DE69928195T2

DE69928195T2 - Komplettierung von Untrerdruck-Bohrlöchern

Info

Publication number: DE69928195T2
Application number: DE69928195T
Authority: DE
Inventors: Alan B. Webb; Stuart M. Dennistoun; Wade Meaders
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: EP0989284B1; EP1544405A2; EP1544405A3; EP1544407A2; US6152232A; DE69928195D1; EP0989284A2; EP0989284A3; EP1544407A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren, welche in Untergrundbohrlöchern durchgeführt werden, und bezieht sich insbesondere auf Geräte und Verfahren für das unterbalancierte Bohren und Komplettieren von Bohrlöchern.
Es existieren mehrere anerkannte Vorteile für das Bohren und Komplettieren eines Bohrlochs in einer unterbalancierten Kondition, d.h. in einer Kondition, in welcher der Flüssigkeitsdruck in einem Bohrloch geringer ist als Flüssigkeitsdruck in einer Formation, welche von dem Bohrloch durchschnitten wird. So verhindert die unterbalancierte Kondition zum Beispiel einen Flüssigkeitsverlust aus dem Bohrloch in die Formation, und verhindert einige Arten von Beschädigung der Formation, welche durch Infiltration der Bohrlochflüssigkeit in die Formation verursacht werden können. Eine Übersicht über unterbalancierte Komplettierungspraktiken und deren Vorteile findet sich in einem Artikel mit dem Titel „Underbalanced Completions Improve Well Safety and Productivity" von Tim Walker und Mark Hopmann (World Oil, November 1995).
Ein Verrohrungsventileinschlußsystem nach dem aktuellen Stand der Technik wird in US Patentanmeldung 5,145,005 beschrieben. Dieses Ventilsystem umfasst eine Klappenventileinheit und eine Verlagerungskopfeinheit mit auswärtig vorgespannten Verlagerungstasten für das wahlweise Öffnen und Schliessen des Ventils durch Eingriff in eine Fließhülse, um auf diese Weise die Bewegung eines Klappenventilteils zu kontrollieren. Das Dokument beschreibt ein System und ein Verfahren gemäß der Präambel der beigefügten unabhängigen Ansprüche.
Leider sind Geräte und Verfahren, welche bequeme, wirtschaftliche, und sichere unterbalancierte Bohrlochverfahren ermöglichen, zurzeit nicht allgemein erhältlich. So sind zum Beispiel zurzeit erhältliche Geräte für das Ermöglichen eines sicheren Ein- und Ausklinkens in und aus Bohrgestängen und Fördergestängen entworfen worden, die sich entweder auf komplizierte, kostspielige und unverläßliche Mechanismen oder auf adaptierte oberflächenkontrollierte Geräte wie zum Beispiel Untergrundsicherheitsventile verlassen, welche relativ nah unter der Erdoberfläche installiert werden müssen oder einem beachtlichen Risiko einer Beschädigung der Kontrollleitungen ausgesetzt sind, welche daran befestigt sind, wenn diese relativ tief im Bohrloch installiert sind. Es besteht daher ein Bedarf für ein Gerät, welches unterbalancierte Bohrlochverfahren sicher und bequem ermöglicht.
Insbesondere besteht ein Bedarf für ein Bohrlochregelventil, welches nach Durchführen eines Werkzeugs durch dasselbe betrieben werden kann. Das Werkzeug kann an einem Bohrgestänge, einem Fördergestänge, oder einem anderen Beförderungsmittel befestigt werden. Auf diese Weise kann das Ventil eine Formation, welche von einem Bohrloch in einer unterbalancierten Kondition durchschnitten wird, von dem Rest des Bohrlochs isolieren, während die Rohranordnung in oder aus das Bohrloch hinein oder heraus geklinkt wird. Das Ventil sollte in der Nähe der Formation installiert werden können, ohne die Betriebsfähigkeit oder Verläßlichkeit zu kompromieren.
Wenn das Ventil durch Auferlegen einer Vorspannkraft auf das Ventil über eine Rohranordnung betrieben wird, und die Rohranordnung einen Packer umfasst, sollte der Packer an einem vorzeitigen Feststellen innerhalb des Bohrlochs aufgrund der Anwendung der Vorspannkraft gehindert werden. Es wäre daher besonders wünschenswert, ein Packerfeststellwerkzeug bieten zu können, welches ein vorzeitiges Feststellen des Packers verhindert und gleichzeitig das Anwenden des Packers während eines unterbalancierten Bohrlochverfahrens ermöglicht.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ein Verfahren gemäß der in dem unabhängigen Anspruch 1 aufgeführten Beschreibung. Ein weitere neuartige und vorteilhafte Eigenschaften umfassendes Verfahren wird in einem jeden der beigefügten abhängigen Ansprüche 2 bis 4 beschrieben.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ein System gemäß der in dem beigefügten unabhängigen Anspruch 5 aufgeführten Beschreibung. Ein weitere neuartige und vorteilhafte Eigenschaften umfassendes System wird in einem jeden der beigefügten abhängigen Ansprüche 6 oder 7 beschrieben.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ein System gemäß der in dem beigefügten unabhängigen Anspruch 8 aufgeführten Beschreibung. Ein weitere neuartige und vorteilhafte Eigenschaften umfassendes System wird in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 9 oder 10 beschrieben.
Ein Bohrlochregelventil und ein Packerfeststellwerkzeug werden hierfolgend beschrieben. Das Bohrlochregelventil isoliert einen Abschnitt eines Bohrlochs von dem Rest des Bohrlochs und fordert keine Erdoberflächenkontrolle. Das Packerfeststellwerkzeug wird hydraulisch aktiviert und verhindert ein vorzeitiges Feststellen eines daran befestigten, mechanisch feststellbaren Packers. Verfahren für das unterbalancierte Bohren und Komplettieren von Bohrlöchern werden auch beschrieben.
Das Bohrlochregelventil verwendet eine mit Spannfingern ausgestattete Verriegelungshülseneinheit, welche innerhalb des Ventils verdrängt werden kann, um das Öffnen und Schliessen der Schließeinheit zu kontrollieren. Wenn ein Werkzeug wie zum Beispiel eine Bohrkrone in das Ventil eingeführt wird, greift eine lösbar an dem Werkzeug befestigte Verlagerungsvorrichtung in die Verriegelungshülseneinheit ein. Ein weiteres Verdrängen des Werkzeugs verursacht ein Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit für den Betrieb der Schließeinheit. Wenn die Schließeinheit betrieben worden ist, wird die Verlagerungsvorrichtung von dem Werkzeug gelöst und innerhalb des Ventils positioniert.
Das Packerfeststellwerkzeug umfasst eine Isolierhülse, welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einem internen Fließdurchgang des Feststellwerkzeugs und einer Kammer in Flüssigkeitsverbindung mit einem Feststellkolben verhindert. Das Packerfeststellwerkzeug umfasst außerdem eine Umlaufhülse, welche eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Fließdurchgang und der Außenseite des Feststellwerkzeugs erlaubt, und auf diese Weise einen Umlauf durch das Feststellwerkzeug erlaubt, wenn dieses innerhalb einer Rohranordnung angeschlossen wird. Ein Plugging-Gerät kann in dem Feststellwerkzeug installiert werden, wenn es erwünscht ist, einen an dem Feststellwerkzeug befestigten Packer festzustellen. Ein auf das Plugging-Gerät auferlegter Flüssigkeitsdruck verdrängt die Isolierhülse, und erlaubt auf diese Weise eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Fließdurchgang und der Kammer, und erlaubt daher ein Feststellen des Packers und ein Verdrängen der Umlaufhülse und verhindert einen Umlauf durch das Feststellwerkzeug und erlaubt ein Testen des Packers nach dem Feststellen desselben.
Es wird hierfolgend ein Verfahren für das Kontrollieren des Betriebs eines Ventils in einem Untergrundbohrloch beschrieben, wobei dasselbe Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Einführen eines Geräts in das Ventil, wobei das Gerät eine lösbar an dem Gerät befestigte Verlagerungsvorrichtung umfasst; das Eingreifen der Verlagerungsvorrichtung in einen Abschnitt des Ventils; das Auferlegen einer Vorspannkraft auf die Verlagerungsvorrichtung, und daher das Verdrängen des Ventilabschnitts in eine erste Richtung; das Lösen der Verlagerungsvorrichtung von dem Gerät; und das Positionieren der Verlagerungsvorrichtung innerhalb des Ventils.
Während des Einführschritts kann die Verlagerungsvorrichtung das Gerät umlaufen. Das Verfahren kann weiter den Schritt des Verdrängens des Geräts durch die Verlagerungsvorrichtung nach dem Positionierschritt umfassen.
Der Anwendungsschritt kann weiter das operative Eingreifen des Ventilabschnitts in eine Betriebseinheit des Ventils umfassen.
Das Verfahren kann weiter außerdem den Schritt des Eingreifens des Geräts in die Verlagerungsvorrichtung nach dem Positionierschritt umfassen. Das Verfahren kann weiter den Schritt des Anwendens des Geräts für das Entfernen der Verlagerungsvorrichtung aus dem Ventil umfassen, nachdem das Gerät in die Verlagerungsvorrichtung eingreift. Das Verfahren kann weiter den Schritt des Auferlegens einer Vorspannkraft auf die Verlagerungsvorrichtung umfassen, und damit das Verdrängen des Ventilabschnitts in eine zweite Richtung, nachdem das Gerät in die Verlagerungsvorrichtung eingreift und bevor die Verlagerungsvorrichtung aus dem Ventil entfernt wird. Das Ventil wird zwischen geöffneten und geschlossenen Konfigurationen betrieben, wenn der Ventilabschnitt in die zweite Richtung verdrängt wird.
Während des Anwendungsschritts kann der Ventilabschnitt vor dem Löseschritt ohne das Betreiben des Ventils zwischen den geöffneten und geschlossenen Konfigurationen desselben in die erste Richtung verdrängt werden. Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Auferlegens der Vorspannkraft auf die Verlagerungsvorrichtung, und damit das Verdrängen des Ventilabschnitts in die erste Richtung und das Betreiben des Ventils zwischen den geöffneten und geschlossenen Konfigurationen nach dem Positionierschritt.
Der Anwendungsschritt kann weiter das Empfangen der Verlagerungsvorrichtung in einen in dem Ventil geformten Behälter umfassen, und der Positionierschritt kann weiter das Verdrängen des Geräts relativ zu der Verlagerungsvorrichtung umfassen, wobei die Verlagerungsvorrichtung relativ zu dem Behälter gehalten wird. Während des Anwendungsschritts kann die Verlagerungsvorrichtung von dem Behälter weg verdrängt werden, bevor der Ventilabschnitt in eine erste Richtung verdrängt wird, und die Verlagerungsvorrichtung kann relativ zu dem Behälter gehalten werden, nachdem der Ventilabschnitt in die erste Richtung verdrängt wurde.
Der Anwendungsschritt kann weiter das Halten der Verlagerungsvorrichtung relativ zu dem Ventilabschnitt umfassen, wenn der Ventilabschnitt in die erste Richtung verdrängt wird. Der Halteschritt kann weiter das radiale Verdrängen des Ventilabschnitts relativ zu der Verlagerungsvorrichtung umfassen. Der Halteschritt kann weiter das Halten von mindestens einem Abschnitt der Verlagerungsvorrichtung zwischen einem im Wesentlichen festen Ansatz des Ventilabschnittendes und einem radial ausfahrbaren Ansatz des Ventilabschnitts umfassen.
Ein Ventil wird hiernach auch als operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar beschrieben, dasselbe Ventil umfassend: eine in einer ausgewählten ersten und zweiten Position für das Schliessen und Öffnen des Ventils positionierbare Struktur; und eine Verlagerungsvorrichtung, welche lösbar an einem Gerät befestigt ist und durch das Ventil geführt werden kann, wobei die Verlagerungsvorrichtung in die Struktur eingreift, um die Struktur zwischen der ersten und zweiten Position zu verdrängen, und wobei die Verlagerungsvorrichtung von dem Gerät gelöst und in dem Ventil positioniert wird, wenn die Struktur sich in einer der ersten und zweiten Positionen befindet.
Die Struktur kann einen darin geformten Behälter umfassen, wobei die Verlagerungsvorrichtung relativ zu dem Behälter gehalten wird, wenn die Struktur zwischen der ersten und zweiten Position verdrängt wird.
Mindestens ein Abschnitt der Struktur kann radial eingefahren werden und hält die Verlagerungsvorrichtung relativ dazu, wenn die Struktur zwischen der ersten und zweiten Position verdrängt wird.
Das Ventil kann außerdem weiter eine Betriebseinheit und eine Schließeinheit umfassen, wobei die Betriebseinheit die Schließeinheit wahlweise öffnet und schließt, wenn die Struktur zwischen der ersten und zweiten Position verdrängt wird. Die Struktur kann nach einem anfänglichen Verdrängen der Struktur zwischen der ersten und zweiten Position operativ in die Betriebseinheit eingreifen. Die Struktur kann operativ in die Betriebseinheit eingreifen, ohne das Ventil nach dem anfänglichen Verdrängen der Struktur zu öffnen oder zu schliessen. Die Struktur und die Betriebseinheit können zusammen verdrängt werden und öffnen und schliessen wahlweise das Ventil nach weiteren Verdrängungen der Struktur zwischen der ersten und zweiten Position.
Ein Verfahren für das Betreiben eines Geräts innerhalb eines Untergrundbohrlochs wird hierfolgend auch beschrieben, wobei das Gerät eine Struktur umfasst, welche verdrängt wird, um das Gerät zu betreiben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Einführen eines Verlagerungswerkzeugs in das Gerät, wobei das Verlagerungswerkzeug ein Eingreifteil umfasst; das Eingreifen des Eingreifteils in die Struktur; das Auferlegen einer ersten Vorspannkraft auf das Verlagerungswerkzeug in eine erste Richtung, und damit das radiale Ausfahren des Eingreifteils nach außen; und das Auferlegen einer zweiten Vorspannkraft auf das Verlagerungswerkzeug in eine zweite, der ersten Richtung gegenüber liegenden Richtung, und damit das Verdrängen und Betreiben des Geräts durch die Struktur.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Auferlegens einer dritten Vorspannkraft auf das Verlagerungswerkzeug, und damit das radiale Einfahren des Eingreifteils. Die dritte Vorspannkraft kann auf das Verlagerungswerkzeug auferlegt werden, nachdem die zweite Vorspannkraft auf das Verlagerungswerkzeug auferlegt wurde.
