DE3206737A1

DE3206737A1 - Schutzvorrichtung fuer steigleitungen in foerderbohrungen

Info

Publication number: DE3206737A1
Application number: DE19823206737
Authority: DE
Inventors: George J. 77079 Houston Tex. Greene
Original assignee: Weatherford Stonebor Inc
Current assignee: Weatherford Stonebor Inc
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1982-02-25
Publication date: 1983-02-17
Also published as: AU541707B2; US4381821A; AU8038482A; CA1174590A; GB2093891B; AT378820B; FR2509364A1; GB2093891A; ATA61082A; DE3206737C2; FR2509364B1

Description

PATENTANWALT -"***. . I 2 .' . ."*. .·

P'- ^eiaSosSSonin Hannover,""den**23"". 0"2.1 982

8000 HANNOVER 1

Betr.: W 312/A/Ha - Anmelder: Weatherford/Stonebor

6606 North Gessner
Houston
USA-Texas, 77040

' SCHUTZVORRICHTUNG FÜR STEIGLEITUNGEN IN FÖRDERBOHRUNGEN

Viele produzierende Öl- und Gasbohrlöcher umfassen zwei
oder mehrere produzierende Formationen. Sie haben jeweils getrennte Steigrohrleitungen , Sehr oft erreicht der in das Bohrloch eintretende Öl- oder Gasstrom hohe Geschwindigkeiten. Besonders Hochdruckgas, welches auf die Produktionsleitungen aufprallt, ist äußerst abrasiv. Ein solcher Gasstrom ist in der Lage, eine Rohrleitung in relativ kurzen Zeiträumen zu zerfressen. Dadurch kann eine unerwünschte direkte Verbindung zwischen den produzierenden Formationen auftreten und die Produktion einer der Formationen verhindern, sowie diese schädigen.

Es gab zahlreiche Versuche, um dieses Problem zu lösen.
Die US-Patentschrift No. 3034912 schlägt eine Vielzahl
lose sitzender Ringe aus Stahl oder Plastik mit Vorsprüngen vor, welche die Steigrohrleitungen im Gebiet der Formationsdurchbohrungen umgeben, um sie vor der abnutzenden Wirkung der aufprallenden Förderströme zu schützen. Solche Ringe aus Polyethlene oder Stahl rotieren entsprechend den aufprallenden Förderströmen und verringern die Abnutzung der Rohrleitung. Die Wirkung der Ringe ist jedoch nicht ausreichend, weil der Förderstrom zwischen die lose sitzenden Ringe und die Leitung treten kann.

Die US-Patentschrift No. 3365000 zeigt den Gebrauch einer Reihe von Schutzschildern, mit einer in jeden Schild eingesetzten Feder, um dea Ring auswärts in das Bohrloch hineinzubewegen. Wenn ein Schutzschild durch die Strömung ab-

genutzt ist, kann das nächsthöhere Schild in die Schutzposition fallen. Solch eine Apparatur verzögert nur die Erosion der Produktionsleitung, behebt sie aber nicht vollständig.

Die US-Patentschriften 4141386 und 4028296 empfehlen dieses Problem durch Umgeben der Steigleitung in dem oberen Teil der Formationsöffnungen mit einer ausgedehnten Reihe von kurzen» zylindrischen Ringen aus einzementiertem Wolframkarbid zu lösen. Nach der US-Patentschrift No. 4211440 können solche zementierten Wolframkarbidringe elastisch vorgespannt werden, um eine Bewegungsfreiheit der Ringe relativ zu den Rohren zu erlauben und das Handhaben und die Bewegung der angeordneten Teile ohne Beschädigung der Ringe zu ermöglichen. Diese Konstruktionen nutzen sich ebenfalls ab, da das Zementgefüge nicht die Abnutzungswiderstandskraft wie die Wolframkarbidpartikel hat. Die Ringe können zerbrechen wenn sie abgenutzt sind und in das Bohrloch fallen, wodurch die Bewegung der Steigleitung erschwert wird. Auch können die Hochgeschwindigkeitströme wegen der flachen Abstützung zwischen den Ringen die Steigleitung durch solche Auflager hindurch zerschneiden.

