DE19509161A1

DE19509161A1 - Rohrschutzaufsatz mit variablem Durchmesser

Info

Publication number: DE19509161A1
Application number: DE19509161A
Authority: DE
Inventors: Douglas W Carlson; Stephen P Simons
Original assignee: Hydril LLC
Current assignee: Hydril LLC
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: GB9505246D0; DE19509161C2; FR2717882A1; US5465759A; GB2287733A

Description

Bei einem Rohrschutzaufsatz handelt es sich um ein rohrförmi ges Gummielement, das ein in einem Bohrloch eingesetztes Bohrrohr umgibt. Er dient dabei als Pufferelement für das Rohr, das im allgemeinen in die Bohrlochauskleidung im Bohr loch eingeführt wird. Der Rohrschutzaufsatz sollte das Rohr dicht passend umgeben. Beim Bohren wird das Bohrrohr schnell gedreht. Sitzt der Rohrschutz nicht fest, kann er verrutschen und sich aus der Sollage auf dem Rohr lösen.

Zuverlässige Rohrschutzelemente sind beim Richtungsbohren er forderlich, wenn das Loch winklig, d. h. nicht vertikal abge teuft wird. Das Rohr schleift dann am Auskleidungsrohr; der metallische Kontakt bewirkt eine Abnutzung des Rohrs. Indem man entlang des Bohrrohrs Rohrschutzelemente anordnet, legen sich diese Gummielemente, nicht das Bohrrohr selbst an die Auskleidung an.

Ein der Fachwelt gut bekannter Rohrschutz ist der Rohrschutz aufsatz mit Längsspalt. Das rohrförmige Gummielement hat ty pischerweise eine Länge von ca. 100 mm (4 in.) bis 300 mm (12 in.) und eine längsverlaufende Öffnung (Spalt), die sich auf weiten läßt, um das Aufsetzen des Schutzelements auf das Bohrrohr zu erleichtern. Nachdem der Rohrschutzaufsatz aufge setzt worden ist und das Bohrrohr umgibt, wird das Gummiele ment fixiert. Viele solche Rohrschutzkonstruktionen weisen gummibedeckte ineinandergreifende Metallzähne auf, die mit einem Schlüssel geschlossen werden, den man längs durch die Zähne schiebt. Die Metallzähne sind mit einem zylindrischen Metalleinsatz innerhalb des Gummirohrs verbunden. Der Metall einsatz kann glatt oder gewellt sein.

Der Innendurchmesser des Rohrschutzesaufsatzes ist zum Außen durchmesser des Bohrrohrs passend gewählt. Herkömmliche Rohr schutzkonstruktionen sind empfindlich gegenüber dem Außenab messungen des Rohrs, auf das sie aufgesetzt werden. Abwei chungen des Außendurchmessers von ca. -0,25 mm (-0.010 in.) reduzieren bereits die Greifkraft des Rohrschutzes und lassen ihn schon bei relativ geringen Seitenkräften auf dem Rohr rutschen und drehen. Bohrrohre sind (rohrgrößenabhängig) im allgemeinen mit einer Außendurchmessertoleranz von -0,05% ausgeführt. Herkömmliche Rohrschutzaufsätze rutschen auf un termaßigen Rohren, erbringen den gewünschten Puffereffekt nicht und können den Bohrbetrieb beeinträchtigen. Der Rohr schutzaufsatz kann auch in das Bohrloch herabrutschen; dann muß der Bohrbetrieb unterbrochen werden, um den Rohrschutz hochzuholen. Das Verrutschen untermaßiger Rohrschutzaufsätze auf dem Bohrrohr ist ein ernstes Problem. Zur Lösung hat man das Rohr vor dem Aufschieben des Rohrschutzaufsatzes mit Gum mibändern umwickelt. Dieser Ansatz hat zwar die Rutschneigung verringert, ist aber im Feld mühsam durchzuführen und unprak tisch.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Rohrschutzaufsatz mit variablem Durchmesser, der auf untermaßigen Rohren nicht ver rutscht, aber auch auf vollmaßigen Rohren verwendet werden kann. Es wird ein Rohrschutzaufsatz geschaffen, der auch auf Rohren mit vollem Außendurchmesser sicher sitzt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Rohrschutzaufsatz, der gekennzeichnet ist durch ein rohrförmiges Gummielement, dessen Innendurchmesser entsprechend dem näherungsweisen Durchmesser eines Rohr bemessen ist und dessen Längsöffnung aufgeweitet werden kann, um das Aufsetzen auf das Rohr zu erleichtern. Eine Schließeinrichtung sichert das rohrförmige Gummielement auf dem Rohr, und auf der Innenfläche des rohr förmigen Gummielements ist mindestens eine entfernbare Gummi lasche angebracht.