Während des ersten Vorspannkraftauferlegungsschritts kann das Eingreifteil von einer ersten radialen Position auf eine zweite radiale Position außerhalb der ersten radialen Position verdrängt werden, und während des dritten Vorspannkraftauferlegungsschritts kann das Eingreifteil auf eine dritte radiale Position innerhalb von der ersten radialen Position verdrängt werden.
Der erste Vorspannkraftauferlegungsschritt kann weiter das Verdrängen des Eingreifteils in eine erste axiale Richtung relativ zu einer Spindel des Verlagerungswerkzeugs umfassen. Während des Eingreifteilverdrängungsschritts kann das Eingreifteil von einer ersten Position, in welcher das Eingreifteil radial nach außen von einem ersten Abschnitt der Spindel gestützt wird, auf eine zweite Position, in welcher das Eingreifteil radial nach außen von einem zweiten Abschnitt der Spindel gestützt wird, verdrängt werden. Das Verfahren kann weiter nach dem Eingreifteilverdrängungsschritt den Schritt des lösbaren Haltens des Eingreifteils gegen eine axiale Verdrängung relativ zu der Spindel umfassen. Das Verfahren kann nach dem lösbaren Halteschritt weiter den Schritt des Auferlegens einer dritten Vorspannkraft auf das Eingreifteil umfassen, und damit das Lösen des Eingreifteils für eine axiale Verdrängung relativ zu der Spindel. Der dritte Vorspannkraftauferlegungsschritt kann weiter das radiale Einfahren des Eingreifteils umfassen, und damit das Abtrennen des Eingreifteils von der Struktur.
Das Verfahren kann weiter den Schritt des Auferlegens einer dritten Vorspannkraft auf das Verlagerungswerkzeug in eine zweite Richtung umfassen, und damit das Abtrennen des Eingreifteils von der Struktur.
Der Eingreifschritt kann weiter das Positionieren von mindestens einem Abschnitt des Eingreifteils zwischen einem im Wesentlichen festen Abschnitt der Struktur und einem radial ausfahrbaren Abschnitt der Struktur umfassen. Der zweite Vorspannkraftauferlegungsschritt kann weiter das radiale Ausfahren des radial ausfahrbaren Abschnitts der Struktur umfassen. Der radiale Ausfahrschritt kann weiter das Lösen des Eingriffteilabschnitts für das Verdrängen desselben von zwischen dem im Wesentlichen festen und dem radial ausfahrbaren Abschnitt der Struktur umfassen.
Ein weiteres Verfahren für das Betreiben eines Geräts innerhalb eines Untergrundbohrlochs wird hierfolgend beschrieben, wobei das Gerät zwischen ersten und zweiten Konfigurationen desselben betrieben werden kann, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Einführen eines Werkzeugs in das Gerät, wobei das Werkzeug eine lösbar daran befestigte Verlagerungsvorrichtung umfasst; das Eingreifen der Verlagerungsvorrichtung in das Gerät; das Auferlegen einer ersten vorbestimmten Kraft auf die Verlagerungsvorrichtung in eine erste Richtung, und damit das Betreiben des Geräts von der ersten in die zweite Konfiguration; das Auferlegen einer zweiten vorbestimmten Kraft auf die Verlagerungsvorrichtung in die erste Richtung, und damit das Lösen der Verlagerungsvorrichtung von dem Werkzeug, und das Positionieren der Verlagerungsvorrichtung in dem Gerät; das Verdrängen des Werkzeugs in die erste Richtung relativ zu der Verlagerungsvorrichtung, und damit das Trennen der Verlagerungsvorrichtung von dem Werkzeug; das Verdrängen des Werkzeugs in eine zweite, der ersten Richtung gegenüber liegenden Richtung relativ zu der Verlagerungsvorrichtung, und damit das Eingreifen der Verlagerungsvorrichtung in das Werkzeug; und das Auferlegen einer dritten vorbestimmten Kraft auf die Verlagerungsvorrichtung in die zweite Richtung, und damit das Betreiben des Geräts von der ersten in die zweite Konfiguration.
Der zweite Auferlegungsschritt der vorbestimmten Kraft kann weiter das Halten der Verlagerungsvorrichtung in einem Behälter in dem Gerät umfassen. Der Halteschritt kann weiter das Positionieren von mindestens einem Abschnitt der Verlagerungsvorrichtung zwischen ersten und zweiten Ansätzen des Behälters umfassen. Der Halteschritt kann weiter das radiale Einfahren des ersten Behälteransatzes umfassen.
Der dritte Auferlegungsschritt der vorbestimmten Kraft kann weiter das Lösen der Verlagerungsvorrichtung von dem Behälter umfassen.
Es wird außerdem hierfolgend ein Ventil beschrieben, welches operativ in einem Untergrundbohrloch positioniert werden kann, wobei dasselbe Ventil umfasst: eine Struktur, welche für den Betrieb des Ventil zwischen ersten und zweiten Positionen verdrängt werden kann, wobei die Struktur einen darin geformten internen Behälterabschnitt umfasst, ein im Wesentlichen fester Ansatz an einem gegenüber liegenden Ende des Behälterabschnitts, und ein radial ausfahrbarer Ansatz an dem gegenüber liegenden Ende des Behälterabschnitts, wobei der radial ausfahrbare Ansatz eine erste innere Dimension umfasst, wenn die Struktur sich in der ersten Position befindet, und wobei der radial ausfahrbare Ansatz eine zweite innere Dimension umfasst, welche größer ist als die erste innere Dimension, wenn die Struktur sich in der zweiten Position befindet; und eine Verlagerungsvorrichtung mit einer äußeren Dimension, welche sich zwischen der ersten und zweiten inneren Dimension des radial ausfahrbaren Ansatzes befindet, wobei mindestens ein Abschnitt der Verlagerungsvorrichtung in dem Behälterabschnitt zwischen dem festen Ansatz und dem radial ausfahrbaren Ansatz gehalten wird, wenn die Struktur sich in der ersten Position befindet, und wobei die Verlagerungsvorrichtung von zwischen dem festen Ansatz und dem radial ausfahrbaren Ansatz gelöst wird, wenn sich die Struktur in der zweiten Position befindet.
Das Ventil kann weiter eine Betriebseinheit umfassen, wobei die Struktur operativ in die Betriebseinheit eingreift, wenn die Struktur von der zweiten auf die erste Position verdrängt wird. Die Betriebseinheit kann relativ zu der Struktur befestigt und zusammen mit derselben verdrängt werden, wenn die Struktur operativ in die Betriebseinheit eingreift.
Die Verlagerungsvorrichtung kann lösbar an einem Gerät befestigt werden. Das Gerät kann eine Bohrkrone, oder eine für das Fördern von Flüssigkeiten durch dasselbe operativ in dem Bohrloch positionierbare Fördereinheit umfassen.
Die Verlagerungsvorrichtung kann für ein Verdrängen relativ zu dem Gerät gelöst werden, wenn das Gerät in eine erste Richtung durch die Struktur verdrängt wird, und das Gerät greift in die Verlagerungsvorrichtung ein und verdrängt dieselbe Verlagerungsvorrichtung damit, wenn das Gerät in eine zweite, der ersten Richtung gegenüberliegenden Richtung durch die Struktur verdrängt wird. Die Struktur kann von der ersten Position auf die zweite Position verdrängt werden, wenn das Gerät und die Verlagerungsvorrichtung in die zweite Richtung verdrängt werden.
Ein weiteres Ventil wird hierfolgend als operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar beschrieben, wobei das Ventil umfasst: eine Schließeinheit, welche für das wahlweise Erlauben und Verhindern eines Flüssigkeitsflusses durch dieselbe konfiguriert ist; eine relativ zu der Schließeinheit verdrängbare Betriebseinheit für das Öffnen und Schliessen der Schließeinheit; und eine verschiebbar relativ zu der Betriebseinheit positionierte und darin eingreifende Verriegelungseinheit, wobei die Verriegelungseinheit von einer ersten Position, in welcher die Verriegelungseinheit relativ zu der Betriebseinheit verdrängt werden kann, auf eine zweite Position, in welcher die Verriegelungseinheit operativ in die Betriebseinheit eingreifen und zusammen mit derselben verdrängt werden kann, verdrängt werden kann.
Die Verriegelungseinheit kann einen Behälter umfassen. Der Behälter kann erste und zweite Eingreifabschnitte umfassen. Der erste Eingreifabschnitt kann im Wesentlichen fest sein, und der zweite Eingreifabschnitt kann radial ausfahrbar sein.
Das Ventil kann weiter eine Verlagerungsvorrichtung umfassen, wobei die Verlagerungsvorrichtung relativ zu dem Behälter gehalten werden kann. Mindestens ein Abschnitt der Verlagerungseinheit kann relativ zu dem Behälter zwischen ersten und zweiten Eingreifabschnitten desselben gehalten werden, wobei einer der Eingreifabschnitte radial ausfahrbar ist, um die Verlagerungsvorrichtung aus ihrer Halterung relativ zu dem Behälter zu lösen.
Idealerweise ist die Verlagerungsvorrichtung lösbar an einem Gerät befestigt, welches durch die Verriegelungseinheit hindurch verdrängt werden kann.
Wir beziehen uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1A–I Querschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte eines Bohrlochregelventils für die Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei das Ventil in seiner geöffneten und geschlossenen Konfiguration gezeigt wird;
2 eine Teilquerschnittsansicht und eine zum Teil gehobene Draufsicht auf einen Verlagerungsring darstellt, welcher lösbar an einer Bohrkrone befestigt ist;
3 eine Querschnittsansicht eines Werkzeugs darstellt, welches für das Schliessen des Bohrlochregelventils von 1A–I angewendet wird, wobei das Werkzeug in einer verlagerten und einer nicht verlagerten Konfiguration desselben gezeigt wird;
4 eine Querschnittsansicht eines Werkzeugs darstellt, welches für das Öffnen des Bohrlochregelventils von 1A–I angewendet wird, wobei das Werkzeug in einer verlagerten und einer nicht verlagerten Konfiguration desselben gezeigt wird;
5A–E Querschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte des Bohrlochregelventils von 1A–I darstellen, wobei das Ventil in einer entriegelten Konfiguration gezeigt wird, in welcher dasselbe in das Bohrloch eingeführt wird;
6A–E Querschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte des Bohrlochregelventils von 1A–I darstellen, wobei das Ventil in einer geöffneten Konfiguration gezeigt wird, nachdem eine darin befindliche Verriegelungshülseneinheit verschoben wurde;
7A–E Querschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte des Bohrlochregelventils von 1A–I darstellen, wobei das Ventil in einer geschlossenen Konfiguration desselben gezeigt wird;
8A–E Querschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte des Bohrlochregelventils von 1A–I darstellen, wobei das Ventil in einer erneut geöffneten Konfiguration desselben gezeigt wird;
9A–F Viertelquerschnittsansichten aufeinander folgender axialer Abschnitte eines Packerfeststellwerkzeugs darstellen; und
10A–M schematische Bohrlochdiagramme darstellen, welche ein Verfahren für das Bohren und Komplettieren eines Untergrundbohrlochs veranschaulichen.
In 1A–I wird ein Bohrlochregelventil 10 repräsentativ dargestellt. In der hierfolgenden Beschreibung des Ventils 10 und anderen beschriebenen Geräten und Verfahren werden Richtungsbeschreibungen wie zum Beispiel „über", „unter", „obere", „untere", „aufwärts", „abwärts", usw. aus Einfachheitsgründen angewendet und beziehen sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Außerdem sollte verstanden werden, dass die vorliegende hierfolgend beschriebene Erfindung in verschiedenen Orientierungen, wie zum Beispiel schräg, umgekehrt, horizontal, vertikal, usw. angewendet werden kann, ohne von den Prinzipen der Erfindung abzuweichen.
Die linke Seite der 1A–I veranschaulicht das Ventil 10 in einer geschlossenen Konfiguration, und die rechte Seite der 1A–I veranschaulicht das Ventil in einer geöffneten Konfiguration. In der geschlossenen Konfiguration verhindert eine Schließeinheit 12 des Ventils 10 einen Flüssigkeitsfluß durch einen darin geformten internen axialen Fließdurchgang 14. In der geöffneten Konfiguration erlaubt die Schließeinheit 12 einen solchen Flüssigkeitsfluß durch den Fließdurchgang 14.
Die Schließeinheit 12 ist einer herkömmlichen Klappenschließeinheit ähnlich, welche in Untergrundsicherheitsventilen angewendet wird. Ein Klappenventil 16 wird drehbar relativ zu einem Sitz 18, welcher den Fließdurchgang 14 umläuft, montiert. Eine Spannungsfeder 20 spannt das Klappenventil 16 in Richtung des Sitzes 18 vor. Das Klappenventil 16 wird in 1I mittels der ununterbrochenen Linie in seiner geöffneten Position, und mittels der gebrochenen Linie in seiner geschlossenen Position gezeigt.
Das Klappenventil 16 wird durch Verdrängen einer Betriebshülseneinheit 22 relativ zu demselben zwischen seinen offenen und geschlossenen Positionen verdrängt. Um das Ventil 10 zu öffnen, wird die Betriebshülseneinheit 22 relativ zu einer äußeren Gehäuseeinheit 24 nach unten verdrängt und dreht das Klappenventil 16 von dem Sitz 18 weg gegen die Vorspannkraft der Feder 20. Die Betriebshülseneinheit 22 wird auf der rechten Seite von 1A–I in ihrer nach unten verdrängten Position gezeigt. Die Betriebshülseneinheit 22 wird relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben verdrängt, um es der Feder 20 zu erlauben, das Klappenventil 16 gegen den Sitz 18 zu schliessen, um das Ventil 10 zu schliessen. Die Betriebshülseneinheit 22 wird auf der linken Seite von 1A–I in ihrer nach oben verdrängten Position gezeigt.
