-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf „Englochstufenzementierer", oder Zementierer
mit kleinen Durchmessern, und verwandte Geräte, wie zum Beispiel eine aufblasbare
Packermanschette. Der Englochstufenzementierer der vorliegenden
Erfindung wurde entworfen, um verbesserte Herausbohrverfahren zu
ermöglichen.
-
Stufenzementierer
(„Zementierer") werden innerhalb
der Erdölförderindustrie
für das
Durchführen
von Bohrlochzementierverfahren angewendet. Der hierin angewendete
Begriff Stufenzementierer umfasst (1) Stufenzementierwerkzeuge,
und (2) Stufenzementierer mit aufblasbaren Packermanschettenwerkzeugen.
-
Stufenzementierer,
welche für
die Anwendung in „Englochverrohrungen" oder Verrohrungen mit
kleinen Durchmessern beabsichtigt sind, d.h. für Verrohrungen mit Nenndurchmessern
von 4½ Zoll und
weniger, bringen aufgrund ihrer Grösse spezielle Probleme mit
sich. Zementierer mit kleinen Durchmessern präsentieren eine Reihe von inhärenten Problemen
sowohl mit Bezug auf ihren Betrieb wie auch während des Herausbohrens. Bei
Zementierern mit relativ grösseren
Durchmessern können
viele dieser in dem Design des Werkzeugs inhärenten Probleme dank des relativ
grossen Durchmessers desselben einfach gelöst werden. Im Vergleich mit
Zementierern mit grösseren
Durchmessern können
Zementierer mit kleinen Durchmessern betriebliche Herausforderungen
präsentieren,
welche bei den grösseren Geräten kein
Problem darstellen. Als Folgeerscheinung bestehen Stufenzementierer
traditionell aus einem Typ von Werkzeug, bei welchem das Herstellen desselben
Werkzeugs mit einem kleinem Durchmesser aufgrund der Schwierigkeiten,
welche bei der Arbeit mit Kompontenten mit reduzierten Durchmessern
inhärent
sind, einen grösseren
Kostenaufwand fordert.
-
Englochstufenzementierer
nach dem aktuellen Stand der Technik wurden in der Vergangenheit erfolgreich
angewendet, aber die Herstellung dieser Stufenzementierer kann sehr
kostspielig sein, deren Betrieb kann schwierig sein, und das Herausbohren derselben
nach der Anwendung kann sich als problematisch erweisen. Bei mechanisch
betriebenen Stufenwerkzeugen könnten
noch nicht herausgebohrte Abschnitte eines zum Teil herausgebohrten
Plugs frei in einen unteren Abschnitt innerhalb der Verrohrung des
Bohrlochs herabfallen. Außerdem
kann das Herausbohren des bewegbaren Öffnungssitzes die Dichtung
in mehrere grosse Brocken oder Stücke zerbrechen. Das Zerbohren
der frei schwimmenden Reste eines Öffnungssitzes kann sich als
sehr schwierig und riskant erweisen, wobei die Anwendung von Arbeitsketten
mit kleinen Durchmessern erforderlich sein wird, um innerhalb der
Verrohrung mit dem kleinen Durchmesser arbeiten zu können. Solche
Arbeitsketten mit kleinen Durchmessern haben einen geringen inhärenten Einfluß auf Bohrkronen-
und Momentfähigkeiten.
-
US 3,811,500 bietet ein
doppelhülsiges Mehrstufenzementierwerkzeug,
welches eine gestrecktes Hülle
mit einer Reihe von Öffnungen
umfasst, und eine erste Hülse,
welche bewegbar in Wand-zu-Wand-Eingriff innerhalb der genannten
Hülle positioniert,
und für
das Verschieben aus einer die genannten Öffnungen schliessenden Position
adaptiert ist, und eine zweite Hülse,
welche bewegbar in Wand-zu-Wand-Eingriff innerhalb der genannten
Hülle positioniert
ist, wobei die genannte zweite Hülse
für das
Schliessen der genannten Öffnungen
nach Verschieben der genannten ersten Hülse von denselben adaptiert
ist.
-
Ein
Stufenzementierer mit einem kleinen Durchmesser und einer aufblasbaren
Packermanschette wird nach Kenntnissen der Anmelderin bis heute
weder hergestellt noch vertrieben. Stufenzementierer für Nennverrohrungsgrössen von
mehr als 4½ Zoll
präsentieren
allgemein nicht viele der Probleme, die mit Englochstufenzementierern
mit kleinen Durchmessern assoziiert sind.
-
Angesichts
steigender Bohrkosten, verbesserter Bohrlochkomplettierungstechniken
und der Notwendigkeit, Bohrkosten reduzieren zu müssen, wird
das Englochbohren immer populärer.
Diese Popularität
hat sich besonders in abgelegenen Gegenden bewiesen. Um das Realisieren
der Ziele des Bohrens von Bohrlöchern
mit kleinen Durchmessern verbessern zu können und die Forderungen nach verbesserten
Bohrlochgeräten
und -verfahren mit kleinen Durchmessern zufrieden zu stellen besteht daher
ein Bedarf für
einen verbesserten Stufenzementierer für die Anwendung in Ölfeldverrohrungen mit
einem Außennenndurchmesser
von 4½ Zoll
oder weniger. Weitere Probleme mit Stufenzementierern nach dem aktuellen
Stand der Technik schliessen Schwierigkeiten während des Herausbohrens der durchbohrbaren
Komponenten des Werkzeugs nach Abschluß des Zementierverfahrens ein,
wobei auch weiterhin ein verläßliches
und einfach zu betreibendes Werkzeug geboten werden soll.
-
Bei
einem grösseren
Zementierer von herkömmlicher
Grösse
kann das Herausbohren der Öffnung
und der Schließsitze
relativ einfach durchgeführt
werden, indem der interne Durchmesser des Zementierers die Anwendung
von relativ grossen Bohrmanschetten erlaubt und daher das Auflegen
eines relativ schweren Gewichts auf die Bohrkrone erleichtert. Wenn
ein Sitz zerbrochen wird oder frei herabfällt, kann dieser von der Bohrkrone
verfolgt, und danach effektiv innerhalb des Bohrlochs aufgebohrt werden.
Ein solches Verfahren ist jedoch sehr schwierig, relativ teuer,
und innerhalb von Englochverrohrungen auch zeitraubend. Das Herausbohren eines
Englochstufenzementierer wird gewöhnlich mit einer Englochkette,
wie zum Beispiel einem 15/8 Bohrgestänge oder
einer Spulenrohranordnung durchgeführt. Beide Typen von Rohranordnung
erlauben das Übertragen
eines stark eingeschränkten Gewichts
auf die Bohrkrone und eines eingeschränkten Moments durch das Bohrgestänge auf
die Bohrkrone.
-
Andere
Probleme können
bei Packermanschetten mit kleinen Durchmessern, welche wie Zementierer
oder Packermanschetten mit grösseren Durchmessern
hergestellt oder konfiguriert werden, auch auftreten. Hydraulisch
geöffnete
Stufenzementierer von herkömmlicher
Grösse
schliessen normalerweise eine zylindrische, hülsenförmige, oder rohrförmige äußere Hülle ein,
welche eine konzentrisch positionierte, rohrförmige innere Hülle umgibt
und einen konzentrischen Ringraum zwischen denselben formt. Bei
einem Packermanschettenwerkzeug ist eine Öffnung durch beide Zylinder/Hüllen vorhanden, wobei
der Abschnitt der Öffnung
durch die äußere Hülle ein
darin befestigtes sekundäres Öffnungsgerät wie zum
Beispiel eine Berstscheibe umfasst, um diesen Abschnitt der Öffnung zu
stopfen oder abzudichten. Während
des Betriebs des Zementierers wird eine Öffnungshülse auf eine geöffnete Position
bewegt, wodurch die Öffnung
in der inneren Hülle
gegenüber
dem Innenraum des Zementierers freigelegt wird. Auf diese Weise
kann Flüssigkeit
aus der Verrohrung heraus durch die Öffnung in der inneren Hülle und
durch den konzentrischen Ringraum gepumpt werden, um ein Packerelement
aufzublasen, welches an einem unteren Ende der Packermanschette positioniert
ist. Das sekundäre Öffnungsgerät muss dem
Ausblasflüssigkeitsdruck
widerstehen können, ohne
sich zu öffnen,
bis das Aufblasen des Packerelements abgeschlossen ist.
-
Danach
wird der Flüssigkeitsdruck
gesteigert, und veranlaßt
ein Brechen oder Öffnen
des sekundären Öffnungsgeräts, so dass
das Zementierverfahren beginnen kann. Zementhaltige Flüssigkeit wird
dann durch die Öffnung
in die inneren und äußeren Hüllen eingepumpt.
Auf diese Weise funktioniert die Öffnung in der inneren Hülle sowohl
als eine Zementieröffnung
wie auch eine Aufblasöffnung,
und die Öffnung
in der äußeren Hülle funktioniert
nur als eine Zementieröffnung.
Die Öffnungen
können
sich eine gemeinsame Öffnungsachse
teilen.
-
Probleme
treten oft mit hydraulisch betriebenen Stufenmanschettenzementierern
und Packermanschettenzementierern mit kleinen Durchmessern auf,
welche wie oben beschrieben entworfen wurden. Um den Zement effektiv
und sicher sowohl wie rechtzeitig in das Bohrloch zu platzieren,
d.h. bevor der Zement beginnt, sich zu verdicken, muss eine Mindestpumprate
durch die Zementieröffnungen
erreicht werden. Als ein Resultat verfügen die Zementieröffnungen
in der konzentrischen Hülle
des Zementierers im Vergleich mit dem Durchmesser einer Öffnung,
welche nur für
das Aufblasen des Packers verwendet wird, über einen relativ grossen Durchmesser.
Folgedessen kann der Verlust von Stahl oder Werkzeugmaterial für das Bereitstellen
des erforderlichen Öffnungsquerschnittbereichs
in einem Werkzeug mit einem kleinen Durchmesser die Zugfestigkeit
des Zementierers einschränken.
Diese Auswirkung kann noch verstärkt
sein, wenn die zugfeste Hülle
die innere Hülse
darstellt, da diese Hülse über einen
noch kleineren Innendurchmesser und Außendurchmesser verfügt als die äußere Hülse, und
eine Steigerung der Wanddicke ist hier nicht möglich, da ein erforderlicher
Mindestbohrungsinnendurchmesser aufrecht erhalten werden muss. Das
Resultat ist eine Einschränkung
in der Länge
der Verrohrung, welche unter dem Stufenzementierer eingeführt werden
kann, und/oder eine Einschränkung
der Zugkraft, welche innerhalb der Verrohrung vorhanden sein kann,
um dieselbe vor dem Zementierverfahren gerade zu ziehen.
