DE60102750T2

DE60102750T2 - Keilhaltesystem und damit ausgerüsteter wiedergewinnbarer Packer

Info

Publication number: DE60102750T2
Application number: DE60102750T
Authority: DE
Inventors: Loren C. Duncan Swor; Donald W. Duncan Winslow; Phillip Duncan Starr; Kenneth G. Duncan Neal; Lee Wayne Comanche Stepp
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: CA2352733A1; EP1172520A2; NO20013412L; EP1172520B1; DK1172520T3; EP1172520A3; US20020088616A1; DE60102750D1; US6481497B2; US6378606B1; NO20013412D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trommelschieber und auf einen entfernbaren Bohrlochpacker.
Während des Behandelns und des Vorbereitens von Untergrundbohrlöchern auf die Produktion wird meist ein Bohrlochpacker an einer Arbeitskette oder einem Fördergestänge in das Bohrloch eingeführt. Der Zweck des Packers ist das Stützen des Fördergestänges und anderer Komplettierungsteile, wie zum Beispiel eines Siebrohres neben einer produzierenden Formation, sowohl wie das Abdichten des Ringraumes zwischen der Aussenseite des Fördergestänges und der Innenseite der Bohrlochverrohrung, um auf diese Weise eine Bewegung von Flüssigkeiten durch den Ringraum hindurch und an dem Packerstandort vorbei zu blockieren. Der Packer ist dabei normalerweise mit Ankerschiebern ausgestattet, welche über sich gegenüber liegende Nockenflächen verfügen, welche wiederum mit ergänzenden, sich gegenüber liegenden Keilflächen kooperieren, wobei die Ankerschieber sich in Reaktion auf eine relative axiale Bewegung der Keilflächen radial in einen greifenden Kontakt mit der Bohrlochverrohrungsbohrung erstrecken können.
Der Packer umfasst ausserdem ringförmige Dichtungselemente, welche radial in eine abdichtende Befestigung gegen die Bohrung der Bohrlochverrohrung ausgedehnt werden können. Eine Bewegung der Packerkomponente in Längsrichtung, welche die Ankerschieber und die Dichtungselemente feststellt, kann entweder hydraulisch oder mechanisch erzeugt werden.
Wenn der Packer festgestellt und gegen die Bohrlochverrohrungsbohrung abgedichtet worden ist, sollte er diese abdichtende Befestigung auch nach Entfernung der hydraulischen oder mechanischen Feststellkraft aufrecht erhalten. Es ist ausserdem wichtig, dass der Packer in seiner festgestellten und abgedichteten Konfiguration verriegelt bleibt, während derselbe gleichzeitig einem hydraulischen Druck widersteht, welcher extern oder intern durch die Formation und/oder das Manipulieren der Rohranordnung und der Service-Werkzeuge auferlegt wird, ohne dass derselbe Packer gelöst oder die Dichtung gebrochen wird. Dies wird in sehr tiefen Bohrlöchern noch erschwert, in welchen der Packer und seine Komponente hohen Tieflochtemperaturen ausgesetzt sind, die zum Beispiel 400°F (204.4°C) erreichen und übersteigen können, sowohl wie hohen Tieflochdrucken, welche zum Beispiel 5.000 Pfund pro Quadratzoll („psi") (34.473,8 kPa) erreichen oder übersteigen können. Der Packer sollte Variationen solcher extern oder intern auferlegten hydraulischen Drucke bis zu ungefähr 15.000 psi (103.421,4 kPa) in beiden Richtungen widerstehen können.
Es gibt Packer, welche dazu entworfen wurden, solchen extremen Bedingungen widerstehen zu können, wobei solche Packer jedoch über lange Zeiten hinweg in einem Bohrloch festgestellt und dort belassen werden sollen. US-Anmeldung 5.944.102 (das ,102er Patent') von Kilgore u. a., auf welches wir uns hiermit bezüglich weiterer Einzelheiten beziehen, bietet zum Beispiel einen entfernbaren Packer für hohe Temperaturen und hohe Drucke, welcher für die Anwendung in Bohrlöchern mit extremen Bedingungen entworfen wurde, und welcher auch nach langen Aussetzungsperioden wieder entfernt werden kann. Der dort geoffenbarte Packer eignet sich jedoch nicht für das Feststellen und ein darauffolgendes wiederholtes Lösen und Feststellen innerhalb des Bohrloches. Unsere Anmeldung EP-A-0959226 (die ,226er Anmeldung'), auf welche wir uns bezüglich weiterer Einzelheiten hiermit beziehen, bietet eine Ausführung eines Packers für hohe Temperaturen und hohe Drucke, welcher festgestellt, und dann innerhalb des Bohrloches wiederholt gelöst und wieder festgestellt werden kann, und welcher bei jedem Feststellen eine Dichtung aufrecht erhalten wird. Bei herkömmlichen mechanischen Schiebern wie demjenigen, welcher in der ,226er Anmeldung' geoffenbart wird, kann eine bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck auferlegte Last während des Feststellen des Packers die Verrohrung beschädigen. Der dort geoffenbarte herkömmliche Schieber erzeugt tiefe Penetrierungsmarkierungen in der Verrohrung, welche einen negativen Einfluß auf die Integrität der Verrohrung und deren Lebenserwartung ausüben können. Es besteht deshalb auch weiterhin ein Bedarf für einen Packer für hohe Temperaturen und hohe Drucke, welcher mehrere Male festgestellt und wieder gelöst werden kann, wobei die Chance einer Beschädigung der Verrohrung bei jedem Feststellen des Packers verringert wird.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet einen Packer für die Anwendung in einem Untergrundbohrloch, welches eine Verrohrung beinhaltet, welcher weiter das Folgende umfasst: eine Packerspindel, eine expandierbare Dichtungseinheit, welche um die vorgenannte Spindel herum positioniert ist, einen oberen expandierbaren Schieber, welcher für das Befestigen und Greifen der vorgenannten Verrohrung um die vorgenannte Spindel herum positioniert ist; und einen unteren expandierbaren Schieber, welcher für das Befestigen und Greifen der vorgenannten Verrohrung unter dem vorgenannten oberen expandierbaren Schieber um die vorgenannte Spindel herum positioniert ist, wobei einer der vorgenannten oberen und unteren Schieber einen Trommelschieber umfasst, welcher weiter unten beschrieben wird.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet auch einen Trommelschieber für das Befestigen einer Verrohrung in einem Untergrundbohrloch, wobei derselbe Trommelschieber das Folgende umfasst: einen Trommelschieberkörper mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei der vorgenannte Trommelschieberkörper eine Reihe von Öffnungen umfasst, welche auf der Aussenoberfläche desselben zwischen dem ersten und dem zweiten Ende definiert sind; eine Reihe von Einsätzen, vorzugsweise aus Wolframkarbid, welche in die vorgenannten Öffnungen eingeschoben werden, wobei die vorgenannten Einsätze sich von dem äussersten Punkt der vorgenannten Aussenoberfläche des vorgenannten Trommelschieberkörpers radial nach aussen hin erstrecken; und mindestens einen Keil, welcher mit dem vorgenannten Schieber assoziiert ist, wobei der vorgenannte Keil an den vorgenannten ersten und zweiten Enden befestigt werden kann, und wobei der vorgenannte Trommelschieberkörper eine Reihe von Öffnungen umfasst, welche auf einer Aussenoberfläche desselben zwischen den vorgenannten ersten und zweiten Enden definiert sind; eine Reihe von Einsätzen, vorzugsweise aus Wolframkarbid, welche in die vorgenannten Öffnungen eingeschoben werden, wobei die vorgenannten Einsätze sich von einem äussersten Punkt der vorgenannten Aussenoberfläche des vorgenannten Trommelschieberkörpers radial nach aussen hin erstrecken; und mindestens einen Keil, welcher mit dem vorgenannten Schieber assoziiert ist, wobei der vorgenannte Keil an dem vorgenannten Schieber befestigt werden kann, um den vorgenannten Schieber im Verhältnis zu einer Last, welche auf denselben auferlegt wird, radial nach aussen zu drücken, so dass die vorgenannten Einsätze in die Verrohrung eingreifen.
Der entfernbare Packer der vorliegenden Erfindung kann zwischen festgestellten und gelösten Positionen in einem Bohrloch hin und hergestellt werden, und kann bei jedem Feststellen, auch bei Temperaturen von bis zu 400° und mehr und Drucken von bis zu 15.000 psi eine abdichtende Befestigung einer Verrohrung aufrecht erhalten, welche in einem Bohrloch positioniert ist. Bei einer Anordnung umfasst der Packer einen Trommelschieber und einen mechanischen Schieber, welcher den Packer innerhalb des Bohrloches befestigt und hält, während er gleichzeitig eine mögliche Beschädigung der Verrohrung durch das Befestigen des Schiebers an derselben Verrohrung minimiert. Der Packer kann weiter vorzugsweise eine neuartige Futterrohrverriegelung umfassen, um ein vorzeitiges Bewegen des Packers von einer nicht festgestellten auf eine festgestellte Position zu verhindern.
