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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesysteme und insbesondere ein Setzwerkzeug, das einen zusammenschiebbaren Kegel für ein erweiterbares Futterrohrstrangaufhängesystem beinhaltet.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesysteme arbeiten beispielsweise unter Verwendung eines Setzwerkzeugs zum Fördern der Erweiterung einer Futterrohrstrangaufhängung, wodurch die Futterrohrstrangaufhängung mit einem Verrohrungsstrang in einem Bohrloch verbunden wird. Um die Erweiterung der Futterrohrstrangaufhängung zu bewirken, wird ein Erweiterungskegel axial durch die Futterrohrstrangaufhängung verschoben, wodurch die Innenseite der Futterohrstrangaufhängung in Eingriff genommen wird, um deren Außenseite radial zu erweitern. Die Kräfte, die benötigt werden, um eine Futterrohrstrangaufhängung auf diese Weise zu erweitern, und die beträchtlich sein können, sind eine Funktion der Geometrie, der Materialeigenschaften und der auf den Erweiterungskegel und/oder die Futterrohrstrangaufhängung aufgetragenen reibungsmindernden Beschichtungen.
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Bestimmte Unterschiede in Härte und/oder anderen metallurgischen Grundeigenschaften zwischen der Futterrohrstrangaufhängung und dem Erweiterungskegel können dabei helfen, Reibung zwischen deren jeweiligen Berührungsflächen zu verringern, selbst wenn die reibungsmindernde(n) Beschichtung(en) beschädigt werden. Dementsprechend sind herkömmliche Futterrohrstrangaufhängungen mit hochduktilem niedriglegiertem Stahl hergestellt, dessen Erweiterung unter Verwendung eines beispielsweise mit D2-Werkzeugstahl hergestellten Erweiterungskegels bewirkt werden kann. Einige Futterrohrstrangaufhängungen enthalten jedoch Legierungen auf Nickel- und Chrombasis, um Korrosionsbeständigkeit im Bohrloch bereitzustellen. Herkömmliche Erweiterungskegel weisen nicht die geeigneten Materialeigenschaften für eine effektive Erweiterung derartiger Futterrohrstrangaufhängungen auf Nickel- und Chrombasis auf. Außerdem ist die Verwendung effektiverer Materialien aufgrund der Geometrie herkömmlicher Erweiterungskegel oft übermäßig teuer.
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Darüber hinaus ist es oft schwierig oder unmöglich, herkömmliche Erweiterungskegel von der Futterrohrstrangaufhängung zu entfernen, sobald die Futterrohrstrangaufhängung erweitert wurde. Obwohl es zusammenschiebbare Erweiterungskegel gibt, die dieses Problem beheben, enthalten derartige zusammenschiebbare Erweiterungskegel oft ein Spannzangenmerkmal, das es dem Erweiterungskegel ermöglicht, sich von der Innenseite der Futterrohrstrangaufhängung radial nach innen zu biegen. Die eingearbeiteten Schlitze des Spannzangenmerkmals erzeugen jedoch hohe Kontaktspannungen entlang der jeweiligen Kanten der Schlitze und diese Spannungen können unter anderem die auf die Futterrohrstrangaufhängung und/oder den Erweiterungskegel aufgetragenen reibungsmindernde/n Beschichtung(en) beschädigen.
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Darüber hinaus benötigen einige Erweiterungskegel eine abdichtende Grenzfläche zwischen dem Erweiterungskegel und der Innenseite der Futterrohrstrangaufhängung, sodass der Erweiterungskegel durch einen Fluiddruck betätigt werden kann. Die mit herkömmlichen zusammenschiebbaren Erweiterungskegeln assoziierten eingearbeiteten Schlitze bedingen die Verwendung eines „Leitkegels“, der keine Schlitze, Flächenmerkmale oder andere Geometrie aufweist, die einen Leckpfad erzeugen könnten. Ein derartiger „Leitkegel“ weist notwendigerweise einen kleineren Durchmesser auf als der zusammenschiebbare Erweiterungskegel, wodurch die effektive Axialkraft reduziert wird, die durch den Fluiddruck auf das Setzwerkzeug ausgeübt wird.
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US 2012 / 0 222 868 A1 betrifft eine Spreizkonusanordnung zum Einstellen einer Auskleidungsaufhängung. Die Expansionskonusanordnung umfasst einen Konusdorn mit einer kegelstumpfförmigen Außenfläche, einen Führungskonus, der gleitend um den Konusdorn angeordnet ist und eine kegelstumpfförmige Oberfläche mit einem maximalen Außendurchmesser aufweist, und einen zusammenlegbaren Konus, der gleitend zumindest teilweise um die kegelstumpfförmige Außenfläche des Konusdorns angeordnet ist.
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GB 2 346 165 A betrifft eine Gesenkschmiedeanordnung umfassend einen Träger und ein becherförmiges Gesenkschmiedeelement, die, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, eine Gesenkschmiedevorrichtung zum Umformen einer verformbaren Verbindung bilden. Nach Abschluss der Umformung der Verbindung werden durch eine vertikale Kraft auf den Dorn die Stifte abgeschert, wodurch der Becher von der Halterung gelöst wird, so dass sich der freitragende Becher durchbiegen kann und der Widerstand an der verformbaren Verbindung erheblich verringert wird, während die Gesenkbaugruppe aus dem Loch entfernt wird.
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WO 2007 / 017 355 A1 betrifft einen Expander ist zum radialen Aufweiten eines rohrförmigen Elements, wobei der Expander eine axiale Vorwärtsrichtung aufweist und mit einer Schubeinrichtung zum Ausüben einer Schubkraft auf den Expander versehen ist, um den Expander in axialer Vorwärtsrichtung durch das rohrförmige Element zu bewegen. Der Expander umfasst einen einstellbaren Konus mit einer Expanderfläche, die sich in der axialen Vorwärtsrichtung radial nach innen verjüngt, wobei der einstellbare Konus zwischen einem radial expandierten Modus und einem radial kollabierten Modus beweglich ist. Die Aufweitungsvorrichtung umfasst ferner Einstellmittel, um den einstellbaren Konus durch die Wirkung der auf die Druckmittel ausgeübten Druckkraft von dem kollabierten Zustand in den expandierten Zustand zu bewegen.
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US 2013 / 0 299 197 A1 betrifft ein Expansionssystem mit einem Dorn, der gleitend mit einer Vielzahl von primären Kegelsegmenten verbunden ist, die mit einer Vielzahl von sekundären Kegelsegmenten verschachtelt sind. Das Expansionssystem hat eine erste Position, in der sich die primären Konussegmente und die sekundären Konussegmente in einer zurückgezogenen Position befinden, eine zweite Position, in der sich die primären Konussegmente in einer erweiterten Position und die sekundären Konussegmente in einer zurückgezogenen Position befinden, und eine dritte Position, in der sich die primären Konussegmente und die sekundären Konussegmente in einer erweiterten Position befinden. Wenn die Ausdehnungsbaugruppe in einem rohrförmigen Element angeordnet ist und sich in der zweiten Position befindet, dehnen die primären Kegelsegmente das rohrförmige Element in eine dreilappige Querschnittsform aus.
