DE3321949A1

DE3321949A1 - Bohrlochwerkzeug

Info

Publication number: DE3321949A1
Application number: DE19833321949
Authority: DE
Inventors: Roger Gary 77449 Katy Tex. Moore
Original assignee: Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1983-06-18
Publication date: 1983-12-22
Also published as: SE8303514L; GB2125855A; AU560684B2; GB8315160D0; NO163914B; CA1194788A; BE897102A; NO163914C; GB2125855B; US4470458A; AT384073B; SE8303514D0; SE452493B; JPH0373715B2; AU1532883A; NL8302164A; ATA213783A; FR2528903B1; DE3321949C2; FR2528903A1

Description

Beschreibung

Beim Erschließen von küstennahen Öl- und Gasquellen durch Bohrungen werden normalerweise die Verkleidung des Bohrlochs, die Verrohrung, und der Zement in einer Rohrleitung geführt, um den Zement in den die Verkleidung umgebenden Ringraum einzubringen. Die Verkleidung wird dann üblicherweise abgespült, um sicherzustellen, daß an ihrem oberen Ende vorhandene Profile frei von Zement sind.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Verkleidung, das Vorschubrohr für den Zement und die Waschvorrichtung gemeinsam mit einem Leitungsstrang einzubringen, um zusätzliches Einführen der Leitungen zur Ausführung der Arbeitsschritte zu vermeiden. Die US-PS 3 885 625 ist ein Beispiel für eine solches Kombinationswerkzeug, bei dem eine Spitze zum Verschließen der Werkzeugbohrung verwendet wird und durch Drehung des Leitungsstrangs Durchlässe geöffnet werden, um den Zement von oberen Teilen des Körpers der Aufhängung·(casing hanger body) abzuspülen. Die Reinigungsflüssigkeit strömt in einem den Körper der Aufhängung umgebenden Ringraum nach unten. Durch Drehung wird das Werkzeug auch vom Körper der Aufhängung gelöst.

Bekannte Bohrlochwerkzeuge können zwar in einem einzi-' gen Arbeitsgang abgelassen werden (run), zementieren und reinigen. Sie waren jedoch nicht mit Vorrichtungen ausgerüstet, die Strahlen der Reinigungsflüssigkeit gegen das Äußere des Verriegelungsprofils richteten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Bohrlochwerkzeug zu schaffen.

it η ν ■ - - - - -> - ♦

Diese Aufgabe wird bei einem Bohflochwerkzeug der eingangs genannten Art mit Hilfe der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
5

Es wird daher ein verbessertes Bohrlochwerkzeug geschaffen, das ein röhrenförmiges Laufwerkzeug (running (tool), eine Vorrichtung zum Einrasten des Laufwerkzeugs in einer Bohrlochverkleidung, eine das Bohrlochwerkzeug umgebende hohle, ringförmige Schürze sowie eine Verbindungseinrichtung zwischen dem Inneren des Werkzeugs und dem Inneren der Schürze aufweist. In der Schürze sind nach innen gerichtete Durchlässe vorgesehen. Außerdem ist in der Verbindungseinrichtung eine Ventilvorrichtung vorgesehen. Die Schürze weist eine Vorrichtung auf, die lösbar in die Verkleidung eingreift, um eine Drehung bei Rotation des LaufWerkzeuges zu vermeiden. Hydraulische Leitungen verbinden die Ventilvorrichtung und die Einrastvorrichtung, so daß das Bohrlochwerkzeug von der Verkleidung entriegelt wird, wenn der der Reinigung dienenden Schürze Reinigungsflüssigkeit zugeführt wird. j

Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Bohrlochwerkzeug zu schaffen, mit dem eine Verkleidung in ein Bohrloch eingebracht, zementiert und gewaschen werden kann.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, ein verbessertes Bohrlochwerkzeug zu schaffen, mit dem Profile außen am oberen Rand der zementierten Verkleidung besser abgewaschen werden.

Auch ist es Ziel der Erfindung ein verbessertes Bohrlochwerkzeug mit einer abgewandelten Vorrichtung zum Lösen des Werkzeugs von der zementierten Verkleidung zu schaffen.

Schließlich ist es Ziel" der Erfindung, ein verbessertes Bohrlochwerkzeug zu schaffen, bei dem die hydraulische Steuerung und die Steuerleitungen von einer Drehung der LaufVerrohrung (running string) nicht beeinträchtigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch einen Unterwasserbohrkopf und ein Bohrloch mit den verbesserten Bohrlochwerkzeug nach Herstellung einer Bohrlochverkleidung;

Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht des eingesetzten Bohrlochwerkzeugs.- und der Verkleidung;

Figur 3 im Schnitt das Zementieren der Verkleidung;

Figur 4 im Schnitt die Reinigung des äußeren, oberen Bereichs der zementierten Verkleidung;

Figur 5 . einen Schnitt durch die zementierte Verkleidung nach Entfernung des Bohrlochwerkzeugs.

In Figur 1 ist ein Unterwasser-Bohrkopf 10 dargestellt, dessen Basis 12 auf dem Grund 14 ruht und mit einem Rohr 16 großen Durchmessers verbunden ist, welches nach unten in ein Bohrloch 18 reicht. An der Innenseite des Rohres 16 befindet sich ein Auflager 20 zur Aufnahme und Stütze der Aufhängung 22 (hanger) der Bohrlochverkleidung (well housing) oder Umhüllung (casing). In den Zeichnungen ist der obere Teil des Unterwasser-Bohrkopfs 10 weggelassen, da die Aufhängung 22 auf dem Auflager 2 0 in der Nähe des Bohrkopfs 10 oder auf einem

geeigneten, viel tiefer im Bohrloch 18 angeordneten Auflager ruhen kann.

Das Bohrlochwerkzeug 24 ist mit einer Laufverrohrung 26 (running string) verbunden und wird mit dieser abgesenkt. Die LaufVerrohrung weist außerdem ein Vorschubrohr 28 zum Zementieren, dessen unterer Bereich jede beliebige, bekannte Form annehmen kann und deshalb nicht dargestellt ist, sowie eine Einrastvorrichtung

-10 3-0, die sich lösbar an der Aufhängung 22 abstützt, sowie eine Reinigungsvorrichtung 32 auf, mit der Zement vom oberen Teil der Aufhängung 22 abgespült wird. Das Bohrlochwerkzeug 24 hat einen unteren Rohrkörper 34, der in das Vorschubrohr 2 8 zum Zementieren übergeht,

-J₅ und einen oberen Rohr körper 36, der mit dem unteren Rohrkörper 34 verbunden und mit einer Vorrichtung zur Verbindung mit der LaufVerrohrung 26 versehen ist.

Die Einrastvorrichtung 30 weist einen unteren Rohrkör-P^er 34 mit einer nach oben gerichteten Schulter 38, ein den unteren Rohrkörper 34 umgebendes und auf der Schulter 3'8 ruhendes erstes Gehäuse 40, einen ringförmigen, den unteren Rohrkörper 34 umgebenden Verschluß 42, der von einem Spaltring 44 auf dem unteren. Rohrkörper 34 gehalten wird, sowie einen Ringkolben 46 auf, der den unteren Rohrkolben 34 umgibt und innerhalb des ersten Gehäuses 40 angeordnet ist. Der Ringkolben 46 ist innerhalb einer Kammer 48 verschiebbar'. Durch das erste ■ Gehäuse 40 verlaufen Aussparungen 50, in die Stifte 51 und Verriegelungsringe 52 eingebracht sind, die aufgrund der Bewegung des Ringkolbens 4 6 nach innen und außen bewegbar sind. Der Ringkolben 46 hat eine konische Außenfläche 54, durch die bei einer Abwärtsbewegung des Ringkolbens 46 die Stifte 51 und der Verriegelungsring 52 aus dem ersten Gehäuse 40 gepreßt werden,

so daß sie in eine Rinne 56 auf der Innenseite der Aufhängung 22 eingreifen. In dieser Stellung stützt sich die Aufhängung 22 auf der Lauf Verrohrung 26 ab. Indem über die Figur 4 dargestellte erste Leitung 58 der Unterseite der Kammer 48 eine Druckflüssigkeit zugeführt wird, wird die Auslösung oder Entriegelung bewirkt. Der Ringkolben 46 wird dadurch nach unten bewegt, daß über eine zweite Leitung 60 der Oberseite der Kammer 48 Druckflüssigkeit zugeführt wird. Auf diese Weise sorgt eine Vorrichtung, die durch Druck ver- bzw. entriegelt wird, für den Eingriff der Einrastvorrichtung 30 in die Aufhängung 22.

Die Reinigungsvorrichtung 32 weist einen mit einem nach 5 ■

oben gerichteten Absatz 62 versehenen oberen Rohrkörper 36, ein den oberen Rohrkörper 36 umgebendes zweites Gehäuse 64, das mit einem auf dem oberen Rohrkörper 36 geschraubten ersten Ring 66 einen Raum 68 bildet, in dem ein Kolbenventil 7 0 verschiebbar angeordnet ist, sowie eine hohle Schürze 72 auf, die, wie unten beschrieben, am zweiten Gehäuse 64 angebracht ist. Die Schürze 72 ist mit einem äußeren Mantel 74, einem mit Durchlässen 78 versehenen inneren Mantel 76 sowie mit

einem zwischen den unteren Enden der Mantel 74, 76 25

befestigten unteren Verschlußring 80 versehen. An der Oberseite des inneren Mantels 76 und an dem zweiten Gehäuse 64 ist ein zweiter Ring 82 befestigt, und an, der Oberseite des äußeren Mantels 74 und dem zweiten Gehäuse 64 ist ein oberhalb des zweiten Rings 82 angeordneter dritter Ring 84 angebracht. Durch den oberen Rohrkörper 36 erstrecken sich erste Öffnungen 86 in den Raum 68. Das Kolbenventil 70 ist mit durchgehenden zweiten Öffnungen 88 und geeigneten Dichtungen versehen, so daß in seiner oberen Stellung gemäß Figur 3 ein Reinigungsfluid durch die ersten Öffnungen 86, die

(* Q ψ· «1 -tf P^ ί» O m

- 11 -

zweiten Öffnungen 88 und dritte Öffnungen 90 durch das zweite Gehäuse 64 in die Schürze 72 strömen kann. Vom Verschluß 42 erstrecken sich bis zum zweiten Ring 82 und zum dritten Ring 84 Bolzen 92, die sicherstellen, daß die Schürze 72 sich nicht gegenüber dem Verschluß 42 verdreht. Vom unteren äußeren Bereich des Verschlusses 42 geht ein Stift 94 aus, der mit einer Ausnehmung 96 im oberen Ende der Aufhängung 22 in Eingriff steht. Das Kolbenventil 70 wird nach oben in seine offene Stellung gemäß Figur 4 bewegt, indem Druckflüssigkeit der ersten Leitung 58 zugeführt wird, die mit der Unterseite des Raumes 68 in Verbindung steht. Wird der zweiten Leitung 60 Druckflüssigkeit zugeführt, so entsteht an der Oberseite des Raumes 68 Druck, der das

Kolbenventil 70 nach unten in seine geschlossene Stellung bewegt. Auf diese Weise wird eine auf Druck reagierende Vorrichtung geschaffen, welche die Strömung des Reinigungsfluids zur Schürze 72 steuert«.

Im Betrieb ist das Bohrlochwerkzeug 24 zusammengesetzt und mit der Aufhängung 22 und der Laufverrohrung 26 verbunden. Es wird mittels einer nicht dargestellten Hubeinrichtung in das Bohrloch 18 abgesenkt, bis die Aufhängung 22 auf dem Auflager 20 ruht, wie es in den

Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Beim Zusammenbau wird die Einrastvorrichtung' 30 betätigt, um die Aufhängung 22 zu verriegeln, indem Druckflüssigkeit durch die zweite Leitung 60 geleitet wird, um den Ringkolben 46 nach unten zu bewegen. Dies bewirkt auch, daß das Kolbenventil 70

sich in seine geschlossene Stellung bewegt.

Die Zementierung durch die Lauf Verrohrung 26, das Bohrlochwerkzeug 24 und das Vorschubrohr 28 beginnt, wenn

die Aufhängung 22 das Auflager 20 erreicht hat. Wenn 35

das Pumpen des Zements beendet ist, wird im Anschluß an den Zement ein geeigneter Verschlußstopfen oder eine -kugel in die LaufVerrohrung 25 eingebracht, der bzw. die sich am Ende des Vorschubrohrs 28 festsetzt, wenn der Zement an und Ort und Stelle ist.

Nach Beendigung der Zementierung wird Druckflüssigkeit durch die erste Leitung 58 geführt, die den Ringkolben 46 in seine unverriegelte Position und das Kolbenventil 70 in seine offene Stellung bewegt, so daß ein Strom von Reinigungsflüssigkeit durch die ersten Öffnungen 86, die zweiten Öffnungen 88, die dritten Öffnungen 90, den Zwischenraum zwischen dem zweiten Ring 82 und dem dritten Ring 84, dem ringförmigen Raum zwischen dem äußeren Mantel 74 und dem inneren Mantel 86 treten kann, die über die Durchlässe 78 zur oberen Außenseite der Aufhängung 22 abgegeben wird, um den Zement besonders von deren äußeren Profil 98 zu entfernen. Wenn die LaufVerrohrung 26 leicht angehoben wird, kann die Schürze 72 um die Aufhängung 22 rotieren, sobald der Stift 94 sich von der Ausnehmung 96 löst.

Eine andere Entriegelung ergibt sich dann, wenn die Laufverrohrung 26 gedreht wird, wodurch der untere Rohr-

" körper 34 und der obere Rohrkörper 36 rotieren. Dadurch bewegt sich der auf den unteren Rohrkörper 34 geschraubte manuelle Entriegelungsring 100 nach oben und drückt den Ringkolben 4 6 innerhalb der Kammer 48 nach oben, wodurch sich die Stifte 51 und der Verriegelungsring 52

^ou aus der der Verriegelung dienenden Rinne 56 zurückziehen können.

Claims

Ansprüche

1. Bohrlochwerkzeug gekennzeichnet durch

- einen Rohrkörper (34,36) mit einem an seinem unteren Ende angeordneten Vorschubrohr (28) zum Zementieren und eine an seinem oberen Ende angeordnete Vorrichtung zur Verbindung mit einer Laufverrohrung (26)

- eine am Rohrkörper (34,36) angebfachte, ferngesteuerte Einrastvorrichtung (30) zum Einrasten in eine Verkleidung,

- eine der Reinigung dienende, oberhalb der Einrastvorrichtung (30) drehbar am Rohrkörper montierte Schürze (72), deren Durchmesser und Höhe groß genug sind, um nach unten um das Äußere des oberen Endes der von der am Rohrkörper (34,36) montierten Einrastvorrichtung (30) gehaltenen Verkleidung zu ragen, wobei die Schürze (72) nach innen gerichtete Durchlässe (78) aufweist,

β tr

- eine Vorrichtung zur Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung vom Inneren des Rohrkörpers (34,36) zur Schürze (72) und

- eine in der Vorrichtung vorgesehene, ferngesteuerte Ventilvorrichtung (70) zur Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung.

2. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Leitungen (58,60) zwischen der Ventilvorrichtung (70) und der Einrastvorrichtung (30), welche die Reinigungsflüssigkeitsströmung freigeben und die Einrastung entriegeln, wenn ihnen Druckflüssigkeit zugeleitet wird.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch an dem Rohrkörper (34,36) angeordnete, mit der Schürze (72) verbundene Vorrichtungen (92), die eine Drehung der Schürze (72) gegenüber einer von der Einrastvorrichtung (30) gehaltenen Verkleidung verhindern.

4. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (92) durch das Anheben der Schürze (72) und der Einrastvorrichtung (30) ausklinkbar sind.

5. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4," dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung ein druckgesteuertes Kolbenventil (70) ist.

#> β # β * -η 9 η'α
σ · β O R O β

6. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrastvorrichtung (30) eine druckgesteuerte Vorrichtung zum Ver- und Entriegeln des Rohrkörpers (34,36) mit der Verkleidung aufweist.

7. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper einen oberen Rohrkörper (34) mit der der Reinigung dienenden Schürze (72) und dem Kolbenventil (70) und einen unteren Rohrkörper (36) aufweist, der über ein Gewinde mit dem oberen Rohrkörper (34) verbunden ist und an dessen unterem Ende die Einrastvorrichtung (30) montiert ist.

8. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrastvorrichtung (30) mehrere radial bewegliche, der Verriegelung dienende Elemente (51) und einen Kolben (46) mit einer Kurvenfläche (54) aufweist, die mit den Elementen (51) in Eingriff steht und in einer Stellung die Elemente (51) in versiegelnden Eingriff mit der Verkleidung bringt, wodurch sich die Elemente (51) dort abstützen.

9. Bohrloehwerkzeüg nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung in ihrem oberen Bereich innen mit einer Rinne (56) versehen ist, deren Größe so gewählt ist, daß sie die Elemente (51) aufnimmt, so daß sich die Verkleidung an dem Rohrkörper (34,36) abstützt.

10. Bohrlochwerkzeug gekennzeichnet durch

- einen Rohrkörper (34,36) mit einem an seinem unteren Ende angeordneten Vorschubrohr (28) zum Zementieren und eine an seinem oberen Ende angeordnete Vorrichtung zum Verbinden mit einer Laufverrohrung (26);

- eine druckgesteuerte, am Rohrkörper (34,36) montierte Einrastvorrichtung (30);

- eine druckgesteuerte, am Rohrkörper (34,36) angebrachte Reinigungsvorrichtung (32); und

- Leitungen (58,60) zur Versorgung der Einrastvorrichtung (30) und der Reinigungsvorrichtung (32); wobei die Leitungen (58,60) miteinander verbunden sind, wodurch eine zum Lösen der Einrastvorrichtung (30) zugeführte Druckflüssigkeit auch die Reinigungsvorrichtung (32) öffnet.

11. Bohrlochwerkzeug gekennzeichnet durch

- einen unteren Rohrkörper (34) mit einem von ihm ausgehenden Vorschubrohr (28) zum Zementieren und mit einer nach oben gerichteten Schulter (38);

- ein ringförmiges erstes Gehäuse (40), das mit der Schulter (38) des unteren Rohrkörpers (34) in Eingriff steht und mehrere Aussparungen (50) aufweist;

- mehrere Verriegelungselemente (51), die jeweils in einer Aussparung (50) angeordnet sind;

- einen den unteren Rohrkörper (34) umgebenden und mit dem ersten Gehäuse (40) in Eingriff stehenden Flansch (42) mit einer Einrichtung (94) zur Verhinderung einer relativen Drehung des Flansches (42) gegenüber dem ersten Gehäuse (40);

- eine druckgesteuerte Einrichtung (46) zur Bewegung der der Verriegelung dienenden Teile (51,52)

in einrastendem Eingriff mit einer auf der Innenseite einer Verkleidung angeordneten Rinne (56)
einer Einrichtung (44), die den Flansch (42) auf dem unteren Rohrkörper (34) hält;

einen mit dem unteren Rohrkörper (34) verbundenen oberen Rohrkörper (36) mit einer nach oben gerichteten, äußeren Schulter (62);

ein den zweiten Rohrkörper (36) umgebendes und mit der Schulter (62) in Eingriff stehendes zweites Gehäuse (64);

eine sich auf dem zweiten Gehäuse (64) abstützende, höhle Schürze (72) mit nach innen gerichteten Durchlässen (78); wobei der Innendurchmesser der Schürze (72) größer ist als der Außendurchmesser der Verkleidung und die Schürze wesentlich über den Verschluß (42) nach unten ragt, damit das außenliegende Profil der Verkleidung direkt abgewaschen werden kann;

eine Vorrichtung, die das Innere des oberen Rohrkörpers (36) mit dem Inneren der Schürze (72) verbindet;

ein druckgesteuertes Vorrichtung '(70) innerhalb der Vorrichtung zur Verbindung des Inneren des oberen Rohrkörpers (36) mit dem Inneren der Schürze (72); und

Leitungen (58,60) zur Verbindung der druckgesteuerten Einrichtung (46) und der Einrichtung (70), wodurch das Element (51) und das Verriegelungsteil (52) entriegelt sind, wenn die Einrichtung (70) zum Abwaschen geöffnet ist.