DE2818125A1

DE2818125A1 - Loesbare verbindung fuer eine steigleitung

Info

Publication number: DE2818125A1
Application number: DE19782818125
Authority: DE
Inventors: Hubart B Zaremba
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-04-25
Publication date: 1978-11-02
Also published as: NO153149C; FR2389066A1; US4138148A; JPS53133501A; JPS5952278B2; IT1102746B; IT7848853A0; GB1596963A; CA1086223A; NO153149B; IE46559B1; NO781432L; ES468409A1; NL7804094A; IE780814L; FR2389066B1

Description

Lösbare Verbindung für eine Steigleitung

Die Erfindung betrifft eine lösbare Verbindung für Steigleitungen, und insbesondere eine Verriegelung in Form eines geteilten Ringes für eine Steigleitung. Die Erfindung befaßt sich mit Bohrlöchern, die in wasserbedeckte Flächen gebohrt sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine lösbare Verbindung zwischen einem Bohrlochfutterrohr, das in ein in den Meeresgrund eingebohrtes Loch einzimmentiert ist, und einer Steigleitung, die sich von dem Bohrlochfutterrohr zu der Wasseroberfläche erstreckt.

In den letzten Jahren sind viele Bohrlöcher für Öl und Gas in wasserbedeckte Flächen gebohrt worden. Die Tiefe des Wassers kann innerhalb eines Bereiches von einigen m(feet) oder mehr liegen. Hierbei wird das Bohrloch in den Meeresboden gebohrt, und ein Bohrlochfutterrohr, das von einem Stahlrohr mit großen Durchmesser gebildet wird, wird eingesetzt und in das Bohrloch einzementiert. Bei einigen Anwendungsfällen werden die Bohrlöcher auf dem Meeresgrund fertiggestellt. Unter dem Begriff "Fertigstellung" ist zu verstehen, daß der Bohrlochfutterrohrkopf oder das Oberteil auf dem Meeresgrund abgedeckt wird, und daß verschiedene Leitungen und Ventile angebracht werden, so daß das Fluid aus dem Bohrloch auf kontrollierte Art und Weise gefördert werden kann. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, eine Steigleitung an das Bohrlochfutterrohr unter Bildung einer abdichtenden Verbindung derart anzuschließen, daß sie von dem.Bohrlochfutterrohr zu einem Schwimmbehälter oberhalb der Wasseroberfläche führt. Die Steigleitung wird beispielsweise von einem Stahlrohr mit großen Durchmesser gebildet.

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Es gibt mehrere Kupplungen und Verbindungen für eine Verbindung einer Steigleitung mit einem unter Wasser befindlichen Bohrlochfutterkopf. In der US-PS 3 241 864 ist beispielsweise eine automatische Verbindung beschrieben. Eine weitere Verbindung ist in der US-PS 3 333 870 erläutert, die den Titel "Verbindungskupplung für die Unterwasseranwendung mit doppelter Dichtung" trägt. Diese Verbindungen unterscheiden sich völlig von den hier beschriebenen und erfindungsgemäß ausgebildeten. In der Erfindung wird beispielsweise eine lösbare Betätigungseinrichtung beschrieben, die vom Innern des Innengehäuses aus betätigbar ist. Derartige Verbindungskupplungen für die Unterwasseranwendung sind nicht bekannt.

Die Erfindung schafft eine abdichtende lösbare Verbindung für das untere Ende einer unter Wasser angebrachten Steigleitung und dem oberen Ende einer Bohrlochfutterrohranordnung in einem Bohrloch unter Wasser. Vorzugsweise ist ein Sperrbolzen an dem oberen Ende der Bohrlochfutterrohranordnung vorgesehen (obgleich er auch am unteren Ende der Steigleitung vorgesehen sein kann), und das gehäuseseitige Ende der Sperre befindet sich am unteren Ende der Steigleitung. Ineinander eingreifende Sperrnuten sind an dem Sperrbolzen und innerhalb des Gehäuses der Sperre vorgesehen. Ein Sperrelement, wie z.B. ein geteilter Ring, ist in den ineinandergreifenden Nuten vorgesehen, und er ist in Richtung auf den Sperrbolzen vorbelastet. Löseeinrichtungen, die von dem Innenraum des Sperrbolz'ens betätigbar sind, drücken den Sperring aus der Nut auf dem Sperrbolzen heraus und in die ausgenommene Nut in dem Gehäuseteil der Sperre hinein'.

