DE3415627A1 - Rohrpruefgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrprüfgerät zum Prüfen von Rohren auf Dichtheit, insbesondere ein Gerät zum Abschließen des Innenraums einer Rohrstrecke zwecks Bildung einer Prüfstrecke, die zur Feststellung ihrer Dichtheit druckbeaufschlagbar ist.

Es ist häufig erwünscht, Verbindungen zwischen RohrSchüssen auf Dichtheit zu prüfen. Eine derartige Dichtheitsprüfung von Rohrverbindungen wird beispielsweise in Erdöl- und Erdgas-Bohrlöchern durchgeführt. Beim fortschreitenden Bohren des Bohrloches werden verschiedene Rohrschüsse in das Bohrloch abgesenkt und miteinander verbunden. Diese Rohrschüsse bilden eine Verrohrung, die ein Eindrücken des Bohrloches verhindert und ein Abziehen der Spülung und von Bohrklein sowie das Einführen und Herausziehen des Bohrkopfes ermöglicht.

Es sind verschiedene Geräte entwickelt worden, die einen Abschluß einer Rohrstrecke im Bereich einer Rohrverbindung zwecks Herstellung eines Bereiches ermöglichen, in den ein Abdrückmedium eingeleitet werden kann. Derartige Geräte besitzen im allgemeinen einen langgestreckten Träger, auf dem im Abstand voneinander Dichtringe angeordnet sind, die radial auswärts aufweitbar sind, bis sie auf je einer Seite der Rohrverbindung an den Innenwandungen der Rohre angreifen. Die die Dichtringe tragenden Träger sind mit Kanälen ausgebildet, durch die hindurch unter hohem Druck stehende Druckmittel in den Raum zwischen den Dichtringen eingeleitet werden können, so daß nach dem Aufweiten der Ringe zum axialen Begrenzen einer Prüfstrecke ein geschlossener Raum vorhanden ist, der von der zu prüfenden Fläche begrenzt .ist.

Bei einer Druckbeaufschlagung dieses Raumes kann man auf der Außenseite der Rohrleitung jedes Leck erkennen, das

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in dem zu prüfenden Bereich auftritt.

Bestimmte der bekannten Geräte dieser Art haben sich im Gebrauch allgemein bewährt. Diese bekannten Geräte sind jedoch sehr schlank und daher flexibel, so daß die verschiedenen Teile der Geräte bei deren Manipulation und Gebrauch starken Biegebeanspruchungen unterworfen werden. Einige der bekannten Geräte können im Gebrauch brechen oder geschwächt werden, weil die genannten Beanspruchungen oder die Drücke, mit denen die Geräte beaufschlagt werden/ zur Bildung von Rissen führen. Diese Drücke können im Bereich von 345 bar bis über etwa 1380 bar liegen. Daher ist ein Rohrabdrückgerät erwünscht, das schnell und zuverlässig arbeitet und das hohen Belastungen gewachsen ist, so daß es auch mit hohen Drücken beaufschlagbar ist. Ferner soll das Gerät den Bxegebeanspruchungen gewachsen sein, denen derartige Geräte im Gebrauch häufig unterworfen werden.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Rohrabdrückgerätes, das sich durch einfache Konstruktion und maximale Austauschbarkeit seiner Bestandteile auszeichnet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Rohrabdrückgeräts, dessen Teile so miteinander verbunden sind, daß sie einem beträchtlichen Druck und beträchtlichen mechanischen Beanspruchungen gewachsen sind, so daß die Gefahr eines Ausfalls des Geräts im Gebrauch weitgehend vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgaben besitzt das zum Prüfen von Rohrverbindungen dienende Abdrückgerät gemäß der Erfindung einen zylindrischen Dorn mit einer durchgehenden Bohrung, die im Innern des Dorns einen Strömungskanal bildet.

Zwei an je einem dieser Dorne vorgesehene Stutzen sind durch eine Verschraubung miteinander verbunden. Der

