DE10392229B4

DE10392229B4 - Absenkbares stoßaktiviertes Bohrlochvibrationswerkzeug

Info

Publication number: DE10392229B4
Application number: DE10392229T
Authority: DE
Inventors: Carl W. Houston Stoesz; Joseph P. Houston Degeare; Gerald D. Houston Lynde; Roy E. Sugarland Swanson; James A. Houston Sonnier; David B. Houston Haughton
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: CA2474476C; AU2003205367B2; CA2474476A1; WO2003064808A1; GB2400877A; US20030168227A1; NO20043615L; NO340932B1; GB0415468D0; GB2400877B; DE10392229T5; US6866104B2

Abstract

Bohrloch-Vibrationswerkzeug
– mit einem hohlen Werkzeuggehäuse (12), das in ein Bohrloch absenkbar ist,
– mit einem in dem Werkzeuggehäuse (12) längs verschiebbaren Kolben (16), der eine Kolbenbohrung (28) aufweist und in einer ersten Richtung vorgespannt ist, die parallel zur Längsachse des Werkzeuggehäuses (12) ist,
– mit einem in einer Stoßventilanordnung (50) angeordneten Vibrationsmechanismus (56, 58, 60), der so ventilgesteuert ist, dass wiederholt der Fluidstrom unterbrochen und an den Kolben eine Kraft in einer zweiten Richtung angelegt wird, die parallel zur Längsachse des Werkzeuggehäuses (12) und zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, und dass wiederholt der Fluidstrom wiederhergestellt und die Kraft an dem Kolben aufgehoben wird,
gekennzeichnet durch
– eine durch das Werkzeuggehäuse (12) hindurchgehende Gehäusebohrung (26), deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Kolbenbohrung (28) entspricht, und
– die Stoßventilanordnung (50), die durch einen Arbeitsstrang hindurch im Bohrloch abwärts pumpbar ist, deren Außendurchmesser in der...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Bohrlochrüttelvorrichtung, die nach oben gerichtete Stöße liefert und die durch Pumpen einer gesamten Stoßventilanordnung nach unten in das Bohrloch mittels eines Rohrstranges oder Arbeitsstranges aktiviert wird, um zu einer Vibrationswerkzeug-Gehäuseanordnung zu gelangen.
Stand der Technik
Beim Bohrlocharbeiten besteht oft das Bedürfnis, rüttelnde oder vibrationsstoßende Vorgänge durchzuführen. Beispielsweise wird ein solcher Rüttelvorgang oft während Arbeiten von oben verwendet, bei denen ein Rohrstrang oder ein Arbeitsstrang benützt wird, wie z. B. eine Einheit mit gewickeltem Tubing oder eine Druckeinlasseinrichtung. Insbesondere bei Fangvorgängen ist es manchmal notwendig, nach oben gerichtete Rüttelkräfte in der Nähe der Unterseite des Arbeitsstrangs aufzubringen, wenn das Fangwerkzeug stecken bleibt.
Es ist bekannt, eine Rüttelvorrichtung durch Fluiddruck zu betätigen, der auf einen Stoßventil und einen Kolben wirkt, um das Stoßventil und den Kolben in Längsrichtung abwärts zu drängen, bis die Abwärtsbewegung des Stoßventils gestoppt wird. Wenn die Abwärtsbewegung des Stoßventils stoppt, wird die Dichtung zwischen dem Stoßventil und dem Kolben gebrochen und sowohl das Stoßventil als auch der Kolben bewegen sich in Längsrichtung in dem Bohrloch nach oben. D. h., dass, wenn sich das Stoßventil öffnet, sich sowohl das Stoßventil als auch der Kolben in dem Bohrloch unter Federdruck nach oben bewegen. Hierdurch schlägt der Kolben auf eine Art nach unten zeigender Ambossfläche in dem Gehäuse des Werkzeugs auf. Es ist auch bekannt, den Stoßventilmechanismus durch Pumpen einer Vorrichtung, wie z. B. einer Kugel, in dem Bohrloch nach unten zu betätigen, um einen Fluidströmungsweg in der Stoßventilanordnung zu verstopfen.
