DE69018192T2 - Casing valve. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Futterrohrschieber zum Einsatz in Bohrlöchern und im besonderen, jedoch nicht im einschränkenden Sinne, einen für den Einsatz in von der Lotrechten beträchtlich abweichenden Bohrlochabschnitten angepaßten Futterrohrschieber.The invention relates generally to casing valves for use in boreholes and, in particular, but not in a limiting sense, to a casing valve adapted for use in borehole sections that deviate significantly from the vertical.
Es ist bekannt, daß Schieberhülse-Futterrohrschieber in die Futterrohrtour eines Bohrlochs eingesetzt werden können, um eine selektive Verbindung zwischen dem Innenraum der Futterrohrtour und den dem Futterrohrschieber benachbarten unterirdischen Formationen herzustellen. Einen derartigen Futterrohrschieber zeigt das Patent US-A-3768562 (Baker). Das Baker-Patent offenbart ebenfalls ein Positionierwerkzeug zur Betätigung der Schieberhülse des Futterrohrschiebers.It is known that sleeve casing sliders can be inserted into the casing run of a wellbore to provide selective communication between the interior of the casing run and the subterranean formations adjacent to the sleeve casing slider. Such a sleeve casing slider is shown in US-A-3768562 (Baker). The Baker patent also discloses a positioning tool for operating the sleeve casing slider.
Noch spezifischer offenbart US-A-3768562 eine Schieberhülse-Futterrohrvorrichtung für den Einsatz in einer Futterrohrtour eines Bohrlochs, bestehend aus einem äußeren Gehäuse mit Längsdurchgang und einer Gehäusewand mit einer Gehäuse-Durchgangsöffnung durch das genannte Gehäuse und einer im genannten Längsdurchgang verschiebbar angeordneten Schieberhülse, wobei die genannte Hülse einen Innenhohlraum in Längsrichtung sowie eine Hülsenwand mit einer Hülsen-Durchgangsöffnung durch die genannte Hülsenwand besitzt; wobei die genannte Hülse selektiv im Verhältnis zum genannten Gehäuse verschiebbar ist und zwar zwischen einer ersten Position, in welcher die genannte Gehäuse-Durchgangsöffnung und die genannte Hülsen-Durchgangsöffnung nicht registerhaltig sind sowie einer zweiten Position, in welcher die genannten Öffnungen miteinander registerhaltig sind.More specifically, US-A-3768562 discloses a slide sleeve casing assembly for use in a casing run of a wellbore, comprising an outer casing having a longitudinal passage and a casing wall having a casing through-opening through said casing and a slide sleeve slidably disposed in said longitudinal passage, said sleeve having an interior longitudinal cavity and a sleeve wall having a sleeve through-opening through said sleeve wall; said sleeve being selectively slidable relative to said casing between a first position in which said casing through-opening and said sleeve through-opening are out of register and a second position in which said openings are in register with one another.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die genannten Durchgangsöffnungen zunächst mittels Verschlußstopfen verschlossen sind, die durch hydraulisches Druckstrahlen lösbar sind.The invention is characterized in that the said through openings are initially closed by means of closure plugs which can be removed by hydraulic pressure blasting.
Bei dieser Bauart sind die Schieberöffnungen zunächst vor dem Eindringen von Sand, Zement und ähnlichen Materialien geschützt, bis die Öffnungen registerhaltig angeordnet werden und die Verschlußstopfen mittels hydraulischem Druckstrahl entfernt werden.With this design, the gate valve openings are initially protected against the ingress of sand, cement and similar materials until the openings are aligned correctly and the plugs are removed using a hydraulic pressure jet.
Das Patent US-A-4286662 offenbart einen Rohrabfluß einschließlich Öffnungen, die zunächst von Scheiben verschlossen sind, die wiederum von zerbrechlichen Stiften festgehalten werden, die unter internem Druck im Rohrabfluß zusammenbrechen, so daß die Verschlußstopfen als ganze verdrängt werden. Eine derartige Anordnung ist rein druckwirksam.Patent US-A-4286662 discloses a pipe drain including openings which are initially closed by discs which in turn are held in place by frangible pins which collapse under internal pressure in the pipe drain so that the plugs are displaced as a whole. Such an arrangement is purely pressure-effective.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden zur Bildung eines abgedichteten Ringraums zwischen der Schieberhülse und dem Gehäuse zwischen der Schieberhülse und dem Gehäuse eine erste und zweite Dichtung mit Längsabstand angeordnet. Der abgedichtete Ringraum ist sowohl von den Gehäuseöffnungen als auch den Hülsenöffnungen besonders abgetrennt.In a preferred embodiment of the present invention, a first and second seal are arranged with a longitudinal spacing between the slide sleeve and the housing to form a sealed annular space between the slide sleeve and the housing. The sealed annular space is specially separated from both the housing openings and the sleeve openings.
Der Futterrohrschieber kann mit einer Positionseinrastvorrichtung zum ausklinkbaren Einrasten der Schieberhülse in ihre erste und zweite Position ausgerüstet sein, wobei die Einrastvorrichtung geschickt im abgedichteten Ringraum des Futterrohrschiebers angeordnet ist, wo sie vor Trümmer im Bohrloch geschützt ist.The casing slide may be equipped with a position locking device for releasably locking the slide sleeve into its first and second positions, the locking device being cleverly arranged in the sealed annular space of the casing slide, where it is protected from debris in the borehole.
Zwischen der Hülse und dem Gehäuse kann zur Trennung der Gehäuseöffnungen von den Hülsenöffnungen eine Dichtung vorgesehen werden, wenn sich die Hülse in ihrer ersten Position in Längsrichtung im Verhältnis zum Gehäuse befindet.A seal may be provided between the sleeve and the housing to separate the housing openings from the sleeve openings when the sleeve is in its first longitudinal position relative to the housing.
Im abgedichteten Ringraum wird vorzugshalber eine Ausrichtvorrichtung angeordnet, um Registerhaltigkeit zwischen Hülsenöffnungen und Gehäuseöffnungen zu gewährleisten, wenn die Hülse in ihre zweite Position gefahren wird.An alignment device is preferably arranged in the sealed annular space to ensure registration between sleeve openings and housing openings when the sleeve is moved to its second position.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen nachstehend illustrative Ausgestaltungen anhand von Beispielen und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobeiFor a better understanding of the invention, illustrative embodiments will be described below by way of example and with reference to the accompanying drawings, wherein
Fig. 1 einen schematischen Seigerriß des Bohrlochs mit beträchtlich abgewichenem Bohrlochabschnitt darstellt. Ein Arbeitsstrang bestehend aus einer Positioniervorrichtung, einem Druckstrahlwerkzeug und einem Waschwerkzeug wird in das Bohrloch eingefahren. Der von der Lotrechten abgewichene Abschnitt des Bohrlochs ist mit mehreren im Futterrohrstrang angeordneten Futterrohrschiebern versehen.Fig. 1 shows a schematic vertical section of the borehole with a significantly deviated borehole section. A work string consisting of a positioning device, a pressure jet tool and a washing tool is inserted into the borehole. The section of the borehole deviated from the vertical is provided with several casing slides arranged in the casing string.
Figs. 2A-2D zeigen einen Längsschnitt einer Ausgestaltung des Futterrohrschiebers der vorliegenden Erfindung. Die Hülse befindet sich in geschlossener Stellung und die Hülsenöffnungen und Gehäuseöffnungen sind mit Verschlußstopfen versehen.Figs. 2A-2D show a longitudinal section of an embodiment of the casing valve of the present invention. The sleeve is in the closed position and the sleeve openings and housing openings are provided with closure plugs.
Figs. 3A-3E zeigen einen Längsschnitt eines Positionierwerkzeugs, Druckstrahlwerkzeugs und eines Waschwerkzeugs. Diese Werkzeuge sind Anmeldungsgegenstand zum europäischen Patent, die hiermit mit gleichem Datum eingereicht werden und auf USSN 435,302, 435,305 sowie 433,944 basieren. Auf diese Anmeldungen sollte Bezug genommen werden.Figs. 3A-3E show a longitudinal section of a positioning tool, pressure jet tool and a washing tool. These tools are the subject of European patent applications filed herewith with the same date and based on USSN 435,302, 435,305 and 433,944. Reference should be made to these applications.
Figs. 4A-4E zeigen einen Längsschnitt des Werkzeugstrangs von Figs. 3A-3E im Futterrohrschieber der Figs. 2A-2D. Die Hülse wurde in ihre offene Stellung gebracht, und die Verschlußstopfen wurden aus den Hülsenöffnungen und Gehäuseöffnungen mittels Druckstrahl entfernt.Figs. 4A-4E show a longitudinal section of the tool string of Figs. 3A-3E in the casing slide of Figs. 2A-2D. The sleeve was placed in its open position and the plugs were jetted out of the sleeve openings and casing openings.
Fig. 5 ist eine Abwicklung einer Ausgestaltung der J-Kulisse und Nasenvorrichtung im Positionierwerkzeug.Fig. 5 is a developed view of one embodiment of the J-gate and nose assembly in the positioning tool.
Fig. 6 ist ein ähnlicher Aufriß wie Fig. 1, nach einer Fracbehandlung des Bohrlochs im Bereich der Futterrohrschieber. Die Darstellung zeigt eine Ausgestaltung des Anregungswerkzeugstrangs im Bohrloch.Fig. 6 is a similar elevation to Fig. 1, after frac treatment of the wellbore in the area of the casing valves. The illustration shows a configuration of the excitation tool string in the wellbore.
Fig. 7 zeigt einen ähnlichen Aufriß wie Fig. 1 mit einer eingebrachten Produktions- Fördertour, die Formationsflüssigkeiten durch eines der untersten Futterrohrschieber produziert.Fig. 7 shows a similar elevation to Fig. 1 with an inserted production conveyor producing formation fluids through one of the lowermost casing gates.
Figs. 8 und 9 stellen eine Seiten- und eine Vorderansicht eines modifizierten Einrastblocks dar.Figs. 8 and 9 show a side and a front view of a modified locking block.
Fig. 10 enthält einen Längsschnitt des Einrastblocks von Figs. 8 und 9 im Positionierwerkzeug.Fig. 10 contains a longitudinal section of the locking block of Figs. 8 and 9 in the positioning tool.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, auf der ein mit 10 benummertes Bohrloch dargestellt ist. Bohrloch 10 ergibt sich durch Einbringen einer Futterrohrtour (12) in ein Bohrloch (14) und durch Einzementierung desselben, wie in (16) dargestellt. Das Futterrohr kann anstatt der dargestellten vollen Futterrohrtour (12) auch die Form einer Auskleidung besitzen. Die Futterrohrtour (12) besitzt einen Futterrohrhohlraum (13).Referring to the drawings, particularly to Fig. 1, there is shown a borehole numbered 10. Borehole 10 is formed by inserting a casing run (12) into a borehole (14) and cementing it in place as shown at (16). The casing run may be in the form of a liner instead of the solid casing run (12) shown. The casing run (12) has a casing cavity (13).
Das Bohrloch (10) besitzt einen hauptsächlich senkrechten Abschnitt (18), einen gekrümmten Abschnitt (20) und einen beträchtlich von der Lotrechten abweichenden Abschnitt (22), der in der Illustration als hauptsächlich horizontaler Bohrlochabschnitt (22) abgebildet ist. Obwohl die hier beschriebenen Werkzeuge besonders für den abgewichenen Abschnitt des Bohrlochs konstruiert sind, können sie selbstverständlich auch im senkrechten Abschnitt des Bohrlochs verwendet werden.The borehole (10) has a primarily vertical section (18), a curved section (20) and a substantially deviated section (22) which is shown in the illustration as a primarily horizontal borehole section (22). Although the tools described here are specifically designed for the deviated section of the borehole, they can of course also be used in the vertical section of the borehole.
Entlang des von der Senkrechten abweichenden Bohrlochabschnitts (22) der Futterrohrtour (12) sind eine Reihe von Futterrohrschiebern (24), (26) und (28) angeordnet. Der Futterrohrschieber (24), der den Futterrohrschiebern (26) und (28) genau entspricht, ist in den Detailzeichnungen Figs. 2A-2D dargestellt. Jeder der Futterrohrschieber ist in Nachbarschaft einer unterirdischen Zone oder Formation von Interesse plaziert, wie die Zonen (30), (32) und (34).A series of casing gates (24), (26) and (28) are located along the non-vertical borehole section (22) of the casing tour (12). The casing gate (24), which corresponds exactly to the casing gates (26) and (28), is shown in the detail drawings Figs. 2A-2D. Each of the casing gates is located adjacent to a subterranean zone or formation of interest, such as zones (30), (32) and (34).
In Fig. 1 wird eine Fördertour (36), deren unteres Ende mit mehreren Werkzeugen versehen ist, ins Futterrohr (12) eingelassen. Zwischen Fördertour (36) und Futterrohr (12) befindet sich der Ringraum (38). Ein Bohrlochschieber (Preventer) (40) an der Oberfläche verschließt den Ringraum (40). An die Fördertour (36) ist eine Pumpe (42) angeschlossen, die zum Hinabpumpen von Flüssigkeit in die Fördertour (36) dient.In Fig. 1, a production run (36), the lower end of which is equipped with several tools, is inserted into the casing pipe (12). Between the production run (36) and the casing pipe (12) is the annular space (38). A borehole preventer (40) on the surface closes the annular space (40). A pump (42) is connected to the production run (36), which is used to pump liquid down into the production run (36).
Die in Fig. 1 abgebildete Förderfour (36) ist mit einem Positionierwerkzeug (44), einem Druckstrahlwerkzeug (46) und einem Waschwerkzeug (48) ausgerüstet. Dieser Werkzeugstrang ist in Figs. 3A-3E im Detail wiedergegeben.The conveyor chain (36) shown in Fig. 1 is equipped with a positioning tool (44), a pressure jet tool (46) and a washing tool (48). This tool string is shown in detail in Figs. 3A-3E.
Der Futterrohrschieber (24), der allgemein auch als Schieberhülsen-Futterrohrschieber (24) bezeichnet werden kann, ist in Figs. 2A-2D im Detail abgebildet. Zum Futterrohrschieber (24) gehört ein äußeres Gehäuse (50) mit einem Längsdurchgang (52) mit einer Seitenwand (54) mit mehreren Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56).The casing slide (24), which may also be generally referred to as a slide sleeve casing slide (24), is shown in detail in Figs. 2A-2D. The casing slide (24) includes an outer housing (50) having a longitudinal passage (52) with a side wall (54) with a plurality of housing passage openings (56).
Das äußere Gehäuse (50) besteht aus einem oberen Gehäuseabschnitt (58), einem Dichtgehäuseabschnitt (60), einem mit Öffnungen versehenen Gehäuseabschnitt (62) und einem unteren Gehäuseabschnitt (64). An den Enden des Gehäuses (50) sind die oberen und unteren Handhabungsübergänge (65) und (67) angebracht zur Erleichterung der Handhabung und des Zusammenbaus des Schieberhülsen-Futterrohrschiebers (24) in der Futterrohrtour(12). Die Übergänge (65) und (67) sind bei (69) und (71) mit Gewinden zur Verbindung mit der Futterrohrtour (12) versehen.The outer housing (50) consists of an upper housing section (58), a seal housing section (60), a ported housing section (62) and a lower housing section (64). At the ends of the housing (50) are the upper and lower handling transitions (65) and (67) to facilitate handling and assembly of the slide sleeve casing slide (24) in the casing tour (12). The transitions (65) and (67) are provided with threads at (69) and (71) for connection to the casing tour (12).
