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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung
bei der Rückholung von Bohrlochwerkzeugen und insbesondere,
aber nicht ausschließlich, eine Rückholvorrichtung, die
nur eine Längsbewegung zum Eingriff mit dem
Bohrlochwerkzeug und eine Drehbewegung zur Freigabe des Werkzeugs
benötigt.
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US-A-4 101 157 beschreibt ein Rückholwerkzeug für ein
Bohrloch, das einen rohrförmigen Körper aufweist, der einen
Satz von darin befestigten Ringfingern enthält und zwischen
offenen und geschlossenen Stellungen beweglich ist. Im
Gebrauch wird der Körper über ein Bohrlochwerkzeug
herabgelassen und die Finger werden betätigt, um sich um das
Werkzeug zu schließen und dieses zur Entfernung zu
ergreifen. Im allgemeinen sind Eingriffsanordnungen vom
Ringtyp nicht gut geeignet, um das Gewicht des
Werkzeugstrangs zu tragen.
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Noch allgemeiner erfordern Rückholeinrichtungen für
Bohrlochwerkzeuge einen Dreheingriff mit dem Werkzeug.
Typischerweise wird ein Gewindedorn durch Verdrehung in einer
Richtung in Gewindeeingriff mit einer Hülse gebracht. Die
Ablösung erfordert eine Verdrehung in umgekehrter Richtung.
Eine solche Verdrehung in umgekehrter Richtung ist deshalb
unerwünscht, weil eine andere Verbindung in dem
Werkzeugstrang vor der erwünschten Ablösung des Überwurfs und des
Dorns von der Rückholeinrichtung brechen kann.
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GB-A-7 18 976 betrifft zwar nicht die Rückholung von
Bohrlochwerkzeugen, beschreibt aber eine Art von Kopplung eines
Rohrstrangs mit einem Bohrlochwerkzeug ohne Drehung. In
dieser Anordnung weist der Mechanismus ein erstes Glied
mit einer zentralen Durchgangsöffnung auf, das zur
Anbringung an einem Werkzeugstrang eingerichtet ist, so daß
es sich von diesem nach unten erstreckt; einen Dorn zur
Anbringung an dem Werkzeug, so daß er sich von diesem nach
oben erstreckt und mit einer Gewindefläche; und ein um
das erste Glied herum verlaufendes, ringförmiges
Eingriffsglied mit einer Gewindefläche, wobei die Gewindeflächen in
axialen Sperreingriff kommen, wenn das erste Glied auf den
Dorn herabgesenkt wird, und nachfolgend durch relative
Verdrehung des ersten Gliedes und des Dorns voneinander
gelöst werden können.
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Wir haben nun einen Rückholmechanismus zur Kopplung an
ein Bohrlochwerkzeug und zur Freigabe eines
Bohrlochwerkzeuges in einer vorgegebenen Stellung in einem Bohrloch
entwickelt, der ein erstes Glied mit einer zentralen
Durchgangsöffnung aufweist, das zur Anbringung an einem
Werkzeugstrang eingerichtet ist, so daß es sich von diesem
nach unten erstreckt; einen Dorn zur Anbringung an dem
Werkzeug, so daß er sich von diesem nach oben erstreckt,
und mit einer Gewindefläche; und ein um das erste Glied
herum verlaufendes ringförmiges Eingriffsglied mit einer
Gewindefläche, wobei die Gewindeflächen in axialen
Sperreingriff kommen, wenn das erste Glied auf den Dorn
herabgesenkt wird, und nachfolgend durch relative Verdrehung des
ersten Gliedes und des Dorns voneinander gelöst werden
können; dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied ein
Überwurf ist, der ein Oberteil mit einem Dichtraum und
darin befindlicher Dichtung aufweist, ein Zwischenteil,
das eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines Ringes
bestimmt, die einen ersten Teil von größerem Durchmesser
und einen zweiten Teil von kleinerem Durchmesser enthält
und ferner einen Längskeil, der sich von einer Außenfläche
der Ausnehmung radial nach innen erstreckt; und ein
Unterteil mit einem Verdrehungsansatz, der sich von diesem
radial nach innen erstreckt; daß das ringförmige
Eingriffsglied einen ringförmigen Ring von im wesentlichen
G-förmigem Querschnitt aufweist, der in der den Ring
aufnehmenden Ausnehmung angeordnet ist und daran entlang einen
Längsschlitz zum Eingriff mit dem Keil zur Verdrehung des
Ringes mit dem Überwurf bestimmt; daß der Ring darin innen
eine Gewindefläche bestimmt und einen Außendurchmesser
hat, der so dimensioniert ist, daß im zweiten Teil der
Ausnehmung enge Toleranz und im ersten Teil der Ausnehmung
radialer Spielraum besteht; daß der Dorn ein Oberteil
mit einer daran bestimmten Dichtfläche, ein Zwischenteil,
das außenseitig daran die Gewindefläche bestimmt, und ein
Unterteil mit einem davon radial nach außen verlaufenden
Verdrehungsansatz aufweist; und daß bei Absenken des Überwurfs
auf den Dorn zur Längseinführung des Dorns in die zentrale
Öffnung des Überwurfs die Dichtfläche des Dorns der Dichtung
abdichtend anliegt und die Gewindefläche des Dorns mit der
Gewindefläche des Ringes in Eingriff ist, derart, daß der
Ring in den ersten Teil der Ausnehmung bewegt und darin
zum axialen Sperreingriff mit der Gewindefläche des Dorns
ausdehnbar ist, wobei die Gewindeflächen allein zur
drehbaren Ablösung voneinander eingerichtet sind; und daß der
Ring beim Anheben des Überwurfs in den zweiten Teil der
Ausnehmung bewegt wird, derart, daß die Ausdehnung des
Ringes verhindert ist und die Verdrehungsansätze zur
gegenseitigen Anlage bei Drehung des Überwurfs nebeneinander
angeordnet sind.
