Die Erfindung betrifft einen Einbausatz für Gestängerohre eines Rohrstranges, insbesondere Bohrstranges, ein Gestängerohr eines Rohrstranges, insbesondere Bohrstranges, einen Rohrstrang, insbesondere Bohrstrang und ein Verfahren zum Herstellen oder Nacharbeiten eines Gestängerohres.

Ein wesentliches Element bei modernen Bohrprozessen, insbesondere bei Erdöl-, Erdgas- und Geothermiebohrungen, ist die Datenerfassung und die Steuerung der diversen Module des Bohrstranges während des Bohrvorganges, sowie die Energieversorgung von elektrischen Modulen im Bohrstrang. Das Gleiche gilt aber auch für die anschließende Erdöl-, Gas- bzw. Warmwasserproduktion, auf die sich die Erfindung ebenfalls bezieht. Die Bohrindustrie benötigt daher ein System, das eine elektrische Energieübertragung und/oder elektrische oder optische Datenübertragung während des Bohrprozesses oder Produktionsprozesses ermöglicht.

Ein derartiges System soll dabei möglichst unabhängig vom konstruktiven Aufbau der Gestängerohre sein, damit sowohl neue Gestängerohre, als auch bereits vorhandene Gestängerohre damit ausgerüstet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Einbausatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gelöst wird diese Aufgabe des Weiteren mit einem Gestängerohr mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und mit einem Rohrstrang, insbesondere einem Bohrstrang, mit den Merkmalen des Anspruches 16.

Der erfindungsgemäße Einbausatz weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die mittels wenigstens einer Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Eines der beiden Enden wird in einem Pin des Gestängerohres und das andere Ende in einer Box des Gestängerohres angeordnet. Um ein Ende eines Einbausatzes in einem Gestängerohr gegenüber dem anderen Ende eines anzuschließenden Einbausatzes abzudichten, ist am ersten Ende und/oder am zweiten Ende eine Dichtung angeordnet. Schließlich ist an der Umfangsfläche jedes Endes ein das jeweilige Ende gegenüber dem Pin oder der Box abdichtendes Dichtelement angeordnet. Damit ist es möglich, Gestängerohre weitgehend beliebiger Bauart derart auszustatten bzw. nachzurüsten, dass eine elektrische, optische und/oder hydraulische Daten- und/oder Versorgungsleitung eingebaut werden kann, die vom eigentlichen Gestängerohr weitgehend unabhängig ist. D.h., dass die Gestängerohre und deren Verbindungen mit anschließenden Gestängerohren über einen Pin und eine Box nicht geändert werden müssen, wenn sie mit einem erfindungsgemäßen Einbausatz aus- oder nachgerüstet werden.

Es ist, wie durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 19 beansprucht ist, lediglich erforderlich, in einem neuen oder einem bereits vorhandenen, alten Gestängerohr eine geeignete Aufnahme innerhalb des Pins und der Box zu schaffen, indem in diesem Bereich die Rohrinnenfläche so bearbeitet wird, dass die beiden Enden des Einbausatzes zuverlässig und dicht aufgenommen werden können.

Alle Dichtungen, Dichtelemente und Abdichtungen sind erfindungsgemäß so ausgeführt, dass sie den Sicherheitsvorschriften in Verbindung mit elektrischem Strom auf Bohranlagen entsprechen und somit keine weiteren Sicherheitsmaßnahmen mehr getroffen werden müssen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Verbindungsleitung zwischen den beiden Enden könnte erfindungsgemäß bereits selbst eine entsprechend geschützte elektrische, optische oder hydraulische Leitung sein, ist aber bevorzugt ein Rohr, in dem eine elektrische oder optische Leitung aufgenommen ist oder werden kann. Natürlich ist auch eine Leerverrohrung möglich.

Die Verbindungsleitung und insbesondere das Rohr ist in einer weiters bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an beiden Enden an jeweils einen Leitungskanal in den Enden angeschlossen. Damit kann die Verbindungsleitung bzw. die in der Verbindungsleitung angeordnete elektrische oder optische Leitung sicher zu einem Verbindungspunkt zwischen den aneinander anschließenden Enden der Einbausätze bzw. Gestängerohre geführt werden.

