; DE2517613B2; JPS5243601B2

Description

Christensen Diamond Products Company
Salt Lake City, Utah, USA

Celle, den 3.5*1975

Bohrgestängeteil

Die Erfindung betrifft ein Bohrgestängeteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Rotationsbohren von Bohrlöchern kann das Bohrgestänge, das aus Schwerstangen und Bohrgestängeteiler,besteht, mehrere Kilometer lang sein. Da der Durchmesser der Bohrgestängeteile in Vergleich mit deren Länge relativ klein ist, sind diese Teile sehr flexibel. Beim Bohren ist außerdem der untere Teil des Bohrgestänges nahe dem Bohrkopf komprimiert, damit auf den am unteren Teil des Bohrgestänges befindlichen Bohrkopf Druck ausgeübt wird. Der untere Teil neigt deshalb beim Bohren dazu, eine abgelenkte oder gebogene Form anzunehmen.

Die abgelenkte Schwerstange kann die Bohrlochwand berühren, wodurch ein Verschleiß der Schwerstangen verursacht wird. Da der
Bohrkopf starr mit den Schwerstangen verbunden ist, kann er
außerdem in eine Richtung zeigen, die von der gewünschten Richtung des Bohrloches abweicht. Die Stelle oder die Stellen, an der

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bzw. an denen die Schwerstangen die Bohrlochwand berühren, bestimmen eine am Bohrkopf auftretende Querkraft. Auch diese ^uerkraft kann den Bohrkopf von der gewünschten Bohrrichtung abbringen.

Zur Beseitigung dieses Nachteils sind Bohrgestängestabilisatoren benutzt worden. Die Wirksamkeit der Stabilisatoren ist jedoch durch die Art ihrer Anbringung auf dem Bohrgestänge beschränkt. Eine Methode besteht darin, Stabilisatorrippen durch Aufschweißen auf einer Schwerstange zu befestigen. Dies ist jedoch normalerweise unerwünscht, weil die Schweißnaht aufreißen kann und große Metallstücke im Bohrloch verbleiben können. Außerdem können die einmal auf der Schwerstange angebrachten Rippen nicht wieder an andere Stellen des Bohrgestänges versetzt werden.

Es gibt auch integrierte Blattstabilisatoren, die aber den Nachteil haben, daß wenigstens eine zusätzliche Schwerstangenverbindung benötigt wird, da sie auf einer zusätzlichen, kurzen Stange (collar sub) angebracht sind oder mit ihr ein integriertes Teil bilden. Dadurch kann es noch schwieriger werden, Teile des Bohrgestänges zurückzuholen, wsnn der Bohrstrang im Bohrloch unterbrochen wird. Es kann auch vorkommen, daß Stangen (collar sub) nicht in der gewünschten Länge an der Bohrstelle vorhanden sind, so daß ein Versetzen der Stabilisatoren nur unter großem Zeitverlust möglich ist.

Für bestimmte Bohrbedingungen kann die 'optimale Lage der Stabilisatoren auf den Schwerstangen vorherbestimmt werden, um die Schwerstangen außer Kontakt mit der Bohrlochwand zu halten und den Bohrkopf zwangsweise in die gewünschte Richtung zu lenken. Wenn die Verteilung der Stabilisatoren entlang der Schwerstangen nicht richtig erfolgt, kann das die Schwerstangen übermäßig beanspruchen. Werden die Stabilisatoren zu weit voneinander entfernt angebracht, verhindern sie nicht die Berührung der Schwer-

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stangen mit der Bohrlochwand, so daß die Schwerstangen durch die .Reibung verschleißen. Wenn die richtige Anordnung der Schwerstangen nicht eingehalten wird, verliert man auch die Kontrolle über die Bohrrichtung.

Es ist vorgeschlagen worden, Stabilisatoren oder dergleichen auf Bohrgestängeteile aufzuschrumpfen. Solche Stabilisatoren können entlang den Bohrstrang an vorherbestimmten Stellen eingefügt werden, indem an diesen Stellen besondere Verbinder vorgesehen sind, auf die die Stabilisatoren aufgeschrumpft werden. Versetzungen der Stabilisatoren können jedoch nicht leicht vorgenommen werden, insbesondere nicht am Bohrturm. Außerdem sind für das Aufschrumpfen einer Stabilisatorenhülse auf einer Stange (drill collar sub) exakte konische Überflächen auf dein Verbinder und auch in der Stabilisatorhülse unter Einhaltung enger Toleranzen erforderlich, damit sie genau zueinander passen.

Die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung schafft eine Anordnung für Bohrgestänge, bei der die erwähnten Nachteile nicht auftreten. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen angegeben.

Mittels der vorliegenden Erfindung kann eine Stabilisatorhülse oder eine Verschleißhülse (nachfolgend auch als Verschleißschützer bezeichnet) oder ein .Räumer an jeder gewünschten Stelle auf einer aus einem Stück bestehenden Schwerstange mit zylindrischer Oberfläche montiert werden. Es sind hierzu keine getrennteflVerbinder bestimmter Länge und Form erforderlich, da die Hülse direkt auf der Schwerstange angebracht wird. Deshalb entfällt die schwierige Ausführung einer exakten konischen Ober-

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fläche auf einem Verbinder. Wenn die Hülsen Stabilisatoren sind, können sie bei Anwendung der Erfindung in optimalen Abständen angeordnet werden, so daß die Schwerstangen die Bohrlochwand nicht berühren, und daß sie dem Bohrkopf die richtige Richtung geben und ihn in die gewünschte Sichtung zwingen. Falls die Bohrbedingungen sich ändern, womit eine andere räumliche Anordnung der »Stabilisatoren entlang der Schwerstangen erforderlich wird, können die Stabilisatoren leicht von der Oberfläche der Schwerstangen gelöst und an den gewünschten Stellen wieder angebracht werden. Ein Stabilisator kann auch auf der untersten Schwerstange direkt oberhalb des Bohrkopfes montiert werden, wie dies zur Verhinderung des Abweichens des Bohrkopfes von der gewünschten Richtung erwünscht ist. Neben der leichten örtlichen Veränderbarkeit können die Stabilisatoren oder verschleißschützenden Vorrichtungen oder Räumer in einfacher Weise von dem Bohrgestänge entfernt und durch entsprechende neue Vorrichtung ersetzt werden. Dieser Ersatz kann schnell und leicht am Bohrturm vorgenommen werden.

