EP1392953B1 - Leitungshänger, einbauwerkzeug und verfahren - Google Patents

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EP1392953B1
EP1392953B1 EP02736875A EP02736875A EP1392953B1 EP 1392953 B1 EP1392953 B1 EP 1392953B1 EP 02736875 A EP02736875 A EP 02736875A EP 02736875 A EP02736875 A EP 02736875A EP 1392953 B1 EP1392953 B1 EP 1392953B1
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metal rib
rib
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John M. Yokley
Larry E. Reimert
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Claims (31)

  1. Bohrwerkzeug für die Verwendung in einem unterirdischen Bohrloch, das mit einer allgemein zylinderförmigen Innenfläche eines Rohrs oder eines anderen Bohrwerkzeuges abgedichtet werden soll, wobei das Werkzeug einen Keilkranz (D14) mit einer im Wesentlichen konischen Außenfläche umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie einen ringförmigen Dichtungssatz radial aufweitet, wenn dieser in Bezug zu dem Keilkranz (D14) axial so verschoben wird, dass sich der Dichtungssatz von einer Einlaufstellung in eine aufgeweitete Abdichtstellung ausdehnt, wobei der Dichtungssatz dicht an der allgemein zylinderförmigen Innenfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Dichtungssatz eine Einlaufstellung mit reduziertem Durchmesser und eine aufgeweitete Abdichtstellung besitzt, wobei der Dichtungssatz einen Metallrahmen mit einer radial innen liegenden ringförmigen Basis (D18) sowie mehrere Metallrippen (D20) aufweist, die von der Basis (D18) aus jeweils radial nach außen verlaufen, wobei der Metallrahmen eine nach unten abgewinkelte obere Primärabdichtrippe (D32) aus Metall aufweist, die unterhalb des Dichtungssatzes für Druckabdichtung sorgt, eine nach oben abgewinkelte untere Primärabdichtrippe (D34) aus Metall, die oberhalb des Dichtungssatzes für Druckabdichtung sorgt, eine elastische Primärdichtung (D24) in einem von der Basis (D18) aus radial außen und axial zwischen der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall und der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall liegenden Hohlraum, eine nach unten abgewinkelte obere Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall, die sich axial in einem Abstand über der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall befindet, und eine nach oben abgewinkelte untere Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall, die sich axial in einem Abstand unter der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall befindet.
  2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, bei dem sich zwischen der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall und der oberen Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall ein oberes Vorspannelement (D22) befindet, das als Reaktion auf einen hohen Fluiddruck unterhalb des Dichtungssatzes eine nach unten gerichtete Vorspannkraft auf die obere Primärabdichtrippe (D32) aus Metall ausübt, und sich in einem Abstand zwischen der unteren Primärabdichtrippe (D36) aus Metall und der unteren Sekundärabdichtrippe (D34) aus Metall ein unteres Vorspannelement (26) befindet, das als Reaktion auf einen hohen Fluiddruck oberhalb des Dichtungssatzes eine nach oben gerichtete Kraft auf die untere Primärabdichtrippe (D36) aus Metall ausübt.
  3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, bei dem das obere Vorspannelement eine obere elastische Sekundärdichtung (D22) ist, die sich zwischen der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall und der oberen Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall befindet, und das untere Vorspannelement eine untere elastische Sekundärdichtung (D26) ist, die sich in einem Abstand zwischen der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall und der unteren Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall befindet.
  4. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Außenfläche der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall, der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall, der oberen Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall und der unteren Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall jeweils so konfiguriert ist, dass eine ringförmige Metall-Metall-Dichtung mit einer allgemein zylinderförmigen Innenfläche gebildet wird.
  5. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die nach unten abgewinkelte Primärabdichtrippe (D32) aus Metall, die nach oben abgewinkelte Primärabdichtrippe (D34) aus Metall, die nach unten abgewinkelte Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall und die nach oben abgewinkelte Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall in der Einlaufstellung in Bezug zu einer Ebene, die senkrecht zu einer Mittelachse der zylinderförmigen Innenfläche verläuft, jeweils in einem Winkel von mindestens 15° geneigt sind.
