DE1458613C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulisch In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorsetzbaren Bohrlochpacker für Mehrstrangförderung gesehen, daß die Muffe, der obere Auslenkteil und aus einem Kopfteil und einem Unterteil, mit auf den der untere Auslenkteil anfänglich in nicht betätigter Rohrsträngen zwischen diesen beiden Teilen ver- Stellung durch eine Reihe von in dieser Reihenfolge schiebbaren elastischen Dichtungen, abgeschrägten 5 bei fortschreitendem Druckanstieg in der Druckzylindrischen Auslenkteilen für doppelkeilförmige kammer gelösten Haltelementen festgehalten sind. Klemmelemente und hydraulischen -Vorrichtungen, Die Haltelemente können gemäß einer bevorzugten welche aus einem Kolben und einer Druckkammer Ausführungsform aus ersten Scherschrauben, welche bestehen. die Zylindermuffe mit einem unteren Packerteil ver-

Ein bekannter Bohrlochpacker für Mehrstrang- io binden, zweiten Scherschrauben, welche die Manfördereinrichtungen weist einen Packerkopf und schette mit dem oberen Auslenkteil verbinden, und einen Unterteil mit jeweils axial ausgerichteten Durch- dritten Scherschrauben bestehen, welche die Mangangsbohrungen in diesen geführte, im Packerkopf schette mit dem unteren Auslenkteil verbinden,
befestigte Rohrstränge, auf diesen zwischen dem In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorge-Packerkopf und dem Unterteil verschiebbare elasti- 15 schlagen, daß die die Klemmelemente aufnehmende sehe Packerdichtungen und Auslenkteile für die aus- Manschette ein zylindrischer Körper ist, dessen fahrbaren Klemmelemente auf. Bei dieser bekannten oberes, nach innen abgebogenes Ende in nicht voll-Vorrichtung sind zwei im Unterteil neben den Rohr- ständig gesetztem Zustand des Packers auf einer strängen angeordnete, zum Absetzen des Packers nach oben weisenden Ringschulter des oberen Ausgetrennt hydraulisch beaufschlagbare Zylinder-Kol- so lenkteils aufliegt und dessen unteres Ende mit einer ben-Einheiten vorgesehen, deren Beaufschlagung rohrförmigen, mit ihrer zylindrischen Innenfläche über eine relativ komplizierte und dementsprechend auf einer Außenwand des unteren Auslenkteils und störanfällige Ventilvorrichtung erfolgt. Auf Grund des mit diesem verbundenen Kolbens geführten des relativ geringen für die Einzelzylinder zur Ver- Hülse verschraubt ist, deren obere Stirnfläche im fügung stehenden Raums neben den Rohrsträngen 95 nicht gesetzten Zustand des Packers die Auflagemüssen die Kolbenstangen bei der bekannten Aus- fläche für eine nach außen vorstehende Ringschulter führung relativ dünn bemessen werden, so daß die des unteren Auslenkteils bildet und deren untere verfügbare Kraft zum Setzen der Packerdichtungen Stirnfläche am Ende der Aufwärtsbewegung des KoI- und der Klemmelemente relativ gering ist. Die bens an diesen anschlägt.

Klemmelemente sind bei der bekannten Ausführung 30 Die Erfindung ist außerdem dadurch weitergebil-

an ihrer Rückseite nur oben abgeschrägt. det, daß die Außenflächen der doppelkeilförmigen

Es ist ferner eine Vorrichtung zur Überkreuzfüh- Klemmelemente einen unteren Abschnitt mit glatter

rung der Strömungen in konzentrisch übereinander- Oberfläche und einen gezahnten oberen Abschnitt

geführten Rohrsträngen bekannt, bei der ein Bohr- aufweisen, wobei die Zähne des oberen Abschnitts

lochpacker für einen einzigen Rohrstrangdurchlaß 35 über die glatte Oberfläche des unteren Abschnitts

vorgesehen ist. Der Bohrlochpacker wird mittels zu- nach außen vorspringen, und daß das innen abge-

sammenwirkender Rechts- und Linksgewinde durch bogene Ende der Manschette bei einer Aufwärts-

Drehen des Rohrstranges gesetzt bzw. gelöst. Zur Ver- bewegung des oberen Auslenkteils an dessen nach

ankerung der Packerdichtung werden Keilstücke oben weisenden Riagschulter zur Anlage kommt,

mittels Gewindeführungen beim Drehen des Rohr- 40 wobei die in öffnungen der Manschette gefaßten

Strangs mit gleichmäßigem Vorschub aufeinander Klemmelemente aus der Eingriffsstellung nach innen

zugeführt und drücken die doppelkeilförmig ausge- verschwenkbar sind.

bildeten Klemmelemente in genauer Parallelführung Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin-

gegen die Bohrlochwand. dung sind an der Unterseite des Kolbens achsparallel

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, einen 45 angeordnete, jeweils in öffnungen des unteren mit einfachen und betriebssicheren Mitteln setzbaren Packerteils eingreifende Setzstangen angebracht, und lösbaren Bohrlochpacker für Mehrstrangförde- welche in den öffnungen in Aufwärtsrichtung berung anzugeben, dessen Dichtungen sowohl bei Über- weglich angeordnet und in Abwärtsrichtung festdruck auf die Oberseite als auch bei Überdruck auf gehalten sind.

