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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Mischen
von Fluids in einem Bohrloch, so daß die sich ergebende Mischung
verwendet werden kann, um eine Veränderung in einem Bohrlochwerkzeug
zu bewirken. Im einzelnen betrifft das Verfahren der vorliegenden
Erfindung das Setzen einer aufblasbaren Abdichtvorrichtung oder
eines Dichtungsstücks
an einer Stelle in einem Bohrloch und eine Vorrichtung oder Baugruppe,
die zum Ausführen
des Verfahrens verwendbar ist.
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Viele
Untertagevorrichtungen werden als Reaktion auf das Anwenden von
unter Druck gesetztem Fluid betätigt
oder betrieben. Beispiele dieser Vorrichtungen schließen hydraulische
gesetzte Dichtungsstücke
und Futterrohrgehänge,
hydraulische Abschnittszementiermuffen, druckbetätigte Kugelschußgerät-Schießköpfe und
aufblasbare Dichtungsstücke
ein. Bei allen diesen Vorrichtungen bewirkt das Anwenden eines unter
Druck gesetzten Fluids auf die Vorrichtung eine Veränderung
in der Vorrichtung. Hydraulisch gesetzte Dichtungsstücke und
Futterrohrgehänge
entfalten als Reaktion auf die richtige Anwendung von unter Druck
gesetztem Fluid Rohrklemmkeile und Dichtelemente. Abschnittszementiermuffen
verschieben sich innen, um so den Innendurchmesser des Bohrlochfutterrohrs
mit dem Außendurchmesser
dieses Futterrohrs zu verbinden. Kugelschußgerät-Schießköpfe zünden als Reaktion auf die Anwendung
eines unter Druck gesetzten Fluids eine Explosion im Schußgerät. Das gemeinsame Element
bei allen diesen Arten von Vorrichtungen ist, daß, wenn der Vorrichtung ein
unter Druck gesetztes Fluid zugeführt wird, diese Zufuhr eine
funktionelle Veränderung
an der Vorrichtung bewirkt. Aufblasbare Abdichtvorrichtungen, wie
beispielsweise Dichtungsstücke,
Stopfen, Bridge-Plugs und dergleichen, werden häufig bei Betrieb oder Wartung
von unterirdischen Bohrlöchern
verwendet. Diese aufblasbaren Abdichtvorrichtungen umfassen normalerweise
eine aufblasbare Elastomerblase, die konzentrisch um einen mittleren
Körperabschnitt,
wie beispielsweise eine Röhre
oder einen Dorn, angeordnet wird. Typischerweise wird konzentrisch
um die Blase eine Hülle
aus Verstärkungsleisten
oder – rippen
bereitgestellt, und ein dickwandiger Elastomer-Dichtungsüberzug wird
konzentrisch um wenigstens einen mittleren Abschnitt der Hülle angeordnet.
Solche aufblasbaren Abdichtvorrichtungen können in einem Bohrloch durch
die Verwendung eines Rohrstrangs oder einer elektrischen Drahtleitung
zum Tragen der Vorrichtung und zum Absenken der Vorrichtung zu einer
Stelle im Bohrloch entfaltet werden. Typischerweise wird die aufblasbare
Abdichtvorrichtung unten an einer Bohrloch-Pumpvorrichtung mit der
elektrischen Drahtleitung oder dem Rohrstrang verbunden. Eine Baugruppe
aus diesen Komponenten wird an einer Stelle unterhalb der Ausdehnung
des Steigrohrs abgesenkt.
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Ein
unter Druck stehendes Fluid kann vom Oberteil des Bohrlochs durch
eine Pumpleitung zur aufblasbaren Abdichtvorrichtung gepumpt werde.
Als Alternative dazu kann das Aufblasfluid (z.B. Frischwasser) in
die Nähe
der aufblasbaren Abdichtvorrichtung befördert und danach in das aufblasbare
Dichtungsstück
gepumpt werden. Nachdem die aufblasbare Dichtvorrichtung ausreichend
aufgeblasen ist, um das Bohrloch abzudichten, wird sie von der elektrischen
Drahtleitung oder dem Rohrstrang getrennt, und die elektrische Drahtleitung
oder der Rohrstrang wird aus dem Bohrloch zurückgeholt.
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US 5.582.251 offenbart eine
Vorrichtung mit zwei Behältern,
wobei der eine Zement enthält
und der andere Zementhärter
enthält.
Die Fluids aus den zwei Behältern
können
kombiniert werden, wenn die Vorrichtung in einem Bohrloch angeordnet
ist.
EP 0 722 037 offenbart
eine Vorrichtung zum Einspritzen von Zementhärter in Zement an einer Stelle
unter Tage.
US 3.538.330 offenbart
ein fluidaufblasbares Bohrloch-Radioaktivitätsmeßgerät. Bohrlochfluid wird mit einem
Fluid aus einer chemischen Zelle kombiniert und verwendet, um einen
Beutel zum Einschließen
einer Neutronenquelle zu füllen.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt,
wie es im angefügten
Anspruch 1 definiert wird. Weitere Aspekte und Ausführungsformen
der Erfindung werden in den anderen angefügten Ansprüchen definiert.
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Unter
mehreren Aufgaben der Erfindung ist es eine allgemeine Aufgabe der
Erfindung, eine verbesserte Bohrlochvorrichtung zum Aufblasen und/oder
Setzen einer aufblasbaren Abdichtvorrichtung oder eines Dichtungsstücks in einem
Bohrloch bereitzustellen. Es ist eine weitere allgemeine Aufgabe
der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Aufblasen und/oder
Setzen einer aufblasbaren Abdichtvorrichtung oder eines Dichtungsstücks in einem
Bohrloch bereitzustellen. Es ist noch eine weitere allgemeine Aufgabe
der Erfindung, ein Fluidzufuhrgehäuse, geeignet zur Verwendung
mit vorhandenen Bohrlochgeräten
und/oder -ausrüstungen,
bereitzustellen.
