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Schrapper zum Reinigen von Bohrlöchern Die Erfindung betrifft Schrappvorrichtungen
zum Reinigen von Bohrlöchern und insbesondere solche Schrappvorrichtungen, die zum
Entfernen von an der Bohrlochwandung zurückgebliebenem Bohrschlamm an der Außenwand
von in Erdölbohrungen eingeführten Futterrohren angebracht werden. Schrappvorrichtungen
werden gewöhnlich verwendet, um Bohrlöcher für das Zementieren vorzubereiten oder
um den größtmöglichen Ausfluß aus der fündigen Zone der Bohrung zu gewährleisten.
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Gegenstand der Erfindung sind Schrappvorrichtu-ngen, die eine Vielzahl
von kratzenden oder schabenden Teilen, wie z. B. Drähten, besitzen, die aus dem
Rumpf bzw. der Hülse des Schrappers herausragen und die sich einer Hinundherbewegung
des Futterrohrs im Bohrloch anpassen können. Die Schrapper dienen zur Entfernung
von Ansammlungen von zurückgebliebenem Bohrschlamm von der Wandung des Bohrlochs.
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Ein weiterer Gegenstand de'r Erfindung ist es, ein einfaches, leicht
zusammenbaubares Gerät zu konstruieren, an dessen Umfang die schrappenden Teile
sicher und flexibel gehaltert sind und sich unter Eigenspannung stehend durch Schwenkung
der Hinundherbewegung des Futterrohrs anpassen können.
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Weiterhin ist es Gegenstand der Erfindung, am Rumpf des Schrappers
Halterungen für die an den, Schrappdrähten angebrachten Federwicklungen vorzusehen,
die sich neben den Befestigungsstellen dieser Drähte am Schrapperrumpf befinden
und die zur Vermeidung einer Verzerrung und Verbiegung der Federn bei der Aufundabbewegung
im Bohrloch dienen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es,
den Rumpf des Schrappers als Hülse oder zylinderförmige Muffe auszubilden, an der
die Schrappdrähte verankert sind. Diese Hülsen sind an verschiedenen Stellen des
Futterrohrs mit Abstand voneinander so angebracht, daß sie sich auf dem Rohr drehen
können. Die Schrappdrähte sind elastisch an der Hülse verankert, und ihre freien
Enden erstrekken sich nach außen in einer Richtung, die im wesentlichen der Flugbahn
gleicht, die Gegenstände einnehmen, die vom Umfang der Hülse bei einer schnellen
Drehbewegung derselben abgeschleudert werden.
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Weitere Zwecke der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
der Erfindung.
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Die Zeichnungen, die einen Teil der Erfindung@-unterlagen bilden,
sollten in Verbindung mit diesen Unterlagen gelesen werden. In den verschiedenen
Ansichten sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
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Abb. i zeigt einen Schrapper der erfindungsgemäßen Bauart im Aufriß.
Der Schrapper ist an einem Rohrzug angebracht. Ein Teil des Schrappers ist herausgebrochen
gezeichnet, um die Art und Weise der Befestigung der borstenförmigen Schrappdränte
zu veranschaulichen. Die Lage, die diese Drähte einnehmen, wenn sie ins Bohrloch
eingeführt sind, ist gestrichelt gezeichnet.
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Abb. 2 ist ein in Pfeilrichtung gesehener 0uerschnitt des in Abb.
i (Schnittlinie 2-2) gezeigten Schrappers. .
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Abb.3 ist ein Aufriß eines Schrappers, dessen Bauart dem in Abb. i
gezeigten Schrapper ähnelt. Die Schrappdrähte sind hier auf eine andere als der
in Abl>. i gezeigten Art an der Hülse befestigt.
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Abb. 4 ähnelt der Abb. i und zeigt einen Schrapper, der bei geringem
axialen Spiel zwischen Schrapper und Bohrung Verwendung findet.
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Abb. 5 ist ein Grundriß der einen Hälfte des in Abb. 4 gezeigten Schrappers.
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Abb. 6 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch eine Federwicklung der
in den Abb.4 und 5 gezeigten Bauart für geringes axiales Spiel.
