DE1234643B

DE1234643B - Wellhead

Info

Publication number: DE1234643B
Application number: DEC29315A
Authority: DE
Inventors: Marvin R Jones
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1962-03-13
Filing date: 1963-03-06
Publication date: 1967-02-23
Also published as: GB1011133A; US3179448A

Description

Bohrlochkopf Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrlochkopf für Unterwasserbohrungen mit einem Hänger zum Aufhängen des inneren Bohrstranges, der durch Schraubwirkung im Bohrlochkopf abgedichtet wird.Wellhead The invention relates to a wellhead for Underwater drilling with a hanger for hanging the inner drill string, the is sealed by screwing in the wellhead.

Bei einem bekannten Bohrlochkopf dieser Art ist der zum Abdichten zwischen dem äußeren Rohrstrang und dem inneren Rohrstrang dienende Dichtring auf eine obere Ringfläche des zwischen den beiden Rohrsträngen befindlichen Hängers aufgelegt und trägt über sich einen Druckring. Dieser Druckring kann dadurch an den Dichtring angepreßt werden, daß man einen mit einem Handrad versehenen Gewindering, dessen unteres Ende mit der Oberfläche des Druckringes zusammenwirkt, in ein am Bohrlochkopf angebrachtes Innengewinde einschraubt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie von Hand zusammengefügt und verschraubt werden muß und für Unterwasserbohrungen somit praktisch nicht brauchbar ist.In a known wellhead of this type, that is for sealing between the outer pipe string and the inner pipe string serving sealing ring an upper annular surface of the hanger located between the two pipe strings and has a pressure ring over it. This pressure ring can thereby the sealing ring are pressed, that one provided with a handwheel threaded ring, whose lower end cooperates with the surface of the pressure ring, in an on The internal thread attached to the borehole head. This arrangement has the disadvantage that they must be assembled and screwed together by hand and for underwater drilling thus practically useless.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrlochkopf mit einem Abdichtsatz auszurüsten, der mittels eines aus der Ferne betätigbaren Einbauwerkzeuges nicht nur mit dem Hänger verbunden, sondern auch in die Abdichtlage überführt werden kann. Dazu soll lediglich eine fortgesetzte Drehung des Einbauwerkzeuges erforderlich sein.It is an object of the present invention to provide a wellhead to be equipped with a sealing kit that can be operated remotely by means of a Installation tool not only connected to the hanger, but also in the sealing layer can be transferred. All that is needed is a continued rotation of the installation tool to be required.

Um das zu erreichen, wird ein Bohrlochkopf der eingangs genannten Art erfindungsgemäß so gestaltet, daß die an sich bekannten Öffnungen im Hänger durch einen Abdichtsatz verschlossen werden, der mittels eines Einbauwerkzeuges als Ganzes auf den Hänger aufschraubbar ist und dabei durch Relativbewegung eines Ringes auf dem Abdichtsatz den Dichtring ausdehnt.In order to achieve this, a wellhead is of the type mentioned at the outset Art designed according to the invention so that the known openings in the trailer be closed by a sealing kit, which is secured by means of an installation tool can be screwed onto the hanger as a whole and thereby by relative movement of a Ring on the sealing set expands the sealing ring.

Es ist auch bereits bekannt, die Abdichtsätze für die Hänger von Bohrlochköpfen mit einem zusätzlichen Sperrglied gegen Aufwärtsbewegung zu sichern. Bisher hat man sich dazu beispielsweise von der Seite in den Bohrlochkopf eingeschraubter Stifte bedient.It is also already known the sealing kits for the hangers of wellheads secure against upward movement with an additional locking member. So far has one can do this, for example, from the side of pins screwed into the wellhead served.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Anordnung so getroffen, daß der Abdichtsatz in an sich bekannter Weise durch ein zusätzliches Sperrglied gegen Aufwärtsbewegung gesichert ist, welches ebenfalls durch Relativbewegung des Ringes vermittels eines Keilringes in die Sperrlage überführbar ist.According to an advantageous development of the invention, the arrangement made so that the sealing set in a known manner by an additional Locking member is secured against upward movement, which is also by relative movement of the ring can be transferred into the blocking position by means of a wedge ring.

