DE19513232A1

DE19513232A1 - Rohrschutzaufsatz

Info

Publication number: DE19513232A1
Application number: DE19513232A
Authority: DE
Inventors: Douglas W Carlson; Stephen P Simons
Original assignee: Hydril LLC
Current assignee: Hydril LLC
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2015-04-08
Also published as: US5542454A; GB2288198B; FR2718487A1; DE19513232C2; GB9507307D0; GB2288198A

Description

Rohrschutzaufsätze sind rohrförmige Gummielemente, die die Bohrrohre in Bohrlöchern umgreifen. Der Gummi-Rohrschutzauf satz legt sich an das Futterrohr an, in das das Bohrrohr beim Bohren eingeführt wird. Beim Bohren können Spülflüssigkeit und Bohrschlamm im Ringraum zwischen dem Futter- und dem Bohrrohr umlaufen. Dieser Ringraum im Bohrloch enthält auch den Rohrschutzaufsatz.

Rohrschutzaufsätze mit glatter Außenfläche bieten dem Futter rohr eine maximale Verschleißfläche dar. Beim Bohren wird das Bohrrohr schnell gedreht. Das Richt- bzw. Ablenkbohren er folgt unter einem Winkel aus der Vertikalen. Rohrschutzauf sätze mit glatter Oberfläche sind für Anwendungen geeignet, bei denen im Richtungsbohren ein hoher Verschleiß auftritt; sie drosseln jedoch in engen Bohrlöchern die Strömung.

Rohrschutzaufsätze mit in die Außenfläche eingeschnittenen Längsnuten erlauben zwar auch in engen Bohrlöchern eine Strömung. Beim Drehen des Bohrrohrs erzeugt die Nutenanord nung in engen Bohrlöchern jedoch - insbesondere beim Ablenk bohren - starke Schwingungen. Es sind daher Rohrschutzauf sätze mit wendelförmig geführten Nuten verwendet worden, die aber beim Ablenkbohren ebenfalls in starke Schwingungen aus brachen.

Der erfindungsgemäße verbesserte Rohrschutzaufsatz vereinigt die Vorteile einer ausreichenden Oberflächengröße im Sinne guter Abnutzungseigenschaften mit Nuten bzw. Kanälen für die Fluidströmung bei niedrigem Drehenergiebedarf und weitgehen der Unterdrückung von Schwingungen. Der Rohrschutzaufsatz ist mit einem vorgewählten Innendurchmesser auf etwa den Außen durchmesser des Bohrrohrs hin ausgelegt. Ein Muster auf der Außenfläche des Gummi-Rohrelements besteht aus erhabenen Flä chen, die von ineinander übergehenden Kanälen umgeben sind. Im Vergleich der Anordnung auf etwa der oberen Hälfte des Rohrschutzaufsatzes mit dem auf etwa der unteren Hälfte ist das Muster bilateral asymmetrisch.

In einer Ausführungsform benutzt das Muster durchgehend die gleiche geometrische Figur wie bspw. eine Raute. Die Rauten sind nicht gleichgroß und gleich konfiguriert, um die bilate rale Asymmetrie an der Mittellinie des Rohrschutzaufsatzes herzustellen. Die Asymmetrie um die Mittellinie läßt sich auch mit einer Kombination aus geometrischen und unregelmäßi gen Figuren erreichen. Um eine Strömung der Bohrlochflüssig keit zu ermöglichen, machen die Kanäle vorzugsweise etwa 40% bis etwa 70% des Musters aus. Die erhabenen Flächen des Mu sters machen ebenfalls vorzugsweise 30% bis 60% der Außen fläche aus, um die Abnutzung im Betrieb geringzuhalten. Wei terhin können die erhabenen Flächen mit gerundeter Außenkon tur ausgeführt sein.

