DE69609604T2

DE69609604T2 - Zementierstopfen

Info

Publication number: DE69609604T2
Application number: DE69609604T
Authority: DE
Inventors: Peter Budde; Lee Giroux
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Weatherford Lamb Inc
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2016-04-27
Also published as: WO1996034175A3; EP0820556A2; NO974757D0; EP0969183A2; AU710356B2; NO20016299D0; EP0820556B1; US5787979A; CA2218106A1; US5553667A; NO323035B1; AU5768396A; WO1996034175A2; NO20016299L; DE69609604D1; EP0969183A3; US5813457A; NO312733B1; CA2218106C; EP0969183B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Stopfen und eine Stopfeneinheit für den Einsatz beim Bau von Öl- und Gasbohrlöchern.
Beim Bau von Öl- und Gasbohrlöchern wird eine Bohrung in den Erdboden niedergebracht. In die Bohrung wird dann ein Futterrohr abgesenkt, und der ringförmige Raum zwischen der Außenseite des Futterrohres und der Bohrung wird mit Zement ausgefüllt. Das Futterrohr wird durch Zentrierelemente in der Bohrung zentriert. Im typischen Fall wird ein als "Schwimmerventil" bezeichnetes Rückschlagventil am Boden des Futterrohres oder in dessen Nähe angebracht. Bei einem typischen Zementiervorgang wird zuerst der ringförmige Raum dadurch gereinigt, daß an der Innenseite des Futterrohres Spülflüssigkeit nach unten gepumpt wird und durch den ringförmigen Raum wieder nach oben fließen kann. Danach wird in das Futterrohr ein unterer Stopfen eingesetzt und vor dem Zement nach unten gepumpt, um den Zement von Bohrschlamm und anderen Fluids im Bohrloch zu trennen. Wenn der Stopfen das Schwimmerventil an der Unterseite des Rohrstranges berührt, bringt der hydrostatische Druck ein Berstelement des Stopfens zum Brechen, und der Zement fließt durch den unteren Stopfen und das Schwimmerventil und nach oben in den ringförmigen Raum.
Wenn die erforderliche Zementmenge in das Futterrohr eingeführt worden ist, wird ein oberer Zementierstopfen freigegeben, der dem Zement folgt und die Verunreinigung oder Kanalbildung des Zements durch den Bohrschlamm verringert, der zum Verschieben der Zementsäule im Futterrohr nach unten und in den ringförmigen Raum eingesetzt wird. Der obere Zementierstopfen kontaktiert an der Schwimmervorrichtung abdichtend den unteren Zementierstopfen, um ein Absperren der Fluids zu bewirken, die in das Futterrohr gepumpt werden. Der Rückfluß des Zements zurück in das Futterrohr wird durch das Schwimmerventil unterbunden. Wenn der Zement abgebunden hat, werden der obere Stopfen, der untere Stopfen, das Schwimmerventil und der restliche Zement herausgebohrt.
An der Erdoberfläche ist es eine vergleichsweise einfache Sache, die unteren Stopfen und die oberen Stopfen zum richtigen Zeitpunkt von Hand einzusetzen. Offshore jedoch kann dieser einfache Vorgang nicht durchgeführt werden, und das hat zur Entwicklung einer Unterwasser-Zementiervorrichtung geführt, die allgemein eine Stopfeneinheit umfaßt, die einen offenen oberen Stopfen und einen offenen unteren Stopfen aufweist, die lösbar miteinander verbunden sind. Beim Einsatz wird die Unterwasser- Zementiervorrichtung durch einen Arbeitsstrang im Futterrohr am Unterwasser-Bohrlochkopf oder angrenzend an diesen positioniert. Dann wird Bohrflüssigkeit von der Bohrplattform durch den Arbeitsstrang, den offenen oberen Stopfen, den offenen unteren Stopfen und das Futterrohr nach unten gepumpt und fließt nach oben durch den ringförmigen Raum zwischen der Außenseite des Futterrohres und der Bohrung. Dieser Vorgang wird im typischen Fall mehrere Stunden lang durchgeführt, anschließend wird ein erstes Verschlußelement, im typischen Fall eine Kugel oder ein Pfeil, im Futterrohr nach unten fallen gelassen, passiert den oberen Stopfen und verschließt den unteren Stopfen. Dann wird von der Bohrplattform aus eine erforderliche Zementmenge nach unten gepumpt. Dadurch wird der untere Stopfen vom oberen Stopfen gelöst und der untere Stopfen veranlaßt, im Futterrohr nach unten zu gleiten. Sobald die erforderliche Zementmenge in das Futterrohr gepumpt worden ist, wird oben auf dem Zement ein zweites Verschlußelement, im typischen Fall eine Kugel oder ein Pfeil mit größerem Durchmesser als der erste Pfeil, angeordnet und mit der Bohrflüssigkeit nach unten gepumpt. Wenn das zweite Verschlußelement in den oberen Stopfen eingreift, schließt es die darin befindliche Öffnung, und durch weiteren Druck von der Bohrflüssigkeit wird der obere Stopfen zur Bewegung im Futterrohr nach unten ausgelöst. Wenn der untere Stopfen mit dem Schwimmerventil an der Unterseite des Futterrohres ineinandergreilt, erhöht sich der Druck auf den oberen Stopfen, bis ein Berstelement im unteren Stopfen reißt, wodurch der Zement durch das Schwimmerventil in den ringförmigen Raum zwischen der Außenseite des Futterrohres und der Bohrung eintreten kann. Wenn der obere Stopfen mit dem unteren Stopfen ineinandergreift, wird der hydraulische Druck auf die Bohrflüssigkeit nachgelassen, und der Zement kann abbinden, worauf der obere Stopfen, der untere Stopfen, das Schwimmerventil und der restliche Zement herausgebohrt werden.
Der Nachteil der vorhandenen Unterwasserausrüstung besteht darin, daß es außerordentlich schwierig ist, den Druck zu kontrollieren, bei dem der untere Stopfen freigegeben wird, und noch schwieriger, den Druck zu kontrollieren, bei dem der obere Stopfen freigegeben wird. Ein außerordentlich schwerwiegendes Problem tritt dann auf, wenn der Druck, der zur Auslösung des unteren Stopfens ausgeübt worden ist, so stark ist, daß gleichzeitig der obere Stopfen freigegeben wird, wodurch der Zementiervorgang stark verzögert wird.
US-A-5004048, welche die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, legt einen Stopfen offen, der mit einer Haltevorrichtung zur lösbaren Befestigung des Stopfens an einer mit einem Absatz versehenen Auflage versehen ist. Die Haltevorrichtung weist eine Rohrhülse auf, an welcher der Stopfen befestigt ist. Die Rohrhülse und die Auflage sind mit einer Außenrille bzw. einer Innenrille versehen, die einander gegenüberliegen und einen Scherring aufnehmen, der in die Innen- und Außenrille vorsteht. Diese Anordnung weist den Nachteil auf, wie er bereits im vorhergehenden Absatz genannt worden ist.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stopfen bereitzustellen, der sich zuverlässig bei oder annähernd bei dem vorgesehenen Druck löst. Das Ziel eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist es, eine Stopfeneinheit bereitzustellen, die den Fortgang des Zementierens selbst dann zuläßt, wenn sowohl der obere als auch der untere Stopfen bei Beginn des Zementiervorgangs unbeabsichtigt freigegeben worden sind.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stopfen bereitgestellt, der mit einer Haltevorrichtung zur lösbaren Befestigung des Stopfens an einer mit einem Absatz versehenen Auflage versehen ist, bei dem die Haltevorrichtung eine Rohrhülse aufweist, an welcher der Stopfen befestigt ist, wobei die Rohrhülse einen äußeren Ring hat, der beim Einsatz auf dem Absatz ruht und den Stopfen trägt, wobei es sich um eine solche Anordnung handelt, bei welcher der äußere Ring bei Einwirkung einer ausreichenden Kraft auf die Rohrhülse geschert wird und den Stopfen von der Auflage freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring mit der Rohrhülse in einem Stück ausgeführt wird.
