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"Ventilbetätigungsvorrichtung für Bohrlochwerkzeuge" Die Erfindung
betrifft eine Ventilbetätigungsworrichtung für Bohrlochwerkzeuge mit einem rohrförmigen
Gehäuse mit Zentraler Längsachse, in dem ein Rohrteil zwischen Abstandsstellungen
entlang der Längsachse teleskopartig bewegbar ist.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Bohrlochwerkzeuge, die
sowohl für eine zuverlässige Durchführung von Untersuchungs- oder Behandlungsarbeiten
geeignet als auch wahlweise betätigbar sind, um einen uneingeschränkten Mittels
durchlaß durch sie hindurch zu schaffen.
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Es ist üblich, eine Anzahl verschiedener sogenannter "Vollbohrungswerkzeuge",
deh. Werkzeuge mit vollem Bohrungsdurchgang von einem Rohr strang herabhängend miteinander
zu verbinden für die Durchführung von Sohrlocharbeiten, wie Untersuchung einer Erdformation
unter Fließ- oder statischen Bedingungen, Druckzementieren, Säurebehandeln oder
Aufbrechen einer Erdformation durch Druckflüssigkeit. Ein solcher Strang von "Vollbohrungswerkzeugen"
schließt üblicherweise einen "Uollbohrungspacker" ein zum Abpackern oder Abdichten
der
Tiefbohrung, um die Formation unterhalb des abgesetzten Packers
von dem hydrostatischen Druck der Bohrlochspülung zu entlasten. Bei einer Anzahl
dieser Arbeiten wird bevorzugt, daß das untere Ende des Rohrstranges aanfangs oberhalb
des Packers geschlossen ist, um Bohrlochflüssigkeiten am Eintritt in den Rohrstrang
zu hindern, wenn die Bohrlochwerkzeuge in Stellung gebracht werden. Dadurch, daß
der Rohrstrang "trocken" gehalten wird, ist es nicht erforderlich, Flüssigkeiten
aus dem Rohrstrang durch Schwabbern oder durch Gasverdrängung zu entfernen, bevor
mit den Test- bzwO Untersuchungs- oder mit den Inbetriebsetzungsarbeiten begonnen
werden kann. Darüber hinaus können durch wahlweises Schließen des unteren Endes
des Rohrstranges Behandlungsflüssigkeiten in den Rohrstrang gebracht und wahlweise
unter den Packer entleert werden, ohne dabei durch Bohrlochflüssigkeiten verunreinigt
zu werden, wenn die Werkzeuge von einer Stellung in eine andere verlagert werden.
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Zusätzlich zu der wahlweisen Kontrolle der Flüssigkeitsverbindung
ist es besonders erwünscht, ein Bohrlochwerkzeug zu haben, das derart vielseitig
ist, daß es auch geöffnet werden kann, um einen uneingeschränkten axialen Durchlaß
zu belassen, der sowohl groß genug ist für den Durchtritt verschiedener Komplettierungswerkzeuge
als auch für den'Durchlaß hoher Durchflußmengen von Zement oder Brechflüssigkeiten.
Obgleich verschiedene Bohrlochwerkzeuge mit einem sogenannten ."Vollöffnungs"-Dùrchlaß
bereits Verwendung gefunden haben, arbeiten solche Werkzeuge normalerweise entweder
mit einem entfernbaren Mittelabschnitt oder anders mit einem Klappen-oder Kugelventil,
das gegen den Werkzeug wirkenden vollen Differentialdruck geöffnet werden muß0 Zusätzlich
dazu, daß Werkzeuge mit entfernbaren mittelabschnitten komplizierter sind, erfordern
sie auch eine spezielle Rückholausrüstung
und diese Mittelabschnitte
müssen wieder eingesetzt werden, um den Mitteldurchlaa wieder zu verschließen. Obgleich
die Werkzeuge, die schwenkbare Klappenventile verwenden, auf der anderen Seite weniger
kompliziert sind und geschlossen werden können, wenn es gerade erwünscht ist, ist
es nicht ungewöhnlich, daß diese Ventile bei Betätigung gegen Differenzdrücke beschädigt
werden.
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Kugelventile werden allgemein gegenüber Klappenven tilen bevorzugt,
da ein Klappenventil nicht vollständig geN schlossen werden kann, falls sich während
der Offenstellung der Ventilklappe Schmutz oder dgl. auf dem Ventilsitz angel lagert
hat, Ein Kugelventil ist dieser Gefahr jedoch nicht ausgesetzt, da das Kugelteil
oder -küken immer auf seinem Sitz ruht und auf diesem lediglich zwischen seiner
Offen-und seiner Schließstellung gedreht wird.
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Bisher sind Kugelventile auch nicht alzu zuverlässig gewesen, wegen
der Schwierigkeiten, sie zu öffnen und zu schließen, ohne entweder das Kugelteil
oder seine Drehzapfen zu beschädigen. Beispielsweise muß, um ein Kugelventil zu
öffnen, eine ausreichende Kraft auf das Kugelteil ausgeübt werden, um es gegen die
Reibungskräfte zwischen ihm und seinem Sitz, die durch Druckunterschiede an dem
Ventil hervorgerufen werden, zu drehen. Raumgrenzen oder -beschränkungen in einem
Bohrlochwerkzeug verringern notwendigerweise die Größe der Schwenkzapfen für ein
Kugelteil, so daß ein wesentlicher Druckunterschied oder Differenzdruck an dem Kugelteil
so viel Kraft erfordern kann für die Drehung des Kugelteiles in seine Offenstellung,
daß die Dreh- oder Schwenkzapfen versagen können. Auf der anderen Seite muß, selbst
wenn das Werkzeug so angeordnet und ausgebildet ist, daß der Differenzdruck über
dem Ventil verringert oder ausgeglichen
wird, wenn das Ventil öffnet,
doch noch eine Feder oder dgl. für die Erzeugung einer Drehkraft verwendet werden.
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Wenn auch solche Federn viel schwächer sind, als sie sein müßten,
um das Kugelteil gegen einen Differenzdruck zu drehen, so rufen sie immer noch eine
positive Kraft hervor mit de.r Tendenz, das Kugelteil sogar zu öffnen, während des
Ventil geschlossen ist. Somit kann, wenn nicht zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen getroffen
werden, ein Schlag oder Stoß auf das Bohrlochwerkzeug bei seiner Bewegung durch
ein Bohrloch sehr wohl das Kugelteil vorzeitig öffnen. Um dieser letzteren Schwierigkeit
entgegenzuwirken, werden üblicherweise zusätzliche Federn verwendet, um das Kugelteil
geschlossen zu halten, bis das Ventil geöffnet werden soll.
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Solche maßnahmen führen jedoch lediglich zu längeren Werkzeugen und
erfordern eine sorgfältige Auswahl der Federn, um ein genaues Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.
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Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes
Bohrlochwerkzeug zu schaffen mit Ventileinrichtungen, die ein Kugelventil einschließen,
das leicht-bewegt wird zwischen seiner Offen- und seiner Schließstellung, das jedoch
zuverlässig in jeder dieser Stellungen verbleibt ohne das Risiko, ungewollterweise
bewegt zu werden, falls das Werkzeug einem harte Stoa ausgesetzt werden sollte0
Die Ventilbetätigungsvorrichtung für Bohrlochwerkzeuge nach der Erfindung ist gekennzeichnet
durch eine Ventileinrichtung mit einem Ventilteil mit Querdurchlaß und mit einem
davon im Abstand befindlichen-gebogenen Teil, durch eine Drehlagerung des Ventilteiles
an dem Rohrteil um eine quer zu der mittelachse verlaufende Achse, durch einen an
dem Rohrteil koaxial angeordneten und für die komplementäre Aufnahme des gebogenen
oder gekrümmten Ventilteils ausgebildeten ringförmigen Ventilsitz, und durch Kraftübertragungseinrichtungen,
die
exzentrisch mit dem Ventilteil verbunden sind und auf Längskräfte ansprechen, die
auf das Ventilteil in entgegengesetzten Richtungen einwirken, um das Ventilteil
um seine Querachse zu drehen zwischen einer Stellung, in der der 4uerdurchlaß außer
Verbindung mit dem Ventilsitz ist, und einer zweiten Stellung, in der der Querdurchlaß
in Verbindung mit dem Ventilsitz steht, ferner gekennzeichnet durch erste Einrichtungen,
um das Ventilteil in einer seiner Stellungen zu halten, die Vorspanneinrichtungen
einschließen zwischenden Kraftübertragungseinrichtungen und einem der Teile zum
Aufbringen einer ersten Kraft, die in einer der genannten Richtungen auf die Kraftübertragungseinrichtungen
einwirkt, und durch zweite, wahlweise betätigbare Einrichtungen zum Drehen des Ventilteils
in die andere seiner Stellungen einschließlich Arretiereinrichtungen an dem Gehäuse,
die für einen Eingriff durch Kraftübertragungseinrichtungen auges bildet sind, wenn.
das Rohrteil gegen eine seiner Abstandsstellungen bewegt wird, um eine Weiterbewegung
der Kraftübertragungseinrichtungen zu sperren und eine zweite Kraft aus zuüben,
die größer ist als die erste Kraft und in der anderen Richtung auf die Kraftübertragungseinrichtungen
einwirkt, um das Ventilteil in der Zeit zu drehen, in der das Rohrteil seine eine
Stellung erreicht hat0 Das vorerwähnte und weitere Ziele der Erfindung werden also
erhalten durch teleskopartige Anordnung eines inneren Rohrteiles oder Dornes in
einem äußeren Rohrgehäuse für eine Bewegung darin zwischen einer ausgezogenen Stellung
und allmählich ineinandergeschobenen Stellungen. Ein drehbares zylindrisches oder
kugelförmiges Ventilteil mit einem Strömungsdurchlaß ist verdrehbar gelagert zu
dem Dorn und sitzt an einem ringförmigen Ventilsitz, der an dem unteren Ende des
Dornes angeordnet ist. Vorspanneinrichtungen sind betätigungsmäßig angeordnet, um
das Ventilteil in einer seiner Stellungen
so lange wirksam festzuhalten,
wie der Dorn nicht in eine ausgewählte Stellung bewegt worden ist,-und ohne Ausüben
von Kräften, die den Dorn gegenüber dem Gehäuse bewegen oder die die Drehung des
Ventilteiles in seinezweite Stellung unangemessen hemmen, Wenn der Dorn diese ausgewählte
Stellung erreicht, so sind Einrichtungen vorgesehen, um die Vorspanneinrichtungen
derart zu spannen, daß sie auf das Ventilteil eine ausreichende Drehkraft ausüben,
um es in seine zweite Stellung zu drehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigan: Fig0 1 einen typischen Strang von Bohrlochwerkzeugen in
einem Tiefbohrloch einschließlich eines Bohrlochwerkzeuges mit den Merkmalen der
vorliegenden Erfindung, Figo 2A bis 2C aneinander anschließende Aufrißdarstellungen,
teilweise im Schnitt, einer bevorzugten Ausführungsform eines Bohrlochwerkzeuges
mit entsprechend der Erfindung ausgebildeten und angeordneten Ventileinrichtungen,
Fig. 3 bis 5 und B Schnittdarstellungen. entlang den Schnittlinien 3-3, 4-4, 5-5
und 8-8 in Fig.
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2A, Fig. 6A bis 6D etwas schematisierte Darstellungen des in Fig.
