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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zentrierer, die an einem
Rohr befestigt sind, welches in Bohrlöchern angeordnet ist. Die Erfindung
offenbart ein Verfahren zum Hydroformen von Zentrierern sowie Mittel
für deren
Befestigung an einem Rohr.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verfahren des Bohrens und des Vervollständigens von Bohrlöchern in
Erdmaterialien unter Verwendung von Rohrsträngen werden vielfach günstiger
gestaltet, wenn der Rohrstrang daran gehindert wird, als Ganzes
exzentrisch zu sein und im allgemeinen mit der Wand des Bohrlochs
in Kontakt zu stehen bzw. gegen diese anzuliegen. Vorrichtungen,
auf die typischerweise als Zentrierer Bezug genommen wird, werden
verwendet, um diese Funktion des Reduzierens der Exzentrizität oder des
Zentrierens des Rohrstrangs innerhalb des Bohrlochs bereitzustellen.
Diese Vorrichtungen sind konfiguriert, um in ökonomischer Weise zu einer
Vielfalt von Bohr- und Vervollständigungsanwendungen
zu passen.
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In
der
GB 2197008 A ist
ein gegossener rohrförmiger
Zentrierer beschrieben, der relativ dicke Rippen aufweist.
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Wie
in der kanadischen Patentanmeldung 2350681, eingereicht am 15. Juni
2001 im Namen der TESCO Corporation, beschrieben ist, führen die Anforderungen
des Bohrens mit Auskleidung bzw. Verrohrung zu der Notwendigkeit
nach wenig kostenaufwendigen Zentrierern für die Auskleidung, die robust
sind, beispielsweise unempfindlich gegenüber einem Versagen der Rippen,
die vergleichsweise einfach an der Auskleidung zu befestigen sind
und die in der Lage sind, in ausreichender Weise der Rotation beim
Bohren zu widerstehen, um zumindest eine Bohrung zu vervollständigen.
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Beim
Hydroformen handelt es sich um einen Herstellungsvorgang, der dazu
verwendet wird, um Metall zu verarbeiten. Verfahren zum Hydroformen und
Teile, die dadurch bearbeitet worden sind, sind in der veröffentlichten
US-2001/0006109 beschrieben, veröffentlicht
am 5. Juli 2001 unter Nennung des Erfinders der vorliegenden Anmeldung,
und in den internationalen Patentanmeldungen WO 02/31312, veröffentlicht
am 18. April 2002 und WO 98/46382, 22. Oktober 1998.
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Solche
Zentrierer sind auch zweckmäßig für Anwendungen
außerhalb
des Gebiets des Bohrens mit Auskleidungen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein hydrogeformter Zentrierer und
ein Verfahren für dessen
Herstellung. Der Zentrierer eignet sich für den Einbau an einer Rohrleitung,
wie sie beispielsweise beim Bohren von Bohrlöchern und bei Arbeitsvorgängen mit
Auskleidungen zweckmäßig ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zentrierer bereitgestellt,
umfassend einen im allgemeinen rohrförmigen Körper mit einer mittigen Öffnung,
die ausreichend groß ist,
um das Einstecken eines Rohres mit einem Außendurchmesser dort hindurch
zu ermöglichen;
eine Seitenwand, die eine nach innen weisende Oberfläche, welche
der mittigen Öffnung
zugewandt ist, und eine nach außen
weisende Oberfläche
aufweist, wobei der Zentrierer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Seitenwand
eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke
aufweist, wobei mehrere nach außen
vorragende Rippen in der Seitenwand angeordnet sind, wobei bei jeder
Rippe eine gewisse Verdünnung
der Seitenwand vorliegt.
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Bevorzugt
weist die nach innen weisende Oberfläche Vertiefungen auf, die im
wesentlichen der Position und Gestalt der Rippen entsprechen.
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Zweckmäßigerweise
ist der rohrförmige
Körper
mit einem ersten Ende und einem entgegengesetzten Ende versehen,
und die Rippen sind von dem ersten Ende zurück beabstandet.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß die
Rippen (7) von dem entgegengesetzten Ende (4, 4a)
zurück beabstandet
sind.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß das
erste Ende derart ausgebildet ist, um dort hindurch eine Befestigung
an dem Rohr zu ermöglichen.
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Zweckmäßigerweise
ist das erste Ende ausgebildet, um eine Crimpbefestigung zu ermöglichen.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß der
Zentrierer eine Beschichtung auf mindestens einem Abschnitt der
nach innen weisenden Oberfläche
aufweist.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß der
Zentrierer aus Metall gebildet ist.