Durch die Möglichkeit, die Stabilisatoren an den optimalen Punkten entlang der Schwerstangen anzuordnen, kann ein höheres Gewicht für den Bohrkopf benutzt werden. Dadurch erhöht sich die durchbohrte Strecke, wodurch die Meterkosten für das Bohrloch niedriger sind. Diese Kosten werden weiterhin auch dadurch ermäßigt, daß der Bohrkopf nun eine längere Strecke bohren kann.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des unteren Teils öines Rotations-Bohrgestänges mit darauf montierten Stabilisatoren als Anwendungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 einen vergrößert dargestellten Längsschnitt entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt in der Schnittebene 3-3 aus Fig. 2.

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Pig. 4 einen Längsschnitt in der Schnittebene 4-4 aus Pig. £, Fig. 5 eine Darstellung der Montage einer Stabilisatorhiilse

an einer gewünschten Stelle auf einer Schwerstange, Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Pig. 4 bei Anwendung der Erfindung auf eine Verschleißhülse, die auf eine Schwerstange montiert ist,

Fig. 7 eine andere höglichkeit der Erfindung ähnlich Pig. 2, Fig. 8 einen vergrößerten Schnitt in der Schnittebene 8-8 der Fig. 7,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 10 einen Querschnitt in der Schnittebene 10-10 aus Fig.

und

Fig. 11 eine Darstellung der Innenhülse aus Fig. 9 und 10. Fift. 12-15 weitere Ausführungsformen der Erfindung. In Fig. 1 ist der untere Teil eines Bohrgestänges (Bohrstranges) 10 dargestellt, dessen Ende durch einen Bohrkopf (Bohrmeißel) gebildet wird, der das Bohrloch 12 erzeugt. Die Schwerstangen sind in bekannter Weise über Gewinde miteinander verbunden. Die oberste Schwerstange ist mit einem Bohrrohr (nicht dargestellt) verbunden, da£ bis zum Bohrgerät (nicht dargestellt) reicht, und durch welches der gesamte Bohrstrang gedreht wird, uri eine xiotation des Bohrwerkzeuges zu bewirken, und welches da& für das Bohren erforderliche Drehmoment überträgt. Auf den Schwerstangen 13 sind in vorbestimmten Positionen Stabilisatoren 14, 15 und 16 angeordnet. Wie noch näher erläutert wird, ist an der untersten Schwerstange 13 unmittelbar über dem Bohrmeißel 11 ein Meißelstabilisator 14 angeordnet. In einer vorbestimmten Lage ist darüber der zweite Stabilisator 15 fest mib der Schwerstange 13 verbunden. Noch weiter höher ist auf der Schwerstange ein dritter Stabilisator 16 fest mit der Schwerstange verbunden. Der mittlere Stabilisator 15 ist etwa 5 Meter und der obere Stabilisator etwa 13 Meter oberhalb des Bohrmeißels 11 angeordnet.

Der Abstand variiert in Abhängigkeit von den Bohrbedingungen und der zu bohrenden Formation.

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Jeder der genannten Stabilisatoren 14, 15, 16 enthält gemäß Fig. 2 eine Innenhülse 17 mit einer zylindrischen Innenoberfläche 18 entsprechend dem zylindrischen Umfang 19 der Schwerstange 13· Die Außenoberfläche 20 der Innenhulse 17 ist konisch oder kegelig mit einem kleinen Winkel zur Hiilsenachse ausgebildet. Beispielweise kann der Kegelwinkel etwa zwischen 1.1/2° und 4° betragen. Auf der Innenhulse I7 ist eine Außenhülse 21 befestigt, die eine konische oder kegelige, der Außenoberfläche 20 der Innenhulse angepaßte Innenoberfläche 22 besitzt. Me Außenhülse 21 ist, wie in Fig. 1-5» als Stabilisator ausgebildet. Sie weist, über ihren Unifang verteilt, in Dichtung zur Längsachse verlaufende Spiralenrippen 23 auf, die die Wand des Bohrloches 12 berühren. Die Rippen 23 tragen an ihren Außenfläcnen vorzugsweise ein verschleißfestes Material 24, um möglichst wenig Abtrieb während des Bohrens zu haben. Die Rippen können als Schneiden ausgebildet sein, um das Bohrloch im Maß zu halten.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Innenhülse 17 εαα einer Stelle durch einen Längsschnitt 25 vollständig aufgetrennt, um die Hülse in radialer Richtung weiten zu können. Damit ist sichergestellt, daß ihre Innenoberfläche 18 auch bei kleineren Abweichungen bezüglich des Umfanges 19 der Schwerstange 13 auf dessen Umfang anliegt. Demgegenüber weist die Außenhülse 21 keinen entsprechenden Längsschnitt auf und ist deshalb über ihren gesamten Umfang zusammenhängend ausgeführt. Ihre Innenoberfläche 22 ist so ausgebildet, daß eine Reibschlußverbindung mit der konischen Außenfläche 20 der Innenhulse hergestellt ist. Die Außenhülse 21 ist auf die Innenhulse 17 aufgeschrumpft und bewirkt, daß diese ihrerseits durch Schrumpfsitζverbindung auf der Schwerstange 13 befestigt ist, wobei der Schrumpfsitz - wie weiter unten in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben - hydraulisch herbeigeführt wird.