Der Futterrohrschieber (24) enthält ebenfalls eine Schieberhülse (66), die verschiebbar im Längsdurchgang (52) des Gehäuses (50) angeordnet ist. Die Schieberhülse (66) ist selektiv im Verhältnis zum Gehäuse (50) zwischen einer ersten Position gemäß Figs. 2A-2D und einer zweiten Position gemäß Figs. 4A-4E angeordnet und sperrt oder deckt die Durchgangsöffnungen des Gehäuses (56) ab, wobei die Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56) aufgedeckt werden und eine Verbindung zum Längsdurchgang (52) bilden.The casing slide (24) also includes a slide sleeve (66) which is slidably arranged in the longitudinal passage (52) of the housing (50). The slide sleeve (66) is selectively Relation to the housing (50) between a first position according to Figs. 2A-2D and a second position according to Figs. 4A-4E and blocks or covers the through openings of the housing (56), whereby the housing through openings (56) are uncovered and form a connection to the longitudinal passage (52).
Der Futterrohrschieber (24) enthält außerdem eine erste und zweite mit Längsabstand angeordnete Dichtungen (68) und (70), die zwischen der Schieberhülse (66) und dem Gehäuse (50) angeordnet sind und einen abgedichteten Ringraum (72) zwischen der Schieberhülse (66) und dem Gehäuse (50) bilden. Bei der ersten (68) und zweiten (70) Dichtung handelt es sich um zickzackförmige Dichtungen. Diese Art von Dichtung stellt eine Dichtung hoher Lebensdauer dar, die Einschnitten bzw. Verschleiß durch mitgerisssenes, abrasives Material wie z.B. Fracsand und Formationsfeinteilen gegenüber weniger empfindlich ist als viele andere Dichtungsarten.The casing gate valve (24) also includes first and second longitudinally spaced seals (68) and (70) disposed between the gate valve sleeve (66) and the housing (50) and defining a sealed annulus (72) between the gate valve sleeve (66) and the housing (50). The first (68) and second (70) seals are zigzag shaped seals. This type of seal provides a long life seal that is less susceptible to cutting or wear from entrained abrasive material such as frac sand and formation fines than many other types of seals.
Eine Positionseinrastvorrichtung (74) dient der ausklinkbaren Einrastung der Schieberhülse (66) in ihre erste und zweite Position. Die Positionseinrastvorrichtung (74) ist im abgedichteten Ringraum (72) angeordnet.A position locking device (74) serves to releasably lock the slide sleeve (66) into its first and second positions. The position locking device (74) is arranged in the sealed annular space (72).
Zur Positionseinrastvorrichtung (74) gehören eine Spannbüchse (76), die sich auch als federgespannte Rastvorrichtung (76) bezeichnen läßt, die an der Schieberhülse (66) zur Längsverschiebung angebracht ist.The position locking device (74) includes a clamping bush (76), which can also be referred to as a spring-loaded locking device (76), which is attached to the slide sleeve (66) for longitudinal displacement.
Die Positionseinrastvorrichtung (74) enthält außerdem eine erste und zweite radial nach innen gerichtete, mit Längsabstand angeordneten Nut (78) und (80) im Gehäuse (50), welche der ersten und zweiten Position der Schieberhülse (66) entspricht.The position locking device (74) also includes first and second radially inwardly directed, longitudinally spaced grooves (78) and (80) in the housing (50) corresponding to the first and second positions of the slide sleeve (66).
Durch Plazieren der Spannbüchse (76) in den abgedichteten Ringraum (72) ist die Spannbüchse insofern geschützt, daß Zement, Sand und ähnliche Materialien an ihr nicht festbacken und dadurch den erfolgreichen Betrieb beeinträchtigen können.By placing the clamping sleeve (76) in the sealed annular space (72), the clamping sleeve is protected in that cement, sand and similar materials cannot cake onto it and thereby impair successful operation.
An dieser Stelle wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Positionseinrastvorrichtung (74) auch so konstruiert werden könnte, daß eine Federrasterung am Gehäuse befestigt würde mit einer ersten und zweiten Nut in der Schieberhülse (66), im Gegensatz zur dargestellten Art und Weise.At this point, attention is drawn to the fact that the position detent device (74) could also be designed such that a spring detent is attached to the housing with a first and second groove in the slide sleeve (66), in contrast to the manner shown.
Die erste zickzackförmige Dichtung (68) wird zwischen einem unteren Ende (82) des oberen Gehäuseabschnitts (58) und einer nach oben gerichteten Ringschulter (84) des Dichtungsgehäuseabschnitts (60) gehalten.The first zigzag-shaped seal (68) is held between a lower end (82) of the upper housing section (58) and an upwardly directed annular shoulder (84) of the seal housing section (60).
Die zweite zickzackförmige Dichtung (70) wird zwischen einem oberen Ende (86) des mit Öffnungen versehenen Gehäuseabschnitts (62) und einer nach unten gerichteten Ringschulter (88) des Dichtungsgehäuseabschnitts (60) gehalten.The second zigzag-shaped seal (70) is held between an upper end (86) of the apertured housing portion (62) and a downwardly directed annular shoulder (88) of the seal housing portion (60).
Die Schieberhülse (66) besteht aus einem Hülseninnenraum (90) und eine Hülsenwand (92) mit mehreren Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) in der Hülsenwand (92).The slide sleeve (66) consists of a sleeve interior (90) and a sleeve wall (92) with several sleeve through-openings (94) in the sleeve wall (92).
Alle Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56) und Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) sind mit lösbaren Verschlußstopfen (96) und (98) versehen, die zunächst die Gehäuse- Durchgangsöffnungen (56) und die Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) verschließen.All housing through-openings (56) and sleeve through-openings (94) are provided with removable sealing plugs (96) and (98) which initially close the housing through-openings (56) and the sleeve through-openings (94).
Die lösbaren Verschlußstopfen (96) und (98) werden vorzugshalber aus hohlen Einsatzgewinderingen aus Aluminium oder Stahl (120) und (122) hergestellt und mit einem Material wie das von U. S. Gypsum erhältlichen Cal Seal gefüllt und können mittels hydraulischem Druckstrahlen entfernt werden, was unten näher beschrieben wird.The removable plugs (96) and (98) are preferably made from hollow aluminum or steel insert threaded rings (120) and (122) and filled with a material such as Cal Seal available from U. S. Gypsum and can be removed by hydraulic blasting as described in more detail below.
Da die Durchgangsöffnungen (56) und (94) zunächst mit lösbaren Verschlußstopfen (96) und (98) versehen werden, können Zement und sonstige Partikel nicht in die Öffnungen eintreten und zwischen Schieberhülse (66) und Gehäuse (50) geraten.Since the through openings (56) and (94) are initially provided with removable sealing plugs (96) and (98), cement and other particles cannot enter the openings and get between the slide sleeve (66) and the housing (50).
In der ersten Position der Hülse (66) im Verhältnis zum Gehäuse (50) laut Figs. 2A-2D befinden sich die Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56) und die Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) nicht in registerhaltiger Stellung, und eine dritte zickzackförmige Dichtung (100) zwischen Hülse (66) und Gehäuse (50) trennt die Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) von den Gehäuse- Durchgangsöffnungen (56).In the first position of the sleeve (66) relative to the housing (50) according to Figs. 2A-2D, the housing through holes (56) and the sleeve through holes (94) are out of register and a third zigzag seal (100) between the sleeve (66) and the housing (50) separates the sleeve through holes (94) from the housing through holes (56).
Die Hülse (66) läßt sich selektiv im Verhältnis zum Gehäuse (50) zwischen der ersten Position von Figs. 2A-2D und der zweiten Position von Figs. 4A-4E verschieben, wobei die Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56) registerhaltig mit den entsprechenden Hülsen- Durchgangsöffnungen (94) angeordnet sind.The sleeve (66) is selectively movable relative to the housing (50) between the first position of Figs. 2A-2D and the second position of Figs. 4A-4E, with the housing through-openings (56) arranged in register with the corresponding sleeve through-openings (94).
Eine Ausrichtungsvorrichtung (102) gehört bedienungstechnisch zum Gehäuse (50) und zur Schieberhülse (66), um die Hülsen-Durchgangsöffnungen (94) mit den Gehäuse- Durchgangsöffnungen (56) registerhaltig auszurichten, wenn sich die Hülse (66) in ihrer genannten zweiten Position befindet, bei der Spannbüchse (76) in die Nut (80) eingreift. Zur Ausrichtungsvorrichtung (102) gehören mehrere Längsführungsnuten wie (104) und (106), die im Gehäuse (50) angeordnet sind, sowie mehrere entsprechende Nasen (108) und (110) an der Schieberhülse (66), die von ihnen entsprechenden Nuten (104) und (106) aufgenommen werden.An alignment device (102) is operatively associated with the housing (50) and the slide sleeve (66) to align the sleeve through-openings (94) with the housing through-openings (56) when the sleeve (66) is in its second position, where the clamping sleeve (76) engages the groove (80). The alignment device (102) includes a plurality of longitudinal guide grooves such as (104) and (106) arranged in the housing (50), as well as a plurality of corresponding lugs (108) and (110) on the slide sleeve (66) which are received by their corresponding grooves (104) and (106).
Die Ausrichtungsvorrichtung (102) befindet sich im abgedichteten Ringraum (72), der durch die erste (68) und zweite (70) Dichtung begrenzt ist.The alignment device (102) is located in the sealed annular space (72) which is delimited by the first (68) and second (70) seal.
Die Nasen (108) und (110) sind nach Möglichkeit mit Entwässerungslöchern (112) und (114) versehen, welche das Hülseninnere (90) mit dem abgedichteten Ringraum (72) verbinden und so einen Druckausgleich für die erste (68) und zweite Dichtung (70) schaffen. Die Nasen (108) und (110) sollten nach Möglichkeit als zylinderförmige Stifte ausgebildet sein, die mit den Radialbohrungen (116) und (118) über Gewinde verbunden sind, welche durch die Hülsenwand (92) verlaufen.The lugs (108) and (110) are, if possible, provided with drainage holes (112) and (114) which connect the sleeve interior (90) with the sealed annular space (72) and thus create a pressure equalization for the first (68) and second seal (70). The lugs (108) and (110) should, if possible, be designed as cylindrical pins which are connected to the radial bores (116) and (118) via threads which run through the sleeve wall (92).
Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß der Futterrohrschieber (24) ebenfalls so konstruiert werden kann, daß Nasen oder Stifte am Gehäuse (50) befestigt werden können und in Längsnuten in der Schieberhülse (66) aufgenommen werden können zwecks Ausrichtung zwischen den Gehäuse-Durchgangsöffnungen (56) und den Hülsen-Durchgangsöffnungen (96)** (94).It is noted that the casing slide (24) can also be designed so that lugs or pins can be attached to the housing (50) and can be received in longitudinal grooves in the slide sleeve (66) for the purpose of alignment between the housing through holes (56) and the sleeve through holes (96)** (94).
Die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24) besitzt einen relativ kurzen Verschiebeweg im Vergleich zu Schieberhülsen-Futterrohrschieber nach dem Stand der Technik. In einer Ausgestaltung des Futterrohrschiebers (24) wurde ein Hülsenweg von lediglich 27,3 cm (10,75 Zoll) benötigt. Die Schieberhülse (66) besitzt einen erweiterten Innenraum (124), begrenzt durch eine obere, nach unten gerichtete Schulter (126) und eine untere, nach oben gerichtete Schulter (128). Wie nachstehend näher beschrieben, greift das Positionierwerkzeug (44) in die obere Schulter (126), um die Hülse (66) nach oben zu ziehen, und in die untere Schulter (128), um die Hülse nach unten zu ziehen.The slide sleeve (66) of the casing slide (24) has a relatively short travel distance compared to prior art slide sleeve casing slides. In one embodiment of the casing slide (24), a sleeve travel of only 27.3 cm (10.75 inches) was required. The slide sleeve (66) has an extended interior (124) defined by an upper downwardly directed shoulder (126) and a lower upwardly directed shoulder (128). As described in more detail below, the positioning tool (44) engages the upper shoulder (126) to pull the sleeve (66) upwardly and the lower shoulder (128) to pull the sleeve downwardly.
In Figs. 3A-3E ist ein Werkzeugstrang dargestellt, der sich aus dem Positionierwerkzeug (44), dem Druckstrahlwerkzeug (46) und dem Waschwerkzeug (48) zusammensetzt. Dieselben Komponenten werden eingebaut im Futterrohrschieber (24) in der Futterrohrtour (12) in Figs. 4A- 4E gezeigt.In Figs. 3A-3E a tool string is shown consisting of the positioning tool (44), the jet tool (46) and the washing tool (48). The same components are shown installed in the casing pusher (24) in the casing tour (12) in Figs. 4A-4E.
Das Positionierwerkzeug (44) läßt sich allgemein als Positionierwerkzeug zur Positionierung eines verschiebbaren Gliedes eines Bohrlochwerkzeugs beschreiben, wie die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24). Die primären Komponenten des Positionierwerkzeugs (44) sind eine Bremsgruppe (130), eine innere Positionierspindel (132) und eine Bedienungsvorrichtung (134).The positioning tool (44) can be generally described as a positioning tool for positioning a displaceable member of a downhole tool, such as the slider sleeve (66) of the casing slide (24). The primary components of the positioning tool (44) are a brake assembly (130), an inner positioning spindle (132) and an operating device (134).
Die Bremsgruppe (130) umfaßt einen Nasengehäuseabschnitt (136), der mit einem Bremsblockgehäuseabschnitt (138) über einen Gewindeanschluß (140) verbunden ist. Mehrere radial nach außen gerichtete Bremsblöcke (142) und (144) werden vom Bremsblockgehäuseabschnitt getragen. Die Bremsgruppe (130) besitzt einen Längsdurchgang (146), begrenzt durch den Nasengehäuseabschnitt (136) und den Bremsblockgehäuseabschnitt (138).The brake assembly (130) includes a nose housing portion (136) connected to a brake block housing portion (138) via a threaded connection (140). A plurality of radially outwardly directed brake blocks (142) and (144) are carried by the brake block housing portion. The brake assembly (130) has a longitudinal passage (146) bounded by the nose housing portion (136) and the brake block housing portion (138).
Die Positionierspindel (132) verläuft durch den Längsdurchgang (146) der Bremsgruppe (130) und ist in Längsrichtung relativ zur Bremsgruppe (130) beweglich angeordnet, d.h. daß sich die Positionierspindel (132) im Längsdurchgang (146) auf- und abbewegen kann. An der Positionierspindel (132) ist eine sternförmige Führung bzw. ein Zentrierstück (133) befestigt, welches das Positionierwerkzeug (44) im Futterrohrschieber (24) bzw. in der Futterrohrtour (12) zentriert.The positioning spindle (132) runs through the longitudinal passage (146) of the brake group (130) and is arranged to be movable in the longitudinal direction relative to the brake group (130), i.e. the positioning spindle (132) can move up and down in the longitudinal passage (146). A star-shaped guide or a centering piece (133) is attached to the positioning spindle (132), which centers the positioning tool (44) in the casing slide (24) or in the casing tour (12).
