DE3015531C2

DE3015531C2 - Bohrstangenvorrichtung, insbesondere Stabilisator für Tiefbohrgestänge

Info

Publication number: DE3015531C2
Application number: DE3015531A
Authority: DE
Inventors: Tom Salt Lake City Utah Manuel
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-23
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3015531A1; GB2047775A; CA1108117A; AT369133B; FR2457372B1; BE882879A; FR2457372A1; ATA198080A; GB2047775B; US4245709A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bohrstrangvorrichtung, insbesondere einen Stabilisator für Tiefbohrgestänge u. dgl. Werkzeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art, die an zylindrischen w> Bohrstrangteilen eines Drehbohrgestänges, wie z. B. einer Schwerstange, angebracht wird, um das Ausbiegen des Bohrstrangs unter Kontrolle zu halten, dem durch Abrasion verursachten Verschleiß an den Bohrstrangabschnitten entgegenzuwirken oder das Bohren des <r> Bohrlochs mit dem vorgegebenen Durchmesser zu gewährleisten.

Es sind Bohrstrangstabilisatoren bekannt (US-PS 39 38 853), die an einer gewünschter Stelle entlang dem Bohrstrang insbesondere an einer Schwerstange angebracht werden können. Der Stabilisator umfaßt eine äußere Stabilisatorhülse und eine Innenhülse und ist durch einen Schrumpfsitz zwischen den beiden Hülsen am Schwerstangenteil festgelegt, wobei die Innenhülse auch mit der zylindrischen Außenfläche des Schwerstangenteils selbst einen Schrumpfsitz biHet. Der Schrumpfsitz wird durch die Verwendung einer hydraulischen Vorrichtung erzeugt, die an der Bohrstelle sowohl zum Anbringen als auch zum Lösen des Stabilisators zur Verfügung gehalten werden muß.

Der mit der Bereitstellung solcher hydraulischen Vorrichtungen verbundene Aufwand ist bei einem weiteren bekannten Stabilisator für Tiefbohrgestänge (DE-OS 28 36 747. US-PS 41 01 179) dadurch vermieden, daß Außen- und Innenhülse des Stabilisators mit einem Schraubgewinde versehen sind und mit Hilfe zusammenwirkender Konusflächen beim Zusammenschrauben von Außen- und Innenhülse ein Aufklemmen des Stabilisators auf den Bohrstrang erfolgt. Die zusammenwirkenden Konusflächen sind hierbei an gesonderten, im Vergleich zu der axialen Länge des Schraubgewindes kurzen, jeweils paarweise an den beiden Enden des Stabilisators zusammenwirkenden, gesonderten Spannringen gebildet, wobei jedem Spannringpaar eine gesonderte Innenhülse zugeordnet ist. Die Vielzahl der Einzelteile kompliziert den bekannten Stabilisator, und die Beschränkung der Klemmflächen auf zwei schmält /ingförmige Bereiche ermöglicht nicht das Aufbringen von Klemmkräften in einem Umfang, wie er für eine sichere Festlegung des Stabilisators im rauhen Bohrbetrieb erwünscht wäre.

