DE2027590A1

DE2027590A1 - Kerbvorrichtung zum Einbringen von Ker ben in ein Bohrloch

Info

Publication number: DE2027590A1
Application number: DE19702027590
Authority: DE
Inventors: Nathandale Edmond Tibor Osvath Ponca City OkIa Farns (V St A )
Original assignee: Continental Oil Company, Ponca City, OkIa (V St A )
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1971-02-11
Also published as: AU1590970A; BE754377A; FR2057002B3; US3599734A; ES380302A1; GB1282210A; FR2057002A7; NL7007239A

Description

8225-70/Gö-Ba

US Ser.No. 8^7,913
filed: August 6, 1969

Continental Oil Company Ponca City, Oklahoma (USA)

Kerbvorrichtung zum Einbringen von Kerben in ein Bohrloch

Die Erfindung betrifft eine Kerbvorrichtung zum Einbringen von Kerben in ein Bohrloch.

ί tr

Um in einer Erdformation einen horizontalen Bruch zu erhalten, werden nach bekannten Verfahren entweder Strahlen verwendet, z. B. Strömungsmittelstrahlen, weiche auf die Wand des Bohrlochs unter hoher Geschwindigkeit einwirken und um die Achse des Bohrlochs um 360° rotieren, oder ein Hochgeschwind igkeits ge schoß oder -geschosse* Normalerweise wird davon ausgegangen, daß dieser Strahl in der Formation einen horizontalen Schnitt ausführt; es hat sich jedoch herausgestellt, daß, selbst wenn dies der Fall ist, der Bruch nicht immer horizontal verläuft, weil die diesen verursachenden Kräfte nicht einwandfrei konzentriert werden können· Es wurde festgestellt, daß dieser Mangel dadurch beseitigt werden kann,

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daß eine doppelkonische Einkerbung, welche in horizontaler Eben· in die Formation eingebracht wird und eine scharfkantige Peripherie aufweist, die Kräfte so konzentriert, daß der Bruch in der gewünschten horizontalen Ebene verläuft.

Es ergab sich daher die Aufgabe, «ine Vorrichtung zum Einbringen von derartigen Einkerbungen zu schaffen, um die oben beschriebene Erfahrung in der Praxis anwenden zu- können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe, die zur doppelkonischen Einkerbung und damit zu einer günstigeren Querschnittsform für die Erzielung eines horizontalen Bruches führte, liegt erfindungsgemäß in einer Vorrichtung!, welch© ein rohrförmig ges Gehäuse mit einem ausfahrbaren Keirbwerksseug aufweist® welch letzteres innerhalb des Gehäuses untergebracht ist. Das Kerbwerkzeug besteht aus zwei Stangen® welche■an einem ihrer Enden durch einen Drehbolzen verbunden sind» Die anderen Enden sind an Je einem Lager befestigt, welche sich an einem Aus- und Einfahrmechaniemus befinden«. Ein scharfes Schneidende ist .an einer der Stangen im Bereich des gemeinsamen Drehbolzens angebracht· Di® Seitenkante!! der Stangen sind so ausgebildet, daß j©d© Stange in. der Wand des Bohrloches eine Nut mit kemiischera Qutsrschnitt formt. *

Die erfindungsgemäße Vorrichtung briiugt verschieden© Vor» teile mit sich. Sie kann nämlich erstens ohne Schwierigkeiten in ein Bohr lock eiingebraclit worden₆ da sie bis auf den gleichen Durchmesser sstteaestseiigebiraeht werden kasm_B dem das rohrartige Gehäuse aufweistj övoitons bildet si®

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•in· nahezu ideal geformte Nut· bzw. Einkerbung, welche kegelförmige Seitenwände und eine scharfkantige Peripherie aufweist, so daß die konzentrierten Kräfte gleichmäßig in allen Richtungen innerhalb der Einkerbung angreifen können und soiit den eich aus den Kräften ergebenden Bruch in allen Richtungen in einer horizontalen Ebene verlaufen lassen. Veiter kann ait der Vorrichtung eine tiefe und symmetrisch um eine vertikale Achse verlaufende Einkerbung erreicht werden, welche gewährleistet, daß sich der Bruch in allen Richtungen längs einer horizontalen Ebene ausdehnt.