Der Packer umfasst eine Packerspindel und eine Dichtungseinheit, welche um dieselbe Packerspindel herum positioniert ist. Der Packer umfasst weiter einen Trommelschieber und einen mechanischen Ankerschieber, welche unter der Dichtungseinheit um die Spindel herum positioniert sind. Die oberen und unteren Trommelschieberkeile sind über und unter dem Trommelschieber um die Packerspindel herum positioniert. Die oberen und unteren Trommelschieberkeile sind dazu fähig, eine Last, welche auf dieselben auferlegt wird, so auf den Mittelpunkt des Trommelschiebers zu übertragen, dass der Trommelschieber radial nach aussen hin ausgedehnt wird, so dass derselbe die Verrohrung innerhalb des Bohrloches befestigt. Der mechanische Schieber ist unter dem Trommelschieber um die Packerspindel herum positioniert. Der Zweck des unteren mechanischen Schiebers ist das Erstellen eines anfänglichen Griffes für die Verrohrung, so dass der Trommelschieber so befestigt werden kann, dass er die Verrohrung greift und das Werkzeug hält, während hohe Lasten auferlegt werden.
Der Trommelschieber umfasst einen Trommelschieberkörper mit einer Reihe von Öffnungen, welche auf einer Aussenoberfläche desselben definiert sind. Eine Reihe von Einsätzen werden in den Trommelschieberkörper eingeschoben. Die Öffnungen sind so orientiert, dass die Einsätze eine Reihe von aufwärtig und abwärtig ausgerichteten Greiferkanten definieren. Auf diese Weise werden die Einsätze die Verrohrung in dem Bohrloch befestigen und die Trommelschieber sowohl eine aufwärtige wie auch eine abwärtige Bewegung innerhalb des Bohrloches verhindern, wenn er Trommelschieber radial nach aussen ausgedehnt ist. Die radiale Ausdehnung des Trommelschiebers wird in dem ,102er Patent' eingehender beschrieben, und wir beziehen uns hiermit auf diese Einzelheiten. Der Trommelschieberkörper umfasst eine ausreichend große Anzahl von Einsätzen, welche entlang der Länge und um dem Umfang desselben herum positioniert sind, so dass der Trommelschieber einen guten Griff an der Verrohrung erhält, so dass der Schieber die Verrohrungslast über einen großen Bereich hinweg verteilt, um auf diese Weise den Kontaktstress zwischen Schieber und Verrohrung zu minimieren.
Vor dem Feststellen des Trommelschiebers würde eine abwärtige Bewegung der Spindel ein Befestigen des mechanischen Schiebers an der Verrohrung verursachen. Ein unbeabsichtigtes oder verfrühtes Feststellen der mechanischen und Trommelschieber wird deshalb mit Hilfe einer Futterrohrverriegelung verhindert, welche operativ mit einer Aufnehmereinheit assoziiert ist, welche unter dem mechanischen Schieber um die Spindel herum positioniert ist. Die Futterrohrverriegelung umfasst einen Arm, welcher drehbar an der Aufnehmerhülse befestigt ist. Der Arm tritt mit der Spindel in Kontakt, wenn der Packer sich in einer anfänglichen Einführposition befindet. Ein Zusammendrücken der Aufnehmerhülse wird ein Drehen des Armes verursachen und denselben von der Spindel lösen, so dass die Packerspindel sich so bewegen kann, dass sie eine radiale Ausdehnung des mechanischen Schiebers, des Trommelschiebers, und der Dichtungseinheit verursacht, und den Packer somit auf seine festgestellte Position bewegt. Der Packer kann so oft wie gewünscht zwischen seiner festgestellten und seiner nicht festgestellten Position hin und her bewegt werden, bevor derselbe aus dem Bohrloch entfernt wird. Jedes Mal, wenn der Packer auf seine festgestellte Position bewegt wird, werden der mechanische Schieber und der Trommelschieber mit der Verrohrung in Kontakt geraten und den Packer, und mögliche daran befestigte Geräte, auf diese Weise im Bohrloch halten, und die Dichtungseinheit wird an der Verrohrung abgedichtet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung beziehen wir uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1A und 1B eine schematische Ansicht einer Ausführung des Packers der vorliegenden Erfindung in einer festgestellten Position in einem Bohrloch darstellen;
2A bis 2H eine Teilquerschnittsansicht desselben Packers in einer nicht eingestellten Position darstellen, in welcher die Schieber eingefahren sind;
3A bis 3F eine Teilquerschnittsansicht von Beispielen von Komponenten des Packers in der festgestellten Position darstellen, in welcher die Schieber ausgefahren sind.
4 eine Perspektivansicht eines Trommelschieberkörpers einer Ausführung des Trommelschiebers der vorliegenden Erfindung für die Verbindung mit dem Packer darstellt;
5 eine Querschnittsansicht entlang der in 10 geoffenbarten Linie 5-5 darstellt;
6 eine Querschnitsansicht entlang der in 10 geoffenbarten Linie 6-6 darstellt und die Trommelschiebereinsätze einschließt;
7 eine Repräsentation einer Ausführung des J-Schlitzes darstellt;
8 eine Querschnittsansicht entlang der in 2F geoffenbarten Linie 8-8 darstellt.
9 eine Teilquerschnittsansicht einer Ausführung der Aufnehmereinheit unter einem Winkel von 90° aus Sicht der Querschnittsansicht in 2G darstellt;
10 eine Endansicht einer Ausführung des Trommelschieberkörpers der vorliegenden Erfindung darstellt.
In der hier folgenden Beschreibung werden gleichen Teilen innerhalb der Spezifikation und auf den Zeichnungen durchweg jeweils die gleichen Referenznummern zugeordnet. Die Zeichnungen sind dabei nicht unbedingt maßstabsgerecht, und die Eigenschaften bestimmter Teile wurden zum Teil übertrieben dargestellt, um die Details und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Die Bezeichnungen „oberer", „aufwärts", „unterer", „unter", „Tiefloch" und ähnliche innerhalb der folgenden Beschreibung stehen jeweils im Verhältnis zu dem Boden oder dem entferntest gelegenen Punkt des umgebenden Bohrloches, obwohl das Bohrloch oder Teile desselben durchaus gekrümmt oder horizontal sein können. Die Bezeichnungen „innenseitig" und „aussenseitig" repräsentieren Richtungen zu und von der jeweiligen geometrischen Achse eines erwähnten Gegenstandes. Wo Komponente eines relativ gut bekannten Designs angewendet werden, werden deren Struktur und Betrieb nicht besonders eingehend beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1A und 1B, wird hier ein Bohrlochpacker oder ein Packergerät (10) schematisch dargestellt, nachdem derselbe in ein Bohrloch (15) herabgelassen wurde. Das Bohrloch (15) umfasst ein Bohrloch (20) mit einer darin positionierten Verrohrung (25). Der Packer (10) ist in 1A–1B schematisch in seiner festgestellten Position dargestellt. Der Packer (10) ist in 2A–2H in seiner nicht eingestellten Einführposition (24) dargestellt, und umfasst hier ein oberes Ende (30) und ein unteres Ende (32). Das obere Ende (30) ist so adaptiert, dass es mit einer Arbeitskette, oder einer Rohranordnung (34) eines dem Fachmann bekannten Typs verbunden werden kann, um dasselbe dann in ein Bohrloch (15) herabzulassen und darin zu bewegen. Das untere Ende (32) ist so adaptiert, dass es mit einer Tieflochausrüstung und/oder Werkzeugen (36) verbunden werden kann, welche im Laufe der Behandlung und der Vorbereitung des Bohrloches auf die Produktion angewendet werden sollen, oder es kann mit einem Fördergestänge und/oder anderen Förderausrüstungsteilen verbunden werden, welche Fördersiebrohre, polierte Nippel, und Endsiebrohre einschliessen, sich jedoch nicht auf diese beschränken.
Der Packer (10) umfasst an seinem oberen Ende einen Adapter (38). Der Adapter (38) umfasst ein oberes Ende (40) und ein unteres Ende (42), an welchem ein nach unten ausgerichteter Ansatz (44) definiert ist. Der Adapter (38) umfasst Gewinde (46), welche für das Verbinden desselben mit einer Rohranordnung (34) definiert sind.
Der Packer (10) umfasst weiter eine Packerspindel (48) und einen Packerkörper (50), welcher um die Spindel (48) herum positioniert ist. Die Spindel (48) umfasst ein oberes Ende (52) und ein unteres Ende (54). Das obere Ende (52) ist über ein Gewinde mit dem Adapter (38) verbunden, und das untere Ende (54) ist so adaptiert, dass es mit darunter befindlichen Tieflochausrüstungsteilen verbunden werden kann. Die Packerspindel (48) umfasst eine innere Spindel (56) und eine äussere Spindel (58). Das obere Ende (52) der Spindel (48) umfasst das obere Ende der inneren Spindel (56), und das untere Ende (54) umfasst das untere Ende der inneren Spindel (56). Die innere Spindel (56) umfasst eine Innenoberfläche (60), welche einen in Längsrichtung verlaufenden Fließdurchgang (62) für das Weiterleiten von Flüssigkeiten durch dieselbe hindurch definiert, sowohl wie eine Aussenoberfläche (61).