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Bevorzugt wird ein linkshändiges Gewinde verwendet, so daß
die Ablösung durch normale rechtshändige Drehung erreicht
werden kann. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Lösung
anderer Verbindungen im Werkzeugstrang vermieden werden. Da
der einrastende C-Ring, der nach der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, nur eine Längsbewegung des Dorns in
einer Richtung gestattet, kann dadurch das gesamte Gewicht
des Werkzeugstrangs unterhalb des Rückholmechanismus
getragen werden.
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Der Rückholmechanismus nach der vorliegenden Erfindung
kann weiterhin Dreheingriffsmittel aufweisen, um wahlweise
die Verdrehung der Überwurfmittel gegenüber den Dornmitteln
zu verhindern, und Dichtmittel zur Abdichtung zwischen
den Überwurfmitteln und den Dornmitteln.
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Die Überwurfmittel sind an dem Werkzeugstrang anbringbar,
und die Dornmittel sind an dem Werkzeug anbringbar.
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Die Überwurfmittel und die Dornmittel bestimmen zwischen
sich eine im wesentlichen ringförmige Ausnehmung oder
einen im wesentlichen ringförmigen Hohlraum, und die
Ringmittel sind in Längsrichtung gleitbar in dem Hohlraum
angeordnet. Die Ringmittel bestimmen daran eine
Gewindefläche und haben eine radial ausgedehnte Stellung zur
Aufnahme des Gewindeteils der Dornmittel in Längsrichtung
und eine zusammengezogene Normalstellung, in der die
Gewindefläche der Ringmittel im Gewindeeingriff mit dem
Gewindeteil der Dornmittel ist.
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Die Ringmittel sind im wesentlichen ein ringförmiger Ring
mit darin befindlichen Schlitzmitteln, vorzugsweise in
Form eines Längsschlitzes. Die Ringmittel weisen so einen
Ring von im wesentlichen C-förmigem Querschnitt oder einen
C-Ring auf. Die lösbaren Verbindungsmittel umfassen ferner
Keilmittel an den Überwurfmitteln, die sich in die
Schlitzmittel zum Eingriff damit hinein erstrecken. Wenn die
Überwurfmittel in einer Richtung gegenüber den Dornmitteln
verdreht werden, werden die Ringmittel gleichzeitig
verdreht, wobei sich die Ringmittel aus dem Gewindeeingriff
mit dem Gewindeteil der Dornmittel lösen. In der
bevorzugten Ausführung bestimmen das Gewindeteil der Dornmittel
und die Gewindefläche an den Ringmitteln ein Linksgewinde,
so daß eine rechtshändige Drehung zur Ablösung verwendet
wird. Dies beseitigt eine Verdrehung in umgekehrter
Richtung, die eine ungewünschte Verbindung im
Werkzeugstrang brechen kann.
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Der ringförmige Hohlraum weist einen ersten, großen oberen
Teil auf, der den Spielraum für die Ausdehnung der
Ringmittel aus der Normalstellung in die ausgedehnte Stellung
während der Längseinführung der Dornmittel zur Verfügung
stellt, und einen zweiten, kleinen unteren Teil zur engen
Aufnahme des Ringmittel, so daß eine Ausdehnung der
Ringmittel verhindert wird.
