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Hintergrund
der Erfindung
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Bezugnahme
auf in Verbindung stehende Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der folgenden anhängigen vorläufigen US-Anmeldungen:
Aktenzeichen Nr. 60/074,951, eingereicht am 17. Februar 1998 und
60/090,138, eingereicht am 22. Juni 1998.
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Befreien feststeckender oder blockierter
Rohrelemente oder anderer Objekte in einem Bohrloch und insbesondere
auf eine Vorrichtung für
das Zurückholen
von einem gewickelten Bohrstrang in einem Bohrloch sowie auf ein
Verfahren, das dazu ausgestaltet ist, einen Resonanzfrequenzoszillator
in Verbindung mit einem speziell gestalteten Halter für den gewickelten Rohrstrang
zum Führen
eines gewickelten Rohrstrangs direkt von einer Rohrrolle durch einen
Injektorkopf und zu und von dem Bohrloch in Reaktion auf das Anheben
und Absenken des Oszillators und des Rohrhalters zu nutzen. Das
Befreien der Rohrelemente oder Objekte wird durch typischerweise
Resonanzvibration des Halters und des gewickelten Rohrstranges durch
Betätigung
des Oszillators erreicht.
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Ölfeldrohrelemente,
wie Bohrlochauskleidungen, Gehäuse,
Rohre und Bohrrohre, die in einer Bohrlochbohrung aufgrund unterschiedlicher
Bohrlochbedingungen feststecken, sind eine der wesentlichen Quellen
für Probleme
von Ölbetreibern
und haben die Geschäftstätigkeit
von Fangserviceunternehmen in diesem Jahrhundert erweitert. Während dieser
Zeit wurden viele neue und innovative Werkzeuge und Verfahren entwickelt,
um den Erfolg und die Wirksamkeit von Fangoperationen zu verbessern. Vorrichtungen,
wie Punktwerkzeuge ohne elektrische Leitung, strangschussunterstützter Back-Off,
im Bohrloch rüttelnde
Werkzeuge, hydraulisch betätigte Werkzeuge
verschiedener Arten und verschiedene andere Werkzeuge und Ausrüstung wurden
für den Zweck
entwickelt, feststeckende oder blockierte Rohrelemente in einem
Bohrloch zu befreien. Obwohl die Verwendung dieser Ausrüstung mit
der Zeit wirksamer wurde, hat die Eskalation der Kosten des Bohrens
und der Überarbeitungsvorgänge zu einer starken
Zunahme feststeckender Rohre, Futterrohre, Gehäuse und dgl. im Bohrloch geführt, was
regelmäßig zu einer
Aufgabe des Bohrlochs als der schnellsten Lösung des Problems geführt hat.
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Die
Verwendung von Vibration und insbesondere von Resonanzvibration
als Mittel zur Befreiung von feststeckenden Rohrelementen aus einem
Bohrloch hat das Potenzial unmittelbar zu wirken und dadurch die
Kosten, die mit der Wiedergewinnung von Rohrelementen verbunden
sind, in großem
Maße und
drastisch zu reduzieren. Resonanz tritt bei Vibrationen auf, wenn
die Frequenz der Erregerkraft gleich der Eigenfrequenz des Systems
ist. Wenn dies auftritt, wird die Amplitude (oder Hub) der Vibration
ohne Grenze zunehmen und wird lediglich durch den Grad der im System
vorliegenden Dämpfung
bestimmt.
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Ein
Resonanzvibrationssystem wird eine signifikante Energiemenge speichern,
etwa so wie ein Schwungrad. Das Verhältnis der gespeicherten Energie
zu der pro Zyklus dissipierten Energie wird als das "Q" des Systems bezeichnet. Ein hohes Energieniveau
erlaubt es dem System, Energie mit erhöhter Rate an eine gegebene
Last zu übertragen,
so ähnlich
wie die Steigerung der Spannung es einem Blitzlicht erlaubt, bei
einer gegebenen Birne heller zu leuchten. Nur resonante Systeme
werden diesen Energieaufbau erreichen und die korrespondierenden effizienten
Energietransmissionseigenschaften zeigen, die eine große Energielieferung
und entsprechende Kraftaufbringung auf einen festgesteckten Bereich
des Rohres gewährleisten.
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Bei
resonanten Bedingungen wird ein Rohrstrang Kraft über seine
Länge zu
einer Last an dem gegenüberliegenden
Ende übertragen,
wobei der einzige Verlust derjenige ist, der notwendig ist, um den
Widerstand in Form von Dämpfung
oder Reibung zu überwinden.
Tatsächlich
wird die Leistung in der gleichen Weise übertragen wie der Bohrvorgang
die Drehleistung auf eine Bohrspitze überträgt, wobei der Unterschied darin
liegt, dass die Bewegung eine axiale Translation anstelle einer
Rotation ist. Die Last akzeptiert die übertragene Leistung als eine
große Kraft,
die über
eine kurze Strecke wirkt. Eine resonante Vibration des Rohres kann
wesentlich höher gehaltene
Energieniveaus auf ein feststeckendes Rohrelement übertragen
als alle herkömmlichen
Verfahren einschließlich
des Rüttelns.
