DE60024799T2

DE60024799T2 - Verfahren zur herstellung einer elastischen rohrförmigen komponente unterschiedlicher wanddicke zum einbau in ein dichtelement für eine unterirdische bohrung

Info

Publication number: DE60024799T2
Application number: DE60024799T
Authority: DE
Inventors: James V. Carisella
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: CA2371232A1; US20010035252A1; US6458233B2; NO326059B1; EP1169544B1; WO2000061912A2; NO20014424D0; CA2371232C; DE60024799D1; NO20014424L; AU756572B2; AU3570500A; WO2000061912A3; EP1169544A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils, wie beispielsweise einer aufblasbaren Blase und/oder eines Elastomerüberzugs zur anschließenden Verwendung in einer Dichtungsvorrichtung für eine unterirdische Bohrung.
Aufblasbare Dichtungsstücke, Bridge-Plugs und dergleichen werden seit langem in unterirdischen Bohrungen verwendet. Solche auflblasbaren Werkzeuge umfassen normalerweise ein aufblasbares Elastomerblasenelement, das konzentrisch um einen mittleren Körperabschnitt, wie beispielsweise eine Röhre oder einen Dorn, angeordnet wird. Typischerweise wird außen um die Blase eine Hülle aus Verstärkungsleisten oder -rippen bereitgestellt, wobei ein Elastomer-Dichtungsüberzug konzentrisch um wenigstens einen Abschnitt der Hülle angeordnet wird. Allgemein wird der Mittelabschnitt der Hülle freigelegt und ohne einen Überzug bleiben, um einen Verankerungseingriff des Dichtungsstücks mit der Wand der Bohrung zu gewährleisten. Von dem Oberteil der Bohrung oder dem Innern der Bohrung wird während des Aufblasens mit Hilfe einer Untertagepumpe ein Druckfluid dem Innern des Körpers und von dort durch radiale Durchgänge, die für einen solchen Zweck bereitgestellt werden, oder auf andere Weise um das Äußere des Körpers dem Innern der Blase zugeleitet.
Normalerweise nimmt ein oberes Befestigungsmittel das obere Ende der aufblasbaren Elastomerblase und der Verstärkungshülle (falls sie in der Konstruktion eingeschlossen wird) in Eingriff und befestigt das obere Ende der Blase abdichtbar im Verhältnis zum Körper, während ein unteres Befestigungsmittel das untere Ende der Blase und der Verstärkungshülle in Eingriff nimmt und das untere Ende der Blase für eine verschiebbare und abdichtbare Bewegung im Verhältnis zum Äußeren des Körpers als Reaktion auf Aufblaskräfte befestigt. Ein Elastomerüberzug kann auf eine bekannte Weise am Äußeren der Hülle befestigt oder um das Äußere der Blase angebracht werden.
Es ist bei aufblasbaren Dichtungsstücken dieser Art beobachtet worden, daß sich der Abschnitt der Blase angrenzend an den freigelegten Hüllenabschnitt des Dichtungsstücks vorzeitig vor den anderen Abschnitten der Blase aufbläst, die durch die Verstärkungshülle und/oder das Elastomer-Dichtungsüberzugelement gegen ein Ausdehnen verstärkt werden. Wenn sich ein freigelegter Abschnitt, wie beispielsweise der freigelegte Hüllenabschnitt des Dichtungsstücks, ausdehnt, bewegt sich das eine Ende der Blase zum anderen Ende der Vorrichtung hin, und der Blasenbereich angrenzend an die freigelegte Hülle bläst sich auf, bis er auf die Wand des Bohrlochs trifft, das ausgekleidet oder unausgekleidet sein kann. Falls das Bohrloch unausgekleidet ist, wird das Bohrloch eine Erdwand haben, und falls das Bohrloch ausgekleidet ist, wird die Wand des Bohrlochs die Innendurchmesserfläche des Futterrohrs sein.
Es ist bei einer Zahl von Konstruktionen nach dem bekannten technischen Stand bemerkt worden, daß ein Hang der Blase zum Klemmen um das Äußere des Körpers auftritt, wenn die Betriebsbedingungen gemäßigte Ausdehnungsverhältnisse umfassen, was entweder eine Dichtung oder eine verknäulte Falte in der Blase erzeugt, die manchmal die wirksame Zufuhr von weiterem Fluid durch die gesamte Blase verhindert und eine zusammenhängende Ausbreitung des Aufblasens verhindert. Die klemmende Dichtung und/oder Falte(n) setzen sich in der Blase fest, woraufhin sie einen weiteren Durchgang des zum Aufblasen der Blase eingesetzten Fluids behindern und damit Fluid daran hindern, die fernsten Abschnitte der aufzublasenden Blase zu erreichen. Wenn dies im Betrieb geschieht, führt dies immer zu einem weichen Setzungszustand und dem drohenden Verlust der Abdichtung zwischen dem Überzug und dem Bohrloch.
