-
Die
Erfindung betrifft ein Bohrstrangstabilisierwerkzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Ein derartiges Stabilisierwerkzeug wird in
US-A-6 666 267 beschrieben.
-
Weitere
Beispiele für
Stabilisierwerkzeuge, die zum Beispiel beim Bohren von Erdölbohrungen Einsatz
finden, sind in
WO 00/58596 und
WO 91/05936 beschrieben.
Die Hauptaufgabe des Stabilisierwerkzeugs im Bohrstrang ist die
Abstützung
und Stabilisierung der Bohrgarnitur im Bohrloch durch die Erdoberfläche. Die
Stabilisierflügel
müssen
so beschaffen sein, dass sie in allen Phasen des Bohrbetriebs die
Reibung und den Widerstand im Bohrloch reduzieren. Außerdem darf
das Stabilisierwerkzeug den Austrag des Bohrguts aus dem Bohrloch
durch die Spülung
nicht behindern. Die Kontaktfläche
der Stabilisierflügel
muss groß genug
sein, um den Bohrstrang im Bohrloch ausreichend abzustützen, während die
Durchdringung der Bohrlochwand minimiert oder ganz ausgeschaltet
wird. Das Stabilisierwerkzeug muss auch dann für Stabilität sorgen, wenn ein Gewicht
zur Wirkung kommt oder schwingungs- oder stoßlastbedingte Schüttelbewegungen
durch den Bohrstrang übertragen
werden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist ein Stabilisierwerkzeug mit verbesserten Eigenschaften,
insbesondere in Bezug auf Reibung, hydrodynamische Eigenschaften,
Anwendung, Wartung und/oder Kosten.
-
Diese
Aufgabe erfüllt
eine Stabilisierwerkzeug-Baugruppe nach Anspruch 1.
-
Die
durchschnittliche Breite der hinteren Hälfte des Stabilisierflügels beträgt wesentlich
weniger als die durchschnittliche Breite der vorderen Hälfte. Die
Form gleicht also mehr oder weniger dem Querschnitt eines Flugzeugflügels, und
Spülung
und Bohrgut werden rund um die Stabilisierflügel wirksam verdrängt, wodurch
das Verschmieren und Versetzen des Stabilisierwerkzeugs mit Bohrgut
stark reduziert wird.
-
Die
Stabilisierflügel
fluchten axial mit dem Stabilisiergehäuse, d. h. sie sind nach den
Achsen des Stabilisiergehäuses
ausgerichtet, um den erhöhten
Reibungswiderstand, der beim Schieben des Bohrstrangs im gerichteten
Modus bei Bahnänderungen
im Bohrloch entsteht, zu minimieren. Die Ausrichtung der Stabilisierflügel verbessert
die Leistung und erhöht
die Bohrgeschwindigkeit bei einem anderenfalls problematischen und
zeitraubenden Vorgang.
-
Die
Mittelpunkte der Stabilisierflügel-Baugruppen
sind auf mindestens zwei koaxial beabstandeten Kreisen auf der Oberseite
des Stabilisiergehäuses
angeordnet. Vorzugsweise sind auf jedem Kreis drei Stabilisierflügel-Baugruppen
angeordnet. Die hinteren Hälften
der Stabilisierflügel
auf einem Kreis erstrecken sich in Richtung des anderen Kreises.
Die vorderen Hälften
der Flügel
auf dem vorderen Kreis sind daher immer vorn, ob nun der Bohrstrang
im Bohrmodus ist oder eingezogen wird. Die Hinterenden der hinteren
Hälften
der Stabilisierflügel auf
einem Kreis erstrecken sich zwischen den hinteren Hälften der
Stabilisierflügel
auf dem anderen Kreis und über
deren Hinterenden hinaus. Vorzugsweise erstrecken sich die Hinterenden
der hinteren Hälften
der Stabilisierflügel
auf einem Kreis zwischen den hinteren Hälften der Stabilisierflügel auf
dem anderen Kreis und mindestens zu deren mittlerem Teil. Die Stabilisierflügel – drei obere
und drei untere – sind
zweckmäßig so positioniert,
dass der hydrodynamische Wirkungsgrad des Werkzeugs optimiert wird.
