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Die
Erfindung betrifft einen gewickelten Rohrstrang, d.h. aufgewickelte
Rohre zum Einführen in
ein Bohrloch.
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Nachdem
eine Bohrung zur Förderung
von Öl
oder Gas erschlossen wurde, ist es erforderlich, die Bohrung in
regelmäßigen Abständen zu
warten. Es gibt viele Gelegenheiten, wo der Wartungsvorgang durchgeführt wird,
wobei ein aufgewickeltes Rohr verwendet wird. Solche Rohre werden
in die Bohrlochverflanschung durch eine Schleusenanordnung oder
eine Stopfbuchse eingeführt.
Typischerweise ist dies erforderlich, da zwischen der Oberfläche der
Bohrung und der Atmosphäre
eine Druckdifferenz besteht, die natürlich oder künstlich
entstanden ist, die dazu dient, das Öl oder Gas oder deren Mischung
aus der unter Druck stehenden Bohrung zu fördern. Die Verrohrung wird
mit einem Injektor eingeführt,
das allgemein eine Rohrführung
oder einen Schwanenhals und eine Mehrzahl von Greiferblöcke zum
Greifen der Verrohrung und zum Hindurchbewegen durch den Injektor.
Ein solcher Injektor ist in unserem US-Patent Nr. 5 553 668 dargestellt.
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Der
Rohrstrang ist relativ flexibel und kann daher von dem Injektor
zylindrisch auf und von einer Spule oder einer Rolle gewickelt werden,
das oft zusammen mit einer Winde und einer Energieversorgung zusammenwirkt,
die die Spule oder die Rolle antreibt. In dem Injektor sind die
Greiferblöcke
an beweglichen Greifer-Gliederketten befestigt. Die Greiferblöcke greifen
nacheinander den aufgewickelten Rohrstrang, der dazwischen angeordnet
ist. Wenn die Greifer-Gliederketten sich bewegen, hat jede Greifer-Gliederkette
einen Greiferblock, der mit dem aufgewickelten Rohrstrang in Kontakt
tritt, während ein
anderer Greiferblock an der gleichen Greifer-Gliederkette den Kontakt
mit dem aufgewickelten Rohrstrang unterbricht. Dies wird so endlos
weitergeführt, da
die Greifer-Gliederketten angetrieben werden, wodurch der Rohrstrang
in das oder aus dem Bohrloch heraus getrieben wird, je nach Richtung,
in die die Antriebszähne
rotiert werden.
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Ein
solcher aufgewickelter Rohrstrang hat einen konstanten Querschnitt.
Wir haben jetzt jedoch herausgefunden, daß die Beibehaltung eines konstanten
Durchmessers für
den Rohrstrang unter bestimmten Umständen zu Problemen führen kann. Zum
Beispiel kann das Gewicht einer Länge von konstantem Durchmesser
nicht reduziert werden. Weiterhin hängt die Widerstandskraft auf
einen Rohrstrang von seinem Durchmesser ab und die Größe der Widerstandskraft
ist besonders wichtig, wenn Rohrstränge in einem horizontalen oder
anderen abweichenden Teil des Bohrlochs verwendet werden.
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Wir
haben erkannt, daß viele
Vorteile erreicht werden, wenn ein gewickelter Rohrstrang geschaffen wird,
bei dem der Außendurchmesser
variiert, d.h. der Rohrstrang Teile mit unterschiedlichem Außendurchmesser
aufweist. SPE 38420 zum Beispiel offenbart einen solchen Rohrstrang.
So würde
zum Beispiel ein größerer Außendurchmesser
am oberen Ende des Rohrstrangs und ein kleinerer Außendurchmesser
am unteren Ende es erlauben, daß der gewickelte
Rohrstrang für
größere Längen konstruiert
werden kann, da die Hängelast
des Strangs reduziert wird. Es würde
auch die prozentuale Streckgrenze auf einen Teil mit großem Durchmesser
im Vergleich zu einem Strang, der einen einzigen Außendurchmesser
hat verringert. Auch würde
ein Teil mit einem geringeren Außendurchmesser sehr nützlich bei
horizontalen oder abweichenden Bohrlochformationen sein, wodurch
sich die Widerstandskraft auf den Rohrstrang verringert, während er
immer noch einen Teil mit großem
Durchmesser am oberen Ende des Strangs hat, mit dem der Strang aufgrund
des verringerten Verknickens des größeren Teils weiter in das Bohrloch
gedrückt
wird.
