DE2452433C3 - Hydraulisch betätigter Bohrlochpacker für Zwillingsrohrgestänge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrlochpacker für

Zwillingsgestänge, insbesondere für Ölbohrungen mit zwei im wesentlichen parallelen Rohrgestängen, mit um die Rohrgestänge angeordneten nachgiebigen Pakkungselementen und über Packungsanschläge diesen zugeordneten Fangkeilen, die mittels einer Kolben-Zy-Iinder-Anordnung betätigbar sind.

Häufig ist es während der Zeit der Förderung von einer Ölbohrung wünschenswert oder notwendig, aus zwei oder mehr verschiedenen, von dem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen Formationen zu fördern. Dies wird gewöhnlich durch die Verwendung von Bohrlochpackern erreicht, die zwei oder mehr durch sie hindurchgehende Rohrstränge aufnehmen.

Die Zweistrangpacker oder Packer mit zwei Kanälen werden normalerweise zusammen mit einem einfachen Standard-Rohrstrangpacker verwendet, der am Rohrstrang unterhalb des Zweistrangpackers angeordnet ist, und zwar am Rohrstrang, der mit einer tieferen Formation unterhalb des Standardpackers in Verbindung steht und an einen Leitungsstrang im Zweistrangpacker angeschlossen ist und damit an einen Strang, der zur Oberfläche führt. Die zweite Formation liegt normalerweise zwischen dem Standardpacker und dem Zweistrangpacker; aus ihr kann durch den zweiten Strang, der sich durch den Zweistrangpacker zieht und mit einem zweiten, zur Oberfläche führenden Rohr-Strang verbunden ist, gefördert werden.

Ein derartiger Bohrlochpacker wird in der US-PS 67 127 beschrieben, bei der zwei getrennte Fangkeile

über einem Dorn von getrennten Zylindern betätigt werden. Ein einstöckiger Fangkeil wird in der US-PS 37 14 984 beschrieben, der um seine quer zum Bohrloch verlaufende Achse kippbar ist und der an seinen Außenflächen Greifzähne aufweist Dieser Fangkeil ist jedoch nur für Einzelrohre geeignet

Die Nachteile der genannten Zweistrangpacker liegen in ihrem komplizierten Aufbau, in ihrer großen Länge und darin, daß die keilförmigen Abfangelemenie durch Verschieben oder Verlängern des Rohrstrangs und/oder Futterrohrs während der Förder- oder Einsatzdauer des Packers gelöst werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweistrangpacker zu schaffen, der einen vereinfachten Aufbau sowie eine geringere Länge im Vergleich zu bekannten Packern dieser Art hat und der mit äußerst leistungsfähigen und zweckentsprechenden, kreis- oder rohirörmigen unitären Fangkeilen ausgerüstet ist

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelösf, daß die Fangkeiie einstückig-zylindrisch und schwenkbar ausgebildet sind und doppelte, parallele Durchgangsbohrungen für die Rohrgestänge aufweisen, und daß der Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnung ein einstückiges im wesentlichen zylindrisches Teil mit axialen Zwillingsbohrungen ist das die Rjhrgestänge ringförmig umgibt und eine innere Differentialdruckfläche aufweist. Durch diese Ausführung wird ein Bohrlochpacker mit einfachem Aufbau geschaffen, der betriebssicher und leistungsfähig ist und der eine geringe Länge beansprucht.

Ausführungsformen und Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes.

F i g. 1 ist eine Draufsicht auf den Zwillingspacker;

F i g. 2A und 2B zeigen den Längsschnitt durch den Bohrlochpacker nach der Linie 2-2 in der F i g. 1;

F i g. 3A und 3B zeigen den Längsschnitt nach der Linie 3-3 in der F ig. 1;

Fig.4A und ΊΒ stellen den Längsschnitt nach der Linie 4-4 in der F i g. 1 d*ir;

F i g. 5 ist der Querschnitt nach der Linie 5-5 in der Fig. 2;

F i g. 6 zeigt den uiiitiif en Fangkeil im Schnitt;

F i g. 7 ist eine Draufsicht auf den unitären Fangkeil und

F i g. 7 A eine Seitenansicht von diesem;

F i g. 8 zeigt einen Längsschnitt durch den Bohrlochpacker in seiner festgelegten Stellung;

F i g. 9 ist eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsfonn des Bohrlochpackers gemäß der Erfindung;

Fig. 1OA bis IOC' sind Längsschnitte nach der Linie lO-lOinderPig.9;

Fig. 11A Ws 11C stellen Längsschnitte nach der Linie 11-11 in der ί^? ig. 9 Jar;

Fig HD ist ein Querschnitt durch eine Sperrkeil-Haltebülseu'ld

F i g. 11E Mn Längsschnitt durch eine solche Hülse;

F i g. 11F ieigl £ine Teilstirnansicht der Sperrkeil-Haltehülse,

Fig. 12A bis 1^C stellen den Längsschnitt nach der Linie 12-12 in der F ί g. 9 dar;

Fig. 13 zeigt Cihe perspektivische Ansicht eines abscherbaren SperrÄapfens;

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Sperrkeils des Feststellzylinders der Kolben/Zylinderanordnung;

Fig. 15A und 15B sind schematische Längsschnitte der Zähne am Fangkeil;

Fig. 16A und 16B zeigen im Querschnitt und im Radialschnitt die von der Vorrichtung gelösten Keilanker;

F i g. 17 zeigt einen Schnitt durch einen Fangkeil nach der zweiten Ausführungsform;

F i g. 18 stellt die Seitenansicht zu F i g. 17 dar;

Fig. 19 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung zum Festlegen eines Rohrgestänges;

F i g. 20 zeigt den Längsschnitt nach der Linie 20-20 in der F ig. 19;

F i g. 21 zeigt den Längsschnitt nach der Linie 21-21 in der Fig. 19.

Bei dem in den F i g. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes besteht ein Bohrlochpacker 1 aus einem oberen Gestängeverbindungskopf 2, einem nachgiebigen Packungssatz 3, einem oberen Fangkeil 4, einem unteren Fangkeil 5 und einer Kolben/Zylinderanordnung 6, wobei alle diese Elemente ein Primär- bzw. Sekundär-Rohrgestänge 7 bzw. 8 mehr oder weniger umschließen.

Der obere Gestängeverbindungskopf 2 weist ein einteiliges Gestängekopfstück 9 mit parallelen, längsgerichteten Durchgangsbohrungen 10,11 auf, die Innengewindeabschnitte 10a, lla haben, in denen die zylindrischen Rohrgestänge 7, 8 aufgenommen sind. Ein

jo Aufnahmeschlußstück 12 ist durch Schraubenbolzen 13 mit dem Gestängekopfstück 9 verbunden und weist Durchgänge \0b, \ib auf, die in axialer Richtung auf die Durchgangsbohrungen 10,11 des Gestängekopfstücks 9 ausgerichtet sind und mit diesen Bohrungen übereinstimmen. Das Aufnahmeschlußstück 12 hat eine konkav ausgebildete Oberfläche 12a, die dazu dient, eine Rohrstrangverbindung 14 in den Durchgang 11b zu leiten. Das Gestängekopfstück 9 hat ferner ein Innengewindeteil 10c, das einen Abschnitt einer Leitung oder eines Rohrstücks über einen Gewindeanschluß aufnehmen kann.

Die über eine Gewindeverbindung fest am Gestängekopfstück 9 angebrachten Rohrgestänge 7,8 erstrecken sich parallel zur Längsachse des Bohrlochpackers 1 und im allgemeinen parallel zum Bohrloch; sie haben untere Gewindestücke 7a und 8a, die die Kolben/Zylinderanordnung 6 nach unten überragen; das eine oder beide können über ein Gewinde mit einem unteren, sich abwärts in das Bohrloch erstreckenden Rohrstrang verbunden sein.

In absteigender Reihenfolge sind an den Rohrgestängen 7, 8 verschiebbar befestigt: der obere unitäre Fangkeil 4, der obere Packungsanschlag 3t, ein oder mehrere Packungselemente 32 und der untere Pakkungsanschlag 33. Der obere und untere Packungsanschlag 31 bzw. 33 sind zylindrische Metallplatten mit einer ausgekehlten Oberfläche an einer Seite und mit zwei Bohrungen zur Aufnahme der Rohrgestänge 7,8.
Die Packungselemente 32 bestehen aus einem nachgiebigen Werkstoff, z. B. synthetischem Gummi; sie sind im allgemeinen zylindrisch und haben axial durch sie hindurchgehende Zwillingsbohrungen, um die Rohrgestänge 7, 8 bündig aufzunehmen. Die Packungselemer.te 32 sind so angeordnet, daß sie eng aneinander liegen und auch dicht an den ausgekehlten Flächen der Anschlagplatten 31, 33 anliegen. Ein geflanschter Befestigungsring 34, der an eine äußere Schulter 18 am Rohrgestänge 8 anstößt, begrenzt eine Abwärtsbewe-

gung des Packungssatzes 3 an den Rohrgestängen, indem er sich auch gegen die Unterseite des unteren Packungsanschlags 33 anlegt.