Nach der US-Patentschrift 3488040 und 3914100 sind miteinander verbundene Bekleidungskacheln zur Hitzeisolation vorgeschlagen worden. Solche Bauarten sind für Strömungseintrittsbereiche nicht geeignet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte, der Abnutzung widerstehenden Rohrkonstruktion, beispielsweise ein Verbindungsrohr mit verbesserten abnutzungsbeständigen Elementen,die eine Steigleitung schützen, ohne irgendwelche Fugen zu haben, die möglicherweise in einer Linie mit den aus Erdformationen austretenden Förderströmen angeordnet sein könnten. Die Elemente sind Halbzylinder zur Bildung

von Schutzringen aus einem abnutzungsbeständigen Material mit ineinandergreifenden Vorsprüngen und Nuten zum Überdecken von Fugen sowie mit ringförmigen Nut- und Federverbindungen an den Enden, welche, wenn sie richtig eingesetzt sind, die abnutzungsbeständigen Elemente in der gewünschten Position an dem Rohr halten und verhindern, daß große Stücke der Elemente abbröckeln und in das Bohrloch hineinfallen. Ineinanderfassende Stützelemente sind an jedem Ende der Schutzring anordnung vorgesehen, um diese in der gewünschten Position zu halten, um ihre radiale Auswärtsbewegung zu verhindern und um die Schutzringe vor Beschädigung durch die Zentrierung der Verrohrung zu schützen, wenn diese durch das Bohrloch bewegt wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Rohrkonstruktion, die abnutzungsbeständig ist gegen die Hochgeschwindigkeitsströmung, welche direkt auf ihre äußere Oberfläche prallt.

Eine andere Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Schutzvorrichtung zu schaffen, bei welcher die gegen Abnutzung widerstandsfähigen Schutzringe keine Bahnen an ihren Enden aufweisen, die möglicherweise in eine Linie mit den Produktionsströmen zu liegen kommen.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, verbesserte, gegen Abnutzung widerstandsfähige Rohrhalbstücke zu schaffen,'von welchen zwei einen Schutzring für ein Rohrelement bilden und sowohl axiale Nut- und Federverbindungen als auch ringförmige Nut- und Federverbindungen aufweisen. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung ,eine verbesserte Schutzvorrichtung' mit Schutzringen so an einem Rohrstück zu halten, daß die Schutzringe selbst dann nicht in das Bohrloch hineinfallen können, wenn Teile davon zerstört werden sollten.

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Diese und andere Aufgaben und Vorteile werden anhand ■ der beigefügten Zeichnungen beschrieben und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Figur 1: einen teilweisen Längsschnitt einer Steigleitung in einem Bohrloch mit einer verbesserten Schutzvorrichtung für eine Steigleitung;

Figur 2: einen Längsschnitt der Schutzvorrichtung gem. Fig. im größerem Maßstab;

Figur 3: eine Stirnansicht zweier ringförmiger Teile der Schutzvorrichtung;

Figur 4: einen Längsschnitt entlang der Linie 4/4 in Fig. 3;

Figur 5: die Stirnansicht zweier zusammengefügter Stutzhälften mit teilweisen Ausschnitten, um das Zusammensetzen der Hälften zu verdeutlichen;

Figur 6: die Seitenansicht einer Stützhälfte gem. Fig. 5 entlang der Linie 6/6.

Die verbesserte Schutzvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird in den Figuren 1 und 2 als Druckverbindungsrohr 10 gezeigt. Dieses-bildet einen Teil des Steigleitungsstranges S der sich im Bereich der Durchbohrungen P der Formation F erstreckt. Das Druckverbindungsrohr 10 ist durch die Kupplungen C mit der Leitung S verbunden.

