DE3218729C2 - Isolier-Rohrleitung für unterirdische Bohrungen - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein eine isolierte Leitung, welche ihren speziellen Nutzen bei unterirdischen Quellen hat, und noch genauer auf eine mit konzentrischen Wänden versehene Isolierrohrleitung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Erschließung einiger unterirdischer Quellen wird Dampf in eine Injektionsbohrung eingeblasen, um die Ge­ winnung von Kohlenwasserstoffen dadurch zu erhöhen, daß man hochviskoses Rohöl abbaut bzw. reduziert, das sonst als "schweres Rohöl" bekannt ist. Die niedrigere Viskosi­ tät macht das Öl leichter pumpfähig. Eine Technik hierzu liegt darin, daß man eine hohe Menge von Dampf in den För­ derbereich, der das schwere Rohöl enthält, über einen längeren Zeitraum hinweg einbläst, wie etwa von etwa 3 bis etwa 5 Wochen. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die Viskosität des erwärmten Rohöls verringert sein, und es wird durch eine Förderbohrung, die mit der Förderzone in Verbindung steht, ohne weiteres abgepumpt werden können. Die Dampfinjektion kann auch zur Förderung abgewandelt werden. Eine "Dampfspülung" kann auch durch bekannte Tech­ niken vorgesehen werden, und zwar allgemein durch eine Injektionsbohrung, um die Spülung und die erzeugten Kohlen­ wasserstoffe in eine nahegelegene Förderbohrung zu treiben.

Eines der Hauptprobleme beim Injizieren von Dampf in eine unterirdische Förderzone durch eine herkömmliche Bohrloch- Förderverrohrung liegt darin, daß der Dampf eine große Menge seiner Wärme zum Bohrlochgehäuse und der umgebenden Gesteinsformation hin verliert, wenn er sich nach unten zur Förderzone hin bewegt. In der Vergangenheit wurden Ver­ suche vorgenommen, den Wärmeverlust des Dampfes zu ver­ ringern, der in unterirdische Formationen eingeleitet wird. Ein derartiger Versuch ist in US-PS 3,511,282 vom 12. Mai 1970 offenbart. Dieses Patent offenbart eine doppelwandige Rohranordnung mit einer im Ringraum zwischen Innen- und Außenwand durch Büchsen dicht eingeschlossenen Isolierung, wobei die Büchsen jeweils an jedem Ende zwischen der Innen- und Außenwand eingeschweißt sind. Die Innenwand ist auf Zug vor dem Verschweißen mit der Außenwand vorgespannt. Der Raum, der zwischen Innen- und Außenwand gebildet ist, ist mit einem herkömmlichen isoliermaterial gefüllt, wie etwa Kalziumsilikat. Obwohl diese Technik bei einigen Öl­ feldanlagen zufriedenstellend sein mag, ist sie doch nicht bei allen Ölfeldanlagen zufriedenstellend, bei wel­ chen große Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenwänden auftreten. In diesem Fall wird sich, obwohl die Innenwand auf Zug vorgespannt ist, diese, wenn sie erwärmt wird, bezüglich der Außenwand derart längen, daß die Innenwand sogar von einem Zugzustand auf einen Druck­ zustand mit der damit einhergehenden Gefahr des Ausbeulens überwechseln kann. Die Größen der Kräfte, die derart er­ zeugt werden, sind solcher Art, daß örtliche Spannungen in den Schweißbereichen erzeugt werden, welche Risse er­ zeugen, welche es gestatten, daß die Isolierung den Bohr­ lochströmungsmitteln gegenüber freiliegt, und welche schließlich den Ausfall oder doch zumindest die Verschlechte­ rung der Isolieranordnung verursachen. Zentrierungsein­ richtungen wurden mit aufgenommen, um das Ausbeulen zu ver­ ringern, können ihrerseits aber auch umgekehrt zu einem Wärmeverlust beitragen, und zwar wegen der im allgemeinen haltbaren Natur derartiger Einrichtungen.

Eine andere, bekannte Technik zum Umgang mit dem oben be­ schriebenen Temperaturunterschied und zum Erreichen einer Längung zwischen der Innen- und der Außenwand eines Iso­ lierrohres liegt darin, daß man einen dünnwandigen Balgen zwischen den beiden Wänden an jedem Ende der Anordnung an­ bringt, wobei ein Ende eines jeden der Balgen starr an der Innenwand und das andere Ende der Balgen starr an der Außenwand angebracht ist. Diese Technik führt natürlich eine Entlastung der Schweißstellen und der Verbindungsan­ ordnung zwischen den Wänden infolge der Relativbewegung zwischen Innen- und Außenwand herbei. Die Balgen bringen allerdings ein anderes Problem mit sich: Die Balgen sind nämlich verhältnismäßig dünnwandig und empfindlich, da sie typischerweise aus einem wärmebeständigen, federarti­ gen Material gebildet sind, das nicht der groben Behandlung standhalten kann, die normalerweise in der Ölbohrtechnik auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus mehreren Abschnitten bestehende, Isolierrohrleitung der aus der US-PS 3,511,282 bekannten Gattung so zu verbessern, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Isolierrohrlei­ tung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fort­ schritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß das nach außen aufgeweitete Innenrohrende eine Wanddicke aufweist, welche wenigstens gleich der Nenn-Wanddicke des Innenrohres zwischen seinen Enden ist. Dadurch werden nur zwei Schweiß­ stellen für jeden einzelnen Leitungsabschnitt benötigt. Fer­ ner ergeben sich beträchtliche Vorteile daraus, daß das In­ nenrohr auf Zug vorgespannt ist und daß eine äußere Kupp­ lungseinrichtung zum Zusammenfügen aneinander anstoßender Rohrabschnitte und außerdem eine innere Kupplungseinrichtung zum Herstellen eines Eingriffs mit dem Innenrohrteil nahe einem der aufgeweiteten Enden vorgesehen sind.