In einer Ausführungsform kann die an der Innenfläche ange brachte Gummilasche durchgeschnitten werden. Der abgeschnit tene Teil wird entfernt, so daß der übrigbleibende Laschen teil an der Innenfläche verbleibt. Die Lasche sorgt für eine ausreichende Innendicke, um das Untermaß des Rohrs auszuglei chen. Je kleiner der Rohrdurchmesser, desto mehr der Lasche wird im Rohrschutzaufsatz belassen, um als zusätzliches Rohr volumen zu dienen, das den Griff des Rohraufsatzes auf dem Rohr verstärkt. In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Lasche im wesentlichen über die gesamte Länge des rohr förmigen Gummielements. Hat das Rohr den vollen Nenndurch messer, ist die Lasche überflüssig und kann entfernt werden. Die Schließeinrichtung dient dazu, den Rohrschutzaufsatz zu sichern, nachdem das Laschenmaterial abgeschnitten worden ist. Die Konstruktion enthält typischerweise den zylindri schen Metalleinsatz mit ineinandergreifenden Zähnen.

In einer alternativen Ausführungsform sind an der Innenfläche des Rohrschutzeaufsatzes mehrere entfernbare Gummilaschen an gesetzt. Beim Aufsetzen des Rohraufsatzes auf das Rohr werden so viele Laschen auf seiner Innenfläche belassen, wie zum Er zeugen eines festen Sitzes erforderlich sind. Die Lasche bzw. Laschen werden vorzugsweise mit einem Klebstoff angebracht, um ihr Entfernen zu erleichtern. Die Laschen werden auf der Innenfläche des Gummi-Rohrelements so aufgebracht, daß sie einander nicht überlappen.

Herkömmliche Spalt-Rohrschutzaufsätze lassen sich mit einer oder mehreren entfernbaren Laschen ausführen, um untermaßige Rohre unterschiedlicher Durchmesser aufzunehmen.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine der bevorzugten Aus führungsformen des erfindungsgemäßen Rohrschutzauf satzes mit variablem Durchmesser und zeigt drei entfernbare Laschen;

Fig. 2 ist ein Aufriß des auf ein Rohr aufgesetzten Rohr schutzaufsatzes mit variablem Durchmesser;

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch den auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatz;

Fig. 4 ist ein Schnitt in der Ebene 4-4 durch den in Fig. 3 gezeigten aufgesetzten Rohrschutzaufsatz;

Fig. 5 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungs form mit einer einzigen Lasche.

Die erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsätze lassen sich aus Po lymerisaten herstellen, wie sie allgemein beim Setzen von Bohrlöchern verwendet werden und dem Fachmann bekannt sind. Ein bevorzugter Gummi ist ein Acrylnitril-Butadien-Copoly merisat mit hohem Acrylnitril-Anteil, das auch als Nitrilba sis-Polymerisat bekannt ist. Der Shore-A-Durometer-Härtebe reich des rohrförmigen Elements reicht von ca. 50 bis ca. 80; der bevorzugte Bereich ist eine Shore-A-Durometer-Härte von ca. 65-70. Die Gummilaschen werden innerhalb des glei chen Härtebereichs vorgesehen wie das Rohrelement. In einer bevorzugten Ausführungsform läßt sich Gummi verwenden, den eine hoher Reibungsbeiwert kennzeichnet.

Der Gummi, ein Acrylnitril-Copolymer, hat eine hohe Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, eine hohe Zug- und Reißfestigkeit, einen hohen Abriebwiderstand sowie eine hohe Wärmebeständig keit und ist gasundurchlässig. Er läßt sich mit anderen, dem Fachmann bekannten Zuschlägen versehen, um bestimmte Eigen schaften zu verbessern. In der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Laschen aus Gummi mit ähnlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften und chemischen Beständigkeiten.

