EP0397875B1 - Aufweitwerkzeug für rohre - Google Patents

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EP0397875B1
EP0397875B1 EP89902699A EP89902699A EP0397875B1 EP 0397875 B1 EP0397875 B1 EP 0397875B1 EP 89902699 A EP89902699 A EP 89902699A EP 89902699 A EP89902699 A EP 89902699A EP 0397875 B1 EP0397875 B1 EP 0397875B1
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EP
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rolling
casing
roller
pipes
borehole
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Konstantin Viktorovich Meling
Jury Anatolievich Safonov
Gabdrashit Sultanovich Abdrakhmanov
Jury Grigorievich Mikhailin
Rodion Mikhailovich Bogomolov
Valentin Vasilievich Salomatin
Almaz Adgamovich Mukhametshin
Salikhzyan Mukhametzyanovich Mingazov
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TATARSKY GOSUDARSTVENNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY I PROEKTNY INSTITUT NEFTYANOI PROMYSHLENNOSTI
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TATARSKY GOSUDARSTVENNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY I PROEKTNY INSTITUT NEFTYANOI PROMYSHLENNOSTI
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Publication date
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    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • E21B43/105—Expanding tools specially adapted therefor
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B29/10—Reconditioning of well casings, e.g. straightening
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
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    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/53652—Tube and coextensive core

Definitions

  • the invention relates to drilling technology and relates in particular to a device for rolling pipes.
  • This invention is best suited for the rolling in of profiled tubes which are used for covering complication zones in the drilling process, which are characterized by an intensive loss of flushing and cement slurry, by a flow of liquid or gas from the drilled layer into the bore and the caused by an accident.
  • the borehole section is currently being expanded in the zone of the open-ended layer, which has become more complicated according to the drilling conditions, and in the expanded borehole section, for example, a profiled tube tour is set which runs through the wall of the enlarged borehole section the generation therein of a pressure with subsequent calibration of its inner passage channel is pressed to the predetermined borehole diameter using a pipe rolling apparatus.
  • a device for rolling in casing pipes (SU, A, 371340) is already known, which has a housing which is rigidly connected to a tapered guide with grooves in which rolling-in elements in the form of cylindrical rollers are movably arranged.
  • the grooves run at an angle to the housing axis, their lower part being offset relative to the upper part in the direction of rotation of the device.
  • the device On the drill pipes, the device is inserted into the bore up to the crushed section of the casing and begins to rotate by maintaining a certain load, the rollers rolling over the crushed casing section and smoothing it.
  • a disadvantage of this device is its low operational reliability because the rollers arranged in the grooves of the taper guide of the housing are wedged into these grooves and quickly worn out due to the penetration of the suspended particles, including grinding particles, from the liquid contained in the borehole.
  • Another disadvantage of the device is the low rolling speed of pipes due to the high frictional forces of the rollers in the grooves of the taper guide of the housing.
  • the main disadvantage of the known device is the low strength of the bearings, their rollers, whereby these must not be exposed to the high loads required for rolling in the profiled tubes and consequently the effect of rolling in the said tubes is reduced.
  • Another disadvantage is the poor functionality, caused by floating and grinding particles from the liquid in the borehole penetrating into the grooves with the rollers therein, which also entails wedging and rapid wear of the rollers.
  • a disadvantage of the known device is also its low efficiency, caused by high frictional forces of the rollers in the grooves of the tapered guides, especially at the moment of their wedging in the grooves of these guides.
  • a device for rolling in pipes which contains a housing and a rolling-in element arranged thereon at an angle to its geometric longitudinal axis and which is mounted in bearings on a pin (SU, A, 394133).
  • a device according to the preamble of claim 1 is known from US-A-2237538.
  • This invention aims to improve the operational safety of the pipe rolling apparatus.
  • Another purpose of the invention is also to extend the life of the device.
  • Another purpose of the invention is to accelerate the rolling process of profile or squeezed pipes.
  • the invention has for its object to provide a device for rolling pipes, the rolling element is designed so that the friction in the area of its contact with the pipe is substantially reduced and, at the same time, the load to be transmitted is increased.
  • the roll-in element is designed as a spherical segment, the outer surface of which is formed by mutually alternating sections of a spherical surface and side surfaces of cylinders, the geometrical longitudinal axes of which extend in a plane perpendicular to the journal axis.