Der untere unitäre Fangkeil 5 ist an den Rohrgestängen so angeordnet, daß er diese umgibt und an ihnen verschiebbar ist; der Fangkeil 5 ist dem Fangkeil 4 gleichartig, jedoch ist er zum Fangkeil 4 in umgekehrter Lage befestigt.

Die Kolben/Zylinderanordnung 6 ist an den Rohrgestängen 7, 8 so befestigt, daß sie diese umgibt, und sie ι ο besteht aus einem zylindrischen Feststellkolben 61 sowie einem zylindrischen Feststellzylinder 62. Der Feststellkolben 61 ist ein im wesentlichen solides zylindrisches Teil mit axialen Zwillingsbohrungen zur Aufnahme der Rohrgestänge 7,8 und mit einem oberen Ringraum 63 um das Gestänge 8. Der in F i g. 5 im Querschnitt gezeigte Feststellkolben 61 hat eine Mehrzahl von querliegenden, zylindrischen Bohrungen 64, die sich mit der Längsachse der Durchgangsbohrung 11 schneiden und mit Innengewinde versehen sind. In den Bohrungen 64 sind abscherbare zylindrische Sperrzapfen 65 verschiebbar angeordnet, die durch die Kraft von Blatt-Schrauben- oder Belleville-Federn 66, die durch Anlage an Schraubstopfen 67, welche in den Bohrungen 64 verschraubt sind, unter Spannung gehalten werden, gegen das Rohrgestänge 8 gedruckt werden.

Die Sperrzapfen 65 haben einen geschwächten Abschnitt 65a, der so ausgelegt ist, daß er bei einer vorbestimmten Belastung abschert; sie haben ferner einen gezähnten Sperrkopf 656 mit einer gekrümmten Fläche, die der Krümmung des Rohrgestänges 8 angepaßt ist und die eine Vielzahl von Sperrzähnen 65c aufweist, die so gestaltet sind, daß sie sich den äußeren, ringförmigen Zähnen 86 am Rohrgestänge 8 anpassen und in diese greifen. Die Fig. 13 zeigt in einer weiteren Ansicht eines Sperrzapfens 65 die Lage der Sperrzähne 65c am Sperrkopf 656. Die Zähne 86 und diejenigen am Sperrkopf 656 sind so angeordnet, daß sie eine Aufwärtsbewegung der Zapfen am Rohrgestänge 8 zulassen, jedoch eine Abwärtsbewegung der Sperrzapfen und damit eine gleichgerichtete Bewegung des Feststellkolbens 61 verhindern. Die abgestuften Flanken der Zähne 86 und 65c ermöglichen für den Feststellkolben 61 eine Aufwärtsbewegung, indem die Zapfen 4·: gegen die Federn 66 zurückgedrückt werden, so daß diese zusammengepreßt werden und ein Gleiten der Zähne übereinander hinweg erlauben. Bei dem Versuch einer Abwärtsbewegung des Feststellkolbens 61 auf dem Rohrgestänge 8 legen sich die rechtwinkligen Flanken der Zähne 65c gegen die rechtwinkligen Flanken der Zähne 86 und verhindern die Abwärtsbewegung. Die weitere Arbeitsweise und Funktion der Sperranordnung wird im Zusammenhang mit der Betriebsweise des gesamten Bohrlochpackers beschrieben werden.

Der Feststellzylinder 62 hat kreisförmigen Querschnitt und weist einen starken unteren Teil 62a auf, an den sich ein aufwärts verlaufender äußerer Kragen 626 anschließt, der den Kolben 61 von außen umgibt Der untere Teil 62a ist bis auf zwei sich in Längsrichtung erstreckende Bohrungen, in denen die Rohrgestänge 7, 8 bündig und verschiebbar aufgenommen sind, kompakt. Der Feststellzylinder 62 ist zeitweise am Feststellkolben 6t mittels einer Mehrzahl von Scherzapfen 68 befestigt Diese Zapfen 68 durchsetzen den oberen Kragen 626 in einer Schraubverbindung und liegen in einem äußeren, den Feststellkolben 61 umgebenden Kanal 61a.

Der Feststellzylinder 62 ist zeitweise am Rohrgestänge 8 durch eine Mehrzahl von gekrümmten Sperrkeilen 69 befestigt, die einwärts gerichtete Schultern 69a haben, welche in eine Außenrilie im Rohrgestänge 8 eingreifen. Die Sperrkeile 69 werden nach einwärts durch einen übergreifenden Anschlag eines ringförmigen Bundes 616 am unteren Ende des Kollbens 61 gehalten. Die Keile 69 verhindern durch Anlage an der Außenrille des Gestänges 8, am unteren Ende des Kolbens 61 und an der oberen Stirnseite des starken unteren Teils 62a des Zylinders 62 zeitweise jede Gleitoder Verschiebbewegung der Kolben/Zylinderanordnung in bezug auf die Rohrgestänge 7 und 8. Eine oder mehrere öffnungen 80 ziehen sich durch die Wand des Rohrgestänges 8 und schaffen eine Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung 11 sowie dem Bereich zwischen dem Kolben 61 und dem starken Ende 62a des Zylinders, um die Sperrkeile 69 in einer noch näher zu beschreibenden Weise zu lösen.

Am unteren Ende des Gestänges 8 ist an einem Außengewindestück 8a eine mit Standardgewinde versehene Hülse 19 befestigt, die einen Ventilsitz 21 zur Aufnahme eines Flüssigkeitsabsperrorgans 20, z. B. eine Kugel oder einen Kegel, aufweist, das dazu dient, nach Wahl die Durchgangsbohrung 11 gegenüber der Flüssigkeitsströmung durch das Rohrgestänge 8 abzusperren, so daß durch die öffnungen 80 ein Flüssigkeitsdruck zur Wirkung gebracht werden kann.

Die obere Rohrstrangverbindung 14 (F i g. 2 und 4) ist eine rohrförmige, zylindrische Hülse 14c mit Innengewinde 14a zur Aufnahme eines Standard-Leistungsabschnitts und hat eine ringförmige äußere Vertiefung 146 zur Aufnahme eines Dichtungstragrings 15. Eine untere federnde Klemmhülse 16 ist über das Gewinde 16a mit der oberen Hülse 14c verbunden und hat einen Bund 166, der gegen den Tragring 15 anliegt und diesen hält. Dieser Ring 15 hat eine Mehrzahl von Ringdichtungen 17, die zwischen der Rohrstrangverbindung 14 und dem Gestängekopfstück 9 eine Abdichtung herbeiführen.

Die federnde Klemmhülse 16 ist zeitweise im Gestängekopfstück 9 durch die Anlage des ringförmigen äußeren Vorsprungs 16c an dem inneren ringförmigen Ansatz 9a im Kopfstück 9 festgelegt. Eine Bewegung des Vorsprungs 16c aufwärts hinter den Ansatz 9a kann durch Aufbringen einer vorbestimmten Hubkraft erreicht werden, welche eine Einwärtsverlagerung des Vorsprungs 16c bewirkt so daß er sich aufwärts hinter den Ansatz 9a bewegen kann. Die Einwärtsverlagerung des Vorsprungs 16c wird durch Ausbildung von einigen Längsschlitzen 16c in der Klemmhülse 16 ermöglicht, die dem in den Bereichen zwischen den Schlitzen verbleibenden Metall eine Flexibilität verleihen. Die Größe der zur Bewegung der Klemmhülse 16 aus dem Gestängekopfstück 9 notwendigen Hubkraft kann nach Wunsch durch die Anzahl und/oder Breite der Schlitze 16c/ und/oder den Angriffswinkel zwischen dem Vorsprung 16c und dem Ansatz 9a eingestellt werden.

Den F i g. 6,7,7A, 15A und 15B ist die Ausbildung der Fangkeile zu entnehmen. Jeder Fangkeil 4 und 5 besteht aus einem im allgemeinen zylindrischen Teil, an dessen äußeren Bereichen auf gegenüberliegenden Seiten eine Mehrzahl von Zähnen 41 angebracht ist, die sich um den Fangkeilkörper ziehen, wobei die Krümmungsachse unter einem Winkel zur mittigen Längsachse des Fangkeils angeordnet ist Die Zähne 41 sind ferner so angebracht, daß die Schnittlinie einer durch die Fangkeillängsachse gelegten Ebene mit den äußersten

Zahnspitzen eine gekrümmte Linie beschreibt, wie in den Fig. 15A und 15B gezeigt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung der Fangkeile in Futterrohren von unterschiedlichem Innendurchmesser und vermeidet die sonst notwendige Bereitstellung von einzelnen Fangkeilsätzen für verschieden bemessene Ausfütterungen. Bei Futterrohren von geringerem Innendurchmesser, d. h. mit größerem Einheitsgewicht, wie in Fig. 15A gezeigt, liegen die beiden Sätze von Zähnen nahe dem Zentrum des Fangkeils mit dem geringsten Abstand zwischen sich an der Futterrohrwand mit dem größten Berührungsbereich an; bei Futterrohren mit größerem Innendurchmesser und damit geringerem Einheitsgewicht, wie in Fig. 15B gezeigt, berühren die Zähne an den beiden äußeren Enden des Fangkeils die Ausfütterung auf Grund des größeren Abstandes zwischen den oberen äußeren und unteren äußeren Zähnen.