Eine bevorzugter Polymerisatansatz für einen farbigen kohlen stofffreien verstärkten Gummi ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Farbiges C-freies verstärktes Polymerisat
Komponente
Teile pro Hundert
NBR-Polymerisat
100
Zinkoxid	4-9
Siliziumoxid	25-60
Stearinsäure	1,0-1,5
Antioxidantien und Antiozonantien	3,5-10,0
Prozeßöle	25-50
Verstärkungsharz und Harzhärter	5-15
Pigment (Eisenoxid)	3-8
Sulfenamid-Härter	2-5,5
Thiuram-Härter	1,5-4,5

Die folgende Tabelle 2 zeigt einen bevorzugten Polymerisatan satz für ein rußhaltiges verstärktes Polymerisatmaterial.

Rußhaltiges verstärktes Polymerisat
Komponente
Teile pro Hundert
NBR-Polymerisat
100
Zinkoxid	4-9
Stearinsäure	1,0-1,5
Ruß (N774)	30-70
Antioxidantien und Antiozonantien	3,5-10,0
Prozeßöle	25-50
Verstärkungsharz und Harzhärter	5-15
Sulfenamid-Härter	2-5,5
Thiuram-Härter	1,5-4,5

Eine bevorzugte Ausführungsform des Rohrschutzaufsatzes mit variablem Durchmesser ist in den beigefügten Zeichnungen ge zeigt. Die Fig. 1 ist dabei eine Draufsicht auf eine der be vorzugten Ausführungsformen mit mehreren Laschen. Der Rohr schutzaufsatz der Fig. 1 hat drei Laschen zur Aufnahme eines verhältnismäßig breiten Bereichs an Rohrdurchmessern. Insbe sondere handelt es sich bei dem Körper 10 des Rohrschutzauf satzes um ein allgemein rohrförmiges Gummielement. Die La schen 12, 14, 16 sind auf der Innenfläche des Elements 10 festgelegt. Die Befestigungspunkte 18, 20, 22, an denen die Gummilaschen in der Sollage gehalten werden, sind vorzugs weise mit einem für zwei Gummiteile geeigneten Klebstoff an gelegt. Ebenfalls in der Draufsicht gezeigt ist der für einen geteilten Rohrschutzaufsatz typische Spalt 24, der aufgewei tet werden kann, um die Montage des Rohrschutz auf einem Rohr zu erleichtern. Weiterhin ist das obere Ende des Sperrschlüs sels 26 gezeigt.

Die Fig. 2 ist eine Seitenansicht des gespaltenen Rohrschutz aufsatzes auf einem Rohr 28. Die Laschen 12, 14, 16 sind hier nicht sichtbar. Die Öffnung im Rohrschutzaufsatz besteht aus ineinandergreifenden Zähnen an der Schnittfläche des Spalts 24. Der Schlüssel 26 wird durch die Zähne hindurch eingescho ben, um das Rohrelement 10 auf dem Rohr 28 zu schließen und zu sichern. Das Rohrelement 10 enthält die Montagelöcher 30, 32, die das Schließen desselben auf dem Rohr 28 erleichtern.

Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil des Rohrs 28 mit mindestens zwei Laschen zwischen dem Rohr 28 und dem Rohrelement 10. Zur Bezugnahme sind die Laschen in der Fig. 3 als F1 und F2 bezeichnet. Die Fig. 1 zeigt eine Aus führungsform mit mehreren Laschen, und die in dem Schnitt der Fig. 3 gezeigten Laschen sind zwei der drei Laschen der Fig. 1. Zum leichteren Vergleich entsprechen die Bezugszeichen für andere Teile als die Laschen denen in den anderen Figuren. Der Längsschnitt zeigt auch das zylindrische Metallelement 29, bei dem es sich um einen Einsatz im Gummi-Rohrelement 10 handelt.

