DE3202515A1

DE3202515A1 - Verriegelungsdorn fuer ein durchflussrohr eines bohrloches

Info

Publication number: DE3202515A1
Application number: DE19823202515
Authority: DE
Inventors: Timothy John 75067 Lewisville Tex. Noack; Colby Munro 75061 Irving Tex. Ross; Jack Willis 75009 Celina Tex. Tamplen; Jimmie Robert 75006 Carrollton Tex. Williamson jun.
Original assignee: Otis Engineering Corp
Current assignee: Otis Engineering Corp
Priority date: 1981-01-28
Filing date: 1982-01-27
Publication date: 1982-08-26
Also published as: NO813927L; GB2091786A; NO163638C; AU547026B2; NL190730B; US4396061A; NO163638B; CA1161749A; FR2498676A1; NL8105295A; AU7676581A; FR2498676B1; NL190730C; DE3202515C2; GB2091786B

Description

Die Erfindung betrifft in Bohrlöchern angeordnete Geräte und insbesondere einen Verriegelungsdorn bzw. eine Verriegelungsspindel zum Verriegeln von Bohrloch-Durchflußreglern und ähnlichen Geräten an ihrem Platz in einem durchströmten Bohrrohr, wie einer öl- oder Gasbohrung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung des in der US-PS 3 208 531 beschriebenen Verrlegelungsdornes.

Der Verriegelungsdorn gemäß der US-PS 3 208 531 weist gezackte Oberflächen 75 und 76 auf der Verriegelungsbüchse 60 und in den Verriegelungsnasen (Keilen) 50 auf ,die in direkter Abhängigkeit von beziehungsweise proportional zu der über dem Gerät anliegenden Druckdifferenz zusaninengepreßt werden, uneine Aufwärtsbewegung der Verriegelungsbüchse aus ihrer Stellung innerhalb der Keile zu verhindern. Diese Merkmale gewährleisten, daß das Gerät nicht durch große über dem Gerät anliegende Druckdifferenzen von einem Hängebank-Nippel entriegelt wird. Wenn die über dem in einem Hängebank-Nippel verriegelten Gerät anliegende Druckdifferenz ansteigt, werden die Keile aufgrund des Eingriffes zwischen den geneigten Oberflächen auf den Keilen 50 und den geneigten Oberflächen entlang der Verriegelungsnut 30 im Nippel um die Verriegelungsbüchse nach innen gekämmt, wodurch die zwischen den gezackten Oberflächen 7 5 und 7 6 wirkende Kraft größer wird. Damit wird auch die der Aufwärtsbewegung der Verriegelungsbüchse, durch die der Dorn entriegelt werden würde, entgegenwirkende Haltekraft vergrößert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die vorstehenden Merkmale, durch die ein Lösen des Verriegelungsdornes bei hohen Druckdifferenzen verhindert wird, bei niedrigen Durchflußraten durch das Gerät nicht wirksam sind. Derart niedrige Durchflußraten erzeugen eine Turbulenz im Bereich der Ziehbüchse des Gerätes entlang der Ausnehmung 85, durch die die

Verriegelungsbüchse hinreichend angehoben werden kann, um die Keile 50 zu entriegeln. Bei einer derart niedrigen, eine Turbulenz erzeugenden Durchflußrate ist der Druckabfall über dem Gerät nicht hinreichend groß, um die Keile mit ausreichender Kraft nach innen gegen die Verriegelungsbüchse zu kämmen, um die durch die Turbulenz hervorgerufene und das Lösen bewirkende, nach oben gerichtete Kraft zu überwinden. Wenn der Dorn darüber hinaus zum Halten eines schweren Ventils ausgelegt ist, sind die Schultern auf den Keilen und im Nippel scharf, wie rechtwinklig, abgesetzte Schultern, die die Keile bei niedriger Belastung nicht nach innen drücken, was zur Folge hat, daß die Verriegelungsbüchse so lose ist, daß sie bei niedrigen Durchflußraten leicht angehoben werden kann. Somit neigt der Verriegelungsdorn gemäß der US-PS 3 208 531, während er bei hohem Druckabfall über dem Gerät wirksam einer Freigabe widersteht, bei niedrigen Durchflußraten dazu, außer Eingriff zu kommen und sich vom Hängebank-Nippel zu lösen.