Diese Anordnung trägt
auch zur Glättung
des Schlammflusses um die Stabilisierflügel bei, wodurch die Drosselung
des Bohrgutaustrags aus dem Loch minimiert und die Reinigung des
Loches verbessert wird, während
die Bohrgarnitur im Bohrloch rundherum zentriert bleibt.
-
Die
Stabilisierflügel-Baugruppen
sind vorzugsweise lösbar
mit dem Stabilisiergehäuse
verbunden. Austauschbare Flügel
können
vor Ort leicht und schnell erneuert werden. Dieses Merkmal ermöglicht das
Nachrichten des Stabilisierwerkzeugs auf der Bohrinsel, da verschlissene
und beschädigte Stabilisierflügel schnell
erneuert werden können
und verschlissene oder beschädigte
Stabilisierwerkzeuge daher zur Reparatur nicht zur Spezialwerkstatt
transportiert werden müssen.
Da am Stabilisiergehäuse Flügel verschiedener
Größen montiert
werden können,
erübrigt
sich die Lagerung von zusätzlichen
Stabilisierwerkzeugen mit Untermaß auf der Bohrinsel. Die Möglichkeit,
beschädigte
oder verschlissene Stabilisierflügel
vor Ort zu erneuern und das Stabilisiergehäuse mit Flügeln verschiedener Größen auszustatten,
reduziert den vor Ort erforderlichen Bestand an Stabilisierwerkzeugen.
Die durch Tagesmiete, Transport und Lagerraum bedingten Kosteneinsparungen
leisten einen Beitrag zu den technischen Vorteilen des Stabilisierkonzepts
mit austauschbaren Flügeln.
-
Die
Oberseite des Stabilisiergehäuses
weist vorzugsweise versenkte Schlitze auf, in denen die Stabilisierflügel-Baugruppen
so befestigt sind, dass mindestens ein wesentlicher Teil der Stabilisierflügel außerhalb
des Stabilisiergehäuses
verläuft.
Auf diese Weise können
die Montagemerkmale der Flügel-Baugruppe
unabhängig
von den Stabilisiermerkmalen gestaltet werden.
-
Das
Vorderende des Stabilisierflügels
ist von oben gesehen vorzugsweise im Wesentlichen halbkreisförmig. Das
Hinterende des Stabilisierflügels
ist von oben gesehen vorzugsweise im Wesentlichen halbkreisförmig. Die
hintere Hälfte
des Stabilisierflügels
verjüngt
sich vorzugsweise von oben gesehen sich in Richtung des Hinterendes.
Die Oberseite des Stabilisierflügels
ist vorzugsweise in der Nähe
und in Richtung des Vorderendes nach unten abgeschrägt. Die
Oberseite des Stabilisierflügels
ist vorzugsweise in der Nähe
und in Richtung des Hinterendes nach unten abgeschrägt. Die
Unterseite des Stabilisierflügels
ist vorzugsweise in der Nähe
und in Richtung des Vorderendes nach oben abgeschrägt. Die
Unterseite des Stabilisierflügels
ist vorzugsweise in der Nähe
und in Richtung des Hinterendes nach oben abgeschrägt. Die
Kanten zwischen den Seitenwänden
und der Oberseite sind vorzugsweise unscharf.
-
Die
Form der Stabilisierflügel
ist so beschaffen, dass sie die Spülung und das Bohrgut rund um die
Stabilisierflügel
wirksam verdrängen
und Verschmieren und Versetzen des Stabilisierwerkzeugs mit Bohrgut
stark reduzieren. Der Stabilisierflügel hat eine große Kontaktfläche. Die
verjüngende
Flügelform
mindert die Reibung und verbessert die Leistung des Stabilisierwerkzeugs
im gerichtete Modus. Die Querschnittverjüngung des Flügels reduziert
das Drehmoment und minimiert Unterschneiden beim Drehmodus. Der
Vorder- und Hinterwinkel der Stabilisierflügel wird vorzugsweise auf ca.