Ein Verdrängen der Betriebshülseneinheit 22 zwischen ihren aufwärts und abwärts verdrängten Positionen wird mittels einer Spannfingerverriegelungshülseneinheit 26 kontrolliert. Wie hierfolgend eingehender beschrieben wird, befindet sich die Verriegelungshülseneinheit 26 anfänglich in einer nach oben verdrängten Position relativ zu der Betriebshülseneinheit 22, wenn das Ventil 10 in ein Bohrloch eingeführt wird, wobei ein allgemein C-förmiger Sprengring 28, welcher an einem oberen Abschnitt der Betriebshülseneinheit geführt wird, in eine untere ringförmige Aussparung 30 eingreift, welche außenseitig an der Verriegelungshülseneinheit geformt ist. Wenn die Verriegelungshülseneinheit 26 jedoch relativ zu der Betriebshülseneinheit 22 nach unten verdrängt wird, wird es dem Sprengring 28 erlaubt, sich radial auszudehnen und sich aus der Aussparung 30 zu lösen und in eine obere ringförmige Aussparung 32 eingreifen, welche außenseitig an der Verriegelungshülseneinheit geformt ist. Danach verdrängen sich die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 gegenseitig. Zu diesem Zeitpunkt greift die Verriegelungshülseneinheit 26 operativ in die Betriebshülseneinheit 22 ein, wobei das Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit ein Verdrängen der Betriebshülseneinheit verursacht.
Ein Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 relativ zu der Gehäuseeinheit 24 wird durch das Auferlegen einer Kraft auf eine allgemein ringförmige Verlagerungsvorrichtung 34 durchgeführt. Wie hierfolgend eingehender beschrieben werden soll wird der Ring 34, welcher anfänglich lösbar an einem Werkzeug wie zum Beispiel einer Bohrkrone befestigt in das Ventil 10 eingeführt wird, in einen Ansatz 36 eingreifen, welcher intern in der Verriegelungshülseneinheit 26 geformt ist, wobei eine nach unten ausgerichtete Vorspannkraft auf den Ring auferlegt wird, um die Verriegelungshülseneinheit relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach unten zu verlagern, so dass der Sprengring 28 in die obere Aussparung 32 eingreift, wonach eine nach unten ausgerichtete Vorspannkraft auferlegt wird, um den Ring von dem Werkzeug zu lösen und den Ring wie in 1C und D dargestellt in der Verriegelungshülseneinheit 26 zu positionieren. Wenn das Werkzeug später durch das Ventil 10 nach oben geführt wird, greift das Werkzeug in den Ring 34 ein und verdrängt denselben so nach oben, wobei der Ring in einen sich radial erstreckenden Ansatz 38 eingreift, welcher intern in der Verriegelungshülseneinheit 26 geformt ist, wonach eine nach oben ausgerichtete Kraft auf den Ring auferlegt wird, um die Verriegelungshülseneinheit und die Betriebshülseneinheit 22 relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben zu verlagern, und sich der Ansatz 38 dann ausdehnt, um ein Entfernen des Rings mit dem Werkzeug zu erlauben.
Der Ansatz 38 kann sich aufgrund der Spannfingerkonstruktion der Verriegelungshülseneinheit 26 und deren Verdrängung in verschiedenen Durchmessern der Gehäuseeinheit 24 radial ausdehnen. Aus Veranschaulichungsgründen ist die Spannfingerkonstruktion der Verriegelungshülseneinheit 26 in 1A–I nicht vollständig dargestellt, sondern wird in 5A und B, 6A und B, 7A und B, und 8A und B veranschaulicht. Auf der linken Seite der 1B und C ist ersichtlich, dass ein äußerer, an der Verriegelungshülseneinheit 26 geformter radial vergrößerter Abschnitt 40 in eine Bohrung 42 mit einem etwas größeren Durchmesser empfangen wird, welcher in der Gehäuseeinheit 24 geformt ist, wenn sich das Ventil 10 in seiner geschlossenen Konfiguration befindet, und dass der Ansatz 38 sich in einer radial vergrößerten Konfiguration befindet, in welcher der Ring 34 axial durch denselben hindurch fahren kann. Auf der rechten Seite von 1C und D ist ersichtlich, dass der radial vergrößerte Abschnitt 40 in eine radial reduzierte Bohrung 44 empfangen wird, welche in der Gehäuseeinheit 24 geformt ist, wenn sich das Ventil 10 in seiner geöffneten Konfiguration befindet, und dass der Ansatz 38 radial eingefahren wird, so dass der Ring 34 auf diese Weise axial in einem Behälter zwischen den Ansätzen 36, 38 gehalten wird.
Die Betriebshülseneinheit 22 wird anfänglich durch ein Eingreifen des Sprengrings 28 in die Aussparung 30 und aufgrund der Wischerringe 46 resultierende Reibungskräfte daran gehindert, relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben verdrängt zu werden. Die Verriegelungshülseneinheit 26 ist in ihrer nach oben verdrängten Position durch Eingriff eines allgemein C-förmigen Sprengrings 48 in eine ringförmige Aussparung 50, welche außenseitig an der Verriegelungshülseneinheit geformt ist, und durch den Eingriff des radial vergrößerten Abschnitts 40 in einen interenen Ansatz 52 zwischen den Bohrungen 42, 44 lösbar befestigt. Für ein abwärtiges Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 relativ zu der Gehäuseeinheit 24 wird mittels des Rings 34 eine nach unten ausgerichtete Vorspannkraft auf den Ansatz 36 auferlegt, wobei der Sprengring 48 aus der Aussparung 50 entfernt, und der radial vergrößerte Abschnitt 40 radial in die Bohrung 44 eingefahren wird. Ein an der Betriebshülseneinheit 22 geformter externer Ansatz 54 kontaktiert einen internen Ansatz 56, welcher in der Gehäuseeinheit 24 geformt ist, um ein weiteres Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 und der Betriebshülseneinheit nach unten zu verhindern.
Die Verriegelungshülseneinheit 26 wird durch ein Eingreifen des Sprengrings 48 in einen radial vergrößerten Abschnitt 58, welcher außenseitig an der Verriegelungshülseneinheit geformt ist, in ihrer nach unten verdrängten Position gehalten, wobei der radial vergrößerte Abschnitt wie auf der rechten Seite von 1C dargestellt zwischen dem Sprengring und dem Ansatz 52 positioniert ist. Es sollte beachtet werden, dass der radial vergrößerte Abschnitt 58 durch den Sprengring 48 hindurch fährt, wenn die Verriegelungshülseneinheit 26 nach unten verdrängt wird, und sich der Sprengring radial ausdehnt, um ein Durchführen des radial vergrößerten Abschnitts durch denselben zu erlauben. Wenn die Verriegelungshülseneinheit 26 dann jedoch relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben verdrängt wird, wird der Sprengring 48 mit dem radial vergrößerten Abschnitt 58 nach oben und in eine radial reduzierte Bohrung 60 geführt, welche in der Gehäuseeinheit geformt ist, und der Sprengring wird in einen Ansatz 62 eingreifen, welcher innerhalb der Gehäuseeinheit geformt ist, und wird ein weiteres Verdrängen des Sprengrings nach oben verhindern.
Das Positionieren des Sprengrings 48 in der radial reduzierten Bohrung 60 verhindern außerdem eine wesentliche radiale Ausdehnung des Sprengrings. Damit fordert ein weiteres Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben, dass eine ausreichend große aufwärtige Vorspannkraft auf die Verriegelungshülseneinheit auferlegt wird, um ein radiales Einfahren des radial vergrößerten Abschnitts 58 und ein axiales Durchführen desselben durch den Sprengring zu verursachen, nachdem der Sprengring 48 in den Ansatz 62 eingegriffen hat. Diese aufwärtige Vorspannkraft wird dem Ring 34 mittels eines oben beschriebenen Werkzeugs wie zum Beispiel einer Bohrkrone auferlegt, wobei der Ring in den Ansatz 38 eingreift, um die Vorspannkraft auf die Verriegelungshülseneinheit 26 zu übertragen.
Wenn die Verriegelungshülseneinheit 26 nach oben verdrängt wird, wird der radial vergrößerte Abschnitt 40 letztendlich innerhalb der radial vergrößerten Bohrung 42 empfangen und der Ansatz dehnt sich radial aus, um dem Ring 34 ein aufwärtiges Durchfahren desselben zu erlauben. Der Ring 34 kann dann mit dem Werkzeug entfernt werden.
Die Gehäuseeinheit 24 wird für das Verbinden mit dem Ventil 10 in einer Rohranordnung wie zum Beispiel einer Verrohrung oder einem Futterrohr konfiguriert. Für diesen Zweck ist die Gehäuseeinheit 24 mit inneren und äußeren Gewindeendverbindungen 64, 66 ausgestattet.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 wird der Ring 34 hier repräsentativ lösbar an einer Bohrkrone 58 befestigt illustriert. Es sollte dabei deutlich verstanden werden, dass es nicht notwendig ist, dass der Ring 34 oder andere Verlagerungsvorrichtungen an einer Bohrkrone oder an einem anderen bestimmten Geräteteil befestigt sind, um die Prinzipen der vorliegenden Erfindung aufrecht zu erhalten. Eine solche Platzierung des Rings 34 ermöglicht jedoch einen bequemen Betrieb des Ventils 10 während Bohrverfahren. Während anderer Verfahren wie zum Beispiel Komplettierungsverfahren kann der Ring 34 oder andere Verlagerungsvorrichtungen lösbar an einem anderen Geräteteil befestigt sein.
Der Ring 34 ist mit drei Abscherschrauben 70, von welchen in 2 nur eine sichtbar ist, lösbar an der Bohrkrone 68 befestigt. Wenn die Bohrkrone 68 an dem unteren Ende eines Bohrgestänges in das Ventil 10 eingeführt wird, wird der Ring 34 in den Ansatz 36 eingreifen, wenn die Bohrkrone durch das Ventil hindurch fährt. Eine abwärtige Vorspannkraft wird mittels der Bohrkrone und dem assoziierten Bohrgestänge auf den Ring 34 auferlegt, um ein abwärtiges Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 wie oben beschrieben zu verursachen, und damit das Ventil 10 zu öffnen, wenn dieses vorher geschlossen war. Nach dem abwärtigen Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 wird eine etwas größere abwärtige Vorspannkraft mittels der Bohrkrone 68 und das assoziierte Bohrgestänge auf den Ring 34 auferlegt, um die Abscherschrauben 70 abzuscheren und den Ring von der Bohrkrone zu lösen. Der Ring 34 wird auf diese Weise in dem Behälter zwischen den Ansätzen 36, 38 in der Verriegelungshülseneinheit 26 positioniert. Es wird deutlich verstanden werden, dass ein abwärtiges Befördern der Bohrkrone 68 durch das Ventil 10 dasselbe Ventil auf diese Weise automatisch öffnen wird, wenn dieses vorher geschlossen war, ohne irgendwelche Kontrolle über das Ventil von der Erdoberfläche oder einem anderen entfernt gelegenen Standort aus zu fordern.
Es sollte berücksichtigt werden, dass die Bohrkrone 68 einen äußeren Durchmesser D aufweist, welcher mit seinem maximalen äußeren lateralen Ausmaß oder seinem doppelten maximalen radialen Ausmaß korrespondiert. Wenn der Ring 34 für den Vertrieb des Ventils 10 in die Ansätze 36, 38 eingreifen soll, ohne dass die Bohrkrone 68 auch in die Ansätze eingreift, sollte der Kronendurchmesser D kleiner sein als ein Außendurchmesser O des Rings 34. Auf eine ähnliche Weise ist ein Innendurchmesser I des Rings 34 kleiner als der Kronendurchmesser D, um den Ring 34 auf dem Ventil 10 zu entfernen, wenn die Krone 68 durch denselben hindurch nach oben geführt wird.
Wenn die Krone 68 durch das Ventil 10 hindurch nach unten geführt worden ist und der Ring 34 in der Verriegelungshülseneinheit 26 positioniert wurde kann es notwendig sein, die Bohrkrone aus dem Bohrloch zu entfernen, oder zumindest das Bohrgestänge anzuheben, so dass die Bohrkrone durch das Ventil hindurch nach oben geführt werden kann. Wenn die Krone 68 durch das Ventil 10 hindurch nach oben geführt wird, greift der Ring 34 in einen Ansatz 72 ein, welcher außenseitig an der Krone geformt ist. Die Krone 68 legt dann eine aufwärtige Vorspannkraft auf den Ring 34 auf, welche auf den Ansatz 38 übertragen wird und den radial vergrößerten Abschnitt 58 radial einfährt, die Verriegelungshülseneinheit 26 nach oben verdrängt, und das Ventil 10 schließt. Es ist damit deutlich erkennbar, dass ein Führen der Krone 68 nach oben durch das Ventil 10 hindurch dasselbe Ventil automatische schließt, ohne irgendwelche Kontrolle von der Erdoberfläche oder einem anderen entfernt gelegenen Standort aus zu fordern.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 3 wird hier ein Werkzeug 74 für das Schliessen des Ventils 10 repräsentativ illustriert. Die rechte Seite von 3 zeigt das Werkzeug 74, während dieses anfänglich durch das Ventil 10 eingeführt wird, und die linke Seite von 3 zeigt das Werkzeug, nachdem es dazu angewendet wurde, das Ventil zu schliessen.
Das Werkzeug 74 umfasst eine Reihe von umlaufend getrennt angeordneten Nasen oder Klinken 76, welche sich durch eine korrespondierende Reihe von durch eine Hülse 78, welche verschiebbar auf einer rohrförmigen inneren Spindel 80 positioniert ist, geformten Öffnungen radial nach außen erstrecken. Die Hülse 78 ist mittels einer Reihe von Abscherschrauben 82 gegen ein Verdrängen relativ zu der Spindel 80, wenn das Werkzeug anfänglich in ein Bohrloch eingeführt wird, lösbar an befestigt. Auf der linken Seite von 3 ist ersichtlich, dass die Hülse 78 durch Abscheren der Abscherschrauben 82 relativ zu der Spindel 80 nach oben verschoben werden kann.