Die mit konzentrischen Wänden versehene Leitung wird bevor­ zugt dadurch hergestellt, daß man Normrohrteile verwendet, die bei Öl- und Gasbohrungen verwendet werden, wobei das Innenrohr ursprünglich gestauchte Enden aufweist. Die Her­ stellung unter Verwendung dieser Normrohrteile ergibt ein Rohrteil mit konzentrischen Wänden, bei welchem nur zwei Schweißstellen an jedem Leitungsabschnitt erforderlich sind, um die aufgeweiteten Endabschnitte mit mindestens der Rohr-Nenndicke mit dem äußeren Rohr zu verbinden. Diese aufgeweiteten Endabschnitte bleiben verhältnis­ mäßig lang und dünn und verringern somit den Weg, der für die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung zur Verfügung steht.

Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der schematischen Beschreibung beispielweise noch näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Injizierens von Dampf durch einen Rohrstrang, der aus einzelnen Leitungsteilen gebildet ist, welche in Überein­ stimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.

Fig. 2 zeigt zwei Leitungen, die an ihren Enden zusammenge­ kuppelt sind, und dieser Schnitt stellt die Bestandteile des bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung dar.

Fig. 3 stellt den Schmiedevorgang dar, bei welchem ein her­ kömmliches, gestauchtes Rohr durch Verwendung eines Gesenks aufgeweitet wird, um das innere Rohr des konzentrischen Isolierteiles zu bilden.

Fig. 4 zeigt das Profil eines gestauchten Rohres, nachdem die Enden aufgeweitet wurden, zur Verwendung als innere Leitung der Rohranordnung mit konzentrischen Wänden.

Fig. 5 ist eine Abb. der Einrichtung zum Herstellen eines Vakuums im Inneren des Isolier-Ringraumes beim Gegenstand der Erfindung.

Fig. 6 ist eine Ansicht eines alternativen Ausführungsbei­ spiels.

Fig. 1 stellt in schematischer Form die Verwendung mehrerer Abschnitte dar, welche Isolierrohrteile mit konzentrischen Wänden umfassen, wobei diese Teile in Übereinstimmung mit dieser Erfindung gebildet sind, und zwar zum Aufbau eines Isolier-Rohrstranges. Der Rohstrang T, der in Fig. 1 ge­ zeigt ist, gestattet das Injizieren von Dampf von der Oberfläche des Bohrlochs durch den Rohrstrang zu der da­ runterliegenden Gesteinsformation. Der Isolierrohrstrang stellt sicher, daß der Wärmeverlust zwischen der Ober­ fläche und der Formation nicht so übermäßig sein wird, daß die Funktion der Dampfinjektion vereitelt würde. Der Rohrstrang T, der mehrere einzelne Isolierrohrleitungen 2 umfaßt, ist im Inneren des Bohrlochs sowie im Inneren des Bohrlochfutters C auf dieselbe Weise wie ein her­ kömmlicher Bohrlochstrang angeordnet.

