DE4000489C2 - - Google Patents

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DE4000489C2 DE4000489A DE4000489A DE4000489C2 DE 4000489 C2 DE4000489 C2 DE 4000489C2 DE 4000489 A DE4000489 A DE 4000489A DE 4000489 A DE4000489 A DE 4000489A DE 4000489 C2 DE4000489 C2 DE 4000489C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalvorrichtung zum Einsatz in einem Bohrloch zur Bestimmung der relativen Posi­ tion eines ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs in be­ zug auf ein zweites im Bohrloch befindliches Werkzeug, ent­ sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ablenkkeile sind beim Erdölbohren bereits seit langem im Ein­ satz, um den Bohrer oder Fräser in einem bestimmten Winkel von der Bohrlochauskleidung abzulenken. Der Ablenkkeil kann innerhalb der Bohrlochauskleidung oberhalb der Bohrlochsohle unter Verwendung eines Packers festgesetzt werden, welcher getrennt oder zusammen mit dem Ablenkkeil in einem Lauf be­ trieben werden kann. Bei der Endstufen-Packer-Fräser-Bau­ gruppe (DE 38 12 169 A1, US-PS 43 97 355) werden das Fräs­ werkzeug, der Ablenkkeil und der Packer in einem Teil in das Bohrloch hinabgelassen, und der Packer wird in der gewünsch­ ten Tiefe festgesetzt. Sobald der Packer festgesetzt ist, wird der Fräser vom Ablenkkeil getrennt, und der Fräsvorgang beginnt. Der Fräser bewegt sich entlang der geneigten Fläche des Ablenkkeils, um an die Bohrlochauskleidung anzugreifen und sie zu fräsen. Wegen der Beschaffenheit von Fräser, Aus­ kleidungsmaterial und Ablenkkeil muß jedoch darauf geachtet werden, daß der Fräser nur die Wand der Bohrlochauskleidung fräst. Fräst sich der Fräser zu tief in die Bohrlochausklei­ dung, bewirkt das umgebende Material, daß der Fräser in den Ablenkkeil fräst, wodurch schließlich entweder der Fräser oder der Ablenkkeil beschädigt werden. Ist die Bohrlochauskleidung nicht vollständig gefräst, so läuft der anschließend in das Bohrloch eingeführte Fräser bzw. Bohrer nicht in die gewünschte Richtung.
Bei Arbeitsgängen mit dem Ablenkkeil wurde die Tiefe des Fräsers bisher weitgehend vom Bedienungsmann an der Oberfläche bestimmt. Bei solchen Bestimmungen mußte man sich jedoch teilweise auf Schätzungen verlassen, da Abweichungen in der Bohrlochauskleidung etc. zuweilen die wirkliche Tiefe verfälschten. Da die Tiefe des Fräsers weitgehend anhand des Gesamtlaufs in das Bohrloch bestimmt wurde, kam es zu falschen Berechnungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalvorrichtung bereitzustellen, die dem Bedienungsmann signalisiert, wann der Fräser die vorbestimmte Tiefe erreicht hat.
Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Packer, Ablenkkeil und Fräser miteinander verbunden, um das Festsetzen des Werkzeugs und das Fräsen der Bohrlochauskleidung in einem Arbeitsgang zu ermöglichen. Der Anker-Packer ist an das untere Ende des Ablenkkeils angeschlossen, und das Fräswerkzeug ist lösbar an das obere Ende des Ablenkkeils angeschlossen. Eine Flüssigkeitsleitung, die sich vom Fräser durch den Ablenkkeil bis hin zum Packer erstreckt, wird zum Festsetzen des Ankerpackers verwendet. Sobald das Werkzeug festgesetzt ist, wird der Fräser vom Ablenkkeil getrennt, und der Fräsvorgang beginnt, bei dem sich das Fräswerkzeug entlang der geneigten Fläche des Ablenkkeils bewegt, wodurch der Fräser in die Wand der Bohrlochauskleidung gelenkt wird.
