DE69929020T2

DE69929020T2 - Rohrschuh

Info

Publication number: DE69929020T2
Application number: DE69929020T
Authority: DE
Inventors: Alastair Ian KIRK; William Barron; Bertrum Alistair CLARK
Original assignee: Downhole Products Ltd
Current assignee: Downhole Products Ltd
Priority date: 1998-01-24
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: WO1999037881A2; AU2172699A; EP1632639A3; DK0995008T3; DK1632639T3; EP1632639B1; DE69929020D1; EP0995008B1; US20020096368A1; US6659173B2; EP1632639A2; EP0995008A2; US6401820B1; WO1999037881A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrschuh und insbesondere einen Futterrohr- oder Liner-Schuh.
Bei Öl- und Gaserkundungs- und -produktionsarbeiten werden Bohrlöcher gebohrt, um Zugang zu unterirdischen kohlenwasserstoffhaltigen Formationen zu erhalten. Die Bohrlöcher werden normalerweise mit Stahlrohren ausgekleidet, die als Steigrohr, Futterrohr oder Liner bekannt sind, je nach Durchmesser, Lage und Funktion. Bohrlöcher können auch mit einem Filtermedium, wie zum Beispiel einem geschlitzten Rohr oder Leitung, oder Filtermedien, die eine Kombination von zwei oder mehr geschlitzten Rohren oder Steigrohren, Schlitzsieben oder -membranen und sandgefüllten Sieben, aufweisen, ausgekleidet werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bei einigen oder allen diesen Anwendungen angewendet werden und werden aus Gründen der Kürze allgemein als „Steigrohr" bezeichnet. Das Steigrohr wird in das gebohrte Bohrloch von der Erdoberfläche aus eingeführt und im Bohrloch mit geeigneten Mitteln, wie zum Beispiel Futterrohrhänger oder Liner-Hänger, aufgehängt oder gesichert. Für Futterrohr kann dann Zement in den Ring zwischen dem Steigrohr und der Bohrlochwand eingeführt werden.
Wenn das Steigrohr in das Bohrloch eingebracht wird, trifft das Ende des Steigrohres auf Unregelmäßigkeiten und Einschränkungen in der Bohrlochwand, zum Beispiel Vorsprünge, die sich dort gebildet haben, wo das Bohrloch zwischen verschiedenen Formationen und Bereichen, wo der Bohrlochdurchmesser sich auf Grund der Ausdehnung der umgebenden Formation verringert hat, durchläuft. Weiterhin können sich Bohrreste im Bohrloch ansammeln, besonders in stark vom Kurs abgekommenen oder horizontalen Bohrlöchern. Dementsprechend kann das Ende des Steigrohrs Verschleiß und Beschädigungen ausgesetzt werden, wenn das Steigrohr in das Bohrloch abgesenkt wird.
Diese Schwierigkeiten können durch das Vorsehen eines „Schuhs" auf dem Steigrohrende gemildert werden. Vorschläge für Futterrohrschuhe verschiedener Formen werden im kanadischen Patent Nr. 1,222,448, in den US-Patenten Nr. 2,334,788 und 4,825,947 und in der Internationalen Patentanmeldung WO96\28635 beschrieben.
Es gehört zu den Zielen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Steigrohrschuh bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Steigrohrschuh nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erweiterung eines Bohrlochs bei der Vorbereitung zur Aufnahme eines Steigrohrs nach Anspruch 30 bereitgestellt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Bei der Anwendung erleichtern diese Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung das Einbringen von Steigrohr, wie zum Beispiel Futterrohr oder Liner, das derart gestützt oder befestigt wird, dass es beim Einbringen in das Bohrloch gedreht werden kann: Liner wird normalerweise auf Gestängerohr, das nach Bedarf von der Erdoberfläche aus gedreht werden kann, eingefahren; Futterrohr kann unter Verwendung eines Kopfantriebs gedreht werden. Im Interesse der Kürze wird hierin in erster Linie auf Liner verwiesen. Durch die Bereitstellung von Nachbohrungselementen, die sich schraubenförmig um den Körper in entgegengesetzter Richtung zur Drehung des Liners erstrecken, neigen die Nachbohrelemente nicht dazu, sich in Hindernisse in der Bohrlochwand zu „verbeißen"; bei herkömmlichen Schuhen, die mit schraubenförmigen Schneiden oder Hohlkehlen versehen sind, welche sich in derselben Richtung wie die Drehung des Liners erstrecken, besitzen die Schneiden die Neigung, sich in Hindernissen zu verhaken, ähnlich wie eine Schraube. Im Gegensatz dazu neigen in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Elemente dazu, auf einem Hindernis oder darüber hinweg zu gleiten, wenn die Elemente das Bohrloch bis zum gewünschten Durchmesser aufweiten, um den Liner durchlaufen zu lassen. Dies minimiert die Möglichkeit von Schuh und Liner, sich im Bohrloch auf Grund dessen, dass der Schuh an einem Bohrlochhindernis blockiert, festzumachen.
