DE2325636A1 - Bohrlochpacker - Google Patents

Description

Beschreibun
zum Patentgesuch/

der Firma Schlumberger Technology Corporation, 277 Park Avenue, New York, N.Y. Iool7,/ USA

betreffend:

"Bohrlochpacker"

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Bohrlochpacker in Bohrlöchern und insbesondere auf einen Dauer- oder auch ziehbaren Bohrlochpacker, der verwendet werden kann, um eine Förderzone von einem Bohrloch zu isolieren.

Packer des in der US-Patentschrift 3 229 767 gezeigten Typs sind ausgebildet für dauerndes Verbleiben nach dem Setzen in einer Bohrlochauskleidung, um das obere Ende einer Förderzone zu isolieren. Der Packer besteht aus bohrbarem Material und umfaßt obere und untere Gleit- und Expanderkomfoinationen an jeder Seite einer expandierbaren Packstruktur, und dieser Packer soll dauernd gesetzt bleiben, weil die einzige Möglichkeit, das Bohrloch wieder freizumachen, darin besteht, den

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Packer "mit einem Bohrkopf wegzuhohrem Obwohl dieser Typ von Bohrlochpacker den Vorteil hat„ daß der sin© einfache Struktur aufweist, so hat er doch den Machteilg daß erhebliche Kosten für die Bohroperation erforderlich sind in dem Falle, da® es

ORJGtNAL. INSPECTED

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erwünscht ist, den Packer aus dem Bohrloch zu entfernen.

Aus diesem Grund wur.den verschiedentlich Bemühungen unternommen, um einen Bohrlochpacker zu kongruieren, der einerseits den einfachen Aufbau des permanenten Packers aufweist, jedoch andererseits die Möglichkeit bietet, die Gleitbacken zu lösen und den.eigentlichen Packerabschnitt ebenfalls, so daß das Gerät in unbeschädigtem Zustand geborgen werden kann, wenn es wieder entfernt werden soll. Ein solcher Packer ist in der US-Patentschrift 2 714 9 31 beschrieben, und er umfaßt normalerweise zurückgezogene Gleitelemente zwischen einander gegenüberliegenden Expandern und unterhalb eines Packerelements, das gegen die Bohrlochauskleidung expandiert werden kann. Die Gleitstücke werden in der gesetzten Position verriegelt durch Ratschenzähne am oberen Expander, und die Packung wird in der expandierten Position verriegelt durch einen Verriegelungsring zwischen einem oberen Anschlag und einem Dorn. Um das Gerät zu lösen, wird ein Nasenstück am Boden des Doms abgeschert durch Aufwärtsziehen des Doms, und mit dem abgebrochenen Nasenteil,das herabfällt,soll der Dorn herausgezogen werden nach oben durch die umgebenden Teile, um so die Gleitstücke und die Packung zu lösen. Es ist jedoch anzunehmen, daß die in der genannten Druckschrift beschriebene Löseprozedur im Betrieb nicht sicher genug ist und verläßlich genug ist unter den üblichen Arbeitsbedingungen, um die Wiedergewinnbarkeit wirklich sicherzustellen. Darüber hinaus verbleibt eine gewisse Anzahl von Schrotteilen im Bohrloch nach dem Herausziehen des Geräts infolge der Art und Weise, in der das Lösen bewirkt wird. Dies ist natürlich unerwünscht.

Eine andere Möglichkeit ist in der US-Patentschrift 3 398 795 beschrieben. Hier ist die allgemeine Strukturanordnung etwas ähnlich der erstgenannten Druckschrift mit/der Ausnahme, daß eine Einfassungsverriegelung am unteren Ende des

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Doms gelöst werden kann und daß die Gleit- und Expanderkorabination oberhalb des Packungse!ententes in solcher Weise aufgebaut ist, daß der Expander zum Zusammenfallen gebracht werden kann zum Lösen der Gleitstücke im Ansprechen auf eine aufwärts gerichtete Dombewegung. Dies ermöglicht das Lösten des Packers für das Bergen an der Erdoberfläche, natürlich unter der Voraussetzung, daß die Lösevorrichtung wirksam wird.

Es ist jedoch zu bedenken, daß ein Förderpacker normaiwerweise in der gesetzten Position während einer längeren Seitperiode verbleibt„ beispielsweise mehrere Jahre, bevor des wünschenswert wird, ihn zu bergen» In dieser langen Zeitdauer ist es sehr wahrscheinlich,, daß eine große Menge an Abfällen, wie Sand, Scherben und dergl, sich oberhalb des Werkzeugs absetzt, womit das Lösen der oberhalb des Packungselements angeordneten Teile sehr schwierig, wenn nicht unmöglich wird. Es ist natürlich immer möglich, den Packer wegzubohren, doch wird damit das Merkmal der Ziehbarkeit bedeutungslos.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bohrlochpacker zu schaffen, der besonders geeignet ist, als Stetzpacker in Förderbohrlöchern· verwendet zu werden, der also längere Zeit dort verbleiben kann, aber auch wieder gezogen werden kann und so aufgebaut ist, daß das Lösen in einfacher und verläßlicher Weise möglich ist, selbst dann, wenn der Packer im Bohrloch eine lange Zeitdauer verblieben ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Bohrlochpacker mit einem Grundkörper, auf dem Gleitelemente aus einer zurückgezogenen Position nach außen in eine Verankerungsposition mit einer Bohrlochauskleidung verschieblich sind, mit einer Expanderanordnung zum Verschieben der Gleitelemente nach außen und mit einer den Grundkörper umschließenden, in Abdichtkontakt mit der Bohrlochauskleidung expandierbaren Packerbaugruppe