Bei allen solchen Vorrichtungen sind sowohl der Kolben als auch wenigstens ein Teil der Stoßventilanordnung permanente Komponenten der Rüttelvorrichtung, die als permanenter Teil des Arbeitsstranges installiert ist. Da das Stoßventil durch Anhalten der Flüssigkeitsströmung durch die Rüttelvorrichtung arbeitet, besetzt sein permanent installierter Mechanismus notwendigerweise einen wesentlichen Teil der Innenbohrung der Rüttelvorrichtung. Diese Anwesenheit des Stoßventilmechanismus in der inneren Bohrung der Vorrichtung beschränkt notwendigerweise den Zugang durch den Stoßventilabschnitt der Vorrichtung, wodurch die Durchführung einiger Arbeiten unterhalb des Rüttelwerkzeuges behindert werden kann, wie z. B. von Freiteufemessungen, Kiespackungsarbeiten, Bohrarbeiten, Fangarbeiten oder anderen Drahtseilarbeiten oder Arbeiten mit einem gewickelten Steigrohr.
Das US-Patent 6 474 421 B1 offenbart einen Vibrationsmechanismus, bei dem wiederholt der Fluidstrom unterbrochen und an den Kolben in zwei entgegengesetzten Richtungen angelegt wird, was das Bohrloch entlang übertragen wird. Dabei wird eine innere Kolbenfeder wiederholt mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt und wiederholt durch Öffnen eines Stoßventils entlastet.
Das U.S. Patent Nr. 3 361 220 von Brown offenbart beispielsweise eine Stoßventilanordnung, die aus einem absenkbaren Stoßventil V und einem Ventilsitz 12b in dem Rüttelmechanismus A besteht. Der Rüttelmechanismus A, der den Ventilsitz umfasst, ist permanent in dem Arbeitsstrang installiert. Der Ventilsitz, der beträchtlich kleiner ist, als die Bohrung des Arbeitsstrangs, schränkt den Zugang durch die Rüttelvorrichtung zu jeglichem Abschnitt des Bohrloches unterhalb des Werkzeuges ein. Es ist auch zu bemerken, dass der Absenkabschnitt V der Stoßventilanordnung nicht in dem Werkzeug verriegelt ist, weswegen er bei jedem Hub des Werkzeuges einen undefinierten Abstand frei nach oben fliegen kann. Außerdem ist zu erwähnen, dass das Stoßventil V keinen nach unten begrenzten Weg hat, so dass es einfach mit dem Kolben 12 nach unten reitet bis der Kolben unten ankommt, oder bis der Fluiddruck einen Ausgleich gegen den Kolbenrückholfederdruck schafft. Hierdurch wird die Abnützung der Kolbenrückholfeder erhöht und die Vorhersagbarkeit jedes Ventilzyklus wird verlängert.
Die Existenz einer ausreichend offenen Bohrung durch die Rüttelvorrichtung zur Ermöglichung der Durchführung der vorstehend erwähnten Arten von Vorgängen durch die Bohrung ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung. Der hier verwendete Ausdruck ”offene Bohrung” durch die Vorrichtung ist so zu verstehen, dass die innere Bohrung des Stoßventilabschnitts der Rüttelvorrichtung nicht verengt ist, wenigstens nicht auf einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Innenbohrung durch den Kolbenabschnitt der Rüttelvorrichtung entspricht.
Deshalb ist es gewünscht, eine Rüttelvorrichtung zu haben, die in dem Arbeitsstrang mit einer im Wesentlichen offenen Bohrung installiert werden kann, die jedoch in eine effektive Rüttelvorrichtung umgewandelt werden kann, wenn es erforderlich ist. Es ist außerdem gewünscht, die Vorrichtung wieder in den Zustand der offenen Bohrung zurückbringen zu können, nachdem der Rüttelvorgang durchgeführt worden ist.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Das Bohrloch-Vibrationswerkzeug der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei Hauptkomponenten, der Gehäuseanordnung und der Stoßventilanordnung. Die Gehäuseanordnung wird anfänglich in dem Arbeitsstrang installiert, bevor der Arbeitsstrang in das Bohrloch abgesenkt wird. Eine offene innere Bohrung durch die Gehäuseanordnung ermöglicht es Arbeiten durch die Gehäuseanordnung hindurch durchzuführen, wie z. B. Freiteufemessungen, Kiespackungsarbeiten, Bohrarbeiten, Fangarbeiten oder andere Drahtseil- oder Arbeiten mit einem gewickeltem Steigrohr. Um das Vibrationswerkzeug zu aktivieren, wird die Stoßventilanordnung in den Arbeitsstrang abgesenkt und in dem Bohrloch nach unten in Eingriff mit der Gehäuseanordnung gepumpt. Sobald sich die Stoßventilanordnung an ihrem Platz in der Gehäuseanordnung befindet, sorgt ein fortgesetztes Pumpen des Fluids dafür, dass das Werkzeug beginnt, in Längsrichtung zu vibrieren.