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In
bevorzugter Weise ist vorgesehen, daß die Rippen mit einer verschleißfesten
Beschichtung versehen sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Formen eines Zentrierers bereitgestellt, welches folgende Schritte
umfaßt:
Bereitstellen einer Länge
eines rohrförmigen
Werkstücks
aus Metall, welches eine Werkstückseitenwand
aufweist, die ausgewählt
wird, um die Seitenwand des Zentrierers zu definieren, und welches
eine innere Bohrung aufweist, die ausgewählt wird, um die mittige Öffnung des
Zentrierers zu definieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren
das Anordnen des rohrförmigen
Werkstücks
aus Metall innerhalb einer Begrenzungsoberfläche aus Formelementen umfaßt, wobei
die Formelemente Formkavitäten
aufweisen, die gemäß der Konfiguration
von gewünschten
Zentriererrippen beabstandet und ausgestaltet sind, wobei die Formelemente
im wesentlichen gegen eine Expansion radial von ihrer Position nach
außen
rund um das rohrförmige
Werkstück
abgestützt
werden; Aufbringen von genügend Druck
durch die innere Bohrung auf die Werkstückseitenwand, um die Seitenwand
des rohrförmigen Werkstücks radial
nach außen
gegen die Begrenzungsoberfläche
und in die Formkavitäten
zu drücken,
um die Werkstückseitenwand
plastisch zu verformen, um Zentrierrippen an der Seitenwand zu formen;
und Abnehmen des rohrförmigen
Werkstücks von
der Begrenzungsoberfläche.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, daß der Druck
ein Fluiddruck ist, der ausgewählt
sein kann aus der Gruppe, die hydraulischen Druck oder Luftdruck
umfaßt.
Bevorzugt ist der Druck hydraulischer Druck, und die Rippen werden
hydrogeformt.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß die
Formelemente im wesentlichen zylindrisch sind.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß die
Formelemente Schlitze enthalten, um die Aufweitung ihres Umfangs
zur Abnahme derselben von dem Zentrierer nach dem Formen zu ermöglichen.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß die
Formelemente um den Umfang herum an benachbarten Enden anliegen,
um die Begrenzungsoberfläche
zu bilden.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, daß jedes
Formelement einen Abschnitt einer Kavität definiert.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß der
Schritt des Anordnens das Einführen
eines Dorns in die mittige Öffnung
des rohrförmigen
Werkstücks
umfaßt, derart,
daß ein
Raum zwischen dem Dorn und der Werkstückseitenwand gebildet wird,
das Abdichten rund um den Raum und das Positionieren des rohrförmigen Werkstücks in der
Begrenzungsoberfläche, und
der Schritt des Aufbringens von genügend Druck das Einbringen von
Fluiddruck zu dem Raum umfaßt.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, daß nach
dem Abnehmen des Zentrierers von der Begrenzungsoberfläche die
Seitenwand, welche mit Rippen geformt ist, eine im wesentlichen
gleichmäßige Dicke
aufweist.
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Bevorzugt
umfaßt
das Verfahren weiterhin das Auftragen einer Beschichtung auf die
Zentriererinnenfläche,
sobald der Zentrierer von der Begrenzungsoberfläche abgenommen wurde.
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Bevorzugt
umfaßt
das Verfahren weiterhin das Behandeln der Rippen zum Vergrößern von
deren Beständigkeit
gegen Verschleiß,
sobald das rohrförmige
Werkstück
von der Begrenzungsfläche
abgenommen wurde.
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Bevorzugt
umfaßt
das Verfahren weiterhin, daß das
Abnehmen des Zentrierers von der Begrenzungsoberfläche das
Aufweiten der Formelemente umfaßt,
um deren Ringspannung zu überwinden.
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Bevorzugt
sind die Rippen ausgebildet, um sanft verlaufend von der zylindrischen
Seitenwandaußenfläche vorzuragen.
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Zweckmäßigerweise
sind die Formelemente mittels einer Umfangsspalte voneinander trennbar.
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Das
Mittel, das zur Befestigung verwendet wird, kann entsprechend den
Bedürfnissen
der Anwendung verändert
werden. Beispielsweise ist bei Anwendungen wie etwa beim Bohren
mit Auskleidung, bei dem typischerweise eine ausreichende strukturelle
Kapazität
benötigt
wird, um im wesentlichen eine erhebliche relative Bewegung des Zentrierers
auf dem Rohr zu verhindern, der Körper des Zentrierers mit zumindest
einem zylindrischen Intervall versehen, welches sich für eine Befestigung durch
das Verfahren des Crimpens eignet, wie es in der vorstehend erwähnten kanadischen
Anmeldung 2350681 beschrieben ist.