Während der Körper und der Nachbohrabschnitt vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch sind, kann das führende Ende jedes Nachbohrungselementes einen Pilot-Nachbohrungsabschnitt definieren, der einen kleineren Durchmesser als ein nachfolgender Nachbohrungsabschnitt definiert. Vorzugsweise schließen die Nachbohrungsabschnitte eine Schneide- oder Raspelfläche oder Einsätze auf der Außenseite der Abschnitte ein, wie zum Beispiel Blöcke oder Einsätze aus Wolframkarbid, Diamant oder einem anderen harten Werkstoff, der durch Schweißen oder auf andere Weise am Körper oder an den Nachbohrungselementen befestigt ist. Der Pilot und nachfolgende Nachbohrungsabschnitte jedes Nachbohrungselementes können schraubenförmig ausgerichtet oder können gestaffelt angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nachbohrungselemente mit Einsätzen aus hartem Material, wie zum Beispiel Wolframkarbid, versehen; Tests haben gezeigt, dass solche Einsätze für effektivere Schneidarbeit sorgen, und Elemente, die mit solchen Einsätzen versehen sind, verschleißen langsamer. Man glaubt, dass die Fähigkeit, die Einsätze in Presssitzlöcher oder -schlitze zu drücken, Spannungen und andere Änderungen an den Materialeigenschaften verhütet, die durch das Schweißen von Wolframkarbidblöcken an Ort und Stelle verursacht werden; weiterhin sind die Einsätze auf den Nachbohrungselementen mit Abstand angeordnet und reinigen sich wirksam selbst, anders als die herkömmlichen Wolframkarbidblöcke, die eine Reinigung erfordern und sich oft „zusetzen".
Jedes Nachbohrungselement kann einen Stabilisierungsabschnitt aufweisen, der sich von einem Nachbohrungsabschnitt aus nach hinten erstrecken kann. Der Stabilisierungsanteil hat insbesondere eine relativ glatte und verschleißbeständige Außenfläche, zum Beispiel aus bearbeitetem Wolframkarbid. Alternativ oder zusätzlich kann eine das Drehmoment reduzierende Hülse oder ein Zentrierkorb auf dem Körper hinter dem Nachbohrungsabschnitt vorgesehen werden. Der Zentrierkorb ist vorzugsweise mit Abstand hinter dem Nachbohrungsabschnitt angeordnet. Insbesondere kann der Zentrierkorb relativ zum Körper gedreht werden. In der bevorzugten Ausführungsform definiert der Zentrierkorb eine Buchse oder Hülse, und eine oder mehrere Flüssigkeitsleitungen können Flüssigkeit transportieren, um für Schmierung zwischen der Buchse und dem Schuhkörper zu sorgen. In anderen Ausführungsformen können die Flüssigkeitsleitungen weggelassen werden. Der Zentrierkorb kann erhöhte schraubenförmige Rillen oder Schneiden definieren. Die Schneiden erstrecken sich vorzugsweise in derselben Richtung wie die beabsichtigte Drehrichtung des Schuhs, d.h. in der entgegengesetzten Richtung wie die Nachbohrungseiemente. In anderen Ausführungsformen können die Zentrierkorbschneiden sich in derselben Richtung wie die Nachbohrungselemente erstrecken. Die Zentrierkorbschneiden können ein oder zwei axiale Einleit- oder Herausleitabschnitte aufweisen, wobei die Abschnitte die relative axiale Bewegung des Zentrierkorbs relativ zur Bohrlochwand erleichtern. In anderen Ausführungsformen können die Zentrierkorbschneiden „gerade" sein, d.h. sich nur axial erstrecken.
Alternativ oder zusätzlich können weitere Drehmoment reduzierende Hülsen oder Zentrierkörbe hinter dem Schuh oder auf dem Liner selbst vorgesehen werden.
Das hintere Ende jedes Nachbohrungselementes kann einen hinteren Nachbohrungsabschnitt definieren, wobei diese hinteren Nachbohrungsabschnitte eine Schneide- oder Raspelstruktur aufweisen können, wie zum Beispiel Blöcke oder Einsätze aus Wolframkarbid oder einem anderen harten Werkstoff, der an den Körper angeschweißt, sich in Bohrlöchern befindet oder auf andere Weise daran befestigt ist. Dieses Merkmal ist bei Schuhen anwendbar, die einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser haben, an dem Material sich ansammeln oder festgehalten werden kann, was das Zurückziehen des Schuhs erschwert. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt es kaum eine oder gar keine Verringerung im Durchmesser des Schuhkörpers hinter den Nachbohrungselementen derart, dass es nicht notwendig ist, das Merkmal der hinteren Nachbohrung vorzusehen. Sehr vorteilhaft ist, dass der Schuh sich zum führenden Ende desselben hin verjüngt.
Der Körper kann eine Flüssigkeit führende Leitung in Verbindung mit Flüssigkeitsauslässen, die sich zwischen den Nachbohrungsefementen befinden, definieren; auf Grund der Ausrichtung der Elemente führt die Drehung des Schuhs nicht zum Entfernen von Restbohrmaterial oder anderen Materialien aus den Kanälen oder Rillen zwischen den Elementen, und das Einlaufen von Flüssigkeit in die Kanäle erleichtert das Freihalten der Kanäle von Restbohrmaterial und dergleichen. Insbesondere sind die Flüssigkeitsauslässe derart eingerichtet, dass sie Flüssigkeit hinter das führende Ende des Schuhs leiten. Praktischerweise sind mindestens benachbarte Flüssigkeitsauslässe in Längsrichtung versetzt, um so die Schwächung des Schuhkörpers zu minimieren. In anderen Ausführungsformen können solche Flüssigkeitsauslässe in einem Nasenabschnitt am Körper vorgesehen werden, wobei die Auslässe zum Lenken der Flüssigkeit nach hinten zu den Nachbohrungselementen oder zwischen dieselben eingerichtet sind.