Weitere Merkmale werden in den Ansprüchen 2 bis 5 offengelegt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun in Form von Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht des Zementiersystems nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Verschlußausstoßvorrichtung ist,
Fig. 3 eine Ansicht auf der Linie III-III von Fig. 2 ist,
Fig. 4a eine Draufsicht eines die obere Spule bildenden Teils der Verschlußausstoßvorrichtung von Fig. 2 ist,
Fig. 4b eine Seitenansicht der oberen Spule von Fig. 4a ist,
Fig. 5a eine Draufsicht eines eine Ablenkvorrichtung bildenden Teils der Verschlußausstoßvorrichtung von Fig. 2 ist,
Fig. 5b ein Schnitt auf der Linie Vb-Vb von Fig. 5a ist,
Fig. 6 eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Schwenkausgleichsvorrichtung ist,
Fig. 7 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines Ventilelements ist, das Teil der Schwenkausgleichsvorrichtung von Fig. 6 ist,
Fig. 8 eine Draufsicht des Ventilelements von Fig. 7 ist,
Fig. 9 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Stopfeneinheit nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 10 eine Ansicht längs der Linie X-X von Fig. 9 ist,
Fig. 11 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines Klemmhülsenelements ist, das Teil der in Fig. 9 gezeigten Stopfeneinheit ist,
Fig. 12 eine Untersicht des Klemmhülsenelements aus Fig. 11 ist,
Fig. 13 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines Fingers eines alternativen Kletnmhülsenelements ist,
Fig. 14 eine Draufsicht einer Vielzahl von Klemmhülsenelementen wie in Fig. 13 ist, dargestellt wie bei der Anordnung im Einsatz,
Fig. 15 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines Teils der in Fig. 9 gezeigten Stopfeneinheit ist, das die Aufnahme für den unteren Pfeil bildet,
Fig. 16 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines Teils der in Fig. 9 gezeigten Stopfeneinheit ist, das die obere Freigabehülse bildet,
Fig. 17 eine Seitenansicht eines ein Durchflußstück bildenden Teils der in Fig. 9 gezeigten Stopfeneinheit ist,
Fig. 18 eine Ansicht auf der Linie XVIII-XVIII von Fig. 17 ist,
Fig. 19 eine Ansicht auf der Linie XIX-XIX von Fig. 17 ist,
Fig. 20 eine im Schnitt gezeigte Ansicht der in Fig. 9 gezeigten Stopfeneinheit ist, welche die relative Position der Teile am Ende eines Zementiervorgangs zeigt,
Fig. 21 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Stopfeneinheit nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 22 eine im Schnitt gezeigte Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Stopfeneinheit nach der vorliegenden Erfindung ist.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, gezeigt wird ein Zementiersystem, das allgemein mit dem Bezugsbuchstaben S bezeichnet wird.
Das Zementiersystem weist eine Verschlußausstoßvorrichtung A zum selektiven Ausstoßen von zwei Verschlußpfeilen, eine Schwenkausgleichsvorrichtung Z und eine Stopfeneinheit B auf.
Die Stopfeneinheit B ist innerhalb eines innersten Futterrohres E innerhalb eines inneren Futterrohres F in einem äußeren Futterrobr G angeordnet.
An der Unterseite des innersten Futterrohres E ist ein Schwimmersenkschuh C angebracht. Das Bohrrohr D reicht von der Verschlußausstoßvorrichtung A bis zu einer und durch eine Futterrohrklammer 50 einer Unterwasser-Lehre T an der Schlammlinie M.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, hat die Verschlußausstoßvorrichtung A einen Hauptkörper 12 mit einer durch diesen führenden Bohrung 14. Auf den Hauptkörper 12 wird eine Kappe 16 mit einer durch diese führenden Bohrung 18 geschraubt. Fluid, z. B. Verdrängungsfluid, kann durch die Bohrung 18 der Kappe 16 fließen, um in eine Bohrung 22 eines Fluid-Ablenkelements 20 einzutreten. Das Fluid kontaktiert ein Ablenkelement 24, welches das Fluid weg von der Mitte einer oberen Spule 30 und in Räume 26 zwischen Rippen 28 der oberen Spule 30 (siehe Fig. 3) und der Innenfläche des Hauptkörpers 12 leitet. Die obere Spule 30 hält einen oberen Pfeil (in Fig. 2 nicht gezeigt) für die selektive Auslösung und Bewegung im Bohrloch nach unten, um einen oberen Stopfen zu aktivieren, wie das nachstehend beschrieben wird.
Die Unterseite 32 des Ablenkelements 24 verläuft quer zu einem beträchtlichen Teil einer oberen Öffnung 34 der oberen Spule 30 und oberhalb derselben, vorzugsweise über 80% der Öffnungsgesamtfläche.
Ein. Pfeil in der Spule 30 kann von Hand oder automatisch durch Drehen eines Handrades 42 freigegeben werden, das an einem Gewindeschaft 44 angebracht ist, was zum Herausziehen eines Stopfens 46 aus dem Inneren des Hauptkörpers 12 führt.
Eine untere Spule 40 ist unterhalb der oberen Spule 30 im Hauptkörper 12 angebracht. Die untere Spule 40 hat die gleiche Bauweise wie die obere Spule 30 und hält einen unteren Pfeil (in Fig. 2 nicht gezeigt), der durch Zurückziehen eines Preßkolbens 46' freigegeben werden kann.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Stopfenbehälter A mit einem Sensor 47 versehen, der einen Pfeil oder Stopfen beim Passieren des Sensors wahrnimmt und ein Signal erzeugt, das an eine zugeordnete Vorrichtung übertragen wird, um das Auswerfen des Pfeils oder Stopfens positiv zu signalisieren. Nach einem Aspekt ist ein solcher Sensor ein Magnetsensor, und an den, um die oder in den Pfeil oder Pfeilen, Stopfen, die aus dem Behälter freigegeben werden sollen, ist ein entsprechendes Stück, eine Einlage oder ein Band aus magnetischem Material angebracht. Nach einem Aspekt ist der Sensor in der Übergangsuntereinheit 48 angeordnet oder führt durch diese, wobei von dieser geeignete Drähte 45 ausgehen, um das Signal an eine Verarbeitungs-/Anzeigevorrichtung weiterzuleiten.
Bei der Arbeit wird die untere Spule 40 durch Drehen eines Handrades 42' freigegeben, um damit den Preßkolben 46' aus der Position zurückzuziehen, in der er die untere Spule 40 festhält. Die untere Spule 40 bewegt sich nach unten, bis eine schräge Oberfläche 52 der Rippen 28 auf eine schräge Oberfläche 54 aufprallt. Nach dem Aufprall wird ein unterer Pfeil (nicht gezeigt) in der unteren Spule 40 freigegeben, um sich im Bohrloch nach unten zu bewegen, um einen unteren Stopfen einer unten zu beschreibenden Stopfeneinheit zu kontaktieren und mit diesem zusammenzuwirken.
Wie und wenn gewünscht, wird das Handrad 42 gedreht, um den Preßkolben 46 herauszuziehen, der die obere Spule 30 trägt, wodurch sich die obere Spule 30 nach unten bewegen kann, um auf die untere Spule 40 aufzuprallen, wodurch ein oberer Pfeil (nicht gezeigt) in der oberen Spule 30 freigegeben wird. Der obere Pfeil bewegt sich durch die untere Spule 40, um sich im Bohrloch nach unten zu bewegen, um einen oberen Stopfen einer unten zu beschreibenden Stopfeneinheit zu kontaktieren und mit diesem zusammenzuwirken.
Die Flußablenkung mit Hilfe der Ablenkvorrichtung 24 durch Fenster 62 der Ablenkvorrichtung 20 unterbindet die Entstehung einer Überlast an hydrostatischem Druck auf die Preßkolben 46, 46', die diese verzerren und/oder ihr Bewegung unterbinden könnte, wodurch die Freigabe der Pfeile unterbunden oder verhindert würde.
