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Diese Endung betrifft eine Vorrichtung
zum Einfahren wenigstens eines Stopfens in einen Rohrabschnitt in
einem Bohrloch, zum Beispiel eine verlorene Verrohrung in einer
Erdöl-
oder Erdgasbohrung. Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel von
WO 94/27026A bekannt. Wischerstopfen werden allgemein, aber nicht
ausschließlich,
in Verbindung mit der Zementierung solcher verlorenen Venohrungen
verwendet.
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Bei der Zementierung von Futterrohr
und verlorenen Verrohrungen in einem Bohrloch wird der Ringraum
zwischen dem Futterrohr/der verlorenen Verrohrung und dem Bohrloch
mit einer vorher festgelegten Menge einer Zementmischung gefüllt, die nach
dem Aushärten
das Futterrohr/die verlorene Verrohrung am Platz im Bohrloch hält.
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Die Zementmischung wird am oberen
Ende des Futterrohrs oder der verlorenen Verrohrung eingepumpt,
hinab zum unteren Ende davon und hinaus in den Ringraum an der Außenseite
des Futterrohrs/der verlorenen Verrohrung und denselben hinauf.
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Bevor die Zementmischung in das Futterrohr/die
verlorene Verrohrung gepumpt wird, ist es üblich, wenngleich nicht wesentlich,
daß oben
an dem Futterrohr/der verlorenen Verrohrung ein erster Stopfen eingeführt wird,
der in einer engen Abdichtbeziehung gegen das Futterrohr/die verlorene
Verrohrung gleitet. Wenn eine vorher festgelegte Menge der Zementmischung
in das Futterrohr/die verlorene Verrohrung eingebracht worden ist,
wird ein zweiter Stopfen eingeführt,
um die Zementmischung von einem Fördermedium zu trennen, das
danach unter Druck zugeführt
wird, um die Zementmischung in das Futterrohr/die verlorene Verrohrung
zu drücken.
Der erste Stopfen ist dafür
geeignet, geöffnet
zu werden, damit die Zementmischung durch denselben fließen kann,
wenn der Stopfen am unteren Ende des Futterrohrs/der verlorenen
Verrohrung anschlägt.
Danach fließt
die Zementmischung durch den ersten Stopfen, kommt in Kontakt mit
Flüssigkeit,
die sich im Ringraum befindet, und verdrängt dieselbe, und hinter dem
zweiten Stopfen wirkt der Druck von der Flüssigkeit, die von der Oberfläche zugeführt wird,
und drückt
auf denselben, bis er auf dem ersten Stopfen anschlägt.
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Manchmal ist es ungünstig, einen
direkten Kontakt zwischen der Zementmischung und der Flüssigkeit
im Bohrloch und im Ringraum zu haben, da unerwünschte chemische Reaktionen
stattfinden können.
In diesem Fall wird eine geeignete Flüssigkeit vor der Zementmischung
eingepumpt. Dies wird durch Einführen
eines ersten Stopfens, einer Trennflüssigkeit, eines zweiten Stopfens,
der Zementmischung und schließlich
eines dritten Stopfens in das Futterrohr/die verlorene Verrohrung
getan. Daher kommt die Zementmischung wesentlich nur mit der Trennflüssigkeit
in Kontakt. Es kann außerdem
vorteilhaft sein, sowohl vor als auch nach der Zementmischung eine
Zahl besonderer Flüssigkeiten
durch das Futterrohr/die verlorene Verrohrung zu pumpen, wodurch
eine Zahl weiterer Stopfen notwendig wird.
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Allgemein werden bei der Zementierung
von verlorenen Verrohrungen Stopfen mit einer Mittelöffnung,
so daß die
Flüssigkeit
durch dieselbe fließen kann,
verwendet, die oben auf der verlorenen Verrohrung angeordnet werden.
Wenn der Stopfen eingefahren werden soll, wird ein Abdichtelement,
wie beispielsweise ein Pfeil, in den Flüssigkeitsstrom von der Oberfläche eingeführt. Das
Abdichtelement kommt auf dem Stopfen an und dichtet die Mittelöffnung ab,
und danach treibt der Wasserdruck den abgedichteten Stopfen die
verlorene Verrohrung hinab.