-
Es
besteht daher ein Bedarf für
einen verbesserten Stufenzementierer mit einem kleinen Durchmesser,
einen Stufenzementierer mit einem kleinen Durchmesser und einer
aufblasbaren Packermanschette, und einen Stufenzementierer, welcher
verbesserte darauffolgende Herausbohrverfahren ermöglicht.
Ein verbesserter Stufenzementierer mit kleinem Durchmesser und ein
Verfahren für
das Betreiben eines Stufenzementierers mit einer aufblasbaren Packermanschette
werden hiernach beschrieben. Der Stufenzementierer und das Verfahren der
vorliegenden Erfindung überwinden
daher viele der Schwierigkeiten und Mängel des aktuellen Standes
der Technik.
-
Gemäß eines
Aspektes bietet die vorliegende Erfindung eine Englochstufenzementierereinheit für ein Zementierverfahren
für das
Einzementieren von mindestens einem Abschnitt einer Rohranordnung
in ein Untergrundbohrloch, wobei der Stufenzementierer eine Zementiererachse
aufweist, welche auf eine zentrale Bohrung ausgerichtet ist, und
umfasst: ein Zementierergehäuse
für eine
feste Verbindung mit und ein Positionieren entlang der Verrohrung,
wobei das Zementierergehäuse
eine oder mehrere Zementieröffnungen
für das
Weiterleiten von Flüssigkeit
aus der zentralen Bohrung an die Außenseite des Zementierergehäuses umfasst,
und das Zementierergehäuse
ein oberes Ende über
einem unteren Ende umfasst; eine Öffnungshülseneinheit, welche innerhalb
des Zementierergehäuses
positioniert ist, wobei die Öffnungshülseneinheit
einen nicht durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitt
und einen durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitt
umfasst, und wobei die Öffnungshülseneinheit
im Verhältnis zu
dem Zementierergehäuse
ein Dichtungsdifferential für
das Bewegen der Öffnungshülseneinheit
in Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck
in dem Zementierergehäuse
von einer geschlossenen Position für das Verhindern eines Weiterleitens
von Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnungen auf eine geöffnete Position
für das
Weiterleiten von Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnungen aufweist; eine Schließhülseneinheit,
welche innerhalb des Zementierergehäuses positioniert ist, wobei die
Schließhülseneinheit
einen nicht durchbohrbaren Schließhülsenabschnitt und einen durchbohrbaren
Schließhülsenabschnitt
umfasst, und wobei der Schließhülsenabschnitt
eine Schließplug-Sitzfläche für das abdichtende
Eingreifen in einen auf demselben befindlichen Schließplug umfasst,
für das
Bewegen der Schließhülseneinheit
in Reaktion auf einen anderen Flüssigkeitsdruck
in dem Stufenzementierergehäuse
von einer geöffneten
Position für
das Weiterleiten von Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnung(en) auf eine geschlossene
Position für
das Verhindern des Weiterleitens von Flüssigkeit durch die eine oder
mehreren Zementieröffnung(en);
und das Zementierergehäuse
umfasst einen Öffnungshülsenabschnittsitz entlang
der zentralen durchgehenden Bohrung, für das Eingreifen in das Verhindern
des Rotierens eines unteren Abschnitts des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts
während
des Herausbohrens, und die Vorrichtung in der Öffnungshülseneinheit für das Bewegen
der Öffnungshülseneinheit,
welche im Verhältnis
zu dem Zementierergehäuse
ein Dichtungsdifferential aufweist.
-
Die
Erfindung bietet weiter ein Verfahren für das Betreiben eines Englochstufenzementierers,
umfassend: das lösbare
Befestigen einer Öffnungehülseneinheit
innerhalb einer zentralen durchgehenden Bohrung in einem Zementierergehäuse in einer
geschlossenen Position, für
das Schliessen einer Zementieröffnung
in einem Zementierergehäuse;
das lösbare
Befestigen einer Schließhülseneinheit
innerhalb des Zementierergehäuses
in einer geöffneten Position;
das Bereitstellen eines Öffnungshülsenabschnittsitzes
innerhalb der zentralen durchgehenden Bohrung des Zementierergehäuses, wobei
der Öffnungshülsenabschnittsitz
einen durchgehenden Mindestbohrungsdurchmesser umfasst, welcher
geringer ist als ein Außendurchmesser
eines durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts
der Öffnungshülseneinheit;
danach das Positionieren des Zementierergehäuses entlang einer rohrförmigen Verrohrung innerhalb
eines Untergrundbohrlochs; danach das Steigern des Flüssigkeitsdrucks
innerhalb des Zementierergehäuses
in Reaktion auf ein Dichtungsdifferential der Öffnungshülseneinheit im Verhältnis zu dem
Zementierergehäuse,
für das
Bewegen der Öffnungshülseneinheit
aus der geschlossenen Position auf eine geöffnete Position für das Öffnen der
Zementiereröffnung
in dem Zementierergehäuse;
danach das Pumpen von Zementierflüssigkeit durch mindestens einen
Abschnitt der zentralen durchgehenden Bohrung, dann durch die Zementieröffnung an
die Außenseite
des Zementierergehäuses;
das Aufsetzen eines Schließplugs
auf die Schließhülseneinheit;
danach das Steigern des Flüssigkeitsdrucks in
der Verrohrung über
dem Schließplug
auf einen anderen Flüssigkeitsdruck,
für das
Bewegen der Schließhülseneinheit
von der geöffneten
Position auf eine geschlossene Position; danach das Herausbohren
eines durchbohrbahren Schließhülsenabschnitts der
Schließhülseneinheit
und eines oberen Abschnitts des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts; danach das
axiale Bewegen eines unteren Abschnitts des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts
in Eingriff mit dem Öffnungshülsenabschnittsitz,
um ein Rotieren des unteren Abschnitts des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts
während des
Herausbohrens zu verhindern; und das Herausbohren des unteren Abschnitts
des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts.
-
Gemäß eines
bevorzugten Designs öffnen sich
sowohl der verbesserte Englochzementierer der vorliegenden Erfindung
wie auch der Kombinationsstufenzementierer und die aufblasbare Packermanschette
hydraulisch, wie auch einige existierende Zementierer des aktuellen
Standes der Technik. Dieses hydraulische Betätigen ist jedoch ein Abweichen
von den zahlreichen Designs des aktuellen Standes der Technik für mechanisch
betriebene Stufenzementierwerkzeuge mit kleinen Durchmessern, welche
normalerweise einen Öffnungsplug
fordern, welcher auf einen Öffnungssitz
aufgesetzt wird, um die Öffnungen
zu öffnen.
Da sich das Zementierwerkzeug der vorliegenden Erfindung hydraulisch öffnet, ist
dies ein wesentlicher Vorteil während
des Werkzeugbetriebs und des Zementierens und spart Zeit und Ausrüstung. Ein
hydraulisch betriebenes Werkzeug hat außerdem den Vorteil, dass es
kein Herausbohren eines Öffnungsplugs
fordert.
-
Das
verbesserte Herausbohren des Zementierers der vorliegenden Erfindung
wird auf der einen Seite durch das Konstruieren der durchbohrbahren Abschnitte
des Werkzeugs einschließlich
des Öffnungs-
sowohl wie des Schließsitzes
aus einem besonders starken Plastik- oder Verbundmaterial unterstützt. Das
verbesserte Herausbohren wird andererseits auch dadurch unterstützt, dass
sowohl die Öffnungs-
wie auch die Schließhülse vorzugsweise
miteinander verkeilt sind, wenn sich diese in der vollständig geschlossenen
Position befinden, und auch mit dem unteren Körper verkeilt sind, um Komponenten
daran zu hindern, sich während
des Herausbohrverfahrens zu drehen. Das Herausbohren wird in einem
dritten, und wahrscheinlich wichtigsten Sinn dadurch verbessert,
dass der unterste Abschnitt des Öffnungssitzes
nach dem Durchbohren der ersten paar Zoll des Öffnungssitzes ein paar Zoll
herunterfallen oder herunter geschoben wird, und sich in einem reduzierten
Innendurchmesserabschnitt des Zementiererkörpers verkeilt. Der untere
Abschnitt des Öffnungssitzes
kann so entworfen werden, dass derselbe einen etwas grösseren Außendurchmesser aufweist
als der Innendurchmesser der Mindestbohrung des unteren Körpers. Dies
wird ein Verkeilen des unteren Restabschnitts des Öffnungssitzes
in die Einschränkung
verursachen, so dass der untere Abschnitt des Öffnungssitzes herausgebohrt
werden kann, ohne dass dieser unter der Bohrkrone rotiert oder sich
dreht.
-
Diese
Preßpassung,
welche in dem Mindestinnendurchmesser des unteren Körpers auftritt,
wo der Innendurchmesser geringer ist als der Mindestaußendurchmesser
der Öffnungshülse, unterstützt das
Herausbohren der Öffnungshülse ganz
beachtlich.
-
Der Öffnungssitz
kann feststehend an der Öffnungshülse befestigt
werden, zum Beispiel so, dass die beiden Komponenten sich zusammen
zwischen einer geöffneten
und einer geschlossenen Position bewegen. Der Sitzabschnitt kann
den durchbohrbaren Abschnitt darstellen, während der Hülsenabschnitt den dauerhaften
Abschnitt repräsentiert. Auf
eine ähnliche
Weise kann der Schließsitz
vielleicht an einer Schließhülse befestigt
werden, während
der Sitz herausbohrbar, und die Hülse dauerhaft vorhanden ist.
-
Das
hydraulische Öffnen
kann durch Auferlegen von Druck innerhalb der Verrohrung und der durchgehenden
Bohrung des Zementierers unterstützt
werden, so dass der Druck über
dem Differentialbereich zwischen dem Außendurchmesser der auf dem Öffnungssitz
und der Hülse
geführten
Dichtungen sowohl wie auf den korrespondierenden abdichtenden Innendurchmesser
des unteren Körpers
aufgelegt wird. Der Öffnungsdruck
kann durch Anwenden eines ausgewählten
Abscherteils, wie zum Beispiel Abscherstiften oder einem Abscherring,
voreingestellt werden. Bei einer hier beschriebenen Ausführungsform
verbinden die Öffnungssitzabscherteile den
Zementiererkörper
mit dem unteren Abschnitt des Öffnungssitzes.