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gelöst durch eine erste, nur in einer Richtung wirksame Verriegelungsanordnung für das Verriegeln der Gleitelemente mit der Expanderanordnung in der äußeren Position der Gleitelemente, durch eine zweite Verriegelungsanordnung für das Verriegeln der Packerbaugruppe in expandierter Position und durch Entriegelungsanordnungen für die beiden Verriegelungsanordnungen zum Zurückziehen der Gleitelemente und der Packerbaugruppe und nachfolgendem Ziehen des Packers aus dem Bohrloch. Als Grundkörper verwendet man im allgemeinen einen Dorn, der die normalerweise zurückgezogenen Gleitelemente trägt, welche zwischen einander gegenüberliegenden Expandern und unterhalb einer setzbaren Packung angeordnet sind. Die Packerbaugruppe umfaßt expandierbare Elemente, die rings um eine Muffe angeordnet sein können, welche mit einem festen Anschlag versehen ist für das obere Ende der Packerringe. Ein beweglicher Anschlag ist an einer-Muffe befestigt, die gekoppelt ist mit dem oberen Ende eines gegenüberliegenden Expanders und in Eingriff gelangt mit dem unteren Ende der Packerringe. Beide Anschläge und Expander können relativ zueinander bewegt werden, um so die Packerelemente und die Gleitelemente in Kontakt mit der Bohrlochauskleidung zu bringen.

Die Verriegelungsanordnungen dienen dazu, die Packerbaugruppe gesetzt zu halten und die Gleitelemente in Verankerungseingriff mit der Bohrlochauskleidungswandung zu halten, bis es erwünscht wird, den Packer aus dem Bohrloch zu ziehen. Um den Packer ziehen zu können, werden Mittel vorgesehen, um in bequemer und sicherer Weise die erste und zweite Verriegelungsanordnung zu lösen, damit eine Bewegung der Expander und der Anschläge voneinander weg ermöglicht wird derart, daß die Packerringe und die Gleitelemente wieder zurückgezogen werden können, wonach das Gerät aus dem Bohrloch in unbeschädigtem Zustand gezogen werden kann.

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• Weitere bevorzugte Merkmale ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen. Ein' bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gegesnstandes der Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden:

Die Figuren IA und IB sind Längsschnittdarstellungen, teilweise in Seitenansicht, eines Bohrlochpackers gemäß der Erfindung, wobei die Teile in ihren relativen Positionen dargestellt sind, die sie beim Einlaufen in ein Bohrloch einnehmen; Figur IB bildet eine Fortsetzung nach unten der Darstellung gemäß Figur IA.

Figuren '2 und 3 sind Querschnittdarsteliungen gemäß

Linien 2-2 bzw. 3-3 der Figuren IA bzw. IB.

Figuren 4A und 4B sind Darstellungen ähnlich Figuren

IA und IB, wobei die Teile jedoch in ihrer relativen Position dargestellt sind, die sie einnehmen, wenn der Packer in einer Bohrlochauskleidung gesetzt ist.

Figuren 5A und 5B sind Darstellungen ähnlich der vorigen,

wobei jedoch die Teile in ihrer Position

für das Ziehen des Packers aus einem Bohrloch gezeigt sind.

Figur 6 ist ein Schnitt, teilweise in Seitenansicht, eines Gleitexpandergliedes

für einen Bohrlochpacker gemäß der Erfindung,

Figuren 7 und 8 zeigen in seitlichem Schnitt bzw. in

Draufsicht ein Gleitteil? das zusammenwirkt mit dem Gleitexpanderglied g®äß Fig. 6.

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Gemäß Figuren IA und IB weist ein permanenter oder ziehbarer Bohrlochpacker gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung einen langgestreckten Dorn Io auf mit einer durchgehenden Bohrung 11, der einen Satz 12 von normalerweise eingezogenen Gleitelementen 13 trägt, die zwischen einem oberen Expander 14 und einem unteren Expander 15 angeordnet sind. Der untere Expander 15 ist an dem Dorn Io dadurch befestigt, daß er auf einen Ring 16 auffeschraubt ist, der seinerseits auf .dei^ Dorn geschraubt ist, während der obere Expander 14 relativ längs des Doms beweglich ist. Ein Nasenstück 17 ist am Dorn 17 unterhalb des unteren Expanders 15 befestigt. Die Gleitelemente 13 werden in derselben Horizontalebene gehalten mittels eines Bandes 18, das die Elemente umschließt und in Eingriff steht mit einer einwärts gerichteten Ausnehmung 19 in jedem Gleitelement. Jedes Gleitelement 13 weist obere und untere, im Abstand liegende Sätze von Zähnen 2o und 21 auf sowie innere Schrägflächen 22 und 23 im Eingriff mit äußeren Gegenflächen 24 und 25 an den jeweiligen Expandern, um so die Auswärtsverschiebung der Gleitelemerite zu bewirken im Ansprechen auf eine Bewegung des oberen Expanders 14 relativ in Richtung zum unteren Expander 15. Jedes Ende von jedem Gleitelement 13 kann versehen sein mit einer Zurückziehstruktur einschließlich Gleitverbindungen mit dem nahegelegenen Expander, so daß eine Bewegung des oberen Expanders 14 relativ weg vom unteren Expander 15 eine Einwärtsbewegung der Gleitelemente in die zurückgezogene Position bewirken wird.