Vorzugsweise umfassen die Löseeinrichtungen mehrere Öffnungen, die die Wandung des Bolzens durchziehen und bis zur Sperrnut reichen. Vorzugsweise wird das zum Lösen bestimmte Werkzeug_von einem Werkzeug gebildet, das mit dem unteren Ende eines Bohrzuges verbunden ist und mehrere radial ausfahrbare

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Kolben umfaßt, die zu den Öffnungen in dem Sperrbolzen ausgerichtet sind, wenn das zur Lösung bestimmte Werkzeug im Einsatz ist. Durch die Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung über das Bohrrohr werden die Kolben betätigt, und sie drücken den geteilten Ring aus der Ausnehmung auf den Sperrbolzen der Bohrlochfutterrohranordnung heraus. Dann ist die Steigleitung frei und kann, von der Bohrlochfutterrohranordnung abgehoben werden.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einer Einrichtung zum Sperren und Lösen der Verbindung einer Steigleitung mit einer Bohrlochfutterrohranordnung, die in ein unter Wasser gebohrtes Bohrloch eingesetzt ist. Ein in Umfangsrichtung geteilter Ring is passend in ineinandergreifende Nuten in dem Einsteckende der Bohrlochfutterrohranordnung und in dem als Gegenstück ausgebildeten aufnehmenden Teil der Steigleitung eingelegt. Ein zum Lösen bestimmtes Werkzeug läuft auf einem Bohrrohr, das in der Steigleitung hängend angeordnet ist, und das Werkzeug umfaßt mehrere radial ausfahrbare Kolben, die über den hydraulischen Druck in dem Bohrrohr betätigt werden, um den geteilten Ring aus der Nut an der Bohrlochanordnung herauszudrücken und in die nutförmige Ausnehmung der Steigleitung zu bewegen. Hierdurch wird die Steigleitung von der Verbindung mit der Bohrlochfutterrohranordnung gelöst und kann angehoben werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 das bolzenseitige Ende einer unter Wasser verlegten Bohrlochfutterrohranordnung und das gehäuseseitige Ende des unteren Endes einer Steigleitung,

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht, bei der jedoch ein zum Lösen bestimmtes Werkzeug an dem unteren Ende eines Bohrzuges innerhalb der angeschlossenen Leitungen

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angeordnet ist,
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig.2,

Fig. 4 eine Fig.2 ähnliche Ansicht, bei der der Lösemechanismus in seiner Arbeitsstellung gezeigt ist, und

Fig. 5 eine Ausrichtungseinrichtung, die zur Ausrichtung von dem zum Lösen bestimmten Werkzeug und dem Bolzenelement der Bohrlochfutterrohranordnung bestimmt ist.

In Fig. 1 ist eine Bohrlochfutterrohranordnung 10 gezeigt, die einen speziellen Sperrbolzen 12 und eine Steigleitung 14 hat, die ein spezielles, zur Sperre gehörendes Gehäuse 16 besitzt. Das Bolzenende 12 hat eire in Umfangsrichtung verlaufende Sperrnut 18, die in Umfangsrichtung um den Bolzen verläuft, und besitzt eine nach unten weisende obere Schulter 20 und eine nach unten geneigte Schulter 22. Der Sperrbolzen 12 besitzt ebenfalls eine nach oben weisende Schulter 24 oberhalb der Nut 18.

Das zur Sperre gehörende Gehäuseteil 16 der Steigleitung hat eine nach unten weisende Schulter 26, die entsprechend passend zu der Schulter 24 des Sperrbolzens 12 ausgelegt ist, wenn die Steigleitung 14 ihre unterste Stellung einnimmt. Zwischen den Schultern 24 und 26 sind Dichtungen 28 vorgesehen.

Das Bolzenende 12 und das zur Sperre gehörende Gehäuseteil 16 können gesondert hergestellt und'verschweißt oder anderweitig mit dem Gehäuse 10 bzw. der Bohrlochfutterrohranordnung 10 und der Steigleitung 14 verbunden werden oder auch einstückig ausgebildet sein.