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WO 2010 / 114 592 A2 betrifft hydraulische Betätigungselemente und hydraulische Einstellvorrichtungen für den Einsatz in Bohrlochwerkzeugen für Öl- und Gasbohrungen. Die hydraulischen Stellglieder umfassen einen zylindrischen Dorn und ein ringförmiges stationäres Dichtungselement, das mit dem Dorn verbunden ist. Ein Hydraulikzylinder ist gleitend auf dem Dorn und dem stationären Dichtungselement gelagert und in seiner Position lösbar auf dem Dorn befestigt. Das stationäre Dichtungselement unterteilt das Innere des Zylinders in eine untere Hydraulikkammer und eine obere Hydraulikkammer. Eine Einlassöffnung ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung in die untere Hydraulikkammer, und eine Auslassöffnung ermöglicht eine Flüssigkeitsverbindung in die obere Hydraulikkammer. Ein Ausgleichskolben ist in der oberen Hydraulikkammer des Aktuators verschiebbar gelagert. Der Kolben weist einen axial verlaufenden Durchgang auf. Die Flüssigkeitsverbindung durch den Kolben und zwischen seiner Ober- und Unterseite wird durch ein normalerweise geschlossenes Ventil in dem Durchgang gesteuert. In Abwesenheit einer Relativbewegung zwischen dem Dorn und dem Zylinder kann der Ausgleichskolben als Reaktion auf einen Unterschied im hydrostatischen Druck zwischen der Auslassöffnung, die sich auf einer Seite des Kolbens befindet, und dem Teil der oberen Hydraulikkammer, der sich auf der Unterseite des Kolbens befindet, gleiten.
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Daher besteht Bedarf an einer Vorrichtung, einem Verfahren oder einem System, die/das unter anderem eines oder mehrere der vorstehenden Probleme behebt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung und durch die beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung besser verständlich. In den Zeichnungen können gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente angeben.
- 1 ist eine schematische Darstellung einer mit einem erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystem wirkgekoppelten Offshore-Öl- und Gasbohrinsel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 2 ist eine Querschnittsteilansicht des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems aus 1, einschließlich eines Setzwerkzeugs und eines Aufhängekörpers, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 3 ist eine Querschnittsteilansicht eines Kegeldorns, bei dem es sich um eine Komponente des Setzwerkzeugs aus 2 handelt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 4 ist eine Querschnittsteilansicht eines zusammenschiebbaren Erweiterungskegels, bei dem es sich um eine andere Komponente des Setzwerkzeugs aus 2 handelt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 5 bildet den Kegeldorn aus 3 und den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel aus 4 zusammen mit anderen Komponenten des Setzwerkzeugs in einem zusammengebauten Zustand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ab.
- 6A ist eine Querschnittsteilansicht des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems aus den 1-5, das in einem Bohrloch und nahe dem unteren Ende eines Verrohrungsstrangs angeordnet ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 6B ist eine Querschnittsteilansicht des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems aus 6A in einem teilweise erweiterten Zustand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 6C ist eine Querschnittsteilansicht des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems aus den 6A und 6B in einem vollständig erweiterten Zustand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 6D(i) ist eine vergrößerte Ansicht des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems aus 6C mit dem Aufhängekörper erweitert und dem Setzwerkzeug in einer ersten Konfiguration gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 6D(ii) bildet das Futterrohrstrangaufhängesystem aus 6D(i) mit dem Aufhängekörper erweitert und dem Setzwerkzeug in einer zweiten Konfiguration gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ab.
- 6D(iii) bildet das Futterrohrstrangaufhängesystem aus den 6D(i) und (ii) mit dem Aufhängekörper erweitert und dem Setzwerkzeug in einer dritten Konfiguration gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ab.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Offenbarung kann Bezugszeichen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen oder Figuren wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Vereinfachung und Verdeutlichung und schreibt nicht an sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor. Außerdem können relative räumliche Ausdrücke, wie etwa unterhalb, unter, untere/r/s, über, obere/r/s, im Bohrloch nach oben, im Bohrloch nach unten, stromaufwärts, stromabwärts und dergleichen, hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie veranschaulicht zu beschreiben, wobei die Richtung nach oben zum oberen Bereich der entsprechenden Figur verläuft und die Richtung nach unten zum unteren Bereich der entsprechenden Figur verläuft, die Richtung nach oben im Bohrloch zur Oberfläche des Bohrlochs verläuft, die Richtung nach unten im Bohrloch zum Zehenbereich des Bohrlochs verläuft. Die relativen räumlichen Ausdrücke sollen zusätzlich zur in den Figuren abgebildeten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung bei Gebrauch oder Betrieb abdecken, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Wenn beispielsweise eine Vorrichtung in den Figuren umgedreht ist, wären dann als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschriebene Elemente oder Merkmale „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter“ sowohl eine Ausrichtung über als auch eine Ausrichtung unter beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) sein und die hier verwendeten relativen räumlichen Bezeichnungen können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
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Wenngleich eine Figur ein horizontales Bohrloch oder ein vertikales Bohrloch abbilden kann, versteht es sich darüber hinaus für einen Fachmann, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ebenso gut für die Verwendung in Bohrlöchern geeignet ist, die andere Ausrichtungen aufweisen, einschließlich vertikalen Bohrlöchern, horizontalen Bohrlöchern, schrägen Bohrlöchern, Bohrlöchern mit mehreren Seitenbohrungen oder dergleichen. Gleichermaßen versteht es sich für einen Fachmann, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, dass, wenngleich eine Figur einen Offshore-Betrieb abbilden kann, die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung genauso gut für die Verwendung in Onshore-Betrieben geeignet ist. Außerdem versteht es sich für einen Fachmann, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, dass, wenngleich eine Figur ein verrohrtes Bohrloch abbilden kann, die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung genauso gut für die Verwendung in unverrohrten Bohrlochbetrieben geeignet ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Offshore-Öl- und Gasbohrinsel schematisch veranschaulicht und ist im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Offshore-Öl- und Gasbohrinsel 10 eine halbtauchfähige Bohrinsel 12, die über einer Öl- und Gasformation 14 unter Wasser, die sich unter einem Meeresboden 16 befindet, positioniert ist. Ein Unterwasserkanal 18 erstreckt sich von einem Deck 20 der Bohrinsel 12 bis zu einer Unterwasserbohrkopfinstallation 22. Ein oder mehrere Drucksteuergeräte 24, wie etwa beispielsweise Bohrlochabsperrventile (blowout preventers - BOPs) und/oder andere mit Bohren oder Erzeugen eines Bohrlochs assoziierte Ausrüstung, können an der Unterwasserbohrkopfinstallation 22 oder an anderer Stelle im System bereitgestellt sein. Die Bohrinsel 12 kann eine Hebevorrichtung 26, einen Bohrturm 28, eine Laufrolle 30, einen Haken 32 und einen Spülkopf 34 beinhalten, wobei diese Komponenten zusammen betrieben werden können, um eine Vielfalt von Fördermitteln 36, wie etwa beispielsweise Verrohrung, Bohrgestänge, Schlangenrohre, Förderrohre, andere Arten von Gestänge- oder Rohrsträngen und/oder andere Arten von Fördermitteln, wie etwa Wirelines, Slicklines und dergleichen, anzuheben und abzusenken. In der Ausführungsform aus 1 ist das Fördermittel 36 ein im Wesentlichen rohrförmiger, sich axial erstreckender Bohrstrang, der aus einer Vielzahl von Bohrgestängeverbindungen besteht, die Ende-an-Ende aneinandergekoppelt sind. Die Bohrinsel 12 kann zudem eine Kellystange, einen Drehtisch, eine obere Antriebseinheit und/oder andere mit der Drehung und/oder Übersetzung des Fördermittels 36 assoziierte Ausrüstung beinhalten. Ein Bohrloch 38 erstreckt sich von der Unterwasserbohrkopfinstallation 22 und durch die verschiedenen Erdschichten, einschließlich der Formation 14. Ein Abschnitt des Bohrloch 38 beinhaltet einen darin zementierten Verrohrungsstrang 40.