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Für Anwendungen,
bei denen eine Drehung des Zentralisierers um das Rohr, auf dem
er befestigt ist, zulässig
ist oder gewünscht
wird, wobei aber angestrebt wird, seine axiale Position zu fixieren,
kann der hydrogeformte Zentralisierer zwischen Anschlagringen eingebaut
werden, die an dem Rohr befestigt werden, wie sie in üblicher
Weise zum Verlegen von Auskleidungen eingesetzt werden. Die Anschlagringe
können
an dem Rohr durch das Verfahren des Crimpens oder durch andere Mittel
befestigt werden, die in der Industrie im allgemeinen bekannt sind,
wie etwa Feststellschrauben, die mittels Gewinde in der Seitenwand
der Anschlagringe angebracht sind.
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Eine
weitere, detaillierte Beschreibung der Erfindung, wie sie vorstehend
kurz beschrieben worden ist, wird nachfolgend im Wege eines Beispiels unter
Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen von speziellen Ausführungsformen
der Erfindung gegeben. Diese Zeichnungen zeigen lediglich typische Ausführungsformen
der Erfindung und sind daher nicht so zu betrachten, als daß sie deren
Umfang einschränken
würden.
In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Zentralisierers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
seitliche Ansicht des Zentralisierers, der in 1 dargestellt
ist;
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3 einen
Schnitt entlang Linie A-A in 2;
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4 eine
perspektivische, abgeschnittene Ansicht durch die Wand einer Vorrichtung
zum Hydroformen, wobei darin ein koaxial positioniertes rohrförmiges Werkstück eingesetzt
ist, bei dem es sich um ein Rohteil eines Zentralisierers handelt.
Die Ansicht zeigt die Formelemente und den innenliegenden Dorn,
wie sie vor der Anwendung des Hydroform-Drucks aussehen;
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5 eine
perspektivische Ansicht der Formelemente mit einem Teil der Vorrichtung
zum Hydroformen, die in 4 dargestellt ist:
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6 die
Schnittansicht durch die gesamte Wand der Anordnung, die in 4 dargestellt
ist, wie sie vor dem Aufbringen des Formdrucks erscheinen würde;
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7 die
Schnittansicht durch die gesamte Wand der Vorrichtung, die in 4 dargestellt
ist, wie sie nach der Anwendung des Verformungsdrucks erscheinen
würde;
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8 eine
perspektivische Ansicht eines Zentralisierers, der auf eine Verbindung
einer Verrohrung plaziert ist, wie er vor dem Zusammenfügen zu einem
Strang erscheinen könnte,
der in einer Bohrung eingebaut wird, und
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9 eine
perspektivische Ansicht des Zentralisierers, der in 1 dargestellt
ist, und der auf einer Verbindung einer Verrohrung zwischen zwei
Anschlagringen plaziert ist, wie sie vor dem Zusammenfügen zu einem
Strang erscheinen könnte,
der in eine Bohrung eingebaut wird.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein hydrogeformter Zentralisierer bereitgestellt,
wie er in 1 bis 3 dargestellt
ist, zur Anordnung auf einem Rohr, wie es in 9 dargestellt
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 3 ist ein
Zentralisierer 1 in seiner bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, mit einer Seitenwand 6 eines metallischen Körpers, die
eine innere Bohrung 2 und zylindrische Enden 3, 4 festlegt,
und mit einem Grundkörperintervall,
in dem nach außen
vorstehende, hydrogeformte Rippen 7 ausgebildet sind. Während drei
Rippen dargestellt sind, kann eine beliebige Anzahl davon auf dem
Zentralisierer ausgebildet sein. In seiner bevorzugten Ausführungsform
können eines
oder beide der zylindrischen Enden 3, 4 Intervalle
bereitstellen, die sich zum Crimpen eignen, wenn gewünscht wird,
daß die
Möglichkeit
besteht, daß der
Zentralisierer zum Crimpen eingebaut werden kann.