Die Bildung von Falten erzeugt ungewöhnlich hohe dreiachsige Spannungen und Beanspruchungen in der Nachbarschaft der Falte. Dementsprechend erzeugen diese dreiachsigen Spannungen und Beanspruchungen einen Zustand, der einen örtlich festgelegten Ausfall der Blase durch Zerspringen und/oder Aufreißen verursacht. Der Ausfall tritt auf, weil die physischen Eigenschaften des Elastomermaterials, aus dem die Blase besteht, nicht angemessen sind, um die Betriebsbedingungen zu überstehen, d.h., örtlich festgelegte dreiachsige Spannungen, die Blase wird mit hohen Kraftgrößen gegen die Rippen gepreßt, Ausgesetztsein gegenüber aggressiven Aufblasen- und Behandlungsfluiden, erhöhten Betriebstemperaturen, Druckspitzen, Ausgesetztsein gegenüber Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Anilinpunkt und sauren Gasen und dergleichen.
Die Fähigkeit zum erfolgreichen Ablassen und Zurückholen einer aufblasbaren Vorrichtung ist eine übliche Betriebsanforderung. Selbst wenn das Aufblaselement eine zufriedenstellende Abdichtung gegenüber der Wand des Bohrlochs bewirkte, kann sich doch während des Aufblasens in einer Blase eine Klemmung oder Falte gebildet haben. Während des Ablassens kann sich eine Falte verklemmen und um den Körper abdichten, was das Ableiten von Fluid aus den unteren Abschnitten der Blase behindert und dadurch ein vollständiges Ablassen der Blase verhindert. Sobald eine Falte gebildet ist, wird sie sich dauerhaft in der Blase festsetzen und führt zu mehrfachen Lagen der Blase unter den Rippen. Diese Lagen wiederum führen zu einem abgelassenen Durchmesser, der größer ist als der anfängliche Einfahrdurchmesser des Aufblaselements. Folglich wird ein Zurückholen der Vorrichtung zur Erdoberfläche beeinträchtigt, weil die Vorrichtung nicht in der Lage sein mag, durch Einengungen im Bohrloch zu passen, wenn sie in demselben nach oben bewegt wird. Diese Probleme und einige Lösungen des Stands der Technik werden in Eslinger et al., „Design and Testing of a High-Performance Inflatable Packer", Society of Petroleum Engineers Paper Nr. 3748 (1997), erörtert.
In meinem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5 813 459, mit dem Titel „Programmed Shaped Inflatable Packer Device", erteilt am 29 September 1998, offenbare ich ein Verfahren, um die Bildung von Klemmdichtungen und Falten während des Aufblasens von Vorrichtungen des Stands der Technik durch Bereitstellen einer Reihe von Formsteuerungsmitteln an einem Elastomer-Dichtungsüberzug längs der Länge der Blase, in der Form von hohen und niedrigen Modulen unterschiedlicher Längen und Dicken, zu vermindern. Während diese Konstruktion ein Fortschritt auf dem Gebiet ist, hinterläßt die Konstruktion der Module vergleichsweise spitze Winkel und bedeutende Größenunterschiede zwischen den hohen und den niedrigen Modulen. Manchmal sind diese Winkel und unterschiedlichen Durchmesser von einem solchen Ausmaß, daß sie leicht mit dem bloßen Auge zu erkennen sind. Außerdem ist bei dieser Vorrichtung des Stands der Technik, in einem Bemühen, die durch das Aufblaselement während des gesamten Aufblasens angenommenen Übergangsformen zu steuern, die Dicke der Intervalle der Überzugssegmente in Abstimmung mit dem/den freigelegten Rippenabschnitten) programmiert. Die Blase hat bei dieser Erfindung einen gleichbleibenden Innendurchmesser (ID) und einen gleichbleibenden Außendurchmesser (OD), d.h., gleichbleibende Dicke und Querschnitt, über ihre gesamte Länge. Bei einer solchen Konstruktion beherrschen und steuern die Überzugselemente die durch das Aufblaselement während des gesamten Aufblasens angenommenen Übergangsformen.