Der Fräser umfaßt einen Flüssigkeits-Längsdurchlaß, welcher anfänglich die Flüssigkeit für die Flüssigkeitsleitung zum Festsetzen des Ankerpackers bereitstellt. Eine Flüssigkeits-Queröffnung erstreckt sich zwischen dem zentralen Flüssigkeitsdurchlaß und dem Außenbereich des Werkzeugs. Die Öffnung weist einen vergrößerten Durchmesser auf, um eine selektive Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlaß und dem Bohrloch zu ermöglichen. Ein auswechselbarer Stopfen, der ein äußeres Ende aufweist, welches sich über den Außenbereich des Fräswerkzeugs hinaus erstreckt, wird in die Öffnung eingesetzt. Der Stopfen umfaßt eine Teilbohrung, welche sich von dem zentralen Durchlaß des Werkzeugs bis zu einem Punkt kurz hinter dem Außenbereich des Werkzeugs erstreckt. Wenn das äußere Ende des Stopfens abgeschert wird, öffnet sich auf diese Weise die Teilbohrung, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem zentralen Durchlaß und dem Inneren der Bohrlochauskleidung zu ermöglichen.
An der geneigten Fläche des Ablenkkeils ist ein Scherblock angebracht. Der Scherblock ist so angeordnet, daß der Stopfen am Fräswerkzeug genau dann auf ihn auftrifft, wenn sich das Werkzeug in der gewünschten Tiefe entlang dem Ablenkkeil befindet. Wenn sich das Fräswerkzeug weiter bohrlochabwärts bewegt, schert das äußere Ende des Stopfens ab, wenn er an den Block anschlägt. Als Folge gelangt Flüssigkeit aus dem zentralen Durchlaß des Fräswerkzeugs in die Bohrlochauskleidung. Der daraus resultierende Druckabfall im Werkzeug kann leicht von dem Bedienungsmann an der Oberfläche festgestellt werden und als Zeichen gedeutet werden, den Fräsvorgang zu beenden. Das Fräswerkzeug kann dann nach oben gezogen werden, um weitere Arbeitsgänge zu beginnen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen gleiche Bezugszahlen für ähnliche Teile in allen Ansichten verwendet worden sind und in welchen:
Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht eines Bohrloches ist, in welcher die Ablenkvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik eingesetzt ist,
Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht der Ablenkvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik ist, bei der der Fräser vom Ablenkkeil getrennt ist und an ihm nach unten läuft,
Fig. 3 eine Teillängsschnittansicht der Ablenkvorrichtung nach dem bisherigen Stand der Technik ist, bei der der Fräser einen Teil der Bohrlochauskleidung gefräst hat,
Fig. 4 eine Teillängsschnittansicht der erfindungsgemäßen Ablenkvorrichtung ist, bei der der Fräser vom Ablenkkeil losgelöst ist und an ihm nach unten läuft,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittansicht des Signal- Stopfens ist, der an den Scherblock der vorliegenden Erfindung anschlägt,
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittansicht des Signal- Stopfens ist, dessen äußeres Ende von dem Abscherblock abgeschert ist,
Fig. 7 eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Signal-Stopfens ist,
Fig. 8 eine Querschnittansicht des Signal-Stopfens ist, die entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 geschnitten ist, und
Fig. 9 eine Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Signal-Stopfens ist.
