DE69531989T2

DE69531989T2 - Verfahren und apparat zum prüfen von ölförderanlagenrohrverbindungen mit gewinde

Info

Publication number: DE69531989T2
Application number: DE69531989T
Authority: DE
Inventors: J. Dennis PENISSON
Original assignee: Bilco Tools Inc
Current assignee: Bilco Tools Inc
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: DE69531989D1; WO1995028625A1; EP0756700A4; AU2381495A; EP0756700B1; NO964418D0; NO313161B1; CA2188028A1; NO964418L; US5461905A; EP0756700A1; CA2188028C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Ausrüstungen und Techniken zum Prüfen von Ölfeld-Rohrverbindungen bzw. -verschraubungen auf Dichtheit. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum Druckbeaufschlagen des Inneren einer Rohrverbindung zwecks Erfassung etwaiger Undichtigkeiten einer oder mehrerer der Dichtungen der Verbindung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zur Dichtheitsprüfung von Dichtungen in Fluidsystemen hat man verschiedene Techniken und Geräte eingesetzt. Die US-PSn 3 795138 und 3 934 464 offenbaren Techniken und Geräteausrüstungen zum Prüfen der Berstfestigkeit von Kunststoffrohren. Die US-PS 4 077 250 offenbart Techniken zum Bestimmen des Berstdrucks von Metallrohren. Die US-PSn 4 416147 und 4 413 501 offenbaren ein hydrostatisches bzw. ein Druckprüfverfahren zum Prüfen einer Rohrverbindung bzw. eines Schlauchs auf Dichtheit. Die US-PS 3 872 713 offenbart Techniken zum Erfassen eines Rohrhängerlecks und insbesondere zum Prüfen einer Verschlussanordnung an einem Untersee-Bohrlochkopf, bei denen der Innendurchmesser des Rohrstrangs unter dem Verschluss überwacht wird.
Dem Fachmann auf dem Gebiet von Ölfeld-Rohrsträngen und Verschraubungen für solche ist bekannt, dass unabhängig von der theoretischen Dichtheit des Ölfeld-Rohrstrangs und/oder der Verschraubungen der den Strang bildenden Rohrabschnitte die Ist-Dichte der Rohrverbindungen in der Praxis am Bohrplatz oder im Rohrlager geprüft werden muss, wo die Verbindung zusammengesetzt wird. Daher müssen die Ausrüstung und die Techniken zum Ausführen dieser Aufgabe robust, aber trotzdem sehr zuverlässig sein.
Wegen des Zeit- und Kostenaufwands der Prüfung werden zahlreiche Ölfeld-Rohrverschraubungen derzeit nach dem Herstellen am Bohrplatz nicht geprüft. Die Kosten und Verzögerungen aus der Korrektur einer bereits in die Bohrung abgesenkten undichten Rohrverschraubung begünstigen jedoch den verstärkten Einsatz von Techniken und Ausrüstungen, mit denen sich alle Verschraubungen am Bohrplatz unmittelbar nach dem Zusammensetzen nacheinander prüfen lassen. Der Nutzen einer Prüfung jeder Verschraubung steigt mit der zunehmenden Nutzung von Ölfeld-Rohrsträngen in tiefen Bohrlöchern, von Rohrverschraubungen für höhere Druckunterschiede und/oder korrodierende Bohrlochflüssigkeiten und von Verschraubungen mit zunehmend komplexen und Mehrfach-Dichtungen.
Man hat folglich verschiedene Techniken insbesondere zur Dichtheitsprüfung jeder am Bohrplatz hergestellten Ölfeld-Rohrverschraubung entwickelt. So kann das Innere eines Rohres mit Druck beaufschlagt (abgedrückt) werden, wobei man den zu prüfenden Rohrabschnitt mit Packern isoliert, wie in der US-PS 3 800 596 offenbart. Steht die Rohrverschraubung unter Innendruck, lässt dieser Druck sich mit einem herkömmlichen Manometer überwachen; der zeitliche Druckabfall kann dann eine undichte Verschraubung anzeigen, wie es die US-PS 3 795 138 lehrt. In alternativen Verfahren zum Erfassen eines Lecks in einer druckbeaufschlagten Ölfeld-Verschraubung hat man auch Gasspürgeräte (sogen. "Sniffer") eingesetzt; vergl. hierzu die US-PSn 4 926 680 und 4 998 435. Die US-PS 4 081 990 lehrt zusätzliche Technologie für hydrostatische Drucktests an Ölfeld-Rohrsträngen, die US-PS 4 548 069 ein verhältnismäßig kompliziertes Prüfwerkzeug für eine Druckprüfung am Inneren einer Ölfeld-Rohrverschraubung.
Andere Fachleute auf dem Gebiet des Prüfens von Ölfeld-Rohrverschraubungen auf Dichtheit haben Ausrüstungen und Techniken vorgeschlagen, bei denen die Verschraubung außen druckbeaufschlagt wird. Die US-PS 3 921 437 und 4185 492 offenbaren komplizierte Vorrichtungen zum Ausbilden einer dicht abgeschlossenen Kammer außen auf der Verbindung derart, dass diese Kammer sich druckbeaufschlagen, ein Druckabfall in ihr erfassen und so ein Leck in der Ölfeld-Rohrverschraubung anzeigen lässt. Nach der US-PS 5 209 105 wird eine Rohrverbindung sowohl außen als auch innen geprüft; insbesondere offenbart sie eine Technik für eine Niederdruckprüfung zur Leckerfassung an einer Dichtung, die bei höherem Prüfdruck dicht abschließt.
Andererseits sind Vorrichtungen zum Messen des Drucks in Rohren bekannt, die Innendruckänderungen anhand der Verformung des umgebenden Rohrs feststellen. Die US-PS 3 866 473 benutzt dabei eine elastisch verformbare U-förmige Spannbacke, die an das druckbeaufschlagte Rohr angesetzt wird. Das Messen der Rohrverformung erfolgt durch Erfassen der Verformung der Arme der Spannbacke mittels Dehnungsmessstreifen. Die US-PS 4 257 260 ist auf das Erfassen eines zyklisch variierenden Drucks in einem Rohr gerichtet. Diese Vorrichtung hängt von federelastischen Elementen, die sich unter Druckänderungen symmetrisch biegen, und von Wandlern ab, die abhängig von den Biegeverformungen beim Aufweiten des Rohrs unter Druckänderungen in ihm entgegengesetzt gleiche Signale abgeben. Dennoch sind beide Druckschriften nicht auf eine Leckerfassung gerichtet, da in der Praxis das Entweichen des Druckmittels auf eine Verformung des umgreifenden und einschließenden Teils hinweisen kann, aber nicht muss.
Wegen der Schwierigkeiten und der Kosten des Ausbildens einer zuverlässigen Druckkammer außen auf der Verschraubung werden die meisten Ölfeld-Rohrverschraubungen unter Abdrücken des Verschraubungsinneren geprüft, wobei die Leckerfassung einen Abfall des Druckmittel-Innendrucks ermittelt oder mit der visuellen oder chemischen Erfassung von aus der fertigen Verschraubung entweichendem Druckmittel arbeitet.
