DE69212827T2

DE69212827T2 - Zentriervorrichtung

Info

Publication number: DE69212827T2
Application number: DE69212827T
Authority: DE
Inventors: Klaas Aberdeen Zwart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-25
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: CA2102317C; DE69212827D1; GB9111381D0; CA2102317A1; NO304897B1; NO932943D0; EP0585315A1; US5355950A; DK0585315T3; AU1779592A; EP0585315B1; AU657536B2; NO932943L; WO1992021850A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentriervorrichtung, die es ermöglicht, daß Vorrichtungen oder Werkzeuge durch Bohrungen oder Rohrführungen und auch durch Verengungen in den Rohrführungen hindurchgleiten können, während sie einer zentralisierten Position eingedrückt gehalten sind. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Schachtarbeiten bei der Ölgewinnungstechnologie.
Zentriervorrichtungen für Schachtarbeiten sind bekannt. Es finden sich Beispiele in GB-A-2155519, GB-A-2216571, GB-A-2173533 und in den US-Patenten 4 776 397 und 4 557 327. Die dem Stand der Technik entsprechenden Zentriervorrichtungen dieser Patentschriften enthalten Schwenkarme mit Rollen zur Zentrierung, wobei das Ausschwenken der Arme durch Federn gekontert wird. Diese dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen sind jedoch im allgemeinen kompliziert und in ihrer Anwendung beschränkt. Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte, diese Nachteile überwindende Zentriervorrichtung anzugeben.
Eine weitere bekannte Zentriervorrichtung wird in EP-A-0 300 627 beschrieben, die auch dem Oberbegriff des ersten Anspruches entspricht. Dieser steht vor dem Kennzeichen der Ansprüche. Der Oberbegriff umfaßt insbesondere Schwenkarme mit Rollen, die in im allgemeinen tangentialen Ebenen schwingen, die außerhalb der zentralen Achse des Hauptkörpers der Zentriervorrichtung, der die Arme trägt, liegen, im Unterschied zu dem vorherrschenden rein radialen Ausschwenken der Arme.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zentriervorrichtung anzugeben, die bei eingezogenen Armen eine kompakte radiale Ausdehnung hat, aber wirkungsvoll einsetzbar ist.
In der vorliegenden Erfindung eine Zentriervorrichtung in Übereinstimmung mit dem Kennzeichnen des ersten Anspruches angegeben.
Die Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise eine Reihe von Betätigungsvorrichtungen, wobei jede mit einem entsprechenden Schwenkarm verbunden ist; es werden Vorrichtungen angegeben, die die Betätigungselemente befähigen, die Arme gleichzeitig zu bewegen. Jedes Betätigungselement kann seinen zugehörigen Arm an einem Punkt mit Abstand vom Achsgelenk des Armes angreifen, um einen Stützhebel für das Schwenken zu erhalten.
Die Tragevorrichtungen enthalten vorzugsweise ein längliches Teil mit im allgemeinen polygonalen Querschnitt. Ein Schwenkarm ist gelenkig an jeder Flachseite des länglichen Teils befestigt, so daß in der eingezogenen Position der Arm nahe an der Flachseite anliegt. Vorzugsweise hat das längliche Teil im wesentlichen einen dreieckigen Querschnitt, und es gibt drei Schwenkarme.
Eine Last-Einstellvorrichtung wird vorzugsweise so vorgesehen, daß sie ein Einstellteil umfaßt, das relativ zum Korpus axial bewegbar ist, wobei der Energiespeicher zwischen dem Einstellteil und einem Betatigungsorgan liegt. Das Einstellteil kann insbesondere beweglich am Korpus angebracht sein. Eine Verriegelungsvorrichtung wird vorzugsweise so vorgesehen, daß das Einstellteil in bestimmten Positionen gehalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Energiespeicher eine Feder, vorzugsweise in Form eines Stapels von "Belville"-Dichtungsringen, die von einem Achszapfen getragen werden. Dieser Aufbau der Zentriervorrichtung ermöglicht es, daß die Feder relativ lang sein kann, was Vorteile in der Anwendung mit sich bringt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben in Form eines Beispiels in Bezug auf die beigefügte Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer Zentriervorrichtung zur Zentrierung des Durchganges eines Werkzeuges durch eine Bohrung oder Führung;
Fig. 2 zeigt den Abschnitt X - X in Fig. 1, zusammen mit einem Ausschnitt einer Rolle in ausgefahrener und eingefahrener Position;
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht dieses Teils mit der Haltevorrichtung der Zentriervorrichtung in größerem Maßstab;