  6. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich ein Förderrohr (D16) für das Positionieren des Werkzeugs an einer gewählten Stelle unterhalb der Oberfläche des Bohrlochs befindet und bei dem der Dichtungssatz zwischen dem Rohr und einem Einsatzstück in dem Bohrloch abdichtet.
  7. Bohrwerkzeug nach Anspruch 6, bei dem das Förderrohr (D16) den Keilkranz (D14) trägt, der im Allgemeinen ortsfest ist, während der Dichtungssatz in Bezug zu dem ortsfesten Keilkranz (D14) axial verschoben wird.
  8. Bohrwerkzeug nach Anspruch 6, bei dem das Förderrohr (D16) den Dichtungssatz trägt, der im Allgemeinen ortsfest ist, während der Keilkranz (D14) in Bezug zu dem ortsfesten Dichtungssatz axial verschoben wird.
  9. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elastische Primärdichtung (D24) einen leeren Bereich (D25) aufweist, wenn sie so verschoben wird, dass sie dicht an der zylinderförmigen Fläche anliegt, so dass sich die elastische Primärdichtung (D24) als Reaktion auf eine erhöhte Temperatur im Bohrloch thermisch ausdehnen und zumindest einen Teil des leeren Bereichs (D25) ausfüllen kann.
  10. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich auf einer radial innen liegenden Fläche der ringförmigen Basis (D18) des Metallrahmens ein oder mehrere axial voneinander beabstandete Vorsprünge (D40) befinden, die jeweils für eine Metall-Metall-Abdichtung mit der konischen Außenfläche des Keilkranzes (D14) sorgen.
  11. Bohrwerkzeug nach Anspruch 10, in dem sich ein oder mehrere ringförmige elastische Dichtungselemente (D48) für das Abdichten zwischen der Basis (D18) des Metallrahmens und der konischen Außenfläche des Keilkranzes (D14) befinden.
  12. Bohrwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, bei dem sich an einer Außenfläche eines Förderrohrs (D16) oder einer Innenfläche des Keilkranzes (D14) ein oder mehrere ringförmige Metallvorsprünge (D42) befinden, die eine Metall-Metall-Dichtung zwischen dem Keilkranz (D14) und einem Förderrohr (D16) bilden.
  13. Bohrwerkzeug nach Anspruch 12, in dem sich ein oder mehrere ringförmige elastische Dichtungselemente (D48) befinden, die von dem konischen Keilkranz (D14) oder einem Förderrohr (D16) getragen werden und eine elastische Dichtung zwischen dem Förderrohr (D16) und dem Keilkranz (D14) bilden.
  14. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem sich ein längliches Element (B20) befindet, das eine nach außen gerichtete kegelstumpfförmige Fläche (B22) besitzt und so ausgelegt ist, dass es in ein Bohrloch eingelassen werden und darin aufgehängt sein kann, und einen Rohrklemmkeil, der einen in Umfangsrichtung aufweitbaren und zusammenziehbaren C-Ring (C) umfasst, der auf seiner Außenseite Klemmkeilzähne besitzt und auf seiner Innenseite eine kegelstumpfförmige Fläche (B22), die so um die kegelstumpfförmige Fläche des länglichen Elements (B20) herum angeordnet wird, dass der C-Ring (C) vertikal zwischen einer zusammengezogenen Stellung, in der sich die Zähne in einem Abstand von dem Bohrloch befinden, und einer aufgeweiteten Stellung, in der die Zähne in das Bohrloch eingreifen, verschoben werden kann.
  15. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14, bei dem das längliche Element (B20) eine Aussparung (B23) besitzt, die ein Ende des C-Rings (C) aufnimmt, um den um das Element (B20) zusammengezogenen C-Ring (C) beim Einlassen zu halten, wobei sich der C-Ring (C), wenn das eine Ende aus der Aussparung (B23) entfernt wird, in seine vollständig aufgeweitete Stellung ausdehnen kann, damit seine Klemmkeilzähne in das Bohrloch greifen, so dass das Gewicht des Elements (B20) bei einer relativen vertikalen Verschiebung der konischen Flächen des C-Rings (C) und des Elements (B20) an dem Futterrohr hängen kann.