Trotz der Fortschritte der Druckprüfung von Ölfeld-Rohrverschraubungen auf Dichtheit am Bohrplatz haben erhebliche Probleme die Akzeptanz dieser Vorgehensweise beim Aufschluss und der Gewinnung von Öl und Gas eingeschränkt. Viele Ölfeld-Rohrverschraubungen enthalten Mehrfachdichtungen, die – jedenfalls für die relativ kurze Dauer einer Prüfung – die Verschraubung an sich unabhängig voneinander dicht abdichten können. Folglich können eine Metall-Metall-Schulter- und -Schrägflankendichtung in einer Verbindung zwar lecken, der O-Ring oder eine andere Elastomer-Dichtung stromabwärts der Schulter- und Flankendichtung dem Prüfdruck jedoch standhalten. Diese Anordnung mehrerer einander stützender Dichtungen kann wünschenswert sein, um die Lebensdauer der Verschraubung zu verlängern; sie beeinträchtigt aber die Dichtheitsprüfung der Verschraubung. Hält der O-Ring der Prüfung stand, wird die Verschraubung in das Bohrloch abgesenkt, wo hohe Temperaturen und korrodierende Flüssigkeiten an der undichten Schulter- und Flankendichtung vorbei den O-Oing beschädigen und danach zu einem Totalausfall der Verschraubung führen können.
Ein anderes ernstes Problem der bekannten Prüfverfahren für die Dichtheit von Ölfeld-Rohrverschraubungen betrifft den Zeitaufwand für die zuverlässige Durchführung einer wirksamen Prüfung. Sollten bspw. sowohl die Metall-Metall-Schrägflanken- als auch die stromabwärtige O-Ringdichtung einer Verbindung bei einer Prüfung lecken, können die Gewindegänge stromabwärts des O-Rings zeitweilig einen dichten Abschluss bilden, der das Erfassen eines Lecks etwa 30 Minuten oder länger verhindert. Aus einem Leck zwischen der Flankendichtung und dem O-Ring entweicht das Druckmittel langsam abwärts durch die Gewindegänge; das Gestängefett oder ein anderes Gleitmittel im Gewinde verhindert ein schnelles Entweichen aus der Verbindung während der Prüfung. Der Fachmann sieht ein, dass die Kosten des Herstellens und Prüfens jeder Ölfeld-Rohrverbindung am Bohrloch den zusätzlichen Zeitaufwand für den Versuch einer Leckerfassung selten zulässt. Daher bestehen ein- oder mehrfach undichte Verschraubungen häufig die Prüfung und werden erst entdeckt, wenn die Reparatur- und Zeitausfallkosten für das Nacharbeiten der undichten Verschraubung extrem hoch geworden sind.
Andere Probleme mit der Ausrüstung zur Dichtheitsprüfung von Ölfeld-Rohrverschraubungen betreffen die hohen Kosten der Prüfung selbst. Ausrüstungen, mit denen Verschraubungen im Labor zuverlässig prüfbar sind, lassen sich oft am Bohrloch nicht ebenso zuverlässig einsetzen, wo die Umwelt drastischen Änderungen unterliegt, die hergestellte Verschraubung außen verschmutzt sein kann und die Bedienungsperson u. U. in der Anwendung der Prüfgeräte unzureichend unterwiesen ist. Eine innen abgedrückte Verschraubung muss oft außen von Hand gereinigt werden, damit die Gaserfassungs- oder andere Prüfausrüstung das aus der Verschraubung entweichende Druckmittel erfassen kann. Andere Probleme bei bekannten Prüfverfahren betreffen das subjektive Urteil, das typischerweise vom Prüfer erwartet wird, der entscheiden soll, ob die Verbindung zuverlässig hergestellt worden ist.
Die Nachteile des Standes der Technik werden von der vorliegenden Erfindung überwunden. Im Folgenden werden verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum leichten und zuverlässigen Prüfen einer Ölfeld-Rohrverschraubung am Bohrloch angegeben und so die Zuverlässigkeit der Bohrloch-Rohrverschraubung erhöht sowie der Gesamt-Kostenaufwand des Kohlenwasserstoff-Aufschluss- und Gewinnungsbetriebs verringert.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Ölfeld-Rohrverschraubung direkt oder nahe am Bohrloch abgedrückt. Vorzugsweise wird jede Verschraubung unmittelbar nach dem Herstellen geprüft, so dass sie, wenn undicht, nach Bedarf sofort gelöst, inspiziert, repariert oder ausgetauscht und wieder hergestellt und nachgeprüft werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der verhältnismäßig geringfügigen zusätzlichen Verformung des Werkstoffs der Verschraubung bei einer Leckage durch eine oder mehrere der Dichtungen in dieser. Eine undichte Flankendichtung gibt also Fluid unter Druck an einen Hohlraum weiter, der axial zwischen der Flankendichtung und dem O-Ring liegt, wobei das Verschraubungsmaterial radial außerhalb dieses Hohlraums sich unter diesem Druckzuwachs geringfügig radial auswärts ausbiegt bzw. verformt. Dieses radiale Ausbiegen oder Verformen lässt sich mit einer nach dem Prinzip des Dehnungsmessstreifens arbeitenden oder einer anderen Prüfvorrichtung erfassen, wobei das Ausgangssignal des Prüfsensors in einen Computer eingegeben wird, der die Prüfdaten verarbeitet und sichtbar darstellt; optional bestimmt er weiterhin, ob die Verschraubung die Prüfung besteht oder nicht und meldet dies der Bedienungsperson. Als Alternative zur Dehnungsmessstreifen-Prüfvorrichtung kann ein Lasersensor Einsatz finden, um die Verformung des Verschraubungswerkstoffs festzustellen. Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass der Sensor bzw. die Prüfvorrichtung die Verschraubung bei der Prüfung nicht direkt berühren muss. Eine noch andere Ausführungsform benutzt einen Lichtwellenleiter, um eine Verformung der Verschraubung durch durch eine oder mehrere der Dichtungen der Verschraubung hindurch entweichendes Druckmittel zu erfassen. Diese Ausführungsform hat sicherheitstechnisch den Vorteil, die elektrische Ausrüstung außerhalb des Gefahrenbereichs der Arbeitsbühne zu halten, wo die Rohrverbindung hergestellt wird,.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass für eine zuverlässige Dichtheitsprüfung an einer Rohrverschraubung nur eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne – bspw. 30 Sekunden – erforderlich ist. Die Verformung des Verschraubungswerkstoffs kann an einem oder mehr Stellen jeder Verschraubung gemessen werden, so dass ein Versagen einer Flankendichtung auch dann erfassbar ist, wenn der von dieser axial stromabwärts beabstandete dichte Abschluss erhalten bleibt – indem man nämlich einen Sensor verwendet, der auf eine Werkstoffverformung im Bereich zwischen der Flanken- und der stromabwärtigen Dichtung anspricht. Alternativ lässt ein Versagen sowohl einer Flanken- als auch der stromabwärtigen Dichtung sich feststellen, indem man mit einem weiteren Verformungssensor die Werkstoffausbiegung stromabwärts der O-Ringdichtung ermittelt. Die Bedienungsperson kann also zuverlässig feststellen, ob bzw. dass eine oder mehr der Dichtungen in der Verschraubung die Prüfung nicht bestanden haben; sie braucht nicht auf den Durchgang des Druckmittels entlang der Gewindegänge zu warten, um zuverlässig zu bestimmen, dass die Verschraubung versagt hat.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zum zuverlässigen Prüfen einer Ölfeld-Rohrverschraubung auf Dichtheit. Die erfindungsgemäßen Verfahrensweisen beruhen auf einer Innendruckbeaufschlagung der Verschraubung; sie lassen sich leicht und zuverlässig am Bohrplatz durchführen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist, eine mehrfach abgedichtete Ölfeld-Rohrverschraubung aus der Verformung des Verschraubungswerkstoffs unter einer Leckage durch eine oder mehr der mehreren Dichtungen hindurch auf Dichtheit zu prüfen. Mit dieser Technik kann eine Bedienungsperson zuverlässig feststellen, ob bzw. dass eine stromaufwärtige Dichtung in der Verschraubung ausgefallen ist, auch wenn ein stromabwärtiger Abschluss das Druckmittel in ihr zuverlässig zurückhält.
