DE3001170A1

DE3001170A1 - Aufblaehbarer packer zur abdichtung eines ringraumes in einem bohrloch

Info

Publication number: DE3001170A1
Application number: DE19803001170
Authority: DE
Inventors: Eugene Earl Baker; Jun Ernest Eugene Carter
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1979-02-02
Filing date: 1980-01-15
Publication date: 1980-08-14
Also published as: GB2041037A; NL7906298A; GB2041037B; CA1108526A; NO800254L; US4191383A

Description

Dlpl.-Phys. Jürgen Weisse

Dipi.-Chem. Dr. Rudolf VVoNjas 3001170

D-5S20 Vc oert 11 - l.cnq-nbsrg

■■Jcuersbu.ch 41 Postfach 110386, Tel. 4019, Telex 8516895

Patentanmeldung Halliburton Company, Duncan Oklahoma, USA

Aufblähbarer Packer zur Abdichtung eines Ringraumes in einem Bohrloch

Die Erfindung betrifft einen aufblähbaren Packer zur Abdichtung eines Ringraumes in einem Bohrloch nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Aufblähbare Packer werden in einem Bohrloch verwendet und können mit Bohrlochflüssigkeit aufgebläht werden, um beispielsweise den Ringraum zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwandung abzudichten. Ein Packer kann auch innerhalb der Verrohrung verwendet werden.

Aufblähbare Packer können in einem Bohrloch aus einer Vielzahl von Gründen angewandt werden. Sie können verwandt werden, um eine Zementsäule oberhalb einer Zone verlorener Zirkulation abzustützen. Sie können benutzt werden, um Produktionszonen gegen Kontakt mit Zement zu isolieren. Manchmal werden sie auch benutzt, um eine Verrohrung während des Zementiervorganges zu zentrieren.

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Bei bekannten aufblähbaren Packern ist üblicherweise ein Verstärkungsglied der aufblähbaren Blase mit ringförmigen Gliedern am Ende des Packers dadurch verbunden, daß die Enden des Verstärkungsgliedes zwischen zwei konische Oberflächen eingeklemmt werden. Die beiden konischen Oberflächen werden durch eine Gewindeverbindung mechanisch gegeneinander gezogen. Typische Beispiele solcher bekannter Packer sind in der US-PS 3 437 142, US-PS 3 160 211, US-PS 3 085 628 und US-PS 2 778 432 beschrieben.

Ein ständiges Problem bei diesen bekannten Packern ist das Lösen der Verbindung zwischen dem Verstärkungsglied der Blase und den ringförmigen Gliedern an den Enden des Packers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem aufblähbaren Packer nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 eine sichere Verbindung zwischen den ringförmigen Gliedern, nämlich dem Halteglied und dem Keilkörper einerseits und dem Verstärkungsglied der Blase andererseits zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

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Fig. 1A bis Fig« 1C zeigen einen Vertikalschnitt

eines aufblähbaren Packers»

Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Verbindung zwischen dem Ende des Ver

stärkung sgli ed s und den ringförmigen Gliedern am oberen Ende des Packers.

Der aufblähbare Packer ist generell mit 10 bezeichnet. Der aufblähbare Packer 10 enthält einen rohrförmigen Innenteil 12, auf dessen oberes Ende 16 ein oberes Endstück 14 aufgeschraubt ist.

Um den Innenteil 12 herum ist ein aufblähbares Packerglied 18 angeordnet.

Unterhalb des Packergliedes 18 und mit diesem verbunden ist um den Innenteil 12 herum ein Steuerventil 20 vorgesehen. Das Steuerventil 20 führt wahlweise dem aufblähbaren Packerglied 18 Druckflüssigkeit aus dem Innenraum 22 des Innenteils 12 zum Aufblasen des Packerglieds 18 zu. Das untere Ende des Steuerventils 20 liegt an einem unteren Anschlagring 24 an. Der aufblähbare Teil des Packergliedes 18 enthält eine Eadial innere Blase 26, die von einem aus Stahlseil geflochtenen Verstärkungsglied 28 umgeben ist. Eine radial äußere Gummiabdeckung 30 schützt das aus Stahlseil geflochtene Verstärkungsglied 28.

Die innere Blase 26 besteht vorzugsweise aus einer Mehrzahl von Schichten aus Gummi, die von dem geflochtenen Verstärkungsglied 28 durch eine Nylonschicht getrennt sind.

