DE60003076T2

DE60003076T2 - Setzen einer ringabdichtung

Info

Publication number: DE60003076T2
Application number: DE60003076T
Authority: DE
Inventors: Hubertus Heijnen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: EP1232325B1; CN1399704A; WO2001038690A8; CA2391435A1; OA12093A; US6390202B1; NO20022432D0; WO2001038690A1; EP1232325A1; AU766442B2; NO20022432L; MXPA02005119A; DE60003076D1; AU1524701A; EG22360A; RU2002116702A; BR0015755A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Setzen einer ringförmigen Dichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Setzen einer ringförmigen Dichtung in einem Bohrloch, das zur Gewinnung von Fluiden aus einer, Untergrundformation oder zum Speichern von Fluiden in einer Untergrundformation verwendet wird. Ein solches Bohrloch ist mit Bohrlochrohren in Form eines Auskleidungs¬ stranges oder eines Futters ausgekleidet. Insbesondere wird bei tiefen Bohrungen das Bohrloch in Stufen gebohrt, wobei jede Stufe mit einem Auskleidungsstrang ausgekleidet wird, der in das Bohrloch abgesenkt wird, und wobei der Innendurchmesser des Loches jeder folgenden Stufe kleiner als der Innendurchmesser der vorhergehenden Stufe(n) ist. Folglich hat der Auskleidungsstrang einer folgenden Stufe einen Außendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der vorhergehenden Stufe(n) ist.
Der Ringraum zwischen zwei Rohren wird Ringspiel genannt, und der Fachmann kann das Ringspiel, das unter den gegebenen Umständen erforderlich ist, wählen, um das nächste Rohr durch das vorhergehende Rohr bzw. die vorhergehenden Rohre abzusen¬ ken.
Der Ringraum zwischen der Außenfläche eines Auskleidungsstranges und der Innenfläche des Bohrloches wird normalerweise mit Zement gefüllt. Der Zement kann über die gesamte Länge der Auskleidung oder auch nur entlang des unteren Teiles der Auskleidung angeordnet werden.
Um ein Lecken zu verhindern, wird das obere Ende eines folgenden Rohres (das einen kleineren Außendurchmesser hat) in das untere Ende des vorhergehenden Rohres abgehängt (das einen größeren Innendurchmesser hat), so daß ein Überlappungsabschnitt geformt wird. Eine ringförmige Dichtung wird in dem Überlappungsabschnitt angeordnet.
Die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem US-Patent 5,467,822 bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfaßt ein geformtes, profiliertes Dichtungselement, das üblicherweise durch Hydraulikkraft axial zusammengedrückt und dadurch radial expandiert wird, um eine Dichtung in dem Ringraum zwischen zwei koaxialen Bohrlochrohren zu bilden.
Die europäische Patentanmeldung 0592160 offenbart ein Explosivsetzwerkzeug zum Setzen einer Vielzahl von tiefliegenden Vorrichtungen in einem Bohrloch.
Das US-Patent 5,887,660 offenbart eine Auskleidungs-Dichtungsanordnung mit einem bewegbaren Dichtungselement, das bewegt werden kann, um den Ringraum zwischen der Dichtung und einer äußeren Auskleidung abzudichten.
Die internationale Patentanmeldung WO 99/58809 offenbart ein Trennwerkzeug, das mit einem Ende eines festgefressenen Bohrlochrohres durch Finger gekuppelt werden kann, die durch einen Memory-Metallring betätigt werden.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht darin, daß sie nicht dazu geeignet sind, eine Dichtung in einen Ringraum zwischen dem Ende eines kleindurchmeßrigen Rohres und eines größerdurchmeßrigen Rohres rasch und auf verläßliche Weise sowie ohne Beschädigung der Dichtung einzubringen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Setzen der ringförmigen Dichtung zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Setzen einer ringförmigen Dichtung in einem Ringraum zwischen einem großdurchmeßrigen Rohr und einem kleindurchmeßrigen Rohr gebildet, das sich in das großdurchmeßrige Rohr hinein erstreckt, wobei die Vorrichtung einen Trägerblock aufweist, der zur Anordnung in einer Position in dem großdurchmeßrigen Rohr nahe dem Ringraum geeignet ist, wobei der Trägerblock mit einem Trägerring versehen ist, der relativ zum Trägerblock zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial bewegbar und so ausgebildet ist, daß er die ringförmige Dichtung axial in den Ringraum zwischen dem großdurchmeßrigen Rohr und einem Ende des kleindurchmeßrigen Rohres hinein bewegt, auf Grund einer Bewegung des Trägerringes aus der ersten in die zweite Position, wobei ferner eine Explosivladung vorgesehen ist, um den Trägerring aus der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, und Zündmittel zum wählbaren Detonieren der Explosivladung.
In der Beschreibung und den Ansprüchen wird der Ausdruck "großdurchmeßriges oberes Rohr" verwendet, um auf einen Abschnitt eines Rohres zu verweisen, der einen großen Innendurchmesser hat, und der Ausdruck "kleindurchmeßriges unteres Rohr" wird verwendet, um auf einen Abschnitt eines Rohres zu verweisen, das einen kleinen Außendurchmesser hat. Das Rohr kann jedes geeignete Bohrlochrohr sein, wie eine Auskleidung oder ein Futter.
Die Erfindung ist nicht nur in dem Überlappungsabschnitt anwendbar, sondern kann auch als zeitweilige Abdichtung verwendet werden, falls der folgende Auskleidungsstrang steckenbleibt.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt schematisch einen Längsschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung in zwei Positionen, einer ersten Position, in welcher die Vorrichtung in das Bohrloch abgesenkt wird (auf der linken Seite der Figur), und einer zweiten Position, in welcher die Dichtung gesetzt ist (rechte Seite der Figur).
