DE2604577A1

DE2604577A1 - Verfahren und vorrichtung zum zementieren von bohrloechern

Info

Publication number: DE2604577A1
Application number: DE19762604577
Authority: DE
Inventors: Eugene Earl Baker
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1976-11-04
Also published as: NL7514838A; FR2308780B1; US3948322A; DE2604577C3; FR2308780A1; DK51676A; NO761369L; DE2604577B2; GB1477816A; NL165254C; NL165254B; DE7603314U1

Description

DIPL.-PHYS. JÜRGEN WEISSE DIPL.-CHEM. DR. RUDOLF WOLGAST

D 562o Velbert 11 - Langenberg, Bökenbusch 41 Postfach 11 o3 86 Telefon (o2127) 4ol9 Telex 8516895

Patentanmeldung Halliburton Company·/ Duncan, Oklahoma (USA) Verfahren und Vorrichtung zum Zementieren von Bohrlöchern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zementieren des äußeren Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und einem Bohrloch in jeder gewünschten Anzahl von Zementierstufen, bei welchem der Verrohrungsstrang in dem Bohrloch eine vorgegebene Anzahl von Verrohrungsventilen enthält, die in der Wandung der Verrohrung an vorgegebenen Stellen vorgesehen sind, und bei welchem wenigstens eines der Verrohrungsventile von einem aufblasbaren Packergiied umgeben ist, dessen Inneres mit dem Ventildurchgang in Verbindung steht, und zwischen dem Inneren des Packergliedes und dem äußeren Ringraum oberhalb des Packergliedes anfänglich geschlossene, auf Druck ansprechende Ventilmittel angeordnet sind mit den Verfahrensschritten

(a) Abschließen des Inneren des Verrohrungsstranges in einem Punkt unterhalb des untersten der besagten Verrohrungsventile,

(b) öffnen des untersten der Verrohrungsventile zur Herstellung eines Druckmittelverbindungskanals zwischen dem Inneren der Verrohrung und dem Inneren des aufblasbaren Packergliedes,

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ORIGINAL INSPECTED

(c) Hinabpumpen einer Menge von Arbeitsflüssigkeit durch die Verrohrung und durch das offene Verrohrungsventil in das Innere des aufblasbaren Packergliedes,

(d) Ausüben von Druck auf die Arbeitsflüssigkeit, bis das
aufblasbare Packerglied sich aufbläst und eine dichtende Anlage zwischen der Außenseite der Verrohrung und dem
Bohrloch gewährleistet.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Bohrlöchern bei öl- oder Gasquellen
besteht ein höchst wichtiger Schritt in dem Zementiervorgang. Grundsätzlich wird bei der Bohrlochzementierung ein Zement-Wasser-Schlamm gemischt und durch die Stahlverrohrung zu
kritischen Punkten in dem Ringraum um die Stahlverrohrung
herum, in dem darunterliegenden freien Bohrloch oder in
aufgebrochenen Erdformationen hinabgepumpt.

Die Zementierung einer Bohrung schützt mögliche Produktionszonen hinter der Verrohrung gegen Einfließen von Salzwasser und schützt die Verrohrung vor Korrosion durch unterirdische
Mineralwässer und Elektrolyse von außen. Das Zementieren vermeidet auch die Gefahr, daß frische Trinkwasserschxchten oder Gewässer durch öl oder Salzwassereinströmung über das Bohrloch aus Erdformationen, die solche Substanzen enthalten, verschmutzt werden. Es verhindert ferner das Ausbrechen von Ölquellen und Feuer, die durch Hochdruckgaszonen hinter der Verrohrung
verursacht werden, und verhindert die Rohrpressung durch hohe äußere Drücke, die sich unterirdisch aufbauen können.

Ein Zementiervorgang zum Schutz gegen die oben beschriebenen
Zustände unten im Bohrloch wird primäre Zementierung genannt. Die sekundäre Zementierung umfaßt die Zementiervorgänge, die in

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einer Ölquelle während ihrer Ergiebigkeitsdauer vorgenommen werden, wie Ausbesserungszementierung und Reparaturen an bestehenden zementierten Bereichen.

In der Frühzeit der ölfeldproduktion, als die Bohrungen alle relativ flach waren, wurde das Zementieren dadurch bewerkstelligt, daß der Zementschlamm in der Verrohrung hinab- und dann an der Außenseite der Verrohrung wieder in dem Ringraum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung hinauffloß. Als Bohrungen immer tiefer niedergebracht wurden, um ölvorräte zu erschließen, wurde es schwierig, erfolgreich die gesamte Bohrung vom unteren Ende der Verrohrung her zu zementieren, und daher wurde die mehrstufige Zementierung entwickelt, um ein Zementieren des Ringraumes in mehreren Stufen, beginnend am Grund der Bohrung und dann aufwärtsarbeitend, zu ermöglichen.

Eine mehrstufige Zementierung wird erzielt, indem Zementiergeräte, welche im wesentlichen Ventilauslässe sind, in die Verrohrung oder zwischen Anschlüsse der Verrohrung an einer oder mehreren Stellen im Bohrloch angeordnet werden. Zement wird durch das untere Ende der Verrohrung und in dem Ringraum hinauf zu dem untersten Zementiergerät in der Bohrung geleitet. Es strömt dann Zement durch das Zementiergerät und in dem Ringraum hinauf zu der nächsthöheren Stufe. Dieser Vorgang wird wiederholt bis alle Zementierstufen fertig sind.

Die US-Patentschriften 3 768 556 und 3 768 562 zeigen Zementier— geräte für die mehrstufige Zementierung, die für viele Anwendungen durchaus zufriedenstellend arbeiten.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle, welche die Abdichtung des Ringraumes zwischen dem Verrohrungsstrang und der Wandung des Bohrloches an einer oder mehreren Stellen längs des Verrohrungsstranges erforderlich macht. Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist, wenn eine Zementierung zwischen einer Hochdruckgaszone und einer von dem Bohrloch durchsetzten, einer Strömung aufnehmenden Zone erfolgen soll. Eine andere Anwendung liegt vor, wenn eine Zementierung oberhalb einer von dem Bohrloch

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durchsetzten Strömung aufnehmenden Zone erfolgen soll. Ein dritter solcher Anwendungsfall ist gegeben, wenn der Formationsdruck einer von dem Bohrloch durchsetzten Zwischenzone größer als der hydrostatische Druck des in den Ringraum darüber einzubringenden Zements ist. Ein noch anderer Anwendungsfall dieser Art liegt vor, wenn eine zweite Stufe von Zement im Abstand lochaufwärts von der Oberseite der ersten Stufe von Zement eingebracht werden soll und ein Packer erforderlich ist, um die Zementsäule in dem Ringraum tragen zu helfen. Ein letztes Anwendungsbeispiel für einen Zementierpacker ergibt sich, wenn eine Zementierung über das ganze Bohrloch bei geschlitzten oder durchbrochenen Produktionsrohren erfolgen soll.

Es werden Kompressionspacker zur Isolation verschiedener Zonen im Ringraum verwendet. Solche Packer lösen sich jedoch, wenn sie mit unzureichender Dichtkraft gesetzt werden, sofern das Gewicht der Zementsäule im Ringraum darüber zu groß wird. Auch sind infolge von Unregelmäßigkeiten in der Wandung des Bohrloches, die häufig in dem Punkt anzutreffen sind, wo der Packer gesetzt werden soll, Kompressionspacker häufig nicht in der Lage, eine ausreichende Abdichtung zwischen dem Verrohrungsstrang und der Bohrlochwandung zu erreichen, wie sie zur Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse bei der Mehrstufenzementierung erforderlich ist.

Es sind weiterhin Zementiergeräte mit aufblasbaren Packern bekannt (US-PS 3 524 5o8). Bei einem solchen Zementiergerät ist in einem in die Verrohrung eingesetzten rohrförmigen Gehäuse ein erstes hülsenförmiges Verschlußglied mit einem Ventilsitz geführt und durch einen Scherstift gesichert. Das Verschlußglied schließt in seiner Anfangsstellung eine Verbindung zwischen dem Inneren des Verrohrungsstranges und dem Inneren eines aufblasbaren Packers ab, der das Gehäuse umgibt. Durch eine in die Verrohrung hinabgeworfene Kugel, die auf dem Ventilsitz zum Aufsitzen kommt, wird der Längskanal der

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Verrohrung abgesperrt. Wenn dann eine Arbeitsflüssigkeit unter Druck in die Verrohrung gepumpt wird, schert der Scherstift ab und die Arbeitsflüssigkeit drückt das erste Verschlußglied nach unten, so daß die Verbindung zum Inneren des Packers freigegeben wird. Die Arbeitsflüssigkeit strömt dann in das Innere des aufblasbaren Packers und bläst diesen Auf. Wenn sich der aufblasbare Packer an die Wandung des Bohrloches angelegt hat, bewirkt die Druckerhöhung der Arbeitsflüssigkeit, daß ein in dem Verbindungskanal zwischen Längskanal und Packer angeordnetes, durch einen Scherstift in Offenstellung gehaltenes und vom Druck im Inneren des Packers beaufschlagtes Schieberventilglied unter Abscheren des Scherstiftes in seine Schließstellung bewegt wird und den Verbindungskanal absperrt. Der Packer bleibt dann unabhängig vom Druck im Längskanal gesetzt.

Als nächster Verfahrensschritt wird mit der bekannten Anordnung eine oberhalb des Packers im Gehäuse vorgesehene und von diesem vollständig unabhängige Zementaustrittsöffnung geöffnet. Das geschieht mittels eines zweiten hülsenförmigen mit einem Ventilsitz versehenen Verschlußgliedes, das diese Zementaustrittsöffnung abschließt und anfänglich in der Schließstellung durch einen Scherstift gesichert ist. Durch Hinabwerfen einer zweiten Kugel von größerem Durchmesser als die erste wird der Längsdurchgang des zweiten Verschlußgliedes abgeschlossen und durch Druck der Arbeitsflüssigkeit der Scherstift abgeschert. Das zweite Verschlußglied wird dadurch in seine Offenstellung bewegt, so daß Zementschlamm durch die Zementaustrittsöffnung in den äußeren Ringraum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung gepumpt werden kann.

Ein drittes, ebenfalls mit einem Ventilsitz versehenes und durch einen Scherstift gesichertes hülsenförmiges Verschlußglied ist oberhalb der Zementaustrittsöffnung angeordnet. Durch einen Verschlußkörper von größerem Durchmesser als die zweite Kugel wird wieder der Längsdurchgang des dritten Verschlußgliedes abgeschlossen und durch Druck der Arbeitsflüssigkeit und

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Abscheren des ScherStiftes das dritte Verschlußglied nach unten in eine Stellung bewegt, in welcher es die Zementaustrittsöffnung wieder absperrt.

Die Handhabung des aufblasbaren Packers nach der US-PS 3 524 5o3 erfordert die Anwendung von drei Stopfen mit fortschreitend zunehmenden Durchmessern, wodurch die Anzahl der durchführbaren Zementierstufen bei einem Verrohrungsstrang von vorgegebenem Durchmesser begrenzt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art und eine Vorrichtung zum mehrstufigen Zementieren des äußeren Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und der Bohrlochwandung zu schaffen, die es gestatten, eine gegenüber dem Stand der Technik größere Anzahl von Zementierstufen vorzusehen und die eine sichere Abdichtung des Ringraumes und einen festen Sitz des Packers gewährleisten.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs definierten Art ist das Verfahren nach der Erfindung gekennzeichnet durch die nachstehenden Verfahrensschritte:

(e) weiteres Ausüben von zusätzlichem Druck auf die Arbeitsflüssigkeit, bis die auf Druck ansprechenden Ventilmittel öffnen und eine Druckmittelverbindung zwischen einem Teil des Inneren des aufblasbaren Packergliedes und dem Ringraum zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes herstellen, während in dem übrigen Teil des Inneren des aufgeblasenen Packergliedes Flüssigkeitsdruck aufrechterhalten wird, um weiterhin eine abdichtende Anlage zwischen der Außenseite der Verrohrung und dem Bohrloch zu gewährleisten,

(f) Hinabpumpen einer Menge von Zementschlamm durch die Verrohrung und durch das geöffnete Verrohrungsventil und durch die geöffneten, auf Druck ansprechenden Ventilmittel des aufblasbaren Packergliedes in den Ringraum zwischen

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der Außenseite der Verrohrung und dem Bohrloch oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes zur Bildung einer zusätzlichen Zementierstufe in dem äußeren Ringraum, und

(g) Absperren des Verrohrungsventils gegen weitere Flüssigkeitsströmung dort hindurch.

Nach der Erfindung erfolgt somit der Austritt des Zementschlammes über einen Teil des Packers selbst, wobei nach Aufblasen des Packers ein Ventil von dem Druck im Packer aufgedrückt und im übrigen der Druck im Inneren des Packers aufrechterhalten wird. Es entfällt dabei die Notwendigkeit, eine gesonderte Zementaustrittsöffnung aufzusteuern, so daß maximal zwei hinabgeworfene Verschlußkörper oder sonstige Auf- und Zusteuervorgänge erforderlich sind.

Die Erfindung sieht weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens vor enthaltend: ein rohrförmiges Gehäuse, das wenigstens einen sich durch dessen Wandung erstreckenden Auslaß aufweist, Mittel zum Einbauen des rohrförmigen Gehäuses zwischen benachbarte Abschnitte des rohrförmigen Stranges, so daß es damit in Verbindung steht, eine Schieberhülse, die gleitbeweglich innerhalb des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist und durch welche der Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse nach Maßgabe von Manxpulationssignalen von der Erdoberfläche wahlweise für Flüssigkeitsströmung dort hindurch zu öffnen oder absperrbar ist, und Mittel, welche an der Schieberhülse und dem rohrförmigen Gehäuse angreifen und die Schieberhülse lösbar in einer Stellung halten, in welcher sie den Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse abschließt. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Aufblaspackeranordnung mit einem oberen Endteil und einem unteren Endteil vorgesehen ist, bei welcher der untere Endteil abdichtend an dem Umfang des rohrförmigen Gehäuses im Abstand unterhalb des Auslasses durch die Wandung des Gehäuses anliegt und der obere Endteil einen Ringraum

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zwischen dem inneren Umfang der Aufblaspackeranordnung und dem äußeren Umfang des·rohrförmigen Gehäuses bildet, der mit dem Auslaß durch die Wandung des rohrförmigen Gehäuses in Verbindung steht und sich von diesem Auslaß nach oben erstreckt, und bei welcher in dem oberen Endteil wenigstens ein Auslaß gebildet ist, welcher eine Verbindung zwischen dem Ringraum und dem äußeren Umfang der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung herstellt, und daß die rohrförmige Aufblaspackeranordnung weiterhin folgende Bauteile enthält:

Mittel zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung zwischen dem inneren Umfang der Aufblaspackeranordnung und dem äußeren Umfang des rohrförmigen Gehäuses zwischen dem in dem rohrförmigen Gehäuse gebildeten Auslaß und dem unteren Endteil der Aufblaspackereinheit, welche in einer Richtung eine Abwärtsflüssigkeitsströmung daran vorbei gestattet jedoch eine Aufwärtsflüssigkeitsströmung daran vorbei verhindert,

ein rohrförmiges Glied, das an der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung vorgesehen ist und sich zwischen deren unterem Endteil und deren oberem Endteil erstreckt, angrenzend an die Mittel zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung, und das eine abgeschlossene Ringkammer zwischen dem inneren Umfang der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung und der Außenseite des rohrförmigen Gehäuses zwischen dem unteren Endteil und den Mitteln zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung bildet,

ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied, das auf dem äußeren Umfang des besagten rohrförmigen Gliedes vorgesehen ist, und

auf Druck ansprechende Ventilmittel, die zwischen dem Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse und dem im oberen Endteil der Aufblaspackeranordnung gebildeten Auslaß

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angeordnet sind und eine Druckmittelverbindung zwischen dem Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse und dem Auslaß in der Aufblaspackeranordnung verhindern aber eine solche Druckmittelverbindung zwischen den Auslassen bei Aufbringung einer vorgegebenen Druckdifferenz an den Ventilmitteln herstellen.