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Eine
Setzwerkzeugbaugruppe für
ein aufblasbares Dichtungsstück
nach einem Aspekt der Erfindung kann in ein unterirdisches Bohrloch
abgesenkt werden und betätigt
werden, um ein aufblasbares Dichtungsstück in demselben zu setzen.
Die Werkzeugbaugruppe umfaßt
ein Setzwerkzeug für ein
aufblasbares Dichtungsstück
und ein Fluidzufuhrgehäuse.
Das Setzwerkzeug wird lösbar
mit einem aufblasbaren Dichtungsstück verbunden und schließt eine
Pumpe ein, die in Fluidverbindung mit dem aufblasbaren Dichtungsstück steht
und zum Aufblasen des aufblasbaren Dichtungsstücks betätigt werden kann. Das Setzwerkzeug
kann eines einer Vielfalt von Setzwerkzeugen sein, die in der Industrie
kommerziell erhältlich
sind. In einem Aspekt der Erfindung wird wenigstens ein Fluidzufuhrgehäuse bereitgestellt,
das an eine solche Vielfalt von vorhandenen Setzwerkzeugen angepaßt oder
nachgerüstet
werden kann.
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Das
Fluidzufuhrgehäuse
wird mit dem Setzwerkzeug verbunden und schließt einen Aufblasfluid-Durchgang ein, der
einen Einlaß und
einen Auslaß hat,
der in Fluidverbindung mit einer Ansaugseite der Pumpe steht. Der
Einlaß steht
in Fluidverbindung mit einer Quelle des ersten Aufblasfluids, das
im Bohrloch vorhanden ist, wenn die Werkzeugbaugruppe in das Bohrloch
abgesenkt wird. Die erste Aufblasfluidquelle kann umgebendes Bohrlochfluid
sein oder kann ein von der Oberfläche abgesenktes Fluidvolumen
(z.B. abgeschöpftes
Fluid) sein (z.B. mit der Setzwerkzeugbaugruppe abgesenktes Frischwasser).
Vorzugsweise schließt
das Zufuhrgehäuse
ein Filtergehäuse
ein, durch welches das zweite Aufblasfluid hindurchgehen muß, bevor
es durch den Aufblasfluid-Durchgang hindurchgeht. Insbesondere hat das
Zufuhrgehäuse
eine Außenwand,
die einen Fluideinlaß (z.B.
eine Vielzahl von Öffnungen)
hat, der den Aufblasfluid-Durchgang in Fluidverbindung mit der Quelle
des ersten Aufblasfluids bringt.
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Das
Zufuhrgehäuse
schließt
ebenfalls (einen) Behälter
zum Enthalten eines zweiten Aufblasfluids (z.B. eines wasserlöslichen Öls) ein.
Vorzugsweise schließt
der Behälter
einen gefederten beweglichen Kolben ein, der es ermöglicht,
daß sich
das Volumen des zweiten Aufblasfluids im Behälter verändert (z.B. auf Grund einer
thermischen Ausdehnung des zweiten Aufblasfluids). Der Behälter hat
einen Auslaß,
der mit dem Aufblasfluid-Durchgang verbunden ist. Folglich kann
das Setzwerkzeug (d.h., die Pumpe) betätigt werden, um das erste und
das zweite Aufblasfluid aus dem Zufuhrgehäuse abzuziehen und um dem aufblasbaren
Dichtungsstück
eine Mischung des ersten und des zweiten Aufblasfluids zuzuführen, um
so das aufblasbare Dichtungsstück
aufzublasen. Der Fluiddurchgang kann so konfiguriert werden, daß er eine
vorher festgelegte Konzentration eines Aufblasfluids zu einem zweiten
Aufblasfluid hindurchleitet oder zuführt (z.B. 5 zu 1 oder 10 zu
1). Dies kann durch dementsprechendes Bemessen bestimmter Komponenten,
Einsetzen von einer oder mehreren Meßblende(n) und/oder Einsetzen
eines Venturi-Geräts
oder von anderen Fluidregeleinrichtungen (z.B. einer speziell angefertigten
Einspritzpumpe) getan werden.
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Nach
der Erfindung kann ein Zufuhrgehäuse an
einem vorhandenen Setzwerkzeug und/oder einer vorhandenen elektrischen
Drahtleitung nachgerüstet werden.
Bei einer Ausführungsform
schließt
das Zufuhrgehäuse
einen Adapter ein, der in Fluid- und/oder Elektroeingriff- oder
-verbindung mit einem Setzwerkzeug gebracht werden kann. Außerdem kann
das Zufuhrgehäuse
einen Abschnitt einer elektrischen Leitung einschließen, die
sich von einer Schnittstelle zwischen dem Zufuhrgehäuse und
der elektrischen Drahtleitung zu einer Schnittstelle zwischen dem
Zufuhrgehäuse
und dem Setzwerkzeug erstreckt. Bei dieser Ausführungsform kann die elektrische
Drahtleitung verwendet werden, um das Setzwerkzeug elektrisch anzuschließen oder
mit Energie zu versorgen.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung schließt ein Verfahren zum Setzen
einer aufblasbaren Abdichtvorrichtung in einem Bohrloch ein, zuerst ein
Setzwerkzeug lösbar
mit einem aufblasbaren Dichtungsstück zu verbinden (d.h., so,
daß eine Pumpe
des Setzwerkzeugs in Fluidverbindung mit dem aufblasbaren Dichtungsstück steht)
und ein Fluidzufuhrgehäuse
mit dem Setzwerkzeug zu verbinden, um eine Setzwerkzeugbaugruppe
zu bilden. Vorzugsweise wird ein Behälter des Zufuhrgehäuses mit
einem Aufblasfluid, wie beispielsweise einem wasserlöslichen Öl, versorgt.