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Schrapper zum Reinigen von Bohrlöchern mit in der Hülse bzw. im Rumpf
des Schrappers starr befestigten oder verankerten Borsten oder Schrappdrähten sind
bereits bekannt. Ebenfalls sind bereits Federwicklungen zur Halterung von Schrappdrähten
bekannt, deren freie Enden parallel zu den Achsen ihrer Wicklungen verlaufen. Eine
starre l3efestigüng der Drähte an der Schrapperhülse ist jedoch nicht zufriedenstellend,
da bei der Hinundlierbewegung des Rohrs, an dem die Schrapper während der Reinigung
angebracht sind, die Drähte verbogen und deformiert und dadurch für ihre Aufgabe
unbrauchbar werden. Ein anderer Einwand gegen eine starre Verankerung der Drähte
ist die Schwierigkeit, die bei der Aufundabbewegung des Futterrohrs dadurch entsteht,
daß die Drähte ihre Richtung bei der Umkehr der Bewegung nicht schnell genug ändern
können, so daß zur Aufwärtsbewegung des Rohrs eine ungeheure Zugkraft von der Maschinenanlage
aufgebracht werden muß 'und in tiefen Bohrungen der Reibungswiderstand zusammen
mit dem Eigengewicht des Rohrs ein Hinaufziehen desselben überhaupt verhindern kann.
Schrappdrähte,. die parallel zu den Achsen ihrer Wicklungen verlaufen, können nur
zum Reinigen von Perforationen benutzt werden und besitzen nicht die Biegsamkeit
und den Wirkungsgrad von barthaarähnlichen Schrappdrähten, deren freie Enden unter
einem Winkel aus der Federwicklung heraustreten.
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Haben jedoch die Drähte in der erfindungsgemäßen Weise mit dem Bohrloch
Berührung, dann wird eine Hinu-ndherbewegung des Rohrs eine Hebelbewegung der Drähte,
deren Drehpunkt die Wicklung ist, hervorrufen. Mit der Wicklung als Drehpunkt einer
Hebelbewegung und mit den freien Enden der Drähte durch Reibung an der Bohrlochwandung
schwenkbar abgestützt, wird eine Hinundlierbewegung des Rohrzugs die Drähte veranlassen,
tim die Bohrlochwandung herumzuwandern, wodurch eine Drehtnig der Schrapperhülse
auf dem Rohr hervorgerufen wird. Jedes Drahtende wird also bei einer Umkehr der
Bewegungsrichtung des Rohrs seine schrappende Tätigkeit innerhalb des Bohrlochs
an einer anderen Stelle wiederaufnehmen. In anderen Worten, die elastische Halterung
der Federn und die Tatsache, daß die Drähte im wesentlichen tangential von der Schrapperhülse
abstehen, bewirkt, daß die Drähte ihre Lage bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung
des Rohrzugs ändern, wodurch eine Kanalbildung in der Bohrlochwandung vermieden
wird.
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Im folgenden ist auf die Abbildungen, insbesondere die ersten drei
Abbildungen, Bezug genommen. An verschiedenen Stellen des Rohrs io sind die zylindrischen
Hülsen i i der Schrapper angebracht. Ober- und unterhalb der Hülsen i i sind Ansätze
12 an das Rohr geschweißt. Die Hülsen sind mit Spiel am Rohr montiert und können
sich zwischen den Ansätzen axial bewegen. Die Hülsen sind vorzugsweise an ihren
oberen und unteren Rändern zur Verstärkung flanschförmig ausgeführt. Auf dem Umfang
der Hülse befindet sich in der Mitte eine Vielzahl von Nieten 13. Ober- und unterhalb
dieser Nietreihe befindet sich je eine Reihe von Löchern, wobei die Mittelpunkte
der Löcher der einen Reihe vorzugsweise gegenüber den Mittelpunkten der anderen
Reihe versetzt sind, so daß die Löcher axial nicht fluchten. Sowohl die untere als
auch die obere Reihe dieser Löcher ist mit i i° bezeichnet.