Bei einer weiteren bekannten Bohrstrangvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 (US-PS 32 76 824) sind zwar gesonderte Spannringe an den beiden Enden des Stabilisators dadurch vermieden, daß die zusammenwirkenden Konusflächen an der mit Innengewinde versehenen Außemiüiie und der in diese einschraubbaren, mit einem Außengewinde versehenen Innenhülse vorgesehen sind. Dabei ist jeweils ein solches Hülsenpaar an den beiden Enden, d. h. oberhalb und unterhalb, einer Stabilisatorhülse angeordnet und bietet Abstützungsschultern für die axiale Abstützung der endseitig von den beiden Hülsenpaaren eingefaßten Stabilisatorhülse dar. Für eine Ausbildung als Stabilisator ist auch hierbei der Bauaufwand durch die erforderliche Anzahl von Einzelteilen vergleichsweise groß, und die Konusflächen der Hülsenpaare sind auf die Endteile von Außen- und Innenhülse außerhalb der zusammenwirkenden Gewindebereiche beschränkt, so daß auch in diesem bekannten Fall nur vergleichsweise geringe Klemmkräfte für die Verspannung der Hülsen mit dem Bohrstrang aufgebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrstrangvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei der mit geringem Bauaufwand die mittels Innen- und Außenhülse für die Aufklemmung auf das Bohrgestänge aufbringbaren Klemmkräfie wesentlich erhöht werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Bohrstrangvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bei dieser Ausgestaltung sind die zusammenwirkenden Konusflächen nicht auf schmale Teilbereiche von Außen- und Innenhülse beschränkt, sondern erfassen die gesamte Gewindelänge. Beim Einschrauben der Innenhülse in die Außenhülse wird demnach ein fester gegenseitiger Klemmeingriff zwi-

sehen den Gewindekammen des Außengewindes der Innenhulse und den Gewindeböden des Innengewindes der Außenhülse über einen entsprechend großen Flächenbereich der Hülsen herbeigeführt, der eine äußerst feste Anklemmung der Vorrichtung an das Bohrgestänge zur Folge hat. die auch im rauhen Bohrbetrieb Relativbewegungen der Außenhülse zur Innenhülsc und zum Bohrgestänge in allen Richtungen ausschließt. Die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreichte Aufklemmung der Vorrichtung auf das ι Bohrgestänge mit besonders großer Anpreßkraft ermöglicht dabei insbesondere die Ausbildung der Außenhülse als eine mit der Wandung des Bohrlochs in Eingriff bringbare Stabilbatorhülse, so daß mit denkbar geringem baulichen Aufwand ein sicher am Bohrgestän- ι ge fesllegbarer Stabilisator geschaffen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung veran- : schaulichi. In der Zeichnung zeigt

F i g. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stabilisators,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung : einer abgewandelten Stabilisator-Ausführung,

F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 der F i g. 2 und

Fig.4 eine Vorrichtung für das Anbringen und Entfernen eines Stabilisators an bzw. von einer Schwerstange.

Die F i g. 1 zeigt eine Stabilisatorhülse 10 mit in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten Außenrippen 11, die fest an einer gewünschten Stelle an einem einen Teil eines innerhalb eines Bohrloches angeordneten Bohrstrangs bildenden Schwerstangenabschnitt 12 anzubringen ist. Wie veranschaulicht, können die Außenflächen der Rippen in bekannter Weise zum Schutz gegen Verschleiß an den Rippen darauf angebrachten Hartstoff 13 aufweisen. Der Innendurchmesser der Stabilisatorhülse ist etwas größer als der Außendurchmesser der Schwerstange, damit die Hülse bis zu einer gewünschten, für die Festlegung der Hülse vorgesehenen Stelle entlang der Länge der Schwerstange auf letztere aufgeschoben werden kann. Die Stabilisatorhülse ist mit einem Innengewinde 14 versehen, das als rechtsgängiges Gewinde veranschaulicht und konisch ist, wobei die Gewindefüße 15 vorzugsweise flach und zwingend konisch sind und die Gswindespitzen 16 des Innengewindes ebenfalls konisch verlaufen. Die Seitenflächen 16a der Gewinde sind konisch und konvergieren in Richtung zur Achse der Stabilisatorhülse.