Eine signifikante Besonderheit der Erfindung ist, dass die Ölfeld-Rohrverschraubung sich schnell und daher kostengünstig prüfen lässt. Es muss nicht erst Druckmittel durch die gesamte Verschraubung hindurch treten, um zu bestimmen, ob diese die Dichtheitsprüfung besteht oder nicht.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung betrifft die hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens für Ölfeld-Rohrverschraubungen. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren kann die Prüfperson wesentlich bei der Feststelung unterstützen, ob bzw. dass eine oder mehrere der Dichtungen in der Verschraubung die Prüfung bestanden haben oder nicht.
Eine andere signifikante Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist, dass zum Messen der Verformung des Verschraubungswerkstoffs die Lasertechnologie einsetzbar ist. Dabei braucht für die Dichtheitsprüfung eine Prüfvorrichtung oder ein Sensor die Verschraubung nicht direkt zu berühren.
Es ist eine spezielle Besonderheit der vorliegenden Erfindung, dass der zum Messen der Verformung des Werkstoffs der Verschraubung unter deren Innendruck dienende Sensor auf die radiale Verformung einer Außenfläche der Verschraubung oder auf eine Umfangsweitung derselben ansprechen kann. Zum Messen der Verformung der Verschraubung ist also ein Umfangsdehnungsmessstreifen einsetzbar oder es kann die Aufweitung des Umfangs der Verschraubung mit einem an diese angesetzten Lichtwellenleiter erfasst werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform reagiert der Prüfsensor direkt auf die Radialverformung einer Außenfläche der Verschraubung.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass das Ausgangssignal des Verformungssensors in einen Computer eingebbar ist, wo die Daten verarbeitet und ausgegeben werden können. Ggf. kann der Computer eine Signatur ausgeben, die entweder vom Computer oder von einer Prüfperson mit einer Basislinien-Signatur verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob eine gegebene Verschraubung die Dichtheitsprüfung besteht oder nicht. Alternativ kann man einen numerischen Maximalwert für die Werkstoffverformung auswählen, dann mit dem Computer bestimmen, ob dieser Wert überschritten ist, und schließlich der Bedienungsperson das Prüfergebnis melden.
Diese sowie weitere Ziele, Besonderheiten und Vorteile de vorliegenden Erfindung ergeben sich weiterhin aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte Darstellung einer geeigneten erfindungsgemäßen Anordnung zum Prüfen einer Ölfeld-Rohrverschraubung auf Dichtheit;
2 zeigt im Schnitt eine typische Ölfeld-Muffenverschraubung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbar ist;
3 zeigt als Schnitt eine typische Ölfeld-Rohrkupplung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren prüfbar ist;
4 zeigt als Aufriss eine erfindungsgemäße Dehnungsmessstreifen-Prüfvorrichtung in der Arbeitsposition zum Prüfen einer Ölfeld-Rohrverschraubung auf Dichtheit;
5 zeigt die Dehnungsmessstreifen-Prüfvorrichtung der 4 in einer Draufsicht;
6 zeigt vereinfacht eine erfindungsgemäße Laser-Prüfanordnung zum Prüfen einer Ölfeld-Rohrverschraubung auf Dichtheit;
7 zeigt vereinfacht eine LWL-Prüfanordnung zum Prüfen einer Öl-feld-Rohrverschraubung auf Dichtheit;
8 zeigt schaubildlich die Ausbiegung des Werkstoffs einer Verschraubung als Zeitfunktion im undichten und im dichten Zustand nach vorliegender Erfindung;
9 zeigt die Ausbiegung des Werkstoffs einer undichten Verschraubung als Zeitfunktion nach vorliegender Erfindung; und
10 zeigt die Ausbiegung des Werkstoffs einer dichten Verschraubung als Zeitfunktion nach vorliegender Erfindung;
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 zeigt vereinfacht ein geeignetes erfindungsgemäßes System 11 zum Prüfen einer Verschraubung 12 zwischen einem oberen und einem unteren Öl-feld-Gestängerohr 14 bzw. 16 auf Dichtheit. Bei den Ölfeld-Gestängerohren kann es sich um Bohrrohre, Auskleidungen oder Leitungen typischerweise in einer Axiallänge von etwa 10 Metern handeln. Das erfindungsgemäße System kann eine herkömmliche Abdrückpumpe 18, ein Manometer oder eine andere Drucküberwachungseinrichtung 20, ein Paar Umfangs-Dehnungsmessstreifen 22, 24, einen Druckwandler 26 und einen Computer 28 aufweisen. Die Pumpe 18 gibt über die Leitung 30 ein Fluid – bspw. Wasser – unter Druck in das Rohr 14 und beaufschlagt damit das Innere der Verschraubung 12. Der Strang kann unter und über der zu prüfenden Verschraubung 12 herkömmlich abgedichtet sein – bspw. durch Packer (nicht gezeigt), wie sie häufig für hydrostatische Prüfungen im Feld Einsatz finden. Der Solldruck wird durch Beobachten der Druckanzeige des Manometers 20 und wahlweises Ansteuern des Ventils 32 derart, dass der Druck in der Verschraubung auf dem Sollwert bleibt, aufrecht erhalten. Die Ausgangssignale der beiden Sensoren 22, 24 geht auf den Leitungen 34 bzw. 36 an den Computer; der innen an die Verschraubung 12 gelegte Druck ist mit einem Wandler 26 zu einem entsprechenden elektrischen Signal umwandelbar, das mit der Leitung 38 ebenfalls an den Computer 28 geht. An den Ausgang des Computers 28 kann eine Sichteinheit (Display) 40 angeschlossen sein und der Computer 28 kann das Aktivieren eines optischen oder akustischen Alarms 42 steuern, wie unten erläutert.
Die 2 zeigt eine Art einer Muffenverschraubung 12, die erfindungsgemäß prüfbar ist. Wie der Fachmann weiß, ist die Verschraubung ein allgemein rohrförmiges Element, dessen Achse koaxial mit der Achse 15 der Rohre 14,16 verläuft, wie in 1 gezeigt. Die Verschraubung 12 weist, wie in 2 gezeigt, ein Steckelement 44 am unteren Ende des Rohres 14 und ein Aufnahme- bzw. Muffenelement 46 am oberen Ende des Rohrs 16 auf, wobei ein Gewinde 48 das Steck- mit dem Muffenelement koppelt. Der Strömungsweg durch die Rohre wird von der allgemein zylindrischen Innenfläche 50 der Rohre 14,16 umfasst; die Rohrfläche 52 ist eine Außenfläche.