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Wie in 1 gezeigt, wurde beispielsweise unter Verwendung einer Bohrgarnitur (nicht gezeigt) ein Teilabschnitt des Bohrlochs 38 unter dem Verrohrungsstrang 40 ausgebildet. Die Bohrgarnitur ist dazu ausgelegt, an einem unteren Endabschnitt des Fördermittels 36 verbunden zu werden und sich während Bohrvorgängen im Bohrloch 38 zu erstrecken. Die Bohrgarnitur beinhaltet beispielsweise einen Drehbohrmeißel, der dazu ausgelegt ist, durch die verschiedenen Erdschichten, einschließlich der Formation 14, zu bohren. Die Bohrgarnitur kann zudem andere Komponenten, wie etwa beispielsweise ein Richtbohrwerkzeug, einen Schlammmotor, ein Telemetriesystem, ein Energieerzeugungssystem, Werkzeuge zum Aufzeichnen während des Bohrens, Werkzeuge zum Messen während des Bohrens, Schwerstangen, Schwergewicht-Bohrgestänge, Stabilisatoren, Reibahlen, Rüttelstoßgeräte, Lochöffner, Übergangsstücke für verschiedene Gewindeformen, andere Bohrlochkomponenten oder beliebige Kombinationen davon, beinhalten. Sobald die Bohrgarnitur genutzt wurde, um einen Teilabschnitt des Bohrlochs 38 auszubilden, wird die Bohrlochgarnitur über das Fördermittel 36 aus dem Bohrloch 38 entfernt. Dementsprechend veranschaulicht 1 das Bohrloch 38, nachdem die Bohrgarnitur entfernt wurde.
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Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 ist ein Einführwerkzeug 42 am unteren Endabschnitt des Fördermittels 36 verbunden. Das Einführwerkzeug 42 und das Fördermittel 36 werden genutzt, um ein erweiterbares Futterrohrstrangaufhängesystem 44, an dem ein Futterrohrstrang 46 verbunden ist, in das Bohrloch 38 abzusenken. Insbesondere wird, sobald das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 mit dem Einführwerkzeug 42 gekoppelt ist, das Fördermittel 36 verwendet, um das Einführwerkzeug 42 und folglich das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 am unteren Endabschnitt des Verrohrungsstrangs 40 zu positionieren, wie in 1 gezeigt. Infolgedessen erstreckt sich der Futterrohrstrang 46 im Bohrloch vom erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystem 44 weg und in den „unverrohrten“ Teilabschnitt des Bohrlochs 38 unter dem Verrohrungsstrang 40 hinein. Wenn der Futterrohrstrang 46 und das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 derart positioniert sind, ist das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 dazu ausgelegt, bis zum Eingriff mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 erweitert zu werden, wodurch das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 und folglich der Futterrohrstrang 46 am Verrohrungsstrang 40 befestigt wird. Auf diese Weise wird das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 genutzt, um den „verrohrten“ Abschnitt des Bohrlochs 38 zu erweitern, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems 44 gezeigt, wobei die Ausführungsform einen Aufhängekörper 48 und ein Setzwerkzeug 50, dass sich im Aufhängekörper 48 erstreckt, beinhaltet. Der Aufhängekörper 48 ist seinerseits dazu ausgelegt, sich in dem Verrohrungsstrang 40 zu erstrecken (wie in 1 gezeigt).
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In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Aufhängekörper 48, wie in 2 gezeigt, einen Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser, der ein oder mehrere Kontaktelemente 54 aufweist, die an seiner Außenseite verbunden sind. Wenn sich der Aufhängekörper 48 im Verrohrungsstrang 40 erstreckt, ist dessen Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser dazu ausgelegt, bis zum Eingriff mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 erweitert zu werden. Außerdem sind die Kontaktelemente 54 dazu ausgelegt, eine Reibungsgrenzfläche mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 zu bilden, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert wird, wodurch der Aufhängekörper 48 mit dem Verrohrungsstrang 40 verbunden wird. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 eine zylindrische Abdichtung, die aus einem Gummimaterial hergestellt ist und dazu ausgelegt ist, eine Reibungsgrenzfläche mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 zu bilden, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert ist, beinhalten diese oder sind ein Teil von ihr. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 eine Vielzahl von Verrohrungsummantelungen, die dazu ausgelegt sind, die Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 in Eingriff zu nehmen oder sich in sie zu „verbeißen“, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert ist, beinhalten diese oder sind ein Teil von ihr. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 einstückig mit dem Aufhängekörper 48 ausgebildet und sind dazu vorgesehen, die Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 abdichtend in Eingriff zu nehmen, wenn der Aufhängekörper 48 erweitert ist. In einigen Ausführungsformen ist der Aufhängekörper 48, um Korrosionsbeständigkeit im Bohrloch bereitzustellen, aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt, wie etwa beispielsweise unter anderem Incoloy® Alloy 825 und/oder Inconel® Alloy G3. In einigen Ausführungsformen ist der Aufhängekörper 48, um Korrosionsbeständigkeit im Bohrloch bereitzustellen, aus einer Legierung auf Chrombasis hergestellt, wie etwa beispielsweise unter anderem der Chromsuperlegierung 13.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist weiterhin unter Bezugnahme auf 2 das Setzwerkzeug 50 mit dem Einführwerkzeug 42 verbunden und erstreckt sich im Aufhängekörper 48. Das Setzwerkzeug 50 beinhaltet einen Kegeldorn 56, einen zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 und eine Kegelarretiervorrichtung 60. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet das Setzwerkzeug 50 zudem eine Wischvorrichtung 62, die dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass sich Rückstände auf der Oberseite des zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 absetzen. Der Kegeldorn 56 weist eine allgemeine Ringform auf und ist mit dem Einführwerkzeug 42 verbunden und erstreckt sich um dieses herum. Darüber hinaus erstreckt sich der Kegeldorn 56 radial zwischen dem Einführwerkzeug 42 und dem Aufhängekörper 48. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist die Innenseite des Kegeldorns 56 dazu ausgelegt, durch das Einführwerkzeug 42 in Eingriff genommen zu werden.