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Die
Rippen 7 können
gleichmäßig um das Grundkörperintervall
herum beabstandet angeordnet sein, und in dieser dargestellten Ausführungsform
erstreckt sich jede Rippe entlang zumindest eines Abschnitts der
Länge des
Zentralisierers in Schraubenform, wie dies in der Industrie allgemein
bekannt ist. Die Rippen können
in geeigneter Weise geformt sein, um an die strukturellen und strömungsmäßigen Anforderungen
angepaßt
zu sein, die in Bohrungen angetroffen werden, und um die Hauptzylinderoberfläche und
die Enden 3, 4 in einem Abstand von der Wand des
Bohrlochs zu halten. In dieser Weise bilden die Rippen eine Lagerfläche 8 an
ihren oberen Endbereichen. Die Anzahl, Länge und Steigung der schraubenförmigen Rippen
kann so angeordnet werden, daß die
Umfangsposition des Beginns einer jeden Rippe die Umfangsposition
des Endes von zumindest einer benachbarten Rippe überlappt.
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In
Anwendungen, bei denen der Zentralisierer mit dem Rohr gedreht wird,
wie es zum Bohren mit Auskleidung bzw. Gehäuse benötigt wird, können die Lagerflächen 8 mit
einer verschleißbeständigen Beschichtung
wie etwa mit einer Hartmetallbeschichtung versehen sein, um die
Rippen 7 vor Verschleiß gegenüber der
Wand des Bohrlochs zu schützen.
Bei Anwendungen, bei denen eine Drehung des Zentralisierers auf
der Auskleidung zulässig
ist, kann die innenliegende Bohrung 2 gegenüber dem
Rohr einen Verschleiß bewirken.
Bei solchen Anwendungen kann daher die Oberfläche, die die innere Bohrung festlegt, über ihren
gesamten Bereich oder über
einen Abschnitt davon mit einer geeigneten reibungsvermindernden
Beschichtung 2a versehen werden, wie beispielsweise aus
Polyurethan.
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Die
Anordnung von Rippen 7 in der rohrförmigen Wand wird durch das
Vorsehen eines Hydroform-Verfahrens unterstützt. Wie im Querschnitt A-A in 2 dargestellt
ist, ermöglicht
es der Hydroformvorgang, daß die
Rippen in der Seitenwand des Zentralisierers 1 angeordnet
werden, bei einer gewissen Reduzierung der Dicke der Seitenwand
an der Rippe. Das spezielle Formverfahren drückt die Rippe nach außen, während der
verbleibende Teil des Rohrs eingeschränkt festgehalten wird. Das
Volumen des Materials in dem Bereich der Rippe bleibt aus diesem Grunde
konstant, und es muß eine
gewisse Reduzierung der Dicke auftreten, um die größere Oberfläche bzw.
Umfangslänge
der Rippe im Vergleich zu der ursprünglichen Wand des Rohrs auszugleichen.
Das Maß der
Reduzierung der Dicke, das tatsächlich möglich ist,
ohne daß das
Material versagt, hängt
von unterschiedlichen Eigenschaften des Materials ab, das für die Herstellung
des Zentralisierers verwendet wird. Als ein Beispiel ist bei Verwendung
von Stahl die Reduzierung der Dicke in der Größenordnung von etwa 25%, so
daß die
Dicke der verformten Wand 75% der ursprünglichen Dicke der Wand beträgt.
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Die
innere Oberfläche
der Seitenwand wird ebenfalls verformt und weist Vertiefungen 5 auf,
die im wesentlichen der Form der äußeren Rippen folgen. Die Rippen
können
mit weichen, allmählichen, anstelle
von scharfen Oberflächenübergängen an der
Basis und über
die gesamten Rippen hinweg versehen sein.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
der Hydroformvorgang, daß ein
Längenabschnitt
eines rohrförmigen
metallischen Werkstücks
mit einer Seitenwand plaziert wird. Das Material des rohrförmigen Werkstücks ist
so gewählt,
daß eine
plastische Verformung aufgenommen werden kann, und daß die Wirkungen
des Hydroformens im wesentlichen beibehalten werden, während es
in Umgebungsbedingungen in einem Bohrloch gut anwendbar sein soll.