Techniken des Stands der Technik zur Herstellung von Blasen und Überzügen für aufblasbare Dichtungsvorrichtungen zur Verwendung in unterirdischen Bohrungen haben Extrudierverfahren und herkömmliche Dornwickelverfahren eingeschlossen. Blasen bei Untertagewerkzeugen des Stands der Technik haben immer gleichbleibende ID, OD und Dicke gehabt. Dorngewickelte Blasen sind immer auf Dornen mit gleichbleibendem Durchmesser hergestellt worden, nur sehr große, bei äußeren Futterrohr-Dichtungsstücken verwendete, Blasen werden manchmal auf einem Dorn mit einem sehr kleinen Freiwinkel hergestellt, um das gleitende Entfernen der Blase von dem Dorn zu erleichtern. Für alle praktischen Absichten und Zwecke wird der Durchmesser dieser Dorne als gleichbleibend betrachtet, was auch für die Dicken der auf diesen Dornen hergestellten Blasen gilt. Darüber hinaus führt selbst diese Freiwinkelkonfiguration an dem Dorn nicht zum Bereitstellen eines Wanddickenprogramms an einen rohrförmigen Bauteil.
Überzüge bei Untertagewerkzeugen des Stands der Technik sind immer durch Wickeln von kalandriertem Elastomer auf die Rippen des Aufblaselements oder Wickeln von kalandriertem Elastomer auf einen Dorn mit gleichbleibendem OD hergestellt worden. Vorrichtungen des Stands der Technik, die über Intervalle des/der Überzugs/Überzüge programmierte Dicken haben, wurde ihre programmierte Dicke über spanendes Bearbeiten des/der Überzugs/Überzüge verliehen, nach dem sie an die Rippen gebunden und ausgehärtet worden sind.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Bauteils bereit, um das Übertragen eines Wanddickenprogramms oder das Abstimmen der sich verändernden ausgeklügelten Umrisse und Konfigurationen bei dem rohrförmigen Bauteil, d.h., der Blase und/oder dem Überzug, zu ermöglichen, um ein gleichförmiges Ausdehnungsprofil auf eine zu erwartende, d.h., vorher festlegbare und wiederholbare, Weise zu gewährleisten, was durch Fachleute auf dem Gebiet mit nur minimalem oder geringem Experimentieren, das innerhalb der normalen Fertigkeiten derjenigen liegen wird, die in der Konstruktion und Verwendung von aufblasbaren Vorrichtungen zur Verwendung in unterirdischen Bohrungen bewandert sind, und durch Befolgen der Lehren hierin erreicht werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Herstellung eines Wanddickenprogramms in einem rohrförmigen Elastomerbauteil, das danach in ein Dichtelement zur Verwendung in einer unterirdischen Bohrung eingebaut werden kann. Das Verfahren umfaßt die Schritte, auf der Außenfläche eines Dorns eine Durchmesserkonfiguration zu profilieren, die ein Wanddickenprogramm für das rohrförmige Bauteil definiert. Die Durchmesserkonfiguration wird von der Oberfläche auf die Innenwand des rohrförmigen Elastomerbauteils als Wanddickenprogramm übertragen derart, daß sich die übertragene Durchmesserkonfiguration durch Zusammendrücken des rohrförmigen Elastomerverbunds auf die profilierte Oberfläche durch die Anwendung von Wärme wesentlich als Spiegelbild des Programms auf der profilierten Außenfläche anpaßt. Die Oberfläche kann ein drehbarer Dorn sein, und der Schritt des Profilierens kann während einer Drehung des Dorns durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein drehbarer länglicher Dorn bereitgestellt, worauf eine rohrförmige Elastomerröhre eingesetzt wird. Die Durchmesserkonfiguration wird um den Innen- oder den Außendurchmesser der rohrförmigen Elastomerröhre oder um beide profiliert, beispielsweise durch spanendes Bearbeiten auf den Außendurchmesser der Röhre und/oder durch Anbringen der Durchmesserkonfiguration zuerst auf dem drehbaren länglichen Dorn und Profilieren einer solchen Konfiguration durch Übertragen durch hydrostatische Kompression zwischen dem Dorn und der rohrförmigen Röhre innerhalb eines Autoklaven durch Anwendung von Wärme. Bei einer Ausführungsform umfaßt das Verfahren die Schritte, zuerst einen länglichen Dorn bereitzustellen, der vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise Stahl oder dergleichen, sein wird und