DE60208196T2

DE60208196T2 - Zentriervorrichtung

Info

Publication number: DE60208196T2
Application number: DE60208196T
Authority: DE
Inventors: Andrew Jenner
Original assignee: Domain Licenses Ltd
Current assignee: Domain Licenses Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: CN1304721C; CN1537192A; NO20035780L; ATE313692T1; EP1399642B1; EP1399642B8; ES2255617T3; EP1399642A1; NO327628B1; DE60208196D1; CA2452100C; US6997254B2; US20030000607A1; WO2003002842A1; AU2002314323B2; GB0115704D0; CA2452100A1; DK1399642T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder-Zentriervorrichtung gemäß der Art zum beabstandet Erhalten eines rohrförmigen Elements von der Wand einer Bohrung und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Vorrichtung. Derartige Vorrichtungen können außerdem zum Beabstanden eines rohrförmigen Elements in einem bestehenden rohrförmigen Element benutzt sein.
Wie dem Fachmann bekannt sind Zentrierer in den Öl-, Gas- und Wasserbohrindustrien zum Zentrieren eines rohrförmigen Elements (im Folgenden als „Rohr" bezeichnet) in einem Bohrloch oder in einem vorher eingerichteten, größeren rohrförmigen Element benutzt.
Derartige rohrförmige Elemente sind im Allgemeinen in hantierbaren Längen von beispielsweise 12 Metern gebaut, wobei jede Länge an beiden Enden mit einem Außengewinde versehen ist. Die Längen sind unter Benutzung kurzer Kupplungen mit Innengewinde zusammengebaut. Der Zusammenbau der Rohre zu einer vorgegebenen Gesamtlänge wird als Strang bezeichnet.
Wenn der Strang in einem Bohrloch oder einem bestehenden Rohr angeordnet ist, ist es erwünscht, den Strang im Wesentlichen zentral in dem Bohrloch oder bestehenden Rohr zu positionieren, wodurch ein im Wesentlichen ringförmiger Durchgang um das betreffende Rohr ausgebildet ist. Dies ermöglicht den Durchfluss von Material wie Fluiden, Zementmilch in dem Raum um das Rohr. Unter solchen Umständen ist wesentliche Zentralität zwingend.
Um zu versuchen, diese Bedingung zu erfüllen, sind Zentrierer in ausgewählten Zwischenräumen entlang der Länge des Strangs angeordnet. Die Halterung der Zentrierer in einer gewünschten Position kann durch Einschränken der axialen Bewegung durch die Benutzung so genannter „Anschlagbünde" erzielt sein, bei denen es sich um einen Ring handelt, der greifend an dem Rohr befestigt ist.
Der Stand der Technik umfasst feste und Federzentrierer. Feste (oder starre) Zentrierer sind üblicherweise Gusserzeugnisse mit feststehenden Abmessungen und einem Außendurchmesser mit kleinerer Größe, um das Durchlaufen des Bohrlochs zu gestatten. Federzentrierer weisen einen flexiblen Außendurchmesser auf, der darauf abzielt, ständig Kontakt mit der Bohrlochwand herzustellen, während er zum Biegen imstande ist, um Verstopfungen oder Maßänderungen innerhalb des Bohrlochs aufzunehmen.
Feste Zentrierer weisen einen Innendurchmesser mit Freiraum zum Anpassen auf ein Rohr und einen Außendurchmesser auf, der zum Einführen in das betreffende Bohrloch ausgewählt ist. In Anbetracht der axialen Durchmesservariation des Bohrlochs ist es eindeutig, dass feste Zentrierer das Rohr nicht angemessen in einer zentralen Position halten können. Da er fest ist, läuft ein fester Zentrierer außerdem Gefahr, sich in dem Bohrloch zu verklemmen.
Federzentrierer könnten diese Probleme bewältigen. Die gegenwärtige Gestaltung weist eine Anzahl gehärteter und angelassener Blattfedern auf, in der Technik auch als Bögen bezeichnet, die radial um Endbänder aus kohlenstoffarmem Stahl an beiden Enden angeordnet und daran angebracht sind.
Gegenwärtig in Gebrauch befindliche Federzentrierer weisen jedoch Schwierigkeiten unter modernen Bedingungen wie Bohrlochtiefe, Winkelablenkungsprofil und ausgeweiteter horizontaler Reichweite in Kohlenwasserstoff hervorbringende Flöze auf. Infolgedessen können sie mit einem Außendurchmesser mit größerer Größe hergestellt sein, um eine Vorbelastungswirkung zu erzeugen, die ein annehmbares Ablenkungs-/Belastungskennzeichen erbringt: dies kann jedoch unerwünschte Steckkräfte bewirken. Dies wiederum hat zusammen mit dem mehrteiligen Bau die Möglichkeit des Zerfalls zur Folge.
Bekannte Verfahren zur Befestigung der Teile des herkömmlichen Zentrierers aneinander beinhalten Schweißen und mechanisches Greifen der Blattfedern in die Endbänder – beide Bauverfahren schmälern die höchstmögliche Belastungs-/Ablenkungsleistung.
Die mehrfachen Teile, die zum Bauen herkömmlicher Zentrierer benutzt sind, beispielsweise eine aufgeteilte und gelenkige Sorte einer üblicheren Größenvariante, bestehen aus vierzehn Einzelteilen, wobei jedes Teil die Gefahr birgt, abzubrechen und in das Bohrloch zu fallen.
Es liegt daher ein seit langem bestehender Bedarf an einem praktischen Zentrierer aus einem Stück vor.
Die US-Patentschrift 3312285 (Solum) enthält eine Offenbarung eines Zentrierers aus einem Stück, der aus zwei Bünden, die durch Bögen (Dauben) beabstandet sind, welche nach außen gebogen und zum Zentrieren eines rohrförmigen Elements dienen, besteht. Die Patentschrift offenbart ferner eine Herstellungstechnik für einen derartigen Zentrierer.
Das Herstellungsverfahren besteht aus dem Ausschneiden eines Zuschnitts aus einem Blechmaterial durch Schneiden oder Stanzen. Das Material ist als Stahl angegeben, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die „unlegierte Kohlenstoffstahle mit einem vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehalt oder legierte Stahle mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt" beinhaltet. Die Patentschrift fasst insbesondere den Gebrauch von „Stahlklassen, die zum Bau von Zentrierern unter Anwendung herkömmlicher Verfahren aufgrund solcher Faktoren wie dem Erfordernis, die Federbögen an die End bünde zu schweißen, unzulänglich sind" ins Auge. Es versteht sich, dass diese Materialien spröde Federstahle sind.
Das Herstellungsverfahren erfordert, dass der Zuschnitt auf einem Umformwerkzeug mit einem halbzylindrischen Hohlraum angeordnet wird, gefolgt von der Anwendung eines Druckwerkzeugs zum Ausbilden des Zuschnitts in einer U-Form und wiederum gefolgt von der Anwendung eines umgekehrten Gesenks zum Ausbilden eines „langen Zylinders".
Der Zuschnitt wird dann an einem Ende gestützt und das andere Ende in Richtung auf das eine Ende gezwungen, um nach außen gebogene Dauben wie erforderlich vorzusehen.
Schließlich werden die anstoßenden Enden des Zuschnitts durch Lichtbogenschweißen zum Erzeugen eines im Allgemeinen zylindrischen Zentrierers aneinander geschweißt.
Versuche haben eine Anzahl Mängel der in der US-Patentschrift 3312285 beschriebenen Technik erkennen lassen. Tatsächlich glaubt man nicht, dass die Offenbarung der US-Patentschrift ein praktisches Verfahren zum Herstellen eines Zentrierers vorsieht. Ferner glaubt man nicht, dass eine Vorrichtung, die aus Material hergestellt ist, auf das das Verfahren der Patentschrift angewendet ist, die gewünschten Eigenschaften eines praktischen Zentrierers aufweist.
