DE69613394T2

DE69613394T2 - Vorrichtung und verfahren zum expandieren eines rohres im bohrloch

Info

Publication number: DE69613394T2
Application number: DE69613394T
Authority: DE
Inventors: Alasdair Campbell; David Metcalfe; Brian Scott
Original assignee: Weatherford Lamb Inc
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: EP0862681B1; WO1997020130A2; GB9524109D0; US6012523A; AU7634996A; EP0862681A2; WO1997020130A3; DE69613394D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine im Bohrloch befindliche Vorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung für den Einsatz zum Aufweiten einer verlorenen Verrohrung oder eines Rohrstrangs. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Aufweitung eines Rohrstrangs.
WO-A-93/25800 (Shell International Research) beschreibt ein Verfahren zur Fertigstellung eines unverrohrten Teilabschnitts eines Bohrlochs in einer unterirdischen, erdölführenden Formation. Eine verlorene Verrohrung, die mit sich überlagernden Längsschlitzen versehen ist, wird an einer vorher festgelegten Position im Bohrloch befestigt. Ein kegelförmiger Aufweitungsdorn oder -konus wird dann durch die verlorene Verrohrung bewegt und weitet die verlorene Verrohrung auf einen Durchmesser auf, der größer als der Maximaldurchmesser des Konus' ist. Im Idealfall wird die verlorene Verrohrung in einem solchen Maße aufgeweitet, daß sie die Bohrungswandung kontaktiert. Bei einer Anwendung stützt die geschlitzte verlorene Verrohrung die Bohrungswandung, während sie das Fließen von Erdöl aus der Formation in die Bohrung erlaubt. Bei einer anderen Anwendung wird die verlorene Verrohrung in weichen Zement hinein aufgeweitet, und nachdem der Zement abgebunden hat, wird die Bohrung auf den Durchmesser der aufgeweiteten verlorenen Verrohrung ausgebohrt.
Die verlorene Verrohrung kann so in das Bohrloch eingeführt werden, daß der Konus bereits am oberen oder unteren Ende der verlorenen Verrohrung positioniert ist, oder der Konus kann eingeführt werden, nachdem die verlorene Verrohrung bereits im Bohrloch befestigt worden ist. Die letztere Verfahrensweise verlangt die Bereitstellung eines Konus' mit einer kleineren Durchmesserkonfiguration, derartig, daß der Konus durch das Futterrohr der Bohrung geführt und dann auf eine größere Durchmesserkonfiguration aufgeweitet werden kann, bevor er durch die verlorene Verrohrung gezogen oder geschoben wird. WO-A-93/25800 legt eine Form eines aufweitbaren Konus' offen, die offengelegte Einrichtung ergibt jedoch einen aufgeweiteten Konus mit einem nicht durchgehenden Umfang, was zu einer unrunden, aufgeweiteten verlorenen Verrohrung führt. Das verringert den effektiven Durchmesser und den Oberflächenbereich der verlorenen Verrohrung und führt dazu, daß die verlorene Verrohrung an einer Reihe von Stellen um den Umfang der verlorenen Verrohrung einen Zwischenraum zur Bohrungswandung aufweist; alle diese Merkmale der verlorenen Verrohrung tendieren dazu, deren Effektivität in Begriffen der Überwachung und des anschließenden Managements der Formation zu senken.
US-A-3603411, US-A-3437159 und FR-A-2372955 legen verschiedene Formen von aufweitbaren Bohrmeißeln offen, die in einer zurückgezogenen Konfiguration in eine Bohrung eingeführt und dann wieder in die Schneidkonfiguration mit größerem Durchmesser gebracht werden können.
Es gehört zu den Zielen von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, einen Aufweitungsdorn oder -konus bereitzustellen, der eine erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser annehmen kann, um ihn durch eine nicht aufgeweitete verlorene Verrohrung führen zu können, der aber in einer zweiten Konfiguration einen größeren Durchmesser beibehält, um die verlorene Verrohrung auf eine im wesentlichen runde Form aufzuweiten.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine abwärts im Bohrloch befindliche Vorrichtung für den Einsatz beim Aufweiten eines Rohrstrangs bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: einen Körper zur Verbindung mit einem Bohrgestänge und auf dem Körper einen Aufweitungskonus, der so angeordnet werden kann, daß er eine erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser für die Einführung und eine zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser definiert, derartig, daß der Aufweitungskonus durch den Rohrstrang gezogen werden kann, um den Rohrstrang aufzuweiten, wobei der Aufweitungskonus eine Vielzahl von radial beweglichen, konusbildenden Teilen einschließt, um eine Außenfläche desselben zu definieren, und wobei die Teile für die Bewegung zwischen der ersten und zweiten Konfiguration in Axial- und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzbar sind und in der zweiten Konfiguration in Axialrichtung ausrichtbar sind, um einen im wesentlichen durchgängigen Außenumfang zu definieren.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Aufweitung eines Rohrstrangs bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung einer Vorrichtung, die einen Körper zur Verbindung mit einem Bohrgestänge und auf dem Körper einen Aufweitungskonus aufweist, wobei der Aufweitungskonus eine Vielzahl von radial beweglichen, konusbildenden Teilen einschließt, um eine Außenfläche desselben zu definieren,
Anordnung der Teile in einer in Axial- und Umfangsrichtung versetzten ersten Konfiguration, in der die Teile eine erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser annehmen können,
Anbringung der Vorrichtung an einem Bohrgestänge,
Einführung der Vorrichtung in ein Bohrloch und durch einen. Abschnitt eines aufweitbaren Rohrstrangs,
Bewegung der Teile in Radialrichtung nach außen und Ausrichtung der Teile in Axialrichtung, wodurch die Teile eine zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser annehmen, um einen im wesentlichen durchgängigen Außenumfang zu definieren, und dann
Ziehen des Aufweitungskonus' durch den Rohrstrang, um den Rohrstrang aufzuweiten.