Dieser Erfolg ist zurückzuführen auf
die Eliminierung der Notwendigkeit, die Masse des Rohrstranges zu
beschleunigen oder physikalisch zu bewegen. Unter resonanten Bedingungen
wird die Leistung auf einen vibrierenden Rohrstrang in Phase mit
der Eigenbewegung des Rohrstranges aufgebracht.
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Wenn
ein elastischer Körper
einer axialen Belastung unterworfen wird, wie beim Strecken einer Länge des
Rohres, wird der Durchmesser des Körpers kontrahieren. Wenn die
Länge des
Rohres komprimiert wird, wird in ähnlicher Weise der Durchmesser
expandieren. Da eine Länge
des Rohres, die vibriert, abwechselnd Zug- und Druckkräften als
Wellen entlang der Längsachse
(und daher Längsbelastungen)
unterworfen ist, wird sich der Rohrdurchmesser im Gleichklang mit
den aufgebrachten Zug- und Druckwellen erweitern und kontrahieren.
Dies bedeutet, dass für
abwechselnde Momente während
eines Vibrationszyklus das Rohr tatsächlich physikalisch bindungsfrei
sein kann.
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Der
Term "Fluidisierung" wird dazu verwendet,
um die Wirkung von körnigen
Partikeln zu beschreiben, wenn sie durch eine Vibrationsquelle mit geeigneter
Frequenz erregt werden. Unter diesen Bedingungen wird körniges Material
in einen fluidischen Zustand transformiert, der einer Bewegung des
Körpers
durch das Medium geringen Widerstand entgegensetzt. Tatsächlich nimmt
es einige der Eigenschaften und Charakteristiken einer Flüssigkeit an.
Dementsprechend wird die Oberflächenreibung, die
Kraft, die ein festgelegtes Rohrelement begrenzt, aufgrund der abwechselnd
auf ein Rohr aufgebrachten Zug- und Druckkräfte und der Fluidisierung körniger Partikel,
die um das Rohr gepackt sind, durch den Effekt der Vibration auf
einen Bruchteil seines normalen Wertes reduziert.
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Ein
anderer Faktor für
die Verringerung feststeckender Rohrelemente in einem Bohrloch ist
die Beschleunigung, wobei ein geeigneter Vibrationshub lediglich
etwa 1 Zoll betragen kann, um eine gute Beschleunigung zur Reibungsverringerung
und Fluidisierung zu erzeugen. Dementsprechend wirkt die an dem
feststeckenden Bereich aufgenommene Vibrationsenergie, um ein feststeckendes
Element freizugeben, durch die Aufbringung von großen Schlagkräften, Fluidisierung
von körnigem
Material, Ausdehnung und Kontraktion des Rohrkörpers und eine Reduktion der
Lochbohrungsreibung oder des Lochziehens.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Resonanzvibrationssysteme
zur Verwendung bei Extraktionsanwendungen für Ölfeldrohrelemente bestehen
aus drei Basiskomponenten: einem mechanischen Oszillator mit einer
Aufhängevorrichtung
zur Isolation des Bohrgestell- oder Tragaufbaus, einem Arbeitsstrang
zur Übertragung
der Vibrationsenergie und dem feststeckenden Rohrelement oder "Fisch", der zurückgeholt
werden soll. Der Oszillator erzeugt eine axiale sinusförmige Kraft,
die auf eine bestimmte Frequenz innerhalb eines spezifizierten Arbeitsbereiches
eingestellt werden kann. Die durch den Oszillator erzeugte Kraft
wirkt auf den Arbeitsstrang, um eine axiale Vibration des Stranges
zu erzeugen. Bei Einstellung auf eine Resonanzfrequenz des Systems
wird die an dem Oszillator entwickelte Energie wirksam auf das feststeckende
Element übertragen,
wobei die einzigen Verluste diejenigen sind, die auf den Reibungswiderstand
zurückzuführen sind.
Die Wirkung der Systemreaktanz wird vollständig eliminiert, da die Masseninduktivität gleich der
Federkapazität
bei der Resonanzfrequenz ist. Das gesamte Resonanzsystem muss so
gestaltet werden, dass die Komponenten gemeinsam miteinander wirken,
wodurch ein effizientes und wirksames Extraktionssystem geschaffen
wird.
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Bei
herkömmlichen
gewickelten Rohrstrangoperationen ist eine Behandlung, die die Lebensdauer
des gewickelten Rohrstranges nachteilig beeinflusst, das kontinuierliche
Arbeiten des Rohres zu und von der Rohrrolle, hin und zurück über den
Bohrlocheingangsdoppelbogen. Diese Handlung führt zu einer Biegefließbelastung
in dem Rohr, die zu zunehmenden Ermüdungsschäden führt und schließlich zu einer
Ermüdungsbeschädigung der
Rohrwand führen kann.