Die Bedienungsvorrichtung (134) ermöglicht die selektive Betätigung der Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24) als Reaktion auf die in Längsrichtung erfolgende Auf- und Abbewegung der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130).The operating device (134) enables the selective actuation of the slide sleeve (66) of the casing slide (24) in response to the longitudinal up and down movement of the positioning spindle (132) relative to the braking group (130).
Insbesondere enthält die Bedienungsvorrichtung (134) eine mit der Bremsgruppe (130) verbundene Einrastvorrichtung (148) zur Betätigung der Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24). Die Bedienungsvorrichtung (134) enthält außerdem eine mit der Positionierspindel (132) verbundene Betätigungsvorrichtung (150) zur Betätigung der Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24) durch die Einrastvorrichtung (148). Die Bedienungsvorrichtung (134) enthält außerdem eine Positionskontrolleinrichtung (152), die bedienungstechnisch der Bremsgruppe (130) und der Positionierspindel (132) zugehört, die der Positionierspindel (132) ermöglicht, sich im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) in Längsrichtung auf- und abzubewegen und die Einrastvorrichtung (148) mit der Betätigungsvorrichtung (150) selektiv ein- und auszurasten.In particular, the operating device (134) includes a locking device (148) connected to the brake assembly (130) for actuating the slide sleeve (66) of the casing slide (24). The operating device (134) also includes an actuating device (150) connected to the positioning spindle (132) for actuating the slide sleeve (66) of the casing slide (24) by the locking device (148). The The operating device (134) also includes a position control device (152) which is operatively associated with the brake group (130) and the positioning spindle (132), which enables the positioning spindle (132) to move up and down longitudinally relative to the brake group (130) and to selectively engage and disengage the latching device (148) with the actuating device (150).
Die Einrastvorrichtung (148) besteht zunächst aus einer Reihe von Einrastblöcken (154), die ringförmig auf der Peripherie um eine Längsachse (156) der Bremsgruppe (130) angeordnet sind, wobei jeder Einrastblock (154) mit konischer Nockenfläche (160) an einem Ende versehen ist und jeder der Blöcke (154) ebenfalls mit einer Einrastschulter (162) ausgestattet ist, die vom Ende mit der konischen Nockenfläche (160) abgewandt ist. Bei den Einrastblöcken (154) handelt es sich um mehrteilige Blöcke, die ringförmig um die Positionierspindel (132) angeordnet sind. Eine erste Spannvorrichtung aus einer Reihe von Blattfedern (164) verbinden die erste Reihe von Blöcken (154) mit dem oberen Ende des Nasengehäuseabschnitts (136) der Bremsvorrichtung (130) zur elastischen Vorspannung der ersten Reihe von Blöcken (154) radial nach innen in Richtung Längsachse (156) der Bremsgruppe (130).The locking device (148) consists first of a series of locking blocks (154) which are arranged in a ring shape on the periphery around a longitudinal axis (156) of the brake group (130), wherein each locking block (154) is provided with a conical cam surface (160) at one end and each of the blocks (154) is also provided with a locking shoulder (162) which faces away from the end with the conical cam surface (160). The locking blocks (154) are multi-part blocks which are arranged in a ring shape around the positioning spindle (132). A first tensioning device consisting of a series of leaf springs (164) connects the first row of blocks (154) to the upper end of the nose housing section (136) of the braking device (130) for elastically preloading the first row of blocks (154) radially inward in the direction of the longitudinal axis (156) of the braking group (130).
Die Einrastvorrichtung (148) besteht außerdem aus einer zweiten Reihe von Einrastblöcken (166), die auf ähnliche Weise am unteren Ende des Bremsblockgehäuseabschnitts (138) angeordnet sind. Jeder der zweiten Blockreihe (166) besitzt an einem Ende eine konische Nockenfläche (168**), von der ersten Blockreihe (154) abgewandt. Jeder der Blöcke (166) ist mit einer Einrastschulter (170) versehen und ist der ersten Reihe Einrastblöcke (154) zugewandt. Die Einrastvorrichtung (148) ist außerdem mit einer zweiten Spannvorrichtung (172) versehen, die aus einer Reihe von Blattfedern besteht, von denen jede einen der Blöcke (166) der zweiten Reihe mit dem Bremsblockgehäuseabschnitt (138) verbindet, so daß die zweite Blockreihe (166) elastisch und radial nach innen in Richtung Längsachse (156) der Bremsgruppe (130) vorgespannt ist.The latching device (148) also consists of a second row of latching blocks (166) similarly arranged at the lower end of the brake block housing section (138). Each of the second row of blocks (166) has a conical cam surface (168**) at one end facing away from the first row of blocks (154). Each of the blocks (166) is provided with a latching shoulder (170) and faces the first row of latching blocks (154). The latching device (148) also includes a second tensioning device (172) consisting of a series of leaf springs, each of which connects one of the blocks (166) of the second row to the brake block housing section (138) so that the second row of blocks (166) is resiliently biased radially inwardly toward the longitudinal axis (156) of the brake assembly (130).
Im allgemeinen enthält die Einrastvorrichtung (148) eine erste und zweite Einrastvorrichtung, nämlich die erste und zweite Reihe der Einrastblöcke (154) und (166).Generally, the latching device (148) includes first and second latching devices, namely the first and second rows of latching blocks (154) and (166).
Zur Betätigungsvorrichtung (150) gehören der obere und untere Ringkeil (174) und (176).The actuating device (150) includes the upper and lower ring wedges (174) and (176).
Zum ersten Ringkeil (174) gehört eine konische Ringkeilfläche (178), ergänzend zur konischen Nockenfläche (160) der ersten Reihe der Einrastblöcke (154). Der Ringkeil (174) ist an der Positionierspindel (132) so angeordnet, daß wenn die Positionierspindel (132) von der in Figs. 3A-3E illustrierten Position nach unten bewegt wird in eine erste Längsposition im Verhältnis zur Bremsgruppe (130), die Ringkeilfläche (178) sich mit der konischen Nockenfläche (160) verkeilt und die Blöcke (154) radial nach außen verspannt werden.The first ring wedge (174) includes a tapered ring wedge surface (178) complementary to the tapered cam surface (160) of the first row of engagement blocks (154). The ring wedge (174) is positioned on the positioning spindle (132) such that when the positioning spindle (132) is moved downward from the position illustrated in Figs. 3A-3E to a first longitudinal position relative to the brake assembly (130), the ring wedge surface (178) engages the tapered cam surface (160) and clamps the blocks (154) radially outward.
Entsprechend hat der zweite Ringkeil (176) eine konische Ringkeilfläche (180) als Gegenstück zur konischen Nockenfläche (168) der zweiten Blockreihe (166).Accordingly, the second ring wedge (176) has a conical ring wedge surface (180) as a counterpart to the conical cam surface (168) of the second block row (166).
Die konischen Ringkeilflächen (178) und (180) der ersten und zweiten Ringkeile (174) und (176) sind gegeneinander gerichtet, wobei sich die erste und zweite Reihe der Einrastblöcke (154) und (166) dazwischen befinden.The conical ring wedge surfaces (178) and (180) of the first and second ring wedges (174) and (176) are directed towards each other, with the first and second rows of the locking blocks (154) and (166) located therebetween.
Die Positionskontrolleinrichtung (152) ist mit einer in die Positionierspindel (132) eingearbeiteten J-Kulisse (182) versehen sowie einer Reihe von mit der Bremsgruppe (130) verbundenen Nasen (184) und (186), die in die J-Kulisse (182) ragen. Grundsätzlich kann die J- Kulisse entweder in der Positionierspindel (132) oder in der Bremsgruppe (130) untergebracht sein, wobei die Nase mit dem jeweils anderen Teil, d.h. der Positionierspindel (132) oder der Bremsgruppe (130), verbunden ist. Die J-Kulisse (182) könnte so in der Bremsgruppe (130) untergebracht sein, wobei die Nasen (184) mit der Positionierspindel (132) verbunden wären.The position control device (152) is provided with a J-shaped link (182) incorporated into the positioning spindle (132) and a series of lugs (184) and (186) connected to the brake group (130) that protrude into the J-shaped link (182). In principle, the J-shaped link can be housed either in the positioning spindle (132) or in the brake group (130), with the lug being connected to the other part, i.e. the positioning spindle (132) or the brake group (130). The J-shaped link (182) could thus be housed in the brake group (130), with the lugs (184) being connected to the positioning spindle (132).
Die J-Kulisse (182) läßt sich am besten in abgewickelter Form wie in Fig. 5 darstellen. Es handelt sich bei der J-Kulisse (182) um eine endlose J-Kulisse.The J-shaped gate (182) is best represented in an unfolded form as in Fig. 5. The J-shaped gate (182) is an endless J-shaped gate.
Die Nasen (184) und (186) sind, um nochmals auf Fig. 3B Bezug zu nehmen, in einem drehbaren Ring (188) befestigt, der sich zwischen dem Nasengehäuseabschnitt (136) und dem Bremsblockgehäuseabschnitt (138) befindet, wobei die Lager (190) und (192) am oberen und unteren Ende des Drehrings (188) angeordnet sind. Auf diese Weise können die Nasen (184) und (186) im Verhältnis zur J-Kulisse (182) gedreht werden, während die Positionierspindel (132) hinund herbewegt wird oder sich im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) in Längsrichtung bewegt, so daß die Nasen (184) und (186) die endlose J-Kulisse (182) durchfahren können.Referring again to Fig. 3B, the lugs (184) and (186) are mounted in a rotatable ring (188) located between the lug housing section (136) and the brake block housing section (138), with the bearings (190) and (192) located at the upper and lower ends of the rotatable ring (188). In this way, the lugs (184) and (186) can be rotated relative to the J-gate (182) while the positioning spindle (132) is reciprocated or moves longitudinally relative to the brake assembly (130) so that the lugs (184) and (186) can traverse the endless J-gate (182).
J-Kulisse (182) und Nasen (184) und (186) der Positionierkontrolleinrichtung (152) verbinden die Positionierspindel (132) und die Bremsgruppe (130) und definieren zumindest teilweise ein sich wiederholendes Bild von Längspositionen der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130), das sich aus der Hin- und Herbewegung der Positionierspindel (132) in Längsrichtung im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) ergibt. Dieses sich wiederholende Bild der Positionen läßt sich am besten anhand von Fig. 5 illustrieren, wobei die verschiedenen Positionen der Nase (184) in Form von gedachten Linien dargestellt sind.J-gate (182) and lugs (184) and (186) of the positioning control device (152) connect the positioning spindle (132) and the brake group (130) and at least partially define a repeating pattern of longitudinal positions of the positioning spindle (132) in relation to the brake group (130), which results from the reciprocating movement of the positioning spindle (132) in the longitudinal direction in relation to the brake group (130). This repeating pattern of positions can best be illustrated using Fig. 5, where the various positions of the lug (184) are shown in the form of imaginary lines.
Beginnend mit einer der Positionen, die wir als 184A bezeichnen, eine Position, die einer Stellung entspricht, in welcher die Keilfläche (178) des oberen Ringkeils (174) mit der ersten Reihe von Blöcken (154) eingerastet ist und diese nach außen drück, so daß ihre Schultern (162) in die Schulter (128) der Schieberhülse (66) eingreifen können, um die Schieberhülse (66) im Futterrohrschiebergehäuse (50) nach unten zu ziehen und damit die Schieberhülse (66) in eine geschlossene Stellung zu bringen, wie in Figs. 2A-2D illustriert. Somit können die Blöcke (154) als Schließblöcke bezeichnet werden. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird die Position in dieser ersten Stellung (184A) nicht durch die Formschlüssigkeit der Nase (184) mit dem Ende der Kulisse (182) definiert, sondern durch den Eingriff des oberen Keils (174) in die oberen Blöcke (154).Starting with one of the positions we will designate as 184A, a position corresponding to a position in which the wedge surface (178) of the upper ring wedge (174) is engaged with the first row of blocks (154) and urges them outwardly so that their shoulders (162) can engage the shoulder (128) of the valve sleeve (66) to pull the valve sleeve (66) downwardly within the casing valve housing (50) and thereby bring the valve sleeve (66) into a closed position as illustrated in Figs. 2A-2D. Thus, the blocks (154) may be referred to as closing blocks. As can be seen from Fig. 5, the position in this first position (184A) is not defined by the positive fit of the nose (184) with the end of the guide (182), but by the engagement of the upper wedge (174) in the upper blocks (154).
Wird dann die Fördertour (36) und Positionierspindel (132) nach oben gezogen bei gleichzeitigem reibschlüssigem Festhalten der Bremsgruppe (130) mittels der Bremsblöcke (142) und (144) in der Futterrohrtour (12) oder im Futterrohrschieber (24), wird die J-Kulisse (182) nach oben bewegt, so daß die Nase (184) nach unten und hinüber nach Position (184B) fährt, wie in Fig. 5 dargestellt. In Position (184B), die als Zwischenposition bezeichnet werden kann, ist die Nase (184) vorn mit einem extremen Ende der J-Kulisse (182) schlüssig, so daß die Bremsgruppe (130) zusammen mit der Positionierspindel (132) mit beiden Rasterblocksatzen (154) und (156) in eine nicht eingerastete Position bewegt werden kann, siehe Figs. 3B-3C, so daß das Positionierwerkzeug (44) nach oben aus dem Futterrohrschieber (24) gezogen werden kann, ohne daß seine Schieberhülse (66) einrastet.If the conveyor turn (36) and positioning spindle (132) are then pulled upwards while the brake group (130) is held frictionally in place by means of the brake blocks (142) and (144) in the casing turn (12) or in the casing slide (24), the J-gate (182) is moved upwards so that the nose (184) moves downwards and over to position (184B), as shown in Fig. 5. In position (184B), which can be described as an intermediate position, the nose (184) is in front of an extreme end of the J-gate (182) so that the brake group (130) together with the positioning spindle (132) with both sets of locking blocks (154) and (156) can be moved to a non-latched position, see Figs. 3B-3C, so that the positioning tool (44) can be pulled upwards out of the casing slide (24) without its slide sleeve (66) engaging.
Mit dem nächsten Abwärtshub der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) wird die Nase nach Position (184C) gebracht, einer weiteren Zwischenposition, in welcher Nase (184) formschlüssig mit dem anderen Ende der Kulisse eingerastet ist, so daß die Positionierspindel (132) und die Bremsgruppe (130) zusammen abwärts durch die Futterrohrtour (12) und den Futterrohrschieber (24) bewegt werden können, ohne daß dabei die oberen Blöcke (154) oder unteren Blöcke (166) betätigt werden.With the next downward stroke of the positioning spindle (132) relative to the brake assembly (130), the nose is brought to position (184C), another intermediate position in which nose (184) is positively engaged with the other end of the link so that the positioning spindle (132) and the brake assembly (130) can be moved together downward through the casing tube (12) and the casing slide (24) without actuating the upper blocks (154) or lower blocks (166).
Beim nächsten Aufwärtshub der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) bewegt sich die Nase (184) nach Position (184D), die durch Eingreifen des unteren Ringkeils (176) in den unteren Satz Rasterblöcke (166) bestimmt wird, sodaß letztere nach außen gedrückt werden und die Schulter (126) der Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24) betätigen, wie in Fig. 4C illustriert. Bei diesem Aufwärtshub kann die Schierberhülse** (66) in eine offene Stellung nach oben gezogen werden. Die Blöcke (166) können somit als Öffnungsblöcke bezeichnet werden.On the next upward stroke of the positioning spindle (132) relative to the brake assembly (130), the nose (184) moves to position (184D) determined by engagement of the lower ring key (176) with the lower set of detent blocks (166) so that the latter are pushed outwardly and actuate the shoulder (126) of the slide sleeve (66) of the casing slide (24) as illustrated in Fig. 4C. On this upward stroke, the slide sleeve** (66) can be pulled upwardly to an open position. The blocks (166) can thus be referred to as opening blocks.