Die Verschraubung 12 der 2 weist vier voneinander unabhängige Dichtungen auf, die jede theoretisch in der Lage sind, die Verschraubung mindestens vorübergehend abzudichten: (1) eine Metall-Metall-Schulter- bzw. stirnseitige Dichtung 54 mit Flächen, die entweder zur Achse 15 rechtwinklig oder bezüglich einer zur Achse rechtwinkligen Ebene geringfügig geneigt liegen; (2) eine Metall-Metall-Flankendichtung 56 stromabwärts der Schulterdichtung, wobei die Flankendichtung bezüglich der Achse 15 leicht geneigt ist, um beim Zusammenfügen der Rohre eine zuverlässige Metall-Metall-Dichtung herzustellen; (3) eine elastomere Dichtung 58 mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt aus einem geeigneten Gummi, Elastomer oder Metall-/Gummi-/Elastomer-Werkstoff; und (4) der von den ineinander greifenden Gewindegängen 48 gebildete Abschluss. Die Verschraubung 12, wie in den 2 und 3 gezeigt, weist eine Elastomer-Dichtung mit zunächst allgemein rechteckigem Querschnitt auf, obgleich dieser von den kämmenden Gewindegängen zu einer im wesentlichen U- oder M-förmigen Gestalt verformt wird. Wie bereits festgestellt, ist es nicht erforderlich, dass das Gewinde 48 einen zuverlässigen selbständigen Abschluss über einen längeren Zeitraum sicherstellt; typischerweise braucht es das Entweichen von Druckmittel aus der Verschraubung nur über einen verhältnismäßig kurzen Zeitabschnitt zu verhindern. Der Fachmann wird einsehen, dass die in der 2 dargestellte Verschraubung auf herkömmliche Weise mit einem Gasdetektor geprüft werden kann, dessen Zulauf am letzten Gewindegang 60 der Muffe 46 liegt. Erfindungsgemäß und wie unten ausführlich erläutert, bewirkt ein Entweichen von Druckmittel an den Dichtungen 54, 56 vorbei ein radial auswärts gerichtetes Ausbiegen 62 der Verschraubung, das in 2 übertrieben dargestellt ist, um das zur Dichtheitsprüfung der Dichtungen eingesetzte Konzept zu illustrieren.
Die 3 zeigt eine typische Ölfeld-Rohrschraubkupplung 12, die erfindungsgemäß prüfbar ist. Am oberen und unteren Abschluss der Rohre 14 bzw. 16 befindet sich jeweils ein Gewinde-Steckende 64; aneinander grenzende Steckenden sind mittels einer Rohrkupplung 66 miteinander verbunden. Die Steckenden und die Kupplung 66 können mittels der Gewinde 48 verbunden sein, wie bereits diskutiert, und die Verschraubung 12 weist zwischen der Kupplung 66 und den Rohren 14 bzw. 16 unabhängige Dichtungen 54, 56, 58 und 48 auf. Nach einer Besonderheit der Erfindung ist die Metall-Metall-Dichtung 56 von der O-Ringdichtung 58 axial beabstandet, so dass ein Druckanstieg im Hohlraum 68 zwischen einer undichten Dichtung 56 und einer dichten Dichtung 58 außen auf der Kupplung 66 eine Verformung verursachen kann, die sich über dem Hohlraum 68 radial auswölbt, wie in 3 gezeigt. Während die Verformung 70 der Verschraubung in 3 zur Erläuterung übertrieben dargestellt ist, ist einzusehen, dass das Rohr 14 und die Kupplung 66 einen zuverlässigen dichten Abschluss bilden, da auf der Außenfläche 72 der Kupplung 66 keine signifikante Verformung auftritt. Das Rohr 16 und die Kupplung 66 bestehen hingegen die Dichtheitsprüfung nicht, wie anhand der verformten Außenfläche 70 radial außerhalb des Hohlraums 68 zwischen der undichten Dichtung 56 und der dichten Dichtung 58 zu ersehen ist.
Wie nun wiederum die 1 zeigt, lässt das erfindungsgemäße Verfahren sich einleiten, indem man ein Paar Umfangs-Dehnungsmessstreifen 22, 24 außen auf eine Kupplung 12 aufspannt. Die Messstreifen 22, 24 sind jeweils elektrisch an einen Computer 28 angeschlossen, der seinerseits eine Sichtdarstellung 40 sowie auch ein Aktivierungssignal an eine optische oder akustische Warnein richtung 42 liefert. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Verschraubung 12 um eine Kupplung, wie sie die 3 zeigt; die Messstreifen 22, 24 ermitteln also die Umfangsdehnung an den Außenflächen 72 bzw. 70. Die Radialauswärtsverformung des Kupplungswerkstoffs weitet den Außendurchmessser der Kupplung geringfügig auf, was den Umfang jeder Spannvorrichtung geringfügig vergrößert. Ein Dehnungsmessstreifen auf jeder Spann- bzw. Klemmeinrichtung misst an den Orten 72, 70 die Umfangsdehnung, die die Verformung der Außenfläche ausweist. Wie bereits erläutert, ist die Verformung zwar äußerst gering und visuell nicht wahrnehmbar; sie lässt sich aber mit Sensoren genau überwachen, um eine zuverlässige Anzeige des Versagens einer oder mehrerer der Dichtungen in der Ölfeld-Rohrverschraubung zu gewinnen. Die Umfangs-Dehnungsmessstreifen 22, 24 können jeweils entsprechend der US-PS 4 957 002 ausgeführt sein.
Nach dem Aufspannen der Dehnungsmessstreifen auf die Verschraubung kann das Ventil 32 geöffnet werden, so dass der Druck aus der Pumpe das Innere der Rohre 14, 16 und so das Innere der Verschraubung 12 beaufschlagt. Ein elektrisches Signal, das den Druck in der Verschraubung anzeigt, geht auf der Leitung 38 an den Computer. Es lassen sich zwar verschiedene Verfahren einsetzen, um die Daten aus den Sensoren und aus dem Druckgeber 26 zu verarbeiten; nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Ausgangssignale der Dehnungsmessstreifen 22, 24 als Zeitfunktion während des Druckbeaufschlagens der Verschraubung durch die Pumpe 18 auf einfache Weise sichtbar dargestellt.
Es sei kurz auf die 8 verwiesen. Das Ausgangssignal des Computers 28 stellt also die (mit der Umfangsdehnung in Beziehnung stehende) Radialverformung über der Zeit dar. Der Pumpendruck wird zur Zeit 0 eingeschaltet und der Kurvenabschnitt 160 der Grafik kann die Zeitspanne darstellen, die erfor derlich ist, damit der Druck im Rohr weit genug ansteigen kann, um eine signifikante Verformung am Werkstoff der Verschraubung zu erreichen. Der Kurvenabschnitt 162 stellt den Druckanstieg dar, der Kurvenabschnitt 164 eine messbare radiale Aufweitung der Verschraubung, die aus dem Druckanstieg in dieser zu erwarten ist. Da die radiale Aufweitung im wesentlichen konstant ist und nicht über ein akzeptables Niveau hinaus angestiegen ist, meldet aus den Daten aus dem Dehnungsmessstreifen 22, die einer akzeptablen Radialverformung im Bereich 72 entsprechen, der Kurvenabschnitt 164 der Bedienungsperson eine Verschraubung, die den Test bestanden hat.