Der Sperrbolzen 12 hat eine vertikale Fläche 30, die passend zu der vertikal verlaufenden Schulter 32 des zur Sperre ge-

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hörenden Gehäuseteils 16 ausgebildet ist. Dichtungen 34 sind zwischen den Flächen 30 und 32 vorgesehen, um eine fluidsichere Abdichtung zwischen der Bohrlochfutterrohranordnung 10 und der Steigleitung 14 herzustellen. Der Innenraum des zur Sperre gehörenden Gehäuseteils 16 hat eine Umfangsnut 36, die passend zu der Umfangsnut 18 des Sperrbolzens 12 ausgerichtet ist, wenn die Steigleitung 14 ihre unterste Stellung einnnimt,in der das Bolzenende 12 der Bohrlochfutterrohranordnung gegen die Steigleitung anliegt. In den Nuten 16 und 18 ist ein eingelegter geteilter Ring 38 veranschaulicht, der durch eine Feder radial nach innen gedrückt oder vorbelastet wird. Der geteilte Ring 38 besitzt eine untere abgeschrägte Fläche 41 und eine obere Fläche 43, die senkrecht zur Achse der Steigleitung 14 liegt. Wenn die Steigleitung 14 abgesenkt wird, fällt das Gehäuseteil 16 über den Bolzen 12, und die Schulter 24 des Bolzens drückt gegen den Ring 38, um ihn nach außen zu drücken. Wenn der Ring 38 von der Schulter 24 freigekommen ist, springt er nach innen und erstreckt sich in die Bolzenausnehmung 18. Hierdurch sind der Bolzen 12 und das Gehäuseteil 16 sperrend verbunden. Die Dichtungen 34 liefern eine fluidsichere Abdichtung, so daß die Steigleitung 14 und die Bohrlochfutterrohranordnung 10 wirksam verbunden und abgedichtet sind.

In Fig. 1 sind weiterhin mehrere Öffnungen 42 gezeigt, die die Wandung des Sperrbolzens 12 durchziehen und in die Umfangsnut 18 reichen. Wie sich der nachstehenden Beschreibung entnehmen läßt, dienen diese zum Lösen oder Ausklinken des geteilten Ringes 38.

In den Fig. 2 und 3 ist insbesondere das zum Lösen bestimmte Werkzeug 50 gezeigt, das mit dem unteren Ende eines Strangs eines Bohrrohres 48 verbunden ist. Dieses weist ein Gewinde 46 auf, das in ein Gewinde 44 des Sperrbolzens 12 eingreift. Ein Zylinder 52 ist mit der Öffnung 42 des Bolzens 12 ausgerichtet. Innerhalb des Zylinders 52 ist ein Kolben 54 mit

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Dichtungen 56 angebracht. Der Kolben 54 besitzt eine ausfahrbare Lösestange 58. Der Kolben 54 ist in Richtung auf den Mittelpunkt des Körpers 50 durch Federn 60 vorbelastet. Das arbeitsseitige Ende des Zylinders 52 steht in Fluidverbindung mit dem Innenraum des Bohrrohrs 48 über horizontale Durchgänge 62 und eine Zentralkammer 64 des Elements 50.

Von Bedeutung ist die Tatsache, daß die Kolben 54 zu den Öffnungen 42 ausgerichtet sind. Eine hierfür bestimmte Einrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Nach Fig. 5 besitzt der Bolzen 12 einen Block 70, der oberhalb des Gewindes 44 angeordnet ist. Dieser Block besitzt eine Fläche 76, die eine Widerlagerfläche bildet. Eine Löseeinrichtung 50 hat einen Anschlag 72 mit einer Anlagefläche 74. Wenn die Löseeinrichtung 50 in das Gewinde 44 des Bolzens 12 eingeschraubt wird, kommt die Fläche des Anschlags 72 gegen die Fläche 76 des Blockes 70 zur Anlage. Hierdurch wird die Drehbewegung der Löseeinrichtung 50 angehalten. Die Löseeinrichtung bzw. das hierfür bestimmte Werkzeug ist derart ausgelegt und bearbeitet, daß bei der Berührung des Blockes 70 und des Anschlags 72 die zum Lösen bestimmten Stangen 58 des Lösewerkzeugs 50 zu den Öffnungen 42 des Sperrbolzens 12 ausgerichtet sind.