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Wie Fig. 4- zeigt, besitzt die Außenhülse 21 einen Dichtungsring 30 aus elastomeren Material, der umfangsmäßig die oberen und unteren Dichtun^sringteile 31» 32 umfaßt, von denen jeder Teil etwas weniger als 360° des Umfanges der Außenhiilse 21 umschließt. Den auf dem Umfang verlaufenden Teilen 31» 32 sei. ließen sich nebeneinanderliegende, in axialer Richtung verlaufende Dichtungsringteile 33» 3^- an, die sich an den beiden gegenüberliegenden Seiten des erwähnten Längsschnittes 25 der Innenhülse 17 erstrecken. Die Teile 31» 32 des Dichtungsringes 30 sind in innere, auf dem Umfang verlaufende üuten 35» 36 eingelegt, die in Längsnuten 37» 38 der Außenhülse 21 einmünden, welche die Dichtungsringteile 33» 3^- aufnehmen. Die oberen und unteren Dichtungsringteile 31» 32 liegen abdichtend auf dem Umfang der Innenhülse 17 an, und zwar in unmittelbarer Nähe des oberen und unteren Endes der Außenhülse 21. Die Dichtungsringteile 33» 34 dichten die Außenoberfläche 20 der Innenhülse 17 an den gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 25 ab.

Durch eine Öffnung 40, die durch die Wandung der Außenhülse führt, kann eine Druckflüssigkeit in den abgedichteten Baum eingeleitet werden. Der druckbeaufschlagte .Raum wird durch den Dichtungsring 30 begrenzt, so daß der hydraulische Druck eine Aufweitung der Außenhülse 21 und ein Zusammendrücken der Innenhülse 17 bewirkt. Während der Aufweitung der Außenhülse 21 und des Zusammendrücken der Innenhülse 17 werden die beiden üülsen relativ zueinander in axialer Richtung verschoben, wobei die Innenhülse 17 tiefer in die Außenhülse 21 eingeschoben wird. Die Relativbewe-^ung in axialer Richtung wird durch die Dehnung der Außenhülse 21 ermöglicht. Nachdem der hydraulische Druck unter der Außenhülse 21 auf die gewünschte Höhe gebracht worden ist und die beiden Hülsen relativ zueinander axial verschoben sind, wird der Flüssigkeitsdruck abgelassen. Dabei geht die Dehnung der Außenhülse 21 zurück und es entsteht eine feste und sichere Reibschlußverbindung (Schrumpfsitz) mit der Oberfläche 20 der Innenhülse 17, wobei auch die Innenhülse 17 in eine feste Heibschlußverbindung auf dem Umfang 19 der Schwerstange übergeht.

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Die Kombination von Innen- und Außenhälse 17» 21 ist also durch Reibschluß im Schrumpfsitzverband mit der Schwerstange 13 verbunden und kann, ohne zu rutschen, die während des Bohrens im Bohrloch auftretenden Drehmomente und Axialkräfte übertragen, denen die Stabilisatoren ausgesetzt sind.

Der Schrumpfsitz kann verstärkt werden durch Reinigung der äusseren und inneren Kegelflächen 20, 22 und der Innenoberfläche der Innenhälse 1? unddirch Reinigung der Oberfläche der Schwerstange 13, auf welche die Stabilisatoreinrichtung montiert werden soll, und durch anschließendes Bestreichen der gereinigten Oberfläche mit einem geeigneten reibungserhöhenden Material. Beispeilsweise kann dieses Material aus 10 Vol.# in Öl (lig-ht oil) suspendiertem Wolframkarbidpulver einer Größe von 200 U.S. Mesh bestehen. Die Hülsen werden sodann wie oben beschrieben auf die Schwerstange 13 an der gewünschten Stelle montiert. Der hydraulische Druck wird zwischen Innen- und Außenhülse 17, 21 aufgebracht, die in entgegengesetzter Richtung hinsichtlich ihrer Kegel ineinander geschoben werden, wonach der Druck abgelassen wird und sich der Schrumpfsitzverband zwischen Innen- und Außenhülse 17* 21 und zwischen Schwerstange 13 und Innenhülse ausbildet.

Um die Verteilung der Druckflüssigkeit und des Druckes über die gesamte Fläche der Außenhülse 21, begrenzt durch die Dichtungsringteile 30, sicherzustellen, steht die Öffnung (Einlaßöffnung) 40 der Außenhülse 21 mit einer Innennut 41 in der Außenhülse 21 in Verbindung. Diese Nut (Ölverteilungsnut) verläuft bis nahe an die Längsnuten 37* 38, die die axialen Dichtungsringteile 33» 34 enthalten. Eine axial verlaufende Innennut 42 erstreckt sich ebenfalls von der Einlaßöffnung 40 aus in beide Richtungen auf die oberen und unteren umlaufenden Dichtungsringteile 3I» 32. Die oberen und unteren Bereiche dieser Innennut 42 stehen in Verbindung mit oberen und unteren umlaufenden Nuten 43, 44, welche sich über die Innenoberfläche der Außenhülse 21 über die gleiche Ausdehnung, wie die zentrale Innennut 41, erstrecken. Durch die genannten umlaufenden und axial angeordneten Nutenan-

