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Vorrichtung zum Halten und Abdichten eines Rohrstranges im Verrohrungskopf
eines Tiefbohrloches Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Abdichten
eines Rohrstranges im Verrohrungskopf eines Tiefbohrloches mit um den Rohrstrang
herum verteilten, sich mit äußeren Schrägflächen an der inneren Kegelfläche des
Verrohrungskopfes gleitend abstützenden Tragkörpern, die mittels eines Dichtungsringes
eine Gruppe von ihnen gegenüber abwärts beweglichen Klemmteilen tragen, auf die
sich die abwärts gerichtete Kraft einer von ihnen getragenen Gruppe von Klemmbackensegmenten
überträgt, die mit inneren Zähnen an dem Rohrstrang angreifen und beim Abwärtsgleiten
gegenüber den Tragkörpern unter der Last des Rohrstranges an diesen angedrückt werden
und dabei die Klemmteile mit Bezug auf die Tragkörper abwärts verschieben.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art bestehen die Klemmteile
aus den aneinanderliegenden Hälften eines geteilten Ringes, der den Rohrstrang mit
einem gewissen Spielraum umgibt und mit seiner lotrecht zu diesem verlaufenden unteren
Fläche auf den Dichtungsring drückt. Dieser übt dabei auf die Klemmteile nur von
unten her einen Gegendruck aus. Die Klemmbackensegmente werden bei dieser bekannten
Vorrichtung dadurch einwärts verschoben und an den Rohrstrang angedrückt, daß sie
ebenso auf der Kegelfläche des Verrohrungskopfes gleiten wie die Tragkörper, neben
denen sie angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist nun die Vorrichtung in der Weise ausgestaltet,
daß die Klemmteile ebenfalls im Abstand voneinander angeordnet und innen verzahnt
sind und daß der von ihnen zusammengepreßte Dichtungsring von außen auf sie einen
Druck ausübt, durch den die Klemmteile bei ihrer Abwärtsverschiebung gegenüber dem
Kranz von Tragkörpern schneller nach innen in Eingriff mit dem Rohrstrang verschiebbar
sind als die Klemmbackensegmente, die von den Tragkörpern umgeben und durch diese
einwärts an den Rohrstrang verschiebbar sind.
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Der Rohrstrang wird dadurch, daß er zunächst von der Verzahnung der
auf dem Dichtungsring befindlichen Klemmteile und alsdann von den inneren Zähnen
der Klemmbackensegmente ergriffen wird, zuverlässig festgehalten, und zwar über
eine so große Fläche hin, daß die Gefahr einer Einbeulung des Rohres auf ein Mindestmaß
verringert. Dabei ist die Kraft, mit der die Zähne den Rohrstrang ergreifen, anfänglich
verhältnismäßig groß im Vergleich zur Last. Sinkt der Rohrstrang dann herab, wobei
die Tragkörper mit ihren äußeren Schrägflächen an der inneren Kegelfläche des Verrohrungskopfes
gleiten und die Klemmbackensegmente an den Rohrstrang anpressen, dann wächst die
die Zähne an den Rohrstrang anpressende Kraft nur noch verhältnismäßig wenig.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die äußeren
Schrägflächen, mit denen die Tragkörper an der inneren Kegelfläche des Verrohrungskopfes
anliegen, eine Rillung, die einen niedrigeren Reibungskoeffizienten ergibt als derjenige,
mit welchem die Klemmbackensegmente am Rohrstrang anliegen. Dadurch ist Gewähr dafür
gegeben, daß unter dem Gewicht des Rohrstranges die Tragkörper an der inneren Kegelfläche
des Verrohrungskopfes herabgleiten und einen wachsenden Druck auf die Klemmbackensegmente
ausüben.
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Bei der eingangs erläuterten bekannten Vorrichtung sind die Klembackensegmente
mit den Klemmteilen durch Schraubenbolzen verbunden, die durch den Dichtungsring
hindurchgehen. Vorzugsweise ist das auch beim Gegenstand der Erfindung der Fall.
In diesem Falle empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß die Schrauben
auch durch die Tragkörper hindurchgehen, und zwar mit einem die nach innen verlaufende
Verschiebung der Klemmteile gestattenden Spielraum.
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Besonders bewährt hat sich eine Ausgestaltung der Vorrichtung, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fugen zwischen den Tragkörpern gegenüber den
senkrecht zueinander ausgerichteten Fugen der Klemmteile
und der
Klemmbackensegmente versetzt sind und daß der Dichtungsring an einer Stelle gespalten
ist, die zu einer der Fugen der Tragkörper senkrecht gerichtet ist, und daß eipe
der Schrauben neben dem Spalt des Dichtungsringes durch einen Ansatz eines Tragkörpers
hindurchgeht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
veranschaulicht. In diesen zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung,
Fig. 2 bis 4 in vergrößertem Maßstab ausgeführte Teillängsschnitte, welche die Lage
der einzelnen Teile bei zunehmender Belastung der Vorrichtung durch den Rohrstrang
zeigen, Fig. 5 einen Grundriß der Vorrichtung in aufgeklapptem Zustande, in dem
diese auf den Rohrstrang aufgebracht werden kann, und Fig. 6 Kennlinien zur Darstellung
der Eindringtiefe der Verzahnungen in Abhängigkeit von der Abwärtsbewegung des Rohrstranges.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung dient dem Zweck, einen Rohrstrang
21 im Verrohrungskopf 10
eines Tiefbohrloches zu halten und abzudichten.