Der Körper weist vorzugsweise auch einen Nasenabschnitt auf, vorzugsweise einen exzentrischen Nasenabschnitt, d.h., das führende Ende des Nasenabschnitts ist gegenüber der Schuhachse versetzt. Insbesondere besteht der Nasenabschnitt aus einem relativ weichen Material, zum Beispiel einer Aluminium- oder Zinklegierung oder sogar einem beliebigen anderen geeigneten Material, das das Ausbohren der Nase ermöglicht, sobald der Liner in einem Bohrloch positioniert ist. Der Nasenabschnitt kann eine oder mehrere Ausspritzöffnungen definieren, je nach dem gewünschten Durchfluss der Flüssigkeit aus dem Nasenabschnitt. Eine oder mehrere Ausspritzöffnungen können in Richtung auf ein führendes Ende des Nasenabschnitts vorgesehen werden, in einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Ausspritzöffnung vorgesehen werden, die nach der Schuhachse ausgerichtet ist. Eine oder mehrere Ausspritzöffnungen können in Richtung auf ein hinteres Ende des Nasenabschnitts vorgesehen werden; in einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere mit Abstand angeordnete Ausspritzöffnungen um eine Basis des Nasenabschnitts herum vorgesehen, und diese leiten beim Gebrauch Flüssigkeit nach hinten zu den Nachbohrungselementen. Die eine oder mehreren Öffnungen, die im Nasenabschnitt vorgesehen sind, können sich in die jeweiligen Aussparungen in der Fläche des Nasenabschnitts öffnen, um die Verhütung des Verstopfens der Ausspritzöffnungen zu erleichtern. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Nasenabschnitt relativ zum Körper drehbar, um den Durchgang des Schuhs an Vorsprüngen und dergleichen vorbei zu erleichtern. Insbesondere ist die Nase nur in einem begrenzten Umfang, zum Beispiel um 130°, drehbar; dies erleichtert das Ausbohren oder Ausfräsen der Nase. Wenn der Nasenabschnitt nicht bohrbar sein muss, kann sich der Nasenabschnitt relativ zum Körper natürlich frei drehen. Die Nase kann gegenüber einer bestimmten „zentrierten" Ausrichtung durch eine Feder oder dergleichen vorgespannt sein.
Optional weist der Rohrschuh einen Flüssigkeit leitenden Körper zur Befestigung am unteren Ende des Steigrohrs, Nachbohrungselemente auf dem Körper und Flüssigkeitsauslässe zum Leiten der Flüssigkeit zu den Elementen hin oder zwischen dieselben auf.
Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsauslässe so angeordnet, dass sie Flüssigkeit hinter das führende Ende des Schuhs leiten.
Vorzugsweise sind auch mindestens benachbarte Flüssigkeitsauslässe in Längsrichtung versetzt.
Die Flüssigkeitsauslässe können in einer Nase bereitgestellt werden, die sich am führenden Ende des Schuhs befindet.
Die Schneid- oder Raspelstrukturen der Nachbohrungselemente sind so kombiniert, dass sie eine im Wesentlichen vollständige umlaufende Abdeckung des Körpers bereitstellen. Selbst wenn keine Drehung des Schuhs während des Vorschubs in ein Bohrloch auftritt, gibt es eine Schneide- oder Raspelfähigkeit am ganzen Umfang des Bohrlochs, und das Bohrloch wird mindestens bis zu einem Mindestdurchmesser nachgebohrt, der dem Durchmesser entspricht, welcher durch die Schneide- oder Raspelstruktur definiert wird.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Rohrschuh bereitgestellt, umfassend: einen Körper zur Befestigung am Ende des Rohrgestänges und Nachbohrungselemente, die sich in Längsrichtung und schraubenförmig um den Körper herum erstrecken.
Die Neigung der Nachbohrungselemente gegenüber der Schuhlängsachse kann konstant sein oder über die länge der Elemente variieren, zum Beispiel können die Elemente Abschnitte aufweisen, die parallel oder senkrecht zur Schuhlängsachse sind.
Eine Nase wird vorzugsweise drehbar auf dem Körper montiert, normalerweise um eine Längsachse.
Das Ausmaß der Drehung der Nase relativ zum Körper wird vorzugsweise ebenfalls begrenzt, um das Durchbohren oder Durchfräsen der Nase zu erleichtern.
Eine Drehmoment reduzierende Hülse oder ein Zentrierkorb können auf dem Körper vorgesehen werden.
Der Zentrierkorb wird vorzugsweise drehbar auf dem Körper montiert. Insbesondere definiert der Körper eine Flüssigkeitsleitung, und ein Lagerbereich zwischen dem Zentrierkorb und dem Körper besitzt eine Flüssigkeitsverbindung mit der Leitung, so dass der Lagerbereich mit Schmierflüssigkeit versorgt wird.