Insbesondere ist bei der Erfindung bevorzugt, wenn ein Ende des Einbausatzes eine Muffe und das andere Ende ein Spitzende aufweist, und zwischen der Muffe und dem Spitzende eine Dichtung angeordnet ist. Durch das Ineinanderfügen von Muffe und Spitzende ist einerseits eine mechanisch stabile Verbindung und andererseits eine sehr zuverlässige Abdichtung der beiden miteinander zu verbindenden Enden gewährleistet.

Dabei kann das Spitzende in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen ersten und einen zweiten Längsabschnitt aufweisen, wobei der erste Längsabschnitt einen größeren Außendurchmesser als der zweite Längsabschnitt aufweist, wobei die wenigstens eine Verbindungsleitung am ersten Längsabschnitt an den Leitungskanal angeschlossen ist und wobei der Leitungskanal an einer Schulter zwischen dem ersten und dem zweiten Längsabschnitt mündet.

In einer weiters bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet der Leitungskanal an einer Stirnseite der Muffe, und die wenigstens eine Verbindungsleitung ist an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Seite der Muffe an den Leitungskanal angeschlossen.

Diese beiden Ausführungsformen der Erfindung können miteinander kombiniert werden, womit sich die weitere, erfindungsgemäße Möglichkeit bietet, dass die Stirnseite der Muffe und die Schulter voneinander beabstandet sind.

Der dadurch gebildete Raum zwischen dem Spitzende, der Muffe und einem Gestängerohr kann zur Aufnahme wenigstens einer elektrischen, optischen, hydraulischen oder funktechnischen Einrichtung verwendet werden. Insbesondere können in diesem Raum elektrische und/oder optische Einrichtungen, wie Messeinrichtungen, sowie Verbindungen oder Kopplungen zum Verbinden der elektrischen und/oder optischen Leitungen von einem Einbausatz zum nächsten eingebaut werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten, den Schutzbereich nicht beschränkenden, Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Gestängerohr, Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einbausatzes, Fig. 3 die Enden des Einbausatzes von Fig. 2 in vergrößertem Maßstab und im Schnitt, Fig. 4 den in das Gestängerohr von Fig. 1 eingebauten Einbausatz gemäß Fig. 2 in einem teilweisen Längsschnitt,

Fig. 5 den eingebauten Einbausatz von Fig. 4 mit weiteren Details, und Fig. 6 den Verbindungsbereich von zwei Gestängerohren eines Bohrstranges mit einem erfindungsgemäßen Einbausatz in einem Teilschnitt.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einbausatzes dargestellt, die aber nur beispielhaft ist und, abgesehen von den erfindungsgemäßen Merkmalen, wie sie in den Ansprüchen definiert sind, im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezüglich vieler Komponenten auch anders ausgeführt sein kann, ohne dass dies im Folgenden einer besonderen Erwähnung bedarf.

In Fig. 1 ist eine im Stand der Technik an sich übliche Ausführungsform eines Gestängerohres 6 mit erfindungsgemäßen Anpassungen dargestellt. Es versteht sich, dass das Gestängerohr auch anders aufgebaut sein kann, sofern nicht im Folgenden auf spezifische Merkmale des Gestängerohres 6 als unbedingt erforderliche Merkmale hingewiesen wird.

Das Gestängerohr 6 weist in der dargestellten Ausführungsform einen Rohrkörper 2 auf, an dessen einem Ende ein Pin 3 und an dessen anderem Ende eine Box 1 angeordnet ist. Bevorzugt, aber nicht zwingend, sind die Box 1 und der Pin 3 am Rohrkörper 2 angeschweißt. Am Pin 3 ist ein Außengewinde bzw. Zapfengewinde angebracht und in der Box 1 ein Innengewinde bzw. Muffengewinde, wobei die beiden Gewinde bevorzugt Kegelgewinde sind. Durch Einschrauben des Zapfengewindes am Pin 3 in das Muffengewindes in der Box 1 können mehrere Gestängerohre 6 zu einem Bohrstrang zusammengefügt werden, wobei diese Verbindung eine ausreichend zuverlässige Abdichtung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Bohrstranges schafft.