Moderne Instrumente erlauben die Überwachung des Rohrbiegevorgangs
und das Spulenserviceunternehmen wird diesen Vorgang überwachen und
aufnehmen, so dass die Spule nicht über ihre nutzbare Lebensdauer
hinaus eingesetzt wird.
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Das
Prinzip einer resonanten Axialvibration von Rohren kann auf gewickelte
Rohrstränge
angewandt werden, ohne die Doppelbogenausrüstung zu verwenden. Außerdem hat
sich herausgestellt, dass der gewickelte Rohrstrang nicht notwendigerweise abgeschnitten
werden muss, wenn er mit der Vorrichtung für das Zurückholen eines gewickelten Rohrstranges
aus dem Bohrloch gemäß dieser
Erfindung eingesetzt wird, wodurch die Kosten einer Rohrstrangrolle
gespart werden und eine gute Bohrlochkontrolle aufrecht erhalten
und ermöglicht
wird zusammen mit der Möglichkeit,
Fluide in und von dem Bohrloch zu zirkulieren.
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Verschiedene
Rohrrückholtechniken
sind im Stand der Technik wohl bekannt. Eine frühe Rohrrückholvorrichtung ist im Detail
in dem US-Patent Nr. 2,340,959 vom 8. Februar 1944 von P. E. Harth
beschrieben. Die Harth-Vorrichtung
ist gekennzeichnet durch einen geeigneten elektrischen oder mechanischen
Vibrator, der in das zu entfernende Rohr eingesetzt wird, so dass
der Vibrator aktiviert werden kann, um das Rohr in dem Bohrloch
zu lösen
und das Entfernen des Rohres zu ermöglichen. Eine Bohrlochrohrvibrationsvorrichtung
ist im Detail in dem US-Patent Nr. 2,641,927 vom 16. Juni 1953 von
D. B. Grabel et al. beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst ein Vibrationselement
und einen motorbetriebenen Antrieb, der in ein Bohrlochrohr, das
gelöst
und entfernt werden soll, eingesetzt wird, um eine Vibration des Rohres
und anschließende
Extraktion des Rohres aus dem Bohrloch zu bewirken. Das US-Patent
Nr. 2,730,176 vom 10. Januar 1956 von W. K. J. Herbold beschreibt
ein Mittel zum Lösen
von Rohrleitungen in unterirdischen Bohrungen. Die Vorrichtung umfasst eine
Einrichtung, die innerhalb eines paramagnetischen zylindrischen
Körpers
angeordnet ist, und einen Bohrer, eine drehbar innerhalb des Körpers angeordnete
Stange und ein Scheibenelement, das an einem Ende der Bohrstange
befestigt ist, aufweist, wobei das Scheibenelement eine Masse aufweist, die
im Wesentlichen gleich um die Achse der Bohrstange verteilt ist,
um eine Umlauffläche
zu bilden. Ein Motor ist vorgesehen, um die Bohrstange zu drehen,
und eine magnetische Vorrichtung, um das Scheibenelement beim Drehen
der Rohrstange in physischen Kontakt mit den Innenwänden des
Körpers
und in Rollkontakt mit der Innenfläche des Rohres zu bringen,
um das Rohr im Bohrloch zu lösen. Das
US-Patent Nr. 2,972,380 vom 21. Februar 1961 von A. G. Bodine, Jr.,
beschreibt ein akustisches Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewegen
von Objekten, die fest in einem umgebenden Medium gehalten werden.
Die Vorrichtung umfasst ein Vibrationsausgangselement eines akustischen
Wellengenerators, der an einem akustisch freien Bereich des feststeckenden
Rohrelementes angebracht ist. Das Verfahren umfasst das Betätigen des
Generators bei einer Resonanzfrequenz, um einen Geschwindigkeitsknoten
angren zend an den feststeckenden Punkt und einen Geschwindigkeitswellenbauch
an dem Kopplungspunkt angrenzend an dem Generator zu erzeugen, um
das feststeckende Element von dem Bohrloch zu lösen. Das US-Patent Nr. 3,189,106
vom 15. Juni 1965 von A. G. Bodine, Jr. beschreibt einen Schallpfahltreiber,
der einen mechanischen Oszillator verwendet, und eine Pfahlkopplungseinrichtung zum
Koppeln des Oszillatorkörpers
an einen Pfahl und zum Aufbringen von Vibrationen auf den Pfahl, um
den Pfahl in den Boden zu treiben. Das US-Patent Nr. 3,500,980 vom
17. März
1970 von U.S. Barler beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Befreien eines Bohrlochrohres. Die Vorrichtung umfasst eine
Mehrzahl von drehbaren, strombetriebenen Exzentrizitäten, die
mit einem länglichen
Element, wie einem Bohrrohr, das in einer Öllochbohrungsöffnung feststeckt,
und mit einem elastisch beweglichen Träger, der von einem Flaschenzugblock eines
Bohrturms herabhängt,
verbunden sind. Wenn die strombetriebenen Exzentrizitäten betätigt werden,
wird das längliche
Element vertikal gerichteten Kräften
unterworfen, die es aus der feststeckenden Position befreien. Das
US-Patent Nr. 4,429,743 vom 7. Februar 1984 von Albert G. Bodine
beschreibt ein Bohrlochwartungssystem, das Schallenergie einsetzt,
die zu dem Rohrstrang übertragen
wird. Die Schallenergie wird durch Kreisen eines Massenoszillators,
der mit einem zentralen Stab gekoppelt ist, mit dem der Kolben einer
Kolbenzylinderanordnung verbunden ist, erzeugt. Der Zylinder hängt von
einem geeigneten Aufhängungsmittel,
bspw. einem Bohrturm, herab, wobei der Rohrstrang von dem Kolben
in einer Flucht herabhängt.