Zunächst ist bekannt, dass die Anwendung eines Mehrzweck-Kaltformungswerkzeugs der in der Patentschrift offenbarten Art auf einen Federstahl nicht zu einem zylindrischen Zuschnitt führen würde.
Eher würden die Enden des Zuschnitts, die durch das Werkzeug in Anlage gebracht würden, auseinander springen, sobald das Werkzeug entfernt wird. Es wäre daher notwendig, entweder den Formungsschritt als Heißformungsprozess auszu führen oder alternativ den Zuschnitt physisch in seinen zylindrischen Zustand zu zwingen. Die letztere Technik würde den Schritt des Biegens nach außen, wie in der Patentschrift offenbart, nicht gestatten.
Es wurde herausgefunden, dass das Ausbilden des Zuschnitts zu einem im Allgemeinen zylindrischen Körper durch die offenbarte Werkzeugtechnik zu gekrümmten Endbundabschnitten führt. Die Zwischenbogenabschnitte, die durch Längsöffnungen getrennt sind, entsprechen jedoch aufgrund des Vorhandenseins der Öffnungen dem gekrümmten Profil der Bundabschnitte nicht. Die Bogenabschnitte tendieren daher dazu, Flachstellen oder Krümmungen mit vergleichsweise unvorhersehbaren Bogenläufen auszubilden.
Beim längs verlaufenden Bogenausbildungsdruck bilden sich die Bögen weder einheitlich noch vorhersehbar aus. Ferner sind die Toleranzen in den Bögen unannehmbar, außer es wird Heißformung benutzt. Da das benutzte Material ein Federstahl ist, ist es zudem notwendig, die Bögen zu überbiegen, und es ist nicht möglich, durchwegs zu bestimmen, wie weit die Bögen zu überbiegen sind, um eine gewünschte Endform zu ergeben.
Auf Grundlage der durchgeführten Versuche wurde herausgefunden, dass ein Zentrierer gemäß der US-Patentschrift 3312285 den Gebrauch von Heißformung erfordert. Dies bedeutet wiederum die Benutzung teurer Hochtemperaturformwerkzeuge mit der resultierenden hohen Werkzeugabnützung. Zum Formen sind mindestens zwei und eventuell drei Erhitzungsschritte erforderlich, gefolgt von einer Erhitzungs-/Abschreckphase für die erforderliche Härte. Dann ist eine weitere Erhitzungsstufe zum Vergüten von ungefähr 150 Grad Celsius erforderlich.
Abgesehen von den hohen Kosten des Heißformens auf diese Art und Weise besteht die Gefahr eines Kornwachstums in der kristallinen Struktur des Materials, das zu Schwäche und Bruchgefahr führen würde. Ferner ist es wahrscheinlich, dass jeder der Erhitzungsschritte zu Verwerfung führt, die den Ertrag verringert und die Kosten erhöht.
Es ist bekannt, dass die Ausbildung der Bögen in der Längsrichtung wünschenswerter Weise parabolisch ist. Die in der US-Patentschrift 3312285 offenbarte Technik macht diese Ausbildung auf einer konsistenten Grundlage schwierig zu erzielen. Der Schritt des Lichtbogenschweißens erfordert Vorwärmen und ein langsames Abkühlen nach dem Schweißen.
Man glaubt daher, dass das Produkt und Verfahren der US-Patentschrift unpraktisch ist. Wenn herkömmliche, duktile Materialien benutzt wären, wäre das Verfahren zur Durchführung imstande, aber das sich daraus ergebende Produkt würde die von einem Zentrierer erforderten Eigenschaften nicht aufweisen.
Es versteht sich, dass Produkte gemäß der US-Patentschrift 3312285 nicht auf dem Markt sind.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Feder-Zentriervorrichtung vor, die durch Kaltformen herstellbar ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind mit einheitlichen Bögen und verringerter Zerfallswahrscheinlichkeit herstellbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Feder-Zentriervorrichtung zum Stützen eines rohrförmigen Elements, das von der Wand einer Bohrung beabstandet ist, bereitgestellt, wobei die Feder-Zentriervorrichtung eine Längsachse hat und die Feder-Zentriervorrichtung erste und zweite voneinander beabstandete Bundabschnitte und eine Mehrzahl von zwischen diesen angeordneten, gebogenen Abschnitten aufweist, wobei die ersten und zweiten Bundabschnitte und die gebogenen Abschnitte aus einem einzelnen Stück aus Borstahlmaterial gebildet sind, so dass sich das Material nahtlos von jedem Bundabschnitt über die gebogenen Abschnitte erstreckt.
In einer ersten Ausführungsform ist jeder Bundabschnitt im Wesentlichen zylindrisch, wodurch die Feder-Zentriervorrichtung sich rund um die Längsachse erstreckt.
In einer zweiten Ausführungsform erstreckt sich jeder Bundabschnitt über einen Teil des Zylinders und beinhaltet einen Körperabschnitt und eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen an einen weiteren Bundabschnitt einer benachbarten Feder-Zentriervorrichtung.
Vorzugsweise erstreckt sich jeder Bundabschnitt über eine Hälfte eines Zylinders, wobei die Vorrichtung sich zusammen mit einer zweiten solchen Feder-Zentriervorrichtung rund um die Längsachse erstreckt.
In einer Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung erste und zweite Gegenstück-Gelenkabschnitte auf, die sich von einem gegenüberliegenden Randbereich des Körperabschnitts erstrecken.
Vorteilhafterweise begrenzen die Gelenkabschnitte jeweils eine entsprechende Öffnung für einen entsprechenden Drehbolzen, wobei jede Öffnung im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet ist, wobei die Gelenkabschnitte mindestens einen vorstehenden Fingerabschnitt haben, der sich von dem Randbereich an einem proximalen Bereich davon erstreckt, wobei der oder jeder Fingerabschnitt einen distalen Bereich hat, der im Wesentlichen in Richtung des Randbereichs und eines Bereichs zwischen dem proximalen und distalen Bereich gerichtet ist, wobei der Zwischenbereich eine gekrümmte Bahn beschreibt und eine Fläche des Zwischenbereichs mindestens teilweise die Öffnung begrenzt.
Zweckmäßigerweise hat der erste Gelenkabschnitt eine erste Mehrzahl von ersten Fingerabschnitten, die in einer Richtung parallel zur Achse beabstandet sind, um eine zweite Mehrzahl von Öffnungen zu begrenzen, wobei die zweite Mehrzahl einen Fingerabschnitt weniger aufweist als die zweite Mehrzahl und der zweite Gelenkabschnitt die zweite Mehrzahl von Fingerabschnitten zur Zusammenwirkung mit einem ersten Gelenkabschnitt einer weiteren Vorrichtung hat.
In einer anderen, derzeit bevorzugten Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung eine erste Struktur in einem Befestigungsbereich der Feder-Zentriervorrichtung und eine zweite Gegenstückstruktur in einem gegenüberliegenden Befestigungsbereich der Feder-Zentriervorrichtung auf, wobei die erste Struktur einer ersten Feder-Zentriervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in die zweite Struktur einer zweiten Feder-Zentriervorrichtung greift.