die Unterseite in ihrem gesetzten Zustand gesichert 50 Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise an

sind. Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeich-

Zu diesem Zweck wird, ausgehend von dem ein- nung zeigen

gangs angegebenen Bohrlochpacker, erfindungsgemäß Fig. 1, 2, 3 und 4 ähnliche Längsschnitte durch

vorgeschlagen, daß die Auslenkteile außen durch die Packeranordnung, deren Teile in verschiedenen,

eine langsverschiebliche Manschette für die Klemm- 55 aufeinanderfolgenden Betätigungsschritten darge-

elemente und der Kolben mit dem unteren Auslenk- stellt sind,

teil verbunden sind, der Kolben die Rohrstränge um- F i g. 5 eine den F i g. 1 bis 4 ähnliche Darstellung,

greift und eine auf seiner Außenwand gleitende bei welcher die Teile des Packers in ihrer gegen-

Muffe aufweist, welche die Druckkammer einschließt, seitigen Lage im vollgelösten Zustand gezeigt sind,

die permanent mit einem der Rohrstränge kommu- 60 F i g. 6, 7 und 8 Querschnitte entlang den Linien

niziert. 7-7, 8-8 und 9-9 der F i g. 1,

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung zeichnet sich F i g. 9 und 10 vergrößerte Teildarstellungen von

also insbesondere vorteilhaft durch die Art der Aus- Längsschnitten zur Veranschaulichung der verschie-

bildung und Beaufschlagung der Druckkammer und denen Stellungen der Ankerelemente während der

des diese abschließenden Kolbens aus, wobei letzterer 63 Betätigung des Packers,

infolge seiner großen Druckfläche und unmittelbaren Fig. 11, 12, 13 und 14 Längsschnitte entlang den

Verbindung mit dem unteren Auslenkteil eine gleich- Linien 11-11, 12-12, 13-13 und 14-14 der Fig. 1

mäßige und große Kraftübertragung gewährleistet. bis 4 und

Fig. 15 eine der Fig. 14 ähnliche Darstellung, welche die Lagebeziehung der' Teile während eines Abschnittes der Betätigung zeigt, der zwischen den in F i g. 4 und 5 dargestellten liegt.

Der in den Figuren dargestellte Packer hat einen oberen Teil 20 und einen unteren Teil 21, die beide im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und mit Längsabstand voneinander auf einem ersten Rohrstrang M₁ und einem zweiten Rohrstrang Af₂ angeordnet sind. Der obere Teil 20 ist mit einem Paar paralleler Bohrungen 22 und 23 versehen, die sich von einem Ende bis zum anderen erstrecken; der untere Teil 21 weist ein Paar paralleler Bohrungen 24 und 25 auf, die in Flucht mit den Bohrungen 22 bzw. 23 liegen, wobei die Bohrungen 22 und 24 den Rohrstrang M₁ und die Bohrungen 23 und 25 den Rohrstrang M₂ aufnehmen. Der Rohrstrang Af₁ besteht aus zwei Teilen, dem oberen Abschnitt 26 und dem unteren Abschnitt 27. Das obere Ende des letzteren trägt einen Abschnitt mit einem besonderen »o Kreuzgewinde 28 nach dem USA.-Patent 3 083 767, das Links- und Rechtsgewindeabschnitte aufweist. Der Gewindeabschnitt greift in eine Gewindefassung 29 ein, die im unteren Ende des oberen Strangabschnittes 26 ausgebildet ist. Die Fassung weist ein »5 linksläufiges Innengewinde 29a auf, das für die entsprechenden Abschnitte des Gewindes 28 paßt. Die Fassung 29 ist gleitfähig in einer Gegenbohrung 30 angeordnet, die vom unteren Ende der Bohrung 22 ausgeht und in dieser eine nach unten gekehrte Ringschulter 31 bildet. Das Äußere der Fassung 29 ist mit einer äußeren Ringschulter 32 versehen. Ein Lagerring 33 ist im Rohrstrangabschnitt 26 zwischen den Schultern 31 und 32 angeordnet, so daß eine freie Drehung des oberen Rohrstrangabschnittes 26 in der Bohrung 22 und der Gegenbohrung 30 für noch zu erläuternde Zwecke möglich ist. Am unteren Ende nimmt die Gegenbohrung 30 einen Lagerring 34 auf, durch den ein Wälzlager für das untere Ende des oberen Rohrstrangabschnittes 26 geschaffen wird und der mittels eines Gewinderinges 36, der in das untere Ende der Gegenbohrung 30 eingeschraubt ist, auf seinem Platz gehalten wird. Eine O-Ring-Dichtung 37 ist im äußeren Ende des Fassungsteiles 29 angeordnet, um zwischen diesem und der Wand der Gegenbohrung 30 unterhalb der Schulter 32 abzudichten. Der untere Rohrstrangabschnitt 27 hat eine solche Länge, daß er normalerweise unten aus dem unteren Teil 21 hervorragt; er ist an seinem unteren Ende mit einer Außenschulter 38 versehen, welche einen Anschlag bildet, der die Abwärtsbewegung des unteren Teiles 21 auf dem Rohrstrangabschnitt begrenzt. Die freien Enden der beiden Rohrstrangabschnitte 26 und 27 sind mit Gewindevorrichtungen versehen, um den Rohrstrang und die Dichtungseinrichtung, die darauf angeordnet sind, zu einem Betätigungsgestänge 1 zu vereinigen, das zum Einfahren der Dichtung in die Bohrung und zum Betätigen der Dichtung dient.