Der verbesserte Rohrschutzaufsatz läßt sich den der Fachwelt bekannten Rohrschutzaufsätzen anpassen. Eine bevorzugte Kon struktion ist ein herkömmlicher Spalt-Rohrschutzaufsatz mit einer Öffnung entlang der Länge des Gummielements, an der er aufgespreizt werden kann, um das Aufsetzen auf ein Rohr zu erleichtern. Eine Schließeinrichtung legt das Rohrelement auf einem Rohr fest. Viele Spalt-Rohrschutzaufsätze weisen inein andergreifende Metallzähne auf, die von Gummi abgedeckt sind und miteinander mittels eines Schlüssels versperrt werden, den man längs durch die Zähne schiebt. Die Metallzähne gehen in einen zylindrischen Metalleinsatz innerhalb des Gummi- Rohrelements über. Der Metalleinsatz kann aus Well- oder glattem Blech bestehen. Der erfindungsgemäße Spalt-Rohr schutzaufsatz ist auf der Außenfläche gemustert ausgeführt, wie hier beschrieben. Obgleich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung für einen Spalt-Rohrschutzaufsatz gilt, läßt das asymmetrische Muster sich auch für Streck-Rohrschutzauf sätze verwenden, die man auf das Bohrrohr aufsetzt, indem man sie kurzzeitig so stark aufweitet (den Innendurchmesser ver größert), daß sie auf ein Rohr aufgeschoben werden können. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatzes mit einem um die Mit tellinie asymmetrischen Rauten/Kanal-Muster;

Fig. 2 ist eine Draufsicht des Rohrschutzaufsatzes der Fig. 1 im nicht aufgesetzten Zustand;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatzes mit einem um die Mit tellinie asymmetrischen Muster aus erhabenen Oval formen;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Rohrschutzaufsatz der Fig. 3 im nicht aufgesetzten Zustand; und

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatzes mit einer Vielzahl von Figuren.

Die erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsätze lassen sich aus den Polymerisaten herstellen, die allgemein für das Abteufen von Bohrlöchern bekannt und der Fachwelt vertraut sind. Ein be vorzugter Gummi ist ein Acrylnitril-Butadien-Mischpolymerisat mit hohem Acrylnitrilanteil, das auch als Nitrilbasispolyme risat bekannt ist. Die Shore-A-Durometer-Härte des Rohrele ments liegt zwischen etwa 50 und etwa 80. Der bevorzugte Be reich der Shore-A-Durometer-Härte ist ca. 65 bis 70.

Der Acrylnitril-Mischpolymerisat-Gummi ist gegen Öl und Kraftstoffe beständig, hat eine hohe Zug- und Reißfestigkeit sowie einen hohen Abrieb- und Wärmewiderstand und ist gasun durchlässig. Der Acrylnitril-Mischpolymerisat-Gummi kann mit der Fachwelt bekannten Zuschlägen kompundiert werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern.

Ein bevorzugter Polymerisatansatz für einen farbigen rußfreien nichtverstärkten Gummi ist in der Tabelle 1 angegeben.

Farbiges rußfreies nichtverstärktes Polymerisat
Komponente
Teile/100 d. Polymerisats
NBR-Polymerisat
100
Zinkoxid	4-9
Siliziumdioxid	25-60
Stearinsäure	1,0-1,5
Oxid- und Ozonbeständigkeit erteilende Mittel	3,5-10
Prozeßöle	25-50
Verstärkungsharz und Harzhärter	5-15
Eisenoxid-Pigment	3-8
Sulfenamid-Härtemittel	2-5,5
Thiuram-Härtemittel	1,5-4,5

Einen bevorzugten Ansatz für ein rußhaltiges verstärktes Po lymerisat zeigt die Tabelle 2.

Rußhaltiges verstärktes Polymerisat
Komponente
Teile/100 d. Polymerisats
NBR-Polymerisat
100
Zinkoxid	4-9
Stearinsäure	1,0-1,5
Ruß (N774)	30-70
Oxid- und Ozonbeständigkeit erteilende Mittel	3,5-10,0
Prozeßöle	25-50
Verstärkungsharz und Harzhärter	5-15
Sulfenamid-Härtemittel	2-5,5
Thiuram-Härtemittel	1,5-4,5

Das Muster auf dem Rohrschutzaufsatz wird durch in die Außen fläche des Gummis eingebrachte Kanäle gebildet. Diese Kanäle umgeben jeweils eine geometrische oder unregelmäßige Figur, die aus den Kanälen heraus erhaben liegt. Die Kanäle können auf beliebige Weise ausgebildet sein, sofern nur eine Flüs sigkeit hindurchtreten kann. Der Kanal kann ein glatter halb kreis-, U- oder V-förmiger oder ein eckiger Einschnitt sein. Diese Aufstellung soll keinen Kanalquerschnitt ausschließen, die eine Fluidströmung erlaubt. Die Kanäle auf einem jeweili gen Rohrschutzaufsatz können auch aus mehreren verschiedenen Einschnittformen kombiniert sein. Die Kanäle verlaufen bis zur Schulter eine Spalt-Rohrschutzaufsatzes, damit die Bohr lochflüssigkeit am Rohrschutzaufsatz vorbeiströmen kann. Die Schultern verlaufen schräg zum Innendurchmesser des Rohrele ments. Die Kanäle können etwa 40% bis etwa 70% des Außen flächeninhalts des Rohrschutzaufsatzes ausmachen.