Das gekrümmte Zahnrandprofil nach Fig. 15A und 15B ermöglicht diese Anpassungsfähigkeit bei der Verwendung, indem ein größerer Berührungsbereich zwischen Zähnen und Futterrohrwand ohne Rücksicht darauf geschaffen wird, welche der Zähne zur Verankerung des Bohrlochpackers herangezogen werden.

Wie die Fig. 6, 7 und 7A zeigen, hat jeder unitäre Fangkeil einen zweiachsigen Durchgang zur Durchführung je eines Rohrgestänges. Eine Achse eines jeden Durchgangs liegt parallel zur mittigen Längsachse des Fangkeils, die andere Achse liegt in der gleichen Ebene unter einem Winkel zur ersten Achse.

In Fig. 6 sind die sich schneidenden Durchgänge im einzelnen gezeigt, wobei deren Längsachsen mit X-X und Y- Y bezeichnet sind. Bei dieser Seitenansicht fluchten die beiden Rohrgestänge miteinander, so daß nur ein Durchgang im Schnitt zu sehen ist. Die Achse -Y-Xbestimmt die gestrichelt gezeichneten Durchgänge 43. Wenn der Fangkeil so ausgerichtet ist, daß die Rohrgestänge in diesen Durchgängen aufgenommen sind, dann sind die Fangzähne in ihrer innersten Lage, d. h. außer Berührung mit der Futterrohrwand.

Wenn der Fangkeil gedreht worden ist, so daß die Durchgänge 44, die mit ausgezogenen Linien dargestellt sind, mit den Rohrgestängen in Anlage sind, dann nehmen die Fangzähne ihre äußerste Lage gegenüber den Rohrgestängen ein und können sich gegen die Futterrohrwand anlegen.

Der Winkel zwischen den Achsen X-X und Y- Y kann im Bereich von 5 bis etwa 35° liegen; vorzugsweise liegt er bei 18 bis 20°.

Der in F i g. 6 gezeigte Fangkeii 5 hat eine Anschlagfläche 51, die der Anschlagkante 52 gegenüberliegt und einen doppelten Zweck hat.

Eine Drehung des Fangkeils zur Anlage an das Futterrohr wird durch Bewegen eines Anschlagmittels, z.B. des Kolbens 61, gegen die zusammengesetzte Fläche 51 erreicht, wodurch der Fangkeil entlang des Rohrgestänges verschoben wird, bis die Anschlagkante auf einen ihr gegenüberliegenden Anschlag trifft Aus der an der Kante 52 wirkenden Kraft resultiert ein Drehmoment für den Fangkeil, das durch die dem Fangkeil vermittelten Anschlagkräfte unterstützt wird.

Die Fläche 51 wurde als zusammengesetzte Fläche bezeichnet, da sie einen ebenen oder flachen Teil 51a und einen an diesen anschließenden tangential gekrümmten Teil 516 hat Die Krümmung des Flächenteils 5\b hat vorzugsweise einen Radius R, der im wesentlichen gleich 0,5 L ist, wobei L die axiale Länge des Fangkeils entlang der Achse X-X ist. Die gekrümmte Fläche 51£> berührt die ebene Fläche 51a an demjenigen Punkt, an dem die Achse X-X sich mit der Fläche 51 am Ende des Fangkeils schneidet. Der Fangkeil ist um den Punkt C schwenkbar, der den Schnittpunkt der Achsen X-X und Y-Y darstellt und etwa auf die Hälfte der Länge L des Fangkeils, gerechnet von der Fläche 51 ab, liegt.

In Fig.6 ist eine strichpunktierte Linie P nahe der

ίο Fläche 5ib eingezeichnet, um die Konstruktion eines üblichen Fangkeils nach dem Stand der Technik anzudeuten, wie ein solcher in der US-Patentschrift 37 39 849 beschrieben ist. Obwohl dieser Fangkeil bereits gegenüber dem vorher bekannten eine bedeutende Verbesserung darstellt, erfordert das Vorhandensein der Schulter P demnach ganz wesentliche zusätzliche Einrichtungen an dem Packer, bei dem er verwendet wird.
Vor allem muß ein bedeutender Abstand bei diesem Fangkeil zwischen ihm in seiner nicht festgestellten Lage und dem unteren Anschlagmittel eingehalten werden, um ein Schwenken des Fangkeils zur Anlage an das Futterrohr zu ermöglichen. Dies beruht darauf, daß der Radius Rp beträchtlich größer ist als die Strecke 0,5 L, und deshalb muß ein Minimumabstand, der gleich Rp-R ist, unterhalb der ebenen Fläche des bekannten Fangkeils eingehalten werden, so daß er in die Feststellage gedreht werden kann.

Um den Abstand aufrechtzuerhalten, um den Fangkeil in einer drehbaren Lage abzustützen und um das Aufbringen eines Kraftmoments auf die Anschlagfläche 52, ohne den Fangkeil damit abwärts zu drücken, zu ermöglichen, wurde der bekannte Fangkeil notwendigerweise bei C auf Schwenkzapfen gelagert, die den Fangkeil durchsetzen und in eine innere Traghülse eingreifen. Der auf die Fläche 52 wirkenden Abwärtskraft wirkte die entgegengesetzt gerichtete Aufwärtskraft der Fangkeilzapfen entgegen, die das gewünschte Drehmoment herbeiführten. Die Innenhülse und die

ίο Zapfen dienten auch dazu, den Fangkeii von dem unteren Anschlagmittel entfernt zu halten, so daß er geschwenkt werden konnte. In der US-Patentschrift 37 39 849 sind in F i g. 1 die innere Hülse 20 und die Tragzapfen 34 gezeigt. In dieser Figur ist der freie Raum unter dem Fangkeil nicht dargestellt, da dieser in seine Angriffs- oder Feststellage gedreht worden ist.

Im Gegensatz zu dem bekannten Fangkeil sind bei demjenigen nach der Erfindung die Traghülse, die Schwenkzapfen und der Schwenkraum nicht notwendig.

Da der Krümmungsradius der Fläche 51 b um den Schwenkpunkt Cgieich dem Abstand der Fläche 51a vom Punkt C ist, ist klar, daß der Fangkeil 5 um C im gleichen Raum geschwenkt werden kann, den er in seiner nicht festgehaltenen Lage einnimmt Damit ist die Notwendigkeit für die Traghülse, die Zapfen und den freien Raum unterhalb der Fläche 51 beseitigt. Ferner kann die Fläche 51 in konstanter Anlage an benachbarten Anschlagmitteln bleiben, um das notwendige Drehmoment von Kräften an der Kantenfläche 52 zu liefern, wodurch die Notwendigkeit für Tragzapfen bei Centfäilt

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fangkeils liegt in dessen garantiertem Festlegen. Sollte bei dem erwähnten bekannten Fangkeil der freie Raum unter diesem jemals vermindert werden, z. B. durch Längung der Teile, durch Ansammlung von Schmutz oder Rohrrückständen in dem notwendigen freien Raum, durch Ausfall eines oder mehrerer Teile oder

durch unkorrekten Zusammenbau des Werkzeugs bei seiner Herstellung, und zwar bis zu dem Punkt vermindert werden, an dem der freie Raum oder Abstand wesentlich geringer wird als der Wert Rp—0,5 L, dann wird klarerweise die Kante Pgegen die untere Fläche oder den Schmutz entgegengesetzt zu den Feststellkräften an der Kante 52 treffen und das erwünschte Drehmoment um C wird aufgehoben oder gelöscht.

Bei dem Erfindungsgegenstand ist diese Situation nicht vorhanden, da der Fangkeil drehen kann, ohne daß hierzu ein freier Abstand oder Raum notwendig ist, und weil er auf Grund seiner einfachen Gestaltung weder Zapfen noch Hülsen hat; ein unkorrekter Zusammenbau und ein Ausfall von Teilen sind nahezu absolut ausgeschaltet.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgerräßen Fangkeils ergibt sich bei seiner Verwendung als unterer Fangkeil; sollte er im Futterrohr an einem Punkt festgesetzt werden, an dem die noch näher zu erläuternde Auslösefeder 49£> nicht in der Lage ist, ihn aus seiner Anlage oder Eingriffsstellung zu schwenken, so kann ein Lösen allein durch Aufwärtsstoßen der unteren Anschlagmittel gegen den Fangkeil herbeigeführt werden. Da irgendein Punkt an der gekrümmten Fläche 51 b direkt unterhalb von C liegen und den Aufwärtsstoß aufnehmen wird, wird klarerweise dem Fangkeil kein Drehmoment vermittelt; zusätzlich zur Lösekraft der Auslösefelder 49ö wird die einfache, aufwärts wirkende Kraft den Fangkeil vom Futterrohr freimachen. Die obere Kante 52 wird bei diesem Schritt des Lösens selbstverständlich frei von einem Anschlag sein.

Der Fangkeil 4 ist dem hier beschriebenen Fangkeil 5 gleichartig. Es ergibt sich somit, daß durch die beiden, Seite an Seite liegenden Durchgänge und durch die zusammengesetzte Anschlagfläche 51 (eben und gekrümmt) der unitäre Fangkeil um die beiden parallelen Rohrgestänge 7, 8 aus einer Lage, in der er nicht am Futterrohr angreift, in eine Angriffslage an diesem ohne irgendeine Störung bzw. Beeinflussung zwischen Fangkeil und Rohrgestänge schwenken kann.

