DE69901430T2 - Zentriereinrichtung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Zentriervorrichtungen für den Einsatz beim Ausbau von Erdöl- und Erdgasbohrungen.
• Beim Ausbau von Erdöl- und Erdgasbohrungen wird ein Bohrloch in den Boden gebohrt. Danach wird ein Rohrstrang im Bohrloch nach unten abgesenkt. Der ringförmige Raum zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch wird dann mit Zement verfüllt, um den Rohrstrang an Ort und Stelle abzubinden.
• Es kann eine Verlängerung des Bohrlochs gebohrt werden, und ein zweiter Rohrstrang oder eine Futterrohrtour werden dann durch den ersten Rohrstrang und in die Verlängerung des Bohrlochs abgesenkt. Diese werden dann an Ort und Stelle abgebunden.
• Es ist wichtig sicherzustellen, daß die Verrohrung oder die Futterrohrtour während des Zementierens im Bohrloch zentriert gehalten werden, und es ist üblich, die Verrohrung mit einer Vielzahl von Zentriervorrichtungen zu versehen, die zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch wirksam sind.
• Bekannt ist auch die Verwendung von Zentriervorrichtungen zum Zentrieren von einem Rohrabschnitt innerhalb eines anderen.
• Ein bekannter Typ von Zentriervorrichtung wird in der hiermit zusammenhängenden PCT- Anmeldung Nr. PCT/GB97/02249 beschrieben, wobei diese Zentriervorrichtung ein Paar ringförmiger Bänder zum Umschließen eines zu zentrierenden Rohrabschnitts aufweist. Die ringförmigen Bänder werden durch eine Vielzahl von Rippen, die zur Längsachse der Zentriervorrichtung geneigt sind, mit Abstand zueinander gehalten.
• Bei solchen Zentriervorrichtungen besteht ein Problem darin, daß beim Absenken der Verrohrung oder der Futterrohrtour in eine vorher abgebundene Verrohrung oder in ein offenes Loch die Reibung, die zwischen der Zentriervorrichtung und der Verrohrung/dem offenen Loch erzeugt wird, die Entfernung begrenzt, über welche die Verrohrung oder Futterrohrtour von der Oberfläche aus geschoben werden kann. Besonders akut ist dieses Problem bei Bohrungen, die lange, annähernd horizontale Teilabschnitte haben.
• PCT-Publikation Nr. WO 95/21986 legt eine Bohrrohr-Installationsvorrichtung mit zylindrischen Außenrollen offen. Die zylindrischen Rollen tendieren jedoch dazu, unter bestimmten Bedingungen steckenzubleiben.
• PCT-Publikation Nr. WO 96/34173 legt ein Bohrgestänge-Anschlußteil offen, das sowohl in Radialrichtung drehbar ist als auch Rollen für eine Axialbewegung aufweist. Das Anschlußteil tendiert jedoch dazu, in Einzelteile zu zerfallen, wenn es notwendig wird, das Ganze durch eine Einengung zu schieben oder zu ziehen.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Zentriervorrichtung bereitgestellt, die ein Paar ringförmiger Bänder aufweist, die durch eine Vielzahl von Hohlelementen mit Abstand zueinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlelemente jeweils mit wenigstens einem Fenster versehen sind, in denen eine Rolle frei drehbar angebracht ist.
• Andere Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 und folgenden ausgeführt.
• Um die Erfindung besser verstehen zu können, wird nun in Form eines Beispiels auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
• Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Zentriervorrichtung nach der Erfindung ist und
• Fig. 2 eine isometrische, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht der Innenseite eines Teils der Zentriervorrichtung von Fig. 1 ist.
• Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, sie zeigt eine Zentriervorrichtung, die allgemein mit der Referenzzahl 1 bezeichnet wird.
• Die Zentriervorrichtung 1 weist zwei ringförmiger Bänder 2 und 3 auf, die durch sechs Elemente 4 bis 9 mit Abstand zueinander gehalten werden. Jedes Element 4 bis 9 ist in einem Winkel zwischen 20º und 60º und vorzugsweise zwischen etwa 30º und 45º zur Längsachse der Zentriervorrichtung 1 geneigt.
• Die Elemente 4 bis 9 sind im wesentlichen gleich, weshalb nachstehend nur auf das Element 4 Bezug genommen wird.
• Das Element 4 ist hohl, mit einem allgemein U-förmigen Querschnitt, und hat Randabschnitte 10, 11, die in Radialrichtung nach innen verlaufen und bündig mit der in Radialrichtung inneren Oberfläche der beiden ringförmigen Bänder 2 und 3 enden. Das Element 4 wird aus einem dünnen Stahlblech hergestellt, das eine Stärke von etwa 3 mm hat. Das Element 4 ist hohl. Außerdem ist das Element 4 an jedem Ende sowohl in Radial- als auch in Umfangsrichtung verjüngt, um die Bewegung der Zentriervorrichtung 1 im Bohrloch zu erleichtern.
• Das Element 4 ist mit zylindrischen Rollen 12, 13, 14 versehen. Jede zylindrische Rolle 12, 13, 14 kann sich frei um eine Achse drehen, die allgemein senkrecht zur Längsachse der Zentriervorrichtung 1 verläuft (siehe Fig. 2). Die zylindrischen Rollen 12, 13, 14 stehen um etwa 3 mm bis 5 mm vom Element 4 vor.
• Die Enden jeder Achse 15, 16 befinden sich in Bohrungen 17, 18, 19 in Flanschen 20, 21, 22, 23. Die Flansche 20, 21, 22, 23 werden durch Pressen von Fenstern 24, 25, 26 in dem Element in den Hohlraum hinein gebildet. Die zylindrischen Rollen werden aus Stahl hergestellt, könnten aber auch aus einer Zinklegierung, PTFE, einem Elastomer, Bronze, Messing oder einem anderen Lagermaterial hergestellt werden. Die zylindrischen Rollen 12, 13, 14 haben einen Durchmesser von etwa 15 bis 20 mm und eine Länge von etwa 15 bis 20 mm.
• Der Spielraum zwischen dem Außenumfang jeder Rolle und dem dazugehörigen Fenster reicht aus, um das typische Verkeilen von Teilchen zwischen den beiden und die Behinderung der Drehung der Rolle zu verhindern. Aus ersten Versuchen geht hervor, daß der Spielraum wenigstens 1 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm, besser noch wenigstens 3 mm und im günstigsten Fall wenigstens 4 mm betragen sollte.
• Bei der Anwendung wird die Zentriervorrichtung 1 über einen Rohrabschnitt (nicht gezeigt) geschoben. Die Zentriervorrichtung 1 kann durch Anschlagmanschetten (nicht gezeigt) gesichert werden, die über und unter der Zentriervorrichtung angebracht werden, oder sie kann längs des Rohrabschnitts zwischen Boxen gleiten. Eine Vielzahl von Zentriervorrichtungen 1 wird auf einem Strang von Rohrabschnitten angeordnet, die eine Futterrohrtour bilden können, die dann durch eine vorher abgebundene Verrohrung und in ein offenes, im typischen Fall annähernd horizontales Bohrloch abgesenkt wird. Die zylindrischen Rollen 12, 13, 14 rollen längs der Innenfläche der Futterrohrtour und der abgebundenen Verrohrung und anschließend längs der Oberfläche des Bohrlochs.
• Sobald die Futterrohrtour ihren Bestimmungsort erreicht hat, der bis zu 20 km vom Bohrlochkopf entfernt sein kann, kann die Futterrohrtour eingehängt und auf herkömmliche Weise abgebunden werden.
• Gelegentlich bricht ein Teil des Bohrlochs zusammen, wenn Futterrohrtouren durchgeführt werden. Wenn das eintritt, besteht das übliche Verfahren darin, die Futterrohrtour zurückzuziehen, das Problem entsprechend zu beheben und die Futterrohrtour wieder einzusetzen. Obwohl die Futterrohrtour üblicherweise ohne allzu große Schwierigkeiten zurückgezogen werden kann, führen die auf die herkömmlichen Zentriervorrichtungen wirkenden Kräfte oft dazu, daß sie in Einzelteile zerfallen, was zur Folge hat, das zerbrochene Teile der Zentriervorrichtung im Bohrloch bleiben. Das ist äußerst unangenehm. Die PCT Publikation Nr. WO 96/09459 der Anmelder spricht dieses Problem durch die Bereitstellung einer Zentriervorrichtung mit Elementen an, die eine ausreichende Festigkeit haben, um die Futterrohrtour zu zentrieren, die aber zusammengedrückt werden, wenn sie durch eine verhältnismäßig starre Einengung zurückgezogen werden. Dem liegt das Prinzip zugrunde, daß es besser ist, eine dauerhaft verformte Zentriervorrichtung an der Oberfläche auszuwechseln, statt Teile einer in Einzelteile zerfallenen Zentriervorrichtung im Bohrloch zu belassen. Im typischen Fall sollten die Elemente im wesentlichen vollständig zusammengedrückt werden, wenn sie einer seitlichen Last zwischen 5 und 15 t ausgesetzt werden, wobei gegenwärtig für Konstruktionszwecke in den meisten Fällen mit 11 t gearbeitet wird.
• Die zylindrischen Rollen 12, 13, 14 haben einen geringen Durchmesser, so daß es möglich ist, die Elemente 4 bis 9 ganz wesentlich zusammendrücken. Außerdem können die zylindrischen Rollen 12, 13, 14 so konstruiert werden, daß sie unter einer ähnlichen seitlichen Last, d. h., in der Größenordnung von 5 bis 15 t, zusammengedrückt werden.