Die Schwenkausgleichsvorrichtung Z ist zwischen dem unteren Ende des Bohrrohres D und der Stopfeneinheit B angeordnet.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, weist die Schwenkausgleichsvorrichtung Z, die auch mit der Bezugszahl 60 bezeichnet wird, einen mittleren Körper 62 mit einer durch diesen führenden, abgesetzten Bohrung 64 auf. Ein oberer Körper 66 mit einer durchführenden Bohrung 126 ist schraubend mit dem oberen Ende 68 des mittleren Körpers 62 verbunden, und ein Runddichtring 76 dichtet die Anschlußfläche zwischen dem oberen Körper 66 und dem mittleren Körper 62 ab. Ein unterer Körper 72 ist schraubend mit einem unteren Ende 74 des mittleren Körpers 62 verbunden, und eine Dichtung 78 dichtet die Anschlußfläche zwischen dem mittleren Körper 62 und dem unteren Körper 72 ab.
Das obere Ende 82 einer Bolzen-Untereinheit (-Anschlußstuk) 80 ist über einen Ring 84, der auf Kugellagern 86 gleitet, die in Laufringen 88 montiert sind, drehbar innerhalb des unteren Körpers 72 angebracht. Eine Dichtung 92 dichtet die Anschlußfläche zwischen der Bolzen-Untereinheit 80 und dem unteren Körper 72 ab. Die Dichtung 92 schließt einen Runddichtring und ein Stützelement aus Metall oder TeflonTM über und unter der Dichtung ein. Eine Dichtung 94 dichtet die Anschlußfläche zwischen der Oberseite 96 der Bolzen-Untereinheit 80 und dem mittleren Körper 62 ab.
Die Bolzen-Untereinheit 80 hat eine Bohrung 81, welche die Verbindung mit dem Stopfeneinheitsystem B unter der Bolzen-Untereinheit 80 herstellt, so daß die Stopfeneinheit B gegenüber dem Drehmoment isoliert ist, das auf die Schwenkausgleichsvorrichtung 60 ausgeübt wird, da sich die Bolzen-Untereinheit 80 auf den Kugellagern 86 frei innerhalb des unteren Körpers 72 drehen kann. Pfeile können sich über die Bohrung 126 und die Bohrung 81 durch die Schwenkausgleichsvorrichtung 60 nach unten bewegen.
Um jeden überschüssigen Druck über der Stopfeneinheit zu entlasten, ist der mittlere Körper 62 mit Entlastungsteilen 102 versehen, die mit einer Kammer 106 in Verbindung stehen, die zwischen der Außenfläche 118 des unteren Abschnitts 108 des oberen Körpers 66 und der Innenfläche 122 des mittleren Körper 62 gebildet wird. In der Kammer 106 ist ein Ventilelement 104 gleitfähig angeordnet und mit einer Dichtung 112 versehen, die abdichtend an ein Teil 114 des mittleren Körpers 62 anstößt und größer als eine Dichtung 116 ist, die abdichtend an die Außenfläche 118 des unteren Abschnitts 108 des oberen Körpers 66 anstößt.
Wenn der Druck des Fluids, das in die Öffnung 102 fließt, ausreichend groß ist, z. B. etwa 0,7 Bar (10 Pfund/Zoll²) oder mehr beträgt, wird das Ventilelement 104 nach oben verdrängt, wodurch das Fluid durch das Entlastungsteil 102, vorbei am Ventilelement 104 und durch eine Öffnung 124 in eine Bohrung 126 des oberen Körpers 66 fließen kann. Es sind Federn 128 vorhanden, um das Ventilelement 104 in eine geschlossene Position vorzuspannen. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt wird, sind die Federn 128 in Blindbohrungen 132 im Ventilelement 104 angeordnet. Die oberen Enden der Federn I28 stoßen an einen Absatz 134 des oberen Körpers 66 an. Fluid, das in die entgegengesetzte Richtung fließt, drückt auf das Ventilelement, und der Fluß durch die Öffnung 102 wird abgebrochen. Die Anwendung einer solchen Schwenkausgleichsvorrichtung erlaubt es, die Futterrohrklammer 50 auszuführen, ohne die Stopfen innerhalb des Futterrohres zu drehen.
Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine Stopfeneinheit 300. Die Stopfeneinheit 300 weist einen unteren Stopfen 360 mit einer gerippten Außenseite 302, einen Kern 304, eine obere Bohrung 306, eine Mittelbohrung 308 und eine untere Bohrung 310 auf. Ein Durchflußstück 312, das deutlicher in Fig. 17, 18 und 19 gezeigt wird, wird in der Bohrung 308 befestigt, und ein oberer Abschnitt 314 des Durchflußstücks 312 wird an einer unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 320 befestigt, die sich zunächst in einem oberen Stopfen 370 befindet. Ein Berstrohr 316 verhindert zunächst, daß Fluid durch Fenster 318 in dem Durchflußstück 312 fließt. Das Berstrohr 316 kann an das Durchflußstück 312 geklebt werden oder eine Reibpassung mit diesem eingehen. Die Fenster 318 können jede gewünschte Form (rechteckig, oval, quadratisch, rund usw.) haben und den Wünschen entsprechend auf dem Durchflußstück 312 angeordnet werden.
Wie deutlicher in Fig. 15 gezeigt wird, hat die untere Pfeilaufnahmevorrichtung 320 einen Grundkörper 322, einen mit dem Grundkörper 322 aus einem Stück geformten Scherring 326, eine Bohrung 324 und eine Dichtungsfläche 328. Der Scherring 326 ruht zunächst auf einem Innenabsatz 332 eines Kerns 334 des oberen Stopfens 370. Der obere Stopfen 370 hat eine gerippte Außenfläche 336 und eine Bohrung 338.
Der obere Stopfen 370 wird durch ein Klemmhülsenelement 350 lösbar an einer oberen Untereinheit 340 gehalten. Eine Freigabehülse 361, die besser in Fig. 20 gezeigt wird, verhindert zunächst, daß sich Finger 352 nach innen bewegen, um den oberen Stopfen 370 aus der oberen Untereinheit 340 freizugeben. Die Freigabehülse 361 hat einen Grundkörper 362, einen mit dem Grundkörper 362 aus einem Stück geformten Scherring 366, eine Bohrung 364 und eine Dichtungsfläche 368. Der Scherring 366 ruht auf einer oberen Fläche 372 des Klemmhülsenelements 350. Ein Sicherungsring 374 in einer Nut 378 in einer oberen Untereinheit 382 hält einen Haltering 376 in Position, der das Klemmhülsenelement 350 festhält.
Wie in Fig. 10 gezeigt wird, halten Abstandselemente 384 (z. B. aus einem weichen Kunststoff), die auf dem unteren Stopfen 360 angebracht sind, einen Mindestraum zwischen dem oberen Stopfen 370 und dem unteren Stopfen 360 aufrecht.
Wie in Fig. 11 und 12 gezeigt wird, ist das Klemmhülsenelement 350 ein aus einem einzigen Stück bestehendes Element mit einer Vielzahl von Fingern 352, die in der oberen Untereinheit 340 verbleiben, statt sich mit dem oberen Stopfen 370 nach unten zu bewegen.
Wie in Fig. 9 gezeigt wird, stellt ein Zwischenraum 327 zwischen der unteren Oberfläche der Finger 352 und einem Absatz 329 des Kerns 334 einen Raum bereit, in dem sich die Finger 352 vom Kern 334 nach innen bewegen können. Auf Grund einer angewinkelten Oberfläche 331 auf dem Kern 334 und einer entsprechend angewinkelten Oberfläche auf den Fingern 352 führt die Abwärtsbewegung des oberen Stopfens 370 zu einer nach innen auf die Finger 352 wirkenden Kraft, sobald die Freigabehülse 361 verschoben worden ist, um die Finger 352 freizugeben. Bei einem Aspekt wird das Klemmhülsenelement so ausgeführt, daß die Finger nach innen vorgespannt sind. Die Freigabehülse 361 kann am unteren Ende des Grundkörpers 362 eine Schneidkante haben, um einen Abschnitt eines Pfeils, z. B. eine hintere Rippe, abzuschneiden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht das Klemmhülsenelement 350 aus einer Vielzahl von einzelnen Fingern 386 (siehe Fig. 17, 18). Bei einem solchen Ausführungsbeispiel nimmt eine Vielzahl von in Radialrichtung mit Zwischenraum angeordneten, abgestuften Keilnuten jeweils getrennte und einzelne Finger auf. Jeder Finger 386 ist allgemein C-förmig und hat einen senkrechten Abschnitt 387, einen unteren, in Radialrichtung verlaufenden Abschnitt 385, der in einen ausgesparten Abschnitt der entsprechenden, abgestuften Keilnut reicht, und einen oberen, in Radialrichtung verlaufenden Abschnitt 383, der über einen nach innen verlaufenden Flanschabschnitt eines Anschlußteils führt, das mit einem Arbeitsstrang (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Finger 386 werden durch eine Hülse, die im allgemeinen der Freigabehülse 361 ähnlich ist, aber einen geringfügig größeren Innendurchmesser hat, in den in Radialrichtung mit Zwischenraum angeordneten, abgestuften Keilnuten gehalten.

