DE69635360T2

DE69635360T2 - Nicht-rotierender Zentrierkorb

Info

Publication number: DE69635360T2
Application number: DE69635360T
Authority: DE
Inventors: Neil Geoffrey MURRAY; Robert Denis FERNANDES
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: EA000513B1; DE69628749D1; EP1318269A2; NO318106B1; EP1318269B1; EP0824629B1; NZ335944A; US6209667B1; EA199700342A1; NO974922L; MX9708253A; EP1318269A3; WO1996034173A1; EP0824629A4; AU5517796A; NZ306581A; DE69635360D1; AU710393B2; EP0824629A1; NO974922D0

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anschlußstück zum Verringern der Reibung zwischen einem Bohrgestänge und der Wand eines Bohrlochs. Im einzelnen, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Anschlußstück, das einen äußeren Abschnitt hat, der im Verhältnis zu einem inneren, um ein Bohrgestänge befestigten, Abschnitt gedreht werden kann.
STAND DER TECHNIK
Die Tiefe, bis zu der, und der Winkel, in dem ein Bohrloch gebohrt werden kann, werden oft durch das Maß der durch das Bohrgestänge erfahrenen Reibung begrenzt. Die Lebensdauer eines Bohrgestänges kann ebenfalls auf Grund der Reibung verringert werden. Mit zunehmenden Umweltsorgen wird es außerdem weniger annehmbar, die Reibung durch Injizieren von Chemikalien ein Bohrloch hinab zu verringern. Eine Verwendung von Förderstromfluids als Schmiermittel führt auf Grund von in den Fluids mitgeführten Teilchen zu einem Bohrgestängeverschleiß. Außerdem können gegenwärtig erhältliche ähnliche Anschlußstücke nicht wiederhergestellt oder überholt werden.
US 4102552 zeigt einen Tandemwalzenstabilisator, der exzentrische Achszapfen hat. Es wird ein abgedichtetes reibungsminderndes Lager eingesetzt, und die Walzen haben abriebfeste Außenflächen.
US 4606417 zeigt einen druckausgeglichenen Stabilisator für ein Bohrgestänge, der eine über ein abgedichtetes Lager an einem Innendorn angeordnete Außenwalze hat.
OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anschlußstück bereitzustellen, das die Reibung an einem Bohrgestänge verringert, oder der Öffentlichkeit zumindest eine nützliche Wahl bereitzustellen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Anschlußstück für einen Eingriff mit einem Bohrgestänge oder einem weiteren Anschlußstück bereitgestellt, das folgendes umfaßt: eine Innensektion zur Befestigung um ein Bohrgestänge oder ein weiteres Anschlußstück und eine um die Innensektion befestigte und im Verhältnis zu derselben drehbare Außensektion. Zwischen der Innensektion und der Außensektion wird ein abgedichtetes Lager bereitgestellt. Druckausgleichmittel werden bereitgestellt, um den Druck innerhalb des Lagers wesentlich gleich dem atmosphärischen Druck zu halten, und das Lager umfaßt eine Lage eines reibungsmindernden Materials.
Vorzugsweise springt eine Vielzahl von Stegen, die profiliert werden, um den Widerstand in der Axialrichtung zu verringern, in Radialrichtung von der Außensektion vor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich, die als Beispiel möglicher Ausführungsformen gegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 ein zweiteiliges Anschlußstück mit einer vieleckigen Bohrung zeigt,
2 die Grenzfläche zwischen einem Bohrgestänge und der inneren vieleckigen Bohrung des in 1 gezeigten Anschlußstücks zeigt,
3 einen Bohrgestängeabschnitt zeigt, der an jedem Ende Bünde zum Aufnehmen des Anschlußstücks von 1 zwischen denselben hat,
4 eine Stirnansicht des Anschlußstücks von 1 zeigt,
5 eine Stirnansicht des Anschlußstücks von 1 im Eingriff mit der in 3 gezeigten Muffe zeigt,
6 eine Vorderansicht des Anschlußstücks von 1 zeigt, die einen teilweisen Querschnitt zeigt,
7 ein Anschlußstück zeigt, das auf dem Körper desselben bereitgestellte drehbare Walzen hat,
8 einen Querschnitt einer in 7 gezeigten drehbaren Walze zeigt,
9 einen Querschnitt einer Walze einer in 7 oder 8 gezeigten drehbaren Walze zeigt,
10 eine perspektivische Ansicht eines Anschlußstücks nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
11 einen Querschnitt längs der Achse des in 10 gezeigten Anschlußstücks zeigt,
12 eine vergrößerte Ansicht der in 11 gezeigten Dichtungsanordnung zeigt.