eine Außenfläche haben wird, die wenigstens wesentlich gleich der wirksamen Länge des gewünschten herzustellenden rohrförmigen Bauteils ist. Die Oberfläche des länglichen Dorns hat einen ursprünglichen Außendurchmesser, der längs der Oberfläche definiert wird, und kann an jedem Ende des Dorns ferner einen Endsektionsabschnitt einschließen. Eine Durchmesserkonfiguration wird dem Äußeren des Dorns zwischen den Endabschnitten verliehen. Danach wird das rohrförmige Elastomerbauteil auf dem Dorn geformt, durch Wickeln eines Bandes aus kalandriertem Elastomer in Lagen um den Dorn, während er, wie beispielsweise durch Drehen, bewegt wird, um ein unausgehärtetes rohrförmiges Bauteil mit einem spezifizierten Außendurchmesser bereitzustellen Danach wird extrusionsverminderndes Wärmeschrumpfband um jeden Endabschnitt des rohrförmigen Bauteils aufgebracht, um die Enden während des Aushärtens festzuhalten. Das Band wird ebenfalls um den OD des ungehärteten rohrförmigen Bauteils gewickelt, um auf das rohrförmige Bauteil um den Dorn eine wesentliche hydrostatische Kompressionskraft auszuüben. Das Aushärten des rohrförmigen Bauteils auf den Dorn wird durch Ausüben von Wärme über Dampf und/oder trockene Wärme in einem Autoklaven bewirkt. Die hydrostatische Kompressionskraft verschmilzt die mehrfachen Elastomerlagen zu einer Einheit und überträgt dadurch die Durchmesserkonfiguration von dem Dorn auf das rohrförmige Bauteil. Das Profil des ausgehärteten rohrförmigen Bauteils wird während des Aushärtvorgangs ebenfalls an seinem Platz verschmolzen. Das ID-Profil innerhalb des rohrförmigen Bauteils wird das umgekehrte Spiegelbild des OD-Profils des Dorns. Danach wird das Band um das Äußere des rohrförmigen Bauteils entfernt, und das rohrförmige Bauteil wird von dem Dorn entfernt und auf bekannte Weise in (oder an) die Dichtungsvorrichtung eingebaut.
Eine Variante des Verfahrens umfaßt die Verwendung eines Dorns mit gleichbleibendem Außendurchmesser und das spanende Arbeiten der gewünschten Durchmesserkonfiguration auf den Außendurchmesser des ausgehärteten rohrförmigen Elastomerbauteils.
Es gibt viele bedeutende praktische Vorteile, die durch diese Erfindung geleistet werden. Sie stellt eine wiederholbare, genaue, qualitätsgesicherte, zweckmäßige Weise bereit, um einen Elastomerrohrabschnitt mit wechselnden Dicken längs seiner Dicke herzustellen. Diese Erfindung stellt Herstellern mehrere Verfahren zum Herstellen von Elastomerrohrabschnitten bereit, die vorgesehen sind, um die während des gesamten Aufblasens durch Aufblaselemente angenommenen Übergangsformen zu steuern oder zu beeinflussen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Illustration eines Wickeldorns, dessen Außendurchmesser zum Herstellen einer Blase mit einem profilierten Innendurchmesser profiliert worden ist.
2 ist eine Querschnittslängsansicht einer profilierten Blase, die unter Verwendung des Dorns von 1 hergestellt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fachleute auf dem Gebiet des Konstruierens und Einsetzens von aufblasbaren Dichtungsvorrichtungen für unterirdische Bohrungen werden vertraut sein mit Elastomeren, die als Blasenbauteile sowie als Überzugmittel, wie sie durch die vorliegende Erfindung vorgesehen sind, eingesetzt werden können. Das bei der Vorrichtung während des Aufblasens auftretende Außenprofil ist das Ergebnis von allmählichen, feinen Verringerungen und des Profilierens entweder der äußeren oder der inneren Überzugsfläche, was durch eine beliebige herkömmliche Spanungstechnik zum Verringern des Anfangsdurchmessers solcher Überzugmittel, entweder am Außendurchmesser oder am Innendurchmesser oder in einigen Fällen an beiden, erreicht werden kann. Alternativ dazu kann das gleiche Verfahren angewendet werden, um die aufblasbare Blase zu profilieren, oder, wie zuvor erklärt, kann eine Kombination des Profilierens an der Blase und/oder dem Überzugmittel angewendet werden, um eine Feinformung der während des tatsächlichen Aufblasens angenommenen Aufblasprofile abzustimmen.