Die Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine 3-Laschen-Ausführungs form auf einem Rohr mit einem Außendurchmesser, der alle drei Laschen aufnehmen kann, um einen festen Sitz des Rohrschutz aufsatzes zu gewährleisten. Der Schnitt in Fig. 4 zeigt das Rohrelement 10 auf ein Bohrrohr 28 aufgesetzt und den Spalt 24 mit dem Schlüssel 26 im Schließzustand gesichert. In der Schnittdarstellung handelt es sich bei dem Metallelement 29 um einen Welleinsatz. Das Metallelement 29 weist ineinander greifende hohle Zähne auf, von denen einer im Schnitt bei 27 gezeigt ist. Der Schlüssel 26 verläuft durch eine Reihe von mit Gummi bedeckten Metallzähnen und sichert so den Schließ zustand des Rohrschutzaufsatzes auf dem Rohr. Die Gummila schen 12, 14, 16 sind zwischen dem Rohr und dem Rohrelement 10 gezeigt, wo sie innen für zusätzliche Dicke des Rohr schutzaufsatzes sorgen, die das Untermaß des Rohrs aus gleicht. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich zwischen den Laschen beiderseits des Spalts 24 und des Schlüssels ein Zwischenraum, so daß die Laschen den Verschluß nicht stören.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einer einzigen La sche in einer Draufsicht zur Darstellung derselben. Das rohr förmige Gummielement 40 ist der Grundkörper des Rohrschutz aufsatzes und ist in der bevorzugten Ausführungsform für die se Konstruktion eine gespaltene Ausführung, wie sie hier be schrieben ist. Die Öffnung 42 zum Erleichtern des Einführens des Rohres sowie der Schlüssel 44 sind die gleichen, wie sie oben für die Ausführungsform mit mehreren Laschen beschrieben sind. Die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform hat eine einzige Lasche 46 mit dem Befestigungspunkt 48. Die Laschen können an mehr als einem Punkt fixiert sein, so lange sie sich problemlos entfernen lassen. Bei der einlaschigen Kon struktion wird ein Teil der Lasche so abgeschnitten und ent fernt, daß genug Laschenmaterial verbleibt, um das Untermaß des Rohres auszugleichen und einen festen Sitz zu erreichen.

In einer Feldinstallation wird der erfindungsgemäße Rohr schutzaufsatz zunächst versuchsweise auf das Bohrrohr aufge setzt. Sitzt er mit allen vorhandenen Laschen fest auf dem Bohrrohr, wird keine von ihnen entfernt. Sind die Laschen für einen guten Sitz zu voluminös, lassen sie sich nach Bedarf entfernen, bis ein einwandfreier Sitz erreicht ist. Die La schen sind so angebracht, daß sie sich von Hand entfernen lassen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Laschen mit einem Klebstoff wie bspw. einem Gummikleber festgelegt. In einer alternativen Ausführungsform kann man ein mechani sches Befestigungselement wie bspw. eine Klammer verwenden. Bei der einlaschigen Ausführungsform wird ein Teil der Lasche abgeschnitten und entfernt und der Rohrschutzaufsatz wieder auf das Bohrrohr aufgesetzt. Dann kann weiteres Laschenmate rial abgeschnitten werden, bis der Sitz stimmt.

Die folgende Tabelle 3 zeigt den mit dem erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsatz mit variablen Durchmesser erreichbaren Nut zen. Bohrrohre mit Außendurchmessern im Bereich von 127 mm (5.0 in.) bis 122,7 mm (0.483 in.) wurden getestet, um die auf das Rohr aufzubringende Seitenlast zu bestimmen, bei der der Rohrschutzaufsatz rutscht. Standard-Bohrrohr mit 127 mm (5 in.) Außendurchmesser wird oft mit Untermaß geliefert. Für 5-Zoll-Rohre beträgt das Minimum nach der API-Norm 4.830 Zoll (122,7 mm). Beim Seitenlasttest wurde ein wie hier beschrie ben aufgebauter 3-laschiger Rohrschutzaufsatz eingesetzt. Die Testmaschine erlaubt die Messung der Rutschkraft zwischen dem Auskleidungsrohr und dem drehenden Rohrschutzaufsatz. Es kann auch Spülflüssigkeit zwischen die Auskleidung und den drehen den Rohrschutzaufsatz gespritzt werden, um tatsächliche Bohrbedingungen zu simulieren. Das Testverfahren wurde von der Fa. Mauer Engineering Inc., 2916 West T.C. Jester, Houston, Texas 77018 (V. St. A.) entwickelt. Es ist in einem Vortrag mit dem Titel "Laboratory Drill Pipe Protector Tests" von Ali Garkasi, Russell W. Hall Jr. und W. Gregory Deskins beschrieben, der bei der Energy Sources Technology Conf erence & Exhibition, New Orleans LA (V. St. A.), 23.-26. Januar 1994 gehalten wurde und in PD Vol. 56 Drilling Technology, John P. Vozniak (ed.), Buch Nr. 1 G00827, ASME (1994) veröffentlicht ist.