Das Fluid in dem Zylinder liefert eine ausreichende Beladung für den Kolben, wobei
das Fluid einen ausreichend hohen Druck schafft, um die Last des
Rohrstranges und irgendeine darauf wirkende Zugkraft aufzunehmen.
Die Schallenergie wird mit dem Rohrstrang in dem Längsvibrationsmodus
gekoppelt, der dazu neigt, diese Energie entlang des Stranges zu
erhalten. Das US-Patent Nr. 4,574,888 vom 11. März 1986 von Wayne E. Vogen beschreibt
ein "Verfahren und
Vorrichtung zum Entfernen feststeckender Bereiche eines Bohrstranges". Das untere Ende
einer elastischen Stahlsäule
wird an dem oberen Ende des feststeckenden Elementes angebracht,
und das obere Ende der Säule
erstreckt sich über
die Oberseite des Bohrloches hinaus und wird an einer Reaktionsmasse
befestigt, die vertikal darüber
liegt, über
einen Beschleuniger und vertikal angebrachte Kompressionsfedern,
die parallel zu einer vertikal angebrachten servogesteuerten hydraulischen
Zylinderkolbenanordnung angeordnet sind. Vertikale Vibrationen werden
auf das obere Ende der Säule
aufgebracht, um das feststeckende Element aus dem Bohrloch zu entfernen.
Eine "Vorrichtung zum
Erleichtern der Befreiung feststeckender Meißelschäfte" ist in dem US-Patent Nr. 4,576,229
vom 18. März
1986 von Robert L. Brown beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein
erstes Element, das angebracht ist, wobei das Bohrrohr an einer
ersten Position angeordnet ist, und ein zweites Element, das konzentrisch
angebracht ist, wobei ein Meißelschaft
und Bohrrohre an einer zweiten Position unterhalb der ersten Position
angeordnet sind. Das Rotieren des Bohrstranges von der Oberfläche bewirkt
eine Nockenaktion und Vibration in einer spezifizierten Betriebsposition
der Vorrichtung, was hilft, feststeckende Bereiche des Bohrrohres
zu befreien. Das US-Patent Nr. 4,788,467 vom 29. November 1988 von
E. D. Plambeck beschreibt eine im Bohrloch angeordnete Ölbohrlochvibrationsvorrichtung,
die eine Wandleranordnung mit Federkammerkolben und Feder zur Erzeugung
von Vibrationen an Rohrelementen im Bohrloch verwendet. Das US-Patent Nr. 5,234,046
vom 10. August 1993 von Albert G. Bodine beschreibt ein "Schallverfahren und
-vorrichtung zum Befreien eines feststeckenden Bohrstranges". Die Vorrichtung umfasst
einen mechanischen Oszillator, der unbalancierte Rotoren verwendet,
die mit dem oberen Ende eines Bohrstranges verbunden sind, der in
einem Bohrloch feststeckt. Die Betätigung der unbalancierten Rotoren
bei einer ausgewählten
Frequenz liefert eine Resonanzvibration des Bohrstranges, um eine reflektierte
Welle an dem feststeckenden Punkt zu bewirken, was zu einer erhöhten zyklischen
Kraft an diesem Punkt führt.
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Der
Stand der Technik ist weitgehend hinsichtlich des Aufbringens von
Vibrationen auf im Bohrloch feststeckende Bohrelemente herkömmlicher
Art (mit Gewinde versehene Rohre). Das europäische Patent 0 395 167 beschreibt
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bohren unter Verwendung eines
gewickelten Rohrstranges. Es gibt jedoch keine Anregung für ein Mittel
oder ein Verfahren zum Handhaben kontinuierlicher Rohre, wie einem
Rohrstrang, durch Vibration oder andere Anwendung. Es ist daher
eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Bearbeiten von gewickelten Rohrsträngen in einem feststeckenden
Rohr oder einer anderen Situation, bei der Ausrüstung im Bohrloch feststeckt,
zu schaffen, wobei der Strang in dem Bohrloch durch eine Tragstruktur,
die eine Anhebe- und Absenkvorrichtung umfasst, angehoben und abgesenkt
werden kann. Eine solche Bewegung des Stranges wird erreicht, wobei
der gewickelte Strang im Wesentlichen nicht gebogen wird.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer neuen und
verbesserten Vorrichtung und eines Verfahrens zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges aus dem Bohrloch, um gewickelte Bohrstränge und
andere Objekte, die feststecken oder in einem Bohrloch verklemmt
sind, zu befreien und zurück
zu holen.