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In
einer Ausführungsform
ist der Zentralisierer aus einem duktilen Metall hergestellt, wie
etwa aus Stahl. Um einen Zentralisierer durch Hydroformen zu verformen,
muß die
Wanddicke, kombiniert mit der Materialfestigkeit, eine ausreichende
Festigkeit zur Verfügung
stellen, um den exzentrisch wirkenden und möglicherweise seitlichen Bohrkräften, die
auf das rohrförmige
Teil einwirken, entgegenzuwirken. Diese Kräfte verändern sich erheblich in Abhängigkeit
von den Abmessungen des rohrförmigen Teils,
der Geometrie der Bohrung, der Position in der Bohrung, Bohren oder
Verlegen usw.. Im allgemeinen ist die Wanddicke des Materials zum
Formen des Zentralisierers, wenn beispielsweise Stahl verwendet wird,
größer als
etwa 0,16 cm (1/16 Zoll). Auf der Grundlage einer Kosten/Nutzen-Analyse
ist eine obere Grenze für
eine Wanddicke bei Stahl bei etwa 1,27 cm (1/2 Zoll) für Petroleum
oder auch für
geothermische Anwendungen. In einer Ausführungsform ist das Material
Stahl mit einer Wanddicke von 0,635 cm (1/4 Zoll).
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Das
rohrförmige
Werkstück
wird innerhalb einer begrenzenden Oberfläche positioniert, die aus Formelementen
besteht, die mit Hohlräumen
versehen sind, die in der Konfiguration der gewünschten, von der Seitenwand
vorstehenden Rippen beabstandet und geformt sind. Die begrenzende
Oberfläche kann
im wesentlichen zylindrisch sein und so positioniert sein, daß sie im
wesentlichen mit dem mittleren Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks ausgerichtet ist.
Die begrenzende Oberfläche
kann so konfiguriert sein, daß sie
durch eine zylindrische Umschließung gegenüberliegend den Endabschnitten
des rohrförmigen
Werkstücks
abstützt.
Die begrenzende oder umschließende
Oberfläche
ist innerhalb einer Abstützung
aufgenommen, die die Formelemente in ihrer Position hält. Die
Abstützung
kann ein umschließendes
Rohr sein, das die Formelemente gegenüber einer Bewegung in radialer
Richtung nach außen
und weg von dem rohrförmigen
Werkstück
hält. Sobald die
rohrförmigen
Elemente um das rohrförmige
Werkstück
herum positioniert sind, kann ein ausreichender innerer Druck gegen
die innere Oberfläche
der Seitenwand aufgebracht werden, um nach Art eines Aufblasvorgangs
die rohrförmige
Seitenwand in radialer Richtung nach außen gegen die umschließende Oberfläche und
in die Formhohlräume
zu drücken und
auf diese Weise Vorsprünge
oder Rippen plastisch auszubilden, die nach außen von der Seitenwand des
rohrförmigen
Werkstücks
vorstehen. Der Druck wird in Form eines Fluiddrucks erzeugt, wie etwa
durch Verwendung von Flüssigkeiten,
die umschlossen sind, um unter hohen Drücken gegen die Seitenwand zu
wirken. Die Rippen werden ausgeformt, während die ursprüngliche
Länge des
rohrförmigen
Teils im wesentlichen beibehalten wird. Nach der Ausformung der
Rippen kann der geformte Zentralisierer aus der Formvorrichtung
einschließlich
der umschließenden
Oberfläche
und deren Abstützung herausgenommen
werden. Das Herausnehmen der Formelemente aus ihrer Abstützung kann
eine gewisse Kraft erfordern, da sie während des Hydroformens fest
in diese hineingedrückt
worden sind. Die Herausnahme kann dadurch erleichtert werden, daß ein eng
sitzender, sich verjüngender
bzw. konisch zulaufender Spannring zwischen der Abstützung und den
Formelementen vorgesehen wird, und ein Mittel, um den Spannring
in der Richtung axial zu verlagern, so daß eine radiale Expansion ermöglicht wird.
Wenn gewünscht,
kann dann der Zentralisierer, wenn die Notwendigkeit dazu besteht,
durch unterschiedliche Mittel behandelt werden, wie etwa Abschneiden,
maschinelles Bearbeiten oder Aufbringen von Beschichtungen, um die
Verschleißbeständigkeit
zu verbessern oder um die Reibung zu reduzieren.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird die Anordnung von solchen
Rippen in der rohrförmigen Wand
dadurch unterstützt,
daß eine
Vorrichtung 100 bereitgestellt wird, die die Ausführung eines
spezialisierten Hydroform-Verfahrens ermöglicht. Die Vorrichtung umfaßt eine
Anordnung von eng passenden, im wesentlichen zylindrischen Komponenten,
deren Abmessungen so sind, daß sie
innerhalb und um das rohrförmige
Werkstück
herum passen, welches behandelt werden soll. Beginnend mit den innersten Komponenten
und nach außen
fortschreitend, handelt es sich bei diesen Komponenten um: einen
Dorn 101, eine Formanordnung 103, die aus den
Elementen 107 und 108 besteht, einen außen konisch
zulaufenden Spannring 104, der aus einer Anordnung von Backen 105 und
einem umschließenden
Stützgefäß oder einer
Stützglocke 106 besteht,
die innen konisch zuläuft,
um mit dem Spannring zusammenzupassen. Ein Mittel zum Anwenden einer
axialen Verlagerung zwischen dem Spannring 104 und der
Glocke 106 kann vorgesehen sein, wie beispielsweise ein
doppelt wirkender hydraulischer Aktuator, der nicht dargestellt
ist. Wie für
einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet deutlich wird, wird die
axiale Verlagerung dadurch in eine radiale Verlagerung umgewandelt,
daß die
Backen 105 des Spannrings sich in Kontakt mit der Glocke 106 bewegen,
wodurch das Einsetzen und Herausnehmen der eng zusammenpassenden
Teile erleichtert wird.