Der Öffnungsabschermechanismus
kann sich an dem unteren Ende des Öffnungssitzes befinden, um
das Einsetzen der Öffnungsstifte (oder
das Kontrollieren der Stärke
des Abscherrings) mit Bezug auf den wirklichen Abscherpunkt (im
Gegensatz zu einer Zugscherfestigkeit) zu erleichtern, und auch
den Abscherpunkt von Bereichen hinweg zu bewegen, in welchen sich
dauerhafte Dichtungen befinden. Um diesen Öffnungsdrucksetzpunkt zu ändern, kann
der Zementierer zum Teil demontiert werden, um die Abscherteile
auszuwechseln. Bei einer „geschweißten" Version des Werkzeugs
wird der Öffnungsdruck
möglicherweise
nicht einstellbar sein, nachdem das Werkzeug montiert worden ist.
Der Schließdruck
kann mittels eines stärkekontrollierten Abscherrings
oder eines Abscherstiftarrangements zwischen der Schließhülse und
dem Körper
gewählt und
eingestellt werden.
-
Für die Packermanschettenversion
des Werkzeugs kann das Aufblasen des Packers auf die gleiche grundsätzliche
Art erfolgen wie das eines herkömmlichen
Werkzeugs, wobei mit Hinsicht auf die Stärke Variationen durchgeführt werden
können.
Getrennte Öffnung(en)
können
für das
Aufblasen des Packerelements und das Weiterleiten von Zement aus
dem Innenraum des Zementierers an die Außenseite des Zementierers bereitgestellt
werden.
-
Nachdem
die Öffnungshülse sich
auf die geöffnete
Position bewegt hat, kann Flüssigkeit
durch die Aufblasöffnungen
mit den kleinen Durchmessern hindurch, und in einen konzentrischen/Zementiererringraum
zwischen einer inneren Hülle/einem
Zugteil und einer äußeren Hülle fliessen.
Die innere Hülle/das
Zugteil kann auch als die Zementiererspindel bezeichnet werden,
während
die äußere Hülle auch als
die äußere Hülle bezeichnet
werden kann. Die Aufblasöffnungen
können
auf einer anderen Ebene als die Zementieröffnungen positioniert werden,
so dass die Aufblasöffnungen
sich unter den Zementieröffnungen
befinden. Die Zementieröffnungen
können eine
Berstscheibe und Ausgleichsventile umfassen, welche innerhalb von
einer oder mehreren Zementieröffnungen
innerhalb des Zugteils des Werkzeugs positioniert werden. Eine Stufenzementiererversion des
Zementierers ohne den Packer würde
keine äußere Hülle, keine
Berstscheibe(n), und kein(e) Ausgleichsventil(e) umfassen.
-
Flüssigkeit
kann weiter innerhalb des Zementiererringraums zwischen der Packerspindel
und der äußeren Hülle herabfliessen,
dann an einem Einwegring-Rückschlagventil
vorbei, und in dem Packerhohlraum hinein, wobei der Packer aufgeblasen
und festgestellt wird. Wenn der Packer aufgeblasen wird, wird auch
ein Druck auf die Berstscheiben in der Spindel auferlegt. Wenn der
Packer vollständig
aufgeblasen ist und der Aufblasdruck weiter bis auf den vorbestimmten
Ausfalldruck der Berstscheibe gesteigert wird, wird diese Scheibe
brechen, und auf diese Weise einen Umlauf von Flüssigkeit in den Bohrlochringraum über dem
aufgeblasenen Packerelement und zwischen der Außenoberfläche der Verrohrung und einer
Innenoberfläche
des Bohrlochs erlauben. Das Einwegrückschlagventil im oberen Abschnitt
des Packerelements erhält
den vollständigen Aufblasdruck
innerhalb des aufgeblasenen Packerelements aufrecht. Bei einer weniger
bevorzugten Ausführungsform
könnte
der Öffnungssitz
an der Packermanschette durch Feststellen eines Öffnungsplugs in demselben mechanisch
feststellbar sein.
-
Nachdem
die vorgeschriebene Menge von Zement eingepumpt worden ist, kann
ein Schließplug gelöst und mit
dem letzten Zement in das Tiefloch eingepumpt werden, d.h. mit Hilfe
von bekannten herkömmlichen
Mehrstufenzementierpraktiken, um einen Druckabschluß gegen
den Schließplugsitz
zu formen. Der Druck kann dann ausreichend weit gesteigert werden,
um die Schließhülsenhaltevorrichtung,
welche die Schließhülse in Position
hält, abzuscheren
und es der Schließhülse zu erlauben,
sich nach unten auf die geschlossene Position umzustellen. Wenn
sich die Schließhülse auf
ihre vollständig geschlossene
Position bewegt, kann ein um den Außendurchmesser der Schließhülse herum
positionierter Verriegelungsring in einen Innendurchmesserhinterschnitt
in der Nähe
der Zementieröffnungen
hinausspringen, und auf diese Weise die Schließhülse dauerhaft geschlossen feststellen.
Der Hinterschnitt in dem äußeren Abschnitt
des Körpers
schützt
außerdem
den unteren Satz der Dauerdichtungen und die Schließhülse gegen
eine Beschädigung,
während
er gleichzeitig die Zementieröffnungen
durchkreuzt. Wenn der Zement ausreichend ausgehärtet ist, können die durchbohrbaren Schließ- und Öffnungssitze, und
der Zement innerhalb des Zementierers, herausgebohrt werden. Wenn
der obere Abschnitt des Öffnungssitzes
während
des Herausbohrens entfernt wird, kann der untere Abschnitt herabfallen
und sich innerhalb der reduzierten Innendurchmessereinschränkung in
dem Zementiererkörper
verkeilen, so dass der untere Abschnitt wirkungsvoll herausgebohrt
werden kann, ohne sich unter der Bohrkrone zu bewegen.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Englochstufenzementierer und ein verbessertes Verfahren für das Betreiben
eines Stufenzementierers zu bieten.
-
Eine
Eigenschaft der vorliegenden Erfindung bietet einen verbesserten
Stufenzementierer mit einer aufblasbaren Packermanschette, welcher
für Englochverfahren
(Außennenndurchmesser
von 4½ Zoll
oder weniger) beabsichtigt ist.
-
Es
ist eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, dass der Stufenzementierer
hydraulisch geöffnet
wird, und nicht aus einem mechanisch zu öffnenden Stufenzementierer
besteht.
-
Eine
weitere Eigenschaft der Erfindung bietet einen Stufenzementierer,
welcher ein wirklungsvolles Herausbohren ermöglicht. Eine verwandte Eigenschaft
der Erfindung besteht daraus, dass durchbohrbare Komponenten des Öffnungs-
sowohl wie des Schließsitzes
aus Verbundmaterialen geformt werden können. Eine weitere verwandte
Eigenschaft der Erfindung besteht daraus, dass der Öffnungs-
sowohl wie der Schließsitz
miteinander und/oder dem unteren Körper verkeilt werden können, um
ein Drehen der Komponenten während
des Herausbohrverfahrens zu verhindern.
-
Eine
weitere Eigenschaft der Erfindung bietet einen Stufenzementierer,
bei welchem nach dem Bohren einer kurzen Strecke des Öffnungssitzes
der untere Abschnitt des durchbohrbaren Öffnungssitzes in einen reduzierten
Innendurchmesser des Zementiererkörpers herabfallen kann. Der Öffnungssitz kann
auf diese Weise in der Einschränkung
verkeilt werden, so dass der verbleibende Abschnitt des Sitzes ohne
grössere
Schwierigkeiten herausgebohrt werden kann.
-
Eine
weitere Eigenschaft der Erfindung besteht daraus, dass das Werkzeug
aus einer Packermanschettenversion oder einer Stufenzementiererversion
bestehen kann.
-
Noch
eine weitere Eigenschaft der Erfindung besteht daraus, dass der Öffnungsdrucksetzpunkt und/oder
der Schließdrucksetzpunkt
während
der Herstellung voreingestellt, oder nach der ersten Montage nachgestellt
werden kann.
-
Es
ist eine weitere Eigenschaft der Erfindung, dass das Zementierwerkzeug
durch Einpumpen eines Schließplugs
geschlossen werden kann, d.h. eine Druckdichtung wird gegen einen
Schließsitz geformt.
Der Druck kann dann gesteigert werden, um ein abscherbares Halteteil
zu brechen, welches die Schließhülse in Position
hält. Ein
Verriegelungsring kann in den Innendurchmesserhinterschnitt in dem äußeren Körper hinausspringen,
wenn die Schließhülse sich
in der vollständig
geschlossenen Position befindet, wodurch dieselbe Hülse als
dauerhaft geschlossen festgestellt wird.
-
Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass der hydraulisch
aufblasbare Packer einigen Packern des aktuellen Standes der Technik
gleichen kann, wobei lediglich die Packerkomponenten modifiziert
werden. Das Werkzeug kann Zementieröffnungen, Berstscheiben, und
Ausgleichsventile in der Spindel oder der inneren Hülle umfassen,
und nicht innerhalb der äußeren Hülle. Der
Packer kann hydraulisch festgestellt/aufgeblasen, und das Rückschlagventil
geschlossen werden, um den Feststelldruck in dem Packer aufrecht
zu erhalten. Wenn der Aufblasdruck auf den Punkt eines vorbestimmten Ausfalldrucks
der Berstscheibe(n) steigt, wird/werden diese Scheibe(n) brechen
und auf diese Weise einen Umlauf in das Bohrloch über dem
aufgeblasenen Packerelement erlauben.
-
Diese
und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden nun anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht,
wobei:
-
1 und 2 zusammen
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Packermanschetten-Englochstufenzementierers
der vorliegenden Erfindung darstellen;
-
3 eine
Halbquerschnittsansicht einer Packermanschetten-Stufenzementiererversion darstellt,
welche die Öffnungshülse und
die Schließhülse auf
der rechten Seite in der Einführposition,
und auf der linken Seite in der vollständig geschlossenen Position
illustriert;
-
4 eine
Halbquerschnittsansicht einer alternativen, nicht geschweißten Version
eines Stufenzementierers darstellt, wobei der Zementierer mit Gewinden
ausgestattet, und nicht an jedem Ende des Zementierers an eine Kettenkupplung
angeschweißt ist.
-
1, 2, 3,
und 4 illustrieren geeignete Ausführungsformen von Stufenzementierwerkzeugen 10 und 110 gemäß der vorliegenden
Erfindung. 1, 2, und 3 illustrieren
eine Packermanschetten-Stufenzementiererausführungsform 250, welche einen
Stufenzementierer 110 umfasst, welcher mechanisch und hydraulisch
mit einer hydraulischen Packereinheit 70 verbunden ist. 4 illustriert
eine Stufenzementiererausführungsform 10 ohne
eine Packereinheit.