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Eine
noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer neuen
und verbesserten Vorrichtung und eines Verfahrens zum Zurückholen
eines gewickelten Bohrstranges aus einem Bohrloch, die unter Verwendung
von Resonanzvibrationen in Kombination mit einem besonders gestalteten
Halter für
den gewickelten Rohrstrang arbeiten, um die Befreiung von feststeckenden
oder blockierten gewickelten Rohrsträngen aus einem Bohrloch zu
erleichtern.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und
verbesserten Vorrichtung zum Zurückholen
eines gewickelten Bohrstranges, das bei einer kontinuierlichen Länge des
gewickelten Rohrstranges eingesetzt werden kann, ohne den Rohrstrang
zu schneiden, und das betätigt
wird, um den gewickelten Rohrstrang zu vibrieren und den gewickelten
Rohrstrang und andere Objekte aus einer feststeckenden oder blockierten
Position in dem Bohrloch zu entfernen.
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Eine
noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer neuen
und verbesserten Vorrichtung zum Zurückholen eines gewickelten Rohrstranges
aus dem Bohrloch, die gekennzeichnet ist durch einen speziell gestalteten
Halter für
den gewickelten Rohrstrang, der in der Lage ist, eine Länge des
gewickelten Rohrstranges von einer Rolle aufzunehmen und den gewickelten
Rohrstrang durch einen Injektorkopf in das und aus dem Bohrloch
zu führen,
wobei der Halter für
den gewickelten Rohrstrang direkt an dem Bohrgestell oder an einem
von dem Bohrgestell herabhängenden
Oszillator befestigt ist, um den gewickelten Rohrstrang selektiv
zu vibrieren und den gewickelten Rohrstrang aus einem feststeckenden
oder blockierten Zustand in dem Bohrloch zu entfernen.
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Eine
noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung
zum Zurückholen eines
gewickelten Rohrstranges aus einem Bohrloch, die einen Oszillator
zur Befestigung einer Länge
des gewickelten Rohrstranges und zum Aufbringen einer Resonanzvibration
direkt auf den gewickelten Rohrstrang einsetzt, um den gewickelten
Rohrstrang aus einem feststeckenden oder blockierten Zustand in dem
Bohrloch zu befreien.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung
und eines Verfahrens zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges aus einem Bohrloch, wobei die Vorrichtung
gekennzeichnet ist durch einen Oszillator, der von einem Bohrgestell
oder einer anderen Tragstruktur herabhängt, und durch einen Halter
für den
gewickelten Rohrstrang, der an dem Oszillator angebracht ist, um eine
Länge des
gewickelten Rohrstranges, die sich von einer Rolle für den gewickelten
Rohrstrang erstreckt, aufzunehmen und den gewickelten Rohrstrang
durch einen Injektorkopf in das Bohrloch zu führen, so dass der Oszillator
betrieben werden kann, um den gewickelten Rohrstrang zu vibrieren,
typischerweise bei einer Resonanzfrequenz, und den gewickelten Rohrstrang
aus einem feststeckenden oder blockierten Zustand in dem Bohrloch
zu entfernen.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung
und eines Verfahrens zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges, die dazu gestaltet ist, blockierte
oder feststeckende gewickelte Rohrstränge zu vibrieren und die Reibung beim
Einsetzen und Extrahieren von Rohrsträngen in einem Bohrloch zu reduzieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Diese
und weitere Aufgaben der Erfindung sind realisiert in einer neuen
und verbesserten Vorrichtung und Verfahren zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges gemäß den Ansprüchen 1, 6, 10 und 11. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist ein speziell gestalteter Halter für den gewickelten Rohrstrang
direkt an einer Bohrgestellstruktur oder einem Oszillator aufgehängt, welcher
außerdem
an dem Flaschenzugblock oder einem anderen Tragstrukturelement eines Ölbohrturms
oder Bohrgestells hängt,
wobei der gewickelte Rohrstrang von einer Rolle durch eine Gruppe
von Stangenklemmen in dem Halter für den gewickelten Rohrstrang
und durch einen Injektorkopf in das Bohrloch geführt wird. In dem Fall eines
feststeckenden oder blockierten Zustands des gewickelten Rohrstranges
in dem Bohrloch kann der Halter für den gewickelten Rohrstrang angehoben
werden und/oder der Oszillator kann angehoben und betätigt werden,