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Die inneren Enden der elastischen Drähte 14 sind innerhalb der Hülse
mittels der Niete 13 befestigt, wobei zur starren Befestigung der Drahtenden an
der Hülse die Drähte um die Niete herum geschlungen sind, wie aus den Abb. i und
2 hervorgeht. Vorzugsweise sind je zwei Drähte durch einen Niet befestigt, von denen
der eine durch ein Loch der oberen Reihe und der andere durch ein benachbartes Loch
der unteren Reihe hindurchgeht. Die herausragenden freien Enden der Schrappdrähte
erstrecken sich im wesentlichen tangential von der Hülsenoberfläche. Die Art und
Weise, wie diese Drähte aus der Hülse heraustreten, ist vielleicht am besten in
den
Abb. 2 und :4 gezeigt. Man kann sagen, daß die freien Enden
der einzelnen Drähte von der Hülse in einer Richtung ausgehen, die im wesentlichen
gleich der Flugbahn von Gegenständen ist, die von der Ilülsenoberfläche bei einer
schnellen Drehbewegung der Hülse um ihre Achse abgeschleudert werden. Durch diese
neuartige Anordnung der 1>r:ilite wird eine Drehbewegung der Hülse und ein \\"andern
der Drahtenden auf der Bohrlochwandung bei l'mkehr der hin und her gehenden Bewegung
des 1Zohrs hervorgerufen. Hierdurch wird eine weit bessere Reinigung des Bohrlochs
erreicht.
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Zwischen den befestigten und freien Enden der Schrappdrähte und innerhalb
der Löcher i ia der Hülse i i befinden sich die Wicklungen 14 a, die der 1 lalterung
der Drähte in der Hülse Biegsamkeit und Elastizität verleihen. Abgesehen davon,
daß sie eine elastische Halterung der Drähte ermöglichen, erlaulren die Schraubenfedern
auch den Drähteh, bei einer I-1 inundherbewegung des Rohrs verhältnismäßig ungehindert
und in allen Lagen unter Spannung zu stehen und sich zu drehen.
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Die äußeren Enden der sich nach außen erstrekkenden Drähte liegen
normalerweise auf einem Kreis mit größerem Durchmesser als dem Durchmesser des Bohrlochs
15, so daß beim Hineinsenken des mit Schrappern versehenen Rohrs in das Bohrloch
die Drähte nach oben ausgeschwenkt werden und, unter Spannung stehend, mit ihren
äußeren Enden gegen die l;ohrlochwandung drücken, wie dies in den Abb. i und .1
durch die gestrichelt gezeichneten Linien gezeigt ist. Wenn der Rohrzug axial verschoben
oder hin und her bewegt wird, sind die äußeren Enden der Schrappdrähte in schabender
Berührung mit der Bohrlochwandung und entfernen den an dieser haftenden Bohrschlamm.
Die nach außen gerichteten Drähte sind auf ihrer ganzen Länge im wesentlichen steif,
so daß eine Bewegungsumkehr keine erhebliche Verbiegung, sondern eine drehende Bewegung
verursacht, die die Federwicklung zum Drehpunkt hat. Die Schraubenfedern erlauben
zusätzlich eine Schwenkung der Drähte, so daß sich diese nach jeder Richtung drehen
können, während die Schraubenfedern sie mit einer Spannung gegen die Bohrlochwandung
drücken, die die zur Abschabung des Schlammes nötige Reibungskraft nicht übersteigt.
Es ist ersichtlich, daß sowohl bei hin und her gehender als auch rotierender Bewegung
des Rohrzugs eine Halterung durch Schraubenfedern es den Drähten erlaubt, ihre Bewegung
sofort zu ändern und der Bewegung des Rohrzugs anzupassen. Unabhängig von der Bewegungsart
wirkt die Federspannung immer darauf hin, die Schrappdrähte in ihre normale, nach
außen gerichtete Lage zurückzuführen, ganz gleich, in welcher Richtung sie ausgeschwenkt
gewesen waren.
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Wie vorgeschlagen, besteht jedes schrappende Element aus einem Draht,
der an einer Stelle zwischen seinen Enden schraubenfederförmig gewickelt ist, wobei
die Wicklung in einem Loch der Schrappethülse gelagert ist. Das freie Ende der Drähte
bildet mit der Achse der Wicklung einen Winkel von ungefähr go°. Die Schrappdrähte
sind vorzugsweise in zwei Reihen auf der Schrapperhülse angeordnet, wobei die eine
Reihe oberhalb und die andere unterhalb einer zwischen ihnen liegenden Reihe von
Nieten 13 liegt. Die Löcher der Schrapperhülse und die Schrappdrähte, die durch
diese Löcher hindurchtreten, sind vorzugsweise gegeneinander versetzt angeordnet,
wobei, bezogen auf die durch den Pfeil A angedeutete Rotationsrichtung, die Schrappdrähte
vorzugsweise nach rückwärts geneigt sind. Die Schrappdrähte erstrecken sich, wie
ersichtlich, im wesentlichen tangential von der Hülse nach außen.
