DE2063837A1

DE2063837A1 - In einem Bohrloch verankerbares Bohrlochgerat

Info

Publication number: DE2063837A1
Application number: DE19702063837
Authority: DE
Inventors: Ervin Beasley Tex Randermann (V St A)
Original assignee: Schlumberger Technology Corp
Current assignee: Schlumberger Technology Corp
Priority date: 1970-01-02
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1971-07-08
Also published as: US3623551A; DE2063837B2; DE2063837C3; FR2075900A1; FR2075900B1

Description

zum Patentgesuch

der Firma Schlumberger Technology Corporation, 277 Park Avenue, New York, N.Y./USA

betreffend:

"In einem Bohrloch verankerbares Bohrlochgerät¹¹

Die Erfindung betrifft ein in einem Bohrloch verankerbares Bohrlochgerät, beispielsweise einen Packer oder einen Stopfen, mit normalerweise eingezogenen Gleitstücken, die gegen eine Bohrlochauskleidung expandiert werden können, um das Gerät zu verankern und eine Bewegung innerhalb der Bohrlochauskleidung zu unterbinden.

Ein Bohrlochgerät, wie ein Packer oder ein Brückenstopfen, weist typischerweise normalerweise eingezogene Gleitstücke und eine Packstruktur auf, die expandiert werden gegen die Bohrlochauskleidung, wenn das Gerät gesetzt wird. Die Gleitstücke verhindern eine Längsbewegung des Geräts unter dem Einfluß von Fluiddruck, und die Packstruktur verhindert,eine Fluidumsetzung unter Überbrückung des Abdichtpunktes des Geräts. Die Packstruktur iat normalerweise rings um einen Dorn angeordnet zwischen oberen und unteren Expanderkonus', die zusam-

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menwirken mit Gleitstücken, urn diese nach außen zu expandieren. Ein Ratschenring bildet typischerweise ein Einweggesperre, um das Gerät in der gesetzten Stellung zu sichern» Der Verrlegelungsring kann innerhalb eines ringförmigen Setzkopfes angeordnet sein, der oberhalb der oberen Gleitstücke angeordnet ist. Um jedoch die für den Packer verwendete Materialmenge auf ein Minimum zu bringen und dessen Abs&nkbar~ keit zu erleichtern, kann der Verriegelungsring zwischen dem oberen Konus und dem Dorn angeordnet sein. Eine derartige Ausbildung ist beispielsw.i|3se in der Ü.S.-Patentschrift 3^465,,82O gezeigt, In-soweit, als die Packstruktur üblicherweise aus einem elastomere» Material mit federndea Eigenschaften besteht, ist es im allgemeinen möglich, die Packstruktur noch mehr su verdichten als sie beim Setzvorgang bereits verdichtet worden war« Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß das Fluid in der Bohrlochauskleidung oberhalb des Packers unter Druck, gesetzt wird«; Der größere Fluiddruck wirkt auf die Querschnittsfläche der Packstruktur_ff wie auch auf den Packerdorn _f ihr diese» etwas nach unten au verschieben, wenn die Packstruktur weiter komprimiert wird."Die Kupplung zwischen dem oberen Konus und dem Dorn sorgt dafür» daß der obere Konus dem Dornfnach unten folgt und möglicherweise außer Eingriff mit den oberen"Gleitstücken, so daß diese gelöst werden. Wenn dann der Druck oberhalb des Packers wieder verringert wird oder unterhalb des Gerätes erhöht wird,, werden der Dorn und der Konus nach oben verschoben, und die oberen Gleitstücke, die dann gelöst worden sind, können das Gerät nicht mehr befriedigend verankern» daß der Packer in der Setzstellung bleibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bohrlochgerät des beschriebenen Typs zu schaffen, dessen Gleitstücke jeder zusätzlichen Verkürzung der Sackstruktur folgen nach

