DE60028601T2

DE60028601T2 - Abdichtung von öffnungen in der wand eines rohres

Info

Publication number: DE60028601T2
Application number: DE60028601T
Authority: DE
Inventors: Richard Stephen BRAITHWAITE; Hubertus Wilhelmus HEIJNEN; Karel Pieter KAPTEIJN
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: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: OA12095A; WO2001038692A2; NO20022433D0; WO2001038692A3; BR0015753A; EP1232327B1; WO2001038692A8; US6742585B1; CA2392147C; MXPA02005172A; AU2837501A; EG22483A; CA2392147A1; EP1232327A2; RU2002116688A; NO20022433L; CN1399705A; DE60028601D1; AU765948B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abdichten von Öffnungen durch die Wand eines Bohrlochrohres, wobei das Bohrlochrohr ein Förderrohr, eine Auskleidung oder ein Futter sein kann. Eine solche Vorrichtung wird auch als „Gleithülse" oder wenn sie zum Zementieren verwendet wird, als „Zementierkragen" bezeichnet.
Es ist bekannt, daß ein Schacht zur Förderung von Kohlenwasserstoffen aus einem Untergrundreservoir ein Bohrloch aufweist, das mit einem Bohrlochrohr in Form einer Auskleidung oder eines Futters ausgekleidet ist. Der Ringraum zwischen der Außenfläche des Bohrlochrohres und der Innenfläche des Bohrloches wird mit Zement gefüllt, wobei der Zement eingebracht wird, nachdem die Auskleidung in das Bohrloch eingesetzt worden ist. Das Einbringen des Zementes erfolgt durch Pumpen einer Zementmenge durch das Bohrlochrohr und durch Hochsteigenlassen des Zements im Ringraum vom Boden des Bohrloches bis zur erforderlichen Höhe. Wenn das Bohrloch tief und folglich die Auskleidung sehr lang ist, ist ein einstufiges Zementieren wegen des hohen Druckes, der von dem Auskleidungsschuh erzeugt wird, nicht möglich. Deshalb erfolgt das Zementieren in Stufen. Die erste Stufe ist ein Zementieren vom Boden auf eine vorbestimmte Höhe. Die zweite Stufe verwendet einen Zementierkragen oder eine Gleithülse, die ein Element der Auskleidung ist. Dieser Zementierkragen gestattet das selektive Einbringen des Zementes durch Freilegen von Löchern in der Wand des Bohrlochrohres auf der Höhe des Zementierkragens. Damit der Zement durch die Löcher gepumpt werden kann, wird unterhalb der Löcher ein Stopfen eingesetzt. Sodann wird Zement in den Ringraum durch diese Löcher eingebracht. Nach dem Beenden der zweiten Stufe werden die Löcher verschlossen, indem die Position der Gleithülse des Zementkragens entsprechend eingestellt wird.
Die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem US-Patent 4 713 870 bekannt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Abdichten von Öffnungen durch die Wand eines Bohrlochrohres zu schaffen, die leicht eingestellt werden kann und gute Dichtfähigkeiten aufweist.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abdichten einer Öffnung in der Wand eines Bohrlochrohres geschaffen, wobei die Vorrichtung einen rohrförmigen Abstandhalter, dessen Außendurchmesser gestattet, daß der Abstandhalter in dem Rohr angeordnet wird, eine erste Dichtungskragenanordnung und eine zweite Dichtungskragenanordnung aufweist, die an gegenüberliegenden Enden des Bohrlochrohr-Abstandhalters vorgesehen sind, wobei jede Dichtungskragenanordnung einen Betätigungsring und einen ringförmigen Dichtungskragen aufweist, wobei die Betätigungsringe durch ein zylindrisches System aus einer Form-Memory-Legierung miteinander verbunden sind, welches System sich zusammenzieht, wenn die Temperatur in dem zylindrischen System die Übergangstemperatur der Form-Memory-Legierung erreicht, und wobei jeder ringförmige Dichtungskragen so ausgebildet ist, daß er beim Zusammenziehen des zylindrischen Systems aus einer Form-Memory-Legierung gegen die Innenfläche des Rohres gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein Bohrlochrohr ist und daß das zylindrische System eine Vielzahl von Stäben aus einer Form-Memory-Legierung aufweist, wobei die Stäbe umfangsmäßig beabstandet um das zylindrische System herum sind.