Die Signalvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit jeder beliebigen Anzahl von Ölbohrwerkzeugen überall dort verwendet werden, wo es erforderlich ist, die Position eines Ölbohrwerkzeugs relativ zu einem zweiten Werkzeug festzulegen. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird die vorliegende Erfindung jedoch in Verbindung mit einer Einstufen-Ablenkvorrichtung beschrieben, wie sie nach dem bisherigen Stand der Technik in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen dargestellt ist. Die Einstufen- Ablenkvorrichtung 10 umfaßt im allgemeinen einen Anker- Packer 12, der an das untere Ende eines Ablenkkeils 14 angeschlossen ist. Ein Fräser 16 ist lösbar an das obere Ende des Ablenkkeils 14 derart angeschlossen, daß die gesamte Baugruppe 10 bei einem einzigen Lauf des Bohrgestänges 20 in der gewünschten Höhe und Ausrichtung in der Bohrlochauskleidung 18 festgesetzt werden kann. Das Fräswerkzeug 16 enthält eine Längsbohrung 22 für die Zuführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit durch das Rohr 26, um den Anker-Packer 12 festzusetzen. ßeim Lösen des Fräsers 16 vom Ablenkkeil 14 löst sich das Rohr 26 vom Fräswerkzeug 16 um eine freie Bewegung und Drehung des Fräswerkzeugs 16 zu ermöglichen. Sobald der Anker- Packer 12 in der gewünschten Ausrichtung festgesetzt ist, wird das Fräswerkzeug 16 vom Ablenkkeil 14 gelöst, um dem Fräser 16 zu ermöglichen, sich entlang der Ablenkkeilfläche 24 bohrlochabwärts zu bewegen, was ihm eine neue Ausrichtung in der Bohrlochauskleidung 18 gibt, um eine neue Bohrung durch die Bohrlochwand zu fräsen. Wegen der Beschaffenheit des Fräswerkzeugs 16 ist es von Wichtigkeit, daß die Fräsoperation nur so lange ausgeführt wird, bis die Wand der Bohrlochauskleidung durchfräst ist. Andernfalls könnten die Ablenkkeilfläche 24 oder der Fräser 16 beschädigt werden. Bisher wurde die richtige Frästiefe anhand der Strecke, die der Bohrstrang abgesenkt wurde, geschätzt. Solche Schätzungen haben sich jedoch häufig als unbefriedigend erwiesen.
Die Fig. 4 bis 9 zeigen die erfindungsgemäße Signalvorrichtung 30, bei der genau bestimmt werden kann, wann der Fräsvorgang eingestellt werden muß. Wie bereits oben beschrieben wurde, enthält der Fräser 16 eine Längsbohrung 22, durch die unter Druck Spülflüssigkeit o. ä. zugeführt wird, welche das Fräswerkzeug 16 umspült. Die Bohrung 22 weist einen begrenzten Durchgang am Ende des Werkzeugs 16 auf, welcher anfänglich an das Rohr 26 angeschlossen ist, das zur Zuführung von Flüssigkeit zu dem Ankerpacker 12 verwendet wird. Die Signal­ vorrichtung 30 beinhaltet einen Signal-Stopfen 32, welcher vorzugsweise mittels eines Gewindes in einer seitlichen Öffnung 34 angebracht ist, welche in der Außenwand des Fräsers 16 gebildet ist. Die Öffnung 34 stellt einen Flüssigkeitsdurchgang zwischen der zentralen Bohrung 22 und dem Außenbereich des Werkzeuges bereit. Wie am besten aus den Fig. 7-9 zu ersehen ist, umfaßt der Stopfen 32 einen Hauptteil 36 und einen Scherkopf 38. Der Scherkopf 38 wird vom Hauptteil 36 durch eine Schernut 40 abgeteilt, welche sich rings um den Scherkopf 38 erstreckt. Am Hauptteil 36 können Schlüsselnuten 42 vorgesehen werden, um das Einführen des Stopfens 32 in die Öffnung 34 sowie das anschließende Entfernen des Scherstopfens 32 mittels eines geeigneten Schlüsselelementes (nicht abgebildet) zu erleichtern.
Der Signal-Stopfen 32 weist eine Sackbohrung 44 auf, die nach dem inneren Ende des Stopfens 32 hin offen ist. Sobald er in die Öffnung 34 eingeführt ist, steht die Sackbohrung 44 mit dem zentralen Flüssigkeitsdurchgang 22 des Werkzeugs 16 in Verbindung. Die Sackbohrung 44 erstreckt sich bis zu einem Punkt in dem Stopfen 32, der außerhalb der Außenwand des Werkzeugs 16 liegt. Vorzugsweise erstreckt sich die Sackbohrung über die Schernut 40 in den Scherkopf 38 des Stopfens 32 hinaus. Auf diese Weise wird die Sackbohrung 44 beim Entfernen des Scherkopfes 38 geöffnet, wie im folgenden beschrieben wird.