Eine Innenhülse 17 ist so ausgebildet, daß sie auf das Ende des Schwentangenabschnitts aufgeschoben und zum oberen Ende der Stabilisatorhülse 10 hin bewegt werden kann. Diese Innenhülse ist in ihrem Hauptbereich als Schraubenfeder 18 ausgebildet, die ein konisches Außengewinde mit abgeflach'en Spitzen 19 bildet, welche auf einer konischen Fläche liegen und den flachen Gewindefüßen. 15 des Innengewindes der Stabilisatorhülse entsprechen, um mit diesen in Flächenberührung zu gelangen. Die Seitenflächen 20 des Außengewindes sind gleichfalls konisch, während die Innenfläche 21 der Schraubenfeder zylindrisch ist und vor dem Einsetzen der Innenhulse in die Slabilisatorhülse einen Anfangsdurchmesser aufweist, der etwas größer als der Auüenduichmcsser der Schwerstange Die Innenhulse 17 umfaßt weiter einen oberen Randbzw. Bundteil 22, der mit einer angrenzenden obersten Windung der Schraubenfeder aus einem Stück besteht und ein geeignetes Werkzeug, z. B. eine Kettenzange, aufnehmen kann, wenn die Innenhulse 17 gedreht und nach unten in die Stabilisatorhülse 10 eingeschraubt werden solL Der unterhalb der Rippen 11 befindliche untere Außenteil 23 der Stsbilisatorhülse ist zylindrisch ausgebildet, um eine weitere Kettenzange od.dgl. Werkzeug aufnehmen zu können.

Durch Rechtsdrehen der Innenhülse 17 innerhalb der Außenhülse 10 wird der Federbereich 18 in die mit Innengewinde ausgebildete Stabilisatorhülse eingeschraubt. Bei fortgesetztem Drehen zieht sich der Federbereich soweit zusammen, bis er mit der Außenfläche der Schwerstange 12 in Berührung gelangt, wobei die Innenfläche 21 der Feder voll an der Schwerstangenaußenfläche anliegt und sich die Spitzenbereiche 19 des Federgewindes mit den Gewindefußbereichen IS der Stabilisaiorhülse in festem flachem Eingriff befinden. Ein weiteres Dreru», der Innenhülse in bezug auf die Stabilisatorhülse nach „echts hat das Ausüben von Druckkraft seitens der Gewindefüße 15 der Stabilisatorhülse auf die Schraubenfeder und seitens der zylindrischen Innenfläche 21 der Schraubenfeder auf die Urr-iangsfläche der Schwerstange zur Folge und verursacht einen äußerst starken Klemmeingriff zwischen der Innenhülse und den Gewindefüßen der Stabilisatorhülse sowie zwischen der zylindrischen Fläche der Innenhulse und der Außenfläche der Schwerstange.

Der Einbau der Vorrichtung kann wie in Fig.4 veranschaulicht erfolgen, indem eine obere Kettenzange 30 mit der Außenfläche eines oberen Rand- bzw. Bundteils 22 des Innenteils und eine untere Kettenzange 31 in passender Weise mit der Außenfläche des unteren Bereichs 23 der Stabilisatorhülse in Eingriff gebracht wird. Das durch den Pfeil 30a angedeutete Ziehen an der Kettenzange 30 zum Drehen der Innenhülse 1/ nach rechts und das Festhalten der unteren Kettenzange 31 in einer festen Stellung, z. B. durch Aufbringung von Kraft entsprechend dem unteren Pfeil 31a. erzeugt das Einschrauben der Innenhülse 17 in die Stabilisatorhülse 10 und das Zusammenführen der Bauteile zu einem festen gegenseitigen Klemmeingriff, vgl. Fi g. 4.

Die vorstehend erwähnte Haltekraft kann dadurch verstärkt werden, daß die zylindrische Innenfläche 21 der Feder in angemessener Weise, z. B. durch Grobbearbeitung, Aufrauhen oder Beschichten mit einem passenden hartkörnigen Material, wie z. B. Wolframkarbidpartikeln. Siliziumkarbid bzw. Korund, behandelt wird, um einen hohen Reibungskoeffizienten zwischen der Feder und der Außenfläche der Schwerstange zu erzeugen. Die Gewindefußbereiche 15 der Stabilisatorhülse und die Gewindespitzenbereich» 19 der Feder sind insofern keiner Störung ausgesetzt, als sich deren Flächen beim Erzeugen einer hohen Druckbelastung zwischen den Teilen wenig bewegen müssen.