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Ein
weiteres Problem bei einem Rohrstrang mit konstantem Durchmesser
betrifft das Hauptthema des daran anliegenden Druckabfalls. Wenn
die Bohrlochgröße bei der
Behandlungsfläche
klein ist, dann wurde zuvor ein Rohrstrang mit einem kleinen Durchmesser
verwendet. Der Rohrstrang mit dem kleinen Durchmesser könnte ernsthafte
Probleme mit Druckabfall darstellen. Die vorliegende Erfindung löst dies
durch das Ermöglichen
der Verwendung eines Rohrstrangs mit größerem Außendurchmesser in der Nähe der Behandlungszone
mit einem kleineren Teil tatsächlich
in der Behandlungszone.
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In
einer Hinsicht schafft die Erfindung einen gewickelter Rohrstrang
zur Verwendung mit einem Injektor für Rohrstränge mit der ein Rohrstrang
in ein Bohrloch einführbar
ist, wobei der gewickelte Rohrstrang einen ersten Rohrstrangteil
enthält,
der einen ersten Rohrstrang-Außendurchmesser
aufweist; einen zweiten Rohrstrangteil, der einen zweiten Rohrstrang-Außendurchmesser
aufweist, welcher sich von dem besagten ersten Rohrstrang-Außendurchmesser
unterscheidet, und einen sich verjüngenden Verbinder, der zwischen
den besagten ersten und zweiten Rohrstrangteilen angeordnet ist
und ein erstes Ende aufweist, das einen ersten endseitigen Außendurchmesser
hat, der im wesentlichen gleich dem ersten Rohrstrang-Außendurchmesser
ist und ein zweites Ende, das einen zweiten endseitigen Rohrstrang-Außendurchmesser
aufweist, der im wesentlichen gleich dem zweiten Rohrstrang-Außendurchmesser
ist.
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Die
Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Treiben eines Rohrstrangs
in ein Bohrloch enthaltend die Schritte:
- (a)
Bereitstellen eines gewickelten Rohrstrangs, der eine Außenfläche mit
einer Vielzahl von Außendurchmessern
aufweist; und
- (b) Einführen
des besagten gewickelten Rohrstrangs in das Bohrloch.
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Der
erfindungsgemäße Rohrstrang
verwendet einen oder mehrere sich verjüngende Teile oder Verbinder
in einem Rohrstrang zur Verwendung bei der Wartung eines Bohrlochs.
Vorzugsweise sind die sich verjüngenden
Verbinder im wesentlichen kegelstumpfartig.
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Der
sich verjüngende
Teil kann an die ersten und zweiten Rohrstrangteile durch unterschiedliche Mittel
gebunden werden. Es kann zum Beispiel für die Verbindung gecrimpt,
tiefgezogen, verschraubt oder verschweißt werden. Ein erster Verbinder
kann verwendet werden um den ersten Rohrstrangteil und das erste
Ende des sich verjüngenden
Teils miteinander zu verbinden und ein zweiter Verbinder kann verwendet
werden, um den zweiten Rohrstrangteil und das zweite Ende des sich
verjüngenden
Teils miteinander zu verbinden. Diese ersten und zweiten Verbinder
können
integral an einen sich verjüngenden Teil
angeformt sein. Vielfach sich verjüngende Teile mit Verbindern
können
in einem gewickelten Rohrstrang verwendet werden, wodurch Rohrstränge unterschiedlichen
Durchmessers zu einem Rohrstrang für die Wartung eines Bohrlochs
verbunden werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die ersten und zweiten Verbinder im wesentlichen zylindrisch. Der
erste Verbinder hat einen ersten Verbinder-Außendurchmesser, der im wesentlichen
gleich dem ersten Rohrstrang-Außendurchmesser
ist; und der zweite Verbinder hat einen zweiten Verbinder-Außendurchmesser,
der im wesentlichen gleich dem besagten zweiten Rohrstrang-Außendurchmesser
ist.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Treiben
eines Rohrstrangs in ein Bohrloch, enthaltend die Schritte (a) Bereitstellen
eines gewickelten Rohrstrangs, der eine Außenfläche mit einer Vielzahl von
Außendurchmessern
aufweist; und (b) Einführen
des besagten gewickelten Rohrstrangs in das Bohrloch. Schritt (a)
umfasst das Bereitstellen eines gewickelten Rohrstrangs mit einem sich
verjüngenden
Verbinder zwischen benachbarten Rohrstrangteilen, die unterschiedliche
Außendurchmesser
haben. Schritt (b) umfasst das Vorbeiführen des besagten, sich verjüngenden
Verbinders durch einen Injektor für Rohrstränge zum Einführen besagten
Rohrstrangs in das Bohrloch. Dieser Injektor umfasst innen eine
Mehrzahl von Greiferblöcken,
die in besagten, sich verjüngender
Verbinder und besagte unterschiedliche Außendurchmesser des besagten, gewickelten
Rohrstrangs eingreifen, wenn besagter gewickelter Rohrstrang in
das Bohrloch eingeführt wird.