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dem Setzen des Gerätes und trotzdem in sicherem Eingriff mit der Bohrlochauskleidung bleiben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Verriegelungseinrichtung für die Kupplung der Gleitstücke mit der Expandereinrichtung in der äußeren Stellung, derart, daß die Gleitstücke und die Expandereinrichtung zwangsweise gemeinsam längsbeweglich in der der ersten entgegengesetzten Richtung relativ zu der Bohrlochauskleidung sind, Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß die Verriegelungseinrichtung ein Ein-Weg-Gesperre ist zur Ermöglichung einer Längsbewegung der Expandereinrichtung relativ zu den Gleitstücken in der ersten Richtung und zur Verhinderung einer Bewegung der Gleitstücke relativ zu der Expandereinrichtung in derselben Richtung, zusätzlich kann ein weiteres Ein-Weg-Gesperre vorgesehen sein, um eine Bewegung des Dorns relativ zu der Expandereinrichtung in der ersten Richtung zu ermöglichen,dabei jedoch eine Bewegung der Expandereinrichtung relativ zu dem Dorn in derselben Richtung zu verhindern. Nach dem Setzen des Bohrlochgerätes sind demgemäß, wenn die Expandereinrichtung einmal die Tendenz hat, sich relativ zu den Gleitstücken in einer Richtung zu bewegen, die sonst die Gleitstücke lösen würden, diese mit der Exapndereinrichtung sicher verriegelt, um sich gemeinsam zwangsweise zu bewegen, wobei die Gleitstücke natürlich in Greifstellung in die Bohrlochauskleidung gedrückt bleiben, so daß sich ein Packer konstruieren läßt, der sicherer gegen Lecken ist als die bisher bekannten Packer.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nächer erläutert werden.

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Fig. 1 zeigt im Schnitt, teilweise in

Seitenansicht, einen Bohrlochpacker gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Zustand, in dem die Gleitstücke und die Packstruktur eingezogen sind, und

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab

fragmentarisch die oberen Gleitstücke im Eingriff mit der Bohrioc hauskIeidung.

Fig. 1 zeigt in etwas schematischer Darstellung ein Bohrlochgerät lo, etwa einen Packer oder einen Brückenstopfen. Natürlich ist die vorliegende Erfindung ebensowohl anwendbar auf einen Zementhalter oder ein anderes Bohrlochgerät mit setzbarer Packstruktur und Gleitstücken. Ein Dorn 11 besitzt eine untere Führung und einen Anschlag 12 und trägt einen oder mehrere elastomere Packerringe 13, die zwischen einem oberen Expanderkonus 14 und einem unteren Expanderkonus 15 angeordnet sind. Der obere Expanderkonus 14 weist eine aufwärts- und einwärts geneigte äußere Oberfläche 16 auf, während der untere Expanderkonus 15 eine umgekehrt sich verjüngende Oberfläche 17 besitzt. Ein oberes Gleitstick 18 mit äußeren Haken oder Zähnen 19 und einer abgeschrägten Innenoberfläche 2o kann nach außen verschoben werden mittels des oberen Konus 14 in Eingriff mit einer Bohrlochauskleidung, um eine Verankerung gegen Aufwärtsbewegung in der Auskleidung zu bewirken. Das Gleitstück 18 kann mit einem Ringband 21 versehen sein, das unter Vorspannung in einer Nut sitzt, die das Gleitstück umgibt, um die Segmente des Gleitstücks in der gleichen Horizontalebene während der Expansion zu halten. Der jeweilige Aufbau von

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Band und Nut ist im einzelnen in der U.S.-Patentschrift 3,497_foo3 beschrieben. Ein unteres Gleitstück 22 mit äußeren Haken oder Zähnen 23 und einer abgeschrägten Innenoberfläche 24 kann nach außen verschoben werden mittels des unteren Konus 15 in ein Eingriff mit der Bohrlochauskleidung zwecks Verankerung gegen Abwärtsbewegung. Ein gespaltener expandierbarer und kontraHerbarer Kupplungsring 25 befindet sich in einer Ringausnehmung 26 des oberen Konus 14 und weist Innenzähne 27 auf, die zusammenwirken mit Außenzähnen 28 auf dem Dorn 11, sowie äußere Nockenzähne 29, die zusammenwirken mit entsprechend ausgebildeten Zähnen 3o auf dem Konus derart, daß der Dorn 11 innerhalb des Konus aufwärtsbewegt werden kann,ncht jedoch der Konus aufwärts längs des Doms. Der Kupplungsring gemäß der Darstellung in den Zeichnungen ist von üblicher Bauart, etwa nach der U.S.-Patentschrift 2,647,584. Abscherstifte 31 und 32 können Anwendung finden, um die Folge der Relativbewegungen der einzelnen Teile des Packers während des Setzens in üblicher Weise zu steuern.