Fig. 2 zeigt die Bestandteile einer jeden einzelnen Lei­ tung und die gegenseitige Verbindung zwischen angrenzenden, aneinander anstoßenden Rohrleitungen. Es wird darauf hin­ gewiesen, daß die gegenüberliegenden Enden einer jeden einzelnen Rohrleitung im wesentlichen dieselbe Ausbildung aufweisen, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Jedes einzelne, konzentrische Isolierteil 2 umfaßt ein Außenrohr 4 und ein Innenrohr 6. Das Außenrohr 4 umfaßt ein gerades, zylin­ drisches Teil, welches an jedem Ende ein herkömmliches Gewinde 10 aufweist. Eine herkömmliche Außenkupplung 8, die mit dem Gewinde 10 in Eingriff steht, kann zum Zu­ sammenfügen aneinander angrenzender, konzentrischer Teile verwendet werden. Um die Anzahl von Schweißstellen zu ver­ ringern, die zum Befestigen des Innenrohres 6 am Außenrohr 4 erforderlich sind, ist das Ende des Innenrohres 6 nach außen aufgeweitet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Eine einzelne, kreisförmige Stirnschweißnaht 30a, 30b kann dann zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr 4 hergestellt werden. Das Nachformen des Innenrohres 6 führt zu aufge­ weiteten Enden, die im wesentlichen drei Abschnitte auf­ weisen. Der erste, äußere Abschnitt 32 umfaßt allgemein einen mit einem Radius ausgebildeten Abschnitt, welcher einen wirksamen Krümmungsradius aufweist, welcher näherungsweise dem Abstand zwischen Innen- und Außenrohr gleich ist oder in der Größenordnung hiervon liegt. Der Krümmungsradius muß nicht auf diesen Trennungsabstand begrenzt sein, aber eine erwünschte Anordnung kann dadurch gebaut werden, daß man einen Krümmungsradius in dieser Größenordnung ver­ wendet. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Dicke dieses einen Radius bildenden Abschnitts allgemein gleich einem Wert D₃. Nahe dem äußeren Radiusabschnitt 32 eines jeden Endes des Innenrohres 6 befindet sich ein sich verjüngender Ab­ schnitt 34. Das Maß der Schrägung bzw. Verjüngung bei diesem Abschnitt braucht nicht groß zu sein, und bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird eine radial nach außen gerichtete Abschrägung von 1° im Abschnitt 34 verwendet. Bei den bevorzugten Ausführungs­ beispielen dieser Erfindung wird ein zweiter, sich in noch deutlicherer Weise verjüngender Abschnitt 36 verwen­ det, um einen Übergang zwischen dem ersten sich mit 1° verjüngen­ den Abschnitt 34 und dem Mittelabschnitt des Innenrohres 6 herzustellen. Der Übergangsabschnitt 36 weist beim bevor­ zugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung eine Ver­ jüngung, die etwa 5° entspricht, auf.

Bei der Ausbildung einer einheitlichen Isolierrohrleitung in zusammengebautem Zustand, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Ringraum 13 zwischen dem Außenrohr 4 und dem Innenrohr 6 gebildet. Dieser Ringraum 13 kann mit einer Wärmeisolierung ausgefüllt sein. Beim bevorzugten Aus­ führungsbeispiel dieser Erfindung umfaßt diese Wärmeiso­ lierung eine Kombination aus einem Isolierkissen 12 mit Keramikfasern, mindestens einem starren Isolierteil 14 und einer reflektierenden Wärmeabschirmung 18. Mindestens ein starres, zylindrisches Isolierteil 14 ist im Inneren des Ringraums 13 zwischen den verschweißten Enden ange­ ordnet, welche das Außenrohr 4 mit dem Innenrohr 6 ver­ binden. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Er­ findung umfaßt dieses starre Isolierteil eine geformte Hochtemperatur-Rohr- und -Blockisolierung, welche durch wasserhaltiges Kalziumsilikat gebildet ist. Dieses ge­ formte Kalziumsilikatteil 14 liefert eine bauliche Ab­ stützung zwischen dem inneren Rohrteil 6 und dem äußeren Rohrteil 4 zwischen den Enden des Ringraumes 13. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfaßt das Isolierteil 14 ein herkömmliches Rohr- und Block- Isolierteil, welches im Handel erhältlich ist. Ein ge­ formtes Rohr- und Block-Isolierteil aus Kalziumsilikat, welches in dieser Erfindung verwendet werden kann, wird bei Johns-Manville hergestellt und wird üblicherweise mit dem Warenzeichen "Thermo 12" bezeichnet. Diese genormten Rohr- und Block-Isolierteile sind in Hälften erhältlich, welche das Innenrohr 6 umgebend angeordnet werden können. Metallbänder 16 können um den Umfang zweier Hälften angebracht werden, um ein einziges, ring­ förmiges Isolierteil zu bilden, welches baulich das Außenrohr 4 gegenüber dem Innenrohr 6 abstützt.

Der Rest des Ringraums 13 enthält ein Isolierkissen 12 bzw. eine Isolierung aus Textil-Isoliermaterial, welche ebenfalls im Handel erhältlich ist. Wärmeisolierkissen, die aus mechanisch verbundenen, feuerfesten Fasern zu­ sammengesetzt sind, die eine Kombination aus hoher Kissenfestigkeit, Flexibilität und hoher Wärmeleitung bieten, sind im Handel erhältlich. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wurde ein Wärme­ isolierkissen jenes Typs verwendet, welches durch Jones- Manville unter den Warenzeichen "Thermo-Mat" oder "Ceratex" hergestellt werden, um eine Isoliersperre gegenüber Wärmeübertragung im Ringraum 13 zu bilden. Dieses Isolier­ kissen kann am Innenrohr zwischen dem Kalziumsilikat- Isolierteilen 14 und den Enden des Ringraums 13 befestigt werden. Dieses Isolierkissen 12 kann am Innenrohr 6 da­ durch befestigt werden, daß man ein herkömmliches Glas­ faserband um die Außenseite des Isolierkissens 14 herum­ wickelt. Wenn sie in Kombination eingesetzt werden, dann sollten das Isolierkissen 12 und das starre Kalzium­ silikat-Isolierteil 14 im wesentlichen den Ringraum 13 zwi­ schen dem Innen- und Außenrohr ausfüllen. Bei dem bevor­ zugtem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird mindestens ein Teilvakuum im Ringraum 13 hergestellt, um zu verhindern, daß Feuchtigkeit die Leistungsfähigkeit der die Wärmeüber­ tragung verhindernden Isolierung mindert.