Das Druckverbindungsrohr 10 umfaßt ein Rohr 12, mehrere Schutzringe 14 und Mittel an den oberen und unteren Enden der Ringe 14, um sie an dem Rohr 12 zu halten. Dadurch wird auch verhindert, daß sich diese Teile radial auswärts bewegen. Es wird ferner sichergestellt, daß das Druckverbindungsrohr 10 beim Bewegen durch das Bohrloch B-genügend zentriert wird, um Stöße auf die Ringe 14 zu vermeiden. ·

Die Schutzringe 14 werden aus zwei Halbschalen 16 gebildet, die im größeren Detail in den Figuren 3 und 4 dargestellt werden.. Die Halbschalen 16 sind identisch und schließen einen halbrohrförmigen Körper 18 mit axial gerichteten Kanten 20 und 22 und ringförmigen Enden 24 und 26 ein. Das ringförmige Ende 24 ist das obere Ende der beiden Enden und hat einen ringförmigen Vorsprung 28, das ringförmige Ende 26, welches das untere der beiden Enden ist, hat eine ringförmige Nut Wenn die Schutzringe 14 wie gezeigt angeordnet sind, werden :

die Vorsprünge 28 mit den Nuten 30 der nächsthöheren Ringe 14 so verbunden, daß Nut- und Federverbindungen der Schutzringe 14 entstehen. Jede Halbschale 16 hat einen radial aus- | wärts gewölbten Vorsprung oder Zunge 32 entlang ihrer Kante ; 20 und eine radial gewölbte Nut 34 die sich unmittelbar einwärts zwischen der Zunge 32 und dem vollen Körper 18 er- ; streckt., ^n ihrer gegenüberliegenden Kante 22 einen radial ; einwärts gewölbten Vorsprung, eine Zunge 36 und eine radial gewölbte Nut 38, die sich unmittelbar an die Zunge 36 zum vollen Körper 18 hin anschließt. Gemäß Figur 3»im montierten Zustand,greift die Zunge 32 der einen Haibschaie 16 in die Nut 38 der anderen Halbschale, die Zunge 36 der einen Halbschale in die Nut 34 der anderen Halbschale. Der radiale ; Abstand der Zungen 32 und 36, die in die Nuten 38 und 34 greifen, ist vorzugsweise so groß gewölbt, daß ein Eingriff entsteht, der größer ist als der diametrale Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche der Halbschalen 16 und der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Teiles auf welchem sie befestigt sind.Zum Beispiel: die Halbschalen 16,die vorgesehen sind, um an einem rohrförmigen Teil herum befestigt zu werden, haben einen äußeren Durchmesser von 88,90 mm und '· würden einen inneren Durchmesser von 89,69 mm bis zu 91,97 mm ^! brauchen um einen größtmöglichen Zwischenraum von 3,07 mm, einen kleinstmöglichen Zwischenraum von 0,79 mm und einen radialen Eingriff zwischen den Zungen 32 und 36 von 3,18 mm zu bilden. Mit diesen Abmessungen greifen die Halbschalen durch Hineingleiten ineinander, während sie sich in der Position

um das rohrförmige Teil herum befinden.

Vorzugsweise überragt der äußere Durchmesser der Schutzringe 14 nicht den äußeren Durchmesser der Kupplung C, so daß kein Teil der Ringe 14 über die Kupplungen C radial hervorsteht. Dadurch werden bei einem Hineinschieben in das Bohrloch B Schläge auf die Schutzringe 14 verhindert.