Bei der Erfindung kann man also durch fortgesetzte Drehung des Einbauwerkzeuges in ein und derselben Richtung den auch als Niederhaltesatz wirkenden Abdichtsatz mit dem Hänger verbinden und in die Abdicht- und Sperrlage überführen. Dieser Arbeitsgang kann ohne Schwierigkeiten von derWasseroberfläche an einem unter der Wasseroberfläche befindlichen Bohrlochkopf ausgeführt werden.In the case of the invention, you can therefore continue to rotate the installation tool in one and the same direction the sealing set, which also acts as a hold-down set Connect to the hanger and transfer it to the sealing and blocking layer. This operation can easily move from the surface of the water to a sub-surface located wellhead are executed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben: In den Zeichnungen werden zur Bezeichnung gleicher Teile durchweg gleiche Bezugsnummern benutzt.An embodiment of the invention is based on drawings Described: In the drawings, the same parts are used throughout to denote the same Reference numbers used.

F i g. 1 ist eine zum Teil im Aufriß, zum Teil im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrlochkopfes mit einem Hänger zum Aufhängen eines inneren Rohrstranges; dazu gehört ein Abdicht- und Niederhaltesatz, der zum Absenken mit Hilfe eines Einbauwerkzeugs in die abdichtende und niederhaltende Lage gebracht werden kann; F i g. 2 ist ein Querschnitt durch den Hänger längs der gebrochenen Linie 2-2 der F i g. 1; F i g. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt einer Rippe, die die inneren und äußeren Ringkörper des Hängers verbindet, und zwar längs der gebrochenen Linie 3-3 der F i g. 2; F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Sperrgliedes, das von dem in F i g. 1 gezeigten Satz getragen wird; F i g. 5 ist ein vergrößerter senkrechter Schnitt eines Teils des Hängers und des Abdicht- und Niederhaltesatzes der F i g. 1, jedoch während der Montage; F i g. 6 ist ein der F i g. 5 ähnlicher senkrechter Schnitt, bei dem jedoch der Abdicht- und Niederhaltesatz mit dem Hänger vollständig verschraubt ist. F i g. 1 zeigt einen Bohrlochkopf mit einem Verrohrungskopf 10, der mit dem oberen Ende eines äußeren Futterrohrs 11 verbunden ist und einen durchgehendenInnendurchmessers 12 hat. Dieser bildet eine Fortsetzung des Innendurchmessers des Futterrohrs. In dem Verrohrungskopf befindet sich zwischen dessen Ober- und Unterende eine nach unten und innen kegelige Klemmhöhlung 13 zum Einsetzen des Hängers 14; von diesem hängt ein innerer Futterrohrstrang 15 gleichachsig mit dem äußeren Futterrohr 11 herab und bildet mit seinem Innendurchmesser eine Fortsetzung der durch den Hänger gehenden Innendurchmesser 19. Das obere, geflanschte Ende des Verrohrungskopfes 10 wird durch eine Klemmschelle 16 mit einem unteren geflanschten Ende eines Eruptionskreuzes oder einer anderen Bohrlochkopfausrüstung 17 verbunden; durch diese geht ein Innendurchmesser 18, der eine Fortsetzung des Innendurchmessers 12 durch den Verrohrungskopf bildet. Wie an sich bekannt ist, wird der innere Futterrohrstrang 15 in das äußere Futterrohr 11 bis zum Absetzen des Hängers hinabgesenkt und an seinem unteren Ende innerhalb des Bohrlochs mit Hilfe von Zement verankert.F i g. 1 is a side elevational view, partly in elevation and partly in section, of a wellhead of the present invention having a hanger for hanging an inner tubing string; this includes a sealing and hold-down set, which can be brought into the sealing and holding-down position for lowering with the help of an installation tool; F i g. Figure 2 is a cross-section through the hanger taken along broken line 2-2 of Figure. 1; F i g. 3 is an enlarged cross-section of a rib connecting the inner and outer rings of the hanger, taken along broken line 3-3 of FIG. 2; F i g. FIG. 4 is a perspective view of the locking member derived from the one shown in FIG. 1 is worn; F i g. 5 is an enlarged vertical section of a portion of the hanger and seal and hold-down kit of FIG. 1, but during assembly; F i g. 6 is one of the F i g. 5 similar vertical section, but in which the sealing and hold-down set is completely screwed to the hanger. F i g. Figure 1 shows a wellhead having a casing head 10 connected to the top of an outer casing 11 and having an internal diameter 12 therethrough. This forms a continuation of the inner diameter of the casing. In the casing head there is a downwardly and inwardly conical clamping cavity 13 for inserting the hanger 14 between its upper and lower ends; of this depends an inner casing string 15 coaxial with the outer casing 11 down and forms with its inner diameter of a continuation of the 19th through the hanger continuous inner diameter of the upper, flanged end of the casing head 10 is a clamp 16 comprising a lower flanged end of a xmas tree or connected to other wellhead equipment 17; An inner diameter 18 passes through this and forms a continuation of the inner diameter 12 through the casing head. As is known per se, the inner casing string 15 is lowered into the outer casing 11 until the hanger is set down and anchored at its lower end within the borehole with the aid of cement.