Zusätzlich zu den die Wärmeübertragung verhindernden Iso­ liersperren, die durch ein Isolierkissen 12 und ein starres Isolierteil 14 vorgesehen sind, kann auch ein die Wärme­ strahlung reflektierendes Abschirmteil 18 vorgesehen sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist die Wärme-Reflexionsabschirmung in die Außenoberfläche des Innenrohres 6 mit einbezogen und umfaßt ein Material, welches eine verhältnismäßig niedrige Wärmeabstrahlungs­ fähigkeit aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde eine Aluminiumfolie rund um das Innenrohr 6 aufgebracht.

Diese Aluminiumfolie umfaßt eine reflektierende Ober­ fläche, welche die Wärmeübertragung dieser Rohranordnung noch weiter verringert.

Der Ringraum 13 liefert hinlänglich Raum, um die Isolierung aufzunehmen, um geeignete Wärmeübertragungseigenschaften über den größten Teil der Länge dieses Rohres aufrechtzu­ erhalten. Es verbleibt allerdings ein Raum zwischen den inneren, aufgeweiteten Enden an aneinandergrenzenden Rohr­ teilen. Eine Innenkupplung oder ein zylindrisches Distanz­ teil 20 kann verwendet werden, um den Bereich völlig zu isolieren, der im übrigen durch die aufgeweiteten, inneren Rohrenden aneinandergrenzender Leitungen und die Außen­ kupplung 8 begrenzt ist. Diese Innenkupplung 20 umfaßt ein zylindrisches Teil, das äußere Abschnitte 24 und 26 aufweist, die eine Dicke aufweisen, die geringer ist als die Dicke des Mittelabschnitts 28 des inneren Kupplungs­ teiles. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Enden 24 und 26 in Eingriff mit dem konischen Abschnitt 34 eines jeden inneren Rohrteiles 6 geklemmt werden. Die Isolierung kann rund um die Außenseite der Innenkupplung 20 angeordnet werden, um den Wärmeverlust in der Nähe der Kupplung zu verringern. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung kann ein Isolierkissen 12 desselben Typs, wie es im Ringraum 13 benutzt ist, rund um den Mittelabschnitt 28 der Innenkupplung befestigt werden, und zwar wie ein ringförmiger Krapfen bzw. eine Ringeinlage. Das Isolier­ kissen füllt dann den Hohlraum, der durch die mit einem Radius versehenen Enden aneinandergrenzender Innenrohrteile begrenzt ist, sowie das innere und äußere Kupplungsteil. Ein zusammengesetzter Rohrstrang oder eine Leitung umfaßt mehrere einzelne Isolierrohrleitungen 2 und weist dann Isoliermaterial auf, das innerhalb des Ringraums zwischen dem Innenrohr 6 und dem Außenrohr 4 im wesentlichen längs der gesamten Länge der Isolierrohrleitung 2 angeordnet ist. Zuletzt wird eine Wärmeabgabesperre oder eine Wärmeab­ strahlungsabschirmung an der Außenseite des Außenrohres vorgesehen. Das Außenrohr kann längs seiner Gesamtlänge gestrichen sein, um diese Sperre zu liefern. Zwei Sperren mit einer niedrigen Wärmeabgabefähigkeit bewirken dann die Verringerung der Wärmeübertragung über den größten Teil des Rohres hinweg.

Die aufgeweiteten Enden des Innenrohres 6 liefern nicht nur ein wirksames Mittel zum Erhöhen der Leistungsfähig­ keit der Schweißstellen, und zwar sowohl durch Verringe­ rung ihrer Anzahl als auch durch Erhöhen der verschweißten Fläche, sondern sie sollten auch eine Vorkehrung für einen geringen Wärmeverlust durch Leitung durch die Schweiß­ verbindung liefern. Der einzige Weg für Wärmeleitung zwischen der Verbindung der Innenkupplung 20 und dem koni­ schen Abschnitt 34 des Innenrohres 6 findet längs des verhältnismäßig langen, dünnen, aufgeweiteten Rohres selbst statt. Kein verhältnismäßig breites Büchsenteil mit seiner ihm innewohnenden, größeren Wärmeleitfähigkeit ist erforder­ lich. Der aufgeweitete Abschnitt des Rohres ist jedoch dick genug, um eine Schweißstelle mit hoher Genauigkeit zu liefern.