Die Figur zeigt ein Bohrloch 1 in einer Erdformation 2. Das Bohrloch 1 ist mit einer großdurchmeßrigen oberen Auskleidung 3 und einer kleindurchmeßrigen unteren Auskleidung 4 ausgestattet. Der Ringraum zwischen der Bohrlochwand und den Auskleidungen 3 und 4 wird mit Zement 6 gefüllt. Ein Auskleidungshänger (nicht gezeigt) kann vorhanden sein, um die untere Auskleidung 4 abzuhängen.
Die Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen zylindrischen Zentralisierer 11 mit einem freien Ende 12 und einem gegenüberliegenden Ende 13. Das gegenüberliegende Ende 13 ist mit einer Abdeckung 14 versehen, mit welcher die Vorrichtung 1 am unteren Ende eines Rohrstranges (nicht gezeigt) befestigt werden kann, um die Vorrichtung 10 in die obere Auskleidung 3 abzusenken. Das Rohr kann ein Bohrstrang, eine Verrohrung oder eine Wendelverrohrung sein.
Die Vorrichtung 10 weist ferner einen Trägerblock 15 auf, der nahe dem gegenüberliegenden Ende 13 des zylindrischen Zentralisierers 11 angeordnet ist. Der Trägerblock 15 hat eine ringförmige Ausnehmung 17, die ein offenes Ende aufweist, welches dem freien Ende 12 des zylindrischen Zentralisierers 11 zugekehrt ist. Der Trägerblock ist zweckmäßig ein integraler Teil des zylindrischen Zentralisierers 11.
Zusätzlich weist die Vorrichtung 10 einen Trägerring 20 auf, der auf dem zylindrischen Zentralisierer 11 gleitverschieblich angeordnet ist. Der Trägerring 20 ist an einem Ende mit einem ringförmigen Vorsprung 21 versehen, der mit der ringförmigen Ausnehmung 17 in Eingriff gelangen kann, und am entgegengesetzten Ende mit einer ringförmigen Dichtung 25.
Er ist ferner mit einer Explosivladung 27 ausgestattet, die in der ringförmigen Ausnehmung 17 angeordnet ist. Die Explosivladung 27 hat einen geeigneten Zünder 29, wobei der Zünder 29 mit der Explosivladung über Detonations-Transferleitungen 30 in Verbindung steht. Der Zünder 29 wird mittels eines elektrischen Signals aktiviert, das von der Oberfläche der Vorrichtung 10 mittels eines Kabels 31 zugeleitet wird, welches Kabel 31 eine Öffnung in der Abdeckung 14 durchsetzt (nicht mit einem Bezugszeichen versehen).
Während des Normalbetriebes wird die Vorrichtung 10 am unteren Ende eines Rohrstranges (nicht gezeigt) in das Bohrloch auf die erforderliche tiefliegende Bohrlochposition abgesenkt, so daß das untere Ende der ringförmigen Dichtung 25 die Oberseite der kleindurchmeßrigen Auskleidung 4 berührt. Diese Position ist in der linken Seite der Figur gezeigt. Um die Dichtung zu setzen, wird ein elektrisches Signal durch das Kabel 31 gesandt, um den Zünder 29 zu betätigen. Das Betätigen des Zünders 29 verursacht eine Explosion der Explosivladung 27, und der Trägerring 20 wird nach unten getrieben, wobei er die Dichtung 25 in den Ringraum 32 zwischen der großdurchmeßrigen oberen Auskleidung 3 und der kleindurchmeßrigen unteren Auskleidung 4 drückt. Die Bewegung des Trägerringes 20 nach unten wird angehalten, wenn die untere Fläche 33 des Trägerringes in Berührung mit der oberen Fläche der kleindurchmeßrigen unteren Auskleidung 4 kommt. Dies ist jene Position, die in der rechten Seite der Figur gezeigt ist.
Zweckmäßig wird der zylindrische Zentralisierer 11 mit einer Vielzahl von Schlitzen 35 versehen, die nahe dem freien Ende und in regelmäßigen Intervallen entlang des Umfanges des zylindrischen Zentralisierers 11 angeordnet sind, um den Durchtritt von Fluiden zu gestatten.
Die ringförmige Dichtung 25 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, beispielsweise Hartgummi, einem Weichmetall oder einer Form-Memorylegierung.
Zweckmäßig ist der Innendurchmesser des Trägerringes 20 im wesentlichen gleich dem größten Außendurchmesser des zylindrischen Zentralisierers 11, so daß beim Zurückziehen der Vorrichtung 10 der ringförmige Dichtungsring 25 an seinem Platz bleibt.
Alternativ kann der Zünder 29 mit Hilfe einer Batterie und eines Uhrmechanismus (nicht gezeigt) oder durch ein Signal in Form eines Druckimpulses betätigt werden.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Bohrlochkopf oder im Verrohrungskopf eines Bohrloches verwendet werden.
Zweckmäßig besteht die ringförmige Dichtung aus einem Form- Memorymetall, und die Dichtung ist aus einer primären Form, in welcher die Dichtung eine relativ kleine Wandstärke hat, in eine sekundäre Form expandierbar, in welcher die Dichtung eine relativ große Wandstärke hat, nach einer Temperaturänderung der Dichtung über die Übergangstemperatur des Form-Memorymetalls.
Während der Installation der Dichtung im Ringraum in der vorstehend beschriebenen Weise befindet sich die Dichtung in ihrer primären (dünnen) Gestalt. Danach wird die Temperatur der Dichtung über die Übergangstemperatur geändert, so daß die Dichtung dazu tendiert, in die sekundäre (dicke) Gestalt zu expandieren. Da eine unbehinderte Expansion durch das Vorhandensein der beiden Rohre verhindert wird, wird ein Teil der Dichtungsexpansion zur Bildung von Druckspannungen zwischen der Dichtung und den beiden Rohren aufgewendet. Die Druckspannungen sichern eine adäquate Metall-Metall-Abdichtung zwischen den beiden Rohren.