Andere konventionelle Elemente, wie Zahnringe, Antiextrusionsringe und dergleichen, die sich normalerweise in typischen Bohrlochpackern befinden, können vorgesehen sein, sind jedochpicht dargestellt, um die Beschreibung zu vereinfachen. Darüberhinaus versteht es sich, daß die Gleitstücke, welche für die Verankerung des Packers angewandt werden, vom üblichen integralfrangiblen, Segment- oder integralexpandierbaren Typ sein können. Der Packer kann in einer Bohrlochauskleidung gesetzt werden unter Benutzung von Kabeln, gasbetätigten Setzeinrichtungen oder einem mechanischen oder hydraulischen Setzwerkzeug, das in einem Bohrstrang läuft, welche Verfahren und Vorrichtungen alle für den Fachmann

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geläufig sind.

Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 and insbesondere auch Fig. 2, in der die oberen Gleitstücke in Setzstellung gegen die Bohrlochauskleidung 35 dargestellt sind, ist zu erläutern, daß der obere Expanderkonus 14 umschlossen ist von einer Nat 36. Die innere Peripherie des oberen Gleitstückes 18 weist eine Mehrsaiii von sägezahnartigen Zähnen auf, die in Aufwärtsrichtung ragen» Ein geschlitzter, in seiner Gesamtheit kontrahierbarer iinö, espaaäisrbarer Ring ist in die Nut 36 eingebracht und weist eine obere Oberfläche 39 auf, die nach unten und außen geneigt ist» Die Mut 36 be™" sitzt eine solche Tiefe, daß bei Bewegung des Gleitstückes 18 nach unten längs des Konus 14 eier Ring 38 sich kontrahieren kann in Einwärtsrichtung und über die Zähne 37 ratschen kann. Wenn jedoch eier Konus 14 aus irgendeinem Grund nach unten relativ zu den Gleitstücken 13 sieh sa bewegen, suchte greift der Hing zwischen eine Oberfläche 4o eines der Zähne 37 and die obere Wandung 41 der Nut 36„ um diese Relativbewegung zu verhindern» Sollte.sich demgemäß der obere Konus 14 nach unten relativ zur Bohrlochauskleidung 35 bewegen, sind die oberen Gleitstücke 18 gezwungen,, sieh mit ihm gemeinsam nach unten zu bewegen.

Für den Betrieb sind die Teile zusammengebaut wie in den Zeichnungen dargestellt, und das Gerät wird in der Bohrlochauskleidung 35 in der biiblichea Weise gesetzt. Die Packstruktur "13 wird in Längsrichtung verkürzt und gegen die Bohrlochauskleidung expandiert, um so eine Packabdichtung zu bewirken. Die unteren Gleitstücke 22 werden nach außen ver-

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schoben und greifen in die Bohrlochauskleidung ein, um eine Abwärtsbewegung zu verhindern, während die oberen Gleitstücke 18 nach außen verscnoben werden und in die Bohrlochauskleidang eingreifen, um eine Aufwärtsbewegung zu unterbinden. Der Kupplungsring 25 fängt die Kompressionsbelastung der Packstruktur 13 ab. Ein größerer Fluiddruck in der Bohrlochauskleidung unterhalb des Packers als oberhalb desselben hat die Tendenz, den Dorn 11 nach oben zu verschieben, was zu einer festeten Setzung des Geräts in der Auskleidung führt.