Die innere Spindel (56) umfasst einen oberen Abschnitt (64), einen zentralen Abschnitt (66), und einen unteren Abschnitt (68). Die Aussenoberfläche (61) der inneren Spindel (56) definiert an ihrem zentralen Abschnitt (66) Aussendurchmesser (63 und 65) und eine Rampe (67) zwischen densellen. Die Größenklasse des Durchmessers (65) ist größer als die des Durchmessers (63), und wird daher von demselben radial nach aussen hin verdrängt. Der obere Abschnitt (64) ist an einem unteren Ende (70) desselben mit einer Kupplung (72) verbunden, welche ein oberes Ende (71) und ein unteres Ende (73) umfasst. Die Kupplung (72) ist über ein Gewinde (74) mit einem oberen Ende (76) des zentralen Abschnitts (66) der inneren Spindel (56) verbunden. Ein sich in Längsrichtung erstreckender Fließdurchgang (77) ist durch die Kupplung (72) hindurch definiert. Die Kupplung (72) umfasst einen ersten und einen zweiten Aussendurchmesser (78 und 79), welche zwischen denselben einen Ansatz (81) definieren.
Ein mit Öffnungen versehenes Gehäuse (80) ist um einen zentralen Abschnitt (66) der Spindel (56) herum positioniert und über ein Gewinde (75) mit einer Kupplung (72) verbunden. Ein sich in Längsrichtung erstreckender Fließdurchgang (82) ist durch das und zwischen dem mit Öffnungen versehenem Gehäuse (80) und der Aussenoberfläche (61) der inneren Spindel (56) definiert. Der sich in Längsrichtung erstreckende Fließdurchgang (82) ist mit dem sich in Längsrichtung erstreckenden Fließdurchgang (77) verbunden. Das mit Öffnungen versehene Gehäuse (80) umfasst ein oberes Ende (84) und ein unteres Ende (86). Das mit Öffnungen versehene Gehäuse (80) umfasst eine Reihe von Öffnungen (88), welche um den Umfang herum durch dasselbe hindurch positioniert und mit dem sich in Längsrichtung erstreckenden Fließdurchgang (82) verbunden sind. Das mit Öffnungen versehene Gehäuse (80) umfasst eine Aussenoberfläche (90) und wird abdichtend in eine Beipasshülse eingeschoben, welche einen Teil des Packerkörpers (50) repräsentiert.
Der zentrale Abschnitt (66) der inneren Spindel (56) ist über ein Gewinde an einem unteren Ende (91) desselben mit einem oberen Ende (92) des unteren Abschnitts (68) verbunden. Der untere Abschnitt (68) umfasst eine Aussenoberfläche (94), auf welcher mindestens eine, und vorzugsweise zwei sich radial nach aussen erstreckende Nasen (96) definiert sind. Die Nasen (96) sind um 180° um den Umfang des unteren Abschnitts (68) der inneren Spindel (56) herum voneinander getrennt.
Die äussere Spindel (58) umfasst einen oberen Abschnitt (98) und einen unteren Abschnitt (100), welcher auch als eine Klinkenspindel (100) bezeichnet werden kann. Der obere Abschnitt (98) umfasst ein oberes Ende (102), ein unteres Ende (104), eine Aussenoberfläche (106), und eine Innenoberfläche (108). Die äussere Spindel (58) ist über eine Gewindeverbindung (103) mit dem Packerkörper (50) verbunden. Eine Reihe von radialen Öffnungen (110) sind durch den oberen Abschnitt (98) hindurch definiert. Der obere Abschnitt (98) ist über ein Gewinde mit einem oberen Ende (112) an einem unteren Ende (104) derselben mit der Klinkenspindel (100) verbunden. Die Klinkenspindel (100) umfasst ein unteres Ende (114), eine Aussenoberfläche (116), und eine Innenoberfläche (117). Eine Reihe von Schlitzen (118) sind um den Umfang der Klinkenspindel (100) herum angeordnet. Die Klinkenspindel umfasst vorzugsweise vier Schlitze (118), welche durch dieselbe hindurch definiert sind. Eine Reihe von Klinkenzähnen oder -kämmen (120) sind zwischen den Schlitzen (118) auf der Klinkenspindel (100) definiert. Eine Klinkenlastfeder (122) ist an deren unterem Ende um die Klinkenspindel (100) herum positioniert.
Ein ringförmiger Durchgang (130) wird durch und zwischen der Spindel (48) und dem Packerkörper (50) zwischen dem unteren Ende (86) des mit Öffnungen versehenen Gehäuses (80) und dem oberen Ende (102) des oberen Abschnitts (98) der äusseren Spindel (58) definiert. Ein ringförmiger Durchgang (132) wird durch die Aussenoberfläche (61) der inneren Spindel (56) und den Innenoberflächen (108 und 117) der oberen Abschnitte (98) und der Klinkenspindel (100) definiert. Die Durchgänge (77, 82, 130 und 132) umfassen weiter einen ringförmigen Durchgang (136).
Der Packerkörper (50) umfasst eine Kappe (150) mit einem oberen Ende (152) und einem unteren Ende (154). Das obere Ende (152) definiert einen nach oben ausgerichteten Ansatz (153). Die Kappe (150) umfasst eine Innenoberfläche (156) und ist um den oberen Abschnitt (64) der inneren Spindel (56) herum positioniert. Die Kappe (150) ist abdichtend um die Spindel (48) herum positioniert und umfasst zu diesem Zweck eine Rille (158) mit einer O-Ring Dichtung (160) und Backup- Dichtungen (162) für das abdichtende Befestigen der Spindel (48). Die Länge des Packers (10) umfasst eine Reihe von Standorten, an wachen Dichtungen in Rillen positioniert sind, welche auf den inneren und äusseren Oberflächen von zusammengehörigen Teilen definiert sind. Anstatt hier jede einzelne Dichtung spezifisch zu identifizieren soll diesen Dichtungen allgemein der Buchstabe „S" zugeordnet werden, und ein Fachmann wird dabei sofort erkennen, dass solche Dichtungen sowohl O-Ring Dichtungen wie auch Backup-Dichtungen und andere Dichtungstypen einschliessen können, welche nach dem aktuellen Stand der Technik allgemein bekannt sind, um zwischen zusammengehörigen Teilen eine Dichtung zu erstellen. Die Zuordnung des Buchstabens „S" deutet jedoch nicht an, dass alle Dichtungen identische sind, sondern zeigt lediglich, dass Dichtungen eines bekannten Typs angewendet werden können.
Der Packerkörper (50) umfasst weiter eine Packerkörperuntereinheit (163) mit einem oberen Ende (164) und einem untren Ende (166). Die Packerkörperuntereinheit (163) ist an ihrem oberen Ende über ein Gewinde mit der Kappe (150) verbunden. Die Packerkörperuntereinheit (163) umfasst eine Aussenoberfläche (168) und eine Innenoberfläche (170). Ein Schwimmkolben (172) ist abdichtend in dem ringförmigen Raum zwischen der Packeruntereinheit (163) und der Kupplung (72) positioniert. Der Schwimmkolben (172) ist zwischen dem unteren Ende (154) der Kappe (150) und einem nach oben ausgerichteten Ansatz (81) positioniert, welcher auf der Kupplung (72) definiert ist. Der Schwimmkolben (172) umfasst ein oberes Ende (174) und ein unteres Ende (176).
Die Packerkörperuntereinheit (163) ist an ihrem unteren Ende (166) über ein Gewinde mit einem Kupplungsschuh (180) verbunden. Der Kupplungsschuh (180) umfasst ein oberes Ende (184), ein unteres Ende (186), eine Aussenoberfläche (188), und eine Innenoberfläche (190). Die Innenoberfläche (190) definiert einen oberen Gewindedurchmesser (191), welches den Kupplungsschuh (180) mit der Packerkörperuntereinheit (163) verbindet, und einen ersten Innendurchmesser (192), einen zweiten Innendurchmesser (194), welcher radial innenseitig von dem Durchmesser (192) angeordnet ist, und einen dritten Innendurchmesser (196), welcher radial innenseitig von dem Durchmesser (194) angeordnet ist, und einen unteren Gewindedurchmesser (198).
Eine Beipasshülse (200) mit einem oberen Ende (202) und einem unteren Ende (204) ist zwischen der Packerkörpereinheit (163) und dem mit Öffnungen versehenen Gehäuse (80) positioniert. Eine Innenoberfläche der Beipasshülse (200) ist abdichtend an dem mit Öffnungen versehenen Gehäuse (80) befestigt. Die äussere Spindel (58) ist an ihrem oberen Ende (102) über ein Gewinde mit dem dritten Innendurchmesser (196) verbunden. Die Beipasshülse (200) erstreckt sich in Längsrichtung auf eine solche An und Weise, dass das untere Ende derselben unter dem unteren Ende (166) der Packeruntereinheit (163) positioniert ist und abdichtend an dem ersten Innendurchmesser (192) des Kupplungsschuhs (180) befestigt ist. Ein ringförmiger Durchgang (205) mit einem unteren Ende (206) und einem oberen Ende (208), welches durch das untere Ende (176) des Schwimmkolbens (172) definiert wird, ist zwischen der Packerkörperuntereinheit (163), und ein einem radialen inneren Grenzpunkt durch das mit Öffnungen versehene Gehäuse (80) und die Kupplung (72) definiert. Eine Reihe von radialen Öffnungen (210) ist innerhalb der Packerkörpereinheit (163) definiert und verbindet das Bohrloch (15) mit dem ringförmigen Durchgang (205). Der ringförmige Durchgang (205) ist wiederum über die Öffnungen (188) in dem mit Öffnungen versehenen Gehäuse (80) mit dem ringförmigen Durchgang (136) verbunden.