Die Erfindung vermeidet die beim Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten, indem entwder ein Zementierwerkzeug vorgesehen wird, das zur Handhabung nur zwei Stopfen erfordert oder mechanisch von der Erdoberfläche betätigbar ist. Der Packer ist unter dem Einfluß der Einwirkung von Flüssigkeitsdruck nach unten durch den Verrohrungsstrang in das Innere des aufblasbaren Packerelements aufblasbar, so daß eine sichere Abdichtung zwischen der Außenseite der Verrohrung und der Wandung des Bohrloches vor dem Einfüllen von Zement in den Ringraum oberhalb des aufgeblasenen Packers gewährleistet ist. Die letztere Form der Erfindung gestattet es, die Zementierauslässe während des Zementiervorganges unbegrenzt häufig zu öffnen und zu schließen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Aufblaspackergerät.

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des oberen Endteils der Absperrhülse des Gerätes von Fig. 1.

Fig. 3 bis 7 sind schematische Darstellungen und zeigen die Wirkungsweise des Gerätes von Fig. 1.

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Fig. 8 zeigt einen Vertikalschnitt einer anderen, vollständig öffnenden Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufblaspackergerätes.

Fig. 9 ist eine teilweise vertikal geschnittene Darstellung eines bei dem Gerät von Fig. 8 verwendeten Öffnungspositionierers.

Fig.io ist eine teilweise vertikal geschnittene Darstellung des bei dem Gerät von Fig. 8 verwendbaren Schließpositionierers.

Fig.11 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 11-11 von Fig. 9.

Fig.12 ist eine schematische Darstellung eines Bohrstranges, der die bei einem Gerät nach Fig. 8 verwendbaren öffnungs- und Schließpositionierer enthält.

Fig.13 ist eine schematische Darstellung eines Bohrstranges, der die öffnungs- und Schließpositionierer, die Isolationspacker und ein Zirkulationsventil zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Gerät enthalten.

Fig.14 bis 17 sind schematische Darstellungen des vollständig öffnenden Aufblaspackergerätes von Figur 8 und zeigen verschiedene Betriebsverfahren desselben.

In den Zeichnungen und insbesondere in den Figuren 1 und 2 ist das Aufblaspackergerät nach der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen 1o bezeichnet. Das Gerät 1o enthält ein rohrförmiges Außengehäuse 12 mit einem oberen Anschlußstück 14 und einem unteren Anschlußstück 16, die jeweils mit den oberen bzw.

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unteren Endteilen des rohrförmigen Außengehäuses 12 verbunden sind. Die Anschlußstücke 14 und 16 können mit dem Außengehäuse 12 durch übliche Mittel wie Verschweißung bei 18 und 2o sowie durch Gewindeverbindungen 22 und 24 verbunden sein. Das obere Anschlußstück 14 und das untere Anschlußstück 16 können an ihren äußersten Enden mit Gewinden versehen oder sonstwie zwischen Normabschnitte von Verrohrung oder Rohrleitung einsetzbar sein, oder sie können in den Verrohrungsstrang einschweißbar sein, was das Aufschneiden der Verrohrung und das Einsetzen des Gerätes 1o erforderlich macht.

Das Außengehäuse 12 ist ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse mit einem Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des Verrohrungstranges oder Rohrstranges ist, in welchen das Gehäuse eingesetzt ist. Es ist vorzugsweise aus einem festen, dauerhaften Material wie Stahl oder Edelstahl hergestellt. Durch die Wandung des Außengehäuses 12 erstrecken sich wenigstens ein und vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 26. An der die Auslässe 26 schneidenden Innenfläche des Außengehäuses 12 ist eine innere ringförmige Ausnehmung 28 gebildet.

Eine weitere innere ringförmige Ausnehmung 3o mit geneigten oder sich verjüngenden Ringschultern 32 und 34 ist an der Innenfläche des Außengehäuses 12 gebildet. Eine geneigte oder sich verjüngende Ringschulter 36 ist an der Innenfläche des Außengehäuses 12 oberhalb der Schulter 32 gebildet und bildet in Verbindung mit dieser eine nach innen ragende Ringschulter oder Rippe 38 an der Innenfläche des Außengehäuses 12.

In der Innenfläche des unteren Teils des Außengehäuses 12 sind drei ringförmige Ausnehmungen 4o, 42 und 44 gebildet. Die ringförmige Ausnehmung 4o bildet eine radiale ringförmige obere Schulter 46 und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter 48. Die ringförmige Ausnehmung 42 bildet ein radiale ringförmige obere Schulter 5o und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter 52. Die unterste Ausnehmung 44 bildet eine radiale ringförmige obere Schulter 54 und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter 56.

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Eine rohrförmige zylindrische Absperrhülse 58 ist gleitbeweglich innerhalb des Außengehäuses 12 angeordnet und hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Innenfläche des Außengehäuses 12 ist. Die Absperrhülse 58 hat einen Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem des Verrohrungsstranges oder Rohrstranges ist, in welchen das Gerät 1o eingebaut ist. Die Absperrhülse ist vorzugsweise aus einem festen, dauerhaften Material wie Stahl oder Edelstahl hergestellt.

Die Absperrhülse 58 weist wenigstens einen Auslaß und vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 6o auf, die sich durch deren Wandung hindurch erstrecken und vorzugsweise radial mit den Auslässen 26 des Außengehäuses 12 fluchten. Die Absperrhülse 58 ist an ihrem oberen Ende mit einem Spannring 62 versehen, der von einer äußeren ringförmigen Leiste 64 an der Absperrhülse 58 und durch eine an der Innenfläche der Absperrhülse 58 gebildete innere ringförmige Ausnehmung 66 gebildet ist. Der Spannring bildet eine Mehrzahl von Spannfingern 68, die in dem oberen Endteil der Absperrhülse 58 durch in gleichen Abständen in den oberen Endteil der Absperrhülse 58 auf deren Umfang eingeschnittene Nuten 7o gebildet sind, welche Nuten sich durch die ringförmige Leiste 64 und die ringförmige Ausnehmung 66, wie in Fig. 2 dargestellt, erstrecken.

Auf der Außenseite der Absperrhülse 58 sind in der Nähe des oberen Endteils derselben ein Paar von Ringnuten 72 gebildet. Diese enthalten ein Paar von ringförmigen Dichtgliedern 74, durch welche eine driackmitteldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und dem Außengehäuse 12 erreicht wird. In der Außenfläche der Absperrhülse 58 oberhalb und angrenzend an die Auslässe 6o ist ein zweites Paar von Ringnuten 76 gebildet. Innerhalb der Ringnuten 76 sind ringförmige Dichtglieder 78 angeordnet, welche eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und der Innenfläche

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des Außengehäuses 12 bewirken. In der Außenfläche der Absperrhülse 58 unterhalb und angrenzend an die Auslässe 60 ist eine Ringnut 80 gebildet. In der Ringnut 80 ist ein ringförmiges Dichtglied 82 angeordnet, welches eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und der Innenfläche des Außengehäuses 12 bewirkt. Die ringförmigen Dichtglieder 74, 78 und 82 sind vorzugsweise aus einem gummielastisehen Material hergestellt. Sie können jedoch gegebenenfalls auch aus einem geeigneten elastischen Kunststoff hergestellt sein.

In der Außenfläche der Absperrhülse 58 sind in der Nähe und unterhalb der Ringnut 80 Ringnuten 84 und 86 gebildet. Jede Ringnut 84 und 86 enthält eine radiale ringförmige obere Schulter und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter, wobei jede ringförmige Schulter sich an die Außenfläche der Absperrhülse 58 anschließt. In den Ringnuten 84 und 86 sind sich ausdehnende Sperringe 88 und 9o angeordnet. Die Speiringe 88 und 9o sind im Querschnitt keilförmig mit radialen ringförmigen oberen Stirnflächen und sich verjüngenden ringförmigen unteren Flächen, die so bemessen und geformt sind, daß sie dicht an den entsprechend sich verjüngenden ringförmigen unteren Schultern der Nuten 84 und 86 anliegen. Die Sperringe 88 und 9o werden in die jeweiligen Ringnuten 84 und 86 zusammengedrückt. Die Sperringe 88 und 9o sind teilweise aus den jeweiligen Ringnuten 84 und 86 ausdehnbar, wenn der eine oder der andere der Sperringe sich in den Bereich einer der in dem Außengehäuse 12 gebildeten ringförmigen Ausnehmungen 4o, 42 oder 44 bewegt. Wegen der Anlage der radialen oberen Stirnfläche des Sperringes an der radialen Ringschulter der angrenzenden ringförmigen Ausnehmung ist die Absperrhülse 58 an einer weiteren Aufwärtsbewegung innerhalb des Außengehäuses 12 gehindert. Die gegenseitige Keilwirkung zwischen der sich verjüngenden ringförmigen unteren Fläche der Sperringe 88 und 9o und der sich verjüngenden ringförmigen unteren Schultern der Nuten 84 und 86 drückt die Sperringe bei jeder auf die Absperrhülse 58

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ausgeübten aufwärtsgerichteten Kraft radial auswärts. Diese Sperrwirkung bringt das Merkmal des verriegelten Abschlusses des Gerätes 1o_f welches nach Vollendung des Zementiervorganges eintritt. Anfänglich liegt die äußere ringförmige Leiste 64 der Spannfinger 68 des Spannringes 62 an der geneigten oder sich verjüngenden Ringschulter 36 des Außengehäuses 12 an und verhindert eine vorzeitige Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58, bevor die Zementierung durch das Gerät beendet ist.

Die Absperrhülse 58 enthält weiterhin eine innere Ringnut 92, die in deren Innenfläche unterhalb der Auslässe 6o gebildet ist. Die Ringnut 92 weist obere und untere radiale Ringschultern 94 und 96 auf, die sich an die Innenfläche der Absperrhülse anschließen.

Konzentrisch innerhalb der Absperrhülse 58 sind eine Auslösehülse 98, eine Öffnungshülse 1oo und eine Hülsensicherung 1o2 angeordnet. Die Öffnungshülse 1oo ist zylindrisch und sitzt bündig in der Absperrhülse 58. An ihrem oberen Ende ist ein sich verjüngender ringförmiger Stopfensitz 1o4 gebildet. Die Öffnungshülse 1oo ist anfänglich innerhalb der Absperrhülse angeordnet und deckt die Auslässe 6o und 26, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ab. Die Öffnungshülse 1oo ist in der Schließstellung über den Auslässen 6o und 62 mittels Scherstiften 1o6 lösbar gehalten. Die Scherstifte 1o6 sind in die Absperrhülse 58 eingeschraubt und werden von entsprechenden, in der Öffnungshülse 1oo gebildeten Vertiefungen in im wesentlichen der gleichen Ebene aufgenommen, in welcher die Auslässe 6o und 26 liegen. Die Scherstifte 1o6 sind in Fig. 1 zum Zwecke der besseren Darstellung verdreht dargestellt.

Die Öffnungshülse 1oo weist Ringnuten 1o8 und 11o auf, die in der Außenfläche derselben oberhalb und unterhalb der Scherstifte 1o6 gebildet sind. In den Ringnuten 1o8 und 11 ο sind ringförmige Dichtglieder 112 und 114 angeordnet, die eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Öffnungshülse 1oo und der .Äbsperrhülse 58 bewirken. Die Öffnungshülse 1oo weist

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weiterhin eine Ringnut 116 auf, die in deren Außenfläche unterhalb der Ringnut 11o gebildet ist. In die Ringnut 116 ist ein sich ausdehnender Sperring 118 zusammengedrückt, der sich teilweise in die innere Ringnut 92 der Absperrhülse 58 ausdehnen kann. Wenn die Ringnuten 116 und 92 fluchten ergibt dies eine Verriegelungsanordnung zwischen der Öffnungshülse 1oo und der Absperrhülse 58, wenn die Öffnungshülse 1oo relativ zu der Absperrhülse 58 nach unten in die Zementierstellung mit offenen Auslassen bewegt worden ist.

Direkt oberhalb der Öffnungshülse 1oo ist innerhalb der Absperrhülse 58 die zylindrische rohrförmige Auslösehülse 98 angeordnet, die mit einer unteren Stirnfläche 12o an der oberen Stirnfläche 122 der Öffnungshülse 1oo anliegt. Die Auslösehülse 98 weist eine schmalere zylindrisch geformte Schürze 124 auf, die an dem unteren Endteil der Auslösehülse 98 gebildet ist, und eine radial nach außen ragende Ringschulter 126, die an dem oberen Endteil der Hülse gebildet ist. Die Außenfläche der Schürze 124 und die Innenfläche der Absperrhülse 58 bilden einen Ringraum 128, der sich zwischen der unteren Stirnfläche 12o und einer sich'verjüngenden Ringschulter 13o erstreckt, welche an der Auslösehülse 98 gebildet ist.

Die Ringschulter 126 berührt die Spannfinger 68 und hält diese in ihrer äußeren Stellung in Anlage an dem Außengehäuse 12 an der sich verjüngenden Ringschulter 36, wodurch die Absperrhülse 58 an einer Abwärtsbewegung und einem Absperren der Auslässe 6o gehindert ist. Die Auslösehülse 98 ist anfänglich durch Scherstifte 132 lösbar an der Absperrhülse 58 angebracht. Die Scherstifte 132 sind in die Wandung der Absperrhülse 58 eingeschraubt und sind in entsprechenden, in der Außenfläche der Auslösehülse 98 gebildeten Vertiefungen aufgenommen. Zwischen der Auslösehülse 98 und der Absperrhülse 58 ist eine gleitbewegliche, druckmitteldichte Abdichtung durch ringförmige Dichtglieder 134 vorgesehen, die in Ringnuten sitzen, welche in der Außenfläche der Auslösehülse 98 zwischen den die Scherstifte

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132 aufnehmenden Vertiefungen und der sich verjüngenden Ringschulter 13o gebildet sind. Eine sich verjüngende Ringschulter 136 ist an der oberen Innenkante der Auslösehülse gebildet, so daß ein Stopfensitz an dem oberen Ende der Auslösehülse gebildet wird.

Die Hülsensicherung 1o2 ist ein kreisförmiger Ring, der fest an dem unteren inneren Ende der Absperrhülse 58 angebracht ist. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Hülsensicherung 1o2 an der Absperrhülse 58 durch eine eng tolerierte Schraubverbindung 138 befestigt. Die Hülsensicherung 1o2 ist in der Absperrhülse 58 so angeordnet, daß sie an dem unteren Ende der Öffnungshülse 1oo anliegt, wenn die Öffnungshülse in ihrer untersten Stellung relativ zu der Absperrhülse 58 ist, so daß der Sperring 118 bei der Verhinderung einer übermäßigen Abwärtsbewegung der Öffnungshülse 1oo relativ zu der Absperrhülse 58 unterstützt wird. Die Hülsensicherung 1o2 schafft auch zusätzliche kraftübertragende Mittel von der Öffnungshülse 1oo auf die Absperrhülse 58.