Die nächste Abwärtsbewegung der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) bringt die Nase in Position (184E), hier handelt es sich insofern um eine Wiederholung von Position (184C), als die Längsposition von Spindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) betroffen ist. Die nächste Aufwärtsbewegung der Positionierspindel (132) bringt die Nase in Position (184F), eine Wiederholung von Position (184B), was die Längsposition der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) anbelangt.The next downward movement of the positioning spindle (132) relative to the brake assembly (130) brings the nose into position (184E), which is a repetition of position (184C) as regards the longitudinal position of the spindle (132) relative to the brake assembly (130). The next upward movement of the positioning spindle (132) brings the nose into position (184F), which is a repetition of position (184B) as regards the longitudinal position of the positioning spindle (132) relative to the brake assembly (130).
Mit der nächsten Abwärtsbewegung der Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) wird die Nase zurück nach Position (184A) gebracht, in welcher der obere Keil (178) in die oberen Blöcke (154) eingreift und sie nach außen drückt, sodaß die Schieberhülse (66) eingreift und im Innenraum (124) des Futterrohrschiebers nach unten bewegt wird.With the next downward movement of the positioning spindle (132) relative to the brake group (130), the nose is brought back to position (184A) in which the upper wedge (178) engages the upper blocks (154) and pushes them outwards so that the slide sleeve (66) engages and is moved downwards in the interior (124) of the casing slide.
Das Positionierwerkzeug (44) enthält außerdem eine Notauslösevorrichtung (194), die bedienungstechnisch jeweils zur ersten und zweiten Betätigungsvorrichtung (174) und (176) gehört und zur Auslösung der ersten und zweiten Einrastvorrichtung (154) und (166) vom bedienungstechnischen Eingriff mit Schieberhülse (66) dient, ohne die Positionierspindel (132) in eine der Zwischenpositionen wie 184B, 184C, 184E oder 184F zu bewegen. Zu dieser Notauslösevorrichtung (194) gehört ein erster und zweiter Satz Scherbolzen (196) und (198), welche den ersten und zweiten Betätigungskeil (174) und (176) mit der Positionierspindel (132) verbinden. Befindet sich das Positionierwerkzeug (44) zum Beispiel in einer Position, die der Nasenposition (184D) gemäß Figs. 4A-4E entspricht, mit den unteren Rasterblöcken (166) nach außen gedrückt und in betriebsfähigem Eingriff mit der Schieberhülse (66) und wird dann die Positionskontrolleinrichtung (152) deaktiviert, wie zum Beispiel durch Verklemmen von Nase und J-Kulisse. So kann mit einem ausreichend starken Zug der Fördertour (36) nach oben die Scherbolzen (198) abgeschert werden, so daß der untere Ringkeil (176) entlang der Außenfläche (199) der Positionierspindel (132) nach unten gleiten kann, so daß der Keil (176) von den unteren Rasterblöcken (166) weggezogen wird, sodaß sie nach innen aus der Rasterung mit der Schieberhülse (66) herausspringen können.The positioning tool (44) also includes an emergency release device (194) which is operatively associated with the first and second actuating devices (174) and (176) respectively and which serves to release the first and second latching devices (154) and (166) from operative engagement with the slide sleeve (66) without moving the positioning spindle (132) to one of the intermediate positions such as 184B, 184C, 184E or 184F. This emergency release device (194) includes a first and second set of shear bolts (196) and (198) which connect the first and second actuating wedges (174) and (176) to the positioning spindle (132). For example, if the positioning tool (44) is in a position which corresponds to the nose position (184D) according to Figs. 4A-4E, with the lower grid blocks (166) pushed outwards and in operative engagement with the slide sleeve (66) and then the position control device (152) is deactivated, such as by jamming the nose and J-gate. Thus, with a sufficiently strong pull of the conveyor belt (36) upwards, the Shear bolts (198) are sheared off so that the lower ring wedge (176) can slide downwards along the outer surface (199) of the positioning spindle (132) so that the wedge (176) is pulled away from the lower grid blocks (166) so that they can jump inwards out of the grid with the slide sleeve (66).
Figs. 8, 9 und 10 zeigen eine alternative Ausgestaltung für die Rasterblöcke wie zum Beispiel den oberen Rasterblock (154). Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht eines modifizierten Rasterblocks (154A). Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht des modifizierten Rasterblocks (154A). Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt des modifizierten Blocks (154A) in zusammengebauter Form mit den ihn umgebenden Teilen des Positionierwerkzeugs (44).Figs. 8, 9 and 10 show an alternative design for the grid blocks such as the upper grid block (154). Fig. 8 shows a side view of a modified grid block (154A). Fig. 9 shows a front view of the modified grid block (154A). Fig. 10 shows a longitudinal section of the modified block (154A) in assembled form with the surrounding parts of the positioning tool (44).
In Figs. 8 und 9 wird gezeigt, daß der Rasterblock (154A) einen unteren Abschnitt in umgekehrter T-Form enthält, der aus einem Schaft (155) und einem Querstück (157) besteht. Eine Sicherheitslippe (159) ragt über die hintere Kante des Querstücks (157) heraus.In Figs. 8 and 9, the grid block (154A) is shown to include an inverted T-shaped lower section consisting of a shaft (155) and a crosspiece (157). A safety lip (159) projects beyond the rear edge of the crosspiece (157).
Das umgekehrt T-förmige Teil (155), (157) wird in einer umgekehrt T-förmigen Nut (161) vom Nasengehäuseabschnitt (136) aufgenommen, wie aus den gedachten Linien von Fig. 9 am besten hervorgeht.The inverted T-shaped part (155), (157) is received in an inverted T-shaped groove (161) of the nose housing section (136) as best shown by the imaginary lines of Fig. 9.
Wie am besten aus Fig 10 ersichtlich, hat der Nasengehäuseabschnitt (136) eine interne Hinterschneidung (136) knapp unter den Nuten wie (161), die so bemessen ist, daß sie an die Sicherungslippe (159) in der äußersten radialen Position von Block (154A) anliegt.As best seen in Fig 10, the nose housing portion (136) has an internal undercut (136) just below the grooves such as (161) which is sized to abut the locking lip (159) in the outermost radial position of block (154A).
Die Sicherungslippe (159) und die entsprechende Ausbildung des Nasengehäuseabschnitts (136) dienen zusammen als Sicherheitsvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Verbindung zwischen Einrastblock (154A) und dem Nasengehäuseabschnitt (136) der Bremsgruppe (130) für den Fall des Bruchs einer Blattfeder (164). Bricht die Blattfeder (164) also, so kann der Rasterblock (154A) nicht mit dem Rest der Bremsgruppe (44) aus der Baugruppe herausfallen. Stattdessen bleibt der Rasterblock (154) auf Grund des SperreffektsdesT-förmigen Abschnitts (155), (157) in der T-förmigen Nut (161) in Verbindung mit der Sicherheitslippe (159) an seinem Platze.The locking lip (159) and the corresponding design of the nose housing section (136) together serve as a safety device for maintaining a connection between the locking block (154A) and the nose housing section (136) of the brake assembly (130) in the event of a leaf spring (164) breaking. Thus, if the leaf spring (164) breaks, the locking block (154A) cannot fall out of the assembly with the rest of the brake assembly (44). Instead, the locking block (154) remains in place due to the locking effect of the T-shaped section (155), (157) in the T-shaped groove (161) in conjunction with the safety lip (159).
Auf Grund der Sicherheitslippe (159) muß der Rasterblock (154A) mit dem Nasengehäuseabschnitt (136) zusammengebaut werden, was durch Einschieben des Rasterblocks (154A) in die T-förmige Nut (161) von der Innenseite des Nasengehäuseabschnitts (136) her geschieht.Due to the safety lip (159), the grid block (154A) must be assembled with the nose housing section (136), which is done by inserting the grid block (154A) into the T-shaped groove (161) from the inside of the nose housing section (136).
Das Druckstrahlwerkzeug (46) läßt sich allgemein als eine Vorrichtung zum hydraulischen Druckstrahlen eines Bohrlochwerkzeugs wie z. B. eines im Bohrloch (10) angeordneten Futterrohrschiebers (24) beschreiben.The pressure blasting tool (46) can be generally described as a device for hydraulically pressure blasting a downhole tool such as a casing pusher (24) arranged in the borehole (10).
Die Bauweise des Druckstrahlwerkzeugs (46) entspricht weithin der des Positionierwerkzeugs (44). Wenn das Positionierwerkzeug (44) in die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (24) eingreift und sie in eine offene Stellung stellt, so bewirkt die Dimensionierung des Positionierwerkzeugs (44) und des Druckstrahlwerkzeugs (46) eine etwaige Ausrichtung des Druckstrahlwerkzeugs (46) zur hydraulischen Entfernung der im Futterrohrschieber befindlichen lösbaren Verschlußstopfen.The design of the pressure jet tool (46) is largely similar to that of the positioning tool (44). When the positioning tool (44) engages the slide sleeve (66) of the casing slide (24) and places it in an open position, the dimensioning of the positioning tool (44) and the pressure jet tool (46) causes any alignment of the pressure jet tool (46) for hydraulic removal of the Removable plug located on the casing slide.
Das Druckstrahlwerkzeug (46) läßt sich allgemein als Druckstrahlvorrichtung (46) beschreiben, die über einen drehbaren Anschluß in Form eines Drehgelenks (201) mit dem Positionierwerkzeug (44) verbunden ist, so daß die Druckstrahlvorrichtung (46) im Verhältnis zum Positionierwerkzeug (44) und zum Futterrohrschieber (24) drehbar ist. Auf diese Weise kann das Druckstrahlwerkzeug (46) hydraulisch die lösbaren Verschlußstopfen aus dem Futterrohrschieber (24) entternen, indem das Druckstrahlwerkzeug (46) im Verhältnis zum Positionierwerkzeug (44) und Futterrohrschieber (24) gedreht wird.The pressure blasting tool (46) can be generally described as a pressure blasting device (46) which is connected to the positioning tool (44) via a rotatable connection in the form of a swivel joint (201) so that the pressure blasting device (46) is rotatable in relation to the positioning tool (44) and the casing slide (24). In this way, the pressure blasting tool (46) can hydraulically remove the releasable closure plugs from the casing slide (24) by rotating the pressure blasting tool (46) in relation to the positioning tool (44) and casing slide (24).
Das Druckstrahlwerkzeug (46) besteht aus einem Druckstrahlwerkzeugübergang (200) mit einer Kammer (202) mit offenem oberem und unterem Ende (204) und (206). Der Übergang (200) ist mit einer Peripheriewand (208) mit zahlreichen Druckstrahlöffnungen (210) versehen, die einen Durchgang zur Kammer (202) bilden. Jede der Druckstrahlöffnungen (210) besteht aus einem Gewindeeinsatz (212), der sich in einem vertieften Teil (214) des zylinderförmigen Mantels des Druckstrahlübergangs (200) befindet.The pressure jet tool (46) consists of a pressure jet tool transition (200) with a chamber (202) with open upper and lower ends (204) and (206). The transition (200) is provided with a peripheral wall (208) with numerous pressure jet openings (210) which form a passage to the chamber (202). Each of the pressure jet openings (210) consists of a threaded insert (212) which is located in a recessed part (214) of the cylindrical shell of the pressure jet transition (200).
Die Absperrventilvorrichtung (218) befindet sich im unteren Ende der Kammer (202), die ungehinderten Zustrom von Flüssigkeit nach oben durch Kammer (202) ermöglicht und einen Flüssigkeitsstrom nach unten aus dem unteren Ende (206) der Kammer (202) hinaus verhindert, so daß ein nach unten gerichteter Flüssigkeitsstrom durch die Kammer (202) über die Druckstrahlöffnungen (210) umgelenkt wird.The shut-off valve device (218) is located in the lower end of the chamber (202) which allows unimpeded flow of liquid upwards through chamber (202) and prevents a downward flow of liquid out of the lower end (206) of the chamber (202) so that a downward flow of liquid through the chamber (202) is diverted via the pressure jet openings (210).
Die Absperrventilvorrichtung (218) besteht aus einem Ventilsitz (220), der sich im offenen unteren Ende (206) der Kammer (202) befindet,und einem Kugelventil (222), das zur Abdichtung mit Sitz (220) bemessen ist. Das Kugelventil (222) kann sich ungehindert nach oben in die Kammer (202) bewegen.The shut-off valve assembly (218) consists of a valve seat (220) located in the open lower end (206) of the chamber (202) and a ball valve (222) sized to seal with seat (220). The ball valve (222) is free to move upward into the chamber (202).
Zum Druckstrahlübergang (200) gehört außerdem ein Kugelhalter (224) im offenen oberen Ende (204) des Überganges (200), um zu verhindern, daß das Kugelventil (222) durch nach oben strömende Flüssigkeit aus der Kammer (202) ausgetragen wird.The pressure jet transition (200) also includes a ball retainer (224) in the open upper end (204) of the transition (200) to prevent the ball valve (222) from being displaced by upwardly flowing fluid from the chamber (202).
Das Absperrventil ermöglicht das Füllen der Fördertour (36) beim Einfahren in das Bohrloch (10) sowie das Zurückströmen der Flüssigkeit durch das Waschwerkzeug (48). Die Kugel (222) ist außerdem selbstzentrierend, um ihren Sitz zu erleichtern, wenn das Druckstrahlwerkzeug (46) sich in horizontaler Stellung befindet, wie zum Beispiel im von der Lotrechten abweichenden Abschnitt (22) des Bohrlochs (10).The shut-off valve allows the filling of the conveyor (36) when entering the borehole (10) and the return flow of the fluid through the washing tool (48). The ball (222) is also self-centering to facilitate its seating when the jet tool (46) is in a horizontal position, such as in the non-vertical section (22) of the borehole (10).
Das Waschwerkzeug (48), das sich unter dem Druckstrahlwerkzeug (46) befindet, gehört betriebstechnisch ebenfalls zum Druckstrahlwerkzeug (46), wie nachstehend näher beschrieben. Das Waschwerkzeug (48) läßt sich allgemein als Waschvorrichtung (48) beschreiben, das unter dem Positionierwerkzeug (44) und dem Druckstrahlwerkzeug (46) angeordnet ist und zum Waschen des Innenraums der Futterrohrtour (12) dient, was im Verlauf des Zurückströmens durch den Bohrlochringraum (38) nach unten und hinauf durchs Waschwerkzeug (48) und das Druckstrahlwerkzeug (46) geschieht.The washing tool (48) located below the jet tool (46) is also operationally part of the jet tool (46) as described in more detail below. The washing tool (48) can be generally described as a washing device (48) located below the positioning tool (44) and the jet tool (46) and used to wash the interior of the casing (12) as it flows back through the well annulus (38) down and up through the washing tool (48) and the jet tool (46).