Außerdem
kann die Setzwerkzeugbaugruppe strukturell und elektrisch mit einer
elektrischen Bohrlochdrahtleitung verbunden sein. Die elektrische
Drahtleitung kann danach verwendet werden, um die Setzwerkzeugbaugruppe in
das Bohrloch an eine Stelle abzusenken, in der ein zweites Aufblasfluid
vorhanden ist, und derart, daß die
Pumpe des Setzwerkzeugs in Fluidverbindung mit dem zweiten Aufblasfluid
steht. Danach wird die Pumpe betätigt,
um das erste und das zweite Aufblasfluid abzuziehen und um dem aufblasbaren
Dichtungsstück
eine Mischung des ersten Aufblasfluids und des zweiten Aufblasfluids
zuzuführen
und dadurch das aufblasbare Dichtungsstück aufzublasen. Vorzugsweise
schließt
das Verfahren den Schritt ein, das erste Aufblasfluid und das zweite
Aufblasfluid zu mischen, um eine vorher festgelegte Mischung zu
erzeugen, und wobei der Schritt des Betätigens der Pumpe dem Dichtungsstück ein Volumen
der Mischung zuführt,
um das Dichtungsstück
mit derselben aufzublasen. Nach dem Betätigen der Pumpe kann das aufblasbare
Dichtungsstück
vom Setzwerkzeug gelöst
werden, und das Setzwerkzeug und das Zufuhrgehäuse können aus dem Bohrloch gehoben werden.
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Bei
einer Anwendung besteht die Mischung aus wenigstens fünf Teilen
Bohrlochfluid (z.B. Sole, Wasser, Kondensat usw.) zu einem Teil
wasserlöslichen Öls. Als
Alternative dazu kann die Mischung aus einem ersten Aufblasfluid
mit einem verhältnismäßig hohen
thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten, aber verhältnismäßig guten
Lubrizitätseigenschaften,
und einem zweiten Aufblasfluid mit einem verhältnismäßig niedrigen thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten,
aber verhältnismäßig schlechten Lubrizitätseigenschaften, zusammengesetzt
sein. Die sich ergebende Mischung ist ein verbessertes Aufblasfluid,
das die Leistungsfähigkeit, die
längere
Lebensdauer von Komponenten und die Zuverlässigkeit fördert.
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Es
werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 ein
Aufriß einer
Setzwerkzeugbaugruppe für
ein aufblasbares Dichtungsstück
nach der Erfindung ist,
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2 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie 2 – 2
von 1 ist,
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3A bis 3D Längsschnitte
der Setzwerkzeugbaugruppe für
ein auflblasbares Dichtungsstück
längs der
Linie 3 – 3
von 2 sind,
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4 eine
schematische Illustration der Setzwerkzeugbaugruppe für ein aufblasbares
Dichtungsstück
ist; und
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5A bis 5D Aufrisse
eines Bohrlochs sind, die ein Verfahren zum Setzen eines aufblasbaren
Dichtungsstücks
unter Verwendung der Setzwerkzeugbaugruppe für ein aufblasbares Dichtungsstück sind.
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1 bis 4 bilden
eine Bohrlochvorrichtung 11 und spezifische Komponenten
der Bohrlochvorrichtung 11 ab, die jeweils die Erfindung
umsetzen. Wird zuerst Bezug auf die schematische Illustration von 4 genommen,
ist die Bohrlochvorrichtung 11 eine Setzwerkzeugbaugruppe 11 für ein aufblasbares
Dichtungsstück,
die insbesondere beim Absenken einer aufblasbaren Abdichtvorrichtung oder
eines Dichtungsstücks 17 zu
einer Stelle im Bohrloch, zum Aufblasen des aufblasbaren Dichtungsstücks 17 mit
einem Aufblasfluid und danach zum Setzen des aufblasbaren Dichtungsstücks 17 in demselben
verwendet werden kann.
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Für die Zwecke
der Beschreibung der in den Zeichnungen abgebildeten Werkzeugbaugruppe 11 und
Komponenten der Werkzeugbaugruppe 11 wird erwähnt, daß sie ein
oberes oder aufwärts
gelegenes Ende und ein unteres oder abwärts gelegenes Ende haben. Das
obere oder aufwärts
gelegene Ende bezieht sich üblicherweise
auf das der Oberfläche
eines Bohrlochs nächste
Ende, wenn sich die Werkzeugbaugruppe 11 oder die Komponente
der Werkzeugbaugruppe 11 im Bohrloch befinden. Das untere
oder abwärts
gelegene Ende bezieht sich üblicherweise auf
das den aufwärts
gelegenen Ende entgegengesetzte und am weitesten von der Oberfläche des Bohrlochs
entfernte Ende.
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Die
Werkzeugbaugruppe 11 schließt eine Fluidzufuhruntergruppe 81 mit
einem Fluidgehäuse 13 ein,
das an einem aufwärts
gelegenen Ende mit einer elektrischen Bohrlochdrahtleitung 53 verbunden
werden kann. Die Verbindung wird vorzugsweise unter Verwendung eines
herkömmlichen
durchschaltbaren Schnittstellengeräts oder Drahtleitunganschlußmittels 55 und
einer Tropfenmuffe 99 hergestellt. Folglich ist die Setzwerkzeugbaugruppe 11 zur Verwendung
mit vorhandenen elektrischen Drahtleitungsinstallationen geeignet
und kann insbesondere an solchen vorhandenen Installationen nachgerüstet werden.
An einem abwärts
gelegenen Ende kann das Fluidgehäuse 13 an
ein Setzwerkzeug 15 für
ein aufblasbares Dichtungsstück
angeschlossen werden. Außerdem
wird das Setzwerkzeug 15 ablösbar mit einem aufblasbaren
Dichtungsstück 17 verbunden.