Figur 6 ist eine Darstellung einer Einzelheit des oberen Expanders 14, wobei es sich versteht, daß der untere Expander 15 eine im wesentlichen identische Konfiguration, jedoch mit entgegengesetzter Orientierung aufweist, so daß die Bezugszeichen auf beide Teile anwendbar sind. Der Expander 14 weist eine im wesentlichen rohrförmige Konfiguration auf mit Innengewinde 144 in Verbindung mit einem Teil 4o (Figur IB)„ Der Expander 14 ist mit Ausnehmungen 145 an in ümfangsrichtung

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im Abstand liegenden Stellen versehen, welche Ausnehmungen den oberen Kopfabschnitt 138 des Gleitelementes 13 aufnehmen. Jede Ausnehmung 145 wird definiert durch eine flache Rückwaridflache, nämlich die Gegenfläche 24, die nach unten und innen abgeschrägt ist und sich zwischen parallelen Seitenwandungen 147 und 148 erstreckt. Die Ausnehmung 145 öffnet sich bei 149 durch die untere Endfläche I5o des Expanders 14 auf einer Umfangsabmessung, die kleiner ist als die Breite der schrägen Gegenfläche 24, so daß sich an jeder Seite gegenüberliegende, vorstehende Einziehhaken 151 bzw. 152 ergeben, welche jeweils eine aufwärts und auswärts abgeschrägte Ziehfläche 153 aufweisen. An dieser Stelle ist festzuhalten, daß der Schrägungswinkel der Ziehfläche 153 gegen die Vertikale wesentlich größer ist als der zugeordnete Winkel der Expandergegenflache 24, wobei der erstgenannte Winkel beispielsweise etwa 6o° betragen kann, während der letztere etwa bei 2o° liegt.

Aus Figuren 7 und 8 erkennt man, daß die Kopfabschnitte 138 und 139 an jedem Ende jedes Gleitelements 13 etwas weiter sind als der verbindende zentrale Abschnitt 154, womit sich seitliche Fortsätze ergeben mit nach vorn gerichteten Ziehflächen 155 und 156, die um den gleichen Winkel geneigt sind wie die entsprechenden Ziehflächen 153 der Expander. Wie dargestellt, ist jeder Kopfabschnitt keilförmig mit einer inneren Schrägfläche 23, die komplementär in Form und Neigung ausgebildet ist bezüglich der geneigten Gegenfläche 24 des Expanders 14. Wenn die Teile zusammengefügt sind, befinden sich natürlich die Kopfabschnitt 138 und 139 innerhalb der Ausnehmungen 145 und die mittleren Verbindungsabschnitte 154 erstrecken sich durch die Öffnungen 149.

Aus Figuren IA und IB entnimmt man, daß der Dorn Io ferner eine Packerbaugruppe 3o trägt, welche mehrere Elastomer-Material-Packringe 31, 32 und 33unfaßt, die rings um eine rohr-

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förmige Kompressionsmuffe 34 angeordnet sind/ die relativ beweglich längs des Dorns ist. Der obere Packering 31 steht im Eingriff mit einem nach unten gerichteten Anschlag 35, der an der Muffe 34 befestigt ist, und der untere Ring 33 steht im Eingriff mit einem nach oben gerichteten Anschlag 36, der relativ beweglich ist längs der Muffe oberhalb eines verdickten Abschnitts 37 derselben am unteren Ende. Man erkennt natürlich, daß eine Relativbewegung der Anschläge 35 und 36 auf einander zu zur Folge hat, dasß die Packerringe 31, 32 und 33 komprimiert und expandiert werden in Abdichtkontakt mit einer Bohrlochauskleidungswandung.

Der untere Anschlag 36 ist gekoppelt mit dem oberen Expander 14 über eine Zwischenmuffe 38. Innerhalb bestimmter Grenzen kann die Zwischenmuffe 38 in Längsrichtung relativ sowohl zum oberen Expander 14 als auch zur Kompressionsmuffe 34 bewegt werden. Die begrenzte Bewegung relativ zum oberen Expander 14 wird ermöglicht durch Vorsehen von einem oder mehreren nach auswärts vorstehenden Stopfen 39, die eingeschraubt siad in öffnungen in einem oberen Teil 4o des Expanders mit verringertem Durchmesser und die sich erstrecken in länggestreckte Schlitze 41 durch/die Wandung der Zwischenmuffe 38; eine begrenzte Bewegung relativ zur Kompressionsmuffe 34 wird ermöglicht durch eine ähnliche Anordnung mit einem Stopfen 42 auf der Verdickung 37, der sich in einen langgestreckten Schlitz durch die Wandung der Kompressionsmuffe 34 erstreckt. Natürlich dienen diese Stopfen und Schlitze auch dazu, eine relative Drehung der Teile zueinander zu unterbinden.-Darüber hinaus ist in der Ausgangsstellung der Teile die Zwischenmuffe 38 relativ festgelegt mittels Scherstiften 44 und 45, die sich durch die Wandung der Muffe in die Verdickung 37 bzw. den oberen Teil des Expanders 14 erstrecken. Mit den Teilen in der Einlaufposition gemäß Fig. IB steht die untere Endfläche 46 der Zwischenmuffe 38 in Berührung mit einer aufwärtsgerichteten Schulter 47 am oberen Expander 14 derart, daß sie den oberen

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Expander nach unten längs des Doms Io verschieben kann»