Vorzugsweise weist die erste Struktur mindestens einen Vorsprung von einer ersten Fläche der Feder-Zentriervorrichtung auf, sowie mindestens eine Öffnung in einer zweiten Fläche, wobei die zweite Fläche der ersten Fläche gegenüberliegt, und die zweite Struktur weist mindestens eine Öffnung in der zweiten Fläche und mindestens einen Vorsprung von der ersten Fläche auf, wodurch die oder jede Öffnung zur Aufnahme des entsprechenden Vorsprungs vorgesehen ist, wodurch die zwei Feder-Zentriervorrichtungen miteinander formschlüssig verbunden werden können.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Feder-Zentriervorrichtung mit einer Längsachse bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist:
Bereitstellen eines Bleches aus Borstahl,
Herstellen eines flachen Zuschnitts aus dem Blech, welcher einen ersten und zweiten querlaufenden Bahnabschnitt aufweist, die voneinander durch mehrere beabstandete, sich in Längsrichtung erstreckende Bahnabschnitte (4) beabstandet sind;
Kaltformen des Zuschnitts in ein geformtes Zwischenprodukt, das eine gewünschte Endform der Vorrichtung hat; und
Erhitzen und Abschrecken des geformten Zwischenprodukts zu einer gewünschten Härte.
In einer Ausführungsform weist der Herstellungsschritt Laserschneiden des Bleches auf.
In einer anderen Ausführungsform weist der Herstellungsschritt Wasserstrahlschneiden des Bleches auf.
Vorzugsweise ist die Feder-Zentriervorrichtung im Wesentlichen halbzylindrisch, wodurch die ersten und zweiten querlaufenden Bahnabschnitte sich so erstrecken, dass sie im Wesentlichen halbzylindrische Bundabschnitte bilden und wobei die Bundabschnitte Befestigungseinrichtungen aufweisen, um die Bundabschnitte einer zweiten Feder-Zentriervorrichtung zu befestigen, um eine im Wesentlichen zylindrische Feder-Zentriervorrichtung zu bilden, wobei der Kaltformungsschritt das Bilden von mindestens einem Teil der Befestigungsvorrichtung aufweist.
Vorteilhafterweise weist der Schritt des Bildens mindestens eines Teils der Befestigungsvorrichtung das Formen eines Hakenabschnitts aus dem Bundabschnitt auf.
Vorzugsweise weist das Verfahren nach dem Erhitzungs- und Abschreckungsschritt weiterhin auf: Anordnen eines Drehbolzens in Anlage mit den Hakenabschnitten von zwei benachbarten Feder-Zentriervorrichtungen, um hierdurch die Feder-Zentriervorrichtungen miteinander gelenkig zu befestigen.
In einer anderen Ausführungsform weist der Schritt des Bildens mindestens eines Teils der Befestigungsvorrichtung auf: in einem Befestigungsbereich der Feder-Zentriervor richtung, Bilden mindestens eines Vorsprungs im ersten Bereich von einer ersten Fläche desselben und mindestens einer Öffnung in einer zweiten Fläche in dem ersten Bereich, und in einem zweiten gegenüberliegenden Befestigungsbereich, Bilden mindestens einer Öffnung in dem zweiten Bereich in der zweiten Fläche desselben an einer Stelle zur Zusammenwirkung mit dem mindestens einen Vorsprung im ersten Bereich, und mindestens eines Vorsprungs im zweiten Bereich in der ersten Fläche desselben an einer Stelle zur Zusammenwirkung mit der mindestens einen Öffnung in dem ersten Bereich.
Bei einem bevorzugten Verfahren weist der Kaltformungsschritt auf: Bilden der sich in Längsrichtung erstreckenden Bahnabschnitte in gebogene Abschnitte mit zentralen Bereichen, die vergleichsweise weiter von der Längsachse der Feder-Zentriervorrichtung entfernt sind als Endbereiche der gebogenen Abschnitte.
Vorteilhafterweise weist der Bogenformungsschritt das Bilden der Bogenabschnitte mit kleinerer Größe, und weiterhin nach dem Erhitzungs- und Quench-Schritt einen weiteren Kaltformungsschritt auf, um die gebogenen Abschnitte so zu formen, dass sie einen gewünschten Enddurchmesser erhalten.
Die Erfindung betrifft ferner einen Anschlagbund aus Borstahl, der durch Schweißen erzeugt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Gesenkschmieden vor der Wärmebehandlung zum Vorsehen von Endflanschen angewendet.
Vorteilhafterweise sind Fließbohrtechniken zum Vorsehen von Buckelabschnitten für Schraubenhalterungen angewendet.
Es werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
1 schematisch eine typische Anordnung eines Rohrs, das in einem Bohrloch aufgenommen und zentriert ist;
2 eine Draufsicht eines Zuschnitts zum Ausbilden eines Federzentrierers;
3 eine Seitenansicht eines Federzentrierers, der aus dem Zuschnitt von 2 und gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist;
4 eine Endansicht des Zentrierers von 3;
5 eine Schnittansicht entlang der Linie AA des Zentrierers von 3;
6 eine Schnittansicht entlang der Linie BB des Zentrierers von 3;
7 eine Schnittansicht entlang der Linie BB eines alternativen Zentrierers zu dem, der in 3 gezeigt ist;
8 eine Seitenansicht eines Federzentrierers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Endansicht des Zentrierers von 8;
10 eine erste Federabschnittskonfiguration zum Gebrauch mit Zentrierern der Erfindung;
11 eine zweite Federabschnittskonfiguration zum Gebrauch mit Zentrierern der Erfindung;
12 ein Schaubild, das Ablenkung zu Belastung für verschiedene Federkonfigurationen graphisch darstellt;
13 eine Seitenansicht eines Federzentrierers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
14 eine Schnittansicht entlang der Linie CC des Zentrierers von 13;
15 eine der Ansicht von 14 ähnliche Ansicht einer ersten Modifizierung der Ausführungsform von 13;
16 eine der Ansicht von 14 ähnliche Ansicht einer zweiten Modifizierung der Ausführungsform von 13;
17 eine Seitenansicht eines Federzentrierers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit Federabschnitten, die aus im Allgemeinen geraden Strecken gebildet sind;
18 eine Schnittansicht entlang der Linie DD des Zentrierers von 17;
19 eine der Ansicht von 18 ähnliche Ansicht einer ersten Modifizierung der vierten Ausführungsform der Erfindung;
20 eine der Ansicht von 18 ähnliche Ansicht einer ersten Modifizierung der vierten Ausführungsform der Erfindung;
21 eine Seitenansicht eines Federzentrierers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit spiralförmigen Federabschnitten;
22 eine Draufsicht eines Zuschnitts zum Ausbilden des Zentrierers von 21;
23 eine Seitenansicht eines Federzentrierers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung mit spiralförmigen Federabschnitten;
24 eine Schnittansicht durch eine erste Federabschnittskonfiguration der Ausführungsformen, die in 17 und 23 gezeigt sind;
25 eine Schnittansicht durch eine Federabschnittkonfiguration der Ausführungsform, die in 17 und 23 gezeigt ist;
26 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung mit Öffnungen für gesteigerten Fluidfluss;
27 eine Endansicht des Zentrierers von 26;
28 eine Teilendansicht eines zweiteiligen Zentrierers mit einer Schnappschlossbefestigung;
29 eine Perspektivansicht der Schnappschlossbefestigung von 28;
30 eine Teilendansicht eines zweiteiligen Zentrierers mit einer gelenkigen Verbindungsvorrichtung;
31 eine Teilseitenansicht des Zentrierers von 30;
32 eine Endansicht eines Anschlagbunds zum Gebrauch mit Zentrierern der Erfindung; und
33 eine Seitenansicht des Anschlagbunds von 32.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Rohr 1, das in einem Bohrloch 39 angeordnet ist, aus einer Mehrzahl von Längen 35 ausgebildet, die durch Kupplungen 36 miteinander verbunden sind. Wie allgemein bekannt, ist ein Zentrierer 38 mithilfe eines jeweiligen Anschlagbunds 37 an jeder Länge 35 gestützt. Jeder Zentrierer 38 ist zum Stützen des Rohrs, das aus den Längen 35 gebildet ist, in dem Bohrloch 39 angeordnet, so dass das Rohr im Wesentlichen zentral angeordnet ist. Jeder Zentrierer 38 weist ein Paar gegenüberliegender Endbundabschnitte mit sechs (drei sichtbaren), nach außen gebogenen Federabschnitten auf, die die Bundabschnitte verbinden. Die Federabschnitte sind im Wesentlichen abstandsgetreu um die Umfänge der Bundabschnitte angeordnet. Der Vorsprung der Federabschnitte auf den Rohren sind in dieser Ausführungsform alle im Wesentlichen gerade Linien.