Der untere Endabschnitt der Bohrung 23 im oberen Teil weist einen verringerter Durchmesser und ein Innengewinde auf, um eine Fassung 40 zu bilden, in weiche das obere Ende des Rohrstrangs Af₃ eingeschraubt ist. Der letztere hat eine solche Länge, daß er gewöhnlich unten aus dem Teil 21 hervorragt. Sein unterer Endabschnitt ist mit einer Außenschulter 41 versehen, die mit dem unteren Teil 21 in Eingriff treten kann, um die Aufwärtsbewegung des Rohrstrangs M_t zu begrenzen. Der letztere ist auch im Bereich seines unteren Endes mit einem inneren Ringsitz 42 versehen, welcher einen Stopfen, z. B. in der Form einer Kugel B (Fig. 2) aufnimmt, um die Bohrung des Rohrstrangs M_t gegen einen nach unten gerichteten Durchlaß eines Strömungsmittels abzudichten. Der obere Abschnitt der Bohrung 23 bildet eine Fassung, um darin gleitend eine Bajonettmuffe 43 aufzunehmen, die mit einer äußeren Dichtungspackung 44 versehen ist, um zwischen der Muffe und der Wandung der Bohrung 23 abzudichten. Die von der Bohrung 23 gebildete Fassung ist mit einem Paar sich gegenüberliegender, nach innen vorspringender Zapfen 45 versehen, die mit /-Schlitzen 46 zusammenwirken, die im unteren Ende der Muffe 43 ausgebildet sind. Die Zapfen 45 und die Schlitze 46 bilden eine lösbare Bajonettverbindung zwischen der Muffe und dem oberen Teil 20 der Dichtung. Die Muffe 43 wird mittels des Kragens 47 an ein zweites Bohrgestänge 2 angeschlossen. Das Bohrgestänge 2 wird gewöhnlich in die Bohrung 23 eingeführt, nachdem die Dichtungsanordnung in das Bohrloch auf dem Bohrgestänge 1 eingefahren worden ist. Ein Schnappring 48 ist an der Außenseite des Bohrstrangs 2 an einem Punkt angeordnet, der kurz über der Schulter 41 liegt, wobei der Ring gewöhnlich in eine Ausnehmung 49 hinein vorspringt, die im oberen Ende der Bohrung 25 des unteren Teiles ausgebildet ist, um die Aufwärtsbewegung dieses Teiles gegenüber dem Rohrstrang M₂ zu begrenzen, wobei es dem letzteren möglich ist, sich gegenüber dem Teil 21 für noch zu erläuternde Zwecke aufwärts zu bewegen. O-Ring-Dichtungen 50 und 51 sind in den Bohrungen 24 bzw. 25 angeordnet, um Strömungsmitteldichtungen zwischen den Bohrungen und den Rohrsträngen, die sich durch diese hindurch erstrecken, herzustellen.

Eine Dichtungs- und Verankerungsanordnung A ist gleitfähig auf beiden Rohrsträngen zwischen dem oberen und dem unteren Teil 20 bzw. 21 angeordnet. Die Anordnung A weist eine Reihe von Elementen auf, zu denen in Reihenfolge von oben nach unten ein ringförmiges Dichtungselement 5, ein oberer Keil-Auslenkteil E₁, ein unterer Keil-Auslenkteil E₂, eine längsverschiebliche Manschette C, weiche die Auslenkteile außen miteinander verbindet, ein Satz mit Winkelabstand angeordneter, mit dem Rohr in Eingriff tretender doppelkeilförmiger Klemmelemente G, die in der Manschette C angeordnet und mit den beiden Auslenkteilen während der Betätigung in Berührung treten, und eine durch Druckmittel betätigte, die Dichtung setzende Vorrichtung// gehören, die zwischen dem unteren Auslenkteil E₂ und dem unteren Teil 21 angeordnet ist. Das Dichtungselement S, die Auslenkteile E₁ und E₂ und die Betätigungsvorrichtung H sind alle mit Parallelbohrungen versehen, die koaxial zueinander und zu den Bohrungen 22, 23 und 24, 25 in dem oberen und dem unteren Teil 20 bzw. 21 liegen. Diese Bohrungen nehmen die Rohrstränge M_x und Af₂ gleitend auf.