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Mit
anderen Worten umfasst die Erfindung ein Verfahren, einen Rohrstrang
in ein Bohrloch zu treiben, enthaltend die Schritte (a) Anordnen
eines Injektor für
Rohrstränge
benachbart zu einem Bohrlochkopf am oberen Ende des Bohrlochs, (b)
Positionieren eines gewickelten Rohrstrangs durch einen Injektor,
wobei der Rohrstrang eine äußere Oberfläche aufweist,
die mehr als einen Außendurchmesser
hat, und (c) Inbetriebnehmen des Injektor zum Einführen des
gewickelten Rohrstrangs in das Bohrloch. Schritt (c) kann das Hindurchführen eines
Rohrstrang-Verbinders dorthindurch umfassen, der die Teile des gewickelten
Rohrstrangs, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, miteinander
verbindet.
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Um
die Erfindung vollständiger
verstanden wird, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen,
in denen:
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Rohrstrang-Verbinders darstellt,
der zwei Teile eines gewickelten Rohrstrangs miteinander verbindet,
die unterschiedliche Außendurchmesser
aufweisen, während
der gewickelte Rohrstrang durch einen Injektor für einen Rohrstrang in ein Bohrloch
hindurch geführt
wird.
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2 zeigt
ein Detail des Eingreifen von Greiferblöcken in dem Injektor mit dem
Rohrstrang.
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linien 3-3 in 2
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4 ist
ein longitudinaler Schnitt eines Beispiels für einen Rohrstrangverbinderteil
eines gewickelten Rohrstrangs.
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Bezugnehmend
auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 und 2 ist
der erfindungsgemäße Rohrstrangverbinder
dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Der Verbinder 10 verbindet einen
ersten Rohrstrangabschnitt oder -teil 12 und einen zweiten
Rohrstrangabschnitt oder -teil 14. Der erste Rohrstrangabschnitt 12,
der zweite Rohrstrangabschnitt 14 und der Rohrstrangverbinder 10 können alle
Teile eines gewickelten Rohrstrangs 16 bilden.
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Typischerweise
wird der gewickelte Rohrstrang 16 auf einer großen Trommel
oder Rolle 18 geliefert und hat typischerweise eine Länge von
mehreren tausend Metern. Der gewickelte Rohrstrang 16 ist
in einem entspannten, aber aufgewickelten Zustand, wenn er von der
Trommel 18 geliefert wird. Der gewickelte Rohrstrang 16 wird
typischerweise von der Trommel 18 abgewickelt, die auf
einem Lastkraftwagen (nicht dargestellt) für den mobilen Betrieb angeordnet
ist.
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Ein
Injektor 20 ist oberhalb des Bohrlochkopfes 22 neben
einer Erdbodenoberfläche 23 auf
einem Überbau 24 aufgebaut.
Ein Führungsrahmen 26,
der eine Mehrzahl von Paaren mit Führungsrollen 28 und 30 aufweist,
die darauf angebracht sind, erstrecken sich nach oben und von dem Überbau weg.
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Der
Rohrstrang
16 wird von einer Trommel
18 geliefert
und wird zwischen den Rollen
28 und
30 bewegt.