  16. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die kegelstumpfförmige Fläche (B22) des Elements (B20) nach unten und innen verläuft und die kegelstumpfförmige Fläche des C-Rings (C) nach oben über die Fläche des Elements (B20) verschoben werden kann, wenn das Element (B20) eingelassen wird, damit seine Zähne nach außen hin verschoben werden und in das Bohrloch eingreifen.
  17. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, in dem sich ein Teil (B30) befindet, das von dem Element (B20) zu einer in Bezug dazu geführten Hin- und Herbewegung geführt ist und in das Ende des C-Rings (C) eingreifen oder das Ende des C-Rings (C) aus der Aussparung (B23) entfernen und ihn somit für die Ausdehnung freigeben kann.
  18. Bohrwerkzeug nach Anspruch 17, bei dem sich das Teil (B30) für das Freigeben des C-Klemmkeils (C), der eine Verbindungsstange (B30) umfasst, die sich führbar in dem Ende des C-Rings (C) erstreckt, in der Aussparung (B23) befindet, damit der C-Klemmkeil (C) mithilfe der Verbindungsstange (B30) aus der Aussparung (B23) entfernt und dann daraus freigegeben werden kann, so dass der C-Ring (C) sich so in die Bohrung des Futterrohrs ausdehnen kann, dass er in diese eingreift.
  19. Verfahren für das Ausbilden einer Bohrlochdichtung mit einer allgemein zylinderförmigen Innenfläche eines Rohrs oder eines anderen Bohrwerkzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines ringförmigen Dichtungssatzes, der um ein Förderrohr (D16) herum angeordnet ist und eine Einlaufstellung mit reduziertem Durchmesser und eine aufgeweitete Stellung besitzt, wobei der Dichtungssatz einen Metallrahmen mit einer radial innen liegenden ringförmigen Basis (D18) sowie mehrere Metallrippen (D20) aufweist, die von der Basis (D18) aus jeweils radial nach außen verlaufen, wobei der Metallrahmen eine nach unten abgewinkelte obere Primärabdichtrippe (D32) aus Metall aufweist, die unterhalb des Dichtungssatzes für Druckabdichtung sorgt, eine nach oben abgewinkelte untere Primärabdichtrippe (D34) aus Metall, die oberhalb des Dichtungssatzes für Druckabdichtung sorgt, eine elastische Primärdichtung (D24) in einem von der Basis (D18) aus radial außen und axial zwischen der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall und der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall liegenden Hohlraum, eine nach unten abgewinkelte obere Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall, die sich axial in einem Abstand über der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall befindet, und eine nach oben abgewinkelte untere Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall, die sich axial in einem Abstand unter der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall befindet, Bereitstellen eines Keilkranzes (D14) mit einer im Wesentlichen konischen Außenfläche und axiales Verschieben des ringförmigen Dichtungssatzes in Bezug zu dem Keilkranz (D14), so dass sich der Dichtungssatz von seiner Einlaufstellung in seine aufgeweitete Stellung ausdehnt, in der der Dichtungssatz dicht an der allgemein zylinderförmigen Innenfläche anliegt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem sich zwischen der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall und der oberen Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall ein oberes Vorspannelement (D22) befindet, das als Reaktion auf einen hohen Fluiddruck unterhalb des Dichtungssatzes eine nach unten gerichtete Vorspannkraft auf die obere Primärabdichtrippe (D32) aus Metall ausübt, und sich in einem Abstand zwischen der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall und der unteren Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall ein unteres Vorspannelement (D26) befindet, das als Reaktion auf einen hohen Fluiddruck oberhalb des Dichtungssatzes eine nach oben gerichtete Kraft auf die untere Primärabdichtrippe (D34) aus Metall ausübt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem eine Außenfläche der oberen Primärabdichtrippe (D32) aus Metall, der unteren Primärabdichtrippe (D34) aus Metall, der oberen Sekundärabdichtrippe (D30) aus Metall und der unteren Sekundärabdichtrippe (D36) aus Metall jeweils so konfiguriert ist, dass eine ringförmige Metall-Metall-Dichtung mit einer allgemein zylinderförmigen Innenfläche gebildet wird.