2A bis 2C gezeigten Bohrlochwerkzeuges, das in seinen aufeinanderfolgenden Arbeitsstellungen
dargestellt ist, und
Fig. 7 eine abgewickelte Ansicht des Nutsystems
für das in Fig. 2A bis'2C gezeigte Bohrlochwerkzeug, In Fig. 1 ist eine Anzahl sogenannter
Vollbohrungs"-Bohrlochwerkzeuge 10 bis 13, d.h. von Bohrlochwerkzeugen mit vollem
Bohrungsdurchgang, dargestellt tandemartig miteinander verbunden und herabhängend
gekuppelt mit dem unteren Ende eines Rohrstranges, wie eines Steigrohrstranges 14,
der in eine verrohrte Tiefbohrung 15 eingehängt ist0 Am unteren Ende dieser Werkzeuge
ist ein herkömmlicher "Vollbohrungs"-Packer 13 angeordnet für eine wahlweise Abdichtung
an der Bohrlochverrohrung 16. Ein typischer hydraulischer Niederhaltsr oder Festhalter
12 ist mit dem Dorn 19 des Packers 13 gekuppelt und angeordnet für eine Berührung
der Bohrlochauskleidung oder -verrohrung 16, um den Dorn gegen Aufwärtsbewegung
zu sichern, wenn der Packer gesetzt ist und Flüssigkeitsdruck in dem Steigrohrstrang
14 den hydrostatischen Druck der Bohrlochflüssigkeiten oder -spülung in dem Bohrlochringraum
übersteigt. Ein typisches Bypaß-.Ventil 11, verbunden durch ein Zwischengestängerohr
18 oberhalb des Nieder- oder Festhalters 12, ist in geeigneter Weise angeordnet,
um zu öffnen und eine Verlagerung der Werkzeuge 10 bis 13 in der flüssigkeitsgefüllten
Tiefbohrung 15 zu erleichtern durch Umleiten eines wesentlichen Teiles der Flüssigkeiten
durch die tittelbohrung des zurück- oder eingezogenen Packers 13. An das obere Ende
des Werkzeugtranges 11 bis 13 ist ein Werkzeug 10 angeschlossen mit Ventileinrichtungen
entsprechend den Grundzügen der vorliegenden Erfindung. Obgleich die Bohrlochwerkzeuge
11 bis 13 die auf Seite 3057 des "Composite Catalog of Field Equipment and Services"
1960-61 sein können, versteht es sich natürlich, daß auch andere ähnlich geartete
Bohrlochwerkzeuge in Verbindung mit dem Werkzeug 10 Verwendung finden können.
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In Fig. 2A bis 2C sind aufeinanderfolgende Aufrißansichten, jede
teilweise im Schnitt, des Werkzeuges 10 gezeigt0 Es versteht sich natürlich, daß
diese Werkzeuge zur Erleichterung der Herstellung und des Zusammenbaus üblicherweise
aus miteinander verbundenen Rohrabschnitten hergestellt sind. Um die folgende Beschreibung
zu erleichtern, sind jedoch verschiedene Abschnitte des Werkzeuges 10 eher als einstückige
Bauteile gezeigt worden statt als Bauteile aus miteinander verbundenen Abschnitten.
Das Werkzeug 10 schließt ein rohrförmiges Teil oder einen Dorn 19 ein, der teleskopartig
angeordnet ist in einem rohrförmigen Gehäuse 20 und darin wahlweise in Längsrichtung
bewegbar ist zwischen einer ausgezogenen Stellung, wie in Fig. 2A bis 2C gezeigt,
einer oder mehrere.n Zwischenstellungen und einer vollständig zusammengeschobenen
Stellung, die alle im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6A bis 6D beschrieben
werden Eine Gewindemuffe 21 (Fig. 2A) am oberen Ende des Dornes 19 hat Gewindegänge
22 für die Kupplung mit dem Steigrohrstrang 14 (Fig. 1), wobei die Mittelbohrung
23 (Fig. 2A bis 2C) des Dornes im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie
die Bohrung des Steigrohretranges hat. In ähnlicher Weise sind Gewindegänge 24 (Fig.
2C) am unteren Ende des Gehäuses 20 angeordnet für eine Kupplung des Bohrlochwerkzeuges
10 an andere, darunter befindliche Bohrlochwerkzeuge, wie z.B. das in Fig. 1 gezeigte
Bypaß-Ventil 11.
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Im allgemeinen schließt das Bohrlochwerkzeug 10 vorzugsweise Ventileinrichtungen
25 (Fig. 28) geeigneter Art ein zusätzlich zu den Ventileinrichtungen 26 (Figo 2C)
nach der Erfindung, wobei diese Ventileinrichtungen 25 und 26 wahlweise geöffnet
und geschlossen werden durch Verschieben oder Verlagern des Dornes 19 zwischen verschiedenen
Längsstellungen gegenüber dem Gehäuse 20. Obgleich auch andere Anordnungen Verwendung
finden können werden selektiv betätigbare
Positionier- oder Einstelleinrichtungen,
wie bei 27 und 28 (Fig. 2A) gezeigt, vorzugsweise verwendet für die Steuerung und
Betätigung des Werkzeuges 10. Kupplungseinrichtungen 29 sind ebenfalls vorgesehen,
um eine wahlweise bzw. selektive Drehmomentübertragung von dem Dorn 19 durch das
Gehäuse 20 auf die anderen Werkzeuge 11 bis 13 zu ermöglichen, wenn sich der Dorn
in bestimmten Stellungen befindet. Vorspanneinrichtungen 30 (Fig. 28) sind vorzugsweise
vorgesehen zur Aufrechterhaltung einer abwärtsgerichteten Kraft auf das Gehäuse
20, um dazu beizutragen, den Packer 13 während Bewegung des Dornes 19 sowohl in
Setzstellung zu halten als auch eine aufwärtsgerichtete Kraft auf den Dorn auszuüben,
um die Kupplungseinrichtungen 29 in Eingriff zu halten, wenn sich der Dorn in seiner
obersten ausgezogenen Stellung gegenüber dem Gehäuse befindet0 Bewegungs-Verzögerungseinrichtungen
31 (Fig. 28) sind ebenfalls vorgesehen, um die Abwärtsbewegung des Dornes 19 gegenüber
dem Gehäuse 20 zu verzögern.
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In Fig. 2A ist der oberste Abschnitt des Werkzeuges 10 gezeigt. Wie
dort zu erkennen, sind die Kupplungseinrichtungen 29 angeordnet, um den Dorn 19
an dem Gehäuse 20 drehw fest bzwo mitdrehend zu sichern, wenn sich der Dorn entweder
in seiner untersten oder völlig zusammengeschobenen Stellung oder anders in seinen
beiden obersten Stellungen in bezug auf das Gehäuse befindet. In allen anderen Längsstellungen
ist der Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse 20 frei drehbar. Um dies zu erreichen, enthalten
die Kupplungseinrichtungen 29 ein Ringteil 32, das über der Muffe 21 am oberen Ende
des Dornes 19 mitdrehend gesichert ist und eine Vielzahl nach unten ragender Vorsprünge
33 aufweist, die für eine Aufnahme in einer entsprechenden Anzahl aufwärtsgerichteter
Längsschlitze 34 im oberen Ende des Gehäuses 20 angepaßt sind, von denen sie in
der untersten Dornstellung aufgenommen werden.
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Ein Ring 35 ist auf die muffe 21 oberhalb des Teiles 32 aufgeschraubt,
um das Ringteil sowohl in seiner Stellung festzuhalten als auch zur Erleichterung
seines Ausbaues, um die Vorsprünge 33 aus den Schlitzen 34 zu lösen, nachdem das
Werkzeug 10 wieder aus der Tiefbohrung 15 zurückgeholt ist0 Die Kupplungseinrichtungen
29 umfassen ferner ein Ringteil 36, das in dem Gehäuse 20 verschiebbar angebracht
und an diesem mitdrehend gesichert ist durch äußere Längsnuten, in die entsprechend
ausgebildete einwärts hervor springende Gehäusefedern oder -keile 37 (Fig. 3) unterhalb
einer einwärtsgerichteten Gehäuseschulter 38 über dem Ringteil eingreifen0 Nach
innen hervorspringende Schrauben 39 in dem Gehäuse 20 werden in Längsschlitzen 40
in dem Ringteil 36 aufgenommen, um die Längsbewegung des Ringteiles zu begrenzen,
Äußere Längskeile 41 (Fig. 2A) an dem Dorn 19 und unmittelbar oberhalb einer Außenschulter
42 sind ausgebildet für die Aufnahme in entsprechenden Längskeilnuten 43 (Fig. 3)
in der Innenwandung des Gehäuseteiles 36.
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Eine Feder 44 ist zwischen der Gehäuseschulter 38 und dem oberen
Ende des Ringteiles 36 angeordnet, um normalerweise das Ringteil abwärts gegen die
Schulter 42 zu drücken, jedoch mit der Möglichkeit der Rückwärtsbewegung, falls
sich die Dornkeile 41 nicht in Deckung mit den ihnen entsprechenden Nuten 43 befinden,
wenn der Dorn 19 aufwärtsbewegt wird. Somit wird, selbst wenn die Dornkeile 41 anfangs
nicht mit den Keilnuten 43 ausgerichtet sein sollten, eine leichte Drehung des Dornes
19 in einer Richtung die Keile schnell mit ihren Nuten ausrichten und die Feder
44 wird dank; das ringförmige Kupplungsteil 36 abwärtsdrücken über die Keile, so
wie sich der Dorn weiter aufwärtsbewegt.
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Es versteht sich dementsprechend, daß der Dorn 19, solange er sich
in seiner ausgszogenen Stellung (wie in Fig.
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2A bis 2C zu erkennen) in bezug auf das Gehäuse 20 befindet, daran
mitdrehend gesichert ist durch die Kupplungseinrichtüngen 29. Eine Abwärtsbewegung
des Dornes 19 gegenüber dem Gehäuse 20 wird jedoch die Dornkeile 41 aus den Keilnuten
43 herausschieben und zulassen, daß der Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse verdreht wird,
bis der Dorn seine voll zusammengeschobene oder unterste Stellung erreicht. Der
Dorn 19 wird dann wiederum mitdrehend an dem Gehäuse 20 gesichert, sobald er in
seine unterste Stellung bewegt ist und die Vorsprünge 33 in die Schlitze 34 eingreifen.
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Die oberen Positioniereinrichtungen 27 des Werkzeuges 10 bestehen
aus einem Hülsenteil 45, das drehbar angebracht ist im Inneren des Gehäuses 20 und
einen nach innen hervorspringenden Führungsstift 46 hat, der mit seinem Stiftende
in ein kreisförmiges System von Nuten 47 an der Außenseite des Dornes 19 eingreift.
Um die Hülse 45 gegen eine Längsverlagerung relativ zu dem Gehäuse 20 zu sichern,
ist die Hülse zwischen den gegenüberliegenden Schultern einer Umfangsvertiefung
48 rings um die innere Gehäusswandung eingeschlossen.
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Verschleißringe 49 und 50 sind zwischen den oberen und unteren Enden
der Hülse 45 und den gegenüberliegenden Gehäuseschultern angeordnet, zwecks leichterer
Drehung der Hülse gegenüber dem Gehäuse.
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Es versteht sich somit, daß der Dorn 19, da der Führungsstift 46
in dem Nutsystem 47 verbleibt, in Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse 20 nur soweit
bewegt werden kann, wie es die besondere Anordnung des Nutsystems zuläßt. Wie in
der abgewickelten Ansicht in Fig. 7 zu erkennen, schließt das Nutsystem 47 eine
unregelmäßig geformte, jedoch im allgemeinen
querverlaufende untere
Nut 51 ein, die an ihren beiden gegenüberliegenden Enden durch aufwärtsgerichtete,
parallel Längsnuten 52 und 53 mit dem oberen Ende der Nut 53 verbunden ist, die
ihrerseits mit dem oberen Ende der Nut 52 durch eine verjüngte geneigte Nut 54 und
durch einen erweiterten Teil 55 verbunden ist. Eine Längsnut 56 ist mit der Nut
53 ausgerichtet und verläuft weiter aufwärts von der Vereinigungsstelle des erweiterten
Teiles 55 und der Nuten 52 und 530 Somit ergibt sich der maximale Längsabstand,
den der Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse 20 bewegt werden kann, durch den Längsabstand-
zwischen dem oberen Ende der Längsnut 56 und den untersten Enden der beiden kurzen
parallelen Längsnuten 57 und 58, die sich von der unteren Quernut 51 abwärts erstrecken.
Eine Zwischenstellung des Dornes 19 gegenüber dem Gehäuse 20 ist ebenfalls vorgesehen
durch eine zentral angeordnete Längsnut 59, die sich eine kurze Strecke aufwärtserstreckt
von der mitte der unteren Quernut 51. Die Bedeutung der dargestellten Gestaltung
des Nutsystems 47 wird durch die folgenden Ausführungen mehr offensichtlich.
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Das obere Ende der Hülse 45 ist einwärts verbreitert zwecks Schaffung
einer Ringschulter 60, wie am besten in Fig. 2A und 4 zu erkennen. Umfangsmäßig
im Abstand angeordnete Längsschlitze 61 (Fig. 4) rings um den Innenteil der Schulter
60 sind für den Durchtritt auswärtsgerichteter Vorsprünge 62 (Fig. 2A und 7) an
dem Dorn 19 angeordnet, wenn diese Vorsprünge mit den Schlitzen ausgerichtet sind.
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Somit werden die Vorsprünge 62 mit den Schlitzen 61 ausgerichtet durch
geeignete Bewegung oder Anordnung des Führungsstiftes 46 in bezug auf die Schulterschlitze
61 (die sich alle an der Hülse 45 befinden) einerseits ebenso wie durch Abstimmung
des Umfangsabstandes oder Zwischenraumes der Längsnuten 52 und 53 in bezug auf die
Vorsprünge 62 (die alle an dem Dorn 19 sitzen) andererseits, wenn sich der Führung
stift
in einer der umfangsmäßig im Abstand gehaltenen Nuten 52 und 53 befindet, und wenn
der Dorn 19 in Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse 20 bewegt wird, so gleiten die
Vorsprünge e2 durch die Schlitze 61 in der Schulter 60 hindurch0 Die mittig angeordnete
Nut 59 ist jedoch geeigneterweise derart angeordnet, daß, wenn der Führungsstift
46 in der Stellung "D" (Fig. 7) steht, die unteren Oberflächen der Vorsprünge 62
gegen jene Abschnitte der oberen Stirnseite der Schulter 60 zwischen den Schlitzen
61 anstoßen, Diesgestattet natürlich die Übertragung von abwärtsgerichteten Kräften
auf den Dorn 19 durch die Vorsprünge 62 und die Hülse 45 auf das Gehäuse 20, ohge
daß diese Kräfte durch den Führungsstift 46 aufgenommen werden müssen. Somit greifen
die Vorsprünge 62 an der Oberseite der Hülse 45 für die Übertragung abwärtsgerichteter
Belastungen auf das Gehäuse 20 nur dann an, wenn der Führungsstift 46 sich in der
beschriebenen Stellung 'tD" befindet. In allen anderen Stellungen des Dornes 19
stehen die Vorsprünge 62 entweder oberhalb oder unterhalb der Hülsenschulter 60
oder anders (wenn sich der Führungsstift 46 in einer der Nuten 52 oder 53 befindet)
gleiten die Dornvorsprünge durch die Schulterschlitze 61.
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Da sich die Hülse 45 nicht in Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse
20 verschieben kann, verbleibt der Führungsstift 46 natürlich in der gleichen Querebene
und der Dorn 19 und das Nutsystem 47 werden in Längsrichtung relativ dazu bewegt.
Somit bewegt eine gerade Längsbewegung des Dornes 19 das Nutsystem 47 relativ zu
dem Führungsstift 46. Jede Drehbewegung des Dornes 19 wird aufgenommen durch den
Stift 46 und die Hülse 45, die sich drehen, wie durch das Schlitzsystem 47 festgelegt.
Somit wird, wie der Dorn 19 gerade abwärts gestoßen wird aus seiner in Fig. 2A gezeigten
Stellung, wenn der Dorn sich ausreichend bewegt hat, um die obere Wandung
der
geneigten Nut 54 in Anlage an dem Fülbrungsstift 46 zu bringen, eine fortgesetzte
Abwärtsbewegung des Dornes 19 den Führungsstift und die Hülse 45 entsprechend drehen.
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Die unteren Positioniereinrichtungen 28 des Werkzeuges 10 sind in
Fig. 2A unterhalb der Positioniereinrichtungen 27 zu erkennen, und sie bestehen
aus zwei radial aufweitbaren, segmentartig ausgebildeten Schlitzmuttern 63 und 64,
die an im Längsabstand voneinander befindlichen Stellen in dem Ringraum 65 zwischen
dem Dorn 19 und dem Gehäuse 20 angeordnet sind. Wie am besten in Fig. 5 zu erkennen,
greifen Längskeile 66 an jedem der Segmente der muttern 63 und 64 in entsprechende
Nuten 67 in der Innenwandung des Gehäuses 20 ein zwecks Mitdrehsicherung der Schlitzmuttern
an dem Gehäuse. Wie in Fig. 2A zu erkennen, sind für die.
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Begrenzung der Längsbewegung der unteren Schlitzmutter 64 einwärtsgerichtete
und im Abstand gehaltene Gehäuseschultern 68 und 69 oberhalb und unterhalb der mutter
vorgesehen. Die Längsbewegung der oberen Schlitzmutter 63 ist in ähnlicher Weise
begrenzt durch einen Distanzring 70 zwischen dem oberen Ende der mutter und einer
einwärtsgerichteten Gehäuseschulter 71 im Abstand oberhalb der Mutter.
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Entgegengesetzt gerichtete Sägeprofilgewinde 72 und 73 sind in Längsrichtung
rings um den Dorn 19 verteilt und entsprechend angeordnet für einen wahlweisen Eingriff
mit entsprechenden Gegengewinden in den Muttern 63 und 64 in .bestimmten Längsstellungen
des Dornes. Die oberen Dornge-Gewindegänge 72 sind aufwärtsgerichtet und vorzugsweise
sogenannte Linksgewinde, die in die abwärtsweisenden Gewindegänge in der oberen
Schlitzmutter 63 eingreifen. Mit dieser Anordnung können die oberen Dorngewindegänge
72 bei abwärtsgerichteter Längsbewegung des Dornes 19 frei in die obere.
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Schlitzmutter 63 hineinratschen, verhindern jedoch eine aufwärtsgerichtete
Längsbswegung des Dornes, bis er im Uhrzeigersinn oder im rechten Drehsinn gedreht
worden ist, um die oberen Dorngewindegänge aus der oberen Schlitzmutter hinauszuschrauben.
In ähnlicher Weise sind die unteren Dorngewindegänge 73 in Form eines sogenannten
Rechtsgewindes abwärtsgerichtet. Zwecks Anpassung der unteren Dorngewindegänge 73
sind die Gewindegänge in der unteren Schlitzmutter 64 aufwärtsgerichtet. Somit kann
eine Freigabe der Dorngewindegänge 73 von der unteren Schlitzmutter 64 für eine
Abwärtsbewegung des Dornes 19 nur durch Drehen des Dornes im Uhrzeigersinn erreicht
werden, um diese Teile auseinanderzuschrauben. Es versteht sich natürlich, daß dadurch,
daß die Dorngewindegänge 73 und die Gewindegänge in der unteren Schlitzmutter 64
in entgegengesetzte Richtungen weisen, eine Aufwärtsbewegung des Dornes 19 die unteren
Dorngewindegänge frei durch die untere Schlitzmutter hindurchratschen läßt.
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Aus weiter unten verdeutlichten Gründen stehen die unteren Dorngewindegänge
73 normalerweise in Eingriff mit der unteren Schlitzmutter 64, und die oberen Gewindegänge
72 sind normalerweise von der oberen Schlitzmutter 63 gelöst und befinden sich in
einem bestimmten Abstand über dieser. Somit ist der Dorn 19 bei Eingriff der unteren
Dorngewindegänge 73 in die untere Schlitzmutter 64, wie in Fig. 2A gezeigt, frei,
nur soweit in Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse 20 abwärtszuwandern, wie es der
Abstand zwischen den Gehäuseschultern 68 und 69 oberhalb und unterhalb der unteren
Schlitzmutter zuläßt. Ebenso wird der Dorn 19, wie aus den folgenden Ausführungen
klar wird, bei Eingriff der oberen Dorngewindegänge 72 in die untere Schlitzmutter
63 in seiner untersten zusammengeschobenen Stellung gesichert und kann nicht in
seine Zwischen oder ausgezogenen Stellungen zurückgebracht
werden,
da die obere Schlitzmutter durch den Distanzring 70 gehalten wird und das Ineinandergreifen
der Vorsprünge 33 und der Schlitze 34 eine Drehung des Dornes gegenüber dem Gehäuse
20 verhindert. Es sei daran erinnert, daß die Vorsprünge 33 nicht aub den Schlitzen
34 gelöst werden können, bevor das Werkzeug 10 zur Erdoberfläche zurückgeholt ist
und die Gewindemuffe 35 entfernt wurde, um das Kupplungsteil 32 außer Eingriff zu
bringen0 In Fig. 28 ist der mittel- oder Zwischenabschnitt des Werkzeuges10 gezeigt,
indem die Druck-Vorspanneinrichtungen 30 und die Bewegungs-Verzögerungseinrichtungen
31 angeordnet sind. Die Druck-Vorspanneinrichtungen 30 bestehen aus einer im Durchmesser
erweiterten Schulter 74 an dem Dorn 19, die flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, beispielsweise
durch O-Ringe 75, in einem Abschnitt 76 verringerten Durchmessers des Gehäuses 20
oberhalb einer äußeren Gehäuseöffnung 77, und aus einem verschiebbaren R.ingkolbenteil
78, das den Dorn. oberhalb seiner im Durchmesser erweitirten Schulter 74 und unterhalb
einer anderen äußeren Gehäuseöffnung-79 umgibt. û-Ringe 80 bzw. 81 innerhalb und
außerhalb des verschiebbaren Kolbens 78 dichten diesen zu dem Dorn 19 und dem Gehäuse
20 hin flüssigkeitsdicht ab zur Bildung eines flüssigkeitsdichten Ringraumes 82
zwischen dem Kolben und der im Durchmesser erweiterten Dornschulter 74, welcher
Ringraum normalerweise unter atmosphärischem Druck steht. Eine Feder 83 zwischen
einer einwärtsgerichteten Gehäuseschulter 84 und dem oberen Ende des Kolbens.78
drückt den Kolben normalerweise abwärts gegen eine Schulter 85, die durch das obere
Ende des im Durchmesser verringerten Gehäuseabschnittes 76 gebildet wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß Bohrlochkontrollflüssigkeiten bzw.
Spülung in die Öffnungen 79 und 77 oberhalb des Kolbens 78 und unterhalb des im
Durchmesser erweiterten Dornabschnittes 74 eintreten, wenn das Werkzeug 10 in Benutzung
ist. Da der Ringraum 82 normalerweise unter atmosphärischem Druck steht, tendiert
der hydrostatische Druck der Bohrspülung dazu, den Dorn 19 durch eine Kraft anzuheben
gleich der Differenz zwischen den hydrostatischen und atmosphärischen Drücken multipliziert
mit der Ringraum-Querschnittsfläche der in ihrem Durchmesser verbreiterten Dornschulter
74. Die Querschnittsfläche des Dornes 19 ist natürlich sowohl aufwärtsals auch abwärtsgerichteten
Druckkräften ausgesetzt0 In ähnlicher Weise wird der Kolben 78 abwärts gedrückt
gegen die Gehäuseschultern 85 durch eine Kraft gleich der Differenz zwischen dem
hydrostatischen und dem atmosphärischen Druck multipliziert mit der Ringraum Querschnittsfläche,
die begrenzt ist durch die O-Ringe 75 und 81o Da der Dorn 19 aufwärts gedrückt wird
durch diese unausgeglichene Druckkraft, muß somit eine Kraft, die mindsstens größer
als diese aufwärtsgerichtete Druckkraft ist, an dem Dorn angreifen bzw. zum Angreifen
gebracht werden, um diesen gegenüber dem Gehäuse 20 abwärtszubewegen. In ähnlicher
Weise versteht es sich, daß die abwärtswirkende Druckkraft auf den Kolben 78 durch
die Gehäuse schulter 85 dahingehend wirksam ist, um eine entsprechende abwärtsgerichtete
Kraft darauf auszuüben, die durch das Gehäuse auf den Dorn 17 des Packers 13 (Fig.
1) übertragen wird, um dazu beizutragen, den Packer in seiner Setzstellung zu halten.
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Wenn auch der Kolben 78 mit dem Gehäuse 20 einstückig ausgebildet
sein könnte, so wird jedoch bevorzugt, ihn als
ein getrenntes Teil
auszubilden, wie in Fig. 28 gezeigt, und eine kleine Seitenöffnung 86 in demGehäuse
vorz(Jsehen unmittelbar oberhalb der Normalstellung des äußeren O-Ringes 81. Auf
diese Weise wird, falls BohrlbcRspülung in den abgeschlossenen Ringraum 82 eindringen
sollte beim Herausholen des Werkzeuges 10 aus der Tiefbohrung 15, jeglicher übermäßige
Druck in dem umschlossenen Raum 82 durch die Öffnung 86 abgelassen, sofern dieser
eingeschlossene Druck ausreicht, um den Kolben 78 gegen die Spannung der Feder 83
eine ausreichende Strecke anzuheben, um den O-Ring 81 über die Öffnung 86 zu bewegen.
Diese Anordnung stellt auch sicher, daß der Dorn 19 wieder aufwärts zurückgebracht
werden kann, falls Flüssigkeiten in den Raum 82 eindringen sollten, nachw dem der
Dorn abgesenkt ist0 Andererseits könnte der Kolben 78 ebenso gut einstückig mit
dem Gehäuse 20 ausgebildet sein.
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Die Bewegungs-Verzögerungseinrichtungen 31 bestehen aus einer Hülse
87, die lose angeordnet ist zwischen in Längsrichtung im Abstand gehaltenen Abschnitten
88 und 89 erweiterten Durchmessers des Dornes 19, wobei lediglich ein begrenzter
Ringspalt 90 zwischen dem Dorn und der Hülse und ein sehr kleiner Ringspalt 91 zwischen
der Hülse und der Innenwandung des Gehäuses 20 vorhanden ist0 Eine Druckfeder 92
zwischen der Hülse 87 und dem unteren, im Durchmesser erweiterten Dornabschnitt
89 drückt normalerweise die Hülse aufwärts gegen den oberen im Durchmesser erweiersten
Dornabschnitt 88. Ein O-Ring 93 rings um die Innenwandung einer aufwärtsweisenden
Schulter 94 in dem Gehäuse 20 dichtet den Dorn 19 und das Gehäuse flüssigkeitsdicht
gegen-einander ab und bildet einen flüssigkeitsdichten Raum 95 dazwischen unterhalb
der Hülse 87. Ein Ringkolben 96 mit inneren und äußeren O-Ringen 97 und 98 ist gerade
unterhalb
der Gehäuseöffnung 77 vorgesehen, um das Gehäuse 20 gegenüber dem Dorn 19 oberhalb
der Hülse 87 flüssigkeitsdicht abzudichtspn und zur Bildung eines zweiten flüssigkeitsdichten
Raumes 99 dazwischen, der mit dem Raum 95 nur über die Ringspalte 90 und 91 innerhalb
bzw. rings um die Hülse 87 in Verbindung steht. Eine geeignete Hydraulikflüssigkeit,
wie ein Öl oder dgl., füllt die flüssigkeitsdichten Räume 95 und 99.
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Der hydrostatische Druck der Bohrlochspülung wird wirksam durch die
Öffnung 77 gegen den Kolben 96, um das Öl in den Räumen 95 und 99 auf dem gleichen
Druck zu halten.
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Dementsprechend wird die Geschwindigkeit der Längsbewegung des Dornes
19 gegenüber dem Gehäuse 20 durch die Rate geregelt, mit der das Öl von dem einen
oder dem anderen der flüssigkeitsdichten Räume 95 und 99 verlagert werden kann.
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Eine Abwärtsbewegung des Dornes 19 gegenüber dem Gehäuse 20 wird natürlich
die untere Stirnseite 100 des oberen, im Durchmesser verbreiterten Dornabschnittes
88 in dichter Anlage an der angrenzenden oberen Stirnseite der Hülse 87 halten.
Durch geeignete Bearbeitung der aneinanderstoBenden Stirnflächen 100 und 101 der
Schulter 88 und der Hülse 87 wird ein Metall-Gegen-metall-Sitz gebildet, um den
Innenringraum 90 zu schließen und um den sehr kleinen äußeren tíngförmigen Spielraum
91 zum einzigen Durchflußweg zu machen, durch den Ö1 von dem unteren Raum 95 zu
dem oberen Raum 99 bei Abwärtsbewegung des Dornes 19 übergeleitet werden kann. Auf
diese Weise steht die Zeit, die erforderlich ist, um den Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse
20 abwärtszubewegen, in direktem Bezug zu den Abmessungen des äußeren Ringspaltes
91 und der Viskosität des Öles in den flüssigkeitsdichten Räumen 95 und 99. Falls
gewünscht, kann der untere Raum 95
etwqs verbreitert werden, wie
bei 102, so daß der Dorn 19, wenn er sich bei dieser kontrollierten Rate eine vorbestimmte
Strecke gegenüber dem Gehäuse 20 abwärtsbewegt hat, seine weitere Abwärtsbewegung
mit zusätzlicher relativer Freiheit fortsetzen kann.
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Um eine ziemlich schnelle Aufwärtsbewegung des Dornes 19 gegenüber
dem Gehäuse 20 zu erlauben, ist der Innenspielraum 90 zwischen der Hülse 87 und
dem Dorn etwas größer als der Außenspielraum 91. Es versteht sich natürlich, daß
die Feder 92 nicht kräftig genug ist, um das Hülsenende 101 in Anlage gegen seine
Anschlagfläche 100 an der Schulter 88 zu halten, wenn der Dorn 19 aufwärtsbewegt
wird. Somit verschiebt sich die Hülse 87, wenn der Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse
20 aufwärtsgezogen wird, etwas abwärts und bewegt die Sitzflächen 100 und 101 auseinander,
so daß Öl von dem oberen Raum 99 relativ frei zwischen diesen Oberflächen hindurchtreten
kann, durch den breiteren ringförmigen Spielraum 90 und weiter in den unteren flüssigkeitsdi-chten-Raum.95.
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In Fig. 28 und 2C ist der unterste Teil des Werkzeuges 10 gezeigt,
in dem sowohl die Ventileinrichtungen 25 als auch die Ventileinrichtungen 26 nach
der Erfindung angeordnet sind. Der Innendurchmesser dieses Abschnittes des Gehäuses
20 ist vorzugsweise vergrößert zur Bildung einer verbreiterten Bohrung, wie bei
103, unterhalb des abgeschlossenen Raumes 95 und oberhalb einer aufwärtsgerichteten
Gehäuseschulter 104 (Fig. 2C) nahe dem unteren Ende des Gehäuses.
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Die Ventileinrichtung 25 (Fig. 28) ist vorzugsweise ausgebildet als
ein inteinanderschiebbares Hülsenventil für die Stsuerung der Flüssigkeitsverbindung
zwischen der erweiterten Gehäusebohrung 103 und der Innenbohrung 23 des
Dornes
19, solange wie die Ventileinrichtung 26 darunter geschlossen ist. Die Ventileinrichtung
25 schließt ein koaxial angeordnetes Rohrteil 105 ein, das nach unten herabhängend
an dem Gehäuse 20 gesichert ist und sich abwärts erstreckt in die erweiterte Gehäusebohrung
103. Seitliche Öffnungen 106 in dem Dorn sind so ausgebildet, daß sie in Deckung
gebracht werden können mit entsprechenden Seitenöffnungen in dem koaxial angeordneten
Rohrteil 105, wenn der Dorn in eine seiner Längsmittelstellungen gegenüber dem Gehäuse
20 bewegt wird. O-Ringe 108 bzw. 109 oberhalb und unterhalb der Dornöffnungen dichten
den Dorn 19 gegenüber dem Rohrteil 105 flüssigkeitsdicht ab, um den Flüssigkeitsstrom
durch die Öffnungen 106 und 107 zu sperren, wenn sie in den anderen Stellungen des
Dornes nicht in Deckung sind. Falls gewünscht, kann die Hülse 105 gegenüber dem
Gehäuse 20 drehbar angebracht sein, wie durch einen Befestigungsring 110, der in
gegenüberliegenden, einander ergänzenden Umfangsnuten in der Hülse und dem Gehäuse
angebracht isto Um sicher stellen, daß die Öffnungen 106 und 107 winkelmäßig ausgerichtet
sind, sind ein geeigneter Längskeil und eine Nut (nicht gezeigt) vorgesehen in der
Hülse 105 und dem Dorn 19, um die beiden Teile drehfest miteinander zu verbindens
Wie in. Fig. 2C zu erkennen, schließt die Ventileinrichtung 26 nach der Erfindung
ein zylindrisches oder kugelförmiges Ventilteil 111 ein mit einem axialen Durchlaßkanal
112 entlang einer seiner Mittelachsen, der so bemessen ist, daß er zumindest annähernd
der Innenbohrung 23 des Dornes entspricht. Das Kugelteil 111 ist funktionsmäßig
angeordnet zwischen einem Paar gegenüberliegender, in Längsrichtung im Abstand voneinander
angeordneter, ringförmiger Sitze 113 und 114 mit entsprechenden kugelförmigen Sitzflächenq
Der
Dornventilsitz 113 ist koaxial angebracht mit Vorspanneinrichtungen
115 in einer ergänzsnden Senkbohrung 118 in dem untersten Ende des Dornes 19. Ein
Paar harabhängender Längsvorsprünge 116, von denen nur einer zu erkennen ist, erstreckt
sich abwärts von dem Dorn 19 an gegenüberliegenden Seiten des Sitzes 113. Das Kugelstück
111 ist drehbar gelagert zwischen den freien Enden dieser abwärtsgerichteten Dornvorsprünge
116 um eine andere seiner Mittelachsen durch geeignet angeordnete Querzapfen 117,
von denen nur einer zu erkennen ist, die so angeordnet sind, daß d8r Sitz 113 mit
Hilfe der Vorspanneinrichtung 115 in Berührung bleibt mit der Kugel, wenn sich diese
zwischen ihrer Offen- und Schließstellung bewegt. Die Achse dieses Zapfens 117 ist
natürlich rechtwinklig zu der Mittelachse des Durchlaßkanals 112 angeordnet, so
daß sich der Durchlaßkanal, wenn das Kugelstück 111 gedreht wird, in und außer Deckung
mit dem Ventilsitz 113 bewegt.
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Der andere Ventilsitz 114 ist ein aufwärtsweisender, kugelförmiger
Sitz, der entsprechend geformt ist an dem oberen Ende eines kurzen Hülsenteiles
119, das teleskopartig angeordnet ist in dem oberen Ende eines langgestreckten Rohrteiles
120 und abgestützt wird durch eine verhältnismäßig schwache Feder 121. Ein O-Ring
122 rings um die Hülse 119 und unterhalb einer oder mehrerer seitlicher Öffnungen
123 in der Hülse dichtet diese gegenüber dem Rohrstück 120 flüssigkeitsdicht ab.
Die Feder 121 drückt den unteren Sitz 114 gegen die untere Oberfläche des Kugelstückes
111 und hält normalerweise die Öffnungen 123 in einer Stellung, in der eine Flüssigkeitsverbindung
vorhanden ist. Dieses Rohrstück 120 ist abgefangen durch ein Paar Vorsprünge 124
und 125, von denen nur einer jedes Paares
zu erkennen ist, die
aufwärtsragen von gegenüberliegenden Seiten des Rohrstückes und das Kugelstück 111
auf ihren Schultern tragen, wobei jeder dieser Vorsprünge sich entlang den gegenüberliegenden
Seiten der abwärtsgerichteten Dornvorsprünge 116 aufwärts erstreckt mit ihren entsprechenden
Längskanten in gegenseitiger Nebeneinanderlage. Nach innen hervorspringende Querstift
126, von denen nur einer zu erkennen ist, am freien Ende der unteren Vorsprünge
126 sind parallel angeordnet zu der Achse der Zapfen 117, jedoch in Längsrichtung
im Abstand darunter und leicht versetzt zu einer Seite. Jedes der freien Enden dieser
Kupplungsstifte 126 ist aufgenommen in ziemlich kurzen, schräg gestellten Nuten
127 (von denen nur eine zu sehen ist), die ausgebildet sind in den daneben liegenden
Außenflächen des Kugelstückes 111.
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Eine zweite Hülse 128 ist teleskopartig angeordnet rings um den oberen
Teil des Rohrstückes 120 und hat ein Paar aufrechter Vorsprünge 129 (von denen nur
einer zu sehen ist) an seinem oberen Ende, die entsprechend nach oben verlängert
sind zwischen den Vorsprüngen 124 und 125 und unmittelbar unterhalb der unteren
Enden der Dornvorsprünge 116 enden. Eine ziemlich kräftige Druckfeder 130 ist um
den Mittelteil des Rohrstückes 120 angeordnet und wird zusammengedrückt gehalten
zwischen dem unteren Ende der kurzen Hülse 128 und einer Schulter 131 an dem Rohrstück.
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Aus Gründen, die weiter unten dargelegt sind, ist eine dicke Druckfeder
132 rings um das untere Ende des Rohrstückes 120 angeordnet mit ihrem oberen Ende
gut unterhalb der Schulter 131 und unter Auflage ihres unteren Endes auf der Schulter
104 nahe dem unteren Ende der erweiterten Gehäusebohrung 103.
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mit dem Werkzeug 10 in der in Fig. 2A bis 2C gezeigten Stellung wird
die Feder 130 natürlich eine abwärtsgerichtete Kraft durch die Schulter 131 auf
das Rohrstück 120 ausüben und eine aufwärtsgerichtete Kraft auf die Hülse.128. Die
aufwärtswirkende Kraft wird natürlich durch die gegenüberliegenden Enden der Vorsprünge
129 auf den Dorn 19 übertragen mittels der Vorsprünge 116, so daß keine Kraft auf
das Kugelstück 111-selbst ausgeübt wird. Die abwärtswirkende Kraft auf das Teil
120 wirkt andererseits durch die Vorsprünge 125 dahin, daß sie die Kupplungsstifte
126 abwärtsdrückt gegen die unteren Endflächen der Kugelnuten 127, um ein Drehmoment
auf das Kugelstück 111 entgegen dem Uhrzeigersinn auszuüben, um das Kugelstück in
seiner Schließstellung zu halten. Das Zusammenwirken der benachbarten Ränder der
Stifte 126 und der Nuten 127 stellt selbstverständlich sicher, daß das Kugelstück
111 nicht weiter abwärtegezogen wird als bis in seine dargestellte Stellung. Somit
wird das Kugelstück 1111solange die Feder 130 in dieser Weise wirkt, wirksam festgehalten
in seiner Schließstellung, und alle Flüssigkeitsverbindung durch das Werkzeug 10
muß durch die Uffnungen 123 hindurch verlaufen.
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Das Kugelventilteil 111 kann daher nicht in seine Offenstellung gedreht
werden, bevor das auf das Kugelstück entgegen dem Uhrzeigersinn einwirkende Drehmoment
überwunden ist und ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf das Kugelstück einwirkt.
Dies kann jedoch nicht eher eintreten, als der Dorn 19 gegenüber dem Gehäuse 20
eine hinre-ichende Strecke abwärtsbewegt ist, um die Schulter 131 in Eingriff mit
dem oberen Ende der Feder 132 zu bringen und das Rohrstück 120 und den von diesem
getragenen Querstift 126 anzuhalten. Dann, sobald die Schulter 131 die Feder 132
erfaßt,
muß der Dorn 19 noch weiter abwärtsbewegt werden, um die
Dreh-oder Schwenkstifte 117 unter die Querstift 126 zu bewegen und das Kugelstück
111 zu öffnen.
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Wenn die Abwärtsbewegung des Rohrstückes 120 einmal durch gegenseitigen
Eingriff der Schulter 131 mit der Feder 132 stillgesetzt ist, so wird durch fortgesetzte
Abwärtsbewegung des Dornes 19 die Feder 130 weiter zusammengedrückt.
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Es ist auch zu beachten, daß, wenn die Schulter 131 an dem Rohrstück
120 die Feder 132 erfaßt, eine weitere Zusammendrückung der Feder 130 das- entgegen
dem Uhrzeigersinn wirkende Drehmoment, das dazu dient, die Kugel 111 geschlossen
zu halten, zu reduzieren beginnt, Somit wird die durch den Dorn 19 über die Zapfen
117 auf das Kugelstück 111 ausgeübte abwärtsgerichtete Kraft wirksam, das entgegen
dem Uhrzeigersinn wirkende Drehmoment zu überwinden und zu beginnen, ein Drehmoment
im Uhrzeigersinn zu entwickeln zum Drehen des Kugelstückes in seine Offenstellung,
wenn die Last auf den Dorn erhöht wird. Es versteht sich natürlich, daß, wenn die
Schulter 131 die Feder 132 erfaßt, die relativ schwache Feder 121 zusammengedrückt
wird, was dazu führt, daß die Öffnungen 123 unter das obere Ende des Rohrstückes
120 bewegt werden. Die geneigten Nuten 127 müssen natürlich eine ausreichende Länge
für die Aufnahme der Querstifte 126 haben, wenn sich das Kugelstück 111 in die Mitte
zwischen seiner völlig geschlossenen und seiner völlig offenen Stellung gedreht
hat.
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Um das oben beschriebene Öffnen des Kugelventilteiles 111 zu erreichen,
muß das Rohrstück 120 entweder gänzlich festgehalten oder zumindest hinreichend
verzögert werden, damit das Kugelstück abwärtsbewegt werden kann in bezug auf die
Verbindungsstifte 126, um auf das Kugelstück eine Drehkraft
im
Uhrzeigersinn auszuüben. Das Rohrstück 120 könnte natürlich vollständig festgesetzt
werden, wenn man zuläßt, daß die Schulter 131 zur Anlage kommt an einer Gehäuseschulter
statt an der Feder 132o Dies ist jedoch nicht erwünscht, da geringfügige Änderungen
beispielsweise in den Herstellungstoleranzen dazu führen könnten, daß solche Schultern
vorzeitig zu gegenseitiger Anlage kommen und dazu führen, daß die Stifte 126 mit
übermäßig hohen Belastungen beaufschlagt werden, Dementsprechend sind die Feder
und die'Schulter 131 passend angeordnet, um zuzulassen, daß sich das Rohrstück 120
dadurch weiter abwärtsbewegt, daß die Feder 132 mindestens leicht zusammengedrückt
wird0 Sollte jedoch eine größere Abwärtekraft auf den Dorn 19 einwirken, um das
Kugelstück 111 zu öffnen, so wird die Feder 132 weiter zusammengedrückt, um das
Rohrstück 120 sich weiter abwärtsbewegen zu lassen0 Es versteht sich jedoch, daß
in diesem Falle die Feder 130 noch unwirksam gemacht wird, und daß die durch die
Entwicklung einer zusätzlichen Federkraft durch eine solche weitere Zusammendrückung
der Feder 132 geschaffene Selektivwirkung voll wirksam wird, um eine größere aufwärtsgerichtete
Drehkraft auf das Kugelstück 111 auszuüben über das Rohrstück 120 und seine Stifte
126, so daß die Kugel sich letztlich in ihre Offenstellung drehen muß ohne die Gefahr
einer Beschädi gung des Werkzeuges 10. Darüber hinaus wird in jedem Fall keine Aufwärtskraft
ausgeübt gegen die Unterseite des Kugelstückes- 111, wenn die im Uhrzeigersinn wirkende
Drehkraft entwickelt wird. Stattdessen werden alle aufwärtswirkenden Reaktionskräfte
durch die gegenüberliegenden Vorsprünge 116 und 129 übertragen und das Kugelstück
111 kann sich frei drehen, wobei geringe Reibungskräfte an dem Kugelstück von seinen
Sitzen 113 und 114 angreifen.
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Dementsprechend sind beide Ventileinrichtungen 25 und 26 geschlossen,
wenn der Dorn 19 sich in seiner ausgezogenen Stellung gegenüber dem Gehäuse 20 befindet,
wie in Fig0 2A bis 2C gezeigt. Durch Abwärtsbewegen des Dornes 19 gegenüber dem
Gehäuse 20 um die oben erwähnte Längsstrecke in seine Zwischenstellungen (mit dem
Führungsstift 46 bei "Bl in Fig.
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7, was im folgenden in näheren Einzelheiten beschrieben wird), wird
die erste Ventileinrichtung 25 geöffnet zwecks Schaffung einer Flüssigkeitsverbindung
von der erweiterten Gehäuse bohrung 103, durch die Öffnungen 123 unterhalb des Kugelstückes
111 und des Ventilsitzes 114, durch die Öffnungen 106 und 107 und weiter in die
mittelbohrung 23 des Dornes 19.
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Der Dorn 19 kann auch wieder aufwärts zurückgeführt werden, um das
Ventil 25 wieder zu schließen. Das zweite Ventil 26 wird jedoch in allen diesen
Stellungen des Dornes 19 geschlossen bleiben.
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Wie im folgenden näher beschrieben, wird jedoch eine weitere Abwärtsbewegung
des Dornes 19 (um den Führungsstift in die Stellung Et in Fig. 7 zu bringen), wenn
die untere Schlitzmutter 64 von den Gewindegängen 73 gelöst ist, die erste Ventileinrichtung
25 wieder schließen und die zweite Ventileinrichtung öffnen, wenn der Dorn seine
unterste, völlig zusammengeschobene Stellung erreicht. In dieser letzteren Stellung
ist ein sogenannter "Vollöffnungs"-Durchlaß geschaffen durch das Werkzeug 10, da
der Durchlaßkanal 112 in dem Kugelstück 111 gedreht worden ist in Ausrichtung mit
der Dornmittelbohrung 23.
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Es versteht sich daher, daß, solange die untere Schlitzmutter 64
in Eingriff mit den Dorngewindegängen 73 ,bleibt, der Dorn 19 eine Strecke in Längsrichtung
bewegt
werden kann, die gleich ist dem Abstand zwischen der unteren
Schlitzmutter und der Gehäuseschulter 69. Diesa Strecke ist auch gleich dem Längsabstand
zwischen den beiden Stellungen der Führungsstifte 46, die in Fig. 7 bei "A" und
"B" dargestellt sind. Somit werden durch einfache Abwärtsbewegung des Dornes 19
gegenüber dem Gehäuse 20 die Öffnungen 106 und 107 geöffnet. In ähnlicher Weise
werden durch bloßes Rückführen des Dornes 19 in seine anfängliche auseinandergezogene
Stellung (wie in Fig.. 2A bis 2C gezeigt) die Öffnungen 106 und 107 wieder geschlossen.
Somit wirkt die untere Schlitzmutte.r 64 mit den Gehäuseschultern 68 und 69 dahingehend
zusammen, daß der Dorn 19 ausreichend hin- und herbewegt werden kann, um wahlweise
die erste Ventileinrichtung 25 zu öffnen und zu schließen ohne Öffnung der zweiten
Ventileinrichtung 26.
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In Fig. 6A bis 6D ist das Werkzeug 10 schematisch dargestellt, um
seine verschiedenen Stellungen im Verlaufe eines typischen Arbeitsablaufes aufzuzeigen.
Um die Erläuterung der Positioniereinrichtungen 27 und 28 und ihren Einfluß auf
die Ventileinrichtung 26 nach der Erfindung zu erleichtern, sind die Verzögerungseinrichtung
31 und die Vorspanneinrichtung 30 in Fig. 6A bis 6D nicht dargestellt worden. Es
versteht sich jedoch, daß die Abwärtsbewegung des Dornes 19 durch die Bewegungs-Verzögerungseinrichtung
31 gesteuert wird bis die Oberseite der Hülse 87 in den erweiterten Raum 102 (Fig.
28) eingetreten ist. Gleichermaßen sollte beachtet werden, daß die Vorspanneinrichtung
30 dahingehend wirksam ist, eine aufwärtsgerichtete Kraft auf den Dorn 19 auszuüben
und eine gleiche, jedoch abwärtsgerichtete Kraft auf das Gehäuse 20 während des
ganzen Betriebes des Werkzeuges 10.
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In Fig. 6A ist das Werkzeug 10 mit dem Dorn 19 in seiner obersten
auseinandergezogenen Stellung gegenüber dem Gehäuse 20 gezeigt, wie bereits unter
Bezugnahme auf Fig. 2A bis 2C beschrieben. Die erste und die zweite Ventileinrichtung
25 und 26 sind geschlossen, um die Flüssigkeitsverbindung durch die Dornbohrung
23 zu sperren, wenn die Werkzeuge 10 bis 13 in der verrohrten Tiefbohrung 15 (Fig0
1) in Stellung bewegt werden. Es sei auch bemerkt von Fig. 6A, daß, obgleich das
obere Kupplungsteil 32 außer Eingriff ist, das untere Kupplungsteil 36 in Eingriff
steht für eine Drehübertragung von dem Rohrstrang 14 durch das Werkzeug 10 und auf
die anderen Werkzeuge 11 bis 13 darunter. Demgemäß können die Werkzeuge 1Q bis 13,
wenn das Werkzeug 10 in der in Fig. 6A gezeigten Stellung gesichert ist, in Stellung
gebracht werden bei jeder gewünschten Teufe in der verrohrten Tiefbohrung 15.
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Wenn die Werkzeuge 10 bis 13 eine gewünschte Stellung in der Tiefbohrung
15 erreicht haben, werden sie momentan angehalten, und der Rohrstrang 14 wird so
manipuliert, wie es erforderlich ist, um den Packer 13 zu setzen und das Bypaß-Ventil
11 zu schließen. Obgleich andere Werkzeuge für ihre Betätigung unterschiedliche
Bewegungen erfordern können, werden das Bypaß-Ventil 11 und der Packer 13 bevorzugt
so angeordnet, daß die Postioniereinrichtungen, wie sogenannte "J-Schlitzsysteme"
(nicht gezeigt), in jedem Werkzeug derart zusammenwirken, daß das Bypaß-Ventil geschlossen
wird, wenn der Packer gesetzt ist0 Dementsprechend wird mit Werkzeugen 11 bis 13,
die in dieser Weise angeordnete, zusammenwirkende 3-Schlitzsysteme haben, der Rohrstrang
14 leicht angehoben und im Uhrzeigersinn gedreht, um das Bypaß-Ventil und den Packer
zu entriegeln. Dann werden durch Nachlaßen mindestens eines Teiles des Gewichtes
des Rohrstranges 14
der Packer 13 gesetzt und das Bypaß-Ventil
11 geschlossen. Es sei daran erinnert daß sich der Dorn f9 nicht .abwärts bewegen
kann gegenüber dem Gehäuse 20 bevor die an dem Dorn durch die Vorspanneinrichtung
30 geschaffene Aufwärtskraft nicht über wunden ist.
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Wenn der Packer 13 gesetzt ist, so versteht es sich, daß er in der
Lage ist, das volle Gewicht der Werkzeuge 10 bis 12 und des Rohrstranges 14 oberhalb
von ihm zu tragen.
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Das Gehäuse 20 des Werkzeuges 10 wird natürlich jetzt gegen über der
Verrohrung 16 fixiert, bis der Packer 13 wieder gelöst ist. Es sei außerdem daran
erinnert, daß die Vorspanneinrichtung ebenso wirksam ist, um eine nennenswerte Abwärtskraft
durch das Gehäuse 20 aufrechtzuerhalten, um dazu beizutragen, den Packer 13 gesetzt
zu halten. Somit ist der Dorn 19 des Werkzeuges 10 jetzt soweit, um gegenüber dem
jetzt stationären Gehäuse 20 durch entsprechende Bewegungen des Rohrstranges 14
bewegt zu werden, um das Werkzeug in seine verschiedenen Arbeitsstellungen zu bringen.
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Demgemäß wird, wie in Fig. 68 gezeigt, eine aùsreichenç de Belastung
des Dornes 19 zum Setzen des Packers 13 den Dorn eine kurze Strecke abwärtsbewegen
(wie durch Pfeil 133 gezeigt), bis die untere Schlitzmutter 64 an der aufwärtsweisenden
Gehäuseschulter 69 zum Anschlag kommt. Diese Abwärtsbewegung wird jedoch verzögert
durch die Bewegungs-Verzögerungseinrichtung 31 und erfordert weiterhin eine ausreichende
Belastung des Dornes 19, um zumindest die aufwärtsgerichtete Kraft, die auf den
Dorn durch die Vorspanneinrichtung 30 ausgeübt wird, zu überwinden. Uon Fig. 68
ist jedoch zu erkennen, daß diese anfängliche Abwärtsbewegung des Dornes 19 lediglich
das Ventil 25 öffnet und die untere Kupplungseinrichtung 36 löst. Somit ist aufgrund
der unteren Schlitzmutter
64 die Abwärtsbewegung und Drehung des
Rohrstranges 14 in diesen ersten beiden Arbeitsstellungen des Werkzeuges 10 nur
wirksam zum Setzen des Packers 13, zum Schließen des Sypaß-Ventils 11 und zum Öffnen
der Ventileinrichtung 25 ohne irgendeine Gefahr, daß das Ventil 26 vorzeitig geöffnet
werden könnte durch Überbewegung des Dornes 19.
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Aus Fig. 68 ist auch zu entnehmen, daß eine weitere Abwärtsbewegung
des Dornes 19 gegenüber dem Gehäuse 20 nicht möglich ist, solange wie die untere
Mutter 64 auf der Ge häuseschulter 69 aufruht. Auf der anderen Seite wird eine Aufwärtsbewegung
des Dornes 19 nicht verhindert, falls es z.B. erforderlich sein sollte, das untere
Kupplungsteil 36 wieder in Eingriff zu bringen, um eine Drehung von dem Rohrstrang
14 durch das Gehäuse 20 auf die Werkzeuge 11 bis 13 zu übertragen.
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Wenn die Ventileinrichtung 25 geöffnet ist, befindet sich der Führungsstift
46 in seiner Stellung B", wie in Fig. 7 gezeigt. Der Dorn 19 kann jedoch nicht weiter
abwärts bewegt werden, um beispielsweise den Führungsstift 46 in seine Stellung
"E" zu bringen, da die untere Stirnseite der unteren Schlitzmutter 64 gegen die
Gehäuseschulter 69 anstößt.
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Ein typischer Test- oder Untersuchungsvorgang schließt üblicherweise
eine oder mehrere messungen des sogenannten Schließdruckes des untersuchten Formationsabschnittes
ein.
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Um diesen und andere Drücke zu messen, sind ein oder mehrere Druckaufzeichnungsgeräte
P vorgesehen unterhalb der Ventileinrichtungen 25 und 26. Falls gewünscht, können
diese Druckaufzeichnungsgeräte
P angeordnet sein, wie in einer
schwebenden US-Patentanmeldung, Seriennummer 620 943 aingereicht von Benjamin P.
Nutter am 6. märz 1967, beschrieben, zum wahi weisen Lösen von dem Werkzeug 10 durch
Öffnen des Ventils 26o Auf jeden Fall, um einen Schließdruck zu erhalten, wird der
Dorn 19 aufwärtsgezogen, um das Ventil 25 wieder zu schließens Wenn sich der Führungsstift
46 in seiner Stellung "B" in dem Nutsystem 47 (Fig. 7) befindet, bringt eine Aufwärtsbewegung
des Dornes 19 den Führungsstift in das obere Ende der Längsnut 53. Durch Erstrecken
der unteren Wand 134 des erweiterten Nutabschnittes 55 zu einer Endstelle, wie bei
135, über das untere Ende der Nut 56 hinaus, wird ein gerader Aufwärtszug an dem
Dorn 19 sicher den Führungsstift 46 in die Nut 53 bewegen eher als in die Nut 52.
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Der Dorn 19 wird daher angehoben, bis der Führungsstift seine Stellung."C"
in der kurzen Nut 57 erreichte Dies bringt natürlich die obere Stirnssite'der Schlitzmutter
64 wieder zurück in Eingriff mit der Gehäuseschuiter 68 und schließt wieder die
Öffnungen 106 und 107. Es sei auch daran erinnert, daß, wenn der Führungsstift 46
in der Nut 53 ist, die Hülse 45 passend positioniert ist, um die Dornvorsprünge
62 mit ihren entsprechenden Schulterschlitzen 61 auszurichten und zuzulassen, daß
sich die Vorsprünge über die Schultern 60 bewegen.
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Obgleich die Ventileinrichtung 25 geschlossen ist in der Zeit, in
der der Führungsstift 46 seine Stellung "C" erreicht und die Anfangs-Schließdruckmessung
begonnen wird, ist es erwünscht, eine abwärtsgerichtete Kraft auf den Packer 13
während der messung aufrechtzuerhalten. Somit wird, wie bereits abgehandelt, die
Hülsenschulter 60 passend angeordnet
in bezug auf die untere Oberfläche
der Dornvorsprünge 62, so daß eine schwache Abwärtsbewegung des Dornes 19 die Vorsprünge
62 in Eingriff mit der Schulter 60 bringt. Wenn die Dornvorsprünge 62 an der Schulter
60 in Eingriff sind, wird eine abwärtsgerichtete Kraft auf den Rohrstrang 14 durch
die Hülse 45 übertragen auf das Gehäuse 20 und weiter abwärts auf die Werkzeuge
11 bis 13 darunter. Es sei auch festgestellt, daß in dieser Stellung die Dornkeile
41 wieder in die Schlitze 40 in dem Ringteil 36 eingreifen zwecks Übertragung der
Drehung durch das Werkzeug 10 auf die Werkzeuge 11 bis 13, wenn dies erwünscht ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Dornvorsprünge 62 nicht in Deckung mit den Schulterschlitzen
61 sind, wenn sich der Führungsstift 46 in der Nut 59 befindet.
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Wie am besten in Fig. 7 zu erkennen, ist die obere Oberfläche der
Quernut 51 geneigt und, wie bei 136, über die Nut 57 verlängert, um den Führungsstift
46 daran zu hindern, wieder in die Nut 53 einzutreten, wenn der Dorn 19 abwärtsbewegt
wird, um den Führungsstift von seiner Stellung "C" in seine Stellung "D" zurückzubringen.
Somit wird eine gerade Abwärtsbewegung des Dornes 19 die Oberflächs 136 in Berührung
bringen mit dem Führungsstift 46 und die Hülse 45 ausreichend drehen, um den Führungsstift
in seine Stellung "D" in der Nut 59 zu bringen. Dies wird noch das Ventil 25 geschlossen
lassen und, wie am besten in Fig. 6C zu erkennen, die Übertragung einer Abwärtsbewegung
durch die Vorsprünge 62 und die Hülse 45 auf das Gehäuse 20 zulassen.
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Wenn einmal eine entsprechende Fnfangs-Schließdruckmessung durchgeführt
worden ist, besteht der übliche Testvorgang darin, das Testventil wieder zu öffnen
und die Bohrung
für einen Zeitraum fließen zu lassen0 Wie in Fig.
7 zu erkennen, wird der Führungsstift 46 durch l-eichtes Anheben des Dornes 19 zur
Anlage gebracht gegen die untere, abwärtegeneig te Oberfläche 137 der quernut 51,
um die Hülse 45 ausreichend zu drehen, um den Führungsstift in seine Stellung "A"
zurückzubringen. Sodann wird, wie bei der anfänglichen Betätigung, eine Abwärtsbewegung
des Dornes 19 das'Ventil 25 wieder öffnen (Stellung "B").
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Dementsprechend kann durch abwechselndes Absenken und Anheben des
Domes 19 jede Anzahl von Schließ- und Fließuntersuchungen ausgeführt werden. Darüber
hinaus schafft jede Längs bewegung des Dornes 19 eine ausgesprochene und leicht
festzustellende Anzeige an der Erdoberfläche, wann der Dorn die eine oder die andere
seiner Endstellungen erreicht.
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Wenn alle Untersuchungen durchgeführt sind, wird es üblicherweise
bevorzugt, die volle Bohrung 23 des Werkzeuges 10 zu öffnen entweder für die Durchführung
weiterer Inbetriebnahmearbeiten oder zum Zurückholen der Druckaufzeichn.ungsgeräte
P. Dementsprechend ist es zum Fortsetzen einer weiteren Abwärtsbewegung des Dornes
19 erforderlich, zuerst die unteren Dorngewindegänge 73 von der unteren mutter 64
abzuschrauben.
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Es sei bemerkt, daß normalerweise die Drehung des Dornes 19 beim Abschrauben
dazu führen würde, den Dorn weiter abwärtszubewegen und die untere Schlitzmutter
64 in Anlage auf ihrer zugehörigen unteren Gehäuseschulter 69 zu halten0 Aus arbeitsZ
technischen Gründen wird es jedoch vorgazogen, während des Drehens des Rohrstranges
14 den Dorn 19 von der auf ihm ruhenden, abwärtsgerichteten Belastung etwas zu entlasten0
Dies geschieht durch geringfügiges Anheben des Rohrstranges 14, wobei jedoch noch
ein ausreichendes Gewicht auf den Dorn. 19
gelassen wird, um die
Vorspanneinrichtung 30 zu überwinden, welches zusätzliche Gewicht natürlich langsam
die Bewegung Verzögerungseinrichtung 31 überwinden wird. Somit ist eine hinrbichende
Zeit sichergestellt, damit die unter. Schlitzmutter 64 auf den Dorngewindegängen
73 emporsteigen kann, bevor die Bewegungs-Verzögerungseinrichtung 31 überwunden
ist.
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Demgemäß wird, wie am besten in Fig. 6D zu erkennen, eine Drehung
des Dornes 19 in der geeigneten Richtung (wie durch Pfeil 138 gezeigt) in Zusammenwirken
mit der Bewegung Verzögerungasinrichtung 31 stattdessen die mutter 64 an den Dorngewindegängen
73 emporsteigen lassen und den Dorn im wesentlichen in der gleichen Läng8stellung
wie zuvor belassen.
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Die mutter 64 kann sich durch die Keile 66 (Fig. 5) natürlich nicht
drehen, wird jedoch nichtsdestoweniger an den Gewindegängen 73 emporsteigen, wie
sich der Dorn 19 gegenüber der Schlitzmutter dreht.
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Wenn die untere Schlitzmutter 64 von den unteren Dorngewindegängen
73 freigekommen ist, so ist der Dorn 19 frei für eine weitere Abwärtsbewegung, wie
sie durch die Bewegungs-Verzögerungseinrichtung 31 zugelassen wird. Wenn das obere
Ende der Hülse 87 den Gehäuseabschnitt 102 erweiterten Durchmessers freigibt, kann
sich der Dorn 19 schnell abwärtsbewegen (wie durch den Pfeil 139 gezeigt) in die
in Fig. 6D gezeigte Stellung. Diese plötzliche Bewegung ergibt einen beachtlichen
Stoß, der an der Erdoberfläche leicht festgestellt werden kann. Wie in Fig. 6D zu
sehen, bringt die Bewegung des Dornes 19 in diese Stellung gleichzeitig die oberen
Dorngewindegänge 72 in Eingriff mit der oberen Schlitzmutter 63, bewegen sich die
Dornöffnungen
106 unter die Hülsenöffnungen 107 und verdreht-sich
das Kugelstück 111 in eins Stellung, in der sein Durchttittskanal 112 koaxial ausgerichtet
ist mit der Dornbohrung 23. Falls erforderlich, wird dann der Rohrstrang 14 um eine
oder zwei Drehungen gedreht, um den'Eingriff des oberen Kupplungsteiles 32 sicherzustellen.
Wenn das Kupplungsteil 32 in Eingriff ist, schafft dies auch eine positive Anzeige
an der Erdoberfläche dafür, daß das Kugelstück 111 offen ist, und db der Dorn 19
und das Gehäuse 20 drehfest miteinander verbunden sind.
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Wie bereits dargelegt, entwickelt eine weitere Abwärtsbewegung des
Dornes 19, wenn die Schulter 131 die Feder 132 erfaßt, eine ausreichende Drehkraft
für den Kämmvorgang der querstift 126 in den Nuten 127, um das Kugelstück 111 um
seine.Zapfen 117 zu drehen. Diese Aufwärtskraft wird geliefert von der Feder 132,
die, wie am bestenen Fig. 6C und 6D zu erkennen, progressiv zusammengedrückt wird,
bis sie eine ausreichende Drehkraft entwickett, um das Kugelstück 111 gegen die
relativ geringen ReibungsKräfte, die durch die Ventilsitze 113 und 114 erzeugt werden,
zu drehen.
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Dementsprechend wird, sowie die Abwärtskraft in Richtung des Pfeiles
139 auf den Dorn 19 zunimmt, die Abwärtsbewegung des Rohrstückes 120 arretiert durch
die aufwartewirkende Kraft der Feder 132, da die Schulter 131 bestrebt ist, die
Feder 132 zussmmenzudbückene Wenn das Kugelstück 111 gedreht ist, sitzen die Sitze
113 und 114 dicht um die gegenüberliegenden Enden des Durchlaßes 112 auf, um einen
Eintritt von in der Dornbohrung 23 rnthaltenen Flüssigkeiten in den erweiterten
Raum 103 zu verhindern.
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Es sei auch festgehalten, daß Feststoffe oder Flüssigkeiten in der
Dornbohrung 23, da die Öffnungen 106 und 107 nicht
länger ausgerichtet
sind, in ähnlicher Weise vom Eintritt in den erweiterten Raum 103 abgesperrt sind.
In ähnlicher Weise werden auch die Öffnungen 123 geschlossen sein.
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Wenn sich das Werkzeug 10 in der in Fig. 6D gezeigten Stellung befindet,
wird der Dorn 19 an einer Aufwärtsbewegung gehindert durch den Eingriff der oberen
Dorngewindegänge 72 in die obere Schlitzmutter 63. Eine Freigabe der Gewindegänge
72 vo der mutter 63 könnte natürlich erreicht werden durch Drehen des Dornes 19,
würde nicht durch den Eingriff des oberen Kupplungsteiles 32 jetzt eine weitere
Drehung des Dornes gegenüber dem Gehäuse 20 verhindert. Somit ist das Werkzeug 10,
wenn der Dorn 19 seine unterste zusammengeschobene, in Fig. 6D gezeigte Stellung
erreicht, in dieser Stellung verriegelt, wobei das Kugelventil 26 geöffnet und das
Hülsenventil 25 geschlossen ist. Dies schafft einen im wesentlichen kontinuierlichen
und ununterbrochenen Durchlaß von dem Rohrstrang 14 für die Einführung verschiedener,
nicht gezeigter Bohrlochwerkzeuge, von Komplettierungs- oder Ausbauflüssigkeiten,
wie Zementtrübe oder Brechflüssigkeiten, die hohe Durchflußraten erfordern, und
aus anderen Gründen, die sich ergeben können während des Ablaufes typischer Hilfs-oder
Bohrloch-Ausbau- oder Inbetriebsetzungsarbeiten. Die Werkzeuge 10 bis 13 müssen
zur Erdoberfläche zurückgeholt werden, um den Dorn 19 in seine ursprüngliche Stell-ung
zurückzubewegen. Um dies zu tun, wird das obere Kupplungsteil 32 schnell gelöst
durch Entfernen der Gewindemuffe 35 und Aufwärtsschieben des Ringstückes, um die
Vorsprünge 33 aus den Schlitzen 34 zu lösen.
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Der ringförmige Abstandhalter 70 dieht natürlich dazu, zu verhindern,
daß der Dorn 19 angehoben wird, wenn das Kugelventil 111 geöffnet wird und die oberen
Dorngewindegänge 72 n n n n ç
in Eingriff mit der oberen Schlitzmutter
63 gekommen sind, wie in Fig. 6D gezeigt. Es versteht sich daher, d'aß durch Weglassen
dieses Abstandhalters 70 der Dorn 19 eine ausreichende Streckszaufwärtsbewegt werden
könnte, um die Vorsprünge 33 aus ihren entsprechenden Schlitzen 34 zu entfernen.
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Diese Bewegung wäre jedoch unzursichend, um entweder zuzulassen, daß
das Kugelstück 111 in seine Schließstellung zurückgedreht wird, oder für die Wiederausrichtung
der Öffnungen 106 und 107, wie in Fig. 68 gezeigt, solange der Dorn 19 nicht gedreht
worden ist. Selbst wenn die Vorsprünge 33 frei von ihren Schlitzen 3 wären, könnte
der Dorn 19 ausreichend gedreht werden, um die obere Schlitzmutter 63'von den Dorngewindegängen
72 zu lösen und zuzulassen, daß die Ventileinrichtungen 25 und 26 so viele male,
wie gewünscht, abwechselnd geöffnet und geschlossen werden zwischen den in Fig.
68 und 6D gezeigten Stellungen. Darüber hinaus könnte der Dorn bei we-ggelassenem
Abstandhalter 70, wenn der Dorn 19 hinreichend gedreht worden ist, um die obere
Schlitzmutter 63 von den oberen Dorngewindegängen 72 zu lösen, auch zurückbewegt
werden in eine der in Fig. 6A und ebenso 6C gezeigten Stellungen.
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Der Wegfall oder das Weglassen des Abstandhalters 70 ist jedoch nicht
zu wünschenswert, wo das Bypaß-Ventil 11 und der Packer 13 von der oben in Bezugnahme
auf Fig. 1 beschriebenen Bauart sind. Im Anschluß an eine sogenannte "Druckzementierung"
ist es beispielsweise beinahe wesentlich, den in dem Rohrstrang 14 verbleibenden
Überschußzemant rasch auszuspülen durch Unterdrucksetzen der Bohrlochspülung in
dem Bohrlochringraum und Aufwärtsdrücksn dieser Flüssigkeiten in das' untere Ende
des Rohrstranges und weiter aufwärts in diesem. Der Zutritt zu dem Rohrstrang 14
wird typischerweise
erreicht entweder durch Lösen des Packers 13
oder - als letzter Ausweg - durch Öffnen des Bypaß-Vehtils 11, sollte der Packer
nicht bereits gelöst sein. Es versteht sich natürlich, daß in jedem Falle das Kugelventil
26 offen gelassen werden muß, damit eine hohe Durchflußrate dieser Flüssigkeiten
erreicht werden kann. mit Bypaß-Ventilen und Packern der beschriebenen Bauart muß
jedoch der Rohrstrang 14 üblicherweise zumindest teilweise gedreht und dann mit
beträchtlicher Kraft angehoben werden, um entweder das Bypaß-Ventil 11 zu öffnen
oder den Packer 13 zu lösen. Diese Bewegungen könnten daher dazu dienen, daa Kugelventil
26 wieder zu schließen und den gewünschten Spülvorgang zu verhindern, wenn entweder
der Packer 13 oder das Bypaß-Ventil 11 nicht vollständig frei von Fremdstoff und
leicht bewegbar wären. Somit wird bevorzugt, wenn nicht der Packer 13 und das Bypaa-Ventil
11 eine Bauart haben, die lediglich einen geraden Aufwärtezug erfordern, um den
Packer zu lösen oder das Bypaß-Ventil zu öffnen, den Abstandhalter 70 einzubauen,
so daß das Kugelstück 111 ohne jede Frage sicher verriegelt in seiner Offenstellung'verbleibt,
wenn das Werkzeug 10 in die in Fig. 6D gezeigte Stellung bewegt wird.
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Es ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß die dargestellte
Anordnung des Nutsystems 47 der Positioniereinrichtung 27 zuläßt, daß das Hülsenventil
25 wahlweise geöffnet und geschlossen wird durch Hin- und Herbewegung des Dornes
19.'Darüber hinaus hat eine Längsbewegung des Dornes 19 durch geeignete Anordnung
solcher Anschläge, wie der Oberflächen 134 und 136 benachbart zu dem Eintritt einer
der Nuten (z.8. der Nut 59), wenn der Dorn 19 bewegt wird zur Rückstellung des Führungsstiftes
46 (d.h. von der Stellung C in die Stellung "D"), zur Folge, daß der Führungsstift
die folgende Stellung erreicht.
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Es versteht sich jedoch, daß das genaue Funktionieren der Positioniereinrichtung
27 erfordert, daß der Dorn 19 mit wenig oder ohne Drehung in Längsrichtung bewegt
wird solange, wie die untere Schlitzmutter 63 in Eingriff mit den unteren Dorngewindegängen
73 ist. Für den Fachmann ist es jedoch klar, daß Drehkräfte oft in dem Rohrstrang
14 erzeugt werden beim Instellungbringen der Werkzeuge 10 bis 13 in der Tiefbohrung
15. Somit können, selbst wenn dem Rohrstrang 14 an der Erdoberfläche während der
Arbeit des Werkzeuges 10 absichtlich keine Drehung erteilt wird, ausreichende Torsionskräfte
von dem Rohrstrang gespeichert worden sein, um dem Dorn 19 mindestens eine Teildrehung
zu erteilen, wenn er von der Erdoberfläche her in Längsrichtung bewegt wird.
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Sollte sich der Dorn 19 im Uhrzeigersinn drehen, wenn er angehoben
wird, um den Führungsstift 46 von seiner Stellung "B" in seine Stellung C zu verschieben,
so könnte der Führungsstift freikommen von dem Ende 135 der Oberfläche 134 und eher
wieder ih die Nut 52 eintreten, als dass er in die Nut 53 (Fig. 7) bewegt wird.
Sollte dies eintreten, so würde der Führungsstift 46 in seine Stellung "A" zurückkehren
ohne Wissen der Bedienungspersonen. Dann würde der Führungsstift, wenn der Dorn
19 wieder abgesenkt wäre, um den Führungsstift 46 vermutlich von seiner Stellung
£ in seine Stellung D" zu verschieben, stattdessen in seine Stellung "B" zurückgeführt.
Statt das Ventil 25 für eine Schließdruckmessung zu schließen würde es stattdessen
wieder geöffnet. Ähnliche Fehlfunktionen aufgrund von Rest-Torsionsbewegungen des
Dornes 19 könnten ebenso-gut an anderen Stellen in dem Arbeitsablauf des Werkzeuges
10 eintreten.
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Dementsprechend sind, um einen einwandfreien Betrieb der Positioniereinrichtung
27 sicherzustellen, Anschläge, wie ein durch Federkraft einwärtsgedrückter Keil
140 an der Hülse 45 und eine Vielzahl senkrecht angeordneter Anschläge oder Schultern
141 bis 144 an dem Dorn 19 vorgesehen, um eine unbeabsichtigte Drehung des Dornes
bei Betätigung des Werk zeuges 10 daran zu hindern, den Führungsstift 46 in eine
unkorrakte Stellung zu bringen0 Wie am besten in Fig. 8 zu sehen, ist der Keil 140
aufrscht angebracht in einer Längsvertiefung 145 der Hülse 45 diametral gegenüber
dem Führungsstift 46. Obgleich der Keil 140 in Fig. 2A zur besseren Erläuterung
der Erfindung gezeigt worden ist, so ist er tatsächlich doch winkelmäßig so ausßgerichtets
wie in. Fig. 8 gezeigt. Eine Bogenfeder 146 oder eine ähnliche Druckfeder hinter
dem Keil 140 drückt den Keil normalerweise in Berührung mit dem Teil des Dornes
19, der dem Nutsystem 47 diametral gegenüberliegt.
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Die erste Anschlagschulter 141 an dem Dorn 19 befindet sich etwa
auf der gleichen Höhe wie der verbreiterte Teil 55 des Nutsystems 47 und liegt etwa
diametral gegenüber diesem Abschnitt. Fig0 2A, 4 und 7 ist darüber hinaus zu entnehmen,
daß die senkrechte Schulterfläche 141 so in bezug auf den Keil 140 angeordnet ist,
daß sich der Dorn 19, wenn sich der Führungsstift 46 entweder in der Nut 56 oder
in dem erweiterten Nutabschnitt 55 befindet, nicht ausreichend weit im Uhrzeigersinn
gegenüber der Hülse 45 drehen kann, damit der Führungsstift die Nut-Endfläche 135
passieren und wieder in die Nut 52 eintreten kann. Somit wird eine unabsichtliche
Drehung des Dornes 19 im Uhrzeigersinn, wenn sich der Führungsstift 46 in der in
Fig. 7 gezeigten Stellung "B" befindet, lediglich den Keil 140 gegen die Schulter
141 bringen und die Hülse 45 und den
Führungsstift korrekt ausgerichtet
in bezug auf das Nutsystem 47 halten. Eine Drehung des Dornes 19ein einer dem Uhrzeigersinn
entgegengesetzten Richtung wird lediglich den Führungsstift 46 gegen die gemeinsame
Wandung der Nuten 53 und 56 zur Anlage bringen, die als ein Anschlag dient, um eine
Fehlausrichtung des Führungsstiftes und des Nutsystems 47 zu verhindern.
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Die anderen Anschlagschultern 142 bis 144 sind ähnlich angeordnet
an der gleichen Höhe der Quer nut 51, um aufeinanderfolgend einen Wiedereintritt
des Führungsstiftes 46 entweder in die Nut 53 oder in die Nut 59 zu verhindern,
wenn der Führungsstift in die Nut 57, die Nut 59 oder die Nut 58 bei Betätigung
des Werkzeuges 10 eingetreten ist. Somit kann z.O., wenn der Führungsstift 46 in
seiner Stellung "C" (Fig. 7) steht, ein Drehung des Dornes 19 entgegen dem Uhrzeigersinn
den Führungsstift nicht wieder in die Nut 53 zurückstellen, da die Schulter 142
den Keil 140 erfaßt und die Nutoberfläche 136 oberhalb des Stiftes hält, um den
Stift in seine Stellung "D" zu führen, wenn der Dorn abgesenkt wird. In ähnlicher
Weise hindert die Schulter 143 den Führungsstift 46 am Wiedereintritt in die Nut
57 von der Nut 59 und die Schulter 144 hindert den Führungsstift am Wiedereintritt
in die Nut 59 von der Nut 58.
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Somit ist die Ventileinrichtung 26 so angeordnet, daß das Kugelstück
111 durch die Feder 130 zuverlässig in einer Schließstellung gehalten wird, bis
der Dorn 19 des Werkzeuges 10 in einer vorbestimmten Weise manipuliert worden ist.
Ist der Werkzeugdorn 19 gegen eine ausgewählte Stellung bewegt worden, so wird die
durch die Feder 130 zugeführte Kraft, um das Kugelventil 111 geschlossen zu halten,
entfernt, wenn die Feder 132 wahlweise in die Lage versetzt
wird,
eine umgekehrt wirkende Kraft zu entwickeln, die auareicht, um das Kugelstück in
seine Offenstellung zu drehen.
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- Patentansprüche -