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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren für
das Starten von Stopfen, die bei der Konstruktion eines Erdöl- oder
Gasbohrloches verwendet werden.
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Eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 erklärt
wird, und ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches
27 erklärt
wird, sind bereits aus dem EP-A-0500165 bekannt.
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Bei der Konstruktion eines Erdöl- oder
Gasbohrloches wird ein Loch in den Erdboden gebohrt. Ein Futterrohrstrang
wird danach in den Erdboden abgesenkt und hängt von der Erdoberfläche herab. Der
Futterrohrstrang wird danach in das Bohrloch zementiert. Der Zement
wird durch den Futterrohrstrang nach unten gepumpt und aus dem untersten Teil
des Rohrstranges durch einen Schwimmschuh und einen Schwimmring
heraus und im Ringspalt nach oben gedrückt, der zwischen der Außenfläche des
Futterrohrstranges und der Innenwand des Bohrioches gebildet wird.
Ein erster Stopfen wird im allgemeinen vom Oberteil des Stranges
vor dem Zement gestartet. Ein zweiter Stopfen wird im allgemeinen
nach dem Zement gestartet, um unter anderem als eine Sperre zwischen
dem Zement und dem Fluid zu wirken, das verwendet wird, um den Zement
im Futterrohr nach unten zu drücken,
und ebenfalls, um die Innenseite des Futterrohres sauber zu wischen.
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Bei der Herstellung bestimmter Bohrlöcher wird
ein Loch durch den Erdboden unter einem Futterrohrstrang gebohrt.
Ein Liner mit einem kleineren Durchmesser als das Futterrohr wird
danach durch das Futterrohr abgesenkt und hängt vom untersten Ende des
Futterrohrstranges herab. Der Liner wird danach in das Bohrloch
zementiert. Der Zement wird durch den Liner nach unten gepumpt und
aus dem untersten Teil des Liners durch einen Schwimmschuh und einen
Schwimmring heraus und im Ringspalt nach oben gedrückt, der
zwischen unterhalb der Außenfläche des
Liners und der Innenwand des Bohrloches oder der Innenfläche des
Futterrohres gebildet wird. Ein erster Stopfen wird im allgemeinen
vom Oberteil des Liners vor dem Zement gestartet. Ein zweiter Stopfen
wird im allgmeinen nach dem Zement gestartet, um unter anderem als
eine Sperre zwischen dem Zement und dem Fluid zu wirken, das verwendet
wird, um den Zement im Liner nach unten zu drücken, und ebenfalls, um die
Innenseite des Futterrohres sauber zu wischen.
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Eines der Probleme der vorhandenen
Vorrichtung ist zu sichern, daß die
Stopfen zuverlässig gestartet
werden.
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Eine Berstscheibe wird in 27 der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 96/34175
der Anmelder offenbart. Diese wird jedoch benutzt, um die Trennung
von zwei Stopfen zu erleichtern, die zufällig zusammen gestartet worden
sein können.
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Die Erfindung versucht, dieses Problem
zu lösen.
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Dementsprechend wird eine Vorrichtung
für das
Starten eines Stopfens bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen Kanister, der mit einem laufenden Strang verbunden werden
kann; einen Stopfen, der im Kanister gehalten wird; und ein Rohr mit
einer Berstscheibe, wobei die Anordnung so ist, daß bei der
Benutzung eine Erhöhung
des Fluiddruckes im Rohr die Berstscheibe zum Bersten bringt, wodurch
eine Erhöhung
des Fluiddruckes über
dem Stopfen gestattet wird, um den Stopfen zu starten.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung
außerdem
eine Landefläche
im Rohr auf, die unterhalb der Berstscheibe angeordnet ist, wobei
die Anordnung so ist, daß bei
der Benutzung, wenn ein Pfeil auf der Landefläche landet, der Druck über dem
Pfeil vergrößert wird,
um die Berstscheibe zum Bersten zu bringen, wodurch eine Erhöhung des
Fluiddruckes über dem
Stopfen gestattet wird, um den Stopfen zu starten.