Ein lösbares, in einer Richtung wirkerides Verriegelungssystem 5o ist oberhalb der oberen Endfläche 51 des oberen Expanders 14 angeordnet, und zwar zwischen dem Dorn Io und der Zwischenmuffe 38ο Das Verriegelungssystem 5o umfaßt einen geschlitzten Ratschen- oder Verriegelungsring 52„ der normaler= v/eise umschlossen ist von einem geschlitzten Nockenring 53» Dieser ist so ausgebildet, daß er in einer inneren Position, vjie dargestellt, gehalten wird durch eine innere Verriegelungsfläche 54 auf der Zwischenmuffe 38» Der Verriegelungsring 52 weist eine Innenverzahnung 55 auf, die in Eingriff treten kann mit einer Außenverzahnung 56„ die beispielsweise durch ein Gewinde auf dem nahegelegenen Abschnitt des Doms Io ge= bildet wird» Darüber hinaus besitzt der Verriegelungsring 52 aufwärts und auswärts schräg verlaufende Nockenflachen 57 auf dem ÄußenuHifangj, die in Eingriff stehen mit N©eken<jegenflachen 58 ₀ die sich innen auf dem Nockenring 53 befinden» Der Verriegelungsring 52 ist infolge der Schlitsung„ wie in Fig» 2 dargestellt, in der Lage,, seitlich su expandieren und su kontrahieren und kann deshalb nach unten längs der Dornver·= zahnung 5β ratschen _v wenn auf den Nockenring 53 eine abwärts gerichtete Kraft einwirkt„ und zwar über die einwärts gerieh= tete Schulter 59 an der Zwischensnuffe 38 bei einer Äbwärtsbe= itfegung der letzteren» Der Verriegelungs-und der Mockenring können jedoch nicht gemeinsam nach oben längs des Dorns Io durch den Expander 14 verschoben werden, infolge der Moekenwirkung der Flächen 57 und 58, weiche dazu führt, daß der Verrie= gelungsriag nach innen gedrückt wird und dabei den Dorn dicht umgreift» Das Verriegelung^system 5© kann jedoch gelöst werden .durch ei-ne Aufwärtsbewegung der Zwischenmuffe 38 relativ zum Dorn Io und zum Expander 14„ so daß sich ein Abschnitt mit einer Ent las tun gs ausnehmung 6o dem Nockenring 53 darbietet» X'Jenn dies eintritt,, kann der Nockenring 53 wegen sainer Benützung oder seines Äufbaus aus Segmenten gemäß Fig„ 2 nach außen expandieren zu einer Größe mit einer Durchlaßbohrung derart, daß der Ver-

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riegelungsring 52 frei durchtreten kann. Eine Gegenbohrung 61 ist in dem oberen Endabschnitt des oberen Expanders 14 ausgebildet und so bemessen, daß wenn der Nockenring in der Außenposition ist, der obere Expander sich eine erhebliche Strecke aufwärts längs des Dorns Io bewegen kann, ohne von dem Verriegelungsring 52 gestört zu werden»

Man entnimmt Figur IA, daß der obere Anschlag 35 teilweise von der unteren Endfläche eines Muffenfortsatzes 65 gebildet wird, der durch Verschraubung an der Kompressionsmuffe 34 befestigt ist. Der Muffenfortsatz 65 erstreckt sich nach oben längs des. oberen Endabschnitt des Dorns Io, und der untere Endabschnitt 66 einer Lösemuffe 6 7 greift teleskopartig über den Fortsatz 65» Auch hier kann die Lösemuffe 67 eine begrenzte Vertikalbewegung relativ sum Fortsatz 65 ausführen, da einander gegenüberliegende, Anschlagschultern 6 8 und 69 vorgesehen sind, die etwa auf den betreffenden Teilen durch Gewinde aasgebildet sein können, wie in der abgeschnittenen Ansicht dargestellt« Relativdrehung wird verhindert durch einen Stopfen 7o, der am Fortsatz befestigt ist und .in einen langgestreckten Schlitz 71 durch die Wandung der Lösemuffe greift. Es versteht sich natürlich, daß die Lösemuffe 67 und der Fortsatz 65 ursprünglich miteinander verbunden sind mittels eines Abscherstifts 72 oder dergl.

Ein zweites lösbares, nur in einer. Richtung wirksames Verriegelungssystem75 ist angeordnet zwischen dem oberen Endabschnitt 76 des Dorns Io -und der Lösemuffe 6 7_O Es umfaßt ebenfalls einen .geschlitzten Ratschenring 77 (Figur 3) mit inneren Zähnen 78, welche mit Außenzähnen 79 auf dem Dorn kämmen. Die äußeren Nockenflächen 8o des Ratschenringes 77 stehen in Eingriff mit inneren Nockenflächen 81 auf vergrößerten Kopfabschnitten 82 einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand liegenden federnden Fingern 83, die nach unten ragen vom unteren Ende einer Haltemuffe 84, die innerhalb der Lösemuffe 6 7 ange-

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ordnet ist? die federnden Finger werden ausgebildet durch Schlitze 85, die eingeschnitten sind vom unteren Ende der Haltemuffe 84 ausgehend«, Normalerweise werden die Kopfabschnitte 82 nach innen gehalten,, wie dargestellt, mittels Verriegelungsflächen' 86 und 87 ₁ die ausgebildet werden durch mit abgestuften Innendurchmessern versehene Wandungsabschnitte der Lösungsmuffe 6 7„ In der Art ähnlich dem ersten oben beschriebnenen Verriegelungssystem gestattet das obere Verriegelungssystem 75, daß die Lösemuffe. 6 7 und der Fortsatz 65 gemeinsam nach unten längs des Dorns Io verschoben werden, wobei der Ratschenring 77 über die Dornzähne 79 ratscht. Die Teile können jedoch nicht nach oben zurückkehren infolge des Zusammenwirkens der Nockenflächen 8o und8l und der daraus resultierenden inneren isiockenwirkung auf den Ratschenring. Infolgedessen kann die Packerbaugruppe 3o mit den Packerringen 31, 32 und 33 in expandiertem Zustand verriegelt werden und bleibt in dieser Position, bis es wünschenswert ist, sie zurückzuziehen. Das Zurückziehen wird bewirkt durch Lösen des Verrisgelungssystems 75, indem in das Bohrloch ein inneres Greiferwerkzeug abgesenkt wird, das in die Innengewinde 88 am oberen Ende der Lösemuffe 6 7 zum Eingriff gebracht wird. Aufwärts, ziehen an der Muffe 67 führt zum Abscheren des Abscherstiftes 72„ so daß die Muffe teleskopartig nach oben über den Fortsatz 65 gezogen werden kann und über die Haltemuffe 84, womit die Verriegelungsflächen 86 und 87 zurückgezogen werden von ihrer Position rings um die Kopfabschnitte 82. Nunmehr nicht mehr gegen eine Auswärtsbewegung abgestützt, können die Kopfabschnitte 82 sich frei nach außen entspannen, so daß der Muffenfortsatz 6 5 und die Kompressionsmuffe 84 sich nach oben längs des Dorns Io bewegen können, und die Kompressionsbelastung auf die Packerringer 31, 32 und 33 entlastet i^ird. Der Fortsatz 65 ist ferner ergänzt durch eine innere ringförmige Ausnehmung 89 solcher Abmessungen, daß der Ratschenring 77 hindurchpaßt während einer solcher Aufwärtsbewegung. Eine Aufwärtsbew,egung der Lösemuffe 6 7 längs des Fortsatzes 65 wird natürlich abgestoppt durch die einwärts