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Ordnungen (ölverteilungsnuten) ist sichergestellt, daß der Flüssigkeitsdruck über die gesamte innere Fläche der Außenhülse 21 ausgeübt wird. Er ist begrenzt durch die Dichtungsringteile 30, um eine gleichmäßige Dehnung der Außenhülse 21 während der Montage auf die Innenhülse 17 und während des Verkeilens von Innen- und Außenhülse zu erreichen.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schrumpfsitz verbindung (Reibschlußverbindung) von Innenhülse 17 und Stabilisatorhülse auf der Schwerstange 13 dargestellt. Die geschlitzte Innenhülse 17 wird auf die Schwerstange 13 aufgebracht. Daraufhin wird die Außenhülse 21 auf die Innenhülse 17 aufgeschoben und soweit hochgeschoben, bis die Dichtun^sringteile 30 die Außenoberfläche (Kegelfläche) 20 der Innenhülse 17 abdichten. Eine obere Platte 50 mit einer zentralen Bohrung 51» durch weMie die Schwerstange 13 geführt ist, wird bis zum Anschlag nit dem äußeren 2nde 52 der Innenhülse 17 gebracht. Eine zweite untere Platte 53 ^it einer Bohrung 54-, welche von der anderen Seite über die Schwerstange 13 geführt ist, wird zum Anschlag rcit dem Ende 55 der äußeren Hülse 21 gebracht. Sodann werden Zugstangen 56» die mit Gewindeenden 57 versehen sind, durch Bohrungen 52 der unteren Platte 53 und durch die fluchtenden Bohrungen 59 der oberen Platte geschoben. Diese Zugstangen sind mit Zylinderkolben 60 innerhalb von Zylindern 61 verbunden, die gegen das untere Ende der unteren Platte 53 zum Anschlag gebracht werden. Über die Gewindeenden 57 der Zugstangen 56 werden Distanzstücke 62 bis an die obere Fläche der oberen Platte 50 geführt. Danach werden passende Kuttern 63 auf die Gewindeenden 57 der Zugstangen 56 geschraubt, U-T. die Distanzstücke 62 fest gegen die obere Platte 50 zu drücken.

Ein Druckanschluß 65 ist über die öffnung 40 mit der Außenhülse 21 verbunden. Eine Druckleitung 66 führt von dem Druckanschluß 65 zu einem Steuerventil 67· Ähnlich führt eine Druckleitung 68 von den Zylindern 61 zum Steuerventil 67, das ein Kontrollmanoceter 69 besitzt, um den Druck in den Druckleitungen anzuzeigen. Der hydraulische Druck wird durch eine geeignete hydraulische

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Pumpe 70, die von Hand über einen Handhebel 7I betrieben werden kann, erzeugt. Der von der hydraulischen Pumpe 70 erzeugte Druck wird durch die Druckleitung 66 und durch die Öffnung 40 unter die Außenhülse 21 geleitet. Gleichzeitig wird Druckflüssigkeit in die Zylinder 61 geführt, wodurch sie gegen die untere Platte 53 gedrückt werden und der Zylinderkolben 60 und die Zugstangen 56 relativ nach unten gezogen werden, so daß die Stangen 56, die Distanzstücke 62 und die Muttern 63 zum Anschlag gegen die obere Platte 50 gezogen werden. Dabei bewegt die obere Platte 50 die Innenhülse 17 axial in Richtung ihres Außenkegels, während die Zylinder 61 gleichzeitig die Außenhülse 21 in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Der Druck wird erhöht, um die Außenhülse 21 weiter zu dehnen, während die Außen- und Innenhülse axial gegeneinander verschoben werden. Dadurch wandert die Aussenhülse 21 nach oben entlang der konischen bzw. kegeligen Aussenoberflache 20 der Innenhülse 17» bis der gewünschte Druck erreicht ist. Der gewünschte Druck kann beispielsweise in einem Bereich von 5OO - 1000 bar (PSI) liegen. Der Druck wird danach abgelassen, so daß die Außenhülse 21 schrumpft und der Schrumpfsitzverband die Innenhülse 17 gegen den Umfang (Außenfläche) 19 ier Schwerstange 13 drückt. Es entsteht ein Schrumpfsitzverband zwischen Außenhülse 21 und Innenhülse I7 auf der Schwerstange 15· -. "f ,teibun^skrUfte zwischen den Teilen sind verhältnismäßig groß.

ie können die Drehnomente und Axialkräfte, die von der Schwerstange 13 auf die Innenhülse I7 und die Außenhülse 21 bei Verwendung der Montageeinrichtung übertragen werden, aufnehmen. Die grevorrichtung kann sodann gelöst und von der Schwerstange cen werden.

Für den Fall, daß die Stabilisierungseinrichtung von der Schwerstange 13 demontiert werden soll, kann die Montageeinrichtung in umgekehrter Anordnung wie dargestellt eingesetzt werden. Die Platte 50 kommt nun zur Anlage mit dem unteren Ende 52a der Innenhülse I7 und die Platte 53 mit dem oberen Ende 55a der Aussenhülse. Der Druck wird über die Punpe durch Öffnung 40 zugeführt und läßt die Außenhülse 21 expandieren, während gleichzeitig die Platten 50, 53 die Innenhülse I7 nach oben und die

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Außenhülse 21 nach unten zum Entkehlen führen und die Hülsen voneinander lösen und auch ein Lösen der Innenhülse 17 von der Scnwerstange 13 bewirken.

In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Außenhülse 21a als Verschleißschützer (VerschleiShülse) ausgebildet, der mit Ringen (Panzerringe) 21b versehen ist, deren C'cerflache verschleißfestes Material wie Wolframkarbid enth'ilt. Lie Innen- und Außenhülsen 17, 21a haben den gleichen Aufbau wie bereits im Zusammenhang mit der Stabilisatoreinrichtun~ dargestellt und beschrieben. Sie können in gleicher Jeise auf eine Schwerstange 13 in einer gewünschten Stelle montiert werden. Normalerweise berührt nicht jede Verschleißhülse 21a die Bohrlochwandung. Jedoch werden auch eine oder mehrere Hülsen auf die Schwerstange oder Schwerstangen an erforderlichen Stellen montiert, in sicherzustellen, daß die Schwerstange nicht mit der Bohrlochwand in Berührung konmt. Dies würde nämlich während der Rotation des Schwerstangenstranges Verschleiß hervorrufen, sofern dieser infolge der Belastung des Bohrmeißels Drucktelastuneren ausgesetzt ist.