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Wenn sich die Dornmittel in Längsrichtung in die Ringmittel
bewegen, dehnen sich die Ringmittel aus und ziehen sich
nach Art einer Ratsche zusammen. Das Gewindeteil der
Dornmittel und die Gewindefläche der Ringmittel bestimmen
jeweils vorzugsweise ein Gewinde, das eine erste Fläche
aufweist, die unter einem spitzen Winkel zu einer
Mittelachse der Vorrichtung verläuft, und eine zweite Fläche,
die der ersten Fläche gegenüberliegt und im wesentlichen
senkrecht zur Mittelachse der Vorrichtung verläuft. Die
gewinkelten ersten Flächen erleichtern die ratschenartige
Einführung der Dornmittel in Längsrichtung in die
Ringmittel, und die senkrecht verlaufenden zweiten Flächen
verhindern eine Ablösung der Dornmittel von den Ringmitteln
in Längsrichtung. Auf diese Weise kann die Ablösung nur
durch die vorstehend beschriebene rechtshändige Drehung
erreicht werden.
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Die Drehmittel weisen einen Ansatz an den Überwurfmitteln
und einen entsprechenden Ansatz an den Dornmitteln auf.
Die Ansätze können in Eingriff gebracht werden, wenn die
Überwurfmittel und die Dornmittel in Längsrichtung eine
vorgegebene Stellung zueinander einnehmen. Wenn die Ansätze
so im Eingriff sind, dreht eine Drehung des Überwurfs den
Dorn so, daß eine Gewindetrennung der Dornmittel und der
Ringmittel verhindert wird. Jeder der Ansätze hat
vorzugsweise ein Querende, das wenigstens eine unter einem spitzen
Winkel zur Mittelachse der Vorrichtung verlaufende Fläche
bestimmt. Wenn somit die Ansätze in einer Stellung sind,
in der sie sich während der Längsbewegung zwischen den
Überwurfmitteln und den Dornmitteln gegenseitig behindern
können, werden die Winkelflächen die Ansätze bei
Verdrehung voneinander weg ablenken.
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Wenn der Überwurf zur Längseinführung des Dorns in die
Mittelöffnung des Überwurfs auf den Dorn herabgesenkt wird,
kommt die Dichtfläche des Dorns in abdichtende Anlage an
die Dichtung und die Gewindefläche des Dorns in Eingriff
mit der Gewindefläche des ringförmigen Ringes, derart,
daß der Ring in den oberen Teil des Hohlraums bewegt wird,
in dem der Ring sich für den vorstehend beschriebenen
Ratscheneingriff radial ausdehnt. Nach dem Eingriff wird
der Ring bei Anheben des Überwurfs in den unteren Teil
des Hohlraums bewegt, derart, daß die Ausdehnung des Ringes
verhindert wird.
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Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung wird nun
lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen eine Ausführung der Erfindung beschrieben.
Darin zeigen:
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Figuren 1A-1D einen teilweisen Längsschnitt einer
Ausführung der Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung.
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Figur 2 einen Querschnitt entlang den Linien
2-2 in Figur 1A.
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Figur 3 eine Teilansicht eines Dorns in der
Sicht entlang den Linien 3-3 in
Figur 1B.
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Figur 4 einen Querschnitt entlang der Linien
4-4 in Figur 1B.
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Figur 5 einen teilweisen schematischen
Querschnitt des Rückholmechanismus, des
unterirdischen Steuerventils und des
Packers, während die Anordnung in
eine Bohrlochauskleidung herabgelassen
wird.
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Figur 6 schematisch den Packer in einer
ausgedehnten Stellung, wobei der
Rückholmechanismus von dem unterirdischen
Steuerventil gelöst ist.
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Figur 7 einen schematischen Querschnitt, der
den Rückholmechanismus bei seinem
Wiedereingriff mit dem unterirdischen
Steuerventil zeigt.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf die Zeichnungen und
insbesondere auf Figuren 1A-1D ist die Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung mit einem Rückholmechanismus, der
allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, und
einem unterirdischen Steuerventil gezeigt, das allgemein
durch das Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Figuren 1A-1D
zeigen den Rückholmechanismus 10 in einer Stellung gerade
nach Eingriff mit dem Steuerventil 12. Das Ventil 12 ist
in einer geschlossenen Stellung.
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Der Rückholmechanismus 10 enthält einen Körper 14 mit
einem oberen Gewindeende 16 zum Eingriff mit einem
Werkzeugstrang und mit einem unteren Ende 18. Der Körper 14
bestimmt eine durchgehende Mittelöffnung 20 mit einer
Vielzahl von Dichthohlräumen 22 am unteren Ende 18.