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gerichtete Anschlagschulter 6 8 auf der Muffe mit der auswärts gerichteten Anschlagschulter 69 auf dem Fortsatz.

Die Haltemuffe 84 weist am oberen Ende Innengewinde 9o auf zur Aufnahme eines typischen Haltemechanismus an einem (nicht dargestellten) Abdichtdorn, welcher das untere Ende eines Förderstranges aus Rohren bildet; eine Ausbildung, die für diesen Zweck geeignet ist, läßt sich der US-Patentschrift 2 737 248 entnehmen. Das Vorhandensein von Zugspannung in dem Förderstrang beeinflußt nicht den Verriegelungszustand des Verriegelungssystems 75, da eine aufwärts gerichtete Kraft nur dazu führt, daß der Ratschenring 77 den Dorn Io um so fester umgreift. Da der Abdichtdorn und zugeordnetes Haltesystem, wie oben erwähnt, gelöst werden durch Relativdrehung, erstreckt sich ein Verriegelungsstift 91 auf der Lösemuffe 6 7 in eine Nut 92 am oberen Ende der Haltemuffe 84, um zu verhindern, daß das letztgenannte Teil die Drehung mitmacht.

Im Betrieb werden die Teile zusammengebaut,wie in den Zeichnungen dargestellt, und das Gerät wird angekoppelt an ein konventionelles gasbetätigtes (nicht dargestelltes) Setzwerkzeug zum Absenken in die gewünschte Setztiefe in einer Bohrlochauskleidung. Das Setzwerkzeug ist lösbar verbunden mit dem Packer über Einrichtungen einschließlich eines Zuggliedes loo und einer Adaptermuffe lol nach Figuren IA und IB. Das Zugglied loo umfaßt eine Zentralstange Io2, deren unteres Ende verbundsn ist mit einem Sollbruchstutzen Io3, der als Sollbruchstelle Io4 einen verringerten Hals besitzt. Das untere Ende des SoIlbruchstutzens ist eingeschraubt in eine Bodenkappe Io5. Die Kappe Io5 weist eine Koppelmuffe Io6 auf, welche sich nach oben von ihr weg erstreckt, und die Koppelmuffe trägt einen Schlitzring Io7 in Wirkeingriff zwischen eine aufwärts gerichtete Schulter Io8 und eine abwärts gerichtete Gegenschulter Io9, gebildet von der unteren Endfläche des Doms lo. Ein Halte- und Löseglied Ho ist oberhalb des oberen Endabschnitts der Koppelmuffe Io6 aufgenommen und umfaßt eine Schürze 111

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mit einer äußeren ringförmigen Ausnehmung 112, in der der Schlitzring Io7 gehalten ist. Das Halte- und Löseglied Ho witest ferner einen einwärts gerichteten Flanschabschnitt 113 auf, der angeordnet ist im Abstand oberhalb eines auswärts gerichteten Flansches 112 an der Zentralstange Io2. Darüber hinaus ist eine aufwärts gerichtete Schulter 115 in Vertikalausfluchtung mit einer abwärts gerichteten Schulter 116 auf der Koppelmuffe Io6 angeordnet. Solange die Sollbruchmuffe Io3 unbeschädigt ist, sitzt der Schlitzring Io7 zwischen der ringförmigen Ausnehmung 117 unterhalb der Schulter Io9.

Die Adaptermuffe lol weist eine Treibfläche 12o auf, die in Eingriff gelangt mit der oberen Endseite 121 der Lösemuffe 67. Der Fachmann erkennt, daß eine Aktivierung des Setzwerkezeuges zu einer Aufwärtsbewegung der Zentralstange Io2 führen wird und zu einer Abwärtsbewegung der Adaptermuffe lol. Im Ansprechen auf die resultierende Bewegung in entgegengesetzter Längsrichtung wird der Packer in folgender Weise gesetzt. Insoweit, als die Lösemuffe 57 in Antriebskontakt mit dem Fortsatz 65 der Kompressionsmuffe steht und ihr oberer Anschlag 35 nach unten relativ längs des Dorns Io verschoben wird, der gleichzeitig nach oben gezogen wird. Wenn die Lösemuffe 67 und die Kompressionsmuffe 34 sich abwärts bewegen, wird auch die Haltemuffe 84 nach unten geschoben über die Schulter, die ausgebildet wird durch die abgestuften Verriegelungsflächen 86 und 87„ Wie oben beschrieben, ist der Ratschenring 77 in der Lage, genügend weit seitlich zu expandieren und zu kontrahieren innerhalb der Kopfabschnitte 82, wobei er nach unten über die Dorngewinde, welche die Zähne 79 ausbilden, ratschen kann«,

Mit der Abwärtsbewegung der Kompressionsmuffe 34 längs des Dorns Io wird auch die Zwischenmuffe 38 zwischen dem unteren Anschlag 36 und dem oberen Expander 14 nach unten bewegt, was zu einer Bewegung des oberen Expanders in Richtung