Als Beispiel wird folgendes angegeben:

1. Die untere Pfeilaufnabmevorrichtung 320 kann aus Polycarbonat (z. B. LEXANTM- Material) hergestellt werden, und der Scherring 326 ist etwa 2 mm stark. Nach einem anderen Aspekt wird die untere Pfeilaufrahmevorrichtung 320 aus RitonTM-Kunststoff hergestellt und ist etwa 3,5 mm stark. Im allgemeinen wird der Scherring 326 der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 320 so konstruiert, konfiguriert und angeordnet, daß er zwischen 103 und 117 Bar (1500 und 1700 Pfund/Zoll²) geschert wird.
2. Die Freigabehülse 360 (Fig. 16) (die auf eine obere Pfeilaufnahmevorrichtung wirkt) kann aus RitonTM-Kunststoff hergestellt werden, und der integrierte Scherring kann so konstruiert, konfiguriert und angeordnet sein, daß er zwischen 165 und 180 Bar (2400 bis 2600 Pfund/Zoll²) geschert wird.
3. Das Berstrohr (z. B. die Rohre 278, 316) kann aus etwa 2 mm starkem "PPS" oder Polyphenylensulfid hergestellt werden (RitonTM-Kunststoff ist eine kommerzielle Version von PPS). Es wird nun die Arbeitsweise der Stopfeneinheit 300 beschrieben. Zu Beginn eines Zementiervorgangs landet ein heckbetätigter unterer Pfeil (oder eine Kugel) auf der unteren Pfeilaufiiahmevorrichtung 320, auf dem Pfeil bildet sich Druck auf, und der Scherring 326 der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 320 wird geschert, wodurch sich der untere Stopfen 360 zum Schwimmersenkschuh C bewegen kann. Der untere Stopfen 360 landet auf dem Schwimmersenkschuh C, und es baut sich ein ausreichendes Maß an Druck auf, um das Berstrohr 316 zum Bersten zu bringen, wodurch sich Zement durch den Schwimmersenkschuh C in den ringförmigen Raum bewegen kann. Die untere Pfeilaufrahmevorrichtung 320 ist mit dem Durchflußrohr verklebt und bewegt sich mit dem unteren Stopfen 360 nach unten. Zum erforderlichen Zeitpunkt wird der obere Pfeil freigegeben und landet auf der Freigabehülse 361. Wenn auf den oberen Pfeil Druck ausgeübt wird, wird der Scherring 366 geschert, und die Freigabehülse bewegt sich nach unten in den oberen Stopfen 370, wodurch die Finger 352 des Klemmhülsenmechanismus' 350 freigegeben werden, so daß sich der obere Stopfen 370 nach unten bewegen kann, um den unteren Stopfen 360 zu kontaktieren. Der obere Stopfen 370 nimmt das Durchflußstück 312 auf, das vom unteren Stopfen 360 nach oben verläuft. Auf Wunsch kann zu diesem Zeitpunkt eine obere Rippe des unteren Pfeils geschert werden.
Die relativen Positionen der Teile zu diesem Zeitpunkt werden am deutlichsten in Fig. 20 veranschaulicht. Im einzelnen ruht der untere Stopfen 360 auf einem Schwimmersenkachuh C (nicht gezeigt). Eine hintere Rippe 402 eines unteren Pfeils 400 dichtet gegen die Dichtungsfläche 328 der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 320 ab. Das Berstrohr 316 ist innen am Fenster 318 geborsten, wodurch dieses für den Fluid-Durchfluß geöffnet worden ist. Der obere Stopfen 370 hat sich bewegt, um den unteren Stopfen 360 abdichtend und einer Drehung entgegenwirkend zu kontaktieren. Ein Vorsprung 412 eines oberen Pfeils 410 kontaktiert abdichtend die Dichtungsfläche 368 der Freigabehülse 361, und die Freigabehülse 361 hat sich nach unten in den oberen Stopfen 370 bewegt. Wie gezeigt wird, wird ein durch das Durchflußstück 312 führendes Druckausgleichsloch 404 effektiv durch eine untere Rippe 406 und eine obere Rippe 408 des unteren Pfeils 400 abgedichtet, so daß ein Ausfließen durch das Druckausgleichsloch 404 verhindert wird.
Es wird nun auf Fig. 21 Bezug genommen, eine Stopfeneinheit 500 nach der vorliegenden Erfindung hat eine obere Übergangsuntereinheit 501, die aus Metall, z. B. Stahl, hergestellt wird. Die Untereinheit 501 hat einen Grundkörper 502 mit einer durch diesen führenden Durchfluß-Mittelbohrung 503. Ein Sprengring 504 in einer Aussparung 505 hält einen Dichtungsring 506 fest an einem Teil (einem oberen Scherring) einer oberen Pfeilaufnahmevorrichiung 520.
Der Dichtungsring 506 hat einen Runddichtring 507 in einer Aussparung 508, um die Anschlußfläche zwischen dem Dichtungsring 506 und dem Grundkörper 502 abzudichten, und ein Runddichtring 509 in einer Aussparung 510 dichtet die Anschlußfläche zwischen dem Dichtungsring 502 und der oberen Pfeilaufriahmevon-ichtung 520 ab. Eine Aussparung 511 nimmt einen oberen Scherring 525 der oberen Pfeilaufüahmevorrichtung 520 auf. Eine Vielzahl von Klemmhülsen 512 geht von einem Hauptklemmring 515 vom unteren Ende 516 der Untereinheit 501 aus, die jeweils in einem unteren Klemmhülsenelemente 514 enden. (Der Scherring 525 und jeder hier genannte Scherring kann ein vollständiger, runder Ring sein, oder er kann nur Abschnitte eines solchen Rings aufweisen, z. B. drei Abschnitte zu fünfzig Grad, die durch Leerräume von siebzig Grad getrennt sind. Jeder Scherring kann gerillt oder gezahnt sein, um das Reißen oder Scheren zu erleichtern.)