Die Mittel zum Stützen, zum Halten und zum Schützen der Ringe 14 bestehen aus einer unteren Befestigungsstütze 40 und einer oberen Klemmstütze 42. Die obere Stütze 42 und die untere Stütze 40 v/erden vorzugsweise die gleiche Bauweise haben und bestehen aus zwei identischen Stützhälften 44 (Figuren 4 und 6). Jede Stützhälfte 44 besteht aus einem halbrohrförmigen Körper 46 mit einem Ende 48, welches sich konisch verjüngt von dem Durchmesser des Körpers 46 zu einem Durchmesser,der etwas größer ist als der innere Durchmesser des Körpers 46 (Fig. 6) Jeder Körper 46 ist an einer Seite mit Gewindebohrungen 50 versehen, die sich tangential und quer zur Rohrlängsachse erstrecken. Den Gewindebohrungen diametral gegenüber sind Durchgangsbohrungen 52 zum Durchstecken von Schraubbolzen 60 vorgesehen. Die Körper 46 enthalten Senkbohrungen 54, die bis zu den Durchgangsbohrungen 52 reichen,um Schultern 56 zu bilden, an welchen die Schraubenköpfe 58 der Bolzen 60 anliegen. Durch Anzeihen der Bolzen 60 wird eine Klemmwirkung erzielt. Das ringförmige Ende des Körpers 46 hat ringförmige Vorsprünge 64, mit einer dazwischen liegenden Ringnut 6'6. Mit dieser Form der Enden 62, der Klemmstützen 40 und 42 werden ■mit jedem Ende der Schutzringe 14 Nut- und Federverbindungen hergestellt. Öffnungen 62 sind im Ende 48 vorgesehen, so daß ein Rundstab (nicht gezeigt) hineingesteckt werden kann, um alle Schutzringe 14 zwischen den Klemmstützen 40 und 42 durch die gewünschte Nut- und Federverbindung gegeneinander und mit den Klemmstützen 40 und 42 besser abdichten zu können. Zusätzlich sind die oberen Ecken der Halbschalen 16 bei 64 so hinterdreht, daß ein Ausbröckeln der Halbschalen 16 bei der Hand~ habung und Montage so klein wie möglich gehalten wird.

Beim Montieren der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kann eine geringe Menge eines passenden Bindungsmittels aufgetragen werden, wie z. B. Silikon-Klebstoff, und zwar auf den Stoßfugen, um das Halten der Teile in ihrer gewünschten Position zu unterstützen.

In der bevorzugten Bauweise sind die Stützhälften 44 aus Metall gefertigt und genügend oberhalb und unterhalb der Erdformationsöffnungen angeordnet, so daß sie nicht der zerstörenden Wirkung der Strömung unterworfen sind. Falls die Formation F saures Gas produziert, wird für die Stützhälften 44 und die Bolzen 60 ein Material ausgewählt, das korrosionsbeständig gegen die sauren Gaskomponenten ist.

In der bevorzugten Ausführung wird das Material der Halbschalen 16 aus einem Keramikmaterial hergestellt, so wie das nominale 90 % Al_p0 (Aluminiumoxyd), das von der Coors Procelain Company in Golden, Colorado unter der EJezoichnung "AD 90" geliefert wird. Andere gegen Abnutzung widerstandsfähige Materialien, wie Wolframkarbid, Siliciumkarbid und Borkarbid werden als geeignete Materialien für die Halbschalen 16 in Betracht gezogen.

Claims

PATENTANWALT · - · · " .* . ."", „ * • 3000 HANNOVER 1 Betr.: W 312/A/Ha - Anmelder: Weatherford/Stonebor 6606 North Gessner Houston USA-Texas, 77040 PATENTANSPRÜCHE .