Es wurden verschiedene erfolglose Anstrengungen unternommen, um das Problem eines unbeabsichtigten Entriegeins der Verriegelungsbüchse im Verriegelungsdorn gemäß der US-PS 3 208 531 zu verhindern. Beispielsweise wurden Scherbolzen und Sicherungsringe als Riegel verwendet. In jedem Falle bewegt sich dabei die Verriegelungsvorrichtung in eine Verriegelungsstellung, wenn die Verriegelungsbüchse bis hinter die Keile nach unten bewegt wird. Es hat sich gezeigt, daß beim Auftreten von Sand in Bohrlöchern der Sand dazu neigt, sich um die Scherbolzen und die Sicherungsringe anzusammeln bzw. zu verdichten, wodurch eine erforderliche Bewegung in Verriegelungsstellungen verhindert wird. Somit haben sich derartige Vorrichtungen als nicht funktionsfähig erwiesen unter Betriebsbedingungen, bei denen beispielsweise Sand in einem Bohrloch auftritt.

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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Verriegelungsdorn, insbesondere gemäß der in der US-PS 3 208 531 beschriebenen Gattung, für ein Bohrloch-Durchflußrohr bereitzustellen, mit dem Geräte, wie Ventile, lösbar im Durchflußrohr verriegelt werden können und ein zufälliges oder unbeabsichtigtes Lösen der Keile des Domes, z.B. aufgrund von durch niedrige Durchflußraten hervorgerufenen Turbulenzen, verhindert wird; derartige Turbulenzen neigen nämlich dazu, die Verriegelungsbüchse auf dem Dorn nach oben in eine Stellung zu bewegen, in der die Keile gelöst werden. Insbesondere soll erfindungsgemäß die Verriegelungsbüchse des Verriegelungsdornes, beispielsweise gemäß der US-PS 3 208 531, derart festgehalten werden, daß der vom Gerät einem Lösen bei hohen über dem Gerät anliegenden Druckdifferenzen entgegengebrachte Widerstand nicht verringert wird. Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Der erfindungsgemäße Verriegelungsdorn, mit dem ein zufälliges Lösen der Verriegelungsbüchse verhindert wird, weist vorzugsweise einen inneren, ringförmigen Verriegelungsflansch am unteren Endabschnitt der Verriegelungsbüchse und einen äußeren, ringförmigen Verriegelungsvorsprung um den rohrförmigen Dorn (Spindel) auf, auf den die Büchse montiert ist. Vom Verriegelungsflansch aus betrachtet nach innen weist die Verriegelungsbüchse eine innere, ringförmige Ausnehmung auf, die etwas langer ist als der Verriegelungsvorsprung auf dem rohrförmigen Dorn. Wenn die Verriegelungsbüchse auf dem Dorn nach unten getrieben wird, verriegelt sich der Flansch über dem Vorsprung und sichert damit die Verriegelungsbüchse gegen eine Freigabe.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B zusammen eine teilweise geschnittene Längs- ^⁵ ansicht eines erfindungsgemäßen Verriegelungsdornes (Verriegelungsspindel),

_Γ 32O25₈Ί 5 ■' -- " -,

Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Teilansicht der Verriegelungsbüchse, der Hauptspindel und einer der Verriegelungsnasen der Verriegelungsspindel vor dem Abwärtsbewegen der Verriegelungsbüchse auf der Hauptspindel in eine Verriegelungsstellung,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene T.eilansicht ähnlich Fig. 2 mit nach unten bewegter Verriegelungsbüchse, wobei der Verriegelungsflansch in der Büchse über den Verriegelungsvorsprung auf der Hauptspindel geführt wird, und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Teilansicht ähnlich den Fig. 2 und 3 mit der Verriegelungsbüchse in einer Verriegelungsstellung am unteren Ende auf der Hauptspindel, wobei sich Formationssand entlang der Hauptspindel innerhalb der Büchse befindet.

Der erfindungsgemäße Verriegelungsdorn (Verriegelungsspindel) 35 gemäß Fig. 1A und 1B weist einen mit einer Bohrung 37 versehenen, rohrförmigen Hauptdorn (Hauptspindel) 36 auf, auf dem eine äußere, ringförmige Dichtvorrichtung 38 montiert ist. Das untere Endteil der Hauptspindel 36 ist mit einem Bohrgerät, wie einem Ventil 43 verbunden, das von der Verriegelungsspindel 3 5 getragen wird. Die Hauptspindel 36 weist einen rohrförmigen Oberteil 45 auf, dessen Durchmesser wesen-tlich verringert ist. Am unteren Ende des Oberteiles 45 an dessen Verbindung mit dem größeren, ein Außengewinde aufweisenden Hauptteil der Hauptspindel 36 sind mehrere, im Abstand entlang des Umfangs angeordnete Öffnungen 45a vorgesehen. Oberhalb des äußeren Ringflansches 4 2 auf der Hauptspindel 36 ist am unteren Ende eine Nasenträger- oder Keilhaltebüchse 46 auf den ein Außengewinde aufweisenden Teil 47 der Hauptspindel 36 aufgeschraubt. Die Büchse 46 weist mehrere, z. B. zwei diametral gegenüberliegende, seitliche Fenster 48 in Längsrichtung auf, in denen