Zunächst sind die unteren Klemmhülsenelemente 514 in einer Klemmhülsennut 533 eines oberen Stopfenzylinders 530 angeordnet und werden darin durch die Außenfläche der oberen Pfeilaufnahmevorrichtung 520 gehalten. Die obere Pfeilaufliahmevorrichtung 520 hat einen Grundkörper 521 mit einer durch diesen führenden Fluid-Durchflußbohrung 522, die von einem Ende zum anderen reicht. Das obere Ende der oberen Pfeilaufnahmevorrichtung 520 hat einen oberen Scherring 525, der von dieser in die Aussparung 511 des Dichtungsringes 506 vorsteht. Der obere Scherring 525 ruht zunächst auf der Oberseite des Hauptklemmrings 515, wodurch die obere Pfeilaufnahmevorrichtung 520 innerhalb der Untereinheit 501 gehalten wird, wobei das untere Ende 527 in einen oberen Stopfenzylinder 530 hinein vorsteht. Die obere Pfeilaufiiahmevorrichtung 520 hat eine untere Lippe 523, die nach der Aufnahme des Pfeils innerhalb der oberen Pfeilaufnahmevorrichtung 520 auf einem Innenabsatz des oberen Stopfenzylinders 530 ruht. Die obere Pfeilaufnahmevorrichtung 520 hat eine obere Auflagefläche 524, an der ein Teil eines oberen Pfeils ruht und abgedichtet wird.
Der obere Stopfenzylinder 530 hat einen Grundkörper 531 mit einer durch diesen führenden Durchflußbohrung 532. Ein Sicherungsring 534 ruht in einer Aussparung 535. Der Sicherungsring 534 wird freigegeben, wenn sich die obere Pfeilaufnahmevorrichtung 520 im oberen Stopfenzylinder 530 am Sicherungsring 534 vorbei nach unten bewegt. Danach zieht sich der Sicherungsring 534 zusammen, um zu verhindern, daß sich die obere Pfeilaufiiahmevorrichtung 520 innerhalb des oberen Stopfenzylinders 530 wieder nach oben bewegt. Ein Runddichtring 536 in einer Aussparung 537 dichtet die Anschlußfläche zwischen der oberen Pfeilaufnahmevorrichtung 520 und dem oberen Stopfenzylinder 530 ab.
Der obere Stopfenzylinder 530 wird in einer Mittelbohrung 583 eines oberen Stopfens 580 gehalten, z. B. durch jedes geeignete Befestigungselement oder einen Kleber, z. B. einen Epoxidharzkleber. Der obere Stopfenzylinder 530 kann aus jedem geeigneten Metall, keramischen, Zement-, Verbund-, Kunststoff oder Glasfasermaterial hergestellt werden, das gleiche gilt für jede Komponente der Stopfeneinheit 500.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der obere Stopfenzylinder 530 aus einem Verbundkunststoff oder aus Aluminium hergestellt, ein Kern 584 des oberen Stopfens 580 wird aus mit Füllstoff versetztem Urethan oder Phenol-Kunststoffmaterial hergestellt, und ein Epoxidharzkleber hält die beiden zusammen. Nach einem Aspekt wird ein oberer Stopfenzylinder (der z. B. aus Kunststoff, Glasfasermaterial oder Metall hergestellt wird, z. B. aus einem unter PD-Regelung bohrfähigen Material hergestellt wird) während des Stopfenformpreß-Fertigungsvorgangs in einen Stopfenkern formgepreßt (z. B. einen Kern aus mit Füllstoff versetztem Urethan, Urethan oder Phenolmaterial).
Ein Runddichtring 549 in einer Aussparung 548 dichtet die Anschlußfläche zwischen dem oberen Stopfenzylinder 530 und dem oberen Teil einer unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 550 ab. Im unteren Ende 542 des Grundkörpers 531 wird eine Aussparung 539 gebildet.
Die untere Pfeilaufrahmevorrichtung 550 hat einen Grundkörper 551 mit einer durch diesen führenden Fluid-Durchflußbohrung 552. Ein oberer Scherring 553, der mit dem Grundkörper 551 in einem Stück gebildet wird, steht aus dem Grundkörper 551 nach außen vor und ruht anfangs auf dem Absatz 538 des oberen Stopfenzylinders 530. Dabei kann es sich um einen segmentierten Scherring von weniger als 360º in der Ausdehnung handeln, und/oder er kann gerillt, eingeschnitten oder gezahnt sein, um das Brechen zu erleichtern.
Zunächst blockiert eine sekundäre Bersthülse 555 den Fluid-Durchfluß durch eine Öffnung 554. Als Maßnahme zur Ausfallsicherheit können mehr als eine Öffnung vorgesehen werden, wobei sich die schwächste öffnet. Die sekundäre Bersthülse 555 wird durch Reibpassung, durch einen Kleber, durch Wärmearretierung oder Verschmelzung oder durch eine Kombination dieser Möglichkeiten sicher gehalten.
Nach einem Aspekt besteht die sekundäre Bersthülse 555 aus Aluminium von z. B. 0,44 mm (0,0175 Zoll) Stärke, um bei einem hydrostatischen Druck von 70,75 Bar (1026 Pfund/Zoll²) zu bersten. Nach einem Aspekt wird eine solche Hülse unter Einsatz von zwei hohlzylindrischen Aluminiumelementen hergestellt, von denen das eine erhitzt und das andere gekühlt wird, anschließend wird das gekühlte Element in das erhitzte Element eingeführt. Wenn die beiden Elemente Umgebungstemperatur erreichen, sind sie fest miteinander verbunden, da sich das erhitzte Element abkühlt, um auf das gekühlte Element aufzuschrumpfen, und sich das gekühlte Element gegen das abgekühlte, erhitzte Element ausdehnt. Nach einem Aspekt wird die Öffnung durch einen Abschnitt der Hülse bedeckt, an dem sich die beiden Aluminiumteile überlagern. Nach einem anderen Aspekt wird ein einziges, formgepreßtes Teil eingesetzt.
Die untere Pfeilaufiiahmevorrichtung 550 hat eine innere Auflagefläche 556, an der eine Dichtungsfläche eines unteren Pfeils ruht und abgedichtet wird. Der untere Absatz 558 des Grundkörpers 551 ruht auf einem unteren Stopfenzylinder 560. Ausgleichsöffnungen 557 für den hydrostatischen Druck verlaufen durch den Grundkörper 551 und ermöglichen den Fluid-Durchfluß aus dem Inneren der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung in einen Innenraum 588 innerhalb eines Vorsprungs 582 und von dort in den Raum zwischen dem oberen Stopfen 580 und dem unteren Stopfen 590, so daß die beiden in ein Bohrloch eingesetzten Stopfen (eingesetzt unter der Oberfläche, von der das Bohrloch nach unten führt) auf Grund des hydrostatischen Drucks der Fluids auf die beiden Stopfen, der diese gegeneinander schiebt, sich nicht miteinander verklemmen.