Es ist ersichtlich, dass der obere Zentrierer, wie in der Zeichnung zu sehen, einen Anschlagbund 37 zwischen den zwei Endbünden aufweist, während der untere Zentrierer zwischen zwei beabstandeten Anschlagbünden 37 angeordnet ist.
Es versteht sich, dass sich das Erfordernis der Zentrierung nicht nur im Bohrloch findet, sondern auch im Innendurchmesser einer vorher eingerichteten, größeren Rohranordnung.
2 zeigt einen Zuschnitt 1, das aus einem einzigen Borstahlblech ausgebildet ist. Der Zuschnitt weist eine Längsachse Z-Z', zwei querlaufende Bahnabschnitte 2, 3 auf, die voneinander durch mehrere, hier sechs, beabstandete, sich in Längsrichtung erstreckende Bahnabschnitte 4 beabstandet sind, die sich im Wesentlichen parallel (in dieser Ausführungsform) zur Achse Z-Z' erstrecken. Die ersten und zweiten, querlaufenden Bahnabschnitte 2, 3 weisen eine im Allgemeinen rechteckige Form auf, liegen parallel zueinander und sind im Wesentlichen senkrecht zur Achse Z-Z' angeordnet. Die sechs in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte 4 erstrecken sich zwischen den querlaufenden Bahnabschnitten 2, 3, um dazwischen fünf Öffnungen 9 mit gleicher Größe zu begrenzen. Die äußeren, in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte 4 sind von den Enden der querlaufenden Bahnabschnitte um ungefähr die Hälfte der Breite der Öffnungen 9 eingeschoben, um freie Endabschnitte 10, 11 der querlaufenden Bahnabschnitte zu belassen. Die freien Endabschnitte sind in einer ersten Ausführungsform eines Zentrierers überlagernd aneinander befestigt, so dass jeder erste Endabschnitt 10 seinen entsprechenden zweiten Endabschnitt 11 überlagert, wodurch der Zentrierer eine im Allgemeinen zylindrische Vorrichtung ausbildet. In anderen Ausführungsformen ist die Länge der freien Endabschnitte größer, und in diesen Ausführungsformen werden die freien Endabschnitte im Anschluss zu Verbindungsvorrichtungen ausgebildet, wie nachstehend hierin beschrieben.
Es versteht sich natürlich, dass dies ein rein beispielhafter Zuschnitt ist und hier zur Veranschaulichung des Verfahrens der Erfindung benutzt ist.
Der Zuschnitt wird durch Schneiden oder Stanzen aus dem Blech ausgebildet. Eine bevorzugte Technik ist ein hochpräzises, computersteuerbares Schneidverfahren, wie Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden. Ein derartiges Verfahren kann eine große Flexibilität gestatten und beispielsweise das Erzeugen von „Spezialstücken" ohne Bedarf an teurer, speziell angefertigter Werkzeugbestückung ermöglichen.
Der Zuschnitt wird dann zu einer im Allgemeinen zylindrischen Form kaltgeformt. Dies kann durch Walzen oder andere Techniken ausgeführt sein, die an sich bekannt sind.
Die vergleichsweise duktile Beschaffenheit des Borstahlmaterials, die den Zuschnitt ausbildet, gestattet, dass der Zuschnitt nach der Durchführung des Formens in seinem zylindrischen Zustand verbleibt.
Der Schritt des Ausbildens des Zylinders bildet vorzugsweise außerdem das Querschnittsprofil der in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte 4 aus. Wie nachstehend beschrieben, kann diese Querschnittsausbildung gekrümmt sein, oder es können unter bestimmten Umständen andere Formen, wie eine flache Form, bevorzugt sein.
Es ist außerdem möglich, die Querschnittausbildung der in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte nach dem Ausbilden des zylindrischen Zwischenprodukts zu formen.
Nach dem Erhalt des zylindrischen Zwischenprodukts ist der nächste Schritt, die in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte kaltzuformen, um die nach auswärts gekrümmten, gebogenen Abschnitte auszubilden (deutlicher in 3 zu erkennen). Wiederum ist es in Anbetracht der verhältnismäßigen Duktilität des Materials der in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte möglich, einen Aufweitdorn oder eine ähnliche Vorrichtung zum Erzielen der gewünschten Ausbildung zu benutzen. Der „Federbetrag" ist genügend klein, dass gewünschte Profile leicht erzielt sind.
Die vorliegende Ausführungsform wird dann entlang der freien Endabschnitte 10, 11 ungeachtet der nach auswärts gekrümmten, gebogenen Abschnitte zum Ausbilden eines im Wesentlichen kontinuierlichen Zylinderelements geschweißt, und dann ist eine einzige Erhitzungsstufe gefolgt vom Abschrecken erforderlich, um die gewünschte Endhärte des Zentrierers vorzusehen.
Bei Bedarf kann die Vorrichtung dann angelassen werden. Dieses Anlassen kann für die gesamte Vorrichtung stattfinden, oder es wird stattdessen eine örtliche Erhitzung der Bögen durchgeführt. Die Hitze, die zum Anlassen von Borstahl erforderlich ist, beträgt typischerweise ungefähr 200 °C, weniger als die Hälfte der Temperatur, die für Federstahl erforderlich ist.
Man wird erkennen, dass es möglich ist, den Zentrierer der Erfindung gänzlich ohne Hitze auszubilden, mit einem nachfolgenden einzigen Erhitzungsschritt, der die gewünschte Endhärte vorsieht und einer optionalen Anlassstufe auf einer niedrigeren Temperatur als der, die für Federstahl erforderlich ist. Das Ergebnis ist, dass Kaltformwerkzeuge benutzt werden, wodurch eine lange Werkzeuglebensdauer ermöglicht ist. Da kein Bedarf besteht, den Zentrierer ständig zu erhitzen und abzukühlen, besteht keine Gefahr des Kornwachstums aufgrund mehrfachen Erhitzens, und sowohl Belastungs- als auch Hitzeverwerfung sind vermeidbar. Es sind geeignete Techniken zur Feinabstimmung des Querschnitts der Bögen verfügbar. Das Kaltformen ermöglicht das leichte und konsistente Ausbilden der Längsform der Bögen.