Es sollte beachtet werden, dass die Klinken 76 aufgrund einer Vergrößerung des Außendurchmessers der Spindel, welche unter den Klinken liegt, radial nach außen verdrängt werden, wenn die Hülse 78 relativ zu der Spindel 80 nach oben verdrängt wird. Es sollte außerdem beachtet werden, dass die Klinken 76 aufgrund einer Verkleinerung des Außendurchmessers der Spindel nach innen eingefahren werden können, wenn die Hülse 78 relativ zu der Spindel 80 nach unten verdrängt wird. Ein solches abwärtiges Verdrängen der Hülse 78 relativ zu der Spindel 80 tritt normalerweise während der Anwendung des Werkzeugs 74 nicht auf, kann jedoch für das Entfernen des Werkzeugs nützlich sein, wenn die Klinken 76 sich in einer Verengung des Bohrlochs festsetzen sollten.
Ein allgemein C-förmiger Sprengring 84 wird anfänglich in einer ringförmigen Aussparung 86 positioniert, welche außenseitig an der Spindel 80 geformt ist. Wenn die Hülse 78 relativ zu der Spindel 80 nach oben verdrängt wird, wird der Sprengring 84 zwangsweise radial ausgedehnt und zusammen mit der Hülse nach oben verdrängt, bis derselbe in eine andere ringförmige Aussparung oder eine außenseitig an der Spindel 80 geformte radial reduzierte Aussparung 88 empfangen wird, wobei diese Aussparung 88 einen Ansatz 90 umfasst, welcher ein darauffolgendes abwärtiges Verdrängen des Sprengrings relativ zu der Spindel verhindert.
Wenn es erwünscht ist, dass die Hülse relativ zu der Spindel nach unten verdrängt werden soll, nachdem dieselbe Hülse 78 wie auf der linken Seite von 3 dargestellt relativ zu der Spindel 80 nach oben verdrängt wurde, zum Beispiel wenn die Klinken 76 während des Entfernens derselben in eine Verengung eines Bohrlochs eingreifen, kann eine aufwärtige Vorspannkraft an dessen oberer Innengewindeverbindung 92 auf das Werkzeug 74 auferlegt werden, was in dem Auferlegen einer korrigierenden abwärtigen Vorspannkraft auf die Hülse resultieren würde. Die diese abwärtige Vorspannkraft auf die Hülse 78 ausreichend groß ist, wird dieselbe eine Reihe von Abscherschrauben 94 abscheren, welche einen Sprengringbehälter 96 an der Hülse befestigen. Wenn die Abscherschrauben 94 abgeschert sind, wird die Hülse 78 relativ zu der Spindel 80 nach unten verdrängt, so dass die Klinken 76 wie oben beschrieben radial nach innen eingefahren werden können.
Das Werkzeug 74 kann mittels einer Rohranordnung wie zum Beispiel einer segmentierten oder Spulenrohranordnung, welche an die Verbindung 92 angeschlossen ist, oder auf eine andere Weise, zum Beispiel mittels einer Drahtleitung, Slickleitung, usw. in das Ventil 10 eingeführt werden. Das Werkzeug 74 wird angewendet, um das Ventil 10 zu schliessen, wenn der Ring 34 nicht in dem Ventil vorhanden ist, obwohl geeignete Modifizierungen des Werkzeugs durchgeführt werden können, um dessen Anwendung zu ermöglichen, wenn der Ring in demselben vorhanden ist. So kann zum Beispiel ein unterer Ansatz 98 an jeder der Klinken 76 geformt werden, um den Ring 34 aufzunehmen, und Verriegelungsteile können an dem Werkzeug 74 angebracht werden, um in den Ring einzugreifen und denselben zu entfernen, wenn das Ventil mittels des Werkzeugs geschlossen wird, so dass der Ring zusammen mit dem Werkzeug entfernt wird.
Wenn das Ventil 10 wie auf der rechten Seite von 1A–I geöffnet, und der Ring 34 nicht in dem Ventil vorhanden ist, kann das Werkzeug 74 in das Ventil eingeführt werden, bis die Ansätze 98 an den Klinken 76 den Ansatz 36 in der Verriegelungshülseneinheit 26 kontaktieren. Wenn die Verriegelungshülseneinheit 26 noch nicht relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach unten verdrängt wurde und wie oben beschrieben in die Betriebshülseneinheit 22 eingegriffen hat, kann eine abwärtige Vorspannkraft auf das Werkzeug 74 auferlegt werden, um die Verriegelungshülseneinheit wie gewünscht nach unten zu verdrängen, bis der Sprengring 28 in die Aussparung 32 eingreift.
Wenn die Ansätze 98 in den Ansatz 36 eingegriffen haben und die Verriegelungshülseneinheit 26 mit der Betriebshülseneinheit 22 verriegelt ist, wird eine abwärtige Vorspannkraft auf das Werkzeug 74 auferlegt, um die Abscherschrauben 82 wie oben beschrieben abzuscheren. Zu diesem Zeitpunkt werden die Spindel 80 und die obere Verbindung 92 relativ zu der Hülse 78, den Klinken 76, und dem Sprengring 84 nach unten verdrängt. Die Klinken 76 werden sich radial nach außen erstrecken, und der Sprengring 84 wird wie auf der linken Seite von 3 dargestellt in die Aussparung 88 positioniert.
Eine solche radiale Erstreckung der Klinken 76 nach außen positioniert die Klinken so, dass obere Ansätze 100 in die Ansätze 38 der Verriegelungshülseneinheit 26 eingreifen können. Auf diese Weise können die Klinken 76 durch den Ansatz 38 hindurch nach unten fahren, wenn das Werkzeug 74 anfänglich in das Ventil 10 eingeführt wird. Wenn die Klinken 76 jedoch durch Abscheren der Abscherschrauben 82 radial ausgefahren worden sind und die Spindel 80 relativ zu der Hülse 78 nach unten verdrängt haben, können die Klinken nicht durch den Ansatz 38 hindurch nach oben fahren.
Nachdem die Klinken 76 wie auf der linken Seite von 3 radial nach außen ausgefahren worden sind, wird eine aufwärtige Vorspannkraft auf das Werkzeug 74 auferlegt, um die Klinken in Kontakt mit dem Ansatz 38 zu bringen. Diese aufwärtige Vorspannkraft verdrängt die Verriegelungshülseneinheit 26 und Betriebshülseneinheit 22 zusammen mit dem Werkzeug 74 relativ zu der Gehäuseeinheit 24 nach oben. Das Ventil 10 wird geöffnet, wenn die Betriebshülseneinheit 22 ausreichend weit nach oben verdrängt worden ist, so dass das Klappenventil 16 abdichtend in den Sitz 18 eingreifen kann.
Es sollte beachtet werden, dass der Ansatz 38 sich ausdehnt, wenn der radial vergrößerte Abschnitt 40 der Verriegelungshülseneinheit 26 wie auf der linken Seite von 1B und C dargestellt in der Bohrung 42 positioniert wird. Auf diese Weise können die Ansätze 100 der Klinken 76 aus ihrem Eingriff mit den Ansätzen 38 gelöst werden, wenn der Ansatz 38 sich radial ausdehnt, wobei das Werkzeug 74 dann nach oben durch den Ansatz 38 hindurch fahren kann. Alternativ können die Ansätze in Eingriff mit dem Ansatz 38 verbleiben, wenn der Abschnitt 40 in der Bohrung 42 positioniert wird und der Ansatz 38 sich radial ausdehnt, und eine weitere aufwärtige Vorspannkraft kann auf das Werkzeug 74 auferlegt werden, um die Abscherschrauben 94 abzuscheren und ein wie oben beschriebenes radiales Einfahren der Klinken 76 nach innen zu erlauben.
Wenn daher das Werkzeug 74 anfänglich in das Ventil 10 eingeführt wird und die Verriegelungshülseneinheit 26 sich in ihrer auf der rechten Seite von 1A–I dargestellten abwärts positionierten Position befindet, können die Klinken 76 durch den Ansatz 38 hindurch nach unten fahren und in den Ansatz 36 eingreifen. Wenn eine abwärtige Vorspannkraft auf das Werkzeug 74 auferlegt wird, um die Abscherschrauben 82 abzuscheren, werden sich die Klinken 76 radial nach außen erstrecken, so dass diese nicht länger durch den Ansatz 38 hindurch nach oben fahren können. Eine aufwärtige Vorspannkraft wird dann auf das Werkzeug 74 auferlegt, um die Verriegelungshülseneinheit 26 nach oben zu verlagern, woraufhin sich das Ventil 10 schließt und der Ansatz 38 sich radial ausdehnt. Die Klinken 76 können dann durch den Ansatz 38 hindurch nach oben fahren, oder eine weitere aufwärtige Vorspannkraft kann auf das Werkzeug 74 auferlegt werden, um die Abscherschrauben 94 abzuscheren und die Klinken radial einzufahren, so dass dieselben durch den Ansatz 38 hindurch nach oben fahren können.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 wird hier ein Werkzeug 102 für das Öffnen des Ventils 10 repräsentativ illustriert. Das Werkzeug 102 kann angewendet werden, um die Verriegelungshülseneinheit 26 nach unten in einen wie auf der rechten Seite von 1A–I dargestellten operativen Eingriff mit der Betriebshülseneinheit 22 zu verdrängen oder das Ventil 10 zu öffnen, wenn der Sprengring 28 schon in die Aussparung 32 empfangen wurde.
Wenn sich das Ventil 10 in seiner auf der linken Seite von 1A–I dargestellten geschlossenen Konfiguration befindet, wird das Werkzeug 102 in das Ventil eingeführt, zum Beispiel mittels einer Rohranordnung wie zum Beispiel einer segmentierten oder Spulenrohranordnung, welche an einer oberen Innengewindeverbindung 104 des Werkzeugs befestigt ist. Das Werkzeug 102 kann auch mittels anderer Vorrichtungen eingeführt werden, wie zum Beispiel einer Drahtleitung, Slickleitung usw.
Wenn das Ventil 10 anfänglich eingeführt wird, ist eine Reihe von umlaufend getrennt angeordneten Nasen oder Klinken 106 wie auf der rechten Seite von 4 dargestellt radial außenseitig ausgefahren. Die Klinken 106 werden mittels einer allgemein rohrförmigen inneren Spindel 108 in ihrer radial außenseitig ausgefahrenen Position gehalten. Die Klinken 106 erstrecken sich durch Öffnungen, welche durch eine Hülse 110 geformt sind, die verschiebbar auf der Spindel 108 positioniert ist. Die Hülse 110 ist mittels einer Reihe von Abscherschrauben 112 lösbar gegen ein radiales Verdrängen relativ zu der Spindel 108 befestigt.
Die Klinken 106 greifen in die Ansätze 36 in der Verriegelungshülseneinheit 26 ein, wenn das Werkzeug 102 durch das Ventil 10 hindurch fährt. Eine abwärtige Vorspannkraft wird dann auf das Werkzeug 102 auferlegt, wodurch die Verriegelungshülseneinheit und die Betriebshülseneinheit 22 wie auf der rechten Seite von 1A–I nach unten in die geöffnete Konfiguration verdrängt werden. Eine weitere abwärtige Vorspannkraft kann dann auf das Werkzeug 102 auferlegt werden, um die Abscherschrauben 112 abzuscheren und die Spindel 108 relativ zu der Hülse 110 und den Klinken 106 nach unten zu verdrängen.
Wenn die Spindel 108 relativ zu der Hülse 110 nach unten verdrängt wird, können die Klinken 106 radial nach innen in eine ringförmige Aussparung 114 eingefahren werden, welche außenseitig an der Spindel 108 geformt sind. Ein solches radiales Einfahren der Klinken 106 erlaubt es denselben Klinken, aufwärts durch den radial innenseitig eingefahrenen Ansatz 38 zu fahren. Das Werkzeug 102 kann dann nach oben durch das Ventil 10 hindurch entfernt werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Klinken 106 durch das Auferlegen einer aufwärtigen Vorspannkraft auf das Werkzeug innenseitig eingefahren können, bevor die Hülse 110 relativ zu der Spindel 108 nach oben verdrängt wird, zum Beispiel wenn die Klinken sich in einer Verengung in einem Bohrloch festsetzen sollten, während das Werkzeug 102 darin aufwärts gezogen wird. Diese aufwärtige Vorspannkraft wird die Abscherschrauben 112 abscheren und die Hülse 110 relativ zu der Spindel 108 abwärts verdrängen, wobei die Klinken dann einen radial reduzierten Abschnitt 116 der Spindel überliegen und radial nach innen eingefahren werden können.
Wenn die Hülse 110 wie auf der linken Seite von 4 nach dem Öffnen des Ventils 10 relativ zu der Spindel 108 nach oben verdrängt worden ist wird die Hülse daran gehindert, darauffolgend durch Eingriff eines Sprengrings 118 in eine ringförmige Aussparung oder einen radial reduzierten Abschnitt 120, welcher außenseitig an der Spindel 108 geformt ist, relativ zu der Spindel nach unten verdrängt zu werden. Der Sprengring 118 wird. anfänglich in eine ringförmige Aussparung 122 empfangen, welche wie auf der rechten Seite von 4 dargestellt außenseitig an der Spindel 108 geformt ist, wird aber nach oben in Eingriff mit der Aussparung 120 verdrängt, wenn die Hülse 110 relativ zu der Spindel 108 nach oben verdrängt wird. Da die Klinken 106 nach dem Anwenden des Werkzeugs 102 für das Öffnen des Ventils 10 wie oben beschrieben radial eingefahren werden, dürfte es nicht notwendig sein, die Hülse 110 weiter zu verdrängen. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Hülse 110 weiter zu verdrängen, nachdem dieselbe ausreichend weit nach oben verdrängt wurde, um in den Sprengring 118 in der Aussparung 120 einzugreifen, kann eine Reihe von Abscherschrauben 124, welche einen Sprengring 126 relativ zu der Hülse halten, abgeschert werden, was ein abwärtiges Verdrängen der Hülse relativ zu der Spindel 108 erlaubt.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 5A–E, 6A–E, 7A–E, und 8A–E ist das Ventil 10 hier in einem etwas reduzierten Maßstab mittels einer Sequenz von Konfigurationen während des Betriebs desselben in einem Bohrloch repräsentativ dargestellt. 5A–E zeigen das Ventil 10 während des anfänglichen Einführens in ein Bohrloch. 6A–E zeigen das Ventil 10, nachdem die Verriegelungshülseneinheit 26 nach unten in operativen Eingriff mit der Betriebshülseneinheit 22 verdrängt worden ist. 7A–E zeigen das Ventil 10, nachdem dasselbe durch das aufwärtige Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 und der Betriebshülseneinheit 22 geschlossen wurde. 8A–E zeigen das Ventil, nachdem dasselbe durch das abwärtige Verdrängen der Verrieglungshülseneinheit 26 und der Betriebshülseneinheit 22 geöffnet worden ist.