Es ist wünschenswert, die Auslösehülse 98, die Öffnungshülse 1oo und die Hülsensicherung 1o2 aus einem relativ leicht zu bohrenden Material wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Messing, Bronze oder Gußeisen herzustellen, so daß diese Teile nach Vollendung des Zementiervorganges leicht aus dem Gerät 1o herausgebohrt werden können, um einen vollständig offenen Durchgang durch das Gerät Io zu erhalten.

Um das rohrförmige Außengehäuse 12 ist eine rohrförmige Aufblaspackeranordnung 14o angeordnet. Die Aufblaspackeranordnung 14o enthält an ihrem oberen Endteil 142 einen rohrförmigen Stützring 146. Der Stützring 146 ist an der zylindrischen Außenfläche 148 des Außengehäuses 12 durch geeignete Mittel, beispielsweise eine durchgehende ringförmige Schweißnaht verbunden, wie sie bei 15o dargestellt ist. Die untere Stirnfläche 152 des Stützringes 146 liegt im wesentlich radial fluchtend mit einr Ringschulter 154, die an dem Mantel

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2 6 U 4 5

des Außengehäuses 12 gebildet ist und sich an die zylindrische Außenfläche 148 und eine zweite zylindrische Außenfläche 156 auf dem Mantel des Außengehäuses 12 anschließt. Die zweite zylindrische Außenfläche 156 hat einen kleineren Durchmesser als die zylindrische Außenfläche 148.

Die rohrförmige Aufblaspackeranordnung 14o enthält weiterhin eine rohrförmige aufblasbare Packereinheit 158, die um das Außengehäuse 12 herum angeordnet ist. Die Packereinheit 158 weist einen oberen Endteil 16o und einen unteren Endteil 162 auf. An dem oberen Endteil 16o ist eine obere Stirnfläche gebildet, die an der unteren Stirnfläche 152 des Stützringes 146 anliegt. Zwischen der oberen Stirnfläche 164 und einer Ringschulter 168, die im Inneren der Packereinheit 158 in Längsrichtung angrenzend an die in der Wandung des Außengehäuses 12 gebildeten Auslässe gebildet ist, erstreckt sich eine zylindrische Innenfläche 166. In dem oberen Endteil 16o der Packereinheit 158 ist wenigstens einer und sind vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 17o gebildet, die eine Verbindung zwischen der zylindrischen Innenfläche 166 und der zylindrischen Außenfläche 172 herstellen.

Die Ringschulter 154 und die zylindrische Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 und die zylindrische Innenfläche 166 und die Ringschulter 168 der Packereinheit 158 bilden einen Ringraum 174 zwischen der Packereinheit 158 und dem Außengehäuse 12, in den die Auslässe,17o münden. Ein Ringkolben oder Schieberventilglied 176 ist innerhalb des Ringraumes 174 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Das Ventilglied 176 trägt obere und untere äußere Ringdichtungsglieder 178 und 18o und ein oberes inneres Ringdichtungsglxed 182, welche eine gleitbewegliche dichtende Anlage zwischen dem Ventilglied 176 und den äußeren und inneren Wandungen des Ringraumes 174 gewährleisten. Das Ventilglied 176 ist zu Beginn lösbar innerhalb des Ringraumes 174 befestigt und zwar mittels eines oder mehrerer Scherstifte 184, die in die Wandung der Packereinheit 158 eingeschraubt und in entsprechenden, in der Außenfläche des Ventilgliedes 176

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gebildeten Vertiefungen aufgenommen sind. In dieser Anfangsstellung ist das untere Ende des Ventilgliedes 176 vorzugsweise in Anlage an der Ringschulter 168 der Packereinheit 158. Es ist vorteilhaft, den Hohlraum 174 oberhalb des Ventilgliedes 176 mit Fett zu füllen.

Im Inneren der Packereinheit 158 angrenzend an die Unterkanten der Auslässe 26 in dem Außengehäuse 12 ist eine zweite Ringschulter 186 gebildet. Eine zylindrische Innenfläche 188 erstreckt sich zwischen den Ringschultern 168 und 186 der Packereinheit 158. Eine zylindrische Innenfläche 19o erstreckt sich von der Ringschulter 186 nach unten und schließt sich an eine dritte Ringschulter 192 an, die im Inneren der Packereinheit 158 gebildet ist. An der zylindrischen Innenfläche 19o ist eine Ringnut 194 gebildet, die ein elastisches, ringförmiges, Rückschlagventilglied 196 trägt. Das ringförmige Rückschlagventilglied 196 kann in geeigneter Weise aus einem gummielastischen Material hergestellt sein und weist eine nach unten ragende ringförmige Lippe auf, welche sich dichtend an die zylindrische Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 anlegt. Das ringförmige Rückschlagventilglied 196 gestattet einen Druckmittelstrom nach unten daran vorbei zwischen dem Außengehäuse 12 und der Packereinheit 158, während es einen umgekehrten Druckmittelstrom nach oben daran vorbei verhindert.

Von der Ringschulter 192 erstreckt sich eine zylindrische Innenfläche 198 nach unten, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 ist. Die zylindrische Innenfläche 198 geht in eine sich verjüngende Ringschulter 2oo über, die an einer entsprechenden sich verjüngenden Ringschulter 2o2 anliegt, welche an der Mantelfläche des unteren Verbindungsstücks 16 gebildet ist. Die Ringschulter 2oo geht in eine zylindrische Innenfläche 2o4 über, die an dem unteren Endteil 162 der Packereinheit 158 gebildet ist. Diese Innenfläche ist gleitbeweglich auf einer zylindrischen Außenfläche 2o6 aufgenommen, welche an der Mantelfläche des unteren Verbindungsstücks 16 gebildet ist und

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in die Ringschulter 2o2 desselben übergeht. Ein ringförmiges Dichtglied 2o8 sitzt in einer Ringnut 21 ο, die in der zylindrischen Innenfläche 2o4 gebildet ist und bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem unteren Endteil der Packereinheit 158 und der zylindrischen Außenfläche 2o6 des unteren Verbindungsstücks 16. Der untere Endteil 162 der Packereinheit 158 wird in Anlage an dem unteren Verbindungsstück 16 gehalten, und zwar mittels einer mit Innengewinde versehenen Mutter 212, welche auf das Außengewinde 214 aufgeschraubt ist, das an dem unteren Verbindungsstück 16 gebildet ist. Eine sich verjüngende Ringschulter 216, die an der Mutter 212 gebildet ist, liegt an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 218 an, welche an dem unteren Endteil 162 der Packereinheit 158 gebildet ist.

Der obere Endteil 16o und der untere Endteil 162 der Packereinheit 158 sind durch einen Zwischenteil 22o miteinander verbunden . Die aufblasbare Packereinheit 158 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl, hergestellt. Der Zwischenteil 22o ist zu einer relativ dünnen, rohrförmigen, festen oder undurchlässigen Membran geformt, deren mechanische Eigenschaften eine Ausdehnung des Zwischenteils 22o ohne Reißen während des Aufblasens der aufblasbaren Packereinheit 158 gestatten.

Ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied 222 ist um die Außenfläche 224 des Zwischenteils 22o herum angeordnet und damit in geeigneter Weise verklebt. Dieses Packerdichtglied erstreckt sich zwischen den oberen und unteren Endteilen 16o und 162 der aufblasbaren Packereinheit 158. Das Packerdichtglied 222 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und kann gegebenenfalls, wenn sich dies für spezielle Anwendungen als wünscheswert erweist, aus einem geeigneten elastischen Kunstharzmaterial hergestellt sein.

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Man sieht, daß die bisher beschriebene Raumform einen abgedichteten Ringraum 226 zwischen der Außenseite des Außengehäuses 12 und dem unteren Verbindungsstück 16 und dem Innenmantel der aufblasbaren Packereinheit 158 zwischen dem ringförmigen Rückschlagventilglied 196 und dem ringförmigen Dichtglied 2o8 ergibt. Ein mit Innengewinde versehener Auslaß 228 erstreckt sich durch die Wandung des oberen Endteils 16o der aufblasbaren Packereinheit 158 in einem Punkt, der benachbart und oberhalb dem ringförmigen Rückschlagventilglied 196 liegt. Der Auslaß 228 ist durch einen mit Außengewinde versehenen, herausnehmbaren Stopfen 23o abgeschlossen. Ein zweiter mit Innengewinde versehener Stopfen 232 erstreckt sich durch die Wandung des unteren Endteils 162 der aufblasbaren Packereinheit 158 und steht mit dem abgedichteten Ringraum 226 an dessen unterem Ende in Verbindung. Der Auslaß 232 ist durch einen herausnehmbaren, mit Außengewinde versehenen Stopfen 234 abgeschlossen.

Nach Montage des Gerätes 1o, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird das Gerät vorzugsweise auf seine Seite gelegt, wobei die Auslässe 228 und 232 auf der Oberseite des Gerätes 1o zu liegen kommen. Die Stopfen 23o und 234 werden entfernt, und es wird ein geeignetes leichtes öl in den Auslaß 228 gepumpt, bis der Hohlraum 226 vollständig mit dem Öl gefüllt ist. Die Stopfen 23o und 234 werden dann wieder in die jeweiligen Auslässe 228 und 232 eingesetzt, so daß eine durckmitteldichte Abdichtung hergestellt wird, welche das Öl in dem Ringraum 226 einschließt. Es kann wünscheswert sein, Teflonband als Dichtelement zwischen den Stopfen 23o und 234 und den Auslassen 228 und 232 zu verwenden. Bei typischem Betrieb, wie er in den Figuren 3 bis 7 veranschaulicht ist, wird das Aufblaspackergerät 1o in den Verrohrungsstrang oder Rohrstrang 236 eingebaut, bevor dieser in das Bohrloch abgesenkt wird. Das Gerät kann zwischen die genormten, mit Gewinde versehenen Abschnitte des Rohres an den gewünschten Stellen der auszuführenden Zementierstufen eingesetzt werden. Es ist mit diesem Gerät eine

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2 6 ü 4 5

Anzahl von Zementierstufen möglich, solange jede der Öffnungsund Auslösehülsen jedes Zementiergerätes in dem Rohrstrang einen kleineren Innendurchmesser als das nächst darüberliegende Zementiergerät besitzt.

Nachdem der Verrohrungsstrang 236 sich in dem Bohrloch befindet, kann die erste oder unterste Stufe der Zementierung durch den unteren Endteil 238 des Stranges 236 und dann den Ringraum 24o hinauf durchgeführt werden. Hinter der ersten Stufe von Zementschlamm ist ein Wischstopfen 242 eingesetzt, und es wird Arbeitsflüssigkeit von ungefähr dem gleichen spezifischen Gewicht wie der Zementschlamm hinter dem Wischstopfen hergepumpt, um den Zementschlamm aus dem unteren Endteil 238 des Stranges 236 zu verdrängen.

Nachdem eine vorherberechnete Menge an Verdrängungsflüssigkeit die ausreicht, den Strang von dem unteren Endteil 238 bis zu dem nächsthöheren Zementiergerät anzufüllen, in den Strang gepumpt worden ist, wird ein Öffnungsstopfen 244 in den Verrohrungsstrang eingeführt und von der Strömung nach unten durch den Verrohrungsstrang mitgenommen, so daß er auf dem Stopfensitz 1o4 der Öffnungshülse aufsitzt und dadurch eine druckmitteldichte Abdichtung der öffnung durch das Gerät 1o bewirkt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Stoffen oder eine Kugel durch das Druckmittel in dem Verrohrungsstrang 236 fallenzulassen, welche auf dem Sitz 1o4 aufsitzt und das Gerät 1o abdichtet. Hinter den öffnungsstopfen 244 wird eine vorherberechnete Menge von Verdrängungs- oder Arbeitsflüssigkeit geleitet, die ausreicht, die aufblasbare Packereinheit des Gerätes 1o aufzublasen.

Es wird dann ein Druck, der ausreicht, die Scherstifte 1o6 abzuscheren, auf die Verdrängungsflüssigkeit in dem Verrohrungs— strang 236 ausgeübt. Dieser Druck, der über den Stopfen 244 wirkt, schert die Scherstifte 1o6 ab und drückt die Öffnungshülse 1oo relativ zu dem Gerät 1o nach unten, wodurch die Auslässe

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260457?

und 26 für die unter Druck stehende Verdrängungsflüssigkeit freigegeben werden. Die Verdrängungsflüssigkeit strömt dann durch die Auslässe 60 und 26 und abwärts an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventil 196 vorbei in den abgedichteten Ringraum 226 und bläst die aufblasbare Packereinheit 158 auf, bis das Packerdichtglied 222 sich an die Wandung des Bohrloches anlegt und den Ringraum 24o abdichtet. Das Gerät ist dann in dem in Fig. 4 dargestellten Zustand. Der Sperring 118 hat sich in die Ringnut 92 ausgedehnt und verhindert dadurch jede Aufwärtsbewegung der Öffnungshülse I00 relativ zu der Schließhülse 58, wenn der Sperring 118 an der radialen Ringschulter der Ringnut 92 anliegt. Der obere Endteil 160 der aufblasbaren Packereinheit 158 hat sich von dem Stützring 146 nach unten bewegt, um so die Ausdehnung der aufgeblasenen Packereinheit 158 aufzunehmen.

Der auf die Verdrängungsflüssigkeit in dem Verrohrungsstrang 236 ausgeübte Druck wird erhöht, bis die Druckdifferenz zwischen der Verdrängungsflüssigkeit innerhalb des Verrohrungsstranges und der auf den das ringförmige Kolbenventilglied wirkende Druck in dem Ringraum 14o ein vorgegebenes Maß erreicht, in welchem Punkt die Scherstifte 184 abgeschert werden. Wenn die Scherstifte 184 abgeschert werden, bewegt sich das ringförmige Ventilglied 176 innerhalb des Ringraumes 174 aufwärts, wodurch die Auslässe 17o geöffnet werden und das Innere des VerrohrungsStranges 236 über die Auslässe 60, 26 und 17o in Verbindung mit dem Ringraum 24o oberhalb der aufgeblasenen Packereinheit 158 gebracht wird.

In diesem Punkt wird eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm durch die offenen Auslässe 60, 26 und 17o in den Ringraum oberhalb der aufgeblasenen Packereinheit gepumpt, um die zweite Stufe der Zementierung des Verrohrungsstranges zu vollenden. Hinter dieser vorherberechneten Menge von Zementschlamm wird ein Schließstopfen 246 in den Verrohrungsstrang 236 eingeführt und wird gefolgt von Verdrängungsflüssig-

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keit hinter dem Zementschlamm hergepumpt. Der Schließstopfen 246 sitzt auf der sich verjüngenden Ringschulter 136 der Auslösehülse 198 auf und schließt dadurch den Durchgang durch das Gerät 1o ab. Wenn die Flüssigkeitsdruckdifferenz an dem Schließstopfen 246 einen vorgegebenen Wert erreicht, werden die Scherstifte 132 abgeschert und gestatten eine Abwärtsbewegung der Auslösehülse 98 so daß diese nicht mehr an dem Spannring 62 anliegt. Der Ringraum 128 gestattet einen weiteren Austritt des zwischen den Stopfen 244 und 246 eingeschlossenen Zements durch die Auslässe 6o, 26 und 17o, wodurch eine hydraulische Verriegelung zwischen diesen vermieden wird. Ein weiterer Druck, der auf den Schließstopfen 246 ausgeübt wird, drückt die Auslösehülse 98 in ihre unterste Stellung, in welcher ihre Ringschulter 248 an der auf dem Innenmantel der Schließhülse 58 gebildeten Ringschulter 25o zur Anlage kommt.