um eine Resonanzvibration durch den Halter für den gewickelten Rohrstrang
und den gewickelten Rohrstrang aufzubringen, um den gewickelten
Rohrstrang in dem Bohrloch zu lösen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird besser verstanden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines typischen Oszillators für einen
gewickelten Rohrstrang und eines Halteelementes (zur Vereinfachung
sind Stangenklammern entfernt) der Vorrichtung zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges aus einem Bohrloch gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei eine Länge
des gewickelten Rohrstranges sich durch den Halter und in einen
Injektorkopf erstreckt;
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2 ist
eine Vorderansicht des Oszillators für den gewickelten Rohrstrang
und des Halters, die in 1 dargestellt sind;
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3 ist
eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wobei
eine Länge
des gewickelten Rohrstrangs direkt an dem Oszillator angebracht
ist;
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4 ist
eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Halteelements
für den
gewickelten Rohrstrang der Vorrichtung zum Zurückholen eines gewickelten Rohrstranges
aus dem Bohrloch gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine Seitenansicht des Halters für den
gewickelten Rohrstrang, der in 4 dargestellt ist;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht des Halters für den gewickelten Rohrstrang,
der in den 4 und 5 dargestellt
ist; und
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7 ist
eine Vorderansicht einer typischen Verbindung zum Verbinden der
Länge des
gewickelten Rohrstranges mit dem Oszillator bei der Ausführungsform
der Erfindung, die in 3 dargestellt ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Zunächst bezugnehmend
auf die 1, 2 und 4 bis 6 der
Zeichnung ist bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung
zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges gemäß dieser Erfindung allgemein
durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 zum
Zurückholen
eines gewickelten Rohrstranges umfasst einen Halter 2 für den gewickelten
Rohrstrang, der im Einzelnen in den 4 bis 6 dargestellt
ist, mit einem Verbindungsanschluss 3 an dessen oberen Ende,
der eine Verbindungsöffnung 3a mit
inneren Anschlussgewinden 3b aufweist (6).
Eine Anschlussplatte 4 verbindet ein Paar vertikal orientierter paralleler
Halterbeine 5 an dem Anschlussverbinder 3, und
die Bodenenden der Halterbeine 5 sind mit Hilfe eines Paares
paralleler Rohrstrangplatten 6, die durch Plattenbolzen 7,
welche über
Muttern 8 befestigt sind, verbunden werden, verbunden,
wie es weiter in den 4 bis 6 dargestellt
ist. Bei einer höchst
bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich zwei Gruppen der Plattenbolzen 7 durch
die jeweiligen Halterbeine 5, während eine andere Gruppe der
Plattenbolzen 7 sich in einem Abstand zueinander nahe dem
Zentrum der Rohrstrangplatte 6 erstreckt, um das Bohrlochsegment 29 einer
Länge eines
gewickelten Rohrstranges 28 aufzunehmen, wie es in den 1 und 2 dargestellt
ist.
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Wie
weiter in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist der gewickelte Rohrstrang 28 in typisch herkömmlicher
Weise auf eine Rohrstrangrolle 32 gewickelt und wird durch
die parallelen Halterbeine 5 zwischen den Rohrstrangplatten 6 des
Halters 2 für den
gewickelten Rohrstrang und durch eine oder mehrere Klemmen, wie
herkömmliche
Stangenklemmen 10 mit Klemmklauen 11, die durch
Klauenbolzen 12 verbunden werden, geführt, wie es näher in 2 dargestellt
ist. Dementsprechend versteht sich aus den 1 und 2,
dass der gewickelte Rohrstrang 28 gekennzeichnet ist durch
ein Rohrstrangrollensegment 30, das auf die Rohrrolle 32 gewickelt ist
und sich von der Rohrrolle 32 zu dem Halter 2 des gewickelten
Rohrstranges erstreckt, wobei ein Bohrlochsegment 29 des
gewickelten Rohrstranges 28 durch die Stangenklemmen 10 und
zwischen die jeweiligen Rohrstrangplatten 6 durch einen
Injektorkopf 14 vorsteht, der üblicherweise dazu dient, den gewickelten
Rohrstrang 28 gemäß dem Wissen
des Fachmanns in eine Bohrlochbohrung (nicht dargestellt) einzusetzen
und den gewickelten Rohrstrang 28 nach Bedarf aus dem Bohrloch
zu entfernen.