Das Gestängerohr 6 ist in seinem Inneren durchgehend offen, sodass bei aneinandergeschraubten Gestängerohren 6 ein Kanal 8 entsteht, durch den z.B. Spülflüssigkeit von der Bohranlage an der Oberfläche zum Bohrkopf gefördert werden kann. Sofern es sich beim Gestängerohr 6 nicht um einen Bohrstrang handelt, sondern um einen Rohrstrang für die Förderung zum Beispiel von Öl, Gas oder Wasser, kann dieses durch den Kanal 8 im Inneren des Gestängerohre 6 nach oben gefördert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich im Bereich der Box 1 und des Pin 3 vorzugsweise zylindrische Bohrungen 4, 5, in die ein erstes Ende 17 und ein zweites Ende 18 eines erfindungsgemäßen Einbausatzes 7 eingesetzt werden.

Beim in den Zeichnungen dargestellten, erfindungsgemäßen Einbausatz 7 sind die beiden Enden 17, 18 mittels zweier Verbindungsleitungen 13 verbunden. Es können natürlich auch mehr als zwei Verbindungsleitungen oder nur eine einzige Verbindungsleitung vorhanden sein. Die Verbindungsleitungen 13 sind dicht, beispielsweise mittels einer Dichtung 37, an Leitungskanäle 16 in den Enden 17, 18 angeschlossen.

Auf der den Verbindungsleitungen 13 gegenüberliegenden Seite weist das eine Ende 17 eine Muffe 19 und das andere Ende 18 ein Spitzende 20 auf. Die Muffe 19 und das Spitzende 20 sind kompatibel und können ineinander gesteckt werden, sodass eine Verbindung zwischen zwei aneinander anschließenden Einbausätzen 7 hergestellt werden kann. Um eine dichte Verbindung zwischen der Muffe 19 und dem Spitzende 20 hersteilen zu können, weist die Muffe 19 einen Innenwandbereich 21 und das Spitzende 20 einen Außenwandbereich 22 auf. Der Innenwandbereich 21 und der Außenwandbereich 22 sind bevorzugt zylindrisch, können aber auch kegelig oder konkav/konvex sein. Am Außenwandbereich 22 des Spitzendes 20 ist ein Dichtungsring 23 angeordnet. Wenn die Muffe 19 und das Spitzende 20 zusammengesteckt werden, wird über den Dichtungsring 23 eine dichte Verbindung eines Einbausatzes 7 mit einem anschließenden Einbausatz 7 hergestellt.

Alternativ ist es bei der Erfindung aber auch möglich, dass die Dichtung kein separater Teil wie ein Dichtring ist, sondern durch zwei an der Muffe 19 und am Spitzende 20 angeordnete Dichtflächen gebildet wird, die unter Druck aneinander anliegen, womit die Dichtung durch die Dichtflächen an der Muffe 19 und das Spitzende 20 hergestellt wird.

In der Muffe 19 führt der Leitungskanal 16 von der Verbindungsleitung 13 durch das Innere der Muffe 19 bis zu einer Stirnseite 24, die der Verbindungsleitung 13 gegenüberliegt.

Das Spitzende 20 weist einen ersten Längsabschnitt 25 und einen zweiten Längsabschnitt 26 auf, die beide eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Der erste Längsabschnitt 25 weist einen größeren Außendurchmesser als der zweite Längsabschnitt 26 auf. Am Übergang zwischen dem ersten Längsabschnitt 25 und dem zweiten Längsabschnitt 26 wird eine Schulter 27 gebildet. Im Spitzende 20 führt der Leitungskanal 16 von der Verbindungsleitung 13 durch das Innere des Spitzendes 20 bis zur Schulter 27 und mündet dort.