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Der Verrohrungskopf hat eine innere Kegelfläche 11 und darüber einen
zylindrischen Abschnitt 12, der mit einem Flansch 13 versehen ist, auf welchem
eine Armatur 15, beispielsweise ein Absperrschieber zum Verhindern von Gas-
oder Ölausbrüchen, mit Hilfe eines Flansches 16 und Schrauben 17 und einer Dichtung
18 befestigt ist.
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Die Vorrichtung 20 zum Halten und Abdichten des Rohrstranges
21 weist einen diesen Rohrstrang umgebenden Kranz von Tragkörpern
22 auf, die um den Rohrstrang herum verteilt sind und sich mit äußeren Schrägflächen
23 an der inneren Kegelfläche 11 des Verrohrungskopfes 10 gleitend abstützen.
Diese Tragkörper 22 tiagen mittels eines Dichtungsringes 28
eine Gruppe
von Klemmteilen 25, die sich relativ zu den Tragkörpern 22 abwärts
bewegen und dadurch den Dichtungsring 28 einklemmen können. Auf die Klemmteile
25 überträgt sich die abwärts gerichtete Kraft einer von ihnen getragenen
Gruppe von Klemmbackensegmenten 31, die mit inneren Zähnen 32 an dem Rohrstrang
21 angreifen und an den Tragkörpern 22 abwärts gleiten können. Beim Abwärtsgleiten
werden dann die Klemmbackensegmente 31 mit ihren inneren Zähnen 32 an den Rohrstrang
21 unter der Last des Rohrstranges angedrückt, so daß sie von dem Rohrstrang mitgenommen
werden. Dabei verschieben dann die mitgenommenen Klemmbackensegmente 31 die
Klemmteile 25 mit Bezug auf die Tragkörper 22 abwärts.
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Die neue Ausgestaltung der Vorrichtung besteht nun darin, daß die
Klemmteile 25, wie Fig. 1 zeigt, im Abstand voneinander angeordnet und bei
26 innen verzahnt sind und daß der von ihnen zusammengepreßte Dichtungsring
28 von außen auf die Klemmteile 25 einen Druck ausübt, durch den die
Klemmteile 25 bei ihrer Abwärtsverschiebung gegenüber dem Kranz von Tragkörpern
22 nach innen in Eingriff mit dem Rohrstrang 21 verschoben werden, und zwar
mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit ist höher
als diejenige, mit der die Klemmbackensegmente 31 von den sie umgebenden
Tragkörpern 22 einwärts an den Rohr- i Strang 21 verschiebbar sind.
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Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die untere Stirnfläche
27 des Kranzes von Klemmteilen 25 und die obere Stirnfläche des Kranzes
von Tragkörpern 22 die Gestalt paralleler Kegelflächen. Dadurch ist erreicht,
daß die von dem zusammengepreßten Dichtungsring 28 auf die Klemmteile 25 ausgeübte
Kraft geneigt verläuft und eine erhebliche radial einwärts gerichtete Komponente
hat, die auf die Klemmteile 25 von außen einwirkt.
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Die abwärts gerichtete Kraft der Klemmbackensegmente 31 wird
bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel auf die Klemmteile 25 in an
sich bekannter Weise durch Schraubenbolzen 35 übertragen, die durch den Dichtungsring
28 hindurchgehen. Diese Schrauben 35 gehen auch durch die Tragkörper 20 hindurch,
und zwar mit einem die nach innen verlaufende Verschiebung der Klemmteile
25 gestattenden Spielraum 36. Die äußeren Schrägflächen 23, mit denen
die Tragkörper 22 an der inneren Kegelfläche 11 des Verrohrungskopfes
10 anliegen, haben eine Rillung 34, die einen niedrigeren Reibungskoeffizienten
ergibt als diejenige, mit welchem die Zähne 32
der Klemmbackensegmente 31
am Rohrstrang 21 anliegen.
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Die Klemmbackensegmente 31 befinden sich in einer inneren Aussparung
29 des Kranzes von Tragkörpern 22 und liegen mit einer glatten Außenfläche
33 satt an der glatten Innenfläche 30 dieser Aussparung an. Dabei können die Flächen
30 und 33 kegelig gestaltet sein.