Eine ausreichende vorgegebene Druckkraft, die über den Schließstopfen 246 übertragen wird, wirkt nach unten auf die Auslösehülse 248 über die Ringschulter 136. Die Ringschulter 248 der Auslösehülse 98 liegt an der Ringschulter 25o der Absperrhülse 58 an und überträgt dadurch die Kraft auf die Absperrhülse 58, wodurch die Federkraft der Spannfinger 68 überwunden wird und der Spannring 62 nach innen zusammengedrückt wird, so daß er sich an der Ringschulter 36 und der ringförmigen Leiste 38 vorbei abwärts davon bewegt. Dieser Vorgang führt zu einer Abwärtsbewegung der Auslässe 6o außer Fluchtung mit den Auslässen 26 und bewegt das ringförmige Dichtglied 78 unter die Auslässe 26. Dadurch wird eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen den Auslässen 26 und dem Inneren des Gerätes 1o bewirkt. In diesem Punkt haben sich die sich ausdehnenden Sperringe 88 und 9o in den Ringnuten 84 und 86 in die Stellungen gegenüber den ringförmigen Ausnehmungen 4o und 42 bewegt und teilweise in diese hinein ausgedehnt, wodurch jede Aufwärtsbewegung der Absperrhülse 58 relativ zu dem Außengehäuse 12 verhindert wird. Die Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58 innerhalb des Außengehäuses 12 ist durch die Anlage der unteren Stirnfläche 252 der Absperrhülse 58 an der oberen Stirnfläche

H 0 ? ? Λ 5 / 0 2 S 0 - 24 -

254 des unteren Anschlußstückes 16 begrenzt. Es ist zu beachten, daß vor der Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58 die Stopfen 244 und 246 gegeneinander unbeweglich geworden sind und keine weitere Möglichkeit einer hydraulischen Sperre zwischen ihnen besteht.

Das Schließen der Auslässe 26 beendet diese Zementierstufe, und es kann die nächste Zementierstufe beginnen. Nach Vollenden der letzten Stufe können die aus den Hülsen 98, 1oo und 1o2, den Stopfen 244 und 246 und dem Zement zwischen den Stopfen 244 und 246 bestehenden Hindernisse in dem Bohrungsdurchgang leicht herausgebohrt werden, was den Bohrungsdurchgang vollständig offen und ohne Hindernisse für anschließende Arbeitsgänge macht.

Es ist zu beachten, daß auch nach dem Absperren der Auslässe der von der Säule von Zement und anderen Flüssigkeiten in dem Ringraum 24o oberhalb der aufgeblasenen Packeranordnung 14o ausgeübte hydrostatische Druck ständig auf den Ringraum 226 ausgeübt wird und von dem Rückschlagventilglied 196 aufrechterhalten wird, was zu einem festen Sitz und einer sicheren Abdichtung zwischen Packereinheit 158 und Bohrloch führt.

In Fig. 8 der Zeichnung ist ein anderes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Aufblaspackergerätes nach der Erfindung generell mit dem Bezugszeichen 3oo bezeichnet. Das Gerät 3oo enthält ein rohrförmiges Außengehäuse 3o2, eine innere Schieberhülse 3o4, die teleskopartig innerhalb des Außengehäuses 3o2 angeordnet ist, ein oberes Verbindungsstück 3o6 und ein unteres Verbindungsstück 3o8. Das Außengehäuse 3o2 weist einen oder mehrere Auslässe 31 ο auf, die sich in dem Bereich, wo die Schieberhülse 3o4 gleitbeweglich angeordnet ist, durch die Wandung des Außengehäuses erstrecken. Die Schieberhülse 3o4 weist entsprechende Auslässe 312 auf, die sich durch ihre Wandung erstrecken und so angeordnet sind, daß die Auslässe 312 mit den Auslässen 31 ο fluchten wenn die Schieberhülse 3o4 in ihrer obersten Stellung in dem Außengehäuse

ι · ρ ■-■ ρ ι V₁ ι η ? ς η -25--

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3o2 ist. Diese Stellung ist erreicht, wenn die ringförmige obere Stirnfläche 314 der Schieberhülse 3o4 an der unteren ringförmigen Stirnfläche 316 des oberen Verbindungsstücks 3o6 anliegt.

Die Schieberhülse 3o4 und das rohrförmige Außengehäuse 3o2 weisen geeignet bemessene Innen- und Außendurchmesser auf, so daß die Schieberhülse gerade lose genug in dem Außengehäuse sitzt, um eine Gleitbeweglichkeit in dem Außengehäuse 3o2 zu gestatten. Die Schieberhülse 3o4 besitzt im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser wie die normale Verrohrung, an welcher das Gerät 3oo befestigt wird, so daß ein Verrohrungsstrang gebildet wird, wodurch ein in Längsrichtung vollständig offenes Gerät entsteht.

Das rohrförmige Außengehäuse 3o2 kann druckmitteldicht mit dem oberen und unteren Anschlußstück 3o6 bzw. 3o8 mittels Schraubver— bindungen 318 bzw. 32o und durchgehende ringförmige Schweißnähte 322 bzw. 324 verbunden sein.

Das Außengehäuse 3o2 weist eine radial nach innen vorspringende zylindrich geformte Innenfläche 326 auf, an die sich an ihren oberen und unteren Endteilen sich verjüngende Ringschultern bzw. 33o anschließen. In der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses ist eine innere ringförmige Ausnehmung 332 gebildet, welche die in dem Außengehäuse gebildeten Auslässe 31 ο schneidet. Eine entsprechende äußere ringförmige Ausnehmung 336 ist in der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhülse 3o4 gebildet und schneidet die darin gebildeten Auslässe 312. Wenn das Gerät 3oo montiert ist, werden die Auslässe 312 vorzugsweise genau fluchtend zu den Auslässen 31o angeordnet. Es ist aber zu erwarten, daß eine Verdrehung der Hülse 3o4 innerhalb des Außengehäuses 312 geschehen kann, wenn auch die Auslässe 31o und 312 in der gleichen Querebene liegen. Das könnte eine Drosselung des Zementstromes durch diese Auslässe bewirken. Die ringförmigen Ausnehmungen 332 und 336 stellen somit eine relativ ungedrosselte Druckmittelverbindung durch die Auslässe 31ο und 312 sicher, wenn diese Auslässe nicht

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genau fluchtend liegen sollten, wenn die Hülse 3o4 in ihre Offenstellung bewegt wird, in welcher die ringförmige Stirnfläche 316 an dem oberen Verbindungsstück 3o6 anliegt.

Die Schieberhülse 3o4 ist mit oberen und unteren inneren ringförmigen Ausnehmungen 34o bzw. 342 zum Eingriff mit dem Offnungspositionierer 344 (siehe Fig. 9) und dem Schließpositionierer 346 (siehe Fig. 1o) versehen. Die obere Ausnehmung 34o bildet eine radial einwärts ragende Ringschulter 348 die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schieberhülse 3o4 liegt, und eine sich verjüngende Ringschulter 35o. Die untere Ausnehmung 342 bildet eine radial einwärts ragende Ringschulter 352 die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schieberhülse 3o4 liegt, und eine sich verjüngende Ringschulter 354. Die Schieberhülse 3o4 weist auch eine ringförmige Erweiterung 356 an ihrem unteren Ende auf, welche eine radial auswärts ragende sich verjüngende Ringschulter 358 und eine Schürze bildet. Außerdem ist die Schieberhülse 3o4 zusätzlich mit einer breiten relativ flachen äußeren ringförmigen Ausnehmung 362 versehen, in welcher die zylindrisch geformte Innenfläche 356 des Außengehäuses 3o2, wie in Fig. 8 dargestellt, aufgenommen werden kann. Die Ausnehmung 362 wird von sich verjüngenden ringförmigen oberen und unteren Schultern 364 und 366 und einer sich dazwischen erstreckenden zylindrisch geformten Außenfläche 368 gebildet.

In der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhülse 3o4 sind Ringnuten 37o gebildet, die jede ein ringförmiges Dichtglied 372 aufnehmen, welches eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Schieberhülse 3o4 und der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses 3o2 bewirken. Die Schieberhülse 3o4 weist ferner sich verjüngende oder konische Ringschultern 374 und 376 auf, die an ihren oberen bzw. unteren Enden gebildet sind, um die Bewegung der öffnungs- und Schließpositionierer 334 und 346 durch die Schieberhülse 3o4 zu erleichtern. Das obere Anschlußstück 3o6 ist auch mit konischen oder sich verjüngenden Ringschultern 378 und 38o versehen, um eine leichte Werkzeugstrangbewegung dort hindurch zu gewähr-

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leisten, und das untere Verbindungsstück 3o8 ist mit einer konischen oder sich verjüngenden Ringschulter 382 versehen, die einen leichteren Durchgang eines Werkzeugstranges dort hindurch gestattet.

In der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhülse 3o4 zwischen der äußeren ringförmigen Ausnehmung 336 und der sich verjüngenden Ringschulter 364 ist eine Ringnut 384 gebildet, welche ein ringförmiges Dichtglied 386, vorzugsweise einen O-Ring aufnimmt, um eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Schieberhülse 3o4 und der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses 3o2 zu bewirken.

Um den unteren Umfang der Schieberhülse 3o4 sind Spannfinger 388 gebildet, indem längs des Umfanges in gleichen Abständen Schlitze 39o in Längsrichtung in die Schürze der Schieberhülse 3o4 eingefräst sind. Dadurch wird an der Schürze 36o durch die Eigenelastizität jedes Spannfingers 388 eine Federbundanordnung vorgesehen.

Die zylindrisch geformte Außenfläche 368 der Schieberhülse 3o4 erstreckt sich teilweise längs jedes Spannfingers 388 und bildet an der sich verjüngenden unteren Ringschulter 366 eine radial nach außen ragende ringförmige Leiste 392 an der Schürze 36o und an jedem Spannfinger 388. Die sich verjüngende Ringschulter 366 an der Leiste 392 liegt an der sich verjüngenden Ringschulter 33o an, die sich an die zylindrisch geformte Innenfläche 326 anschließt und verhindert ein vorzeitiges Öffnen des Gerätes 3oo, welches sonst durch unbeabsichtigte Bewegung der Schieberhülse 3o4 aufwärts in dem Außengehäuse 3o2 eintreten könnte.

Die Federkraft, welche die Schieberhülse 3o4 in ihrer untersten Stellung innerhalb des Außengehäuses 3o2 hält, kann verändert werden durch Einstellung der Federspannung der Spannfinger 388. Das kann geschehen indem größere oder kleinere Schlitze 39o in die Schürze 3 6o gefräst werden, oder indem die Spannfinger 388

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dicker oder dünner gemacht werden, indem die bearbeitete Größe der ringförmigen Erweiterung 356 verändert wird. Somit kann die Schieberhülse 344 an einer Gleitbewegung gehindert werden, bis eine voreingestellte oder vorgegebene Kraft auf die Schieberhülse 3o4 ausgeübt wird, welche Kraft die Federspannung in den Spannfingern 388 überwindet. Eine typische Öffnungskraft bei der Anwendung des Gerätes 3oo sind etwa eine Kraft von 9.OOO Kp.

Die Spannfinger 388 weisen auch jeder eine konische oder sich verjüngende Stirnfläche 394 an dem freiliegenden unteren Ende derselben auf. Wenn das Gerät 3oo in der vollständig geöffneten Stellung ist, in welcher die Schieberhülse 3o4 in ihrer obersten Stellung in dem Außengehäuse 3o2 ist und die Auslässe 31o mit den Auslässen 312 fluchten, sind die Stirnflächen 394 der Spannfinger 388 oberhalb der sich verjüngenden Ringschulter 328 des Außengehäuses 3o2 und in der Nähe derselben angeordnet. Die Anlage der Stirnfläche 394 an der Ringschulter 328 verhindert ein vorzeitiges oder unerwünschtes Schließen der Schieberanordnung des Gerätes 3oo. Die gleiche Kraft, die erforderlich ist um die Spannung der Spannfinger 388 zu überwinden und die Schieberhülse 3o4 aus ihrer Schließstellung aufwärts zu bewegen, ist erforderlich, um sie aus ihrer Offenstellung abwärts zu bewegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Öffnungspositionierers 344 ist in Fig. 9 dargestellt. Der Öffnungspositionierer 344 wird benutzt, um an der inneren Schieberhülse 3o4 anzugreifen und diese aus einer Schließstellung in dem rohrförmigen Außengehäuse 3o2 in eine Offenstellung zu bewegen, wodurch die Auslässe 31o mit den Auslässen 312 zur Deckung gebracht werden und eine Druckmittelverbindung zwischen dem inneren Bohrungsteil 396 der Schieberhülse 3o4 zu der zylindrischen Außenfläche 398 des Außengehäuses 3o2 erreicht wird.

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Der öffnungspositionierer 344 weist einen Mantelkörper 4oo auf, der eine Mehrzahl von Federarmen 4o2 trägt, welche fest an einem den Mantelkörper 4oo umgebenden Federkragen 4o4 befestigt sind. Der Federkragen liegt bündig an einer an dem Mantelkörper 4oo gebildeten Ringschulter 4o6 an.

An dem Mantelkörper 4oo ist durch Schraubverbindung 4o8 ein oberes Verbindungsstück 41 ο befestigt, welches an dem Federkragen 4o4 an einer Ringschulter 412 des Verbindungsstücks 41o anliegt und welches dazu dient, den Federkragen 4o4 fest und bündig an der Ringschulter 4o6 zu halten.

Unterhalb der Arme 4o2 an dem Mantelkörper 4oo sind eine Mehrzahl von Nasen 414 angeordnet, die radial auswärts von dem Mantelkörper 4oo vorspringen und geneigte Stirnflächen 416 an ihren oberen und unteren Enden besitzen, wobei jede Nase 414 in Längsrichtung mit einem zugehörigen Federarm 4o2 fluchtet.

An dem unteren Ende des Mantelkörpers 4oo ist ein unteres Verbindungsstück 418 in Gestalt eines Gewindekragens vorgesehen, der ein Innengewinde 42o und ein Außengewinde 422 besitzt. Das Verbindungsstück 418 ist an dem Mantelkörper 4oo durch Eingriff des Innengewindes 42o in ein Außengewinde 424 befestigt, das an dem unterem Ende des Mantelkörpers 4oo gebildet ist. Die oberen und unteren Verbindungsstücke 41ο und 418 sind in einen normalen Rohr- oder Bohrstrang eingesetzt und mit den Rohrenden mittels des Innengewindes 426 des oberen Verbindungsstücks 41ο und des Außengewindes 422 des unteren Verbindungsstücks 418 verbunden. Ringdichtungen 428 und 43o sind in Ringnuten 432 und 434 in den oberen und unteren Verbindungsstücken 41o bzw. 418 angeordnet und bewirken eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem Mantelkörper 4oo und dem oberen und unteren Verbindungsstück 41 ο bzw. 418.

Jeder Federarm 4o2 ist mit einer radial nach außen sich erstreckenden Schulter 436 versehen, in welche einer oder mehrerer Karbidknöpfe 438 eingebettet sind. Jede Schulter 436 weist geneigte obere und untere Flächen 44o und 442 auf, welche

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als Keile oder Nocken wirken und den jeweiligen Federarm 4o2 radial einwärts drücken, wenn sie die an der Innenseite der Schieberhülse 3o4 und dem oberen Verbindungsstück 3o6 gebildete Vorsprünge berühren. Die Schultern 436 wirken als Zentriermittel für den Positionierer 444 und halten ihn innerhalb der Verrohrung zentriert. Die Knöpfe 438 vermindern den Reibungsverschleiß an dem Positionierer 344.

