DE3106210A1

DE3106210A1 - Verflanschungssystem fuer die verrohrung von bohrungen

Info

Publication number: DE3106210A1
Application number: DE19813106210
Authority: DE
Inventors: Marino Piacenza Maestrami
Original assignee: Saipem SpA
Current assignee: Saipem SpA
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1981-02-19
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE3106210C2; ES500283A0; PT72533B; AU541288B2; FR2476204A1; AU6679481A; IE810147L; DK64081A; IT8020003A0; NZ196128A; IE51011B1; ES8207267A1; NO810544L; JPS56131791A; BE887403A; NL8100839A; DK150276B; GB2069570B; US4415186A; DK150276C

Description

PATENTANWÄLTE .:.--. - „-- D-80C

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1A-54 425

Anm.: Saipera S.p.A.

Beschreib ung

Verflanschungssystem für die Verrohrung von Bohrungen

Die Erfindung betrifft ein Flanschsystem oder ein System zum Verflanschen von aufgehängten Futterrdip-und Rohrsäulen in sehr tiefen unter hohem Druck stehenden Bohrungen nach Öl oder- Gas.

Es ist bekannt, daß Ölbohrungen mit verschiedenen Futterrohrund Rohrteilen verrohrt sind, wobei die einzelnen Teile ineinander gesteckt sind und Öffnungen an der Oberfläche in etwas unterschiedlichen Niveaus innerhalb eines Bohrlochkopfes haben, um sie in der vorbestimmten Stellung zu halten.

Diese Bohrlochköpfe (well heads) werden aus einer Anzahl von verflanschten Rollenkörpern, die aufeinander montiert sind, gebildet. Sie dienen zur Abstützung je einer Futterrohr- oder Rohrsäule während gleichzeitig eine hermetische Abdichtung zwischen einer Säule (column) und der anderen gegen die Außenseite hin aufrechterhalten wird.

Fig. 1 zeigt ein typisches Verflanschungssystem bekannter Art. Die beiden unteren Systeme werden angewandt zur Aufhängung der Futterrohrsäulen und das obere System wird angewandt zur Aufhängung der Rohrsäulen. Die zwei unteren Verflanschungssysteme bestehen jeweils aus:

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a) zwei Übereinander angeordnete Rollen 1, die einen entsprechenden Innendurchmesser für das aufzuhängende Futterrohr 2 aufweisen und darüberhinaus eine innere Konizität besitzen, die als Funktion des abzustützenden Gewichts berechnet wird;

b) eine Gruppe von Paßkeilen 3 zur Abstützung der Säule der Futterrohre 2, dimensioniert auf das Gewicht der Säule;

c) ein erstes Dichtungspacket zur Abdichtung des Futterrohrs nach außen, aufgebaut aus einem Kautschukring 5, der zwischen zwei Eisenringen 6 mit trapezoidem Querschnitt eingepreßt ist; diese zwingen den Dichtungsring, sich an die Außenfläche des Futterrohrs 2 und die Innenfläche der Rolle 1 anzulegen, wenn zwei Rollen mit Hilfe von Stehbolzen oder Klammern zusammengehalten werden;

d) eine kleinere sekundäre Dichtungspackung 7, eingeschlossen unterhalb der oberen Tragrolle der nächsten Säule; diese dient für eine innere Abdichtung der Säule unter Verwendung der gleichen Elemente;

e) einen Dichtungsring 8, der zwischen zwei üterejnanderstehenden Rollen zusammengepreßt wird. Er dient zur Gewährleistung der inneren und äußeren Abdichtung für ^.en Fall, daß die anderen Dichtungen versagen.

Das obere Verflanschungssystem ist cufgebaut aus einer Rolle 1 und einer Produktionsabdeckung 9, in welcher eine Rohraufhängung 10 vorgesehen ist, welche an ihren Enden Innengewinde aufweist. Das letzte Rohr 11 der Rohrsäule ist verschraubt mit dem unteren Ende der Aufhängung, wodurch diese Säule von der Aufhängung gehalten wird.

Die Außenseite dieser Aufhängung wird durch eine Zylinderfläche gebildet, welche an ihrem oberen und unteren Ende einen kleineren Durchmesser besitzt als im Mittenteil. An

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der unteren Zylinderfläche ist ein Kautschuk-Dichtungsring 12.ein über diese Fläche gleitbarer Zylinderring 13 mit abgeschrägter unteren Kante und ein aufgeschraubter Haltering 14 angeordnet. Wenn die Aufhängung abgesenkt wird in ihrem Sitz innerhalb der Abdeckung 9 mit einem Handhabungsrohr, eingeschraubt in das obere Ende, so gelangt die abgeschrägte Kante des gleitfähigen Zylinderrings 13 auf einen entsprechenden Vorsprung seines Sitzes bzw. seiner Auflagefläche oder Paßfläche und die Gummidichtung 12 wird zusammengepreßt und nach außen gedrückt, wodurch sie die Außenabdichtung bildet. Die Innenabdichtung erfolgt über ein Sicherheitsventil, welches in die Aufhängung eingeschraubt ist.