Jeder Fangkeil hat auch, wie Fi g. 3 zeigt, einen sich über einen Teil seiner Länge erstreckenden Freigabeschlitz 46, der die Wand des Fangkeils in einer zur Ebene der doppelachsigen Durchgänge und der mittigen Achse senkrechten Ebene durchsetzt. Ein dritter Durchgang 47 zieht sich von der inneren Stirnfläche 46a des Freigabeschlitzes 46 durch den Fangkeil zum entgegengesetzten Ende. Der Schnitt von Fig.3 macht den Zweck des Schlitzes 46 und Durchgangs 47 deutlich; er dient zur Aufnahme des L-formigen, mit Gewinde versehenen Freigabezapfens 48 und der Freigabefeder 48a im oberen Fangkeil 4, während beim unteren Fangkeil 5 der Haltebolzen 49, ein mit einem Vorsprung versehener Bolzenring 49a und die Auslösefeder 496, die eine Schraubenfeder ist, aufgenommen werden. In jedem Fangkeil ist eine Vertiefung 49c ausgebildet, die der Aufnahme der Freigabefeder 48a dient, die andererseits in einer Vertiefung 486 des L-förmigon Freigabezapfens 48 liegt, der durch den Durchgang 47 geht und im unteren Teil des Gestängekopfstücks 9 verschraubt ist Auch der Haltebolzen 49 durchsetzt den Durchgang 47 im unteren Fangkeil 5 und ist im oberen Ende des Feststellkolbens 61 verschraubt

In den F i g. 2 bis 5 ist der Bohrlochpacker in der nicht festgesetzten Lage gezeigt, wobei die Rohrgestänge 7,8 in den parallel zur mittigen Längsachse der Fangkeile angeordneten Durchgängen 43 liegen. Die Fig.8 zeigt den Bohrlochpacker in seiner betätigten Lage, wobei er erweitert worden ist und dichtend sowie verankernd an der Futterrohrwand anliegt. In dieser Stellung sind die Fangkeile geschwenkt worden, so daß die Rohrgestänge in den zweiten Durchgängen 44, die unter einem Winkel zu den Durchgängen 43 angeordnet sind, liegen.

Eine typische Verwendung des beschriebenen Bohrlochpackers erfolgt bei einer Formation mit zwei

ίο Förderzonen. Hierbei wird er über die Gewindestücke 10c und 7a mit übereinstimmenden Gewinden von Standard-Rohrsektionen eines Förderrohrstrangs verbunden. Dieser hat unterhalb des Bohrlochpackers einen Standardpacker, der den Ringraum zwischen dem Förderrohrstrang und dem Futterrohr zum gewünschten, vorbestimmten Zeitpunkt dicht abschließt.

Der Förderrohrstrang wird mit dem Standardpacker und dem Bohrlochpacker 1 in das Bohrloch abgesenkt, bis der untere Packer die obere Förderzone passiert und zwischen den beiden Förderzonen oder -formationen liegt. Der Bohrlochpacker 1 wird oberhalb der oberen Förderzone angeordnet.

Durch geeignete Mittel, z. B. Betätigung des Strangs oder Anwendung von hydraulischem Druck, wird der untere Packer im Futterrohr festgesetzt. Dieses Festsetzen des unteren Packers kann alternativ auch durch einen Seilzug oder andere Mittel erfolgen, bevor der primäre und sekundäre Rohrstrang in das Bohrloch abgesenkt werden; dann kann der primäre Rohrstrang in den unteren Packer »eingestochen« werden. Hierauf kann der sekundäre Förderrohrstrang im Bohrloch abgesenkt werden, wobei die Rohrstrangverbindung 14 am unteren Ende angeschraubt ist. Wenn der Strang ausreichend weit abgesenkt worden ist, erfaßt die Verbindung 14 das Gestängekopfstück 9 und schnappt in ihre Lage. Der zweite Strang steht dann über die Durchgangsbohrung 11 im Gestängekopfstück 9 mit dem Rohrgestänge 8 in abgedichtetem Verbindung.

Ein Kugel- oder Kegel-Absperrorgan 20 wird an einem Seilzug in den zweiten Rohrstrang abgelassen oder in diesen gepumpt, um am Ventilsitz 21 einen Abschluß herzustellen, so daß die Flüssigkeit im zweiten Strang unter Druck gesetzt werden und durch die Durchgangsbohrung 11 und die öffnungen 80 gegen das untere Ende des Feststellkolbens 61 wirken kann. Wenn in der Durchgangsbohrung 11 ein ausreichender Druck erreicht worden ist, wird der Kolben 61 die Zapfen 68 abscheren und sich aufwärts gegen die untere Anschlagfläche 51 des unteren Fangkeils 5 bewegen, wobei dieser Fangkeil aufwärts verschoben wird, bis seine obere Anschlagkante 52 die Unterkante des unteren Packungsanschlags 33 berührt Eine Autwärtsbewegung des Feststellkolbens 61 am Rohrgestänge 8 wird durch das Rutschen der Sperrzapfen 65 über die Rohrgestängezähne 8b ermöglicht; dieser Klinkenmechanismus verhindert gleichzeitig eine Abwärtsbewegung des Feststellkolbens 61 am Rohrgestänge 8 unter normalen Betriebsbedingungen.

Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 61 unter dem hydraulischen, aufwärts wirkenden Druck wird die Aufwärtskraft auf den unteren Fangkeil 5 und von diesem auf den Packungssatz 3 sowie auf den oberen Fangkeil 4 übertragen. Das Anstoßen der Fangkeile am Packungssatz führt zu einer Schwenkung der Fangkeile zur Anlage an das Futterrohr und zugleich zu einem Zusammenpressen der Packungselemente 32. Auf diese Weise kann durch fortgesetztes Aufbringen eines hydraulischen Drucks von ausreichender Größenord-

nung für einen kurzen Zeitraum ein Festsetzen der beiden unitären Fangkeile gegen das Futterrohr und ein Ausdehnen der nachgiebigen Packungselemente zur dichten Anlage am Futterrohr, wie F i g. 8 zeigt, erreicht werden.

Bei Aufheben des hydraulischen Drucks in der Durchgangsbohrung 11 werden die nachgiebigen Packungselemente bestrebt sein, sich in Längsrichtung auszudehnen und sich in radialer Richtung zusammenzuziehen. Das führt zu einer konstanten Aufwärtskraft aru Fangkeil 4 und zu einer konstanten Abwärtskraft am Fangkeil 5, so daß diese in Anlage am Futterrohr gehalten werden. Auch die Sperrzapfen 65 halten das Rohrgestänge 8 ineinandergeschoben mit dem Feststellkolben 61, wodurch verhindert wird, daß der Packer gelöst wird, sollte das Rohrgestänge 8 sich aus irgendeinem Grund im Bohrloch aufwärts bewegen wollen.

Wenn gewünscht wird, den Bohrlochpacker 1 zu lösen, so kann das nach Wahl durch Entfalten einer Aufwärtskraft am Rohrgestänge 7 und damit am Rohrgestänge 8, die ausreicht, um die Sperrzapfen 65 an ihrem geschwächten Abschnitt 65a abzuscheren, geschehen. Um ein Biegen oder Knicken des Sperrkopfs 656 entlang des Spalts im geschwächten Bereich 65a zu verhindern, kann in diesen Spalt ein relativ weiches Füllmaterial, z. B. Blei oder plastischer Kunststoff, eingebracht werden, das das Biegemoment aufnimmt und ein einwandfreies Abscheren der Zapfen sicherstellt.

Nach dem Abscheren der Zapfen 65 bewegen sich die Rohrgestänge 7,8 mit Bezug auf die Fangkeile 4, 5 und de.. Packungssatz 3 aufwärts. Der L-förmige Freigabezapfen 48 bewegt sich ebenfalls aufwärts, schwenkt über die Freigabefeder 48a den oberen Fangkeil 4 in seine nicht festgestellte Position und führt ihn aufwärts vom Packungssatz 3 weg, so daß die nachgiebigen Packungselemente sich zu ihrem normalen, nicht gesetzten Zustand zusammenziehen können. Eine fortgesetzte Aufwärtsbewegung der Rohrgestänge 7, 8 führt zum Lösen des unteren Packungsanschlags 33 von der Anschlagkante 52 des Fangkeils 5, so daß dieser vom Futterrohr freikommen kann. Dann dehrt sich die Schraubenfeder 496 gegen den Fangkeil 5 aus, wodurch dieser in seine Ausgangslage zurückgeführt wird. Der Bohrlochpacker 1 ist dann vollkommen frei und kann aus dem Bohrloch genommen werden. Der Sekundärstrang kann von der Durchgangsbohrung 11 vor oder nach dem Freimachen des Bohrlochpackers 1 entfernt werden oder er kann zusammen mit dem Primärstrang, wenn das erwünscht ist, aus dem Bohrloch genommen werden.

Gelegentlich muß die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Bohrloch mit extrem hohen Formationsdrükken oder bei der Bearbeitung von Bohrungen, wobei Flüssigkeiten unter hohem Druck in die Bohrlochformationen durch die Vorrichtung gepumpt werden müssen, verwendet werden.