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Vorteilhafterweise weist das das
Rohr ein oberes und ein unteres Ende auf, wobei das untere Ende
am Stopfen befestigt ist, und wobei das obere Ende mit Bezugnahme
auf ein zweites Rohr verschiebbar angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist ein Dichtungsring
vorhanden; der zwischen dem Rohr und dem zweiten Rohr angeordnet
ist.
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Vorteilhafterweise ist eine weitere
Berstscheibe im Rohr vorhanden, die unterhalb der Landefläche angeordnet
ist. Die weitere Berstscheibe ist so konstruiert, daß sie bei
einem höheren
Druck als die Berstscheibe zum Bersten gebracht wird. Die weitere Berstscheibe
kommt zum Bersten, nachdem der Stopfen auf einem Schwimmring, Schwimmschuh oder
einem anderen Hindernis im Futterrohr oder Liner gelandet ist, und
nachdem ein beträchtlicher Druck
zur Anwendung gebracht wurde. Das würde dann gestatten, daß der Zement
durch den Stopfen und in den Ringspalt zwischen dem Futterrohr oder Liner
und dem Bohrloch oder Futterrohr fließt.
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Vorzugsweise weist das Rohr einen
Abschnitt auf, der sich von der Landefläche aus erstreckt, um den Pfeil
zurückzuhalten.
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Vorteilhafterweise wird mindestens
eine Öffnung
im Kanister über
dem Stopfen bereitgestellt. Die Öffnung
unterstützt
das gleichmäßige Ausstoßen des Stopfens.
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Vorzugsweise ist das Rohr im wesentlichen mit
dem Stopfen konzentrisch und dazwischen wird ein Ringspalt bereitgestellt.
Der Ringspalt sollte längs der
Länge des
Stopfens nicht kontinuierlich sein.
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Wenn es so gewünscht wird, kann die Vorrichtung
einen zweiten Stopfen aufweisen, der am zweiten Rohr befestigt ist,
wobei das zweite Rohr eine zweite Berstscheibe aufweist und mit
Bezugnahme auf ein drittes Rohr verschiebbar ist.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung
außerdem
eine zweite Landefläche
im zweiten Rohr auf, die unterhalb der zweiten Berstscheibe angeordnet
ist, wobei die Anordnung so ist, daß bei der Benutzung, wenn ein
zweiter Pfeil auf der zweiten Landefläche landet, der Druck über dem
zweiten Pfeil erhöht
wird, um die zweite Berstscheibe zum Bersten zu bringen, wodurch
eine Erhöhung
des Fluiddruckes über
dem zweiten Stopfen gestattet wird, um den zweiten Stopfen zu starten.
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Vorzugsweise ist ein Dichtungsring
zwischen dem zweiten Rohr und dem dritten Rohr angeordnet.
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Vorteilhafterweise ist eine weitere
Berstscheibe im zweiten Rohr vorhanden, die unterhalb der zweiten
Landefläche
angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Öffnung im
Kanister über
dem zweiten Stopfen vorhanden. Die Öffnungen können zwischen den Stopfen angeordnet
werden, um deren Trennung zu unterstützen.
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Vorteilhafterweise weist das zweite
Rohr einen Abschnitt auf der sich von der zweiten Landefläche erstreckt,
um den zweiten Pfeil zurückzuhalten.
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Vorzugsweise ist das zweite Rohr
im wesentlichen mit dem zweiten Stopfen konzentrisch, und es wird
ein Ringspalt dazwischen bereitgestellt.
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Wenn es so gewünscht wird, weist die Vorrichtung
außerdem
einen dritten Stopfen auf, der am dritten Rohr befestigt ist, wobei
das dritte Rohr eine dritte Berstscheibe aufweist, und das dritte
Rohr mit Bezugnahme auf ein viertes Rohr verschiebbar ist.