Claims

1. Vorrichtung (10) zum Setzen einer ringförmigen Dichtung (25) in einem Ringraum (32), der zwischen einem großdurchmeßrigen Rohr (3) und einem kleindurchmeßrigen Rohr (4) gebildet ist, welches sich in das großdurchmeßrige Rohr hinein erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) einen Trägerblock (15) aufweist, der zur Anordnung in einer Position in dem bzw. den großdurchmeßrigen Rohr(en) nahe dem Ringraum (32) geeignet ist, wobei der Trägerblock mit einem Trägerring (20) versehen ist, der relativ zum Trägerblock (15) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position axial bewegbar und so ausgebildet ist, daß er die ringförmige Dichtung axial in den Ringraum (32) zwischen dem großdurchmeßrigen Rohr (3) und einem Ende des kleindurchmeßrigen Rohres (4) hinein bewegt, auf Grund einer Bewegung des Trägerringes (20) aus der ersten in die zweite Position, daß eine Explosivladung (27) vorgesehen ist, um den Trägerring (20) aus der ersten Position in die zweite Position desselben zu bewegen, und daß Zündmittel (29) zum wählbaren Detonieren der Explosivladung (27) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Trägerblock (15) mit einer ringförmigen Ausnehmung (17) und der Trägerring (20) mit einem ringförmigen Vorsprung (21) versehen ist, welcher mit der ringförmigen Ausnehmung (17) in Eingriff kommt, wenn sich der Trägerring in der ersten Position befindet, und wobei die Explosivladung in der ringförmigen Ausnehmung (17) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen zylindrischen Zentralisierer (11) aufweist, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des kleindurchmeßrigen Rohres (4) ist und der so angeordnet ist, daß er sich in das kleindurchmeßrige Rohr (49) erstreckt, wenn der Trägerblock (15) in der Position nahe dem Ringraum (32) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Zündmittel (29) in einem zentralen Teil des Trägerblockes (15) angeordnet sind, und bei welchem der Trägerblock (15) mit einer Vielzahl von Detonations-Transferleitungen (30) versehen ist, die eine Verbindung zwischen den Detonationsmitteln (29) und der Explosivladung (27) herstellen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, bei welcher die ringförmige Dichtung (25) aus einem Form-Memorymetall besteht, und bei welcher die Dichtung aus einer primären Gestalt, in welcher die Dichtung eine relativ kleine Wandstärke hat, in eine sekundäre Gestalt expandierbar ist, in welcher die Dichtung eine relativ große Wandstärke hat, nach einer Temperaturänderung der Dichtung (25) über die Übergangstemperatur des Form-Memorymetalls.