Ein oberer Schieberkeil (214) ist um den oberen Abschnitt (98) der äusseren Spindel (58) herum positioniert. Der obere Schieberkeil (214) umfasst eine Innenoberfläche (216), auf welcher ein Innendurchmesser (218) definiert ist, und wird eng anliegend und abdichtend um die äussere Packerspindel (58) herum aufgeschoben. Der obere Schieberkeil (214) umfasst ein unteres Ende (220) und eine erste äussere oder Abdichtungsoberfläche (222), auf welcher ein erster äusserer Durchmesser (224) definiert ist, welcher radial aussenseitig von der Aussenoberfläche (106) des oberen Abschnitts (98) der äusseren Spindel (58) positioniert ist.
Eine Rampe oder Rampenoberfläche (226) befindet sich auf dem oberen Schieberkeil (214) zwischen der Innenoberfläche (216) und dem ersten Aussendurchmesser (224). Der obere Schieberkeil (214) umfasst einen zweiten Aussendurchmesser (228), welcher über dem Aussendurchmesser (222) positioniert ist und radial nach aussen von diesem verdrängt wird, und einen dritten Aussendurchmesser (230), welcher über dem Aussendurchmesser (228) positioniert ist und radial nach aussen von diesem verdrängt wird, und einen vierten Aussendurchmesser (232), welcher über dem dritten Aussendurchmesser (230) positioniert ist und radial nach aussen von diesem verdrängt wird. Ein erster, nach unten ausgerichteter Ansatz (234) ist zwischen dem ersten und dem zweiten Aussendurchmesser (222 und 228) definiert. Ein zweiter, nach unten ausgerichteter Ansatz (236) wird durch den zweiten und den dritten Aussendurchmesser (228 und 230) definiert und erstreckt sich zwischen denselben. Letztendlich wird ein dritter, nach unten ausgerichteter Ansatz (238) durch den jeweils dritten und den vierten Aussendurchmesser (230 und 232) definiert und erstreckt sich zwischen denselben. Der obere Schieberkeil (214) umfasst einen fünften Aussendurchmesser (240), welcher über dem vierten Aussendurchmesser (232) positioniert und radial innenseitig von demselben ausgespart ist, und welcher einen nach oben ausgerichteten Ansatz (242) definiert. Eine Schuhrückstellfeder (243) ist um den oberen Schieberkeil (214), und vorzugsweise um den fünften Aussendurchmesser (214) herum positioniert.
Ein Meßring (244) ist um den Kupplungsschuh (180) herum positioniert und über ein Gewinde (246) mit demselben verbunden. Der Meßring (244) umfasst ein oberes Ende (248) und ein unteres Ende (250). Das untere Ende (250) formt zusammen mit dem unteren Ende (186) des Kupplungsschuhs (180) ein oberes Ende (252) eines ringförmigen Raumes (254), in welchem die Schuhrückstellfeder (243) positioniert ist. Das untere Ende (256) des ringförmigen Raumes (254) wird durch eine Stößelschuhhalterung (258) definiert. Die Stößelschuhhalterung umfasst ein oberes Ende (260), welches wiederum ein unteres Ende (256) des ringförmigen Raumes (254) definiert. Eine Federabdeckung (262) definiert die radiale äussere Grenze des ringförmigen Raumes (254). Die Abdeckung (262) ist mit Hilfe einer Schraube oder einem anderen Befestigungsmittel an der Stößelschuhhalterung (258) befestigt und erstreckt sich aufwärts bis über das untere Ende (252) des ringförmigen Raumes (254) hinaus. Der Meßring kann relativ zu der Abdeckung (262) bewegt oder verschoben werden. Die Stößelschuhhalterung (258) ist über ein Gewinde (266) mit dem Stößelschuh (264) verbunden.
Der Stößelschuh (264) umfasst an einem unteren. Ende (270) desselben einen Kopfabschnitt (268). Der Stößelschuh (262) umfasst weiter eine Innenoberfläche (272), welche einen ersten Innendurchmesser (274), einen zweiten Innendurchmesser (276), und einen dritten Innendurchmesser (278) definiert. Ein vierter Aussendurchmesser des oberen Schieberkeils (214) wird verschiebbar und abdichtend in den ersten Innendurchmesser (274) eingeschoben. Die Schuhrückstellfeder (243) ist hier zusammengedrückt, so dass der Kopfabschnitt (268) des Stößelschuhs (264) Kontakt mit einer Dichtungseinheit (280) aufrecht erhält, welche unter dem Stößelschuh (264) um die äussere Spindel (58) herum positioniert ist, wenn der Packer (10) sich ins einer festgestellten oder nicht festgestellten Position befindet.
Die Dichtungseinheit (280) kann ein Dichturgselement (282) mit einer äusseren oder ersten axialen Oberfläche (284) und einer inneren oder zweiten axialen Oberfläche (286) umfassen. Das Dichtungselement (282) ist vorzugsweise aus einem elastomerischen Material wie zum Beispiel NBR, FKM, VITON^®, oder einem ähnlichen Material geformt, ist aber nicht auf diese Materiale beschränkt. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch sofort erkennen, dass je nach den zu erwartenden Temperaturen und Drucken auch andere Materiale angewendet werden können, ohne von dem Umfang und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Dichtungselement (282) umfasst ein erstes oder oberes Ende (288) und ein zweites oder unteres Ende (290). Das erste Ende (288) definiert eine erste oder obere radiale Oberfläche (292), und ein zweites Ende (290) definiert eine zweite oder untere radiale Oberfläche (294). Die Dichtungseinheit (90) umfasst weiter Anti-Extrusionsmäntel (296), welche einen ersten oder oberen Anti-Extrusionsmantel oder ein Element (298) und einen zweiten oder unteren Anti-Extrusionsmantel oder ein Element (300) umfassen können. Die Dichtungseinheit (280) kann an den oberen und unteren Enden des Dichtungselementes (282) weiter Bridge-Elemente (302 und 304) umfassen. Einzelheiten bezüglich derselben Bridge-Elemente (302 und 304) zusammen mit Einzelheiten bezüglich des Dichtungselementes (282) und der Anti-Extrusionsmäntel (298 und 300) sind aus der US-Anmeldung 09/083.384 ersichtlich.
Ein unterer Schieberkeil (306) ist unter der Dichtungseinheit (280) um die äussere Spindel herum positioniert und umfasst ein oberes Ende (308), ein unteres Ende (310), und eine Innenoberfläche (312), auf welcher ein Innendurchmesser (314) definiert ist. Der untere Schieberkeil (306) wird eng anliegend um die äussere Packerspindel (58) herum aufgeschoben und dichtet diese ab. Das obere Ende (308) des Schieberkeils (306) ist unter dem unteren Ende (290) der Dichtungselementeinheit (282) positioniert, wenn der Packer sich in seiner nicht festgestellten Position befindet.
Der untere Schieberkeil (308) umfasst eine Aussenoberfläche, welche eine ringförmige, dichtungsbefestigende Oberfläche (315) definiert, welche auch als eine Rampe oder Rampenoberfläche (315) bezeichnet werden kann. Die Rampenoberfläche (315) erstreckt sich von dem oberen Ende (308) des Schieberkeils (306) hinweg nach unten und radial von der Innenoberfläche (312) desselben hinweg nach aussen, und daher radial von der äusseren Packerspindel (58) hinweg nach aussen. Die Rampenoberfläche (315) kann einen ersten Rampenabschnitt (316) und einen zweiten Rampenabschnitt (318) umfassen, welcher sich von dem ersten Rampenabschnitt (316) hinweg nach unten erstreckt. Die Rampe (315) endet an einem nach oben ausgerichteten Ansatz (320).
Die Aussenoberfläche des unteren Schieberkeils (306) definiert einen ersten Aussendurchmesser (322). Der Ansatz (320) erstreckt sich zwischen der Rampenoberfläche (315) und einem ersten Aussendurchmesser (322). Der erste Aussendurchmesser (322) erstreckt sich von dem Ansatz (320) hinweg nach unten und endet an einem nach oben ausgerichteten Ansatz (326), welcher durch den ersten Aussendurchmesser (322) und einen zweiten Aussendurchmesser (328) definiert wird und sich zwischen denselben erstreckt. Der zweite Aussendurchmesser (328) erstreckt sich von dem Ansatz (326) hinweg nach unten und endet an einem nach oben ausgerichteten Ansatz (330), welcher durch den zweiten Aussendurchmesser (328) und einen dritten Aussendurchmesser (332) definiert wird und sich zwischen denselben erstreckt. Der dritte Aussendurchmesser (332) erstreckt sich nach unten und endet an einem nach unten ausgerichteten Ansatz (334, welcher durch den dritten Aussendurchmesser (332) und einen vierten Aussendurchmesser (335) definiert wird und sich zwischen denselben erstreckt. Der vierte Aussendurchmesser (335) ist radial innenseitig von dem Durchmesser (332) entfernt ausgespart.