Das durch die Anwendung des vorliegenden Verfahrens hergestellte rohrförmige Elastomerbauteil kann entweder eine aufblasbare Elastomerblase oder ein Elastomerüberzugmittel sein, das entweder ein integraler Teil der Blase sein kann oder ein gesondertes Bauteil sein kann, das in Radialrichtung außen um die Gesamtheit oder einen Abschnitt der aufblasbaren Blase angeordnet wird. Fachleute auf dem Gebiet sind gut vertraut mit solchen Blasen und Überzugmitteln. Das Wanddickenprogramm, das unter Anwendung des vorliegenden Herstellungsverfahrens übertragen wird, gewährleistet ein Feinformen der während des tatsächlichen Aufblasens angenommenen Aufblasprofile, wenn es in eine Dichtungsvorrichtung zur Verwendung in der unterirdischen Bohrung eingebaut wird.
Vorzugsweise kann ein starrer blanker Metalldorn verwendet werden, auf den längs der äußeren Länge des Dorns danach profilierte Intervalle übertragen werden, um anschließend ein gegebenes Wanddickenprogramm zu definieren. Dies wird in einem Bemühen getan, eine spiegelbildliche Übertragung auf den Innendurchmesser der Blase oder des Überzugs zu erreichen. Ich habe dieses Verfahren als das „Umkehrspiegeldorn"-Verfahren bezeichnet. Der Dorn kann entweder von rohrförmiger Beschaffenheit sein oder kann ein massiver Stab sein, aber er muß gegen Biegen oder andere Verformung beständig sein, wenn er Temperaturen in der Größenordnung von etwa 260°C (500°F) und Druckbeanspruchungen bis zu etwa 68 947 kp (10 000 Pfund/Quadratzoll) ausgesetzt ist.
Die Intervalle können auf eine Zahl von bekannten Weisen, wie beispielsweise durch Ätzen, Säuerungsverfahren, herkömmliches Spanen oder durch rechnergestützte Spanungstechniken, auf das Äußere des Dorns übertragen werden. Ein kleiner Verbindungs- oder Endabschnitt des Dorns kann an jedem Ende desselben als Arbeitsendabschnitt gelassen werden, wenn die Blase und/oder der Überzug auf dem Dorn hergestellt wird.
Wenn dieses „Umkehrspiegeldorn"-Verfahren angewendet wird, wird die Blase oder der Überzug durch enges Wickeln eines Bands eines rohen, ungehärteten Elastomers, wie beispielsweise kalandrierten Elastomers, um den Dorn geformt. Es kann eine beliebige Zahl von bekannten Elastomeren eingesetzt werden, die bisher durch Fachleute auf dem Gebiet des Herstellens aufblasbarer Bauteile zur Verwendung in aufblasbaren Dichtungsvorrichtungen eingesetzt werden. Zum Beispiel sind Elastomere annehmbar, die Reißfestigkeiten im Bereich von 6 894 kp bis 34 473 kp (1 000 bis 5 000 Pfund/Quadratzoll) und Bruchdehnungscharakteristika von nicht mehr als etwa 900 % haben, gemessen nach dem zutreffenden ASTM-Prüfstandard. Ein zufriedenstellendes Elastomer ist hydrierter Nitrilkautschuk, der im Handel erhältlich ist. Ein solches Elastomer kann bearbeitet werden, um ein „Band" zu formen, das typischerweise eine Breite von etwa 10 cm bis 15 cm (4 bis 6 Zoll) und eine Dicke von etwa 0,12 cm bis 0,25 cm (0,050 bis 0,100 Zoll) hat. Vorzugsweise wird das rohe, ungehärtete Elastomerband in einer überlappenden Konfiguration in einer Richtung um den Dorn gewickelt derart, daß eine spiralige Konfiguration erreicht wird, wenn der Dorn auf einer Drehbank oder einem anderen Mittel gedreht wird. Vorzugsweise und danach wird das Wickeln in der umgekehrten Richtung, d.h., durch eine Wicklung von oben nach unten und danach durch eine Wicklung von unten nach oben, über den Dorn fortgesetzt. Dieser Schritt wird, wie erforderlich, wiederholt, bis ein vorher festgelegter, spezifizierter Außendurchmesser des ungehärteten Elastomerbands um den Dorn gewickelt ist. Danach wird an jedem Ende des ungehärteten Überzugs oder der Blase ein extrusionsvermindernder Damm, der aus Wärmeschrumpfband besteht, um den Dorn aufgebracht, um jedes solcher Enden aufzubauen, bis der Außendurchmesser der jeweiligen Arbeitsenden wesentlich gleich dem Außendurchmesser des ungehärteten rohrförmigen Elastomerbauteils ist.