In 5A–E ist erkennbar, dass die Verriegelungshülseneinheit 26 sich in ihrer aufwärtig positionieren Position, und die Betriebshülseneinheit 22 sich in ihrer abwärtig positionierten Position befindet, wobei der Sprengring 28 in die untere Einsparung 30 der Verriegelungshülseneinheit eingreift. Die Betriebshülseneinheit 22 hält die Schließeinheit 12 in ihrer geöffneten Konfiguration und erlaubt einen Flüssigkeitsfluß durch den Fließdurchgang 14. Der Ansatz 38 befindet sich in seiner radial ausgedehnten Konfiguration, wobei der radial vergrößerte Abschnitt 40 in die Bohrung 42 empfangen wird.
In 6A–E ist ersichtlich, dass die Verriegelungshülseneinheit 26 nach unten verdrängt wurde, so dass der Sprengring 28 nun in die obere Aussparung 32 der Verriegelungshülsenaussparung eingreift, und die Verriegelungshülseneinheit greift nun operativ in die Betriebshülseneinheit 22 ein. Der radial vergrößerte Abschnitt 40 wird nun in die Bohrung 44 empfangen, und der Ansatz 38 befindet sich in seiner radial eingefahrenen Konfiguration. Die Schließeinheit 12 bleibt für einen Flüssigkeitsdurchfluß durch dieselbe hindurch geöffnet.
Die Verriegelungshülseneinheit 26 kann mittels des Rings 34, welcher an der Krone 68 oder einem anderen Geräteteil (siehe 2) geführt wird, nach unten auf die in 6A–E dargestellte Position verdrängt werden, in welchem Fall der Ring 34 wie in 1C und D in dem Ventil 10 positioniert werden könnte, oder die Verriegelungshülseneinheit könnte mittels des Öffnungswerkzeugs 102 (siehe 4) nach unten verdrängt werden.
In 7A–E ist ersichtlich, dass die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 von ihren in 6A–E dargestellten Positionen nach oben verdrängt worden sind, auf diese Weise die Schließeinheit 12 geschlossen, und einen Flüssigkeitsfluß durch den Fließdurchgang 14 verhindert haben. Der Ansatz 38 befindet sich nun in seiner radial ausgedehnten Konfiguration, in welcher sich der radial vergrößerte Abschnitt 40 nun in die Bohrung 42 empfangen wird.
Die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 können mittels des Rings 34 an der Krone 68 oder einem anderen Geräteteil (siehe 2) nach oben auf die in 7A–E dargestellten Positionen verdrängt werden, in welchem Fall der Ring 34 aus dem Ventil 10 entfernt wird, wenn die Krone durch die Verriegelungshülseneinheit nach oben geführt wird, wobei der Ring in die Ansätze 38 und 72 eingreift, um ein aufwärtiges Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit zu verursachen. Alternativ können die Verriegelungshülseneinheit und die Betriebshülseneinheit mittels des Schließwerkzeugs 74 (siehe 3) nach oben verdrängt werden.
In 8A–E ist ersichtlich, dass die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 von ihrer in 7A–E dargestellten Position nach unten verdrängt worden sind und die Betriebshülseneinheit nun die Schließeinheit 12 in ihrer geöffneten Konfiguration halten, so dass ein Flüssigkeitsfluß durch dieselbe nun erlaubt ist. Der radial vergrößerte Abschnitt 40 wird nun in die Bohrung 44 empfangen, und der Ansatz 38 befindet sich in seiner radial eingefahrenen Konfiguration. Die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 können mittels des Rings 34, welcher an der Krone 68 oder einem anderen Geräteteil (siehe 2) geführt wird, nach unten auf die in 8A–E dargestellte Position verdrängt werden, in welchem Fall der Ring 34 wie in 1C und D dargestellt in dem Ventil 10 positioniert könnte, oder die Verriegelungshülseneinheit könnte mittels des Öffnungswerkzeugs 102 (siehe 4) nach unten verdrängt werden.
Es ist eindeutig ersichtlich, dass das in 8A–E dargestellte Ventil 10 dem in 6A–E dargestellten Ventil ähnlich ist, wobei das Ventil sich in jedem Fall in einer geöffneten Konfiguration desselben befindet. Das Ventil 10 wird jedoch durch Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit 26 nach unten von der in 5A–E dargestellten geöffneten Konfiguration auf die in 6A–E dargestellte geöffnete Konfiguration umgestellt, um operativ in die Betriebshülseneinheit 22 einzugreifen, obwohl das Ventil durch das Verdrängen der Verriegelungshülseneinheit sowohl wie der Betriebshülseneinheit nach unten von der in 7A–E dargestellten geschlossenen Konfiguration auf die in 8A–E geöffnete Konfiguration umgestellt wird. Es ist außerdem deutlich erkennbar, dass das Ventil 10 durch ein wiederholtes Einführen der Krone 68 und des Rings 34 nach unten in das Ventil, und das darauffolgende Entfernen der Krone und des Rings wie oben beschrieben wiederholt zwischen der in 7A–E dargstellten geschlossenen und geöffneten Position geschaltet werden kann. Auf diese Weise wird die Schließeinheit 12 automatisch geöffnet, wenn die Krone 68 durch das Ventil 10 nach unten befördert wird, und wird automatisch geschlossen, wenn die Krone nach oben durch das Ventil entfernt wird. Natürlich kann das Ventil 10 auch mittels des Schließwerkzeugs 74 und des Öffnungswerkzeugs 102 wie oben beschrieben wiederholt zwischen seiner geschlossenen und geöffneten Konfiguration geschaltet werden.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 9A–F wird hier nun ein Packerfeststellwerkzeug 130 repräsentativ dargestellt. Das Feststellwerkzeug 130 ist wie weiter unten beschrieben nützlich für Verfahren für das Komplettieren eines Bohrlochs in einer unterbalancierten Kondition. Insbesondere umfasst das Feststellwerkzeug 130 ein Isolierventil 132, welches einen Flüssigkeitsdruck in einem inneren axialen Fließdurchgang 134, welcher durch das Feststellwerkzeug geformt ist, daran hindert, vorzeitig das Feststellen eines Packers zu verursachen; ein Umlaufventil 136, welches einen Umlauf von Flüssigkeit zwischen dem Fließdurchgang 134 und der Außenseite des Feststellwerkzeugs erlaubt; ein Feststellhülsenhaltemechanismus 138, welcher ein vorzeitiges Feststellen des Packers aufgrund von. mechanischen Lasten verhindert; und verschiedene andere Vorteile werden weiter unten eingehender beschrieben. Natürlich kann das Packerfestellwerkzeug auch für andere Verfahren als das unterbalancierte Bohren und Komplettieren von Bohrlöchern angewendet werden.
Das Isolierventil 132 umfasst eine innere Isolierhülse 140, welche verschiebbar in dem Fließdurchgang 134 positioniert ist. Die Isolierhülse 140 führt Dichtungen 142 außenseitig auf derselben, welche über eine Reihe von umlaufend getrennt angeordneten Öffnungen 144 gespreizt sind (nur eine derselben ist in 9A sichtbar), welche durch eine Seitenwand einer allgemein rohrförmigen Spindeleinheit 146 geformt sind. Das Isolierventil 140 ist mittels einem oder mehreren Abscherstiften, welche durch einen Ring 150 hindurch in die Isolierhülse installiert sind, lösbar in dieser Position befestigt und verhindert einen Flüssigkeitsfluß durch die Öffnungen 144. Wenn jedoch eine Kugel 152 oder ein anderen Plugging-Gerät abdichtend in die Isolierhülse 140 eingreift und ein ausreichend großer Flüssigkeitsdruck von oben auf die Kugel auferlegt wird, werden die Abscherstifte abscheren und das Isolierventil nach unten verdrängt, wobei die Öffnungen 144 aufgedeckt und ein Flüssigkeitsfluß durch dieselben erlaubt wird.
Ein Packer 154 wird in 9E durch gebrochene Linien repräsentiert. Insbesondere wird hier ein oberer Abschnitt des Packers 154 dargestellt, welcher eine Spindel 156 oder einen oberen Behälterkopfabschnitt des Packers repräsentiert. Das in 9A–F dargestellte Feststellwerkzeug 130 ist für die Anwendung mit einem Packer des Modells TWR konfiguriert, welcher von Halliburton Energy Services Inc. in Duncan, Oklahoma, erhältlich ist, wobei jedoch darauf hingewiesen werden soll, dass der Packer 154 auch aus einem anderen Packertyp bestehen kann, und dass das Feststellwerkzeug für die Anwendung mit solchen anderen Packern konfiguriert werden kann.
Es ist Fachleuten auf diesem Gebiet sehr wohl bekannt, dass der Packer des Modells TWR und auch viele andere Packer durch das Verdrängen der Spindel 156 relativ zu einer äußeren Schieber- und Dichtungselementeinheit (in 9A–F nicht dargestellt) des Packers 154 festgestellt werden kann. Normalerweise wird dabei eine Feststellhülse 158 (In 9C durch gestrichelte Linien angedeutet) angewendet, um eine Vorspannkraft auf die äußere Schieber- und Dichtungselementeinheit aufzulegen, während eine entgegen gesetzt ausgerichtete Vorspannkraft auf die Spindel 156 auferlegt wird, um den Packer 154 festzustellen. Auf diese Weise wird für das Feststellen des Packers 154 eine aufwärtige Vorspannkraft auf die Spindel 156 auferlegt, während eine abwärtige Vorspannkraft auf die Feststellhülse 158 auferlegt wird.
Wenn das Isolierventil 140 wie oben beschrieben nach unten verdrängt wird, kann ein Flüssigkeitsdruck in dem Fließdurchgang 134 in eine ringförmige Kammer 160 eintreten und eine abwärtige Vorspannkraft auf einen ringförmigen Kolben 162 auflegen, welcher abdichtend und verschiebbar zwischen der Spindeleinheit 146 und einer äußeren Hülse 164 positioniert ist. Die Hülse 164 ist mittels einer Reihe von Feststellschrauben 168, welche durch die Hülse hindurch in die obere Verbindung installiert werden, an einer oberen Innengewindeverbindung 166 befestigt. Die obere Verbindung 166 wird über ein Gewinde abdichtend an der Spindeleinheit 146 befestigt und erlaubt das Befestigen des Feststellwerkzeugs 130 an einer Rohranordnung wie zum Beispiel einer Arbeitskette einer segmentierten Rohranordnung.
Für das Feststellen des Packers 154 wird der Kolben 162 nach unten in Kontakt mit einer Kraftübertragungsstruktur oder Hülseneinheit 170 vorgespannt, welche verschiebbar an der Spindeleinheit 146 positioniert ist. Die Hülseneinheit 170 ist mittels einer oder mehreren Abscherschrauben 172, welche durch die Hülseneinheit hindurch in die Spindeleinheit 146 installiert werden, lösbar gegen ein Verdrängen relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt. Der Kolben 162 ist einem Flüssigkeitsdruck in der Kammer 160 und einem Flüssigkeitsdruck außerhalb des Feststellwerkzeugs 130 ausgesetzt. Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 160 ausreichend größer ist als der Flüssigkeitsdruck außerhalb des Feststellwerkzeugs 130 spannt der Kolben 162 die Hülseneinheit mit ausreichend großer Kraft nach unten vor, um die Abscherstifte 172 nach unten abzuscheren und die Hülseneinheit relativ zu der Spindeleinheit 146 zu verdrängen.
Wenn die Hülseneinheit 170 ausreichend weit nach unten verdrängt wird, kontaktiert dieselbe die Packerfeststellhülse 157 und legt eine abwärtige Vorspannkraft auf die Feststellhülse auf, wodurch die Feststellhülse relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird. Die Feststellhülse 158 wird anfänglich mittels einer Reihe von Nasen oder Klinken 178, welche sich radial nach außen in Eingriff mit einer innenseitig auf der Feststellhülse geformten ringförmigen Aussparung 180 erstrecken, gegen eine Verdrängung relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt. Jede dieser Nasen 178 ist mittels einer Feder 182 radial innenseitig vorgespannt, aber die Nasen werden mittels einem auf der Spindeleinheit 146 geformten Außendurchmesser 184 in ihren radial außenseitigen ausgefahrenen Position gehalten.
Die Nasen 178 erstrecken sich durch Öffnungen, welche durch ein Teil 186 mit daran geformten, sich aufwärts erstreckenden Spannfingern 188 geformt sind, nach außen. Die Spannfinger 188 werden anfänglich in eine radial reduzierte ringförmige Aussparung 190 empfangen, welche außenseitig auf der Spindeleinheit 146 geformt ist. Die Spannfinger 188 werden von der Hülseneinheit 170, welche die Spannfinger außenseitig überliegt und deren radiale Ausdehnung aus der Aussparung heraus verhindert, an einer Verdrängung relativ zu der Aussparung 190 gehindert. Auf diese Weise wird die Feststellhülse 158 mittels der Nasen 178 relativ zu dem Teil 186 an befestigt, und das Teil 186 wird mittels der Spannfinger 188 relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt und hindert die Feststellhülse auf diese Weise daran, relativ zu der Spindeleinheit verdrängt zu werden.
Wenn die Hülseneinheit 170 jedoch wie oben beschrieben relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird, hält die Hülseneinheit nicht länger die Spannfinger 188 in der Aussparung 190, und die Feststellhülse 158 kann dann relativ zu der Spindeleinheit 146 verdrängt werden. Ein abwärtiges Verdrängen der Hülseneinheit 170 relativ zu der Spindeleinheit 146 bringt die Hülseneinheit letztendlich in Kontakt mit der Feststellhülse 158. Die Hülseneinheit 170 kann daher eine abwärtige Vorspannkraft auf die Feststellhülse 158 auflegen. Diese abwärtige Vorspannkraft ist gleich groß wie diejenige, die von dem Kolben 162 auf die Hülseneinheit 170 auferlegt wird, und wird aufgrund des Druckdifferentials zwischen der Kammer 160 (oder dem Fließdurchgang 134) und der Außenseite des Feststellwerkzeugs 130 erzeugt, welches auf den Kolbenbereich des Kolbens einwirkt.