Außer der Aufhängung der Verrohrung - wie oben, beschrieben gibt es anscheinend noch mehr oder weniger spezifische Arte, die jedoch alle für die Außenabdichtung Kautschukelemente verwenden.

Die erste Arte des Verflanschungssystems weist beträchtliche Nachteile, und zwar sowohl hinsichtlich der Abdichtung mit Dichtungspackungen als auch hinsichtlich der Passung von Paßkeilen und dem Einmitten des Futterrohrs auf.

Der Grund dafür ist, daß der Dichtungsring 5, der zwischen zwei Eisenringen 6 eingepreßt ist, einem raschen Verschleiß unterliegt im Laufe der Zeit und durch erhöhte Temperaturen und oft auch nicht den hohen Drucken zu widerstehen vermag, die in bestimmten Bohrungen auftreten. Darüberhinaus können die Paßkeile und diese Dichtungspackungen, die mit großer Kraft gegen die ümfangsfläche des Futterrohrs gepreßt werden, zu dessen Bruch führen, wenn wegen der verschiedenen Durchgänge der Gestängestoße und der Rotation des Antriebsgestänges gleitend.gegen die Innenwände des Futterrohrs diese in ihrer Stärke so weit abnehmen, daß sie ihre Festigkeit verlieren.

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Schließlich ist es für die Einpassung der Paßkeile_ffür das Zentrieren des Futterrohrs und den Zusammenbau der Dichtungspackungen notwendig, die Vorrichtung zur Verhinderung des Ausblasens (blow-out preventers) abzumontieren und zu entfernen, und zwar zweimal, gleichbedeutend mit hohem Zeit- und Arbeitsaufwand.

In dieser Hinsicht sind die Hauptarbeiten, die für derartige Verflanschungssysteme durchgeführt werden müssen, wenn ein Teil der Bohrung verrohrt werden muß, folgende:

a) erste Zementation;

b) Abmontieren und Herausheben der das Abblasen verhindernden Vorrichtungen;

c) Einsetzen der Paßkeile für das Zentrieren der Säule;

d) Absenken und wieder Zusammenbauen der das Abblasen verhindernden Vorrichtungen;

e) zweites Zementieren;

f) Abmontieren und Herausheben der das Abblasen verhindernden Vorrichtungen;

g) Einbau der Dichtungspackungen;
h) Montage der oberen Rolle 2;

i) Wiedereinbau der das Abblasen verhindernden Vorrichtungen.

Die zweite Art eines Verflanschungssystems zur Aufhängung von Rohrsäulen hat Nachteile, insbesondere was die Außenabdichtung anbelangt.

Wegen der hohen Drücke und Temperaturen verschleißt und deformiert sich der Kautschukring und der gleitende Ring sehr schnell, wodurch die Abdichtung nicht mehr sichergestellt ist und es schließlich zu einer Undichtigkeit kommt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Verflanschungssystem dahingehend weiterzuentwickeln, daß Fehlermöglichkeiten, wie sie die bekannten Systeme mit ihren Dichtungen aufweisen, nicht auftreten. Das erfindungsgemäße Verflanschungssystem soll sich sowohl für die Futterrohre als auch die Verrohrung (bei geringfügiger Abwandlung) eignen.

Ein diese Aufgabe lösendes Verflanschungssystem ist im Patentanspruch gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch zwei erfindungsgemäße Verflanschungssystemeteines mit einer Aufhängung 2 für ein Futterrohr 6 und das andere/einer Aufhängung 8 für das Rohr 9. In der Fig. 3 ist eine Detailansicht im Schnitt des Verflanschungssystem für die Futterrohr-Aufhängung gezeigt, während Fig. 4 ein Verflanschungssystem für die Rohr-Aufhängung in einer Position während der Demontage der das Abblasen verhindernden Vorrichtung zeigt, d.h. bevor es seine endgültige Position, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, einnimmt.