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Es ist bekannt geworden, daß die oben
beschriebene Konstruktion bei der Verwendung dadurch versagt hat,
daß entweder
wenigstens zwei Stopfen gleichzeitig eingefahren wurden, oder daß es nicht
gelang, überhaupt
Stopfen einzufahren.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird
eine Vorrichtung zum Einfahren wenigstens eines Stopfens in einen
Rohrabschnitt in einem Bohrloch bereitgestellt; wobei die Vorrichtung
einen hohlen oberen Abschnitt und einen hohlen unteren Abschnitt
umfaßt,
wobei der hohle obere Abschnitt wenigstens eine erste und eine zweite
obere Öffnung,
die mit Zwischenraum in Längsrichtung
in demselben angeordnet werden, wobei die zweite obere Öffnung oberhalb
der ersten oberen Öffnung
angeordnet wird, einen Anschlagsitz zwischen dem hohlen oberen Abschnitt
und dem hohlen unteren Abschnitt und ein fluidverschiebbares Element
umfaßt,
das unterhalb der zweiten oberen Öffnung aufgenommen wird, wobei der
hohle untere Abschnitt dafür
geeignet ist, wenigstens einen Stopfen aufzunehmen, und wenigstens eine
erste untere Öffnung
oberhalb desselben und einen Anschlagbund für das fluidverschiebbare Element
umfaßt,
wobei die Anordnung derart ist, daß bei der Verwendung, wenn
die Vorrichtung oben auf einer verlorenen Verrohrung angebracht
und in ein Bohrloch gesenkt wird und ein Pfeil auf dem Anschlagsitz
anschlägt,
wobei er die erste obere Öffnung
blockiert, durch die zweite obere Öffnung ein Fluiddruckgefälle um das
fluidverschiebbare Element erzeugt werden kann, welches das fluidverschiebbare
Element zum Anschlagbund verschiebt, wodurch ermöglicht wird, daß durch
die erste untere Öffnung ein
Fluiddruckgefälle
um den Stopfen den Stopfen einfährt.
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Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung außerdem eine
dritte obere Öffnung
im hohlen oberen Abschnitt oberhalb der zweiten oberen Öffnung und
ein zweites fluidverschiebbares Element, das unterhalb der dritten Öffnung aufgenommen
wird, wobei der hohle untere Abschnitt dafür geeignet ist, einen zweiten
Stopfen aufzunehmen, und eine zweite untere Öffnung oberhalb desselben umfaßt, so daß bei der Verwendung,
wenn ein zweiter Pfeil auf dem ersten Pfeil anschlägt, wobei
er die zweite obere Öffnung blockiert,
das Erzeugen eines Fluiddruckgefälles
um das zweite fluidverschiebbare Element durch die zweite obere Öffnung ermöglicht,
welches das zweite fluidverschiebbare Element zum ersten fluidverschiebbaren
Element verschiebt, das die erste untere Öffnung blockiert, wodurch ermöglicht wird,
daß durch
die zweite untere Öffnung
ein Fluiddruckgefälle um
den zweiten Stopfen den zweiten Stopfen einfährt.
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Vorteilhafterweise ist das fluidverschiebbare Element
eine Manschette, die bei der Verwendung den Ringspalt zwischen der
Vorrichtung und dem Rohrabschnitt wesentlich blockiert.
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Wenn die Manschetten in die untere
Position kommen, erzeugen sie die erforderliche Wirkung dadurch,
daß sie
die Flüssigkeitszufuhr
zur Unterseite des Stopfens schließen, der von der Vorrichtung
in die verlorene Verrohrung abgelassen werden soll. Der Druck auf
die Oberseite des Stopfens verschiebt den Stopfen danach in der
Vorrichtung nach unten. Die erste Manschette schließt den Auslaß des Ringraums
an der Sohle, wobei die zweite Manschette die Öffnungen schließt, die
Flüssigkeit
aus dem Ringraum zur Unterseite des zweiten Stopfens leiten. Eine
dritte Manschette wird die Öffnungen
schließen, die
Flüssigkeit
aus dem Ringraum zur Unterseite eines dritten Stopfens leiten, und
so weiter.
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Vorzugsweise wird das fluidverschiebbare Element
mit Scherbolzen an der Vorrichtung befestigt.
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Vorteilhafterweise blockiert der
Anschlagsitz eine zentrale Fluidbahn zwischen den hohlen oberen Abschnitten
und den hohlen unteren Abschnitten.
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Vorzugsweise hat jede Öffnung die
Form einer horizontalen Reihe von Öffnungen.