-
Wie
in 4 dargestellt umfasst hier ein Stufenzementierer 10 ein
Zementierergehäuse 12,
welches in eine rohrförmige
Verrohrung 14 angeschweißt oder eingeschraubt werden
kann. Die Verrohrung 14 kann vorzugsweise aus einer Verrohrung mit
einem kleinen Durchmesser bestehen und einen Außennenndurchmesser von 4½ Zoll
oder weniger aufweisen. Eine obere Kupplung 114 kann an
einem oberen Ende des Zementierergehäuses 12 und an der
Verrohrung 14 befestigt werden. Die Verrohrung 14 einschließlich des
Zementierers 10 kann danach wie in 3 dargestellt
innerhalb eines Bohrlochs 13 in einer Untergrundformation 15 positioniert
werden.
-
Eine
Zementiererachse 17 ist entlang einer zentralen durchgehenden
Bohrung 19 innerhalb des Zementierergehäuses 12 definiert.
Das Zementierergehäuse
umfasst eine oder mehrere Zementieröffnungen 34 mit einer
Zementieröffnungsachse 96. Jede
Zementieröffnungsachse 96 kann
auf einer gemeinsamen Zementieröffnungsebene 196 definiert werden.
Die Zementieröffnungen
werden durch ein Bewegen einer Öffnungshülseneinheit 135 aus
der geschlossenen Position auf die geöffnete Position geöffnet. Wenn
sie geöffnet
und mit der zentralen durchgehenden Bohrung 19 in Flüssigkeitsverbindung
gesetzt werden, kann jede der Zementieröffnungen 34 Flüssigkeit
aus der zentralen durchgehenden Bohrung 19 an die Außenseite
des Zementierergehäuses
weiterleiten, zum Beispiel in einen Bohrlochringraum 13.
Das Zementierergehäuse 12 umfasst
ein oberes Ende 112 über
einem unteren Ende 212. Das Zementierergehäuse kann
aus einem im wesentlichen einstückigen,
im wesentlichen rohrförmigen
Gehäuse
wie zum Beispiel dem in 4 dargestellten Gehäuse bestehen.
Eine solche Ausführungsform
kann an jedem Ende des Gehäuses 12 eine
Kupplung 114, 102 für das Anschliessen des Zementierers
innerhalb der Verrohrung 14 umfassen. Die Endkupplungen
können
außerdem
das Einführen und
Halten von inneren Komponenten innerhalb des Zementieriergehäuses 12 erlauben.
-
Eine Öffnungshülseneinheit 135 ist
innerhalb des Zementierergehäuses 12 positioniert
und umfasst einen nicht durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitt 37 und
einen durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitt 35,
welche zum Beispiel mit Drähten aneinander
befestigt werden können.
Die Öffnungshülseneinheit 135 kann
axial aus einer geschlossenen Position für das Verhindern des Weiterleitens von
Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnungen 34 auf eine
geöffnete
Position für
das Weiterleiten von Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnungen 34 bewegt
werden. Die Öffnungshülseneinheit 135 weist
im Verhältnis
zu dem Zementierergehäuse 12 ein
Dichtungsdifferential für
das hydraulische Bewegen der Öffnungshülseneinheit 135 im
Verhältnis
zu dem Zementierergehäuse 12 in
Reaktion auf einen Flüssigkeitsdruck
in dem Zementierergehäuse 12 auf.
Der Flüssigkeitsdruck
für das
Bewegen der Öffnungshülseneinheit kann
aus einem Öffnungsabscherdruck
bestehen, welcher ausreicht, um die Abscherteile 98 zu
brechen, wie zum Beispiel einen Abscherring und/oder Abscherstifte,
und die Öffnungshülseneinheit 135 innerhalb
des Gehäuses 12 axial
zu befestigen. Das Dichtungsdifferential kann ein Druckdifferential
zwischen dem Flüssigkeitsdruck
in der durchgehenden Zementiererbohrung gegenüber des Flüssigkeitsdrucks in dem Bohrlochringraum 13 und/oder
des Flüssigkeitsdrucks
in einem ringförmigen
Bereich 330, 30 um einen Außenabschnitt der Öffnungshülseneinheit
zwischen den Dichtungen 92, 94, und 100 herum
fördern.
Das Ausgleichsventil 16 kann ein Ausgleichen des Drucks
innerhalb des Bohrlochringraum 13 mit demselben innerhalb
des ringförmigen Bereichs 330, 30 erlauben.
-
Das Öffnungsabscherteil 98 kann
eine erste ausgewählte
Abscherstärke
für das
lösbare
Befestigen der Öffnungshülseneinheit 135 an
dem Zementierergehäuse 12 und
für das
Abscheren derselben bieten, wenn sich die Öffnungshülseneinheit 135 von der
geschlossenen Position auf die geöffnete Position bewegt. Die
in 1, 3 und 4 illustrierte Ausführungsform
liefert ein Ringteil 198 mit Abscherstiften 98,
welche in jedes der Ringteile 198 und die Öffnungshülseneinheit 135 eingreifen.
Das Ringteil 198 greift bei einer Stufenzementiererausführungsform
ohne eine Packereinheit 70, d.h. wie die in 4 illustrierte,
in einen Ansatz 197 an einem oberen Ende der Kupplung 102,
oder bei einer Packermanschettenausführungsform, d.h. wie die in 1 illustrierte,
in einen Ansatz an einem oberen Ende des unteren Körpers 46 ein.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
können
das Zementierergehäuse 12 und
alle nicht durchbohrbaren Komponenten in dem Zementierergehäuse, wie
zum Beispiel 37 und 74, aus einem nicht durchbohrbaren, festen metallischen
Material wie zum Beispiel Stahl gefertigt werden. Durchbohrbare Komponenten
können
vorzugsweise aus relativ einfach zu durchbohrenden Materialen wie
zum Beispiel Verbundstoffen konstruiert werden. Die Bezeichnung Verbundstoffe
kann in diesem Zusammenhang allgemein als feste formbare und/oder
verarbeitbare Thermoplastik- oder nicht metallische Plastikmateriale, feste
Polymerzusammensetzungen, vor Ort aushärtbare, harzhaltige Materiale,
Kohlefasermateriale, Epoxidmateriale, oder andere künstliche
Materiale einschließend
definiert werden, und kann weiter relativ weiche Metalle und Legierungen
einschließlich
aluminiumbasierte Materiale oder Komponenten einschliessen. Eine
durchbohrbare Komponente ist eine solche, von welcher man unter
typischen Betriebsbedingungen erwarten kann, dass dieselbe herausbohrbar
ist, und eine nicht durchbohrbare Komponente ist eine solche, welche
man normalerweise nicht herausbohren kann. Nicht durchbohrbar bedeutet
jedoch nicht, dass das Material, aus welchem die Komponente gefertigt
wurde, nicht durchbohrbar ist.
-
Eine
Schließhülseneinheit 174 ist
innerhalb des Zementierergehäuses 12 positioniert
und umfasst einen nicht durchbohrbaren Schließhülsenabschnitt 74 und
einen durchbohrbaren Schließhülsenabschnitt 78,
welche zum Beispiel mit Drähten
aneinander befestigt werden können.
Die Schließhülseneinheit 174 umfasst
eine Schließplug-Sitzfläche 79 für das abdichtende
Eingreifen in einen Schließplug 200,
um die Schließhülseneinheit 174 in
Reaktion auf einen anderen Flüssigkeitsdruck
innerhalb des Stufenzementierergehäuses 12 zu bewegen.
Der andere Flüssigkeitsdruck
wird über
dem Plug 200 auferlegt und kann aus einem ausgewählten Schließabscherdruck
bestehen, welcher dazu ausreicht, das Schließabscherteil 76 wie
zum Beispiel einen Abscherring oder Abscherstift(e) zu brechen,
und die Schließhülseneinheit 174 axial
an dem Gehäuse 12 zu
befestigen. Die Schließhülseneinheit 174 kann sich
danach von einer geöffneten
Position für
das Weiterleiten von Flüssigkeit
durch die Zementieröffnungen 34 auf
eine geschlossene Position für
das Verhindern des Weiterleitens von Flüssigkeit durch die Zementieröffnungen 34 bewegen.
-
Das
Schließabscherteil 76 kann
eine zweite ausgewählte
Abscherstärke
für das
nicht eingreifende Befestigen der Schließhülseneinheit 174 an
dem Zementierergehäuse 12 bieten,
und für
das Abscheren derselben, wenn die Schließhülseneinheit 174 sich
von der geöffneten
Position auf die geschlossene Position bewegt. Die in 1 dargestellte
Ausführungsform
zeigt einen Abscherring 76 mit einem Backup-Ring 176,
und einer quadratischen Abscherfläche zwischen dem Abscherring 76 und
der Ansatzfläche 177,
so dass der Abscherring 76 im wesentlichen ebenflächig mit
einer Außenoberfläche der Schließhülseneinheit 174 gebrochen
werden kann. Vor diesem Abscheren kann der Abscherring 76 in die
Schließhülseneinheit 174 und
das Ringteil 176 engreifen. 4 illustriert
eine Abscherteilausführungsform,
welche einen Abscherstift 76 verwendet, welcher in die
Schließhülseneinheit 174 und
das Gehäuse 12 eingreift.
Es sollte dabei beachtet werden, dass beide der Abscherteilarrangements
(Abscherring oder Abscherstifte) dazu verwendet werden können, den Öffnungs-
sowohl wie den Schließsitz
zu halten.