Auf diese Weise vermeidet die vorliegende Erfindung die Nachteile der vorhandenen Vorschläge, bei denen der Aufweitungsdorn oder -konus nur aus radial beweglichen Teilen aufgebaut ist; damit die Teile eine Konfiguration mit kleinerem Durchmesser annehmen können, müssen die Teile über den Umfang mit Zwischenraum angeordnet sein, wenn sie die Konfiguration mit größerem Durchmesser aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung entfällt durch die Möglichkeit, die Teile in Axialrichtung gegeneinander zu versetzen, die Notwendigkeit eines solchen Zwischenraums.
Vorzugsweise werden zwei Sätze von aufweitungskonus-bildenden Teilen bereitgestellt, wobei jeder Satz eine Vielzahl von über den Umfang ausgerichteten Teilen mit Zwischenräumen zwischen diesen umfaßt, um die anderen Teile anzugleichen, wenn jeder Satz die zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser angenommen hat. Die Teile können so konfiguriert sein, daß ein Satz von Teilen in Radialrichtung zur zweiten Konfiguration verlaufen kann und die Sätze dann in Axialrichtung ausgerichtet werden, bevor der andere Satz ausgezogen wird.
Die Vorrichtung schließt außerdem vorzugsweise Mittel zur Bewegung der Teile zwischen der ersten und zweiten Konfiguration ein. Die Bewegungsmittel können mechanische Kräfte nutzen, die durch das Bohrgestänge übertragen werden, aber vorzugsweise nutzen sie hydrostatische Druckkräfte, die durch Fluid erzeugt werden, das in oder durch das Bohrgestänge und den Körper gepumpt wird. Folglich definiert der Körper vorzugsweise eine Bohrung, einschließlich einer Verengung, um die Erzeugung einer Druckkraft zu ermöglichen, die dafür genutzt werden kann, eine Kolbenanordnung anzutreiben, die mit den Teilen verbunden ist.
Die Vorrichtung schließt außerdem vorzugsweise Mittel zum Zurückziehen der Teile aus der zweiten Konfiguration in die erste Konfiguration ein. Am günstigsten haben die Rückzugmittel die Form einer Vorspannanordnung, praktischerweise einer Feder. Alternativ dazu können die Rückzugmittel durch hydrostatischen Druck betätigt werden, und in einer solchen Vorrichtung kann der hydrostatische Druck auch dafür genutzt werden, die Mittel zur Bewegung der Teile aus der ersten in die zweite Konfiguration zu betätigen. Bei einer solchen Vorrichtung werden Ventilmittel bereitgestellt, damit eine hydrostatische Druckkraft die Teile in einer Richtung aus der ersten in die zweite Konfiguration und dann in der entgegengesetzten Richtung aus der zweiten in die erste Konfiguration bewegen kann. Die Ventilmittel können beispielsweise durch Anwendung eines Überdrucks zur Bewegung eines Ventilelements aus einer ersten Konfiguration in eine zweite Konfiguration betätigt werden. Derartige Ventilmittel können in Verbindung mit Rückzugmitteln, einschließlich einer Vorspannanordnung, für die Nutzung im Fall eines Ausfalls der Vorspannanordnung bereitgestellt werden.