20 Grad bearbeitet, um Stockung zu minimieren und den Auf- und Abwärtswiderstand
in Bohrloch zu reduzieren.
-
Die
Stabilisierflügel-Baugruppe
weist vorzugsweise weiter zwei Montageklötze mit Löchern zur Montage der Klötze an einem
Stabilisiergehäuse mittels
Schrauben auf, wobei die Montageklötze Eingriffswände aufweisen,
die so geformt sind, dass sie bei der Montage das Vorderende und
das Hinterende des Stabilisierflügels
am Stabilisiergehäuse
befestigen. Der Stabilisierflügel
weist vorzugsweise ein nach unten ragendes Montageteil mit einer
abgeschrägten
Eingriffswand am Vorderende und einer abgeschrägten Eingriffswand am Hinterende
auf, wobei die Eingriffswände
der Montageklötze
komplementär
so abgeschrägt
sind, dass das Montageteil des Stabilisierflügels von den Montageklötzen nach der
Montage unter Klemmwirkung gegen das Stabilisiergehäuse gedrückt wird.
Die Montageklötze,
das Montageteil des Stabilisierflügels und das Stabilisiergehäuse sind
vorzugsweise so bemessen, dass die Unterseiten der Montageklötze das
Stabilisiergehäuse
nach der Montage nicht berühren
können.
Die Montageklötze
weisen vorzugsweise einen sich von der Eingriffswand zum Inneren
des Klotzes erstreckenden Schraubenkopfschlitz und einen sich von besagtem
Schraubenkopfschlitz zur Unterseite des Klotzes erstreckenden schmaleren
Schraubenschaftschlitz auf, so dass ein Kopf der Schraube in den Schraubenkopfschlitz
gesteckt werden kann und der Schraubenschaft in den Schraubenschaftschlitz
gleiten kann, bevor die Klötze
montiert werden. Die Montageklötze
weisen vorzugsweise eine sich zwischen der Oberseite und der Innenseite
des Schraubenkopfschlitzes erstreckende Werkzeugbohrung zum Einschieben
des Endes eines Montagewerkzeugs, wie zum Beispiel eines Schraubendrehers
oder Schraubenschlüssels,
bei der Montage der Klötze auf.
-
Nach
dieser bevorzugten Ausführungsform sind
die Stabilisierflügel
in der in das Stabilisiergehäuse
eingefrästen
Vertiefung angeordnet und werden von zwei schrägen ebenfalls in der Vertiefung
angeordneten Klötzen
gehalten, von denen einer vor und der andere hinter dem Flügel angeordnet
ist. Der abgeschrägte
Teil der Klötze
wird mit dem abgeschrägten
unteren Teil (Anker) des Stabilisierflügels gepaart. Die abgeschrägten Klötze werden
mittels einer Schraube am Stabilisiergehäuse befestigt. Die Schraube
wird so in eine Ausnehmung im abgeschrägten Klotz gesteckt, dass ihr
Kopf nicht der Wand des Bohrlochs gegenüber frei liegt. Wenn die beiden
abgeschrägten
Klötze
festgezogen werden, hält
der zwischen den abgeschrägten
Klötzen
und dem abgeschrägten
Anker des Stabilisierflügels
wirkende Druck die ganze Baugruppe in Position. Der Kopf der in
den abgeschrägten
Klotz geschobenen Schraube ist größer als das Loch oben im abgeschrägten Klotz,
durch welches die Schraube angezogen wird. Beim Lösen der
Schraube zum Nachrichten der Flügel
zieht die Schraube die abgeschrägten Klötze aus
der Vertiefung im Stabilisiergehäuse
und sorgt auf diese Weise dafür,
dass die Schrägflächen der
Klötze
von der Schrägfläche des
Stabilisierflügels gelöst werden.