Das alternative Ausführungsbeispiel der Fig. 6 verwendet ein geripptes Innenrohrteil 72 mit einer Wandstärke in derselben Größenordnung wie ein herkömmliches Bohrloch­ rohr desselben Durchmessers, wodurch ein unempfindliches Bauteil geschaffen ist, welches jedoch in Achsrichtung federfähig ist. Es ist zu sehen, daß die Enden des Innen­ rohrteils 72 jeweils mit geraden Abschnitten 74 und 74′ und aufgeweiteten Abschnitten 76 und 76′ versehen sind, wobei das Ende eines jeden aufgeweiteten Abschnitts 76 und 76′ jeweils an der Innenoberfläche des äußeren Rohr­ teils 80 durch Schweißstellen 78 und 78′ befestigt ist. Es wird auch vermerkt, daß die aufgeweiteten Abschnitte 76 und 76′ den Ringraum 84 zur Aufnahme der Isolierung 86 bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung begrenzen.

In diesem Fall liefern die geraden Abschnitt 74 und 74′ bequem Übergangsflächen zwischen den aufgeweiteten Enden und den gerippten Abschnitten des gerippten Innen­ rohrteils 11. Es sollte vermerkt werden, daß die aufge­ weiteten Abschnitte 76′ und 76′ einen Radialabstand zu den Rippen am Innenrohrteil 72 aufweisen. Um den Wärme­ verlust zu verhindern, ist es wesentlich, daß die Rippen, ob sie nun sinusförmig oder wendelförmig ausgebildet sind, nicht in Berührung mit dem Außenrohrteil gelangen. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen sind die "aufge­ weiteten" Abschnitte 76 und 76′ nur an den Enden des Innen­ rohrteiles 72 angeordnet und sind dazu vorgesehen, die Berührung mit dem Außenrohrteil, 80 herzustellen, während gleichzeitig die Anzahl der Schweißstellen verringert ist.