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Der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Kegeldorn 56 und ist dazu ausgelegt, durch den Kegeldorn 56 in Eingriff genommen zu werden, wenn der Kegeldorn 56 in einer Axialrichtung 64 verschoben wird. Infolgedessen ist der Kegeldorn 56 dazu ausgelegt, den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 in die Axialrichtung 64 zu drücken, sodass der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 den Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 in Eingriff nimmt. Der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 ist somit dazu ausgelegt, relativ zum Aufhängekörper 48 verschoben zu werden, um den Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 in Eingriff zu nehmen und radial zu erweitern, wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
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Die Kegelarretiervorrichtung 60 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Kegeldorn 56 und ist mit diesem verbunden. Sobald der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 durch den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 radial erweitert ist, ist der Kegeldorn 56 dazu ausgelegt, in einer Axialrichtung 66, die der Axialrichtung 64 entgegengesetzt ist, und relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 verschoben zu werden. Infolgedessen ist der Kegeldorn 56 dazu ausgelegt relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 axial zu gleiten. Darüber hinaus ist die Kegelarretiervorrichtung 60 dazu ausgelegt, den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 in Eingriff zu nehmen, wodurch der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 in die Axialrichtung 66 und relativ zum Aufhängekörper 48 gedrückt wird.
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Nun unter Bezugnahme auf 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Kegeldorns 56 gezeigt. Der Kegeldorn 56 definiert entgegengesetzte Endabschnitte 56a und 56b. Eine konisch zulaufende Ringfläche 68 ist an der Außenseite des Kegeldorns 56 ausgebildet. Die konisch zulaufende Ringfläche 68 definiert entgegengesetzte Endabschnitte 68a und 68b, wobei der Endabschnitt 68a einen verhältnismäßig kleineren Durchmesser aufweist als der Endabschnitt 68b. Infolgedessen ist die Wanddicke des Kegeldorns 56 am Endabschnitt 68a der konisch zulaufenden Ringfläche 68 verhältnismäßig geringer und an derem Endabschnitt 68b verhältnismäßig größer. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen weist der Kegeldorn 56 am Endabschnitt 68b der konisch zulaufenden Ringfläche 68 die maximale Wanddicke auf. Außerdem ist eine äußere Ringnut 70 in der Außenseite des Kegeldorns 56 nahe dessen Endabschnitt 56a ausgebildet. Die äußere Ringnut 70 ist dazu ausgelegt, die Kegelarretiervorrichtung 60 aufzunehmen. Darüber hinaus ist eine im Allgemeinen zylindrische Ringkontaktfläche 72 an der Außenseite des Kegeldorns 56 ausgebildet und erstreckt sich axial zwischen der konisch zulaufenden Ringfläche 68 und der äußeren Ringnut 70. Die Ringkontaktfläche 72 ist dazu ausgelegt, durch den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 gleitend in Eingriff genommen zu werden, wenn der Kegeldorn 56 in der Axialrichtung 66 (wie in 2 gezeigt) und relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 verschoben wird. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet der Kegeldorn 56 zudem eine äußere Ringnut 74, die dazu ausgelegt ist, die Wischvorrichtung 62 aufzunehmen und zu arretieren, um zu verhindern, dass sich Rückstände auf der Oberseite des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 absetzen.
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Zusätzlich unter Bezugnahme auf 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 gezeigt und diese Ausführungsform beinhaltet ein Kegelstumpfelement 76 und einen Kontaktring 78, die miteinander verbunden sind. In einigen Ausführungsformen ist der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 aus einer Stahllegierung 8620 hergestellt. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist zumindest ein Abschnitt des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 einsatzgehärtet. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist zumindest ein Abschnitt des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 wärmebehandelt. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen weist der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 eine Nennwanddicke von 0,035''auf, wodurch eine duktile Innenseite und ein duktiler Kern unterhalb der wärmebehandelten und/oder einsatzgehärteten Außenseite des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 bereitgestellt wird.
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In einer beispielhaften Ausführungsform weist das Kegelstumpfelement 76, wie in 4 gezeigt, eine allgemeine Ringform auf und definiert entgegengesetzte Endabschnitte 76a und 76b. Eine konisch zulaufende innere Ringfläche 80 ist an der Innenseite des Kegelstumpfelements 76 ausgebildet und erstreckt sich zwischen dessen jeweiligen Endabschnitten 76a und 76b. Die konisch zulaufende innere Ringfläche 80 weist am Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 im Vergleich zu dessen Endabschnitt 76b einen verhältnismäßig kleineren Durchmesser auf. Infolgedessen ist die konisch zulaufende innere Ringfläche 80 dazu ausgelegt, durch die konisch zulaufende Ringfläche 68 des Kegeldorns 56 komplementär in Eingriff genommen zu werden. Eine konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 ist an der Außenseite des Kegelstumpfelements 76 ausgebildet und erstreckt sich zwischen dessen jeweiligen Endabschnitten 76a und 76b. Die konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 weist am Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 im Vergleich zu dessen Endabschnitt 76b einen verhältnismäßig kleineren Durchmesser auf. Außerdem ist der Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 mit dem Kontaktring 78 verbunden. Somit grenzt die konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 am Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 an die Außenseite des Kontaktrings 78. Eine Kegelkrone 84 ist an der Außenseite des Kegelstumpfelements 76 an dessen Endabschnitt 76b benachbart zur konisch zulaufenden äußeren Ringfläche 82 ausgebildet. Die konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 und die Kegelkrone 84 sind jeweils dazu ausgelegt, die Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 gleitend in Eingriff zu nehmen. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist das Kegelstumpfelement 76 der Kontaktring 78, beinhaltet diesen oder ist ein Teil von ihm. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist das Kegelstumpfelement 76 einstückig mit dem Kontaktring 78 ausgebildet.
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In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Kontaktring 78 weiterhin unter Bezugnahme auf 4 eine allgemeine Ringform auf und definiert entgegengesetzte Endabschnitte 78a und 78b. Die Innenseite des Kontaktrings 78 ist dazu ausgelegt, die Ringkontaktfläche 72 des Kegeldorns 56 gleitend in Eingriff zu nehmen, wenn der Kegeldorn relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 verschoben wird. Der Kontaktring 78 beinhaltet eine Endfläche 85 an seinem Endabschnitt 78a. Die Endfläche 85 ist dazu ausgelegt, während des Betriebs des Setzwerkzeugs 50 durch die Kegelarretiervorrichtung 60 in Eingriff genommen zu werden. Außerdem ist der Endabschnitt 78b des Kontaktrings 78 mit dem Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 verbunden. Somit grenzt die Außenseite des Kontaktrings 78 am Endabschnitt 78b des Kontaktrings 78 an die konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 des Kegelstumpfelements 76. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen weist der Kontaktring 78 eine im Allgemeinen zylindrische Form auf. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist der Kontaktring 78 das Kegelstumpfelement 76, beinhaltet dieses oder ist ein Teil von ihm. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist der Kontaktring 78 einstückig mit dem Kegelstumpfelement 76 ausgebildet.
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Nun unter Bezugnahme auf 5, sind die Komponenten des Setzwerkzeugs 50, einschließlich des Kegeldorns 56, des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58, der Kegelarretiervorrichtung 60 und der Wischvorrichtung 62, in einem zusammengebauten Zustand veranschaulicht.