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Vorteilhafterweise haben der hohle
obere Abschnitt und der hohle untere Abschnitt einen kreisförmigen Querschnitt
mit gleichen Außendurchmessern.
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Vorzugsweise umfaßt das fluidverschiebbare Element
eine Dichtung.
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Es wird außerdem ein Verfahren zum Einfahren
wenigstens eines Stopfens unter Verwendung der oben definierten
Vorrichtung bereitgestellt.
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Zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
genommen, in denen:
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1 ein
schematischer Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung nach der
Erfindung ist, einschließlich
zweier Stopfen in derselben, in einer Startposition,
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2 die
Vorrichtung von 1 zeigt,
nachdem ein erster Pfeil in der Vorrichtung angeschlagen ist,
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3 die
Vorrichtung von 1 zeigt,
nachdem eine erste Manschette zu einem unteren Ende der Vorrichtung
verschoben worden ist,
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4 die
Vorrichtung zeigt, nachdem ein unterer Stopfen von der Vorrichtung
eingefahren ist,
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5 die
Vorrichtung zeigt, nachdem ein zweiter Pfeil in derselben angeschlagen
ist,
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6 die
Vorrichtung zeigt, nachdem eine zweite Manschette zum unteren Ende
derselben verschoben worden ist, und
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7 die
Vorrichtung zeigt, nachdem eine zweiter Stopfen von der Vorrichtung
eingefahren ist.
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1 zeigt
eine verlorene Verrohrung 1, in der sich eine Vorrichtung 2 nach
der Erfindung befindet.
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Der Außendurchmesser der Vorrichtung 2 ist kleiner
als der Innendurchmesser der verlorenen Verrohrung 1, oder
dieselbe kann von gleichem Durchmesser sein wie die verlorene Verrohrung 1 und
sich in einer Verbindungsbuchse befinden, die einen größeren Durchmesser
hat als die Vorrichtung 2, so daß ein Ringraum 3 zwischen
der verlorenen Verrohrung 1 und der Vorrichtung 2 gebildet
wird.
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Eine erste und eine zweite Manschette 4, 5 werden
angeordnet, um in enger Abdichtbeziehung gegen die Vorrichtung 2 und
die verlorene Verrohrung 1 zu gleiten. Die Sohle der Vorrichtung 2 hat
einen äußeren ringförmigen Flansch 6,
der verhindert, daß die
Manschetten 4, 5 von der Vorrichtung 2 getrennt
werden. Der ringförmige
Flansch 6 steht nur eine verhältnismäßig kleine Strecke in Radialrichtung vor,
so daß eine
Flüssigkeit
zwischen dem ringförmigen
Flansch 6 und der verlorenen Verrohrung 1 durchgehen
kann.
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Die Vorrichtung 2 wird durch
eine Unterteilung 7 in einen oberen Abschnitt und einen
unteren Abschnitt geteilt. Ein erster Stopfen 8 wird im
unteren hohlen Abschnitt der Vorrichtung 2 angeordnet,
und ein zweiter Stopfen 9 befindet sich oberhalb desselben.
Die Stopfen 8 und 9 schließen allgemein Stege ein, die
dafür geeignet
sind, sich vom Innendurchmesser der Vorrichtung 2 zum Innendurchmesser
der verlorenen Verrohrung 1 auszudehnen und in enger Abdichtbeziehung
gegen die Innenfläche
der verlorenen Verrohrung 1 zu gleiten. Falls die Vorrichtung, wie
oben beschrieben, in einer Buchse angeordnet wird, müssen die
Stopfen 8, 9 nicht zusammengedrückt werden,
um sich auf einen Arbeitsdurchmesser auszudehnen.
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Die Vorrichtung 2 hat fünf Sätze von Öffnungen-
oder Mündungen,
die eine Fluidströmungsbahn zwischen
der Vorrichtung 2 und dem Ringraum 3 bereitstellen,
zwei Sätze
von Öffnungen
befinden sich im unteren Abschnitt der Vorrichtung 2, unterhalb
der Unterteilung 7. Ein erster Satz von Öffnungen 10 wird oberhalb
des ersten Stopfens 8 und unterhalb des zweiten Stopfens 9 angeordnet.
Ein anderer Satz von Öffnungen
wird oberhalb des zweiten Stopfens 9 angebracht.