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auf den unteren Expander 15 führt, der fest auf dem Dorn sitzt. Demgemäß werden die Gleitelemente 13 nach außen verschoben, bis ihre Zähne 2o und 21 sich in der Bohrlochauskleidungswandung festbeißen, wie in Figur 4B angedeutet, um so das Gerät gegen Längsbewegung zu verankern. Mit der Abwärtsbewegung der Zwischenmuffe 38 und des oberen Expanders 14 drückt die Schulter 59 das in einer Richtung wirksame Verriegelungssystem 5o nach unten längs des Doms Io und, wie oben beschrieben, ratscht der Verriegelungsring 52 längs der von Gewindegängen gebildeten Zähne 56 und fängt das Maß der Abwärtsbewegung des oberen Expanders 14. Da der Verriegelungsund der Nockenring nicht gemeinsam aufwärts bewegt werden können, vesteht es sich, daß die Gleitelemente 13 durch das System 5o in der gesetzten oder expandierten Position verriegelt werden.

Sobald die Gleitelemente 13 gegen die Bohrlochauskleidung C gesetzt sind, können die Zwischenmuffe 38 und der untere Anschlag 36 nicht mehr weiter abwärts verschoben werden. Infolgedessen führt eine weitere Abwärtsbewegung der Kompressionsmuffe 34 und des oberen Anschlags 35 zum Abscheren der Stifte 44, worauf der obere Anschlag sich in Richtung des unteren Anschlags 36 bewegt unter Kompression der Packerringe 31, 32, 33 derart, daß diese expandieren bis zum Abdichtkontakt mit der umgebenden Bohrlochauskleidungswandung. Das obere, in einer Richtung wirksame Verriegelungssystem 75 verhindert eine Aufwärtsbewegung der Kompressionsmuffe 34 und fängt damit die Packerbaugruppe in expandiertem Zustand, wobei der Packer vollständig in der Auskleidung C gesetzt ist.

Nach einer vorgebbaren Größe der Zugspannung in der Zentralstange Io2, die etwas oberhalb liegt derjenigen, die erforderlich ist, um den Packer vollständig zu setzen, reißt der Sollbrauchstutzen Io3 an der Sollbruchstelle Io4, wie in " Figur 4B angedeutet. Die Aufwärtsbewegung der Zentralstange Io2 bringt den Flansch 113 gegen das Halteteil Ho und bewegt dieses

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aufwärts relativ zum Dorn Io, woraufhin der Schlitzring Io7 sichnach innen verformen kann und aus der Ausnehmung 117 herausgelangt. Im Ergebnis wird die Koppelbaugruppe vom Dorn Io gelöst, wie in Figur 4B gezeigt, worauf das Setzwerkzeug vom Packer gelöst wird und aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Die untere Schulter 115 auf der Zentralstange Io2 fängt das Teil Io6 ab.und die Kappe Io5, so daß nichts im Bohrloch verbleibt infolge des Setzvorganges.

Wenn der Packer richtig in der Auskleidung C gesetzt ist, wie in Figuren 4A und 4B gezeigt, kann ein Förderstrang in das Bohrloch abgesenkt und mit dem Packer gekoppelt werden. Ein Abdichtdorn und Haltemuffe, wie oben erwähnt, können verbunden werden mit dem unteren Ende des Förderstranges, wobei sich der Abdichtdorn in die Bohrung 11 des Packerdornes Io erstreckt und fluidabgeüchtet wird relativ zu diesem, wobei die Halterung in Eingriff gelangt mit dem Innengewinde 88 am oberen Ende der Haltemuffe 84, um so eine Koppelung zu bewirken. Der Packer isoliert die Förderzone und beschränkt den Druck der geförderten Fluide auf den Förderstrang aus Rohren, der sich nach oben bis zur Erdoberfläche erstreckt.

Um den Packer für das Heraufziehen an die Oberfläche zu Bsen, wird der Förderstrang entfernt und ein Innengreiferziehwerkzeug 25, das schematisch in Figur 5A dargestellt sind, wird in das Bohrloch an einem Rohrstrang abgesenkt und mit den Innengewinden 9o am oberen Ende der Lösemuffe 67 gekoppelt. Ein hinreichender Aufwärtszug an der Lösemuffe 6 7 führt zum Abscheren des Stifts 72, so daß eine Aufwärtsbewegung der Lösemuffe relativ zum Dorn Io erfolgt, bis die Schulter 69 an diesem an der Schulter 6 8 des Fortsatzes 65 anschlägt. Durch eine solche Bewegung werden die Verriegelungsflächen 86 und 87 rings um die Kopfabschnitte 82 entfernt, so daß die Köpfe und die Finger 83 nach auswärts verformt werden relativ zum Ratschen-

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ring 77. Infolgedessen wirkt der Ratschenring 77 nicht mehr länger als Verriegelung gegen Aufwärtsbewegung, ermöglicht eine Aufwärtsbewegung der Kompressionsmuffe 34 und Abbau der Kompressionsbelastung in den .Packerringer 31, 32 und 33 derart, daß diese vollständig sich zusammenziehen.

Wenn die untere Verdickung 37 der Kompressionsmuffe bis zum unteren Anschlag 36 gelangt, werden die Stifte 45 abgeschert, und die Zwischenmuffe 38 wird nach oben gezogen relai(tv zum Dorn Io und zum oberen Expander 14. Demgemäß wird die Verriegelungsfläche 54 nach oben aus ihrer Position rings um den Nockenring 53 herausgezogen, so daß dieser nach außen in die Ausnehmung 6ο bewegt werden kann. Damit kann der Verriegelungsring 52 nicht mehr die Aufwärtsbewegung unterbinden, da er nunmehr durch die Bohrung des Nockenringes 53 paßt, so daß, wenn die Stopfen 39 die unteren Enden der Schlitze 41 erfassen, der obere Expander 14 nach oben gezogen wird relativ zu den Gleitelementen 13. Eine Bewegung des oberen Expanders 14 weg vom unteren Expander 15 führt zum Zurückziehen der Gleitelemente 13, wie in Figur 5B angedeutet. Bei zurückgezogenen Packerringen und Gleitelementen kann das gesamte Gerät bis zur Oberfläche gezogen werden.