Es sollte beachtet werden, dass das Teil 186 anfänglich zusammen mit der Feststellhülse nach unten verdrängt wird, wenn die Spannfinger 188 für ein Verdrängen relativ zu der Aussparung 190 gelöst werden und die Hülseneinheit 170 die Feststellhülse 158 kontaktiert und relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt, da die Nasen 178 in die Aussparung 180 eingreifen. Wenn das Teil 186 jedoch nach unten verdrängt wird werden die Nasen 178 letztendlich nicht länger radial außenseitig von dem Durchmesser 184 gestützt. Zu diesem Zeitpunkt können die Nasen 178 aus ihrem Eingriff mit der Aussparung 180 radial nach innen eingefahren werden, und die Federn 182 halten die Nasen danach in ihrer radial innenseitig eingefahrenen Position.
Die Spindeleinheit 146 ist mittels eines Befestigungsmechanismus, welcher dem Fachmann als ein Ratch-Latch^® 174 bekannt ist, über ein Gewinde an der Packerspindel 156 befestigt. Das Ratch-Latch^® 174 umfasst eine Reihe von Gewindespannfingern 176, welche wie in 9E dargestellt über ein Gewinde an der Packerspindel 156 befestigt sind. Diese Gewindeverbindung der Packerspindel 156 mit der Spindeleinheit 146 erlaubt das Auferlegen einer aufwärtigen Vorspannkraft mittels der Spindeleinheit auf die Packerspindel, während mittels der Hülseneinheit 170 wie oben beschrieben eine abwärtige Vorspannkraft auf die Packerfeststellhülse 158 auferlegt wird.
Der Packer 154 wird festgestellt, wenn die Feststellhülse 158 aufgrund einer des Auferlegens einer ausreichend großen Vorspannkraft abwärts auf die Feststellhülse und aufwärts auf die Spindel relativ zu der Packerspindel 156 nach unten verdrängt wird. Ein Fachmann wird daher sofort erkennen, dass der Feststellhülsenhaltemechanismus 138 das Feststellen des Packers 154 verhindert, indem derselbe ein Verdrängen der Feststellhülse 158 relativ zu der Spindeleinheit 146 verhindert, bis die Hülseneinheit 170 nach unten verdrängt wird, und es den Spannfingern 188 daher erlaubt, aus der Aussparung 190 gelöst zu werden. Außerdem wird die Hülseneinheit 170 nicht nach unten verdrängt, bis ein Flüssigkeitsdruck auf die Kammer 160 auferlegt wird, wobei derselbe Flüssigkeitsdruck ausreichend größer sein muß als der Druck außerhalb des Feststellwerkzeugs 130, um die Abscherschrauben 172 abzuscheren. Und da der Flüssigkeitsdruck nicht auf die Kammer 160 aufgelegt werden kann, bis die Isolierhülse 140 relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird, wird der Fachmann sofort erkennen, dass der Packer 154 nicht festgestellt werden kann, bis die Kugel 152 abdichtend in die Isolierhülse eingreift und ein Flüssigkeitsdruckdifferential über die Kugel auflegt, um die Abscherstifte 148 abzuscheren.
Das Umlaufventil 136 ist anfänglich für einen Flüssigkeitsfluß durch dasselbe geöffnet, bevor der Packer 154 wie oben beschrieben festgestellt wird. Eine Reihe von Öffnungen 192 ist durch die Spindeleinheit 146 geformt ind steht in Flüssigkeitsverbindung mit einer oder mehreren Öffnungen 194, welche durch eine Umlaufhülse 196 geformt sind, die verschiebbar innerhalb des Fließdurchgangs 134 positioniert ist. Die Umlaufhülse 196 ist mittels von einem oder mehreren Abscherstiften 198, welche durch eine Hülse 200 hindurch in die Umlaufhülse hinein installiert sind, lösbar gegen ein Verdrängen relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt.
In seiner in 9D illustrativ dargestellten offenen Position erlaubt das Umlaufventil 136 einen Flüssigkeitsfluß durch das Feststellwerkzeug 130. Diese Eigenschaft ist von besonderem Vorteil, wenn das Feststellwerkzeug 130 an einem Packer mit einem vorübergehend darin installierten Plug befestigt ist oder auf eine andere Weise einen Flüssigkeitsfluß durch dasselbe verhindert und das Bohrloch relativ schweren Schlamm enthält. Das offene Umlaufventil 136 erlaubt ein automatisches Füllen der Arbeitskette, an welcher das Feststellwerkzeug 130 und der Packer 154 eingeführt werden, wenn die Arbeitskette in das Bohrloch eingeführt wird, ohne dass die Rohranordnung periodisch von der Erdoberfläche aus gefüllt werden muß. Das offene Umlaufventil 136 erlaubt außerdem ein periodisches Umlaufen des Schlamms durch das Feststellwerkzeug 130, wenn die Arbeitskette in das Bohrloch herabgelassen wird, um ein Ablagern von Schlammpartikeln und Schutt innerhalb des Feststellwerkzeugs und des Packers 154 zu verhindern. Außerdem verhindert das offene Umlaufventil 136 ein Einschliessen von Flüssigkeit zwischen der Kuegl 152 und des vorübergehenden Plugs und verhindert einen Flüssigkeitsfluß durch den Packer 154, wenn die Isolierhülse 140 nach unten verdrängt wird, um den Packer festzustellen. Eine solche eingeschlossene Flüssigkeit könnte ein ausreichend weites Verdrängen der Isolierhülse 140 nach unten verhindern und damit das Feststellen des Packers 154 verhindern, oder die eingeschlossene Flüssigkeit könnte ein vorzeitiges Ausstoßen des vorübergehenden Plugs verursachen.
Das Umlaufventil 136 wird von der Isolierhülse 140 geschlossen, wenn die Isolierhülse relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird. Die Isolierhülse 140 kontaktiert die Umlaufhülse 196, legt eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft auf die Umlaufhülse auf, um die Abscherstifte 198 abzuscheren, und verdrängt die Umlaufhülse relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten. Das abwärtige Verdrängen der Umlaufhülse 196 bringt letztendlich einen externen Ansatz 202, welcher an der Umlaufhülse geformt ist, mit einem an der Hülse 200 geformten internen Ansatz 204 in Kontakt und verhindert ein weiteres abwärtiges Verdrängen der Umlaufhülse relativ zu der Spindeleinheit 146.
Wenn die Ansätze 202, 204 sich gegenseitig kontaktieren werden die Dichtungen 206 sich über die Öffnungen 192 spreizen und somit einen Flüssigkeitsfluß durch die Öffnungen 192 verhindern. Das Umlaufventil 136 wird daher geschlossen, wenn die Isolierhülse 140 relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird. Dies erlaubt das Drucktesten des Packers 154 durch Auferlegen eines Flüssigkeitsdrucks von der Erdoberfläche aus auf einen Ringraum, welcher zwischen der Arbeitskette und dem Bohrloch geformt ist, nachdem derselbe in einem Bohrloch festgestellt wurde.
Es sollte beachtet werden, dass nachdem die Isolierhülse 140 die Umlaufhülse 196 kontaktiert und dieselbe nach unten verdrängt hat, um das Umlaufventil 136 zu schliessen, wobei die Dichtungen 142 an der Isolierhülse in eine vergrößerte Bohrung 208 eingeführt werden, welche in der Spindeleinheit 146 geformt ist, und einen Fluß von Flüssigkeit von über der Kugel 152 außenseitig um die Isolierhülse herum unter die Kugel, und zwischen der Isolierhülse und der Bohrung 208 erlauben, welcher zum Teil von einer Öffnung 210 unterstützt wird, welche durch die Isolierhülse unter den Dichtungen geformt ist. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Dichtungen 142 nicht abdichtend in die Bohrung 208 eingreifen.
Die Dichtungen 142 sind jedoch ausreichend eng in die Bohrung 208 eingepaßt, und die Kugel 152 greift weiterhin abdichtend in die Isolierhülse ein und verhindert einen Flüssigkeitsfluß axial durch dieselbe hindurch, so dass mittels des Fliessens von Flüssigkeit von über. der Kugel 152 in den Fließdurchgang 134 ein Flüssigkeitsdruckdifferential einfach über der Isolierhülse erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann der Packer 154 immer noch durch Auferlegen eines Flüssigkeitsdrucks auf den Fließdurchgang 134 über der Kugel 152 festgestellt werden, nach dem die Isolierhülse 140 ausreichend weit nach unten verdrängt wurde, um das Umlaufventil 136 zu schliessen, obwohl die Dichtungen 142 nicht abdichtend in die Bohrung 208 eingreifen. Ein solcher abdichtender Eingriff der Dichtungen 142 wird bevorzugt, so dass die Isolierhülse 140 druckbalanciert wird, nachdem dieselbe nach unten verdrängt wurde, und so dass weder die Isolierhülse noch die Umlaufhülse 196 durch ein Auferlegen eines Flüssigkeitsdrucks auf einen beliebigen Abschnitt des Feststellwerkzeugs 130 (die Umlaufhülse ist auch druckbalanciert) weiter verdrängt werden können. Es sollte jedoch deutlich verstanden werden, dass es gemäß der Prinzipen der vorliegenden Erfindung nicht notwenig ist, dass die Dichtungen 140 abdichtend aus ihrem Eingriff in die Spindeleinheit 146 gelöst werden, oder dass die Isolierhülse 140 oder die Umlaufhülse 196 druckbalanciert werden.
Nachdem der Packer 154 wie oben beschrieben festgestellt worden ist, wird das Feststellwerkzeug 130 von dem Packer abgelöst und mittels der Arbeitskette an die Erdoberfläche heraufgezogen. Das Lösen des Feststellwerkzeugs 130 von dem Packer 154 kann mittels eines Rotierens der Arbeitskette und des Feststellwerkzeugs von der Erdoberfläche aus durchgeführt werden, um die Spannfinger 176 von der Packerspindel 156 abzuschrauben. Es sollte beachtet werden, dass die Spannfinger 176 von Strukturen 212, welche sich von der Spindeleinheit zwischen jedem nebeneinander liegenden Paar von Spannfingern radial nach außen erstrecken, am Rotieren relativ zu der Spindeleinheit 146 gehindert werden. Ein aufwärtiges Verdrängen der Spannfinger 176 wenn dieselben von der Packerspindel 156 abgeschraubt werden veranlaßt, dass einer oder mehrere der Abscherstifte 214 die Spannfinger lösbar gegen ein axiales Verdrängen relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigen, um dieselben abzuscheren und ein aufwärtiges Verdrängen der Spannfinger relativ zu der Spindeleinheit zu erlauben.
Wenn es aus irgendeinem Grund nicht möglich ist, die Spannfinger 176 von der Packerspindel 156 abzuschrauben, kann mittels der Arbeitskette eine aufwärtige Vorspannkraft auf das Feststellwerkzeug 130 auferlegt werden, welche die Abscherstifte 214 abschert und die Spannfinger 176 mit einem Ring 216 in Kontakt bringt, welcher außenseitig an der Spindeleinheit 146 positioniert ist. Der Ring 216 wird mittels einer Reihe von Abscherschrauben 218, welche durch den Ring hindurch in die Spindeleinheit installiert wird, lösbar gegen ein Verdrängen relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt.
Wenn eine ausreichend große aufwärtige Vorspannkraft auf die Spindeleinheit 146 auferlegt wird, werden die Abscherschrauben 218 abscheren und ein abwärtiges Verdrängen des Rings 216 und der Spannfinger 176 relativ zu der Spindeleinheit 146 erlauben. Letztendlich werden die Spannfinger 176 nicht länger radial außenseitig von einem an der Spindeleinheit 146 geformten Außendurchmesser 220 gestützt, und werden sich radial nach außen biegen und aus dem Eingriff mit der Packerspindel 156 lösen. Die Spindeleinheit 146 kann dann relativ zu der Packerspindel 156 nach oben verdrängt werden, und löst auf diese Weise das Feststellwerkzeug 130 von dem Packer 154.
Wenn die Hülseneinheit 170 relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird, um den Packer 154 wie oben beschrieben festzustellen, kontaktiert oder betätigt ein interner Ansatz 226 derselben vorzugsweise nicht eine Ablaßventileinheit 228 des Feststellwerkzeugs 130. Die Ablaßventileinheit 228 umfasst eine Hülse 230, welche verschiebbar an der Spindeleinheit 146 positioniert ist, dieselbe außenseitig überliegt, und einen Flüssigkeitsfluß durch eine Reihe von Öffnungen 232 verhindert, welche durch die Spindeleinheit geformt sind. Die Hülse 230 wird mittels einer oder mehreren Abscherschrauben 234, welche durch die Hülse hindurch in die Spindeleinheit installiert sind, lösbar gegen ein Verdrängen relativ zu der Spindeleinheit 146 befestigt.
Dichtungen 236 werden an der Spindeleinheit 146 geführt und greifen abdichtend zwischen der Spindeleinheit und der Hülse 230 ein, und spreizen sich über die Öffnungen 232. Eine oder mehrere Öffnungen 238 sind durch die Hülse 230 geformt. Wenn die Hülse 230 wie weiter unten noch eingehender beschrieben relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt wird, werden die Öffnungen 238 mit den Öffnungen 232 in Flüssigkeitsverbindung gestellt und erlauben damit eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Fließdurchgang 134 und der Außenseite des Feststellwerkzeugs 130.