Das zwischen dem oberen Auslenkteil E₁ und dem unteren Ende des oberen Teiles 20 angeordnete Dichtungselement 5 weist einen oberen und einen unteren Dichtungsring 52 und 53 auf, die aus biegsamem, elastischem Material hergestellt sind und durch einen metallischen Abstands- und Trägerring 54 getrennt liegen. Ein metallischer Druckring 55 ist zwischen dem unteren Dichtungsring 53 und dem oberen Ende

des Auslenklcils E₁ angeordnet. Der letztere ist daran durch eine Mehrzahl von Zapfen 100 (Fig. 15) befestigt, welche durch den Auslcnktcil hindurchragen und in einen Ring 55 eingeschraubt sind. Wie am besten in den Fig. 6 bis 15 erkennbar ist. weist S der Auslenkteil E₁ einen zylindrischen Körper 5(i auf. dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der des Druck ringes 55 ist. so daß eine abwärts weisende Schulter 57 an dem unteren Ende des Ringes 55, welcher den zylindrischen Körper 56 umgibt, gebil- *o dct wird. Das untere Ende des letzteren ist mit einem ringförmigen, radial vergrößerten Flansch 58 versehen, der eine aufwärts «eisende Schulter 59 am unteren linde des Körpers 56 bildet. Der Körper 56 hat die Parallelbohrungcn 60 und 61. um die Rohrstränge Af₁ und Af, aufzunehmen. Die Bohrung 61 ist in der Nähe ihres unteren Endes mit einer Gegenbohrung 62 versehen, wodurch eine abwärts gekehrte Schulter 63 gebildet wird, die mit einem Schnappring 64 zusammenwirkt, der \on der Außenseite des ao Rohrstrangs Af _t \orspringt und gleitend in der Gegenbohrung 62 aufgenommen wird, wobei er gegen die Schulter 63 zu einem noch zu ei läuternden Zweck stößt.

Der untere Auslenkteil E. weist einen zylindri- as sehen Körper 65 auf. dei an seinem oberen Ende in einem ringförmigen, radial sich erstreckenden Flansch 66 endet, der eine abwärts gekehrte Ringschult er 67 bildet, die den oberen Abschnitt des Auslenktcils 65 umgibt. Die Manschette C weist eine rohrförmigc Schale 68 auf. welche die Flansche 58 und 66 des oberen und unteren Auslenkteils E_x und /:., umgibt und an ihrem oberen Ende mit einem nach innen vorspringenden Flansch 69 versehen ist. der eine abwärts gerichtete Ringschultri 70 bildet, die auf der Schulter 59 des oberen Auslenkteils sitzt. Das untere Ende der Senate 68 ist mit Innengewinde versehen, in dem ein rohrförmig« Kragen 71 gefaßt ist. dci den Körper 65 des unteren Auvlcnkteils umgibt und an seinem oberen Ende eine auf»int«, gekehrte Innenschulter 72 bildet, die gegen die Schulter 67 am unteren Auslcnktcil E, stoßt.

Aus den Fi g. 6 bis 10 und 15 ist zu erkennen, daß die die Klentmrlcmcnie G aufnehmende Manschette C" mit icchieckiccn Fenstern odci öffnungen 73 versehen sind, in denen die Klemmelement (1 radial beweglich angeordnet sind. Die. KlemmclcmcnlcCi. dk Manschette C und die AuMcnktcilc If₁ und E* bilden eine /wciwec-Vcrankerungsanordnung. denn Teile so /iMinincncf-cl/t und angcoid- 5«· net sind, daß die Dich»un«*>anotdnun2 Ihm radialer Auslenkung in cinei umgebenden Bohilochverrohrung H gegenüber Diuckhcanvpruchunucn von oben oder unten fcftectrct «-i- wobei eine Lösung dutch einen aufwärts gerichteten Zug an dem tragenden Rohrstrang möglich ist.