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Zum
Hydroformen wird ein rohrförmiges Werkstück 102,
aus dem ein Zentralisierer hergestellt werden soll, zwischen dem
Dorn 101 und der Formanordnung 103 positioniert.
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Nachfolgend
wird auf 5 Bezug genommen, wobei in einer
Ausführungsform
die Formanordnung 103 aus zwei Elementen 107 und 108 besteht,
die an einer Teilungslinie 112 zusammengefügt sind
und drei schraubenförmige
Hohlräume 109 aufweisen,
die im wesentlichen als das Gegenstück zu der gewünschten
Rippengeometrie geformt sind. Die Hohlräume können durch die Form geschlossen
werden oder öffnen,
wie dargestellt ist. Die Form der Hohlräume gibt die Form der Rippen
vor, die durch die Form gebildet werden. Als Beispiel können die Hohlräume so geformt
sein, daß sie
scharfe Kanten haben, was dazu führt,
daß die
Rippen, wie 8 zeigt, mit Kanten mit kleinerem
Radius von der zylindrischen Oberfläche der Seitenwand abrupt vorstehen.
Wie deutlich wird, kann aufgrund der plastischen Verformung, die
während
des Hydroformens auftritt, eine schärfere Kante leichter erzeugt
werden, dort wo die Verformung das Material des Werkstücks dazu veranlaßt, um eine
Ecke herum gebogen zu werden, anstatt in eine Ecke hinein. Alternativ
können
die Hohlräume
stärker
abgestufte bzw. allmählich
verlaufende Seitenwände
aufweisen, wie 5 zeigt, mit Kanten mit größerem Radius,
um die Rippen, wie 1 zeigt, dazu zu veranlassen,
einen allmählicheren Übergang
von der zylindrischen Oberfläche
der Seitenwand zu haben.
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Das
Entfernen der Formelemente von dem geformten Zentralisierer nach
dem Hydroformen kann durch die Schlitze 113 erleichtert
werden, die so wirken, daß eine
ringbezogene Nachgiebigkeit eingeführt wird. Zusätzlich kann
jedes Formelement einen Teil eines Hohlraums bilden, so daß die Elemente
auf dem Zentralisierer nicht durch das Vordringen einer Rippe in
einen Hohlraum erfaßt
werden.
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Nunmehr
auf 6 bezugnehmend, ist der Dorn 101 mit
innenliegenden Dichtungen 110 versehen, deren Abmessung
so ist, daß sie
gegen die innere Bohrung 2 des Werkstückrohlings 102 und
einem Fluideintrittsanschluß 111 abdichten,
der zwischen Dichtungen 110 zu der äußeren Oberfläche des
Dorns hin offen ist. Wenn der Werkstückrohling 102 um den
Dorn herum positioniert wird, wird auf diese Weise jegliches Fluid,
das durch den Anschluß 111 aufgebracht
wird, durch das Werkstück,
den Dorn 101 und die Dichtungen 110 umschlossen,
wobei sich diese Komponenten alle in einer abdichtenden Zusammenwirkung
befinden. Dies ermöglicht
die Aufbringung eines Fluiddrucks auf die innere Oberfläche des
Werkstücks 102 durch
ein geeignetes Mittel, wie es beispielsweise durch Wasser, ein unter
hohem Druck stehendes Gas, Elastomere oder ein hydraulisches Fluid
gebildet sein kann. Es wird darauf verwiesen, daß das Fluid, das dazu verwendet
wird, um den Druck zum Hydroformen aufzubringen, jegliches Fluid
sein kann, welches in der Lage ist, einen Druck mit relativ geringem
Widerstand ausgehend von Scherspannungen zu übertragen.