radial aus- und einfahrbare Verriegelungsnasen oder Keile 50 angeordnet sind. Die Verriegelungsnasen weisen äußere, Halte- und Verriegelungsvorsprünge auf, die in innere, ringförmige Halte- und Verriegelungsausnehmungen 30 eines Hängebank-Nippels 21 passen, in dem die Verriegelungsspindel "gelandet" und verriegelt werden kann, um das Bohrgerät 43 in der Durchflußleitung zu befestigen. Die Bohrung der Büchse 46 ist hinreichend größer als das reduzierte Oberteil 45 der Hauptspindel, um zwischen den beiden Teilen einen Ringraum 49 auszubilden, in dem eine längliche Verriegelungsbüchse teleskopartig in Eingriff steht und in Längsrichtung zwischen Stellungen beweglich ist, in denen die Verriegelungsnasen ausgefahren bzw. gelöst sind. Die Verriegelungsbüchse 60 ist an ihrem Oberteil in einen rohrförmigen Fangansatz oder eine Büchse 80 eingeschraubt, die eine innere, ringförmige Nut 85 und Schultern 84 und 86 aufweist, die mit einer zum Setzen und Lösen der Verriegelungsspindel 35 verwendeten Handhabungsvorrichtung zusammenwirken. Die Verriegelungsbüchse 60 v/eist ein vergrößertes Unterteil 61 mit einer äußeren, gezackten Oberfläche auf, die mit einer inneren, gezackten Oberfläche innerhalb jeder der Verriegelungsnasen 50 zusammenpaßt und die Verriegelungsbüchse 60 gegen eine Bewegung nach oben festhält, wenn die Nasen von einer über der Verriegelungsspindel 35 anliegenden, hohen Druckdifferenz um die Verriegelungsbüchse nach innen gedruckt werden, insbesondere beim Verriegeln der Spindel an ihrem Platz im Hängebank-Nippel. Die Verriegelungsbüchse 60 weist mehrere, wie zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze oder Nuten 68 auf, in denen jeweils ein längliches Federteil bzw. eine langgestreckte Feder 66 angeordnet ist. Die Federn 66 sind flache Blattfedern, die zwischen der Büchse 46 und der Büchse 60 angeordnet und mit den Nasen 50 verbunden sind, um die Verriegelungsnasen während des Einbaus, des Setzens und des Herausziehens der Verriegelungsspindel 35 in Abhängigkeit von der jeweiligen Längsstellung der Verriegelungsbüchse 60 auszufahren oder einzuziehen.

■ Jeder der Keile 50 weist eine nach unten gerichtete, scharf abgesetzte Schulter (Stützschulter) 56 auf, die mit einer inneren, ringförmigen, nach oben gerichteten und scharf abgesetzten Anschlagschulter 33 im Nippel 21 in Eingriff bringbar ist. Die scharf abgesetzten Schultern sind insbesondere

dann wichtig, wenn das Gewicht der Bohrgeräte, wie des Ventils 43, eine große, nach unten gerichtete Kraft auf die tragende Verriegelungsspindel 35 in der Durchflußleitung ausübt. Da die Anschlagschultern scharf, vorzugsweise rechtwinklig ausgebildet und nicht geneigt sind, übt das Gewicht des Bohrgerätes 43 auf die Verriegelungsspindel keine schräg nach innen gerichtete Kraft auf die Keile' aus, die dann ausgeübt würde, wenn die Eingriffsschultern, wie üblich, schräg nach unten geneigt wären„ Da die Keile vom Gewicht des Bohrgerätes 43 nicht schräg nach innen gedrückt werden,würde die Verriegelungsbüchse 60, falls über der Verriegelungsspindel 35 keine große, nach oben gerichtete Druckdifferenz anliegt, von den Keilen nicht festgehalten und ware somit relativ leicht nach oben beweglich. Unter diesen Bedingungen könnte die Verriegelungsbüchse 60 bei einem geringen Fluß durch die Verriegelungsspindel, der eine Turbulenz im Bereich der Ausnehmung 85 des Fangansatzes 80 hervorruft, angehoben werden, was ein unbeabsichtigtes Entriegeln oder Lösen der Keile 50 der Verriegelungsspindel zur Folae hätte. Deshalb sind erfindungsgemäß besondere Piegel vorgesehen entlang der Verriegelungsbüchse 60 und des im Durchmesser reduzierten Oberteiles 45 der Hauptspindel 36, über dem die Verriegelungsbüchse 60 teleskopartig beweglich ist. Am rohrförmigen Oberteil 4 5 der Hauptspindel 36 ist entlang des unteren Endabschnittes oberhalb der öffnungen 45a ein äußerer, ringförmiger Verriegelungsvorsprung 200 vorgesehen, der sich zwischen oberen und unteren,geneigten Nocken (Schultern) 201 bzw. 202 erstreckt. Die beiden Nocken 201 und 202 bilden mit der Längsachse des Oberteils 4 5 der Hauptspindel vorzugsweise einen Winkel von etwa 15°· Weiter weist das im Durchmesser vergrößerte Unterteil 61 der Verriegelungsbüchse 60

