DE3206737C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine auf die Steigleitung eines Bohr­ lochs aufsetzbare Verschleißschutzvorrichtung nach dem Gat­ tungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Öl- und Gasbohrungen führen häufig durch zwei oder mehrere Erdformationen. Sie haben jeweils getrennte Steigrohrleitun­ gen. Sehr oft erreicht der in ein Bohrloch eintretende Öl- oder Gasstrom hohe Geschwindigkeiten. Besonders Hochdruckgas, welches auf die Förderleitungen prallt, wirkt dabei sehr verschleißend. Ein solcher Gasstrom ist in der Lage, eine Rohrleitung in relativ kurzen Zeiträumen zu zerstören. Da­ durch kann eine unerwünschte direkte Verbindung zwischen den das Fördergut 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 Nr. 30 34 912 schlägt eine Vielzahl lose sitzender Ringe aus Stahl oder Plastik mit Vorsprüngen vor, welche die Steigrohrleitungen im Gebiet der Formationsdurch­ bohrungen umgeben, um sie vor der abnutzenden Wirkung der aufprallenden Förderströme zu schützen. Solche Ringe aus Polyethylen oder Stahl rotieren entsprechend den aufpral­ lenden Förderströmen und verringern die Abnutzung der Rohr­ leitung. Die Wirkung der Ringe ist jedoch nicht ausreichend, weil der Förderstrom zwischen die lose sitzenden Ringe und die Leitung treten kann.

Die US-Patentschrift Nr. 33 65 000 zeigt den Gebrauch einer Reihe von Schutzschilden, mit einer in jeden Schild ein­ gesetzten Feder, um den Ring auswärts in das Bohrloch hin­ einzubewegen. Sobald ein Schutzschild durch die Strömung ab­ genutzt ist, kann der nächsthöhere Schild in die Schutz­ position fallen. Solch eine Apparatur verzögert nur die Erosion der Produktionsleitung, behebt sie aber nicht voll­ ständig.

Die US-Patentschriften 41 41 386 und 40 28 296 empfehlen, die­ ses Problem durch Umgeben der Steigleitung in dem oberen Teil der Formationsöffnungen mit einer ausgedehnten Reihe von kurzen, zylindrischen Ringen aus einzementiertem Wolframkar­ bid zu lösen. Nach der US-Patentschrift Nr. 42 11 440 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 an­ geordneten Teile ohne Beschädigung der Ringe zu ermöglichen. Diese Konstruktionen nutzen sich ebenfalls ab, da das Ze­ mentgefüge 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 zwi­ schen den Ringen die Steigleitung durch solche Auflager hin­ durch zerschneiden.

Die US-PS 33 82 930 zeigt eine aus geschlossenen Ringen be­ stehende Schutzvorrichtung mit konisch verlaufenden, inein­ andergreifenden Trennflächen. Es hat sich gezeigt, daß der­ artige Abschrägungen nicht geeignet sind, um mit hoher Ge­ schwindigkeit aus Erdformationen austretenden und auf die Schutzvorrichtung aufprallenden strömenden Medien zu wider­ stehen. Dadurch wurde die Suche nach zusätzlichen Schutzmög­ lichkeiten erforderlich. Bei der Vorrichtung nach der US-Pa­ tentschrift 33 82 930 wird dabei von zusätzlichen Gummi­ schutzringen Gebrauch gemacht, die mit radial einwärtsgrei­ fenden Ansätzen zwischen die Stoßflächen der Schutzringe greifen. Die Schutzringe sind wegen der schwierig beherrsch­ baren Dichtprobleme einteilig ausgeführt. Sie müssen deshalb zur Befestigung über das Ende eines Rohres geschoben werden, bevor an den Rohrenden die Kupplungsvorrichtungen angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung nach dem Gattungsbegriff des neuen Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß ohne zusätzliche Dicht- und Schutzelemente eine genügen­ de Abdichtung gegen das Eindringen bzw. Durchtreten von mit hoher Geschwindigkeit auftreffender Materie erreicht wird, so daß auch eine zusätzliche Unterteilung der Ringe in Halb­ schalen zur Vereinfachung der Montage ermöglicht wird. Die Erfindung als Lösung dieser Aufgabe wird durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben.