Die Gehäuseanordnung umfasst einen Kolben und seine ihm zugeordnete Rückholfeder, die die gewünschten Längsvibrationen erzeugen, wenn sie durch die Stoßventilanordnung aktiviert worden sind. Die Stoßventilanordnung umfasst die Ventilkomponenten, die zur Betätigung des Werkzeugs erforderlich sind. Nachdem die Stoßventilanordnung in der Gehäuseanordnung angekommen ist, wird der Stoßventilmechanismus durch den Fluidströmungsdruck zum Sitzen gebracht, wodurch die Fluidströmung durch den Kolben blockiert wird. Dies erzeugt eine Fluiddruckdifferenz, die den Kolben in dem Bohrloch nach unten bewegt, wobei die Kolbenrückholfeder komprimiert wird. Bei vollem Hub des Werkzeuges öffnet sich der Stoßventilmechanismus. Hierdurch wird der Druck ausgeglichen und der Kolben kann durch seine zugeordnete Feder zurückgeholt werden, bis er gegen eine Schulter in der Gehäuseanordnung anschlägt, wodurch eine in dem Bohrloch nach oben gerichtete Rüttelreaktion verursacht wird. Ein fortgesetztes Pumpen von Fluid durch den Arbeitsstrang verursacht eine schnelle Wiederholung dieses Prozesses, wodurch die gewünschten Längsvibrationen in dem Arbeitsstrang erzeugt werden.
Wenn der Rüttelvorgang beendet ist, kann die Stoßventilanordnung wieder von der Gehäuseanordnung freigegeben und mit einem Drahtseil oder einer Einrichtung mit gewi ckeltem Steigrohr zurückgeholt werden. Die Freigabe und Zurückholung der Stoßventilanordnung wird mit einem gewöhnlichen Fanghaken innerhalb eines Bundes durchgeführt, der so ausgelegt ist, dass die Stoßventilanordnung von der Gehäuseanordnung freigegeben wird.
Die neuen Merkmale dieser Erfindung sowie die Erfindung selbst sind am besten aus den beigefügten Zeichnungen zusammen mit der folgenden Beschreibung verständlich, in der ähnliche Bezugszeichen sich auf ähnliche Teile beziehen, und von denen
Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 eine Längsschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung ist, die an einem Arbeitsstrang installiert ist,
2 eine Längsschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Stoßventilanordnung ist, die für ein Pumpen nach unten ins Bohrloch bereit ist,
3 eine Längsschnittsansicht der Stoßventilanordnung von 2 ist, die in der Gehäuseanordnung von 1 angekommen ist,
4 eine Längsschnittsansicht der Stoßventilanordnung von 2 ist, die in der Gehäuseanordnung von 1 angekommen ist, wobei das Stoßventil und der Kolben sich in Vollhubstellung befinden,
5 eine Längsschnittsansicht der in 4 gezeigten Vorrichtung ist, die zusätzliche Details der Stoßventilanordnung zeigt,
6 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Stoßventilanordnungs-Sitzbuchse ist, die in die in den 2 bis 5 gezeigte Vorrichtung eingebaut werden kann, und
7 eine Längsschnittsansicht der Stoßventilanordnung von 2 ist, die in der Gehäuseanordnung von 1 angekommen ist, wobei eine Vorrichtungsart gezeigt ist, die dazu verwendet werden kann, die Klemmhülse der Gehäuseanordnung freizugeben, um ein Zurückholen der Stoßventilanordnung zu ermöglichen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das absenkbare stoßaktivierte erfindungsgemäße Vibrationswerkzeug umfasst zwei Hauptkomponenten: Die in 1 gezeigte Gehäuseanordnung 10 und die in 2 gezeigte Stoßventilanordnung 50. Die Gehäuseanordnung 10 ist in 1 so gezeigt, dass sie in dem Arbeitsstrang WS für ein Laufen in das Bohrloch installiert ist. Die Gehäuseanordnung 10 umfasst ein Werkzeuggehäuse 12 und ein oberes Übergangsstück 14. Außerdem ist ein Kolben 16 verschiebbar in dem