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Verfahren und Anordnung zum Festlegen der verlorenen Verrohrung einer
Bohrung Beim Abteufen tiefer Bohrungen ist es bekannt, nach Erreichen einer festgelegten
Teufe und nach Verrohrung sowie Zementierung des Bohrloches die Bohrung mit kleinerem
Durchmesser weiterzutreiben, bis die gewünschte Teufe erreicht ist. Das engere Bohrloch
wird nach seiner Fertigstellung ebenfalls verrohrt, und zwar entweder bis zutage
oder durch Einbau einer verlorenen Rohrtour, welche etwa 100 bis 200 m in die darüberliegende
Rohrtour ragt. Diese verlorene Rohrtour wird ebenso wie die Barüberliegende Rohrtour
zementiert.
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Durch Einbau einer verlorenen Rohrtour an Stelle einer Tagestour können
die Gesamtkosten einer Bohrung erheblich verringert werden. Diesem wesentlichen
und einer Reihe weiterer Vorteile steht jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten gegenüber,
die sich einerseits aus dem Erfordernis einer gleichmäßigen und dichten Zementierung
der verlorenen Rohrtour und andererseits aus der Notwendigkeit ergeben, daß das
für das Einsetzen der verlorenen Rohrtour und deren Handhabung erforderliche Gestänge
nicht verlorengehen darf und während des Zementierens frei bleiben muß.
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Wenn die verlorene Rohrtour nur eine geringe Länge hat und ohne Gefahr
eines Ausknickens auf der Sohle der Bohrung abgesetzt werden kann, läßt sich der
Vorgang des Zementierens verhältnismäßig leicht durchführen, wobei jedoch die Verbindung
zwischen der verlorenen Rohrtour und dem Gestänge aufrechterhalten werden muß, um
eine Bewegung der verlorenen Rohrtour während des Einpumpens und Abbindens der Zementtrübe
zu ermöglichen. Es ist dabei aber mit Sorgfalt darauf zu achten, daß das Gestänge
vor Hartwerden des Zements von der verlorenen Rohrtour getrennt und der überschüssige
Zement weggespült wird.
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Bei größerer Länge der verlorenen Rohrtour ist diese Verfahrensweise
wegen der Ausknickgefahr nicht anwendbar. Man ist vielmehr dabei gezwungen, das
Kopfstück der verlorenen Rohrtour in einem der unteren Rohre der Barüberliegenden
Rohrtour einzubauen und dasselbe mit der Baranhängenden verlorenen Rohrtour während
des Vorgangs der Zementierung in Schwebe zu halten. Die Trennung des Gestänges von
der verlorenen Rohrtour bzw. von dem Kopfstück derselben muß jedoch ebenso wie bei
einer auf der Bohrlochsohle abgesetzten verlorenen Rohrtour vor Abbinden des Zements
vorgenommen werden, damit ein Ausbau des Gestänges möglich bleibt. Es ist demzufolge
erforderlich, das Kopfstück der verlorenen Rohrtour in einem der letzten Rohre der
Barüberliegenden Rohrtour festzulegen; dies geschieht praktisch in der Regel durch
Festkeilen, wobei die Keile nach dem Einsetzen der verlorenen Rohrtour entriegelt
werden müssen, um aus ihrer unwirksamen Lage in die wirksame Stellung gelangen zu
können. Für diese Entriegelung der Keile ist eine Bewegung der ganzen verlorenen
Rohrtour erforderlich, die in einer Hub- oder Drehbewegung bestehen kann. Diese
Entriegelungsbewegung der verlorenen Rohrtour ist natürlich für die Einwirkung auf
die Zementfüllung nicht mehr verfügbar, so daß man sich meist mit einer unvollkommenen
Zementierung der verlorenen Rohrtour zufrieden geben muß.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Erkenntnis zugrunde, daß der
die Verrohrung, d. h. die verlorene Rohrtour, umgebende Zementmantel zur Festlegung
der auf Sohle stehenden oder der frei hängenden Rohrtour ausgenutzt werden kann.