Das Verflanschungssystem nach der Erfindung im Sinne der Fig. 2 besteht im wesentlichen aus zwei übereinander angeordneten, mit Flansdien versehenen Rollenkörperni (spool) und eine Aufhängung 2 mit zylindrischer Bohrung und kegelstumpfförmiger Außenfläche, versehen mit einem Ringrand 3, der aufruht auf dem entsprechenden Vorsprung, der an dem Innenteil des unteren Rolfenkörpers aufruhtj und eine" Ringnut 4, welche als Abstützfläche für eine entsprechende Dichtungspackung dient.

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Das untere Ende 5 der Aufhängung ist mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde zur Verbindung mit dem abzustützenden Futterrohr 6 ausgestattet, während das obere Ende 7 ein Innengewinde für den Eingriff des Betätigungsrohrs aufweist. Letzteres dient zum Einsetzen und Positionieren der Aufhängung innerhalb des Rollenkörpers.

Die Außendichtung (Fig. 3) erfolgt durch einen Dichtungsring 11 aus angelassenem Kupfer, welcher mit den Schrauben 12 am Ringrand 3 befestigt ist, einer Gummidichtung 13, welche in die Ringnut 4 eingesetzt und zwischen zwei Ringen aus speziellem Werkstoff 14 in der Form eines Keils zur Unterstützung der Abdichtung gepreßt ist jund schließlich weiterer Dichtungsringe in den Ringnuten 4. Die innere Abdichtung erfolgt mit Hilfe eines" Spezial-Stahlrings 15, welcher seine Auflagefläche an der Oberseite der Aufhängung und seine Gegenauflage an der unteren Fläche des nächsten Rollenkörpers hat. Das Gewicht der Futterrohrsäule quetscht die Gummidichtung mit zunehmender Außendichtung,während die Stehbolzen-Verbindung zwischen den beiden Flanschen der oberen und unteren Rollenkörper den Stahlring 5 zur Erreichung einer Innenabdichtung quetschen.

Die in Fig. 2 gezeigte Rohraufhängung 8 unterscheidet sich von der Futterrohraufhängung dadurch, daß sowohl die Innen- als auch die Außenabdichtung durch Stahlringe 17 erfolgt. Die Kupferdichtung 11 in Fig. 4 dient nur der äußeren Abdichtung während der Demontage der das Abblasen verhindernden Vorrichtung. Bevor die Produktionsabdeckung eingebaut wird, wird die Aufhängung aufgehoben und die Kupferdichtung entfernt, so daß die Außenabdichtung nur beim unteren Stahlring erfolgt.

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Selbst unter Berücksichtigung dieser Unterschiede bleibt das Konzept der Erfindung doch unverändert, d.h.:

1.) Verflanschungssystem mit Außenabdichtung mit Hilfe eines Ringrandes auf der Aufhängung, welcher auf einer Kupfer- oder Stahldichtung aufruht, die ihrerseits auf einem entsprechenden Ringrand des Innenteils des Rollenkörpers ruht;

2.) Verflanschungssystem mit Außenabdichtung mit Hilfe eines Spezial-Stahlrings, der an der oberen Fläche der Aufhängung aufruht und dessen Gegenfläche die untere Fläche des nächsten Rollenkörpers ist₀

Die in Fig. 4 gezeigten Schrauben 16 halten die Aufhängung gegen den Innendruck fest, wenn die Absenkung der Rohre beendet, die das Ausblasen verhindernde Vorrichtung abmontiert und herausgenommen istj zur Verbindung des oberen Flansches des letzten Rollenkörpers mit dem unteren Flansch der Produktionsabdeckung.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Aufhängung wird das Verflanschen bei aufgehängten Futterrohr- oder Rohrsäulen sehr viel einfacher, schneller und zuverlässiger sowie auch fester als bei den bekannten Verflanschungssystemen. Wenn ein Teil der Bohrung bestimmten Durchmessers beendet ist, wird dieser Teil mit Futterrohren verrohrt und die Aufhängung-mit den Kupfer/Stahl und

Gummidichtungen bereits eingesetzt-an die für sie bestimmten Stellen in das Ende des letzten Rohres eingeschraubt. Ein Betätigungsrohr wird an das obere Ende der Aufhängung eingeschraubt und dient zur Absenkung der Tragvorrichtung auf ihre Auflagefläche in dem letzten Rollenkörper. Etwa 1/10 des Gewichts der Futterrohrsäule wirkt auf diese Auflagefläche. Das unter Ende der Futterrohrsäule wird dann einzementiert durch seitliche Öffnungen des Rollenkörpers. Das gesamte Gewicht der Säule ist dann entlastet und das obere

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Ende der Säule ist dann einzementiert. Die das Ausblasen verhindernde Vorrichtungen werden dann angehoben und der obere Rollenkörper eingebaut, an welchen das nächste Futterrohr fixiert werden kann.