Das Drehgelenk, das am besten aus Fig. 3A ersichtlich ist, läßt sich als eine Drehvorrichtung (201) beschreiben, die die genannte drehbare Verbindung zwischen dem Positionierwerkzeug (44) und dem Druckstrahlwerkzeug (46) herstellt sowie zur Verbindung des Positionierwerkzeugs (44) und des Druckstrahlwerkzeugs (46) zwecks gemeinsamer Längsbewegung im Verhältnis zum Bohrloch (10) dient.The swivel joint, which is best seen in Fig. 3A, can be described as a rotating device (201) which establishes the aforementioned rotatable connection between the positioning tool (44) and the jet tool (46) and serves to connect the positioning tool (44) and the jet tool (46) for joint longitudinal movement relative to the borehole (10).
Zum Druckstrahlwerkzeug (46) gehört außerdem eine drehbare Druckstrahlspindel, die über eine Verbindung (226) mit dem Druckstrahlübergang (200) fest verbunden ist. Die Verbindung (226) ist mittels Gewinde (228) mit der Druckstrahlspindel (224) mit Schrauben (230) verbunden, zur Aufrechterhaltung der festen Verbindung. Die Verbindung (226) ist fest mit dem Druckstrahlübergang (200) am Gewindeanschluß (232) verbunden, wobei die Verbindung mit Hilfe der Schrauben (234) aufrechterhalten wird. Zwischen der Druckstrahlspindel (224) und der Verbindung (226) befindet sich eine O-Ring-Dichtung (238), ebenfalls zwischen Verbindung (226) und Druckstrahlübergang (200) befindet sich eine weitere O-Ring-Dichtung (238).The pressure jet tool (46) also includes a rotatable pressure jet spindle, which is firmly connected to the pressure jet transition (200) via a connection (226). The connection (226) is connected to the pressure jet spindle (224) with screws (230) by means of a thread (228) to maintain the firm connection. The connection (226) is firmly connected to the pressure jet transition (200) at the threaded connection (232), with the connection being maintained using the screws (234). There is an O-ring seal (238) between the pressure jet spindle (224) and the connection (226), and there is also another O-ring seal (238) between the connection (226) and the pressure jet transition (200).
Die Druckstrahlspindel (224) ist also mittels Verbindung (226) fest mit dem Druckstrahlübergang (200) verbunden, so daß die Druckstrahlspindel (224) und der Druckstrahlübergang (200) im Verhältnis zum Positionierwerkzeug (44) sich zusammen drehen.The pressure jet spindle (224) is thus firmly connected to the pressure jet transition (200) by means of a connection (226), so that the pressure jet spindle (224) and the pressure jet transition (200) rotate together in relation to the positioning tool (44).
Die Druckstrahlspindel (224) ist als Hohlspindel (240) ausgebildet, die eine Verbindung zur Kammer (202) im Druckstrahlübergang (200) herstellt. Die Druckstrahlspindel (224) wird konzentrisch und drehbar vom Innenraum (242) der Positionierspindel (132) des Positionierwerkzeugs (44) aufgenommen.The pressure jet spindle (224) is designed as a hollow spindle (240) which creates a connection to the chamber (202) in the pressure jet transition (200). The pressure jet spindle (224) is concentrically and rotatably received in the interior (242) of the positioning spindle (132) of the positioning tool (44).
Die Druckstrahlspindel (224) verläuft nach oben durch das Positionierwerkzeug (44) zum Drehgelenk (201).The pressure jet spindle (224) runs upwards through the positioning tool (44) to the swivel joint (201).
Zum Drehgelenk (201) gehört ein Drehgelenkgehäuse (244), das am oberen Ende der Positionierspindel (132) mit dem Gewindeanschluß (246) und den Schrauben (248) zur Aufrechterhaltung der Verbindung befestigt ist. Zwischen dem Drehgelenkgehäuse (244) und der Positionierspindel (132) befindet sich eine O-Ring-Dichtung (250). Das Drehgelenkgehäuse (244) besteht aus einem unteren Gehäuseabschnitt (252) und einem oberen Gehäuseabschnitt (254), der mit dem Gewindeanschluß (256) verbunden ist.The swivel (201) includes a swivel housing (244) that is attached to the upper end of the positioning spindle (132) with the threaded connection (246) and the screws (248) to maintain the connection. An O-ring seal (250) is located between the swivel housing (244) and the positioning spindle (132). The swivel housing (244) consists of a lower housing section (252) and an upper housing section (254) that is connected to the threaded connection (256).
Unterer und oberer Gehäuseabschnitt (252) und (254) bilden eine innere, ringförmige Vertiefung (258) des Drehgelenkgehäuses (244).Lower and upper housing sections (252) and (254) form an inner, annular recess (258) of the swivel housing (244).
Die Druckstrahlspindel (224) besteht aus einer oberen Druckstrahlspindelverlängerung (260), die über das Gewinde (262) mit dem unteren Abschnitt der Druckstrahlspindel verbunden ist. Die obere Druckstrahlspindelverlängerung besitzt eine äußere Ringschulter (264), die von der ringförmigen Vertiefung (258) des Drehgelenkgehäuses (244) aufgenommen wird.The pressure jet spindle (224) consists of an upper pressure jet spindle extension (260) which is connected to the lower section of the pressure jet spindle via the thread (262). The upper pressure jet spindle extension has an outer annular shoulder (264) which is received by the annular recess (258) of the swivel housing (244).
Die oberen und unteren Drucklager (266) und (268) sind in der ringförmigen Vertiefung (258) oberhalb und unterhalb der Ringschulter (264) angeordnet. Das obere Drucklager (266) besitzt einen äußeren Laufring (270), der am Drehgelenkgehäuse (244) befestigt ist, und einen inneren Laufring (272), der an der Verlängerung der Druckstrahlspindel (260) befestigt ist. Das untere Drucklager (268) besteht aus einem äußeren Laufring (274), der am Drehgelenkgehäuse (244) befestigt ist, und einem inneren Laufring (276), der an der Druckstrahlspindel (224) befestigt ist.The upper and lower thrust bearings (266) and (268) are arranged in the annular recess (258) above and below the annular shoulder (264). The upper thrust bearing (266) has an outer race (270) which is attached to the swivel housing (244) and an inner race (272) which is attached to the extension of the pressure jet spindle (260). The lower thrust bearing (268) consists of an outer race (274) which is attached to the swivel housing (244) and an inner race (276) which is attached to the pressure jet spindle (224).
Das obere Ende (278) der Druckstrahlspindelverlängerung (260) führt durch das obere Ende des oberen Gehäusebereichs des Drehgelenks (254), mit einer O-Ring-Dichtung (280) dazwischen.The upper end (278) of the jet spindle extension (260) passes through the upper end of the upper housing section of the swivel joint (254), with an O-ring seal (280) therebetween.
Am Gewinde (284) ist ein oberer Adapter (282) am oberen Ende (278) der Druckstrahlspindelverlängerung (260) befestigt mit einer O-Ring-Dichtung (286) dazwischen. Der obere Adapter (282) ist mit einem Gewinde (288) zur Verbindung mit der Fördertour (36) von Fig. 1 verbunden, so daß eine Durchflußverbindung von der Fördertour (36) mit der als Hohlspindel (42) ausgebildeten Druckstrahlspindel (224) besteht.An upper adapter (282) is attached to the thread (284) at the upper end (278) of the pressure jet spindle extension (260) with an O-ring seal (286) therebetween. The upper adapter (282) is connected to a thread (288) for connection to the conveyor tour (36) of Fig. 1, so that there is a flow connection from the conveyor tour (36) to the pressure jet spindle (224) designed as a hollow spindle (42).
Wie oben bereits erwähnt, besitzt die bevorzugte Konstruktion der lösbaren Verschlußstopfen (96) und (98) aus einem hohlen Einsatzring mit Außengewinde (120) oder (122), gefüllt mit einem lösbaren Material, vorzugshalber mit dem von U. S. Gypsum Company lieferbaren Gal Seal. Cal Seal ist ein Calciumsulfatzement mit einer Tragfähigkeit, d.h. Dehngrenze von etwa 17,2 MPa (2.500 psi). Dieses Material läßt sich ohne weiteres mittels Wasserstrahl mit einem Druck von 27,6 MPa (4.000 psi) oder größer auflösen, der ohne Schwierigkeiten über herkömmliche Fördertouren versorgt werden kann. Die hydraulische Druckbestrahlung von Verschlußstopfen aus Cal Seal erfolgt vorzugsweise mit hydraulischen Drücken im Bereich zwischen 27,6 und 34,5 MPa (4 000 psi und 5 000 psi).As mentioned above, the preferred construction of the releasable plugs (96) and (98) comprises a hollow externally threaded insert ring (120) or (122) filled with a releasable material, preferably Gal Seal, available from U. S. Gypsum Company. Cal Seal is a calcium sulfate cement having a tensile strength, i.e. yield strength, of about 17.2 MPa (2,500 psi). This material is readily dissolved by a water jet at a pressure of 27.6 MPa (4,000 psi) or greater, which can be readily supplied by conventional conveyor lines. Hydraulic pressure blast cleaning of Cal Seal plugs is preferably carried out at hydraulic pressures in the range of 27.6 to 34.5 MPa (4,000 psi to 5,000 psi).
Typische herkömmliche Fördertouren (36) können hydraulische Drücke von bis zu etwa 82,7 MPa (12 000 psi) übertragen. Um herkömmliche Fördertouren mit den Werkzeugen dieser Erfindung verwenden zu können, ist es wünschenswert, daß die lösbaren Verschlußstopfen aus einem Material hergestellt werden, das eine Tragfähigkeit besitzt, die niedrig genug ist, daß das genannte Material mit einem Wasserstrahldruck von nicht mehr als etwa 82,7 MPa (12000 psi) lösbar ist. Derartige Materialien können dann mit Hilfe der Werkzeuge dieser Erfindung unter Verwendung von konventionellen Fördertouren aufgelöst werden, ohne abrasive Materialien oder Säuren oder sonstige flüchtige Substanzen verwenden zu müssen.Typical conventional conveyor tubes (36) are capable of transmitting hydraulic pressures of up to about 82.7 MPa (12,000 psi). In order to use conventional conveyor tubes with the tools of this invention, it is desirable that the releasable plugs be made of a material having a load capacity low enough that said material is releasable with a water jet pressure of no more than about 82.7 MPa (12,000 psi). Such materials can then be dissolved by the tools of this invention using conventional conveyor tubes without the need for abrasive materials or acids or other volatile substances.
Es ist zu beachten, daß die klaren Flüssigkeiten, die zum Entfernen der Verschlußstopfen aus den Durchgangsöffnungen bevorzugt verwendet werden, nur im relativen Sinn '"klar" sind. Hierunter ist zu verstehen, daß sie keinen wesentlichen Anteil an abrasiven Materialien zum Zweck des Zerreibens der Verschlußstopfen enthalten und hierzu auch keine Säuren benötigen. Das bevorzugte Verschlußstopfenmaterial läßt sich also als ein Material definieren, das eine Tragfähigkeit besitzt, die so bemessen ist, daß sich der Verschlußstopfen mit einem Wasserstrahl eines Druckes von nicht mehr als etwa 1200 psi ohne weiteres auflösen läßt. Derartige Verschlußstopfen lassen sich selbstverständlich auch mit Druckstrahlen auflösen, die abrasive Materialien oder Substanzen wie Säuren enthalten.It should be noted that the clear liquids preferred for removing the plugs from the through holes are "clear" only in a relative sense. This means that they do not contain a significant amount of abrasive materials for the purpose of grinding the plugs and do not require acids for this purpose. The preferred plug material can therefore be defined as a material that has a load-bearing capacity such that the plug can be readily dissolved with a water jet at a pressure of not more than about 1200 psi. Such plugs can of course also be dissolved with pressure jets that contain abrasive materials or substances such as acids.
Die meisten Materialien weisen, wenn sie einem Wasserstrahldruck von klarem Wasser ausgesetzt sind, einen "Schwellenwertdruck" auf, der dem hydraulischen Druck entspricht, der zur Auflösung bzw. zum "Aufschließen" des Materials mittels Druckstrahl erforderlich ist. Bei Drücken unterhalb dieses Schwellenwerts erfolgt nur geringe Auflösung. Bei Drücken, die beträchtlich über dem Schwellenwert liegen, löst sich das Material ohne weiteres auf. Es entsteht kein besonderer Vorteil dadurch, daß der Druck auf Werte erhöht wird, die wesentlich über dem Schwellenwert liegen.Most materials, when subjected to a jet of clear water, exhibit a "threshold pressure" which corresponds to the hydraulic pressure required to dissolve or "unsettle" the material using a jet of pressure. At pressures below this threshold, little dissolution occurs. At pressures considerably above the threshold, the material dissolves readily. There is no particular benefit from increasing the pressure to levels considerably above the threshold.
Für ein gegebenes Material hängt der Wert dieses "Schwellenwertdrucks" zu einem gewissen Grad von der Eigenschaft des Materials ab. Auf jeden Fall liegt der Schwellenwertdruck immer über der Tragfähigkeit des Materials.For a given material, the value of this "threshold pressure" depends to a certain extent on the property of the material. In any case, the threshold pressure is always above the load-bearing capacity of the material.
So löst sich zum Beispiel bei einem Calciumsulfatzement wie Cal Seal mit einer Tragfähigkeit von 2.500 psi (17,2 MPa) das Material ohne weiteres unter einem Wasserstrahl mit einem Hydraulikdruck von etwa 27,6 MPa (4.000 psi) auf. Bei derartigen Drücken löst sich ein Verschlußstopfen aus Cal Seal in wenigen Minuten auf.For example, a calcium sulfate cement such as Cal Seal with a load-bearing capacity of 2,500 psi (17.2 MPa) will readily dissolve under a jet of water with a hydraulic pressure of approximately 27.6 MPa (4,000 psi). At such pressures, a Cal Seal plug will dissolve in a matter of minutes.
Angesichts des maximalen Drucks, der typischerweise bei herkömmlichen Fördertouren zur Verfügung steht, d.h. bei hydraulischen Drücken von nicht mehr als etwa 82,7 MPa (12 000 psi) sollten für die lösbaren Verschlußstopfen Materialien verwendet werden, die eine Tragkraft von weniger als 34,5 MPa (5 000 psi) besitzen. Diese Materialien lassen sich im allgemeinen von einem Wasserstrahl mit einem hydraulischen Druck von 82,7 MPa (12000 psi) oder weniger auflösen. Bei der Verwendung von zementartigen Materialien liegt eine Tragfähigkeit von weniger als etwa 3 500 psi vor.Given the maximum pressure typically available in conventional hauling operations, i.e. hydraulic pressures not exceeding about 82.7 MPa (12 000 psi), materials having a breaking strength of less than 34.5 MPa (5 000 psi) should be used for the releasable plugs. These materials can generally be broken up by a water jet with a hydraulic pressure of 82.7 MPa (12 000 psi) or less. When cementitious materials are used, the breaking strength is less than about 3 500 psi.