Fig. 4 zeigt eine Endansicht der Zentriervorrichtung, wobei die Blickrichtung in Richtung des Pfeils A zeigt; und
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der Hauptteile der Zentriervorrichtung in einer abgewandelten Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die Zeichnung ist eine Zentriervorrichtung 1 vorgesehen, die eine Durchführung eines Werkzeuges, wie z.B. eines Verschlusses oder eines Riegels, durch eine verengte Bohrung oder Rohrführung oder dergleichen ermöglicht. Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung, mit dem Verschluß bzw. Riegel durch eine minimale Verengung, wie z.B. ein Sicherheitsventil, hindurchzugehen und dann in eine Zone mit einem größeren inneren Durchmesser zu gelangen, wobei die Vorrichtung immer noch zentriert sein soll. Die Zentriervorrichtung erleichtert hierdurch den Verschluß bzw. den Riegel in seinem Zielort zu positionieren. Die Zentriervorrichtung 1 umfaßt einen Hauptkorpusteil 2 in rohrförmiger Form mit einem Endstück 2A mit großem Durchmesser, einer Haltevorrichtung 3 für die Schwenkarme 4, die die Zentrierung bewirken, Betätigungselemente 5, die die Schwenkarme 4 zwischen eingefahrener und ausgefahrener Position bewegen, wobei die Betätigungselemente 5 von Betätigungsteil 6 im Kopfteil 2A mit großem Durchmesser getragen werden, eine zusammendrückbare Feder 7, die zwischen dem Betätigungselement 6 und einem Element, das die Feder zusammendrückt, 8, bei 8A angeschraubt ist an den inneren Durchmesser des rohrförmigen Korpusteils 2 und eine Spindel 9, um die Feder 7 an ihrer Stelle zu halten, deren eines Ende 9A in einer Fassung in dem Teil 8 gleitend gehalten und deren anderes Ende 9B an einer Seite der Vorrichtung 3 angeschraubt ist. Die Vorrichtung 3 hat ein Ende in Form eines Zapfens 3A, der in dem Kopfteil 2A mit dem großen Durchmesser gehalten wird, um die Vorrichtung zu fixieren. Die Vorrichtung 3 wiederum wird durch eine Madenschraube 10, die eine Nut 11 in dem Zapfen 3A durchdringt, gehalten, während das andere Ende der Vorrichtung 3 einen kegelstumpfförmigen Block 12 trägt, um die Positionierung der Zentriervorrichtung 1 in einem rohrförmigen Teil zu erleichtern. Adapter-Verbindungsstücke 13A/13B an den Enden der Zentriervorrichtung 1 dienen zur Einrichtung der Zentnervorrichtung in einem Rohrstrang, falls erwünscht.
Die Vorrichtung 3 trägt drei Schwenkarme 4 auf einem Dornelement (mandrel) 3B mit dreieckigem Querschnitt (siehe Fig. 2), wobei jeder Schwenkarm 4 mit dem Teil 3B gelenkig durch eine Gelenkachse 14 verbunden ist, so daß der Schwenkarm parallel und nahe an einer jeweiligen Flachseite des Teils 3B anliegt, während die Betätigungslemente 5 an einer Endseite 23B an einer hinteren Ausdehnung oder einem Endstück der jeweiligen Arme 4 anstoßen, und so einen Stützhebel F herstellen, der über den Achspunkt der Gelenkachse 14 wirkt, während eine axiale Bewegung der Betätigungselemente 5 ein Schwenken der Arme 4 bewirkt. Dieser Aufbau erlaubt es, daß die Achse A - A jedes Schwenkarmes in eingezogenem Zustand bei seitlicher Betrachtung in einer horizontalen Ebene durch die Mittellinie C - C der Zentriervorrichtung 1 verläuft. Dies unterstützt die Kompaktheit der Vorrichtung.
Das freie Ende eines jeden Schwenkarmes 4 trägt eine Rolle 15. Jeder Schwenkarm 4 hat eine gekröpfte Form mit einem Hauptteil 4A, der die Gelenkachse und einen äußeren Nasenteil 4B umfaßt, wobei die beiden Teile 4A, 48 zusammen einen stumpfen inneren Winkel ß bilden. Die Rölle 15 ist an dem "Ellbogen" des gekrümmten Armes 4 angebracht. Der Nasenteil 4B besitzt weiterhin eine zulaufende Spitze 4C, um dem Werkzeug einen leichteren Durchgang durch die Querschnittsschultern und Rück sprünge zu ermöglichen. Zur Erhöhung enthält jeder Arm 4 einen hohlen Körper, wobei die Rollen 15 durch Schlitze im Körper herausragen. Wenn die Last auf die Feder 7 reduziert wird, können die Arme 4 unter der Wirkung der Schwerkraft nach innen schwenken.
Die Einrichtung 3 beinhaltet einen Kopf 16, der oberhalb von und gegen eine diametrale Schulter nahe an dem Zapfen 3A liegt, wobei der Kopf 16 flache, peripherische Eckteile hat (siehe Fig. 2), um axiale Bewegungen der Schwenkarme 4 entlang den Gelenkachsen 14 auszuschließen.