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In Auswertung dieser Erkenntnis empfiehlt die Erfindung für das Festlegen
einer verlorenen Rohrtour im Anschluß an eine Barüberliegende bereits zementierte
Rohrtour durch Zementierung eine Verfahrensweise, deren Besonderheit darin besteht,
daß die die verlorene Rohrtour umgebende Zementfüllung vor Hartwerden des Zements
von etwa dem unteren Ende des die verlorene Rohrtour haltenden Setzgerätes ab durch
Spülung ausgetragen wird. Das Setzgerät, welches am unteren Ende des Gestänges sitzt,
wird somit freigehalten und kann nach Hartwerden des Zements von der verlorenen
Rohrtour bzw. von dem Kopfstück derselben getrennt und ausgebaut werden. Für die
Ausführung des angegebenen Verfahrens empfiehlt die Erfindung in ihrer weiteren
Ausbildung eine Anordnung, wonach das die verlorene
Rohrtour haltende
und mit dem Setzgerät lösbar verbundene Kopfstück seitwärts weisende Öffnungen für
den Durchlaß der Spülung aufweist, welche durch von über Tage beeinflußbare Elemente
abgeschlossen sind.
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Durch die spezielle Halterung eines Rohrstopfens wird mit Sicherheit
ein unbeabsichtigtes Öffnen der seitwärts weisenden Spülbohrungen vermieden.
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Erst wenn durch Aufprall eines zentralen Gestängestopfens der Rohrstopfen
abgeschert wird, kann der hydrostatische Druck auf die die Spülöffnungen verschließenden
Elemente einwirken.
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Die lösbare Halterung des Rohrstopfens besteht zweckmäßig aus einem
oder mehreren Abscherstiften. Es empfiehlt sich dabei, den Rohrstopfen zwecks Ausschaltung
der nur schwer beherrschbaren hydrostatischen Kräfte mit einem Druckentlastungsventil
auszurüsten; eine solche Druckentlastung kann mittels eines in den Stopfenschaft
eingesetzten Ausgleichsventils oder auch mit einer in die Stopfenwand eingesetzten
Ausgleichsmembran geschehen.
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Die seitwärts weisenden Spülöffnungen des Kopfstücks können mittels
einer Hülse abgeschlossen werden, welche verschiebbar auf einem abgesetzten und
mit radialen Öffnungen versehenen Abschnitt des Setzgerätes sitzt. Es hat sich dabei
als zweckmäßig erwiesen, die radialen Öffnungen des Kopfstücks gegenüber den radialen
Öffnungen des Setzgerätes in Umfangsrichtung und in axialer Richtung zu versetzen.
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Die letzterwähnte Anordnung mit einer Verschiebehülse kann mit besonderem
Vorteil mit einer aus Rohrstopfen und Zentralstopfen zusammengesetzten Kombination
vereinigt werden, und zwar in der schon erwähnten Weise, daß die Verschiebehülse
im Setzgerät mittels einer lösbaren Halterung zweckmäßig in Form von Abscherstiften
festgelegt und nach Art eines Stufen- oder Differentialkolbens ausgebildet ist und
erst nach Abscheren des Rohrstopfens vom hydrostatischen Druck beaufschlagt werden
kann.
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Bei Verwendung einer die Durchgangsöffnungen für die Spülung beherrschenden
Verschiebehülse wird es sich regelmäßig empfehlen, den Hub der Verschiebehülse durch
einen kolbenartigen Endbund des Setzgerätes zu begrenzen. Auf diese Weise wird die
Verschiebehülse bei der Trennung des Gestänges von dem Kopfstück der verlorenen
Rohrtour ebenfalls freigelegt und demgemäß mit dem Gestänge nach Beendigung der
Zementierung der verlorenen Rohrtour geborgen.