Jeder Federarm 4o2 weist auch eine radial ausgerichtete oder senkrechte Schulter 444 auf, die eingerichtet ist an der entsprechenden Ringschulter 348 innerhalb der Schieberhülse 3o4 zur Anlage zu kommen und es gestattet, die Schieberhülse 3o4 in die Offenstellung hochzuziehen, indem der Bohrstrang, in welchen der öffnungspositionierer 344 eingebaut ist, angehoben wird.

Die Spitzen 446, die an dem freien Ende eines jeden Federarmes 4o2 angeordnet sind, ragen einwärts zur Achse des öffnungspositionierers 344 hin und sind auf einem kleineren Radius angeordnet als die Außenfläche der Nasen 414. Somit bilden die Nasen 414 eine Zentrierung und Abschirmung für die Federarme 4o2, wenn der Öffnungspositionierer 344 in die Schieberhülse 3o4 eintritt. Die geneigte Stirnfläche 448, die an dem unteren Ende jedes Federarmes 4o2 gebildet ist, bewirkt eine Keil- oder Nockenwirkung, welche den jeweiligen Federarm 4o2 radial einwärts drückt, wenn die Stirnfläche 448 auf einen inneren Vorsprung in der Schieberhülse 3o4 trifft. Dadurch kann der Öffnungspositionierer 344 durch die Schieberhülse 3o4 relativ ungehindert nach unten hindurchlaufen.

Die Federarme 4o2 sind somit so angeordnet, daß bei einer Abwärtsbewegung durch die Schieberhülse 3o4 kein Teil der Arme 4o2 an der Schieberhülse 3o4 so angreift, daß die Schieberhülse durch Überwindung der Federspannung der Spannfinger 388 auf der zylindrisch geformten Innenfläche 326 des Außengehäuses 3o2 nach unten bewegt wird. Somit hat die Abwärtsbewegung des

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öffnungspositionierers 344 keinen Einfluß auf den Ventilmechanismus des Gerätes 34o, und der öffnungspositionierer 344 kann nach unten vollständig durch die Schieberhülse 3o4 hindurchtreten, ohne die Orientierung der Auslässe der Schieberhülse 3o4 und des Außengehäuses 3o2 zueinander zu ändern.

Die Schulter 436 an jedem Federarm 4o2 hat auch die Funktion eines Auslösenockens, wenn der zugehörige Federarm 4o2 in die Schieberhülse 3o4 eingegriffen hat und die Schieberhülse 3o4 in die oberste Stellung innerhalb des Außengehäuses 3o4 bewegt hat, wodurch die Auslässe 31 ο und 312 zum Öffnen des Ventilmechanismus zur Deckung gebracht worden sind. Damit der Öffnungspositionierer 344 nach oben aus der Schieberhülse 3o4 herausgezogen werden kann, nachdem der Ventilmechanismus geöffnet worden ist, sind die Schultern 436 auf den Federarmen 4o2 so angeordnet, daß wenn die Schieberhülse 3o4 im obersten Punkt ihres Hubes ist, die Schultern 436 an den sich verjüngenden oder konischen Ringschultern 38o und 378 des oberen Verbindungsstücks 3o6 zur Anlage kommen und damit die Schultern 436 und die Federarme 4o2 radial einwärts drücken. Das führt zu dem Lösen der Schultern 444 der Arme 4o2 von den Ringschultern der Schieberhülse 3o4.

In Fig. 1o ist ein Schließpositionierer 346 dargestellt. Der Schließpositionierer enthält die gleichen Elemente wie der Öffnungspositionierer 344 aber mit einer anderen Orientierung der Bauteile.

Der Schließpositionierer 346 hat ein oberes Verbindungsstück 45o, ein unteres Verbindungsstück 452, einen Mantelkörper 454, Federarme 456 und Nasen 458. Der einzige Unterschied zwischen dem Schließpositionierer 346 und dem öffnungspositionierer besteht darin, daß der die Federarm und Federkragenanordnung enthaltende Mantelkörper 454 von dem oberen und unteren Verbindungsstück gelöst, mit seinen Enden um 18o gedreht und

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wieder mit den Verbindungsstücken verbunden ist. Die freien Enden der Federarme 456 des Schließpositionierers 346 ragen nach oben, während die Federarme 4o2 des Öffnungspositionierers nach unten ragen. Jeder der Federarme 456 weist in der Nähe des jeweiligen Endes 462 eine Betätigungsschulter 46o auf. Diese Schultern 46o sind so angeordnet, daß sie an der Ringschulter 352 der Schieberhülse 3o4 angreifen, wenn sich der Schließpositionier er 456 abwärts durch das Gerät 3oo bewegt. Die Anlage der Schultern 46o an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 3o4 gestattet es, die Schieberhülse aus der Offenstellung nach unten in eine Schließstellung zu schieben. Wenn die Schieberhülse 3o4 die Schließstellung erreicht, greifen die an jedem Federarm gebildeten Schultern 464, von denen jede geneigte Flächen 466 und 468 aufweist, an der konischen oder sich verjüngenden Ringschulter 382 des unteren Verbindungsstücks 3o8 an, welches eine Keil- oder Nockenwirkung hat und die Federarme 456 radial einwärts auf den Mantelkörper 454 hinbewegt und außer Eingriff mit der Schieberhülse 3o4 an der Ringschulter 352 bringt.

Jede Schulter 464 weist auch Karbid-Reibungsknöpfe 47o an der Außenfläche auf, um den Widerstand zu vermindern und unnötigen Verschleiß an den Federarmen 456 zu vermeiden. Die Nasen 458 schirmen auch die Federarme 456 ab, wie dies die Nasen 414 für die Federarme 4o2 des öffnungspositionierers 344 tun. Ringdichtungen 471 bewirken eine druckmitteldichte Anlage zwischen dem Mantelkörper 454 und den oberen und unteren Verbindungsstücken 45o und 452.

Das Aufblaspackergerät 3oo enthält weiterhin eine rohrförmige Aufblaspackeranordnung 472 mit einem oberen Endteil 474 und einem unteren Endteil 476, welche um das rohrförmige Außengehäuse 3o2 herum angeordnet ist. Die Aufblaspackeranordnung enthält einen rohrförmigen Stützring 478 an ihrem oberen Endteil 474. Der Stützring ist an der zylindrischen Außenfläche 3 98 des Außengehäuses durch geeignete Mittel befestigt,

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beispielsweise eine durchgehende ringförmige Schweißnaht 48o. Die untere Stirnfläche 482 des Stützringes 478 erstreckt sich radial auswärts von der zylindrischen Außenfläche 398 des Außengehäuses 3o2.

Die rohrförmige Aufblaspackeranordnung 472 enthält weiterhin eine rohrförmige aufblasbare Packereinheit 484, die um das Außengehäuse 3o2 herum angeordnet ist. Die Packereinheit 484 weist einen oberen Endteil 486 und einen unteren Endteil 488 auf. An dem oberen Endteil 486 ist eine obere Stirnfläche 49o gebildet, die an der unteren Stirnfläche 482 des Stützringes 478 anliegt. Eine zylindrische Innenfläche 492 erstreckt sich zwischen der oberen Stirnfläche 49o und einer Ringschulter 494, die im Inneren der Packereinheit 484 in Längsrichtung angrenzend an die in der Wandung des Außengehäuses 3o2 gebildeten Auslässe gebildet ist. Wenigstens ein vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 496 sind in dem oberen Endteil 486 der Packereinheit 484 gebildet und stellen eine Verbindung zwischen der zylindrischen Innenfläche 492 und der zylindrischen Außenfläche 498 desselben her.

Die zylindrische Außenfläche 398 des Außengehäuses 3o2, die untere Stirnfläche 482 des Stützringes 478 und die zylindrische Innenfläche 492 der Packereinheit 484 bilden einen Ringraum 5oo zwischen der Packereinheit 484 und dem Außengehäuse 3o2, in welchen die Auslässe 496 münden. Ein Ringkolben oder Schieberventilglied 5o2 ist längsverschiebbar innerhalb des Hohlraumes 5oo angeordnet. Das Ventilglied 5o2 trägt obere und untere äußere ringförmige Dichtglieder 5o4 und 5o6 und ein oberes inneres ringförmiges Dichtglied 5o8, welches eine gleitbewegliche dichtende Anlage zwischen dem Ventilglied 5o2 und den äußeren und inneren Wandungen des Ringraumes 5oo gewährleisten. Das Ventilglied 5o2 ist zu Beginn lösbar innerhalb des Ringraumes 5oo befestigt, und zwar mittels eines oder mehrerer Scherstifte 51o, die in die Wandung der Packereinheit 484 eingeschraubt und in entsprechenden in der Außenfläche des Ventilglieds 5o2 gebildeten Vertiefungen aufgenommen sind. In

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dieser Anfangsstellung liegt das untere Ende des Ventilgliedes 5o2 vorzugsweise an der Ringschulter 494 der Packereinheit 484 an. Es ist zweckmäßig, den Ringraum 5oo oberhalb des Ventilgliedes 5o2 mit Fett zu füllen.

Eine zweite Ringschulter 512 ist im Inneren der Packereinheit 484 in der Nähe der Unterkanten der Auslässe 31o in dem Außengehäuse 3o2 gebildet. Zwischen den Ringschultern 494 und 512 der Packereinheit 484 erstreckt sich eine zylindrische Innenfläche 514. Eine zylindrische Innenfläche 516 erstreckt sich von der Ringschulter 512 nach unten und geht in eine Ringnut 518 über, die im Inneren der Packereinheit 484 gebildet ist. Die Ringnut 518 trägt ein elastisches ringförmiges Rückschlagventilglied 52o. Das ringförmige Rückschlagventilglied 52o kann in geeigneter Weise aus einem gummielastischen Material hergestellt sein und weist eine nach unten ragende ringförmige Lippe auf, welche dichtend an der zylindrischen Außenfläche 398 des rohrförmigen Außengehäuses 3o2 anliegt. Das ringförmige Rückschlagventilglied 52o gestattet eine Abwärtsströmung von Druckmittel daran vorbei zwischen dem Außengehäuse 3o2 und der Packereinheit 484, während es eine umgekehrte Rückwärtsströmung des Druckmittels verhindert.

Eine zylindrische Innenfläche 522 erstreckt sich von der Ringnut 518 und dem Rückschlagventilglied 52o nach unten und trifft auf eine Ringschulter 524, die im Inneren der Packereinheit 484 gebildet ist. Eine zylindrische Innenfläche 526 schließt sich an die Ringschulter 524 an und erstreckt sich von dieser nach unten und trifft auf eine Ringschulter 528, die im Inneren des unteren Endteils 488 der Packereinheit 484 gebildet ist. Eine zylindrische Innenfläche 53o schließt sich an die Ringschulter 528 an und erstreckt sich nach unten und trifft auf eine sich verjüngende Ringschulter 532, die an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 534 anliegt, welche an dem äußeren Umfang des unteren Verbindungsstücks 3o8 gebildet ist. Die Ringschulter 532 schließt sich an eine zylindrische Innenfläche 536 an, die an dem unteren Endteil 488

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der Packereinheit 484 gebildet ist. Diese Fläche ist gleitbeweglich auf einer zylindrischen Außenfläche 538 geführt, welche auf dem äußeren Mantel des unteren Verbindungsstücks.388 gebildet ist und sich an dessen Ringschulter 534 anschließt. Ein ringförmiges Dichtglied 54o sitzt in einer Ringnut 542, die in der zylindrischen Oberfläche 536 gebildet ist, und bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem unteren Endteil 488 der Packereinheit 484 und der zylindrischen Oberfläche des unteren Verbindungsstücks 3o8. Der untere Endteil 488 der Packereinheit 484 wird in Anlage an dem unteren Verbindungsstück 3o8 mittels einer mit Innengewinde versehenen Mutter gehalten, welche auf ein Außengewinde 546 aufgeschraubt ist, das an dem unteren Verbindungsstück 3o8" vorgesehen ist. Eine sich verjüngende Ringschulter 548, die an der Mutter 544 gebildet ist, liegt an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 55o an, die an dem unteren Endteil 488 der Packereinheit 484 gebildet ist.

Die oberen und unteren Endteile 486 und 488 der rohrförmigen aufblasbaren Packereinheit 484 sind durch einen Zwischenteil 552 miteinander verbunden. Die aufblasbare Packereinheit 484 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Metall wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl hergestellt. Der Zwischenteil 552 ist als relativ dünne, rohrförmige, feste oder undurchlässige Membran aus einem solchen geeigneten Metall hergestellt, dessen mechanische Eigenschaften eine Ausdehnung des Zwischenteils 552 bei dem Aufblasen der aufblasbaren Packereinheit 484 ohne Riß gestatten.

Ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied 554 ist um die Außenfläche 536 des Zwischenteils 552 herum angeordnet und in geeigneter Weise damit verklebt. Dieses Packerdichtglied 554 erstreckt sich zwischen dem oberen und dem unteren Teil 486 bzw. 488 der aufblasbaren Packereinheit 484. Das Packerdichtglied 554 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und kann gegebenenfalls für spezielle Anwendungen aus einem geeigneten, elastischen Kunstharzmaterial oder dergleichen hergestellt sein.

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Ein elastisches rohrförmiges Glied 558 ist innerhalb der Packereinheit 484-längs der zylindrischen ebenen Fläche 526 zwischen den Ringschultern 524 und 528 derselben angeordnet. Das elastische rohrförmige Glied 558 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und ist vorzugsweise mit der zylindrischen ebenen Fläche 526 der Packereinheit 484 verklebt. Das rohrförmige Glied 558 wird verwendet, wenn es erforderlich ist, eine Unterstützung der metallischen Membran 552 vorzusehen, um hohen hydrostatischen Drücken zu widerstehen. Es versteht sich, daß ein solches elastisches rohrförmiges Glied erforderlichenfalls auch bei dem oben beschriebenen Gerät 1o angewandt werden kann.

Man sieht, daß die rohrförmige Aufblaspackeranordnung 472 einen abgedichteten Ringraum 56o zwischen der Außenseite des Außengehäuses 3o2 und' des unteren Verbindungsstücks 3o8 und dem Innenmantel der aufblasbaren Packereinheit 484 zwischen dem ringförmigen Rückschlagventilglied 52o und dem ringförmigen Dichtglied 54o bildet. Ein mit Innengewinde versehener Auslaß 562 erstreckt sich durch die Wandung des oberen Endteils 586 der Packereinheit 484 in einem Punkt in der Nähe oberhalb des ringförmigen Rückschlagventilgliedes 52o. Der Auslaß 562 ist durch einen mit Außengewinde versehenen lösbare Stopfen 564 verschlossen. Ein zweiter mit Innengewinde versehener Auslaß 566 erstreckt sich durch die Wandung des unteren Endteiles der aufblasbaren Packereinheit 484 und mündet in dem abgedichteten Ringraum 56o am unteren Ende desselben. Der Auslaß 566 ist durch einen lösbaren, mit Außengewinde versehenen Stopfen 568 verschlossen. Nach Montage des Gerätes 3oo, wie in Fig. 8 dargestellt, wird das Gerät vorzugsweise auf die Seite gelegt, so daß die Auslässe 562 und 568 auf der Oberseite des Gerätes 3oo liegen. Die Stopfen 564 und 568 werden herausgenommen, und es wird ein geeignetes leichtes öl in den Auslaß 562 gepumpt, bis der Hohlraum 56o vollständig mit dem Öl gefüllt ist. Die Stopfen 564 und 568 werden dann in die jeweiligen

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Auslässe 562 und 566 eingesetzt, so daß eine druckmitteldichte Abdichtung erzielt wird, durch welche das Öl innerhalb des Ringraumes 56o eingeschlossen ist. Es kann empfehlenswert sein, ein Teflonband als Dichtglied zwischen die Stopfen 564 und 568 und die jeweiligen Auslässe 562 und 566 einzulegen.