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In der in Abb. 3 gezeigten Bauart sind die Enden der an der Hülse
i i befestigten Schrappdrähte i4 um eiserne Bolzen oder Stifte herumgebogen, die
hier an Stelle der in Abb. i gezeigten Nietbefestigung 13 treten. In dieser
Bauart sind, wie in der Bauart nach den Abb. i und 2, Wicklungen i4° der Drähte
vorgesehen, die es ermöglichen, die Schrapp drähte axial und radial unter Spannung
zu halten und eine fast universelle Bewegungsfreiheit der freien Enden der Dräute
zulassen, wobei die Wicklungen Drehpunkte der Bewegung sind. In beiden Bauarten
haben die Wicklungen, die zur Erreichung der erwünschten Elastizität erforderliche
Anzahl von Windungen. Die freien Enden der Drähte sind über verhältnismäßig große
Winkel schwenkbar, deren Scheitelpunkte die Wicklungen sind.
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In der in den Abb. 4, 5 und 6 gezeigten Konstruktion haben die Windungen
der Federwicklungen, die in den Abb. i, 2 und 3 konstanten Durchmesser hatten, einen
nach außen sich verringernden Durchmesser, wie dies am besten in der Abb. 6 veranschaulicht
ist. Es ist zu beachten, daß die inneren Windungen mit größerem Durchmesser innerhalb
der Hülse liegen, während die kleineren Windungen in den Löchern der Hülse angeordnet
sind. Diese konischen Federn sind mit i46 bezeichnet. Die inneren oder befestigten
Enden der Drähte sind wiederum um die Stiftschrauben oder Niete 13
herumgeschlungen.
Die ausgeweiteten Enden der Niete verhindern ein Abstreifen der Drähte. Die freien
Enden der Schrappdrähte bilden Winkel von ungefähr go° mit den Achsen der Wicklungen
i:+6. Wiederum ähnelt die Richtung der von der Oberfläche der Schrapperhülse ausgehenden
Drähte der Flugbahn von Gegenständen, die bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit der
Hülse von deren Oberfläche abgeschleudert werden. Die Vorteile der konischen Wicklungen
im Vergleich zu den bei der vorher beschriebenen Bauart verwendeten zylindrischen
Wicklungen liegt darin, daß mit ihnen ausgerüstete Schrapper in Bohrlöchern verwendet
werden können; in denen zwischen Bohrlo;h und Rohr nur sehr wenig Spiel vorhanden
ist. Mit anderen Worten, konische Wicklungen, bei denen die größeren inneren Windungen
innerhalb der Hülsen liegen, lassen ein Ausbiegen der Schrappdrähte nach beinahe
allen Richtungen zu, ohne daß ein erheblicher Teil der Wicklung aus der Oberfläche
der Schrapperhülse heraustritt.
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Um die Schrapper leicht auf dem Futterrohr oder Bohrrohr anbringen
zu können, kann die Schrappe;-hülse axial geteilt sein, so daß sie von der Seite
am
Rohr montiert und dann geschweißt werden kann, wodurch die Notwendigkeit
vermieden wird, die Hülse über das Ende eines der Rohrabschnitte in ihre vorgeschriiebeneLage
schieben zu müssen. Axial gespaltene ringförmige Schrapper werden auf dem Rohr zwischen
den Ansätzen 12 montiert. Eine beliebige Anzahl von Schrappern kann in Abständen
auf dem Rohrzug angebracht werden. Besonders vorteilhaft lassen sich Bohrlochschrapper
in Verbindung mit Zentralisatoren bei der Anbringung von unbeschränkt dauerhaften
Zementauskleidungen verwenden. Wichtig ist hierbei die Tatsache, daß Schrapper der
erfindungsgemäßen Bauart in Bohrlöchern auf und ab bewegt werden können, deren Durchmesser
viel kleiner als der Gesamtdurchmesser des Schrappers ist. Hierdurch kann sich der
Schrapper der Wandung des Bohrlochs anpassen und Bohrlöcher von unregelmäßiger Form
auf ihrer ganzen Länge ausputzen. Gallertartiger Schlamm, Verkrustungen und Bohrklein
können so aus den Spalten und Höhlungen des Bohrlochs entfernt werden, so daß der
Zement sich direkt an die Bodenformationen binden kann.
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Abgesehen von der oben beschriebenen beispielsweisen Anwendung von
auf Futterrohren montierten Schrappern, können Schrapper bei allen anderen bei Tiefbohrungen
vorkommenden Arbeiten verwendet werden, bei denen ein Reinigen nötig ist.