Der Hänger 14 enthält im einzelnen einen inneren Ringkörper 21, der durch Rippen 22 mit einem äußeren Ringkörper 23 so verbunden ist, daß öffnungen 24 (s. F i g. 2) entstehen; diese verbinden den Ringraum zwischen den Futterrohren 11 und 15 mit dem Inneren des Bohrlochkopfs über dem Hänger. Am unteren Ende des inneren Körpers 21 befindet sich Innengewinde 21 a zum Anschluß an das Futterrohr 15; das leichtgängige Gewinde 20 befindet sich an der äußeren Oberfläche eines nach oben ragenden Teils des inneren Körpers. Der äußere Körper 23 hat eine ringförmige Einsitzfläche 23 a, die sich ununterbrochen herumzieht, um eine im vollen Kreis tragende Fläche auf der Klemmhöhlung 13 zu bilden. Das obere Ende dieses Außenkörpers hat ebenfalls eine Oberfläche 25, die eine im vollen Kreis tragende Fläche gewährleistet und einen Abstand unter dem oberen Ende des inneren Körpers 21 hat, um den Abdicht- und Niederhaltesatz 26 zwischen dem inneren Körper und der Rohrweite 12 des Verrohrungskopfs so zu tragen, wie es weiter unten genauer beschrieben wird. Das den inneren Rohrstrang 15 tragende untere Ende des Hängers 14 ist mit 27 bezeichnet.The hanger 14 contains in detail an inner ring body 21 which is connected by ribs 22 to an outer ring body 23 in such a way that openings 24 (see FIG. 2) are created; these connect the annulus between casings 11 and 15 to the interior of the wellhead above the hanger. At the lower end of the inner body 21 there is internal thread 21 a for connection to the casing 15; the smooth thread 20 is on the outer surface of an upwardly extending portion of the inner body. The outer body 23 has an annular seating surface 23 a, which continuously pulls around in order to form a surface on the clamping cavity 13 that supports a full circle. The upper end of this outer body also has a surface 25 which provides a full circle bearing surface and is spaced below the upper end of the inner body 21 so as to provide the seal and hold down assembly 26 between the inner body and the tubing width 12 of the casing head as described in more detail below. The lower end of the hanger 14 carrying the inner pipe string 15 is denoted by 27.

Wenn der Flüssigkeitsumlauf durch den abgesetzten Hänger vollendet ist, wird der Abdicht- und Niederhaltesatz 26 auf das obere Ende des Hängers mit Hilfe eines Einbauwerkzeugs 28 abgesenkt. Wenn der Satz an dem Hänger vollständig festgemacht ist, dichtet er zwischen dem Hänger und dem Inneren des Verrohrungskopfs, um die Öffnungen durch den Hänger zu schließen, und hält diesen Hänger nach unten auf der Klemmhöhlung 13, um der infolge von unten entstehendem Bohrlochüberdruck nach oben gerichteten Kraft zu widerstehen. Das Einbringwerkzeug 28 wird dann von dem Satz gelöst, um es nach oben durch zu entfernen.When fluid circulation through the detached hanger completes the sealing and hold-down set 26 is attached to the top of the hanger with Lowered using an installation tool 28. When the sentence on the trailer is complete is secured, it seals between the hanger and the interior of the casing head, to close the openings through the hanger and hold this hanger down on the clamping cavity 13 in order to reduce the excess pressure caused by the borehole below to withstand upward force. The insertion tool 28 is then from solved the sentence to remove it up through.