Der laschenlose Standard-Rohrschutzaufsatz ist für einen fe sten Sitz auf einem Rohr mit 5 Zoll Außendurchmesser konstru iert.

Tabelle 3

Rohrschutzaufsatz mit variablem Durchmesser Versuchsergebnisse

Wie die Tabelle 3 zeigt, rutscht ein für ein 5-Zoll-Bohrrohr bemessener Standard-Rohrschutzaufsatz auf einem 5-Zoll-Rohr bei einer Seitenlast von 43 kN (9663 lbs.). Die Höchstkraft der Testmaschine betrug 53,4 kN (12000 lbs.). Mit abnehmendem Rohrdurchmesser kompensierte das zusätzliche Laschenvolumen das Untermaß und verhinderte ein Rutschen. In den meisten Fällen verhindert der Rohrschutzaufsatz mit variablem Durch messer ein Rutschen auf einem untermaßigen Rohr bei einer höheren Seitenlast als der Rutschlast eines Standard-Rohr schutzaufsatz auf einem 5-Zoll-Rohr.

Claims

1. Rohrschutzaufsatz, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Gummielement (10; 40) mit einem Innendurch messer entsprechend etwa dem Durchmesser eines Rohrs (28), einem Spalt (24; 42) mit der Länge des rohrförmigen Gummiele ments (10; 40), der sich öffnen kann, um das Aufsetzen des Rohrschutzaufsatzes auf das Rohr (28) zu erleichtern, eine Schließeinrichtung (26; 44), um das rohrförmige Gummielement (10; 40) auf dem Rohr (28) festzulegen, und mindestens eine entfernbare Gummilasche (12, 14, 16; 46), die auf der Innen fläche des rohrförmigen Gummielements (10; 40) befestigt ist.

2. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine ent fernbare Lasche (12, 14, 16; 46) eine einzige entfernbare La sche (46) ist, die die Innenfläche des rohrförmigen Gummiele ments (40) im wesentlichen umgibt und entlang ihrer Länge durchtrennt werden kann, wobei der abgetrennte Teil der La sche (46) entfernbar ist.

3. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine ent fernbare Lasche (12, 14, 16; 46) sich im wesentlichen über die gesamte Länge des rohrförmigen Elements (10; 40) er streckt.

4. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch mehrere entfernbare Gummilaschen (12, 14, 16), die an der Innenfläche des rohrförmigen Gummiele ments (10) befestigt sind und sich über dessen Länge erstrecken.

5. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gummiele ment (10) und die Gummilaschen (12, 14, 16) aus einem Gummi mit der gleichen Zusammensetzung hinsichtlich des Polymeri sats und der Zusätze hergestellt sind, um die gleiche che mische Beständigkeit zu erreichen.

6. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (12, 14, 16) einander nicht überlappen.

7. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 4, gekenn zeichnet durch einen allgemein zylindrischen Metall- Einsatz (29), der vom rohrförmigen Gummielement (10) abge deckt ist.

8. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der allgemein zylindrische Metall-Einsatz (29) in seiner Längsrichtung eine Öffnung mit ineinandergreifenden Zähnen (27) aufweist und die Öffnung (24) des rohrförmigen Elements aus ineinandergreifenden Gummizähnen gebildet ist, die die Zähne (27) des Metall-Ein satzes (29) bedecken.

9. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (12, 14, 16) mit einem Klebstoff befestigt sind.

10. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metall- Einsatz (29) glatt ist.

11. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Metall- Einsatz (29) gewellt ist.

12. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließeinrichtung (26) ein Schlüssel (26) ist, der durch Öffnungen in den in einandergreifenden Zähnen (27) des Metall-Einsatzes (29) und des rohrförmigen Gummielements (10) gesteckt ist.

13. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (12, 14, 16) mit mechanischen Befestigungsmitteln befestigt sind.