-
Die äußeren Enden
des Stabilisierflügels sind
von oben gesehen vorzugsweise im Wesentlichen halbkreisförmig. Die
Oberseiten der Montageklötze
sind vorzugsweise in Richtung der äußeren Enden nach unten abgeschrägt. Die
Oberseite der Montageklötze,
welche die Flügel
am Stabilisiergehäuse
festhält,
hat daher vorzugsweise eine keilförmige Verjüngung vom Stabilisiergehäuse zum
Vorder bzw. Hinterwinkel des Flügels,
um den Flügel
zu schützen
und seine Form so zu gestalten, dass Stockung beim Einlauf in das
und beim Auslauf aus dem Bohrloch minimiert wird.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben,
wobei gleichartige Elemente durch die selben Bezugszeichen gekennzeichnet
werden und wobei:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines Stabilisierflügels ist;
-
2 einen
Querschnitt durch ein Stabilisierwerkzeug zeigt;
-
3 eine
perspektivische Ansicht des Stabilisierwerkzeugs nach 2 ist;
und
-
4 einen
teilweisen Längsschnitt
einer montierten Stabilisierflügel-Baugruppe
zeigt.
-
Gemäß 1 besteht
ein Stabilisierflügel 1 aus
Flussstahl und weist ein oberes Stabilisierteil 2 und ein
unteres Montageteil 3 auf. Das Stabilisierteil 2 hat
eine längliche
Form mit einem Vorderende 4 und einem Hinterende 5,
einer Oberseite 6 und aufrechten Seitenwänden 7.
Die durchschnittliche Breite der hinteren Hälfte des Stabilisierteils 2 verjüngt sich von
oben gesehen in Richtung des Hinterendes 5, weshalb die
durchschnittliche Breite der hinteren Hälfte wesentlich weniger beträgt als die
durchschnittliche Breite der vorderen Hälfte.
-
Von
oben gesehen sind die beiden Enden 4, 5 des Stabilisierteils 2 halbkreisförmig. Der
Endabschnitt der Oberseite 6 ist in der Nähe und in Richtung
des Vorder- und Hinterendes 4, 5 nach unten abgeschrägt. Auf
gleiche Weise ist der Endabschnitt der Unterseite 8 in
der Nähe
und in Richtung des Vorder- und Hinterendes 4, 5 nach
oben abgeschrägt.
Die Kanten zwischen den Seitenwänden 7 und
der Oberseite 6 sowie zwischen den Seitenwänden 7 und
der Unterseite 8 sind leicht abgerundet. Der Winkel zwischen
den Schrägflächen und
der Horizontalen beträgt
ca. 20 Grad.
-
Das
Montageteil 3 ragt vom Stabilisierteil 2 nach
unten und weist eine abgeschrägte
Eingriffswand 9 am Vorderende und eine abgeschrägten Eingriffswand 10 am
Hinterende auf. Der Winkel zwischen den Eingriffswänden 9, 10 und
der Horizontalen beträgt
ca. 75 Grad. Die Seitenwände
des Montageteils 3 sind aufrecht. Die Breite und Länge des Montageteils 3 betragen
weniger als die Breite und Länge
des Stabilisierteils 2, während die Höhe der beiden Teile 2, 3 ungefähr gleich
ist.
-
Gemäß 2 und 3 besteht
ein Stabilisiergehäuse 11 aus
einem Mittelteil 12, dessen Durchmesser etwas größer ist
als die Endabschnitte des Stabilisierwerkzeugs und das an einen
Bohrstrang des gleichen Durchmessers angeschlossen werden kann.
Auf der zylindrischen Oberfläche
des Mittelteils 12 sind sechs Stabilisierflügel 1 mit
axialer Ausrichtung montiert. Eine erste Gruppe von drei Stabilisierflügeln 1 ist
gleichmäßig auf
einem ersten Kreis auf der besagten zylindrischen Oberfläche verteilt,
und eine zweite Gruppe von drei Stabilisierflügeln 1 ist gleichmäßig auf
einem zweiten Kreis verteil, der vom ersten Kreis beabstandet ist.