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Es
wird sich verstehen, daß die
Werkzeugbaugruppe 11 der Erfindung mit einer Vielfalt von
auf dem Gebiet bekannten herkömmlichen
Abdichtvorrichtungen verwendet werden kann, einschließlich solcher
Vorrichtungen, die allgemein als Dichtungsstücke, Stopfen, Bridge-Plugs
und dergleichen bekannt sind, aber nicht darauf beschränkt. Im
Folgenden sollen die Begriffe „Dichtungsstück" und „Abdichtvorrichtung" ein beliebiges solcher
Dichtungsstücke,
Stopfen, Bridge-Plugs und anderer aufblasbarer Abdichtvorrichtungen
bedeuten.
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Das
in den Zeichnungen abgebildete Setzwerkzeug 15 ist ein
Elektropumpen-Direktantriebssetzwerkzeug 15,
das gegenwärtig
auf dem Markt erhältlich
ist. Das Setzwerkzeug 15 schließt ein vorzugsweise metallisches
Werkzeuggehäuse 31 ein, das
in demselben eine Verdrängerpumpe 23 und
einen Elektromotor 21 (siehe z.B. 4) enthält. Das Werkzeuggehäuse 31 enthält ebenfalls
ein Motorsteuergerät
und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten, Geräten und
Ausrüstungen.
Diese Komponenten werden im Schema von 4 gemeinsam mit
der Bezugszahl 19 bezeichnet. Die elektrischen Komponenten 19 werden über eine
Leitung 53a, die sich von der elektrischen Drahtleitung 53 durch
die Muffe 99 und das Zufuhrgehäuse 13 und in das Werkzeuggehäuse 31 erstreckt,
elektrisch betrieben oder anderweitig mit der elektrischen Drahtleitung 53 verbunden.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann die Setzwerkzeugbaugruppe 11 mit einer herkömmlichen
Slickline-Pumpe, vorzugsweise in Verbindung mit einem Druckverstärker, versehen
werden. Eine solche Baugruppe ist allgemein bekannt und kann durch
einen Fachmann auf dem Gebiet nach dem Betrachten der Zeichnungen
und Lesen der hierin bereitgestellten Beschreibung leicht mit der
vorliegenden Erfindung verbunden werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 hat die Pumpe 23 eine
Pumpenansaugung oder einen Einlaß 33, vorzugsweise
ausgestattet mit einer Siebvorrichtung oder einem Filter (nicht
gezeigt) und einen Pumpenaustritt oder Auslaß 27. Ein Einlaß-Fluiddurchgang 25 wird
im Werkzeuggehäuse 31 gebildet
und erstreckt sich vom aufwärts
gelegenen Ende des Werkzeuggehäuses 31 bis
zum Pumpeneinlaß 33.
Bei einigen Ausführungsformen
wird der Fluiddurchgang 25 so geformt, daß er eine
kurvige Fluidbahn bereitstellt, der förderlich für das Mischen eines durch denselben
strömenden
Fluids ist. Auf der Auslaßseite
der Pumpe 23 wird ein Auslaßdurchgang 35 bereitgestellt,
der sich vom Pumpenauslaß 27 bis
zum abwärts
gelegenen Ende des Werkzeuggehäuses 31 erstreckt.
Wie in 4 gezeigt, ist im Auslaßdurchgang 35 vorzugsweise
ein Rückschlagventil 37 eingebaut,
um ein Zurückströmen zu verhindern.
Das Werkzeuggehäuse 31 wird
ablösbar
an einem Dichtungsstückgehäuse 39 für das aufblasbare
Dichtungsstück 17 befestigt,
auf eine Weise, durch die der Auslaßdurchgang 35 in Fluidverbindung
mit dem Innern des aufblasbaren Dichtungsstücks 17 steht. Außerdem ist
die Verbindungsschnittstelle zwischen dem aufblasbaren Dichtungsstück 17 und
dem Auslaßdurchgang 35 mit
einem druckempfindlichen Mittel (z.B. Abscherbolzen) versehen, was
das Ablösen oder
Freigeben des Werkzeuggehäuses 31 vom Dichtungsstückgehäuse 39 ermöglicht,
wenn das aufblasbare Dichtungsstück 17 ausreichend
aufgeblasen ist, um das Bohrloch 51 abzudichten oder um anderweitig
seine beabsichtigte Funktion auszuführen.
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Wie
am besten in 3A und 3B gezeigt,
kann das Zufuhrgehäuse 13 der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines gewöhnlichen
Adapters oder einer Drahtleitungsanschlußvorrichtung 55 strukturell
und elektrisch mit der elektrischen Drahtleitung 53 verbunden
werden. Unter besonderer Bezugnahme auf 3B kann
die Leitung 53a von der elektrischen Drahtleitung 53 in
das Zufuhrgehäuse 13 gezogen
oder verlegt werden. Auf diese Weise kann das Zufuhrgehäuse 13 der
vorliegenden Erfindung für
eine Verwendung mit einer Vielfalt von vorhandenen Konstruktionen
elektrischer Drahtleitungen angepaßt werden. Es sollte jedoch
bemerkt werden, daß die
Setzwerkzeugbaugruppe 11 der Erfindung für ein aufblasbares
Dichtungsstück
außerdem
für die
Verwendung mit anderen Absenk- oder Tragmitteln, wie beispielsweise
einem Tailpipe- und Verrohrungsstrang, wie im US-Patent Nr. 5.718.292 (hiermit
als Referenz einbezogen) beschrieben, geeignet ist. Die Modifikationen
an der Werkzeugbaugruppe 11 und insbesondere am Zufuhrgehäuse 13, um
das erfindungsgemäße Zufuhrgehäuse 13 an
einer solchen vorhandenen Struktur nachzurüsten, werden einem Fachmann
auf dem Gebiet nach dem Lesen der Beschreibung und dem Betrachten
der Zeichnungen offensichtlich sein.