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In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt die Innenseite des Kontaktrings 78 des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58, wie in 5 gezeigt, die Ringkontaktfläche 72 des Kegeldorns 56 in Eingriff und erstreckt sich in Umfangsrichtung um diese herum. Darüber hinaus erstreckt sich die konisch zulaufende innere Ringfläche 80 des Kegelstumpfelements 76 in Umfangsrichtung um die konisch zulaufende Ringfläche 68 des Kegeldorns 56, nimmt diese in Eingriff oder nimmt diese beinahe in Eingriff. Infolgedessen befindet sich der Endabschnitt 76a des Kegelstumpfelements 76 an oder nahe dem Endabschnitt 68a der konisch zulaufenden Ringfläche 68. Die verhältnismäßig geringere Wanddicke des Kegeldorns 56 am Endabschnitt 68a der konisch zulaufenden Ringfläche 68 ist somit nahe dem und innerhalb des Endabschnitts 76a des Kegelstumpfelements 76 und des Endabschnitts 78b des Kontaktrings 78 angeordnet. Darüber hinaus befinden sich die Kegelkrone 84 und der Endabschnitt 76b des Kegelstumpfelements 76 an oder nahe dem Endabschnitt 68b der konisch zulaufenden Ringfläche 68. Die verhältnismäßig größere Wanddicke des Kegeldorns 56 am Endabschnitt 68b der konisch zulaufenden Ringfläche 68 ist somit dazu ausgelegt, die Kegelkrone 84 und den Endabschnitt 76b des Kegelstumpfelements 76 zu stützen, wenn der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 die Innenseite des Aufhängekörpers 48 in Eingriff nimmt. Darüber hinaus stellt in mehreren beispielhaften Ausführungsformen die Wanddicke des Kegeldorns 56 am Endabschnitt 68b der konisch zulaufenden Ringfläche 68 die Geometrie bereit, die benötigt wird, um die Festigkeit des Kegeldorns 56 direkt unterhalb der Kegelkrone 84 des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 zu maximieren.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Kegelarretiervorrichtung 60 weiterhin unter Bezugnahme auf 5 in die äußere Ringnut 70 des Kegeldorns 56 aufgenommen und erstreckt sich in Umfangsrichtung um diese herum. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet die Kegelarretiervorrichtung 60 ein Paar von Spaltungen 86, eine Spaltringarretiervorrichtung 88 und einen Arretierring 90. Es können jedoch bei der Kegelarretiervorrichtung 60 eines oder mehrere der Spaltringe 86, der Spaltringarretiervorrichtung 88 und des Arretierrings 90 zugunsten von einer oder mehreren anderen Komponenten, die dazu ausgelegt sind, den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 in Eingriff zu nehmen, weggelassen sein. Darüber hinaus kann zusätzlich zu oder anstelle der Kegelarretiervorrichtung 60 eine andere Art von Kegelarretiervorrichtung genutzt werden. In jedem Fall erstreckt sich die Kegelarretiervorrichtung 60 über den Rand der äußeren Ringnut 70 hinaus und ist dazu ausgelegt, den Kontaktring 78 des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 in Eingriff zu nehmen. Der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 ist somit axial zwischen der Kegelarretiervorrichtung 60 und der konisch zulaufenden Ringfläche 68 des Kegeldorns 56 eingeklemmt. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist die Wischvorrichtung 62 in die äußere Ringnut 74 des Kegeldorns 56 aufgenommen wird durch diese arretiert. In dieser Position ist die Wischvorrichtung, dazu ausgelegt, zu verhindern, dass sich Rückstände auf der Oberseite des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 absetzen.
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Bei Betrieb ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 6A-6D veranschaulicht ist, das Einführwerkzeug 42 am unteren Ende des Fördermittels 36 verbunden (in 1 zu sehen). Außerdem sind das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 und folglich der Futterrohrstrang 46 mit dem Einführwerkzeug 42 gekoppelt und das Fördermittel 36 wird verwendet, um das Einführwerkzeug 42 im Verrohrungsstrang 40 zu positionieren.
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Zunächst unter Bezugnahme auf 6A wird das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem 44 über das Einführwerkzeug 42 und das Fördermittel 36 in den Verrohrungsstrang 40 eingeführt, bis sich der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 innerhalb des Verrohrungsstrangs 40 und an oder nahe dessen unterem Endabschnitt befindet. In dieser Position erstreckt sich der Futterrohrstrang 46 vom Aufhängekörper 48 weg und in den „unverrohrten“ Abschnitt des Bohrlochs 38 hinein (gezeigt in 1). In mehreren beispielhaften Ausführungsformen beginnt, sobald der Futterrohrstrang 46 wie beschrieben im Bohrloch 38 positioniert wurde, ein Zementiervorgang. Beispielsweise wird Zement (nicht gezeigt) in den zwischen dem Futterrohrstrang 46 und dem Bohrloch 38 definierten Ringspalt gepumpt, um den Futterrohrstrang 46 im Bohrloch 38 zu stützen. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist das Setzwerkzeug 50 während des Positionierens des Futterrohrstrangs 46 und des darauffolgenden Zementiervorgangs im Aufhängekörper 48 angeordnet, steht jedoch noch nicht mit der Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser in Eingriff.
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Unter Bezugnahme auf 6B wird, sobald der Aufhängekörper 48 passend positioniert ist und der Zementiervorgang abgeschlossen ist, das Setzwerkzeug 50 genutzt, um den Aufhängekörper 48 radial zu erweitern. Insbesondere wird, wenn der Aufhängekörper 48 innerhalb des Verrohrungsstrangs 40 und nahe dessen unterem Endabschnitt positioniert ist, der Kegeldorn 56 in einer Axialrichtung 92 verschoben, wodurch der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 in Eingriff mit der Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 gedrückt wird. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen werden der Kegeldorn 56 und der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 durch Erhöhen des Hydraulikfluiddrucks in einem zwischen dem Einführwerkzeug 42 und dem Aufhängekörper 48 definierten Ringraum 94 verschoben. Der Eingriff des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 mit der Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 bildet eine Abdichtung, sodass das Setzwerkzeug 50 als ein Hydraulikkolben im Aufhängekörper 48 fungiert. Zusätzlich ist eine Abdichtung an der Innenseite des Kegeldorns 56 eingearbeitet, um gegen das Einführwerkzeug 42 abzudichten, sodass der erhöhte Hydraulikfluiddruck im Ringraum 94 auf den Kegeldorn 56 und den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 wirkt. Infolgedessen drückt der Hydraulikfluiddruck im Ringraum 94 das Setzwerkzeug 50 in die Richtung 92. Sobald ein ausreichender Hydraulikfluiddruck erreicht ist, werden der Kegeldorn 56 und der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 in die Axialrichtung 92 und relativ zum Aufhängekörper 48 verschoben, sodass der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 die Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers 48 gleitend in Eingriff nimmt und radial erweitert. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen wird, zusätzlich dazu oder anstatt dass der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 durch Erhöhen des Hydraulikfluiddrucks im Ringraum 94 verschoben wird, der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 verschoben, indem mithilfe des Einführwerkzeugs 42 eine Axialkraft auf den Kegeldorn 56 ausgeübt wird.