Claims (8)

1. Zentriervorrichtung, die ein Paar ringförmiger Bänder (2, 3) aufweist, die durch eine Vielzahl von Hohlelementen (4 bis 9) mit Abstand zueinander gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlelemente (4 bis 9) jeweils mit wenigstens einem Fenster (24, 25, 26) versehen sind, in denen eine Rolle (12, 13, 14) frei drehbar angebracht ist.

2. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, bei der Hohlelemente (4 bis 9) zur Längsachse der Zentriervorrichtung geneigt sind.

3. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Rollen (12, 13, 14) zylindrisch sind.

4. Zentriervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Rolle (12, 13, 14) einen Durchmesser von 15 bis 20 mm hat.

5. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes der Hohlelemente (4 bis 9) drei Fenster (24, 25, 26) aufweist, wobei in jedem Fenster (24, 25, 26) eine Rolle (12, 13, 14) frei drehbar angebracht ist.

6. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Rolle (12, 13, 14) frei drehbar auf einer Achse (15, 16) angebracht ist, die auf einem Flansch (20, 21, 22, 23) angebracht ist.

7. Zentriervorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Flansch (20, 21, 22, 23) aus der Bildung des Fensters (24, 25, 26) gebildet wird.

8. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Rolle (12, 13, 14) in einem Abstand zwischen 1 mm und 3 mm oder zwischen 2 mm und 5 mm von der Kante des Fensters angeordnet ist, in dem diese drehbar angebracht ist.