Während
der Rohrstrang
16 von der Trommel
18 abgewickelt
wird, wird es im allgemeinen an einem Messgerät vorbeigeführt, wie einem Rad
32. Alternativ
kann das Messgerät
auch in dem Injektor
20 eingebaut sein, wie dies in der
US 5 234 053 von Connell
und übertragen
auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
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Die
Rollen 28 und 30 bilden einen Pfad für den Rohrstrang 16,
so daß die
Krümmung
des Rohrs langsam begradigt wird, während es in das Injektor 20 gelangt.
Es gibt genug Spiel in den Rollen 28 und 30 um
Rohrdurchmesser unterschiedlicher Größe aufzunehmen. Es versteht
sich, daß der
Rohrstrang 16 vorzugsweise aus einem Material gebildet
ist, das ausreichend flexibel und geschmeidig ist, damit es für die Aufbewahrung
auf der Trommel 18 gebogen und später begradigt werden kann.
Während
das Material flexibel und geschmeidig ist und das Biegen um einen
Krümmungsradius
zulässt,
birgt es das Risiko eingeklemmt zu werden oder Ermüdungserscheinungen
zu zeigen, wenn die Krümmung
zu stark wird. Die Rollen 28 und 30 sind derart
beabstandet, daß das
Begradigen des Rohrs erreicht wird, so daß das Rohr in das Bohrloch
ohne Knickstellen oder übermäßiges Verbiegen
eingeführt
wird.
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Anhand
der 2 und 3 werden nun die Einzelheiten
des Zusammenwirkens zwischen dem Rohrstrang 16 und dem
Injektor 20 erläutert.
Innerhalb des Überbaus 24 wird
ein Paar Greifer-Gliederketten 34 und 35 von einem
zugehörigen
Paar Zahnräder
für Greifer-Gliederketten-Spannrollen 36 bzw. 37 angetrieben.
Die Zahnräder
für Greifer-Gliederketten-Spannrollen 36 und 37 sind
auf Antriebswellen 38 bzw. 39 befestigt und werden
daher von einem Hauptantrieb (nicht dargestellt) auf bekannte Art
und Weise angetrieben. Der untere Teil der Greifer-Gliederketten 34 und 35 wird
von Zahnrädern
für Greifer-Gliederketten-Spannrollen 40 bzw. 41 geführt, die jeweils
auf Spannrollen 42 und 43 befestigt sind.
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Die
Greifer-Gliederketten 34 und 35 sind von bekannter
Art und jede hat darauf eine Mehrzahl von nach außen ragenden
Rohrleitungs-Greiferblöcken 44.
Wie es am besten in 3 zu sehen ist, hat jeder Greiferblock 44 eine
V-förmige
Rille 48, die auf der äußeren Fläche gebildet
ist. Die V-förmige
Rille 46 erlaubt es, daß die Blöcke sich automatisch an unterschiedliche
Durchmesser des Rohrstrangs 16 anpassen. Das heißt, eine
größere äußere Oberfläche 48 an
dem Rohrstrang 16 ist weiter außen in der Rille 46 angeordnet
als ein Teil mit einem kleineren Durchmesser. Die Antriebszähne 36 und 37 und
die Führungszähne 40 und 41 sind
gegenüber
dem Rohrstrang 16 auf bekannte Art und Weise vorgespannt, so
daß sich
die Greifer-Gliederketten 34 und 35 im allgemeinen
an die äußere Oberfläche des
Rohrstrangs 16 anpassen. Wie aus 2 ersichtlich
ist, greifen die Greiferblöcke 44 entlang
seiner sich verjüngenden äußeren Oberfläche 48,
wenn der sich verjüngende
Verbinder 10 durch den Injektor 20 geleitet wird.
Die Greifer-Gliederketten 34 und 35 werden in
entgegengesetzten Richtungen gedreht, so daß sich auf beiden die Greiferblöcke 44,
die den Rohrstrang 16 erfassen, nach unten bewegen, wodurch
der Rohrstrang 16 in das Bohrloch getrieben wird. Dies
kann umgekehrt werden, wodurch der Rohrstrang 16 aus dem
Bohrloch herausgezogen wird. Die Greiferblöcke 44 mit der V-förmigen Rille
in der Oberfläche
des Halliburton-Injektors ermöglichen es,
daß die
unterschiedlichen äußeren Flächen des Rohrstrangs 16 im
wesentlichen gleichzeitig ergriffen werden.