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Erneut
mit Bezug auf die 1 und 2 der Zeichnung
ist der Halter 2 für
den gewickelten Rohrstrang typischerweise an einem herkömmlichen Oszillator 22 an
einem Verbinder 16 aufgehängt, der in 7 im
Detail dargestellt ist. Der Verbinder 16 ist typischerweise
gekennzeichnet durch eine obere Kupplung 17 mit oberen
Kupplungsaußengewinden 18,
die im Gewindeeingriff mit den Kupplungsinnengewinden (nicht dargestellt)
treten, die in dem Oszillator 22 ausgebildet sind. Die
bodenseitig ausgebildeten Kupplungsgewinde 20 des Bodenkopplers 19 treten
in Eingriff mit den Verbinderöffnungsgewinden 3b in
der Verbinderöffnung 3a des
Verbindungsanschlusses 3, wie es näher in 6 dargestellt
ist. Es versteht sich jedoch für
den Fachmann, dass der Halter 2 für den gewickelten Rohrstrang
in anderen Weisen an dem Oszillator 22 aufgehängt sein
kann, bspw. durch direktes Einschrauben, Auf- oder Einstecken, je
nach Wunsch. Der herkömmliche
Oszillator 22 ist typischerweise gekennzeichnet durch ein
Exzentergehäuse 23,
welches wenigstens ein Paar von Exzentrizitäten (nicht dargestellt) aufnimmt,
die mit den Motorwellen 25 (2) eines
Paares von exzentrischen Antriebsmotoren 24 verbunden sind.
Ein Federgehäuse 26 ist
oberhalb des Exzentergehäuses 23 positioniert,
um mehrere Fe dern (nicht dargestellt) aufzunehmen und die Vibration
von den in dem Exzentergehäuse 23 angeordneten
Exzentrizitäten
zu isolieren. Der Oszillator 22 ist typischerweise an einem
Flaschenzugblock oder anderem Element eines Ölbohrturms oder Bohrgestells
(nicht dargestellt) aufgehängt,
das über
dem Bohrloch angeordnet ist. Alternativ kann der Halter 2 für den gewickelten
Rohrstrang direkt an dem Flaschenzugblock oder anderen Komponenten
des Ölbohrturms
oder Bohrgestells mit Hilfe von Gewindekupplungen, Rohrverbindungshülsen oder
dgl. angebracht sein.
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Beim
Betrieb gemäß dem Verfahren
dieser Erfindung kann das Bohrlochsegment 29 des gewickelten
Rohrstrangs 28 durch die jeweiligen gelösten Klemmklauen 11 der
Stangenklemmen 10 und zwischen den parallelen Rohrstrangplatten 6 in
den Injektorkopf 14 geführt
sein, wie es in 1 dargestellt ist. Wenn es gewünscht ist,
das Bohrlochsegment 29 des gewickelten Rohrstrangs 28 in
das Bohrloch zu erstrecken oder einzusetzen, wird der Injektorkopf 14 von
dem Bohrlochsegment 29 befreit und der Halter 2 für den gewickelten
Rohrstrang wird nach Bedarf angehoben und abgesenkt. Alternativ
kann der Injektorkopf 14 in herkömmlicher Weise betätigt werden, um
den gewickelten Rohrstrang 28 in das Bohrloch zu fördern. Wenn
das Bohrlochsegment 29 durch den Injektorkopf 14 in
das Bohrloch gefördert
wird, wickelt sich das Bohrstrangrollensegment 30 des gewickelten
Rohrstrangs 28 von der sich drehenden Rohrstrangrolle 32 ab.
Man erkennt, dass während
dieses Vorgangs die Klemmklauen 11 der Stangenklemmen 10 durch
Betätigung
der Klauenbolzen 12 ausreichend lose sind, um eine einfache
Gleitbewegung des gewickelten Rohrstranges 28 durch die
jeweiligen Stangenklemmen 10 und zwischen den Rohrstrangplatten 6 und
den beabstandeten inneren Plattenbolzen 7 zu erleichtern.
Normale Bodenöffnungsoperationen
unter Verwendung des gewickelten Rohrstrangs 28 können nach
Abschluss des Einsetzens des gewickelten Rohrstrangs 28 in
das Bohrloch durchgeführt
werden. Unter Umständen,
in denen der gewickelte Rohrstrang 28 in dem Bohrloch feststeckt
oder verklemmt auf grund von Bohrlocheinschlüssen oder anderen nachteiligen
Bohrlochphänomen,
kann das Zurückholen
des gewickelten Rohrstrangs 28 aus dem Bohrloch jedoch
durch Betätigen des
Oszillators 22 zum Aufbringen einer Vibration, typischerweise
bei der Resonanzfrequenz, auf den Halter 2 des gewickelten
Rohrstranges und den gewickelten Rohrstrang 28, der an
dem Halter 2 für
den gewickelten Rohrstrang angebracht ist, und Befreien des gewickelten
Rohrstrangs 28 aus dem feststeckenden oder verklemmten
Zustand in dem Bohrloch erreicht werden. Beim Aufbringen einer Resonanzfrequenz
auf den gewickelten Rohrstrang 28 erzeugt der Oszillator 22 eine
axiale sinusförmige
Kraft, die auf eine spezifizierte Frequenz innerhalb des Arbeitsbereiches
des Oszillators 22 eingestellt werden kann. Die durch den
Oszillator 22 erzeugte Kraft wirkt auf den gewickelten
Rohrstrang 28, um eine axiale Vibration des Bohrlochsegmentes 29 des