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Ctwohl es vorteilhaft ist, eine geschlitzte Innenhülse 17 einzusetzen, kann diese auch ungeschlitzt sein und dennoch ihre Aufgabe in gewünschter Weise erfüllen, da sie normalerweise verhältnismäßig dünn im Vergleich zur üußenhülse ist und deshalb defornderbar ist. Sofern die Innenhülse 17 nicht geschlitzt ist, werden die axial angeordneten Dichtungsringteile an der Außenhülse nicht benötigt. Der bereits erwähnte obere und der untere Dichtungsringteil und ihre zugeordneten Nuten sind dann kontinuierlich ohne Unterbrechung umlaufend ausgebildet.

In den Ausführungsformen der Erfindung gemäß Fig. 7-10 ist anstatt der Innenhülse 17 mit einem einzigen Längsschnitt 25 gemäß Fig. 3 eine Innenhülse 17a durch zwei gleiche Segmente oder Sektoren gebildet, wobei beide vorzugsweise genau die gleiche

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Ausdehnung von etwas weniger als 180° besitzen. Mit der geschlitzten Hälse, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ergibt sich ein Ungleichgewicht in der radialen Druck- bzw. Spannungsverteilung. Vv'iri nämlich hydraulischer Druck zwischen Innen- und Außenhälse 17» 21 gegeben, so wird dieser Druck seine expandierenden Kräfte mit Ausnahme eines relativ kleinen Bereiches zwischen den beiden in axialer Richtung verlaufenden D ichtuni:sringt eilen 33» 34- über den Umfang der Hülse ausüben. Deshalb wird beim Aufbringen des hydraulischen Druckes zwischen Außen- und Innenhülse 21, 17 in dem Bereich, der dem Schlitz diametral gegenüberliegt, der Druck wirksam, während er in dem Bereich des Schlitzes selbst nicht wirksam ist. Es gibt eine gewisse Dehnung eier Außenhülse 21 im Bereich des Schlitzes 25, hervorgerufen, durch die Expansion der Außenhülse 21 in dein dem Schlitz 25 benachbarten Bereich. Die Dehnung wird durch das Haterial der Au2enhülse in dem Bereich, der den Schlitz überbrückt, übertragen. Daraus folgt, daß die expandierende Kraft an der Auienhülse 21 in der dem Schlitz gegenüberliegenden Richtung ujn ein mehrfaches größer ist als in Richtung des Bereichs zwischen den in axialer Richtung verlaufenden Dichtungsringteilen 33» 34-·

Lach Ablassen des Druckes schrumpft die Außenhülse 21 in dein Bereich, der dem Schlitz 25 gegenüberliegt, stärker gegen die Innenhülse 17 als im Bereich des Schlitzes 25 selbst. Beispielsweise Detract bei einer 17-1/2" (Außendurchmesser) Stabilisierung einrichtung der Unterschied der Schrumpfkrsfte im Bereich des ochlitzes und der diametral gegenüberliegenden Seite ungefähr 100.000 kp. Das entsprechende Ungleichgewicht bezüglich der radialen Spannung beträgt etwa 7*000 psi (p_ound ner jsquare jLnch). Dadurch tritt eine Reibung (Fressen) an den sich berührenden Ketallflächen an der dem Schlitz gegenüberliegenden Seite auf.

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Um diese unerwünschte .Reibung zu vermeiden, wird die in Fig. 7 10 gezeigte Innenhülse 17a durch zwei einander gegenüberliegend Teile oder Abschnitte 17b, 17b gebildet. Dadurch ergibt sich ei zweiteilige doppelt geschlitzte Innenhülse, bei der lie ochl:.tz (Längsschnitte) 25-25 einander diametral gegenüber liefen. D:'.e zweiteilige Hülse 17a hat dieselbe zylindrische Innenoterflache und auch dieselbe konische Außenoberfläche wie die Hülse mit einem Schlitz. Die äußere Stabilisatorhülse 21 ist im wesentlic. der in -Fig. 1-4 dargestellten Ausführung gleich. Jedoch sind die Dichtungsringteile 30 abgewandelt worden. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, besitzt die Außenhülse 21 obere und untere Dichtungsringnuten 55a, 36a, an die sich axial verlaufende Nuten 37a, 38a anschließen, welche nahe der Längskanten der Halbschalen (Hülsenabschnitte 17b, 17b) verlaufen. Ein zusammenhängendes Dichtungsteil 30a wird in diese Nuten eingelegt. In axialer .Richtung verlaufende Dichtungsteile 33a» 34a liegen in den Längsnuten 37a, 38a und gehen in obere und untere Dichtungsringteile 31a, 32a und in die oberen und unteren Dichtungsringnuten 35a, 36a über. Es sind also jeweils ein paar Dichtungsringe und dazugehörigen Nuten vorgesehen, davon jeweils eine, ura die einzelnen Halbschalen 17b an ihren Umfaiy-sf lachen abzudichten.