Die untere Pfeilaufnahmevorrichtung 550 hat ein unteres Ende 559, das nach unten in den oberen Stopfenzylinder 560 vorsteht, der sich von einer Oberseite des unteren Stopfens 590 bis zu einer Stelle in der Nähe der Unterseite des Stopfens über einem Vorsprung 592 erstreckt. Der untere Stopfen 590 hat einen Grundkörper 591 mit einem Kern 594 und einer Fluid-Durchfluß-Mittelbohrung 593. Der untere Stopfenzylinder 560 hat einen Grundkörper 561 mit einem durchführenden Loch 565 (es kann mit mehr als einem Loch gearbeitet werden) und einem unteren Ende 564.
Ein primäres Berstrohr 570 mit einem Grundkörper 571 umschließt einen Teil des oberen Stopfenzylinders 560 und blockiert zunächst den Fluid-Durchfluß durch das Loch 565. Ein vergrößertes unteres Ende 572 ruht auf einem Innenabsatz 599 des unteren Stopfens 590. Dieses vergrößerte Ende erleichtert die korrekte Anordnung des primären Berstrohres 570 auf dem unteren Stopfenzylinder 560 und behindert das Herausdrücken des Berstmaterials aus dem Inneren des unteren Stopfens 590 zwischen der Außenseite des unteren Stopfenzylinders 560 und der Innenfläche der Fluid-Durchfluß-Mittelbohrung 593.
Bei einer typischen Arbeitsweise der Stopfeneinheit 500 fällt eine Kugel oder ein unterer Pfeil frei nach unten oder wird nach unten gepumpt und wird innerhalb der unteren Pfeilaufüahmevorrichtung 550 aufgenommen, die an der inneren Auflagefläche 556 aufsitzt. Wenn sich Druck aufbaut, wird der obere Scherring 553 (z. B. bei etwa 110 Bar (1600 Pfund/Zoll²)) geschert, wodurch die untere Pfeilaufnahmevorrichtung 550 und der untere Stopfen 590 freigegeben werden. Diese Kombination bewegt sich in dem verrohrten Bohrloch nach unten, um z. B. einen Schwimmersenkschuh zu kontaktieren, der bereits an einer gewünschten Stelle in dem Bohrloch angeordnet worden ist. Der auf der inneren Auflagefläche aufsitzende 556 Pfeil und das intakte primäre Berstrohr 570 verhindern, daß Fluid durch die Fluid-Durchfluß-Mittelbohrung 593 des unteren Stopfens 590 fließt.
Sobald der untere Stopfen 590 in der gewünschten Weise positioniert und aufgelagert worden ist, wird der hydrostatische Druck (z. B. Zement) erhöht, und Fluid fließt in einem Innenraum 595 nach unten, und wenn ein gewünschter Druck erreicht ist, z. B. etwa 48 Bar bis 55 Bar (700 bis etwa 800 Pfund/Zoll²), birst das primäre Berstrohr 570 am Loch 565, wodurch Fluid durch den unteren Stopfen 590 zum Schwimmersenkschuh fließen kann.
Wenn der obere Stopfen 580 ausgestoßen werden soll, wird ein oberer Pfeil in das Gestänge über der oberen Übergangseinheit 501 eingeführt und nach unten gepumpt, so daß der Pfeil auf der oberen Auflagefläche 524 der oberen Pfeilaufnahmevorrichtung 520 aufsitzt. Wenn der hydrostatische Druck dann einen ausreichenden Wert erreicht, z. B. etwa 83 Bar (1200 Pfund/Zoll²), wird der obere Scherring 525 geschert, wodurch die obere Pfeilaufnahmevorrichtung 520 aus der Untereinheit 501 freigegeben wird und die obere Pfeilaufrahmevorrichtung 520 im oberen Stopfenzylinder 530 nach unten schiebt.
Dadurch werden die unteren Klemmhülsenelemente 514 freigegeben, wodurch der obere Stopfenzylinder 530 und der obere Stopfen 580 freigegeben werden. Der obere Pfeil verhindert den Fluid- Durchfluß durch die Mittelbohrung 583 des oberen Stopfens 580, und der hydrostatische Druck bewegt den oberen Stopfen 580 nach unten, um den unteren Stopfen 590 zu kontaktieren. Die Mittelbohrung 583 des oberen Stopfens 580 ist so bemessen und konfiguriert, daß sie die untere Pfeilaufnahmevorrichtung 550 aufnehmen kann. Der Vorsprung 582 des oberen Stopfens 580 kontaktiert den unteren Stopfen 590 und dichtet gegenüber diesem ab.
Wenn aus irgendeinem Grund der obere Stopfen 580 mit dem unteren Stopfen 590 ausgestoßen wird, wird durch das Bersten der sekundären Bersthülse 555 eine Fluid-Durchflußbahn durch den oberen Stopfen 580 hergestellt, die normalerweise nicht möglich wäre, wenn der obere Stopfen 580 auf dem unteren Stopfen 590 aufsitzt. Wenn beispielsweise der untere Pfeil unbeabsichtigt zu schnell nach unten gepumpt wird und eine zu starke Bewegungsenergie hat, wenn er auf den unteren Stopfen 590 aufprallt, kann der Aufprall ausreichend stark sein, um die Klemmhülsenelemente 514 zu brechen, wodurch die beiden Stopfen 580, 590 zusammen ausgestoßen werden. In einer solchen Situation wirkt das sekundäre Berstrohr wie ein Druckspitzen- oder Impulsentlastungssystem, und obwohl die beiden Stopfen zusammen ausgestoßen werden, ist es trotzdem möglich, den Zementiervorgang abzuschließen. Wenn im einzelnen ein unterer Pfeil mit einer hohen Rate, z. B. mit Raten, die 318 l/min (2 Barrel/min) (84 US-Gallonen/min) übersteigen, oder einer Pfeilgeschwindigkeit, die 2 m/s (7 Fuß/s) übersteigt, nach unten gepumpt wird, entstehen ein Druckimpuls oder eine -spitze, die z. B. bis zu 159 Bar (2300 Pfund/Zolh) betragen kann. Ein solcher Impuls kann eine Sekunde, eine halbe Sekunde, eine Fünftel Sekunde oder drei Hundertstel Sekunden oder weniger dauern. In einem Fall wurde ein so hoher Druck über einen Zeitraum von 2/100 s an großen Stopfen für ein Rohr von 31 cm (12,25") Durchmesser