Ein unterer Stößelschuh (336) ist um den unteren Schieberkeil (306) herum positioniert und umfasst ein oberes Ende (337) und ein unteres Ende (338). Ein Kopfabschnitt (339) wie der Kopfabschnitt (268) des oberen Stößelschuhs ist an dem oberen Ende (337) definiert. Der Kopfabschnitt (339) tritt mit dem unteren Ende der Dichtungseinheit (280) in Kontakt. Der untere Stößelschuh (336) ist über ein Gewinde mit einer unteren Stößelschuhhalterung (340) verbunden, welcher ein oberes Ende (342) und ein unteres Ende (344) umfasst. Eine untere Schuhrückstellfeder (346) ist um den unteren Schieberkeil (306) herum in einem ringförmigen Raum (348) positioniert. Der ringförmige Raum (348) umfasst ein oberes Ende (350), welches durch das untere Ende (344) der unteren Stößelschuhhalterung (340) definiert wird und ein unteres Ende (352) umfasst, welches wiederum von einem Abstandstück (354) mit einem oberen Ende (356) und einem unteren Ende (358) definiert wird. Eine Federabdeckung (358) ist mit Hilfe einer Schraube oder einem anderen Befestigungsmittel, welches dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, mit der unteren Stößelschuhhalterung (340) verbunden und erstreckt sich von derselben hinweg so nach unten, dass sie um das Abstandstück (352) herum positioniert ist und den ringförmigen Raum (348) abdeckt.
Ein oberer Trommelschieberkeil (360) umfasst ein oberes Ende (362) und ein unteres Ende (363), und ist über ein Gewinde an seinem oberen Ende (362) mit dem unteren Schieberkeil (306) verbunden. Ein unterer Meßring (364) ist um den oberen Trommelschieberkeil (360) herum positioniert und über ein Gewinde mit demselben verbunden. Der Meßring (364) umfasst ein oberes Ende (366), welches zusammen mit dem oberen Ende (362) des Trommelschieberkeils (360) an dem unteren Ende (358) des Abstandstücks (354) befestigt ist. Der obere Trommelschieberkeil (360) umfasst einen Teil einer Trommel oder einer Einheit (368), welche wiederum einen oberen Trommelschieberkeil (360), einen Trommelschieber (370), und einen unteren Trommelschieberkeil (372) umfasst.
Der obere Schieberkeil (360) umfasst eine Innenoberfläche (374), welche eng anliegend um eine Klinkenspindel (100) herum aufgeschoben wird. Der Trommelschieberkeil (360) ist anfänglich mit Hilfe eines Abscherstiftes (376) mit der Klinkenspindel (100) verbunden. Der Trommelschieberkeil (360) umfasst eine Reihe von radialen Öffnungen (378), welche durch denselben hindurch definiert sind und mit den radialen Öffnungen (110) verbunden sind, welche wiederum mit dem ringförmigen Durchgang (136) verbunden sind. Auf diese Weise wird ein Fließdurchgang erzeugt, welcher durch die radialen Öffnungen (210) hindurch und in den ringförmigen Durchgang (205) hinein durch die radialen Öffnungen (88), und dann durch den ringförmigen Durchgang (135), die radialen Öffnungen (110), und die radialen Öffnungen (378) hindurch einen Druckausgleich um die Dichtungseinheit (280) herum ermöglicht. Der obere Trommelschieberkeil (360) umfasst eine Reihe von oberen Keilkegeln (380), welche auf der Aussenseite desselben definiert sind.
Der untere Trommelschieberkeil (372) umfasst ein oberes Ende (382), ein unteres Ende (384), und eine Innenoberfläche (386), weiche um die Klinkenspindel (100) herum positioniert ist. Der untere Trommelschieberkeil (372) ist anfänglich mit Abscherstiften (388) an der Klinkenspindel (100) befestigt. Eine Reihe von Keilkegeln (390) ist auf der Aussenseite des unteren Trommelschieberkeils (372) definiert.
Unter Bezugnahme auf 4–7 umfasst der Trommelschieber (370) hier einen Trommelschieberkörper (392) mit einer externen oder Aussenoberfläche (394) und einer internen oder Innenoberfläche (396). Die Innenoberfläche (396) um umfasst eine Reihe von jeweils kegelstumpfen Oberflächenkegeln oder Schieberkegeln (298 und 400). Die oberen Schieberkegel (398) sind neben und im allgemeinen ergänzend zu den oberen Keilkegeln (380) an dem oberen Trommelschieberkeil (360) positioniert, während die unteren Schieberkegel (400) neben und im allgemeinen ergänzend zu den unteren Keilkegeln (390) an dem unteren Trommelschieberkeil (372) positioniert sind. Die Anordnung der Kegel sowohl wie das progressive Belasten der Schieber zusammen mit weiteren Einzelheiten des Innenraums des Trommelschiebers und der oberen und unteren Trommelschieberkeile werden in dem ,102er Patent' eingehend beschrieben, auf welches wir uns hiermit beziehen.
Der Trommelschieberkörper (392) umfasst ein oberes Ende (402), ein unteres Ende (404), und eine zentrale Längsachse (406). Der Trommelschieberkörper (392) umfasst eine Reihe von länglichen Schlitzen (408), welche sich von dem unteren Ende desselben hinweg erstrecken und in der Nähe des oberen Endes desselben enden, und welche eine Reihe von länglichen Schlitzen (410) umfassen, welche sich von dem oberen Ende desselben hinweg erstrecken und an einem Funkt in der Nähe des unteren Endes des Trommelschieberkörpers enden. Die länglichen Schlitze (408 und 410) definieren eine Reihe von Trommelschieberankern (412), welche für eine radiale Bewegung montiert sind. Der Trommelschieberkörper umfasst eine Reihe von Öffnungen (414), welche auf der Aussenoberfläche desselben definiert sind. Die Öffnungen (414) umfassen eine Reihe von Einsätzen (416), welche vorzugsweise aus Wolframkarbideinsätzen (416) bestehen, und welche in dieselben eingesteckt werden.
Die Einsätze (416) bestehen vorzugsweise aus zylindrischen Scheiben mit einem äusseren Ende (418) und einem inneren Ende (42). Die Öffnungen (414) sind so orientiert, dass die Einsätze (416) sich radial nach aussen und an einem äussersten radialen Abschnitt der Aussenoberfläche (394) vorbei erstrecken, wenn dieselben in diese eingesteckt werden, und auf diese Weise eine Reihe von Greiferkanten (422) einschließlich von nach oben ausgerichteten Greiferkanten (424) und nach unten ausgerichteten Greiferkanten (426) definieren. Die Öffnungen (414) umfassen daher eine Reihe von Öffnungen (428) mit einer Längsachse (430), und eine Reihe von Öffnungen (432) mit einer Längsachse (434). Die Öffnungen (428) sind so orientiert, dass die Längsachse (430) als von einer radialen Achse (436), welche sich senkrecht zu einer Längsachse (406) erstreckt, um einen Winkel (437) zu definieren, aufwärtig angewinkelt bezeichnet werden kann. So sind die Öffnungen (428) aufwärtig angewinkelt, und die Einsätze (416), welche in dieselben eingesteckt werden, können als aufwärtig angewinkelte Einsätze (429) bezeichnet werden, welche abwärtig ausgerichtete Greiferkanten (426) definieren. Die Längsachse (434) ist so abwärtig angewinkelt, dass auch die Öffnungen (432) abwärtig angewinkelt sind, und dass die darin eingesteckten Einsätze (416) als abwärtig angewinkelte Einsätze (433) bezeichnet werden können, welche die nach oben ausgerichteten Greiferkanten (424) definieren. Die Längsachse (434) und die radiale Achse (436) definieren den Winkel (439), welcher vorzugsweise der gleiche, oder beinahe der gleiche ist wie der Winkel (437).
Der Trommelschieberkörper (392) umfasst vorzugsweise einen oberen Abschnitt (440), einen zentralen Abschnitt (442), und einen unteren Abschnitt (444), in welchem die Einsätze (429) nach unten ausgerichtete Greiferkanten (426) definieren, welche in den oberen Abschnitt (440) eingesteckt werden, und in welchem die Einsätze (433) nach oben ausgerichtete Greiferkanten (424) definieren, welche in den unteren Abschnitt (444) eingesteckt werden. Der zentrale Abschnitt (442) ist der Abschnitt zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt (440 und 444), in welchem keine Öffnungen definiert sind. Obwohl der zentrale Abschnitt bei der bevorzugten Ausführung als der geometrische Mittelpunkt dargestellt wird, muss dieser zentrale Abschnitt nicht unbedingt den geometrischen Mittelpunkt repräsentieren und ist lediglich der Abschnitt zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt (440 und 444), welcher keine Öffnungen oder Einsätze umfasst.