Die Dichtigkeitsprüfung erfolgt über die Prüfbohrung (Fig. 3)» woraufhin die das Abblasen verhindernden Vorrichtungen wieder zusammengebaut werden.

Die gleiche Prozedur wird für jede Futterrohrsäule bis zur letzten, das ist die Rohrsäule vorgenommen. Die Aufhängung für letztere Säule-mit Kupfer-, Stahl- und Gummidichtungen eingesetzt-auf ihre entsprechenden Auflagen- und mit in der Mittenbohrung eingebauten Sicherheitsventil-wird abgesenkt auf ihre Auflagefläche unter Anwendung der gleichen Maßnahmen wie für die Aufhängung der Futterfohre, so daß die in Fig. 4 gezeigte Lage eingenommen wird. In dieser Lage erfolgt die Außenabdichtung durch die Kupferdichtung 11, die Innenabdichtung ist durch das Sicherheitsventil 18 gegeben. Um zu verhindern, daß irgendein Innendruck die Aufhängung nach oben drückt während des Anhebens der das Abblasen verhindernden Vorrichtung,ist sie mtfc den seitlich einkommenden Schrauben 16 innerhalb des oberen Flansches des letzten Rollenkörpers fixiert.

Das Ifendaabungsrchr wird dann entfernt und nun die das Abblasen verhindernden Vorrichtungen angehoben. Das Handhabungsrohr wird nun wieder in das obere Ende der Aufhängung eingeschraubt, die Aufhängung von den Schrauben 1-6 freigegeben, sie wird schnell angehoben und die Kupferdichtung entfernt, woraufhin sie wieder auf ihre Auflagefläche abgesenkt wird, so daß das Gewicht des Rohrs auf den Stahlring 17 wirkt und damit die Position nach Fig. 2 eingenommen wird. Der Flansch des letzten Rollenkörpers wird dann mit dem Flansch der Abdeckung versehen, die Schrauben 16 wieder eingedreht und die ganze zusammengebaute Anlage bei Arbeitsdruck geprüft.

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Das erfindungsgemäße Verflanschungssystem weist beträchtliche Vorteile gegenüber dem bekannten - wie es oben beschrieben worden ist - auf. Diese Vorteile liegen in einfachem und schnellem Zusammenbau aufgrund der Ausgestaltung der Aufhängung; das Zentrieren von Rohr und Futterrohr geschieht automatisch und die das Abblasen verhindernden Vorrichtungen werden nur einmal angehoben für den Zusammenbau mit dem oberen Rollenkörper. Besonders bemerkenswert ist auch die außerordentlich hohe Dichtigkeit bei hohem Druck und hoher Temperatur in Folge der speziellen Ausbildung der Innen- und Außenabdichtung. Schließlich zeichnetsich die erfindungsgemäße Verflanschung durch hohe Verschleißfestigkeit gegenüber Rotation und Durchgang des Bohrgestänges aus aufgrund der beträchtlichen Materialstärke der Aufhängung.

Weitere Vorteile sind geringe Kosten für Konstruktion und Betrieb.

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-AA-Leerseite

Claims

Patentanspruch

Verflanschungssystem für aufgehängte Futterrohre und Rohre in öl- oder Gasbohrungen, aufgebaut aus übereinander angeordneten und verflanschten Rollenkörpern und einer Aufhängung mit einer axialen zylindrischen Bohrung und einer kegelstumpfförmigen Außenfläche, welche sich innerhalb des unteren Rollenkörpers befindet, dadurch

gekennze ichnet

daß das untere Ende

dieser Aufhängung mit Außen- oder Innengewinde zur

dem
Verbindung mit /zu tragenden Futterrohr bzw. Rohr und das obere Ende mit einem Innengewinde zur Verbindung mit einem Handhabungsrohr versehen sind und daß die äußere Kegelstumpf-Fläche mit einer oder mehreren ringförmigen Vorsprüngen versehen ist, von denen zumindest einer auf einer Kupfer- oder Stahldichtung aufliegt, welche ihrerseits auf einer entsprechenden Auflagefläche am Innenteil des unteren Rollenkörpers ruhtj und Ringnuten auitoasi^ die die Auflage für Ringdichtungen aus Gummi und Stahl bilden, wobei die äußere Abdichtung durch einen Stahlring erfolgt, der an der oberen Fläche der Aufhängung aufruht und dessen Gegenfläche die untere Fläche des oberen Rollenkörpers ist.

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