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Am oberen Ende des Packergliedes 18 sind die Stahlseile des Verstärkungsglieds 28 an einem oberen Ende nicht geflochten sondern nur parallel gelegt. Dieses Ende 32 mit parallelen Seilen ist durch parallele Linien im Gegensatz zu der kreuzschraffierten Markierung des geflochtenen Teils des Verstärkungsglieds 28 dargestellt. Das Verstärkungsglied 28 ist zwischen einem ringförmigen oberen Halteglied 38 und einem ringförmigen oberen Keilkörper 36 eingeklemmt. Das Halteglied 34 weist einen Gewindeteil auf, der seinerseits mit einem Gewindeteil eines oberen Packerschuhs oder Rings 38 mit einer Gewindeverbindung 40 verbunden ist. Mit dem unteren Ende des oberen Halteglieds 34 ist eine obere Messing-Ausdehnungshülse 42 verbunden.

Das obere Halteglied 34 weist eine konische innere Oberfläche 44 auf, die mit einem Gewinde versehen ist, so daß sie eine unregelmäßig geformte Oberfläche zum besseren Festklemmen des Verstärkungsglieds 28 bildet.

Der obere, ringförmige Keilkörper 36 weist eine komplementär dazu konische Außenfläche 46 auf. Das Halteglied 34 und der Keilkörper 3 6 sind so angeordnet, daß die Seile des Verstärkungsglieds 28 zwischen den konischen Oberflächen 44 und 46 liegen.

Der ringförmige Keilkörper 3 6 weist einen zylindrischen Teil 48 mit einer zylindrischen Außenfläche 50 auf,

der gleitbeweglich in einer zylindrischen Bohrung on
^ου 52 des oberen Packerschuhs oder Ringes 38 aufgenommen ist.

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] Wenn die Gewindeverbindung 40 zunächst angezogen wird, kommt eine obere Stirnfläche 54 des zylindrischen Teils 48 an einem Anschlag 56 des oberen Packerschuhs oder Rings 38 zur Anlage„ Bei Festziehen der Gewindeverbindung 40 wird der Keilkörper 36 nach unten gedrückt, so daß die konische Oberfläche 46 des Keilkörpers 36 gegen die konische Oberfläche 44 des Halteglieds 34 gezogen wird und die Enden der Seile des Verstärkungsglieds 28 zwischen den konischen Oberflächen ]Q 44 und 46 festgeklemmt werden»

Das Halteglied 34, der Ring oder obere Packerschuh 38 und der Keilkörper 36 bilden eine druckmitteldichte Ringkammer 58, die von einer Fläche 60 des Keilkörpers ]5 36 begrenzt ist. Diese Fläche 60 ist der nach unten weisenden konischen Oberfläche 46 des Keilkörpers 36 abgewandt.

In der Wandung des Halteglieds 46 ist ein Gewindeloch ^als Anschluß 62 vorgesehen, der ein Mittel zum Anschluß einer hydraulischen Druckquelle an die Ringkammer 58 darstellt. Wenn hydraulischer Druck auf die Ringkammer 58 gegeben wird, drückt die auf die Fläche 60 wirkende Kraft den Keilkörper 36 in der Richtung der konischen Fläche nach unten und drückt somit die konischen Flächen 44 und 46 weiter zusammen, so daß die Enden der Drähte oder Seile des Verstärkungsgliedes 28 weiter zwischen diesen Flächen festgeklemmt werden. Die Stirnfläche des Keilkörpers 36 hebt dabei von dem Anschlag 56 ab, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

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-a-

Vorzugsweise wird mit dem Anschluß 62 eine Quelle von flüssigem Epoxidharz unter Druck angeschlossen, so daß flüssiges Epoxidharz unter Druck in die Kammer 58 geleitet wird. Das flüssige Epoxidharz sollte unter Druck gegen den Keilkörper 36 gehalten werden, bis das Epoxidharz ausgehärtet ist, so daß die Ringkammer 58 mit gehärtetem Epoxidharz gefüllt ist und der Keilkörper 36 daher in einer solchen Lage gehalten wird, daß er die Enden der Seile des Verstärkungsglieds 28 zwischen den konischen Oberflächen 44 und 46 festklemmt. Dann wird der Anschluß 62 mit einem üblichen Stopfen verschlossen, so daß eine Druckmittelabdichtung erhalten wird.

15. Vorzugsweise bildet die konische Oberfläche 44 des Halteglieds 34 eine unregelmäßige Oberfläche, um das Festhalten der Seile des Verstärkungsglieds 28 zu erleichtern. Die unregelmäßige Oberfläche der konischen Oberfläche 34 ist von einem üblichen Innengewinde gebildet. Die unregelmäßige Oberfläche könnte natürlich auch durch irgendwelche anderen Mittel erreicht werden, und die mit Innengewinde versehene konische Oberfläche 44 ist natürlich tatsächlich nicht mit dem Verstärkungsglied 28 verschraubt.

Nach der Montage des aufblähbaren Packers und nach Erhärten des flüssigen Epoxidharzes in der Ringkammer werden die Gummibestandteile der Blase oder des Packergliedes 18 vulkanisiert, so daß die innere Blase 26 sich fest mit dem aus Stahl bestehenden Keilkörper 36 an der Oberfläche 64 verbindet und so, daß die Gummiabdeckung 30 sich mit dem aus Stahl bestehenden Halteglied bei 66 verbindet.

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Nach Vulkanisieren der Gummiteile ist es wünschenswert, zusätzliches flüssiges Epoxidharz in den Bereich zwischen den Enden der Seile des Verstärkungsglieds 28 und der konischen Oberfläche 44 des Halteglieds 34 hineinzudrücken, so daß sich eine zusätzliche Verstärkung der Verbindung zwischen dem Verstärkungsglied 28 und dem Halteglied 34 ergibt.

Zu diesem Zweck ist in dem Halteglied 34 ein Einlaßanschluß 68 vorgesehen, der mit dem besagten Bereich zwischen den Enden der Seile des Verstärkungsglieds und der konischen Oberfläche 44 des Halteglieds 34 in Verbindung steht. Der Einlaßanschluß 68 bildet ein Mittel zum Anschluß einer Quelle von flüssigem Klebstoff, der vorzugsweise Epoxidharz ist, unter Druck mit dem besagten Bereich»

In dem Halteglied 34 ist auch ein axial gegen den Einlaßanschluß 68 versetzter Auslaßanschluß 70 vorgesehen, der mit dem besagten Bereich zwischen den Drähten oder Seilen und der konischen Oberfläche 44 in Verbindung steht. Der Auslaßanschluß 70 bildet ein Mittel zum Belüften des besagten Bereichs, so daß flüssiger Klebstoff durch den Einlaßanschluß 68 einfließen, sich über den besagten Bereich zwischen den Enden der Drähte oder Seile des Verstärkungsglieds und der konischen Fläche AA des Hälteglieds 3 4 verteilen und an dem Auslaßanschluß 70 austreten kann.

Vorzugsweise ist nur ein Einlaßanschluß 68 vorgesehen, während eine Mehrzahl von Auslaßanschlüssen 70 winkelversetzt um das Halteglied 34 herum vorgesehen sind. Auf diese Weise kann der flüssige Klebstoff am

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Einlaßanschluß 68 eingeleitet werden und nacheinander zu den verschiedenen Auslaßanschlüssen 70 strömen. Wenn einmal flüssiger Klebstoff an dem Auslaßanschluß, der dem Einlaßanschluß 68 am nächsten liegt, austritt, wird dieser Auslaßanschluß durch einen üblichen Stopfen 72 verschlossen, so daß der flüssige Klebstoff zu den anderen Auslaßanschlüssen strömen muß. In ähnlicher Weise wird, sobald flüssiger Klebstoff an einem der anderen Auslaßanschlüsse auszutreten beginnt, dieser Auslaßanschluß mit einem Stopfen 72 verschlossen, bis der gesamte ringförmige Bereich zwischen den Enden der Drähte oder Seile des Verstärkungsglieds 28 und der konischen Oberfläche 44 mit flüssigem Klebstoff gesättigt ist.

Wenn der aufblähbare Packer 10 in der nicht-aufgeblähten Stellung ist, wie in der Figur dargestellt, liegt der obere Packerschuh 38 oder Ring an einem oberen Anschlagring 74 an, der bei 76 mit dem Innenteil 12 verschweißt ist.

Am unteren Ende der Blase oder des Packerglieds 18 sind die unteren Enden der Drähte oder Seile des Verstärkungsglieds 28 zwischen ein unteres Halteglied 78 und einen unteren Keilkörper 80 in ähnlicher Weise festgeklemmt, wie die oberen Enden zwischen das obere Halteglied 3 4 und den oberen Keilkörper 36 eingeklemmt sind.

Das untere Halteglied 78 ist mit einem unteren Ring oder Packerschuh 82 über eine Gewindeverbindung 84 in ähnlicher Weise verbunden, wie das obere Halteglied und der obere Ring 38 miteinander verbunden sind.

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] In ähnlicher Weise liegt eine untere Stirnfläche 86 des unteren Keilkörpers 80 an einem Anschlag 88 des unteren Rings 82 an. Der untere Ring 82 ist bei 90 mit dem Steuerventil 20 verschweißt.

Der aufblähbare Packer wird vorzugsweise auf folgende Weise hergestellt; Ein Ende des Verstärkungsglieds 28 wird zwischen die konischen Oberflächen 44 und 46 des Halteglieds 34 bzw. des Keilkörpers 36 gelegt. Es wird dann die Gewindeverbindung 40 festgezogen, so daß eine anfängliche Klemmkraft zwischen den konischen Flächen erzeugt wird.

Eine Quelle von flüssigem Klebstoff unter Druck wird mit dem Gewindeloch oder Anschluß 62 verbunden, und ein flüssiger Klebstoff unter Druck wird in die Ringkammer 58 eingeleitet, so daß die konische Fläche 46 gegen die konische Fläche 44 gedrückt wird. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein Epoxidharz. Der Druck des besagten flüssigen Klebstoffs wird in der Ringkammer aufrechterhalten, bis der Klebstoff aushärtet, so daß das Verstärkungsglied 28 zwischen den konischen Flächen 44 und 46 eingeklemmt bleibt. Das kann geschehen, indem das Epoxidharz über einen üblichen Schmiernippel mit eingebautem Rückschlagventil eingeleitet wird.

Dann wird die Gummiblase 26 und die äußere Gummiab-• deckung 30 vulkanisiert, so daß sie sich mit dem Keilkörper 36 bzw. dem Halteglied 34 bei 64 bzw. 66 verbinden. Schließlich wird zusätzlicher flüssiger Klebstoff in den Einlaßanschluß 68 eingeleitet, der sich über den Bereich zwischen dem Verstärkungsglied 28 und der konischen Oberfläche 44 verteilt und an dem Auslaßanschluß 70 austritt. Das verstärkt die Ver-

bindung zwischen dem Verstärkungsglied 28 und dem Halteglied 34.

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Claims

Patentansprüche

1. Aufblähbarer Packer zur Abdichtung eines Ringraumes in einem Bohrloch, enthaltend?

(a) eine aufblähbare Blase mit einem Verstärkungsglied,

(b) ein ringförmiges Halteglied mit einer im wesentlichen konischen Oberfläche und

(c) einen ringförmigen Keilkörper mit einer dazu im wesentlichen komplementär konischen · Oberfläche,

(d) wobei das Halteglied und der Keilkörper so angeordnet sind, daß ein Ende des Verstärkungsgliedes zwischen den konischen Oberflächen des Haltegliedes und

des Keilkörpers angeordnet ist, 25

dadurch gekennzeichnet, daß

(e) der Keilkörper (36,80) mit hydraulischem

Druck so beaufschlagbar ist, daß die konische

^ου Oberfläche (46) des Keilkörpers (36,80)

gegen die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34,78) gedrückt und das Ende (32) des Verstärkungsglieds (28) zwischen

diesen konischen Oberflächen (44,46)

festgeklemmt wird.

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2. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) zur Erzeugung des hydraulischen Druckes ein unter Druck stehender, flüssiger Klebstoff

auf den-Keilkörper geleitet und

(b) der hydraulische Druck bis zum Erhärten des Klebstoffs aufrechterhalten wurde, so daß das Verstärkungsglied (28) nach dem Erhärten

des Klebstoffs zwischen den konischen Oberflächen (44,46) festgeklemmt bleibt.

3. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Klebstoff zwischen das Verstärkungsglied (28) und die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34) einpreßbar ist.

4. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) eine der konischen Oberflächen (44,46) zum besseren Festklemmen des Endes (32) des Verstärkungsgliedes (28) unregelmäßig geformt

ist und

(b) der flüssige Klebstoff zwischen das Ende (32) des Verstärkungsgliedes (28) und die unregel-

^JU mäßig geformte Oberfläche (44,46) einpreßbar

ist.

5. Aufblähbarer Packer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halteglied {34,78) und dem Keilkörper (36,8O) eine Gewindeverbindung (40,84) vorgesehen ist, derart, daß beim Anziehen der Gewindeverbindung (40,84)

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die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34,78) gegen die konische Oberfläche (46) des Keilkörpers (36,80) festgezogen und eine anfängliche Klemmwirkunk zwischen diesen konischen Oberflächen (44,46) erreicht wird.

6. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Halteglied (34,78) über die Gewindeverbindung (40,84) mit einem Ring (38,82) verbunden ist und

(b) der ringförmige Keilkörper (3 6,80) in diesem Ring (38,82) gleitbeweglich geführt ist und

beim Anziehen der Gewindeverbindung (40,84) an einem Anschlag (56,88) des Rings (38,82) zur Anlage kommt ο

7. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Halteglied (34,78), der Ring (38,82) und der Keilkörper (36,80) eine druckmitteldichte Ringkammer (58,..) bilden, die von

einer der konischen Oberfläche (46,..) des Keilkörpers (36,80) abgewandten Stirnfläche (54,86) des Keilkörpers (36,80)

begrenzt ist, und
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(b) daß zur Beaufschlagung des Keilkörpers (36,80) mit hydraulischem Druck eine Druckflüssigkeit in diese Ringkammer (58,..) einleitbar

ist, so daß der auf die Stirnfläche (54,86)

wirkende Druck den Keilkörper (36,80) mit

seiner konischen Oberfläche (46,..) gegen die komplementär konische Oberfläche (44,..) des Halteglieds (34,78) drückt.

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8. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einpressen von flüssigem Klebstoff zwischen das Verstärkungsglied (28) und die konische Oberfläche (44)

(a) in dem Halteglied (34) ein Einlaßanschluß (68) vorgesehen ist, welcher mit dem Bereich zwischen dem Verstärkungsglied (28) und der konischen Oberfläche (44) des Halteglieds (34) in Verbindung steht und an welchen eine Quelle

von flüssigem Klebstoff unter Druck anschließbar ist, und

(b) in dem Halteglied (34) weiterhin ein Aus-

laßanschluß (70) vorgesehen ist, der gegenüber

dem Einlaßanschluß (68) axial versetzt ist und über den der besagte Bereich belüftet wird, so daß flüssiger Klebstoff über den Einlaßanschluß (68) einfließen, sich über den Bereich verteilen und schließlich an dem

Auslaßanschluß (70) austreten kann.

9. Aufblähbarer Packer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halteglied (34) eine Mehrzahl von gegeneinander winkelversetzten Auslaßanschlüssen (70) vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines aufblähbaren Packers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

^" die nachstehenden Verfahrensschritte:

(a) Einlegen eines Endes (3 2) eines Verstärkungsgliedes (28) einer aufblähbaren Blase (26) zwischen die zueinande'r komplementär konischen Oberflächen (44,46) eines ringförmigen Halteglieds (34) und eines ringförmigen Keilkörpers (36) und

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(b) Ausüben von hydraulischem Druck auf den

Keilkörper (36), derart, daß die konische Oberfläche (46) des Keilkörpers (36) gegen die konische Oberfläche (44) des Halteglieds

(34) gedrückt und das Ende (32) des Ver

stärkungsglieds ('28) zwischen den konischen Oberflächen (44,46) festgezogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) zur Ausübung des hydraulischen Drucks ein flüssiger Klebstoff unter Druck auf den Keilkörper (36) geleitet wird, derart, daß die konische Oberfläche (46) des Keilkörpers

(36) gegen die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34) gedrückt wird, und

(b) der!flüssige Klebstoff solange unter Druck gegen den Keilkörper (36) gehalten wird, bis

der Klebstoff erhärtet, so daß dann das Verstärkungsglied (28) zwischen den konischen Oberflächen (44,46) eingeklemmt bleibt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausüben des hydraulischen Drucks die konische Oberfläche (46) des Keilkörpers (36) durch eine Gewindeverbindung (40) gegen die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34) gezogen wird, um so eine anfängliche Klemmkraft auf das Ende (32) des Verstärkungsglieds (28) auszuüben.

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Klebstoff zwischen das Ende (32) des Verstärkungsglieds (28) und die konische Oberfläche (44) des Halteglieds (34) gedrückt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eindrücken von flüssigem Klebstoff zwischen das Ende (32) des Verstärkungsglieds (28) und die konische Oberfläche (44) des Halteglieds

(28) die aus Gummi bestehende Blase (26) vulkanisiert wird, um die Blase (26) mit dem Keilkörper (36) zu verbinden.

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