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Die
Drücke,
die zum Hydroformen benötigt werden,
hängen
als Beispiel von der Festigkeit des Materials, das geformt werden
soll, und von dem Krümmungsradius
ab, auf den die Wand verformt wird. In einer Ausführungsform
liegen die Drücke
im Bereich von 100 bis 200 Mpa (15.000 bis 30.000 psi). Die Dichtungen 110 usw.
müssen
in der Lage sein, solchen Drücken
standzuhalten.
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Nunmehr
bezugnehmend auf 7 veranlaßt die Aufbringung eines ausreichenden
Fluiddrucks durch den Anschluß 111 das
Werkstück 102 dazu,
sich aufzuweiten und plastisch zu verformen, sofern es nicht durch
Kontakt mit der inneren Oberfläche
der umschließenden
Form festgehalten wird, so daß auf
diese Weise die Seitenwand des Werkstücks 1 in die Formhohlräume 109 aufgedrückt wird. Dadurch
werden Rippen 7 in dem Werkstück gebildet, und es wird auf
diese Weise ein Zentralisierer aus dem Werkstück hergestellt. Der Teil der
Druckkraft, der als Gegenkraft durch die Form 103 aufgenommen
wird, wird seinerseits als Gegenkraft durch den Spannring 104 und
in die Glocke 106 aufgenommen. Aufgrund der sich verjüngenden
Zwischenfläche
zwischen dem Spannring 4 und der Glocke 106 kann
der Spannring 104 die Neigung haben, sich dann, während er
sich unter einer Druckbelastung befindet, in die Glocke 106 hineinzuverlagern,
wodurch eine unerwünschte
Expansion des Werkstücks 102 auftreten
könnte.
Diese Bewegung kann ohne weiteres durch die Anwendung einer axialen
Last oder eines sonstigen Mittels zum Zurückhalten zwischen den Backen 105 des
Spannrings und der Glocke 106 verhindert werden. Beim Zurücknehmen
des Formdrucks kann der Dorn 101 ohne weiteres entfernt
werden, wobei allerdings eine restliche radiale Spannung oder Interferenz
zwischen dem Werkstück 102 und
der Form 103 bestehen kann, die dazu neigt, dem Herausnehmen
des Werkstücks
und der Form von dem Spannring 104 einen Widerstand entgegenzusetzen.
Diese radiale Spannung wird durch eine geeignete Verlagerung des
Spannrings relativ zu der Glocke abgebaut, wodurch die Herausnahme
des Werkstücks 102 zusammen
mit den Formelementen 107, 108 ermöglicht wird,
da die geformten Rippen 107 nach dem Formen eine Verriegelung
mit den Formhohlräumen 109 bilden.
Sobald sie aus der Formvorrichtung 100 herausgenommen sind,
können die
Formelemente 107, 108 von dem Zentralisierer abgenommen
werden, der aus dem Werkstück 102 hergestellt
worden ist.
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Ein
hydrogeformter Zentralisierer kann unter Verwendung von unterschiedlichen
Mitteln auf einem Rohr zur Verwendung in einer Bohrung installiert
werden. Als Beispiel kann ein Mittel zum Anbringen des Körpers des
Zentralisierers auf einem Metallrohr eine ungehinderte Drehung des
hydrogeformten Zentralisierers zulassen. Wenn gewünscht, kann
das Mittel zur Befestigung den Bereich der axialen Bewegung des
Zentralisierers begrenzen. In einer solchen Ausführungsform kann die Anbringung
eine Plazierung des Zentralisierers auf dem Metallrohr zwischen
zwei Oberflächen
umfassen, die in bezug auf den äußeren Durchmesser
des Metallrohrs ausreichend aufgesetzt sind, um gegen die Enden
des Körpers
des Zentralisierers anzustoßen.
Die anstoßenden
Oberflächen,
die typischerweise durch die Schultern von Anschlagringen gebildet
werden, die koaxial auf beiden Seiten des Zentralisierers auf das
Rohr gesetzt sind, wobei die Anschlagringe mit Hilfe von Feststellschrauben,
Kleben oder Crimpen an dem Metallrohr befestigt sind. Das Mittel
zum Crimpen der Anschlagringe kann gemäß der Lehre der kanadischen
Anmeldung 2350681 ausgebildet sein. Das ausgewählte Metallrohr kann beispielsweise
eine Auskleidung zum Bohren oder eine Auskleidung eines Bohrlochs oder
Bohrlohrs sein.
