DE1929327A1 - Packer mit Verankerungsvorrichtung fuer eine Tiefbohrung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE , I vJ /. ν? Q C, f

DH.ing. H. NEGENBANK · DIPL.-ING, H. HAIICK · dipl.-phys. W. SCHMITZ HAMBÜHG-MÜNCHBN ZUSTELLITNGSANSCHRIFT: HAMBÜHG 86 · NEUEH WALL 41

TEL. 38 74 28 UND 36 4110

XElEOR. NEGEOAPATENT HAMBUHG MÜNCHEN 15 ■ MOZAHTSTH. 23

TEX..338O586

TBlEGH. NEOSDAFATENT MÜNCHEN

HAMBTJHG,

L 7. Juni 1969

Byron Jackson Incorporated,
6505 Paramount Boulevard,
long Beach, Kalif. (T* St. A.)

gacker mit Terankerungsvorrichtung für eine Tiefbohrung.

diese Patentanmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial ITo. 735 887 vom 10. Juni 1968 in Anspruch genommen.

Bei bestimmten Behandlungsverfahren von unterirdischen Erdformationen, die von einer Tiefbohrung durchquert werden, ist es wünschenswert, einen Packer oder einen Brüekenstopfen an einem Drahtseil oder einem Gestänge in das Bohrloch einzufahren und so zu setzen, daß er eine das Bohrloch überbrückende Abdichtung bildet und ein in das Bohrloch gedrücktes Strömungsmittel oberhalb des Brückenstopfens von dem Bohrloch aus in die unterirdischen Erdformationen eingeführt werden kann. Derartige Packer oder Brückenstopfen werden andererseits auch dazu verwendet, einen unterhalb der Erdoberfläche und unterhalb des Packers vorhandenen Druck aufrecht zu erhalten.

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Derartige Brückenstopfen und Packer müssen in einem Bohrloch, "verankert bleiben, auch wenn auf diese Druckunterechiede in einer der beiden Richtungen ausgeübt werden, d.h. entweder ein Hochdruck unterhalb des Brückenstopfens oder Packers oder ein Hochdruck oberhalb des Brückenstopfens oder Packers. !Typischerweise werden für Brückenstopfen und Packer, die mit Drücken in beiden Richtungen verwendet werden können, Keilelemente verwendet, die mit einer konischen Expanderoberfläche zusammenwirken und das Werkzeug bei Auftreten eines hohen Druckes unterhalb des Werkzeuges gegen eine nach oben gerichtete Verlagerung innerhalb der Verrohrung verankern können. Ein weiterer Satz von Keilelementen wirkt dabei mit einer weiteren konischen Oberfläche zusammen und dient "bei Auftreten eines hohen Druckes oberhalb des Werkzeuges zur Verankerung desselben gegen einen nach unten gerichtete Verlagerung innerhalb der Verrohrung. Wenn sich die Richtung des höheren Druckes ändert, muß die Verankerungsfunktion von dem einem Satz von Keilelementen und der zugehörigen Expanderoberfläche auf den anderen Satz von Keile lementen und die diesen zugeordnete Expanderoberfläche umgeschaltet werden. Dabei kann der an dem Brückenstopfen oder dem Packer anliegende Druckunterschied ganz erheblich sein, so daß die Keilvorrichtung nicht nur robust ausgeführt sein sondern auch in der lage sein muß, in positiver Weise in einen Verankerungseingriff mit der Verrohrurigswand gebracht zu werden. Dabei ist es gleichfalls zur Vermeidung kostspieliger Bohrarbeiten wichtig und notwendig, daß sich

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α ie Keilvorrichtung löst, wenn die Verankerungsvorrichtung gelöst werden soll, um den Brückenstopfen oder den Packer in eine andere Lage innerhalb des Bohrloches zu bringen oder (ließen ganz aus dem Bohrloch heraus zu ziehen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Packer mit einer zugehörigen Verankerungsvorrichtung für eine Tiefbohrung, wobei der Packer in einer solchen Weise ausgebildet ist, daß er den vorgenannten Anforderungen gerecht wird.

Die bekannten Ausführungen.von Packern oder Brückenstopfen für liefbohrungen, welche doppelte, zur Halterung dienende Keilelemente und Expandervorrichtungen aufweisen, sind beispielsweise aus den nachstehend genannten Patentschriften ersichtlich:
U.S. Patentschrift Nr. 3,332,494, Erfinder Scott,

Anmeldetag 25. Juli 1967 U.S. Patentschrift Nr. 3,158,202, Erfinder Lewis u.a.,

Anmeldetag 24. November 1964

U.S. Patentschrift Nr. 2,806,532, Erfinder Baker u.a.,

' Anmeldetag 17. September 1957.

In der Patentschrift von Lewis u.a. sind äußere Manschetten dargestellt, welche auf einem Packerdorn verschiebbar gelagert sind und sich gegenüberliegende Keilelemente tragen, die mit entsprechenden konischen Oberflächen eines doppelseitigen Expanders in Eingriff kommen können, wobei die Manschetten durch zur Erzeugung eines Reibungswiderstandes

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dienende Federn miteinander verbunden sind, welche eich, durch den Doppelkonue des Expanders erstrecken. Im Gegensatz zu den äußeren Manschetten, die durch Zugfedern mit- ' einander verbunden sind, ist in der Patentschrift von Scott ein Expander mit zwei konischen Endabschnitten zwischen einem oberen und einem unteren Satz von Keilelementen dargestellt, wobei die Keilelemente an einer herkömmlichen, zur Erzeugung eines Reibungswiderstandes dienenden Torrichtung gelagert sind und die oberen und die unteren Keilelemente durch eine Stange fest verbunden sind, deren Enden mit den entsprechenden Keilelementen verschweißt sind und die sich durch den Doppelexpander erstrecken. In der Patentschrift von Baker u.a. sind die oberen und die unteren Keilelemente außerhalb des Werkzeugdorns zwischen einem nach unten weisenden konischen Abschnitt und einem nach oben weisenden konischen Abschnitt miteinander verbunden, wobei die beiden konischen Abschnitte dazu dienen, die oberen und die unteren Keilelemente in einen Verankerungseingriff mit der Verrohrung zu bringen.