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Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung
außerdem
eine dritte Landefläche
im dritten Rohr auf, die unterhalb der dritten Berstscheibe angeordnet
ist, wobei die Anordnung so ist, daß bei der Benutzung, wenn ein
dritter Pfeil auf der dritten Landefläche landet, der Druck über dem
dritten Pfeil erhöht
wird, um die dritte Berstscheibe zum Bersten zu bringen, wodurch
eine Erhöhung
des Fluiddruckes über
dem dritten Stopfen gestattet wird, um den dritten Stopfen zu starten.
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Vorzugsweise ist ein Dichtungsring
vorhanden, der zwischen dem dritten Rohr und dem vierten Rohr angeordnet
ist.
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Vorteilhafterweise ist eine weitere
Berstscheibe im Rohr vorhanden, die unterhalb der dritten Landefläche angeordnet
ist.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Öffnung im
Kanister über
dem dritten Stopfen vorhanden.
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Vorteilhafterweise weist das dritte
Rohr einen Abschnitt auf, der sich von der dritten Landefläche erstreckt,
um den dritten Pfeil zurückzuhalten.
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Vorzugsweise ist das dritte Rohr
im wesentlichen mit dem dritten Stopfen konzentrisch, und es wird
ein Ringspalt dazwischen bereitgestellt.
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Vorteilhafterweise ist das zweite
Rohr zum dritten Rohr bei einer Zweistopfenanordnung mit Scherstiften
versehen.
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Vorzugsweise ist das dritte Rohr
zum vierten Rohr bei einer Dreistopfenanordnung mit Scherstiften
versehen.
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Vorteilhafterweise weist der Kanister
mindestens eine Halterippe für
jeden Stopfen auf.
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Vorzugsweise weist jeder Stopfen
Rippen auf, und der Kanister weist mindestens eine Halterippe für jede Rippe
auf.
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Es wird ebenfalls ein Verfahren zum
Starten eines Stopfens aus einem Kanister bereitgestellt, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Blockieren eines
Rohres; Erhöhen
des Druckes im Rohr oberhalb der Blockierung auf einen vorgegebenen
Druck, bei dem eine Berstscheibe im Rohr zum Bersten gebracht wird,
wodurch gestattet wird, daß sich
der Fluiddruck über
dem Stopfen erhöht
und den Stopfen startet.
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Bei einer Zwei- oder Mehrstopfenanordnung weist
das Verfahren den weiteren Schritt des Erhöhens des Druckes zwischen dem
Stopfen und dem zweiten Stopfen auf wodurch der Stopfen gestartet wird.
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Bei einer Drei- oder Mehrstopfenanordnung weist
das Verfahren den weiteren Schritt des Erhöhens des Druckes zwischen dem
zweiten Stopfen und dem dritten Stopfen auf, wodurch der zweite Stopfen
gestartet wird.
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Für
ein besseres Verständnis
der Erfindung bezieht man sich jetzt als Beispiel auf die beigefügte Zeichnung,
die eine Längsschnittdarstellung
einer Vorrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit Bezugnahme auf die Zeichnung
wird eine Vorrichtung für
das Starten eines Stopfens, die im allgemeinen mit der Bezugszahl 1 bezeichnet
wird, in einer Schnittdarstellung eines Futterrohrstranges 2 gezeigt.
Die Vorrichtung 1 für
das Starten des Stopfens ist mit einem laufenden Strang (nicht gezeigt) mittels
eines Zwischenstückes 3 verbunden.
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Die Vorrichtung 1 weist
einen Kanister 4 mit einem zylindrischen Abschnitt und
einer Nabe 5 auf.
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Ein erster Stopfen 6 mit
vier Rippen 8 wird im Kanister 4 durch eine Innenrippe 7 gehalten.
Es wird nur eine Rippe 7 gezeigt, jedoch wird in Betracht
gezogen, daß Rippen
unterhalb einer jeden Rippe 8 angeordnet werden. Der erste
Stopfen 6 ist mit einem im wesentlichen konzentrischen
ersten Rohr 9 versehen, das am untersten Teil 10 des
ersten Stopfens 6 angeleimt oder anderweitig befestigt
ist. Zwischen dem ersten Rohr 9 und dem ersten Stopfen 6 wird über dem
untersten Teil 10 ein Ringspalt bereitgestellt. Das erste
Rohr 9 ist mit einer ersten Pfeillandefläche 11 versehen, über der
sich eine Berstscheibe 12 im ersten Rohr 9 befindet.
Der oberste Teil des ersten Rohres 9 ist verschiebbar in
einem zweiten Rohr 13 angeordnet. Ein Dichtungsring 14 ist
zwischen dem ersten Rohr 9 und dem zweiten Rohr 13 vorhanden.
Ein Ringspalt wird um die erste Berstscheibe 12 herum und
einen zweiten Stopfen 16 bereitgestellt.
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Bei Benutzung wird ein erster Pfeil
(nicht gezeigt) im laufenden Strang nach unten gepumpt. Der erste
Pfeil wird auf der ersten Pfeillandefläche 11 landen. Der
Druck wird im laufenden Strang über
dem ersten Pfeil auf einen ersten vorgegebenen Druck erhöht, bei
dem die erste Berstscheibe 12 zum Bersten gebracht wird,
wodurch ein Druckanstieg über
dem ersten Stopfen 6 und unter einem zweiten Stopfen 16 gestattet
wird; der Stopfen 6 startet, wobei er das erste Rohr 9 und
den ersten Pfeil (nicht gezeigt) mit sich nimmt, der mindestens
teilweise im ersten Rohr 9 gehalten wird. Es sollte bemerkt
werden, daß,
bevor die mindestens eine erste Berstscheibe 12 zum Bersten kommt,
eine Fläche über dem
ersten Pfeil vorhanden ist, die einem erhöhten Druck ausgesetzt ist,
jedoch die resultierende Kraft nicht groß genug ist, um den ersten
Stopfen zu starten.
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Der zweiten Stopfen 16 wird
im Kanister mittels einer Rippe 17 gehalten. Nur eine Rippe 17 wird gezeigt,
jedoch wird in Betracht gezogen, daß Rippen unterhalb einer jeden
Rippe 18 angeordnet werden. Der zweite Stopfen 16 ist
mit einem im wesentlichen konzentrischen zweiten Rohr 13 versehen,
das in der Mitte 20 des zweiten Stopfens 16 angeleimt
oder anderweitig befestigt ist. Zwischen dem zweiten Rohr 13 und
dem zweiten Stopfen 16 wird über und unter der Mitte 20 ein
Ringspalt bereitgestellt. Das zweite Rohr 13 ist mit einer
zweiten Pfeillandefläche 21 versehen,
die eine größere Öffnung als
die der ersten Pfeillandefläche 11 aufweist. Über der
zweiten Landefläche 21 befindet
sich mindestens eine zweite eine Berstscheibe 22 im zweiten
Rohr 13. Der oberste Teil des zweiten Rohres 13 ist
verschiebbar in einem dritten Rohr 23 angeordnet. Ein Dichtungsring 24 ist
zwischen dem zweiten Rohr 13 und dem dritten Rohr 23 vorhanden.
Ein Ringspalt wird um die zweite Berstscheibe 22 herum
und den dritten Stopfen 26 bereitgestellt.
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Bei Benutzung wird ein zweiter Pfeil
(nicht gezeigt), dessen Spitze einen größeren Durchmesser aufweisen
würde als
der erste Pfeil, im laufenden Strang nach unten gepumpt. Der zweite
Pfeil wird auf der zweiten Pfeillandefläche 21 landen. Der
Druck wird im laufenden Strang über
dem zweiten Pfeil auf einen zweien vorgegebenen Druck, der größer ist
als der erste vorgegebene Druck, erhöht, bei dem die zweite Berstscheibe 22 zum
Bersten gebracht wird, wodurch ein Druckanstieg über dem zweiten Stopfen 16 und
unter dem dritten Stopfen 26 gestattet wird. Der zweite
Stopfen 16 startet, wobei er das zweite Rohr 13 und den
zweiten Pfeil (nicht gezeigt) mit sich nimmt, der im zweiten Rohr 13 gehalten
wird. Es sollte bemerkt werden, daß, bevor die mindestens eine zweite
Berstscheibe 22 zum Bersten kommt, eine Fläche über dem
zweien Pfeil vorhanden ist, die einem erhöhten Druck ausgesetzt ist,
jedoch die resultierende Kraft nicht groß genug ist, um den zweiten Stopfen
zu starten.
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Der dritte Stopfen 26 wird
im Kanister mittels der Rippe 27 gehalten. Es wird nur
eine Rippe gezeigt, jedoch wird in Betracht gezogen, daß Rippen unter
einer jeden Rippe 28 angeordnet werden. Der dritte Stopfen 26 ist
mit einem im wesentlichen konzentrischen dritten Rohr 23 versehen;
das am obersten Teil 30 des dritten Stopfens 26 angeleimt
oder anderweitig befestigt ist. Ein Ringspalt wird zwischen dem
dritten Rohr 23 und dem dritten Stopfen 26 unterhalb
des obersten Teils 30 bereitgestellt. Der dritte Stopfen
ist mit einer dritten Pfeillandefläche 31 versehen, die
eine größere Öffnung aufweist
als die der zweiten Pfeillandefläche 21. Über der
dritten Pfeillandefläche 31 befindet
sich mindestens eine dritte Berstscheibe im dritten Rohr 23.
Der oberste Teil des dritten Rohres 23 ist zur Nabe 5 mit
mindestens einem Scherstift 34 versehen.
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Bei Benutzung wird ein dritter Pfeil
(nicht gezeigt), dessen Spitze einen größeren Durchmesser aufweisen
würde als
der zweite Pfeil, nach unten im laufenden Strang gepumpt. Der dritte
Pfeil wird auf der dritten Pfeillandefläche 31 landen. Der
Druck wird im laufenden Strang über
dem dritten Pfeil auf einen vorgegebenen Druck erhöht, bei
dem mindestens ein Scherschift 34 abschert. Der Stopfen 26 startet,
wobei er das dritte Rohr 23 und den dritten Pfeil (nicht gezeigt)
mit sich nimmt, der mindestens teilweise im dritten Rohr 23 gehalten
wird.
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Weitere Berstscheiben 37, 38, 39 sind
im ersten, zweiten und dritten Rohr 9, 13; 23 vorhanden, so
daß bei
vorgegebenen Drücken
die weiteren Berstscheiben zum Bersten gebracht werden können und
Fluid durch den ersten, zweiten und dritten Stopfen 6, 16, 26 nach
dessen Starten und Landen gelangen kann.
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Kleine Löcher 40 und 41 im
Kanister 4 wirken als Dämpfer,
die einen langsamen Druckausgleich gestatten, und unterstützen ein
gleichmäßiges Freigeben
eines jeden Stopfens 6, 16, 26 in unabhängiger Weise.
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Es sollte beachtet werden, daß der Zwischenraum
zwischen dem Futtenohrstrang 1 und dem Kanister 4 so
klein wie möglich
sein kann.
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Die vorangehend beschriebene Vorrichtung könnte abgewandelt
werden, um vier oder mehr Stopfen unabhängig voneinander ebenso wie
einen, zwei oder drei zu starten.
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Verschiedene Abwandlungen der beschriebenen
Ausführung
werden in Betracht gezogen; beispielsweise könnte auf die Rippen verzichtet
werden, wobei man auf die radiale Kraft zwischen den Stopfen und
dem Kanister vertraut. Das wird jedoch nicht empfohlen, da stark
bevorzugt wird, die Stopfen sehr fest im Kanister zu halten und
sich auf einen im wesentlichen hydraulischen Druck zu verlassen,
um die Stopfen auszustoßen.