Nachdem der Packer 154 festgestellt und das Feststellwerkzeug 130 wie oben beschrieben von dem Packer gelöst worden ist, kann die Hülseneinheit 170 weiter relativ zu der Spindeleinheit 146 nach unten verdrängt werden, so dass der Ansatz 226 einen Sprengringhalter 242 kontaktiert, welcher über ein Gewinde an der Hülse 230 befestigt ist. Ein Flüssigkeitsdruck in dem Fließdurchgang 134 (und daher auch in der Kammer 160), welcher ausreichend viel größer ist als der Flüssigkeitsdruck außerhalb des Feststellwerkzeugs 130, wird den Kolben 162 dazu veranlassen, eine abwärtige Vorspannkraft auf die Hülseneinheit 170 und die Hülse 230 aufzuerlegen und dadurch die Abscherschrauben 234 abzuscheren. Die Hülse 230 wird von der Vorspannkraft nach unten verdrängt, bis die Öffnungen 238 in Flüssigkeitsverbindung mit den Öffnungen 232 gestellt werden und ein zwischen der Hülse 230 und dem Sprengringhalter 242 geführter Sprengring 240 in eine ringförmige Aussparung 244 empfangen wird, welche außenseitig an der Spindeleinheit 146 geformt ist, und ein weiteres Verdrängen der Hülse relativ zu der Spindeleinheit verhindert. Eine solche Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Fließdurchgang 134 und der Außenseite des Feststellwerkzeugs 130 durch die Öffnungen 232, 238 erlaubt ein Entleeren der Arbeitskette, wenn das Feststellwerkzeug nach Feststellen des Packers 154 an die Erdoberfläche heraufgezogen wird.
Dichtungen 222 werden für ein abdichtendes Eingreifen in die Packerspindel 156 an einem unteren Abschnitt der Spindeleinheit 146 geführt. Die Packereinheit 146 ist für das Befestigen zusätzlicher Werkzeuge, Geräte usw., welche sich abwärts in oder durch die Packerspindel 156 erstrecken können, an derselben mit einer unteren Innengewindeendverbindung 224 ausgestattet. An der Endverbindung 224 befestigte rohrförmige Teile können als Erweiterungen der Spindeleinheit 146 angesehen werden.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 10A–M wird hier ein Verfahren 250 für das unterbalancierte Bohren und Komplettieren eines Bohrlochs repräsentativ und schematisch illustriert. Das Verfahren 250 erlaubt das wahlweise Isolieren eines unteren Abschnitts eines Bohrlochs von einem oberen Abschnitt des Bohrlochs, während Bohrgestänge und Fördergestänge in das Bohrloch eingeführt und/oder aus demselben entfernt werden, und ermöglicht daher ein sicheres Durchführen dieser Verfahren.
Außerdem können diese Verfahren bequem und wirtschaftlich durchgeführt werden, ohne eine direkte Kontrolle der wahlweisen Isolierung des Bohrlochabschnitts von der Erdoberfläche aus zu fordern.
In 10A wird eine Verrohrung 252 oder ein Futterrohr dargestellt, welches in einem Bohrloch 254 installiert ist, wobei sich dieses von einer anderen, in ein oberes Bohrloch 258 einzementierten Verrohrung 256 mit einem größeren Durchmesser abwärts erstreckt. Die Verrohrung 252 erstreckt sich somit abwärts in das untere Bohrloch 154 und aufwärts in die Verrohrung 256. Die Verrohrung 252 umfasst ein Ventil 260, eine herkömmliche Schwimmmanschette 262, und einen herkömmlichen Schwimmschuh 264. Die Verrohrung 252 kann mittels eines herkömmlichen Hängers oder einer anderen Verankerungsvorrichtung (nicht dargestellt) von der Verrohrung 256 suspendiert werden und/oder die Verrohrung 252 kann am Boden des Bohrlochs 254 befestigt werden.
Das Ventil 260 erlaubt und verhindert wahlweise einen Flüssigkeitsfluß durch dasselbe, und kann aus dem oben beschriebenen Bohrlochregelventil 10 bestehen. Ein die Prinzipen der vorliegenden Erfindung umfassendes Verfahren kann jedoch auch mit einem anderen Ventil als dem oben beschriebenen Bohrlochregelventil 10 durchgeführt werden. Das in 10A dargestellte Ventil 260 umfasst ein Schließelement 266, welches hier repräsentativ aus einem Klappenventilschließelement besteht, für das Verhindern eines Flüssigkeitsflusses durch einen Fließdurchgang 268, welcher sich axial durch die Verrohrung 252 erstreckt. Andere Typen von Schließelementen können innerhalb des ventils 260 angewendet werden, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wie in 10A dargestellt befindet sich das Ventil 260 hier in einer geöffneten Konfiguration, in welcher das Klappenventil 266 einen Flüssigkeitsfluß durch den Fließdurchgang 268 erlaubt.
In 10B ist ersichtlich, dass die Verrohrung 252 in dem Bohrloch 254 und der Verrohrung 256 einzementiert ist. Der Zement 270 wird vorzugsweise durch die Verrohrung 252 nach unten, nach außen in das Bohrloch 254 und die Verrohrung 252 umgebend, und aufwärts in den ringförmigen Bereich zwischen den Verrohrungen 252, 256 eingeführt. Zusätzlich wird bevorzugt, dass der Zement 270 an dem Innenraum des Ventils 260 vorbei eingeführt wird, wobei ein herkömmlicher Zementwischerplug (nicht dargestellt) durch das Ventil hindurch fährt und in der Schwimmmanschette 262 landet, um die Zementsäule durch das Ventil hindurch zu verdrängen.
Die Schwimmmanschette 262 und der Schwimmschuh 264 werden dann durchbohrt oder durchfräst, wobei der darin und zwischen denselben enthaltene Zement entfernt wird. Die Schwimmmanschette 262 und der Schwimmschuh 264 sind daher in 10B als rohrförmige Abschnitte der Verrohrung 252 dargestellt, und werden hier außer mit Bezug auf die Verrohrung 252 als Teil der Beschreibung des Verfahrens 250 weiter unten nicht weiter beschrieben.
Ein Bohrgestänge 272 mit einer Bohrkrone 274 wird dann in die Verrohrung 252 herabgelassen. Das Bohrgestänge 272 wird angewendet, um ein sich von der Verrohrung 252 nach außen erstreckendes Bohrloch 276 zu bohren. Die Bohrkrone 274 oder ein anderer Abschnitt des Bohrgestänges 272 kann eine Verlagerungsvorrichtung für den Betrieb des Ventils 260 mit sich führen. Die Verlagerungsvorrichtung kann dem Ring 34 ähnlich sein und kann auf eine ähnliche Weise wie diejenige, auf welche der in 2 dargestellte Ring 34 an der Bohrkrone 68 geführt wird, an der Bohrkrone 274 geführt werden. Die Verlagerungsvorrichtung kann das Ventil 260 auf eine Weise betreiben, die der Weise ähnlich ist, auf welche der Ring 34 wie oben beschrieben für das Betreiben des Ventils 10 angewendet wird, wobei der Ring nach Auferlegen einer ausreichend großen abwärtigen Vorspannkraft auf denselben ein operatives Eingreifen der Verriegelungshülseneinheit 26 in die Betriebshülseneinheit verursacht, und wobei der Ring in der Verriegelungshülseneinheit positioniert wird, wenn die Bohrkette 272 durch das Ventil nach unten geführt wird, wobei eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft auf das Bohrgestänge auferlegt wird, um den Ring von der Krone 274 zu lösen. Es sollte jedoch eindeutig verstanden werden, dass auch andere Vorrichtungen für das Betreiben des Ventils 260 gemäß der Methode 250 angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn die Krone 274 ausgewechselt werden muß, das Bohrloch 276 vollständig gebohrt worden ist, oder das Bohrgestänge 272 aus einem anderen Grund aus dem Bohrloch entfernt werden soll, wird das Bohrgestänge wie in 10C dargestellt durch das Ventil 260 hindurch nach oben angehoben. Es sollte beachtet werden, dass zu diesem Zeitpunkt und bei vorhergehenden und nachfolgenden Verfahren in dem Bohrloch 276 eine unterbalancierte Kondition existiert, zum Beispiel um eine Beschädigung einer oder mehrerer Erdformationen und einen Flüssigkeitsverlust in dieselben zu verhindern, wenn diese von dem Bohrloch durchschnitten werden. Auf diese Weise ist es wünschenswert, das Ventil 260 zu schliessen, um einen Fluß irgendwelcher Flüssigkeiten aus der/den Formation(en) zu verhindern, welche von dem Bohrloch 276 aufwärts durch den Fließdurchgang 268 durchschnitten werden, wenn das Bohrgestänge 272 aus dem Bohrloch entfernt wird, da dies einen Verlust der Kontrolle über das Bohrloch verursachen würde.
Wenn das Ventil 260 aus dem oben beschriebenen Ventil 10 besteht, wird sich dieses automatisch schliessen, wenn das Bohrgestänge 272 durch dasselbe hindurch nach oben angehoben wird. Insbesondere greift die Krone 274 in den Ring 34 oder eine andere Verlagerungsvorrichtung ein und legt eine ausreichend große aufwärtige Vorspannkraft auf, um die Verriegelungshülseneinheit 26 und die Betriebshülseneinheit 22 nach oben zu verdrängen, und der Ring wird zusammen mit dem Bohrgestänge 272 an die Erdoberfläche heraufgezogen. Das Ventil 260 ist in 10C in seiner geschlossenen Position dargestellt, wobei das Schließelement 266 einen Flüssigkeitsfluß aus dem Bohrloch 276 durch den Fließdurchgang 268 nach oben verhindert.
In 10D ist das Bohrgestänge 272 während des wiederholten Einführens desselben in das Bohrloch 276 für weitere Bohrverfahren nach Auswechseln der Krone 274 dargestellt. Wenn das Ventil 260 aus dem oben beschriebenen Ventil 10 besteht, führt die Krone 274 oder ein anderer Abschnitt des Bohrgestänges 272 eine Verlagerungsvorrichtung wie zum Beispiel den Ring 34 in das Ventil ein, für das Öffnen des Ventils, wenn das Bohrgestänge durch dasselbe hindurch geführt wird. Der Ring 34 greift in die Verriegelungshülseneinheit 26 ein, und eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft wird auf den Ring auferlegt, um die Verriegelungshülseneinheit und die Betriebshülseneinheit 22 nach unten zu verdrängen, wobei eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft auf den Ring auferlegt wird, um den Ring von der Bohrkrone 274 zu lösen, und der Ring wird in dem Ventil 260 positioniert. Ein solches abwärtiges Verdrängen der Betriebshülseneinheit 22 verursacht ein Öffnen des Ventils 260 und erlaubt ein abwärtiges Befördern des Bohrgestänges 272 durch dasselbe hindurch.
In 10E ist das Bohrgestänge 272 als aus dem Bohrloch entfernt dargestellt, nachdem dieses das Bohrloch 276 weiter vergrößert hat. Das Ventil 260 wurde geschlossen, als das Bohrgestänge 272 wie oben beschrieben durch dasselbe nach oben verdrängt wurde. Es ist daher deutlich verständlich, dass das Verfahren 250 ein wiederholtes Einführen des Bohrgestänges 272 in das Bohrloch 276 hinein und aus demselben heraus erlaubt, und dass sich das Ventil 260 automatisch öffnet, wenn das Bohrgestänge durch dasselbe hindurch nach unten geführt wird, und dass das Ventil sich automatisch schließt, wenn das Bohrgestänge durch dasselbe hindurch nach oben geführt wird. Auf diese Weise kann das Bohrloch 276 in einer unterbalancierten Kondition gehalten werden, während das Bohrgestänge 272 in das Bohrloch eingeführt und aus demselben entfernt wird, ohne dass aufgrund eines Flüssigkeitsflusses aus dem Bohrloch 276 durch das Ventil 260 nach oben ein Risiko eines Verlustes der Kontrolle über das Bohrloch auftritt.
Das vergrößerte Bohrloch 276 wird in 10E–M als anfänglich im Wesentlichen vertikal dargestellt, wonach sich dasselbe in eine im Wesentlichen horizontale Orientierung krümmt, wobei jedoch deutlich verstanden werden sollte, dass sich das Bohrloch 276 in verschiedene Orientierungen erstrecken kann, und auch im Wesentlichen vollständig vertikal oder im Wesentlichen vollständig horizontal verlaufen kann usw., ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
10F zeigt anfängliche Schritte für das Komplettieren des Bohrlochs, nachdem das Bohrloch 276, welches eine Formation 278, aus welcher Flüssigkeiten gefördert werden sollen, durchschneidet, gebohrt wurde. Natürlich kann ein Verfahren gemäß der Prinzipen der vorliegenden Erfindung auch praktiziert werden, wenn Flüssigkeiten in die Formation 178 injiziert werden sollen.
Eine Fördereinheit 280 wird an einer rohrförmigen Arbeitskette 282 suspendiert in die Verrohrung 252 eingeführt. Die Fördereinheit 280 umfasst einen Packer 284 und ein Plugging-Gerät 286. Das Plugging-Gerät 286 besteht aus einem herkömmlichen Gerät, welches mittels eines darin enthaltenen Rückschlagventils vom Typ eines Fließventils einen Flüssigkeitsfluß aus einem inneren axialen Fließdurchgang 288 der Fördereinheit 280 nach außen durch das Gerät erlaubt, aber durch das Installieren eines Teils wie zum Beispiel einer Kugel für einen uneingeschränkten Fluß durch dasselbe in eine beliebige Richtung geöffnet werden kann und einen Flüssigkeitsdruck auf den Fließdurchgang 288 auflegt, um das Rückschlagventil zu öffnen. Ein Plugging-Gerät dieses Typs ist von Halliburton Energy Services Inc. mit der Teilnummer 212007534 erhältlich. Es sollte jedoch deutlich verstanden werden, dass auch andere Plugging-Geräte und andere Typen von Plugging-Geräten innerhalb der Fördereinheit 280 angewendet werden können, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ein Packerfeststellwerkzeug 290 ist an der Arbeitskette 282 befestigt und mit dem Packer 284 verbunden. Das Feststellwerkzeug 290 kann aus dem oben beschriebenen Feststellwerkzeug 130 bestehen, oder es kann aus einem anderen Feststellwerkzeug bestehen. Das Anwenden des Feststellwerkzeugs 130 für das Feststellwerkzeug 290 gemäß des Verfahrens 250 wird aufgrund der Eigenschaften desselben bevorzugt, welche das Verhindern eines vorzeitigen Feststellens des Packers 284 und die Fägihkeit, vor dem Feststellen des Packers einen Durchfluß durch denselben zu erlauben, einschliessen.