Ein AusfUhrungsbeispiel fUr die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert. Die Zeichnungen seigern

Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung alt dem freigelegten Auafahrmechanismusi

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich dem in Fig. 1, wobei das

Schneidwerkzeug in voll ausgefahrener Stellung . gezeigt istf

Fig. 3 eine konstruktive Lösung für das Ausfahren und !infahren des Schneidwerkzeugs; und

Fig« k eine andere konstruktive Lösung für die Betätigung des Schneidwerkzeugs gemäß Fig. 3.

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In den beiliegenden Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zum Einbringen von doppelkegelförmigen oder doppe1-koniachen Einkerbungen ein rohrförmigee Gehäuse 10 mit einen Boden 11 und einem sich längserstreckenden Schlitz 12 auf, der in der Wand des Gehäuses vorgesehen ist. Eine Stange 13 ist koaxial mit dem Gehäuse innerhalb desselben in einem Lager 14 gelagert, welches im Boden 11 des Gehäuses 10 gebildet ist und wird an ihrem anderen Ende durch* eine Konstruktion 15 gesichert. Die Stange 13 ist mit Gewinden 20 und 21 versehen. Diese Gewinde 20 und 21 müssen gegenläufig sein, z. B., wenn das Gewinde 20 ein Rechtsgewinde ist, muß das Gewinde 21 ein Linksgewinde sein. Ein Paar von Ausdehnungs- oder Ausfahrelementen 22 und 23 sind auf der Stange 13 aufgeschraubt. Der Außendurchmeβser 22A oder 23A muß so gewählt sein, daß er in zufriedenstellender Weise die Übertragung der Schneidkräfte gewährleistet, damit «ich die Ausfahrelemente 22 und 23 leicht in Längsrichtung und innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 10 bewegen lassen· Die Toleranz soll darüber hinaus den ungehinderten Durchlaß von Wasser zulassen, so daß Ansammlungen von Schlamm und Splittern zwischen dem Ausfahrelement 23 und dem Boden 11 ausgespült werden können. Der Boden 11 ist für die Betätigung des Werkzeuges nicht erforderlich, er bildet jedoch in diesem Ausführungsbeispiel eine gute Lagerstelle für die Stange 13. Es ist selbstverständlich möglich, daß auch durch die Ausfahrelemente 22 und 23 Bohrungen einen Durchlaß für die Flüssigkeiten bilden. Das Schneidwerkzeug besteht aus einem Paar von Armen 25 und 26 und einem Schneidend· 30. Der Arm 25 ist am Ausfahrelement 22 mittels eines

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Drehbolzens 27 und der Arm 26 am Ausfahre lenient 23 mittels eines Drehbolzens 28 schwenkbar angebracht. Das Schneidende 30 ist am Arm 26 angeordnet und wird vorteilhafterweise aus gehärtetem Stahl oder mit einer Schneide aus Tungstenkarbid hergestellt, um eine längere Lebensdauer und eine bessere Schneidwirkung zu erzielen« Die Arme 25 und 26 sind mittels eines Schwenkbolzens 31 miteinander verbunden.

Dieser Aufbau kann vollständig in das Gehäuse 10, aufgrund der Form der Arme 25 und 26, eingefahren werden. Der gesamte Aufbau wird durch eine Anordnung 15 ein- bzw. ausgefahren, welcher aus einer Ankerplatte 40, einem Schaft mit einer Lagerkonstruktion und einer sechseckigen Verlängerung 41 besteht. Bin Ende des Schaftes 41 ist mit einem Gewinde versehen, in welches die Stange 13 eingeschraubt ist. Ein· Mutter 42 ist fest gegen den Schaft 41 geschraubt, um unbeabsichtigte Verdrehung des Schaftes zu verhindern, wofür ein Stift 43, welcher durch die Verbindung von Schaft und Stange 13 hindurchgeht, eine weitere Sicherung dafür darstellt, daß sich diese Teile während des Betriebs nicht voneinander lösen. Eine Welle 50 mit einer sechseckigen Aufnahme 51 erstreckt sich innerhalb des Gehäuses 10 bis über die sechseckige Verlängerung des Schaftes 41. Die Welle 50 (siehe Fig. 3) erstreckt sich dann durch eine Stopfbuchse 52 und eine Kurbel 53 ist an ihrem Ende angeordnet. Das Gehäuse 10 weist ebenfalls einen Griff 54 zum Drehen desselben innerhalb des Bohrloches 16 auf. Das Reinigen des im Bohrloch befindlichen Teils der Vorrichtung von Schlamm und Splittern wird durch eine Wasserquelle 55 besorgt, weiche über eine Leitung 56 mit einem Wirbelstutzen