-
Das
Zementierergehäuse 12 umfasst
einen Öffnungshülsenabschnittsitz 11 wie
denjenigen, welcher in 1 und 3 deutlich
sichtbar ist, entlang der zentralen durchgehenden Bohrung 19,
für das Verhindern
eines Rotierens eines unteren Abschnitts 335 des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts 135 während des
Herausbohrens. Der Öffnungshülsenabschnittsitz 11 kann
einen im wesentlichen kegelstumpfen keilförmigen Abschnitt 11 umfassen, welcher
wie in 1 dargestellt vorzugsweise im Verhältnis zu
der Zementiererachse 17 unter einem Winkel 301 von
bis zu 70 Grad geformt ist. Der Öffnungshülsenabschnittsitz 11 kann
im wesentlichen kegelstumpf geformt sein, so dass auch die durch den
Sitz 11 bewirkte zugespitzte Innendurchmesserreduktion
so geformt sein kann, dass dieselbe eine leichte konkave oder konvexe
Krümmung
entlang einer übergelegten
kegelstumpfen Projektionsebene aufweist.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 und 4 kann der
untere Abschnitt 335 des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts 35 eine
Eingrifffläche 111 für das Eingreifen
in den Öffnungshülsenabschnittsitz 11 während des
Herausbohrens umfassen. Nachdem ein erster Abschnitt 235 des
durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts 35 herausgebohrt worden
ist, kann der untere Abschnitt 335 herabfallen oder von
der Bohrkrone durch die durchgehende Bohrung 19 axial nach
unten gedrückt
werden, so dass die Oberfläche 111 in
den Sitz 11 eingreift und denselben sicher verkeilt. Auf
diese Weise kann der Eingriff der Oberfläche 111 in die Sitzfläche 11 ein Rotieren
des unteren Abschnitts 335 des durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts 135 während des Herausbohrens
des unteren Abschnitts 335 verhindern. Der Hauptzweck des
zugespitzten Sitzes 11 ist das Absichern des unteren Abschnitts 335 gegen
ein Rotieren, und daher das Unterstützen des Herausbohrens, welches
eine wesentliche Steigerung des Bohrkronengewichts fordert. Das
Auferlegen eines relativ schweren Gewichts auf die Bohrkrone in
Verrohrungen und Zementierwerkzeugen mit kleinen Durchmessern kann
sich als schwierig oder ganz unmöglich
erweisen. Der untere Abschnitt der Öffnungshülseneinheit kann so entworfen
werden, dass derselbe einen Außendurchmesser
aufweist, welcher etwas grösser
ist als der Innendurchmesser der Mindestbohrung des unteren Körpers. Dies
wird ein Verkeilen des unteren verbleibenden Abschnitts des Öffnungssitzes
innerhalb der Innendurchmessereinschränkung ermöglichen, so dass der untere
Abschnitt des Öffnungssitzes
ausgebohrt werden kann, ohne unter der Bohrkrone zu rotieren oder
sich zu bewegen. Diese Preßpassung,
welche innerhalb des Mindestinnendurchmessers des unteren Körpers auftritt,
wo derselbe Innendurchmesser kleiner ist als der Mindestinnendurchmesser
der Öffnungshülse, unterstützt das
Herausbohren der Öffnungshülse ganz
beachtlich.
-
Die Öffnungshülseneinheit 135 greift
abdichtend und bewegbar über
eine axiale Länge
des Gehäuses 12 in
das Gehäuse 12 ein
und weist einen relativ grösseren
Innendurchmesser und einen relativ kleineren Innendurchmesser auf,
und erzeugt auf diese Weise ein(en) Dichtungsdifferential/Differentialbereich,
mittels welchem eine Steigerung des hydraulischen Drucks innerhalb
des Gehäuses
die Öffnungshülseneinheit 135 axial
von einer geschlossenen Position auf eine geöffnete Position bewegt werden
kann. Vor dem Bewegen auf die geöffnete
Position kann es möglich
sein, dass das Abscherteil 98, welches eine unerwünschte vorzeitige
Bewegung der Hülse
verhindert, gebrochen werden muss.
-
Das
Dichtungsdifferential kann mittels eines Differentialbereichs zwischen
der Dichtung 92 mit dem großen Durchmesser und der Dichtung 100 mit dem
kleinen Durchmesser erzeugt werden, beide an der Öffnungshülseneinheit 135,
d.h. durch das Erzeugen eines Differentialbereichs zwischen den
zwei Dichtungen 92 und 100. Dieser Differentialbereich wird
sowohl von dem Druck innerhalb des Rohres wie auch von dem hydraulischen
Druck in dem Ringraum des Werkzeugs beeinflußt, um eine aufwärtige Kraft (Ringraumdruck)
und eine abwärtige
Kraft (Verrohrungsdruck) zu erzeugen. Das Werkzeug wird geöffnet, wenn
die abwärtige
Kraft der Summe der aufwärtigen
Kraft plus der Kraft gleicht, welche für das Abscheren der Haltevorrichtung/des
Abscherteils 98 erforderlich ist. Das in den Packermanschetten
angewendete Ausgleichsventil 16 schützt nicht nur die Berstscheibe(n) 18,
indem der Ringraumflüssigkeitsdruck über der/den
Scheibe(n) 18 ausgeglichen wird, sondern das Ausgleichsventil 16 überträgt den Ringraumflüssigkeitsdruck
auch auf die Rückseite
der Öffnungssitzeinheit 135,
so dass das Werkzeug 110 sich bei einer vorbestimmten Kondition
in dem Bohrloch öffnen
wird.
-
In
einem Fall, in dem ein unzureichender hydraulischer Druck für das Bewegen
der Hülse 135 von
der geschlossenen Position auf die geöffnete Position vorhanden ist,
oder wenn die Hülse 135 aus
einem anderen Grund nicht frei abschert oder sich nicht frei bewegt,
können
durch das Fallenlassen eines Öffnungsplugs
oder einer Kugel von der Erdoberfläche aus durch die Verrohrung 14 in
die Hülse 135 hinein
zusätzliche
Kräfte
auferlegt werden. Die Öffnungshülseneinheit 135 kann
eine Öffnungsplug-Sitzfläche 33 für das wahlweise
Empfangen und Absetzen des/der Öffnungsplugs/-kugel
auf derselben umfassen, um auf diese Weise das hydraulische Öffnen der Öffnungshülseneinheit 135 zu
unterstützen.
Die Öffnungsplug-Sitzfläche 33 kann
einen durchgehenden Mindestbohrungsnenndurchmesser des Öffnungssitzes 133 umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Öffnungsplug-Sitzfläche 33 einen
durchgehenden Mindestbohrungsnenndurchmesser des Öffnungssitzes 133 umfassen,
welcher im wesentlichen einem durchgehenden Mindestbohrungsinnendurchmesser
einer Öffnungshülseneinheit 135 gleicht.
-
Die
Schließhülseneinheit 174 umfasst
die Schließplug-Sitzfläche 79.
Die Schließplug-Sitzfläche 79 umfasst
einen durchgehenden Mindestbohrungsnenndurchmesser 179 des
Schließsitzes,
welcher grösser
ist als der durchgehende Mindestbohrungsnenndurchmesser 133 des Öffnungssitzes.
Auf diese Weise kann in einem Fall, in welchem ein Öffnungsplug
angewendet wird, derselbe Öffnungsplug durch
die Schließplug-Sitzfläche 79 geführt und
auf die Öffnungshülsen-Sitzfläche 33 aufgesetzt
werden. Danach kann der Schließplug 200 mit
dem grösseren Durchmesser
wie in 3 dargestellt auf den Schließsitz 79 aufgesetzt
werden.
-
Die
in 4 definierte Öffnungshülseneinheit 135 kann
axial aus einer in 3 dargestellten geschlossenen
Position für
das Verhindern des Weiterleitens von Flüssigkeit durch die eine oder
mehreren Zementieröffnungen 34 auf
eine geöffnete
Position für
das Weiterleiten von Flüssigkeit
durch die eine oder mehreren Zementieröffnungen 34 bewegt
werden. Das axiale Bewegen auf die geöffnete Position kann durch
Eingreifen einer nicht durchbohrbaren unteren Oberfläche 194 des Öffnungshülsenabschnitts
in ein Abscherringteil 198 eingeschränkt werden. Der ringförmige Bereich 330 umfasst
einen im Vergleich mit einem ringförmigen Bereich 30 grösseren Durchmesser
als die Innenoberfläche
des Gehäuses 12,
so dass die Öffnungshülseneinheit
im wesentlichen ungehindert auf die geöffnete Position bewegt werden
kann. Je nach der kinetischen Energie innerhalb der Öffnungshülseneinheit,
wenn sich diese auf die geöffnete
Position bewegt, kann die kegelstumpfe Oberfläche 32 die Dichtung 92 und
den nicht durchbohrbaren Abschnitt 37 der Einheit 135 axial
an einem ringförmigen
Bereich 30 entlang führen,
bis die Oberfläche 194 in
eine Stopp-Oberfläche
wie zum Beispiel diejenige des Rings 198 eingreift. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die angewinkelte Oberfläche 32 nicht
aus einem Stopp-Ansatz, sondern stattdessen aus einem abdichtenden
Einführwinkel,
um das Beschädigen
der Dichtung, d.h. der unteren Schließhülseneinheitsdichtung 84 zu verhindern,
wenn das Werkzeug geschlossen wird. Wenn die Öffnungshülseneinheit 135 auf
die geöffnete
Position bewegt wird, kann die Dichtung 92 auf der Öffnungshülse in die
Dichtungsbohrung 30 am Boden der angewinkelten Oberfläche 32 eintreten
oder auch nicht, wobei dies von der gespeicherten Energie in der
Hülseneinheit 135 abhängen wird,
die während des
Abscherens der Abschervorrichtung 98 vorhanden ist. Auf
jeden Fall wird die Öffnungshülse entweder
vollständig
nach oben bewegt und endet aufgrund des Freisetzens der gespeicherten
Energie, welche mögliche
Reibungskräfte überwindet,
an dem Ring 198 an der Oberseite des unteren Adapters, oder
die Hülseneinheit 135 wird
von der Schließhülse 174,
welche dieselbe 135 den Rest des Weges schiebt, auf die „vollständig herabgelassene" Position herunter
bewegt.
-
Die
axiale Bewegung der Schließhülseneinheit 174 von
der geöffneten
auf die geschlossene Position kann durch ein Eingreifen der unteren
Oberfläche 294 des
nicht durchbohrbaren Schließhülsenabschnitts
in die obere Oberfläche 194 des
nicht durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnitts
an dem nicht durchbohrbaren Abschnitt 37 eingeschränkt werden. Die
untere Schließhülsenfläche 294 kann
eine oder mehrere Rillen 44 für das Eingreifen in eine oder mehrere
korrespondierende Keile/Nasen 45 umfassen, welche auf der
oberen Oberfläche 194 der
nicht durchbohrbaren Hülse 37 vorhanden
sind, wenn die Schließhülseneinheit 174 auf
die geschlossene Position bewegt wird. Bei anderen Ausführungsformen können die
jeweiligen Komponentenstandorte der Keile 45 und Rillen 44 umgekehrt
werden.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform, welche
in 3 dargestellt ist, wird auf der rechten Seite
die Öffnungshülseneinheit 135 in
der geöffneten
Position gezeigt, wurde aber nicht vollständig angehoben, und die Schließhülseneinheit 174 befindet sich
in der Einführposition.
Auf der linken Seite von 3 wird die Öffnungshülseneinheit 135 in
der geöffneten
Position und vollständig
neu positioniert gezeigt, und die Schließhülseneinheit 174 ist
vollständig
neu positioniert und geschlossen. 1 und 4 illustrieren
die Öffnungs-
und Schließhülseneinheiten
in der Einführposition.