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Während der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 den Aufhängekörper 48 gleitend in Eingriff nimmt, üben die konisch zulaufende äußere Ringfläche 82 und die Kegelkrone 84 eine radiale Kraft auf die Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser aus, was dazu führt, dass sich die Außenseite des Aufhängekörpers 48 radial erweitert. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen wird der einheitliche Querschnitt des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 während der Erweiterung des Aufhängekörpers 48 radial vollständig durch den Kegeldorn 56 gestützt. Darüber hinaus stützt die verhältnismäßig größere Wanddicke des Kegeldorns 56 am Endabschnitt 68b der konisch zulaufenden Ringfläche 68 die Kegelkrone 84 während der radialen Erweiterung des Aufhängekörpers 48. Die radiale Erweiterung des Aufhängekörpers 48 führt dazu, dass die Außenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser in Eingriff mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 gedrückt wird. Infolgedessen werden die Kontaktelemente 54 bis zum Eingriff mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 erweitert. Die Kontaktelemente 54 bilden eine Reibungsgrenzfläche mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert ist, wodurch der Aufhängekörper 48 mit dem Verrohrungsstrang 40 verbunden wird. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 eine zylindrische Abdichtung, die aus einem Gummimaterial hergestellt ist und dazu ausgelegt ist, eine Reibungsgrenzfläche mit der Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 zu bilden, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert ist, beinhalten diese oder sind ein Teil von ihr. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 eine Vielzahl von Verrohrungsummantelungen, die dazu ausgelegt sind, die Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 in Eingriff zu nehmen oder sich in sie zu „verbeißen“, wenn der Abschnitt 52 mit reduziertem Durchmesser erweitert ist, beinhalten diese oder sind ein Teil von ihr. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind die Kontaktelemente 54 einstückig mit dem Aufhängekörper 48 ausgebildet und sind dazu vorgesehen, die Innenseite des Verrohrungsstrangs 40 abdichtend in Eingriff zu nehmen, wenn der Aufhängekörper 48 erweitert ist.
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Zusätzlich unter Bezugnahme auf 6C wird durchgehend Hydraulikdruck im Ringraum 94 ausgeübt, bis die gesamte Länge des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser bis zum Eingriff mit dem Verrohrungsstrang 40 erweitert ist. An diesem Zeitpunkt ist die Erweiterung des Aufhängekörpers 48 abgeschlossen und der Futterrohrstrang 46 ist in das Bohrloch 38 eingesetzt. Sobald die Erweiterung des Aufhängekörpers 48 abgeschlossen ist, müssen der Kegeldorn 56 und der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 aus dem Bohrloch 38 herausgeholt werden. Aufgrund der Materialeigenschaften des Aufhängekörpers 48 und der beträchtlichen Kraft, die zum Erweitern des Aufhängekörpers 48 benötigt wird, wird jedoch ein geringes Maß an Belastung durch die Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser wiederhergestellt, nachdem er durch den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 erweitert wurde. Die wiederhergestellte Belastung durch die Innenseite des Abschnitts 52 mit reduziertem Durchmesser führt dazu, dass der erweiterte Aufhängekörper 48 eine Verschiebung des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 in einer Axialrichtung 96, die entgegengesetzt zur Axialrichtung 92 verläuft, behindert.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in den 6D(i)-(iii) veranschaulicht ist, fungiert die Innenseite des erweiterten Aufhängekörpers 48 als eine Begrenzung, die verhindert oder zumindest behindert, dass jeweilige Abschnitte des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58, einschließlich zumindest der Kegelkrone 84, in der Axialrichtung 96 und relativ zum Aufhängekörper 48 verschoben werden.
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Wie in 6D(i) gezeigt, erleichtern bestimmte Komponenten des Setzwerkzeugs 50, einschließlich zumindest des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 und der Kegelarretiervorrichtung 60, das Herausziehen des Setzwerkzeugs 50 aus dem Aufhängekörper 48. Dementsprechend wird das Setzwerkzeug 50 aus dem Aufhängekörper 48 herausgezogen, indem zunächst der Kegeldorn 56 in der Axialrichtung 96 und relativ zu sowohl dem zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 als auch dem Aufhängekörper 48 verschoben wird. Während das Einführwerkzeug 42 und der Kegeldorn 56 vom erweiterten Aufhängekörper 48 in der Axialrichtung 96 zurückgezogen werden, beginnen die konisch zulaufende innere Ringfläche 80 des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 und die konisch zulaufende Ringfläche 68 des Kegeldorns 56 sich voneinander zu lösen.
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Wie in 6D(ii) gezeigt, wird der Kegeldorn 56 weiter relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 verschoben, bis die Kegelarretiervorrichtung 60 die Endfläche 85 des Kontaktrings 78 in Eingriff nimmt. Gleichzeitig wird der Abstand zwischen der konisch zulaufenden inneren Ringfläche 80 und der konisch zulaufenden Ringfläche 68 immer größer, bis sich schließlich der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 vom Kegeldorn 56 löst. Darüber hinaus nimmt die Ringkontaktfläche 72 des Kegeldorns 56 während der Verschiebung des Kegeldorns 56 in der Axialrichtung 96 und relativ zum zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 die Innenseite des Kontaktrings 78 in Eingriff.
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Wie in 6D(iii) gezeigt, drückt die darauffolgende Verschiebung des Kegeldorns 56 in der Axialrichtung 96 so gegen den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58, dass er relativ zum Aufhängekörper 48 verschoben wird. Die Dicke und die Materialeigenschaften des zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 ermöglichen, dass sich dessen Kegelstumpfelement 76 an der Kegelkrone 84 radial nach innen biegt, wenn sich der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 vom Kegeldorn 56 löst. Somit biegt sich das Kegelstumpfelement 76 an der Kegelkrone 84 radial nach innen, wenn der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 in die Axialrichtung 96 und relativ zum Aufhängekörper 48 gedrückt wird. Auf diese Weise ermöglicht die Biegung des Kegelstumpfelements 76 nach innen, dass das Setzwerkzeug 50 durch die enganliegende Innenseite des erweiterten Aufhängekörpers 48 herausgezogen wird.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen verhindert der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 Schäden an etwaigen auf den Aufhängekörper 48 und/oder den zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 aufgetragenen reibungsmindernden Beschichtungen oder reduziert diese zumindest, indem die Notwendigkeit unebener Flächenmerkmale wegfällt, die mit Erweiterungskegeln assoziiert ist, die beispielsweise Spannzangenmerkmale enthalten. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen stellt der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 im Vergleich zu herkömmlichen Erweiterungskegeln, die beispielsweise ein Spannzangenmerkmal enthalten, zusätzliche Strukturbeständigkeit gegen Ring- oder Radialspannungsmuster bereit, die während der Erweiterung des Aufhängekörpers 48 auf ihn ausgeübt werden. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen stellt der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 eine abdichtende Grenzfläche mit der Innenseite des Aufhängekörpers 48 bereit, die mit der Kegelkrone 84 zusammenfällt, wodurch die durch den Hydraulikfluiddruck im Ringraum 94 auf das Setzwerkzeug 50 ausgeübte Axialkraft im Vergleich zu einem Erweiterungskegel, der beispielsweise ein Spannzangenmerkmal aufweist, das für eine effektive Erweiterung einen „Leitkegel“ benötigt, erhöht wird.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen weist der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 eine durchgehende und/oder einheitliche Umfangswanddicke auf, die dazu dient, die während der Erweiterung des Aufhängekörpers 48 auf den Kegeldorn 56 übertragene Spannung zu reduzieren. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen weist der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 einen einheitlichen Querschnitt auf, der die Materialeigenschaften des zusammenschiebbaren Erweiterungskegel 58 nach dessen Einsatzhärtung und/oder Wärmebehandlung optimiert.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen definiert der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 einen durchgehenden, schlitzlosen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Körper. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen sind alle Querschnitte des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 entlang einer Ebene, in der die Längsachse des zusammenschiebbaren Erweiterungskegels 58 verläuft, im Wesentlichen identisch.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen stellt der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 einen unkomplizierten, kostengünstigen und leicht herzustellenden Erweiterungskegel bereit, der Schäden am erweiterten Aufhängekörper 48 während des Herausziehens des Setzwerkzeugs 50 verhindert oder zumindest reduziert. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist der zusammenschiebbare Erweiterungskegel 58 ein wegwerfbarer Erweiterungskegel für eine einmalige Verwendung, der das mit der Erweiterung von Aufhängekörpern aus Nickellegierungen und/oder Legierungen mit hohem Chromgehalt assoziierte Risiko mindert.