Gemäß den Fis. 6 bi*· 10 weist die Yciankcrunc«·- anordnung in Läncsrichums aufeinander ausgerichtete, dk Klcimnclcmentc aufnehmende Schlitze 74 und 75 in den geccnübeilicscndcn Abschnitten der zylindrischen Körper 56 und 65 auf. Diese Schlitze sind mit nach innen abfallenden Bodenflächen 74« und 75 a anspestattcu dk gleitfähig mit den gegenüberliegenden Endabschnitten der Rückseiten der Klcmmteile G in Betühnmg treten, die durch den ' Raum zwischen den gegenüberliegenden Enden der AuslenLieUe hindurchrasen und geneigte Flächen 76 und 77 aufweisen, welche alleemein den Bodenflächen 74 α und 75 a entsprechen. Die geneigten Flächen 76 und 77 schließen an einen Mittelabschnitt 76« auf den Rückseiten der Klcmmelcmente an. Die Außenfläche jedes Klcinmclemcnts weist einen unteren Abschnitt 78 mit glatter Oberfläche und einen oberen Abschnitt auf. der mit Zähnen 78 a verschen ist, die gegenüber dem Bereich 78 nach außen vorspringen. Wenn daher die mit Zähnen versehenen Abschnitte in ereilender Berührung mit der Wandung der Bohrlochverrohrung H' sind, ist zwischen dem glattflächigen Bereich der Klemmclementc und der umgebenden Wandung der Bohrlochverrohrung W (Fig. 9) ein Zwischenraum. Dieser Zwischenraum erlaubt eine nach hinten bzw. einwärts gerichtete Kippbewegung des mit Zähnen versehenen oberen Abschnittes der Klcmmelcmente. wenn der obere Auslenkteil /., nach oben außer Berührung mit den geneigten Rückenflächen 76 der Klcmmelemente bewegt und ein aulwärt«· gerichteter Druck gegen die unteren linden der Klemmelement^* geübt wird. Die Längsränder der Rückenflächen der Klemmclemcntc sind mit seitlich vorspringenden Rippen oder Flanschen 79 (Fig. 6. 7) verschen, die so angeordnet sind, daß sie ein Herausfallen der Klcmmelcmente aus den Fenstern 73 nach außen verhindern, während sie eine begrenzte radiale oder Kippbewegung der Klemmelement*.·, wie bereits erwähnt, zulassen. Die mit Druckmittel arbeitende Betätigungsvorrichtung weist einen zylindrischen Kolben 80 auf. der auf den Rohrsträngen Af₁ und Af. gleitet und fest mit dem unteren linde des unteren Auslenkteils E, mittel·; der Zapfen 101 verbunden ist. Der Außendurchmesser des Kolbens ist im wesentlichen gleich demjenigen des unteren Auslenkkörpers 65. Der Kragen 71. der den unteren Auslcnkkörpcr 65 umgibt, erstreckt sich eine kurze Strecke über diesen hinaus nach unten, um gleitend den oberen Abschnitt des Kolbens 80 /u umschließen. Der untere Abschnitt des letzteren ist nach außen verbreitert, um einen Kolbcnkopf 81 /u bilden. Fine Zylindermuffe 82 umgibt den Kopf 81. das untere linde des Kragens 71 und den oberen Abschnitt des unteren Teiles 21. Das untere Ende der Zylindermufle 82 ist am unteren Teil 21 hefestier, ihr oberes linde ist anfänglich am unteren Ende des Kragens 71 mittel- einer oder mehrerer Abschcrschraubcn 83 lösbar befestigt Ein Dichtungsring 84 ist außen am Kolbcnkopf 81 angcoidnct. um eine elcitfähigc Dichtung zwischen dem letzteren und der Zylindermufle 82 zu bilden. Dichtungsringe 85. 86 dichten zwischen dem Kolbi'nkopl 81 und den Rohrsirängen A/, und W... Hin Dichtungsring 87 bildet eine Dichtung /wischen dem Aulk'icn des untcien Teiles 21 und der Zvlindcimulfe 82

Dct Raum zwischen dem unuun Ende des KoI-benkopfcs 81 und dem oberen Ende des unteren Teiles 21 bildet eine ausdehnbare Druckkammer 88. die über eine Mein zahl von öffnungen 89 mit dci Bohrunc des Rohrstrangs Λ/., in Verbindung steht. Die Öffnungen 89 erstrecken sich durch die Wand des Rohrstrancs Λ/., an Punkten hindurch, die dem unteren Ende des Kolbenkopfes 81 benachbart liegen. Der Kragen 71 ist anfänglich lösbar am Körper 65 des unteren Auslenkteils £„ mittels einer oder mehrerer Abscherschrauben 91 "befestigt: das obere Ende der Manschette C ist gleichfalls anfänglich lösbar am Körper 56 des oberen Auslenkteils E₁ mittels einer oder mehrerer Abscherschrauben 90 befestigt. Die Abscherschrauben 83. 90 und 91 werden so ausse-

wählt, daß ihre Stärke entsprechend ihrer Reihenfolge zunimmt. Das heißt, daß die gesamte Scherfestigkeit der Abscherschrauben 83 geringer als die der Schrauben 90 und diese wiederum geringer als die der Schrauben 91 ist. Diese Reihenfolge der Festigkeiten ist erforderlich in Verbindung mit der Arbeitsweise der Vorrichtung, die nachfolgend erläutert wird.