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Das untere Ende 18 des Körpers 14 befindet sich
bevorzugt in Gewindeeingriff mit dem oberen Ende 24 einer
Hülse 26, die eine durchgehende Mittelöffnung 28
bestimmt, die mit der Mittelöffnung 20 des Körpers 14 in
Verbindung steht. Der Körper 14 und die Hülse 26 bilden
so Überwurfmittel, die durch einen Überwurf 29, der in
der nachstehend beschriebenen Weise verwendet wird,
gekennzeichnet ist.
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Der Rückholmechanismus 10 enthält ferner Dornmittel in
Form eines langgestreckten Dorns 30, der sich vom
Ventilkörper 32 des Steuerventils 12 nach oben erstreckt und
damit im Gewindeeingriff befindet. Der Dorn 30 bestimmt
eine durchgehende Mittelöffnung 34, die der in dem
Ventilkörper 32 bestimmten Öffnung 36 entspricht und dazu
ausgerichtet ist.
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Das Steuerventil 12 enthält Hülsenmittel, die in
ringförmigen Körpermitteln hin- und herbewegbar angeordnet
sind. Die Körpermittel werden am besten durch einen
Ventilkörper 32 gekennzeichnet, der vorzugsweise einen oberen
Kragen 38 enthält, der an einem oberen Ende eines Ringes 40
angebracht ist. Eine Zwischenhülse 42 ist am unteren Ende
des Ringes 40 angebracht, und die Zwischenhülse ist mit
ihrem unteren Ende an einem Gehäuse 44 angebracht. Das
Gehäuse 44 befindet sich im Gewindeeingriff mit einem
unteren Kragen 46. Der Ventilkörper 32 bestimmt weiterhin
eine allgemein mittige, durchgehende Öffnung 48 mit
unterschiedlichen Durchmessern.
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Die Hülsenmittel des Steuerventils 12 enthalten eine
Ventilhülsenanordnung 50, die in der Mittelöffnung 48
des Körpers 32 hin- und herbeweglich angeordnet ist. Die
Ventilhülsenanordnung 50 enthält vorzugsweise einen
Stützdorn 52, der im Gewindeeingriff mit einer oberen
Ventilhülse 53 ist, an der ein oberer Ventilsitz 54 befestigt
ist, und eine untere Ventilhülse 56 mit einem unteren
Ventilsitz 58, der am oberen Ende der unteren Hülse
befestigt ist. Die untere Ventilhülse 56 ist im
Gewindeeingriff mit einer Stützhülse 60, und die Stützhülse ist
im Gewindeeingriff mit einem unteren Adapter 62. Der
Adapter 62 hat ein unteres Ende 64, das zum Gewindeingriff
mit einem Bohrlochwerkzeug oder Werkzeugstrang eingerichtet
ist.
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Zwischen dem oberen Ventilsitz 54 und dem unteren
Ventilsitz 58 ist ein Kugelventilelement 66 drehbar angeordnet,
das darin eine Ausnehmung 68 enthält und Ventilmittel bildet,
um das Steuerventil 12 abwechselnd zu öffnen und zu
schliessen. Zwischen dem Ring 40 und dem Gehäuse 44 des Körpers 32
ist ringförmig und radial innerhalb der Zwischenhülse 42
ein Paar von Stellgliedern 70 angeordnet, die jeweils daran
einen Stellarm 72 enthalten, der in die Ausnehmung 68 im
Kugelventilelement 66 hinein verläuft und mit dieser im
Eingriff ist. Die obere Ventilhülse 53 und die untere
Ventilhülse 56 werden an ihrem Ort um das Kugelventilelement
66 durch ein Paar von längsgerichteten C-Klammern gehalten,
die sich von oberhalb bis unterhalb des
Kugelventilelementes
66 erstrecken und mit (nicht gezeigten) Schlitzen
in den Ventilhülsen verriegelt sind. Die Anordnung ist in
der Technik bekannt und im USA-Patent 3,814,182 von Giroux
offenbart, das auf Halliburton Company übertragen ist und
durch die Bezugnahme darauf hierin eingeschlossen ist.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf Figur 1A enthält der Dorn 30
ein oberes Teil 74 mit einem Außendurchmesser, der daran
eine Dichtfläche 76 bestimmt. Das obere Teil 74 verläuft
in die Mittelöffnung 20 des Körpers 14 in der in Figur 1A
gezeigten Stellung. Jeder Dichthohlraum 22 enthält darin
eine Dichtung 78 wie einen O-Ring zur abdichtenden Anlage
zwischen der Dichtfläche 76 des Dorns 30 und dem Körper 14
des Überwurfs 29.
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Ein Zwischenteil 80 des Dorns 30 bestimmt daran eine
Fläche 82 mit Außengewinde und eine nach außen gerichtete
Ringschulter 84, die sich unterhalb der Gewindefläche
befindet.
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Die Hülse 26 des Überwurfs 29 enthält eine nach innen
gerichtete, nach oben weisende Ringschulter 86 und eine
Innenfläche 87 in enger Abstandsbeziehung zur Außenfläche 88
des Dorns 30. Man sieht, daß zwischen der Hülse 26, der
Schulter 86, dem Dorn 30 und einer nach unten weisenden
Ringschulter, die durch die untere Fläche 92 des Körpers 14
gebildet ist, eine im wesentlichen ringförmige Ausnehmung
oder ein im wesentlichen ringförmiger Hohlraum 90 bestimmt
wird. Der Hohlraum 90 enthält ein erstes, oberes Teil 94
mit einem im wesentlichen konstanten Innendurchmesser und
ein zweites, unteres Teil 98 mit einem im wesentlichen
konstanten Innendurchmesser 100. In der bevorzugten
Ausführung ist der Innendurchmesser 100 kleiner als der
Innendurchmesser 96.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf Figuren 1A und 2 ist ein
Ring 102 von im wesentlichen C-förmigem Querschnitt in
Längsrichtung gleitbar in dem Hohlraum 90 angeordnet. Der
Ring 102, der als ein C-Ring gezeichnet werden kann,
enthält eine innere Gewindefläche 104, die mit der
Gewindefläche 82 am Zwischenteil 80 des Dorns 30 in Eingriff
gebracht werden kann. Der C-förmige Querschnitt des Ringes
102 bestimmt so einen daran entlang verlaufenden
Längsschlitz 106.
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Ein im wesentlichen längs verlaufender Keil 108, der zum
Eingriff mit dem Schlitz 106 im Ring 102 eingerichtet ist,
verläuft an der Hülse 26 radial nach innen und befindet
sich vorzugsweise im oberen Teil 94 des Hohlraums 90.
Bevorzugt hat der Keil 108 eine ausreichende Länge
derart, daß er sich ständig im Eingriff mit dem Schlitz 106
befindet, unabhängig von der Längsstellung des Ringes 102
innerhalb des Hohlraums 90.
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Unter Bezugnahme nun auf Figuren 1B, 3 und 4 enthält der
Dorn 30 weiterhin ein unteres Teil 110 mit wenigstens
einem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden
Ansatz 112, der sich radial nach außen davon erstreckt.
Jeder Ansatz 112 hat ein Paar von Längsseiten 114, ein
oberes Querende, das durch ein Paar von Seiten 116
bestimmt ist, die unter einem spitzen Winkel zu den Seiten
114 und damit zu einer Mittelachse der Vorrichtung
verlaufen, und ein unteres Querende, das durch ähnlich
gewinkelte Seiten 118 bestimmt ist.
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Wenigstens ein im wesentlichen längsverlaufender Ansatz
122 verläuft radial einwärts von einer Innenfläche 120
der Hülse 26. Der Ansatz 122 hat Längsseiten und obere und
untere Querenden, die durch gewinkelte Seiten in einer Art
ähnlich dem Ansatz 112 am Dorn 30 bestimmt sind.
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Die Gewindefläche 82 am Zwischenteil 80 des Dorns 30 und
die Gewindefläche 104 im Ring 102 bestimmen jeweils ein
Gewinde mit einem Profil, das eine erste Fläche 124
enthält, die unter einem spitzen Winkel zu der Mittelachse
der Vorrichtung verläuft, und eine zweite Fläche 126,
die der ersten Fläche gegenüberliegt und im wesentlichen
senkrecht zu der Mittelachse verläuft. Das Gewindeprofil
enthält ebenfalls vorzugsweise eine zylindrische
Außenfläche 128.
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Während des Zusammenbaus wird der Dorn 30 in
Längsrichtung in den Überwurf 29 eingeführt. Es wird so die
Dichtfläche 76 in die Mittelöffnung 20 des Körpers 14
eingebracht und kommt in abdichtende Anlage mit den
Dichtungen 78. Der Ring 102 besteht aus einem hinreichend
federnden Material wie gehärtetem Stahl, so daß er sich
nach Ratschenart radial auswärts ausdehnt und radial
einwärts zusammenzieht, wenn der Dorn 30 in den Ring
gedrückt wird. Die gewinkelten Flächen 124 an den Gewinden
erleichtern die Längseinführung des Dorns 30 in den
Ring 102. Wenn die Gewindeflächen 82 und 104 zueinander
ausgerichtet sind, zieht sich der Ring 102 zu einer
Normalstellung zusammen, in der sich die Gewindeflächen
in Gewindeeingriff befinden.
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Die senkrechten Flächen 126 der Gewinde verhindern eine
axiale Ablösung des Dorns 30 und des Ringes 102. Die
Ablösung kann nur durch Verdrehung des Überwurfs 29 gegenüber
dem Dorn 30 zu einer schraubenden Ablösung erreicht werden.
Es sind somit lösbare Verbindungsmittel vorgesehen, um die
Überwurfmittel und die Dornmittel bei Längseinführung der
Dornmittel in die Überwurfmittel schraubend zu verbinden
und die Überwurfmittel von den Dornmitteln bei Verdrehung
der Überwurfmittel gegenüber den Dornmitteln zu lösen.
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Vorzugsweise enthalten die Gewindeflächen 82 und 104
Linksgewinde, so daß eine rechtshändige Verdrehung des
Überwurfs 29 alles ist, was verlangt wird. Auf diese Weise
wird eine umgekehrte Verdrehung des Werkzeugstrangs
ausgeschlossen.
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Unter Bezugnahme wiederum auf Figur 1B sieht man, daß der
obere Kragen 38 und der Ring 40 des Körpers 32 des
Steuerventils 12 zusammen mit der oberen Hülse 52 der
Ventilhülsenanordnung 50 zwischen sich einen im wesentlichen
ringförmigen Kolbenhohlraum 130 bestimmen.
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Ein im wesentlichen ringförmiger Kolben 132 mit äußeren
Kolbenringen oder Dichtungen 134 zur abdichtenden Anlage
am Außendurchmesser 136 des Kolbenhohlraums ist in dem
Kolbenhohlraum 130 hin- und herbewegbar angeordnet. Innere
Kolbenringe 138 bilden eine abdichtende Anlage mit dem
Innendurchmesser 140 des Kolbenhohlraums 130. Die äußeren
Kolbenringe 134 und inneren Kolbenringe 138 sind
vorzugsweise O-Ringe. Man sieht, daß der Kolben 132 den
Kolbenhohlraum 130 in einen oberen Teil 142 und einen unteren
Teil 143 teilt.
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Eine Queröffnung 144 in der oberen Hülse 52 am unteren
Ende des Kolbenhohlraums 130 stellt eine Fluidverbindung
zwischen der Mittelöffnung 146 der Hülsenanordnung 50 und
dem unteren Teil 143 des Kolbenhohlraums her. Am oberen
Ende des Kolbenhohlraums 130 stellt eine Queröffnung 147
im oberen Kragen 38 eine Fluidverbindung zwischen dem
oberen Teil 142 des Kolbenhohlraums und einem
Bohrungsringraum zwischen der Vorrichtung und einer
Bohrungsauskleidung her, in der sich die Vorrichtung befindet.
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Ein Schulterteil 148 verläuft radial auswärts von einem
Zwischenteil des Stützdorns 52 im oberen Teil 142 des
Kolbenhohlraums 130 an einer Stelle oberhalb des Kolbens
132. Man sieht, daß in Figur 1C gezeigte Dichtungen 150
im Ring 40 und in Figur 1B gezeigte Dichtungen 152 im
oberen Kragen 38 den ringförmigen Kolbenhohlraum 130
abdichtend einschließen, und zwar unabhängig von der
gegenseitigen Stellung der Hülsenanordnung 50 und des
Körpers 32 des Steuerventils 12.
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Unter Bezugnahme nun auf Figuren 1C und 1D bestimmen das
Gehäuse 44, der untere Kragen 46 und die Stützhülse 60
darin einen im wesentlichen ringförmigen Hohlraum 154
zur Aufnahme einer Feder. Eine Druckfeder 156 befindet
sich in dem Hohlraum 154 und stützt sich an einer Schulter
158 der Stützhülse 60 und einer oberen Schulterfläche 160
des unteren Kragens 46 ab. Vorzugsweise steht die Feder 156
immer unter Druck, so daß die Schulter 158 und die obere
Schulterfläche 160 gegeneinander vorgespannt sind. Man
sieht, daß diese Federkraft ein Mittel zur Vorspannung
der Ventilhülsenanordnung 50 in eine eingeschobene
Stellung gegenüber dem Körper 32 darstellt, derart, daß sich
die Schulter 148 des Stützdorns 52 an der Ringschulter 162
im oberen Kragen 38 befindet, wie in Figur 1B gezeigt ist.
Arbeitsweise der Vorrichtung
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Unter Bezugnahme nun auf Figuren 1A-1D und 5 bis 7 wird
eine Arbeitsfolge des Rückholmechanismus 10 und des
unterirdischen Steuerventils 12 im Gebrauch in Verbindung mit
einem Packer 164 beschrieben.
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Wenn die Vorrichtung in eine Bohrungsauskleidung 166
abgesenkt wird, befindet sie sich in der in Figur 5
gezeigten Konfiguration. Der Packer 164 ist am Adapter 62
am unteren Ende der Ventilhülsenanordnung 50 angebracht.
Das Gewindeteil 82 des Dorns 30 ist im Eingriff mit der
Gewindefläche 104 des Ringes 102 im Überwurf 29. Das
Gewicht des Steuerventils 12, des Packers 164 und der
Werkzeugstrangelemente unterhalb des Packers drücken den
Dorn 30 in eine untere Stellung gegenüber dem Überwurf 29,
in der sich der Ring 102 im kleinen unteren Teil 98 des
Hohlraums 90 befindet und der Schulter 86 anliegt. Wie
bereits angegeben, wird in dieser Stellung eine Ausdehnung
des Ringes 102 verhindert, und die Form des Gewindes
verhindert eine Ablösung des Dorns 30 von dem Ring in
Längsrichtung.
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Das Studium der auseinandergezogenen Stellung in Figur 5
zeigt, daß der Ansatz 112 am Dorn 30 und der Ansatz 22 am
Überwurf 29 in Längsrichtung zueinander ausgerichtet sind.Die
Drehung des Überwurfs 29 dreht somit den Dorn 30 und daher
das Steuerventil 12 und alle darunter befindlichen
Elemente des Werkzeugstrangs, ohne den Dorn schraubend von
dem Ring 102 zu lösen.
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Das Gewicht des Packers 164 und der darunter befindlichen
Werkzeugstrangelemente reicht aus, um die durch die Feder
156 ausgeübte Kraft zu überwinden, so daß die Feder weiter
zusammengedrückt wird. Die Ventilhülsenanordnung 50 des
Steuerventils 12 befindet sich somit in einer ausgefahrenen
Stellung gegenüber dem Körper 30. Dies hat das Ergebnis,
daß der Stützdorn 52 und die untere Hülse 56, die das
Kugelventilelement 66 abstützen, gegenüber dem Stellarm 72,
der in dem Körper 30 feststeht, nach unten verstellt sind.
Der Stellarm 72 wirkt so als ein Ventilbetätigungsmittel,
das bewirkt, daß sich das Kugelventilelement 66 im oberen
Sitz 54 und unteren Sitz 58 in die in Figur 5 gezeigte,
völlig offene Stellung verdreht. Solange das Gewicht die
Kraft der Feder 156 übersteigt, sind somit auch Mittel
vorgesehen, um das Steuerventil 12 in einer offenen
Stellung zu halten, wenn es in das Bohrloch herabgelassen wird.
Die Fachleute erkennen, daß der Rückholmechanismus 10 und
das Steuerventil 12 einen im wesentlichen unbehinderten,
mittigen Durchflußkanal 168 bestimmen, wenn das Ventil
in seiner Offenstellung ist.
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In der in Figur 5 gezeigten, ausgefahrenen Stellung des
Steuerventils 12 ist der Kolben 32 durch die Schulter 148
an das untere Ende des Hohlraums 130 verstellt. Fluid
aus dem Bohrungsringraum fließt durch die Queröffnung 147
in den Hohlraum 130. Die Queröffnung 147 verhindert so
ein mögliches Vakuum im Hohlraum 130.
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Wenn es erwünscht ist, die Bohrungsauskleidung 166
abzuschließen, wird der Packer 164 in einer in der Technik
bekannten Weise betätigt und die in Figur 6 gezeigte
Stellung gebracht, in der er einer Innenfläche der
Bohrungsauskleidung abdichtend anliegt. Vorzugsweise ist der
Packer 164 rückholbar. Wenn der Packer 164 angelegt ist,
trägt er das Gewicht der darunter befindlichen
Werkzeugstrangelemente.
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Nach Anlage des Packers 164 kann der Überwurf 29 gegenüber
dem Dorn 30 und dem Steuerventil 12 nach unten bewegt
werden, so daß die Ansätze 112 und 122 nicht mehr einander
anliegen, wie am besten in Figur 1B gezeigt ist. Die
Abwärtsverstellung des Überwurfs 29 entlastet den Dorn 30
von Zug. Weitere Abwärtsverstellung des Überwurfs 29
bewegt den Körper 32 und damit den Dorn 30 gegenüber der
Ventilhülsenanordnung 50 nach unten, die zusammen mit
dem Packer 164 in der Bohrung feststeht. Fachleute sehen,
daß in dieser zusammengeschobenen Stellung des
Steuerventils 12 das Kugelventilelement 66 zurück in eine
geschlossene Stellung gedreht wird, in der es den mittigen
Durchflußkanal 168 absperrt. Es sind somit Mittel
vorgesehen, um das Ventil 12 zu schließen.
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Nach der anfänglichen Zugentlastung des Dorns 30 reichen
die durch die Feder 156 ausgeübte Kraft und das Gewicht
des Ventilkörpers im allgemeinen aus, um das
Steuerventil 12 automatisch zu schließen.
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In der zusammengeschobenen, geschlossenen Stellung des
Steuerventils 12 wird die Schulter 148 an der
Ventilhülsenanordnung 50 relativ nach oben verstellt, so daß sie sich
wieder an der Schulter 162 im Körper 32 befindet. Wenn so
der Körper 32 und die Ventilhülsenanordnung 50
zusammengefahren werden, wird das Gesamtvolumen des mittigen
Durchflußkanals 168 oberhalb des Ventilelementes 66
verringert.
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Der Ausgleichskolben 132 erzeugt eine aufwärts gerichtete
Kraft an der Schulter 148 immer dann, wenn der mittige
Durchflußkanal 168 unter Druck gesetzt wird, um die
Dichtheit der Dichtung am Kugelventilelement 66 am unteren Sitz
58 zu prüfen. Diese nach oben gerichtete Kraft gleicht die
Kräfte aus, die durch die Druckerhöhung im mittigen
Durchflußkanal 168 erzeugt werden, um sicherzustellen, daß der
Ventilkörper 32 des Steuerventils 12 nicht durch die
Druckdifferenz, die das Kugelventilelement 66 öffnen würde,
"nach oben gepumpt wird".
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Wenn der Überwurf 29 in Richtung zu dem Steuerventil 12
verstellt wird, sind der Ansatz 112 am Dorn 30 und der
Ansatz 122 am Überwurf 29 nicht länger in Anlage, was
eine Verdrehung zwischen dem Überwurf und dem Dorn
erlaubt. Die Drehung des Überwurfs erlaubt somit eine
schraubende Ablösung des Ringes 102 vom Dorn 30. Wie
früher angegeben, gestattet die Verwendung der bevorzugten
Linksgewinde an dem Gewindeteil 82 des Dorns und der
Gewindefläche 104 des Ringes eine rechtshändige
Drehablösung. Eine umgekehrte Drehung und die Möglichkeit
einer unerwünschten Trennung anderer Verbindungen im
Werkzeugstrang werden so vermieden. Nach der Ablösung
kann der Überwurf 29, wie in Figur 6 gezeigt ist, aus
dem Bohrungsringraum 166 entfernt werden.
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Die Feder 156 bildet ein Vorspannmittel, um das
Steuerventil 12 in der geschlossenen Stellung zu halten, wenn
der Überwurf 29 von dem Dorn 30 gelöst wird.
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Um das Steuerventil 12 zusammen mit dem Packer 164 und
den unterhalb des Packers befindlichen
Werkzeugstrangelementen zurückzuholen, ist es lediglich notwendig,
den Überwurf 29 wieder in den Bohrungsringraum 166
herabzulassen und über den Dorn 30 zu stülpen. Während
dieses am besten in Figur 7 dargestellten
Überstülpvorganges drückt die Gewindefläche 82 des Dorns 32 den
Ring 102 in das obere Teil 94 des Hohlraums 30, wodurch
die ratschenartige Ausdehnung des Ringes 102 wieder
ermöglicht wird, so daß die Gewindefläche des Dorns in Eingriff
mit der Gewindefläche 104 des Ringes ist, wie vorstehend
beschrieben wurde.
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Nach Wiedereingriff wird der Überwurf 29 gegenüber dem
Steuerventil 12 angehoben, um das Steuerventil in seine
Offenstellung zu drücken und die Ansätze 112 und 122 in
Anlage zu bringen. Wenn dies geschieht, drückt die
Schulter 148 den Kolben 132 in dem Kolbenhohlraum 130
wieder nach unten, so daß Fluid im unteren Teil 143 des
Kolbenhohlraums durch die Öffnung 144 in den mittigen
Durchflußkanal 168 gedrückt wird, wodurch die Volumänderung
des Durchflußkanals wieder ausgeglichen und im
Steuerventil 12 ein im wesentlichen konstanter Druck
aufrechterhalten
wird.
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Der Packer 164 kann dann gelöst und der gesamte
Werkzeugstrang, wiederum wie in Figur 5 gezeigt, aus der
Bohrungsauskleidung 166 herausgehoben werden.
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Man kann daher sehen, daß der Rückholmechanismus und das
unterirdische Steuerventil nach der vorliegenden Erfindung
gut dazu eingerichtet sind, die erwähnten wie auch die
diesen innewohnenden Zwecke und Vorteile umzusetzen.