BESTES VERFAHREN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme zuerst auf 1 bis 6 wird ein Anschlußstück zum Verringern der Reibung an einem Rohrstrang gezeigt. Das Anschlußstück umfaßt einen Körper, geformt aus zwei Teilen 1 und 2, die durch Schrauben aneinander befestigt werden können, die durch Löcher 3 gehen. Eine Vielzahl von Walzen 4 wird um die Außenseite des Anschlußstücks bereitgestellt, um die Längsreibung am Rohrstrang zu verringern. Die Bohrung 5 der Körperabschnitte ist vieleckig, um so eine Zahl von Längsaussparungen 6 zwischen dem Körper 1 und einer Muffe 7 bereitzustellen.
Bohrrohr wird üblicherweise aus hochfestem Stahl geschmiedet. Die Oberfläche der Außenseite ist typischerweise rauh. Das bevorzugte Verfahren zum Befestigen des Anschlußstücks der Erfindung an einem Bohrrohr ist wie folgt. Zuerst wird ein Abschnitt des Bohrrohrs spanabhebend bearbeitet, um so eine verhältnismäßig glatte Oberfläche der Außenseite zu erhalten. Danach werden die zwei Hälften 7a und 7b der in 3 gezeigten Muffe durch Schrauben usw., die durch die Löcher von Bünden 8a, 8b, 9a und 9b gehen, am Bohrrohr befestigt. Sobald die Muffe an einem Rohrabschnitt befestigt worden ist, werden die zwei Hälften 1 und 2 des Anschlußstücks um die Muffenabschnitte 7a und 7b befestigt und mit Schrauben befestigt, die durch die Löcher 3 gehen.
Bünde 8 und 9 schränken die Längsbewegung des Anschlußstücks ein. Das Anschlußstück kann sich jedoch frei um die Muffe 7 drehen. Dementsprechend wird die Reibung auf Grund einer Drehung der Bohranlage auf Grund des in den Aussparungen 6 zwischen den Körperabschnitten 1 und 2 und der Muffe 7 bereitgestellten flüssigen Schmiermittels auf ein Minimum verringert. Die Axialreibung wird durch Walzen 4 verringert, welche die Reibung zwischen der Wand des Bohrlochs und dem Anschlußstück in der Längsrichtung auf ein Minimum verringern.
Es wäre möglich, das Anschlußstück unmittelbar um einen Rohrabschnitt zu befestigen. Dies würde die Reibung jedoch nicht im gleichen Maße verringern wie durch das Bereitstellen der glatten Muffe 7. Wenn ein neuer Rohrabschnitt hergestellt wird, kann er selbstverständlich mit einem glatten Abschnitt versehen werden, der an jedem Ende desselben integriert geformte gesonderte Bünde 8 und 9 zum Aufnehmen des Anschlußstücks hat.
Obwohl die Innenbohrung 5 des Anschlußstücks als vieleckig beschrieben worden ist, wird es sich von selbst verstehen, daß andere Formen einer Innenbohrung (z.B. sinusförmig) bereitgestellt werden können, solange zwischen den Muffen und dem Körper des Anschlußstücks geeignete Aussparungen bereitgestellt werden, um die Reibung auf ein Minimum zu verringern. Bei einigen Anwendungen kann die Bohrung 5 des Anschlußstücks spiralförmig sein, um die Wirkung der Übergänge von einer Aussparung zu einer anderen auf ein Minimum zu verringern und einen Fluidstrom durch das Anschlußstück zu fördern. Filtermittel, wie beispielsweise Drahtgeflecht, können vorzugsweise an beiden Enden des Anschlußstücks bereitgestellt werden, um zu verhindern, daß große Trümmer in die Aussparungen eindringen.
Bei einer Betrachtung von 5 wird zu sehen sein, daß jede Walze 4 durch einen Stift 10, der durch die Walze 4 geht, am Körper 1 befestigt wird. Der Stift 10 kann durch ein Loch 12 im Körper 1 in eine Aussparung 11 gehen. Danach kann das Loch 12 zugeschweißt werden, um zu verhindern, daß der Stift 10 entfernt wird.