In Fig. 12 ist der Öffnungspositionierer 344 in einen Bohrstrang einsetzbar, indem er zwischen zwei normale Anschlüsse von Bohrrohren eingeschraubt wird. Der Schließpositionierer 346 wird auch in den Bohrstrang unterhalb des öffnungspositionierers 344 eingesetzt und kann sich in jedem gewünschten Abstand unterhalb des Öffnungspositionierers 344 befinden, je nach der Länge des Rohres, das zwischen die Positionierer 344 und 346 eingesetzt wird. Das in Fig. 12 und weiter in den Figuren 13 bis 17 dargestellte Gerät kann vorteilhafterweise mit dem Aufblaspackergerät 3oo nach der Erfindung verwendet werden. In den Figuren 13, 16 und 17 ist ein Zirkulationsventilschieber 57o auf der Außenseite eines Bohrstranges oder Rohrstranges 572 angeordnet und auf dem Bohrstrang gleitbeweglich, so daß Auslässe 574 geöffnet und geschlossen werden, die sich durch die Wandung des Bohrstranges 572 erstrecken, und so eine Druckmittelverbindung zwischen der Innenbohrung 576 des Bohrstranges und dem Ringraum 578 zwischen der Verrohrung 58o und dem Bohrstrang 572 hergestellt werden kann. Der Zirkulationsventilschieber 57o kann ein handelsüblich erhältliches Ventil sein, das für solche Anwendungen geeignet ist, und das im Bedarfsfalle von der Erdoberfläche her betätigbar ist.

Ebenso besonders nützlich in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Gerät 3oo sind unter gewissen Umständen Isolationspacker 582 und 584. Der Packer 582 ist der obere Packer und enthält elastische Dichtschalen 586 und 588, die von kreisförmigen Schalen aus einem gummielastischen Material oder dergleichen gebildet sind und die in der Lage sind, sich dichtend an die Innenwandung der Verrohrung 58o anzulegen. Die Schale 586 des Packers 582 ragt nach oben und ist in der Lage,

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die Strömung von Flüssigkeiten in Abwärtsrichtung abzudichten. Die AbwärtsStrömung drückt in die Schale 586 und spreizt sie nach außen in dichtenden Kontakt mit der Verrohrung 580. Die Schale 588 ragt nach unten und ist geeignet, eine Abdichtung gegen Aufwärtsströmung in der gleichen Weise zu bewirken, wie die Schale 586 eine Abdichtung gegen Abwärtsströmung bewirkt.

Der Packer 584 enthält im wesentlichen eine einzige gummielastische Schale, die nach oben hin konkav ist, so daß dadurch eine Abwärtsströmung verhindert wird. Der Packer 584 verhindert nicht eine daran vorbeigehende Aufwärtsströmung durch den Ringraum 578.

Die Figuren 14 bis 17 zeigen eine andere Ausrüstung, die in Verbindung mit dem Mehrstufen-Zementiergerät 3oo verwendet wird. Diese Aurüstung enthält einen normalen Zementierstopfen 59o mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden gummielastischen Wischerschalen 592, die an dem Stopfen gebildet sind. Es wird auch ein normaler, handelsüblich erhältlicher Zementierschuh 594 verwendet, mit einer üblichen Rückschlagventilanordnung 596 in dessen Durchgang. Der Zementierschuh 594 ist fest an der Verrohrung 58o an deren unterem Ende befestigt. Der Zementierstopfen 59o ist so konstruiert, daß er bündig in der Verrohrung 580 entlangläuft, und er wird benutzt, um zwei verschiedene Arten von Flüssigkeiten, Bohr- oder Verdrängungsflüssigkeit und Zement zu trennen. Er wischt auch die Innenseite der Verrohrung rein, wenn er nach unten durch die Verrohrung läuft.

Ein anderes System, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, verwendet eine andere Form von Einraststopfen 598. Dieser Stopfen ist so konstruiert, daß er in dem Bohrstrang 572 statt durch die Verrohrung nach unten läuft, und hat daher notwendigerweise einen kleineren Durchmesser. Der Einraststopfen 598 enthält gummielastische Wischerschalen 600, die daran in ähnlicher Weise angebracht sind wie oben für den Zementierstopfen 59ο· beschrieben ist.

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Am unteren Ende des Rohrstranges 572 ist ein Dichtungsanschlußstück 6o2 angeordnet, welches dazu dient, den Einraststopfen 598 innerhalb des Rohrstranges 572 zu halten. Dieses Dichtungsanschlußstück bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung, welche das untere Ende des Rohrstranges 572 abschließt.

Das entsprechende Gerät, das zur Abdichtung des Rohrstranges 572 benutzt wird, wenn der Zementierstopfen 59o und die Packer 582 und 584 in der Verrohrung 58o verwendet werden, ist ein Stopfen 6o4, welcher durch den Bohrstrang oder Rohrstrang in dem gewünschten Augenblick heruntergelassen wird und am unteren Ende des Bohrstranges 572 aufsitzt, wodurch er diesen abdichtet.

Ein in Fig. 14 dargestelltes einfaches Verfahren zum Betrieb der vorliegenden Erfindung besteht darin, die erste oder unterste Stufe durch die Verrohrung zu zementieren, wobei der Bohrstrang aus dem Bohrloch herausgezogen ist. Ein oder mehrere Aufblaspackergeräte 3oo sind dann in dem Verrohrungstrang 58o in den gewünschten Zementierpunkten für die verschiedenen Stufen eingebaut worden, bevor die Verrohrung 58o in das Bohrloch eingebracht worden ist, wobei die inneren Schieberhülsen 3o4 in ihrer Schließstellung sind. Ein Zementierschuh 594 ist am unteren Ende des untersten Abschnitts der Verrohrung angeordnet.

Die unterste Stufe des Ringraumes wird dann zementiert, indem eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm durch die Verrohrung, durch den Zementierschuh 594 und den Ringraum 606 hinaufströmt. In die Verrohrung ist am Ende des Zementstromes ein Zementierstopfen 59o eingebracht, und es wird dann Arbeitsoder Verdrängungsflüssigkeit in die Verrohrung hinter dem Stopfen 59o eingeleitet, die das gesamte Zement in der Verrohrung zwingt, durch den Schuh 594 und in den Ringraum 606 zu strömen. Wenn der Stopfen 59o in dem Schuh 594 zum Aufsetzen

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kommt und den Durchgang durch den Schuh abdichtet, verhindert das Rückschlagventil 596 die Rückströmung von Zement durch den Schuh. Unmittelbar nachdem der Stopfen 59o aufsitzt, beginnt der Druck in der Verrohrung 58o steil anzusteigen, was dem Benutzer auf der Erdoberfläche anzeigt, daß die erste Stufe der Zementierung beendet ist und die zweite Stufe beginnen kann.

Der Bohrstrang oder der Rohrstrang 572, der den Öffnungspositionierer 344 und den Schließpositionierer 346 enthält, wird dann in die Verrohrung eingebracht und abgesenkt, bis der Schließpositionierer 346 und der öffnungspositionierer 344 durch das unterste Gerät 3oo hindurchgetreten sind. Bei dem Ablassen des Bohrstranges 572 bleibt die Innenbohrung 576 des Bohrstranges offen, um eine Aufwärtsströmung von Flüssigkeit in den Bohrstrang zu ermöglichen, wenn dieser in die Verrohrung abgesenkt wird, wodurch das Einbringen des Bohrstranges in das Gehäuse erleichtert wird.

Nachdem der Öffnungspositionierer durch das geschlossene Gerät 3oo hindurchgetreten ist, wird dann der Bohrstrang gerade genügend angehoben, um den Öffnungspositionierer 344 durch die Schieberhülse 3o4 zu ziehen. Wenn er aufwärts durch die Schieberhülse 3o4 tritt, greift der öffnungspositionierer an der Schieberhülse 3o4 durch Anlage der Positioniererschulter 444 an der Hülsenschulter 348 an, was die Ausübung der erforderlichen Hubkraft auf die Schieberhülse 3o4 gestattet, welche die Federspannung der Spannfinger 388 überwindet und die Schieberhülse 3o4 aufwärtsbewegt, bis die Auslässe 312 mit den Auslassen 31 ο fluchten. In diesem Punkt kommen die Schultern 436 der Federarme 4o2 des Öffnungspositionierers 344 an den konischen Ringschultern 38o und 378 des oberen Verbindungsstücks 3o6 zur Anlage und drücken die Federarme 4o2 radial einwärts, wodurch die Schulter 444 von der Schulter 348 entkoppelt werden.

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Die Schieberhülse 3o4 wird dann ständig in der Offenstellung gehalten, dadurch daß die Spannfinger 388 an der Ringschulter 328 anliegen. Der Bohrstrang 572 und der Schließpositionierer 346 werden dann aus der Schieberhülse 3o4 herausgezogen, bis das untere Ende des Bohrstranges ungefähr auf der gleichen Höhe mit den Auslässen 31o und 312 ist. Es wird dann Verdrängungsflüssigkeit den Bohrstrang hinabgepumpt und durch die Auslässe 312 und 31 ο und nach unten an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventil 52o vorbei in den abgedichteten Ringraum 56o, so daß die aufblasbare Packereinheit 484 aufgeblasen wird, bis das Packerdichtglied 554 den Ringraum 606 abdichtet. Der obere Endteil 486 der einstellbaren Packereinheit 484 hat sich von dem Stützring 478 abwärts bewegt, um so die Ausdehnung der aufgeblasenen Packereinheit 484 aufzunehmen.

Der auf die Verdrängungsflüssigkeit in der Verrohrung ausgeübte Druck wird erhöht, bis der Differenzdruck zwischen der Verdrängungsflüssigkeit innerhalb des Verrohrungsstranges und dem Druck in dem Ringraum 606, der auf das Ringkolben-Ventilglied 5o2 wirkt, ein vorgegebenes Maß erreicht, in welchem Punkt die Scherstifte 51ο abgeschert werden. Wenn die Scherstifte 51ο abgeschert sind, bewegt sich das ringförmige Ventilglied 5o2 in dem Ringraum 5oo nach oben, wodurch die Auslässe 496 geöffnet werden und das Innere des Verrohrungsstranges 58o über die Auslässe 312, 31ο und 496 in Verbindung mit dem Ringraum 606 oberhalb der aufblasbaren Packereinheit 484 gebracht werden.

In diesem Punkt wird eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm von dem Bohrstrang durch die Auslässe 312, 31 ο und 496 in den Ringraum 606 oberhalb des aufgeblasenen Packers gepumpt, um die zweite Stufe der Zementierung des Verrohrungsstranges 58o zu vollenden. Die Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit, welche beispielsweise Bohrschlamm oder dergleichen sein könnte, welche in der Verrohrung von unterhalb des Bohrstranges 572 bis zur Oberseite des ZementierStopfens 59o verbleibt, wirkt als Flüssigkeitskissen, welches den Zementschlamm durch die

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Auslässe 312, 31o und 496 leitet statt die Verrohrung hinab. Nur eine vernachlässigbare Menge des Zementschlammes vermischt sich mit der Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit und tritt in diese ein, und dieser setzt sich harmlos am Boden des Verrohrungsstranges ab.

Nach Vollendung der zweiten Stufe der Zementierung wird der Bohrstrang 572 eine hinreichende Strecke in dem Verrohrungsstrang 58o abgelassen, so daß der Schließpositionierer 346 durch die Schieberhülse 3o4 hindurchtritt, ohne daß der Offnungspositionierer 344 auch durch diese Hülse hindurchtritt. Um dies zu erleichtern, ist der Bohrstrang anfänglich an der Erdoberfläche mit einer hinreichenden Länge von Bohrrohr zwischen dem Offnungspositionierer 344 und dem Schließpositionierer 346 montiert worden. Beispielsweise würde ein zehn Meter langer Abschnitt von Bohrrohr normalerweise eine hinreichende Länge darstellen.

Wenn der Schließpositionierer 346 abwärts durch die Schieberhülse 3o4 hindurchtritt, greifen die Betätigungsschultern der Arme 456 an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 3o4 an, was die Ausübung einer hinreichend großen abwärtsgerichteten Kraft auf die Schieberhülse 3o4 gestattet, um die Spannung der Spannfinger 388 zu überwinden und die Schieberhülse 3o4 innerhalb des Außengehäuses 3o2 in eine Schließstellung zu bewegen. Diese Schließbewegung wird an der Erdoberfläche als scharfer Ruck gefühlt, wenn die Spannfinger sich lösen und die Schieberhülse eine kurze Strecke abwärtsfallen kann und dann zu einem abrupten Halt kommt. Der Bohrstrang kann dann gegebenenfalls in die dritte Zementierstufe angehoben werden oder aus dem Bohrloch herausgezogen werden. Es ergibt sich daraus, daß so viele Zementierstufen wie gewünscht nach diesem Verfahren erhalten werden können, indem einfach die gewünschte Anzahl von Geräten 3oo in den Verrohrungsstrang eingesetzt und der Bohrstrang oder Rohrstrang, der die öffnungs- und Schließpositionierer trägt, in geeigneter Weise manövriert wird.

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Es ist zu beachten, daß es vorteilhaft ist, vorübergehend die Schieberhülse 3o4 durch geeignete Schermittel an dem rohrförmigen Außengehäuse 3o2 des Gerätes zu befestigen, um eine vorzeitige Öffnung des Schieberhülsenmechanismus zu verhindern, wenn die Absenkung in das Bohrloch oder die Durchführung von anderen Arbeitsgängen als Zementieren erfolgt. Wenn es gewünscht wird, das Gerät 3oo zu öffnen, können dann die Schermittel abgeschert werden, indem ausreichende zusätzliche Hubkraft über die, die zur Zusammenziehung der Spannfinger 388 erforderliche hinaus ausgeübt wird, so daß dadurch die Schermittel abgeschert werden und sich die Schieberhülse 3o4 aufwärts in die Offenstellung bewegen kann.

Es versteht sich auch, daß, wenn die Schieberhülse 3o4 in ihrer Schließstellung ist, der Schließpositionierer 346 durch die Schieberhülse 3 sich relativ unbehindert nach unten bewegen kann, und zwar infolge der Tatsache, daß die konische Ringschulter 382 des unteren Verbindungsstücks 3o8 an den Schultern 464 der Federarme 456 zur Anlage kommt und dadurch die Federarme radial einwärts drückt, wodurch eine Anlage der Schulter 46o an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 3o4 verhindert wird.

Fig. 15 betrifft eine Abwandlung des in Fig. 14 dargestellten Zementierverfahrens. Bei dem in Fig. 15 dargestellten Verfahren wird das gesamte Zementieren, einschließlich der ersten Stufe, durch den Bohrstrang durchgeführt, und der Zementschlamm ist im wesentlichen von der Innenseite der Verrohrung 58o isoliert.

In Fig. 15 wird ein Bohrstrang 572 in die zu zementierende Verrohrung 58o abgesenkt. Der Bohrstrang trägt an seinem unteren Ende ein Dichtungsverbindungsstück 6o2, welches an dem Zementierschuh 594 zur Anlage kommt und eine druckmitteldichte Verbindung zwischen dem Bohrstrang und diesem Schuh herstellt. Nachdem der Bohrstrang in abdichtenden Kontakt mit dem Zementierschuh 594 abgesenkt ist, wird eine vorgegebene Menge von Zementschlamm in den Bohrstrang, aus dem Schuh 594 und in

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den Ringraum 606 um die Verrohrung 580 gepumpt. Ein Einraststopfen 598 ist hinter dem Zementschlamm angeordnet, und es wird Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit hinter dem Stopfen hergepumpt, um sicherzustellen, daß die gesamte Charge von Zement in den gewünschten Ringraumbereich abgegeben wird. Der Einraststopfen 598 hat Wischerschalen 600, die aus einem gummielastischen Material hergestellt sind und dazu bestimmt sind, die Innenfläche des Bohrstranges von Zementschlamm zu reinigen.