Es kann ein beliebiges Band eingesetzt werden, das dem Extrudieren des Elastomerbands während des Aushärtens widersteht, und es ist wichtig, daß das Band während der Aushärttemperaturen in der Größenordnung von 148°C–260°C (300°F–500°F) eine Wärmeschrumpfcharakteristik hat. Ein durch die Bally Ribbon Mills Corporation aus Bally, Pennsylvania, hergestelltes und unter dem Namen „Natural Nylon Cure Tape" vermarktetes Band kann als zufriedenstellendes extrusionsverminderndes Wärmeschrumpfband eingesetzt werden.
Das Wärmeschrumpfband wird um das Elastomer gewickelt, eng, in mehreren Lagen, außerdem vorzugsweise in gleichspiraliger, überlappender Konfiguration für das Elastomer. Danach wird der Dorn mit dem Elastomerband und dem Streifen darauf in einen Autoklaven eingebracht, der eine Quelle von Dampf und Wärme hat. Typischerweise wird der Autoklav, wenn das obige bevorzugte Elastomer und Band auf dem Dorn eingesetzt werden, auf eine Temperatur von etwa 135°C bis 260°C (275°F bis 500°F) erhitzt, und der Dorn wird für ungefähr 45–120 Minuten darin gehalten, um eine zufriedenstellende hydrostatische Kompression der mehreren Lagen des Elastomerbands auf dem Elastomer und dem Dorn zu gewährleisten, was dazu führt, das eine verschmolzene Einheit eines Elastomerkörpers erzeugt wird. Danach wird das extrusionsvermindernde Band um die verschmolzene Blaseneinheit abgewickelt, und das ausgehärtete Elastomer wird von dem Dorn entfernt. Nun kann die Blase auf bekannte Weise in die Dichtungsvorrichtung eingebaut werden.
Ein zum Herstellen einer ausgeklügelten Blase für ein Aufblaselement mit einem einzigen freigelegten Ankerabschnitt und einem Überzug gleichbleibender Dicke verwendeter Dorn wird in 1 gezeigt. In 1 bat ein Dorn 100, der zum Herstellen einer ID-profilierten Blase verwendet wird, eine Länge A von 175 cm (69 Zoll). Dieser wird verwendet, um die in 2 gezeigte Blase 200 herzustellen, die eine Länge 201 von 162 cm (64,02 Zoll) hat. Der massive Dorn 100 hat ein erstes äußeres langes Intervall B von 30 cm (11,75 Zoll) mit einem gleichbleibenden Außendurchmesser von 2,8 cm (1,13 Zoll). Die Länge B endet an einem Punkt C¹, der ein zweites langes Intervall C mit einer Länge von 28 cm (11,25 Zoll) beginnt und eine lineare Verjüngung C² hat, die sich bis zu einer Linie D¹ erstreckt. Ein drittes langes Intervall D wird beginnend an der Linie D¹ bereitgestellt und hat eine lange Intervall-Länge von 25 cm (10,38 Zoll) ohne Verjüngung und hat außerdem einen gleichbleibenden Außendurchmesser von 2,5 cm (1,06 Zoll). Das lange Intervall D setzt sich bis zu einem Punkt E¹ fort, welcher der Anfangspunkt eines zweiten linearen Verjüngungsintervalls E ist, das eine lineare Verjüngung E² hat, die sich nach außen bis zu einem Punkt F¹ erstreckt. Der Punkt F¹ ist der Anfang eines langen Intervalls F, das eine Länge von 8 Zoll und einen gleichbleibenden Außendurchmesser von 3 cm (1,21 Zoll) hat. Das lange Intervall F endet an einem Punkt G¹, der wiederum den Anfangspunkt eines langen Intervalls G definiert, das eine Länge von 15 cm (6 Zoll) und eine lineare Verjüngung G², bis zu einem Punkt H¹, hat. Schließlich definiert der Punkt H¹ den Anfang eines langen Intervalls H, das eine Länge von 46 cm (18,63 Zoll) und einen gleichbleibenden Außendurchmesser von 2,5 cm (1,06 Zoll) hat.