Es wurde herausgefunden, dass die Eigenschaften von geliefertem Stahl von Blech zu Blech veränderlich sind. In Anbetracht der Tatsache, dass nach dem Formen und wärmebehandeln die Eigenschaften stärker hervortreten, wird in einer bevorzugten Ausführungsform die Zentriervorrichtung so kaltgeformt, dass die Bögen eine kleinere Größe aufweisen. Der Betrag, um den die Bögen kleiner sind, kann durch Versuche bestimmt werden, aber typischerweise kann eine Verringerung im Durchmesser um ungefähr 12 Millimeter erwünscht sein. Nach dem Kaltformungsschritt wird die Vorrichtung wärmebehandelt, um die gewünschte Härte vorzusehen, und bei Bedarf angelassen. Dann wird ein weiterer Kaltformungsschritt ausgeführt, um die Bögen zu ihrer gewünschten Endkonfiguration nachzuformen.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass dieser bevorzugte Verfahrensschritt gewährleistet, dass das Endprodukt beständig ist. Es ist für den Fachmann außerdem offensichtlich, dass das Kaltformen nach der Wärmebehandlung die kristallinen Eigenschaften des Materials weiter steigert.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die freien Endabschnitte 10 und 11 zu Schnappschlossbefestigungsvorrichtungen ausgebildet. Dies war bei Federzentrierern normalerweise nicht praktisch, da die Endbandmaterialien zur Duktilität neigen und infolgedessen eine begrenzte Fließfestigkeit aufweisen. In Situationen, in denen Federstahl vorgeschlagen ist, wäre ein Formen auf hoher Temperatur vonnöten, mit dementsprechenden Werkzeugproblemen, wenn eine derartige Verbindung versucht würde. Der Gebrauch von Borstahl sieht jedoch mehr als angemessene Steifheit im Endband/Bund vor, um die Bewerkstelligung der Schnappschlossverbindung zu ermöglichen, und ist durch Kaltformen erzielt.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung, wie nachstehend hierin beschrieben, sind die freien Endabschnitte zur Ausbildung gelenkiger Befestigungsvorrichtungen geformt. Der Gebrauch von Borstahl gestattet das Umdrehen der Enden der querlaufenden Bahnen mit Innenradien unter dem Zweifachen der Materialstärke. Durch den Gebrauch von Borstahl ist es möglich, das Material mit einem Radius scharf zu drehen, der geringer als die Materialstärke ist. Dies sollte von Federstahlen abstechen, bei denen Radien über dem Zweifachen der Materialstärke erforderlich sind und bei denen Heißformen erforderlich ist.
Es ist bekannt, dass Borstahl zum Schweißen gut geeignet ist; verschiedene der hierin beschriebenen Ausführungsformen enthalten jedoch Schnappbefestigungen oder gelenkige Verbindungen, so dass das Schweißen vermieden sein kann.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein fertig gestellter Zentrierer 20 dargestellt. Dieser Zentrierer weist, wie aus der Betrachtung von 2 ersichtlich ist, sechs Bögen auf. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass eine Anzahl Bögen für die Anwendung ausgewählt wird und typischerweise zwischen drei und achtzehn schwankt. Es ist außerdem vorgesehen, dass bei bestimmten Anwendungen mehr als achtzehn Bögen benötigt sein könnten.
4 zeigt eine Endansicht des Zentrierers von 3. Unter Bezugnahme auf 5 zeigt der Schnitt A-A von 3 die gekrümmte Ausbildung der Außenfläche des Bogenelements 4. Die besondere Form des Bogenelements kann zum Erzielen der gewünschten Belastungs-Ablenkungs-Eigenschaften konfiguriert sein. Dies wird hierin unter Bezugnahme auf 12 eingehender besprochen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist die bevorzugte Form des Querschnitts des Bogenelements 4 eine Krümmung. Die besondere Form, die in 6 gezeigt ist, ist ein Kreisausschnitt mit einem Radius r. Im Gegensatz dazu zeigt 7 ein alternatives Bogenelement 8 mit einem flachen Querschnitt, was weniger bevorzugt ist. Eine mathematische Bestimmung zum Vergleichen der Steifheit der Abschnitte kann beispielsweise unter der Anwendung des Parallelachsenlehrsatzes durchgeführt werden.
Angenommen wird ein beispielhafter flacher Abschnitt mit Breite 1,5 Einheiten und Stärke 0,158 Einheiten. Dies gleicht der Ausführungsform von 7 und weist eine zweite quadratische Momentfläche um die neutrale Achse auf, I_na, gegeben durch Gleichung 1: Ina = 0,00054 (1)
Nehmen wir nun einen Abschnitt mit derselben Breite und Stärke, jedoch mit einer Krümmung von 3,56 Einheiten an. Dies gleicht der Ausführungsform von 6 und weist eine zweite quadratische Momentfläche um die neutrale Achse auf, I_na, gegeben durch Gleichung 2: Ina = 0,00064 (2)
Daraus folgt, dass in den obigen Beispielen die Krümmung des Querschnitts ungefähr 20% Steigerung der Steifheit gegenüber dem flachen Stangenquerschnitt mit ähnlichen Ausmaßen zeigt.
Die Kaltformungstechniken, die durch die Benutzung von Borstahl als Material des Zentrierers ermöglicht sind, bieten die Fähigkeit, die Querschnittkrümmung anzupassen. Dies ermöglicht wiederum die Feinabstimmung des flexiblen Kraftwiderstands. Zudem können Übergangsbereiche von der ausgewählten Querschnittskrümmung der Bögen zu den Endbundabschnitten so geformt sein, dass sie die Steifheit des Biegungsbaus maximieren.
Es ist in bestimmten Ausführungsformen außerdem erwünscht, die Bögen so auszubilden, dass sie eine größere Krümmung als die Krümmung eines Rohrs aufweisen, das in die Bundabschnitte eingeführt sein soll. In diesem Falle weist jeder Bogen eine Innenfläche auf, die so in der umgekehrten Richtung geformt ist, dass ein querlaufender Mittelbereich der Innenfläche von der Längsachse des Zentrierers um einen ersten Betrag beabstandet ist und die querlaufenden Ränder des Bogens von der Längsachse um einen zweiten Betrag beabstandet sind, wobei der erste Betrag um mehr als die Stärke des Materials der Bogenabschnitte größer als der zweite ist. Das bedeutet, dass, wenn der Bogen im Gebrauch zusammengedrückt ist, der Mittelbereich vom Rohr weg durch die Endabschnitte gestützt ist, die an das Rohr anstoßen. Das Ergebnis ist, dass der Übergangsbereich, in dem sich der Bogen mit dem Bund vereinigt, nicht ständig durch die Kompression festgesetzt ist, was dazu führen würde, dass der Zentrierer gewissermaßen nutzlos würde.
8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Zentrierers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Zentrierer 21 gleicht im Allgemeinen dem bezüglich 3 beschriebenen Zentrierer, obgleich er sechs Bogenelemente 22 aufweist, die einheitlich um seinen Umfang verteilt sind (s. 9). Zusätzlich sind jedoch an dem in der Figur gezeigten unteren Ende des Zentrierers kleine „Angeln" 23 ausgebildet, die sich vom unteren Bundabschnitt 3 winklig nach außen erstrecken. Die Angeln ragen in den Kreisring hinein, der zwischen dem zentrierten Rohr und dem Bohrloch ausgebildet ist, und haben die Wirkung, Turbulenz in dem Fluid zu erzeugen, das durch den Kreisring läuft. Die Angeln sind einstückig mit dem Zentrierer ausgebildet. Der Fachmann wird verstehen, dass Angeln auf Wunsch an beiden Enden des Zentrierers vorgesehen sein können.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine Ausführungsform des Zentriererzuschnitts gezeigt, bei dem die in Längsrichtung verlaufenden Bahnabschnitte so geformt sind, dass sie eine verringerte Breite aufweisen, wo sie sich in die Endbünde 2 und 3 erstrecken. Ein Zentrierer dieser Ausführungsform kann da benutzt sein, wo die größte Belastung bei maximaler Ablenkung begrenzt sein muss. Umgekehrt ist unter Bezugnahme auf 11 eine Ausführungsform gezeigt, in der die Querbreite des Bogenelements erhöht ist, wo sie sich in die Endbünde 2 und 3 erstreckt. Eine derartige Konfiguration kann da benutzt sein, wo eine größere Belastung bei einer maximalen Ablenkung annehmbar ist.