Nach den Fig. 8 und 11 bis 15 ist der Kolben 80 mit dem unteren Teil 21 durch eine Mehrzahl von parallelen zylindrischen Setzstangen 92 verbunden, deren obere Enden in dem Kolbenkopf 81 eingeschraubt sind und deren untere Finden durch mit Abstand parallel zueinander liegende Öffnungen 93 in den unteren Teil 21 eingreifen. Die öffnungen 93 haben eine nach unten sich verjüngende Kegelform und können eine Mehrzahl von kleinen strebepfeilartig gezahnten Keilen 94 aufnehmen, welche die Stangen 92 umgeben. Kleine abgedichtete Ringkolben 95 sitzen in den öffnungen 93 und werden durch Schnappringe 96 an Ort und Stelle gehalten. Wenn Strömungsmitteldruck in die Kammer 88 eingeleitet wird, wird der Kolben 80 gegenüber dem unteren Teil 21 nach oben gedrückt und gleichzeitig die Stangen 92 durch die öffnungen 93 und die Keile 94 hindurch nach oben gezogen. Durch den Druck, der auf die oberen Enden der Keile 94 über die kleinen Ringkolben und durch die Rückwirkung zwischen der Abschrägung der öffnungen 93 und der Keile 94 ausgeübt wird, werden die Keile veranlaßt, die Stangen 92 zu halten und eine Rückzugsbewegung des Kolbens 80 gegenüber dem unteren Teil 2.1 zu verhindern.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende: Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, die an dem Bohrgestänge 1 angeordnet ist, wird in die Bohrlochverrohrung W bis zur Teufe eingefahren, an welcher sie gesetzt werden soll. Das zweite Bohrgestänge 2, welches die Muffe 43 trägt, wird in das Bohrloch eingefahren und in die Bohrung 23 eingefügt und geringfügig in dem Ausmaß gedreht, das erforderlich ist. um die /-Schlitze 46 mit den Zapfen 45 in Eingriff zu bringen, wodurch der Rohrstrang 2 im oberen Teil 20 fest verriegelt ist. Fn diesem Anfangsstadium der Betätigung sind alle Gruppen der Abscherschrauben 83, 90 und 91 in einer Lage, in welcher der obere und der untere Auslenkteil E₁ und E₂ in relativ zurückgezogener Stellung gehalten werden, wobei die doppelkeilförmigen Klemmelemente G dementsprechend (Fig. JI) zurückgezogen liegen.

Ein Stopfen, wie z. B. die Kugel B, wird durch den Rohrstranc 2 eingeführt oder nach unten gepumpt, um mit dem Sitz 42 in Eingriff zu treten und die Bohrung des Rohrslranus Λ/., (F i ». 2) zu schließen. Darauf wird der Druck des Strcimungsmittels. welches in den Rohrstrang 2 eingepumpt wird. t;rhöht und tritt durch die Öffnungen 89 in die Druckkammer 88 ein. Da der untere Teil 21 auf der Schulter 38 gegen eine abwärts gerichtete Bewegung lierichtet ist. wirkt der Druck auf den Kolben 80 und wächst an. bis die Abscherr.chraube.n-83. die schwächsten in den Schraubengruppen, abgeschert sind (Fig. 2). Nach Abscherung der Scherschrauben 83 setzt der Kolben 80 seine ,Aufwärtsbewegung fort und drückt den unteren Auslenkteil £w nach öb.en. wodurch die Klemmelementef/. hci'tcnde Manschette C angehoben wird. Durch die Verbindung, welche durch die Abscherschrauben?91 gebildet wird, wird auch ,der obere Auslenkteil £, nach oben gedrückt, wodurch das Dichtungsglied S zusammengedrückt und an die Wandung der Bohrlöchverrohrung W satt angelegt wird. Bei Erhöhung der Druckkraft werden die Abscherschrauben 90, die etwas schwächer als die Abscherschrauben 91 sind, zerbrochen (F i g. 3), wodurch der untere Auslenkteil E₂ seine aufwärts gerichtete Bewegung fortsetzen kann, während der obere Auslenkteil E₁ seine Lage beibehält. Diese aufwärts gerich-

tete Bewegung des oberen Auslenkteils E_t schiebt die Klemmelemente G mit der Manschette C (Fig. 13) aufwärts, wodurch schräg aufwärts verlaufende Abschnitte der Klemmelemente über die entsprechenden geneigten Flächen des oberen Auslenkteils E₁ bewegt

und die Klemmelemente radial nach außen gedrückt werden, so daß sie in die Wandung der Bohrlochverrohrung W eingreifen. Beim Einfressen der Klemmelemente in die Wandung der Bohrlochverrohrung W greift eine fortwährend anwachsende, aufwärts gerichte Kraft am Kolben 80 an und erreicht eine solche Größe, die ausreicht, um die Abscherschrauben 91 zu brechen. Dann kann sich der untere Auslenkteil E_t gegenüber der Manschette C (Fig. 4 und* 14) aufwärts bewegen. Dadurch wird der untere Auslenk-

a5 teil E_t in Berührung mit den unteren geneigten Flächen 77 der Klemmelemente gebracht, so daß diese unter der zusätzlich wirkenden Kraft noch stärker gegen die Wandung der 'Bohrlochverrohrung W nach außen gedrückt werden.

Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 80 zur Ausführung der vorstehend beschriebenen Folge von Vorgängen werden auch die Setzstangen 92 durch die öffnungen 93 nach oben und über die gezähnten Flächen der Keile 94 gezogen. Sobald der Kolben 80 sein Hubende erreicht hat, wobei die Dichtung S zusammengedrückt und die Klemmelemente G gesetzt sind und dementsprechend die gesamte Packervorrichtung eingesetzt worden ist, verhindern die Stangen 92 durch Abstützung an den Keilen 94 die Rtickführung des Kolbens 80 und halten dadurch die Dichtungsvorrichtung in der gesetzten Lage.

Da die oberen und unteren Auslenkteile E₁ und E, in voller Berührung mit den Klemmelementen G sind und sich dabei gegenüberliegen, wird die Dichtungseinrichtung jetzt fest gegen Drücke gehalten, die von oben oder von unten auf die Einrichtung einwirken.