Um den -Anforderungen der Unempfindlichkeit, Bestimmtheit der Verankerungsbetätigung und leichter und problemloser Freigabe zu genügen und um weiterhin die Verwendung von Vorrichtungen wie beispielsweise äußere Manschetten, die durch Federbügel miteinander verbunden sind und unabhängig voneinander betätigbare Keilelemente oder starre Stangen tragen, welche die Keilelemente miteinander verbinden,

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so daß die Keilelemente nicht unabhängig voneinander betätigbar sind, sowie um einen -vernaltnismäßig komplexen Auf-"bau sich gegenüberliegender konischer Abschnitte und mittlerer Keilelemente einer Ausführung zu vermeiden, die beispielsweise in einer der vorgenannten Patentschriften dargestellt ist, wird durch die Erfindung ein Packer oder ein Brückenstopfen angegeben, der eine unempfindliche und leioht zu- . sammenzubauende Verankerungsvorrichtung aufweist, die eine einwandfreie und sichere Betätigung gewährleistet und so konstruiert ist, daß sie eine problemlose !Freigabe ermög-■ licht. .

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Packer oder dem Brückenstopfen ist eine Verankerungsvorrichtung in der Form eines Expanders mit sich gegenüberliegenden konischen Expanderoberflächen vorgesehen, die als fester Bestandteil eines Abschnittes des Packerdorn ausgebildet sind, und wobei zwei Sätze von Keüelementen durch ein Verbindungsglied miteinander verbunden sind, das sich innerhalb des Boras befindet, und jedes Keilelement die typische Form eines Abfangkeils aufweist, unabhängig von den anderen Elementen betätigbar ist und in unempfindlicher Weise an dem üblichen !-Kopf gelagert ist. Weiterhin sind die Keilvorrichtungen so ausgelegt, daß sie innerhalb des Bohrloches stationär gehalten werden können, wenn der Dorn durch eine an sich bekannte und störungsfreie Vorrichtung zur Erzeugung einqs Reibungswiderstandes in Längsrichtung in einer der beiden . Richtungen bewegt wird.

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Der vorgeschlagene Packer mit Verankerungsvorrichtung für" ' eine Tief bohrung ist er findungs gemäß dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsglieder, welche eine Keilvorrichtung und einen Expander so miteinander verbinden, daß diese in bezug auf eine andere Keilvorrichtung und einen anderen Expander gemeinsam in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden können, einen inneren, rohrförmigen Dorn aufweisen, der sich in Axialrichtung innerhall} eines Dornkörpers und durch eine zweite Keilvorrichtung und den Expander erstreckt, sowie Verbindungsvorrichtungen dünn den Dornkörper geführt sind und den Dorn mit einer ersten Keilvorrichtung und dem Expander verbinden.

Der erfindungsgemäße Packer oder Brückenstopfen läßt sich auf leichte Weise lösen, auch wenn er in einem Bohrloch aufgrund eines erheblichen, an dem Packer angreifenden Druckunterschiedes verankert worden ist, durch welchen die Keilelemente oder Abfangkeile mit großer Kraft gesetzt worden sind. ' .

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Verankerungs-Teilvorrichtung eine zur Erzeugung eines Reibungswiderstandes dienende Torrichtung, obere und untere, zur Verankerung dienende Keilelemente und einen mittleren konischen Abschnitt auf, der als eine Einheit in den Packer eingesetzt werden kann.

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Weitere Merkmale, sowie die Vorteile der Erfindung werden anhand der SeSchreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Pig. 1a und 1b bilden zusammen einen Längsquerschnitt durch einen ziehbaren Brücke ns topfen nach der Erfindung, welcher innerhalb der Verrohrung angeordnet ist und. sich in dem zum Einfahren des Stopfens in die Verrohrung dienenden Zustand befindet, wobei E¹Ig. ,1b eine untere Verlängerung der Fig. 1a darstellt;

Pig. 2a und 2b bilden zusammen einen Längsquerschnitt, welcher im allgemeinen der Darstellung der Pig. 1aund 1b entspricht, wobei Jedoch der Stopfen in der Verankerungsstellung innerhalb der Verrohrung unter dem Einfluß eines hohen Druckes oberhalb des Stopfens dargestellt ist;

Pig. 3 ist ein senkrechter Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1b;

Pig. 4 ist ein senkrechter Schnitt entlang der Linie 4-4- der Pig. 2b.