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Wie
am besten durch 3C und 3D gezeigt,
kann das Fluidgehäuse 13 strukturell,
elektrisch und fluidbezogen am abwärts gelegenen Ende mit dem
Werkzeuggehäuse 31 verbunden
werden. Strukturell wird das abwärts
gelegene Ende des Fluidgehäuses 13 durch
einen Adapter 41 bereitgestellt, der so konfiguriert wird,
daß er
das aufwärts
gelegene Ende des Werkzeuggehäuses 31 dichtend
in Eingriff nimmt und über
eine Vielzahl von Gewindeschrauben 57 (oder anderen herkömmlichen
Befestigungselementen) ablösbar
an demselben befestigt werden kann. Außerdem wird die Schaltkreis 53a durch
einen Durchgang oder Elektrokanal 83 geführt, der
sich vom Zufuhrgehäuse 13 in
das Werkzeuggehäuse 31 erstreckt.
Folglich wird in einem Aspekt der Erfindung ein Zufuhrgehäuse 13 bereitgestellt,
das an oder mit einem vorhandenen herkömmlichen Werkzeuggehäuse (wie
beispielsweise dem in den Zeichnungen abgebildeten Werkzeuggehäuse 31) und
ebenfalls mit einer vorhandenen elektrischen Drahtleitung (wie beispielsweise
der in den Zeichnungen abgebildeten elektrischen Drahtleitung 53) nachgerüstet werden
kann. In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Zufuhrgehäuse 13 bereitgestellt,
das strukturell, elektrisch und fluidbezogen für eine Verwendung mit einer
vorhandenen elektrischen Drahtleitung und/oder einem Setzwerkzeug
angepaßt
werden kann und, allgemeiner, an eine vorhandene Setzwerkzeugbaugruppe
angepaßt
werden kann.
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Das
Zufuhrgehäuse 13 ist
vorzugsweise wenigstens ein zylindrisches metallisches Gehäuse, das
neben anderen Komponenten, wenigstens einen zylindrischen Behälter 45,
der sich wesentlich über die
Länge des
Gehäuses 13 erstreckt,
und wenigstens ein zylindrisches Filtergehäuse 43 enthält, konzentrisch
um den zylindrischen Behälter 45 angebracht
und mit Zwischenraum in Radialrichtung nach außen von demselben angeordnet.
Der Behälter 45 hat
ein aufwärts
gelegenes Ende oder eine Öffnung, die
durch einen beweglichen Kolben 47 abgedichtet wird. Der
Kolben 47 wird durch einen Federmechanismus 49 mit
einem unbeweglich am Gehäuse 13 befestigten
Ende und einem am Kolben 47 befestigten losen Ende in Längsrichtung
vorgespannt. Das abwärts
gelegene Ende des Behälters 45 wird
durch den Adapter 41 verschlossen, mit Ausnahme eines Behälterauslasses 61,
der sich in einen in Längsrichtung
verlaufenden Fluiddurchgang 63 öffnet. Wie am besten in 3C gezeigt,
wird der Fluiddurchgang 63 mittig durch den Adapter 41 geformt
und schließt eine
herkömmliche
Meßblende 65 ein,
stromabwärts angeordnet
gleich nach dem Behälterauslaß 61.
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Das
Filtergehäuse 43 erstreckt
sich wesentlich über
die Länge
des Behälters 45 und
trägt ein
Filtersieb 69, das, wenigstens in einer Ausführungsform,
eine Perforierungsgrößenspezifikation
von 100 mesh hat. Im Ergebnis dessen, daß der Behälter 45 und das Filtergehäuse 43 mit
Zwischenraum in Radialrichtung zueinander angeordnet sind, wird
zwischen denselben ein kreisförmiger
Bohrlochfluid-Durchgang 67 gebildet.
Vorzugsweise wird das Filtergehäuse 43 ebenfalls
mit Zwischenraum in Radialrichtung nach innen von einer Innenwand 13a des Fluidgehäuses 13 angeordnet,
wodurch ein zylindrischer Fluidschacht 71, angeordnet zwischen
dem Filtergehäuse 43 und
dem Fluidgehäuse 13,
geschaffen wird. Wie am besten in 3B gezeigt,
ist die Innenwand 13a mit einer Vielzahl von Öffnungen
oder Bohrlocheinlässen 73 ausgestattet,
die über
den Fluidschacht 71 in Fluidverbindung mit dem Filtergehäuse 43 stehen.
Wenn die Werkzeugbaugruppe 11 im Bohrloch 51 angeordnet
wird, wird ermöglicht,
daß Bohrlochfluid 101 vom
Bohrloch 51 durch die Einlässe 73 nach innen
strömt,
um so den Fluidschacht 71 zu füllen. Vom Fluidschacht 71 kann
das Bohrlochfluid durch das Filtersieb 69 und in den kreisförmigen Bohrlochfluid-Durchgang 67 hindurchgehen.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 3B und 3C erstreckt
sich der kreisförmige
Bohrlochfluid-Durchgang 67 in
Längsrichtung
zum Adapter 41 hin. Der Adapter 41 wird (nach
Notwendigkeit) mit einer Vielzahl von Aufblasfluid-Durchgängen 75 geformt,
die offen mit dem kreisförmigen
Bohrlochfluid-Durchgang 67 in
Verbindung stehen (siehe auch die Querschnittsansicht von 2).
Es sollte bemerkt werden, daß bei
einigen Anwendungen ein einzelner Aufblasfluid-Durchgang 75 angemessen
funktionieren kann. Wie am besten in 3C gezeigt,
ist jeder der Fluiddurchgänge 67 oder 75 vorzugsweise mit
einem Rückschlagventil 85 ausgestattet.