Abgesehen vom Calciumsulfatzement-Produkt Gal Seal gibt es eine Reihe von Materialien, die für einige Fälle gute Kandidaten für die Herstellung von lösbaren Verschlußstopfen darstellen. In einigen Fällen ist richtig formulierter Portlandzement, der eine Tragfähigkeit im Bereich von 6,9 bis 24,1 MPa (1 000 bis 3 500 psi) besitzt, je nach Formulierung, Alter usw. verwendbar. Auch einige Kunststoffmaterialien können verwendet werden. Auch Verbundmaterialien, wie Pulvereisen oder sonstige Metalle in einem Epoxyträger sind mögliche Kandidaten.In addition to the calcium sulfate cement product Gal Seal, there are a number of materials that are good candidates for making releasable plugs in some cases. In some cases, properly formulated Portland cement, which has a strength in the range of 6.9 to 24.1 MPa (1,000 to 3,500 psi), may be used, depending on the formulation, age, etc. Some plastic materials may also be used. Composite materials such as powdered iron or other metals in an epoxy carrier are also possible candidates.
Das Waschwerkzeug (48) läßt sich allgemein als eine Vorrichtung beschreiben, die in der Fördertour (36) zur Reinigung des Futterrohrinnenraums (13) dient. Zum Waschwerkzeug (48) gehört das Waschwerkzeuggehäuse (290) mit einem Gewinde (292) am oberen Ende, das allgemein als Anschlußvorrichtung (292) zum Anschluß des Gehäuses (290) an die Fördertour (36) bezeichnet werden kann, wobei die übrigen Werkzeugen dazwischen angeordnet werden.The washing tool (48) can be generally described as a device that serves to clean the casing interior (13) in the conveyor belt (36). The washing tool (48) includes the washing tool housing (290) with a thread (292) at the upper end, which can generally be referred to as a connection device (292) for connecting the housing (290) to the conveyor belt (36), with the other tools being arranged in between.
Zum Waschwerkzeug (48) gehören eine obere Packervorrichtung (294), die mit dem Gehäuse (290) verbunden ist und als Dichtung zwischen dem Gehäuse (290) und dem Futterrohr (12) dient.The washing tool (48) includes an upper packer device (294) which is connected to the housing (290) and serves as a seal between the housing (290) and the casing (12).
Die obere Packervorrichtung (294) ist in Fig. 4E in ins Futterrohr (12) eingebauter Form dargestellt. Hieraus wird ersichtlich, daß die obere Packervorrichtung (294) einen oberen Abschnitt (38A) des Bohrlochringraums (38) über der oberen Packervorrichtung (294) bildet.The upper packer device (294) is shown in Fig. 4E in the form installed in the casing (12). It can be seen that the upper packer device (294) has an upper section (38A) of the well annulus (38) above the upper packer device (294).
Zum Waschwerkzeug (48) gehört außerdem eine untere Packervorrichtung (296), die mit dem Gehäuse (290) unter der oberen Packervorrichtung (294) verbunden ist zwecks Abdichtung zwischen dem Gehäuse (290) und dem Futterrohrinnern (13) und zur Bildung eines Zwischenabschnitts (38B) des Bohrlochringraums (38) zwischen der oberen und unteren Packervorrichtung (294) und (296) sowie zur Bildung eines unteren Abschnitts (38C) des Bohrlochringraums (38) unter der unteren Packervorrichtung (296).The washing tool (48) also includes a lower packer device (296) connected to the housing (290) below the upper packer device (294) for sealing between the housing (290) and the casing interior (13) and for forming an intermediate section (38B) of the wellbore annulus (38) between the upper and lower packer devices (294) and (296) and for forming a lower section (38C) of the wellbore annulus (38) below the lower packer device (296).
Das Gehäuse (290) besitzt eine obere Flüssigkeit-Bypassvorrichtung (298), die eine Verbindung zwischen dem oberen Abschnitts (38A) und dem Zwischenabschnitts (38B) des Bohrlochringraums herstellt, so daß die Flüssigkeit, die in den Bohrlochringraum (38) hinabgepumpt wird, die obere Packervorrichtung (294) umgeht und in den Zwischenabschnitt (38B) des Bohrlochringraums (38) gelenkt wird, um den Futterrohrinnenraum (13) im Zwischenabschnitt (38B) des Bohrlochringraums zu waschen.The housing (290) has an upper fluid bypass device (298) which establishes a connection between the upper section (38A) and the intermediate section (38B) of the wellbore annulus so that the fluid pumped down into the wellbore annulus (38) bypasses the upper packer device (294) and is directed into the intermediate section (38B) of the wellbore annulus (38) to wash the casing interior (13) in the intermediate section (38B) of the wellbore annulus.
Das Gehäuse (290) besitzt ebenfalls eine untere Flüssigkeit-Bypassvorrichtung (300), die eine Verbindung vom Zwischenabschnitts (38B) zum unteren Abschnitt (38C) des Bohrlochringraums (38) herstellt, so daß Flüssigkeit vom Zwischenabschnitt (38B) des Bohrlochringraums die untere Packervorrichtung (296) umgeht und in den unteren Abschnitt (38C) des Bohrlochringraums zum Waschen des Futterrohrinnenraums (13) unter der unteren Packervorrichtung (296) gelangt.The housing (290) also has a lower fluid bypass device (300) which connects the intermediate section (38B) to the lower section (38C) of the wellbore annulus (38) so that fluid from the intermediate section (38B) of the wellbore annulus bypasses the lower packer device (296) and enters the lower section (38C) of the wellbore annulus for washing the casing interior (13) below the lower packer device (296).
Das Gehäuse (290) besitzt ebenfalls einen längs durchs Gehäuse verlaufenden Innenraum (302) mit einem offenen unteren Ende (304), so daß die Flüssigkeit im unteren Abschnitt (38C) des Bohrlochringraums durch den Waschwerkzeuggehäuseinnenraum (302) und die Fördertour (36) nach oben zurückkehren kann, um Trümmer, wie zum Beispiel Zementpartikel und ähnliches aus dem Futterrohrinnenraum (13) austragen kann.The casing (290) also has an interior (302) extending longitudinally through the casing with an open lower end (304) so that the fluid in the lower portion (38C) of the well annulus can return upward through the wash tool casing interior (302) and the conveyor tube (36) to remove debris such as cement particles and the like from the casing interior (13).
Bei der oberen Packervorrichtung (294) handelt es sich um eine nach oben gerichtete Packerschale (294), während es sich bei der unteren Packervorrichtung (296) um eine nach unten gerichtete Fackerschale (296) handelt.The upper packer device (294) is an upward-facing packer cup (294), while the lower packer device (296) is a downward-facing flare cup (296).
Das Waschwerkzeuggehäuse (290) besteht aus einem inneren Spindelgehäuseabschnitt (306) mit einem Innenraum in Längsrichtung (302).The washing tool housing (290) consists of an inner spindle housing section (306) with an interior space in the longitudinal direction (302).
Das Gehäuse (290) besteht außerdem aus einem Gehäuseabschnitt der inneren Spindel (306) mit Innenraum (302) in Längsrichtung.The housing (290) also consists of a housing section of the inner spindle (306) with interior space (302) in the longitudinal direction.
Zum Gehäuse gehört außerdem eine Packerspindelbaugruppe (308), die konzentrisch um den inneren Spindelgehäuseabschnitt (306) angeordnet ist und einen Werkzeugringraum (310) bildet. Eine Dichtungsvorrichtung (312) ist zwischen dem inneren Spindelgehäuseabschnitt (290) und der Packerspindelbaugruppe (308) angeordnet, die den Werkzeugringraum (310) in einen oberen Werkzeugringraumabschnitt (314) und einen unteren Werkzeugringraumabschnitt (316) aufteilt, die zur oberen und unteren Bypassvorrichtung (298) und (300) gehören.The housing also includes a packer spindle assembly (308) concentrically disposed around the inner spindle housing section (306) and defining a tool annulus (310). A sealing device (312) is disposed between the inner spindle housing section (290) and the packer spindle assembly (308) which divides the tool annulus (310) into an upper tool annulus section (314) and a lower tool annulus section (316) associated with the upper and lower bypass devices (298) and (300).
Die Packerspindelbaugruppe (308) besteht aus einer oberen Packerspindel (318), einer Zwischenpackerspindel (320) und einer unteren Packerspindel (322).The packer spindle assembly (308) consists of an upper packer spindle (318), an intermediate packer spindle (320) and a lower packer spindle (322).
Der innere Spindelgehäuseabschnitt (306) beinhaltet eine nach oben gerichtete ringförmige Stützschulter (324) in der Nähe seines unteren Endes, auf welchem die untere Packerspindel (322) abgestützt ist. Die obere Packerspindel (318) wird in der vertieften Ringnut (326) des oberen Nippels (328) des Waschwerkzeuggehäuses (290) aufgenommen.The inner spindle housing section (306) includes an upwardly directed annular support shoulder (324) near its lower end on which the lower packer spindle (322) is supported. The upper packer spindle (318) is received in the recessed annular groove (326) of the upper nipple (328) of the washing tool housing (290).
Der Nippel (328) und der innere Spindelgehäuseabschnitt (306) werden mittels Gewinde (330) und der Packerspindelbaugruppe (308) und den oberen und unteren Packerschalen (294) und (296) einwandfrei festgehalten.The nipple (328) and inner spindle housing section (306) are securely held in place by threads (330) and the packer spindle assembly (308) and the upper and lower packer shells (294) and (296).
Die obere Packerschale (294) besitzt einen Ankerringabschnitt (332), der um einen Mantel (334) der oberen Packerspindel (318) mit reduziertem Durchmesser angeordnet ist und zwischen der oberen Packerspindel (318) und der Zwischenpackerspindel (320) eingefügt ist.The upper packer shell (294) has an anchor ring portion (332) which is arranged around a reduced diameter casing (334) of the upper packer spindle (318) and is inserted between the upper packer spindle (318) and the intermediate packer spindle (320).
Die untere Packerschale (296) besitzt einen Ankerringabschnitt (336), der um den reduzierten Durchmesser des Mantels (338) der unteren Packerspindel (322) angeordnet ist und zwischen die Zwischenpackerspindel (320) und die unteren Packerspindel (322) eingefügt ist.The lower packer shell (296) has an anchor ring portion (336) which is arranged around the reduced diameter of the shell (338) of the lower packer spindle (322) and is inserted between the intermediate packer spindle (320) and the lower packer spindle (322).
Zwischen der oberen Packerspindel (318) und der Zwischenpackerspindel (320) ist eine O-Ring-Dichtung (340) angeordnet. Außerdem ist eine O-Ring-Dichtung (342) zwischen der Zwischenpackerspindel (320) und der unteren Packerspindel (322) vorgesehen.An O-ring seal (340) is arranged between the upper packer spindle (318) and the intermediate packer spindle (320). In addition, an O-ring seal (342) is provided between the intermediate packer spindle (320) and the lower packer spindle (322).
Die obere Flüssigkeitsbypass (298) des Gehäuses (290) enthält zahlreiche Versorgungsöffnungen (344) in der oberen Packerspindel, die eine Verbindung zwischen dem oberen Bohrlochringraumabschnitt (38A) und dem oberen Werkzeugringraumabschnitt (314) herstellen. Zur oberen Flüssigkeitsbypass (298) gehören außerdem zahlreiche Düsenöffnungen (346), die auch als Waschöffnungen (346) bezeichnet werden können und durch die Zwischenpackerspindel (320) verlaufen, um eine Verbindung zwischen dem oberen Werkzeugringraumabschnitt (314) und dem Zwischenabschnitt (38B) des Bohrlochringraums herzustellen. Die Düsenöffnungen (346) sind in spitzem Winkel (348) nach unten zur Längsachse (156) des inneren Spindelgehäuseabschnitts (306) gerichtet.The upper fluid bypass (298) of the housing (290) includes numerous service ports (344) in the upper packer spindle that communicate between the upper well annulus section (38A) and the upper tool annulus section (314). The upper fluid bypass (298) also includes numerous nozzle ports (346), which may also be referred to as wash ports (346), that extend through the intermediate packer spindle (320) to communicate between the upper tool annulus section (314) and the intermediate well annulus section (38B). The nozzle ports (346) are directed downward at an acute angle (348) to the longitudinal axis (156) of the inner spindle housing section (306).
Die untere Flüssigkeitsbypass (300) enthält zahlreiche Rückführöffnungen (350), die durch die Zwischenpackerspindel (320) unter den Düsenöffnungen (346) verlaufen und zur Verbindung des Bohrlochzwischenringraums (38B) mit dem unteren Werkzeugringraumabschnitt (316) dienen. Zur unteren Flüssigkeitsbypass (300) gehören außerdem zahlreiche untere Waschöffnungen (352), die durch die untere Packerspindel (322) verlaufen und eine Verbindung zwischen dem unteren Werkzeugringraumabschnitt (316) und dem unteren Abschnitt (38C) des Bohrlochringraums herstellen.The lower fluid bypass (300) includes numerous return ports (350) that extend through the intermediate packer spindle (320) below the nozzle ports (346) and serve to connect the wellbore interannulus (38B) to the lower tool annulus section (316). The lower fluid bypass (300) also includes numerous lower wash ports (352) that extend through the lower packer spindle (322) and connect the lower tool annulus section (316) to the lower section (38C) of the wellbore annulus.
Die Düsenöffnungen (346) stellen ein Mittel zur Lenkung der Flüssigkeitsstrahlen auf das Futterrohrinnere (13) im Zwischenabschnitt (38B) des Bohrlochringraums dar. Die Düsenöffnungen sind im spitzen Winkel (348) nach unten gerichtet, damit die aus dem Futterrohrinnern in den Zwischenbohrlochringraumabschnitt (38B) ausgewaschenen Trümmer nach unten in Richtung Rückführöffnungen (350) gewaschen werden.The nozzle openings (346) provide a means for directing the fluid jets onto the casing interior (13) in the intermediate section (38B) of the well annulus. The nozzle openings are directed downward at an acute angle (348) so that the debris washed out of the casing interior into the intermediate section (38B) of the well annulus is washed downward toward the return openings (350).
Der innere Spindelgehäuseabschnitt (306) des Waschwerkzeuggehäuses (290) ist mit zahrleichen Zähnen (354) versehen, die sich an seinem unteren Ende befinden und dazu dienen, Trümmer wie z. B. im Futterrohrinnern (13) zurückbleibender Zement beim Drehen des Gehäuses (290) zu zerkleinern.The inner spindle housing section (306) of the washing tool housing (290) is provided with numerous teeth (354) located at its lower end and serving to To break up debris such as cement remaining inside the casing (13) when the casing (290) is rotated.
Das Waschwerkzeug (48) wird auffolgende Weise eingesetzt. Beim Absenken des Werkzeugs durch die Futterrohrtour (12) wird es durch Rotieren der Fördertour (36) rotiert. Gleichzeitig wird Flüssigkeit den Bohrlochringraum (38) hinabgepumpt.The washing tool (48) is used in the following way. As the tool is lowered through the casing (12), it is rotated by rotating the conveyor (36). Simultaneously, fluid is pumped down the well annulus (38).
Die rotierenden Zähne (354) zerkleinern die sich in einem Teil des Futterrohrinnern befindlichen losen Trümmer. Bohrlochflüssigkeit, die über den Futterrohrringraum (38) nach unten umgewälzt wird, umgeht die oberen und unteren Packerschalen (294) und (296) über die Bypasspassage (298) und (300) verläßt die unteren Waschöffnungen (352), um die von den rotierenden Zähnen (354) zerkleinerten Trümmer wegzuwaschen und das Trümmergut mit der Bohrlochflüssigkeit durch das Längsgehäuseinnere (302) und die Fördertour (36) zurück nach oben zu bringen.The rotating teeth (354) break up the loose debris located in a portion of the casing interior. Wellbore fluid circulated downward through the casing annulus (38) bypasses the upper and lower packer shells (294) and (296) via the bypass passage (298) and (300) and exits the lower washout ports (352) to wash away the debris broken up by the rotating teeth (354) and to carry the debris back up with the wellbore fluid through the longitudinal casing interior (302) and the conveyor tour (36).