In der Darstellung der Pig. 1a und 1b besteht der ziehbare BRückenstopfen nach der Erfindung aus einem länglichen Innenglied 1, das'bei 2 durch ein Gewinde mit einem oberen Einstellköpf 3 verbunden ist. IM das Innenglied 1 herum ist ein äußeres Glied, welches in senkrechter Richtung länglich ausgebildet ist und die Porm einer Rohranordnung 4 aufweist,

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angeordnet. An dem äußeren Glied befinden eich in einem gegenseitigen Axialabstand Verankerungsvorrichtungen 5_t die mit der Wand eines Bohrloches oder mit der Wand einer Verrohrung in einen Eingriff gebracht werden können, eowie am unteren Ende des Werkzeuges allgemein mit. 6 bezeichnete Reibungsvorrichtungen, die mit der Wand des Bohrloches oder der Verrohrung in Eingriff gebracht werden können, und allgemein mit 7 bezeichnete Abdichtungsvorrichtungen, die gleichfalls mit der Bohrlochwand oder der Verrohrung in Eingriff gebracht werden können. An dem unteren Ende des äußeren Gliedes 4 ist eine untere Kappe oder ein Rundkopf 8 auf geeignete Weise innerhalb des offenen unteren Endes des äußeren Gliedes 4 befestigt. .

Das äußere Glied oder die Rohranordnung 4 besteht aus einem unteren Rohrkörper oder einem Dorn 9, an dessen unterem Ende der Rundkopf 8 befestigt ist und an dessen oberem Ende ein Reibungsblockkäfig oder -üJräger 10 verschiebbar angeordnet ist, welcher eine mittige Ausnehmung 11 aufweist, durch welche der Rohrkörper 9 hindurchgeführt ist. Der Käfig 10 weist mehrere, in Radialrichtung verlaufende Schlitze oder Hüten 12 auf, die zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl in Radialrichtung verschiebbarer Hemmblöcke 13 dient, deren, äußere ReJ.bungsoberflachen H in einen Eingriff mit der Verrohrung gebracht werden können. Die Hemmblöcke 13 sind durch Federn in einen Reibungseingriff mit der Wand der Verrohrung C beaufschlagt. In der hier dargestellten Ausfuhrungsform beste-

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hen die !Federn aus mehreren Sehraubenfödern 15» welche die Hemmblöoke 13 nach außen beaufschlagen und sich gegen die Basis der zur Aufnahme der Hemmblöcke dienenden Schlitze 12 abstützen* Die nach außen gerichtete Verschiebung der Hemmblöcke 13 wird durch Halteringe 16 und 1? begenzt, wel- ' ehe jeweils an dem oberen und dem unteren Ende des Reibungsblockkäfigs angeordnet und an diesem durch Schraubenbolzen 18 bzw. 19 befestigt sind.

Der Reibungsblockkäfig 10 trägt einen oberen Satz von Keilelementen 20 und einen unteren Satz von Seile lementen 21, welche jeweils mit nach oben weisenden Zacken oder Zähnen 22 bzw. nach unten weisenden Zacken oder Zähnen 23 versehen sind und in der nachstehend beschriebenen Weise in einen Eingriff mit der Wand der Verrohrung 0 gedrückt werden können. Die Keilelemente 20 des oberen Satzes weisen' jeweils unabhängig voneinander verschiebbare Srägervorrich-* tungen auf» durch welche diese an dem unteren Ende des Reibungsblockkäfigs 10 gelagert sind. Die Torrichtung besteht aus !-Kopfstücken 24, welche in !-Schlitzen 25 des Reibungsblockkäfigs 10 angeordnet sind, welche sich in seitlicher Richtung öffnen. Der Haltering 17 für die Hemmblöcke weist auf dem Umfang in gegenseitigen Abständen angeordnete Endvorsprünge 1?a auf, die in seitlich verlängerte Schlitze 17b der I-Kopfstücke 24 hineinragen und gegen die Endflächen 17c der Schlitze 17b anstossen, wodurch sie .eine nach außen gerichtete Verschiebung der Keilelemente 20 begrenzen

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WSPEOTED

und diese in einer Baugruppe mit dem Reibungsblockkäfig 10 _λ zusammenfassen. Gegebenenfalls können die Keilelemente 20 auch durch eine geeignete Ringbandfeder 26 oder durch andere, elastisch federnde Vorrichtungen wie beispielsweise einen aus Gummi bestehenden O-Ring elastisch federnd in einer inneren Lage zurückgehalten werden.

Die Keilelemente 21 des unteren Satzes werden durch einen unteren Trägerring 27 für die Keilelemente gehalten, der auf dem unteren Rohrkörper oder dem Dorn 9 verschiebbar gelagert ist. Dieser Trägerring 2? lagert die Keilelemente 21 in einer solchen Weise, daß sie unabhängig voneinander. in seitlicher Richtung verschoben werden, können, wobei diese Lagerung derjenigen für die oberen Keilelemente 20 entspricht, die durch den Reibungsblockkäfig 10 gehalten werden. Jedes Keilelement 21 weist ein T-Kopfstück 23 auf, das sich innerhalb eines in seitlicher Richtung offenen Ϊ-Sehlitzes 29 befindet, der seinerseits in dem Trägerring für die Keilelemente angeordnet ist· TTm den Trägerring 27 für die Keilelemente herum ist ein Sicherungsring 30 vorgesehen und wird durch geeignete Schraubenbolzen 31 gehalten. Dieser Sicherungsring 30 weist auf dem Umfang in Abständen angeordnete Endvorsprünge 30a auf, welche in seitlich geöffnete Schlitze 30b in den T-Kopfstücken 28 hineinragen; und mit ein$r Endfläche 30c des Schlitzes 30b in Eingriff kommen können, um eine nach außen, gerichtete Verschiebung der Keilelemente 21 zu begrenzen. Auch hier kann gegebenen-

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falls eine geeignete Ringbandfeder 32 oder eine andere Vorrichtung vorgesehen sein, Um die'Keilelemente 21 normalerweise in einer inneren Lage zurückzuhalten.

Zur Verbindung des Reibungsblockkäfigs 10 mit dem Trägerring 27 für die Keilelemente, so daß die oberen und die unteren Keilelemente 20 /bzw. 21 sich in bezug auf den Rohrkörper 9 nicht in Längsrichtung verschieben können, ist ein innerer Dornabschnitt 33 kleineren Durchmessers vorgesehen und innerhalb des Rohrkörpers oder Doms 9 verschiebbar angeordnet. Verschiebungsvorrichtungen in der Form einer oberen Queretange 34 und einer unteren Querstange 35 dienen zur Verbindung des oberen Endes des inneren Dornabschnittes 33 mit dem Reibungsblockkäfig 10 und zur Verbindung des unteren Endes des Dornabschnittes 33 mit dem Trägerring 27 für die Keilelemente. Die Querstange 34 verläuft durch komplementäre Ausnehmungen 36 in dem inneren Dornabschnitt 33» durch senkrechte Langschlitze 37 in dem äußeren Rohrkörper oder Dorn 9 und durch komplementäre Ausnehmungen 39, welche zwischen zwei benachbarten Hemmblöcken 13 in dem Reibungsblockkäfig 10 angeordnet sind. Die Querstange 34 kann in geeigneter Weise mit dem Reibungsblockkäfig 10 und dem inneren Dornabschnitt 33 verbunden sein, beispielsweise durch Halteschrauben 40, welche in die Enden der Querstange 34 eingeschraubt sind und mit ihren Schraubenköpfen in einem Eingriff mit dem Reibungsblockkäfig 10 stehen. Die Querstange 35 verläuft entsprechend der Querstange 34 durch

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komplementäre Ausnehmungen 4-1 in dem inneren Dornabschnitt 33, durch Üangschlitze 42in dem äußeren Rohrkörper oder Dorn 9 und durch komplementäre Ausnehmungen 45 in dem Trägerring 27 für die Keilelemente. Sie Querstange 55 kenn in entsprechender Weise mit dem inneren Bornabschnitt 35 und dem Trägerring' 27 durch. Halte schrauben 44 verbunden sein, welche in die Enden der Queretange 35 eingreifen und alt ihren Schraubenköpfen in einem Eingriff mit dem JErÄgtrring 27 stehen. Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt, bilden der innere Bornabschnitt 53 und der äußer« Born 9 in Verbindung mit dem Zrägerring 27 für die Eeileleaentt und dem Reibungsbloekkäfig 10 eine zusammengehörende Seilanordnung. Die Langsohlitze 37 und 42, durch welche die ent-r sprechenden Querstangen 34 und 35 hindurchgeführt sind $ .$·- statten eine Verschiebung der oberen und unteren Eeileleae&te 20 bzw. 21 in beesug auf den äußeren Rohrkörper oder Born

Bie Verankerungsvorrichtung 5 weist ausser den oberen und den unteren Keilelementen 20 bzw. 21 einen mittig angeoräneten Expander 45 auf, der aus einem nach oben weisenden konischen Abschnitt 46 und einem nach unten weisenden konisohen Abschnitt 47 besteht. Biese konischen Abeohnltte 46 und 47 des Expanders 45 können in einer solchen Weise mit) den sich gegenüberliegenden, abgewinkelten Oberflächen 46a und 47a an den oberen Keilelementen 20 und den unteren Keilelementen 21 zusammenwirken, daß eine nach oben gerichtete Verschiebung des Rohr dorre 9 und des mit diesem verbundenen

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Expanders 45 in bezug auf die Reibungsvorrichtung 6 eine unabhängige, nach außen gerichtete Ausdehnung der Keilelemente 20 bewirkt. Entsprechend ruft eine nach unten gerichtete Verschiebung des Dorns 9 in bezug auf die Reibungsvor- . richtung 6 eine unabhängige, nach außen gerichtete Ausdehnung der Keilelemente 21 hervor. In jedem der beiden vorgenannten

/sieh ■
!Fälle können die anderen Keilelemente jeweils frei in ihre. normale, innere lage verschieben. Eine Verschiebung der Keilelemente 20, bzw. der Keilelemente 21 hat auf die jeweils anderen Keilelemente lediglich die Wirkung, diese für eine Ablösung von der Verrohrungswand freizusetzen, wenn die mit dem Expander in Eingriff stehenden Keilelemente in einen Verankerungseingriff mit der Verrohrungswand nach außen geschoben werden.

Die aus dem äußeren Rohrkörper oder Dorn 9 der Reibungsvor- ' richtung 10 und der durch den Dorn 9 gehaltenen Verankerungsvorrichtung 5 bestehende !Seilanordnung weist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Verbindungskopf 48 in der Form eines länglichen Gliedes auf, welches sich innerhalb des inneren Dornabschnittes 33 und des nach oben vorstehenden Abschnittes des Rohrköppers oder Dorns 9 befindet und einen in Axialrichtung verlaufenden Querschlitz 49 aufweist, durch welchen die Querstange 34 hindurchgeführt ist. Der Verbindungskopf 48 kann an seinem oberen Ende durch eine Gewindeverbindung 48a mit dem unteren 'Ende des bereits erwähnten länglichen Innengliedes oder des inneren

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Einstellgliedes 1 verbunden werden, so daß das Einstell- ^ ,,glied entweder die Verankerungsvorrichtung 5 in Längsrichtung innerhalb der Verrohrung verschieben kann, wenn sich der Expander 45 in einer mittigen. Lage zwischen den Xeilelementen 20 und 21 befindet, oder auch den Verbindungskopf 48 in bezug auf die Querstange 34 in eine solche Lage einstellen kann, daß der äußere Rohrkörper 9 in Axialrichtung der Anordnung frei in beiden Richtungen verschoben werden kann, während die Reibungsvorrichtung 6 den Expander 45 festhält.

Der Rohrkörper 9 des äußeren Rohrgliedes 4 ist an seinem oberen Ende durch ein Gewinde 9a mit dem Unterteil 50 eines allgemein mit 51 bezeichneten Ventilgehäuses verbunden. Dag Unterteil 5Oj weist an seinem oberen Ende einen napfförmigen Abschnitt 52! auf, der sich nach außen verbreitert und an mehreren Stellen seines Umfanges mit Längsschlitzen 53 versehen ist, welche Durchflußkanäle bilden« Eine rohrförmige Packerhalterung 55 ist bei 54 durch ein Gewinde oder auf andere Weise mit dem napfförmigen Abschnitt 52 verbunden. Das obere Ende der !Packerhalterung 55 ist durch ein Gewinde 56 oder dergleichen mit einem umgekehrten, napfförmigen Glied 57 verbunden, welches auf seinem Umfang in gegenseitigen Abständen mehrere Schlitze 58 aufweist, die durch λ die Packerhalterung 55 hindurch mit den Durchlässen 53 in Verbindung stehende Durchlässe bilden. Dieses napfförmige Glied 57 ist an dem unteren Ende eines nach oben vorstehen-

j den Ventilkörpers 59 ausgebildet.

An der Paokerhalterung 55 ist ein Paar -von Abdiehtungsvorrichtungen in der Form von Backerschalen angeordnet» die in entgegengesetzten Richtungen weisen und jeweils mit 61 und 62 bezeichnet sind. Die Schale 61 Weist eine nach oben, vorstehende Lippe 63 auf, die in einen Eingriff mit der Bohrlochwand oder der Yerrohrungswand kommen kann, während öle Schale 62 eine nach unten vorstehende Lippe 64 aufweist, welche alt der Wand des BQhrloohes oder der Terrohrung in Singriff kommen kann. Di® Lippen 63 und 64-haben dabei innerhalb des Bereiches der Schlitze 53 und 58 einen Abstand von den napffönnigen Gliedern 52 und 57· Sie Schale 61 stößt an ihrem unteren Enfie gegen einen Paßring 65, welcher um die Packerhalterung 55 herum angeordnet ist. Gleicherweise steht die Schale 62 an ihrem oberen Snde in einem Singriff mit einem Paßring 66. Ser Paßring 65 hat an seinem Innenrand einen Sitz 67, welcher einem entsprechenden Sitz 68des Paßringes 66 gegenüberliegt und in einen Eingriff mit einem geteilten Sicherungsring 69 kommen kann, welcher seinerseits in eine Ringnut eingepaßt werden kann, die um die Packerhalterung 55 herum verläuft. Dieser Ring 69 sichert die entsprechenden Packerschalen gegen eine Längsverschiebung auf der Packerhalterung 55.

Weiterhin sind vorzugsweise Sichtungen vorgesellen, um einen Leckfluß von Strömungsmittel zwischen den Packerschalen und

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Ihrer Halterung 55 zu verhindern. Diese Dichtungen bestehen vorzugsweise aus einem Paar von O-Ringen 72 und 73» welche in um die Packerhalterung 55 herumgeführte Buten eingesetzt sind und mit dem inneren Umfang der Paßringe 65 und 66 in Singriff stehen.

Das allgemein mit dem Bezugszeichen bezeichnete längliche Innenglied oder Einstellglied erstreckt sich in Längsrichtung durch das äußere Rohr glied oder den Dornkörper 4· Dieses Innenglied stellt ein Einstellglied für das Einfahren und Setzen, sowie das lösen und Ziehen des Bohrlochwerkzeuges dar. D_er obere Abschnitt des Einstellgliedes erstreckt sich durch den von dem Ventilkörper 59 gebildeten Abschnitt des äußeren Gliedes, durch die Paäcerhalterung 55 und durch das Unterteil 50 des napffömigen Abschnittes 52 in den Rohrkörper 9.

Verschiebbar auf dem Innenglied 1 innerhalb des napfförmigen Abschnittes 52 der äußeren Rohranordnung 4 ist ein Ventilkopf 80 angeordnet und normalerweise durch eine Schraubenfeder 81 nach oben gegen einen Ventilsitz 82 an dem unteren Ende der Packerhaiterung 55 beaufschlagt. Verschiebbar auf dem Innenglied 1 innerhalb des napfförmigen Gliedes 57 der äußeren Rohranordnung 4 ist ein Ventilkopf 83 angeordnet und normalerweise durch eine Schraubenfeder nach unten gegen einen Sitz 85 an dem oberen Ende der Paekerhalterung 55 beaufschlagt. Der Ventilkopf 80 kann durch, einen an dem Innenglieä 1 befindlichen-Flansch

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86 von seinem Sitz abgehoben werden, und der Ventilkopf 83 kann durch einen an dem Innenglied 1 ausgebildeten !Flansch

87 von seinem Sitz nach oben verschoben werden. Der Abstand der flansche 86 und 87 in Längsrichtung des Innengliedes 1 ist so gewählt, daß bei einer Verschiebung des Innengliedes in JLängsrichtung, durch welche das eine Ventil von seinem Sitz abgehoben wird, das andere Ventil in einen Eingriff mit seinem Sitz gelangt. Daher wird die Verbindung zwischen den Durchlässen 53 und 58 durch die Packerhaiterung 55 hindurch, vermittels welcher ein^ Strömungsmittel im ITebenstrom an dem Backer vorbeigeführt werden kann, durch die Ventilköpfe 80 und 83 in Abhängigkeit von der Stellung des Innengliedes innerhalb der äußeren Rohranordnung 4 gesteuert.

Eine nach unten gerichtete Verschiebung des Einstellgliedes 1 innerhalb der äußeren Rohranordnung 4 wird dann, wenn sich diese leile in einer normalen Winkelstellung zueinander befinden f. dadurch verhindert, daß der Einstellkopf 3 gegen das obere Ende des äußeren Ventilkörpers 59 anstößt. Insbesondere läßt sich anhand der Pig. la ersehen, daß der Ventilkörper 59 ein Paar von Langschlitzen 95» und der Einstellkopf 3 in die Langschlitze 95 hineinragende Finger 96 aufweist. Der Einstellkopf weist auf seinem Umfang zwischen den 3?ingern 96 eine Anschlagfläche 97 aufj die mit der Endfläche 98 des äußeren Ventilkörpers 59 in Eingriff kommen kann. Der Abstand von der Anschlagfläche 97 zu dem oberen Ende des Schlitzes 91 in dem Verbindungskopf 90, welcher eine

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Verbindung mit totem Gang darstellt, bestimmt die gegenseitige Zuordnung in Längsrichtung zwischen dem unteren Rohrkörper 9 der äußeren Rohranordnung 4 und dem Reibungsblockträger 10 und damit auch die gegenseitige Zuordnung in Längsrichtung zwischen dem Expander 45 und den Keilelementen 20 und 21.

Wenn das Werkzeug durch Aufbringen eines Gewichtes auf den Einstellkopf 3 in der in den Fig. 1a und 3 dargestellten Weise in eine Tiefbohrung eingefahren wird, bewirken die aneinanderstoßenden Flächen 97 und 98, daß sich die äußeren Rohranordnungen 4 zusammen mit dem-Einstellglied 1 nach unten bewegen. Die mit dem oberen Ende des Schlitzes 49 in dem Verbindungskopf 48 in Eingriff stehende Querstange 34 bewirkt in entsprechender Weise eine gleichzeitige Verschiebung des Reibungsblockkäfigs und der Keilelemente zusammen mit der äußeren Rohranordnung 4»

Wenn jedoch das zum Einfahren auf den Einstellkopf 3 aufgebrachte Gewicht weggenommen wird, bewegt die Kraft der unter Kompression stehenden Schraubenfeder 81,, welche nach oben auf den Ventilkopf 80 einwirkt, daß dieser in eine Verschlußstellung auf seinem Ventilsitz 82 gebracht wird und damit das innere Einstellglied um einen kleinen Setrag anhebt. Eine derartige Verschiebung des Einstellgliedes 1 nach oben verschiebt wiederum äen Verbindungskapf in bezug auf die Querstange 34 nach oben, wodurch das Werk-

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zeug in einen Zustand gebracht wird, in welchem es anschließend durch Anlegen eines Strömungsmitteldruckes von oben gegen die Packerschale 61 und den normalerweise geschlossenen Ventilkopf 83 oder eines Druckes von unten gegen die Packerschale 62 und den normalerweise geschlossenen Tentilkopf 80 innerhall} des Bohrloches oder der Verrohrung gesetzt oder verankert werden kann.

Wenn ein Druck von oben her angelegt wird, wie beispielsweise bei der Injektion einer flüssigkeit in unterirdische Erdforaationen, die sich oberhalb der Tiefe befinden, in welcher der Packer gesetzt worden ist, verursacht der durch die Flüssigkeit ausgeübte Druck in der in den Pig. 2a und 2b dargestellten Weise eine nach unten ^gerichtete Verschiebung der äußeren Rohranordnung 4 in bezug auf den Reibungeblockkäfig oder -träger 10, dessen Hemmblöcke 13 in einem Reibangseingriff mit der Verrohrungswand stehen. Die nach unten gerichtete Verschiebung der Rohranordnung 4 verursacht ihrerseits eine nach unten gerichtete Verschiebung des Borns 9 und des Expanders 45, welche an dieser Anordnung gelagert sind, in bezug auf die Keilelemente 20 und 21, so daß der konische Abschnitt 47 der Expanderfläche in einen Eingriff mit den Oberflächen 47a der Keilelemente 21 gelangt und diese in einen Verankerungseingriff mit der Verrohrungswand bringt. Auf diese Weise wird das ganze Werkzeug gegen eine nach unten gerichtete Verschiebung gehalten. Wenn dagegen ein Druck von unten her gegen das

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Werkzeug ausgeübt wird , wird die Rohranordnung 4 in bezug* auf den Reibungsblockträger 10 nach oben verschoben und „ der konische Abschnitt 46 der Expanderoberfläche gelangt in einen Eingriff mit den Oberflächen 46a der Keilelemente 20, wodurch die letzteren in einen Eingriff mit der Verrohrungswand gebracht werden und das gesamte Werkzeug gegen eine nach oben gerichtete Verschiebung halten.

Der Einstellkopf 3 kann mit einem zum Einfahren,und Ziehen dienenden Werkzeug verbunden werden, das mit einem Draht- -

eeil oder einem Gestänge verbunden ist» Der hier darge .

stellte Einstellkopf weist an seinem oberen Ende zwei ;. sich diametral gegenüberliegende Zapfen 99 auf, die in einen Eingriff mit einem (nicht dargestellten) Werkzeug zum Einfahren und Ziehen gebracht werden können, das entsprechende bajonettartige Schlitze zur Aufnahme der Zapfen 99 aufweist. . . . ... ;.

Außerdem sind Vorrichtungen vorgesehen, um das innere Einstellglied 1 in bezug auf die äußere Rohranordnung 4 normalerweise in einer.solchen Lage zu halten, daß die Pinger 96 an dem Einstellkopf in Längsrichtung mit den Langschlitzen 95 an dem oberen Ende der Rohranordnung ausgerichtet sind. In der hier dargestellten Ausführung bestehen diese Vorrichtungen aus einer länglichen Drehstabfeder 100, die sich in Längsrichtung innerhalb einer Bohrung 101 des Innengiiedes 1 erstreckt und an ihrem unteren

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Ende "vermittels eines KupplungsStückes 102 mit dem Innenglied 1, sowie an ihrem anderen Ende durch ein Kupplungstück 103 mit dem Einstellkopf 3 starr verbunden ist.

Um das Werkzeug probeweise setzen zu können, nachdem es in ein Bohrloch eingefahren worden ist, weist das obere Ende des Ventilkörpers 59 der äußeren Rohranordnung 4 auf einer Seite der Langschlitze 59 eine Umfangsschulter 104 auf, die mit dem inneren oder unteren Ende der Finger SS in Eingriff kommen kann, wenn das Einstellglied 1 innerhalb der äußeren Rohranordnung 4 nach oben verschoben und gedreht wird, beispielsweise um eine viertel' Drehung. Es versteht sich von selbst, daß diese, nach oben gerichtete Verschiebung des inneren Einstellgliedes 1 in bezug auf die äußere Rohranordnung 4 durch den länglichen Schlitz mit totem Gang ermöglicht wird. Wenn der Einstellkopf gedreht und im Anschluß an eine nach oben gerichtete Verschiebung des inneren Einstellgliedes in einen Eingriff mit der Umfangsschulter 104 gebracht wird, erfolgt eine Übertragung einer anschließend auf den Einstellkopf nach unten ausgeübten Kraft auf die äußere Rohranordnung 4» ohne daß eine entsprechende Verschiebung der Querstange 34 nach unten verursacht wird. Eine derartige, nach unten gerichtete Verschiebung der Rohranordnung 4 in bezug auf die Querstange 34 und damit auch in bezug auf den Reibungsblockträger -10 bewirkt, daß der Expander 45 in einen Eingriff mit den Keilelementen 21 gelangt und das Werkzeug gegen eine nach unten gerichtete Verschiebung verankert.

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Auf diese Weise wird das Gewicht des eingefahrenen Bohr-_βgestänges oder Drahtseils abgefangen und an der Erdoberfläche angezeigt, daß sich das Werkzeug im betriebsbereiten Zustand befindet. Das probeweise ,Setzen muß erfolgen, während auf den Einsteilkopf ein Drehmoment ausgeübt wird, durch welches die Finger 96 in eine Lage gedreht werden, in welcher sie in Winkelrichtung gegenüber den Schlitzen 95 versetzt sind. Sobald kein Drehmoment mehr ausgeübt wird, bringt die Drehstabfeder 100 die Finger in ihre flormalsteilung zurück, in welcher sie mit äen Sehlitzen, ausgerichtet sind.

Die Erfindung soll nicht auf die hier dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein, sondern auch alle in den Rahmen der Erfindung fallenden Abänderungen und weiteren Ausgestaltungen umfassen.

- Patentansprüche : -

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Claims (8)

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1. Packer mit Verankerungsvorrichtung für eine Tiefbohrung, wobei der Packer einen äußeren, rohrförmigen Dornkörper, an diesem Körper zum Eingriff mit einer Bohrlochwand oder der Innenwand einer Verrohrung und zur Ausbildung einer Abdichtung zwischen dem Dorn und der Bohrloch- * oder Verrohrungswand dienende Abdichtungsvorrichtungen und eine normalerweise eingefahrene Verankerungsvorrichtung aufweist, die von dem Dorn gehalten wird, zur Verankerung des Doms gegen eine weitere Bewegung in Axialrichtung der Bohrung dient und aus Expandern, die in einem gegenseitigen Axialabstand angeordnet sind, und an dem Dorn gelagerten Eeilvorrichtungen besteht, die Keilvorrichtungen nach oben haltende Keilelemente und nach unten haltende Keilelemente aufweisen, der Expander in einander entgegengesetzte Richtungen weisende konische Abschnitte enthält, die bei einer nach oben gerichteten Bewegung des Doms innerhalb des Bohrloches mit nach oben haltenden Keilelementen in einen Eingriff gelangen und diese nach außen in einen Verankerungseingriff mit der Bohrlochwand oder der Verrohrung bringen können und bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Dorne innerhalb des Bohrloches· mit nach unten haltenden Keilelementen in einen Eingriff gelangen und diese nach außen in einen Verankerungseingriff mit der Bohrlochwand oder der Verrohrung bringen können, Verbindungsglieder die eine Rollvorrichtung und den einen Expander so miteinander verbinden, daß diese, in bezug auf die andere Keilvorrichtung und den anderen Expander gemeinsam in entgegengesetzten

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Richtungen "bewegt werden können, und Einstellvorrichtungen zum Zentrieren des Expanders in bezug auf die Keilvorrichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver-, bindungsglieder einen inneren, rohrförmigen Dorn (33) aufweisen, der sich in Axialrichtung innerhall) des erstgenannten Dornkörpers (4) und durch die andere Keilvorrichtung (21, 22) und den Expander (46, 47) erstreckt, sowie Verbindungsvorrichtungen (34, 35) durch den erstgenannten Dornkörper (4) geführt sind und den inneren Dorn (33.) mit der erstgenannten Keilvorrichtung und dem Expander verbinden.

2. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungsvorrichtungen aus in einem gegenseitigen ^ Axialabstand angeordneten Querstangen (34, 35) bestehen und der Dornkörper (4) Langschlitze (37, 42 aufweist, durch welche die Querstangen hindurchgeführt sind.

3. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtungen (1) aus einem Einstellglied (1), das sich in Längsrichtung innerhalb des erstgenannten Dornkörpers (4) erstreckt, Vorrichtungen (34, 49), die eine Verbindung mit totem Gang begrenzter Größe zwischen dem Einstellglied (1) und dem inneren Dornkörper (4) darstellen und zur Begrenzung einer nach unten gerichteten Bewegung des Einstellgliedes in bezug auf den inneren Dornkörper dienen, und aus Vorrichtungen an dem Einstellglied (1) und den erstgenannten Dornkörper (4) bestehen, die dazu dienen, eine nach unten gerichtete Bewegung des Einstellgliedes innerhalb des

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erstgenannten Dornkörpers (4) in eine lage zu "begrenzen, in welcher die Keilvorrichtungen (21, 22) und die konischen Expander (46, 47) zueinander zentriert sind.

4. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungsvorrichtungen (61, 62) aus nach oben bzw. nach unten weisenden Packerschalen (61, 62) bestehen, die an dem erstgenannten Dornkörper (4) gelagert sind, die Einstellvorrichtungen (1) und der erstgenannte Dornkörper (4) ein Ventil (80, 83) aufweisen, das dazu dient, einen Strömungsmitteldurchfluß durch den erstgenannten Dornkörper zu gestatten, wenn die Keilvorrichtungen (20, 21) und die Expander (45) zentriert sind, wobei das Ventil (80,83) durch eine Betätigung der Einstellvorrichtung (1) geschlossen werden und die Verankerung entweder der nach oben haltenden Keilelemente (22) oder der nach unten haltenden Keilelemente (21) bewirken kann.

5. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtungen (1) aus einem Einstellglied (1, 48), das sich in längsrichtung innerhalb des erstgenannten Dornkörpers (4) erstreckt, Vorrichtungen (34» 49), die eine Verbindung mit totem Gang begrenzter Größe zwischen dem Einstellglied (1) und dem inneren Dornkörper (4) darstellen und zur Begrenzung einer nach unten gerichteten Bewegung des Einstellgliedes in bezug auf den inneren Dornkörper dienen, und aus Vorrichtungen (97, 98) an dem Ein-

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stellglied (1) und dem erstgenannten Dornkörper (4) bestehen, die dazu dienen, eine nach, unten gerichtete Bewegung des Einstellgliedes (1) innerhalb des erstgenannten Dornkörpers (4) in eine Lage zu begrenzen, in welcher die Keilvorrichtungen (20, 21) und die konischen Expander (46, 47) zueinander zentriert sind, ferner die Abdichtungsvorrichtungen (61, 62) aus nach oben bzw. nach unten weisenden und an dem erstgenannten Dornkörper (4) gelagerten Packerschalen (61, 62) bestehen, das Einstellglied (1) und der.erstgenannte Dornkörper (4) ein Ventil (83, 85, 80, 82) aufweisen, das dazu dient, einen Strömungsmitteldurchfluß durch den erstgenannten Dornkörper (4) zu gestatten, wenn sich das Einstellglied (1) in bezug auf den inneren Dorn (33) und den erstgenannten Dornkörper an der Grenze der nach unten gerichteten Bewegung befindet.

6. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilvorrichtungen (20, 21) durch die Yerbindungsvorrichtungen (34» 35) mit dem inneren Dorn, (33) verbunden sind und der Expander (45) zwischen den oberen und den unteren Keilelementen (20, 21) an dem erstgenannten Dornkörper (4) angeordnet ist.

7. Paker nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, /3aß mit der einen Keilvorrichtung (20, 21) und dem Expander (45) eine Reibungsvorrichtung (6) verbunden ist, welche dazu dient, einen Eingriff des Expanders (45) mit den nach oben haltenden Keilelementen und den nach unten hal-

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tenden Keilelementen (20, 21) zu verhindern.

8. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilvorrichtungen (20, 21) durch die Verbindungsvorrichtungen (34, 35) mit de^i,inneren Dorn (33) verbunden sind und der Expander (45) zwischen den oberen und den unteren Keilelementen (20, 21) an dem erstgenannten Dornkörper (4) angeordnet ist und mit den Keilvorrichtungen (20, 21) eine Reibungsvorrichtung (6) verbunden ist, welche dazu dient, eine Bewegung der nach oben haltenden Keilelemente oder der nach unten haltenden Keilelemente (20, 21) in einen Eingriff mit dem Expander (45) zu ver_r hindern.

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