Wie aus den Fig. 4-6 hervorgeht, umfaßt die erfindungsgemäße Signalvorrichtung 30 des weiteren einen Scherblock 46, der an der Ablenkkeilfläche 24 befestigt ist. Der Scherblock 46 ist in einer Position an der Ablenkkeilfläche 24 befestigt, an der der Signal- Stopfen 32 genau dann an den Scherblock 46 anschlägt, wenn der Fräser 16 durch die Bohrlochauskleidung 18 fräst. Die richtige Position kann leicht bestimmt werden, da die Dicke der Bohrlochauskleidung 18, die Größe des Fräsers 16 und die Neigung der Ablenkkeilfläche 24 sämtlich bekannt sind. Außerdem wird der Signal-Stopfen 32 vorzugsweise bohrlochabwärts der Fräserschneiden angeordnet, so daß der Stopfen 32 an den Scherblock 46 anschlägt, bevor der Fräser den Block 46 berührt.
Durch den Einsatz einer Signalvorrichtung 30 bei einer Ablenkvorrichtung 14 oder bei jeder beliebigen Mehrstufen- Werkzeugoperation, kann die relative Position eines ersten Werkzeugs, in diesem Falle des Fräsers 16, in Bezug zu einem zweiten Werkzeug, dem Ablenkkeil 14, einfach bestimmt werden, indem der Flüssigkeitsdruck im Bohrstrang 20 überwacht wird. Bohrflüssigkeit wird unter einem bekannten Druck durch die Innenbohrung 22 zugeführt, um verschiedene Werkzeuge bohrlochabwärts zu betreiben. Obwohl das Ende des Fräsers 16 offen ist, um den Austritt von Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung zu ermöglichen, erlaubt der begrenzte Durchmesser die Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes in der Bohrung 22. Sobald das Fräswerkzeug 16 vom Ablenkkeil 14 gelöst ist, wird der Bohrstrang 20 abgesenkt, um den Fräser 16 entlang der Ablenkkeilfläche 24 bohrlochabwärts in die Bohrlochauskleidung 18 zu bewegen. Wenn sich der Fräser 16 entlang der Ablenkkeilfläche 24 bewegt, schlägt der Signal-Stopfen 32 schließlich an den Scherblock 46 an. Beim Weiterlaufen des Werkzeugs bohrlochabwärts bewirkt die nach unten gerichtete Kraft, daß der Stopfen 32 gegen den Scherblock 46 drückt, bis der Scherkopf 38 des Stopfens 32 vom Hauptteil 36 abgeschert ist. Wenn eine Schernut 40 vorhanden ist, so schert der Kopf 38 an der Nut 40 ab.
In dem Moment, in dem der Kopf 38 abschert, wird die Sackbohrung 44 geöffnet und schafft so einen Flüssigkeitsdurchlaß von der Innenbohrung 22 zum Außenbereich des Werkzeugs. Da die Flüssigkeit in der Bohrung 22 druckbeaufschlagt ist, bewirkt die Schaffung eines Durchlasses einen meßbaren Druckabfall in der Bohrung 22, welcher an der Oberfläche festzustellen ist. Wenn der Bedienungsmann einen Druckabfall mißt, so ist dies das Zeichen, den Fräsvorgang einzustellen und das Werkzeug nach oben zu ziehen.
Die Signalvorrichtung 30 kann für aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge ausgewechselt und wiederverwendet werden. Der abgescherte Stopfen 32 kann entfernt werden, indem die Nuten 42 am Hauptteil 36 erfaßt werden und der Hauptteil in Drehung versetzt wird, um den Rest des Stopfens 32 auszuschrauben. Für weitere Arbeitsgänge kann ein neuer Stopfen 32 in die Öffnung 34 eingesetzt werden.