Die Vorderenden 4 auf den beiden Kreisen erstrecken sich
in entgegengesetzten Richtungen so von den beiden Kreisen weg, dass
der vordere Bereich des vorwärts
fahrenden Stabilisierwerkzeugs die breiteren Vorderenden 4 der
Stabilisierflügel 1 aufweist,
ungeachtet der Richtung, in welcher sich der Bohrstrang bewegt.
Die hinteren Hälften
der beiden Gruppen von Stabilisierflügeln 1 sind zwischen
einander angeordnet, und die Hinterenden 5 erstrecken sich
in axialer Richtung ungefähr
bis zur Mitte der benachbarten Stabilisierflügel 1. Dadurch entstehen
schräge
Kanäle
zwischen den hinteren Hälften
von benachbarten Paaren von Stabilisierflügeln 1.
-
Die
Stabilisierflügel 1 werden
jeweils mit zwei Montageklötzen 13 und
Senkschrauben 14 am Stabilisiergehäuse 11 montiert, was
unter Bezugnahme auf 4 eingehender erläutert wird.
-
Gemäß 4 weist
die zylindrische Oberfläche
des Mittelteils 12 des Stabilisiergehäuses 11 axial ausgerichtete
Montageschlitze 15 auf, deren Breite und Höhe den Maßen des
Montageteils 3 der Stabilisierflügel 1 gleichen. Die
Länge des
Montageschlitzes 15 ist so bemessen, dass ein Montageklotz 13 der
selben Breite zwischen die Eingriffswand 9, 10 des
Montageteils 3 und die halbkreisförmige Abschlusswand des Montageschlitzes 15 an
beiden Ende passt. Die Montageklötze 13 haben
ebenfalls schräge
Eingriffswände 18,
die mit den Eingriffswänden 9, 10 des
Montageteils 3 gepaart sind. Der Montageklotz 3 ist
unten etwas länger
als die Restlänge des
Bodens des Montageschlitzes 15, wenn das Montageteil 3 auf
dem Boden aufsitzt. Die Montageklötze können also den besagten Boden
nicht erreichen, wenn die Schrauben 14 eingefügt werden
und der Stabilisierflügel 1 unter
Klemmwirkung auf das Stabilisiergehäuse 11 gedrückt wird.
-
Die
Oberseite 16 der Montageklötze 13 hat ungefähr den selben
Schrägwinkel,
d. h. ca. 20 Grad, wie die Enden der Oberseite 6 des Stabilisierteils 2. Außerdem sind
die äußeren Enden
der Montageklötze 13 halbkreisförmig und
passen daher in den Montageschlitz 15.
-
Die
Montageklötze 13 sind
mit einem Schraubenkopfschlitz 19 versehen, der sich von
der Eingriffswand 18 in Richtung des Inneren des Klotzes 13 erstreckt,
sowie mit einem schmaleren Schraubenschaftschlitz 20, der
sich entlang dem besagten Schraubenkopfschlitz 19 in Richtung
der Unterseite des Klotzes erstreckt, so dass der Kopf der Schraube 14 in
den Schraubenkopfschlitz 19 gesteckt werden und der Schaft
der Schraube im Schlitz gleiten kann, bevor die Klötze 13 montiert
werden. Die Montageklötze 13 weisen
auch eine Werkzeugbohrung 21 auf, die sich zwischen der
Oberseite 16 und der Innenseite des Schraubenkopfschlitzes 19 erstreckt und
bei der Montage der Klötze 13 zum
Einführen
eines Montagewerkzeugs, wie z. B. eines Schraubendrehers oder Schraubenschlüssels, dient.
-
Die
Erfindung wird zwar anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, aber dem Fachmann ist klar, dass innerhalb des von
den Ansprüchen
definierten Umfangs der Erfindung zahlreiche Änderungen vorgenommen werden
können.