erfindungsgemäß einen inneren, ringförmigen Verriegelungsflansch 210 zwischen den beiden geneigten Schultern 211 und 212 auf. Das Unterteil 61 der Verriegelungsbüchse 60 weist auch im Abstand von seinem unteren Ende eine zwischen der geneigten Schulter 211 und einer oberen geneigten Schulterfläche 214 ausgebildete innere, ringförmige Ausnehmung 213 auf. Die Bohrung durch den Verriegelungsflansch 210 der Verriegelungsbüchse bzw. -röhre 60 ist kleiner als der Außendurchmesser des Verriegelungsvorsprunges 200 auf dem ringförmigen Oberteil 45 der Spindel 36. Das räumliche Verhältnis zwischen dem Verriegelungsflansch 210 und dem Verriegelungsvorsprung 200 bzw. die relativen Abmessungen der beiden Bauteile sind derart ausgebildet, daß der Verriegelungsflansch durch eine Dehnung innerhalb de r elastischen 'Grenzen des Materials, aus dem die Verriegelungsbüchse 60 hergestellt ist, über den Verriegelungsvorsprung geführt werden kann. Der Verriegelungsflansch 210 muß hinreichend dehnbar sein, um unterhalb des Verriegelungsvorsprunges 200 geführt werden zu können und sich unterhalb des Verriegelungsvorsprunges derart zu kontrahieren, daß die Büchse 60 gegen eine Aufwärtsbewegung gesichert oder verriegelt ist und die Keile 50 nicht durch eine zufällige Aufwärtsbewegung der Verriegelungsbüchse 60 unbeabsichtigt gelöst werden. Es ist leicht zu erkennen, daß die relativen Abmessungen des Verriegelungsflansches 210 und des Verriegelungsvorsprunges 200 insofern kritische Größen sind, weil der Verriegelungsflansch bei überschreiten der elastischen Dehnungsgrenze des Materials, aus dem die Verriegelungsbüchse hergestellt ist, nicht wieder den erforderlichen kleineren Durchmesser annehmen würde, der zum Zu-

sammenwirken mit dem Verriegelungsvorsprung notwendig ist, um die Büchse 60 in ihrer unteren Stellung zu verriegeln. Weiterhin sollte dieLänge der Ausnehmung 213 größer sein als die Länge des Vorsprunges 200, jeweils gemessen zwischen den die Ausnehmung und den Vorsprung ausbildenden geneigten

Schulterflächen, so daß zwischen dem Flansch und dem Vorsprung ein gewisser Spielraum oder Freiheitsgrad besteht.

wenn der Verriegelungsflansch 211 sich in der Verriegeluncrsstellung unterhalb des Verriegelungsvorsprunges 200 befindet; dadurch wird der Flansch nicht in einer gedehnten Stellung bzw. unter mechanischer Beanspruchung gehalten, was nach einer gewissen Zeitdauer Ermüdungsschäden in der Verriegelungsbüchse 60 hervorrufen würde. Derartige Ermüdungsschäden würden das unbeabsichtigte oder zufällige Lösen der Verriegelungsbüchse bewirken. Selbstverständlich sorgen die geneigten Schultern der gegenüberliegenden Enden des Verriegelungsvorsprungs 200 und des Verriegelungsflansches 210 für eine glatte bzw. möglichst reibungsfreie Nockenwirkung zwischen dem Flansch und dem Vorsprung (Knauf) beim Verriegeln und Entriegeln von Verriegelungsbüchse . und Spindel.