1. Schutzvorrichtung für eine Steigleitung, gekennzeichnet durch eine Kombination folgender Merkmale:

a) mehrere Ringe umfassen den Außenumfang eines Rohrabschnitts, welcher der mit hoher Geschwindigkeit aus einer Erdformation austretenden und sich in den Ringraum des Futterrohres ergießenden Strömung, durch welche sich der Rohrabschnitt erstreckt, ausgesetzt ist; '

b) die Ringe sind mit ringförmigen, ineinanderfassenden Nut- und Federverbindungen ausgerüstet;

c) um den Rohrabschnitt herum sind Mittel befestigt, welche in das untere Ende des unteren Ringes fassen, um diesen Ring von einer radialen Auswärtsbewegung zurückzuhalten, die Ringe zu stützen und die unteren Ringe vor Zerstörung zu schützen, wenn der Rohrabschnitt in dem Bohrloch verschoben wird;

d) um den Rohrabschnitt herum sind Mittel befestigt, welche in das obere Ende des oberen Ringes fassen, um diesen von einer radialen Auswärtsbewegung zurückzuhalten, die Ringe an dem Rohrabschnitt miteinander und mit dem unteren Haltemittel in Eingriff zu halten und die oberen Ringe vor Zerstörung zu schützen, wenn der Rohrabschnitt in dem Bohrloch verschoben wird.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Rohrabschnitts eine Kupplung (c) aufgeschraubt ist, daß die Schutzringe (14) und die oberen und unteren Haltemittel (40, 42) einen äußeren Durchmesser haben, der nicht größer ist als der Durchmesser der Kupplung (C)

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringe (14) einen inneren Durchmesser haben, der eng an den Außenumfang, des Rohrabschnitts (10) angepaßt ist.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeicnet, daß die Schutzringe (14) einen inneren Durchmesser haben, der um 0,076 mm bis 0,307 mm größer ist als der äußere Durciimesser des Rohrabschnitts (10),. und eine Überlappung in ihren axialen Nut- und Federveroindung von mindestens 0,3175 mm.

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringe aus einem keramischen Material bestehen;

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringe (14) aus keramischen Baustoffen bestehen, wie Wolframkarbid, Siliziumkarbid und Borkarbid.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringe (14) miteinander verklebt sind.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schutzringe jeweils aus einem Paar Halbschalen (16) bestehen, die eine Nut- und Federverbindung entlang ihrer äußeren, sich axial erstreckenden Kanten haben.

9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Halbschalen (16) identisch miteinander sind.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen miteinander verklebt sind.

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11. Schutzvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Halbschalen besteht, welche aus nutzungsbeständigem Material bestehen und sich axial erstreckende Kanten und ringförmige Enden aufweisen,

daß eines der Enden mit einer Nut und das andere Ende mit einem Vorsprung versehen sind, welche aneinander angepaßt sind, um in die Endnut des jeweils anderen der Halbschalen eingreifen zu können, daß eine der Kanten einen sich auswärts erstreckenden Vorsprung mit einer auswärts gerichteten Nut aufweist, welche von der Kante durch den Vorsprung getrennt ist,

daß die andere der Kanten mit einem einwärts gerichteten Vorsprung, mit einer einwärts gerichteten Nut versehen ist, welche Nut von der anderen Kante durch den sich einwärts erstreckenden Vorsprung getrennt ist und daß zwei der Halbschalen mit Nut und Feder entlang ihren Kanten ineinander greifen, um dadurch einen Ring mit einem ringförmigen Vorsprung an einem Ende und einer ringförmigen Nut am anderen Ende zu bilden.

12. Schutzvorrichtung" nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen aus Keramikmaterial bestehen.

13. Schutzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Halbschalen aus Wolframkarbid, Siliziumkarbid oder Borkarbid besteht.

14. Schutzvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmaterial ein hochfestes, 90%-iges AIpO-Material eingesetzt ist.

15. Schutzvorrichtung nach einem öderen mehreren der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen mit Nut- und Federverbindungen entlang ihrer äußeren axial

\J \J I \J I

verlaufenden Kanten ausgeführt sind.

16. Schutzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle Halbschalen einander identisch sind.

17. Schutzvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifenden Kanten der Halbschalen und die ineinanderfassenden Enden der Ringe miteinander verklebt sind.