Das Rückschlagventil 85 verhindert
ein Zurückströmen aus
dem Aufblasfluid-Durchgang 75 in den kreisförmigen Bohrlochfluid-Durchgang 67.
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Bei
der in den Zeichnungen abgebildeten Ausführungsform wird im Aufblasfluid-Durchgang 75 stromabwärts vom
Rückschlagventil 85 ein
Venturi-Gerät 79 installiert.
Das Venturi-Gerät 79 wird
derart angeordnet, daß es
eine Ansaugöffnung 79a in Fluidverbindung
mit dem Fluiddurchgang 63 hat und folglich betätigt werden
kann, um ein Behälterfluid 103 aus
dem Behälter 45 abzuziehen.
Im einzelnen kann die Pumpe 23 des Setzwerkzeugs 15 betätigt werden,
um einen Sog vom Einlaßdurchgang 25 abzuziehen,
der in Fluidverbindung mit dem Aufblasfluid-Durchgang 75 steht,
und um Bohrlochfluid 101 vom Bohrlochfluid-Durchgang 67 abzuziehen.
Beim Durchleiten von Fluid durch das Venturi-Gerät 79 wird an der Ansaugöffnung 79a ein
Sog erzeugt, um Behälterfluid 103 aus
dem Behälter 45 abzuziehen und
um dieses Behälterfluid 103 in
den Durchflußstrom
von Bohrlochfluid 101 einzuleiten. Der sich ergebende Durchflußstrom besteht
aus einer Mischung 105 des Bohrlochfluids 101 und
des Behälterfluids. Nach
Notwendigkeit kann eine kurvige Fluidbahn für den Aufblasfluid-Durchgang 75 und/oder
den Pumpeneinlaß-Fluiddurchgang 25 bereitgestellt
werden, um so das Mischen zwischen dem Bohrlochfluid 101 und
dem Behälterfluid 103 weiter
zu fördern
und zu verbessern.
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Es
sollte bemerkt werden, daß es
bei alternativen Ausführungsformen
nicht notwendig sein mag, den Aufblasfluid-Dwchgang 75 mit
einem Venturi-Gerät
zu versehen. Die Fluiddurchgänge 67, 75, 63 und 25 und
die Pumpe 23 können
so bemessen und konfiguriert sein, daß eine einfache „T"-Verbindung zwischen
dem Fluiddurchgang 63 und dem Fluiddurchgang 75 angemessen
sein wird, um einen Behälterfluidstrom
abzuziehen oder zu hebern. Weiterhin kann bei alternativen Ausführungsformen
die Verbindung zwischen dem Fluiddurchgang 63 und dem Fluiddurchgang 75 anderswo
in dem Zufuhrgehäuse 13 und/oder
dem Werkzeuggehäuse 31 angeordnet sein.
Die Anmelder bemerken jedoch, daß der Einbau des Venturi-Geräts 79 das
gewünschte
Mischen und Durchströmen
der Fluids vorteilhaft fördert.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Setzwerkzeugbaugruppe 11 konfiguriert
und wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine Aufblasfluidmischung 105 aus
Bohrlochfluid 101 und Behälterfluid 103 einzusetzen,
die (bei einem Verfahren zum Aufblasen und/oder Setzen eines aufblasbaren
Dichtungsstücks)
bedeutend besser funktioniert als Fluids nach dem Stand der Technik
(z.B. Formationsöl,
Kondensat, Frischwasser), eingesetzt als Aufblasfluids.
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Im
einzelnen kann eine Aufblasfluidmischung gewählt werden, die thermische
Eigenschaften besitzt, die zum Beispiel bei aufblasbaren Dichtungsstücken vorteilhaft
sein können,
die zu Einpreß- oder
Aufbereitungszwecken verwendet werden. Darüber hinaus können während der
Förderung
die heißeren
Temperaturen der Bohrlochfluids in den hervorgerufenen Zonen unterhalb
des Dichtungsstücks bewirken,
daß das
Volumen des Aufblasfluids im Dichtungsstück zunimmt, wodurch die Möglichkeit
eines endgültigen
Ausfalls (z.B. durch Bersten des Dichtungsstücks) gesteigert wird. Bei diesen
und anderen verbreiteten Anwendungen ist die Setzwerkzeugbaugruppe
einer beträchtlichen
Temperaturdifferenz ausgesetzt, zwischen dem Zeitpunkt, zu dem sie
anfangs in das Bohrloch abgesenkt wird, und wenn sie zum Beispiel
mit dem Bohrlochumfeld an der Stelle des Dichtungsstücks ein
thermisches Gleichgewicht erreicht. Falls das Aufblasfluid mit der Setzwerkzeugbaugruppe
transportiert wird, muß das Fassungsvermögen der
Setzwerkzeugbaugruppe ausreichend sein, um sich der sich ergebenden
Volumenausdehnung des Aufblasfluids anzupassen. Da einige Hochleistungsfluids
einen verhältnismäßig hohen
thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten haben, kann die Größe (z.B.
die Länge)
der Werkzeugbaugruppe sehr lang sein und Schwierigkeiten beim Handhaben
bieten. Falls umgekehrt ein kühleres
Aufbereitungsfluid bei Umgebungstemperatur von der Oberfläche zur
Stelle der Setzwerkzeugbaugruppe oder des Dichtungsstücks gepumpt
wird, kann bewirkt werden, daß die
Temperatur des Dichtungsstücks
beträchtlich
abfällt.
Falls die Temperaturverringerung bedeutend ist, gibt es eine Möglichkeit, daß das Öl/Kondensat
im Dichtungsstück
im Volumen schrumpft, wodurch der Aufblasdruck verringert und möglicherweise
ein Dichtungsstückausfall
verursacht wird.