Wie man am besten in den F i g. 5 und 6 sieht, enthält der Satz 26 eine Hülse 29 mit leichtgängigem Gewinde 29a an seinem unteren Innenende für die Verbindung mit dem leichtgängigen Gewinde 20 am inneren Hängerkörper 21. Wie zuvor erwähnt wurde, werden sowohl ein Ring 30 aus federndem Abdichtmaterial als auch ein Sperrglied 33 auf der Hülse unterhalb eines am oberen, äußeren Hülsenende befindlichen Flanschs 29 b getragen. Im einzelnen sitzt der Dichtring über einem Ring 31, der von einem Schnappring 32 getragen wird; dieser ist abnehmbar um die Hülse 29 herumgelegt; das Sperrglied 33 wird über einem Keilring 34 getragen, der seinerseits am oberen Ende des Dichtrings 30 aufliegt.How best to get into the fig. 5 and 6, the kit 26 includes a smoothly threaded sleeve 29 at its lower inner end for connection to the smoothly threaded 20 on the inner hanger body 21. As previously mentioned, both a ring 30 of resilient sealing material and a locking member are provided 33 carried on the sleeve below a flange 29 b located at the upper, outer end of the sleeve. In detail, the sealing ring sits over a ring 31 which is carried by a snap ring 32; this is detachably placed around the sleeve 29; the locking member 33 is carried over a wedge ring 34 which in turn rests on the upper end of the sealing ring 30.

Das Sperrglied 33 enthält Abfangkeile in Form eines Rings 33 a mit Zähnen 33 c an seiner äußeren Oberfläche und eine kegelig geformte innere Fläche 33 b, um nach unten und außen über eine kegelige Außenfläche am Keilring 34 in einen festbeißenden Eingriff mit der Rohrweite 12 des Verrohrungskopfs zu rutschen. Wie man in F i g. 4 sieht, ist der Ring von jedem Ende her bei 33 d längs geschlitzt, um ihm Ausdehnung und Zusammenziehung zu gestatten, wenn er senkrecht über die äußere Keilringoberfiäche wandert. In dem normalerweise zusammengezogenen Zustand des Abfangkeilrings (F i g. 5) haben seine Zähne 33 c einen Abstand von der Innenwand 12 des Verrohrungskopfs und fluchten im wesentlichen axial mit den Außendurchmessern des Keilrings 34; des Dichtrings 30 und des Rings 31, so daß der gesamte Satz frei innerhalb des Verrohrungskopfs bewegt werden kann.The locking member 33 contains slips in the form of a ring 33 a with teeth 33 c on its outer surface and a conically shaped inner surface 33 b to downwardly and outwardly over a conical outer surface on the wedge ring 34 in a biting engagement with the pipe width 12 of the casing head to slide. As shown in FIG. 4, the ring is slit longitudinally from each end at 33d to allow it to expand and contract as it travels perpendicularly over the outer wedge ring surface. In the normally contracted state of the slip ring (FIG. 5), its teeth 33c are spaced from the inner wall 12 of the casing head and are substantially axially aligned with the outer diameters of the wedge ring 34; of the sealing ring 30 and ring 31 so that the entire set can be moved freely within the casing head.

Das Einbauwerkzeug 28 hat irgendeine herkömmliche Bauweise, etwa wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, bei der der Satz 26 mit dem Werkzeug für gemeinsame senkrechte Bewegung mit Hilfe einer Reihe von Federdruckkugeln 35 verbunden ist, die am unteren Ende des Werkzeugs getragen werden, um unter eine nach innen ragende Schulter 29 c der Hülse 29 zu schnappen. Die Drehung des Einbauwerkzeugs wird auf die Hülse mit Hilfe von einem einzelnen oder mehreren radial herausstehenden Stiften 36 übertragen, die in Schlitze 37 am oberen Innenende der Hülse 29 hineinpassen. Es ist also offensichtlich, daß der Satz mit dem Einbauwerkzeug 28 sowohl für senkrechte als auch für drehende gemeinschaftliche Bewegung lediglich durch Eindrücken des unteren Werkzeugendes in das obere Hülsenende verbunden wird. Wenn dann der Satz 26 an dem Hänger gemäß F i g. 6 vollständig festgemacht ist, dann kann das Einbauwerkzeug durch bloße Aufwärtsbewegung relativ dazu entfernt werden. Natürlich können zum Absenken, Anheben, Festmachen und Losschrauben des Satzes mit Bezug auf den Hänger auch andere geeignete Mittel vorgesehen sein.The installation tool 28 is of any conventional construction such as it is shown in the drawings, in which the kit 26 with the tool for joint vertical movement connected by means of a series of spring pressure balls 35 is worn at the bottom of the tool to take an inside protruding shoulder 29 c of the sleeve 29 to snap. The rotation of the installation tool is attached to the sleeve with the help of a single or several radially protruding Transfer pins 36 which fit into slots 37 on the upper inner end of sleeve 29. So it is obvious that the kit with the installation tool 28 for both vertical as well as for rotating joint movement simply by pressing the the lower end of the tool is connected to the upper end of the sleeve. If then the sentence 26 on the trailer according to FIG. 6 is fully tightened, the installation tool can be used can be removed by mere upward movement relative to it. Of course you can Lower, raise, fasten and unscrew the kit with respect to the hanger other suitable means may also be provided.