Unter Bezugnahme auf 12 ist weist eine graphische Darstellung von Ablenkung (d) zu Belastung (1) eine erste durchgezogene Linie für die Ausführungsform von 2 bis 6 auf. Wo eine parabolische Bogenform vorgesehen ist, entsteht das Kennzeichen der Kurve mit gestrichelter Linie. Eine senkrecht zur Achse des Rohrs einwirkende Kraft, die auf die Blattfeder ausgeübt ist, würde am Ablenkungsansatz eine parabolische Form antreffen. Der Belastung wird durch die parabolische Form in höherem Grad Widerstand entgegengesetzt, bis die Form zu einer Krümmung ähnlich der eines herkömmlichen Radius verformt ist. Dies ist eine bevorzugte Wirkung, die insbesondere dort erwünscht wäre, wo ein Federzentrierer zur Gleit- oder Presseinpassung in das Bohrloch hergestellt ist.
Die gepunktete Kurve entspricht einer Bogenausbildung mit verringerter Endbreite, wie in 10 beispielhaft gezeigt, und die mit Kreuzen markierte Kurve bezieht sich auf eine Bogenausbildung mit vergrößerter Endbreite, wie in 11 beispielhaft gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 13 sind in einer weiteren Reihe von Ausführungsformen die Bogenelemente nicht durch Öffnungen voneinander beabstandet, sondern stattdessen durch schmale Schlitze, wobei das Material, das die Anschlussflächen 32 zwischen den Schlitzen ausbildet, zurückbehalten ist. Die Anschlussflächen 32 sind zum Zeitpunkt des Ausbildens des Bogenelements 31 nicht gekrümmt. Die Anschlussflächen sind jedoch in der Längsrichtung durch einen querlaufenden Schlitz getrennt, um Anschlussflächenabschnitte 32, die sich vom oberen Bundabschnitt 2 nach unten erstrecken, und Anschlussflächenabschnitte, die sich vom unteren Bundabschnitt 3 nach oben erstrecken, vorzusehen. Der Spalt zwischen den Anschlussflächen ist auswählbar, wie am besten aus 14 bis 16 ersichtlich.
In 14 ist der Spalt zwischen dem oberen und unteren Anschlussflächenabschnitt 32 vergleichsweise klein. Eine derartige Ausführungsform hat unter bestimmten Umständen Vorteile. Wenn ein Zentrierer auf einem Rohr in ein Bohrloch geführt wird, ist es möglich, dass der Zentrierer beispielsweise an einem Vorsprung des Bohrlochs hängen bleibt oder dagegen stößt. Da die Zentrierer axial durch Anschlagbünde an dem Rohr zurückgehalten sind – siehe 37 in 1 – besteht die Möglichkeit, dass der Zentrierer mit dem beteiligten wesentlichen Rohrgewicht axial zusammengedrückt sein kann. In einer derartigen Situation können die Bögen nach außen über die Fließgrenze des Materials hinaus verworfen sein und dauerhaft in einer Übergrößenbedingung festgesetzt sein. Die in 14 gezeigte Ausführungsform nutzt die Beabstandung zwischen den Anschlussflächenabschnitten 32 zur Begrenzung der Verringerung der freien Höhe des Zentrierers, um das Auftreten einer derartigen Bedingung zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf 15 ist die Beabstandung zwischen den Anschlussflächenabschnitten größer als die, die in 14 gezeigt ist, und genügt, um zu ermöglichen, dass ein Anschlagbund am Rohr und innerhalb des Körpers des Zentrierers angeordnet ist. Eine weitere Ausführungsform, die in 16 gezeigt ist, weist eine wesentliche Beabstandung zwischen den Anschlussflächenabschnitten auf, und in diesem Falle, in dem ein Anschlagbund innerhalb des Körpers des Zentrierers eingeführt ist, ist eine gesteigerte Axialbewegung zwischen dem Zentrierer und dem Anschlagbund erlaubt.
Unter Bezugnahme auf 17 und 18 ist in einer vierten Ausführungsform des Zentrierers 40 die Ausbildung der Bogenelemente 41 (am besten unter Bezugnahme auf 18 ersichtlich) im Allgemeinen flach.
Unter weiterer Bezugnahme auf 17 und 18 weist jedes Bogenelement 41 einen ersten, im Wesentlichen geraden Abschnitt 42 auf, der sich vom ersten Bundabschnitt 2 nach unten und seitlich von der Längsachse weg erstreckt, gefolgt von einem zweiten Abschnitt 44, der im Wesentlichen parallel zur Achse verläuft, und einer dritten geraden Linie 43, die sich verjüngt, um sich in den unteren Bund am Abschnitt 3 zu erstrecken.
Die vierte Ausführungsform weist sehr starre Eigenschaften auf. Es wären sehr hohe Belastungen erforderlich, um die Bögen abzulenken, und sobald die Materialfließgrenze überschritten ist, gäbe es so gut wie keine Federerholung. Derartige starre Zentrierer würden mit kleinerer Größe im Verhältnis zum Bohrloch hergestellt, typischerweise sechs Millimeter oder mehr unter dem Bohrlochdurchmesser. Sie könnten dort eingesetzt sein, wo hohe Seitenbelastungen mit größerer Größenordnung als der Rückstellkraft des Zentrierers zu erwarten stünden. Eine Modifikation der vierten Ausführungsform ist in 19 gezeigt, wobei das Anschlussflächenmaterial 45 zurückbehalten ist und sich vollständig zwischen dem oberen und unteren Bundabschnitt 2 und 3 erstreckt. Diese Ausführungsform sieht hohe Seitenkraft zum Widerstand gegen Höhenzusammenbruch vor, falls der Zentrierer hängen bleibt, wenn er in das Bohrloch läuft. Eine weitere Modifikation ist in 20 gezeigt, bei der das Anschlussflächenmaterial auf ähnliche Art und Weise wie bezüglich 16 beschrieben entfernt ist.
Die Ausführungsform von 21 kann zum Überbrücken von Rillen im Bohrloch, die nach einem Bohrvorgang zurückbleiben, benutzt sein, die Bohrlochfläche von angesammelten Oberflächenfremdkörpern frei schaben und einen Scherenwinkel gegen die Oberfläche des Bohrlochs beim Einfahren aufweisen. Eine starre Version der Ausführungsform von 21 ist in 23 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist der Zentrierer 60 im Allgemeinen spiralförmige Bogen elemente 61 auf, die denen ungefähr gleichen, die in 21 gezeigt sind, jedoch mit geraden Strecken, die denen gleichen, die bezüglich 17 und 18 beschrieben sind. 24 und 25 zeigen bevorzugte ausgewählte Ausbildungen des Querschnitts der Bogenabschnitte 61. In beiden Fällen ist das Material des Bogenabschnitts nach innen gekrümmt, so dass es auf dem Zylinder liegt, der durch die Innenflächen der Bundelemente 2, 3 begrenzt ist. In 24 ist die Bogenelementausbildung im Allgemeinen rechteckig, während die in 25 gezeigte Ausbildung im Allgemeinen halbkreisförmig ist. Die Wirkung von beiden ist, dass die Bogenabschnitte auf einem eingeführten Rohr liegen, um verbesserten Widerstand gegen Zusammenbruch vorzusehen.