Der Kurvenabschnitt 166 – vergl. 8 – stellt Messwerte aus dem Dehnungsmessstreifen 24 ansprechend auf eine Radialverformung der Verschraubung im Bereich 70 – vergl. 3 – dar. Das Versagen der Dichtungen 54, 56 bewirkt also einen Druckanstieg im Hohlraum 68 und ein radiales Aufweiten der Verschraubung im Bereich 70, das der Dehnungsmessstreifen 24 seinerseits an den Computer gibt, der daraus den Kurvenabschnitt 166 generiert. Da bei einer Langzeit-Dichtheit der Verschraubung die Messwerte aus beiden Messstreifen dem Kurvenabschnitt 164 entsprechen würden, zeigt das Vorliegen des Kurvenabschnitts 166 eine Radialverformung oberhalb eines akzeptablen Niveaus und somit ein Versagen der Verschraubung an, so dass die Alarmeinrichtung 42 aktiviert werden kann. In diesem Fall kann der Bohrführer die Verschraubung lösen, um sie entweder nach einer Inspektion, Reinigung und/oder Reparatur einer oder mehrerer der Metall-Dichtflächen und/oder einem Austausch der Elastomer-Dichtung oder mit einer neuen Kupplung wieder herzustellen. In beiden Fällen wird die Verschraubung dann geprüft und, falls sie besteht, die nächste Verbindung hergestellt und geprüft.
Die 4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 74 zum Ermitteln der Werkstoffverformung an der Außenfläche einer Ölfeld-Rohrverschraubung. Auch hier lässt sich annehmen, dass es sich bei der Verschraubung 12 um eine Kupplung handelt und Oberflächenmessungen auf mindestens zwei Höhen entlang der Verschraubung (bspw. in den Bereichen 72 und 70) erwünscht sind. Die Prüfvorrichtung 74 weist das Gestell 81 sowie einen an diesem um einen Stift 80 schwenkbar gelagerten Arm 78 auf. Die Ansicht der 4 ist seitlich außerhalb der Feder 84 und einwärts der nachfolgend diskutierten vertikalen Platte 48 genommen, so dass das hintere Gestellende und die Tür 112 geschnitten gezeigt sind. Der Kontaktgliedträger 82 ist bezüglich des Gestells 81 radial bewegbar und weist einen unteren Verformungskontakt 88 und einen zwischenliegenden Verformungskontakt 86 auf. Wie 5 zeigt, kann der Stift 100 sich frei im Langloch 83 – vergl. 4 – bewegen. Der Kontaktgliedträger 82 wird von einer Feder 84 oder einem anderen Vorspannelement radial einwärts beaufschlagt.
Wie die 5 zeigt, weist das Gestel 81 zwei parallele vertikale Platten 96, 98 auf, die jeweils zur Aufnahme des Sensorträgers 82 beabstandet sind. Die Platten haben jeweils einen auswärts vorstehenden Plattenteil 102 bzw. 104. Eine Tür 112 hat eine im wesentlichen C-förmige Querschnittsgestalt, wie in 5 gezeigt, und ist am Scharnier 106 schwenkbar am Plattenteil 102 angelenkt. Das freie Ende der Tür 112 lässt sich mittels des Riegels 108 am Plattenteil 104 festlegen. So kann die Vorrichtung 74 an die Verschraubung angesetzt und dann die Tür 112 geschlossen und verriegelt werden. Mit einem Stellelement 114 kann das die Verschraubung 12 in die Plattenteile 102,104 eingeschoben und so die Prüfeinrichtung 74 bezüglich der Achse 15 in der Sollage festgelegt werden. Um das Stellelement 114 zu aktivieren, dreht die Bedienungsperson einfach nur den Griff 120 und bewegt damit die Gewindespindel 116 und das Andruckstück 118 bezüglich der Achse 15. Das Andruckstück 118 hält also die Vorrichtung 74 während der Prüfung in der Solllage, d. h. zwischen dem Andruckstück 118 und den Plattenteilen 102, 104 festgelegt.
Sobald die Tür 112 verriegelt ist, sitzen der obere Verformungssensor 92, der am radial einwärtigen Ende des Arms 78 befestigt ist, und sowohl der zwischenliegende als auch der untere Verformungskontakt 86 bzw. 88 auf dem Glied 82 außen auf der Verschraubung 12 auf. Die Prüfvorrichtung 74 weist drei axial beabstandete Kontakte auf, die jeweils eine radiale Verformungsbewegung auf einer gewählten Höhe entlang des Rohrs an einen Sensor übertragen können; dabei dient der zwischenliegende Kontakt 86 als Bezugskontakt. Entweder der obere oder der untere Kontakt – bspw. der Kontakt 92 – ist bezüglich der anderen Kontakte schwenkbar gelagert, wie in 4 gezeigt, so dass alle drei axial beabstandeten Kontakt auf der Verschraubung aufsitzen. Die Kontakte 92, 86 und 88 weisen vorzugsweise jeweils eine Kontaktspitze 90 auf, die geringfügig gerundet sein kann, damit sie unter der Beaufschlagung durch die Feder 84 nicht in den Werkstoff der Verschraubung eindringt. Ein Messfeld 76 ist ansprechend auf eine Schwenkbewegung des Arms 78 bezüglich des Gestells 82 allgemein relativ zum Sensor 77 bewegbar dargestellt. Eine ähnliche Sensor-Messfeld-Anordnung ist einsetzbar, um die Bewegung der Kontakte 90, 86 bezüglich des Gestells zu erfassen. Der Sensor selbst kann ein Luftspaltsensor, ein induktive Wegaufnehmer (LVDT), ein Laser-Sensor ode ein anderer herkömmlicher Wegaufnehmer mit der erwünschten Genauigkeit sein. Folglich kann die Prüfvorrichtung drei Verschraubungskontakte (einen Bezugskontakt und zwei Messkontakte) tragen, die jeweils ansprechend auf eine Radialverformung einer Außenfläche der Verschraubung radial bewegbar sind, wobei die Kontaktbewegungen jeweils von einem Laser-Verschiebungssensor erfasst werden. Die Signale, die die drei Verschiebungssensoren auf der Prüfvorrichtung ansprechend auf eine Radialbewegung einer Außenbewegung der Verschraubung liefern, lassen sich mit einer elektrischen Leitung 94 an den Computer übermitteln. Liegen die Kontakte allgemein so, wie es die 4 und 5 zeigen, kann man in Vorbereitung der Prüfung mit einem Hammer auf die Verschraubung schlagen und so die Kontakte auf der Verschraubung sich "setzen" lassen.