Der Pfad der Öffnungs-
und Schließsitze
von deren Einführposition auf
die geöffnete Öffnungshülsenposition
und die geschlossene Schließhülsenposition
sowohl wie der Pfad zwischen diesen Positionen wird daher in 1, 3,
und 4 deutlicher veranschaulicht.
-
Mindestens
ein Abschnitt der Öffnungshülseneinheit 174,
d.h. der nicht durchbohrbare Abschnitt 37, kann mittels
einem oder mehreren Keilverbindungen an dem Zementieriergehäuse 12 befestigt werden,
um ein Rotieren des nicht durchbohrbaren Abschnitts 37 während des
Herausbohrens zu verhindern. Vorzugsweise kann der nicht durchbohrbare Öffnungshülsenabschnitt 37 eine(n)
Keil/Nase 144 umfassen, welche(r) in eine Rille 145 in
einer Innenoberfläche
des Gehäuses 12 eingreifen
kann, um ein Rotieren des nicht durchbohrbaren Abschnitts 37 der Öffnungshülseneinheit 135 relativ
zu dem Gehäuse 12 während des
Herausbohrens zu verhindern.
-
Mehrere
Dichtungsteile können
eingeschlossen werden, um flüssigkeitsdichte
Dichtungen innerhalb des Zementierers 10 bereitzustellen.
Die Dichtungsteile können
vorzugsweise eine O-Ring Rille und ein O-Ring Dichtungsteil 92 umfassen,
welches innerhalb der O-Ring Rille positioniert ist. Die Öffnungshülseneinheit 135 kann
ein oberes Gehäusedichtungsteil 92 umfassen,
welches zwischen einer Außenoberfläche des
nicht durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnittteils 37 und
einer Innenoberfläche
des Gehäuses 12 positioniert
ist. Die Öffnungshülseneinheit 135 kann
zwischen einer Außenoberfläche der Öffnungshülseneinheit 135 und
einer Innenoberfläche
des Zementierergehäuses 12 ein
unteres Gehäusedichtungsteil 100 umfassen.
Ein durchbohrbares Dichtungsteil 94 kann zwischen einer
Innenoberfläche
des nicht durchbohrbaren Öffnungshülsenabschnittteils 37 und
einer Außenoberfläche des
durchbohrbaren Öffnungshülsenteils 35 bereitgestellt
werden.
-
Die
Schließhülseneinheit 174 kann
zwischen einer Außenoberfläche der
Schließhülseneinheit 174 und
dem Zementierergehäuse 12 obere 80 und
untere 84 Schließeinheitsgehäusedichtungsteile
umfassen. Der durchbohrbare Schließhülsenabschnitt 78 kann
mittels eines dazwischen befindlichen Gewindeeingriffs oder eines
zusätzlichen
Dichtungsteils (nicht dargestellt) abdichtend in das nicht durchbohrbare
Schließhülsenabschnittteil 74 eingreifen.
-
Ein
Feststellteil 83, wie zum Beispiel eine hinterschnittene
Rille 83 in einer Innenwand des Zementierergehäuses 12 kann
innerhalb des Zementierergehäuses
bereitgestellt werden. Ein Feststellteil, wie zum Beispiel eine
Verriegelungsringrille 182 und ein Verriegelungsring 82,
können
an der Schließhülseneinheit
bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann der Verriegelungsring 28 aus
einem expandierbaren Spaltring bestehen, so dass der Verriegelungsring 82 zumindest
zum Teil umlaufend in den hinterschnittenen Abschnitt 83 hinein
expandiert werden kann, wenn die Schließhülseneinheit 174 sich
axial auf die vollständig
geschlossene Position bewegt, um die Schließhülseneinheit daran zu hindern,
sich axial auf eine geöffnete
Position zurück
zu bewegen. Vorzugsweise sind sowohl das Feststellteil 83 in
dem Zementierergehäuse
wie auch das Feststellteil in der Schließhülseneinheit 174 zwischen
der oberen Dichtung 80 und der unteren Dichtung 84 an
der Schließhülseneinheit 174 positioniert,
wenn die Schließhülseneinheit 174 sich
in der geschlossenen Position befindet.
-
Es
wird auch bevorzugt, dass das Öffnungsabscherteil 98 axial
unter dem unteren Dichtungsteil 84 positioniert ist, wenn
sich die Schließhülseneinheit 174 in
der geschlossenen Position befindet. Auf diese Weise bewegt sich
keine der Schließhülseneinheitsdichtungen 80 und 84 an
den abgescherten Teilen vorbei, wenn sich die Schließhülseneinheit 174 auf
die geschlossene Position bewegt.
-
Bei
einer mit einem Gewinde ausgestatteten Zementierergehäuseausführungsform
wie der in 4 dargestellten können die
obere Kupplung 114 und die untere Kupplung 102 jeweils über ein
Gewinde in die oberen und unteren Enden des Gehäuses 12 eingreifen.
Die obere Dichtung 88 und die untere Dichtung 104 kann
eingeschlossen werden, um flüssigkeitsdichte
Verbindungen mit den jeweiligen oberen und unteren Enden des Gehäuses 12 bereitzustellen.
Die oberen 86 und unteren 106 Befestigungsteile,
wie zum Beispiel Stellschrauben, können bereitgestellt werden,
um ein Herausschrauben der jeweiligen Kupplungen zu verhindern,
wenn das Gehäuse 14 in
das Bohrloch 13 eingeführt
und/oder herausgebohrt wird. Ausführungsformen, welche Gewindekupplungen
verwenden, können
zwischen der unteren Kupplung 102 und einer Außenoberfläche der Öffnungshülseneinheit 135 auch
ein Dichtungsteil 100 einschliessen. Bei anderen Ausführungsformen
können
die Kupplungen 114 und 102 in Eingriff mit dem
Gehäuse 12 verschweißt werden,
so dass weder Gewinde noch Dichtungsteile 88 und 104 notwendig
sind.
-
1, 2,
und 3 illustrieren eine Ausführungsform eines Packermanschettenstufenzementierers 250,
welcher einen modifizierten Stufenzementiererabschnitt 110 umfasst,
welcher mechanisch und hydraulisch mit einer hydraulischen Packereinheit 70 verbunden
ist. Der Stufenzementiererabschnitt 110 der Packermanschettenausführungsform 250 kann ähnlich funktionieren
wie der als Teil der oben aufgeführten
detaillierten Spezifizierung beschriebene Stufenzementierer 10,
wobei Modifizierungen durchgeführt
wurden, um denselben mit der hydraulisch betätigten Packereinheit 70 kompatibel zu
gestalten. Bei einer Ausführungsform
des Packermanschettenstufenzementierers 250, wie zum Beispiel
der in 1 dargestellten, kann die untere Kupplung 102 der
oben beschriebenen Ausführungsform
des zum Beispiel in 4 dargestellten Stufenzementierers 10 auch
als ein unterer Körper 46 bezeichnet
werden. Das Zementierergehäuse 12 kann einen
oberen Körper 146 umfassen,
welcher an einem unteren Körper 46 befestigt
ist. Der obere Körper 146 in
der Packermanschettenausführungsform 250 kann
im wesentlichen analog zu der Gehäusekomponente 12 in
der Stufenzementiererausführungsform 10 positioniert
sein. Ein oberes Ende 42 des unteren Körpers 46 kann an einem
unteren Ende 142 des oberen Körpers 146 befestigt
werden, zum Beispiel mit Hilfe von Gewinden, und ein unteres Ende 47 des
unteren Körpers 46 kann
mit Hilfe von Gewinden an einer Kupplung 48 befestigt werden, welche
wiederum an einer Zugkraft tragenden Spindel 50 der Packereinheit 70 befestigt
ist. Ein unterer Abschnitt der Verrohrung 14 kann mit Hilfe
von Gewinden an einem unteren Ende der Packerspindel 50 verbunden
werden.
-
Unter
Bezugnahme auf 1, 2, und 3 umfasst
der obere Körper 146/das
Zementierergehäuse 12 hier
eine oder mehrere Zementieröffnungen 34 in
dem Zementierergehäuse 12,
genau wie der weiter oben beschriebene Stufenzementierer 10.
Außerdem
kann der Packermanschettenstufenzementierer 110 in jeder
Zementieröffnung 34 ein
sekundäres Öffnungsgerät 18 wie
zum Beispiel eine Berstscheibe umfassen. Das sekundäre Öffnungsgerät 18 hält die Zementieröffnungen 34 gegenüber einem
Flüssigkeitsfluß durch
dieselben unmittelbar nach dem Bewegen der Öffnungehülseneinheit 135 von
der geschlossenen Position auf die geöffnete Position wahlweise geschlossen.
Auf diese Weise kann die hydraulisch betätigte Packereinheit 70 vor
dem Einpumpen von Zementierflüssigkeit
durch die Zementieröffnungen 34 betätigt werden.
Das Packermanschettenzementierergehäuse 12 kann auch ein oder
mehrere Ausgleichsventile 16 in dem Zementierergehäuse 12 umfassen,
welche wie weiter unten beschrieben zusammen mit einem geschlossenen sekundären Öffnungsgerät 18 betrieben
werden können.
-
Der
Packermanschettenzementierer 110 umfasst eine rohrförmige äußere Hülle 20,
welche umlaufend einen axialen Längsabschnitt
der externen Oberfläche
des Zementierergehäuses 12 einschliesst.
Die äußere Hülle 20 kann
mittels einem oder mehreren an dem Gehäuse befindlichen Stiften 22 oder
einer anderen, geeigneten mechanischen Verbindung wie zum Beispiel
einem Gewinde, feststehend mit dem oberen Körper 146 verbunden
werden. Die obere Dichtung 28 kann wie in 1 dargestellt
hydraulische Dichtungen zwischen einer Innenoberfläche eines
oberen Endes der äußeren Hülse 20 und
einer Außenoberfläche des
Gehäuses 12 formen.
-
Zusätzlich zu
der einen oder den mehreren Zementieröffnungen 34 umfasst
das Zementierergehäuse 12 wie
in 1 und 3 dargestellt eine oder mehrere
Aufblasöffnungen 26 für das Weiterleiten
der Betätigungsflüssigkeit
und das Aufblasen oder Betätigen
eines Packerelements 66 in der Packereinheit 70.
Die eine oder mehreren Aufblasöffnungen 26 können vorzugsweise
entlang der Zementiererachse 17 und axial niedriger als
die eine oder mehreren Zementieröffnungen 34 positioniert
werden. Vorzugsweise können
die Aufblasöffnungen 26 entlang
einer Aufblasöffnungsebene 126 positioniert werden,
welche senkrecht zu der Zementiererachse 17 und axial niedriger
als die Zementieröffnungsebene 196 verläuft.