Unter Bezugnahme auf 26 ist wiederum eine weitere Ausführungsform eines Zentrierers gemäß der Erfindung gezeigt. Dieser Zentrierer 70 weist Bogenabschnitte 71 auf, die einen längs zentralen Bereich 72 mit konstanter Breite aufweisen, der sich an jedem Ende in eine Y-förmige Verzweigung 73 erstreckt. Die Verzweigungen erstrecken sich in das obere Bundelement 2 beziehungsweise in das untere Bundelement 3. Jede Verzweigung begrenzt eine Öffnung 74, die in dieser besonderen Ausführungsform ein gleichschenkliges Dreieck bildet. Die Öffnung gestattet, dass Fluid, das durch den Kreisring zwischen dem Rohr und dem Bohrloch fließt, außerdem entlang der Unterseite des Bogenelements fließt. Daher können Zentrierer mit derartigen Öffnungen dort benutzt sein, wo verringerter Strömungswiderstand benötigt ist. Für den Fachmann ist verständlich, dass die besondere Wahl einer dreieckigen Öffnung 74 nur beispielhaft ist und andere Formen bereitgestellt sein können.
Unter Bezugnahme auf 27 zeigt die Endansicht die Bereitstellung der Öffnungen deutlicher, die verringerten Strömungswiderstand vorsehen. Der Fachmann versteht, dass mit erhöhter Reichweite von Bohrlöchern der Strömungswiderstands wünschenswerterweise verringert ist. Wenn der Strö mungswiderstand zunimmt, muss der Druck erhöht werden, um dieselbe Fließgeschwindigkeit zu liefern, und der erhöhte Druck kann zum Zusammenbruch von geologischen Formationen führen.
Die insoweit beschriebenen Ausführungsformen waren unitäre Strukturen. Es ist dem Fachmann jedoch bekannt, dass zusammengesetzte Zentrierer aus zwei Hälften, die entlang einer axialen Mittellinie getrennt sind, erforderlich sind. Dem Fachmann ist außerdem bekannt, dass Zentrierer mit mehr als zwei Segmenten erforderlich sind.
28 und 29 zeigen eine erste Befestigungsausbildung zum aneinander Befestigen von Segmenten eines Zentrierers.
Unter Bezugnahme auf 28, die eine Teilendansicht eines Zentrierers ist, ist der Endbund aus zwei halbzylindrischen Endbundabschnitten 2A, 2B ausgebildet, die durch eine Schnappschlossbefestigungsvorrichtung aneinander befestigt sind.
Unter Bezugnahme auf 29 ist ein Beispiel der Schnappschlossvorrichtung gezeigt. Der Endabschnitt eines Endbundabschnitts 2A ist längs geschnitten, um drei benachbarte Fingerabschnitte 100, 101, 102 auszubilden. Der mittlere Fingerabschnitt 101 erhebt sich aus der Ebene des Bundabschnitts 2A und weist zwei darin eingeschnittene Fenster 103 auf, wobei die Fenster ein gekrümmtes Profil an ihren Ende aufweisen, die dem Ende des Bundabschnitts 2A am nächsten sind. Die zwei äußeren Fingerabschnitte 100, 102 sind bogenförmig geschnitten, um zwei Zungenabschnitte 104 zu begrenzen, die von der Ebene des Bundabschnitts 2A aufwärts gerichtet angeordnet sind. Die Ausbildung der Zungenabschnitte 104 ist bogenförmig.
Der andere Endbundabschnitt 2B ist ebenfalls aufgeschnitten, um drei Gegenstück-Fingerabschnitte 200, 201, 202 auszubilden. In diesem Falle erheben sich die zwei äußeren Finger 200, 202 aus der Ebene des Endbundabschnitts 2B und sind mit Fenstern 203 mit den Fenstern 103 ähnlicher Form versehen, und der mittlere Finger 201 ist mit zwei aufwärts gerichtet angeordneten Zungenabschnitten 204 mit den Zungenabschnitten 104 ähnlicher Form versehen.
Wenn die zwei Bundabschnitte 2A, 2B zusammengezwungen werden, ist der mittlere Zungenabschnitt 101 des ersten Bundabschnitts imstande, über die obere Fläche des mittleren Fingers 201 des zweiten Bundabschnitts 2B zu laufen, während die äußeren Fingerabschnitte 200, 202 über die äußeren Finger 100, 102 des ersten Bundabschnitts 2A laufen. Die Anordnung der Zungen 104, 204 und der Fenster 103, 203 ist derart, dass die Zungen in die Gegenstück-Fenster eintreten, um die zwei Bundabschnitte formschlüssig miteinander zu verbinden.
Der Gebrauch von Borstahl bei den Endbundabschnitten, die wärmebehandelt sind, um Bundabschnitte mit großer Steifheit vorzusehen, ermöglicht es, dass die Schnappschlossbefestigungsvorrichtung die beiden Hälften der Vorrichtung ohne weiteres und sicher aneinander befestigt. Ein Vorteil einer derartigen Konfiguration ist, dass für einen Zentrierer aus zwei Hälften nur zwei Komponenten erforderlich sind. Dies steht im Gegensatz zu Anordnungen, bei denen Drehbolzen und andere Befestigungsvorrichtungen erforderlich sein können. Der Fachmann wird verstehen, dass, je weniger Komponenten vorgesehen sind, desto weniger Gefahr besteht, das sich Komponenten lösen und mit hohen Wiederherstellungskosten in das Bohrloch fallen.
30 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die freien Enden der Bundabschnitte zum Ausbilden eines Gelenks mit einem Drehbolzen 110 gedreht sind. Bezugnahme auf 31 zeigt, dass der erste Endbundabschnitt 2A so geschnitten ist, dass er drei beabstandete Fingerabschnitte 121 auf weist, und dass der zweite Endbundabschnitt 2B so geschnitten ist, dass er zwei beabstandete Fingerabschnitte 122 aufweist. Die Anordnung der Fingerabschnitte 121 und 122 ist derart, dass ein Fingerabschnitt 121 zwischen die Fingerabschnitte 121 versetzt angeordnet sein kann. Die Fingerabschnitte weisen einen proximalen Bereich 123, der sich von dem jeweiligen Endbund 2A, 2B nach außen erstreckt, einen distalen Abschnitt 124, der an einer Fläche des proximalen Abschnitts 123 anliegt, und einen zwischenliegenden Hakenabschnitt 125 auf, dessen Innenfläche eine Öffnung für den Drehbolzen begrenzt.
Im Gebrauch wird das Gelenk durch versetztes Anordnen der Fingerabschnitte zusammengefügt, der Drehbolzen eingefügt und die Anordnung auf das Rohr aufgebracht. Die geöffnete Anordnung wird dann um das Rohr geschlossen und ein zweiter Drehbolzen in das zweite Gelenk eingefügt. Die Enden der Drehzapfen werden beispielsweise durch Stoßverformung verformt, um sie an ihrem Platz festzuhalten.
Unter Bezugnahme auf 32 und 33 besteht ein aufschiebbarer Anschlagbund 37 aus einem im Allgemeinen zylindrischen Körper aus Borstahl mit kreisförmigen oberen und unteren Flanschabschnitten 230, 231, die sich nach außen erstrecken, und einer Anzahl von Buckelabschnitten 232, die sich um den Umfang eines mittleren Bereichs des Bunds zum Aufnehmen von Gewindestiften 234 erstrecken.
Herkömmlicherweise sind Anschlagbünde aus gewalzten, rechteckigen Stangenabschnitten hergestellt, wobei die Enden stumpfgeschweißt sind, um einen Ring auszubilden. Das Material muss zum Schweißen geeignet sein, da die Wirkung der Schrauben gegen ein eingeführtes Rohr wesentliche Umfangsbelastung an der Schweißnaht erzeugen kann. Andere bekannte Produkte sind aus nahtlosem Stahlrohr hergestellt, aber es bestehen Beschränkungen bezüglich der verfügbaren Größe und Materialklasse.
Durch Auswählen von Borstahl ist es möglich, 98% der mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs über einen geschweißten Bereich zu erzielen.