Der Abstand der Mündung des Leitungskanals 16 an der Stirnseite 24 der Muffe 19 und der Mündung des Leitungskanals 16 an der Schulter 27 des Spitzendes 20 von einer Längsachse des Einbausatzes 7 ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich groß, wobei unterschiedliche Abstände aber natürlich auch möglich sind.

In der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einbausatzes 7 haben die Schulter 27 des Spitzendes 20 und die Stirnseite 24 der Muffe 19 einen Abstand, der groß genug ist, einen Raum 15 zu bilden, in dem elektrische und/oder optische Bauteile angeordnet werden können. Bei diesen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Sensoren und elektrische oder elektromagnetische Verbindungen oder Kopplungen handeln, über die eine elektrische Energieübertragung und/oder elektrische oder optische Datenübertragung erfolgen kann, wenn die Muffe 19 und das Spitzende 20 zusammengesteckt sind.

Beispielsweise kann im Raum 15 die in der EP 2440737 Bl beschriebene Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitungen eingebaut sein, um durch die Verbindungsleitungen 13 und die Leitungskanäle 16 geführten elektrischen Leitungen aneinander anschließender Gestängerohre 6 bzw. Einbausätze 7 miteinander zu verbinden.

Die Abdichtung der Enden 17, 18 zum Gestängerohr 6 hin erfolgt über Dichthülsen 9, 14, die in die Muffe 19 und das Spitzende 20 integriert oder dicht mit diesen verbunden sind. Die Dichthülsen 9, 14 weisen eine Umfangsfläche 11 mit einer zylindrischen Form auf, an der ein Dichtelemente 28 angeordnet ist.

Um die Enden 17, 18 im Pin 3 und in der Box 1 zu befestigen, ist eine Klemmvorrichtung 29 vorgesehen, die im Wesentlichen aus zwei Hülsen 10, 12 besteht, die in Achsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind. Jede der Hülsen 10, 12 weist auf der der anderen Hülse 10, 12 zugewandten Seite eine Keilfläche 31, 32 auf. Zwischen den beiden Hülsen 10, 12 sind regelmäßig um den Umfang verteilt Keile 33 angeordnet, die den Keilflächen 31, 32 zugeordnete Keilflächen aufweisen. Die Hülsen 10, 12 können mittels Schrauben 34 gegeneinander verspannt werden, wodurch die Keile 33 radial nach außen verschoben werden und die Klemmvorrichtung 29 jeweils im Pin 3 und in der Box 1 eingespannt wird. Die Klemmvorrichtungen 29, genauer gesagt deren auf der Seite der Muffe 19 bzw. dem Spitzende 20 angeordnete Hülse 10, weisen des Weiteren federnde Vorsprünge 35 auf, die in Ausnehmungen 36 in der Muffe 19 bzw. dem Spitzende 20 einrasten können.

Die Montage eines erfindungsgemäßen Einbausatzes 7 kann zum Beispiel so erfolgen, dass zuerst jeweils eine Klemmvorrichtung 29 in den Pin 3 und die Box 1 eines Gestängerohres 6 eingeschoben wird. Dabei werden die Verbindungsleitungen 13 so weit in Bohrungen 38, 39, die in den Hülsen 10, 12 vorgesehen sind, eingeschoben, bis sie über die Hülse 10 hinausragen. Falls erforderlich, werden die

Klemmvorrichtungen 29 dann wieder etwas von einander weg gezogen, um die Verbindungsleitungen 13 zu spannen.

Anschließend werden die Schrauben 34 angezogen, wodurch sich die Hülsen 10, 12 aufeinander zu bewegen und die Keile 33 radial nach außen gedrückt werden, bis die Klemmvorrichtungen 29 im Pin 3 und in der Box 1 festgelegt sind.

Daraufhin können die elektrischen und/oder optischen Leitungen durch die Verbindungsleitungen 13 und die Leitungskanäle 16 in der bereitgestellten Muffe 19 und dem Spitzende 20 durchgeschoben werden. Dann werden die Muffe 19 und das Spitzende 20 in den Pin 3 und die Muffe 1 eingeschoben, bis die Vorsprünge 35 in den Ausnehmungen 36 einrasten, womit die beiden Enden 17, 18 fest im Gestängerohr 6 montiert sind.