Durch eine Einlaßöffnung 40a und über Bohrungen 40b kann Druckflüssigiceit in die Außenhülse in die abgedichteten Bereiche eingelassen werden, die durch die Dichtungsringteile 30 der beiden Halsenabschnitte 17b, abgeschlossen sind. Der Flüssigkeitsdruck wird über das gesamte Innere der Außenhüisnfläche wirksam, soweit sie durch 'die Dichtungsringe der beiden Hülsenabschnitte 17b, 17b eingeschlossen ist. Hit der Erhöhung des Druckes dehnt sich die Außenhülse 21 aus und die beiden als Halbschalen ausgebildeten Hülsenabschnitte 17b, werden zusamnengedrückt, während die Innen- und Außenhülse 17a, 21 aäal gegeneinander verschoben werden. Als Folge davon bewegt sich die Innenhülse 17a relativ gesehen in dem benötigten Au.3maß nach

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Tinten in der Außenhülse 21. Das Ablassen des Druckes hat zur Folge, daß die Außenhülse 21 schrumpft und in einen Schrumpfsitzverband gegen die beiden gegenüberliegenden Halbschalen 17b, der Innenhülse 17a geht.

ide Verwendung von zwei Hülsenabschnitten (Halbschalen) anstelle einer gemäß Fig. 3 einfach geschlitzten Hülse bewirkt .die Aufhebung des oben erwähnten Ungleichgewichtes in Bezug auf den radialen Druck bzw. die radialen Spannungen, die bei einer einfach geschlitzten Hülse auftreten. In Bezug auf Fig. 8 steht der radiale Druck zwischen dem oberen Hülsenabschnitt 17b und der Außenhülse 21 im Gleichgewicht mit dem radialen Druck, der zwischen der unteren Halbschale 17b und der Au£enhülse 21 ausgeübt wird. Die Ausschaltung der n&ht ausgeglichenen Kräfte, die bei der einfach geschlitzten Hülse auftreten, verhindert, daß die Kontaktflächen von Innenhülse und Außenhülse aufeinander reiben und sich abnutzen.

In den in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist ebenfalls die Anwendung der geteilten oder doppeltgeschlitzten Hälse 17c vorgesehen. Anstatt jedoch, wie in ?ig. 7 und 8,die Dichtungsringe 30b in der äußeren Hülse anzuordnen, sind sie an de/n äußeren Teil der nalbschaligen Hülsen angebracht, oomit enthält die Innenfläche 22 der Außenhülse 21 keine Dichtungsnuten. Stattdessen sind die ITuten in den Halbschalen angeordnet. Damit verlaufen die Dichtungsnuten 35b, 36b entlang der Außenfläche der Halbschälen und gehen in die gegenüberliegenden Längsriuten 37b, 38b über, die" zwischen der oberen und unteren Nute verlaufen. Diese Längsnuten e.-den dicht an den oberen und unteren Begrenzungen der Halbschalen. Ein Dichtungsringteil 3'^b ist in die Dichtungsnuten der Halbschalen eingelegt-, wobei das Dichtungsringteil vorzugsweise aus einem zusammenhängenden btück eines elastomeren Materials besteht.

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COPY

Der hydraulische Druck zum Aufweiten der Außenhülse 21 wird auch, in Fig. 9 und 10 über die öffnung 40 und die Öffnungen 40b· eingeleitet, die in den gewünschten Bereich zwischen den Halbschalen und der Außenhülse münden, der durch den Dichtunrsringteil 30b abgedichtet ist. Der Druck bewirkt die Dehnung der Außenhülse 21, während die Innenhülse 17c relativ dazu weiter in die Auiienhülse 21 geschoben wird. Nachdem der erforderliche Druck aufgebracht worden ist und die Innenhülse in der Auiienhülse in dem gewünschten Maße verschoben wurde, wird der hydraulische Druck abgelassen. Dadurch kann die Außenhülse 21 schrumpfen und sich der !Schrumpfsitz auf der doppelt geschlitzten I^r.er!hülse 17c, 17c ausbilden, wodurch die Halbschalen zun ociiru.-j. fßitz Huf der Schwerstange 13 kommen.

Wie in r'i;;. 9 t"^ezeigt, kann die Innenhülse 17c, sofern dies gewünscht wird, auch kurzer als die Außenhülse 21 ausgeführt werden, insbesondere im Hinblick auf die Dichtungsnuten und Dichtungsringe in der Innenhülse. Die Her«!;«Llung der Nuten auf den Außenfläche der Halbschale 17c ist wesentlich einfacher und wirtschaftlicher als die Herstellung der Nuten in der Außenhülse gemäß Fig. 7 und 8.

über Gewinde können Führungsringe 80 mit den gegenüberliegenden Seiten der Außenhülse 21 verbunden werden. Dieöe Führungsringe 80 haben Außenflächen 81, die in Richtung der Schwerstangenachse konisch nach außen verlaufen. Weiterhin ist eine Scheibe (washer ring) 82 in einer Nut 83 angeordnet, die durch den Innenbereich der Führungsringe 80 und .der angrenzenden Schulter 84 der Außenhülse 21 gebildet wird, wobei sich der Führungsring 80 innen bis in die unmittelbare Nähe der Umfanges der Schwerstange 13 erstreckt. Jede Scheibe 82 kann mit einer Schrägschulter 85 versehen sein, die entgegengesetzt zu einer Schrägschulter 86 im Führungsring verläuft. Dadurch wird ein etwa V-förmiger Raum gebildet, in welchen eine elastoaierische Dichtung 87 gelegt ist. Dadurch können

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keine Fremdartike1 in den durch Führungsring und benachbartem Ende der Innenhülse 17c gebildeten Längsraum eindringen. Bei Bedarf kann dieser Längsraum 88 mit öl, Fett oder dergleichen gefällt werden, um das Sindringen verschmutzender Materialen zwischen Innen- und Außenhülse 17c, 21 zu verhindern. Dies gilt auch für die Längsschlitze 25 zwischen den Halbschalen 17c, 17c

Die Außenhülse 21 und die Innenhülse 17c werden auf den Schwerstangenkörper oder -abschnitt 13 gebracht, ohne daß die Führungsringe 80, die Scheiben 82 und die elastischen Dichtungen 87 schon auf der Schwerstange vorgesehen sind. Zunächst erfolgt die hydraulische Dehnung der Außenhülse 21 und die relative Längsbewegung zwischen den Hülsen 21, 17c, so daß sich der Schrumpfsitz ausbildet. Danach v/erden dann die Führungsringe 80, die Scheiben 82 und die Dichtungsringe 87 montiert und durch Verschrauben der i'ür.runfj;srin -q 80 mit den oberen und unteren Enden der Außenhülse 21 gehalten, wie in Fig. 9 dargestellt ist.