unteren Ende des Werkzeuggehäuses 12 angeordnet. Der Kolben 16 ist in Richtung des oberen Teils des Bohrloches durch eine Rückholfeder (nicht gezeigt) vorgespannt, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Ausdrücke ”nach oben”, ”aufwärts” und ähnliche Ausdrücke sind so zu verstehen, dass sie die gleiche Bedeutung haben und die Ausdrücke ”nach unten”, ”abwärts” und ähnliche Ausdrücke sind so zu verstehen, dass sie die gleiche Bedeutung haben, da die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Bohrloch verwendet werden kann, das vertikal sein kann oder nicht. Eine Klemmhülse 18 ist in dem oberen Ende des Werkzeuggehäuses 12 und in dem unteren Ende des oberen Übergangsstücks 14 angeordnet. Die Finger der Klemmhülse 18 sind in dem eingebauten Zustand leicht nach innen vorgespannt, um leicht in die innere Bohrung vorzustehen. Die nach innen gerichtete Vorspannung der Klemmhülsenfinger wird durch eine Schraubenfeder 22 unterstützt, die die nach innen geneigten oberen Enden der Klemmhülsenfinger gegen eine konische Fläche 24 in dem oberen Übergangsstück 14 drückt, die nach innen in Richtung der inneren Bohrung geneigt ist. Diese Federvorbelastung der Klemmhülse 18 nimmt das Spiel der Anordnung auf, um den Vibrationskräften zu widerstehen.
Wenn die Gehäuseanordnung 10 in den Arbeitsstrang WS eingebaut ist, weist sie eine offene innere Bohrung 26 durch das Werkzeuggehäuse 12 auf, die im Wesentlichen mit der inneren Bohrung 28 des Kolbens 16 fluchtet. Die Klemmhülse 18 weist auch eine offene innere Bohrung 20 auf, die im Wesentlichen mit der inneren Bohrung 28 des Kolbens 16 fluchtet. Es ist zu sehen, dass die offenen inneren Bohrungen 20, 26 durch die Gehäuseanordnung 10 einen ausreichenden Durchmesser haben, damit Arbeiten durch die Gehäuseanordnung 10 durchgeführt werden können, wie z. B. Freiteufemessungen, Kiespackungsarbeiten, Bohrarbeiten, Fangarbeiten oder andere Drahtseil- oder Wickelsteigrohrarbeiten.
Die in 2 gezeigte Stoßventilanordnung 50 umfasst die Ventilkomponenten, die erforderlich sind, um das Werkzeug zu betätigen. Diese Stoßventilanordnung 50 hat eine Länge und einen Außendurchmesser, die es ermöglichen, dass sie nach unten durch den Arbeitsstrang gepumpt werden kann. Die Stoßventilanordnung 50 umfasst ein Fanghalsprofil in einem oberen Übergangsstück 52, ein Gehäuse 54 und ein Stoßventil 56 das verschiebbar innerhalb des Gehäuses 54 angeordnet ist. Eine obere und eine untere Stoßventilfeder 58, 60 spannen das Stoßventil 56 nach oben vor. Mehrere Ausgleichskanäle 90 in dem unteren Abschnitt des Stoßventils 56 gleichen den Fluiddruck zwischen der Innenseite und der Außenseite des Stoßventils 56 aus.
Eine Federhülse 62, die verschiebbar innerhalb des Gehäuses 54 angeordnet ist, umgibt die obere Stoßventilfeder 58. Eine Ventilführung 66, die ebenfalls verschiebbar innerhalb des Gehäuses 54 angeordnet ist, umgibt die untere Stoßventilfeder 60 und führt das untere Ende des Stoßventils 56. Eine Scheibe 64, die innerhalb der Ventilführung 66 zwi schen der oberen Stoßventilfeder 58 und der unteren Stoßventilfeder 60 angeordnet ist, umgibt verschiebbar das Stoßventil 56 unterhalb der nach unten zeigenden Schulter 88. Die Ventilführung 66 gleitet innerhalb des Gehäuses 54 in Längsrichtung, wobei sie durch wenigstens eine Halteschraube 68 geführt wird, die in wenigstens einem Längsschlitz 83 in dem Gehäuse 54 läuft. Das untere Ende 86 des Schlitzes 83 begrenzt den nach unten gerichteten Weg der Halteschraube 68 und der Ventilführung 66.