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Damit das Gestänge bzw. das Setzgerät für eine beliebige Handhabung
der verlorenen Rohrtour verfügbar bleibt, empfiehlt die Erfindung im übrigen, daß
die lösbare Verbindung zwischen dem Kopfstück der Rohrtour und dem Setzgerät mittels
eines zweckmäßig aus einer Kugel bestehenden Organs verriegelt ist, dessen Freigabe
zweckmäßig mit der Freilegung der radialen Durchlaßöffnungen des Kopfstücks gekuppelt
ist. Eine solche Kopplung läßt sich bei Verwendung einer Stopfenkombination der
bereits erwähnten Art dann in besonders einfacher Weise verwirklichen, wenn das
Riegelorgan in einem einwärts offenen Durchgang des Setzgerätes liegt, der mittels
des Rohrstopfens verschlossen ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bietet schließlich die Möglichkeit,
die verlorene Rohrtour zu einer Tagestour zu ergänzen, was in besonderen Fällen
von sehr bedeutsamem Vorteil sein kann. Die Erfindung empfiehlt deshalb, die Verbindungsstelle
im Kopfstück der verlorenen Rohrtour für die Herstellung einer gasdichten Verbindung
mit einem bis über Tage führenden Rohrstrang einzurichten.
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Der Gegenstand der Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Darstellungen der Zeichnung betreffen
die gleiche Bohrung und veranschaulichen einige zeitlich aufeinanderfolgende Vorgänge
und Zustände bei der Festlegung der verlorenen Rohrtour einer Bohrung durch Zementierung.
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Es ist angenommen, daß das Bohrloch von über Tage bis zur Teufe A
mit großem Durchmesser hergestellt und mit einem entsprechend weiten Rohrstrang
B, der durch Zementierung festgelegt ist, ausgekleidet ist, Es ist weiter angenommen,
daß von der Teufe A bis zur Sohle C das Bohrloch mit kleinerem Durchmesser fertiggestellt
und daß in dieses Bohrloch eine Rohrtour D mittels eines Gestänges E eingebaut ist.
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Der zwischen der Rohrtour D und der kleineren Bohrung bestehende zylindrische
Zwischenraum ist mit Zement zu füllen, der durch den aus Einzellängen zusammengesetzten
Gestängestrang E von über Tage aus zugeführt wird.
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F i g. 1 veranschaulicht den Zustand, der nach Beendigung der Zementzuführung
erreicht ist. Der Zement befindet sich dabei teilweise in dem Ringraum zwischen
der Rohrtour D und der Bohrlochwand sowie in dem Raum zwischen dem unteren, mit
einem Abschlußsitz F ausgestatteten Ende der Rohrtour D und der Bohrlochsohle C
und schließlich zum Teil noch im unteren Teil der Rohrtour D. Der Zement muß zwecks
vollständiger Ausfüllung des Ringraumes zwischen der Rohrtour D und der Bohrlochwand
aus dem Innenraum der Rohrtour D verdrängt werden. Dies geschieht mittels einer
den Querschnitt der Rohrtour D ausfüllenden Stopfenkombination, die durch von über
Tage aus zugeführte Spülung heruntergepumpt wird. Der Stopfen bewirkt gleichzeitig
die erforderliche Trennung von Spülung und Zement.
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Der erwähnte Stopfen ist aus einem Rohrstopfen 1 und einem zentralen
Stopfen 2 zusammengesetzt. Nach F i g. 1 sind die Stopfenteile noch voneinander
getrennt, und zwar wird der Rohrstopfen I im Setzgerät G gehalten, während sich
der Stopfen 2 in Fallbewegung von über Tage in Richtung zum Stopfen 1 befindet.
Wenn der Stopfen 2 auf den Stopfen 1 auftrifft, wird die Verbindung zwischen Rohrstopfen
1 und dem Setzgerät G gelöst, so daß sich die vereinigten Stopfen entsprechend der
Darstellung in F i g. 2 zum unteren Ende der Rohrtour 13 bewegen, um im Verein mit
dem Sitz F das untere Ende der Rohrtour D abzuschließen. Diese Abschlußstellung
ist in F i g. 3 und 4 veranschaulicht: In dieser Stellung ist der Stopfen durch
die als Widerhaken wirkenden Federn 3 festgelegt.