Die Hauptspindel 36 weist eine transversale Öffnung 111 für einen Scherbolzen auf/ der zur Verbindung der Verriegelungsspindel 35 mit einer Handhabungs- oder Einbauvorrichtung verwendet wird, die die Spindel mittels einer Drahtführung trägt und während des Ausfahrens und Verriegeins der Keile 50 in die Verriegelungsausnehmungen 30 des Nippels 21 betätigt. Eine Stellschraube 98 im äußeren, mit einem Gewinde versehenen Teil der öffnung 111 hält den Scherbolzen an seinem Platz. Weitere Einzelheiten des Aufbaus der Verriegelungsspindel 35 und der Einbauvorrichtung R sind in der US-PS 3 208 531 detailliert beschrieben und dargestellt.

Die US-PS 3 208 531 beschreibt auch detailliert die Vorgänge während des Einbauens, Setzens und Herausziehens der Verriegelungsspindel 35. Bezüglich der Einzelheiten des Aufbaus und des Betriebs der Verriegelungsspindel 35 wird ausdrücklieh auf die US-PS 3 208 531 verwiesen; die erfindungsgemäße Verriegelungsspindel 3 5 ist mit der dort beschriebenen Spindel im wesentlichen identisch.

Zum Einbau der Verriegelungsspindel 3 5 in eine Durchflußleitung und zum "Landen" und Verriegeln der Spindel in einem Nippel 21 wird die Verriegelungsspindel mit der Einbauvorrichtung R zusammengesetzt, wie in den Fig. 1 und 2 der US-PS 3 208 531 dargestellt, die die Verrieaeluncrsspindel

und die Einbauvorrichtung zeigen, wie die Gerste an einer Drahtführung L in ein Bohrloch eingeführt werden. Wie in Fig. 2 der vorstehenden US-PS dargestellt, befindet sich die Verriegelungsbüchse 60 in einer oberen Stellung, in der sich die Büchse bis unterhalb eines am oberen Ende der Feder 66 angeordneten Hakens66a erstreckt und oberhalb einer Krümmung 66b der Feder 66 endet. In dieser Ste.llung der Verriegelungsbüchse drückt die Feder 66 die Verriegelungsnasen oder Keile nach innen eng um die Verriegelungsspindel, so daß die Keile nicht entlang der Wandung der Durchflußleitung verschoben werden. Gehaltert von der Einbauvorrichtung wird die Verriegelungsspindel 3 5 unterhalb des Nippels 21 abgesenkt, in den sie eingeführt und verriegelt werden soll. Gemäß dem in der US-PS 3 208 531 angegebenen Verfahren werden die Einbauvorrichtung und die Verriegelungsspindel dann wieder nach oben bis oberhalb der Verriegelungsausnehmung des Nippels angehoben und danach wieder auf den Nippel zu abgesenkt. Durch diesen letzten Schritt der Absenkung der Einbauvorrichtung und der Verriegelungsspindel wird die Verriegelungsbüchse 60 nach unten in eine in Fig. 5 der vorstehenden US-PS dargestellte Zwischenstellung bewegt, in der sich der untere Endabschnitt der Verriegelungsbüchse 60 hinter der entgegengesetzten Krümmung 72 der Feder 66 entlang deren Krümmung 66b erstreckt, so daß die Feder die Keile 50 nach außen gegen die Wandung der Durchflußleitung drückt. Das Absenken von Einbauvorrichtung und Verriegelungsspindel wird fortgesetzt, wobei die Keile 50 an der Wandung der Durchflußleitung entlangschleifen. Wenn die Keile die Verriegelungsausnehmung 30 des Nippels 21 erreichen, werden sie in die Verriegelungsausnehmung ausgefahren in die in anliegender Fig. 1A und Fig. 10 der US-PS 3 208 531 dargestellte Stellung.

Nach dem Ausfahren der Keile 50 der Verriegelungsspindel 35 in die Landungs- und Verriegelungsausnehmungen 30 des Nippels 21 werden übliche Bohrseil- oder Drahtstrangverfahren,

wie sie beispielsweise in der US-PS 3 208 531 beschrieben sind, angewandt, um nach unten gerichtete Schüttel- oder Stoßkräfte auf die Einbauvorrichtung und die Verriegelungsspindel auszuüben und die Verriegelungsbüchse 60 nach unten in die in beiliegender Fig. 1A und in den Fig. 10 und 12 der US-PS 3 208 dargestellte untere Endstellung zu treiben, wobei die Keile in ihrer ausgefahrenen Verriegelungsstellung im Nippel verriegelt werden.