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Ein dritter Satz von Öffnungen 12 wird
unmittelbar oberhalb der Unterteilung 7 angebracht. Ein vierter
Satz von Öffnungen 13 mündet oberhalb
der ersten Manschette 4 und unterhalb der zweiten Manschette 5,
während
ein fünfter
Satz von Öffnungen 14 oberhalb
der zweiten Manschette 5 mündet.
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Die Manschetten 4, 5 werden
durch Scherbolzen (nicht gezeigt) in der in 1 gezeigten Startposition gehalten. Unterhalb
des ersten und des zweiten Stopfens 8, 9 hat die
Vorrichtung 2 innen abgerundete ringförmige Flansche 17 bzw.
18 von kleiner Ausdehnung in Radialrichtung. Die ringförmigen Flansche 17, 18 verhindern,
daß die
Stopfen 8, 9 aus der Vorrichtung 2 herausfallen.
Dennoch können
die Stopfen 8, 9 die ringförmigen Flansche 17, 18 passieren,
wenn eine ausreichende Kraft auf dieselben ausgeübt wird. Die abgerundeten ringförmigen Flansche 17 können eine
größere Größe als die
in den Abbildungen dargestellte haben.
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Die verlorene Verrohrung 1 wird
in das Bohrloch mit Hilfe eines Einrichtwerkzeugs (nicht gezeigt) abgesenkt,
das auf eine bekannte Weise druckdicht an das obere Ende der verlorenen
Verrohrung 1 gekoppelt wird und an einem Werkzeugstrang
(nicht gezeigt) hängt,
der Werkzeugstrang ist dafür
geeignet, dem oberen Ende der Vorrichtung 2 Bohrflüssigkeit, Zementmischung
und andere Fluids zuzuführen.
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Während
die verlorene Verrohrung 1 in das Bohrloch abgesenkt wird,
um durch ein Aufhängungssystem
(nicht gezeigt) in einem Futterrohr aufgehängt zu werden, wird der Vorrichtung 2 fortlaufend
eine Flüssigkeit,
typischerweise eine Bohrflüssigkeit,
zugeführt.
Die Flüssigkeit
fließt
aus den dritten Satz von Öffnungen 12 in
den Ringraum 3 und längs
der Außenseite
der Vorrichtung 2 hinab und von dort hinab in die verlorene
Verrohrung 1.
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Wenn gewünscht wird, den ersten Stopfen 8 freizugeben,
wird ein erster Pfeil 15 in den Werkzeugstrang eingeführt und
in die Vorrichtung 2 gepumpt, wo er auf der Unterteilung 7 anschlägt und den
dritten Satz von Öffnungen 12 blockiert
(2). Die Flüssigkeit
kann nicht in den Ringraum 3 ausströmen, da im oberen Abschnitt
der Vorrichtung 2 nur die Sätze von Öffnungen 13 und 14 offen
sind. Der Bediener mag danach den Druck der Flüssigkeit erhöhen müssen, die
den Werkzeugstrang hinabgepumpt wird. Daher werden sich der Druck
oberhalb und unterhalb der zweiten Manschette 5 im Gleichgewicht
befinden, während
der Druck oberhalb der ersten Manschette 4 größer ist
als der Druck unterhalb derselben, und daher erfährt die erste Manschette 4 eine
nach unten gerichtete Gesamtkraft, so daß die Scherbolzen zum Halten
der ersten Manschette 4 abgebrochen werden. Danach wird
die erste Manschette 4 durch hydraulischen Druck im Ringraum 3 nach unten
getrieben, bis die erste Manschette 4 gegen den äußeren ringförmigen Flansch 6 an
der Sohle der Vorrichtung 2 anschlägt (3). Die Flüssigkeit im Ringraum 3 kann
dann nicht am unteren Ende der Vorrichtung 2 vorbeifließen, sondern
wird über
den ersten Satz von Öffnungen 10 nach
innen über
den ersten Stopfen 8 gedrückt. Der Flüssigkeitsdruck oberhalb und
unterhalb des zweiten Stopfens 9 bleibt im Gleichgewicht.
Der Flüssigkeitsdruck übt eine nach
unten gerichtete Gesamtkraft auf den ersten Stopfen 8 aus
und schiebt denselben hinaus in die verlorene Verrohrung 1,
wonach sich die Stege des ersten Stopfens 8 ausdehnen und
in eine enge Abdichtbeziehung mit der verlorenen Verrohrung 1 treten
(4). Die von der Oberfläche oben
in die Vorrichtung 2 gespeiste Flüssigkeit fließt über den
vierten Satz von Öffnungen 13 unterhalb
der zweiten Manschette 5 hinaus in den Ringraum 3,
im Ringraum 3 hinab, über
den ersten Satz von Öffnungen 10 in
den unteren Abschnitt der Vorrichtung 2, durch das untere
Ende der Vorrichtung 2 und in die verlorene Verrohrung 1.