  • the device according to the invention makes it possible, thanks to the aerodynamic shape of the active surface of the rolling element mentioned, to significantly reduce the friction in the region of its contact with the pipe to be processed and to increase the load to be transferred considerably, so that the rolling speed increases and the quality is remarkable be improved.
  • the device for rolling pipes has a housing 1 (FIG. 1) with a pin 2 (FIG. 2), to which a rolling element 3 is attached.
  • the pin 2 lies at an angle to the geometric longitudinal axis of the housing 1, the rolling-in element 3 being mounted on the pin 2 in ball bearings 4 and 5.
  • the rolling element 3 has a bore 6 which is closed with a screw 7.
  • the contact surface of the pin 2 with the roll-in element 3 is sealed by means of a seal 8.
  • the roll-in element 3 has the shape of a spherical segment 9 (FIG. 1), the outer surface of which is formed by mutually alternating sections of the spherical surface 10 (FIGS. 1, 3) and side surfaces of cylinders 11, the geometrical axes 12 of which in a to the geometrical longitudinal axis 13 of the Pin 2 vertical plane (ie, below 90 °) and pass through the center 0, from which the ball segment 9 is formed.
  • the common intersection 14 (FIG. 3) of the side surfaces of the cylinders 11 lies at the tip of the rolling element 3.
  • the device operates as follows.
  • This invention is suitable for the rolling in of profile tubes, which are used for covering complication areas in the drilling process, and for the smoothing of crushed casing tubes.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Bohrtechnik und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren.
  • Am besten eignet sich diese Erfindung für das Einwalzen von Profilrohren, die für die Abdeckung von Komplikationszonen im Bohrvorgang eingesetzt werden, die durch einen intensiven Spülungs- und Zementschlämmenverlust, durch einen Flüssigkeits- bzw. Gaszufluß aus der angebohrten Schicht in die Bohrung gekennzeichnet sind und die durch einen Nachfall entstehen.
  • Beim Niederoringen von Tiefbohrungen zur Erdöl- bzw. Gasförderung trifft man öfters Schichten, die miteinander nicht verträglich sind, d.h., Schichten mit anomal hohem bzw. niedrigem Schichtdruck, sowie Schichten mit einem Nachfall an.
  • Bisher wurden derartige Schichten durch das Einfahren von zusätzlichen kürzeren und Zwischenrohrtouren abgedeckt. Diese Maßnahmen erfordern jedoch einen hohen Materialaufwand, bedingt durch eine unabdingbare Zementation der Rohrtouren innerhalb der Bohrung, sowie durch einen hohen Aufwand an Metall, Zement und Arbeitszeit. Hinzu kommt, daß nach dem Einbau einer weiteren Rohrtour der Bohrlochdurchmesser abnimmt, wodurch sich die Betriebsbedingungen verschlechtern.
  • Um das weitere Bohren ohne Abnahme des vorbestimmten Bohrlochdurchmessers sicherzustellen, wird derzeit der Bohrlochabschnitt in der Zone der aufgeschlossenen, nach den Bohrverhältnissen komplizierter gewordenen Schicht erweitert, und in dem erweiterten Bohrlochabschnitt wird, z.B., eine Profilrohrtour gesetzt, die gegen die Wandung des erweiterten Bohrlochabschnittes durch die Erzeugung darin eines Druckes mit späterer Kalibrierung ihres inneren Durchlaßkanals auf den vorgegebenen Bohrlochdurchmesser unter Verwendung eines Rohreinwalzapparates gedrückt wird.
  • Es ist bereits eine Vorrichtung zum Einwalzen von Futterrohren (SU, A, 371340) bekannt, die ein Gehäuse aufweist, das mit einer Kegelführung mit Nuten, in denen Einwalzelemente in Form von zylindrischen Rollen bewegbar angeordnet sind, starr verbunden ist. Die Nuten verlaufen in einem Winkel zur Gehäuseachse, wobei ihr Unterteil relativ zu dem Oberteil in Drehrichtung der Vorrichtung versetzt ist.
  • An den Gestängerohren fährt man die Vorrichtung in die Bohrung bis an den zerquetschten Abschnitt der Futterrohre ein und beginnt mit der Drehung, indem eine bestimmte Belastung aufrechterhalten wird, dabei wälzen sich die Rollen über den zerquetschten Futterrohrabschnitt und glätten diesen.