Wenn die beiden Enden 17, 18 auf die in den Figuren dargestellte und vorstehend beschriebene Weise im Pin 3 und der Box 1 befestigt sind, wird der Raum 15 durch die Dichtung 23 zwischen der Muffe 19 und dem Spitzende 20, den Dichtelementen 28 zwischen der Umfangsfläche 11 jedes Endes 17, 18 und dem Pin 3 und der Box 1, sowie der Abdichtung an der Schraubverbindung zwischen dem Pin 3 und der Box 1 aneinander anschließender Gestängerohre 6 zur Umgebung, d.h. zum Bereich außerhalb der Gestängerohre 6 einerseits und dem Kanal 8 im Inneren der Gestängerohre 6 andererseits, hin abgedichtet, bleibt zu den Leitungskanälen 16 hin aber offen. Da die Leitungskanäle 16 ihrerseits gegenüber der oder den Verbindungsleitungen 13 gut abgedichtet sind, besteht auch hier keine kritische Verbindung oder Undichtigkeit gegenüber der Umgebung.

Mit dem erfindungsgemäßen Einbausatz lässt sich auf einfache Weise ein von der Geometrie der Gestängerohre 6 weitgehend unabhängige Systemlösung schaffen, mit der Gestängerohre 6 durch die Möglichkeit einer dichten und somit sicheren Möglichkeit zum Verlegen von elektrischen und optischen Leitungen ergänzt werden können.

Der erfindungsgemäße Einbausatz kann nicht nur bei der Herstellung neuer Gestängerohre verwendet werden, sondern auch zum Nachrüsten von bereits länger in Betrieb befindlichen, älteren Gestängerohren.

Dabei ist es lediglich erforderlich, im Pin 3 und in der Box 1 eine Rohrinnenfläche zu bearbeiten und zylindrische Bohrungen 4, 5 herzustellen, in die die beiden Enden 17, 18 des Einbausatzes 7 exakt passen. Da es sich dabei um einen relativ einfachen Bearbeitungsschritt handelt, kann dieser nicht nur in dafür gut ausgestatteten Werkshallen durchgeführt werden, sondern auch an einer Bohranlage vor Ort.

Mit dem erfindungsgemäßen Einbausatz 7 ist es des Weiteren auch möglich, die Gewinde am Pin 3 und in der Box 1 nachzuarbeiten, was in regelmäßigen Abständen aufgrund von Verschleiß oder Beschädigung der Gewinde erforderlich ist. In diesem Fall ist es lediglich notwendig, den Einbausatz 7 aus einem Gestängerohr 6 herauszunehmen, die Gewinde nachzuarbeiten und den Einbausatz 7 wieder in das Gestängerohr 6 einzusetzen. Eine allenfalls erforderliche Verkürzung der Verbindungsleitung 13 zwischen den beiden Enden 17, 18 aufgrund der Verkürzung der Länge des Gestängerohre 6 ist ebenfalls einfach durchführbar.

Somit kann auch das Nacharbeiten der Gewinde von Gestängerohren 6 auf einfache Weise vor Ort durchgeführt werden. Bezugszeichenliste:

1 Box

2 Rohrkörper

3 Pin

4 zylindrische Bohrung

5 zylindrische Bohrung

6 Gestängerohr

7 Einbausatz

8 Kanal

9 Dichtungshülse

10 Hülse

11 Umfangsfläche

12 Hülse

13 Verbindungsleitung

14 Dichtungshülse

15 Raum

16 Leitungskanäle

17 Ende

18 Ende

19 Muffe

20 Spitzende

21 Innenwandbereich

22 Außenwandbereich

23 Dichtungsring

24 Stirnseite

25 erster Längsabschnitt

26 zweiter Längsabschnitt

27 Schulter

28 Dichtelement

29 Klemmvorrichtung

30 -

31 Keilfläche

32 Teilfläche

33 Keile

34 Schrauben

35 Vorsprünge

36 Ausnehmungen

37 Dichtung

38 Bohrung

39 Bohrung