Falls der Packer gelöst werden soll, ist die folgende

Reihe von Schritten auszuführen: Der ,Rohrstrang 2 wird durch Bewegungen gelöst, die ausreichen, um die

5u /-Verbindung zu lösen, und wird aus dem Bohrloch herausgezogen. Das Gestänge 1 wird dann in Rechtsrichtung gedreht. Dadurch wird der obere Abschnitt 26 des Rohrstranges M₁ zur Drehung.in. der Gegenbohrung 30 gebracht, und auf Grund des Eingriffes des Linksgewindes 29er mit den Linksgewindeabschnitten des Kreuzgewindes 28 wird der untere Rohrstrangabschnitt 27 abwärts bewegt, da sich der obere Rohrstrangabschnitt nicht aufwärts bewegen kann, bis das obere Ende des unteren Röhrstrang-

abschnitte* 27 vollständig vom oberen Abschnitt ab-"geschraubt ist Darauf wird ein aufwärts gerichteter Zug auf das Gestänge 1 ausgeübt, um den oberen Teil 20 der Dichtüngsemrichtung anzuheben. Danach kann sich das Dichtungselement .9 zusammenziehen und übt einen aufwärts gerichteten Zug auf den oberen Auslenkteil E₁' aus, wodurch der letztere dazu gebracht wird, sich gegenüber den Klemmelemenlen G • aufwärts zu bewegen und einen freien Raum hinter

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den oberen Abschnitten der Klemmelemente G zu schaffen. Fortgesetzte Aufwärtsbewegung des oberen Auslenkteils E₁ bringt die Schulter 59 in Berührung mit der Schulter 70 der Manschette C und überträgt die aufwärts gerichtete Bewegung auf die letztere, die sich daraufhin aufwärts bewegt, bis die unteren Endwände der öffnungen 73 gegen die unteren Enden der Klemmelemente G anschlagen. Die Aufwärtskraft, die damit gegen die unteren Enden der Klemmelemente ausgeübt wird, bringt diese dazu, um einen to Drehpunkt zu kippen, der zwischen den oberen Enden der geneigten Flächen 75ß und den benachbarten Abschnitten der Klemmelemente gebildet ist. Wegen des freien Raumes zwischen den glattflächigen Bereichen 78 der Klemmelemente der umgebenden Bohrlochwandung wird die Kippbewegung dadurch ermöglicht, daß der untere Abschnitt der Klemmelemente nach außen schwingt, während der obere Abschnitt nach innen gegen die geneigte Fläche 74 a des oberen Auslenkteils kippt. Dadurch werden die ao Keilzähne 78 außer Eingriff mit der Wandung der Bohrlochverrohrung W gebracht und die Klemmelemente von der Bohrlochverrohrung (F i g. 10 und 15) gelöst. Nach Lösen der Klemmteile und des Dichtungselements S ist der Packer frei und kann vollstän- »5 dig aus dem Bohrloch herausgezogen werden. Dies kann nach der Darstellung der Fig. 5 dadurch geschehen, daß der untere Abschnitt 27 des Rohrstrangs M₁ in dem Bohrloch am Bohrgestänge 1 und an irgendeiner anderen Dichtungseinrichtung oder einer anderen Vorrichtung, die daran angeordnet ist und sich im Bohrloch befindet, befestigt bleibt. Es ist auch zu beachten, daß, wenn die Dichtungseinrichtung vollständig gelöst ist und aufwärts gezogen wird, der untere Teil 21 gegen Lösen vom Rohrstrang M₂ durch Eingriff mit der Schulter 38 (Fig. 5) gehalten wird.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß der oben beschriebene Bohrlochpacker für Mehrstrangförderung eine Zweiwegdichtung darstellt, die hydraulisch gesetzt und mechanisch unter leichter Drehung des Betätigungsgestänges gelöst werden kann. Dadurch wird der Aufwand für das Setzen und Lösen der Dichtung sehr gering gehalten. Überdies wird durch die Schaffung einer Dichtungseinrichtung der dargestellten Art, die mit entgegengesetzt liegenden Auslenkteilen versehen ist, welche mit Zweiweg-Klemmelementen zusammenarbeiten, der Aufbau der Dichtungseinrichtung erheblich vereinfacht im Vergleich zu den bekannten Zweiweg-Dichtungseinrichtungen. Auch die Bedienung der Einrichtung wird nicht nur beträchtlich vereinfacht, sondern gewährleistet auch ein hohes Maß an Betriebssicherheit.

Wenn die Dichtungseinrichtung aus dem Bohrloch herausgezogen worden ist, kann ein üblicher Gestängekeilfänger oder ein ähnlicher Teil in das Bohrloch eingefahren werden, um durch übliche Rechtsdrehüng mit dem Rohrstrang M₁ verbunden zu werden, so daß das im Bohrloch verbliebene Gestänge 1 und die daran befestigten Keile, falls erforderlich, ebenfalls herausgezogen werden können.