  • Nachteilig wirkt sich bei dieser Vorrichtung ihre geringe Betriebssicherheit aus, weil die in den Nuten der Kegelführung des Gehäuses angeordneten Rollen infolge der Eindringung der Schwebepartikel, einschließlich Schleifpartikel, aus der im Bohrloch enthaltenen Flüssigkeit in diese Nuten verkeilt und schnell verschlissen werden.
  • Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung besteht in einer geringen Einwalzgeschwindigkeit von Rohren auf Grund hoher Reibkräfte der Rollen in den Nuten der Kegelführung des Gehäuses.
  • Es ist ferner eine Vorrichtung zum Einwalzen von Futterrohren nach deren Zerquetschen im Bohrloch (SU, A, 467994) bekannt, die ein Gehäuse in Form einer geraden und einer rückläufigen Kegelführung mit Nuten, in denen in einem Winkel zur geometrischen Längsachse des Gehäuses in Lagern Einwalzelemente in Form von Kegelrollen, deren größere Grundflächen dem Mittelpunkt des Gehäuses zugewandt sind, montiert sind, enthält.
  • Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist der eingangs beschriebenen ähnlich.
  • Als Hauptnachteil der bekannten Vorrichtung gilt eine geringfügige Festigkeit der Lager deren Rollen, wodurch diese keinen für das Einwalzen der Profilrohre erforderlichen hohen Belastungen ausgesetzt werden dürfen und folglich der Effekt durch das Einwalzen der besagten Rohre zurückgeht.
  • Ein weiterer Nachteil zeigt sich in der schlechten Funktionstüchtigkeit, dadurch veranlaßt, daß Schwebe- und Schleifpartikel aus der im Bohrloch vorhandenen Flüssigkeit in die Nuten mit den darin befindlichen Rollen eindringen, was ebenfalls ein Verkeilen und einen schnellen Verschleiß der Rollen nach sich zieht.
  • Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist auch ihr niedriger Wirkungsgrad, verursacht durch hohe Reibkräfte der Rollen in den Nuten der Kegelführungen, im besonderen im Augenblick deren Verkeilung in den Nuten dieser Führungen.
  • Es ist eine Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren bekannt, die ein Gehäuse und ein an diesem unter einem Winkel zu seiner geometrischen Längsachse angeordnetes Einwalzelement, das in Lagern an einem Zapfen montiert ist, enthält (SU, A, 394133).
  • Diese Vorrichtung ist nach ihrer konstruktiven Auslegung kompliziert, weist auf Grund hoher Reibkräfte im Bearbeitungsbereich einen niedrigen Wirkungsgrad auf, wodurch die von dem Einwalzelement her auf das Rohr zu übertragende Last verringert wird, und sie dient einzig und allein für das Einwalzen der Rohrenden. Eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US-A-2237538 bekannt.
  • Diese Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Betriebssicherheit der Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren.
  • Ein anderer Zweck der Erfindung ist es auch, die Lebensdauer der Vorrichtung zu verlängern.
  • Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Beschleunigung des Einwalzvorganges von Profil- bzw. gequetschten Rohren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren zu schaffen, deren Einwalzelement konstruktiv so ausgeführt ist, daß dadurch die Reibung im Bereich dessen Berührung mit dem Rohr im wesentlichen verringert und zugleich die darauf zu übertragende Last erhöht wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Einwalzelement als Kugelsegment ausgeführt ist, dessen Außenfläche durch untereinander abwechselnde Abschnitte einer Kugelfläche und Seitenflächen von Zylindern, deren geometrische Längsachsen in einer zur Zapfenachse senkrecht liegenden Ebene verlaufen, gebildet ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, dank der genannten strömungsgünstigen Gestalt der Wirkfläche des Einwalzelementes die Reibung im Bereich dessen Berührung mit dem zu bearbeitenden Rohr erheblich zu verringern und die auf dieses zu übertragende Last wesentlich zu steigern, so daß die Einwalzgeschwindigkeit erhöht und die -qualität beachtlich verbessert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung deren Ausrührungsbeispiels und den beigelegten Zeichnungen besser verstanden, in denen zeigt:
    • Fig. 1 die Gesamtansicht einer Vorrichtung beim Einwalzen eines Profilrohres im Bohrloch,
    • Fig. 2 dito mit einem Einwalzelement, das in einem Schnitt dargestellt ist,
    • Fig. 3 eine Ansicht in Pfeiflichtung A der Fig. 1,
    • Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2 und
    • Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 2.