Durch die Erfindung werden die Dichtungsprobleme vollständig beseitigt und zwar so weitgehend, daß selbst die Verwendung zusammengesetzter Ringhälften und ihre Verbindung zu einem vollständigen Schutzring, wodurch die Montage erheblich ver­ einfacht wird, keine Schwierigkeiten mehr bietet. Hierzu tra­ gen die sich axial erstreckenden Nut- und Federverbindungen und die sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Nut- und Federausbildungen bei. Die erzielten Dichtwirkungen sind so vorteilhaft, daß zusätzliche Schutz- und Dichtele­ mente (Gummi-Protektoren) zur Abdichtung und zum Schutz der Stoßflächen überflüssig sind. Es darf erwähnt werden, daß zusätzliche Schutzelemente beim Einführen eines Rohres in die Bohrung erheblichen Reibungskräften unterliegen und da­ durch jederzeit zerstört werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt einer Steigleitung in einem Bohrloch mit einer verbesserten Schutzvorrich­ tung für eine Steigleitung,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Schutzvorrichtung gem. Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Stirnansicht zweier ringförmiger Teile der Schutzvorrichtung,

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie 4/4 in Fig. 3,

Fig. 5 die Stirnansicht zweier zusammengefügter Stützhälf­ ten mit teilweisen Ausschnitten, um das Zusammen­ setzen der Hälften zu verdeutlichen,

Fig. 6 die Seitenansicht einer Stützhälfte gem. Fig. 5 ent­ lang der Linie 6/6.

Die Schutzvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird in den Fig. 1 und 2 als Druckverbindungsrohr 10 gezeigt. Es bil­ det einen Teil des Steigleitungsstranges S, der sich im Bereich der Durchbohrungen P der Formation F erstreckt. Das Druckver­ bindungsrohr 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 bewe­ gen. Es wird ferner sichergetellt, daß das Druckverbindungs­ rohr 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 Fig. 3 und 4 dargestellt werden. Die Halbschalen 16 sind identisch und schließen einen halbrohrförmigen Körper 18 mit axial gerichteten Kan­ ten 20 und 22 und ringförmigen Enden 24 und 26 ein. Das ring­ förmige 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 ringför­ mige Nut 30. Wenn die Schutzringe 14 wie gezeigt angeordnet sind, werden die Vorsprünge 28 mit den Nuten 30 der nächst­ höheren Ringe 14 so verbunden, daß Nut- und Federverbindun­ gen der Schutzringe 14 entstehen. Jede Halbschale 16 hat einen radial auswärts gewölbten Vorsprung oder Zunge 32 ent­ lang ihrer Kante 20 und eine radial gewölbte Nut 34, die sich unmittelbar einwärts zwischen die Zunge 32 und dem vollen Körper 18 erstreckt. An ihrer gegenüberliegenden Kante 22 zeigt sie einen radial einwärts gewölbten Vorsprung bzw. eine Zunge 36 und eine radial gewölbte Nut 38, die sich un­ mittelbar an die Zunge 36 zum vollen Körper 18 hin an­ schließt.

Im montierten Zustand, (gemäß Fig. 3), greift die Zunge 32 der einen Halbschale 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 weitgehend 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 rohrförmi­ gen Teil befestigt zu werden, haben einen äußeren Durch­ messer von 88,90 mm und würden einen inneren Durchmesser von 89,69 mm bis zu 91,97 mm benötigen, um einen größtmög­ lichen Zwischenraum von 3,07 mm, einen kleinstmöglichen Zwischenraum von 0,79 mm und einen radialen Eingriff zwi­ schen den Zungen 32 und 36 von 3,18 mm zu bilden. Mit die­ sen Abmessungen greifen die Halbschalen 16 durch Hinein­ gleiten ineinander, wähend sie sich auf dem rohrförmigen Teil befinden.