Drücke unterhalb des beschriebenen Bohrlochpakkers können im Bereich von 350 at oder höher liegen; in diesen Bereichen wird durch die Flüssigkeit eine beträchtliche Aufwärtskraft auf die im Bohrloch befindlichen Leitungsstränge ausgeübt, wodurch eine Auftriebskraft auf die Packerrohrgestänge hervorgerufen wird, die bestrebt ist, diese aufwärts durch den Bohrlochpacker zu drücken, was zu einem Lösen der Fangkeile und folglich auch der Packungselemente führt Dieser Auftrieb beruht auf dem Kolben- oder Stirnflächeneffekt.

Um diese auf eine Lösung der Fangkeile gerichtete, auf dem Auftrieb im Rohrstrang beruhende Tendenz zu vermeiden, wird ein besonderer Sperr- oder Blockierungsmechanismus vorgesehen, der durch den Druck unterhalb der Packerelemente betätigt wird und dazu dient, die Rohrgestänge im Bohrlochpacker festzulegen.

Die Fig. 19 bis 21 zeigen den Sperrmechanismus, wobei Fig. 19 den Schnitt nach der Linie 19-19 in der Fig.20 darstellt. Der Packungssatz 3 nach den Fig. 1 bis 4 ist hier durch den demgegenüber abgewandelten Sperr-Packungssatz 203 ersetzt, der im wesentlichen aus einem oberen Packungsanschlag 231, aus nachgiebigen Packungselementen 232 und einem unteren Packungsanschlag 233 besteht, wobei alle diese Teile das Rohrgestänge 7 und das abgewandelte Rohrgestänge 208 umschließen.

Das abgewandelte Rohrgestänge 208 ist im wesentlichen dem Rohrgestänge 8 gleichartig mit der Ausnahme, daß eine Mehrzahl von Zahnkanten 210 an der Außenfläche des Rohrgestänges ausgebildet sind. Jede Zahnkante 210 hat eine steile obere Flanke 210a und eine geneigte untere Flanke 210£>. Der Winkel, den die obere Flanke 210a mit einer zur Achse des Rohrgestänges 208 senkrechten Ebene bildet, beträgt vorzugsweise 10°; er kann jedoch von einem bis 40° in Abhängigkeit von der Größe der erwünschten Haltekraft variieren. Der Winkel, den die Flanke 2106 mit der Flanke 210a bildet, kann zwischen 130 und etwa 50° liegen; vorzugsweise beträgt er etwa 90°. Die Zahnkanten 210 umschließen vorzugsweise das Rohrgestänge 208 gänzlich, jedoch ist das nicht unbedingt notwendig.

Der Packungssatz 203 weist zwei Flüssigkeits-Durchgangsbohrungen 204, 205 auf, die den unteren Packungsanschlag 233 sowie die nachgiebigen Pakkungselemente 232 durchsetzen und ein Stück in den oberen Packungsanschlag 231 hineinreichen. Die Durchgangsbohrungen verlaufen im allgemeinen parallel zu den Rohrgestängen 7, 208 und stehen mit dem Formationsringraum unterhalb des Packungssatzes 203 in Verbindung.

Stabile Rohre 206, 207 kleiden die sich durch die nachgiebigen Packungselemente 232 ziehenden Bohrungen aus, um ein Zusammenfallen und Verschließen der Durchgänge bei Druck auf die und Verformung der nachgiebigen Elemente 232 zu verhindern.

Die Durchgangsbohrungen 204, 205 schneiden sich mit Bohrungen 211 und 212, die von dem das Rohrgestänge 208 enthaltenden Längsdurchgang 209 im Packungsanschlag 231 ausgehen und vom Rohrgestänge 208 aus durch den Packungsanschlag 231 und durch dessen Außenoberfläche radial auswärts verlaufen.

Die radialen Bohrungen 211, 212 haben äußere Gewindeabschnitte 211a, 212a und glatte Kolbenteile 2110,212a Vorzugsweise haben die radialen Bohrungen aus Gründen der bequemlicheren Herstellung eine zylindrische Ausbildung, sie können jedoch auch in anderer, angemessener V/eise ausgebildet sein.

In den Kolbenteilen 2116, 212o der radialen Bohrungen sind Verriegelungskolben 213, 214 verschiebbar aufgenommen, die gekrümmte, gezahnte Stirnflächen 213a, 214a haben. Die Zähne dieser Flächen passen mit den Zähnen am Rohrgestänge 208 komplementär zusammen, so daß zwischen diesen beiden Zahnsätzen ein voller Oberflächenkontakt auftritL Der Krümmungsradius der Flächen 213a, 214a ist im wesentlichen dem des Rohrgestänges 208 gleich.

In den Gewindeabschnitten 211p 919» sind in

dichtender Anlage Gewindebolzen 215, 216 eng auff eiiommen, die zusammen mit den Kolben 213, 214 in jeder radialen Bohrung hydraulische Ausdehnungskammern 217, 218 bilden. Ringdichtungen 219, 220 in der Außenwand der Kolben 213,214 dienen dazu, einen Austritt von Flüssigkeit aus den Ausdehnungskammern in den Längsdurchgang 209 für das Rohrgestänge 208 zu verhindern.

Wenn diese abgewandelte Ausführungsform eines Packungssatzes 203 in den vorher beschriebenen Bohrlochpacker 1 eingebaut wird, so wird der Verriegelungsmechanismus selbsttätig betrieben, und zwar durch hydraulischen Druck aus dem Ringraum unterhalb des Packungssatzes 203, welcher über die Durchgangsbohrungen 204,205 mit den Druckkammern 217,218 in Verbindung steht Durch die Gewindebolzen 215,216 kann der Druck nicht in radialer Richtung nach außen wirken, vielmehr wirkt er nach einwärts gegen die Kolben 213 und 214, die gegen die Rohrgestängezähne 210 gedrückt werden, wodurch sie das Rohrgestange 208 erfassen und es im Packungssatz 203 halten.

Da die Fangkeile 4, 5 normalerweise durch ein Aufwärtsziehen an den Rohrsträngen und damit an den Rohrgestängen gelöst werden, sollte der Winkel der Flanken 210a der Rohrgestängezähne etwa 5 bis 15° betragen, damit sich die Rohrgestänge bei Aufbringen einer äußeren Anhebekraft aufwärts bewegen können. Der Druckbereich an den Kolbenflächen 213, 214 kann ebenfalls derart ausgelegt werden, daß die Greifkraft der Kolbenzähne an den Rohrgestängezähnen genau gleich oder ein wenig größer ist als die aufwärts wirkende Auftriebskraft an den Rohrgestängen, so daß nur ein geringes zusätzliches Anheben der Rohrgestänge notwendig ist, um die Kolbenzähne aus ihrem Eingriff mit den Rohrgestängezähnen beim Lösen des Packers zu seiner Entfernung aus dem Bohrloch herausrutschen zu lassen.

Es ist zu bemerken, daß die rückwärtigen oder unteren Flanken 2106 der Rohrgestängezähne im Vergleich zu den oberen Flanken 210a unter einem relativ flachen Winkel angeordnet sind, so daß die Aufwärtsbewegung des oberen Packungsausschlags an den Rohrgestängen kaum behindert wird.

Zusätzlich zu der auf die Kolben 213, 214 wirkenden hydraulischen Kraft können natürlich bekannte Federmittel, z. B. Schraubenfedern, in den Kammern 217, 218 in zusammengedrücktem Zustand angeordnet werden, um den Arbeitsdruck zu ergänzen.

Die Fig.9 bis 12 und 16 bis 18 zeigen eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei ein einzelner unitärer Fangkeil oder Anker verwendet wird, der in der Lage ist, den Bohrlochpacker im Futterrohr gegen Aufwärts- und Abwärtskräfte bzw. -drücke festzulegen.

Der Bohrlochpacker 101 hat im wesentlichen ein oberes Verbindungsstück 102, ein oberes Kopfstück 103, einen Packungssatz 104, einen unitären Fangkeil 105 und eine Kolben-Zylinder-Anordnung 106.

Am oberen Verbindungsstück 102 ist ein Primärstrang-Aufnahmeteil 110 ausgestaltet, das ein längliches Rohrteil mit Außengewinden HOa, 110ό am oberen und unteren Ende L· (Fig. 12A). Es weist ferner eine mit dem Gewinde 110a verschraubte Verbindungsmuffe 111 auf, die dazu vorgesehen ist, mit einem Standardrohrstrang verbunden zu werden. Das Aufnahmeteil 110 ist in das obere Kopfteil 112 eingeschraubt, mit dem ebenfalls ein längliches, rohrförmiges Sekundärstrang-Aufnahmeteil 113 verschraubt ist (Fig. 12A). Das Kopfteil 112 ist ein vor allem zylindrisches Teil mit durchgehenden Zwillingsbohrungen, die im wesentlichen parallel zur mittigen Längsachse des zylindrischen Teils liegen. Die oberen Abschnitte der Zwillingsdurchgänge weisen Innengewinde 112a zum Anbringen der rohrförmigen Aufnahmeteile 110,113 auf.