Das von den Kanälen erzeugte Muster ist um die Mittellinie bzw. bilateral asymmetrisch, so daß das Muster auf etwa der oberen Hälfte des Rohrschutzaufsatzes im Vergleich zu dem auf etwa der unteren Hälfte asymmetrisch ist. Die geometrische oder eine unregelmäßige Gestalt läßt sich verwenden, wie auch eine Mischung von Formen. Geometrische Formen, die sich mit den Kanälen erzeugen lassen, sind Rauten, Ellipsen, Kreise, Ovale, Rechtecke, Halbkugeln, Parallelogramme, Trapezoide, Dreiecke, mehrseitige Figuren und Figuren mit unregelmäßigen Seiten. Diese Aufstellung soll keinesfalls irgendwelche Ge stalten oder Formen ausschließen, sondern nur die zahlreichen Figuren erläutern, die verwendbar sind. Die erhabenen Figuren können an der Oberfläche flach oder gerundet sein.

Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes. Das Gummi-Rohrelement 10 ist auf das Rohr 12 aufgesetzt gezeigt. Die Kanäle, von denen einer bei 14 gezeigt ist, sind in die Außenfläche des Rohr elements 10 eingeformt oder aus ihr herausgearbeitet. Die Kanäle verlaufen bis zu den Schultern 16, 18 an den beiden Enden des Rohrelements 10, um eine Strömung der Bohrlochflüs sigkeit zu erlauben. Die Kanäle erzeugen erhabene Flächen, die in Fig. 1 als Rauten gezeigt sind; vergl. das Bezugszei chen 20. Die Linie A-A′ stellt etwa die Mittellinie des Rohr elements 10 dar und ist eingezeichnet worden, um anhand eines Vergleichs etwa der oberen mit etwa der unteren Hälfte des Rohrschutzaufsatzes die bilaterale Asymmetrie darzustellen.

Die Fig. 2 ist eine Draufsicht des nicht auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatzes der Fig. 1. Die zur Schulter 16 verlaufenden Kanäle sind als U- bzw. halbkreisförmige Ein schnitte dargestellt; vergl. den Kanal beim Bezugszeichen 22. Die Draufsicht zeigt einen typischen gespaltenen Rohrschutz aufsatz mit einer Öffnung 24 und dem Schlüssel 26 zum Festle gen des Aufsatzes auf einem Rohr, wie hier beschrieben.

Die Fig. 3 ist die Seitenansicht einer alternativen Ausfüh rungsform und zeigt die Verwendung gerundeter Konturen auf den erhabenen Oberflächen bei einem asymmetrischen Ovalmu ster. Der allgemein bei 30 gezeigte Rohrschutzaufsatz ist auf das Rohr 32 aufgesetzt. Eine Anzahl erhabener Ovale (vergl. das Bezugszeichen 34) sind so angeordnet, daß sie im Vergleich etwa der oberen Hälfte mit etwa der unteren Hälfte des Auf satzes bilateral asymmetrisch sind. Um die erhabenen ovalen abgerundeten Formen herum verlaufen Kanäle (vergl. das Be zugszeichen 36), die, wie bereits erwähnt, eine Strömung der Bohrlochflüssigkeit erlauben und zu den Schultern 38, 40 verlaufen.

Die Fig. 4 ist eine Draufsicht des nicht auf ein Rohr aufge setzten Rohrschutzaufsatzes der Fig. 3. Die Draufsicht zeigt den typischen gespaltenen Rohrschutzaufsatz mit der Öffnung 42 und dem Schlüssel 44, mit dem der Aufsatz auf dem Rohr festgelegt wird. Die gegeneinander versetzten erhabenen ab gerundeten Ovale sind mit ihrer obersten Reihe (vergl. das Bezugszeichen 46) abgeschnitten und in die Schulter 38 über gehend dargestellt. In dieser Darstellung ist eine Folge mit dem Bezugszeichen 48 bezeichneter versetzter Ovale zu erken nen.