Erfindungsgemäß wird die Verriegelungsbüchse 60, wenn sie nach unten in die Verriegelungsstellung von Fig. 1A getrieben wird, durch Wechselwirkung zwischen dem Verriegelungsflansch 210 innerhalb der Büchse und dem Verriegelunasvorsprung auf dem Hauptrohr oder Oberteil 45 der Verriegelungsspindel in ihrer unteren Endstellung bzw. Verriegelungsstellung verriegelt. In den Fig. 2, 3 und 1A ist das schrittweise Verfahren des Einrastens der Verriegelungsbüchse 60 mit dem Hauptrohr 4 5 der Verriegelungsspindel dargestellt. Fig. 2 zeigt die Verriegelungsbüchse, während der untere Endabschnitt der Büchse sich nach unten bewegt und dem Verriegelungsvorsprung 200 annähert. Zunächst kommt die geneigte Schulter 212 am unteren Ende des Verriegelungsflansches mit der Nocke 201 des Verriegelungsvorsprunges in Eingriff und dehnt oder streckt den Verriegelungsflansch 210 der Verriegelungsbüchse derart, daß der Flansch 210, wie in Fig. dargestellt, entlang des Verriegelungsvorsprunges nach unten geführt werden kann. In dieser Stellung ist der Flansch der Verriegelungsbüchse hinreichend gedehnt, um vom Verriegelungsvorsprung freizukommen bzw. diesen zu passieren. Die Dehnung des Materials, aus dem der untere Endabschnitt der Verriegelungsbüchse einschließlich des Verriegelungsflansches hergestellt ist, liegt innerhalb bzw. ist kleiner als die elastische (Dehnungs-)Grenze des Materials. Die Abwärtsbewegung der Verriegelungsbüchse wird von der Stellung gemäß Fig. 3, in der der Verriegelungsflansch den Verriegelungsvorsprung passiert, bis zur unteren Endstellung gemäß Fig.1A

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fortgesetzt, in der der Flansch 210 unterhalb des Vorsprunges 200 angeordnet ist. Sobald der Flansch 210 den Vorsprung 200 passiert hat, schrumpft der untere Endabschnitt der Verriegelungsbüchse einschließlich des Flansches wieder auf einen Durchmesser, bei dem die Bohrung durch den Verri^gelungsflansch kleiner ist als der Außendurchmesser des Verriegelungsvorsprunges, so daß die Verriegelungsbüchse in ihrer unteren Endstellung bzw. Verriegelungsstellung innerhalb der Keile 50 gehalten wird. Da die elastische Grenze des die Verriegelungsbüchse ausbildenden Materials beim Passieren des Flansches über den Vorsprung nicht überschritten wurde, schrumpft das Material einfach wieder auf seine Größe vor dem Passieren des Vorsprunges, so daß die Flanschbohrung nunmehr kleiner ist als der Durchmesser des Vorsprunges und die Verriegelungsbüchse in der unteren Endstellung festgehalten wird. Die Länge der Ausnehmung 213 oberhalb des Flansches 210 übersteigt die Länge des VerriegelungsvorSprunges, so daß in der in Fig. 1A dargestellten Verriegelungsstellung der Verriegelungsbüchse die Büchse etwas lose ist und dadurch kein Druck bzw. keine Spannung auf den unteren Endabschnitt der Büchse ausgeübt wird. Dies ist sehr wichtig, da eine fortgesetzte, permanente mechanische Beanspruchung unter Bohrlochbedingungen, die häufig das Auftreten von stark korrosivem Schwefelwasserstoff einschließen, zu Ermüdungsschäden der Verriegelungsbüchse führen könnte. Selbstverständlich kann die Verriegelungsspindel beim Auftreten von Ermüdungsschäden an der Verriegelungsbüchse unbeabsichtigt entriegelt werden. Aufgrund der angegebenen Maßtoleranzen zwischen der oberhalb des Verriegelungsflansches 210 angeordneten Ausnehmung 213 der Verriegelungsbüchse und dem Verriegelungsvorsprung 200 steht die Verriegelungsbüchse niemals unter mechanischer Beanspruchung und es treten deshalb keine derartigen Ermüdungsschaden auf.