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein erweiterbares Futterrohrstrangaufhängesystem vor, das Folgendes beinhaltet: ein Setzwerkzeug, das Folgendes beinhaltet: einen Kegeldorn, der eine konisch zulaufende äußere Ringfläche definiert und dazu ausgelegt ist, in einer ersten und einer zweiten Axialrichtung verschoben zu werden; einen Erweiterungskegel, der sich um den Kegeldorn herum erstreckt und eine konisch zulaufende innere Ringfläche definiert, die dazu ausgelegt ist, durch die konisch zulaufende äußere Ringfläche in Eingriff genommen zu werden, wenn der Kegeldorn in der ersten Axialrichtung verschoben wird; und eine Kegelarretiervorrichtung, die sich vom Kegeldorn weg erstreckt und dazu ausgelegt ist, den Erweiterungskegel in Eingriff zu nehmen, wenn der Kegeldorn in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Erweiterungskegel verschoben wird; und einen Aufhängekörper, der durch den Erweiterungskegel radial erweitert wird, wenn der Kegeldorn und der Erweiterungskegel in der ersten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper verschoben werden; wobei, wenn die Kegelarretiervorrichtung den Erweiterungskegel in Eingriff nimmt, die konisch zulaufende innere Ringfläche von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche gelöst wird, wodurch sich der Erweiterungskegel radial nach innen biegen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Aufhängekörper, wenn der Aufhängekörper durch das Setzwerkzeug radial erweitert ist, dazu ausgelegt, einen im Bohrloch angeordneten Verrohrungsstrang fest in Eingriff zu nehmen. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Futterrohrstrangaufhängesystem ferner einen Futterrohrstrang, der mit dem Aufhängekörper verbunden ist und dazu ausgelegt ist, sich über den Verrohrungsstrang hinaus in das Bohrloch hinein zu erstrecken, wenn der Aufhängekörper den Verrohrungsstrang fest in Eingriff nimmt. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Erweiterungskegel einen Kontaktring, der dazu ausgelegt ist, durch die Kegelarretiervorrichtung in Eingriff genommen zu werden, wenn der Kegeldorn in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Erweiterungskegel verschoben wird; und ein Kegelstumpfelement, das mit dem Kontaktring verbunden ist und eine Kegelkrone definiert, die dazu ausgelegt ist, den Aufhängekörper gleitend in Eingriff zu nehmen und radial zu erweitern, wenn der Erweiterungskegel in der ersten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper verschoben wird. In einer beispielhaften Ausführungsform definiert die konisch zulaufende äußere Ringfläche des Kegeldorns einen ersten und einen zweiten Endabschnitt; der Kegeldorn definiert eine erste Wanddicke am ersten Endabschnitt und eine zweite Wanddicke am zweiten Endabschnitt; und die erste Wanddicke des Kegeldorns ist größer als die zweite Wanddicke des Kegeldorns. In einer beispielhaften Ausführungsform ist, wenn der Aufhängekörper durch den Erweiterungskegel erweitert ist, die erste Wanddicke des Kegeldorns dazu ausgelegt, einen Abschnitt des Erweiterungskegels, der zumindest die Kegelkrone beinhaltet, zu stützen. In einer beispielhaften Ausführungsform definiert der Kegeldorn ferner eine äußere Ringnut und eine Ringkontaktfläche, die sich zwischen der äußeren Ringnut und der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche erstreckt; und die äußere Ringnut nimmt die Kegelarretiervorrichtung auf, wodurch der Erweiterungskegel axial zwischen der Kegelarretiervorrichtung und der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche eingeklemmt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt, wenn der Kegeldorn in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Erweiterungskegel verschoben wird, die Ringkontaktfläche den Kontaktring gleitend in Eingriff und die konisch zulaufende innere Ringfläche wird von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche gelöst. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Erweiterungskegel dazu ausgelegt, in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper verschoben zu werden, nachdem der Aufhängekörper radial erweitert wurde und die konisch zulaufende innere Ringfläche von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche gelöst wurde; und, wenn der Erweiterungskegel in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper verschoben wird, ist das Kegelstumpfelement dazu ausgelegt, sich an der Kegelkrone radial nach innen zu biegen, damit der Erweiterungskegel aus dem Aufhängekörper herausgezogen werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist, wenn der Aufhängekörper durch den Erweiterungskegel radial erweitert ist, die Kegelkrone dazu ausgelegt, abdichtend mit dem Aufhängekörper in Eingriff zu stehen; und der abdichtende Eingriff der Kegelkrone mit dem Aufhängekörper führt zur Verschiebung des Erweiterungskegels in der ersten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper, die durch einen Fluiddruck im Aufhängekörper bewirkt wird.