Herstellung

Ein sehr bezeichnendes Merkmal des bevorzugten Ausführungs­ beispiels dieser Erfindung ist es, daß dieses Ausführungs­ beispiel unter Verwendung lediglich herkömmlicher und im Handel verfügbarer Bestandteile hergestellt werden kann. Während die konzentrische Leitung 2 dadurch hergestellt werden kann, daß man eine weite Vielzahl von zylindrischen Teilen verwendet, kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung dadurch hergestellt werden, daß man Norm­ rohre nach der Norm des American Petroleum Institute verwendet. In einer Größe kann diese Erfindung ein ge­ normtes Rohr mit einem Außendurchmesser von 60,325 mm A. P. I. J-55 (American Petroleum Institute) verwendet werden, welches gestauchte oder vergrößerte Enden aufweist, um die Herstellung des aufgeweiteten Innenrohres 6 zu ermöglichen. In der selben Ausführungsform kann ein 114,3 mm - A. P. I. J-55-Bohrlochfutter (American Petroleum Institute) mit nicht gestauchten Enden für das Außenrohr 4 verwendet werden. Das Normrohr, das in Fig. 3 gezeigt ist, wie etwa das J-55-Rohr mit 60,325 mm Außendurch­ messer weist eine normale Dicke D₁ längs des größten Teiles des Rohres auf. Diese Nenndicke ist kleiner als die Dicke D₂ der gestauchten Enden. Die Enden des Normrohres J-55 können bis zu ihrer endgültigen Ausbildung dadurch aufgeweitet werden, daß man einen Schmiedevorgang heranzieht, wobei man ein Gesenk 42 verwendet, das in Fig. 3 gezeigt ist. Das Gesenk weist einen abgefasten Abschnitt 44 an seinem Ende auf. Neben dieser abgefasten Eintrittsfläche 44 befindet sich ein zylindrischer Ab­ schnitt oder Führungsabschnitt 46, welcher dazu dient, während der Schmiedetätigkeit das Rohr auszurichten. Ein Gesenk-Übergangsprofil 48 mit einer radial nach außen gerichteten Abschrägung erstreckt sich vom unteren Ende des Führungsabschnitts 46 aus. Dieses Übergangsprofil bildet ein Spiegelbild des Übergangsabschnitts 36 des hergestellten Innenrohrteiles 6. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung liegt die Abschrägung des Übergangsabschnittes in der Größenordnung von 5°. An den Übergangsabschnitt 48 angrenzend befindet sich ein abgeschrägtes Gesenkprofil 50, welches dem abgeschrägten Abschnitt 34 des hergestellten Innenrohres 6 entspricht. Das abgeschrägte bzw. verjüngte Profil 50 weist eine Schräge auf, die kleiner ist als die Schräge des Übergangs­ profils 48, und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel weist dieses Gesenkprofil eine Schräge von näherungsweise 1° auf, zur Anpassung an die Schräge des Übergangsabschnitts 34. Am unteren Ende des Gesenks befindet sich ein Radius­ profil 52. Wie die übrigen Profilabschnitte 48 und 50 ist auch das Radiusprofil 52 dazu bestimmt, eine An­ passung an den zusammenwirkenden Abschnitt am endgültigen Innenrohrteil 6 zu bilden. Der Radiusabschnitt 32 des Innen­ rohres 6 wird dann geformt, wenn das äußere Ende eines genormten, gestauchten J-55-Rohres durch das Radius­ profil 52 geschmiedet wird. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl das Profil 52 hier als Radiusprofil be­ zeichnet wird, es nicht durch einen konstanten Krümmungs­ radius erzeugt zu werden braucht. Der Begriff "Radius­ profil" soll vielmehr insbesondere bedeuten, daß die auswärtsgerichtete Aufweitung des verjüngten Abschnitts 36, der durch das Profil 52 gebildet ist, beträchtlich größer ist als jener der angrenzenden Abschnitte 32 und 34 des Innenrohres 6. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß der Begriff "Radiusprofil" zutreffend ist, da das tatsächliche Profil mindestens eng einer Oberfläche nahe­ kommt, welche einen konstanten Krümmungsradius aufweist. Da der Hauptzweck dieses Radiusabschnitts darin liegt, die Trennung zwischen Innenrohr 6 und Außenrohr 4 radial zu überbrücken, würde ein wirksamer Krümmungsradius in der Größenordnung der Größe des Abstands zwischen dem Außenrohr 4 und dem Innenrohr 6 zur Bildung dieses Profils wirksam sein. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, kann die End­ form des Innenrohres 6 dadurch hergestellt werden, daß man das Gesenk 42 in ein Normrohr 38 eindrückt, welches vergrößerte oder angestauchte Enden 40 aufweist. Bevorzugt wird jener Abschnitt eines Normrohres 38, welcher, an die gestauchten Enden 40 angrenzt, vor diesem Schmiedevorgang erwärmt. Wenn das Gesenk in das Ende des Rohres eingepreßt wird, dann expandiert das Rohr in Radialrichtung, um die aufgeweiteten Endprofile zu bilden, welche für das bevor­ zugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung angestrebt sind. Während des Verlaufes dieses Schmiedevorganges werden die Enden des Normrohres 38 nicht nur radial aufgeweitet, sondern auch durch den Schmiedeprozeß gestreckt. Wenn das Ende gestreckt ist, dann wird die Dicke eines jeden Rohres ver­ ringert. Die aufgeweiteten Innenrohre 6 weisen dann einen Radiusabschnitt 32 auf, der eine Dicke D₃ aufweist, einen Konusabschnitt 34 mit einer Dicke D₄ sowie einen Übergangs­ abschnitt 36 mit einer Dicke D₅. Wenn das Aufweiten und Strecken des Materials des Normrohres auf die gestauchten Enden 40 beschränkt bleibt, dann können die Dicken D₃, D₄ und D₅ größer oder mindestens gleich sein der Nenndicke D₁des Normrohres. Selbst wenn die Enddicke geringfügig kleiner ist als die Nennwandstärke des Rohres, sollte doch die Verwendung eines Rohres, das anfangs gestaucht ist oder vergrößerte Enden aufweist, eine größere bau­ liche Unversehrtheit bei den aufgeweiteten Enden des Rohres fördern. Der Streckvorgang wird allerdings die Dicken D₃, D₄ und D₅ bis auf einen Wert verringern, der kleiner ist als die Ausgangsdicke D₂ der gestauchten Rohrenden 40. Ein bezeichnender Vorteil zum Bilden des Innenrohres 6 aus einem Normrohr mit gestauchten Enden kann darin gesehen werden, daß, obwohl die Dicke der genormten, gestauchten Enden verringert ist, die Dicke D₃ des Radius­ abschnittes 32 noch immer größer sein kann als die Nenn­ dicke D₁ des Innenrohrteiles. Diese erhöhte Dicke sollte die bauliche Unversehrtheit der Schweißstellen 30A und 30B längs der Radiusabschnitte 32 mit dem Außenrohrteil 4 fördern. Die Schweißstellen werden sich dann über eine große Oberflächenzone erstrecken, und die Dicke des Innenrohres nahe den Schweißstellen, die den Radiusab­ schnitt 32, den Konusabschnitt 34 und den Übergangsabschnitt 36 umfaßt, wird nicht unter die Nenndicke des Rohres verringert. Diese verbesserte, unversehrte Schweißstelle wird zusätzlich zur Verbesserung bei der Zuverlässigkeit der Schweißung dadurch erhalten, daß man die Anzahl von Schweißstellen an jedem Ende verringert.

Nachdem beide Enden eines einzigen Innenrohrteiles 6 durch den in Fig. 3 abgebildeten Schmiedevorgang aufgeweitet wurden, wird die endgültige Ausbildung des Innenrohres 6 jene sein, die in Fig. 4 gezeigt ist. An dieser Stelle kann die reflektierende Wärmeabschirmung oder Sperre mit niedriger Wärmeabgabe an der Außenoberfläche des Innen­ rohres 6 angebracht werden. Beim bevorzugten Ausführungs­ beispiel wird eine Aluminiumfolie um das Innenrohr herum­ gewickelt. Die starren Isolierteile 14 können dann an geeigneten Stellen längs der Außenseite des Innenrohres dadurch angebracht werden, daß man die zwei Hälften um das Rohr herumlegt und mit Metallbändern die Kalziumsili­ katteile aneinander befestigt. Die Isolierkissen 12 können dann über dem verbleibenden Abschnitt des Innenrohres 6 angebracht werden.