Vorzugsweise definiert der Zentrierkorb auch externe Schneiden oder Rillen. Die Schneiden können sich schraubenförmig erstrecken und können einen oder zwei im Wesentlichen axiale Einleitungs- und Ausleitungsabschnitte aufweisen. Wenn der Schuh Nachbohrungselemente aufweist, können sich die Zentrierkorbschneiden in derselben oder in der entgegengesetzten Richtung wie die Nachbohrungselemente erstrecken.
Normalerweise haben die Nachbohrungselemente, die sich schraubenförmig um den Körper erstrecken, Einsätze aus relativ hartem Material auf Lagerflächen der Nachbohrungselemente.
Die verschiedenen Erscheinungsformen der Erfindung, wie oben beschrieben, können mittels verschiedener Verfahren hergestellt und montiert werden. Der Körper und die Nachbohrungselemente können zum Beispiel aus einem einzigen Walzblock maschinell hergestellt werden. Es wird jedoch bevorzugt, den Körper aus einem einzelnen Teil zu bilden, auf dem eine Hülse, die die Nachbohrungselemente definiert, montiert wird. Zur Befestigung auf dem Körper kann auch eine Zentrierhülse bereitgestellt werden. Praktischerweise definiert der Körper einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser, auf dem eine oder mehrere Hülsen montiert werden. Eine rotierende Hülse, wie zum Beispiel ein Zentrierkorb, kann durch einen Sicherungsring oder dergleichen gehalten werden. Eine feststehende Hülse, wie zum Beispiel eine, die die Nachbohrungselemente trägt, kann durch einen Stift am Körper befestigt werden, und der Stift kann auch dazu dienen, einen Nasenabschnitt auf dem Körper zu befestigen.
Die verschiedenen Erscheinungsformen der Erfindung, wie oben beschrieben, können einzeln oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen Erscheinungsformen bereitgestellt werden. Falls gewünscht, können ferner die verschiedenen Erscheinungsformen der Erfindung in Kombination mit einem oder mehreren optionalen oder bevorzugten Merkmalen von anderen Erscheinungsformen der Erfindung bereitgestellt werden.
Diese und andere Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun durch Beispiele unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 illustriert einen Rohrschuh gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 illustriert einen Rohrschuh gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 und 4 sind Seiten- bzw. Endansichten der Schuhnase von 2;
5 illustriert einen Rohrschuh gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Explosionsdarstellung des Schuhs von 5; und
7 ist eine Endansicht eines Sicherungsrings des Schuhs von 5.
Zuerst wird auf 1 der Zeichnungen verwiesen, die einen Rohrschuh für einen Liner gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Der Schuh 10 hat einen hohlen zylindrischen Körper 12, der zur Befestigung auf dem unteren Ende einer Länge des Bohrlochliners (nicht gezeigt) ausgelegt ist. Eine solche Befestigung wird normalerweise durch eine herkömmliche Schraubverbindung erreicht.
Der Körper trägt vier Nachbohrungselemente, die sich schraubenförmig um den Körper 12 zum führenden Ende des Körpers hin in entgegengesetzter Richtung zur vorgesehenen Rotationsrichtung des Liners erstrecken: In der Figur illustriert Pfeil A die Richtung der Nachbohrungselemente 14, während Pfeil B die Drehrichtung des Schuhs 10 beim Gebrauch zeigt.
Das führende Ende jedes Nachbohrungselementes 14 weist ein Pilot-Nachbohrungselement 16 und einen nachfolgenden Nachbohrungsabschnitt 18 von größerem Durchmesser auf. Hinter den Nachbohrungsabschnitten 16, 18 definiert jedes Nachbohrungselement 14 einen Stabilisierungsabschnitt 20. Ferner definiert die hintere Kante jedes Nachbohrungselementes 14 einen hinteren Nachbohrungsabschnitt 22. Die Nachbohrungsabschnitte 16, 18, 22 sind mit einer aggressiven Oberflächenstruktur versehen, die aus Blöcken aus Wolframkarbid gebildet wird, welche an den Körper 12 angeschweißt sind. Jeder Stabilisierungsabschnitt 20 hat jedoch eine relativ glatte Außenfläche, die von maschinell bearbeitetem Wolframkarbid gebildet wird.
Wie oben angegeben, ist der Körper 12 hohl und kann daher eine Bohrflüssigkeit übertragen, die von der Erdoberfläche durch den Liner gepumpt wird. Nach hinten gerichtete Ausspritzöffnungen 24 stehen mit der Körperbohrung derart in Verbindung, dass beim Einsatz die Bohrflüssigkeit nach hinten, in Richtung von Pfeil C, gelenkt wird, so dass Bohrreste aus dem Raum zwischen den Nachbohrungselementen 14 entfernt werden.
Eine Ausspritzöffnung 26 wird auch in einem exzentrischen Nasenabschnitt 28 vorgesehen, der auf das Ende des Körpers 12 aufgeschraubt ist. Der Nasenabschnitt 28 wird aus relativ weicher Aluminiumlegierung derart gebildet, dass er aus dem Körper 12 ausgebohrt werden kann, sobald ein Liner seine Position erreicht hat, um für eine saubere Bohrung durch den Liner und den Schuh 10 zu sorgen.