Die Walze 4 kann vorzugsweise aus einem Keramik- oder Nylonmaterial geformt werden. Keramikmaterialien haben den Vorteil, daß sie hervorragende Verschleißeigenschaften zeigen und einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben. Neu entwickelte Keramiken haben annehmbare „Verformbarkeits"-Eigenschaften und sind leicht zu formen. Keramiken sind außerdem sehr stabil bei hohen Temperaturen und sind selbstschmierend, erfordern also keine Schmierung auf Ölgrundlage. Keramikmaterialien unterliegen weder rheologischen Ausfall noch Schweißen. Einer der Hauptvorzüge ist jedoch, daß die Dichte von Keramikmaterialien derart ist, daß, falls eine Walze zerbricht, die Stücke aus dem Bohrloch gefördert werden können, anders als Stahlfragmente, die zur Sohle des Bohrlochs sinken und das Bohren stören.
Wie in 6 gezeigt, kann ein Schutzabschnitt 13 zwischen den Bünden 8a, 8b und 9a, 9b und zwischen den Walzen 4 bereitgestellt werden, um ein glattes Außenprofil zu erzeugen, so daß Teile des Anschlußstücks nicht hängenbleiben, wenn das Anschlußstück in einem Bohrloch auf- und abbewegt wird.
Es wird geschätzt, daß die Verwendung von Anschlußstücken um Bohrrohrverbindungen, wie hierin zuvor beschrieben, den Widerstand um wenigstens 30 % verringern wird. Dies ermöglicht, daß Bohrlöcher mit größeren Versetzungen und in höheren Winkeln gebohrt werden. Außerdem wird teures Bohrrohr geschützt, und das Anschlußstück wird dem meisten Verschleiß ausgesetzt. Das Anschlußstück wird zum leichten Nachrüsten an vorhandenem Rohr gestaltet und vermeidet so die Notwendigkeit großer Aufwendungen für neue Rohrstränge.
7 bis 9 zeigen ein zweites System zum Verringern der Längs- und Drehreibung an einem Rohrstrang oder mit demselben eingesetzten Anschlußstücken. Es wird ein einfacher einteiliger Aufbau beschrieben, obwohl es sich versteht, daß ein zweiteiliger Körper, wie zuvor beschrieben, eingesetzt werden kann.
Ein Körper 20 wird mit einer Vielzahl von drehbaren Walzenmitteln 21 versehen, detaillierter in 8 gezeigt. Die drehbaren Walzenmittel 21 sind wesentlich scheibenförmig und haben eine zylindrische Aussparung 22, angeordnet an der Mitte derselben. Ein Stift 23 des Körpers 20 ist in der Aussparung 22 im Eingriff, so daß das drehbare Walzenmittel 21 um den Stift 23 gedreht werden kann. Ein Umfangsflansch 24 wird befestigt, nachdem das Walzemmittel 21 eingesetzt worden ist, und hält das Walzenmittel 21 bei Anwendung an seinem Platz. Der Umfangsflansch 24 kann durch Schweißen usw. fest an seinem Platz befestigt werden. Die drehbaren Walzen 25 werden außermittig zum Stift 23 befestigt, so daß das drehbare Walzenmittel 21 gedreht werden kann, wenn es verschiedenen Arten von Reibungskraft (d.h. Längs- oder Drehreibung) ausgesetzt wird.
Aus dem Obigen wird offensichtlich sein, daß sich die Walzen 25 (in der in 7 gezeigten Position) nicht drehen können, wenn der Körper 20 eine reine Drehung im Verhältnis zur Wand eines Bohrlochs erfährt, und bewirken werden, daß sich das drehbare Walzenmittel 21 um 90° dreht, so daß die Achsen der Walzen mit der Achse der Bohranlage ausgerichtet werden. Wenn sie in dieser Position sind, können sich die Walzen frei drehen, um die Reibung auf ein Minimum zu verringern. Wenn das Bohrgestänge nur in der Längsrichtung bewegt wird, werden die Walzen in der Position wie in 7 gezeigt bleiben, so daß sie sich frei drehen können, um die Längsreibung zu verringern. Es wird sich von selbst verstehen, daß sich die Achsen der Walzen irgendwo zwischen den zwei beschriebenen Positionen befinden werden, wenn es eine Kombination von Dreh- und Axialbewegung gibt.