Nachdem die in 2 gezeigte Blase 200, wie oben beschrieben, auf dem Dorn 100 von 1 vorbereitet ist, wird die Blase 200 um das Äußere des Dorns 100 entfernt und wird die Konfiguration haben, wie sie in 2 gezeigt wird. Wie oben erklärt, wird die Blase 200 eine Länge 201 von 162 cm (64,02 Zoll) haben und wird ein erstes langes Intervall 202 von 25 cm (9,75 Zoll) mit einer gleichbleibenden Dicke von 0,7 cm (0,280 Zoll) einschließlich einer 5°-Verjüngung bis zu einer Dicke von 0,36 cm (0,145 Zoll) haben. Dieser Abschnitt 202 ist ein spiegelbildliches Profil des langen Intervalls B des Dorns 100, wobei aus Gründen der Vorbereitung der Blase 200 zwei Zoll dieser Dornlänge B nicht verwendet werden.
Ein zweites langes Intervall 203 der Blase 200 hat eine Länge von 28 cm (11,25 Zoll) und eine lineare Verjüngung, die der linearen Verjüngung C² des Dorns 100 entspricht, d.h., von 0,7 cm auf 0,8 cm (0,280 Zoll auf 0,315 Zoll). Die Blase 200 setzt sich mit einer dritten Länge 204 von 25 cm (10,38 Zoll) fort, die der langen Intervall-Länge D des Dorns 100 entspricht. Diese Länge 204 hat einen gleichbleibenden Außendurchmesser von 0,8 cm (0,315 Zoll).
Eine Länge 205 der Blase 200 entspricht dem Intervall E am Dorn 100 und hat eine lineare Verjüngung, die der linearen Verjüngung E² am Dorn 100 entspricht. Die Länge 205 an der Blase 200 wird gefolgt von einer Länge 206 von 20 cm (8 Zoll) und einer linearen Verjüngung, die der linearen Verjüngung G² am Dorn 100 entspricht, von 0,6 auf 0,8 cm (0,240 Zoll auf 0,315 Zoll). Dieser verjüngte Abschnitt setzt sich in einer Länge 207 von 15 cm (6 Zoll) fort, die dem langen Intervall G am Dorn 100 entspricht, und endet in einer Länge 208 von 39 cm (15,63 Zoll).
Beim Herstellen eines Überzugsbauteils kann die bei der Herstellung der Blase angewendete „Umkehrspiegeldorn"-Technik ebenfalls für die Herstellung des Überzugsbauteils angewendet werden. Das Überzugsbauteil wird auf die gleiche Weise wie das Elastomerblasenbauteil auf den Dorn aufgebracht, und das Verfahren ist weitgehend das gleiche.
Jedoch erfährt das Überzugsegment eine weitere Bearbeitung, so daß es an die Aufblaselementrippen gebunden werden kann. Die Rippen werden unter Anwendung der gleichen Grundverfahren, die zum Binden ungehärteten Elastomers an die Rippen angewendet werden, vorbereitet und mit einem Klebstoff überzogen, d.h., das Aufblaselement und die Rippen werden als der Wickeldorn verwendet. Die ID-Oberfläche der Überzugsegmente wird mechanisch und chemisch behandelt, um so die Bindung zwischen den Rippen und dem bereits ausgehärteten Elastomerrohrabschnitt auf ein Maximum zu steigern. Das Aufblaselement wird mit Wärmeschrumpfband wie dem zuvor beschriebenen umwickelt, und danach wird das Aufblaselement in einem Autoklaven bearbeitet, um die Bindung zwischen den Rippen und den Überzügen zu bewirken. Nach den Aushärten im Autoklaven für etwa 45 bis 60 Minuten wird das Aufblaselement aus dem Autoklaven entfernt, und das Band wird entfernt. Die Vollendung des Aufblaselements setzt sich danach auf routinemäßige Weise fort.
Die Umkehrspiegelbildtechnik zum Bereitstellen eines Wanddickenprogramms in einem rohrförmigen Elastomerbauteil kann ebenfalls unter Einsatz eines glatten Metalldorns mit gleichbleibendem OD erreicht werden, wobei kalandriertes bandartiges Elastomer auf eine Weise, die Fachleuten auf dem Gebiet allgemein bekannt ist, auf den Dorn gewickelt, danach das extrusionsmindernde Wärmeschrumpfband um das Äußere des ungehärteten Elastomers aufgebracht wird. Danach wird der Dorn mit dem ungehärteten Elastomer und dem Band in den Autoklaven eingebracht und, wie oben beschrieben, entweder feuchter oder trockener Wärme ausgesetzt. Nach dem Entfernen aus dem Autoklaven wird das Band von dem ausgehärteten rohrförmigen Bauteil entfernt, und das rohrförmige Bauteil wird von dem Dorn entfernt. Danach kann das rohrförmige Bauteil auf entsprechende Spanungsausrüstung aufgebracht und das gewünschte Profil des Wanddickenprogramms in den Außendurchmesser des vorbereiteten rohrförmigen Bauteils gespant werden.