  22. Verfahren nach den Ansprüchen 19 bis 21, bei dem der Keilkranz (D14) im Allgemeinen ortsfest ist, während der Dichtungssatz in Bezug zu dem ortsfesten Keilkranz (D14) axial verschoben wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem ein Aufsetzgewicht, das über das Förderrohr zu dem Dichtungssatz (D16) übertragen wird, den Dichtungssatz in Bezug zu dem ortsfesten Keilkranz (D14) axial verschiebt.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem sich auf einer radial innen liegenden Fläche der ringförmigen Basis (D18) des Metallrahmens ein oder mehrere axial voneinander beabstandete Vorsprünge (D40) befinden, die jeweils für eine Metall-Metall-Abdichtung mit der konischen Außenfläche des Keilkranzes (D14) sorgen.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem ein oder mehrere ringförmige elastische Dichtungselemente (D48) für das Abdichten zwischen der Basis (D18) des Metallrahmens und der konischen Außenfläche des Keilkranzes (D14) bereitgestellt werden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, bei dem ein oder mehrere ringförmige Metallvorsprünge (D42) an einer Außenfläche des Förderrohrs (D16) oder einer Innenfläche des Keilkranzes (D14) bereitgestellt werden, die eine Metall-Metall-Dichtung zwischen dem Keilkranz (D14) und dem Förderrohr (D16) bilden.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem ein Setzelement (B20) bereitgestellt wird, mit dem das Einsatzstück in das Bohrloch eingelassen werden kann, und eine nach außen gerichtete kegelstumpfförmige Fläche (B22), die sich nach unten hin radial nach innen verjüngt, und ein in Umfangsrichtung ausdehnbarer und zusammenziehbarer C-Ring (C), der an seiner Außenseite Klemmkeilzähne besitzt und auf seiner Innenseite eine kegelstumpfförmige Fläche (B22), die mit der kegelstumpfförmigen Fläche des Setzelements (B20) zusammenwirkt, wobei der C-Ring (C) zwischen einer radial zusammengezogen gehaltenen Stellung, in der sich die Klemmkeilzähne in einem Abstand von dem Bohrlochfutterrohr befinden, und einer aufgeweiteten Stellung, in der die Zähne in eine Innenfläche des Bohrlochfutterrohrs eingreifen, verschoben werden kann, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, in dem der C-Ring (C) an dem Setzelement (B20) in seine zusammengezogene Stellung komprimiert und ein Ende des komprimierten C-Rings (C) in einer Aussparung (B23) in dem Setzelement (B20) mithilfe eines Anschlags gehalten wird, um zu verhindern, dass sich der C-Ring (C) radial nach außen in die aufgeweitete, entspannte Stellung verschiebt, wenn das Einsatzstück vorzugsweise in dem Bohrloch positioniert ist, der C-Ring (C) in Bezug zu dem Anschlag axial verschoben wird, damit er freigegeben wird und sich so ausdehnen kann, dass die Klemmkeilzähne in das Bohrlochfutterrohr eingreifen, und die kegelstumpfförmige Fläche des Setzelements (B20) nach unten verschoben wird, damit die Klemmkeilzähne in das Bohrlochfutterrohr greifen, so dass das Einsatzstück an der Innenfläche des Bohrlochfutterrohrs hängt.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Anschlag an dem Setzelement (B20) befestigt ist und sich der C-Ring (C) axial nach oben bewegt, um aus dem Anschlag auszurücken.
  29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, das des Weiteren den Schritt umfasst, axial eine Verbindungsstange (B30) bereitzustellen, die sich innerhalb des Setzelements (B20) verschieben lässt, die Verbindungsstange (B30) und den C-Ring (C) miteinander zu verbinden, bis der C-Ring (C) aus dem Anschlag ausrückt, und die Verbindungsstange (B30) danach von dem C-Ring (C) zu lösen, damit sich dieser beim Absenken des Setzelements (B20) ausdehnen kann.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 28, bei dem sich auf der kegelstumpfförmigen Innenfläche des C-Rings (C) mehrere stumpfe Innenzähne befinden, die für eine reibschlüssige Verbindung mit der kegelstumpfförmigen Fläche an dem Setzelement (B20) sorgen.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, bei dem das Setzelement (B20) durch sein Gewicht nach unten verschoben wird.
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