33 zeigt deutlich die Endflansche, die durch Gesenkschmieden erzeugt sind. Das Gesenkschmieden wird im nicht wärmebehandelten Zustand des Materials ausgeführt, und die Buckelabschnitte 232 sind durch bekannte Fließbohrtechniken ausgebildet. Nach der geeigneten Formgebung der Vorrichtung wird es dann wärmebehandelt und abgeschreckt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.
Es wurden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit besonderer Bezugnahme auf das dargestellte Beispiel beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Anwendungsgebiets der vorliegenden Erfindung an den beschriebenen Beispielen vorgenommen werden können.

Claims

Feder-Zentriervorrichtung zum Stützen eines rohrförmigen Elements, das von der Wand einer Bohrung beabstandet ist, wobei die Feder-Zentriervorrichtung eine Längsachse hat und die Feder-Zentriervorrichtung erste und zweite voneinander beabstandete Bundabschnitte (2, 3) und eine Mehrzahl von zwischen diesen angeordneten, gebogenen Abschnitten (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Bundabschnitte und die gebogenen Abschnitte aus einem einzelnen Stück aus Borstahlmaterial gebildet sind, so dass sich das Material nahtlos von jedem Bundabschnitt über die gebogenen Abschnitte erstreckt.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Bundabschnitte im Wesentlichen zylindrisch sind, wodurch die Feder-Zentriervorrichtung sich rund um die Längsachse erstreckt.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Bundabschnitt sich über einen Teil eines Zylinders erstreckt und einen Körperabschnitt und eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen an einen weiteren Bundabschnitt einer benachbarten Feder-Zentriervorrichtung beinhaltet.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder Bundabschnitt sich über eine Hälfte eines Zylinders erstreckt, wobei die Vorrichtung sich zusammen mit einer zweiten solchen Feder-Zentriervorrichtung rund um die Längsachse erstreckt.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Befestigungsvorrichtung erste und zweite Gegenstück-Gelenkabschnitte aufweist, die sich von einem gegenüberliegenden Randbereich des Körperabschnitts erstrecken.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Gelenkabschnitte jeweils eine entsprechende Öffnung für einen entsprechenden Drehbolzen begrenzen, wobei jede Öffnung im Wesentlichen parallel zur Längsachse angeordnet ist, wobei die Gelenkabschnitte mindestens einen vorstehenden Fingerabschnitt haben, der sich von dem Randbereich an einem proximalen Bereich davon erstreckt, wobei der oder jeder Fingerabschnitt einen distalen Bereich hat, der im Wesentlichen in Richtung des Randbereichs und eines Bereichs zwischen dem proximalen und distalen Bereich gerichtet ist, wobei der Zwischenbereich eine gekrümmte Bahn beschreibt und eine Fläche des Zwischenbereichs mindestens teilweise die Öffnung begrenzt.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Gelenkabschnitt eine erste Mehrzahl von ersten Fingerabschnitten hat, die in einer Richtung parallel zur Achse beabstandet sind, um eine zweite Mehrzahl von Öffnungen zu begrenzen, wobei die zweite Mehrzahl einen Fingerabschnitt weniger aufweist als die zweite Mehrzahl und der zweite Gelenkabschnitt die zweite Mehrzahl von Fingerabschnitten zur Zusammenwirkung mit einem ersten Gelenkabschnitt einer weiteren Vorrichtung hat.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Befestigungsvorrichtung eine erste Struktur in einem Befestigungsbereich der Feder-Zentriervorrichtung und eine zweite Gegenstückstruktur in einem gegenüberliegenden Befestigungsbereich der Feder-Zentriervorrichtung aufweist, wobei die erste Struktur einer ersten Feder-Zentriervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in die zweite Struktur einer zweiten Feder-Zentriervorrichtung greift.
Feder-Zentriervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Struktur mindestens einen Vorsprung von einer ersten Fläche der Feder-Zentriervorrichtung aufweist sowie mindestens eine Öffnung in einer zweiten Fläche, wobei die zweite Fläche der ersten Fläche gegenüberliegt, und die zweite Struktur mindestens eine Öffnung in der zweiten Fläche und mindestens einen Vorsprung von der ersten Fläche aufweist, wodurch die oder jede Öffnung zur Aufnahme des entsprechenden Vorsprungs vorgesehen ist, wodurch die zwei Feder-Zentriervorrichtungen miteinander formschlüssig verbunden werden können.
Verfahren zum Herstellen einer Feder-Zentriervorrichtung mit einer Längsachse, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Bleches aus Borstahl, Herstellen eines flachen Zuschnitts (1) aus dem Blech, welcher einen ersten und zweiten querlaufenden Bahnabschnitt (2, 3) aufweist, die voneinander durch mehrere beabstandete sich in Längsrichtung erstreckende Bahnabschnitte (4) beabstandet sind; Kaltfformen des Zuschnitts in ein geformtes Zwischenprodukt, das eine gewünschte Endform der Vorrichtung hat; und Erhitzen und Abschrecken des geformten Zwischenprodukts zu einer gewünschten Härte.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Herstellungsschritt Laserschneiden des Borstahlbleches aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Herstellungsschritt Wasserstrahlschneiden des Borstahlbleches aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die Feder-Zentriervorrichtung im Wesentlichen halbzylindrisch ist, wodurch die ersten und zweiten querlaufenden Bahnabschnitte sich so erstrecken, dass sie im Wesentlichen halbzylindrische Bundabschnitte bilden und wobei die Bundabschnitte Befestigungseinrichtungen aufweisen, um die Bundabschnitte einer zweiten Feder-Zentriervorrichtung zu befestigen, um eine im Wesentlichen zylindrische Feder-Zentriervorrichtung zu bilden, wobei der Kaltformungsschritt das Bilden von mindestens einem Teil der Befestigungsvorrichtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens mindestens eines Teils der Befestigungsvorrichtung das Formen eines Hakenabschnitts aus dem Bundabschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren nach dem Erhitzungs- und Abschreckungsschritt weiterhin aufweist: Anordnen eines Drehbolzens in Anlage mit den Hakenabschnitten von zwei benachbarten Feder- Zentriervorrichtungen, um hierdurch die Feder-Zentriervorrichtungen miteinander gelenkig zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bildens mindestens eines Teils der Befestigungsvorrichtung aufweist: in einem Befestigungsbereich der Feder-Zentriervorrichtung, Bilden mindestens eines Vorsprungs im ersten Bereich von einer ersten Fläche desselben und mindestens einer Öffnung in einer zweiten Fläche in dem ersten Bereich, und in einem zweiten gegenüberliegenden Befestigungsbereich, Bilden mindestens einer Öffnung in dem zweiten Bereich in der zweiten Fläche desselben an einer Stelle zur Zusammenwirkung mit dem mindestens einen Vorsprung im ersten Bereich, und mindestens eines Vorsprungs im zweiten Bereich in der ersten Fläche desselben an einer Stelle zur Zusammenwirkung mit der mindestens einen Öffnung in dem ersten Bereich.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Kaltformungsschritt aufweist: Bilden der sich in Längsrichtung erstreckenden Bahnabschnitte in gebogene Abschnitte mit zentralen Bereichen, die vergleichsweise weiter von der Längsachse der Feder-Zentriervorrichtung entfernt sind als Endbereiche der gebogenen Abschnitte.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Bogenformungsschritt das Bilden der Bogenabschnitte mit kleinerer Größe, und weiterhin nach dem Erhitzungs- und Quench-Schritt einen weiteren Kaltformungsschritt aufweist, um die gebogenen Abschnitte so zu formen, dass sie einen gewünschten Enddurchmesser erhalten.