Das Stärkenverhältnis der verschiedenen Abscherschrauben wird so gewählt, daß das Brechen der Schrauben in der richtigen Reihenfolge gewährleistet ist. Scherschrauben verschiedener Stärken können für diesen Zweck ausgewählt werden, um den auftretenden Bedingungen und der Art der anderen Teile zu entsprechen. Zum Beispiel· können die Scherschrauben 83 drei Vie"-NC-SAE-4140-Scherschrauben sein, die eine Scherfestigkeit von etwa 6000 kg haben. Mit einer wirksamen Fläche des Zylinders 82 von 93,8 ein* werden diese Schrauben durch einen Druck von 63,7 kg/cm¹ abgeschert. Die Scherschrauben 90 können fünf Vi'VNC-Scherschrauben mit einer Gesamtscherfestigkeit von etwa 13600 kg sein. Diese Scherschrauben brechen bei Anwendung von etwa kg/cm². Die Scherschrauben 91 können fünf Ve'^NC-Scherschrauben mit einer Gesamtscherfestigkeit von 17 690 kg sein. Diese Schrauben brechen bei Anwendung von etwa 190 kg/cm².

Während des Einsatzes treten die Druckerhöhungen schnell auf, so daß das Brechen der Scherschrauben in der Reihenfolge ebenfalls sehr schnell erfolgt und die Dichtungseinrichtung in einer sehr kurzen Zeitspanne gesetzt ist, wenn der Strömungsmitteldruck ansteigt.

Die dargestellte Ausführungsform zeigt die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung zur Verwendung von zwei Rohrsträngen. Die Einrichtung kann jedoch auch leicht so abgewandelt werden, daß sie mit mehr als zwei Strängen verwendet werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydraulisch setzbarer Bohrlochpacker für Mehrstrangfördemng aus einem Kopfteil und einem Unterteil mit auf den Rohrsträngen zwischen diesen beiden Teilen verschiebbaren elastischen Dichtungen, abgeschrägten zylindrischen Auslenkteilen für doppelkeilförmige Klemmelemente und hydraulischen Vorrichtungen, welche aus einem Kolben und einer Druckkammer bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkteile (E₁, E₂) außen durch eine längsverschiebliche Manschette (C) für die Klemmelemente (G) und der Kolben (80) mit dem unteren Auslenkteil (E₁) verbunden sind, der Kolben (80) die Rohrstränge (M₁, M₂) umgreift und eine auf seiner Außenwand gleitende Muffe (82) aufweist, welche die Druckkammer (88) einschließt, die permanent mit einem der Rohrstränge (M₁, Mj) kommuniziert.

2. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (82), der obere Auslenkteil (E₁) und der untere Auslenkteil (E₂) anfänglich in nicht betätigter Stellung durch eine Reihe von in dieser Reihenfolge bei fortschreitendem Druckanstieg in der Druckkammer (88) gelösten Haltelementen (83,90,91) festgehalten sind.

3. Packer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltelemente (83, 90, 91) aus ersten Scherschrauben (83), welche die Zylindermuffe (82) mit einem unteren Packerteil (21) verbinden, zweiten Scherschrauben (90), welche die Manschette (C) mit dem oberen Ausienkteil (E₁) verbinden, und dritten Scherschrauben (91) bestehen, welche die Manschette (C) mit dem unteren Auslenkteil (E₂) verbinden.

4. Packer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Klemmelemente (G) aufnehmende Manschette (C) ein zylindrischer Körper ist, dessen oberes, nach innen abgebogenes Ende in nicht vollständig gesetzten Zustand des Packers auf einer nach oben weisenden Ringschulter (59) des oberen Auslenkteils (E₁) aufliegt und dessen unteres Ende mit einer rohrförmigen, mit ihrer zylindrischen Innenfläche auf einer Außenwand des unteren Aus-

lenkteils (E₂) und des mit diesem verbundenen Kolben (80) geführten Hülse (71) verschraubt ist, deren obere Stirnfläche in nicht gesetztem Zustand des Packers die Auflagefläche für eine nach außen vorstehende Ringschulter (67) des unteren s Auslenkteils (E₂) bildet und deren untere Stirnfläche am Ende der Aufwärtsbewegung des Kolbens an diesen anschlägt.

5. Packer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der doppelkeilförmigen Klemmelemente (G) einen unteren Abschnitt (78) mit glatter Oberfläche und einen gezahnten oberen Abschnitt (78a) aufweisen, wobei die Zähne des oberen Abschnitts über die glatte Oberfläche des unteren Abschnitts

nach außen vorspringen, und daß das nach innen abgebogene Ende der Manschette (C) bei einer Aufwärtsbewegung des oberen Auslenkteils (E₁) an dessen nach oben weisenden Ringschulter zur Anlage kommt, wobei die in öffnungen (73) der Manschette gefaßten Klemmelemente aus der Eingriffssiellung nach innen verschwenkbar sind.

6. Packer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Kolbens (80) achsparallel angeordnete, jeweils in öffnungen (93) des unteren Packerteils (21) eingreifende Setzstangen (92) angebracht sind, und daß die Setzstangen in den öffnungen (93) in Aufwärtsrichtung beweglich angeordnet und in Abwärtsrichtung festgehalten sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen