DE69732259T2 - Schwimmvorrichtung zur Verwendung in einer Bohrlochverrohrung - Google Patents

Schwimmvorrichtung zur Verwendung in einer Bohrlochverrohrung Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein schwimmendes Gerät für die Anwendung während Bohrlochzementierverfahren und auf eine Methode für das Herstellen solcher Geräte.
  • Normalerweise wird nach dem Bohren eines Bohrloches für das Fördern von Öl und/oder Gas eine Verrohrung in dasselbe herabgelassen und darin einzementiert. Das Gewicht der Verrohrung, besonders in tiefen Bohrlöchern, erzeugt eine grosse Menge von Stress und Zugkraft auf die Ausrüstung, welche für das Herablassen der Verrohrung in das Bohrloch angewendet wird. Um diesen Stress zu minimieren werden schwimmende Geräte, wie zum Beispiel schwimmende Bohrlochöffnungen und/oder Schwimmschuhe in der Verrohrung angewendet. Diese schwimmenden Geräte bestehen normalerweise aus einem an der äusseren Hülle befestigten Ventil, welches den Fluß von Flüssigkeit durch die Verrohrung herab ermöglicht, aber einen Fluß in die entgegen gesetzte Richtung verhindert. Da ein aufwärtiger Fluß blockiert ist, wird ein Teil des Gewichtes der Verrohrung auf der Bohrlochflüssigkeit schwimmen oder liegen, und auf diese Weise das Gewicht reduzieren, welches von der Ausrüstung für das Herablassen der Verrohrung in das Bohrloch getragen wird. Wenn die Verrohrung sich in ihrer Position befindet, wird Zement durch den Innendurchmesser der Verrohrung herab, durch das Ventil, und in den ringförmigen Raum zwischen dem Aussendurchmesser der Verrohrung und dem Bohrloch hinein eingeführt. Nach Abschluß des Zementierverfahrens hält das Ventil den Zement unter und hinter der Verrohrung.
  • US-A-5,379,835 beschreibt einführbare schwimmende Geräte, welche mittels Schiebern oder Stellschrauben in der Verrohrung gehalten werden können. Schwimmende Tieflochgeräte werden jedoch gewöhnlich durch das Montieren eines Rückschlagventils in einer äusseren Hülle hergestellt, welche für das direkte Einschrauben in eine Verrohrung adaptiert ist. US-A-5,472,053 beschreibt ein schwimmendes Gerät mit einer äusseren Hülle, welche für das Verbinden mit einer Verrohrung adaptiert ist. Das Ventil wird durch das Füllen des Ringraums zwischen dem Ventilgehäuse und der äusseren Hülle mit einem besonders druckfesten Zement montiert, um auf diese Weise einen Zementkörperabschnitt zu formen. Der Zementkörperabschnitt überträgt die Ventillast so auf die äussere Hülse, dass das Ventil auch dann sicher innerhalb der äusseren Hülle befestigt bleibt, wenn ein Druck auf dasselbe auferlegt wird. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch eine verbessere Vorrichtung für das Montieren des Ventils in dem schwimmenden Gerät, und bietet daher ein effektiveres und wirtschaftlicher zu produzierendes schwimmendes Gerät.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein schwimmendes Gerät in der Form eines Schwimmschuhs für die Anwendung in einer Bohrlochverrohrung geboten, wobei dasselbe Gerät umfasst: eine äussere Hülle, welche für das Verbinden mit der Bohrlochverrohrung adaptiert ist; eine Hülse mit einer Aussenfläche und einer Innenfläche, ein innerhalb der vorgenannten Hülse positioniertes Ventil, wobei dasselbe Ventil ein Ventilgehäuse mit einer zentralen Öffnung umfasst; und einen ersten Körperabschnitt, welcher fest an dem vorgenannten Ventilgehäuse und der vorgenannten Innenfläche montiert ist, wobei der vorgenannte erste Körperabschnitt einen zwischen der vorgenannten Innenfläche der vorgenannten Hülse und dem vorgenannten Ventilgehäuse definierten Ringraum füllt; und einen zweiten Körperabschnitt, welcher fest an der vorgenannten Hülse und der vorgenannten äusseren Hülle montiert ist, wobei der vorgenannte zweite Körperabschnitt in einem zwischen der vorgenannten Hülse und der vorgenannten äusseren Hülle definierten Ringraum positioniert ist.
  • Vorteilhafterweise umfasst das Ventil ein Rückschlagventil, welches einen an dem vorgenannten Ventilgehäuse definierten Ventilsitz umfasst; eine in der zentralen Öffnung des vorgenannten Ventilgehäuses positionierte Ventilführung; ein Ventilelement mit einer Dichtungsfläche, welche abdichtend in den vorgenannten Ventilsitz eingreift; und einen Ventilschaft, welcher sich von dem vorgenannten Ventilelement aufwärts erstreckt und verschiebbar durch die vorgenannte Ventilführung empfangen wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Gerät weiter eine Vorrichtung für das lösbare Abtrennen des vorgenannten Ventilelements von dem vorgenannten Ventilsitz, so dass Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung fliessen kann, wenn die Verrohrung in ein Bohrloch herabgelassen wird, und so dass das vorgenannte Ventilelement und der vorgenannte Ventilsitz abdichtend ineinander eingreifen können, nachdem die Verrohrung in das Bohrloch herabgelassen wurde.
  • Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Methode für das Herstellen eines schwimmenden Gerätes in der Form eines Schwimmschuhs für die Anwendung in einer Bohrlochverrohrung geboten, wobei dieselbe Methode die folgenden Stufen umfasst: das Positionieren eines Ventils innerhalb einer Hülse, wobei das vorgenannte Ventil ein Ventilgehäuse umfasst, und wobei ein Ringraum zwischen einer Innenfläche der vorgenannten Hülse und dem vorgenannten Ventilgehäuse definiert ist; das Füllen des vorgenannten Ringraums zwischen der vorgenannten Hülse und dem vorgenannten Ventilgehäuse mit Zement, um einen ersten Zementkörperabschnitt für das Montieren des vorgenannten Ventilgehäuses an der vorgenannten Hülse zu formen; und das Bereitstellen eines zweiten Zementkörperabschnitts für das Montieren der vorgenannten Hülse an der vorgenannten äusseren Hülle, wobei der vorgenannte zweite Zementkörperabschnitt in einem zwischen der vorgenannten Hülse und der vorgenannten äusseren Hülle definierten Ringraum positioniert ist.
  • Das schwimmende Gerät der vorliegenden Erfindung wurde für das Anbieten einer verbesserten Vorrichtung für das Übertragen einer Ventillast auf eine äussere Hülle entworfen. Die äussere Hülle ist individuell mit einem unteren Verrohrungsabschnitt gekoppelt. Der untere Verrohrungsabschnitt umfasst eine Innenfläche, welche einen zentralen Fließdurchgang definiert.
  • Ein Rückschlagventil ist in einer Hülse positioniert, welche in die äussere Hülle empfangen werden kann. Das Ventil umfasst ein Ventilgehäuse mit einer Aussenfläche und einer Innenfläche, wobei die Innenfläche auch als eine mit dem zentralen Fließdurchgang in Verbindung stehende zentrale Öffnung bezeichnet werden kann.
  • Ein erster Körperabschnitt ist fest an dem Ventilgehäuse und der Hülse befestigt, und hält so das Ventil innerhalb der Hülse. Der erste Körperabschnitt füllt den Ringraum zwischen der Hülse und dem Ventilgehäuse, und kann aus einem besonders druckfesten Zement bestehen.
  • Zusätzlich ist ein zweiter Körperabschnitt fest an der Hülse und der äusseren Hülle befestigt, und hält so die Hülse an einem darin befestigten Ventil. Der zweite Körperabschnitt füllt zum Teil den Ringraum zwischen der Hülse und der äusseren Hülle, und kann aus einem besonders druckfesten Zement bestehen.
  • Weiter kann der untere Verrohrungsabschnitt für ein einschraubbares Verkoppeln mit der äusseren Hülle in den Ringraum empfangen werden, da der Ringraum zwischen der Hülse und der äusseren Hülle nur zum Teil mit Zement gefüllt ist. Aus diesem Grund ist die äussere Hülle des Schwimmschuhs der vorliegenden Erfindung kürzer, und daher wirtschaftlicher herzustellen als solche, die zurzeit in herkömmlichen Schwimmschuhen verwendet werden.
  • Die Erfindung bietet weiter eine Methode für das Herstellen von schwimmenden Geräten mit einer verbesserten Vorrichtung für das Übertragen einer Ventillast auf eine äussere Hülle. Die Methode umfasst das radiale, zentrale Positionieren eines Ventils in einer Hülse, wobei das Ventil ein Ventilgehäuse und einen zwischen einer Innenfläche der Hülse und dem Gehäuse definierten Ringraum umfasst. Die Methode umfasst weiter das Füllen des Ringraums zwischen der Hülse und dem Ventilgehäuse mit Zement, für das Formen eines ersten Zementkörperabschnitts, und damit das Montieren des Ventilgehäuses an der Hülse. Die Methode umfasst weiter das radiale, zentrale Positionieren der Hülse in der äusseren Hülle, welche ein Gewinde umfasst, für das Empfangen des unteren Verrohrungsabschnitts. Ein Ringraum ist zwischen einer Innenfläche der äusseren Hülle und der Hülse definiert. Der zwischen der Hülse und der äusseren Hülle befindliche Ringraum ist zum Teil mit Zement gefüllt, um einen zweiten Zementkörperabschnitt zu formen, und die Hülse so an der äusseren Hülle zu montieren. Die Verrohrung wird weiter in den Ringraum empfangen, wenn die Verrohrung mit der äusseren Hülle verschraubt und gekoppelt wird.
  • Mittels der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein verbessertes schwimmendes Gerät für das Einzementieren einer Verrohrung in ein Bohrloch zu bieten.
  • Es ist eine Absicht der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Methode für das Herstellen eines schwimmenden Gerätes für das Einzementieren einer Verrohrung in ein Bohrloch zu bieten.
  • Die vorliegende Erfindung kann ein schwimmendes Gerät mit einer verbesserten Vorrichtung für das Übertragen einer Ventillast von einem Ventil auf eine äussere Hülle bieten.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun eine Ausführungsform als ein Beispiel derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines schwimmenden Gerätes darstellt, welches nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, welches jedoch den Gegenstand unserer Anmeldung EP-A-0796979 repräsentiert, und welches hier lediglich aus Bezugsgründen mit eingeschlossen ist; und
  • 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des schwimmenden Gerätes der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 werden die Ausführungsformen des schwimmenden Gerätes allgemein mit der Nummer 10 ausgezeichnet. Ein Rückschlagventil 30 ist zentral in einer Hülse 32 positioniert. Die Hülse 32 umfasst eine Innenfläche 34 und eine Aussenfläche 36.
  • Vorzugsweise ist die Hülse 32 aus einem durchbohrbaren Material wie zum Beispiel Aluminium oder einem nicht-metallischen Material konstruiert, welches technische Plastikmateriale, Harze, Verbundstoffe, oder andere geeignete bekannte Materiale einschliesst.
  • Das Ventil 30 umfasst ein Ventilgehäuse 44 mit einem oberen Ende 46, einem unteren Ende 48, und einer Aussenfläche 50 und einer Innenfläche 52. Die Innenfläche 52 kann auch als eine zentrale Öffnung 52 bezeichnet werden. Ein Ringraum 54 ist zwischen dem Ventilgehäuse 44 und der Innenfläche 34 der Hülse 32 definiert.
  • Ein Ventilsitz 56 ist auf der Innenfläche 52 des Gehäuses 44 definiert. Das Rückschlagventil 30 umfasst weiter ein Ventilelement 58 mit einer Dichtungsfläche 60, welche abdichtend in den Ventilsitz 56 eingreift. Eine Lippendichtung 62 kann auf der Dichtungsfläche 60 definiert sein. Eine in dem Ventilgehäuse 44 positionierte Ventilführung 64 empfängt einen verschiebbaren Ventilschaft 66, welcher sich von dem Ventilelement 58 aufwärts erstreckt. Eine Ventilkappe 68 ist an einem oberen Ende 70 des Ventilschaftes 66 befestigt. Eine Ventilfeder 72 ist zwischen der Ventilkappe 68 und der Ventilführung 64 um den Ventilschaft 66 herum positioniert. Die Ventilfeder 72 spannt die Ventilkappe 68 aufwärtig vor und erstellt somit eine eingreifende Abdichtung zwischen dem Ventilsitz 56 und der Dichtungsfläche 60 des Ventilelements 58.
  • Das Ventil 30 kann weiter einen an dem Ventilelement 58 befestigten automatischen Füllgurt 74 umfassen. Der automatische Füllgurt 74 umfasst an jedem Ende ein gerundetes Ende oder eine Kugel 76. Die Kugeln 76 können vor dem Herablassen der Verrohrung in ein Bohrloch zwischen dem Ventilsitz 56 und der Dichtungsfläche 60 positioniert werden, um einen Fluß von Flüssigkeit durch die Verrohrung und durch das Gerät 10 zu ermöglichen, wenn dasselbe in das Bohrloch herabgelassen wird.
  • Wenn die Verrohrung sich in ihrer Position befindet, wird Flüssigkeit in das Gerät 10 eingepumpt, diese zwängt das Ventilelement 58 nach unten und löst die Kugeln 76. Wenn der Flüssigkeitsfluß angehalten wird, wird die Feder 72 den Ventilschaft 66 aufwärts zwängen, so dass das Ventilelement 58 abdichtend in die Dichtungsfläche 60 eingreift. So kann der automatische Füllgurt 74 auch als eine Vorrichtung für das lösende Abtrennen des Ventilelements 58 von dem Ventilsitz 56 bezeichnet werden.
  • Das Gerät 10 umfasst weiter einen in dem zwischen dem Ventilgehäuse 44 und der Innenfläche 34 der Hülse 32 defnierten Ringraum 54 positionierten ersten Körperabschnitt 78. Der Körperabschnitt 78 umfasst normalerweise einen besonders druckfesten Zement, welcher das Ventilgehäuse 44 fest an der Innenfläche 34 der Hülse 32 befestigt. Die Hülse 32 ist in der äusseren Hülle 80 positioniert, und zwischen denselben ist ein Ringraum 94 definiert.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird hier ein Schwimmschuh allgemein mit der Nummer 12A ausgezeichnet und umfasst eine äussere Hülle 80 mit einem oberen Ende 82 und einem unteren Ende 84. Das obere Ende 82 umfasst ein Gewinde 86, so dass es in eine darüber befindliche Verrohrung 88 eingeschraubt werden kann. Das untere Ende 84 umfasst jedoch kein Gewinde. Der Schwimmschuh 12A umfasst einen Endabschnitt 90, welcher sich unter das untere Ende 84 der äusseren Hülle 80 erstreckt und eine Führungsfläche 92 formt.
  • Zusätzlich umfasst der Schwimmschuh 12A einen zweiten, in dem zwischen der Hülse 32 und der äusseren Hülle 80 definierten Ringraum 94 positionierten Körperabschnitt 96. Der zweite Körperabschnitt 96 umfasst normalerweise einen besonders druckfesten Zement, welcher eine Aussenfläche 36A der Hülse 32A fest an einer Innenfläche 98 der äusseren Hülle 80 befestigt. Daher sollte der Betrieb des Ventils 30A einen erneuten Eintritt von Zement in die Verrohrung 88 verhindern, nachdem das Zementierverfahren abgeschlossen ist.
  • Der bevorzugte zweite Körperabschnitt 96 füllt den Ringraum 94 zwischen der Hülse 32A und der äusseren Hülle 80 nur zum Teil. Weiter kann die Verrohrung 88 zwischen der Hülse 32A und der äusseren Hülle 80 für das Verschrauben und Koppeln mit der äusseren Hülle 80 eingeführt werden, da der Ringraum 94 zwischen der Hülse 32A und der äusseren Hülle 80 nur zum Teil mit Zement gefüllt ist.
  • Wenn die Verrohrung 88 mit der äusseren Hülle 80 verschraubt und gekoppelt ist, wird die Verrohrung zusammen mit der vorliegenden Erfindung in das Bohrloch herabgelassen. Wenn sich die Verrohrung in ihrer Position befindet, wird Zement durch die Verrohrung herunter eingeführt und aus dem unteren Ende derselben ausgeführt. Der Zement füllt den Ringraum zwischen der Aussenfläche der Verrohrung und dem Bohrloch, und zementiert die Verrohrung so in ihre Position ein.
  • Die Erfindung umfasst ausserdem eine Methode für das Herstellen eines schwimmenden Gerätes, wie zum Beispiel den Schwimmschuh, mit einer verbesserten Vorrichtung für das Übertragen einer Ventillast auf die äussere Hülle desselben. Die Methode umfasst das radiale, zentrale Positionieren eines Ventils, welche ein Ventilgehäuse umfasst, in einer Hülse auf eine solche Weise, dass ein Ringraum zwischen einer Aussenfläche des Ventilgehäuses und einer Innenfläche der Hülse definiert wird. Die Hülse wird dann innerhalb der äusseren Hülle positioniert.
  • Die Methode umfasst weiter das Füllen des Ringraums zwischen der Hülse und dem Ventilgehäuse mit Zement, für das Formen eines ersten Zementkörperabschnitts, und dadurch das Befestigen der Aussenfläche des Ventilgehäuses an der Innenfläche der Hülse.
  • Die Hülse ist radial und zentral in der äusseren Hülle positioniert, wobei ein Ringraum zwischen einer Innenfläche der äusseren Hülle und der Hülse definiert wird. Der zwischen der Hülse und der äusseren Hülle definierte Ringraum ist mit Zement gefüllt, um einen zweiten Zementkörperabschnitt zu formen, und so die Hülse an der äusseren Hülle zu befestigen.
  • Das Gerät und die Methoden der vorliegenden Erfindung bieten ein Schwimmschuhgerät 10, welches effektiv und wirtschaftlicher herzustellen ist als herkömmliche schwimmende Geräte. Weiter ist eindeutig ersichtlich, dass das schwimmende Gerät 10 der vorliegenden Erfindung und die Methoden für das Herstellen solcher Geräte gut dazu adaptiert sind, die erwähnten Ziele und Vorteile sowohl wie die darin inhärenten zu erreichen.
  • Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden lediglich aus Veranschaulichungs- und Beschreibungsgründen präsentiert. Dieselben sollen keineswegs umfassend sein, und viele Modifizierungen und Variationen sind angesichts der oben aufgeführten Lehre möglich, ohne den Umfang der beiliegenden Ansprüche zu überschreiten.

Claims (10)

  1. Ein schwimmendes Gerät (10) für die Anwendung in einer Bohrlochverrohrung, wobei dasselbe Gerät umfasst: eine Hülse (32) mit einer Aussenfläche (36) und einer Innenfläche (34), ein Ventil (30), welches in der vorgenannten Hülse (32) positioniert ist, wobei dasselbe Ventil (30) ein Ventilgehäuse (44) mit einer zentralen Öffnung (52) umfasst; einen ersten Körperabschnitt (78), welcher fest an dem vorgenannten Ventilgehäuse (44) und an der vorgenannten Innenfläche (34) befestigt ist, wobei der vorgenannte erste Körperabschnitt (78) einen Ringraum füllt, welcher zwischen der vorgenannten Innenfläche (34) der vorgenannten Hülse (32) und dem vorgenannten Ventilgehäuse (44) definiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Gerät die Form eines Schwimmschuhs annimmt, und Folgendes umfasst: eine äussere Hülle (80), welche für das Verbinden mit der Bohrlochverrohrung adaptiert ist, und einen zweiten Körperabschnitt (96), welcher fest an der vorgenannten Hülse und der vorgenannten äusseren Hülle befestigt ist, wobei der vorgenannte zweite Körperabschnitt in einem Ringraum positioniert ist, welcher zwischen der vorgenannten Hülse und der vorgenannten äusseren Hülle definiert ist.
  2. Ein Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das vorgenannte Ventil (30) ein Rückschlagventil mit einem Ventilsitz (56) umfasst, welcher an dem vorgenannten Ventilgehäuse (44) definiert ist; eine Ventilführung (64), welche in der zentralen Öffnung (52) des vorgenannten Ventilgehäuses (44) positioniert ist; ein Ventilelement (58) mit einer Dichtungsfläche (60), welche abdichtend in den vorgenannten Ventilsitz (56) eingreifen kann; und einen Ventilschaft (66), welcher sich von dem vorgenannten Ventilelement (58) aufwärtig erstreckt und verschiebbar durch die vorgenannte Ventilführung (64) empfangen wird.
  3. Ein Gerät nach Anspruch 2, welches weiter umfasst: eine Vorrichtung (74) für das lösbare Abtrennen des vorgenannten Ventilelements (58) von dem vorgenannten Ventilsitz (56), so dass Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung (52) fliessen kann, wenn die Verrohrung in ein Bohrloch herabgelassen wird, und so dass das vorgenannte Ventilelement (58) und der vorgenannte Ventilsitz (56) verschiebbar ineinander eingreifen können, nachdem die Verrohrung in das Bohrloch herabgelassen wurde.
  4. Ein Gerät nach Anspruch 1, 2, oder 3, bei welchem die Hülse (32) aus einem durchbohrbaren Material besteht.
  5. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die vorgenannten ersten (78) und zweiten (96) Körperabschnitte Zement beinhalten.
  6. Ein Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der vorgenannte zweite Körperabschnitt (96) den zwischen der vorgenannten Hülse (32) und der vorgenannten Hülle (80) definierten Ringraum nur zum Teil füllt.
  7. Ein Gerät nach Anspruch 6, bei welchem die Bohrlochverrohrung zwischen der vorgenannten äusseren Hülle (80) und der vorgenannten Hülse (32) empfangen werden kann, für das Verbinden mit dem Gerät mittels eines Gewindes.
  8. Eine Methode für der Erstellen eines schwimmenden Gerätes (10) für die Anwendung in einer Bohrlochverrohrung, wobei dieselbe Methode die folgenden Stufen umfasst: das Positionieren eines Ventils (30) innerhalb einer Hülse (32), wobei dasselbe Ventil (30) ein Ventilgehäuse (44) umfasst, in welchem zwischen einer Innenfläche (34) der vorgenannten Hülse (32) und dem vorgenannten Ventilgehäuse (44) ein Ringraum definiert ist; das Füllen des vorgenannten Ringraums zwischen der vorgenannten Hülse (32) und des vorgenannten Ventilgehäuses (44) mit Zement, für das Formen eines ersten Zementkörperabschnitts (78) für das Befestigen des vorgenannten Ventilgehäuses (44) an der vorgenannten Hülse (32); dadurch weiter gekennzeichnet, dass ein zweiter Zementkörperabschnitt (96) bereitgestellt wird, für das Befestigen der vorgenannten Hülse (32) an einer äussere Hülle (80), wobei der vorgenannte zweite Zementkörperabschnitt (96) sich in einem zwischen der vorgenannten Hülse (32) und der vorgenannten äusseren Hülle (80) definierten Ringraum befindet.
  9. Eine Methode nach Anspruch 8, bei welcher der vorgenannte zweite Körperabschnitt (96) den zwischen der vorgenannten Hülse (32) und der vorgenannten äusseren Hülle (80) definierten Ringraum nur zum Teil füllt.
  10. Eine Methode nach Anspruch 8 oder 9, welche weiter die Stufe des Verbindens der vorgenannten äusseren Hülle (80) mit der Bohrlochverrohrung mittels eines Gewindes umfasst, wobei die Bohrlochverrohrung zwischen der vorgenannten äusseren Hülle (80) und der vorgenannten Hülse (32) empfangen wird.
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