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Die Kennlinien in Fig. 6 veranschaulichen, um welches Maß bei dem
Abwärtsgang des Rohrstranges 21 im Verrohrungskopf 10 bis zum Stillstand
des Rohrstranges die Zähne des oberen Satzes von Klemmkörpern 25 und des unteren
Satzes von Klemmbackensegmenten 21 einwärts verschoben werden. Wie man sieht,
erfolgt diese Einwärtsverschiebung der Zähne 26 des oberen Satzes zunächst
langsam, dann aber mit zunehmender Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit wächst
so stark, daß die Klemmteile 25 schneller in Eingriff mit dem Rohrstrang
verschoben werden als die Klemmbackensegmente 31.
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Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel besteht der Kranz von Tragkörpern
22 aus drei solchen Tragkörpern, die durch breite Fugen voneinander getrennt
sind. In Fig.1 sieht man solche Fuge links vom Bolzen 35. Die Vorrichtung enthält
auch drei Klemmteile 25 und drei Klemmbackensegmente 31. Die breiten
Fugen zwischen den Klemmteilen 25 sind gegenüber den breiten Fugen zwischen den
Klemmbackensegmenten 31 ausgerichtet, wie Fig. 1 erkennen läßt, jedoch gegenüber
den Fugen des Kranzes von Tragkörpern 22 um einen gewissen Winkel versetzt.
Durch den Bereich dieses Winkels verläuft nun neben jeder Fuge einer der Bolzen
35. Nimmt man diese drei Bolzen neben den Fugen heraus, dann kann man daher die
Vorrichtung 20 in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise aufklappen und über den Rohrstrang
21 bringen. Dabei wirkt der Dichtungsring 28 als Scharnier. Er ist
zu diesem Zweck nur im Bereich einer der drei Fugen durchgeschnitten und besteht
daher aus einem einzigen Stück, das die drei Abschnitte der Vorrichtung scharnierartig
verbindet.
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Benn Aufbringen der Vorrichtung 20 auf den Rohrstrang 21 wird
dieser von einem Hebezeug gehalten. Man verschiebt dann die Vorrichtung
20 in die Lage der Fig. 2 und senkt dann den Rohrstrang mit Hilfe des Hebezeugs
ab. Dabei verschieben sich zunächst nur die beiden Kränze von Klemmbackensegmenten
31 und Klemmteilen 25 gemeinsam gegenüber
dem Kranz von Tragkörpern
22 bis in die Lage der Fig. 3. Dabei greifen die Zähne 32 noch wenig und die Zähne
36 noch gar nicht in den Rohrstrang ein. Alsdann aber gleitet der Kranz von Tragkörpern
22 auf der Kegelfläche 11 des Verrohrungskopfes 10
herab und
preßt die Klemmbackensegmente 31 mit stetig wachsender Kraft einwärts, wobei das
Maß dieses Einwärtsganges verhältnisgleich zur Abwärtsbewegung des Rohrstranges
31 ist. Das hat dann zur Folge, daß die Teile von der Lage der Fig. 3 in
diejenige der Fig. 4 übergehen, wobei die Zähne 26 der Klemmteile 25 mit
zunehmender Geschwindigkeit einwärts gepreßt werden.
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Da die von den Zähnen 26 und 32 auf den Rohrstrang 21 ausgeübte
Kraft im umgekehrten Verhältnis zu der Geschwindigkeit steht, mit der diese Zähne
gemäß Fig. 6 einwärts gehen, ergibt sich, daß die Zähne 26 der Klemmteile
25 mit einer Kraft einwärts gepreßt werden, deren Verhältnis zur Last fortschreitend
abnimmt. Dadurch ist die Gefahr einer unerwünschten Einbeulung des Rohrstranges
auf ein Mindestmaß verringert. Eine zuverlässige Abdichtung ist dadurch gewährleistet,
daß die Dichtung 28 bei 27
an die Innenfläche des Verrohrungskopfes
10 mit einer Kraft angedrückt wird, die mit wachsender Last des Rohrstranges
21 wächst, wie es auch bei der eingangs erläuterten bekannten Vorrichtung
der Fall ist.
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Der im Inneren des Bohrloches herrschende Druck wirkt von unten her
auf den Kranz von Tragkörpern 22 und sucht diesen gegenüber dem Rohrstrang
21
aufwärts zu verschieben. Da die Klemmteile 25 an dieser Aufwärtsbewegung
nicht teilnehmen können, weil sie durch ihre Zähne 26 am Rohrstrang
21 festgehalten sind, wird dabei der Dichtungsring 28 stärker zusammengepreßt
und preßt seinerseits die Zähne 26 um so stärker in die Wandung des Rohrstranges
21 hinein. Dadurch ist gewährleistet, daß die Halte-und Abdichtvorrichtung
20 durch den im Bohrloch herrschenden Innendruck nicht herausgesprengt werden
kann.