Man erkennt, daß der Bohrlochpacker gemäß der Erfindun-, die strukturelle Einfachheit eines permanenten Packers aufweist, jedoch ein Lösen ermöglicht, wenn es erwünscht ist, den Packer aus dem Bohrloch zu ziehen. Das untere Verriegelungssystem 5o ist unterhalb des Packers angeordnet, so daß es isoliert ist von Absetzungen, die am oberen Ende des Packers abgelagert werden können, wenn dieser längere Zeit im Bohrloch verbleibt, und das obere Verriegelungssystem 75

ist ebenfalls im wesentlichen isoliert infolge seiner beonderen Gestaltung. Der Bohrlochpacker hat sich besonders als Packer für die Förderung bewährt, kann jedoch selbstverständ-

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lieh auch in Verbindung mit anderen Bohrlocharbeitsgängen Verwendung finden.

(Patentansprüche)

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Bohrlochpacker mit einem Grundkörper, auf dem Gleitelemente aus einer zurückgezogenen Position nach außen in eine Verankerungsposition mit einer Bohrlochauskleidung verschieblich sind, mit einer Expanderanordnung zum Verschieben der Gleitelemente nach außen und mit einer den Gruhdkörper umschließenden, in Abdichtkontakt mit der Bohrlochauskleidung expandierbaren Packerbaugruppe, gekennzeichnet durch eine erste, nur in einer Richtung wirksame Verriegelungsanordnung (5o) für das Verriegeln der Gleitelemente (13) mit der Expanderanordnung (14, 15) in der äußeren Position der Gleitelemente, durch eine zweite Verriegel-ngsanordnung (75) für das Verriegeln der Packerbaugruppe (3o) in expandierter Position, und durch Entriegelungsanordnungen für die beiden Verriegelungsanordnungen zum Zurückziehen der Gleitelemente und der Packerbaugruppe und nachfolgenden Ziehen des Packers aus dem Bohrloch.

2. Bohrlochpacker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitelemente (13) unterhalb der Packerbaugruppe (3o) angeordnet sind.

3. Bohrlochpakcer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expanderanordnung Expander (14, 15) umfaßt, die zum Auswärtsverschieben der Gleitelemente (13) relativ aufeinander zu bewegbar sind, und daß die erste Verriegelungs- anordnung (5_O) mit einem der Expander (14) und dem Grundköprper CIo) in Wirkverbindung steht sum Unterbinden einer Bewegung der Expander voneinander weg.

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4. Bohrlochpacker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verriegelungsanordnung (5o) ein den Grundkörper (lo) umschließendes, in Eingriff mit diesem treten Verriegelungsglied. (52) aufweist, das relativ beweglich längs des Grundkörpers in einer Richtung bei der Bewegung der Expanderglieder aufeinander zu ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist zwischen dem Verriegelungsglied und dem Expander (14) zum Unterbinden einer Bewegung der Expander voneinander weg, wobei der andere Expander (15) relativ zu dem Grundkörper fest ist.

5. Bohrlochpacker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Packerbaugruppe Elastomer-Elemente (31, 32, 33) und in Längsrichtung im Abstand liegende Anschläge (35, 36) umfaßt, die relativ aufeinander zu beweglich sind für die Kompression und Expansion der Elastomer-Elemente, und daß die zweite Verriegelungsanordnung (75) mit dem Grundkörper (lo) und einem der Anschläge (35) in Wirkverbindung steht zum Verhindern einer Bewegung der Anschläge (35, 36) voneinander weg.

6. Bohrlochpacker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verriegelungsanordnung (75) ein den Grundkörper (lo)umschließendes und in Eingriff mit diesem bringbares Verriegelungselement (77) umfaßt, das relativ beweglich längs des Grundkörpers in einer Richtung ist bei einer Bewegung der Anschläge (35, 36) aufeinander zu, und daß zwischen dem Verriegelungsglied (77) und einem der Anschläge (35) eine Vorrichtung vorges%en ist zum Verhindern einer Bewegung der Anschläge voneinander weg.

7. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entriegelungsanordnung Mittel zum Außereingriffstehen der Vorrichtungen zum Verhindern des Auseinanderbewegens umfassen.

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8. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (35, 36) oben und unten vorgesehen sind, daß obere (14) und untere (15) Expander vorgesehen sind, daß eine relativ längs des Grundkörpers (lo) bewegliche und den oberen Anschlag (35) tragende Muffenstruktur (35, 37, 65) vorgesehen ist, welche von der Packerbaugruppe (3o) umschlossen ist, und relativ zu der der untere Anschlag (36) beweglich ist, und daß eine Zwischenmuffe (38) vorgesehen ist für das Koppeln des oberen Expanders mit dem unteren Anschlag.

9. Bohrlochpacker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Verriegelungsanordnungen eine Nockenvorrichtung umfaßt, die veranlaßt, daß das Verriegelungsglied den Grundkörper in der verriegelten Position umgreift und die beweglich ist in eine Löseposition außer Eingriff mit dem Verriegelungsglied.

lo. Bohrlochpacker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösevorrichtung längsverschiebbare Glieder umfaßt für die Bewegung der Nockenvorrichtung aus der Verriegelungsposition in die gelöste Position.