In Fig. 4 sind die verschiedenen Stellungen der Bauteile dargestellt, wenn das zur Sperre gehörige Gehäuse von dem Sperrbolzen gelöst wird. In Fig. 4 ist ein gedehnter, geteilter Ring 38 gezeigt, der in die Nut 36 des zur Sperre gehörigen Gehäuses 60 hinein und vollständig aus der Bolzenausnehmung .18 dadurch herausgedrückt worden ist, daß die zum Lösen bestimmte Stange 58 des Kolbens 54 ausgefahren worden ist. Der Kolben 54 wird durch ein unter Druck stehendes Fluid über den Bohrzug 48 beispielsweise von einem schwimmenden Behälter an der Oberfläche betätigt. Wie in Verbindung mit Fig. 5 erläutert, sind die ausfahrbaren Stangen 58 zu den Öffnungen 42 ausgerichtet. Wenn die Verbindungseinrichtung, wie in Fig. 4 ge-

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löst ist, kann die Steigleitung 14 von dem Bohrrohr 48 abgezogen oder nach oben gezogen werden, während der Druck auf die Kolben 54 aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, gibt der geteilte Ring 38 die Fläche 80 des Bolzens 12 frei. An dieser Stelle ist die Verbindungseinrichtung gelöst. Die Steigleitung 14 wird dann auf die Oberfläche gezogen und ersetzt, repariert oder anderweitigen Handhabungen unterworfen. Dann wird das zum Lösen bestimmte Werkzeug 50 von dem Bolzen 12 abgenommen und zur Oberfläche hin angehoben. Durch die Abnahme des Druckes im Innern des Bohrrohrs 38 führen die Federn 60 den Kolben zurück, so daß die ausfahrbaren Stangen 58 an dem Kolben von dem Gehäuse 12 freikommen. Erforderlichenfalls kann eine reparierte oder neue Steigleitung 14 über dem Gehäuse abgesenkt werden, und die Sperreinrichtungen liefern automatisch eine Blockierung. Dann bilden das Gehäuse 12 und die Steigleitung 14 wiederum eine einstückige fluiddichte Leitung.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Or F. Assmarn - Dr. P. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE München 2 · Bräuhausstraße 4 · Telefon Sammel-Nr. 2253 41 - Telegramme Zumpat · Telex 529979 6/Li 790 728 STANDARD OIL COMPANY, Chicago, 111., USA PATENTANSPRÜCHE

1. Lösbare Verbindung, die ein unteres Ende einer für Unterwasserzwecke bestimmten Steigleitung und das obere Ende einer Bohrlochfutterrohranordnung in einem unter Wasser befindlichen Bohrloch verbindet, gekennzeichnet durch

(a)" ein zur Sperre gehörendes Gehäuse (16) an dem unteren Ende der Steigleitung, das (i) eine nach unten weisende Schulter (26) (ii) eine innen liegende vertikale Schulter (32) (iii) einen Sperring (38) der in einer Sperrnut in dem zur Sperre gehörenden Gehäuse oberhalb der Schulter gehaltert ist und (iv) eine Vorbelastungseinrichtung (40) aufweist,

die den Sperring (38) nach innen drückt . und

(b) einen Sperrbolzen (12) am Gehäuseteil, der

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(i) eine nach außen weisende vertikale Schulter (30), die passend zu der vertikalen . Schulter (32) des zur Sperre gehörenden Gehäuses ausgebildet ist

(ii) eine Sperrnut (18), die den Sperring aufnimmt, xvenn die nach innen weisende Schulter des zur Sperre gehörenden Gehäuses in Eingriff mit der nach außen weisenden Schulter des Sperrbolzens kommt" und (iii) Öffnungen aufweist, die in dem Sperrbolzen oberhalb der Schulter angeordnet sind und die Sperrausnehmung des Sperrbolzens (12) durchziehen.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Löseeinrichtung (50) vorgesehen ist, die durch die Öffnung (42) ausfahrbar ist, um den Sperring (38) aus der Sperrnut des Sperrbolzens (12) herauszudrücken, so daß das zur Sperre gehörende Gehäuse (16) von dem Bolzen (12) abgenommen werden kann.