Beim Einsatz wird der Schuh 10 auf dem unteren Ende einer Länge des Liners befestigt, der dann in ein Bohrloch eingebracht wird. Der obere Abschnitt des Bohrlochs ist vorher mit Futterrohr aus Stahl derart ausgekleidet worden, dass der anfängliche Durchgang von Schuh und Liner durch das Bohrloch relativ einfach ablaufen müsste. Wenn jedoch der Schuh 10 und das führende Ende des Liners in den unteren, nicht ausgekleideten Teil des Bohrlochs kommen, trifft der Schuh 10 wahrscheinlich auf Absätze, Ablagerungen von Bohrresten und andere Hindernisse. Diese können vom Schuh 10 oder der Flüssigkeit, die durch den Schuh 10 läuft, abgelöst oder beiseite geschoben werden. Gelegentlich kann es jedoch notwendig sein, mittels der Nachbohrungselemente 14 durch Raspeln oder Nachbohren an einem Hindernis vorbeizukommen. Dies kann durch Drehen des Liners und von Schuh 10 in Richtung B derart erreicht werden, dass die Pilot-Nachbohrungsabschnitte 16 und die Nachbohrungsabschnitte 18 das Hindernis durch Raspeln oder Nachbohren derart bearbeiten, dass der Schuh 10 und der Liner daran vorbeikommen. Auf Grund der Masse und der Abmessungen eines typischen Linerabschnitts und der Tatsache, dass der Liner an relativ flexiblem Gestängerohr hängt, ist es oft nicht möglich, ein großes Drehmoment auf den Schuh 10 auszuüben. Die Wirkung der Nachbohrungsabschnitte 16, 18 ist jedoch normalerweise ausreichend, um alle Hindernisse zu überwinden. Ferner stellt die Ausrichtung der Nachbohrungsabschnitte 16, 18 sicher, dass die Nachbohrungselemente 14 über alle Hindernisse hinweg gleiten und sich nicht an den Hindernissen festbeißen, was passieren könnte, wenn die Elemente 14 sich in die entgegengesetzte Richtung erstrecken würden. An diesem Beispiel kann beobachtet werden, dass die Nachbohrungselemente 14 „linksgängig" sind, d.h. die Elemente 14 erstrecken sich gegen den Uhrzeigersinn um den Körper 12, wenn der Schuh 10 im Uhrzeigersinn gedreht werden soll. In einigen Situationen kann es ausreichend sein, den Liner und Schuh 10 axial hin- und herzubewegen, um durch Raspeln oder Nachbohren an einem Hindernis vorbeizukommen.
Die Bereitstellung eines Pilot-Nachbohrungsabschnitts 16 und auch die Bereitstellung einer Schneide- oder Raspeloberflächenstruktur auf der Fläche der Nachbohrungsabschnitte 16, 18 minimiert ferner die Möglichkeit, dass die Nachbohrungselemente 14 sich festmachen oder durch ein Hindernis blockiert werden.
Während die Konfiguration der Nachbohrungselemente 14 derart ist, dass die Rotation des Schuhs 10 normalerweise keine Bohrreste oder anderes Trümmermaterial aus dem Raum zwischen den Elementen 14 entfernt, stellen die Ausspritzöffnungen 24 sicher, dass die Kanäle zwischen den Elementen 14 frei bleiben.
Es wird nun auf die 2, 3 und 4 der Zeichnungen verwiesen, die einen Rohrschuh 30 für Futterrohr gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren. Der Schuh 30 hat einen im Allgemeinen zylindrischen rohrförmigen Körper 32, der für die Befestigung am unteren Ende eines Gestänges von Futterrohr oder Liner (nicht gezeigt) ausgelegt ist. Ein Nasenkegel 34 wird auf dem führenden Ende des Körpers 32 befestigt, und direkt hinter der Nase gibt es auf dem Körper eine Reihe von sechs Nachbohrungselementen 36 (die Zahl der Nachbohrungselemente wird normalerweise durch den Schuhdurchmesser bestimmt, d.h. je größer der Durchmesser, desto größer die Zahl der Elemente). Ein Zentrierkorb 38 ist am Körper 32 hinter den Nachbohrungselementen 36 und mit Abstand in Längsrichtung von denselben befestigt.
Der Nasenkegel 34 besitzt im Allgemeinen Kegelstumpfform, wobei das führende Ende 40 der Nase gegenüber der Längsachse des Schuhs 42 versetzt ist. Eine zentrale Flüssigkeitsleitung 44 in der Nase steht mit dem Inneren des Körpers in Verbindung und lenkt beim Einsatz Flüssigkeit in zwei Leitungen 46, 48 von kleinerem Durchmesser, die an den in Längsrichtung und Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten Auslassöffnungen 50, 52 enden. Der Nasenkegel 34 ist axial fixiert, kann aber relativ zum Körper 32 um 146° um die Achse 42 gedreht werden. Nasenkegel 34 ist relativ zum Körper 32 durch Stifte 54 festgelegt, wobei jeder Stift 54 einen mit Gewinde versehenen äußeren Abschnitt 56 zum Eingriff einer entsprechenden Gewindebohrung 56 in den Körper 32 und einen inneren Abschnitt 58 zur Positionierung in einer ringförmigen Nut 61 hat, die durch einen hinteren Abschnitt des Nasenkegels 60 mit verringertem Durchmesser definiert wird. Die Nut 61 nimmt auch Federn (nicht gezeigt) auf, die den Kegel normalerweise in einer vorgegebenen Position relativ zum Körper 32 zentrieren.
Bei Betrachtung besonders von 4 stellt man fest, dass das Innere des hinteren Abschnitts des Nasenkegels 34 eine Reihe von radialen Schlitzen 59 definiert, wobei diese Schlitze beim Ausfräsen des Nasenkegels 34 helfen, sobald der Liner in seiner Position ist; die relativ weiche Aluminiumlegierung, aus der der Nasenkegel maschinell hergestellt wurde, weist die Tendenz auf, über ein Fräswerkzeug zu „gleiten", und die Schlitze erleichtern das Aufbrechen des Kegels und verringern die Wahrscheinlichkeit eines solchen Gleitens.
Die Nachbohrungselemente 36 werden aus einem aggressiven Schneidmaterial, wie zum Beispiel Wolframkarbidblöcken, die an das führende Ende des Körpers angeschweißt sind, um so Nachbohrschneiden zu bilden, gebildet. Jede Schneide 36 umfasst einen führenden Pilotabschnitt 63, der einen Kegel, welcher sich nach hinten und schraubenförmig vom Nasenkegel 34 aus erstreckt, definiert. Hinter jedem Pilotabschnitt 63 befindet sich ein Nachbohrungsabschnitt 62 mit größerem Durchmesser und mit sich verjüngenden führenden und hinteren Enden 64, 66, wobei jeder Nachbohrungsabschnitt mit Abstand zum jeweiligen Pilotabschnitt 63 angeordnet, aber schraubenförmig zu demselben ausgerichtet ist. Es sollte beachtet werden, dass die Schneiden 36 zusammen für eine 360°-Abdeckung des Körpers sorgen, da das führende Ende jeder Schneide 36 das hintere Ende einer benachbarten Schneide 36 in Längsrichtung überlappt.
Wie bei der ersten beschriebenen Ausführungsform sind Flüssigkeitsausspritzöffnungen 68, die mit dem Innenraum des Körpers in Verbindung stehen, zwischen den Schneiden 36 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist festzustellen, dass benachbarte Öffnungen 68 in Längsrichtung versetzt sind, um die Schwächung von Körper 32 möglichst klein zu machen.
Der Zentrierkorb 38 befindet sich in Längsrichtung in der Mitte des Schuhs 30 und umfasst eine Buchse 70, die fünf Schneiden 72 definiert, obwohl die Zahl der Schneiden nach Bedarf abgeändert werden kann. Die Buchse 70 ist auf dem Körper drehbar und befindet sich zwischen einer Körperschulter 74 und dem Sicherungsring 76. Beim Einsatz führen zwei Flüssigkeitsleitungen (nicht gezeigt) Flüssigkeit vom Körperinneren zur Schmierung der Lagerflächen zwischen der Buchse 70 und dem Körper 32 zu. Die Schneiden 72 weisen jeweils einen schraubenförmigen Hauptabschnitt 78 und axiale führende und hintere Abschnitte 80, 82 auf.
Beim Einsatz wird der Schuh 30 auf dem unteren Ende eines Futterrohrgestänges befestigt und in ein Bohrloch eingebracht. Wenn der Schuh 30 durch das Bohrloch läuft, schiebt die Nase 34 normalerweise Sand, Bohrreste und dergleichen, die sich im Bohrloch angesammelt haben, beiseite, damit der Liner durchgeschoben werden kann. Alle Unregelmäßigkeiten und Intrusionen in der Bohrlochwand werden bis zum geforderten Durchmesser durch die Schneiden 36 abgeraspelt oder nachgebohrt. Auf Grund der Schneidenkonstruktionsüberlappung kann eine solche Raspelungs- und Nachbohrwirkung allein durch die axiale Bewegung des Schuhs 30 durch das Bohrloch erreicht werden und kann durch Drehen des Schuhs noch verstärkt werden. Wie oben mit Verweis auf die erste beschriebene Ausführungsform beschrieben, führt die Schneidenanordnung und -ausrichtung dazu, dass bei Drehung des Schuhs die Schneiden 36 normalerweise über alle Hindernisse hinweggehen und diese abraspeln oder durch Nachbohren entfernen, statt in das Hindernis einzudringen.
Die Drehung des Schuhs und des nachfolgenden Liner-Gestänges wird durch die Bereitstellung des Zentrierkorbes 38 erleichtert, der als Drehlager zwischen dem Schuh 30 und der Bohrlochwand fungiert. Die Anordnung der Zentrierkorbschneiden 72 erleichtert ebenfalls das Strömen der Flüssigkeit über den Schuh hinaus.
Falls der Schuh auf einen Vorsprung oder dergleichen trifft, erleichtert die Fähigkeit des exzentrischen Nasenkegels 34, sich relativ zum Körper 32 zu drehen, die Überwindung des Vorsprungs, da die Nase 34 vom Vorsprung „abrollen" kann, besonders, wenn der Schuh gerade selbst nicht rotiert.
Wenn es aus irgendeinem Grund als notwendig angesehen wird, den Schuh 30 zurückzuziehen, erleichtern die Verjüngung des Schuhs in Richtung auf sein führendes Ende und das Fehlen von Abschnitten mit verringertem Durchmesser hinter der Nase, wie sie zum Beispiel hinter den Stabilisatorabschnitten 20 in der ersten beschriebenen Ausführungsform vorkommen, eine solche Zurückziehung. Das Zurückziehen des Schuhs sollte ohne Nachbohrung in rückwärtiger Richtung möglich sein, was natürlich nicht bei Anwendungen möglich ist, bei denen es keine Einrichtung zum Drehen des Liner-Gestänges gibt.
Es wird nun auf die 5, 6 und 7 der Zeichnungen verwiesen, die einen Rohrschuh 100 für Futterrohr gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren. Der Schuh 100 hat einen im Allgemeinen zylindrischen rohrförmigen Körper 102, der einen führenden Endabschnitt 104 mit verringertem Durchmesser hat, welcher einen Zentrierkorb 106, eine Nachbohrungshülse 108 und eine Nase 110 trägt, wie beschrieben wird.
Der Zentrierkorb 106 ist im Wesentlichen dem Zentrierkorb 38, der oben beschrieben wird, ähnlich und wird deshalb hier nicht detailliert beschrieben.
Die Nachbohrungshülse 108 umfasst fünf schraubenförmige Nachbohrungsschneiden oder -elemente 112 von im Wesentlichen konstanter radialer Ausdehnung. Jedes Element 112 definiert eine Reihe von Blindbohrungen 114, die jeweils einen Wolframkarbideinsatz 116 halten, wobei in dem illustrierten Beispiel jedes Element 112 acht Einsätze 116 hat. Die Bohrungen 114 sind derart bemessen, dass die Einsätze 116 eingepresst werden können, ohne Schweißarbeiten zu erfordern, und dadurch die entsprechenden Spannungen und Materialveränderungen, die das Schweißen induziert, zu vermeiden.
Ein Gewindestift 118 wird zum Festsetzen der Hülse 108 am Körper 102 verwendet, wobei der innere Endabschnitt des Stiftes dazu dient, die Nase 110 auf dem Ende von Körper 102 zu befestigen.
Die Nase 110, wie der Nasenkegel 34, der oben beschrieben wird, ist bis zu einem begrenzten Maß relativ zum Körper drehbar und hat einen Versatz des führenden Endes gegenüber der Schuhachse 119. Die Anordnung der Flüssigkeitsauslassöffnungen 120, 122 dieser Ausführungsform ist jedoch unterschiedlich, wobei es dort eine einzelne Auslassöffnung 120 gibt, die nach der Achse 119 für die Leitung der Flüssigkeit nach vorn ausgerichtet ist, und eine Reihe von mit Abstand am Umfang angeordneten Öffnungen 122 um die Basis der Nase 110 herum, wobei sich die Öffnungen 122 in eine Umfangsnut 124 öffnen. Beim Einsatz leiten die Öffnungen 122 Flüssigkeit nach hinten über die Nachbohrungselemente 112, um so bei der Freihaltung der Elemente 112 von Resten unterstützend zu wirken.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Anordnung des Körpers 102, der Hülsen 106, 108 und der Nase 110 die Herstellung und Montage des Schuhs 100 erleichtert und für Flexibilität bei der Herstellung insofern sorgt, als eine einzige Form von Körper 102 Zentrierkörbe und Nachbohrungshülse, die zum Beispiel Schneiden von unterschiedlicher Anordnung nach Bedarf haben kann, aufnehmen kann.
Für den Fachmann ist erkennbar, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele für die vorliegende Erfindung sind und dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen daran vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Ein Rohrschuh eines Steigrohrs, der Folgendes beinhaltet: einen Körper (12, 102) zum Montieren am Ende eines Steigrohrstrangs; und steife Nachbohrungselemente (14, 112), die sich in Längsrichtung und schraubenförmig um den Körper erstrecken, wobei die Nachbohrungselemente eine oder mehrere Schneide- oder Raspelstrukturen auf ihren Außenflächen aufweisen, wobei sich die Schneide- oder Raspelstrukturen vereinigen, um eine im Wesentlichen vollständige umlaufende Abdeckung des Körpers bereitzustellen, wodurch, in Gebrauch, die Schneide- oder Raspelstrukturen Nachbohrung um den Umfang des Rohrschuhs bereitstellen, wenn der Rohrschuh eines Steigrohrs axial in eine Bohrung vorgerückt wird.
Rohrschuh gemäß Anspruch 1, der ferner eine das Drehmoment reduzierende Hülse oder einen Zentrierkorb (38, 106) auf dem Körper beinhaltet.
Rohrschuh gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Zentrierkorb auf dem Körper drehbar montiert ist.
Rohrschuh gemäß Anspruch 3, wobei der Körper eine Flüssigkeitsleitung definiert und sich ein zwischen dem Zentrierkorb und dem Körper liegender Lagerbereich mit der Leitung in Flüssigkeitskommunikation befindet, um dem Lagerbereich Schmierflüssigkeit zuzuführen.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Zentrierkorb äußere Schneiden oder Nuten (72) definiert.
Rohrschuh gemäß Anspruch 5, wobei sich die Schneiden schraubenförmig erstrecken.
Rohrschuh gemäß Anspruch 6, wobei die Schneiden mindestens einen von im Wesentlichen axialen Einleit- und Herausleitabschnitten umfassen.