Unter Bezugnahme auf 10 bis 12 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das Anschlußstück des dritten Ausführungsbeispiels umfaßt einen Innenabschnitt 30 und einen Außenabschnitt 31, der um den Innenabschnitt 30 gedreht werden kann. Der Innenabschnitt 30 ist dafür geeignet, um ein Bohrrohr befestigt zu werden, das durch eine Bohrung 32 geht. Der Innenabschnitt 30 kann von zweiteiligem Aufbau sein (ähnlich dem in 3 gezeigten), bei dem die zwei Teile durch Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel aneinander befestigt werden. Der Außenabschnitt 31 kann gleichermaßen von zweiteiligem Aufbau sein und um den Innenabschnitt 30 befestigt werden. Der Außenabschnitt 31 wird mit einer Vielzahl von Stegen 33 versehen, die in Radialrichtung von einem Körper 34 vorstehen.
11 zeigt einen Querschnitt längs der Achse des in 10 gezeigten Anschlußstücks. In diesem Fall wird das Anschlußstück an einem Bohrrohr 35 befestigt. Eine Schicht 36 eines reibungsmindernden Materials wird zwischen Flächen 42 bis 47 bereitgestellt, um die Reibung zu verringern, wenn sich der Außenabschnitt 31 um den Innenabschnitt 30 dreht. Die Schicht 36 wird vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Nylon (zum Beispiel Zytel 70633L (eingetr. Warenzeichen)) geformt werden.
Dichtungen 37 und 38 werden an jedem Ende des Lagers bereitgestellt, das durch die ineinandergreifenden Flächen 42 bis 47 des Innenabschnitts 30 und des Außenabschnitts 31 und die reibungsmindernde Schicht 36 gebildet wird. Diese Dichtungen dienen dazu, das Eindringen von Fluid aus einem Bohrloch in das Lager zu verhindern. Dies verringert die Reibung an den Lagerflächen sehr, wodurch der Verschleiß verringert und das erforderliche Drehmoment zum Antreiben eines Bohrgestänges gesenkt wird.
Aufgrund der abgedichteten Beschaffenheit des Lagers wird ein Druckausgleichsystem 39 bereitgestellt, um den Druck innerhalb des Lagers auszugleichen, wenn sich der Außendruck verändert. Das Drucksausgleichsystem umfaßt eine Membran 40, die innerhalb eines Bereichs 41 Schmierfett enthält, die sich in das Lager und aus demselben bewegt, wenn sich der Außendruck verändert. Dies verhindert, daß ein äußeres Fluid in das Lager gezogen wird, wenn der Außendruck ansteigt.
Die Lagerzapfen 42 und 43 werden vorzugsweise genaugeschliffen. Lagerbuchsen können, falls erforderlich, bereitgestellt werden. Abschnitte 44 und 45 und 46 und 47 des Lagers verringern die Reibung auf ein Minimum, wenn der Außenabschnitt 31 im Verhältnis zum Innenabschnitt 30 in der Axialrichtung geschoben wird.
Unter Bezugnahme auf 12 wird nun die Dichtung 37 detailliert gezeigt. Es ist zu sehen, daß die Dichtung eine elastische Dichtung 48 einschließt, angeordnet innerhalb einer Aussparung 49 im Außenabschnitt 31. Die Dichtung 48 wird vorzugsweise aus einem faserverstärkten PTFE hergestellt.
In 10 und 11 wird gezeigt, daß das Profil der Stege 33 halbkreisförmig ist. Es sollte sich von selbst verstehen, daß andere Profile eingesetzt werden können, die den Widerstand in der Axialrichtung verringern. Auf Grund seiner Widerstandsverringerung in beiden Richtungen wird das gezeigte gewölbte Profil bevorzugt. Es sollte sich von selbst verstehen, daß auf den Stegen 31 Walzen bereitgestellt werden könnten, um die Verringerung des Axialwiderstands zu unterstützen. Die Stege werden vorzugsweise mit einer Keramikbeschichtung, wie beispielsweise CERAM-KOTE^TM, beschichtet.