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Bei
einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein reines
Zweikomponenten-Aufblasfluid
mit verbesserten Eigenschaften, die bei der Verwendung aufblasbarer
Dichtungsstücke
vorteilhaft sind, bereitgestellt. Im einzelnen kann ein Aufblasfluid
bereitgestellt werden, das einen verhältnismäßig niedrigen thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten
hat, während
es eine ausreichende Lubrizität zum
Pumpen hat. Bei einem Verfahren der Erfindung wird der Behälter 45 anfangs
mit einem konzentrierten wasserlöslichen Öl („WS-Öl") gefüllt. Wenn
das WS-Öl 103 mit
Frischwasser oder Formationswasser gemischt wird, ist die sich ergebende
Mischung ein Aufblasfluid 105, das eine dem Pumpen förderliche Lubrizität hat und
einen verringerten thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten hat.
Bei einer Ausführungsform
wird ein konzentriertes WS-Öl 103 in einem
Verhältnis
von 1 Teil WS-Öl
mit 10 Teilen Bohrlochfluid 101 gemischt. Die Anmelder
bemerken, daß ein
solches verringertes Volumen an Behälterfluid 103 das
vorteilhafte Ergebnis eines Behälters
mit einem Volumen bietet, das um einen Faktor von 10 (gegenüber Behältern des
Stands der Technik) verringert ist. Zum Beispiel ist ein 10-Fuß-Behälter angemessen
beim Mischen von 5 Gallonen Aufblasfluid (typisches Volumen für ein aufblasbares
2–1/8"-Dichtungsstück in 7"-Futterrohr). Es
sollte außerdem
bemerkt werden, daß die
vorliegende Erfindung einen Behälter 45 bereitstellt,
der sich vorteilhafterweise im Volumen ausdehnt, wenn die Temperatur
des Behälterfluids
zunimmt. Dieses Merkmal wird durch das Bereitstellen eines beweglichen
Kolbens 47 möglich gemacht,
der bei einer Zunahme des Drucks innerhalb des Behälters 45 (z.B.
auf Grund einer thermischen Ausdehnung) gegen den Federmechanismus 49 nach
oben bewegt werden kann.
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Bei
einem Verfahren nach der Erfindung wird die Bohrlochpumpe 23 betätigt, um
eine Aufblasfluidmischung 105, die vorzugsweise aus etwa
fünf bis fünfzehn Teilen
Bohrlochfluid 101 auf je ein Teil Behälterfluid 103 und
bei einigen Anwendungen insbesondere etwa zehn Teilen Bohrlochfluid 101 auf je
ein Teil Behälterfluid 103 besteht,
abzuziehen. Selbstverständlich
kann die Mischung durch einfaches Einstellen der Meßblende 65 und/oder
Einstellen der Größe der Fluiddurchgänge 63, 67 und/oder
des Venturi-Geräts 79 eingestellt
werden. Als Alternative dazu kann eine Einspritzpumpe in Fluidverbindung
mit dem Fluiddurchgang 63 bereitgestellt und positioniert werden,
um wirklich genaue Mengen an Aufblasfluid 103 aus dem Behälter 45 abzuziehen.
Es sollte ebenfalls bemerkt werden, daß das Bohrlochfluid 101 vor dem
Eintritt in die Fluiddurchgänge 67 durch
das Filtersieb 69 gefiltert wird, um die Qualität des Aufblasfluids
zu sichern und um die Komponenten der Setzwerkzeugbaugruppe 11 weiter
zu schützen.
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Die
Anmelder erwägen
wasserlösliche
Fluids als geeignete Aufblasfluids. Es sollte bemerkt werden, daß die Anmelder
in einem Labor die Verwendung von wasserlöslichen Ölen erprobt haben und herausgefunden
haben, daß sie
vorteilhaft zur Verwendung mit Gummierzeugnissen bei erhöhter Temperatur
zusammenpassen. Die Anmelder haben diese Fluids ebenfalls erfolgreich
in einer Mischung mit Wasser zur Verwendung mit einer Setzpumpenbaugruppe
und einem aufblasbaren Stopfen bei erhöhten Temperaturen erprobt.
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Im
einzelnen haben die Anmelder herausgefunden, daß das erfindungsgemäße Aufblasfluid
vorteilhafter ist als Frischwasser als Aufblasfluid. Da Frischwasser
einen verhältnismäßig niedrigen
thermischen Volumenausdehnungskoeffizienten hat, bietet es nicht
die mit der Verwendung von Fluids wie Öl verbundenen Schwierigkeiten.
Auf Grund unerwünschter
Lubrizitätseigenschaften
ist es jedoch außerdem
nicht gut zum Pumpen geeignet. Im Ergebnis dessen kann die Verwendung
von Frischwasser als Aufblasfluid die Leistungsfähigkeit des Systems herabsetzen
und die zu erwartende Lebensdauer der Pumpe verkürzen. Die Anmelder haben ebenfalls
herausgefunden, daß das
erfindungsgemäße Aufblasfluid
eine Verbesserung gegenüber
unvermischten Bohrlochfluids (z.B. Fluids, die Sole, Kondensat, Säuren, Öl, Sand,
Komplettierungsfluids enthalten) ist.
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Um
die Anwendung der vorliegenden Erfindung weiter zu klären, werden 5A bis 5D bereitgestellt,
um ein Verfahren zum Positionieren und Setzen eines aufblasbaren
Dichtungsstücks 17 nach
der Erfindung zu illustrieren. Die Setzwerkzeugbaugruppe 11 für ein aufblasbares
Dichtungsstück wird
mit einer elektrischen Drahtleitung 53 verbunden und hat
einen Durchmesser, der geringer ist als der des Bohrlochs 51 und
eines Steigrohrs 91 innerhalb des Bohrlochs 51.