Außenumfang des Dorns ist von einer Hülse umgeben, die gegenüber dem Dorn axialverschiebbar ist, sowie von mehreren im Abstand voneinander angeordneten, elastischen Dichtringen, die unter der Einwirkung einer axialen Druckkraft radial aufweitbar sind. Zwischen den Dichtringen sind metallische Schubringe angeordnet. Von dem Kanal im Innern des Dorns führt ein Querkanal zu einer in der zylindrischen Hülse ausgebildeten Schulter. Die Hülse liegt mit einem Ende an einem der Schubringe an. Beim Einleiten von unter Druck stehendem Druckmittel in die Innenbohrung des Dornes bewirkt dieses Druckmittel, daß die Hülse in der Axialrichtung des Geräts auf die Dichtringe und Schubringe einwirkt, so daß die Dichtringe axial zusammengedrückt werden und sich ihre Umfangsflächen radial auswärts bis zur hermetisch dichten Anlage an der Innenwandung des Rohrstranges bewegen. Jetzt ist zwischen der oberen und der unteren Dichtringanordnung ein ringförmiger Abdrückraum vorhanden, der sich auf beiden Seiten der Rohrverbindung erstreckt, so daß eine Druckbeaufschlagung auf den zu prüfenden Bereich beschränkt werden kann. Wenn außerhalb der zu prüfenden Rohrstrecke kein Abdrückmedium auf die Außenseite der zu prüfenden Rohrstrecke gelangt, ist die in der Prüfstrecke enthaltene Rohrverbindung druckdicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Rohrprüfgerät, das in zwei miteinander verbundenen Rohrschüssen angeordnet ist und zum Abdrücken der zwischen ihnen vorhandenen Rohrverbindung dient,

Fig. 2 in größerem Maßstab im Querschnitt den unteren Dorn eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Abdrückgeräts,

Fig. 3 ähnlich wie Fig. 2 in größerem Maßstab im

Querschnitt den oberen Dorn eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Abdrückgeräts,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2 und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 in Fig. 3.

Die Zeichnung zeigt insbesondere in Fig. 1 einen Teil einer Verrohrung 10 mit einer Verbindung zwischen dem einen Ende eines ersten Rohrschusses 12 und dem einen Ende eines zweiten Rohrschusses 14. Jeder Rohrschuß hat an seinen Enden ein Außengewinde. Diese Außengewinde sind mit einer Innengewindemuffe 16 verschraubt.

Im Innern der Verrohrung 10 befindet sich ein Rohrabdrückgerät 18 gemäß der Erfindung. Das Gerät 18 besitzt einen unteren zylindrischen Dorn 20 und einen mit diesem koaxialen, oberen zylindrischen Dorn 22, der mit dem Dorn 20 durch ein Abstandhalterohr 24 verbunden ist. Dieses ist an beiden Enden mit Innengewinden ausgebildet, die mit je einem der beiden Dorne verschraubt sind. An dem dem AbStandhalterohr entgegengesetzten, unteren Ende des unteren Dorns 20 ist dieser mit einem Führungsstopfen 26 versehen, der ein abgerundetes Ende besitzt, welches das Einführen des Werkzeuges in einen Rohrschuß erleichtert. Mit dem dem Abstandhalterohr 24 entgegengesetzten, oberen Ende des oberen Dorns 22 ist ein Hubseil 30 verbunden, mit dem das Gerät gehoben und abgesenkt und dadurch in der Verrohrung 10 an die gewünschte Stelle bewegt werden kann. Mit dem oberen Ende des oberen Dorns 22 ist ferner eine Druckmittelzuleitung 34 verbunden, über die der Innenraum des Geräts 18 mit einer nicht

gezeigten Quelle eines unter Druck stehenden Druckmittels verbindbar ist. Dieses kann aus Wasser oder einem Gas oder Gasgemisch bestehen.

Die Ausbildung der Teile des unteren Doms 20 und die Verbindungen zwischen ihnen sind in der Figur 2 im Querschnitt gezeigt. Man erkennt dort, daß der Dorn 20 allgemein rohrförmig und von einer Axialbohrung 36 durchsetzt ist und daß er am einen Ende mit einer Einrichtung zum Befestigen des Führungsstopfens 26 versehen ist, der auch die Bohrung an deren unterem Ende abschließt. Der Führungsstopfen 26 kann mit dem dargestellten Gewinde und einer Vertiefung zur Aufnahme eines elastischen O- oder Dichtringes 40 ausgebildet sein. Der Dorn 20 ist an seinem entgegengesetzten Ende mit einer koaxialen, im Durchmesser kleineren Kolbenfläche ausgebildet, die am einen Ende in einer auswärtsgerichteten Schulter 44 und am anderen Ende in einem Außengewinde 46 endet. Dieses ist vorzugsweise ein Acme-Gewinde (Trapezgewinde) , beispielsweise ein 1.000-8 Acme-3G-Gewinde, weil diese Gewinde eine hohe Festigkeit besitzen und an ihnen geringere Spannungskonzentrationen auftreten als bei Spitzgewinden, beispielsweise bei dem Gewinde 1.000-8UNC-2A. Zwischen dem Gewinde 46 und der Schulter 44 ist ein radialer Kanal 48 vorgesehen, der zwischen der Bohrung 36 und der Kolbenfläche 42 eine Verbindung herstellt. Dieser Kanal ist axial einwärts von dem Ende des Gewindes 46 in einem Abstand angeordnet, der vorzugsweise mindestens das Doppelte des Kanaldurchmessers beträgt, damit die Spannungskonzentrationen am Gewindefuß möglichst klein gehalten werden und dadurch die Gefahr eines Bruches an dieser Stelle möglichst vermieden wird. Derartige Brüche traten häufig in den bekannten Geräten auf, in denen der radiale Kanal nahe bei dem Gewindeende angeordnet war und das Gewinde ein Spitzgewinde war.