Das Aufnahmeteil 113 hat eine erweiterte Kammer 114, mit der ein Standardrohrstück oder -ansatz 115 fest verbunden und in der ein ringförmiger, einwärts gerichteter Vorsprung 116 vorgesehen ist Am oberen Ende des Sekundäraufnahmeteils 113 ist am Gewinde 113a ein oberer Aufnahmeteller 117 befestigt, der das Primärstrang-Aufnahmeteil 110 verschiebbar umgibt. Der Aufnahmeteller 117 hat einen im allgemeinen zylindrischen Querschnitt, eine konkave Oberfläche 121 und zwei Durchgänge 119, 120 zur Aufnahme des Primärstrang-Aufnahmeteils 110 und der Sekundärstrang-Klemmhülse 118. Letztere ist zylindrisch und hat einen ringförmigen Ansatz 123 von einer solchen Größe, daß er sich gegen den Vorsprung 116 legen kann und von diesem festgehalten wird. Längsschlitze 122 sind in der Wand der Hülse 118 ausgebildet, so daß das verbleibende Material flexibel ist und der ringförmige Ansatz 123 naci einwärts gebogen werden kann, um an dem Vorsprung 116 vorbeizugehen. Eine zylindrische rohrförmige Dichtungstraghülse 124 ist mit der Klemmhülse 118 verschraubt und enthält an ihr umlaufende Dichtungselemente 125, die gegen die Kammer 114 des Aufnahmeteils 113 abdichten. Ein Rohr 126 von Standardlänge kann mit der Dichtungstraghülse 124 verschraubt werden.

Das obere Kopfteil 112 weist innere, ringförmige Anschlagrippen 1126 in den Durchgängen 130, 131 auf, in denen in bündiger, passender Lage das Primär- und Sekundär-Rohrgestänge 107 bzw. 108 aufgenommen sind. Diese Rohrgestänge sind längliche, zylindrische Rohre, die sich im wesentlicnen durch dar, gesamte Werkzeug erstrecken.

Jedes Rohrgestänge 107, 108 hat außen einen ringförmigen Scherbund 107a, 108a (Fig. 128) zur Anlage an und zum Abscheren von Scherbolzen 127, die durch die Wand des Kopfteils 112 und in die Scherkammer 128 ragen, welche zwischen dem Kopfteil 112, den Scherbunden 107a, 108a und den Rohrgestängen 107,108 gebildet ist.

Am Kopfteil 112 ist durch Schraubenbolzen 132 (Fig. 10A) ein zylindrischer Gegenlagermantel 129 befestigt. Die Schraubenbolzen 132 durchsetzen das Kopfteil 112 und sind im Gegenlagermantel 129 verschraubt, wie Fig. 10 zeigt, die ein gebrochener oder nicht fortlaufender Schnitt ist, um die Schraubenbolzen zu zeigen, die bei einen) normalen Schnitt nach der Linie 10-10 in der F i g. 9 nicht klar gezeigt werden könnten.

Innerhalb des Gegenlagermantels 129 sind zwei parallele Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 (Fig. 12B) angeordnet, die relativ dünne, zylindrische Hülsen mit Abflachungen sind, welche entlang diametral gegenüberliegender Seiten ausgearbeitet sind. Die Hülsen 133, 134 liegen Seile an Seite und sind über die Rohrgestänge 107, 108 geschoben. Die bearbeiteten Flächen sind im Schnitt von Fig. 12B, die normalen Seiten im Schnitt von F i g. 1 OB zu sehen. Die F i g. 11D zeigt einen Querschnitt und Fig. HE einen axialen Längsschnitt durch eine derSperrkeil-Haitehülsen 133. Der Gegenlagermantel 129 hat einen stark- und einen schwachwandigen Bereich, wie Fig. IIB und 12B zeigen. Die in der Stärke verminderten Wände des Gegenlagermantels 129 und der Haltehülsen 133, 134

erlauben eine Nebeneinanderanordnung der beiden Rohrgestänge 107,108 innerhalb der Abmessungen der Hülsen und des Mantels. Der Gegenlagermantel 129 hat an seinem unteren Ende e^;nen einwärts gerichteten Flansch 129a(Fig. 11 B), der von den Sperr-Klemmhülsen 135 und den Packungssatzschrauben 136, die innerhalb der Klemmhülsen 135 konzentrisch angeordnet sind, durchsetzt ist

Jede der Sperr-KIemmhülsen 135 weist eine kleine Federlippe 135a an der Außenkante des oberen Endes, die sich gegen den Flansch 129a anlegt, und einen äußeren Anschlagbund 135Zj am unteren Ende auf, der an der oberen Packungsplatte 137 anliegt und diese gegen das obere Kopfteil 112 hin festhält. Damit wird verhindert, daß dieses Kopfteil 112 sich an den Packungssatzschrauben 136 nach aufwärts von der Platte 137 weg verschiebt und bei seiner Bewegung mit dem Werkzeug im Bohrloch vorzeitig die Scherbolzen 127 abschert.

Die Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 sind so angeordnet, daß Schlitze in ihnen direkt über parallelen äußeren, umlaufenden Sätteln 138, 139 an den Rohrgestängen 107,108 liegen. Sperrkeile 140 sitzen eng und bündig in den Schlitzen und stoßen gegen die Rohrgestänge zwischen den Sätteln 138, 139 (Fig. 1OB und HB). Durch diese Anordnung werden die Rohrgestänge zeitweise mit dem oberen Kopfstück 103 mittels der Sperrkeile 140, Sättel 138, 139 und Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 verriegelt; dadurch ist man im Betrieb in der Lage, den Strang aufzuholen und hin- und herzubewegen, um Ablagerungen oder anderes zwischen dem Werkzeug und dem Futterrohr sich bei der Bewegung im Bohrloch festlegendes Material zu entfernen. Die Scherbolzen 127 werden hierdurch gegen ein vorzeitiges Abscheren geschützt. Die Sperrkeile 140 werden innerhalb der Schulze in den Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 durch Anlage an der Innenwand des nach unten sich erstreckenden Teils des Kopfteils 112 gehalten.

Der Packungssatz 104 ist an den Rchrgestängen 107, 108 unterhalb der oberen Packungsplatte 137 verschiebbar angeordnet und besteht aus nachgiebigen Packungselementen 141, formbeständigen Abstandsplatten 142 und der unitären Packungsplatte 143.

Ein Keilstück 144 mit zwei Kegeln liegt gegen die untere Packungsplatte 143 an, wobei es die Rohrgestänge 107,108 und die Ankerkeile 145 umschließt. Letztere sind als keilförmige Einsätze ausgebildet und haben eine Mehrzahl von unter einem Winkel angeordneten Greifzähnen an ihrer Innenoberfläche, die gegen die Außenwände der Rohrgestänge 107,108 anliegen.

Eine Aufwärtsbewegung der Ankerkeile 145 an den Rohrgestängen ist auf Grund des Winkels der oberen Flanken der Greifzähne möglich, eine Abwärtsbewegung an den Rohrgestängen wird jedoch durch die rechtwinkligen, gegen die Oberfläche der Rohrgestänge ragenden Zahnflanken und auch durch die vom Keilstück 144 hervorgerufene, einwärts gerichtete Klemmkraft verhindert. Es ist klar, daß die abgewinkelte Innenfläche 144a des Keilstücks 144, die an der abgewinkelten Außenfläche 145a des Ankers bei dessen Aufwärtsbewegung einwirkt, ein Einwärtspressen des Keileinsatzes gegen das von ihm berührte Rohrgestänge zur Folge hat, wodurch eine Abwärtsbewegung des Rohrgestänges verhindert wird. Die Fig. 16A und 16B zeigen das Keilstück 144 mit zwei Kegeln im einzelnen.

Durch das Keilstück 144 ziehen sich Führungsstifte 146 (Fig. 10C), die in Schlitze 1450 ragen, welche im äußeren Teil der Ankerkeiie 145 ausgebildet sind, um ein Drehen der Keile um das Rohrgestänge und ein Verlassen der optimalen Greifstellung, die dann gegeben ist, wenn jedem Keil rund um das Rohrgestänge ein anderer Keil diametral gegenüberliegt, zu verhindern.

Eine dünne zylindrische Haltehülse 147 umgibt eng das Keilstück 144 und liegt gegen die untere Packungsplaue 143 sowie eine zylindrische Ankerkappc ίο 148 an. Diese Ankerkappe ist an den Rohrgestängen 107, 108 verschiebbar und durch Schraubenbolzen 149 fest mit dem Keilstück 144 verbunden.

Die Schrauben 136 durchsetzen die obere Packungsplatte 137, die nachgiebigen Packungselemente 141, die Abstandsplatten 142 sowie die untere Packungsplatte 143 und sind in das Keilstück 144 eingeschraubt, wodurch sie den gesamten Packungssatz 104 zusammenhalten.

In die Ankerkappe 148 ist ein hakenförmiger Bolzen 150 eingeschraubt, der sich durch eine Nut 151 (Fig. UB) im Fangkeil 105 erstreckt und eine radial

aufwärts verlaufende, in eine öffnung 152 im Fangkeil

105 eingreifende Abwinkelung 150a hat, die so bemessen ist, daß sie sich gegen die obere Schulterfläche 152a in der Öffnung 152 anlegen und eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Freigabeseite des Fangkeils 105 erzeugen kann.