Jie in i^ig. 12 und 13 dargestellt ist, kann die Montage und Demontage der Hülsen auch ohne die in Fig. 5 gezeigte Montagevorrichtung erfolgen. Zunächst sei an Hand von Fig. 12 die Demontage, also die Auflösung des Schrumpfsitzverbandes, erläutert. Die Außenhülse 21 ist neben der Öffnung 40 mit zwei weiteren Öffnungen 95 versehen, die in eine durch Dichtungsringe 93 und ggf. durch zusätzliche Dichtungselemente 94- abgedichtete Kammer 90 uni 91 einmünden. Die Dichtungsringe 93 sind innerhalb der Führunrsringe 80a angeordnet, die wie in Fig." 9 durch Verschrauben sit dor Außenhülse 21 verbunden sind. Wenn nun, wie durch die beiden Pfeile P angedeutet, Druck in der Kammer 90 sowie in dem Bereich 92 zwischen Außenhülse und der zweiteilig geschlitzten Innenhülse 17c aufgebracht wird, bewegt sich die Außenhülse in Richtung des Pfeiles A, während die Innenhülse 17c in ihrer Lage bleibt. Dadurch wird die Außenhülse 21 von der Innenhülse 17c gelöst.

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Für die Montage wird gemäß Fig. 13 zunächst die beispielsweise doppelt geschlitzte Innenhülse 17c auf die Schwerstange 13 geschoben. Danach werden die beiden Dichtungselemente 94 angebracht, und die xlußenhülse 21 wird über die Innenhülse 1?c geschoben. Anschließend werden die beiden Führungsrille 80a an die beiden äußeren Enden der Außenhülse 21 angeschraubt, vird nun, wie durch die beiden Pfeile P angedeutet, durch die Öffnungen 95 und 40 mittels einer Flüssigkeit Druck in der Kammer 91 und in den Bereich 92 zwischen der Außenhülse 21 und der. Innenhülse 17c Druck aufgebracht, bewegt sich die Außenhülse in Richtung des Pfeiles ß. Nach Ablassen des Druckes bildet sich der Jchrurnpfsitzverband zwischen der Außenhülse 21 und der Innenhülse 17c sowie zwischen der Innehülse 17c und der öchwerstange I3 aus. i^ür die Erzeugung des erforderlichen Druckes ist eine Handpumpe ausreichend. Die Dichtung 94 ist so besessen, da3 sich ihr Außendruckmesser an den jeweiligen Innendurchmesser der Außenhülse anpaßt.

In Fig. 14 und 15 sind zwei weitere vorteilhafte Ausführungsfor-Een der Erfindung dargestellt, bei denen die Innenhülse 17 durch Kunststoff gebildet ist. In Fig. 14 wird die Außenhülse 21 als eine i'orv. mitbenutzt, um in den durch die Schwerstange 13 und die Aiißenhülse 21 begrenzten Raum einen flüssigen Kunststoff einzuführen. Die Außenhülse 21 ist außer der Bohrung 40 rr.it wenigstens einer, insbesondere zwei weiteren Bohrungen 97» 98 versehen. Die seitlichen Enden der Außenhülse 21 werden durch eingelegte Schläuche 9^a, 96b, Ringe oder dergleichen gegenüber der Bohrstange 13 abgedichtet. Wenigstens die eine Seite der Außenhülse 21 ist außerdem durch einen aufgeschraubten Führungsring 80b abgeschlosseen. Durch die Bohrungen 97 oder 98 wird ein flüssiger Kunststoff in den abgedichteten Raum eingeführt, wobei die jeweils nicht benutzte Bohrung 98 bzw. 97 als Entlüftungsbohrung dient. Der eingeführte Kunststoff bildet die Innenhülse 17· 2«ach Erhärten des KunststoffSitzes wird die Außenhülse 21 mittels des bereits beschriebenen hydraulischen Verfahrens aufgeschrumpft.

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In Fig* 15 ist eine gegenüber Fig. 14- modifizierte Ausführung der Endabdichtung dargestellt, die hier über an der Außenhülse 21 mittels Schrauben 99 befestigter Hilfsdichtungsrr.ittel '8Oc₁ 100 vorgenommen wird. Die Endscheiben 80c dichten gegenüber der Jchwerstange 13 über Dichtungsringe 100 ab. Nach Aushärten des Kunststoffsitzes werden die Endscheiben 80c eüitfernt. Anschließend wird wie bei Fig. 14- die eigentliche Montage durch hydraulisches Aufschrumpfen vorgenommen.

Eine solche Kontage über zuvor eingegossene Kunststoffsitze ist insbesondere bei Verwendung von Verschleißhülsen (Verschleißschützer) gut ausführbar (vgl. Fig. 6). Derartie Verschleißhülsen werden auf Bohrgestänge oder Ubergangsgestänge zwischen Bohrgestänge un-3 ochwerstangenstrang angeordnet.'