Die Feder 7 umfaßt vorzugsweise einen Stapel "Belville"- Dichtungsringe, wie dargestellt. Die Feder 7 hat erkennbar eine längliche Form. Eine Drehung des Kompressionselementes 8 im Korpus 2 bewirkt eine axiale Bewegung des Teiles 8, um die Feder zusammenzudrücken (bei stationären Armen 4). Dadurch entsteht eine veränderbare Federkraft für die Zentriervorrichtung. Das Teil 8 kann in der gewünschten Position entsprechend der gewählten Federkraft befestigt werden mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung 17 (letzteres Inhalt der UK-Patentan meldung Nr. 9106737.1, eingereicht am 28.03.1991 durch denselben Anmelder wie bei der vorliegenden Erfindung).
Kurzgefaßt beinhaltet die Vorrichtung 17 ein bewegliches Segment 18, das in einer Öffnung im Korpus 2 angeordnet ist, wobei Zähne im Segment 18 in Nuten 19 am Teil 8 eingreifen, und eine Muffe 20, um das Teil 18 im Schlitz zu halten. Die Vorrichtung 17 verriegelt das Teil 8 bei jeglicher Tendenz einer relativen axialen Bewegung zwischen dem Teil 8 und dem Korpus 2. Dies bewirkt, daß das Segment 18 sich nach außen bewegt, was der Kraftübertragung zwischen dem Segment 18 und den Rillen 19 entspricht, und es gegen die Muffe 20 drückt, um eine solche axiale Bewegung auszuschließen. Die Muffe 20 kan zurückgeschraubt werden, um das Segment 18 frei bewegen zu können, so daß das Glied 8 zurückgesetzt werden kann. Die Muffe 20 kann z.B. mit Hilfe einer Madenschraube 21 gesichert werden.
Eine spezielle Zentriervorrichtung 1 kann einen besonderen Ausdehnungswert haben, der durch den Durchmesser des Kreises definiert ist, den die Rollen 15 in der ausgefahrenen Position beschreiben, wobei die maximale Ausdehnung durch die Seite 23A des Armes begrenzt wird, die am Kopf 16 der Einrichtung 3 anliegt. Beispielsweise kann eine Zentriervorrichtung 1 einen Ausdehnungswert bis zu 8 Zoll (20,32 cm) haben.
Mit ausgefahrenen Armen 4 kann die Zentriervorrichtung 1 durch ein Rohr oder eine Rohrführung hindurchgleiten, wobei die Rollen 15 den inneren Durchmesser (der Bohrung) z.B. bei D berühren. Weiterhin kann die Zentriervorrichtung 1 durch einen kleineren Durchmesser D2 hindurch fahren, wobei sie sich weiterhin in einer zentrierten Position befindet, während die Arme 4 gegen die Kraft der Feder 7 nach innen schwenken, um diese Bewegung zu ermöglichen. Die Arme können sich auswärts bewegen, wenn die Verengung überwunden ist. Weil der Federstapel 7 recht lang ist, ist der Anstieg der Federkraft während der Bewegung der ausschwenkenden Arme 4 gering, was eine Passage durch Strecken mit geringerem Durchmesser unterstützt. Deshalb hat die Zentriervorrichtung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
1. Sie unterstützt die Zentrierung während Ein- und Ausführaktionen in Leitungen und Rohrführungen;
2. der Gebrauch von einzelnen Armen mit Rollen, angeordnet in einem Dreieck, bringt eine gute Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig guter ökonomischer Arbeit;
3. die Federlast der Zentriervorrichtung kann in einem weiten Bereich zufriedenstellend angepaßt werden. Falls eine weitere Veränderung nötigt sein sollte, kann eine Feder mit anderen Eigenschaften einfach nach Entfernen des Teils 8 eingebaut werden;
4. die Antriebsvorrichtung 6 bewirkt eine gleichmäßige Bewegung der Arme 4; und
5. die Arme können bei maximaler Ausdehnung (Durchmesser) eingesetzt werden und sie passen sich zufriedenstellend Durchmessern kleiner als dem Durchmesser bei maximaler Leistung an.
In der Abwandlung gemäß Fig. 5 ist eine abgedichtete Rohrdurchführung 22 zu sehen, die von einem Ende der Zentriervorrichtung 1 bis zum anderen verläuft. Diese Durchführung erlaubt den Durchfluß von unter Druck gesetzten Flüssigkeiten durch die Zentriervorrichtung, um zu einer Aufnahmevorrichtung zu gelangen, z.B. einem Werkzeug, wobei die Zentriervorrichtung 1 währenddessen normal weiter funktionieren kann.
Insbesondere könnte diese Zentriervorrichtung bei "coiled tubing"-Rohrarbeiten benutzt werden, wobei die unter Druck gesetzte Flüssigkeit durch die Zentriervorrichtung geleitet wird, um Rohrarbeiten durchzuführen. Ebenso gut wie oben kann der Durchmesser für die Führung 22 aus einer Vielzahl von Größen ausgesucht werden; insbesondere kann er so gewählt werden, daß ein Werkzeug hindurchpaßt.
Abwandlungen sind natürlich möglich. Beispielsweise kann statt der Rollen 15 eine andere Vorrichtung, insbesondere ein Werkzeug, an jedem Arm 4 angepaßt werden, um Arbeiten auszuführen.