Der nächste Schritt bei der Herstellung der endgültigen Isolierrohrleitung 2 ist das Einführen der Baugruppe aus Innenrohr und Isolierung in das Außenrohr 4. Nach dem Einführen wird die durchgehende Umfangsfläche, die an jenem freien Ende des aufgeweiteten Innenrohres gebildet ist, neben der Innenseite des Außenrohres rund um seinen vollständigen Innenumfang angeordnet und befindet sich dann in der Lage, um am Außenrohr angebracht zu werden. Das einen Radius bildende Ende des Innenrohres kann dann mit dem Außenrohr 4 längs eines Endes der konzentri­ schen Rohranordnung verschweißt werden. Diese erste Schweißstelle 30A erstreckt sich vollständig rund um die Verbindung zwischen dem Radiusabschnitt 32 des Innen­ rohres und dem Außenrohr 4. Mehrere Schweißlagen können verwendet werden, um sicherzustellen, daß diese Schweiß­ stelle baulich fest ist und vollständig die Verbindung zwischen Innen- und Außenrohr abdichtet.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist vorgesehen, die Rohranordnung vorzuspannen, indem man das Innenrohr 6 auf Zug belastet und das Außen­ rohr 4 auf Druck. Diese Vorspannung ist wegen der Belast­ ungen wesentlich, welche der Leitung während des Betriebs bei hoher Temperatur mitgeteilt werden. Das Außenrohr dient, obwohl es druckbelastet ist, dazu, das Innenrohr 6 im wesentlichen in seiner vorgespannten oder vorgelängten Ausbildung zu halten. Die Länge der konzentrischen Rohr­ anordnung sollte deshalb im wesentlichen sowohl in ge­ kühltem als auch in erwärmtem Zustand die gleiche sein. Zusätzlich sollten die Spannungen in der konzentrischen Rohranordnung während des Betriebes bei erhöhten Tempe­ raturen gemindert sein. Nachdem die erste Schweißstelle 30A das eine Ende des Innenrohres am Außenrohr befestigt hat, kann die gewünschte Vorspannung dadurch aufgebracht werden, daß man das Innenrohr 6 am entgegengesetzten Ende der konzentrischen Rohranordnung vorspannt. Diese Spann­ tätigkeit kann dadurch bewirkt werden, daß man mechanisch am Innenrohr zieht, während man das Außenrohr festhält, oder daß man das Innenrohr relativ zum Außenrohr erwärmt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird das Innenrohr 6 anfangs nicht bis über seine Fließ­ grenze vorgestreckt. Nachdem das gewünschte Maß der Vor­ spannung dem Innenrohr mitgeteilt wurde, wird eine zweite Schweißstelle 30B angebracht, welche sich vollständig rund um die Verbindung zwischen Innenrohr und Außenrohr erstreckt. Auch diese Schweißstelle kann wiederum aus mehreren Lagen bestehen, um die Unversehrtheit der Schweiß­ stelle sicherzustellen.

Die Schweißstellen 30A und 30B haben nicht nur das Innen­ rohrteil 6 am Außenrohrteil 4 befestigt, sondern haben auch den ringförmigen Isolierraum 13 zwischen dem Innen- und Außenrohr abgedichtet. Bei dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel dieser Erfindung ist es erwünscht, die Isolier­ fähigkeit des Materials im Ringraum 13 dadurch zu erhöhen, daß man die Gase im Ringraum 13 abzieht, um ein Vakuum herzustellen. Dieses Vakuum kann dadurch hergestellt werden, daß man anfangs in das Außenrohr 4 ein Loch bohrt oder sonst wie einbringt, um eine Öffnung im Ringraum 13 zu bilden.

Eine Ansetzeinrichtung 54, die in Fig. 5 gezeigt ist, kann verwendet werden, um ein Loch in das Außenrohr 6 einzubohren und um die Gase aus dem Ringraum 13 abzusaugen. Diese Ansetzeinrichtung umfaßt eine Klammer 56, die sich um die Außenseite des Außenrohres 6 erstreckt. Ein Kanal 68 erstreckt sich durch die Ansetzeinrichtung 54 radial zur Außenoberfläche des Rohres 6. Eine Bohrbüchse (nicht gezeigt) kann in den Kanal 68 eingeführt werden, und eine Öffnung oder ein Loch 60 kann in das Außenrohr 6 in Aus­ richtung auf den sich radial erstreckenden Kanal 68 gebohrt werden. Dieselbe Ansetzeinrichtung kann dann verwendet werden, um mindestens ein Teilvakuum im Ringraum 13 her­ zustellen, ohne die Ausrichtung auf das gebohrte Loch 60 zu verlieren. Die Bohrbüchse kann entfernt werden und ein Stopfen, wie etwa ein Konusstift, der von einer Ringdichtung 62 umgeben ist, kann in den, Kanal 68 eingeführt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Ein Vakuumschlauch 58 kann dann zwischen Ansetzeinrichtung 54 und einer Vakuum­ pumpe (nicht gezeigt) angebracht werden. Der Vakuumschlauch 58 steht durch den Kanal 68 mit dem inneren Ringraum 13 in Verbindung. Eine O-Ringdichtung 66 zwischen der Vakuum- Ansetzeinrichtung 54 und der Außenseite der konzentrischen Isolierleitung 2 verhindert die Leckage während des Aus­ pumpens der Ringkammer 13. Der Konusstift 64, der sich in den Kanal 68 erstreckt, und die Umfangsdichtung 62, die sich rund um den Konusstift 64 erstreckt, verhindern die Leckage durch denk Kanal 68 am Konusstift 64 vorbei. Nach­ dem eine geeignetes Vakuum im Ringraum 13 hergestellt wurde, kann dann der Konusstift 64 in das Bohrloch 60 einge­ trieben werden, um dieses Loch zu schließen. Der äußere Abschnitt des Stiftes 64, der sich über die Oberfläche des Außenrohres 4 hinaus erstreckt, kann dann entfernt werden, und, falls erforderlich, kann eine Schweißstelle verwendet werden, um diesen Stift abzudichten.