Durch den Fangkeil 105 geht eine Scherschraube 153, die im Bolzen 150 gehalten ist, um ein vorzeitiges Festsetzen des Fangkeils zu verhindern und um zu ermöglichen, daß auf die nachgiebigen Packungselemente 141 eine Kompressionskraft von vorbestimmter Größe aufgebracht wird, bevor der Fangkeil 105 im Futterrohr verankert wird.

Konzentrisch um den unteren Teil der Rohrgestänge 107,108 liegt die Kolben/Zylinderanordnung 106, zu der ein zylindrischer, länglicher Kolben 160 mit einem unteren Kopf 160a gehört, der über Rohrstrang-Anpaßstücke 154, 155 und einen oberen Kopf 160ύ mit vermindertem Durchmesser mit den unteren Enden der Rohrgestänge 107, 108 verschraubt ist. Zur Anordnung

106 gehört ferner ein Zylinder 161 mit einem Mantel 161a, der konzentrisch und verschiebbar den oberen Kopf 160Z> des Kolbens umgibt und selbst einen oberen Kopf 161 Zj hat, der gegen den Kolbenkopf 160Z> anliegt. Eine der Sperrvorrichtung 144, 145 ähnliche Keilanordnung ist innerhalb der Kolben/Zylinderanordnung 106 Verschiebbar vorgesehen und besteht aus einer Mehrzahl von Keilankern 162, die verschieb- und verkeilbar

so in dem Keilstück 163 mit zwei Kegeln durch Führungsslifte 164 gehalten sind. Diese Stifte 164 erstrecken sich durch das Keilstück 163 und greifen in Schlitze 162a in den Keilankern 162 ein, welche an ihrem Außenumfang eine konische Keilfläche 162Z> aufweisen, die mit der konischen Innenfläche 163a am Keilstück 163 zum Eingriff kommen kann. Ferner haben die Keilanker 162 Sperrzähne 162a an ihren Innenflächen, die in einer einzigen Richtung das Rohrgestänge 107 erfassen. Es ist klar, daß die Keilanker 162 eine Aufwärtsbewegung des Zylinders 161 in bezug zum Rohrgestänge 107 zulassen, jedoch eine rückläufige, abwärts gerichtete Bewegung verhindern.

Das Keilstück 163 ist am Zylinder 161 mittels einer Abschlußkappe 165 und Schraubenbolzen 166, die die Kappe 165 durchsetzen und am Kopf 161.bdes Zylinders verschraubt sind, fest verbunden. Eine dünne zylindrische Hülse 167 ist bündig über das Keilstück 163 gezogen, um ein Eindringen von Bohrrückstähden in die

Keilar.ordnung und deren Verschmutzung zu verhindern. Die Fi g. 16A und 16B zeigen das Keilstück 163 im einzelnen. Scherschrauben 168 sind in den unteren Mantel ISi a eingeschraubt und ragen in einen Ringkanal 169 im Kolben 160. Sie dienen dazu, den Zylinder 161 zeitweise am Kolben 160 zu befestigen, um ein vorzeitiges Festsetzen durch vorübergehende Druckänderungen oder durch den im Futterrohr oder Rohrstrang herrschenden hydrostatischen Druck zu verhindern.

Ein Ventilsitzbund 170 für ein durch Flüssigkeitsdruck betätigtes Ventil ist am unteren Ende des Rohrstrang-Anpaßsiücks 154 angeschraubt und hat einen Ventilsitz 171, der im Bund abgedichtet durch einen Haltering 172 festgelegt ist, welcher gegen einen unteren Bund 170a des Ventilsitzbundes 170 und gegen einen oberen Bund 179a einer Haltebuchse 179 p.nliegt, die in den Ventilsilzbund 170 eingeschraubt ist, um den Haltering 172 am Platz zu halten. Zwischen dem Ventilsitz 171 und dem Ventilsitzbund 170 ist eine gegen beide Teile dichtend anliegende Ringdichtung 173 angeordnet. Ein Kugelventil oder ein anderes geeignetes Ventilelement 174 wird an der Oberfläche zurückgehalten, während der Bohrlochpacker in den Rohrstrang eingefügt und im Bohrloch abgesenkt wird. Das Ventilelement kann durch den Rohrstrang abwärts zur Anlage am Ventilsitz 171 geführt werden, wenn es erwünscht ist, den Bohrlochpacker zu betätigen. Alternativ kann der Ventilsitzbund am anderen Rohrstrang-Anpaßstück 155 am Gewinde 155a angebracht werden, wobei dann dieser Rohrstrang dazu dient, den Packer zu betätigen; Voraussetzung ist, es ist für ausreichenden Durchgang im Rohrgestänge gesorgt, das mit der Kolben/Zylinderanordnung in Verbindung steht. Es kann auch anstelle eines Kugelventils 174 ein Seilzugventil Verwendung finden.

Im Betrieb wird der Bohrlochpacker 101 durch Schraubverbindung in den primären Förderrohrstrang über das Gewinde 110a am Primärstrang-Aufnahmeteil 110 und über das Gewinde 155a am Rührstrang-Anpaßstück 155 eingeschaltet.

Ein Standardeinzelpacker kann am Primär-Rohrstrang am Gewinde 155a des Anpaßstücks 155 angebracht werden, der sich nach unten über den Bohrlochpacker 101 hinaus erstreckt. Normalerweise wird der Einzelpacker zwischen den beiden in Betracht stehenden Formationen angeordnet, wobei der Bohrlochpacker 101 über der obersten Formation liegt.

Wenn der Rohrstrang ausreichend weit in das Bohrloch abgesenkt worden ist, so daß der untere Packer und der Bohrlochpacker 101 die richtige Stellung erreicht haben, dann wird der untere Packer durch Betätigung des Rohrstrangs oder durch hydraulischen Einfluß gesetzt; der untere Packer kann auch vorher mittels Seilzug auf andere Weise gesetzt worden sein

Ein zweiter Rohrstrang 126 mit der Sekundärstrang-Klemmhülse 118 und de^r Dichtungstraghülse 124 am unteren Ende wird in das Bohrloch abgesenkt, um mit der konkaven Oberfläche 121 des Aufnahmetellers 117 in Berührung zu kommen und in eine abgedichtete Verbindung mit dem Durchgang 131 innerhalb des zweiten Rohrgestänges 108 geführt zu werden.

Das Ventilelement 174 kann man dann im zweiten Rohrstrang abfallen lassen, herabpumpen oder an einem Seilzug ablassen, um am Ventilsitz 171 und damit den zweiten Durchgang gegen Flüssigkeitsdurchtritt abzudichten, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, daß von der Oberfläche her der zweite Rohrstrang unter Flüssigkeitsdruck gesetzt werden kann.

Der Packer wird durch das Aufbringen eines Flüssigkeitsdrucks im zweiten Rohrstrang betätigt; der Druck wird durch das geschlossene Ventil 171/J74 aufgebaut und kann durch eine oder mehrere öffnungen 175 (Fig. 12C) in der Wand des Rohrgestänges 108 austreten bzw. zur Wirkung kommen.

Der Flüssigkeitsdruck wirkt dann aufwärts gegen eine

ίο innere Differentialdruckscnulter 161c am Zylinder 161; ein Lecken oder Durchtreten von Flüssigkeit nach oben an der Schulter 161c vorbei wird durch einen Dichtungsring 176 zwischen dem Zylinder 161 und dem Rohrgestänge 108 verhindert. Der Flüssigkeitsdruck wirkt auch nach unten auf die Differentialdruckfläche 160c am obersten Ende des oberen Kopfes 160£> des Kolbens 160, wobei ein Durchschnitt oder Lecken nach unten durch den Dichtungsring 177 zwischen dem Zylinder 161 und dem oberen Kolbenkopf 160Z) unterbunden wird. Gleichartige Dichtungsringe sind zwischen dem Rohrgestänge 107 und dem Zylinder 161 angeordnet.

Die resultierende hydraulische Kraft zwischen den beiden Differentialdruckbereichen drückt den Kolben aus dem Zylinder heraus, wobei die Scherschrauben 168 abgeschert und zugleich der Zylinder sowie die Keilanordnung zur Anlage an der unteren Kante 105a des Fangkeils 105 gebracht werden; dabei wird die Fangkeil-Scherschraube 153 abgeschert, so daß der Fangkeil in seine Verankerungslage gegen die Futterrohrwand geschwenkt wird. Wenn die hydraulische Kraft den Zylinder aufwärts drückt, so wird dabei der Kolben abwärts gepreßt, der die Rohrgestänge abwärts durch den Fangkeil zieht und auf die nachgiebigen Packungselemente längsgerichtete, zusammendrückende Kräfte ausübt.

Die axiale, abwärts gerichtete Kraft von den Rohrgestängen 107, 108 wird auf die nachgiebigen Packungselemente durch das Anstoßen der Sperrkeile 140 an den umlaufenden Rohrgestängesätteln 138, 139 und an den Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 übertragen.

Die Lage dieser Teile zueinander ist in den F i g. 10,11A, HBund HCgezeigt.