Claims

1. Zentriervorrichtung, umfassend folgende Teile:

- einen Korpus (2) mit einer Haltevorrichtung (3) für eine Vielzahl von Schwenkarmen (4), die gelenkig mit der Haltevorrichtung (3) an einer Gelenkachse (14) verbunden sind, wobei jeder Schwenkarm (4) ein freies Ende und einen äußeren Abschnitt besitzt, der sich dazu eignet, eine Rolle (15) oder eine andere Vorrichtung zu tragen;

- Betatigungsvorrichtungen (5,6) für das Schwenken der Schwenkarme (4) zwischen einer eingefahrenen und einer ausgefahrenen Position,

- einen Energiespeicher (7), der eine Zentriervorrichtungslast vorhält, die dem Schließen der Schwenkarme entgegenwirkt,

- wobei die Schwenkarme (4) in zu der Mittellinie der Haltevorrichtung (3) verschobenen im allgemeinen tangentialen Ebenen schwenken,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Gelenkhalterungen für die Schwenkarme (4) die Schwenkarme (4) auf der Außenseite eines zentralen Dorns ("mandrel" 3B) der Haltevorrichtung (3) so halten, daß jeder Schwenkarm (4) in einer Ebene an der Seite des zentralen Dorns (3B) schwenkt,

und dadurch, daß jeder Schwenkarm (4) einen Überstand auf der der Gelenkachse (14) in Bezug auf das freie Ende des Schwenkarmes (4) gegenüberliegenden Seite besitzt und (damit) einen Stützhebel (F) ergibt, der um die Gelenkachse (14) das Schwenken des Schwenkarmes (4) bewirkt,

und dadurch, daß die genannten Betatigungsvorrichtungen (5,6) auf derselben Seite der Gelenkachse (14) angeordnet sind wie der erwähnte Überstand, und daß sie den genannten Überstand zum Schwenken der Arme (4) mit Hilfe des Stützhebels (F) kontaktieren.

2. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Dorn (3B) der Haltevorrichtung im wesentlichen flache Außenflächen-Abschnitte umfaßt, neben denen die Schwenkarme (4) in ihrer eingefahrenen Position liegen.

3. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtungen (5, 6) eine Endfläche (23B) des genannten Überstandes jedes Schwenkarmes (4) zum Schwenken der Schwenkarme (4) kontaktieren.

4. Zentriervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betatigungsvorrichtungen (5, 6) eine Reihe von Betätigungsorganen (5) umfassen, die mit den jeweiligen Schwenkarmen (4) in Verbindung stehen, und daß Elemente (6) vorgesehen sind, so daß Operationen der Betätigungsorgane (5) in einem gleichzeitigen Schwenken der Arme (4) resultieren.

5. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwenkarm (4) Vorrichtungen (23A) enthält, die das Schwenken des Schwenkarmes begrenzen.

6. Zentriervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der ausgefahrenen Position der Schwenkarme (4) eine Fläche (23A) auf jedem Schwenkarm (4) eine entsprechende Fläche auf den Betätigungsvorrichtungen (5, 6) kontaktiert, um das Schwenken der Schwenkarme zu begrenzen.

7. Zentriervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Dorn (3B) ein längliches Teil von allgemein polygonalem Querschnitt umfaßt, und daß ein Schwenkarm gelenkig an jeder Flachseite des länglichen Teils angebracht ist, so daß der Schwenkarm (4) in der eingefahrenen Position nahe an der Flachseite anliegt es

8. Zentriervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Teil im wesentlichen einen dreieckigen Querschnitt hat und daß drei Schwenkarme (4) vorgesehen sind.

9. Zentriervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellvorrichtungen (8) zur Einstellung der Zentriervorrichtungslast vorgesehen sind.

10. Zentriervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Last-Einstellvorrichtung (8) ein Einstellteil (8) umfaßt, daß axial beweglich relativ zum Korpus (2) befestigt ist, wobei der Energiespeicher (7) zwischen dem Einstellteil (8) und einem Betätigungsorgan (6) angeordnet sind.

11. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (7) wenigstens eine mechanische Feder enthalten.

12. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkarme (4) einen Hauptabschnitt (4A) umfassen, der die Gelenkachse (14) des Schwenkarmes (4) und eine Nase (4B) umfaßt, die sich über die Rolle (15) oder die Vorrichtung erstreckt.

13. Zentriervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (4) gekröpft ist, wobei die Nase (4B) relativ zu dem Hauptteil gewinkelt liegt, so daß die Abschnitte (4A, 4B) einen nach innen zeigenden stumpfen Winkel bilden

14. Zentriervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (4B) eine konvergierende Außenfläche (4C) einschließt, um die Bewegung der Zentriervorrichtung über Schultern und durch Rezesse zu erleichtern.

15. Zentriervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (15) am Ellbogen (dem Kröpfungswinkel) des gekröpf ten Schwenkarmes (4) angeordnet sind.

16. Zentriervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Korpus (2) eine Bohrung (22) umfaßt, die den Fluß einer Druckflüssigkeit durch die Zentriervorrichtung ermöglicht, ohne daß die Zentner-Wirkung der Zentriervorrichtung beeinflußt wird.

17. Zentriervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkachse (14) eines jeden Schwenkarmes (4) die Mittellinie der Haltevorrichtung (3) schneidet.

18. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein konvergierender Korpus-Abschnitt (12) vor den Schwenkarmen (4) angeordnet ist.