Rohrschuh gemäß Anspruch 6 oder 7, und wobei der Rohrschuh schraubenförmige Nachbohrungselemente umfasst, wobei sich die Zentrierkorbschneiden in die gleiche Richtung wie die Nachbohrungselemente erstrecken.
Rohrschuh gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei sich die Zentrierkorbschneiden in der den Nachbohrungselementen entgegengesetzten Richtung erstrecken.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei weitere das Drehmoment reduzierende Hülsen oder Zentrierkörbe hinter dem Rohrschuh bereitgestellt sind.
Rohrschuh gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schneide- oder Raspelstrukturen Einsatzteile, die aus relativ hartem Material sind und an dem Körper oder den Nachbohrungselementen befestigt sind, beinhalten.
Rohrschuh eines Steigrohrs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Montieren am unteren Ende eines drehbaren Steigrohrs, wobei die steifen Nachbohrungselemente auf einem Nachbohrungsabschnitt angeordnet sind und sich um den Körper in Richtung dessen führenden Endes in einer der beabsichtigten Drehrichtung des Steigrohrs entgegengesetzten Richtung schraubenförmig erstrecken.
Rohrschuh gemäß Anspruch 12, wobei der Körper und der Nachbohrungsabschnitt im Wesentlichen zylinderförmig sind.
Rohrschuh gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das führende Ende jedes Nachbohrungselements einen Pilot-Nachbohrungsabschnitt definiert, der einen Durchmesser definiert, der kleiner als der eines nachfolgenden Nachbohrungsabschnitts ist.
Rohrschuh gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hinterkanten jedes Nachbohrungselements einen hinteren Nachbohrungsabschnitt definieren.
Rohrschuh gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Rohrschuh in Richtung dessen führenden Endes verjüngt.
Rohrschuh gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper eine Flüssigkeitsübertragungsleitung definiert, die mit Flüssigkeitsauslässen (24) in Verbindung steht.
Rohrschuh gemäß Anspruch 17, wobei sich die Flüssigkeitsauslässe (24) zwischen den Nachbohrungselementen befinden.
Rohrschuh gemäß Anspruch 17, wobei die Flüssigkeitsauslässe auf einem Nasenabschnitt auf dem Körper bereitgestellt sind, wobei die Auslässe angeordnet sind, um Flüssigkeit nach hinten in Richtung der Nachbohrungselemente oder zwischen diese zu leiten.
Rohrschuh gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper einen Nasenabschnitt (28, 34, 110) umfasst.
Rohrschuh gemäß Anspruch 20, wobei das führende Ende des Nasenabschnitts von der Rohrschuhachse versetzt ist.
Rohrschuh gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei der Nasenabschnitt aus einem relativ weichen Material ist.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 20, 21 oder 22, wobei der Nasenabschnitt eine oder mehrere Ausspritzöffnungen (26, 52, 122) definiert.
Rohrschuh gemäß Anspruch 23, wobei eine oder mehrere Ausspritzöffnungen in Richtung eines führenden Endes des Nasenabschnitts bereitgestellt sind.
Rohrschuh gemäß Anspruch 24, wobei eine Ausspritzöffnung bereitgestellt ist, die nach der Rohrschuhachse ausgerichtet ist.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei eine oder mehrere Ausspritzöffnungen (122) zu einem hinteren Ende des Nasenabschnitts hin bereitgestellt sind, um Flüssigkeit nach hinten in Richtung der Nachbohrungselemente zu leiten.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei die eine oder mehreren auf dem Nasenabschnitt bereitgestellten Öffnungen sich in jeweilige Aussparungen (124) in der Fläche des Nasenabschnitts öffnen.
Rohrschuh gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, wobei der Nasenabschnitt relativ zum Körper drehbar ist.
Rohrschuh gemäß Anspruch 28, wobei die Nase nur in einem begrenzten Ausmaß drehbar ist, um das Bohren oder Ausfräsen der Nase zu ermöglichen.
Ein Verfahren zum Leeren einer Bohrung, um das Steigrohr aufzunehmen, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Montieren eines Rohrschuh eines Steigrohrs am Ende eines Steigrohrstrangs, wobei der Rohrschuh steife Nachbohrungselemente (14, 112) aufweist, die sich in Längsrichtung und schraubenförmig um einen Körper erstrecken, wobei die Nachbohrungselemente eine oder mehrere Schneide- oder Raspelstruktur(en) auf ihren Außenflächen aufweisen, wobei sich die Schneide- oder Raspelstrukturen vereinigen, um eine im Wesentlichen vollständige umlaufende Abdeckung des Körpers bereitzustellen; und axiales Vorrücken des Rohrschuhs eines Steigrohrs in die Bohrung, wobei die Schneide- oder Raspelstrukturen Nachbohren um den Umfang des Rohrschuhs bereitstellen.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei sich die Nachbohrungselemente schraubenförmig um den Körper in Richtung dessen führenden Endes in einer Richtung erstrecken; und wobei das Steigrohr in eine Bohrung eingelassen wird, während das Steigrohr in der der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung gedreht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei der Rohrschuh eines Steigrohrs in der Bohrung axial hin- und herbewegt wird, ohne gedreht zu werden.