Zwischen der Schulter 44 und dem am unteren Ende des Dorns vorgesehenen Führungsstopfen 26 ist die Außenw^ndung des

Dorns 20 mit zwei einander gegenüberliegenden/ parallelen Abflachungen ausgebildet, die die Verbindung der Teile des Geräts miteinander dadurch erleichtern, daß sie Angriffsflächen für einen Schraubenschlüssel oder ein anderes geeignetes Drehwerkzeug zum Einschrauben des Gewindes 46 in ein entsprechendes Innengewinde bilden.

Mit dem dem Stopfen 26 entgegengesetzten, oberen Ende des Dorns 20 ist ein allgemein rohrförmiger Stutzen 52 verschraubt, der ebenfalls von einer Bohrung 54 durchsetzt ist, die mit der den Dorn 20 durchsetzenden Bohrung 36 axial fluchtet. Der Stutzen 52 besitzt ferner einen miteinem Gewinde ausgebildeten Querkanal 56, der sich von der Bohrung 54 radial zur Außenwandung des Stutzens 52 erstreckt und mit einem Stopfen 58 verschlossen ist. Ebenso wie an dem Dorn sind auch an der Außenwandung des Stutzens 52 zwei einander gegenüberliegende, parallele Abflachungen 60 ausgebildet, die das Verschrauben des Stutzens erleichtern. Den Abflachungen 60 ist ein im Durchmesser größerer Teil 62 benachbart, der an seinem übergang zu einer im Durchmesser kleineren Kolbenfläche 66 ein äußeres Widerlager 64 bildet. Die Kolbenfläche 66 ist eine hochglanzpolierte Fläche, die mit zwei im Axialabstand voneinander angeordneten Umfangsnuten 68 ausgebildet ist, die nicht gezeigte Dichtringe, z.B. in Form von O-Ringen aufnehmen können. Die Kolbenfläche 66 erstreckt sich nicht über den Kanal 48 hinaus.

Der Stutzen 52 ist innen mit einer erweiterten Bohrung 65 ausgebildet, die mit der durchgehenden Bohrung 54 konzentrisch und einwärts von der Kolbenfläche 66 angeordnet ist. Die Bohrung 65 ist mit einem Innengewinde 67 in Form eines Acme-Gewindes (Trapezgewindes) ausgebildet, das mit dem Gewinde 46 des Dorns 20 verschraubt ist. Das Gewinde 67 erstreckt sich nur über einen Teil der Länge der Bohrung 65

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und beginnt an einer Stelle, die im Abstand einwärts von dem Ende des Stutzens 52 liegt, so daß eine glatte zylindrische Fläche vorhanden ist, die einen Teil der Kolbenfläche 42 des Doms 20 umgibt. Die Bohrung 65 erstreckt sich einwärts bis zu einer Nut 69, die von einer inneren Querwand 71 begrenzt ist, die ein Widerlager für das Ende des Dorns 20 bildet. Die Nut 69 ist zwischen den Enden des im Durchmesser größeren Teils 62 angeordnet. Die Größenverhältnisse dieser Teile sind so gewählt, daß die kleinste Wandstärke des Stutzens zwischen ihnen größer ist als die kleinste Wandstärke des Stutzens zwischen der Kolbenfläche 66 und dem Gewinde 67, so daß ein durch Biegebeanspruchungen verursachter Bruch weitestgehend vermieden wird.