In der Beschreibung und den Ansprüchen wird der Ausdruck „Form-Memory-Legierung" dazu verwendet, auf eine Legierung zu verweisen, die einen Form-Memory-Effekt hat, wobei eine vollständige Umkehr einer Deformation, die bei einer besonderen Temperatur stattfindet, beim Erhitzen auftritt. Der Fachmann kann eine Zusammensetzung des Legierungsmaterials wählen, welche die erforderlichen Effekte bei den im Schacht vorherrschenden Temperaturen aufweist.
Ein Vorteil der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie keinen Teil des Schachtrohres bildet. Deshalb kann sie dort gesetzt werden, wo von einem Betriebsstandpunkt aus ein Loch in dem Bohrlochrohr erforderlich ist, das nach der Verwendung verschlossen werden muß.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden, um Löcher in der Wand einer perforierten Auskleidung abzudichten. In diesem Fall ist die Auskleidungswand perforiert, um die Förderung aus einem Untergrundreservoir zu gestatten. In diesem Fall kann das Fördermanagement angewendet werden.
Die Vorrichtung kann auch für Reparaturzwecke eingesetzt werden, wobei durch Korrosion und Abnützung verursachte Löcher in der Bohrlochwand verschlossen werden müssen.
Zweckmäßig ist jeder ringförmige Dichtungskragen zwischen dem Betätigungsring der entsprechenden Dichtungskragenanordnung und dem rohrförmigen Abstandhalter angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zylindrische System im wesentlichen koaxial innerhalb des Abstandhalters angeordnet. Auf diese Weise verbleibt ein zentraler Durchgang für Werkzeuge oder Fluid in dem Bohrlochrohr.
Die Erfindung wird nun detailliert unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 schematisch einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
2 schematisch einen Querschnitt des oberen Teiles einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 ist in dieser schematisch ein Querschnitt der Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ersten Position gezeigt, in welcher sie in ein Bohrlochrohr 2 abgesenkt wird (auf der linken Seite von 1), und in einer zweiten Position, in welcher sie in dem Bohrlochrohr 2 gesetzt wird (an der rechten Seite von 1). Um die vorliegenden Erfindung zu illustrieren, ist die Wand des Bohrlochrohres 2 mit zwei Öffnungen 5 und 6 versehen.
Die Vorrichtung 1 umfaßt einen rohrförmigen Abstandhalter 10, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Bohrlochrohres 2 ist. Die Vorrichtung 1 umfaßt ferner eine erste Dichtungskragenanordnung 11 und eine zweite Dichtungskragenanordnung 12, die an gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Abstandhalters 10 angeordnet sind. Jede Dichtungskragenanordnung 11, 12 weist einen Betätigungsring 15 bzw. 16 und einen ringförmigen Dichtungskragen 17 bzw. 18 auf, der zwischen dem Betätigungsring 15, 16 und dem rohrförmigen Abstandhalter 10 angeordnet ist. Die Betätigungsringe 15 und 16 haben keilförmigen Querschnitt, wobei die scharfen Enden des Keiles gegeneinander gerichtet sind. Die ringförmigen Dichtungskrägen 17 bestehen aus einem entsprechenden Elastomermaterial.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Vielzahl von Stäben 20 aus einer Form-Memory-Legierung, die die Betätigungsringe 15 und 16 verbinden, und zu diesem Zweck sind die Enden der Stäbe 20 mit den Betätigungsringen 15, 16 fest verbunden. Die Stäbe 20 sind gleichmäßig um den Umfang der Betätigungsringe 15 und 16 herum angeordnet.