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Als
weiteres Beispiel kann der hydrogeformte Zentralisierer so eingebaut
sein, daß er
eine axiale Belastung und eine Übertragung
eines Drehmoments ermöglicht,
dadurch, daß der
Zentralisierer so befestigt wird, daß er sich sowohl drehungsmäßig als auch
axial mit dem Rohr bewegt, an dem er befestigt ist.
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Unter
Bezugnahme auf 8 kann in einer Ausführungsform
die innere Bohrung 2 des geformten Körpers 1 des Zentralisierers
so angeordnet sein, daß sie
lose über
zumindest ein Ende eines Rohrs paßt, welches als ein mit Gewinde
versehener und gekoppelter Verrohrungsanschluß 9 dargestellt ist. Dies
schafft die Möglichkeit,
daß der
Zentralisierer ohne weiteres an beliebiger Stelle entlang der Länge des
Verrohrungsanschlusses 9 plaziert werden kann. Wenn der
Verrohrungsanschluß zu
einem Strang zusammengefügt
wird, können
sich die Zentralisierer frei drehen und sind darauf beschränkt, sich
verschieblich zwischen den Kupplungsstellen zu bewegen, die die
Verrohrungsanschlüsse
verbinden, wobei dieses Verfahren des Einbaus von Zentralisierern in
einen Strang in der Industrie weithin bekannt ist.
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Für Anwendungen,
bei denen eine strukturelle Befestigung des Zentralisierers 1 an
der Verrohrung 9 notwendig ist, die eine Übertragung
von Drehmoment ermöglicht,
kann der Zentralisierer an der Verrohrung fixiert werden, indem
eines oder beide der endseitigen Intervalle 3a, 4a auf
die Verrohrung gecrimpt werden, wie in der kanadischen Anmeldung 2350681
beschrieben ist. Für
solche Anwendungen kann das Material des Körpers 1 des Zentralisierers in
einem oder beiden der endseitigen Intervalle 3a, 4a so
gewählt
werden, daß es
in bevorzugter Weise eine Elastizitätsgrenze aufweist, die geringer
ist als die des Verrohrungsanschlusses 9.
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Als
ein alternatives Verfahren zum Befestigen unter Bereitstellung einer Übertragung
von axialen Lasten und Drehmoment kann eines oder können beide
der endseitigen Intervalle des Zentralisierers mit Feststellschrauben
versehen sein, was nicht dargestellt ist. Nach der Positionierung
auf dem Rohr werden die Feststellschrauben angezogen, um den Zentralisierer
an Ort und Stelle zu fixieren, wobei dieses Verfahren zum Befestigen
in der Industrie weithin bekannt ist. In ähnlicher Weise kann der Zentralisierer
durch Verwendung von Schweißen
oder durch Einspritzen von Mörtel
oder eines sonstigen Klebstoffs in den Grenzbereich zwischen der
Bohrung des Zentralisierers und der Verrohrung befestigt werden, wobei
dieses Verfahren zum Befestigen von Zentralisierern in dem vorliegenden
Gebiet der Technik ebenfalls bekannt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
für Anwendungen,
bei denen eine Kontrolle der axialen Position des Zentralisierers
auf dem Rohr notwendig ist, wobei allerdings eine Drehung ohne eine
wesentliche Übertragung
von Drehmoment möglich
sein soll, zeigt 9 zylindrische Anschlagringe 10,
die auf dem Rohr vorgesehen und plaziert sind, um den Zentralisierer 1 zwischen
diesen zu befestigen. Die Anschlagringe 10 werden auf der
Verrohrung auf eine solche Weise befestigt, daß eine axiale Verschiebung verhindert
wird. Bei einer Ausführungsform
sind die Anschlagringe mit Feststellschrauben 11 versehen und
werden an dem Rohr auf eine Weise befestigt, die in der Industrie
weithin bekannt sind. In ihrer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlagringe 10 nicht
mit Festestellschrauben 11 versehen und sind aus einem
duktilen Material hergestellt, welches sich für die Befestigung an dem Rohr
durch Crimpen eignet.
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Es
wird deutlich, daß diese
und zahlreiche weitere Veränderungen
an den dargestellten Ausführungsformen
vorgenommen werden, während
der Umfang der Erfindung nicht verlassen wird, und es ist beabsichtigt,
daß alle
solche Veränderungen
durch die angefügten
Ansprüche
abgedeckt werden.