Es kann eine Kombination aus Spanen des Außendurchmessers eines nackten rohrförmigen Bauteils oder eines rohrförmigen Bauteils, das auch eine Innendurchmesserwand hat, die durch Anwendung der Umkehrspiegeldorntechnik erreicht wurde, angewendet werden, um die sich ergebenden Blasen- oder Überzugerzeugnisse zu erzeugen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifizierte Ausführungsformen beschrieben worden ist, die detailliert dargelegt werden, sollte es sich verstehen, daß dies nur zur Erläuterung geschieht, und daß die Erfindung nicht notwendigerweise darauf begrenzt ist, da Fachleuten auf dem Gebiet angesichts der Offenbarung alternative Ausführungsformen und Betriebstechniken offensichtlich werden. Dementsprechend werden Modifikationen erwogen, die vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der beschriebenen Erfindung abzuweichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wanddickenprogramms in einem rohrförmigen Elastomerbauteil (200) mit Innen- und Außenwänden zum Einbau in ein Dichtelement zur Verwendung in einer unterirdischen Bohrung, das folgende Schritte umfaßt: Bereitstellen eines Dorns (100) mit einer Außenfläche, Profilieren einer Durchmesserkonfiguration (B–H), die ein Wanddickenprogramm für das rohrförmige Bauteil definiert, auf der Außenfläche, Übertragen der Durchmesserkonfiguration von der Außenfläche auf die Innenwand des rohrförmigen Elastomerbauteils als Wanddickenprogramm (202–208) durch Zusammendrücken des rohrförmigen Elastomerbauteils auf die Außenfläche des Dorns durch die Anwendung von Wärme, so daß die übertragene Durchmesserkonfiguration sich wesentlich als Spiegelbild des Programms auf der profilierten Außenfläche anpaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dorn drehbar ist und der Schritt des Profilierens während einer Drehung des Dorns durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das die Schritte einschließt, das rohrförmige Elastomerbauteil (200) vorzubereiten durch Wickeln eines Elastomerbands in Lagen um den Dorn (100), um ein unausgehärtetes rohrförmiges Bauteil mit einem spezifizierten Außendurchmesser bereitzustellen, und Aushärten des rohrförmigen Bauteils auf den Dorn durch Wärmeanwendung in einem Autoklaven, um die mehrfachen Lagen aus Elastomerband hydrostatisch zu einer verschmolzenen Einheit zusammenzudrücken.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfaßt: Wickeln von extrusionsverminderndem Wärmeschrumpfband um das unausgehärtete rohrförmige Bauteil, um auf das rohrförmige Bauteil um den Dorn (100) eine Kompressionskraft auszuüben, und nach dem Aushärten des rohrförmigen Bauteils auf den Dorn Entfernen des Bands um das Äußere des ausgehärteten rohrförmigen Bauteils und Entfernen des rohrförmigen Bauteils von dem Dorn.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei: die Außenfläche des Dorns (100) eine Länge hat, die wenigstens wesentlich der wirksamen Länge des rohrförmigen Bauteils (200) entspricht, und der Dorn ferner an jedem Ende desselben einen Endabschnitt einschließt und der Schritt des Profilierens der Außenfläche des Dorns umfaßt, zwischen den Endabschnitten zu profilieren.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfaßt, extrusionsverminderndes Wärmeschrumpfband um jeden Endabschnitt des Dorns (100) aufzubringen, um den Außendurchmesser jedes Endabschnitts zu steigern, damit er wesentlich dem Außendurchmesser des unausgehärteten rohrförmigen Bauteils entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das rohrförmige Bauteil auf dem Dorn (100) geformt wird durch Wickeln des Elastomerbands in einer spiraligen, überlappenden Konfiguration in einer Richtung um denselben.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfaßt, das Herstellen des rohrförmigen Bauteils durch Umkehren der Wickelrichtung fortzusetzen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfaßt, das Herstellen des rohrförmigen Bauteils durch selektives Wiederholen des spiraligen, überlappenden Wickelns des Bands in wenigstens einer der Richtungen abzuschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Schritt des Aushärtens in einem Autoklaven bei einer Temperatur zwischen etwa 275°F (135°C) und etwa 500°F (260°C) bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei der Schritt des Aushärtens mit Dampf in einem Autoklaven bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfaßt, eine Durchmesserkonfiguration spanend in den Außendurchmesser des rohrförmigen Elastomerbauteils zu arbeiten.