Die Orientierung der Einsätze und die Anzahl derselben Einsätze, welche in dem Trommelschieberkörper vorhanden sind, sollte so groß sein, dass der Körper ausgedehnt werden kann, um den Packer in Position zu greifen und zu halten und gleichzeitig eine mögliche Beschädigung der Verrohrung zu verhindern. Das Anwenden eines Trommelschieberkörpers und davon getrennten Trommelschiebereinsätzen ermöglicht das Verwenden verschiedener Materiale für den Trommelschieberkörper und die Einsätze. Wenn ein Trommelschieber mit karbonisierten Spitzen für hohe Temperaturen und Hochdruckanwendungen ausgestattet ist, wird normalerweise ein hochgradiger Stahl, wie zum Beispiel ein legierter 1018 oder 8620 Vergütungsstahl für die Trommelschieber verwendet. Ein solcher legierter Vergütungsstahl dieses Typs verfügt normalerweise über eine Formänderungsfestigkeit von 80.000 psi, und kann dazu neigen, zu kriechen. Ein legierter Stahl mit einer solchen Formänderungsfestigkeit kann nach einem Einsatz unter solchen extremen Bedingungen leicht tempern, so dass die Trommelschieber ihre ausgedehnte Form beibehalten, und diese könnten dann an die Verrohrung anstossen, wenn dieselbe nach oben angehoben oder innerhalb des Bohrloches herabgelassen wird. Deshalb sollte für Packer, welche in Bohrlöchern mit Temperaturen von bis zu 400°F (204.4°C) und mehr und den weiter oben schon beschriebenen extremen Druckbedingungen wiederholt festgestellt und gelöst werden sollen, vorzugsweise ein Stahl mit einer größeren Formänderungsfestigkeit angewendet werden. Für die vorliegende Erfindung kann ein legierter Vergütungsstahl mit einer Mindestformänderungsfestigkeit von 125.000 psi (861.844,6 kPa) angewendet werden, da anstelle der karbonisierten Zähne oder Greiferkanten, welche an dem Trommelschieberkörper definiert sind, hier getrennte Karbideinsätze angewendet werden, um die Verrohrung zu greifen. Ein Vorteil der Anwendung von legiertem Stahl mit einer größeren Formänderungsfestigkeit ist die Tatsache, dass dieser weniger dazu neigt, zu tempern und eine andere Form anzunehmen, wenn er ausgehärtet ist und die Einsätze in die Verrohrung eingesteckt werden.
Die Orientierung der Karbideinsätze ist so, dass die Penetration der Einsätze in die Verrohrung sich auf ein Minimum beschränkt. Der Winkel der Einsätze (416) kann aus einem beliebigen gewünschten Winkel bestehen, welcher einen ausreichend großen Griff ermöglicht, und wie die Ausführung zeigt betragen die Winkel (437 und 439) vorzugsweise ungefähr 150 +/- ½°. Die Einsätze (416) werden durch Anlöten in den Öffnungen (416) in Position gehalten. Der äusserste Abschnitt eines jeden Einsatzes erstreckt sich vorzugsweise von der Aussenoberfläche des Trommelschieberkörpers (392) um ungefähr .040 +/- .005 Zoll (0.1016 +/- 0.0127 cm) nach aussen. Durch das Bereitstellen einer großen Anzahl von Einsätzen über die Länge und den Umfang des Trommelschieberkörpers hinweg kann die Schieber-/Verrohrungslast über einen weiten Bereich verteilt werden. So werden die Einsätze oder Köpfe die Verrohrung nur minimal penetrieren, wenn der Trommelschieber mit der Verrohrung Kontakt aufnimmt, und werden das Gerät dennoch in Position halten. Die Verrohrungspenetration wird ein wenig sichtbar sein, wird jedoch meßbar und sichtbar weit geringer ausfallen als die Penetration, welche auftritt, wenn typische mechanische Schieber für das Stützen eines Werkzeugsgewichts und das Halten eines solchen Werkzeugs innerhalb eines Bohrloches in Position angewendet werden. Der mechanische Schieber der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich dazu angewendet, einen anfänglichen Griff an der Verrohrung herzustellen, so dass der Trommelschieber festgestellt werden kann, d. h. so dass die Last innerhalb des Bohrloches hauptsächlich von dem Trommelschieber getragen wird.
Eine Reihe von T-Stangen, und vorzugsweise vier T-Stangen (446) sind um die Klinkenspindel (100) herum positioniert, und werden in darin definierte Schlitze (118) eingesteckt. Die T-Stangen (446) umfassen ein oberes Ende (447) und ein unteres Ende (448). Die T-Stangen (446) umfassen weiter ein Paar von Öffnungen, welche in einer oberen Oberfläche derselben definiert sind, so dass hier ein Befestigungsteil eingesteckt werden kann.
Eine Reihe von Klinken (450), und vorzugsweise vier Klinken (450) sind um die Klinkenspindel (100) herum positioniert. Die Klinken (450) umfassen eine Reihe von Klinkenzähnen (451), welche für das Befestigen der Klinkenzähne (100) an der Klinkenspindel (100) auf denselben definiert sind. Die Klinken (450) umfassen ein oberes Ende (452) und ein unteres Ende (453). Die Klinken (450) sind mit Hilfe von Befestigungsteilen (454) mit den T-Stangen (446) verbunden. Die Anordnung der Klinken ist in 8 deutlich erkennbar. Wie hier dargestellt umfasst der untere Trommelschieberkeil (372) eine Reihe von Öffnungen (156), und vorzugsweise vier Öffnungen (456), welche durch denselben hindurch definiert sind. Die Klinken (450) werden in die Öffnungen (456) eingesteckt. Die Öffnungen (456) sind durch Bänder (458) mit darin definierten Rillen (460) voneinander getrennt. Die Rillen (460) sind auf die Rillen (464) ausgerichtet, welche auf der oberen Oberfläche (466) der Klinken (450) definiert sind. Eine Klinkenfeder (468) ist in den Rillen (460 und 464) positioniert. Eine Klinkenfederabdeckung (470) ist um den unteren Trommelschieberkeil (372) herum positioniert und deckt die Klinken (450) ab. Wenn der Packer (10) sich in seiner nicht festgestellten Position befindet, stehen die T-Stangen (446) mit dem Durchmesser (65) in Kontakt und verhindern einen Kontakt zwischen den Zähnen (451) der Klinken (450) und den Zähnen (120) der Klinkenspindel (100).
Eine mechanische Schiebereinheit (471) ist unter der Klinkenspindel (100) um die innere Packerspindel (56) herum positioniert. Die mechanische Schiebereinheit (471) besteht aus einem Typ, welcher dem Fachmann sehr wohl bekannt ist, und welcher daher einen mechanischen Schieberkeil (472) umfasst, welcher eine Reihe von mechanischen Schiebern, und vorzugsweise drei mechanische Schieber (474), darunter hält. Die mechanischen Schieber (474) sind an einer Spaltringmanschette (476) befestigt, welche wiederum an einer Aufnehmereinheit (478) befestigt ist. Der mechanische Schieberkeil (472) ist über ein Gewinde (480) mit dem unteren Trommelschieberkeil (372) verbunden.
Die Aufnehmereinheit (478) kann aus einem Typ bestehen, welcher dem Fachmann sehr wohl bekannt ist, und kann daher eine Aufnehmerhülse (482) mit einem Aufnehmer (484) umfassen, welcher mit Hilfe von daran befindlichen Aufnehmerfedern (486) an derselben befestigt ist. Die Aufnehmerhülse (482) umfasst mindestens eine, und vorzugsweise eine Reihe von J-Schlitzen (488) für den Empfang von Nasen (96), welche auf der Spindel (56) definiert sind. Obwohl die Aufnehmereinheit (478) hauptsächlich mit Aufnehmern nach dem aktuellen Stand der Technik identisch ist, kann dieselbe dennoch eine einzigartige Futterrohrverriegelung (490) umfassen. Die Futterrohrverriegelung (490) umfasst einen Futterrohrverriegelungsarm (492) und eine Futterrohrverriegelungsfeder (494). Die Futterrohrvemegelungsfeder (494) ist mit Hilfe eines Befestigungsstücks nach dem aktuellen Stand der Technik an der Aufnehmerhülse (482) befestigt. Der Futterrohrverriegelungsarm (492) umfasst einen Kopfabschnitt (496) und einen Fußabschnitt (498). Der Arm (492) ist mit einem Stift (493) oder einem anderen, dem Fachmann bekannten Mechanismus drehbar an der Aufnehmerhülse (482) befestigt. Wenn der Packer (10) sich in seiner nicht festgestellten Position (24) befindet, wird die Feder (494) den Arm (492) so halten, dass der Kopfabschnitt (496) in einer Rille (500), welche auf der inneren Packerspindel (56) definiert ist, in Position gehalten wird. Der Kopfabschnitt (496) wird nicht aus dieser Rille (500) entfernt, bis eine ausreichend große Druckkraft auf die Aufnehmer (484) auferlegt wird, so dass dieselben mit dem Fuß (498) in Kontakt treten und ein Drehen des Arms (492) und des Kopfabschnitts (496), und daher das Entfernen aus der Rille (500) verursachen, was wiederum eine relative Bewegung zwischen der Packerspindel (48) und der Aufnehmerhülse (482) ermöglicht.