Soll die Stabilisatorvorrichtung abmontiert werden, so kann die untere Kettenzange 31 an dem unteren zylindrischen Teil 23 der Stabilisatorhülse und die obere Kettenzange 30 an dem oberen Randteil 22 angeseizi werden, wobei die obere Zange zum Herausschrauben · der Innenhülse 17 pus der Außenhülse 10 nach links gedreht wird, wodurch ein Abziehen der Innenhülse und der Stabilisatorhülse vom oberen Ende der Schwerstange ermöglicht wird.

Bei der in F i g. 2 veranschaulichten erfindungsgcmäßen Ausführungsform besieht der obere Rand- bzw. Bundteil 22a aus einem Stück mit einer Innenhülse 18a, deren Wandung über ihre gesamte Länge mit einem Spalt bzw. Schlitz 41 verschen ist. um ein Aufweiten und _s Zusammenziehen der Innenhülsc zu ermöglichen. Von dem Innenkörper 43 der Innenhülse erstreckt sich ein Außengewinde 42, das konisch ist und dem konischen Innengewinde 14 innerhalb der Siabilisatorhülsc 10 entspricht. Das Aufweiten und Zusammenziehen der „, Innenhülse wird durch die Ausbildung einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten Längsrillen 44 in der Innenhülse erleichtert, vgl. F i g. 3.

Bei beiden Ausführungsformen verlaufen die Gewin- ,-defüße 15 des Stabilisatorhülsengewindes konisch in Richtung nach unten in einem relativ schwachen Winkel von z. B. etwa 0.286" bis 1,43". wobei die Spitzen 16 des iiiMciigOwinuc» ebenfalls im gleicher. Maße in Richtung nach unten konisch verlaufen. In gleicher Weise ,₀ verlaufen die Spitzen 19 des Außengewindes konisch, um dem konischen Verlauf der Gewindefüße 15 zu entsprechen. Die Gewindefüße 42.1 des Außengewindes 42 der Innenhülse verlaufen derart konisch, daß sie dem konischen Verlauf der Innengewindespitzen 16 entspre- ,-, chen. Durch den konischen Verlauf der Gewindefüße 42a des Innenhülsengewindes bleibt eine dickere Wandung zwischen der zylindrischen Innenflache 21.ι der Innenhülse und den Gewindefüßen 42a des Gewindes der Innenhülse bestehen, wobei diese Dicke. _M wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Richtung nach unten abnimmt. Die Folge ist eine stabilere Innenhülse, die beim Einschrauben in die Stabilisatorhülse inneren Stoßräften sicher standhalten kann

Die in Fig. 2 veranschaulichte Innenhüise ist in j-, derselben Weise, wie in Verbindung mit Fig. I beschrieben, in der Stsbilisatorhülse !0 und auf der Schwerstange 12 angebracht. Das Drehen der Innenhülse nach rechts bewirkt deren Einschrauben nach unten in die Stabilisatorhülse, wobei die konischen Spitzen 19 der Innenhülse an dem entsprechend konisch ausgebildeten Gewindefüßen 15 der Außenhülse entlanggleiten, um die Innenhülse, ermöglicht durch den Längsschlitz 41, einzuschnüren und deren zylindrische Innenfläche 21a mit der Außenfläche der Schwerstange in festen Klemmeingriff zu bringen. Die Aufbringung von ausreichendem Drehmoment auf die Innenhülse bewegt diese in be/ug auf die Außenhülse weiter nach unten und verstärkt die Klcmmkraft zwischen der zylindrischen Wand der Innenhülse und der Schwerstange und ebenso zwischen den Gewindespitzen der Innenhülsc und den damit in Kingriff stehenden Gewindefülien der Außcnhülsc.

Die Siabilisatorvorrichtung nach F i g. 2 kann in derselben Weise, wie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben, von der Schwerstange gelöst und von dieser entfernt werden, indem die Innenhülse nach links gedreht und in Richtung nach oben zur Siabilisatorhülsc losgeschraubt wird. Das Lösen der Verbindung zwischen sowohl der Innen- wie auch der Außenhülse ermöglicht deren Aufwärtsbewegen entlang der Schwerstange und deren völliges Entfernen vonderenoberen Ende.