Wie man aus den F i g. 5 und 6 versteht, setzt sich der Ring 31, wenn die Hülse 29 zu Beginn in das Gewinde 20 am inneren Körper 21 eingreift, unter dem Abdichtglied 30 auf die zusammenhängende Ringfläche 25 am äußeren Körper, so daß damit der Dichtring 30 abgesetzt wird. Das fortgesetzte Festziehen des Gewindes veranlaßt dann die Hülse 29 und ihren Flansch 29b, sich mit Bezug auf den aufgesetzten Dichtring zusammen mit dem darüber getragenen Abfangkeilen 33 nach unten zu bewegen. Da dieser Flansch auf das obere Ende des Rings 33 drückt, zwängt er diesen nach unten auf der kegeligen Oberfläche des Keilrings 34 und somit den Keilring selbst nach unten gegen den aufgesetzten Dichtring 30. Dies verursacht, wie man in F i g. 6 sieht, eine Verformung des Dichtrings nach außen in abdichtende Anlage zwischen dem äußeren Umfang der Hülse 29 und der Innenwand 12 des Verrohrungskopfs; hierdurch wiederum entsteht eine festere Auflage gegen Abwärtsbewegung des Keilrings 34, so daß die Abfangkeile 33 nach unten und außen über die kegelige Oberfläche des Keilrings in festbeißenden Eingriff mit dem Verrohrungskopf rutschen. Wie die F i g. 1, 5 und 6 zeigen, befindet sich ein O-Ring 38 oder ein anderes geeignetes Abdichtmittel rings um den inneren Umfang der Hülse 29, um sich abdichtend zwischen diese Hülse und dem äußeren Umfang des inneren Körpers 21 zu legen, wenn der Abdichtsatz 26 mit dem Hänger vollständig festgemacht wird.As one can see from FIGS. 5 and 6, when the sleeve 29 initially engages the thread 20 on the inner body 21 , the ring 31 settles under the sealing member 30 onto the contiguous annular surface 25 on the outer body, so that the sealing ring 30 is deposited therewith. Continued tightening of the thread then causes the sleeve 29 and its flange 29b to move downwardly with respect to the fitted sealing ring along with the slip 33 carried over it. Since this flange presses on the upper end of the ring 33, it forces it downwards on the conical surface of the wedge ring 34 and thus the wedge ring itself down against the sealing ring 30. This causes, as can be seen in FIG. Figure 6 shows an outward deformation of the sealing ring into sealing engagement between the outer periphery of the sleeve 29 and the inner wall 12 of the casing head; this in turn creates a firmer support against downward movement of the wedge ring 34 so that the slips 33 slide down and out over the tapered surface of the wedge ring into biting engagement with the casing head. As the F i g. 1, 5 and 6, there is an O-ring 38 or other suitable sealing means around the inner periphery of the sleeve 29 to be sealingly sandwiched between that sleeve and the outer periphery of the inner body 21 when the sealing kit 26 is included is fully attached to the hanger.

Claims

Claims: 1. Borehole head for underwater drilling with a hanger for hanging the inner pipe string, which is sealed by screwing in the borehole head, characterized in that the known openings (24) in the hanger (14) are closed by a sealing kit (26) which can be screwed as a whole onto the hanger by means of an installation tool (28) and thereby expands the sealing ring (30) by the relative movement of a ring (31) on the sealing set (26). z. Borehole head according to claim 1, characterized in that the sealing set is secured against upward movement in a manner known per se by an additional locking member (33) which can also be transferred into the locking position by means of a wedge ring (34) when the ring (31) moves relative to one another. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1072 936; - French patent specification No. 1168 941; - French no. 2 346 060.