Der Packer (10) ist in 2A bis 2H in seiner anfänglichen Einführposition dargestellt und befindet sich daher in seiner nicht festgestellten Position (24). Der Betrieb des Packers (10) ist wie folgt. Der Packer (10) kann an seinem oberen Ende mit einer Rohranordnung (34) verbunden und in ein Bohrloch wie zum Beispiel das Bohrloch (15) herabgelassen werden. Am unteren Ende der Spindel (48) können dem Fachmann bekannte, beliebige erwünschte Geräte befestigt werden, so dass ein gewünschtes Verfahren durchgeführt werden kann. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet sehr wohl bekannt ist, kann der Packer (10) durch verschieden große Verrohrungen hindurch herabgelassen werden, so dass die Aufnehmereinheit mit Hilfe des oberen Endes verschieden großer Verrohrungsdurchmesser weitergeschoben werden kann, während dieselben in das Bohrloch herabgelassen werden. Die Futterrohrverriegelung (490) wird eine vorzeitige Bewegung der Spindel relativ zu dem Aufnehmer verhindern und repräsentiert daher eine Vorrichtung für das Verhindern eines vorzeitigen Bewegens des Packers (10) von seiner nicht festgestellten Position (24) auf sein festgestellte Position (22). Die Aufnehmereinheit (478) wird mit einem vorgewählten Aussendurchmesser entworfen, so dass sie mit Hilfe einer Verrohrung befestigt und zusammengedrückt werden kann, welche auch über einem vorgewählten Durchmesser verfügt, wie zum Beispiel die Verrohrung (25). Wenn der Aufnehmer (480) mit der Verrohrung (25) in Kontakt tritt, wird er so zusammengedrückt, dass der Fuß (498) des Futterrohrverriegelungsarms (492) mit der Aufnehmerhülse (484) in Kontakt gerät und der Kopf (496) aus der Rille (500) entfernt wird, um eine Bewegung der Spindel (48) relativ zu dem Aufnehmer zu ermöglichen. Die innere Spindel (56) wird jedoch aufgrund der J-Schlitz- und Nasenanordnung nicht relativ zu dem Aufnehmer (480) nach unten bewegt.
Wenn der Packer (10) einen gewünschten Standort innerhalb des Bohrloches erreicht hat, kann derselbe von seiner nicht festgestellten Position (24) auf die festgestellte Position (22) umgestellt werden. Um dies durchzuführen, wird die Rohranordnung (34) nach oben angezogen, und die Rohranordnung (34) wird dann rotiert, so dass die Nasen (96) rotieren und sich entlang des langen Endes der J-Schlitze (488) nach unten bewegen können. Die innere Spindel (56) wird sich nun nach unten bewegen und in den Packerkörper (50) hineingleiten, bis der nach unten ausgerichtete Ansatz (44) mit dem oberen Ende (152) der Kappe (150) in Kontakt gerät. Wenn die innere Spindel (56) sich nach unten bewegt, werden die T-Stangen (446) von der Feder (46) radial nach innen gedrückt, so dass dieselben mit dem Durchmesser (63) in Kontakt treten. Die Klinken (450) werden gleichermassen radial nach innen gedrückt, so dass die Klinkenzähne (451) mit den Klinkenzähnen (120) in Kontakt treten. Wenn die Zähne (451 und 120) befestigt sind, kann sich die Klinkenspindel (100) relativ zu der Klinke (450) nach unten bewegen, wird jedoch daran gehindert, sich relativ zu derselben nach oben zu bewegen.
Eine andauernde abwärtige Last auf die mechanischen Schieber (472) wird dieselben mechanischen Schieber (472) nach aussen drücken, wo sie mit der Verrohrung (25) in Kontakt treten. Wenn die Schieber (474) mit der Verrohrung (25) in Kontakt stehen, werden die Abscherstifte (376 und 388) brechen. Der untere Trommelschieberkeil (372) wird sich nicht nach unten bewegen, da er von der mechanischen Schiebereinheit (470) in Position gehalten wird. Eine andauernde abwärtige Bewegung wird daher den oberen Trommelschieberkeil (360) nach unten drücken, wodurch wiederum der Trommelschieber (370) nach unten gedrückt wird. Der Trommelschieberkörper wird sich nun aufgrund der relativen Bewegung zwischen den Keilkegeln (380 und 390) an den Trommelschieberkeilen (360 und 372) und den oberen und unteren Schieberkegeln (398 und 400) an dem Trommelschieberkörper (392) radial nach aussen expandieren. Diese radiale Ausdehnung wird ein Greifen der und Befestigen der Einsätze (416) an der Verrohrung (25) verursachen. Eine andauernde abwärtige Last wird deshalb sowohl ein Zusammendrücken der Dichtungseinheit (280) zwischen den jeweiligen oberen und unteren Gleitkeilen (214 und 306) wie auch ein radiales Ausdehnen nach aussen und das Abdichten der Verrohrung (25) zur Folge haben. Wenn sich der Packer (10) in seiner festgestellten Position (22) befindet, können Förder- oder andere Verfahren durchgeführt werden. Das Befestigen der Klinken (456) an der Klinkenspindel (100) wird ein vorzeitige Loslösen des Packers (10) verhindern und Feststellkraft/Energie sparen.
Wenn es erwünscht ist, den Packer (10) zu bewegen und denselben an einem anderen Standort innerhalb des Bohrloches wieder festzustellen, kann eine aufwärtige Zugkraft angewendet werden. Die innere Spindel (56) wird sich dann bewegen und kann rotiert werden, um die Nasen (96) in das kurze Ende des J-Schlitzes zu positionieren. Wenn die innere Spindel dann nach oben gezogen wird, werden die T-Stangen (446) mit dem Durchmesser (65) der inneren Spindel (56) in Kontakt treten und die T-Stangen (446) und Klinken (456) auf diese Weise dazu zwingen, die Klinkenzähne (451 und 120) freizusetzen. Ein solches aufwärtiges Ziehen wird also ein radiales Einziehen der Schieber (474) nach innen ermöglichen, und wird weiter ein radiales Einziehen des Trommelschieberkörper (392) nach innen ermöglichen, so dass dieser von der Verrohrung losgelöst wird.
Auf die gleiche Weise wird die Dichtungseinheit (280) radial nach innen eingefahren, so dass ein Abstand zwischen der Dichtungseinheit (280) und der Verrohrung (25) entsteht. Der Packer (10) befindet sich nun wieder in seiner nicht festgestellten Position (24). Obwohl der Packer (10) sich nun nicht unbedingt in einer identischen Position zu seiner anfänglichen, nicht festgestellten Einführposition befinden wird, befindet sich derselbe Packer doch in einer nicht eingestellten Position (24), wenn die Dichtungseinheit und die mechanischen und Trommelschieber so positioniert sind, dass der Packer (10) innerhalb des Bohrloches bewegt werden kann, ohne denselben Packer zu beschädigen. Wenn sich der Packer (10) in dieser nicht festgestellten Position befindet, kann derselbe innerhalb des Bohrloches nach oben angezogen oder abwärts bewegt werden, und kann mit Hilfe einer leichten Aufwärtsbewegung und Rotierung einfach neu festgestellt werden, so dass die Nase (96) erneut in das lange Ende des J-Schlitzes (488) positioniert wird. Die Spindel (56) kann dann nach unten bewegt werden, so dass der Ansatz (44) wieder mit der Kappe (150) in Kontakt tritt, um eine Last auf den mechanischen Schieber, den Trommelschieber, und die Dichtungseinheit aufzuerlegen, so dass ein jeder die Verrohrung abdichten wird. Der Packer (10) kann dann auf diese Weise so oft wie erwünscht festgestellt und wieder gelöst werden. Die vorliegende Erfindung bietet daher einen wiederholt feststellbaren Packer, welcher bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck angewendet werden kann. Die vorliegende Erfindung bietet weiter ein Gerät, welches einen mechanischen Schieber in Kombination mit einem Trommelschieber anwendet und daher eine einzigartige Schieberkombination nutzt, welche einen Trommelschieberkörper und Trommelschiebereinsätze oder -köpfe umfasst.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezifische Ausführung beschrieben wurde soll die obige Beschreibung den Umfang derselben auf keinerlei Weise einschränken. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird anhand der obigen Spezifikationen und Zeichnungen sofort erkennen, dass verschiedene Modifizierungen sowohl wie alternative Anwendungen möglich sind. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die beiliegenden Ansprüche solche Modifizierungen, Anwendungen oder Ausführungen einschliessen sollen.

Claims

Ein Trommelschieber (370) für das Befestigen einer Verrohrung (25) in einem Bohrloch, wobei derselbe Trommelschieber (370) das Folgende umfasst: einen Trommelschieberkörper (392) mit einem ersten (402) und einem zweiten (404) Ende und mindestens einem Keil (360, 372), welcher mit dem vorgenannten Schieber (370) assoziiert ist, wobei der vorgenannte Keil (360, 372) an dem vorgenannten Schieber (370) befestigt werden kann, um den vorgenannten Schieber (370) im Verhältnis zu einer Last, welche auf denselben auferlegt wird, radial nach aussen zu drücken, so dass die vorgenannten Einsätze (416) mit der vorgenannten Verrohrung (25) in Kontakt treten, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Trommelschieberkörper (392) auf einer Außenoberfläche (394) desselben zwischen den vorgenannten ersten und zweiten Enden (402, 404) eine Reihe von Öffnungen (414) umfasst; eine Reihe von Einsätzen (416), welche in die vorgenannten Öffnungen (414) empfangen werden, wobei die vorgenannten Einsätze (416) sich von einem äußersten Punkt der vorgenannten Oberfläche des vorgenannten Trommelschieberkörpers (392) hinweg radial nach aussen erstrecken.
Ein Trommelschieber (370) nach Anspruch 1, bei welchem die vorgenannte Reihe von Einsätzen (416) aus Wolframkarbid gefertigt ist.
Ein Trommelschieber (370) nach Anspruch 1, bei welchem der Trommelschieberkörper (392) eine Längsachse (406) umfasst, und bei welchem die vorgenannten Öffnungen (414) so orientiert sind, dass eine Zentralachse eines jeden Einsatzes (427, 439) sich in einem Winkel, und vorzugsweise in einem akuten Winkel zu einer Radialachse des vorgenannten Trommelschieberkörpers (436) befindet.