Claims (14)

1. Signalvorrichtung zum Einsatz in einem Bohrloch zur Bestimmung der relativen Position eines ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) in bezug auf ein zweites im Bohrloch befindlichen Werkzeug (14), wobei das erste im Bohrloch befindliche Werkzeug (16) einen Flüssigkeits- Längsdurchlaß (22) enthält, gekennzeichnet durch, einen Signal-Stopfen (32), welcher in einer Queröffnung (34) angeordnet ist, die in der Außenwand des ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) gebildet wird, wobei die Öffnung (34) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlaß (22) und dem Inneren der Bohrloch­ auskleidung (18) vorsieht und der Stopfen (32) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Durchlaß (22) und dem Inneren der Bohrlochauskleidung (18) verhindert, sowie Mittel zur selektiven Öffnung der Queröffnung (34), um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlaß (22) und dem Inneren der Bohrlochauskleidung (18) zu ermöglichen, wodurch ein an der Oberfläche meßbarer Flüssigkeits-Druck­ abfall im Flüssigkeitsdurchlaß (22) erzeugt wird, wobei die Öffnung (34) geöffnet wird, sobald das erste im Bohrloch befindliche Werkzeug (16) eine in bezug auf das zweite im Bohrloch befindliche Werkzeug (14) vorbestimmte Position erreicht hat.
2. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) eine zum Flüssigkeitsdurchlaß (22) hin offene Sackbohrung (44) umfaßt, welche sich über die Außenwand des ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) hinaus erstreckt.
3. Signalvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) auswechselbar in der Queröffnung (34) angebracht ist.
4. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) einen Scherkopf (38) umfaßt, welcher sich über die Außenwand des ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) hinaus erstreckt, und daß sich die Teilbohrung (44) in den Scherkopf (38) erstreckt.
5. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum selektiven Öffnen der Quer­ öffnung (34) einen Scherblock (46) umfaßt, welcher am zweiten im Bohrloch befindlichen Werkzeug (14) in einer vorbestimmten Position angebracht ist und an den Signal-Stopfen (32) anschlägt, um die Queröffnung (34) zu öffnen.
6. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherblock (46) den Kopf (38) des Signal-Stopfens (32) abschert, um die Teilbohrung (44) zur Ermöglichung der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssig­ keitsdurchlaß (22) und dem Inneren der Bohrlochauskleidung (18) zu öffnen und den Flüssigkeits-Druckabfall zu bewirken, und daß der Kopf (38) abgeschert wird, wenn das erste im Bohr­ loch befindliche Werkzeug (16) die vorbestimmte Position erreicht.
7. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) eine Schernut (40) in der Nähe des Scherkopfes (38) aufweist.
8. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste im Bohrloch befindliche Werkzeug ein Fräswerkzeug (16) ist.
9. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite im Bohrloch befindliche Werk­ zeug ein Ablenkkeil (14) ist, der eine Ablenkfläche (24) aufweist, und daß der Scherblock (46) an der Ablenkkeilfläche (24) angebracht ist.
10. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) in die Queröffnung (34) eingeschraubt ist und Schlüsselöffnungen (42) aufweist, um sein Entfernen und Einführen zu erleichtern.
11. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) am Fräs­ werkzeug (16) bohrlochabwärts von der Fräserfläche angeordnet ist.
12. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherblock (46) derart an der Ablenkfläche (24) angebracht ist, daß der Signalstopfen (32) an den Scherblock (46) anschlägt, bevor die Fräseroberfläche den Scherblock (46) angreift.
13. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkeil (14) einen Anker­ packer (12) besitzt, welcher einteilig mit ihm ausgebildet ist, um den Ablenkkeil (14) im Bohrloch festzusetzen.
14. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerkzeug (16) lösbar an das obere Ende des Ablenkkeils (14) angeschlossen ist, wodurch das Fräswerkzeug (16) und der Ablenkkeil (14) während eines einzigen Laufs in das Bohrloch gesenkt werden können.
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