Eine Sitzbuchse 70 ist verschiebbar innerhalb des unteren Endes des Gehäuses 54 unterhalb des Stoßventils 56 angeordnet. Eine Dichtung 74 dichtet die Außenseite der Sitzbuchse 70 gegen das Innere des Gehäuses 54 ab und ein Schnappring 76 hält die Sitzbuchse 70 in dem unteren Ende des Gehäuses 54 am Platz. Wie es am besten in 5 zu sehen ist, gleichen mehrere Ausgleichskanäle 92 in der Sitzbuchse 70 den Fluiddruck zwischen dem Inneren der Sitzbuchse 70 oberhalb des Ventilsitzes 78 und dem Äußeren der Sitzbuchse 70 oberhalb der Dichtung 74 aus. Wie es in 6 gezeigt ist, wird die Sitzbuchse 70 durch nach außen vorstehende Klauen 80 in dem Gehäuse 54 gehalten, die in Schlitzen des Gehäuses 54 laufen. Ein in 5 gezeigter Haltering 82 hilft zu verhindern, dass die Klauen 80 nach innen einfallen. Ein Ventilsitz 78 ist fest in der Bohrung der Sitzbuchse 70 angebracht. Wenigstens eine Dichtung 72 dichtet die Außenseite des Ventilsitzes 78 gegen die Innenseite der Sitzbuchse 70 ab.
Wie es in 2 gezeigt ist, befindet sich die Stoßventilanordnung 50 in dem ”Einpump”-Zustand. Die Nase der Sitzbuchse 70 ist mittels eines Schnappringes 76 innerhalb des Gehäuses 54 gehalten. Dadurch, dass die Nase der Sitzbuchse 70 innerhalb des Gehäuses 54 gehalten wird, wird die Gesamtlänge der Stoßventilanordnung 50 verkürzt und die Dichtung 74 geschützt, wenn die Stoßventilanordnung 50 sich in dem Arbeitsstrang WS nach unten bewegt. Es ist in 2 zu erkennen, dass in diesem Zustand das Stoßventil 56 sich frei nach unten gegen den Ventilsitz 78 verschieben kann, ohne dass entweder die obere Stoßventilfeder 58 oder die untere Stoßventilfeder 60 komprimiert wird. Das untere Ende des Stoßventils 56 ist so gezeigt, dass es den Ventilsitz 78 berührt, das untere Ende der Federhülse 62 liegt jedoch nicht an dem oberen Ende 84 der Ventilführung 66 an, so dass die obere Feder 58 nicht komprimiert wird. Außerdem liegt die Scheibe 64 nicht an der Schulter 88 an, so dass die untere Feder 60 nicht komprimiert wird.
Um das erfindungsgemäße Bohrloch-Vibrationswerkzeug zu aktivieren, wird die Stoßventilanordnung 50 in die innere Bohrung des Arbeitsstranges WS abgesenkt und an ihren Ort in der inneren Bohrung der Gehäuseanordnung 10 gepumpt. Das obere Ende der Stoßventilanordnung 50 rastet in die federvorgespannte Klemmhülse 18 ein, nachdem es in der Gehäuseanordnung 10 angekommen ist, wie es in 3 gezeigt ist. Es ist zu sehen, dass sich die Finger der Klemmhülse 18 aufspreizen, um einen Durchgang der Stoßventilanord nung 50 zu ermöglichen und sich dann zusammenziehen, um das obere Ende der Stoßventilanordnung zu fangen, wie z. B. durch Einrasten über das obere Ende des Verbindungsstücks 53 des Stoßventils. Sobald die Stoßventilanordnung 50 an ihrem Ort eingerastet ist, beginnt das Werkzeug zu arbeiten.
Nachdem die Stoßventilanordnung 50 in der Gehäuseanordnung 10 angekommen ist, sorgt ein fortgesetzter Fluiddruck dafür, dass sich das Stoßventil 56, die Sitzbuchse 70 und der Ventilsitz 78 nach unten bewegen, wobei der Schnappring 70 aus seiner Nut in dem Gehäuse 54 freigegeben wird.
Diese Komponenten gehen weiter nach unten, wobei das untere Ende der Sitzbuchse 70 in den Kolben 16 bewegt wird, wo die Sitzbuchse 70 an einer Schulter 94 in dem Kolben 16 zum Anliegen kommt, wie es am besten in 1 zu sehen ist. Alternativ kann der Schnappring 76 in eine Nut (nicht gezeigt) in dem Kolben 16 einklinken. In diesem Zustand dichtet die Sitzbuchsendichtung 74 die Außenseite der Sitzbuchse gegen die Innenseite des Kolbens 16 ab.
Es ist in 3 zuerkennen, dass, wenn das Stoßventil 56 nach unten gepumpt wird, sie die obere Stoßventilfeder 58 nach unten gegen die Federhülse 62 drückt, die sich ihrerseits nach unten bewegt, das obere Ende 84 der Ventilführung 66 berührt und die Halteschraube 68 zu dem unteren Ende 86 des Schlitzes 83 in dem Gehäuse 54 bewegt. Dies leitet eine Kompression der oberen Stoßventilfeder 58 ein. Wenn sich das Stoßventil 56 weiter unter dem Fluiddruck nach unten bewegt, kontaktiert die Schulter 88 die Scheibe 64, wobei die Kompression der unteren Stoßventilfeder 60 beginnt. Ein Sitzen des unteren Endes des Stoßventils 56 gegen den Ventilsitz 78 blockiert eine Fluidströmung durch den Ventilsitz 78, wodurch eine Fluidströmung durch den Kolben 16 blockiert wird. Dies erzeugt eine Fluiddruckdifferenz an dem Stoßventil 56 und dem Ventilsitz 78 und die resultierende Kraft wird auf den Kolben 16 über die Sitzbuchse 70 übertragen. Außerdem umgeht eine Fluidströmungsverbindung durch die Ausgleichskanäle 90 in dem Stoßventil 56 und durch die Ausgleichskanäle 92 in der Sitzbuchse 70 den Ventilsitz 78 und übt einen Fluiddruck direkt auf das obere Ende des Kolbens 16 aus.
Wegen der Kraft von diesem Flüssigkeitsdruck direkt auf den Kolben 16 und der Kraft von dem Druckdifferential an dem Stoßventil 56 und an dem Ventilsitz 78 bewegt sich der Kolben 16 abwärts, wobei die Kolbenrückholfeder komprimiert wird. Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, kommt das Stoßventil 56 bei vollem Hub des Werkzeugs gegen das obere Ende der Federhülse 62 zum Anliegen, die an das obere Ende der Ventilführung 66 stößt, die sich nicht mehr weiter nach unten bewegen kann, da die Halteschraube 68 an das untere Ende 86 des Schlitzes 83 in dem Stoßventilanordnungsgehäuse 54 anstößt. Wenn die Bewegung des Stoßventils 56 auf diese Weise gestoppt wird, sorgt ein fortgesetzter Fluiddruck auf die Oberseite des Kolbens 16 und den Ventilsitz 78 dafür, dass der Kolben 16 und der Ventilsitz 78 von dem unteren Ende des Stoßventils 56 weggedrückt wird, und verursacht einen Verlust der Sitzkraft des Stoßventils 56 gegen den Ventilsitz 78. Hierdurch wird die Druckdifferenz über den Ventilsitz 78 ausgeglichen. Dies ermöglicht es, dass das Stoßventil 56 durch die Wirkung der oberen und unteren Stoßventilfeder 58, 60 nach oben zurückkehrt.
Gleichzeitig kehrt der Kolben 16 durch seine zugeordnete Feder zurück und schlägt gegen eine Schulter 96 in der Gehäuseanordnung 10 an, wodurch eine nach oben gerichtete Rüttelreaktion verursacht wird. Ein fortgesetztes Pumpen des Fluids durch den Arbeitsstrang WS sorgt dafür, dass sich das Stoßventil 56 wieder nach unten bewegt und wieder gegen den Ventilsitz 78 sitzt, weshalb der Kolben 16 wieder nach unten gedrängt wird, bis die Bewegung des Stoßventils 56 wieder gestoppt wird. Eine schnelle Wiederholung dieses Prozesses erzeugt die gewünschten Längsvibrationen in dem Arbeitsstrang.