-
Nach
dem aktuellen Stand der Technik werden für hydraulisch betriebene Packermanschettenstufenzementierer
gemeinsame Öffnungen
für das Aufblasen
und Zementieren verwendet. Ein Aufblasdurchgang steht dabei in Flüssigkeitsverbindung
mit den gemeinsamen Öffnungen
zwischen konzentrischen rohrförmigen
Teilen 12, 20. Jede gemeinsame Öffnung weist
eine Öffnungsachse
auf, welche durch beide konzentrische rohrförmige Teile 12, 20 hindurch
verläuft.
Die sekundären Öffnungsgeräte werden
in dem äußeren konzentrischen
rohrförmigen Teil/der
Hülle 20 gestützt. Auf
diese Weise kann die Packereinheit hydraulisch betätigt werden,
wenn die Öffnungshülseneinheit
auf die Öffnungsposition
bewegt wird, indem Betätigungsflüssigkeit
durch den Abschnitt der gemeinsamen Öffnung in dem inneren konzentrischen
rohrförmigen
Teil geleitet wird, und dann durch das ringförmige Schutzrohr an die Packereinheit.
Das sekundäre Öffnungsgerät wird in
dem äußeren rohrförmigen Teil
gestützt
und verhindert einen Umlauf in das Bohrloch 13.
-
In
dem Zementierer mit dem kleinen Durchmesser der vorliegenden Erfindung
ist die äußere Hülle 20 relativ
dünnwandig.
Dies beruht auf reduzierten Abständen
und Toleranzwerten, und kann sich für ein kompetentes Stützen eines
sekundären Öffnungsgeräts in einer Öffnung derselben
als weniger ideal erweisen, ohne dass der Außendurchmesser des Zementierers
vergrössert
wird. In einem Packermanschettenstufenzementierer 110 gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Zementieröffnung 34 und
das sekundäre Öffnungsgerät 18 innerhalb
des oberen Körpers/Gehäuses 12 und
axial über dem
Abschnitt des Zementierers 110 positioniert, welcher in
die äußere Hülle 20 eingeschlossen
ist. Die Zementieröffnung 34 penetriert
die äußere Hülle 20 nicht.
-
Das
sekundäre Öffnungsgerät 18 ist
möglicherweise
nicht so entworfen, dass dasselbe einem besonders hohen Ringraumdruck
des Flüssigkeitsdrucks
in der durchgehenden Bohrung 19 widerstehen kann. Das Ausgleichsventil 16 kann
in Stufenpackermanschetten angewendet werden, welche Berstscheiben
oder andere sekundäre Öffnungsgeräte 18 beinhalten,
und kann in einer Ausgleichsöffnung 116 oder
in einer zusätzlichen
Zementieröffnung 34 bereitgestellt
sein. Das Ausgleichsventil 16 funktioniert als ein Einwegrückschlagventil,
um Ringraumflüssigkeit
an den konzentrischen Ringraum 30 auf der Rückseite
der Öffnungssitzeinheit
zu übertragen,
und auch den Ringraumdruck über
der/den Berstscheibe(n) 18 auszugleichen.
-
Ein
unteres Ende der rohrförmigen äußeren Hülle 20 kann
sich axial von dem Befestigungspunkt an dem Gehäuse 12 in Richtung
der Packereinheit 70 erstrecken, wobei zwischen der Spindel 50 und
der Hülle 20 ein
ringförmiger
Abstand 130 geformt wird. Untere Zylinderteile 56 können für die Montage
des Packers 170 und für
das Einführen
eines Rückschlagventils 62 in
denselben vorhanden sein. Ein Betätigungsflüssigkeitspfad 130 wird
auf diese Weise für
das Weiterleiten von Betätigungsflüssigkeit
zwischen einer Außenoberfläche des
Zementierergehäuses 12 und
einer Innenoberfläche
der äußeren Hülle 20 erzeugt,
und von der Aufblasöffnung 26 an die
Packereinheit 70. Der Fließpfad 130 kann wie
in 1, 2, und 3 dargestellt
als ein ringförmiger
Abstand 130 geformt werden, oder mittels eines Fließkanals
(nicht dargestellt).
-
Die
Packereinheit 70 kann rohrförmige Zylinderteile 54 und 56 umfassen,
welche konzentrisch um die Spindel 50 herum geformt sind,
und bewegbar und hydraulisch abgedichtet in eine Innenoberfläche der
Hülle 20 eingreifen.
Die Packereinheit 70 kann auch ein rohrförmiges unteres
Gehäuseteil 68 umfassen,
welches konzentrisch um ein unteres Ende der Spindel 50 herum
positioniert ist. Das untere Gehäuseteil 68 kann
an dem unteren Ende der Spindel 50 befestigt werden und
abdichtend in dasselbe eingreifen, zum Beispiel mit Hilfe von Gewinden 143 oder
einem Verbindungsmittel. Ein oder mehrere geeignete elastomerische
Packerelemente 66 können
zwischen dem Zylinderteil 56 und dem unteren Gehäuseteil 68 bereitgestellt
werden. Ein Rohrplug 72 kann innerhalb einer Öffnung in
dem unteren Gehäuse 68 für das Druckintegritätstesten
der Packeruntereinheit 70 während der Konstruktion positioniert
werden.
-
Die
hydraulische Betätigungsflüssigkeit
kann von der zentralen durchgehenden Bohrung 19 durch die
Aufblasöffnung 26,
und entlang des Betätigungsflüssigkeitsfließpfades 130 einen
hydraulischen Druck auferlegen. Der hydraulische Druck kann die Zylinderteile 54 und 56 im
Verhältnis
zu der Hülle 20 und
der Spindel 50 axial nach unten bewegen, wenn das Packerelement
aufgeblasen oder in einen hydraulisch abgedichteten Eingriff mit
der Formation 15 gebracht wird.
-
Eine
Rückschlagventileinheit
kann vorhanden sein, welche ein Rückschlagventilteil 62 und
einen Rückschlagventilstützring 60 umfasst,
um auf diese Weise einen Rückfluß von Betätigungsflüssigkeit
in die zentrale durchgehende Bohrung 19 und ein Deaktiverien
des betätigten
Packerelements 66 zu verhindern.
-
Während eines
typischen Verrohrungseinzementierverfahrens kann der Zementierer 10 an
einem ausgewählten
Punkt in einer Verrohrung positioniert werden, welche in ein Bohrloch
einzementiert werden soll. Weitere Schwimm- und/oder Zementiergeräte können eingeschlossen
werden, wie zum Beispiel ein Schwimmschuh, Schwimmmanschetten, Leitblechadapter
und andere mehrstufige Zementiergeräte. Bei manchen Anwendungen
kann es wünscheswert
sein, innerhalb einer Zementierrohranordnung 14 eine hydraulische
Dichtung zu erzeugen, wie zum Beispiel zwischen Stufen eines mehrstufigen
Arbeitsverfahrens, oder nach dem Einführen einer Verrohrung in ein
Bohrloch und/oder für
das Betreiben von hydraulischen Werkzeugen wie zum Beispiel den hydraulischen
Zementierer 110. Ein Packer oder ein anderer Mechanismus
kann für
das hydraulische Abdichten des Innenraums der Verrohrung bereitgestellt werden,
um die gewünschte
hydraulische Dichtung zu erzeugen. Ein Leitblechadapter kann innerhalb der
Verrohrung unter dem mehrstufigen Zementierer positioniert werden,
wobei eine Kugel oder ein Shutoff-Plug von der Erdoberfläche aus
durch die Verrohrung hindurch fallen gelassen oder eingepumpt werden
kann, um durch den Zementierer hindurch zu fahren und auf dem Leitblech
aufzusitzen. Bei einem anderen Beispiel können ein Schwimmschuh oder eine
Schwimmmanschette unter dem Zementierer positioniert werden. Ein
Shutoff-Plug kann durch dem Zementierer hindurch eingepumpt und
auf ein Leitblechprofil auf der Oberseite des Schwimmventils aufgesetzt
werden. Wenn die Kugel, der Plug, oder eine andere Abdichtungsvorrichtung
herabgefallen oder durch dem Zementierer 110 hindurch bis
auf einen Druckabschluß gegen
das Leitblechprofil eingepumpt worden ist, kann ein hydraulischer
Druck innerhalb der einzuzementierenden Verrohrung 14 auferlegt
werden.
-
Der
hydraulische Druck kann gesteigert werden, um das Öffnungshülseneinheit-Öffnungsabscherteil 98 mittels
eines Öffnungsabscherdrucks
zu brechen, und die Öffnungshülseneinheit 135 auf
die geöffnete
Position zu bewegen. Ein ringförmiger
Abstand 30 kann zwischen dem Gehäuse 12 und dem Außendurchmesser
der Öffnungshülseneinheit 135 geformt
werden. Ein ringförmiger
Abstand kann auch unter der unteren Dichtung 100 zwischen
den Komponentenführungsleitungen
für die
Komponentennummern 46 und 11 in 1 vorhanden
sein, so dass die Öffnungshülseneinheit
frei nach unten bewegt werden kann, wenn sowohl die obere wie auch die
untere Dichtung den Dichtungskontakt mit der Öffnungshülse brechen, bis die obere
Dichtung 92 die Dichtungseintrittsoberfläche 32 kontaktiert.
Auf diese Weise kann sich die Öffnungshülseneinheit 135 ungehindert
bewegen, und den Weg auf die geöffnete
Position zurücklegen.
Ein Abschnitt 330 des Abstands kann einen weiter vergrösserten
Innendurchmesser aufweisen, um ein uneingeschränktes Bewegen des nicht durchbohrbaren
Abschnitts 37 der Öffnungshülseneinheit 135 auf
eine geöffnete Position
zu ermöglichen.
Der vergrösserte
Innendurchmesser des ringförmigen
Abstands 330 relativ zu dem Innendurchmesser des Abstands 30 liefert
einen Verriegelungsbereich für
den Verriegelungsring 82 an der Öffnungshülse 174 und fördert das
freie Bewegen der Öffnungshülse 135 entlang
eines ausreichend langen axialen Pfades, um die Hülse 135 aus
dem Weg der Zementieröffnungen 34 und
der Aufblasöffnungen 26 zu
schaffen.
-
Danach
kann eine Betätigungsflüssigkeit
unter einem Packerbetätigungsdruck
eingepumpt werden, um das Packerelement 66 zu betätigen/aufzublasen.
Das Rückschlagventil 62 kann
den Betätigungsflüssigkeitssdruck
innerhalb der Packereinheit 70 aufrecht erhalten. Um den
Betätigungsflüssigkeitsdruck
innerhalb der Packereinheit weiter aufrecht zu erhalten, können die
Dichtungen 58 und 158 einen Druckabfall in Richtung
der Außenseite
des Packers 70 verhindern. Der Flüssigkeitsdruck innerhalb der
zentralen durchgehenden Bohrung 19 kann dann auf einen
sekundären Öffnungsgerätdruck oder einen
Zementieröffnungsdruck
gesteigert werden, um das sekundäre Öffnungsgerät/die Berstscheibe 18 zu öffnen brechen.