Die Teile können verschiedene Formen annehmen, einschließlich der folgenden: schwenkbar angebrachte oder flexible Finger, deren freie Enden durch eine Axialbewegung der Finger im Verhältnis zu entsprechenden Nockenflächen ausgezogen werden können, oder in Radialrichtung bewegliche Keile, die durch die Axialbewegung der Keile im Verhältnis zu entsprechenden Nockenflächen ausgezogen werden können. Wenn die Teile die Form von flexiblen Fingern haben, können die Teile in der ersten Konfiguration normalerweise einen größeren Durchmesser definieren, aber nach innen zu einem kleineren Durchmesser ablenkbar sein, in der zweiten Konfiguration werden die Finger so abgestützt, daß sie nicht ablenkbar sind.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden nun in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Hälfte einer im Bohrloch befindlichen Vorrichtung für den Einsatz zum Aufweiten eines geschlitzten Rohrstrangs nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Vorrichtung in einer ersten Konfiguration gezeigt wird,
Fig. 1a und 1b Schnittansichten auf den Linien 1a-1a und 1b-1b von Fig. 1 sind,
Fig. 2 der Fig. 1 entspricht, die Vorrichtung aber in einer zweiten Konfiguration zeigt,
Fig. 2a eine Seitenansicht von Fig. 2 ist,
Fig. 3 der Fig. 2 entspricht, die Vorrichtung aber unter dem Einfluß von hydrostatischem Druck bereit für die Bewegung aus der zweiten Konfiguration in die erste Konfiguration zeigt,
Fig. 4 der Fig. 3 entspricht, die Vorrichtung aber nach der unter dem Einfluß von hydrostatischem Druck erfolgten Rückführung in die erste Konfiguration zeigt,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer im Bohrloch befindlichen Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Vorrichtung in einer ersten Konfiguration gezeigt wird,
Fig. 5a eine Abwicklung eines Abschnitts der Vorrichtung von Fig. 5 ist,
Fig. 6 der Fig. 5 entspricht, die Vorrichtung aber in einer zweiten Konfiguration zeigt,
Fig. 6a eine Abwicklung eines Abschnitts der Vorrichtung von Fig. 6 ist,
Fig. 7 eine Schnittansicht einer im Bohrloch befindlichen Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Vorrichtung in einer ersten Konfiguration gezeigt wird,
Fig. 7a eine Schnittansicht auf der Linie 7a-7a von Fig. 7 ist,
Fig. 7b eine Schnittansicht ist, die einer Ansicht auf der Linie 7b-7b von Fig. 7 entspricht, wenn die Vorrichtung durch eine Verengung geführt wird, wobei die Vorrichtung in einer ersten Konfiguration gezeigt wird,
Fig. 8 der Fig. 7 entspricht, die Vorrichtung aber in einer zweiten Konfiguration zeigt,
Fig. 8a eine Schnittansicht auf der Linie 8a-8a von Fig. 8 ist,
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Hälfte einer Betätigungsanordnung nach einem Aspekt der Erfindung ist, wobei die Anordnung in einer ersten Konfiguration gezeigt wird,
Fig. 10 eine Ansicht ist, die Fig. 9 entspricht und die Betätigungsanordnung in einer Zwischenkonfiguration zeigt, und
Fig. 11 eine Ansicht ist, die Fig. 9 entspricht und die Betätigungsanordnung in einer zweiten Konfiguration zeigt.
Es wird zuerst auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, die eine im Bohrloch befindliche Vorrichtung 10 für den Einsatz bei der Aufweitung eines geschlitzten Rohrstrangs nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorrichtung weist einen rohrförmigen Körper 12 auf, der mit dem unteren Ende eines Bohrgestänges 14 verbunden ist und einen Aufweitungsabschnitt trägt, der erste und zweite Sätze 16, 17 von schwenkbaren, konusbildenden Fingern einschließt. In einer ersten Konfiguration, wie sie in Fig. 1 dargestellt wird, definieren die Finger 16, 17 einen Durchmesser, der kleiner als derjenige des geschlitzten Rohrstrangs 18 ist, zu dessen Aufweitung die Vorrichtung genutzt werden soll, derartig, daß die Vorrichtung 10 durch den Rohrstrang 18 eingeführt werden kann. Wie noch beschrieben wird, können die Finger 16, 17 anschließend in eine zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser (Fig. 2) bewegt werden, derartig , daß die Vorrichtung 10 durch den Rohrstrang 18 nach oben gezogen werden kann, um den Rohrstrang zum Kontakt mit der Bohrungswandung aufzuweiten.
Jeder Satz von Fingern 16, 17 ist auf einem entsprechenden Laufwerk oder Schlitten 20, 21 angebracht, der im Verhältnis zum Körper 12 in Axialrichtung beweglich ist, wobei jeder Schlitten Lastübertragungskeile 22, 23 einschließt, die durch entsprechende Schlitze 24 im Körper 12 verlaufen und mit einem entsprechenden Teil einer Betätigungsanordnung 26 ineinandergreifen, deren weitere Details noch beschreiben werden. Bei diesem Beispiel schließt jeder Satz 16, 17 drei Finger ein, und jeder Satz ist um 60º gegenüber dem anderen versetzt. Fig. 1a und 1b der Zeichnungen veranschaulichen die freien Enden 28, 29 der Finger in der ersten Konfiguration mit kleinem Durchmesser.
Die obere Fläche jedes zweiten Schlittens 21 definiert eine Rampe 30, derartig, daß bei der Bewegung des ersten Satzes von Fingern 16 im Verhältnis zum Schlitten 21 nach unten die freien Enden 28 der Finger sich auf der Rampe 30 nach oben bewegen, um die Konfiguration mit größerem Durchmesser anzunehmen. Eine ähnliche Wirkung wird für den zweiten Satz von Fingern 17 durch eine Rampe 31 erreicht, die durch einen vergrößerten unteren Endabschnitt 32 des Körpers definiert wird.