Auf dem Außenumfang der Kolbenfläche 42 des Dorns 20 ist verschiebbar eine abgestufte zylindrische Hülse 70 gelagert, die einen ersten Zylinder 72 besitzt, der den Umfang der Kolbenfläche 42 umgibt und relativ zu ihr verschiebbar ist, sowie einen überlappenden zylindrischen Fortsatz in Form eines zweiten Zylinders 74, der die Kolbenfläche 66 des Stutzens 52 umgibt. Der erste Zylinder 72 ist an seinem Außenumfang von mehreren im Abstand voneinander angeordneten Dichtringen 76 und von zwischen diesen im Abstand voneinander angeordneten Schubringen 78 umgeben, die koaxial zu den Dichtringen angeordnet sind und an deren Stirnflächen anliegen. Die Dichtringe 76 bestehen aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise aus Naturkautschuk oder Synthesekautschuk, Kunststoff, Elastomeren oder dergleichen. Die Schubringe 78 bestehen aus einem relativ unflexiblen und vorzugsweise starren metallischen Werkstoff, so daß bei einer Auslenkung der von den Dichtringen und den Schubringen gebildeten Anordnung nur die Dichtringe 76, aber nicht die Schubringe 78 verformt werden.

Die Kolbenfläche 42 ist ferner von einer Luftabzugshülse 80 umgeben, die an der Seitenwandung des untersten Dichtringes

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anliegt und deren Innenwandung 82 im Abstand von der Kolbenfläche 42 angeordnet ist. Infolgedessen begrenzt die Luftabzugshülse 80 einen Ringraum, der den ersten Zylinder 72 aufnimmt. Von dem Ringraum führen eine oder mehrere radiale Durchlässe weg, die bei einer axialen Bewegung des ersten Zylinders 72 zu dem Stopfen 26 hin einen Luftabzug ermöglichen.

Der zweite Zylinder 74 der Hülse 70 hat eine solche Länge, daß bei an dem Widerlager 64 anliegendem oberen Ende des Zylinders 74 zwischen dem unteren Ende des Stutzens 52 und einem im Innern der Hülse 70 vorgesehenen Steg 87 ein Ringraum 86 (siehe Fig. 4) vorhanden ist, der mit dem radialen Kanal 48 in Verbindung steht.

Der obere Dorn 22 ist ebenso ausgebildet wie der untere Kanal 20, und gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Teile. Zum Unterschied von dem unteren Dorn 20 besitzt der obere Dorn 22 jedoch keinen Stopfen 58, sondern ist der dem oberen Dorn zugeordnete Stutzen 52 in dem radialen Kanal 56 mit einer Drosselstelle ausgebildet. Diese kann von einem Stopfen 88 gebildet werden, der von einem Kanal 90 durchsetzt ist, dessen Querschnittsfläche beträchtlich kleiner ist als die der den Stutzen 52 durchsetzenden Bohrung 54.

Das Abstandhalterohr 24, das die dem oberen Dorn 22 und dem unteren Dorn 20 zugeordneten Stutzen miteinander verbindet, kann jede gewünschte axiale Länge haben, die im Hinblick darauf gewählt wird, ob nur eine einzige oder mehrere Rohrverbindungen geprüft werden sollen oder aus irgendeinem Grunde ein ganzer Rohrschuß zwischen zwei Rohrverbindungen geprüft werden soll. Das Rohr 24 ist ein Hohlzylinder, der an beiden Enden mit je einem Innengewinde zum Verschrauben mit den dem Außengewinde der Stutzen 52 ausgebildet ist. Auch hier wird vorzugsweise ein Acme-Gewinde

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(Trapezgewinde) verwendet, weil es weniger zu durch Spannungskonzentrationen bedingten Brüchen neigt.

Als Werkstoff für die Dorne und Stutzen verwendet man vorzugsweise nicht die bisher verwendeten Legierungen 434OHT und 414OHT, sondern die hochfeste Nickel-Kobalt-Chrom-Molybdän-Superlegierung mit der Bezeichnung MP35N. Es hat sich gezeigt, daß diese Superlegierung eine äußerst hohe Streckgrenze, eine genügend große Dehnung und die hohe Dauerfestigkeit besitzt, die erforderlich ist, um einen Bruch der Teile unter zyklischer Zugbeanspruchung weitestgehend zu vermeiden. Die Hülsen 70 können aus dem nichtrostenden Stahl 17-4-PH, die Gleitringe 78 aus dem nichtrostenden Stahl 304 und der Stopfen 26 kann aus kaltgewalztem Kohlenstoffstahl hergestellt werden.

Zum Zusammensetzen des Abdrückgerätes wird der untere Dorn 20 gemäß der Fig. 2 mit dem Abstandhalterohr 24 verbunden, indem dieses mit dem Stutzen 52 verschraubt wird, und wird danach der entsprechende Stutzen 52 des oberen Dorns 22 mit dem entgegengesetzten Ende des Abstandhalterohrs 24 verschraubt. Dann wird die Druckmittelzuleitung 34 mit einem geeigneten, nicht gezeigten Anschlußstück am oberen Ende des oberen Dorns 22 verbunden.