WieweiterinVerbindungmilFig. 1 beschrieben.kann die Innenfläche 21a der Innenhülse nach F i g. 2 grobbearbeitet, aufgerauht oder mit hurtkörnigcm

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bid oder Korund, beschichtet sein, um den Reibungskoeffizienten zwischen der Innenhülse und der Schwerstange zu erhöhen, wobei die Innenhülse in bezug auf die Stabilisatorhülse gedreht wird, um sie zu dieser weiter einwärts zu bewegen und die Druckkraft der zylindrischen Flache 21a der Innenhülse gegen die Außenfläche der Schwerstange zu verstärken.

Wie aus den in der Zeichnung veranschaulichten und vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsformen ersichtlich, ist die Konstruktion relativ einfach, indem die Stabilisatorvorrichtung lediglich zwei Teile umfaßt. Außer Zangen zum Erfassen d-s Rand- bzw. Bundteils 22 der Innenhülse und des zylindrischen Bereiches der Außenhülse 23 ist keinerlei Spezialausrüstung erforderlich. Die Stabilisatorvorrichtung kann durch Klemmkraft auf der Schwerstange festgelegt werden und äußerst starken Kräften trotz der Tatsache standhalten, daß zwischen dem Durchmesser der Schwerstange und dem anfänglichen zylindrischen Innendurchmesser der Innenhülse große Toleranzen vorhanden sind. Die Innenhülse kann sich genügend zusammenziehen, um diese Durchmesserdifferenz zu beseitigen. Außerdem ist der angemessene Klemmeingriff zwischen der Innenhülse und der Schwerstange sowie zwischen der Innenhülse und der Stabilisatorhülse unabhängig von dem Zustand der mit der Innenhülse in Eingriff stehenden entsprechenden Schwerstangenfläche gewährleistet.

Hierzu 2 Blatl Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrsirangvorrichtung, insbesondere Stabilisator für Tiefbohrgestänge, mit einer mit einem Innengewinde versehenen Außenhülse und einer in diese einschraubbaren, mit einem Außengewinde versehenen, eine zylindrische Umfangsfläche eines Bohrstrangteils festklemmbar umgreifenden, eine zylindrische Innenfläche aufweisenden Innenhülse, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde der Innenhülse (17; l&aj mit konischen Gewindekämmen (19) und das Innengewinde (14) der Außenhülse (10) mit konischen Gewindeböden (15) versehen sind, wobei die Innenhülse (17; \%a) beim Einschrauben in die Außenhülse (10) in ihrer i, gesamten axialen Länge zusammenziehbar und zusätzlich auch mit ihrem Gewindebereich radial zusammenpreßbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, «aß die Innenhülse (18a,) zumindest einen >₀ sich über ihre gesamte Länge erstreckenden Längsschlitz (41) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (iSa) mit einer oder mehreren, ihre Flexibilität erhöhenden Längs- i> rillen (44) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (17; Ma) eine Schraubenfeder (18) mit einer Mehrzahl von Windungen umfaßt, deren innerer Bereich die _}0 zylindrische Innenfläche (21; 21 a)und deren äußerer Bereich die konischtn äuße jn Gewindespitzen (19) bildet.

5. Vorrichtung nach einem ι ;r Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (17; 18a) einen sich über ein Ende der Außenhülse (10) hinaus erstreckenden Bereich für das Aufnehmen eines Drehmomenterzeugers aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhülsenbereich zur Aufnahme -to des Drehmomenterzeugers von einem Bundteil (22; 22a;der Innenhülse (17; 18a^gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der konischen Gewindeböden (15) und Gewindekämme (19) etwa 0,286° bis etwa 1,43° beträgt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10) aus einer mit der Wandung eines Bohrloches in Eingriff bringbaren Stabilisatorhülse besteht.