registriert. Der Grund für diese Druckimpulse oder -spitzen besteht darin, daß sich der untere Pfeil mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt und der untere Stopfen stationär ist. Die untere Pfeilaufüahmevorrichtung 550 im unteren Stopfen 590 fängt den Pfeil auf, stoppt dessen Bewegung, und der Pumpendruck und die Bewegungsenergie des Fluids hinter dem Pfeil verursachen die Druckspitze oder den -impuls, der die sekundäre Bersthülse 555 zum Bersten bringt. Sobald der Impuls durch die geborstene sekundäre Bersthülse 555 entlastet wird, wird dann der Pumpendruck der gesamten Oberseite des unteren Stopfens 590 zugeführt. Dieser Druck bewirkt, daß sich der untere Stopfen 590 zu bewegen beginnt und sich vom oberen Stopfen 580 durch Abscheren der unteren Stopfenaufnahmevorrichtung 550 vom oberen Stopfen 580 trennt. Der erforderliche Scherdruck aber, im typischen Fall weniger als 13,8 Bar (200 Pfund/Zoll²), ausgeübt auf die gesamte Oberseite des unteren Stopfens 590, ist viel geringer als der Druck, der zum Bersten des primären Berstrohres 570, im typischen Fall 48 bis 55 Bar (700 bis 800 Pfund/Zoll²), gebraucht wird. Jeder Stopfen 580, 590 hat zwei Abstreifer 587 bzw. zwei Rippen 597.
Nach einem Aspekt besteht der untere Stopfenzylinder 560 aus Glasfasermaterial, und die untere Pfeilaufnahmevorrichtung 550 ist aus Kunststoff, Glasfasermaterial oder Aluminium, und die beiden werden miteinander durch einen geeigneten Kleber, z. B. ein Epoxidharz, verbunden. Nach einem Aspekt hat die sekundäre Bersthülse 555 einen Grundkörper aus Kunststoff, Glasfasermaterial oder einem Verbundstoff, wobei ein Abschnitt aus Aluminium hergestellt wird. Dieser Abschnitt ist so bemessen, daß er die Öffnung(en) 554 in der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung 550 überlagert. Nach einem Aspekt wird die obere Pfeilaufnahmevorrichtung 520 aus Aluminium hergestellt, und nach einem Aspekt wird die untere Pfeilaufrahmevorrichtung 550 aus Aluminium hergestellt.
Es wird nun auf Fig. 22 Bezug genommen, eine Stopfeneinheit 700 (wie die Stopfeneinheit 500, wobei gleiche Zahlen gleiche Strukturen bezeichnen) hat eine untere Pfeilaufliahmevorrichtung 550, die keine sekundäre Bersthülse 555, sondern einen Grundkörper 751 mit einem Schwachbereich 752 hat, der in Reaktion auf einen gewünschten Druck des Fluids bricht. Die Schwächung erfolgt durch eine ringförmige Kerbe 753 in der Wand des Grundkörpers 751, es kann jedoch mit jeder bekannten Schwächungsstruktur, wie Rillen, Vertiefungen, Einschnitten usw., gearbeitet werden. Gezeigt werden zwei runde Schwachbereiche. Sobald der Schwachbereich geborsten ist, wird eine Durchflußöffnung für den Fluid- Durchfluß nach unten bereitgestellt, der vorher durch einen unteren Pfeil 755 blockiert war, der den Durchfluß durch den unteren Stopfen 590 abgedichtet hat. Ein Auflageabsatz 760 eines oberen Pfeils 765 dichtet den Durchfluß durch den oberen Stopfen 580 ab.
Für den Fall, daß ein oberer Stopfen mit einem unteren Stopfen ausgestoßen wird, wird Fluid mit einem verhältnismäßig hohen Druck, z. B. 159 Bar (2300 Pfund/Zoll²), in den oberen Stopfen und dann der unteren Pfeilaufnahmevorrichtung zugeführt, der Schwachbereich bricht, und daher ist der Fluid-Durchfluß durch die neu entstandene Öffnung möglich, so kann z. B. das Zementieren fortgesetzt werden, und Zement kann weiter in einen ringförmigen Raum zwischen der Innenwand des Bohrlochs und der Außenwand des Rohres oder Futterrohres fließen, in dem sich die Stopfen befinden.
Die vorliegende Erfindung legt in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung offen, wie sie oben beschrieben worden ist, die aber nicht mit einer integrierten zylindrischen Hülse arbeitet, um den Durchfluß durch ein Loch oder eine Öffnung zu kontrollieren, sondern die mit einem Abschnitt einer Hülse (z. B. eine halbe Hülse oder ein Drittel einer Hülse) arbeitet oder mit einem Flecken oder einem Stück Material arbeitet, die das Loch oder die Öffnung schließen. Ein solcher Flecken oder Stück werden über dem Loch oder der Öffnung befestigt, über dieser mit einem Kleber angeklebt, über dieser bondiert oder verschweißt oder thermisch über dieser verschmolzen (wie das auch bei jeder der oben beschriebenen Hülsen der Fall sein kann).
Es liegt im Rahmen dieser Erfindung, daß jede Stopfeneinheit nach dieser Erfindung (in ihrer Gesamtheit oder im wesentlichen) aus Kunststoff, Glasfasermaterial, Polytetrafluorethylen oder jedem leicht zu bohrenden Metall (Messing, Beryllium, Kupfer, Legierungen auf Kupferbasis, Zink, Legierungen auf Zinkbasis) oder einem nichtmetallischen Material hergestellt werden kann. Es liegt im Rahmen dieser Erfindung, den unteren Stopfen aus jeder hier offengelegten oder beanspruchten Stopfeneinheiten wegzulassen, um ein aus einem Stopfen bestehendes System zu schaffen. Es liegt im Rahmen dieser Erfindung, die obere Untereinheit jeder hier offengelegten oder beanspruchten Stopfeneinheit (und jeden Sicherungsring, wie den Sicherungsring 374, jeden Haltering, wie den Haltering 376, und jedes Klemmhülsenelement) aus einem geeigneten Material (z. B. Kunststoff, Metall, Glasfasermaterial) herzustellen, so daß diese Positionen wiederverwendbar sind, nachdem sie aus dem Bohrloch zurückgezogen worden sind.