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Die Schrapper können hierbei direkt am Arbeitsgestänge montiert werden.
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Wenn das Rohr richtig im Bohrloch zentriert ist, kann ein Schrapper
der erfindungsgemäßen Bauart alle Stellen der Bohrlochwandung erreichen, da während
der Bewegungsumkehr die einzigartige mechanische Wirkungsweise des Schrappers diesen
gewissermaßen um das Bohrloch herumkriechen und herumwandern läßt. Auf Grund ihrer
Halterung durch Federn ändern die Schrappdrähte ihre Lage an der Wandung des Bohrlochs
durch die Drehung der Schrapperhülse bei jeder Hinundherbewegung. Dieses Herumwandern
der Drähte um das Bohrloch und die Drehung der Hülse verhindern es, daß die freien
Enden der Drähte bei ihrer Aufundabbewegung an der Bohrlochwandung in der gleichen
Spur bleiben, und bewirkt, daß alle Teile der Wandung von den Drähten bestrichen
werden. Diese ungewöhnliche mechanische Wirkungsweise der Schrappdrähte ist auch
versuchsmäßig festgestellt worden, indem man einen auf einem Rohr montierten Schrapper
in einem Rohr von größerem Querschnitt auf und ab bewegte.' Beim Gebrauch eines
Schrappers in einem solchen nachgebildeten Bohrloch hat man festgestellt, daß die
Drähte in der beschriebenen Richtung nach aufwärts weisen, wenn der Schrapper in
das Rohr von oben eingeführt wird. Bei Umkehrung der Bewegungsrichtung des Schrappers
behalten die freien Enden der Drähte ihre Stellung an der Wandung des Bohrlochs
bzw. Rohrs zuerst bei, während sie mit der Federwicklung als Drehpunkt eine Drehbewegung
ausführen. Beim Schwenken der Drähte von einer mehr oder weniger senkrechten in
eine waagerechte Lage während der Bewegungsumkehr des Rohrs findet eine Drehung
der Schrapperhülse auf dem Rohr statt, wodurch die Spannung der Drähte etwas gemindert
wird. Hierdurch kommt der direkte Axialdruck entlang den Drähten zum Fortfall, der
bei einer starren Befestigung der Schrapperhülse am Rohr und der Drähte an der Schrapperhülse
vorhanden sein würde. Außerdem läßt der Winkel, den die Drähte mit der Hülse bilden,
ein ungehindertes Drehen der Drähte mit der Federwicklung als Drehpunkt zu und beseitigt
damit unnötigen Reibungswiderstand, Verzerrung und Verbiegung der Drähte innerhalb
des ringförmigen Zwischenraums zwischen Rohr und Bohrloch. Überdies würde das Rohr,
falls die Drähte sich in radialer Richtung erstreckten, für eine Bewegung der Drähte
nach innen eine starre Begrenzung sein, so daß bei einer Bewegungsumkehr des Schrappers
sich die Drähte in irgendeinem Punkt durchbiegen müssen. Wenn die freien Enden der
Drähte in der erfindungsgemäßen Weise angebracht sind, so werden sie bei einer Bewegungsumkehr
des Schrappers in der beschriebenen Weise um das Bohrloch herumkriechen oder -wandern.
Hieraus läßt sich die Wichtigkeit der elastischen Halterung und der Richtung, in
der sich die Drähte von der Hülse nach außen erstrecken, erkennen.
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Es ergibt sich deshalb aus dem oben Gesagten, daß die erfindungsgemäßen
Schrapper für die hier ausgeführten Zwecke gut geeignet sind und auch andere offensichtliche
Vorteile aufweisen, die sich aus ihrer Konstruktion ergeben.
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Es ist dem Erfinder wohl bekannt, daß gewisse Erfindungsmerkmale und
Unterkombinationen nutzbringend ohne Beziehung zu anderen Erfindungsmerkmalen und
Unterkombinationen verwendet werden können. Dies soll jedoch innerhalb des Schätzbereichs
der Erfindung fallen.
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Da viele Ausführungsarten der Erfindung möglich sind, ohne den Erfindungsbereich
.zu verlassen, so versteht es sich, daß alles hierin Beschriebene oder in den Zeichnungen
Gezeigte nur im erläuternden und nicht im beschränkenden Sinn aufzufassen ist.