Nachdem die erste Stufe von Zement durch den Schuh 594 hindurchgeströmt ist, kommt der Einraststopfen 598 an dem Schuh 594 zur Anlage und rastet in diesem ein und dichtet dessen Durchgang ab. Das zeigt dem Bedienungsmann an der Erdoberfläche durch den schnell ansteigenden Druck im Bohrstrang an, daß die erste Stufe zementiert ist und daß die nachfolgenden Stufen dann mit dem oben in Verbindung mit Fig. 14 beschriebenen Verfahren vollendet werden können.

In Fig. 16 ist ein weiteres Verfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes 3oo bei der mehrstufigen Zementierung dargestellt. Dieses Verfahren ist vorteilhaft zur Zementierung in den Fällen, wo der Ringraum um die Verrohrung nicht bis zur Erdoberfläche hin Flüssigkeit enthält. Unter solchen Umständen gleicht sich die Flüssigkeit außerhalb der Verrohrung mit der Flüssigkeit zwischen der Verrohrung und dem Bohrstrang aus, indem sie aus dem inneren Ringraum 578 zwischen dem Bohrstrang und der Verrohrung in den äußeren Ringraum 606 zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch ausfließt. Wenn somit ein Zementschlamm aus dem Bohrstrang und in die Verrohrung geleitet wird, dann fließt dieser sowohl an der Innenseite der Verrohrung aufwärts als auch durch das Zementiergerät 3oo und in den äußeren Ringraum 606. Das führt dazu, daß ebensoviel Zement in den inneren Ringraum 578 zwischen dem Bohrstrang und der Verrohrung gelangt als in den äußeren Ringraum 606 zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch. Normalerweise ist der innere Ringraum 578 voll von Flüssigkeit, welche ein Aufsteigen des Zements in dem

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inneren Ringraum verhindert und das Zement in den äußeren Ringraum zwingt, und der äußere Ringraum ist ebenfalls voll von Arbeitsflüssigkeit.

Unter gewissen Bedingungen, so wie sie in einer flüssigkeitsaufnehmenden Formation (Lost Circulation Formation) angetroffen werden, wo das Aufblaspackergerät 3oo nach der vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist, kann die Flüssigkeit aus dem äußeren Ringraum in einen Hohlraum oder eine durchlässige Formation geströmt sein und den äußeren Ringraum teilweise oder vollständig leerlassen.

Die Verwendung des Aufblaspackergeräts 3oo nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Stopfen 6o4, den Isolations— packern 582 und 584 und dem Zirkulationsventil 57o, wie sie in Fig. 16 dargestellt ist, gestattet die Durchführung einer mehrstufigen Zementierung, wenn der äußere Ringraum nicht mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt werden kann.

Im Betrieb wird die erste Stufe der Zementierung über die Verrohrung 58o durchgeführt, ohne daß in dem Bohrloch ein Bohrstrang ist. Eine vorabgemessene Menge von Zementschlamm wird in die Verrohrung gepumpt, gefolgt von einem Zementierstopfen 59o, welcher das Zement von der Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit trennt und auch die Innenseite der Verrohrungswandung von Zement frei wischt. Hinter dem Zementierstopfen 59o wird Arbeitsflüssigkeit in die Verrohrung gepumpt, bis das gesamte Zement durch den Zementierschuh 594 hinaus und den äußeren Ringraum 606 hinaufgepumpt ist. In diesem Punkt sitzt der Zementierstopfen 59o in dem Zementierschuh 594 auf und dichtet den Durchgang durch diesen hindurch ab, und zeigt dem Bedienungsmann an der Erdoberfläche an, daß die zweite Stufe der Zementierung beginnen kann.

Es wird dann der Bohrstrang 572 in die Verrohrung 58o hinabgelassen, um die anschließenden Zementierstufen zu beginnen. Das Zirkulationsventil 57o ist beim Ablassen des Bohrstranges in

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das Bohrloch in der Schließstellung. In dem Isolationspacker ist ein Umgehungskanal oder ein Durchgang 608 vorgesehen, der eine Flüssigkeitsströmung um die Dichtschalen der Packer 582 und 584 herum gestattet, wenn der Bohrstrang 572 innerhalb des Verrohrungsstranges 58o abgesenkt oder angehoben wird. Flüssigkeit kann in den Bohrstrang eintreten, da sie frei an der unteren Abdichtschale 584 vorbei und durch einen oder mehrere Auslässe 61 ο, die das Innere des Bohrstranges mit der Außenseite des Isolierpackers zwischen den beiden Sätzen von Dichtschalen der Packer 582 und 584 verbinden, in den Bohrstrang fließen kann. Das gestattet eine Auffüllung des Bohrstranges, wenn dieser in das Bohrloch eintritt, wodurch die natürliche Neigung des Bohrstranges, in der Arbeitsflüssigkeit zu schwimmen aufgehoben wird, Auf anderem Wege kann keine Flüssigkeit in den Bohrstrang eintreten, da der Stopfen 6o4 das untere Ende des Bohrstranges abdichtet.

Der Bohrstrang 572 wird in die Verrohrung weit genug abgesenkt, so daß er durch das Aufblaspackergerät 3oo an der nächsten zu zementierenden Stufe hindurchtritt. Der untere Packer 584, der Schließpositionierer 346, der obere Packer 582, das Zirkulations— ventil 57o und der öffnungspositionierer 344 treten alle nach unten durch das Gerät 3oo hindurch, welches anfänglich in der Schließstellung ist. Der Bohrstrang wird dann hinreichend weit angehoben, um den öffnungspositionierer 344 zur Anlage an der Schieberhülse 3o4 zu bringen und damit diese in Offenstellung und die Auslässe 312 und 31o zum fluchten zu bringen. Der Schließpositionierer 346 wird auch durch das Gerät 3oo nach oben gezogen, aber der untere Packer 584 wird dies nicht. Das Zirkulationsventil 57o wird dann geschlossen, und es wird Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit in den Bohrstrang hinabgepumpt, so daß die rohrförmige aufblasbare Packereinheit 484 aufgeblasen wird, wenn die unter Druck stehende Flüssigkeit von dem Bohrstrang aus einem oder mehreren Auslässen in dem Packermantel 612 des oberen Packers 582 austritt. Wie oben

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erörtert, strömt die unter Druck stehende Flüssigkeit durch die fluchtenden Auslässe 31o und 312 des Geräts 3oo und an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventilglied 52o vorbei, so daß sie die aufblasbare Packereinheit 484 aufbläst. Die Arbeitsflüssigkeit ist dann an einer Aufwärtsströmung in dem inneren Ringraum 578 durch den Packer 582 und an einer Abwärtsströmung in dem inneren Ringraum 578 durch den Packer 584 gehindert.

Wenn ein ausreichender Differenzdruck an dem Kolbenventilglied 5o2 wirksam wird, werden die Scherstifte 51 ο abgeschert und das Ventilglied 5o2 bewegt sich aufwärts, wodurch das Innere des Verrohrungsstranges mit dem äußeren Ringraum über die Auslässe 312, 31 ο und 496 in Verbindung gebracht wird. In diesem Punkt wird Zementschlamm den Bohrstrang herabgepumpt und durch dessen Auslässe 61o. sowie durch die Auslässe 31o, 312 und 496 in den äußeren Ringraum 606, so daß eine Zementierung der zweiten Stufe oberhalb der aufgeblasenen rohrförmigen aufblasbaren Packereinheit 484 erreicht wird.

Nachdem eine vorgegebene Menge von Zement in den Ringraum 606 in der zweiten Stufe gepumpt worden ist, wird der Bohrstrang weit genug abgesenkt, daß der Schließpositionierer 346 durch das Gerät 3oo hindurchtritt, so daß er an der Schieberhülse 3o4 angreift und diese nach unten in die Schließstellung bewegt, überschüssiges Zement, das in dem Bohrstrang und in dem Abschnitt des inneren Ringraumes 578 zwischen den Packern verbleibt, wird dann nach außen zurückgeführt, indem Arbeitsflüssigkeit in den inneren Ringraum 578 nach unten, durch den Umgehungskanal 608 in dem Isolationspackermantel 612 in den inneren Ringraum 578 unterhalb des unteren Packers 584 und nach oben an dem Packer 584 vorbeigepumpt wird, wobei das überschüssige Zement durch die Auslässe 61ο zurück und in den Bohrstrang gedrückt wird, von wo es durch die Arbeitsflüssigkeit zur Erdoberfläche und aus dem Bohrstrang heraustransportiert wird.

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Fig. 17 zeigt ein Verfahren zur Zementierung aller Stufen einschließlich der'ersten Stufe über den Bohrstrang 572, wenn der äußere Ringraum 606 nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist, was der vorstehend in Fig. 16 dargestellte Fall war. Bei der in Fig. 17 dargestellten Betriebsweise wird der Bohrstrang 572 in der Verrohrung 58o abgesenkt, bis er sich auf den Zementierschuh 594 aufsetzt. Der Bohrstrang ist dann in druckmitteldichter Verbindung mit diesem über das Dichtverbindungsstück 6o2, welches anfänglich entweder an dem Bohrstrang 572 oder an dem Zementierschuh 594 angebracht sein kann. Der Bohrstrang enthält die Bauteile wie der in Fig. 16 dargestellte Bohrstrang mit Ausnahme des Stopfens 6o4, der bei dieser Betriebsweise nicht benötigt wird.

Es wird dann eine vorgegebene Menge von Zementschlamm durch den Bohrstrang 572 hinabgepumpt und durch den Zementierschuh 594 in den äußeren Ringraum 606 gedrückt. Wenn die gewünschte Menge an Zement in den Bohrstrang 572 gepumpt worden ist, werden zwei Einraststopfen 614 und 616 in den Bohrstrang 572 hinter dem Zement eingesetzt, und es wird Arbeitsflüssigkeit hinter dem ersten Einraststopfen 64 eingepumpt.

Wenn die beiden Einraststopfen 614 und 616 den Bohrstrang 572 hinutergepumpt werden, rastet der erste Einraststopfen 614 in dem Zementierschuh 594 - oder Schwimmkragen, wenn ein solcher verwendet wird - ein und bildet ein zweites Rückstauventil zusätzlich zu dem Rückschlagventil 596 in dem Zementierschuh 594. Wenn das Flüssigkeitsniveau in dem Bohrloch niedrig ist, dient der Einraststopfen 614 auch dazu, zu verhindern, daß das Übergewicht der Flüssigkeit innerhalb des Bohrstranges 572 durch den Zementierschuh 594 strömt und das Zement in dem jenseits des Zementierschuhes liegenden Bereich des Ringraumes 6o6 nach oben drückt, während es unbedingt erforderlich ist, daß eine nicht verunreinigte, dauerhafte Menge an Zement dort vorhanden ist, um eine richtige Zementierung des unteren Endes der Verrohrung sicherzustellen. Der Einraststopfen 614 erzeugt auch ein Signal zur Erdoberfläche, indem er einan Anstieg des

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Drucks im Bohrstrang bewirkt, der anzeigt, daß die erste Stufe der Zementierung beendet ist und die zweite Stufe beginnen kann. Der zweite Einraststopfen 616 kann in den Bohrstrang unmittelbar hinter dem ersten Einraststopfen 614 eingeführt werden oder, alternativ, nachdem der Einraststopfen 614 in dem Zementierschuh 594 gelandet ist. Der Bohrstrang 57 2 wird dann angehoben, so daß die druckmitteldichte Abdichtung mit dem Dichtverbindungsstück 6o2 des Zementierschuhes 594 unterbrochen wird. Dadurch kann der zweite Einraststopfen 616 in eine Schließstellung am unteren Ende des Bohrstranges 572 gepumpt werden, so daß er den Durchtritt von Flüssigkeit an dieser Stelle verhindert. Der Innendurchmesser des Einrastsitzes am Ende des Bohrstranges 572 ist notwendigerweise größer als der Innendurchmesser des Einrastsitzes, der am oberen Ende des Zementierschuhes 594 zur Befestigung des ersten Einraststopfens 614 gebildet ist.

Der Bohrstrang 572 wird dann durch das Aufblaspackergerät 3oo an der nächsten zu zementierenden Stufe hindurch angehoben, und das Verfahren wird dann in der gleichen Weise fortgesetzt wie das oben für die in Fig. 16 dargestellte zweite Stufe der Zementierung beschrieben ist. Der Einraststopfen 616 bleibt in dem Bohrstrang 572 und dient dem gleichen Zweck wie der Stopfen 6o4 in Fig. 16. Das Verfahren wird für jede zusätzliche Zementierstufe wiederholt, bis die Zementierung des Verrohrungsstranges 58o vollendet ist.

Somit wird durch die Anwendung der Verfahren und des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung ein glatter, gleichförmiger und homogener Schutzmantel aus Zement in dem äußeren Ringraum eines mit einer Verrohrung ausgekleideten Bohrloches erzeugt, wobei die Schwierigkeiten des Standes der Technik vermieden werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Zementieren des äußeren Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und einem Bohrloch in jeder gewünschten Anzahl von Zementierstufen, bei welchem der Verrohrungsstrang in dem Bohrloch eine vorgegebene Anzahl von Verrohrungsventilen enthält, die in der Wandung der Verrohrung an vorgegebenen Stellen vorgesehen sind und bei welchem wenigstens eines der Verrohrungsventile von einem aufblasbaren Packerglied umgeben ist, dessen Inneres mit dem Ventildurchgang in Verbindung steht, und zwischen dem Inneren des Packergliedes und dem äußeren Ringraum oberhalb des Packergliedes anfänglich geschlossene, auf Druck ansprechende Ventilmittel angeordnet sind, mit den Verfahrensschritten

(d) Ausüben von Druck auf die Arbeitsflüssigkeit, bis das aufblasbare Packerglied sich aufbläst und eine dichtende Anlage zwischen der Außenseite der Verrohrung und dem Bohrloch gewährleistet,

gekennzeichnet durch die nachstehenden Verfahrensschritte:

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(e) weiteres Ausüben von zusätzlichem Druck auf die Arbeitsflüssigkeit, bis die auf Druck ansprechenden Ventilmittel (5o2) öffnen und eine Druckmittelverbindung (496) zwischen einem Teil des Inneren des aufblasbaren Packergliedes (472) und dem Ringraum (6o6) zwischen der Verrohrung (58o) und dem Bohrloch oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes (472) herstellen, während in dem übrigen Teil (56o) des Inneren des aufgeblasenen Packergliedes (472) Flüssigkeitsdruck aufrechterhalten wird, um weiterhin eine abdichtende Anlage zwischen der Außenseite der Verrohrung (58o) und dem Bohrloch zu gewährleisten,

(f) Hinabpumpen einer Menge von Zementschlamm durch die Verrohrung (58o) und durch das geöffnete Verrohrungsventil (3oo) und durch die geöffneten, auf Druck ansprechenden Ventilmittel (5o2) des aufblasbaren Packergliedes (472) in den Ringraum (606) zwischen der Außenseite der Verrohrung (58o) und dem Bohrloch oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes (47 2) zur Bildung einer zusätzlichen Zementierstufe in dem äußeren Ringraum (606), und

(g) Absperren des Verrohrungsventils (3oo) gegen weitere Flüssigkeitsströmung dort hindurch.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zementieren der untersten Zementierstufe und zum Abschließen des Inneren des Verrohrungsstranges die nachstehenden Verfahrensschritte vorgesehen sind:

(al) Einleiten einer Menge von Zementschlamm hinab in das Innere der Verrohrung (58o), am unteren Ende der Verrohrung hinaus und wieder hinauf in dem Ringraum (6o6) zwischen der Verrohrung (58o) und dem Bohrloch,

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(a2) Einführen eines Wischstopfens (59o) in die Verrohrung (58o) unmittelbar hinter dem Zementschlamm,

(a3) Einpumpen einer Arbeitsflüssigkeit hinter dem Wischstopfen (59o), welche eine Konsistenz und ein spezifisches Gewicht ähnlich dem Zementschlamm besitzt, wodurch der Wischstopfen (59o) und der Zementschlamm zum Grund der Verrohrung (59o) gedrückt wird,

(d) Ausüben von Druck auf die Arbeitsflüssigkeit, bis der Wischstopfen (59o) dichtend am Grund der Verrohrung (58o) aufsitzt (Fig. 14).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach öffnen des nächsthöheren Verrohrungsventils (3oo) in dem Verrohrungsstrang die Verfahrensschritte (c) bis (g) mit diesem Verrohrungsventil wiederholt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das öffnen des untersten Verrohrungsventils die nachstehenden Verfahrensschritte umfaßt:

(b1) Einführen eines ersten druckmitteldichten Dichtgliedes (244) in das unterste Verrohrungsventil (1o), so daß das Innere des Verrohrungsstranges (236) dort abgeschlossen ist,

(b2) Hinabpumpen einer Menge von Arbeitsflüssigkeit durch den Verrohrungsstrang (236) bis zu dem ersten druck- ■ mitteldichten Dichtglied (244) in dem Verrohrungsventil (1o) und

(b3) Ausüben von Druck auf die Menge von Arbeitsflüssigkeit oberhalb des ersten druckisitteldichten Dichtgliedes (244), so daß hierdurch das Verrohrungsventil (1o)

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geöffnet und ein Druckmittelverbindungskanal (26, 6o) zwischen dem Inneren des Verrohrungsstranges (236) und dem Inneren des aufblasbaren Packergliedes (14o) hergestellt wird (Fig. 3 bis 7).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperren des Verrohrungsventils die nachstehenden Verfahrensschritte umfaßt:

(g1) Einführen eines zweiten druckmitteldichten Dichtgliedes (246) hinter der besagten Menge von Zementschlamm,

(g2) Hinabpumpen einer weiteren Menge von Arbeitsflüssigkeit durch den Verrohrungsstrang (236) hinter dem zweiten durckmitteldichten Dichtglied (246) bis an dem geöffneten Verrohrungsventil (1o) eine zweite druckmitteldichte Dichtung hergestellt ist, welche das Innere des Verrohrungsstranges (236) wieder abschließt, und

(g3) Ausüben von Druck auf die weitere Menge von Arbeitsflüssigkeit oberhalb dieser Dichtung, so daß hierdurch das Verrohrungsventil (1o) wieder abgesperrt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrostatische Druck der Säule von Zementschlamm und anderer Flüssigkeiten in dem äußeren Ringraum oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes (472) auch auf das Innere des aufgeblasenen Packergliedes gegeben wird, um eine ständige dichtende Anlage zwischen der Außenseite des Verrohrungsstranges und dem Bohrloch zu gewährleisten.

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7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Verrohrungsventils, das Aufblasen des Packergliedes das Hinabpumpen einer Menge von Zementschlamm und das Absperren der Verrohrung die nachstehenden Verfahrensschritte umfaßt:

(b1) Einführung eines Rohrstranges (572), an dem ein Offnungspositionierer (344) und ein Schließpositionierer (346) angebracht ist, in die Verrohrung (58o),

(b2) Eingreifen mit dem Offnungspositionierer (344) in das unterste Verrohrungsventil (3oo), so daß das Ventil (3oo) geöffnet und ein Druckmittelverbindungskanal (31o, 312) zwischen dem Inneren der Verrohrung (58o) und dem Inneren des Packergliedes (472) hergestellt wird,

(c1) Hinabpumpen einer Menge von Arbeitsflüssigkeit durch das Innere des Rohrstranges (572) und an dessen unterem Ende hinaus, so daß diese Arbeitsflüssigkeit dann durch das geöffnete Verrohrungsventil (3oo) in das Innere des Packergliedes (472) strömt und dieses aufbläst,

(f1) Hinabpumpen einer vorgegebenen Menge von Zementschlamm durch das Innere des Rohrstranges (572) und an dessen unterem Ende hinaus, durch das offene Verrohr ungs ventil (3oo) und an den auf Druck ansprechenden Ventilmitteln (5o2) des aufblasbaren Packergliedes vorbei in den Ringraum (606) außerhalb der Verrohrung (58o) und oberhalb des aufgeblasenen Packergliedes (472), und

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2BUAbV?

(g1) Eingreifen mit einem Schließpositionierer (346) in das besagte unterste Verrohrungsventil (3oo), so daß das Ventil (3oo) gegen weitere Druckmittelströmung dort hindurch abgesperrt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 enthaltend: ein rohrförmiges Gehäuse, das wenigstens einen sich durch dessen Wandung erstreckenden Auslaß aufweist, Mittel zum Einbauen des rohrförmigen Gehäuses zwischen benachbarte Abschnitte des rohrförmigen Stranges, so daß es damit in Verbindung steht, eine Schieberhülse, die gleitbeweglich innerhalb des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist und durch welche der Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse nach Maßgabe von Manipulationssignalen von der Erdoberfläche wahlweise für Flüssigkeitsströmung dort hindurch zu öffnen oder absperrbar ist, und Mittel, welche an der Schieberhülse und dem rohrförmigen Gehäuse angreifen und die Schieberhülse lösbar in einer Stellung halten, in welcher sie den Auslaß in dem rohrförmigen Gehäuse abschließt, dadurch gekennzeichnet,

daß eine rohrförmige Aufblaspackeranordnung (14o; 472) mit einem oberen Endteil (16o; 474) und einem unteren Endteil (162; 476) vorgesehen ist, bei welcher der untere Endteil (162; 476) abdichtend an dem Umfang des rohrförmigen Gehäuses (12; 3o2) im Abstand unterhalb des Auslasses (26; 31o) durch die Wandung des Gehäuses anliegt und der obere Endteil (142; 474) einen Ringraum (174; 5oo) zwischen dem inneren Umfang (166; 492) der Aufblaspackeranordnung (14o; 472) und dem äußeren Umfang (156, 398) des rohrförmigen Gehäuses (12; 3o2) bildet, der mit dem Auslaß (26; 31o) durch die Wandung des rohrförmigen Gehäuses (12; 3o2) in Verbindung steht und sich von diesem Auslaß nach oben erstreckt, und bei welcher in dem oberen Endteil (16o; 474) wenigstens ein Auslaß (17o; 496) gebildet ist, welcher eine Verbindung zwischen dem Ringraum (174; 5oo) und dem äußeren Umfang der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung (14o; 472) herstellt, und

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daß die rohrförmige Aufblaspackeranordnung weiterhin folgende Bauteile enthält:

Mittel (194; 52o) zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung zwischen dem inneren Umfang (19o; 522) der Aufblaspackeranordnung (14o; 472) und dem äußeren Umfang (156; 398) des rohrförmigen Gehäuses (12; 3o4) zwischen dem in dem rohrförmigen Gehäuse (12; 3o2) gebildeten Auslaß (26; 31o) und dem unteren Endteil (162; 476) der Aufblaspackereinheit (14o; 472), welche in einer Richtung eine Abwärtsflüssigkeitsströmung daran vorbei gestattet jedoch eine Aufwärtsflüssigkeitsströmung daran vorbei verhindert,

ein rohrförmiges Glied (22o; 552) , das an der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung (14o; 472) vorgesehen ist und sich zwischen deren unterem Endteil (162; 472) und deren oberem Endteil (16o; 476) erstreckt, angrenzend an die Mittel (194; 52o) zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung, und das eine abgeschlossene Ringkammer (226; 56o) zwischen dem inneren Umfang (19o; 522) der rohrförmigen Aufblaspackeranordnung und der Außenseite des rohrförmigen Gehäuses (12; 3o2) zwischen dem unteren Endteil und den Mitteln (194; 52o) zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung bildet,

ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied (222; 554) das auf dem äußeren Umfang des besagten rohrförmigen Gliedes (22o; 552) vorgesehen ist, und

auf Druck ansprechende Ventilmittel (176; 5o2), die zwischen dem Auslaß (26; 31o) in dem rohrförmigen Gehäuse (12; 3o2) und dem im oberen Endteil (16o; 476) der Aufblaspackeranordnung (14o; 472) gebildeten Auslaß (17o; 496) angeordnet sind und eine Druclonittelx^erbindung zwischen dem Auslaß (26; 31o) in dem rohrförmigen Gehäuse

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(12; 3o2) und dem Auslaß (17o; 496) in der Aufblaspackeranordnung (14o; 472) verhindern aber eine solche Druckmitte !verbindung zwischen den Auslassen bei Aufbringung einer vorgegebenen Druckdifferenz an den Ventilmitteln
(176; 5o2) herstellen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:

eine in dem rohrförmigen Gehäuse (12) gleitbeweglich angeordnete Absperrhülse (58) , welche in ihrer
Wandung einen oder mehrere innere Zementierauslässe (6o) aufweist und welche in einer Stellung eine
Verbindung zwischen den inneren Auslassen (6o) und den in dem Gehäuse (12) vorgesehenen äußeren
Auslässen (26) gestattet und in einer zweiten
Stellung die inneren Auslässe (6o) von den äußeren Auslässen (26) trennt und welche weiterhin eine große ungedrosselte Bohrung mit einem relativ konstanten Innendurchmesser aufweist, der im wesentlichen dem Innendurchmesser des Rohrstranges oder der Verrohrung entspricht,

eine Öffnungshülse (1oo), die gleitbeweglich in der Absperrhülse (58) angeordnet ist und in einer ersten Stellung die inneren Auslässe (6o) abdeckt und in
einer zweiten Stellung diese Auslässe (6o) freigibt, und die eine große ungedrosselte Bohrung von im
wesentlichen konstantem Durchmesser besitzt, deren Durchmesser etwas kleiner als der der Absperrhülse ist,

Federmittel (62) an der Absperrhülse (58), die an dem Gehäuse (12) angreifen und durch die die Absperrhülse (58) in einer die Auslässe offenhaltenden Stellung

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gehalten wird, bis eine Kraft nach unten auf die Absperrhülse (58) ausgeübt wird, die ausreicht, diese Federmittel zu überwinden;

eine Auslösehülse (98) , die gleitbeweglich in der Absperrhülse (58) sitzt und in einer ersten oberen Stellung so angeordnet ist, daß sie die Federmittel (62) in Eingriff mit dem Gehäuse (12) hält, und in einer zweiten Stellung die Federmittel (62) freigibt und an der Absperrhülse (58) zur Anlage kommt, um sie abwärtszubewegen, und die eine große ungedrosselte Bohrung mit im wesentlichen konstantem Innendurchmesser aufweist, welcher etwas kleiner als der Durchmesser des Rohrstranges oder der Verrohrung ist,

eine Hülsensicherung (1o2), welche fest in der Absperrhülse (58) angeordnet ist, durch welche die Abwärtsbewegung der Öffnungshülse (1oo) begrenzbar ist und welche eine offene ungedrosselte Bohrung im wesentlichen gleich der der Öffnungshülse (1oo) aufweist,

erste Abschermittel (1o6), die in der besagten Absperrhülse (58) und der Öffnungshülse (1oo) sitzen und die Öffnungshülse (1oo) an der Absperrhülse (58) befestigen und durch welche die Öffnungshülse (1oo) in einer die inneren Auslässe (6o) bedeckenden Lage gehalten wird,

zweite Abschermittel (132) , welche in der Auslösehülse (98) und der Absperrhülse (58) sitzen und die Auslösehülse (98) an der Absperrhülse (58) befestigen,

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Mittel zum wahlweisen Abscheren der ersten und zweiten Abschermittel, welche von ersten und zweiten Aktivierungsmitteln (244 bzw. 246) gebildet sind, wobei durch die ersten Aktivierungsmittel (244) die Bohrung der Öffnungshülse (1oo) und durch die zweiten Aktivierungsmittel die Bohrung der Auslösehülse (98) druckmitteldicht abschließbar ist und die ersten Aktivierungsmittel (244) zum Abscheren der ersten und die zweiten Aktivierungsmittel zum Abscheren der zweiten Abschermittel (1o6 bzw. 132) dienen, und

eine Ausnehmung (128) in der Außenfläche des unteren Endes (124) der Auslösehülse <98) , die so angeordnet ist, daß sie eine Druckmittelsperre zwischen den ersten und den zweiten Aktivierungsmitteln (244 bzw. 246) verhindert, indem sie eine Druckmittelverbindung zwischen den äußeren und inneren Zementierauslässen (26, 6o) und dem zwischen den ersten und zweiten Aktivierungsmitteln (244 bzw. 246) eingeschlossenen Bereich herstellt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Glied von einer relativ dünnen, rohrförmigen metallischen Membran (22o) in der rohrförmigen Packeranordnung (14o) gebildet ist, welche Membran sich zwischen deren unterem Teil (162) und deren oberem Teil (16o) angrenzend an die Mittel (194) zur Herstellung einer ringförmigen Dichtung erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 zum Zementieren einer beliebigen Anzahl von Ringraumzementierstufen, welche zwischen Abschnitte einer Ölbohrungsverrohrung einbaubar ist, gekennzeichnet durch:

ein oder mehrere Schieberhülsen-Zementierventile (3oo), die in einen Verrohrungsstrang (58o) einbaubar sind und von denen jedes eine mit Auslässen (312) versehene innere Schieberhülse (3o4) und ein mit

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- 6ü -

26CH577

Auslässen (31ο) versehenes äußeres Gehäuse (3o2) aufweist, wobei die Schieberventile (3oo) jeweils unbegrenzt häufig aus einer Schließstellung in eine Offenstellung, in welcher die Auslässe 312, 31o) von Schieberhülse (3o4) und Gehäuse (3o2) miteinander in Verbindung stehen, und aus einer Offenstellung in eine Schließstellung, in welcher die Auslässe (312, 31o) nicht in Verbindung stehen, bewegbar sind und jedes der Ventile (3oo) in dem Verrohrungsstrang (58o) an einer jeweils eine Zementierstufe bestimmenden Stelle eingebaut ist,

Öffnungsmittel (344) die axial an einem starren rohrförmigen Glied (572) angebracht sind, welches in dem Verrohrungsstrang angeordnet und durch die Zementierventile (3oo) längsbeweglich ist, und die zum Angreifen an der inneren Schieberhülse (3o4) eingerichtet sind, derart, daß sie diese innere Schieberhülse (3o4) in die Offenstellung bewegen, und

Schließmittel (346), die axial an einem starren rohrförmigen Glied (572) angebracht sind, welches in dem Verrohrungsstrang (58o) angeordnet und durch die Zementierventile (3oo) längsbeweglich ist, und die zum Angreifen an der inneren Schieberhülse (3o4) eingerichtet sind, derart, daß sie diese innere Schieberhülse (3o4) in die Schließstellung bewegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (3o2) und der Schieberhülse (3o4) Federspannmittel (388, 33o bzw. 388, 328) vorgesehen sind, durch welche die Schieberhülse (3o4) in der Offenstellung und in der Schließstellung federnd einrastet.

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M.

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