Die Form-Memory-Legierung wird so gewählt, daß während des Normalbetriebes, wenn sich die Temperatur der Stäbe oberhalb einer vorbestimmten Temperatur befindet, die Stäbe 20 zusammengezogen sind.
Während des Normalbetriebes der Vorrichtung 1 wird diese durch Aufbringen einer Spannung auf die Betätigungsringe 15 und 16 bei Umgebungstemperatur aufgeweitet. In dieser Laufstellung wird die Vorrichtung 1 in das Bohrlochrohr bis zur gewünschten Stelle abgesenkt, an welcher eine Öffnung in der Wand des Bohrlochrohres vorhanden ist, die verschlossen werden muß, siehe die linke Seite von 1. Hitze aus der Formation um den Schacht herum oder von einer externen Quelle bewirkt, daß sich die Stäbe 20 zusammenziehen und die Betätigungsringe 15, 16 gegeneinander gezogen werden. Dies verursacht eine Verformung der ringförmigen Dichtungskrägen 17 und 18, und diese werden gegen die Innenfläche der Wand des Bohrlochrohres 2 gepreßt, so daß sie die Öffnung 6 abdichten, siehe die rechte Seite von 1.
Ein Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß, da die Stäbe 20 gleichmäßig um den Umfang der Betätigungsringe 15 und 16 herum angeordnet sind, die Zugkraft ebenfalls gleichmäßig verteilt ist. Deshalb hat die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gute Dichtfähigkeit. Da außerdem die Temperatur des Schachtes der Betätiger sein kann, wird die Vorrichtung unter den meisten Bedingungen leicht gesetzt.
Um die Vorrichtung 1 durch den Schacht bewegen zu können, sind die Betätigungsringe 15 und 16 zweckmäßig mit ringförmigen Ausnehmungen 25 und 26 versehen, an die ein geeignetes Landewerkzeug (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann. Wenn beide Betätigungsringe 15 und 16 mit ringförmigen Ausnehmungen 25 und 26 versehen sind, hat das den Vorteil, daß die Vorrichtung symmetrisch ist.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist besonders für die Förderungssteuerung und für Reparaturarbeiten geeignet.
Zweckmäßig kann mehr als eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Bohrlochrohr angeordnet werden, so daß ein effektiveres Management der Förderung möglich ist oder größere Reparaturarbeiten ausgeführt werden können.
Unter Bezugnahme auf 2 haben in dieser die Merkmale der Vorrichtung, die bereits unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Das Ausführungsbeispiel nach 2 eignet sich besonders für Zementierarbeiten und schwerere Reparaturarbeiten, weil die Vorrichtung hohen Lasten in axialer Richtung standhalten kann.
Die Vorrichtung 1 hat ferner lösbare Mittel 30 zum Fixieren der Position der Vorrichtung 1 in dem Bohrlochrohr 2. Die lösbaren Befestigungsmittel 30 umfassen einen keilförmigen Ring 31 und eine Vielzahl von Slips 34, die mit Zähnen (nicht gezeigt) versehen sind, so daß die Slips 34 einen festen Griff an der Innenfläche des Bohrlochrohres 2 haben. Der keilförmige Ring 31 ist mit dem Betätigungsring 15 mittels mehrerer Stäbe 36 aus einer Form-Memory-Legierung verbunden. Die Stäbe 36 ziehen sich während des Normalbetriebes zusammen, wenn die Temperatur der Stäbe 36 oberhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt.
Die andere Seite der Vorrichtung 1 (nicht gezeigt) ist mit ähnlichen lösbaren Mitteln zum Fixieren der Position der Vorrichtung 1 in dem Bohrlochrohr 2 versehen.