Claims

1. Stopfen (360; 370), der mit einer Haltevorrichtung (312, 320; 361) zur lösbaren Befestigung des Stopfens (360; 370) an einer mit einem Absatz (332; 372) versehenen Auflage (370; 340, 350) versehen ist, bei dem die Haltevorrichtung eine Rohrhülse (320; 361) aufweist, an welcher der Stopfen (360; 370) befestigt ist, wobei die Rohrhülse (320; 361) einen äußeren Ring (326; 366) hat, der bei der Anwendung auf dem Absatz (332; 372) ruht und den Stopfen (360; 370) trägt, wobei es sich um eine solche Anordnung handelt, bei welcher der äußere Ring (326; 366) bei Einwirkung einer ausreichenden Kraft auf die Rohrhülse (320; 361) geschert wird und den Stopfen (360; 370) von der Auflage freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ring (326; 366) mit der Rohrhülse (320; 361) in einem Stück ausgeführt wird.

2. Stopfen nach Anspruch 1, bei dem der äußere Ring mit einer Vielzahl von Segmenten ausgeführt wird, die über dem Umfang mit Zwischenraum zueinander angeordnet sind.

3. Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rohrhülse (320; 361) mit einer Dichtungsfläche (328; 368) zur Aufnahme eines Verschlußelements versehen ist.

4. Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Rohrhülse (320) eine Wand (312) hat und ein Teil der Wand (312) mit Mitteln (316) versehen ist, die reißen, wenn sie einem vorher festgelegten Druck ausgesetzt werden, um den Fluid-Durchfluß durch die Wand zu ermöglichen.

5. Stopfen nach Anspruch 4, bei dem die Wand (312) mit wenigstens einem Loch (318) versehen ist und die Mittel eine Hülse (316) aus einem zerbrechlichen Material umfassen, die das Loch (318) bedecken.

6. Stopfen nach Anspruch 5. bei dem der Stopfen (360) einen Kern (304) aufweist, der mit einer abgestuften Bohrung (306, 308, 310) versehen ist, und die Rohrhülse in die abgestufte Bohrung vorsteht und so positioniert ist, daß die Hülse (316) aus zerbrechlichem Material in der abgestuften Bohrung (306, 308, 310), aber mit Zwischenraum zu dieser angeordnet ist.

7. Stopfeneinheit, die einen Stopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Auflage für diesen aufweist.

8. Stopfeneinheit nach Anspruch 7, bei der die Auflage eine Untereinheit (Anschlußstuk) (340) aufweist.

9. Stopfeneinheit nach Anspruch 7, bei der die Auflage einen anderen Stopfen (370) aufweist.

10. Stopfeneinheit nach Anspruch 9, bei welcher der andere Stopfen (370) mit jedem der Ansprüche 1 bis 6 übereinstimmt.

11. Stopfeneinheit nach Anspruch 9, in direkter oder indirekter Abhängigkeit von den Ansprüchen 3 und 4, bei welcher der Stopfen einen unteren Stopfen (590) umfaßt und der andere Stopfen einen oberen Stopfen (580) aufweist, wobei die Rohrhülse mit sekundären Mitteln (555) versehen ist, die bei einem niedrigeren Druck als dem genannten, vorher festgelegten Druck reißen, wobei es sich um eine solche Anordnung handelt, bei der, wenn bei der Anwendung die sekundären Mittel (555) nach dem Verschließen des unteren Stopfens reißen, Fluid unter Druck durch die sekundären Mittel (555) passiert und zwischen dem oberen Stopfen (580) und dem unteren Stopfen (590) wirksam wird, um diese zu trennen.

12. Kombination eines Stopfens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Stopfeneinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die außerdem eine Verschlußausstoßvorrichtung zum Ausstoßen eines Verschlußelements aufweist, wobei die Verschlußausstoßvorrichtung einen Hauptkörper (12), eine Spule (30), die in dem Hauptkörper (12) angeordnet ist, eine Ablenkvorrichtung (24) zum Ablenken des in den Hauptkörper (12) eintretenden Fluids hin zu der Wand (den Wänden) des Hauptkörpers (12) und Mittel (46) einschließt, die bei der Anwendung beweglich sind, um ein Verschlußelement aus der Spule (30) freizugeben.

13. Kombination nach Anspruch 12, bei der die Ablenkvorrichtung (24) ein konisches Element mit einem Unterteil (32) ist, das sich über wenigstens einen größeren Abschnitt der Spule (30) erstreckt.

14. Kombination nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Spule (30) mit Zwischenraum zu dem Hauptkörper (12) angeordnet ist und die Ablenkvorrichtung (24) so angeordnet ist, daß das Fluid in den Raum (26) zwischen dem Hauptkörper (12) und der Spule (30) abgelenkt wird.

15. Kombination nach Anspruch 12, 13 oder 14, einschließlich eines Sensors (45) zum Feststellen der Freigabe eines Verschlußelements aus der Verschlußausstoßvorrichtung.