Nachdem der Abschnitt des Rohrinneren, der zu Beginn von den Zähnen (354) beansprucht wurde, von den unteren Waschöffnungen (352) gewaschen wurde, wischt die untere Packerschale (296) diesen Abschnitt des Futterrohrinneren (13) mittels des nach unten durch die Futterrohrtour (12) gefahrenen Waschwerkzeugs (48) ab.After the portion of the casing interior initially stressed by the teeth (354) has been washed by the lower wash ports (352), the lower packer bowl (296) wipes this portion of the casing interior (13) by means of the wash tool (48) moved downward through the casing tour (12).
Derjenige Abschnitt der Futterrohrtour (13), der von der unteren Packerschale (296) abgewischt wurde, wird jetzt mit Flüssigkeit aus den Düsenöffnungen oder oberen Waschöffnungen (346) bedüst.The section of the casing (13) that was wiped by the lower packer shell (296) is now sprayed with liquid from the nozzle openings or upper wash openings (346).
Bei dem eben beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren bei dem Trümmer abgebrochen und von einem Abschnitt des Futterrohrinnern im Umwälzbetrieb im Bohrloch zurück nach oben transportiert werden, während ein weiterer Abschnitt des Futterrohrinnern abgewischt und wiederum ein anderer Abschnitt des Futterrohrinnern bedüst wird. Diese Schritte erfolgen simultan an verschiedenen Abschnitten des Futterrohrinnern und in der Reihenfolge, die beim jeweiligen Abschnitt des Futterrohrinnern erwähnt wurde.The process just described is a continuous process in which debris is broken off and recirculated from one section of the casing interior back up the borehole while another section of the casing interior is wiped and another section of the casing interior is sprayed. These steps are performed simultaneously on different sections of the casing interior and in the order mentioned for each section of the casing interior.
Des weiteren sei darauf hingewiesen, daß die Bohrlochflüssigkeit mit der ein Abschnitt des Futterrohrinnern bedüst wird, nach dem Verlassen der Düsenöffnungen (346) zum Rücktransport von Trümmern aus dem unteren Abschnitt des Futterrohrinnern benutzt wird, welcher sich in der Nähe der unteren Waschöffnungen (352) befindet.It should also be noted that the borehole fluid with which a section of the casing interior is sprayed is used, after leaving the nozzle openings (346), to transport debris back from the lower section of the casing interior, which is located in the vicinity of the lower wash openings (352).
Der Einsatz des Futterrohrschiebers (24) in von der Lotrechten stark abgewichenen Bohrlochabschnitten (22) in Verbindung mit dem in Figs 3A-3E dargestellten Werkzeugstrang ergibt ein System zur Komplettierung von stark abgewichenen Bohrlöchern, das die Komplettierungskosten in derartigen Bohrlöchern dadurch erheblich reduziert, daß Perforationsarbeiten und die Notwendigkeit von zonenmäßiger Abtrennung mittels Packer und Brücken-Plugs eliminiert wird. Das System ermöglicht ganz allgemein erhebliche Kosteneinsparungen an Bohrturmzeit bei den Komplettierungsarbeiten im Bohrloch.The use of the casing pusher (24) in highly deviated wellbore sections (22) in conjunction with the tool string shown in Figs. 3A-3E provides a system for completing highly deviated wellbores which significantly reduces completion costs in such wells by eliminating perforation operations and the need for zoned isolation using packers and bridge plugs. The system generally provides significant cost savings in rig time during downhole completion operations.
Die Komplettierung des Bohrlochs (10) unter Verwendung dieses Systems beginnt mit der Einzementierung der Produktions-Futterrohrtour (12) ins Bohrloch (14), entsprechend (16). Insbesondere wird das Bohrloch durch die Zonen von Interesse hindurch zementiert, in welchen Futterrohrschieber wie (24), (26) und (28) vor dem Einbringen der Futterrohrtour (12) ins Bohrloch installiert wurden. Beim vorliegenden System wird ein Futterrohrschieber wie (24) an jeder Stelle angeordnet, an welcher das Bohrloch (10) im Bereich von unterirdischen Formationen von Interesse wie die Formationen (30), (32) und (34) angeregt werden sollen. Diese Stellen von Interesse wurden zuvor mittels Bohrlochmessungen und Speichergestein-Analysedaten ermittelt. Die Futterrohrtour bzw. der Auskleidungsstrang (12) mit der erforderlichen Anzahl an Futterrohrschiebern wie (24) wird eingemittet und nach akzeptablen Zementiermethoden für horizontale Bohrlöcher (14) einzementiert.Completion of the well (10) using this system begins with cementing the production casing (12) into the well (14) according to (16). In particular, the well is cemented through the zones of interest in which Casing slides such as (24), (26) and (28) are installed prior to running the casing string (12) into the borehole. In the present system, a casing slide such as (24) is placed at each location where the borehole (10) is to be stimulated in the area of subterranean formations of interest such as formations (30), (32) and (34). These locations of interest have been previously identified using borehole logs and reservoir rock analysis data. The casing string (12) with the required number of casing slides such as (24) is centered and cemented in place using acceptable cementing methods for horizontal boreholes (14).
Nach der Einzementierung sollte eine Bohrer- und Stabilisatorfahrt erfolgen, um so viel wie möglich der auf dem Boden des horizontalen Abschnitts (22) der Futterrohrtour (12) liegenden Zementüberreste zu entfernen. Als Bohrmeißelgröße sollte der Meißel mit dem größtmöglichen Durchmesser gewählt werden, der sicher durch die Futterrohrtour (12) transportiert werden kann. Nach vollständigem Säubern des Bohrlochs durch Ausbohren der Zementüberreste bis zur vollen Bohrlochteufe sollte von der Flüssigkeit in der Futterrohrtour (12) auf eine gefilterte, klare Komplettierungsflüssigkeit übergewechselt werden, die zur Komplettierung des Bohrlochs geeignet ist, sofern dies nicht bereits beim Verdrängen des endgültigen Zementstopfens beim Zementieren erfolgt ist.After cementing, a drill and stabilizer run should be made to remove as much of the cement residue lying on the bottom of the horizontal section (22) of the casing run (12) as possible. The bit size should be the largest possible diameter bit that can be safely transported through the casing run (12). After the wellbore has been completely cleaned by drilling out the cement residue to the full borehole depth, the fluid in the casing run (12) should be changed to a filtered, clear completion fluid suitable for completing the wellbore, if this has not already been done when displacing the final cement plug during cementing.
Die nächste Fahrt ins Bohrloch erfolgt mit dem Werkzeugstrang gemäß Figs. 3A-3E, der mit dem Positionierwerkzeug (44), dem Druckstrahlwerkzug (46) und dem Waschwerkzeug (48) ausgerüstet ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt diese Werkzeuggruppe, wie sie zu Beginn in den senkrechten Abschnitt (18) des Bohrlochs (10) eingefahren wird. Die Werkzeuggruppe durchfährt den gekrümmten Bohrlochabschnitt (20) und gelangt zum horizontalen Abschnitt (22) des Bohrlochs (10). Die Werkzeuggruppe sollte zunächst bis unterhalb des untersten Futterrohrschiebers (28) eingefahren werden.The next trip into the borehole is made with the tool string according to Figs. 3A-3E, which is equipped with the positioning tool (44), the pressure jet tool (46) and the washing tool (48) as shown schematically in Fig. 1. Fig. 1 shows this tool group as it is initially moved into the vertical section (18) of the borehole (10). The tool group travels through the curved borehole section (20) and reaches the horizontal section (22) of the borehole (10). The tool group should initially be moved in to below the lowest casing slide (28).
Sodann beginnt die hydraulische Bedüsung unter Verwendung einer gefilterten, klaren Komplettierungsflüssigkeit. Die hydraulische Bedüsung erfolgt mit Hilte des Druckstrahlwerkzeugs (46) indem Flüssigkeit die Fördertour (36) hinab und durch die Düsenöffnungen (210) gepumpt wird, so daß Flüssigkeitsstrahlen mit hohem Druck auf das Futterrohrinnere (13) auftreffen. Die Fördertour (36) wird rotiert und das Druckstrahlwerkzeug (46) aufwärts durch den Futterrohrschieber (28) bewegt, um Zementüberreste aus allen Vertiefungen des Futterrohrschiebers (28) zu entfernen. Dies ist dann besonders wichtig, wenn sich der Futterrohrschieber in einem von der Lotrechten abgewichenen Bohrlochabschnitt befindet, da sich im unteren Teil der Innenseite des Futterrohrschiebers (28) beachtliche Mengen an Zement angesammelt haben werden. Dieser Zement muß entfernt werden, um ein einwandfreies Eingreifen des Positionierwerkzeugs (44) in die Hülse (66) sicherzustellen. Während dieses Bedüsungsvorgangs sollte das Positionierwerkzeug (44) in eine seiner Zwischenstellungen wie (104B) oder (104F) gefahren werden, damit es (44) sich nach oben durch den Futterrohrschieber (28) bewegen kann, ohne in die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (28) einzugreifen.Hydraulic jetting then begins using a filtered, clear completion fluid. Hydraulic jetting is accomplished using the pressure jetting tool (46) by pumping fluid down the conveyor (36) and through the nozzle openings (210) so that high pressure jets of fluid impinge on the casing interior (13). The conveyor (36) is rotated and the pressure jetting tool (46) is moved upward through the casing slide (28) to remove cement residue from all recesses of the casing slide (28). This is especially important when the casing slide is in a non-vertical section of the wellbore as significant amounts of cement will have accumulated in the lower part of the inside of the casing slide (28). This cement must be removed to ensure proper engagement of the positioning tool (44) in the sleeve (66). During this jetting process, the positioning tool (44) should be moved to one of its intermediate positions such as (104B) or (104F) so that it (44) can move upwards through the casing slide (28) without engaging the slide sleeve (66) of the casing slide (28).
An dieser Stelle soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß der Gebrauch der Begriffe "aufwärts" oder "heben" und "abwärts" oder "senken" im Sinne einer Bewegungsrichtung im Bohrloch im Sinne der Bewegung entlang der Bohrlochachse in Richtung Bohrlocheingang oder Bohrlochsohle zu verstehen ist, die in vielen Fällen nicht genau senkrecht verläuft und in horizontal ausgerichteten Abschnitten des Bohrlochs sogar horizontal verlaufen kann.At this point, it should be noted that the use of the terms "upward" or "lift" and "downward" or "lower" in the sense of a direction of movement in the borehole is to be understood in the sense of movement along the borehole axis in the direction of the borehole entrance or borehole bottom, which in many cases is not exactly vertical and can even be horizontal in horizontally oriented sections of the borehole.
Nach der hydraulischen Bedüsung der Innenseite des Futterrohrschiebers (28), wird das Positionierwerkzeug (44) wieder durch den Futterrohrschieber (28) abgesenkt und in die Nasenposition (184D) gefahren. Das Positionierwerkzug (44) wird nach oben gezogen, so daß der untere Keil (176) in die unteren Einrastblöcke (166) greift und sie radial nach außen drückt, so daß ihre nach oben gerichteten Schultern (170) in die Schulter (126) der Schieberhülse (66) greifen. Die Fördertour (36) wird nach oben gezogen, um eine Aufwärtskraft von etwa 10 000 pounds (44 000 N) auf die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (28) anzuwenden. Die interne Spannbüchse (76), die zu Beginn in die erste Nut (78) des Schiebergehäuses (50) eingreift, wird mit Hilfe des Druckes von 10 000 pound (44 000 N) zusammengedrückt, wodurch eine Abnahme der nach oben wirkenden Kraft erfolgt, die an der Tagesoberfläche festgestellt und als Hinweis auf den Beginn der Öffnungssequenz betrachtet wird. Die Schieberhülse (66) wird weitergezogen bis zum Ende ihres Weges, was durch einen plötzlichen Anstieg der Gewichtsanzeige an der Tagesoberfläche bestätigt wird, wenn die Oberkante der Schieberhülse (66) auf die Unterseite (63) des oberen Handhabungsüberganges (65) auftrifft, wie in Fig. 4B dargestellt. An dieser Stelle greift die Spannbüchse (76) in die zweite Rasternut (80).After hydraulically jetting the inside of the casing slide (28), the positioning tool (44) is again lowered through the casing slide (28) and moved to the nose position (184D). The positioning tool (44) is pulled up so that the lower wedge (176) engages the lower locking blocks (166) and pushes them radially outward so that their upwardly facing shoulders (170) engage the shoulder (126) of the slide sleeve (66). The conveyor (36) is pulled up to apply an upward force of approximately 10,000 pounds (44,000 N) to the slide sleeve (66) of the casing slide (28). The internal collet (76), which initially engages the first groove (78) of the valve body (50), is compressed by the 10,000 pound (44,000 N) pressure, causing a decrease in the upward force which is detected at the surface and is considered to indicate the start of the opening sequence. The valve sleeve (66) is continued to be pulled to the end of its travel, as confirmed by a sudden increase in the weight reading at the surface when the top edge of the valve sleeve (66) strikes the bottom (63) of the upper handling transition (65) as shown in Fig. 4B. At this point the collet (76) engages the second detent groove (80).
In diesem Moment wird der Zug nach oben an der Förderrohrtour reduziert und auf einem Wert von etwa 5 000 bis 8 000 pounds (22 000 N bis 35 000 N) Zugkraftbeaufschlagung auf die Öffnungsblöcke (166) gehalten. Diese Zugkraft nach oben wird aufrecht erhalten und die Öffnungsblöcke (166) dadurch in betriebsfähigem Eingriff mit Schulter (126) der Schieberhülse (66) gehalten, währenddessen die Rotation der Fördertour bzw. des Arbeitsstrangs (36) unter Aufrechterhaltung der langsamsten Drehzahl beginnt. Mit der rotierenden Fördertour (36) rotiert auch das Druckstrahlwerkzeug (46), das über die Druckstrahlspindel (224) mit der Fördertour (36) verbunden ist. Während der langsamen Drehung der Fördertour bzw. des Arbeitsstranges (36) und des Druckstrahlwerkzeugs (46) wird Flüssigkeit unter hohem Druck die Fördertour (36) hinabgepumpt und über die Druckstrahlöffnungen nach außen gelenkt.At this moment, the upward pull on the conveyor tube is reduced and maintained at a level of approximately 5,000 to 8,000 pounds (22,000 N to 35,000 N) of traction applied to the orifice blocks (166). This upward pull is maintained, thereby holding the orifice blocks (166) in operative engagement with shoulder (126) of the slide sleeve (66) while rotation of the conveyor tube or work string (36) begins while maintaining the slowest speed. As the conveyor tube (36) rotates, so does the pressure jet tool (46) which is connected to the conveyor tube (36) via the pressure jet spindle (224). During the slow rotation of the conveyor belt or the work string (36) and the pressure jet tool (46), liquid is pumped down the conveyor belt (36) under high pressure and directed outwards via the pressure jet openings.
Mit dem soeben beschriebenen Nach-oben-Schieben der Schieberhülse (66) in ihre offene Position, wird jede der Durchgangsöffnungen registerhaltig mit einer entsprechenden Gehäuseaustauschöffnung (56) ausgerichtet, wie in Fig. 4D dargestellt. Die Druckstrahlöffnungen (210) des Druckstrahlwerkzeuges (46) werden außerdem mit zahlreichen in Längsrichtung angeordneten Ebenen (354), (356), (358) und (360) ausgerichtet (siehe Fig. 4D), in welchen sich die Hülsenöffnungen (56) und Gehäuseöfnungen (94) befinden. Die in Fig. 4D dargestellten Ebenen (354) bis (360) sind im Schnittdargestellt und verlaufen senkrecht aus der Papierebene der Zeichnung Fig. 4D.With the just described upward pushing of the slide sleeve (66) into its open position, each of the through openings is aligned in register with a corresponding housing replacement opening (56), as shown in Fig. 4D. The pressure jet openings (210) of the pressure jet tool (46) are also aligned with numerous longitudinally arranged planes (354), (356), (358) and (360) (see Fig. 4D) in which the sleeve openings (56) and housing openings (94) are located. The planes (354) to (360) shown in Fig. 4D are shown in section and run perpendicularly from the paper plane of the drawing Fig. 4D.
Das Druckstrahlwerkzeug (46) wird rotiert, bei gleichzeitiger Aufrechterhalttung der Ausrichtung der Druckstrahlöffnungen (210) mit den Ebenen (354 - 360), so daß die lösbaren Verschlußstopfen (96) und (98), die sich zunächst in den Gehäuseaustauschöffnungen (56) und Hülsenaustauschöffnungen (94) befinden, wiederholt von den Hochdruckstrahlen aus den Druckstrahlöffnungen (210) bedüst und damit aufgelöst werden.The pressure jet tool (46) is rotated while maintaining the alignment of the pressure jet openings (210) with the planes (354 - 360) so that the removable closure plugs (96) and (98), which are initially located in the housing replacement openings (56) and sleeve replacement openings (94), are repeatedly sprayed by the high-pressure jets from the pressure jet openings (210) and thus dissolved.
Nach genügend langer hydraulischen Bedüsung zur Entferung des Verschlußstopfenmaterials, können die Bohrlochschieber (Preventer) (40) (siehe Fig. 1) geschlossen und das Bohrloch (10) druckbeaufschlagt werden, um Flüssigkeit im Bereich des Futterrohrschiebers (28) in die Formation (34) zu pumpen, um, falls wünschenswert, bestätigt zu bekommen, daß die Verschlußstopfen entfernt sind, was auf den zu erwartenden Drücken und Druckbegrenzungen der Bohrlochschieber (Preverters) und der Futterrohrtour (12) beruht.After sufficient hydraulic jetting to remove the plug material, the preventers (40) (see Fig. 1) may be closed and the wellbore (10) pressurized to pump fluid into the formation (34) in the area of the casing preventer (28) to confirm, if desired, that the plugs have been removed based on the expected pressures and pressure limitations of the preventers and casing (12).
Nach Entfernung der Verschlußstopfen und Abschluß der Drucktests, wird das Positionierwerkzeug (44) in eine der Nasenposition 184A entsprechende Position gefahren, in welcher die Positionierspindel (132) im Verhältnis zur Bremsgruppe (130) nach unten gleitet bis der obere Keil (174) in die Schließblöcke (154) eingreift. Mit der Abwärfsbewegung des Positionierwerkzeuges (44) durch den Futterrohrschieber (28) werden die Schließblöcke (154) nach außen gedrückt und ihre nach unten zeigenden Schultern (162) werden in die Schulter (128) der Schieberhülse (66) eingreifen. Als nächstes wird eine nach unten wirkende Kraft von etwa 10 000 pounds (44 000 N) auf die Schieberhülse (66) angewandt, die zum Zusammenklappen der Spannbüchse (76) und dadurch zum Ausrücken aus dem Eingriff mit der oberen Nut (80) führt. Die Hülse (66) gleitet dann nach unten bis die Spannbüchse (76) in die untere Nut (78) eingreift, worauf sich der Schieber wieder in der in Figs. 2A-2E dargestellten Position befindet, mit dem Unterschied jedoch, daß die Verschlußstopfen aufgelöst und aus den Hülsenöffnungen (94) und Gehäuseöffnungen (56) entfernt wurden.After removing the plugs and completing the compression tests, the positioning tool (44) is moved to a position corresponding to the nose position 184A, in which the positioning spindle (132) slides downward relative to the brake assembly (130) until the upper wedge (174) engages the locking blocks (154). With the downward movement of the positioning tool (44) through the casing slide (28), the locking blocks (154) are forced outward and their downwardly facing shoulders (162) engage the shoulder (128) of the slide sleeve (66). Next, a downward force of approximately 10,000 pounds (44,000 N) is applied to the slide sleeve (66) causing the collet (76) to collapse and thereby disengage from the upper groove (80). The sleeve (66) then slides downward until the collet (76) engages the lower groove (78), whereupon the slide is again in the position shown in Figs. 2A-2E, with the difference, however, that the closure plugs have been loosened and removed from the sleeve openings (94) and housing openings (56).
Falls gewünscht, können die Bohrlochschieber (Preventr) (40) wieder geschlossen und die Futterrohrtour druckgetestet werden, zur Bestätigung, daß der Futterrohrschieber (28) geschlossen ist.If desired, the preventers (40) can be closed again and the casing tour pressure tested to confirm that the casing preventer (28) is closed.
Dann wird der Werkzeugstrang zum nächst niedrigsten Futterrohrschieber, wie z. B. Futterrohrschieber (26) gefahren und die Ablauffolge wiederholt. Nachdem Futterrohrschieber (26) in der eben beschriebenen Weise behandelt wurde, wird der Werkzeugstrang wiederum zum nächst niedrigsten Futterrohrschieber gefahren bis schließlich alle Futterrohrschieber zur Entfernung von Zementüberresten hydraulischt bedüst und dann geöffnet und die Verschlußstopfen entfernt und die Schieber danach wieder geschlossen wurden.The tool string is then moved to the next lowest casing gate valve, such as casing gate valve (26), and the sequence is repeated. After casing gate valve (26) has been treated in the manner just described, the tool string is again moved to the next lowest casing gate valve until finally all casing gate valves have been hydraulically sprayed to remove cement residues and then opened, the closure plugs removed and the gate valves then closed again.
Wenn die Verschlußstopfen aus allen Futterrohrschiebern durch Druckstrahlen entfernt wurden und die Schieber wieder geschlossen sind, sollte der Arbeitsstrang bis zum oberen Ende der Auskleidung oder des von der Lotrechten abweichenden Abschnitts (22) der Futterrohrtour hochgezogen und einer Gegenstromwäsche unterzogen werden. Die Gegenstromwäsche erfolgt im Gegenstrom über den Bohrlochringraum (38) hinab über die Bypasspassagen (298) und (300) des Waschwerkzeugs (48) und zurück über das Rohrinnere (302) des Waschwerkzeugs (48) und durch die Fördertour (36) wieder hinauf. Die Förderrohrtour wird mittels Gegenstromwäsche in Richtung nach unten gewaschen, während der Werkzeugstrang im Bohrloch nach unten verfahren wird bis die Futterrohrtour bis zur Bohrlochschle hinab mittels Gegenstromwäsche zur Entfernung sämtlicher Trümmerrückstände der Druckstrahloperation gewaschen wurde, als Vorbereitung zur primären Anregung der Förderung. Nach Abschluß der Gegenstromwäsche wird der Arbeitsstrang aus dem Bohrloch entfernt und gegen die jetzt zur Anregung bzw. Fracbehandlung benötigten Werkzeuggruppe ausgetauscht.When the plugs have been removed from all casing gates by pressure blasting and the gates are closed again, the work string should be pulled up to the top of the casing or the non-vertical section (22) of the casing run and subjected to a countercurrent wash. The countercurrent wash is carried out in countercurrent through the well annulus (38) down through the bypass passages (298) and (300) of the washing tool (48) and back through the pipe interior (302) of the washing tool (48) and back up through the production run (36). The production run is washed in a downward direction using countercurrent washing while the tool string is moved down the borehole until the casing run down to the borehole loop has been washed using countercurrent washing to remove all debris from the jet operation in preparation for primary production stimulation. After countercurrent washing is complete, the work string is removed from the borehole and replaced with the tool group now required for stimulation or frac treatment.
Fig. 6 illustriert einen Anregungswerkzeugstrang, wobei es sich im vorliegenden Falle um einen im Bohrloch (10) befindlichen Frac-Werkzeugstrang handelt. Zum Arbeitsstrang für Fracbehandlung gehört ein Waschwerkzeug (48), das auf der Unterseite des Positionierwerkzeugs (44) befestigt ist, das sich unter einem Packer (362) befindet, wobei das ganze an der Fördertour (36) hängt. Weitere Zusatzausrüstung wie z. B. Sicherheitsventile und ähnliches können sich ebenfalls im Arbeitsstrang befinden.Fig. 6 illustrates an excitation tool string, in this case a frac tool string located in the wellbore (10). The frac work string includes a wash tool (48) mounted on the underside of the positioning tool (44) located under a packer (362), the whole hanging from the production line (36). Other auxiliary equipment such as safety valves and the like may also be located in the work string.
Der in Fig. 6 illustrierte Arbeitsstrang verläuft bis zum Ende des Futterrohrstrangs (12) und der unterste Futterrohrschieber (28) wird mit dem Positionierwerkzeug (44) eingerastet, um die Schieberhülse (66) des Futterrohrschiebers (28) in eine offene Stellung zu stellen, in welcher die Hülsenaustauschöffnungen (94) mit den Gehäuseaustauschöffnungen (56) registerhaltig sind. Da die Verschlußstopfen aus den Öffnungen bereits mittels Druckstrahlen entfernt wurden, entsteht eine Verbindung zwischen der Innenseite des Futterrohrs (12) und der es umgebenden Formation (34) über die geöffneten Öffnungen (94) und (56), wenn die Hülse (66) in die geöffnete Stellung gebracht wird.The work string illustrated in Fig. 6 extends to the end of the casing string (12) and the lowermost casing slide (28) is engaged with the positioning tool (44) to position the slide sleeve (66) of the casing slide (28) in an open position in which the sleeve replacement ports (94) are in register with the casing replacement ports (56). Since the plugs have already been removed from the ports by jet blasting, a connection is created between the inside of the casing (12) and the surrounding formation (34) via the open ports (94) and (56) when the sleeve (66) is placed in the open position.
Dann wird das Positionierwerkzeug (44) von der Schieberhülse (66) ausgerastet und der Arbeitsstrang auf einen gewünschten Punkt über dem Futterrohrschieber (28) angehoben, an dem der Packer (362) eingesetzt wurde. Jetzt wird die Zone (34) wunschgemäß angeregt. Mit dem Fracbehandlungsstrang wird eine Fracflüssigkeit durch die Öffnungen des Futterrohrschiebers (28) in die den Schieber umgebende Formation zur Bildung von Fracturen (364) gepumpt. Selbstverständlich können zahlreiche weitere Anregungsverfahren auf die Formation (34) über den Futterrohrschieber angewandt werden, wie z. B. Säureverfahren und ähnliche.The positioning tool (44) is then disengaged from the valve sleeve (66) and the work string is raised to a desired point above the casing valve (28) where the packer (362) has been deployed. The zone (34) is now excited as desired. The frac treatment string pumps a frac fluid through the openings of the casing valve (28) into the formation surrounding the valve to form fractures (364). Of course, numerous other excitation methods can be applied to the formation (34) above the casing valve, such as acid methods and the like.
Nach der Anregung kann die Zone (34) wunschgemäß gereinigt und getestet werden, wobei die Versorgung über die Fördertour (36) erfolgt. Nach dem Testen wird die Zone (34) totgedrückt, um die Kontrolle über das Bohrloch aufrecht zu erhalten und der Packer (362) wird entfernt. Dann werden der Innenraum der Futterrohrtour (12) und der Innenraum des Futterrohrschiebers (28) erneut mittels Gegenstromwäsche mit dem Waschwerkzeug (48) gewaschen, um den bei der Fracbehandlung angefallenen Sand und die Feinanteile aus der Formation aus dem Innenraum des Futterrohrstrangs (12) und aus dem Innern des Futterrohrschiebers (28) zu entfernen. Als nächstes wird der Futterrohrschieber (28) wieder mit dem Positionierwerkzeug (44) eingerastet und die Schieberhülse (66) geschlossen.After excitation, the zone (34) can be cleaned and tested as desired, with the supply coming from the production line (36). After testing, the zone (34) is pressured to maintain control of the wellbore and the packer (362) is removed. Then the interior of the casing line (12) and the interior of the casing gate valve (28) are again washed using countercurrent washing with the washing tool (48) to remove the sand and fines from the formation that accrued during the fracturing treatment from the interior of the casing string (12) and from the interior of the casing gate valve (28). Next, the casing gate valve (28) is re-engaged with the positioning tool (44) and the gate valve sleeve (66) is closed.
Danach wird der Arbeitsstrang zum nächst niedrigen Futterrohrschieber (26) verfahren und die Fracbehandlung der Formation (32) wird wiederholt mit anschließender Gegenstromwäsche des Futterrohrschiebers (26) und erneutem Schließen desselben. Dann wird der Arbeitsstrang zum nächsten Futterrohrschieber (24) nach oben verfahren und der Vorgang erneut wiederholt.The work string is then moved to the next lower casing gate valve (26) and the fracturing of the formation (32) is repeated with subsequent countercurrent washing of the casing slide (26) and closing it again. The work string is then moved up to the next casing slide (24) and the process is repeated again.
Nach Komplettierung sämtlicher Formationen (30), (32) und (34), können die Futterrohrschieber (24), (26) und (28) auf Wunsch selektiv wieder geöffnet werden, als Vorbereitung auf einen Produktionspacker oder was sonst an Produktionsstranganschlußverwendet werden soll, während der in Fig. 6 abgebildete Fracstrang aus dem Bohrloch entfernt wird.After completion of all formations (30), (32) and (34), the casing valves (24), (26) and (28) can be selectively reopened if desired in preparation for a production packer or whatever production string connection is to be used while the frac string shown in Fig. 6 is removed from the wellbore.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer selektiven Komplettierung von lediglich der unteren Zone (34) des Bohrlochs (10). Vor dem Entfernen des in Fig. 6 gezeigten Arbeitsstranges wurde die Schieberhülse (66) des untersten Futterrrohrschiebers (28) geöffnet. Nach der Entfernung des in Fig. 6 gezeigten Arbeitsstranges werden eine Produktions-Fördertour (366) und ein Produktionspacker (368) eingebracht und über den unteren Futterrohrschieber (28) gesetzt. Dann erfnlgt die Produktion von Bohrlochflüssigkeiten aus der Formation (34) über den Futterrohrschieber (28) nach oben durch den Produktionsstrang (366).Fig. 7 is a schematic representation of a selective completion of only the lower zone (34) of the wellbore (10). Prior to removal of the workstring shown in Fig. 6, the slide sleeve (66) of the lowermost casing slide (28) was opened. After removal of the workstring shown in Fig. 6, a production conveyor (366) and a production packer (368) are inserted and placed over the lower casing slide (28). Then production of wellbore fluids from the formation (34) via the casing slide (28) up through the production string (366) begins.
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