Ein Trommelschieber (370) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die vorgenannten Öffnungen (414) einen allgemein kreisrunden Querschnitt umfassen, und wobei die vorgenannten Einsätze (416) zylindrische Scheiben umfassen.
Ein Trommelschieber (370) nach Anspruch 1, bei welchem die vorgenannten Einsätze (416) winklig verschoben werden, um entweder eine aufwärtig (424) oder eine abwärtig (426) ausgerichtete Greiferkante zu definieren.
Ein Trommelschieber (370) nach Anspruch 4, bei welchem der vorgenannte Trommelschieberkörper (392) einen oberen Abschnitt (440), einen mittleren Abschnitt (442), und einen unteren Abschnitt (444) umfasst, und bei welchem die Einsätze (416) in einem der vorgenannten oberen und unteren Abschnitte (440, 444) die vorgenannten aufwärts ausgerichteten Greiferkanten (424) definieren, und bei welchem die Einsätze in dem anderen der vorgenannten oberen und unteren Abschnitte (440, 444) die vorgenannten abwärtig ausgerichteten Greiferkanten (426) definieren, und bei welchem die Einsätze (416), welche die vorgenannten abwärts ausgerichteten Greiferkanten definieren, vorzugsweise in dem vorgenannten oberen Abschnitt (440) des Trommelschieberkörpers (392) positioniert sind.
Ein Packer (10) für die Anwendung in einem Untergrundbohrloch, mit einer darin enthaltenen Verrohrung (25), wobei derselbe Packer das Folgende umfasst: eine Packerspindel (48), und eine expandierbare Dichtungseinheit (280), welche um die vorgenannte Spindel (48) herum positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer expandierbarer Schieber (370) für das Befestigen und Greifen der vorgenannten Verrohrung (25) um die vorgenannte Spindel (48) herum positioniert ist; und dass ein unterer expandierbarer Schieber (474) unter dem vorgenannten oberen expandierbaren Schieber (376) für das Befestigen und Greifen der vorgenannten Verrohrung (25) um die vorgenannte Spindel (48) herum positioniert ist, wobei einer der vorgenannten oberen und unteren Schieber einen Trommelschieber (370) nach Anspruch 1 umfasst.
Ein Packer (10) nach Anspruch 6, bei welchem der vorgenannte obere Schieber (370) den vorgenannten Trommelschieber umfasst, und wobei der Packer weiter einen Schieberkeil (472) umfasst, welcher für das Bewegen des unteren Schiebers (474) nach aussen und das Befestigen der vorgenannten Verrohrung (25) mit dem vorgenannten unteren Schieber (474) operativ assoziiert ist, und bei welchem der vorgenannte untere Schieber (474) vorzugsweise vor dem vorgenannten oberen Schieber (370) mit der vorgenannten Verrohrung (25) in Kontakt treten wird.
Ein Packer (10) nach Anspruch 6, bei welchem der vorgenannte untere Schieber (472) weiter den vorgenannten Trommelschieber umfasst, und wobei der Packer weiter mindestens einen Keil (360, 372) umfasst, welcher für das Bewegen des vorgenannten oberen Schiebers (370) radial nach aussen, und für das Befestigen der vorgenannten Verrohrung (25) operativ mit dem vorgenannten oberen Schieber (370) assoziiert ist, und bei welchem der vorgenannte untere Schieber (474) vorzugsweise vor dem vorgenannten oberen Schieber (370) mit der Verrohrung (25) in Kontakt treten wird.
Ein Packer (10) nach Anspruch 6, bei welchem der vorgenannte obere Schieber (370) den vorgenannten Trommelschieber (370) umfasst.
Ein Packer (10) nach einem der obigen Ansprüche 6 bis 9, welcher weiter das Folgende umfasst: einen Aufnehmer (484), welcher um die vorgenannte Spindel (48) herum positioniert ist, wobei die vorgenannte Spindel (48) in denselben eingeschoben werden kann; und eine Futterrohrverriegelung (490), wobei die vorgenannte Futterrohrverriegelung (490) von einer verriegelten Position, in welcher die vorgenannte Spindel (48) daran gehindert wird, sich relativ zu dem vorgenannten Aufnehmer (484) zu bewegen, auf eine unverriegelte Position bewegt werden kann, wobei die vorgenannte Spindel (48) sich relativ zu dem vorgenannten Aufnehmer (484) bewegen kann; und wobei die vorgenannte Futterrohrverriegelung (490) vorzugsweise das Folgende umfasst: einen Kipphebel (492), welcher drehbar mit dem vorgenannten Aufnehmer (484) verbunden ist, wobei der vorgenannte Kipphebel (492) ein erstes Ende (496) und ein zweites Ende (498) umfasst, und wobei das vorgenannte erste Ende (496) einen Verriegelungskopf an demselben definiert, und wobei der vorgenannte Verriegelungskopf in der vorgenannten verriegelten Position in eine Rille (500) in der vorgenannten Spindel (48) empfangen wird, um die vorgenannte Spindel (48) auf diese Weise daran zu hindern, sich relativ zu dem vorgenannten Aufnehmer (484) zu bewegen, und wobei der Verriegelungskopf in der unverriegelten Position aus der vorgenannten Rille (500) entfernt wird.
Ein Packer (10) nach Anspruch 10 bei welchem das Einsetzen des vorgenannten Aufnehmers (484) in eine Verrohrung (25) mit einem vorgewählten Durchmesser den vorgenannten Kipphebel (492) dazu veranlaßt, sich so zu bewegen, dass der vorgenannte Verriegelungskopf aus der vorgenannten Rille (500) entfernt wird.
Ein Packer (10) nach einem der obigen Ansprüche 6 bis 7, welcher erneut feststellbar ist, d. h. er kann innerhalb des vorgenannten Bohrloches zwischen einer festgestellten Position (22), in welcher die vorgenannten oberen (370) und unteren (474) Schieber und die vorgenannte Dichtungseinheit (280) an der Verrohrung (25) befestigt sind, und einer nicht festgestellten Position (24), in welcher die vorgenannten oberen (370) und unteren (474) Schieber und die vorgenannte expandierbare Dichtungseinheit (280) von der vorgenannten Verrohrung (25) losgelöst sind, hin und hergestellt werden.
Ein Packer (10) nach Anspruch 6 welcher einen Adapter (38) umfasst, welcher mit der vorgenannten Spindel (48) verbunden ist, wobei der vorgenannte Adapter (38) einen Befestigungsansatz (44) definiert; und einen Packerkörper (50), welcher um die vorgenannte Spindel (48) herum positioniert ist, wobei die vorgenannte Spindel (48) relativ zu dem vorgenannten Körper (50) verschiebbar ist, und wobei der vorgenannte Körper (50) an einem oberen Ende (152) desselben einen Ansatz (153) umfasst, und wobei der vorgenannte Packerkörper (50) einen Aufnehmer (484) für das Befestigen der vorgenannten Verrohrung (25) umfasst; und wobei der vorgenannte untere Schieber (474) so arrangiert ist, dass er die vorgenannte, über dem vorgenannten Aufnehmer positionierte Verrohrung (25) greifen kann; und wobei der vorgenannte obere Schieber (370) für das Greifen der vorgenanntem Verrohrung (25) über dem vorgenannten unteren Schieber (474) positioniert ist, wobei der vorgenannte obere Schieber (370) den vorgenannten Trommelschieber (370) umfasst, und wobei die vorgenannte Spindel (48) relativ zu dem vorgenannten Aufnehmer (484) bewegbar ist, so dass die vorgenannte Spindel (48) bewegt werden kann, wenn der Aufnehmer (484) mit einer Verrohrung mit einem vorgewählten Innendurchmesser in Kontakt tritt, so dass der vorgenannte Ansatz (44) an dem vorgenannten Adapter (38) den vorgenannten Ansatz (44) mit dem vorgenannten Körper (50) in Kontakt bringen wird, um auf diese Weise eine abwärtige Last auf denselben aufzuerlegen, und wobei die vorgenannte abwärtige Last den unteren Schieber (474) dazu veranlaßt, sich radial zu expandieren und mit der vorgenannten Verrohrung (25) Kontakt aufzunehmen, und wobei eine fortgesetzte abwärtige Lastauferlegung den vorgenannten oberen Schieber (370) dazu veranlassen wird, sich zu expandieren und mit der vorgenannten Verrohrung (25) Kontakt aufzunehmen, um den vorgenannten Packer (10) auf diese Weise innerhalb des vorgenannten Bohrloches in einer gewünschten Position zu halten.
Ein Packer (10) nach Anspruch 13, bei welchem durch den vorgenannten Adapter (38) eine abwärtige Kraft auf den vorgenannten Packerkörper (50) auferlegt wird, welche die vorgenannten Keile (360, 372), welche mit dem vorgenannten Trommelschieber (370) assoziiert sind, dazu veranlassen wird, eine Last auf den vorgenannten Trommelschieber (370) aufzuerlegen, um den vorgenannten Trommelschieber (370) zu expandieren, so dass derselbe mit der vorgenannten Verrohrung (25) in Kontakt tritt, nachdem der vorgenannte untere Schieber (474) an der Verrohrung (25) befestigt wurde.