Wenn sich die Verriegelungsbüchse 60 in der unteren Endstellung gemäß Fig. 1A befindet, wird die Büchse erfindungsgemäß

515

■"Ιοί gegen eine unbeabsichtigte Aufwärtsbewegung gesichert und hält die Keile 50 in ausgefahrener Stellung in den Verriegelungsausnehmungen des Nippels. Die Einbauvorrichtung R wird gemäß dem in der US-PS 3 208 531 erläuterten Verfahren entfernt. Eine hohe Durchflußrate durch die Verriegelungsspindel 35 nach oben hat eine über der Spindel anliegende Druckdifferenz zur Folge, durch die die Spindel angehoben werden kann, was zu einer Wechselwirkung zwischen den jeweils nach unten geneigten Flächen innerhalb der Ausnehmungen des Nippels und auf den Keilen 50 führt, wodurch die Keile 50 nach innen gegen die Verriegelungsbüchse 60 gedruckt werden. Dadurch, daß die gezackten inneren Oberflächen derKeile 5Cmit der gezackten äußeren Oberfläche der Verriegelungsbüchse entlang deren unterem Endabschnitt in Eingriff kommen, wie in den Fig. 1A und 2 dargestellt, wird die Verriegelungsbüchse 60 gegen eine Aufwärtsbewegung in eine entriegelte Stellung bei hohen Druckdifferenzen gesichert. Erfindungsgemäß bewirken niedrige Durchflußraten, die nicht ausreichend sind, um die Keile 50 nach innen zu drücken, eine Turbulenz im Bereich der Ausnehmung 85 des Fangansatzes 80 an der Spitze der Verriegelungsspindel, wodurch die relativ lose Verriegelungsbüchse 60 angehoben werden kann. Dieser auf die Verriegelungsbüchse wirkenden Hubkraft wird durch die Verriegelung der Verriegelungsbüchse durch den Flansch 210 unterhalb des Vorsprunges 200 entgegengewirkt. Durch die bei einer niedrigen Durchflußrate hervorgerufenen Turbulenzen können deshalb die Nasen 50 auf der Verriegelungsspindel nicht unbeabsichtigt gelöst werden.

Beim Entfernen der Verriegelungsspindel 35 werden eine Bergevorrichtung und die in der US-PS 3 208 531 erläuterten Verfahrensschritte angewandt. Die Verriegelungsspindel wird gelöst, indem die Büchse 60 wieder nach oben in eine obere Endstellung angehoben wird, in der die Keile 50 aus den Ausnehmungen des Nippels 21 heraus frei nach innen beweglich sind. Beim Herausziehen der Büchse 60 nach oben muß sich der

Flansch 210 der Büchse wieder über den vorsprung 200 auf der Hauptspindel 36 hinweg nach oben bewegen. Falls sich, wie in Fig. 4 dargestellt, Sand im Bohrloch um das Rohr 45 der Hauptspindel entlang des Vorsprunges 200 und innerhalb der Verriegelungsbüchse 60 entlang deren unterem EndabschnjLtt ansammelt bzw. verfestigt, wird der Sand beim Anheben der Büchse auf der Hauptspindel einfach durch eine scherenartige Wirkung zwischen dem Flansch 210 und dem Vorsprung 200 verschoben und die Sandkörner beiseite geschoben. Wie aus Fig. 4 ersichtlich,

'° wird der Sand innerhalb der Ausnehmung 213 mit der Verriegelungsbüchse angehoben, wenn die Büchse nach oben über den Vorsprung 200 hinweggeführt wird. Die Scherwirkung zwischen dem Flansch und dem Vorsprung bürstet den Sand entlang des Vorsprunges, so daß er das Entriegeln der Verriegelungsbüchse

60 nicht störend beeinflußt.

Bei der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verriegelungsspindel wird insbesondere ein unbeabsichtigtes Verriegeln und Entriegeln der Spindel bei geringer Fluidströmung

verhindert.

■Jit'

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE SIEBERTSTRASSE 4- ■ 8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O89) 474Ο75 CABLE: BENZOLPATENT MDNCHEN.- TELEX B-29 45 3 VO P AT D u.Z.: R 467 27. Januar 1982 Case: 1068-2291 FG OTIS ENGINEERING CORPORATION, Dallas, Texas, V.St.A. "Verriegelungsdorn für ein Durchflußrohr eines Bohrloches" Patentansprüche

1. Verriegelungsdorn (35) zum lösbaren Verriegeln von Geräten (43) in einer Bohrloch-Durchflußleitung, mit a) einem rohrförmigen Hauptdorn (36) b) einer Keilhaltebüchse (46) auf dem Hauptdorn (36),

c) von der Haltebüchse (46) getragenen, aua- und einfahrbaren Keilen (50),

d) einer innerhalb der Haltebüchse (46) auf dem Hauptdörn (36) zwischen einer ersten Verriegelungsstellung und Freigabestellungen beweglichen Verriegelungsbüchse (60), wobei in der Verriegelungsstellung die Keile (50) verriegelnd ausgefahren sind und in den Freigabestellungen die Verriegelungsbüchse (60) von den Keilen

(50) gelöst und die Keile (50) frei nach innen in

Freigabestellungen beweglich sind, gekennzeichnet durch

e) einen Verriegelungsvorsprung (200) auf dem Hauptdorn (36), und

f) eine Verrxegelungsausnehmung (213) entlang der Verriegelungsbüchse (60) ,

L J

Γ - 2 - ^Π

wobei der Vorsprung (200) und die Ausnehmung (213) entlang des Hauptdorns (36) und der Verriegelungsbüchse (60) miteinander ausrichtbar und in Eingriff bringbar sind.