3. Lösbare Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Lösen bestimmte Einrichtung (50) einen zylindrischen Körper umfaßt, der in den Sperrbolzen (12) eingepaßt ist und mehrere Kolben (54) und Zylinder (52) aufweist, die in dem Körper radial ausgerichtet sind, daß jeder Kolben (54) eine ausfahrbare Stange (58) aufweist, die durch die Öffnung (42) bei der Bewegung des Kolbens (54) geht, um den Sperring (38) aus der Sperrnut (18) des Sperrbolzens (12) herauszudrücken, und daß ein Anschluß vorgesehen ist, der ein Ende des Zylinders (52) mit einer Druckmittelquelle verbindet.

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die das arbeitsseitige Ende des KoI-

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bens (54) mit einer Druckmittelquelle verbindet, ein Bohrzug (48) ist, der hängend in der Steigleitung (14) angeordnet ist.

5. Sperrbolzen, der eine Bohrlochfutterrohranordnung in einem Bohrloch unter Wasser verbindet, gekennzeichnet ,durch ein rohrförmiges Element (10), das eine äußere, in Umfangsrichtung verlaufende Dichtfläche an einem Ende und eine nach innen schräge Fläche am anderen Ende aufweist, . eine Sperrausnehmung (18) zwischen diesen Flächen und Öffnungen (42), die den rohrförmigen Körper (10) durchziehen und bis zur Sperrausnehmung (18) reichen.

6. Verbindung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zum Lösen bestimmten Körper und eine Ausrichteinrichtung für den Sperrbolzen (12) und dem zum Lösen bestimmten Körper.

7. Ein zur Sperre gehörendes Gehäuse zur Verwendung als Verbindung zweier Leitungen, gekennzeichnet durch ein zur Sperre gehörendes Gehäuse (16) in Form eines rohrförmigen Körpers, der eine innere zylindrische Dichtfläche parallel zur Achse des rohrförmigen Körpers, eine nach innen schräg verlaufende Schulter auf der Innenfläche des rohrförmigen Körpers an dem Ende, das der zylindrischen Dichtfläche gegenüberliegt, eine nach innen vorbelastete Sperre und eine nach innen liegende Sperrausnehmung (18) aufweist, die zwischen den Flächen liegt und die nach innen vorbelastete Sperre abstützt.

8. Lösbare Verbindung zum Verbinden zweier Leitungen in fluiddichter Form, gekennzeichnet durch einen kastenförmigen Bolzen an einem Ende einer Leitung, der eine Innenschulter aufweist, deren Achse von der Achse des

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kastenförmigen Bolzens gebildet wird, einen Sperrbolzen an einem Ende der anderen Leitung, der eine außen liegende Schulter aufweist, die passend zu der innen liegenden Schulter des kastenförmigen Bolzens ausgelegt ist, eine außen liegende Sperrausnelimung und Öffnungen (42) aufweist, die den Sperrbolzen durchziehen und bis , ,zur Sperrausnehmung reichen, und eine innen liegende Ausnehmung an dem kastenförmigen Bolzen, die radial nach innen vorbelastete Sperreinrichtungen darin aufweist.

9. Lösbare Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Lösen bestimmte Einrichtung (50) durch die Öffnungen (42) ausfahrbar ist, um die Sperreinrichtungen (12,16) von der außen liegenden Ausnehmung zu lösen.

10. Zum Lösen bestimmtes Werkzeug für die Verbindung des unteren Endes eines Zuges eines Bohrrohrs, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Körper, eine zentrale Kammer in dem Körper, die mit dem Bohrrohr (48) verbindbar ist, um eine Fluidverbindung mit dem Innenraum des Bohrrohrs herzustellen, mehrere Zylinder (52) in dem Körper, die radial ausgerichtet sind und jeweils zur außen liegenden Umfangsflache des Körpers offen sind, einen Kolben (54) in jedem Zylinder (52), der jeweils eine nach außen ausfahrbare Lösestange £58) hat, eine Einrichtung (60), die den Kolben (54) nach innen vorbe- ' lastet,und einen Durchgang für jeden Zylinder (52), der das innen liegende Ende des Zylinders (52) mit der Kammer verbindet.

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