Falls eine abwärtsgerichtete Kraft auf den Dorn 11 ausgeübt wird, was auf einem größeren Dluiddruck in der Bohrlochauskleidung oberhalb des Packers als unterhalb desselben beruhen könnte oder eine Folge des auf ihm ruhenden Bohrätranggewichtes sein könnte, oder auch auf beiden Ursachen beruhen könnte, wird die Packstruktur 13 weiter verkürzt und ermöglicht eine Abwärtsbewegung des Doms. Der Kupplungsring 25 sorgt dafür, daß der obere Konus 14 zusammen mitihr abwärtsbewegt wird. Normalerweise würde eine solche Abwärtsbewegung bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik die Tendenz haben, die oberen Gleitstücke 18 zu lösen. Infolge des Zusammenwirkens des Verriegelungsringes 38 mit der Innenverzahnung 37 auf den oberen Gleitstücken 18. werden die Gleitstücke relativ zur Bohrlochauskleidung zusammen mit dem Konus 14 und dem Dorn 11 abwärts verschoben. Demgemäß verbleibt die Packstruktur 13 in dichter Kompression gegen die Bohrlochauskleidung, wenn die abwärts gerichtete Kraft endet,und damit in Abdichteingriff mit der Auskleidung.

- Patentansprüche - 8 -

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Claims

Patentansprüche

1. In einem Bohrloch verankerbares Bohrlochgerät mit einem Dorn, längs dem Expandereinrichtungen relativ verschieblich sind für die Verschiebung von normalerweise eingezogenen Gleitstücken, die den Dorn umschließen, zwischen einer inneren Stellung in Längsanlage an dem Dorn und einer äußeren Stellung in Reibungskontakt mit einer Bohrlochauskleidung durch Längsbewegung der Expandereinrichtung relativ zu dem Dorn in einer ersten Richtung, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinrichtung (38) für die Kupplung der Gleitstücke (18) mit der Expandereinrichtung (14) in der äußeren Stellung derart, daß die Gleitstücke und die Expandereinrichtung zwangsweise gemeinsam längsbeweglich in der der ersten entgegengesetzten Richtung relativ zu der Bohrlochauskleidung sind.

2. Bohrlochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die VerriegelungseinrJchtung ein Ein-Weg-Gesperre ist zur Ermöglichung einer Längsbewegung der Expandereinrichtung relativ zu den Gleitstücken in der ersten Richtung und zur Verhinderung einer Bewegung der Gleitstücke relativ zu der Expandereinrichtung in derselben Richtung.

3. Bohrlochgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Ein-Weg-Gesperre (25) zur Ermöglichung einer Bewegung des Doms (11) relativ zu der Expandereinrichtung (14) und zur Verhinderung einer Bewegung der Expandereinrichtung

in der ersten Richtung

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relativ zu dem Dorn in derselben Richtung.

4. Bohrlochgerät nach Ansprüchen 1 bis 3 mit einer expandierbaren elastomeren Packstruktur (13) auf dem Dorn für den Abdichteingriff mit der Bohrlochauskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Expand^ereinrichtung an einem Ende der Packstruktur anliegt zur übertragung längsgerichteter Kraftkomponenten auf die Packstruktur bei Expansion derselben.

5. Bohrlochgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Expandereinrichtung äußere geneigte Oberflächen in Wirverbindung mit inneren peripheren Flächen der Gleitstücke aufweist für die Verschiebung der Gleitstücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung einen expandierbaren und kontrahierbaren Ring (38) umfaßt, der um die geneigten Expanderoberflächen (36) gespannt ist und eine Verzahnung (4o) aufweist für das Zusammenwirken mit einer verzahnten Oberfläche (3) der inneren peripheren Flächen auf den Gleitstücken (18).

6. Bohrlochgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3J ein geschlitzter Spannring ist, der seitlich expandierbar in einer Nut (36) der Expandereinrichtung (14) sitzt, welche in Umfangsrichtung die geneigte Oberfläche derselben umspannt, und der mindestens einen Sägezahn (4o) aufweist, der von seiner Außenperipherie in Verschieberichtung der Gleitstücke (18) gerichtet ist, und daß die verzahnte Oberfläche der Gleitstücke komplementäre Sägezähne aufweist, die in entgegengesetzter Richtung gerichtet sind.

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