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in Verbindung steht, welcher letzterer die übliche Lagerung 58 und Dichtung 59 aufweist. Das Wasser strömt innerhalb des Gehäuses 10 zu einem Paar von Rohren, z. B. die Rohre 60 und 61. Das Rohr 61 führt zu einer Düse 62 und das Rohr 60 weist eine Öffnung 63 nahe dem Boden 11 des Gehäuses 10 auf.

Um eine doppelkegelförmige Einkerbung gemäß der Erfindung zu bewirken, wird das gesamte Gehäuse 10 in ein Bohrloch, bis zu einem Punkt, an dem der Schlitz 12 mittig die einzukerbende Stelle überdeckt, abgesenkt· Sobald das Rohr die vorgesehene Stelle erreicht hat, wird die Ankerplatte 70 am Gehäuse festgesetzt, um ein weiteres Absinken des Gehäuses 10 zu unterbinden» Diese Sicherung durch die Ankerplatte 70 kann jedoch auch durch andere Elemente erfolgen, z. B. können Haken am Rohrflansch 57 angebracht und die gesamte Vorrichtung an einem DrahtseiI₀ welches sich über dem Bohrloch befindet, aufgehängt werden. Das Wasser aus dem Vorrat 55 wird dann in das Gehäuse 10 eingeführt und die Kurbel 53 so gedreht, daß die Auefahrelemente 22 und 23 aufeinander zubewegt werden. Da die Gewinde gegenläufiger Art sind, bewirkt das Drehen der Stange 10 in einer Richtung das Aufeinanderzubewegen und ii\ der anderen Richtung das Voneinanderwegbewegen der Ausfahrelemente 22 und 23. Die Kurbel 53 wird soweit gedreht, daß das Schneidende 30 an der Wand 17 des Bohrloches 16 anliegt. Sobald dieser Zustand erreicht -ist_B wird der Griff 54 betätigt und das Gehäuse 10 durch einen Winkeltooroich ^voa 36O° gedreht· Fortgesetzter Drtiek dos Schneidendes 30 gegen die Wand des Bohrlochs wird durch fortlaufend® B@-

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lastung in der Kurbel 53 bewirkt, während der Griff $k Über 36O° gedreht wird. Fortgesetztes Anziehen der Kurbel 53 wird darüber hinaus die Ausfahrelernente 22 und 23 verursachen, das Schneidende 30 voll in die Formation einzudrücken. Hierbei gelangen die Arme 25 und 26 (siehe Fig. Z) am Punkt 80 der Wand des Bohrlochs 16 in Anlage mit dieser und bilden einen doppelkonisehen oder doppelkegelförmigen Spalt. Während dieses Schneidvorgangs spülen die Wasserstrahlen 62 und 63 die ausgeschnittenen oder ausgebrochenen Partikel nach oben aus den Bohrloch heraus und entfernen diese damit aus dem Bereich des Schneidvorgänge· Es ist selbstverständlich, daß zusätzliche Strahlen angeordnet werden, wenn diese aus irgendeinem Grunde benötigt werden oder vorteilhaft erscheinen. Sobald die Nut oder Einkerbung voll geschnitten ist, wird die Betätigung des Handgriffe 5k beendet und die Kurbel 53 wird in gegenläufiger Drehrichtung bewegt, wodurch die Stange 13 ebenfalls gegenläufig umläuft und die Auefahrelemente 22 und 23 voneinander fortbewegt. Die Arme 25 und 26 werden dabei bis in das Innere des Gehäuses 10 zurückgezogen. Die gesamte Vorrichtung kann dann aus dem Bohrloch herausgezogen werden und das bruchbewirkende Verfahren begonnen werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel für das Ausfahren und Einfahren der Arme 25 und 26 1st in Fig. k gezeigt, wo ein Elektromotor 82 vorgesehen ist. Ein Paar von Leitungsdrähten 83 und 8k verbinden einen in Serie geschalteten Schalter 85 und eine Batterie 86. Der Schalter 85 ist ein Umpolschalter, so daß die Betätigung desselben den Elektromotor 82 einmal in eine Drehrichtung und die gegenläufige Betätigung

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dee Schalters den Elektromotor 82 in eine entgegengesetzte Drehrichtung versetzt. Im Betrieb wird der Schalter 85 geschlossen bleiben, bis der Motor nicht mehr läuft, wodurch angezeigt wird, daß das Schneidende 30 an der Wandung des Bohrlochs anliegt. Darauf wird der Griff $k gedreht und der Motor periodisch betätigt, wodurch das Schneidende 30 fortgesetzt in Anlage mit der Wand "des Bohrloches bleibt. Sobald der Schlitz eingeschnitten ist, wird der Schalter utngeschaltet und die Vorrichtung eingezogen und aus dem Bohrloch, in der üblichen Weise^ herausgeführt. Es ist offensichtlich, daß eine Kupplung verwendet werden kann, so daß der Schalter nicht intermittierend betätigt zu werden braucht. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß andere Vorrichtungen zum Zurückziehen des Schneidendes 30 verwendet werden können.

Da· so beschriebene Schneidwerkzeug schneidet eine tiefe Kerbe, welche symmetrisch um eine vertikale Achse angeordnet ist. Das Werkzeug formt dabei ebenfalls eine Einkerbung, welche eine scharfkantige Peripherie aufweist. Diese symmetrisch geformte Einkerbung ermöglicht die gleichmäßige An-Wendung von den bruchverureachenden Drücken an jedem Punkt längs der Peripherie der Einkerbung. Die scharfkantige Peripherie bildet einen Ansatzpunkt für starke Kräfte, was sich in einem Bruch auswirkt, der sich radial von diesem Ansatzpunkt in jeder Richtung erstreckt. Es ist zu bemerken, daß die Wände der Einkerbung, welche sich in der scharfen Kante der Peripherie treffen, bezogen auf eine horizontal« Ebene, welche durch diese Peripherie verläuft, den gleichen Winkel aufweisen. Ein gleichförmiger Winkel führt

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dazu, daß sich die bruchbewirkenden Kräfte in einer horizontalen Ebene auswirken und nicht in irgendeiner anderen ungewünschten Richtung. Zusätzlich dazu wirkt sich die mit Gewinde versehene Stange 13 besonders vorteilhaft auf die Bewegung des Schneidendes 30 bzw. des Schneidpunktes des» selben in die Formation aus; z. B. bewegt sich dieser Punkt bei jeder Drehung der Stange beachtlich schnell in die Formation, .wogegen der Punkt 30, wenn er in seinen maximalen Ausdehnungsbereich in der Formation eindringt, im Verhält- ( nis zu der anfänglichen Geschwindigkeit in die Formation eine verhältnismäßig langsame Bewegung ausführt. Die unterschiedliche Geschwindigkeit des Punktes 30 pro Umdrehung der Stange ist erwünscht, da sich dadurch eine weit bessere Kontrolle des Einkerbung»Vorganges ergibt. Die besondere Form der Arme 25 und 26 erlaubt ebenfalls eine extreme Eindringungstiefe, eine schmale Einkerbung und die Stangen behalten eine ausreichende Stärke, um die Einkerbung in den meisten Formationen vorzunehmen und erlauben eine vollständige Zurücknahme des Einkerbungsmechanismus in das Gehäuse. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung weist der Punkt 30 einen Winkel von ca. 30 auf, oder wenn dieser voll ausgefahren ist, 15 zu jeder Seite einer horizontalen Ebene, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.

Es ist selbstverständlich, daß diese Vorrichtung die besten Ergebnisse zeitigt, wenn sie in plastischen Schichten, z.B. mit sandvermischtem Ton, verwendet wird. Die Vorrichtung arbeitet jedoch ebensogut in härteren und konsolidierten Formationen infolge entsprechender Konstruktion der Schneid-

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kante. Eine Vorrichtung, welche in Übereinstimmung mit den technischen Lehren gemäß dieser Erfindung in der Praxis verwendet wird, erzeugt eine Einkerbung, die etwa das Sechsfache des Vorrichtungsdurchmessers aufweist.

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Claims

Pa tentan Sprüche

1. Einkerbungsvorrichtung für ein Bohrloch, gekennzeichnet durchι

a) ein rohrförmiges Gehäuse (1O) alt einer langgestreckten Öffnung (12) in diesem;

b) ein erstes und ein zweites in Abstand zueinander angeordnetes Ausdehnungselernent (22,23)}

c) ein« mit Gewinde versehene Stange (13), deren eine Hälfte mit einem Gewinde versehen ist, welches gegenläufig zu dem Gewinde der anderen Hälfte verläuft, wobei jedes der Gewinde (20,21) eines der aufgeschraubten Ausdehnungselemente (22,23) trägt;

d) an einem Ende der mit Gewinde versehenen Stange angebrachte Antriebselemente zum Drehen der Stange (13) um ihre Achse f und

βJ erste und zweite Einkerbelemente (25,26), welche miteinander schwenkbar an einem ihrer Enden verbunden sind, während die anderen Enden mit dem ersten bzw. dem zweiten Ausdehnungeelement (22,23) gekuppelt 'ist;

wobei das Drehen der mit Gewinde versehenen Stange die Ausdehnungselemente zusammenführt, wodurch die schwenkbar miteinander verbundenen Enden der Einkerbelemente aus dem Schlitz herauegezwungen und in Anlage mit der Wand des Bohrlochs (16) gebracht werden.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stange (13) ein Elektromotor (82) zum Drehen derselben zugeordnet ist.

3· Vorrichtung nach, Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehelemente eine Welle (50) aufweisen, welche nit der mit Gewinde versehenen Stange (13) &n einen Ende derselben gekuppelt ist und an ihrem anderen Ende einen Griff (53) aufweist, wobei die Länge der Velie ausreichend ist, um aus dem Bohrloch herauszureichen.

k» Vorrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbar miteinander verbundenen Enden der Einkerbelenente (25,26) einen scharfen Anaatz (30) aufweisen, welcher an der Wand des Bohrlochs (16) angreift, bevor irgendein anderes Teil der Einkerbelenento nit der Wand in Berührung kommt.

5· Einkerbwerkzeug, gekennzeichnet durchs

a) ein Gehäuse (ίο) mit einer langgestreckten, in Längsrichtung zu diesem verlaufenden Öffnung (12) in demselben,

b) ausdehnbare Einkerbelemente (25,26), welche innerhalb des Gehäuses (1O) und gegenüber der langgestreckten Öffnung (12) angeordnet sind,

c) und Mittel (22,23), welche innerhalb des Gehäuses (ίο) angeordnet und nit den ausdehnbaren Einkerbelenenten (25)26) verbunden sind, um die ausdehnbaren Einkerbelemente durch die langgestreckte horizontale

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Öffnung (12) hindurchzuführen oder diese Einkerbelemente in das Gehäuse (1O) zurückzuziehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch mit dem Gehäuse (.10) verbundene Einrichtungen (5*0 zum Drehen des Gehäuses um seine Längsachse über einen Winkelbereich von j6O .

7· Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungselemente eine mit Gewinde versehene Stange (13) aufweisen, von der eine Hälfte ein Rechtsgewinde und die verbleibende Hälfte ein Linksgewinde (20,21) aufweist, ein Paar von beabstandeten und axial mit Gewinde versehenen Verankerungselementen (22,23)» die verschraubbar an den sich gegenüberliegenden Hälften der Stange (13) gesichert sind, eine Einrichtung (15) zum beweglichen Verbinden der Ausdehnungeelemente, der Verankerungselemente (22,23) und der Einrichtung (50,53) zum Drehen der mit Gewinde versehenen Stange (13).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der mit Gewinde versehenen Stange (13) ein Motor (82) zum Drehen derselben zugeordnet ist.

9. Ausdehnbare Einkerbungselemente nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine scharfe Schneidkante (30), welche an den ausdehnbaren Einkerbungselementen (25,26) angeordnet ist, um eine Nute oder Einkerbung mit einer scharfkantigen Peripherie zu schneiden, wenn das Gehäuse (1O) durch die Einrichtung (5*0 zum Drehen desselben gedreht wird.

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