Wie erwünscht, messen die mit der Vorrichtung nach 4 und 5 eingesetzten Sensoren jeweils die Radialverformung einer Außenfläche der Verschraubung. Tests haben ergeben, dass auf einer bestimmen Höhe der Verschraubung diese Radialverformung im wesentlichen gleichförmig ist (eine Umfangsverformung ist im wesentlichen gleichförmig), so dass ein Testen an unterschiedlichen Orten um die Verschraubung herum nicht erforderlich ist. Der Kontakt 86 wirkt als Hintergrund- bzw. Bezugskontakt, während die Kontakte 92, 88 jeweils die Verformung in einem gewählten Bereich der Verschraubung – bspw. den Bereichen 72, 70 der 3 – erfassen. Die in den 4 und 5 gezeigte 3-Punkt-Kontaktanordnung umgeht den Abgleich, der typischerweise erforderlich ist, wenn eine Aufspannanordnung mit nur einem oberen und einem unteren Umfangsdehnungsmessstreifen angewandt wird. Die hier diskutierte Prüfvorrichtung hat also gegenüber der Ausführungsform nach 1 den signifikanten Vorteil einer höheren Zuverlässigkeit und verkürzten Prüfdauer. Die 3-Punkt-Konstruktion der Prüfvorrichtung bewirkt, dass die drei Kontakte, wenn die Verschraubung die Prüfung besteht, sich im wesentlichen gleich schnell und gleich weit bewegen. Liegt eine Undichtigkeit zwischen der Kupplung 66 und entweder dem oberen oder dem unteren Rohrabschnitt vor, unterscheidet das Ausgangssignal eines der oder beider Kontakte 88, 92 sich wesentlich von dem des zwischenliegenden Kontakts 86. die Konstruktion der Vorrichtung nach 4 und 5 erfordert kein Kalibrieren der den Kontakten 82, 88 zugeordneten Sensoren, um zu bestimmen, ob am Ort 72 und 70 eine akzeptable Radialverformung, die eine zuverlässige Verschraubung anzeigt, oder an einem oder beiden Orten eine inakzeptable Verformung aufgetreten ist, die auf ein Versagen der Dichtung hinweist und daher ein Verwerfen derselben durch den Computer bewirkt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verschraubung 12 mit einem beispielhaften Druck zwischen 10.000 psi [690 bar] und 20.000 psi [1380 bar] geprüft werden kann, wobei die Prüfdauer, während der die Verschraubung abgedrückt wird, weniger als 30 Sekunden betragen kann. Die gesamte Prüfung einer bestimmten Verschraubung ist also in mehreren Minuten oder weniger möglich.
Die 9 zeigt ein repräsentatives Diagramm, das auf dem Bildschirm 40 zwecks Betrachtung durch einen Bohrführer dargestellt oder auch (auf Papier) ausgedruckt werden kann, um die Gestängemontage am Bohrplatz zu protokollieren. Wie bei der 8 ist dort die Radialverformung über der Zeit dargestellt. In den 9 und 10 ist die Ausgangsgröße die Radialverformung der Sensoren der Kontakte 92, 88 im Vergleich zu der der den Kontakten 86 zugeordneten Basisliniensensoren. Entspricht bei der Prüfung das Radialverformungssignal der Verschraubung aus dem dem Kontakt 92 zugeordneten Sensor im wesentlichen der des dem Basisliniensensor ensprechenden Kontakts 86, ist die Ausgangsgröße des Sensors 92, vermindert um die des Radialverformungssensors 86, im wesentlichen gleich null, so dass man die in 10 gezeigte Testkurve 184 erhält.
Besteht zwischen dem Ausgangssignal eines der Sensoren der Kontakte 92, 88 im Vergleich zu dem des Basisliniensensors des Kontakts 86 eine signifikante Diskrepanz, lassen die Ausgangssignale über der Zeit sich so darstellen, wie es die 9 zeigt. Bei einer Verschraubung wie der in 3 gezeigten nimmt bei einem Versagen der Dichtungen 54, 56 die Radialverformung am Ort 70 im Vergleich zu der an einem Ort zwischen den Orten 72, 70 zu. Während eines Niederdruckintervalls der Prüfung tritt in der Leitung 170 – vergl. die 9 – keine wesentliche Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Sensoren der Kontakte 86 und 88 auf. Der weiter zunehmende Prüfdruck erzeugt die Radialaus wärtsbewegung der Verschraubung im Bereich des Kontakts 88 im Vergleich zur Echtzeitverformung im Bereich des Kontakts 86; es ergibt sich der Kurvenabschnitt 172 der 9. Schließlich erhält man eine im wesentlichen maximale Differenz der Radialverformung, wie sie der Kurvenabschnitt 174 zeigt. Mit der nachfolgenden Druckabnahme erhält man die Kurvenabschnitte 176,178, die auf die elastische Verformung des Werkstoffs der Verschraubung hinweist. Der nachfolgende Druckanstieg ist grafisch mit dem Kurvenabschnitt 180 – vergl. 9 – dargestellt, der das Versagen der Dichtungen 54, 56 zwischen der Kupplung 66 und dem unteren Rohrabschnitt 16 ausweist. Der Abdrückdruck kann dann verringert werden; man erhält so die Prüfkurve 182 erhält, mit der die Prüfung abgeschlossen ist.
Es ist einzusehen, dass die Computer die Signatur der Prüfkurve mit einer Basislinien-Prüfsignatur vergleichbar ist, um zu bestimmen, ob die Verschraubung die Prüfung bestanden hat oder nicht; ein Bohrführer kann diese Bestimmung auch durchführen, indem er die Bestanden-Kurve der 10 mit der Nichtbestanden-Kurve der 9 vergleicht. Es ist ebenfalls einzusehen, dass eine Signatur der Verformung de Außenfläche über der Zeit nicht erforderlich ist, um zu bestimmen, ob die Verschraubung die Prüfung besteht oder nicht – insbesondere wenn die Prüfvorrichtung 74 der 4 und 5 Einsatz findet. Für diese Ausführungsform kann der Computer oder der Bohrführer für das Ausgangssignal der Sensoren der Kontakte 88, 92 im Vergleich mit dem des Basisliniensensors des Kontakts 86 eine maximale Verformung festlegen. Sobald die Verformungsdifferenz den vorgewählten Maximalwert übersteigt, gilt die Verschraubung als undicht.
Die 6 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der mit Laser-Technologie gearbeitet wird, um an einer Außenfläche einer Öl-feld-Rohrverschraubung an gewählten axialen Orten (Höhen) entlang derselben die Radialverformung zu messen. Hierzu sind zwei Laser 128, 130 in einer Höhe von einem bis zwei Metern über der Arbeitsbühne 139 angeordnet. Die Laserstrahlen sind jeweils radial auf eine bestimmte axiale Stelle auf der Verschraubung gerichtet, wie oben beschrieben, wobei die Laserstrahlen 132, 134 in Umfangsrichtung um etwa 30° bis 60° beabstandet sind. Eine Kamera 137 nimmt die reflektierten Signale auf und stellt sie, falls erwünscht, auf dem Bildschirm 40 dar. Die Laser sind jeweils mit einer Leitung 136 an den Computer 28 angeschlossen, während die Leitung 140 eine entsprechende Kamera mit dem Computer 28 verbindet. Alternativ ist ein Laser der Serie Keyence LC einsetzbar. Die Strahlen 132,134 der Laser 128 bzw. 130 sind dabei vorzugsweise auf die Seitenkante (tangential zur Außenfläche der Verschraubung) gerichtet und können die Radialverformung der außenfläche der Verschraubung an einem oder mehreren axial beabstandeten Orten erfassen. Entsprechend lässt sich ein einziger Laser – anstelle des in 6 gezeigten Laserpaares – verwenden. Weiterhin lassen sich mit jedem Laser zusammen eine Kamera-/Spiegel-Anordnung verwenden, um die von der Verschraubung reflektierten Signale zu empfangen und so die Radialverformung de Außenfläche der Verschraubung zu erfassen.