gewickelten Rohrstrangs 28 zu erzeugen. Bei einer Einstellung auf
eine Resonanzfrequenz des Systems wird die am Oszillator 22 entwickelte
Energie wirksam auf das feststeckende Bohrlochsegment 29 des
gewickelten Rohrstrangs 28 übertragen, wobei die einzigen
Verluste auf Reibungswiderstände
zurückzuführen sind. Der
Effekt der Reaktanz des gewickelten Rohrstrangs 28 wird
vollständig
vermieden, da die Masseninduktion gleich der Federkapazität bei der
Resonanzfrequenz ist. Andere Aspekte der Betätigung des Oszillators 22 sind
die Fluidisierung der körnigen Partikel
im Bohrloch für
den Fall, dass der Grund für das
feststeckende Bohrlochsegment 29 des gewickelten Rohrstrangs 28 auf
ein Einstürzen
oder Versanden des Loches oder auf Feststecken von Bohrlochobjekten
zurückzuführen ist,
die einen mechanischen Keileffekt auf das Bohrlochsegment 29 des
gewickelten Rohrstrangs 28 ausüben. Wenn sie durch eine Vibration
des Oszillators 22 angeregt werden, werden die körnigen Partikel
in einen fluidischen Zustand überführt, der
einer Bewegung des gewickelten Rohrstrangs nach oben oder unten
wenig Widerstand entgegensetzt. Tatsächlich nimmt das körnige Medium
die Eigenschaften und Charakteristiken einer Flüssigkeit an und erleichtert
die Extraktion des Bohrlochsegmentes 29 des gewickelten
Rohrstrangs 28 durch Anheben und/oder Absenken des gewickelten
Rohrstrangs 28 in der oben beschriebenen Weise.
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Nun
mit Bezug auf 3 der Zeichnung kann bei einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Rohrstrangrollensegment 30 des gewickelten
Rohrstrangs 28 abgeschnitten und direkt mit dem Verbinder 16 des
Oszillators 22 verbunden werden, um den Halter 2 für den gewickelten Rohrstrang
zu vermeiden. Bei dieser Operation kann das Bohrlochsegment 29 des
gewickelten Rohrstrangs 28 zunächst direkt durch den Injektorkopf 14 geführt und
in herkömmlicher
Weise direkt von der Rohrstrangrolle 32 durch den Injektorkopf 14 in
das Bohrloch abgesenkt werden, um Bohrlochoperationen unter Verwendung
des gewickelten Rohrstrangs 28 zu beginnen. In dem Fall,
dass das Bohrlochsegment 29 des gewickelten Rohrstrangs 28 in
dem Bohrloch feststeckt oder festgeklemmt wird, wird der gewickelte
Rohrstrang 28 an einem Punkt oberhalb des Injektorkopfes 14 und
des an dem Verbinder 16 angebrachten Rohrstrangrollensegmentes 30 durch dem
Fachmann bekannte Techniken abgeschnitten, und der Oszillator 22 wird
dann in der oben beschriebenen Weise betätigt, um den gewickelten Rohrstrang 28 im
Bohrloch zu befreien. Wenn der gewickelte Rohrstrang 28 frei
ist, wird das obere Ende oder Bohrstrangrollensegment 30 des
gewickelten Rohrstrangs 28 von dem Verbinder 16 getrennt
und der Injektorkopf 14 wird umgekehrt betrieben, um den gewickelten
Rohrstrang 28 aus dem Bohrloch zu entfernen, wie es oben
beschrieben wurde. Alternativ kann der Halter 2 für den gewickelten
Rohrstrang direkt an dem Flaschenzugblock oder anderen Bohrgestellkomponenten
in der oben beschriebenen Weise angebracht und der Flaschenzugblock
angehoben werden, um den gewickelten Rohrstrang 28 aus
dem Bohrloch zu befreien.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass einer der Vorteile der Vorrichtung
und des Verfahrens zum Zurückholen
eines gewickelten Rohrstrangs gemäß dieser Erfindung die Einrichtung
zur Handhabung des gewickelten Rohr strangs 28 direkt von
der Rohrstrangrolle 32 ist, bei den Ausführungsformen
gemäß den 1, 2 und 4 bis 6 ohne
die Notwendigkeit, den gewickelten Rohrstrang 28 abzuschneiden.
Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung der herkömmlichen "Doppelbogen"-Ausrüstung, die dazu neigt, den
gewickelten Rohrstrang 28 durch mehrfache Biegungen über den
Doppelbogen zu beschädigen,
wenn der gewickelte Rohrstrang 28 durch Betrieb des Injektorkopfes 14 in
das Bohrloch eingesetzt bzw. aus diesem entfernt wird.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindungen oben beschrieben wurden, erkennt und versteht man,
dass verschiedene Modifikationen der Erfindung möglich sind, und die beigefügten Ansprüche sind
dazu gedacht, alle solche Modifikationen, die in den Geist und den
Rahmen der Erfindung fallen, abzudecken.
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Nachdem
meine Erfindung mit den oben beschriebenen Besonderheiten erläutert wurde,
wird beansprucht: