DE1816136A1 - Werkzeug fuer Bohrloecher und Verfahren zur Fuehrung einer Spuelung durch ein solches Bohrloch - Google Patents

Description

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3I!Cm J. WOOLLEI, Ei 1 g or e, Texas / USA

Tferksexir für Bohrlöcher und Verfa"b.ren zur Klärung einer Spülung durch ein solches rohrloch.

Die. 3rf iiidung iDe sieht sicli auf Werkzeuge für lohrlöcher und auf Verfahren sum Hebeln des Medien- öler-Spülungstromes- durch" eine Dohrloohverrolnrun- an einer Stelle, mit erhell:; einer Veren— ~α·ι.3, beispielsweise einer in der Verrohrung aufgehängten I.ohr-Isitung, Das Verlcseug "besitzt die JOrrsi eines Hackers "bsw. eines Dicht-j-ü^-sankers oder eines 'irückenstopfens, der 3utn Einführen durch die Verengung sus^ehildet ist. Ss ist sur Hspansion exif eine Größe ausgebildet, die ausreicht,um die Wandung, .der Verrohriuig'unterhall3 der Verengung mit eines I-Iinimum an axialem SetcdruGk su erfassen.

Bin ernstes .Prahlern heim Eesein einer Iisdienströmung in einem Jonrlocit, beispielsweise dxxrGh eine. Verrohrung mit einer darin rx£gehängten Eöhrl-eitung ist ^rorhanden* In allgemeinen war es "rlslier notwendig, Eohrleitttnren su entfernen, tun .einen Brücken- -r';3j>fen cyder einen .Banker in diie "Verrohrung einzufurhren. Ist ■-■-- Jedö-oh nicht wBnseaens^iört ©der mo.gll.eh..*, die Honrleitemg ~ Isr V^rengtmg aus dar Solirlochirerröhrxin^ su entfernen* so .^:;^Έ ©β notiirendig,, dureh diese einen S&ok&ir e-i^siifiThren» Die ist .^©^©'Dh ^sn ,3© ,ge

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daß es.schwierig war, einen Packer zu erhalten, der auf die gewünschte Form expandierte, um die Verrohrung unterhalb der Rohrleitung ohne Versagen des Dichtungselementes tind innerhalb der G-renze üblicher Werkzeugsetzdrücke abzudichten. Ein Bedürfnis nach einem Werkzeug hat also bestanden, das nicht nur verminderten Durchmesser aufweist, so daß es nach unten durch die Rohrleitung geführt werden kann, welches vielmehr auch mit einem Minimum an Kraft auf die gewünschte Strömungsregelstellung expandiert werden kann und wobei dieses Werkzeug gleichförmig und über längere zeitliche Perioden ohne lalschbetrieb arbeiten kann. Bestimmte bekannte Vorrichtungen arbeiten mit Packern der aufblähbaren Bauart, diese sind jedoch der Begrenzung insofern unterworfen, daß nur relativ geringe Different!aldrücke geregelt werden können.

L¹Tfindungsgemäß soll daher ein Werkzeug für ein bohrloch sowie ein Verfahren vorgeschlagen werden, durch die die genannten-. ...-._; Probleme gelöst werden können, "wobei das Tierkseii;: mit einem I:i— nimum an Er aft ohne Entfernung der rohrleitung von dar no des Schachtes entfernt werden kann. - .

Im wesentlichen besteht das Werkzeug der Erfindung bus -e Körper, der zum Durchgang nach unten durch eine VereMgunsN in; der Bohrlochverrohrung ausgebildet ist.. Auch vorgesehen, ist eine im wesentlichen röhrenförmige Masse aus^elBstomersim rial, die durch den .Körper getragen und für den. Dorehgaaig durch die Verengung und zur axialen ^saimmemäxückrang waä- icatialen ■ · !Expansion auf einen Durchmesser atisgebiliäst itst_r W&m^:'; dem doppelten AusgangsdurchmeBser Ist,." g ^

-Binrichtungen auf, 'die ^el^aifeiv zum Elrpier Z^mglMWti<'is3M%£<~ ^i:'-^: iie liasse aus elastomeacem Material L· ']'

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Fach dem Verfahren eier Erfindung wird vorgeschlagen, eine Masse aus elastomerem Material nach unten durch eine Verengung in einer Bohrlochverrohrung zu führen. Hiernach wird die Masse axial verdichtet und dadurch radial auf einen Durchmesser expandiert, der etwa dem doppelten Ausgangsdurchmesser ist und zwar in Dichtungseingriff mit der Bohrlochverrohrung an einer Stelle unterhalb der Verengung.

Die Materialmasse wird dann im expandierten und abgedichteten Zustand in der Bohrlochverrohrung versperrt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der heiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Figur 1 im wesentlichen ein Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform des Werkzeuges ist, das in dem expandierten Strömungsregelungszustand in einer Bohrlochverrohrung gehalten ist; die

Figuren 2A - 2E sind eine vollständige Figur und zeigen im wesentlichen im Vertikalschnitt und teilweise in der Seitenansicht die Anordnung des Werkzeuges im Ausgangsbetriebszustand;

Figur 3 ist ein Schnitt im wesentlichen längs der Linie 3-3 in Figur 2Cj

Figur 4 ist ein Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 4-4 in Figur 20;

Figur 5 ist eine vergrößerte Teildarstellung und zeigt als weitere Einzelheit den Packer- oder Dichtungsteil des in Figur _ogezeigten Werkzeuges;

^ Figur 6 ist eine Darstellung im wesentlichen längs der Li- ^ nie.6-6 der Figur 5, wobei-das Packerelement 26 aus der Darstel-

>s. lung fortgelassen wurde;

Figur 7 ist im wesentlichen eine Seitenansicht einer anderen *" abgeänderten Ausfülirungsform des Packerelementes des Werkzeugesj : :· ;= . ;.-■■ -. -- ■ ■-■■■■ ^; ■-.-.-.■·■·...

Figur 3 ist ebenfalls im. wesentlichen eine Seitenansicht

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einer anderen wo.hlweisen Ausführungsform des Packerelementes de 8 Werkzeuges;

Figur 9 ist im wesentlichen ein zentraler Vertikalsohnitt durch eine weitere abgeänderte Ausführungsform des Packerelementes des Werkzeuges;

Figur 10 ist ein Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 10-10 in Figur'2E.

ITach Figur 1 ist das Werkzeug an einem Drahtseil 11 hängend dargestellt, das nach unten durch eine Verengung in Form einer Hohrleitung 12 sich erstreckt, die in einer Bohrlochverrohrung aufgehängt ist. Das WorkEeug ist in celn-sn Ausgangoraistand oo ausgelegt, daß es nach unten innenseitig zur .Tcohri'leitung 12 gerührt werden kann. Weiterhin int das Werkzeug so ausgebildet, da.?· es durch ein .drahtseil sowie durch eine andere .Rohrleitung getragen v/erden kann, die nach unten durch die Rohrleitung 12 beispielsweise geführt ist. Kit dem Drahtseil 11 ist ein allgemein mit dem Beaugsseichen 15 bezeichnetes Setswerkzeug verbunden, das von üblicher Bauart sein kann, dessen Hub _tiedoch„von ausreichender Ip'nge ist, um das gewünschte Setzen, was im folgenden beschrieben werden soll, au erreichen. Ein geeignetes Uerkzeug kann von einer Ba.ue.rt sein, wie es von der Firma Gearhart-Owen, Inc. Port \',^Torth, Texas hergestellt und verkauft wird. Dieses ist im Eatalog dieser Firma auf Seite 3-5-c und Seite B-5-d vom 1. Januar 1966 dargestellt und insofern modifiziert, daß es die gewünschte Hublänge aufweist.

Darüberhinaus kann das Setzwerkzeug entweder hydraulisch, mechajii8ch oder durch eine Explosivladung betätigt werden. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umfai3t das Setzwerkzeug einen Zylinder 16 mit einem Kolben 17 darin, der mit einer.Kolbenstange 18 verbunden ist, welche ihrerseits über €ine geschwächte Stelle 19 verbunden ist und zwar mit dem. Körper des Werkzeuges in Form des Dornes 20. Der Kolben 17 ist zur- Betätigung in Mclltung nach oben abhängig von einer üirnlo-

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sivladung in üblicher Weise angeordnet. Die geschwächte Stelle 19 ist für Bruch bei einem Belastunfiafaktor ausgelegt, der über die Belastungsanforderungen sum Setzen des Werkzeuges der Erfindung hinausgeht, »o daß das Setzv/erkzeug aus de:: Bohrung des Bohrschachtes entfernt werden kann.

Beim Werkzeug nach der Erfindung "besitzt der Dorn 20 vorzugsweise hexagonale Au-8 enge st alt, so daß Einstelleinrichtungen für verschiedene hierauf gelagerte Komponenten geschaffen werden. Es soll darauf hingewiesen werden-, dau der Dorn 20 entweder fest oder hohl sein kann, so daß der Dorn entweder als Brückenstopfen oder Packer verwendet werden kann.

Das Werkzeug weist Sperreinrichtungen zum Sperren des Werkzeuges in abgedichteter Stellung im Bohrloch auf, die Sperreinrichtung besitzt die Form eines auf dem Dorn 20 gelagerten Dampfers 22. Unmittelbar unterhalb des Dämpfers 22 ist eine obere Rutschanordnting vorgesehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist, die so ausgebildet ist, daß sie gegen die Innenfläche der Verrohrung- 13 greift und dai weiter unten zu beschreibende Packerelement gegen den SpUlungsdruck von unten festlegt.

Unter der Abfangkeilanordnung 23 ist eine obere mit 24 bezeichnete Kompensatorfeder angeordnet, deren unteres Ende die obere, mit 25 bezeichnete Behälteranordnung erfaßt, die so angeordnet ist,- daß sie das obere· Ende der Masse aus elastomerem Material erfaßt und aufnimmt, welche das allgemein mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnete Packerelement bilden soll, wobei die lagerung ebenfalls am Dorn 20 erfolgt.

Das untere Ende des Packerelementes 26 ist zum Eingriff und zur Begrenzung durch die untere Behälteranordnung 28 mit einer unteren Kompensatorfeder ausgebildet, die hierunter gelagert ist, wobei die untere Eangkeilanordnung 30 am unteren Ende des Werk-

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Zeuges gelagert und auf dem Dorn 20 mittels eine::· Hutter 31 getragen ist.

ITaoh den Figuren 2A - 2Ii - die Beschreibung beginnt mit den: Kopf des Werkzeuges - ist das Wetzwerkzeug 15 mit einer !Sxploslvladung 35 dargestellt, die zur Betätigung zu einem bestimmten Zeitpunkt und nach dem das We^kseug nach unten durch die Rohrleitung 1? duro¹"» Absengen am Dr plrfc seil 11 relTi^t vrarde, ausgebildet ist. Der Dämpfer 22 uiafa-it ein !ohr 3'j mit einer im wesentlichen Qioh verjüngenden Innenbo'irung, in do:? eine Vielzahl von Fangkeiloegmenten 30 mit nach innen stehenden Zähnen aufgenommen werden, die so angeordnet sind, daß sie den Dorn in der Setzstellung des Werkzeuges erfassen und halten. Die Segmente 30 v/erden gegen die Aufw'irtsbewegunr; während des Setzens des Werkzeuges mittels eines Paares von 0-llingen 39 gehalten, die an ihrem Ort durch eine Federscheibe 34 und einen oberhalb dieser gelagerten Schnappring 40 gehalten werden.

Die obere Fangkeilanordnung 23 weißt einen zweistufigen Expanderkonus auf, der allgemein mit dem Bezugszeichen 41 bezeichnet wurde und der manchmal als eine Form einer ITockenelnrichtüng bezeichnet werden muß, um das Werkzeug für die Setzstellungzu betätigen. Der EXpanderkonus 41 umfaßt ein Element 42 mit einem herabhängenden Flanschteil, in dem eine röhrenförmige Gummihülse 43 gelagert ist, deren unteres Ende gegen den Hing 44 anliegt. Das Element 42 wird gegen Axialbewegung bezüglich der Kolbenstange 18 mittels eines Seherstiftes 45 gehalten,, der diese quer durchsetzt. Die unteren Enden des Elementes 42 und des Ringes 44 sind in ihrer Form kegelstumpfförmlg und bilden ziisammen eine ITockenflache, die in-Eingriff· mit 'der. "oberen Reihe von Fangkeilen 48 der unteren Fangkeilanordnunc 23 kommt und mit dieser radial nach au.Ten kämmt. Darüberhlnaus ist der Winkel des kegelstumpfförmigen Heiles auf dem unteren !Ende des Ringes 44 kleiner als das untere Ende des Elementes 42. Diese Merkmale tragen in Kombination dazu bei, das anfängliche Kämmen

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der Fangkeile 48 nach au." en .su erleichtern, wobei das endgültige Setzen durch die unteren Enden des riementes 42 erreicht wird, nachdem der Stift 45 abgeschert ißt.

Die Fangkeile 43 sind über den Umfang um cLen Dorn 20 herum an-Ge ordnet, wobei" "die mit er en bilden schwenkbar mit einem .llingarmkreus 49 mit einer Inneiibolirunr verbunden sind, die sich der Au.? engest dt des Domes 20 anpaßt und an diesem über einen Scherst if t 50 rehBlten ist. Me Pangkeile 48 werden federnd nach innen durch die Eingbandfeder 51 vorgespannt, die in Aus- F ρ crimpen gehalten ist, welche um diese eine Ringnut bilden.

Des untere Ende des Armkreuzes 49 liegt gegen einen anderen zweistufigen Expanderkonus an, der im v/es entliehen ähnlich dem Expanderkonus 41 ist und ein Elemefct 52 mit einem nach tuiten v/eisenden flansch und einem darin gelagerten Hing 53 aufweist. Das Element 52 ist auf dem Dorn 20 mittels eines Scherstiftes gehalten und dessen Arbeitsweise .ist die gleiche wie die des "Λ-retst-ufigen Sxpanderkonus 4I. Die unteren runden des Elementes 5?- und der Ring 53 sind so angeordnet, daß sie mit einer anderen. -Heine von langkeilen 58 in Eingriff kommen und diese radial nach au^pen durch. Hockenwirkung stoßen, wobei die unteren 3nden schwenkbar mit einem anderen Armkreuz 59 verbunden sind, welches im wesentlichen ähnlich dem Armkreuz 49 ist und auf dem Di|pn durch den Scherstift 60 gehalten wird. Das untere Ende des Armkreuzes 59 liegt gegen das obere Ende der oberen Kompensatorfeder 24 an, die, wie dargestellt, um den Dorn 20 lieriim gelagert ist.

Uach j?i£ur" 20 liegt das untere Ende der ]?eder 24 gegen die obere Behältereinlleit 25 an, die¹ ein anderes Armkreuz 63 mit durchgehender Axialbolming aufwe'istV deren Querschnittsgestalt die gleiche wie die Außenfläche'"des Börnes 20 ist, um die sie gelägort ist, um eine Drehung relativ hTersu su verhindern. Das /Armkreuz 63 wird auf dem Dorn "20 mittels eines Scherstiftes 64

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gehalten, an diesem herabhängend, und schwenkbar hiermit verbunden ist eine über den Umfang verteilte Reihe von Fingern 65, die in der zurückgezogenen lage fest durch die Ringbandfeder 66 gehalten ist, welche in Aussparungen befestigt ist, die um diese eine Ringnut bilden. Jeder der Einger 65 besitzt vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen 67 auf der radial innen-gelegenen-Seilte und nahe dem Schwenkende, deren Zweck weiter unten erläutert werden wird.

Fach Betätigung des Werkzeuges in die Setzstellung sind die unteren Enden der linger 65 so ausgebildet, daß sie erfaßt und durch ITockenwirkung radial nach außen durch den Expanderkonus 71 gedruckt werden, der am Dorn 20 durch den Scherstift 72 gehalten ist. Tom Konus 71 herabhängend und schwenkbar daran befestigt ist eine v/eitere über den Umfang verteilte Reihe kürzerer Pinger 75.. Die Pinger 75 sind federnd in der zurückgezogenen lage durch Ringbandfedern 76 gehalten, welche in eine Ringnut um diese bildenden Aussparungen gehalten sind. Die unteren Enden der Pinger 75 sind so angeordnet, daß sie erfaßt und radial nach außen durch einen weiteren Expanderkonus 80 ausgefahren werden, welcher auf dem Dorn 20 gelagert und an diesem durch einen Scherstift 81 befestigt ist. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Pinger 75 versetzt bezüglich der Pinger 65 angeordnet sind und mit diesen nach Betätigung des Werkzeuges in die Setzstellung, wie in Pigur 1 und 5 dargestellt, vorgesehen sind, wobei die versetzte Ausrichtung durch die Stelleinrichtung in Porm der hexagonalen Gestalt des Domes' 20 und der entsprechend geformten Bohrungen des Armkreuzes 63 und des Konus 71 aufrecht erhalten wird. .Zusätzliche Reihen von Fingern'' können notwendigenfalls vorgesehen sein, die das Dichtungselement während der axialen Zusammendrückung gewünschtenfalls enthalten.

In der ausgefahrenen Stellung bzw. der Setzstellung des Werkzeuges sind die Zähne 67 der Pinger 65 so ausgebildet, daß sie

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auf der kegelstumpfförmigen Außenfläche des Sxpanderkonus 71 reiten und in diese hinein ausammengedrückt werden, welche vorzugsweise aits etwas weicherem Metall oder Material bestehen kann.

Das untere Ende des Expanderkonus 80 ist so angeordnet, daß es gegen die Masse aus elastomerem Material anliegt, die den Dichtungseingriff mit der Yerrohrungswandung bilden soll; und in der in den Figuren 2 und 4 dargestellten Ausführungsform besteht diese aus einem röhrenförmigen Packerelement 26 aiis elastomerem Material beispielsweise Kautschuk, Neopren oder dgl. und ist mit einer schraubenförmigen geschwächten Zone versehen, wobei die geschwächte Zone die ]?orm eines schraubenförmigen Y-förmigen Schnittes aufweist, der nicht ganz über die gesamte Radialtiefe geht, dor aber nicht wesentlich vom Kopf zrum Boden sondern schraubenförmig hier herum sich erstreckt. Weiterhin ist, wie in-."Figur 4 geseilt, der schraubenförmige Schnitt 86 vorzugsweise Y-förmig, wobei die Gabel des Y etwa der Mittelpunkt der Dicke des Siementes ist und der Schenkel des Y kurz vor der Innenoberfläche des Elementes endet.

Die untere Behälteranordnung 28 ist im wesentlichen ähnlich der oberen Behälteranordnung 25 und umfaßt die gleichen Teile.in umgekehrter vertikaler Reihenfolge. Sie umfaßt einen Expanderkpnus 80, Finger 75, einen Expanderkonus 71, Pinger 65 und ein Armkreuz 63, die sämtlich auf dem Dorn 20 in der gleichen Weise wie die obere ,Behälteranordnung 25 gelagert sind. Die untere Eompensatorfeder 29, die ähnlich der Feder 24 ist, ist unter der unteren Behälteranordnung 28 gelagert, wobei deren rmteres Ende gegen die unterre Fangkeilanordnung 30 anliegt.

Die untere Fangkeilanordnung 30 ist im wesentlichen genauso wie die obere Fangkeilanordnung 23 ausgebildet, wobei deren Teile i'n umgekehrter Reihenfolge vorkommen und besteht aus Armkreuz Fangkeilen 58, Ring 53, Element 52, Eangkeilen 49, Fangkeilen 48,

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Ring 44 und Element 42. Das untere Ende des Elementes 42 liegt gegen die Befestigungsmutter 31 an, die _;~:egen das untere Ende des Domes 20 veresohraubt ist.

Bei "bestiGimten Arbeitsvorgängen des Werkzeuges ist es wünschenswert, daß der Dorn 20 sur Dehnung unter bestimmten ledindungen, ■beispielsweise der Bedingung ausgebildet ist, die eintreten kann, wenn abwechselnd Druckmittel drücke in entgegengesetzter ..Lichtung auf das Werkzeug ausgeübt !herden. Einrichtungen, die diene Dehnung herbeiführen, sind in Form einer Vielzahl von Schlitzen 94 um das untere 3Me herum vorgesehen. Yorsugsweino sind drei Schlitze 94 um β*» 120° gegeneinander versetzt zentriert in drei Flaehseiten des hexagonalen Domes 20 vorgesehen, wIp arn besten Figur 10 zeigt. Abhängig von der Zugfestigkeit des Materials, welches den Dorn 20 bildet, ist es wünschenswert, daß der von den Schlitzen 94 überdeckte Teil des Dornes 20 etwa 10 /a Längung des -geschlitzten Teiles ausmacht. Der 'Zweck dieser Laugung besteht darin, daß der Dorn 20 gestreckt wird und nicht bricht, wodurch die Fangkeile 58 und 48 an einem Ende des Werkzeuges nach dem vorhergehenden Setzen der Fangkeile am anderen Ende des .Werkzeuges sich setzen können. Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Dorn 20 im Bereich der Schlitze 94 noch eine größere Zugfestigkeit als der schwache Punkt 19 aufweist, wodurch ein Setsen des Werkzeuges ermöglicht wird.

Wie die Figuren 5 und 6 zeigen, greifen die ringer 65'und 75 an jedem Ende des Packerelementes 26 ineinander und begrenzen dadurch das Packerelement 26 während dessen axialer Kompression. Zusätzlich sind die Finger 65 und 75 an jedem-Ende des Paakerelemantes 26 so ausgebildet, daB sie axial zusammengedrückt werden und hierdurch radial das Packerelement 26 nach^ Betätigung des Werkzeuges expandieren lassen. In der betätigten Stellung nehmen die Finger 75 und 65 die am besten aus Figur 6 ersichtliche .ineinandergreifende Lage ein.

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Bei der Betätigung des genannten Werkzeuges wird dieses, wie die Figuren 2A - 2E zeigen, zunächst zusammengebaut und her-■nacli in die Bolirlochverrohrung durch die in Figur 1 gezeigte Rohrleitung 12 einlaufen gelassen. Hernach wird das Setzwerk- aevLg "B "betätigt, wodurch das obere Ende des Dämpfungsgliedes in Kontakt mit dem unteren Ende de3 Zjrlinders 16 des Setzwerkzeuges kommt. Die verschiedenen obenbeschriebenen Scherstifte scheren dann nacheinander von oben nach unten durch, derart, daß die verschiedenen Teile des Werkzeuges axial zusammen und in die expandierte in Figur 1 dargestellte lege-"bewegt werden, wobei die langkeile 43 und 58 gegen die Innenfläche der Bohr-Iochve3?rohrung 13 greifen und die Finger 75 und 65. das Packerelement 26 enthalten.

Das Werkzeug ist insbesondere dafür geeignet, daS Packerelement 26 auf einem Durchmesser zu expandieren, der wenigstens gleich dem doppelten Ausgangsdurchmesser ist, und zwar mit einem Minimum an axialer Kraft. Nach dem Setzen des Werkzeuges in der oben beschriebenen Weise kann das Drahtseil"11 angehoben werden, wodurch das Setzwerkzeug 15 und der Kolben 18 entfernt werden, der vorher vom Dorn 20 am Sclierpunkt 19 während des Setzens des Werkzeuges abgeschert wurde.

Wird hernach ein Druckmittel unter das Werkzeug gegeben, so werden die Fangkeile der oberen Fangkeilanordiiung 23 in tieferen Eingriff mit der Wandung der Bohrlochverrohrung 13 getrieben. Wird dann Druck auf das obere Ende des Werkzeuges aufgebracht, so werden die Fangkeile der unteren Fangkeilanordnung 30 tiefer in Eingriff in die Oberfläche der Verrohrung 13 in ähnlicher Weise gebracht. Tritt dies ein, »o wird der Dorn 20 der zusätzlichen Längung im Bereich der Schlitze 94 ausgesetzt, wodurch die Fangkeile der oberen Fangkeilanordnung 23 noch in der tief eingebetteten Stellung durch die obere Kompensatorfeder 24 gehalten werden. Die gleiche Funktion wird durch die untere Kompensatorfeder 29 ausgeführt, wenn der Druck wieder

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umgesteuert wird. Die .Vedern 24 und 29 werden auch manchtnpl als Vorspannun^ßfederii bezeichnet.

Der Dorn 20 ist in der versperrten Stellung durch die Pangkeilsegmente 38 des Diimpfungsgliedes 22 versperrt und das Werkzeug kann dann von der Schachtbohrung, falls dies gewünscht werden sollte, durch Präsen oder Brechen entfernt werden. Somit solLteii die verschiedenen Komponenten des Werkzeuges vorzugsweise aus einem fräsbaren oder brechbaren Material hergestellt sein.

Das Werkzeug nach der Erfindung ist in der Lage, extreme Druckunterschiede in der Größenordnung von 100 000 englischen Pfund (45 400 kg) Stirnbelastung beispielsweise auszuhalten. Weiterhin ist das Werkzeug zum Setzen bei einem Minimum der axialen Kompression und'einwandfrei innerhalb des Bereiches der üblichen Setzwerkzeuge eingerichtet, deren Setzdrücke in der Größenordnung von 13 000 psi. (910 kg/cm ) liegen. Darüberhinaus besitzt das Werkzeug ein Packerelement, das in Bichtungsdrücken in der Größenordnung von 13 000 psi. (910■ kg/cn'") expandiert ve7?δ erkann. Daräberbinaus'besitzt das Werkzeug ein Pcckerelement, das in Dichtuiigseingriff mit einem Außendurchmesser expandiert .werden kann, welcher wenigstens gleich dem Doppelten des ursprünglichen oder Ausgangsdurchmessers ist. So ist es ohne weiteres zur Durchführung nach unten durch eine Verengung, beispielsweise eine Rohrleitung, geeignet sowie zur nachfolgenden Expansion zur Regelung der Arbeitsmittelströmung durch eine Schaohtbohrverrohrung unterhalb des unteren Endes der hierin hängenden Rohrleitung. .

Es hat sich ebenfalls herausgestellt, daß die besondere Ausbil-. dung des Elementes 26 sicher ist, um zu erreichen, daß das Packerelement auf den gewünschten Durchmesser mit einer minimalen Axialbe3ie0tung expandiert werden kann. Das Element 26 ist· besonders aufgrund der schraubengörmig geschwächten Zone ausgebildet, die so wirkt, daB das Packerelement 26 längs dieser

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".relit, mit dem Ergebnis, daß das. Packerelement 26 versucht," spiralförmig sich um sich seihst während der Bewegim;; in den In der figur 5 geneigten expandierten Zustand zu "bewegen. Anders ausgedruckt, die geschwächte Spiralzone vermindert die Größe des erforderlichen Axialdruckes zur Expandierung des Packerelementes auf den gewünschten Außendurchmessor und zur Schaffung eines geregelten Bruches hei Verformung.

Alternative Ausflümingsformen des Paekerloernentes sind in den Figuren. 7, 8 und 9 dargestellt, die in ähnlicher ΐ/else zur liftpandierung auf den gewünschten Durchmesser mit einem Minimum an aufgehraohtem Axialdruck ausgehildet sind.

So Ist/beispielsweise In Figur 7 eine allgemeine Seltenansicht eines andeven Packerelementes dargestellt, wobei eine Masse aus olastomerem Material in Form eines im wesentlichen röhrenförmigen G-ummielementes 101 einen schraubenförmigen Schnitt 102 hierin aufweist, der sich Über die gesamte Dicke des Elementes und im wesentlichen von einem Ende zum anderen Ende erstreckt.

Figur 0 zeigt eine weitere Ausführungsform eines geeigneten Päckerelementes 103 mit einer Vielzahl von linien oder geschwUchten Zonen 104, die ohne weiteres während der Expansion des Elementes auf dem Setz- oder Dichtungszustand brechen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß das Element φ 103 alternativ aus einer Vielzahl rechteckiger Kautschukquadrate oder dgl. zusammengesetzt sein kann, die beispielsweise durch Klebstoff aneinander haften, die jedoch längs der Klebstofflinien mit einem Minimum an Axialverdichtung reißen, die jedoch nicht desint egrieren und können durch die Behält ere inrichtung in Form oberer und unterer Behältoranordnungen 2Z und 28 im expandierten Zustand gehalten werden.

Figur 9 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer im wesentlichen röhrenförmigen Masse aus elastomerem Material mit

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einer Vielzahl diskreter !.'eile 1OfS aus Kautschuk oder dr;l., die innerhalb eines Elementes 109 umachloaaen sind, welchen federnd genug int, damit die Expansion radLaI nach nuQen naeh axialer Kompression möglich wird. Die Membran 109 dienb dazu, Teile 108 aufzunehmen, bis die 13eh?ilber?mordnun.~eri 25 und 28 den expandierten "ustand erreicht haben.

Das Werkzeug wurde zwar mit zwei iteihen !''ingorn an jedem .'.mrto des PackGrelementea 26 boschrieben, selbstverständlich können zusätzliche Heihen Yorgesehen sein, um s L ehe rauet eil en, el ρ. Π del· Kautschuk des Paokerelementes längs diesor nicht eztrudlert v/lrd.

In ähnlicher Weine wurde das Werkzeug mit zv/et Umfanf;nre Lhen von Keilen an jedem Wnde beschrieben, die zum Eingriff eilt der Verrohrung den Bohrloches angeordnet oind. IJa soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß ^weniger oder mehr !Leihen an beiden Enden des Werkzeuges abhängig -von Richtung und Größe der Kraft, denen das Werkzeug ausgesetzt v/ird, verwendet v/erden können. Jedoch 1st die Arbeitsweise des W_erkzeuges im wesentlichen die gleiche, -

Ebenfalls hat -sich herausgestellt, üs°> dann, wenn ein Packerelement der vorher beschriebenen Art in Kombination mit diesem Werkzeug beschrieben wird," die zur Expansion des Werkzeuges in den Dichtungszustand erforderliche Belastung etwa 1/4 derjenigen ist, die von einem massiven Packerelement gefordert wird, welches keine solche geschwächte Zone oder die vorbeschriebene Anordnung aufweist.

Die allgemeine Bezeichnung des elastomeren Packereiemente3 ist die, daß das Material 1 500 psi bis 4000 psi (105 - 280 kg/cm²) Zugfestigkeit bei einer Dehnung von 200 f, bis 400 fo aufweist. Wird ein einstüälciges Element, beispielsweiae das Packerelement 26 mit einer Abmessung von 44,5 mm AuQendurchmesser

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(1 3/4 ") und 19 min Innendurchmesser (5/4 ") und von einer axialen Länge von 91 cn (56 ") stirnseitig auf 15,24' cm Lance (6 ") komprimiert, so beträgt der Außendurchmesse]? 10,16 cm (4 "j und befindet es sich, in einem Eolir, so liegt die praktische Materialgrenze bei einer Dehnungsfestigkeit von 500 ■;'·, bevor die Bruchfestigkeit in einem 5eil des.verformten Querschnittes erreicht ist. Bs hat sich herausgestellt, daß die mittlere Sti3?nbelastung, die an einem Neopren weicher Sorte gefordert v,^Tird, wo- das Element nicht mit einer gewehweichten Zone versehen ist oder sonst erfindungsgemäß ausgebildet ist, etwa 49,2 kg/cm (700 psi) beträgt, was zu etwa 3 860 kg/cm (8 500 engl. Pfund) Gesamtoürnbelastung in einem Rohr von 10,16 cm Innendurchmesser (4 ") führt. Diese Belastung beruht auf dem Seil des Elementes, das bis au seinem maximalen Ausmaße gesteigert ist und eine Zugfestigkeit über 105 kg/cm (1 500 psi) erfordert.

Eb aeifjt sich, daB dann, wenn "dan I53.er.ent dan gleiche Yolumen in Bruchstücken und/oder Stücken aufweist, die sich in regelbare::T'ieise wieder stapeln oder wieder anordnen lassen, um sich der neuen Abmessung des Hohlraumes, in dem sie gedrückt'werden, anzupassen, die Stirnbelastung relativ klein wird. If ach dieser Heuordnung der Stücke des Elementes unter wesentlicher Anpassung an den Hohlraum liegen die erforderliche Kompression und Expansion zum Dichten und Packen bei etwas weniger als 100 'jO und nicht etwa bei den 200 fo bis 600 f* Expansion und Kompression wie bei einem zylindrischen, praktisch massiven Element gefordert wird. ' *

Da der prozentuale Anteil der Kompression und Dehnung auf diese Weise in erheblicher Vfeise reduziert wird, wird auch die entsprechende Belastung'in kg/cm erheblich vermindert und die gesamte si]trnbelästung, die erforderlich ist, um das Element abzudichten oder zu packen, wird erheblich um den gleichen Anteil vermindert.

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Die folgende Aufstellung seigt die Querschnittsfläche eines MasDivcletientes und eines Paökerelementec nach der Erfindung, welches in Anpassung an verschiedene Rohrgroßen expandiert wurde, wobei ein entsprechender Druck und eine gesamte otirnle.st :?ür beide wie folgt erforderlich sind:

n' nnen durchmesser

Expandierte Querschnittsflache des
Elementes

Massives Packerelement, Si^trnbelastunr-"bei 49,2 kß/cm^ (700 psi).

Erf. Packerelement, Stirnbelastung be4

10,16 cm
12,7 cm
16,12 cm

79 era² (12,2;in²) 125 cm² (19,3;'in²) 204 cm² (31,6;in²)

3 8Θ0 kg (8540

Unkontrollierter Bruch 4 540 kg = 10 000 φφ +)

Unkontrollierter Bruch 4 540 kg = 10 000 φ£ -!-)

820 kg (1830 1320kg (2895 2150kg (4740

Es Hcigt sich, daß das massive Element versagt, hevor noch eine Abdichtung im Rohr mit einem Innendurchmesser von 12,7 cm (5 ") und größer erreiebt wird, und pwar vregen des unkontrollierten Iruches; eine · Yerv/endung für den beabsichtigten Zvreck war daher nicht möglich. Dagegen expandiert das Packerelement nach der .lUrfindung auf sSmtlic^e der drei genannten Größen, und «war. mit wesentlich geringerem Stirnbelastungsdruck. ^

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand weniger Jaieführungsformen erläutert; änderungen und Ab-; änderungen liegen im Rahmen.der Erfindung.

Pat ent ansprü ehe

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Claims (1)

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PAIBHIAHSHIÜOHE

1.) Werkzeug für ein Bohrloch -sum Hegeln deo Spülungsstromes durch eine Bohrlochverrohrmi:.; an einer Stelle unter ATostand unterhalb einer Verengung in dieser Verrohrung, gekenn- -3Giab.net durch einen Körper, der zur Durchführung nach unten durch die Verengung in der Verrohrung angeordnet ist, eine im v/eoentlichen röhrenförmige Masse aus elastomerem Material, die durch den Körper getragen und zur Durchführung durch die Verengung und zur axialen Kompression und der radialen Expansion auf einen Durchmesser wenigstens gleich dem doppelten Anfangsdurehmesser ausgebildet ist} und durch relativ zum Körper bewegliche Einrichtungen zur axialen Kompression und radialen Expansion der Masse auf einen Durchmesser, der wenigstens gleich dem doppelten Anfangsdurchmesser ist, und zwar in Dichtungseingriff mit der Verrohrung an einer Stelle unterhalb der Verengun

2.) Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Expandieren der röhrenförmigen Masse eine Vielzahl von radial ausfahrbaren Ungern angeordnet ist, um jedes Ende aer Masse zu erfassen und zu halten} und durch Einrichtungen, die eine relative Axialbewegung.der Singer an einem Ende der Masse gegen die Finger am anderen Ende der Masse durchführen ; und hierbei axial die Masse komprimieren und radial in Diohtungs-Stellung expandieren.

3.) Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger an jedem Ende der Masse über den Umfang verteilt sind und eine Reihe dieser Finger an jedem Ende bilden, wobei die Finger in jeder Reihe einen spitzen Winkel mit der langen Achse der Masse in expandierter Lage bilden.

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r, ■

4.) Werkzeug-nach .Anspruch 3» dadurch, gekennzeichnet, dal? eine zweite Reihe dieser finger in der Mhe wenigstens eines Endes der Masse angeordnet lot und dem Werkzeug größere Widerstandsfähigkeit gegen Spülungsdruck gegen das andere. Ende der Masse verleiht, unä die finger der zweiten Reihe vertikal versetzt zu den Fingern der "benachbarten Reihe sind und zwischen diese greifend ausgebildet sind.

5.) Werkzeug nach Anspruch 3, dadtirch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Expandieren der Masse jeder !leihe von Fingern zugeordnete* IFockenausMldungen aufweisen, die die Finger radial nach außen nach Betätigung unter TTockenwlrlcung

drücken.

6.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 3» 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß jede Reihe von Fingern auf einem vom Körperelement getragenen Armkreuzelement angeordnet ist und daß das Körperelement Stelleinrichtungen zum Halten der Armkreuzelemente gegen Drehung hiermit aufweist.

7.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fockenelnrichtungen einen im wesentlichen konischen Expanderkontis₌ aufweist, wobei wenigstens eine Reihe der Finger mit Zähnen versehen ist» die den Expanderkonus in der Nähe hiervon nach Betätigung der Masse in den expandierten Zustand erfassen.

8.) Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch dem Körper zugeordnete Sperreinrichtungen zum Versperren der Masse in der expandierten Stellung.

9.) Bohrwerkzeug nach Anspruch ; 2, gekennzeichnet durch Halteeinrichtungen, die wirksam der röhrenförmigen Masse zugeordnet sind, um diese röhrenförmige Masse an einer Stelle und

im Loch zu befestigen, Ό aVir/λ ι / >

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10.) ^ohrwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, ^Λ.ρ,^ρ' die Halteeinrichtung eine Yi el ζ aiii von axial unter Abstand von ,iedem Ende der Masse angeordnete Fangkeile aufweist, die zur Betätigung in die Setsstellunc angeordnet sind und die Yerrohrunr bei Auf treffen der Expansion der Masse erfassen, wobei die Fa.n.~keile an einem Ende der Hasse angeordnet sind, um größeren Widerstand ßegen Arialkrsft in der Bichtung von der Hasse an liefen¹ als die Fangkeile am anderen Snde der Hasse als Kraft in entgegengesetzter Itichtung liefern.

11.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, de'-¹ die ZPangkeile in Umfangsreilien um das Werkzeug herum anceordnet sind, wobei π ede Reihe durch ein auf dem Eörpe:·: gelagertes Armkreuz get:?agen ist.

12.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 9» 10 oder 11, gekennzeichnet durch Vorspanneinrichtung®», die wirksam zwischen den HaI-teeinrichtuiigen und den Fingern an einem Snde der Masse verbunden sind, um eine Yorspamiungskraft auszuüben, die die Falteeiii??iolitunfjen und die Finger aerial voneinander fort drückt und C¹Ie Finger und die Halteeinriclitungen in der eingerückten Lage hält

■-.. 13.) Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da.$ die Masse die Form eines im wesentlichen röhrenförmigen Elementes mit einer spiralförmig geschwächten Zone hierin aufweist.

14.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwächte Zone im röhrenförmigen Element die Form eines spiralförmigen Y-artig gestalteten Schnittes aufweist, der sich von einem Ende zum anderen im -wesentlichen erstreckt.

1,5.) Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß-die röhrenförmige Hasse des elastome- :' >>- / 909829/0343

roil Mater?!als sum brechen längs einer Vielzahl geschwächter „ Zonen ahh^ngig von dem Arialdruck angeordnet ist.

16.) Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1Ms 12, dadurch gekennzeichnet, da,/? die röhrenförmige Hasse des elastomeren Materials in lorm einer Vielzahl von Stricken aus elastomeMaterial, die in einer Membran umschlossen sind, "besteht.

17.) liohrworkseug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die Öffnung durch die Verengung einen Durchmesse:? kleiner nie etwa der hr.lre rureohuerjser der 30¹Ur

aufweist.

18.) ."johrver-kseiiQ" nech Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, .P die Yerengunj eine in der Yerensung hängende Hohrleitung ist.

19.) Bohrv/erlrseug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Packerelement mit einer auf dem Eörper gelagerten röhrenförmigen Masse, wohei die röhrenförmige Masse aus einer Hinglage aus elastomerem Material besthht, die sur Umv/andlung in eine Vielzahl von Schichten hei Anwendung, einer Axialverdichtung "bestimmter Größe angeordnet ist, derart, daß der Außendurchmesser vergrößert wird. - .

20.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage aus elastomerem Material zunächst mit einer spiralförmigen geschwächten Zone versehen ist, die die Umwandlung in eine Vielzahl von Schichten erleichtert.

21.) Bohrwerkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmig geschwächte Zone in FoM eines spiralförmigen Schnittes ausgebildet ist.

' .22_;._;) lohrwerkseug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch c±ji Packer element, hei den die röhrenföruzigeJIcaGe auf-Aera Körper

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,2;ß\°..'-'crt ist, wobei d~" Packorcleiiont mir Zelep-^op^ewe.^uif; "¹^eI invreniLiin ' einer, vorbestiüiuiten Kraft ausgebildet ist, "i-rodure·^. δ es Z-lotient r.it einer 7ielsa^vl von la^en. verseilen v.'ird, wodtircl der Aur^;eiidiirohtn.3sser .^esteifert vrird.

23.·) r.o1irverkseii~ nae'.:- Anspruch 22, cL^dnrro¹;. ^ekeiinseio da° elco rcvc3.:o:.-'element sim'ic'ist eine einsi^e liingsc^iclit Fxifi<rei3t ^•-nG. nr.cl: .uiv-endims der vorT-jectiir'aiter- Krc.f-iA^-sc^ni-jte des "JIenion.tes spir^lföruiis eines sxif deci cmdereii sie¹"¹, ausbilde;."-., derart, ' eic.?, der riu^ere Durchmesser des Elementes Yerr;rö£ert \:^A-?ö.,

24.) Verfahren sum Kegeln einer Gtröcurv oder ^jrilMn^ d^ro¹-eine "'o^.rloc^i^arro^run'; p.n einer Stelle ^uiter^-X'· einer 7er-οί·{τ.η;; Io der r.o^-rloc^verro^irung, dadurch ^ekertn^eic^.net, drf· cii:e rrsse -aus elastonerem Ilaterial nacii unten durch die 7erer.-'m;· ,-ref'ilirt v,^rird, da? die !'lasse axiol kompri^r"iie:-.'t vxß. dP-'lbirc"¹-" "^:-°c!i;:l..?..u:C einen Durc'nesner vreni^stenn gleich dem doppelten Aus "">ί"3durchmesser und in Dichtungsein-'-riff rd-t der 7erro""irur." arrpar.diert v.^rird, und dr.?· die "asse ir. der expandierten und di-3 !tender. 3tellun~ in der 7erro!i.rim.'" versperrt vird.

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