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Die vorliegende Offenbarung stellt zudem ein Verfahren zum Installieren eines erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems in einem Verrohrungsstrang vor, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Positionieren des erweiterbaren Futterrohrstrangaufhängesystems im Verrohrungsstrang, wobei das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem einen Aufhängekörper und ein im Aufhängekörper angeordnetes Setzwerkzeug beinhaltet, das einen Kegeldorn, der eine konisch zulaufende äußere Ringfläche definiert, und einen Erweiterungskegel, der eine konisch zulaufende innere Ringfläche definiert, beinhaltet; Ineingriffbringen der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche des Kegeldorns mit der konisch zulaufenden inneren Ringfläche des Erweiterungskegels; radiales Erweitern des Aufhängekörpers bis zum Eingriff mit dem Verrohrungsstrang durch Verschieben des Kegeldorns und des Erweiterungskegels in einer ersten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper; Verschieben des Kegeldorns in einer zweiten Axialrichtung und relativ zum Erweiterungskegel, um die konisch zulaufende innere Ringfläche von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche zu lösen, wodurch sich der Erweiterungskegel vom Aufhängekörper radial nach innen biegen kann; und Herausziehen des Erweiterungskegels aus dem erweiterten Aufhängekörper. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das erweiterbare Futterrohrstrangaufhängesystem ferner einen mit dem Aufhängekörper verbundenen Futterrohrstrang; und, wenn der Aufhängekörper durch den Erweiterungskegel bis zum Eingriff mit dem Verrohrungsstrang erweitert ist, erstreckt sich der Futterrohrstrang über den Verrohrungsstrang hinaus in das Bohrloch hinein. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Setzwerkzeug ferner eine Kegelarretiervorrichtung, die sich vom Kegeldorn weg erstreckt; und das Herausziehen des Erweiterungskegels aus dem erweiterten Aufhängekörper beinhaltet das Ineingriffbringen des Erweiterungskegels mit der Kegelarretiervorrichtung und das Verschieben des Erweiterungskegels in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper. In einer beispielhaften Ausführungsform definiert der Kegeldorn ferner eine äußere Ringnut und eine Ringkontaktfläche, die sich zwischen der äußeren Ringnut und der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche erstreckt; und die äußere Ringnut nimmt die Kegelarretiervorrichtung auf, wodurch der Erweiterungskegel axial zwischen der Kegelarretiervorrichtung und der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche eingeklemmt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt, wenn der Kegeldorn in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Erweiterungskegel verschoben wird, um die konisch zulaufende innere Ringfläche von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche zu lösen, die Ringkontaktfläche des Kegeldorns den Kontaktring gleitend in Eingriff. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet der Erweiterungskegel einen Kontaktring und ein mit dem Kontaktring verbundenes Kegelstumpfelement, wobei das Kegelstumpfelement eine Kegelkrone definiert; und das radiale Erweitern des Aufhängekörpers bis zum Eingriff mit dem Verrohrungsstrang beinhaltet das gleitende Ineingriffbringen des Kegelstumpfelements, einschließlich zumindest der Kegelkrone, mit einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser des Aufhängekörpers, wodurch eine radial nach außen wirkende Kraft auf den Aufhängekörper ausgeübt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das radiale Erweitern des Aufhängekörpers bis zum Eingriff mit dem Verrohrungsstrang ferner das abdichtende Ineingriffbringen der Kegelkrone mit dem Aufhängekörper und das Bewirken der Verschiebung des Erweiterungskegels in der ersten Axialrichtung unter Verwendung eines Fluiddrucks im Aufhängekörper. In einer beispielhaften Ausführungsform definiert die konisch zulaufende äußere Ringfläche des Kegeldorns einen ersten und einen zweiten Endabschnitt; der Kegeldorn definiert eine erste Wanddicke am ersten Endabschnitt und eine zweite Wanddicke am zweiten Endabschnitt; und die erste Wanddicke des Kegeldorns ist größer als die zweite Wanddicke des Kegeldorns. In einer beispielhaften Ausführungsform ist, wenn der Aufhängekörper durch den Erweiterungskegel erweitert ist, die erste Wanddicke des Kegeldorns dazu ausgelegt, einen Abschnitt des Kegelstumpfelements zu stützen, der zumindest die Kegelkrone beinhaltet. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das Herausziehen des Erweiterungskegels das Verschieben des Erweiterungskegels in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper, nachdem der Aufhängekörper radial erweitert wurde und die konisch zulaufende innere Ringfläche von der konisch zulaufenden äußeren Ringfläche gelöst wurde; und, wenn der Erweiterungskegel in der zweiten Axialrichtung und relativ zum Aufhängekörper verschoben wird, ist das Kegelstumpfelement dazu ausgelegt, sich an der Kegelkrone radial nach innen zu biegen, damit der Erweiterungskegel aus dem Aufhängekörper herausgezogen werden kann.
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Es versteht sich, dass Variationen am Vorstehenden vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen können die Elemente und Lehren der verschiedenen veranschaulichenden beispielhaften Ausführungsformen insgesamt oder teilweise in einigen oder allen der veranschaulichenden beispielhaften Ausführungsformen kombiniert werden. Zusätzlich können ein/e oder mehrere der Elemente und Lehren der verschiedenen veranschaulichenden beispielhaften Ausführungsformen zumindest teilweise weggelassen werden und/oder zumindest teilweise mit einem/einer oder mehreren der anderen Elemente und Lehren der verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen kombiniert werden.
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Alle räumlichen Bezüge, wie etwa beispielsweise „obere/r/s“, „untere/r/s“, „über“, „unter“, „zwischen“, „unten am“, „vertikal“, „horizontal“, „abgewinkelt“, „nach oben“, „nach unten“, „von Seite zu Seite“, „von links nach rechts“, „von rechts nach links“, „von oben nach unten“, „von unten nach oben“, „Oberseite“, „Unterseite“, „von unten“, „von oben“ usw. dienen allein dem Zwecke der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der konkreten Ausrichtung oder Lage der vorstehend beschriebenen Struktur.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen können, während unterschiedliche Schritte, Prozesse und Vorgänge als getrennte Handlungen beschrieben sind, einer oder mehrere der Schritte, einer oder mehrere der Prozesse und/oder einer oder mehrere der Vorgänge zudem in anderer Reihenfolge, gleichzeitig und/oder der Reihe nach durchgeführt werden. In mehreren beispielhaften Ausführungsformen können die Schritte, Prozesse und/oder Vorgänge in einen oder mehrere Schritte, Prozesse und/oder Vorgänge zusammengeführt werden.
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In mehreren beispielhaften Ausführungsformen können einer oder mehrere der Arbeitsschritte in der jeweiligen Ausführungsform weggelassen werden. Darüber hinaus können in einigen Fällen einige der Merkmale der vorliegenden Offenbarung ohne eine entsprechende Verwendung der anderen Merkmale eingesetzt werden. Darüber hinaus können eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und/oder Variationen insgesamt oder teilweise mit einer oder mehreren beliebigen der anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und/oder Variationen kombiniert werden.
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Wenngleich vorstehend mehrere beispielhafte Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, dienen die beschriebenen Ausführungsformen lediglich als Beispiele und nicht zur Einschränkung und der Fachmann wird ohne Weiteres erkennen, dass viele andere Modifikationen, Änderungen und/oder Substitutionen an den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sollen alle derartigen Modifikationen, Änderungen und/oder Substitutionen im Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, eingeschlossen sein. In den Ansprüchen sollen alle Mittelplus-Funktions-Sätze die Strukturen, die hier so beschrieben sind, dass sie die genannte Funktion durchführen, und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen abdecken. Darüber hinaus ist es die ausdrückliche Absicht des Anmelders, sich nicht für etwaige Einschränkungen eines beliebigen der Ansprüche in dieser Schrift auf 35 U.S.C. § 112, Absatz 6 zu berufen, es sei denn, der Anspruch verwendet ausdrücklich das Wort „Mittel“ zusammen mit einer zugehörigen Funktion.