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Das Festhalten des Rohrstopfens 1 im Setzgerät G geschieht mittels
eines oder mehrerer abscherbarer Gewindestifte. Um den Stopfen 1 gegen Einwirkungen
unterschiedlicher hydrostatischer Drücke unempfindlich zu machen, ist er mit einem
Ausgleichsventil s versehen. Außer der Beteiligung an dem Abschluß der Bodenöffnung
der Rohrtour D
hat der Rohrstopfen 1 zwei weitere Funktionen zu
erfüllen. Erstens bewirkt er den Abschluß der radialen Öffnungen 6, die in dem abgesetzten'
und durch einen kolbenartigen Bund 7 berenzten Abschnitt 8 des Setzgerätes G vorgesehen
sind. Zweitens dient der Rohrstopfen 1 als Sicherung für eine Verriegelungskupplung
9, welche unterhalb des Gewindes zwischen dem Setzgerät G und dem Kopfstück 10 der
Rohrtour D sitzt und dadurch ein unbeabsichtigtes Lösen der Gestängeschraubverbindung
verhindert. In dem durch den Abschnitt 8 .des Setzgerätes G gebildeten Ringraum
11 befindet sich eine verschiebbare Hülse 12, welche in der aus F i g. 1 und 2 ersichtlichen
Lage durch eine abscherbare Verbindung mit dem Setzgerät G gehalten wird und dadurch
die radialen Öffnungen 6 im Setzgerät G von den radialen Öffnungen 13 im Kopfstück
10 der Rohrtour D trennt. - Die abscherbare Verbindung oder Halterung zwischen der
Hülse 12 und dem Setzgerät G kann aus einem Abscherstift bestehen.
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Wenn der Rohrstopfen 1 nach Aufprall des Gestängestopfens 2 seine
in F i g. 1 gezeigte Stellung verläßt, bleibt die Hülse 12 noch in ihrer
Lage, bis der oberhalb des Stopfens wirkende Spülungsdruck, der durch die Öffnungen
6 hindurch wirksam ist, so erhöht worden ist, daß die abscherbare Verbindung zwischen
der Hülse 11 und dem Setzgerät G gelöst wird. Dadurch wird der Durchgang durch die
öffnungen 6 und 13 freigegeben, so daß Spülung aus der Rohrtour D in den Ringraum
zwischen Rohrtour D bzw. Setzgerät einerseits und Rohrtour B
andererseits
austreten und den hier befindlichen überschüssigen Zement fortspülen kann. Die öffnungen
6 liegen etwas unterhalb der Öffnung 13 und können gegenüber den letzteren auch
in Umfangsrichtung versetzt sein. Auf diese Weise wird der austretenden Spülung
eine gewisse Wirbelbewegung erteilt, die sich günstig auf das Fortspülen des überschüssigen
Zements auswirkt.
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Nachdem der zwischen der Rohrtour D und der Bohrungswand befindliche
Zement hart geworden ist, kann das Setzgerät G nebst Gestänge E von dem Kopfstück
10 der Rohrtour D getrennt werden, wie das in F i g. 4 veranschaulicht ist. Die
Hülse 12 und die Verriegelungskugel9 werden dabei von dem Setzgerät mitgenommen.
Es ist ohne weiteres verständlich, daß bis zur Lösung des Rohrstopfens 1 die Rohrtour
D mittels des Gestänges E beliebig gehandhabt, z. B. angehoben oder verdreht werden
kann, um dadurch eine besonders vollkommene Zementierung in dem Ringraum zwischen
Rohrtour D und Bohrlochwand zu erreichen.
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Nach Abnahme des Setzgerätes kann an das obere Ende des Kopfstücks
10 ein bis über Tage führender Rohrstrang gasdicht angeschlossen werden.