Vorzugsweise überragt der äußere Durchmesser der Schutz­ ringe 14 nicht den äußeren Durchmesser der Kupplung C, so daß kein Teil der Ringe 14 über die Kupplungen C radial her­ vorsteht. 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 werden vorzugsweise die gleiche Bauweise haben und bestehen aus zwei identischen Stützhälften 44 (Fig. 5 und 6). Jede Stützhälfte 44 besteht aus einem halbrohrförmigen Körper 46 mit einem Ende 48, welches sich konisch von dem Durchmes­ ser des Körpers 46 zu einem Durchmesser, der etwas größer ist als der innere Durchmesser des Körpers 46 (Fig. 6) verjüngt. 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 Köpfe 58 der Schraubbolzen 60 an­ liegen. Durch Anziehen der Schraubbolzen 60 wird eine Klemm­ wirkung erzielt. Das ringförmige Ende des Körpers 46 hat ringförmige Vorsprünge 64, mit einer dazwischen liegenden Ringnut 66. Mit dieser Form der Enden 62 der Klemmstützen 40 und 42 werden an jedem Ende der Schutzringe 14 Nut- und Federverbindungen hergestellt. Es sind Öffnungen 63 am Ende 48 vorgesehen, um einen Rundstab (nicht gezeigt) aufzuneh­ men, so daß alle Schutzringe 14 zwischen den Klemmstützen 40 und 42 durch die gewünschte Nut- und Federverbindung ge­ geneinandergezogen und mit den Klemmstützen 40 und 42 bes­ ser abgedichtet werden können. Zusätzlich sind die oberen Ecken der Halbschalen 44 bei 64 so hinterdreht, daß ein Aus­ bröckeln der Halbschalen 44 bei der Handhabung und Montage vermieden wird.

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

In der bevorzugten Bauweise sind die Stützhälften 44 aus Me­ tall gefertigt und werden oberhalb und unterhalb der Erdfor­ mationsöffnungen 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 Halb­ schalen 16 aus einem Keramikmaterial hergestellt, beispiels­ weise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Andere gegen Verschleiß widerstandsfähige Materialien, wie Wolframkarbid, Silicium­ karbid und Borkarbid kommen ebenfalls als geeignete Mate­ rialien für die Halbschalen 16 in Betracht.

Claims (13)

1. Auf die Steigleitung eines Bohrlochs aufsetzbare Ver­ schleißschutzvorrichtung aus mehreren gegeneinandergepreßten Schutzringen, welche vom oberen und unteren Ende her durch ebenfalls um die Steigleitung herum angebrachte Halterungen in ihrer Lage gehalten und gegen eine Längsverschiebung ge­ sichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schutzring (14) aus zwei Halbschalen (16) gebildet ist, deren sich axial erstreckende Trennflächen (20, 22) mittels Nut und Feder formschlüssig ineinandergreifen und deren Stirnflächen (24, 26) an einem Ringende mit einer umlaufenden Nut (30) und am dieser gegenüberliegenden Ringende mit einer mit der Nut übereinstimmend verlaufenden Feder (28) versehen sind.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser der Schutzringe (14) und der oberen und unteren Halteringe (40, 42) den Durchmesser der Rohrkupp­ lungen (C) der Steigleitung (10) nicht übersteigen.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schutzringe (14) einen Innendurchmesser haben, der eng dem Außenumfang des zu schützenden Rohrabschnitts (10) angepaßt ist.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schutzringe (14) einen Innendurchmesser haben, der um 0,076 mm bis 0,307 mm größer ist als der Außendurch­ messer des zu schützenden Rohrabschnitts (10), und eine Über­ lappung in ihren axialen Nut- und Federverbindungen von min­ destens 0,3175 mm aufweisen.

5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutzringe (14) aus einem keramischen Material bestehen.

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schutzringe (14) aus einem der keramischen Bau­ stoffe Wolframkarbid, Siliziumkarbid oder Borkarbid bestehen.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Keramikmaterial ein hochfestes, 90%-iges Al₂O₃- Material eingesetzt ist.

8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schutzringe (14) miteinander verklebt sind.

9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß alle Halbschalen (16) identisch ausgebildet sind.

10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbschalen (16) miteinander verklebt sind.

11. Schutzvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergreifen­ den Trennflächen (20, 22) der Halbschalen (16) und die inein­ anderfassenden Enden (24, 26) der Schutzringe (14) miteinan­ der verklebt sind.

12. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halteringe (40, 42) aus Halb­ schalen (46) bestehen, die mit Hilfe von tangential gerich­ teten Schraubbolzen (60) zu Klemmringen zusammenziehbar sind.

13. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die axial gerichteten Trennflächen (20, 22) der Schutzringe (14) zur Vergrößerung des Nut- und Federeingriffs eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellen­ form aufweisen.