Danach kann Zementierflüssigkeit
durch die Verrohrung 14, durch die geöffneten Zementieröffnungen 34,
und in den Bohrlochringraum 13 hinein zirkuliert werden.
-
Wenn
der letzte Abschnitt des Zements eingepumpt wird, kann der Schließplug 200 von
einem Zementierkopf oben in der Verrohrung gelöst, und bis auf die Schließhülseneinheit 174 herunter
eingepumpt werden. Der Schließplug 200 kann
in die Schließplugsitzfläche 79 eingreifen.
Der Flüssigkeitsdruck
kann dann bis auf einen Druck gesteigert werden, welcher das Schließhülseneinheitsabscherteil bricht,
um die Schließhülseneinheit 174 auf
die geschlossene Position zu bewegen. Auf diese Weise können die
Zementieröffnung(en) 34 und
die Aufblasöffnungen 26 abdichtend
von einer Flüssigkeitsverbindung
mit der zentralen durchgehenden Bohrung 19 isoliert und
geschlossen werden. Wenn die Schließhülseneinheit 174 auf
die geschlossene Position bewegt wird, kann der Verriegelungsring 82 in den
Hinterschnitt/Verriegelungsabschnitt 83 des Gehäuses 12 eingreifen,
um die Schließhülseneinheit
in der geschlossenen Position zu befestigen. Danach kann sich der
Zement bis zu einem gewählten
Zeitpunkt setzen oder aushärten,
wenn der innerhalb der Verrohrung 14 verbleibende Zement
mit Hilfe einer Bohrkrone herausgebohrt werden kann.
-
Die
Stärke
der Abscherteile 76 und 98 kann auf diese Weise
mit Hilfe von bekannten Techniken kontrolliert werden um sicherzustellen,
dass die Abscherteile 98 innerhalb eines gewählten Druckwertbereichs
brechen. Danach bricht die Berstscheibe 18 unter einem
höheren
Druck, um die Zementieröffnungen 34 in
dem Werkzeug zu öffnen.
Eine Änderung des
hydraulischen Drucks wird auftreten, wenn der Schließplug 200 oder
das Ventilteil auf dem Schließsitz 79 aufsitzt,
um das Schließabscherteil 76 zu
brechen und die Schließhülse auf
die geschlossene Position zu bewegen. Wenn der Schließdruck über den gesamten
Querschnittsbereich des Plugs 200 und die oberen Oberflächen der
Schließhülseneinheit auferlegt
wird, ist der Schließflüssigkeitsdruck
allgemein niedriger als entweder der anfängliche Öffnungsdruck oder der sekundäre Öffnungsdruck.
In der Abwesenheit eines Plug- oder Ventilteils 200, welches
auf der Schließhülse sitzt,
wird die Schließhülse druckbalanciert,
und weist normalerweise kein Dichtungsbereichsdifferential über der
Hülse auf.
Die Bewegung der Schließhülse hängt von
den Kräften ab,
welche gegen den Schließplug 200 erzeugt
werden.
-
Die
Bohrkrone kann durch Zement in der Verrohrung über dem Plug 200 bohren
und denselben Plug sowohl wie die durchbohrbaren Abschnitte 78 der
Schließhülseneinheit
herausbohren. Danach kann die Bohrkrone innerhalb der nicht durchbohrbaren
Abschnitte des Schließhülsenteils
einschließlich der
rohrförmigen
Schließhülse 74 weiter
Zement herausbohren, und in durchbohrbare Abschnitte 35 der Öffnungshülseneinheit
eingreifen. Da die Zementieröffnungen
sich axial über
der Oberseite der geöffneten Öffnungshülseneinheit
befinden ist es wahrscheinlich, dass kein weiterer Zement aus dem
Zementierergehäuse 12 herausgebohrt
werden wird.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 kann der untere Abschnitt 335 der Öffnungshülseneinheit
nach dem Herausbohren des ersten Abschnitts 235 des durchbohrbaren
Abschnitts 35 einschließlich der Gewinde, welche den
durchbohrbaren Abschnitt 35 mit dem nicht durchbohrbaren
Abschnitt 37 verbinden, herunterfallen oder von der Bohrkrone
und dem Bohrgestänge
nach unten in Eingriff mit dem Öffnungshülseneinheitssitz 11 in
dem Gehäuse 12 geschoben
werden. Auf diese Weise kann sich der untere Abschnitt 335 der Öffnungshülseneinheit 135 in Eingriff
mit dem Gehäuse 12 verkeilen,
um ein Rotieren des unteren Abschnitts 335 unter der Bohrkrone zu
verhindern, so dass die Bohrkrone den unteren Abschnitt 335 effektiv
herausbohren kann.
-
Eine
wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht daraus,
dass ein nachfolgendes Herausbohren des Stufenzementierers einen
relativ grossen, vollständigen
Bohrungsdurchmesser durch die Bohrung in dem Stufenzementierer 10, 110 und der
Packereinheit 70 über
die axiale Länge
des Werkzeugs 10, 110, 70 erzeugen wird.
So repräsentiert
ein Zementierer für
die Anwendung mit einem Rohr mit einem Außennenndurchmesser von 23/8 ein Beispiel
eines (Engloch-) Stufenzementierers mit einem kleinen Durchmesser
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein geeignetes 3/8 Werkzeug wie das in 1 dargestellte
kann daher eine vollständige
Bohrung aufweisen, d.h. eine ungefähr zwei Zoll grosse durchgehende
Bohrung nach dem Herausbohren.
-
Fachleute
auf diesem Gebiet werden erkennen, dass andere Ausführungsformen
eines packermanschettenartigen Zementierers andere Typen von hydraulischen
und/oder mechanischen Packern umfassen können. Verschiedene Typen von
aufblasbaren Packerelementen 66 wie zum Beispiel diejenigen,
die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, können auch angewendet werden.
-
Ein
Zementierverfahren wie das hierin beschriebene soll im weitesten
Sinne ein beliebiges Verfahren repräsentieren, welches eine allgemein zementhaltige
Flüssigkeit
oder eine Flüssigkeit,
welche zusammen mit einem Zementierverfahren angewendet wird, einführt. So
wird zum Beispiel eine Spülflüssigkeit
in den Ringraum um eine Verrohrung herum eingeführt, um die Verrohrung in dem
Bohrloch 13 besser zu befestigen und abdichten zu können. Eine
Betätigungsflüssigkeit
wir zum Beispiel Wasser oder Spülflüssigkeit
kann auch die Flüssigkeit
repräsentieren,
welche innerhalb einer Zementierflüssigkeit angewendet wird. Die
Bezeichnungen „Dichtungsoberfläche", „Rückschlagventil", „Berstscheibe", und „Abscherteil" wie hierin angewendet sollen
im weitesten Sinne solche Strukturen oder Geräte beschreiben, welche diesem
Zweck dienen. Die Sitzflächen
müssen
daher nicht eine flüssigkeitsdichte
hydraulische Dichtung mit dem Ventilteil oder der Oberfläche formen,
welche in die Sitzfläche
eingreift. Das Rückschlagventilteil 62,
welches Betätigungsflüssigkeit
in dem Packerelement hält,
wenn dieses aufgeblasen ist, soll im weitesten Sinne ein Ventil
repräsentieren,
welches diesen Zweck erfüllen
kann. Ein sekundäres Öffnungsgerät oder Berstscheibe kann
aus einem beliebigen Material geformt sein und eine geometrische
Konfiguration für
das Brechen oder Öffnen
aufweisen, um ein Weiterleiten von Flüssigkeit durch das sekundäre Öffnungsgerät oder Öffnung zu
erlauben, welche die Vorrichtung beinhaltet, wenn der Flüssigkeitsdruck
einen vorbestimmten Druckbereich erreicht, woraufhin die Vorrichtung
ausfällt,
sich öffnet,
oder bricht. Ein Abscherteil kann aus einem beliebigen Teil bestehen,
welches ausfallen oder brechen kann, wenn eine ausgewählte axiale Last
oder Kraft auf das Abscherteil aufgelegt wird, und schließt Abscherstifte
und Abscherringe ein.
-
Die
hierin angewendeten Bezeichnungen „Öffnungshülseneinheit" und „Schließhülseneinheit" sollen im weitesten Sinne Vorrichtungen
bezeichnen, welche sich in Reaktion auf hydraulischen Druck bewegen,
oder wahlweise durch Eingreifen in einen Plug, ein Leitblech, oder
ein anderes Teil, um einen Flüssigkeitsfluß zu blockieren
und damit die für
das Bewegen vorhandenen axialen Kräfte zu steigern. Die hierin
dargestellte Öffnungshülseneinheit
und Schließhülseneinheit
sind allgemein rohrförmig,
und repräsentieren
eine bevorzugte Konstruktion. Die Öffnungshülseneinheit und die Schließhülseneinheit könnten jedoch
auch modifiziert werden um eine Struktur aufzuweisen, welche mehr
ringförmig
als rohrförmig
ist.
-
Fachleute
auf diesem Gebiet werden erkennen, dass der Stufenzementierer der
vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, um eine, zwei, oder
mehrere Stufen des Zementierens eines Bohrlochs durchzuführen. Der
Stufenzementierer liefert die gewünschte hydraulische und mechanische
Unterstützung
für eine
Zementierstufe in einem Bohrloch über dem geschlossenen Stufenzementierer. Durchbohrbare
Teile und Zement, welche in dem Bohrloch verbleiben, können relativ
einfach herausgebohrt werden, nachdem sich das zementhaltige Material
in dem Bohrloch verfestigt hat oder ausgehärtet ist.
-
Verschiedene
Modifizierungen des mehrstufigen Zementierers und der Packermanschette
sowohl wie des hierin beschriebenen Verfahrens dürften aus der obigen Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich werden. Obwohl die Erfindung auf diese Weise und unter
Bezugnahme auf diese Ausführungsformen
veranschaulicht wurde sollte verstanden werden, dass diese Beschreibungen
lediglich Beispiele repräsentieren,
und dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Alternative Komponenten und Betriebstechniken werden Fachleuten
auf diesem Gebiet anhand der vorliegenden Veranschaulichungen deutlich werden,
und diese schliessen das Hinzufügen
von Schwimmgeräten
ein. Weitere Modifizierungen sind daher möglich und können durchgeführt werden, ohne
von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, welcher in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert ist.