Vor dem Eintritt in das Bohrloch 51 wird der Behälter 45 der
Setzwerkzeugbaugruppe 11 für ein aufblasbares Dichtungsstück mit einem
Volumen eines Behälterfluids 103,
wie beispielsweise WS-Öl,
gefüllt.
Die Menge an Behälterfluid 103 wird im
Hinblick auf die Menge des insgesamt zum Aufblasen des aufblasbaren
Dichtungsstücks 17 erforderlichen
Fluids und das gewünschte
Mischungsverhältnis
gewählt,
aber auch unter Berücksichtigung
der zu erwartenden Volumenausdehnung des Behälterfluids 103 als
Reaktion auf die erhöhten
Temperaturen im Zielbohrlochumfeld. Unter Bezugnahme auf 5A wird
die Setzwerkzeugbaugruppe 11 für ein aufblasbares Dichtungsstück danach
unter Verwendung der elektrischen Drahtleitung 53 in das
Bohrloch 51 hinab und typischerweise bis zu einer Stelle
oder Tiefe unterhalb des Steigrohrs 91 abgesenkt. Wie auf
dem Gebiet bekannt ist, kann die Werkzeugbaugruppe 11 durch
die Verwendung eines in die Werkzeugbaugruppe 11 eingebauten
Tiefenmeßgeräts 93 genau im
Bohrloch 51 angeordnet oder positioniert werden.
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Nachdem
die Werkzeugbaugruppe 11 in der gewünschten Tiefe angeordnet ist,
wird dann die Pumpe 23 durch die elektrische Drahtleitung 53 (i. Orig.
hier: 51. Anm. d. Ü.)
(siehe 5B) unter Strom gesetzt. Das
Betätigen
der Pumpe 23 zieht eine vorher festgelegte Mischung 105 aus
dem Behälterfluid 103 und
dem Bohrlochfluid 101 ab und befördert die Mischung 105 über den
Pumpenauslaßdurchgang 35 in
das aufblasbare Dichtungsstück 17.
Nach dem angemessenen Aufblasen des aufblasbaren Dichtungsstücks 17 und
dem Erreichen eines vorher festgelegten Drucks dient die Pumpenergie
zum Lösen
des Setzwerkzeugs 15 von nunmehr aufgeblasenen Dichtungsstück 17 (d.h.,
durch einen Abscherbolzen). Unter Bezugnahme auf 5C werden
danach das Setzwerkzeug 15 und das Fluidgehäuse 81 durch
Heben der elektrischen Drahtleitung 53 zurück zur Oberfläche geborgen.
Bei einigen Anwendungen wird, wie in 5D illustriert,
durch Gießen
einer Schicht 95 aus Zement oder einem anderen harttrocknenden
Material oberhalb des aufgeblasenen Dichtungsstücks 17 der Abschnitt
des Bohrlochs 51 unterhalb des aufgeblasenen Dichtungsstücks 17 abgedichtet.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu einem Behälter 45 mit
WS-Öl 103 ein
zweites Fluidzufuhrgehäuse
oder ein zweiter Behälter
bereitgestellt werden, um ein Aufblasfluid, wie beispielsweise Frischwasser,
zuzuführen.
Dieses Aufblasfluid, d.h., Frischwasser, kann in einem zweiten Behälter des
Fluidzufuhrgehäuses 81 oder
in einem gesonderten Fluidzufuhrgehäuse bereitgestellt werden.
Der zweite Behälter
oder das zweite Gehäuse
kann von der Oberfläche
in das Bohrloch abgesenkt werden, mag aber bis zum Beginn des Aufblas-
und Setzverfahrens nicht mit dem WS-Öl
gemischt werden. Dies ist besonders wünschenswert, wenn das eine
Aufblasfluid als Katalysator wirkt, wenn es mit dem anderen Aufblasfluid gemischt
wird, und die sich ergebende Reaktion bis zum Aufblasen und Setzen
des Dichtungsstücks nicht
nützlich
ist.
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Obwohl
die hierin abgebildete und beschriebene Ausführungsform hauptsächlich die
Verwendung der erfindungsgemäßen Setzwerkzeugbaugruppe
für ein
aufblasbares Dichtungsstück
mit einer elektrischen Drahtleitung und einem herkömmlichen aufblasbaren
Dichtungsstück
betrifft, ist die Erfindung ebenfalls geeignet für die Verwendung mit anderen verbreiteten
Bohrlochausrüstungen
bei ähnlichen Verfahren
zum Setzen und/oder Aufblasen von aufblasbaren Dichtungsstücken. Solche
Anwendungen und folglich alternative Verfahren der Erfindung werden
Fachleuten auf dem Gebiet nach dem Betrachten der Zeichnungen und
dem Lesen der Beschreibung, die hierin bereitgestellt werden, offensichtlich sein.
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Die
vorstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist zum Zweck
der Illustration und Beschreibung vorgelegt worden. Es ist nicht
beabsichtigt, daß die
Beschreibung die Erfindung auf die hierin offenbarte Form einschränkt. Demzufolge
liegen Veränderungen
und Modifikationen, die den obigen Lehren und den Fertigkeiten oder
dem Wissen des betreffenden Gebiets entsprechen, im Rahmen der Erfindung.
Es ist außerdem
beabsichtigt, daß die hierin
beschriebenen Ausführungsformen
die besten bekannten Weisen zum Umsetzen der Erfindung erläutern und
andere Fachleute auf dem Gebiet befähigen, die Erfindung in solchen
oder anderen Ausführungsformen
und mit verschiedenen durch die bestimmten Anwendungen oder Verwendungen
der vorliegenden Erfindung erforderten Modifikationen zu nutzen.
Es ist beabsichtigt, daß die
angefügten
Ansprüche
so aufgefaßt
werden, daß sie
alternative Ausführungsformen
in dem Maße
einschließen,
das durch den Stand der Technik erlaubt ist.