Zum Fixieren der Position der Laser und der Kamera bezüglich der Verschraubung kann eine Ansetzkonsole 122 dienen. Die Konsole 122 hat eine obere und eine untere eingekerbte Platte 122, 126, die an die Strangabschnitte 14 bzw. 16 ansetzbar sind, so dass die Radialpsotion der Laser und der Kamera bezüglich der Verschraubung 12 während jedes der aufeinander folgenden Tests konstant bleibt. Alternativ lässt die Radialpositionierung sich erreichen, indem man die Laser und die Kamera auf einem Prüfständer 138 anordnet, der seinerseits verstellbar auf der Arbeitsbühne 139 befestigt sein kann. Da der untere Rohrabschnitt 16 und damit die Verschraubung 12 bezüglich der Arbeitsbühne im wesentlichen festliegen, fixiert der Ständer 138 auch im wesentlichen die Position der Prüfanordnung bezüglich der Verschraubung 12. Die in 6 gezeigte Ausrüstung ist wünschenswert, da Laser auf Radialverformungen an einer gewählten Stelle entlang der Außenfläche eine Verschraubung sehr schnell ansprechen können; auch sind Messungen der Werkstoffverformung mit einem Laser mit hoher Auflösung möglich, wobei Radialverformungen von einem Mikrometer und weniger erfassbar sind. Diese Lasertechnik hat auch den erheblichen Vorteil geringer Einrichtkosten und den weiteren Vorteil, dass die Prüfanordnung die Verschraubung 12 bei der Prüfung nicht zu berühren braucht. Wie bereits erwähnt, kann die Ansetzkonsole 122 entfallen und lassen die Laser und die Kamera sich mittels des Prüfständers 138 anordnen, ohne dass ein Teil der Prüfausrüstung die Verschraubung selbst oder die mit ihr verbundenen Rohrgestängeabschnitte berühren muss.
Die 7 stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, bei der ein Spannring 144 mit einer Glasfaser- bzw. Lichtwellenleiter-(LWL)-Schleife 142 verbunden ist, um eine Umfangsaufweitung und damit ein dichte bzw. undichte Verschraubung zu erfassen. Ein LWL-Sende-/Empfänger 148 ist vorgesehen, und mit einer Leitung 150 an den Computer 28 angeschlossen. Spitzen 144,146 auf der LWL-Leitung 142 können bezüglich des Spannrings durch Verkleben oder andere geeignete Verbinder festgelegt sein. Die Umfangsaufweitung des Spannrings zeigt folglich die Umfangsaufweitung der Verschraubung an einem geeigneten axialen Ort und das Recken des Lichtwellenleiters zwischen den Spitzen 144, 146 die Radialverformung einer Außenfläche der Verschraubung an. Auf der LWL-Strecke übertragene Signale werden von der von einem Druckanstieg in der Verschraubung verursachten geringfügigen Aufweitung der Leitungen zwischen den Spitzen 144,146 geändert. Der Computer 28 kann bestimmen, ob die Verformung einer Außenfläche des Rohrabschnitts am axialen Ort des Spannrings 140 innerhalb eines zulässigen Grenzwerts liegt oder sie übersteigt. Der Fachmann sieht ein, dass eine weitere LWL-Schleife (in 7 nicht gezeigt) vorgesehen sein kann, um eine Radialbewegung der Außenfläche der Verschraubung 12 an einem tiefer liegenden Punkt auf ihr zu erfassen. Auch lassen ein Zwischenspannring und eine LWL-Schleife sich einsetzen, um eine Basislinie bzw. ein Bezugssignal zu erzeugen, das funktionell dem vom oben beschriebenen Sensor 86 gelieferten Signal entspricht.
Die Vorrichtung und die Verfahrensweisen der vorliegenden Erfindung stellen also eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Methode bereit, um zu bestimmen, ob eine oder mehr der redundanten Dichtungen einer Verschraubung in einem Ölfeld-Rohrgestängestrang ausgefallen sind, so dass man ein zuverlässiges Verfahren erhält, mit dem sich jede Rohrverschraubung beim Zusammensetzen am Bohrplatz auf Dichtheit prüfen lässt. Zum Verarbeiten der Daten aus den Sensoren, zum Darstellen der Ausgangssignale für das Prüfpersonal und zum Bestimmen, ob die höchstzulässige Radialverformung der Außenfläche des Rohrgestänges aufgetreten ist, lassen sich beliebig viele geeignete Computer verwenden. Wie festgestellt, lässt die erfindungsgemäße Verfahrensweise sich an Muffen- wie auch an Kupplungsverschraubungen einsetzen. Verschiedene Messeinrichtungen lassen sich verwenden, um die Umfangsaufweitung der Verschraubung an einem bestimmten Ort zu erfassen, die ihrerseits die Radialverformung anzeigt – einschl. Dehnungsmessstreifen, Luftspaltsensoren, induktive oder elektrische Wegaufnehmer oder LWL-Sensoren. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reagieren jedoch die Sensoren unmittelbar auf eine Radialbewegung einer Außenfläche der Verschraubung an einem bestimmten Ort entlang derselben. Ein erfindungsgemäß geeigneter Laser – speziell der Serie LBS – wird von der Fa. Adrens Tech, Inc., La Puenta, Claifornia, USA, hergestellt. Entsprechend erlaubt die erläuterte Verwendung von (vorzugsweise zwei oder mehr) Kontakten den problemlosen Einsatz von Verschiebungssensoren unterschiedlicher Art. Die in den 4–6 gezeigten Ausführungsformen sind besonders geeignet für das präzise Erfassen des Dichtheitzustands einer Verschraubung. Die Prüfausrüstung lässt sich in einer Höhe von einem bis zwei Metern über der Arbeitsbühne anordnen und die Prüfvorrichtung entweder an die Verschraubung ansetzen, wie in 5 gezeigt; alternativ lässt die Ausrüstung sich anders in die radiale Solllage bezüglich der Verschraubung bringen, wie in 6 dargestellt.