2. Verriegelungsdorn nach Anspruch 1, dadurch abgewandelt, daß der Verriegelungsvorsprung (200) auf der Verriegelungsbüchse (60) und die Verriegelungsausnehmung (213) entlang des Hauptdornes (36) angeordnet sind.

3. Verriegelungsdorn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (213) langer ist als der Vorsprung (200).

4. Verriegelungsdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dalß der Hauptdorn (36)

und die Verriegelungsbüchse (60) derartige Abmessungen aufweisen, daß die Beanspruchung des die Verriegelungsbüchse (60) und den Hauptdorn (36) ausbildenden Materials während der Bewegung der Verriegelungsbüchse (60) zwischen _der Verriegelungsstellung und den Freigabestellungen unterhalb dessen elastischer Grenze liegt.

5. Verriegelungsdorn (35) zum lösbaren Verriegeln von Geräten (43) in einer Bohrloch-Durchflußleitung, mit ' a) einem rohrförmigen Hauptdorn (36),

b) einer Keilhaltebüchse (46) auf dem Hauptdorn (36), ·

c) von der Haltebüchse (46) getragenen, aus- und einfahrbaren Keilen (50),

d) einer innerhalb der Haltebüchse (46) auf dem Hauptdorn (36) zwischen einer ersten Verriegelungsstellung und Frei-

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gabestellungen beweglichen Verriegelungsbüchse (60) ,

wobei in der Verriegelungsstellung die Keile (50) verriegelnd ausgefahren sind und in den Freigabestellungen die Verriegelungsbüchse (60) von den Keilen (50) gelöst und die Keile (50) frei nach innen in Freigabestellungen beweglich sind,
gekennzeichnet durch
e) einen äußeren, ringförmigen Verriegelungsvorsprung

(200) auf dem Hauptdorn (36),
f) einen inneren, ringförmigen Verriegelungsflansch (210)

in der Verriegelungsbüchse (60), und g) eine in der Verriegelungsbüchse (60) innerhalb des Verriegelungsflansches (210) angeordnete innere, ringförmige Verriegelungsausnehmung (213), wobei der Vorsprung (200), der Flansch (210) und die Ausnehmung (213) entlang des Hauptdorns (36) und der Verriegelungsbüchse (60) relativ zueinander derart angeordnet sind, daß die Verriegelungsbüchse (60) in der ersten Stellung lösbar verriegelt ist und aus dieser verriegelten Stellung freigegeben wird, wenn sie in eine der Freigabestellungen bewegt wird.

6. Verriegelungsdorn nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (213) länger ist als der Vorsprung (200).

7. Verriegelungsdorn nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der gesamte Innendurchmesser des Flansches (210) kleiner ist als der Außendurchmesser des Vorsprunges (200),

b) die relativen Abmessungen des Innendurchmessers des Flansches (210) und des Außendurchmessers des Vorsprunges (200) eine lösbare Verriegelung zwischen der Verriegelungsbüchse (60) und dem Hauptdorn (36) in der Verriegelungsstellung der Verriegelungsbüchse (60) ermöglichen , und

L ' J

1 c) die bei der Bewegung der Verriegelungsbüchse (60) zwischen der Verriegelungsstellung und den Freigabestellungen auftretende Beanspruchung des den Hauptdorn (36) und die Verriegelungsbüchse (60) ausbildenden Materials

⁵ kleiner ist als dessen elastische Grenze. '

8. Verriegelungsdorn nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Vorsprung (200) von einer äußeren, ringförmigen, 10 zylindrischen Oberfläche entlang des Hauptdornes (36) und geneigten Schultern (201, 202) an gegenüberliegenden Enden der zylindrischen Oberfläche ausgebildet wird, und

b) die Ausnehmung (213) und der Flansch (210) in der Verriegelungsbüchse (60) durch zylindrische Oberflächen

I⁵ zwischen gegenüberliegenden, geneigten Schultern (211, 212, 214) ausgebildet werden.