Das obere Ende des Körpers 12 definiert eine Federkammer 34, die eine Schraubenfeder 36 aufnimmt, die normalerweise die Betätigungsanordnung 26 in eine Position vorspannt, in der sich die Finger 16, 17 in der ersten Konfiguration befinden. Die Betätigungsanordnung 26 schließt eine innere Muffe 38 ein, deren oberes Ende einen Bund 40 trägt, der in die Federkammer 34 hineinreicht, und der auf seiner Innenfläche eine Muffe 42 trägt, die eine Verengung 44 definiert. Das untere Ende der inneren Muffe 38 ist über die Lastübertragungskeile 22 mit dem Schlitten 20 verbunden und stellt auch die Befestigung für Federfinger 46 bereit, die eine Muffe 48 schützen, die durch die Keile 23 mit dem zweiten Schlitten 21 verbunden ist.
Um die Finger 16, 17 aus der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration zu bewegen, wird von der Erdoberfläche aus eine Kugel 50 durch das Bohrgestänge 14 nach unten gepumpt und kommt mit der Verengung 44 zum Eingriff, wodurch das untere Ende des Bohrgestänges wirksam abgedichtet wird. Dadurch, daß die Kugel 50 nach unten gepumpt wird, in diesem Beispiel mit einem Druck von 77,3 kg/cm² (1110 Pfund/Quadratzoll), wird eine Druckkraft erzeugt, welche die Betätigungsanordnung 26 nach unten treibt. Wenn die Betätigungsanordnung sich zu bewegen beginnt, wird der erste Schlitten 20 auf dem Körper 12 nach unten bewegt, während der zweite Schlitten 21 nicht unmittelbar folgt. Folglich bewegt sich der erste Satz von Fingern 16 nach oben auf den Schlitten 21, um die zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser anzunehmen. Die fortgesetzte Bewegung der Betätigungsanordnung 26 bringt das untere Ende des ersten Schlittens 20 mit dem oberen Ende des zweiten Schlittens 21 in Kontakt und schiebt folglich den zweiten Schlitten 21 nach unten, derartig, daß sich der zweite Satz von Fingern 17 nach oben auf den Endabschnitt 32 des Körpers bewegt. Wie aus Fig. 1a, 1b und 2a hervorgeht, sind die Ränder der Sätze von Fingern 16, 17 so konfiguriert, daß der zweite Satz von Fingern 17 zwischen dem vorher aufgeweiteten ersten Satz von Fingern 16 in Radialrichtung nach außen aufgeweitet werden kann.
Wenn sich die Finger 16, 17 in der zweiten Konfiguration mit größerem Durchmesser befinden, wird die Vorrichtung 10 auf dem Bohrgestänge durch den Rohrstrang 18 angehoben, wodurch der Rohrstrang 18 zum Aufweiten mit der Bohrungswand in Kontakt gedrückt wird. Wie aus Fig. 2a ersichtlich ist, haben die freien Enden der Finger eine solche Konfiguration, daß die aufgeweiteten Finger einen im wesentlichen durchgängigen Umfang definieren, derartig, daß der aufgeweitete Rohrstrang eine runde Form hat.
Bei Normalbetrieb erlaubt es das Ablassen des Drucks über der Kugel 50 im Anschluß an die Aufweitung des Rohrstrangs 18, daß die Feder 36 die Betätigungsanordnung 26 anhebt, um die Finger 16, 17 in die erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser zurückzuziehen, so daß die Vorrichtung 10 aus dem Bohrloch herausgeführt werden kann. Wenn jedoch die Feder 36 versagen sollte oder ein Teil der Vorrichtung 10 beschädigt oder eingeklemmt worden sein sollte, so daß die Feder 36 keine ausreichende Kraft erzeugt, um die Finger 16, 17 in die erste Konfiguration zurückzuführen, kann hydrostatischer Druck eingesetzt werden, um die Finger anzuheben, wie nun beschrieben wird. Wie oben ausgeführt worden ist, wird die Verengung 44, die mit der Kugel 50 zum Eingriff kommt, durch eine Muffe 42 definiert, die auf der inneren Muffe 38 angebracht ist. Die Muffe 42 wird durch Scherbolzen 52 in Position gehalten, derartig, daß durch die Anwendung eines Überdrucks, in diesem Beispiel von etwa 280 kg/cm² (4000 Pfund/Quadratzoll), die Bolzen 52 abgeschert werden, so daß sich die Kugel 50 und die Muffe 42 nach unten bewegen können, um an einen Absatz 54 auf der Innenfläche der Muffe 38 anzustoßen, wie das in Fig. 3 gezeigt wird. Durch diese Bewegung wird eine Scherbolzenöffnung 56 auf der Muffe 42 mit einer Scherbolzenöffnung 58 in der Muffe 38 zur Ausrichtung gebracht. Folglich kann der hydrostatische Druck vom Bohrgestänge und der Bohrung der Vorrichtung nun in die Federkammer 34, unter dem Bund 40, eingebracht werden. Dadurch werden der Bund 40 und der Rest der Betätigungsanordnung 26 nach oben getrieben, derartig, daß die Finger 16, 17 in die erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser zurückgeführt werden. Um der Verschiebung des Fluids vom Abschnitt der Federkammer 34 nach oberhalb des Bundes 40 Rechnung zu tragen, wird eine Berstscheibe 60 zum Reißen gebracht, damit das Fluid aus der Kammer 34 in den Ringraum des Bohrlochs fließen kann.
Es wird nun auf Fig. 5 und 6 der Zeichnungen Bezug genommen die eine abwärts im Bohrloch befindliche Vorrichtung 70 für den Einsatz zur Aufweitung eines geschlitzten Rohrstrangs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Es ist zu beachten, daß sich bei diesen Zeichnungen das "obere" Ende der Vorrichtung 70 auf der linken Seite der Zeichnungen befindet. Die Vorrichtung 70 weist einen rohrförmigen Körper 72 für die Verbindung mit dem unteren Ende eines Bohrgestänges (nicht gezeigt) auf und definiert zwei Sätze von Fenstern 74, 75, die entsprechende Sätze von Keilen 76, 77 aufnehmen. Innerhalb des Körpers 72 ist eine in Axialrichtung bewegliche Muffe 78 angebracht und wird durch eine Schraubenfeder 80, die zwischen der Muffe 78 und dem Körper 72 wirksam ist, zu einer ersten Position hin vorgespannt. Die Muffe 78 definiert eine ringförmige Oberfläche 82, und wenn sich die Muffe in der ersten Position befindet, trägt die Oberfläche 82 die Keile 76, 77 in einer ersten Konfiguration mit kleinerem Durchmesser, in der die Vorrichtung 70 durch einen Abschnitt eines geschlitzten Rohrstrangs 84 geführt werden kann. Die Muffe 78 definiert auch eine zweite Oberfläche 86, auf der die Keile 76, 77 in einer zweiten Konfiguration mit größerem Durchmesser getragen werden können, wie das in Fig. 6 der Zeichnungen gezeigt wird.
Das untere Ende des Körpers 72 schließt einen Bund 88 ein, der eine Bohrungsverengung definiert, welche die Abwärtsbewegung einer Kugel 90 einschränkt, die sich innerhalb der Bohrung befindet. Folglich kann der Ball 90 bei der Einführung gegenüber dem Bund 88 angehoben werden, um das Fließen von Fördermedium in die Vorrichtung 70 und das Bohrgestänge zu erlauben. Beim Pumpen durch das Bohrgestänge und die Vorrichtung 70 nach unten aber wird die Kugel 90 gegen den Bund 88 geschoben, um die Bohrung abzudichten, so daß der Druck innerhalb der Bohrung ansteigt. Die Muffe 78 ist so konfiguriert, daß eine positive Druckdifferenz zwischen der Bohrung im Körper und dem Ringraum des Bohrlochs dazu tendiert, die Muffe 78 nach oben zu treiben und damit die Keile 76, 77 aus der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration zu treiben, wie noch beschrieben wird.
Jeder Satz von Keilen besteht aus drei Keilen, und jeder Satz ist über den Umfang um 60º gegenüber dem anderen versetzt. In der ersten Konfiguration sind die Keile 76, 77 außerdem in Axialrichtung versetzt, wie das aus Fig. 5 ersichtlich ist. Demzufolge sind auch die Fenster 74, 75 in Umfangs- und Axialrichtung gegeneinander versetzt, wie das aus Fig. 5a der Zeichnungen ersichtlich ist.
Durch die Aufwärtsbewegung der Muffe 88 im Verhältnis zum Körper 72 wird der erste Satz von Keilen 76 radial nach außen angehoben, wenn ein Rampenabschnitt 92 zwischen den Oberflächen 82, 86 mit der unteren Innenfläche der Keile 76 zum Eingriff kommt. Anfangs wird die Axialbewegung der Keile 76 durch die oberen Wände 94 der Fenster verhindert. In dem Maße aber, wie die Keile 76 nach außen bewegt werden, wird jede Fensterwand 94 zur Ausrichtung mit einem Längsschlitz 96 in dem entsprechenden Keil gebracht, wodurch die Keile 76 in eine Längsausrichtung mit den zweiten Keilen 77 auf der Rampe 98 am unteren Ende der zweiten Oberfläche 86 bewegt werden können, die mit der unteren Innenfläche der Keile 76 im Eingriff ist. Der zweite Satz von Keilen 77 wird dadurch nach außen bewegt, daß die Rampe 92 mit der unteren Innenfläche der Keile 77 in Kontakt kommt. Folglich sind am Ende des Taktes der Muffe 78 die Keile 76, 77 in Axial- und Umfangsrichtung ausgerichtet, wie das in Fig. 6a gezeigt wird, um einen größeren zweiten Durchmesser zu definieren, der fertig ist, um durch den Rohrstrang gezogen zu werden.
Durch Ablassen des Drucks aus der Bohrung werden die Keile 76, 77 in die zweite Konfiguration mit kleinerem Durchmesser zurückgeführt, derartig, daß die Feder 80 die Muffe 78 in deren Ausgangsposition zurückführt. Der Versuch eines Zurückziehens durch die Verengung, nachdem der Druck abgelassen worden ist, führt zu einem Zusammenfallen der Keile nach innen, falls die Feder versagen sollte.
Es wird nun auf Fig. 7 und 8 der Zeichnungen Bezug genommen, die eine im Bohrloch befindliche Vorrichtung 150 für den Einsatz zur Aufweitung eines Rohrstrangs nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Die Vorrichtung 150 schließt einen rohrförmigen Körper 152 für die Verbindung mit einem Bohrgestänge 154 ein. Am unteren Ende des Körpers 152 ist eine Federfinger-Montagebaugruppe 156 angebracht, von der drei Federfinger 158 mit vergrößerten freien Enden 160 in Axialrichtung nach unten verlaufen. Die Baugruppe 156 definiert auch eine Außenfläche einer Feder-Kolben-Kammer 162, wobei die Innenfläche der Kammer 152 durch eine Kolben-Nocken- Baugruppe 164 definiert wird, die in Axialrichtung im Verhältnis zur Federfinger-Montagebaugruppe 156 beweglich ist. Die Baugruppe 164 schließt eine Muffe 166 ein, die einen Kolben 168 trägt, der in die Kammer 162 hineinreicht, wobei an der oberen Fläche der Kolbens 168 eine Feder 170 anliegt und dazu tendiert, die Baugruppe 164 im Verhältnis zur Baugruppe 156 nach unten zu bewegen. Durch die Muffe 166 verlaufen Fluid-Öffnungen 172, um die Fluid-Verbindung zwischen einer Bohrung 174 der Vorrichtung und der Kammer 162 auf der der Seite der Feder 170 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 168 herzustellen.
Die Baugruppe 164 definiert auch einen Nockenabschnitt 176, der, wenn sich die Vorrichtung 150 in einer ersten Konfiguration befindet, nach unten einen Zwischenraum zu den freien Enden 160 der Finger aufweist, derartig, daß die Enden 160 nach innen gebogen werden können, wenn die Vorrichtung 150 in ein Bohrloch eingeführt wird (siehe Fig. 7b).
Der untere Abschnitt der Vorrichtung 150 ist ein Spiegelbild des oberen Abschnitts, obwohl der untere Satz von Federfingern 178 um 60º gegenüber den oberen Fingern 158 versetzt ist. Außerdem definiert ein unterer Körperabschnitt 180, der am unteren Ende der Kolben-Nocken-Baugruppe 164 angebracht ist, eine Verengung 184 in der Bohrung 174.
Für die Einführung tendieren die Federn 170 dazu, in Axialrichtung der Vorrichtung 150 zu verlaufen, derartig, daß die freien Enden 160 der Federfinger einen Zwischenraum zum Nockenabschnitt 176 aufweisen, wodurch die Finger nach innen abgelenkt werden können, während die Vorrichtung 150 eingeführt und durch die Verengungen des Bohrlochs geführt wird, wie beispielsweise den Abschnitt des geschlitzten Rohrstrangs 186, der aufgeweitet werden soll. Nachdem der Rohrstrang 186 passiert worden ist, wird durch das Bohrgestänge und die Bohrung 174 der Vorrichtung sowie die Verengung 184 Fluid gepumpt, um an der Muffe 166 eine Druckdifferenz zu erzeugen. Das führt dazu, daß die Kolben 168 in den Feder-Kolben-Kammern 162 bewegt werden, um die Federn 170 zusammenzudrücken und die freien Enden 160 der Federfinger auf den Nockenabschnitt 176 zu bewegen (Fig. 8). Wenn sich die Finger in dieser zweiten Konfiguration befinden, kann die Vorrichtung 150 durch den Ruhrstrang 186 hindurch angehoben werden, um den Rohrstrang aufzuweiten, wie das in Fig. 8 veranschaulicht wird.
Sobald der Rohrstrang 186 aufgeweitet worden ist, wird der Druck aus der Bohrung 174 abgelassen, so daß die Federn 170 die Finger 158 in die erste Konfiguration zurückführen.
Es wird nun auf Fig. 9, 10 und 11 der Zeichnungen Bezug genommen, die Details einer Betätigungsanordnung 190 veranschaulichen, die für den Einsatz mit der oben beschriebenen Vorrichtung geeignet ist. Insbesondere ist die Betätigungsanordnung 190 vor allem für den Einsatz bei einer modifizierten Form der Vorrichtung 10 vorgesehen.
Die Anordnung ist innerhalb eines rohrförmigen Körper 192 angeordnet und schließt einen ringförmigen Betätigungskolben 194 ein, der eine Reihe von Teilen 194a bis d einschließt, die mit einer Betätigungsstange 196 verbunden sind, welche die Bewegung des Kolbens auf Laufwerke (nicht gezeigt) überträgt, auf denen die konusbildenden Finger angebracht sind. Innerhalb des Betätigungskolbens 194 ist ein Ventilkolben 198 angebracht und steuert die Bewegung des Betätigungskolbens 194 und damit die Bildung des Aufweitungskonus', wie noch beschrieben wird. Der Ventilkolben 198 weist eine Kolbenumkehrmuffe 200 und eine Druckhaltemuffe 202 auf, wobei die Muffen 200, 202 durch einen Scherbolzen 204 verbunden sind. Die Druckhaltemuffe 202 ist mit dem Teil 194b des Betätigungskolbens durch einen weiteren Scherbolzen 206 verbunden, und zwischen der Muffe 202 und dem Teil 194 wird eine Sperrklinke 208 bereitgestellt, deren Zweck noch beschrieben wird.
Zwischen dem Kolben 194 und dem Körper. 192 werden an zwei Stellen 210, 211 Dichtungen bereitgestellt. Wenn sich der Ventilkolben 198 in einer ersten Konfiguration befindet, wie das in Fig. 1 gezeigt wird, wirkt Druck von der Erdoberfläche (von der linken Seite in den Figuren) nach unten und erzeugt einen Differenzdruck, der über dem Bereich zwischen den Dichtungen 210, 211 wirksam ist, um den Kolben 194 nach unten zu bewegen, um den Aufweitungskonus zu bilden. Der hydrostatische Druck wird in den Kolben 194 von der Bohrung des Körpers über Öffnungen 212, 213, 214 in der Kolbenumkehrmuffe 200, der Druckhaltemuffe 202 bzw. dem Teil 194c des Betätigungskolbens eingebracht.
Sobald der Konus gebildet worden ist, wird durch einen ersten Überdruck, von beispielsweise 10 · 10&sup6; Pa (1500 Pounds/Quadratzoll), der Bolzen 206 abgeschert und die Bewegung des Ventilkolbens 198 im Verhältnis zum Betätigungskolben 194 in eine Zwischenposition (Fig. 10) bewirkt, in der die Öffnung 214 durch die Druckhaltemuffe 202 geschlossen ist. Wenn dann die Pumpe an der Erdoberfläche, die den Betätigungsdruck bereitstellt, abgeschaltet wird, verbleibt der Kolben 194 in dieser Abwärtsposition, und der Konus bleibt in seiner Form erhalten, da die Muffe 202 durch die Sperrklinke 208 in dieser Zwischenposition gehalten wird und das Druck-Fluid hinter dem Kolben 194 einschließt.
Um den Kolben zurückzuziehen und um die konusbildenden Finger zurückzuziehen, damit die Vorrichtung aus dem Bohrloch herausgeführt werden kann, wird ein weiterer Überdruck von beispielsweise 33 · 10&sup6; Pa (5000 Pfund/Quadratzoll) ausgeübt, der den Bolzen 204 abschert, was die Trennung der Muffen 200, 202 und das Öffnen einer anderen Öffnung 216 im Teil 194c des Betätigungskolbens erlaubt. Dadurch kann das unter hohem Druck stehende Bohr-Fluid auf den entgegengesetzten Bereich oder die Unterseite des Kolbens 194 wirken und den Kolben nach oben schieben. Das zwischen den Dichtungen 210, 211 eingeschlossene Fluid tritt in den Ringraum des Bohrlochs über eine auf 33 · 10&sup6; Pa (5000 Pfund/Quadratzoll) ausgelegte Berstscheibe 218 aus, die eine Öffnung 220 von geringer Fläche definiert, um die kontrollierte Bewegung des Kolbens 194 zu ermöglichen.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele rein exemplarisch für die vorliegende Erfindung sind und daß verschiedene Modifikationen und Verbesserungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, beispielsweise kann die Anzahl des konusbildenden Finger variiert werden. Die obigen Ausführungsbeispiele werden als an einem Bohrrohr angebracht beschrieben, obwohl die Vorrichtung natürlich an jedem geeigneten Trageelement oder Strang, einschließlich eines Schlangenrohrstrangs, angebracht werden kann. Es ist auch klar, daß die Verwendung solcher Begriffe wie "oberer", "unterer" und ähnlicher nur dazu dient, das Verständnis zu erleichtern, und daß die Vorrichtung natürlich auch in waagerechten und schrägen Bohrlöchern und in unterschiedlichen Orientierungen eingesetzt werden kann. Außerdem ist es klar, daß die Vorrichtung der Erfindung, obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele für den Einsatz bei einem geschlitzten Rohrstrang beschrieben werden, auch eingesetzt werden kann, um andere Formen und Konfigurationen von Rohrsträngen, einschließlich von Sandsieben, aufzuweiten. Außerdem kann die Betätigungsvorrichtung 190, obwohl sie unter Bezugnahme auf eine rohrstrang-aufweitende Vorrichtung beschrieben worden ist, in jeder geeigneten, durch Fluid betätigten, in einem Bohrloch befindlichen Vorrichtung eingesetzt werden kann.

Claims

1. Abwärts im Bohrloch befindliche Vorrichtung (10) für den Einsatz beim Aufweiten eines Rohrstrangs (18), wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: einen Körper (12) zur Verbindung mit einem Bohrgestänge (14) und auf dem Körper (12) einen Aufweitungskonus, der so angeordnet werden kann, daß er eine erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser für die Einführung und eine zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser definiert, derartig, daß der Aufweitungskonus durch den Rohrstrang (18) gezogen werden kann, um den Rohrstrang aufzuweiten, wobei der Aufweitungskonus eine Vielzahl von radial beweglichen, konusbildenden Teilen (16, 17) einschließt, um eine Außenfläche desselben zu definieren, und wobei die Teile für die Bewegung zwischen der ersten und zweiten Konfiguration in Axial- und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzbar sind und in der zweiten Konfiguration in Axialrichtung ausrichtbar sind, um einen im wesentlichen durchgängigen Außenumfang zu definieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens zwei Sätze von aufweitungskonusbildenden Teilen (16, 17) bereitgestellt werden, wobei jeder Satz eine Vielzahl von über den Umfang ausgerichteten Teilen mit Zwischenräumen zwischen diesen aufweist, um die anderen Teile anzugleichen, wenn sich jeder Satz in der zweiten Konfiguration mit größerem Durchmesser befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Teile (16, 17) so konfiguriert werden können, daß sie das Ausziehen eines Satzes von Teilen in Radialrichtung erlauben und beide Sätze dann in Axialrichtung ausgerichtet werden können, bevor der andere Satz ausgezogen wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Mittel (26) zur Bewegung der Teile (16, 17) zwischen der ersten und zweiten Konfiguration aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Bewegungsmittel mechanisch betätigt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Bewegungsmittel (26) durch hydrostatischen Druck betätigt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Körper eine Bohrung einschließlich einer Verengung definiert und eine Kolbenanordung (194) bereitgestellt und mit den Teilen verbunden wird, wodurch eine Druckdifferenz erzeugt werden kann, um einen Kolben (194) anzutreiben und die Teile aus der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration zu bewegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kolbenanordnung eine Kolbenkammer und Mittel zum Abdichten der Kammer (210, 211) einschließt, um das Druck-Fluid darin zu halten und die Teile in der zweiten Konfiguration zu arretieren.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Mittel zum Zurückziehen der Teile aus der zweiten Konfiguration in die erste Konfiguration umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Rückzugmittel eine Vorspannanordnung (36) einschließen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Rückzugmittel durch hydrostatischen Druck betätigt werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die außerdem durch hydrostatischen Druck betätigte Mittel (194) zur Bewegung der Teile aus der ersten in die zweite Konfiguration und Ventilmittel (202, 204, 216) aufweist, um die Fluid-Verbindung mit den Bewegungsmitteln für die Bewegung der Teile in einer Richtung aus der ersten in die zweite Konfiguration herzustellen, und dann die Fluid-Verbindung mit den Rückzugmitteln für die Bewegung der Teile in der entgegengesetzten Richtung aus der zweiten in die erste Konfiguration herzustellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Ventilmittel ein Element. (202) sind, das den Zugang zu einem Betätigungskolben (194) steuert und in einer ersten Konfiguration die Fluid-Verbindung mit einer Seite des Kolbens zuläßt, um die Teile in einer Richtung zu bewegen, und in einer zweiten Konfiguration die Fluid-Verbindung mit der anderen Seite des Kolbens (194) zuläßt, um die Teile in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Ventilelement (202) in Reaktion auf angelegten hydrostatischen Druck beweglich ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der sich der Betätigungskolben (194) in einer Kolbenkammer befindet und das Ventilelement (202) zwischen der ersten und zweiten Konfiguration in eine Zwischenkonfiguration bewegt werden kann, um die Kammer abzudichten und das Druck-Fluid darin zu halten, um die Teile in der zweiten Konfiguration zu arretieren.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Teile flexible Finger (158, 178) sind, die in Axialrichtung ablenkbare freien Enden (160) haben, und Mittel (176) bereitgestellt werden, um die freien Enden (160) in der zweiten Konfiguration abzustützen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Teile schwenkbar angebrachte Finger (16, 17) sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Teile in Radialrichtung bewegliche Keile (76, 77) sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, die außerdem Nockenflächen (176; 86) zum Ausziehen der Teile (16, 17; 76, 77) nach der Axialbewegung der Teile im Verhältnis zu den Nockenflächen einschließt.

20. Verfahren zum Aufweiten eines Rohrstrangs (18), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellung einer Vorrichtung (10), die einen Körper (12) zur Verbindung mit einem Bohrgestänge und auf dem Körper einen Aufweitungskonus aufweist, wobei der Aufweitungskonus eine Vielzahl von radial beweglichen, konusbildenden Teilen (16, 17) einschließt, um eine Außenfläche desselben zu definieren,

Anordnung der Teile (16, 17) in einer in Axial- und Umfangsrichtung versetzten ersten Konfiguration, in der die Teile eine erste Konfiguration mit kleinerem Durchmesser annehmen können,

Anbringung der Vorrichtung (10) an einem Bohrgestänge,

Einführung der Vorrichtung (10) in ein Bohrloch und durch einen Abschnitt eines aufweitbaren Rohrstrangs (18),

Bewegung der Teile in Radialrichtung nach außen und Ausrichtung der Teile (16, 17) in Axialrichtung, wodurch die Teile eine zweite Konfiguration mit größerem Durchmesser annehmen, um einen im wesentlichen durchgängigen Außenumfang zu definieren, und dann

Ziehen des Aufweitungskonus' durch den Rohrstrang (18), um den Rohrstrang aufzuweiten.