Daher treibt die Flüssigkeit
den ersten Stopfen 8 die verlorene Verrohrung 1 hinab.
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Anschließend, wenn es wünschenswert
ist, den zweiten Stopfen 9 in die verlorene Verrohrung 1 einzuführen, wird
ein zweiter Pfeil 16 an der Oberfläche in den Flüssigkeitsstrom
eingeführt,
und wenn der Pfeil 16 auf dem Pfeil 15 anschlägt, blockiert
der Pfeil 16 den vierten Satz von Öffnungen 13 (5). Der Bediener erhöht den Druck
der Flüssigkeit,
die den Werkzeugstrang hinabgepumpt wird. Der Flüssigkeitsdruck oberhalb der
zweiten Manschette 5 ist nun größer als der Druck unterhalb
derselben, und daher erfährt
sie eine nach unten gerichtete Gesamtkraft, so daß die Scherbolzen
abbrechen, welche die Manschette 5 halten. Die zweite Manschette 5 wird
in der ringförmigen
Kammer 3 nach unten verschoben und schlägt auf der ersten Manschette 4 an.
Dann blockiert die zweite Manschette 5 den ersten Satz von Öffnungen 10 im
unteren Abschnitt der Vorrichtung 2, so daß der hydraulische
Druck nur auf die Oberseite des zweiten Stopfens 9 wirken
wird (siehe 6). Der
hydraulische Druck wird den zweiten Stopfen 9 in der Vorrichtung 2 nach
unten und aus dem unteren Abschnitt derselben schieben, so daß der zweite
Stopfen 9 in die verlorene Verrohrung 1 eintritt
und sich in eine enge Abdichtbeziehung mit der verlorenen Verrohrung 1 ausdehnt.
Danach wird Flüssigkeit
von der Oberfläche
zum Oberteil der Vorrichtung 2 zugeführt, über den fünften Satz von Öffnungen 14 hinaus
in den Ringraum 3, über
den zweiten Satz von Öffnungen 11 in
den unteren Abschnitt der Vorrichtung 2, durch das untere
Ende der Vorrichtung 2 und in die verlorene Verrohrung 1 (siehe 7). Die fortlaufend zugeführte Flüssigkeit
treibt den zweiten Stopfen 9 und daher auch die Flüssigkeit davor
und den Stopfen 8 in der verlorenen Verrohrung 1 hinab.
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Es wird eine andere Modifikation
vorgesehen, bei der in der Unterteilung 7 eine Vertiefung
angeordnet werden kann.
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Verschiedene andere Modifikationen
gegenüber
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden
vorgesehen, wie beispielsweise das Ausstatten der Vorrichtung mit
einem zusätzlichen
Satz von Öffnungen
oberhalb der Öffnung 14 und
einer dritten zurückgehaltenen
Manschette und das Ausstatten des unteren Abschnitts der Vorrichtung
mit Mitteln zum Zurückhalten
eines dritten Stopfens und einer weiteren Öffnung oberhalb desselben,
so daß bei
der Verwendung ein dritter Pfeil verwendet werden könnte, um
einen dritten Stopfen auf eine ähnliche
wie die oben beschriebene Weise einzufahren. Die Vorrichtung könnte auf
diese Weise ebenso angepaßt
werden, um vier oder mehr Stopfen einzufahren.
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Die Vorrichtung könnte verwendet werden, um Stopfen
oder eine Kombination von Stopfen und anderen Typen von Stopfen
einzufahren, wie beispielsweise jene, die gestaltet werden, um Zement
zu entfernen, der sich an der Innenseite von verlorenen Verrohrungen
festgesetzt hat, bekannt als Kratzerstopfen.
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Obwohl es wünschenswert ist, daß die Manschetten 4 und 5 gegen
die verlorene Verrohrung 1 und die Vorrichtung 2 abdichten
sollten, wird es sich verstehen, daß die Vorrichtung 2 noch
annehmbar arbeiten würde,
wenn ein kleines Leck vorhanden ist.