Die Lagerflächen 42 bis 47 werden vorzugsweise mit einem harten Material, wie beispielsweise Technogenia „technopoudre" oder ähnlichem, beschichtet. In den Lagerflächen 42 und 43 werden vorzugsweise Auskehlungen bereitgestellt, um den Schmiermittelfluß zu erleichtern. Diese Auskehlungen werden vorzugsweise ein halbkreisförmiges Profil haben und werden sich vorzugsweise spiralförmig längs der Länge der Lagerzapfen winden (ähnlich den in 2 gezeigten Aussparungen 6).
Dieses Anschlußstück kann während der Förderung unmittelbar an einem Bohrrohr angebracht werden oder kann an einem vorhandenen Bohrrohr nachgerüstet werden. Als Alternative dazu kann es auf einem eigenen gesonderten „Anschluß" oder Dorn bereitgestellt werden, wobei der „Anschluß" oder Dom in diesem Fall zwischen zwei Längen Bohrrohr in das Bohrgestänge geschraubt werden kann.
Es wird folglich zu sehen sein, daß die Erfindung eine Zahl von einfachen unaufwendigen Anschlußstücken zum Verringern der zwischen einem Bohrgestänge und der Wand eines Bohrlochs erfahrenen Reibung bereitstellt. Die Anschlußstücke können nach Notwendigkeit verwendet werden, um die Verbindungen von Rohrsträngen oder Anschlußwerkzeugen zu schützen. Die Erfindung verringert die Reibung und folglich das zum Bohren eines Bohrlochs erforderliche Drehmoment. Eine Verringerung der Reibung verringert ebenfalls die Bohrgestängevibration und folglich die Ermüdung im Bohrgestänge. Die Erfindung verringert durch die Verwendung eines Schlammschmiermittels auf Wasserbasis außerdem Umweltschäden.
Wenn in der vorstehenden Beschreibung auf Baugruppen oder Bauteile Bezug genommen worden ist, die bekannte Entsprechungen haben, so werden solche Entsprechungen hierin einbezogen, als würden sie einzeln dargelegt.
Obwohl diese Erfindung als Beispiel und unter Bezugnahme auf mögliche Ausführungsbeispiele derselben beschrieben worden ist, soll es sich von selbst verstehen, daß an denselben Verbesserungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere Anwendung bei der Verringerung der durch Bohrgestänge erfahrenen Reibung finden.

Claims

Anschlußstück für einen Eingriff mit einem Bohrgestänge oder einem weiteren Anschlußstück, das folgendes umfaßt: eine Innensektion (30) zur Befestigung an einem Bohrgestänge oder einem weiteren Anschlußstück, eine Außensektion (31) zur Befestigung um die Innensektion und im Verhältnis zu derselben drehbar, ein zwischen der Innensektion und der Außensektion angeordnetes Lager (36), an jedem Ende des Anschlußstücks bereitgestellte Dichtungen (37, 38) zwischen der Innensektion und der Außensektion und Druckausgleichmittel (39), um den Druck innerhalb des Lagers wesentlich gleich dem Außendruck zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager eine Lage (36) eines reibungsmindernden Materials umfaßt.
Anschlußstück nach Anspruch 1, bei dem das Druckausgleichmittel die Form einer Membran (39) hat.
Anschlußstück nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das reibungsmindernde Material (36) ein Kunststoffmaterial ist.
Anschlußstück nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das reibungsmindernde Material (36) Nylon ist.
Anschlußstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Lager erste Zapfenflächen (42, 43) an der Innen- und der Außensektion (30, 31), die sich in der Axialrichtung des Verbindungsstücks erstrecken, und zweite und dritte Zapfenflächen (44, 45, 46, 47) an der Innen- und der Außensektion umfaßt, die sich in Radialrichtung nach außen erstrecken, um die Bewegung der Außensektion (31) im Verhältnis zur Innensektion (30) in der Axialrichtung einzuschränken.
Anschlußstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Vielzahl von Stegen (33), die profiliert werden, um den Widerstand in der Axialrichtung zu verringern, in Radialrichtung von der Außensektion (31) vorspringt.
Anschlußstück nach Anspruch 6, bei dem die Stege ein gekrümmtes Profil haben.
Anschlußstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem am Umfang der Außensektion Walzen bereitgestellt werden, um die Reibung in der Axialrichtung zu verringern.