Der Fachmann wird einsehen, dass oben zwar verschiedene Vorrichtungen und Techniken zum Prüfen von zwei Arten von Rohrverschraubungen auf Dichtheit nach 2 und 3 diskutiert sind; dennoch lässt die erfindungsgemäße Ausrüstung und Technik sich zuverlässig zum Prüfen unterschiedlicher Rohrverschraubungen auf Dichtheit und insbesondere zum Dichtheitsprüfen von "Premium"-Verschraubungen mit einer oder mehreren von den Gewinden getrennten Metall-Metall-Dichtungen verwenden. Bspw. kann eine Hydril-Muffenverschraubung zwei Sätze von Metall-Metall-Schulter- und – Flankendichtungen aufweisen, die von den Gewinden der Muffenverschraubung beabstandet gehalten werden. Mit einem Sensor wird ermittelt, ob die unteren Flankendichtung, mit einem anderen Sensor, ob die obere Flankendichtung ausgefallen ist. Ist bspw. unter dem Prüfdruck die untere Flankendichtung ausgefallen, die obere aber zuverlässig dicht geblieben, würde typisches bekanntes Prüfgerät anzeigen, dass die Verschraubung die Prüfung bestanden hat, da aus ihr kein Druckmittel ausgetreten ist. Erfindungsgemäß kann das Prüfpersonal jedoch problemlos ermitteln, dass die untere Flankendichtung der Hydril-Muffenverschraubung ausgefallen ist, und melden, dass sie erneut zusammengesetzt und geprüft werden oder verworfen und eine neue Verschraubung hergestellt und geprüft werden sollte. Eine Besonderheit der Erfindung ist, dass die Zuverlässigkeit von redundanten und axial beabstandeten Dichtungen entlang der Rohrverschraubung sich prüfen lässt, indem man die Radialverformung einer Außenfläche des Gestängerohrs an einem axialen Ort zwischen zweien der axial beabstandeten Dichtungen ermittelt. Verschiedene Techniken sind einsetzbar, um Signale zwischen dem Computer und den Sensoren, Lasern, Kameras usw. zu übermitteln. LEGENDE Fig.8

Radial deform. Radialverformung

Time Zeit

Fig.9

Radial deform. Radialverformung

Time Zeit

109

Radial deform. Radialverformung

Time Zeit

Claims

Vorrichtung (10) zum Bestimmen der Dichtheit einer oder mehrerer Dichtungen (48, 54, 56, 58) in einer im Ölfeld am Bohrloch hergestellten Gewinderohrverbindung (12), mit: einer Druckbeaufschlagungseinrichtung (18), mit der die Gewindeverbindung (12) am Bohrloch intern mit Druck beaufschlagbar ist; mindestens einem Sensor (22, 24; 92, 86, 88), mit dem Parameter bezüglich der Dichtheit der Gewindeverbindung (12) erfassbar sind; und einem Rechner (28), der Signale aus jedem der mindestens einen Sensoren (22, 24; 92, 86, 88) aufnehmen kann und mit dem in Reaktion auf diese die Dichtheit der Gewindeverbindung (12) bestimmbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (22, 24; 92, 86, 88) ein Sensor ist, mit dem sich eine radiale Auswärtsverformung der Außenfläche (52) der Gewindeverbindung (12) an einem gewählten axialen Ort entlang der Gewindeverbindung (12) feststellen lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der weiterhin der mindestens eine Sensor (22, 24; 92, 86, 88) mindestens zwei axial beabstandete Sensoren (86, 88) aufweist; und eine Prüfvorrichtung (74) zur Halterung der mindestens zwei Sensoren (92, 86, 88) vorgesehen ist, die ein Positionierelement (114) aufweist, mit dem sich die Prüfvorrichtung (74) an einem festen Ort bezüglich der Gewindeverbindung (12) radial positionieren lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der weiterhin die Prüfvorrichtung (74) ein Spannelement (82, 84) aufweist, mit dem sich mindestens einer der mindestens zwei Sensoren (92, 86, 88) elastisch auf die Außenfläche (52) der Verbindung (12) drücken lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der weiterhin die Prüfvorrichtung (74) ein Schwenkelement (78, 80) aufweist, mit dem mindestens einer der mindestens zwei Sensoren (92, 86, 88) relativ zu dem anderen der mindestens zwei Sensoren schwenkbar halterbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der weiterhin die Prüfvorrichtung (74) eine scharniermäßig angeschlagene Tür (112) auf der Gewindeverbindung (12) öffen- und schließbar angeordnet und eine Verriegelung (108) vorgesehen ist, mit der die Tür (112) zeitweilig in ihrer Schließstellung sicherbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Positionierelement (114) auf der Tür (112) gehaltert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der weiterhin der mindestens eine Sensor (22, 24; 92, 86, 88) mindestens einen ersten und einen zweiten Materialverformungssensor (92, 88), die axial beabstandet sind, sowie einen dritten Materialverformungs-Basissensor (86) aufweist, der eine Basislinie akzeptabler radialer Verformung einer Außenfläche (52) der Rohrverbindung (12) liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rechner (28) eine Vergleichseinrichtung aufweist, mit der ein Ausgangssignal eines oder mehrerer des mindestens einen Sensors (22, 24; 92, 86, 88) mit einem vorgewählten Verformungswert vergleichbar und ein Störungssignal erzeugbar ist, das eine nicht bestandene Dichtheitsprüfung anzeigt, falls das Sensorsignal den vorgewählten Wert übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Sensor (22, 24; 92, 86, 88) einen ersten und einen zweiten Laser-Sensor (128, 130) aufweist, die jeweils auf eine Radialverformung einer Außenfläche (52) der Verbindung (12) ansprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der mindestens eine Sensor (22, 24; 92, 86, 88) aus der Gruppe Dehnungsmessstreifen, Luftspaltsensor, induktiver Wegaufnahmer (LVDT-Sensor), Faseroptiksensor und elektrische Messeinrichtung gewählt ist, die jeweils auf die Umfangszunahme einer zugehörigen Prüfschelle ansprechen, die ihrerseits in Beziehung zur Radialverformung einer Außenfläche (52) der Gewindeverbindung (12) in Beziehung steht.
Verfahren zum Bestimmen der Dichtheit axial beabstandeter Dichtungen einer Ölfeld-Rohrgewindeverbindung (12), bei dem man das Innere der Rohrverbindung (12) mit Druck beaufschlagt; Parameter zur Dichtheit der Gewindeverbindung (12) misst; und die gemessenen Parameter analysiert, um die Dichtheit der Gewindeverbindung (12) zu bestimmen; dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Parameter die radiale Verformung einer Außenfläche (52) der druckbeaufschlagten Rohrverbindung (12) an einem oder mehreren Orten entlang der axialen Länge der Gewindeverbindung (12) zwischen beabstandeten Dichtungen (48, 54, 56, 58) betreffen; und die Analyse aus einem Vergleich der gemessenen Radialverformung mit einem zulässigen Verformungswert besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man weiterhin einen Ausgangswert der gemessenen Radialverformung als Funktion der Zeit sichtbar darstellt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man weiterhin einen Alarm aktiviert, falls das gemessene Radialverformungssignal einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man zur Messung der Radialverformung Laser-Impulse erzeugt; und die erzeugten Laser-Impulse auf die Außenfläche (52) der Verbindung (12) auftreffen lässt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man zum Messen der Radialverformung die Radialverformung der Verbindung (12) an mindestens drei axial beabstandeten Orten entlang der Gewindeverbindung (12) misst derart, dass mindestens eine der Messungen eine Basislinienmessung ist und man jede andere Messung mit der Basislinienmessung vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man weiterhin mindestens zwei Sensorkontakte (92, 86, 88) an mindestens zwei entsprechenden, axial beabstandeten Orten an die Außenfläche (52) der Verbindung (12) ansetzt und das Messen der Radialverformung daraus besteht, die Radialbewegung jedes der mindestens zwei Sensorkontakte (92, 86, 88) an den mindestens zwei axial beabstandeten Orten entlang der Außenfläche der Gewindverbindung (12) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man weiterhin die mindestens zwei Sensorkontakte (92, 86, 88) auf einer Prüfvorrichtung (74) haltert und die Prüfvorrichtung (74) in eine feste radiale Position relativ zur Gewindeverbindung (12) bringt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man weiterhin mindestens einen der mindestens zwei Sensorkontakte (92, 86, 88) auf die Gewindeverbindung (12) aufspannt und mindestens einen der mindestens zwei Sensorkontakte (92, 86, 88) relativ zu einem anderen der mindestens zwei Sensorkontakte schwenkbar lagert.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Messens der Radialbewegung einschließt: das Messen der Radialverformung der Verbindung (12) an mindestens drei axial beabstandeten Orten entlang der Gewindeverbindung (12) derart, dass mindestens eine der Messungen eine Basislinienmessung ist und man die anderen Messungen jeweils mit der Basislinienmessung vergleicht.