Im Gebrauch des zusammengesetzten Gerätes 18 wird dieses mit Hilfe des Seils 30 in der Verrohrung 10 heruntergelassen, bis sich die Dichtringe des oberen und des unteren Dorns auf entgegengesetzten Seiten einer Rohrverbindung befinden, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist. Dann wird unter Druck stehendes Druckmittel über den Kanal 32 und die Bohrungen 36 und 52 in das Innere des Geräts eingeleitet, worauf das Druckmittel über die Kanäle 48 bewirkt, daß die Hülsen 70 sich in einander entgegengesetzten Richtungen zu den jeweiligen Dichtringen 76 hin bewegen, so daß diese

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axial zusammengedrückt und radial auswärts aufgeweitet werden, bis sie dicht an der Innenwandung der Verrohrung anliegen.

Da der Durchlaß 90 in dem dem oberen Dorn 22 zugeordneten Stutzen 52 eine kleinere Querschnittsfläche hat als" die Bohrungen 36 und 52 in dem zugeordneten Dorn bzw. Stutzen, strömt das Druckmittel zunächst nur in den Dornen und bewirkt es, daß die Hülsen 80 axial gegen die ihnen zugeordneten Dichtringe gedrückt werden. Wenn diese bis zur dichten Anlage an der Innenwandung des Rohrs gedrückt worden sind, steigt der Druck im Innern des Geräts so stark an, daß unter Druck stehendes Druckmittel durch den Kanal 90 in den Ringraum zwischen der oberen und der unteren Dichtringanordnung eintritt. Wenn sich ein stationärer Zustand eingestellt hat, kann der in dem Ringraum herrschende Druck überwacht werden und wirkt sich jeder durch ein Leck an der Rohrverbindung verursachte Druckabfall an der Quelle des unter Druck stehenden Druckmittels aus, so daß die Bedienung erkennt, daß die Rohrverbindung instandgesetzt werden muß. Man kann auch außen Einrichtungen zum Anzeigen von Lecks vorsehen. Zu diesem Zweck können auf der Außenseite der Rohrverbindung verschiedenartige Einrichtungen zum Erfassen von Lecks vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde vorstehend beschrieben und ist in den Zeichnungen dargestellt. Für den Fachmann versteht es sich, daß dieses Ausführungsbeispiel im Rahmen des Erfindungsgedankens verschiedentlich abgeändert werden kann.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   / 1./Rohrabdrückgerät mit einem langgestreckten Glied, das mit mehreren im Abstand voneinander angeordneten, elastischen, radial aufweitbaren Dichtringen versehen ist, und mit einer Einrichtung zum axialen Zusammendrücken dieser Dichtringe, so daß sie radial aufgeweitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zwei im Abstand voneinander angeordnete, zylindrische Dorne besitzt, die von je einer Bohrung durchsetzt sind und je einen im Durchmesser kleineren Teil besitzen, auf dem eine Hülse verschiebbar gelagert ist, wobei jeder dieser Dorne zwischen seinen Enden außen mit einer Schulter ausgebildet ist, jeder dieser Dorne im Bereich eines seiner Enden mit einem Querkanal ausgebildet ist und jeder dieser Dorne auf seiner Außenwandung in geringem Abstand von dem genannten Kanal ein Außengewinde besitzt, und daß mit einem Ende jedes der Dorne ein mit einem Innengewinde ausgebildeter Stutzen verschraubt ist, der von einer Bohrung durchsetzt und außen mit einer Schulter ausgebildet ist, die auswärts von dem zugeordneten Dorn im Abstand von dem genannten einen Ende desselben angeordnet ist.
2. 2. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Trapezgewinde zum Verschrauben der Dorne mit den Stutzen dienen.
3. 3. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und der untere Dorn dieselbe Ausbildung haben.
4. 4. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dorn im Abstand von seinem Gewinde mit einem

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   quer angeordneten Druckbeaufschlagungskanal ausgebildet
   ist.
5. 5. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Druckbeaufschlagungskanals von dem
   Gewinde des Dorns mindestens zwei Kanaldurchmesser beträgt.
6. 6. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen mit einem Innengewinde und im Abstand
   einwärts von der Außenschulter des Stutzens mit einer Nut ausgebildet ist.
7. 7. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Bohrung des Stutzens größer ist als die maximale axiale Überlappung zwischen der genannten Hülse
   und dem Stutzen.
8. 8. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum radialen Aufweiten der elastischen Dichtringe metallische Schubringe umfaßt, die zwischen
   den Dichtringen angeordnet sind.
9. 9. Rohrabdrückgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Dichtringe ein Luftabzugsraum vorgesehen ist.