Während des Normalbetriebes ist die Vorrichtung 1 durch Aufbringen einer Spannung auf den Ring 31 und den Ring (nicht gezeigt) an dem anderen Ende bei Umgebungstemperatur aufgeweitet. In dieser Laufstellung wird die Vorrichtung 1 in das Bohrlochrohr bis zur erwünschten Stelle abgesenkt, wo eine Öffnung in der Wand des Bohrlochrohres vorhanden ist, die verschlossen werden muß, siehe die linke Seite von 2. Hitze aus der Formation oder von einer externen Quelle bewirkt, daß sich die Stäbe 20 und 36 zusammenziehen, wobei die Form-Memory-Legierungen so gewählt sind, daß sich bei den vorherrschenden Bedingungen die Stäbe 20 zusammenziehen, bevor die Stäbe 36 sich zusammenziehen. Die Ringe 31 und die Betätigungsringe 15 und 16 werden gegeneinander gezogen. Folglich werden die Slips 34 gegen die Innenfläche des Bohrlochrohres 2 gepreßt, und die ringförmigen Dichtungskrägen 17 und 18 werden verformt und gegen die Innenfläche der Wand des Bohrlochrohres 2 gepreßt, so daß sie die Öffnung 6 abdichten, siehe den rechten Teil von 2.
Diese Ausführungsform eignet sich, wenn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Zementierarbeit verwendet wird.
Der keilförmige Ring 31 kann mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen sein (nicht gezeigt), in welcher geeignete Landewerkzeuge (nicht gezeigt) eingerastet werden können, um die Vorrichtung zu landen oder rückzuholen.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann leicht aus dem Bohrlochrohr rückgeholt werden, indem so viel Spannung auf die Vorrichtung aufgebracht wird, daß sie in die Laufstellung zurückkehrt.

Claims

Vorrichtung zum Abdichten einer Öffnung durch die Wand eines Rohres, wobei die Vorrichtung einen rohrförmigen Abstandhalter (10) aufweist, dessen Außendurchmesser gestattet, daß der Abstandhalter in dem Rohr angeordnet wird, eine erste Dichtungskragenanordnung (11) und eine zweite Dichtungskragenanordnung (12), die an gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Abstandhalters (10) angeordnet sind, wobei jede Dichtungskragenanordnung (11, 12) einen Betätigungsring (15, 16) und einen ringförmigen Dichtungskragen (17, 18) aufweist, wobei die Betätigungsringe (15, 16) durch ein zylindrisches System aus einer Form-Memory-Legierung miteinander verbunden sind, welches System sich zusammenzieht, wenn die Temperatur des zylindrischen Systems die Übergangstemperatur der Form-Memory-Legierung erreicht, und wobei jeder ringförmige Dichtungskragen (11, 12) so ausgebildet ist, daß er beim Zusammenziehen des zylindrischen Systems aus einer Form-Memory-Legierung gegen die Innenfläche des Rohres gedrückt wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ein Schachtrohr (2) ist und daß das zylindrische System eine Vielzahl von Stäben (20, 36) aus einer Form-Memory-Legierung aufweist, wobei die Stäbe (20, 36) umfangsmäßig beabstandet um das zylindrische System herum angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welchem jeder ringförmige Dichtungskragen (17, 18) so ausgebildet ist, daß er zwischen dem Betätigungsring (15, 16) und der entsprechenden Dichtungskragenanordnung sowie dem rohrförmigen Abstandhalter (10) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das zylindrische System im wesentlichen koaxial innerhalb des Abstandhalters (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, die ferner lösbare Mittel (30) zum Fixieren der Position der Vorrichtung (1) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die lösbaren Mittel (30) eine Vielzahl von Slips (34), einen keilförmigen Ring (31) und eine Vielzahl von Stäben (36) aus einer Form-Memory-Legierung umfassen, welche den Ring mit dem Betätigungsring (15) verbinden, welche Stäbe (36) sich während des Normalbetriebes zusammenziehen, wenn die Temperatur der Stäbe oberhalb einer vorgewählten Temperatur liegt.