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Bezugnehmend
auf 4 ist ein Querschnitt eines Teils des Rohrstrangs 16 dargestellt,
der den sich verjüngenden
Verbinder 10 umfasst. Der Verbinder 10 ist im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen konisch ausgebildet. Vorzugsweise ist der maximale Außendurchmesser 50 des
sich verjüngenden
Verbinders 10 im wesentlichen der gleiche wie der Außendurchmesser 52 des
ersten Rohrabschnitts 12. Auf ähnliche Weise ist der minimale
Außendurchmesser 54 des
Verbinders 10 im wesentlichen der gleiche wie der Außendurchmesser 56 des zweiten
Rohrabschnitts 14. Das obere Ende des Rohrverbinders 10 ist
mit dem ersten Rohrabschnitt 12 über einen ersten Verbinderabschnitt 58 verbunden
und das untere Ende des sich verjüngenden Verbinders 10 ist
an dem zweiten Rohrabschnitt 14 mit einem zweiten Verbinderabschnitt 60 befestigt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die ersten und zweiten Rohrabschnitte 12 und 14 und
der sich verjüngende
Verbinder 10 aus Metall, und die ersten und zweiten Verbinderabschnitte 58 und 60 sind durch
geschweißte
Teile zwischen dem sich verjüngenden
Verbinder 10 und den jeweils ersten und zweiten Rohrabschnitten 12 und 14 gekennzeichnet.
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Alternativ
kann der sich verjüngende
Verbinder 10 auch eine innere Nase aufweisen, die in die Enden
integriert ist. Diese Nasen werden in die ersten und zweiten Rohrabschnitte 14 eingeführt. Die Rohrabschnitte
können
dann auf den sich verjüngenden
Verbinder aufgekrimpt oder aufgepresst werden. In noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel
kann der sich verjüngende
Verbinder mit einer Schraubverbindung mit den ersten und zweiten
Rohrabschnitten 12 und 14 verbunden werden. Der
sich verjüngende
Verbinder 10 und die ersten und zweiten Rohrabschnitte 12 und 14 können aus
einem nicht-metallischen Verbundmaterial hergestellt werden.
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In
jedem der Ausführungsbeispiele
für den sich
verjüngenden
Verbinder 10 ist es die Schlüsseleigenschaft, daß die äußere Oberfläche des
Rohrstrangs 16 relativ glatt ist, so daß der sich verjüngende Verbinder 10 einen
im wesentlichen geraden und langsamen Übergang zwischen dem ersten
Rohrabschnitt 12 und dem zweiten Rohrabschnitt 14 schafft. Auf
diese Weise wird der Rohrverbinder 10 glatt durch den Injektor 20 gelangen
und im wesentlichen ununterbrochen von den Greiferblöcken 44 erfasst werden,
so daß der
Rohrstrang 16 in das Bohrloch eingeführt wird.
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Falls
gewünscht
können
mehrfache Rohrabschnitte, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen,
verbunden werden, wie dies nachstehend beschrieben wird, wodurch
ein Rohrstrang für
die Behandlung eines Bohrlochs erzeugt wird. Zum Beispiel kann ein
Rohr mit einem größeren Außendurchmesser
am oberen Ende des Strangs mit einem Rohr verbunden werden, das
einen kleineren Außendurchmesser
hat, welches wiederum mit einem Rohr mit noch kleinerem Außendurchmesser
verbunden ist durch mehrere sich verjüngende Verbinder, wodurch die
Hängelast
des Strangs verringert wird und damit die Streckgrenze auf die oberen
Abschnitte des Rohrstrangs reduziert.
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Es
wird daher erkannt, daß der
sich verjüngende
Verbinder für
einen Rohrstrang nach der vorliegenden Erfindung wohl geeignet ist
die erwähnten Enden
und Vorteile zu bewirken, wie auch solche, die damit einhergehen.
Während
das vorliegende Ausführungsbeispiel
für Zwecke
der Offenbarung gezeigt wurde können
zahlreiche Änderungen
der Anordnung und der Konstruktion der Teile vom Fachmann vorgenommen
werden.