Nach der Herstellung der einzelnen Leitungen kann eine Vielzahl von Leitungen zusammengebaut werden, um einen Isolierrohrstrang zu bilden, indem man zuerst eine Innen­ kupplung 20 am einen Ende eines jeden einzelnen Rohrteiles einführt. Die Innenkupplung wird in das aufgeweitete Ende des Innenrohrteiles 6 eingeklemmt. Bevorzugt wird jedes Innenkupplungsteil 20 weiter in die eine Leitung als in die angrenzende Leitung eingeführt. Wenn das Innenkupplungs­ teil 20 in den Konusabschnitt 34 des einen Teiles weiter als in den anderen eingeklemmt wird, dann verbleibt die Innenkupplung fest an einem bestimmten Teil selbst nach dem Auseinanderbauen. Der Auseinanderbau vor Ort kann dann vereinfacht sein.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung liefert somit ein vorgespanntes, konzentrisches Rohrteil, welches eine Wärmeisolierung längs im wesentlichen seiner gesam­ ten Länge aufweist. Die Wärmeisolierung gegenüber Konvektion wie auch gegenüber Abstrahlung ist vorgesehen, und das Auspumpen des Ringraums zwischen den beiden konzentrischen Rohrteilen entfernt Restfeuchtigkeit und verringert die Wärmeübertragung durch die Isolierung hindurch. Das bevor­ zugte Ausführungsbeispiel verwendet auch nur zwei Schweiß­ stellen für jede einzelne Leitung. Die Unversehrtheit der Schweißstellen, die bei dieser Erfindung verwendet sind, wird sowohl dadurch erhöht, daß man ihre Anzahl ver­ ringert, als auch dadurch, daß man aufgeweitete Innen­ rohrabschnitte verwendet, bei welchen die Dicke der auf­ geweiteten Enden nicht unter die Nenndicke der mittleren Abschnitte des Innenrohrteiles verringert ist. Ferner wurden einzelne, konzentrische Isolierrohrteile 2 unter Verwendung herkömmlicher Rohrteile hergestellt.

Claims (4)

1. Aus mehreren Abschnitten bestehende Isolierrohrleitung für unterirdische Bohrungen, wobei jeder Leitungsab­ schnitt ein äußeres Rohr (4) und ein damit verbundenes inneres Rohr (6) aufweist, und einen Ringraum mit Iso­ liermaterial zwischen Innen- und Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr aufgeweitete Endabschnitte aufweist, welche mit dem Außenrohr verschweißt sind, wobei das nach außen aufgeweitete Innenrohrende eine Wanddicke (D3) aufweist, welche mindestens gleich der Nenn-Wanddicke (D1) des Innenrohres zwischen seinen En­ den ist, daß das Innenrohr auf Zug vorgespannt ist und eine äußere Kupplungseinrichtung (8) zum Zusammenfügen aneinander anstoßender Rohrabschnitte sowie eine innere Kupplungseinrichtung (20) zum Herstellen eines Eingriffs mit dem Innenrohrteil nahe einem der aufgeweiteten Enden vorgesehen sind, wobei die innere Kupplungseinrichtung in ein angrenzendes, aufgeweitetes, inneres Ende des an­ stoßenden Rohrleitungsabschnitts eingreift.

2. Aus mehreren Abschnitten bestehende Isolierrohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des nach außen aufgeweiteten Endes eines Innenrohres größer ist als die Nenndicke der Innenrohrwand (6) zwi­ schen ihren Enden.

3. Isolierrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Innenrohrteil (6) ein ge­ welltes Rohr ist, daß zwischen dem Innen- und Außenrohr ein ein Vakuum aufweisender Ringraum ausgebildet ist und daß ein Isoliermaterial (13, 14, 18) vorgesehen ist, welches in dem Ringraum das Innenrohrteil umgibt.

4. Isolierrohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Isoliermaterial eine reflektierende Wärme­ schirmung (18) aufweist.