Die von den Rohrgestängen 107, 108 auf die Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 übertragene Abwärtskraft wirkt abwärts gegen die Packungspiatte 137 und damit auf den Packungssatz 104, der in Längsrichtung zusammengedrückt und insofern nach auswärts zur dichtenden Anlage an der Futterrohrwand gepreßt wird. Die Ankerkeile 145 und 162 halten die ineinandergeschobene Lage von Zylinder 161 sowie Kolben 160 und auch den zusammengepreßten Zustand des Packungssatzes 104 aufrecht.

Auf diese Weise ist der Zylinder 161 fest gegen die Unterseite des Fangkeils 105, der restlos in die Lage, in der er am Futterrohr angreift, geschwenkt worden ist, verriegelt; der Packungssatz 104 ist andererseits fest nach unten gegen die Oberseite des Fangkeils 105 verriegelt. Daraus ergibt sich, daß der Fangkeil vollständig in seiner verriegelten Lage gehalten ist und daß zugleich die Packungselemertte 141 völlig radial auswärts gegen die Futterrohrwand gedrückt, d. h. gedehnt worden sind.

Es ist zu bemerken, daß die Scherbolzen 127

6* weiterhin das obere Kopfteil 112 in seiner Lage über den Sperrkeilt-n 140 gehalten haben, wobei diese in den Schlitzen 140a der Sperrkeil-Haltehülsen 133, 134 geblieben sind. Den Scherbob.en wurde bis zu diesem

Zeitpunkt nur eine ganz geringe Kraft übertragen, die die hydraulisch erzeugten Kräfte durch die Rohrgestänge, die Sperrkeile 140 und die Haltehülsen 133, 134 auf die Packungsplatie 137, das obere Kopfteil 112 passierend, übertragen werden.

Die Nützlichkeit der Scherbolzen 127 wird bei der Beschreibung des Vorgangs zum Lösen des Bohrlochpackers, um ihn aus dem Bohrloch zu nehmen, klar. Dies wird durch Aufziehen am Primär-Rohrstrang erreicht, was am oberen Kopfteil 112, das mit dem Rohrstrang durch das Aufnahmeteil 110 verschraubt ist eine Aufwärtskraft erzeugt Das Kopfteil 112 bewegt sich an den Rohrgestängen nach oben, bis die Scherbolzen 127 gegen die Scherbunde 107a, 108a treffen. Eine ausreichende, am Rohrstrang wirkende Aufwärtskraft schert dann die Scherbolzen 127 über die Scherbunde ab, und das Kopfteil 112 bewegt sich genügend weit aufwärts, um zu ermöglichen, daß die Soerrkeile 140 auswärts in den Ringraum 1296 zwischen dem Gegenlagermantel 129 und den Sperrkeil-Haltehülsen 2U 133, 134 gedrückt werden. Dadurch werden die Haltehülsen 133,134 von den Rohrgestängen gelöst und die Hülsen, der Gegenlagermantel 129, der Packungssatz 104 und das Keilstück 144 können sich durch die Bolzen 132 und Schrauben 136 aufwärts bewegen.

Durch die Aufwärtsbewegung des Gegenlagermantels 129 können sich die nachgiebigen Packungselemente radial in ihren nicht zusammengedrückten Zustand zurückziehen, wodurch der Packungssatz 104 vom Futterrohr gelöst wird. Durch die Aufwärtsbewegung des Keilstücks 144 wird über die Schraubenbolzen 149 auch die Ankerkappe 148 und der damit verschraubte hakenförmige Bolzen 150 aufwärts gezogen. Die Abwinkelung 150a des Bolzens 150 berührt die obere Schulterfläche 152a des Fangkeils 105 und zieht diesen aufwärts; dabei wird er aus seiner Anlage am Futterrohr geschwenkt und somit sein Eingriff gelöst. Die gesamte Vorrichtung ist nunmehr vom Futterrohr frei, und nach Lösen des unteren Einzelpackers kann der Rohrstrang aus dem Bohrloch gezogen werden.

Im Beispiel wurde eine hydraulische Betätigung durch den Sekundärstrang beschrieben; diese Betätigung könnte selbstverständlich auch durch den Primärstrang erfolgen.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Bohrlochpacker für Zwillingsrohrgestänge, insbesondere für Ölbohrungen mit zwei im wesentlichen parallelen Rohrgestängen, mit um die Rohrgestänge angeordneten nachgiebigen Packungselementen und über Packungsanschläge diesen zugeordneten Fangkeilen, die mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangkeile (4, 5, 105) einstückig-zylindrisch und schwenkbar ausgebildet sind und doppelte, parallele Durchgangsbnhrungen für die Rohrgestänge (7, 8,107,108, 208) aufweisen, und daß der Kolben (61, 160) der Kolben-Zylinder-Anordnung ein einstückiges, im wesentlichen zylindrisches Teil mit axialen Zwillingsbohrungen ist, das die Rohrgestärige (7, 8, 107, 108, 208) ringförmig umgibt und eine innere Differentialdruckfläche (16Oc^) aufweist

2. Bohrlochpacker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einstückige, zylindrische Fangkeile (4,5) vorgesehen sind, von denen der eine (5) bei abwärts gerichteten Kräften und der andere (4) bei aufwärts gerichteten Kräften an die Bohrlochausfutterung anlegbar sind.

3. Bohrlochpacker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fangkeil (4, 5) mit einer Mehrzahl von an gegenüberliegenden Enden zueinander diametral angeordneten Zähnen (41) versehen ist und zwei Sätze von parallelen Zwillingsdurchgängen (43, 44) aufweist, von denen der erste Satz den zweiten Satz unter einem vorbestimmten Winkel zwischen 5 und 35° schneidet.

4. Bohrlochpacker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Sperrvorrichtung mit Scherelementen aufweist, wobei die Sperrvorrichtung (69,145,162) und die Scherelemente einen oder mehrere abscherbare Sperrzapfen (65) mit daran am einen Ende ausgebildeten Zähnen (65c) und mit einem an einer Stelle entlang ihrer Längsrichtung ausgebildeten, geschwächten Scherbereich (65a,) aufweisen, daß die Sperrzapfen (65) gegen eines der Rohrgestänge (8) unter dem Druck einer Feder (66) stehen und das Rohrgestänge in dem mit den Sperrzapfen zusammentreffenden Bereich mit zu den Sperrzapfenzähnen (65c) komplementären Zähnen (8b) versehen ist und daß die Sperrzapfenzähne (65c^ und die Rohrgestängezähne (8b) derart angeordnet sind, daß die Sperrzapfen in der einen Richtung eine Ratschenbewegung am Rohrgestänge ausführen können und in der Gegenrichtung eine Relativbewegung durch Schereingriff verhindern.

5. Bohrlochpacker nach den Ansprüchen 1 und 4, gekennzeichnet durch eine im oberen Fangkeil (4) angeordnete Freigabeeinrichtung und eine im unteren Fangkeil (5) angeordnete Rückzieheinrichtung, wobei die obere Freigabeeinrichtung und die untere Rückzieheinrichtung einen durch jeden der Famgkeile sich erstreckenden Bolzen (48; 49) mit Anschlagflächen aufweisen und an den Bolzen Federn (48a; 49b) angeordnet sind, die zusammen mit den Anschlagflächen die Fangkeile (4; 5) in ihre Nichteingriffslage schwenken.

6. Bohrlochpacker nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch hydraulische Sperreinrichtungen in dem ausdehnbaren Packungssatz (203), die von einem unter diesem gelegenen Bereich hydrauli-

sehen Druck empfangen und Haltekräfte auf die Rohrgestänge ausüben, wobei eine aufwärts gerichtete Auftriebsbewegung der Rohrgestängs durch hohe Drücke unterhalb dieser verhindert ist.

7. Bohrlochpacker nach den Ansprüchen 1 und 6. gekennzeichnet durch sich vom unteren Ende des Packungssatzes aufwärts erstreckende Flüssigkeitsdurchgänge (204, 205), durch radiale, diese Flüssigkeitsdurchgänge mit wenigstens einem der Rohrgestänge verbindende Bohrungen (211, 212) im Packungssatz und durch in diesen Bohrungen (211, 212) angeordnete, auf den Druck aus den Flüssigkeitsdurchgängen (204, 205) ansprechende und in wenigstens das eine Rohrgestänge haltend eingreifende Sperrkolben (213,214).

8. Bohrlochpacker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Bohrungen (211,212) verschiebbaren Spsrrkolben (213,214) mit gegen die Bohrungen dicht anliegenden Dichtungen (219, 220) versehen sind und eine Mehrzahl von gegen mindestens das eine Rohrgestänge (208) bei Flüssigkeitsdruck auf die Außenfläche sich anlegenden Zähnen (213a, 2i4a) an der Innenfläche der Kolben aufweisen, wobei komplementäre, mit den Zähnen der Kolben zum Eingriff gelangende Zähne (210) am Rohrgestänge (208) vorgesehen sind.

9. Bohrlochpacker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifzähne jeweils eine steile und eine dieser gegenüber geneigte Flanke haben, wobei die steile Flanke unter einem Winkel von 60 bis 90° zur Mittellängsachse der Rohrgestänge steht, und daß die Rohrgestänge äußere umlaufende Sättel mit den zu den Greifzähnen (213a, 214a_/jkomplementären Zähnen (210) haben.