  • Die Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren hat ein Gehäuse 1 (Fig. 1) mit einem Zapfen 2 (Fig. 2), an welchem ein Einwalzelement 3 angebracht ist. Der Zapfen 2 liegt in einem Winkel zur geometrischen Längsachse des Gehäuses 1, wobei das Einwalzelement 3 am Zapfen 2 in Kugellagern 4 und 5 montiert ist. Für das Drücken eines Schmiermittels in die Lager 4, 5 weist das Einwalzelement 3 eine Bohrung 6 auf, die mit einer Schraube 7 geschlossen wird. Die Berührungsfläche des Zapfens 2 mit dem Einwalzelement 3 ist mittels einer Dichtung 8 abgedichtet.
  • Das Einwalzelement 3 hat die Form eines Kugelsegmentes 9 (Fig. 1), dessen Außenfläche durch untereinander abwechselnde Abschnitte der Kugelfläche 10 (Fign. 1, 3) und Seitenflächen von Zylindern 11 gebildet ist, deren geometrische Achsen 12 in einer zur geometrischen Längsachse 13 des Zapfens 2 senkrechten Ebene (d.h., unter 90°) liegen und den Mittelpunkt 0 durchlaufen, von welchem an das Kugelsegment 9 gebildet ist. Der gemeinsame Schnittpunkt 14 (Fig. 3) der Seitenflächen der Zylinder 11 liegt an der Spitze des Einwalzelementes 3.
  • Es bieten sich mehrere Varianten (nicht gezeigt) für die Ausführung des Einwalzelementes 3 an: mit einer Versetzung der Achsen 12 um einen gewissen Abstand von der Achse 13 her des Einwalzelementes 3 in einer dazu senkrecht verlaufenden Ebene; mit einer Versetzung der Ebene mit den darin verlaufenden Achsen 12 unterhalb des Mittelpunktes 0 des Einwalzelementes 3; Ausführung konkaver (hyperbolischer) Rotationsflächen anstelle der Zylinderflächen 11.
  • Die Vorrichtung wird wie folgt betrieben.
  • Nach dem Einfahren der Profilrohre 15 ins Bohrloch oder in die Futterrohrtour 16 (zur Abdeckung des Komplikationsbereiches), wie das in Fig. 1 erkennbar ist, und nach der Ausbesserung der Rohre 15 durch einen inneren Flüssigkeitsdruck bleiben noch längsverlaufende Falten 17 (Fig. 4) an ihrer Umfangslinie bestehen. Die Vorrichtung wird mit den Gestängerohren 18 (Fign. 1 und 2) zusammengeschraubt und ins Bohrloch bzw. die Futterrohrtour 16 eingefahren. Das Einwalzelement 3 dringt dank der strömungsgünstigen Form seiner Wirkfläche ins Innere der Profilrohre 15 ein und glättet während der Drehung der Gestängerohre 18 die durch den Flüssigkeitsdruck nicht geglätteten Falten 17, wobei zugleich die gesamte Innenflache der Profilrohre 15 kalibriert wird und diese gegen die Bohrlochwandung bzw. die Futterrohrtour fest gedrückt werden (Fig. 5).
  • Diese Erfindung eignet sich für das Einwalzen von Profilrohren, die für die Abdeckung von Komplikationsbereichen im Bohrvorgang zum Einsatz gelangen, sowie für das Glätten von zerquetschten Futterrohren.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zum Einwalzen von Rohren, enthaltend ein Gehäuse (1) und ein daran zu dessen geometrischer Längsachse in einem Winkel angeordnetes Einwalzelement (3), das in Lagern (4, 5) an einem Zapfen (2) montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwalzelement (3) als Kugelsegment (9) ausgeführt ist, dessen Außenfläche durch untereinander abwechselnde Abschnitte einer Kugelfläche (10) und Seitenflächen von Zylindern (11), deren geometrische Längsachsen (12) in einer zur Zapfenachse (13) senkrecht liegenden Ebene verlaufen, gebildet ist.
EP89902699A 1988-11-22 1989-06-08 Aufweitwerkzeug für rohre Expired - Lifetime EP0397875B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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EP0397875A4 EP0397875A4 (en) 1992-01-08
EP0397875B1 true EP0397875B1 (de) 1994-02-16

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EP89902699A Expired - Lifetime EP0397875B1 (de) 1988-11-22 1989-06-08 Aufweitwerkzeug für rohre

Country Status (7)

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US (1) US5014779A (de)
EP (1) EP0397875B1 (de)
AU (1) AU621350B2 (de)
CA (1) CA1322151C (de)
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