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Claims

Patentansprüche ,

Bohrgestän^eteil κit einer auf eine in einen Bohrstrang einfügbare Bohrstange hydraulisch aufschrumpfbaren, als Stabilisator, Verschleißschützer, .Räumer oder dergleichen dienenden Außenhülse, deren Innenwandung konisch ausgebildet und an eine entsprechend ausgebildete benachbarte Wandung der Bohrstange angepaßt ist, wobei Dichtungsmittel zur Bildung eines Druckrau-nes im Bereich der Innenwandung der Außenhülse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Außenwandung der/"rsohrstange (13) und die Innenwandung (22) der Außenhülse (21) eine Innenhülse (17) eingefügt ist, deren Innenwandunf an die Außenwandung der Bohrstange und deren Außenwandung (20) an die Innenwandung (22) der Außenhülse (21) angepaßt ist.
2. Bohrgestängeteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der konischen Flächen (20, 22) etwa 1,5° - 4-° beträgt.
3· Bohrgestängeteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse durch einen Längsschnitt (Schlitz) (25) in axialer dichtung getrennt ist, und daß die Dichtungsmittel (30 - 36) a'·, oberen und unteren Ende der Innenhülse angeordnete, quer zur axialen -Richtung bis in die Ilähe des Längsschnittes (25) umlaufende Jichfcungsringteile (31» 32) sowie zwischen diesen Dichtungsrin-teilen (31» 32) in- axialer äichtung län^s der beiden Seiten des Längsschnittes (25) verlaufende Dichtungsringteile (33» 3⁷+) enthalten, die mit den erstgenannten Jichtungsringteilen (31» 32) in Verbindung stehen.
4. Bohrgestängeteil nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsmittel (30 - 36) eine innere .Nut (35, 36) auf der Innenoberfläche (22) der Außenhülse (21) aufweisen, und daß in die innere Nut (35» 36) eine elastomere Dichtung eingelegt ist, die abdichtend mit der konischen Außenoberfläche (20) der Innenhülse (17) in Verbindung steht.

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COPY
5. Bohrgestängeteil nach Anspruch. 3» dadurch, gekennzeichnet, daß die bis in die liähe des Längsschnittes (25) der Innenhälse (17) umlaufenden Dichtungsringteile (31» 32) und die sich daran anschließenden in axialer dichtung längs den beiden Seiten des L&ngcscrinittes (25) verlaufenden Dichtungsringteile (33> 3^) durch aui' der I'inenoberflache (22) der Außenhülse (21)'befindliche innere I*uren gebildet sind j in die eine elastomere dichtung eingelegt ist, die abdichtend mit der konischen Au3enoberiläche (20) der Innenhiilse (17) in Verbindung steht.
6. Bohrgestängeteil nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch r.e — kennzeichnet, doß die Innenhülse (1.7) zwei einander gegenüberliegende oder mehrere in axialer Richtung verlaufende Längsschnitte (ochlitze) (25) aufweist, wodurch separate Hülsenabschnitte (17b-) entstehen, die zusammen die konische Innenhülse (17c) bilden, und daß durch die Dichtungsmittel (30a, 31a ... 38a) zwischen dera äußeren der Hülsena.bschnitte (17b) und- äer Innenoberfläche (22) der Auiienhülse (21) abgeschlossene Bereiche gebildet sind, in welche eine Druckflüssigkeit preßber ist.
7. Bohrgestängeteil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch ge-2<ennzeichact, dcß die Dichtungsmittel durch auf den Auiienoberflachen der üülsenabschnitte (17^) befindliche Nuten (35^, 36b, 37t)» 38b) und in die Nuten eingelegte elastomere Dichtungen gebildet sind. .
8. Bohrgestängeteil nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch geko.inzeichaet, daß die Innenhülse (17» 1"7O kurzer als die Au-ienhülse (21) und vollständig innerhalb der Außenhülse (21) angeordnet ist.
9. Bohrgestängeteil nach einem der Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Außenhülse den Bohrstrang (13) umfassende Ringteile (80, 87) befestigt sind, die den die Innenhiilse (17» 17c) enthaltenden Innenraum der Außenhülse (21)

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dichtend abschließen.
10. Bohrgestöngeteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhälse (17) aus Kunststoff besteht.
11. Bohrgestängeteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenhülse (21) neben der öffnung (40) für den .äinlaß einer Druckflüssigkeit eine Bohrung (97» 98) vorgesehen ist, durch die der Kunststoff in einen abgedichteten xiauia zwischen Außenhülse (21) und Bohrstange (13) eingeführt und anschließend ausgehärtet ist (Fir;. 14-, 15)·
12. Bohrgestän_:3eteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dai die Außenhülse (21) an ihren beiden die kürzere Innenhülse (17) überragenden Enden mit je einer Bohrung (95) versehen ist, die in je eine mittels Dichtungsmittel (93i 94·) abgedichtete ürr.-r.er (>O, 91) einbänden (Fig. 12, 13).
13· Bohrgestängeteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die äußeren Enden der Außenhülse (21) Führungsring (6Da) aufgeschraubt sind, in deren Innenwsndung gegenüber der Bohrstange (13) abdichtende Dichtungen (93) angeordnet sind.
14-. Verfahren zum-Aufschrumpfen eines Boiirgestangeteils nach Anspruch 11-13> dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhälse (21) durch Zuführung einer Druckflüssigkeit in den Bereich (92) zwischen Ίβη r^o..-enüo3rliegenden keniachen Flächen der 4u3en- und InneriLülse (21, 17) und in die eine' Kammer (91) aufgebracht und durch Ablassen des Drucks aufgeschrumpft ist.
15. Bohrgestängeteil nach Anspruch 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeschrumpfte Außenhülse durch Zuführen einer Druckflüssigkeit im Bereich (92) zwischen den gegenüberliegenden konischen Flächen der Außen- und Innenhülse (21, 17) und in die andere Ky:umer (90) von dem Schrumpf sitzverband gelöst ist.

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