Wenn der Rüttelvorgang beendet ist, kann die Stoßventilanordnung 50 wieder von der Gehäuseanordnung 10 gelöst werden und über ein Drahtseil oder eine Wickelsteigrohreinrichtung zurückgeholt werden. Das Lösen und das Zurückholen der Stoßventilanordnung wird mit einem gewöhnlichen Fanghaken (nicht gezeigt) innerhalb eines Freigabebundes 98 durchgeführt, der so konstruiert ist, dass die Stoßventilanordnung 50 von der Gehäuseanordnung 10 freigegeben wird, wie es in 7 gezeigt ist. Der Freigabebund 98 hat den gleichen Außendurchmesser wie die Stoßventilanordnung 50. Wie es in 7 gezeigt ist, spreizt der Freigabering 98 die Finger der Klemmhülse 18, wenn er in die Vorrichtung mit einem Haken hineinbewegt wird, um die Stoßventilanordnung 50 von der Gehäuseanordnung 10 freizugeben, wenn der Haken in das Fanghalsprofil 52 innerhalb des oberen Übergangsstücks 53 der Stoßventilanordnung 50 eingereift. Die Stoßventilanordnung 50 kann dann aus der Gehäuseanordnung 10 herausgezogen werden.
Während die hier gezeigte und im Detail offenbarte bestimmte Erfindung die Ziele erreichen kann und die oben stehend erwähnten Vorteile bietet, sollte verstanden werden, dass die Offenbarung nur zur Illustration der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient und das keine anderen Einschränkungen beabsichtigt sind, als sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind.

Claims

Bohrloch-Vibrationswerkzeug – mit einem hohlen Werkzeuggehäuse (12), das in ein Bohrloch absenkbar ist, – mit einem in dem Werkzeuggehäuse (12) längs verschiebbaren Kolben (16), der eine Kolbenbohrung (28) aufweist und in einer ersten Richtung vorgespannt ist, die parallel zur Längsachse des Werkzeuggehäuses (12) ist, – mit einem in einer Stoßventilanordnung (50) angeordneten Vibrationsmechanismus (56, 58, 60), der so ventilgesteuert ist, dass wiederholt der Fluidstrom unterbrochen und an den Kolben eine Kraft in einer zweiten Richtung angelegt wird, die parallel zur Längsachse des Werkzeuggehäuses (12) und zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, und dass wiederholt der Fluidstrom wiederhergestellt und die Kraft an dem Kolben aufgehoben wird, gekennzeichnet durch – eine durch das Werkzeuggehäuse (12) hindurchgehende Gehäusebohrung (26), deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Kolbenbohrung (28) entspricht, und – die Stoßventilanordnung (50), die durch einen Arbeitsstrang hindurch im Bohrloch abwärts pumpbar ist, deren Außendurchmesser in der Größe so bemessen ist, dass sie in der Gehäusebohrung (26) aufnehmbar ist, und die in der Gehäusebohrung (26) arretierbar ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 1, bei dem die erste Richtung im Bohrloch aufwärts und die zweite Richtung im Bohrloch abwärts gerichtet ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 2, bei dem der Vibrationsmechanismus ein Stoßventil (56) aufweist, das zur wiederholten Unterbrechung und Wiederherstellung des durch die innere Kolbenbohrung (28) hindurchgehenden Fluidstroms verschiebbar ist, um hierdurch die abwärts gerichtete Kraft auf den Kolben aufzubringen und aufzuheben.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 3, bei dem der Vibrationsmechanismus einen Stoßventilsitz (78) aufweist, der für die Aufnahme in dem Kolben (16) bemessen und geformt ist, wobei das Stoßventil (56) für ein Anliegen an dem Stoßventilsitz zur Unterbrechung des Fluidstroms bemessen und geformt ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 4, bei dem der Vibrationsmechanismus eine Haltevorrichtung (68, 86) aufweist, die zum Anhalten einer Abwärtsbewegung des Stoßventils (56) angeordnet ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 5, bei dem der Vibrationsmechanismus wenigstens einen Ausgleichskanal (90, 92) aufweist, der zum Anlegen eines Fluiddrucks an ein oberes Ende des Kolbens (16) an dem Stoßventil (56) vorbei angeordnet ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 6, bei dem der Vibrationsmechanismus wenigstens eine Stoßventil-Rückholfeder (58, 60) aufweist, die zum Anlegen einer Aufwärtsvorspannung an das Stoßventil (56) angeordnet ist.
Bohrloch-Vibrationswerkzeug nach Anspruch 1, das in dem Werkzeuggehäuse (12) eine Klemmhülse (18) aufweist, die zum Arretieren der Stoßventilanordnung (50) in dem Werkzeuggehäuse (12) angeordnet ist.