11. Bohrlochpacker nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder eine Lösemuffe (6 7) umfassen, die relativ längsbeweglich zu der MuffenStruktur ist aus einer Verriegelungsposition in eine Löseposition, und daß die Zwischenmuffe (38) längsbeweglich ist relativ zu dem Grundkörper aus einer Verriegelungsposition in eine Löseposition.

12. Bohrlochpacker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösemuffe und die Zwischenmuffe jeweils eine Verriege-

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lungs fläche aufweisen für das Positionieren einer zugeorcmten Nockeneinrichtung in der Verriegelungsposition, und daß jede Muffe eine Ausnehmung nahe der Verriegelungsfläche aufweist, die eine Bewegung einer zugeordneten Nockeneinrichtung in die Löseposition durch Gleiten der Muffen ermöglicht.

13. Bohrlochpacker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verriegelungsglied aus einem geschlitzten Ring (52, 77) besteht mit inneren Zähnen (55, 78), die kämmen mit äußeren Zähnen (56, 79) auf dem Grundkörper (lo) zum Bewirken der Verklammerung, und-daß jeder Ring äußere Nockenflächen (57, 8o) aufweist im Eingriff mit inneren Nockenflächen (58, 81) der Nockenanordnung.

14. Bohrlochpacker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nockenanordnung aufwärts und einwärts gerichtete innere Nockenflächen aufweist im Eingriff mit auswärts und abwärts gerichteten Nockenflächen auf den Ringen, wobei eine aufwärts gerichtete Kraft auf jede Nockenanordnung zu einer übertragung einer einwärts gerichteten Kraft auf den Ring führt»

15. Bohrlochpacker nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockeneinrichtung von dem unteren Endabschnitt einer Haltemuffe gebildet ist, die angeordnet ist innerhalb der Lösemuffe und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeadneten Schlitzen aufweist, die vom unteren Ende ausgehend eingeschnitten sind zur Unterteilung des unteren Endabschnitts in eine Mehrzahl von in seitlicher Richtung flexiblen Fingern (83), und daß jeder Finger einen verdick ten Kopfabschnitt (82) aufweist, der mit der inneren Nockenfläche versehen ist. ^:

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16. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösemuffe, die Muffenstruktur und die Zwischenmuffe miteinander gekoppelt sind derart, daß eine Aufwärtsbewegung der Lösemuffe beide Ausnehmungen in Äusfluchtung mit den jeweiligen Nockenanordnungen bringt zur Ermöglichung einer Bewegung derselben in die Löseposition.

17. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine spielaufweisende Verbindung für das Koppeln der Lösemuffe mit der Muffenstruktur und der Muffenstruktur mit der Zwischenmuffe.

18. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung aif der Lösemuffe zum Ermöglichen einer Verbindung derselben mit einem Ziehwerkzeug für eine Aufwärtsbewegung.

19. Bohrloehpacker nach Ansprüchen 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemuffe eine Einrichtung aufweist zum Ermöglichen einer Verbindung derselben mit einem Förderrohrstrang, der sich zur Erdoberfläche herauf erstreckt.

2o. Bohrlochpacker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitelemente (13) mindestens einen Kopfabschnitt mit einer verzahnten äußeren peripheren Oberfläche aufweisen sowie eine schrägverlaufende Innenfläche, und daß der Kopfabschnitt ferner eine Außenfläche aufweist, die unter einem Winkel geneigt fet, der wesentlich größer ist als der Schrägungswinkel an der Innenfläche, jedoch kleiner

ο ist als 9o .

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21. Bohrlochpacker nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitelement einander gegenüber angeordnete obere und untere Kopfabschnitte aufweist, die durch einen mittleren Verbindungsabschnitt verbunden sind.

22. Bohrlochpacker nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kopfabschnitt breiter ist als der Verbindungsabschnitt, um so die genannte Außenfläche an der Seite desselben vorzusehen, und daß das Gleitelement eine sich nach innen von dem Verbindungsabschnitt erstreckende Ausnehmung aufweist, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie ein das Gleitelement haltendes Glied aufnimmt.

2 3. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 2o bis 22, mit einem oberen und einem unteren Expander (14, 15) für das Verschieben der Gleitelemente(13) nach außen im Ansprechen auf eine Bewegung der Expanderglieder in Richtung aufeinander zu und nach innen im Ansprechen auf eine Bewegung der Expanderglieder voneinander weg, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Kopfabschnitt der Gleitelemente in Wirkverbindung steht mit dem oberen Expanderglied und der untere Kopfabschnitt in Wirkverbindung steht mit dem unteren Expanderglied, daß die innere, schrägverlaufende Fläche jedes Kopfabschnitts in Gleiteingriff steht mit einer äußeren Gegenfläche auf dem zugeordneten Expanderglied·, daß die äußere, schrägverlaufende Fläche jedes Kopfabschnitts ausgebildet ist für das Zusammenwirken mit einer inneren Gegenfläche auf dem jeweiligen Expanderglied zum Bewirken des Zurückziehens des Gleitelements, und daß der Neigungswinkel gegen die Vertikale der äußeren, schrägverlaufenden Oberflächen größer ist als der Neigungswinkel der inneren, schrägverlaufenden Oberflächen,

24. Bohrlochpacker nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Expanderglied rohrförmig ist und äußere Ausnehmungen

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aufweist, die ausgebildet und angeordnet sind zur Aufnahme jeweils eines zugeordneten KopfabSchnitts, wobei jede Ausnehmung teilweise gebildet wird von der äußeren Gegenfläche, daß jede Expanderanordnung in ümfangsrichtung vorstehende Ziehabschnitte aufweist, die beidseits der Ausnehmung angeaänet sind und teilweise gebildet werden durch die inneren Gegenflächen.

25. Bohrlochpacker nach einem der Ansprüche 2o bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Flächen unter einem Winkel von etwa 2o° verlaufen- und die äußeren Flächen unter einem Winkel von etwa 6o .

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