Die Fig. 5 zeigt in einer Seitenansicht eine weitere Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes mit einer kombinierten Musterung auf das Rohr 50 aufgesetzt. Das Rohr element 52 trägt eine Vielzahl von Formen - Sechsecke, Halb kreise, Kreise, Rauten, Rechtecke und abgeschnittene Formen, die gemeinsam ein bilaterales asymmetrisches Muster auf der Außenfläche ausmachen. Die Figuren sind erhaben und die unre gelmäßigen Räume zwischen den Figuren können die Kanäle dar stellen.

Der erfindungsgemäße Rohrschutzaufsatz zeigte im Einsatz beim Bohren eine niedrige Schwingenergie. Der Aufsatz mit Rauten musterung entsprechend dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten wur den unter den im Feld auftretenden Lasten getestet und mit glatten und genuteten Aufsätzen verglichen. Die Höhe der Rohrschutzaufsätze beträgt zwischen den Schultern 102 mm (4 in.), die Gesamthöhe 152 mm (6 in.). Die Rohrschutzaufsätze wurden bei einer Seitenlast von 44 Nimm (3000 lbs./ft.) und 88 N/mm (6000 lbs./ft.) und 158 U/min geprüft. Der Meßwert der Schwingungsenergie wurde durch Bestimmen der Amplitude der Grundwelle und Addition der Amplituden der ersten, zwei ten, dritten und vierten Harmonischen ermittelt. Die Summe wurde zu Energieeinheiten umgewandelt, die poportional zur Amplitudenmessung sind. Der resultierende Zahlenwert für die Schwingungsenergie dient zum Vergleich zwischen den geprüften Rohrschutzaufsätzen.

Die folgende Tabelle 3 stellt eine zusammenfassende Messung der Schwingungsenergie für glatte und genutete Rohrschutz aufsätze sowie solche mit asymmetrischem Rautenmuster dar.

Tabelle 3

Schwingungsenergie

Zum Vergleich des asymmetrischen Rautenmusters mit den her kömmlichen, glatten oder genuteten Rohrschutzaufsätzen wurde dem Wert für das asymmetrische Rautenmuster der Wert 1 zuge teilt und die anderen Werte proportional umgerechnet. Die folgende Tabelle 4 weist die geringere Schwingungsenergie des erfindungsgemäßen Rohrschutzaufsatzes aus.

Tabelle 4

Schwingungsenergieverhältnis

Claims

1. Rohrschutzaufsatz mit einem rohrförmigen Gummielement (10) mit vorgewählten Innendurchmesser entsprechend dem an genäherten Außendurchmesser eines Rohrs (12), gekennzeichnet durch ein auf der Außenfläche des Rohrelements (10) angeordnetes Muster aus erhabenen Flä chen (20), die von miteinander in Verbindung stehenden Kanä len (14) umgeben sind, wobei das Muster im Vergleich etwa der oberen mit etwa der unteren Hälfte des Rohrschutzaufsatzes bilateral asymmetrisch ist.

2. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbunde nen Kanäle (14) etwa 40% bis etwa 70% des Musters auf der Außenfläche des Rohrschutzaufsatzes ausmachen.

3. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster sich aus einer oder verschiedenen geometrischen Formen zusammensetzt.

4. Rohrschutzaufsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Kombina tion aus geometrischen und unregelmäßigen Figuren ist.

5. Rohrschutzaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erha benen Flächen (20) eine solchen Flächeninhalt haben, das die Abnutzung im Betrieb minimiert wird.

6. Rohrschutzaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erha benen Flächen (34) eine gerundete Außenkontur aufweisen.

7. Rohrschutzaufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erha benen Flächen (20, 34) etwa 30% bis etwa 60% des Musters auf der Außenfläche des Rohrelements (10) ausmachen.

8. Rohrschutzaufsatz nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erha benen Flächen Rautenfiguren (34) vorzugsweise unregelmäßiger Gestalt aufweisen.

9. Rohrschutzaufsatz nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zur Innenwandung des Rohr elements (10) hin schräge Schultern (18, 19) an beiden Enden desselben, wobei die Kanäle (14) bis zu den Schultern (16, 18) verlaufen.

10. Rohrschutzaufsatz nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr element (10) ein Aufstreck-Aufsatz ist.

11. Rohrschutzaufsatz nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine längs entlang des Rohrelements (10) verlaufende Öffnung (24), die aufspreizbar ist, um das Aufsetzen des Rohrschutzaufsatzes auf ein Rohr (12) zu erleichtern, und durch einen Verschluß (26) zum Festlegen des Rohrelements (10) auf dem Rohr (12).