Das Plugging-Gerät 286 oder ein anderer Abschnitt der Fördereinheit 280 führt eine Verlagerungsvorrichtung für das Betreiben des Ventils 260 mit sich. Wenn das Ventil 260 zum Beispiel aus dem oben beschriebenen Ventil 10 besteht kann der Ring 34 auf eine ähnliche Weise an dem Plugging-Gerät 286 geführt werden, auf welche auch der in 2 dargestellte Ring an der Krone 68 geführt wird. Wenn die Fördereinheit 280 durch das Ventil 260 hindurch eingeführt wird, greift die Verlagerungsvorrichtung in das Ventil ein und öffnet dasselbe, so dass mindestens ein unterer Abschnitt der Fördereinheit einschließlich des Plugging-Geräts 286 durch dasselbe geführt werden kann. Wenn das Ventil 260 zum Beispiel aus dem Ventil 10 besteht, greift der Ring 34 in die Verriegelungshülseneinheit 26 ein und eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft wird auf den Ring auferlegt, um die Verriegelungshülseneinheit und die Betriebshülseneinheit 22 nach unten zu verdrängen und dadurch das Klappenventil 266 zu öffnen, und eine ausreichend große abwärtige Vorspannkraft wird dann auf die Fördereinheit auferlegt, um den Ring von dem Plugging-Gerät zu lösen, wobei der Ring auf diese Weise in dem Ventil positioniert wird.
Alternativ kann die Fördereinheit 280 das oben beschriebene Öffnungswerkzeug 102 oder ein anderes Werkzeug für das Öffnen des Ventils 260 umfassen, wenn die Fördereinheit in das Bohrloch installiert wird. Wenn das Öffnungswerkzeug 102 angewendet wird, wird eine Verlagerungsvorrichtung wie zum Beispiel der Ring 34 nicht angewendet, und daher nicht in dem Ventil 260 positioniert. Das Öffnungswerkzeug 102 kann unter dem Plugging-Gerät 286 mit der Fördereinheit 280 verbunden werden.
Der Packer 284 wird dann mit Hilfe des Feststellwerkzeugs 290 in der Verrohrung 252 festgestellt. Wenn das Feststellwerkzeug aus dem oben beschriebenen Feststellwerkzeug 130 besteht, wird die Kugel 152 fallen gelassen und/oder in die Arbeitskette 282 bis an das Feststellwerkzeug heruntergelassen, und ein ausreichend großes Flüssigkeitsdruckdifferential wird auferlegt, um den Packer 284 wie oben beschrieben festzustellen. So kann zum Beispiel an der Erdoberfläche ein Flüssigkeitsdruck auf die Arbeitskette 282 auferlegt werden, um ein Druckdifferential zwischen dem Fließdurchgang 288 und einem Ringraum 300 zu erzeugen, welcher zwischen der Arbeitskette und dem Bohrloch 258 geformt ist.
Wenn der Packer 284 festgestellt worden ist, werden die Arbeitskette 282 und das Feststellwerkzeug 290 aus dem Bohrloch entfernt. Eine herkömmliche Förderrohranordnung (nicht dargestellt) kann dann in das Bohrloch eingeführt werden und greift abdichtend in den Packer 284 ein und/oder wird mit demselben auf eine herkömmliche Weise verriegelt. Das Plugging-Gerät 286 kann dann geöffnet werden, um einen Fluß aus der Formation 278 durch das Bohrloch 176 nach oben und durch den Fließdurchgang 288 hindurch in die Förderrohranordnung hinein für den Transport an die Erdoberfläche zu erlauben. Es sollte beachtet werden, dass das Verfahren 250 das automatische Öffnen des Ventils 260 für das Fördern von Flüssigkeit durch dasselbe erlaubt, wenn die Fördereinheit 280 installiert wird.
In 10G ist eine alternative Fördereinheit 302 in dem Bohrloch installiert. Die Fördereinheit 302 umfasst ein geschlitztes Futterrohr 304 und einen Schwimmschuh 306. Der Schwimmschuh 306 verhindert einen Flüssigkeitsfluß in einen inneren axialen Fließdurchgang 308 der Fördereinheit 302, während die Fördereinheit installiert wird, erlaubt jedoch ein Umlaufen von Flüssigkeit durch dieselbe aus dem Fließdurchgang 308 in den Fließdurchgang 268.
Die Fördereinheit 302 wird an einer rohrförmigen Arbeitskette 310 suspendiert in die Verrohrung 252 eingeführt, wobei dieselbe ein herkömmliches mechanisches oder hydraulisches Lösewerkzeug 312 für das Lösen des geschlitzten Futterrohrs 304 von der Arbeitskette 310 umfasst. Ein Waschrohr 314 erstreckt sich innerhalb des geschlitzten Futterrohrs 304 von dem Lösewerkzeug 312 hinweg nach unten und greift unter dem geschlitzten Futterrohr abdichtend in die Fördereinheit 302 ein. Das Waschrohr 314 verhindert einen Flüssigkeitsfluß radial durch das geschlitzte Futterrohr 304 während der Installation der Fördereinheit 302.
Der Schwimmschuh 306, oder ein anderer Abschnitt der Fördereinheit 302, kann eine Verlagerungsvorrichtung für das Eingreifen in und Betreiben des Ventils 260 oder ein Öffnungswerkzeug wie zum Beispiel das oben beschriebene Öffnungswerkzeug 102 mit sich führen, und kann unter dem Schwimmschuh 306 innerhalb der Fördereinheit angeschlossen werden. Wenn die Fördereinheit 302 nach unten in das Ventil 260 hinein verdrängt wird, öffnet sich das Ventil wie oben beschrieben, und die Fördereinheit wird durch das Ventil hindurch nach unten verdrängt. Die Fördereinheit 302 wird dann durch Betätigen des Lösewerkzeugs 312 von der Arbeitskette 310 gelöst. Die Arbeitskette 310 einschließlich des Lösewerkzeugs 312 und des Waschrohrs wird dann aus dem Bohrloch entfernt.
10I veranschaulicht das Verfahren 250, nachdem die Fördereinheit 302 von der Arbeitskette 310 gelöst wurde. Es sollte beachtet werden, dass ein oberer Abschnitt des geschlitzten Futterrohrs 304 unter der Verrohrung 252 in dem Bohrloch 276 positioniert werden kann, oder derselbe kann wie in 10I dargestellt aufwärts in die Verrohrung hinein erstreckt werden. Flüssigkeit kann nun von der Formation 278 in das geschlitzte Futterrohr 304, in die Verrohrung 252, und durch das geöffnete Ventil 260 fliessen.
Als eine weitere Alternative kann die Fördereinheit 302 einen Futterrohrhänger 316 oder eine andere Verankerungsvorrichtung umfassen, welche wie in 10H dargestellt an dem geschlitzten Futterrohr 304 befestigt ist. Der Futterrohrhänger 316 wird nach dem Öffnen des Ventils wie oben beschrieben über oder unter dem Ventil 260 in der Verrohrung 252 festgestellt. 10M zeigt die Fördereinheit 302 einschließlich des Futterrohrhängers 316, nachdem der Futterrohrhänger unter dem geöffneten Ventil 260 in der Verrohrung 252 festgestellt worden ist, und nachdem die Arbeitskette 310 von der Fördereinheit gelöst worden ist. Es sollte beachtet werden, dass das Ventil durch Feststellen des Futterrohrhängers 316 unter dem Ventil 260 weiter betrieben werden kann, um wahlweise einen Flüssigkeitsfluß durch den Fließdurchgang 268 zu erlauben und zu verhindern. Wenn es jedoch erwünscht ist, einen darauffolgenden Betrieb des Ventils 260 zu verhindern, zum Beispiel um einen unbeabsichtigten Betrieb des Ventils zu verhindern, könnte der Futterrohrhänger 316 über dem Ventil in der Verrohrung 252 festgestellt werden.
Wenn die Fördereinheit 302 wie in 10I oder M dargestellt installiert worden ist, kann eine herkömmliche Förderrohranordnung (nicht dargestellt) installiert werden. So kann zum Beispiel eine Förderrohranordnung mit einem Packer in die Verrohrung 252 eingeführt, und der Packer entweder über oder unter dem Ventil 260 in der Verrohrung festgestellt werden. Wenn der Packer über dem Ventil 260 in der Verrohrung 252 festgestellt wird, kann das Ventil weite betrieben werden. So kann das Ventil zum Beispiel geschlossen werden, wenn es notwendig ist, die Förderrohranordnung aus dem Bohrloch zu entfernen, oder wenn es anderweitig erwünscht ist, das Bohrloch 276 von dem Rest des Bohrlochs zu isolieren.
Eine weitere alternative Fördereinheit 318 für die Anwendung gemäß der Methode 250 ist in 10J dargestellt. Die Fördereinheit 318 umfasst einen Packer 320, ein herkömmliches Klappenventil 322, ein Futterrohr mit einem geschlitzten Futterrohrabschnitt 324, und einen Schwimmschuh 326. Die Fördereinheit 318 wird an einer Arbeitskette 328 suspendiert in das Bohrloch eingeführt, wobei dieselbe ein Packerfeststellwerkzeug 330 und ein Waschrohr 332 umfasst. Das Waschrohr 332 erstreckt sich durch die Fördereinheit 318 hindurch nach unten und greift abdichtend unter dem geschlitzten Futterrohrabschnitt 324 ein, und verhindert auf diese Weise einen Flüssigkeitsfluß radial durch den geschlitzten Futterrohrabschnitt. Das Waschrohr 332 kann auch das Klappenventil 322 offen halten, während die Fördereinheit 318 in das Bohrloch installiert wird.
Die Fördereinheit 318 wird durch Verdrängen des geschlitzten Futterrohrabschnitts 324 und des Schwimmschuhs 326 in das Bohrloch 276 und das Feststellen des Packers 320 in der Verrohrung 252 über dem geöffneten Ventil 260 installiert. Das Ventil 260 kann mittels einer Verlagerungsvorrichtung geöffnet werden, welche an der Fördereinheit 318 geführt wird, oder mittels eines Öffnungswerkzeugs, welches wie oben beschrieben innerhalb der Fördereinheit angeschlossen ist. Der Packer 320 könnte unter dem Ventil 260 festgestellt werden, wenn es erwünscht ist, das Ventil 260 nach Installation der Fördereinheit 318 zu betreiben.
Der Packer 320 wird mittels des Feststellwerkzeugs 330 festgestellt, welches aus dem oben beschriebenen Feststellwerkzeug 130 bestehen kann. Die Arbeitskette 328 mit dem Feststellwerkzeug 330 und dem Waschrohr 332 wird dann aus dem Bohrloch entfernt. Es sollte dabei beachtet werden, dass sich das Klappenventil schließt, wenn das Waschrohr 332 aus dem Klappenventil 322 entfernt wird, und auf diese Weise einen Flüssigkeitsfluß durch dasselbe hindurch nach oben verhindert. Dies ermöglicht ein sicheres Entfernen der Arbeitskette 328 aus dem Bohrloch ohne das Risiko eines Flüssigkeitsflusses durch die Fördereinheit 318 nach oben.
Um Flüssigkeiten aus der Formation 278 zu fördern, nachdem die Fördereinheit 318 installiert worden ist, greift eine Förderrohranordnung 334 mit einer herkömmlichen Dichtungseinheit 336 wie in 10L dargestellt in die Fördereinheit 318 ein. Die Dichtungseinheit 336 greift abdichtend in den Packer 320 ein, so dass Flüssigkeit für den Transport an die Erdoberfläche aus der Formation 278 nach oben durch die Fördereinheit 318, und in die Förderrohranordnung 334 fliessen kann.
Eine rohrförmige Erweiterung 338 (in 10L mittels der gebrochenen Linien angedeutet) kann sich von der Dichtungseinheit 336 nach unten und in das Klappenventil 322 hinein erstrecken, um das Klappenventil zu öffnen, wenn die Dichtungseinheit in den Packer 320 installiert wird. Alternativ könnte das Klappenventil 322 aus einem anderen Ventiltyp bestehen, wie zum Beispiel aus einem Kugelventil mit der Teilnummer 7800415, und wenn es ein Kugelventil ist, kann es auch die Teilnummer 12001394 aufweisen; beider dieser Ventile sind von Halliburton Energy Services Inc. erhältlich. Es sollte jedoch deutlich verstanden werden, dass das Ventil 322 auch aus einem anderen Typ von Ventil bestehen kann, ohne von den Prinzipen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Wenn das Ventil 322 ein Kugelventil ist, wird die Erweiterung 338 für dieses Verfahren 250 möglicherweise nicht angewendet.
In 10K ist die Fördereinheit 318 als im Bohrloch installiert dargestellt, wobei die Förderrohranordnung 334 ähnlich wie die in 10L dargestellte abdichtend in dieselbe eingreift. In 10K wurde das Klappenventil 322 jedoch durch einen oder mehrere herkömmliche Nippel 340 ersetzt. Die Nippel 340 erlauben eine herkömmliche Installation des Plugging-Geräts oder anderer, den Durchfluß kontrollierende Geräte. So kann zum Beispiel eine mittels des Plugging-Geräts (nicht dargestellt) eingeführte herkömmliche Slickleitung oder eine gespulte Rohranordnung in einen der Nippel 340 installiert werden, wenn es notwendig ist, die Förderrohranordnung 334 aus dem Bohrloch zu entfernen.
Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird sofort erkennen, dass das Verfahren 250, welches das Ventil 260 anwendet, das Bohren und Komplettieren des Bohrlochs in einer unterbalancierten Kondition 276 erlaubt. So kann zum Beispiel das Bohrloch 276 während des oben im Zusammenhang mit dem Verfahren 250 beschriebenen Öffnungs- und Schliessverfahrens eines jeden Ventils in einer unterbalancierten Kondition gehalten werden, wobei ein Flüssigkeitsfluß aus dem Bohrloch in die das Bohrloch umgebenden Formation(en) verhindert wird.

Claims

Ein Verfahren für das Kontrollieren des Betriebs eines Flüssigkeitsflußregelventils (10) in einem Untergrundbohrloch, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Befördern eines Geräts in das Ventil (10), wobei dasselbe Gerät eine Verlagerungsvorrichtung (34) umfasst; das Eingreifen der Verlagerungsvorrichtung (34) in einen Abschnitt des Ventils (10); und das Auferlegen einer Vorspannkraft auf die Verlagerungsvorrichtung (34), und damit das Verdrängen des Ventilabschnitts in eine erste Richtung; das Verfahren ist durch das lösbare Befestigen der Verlagerungsvorrichtung (34) an dem Gerät gekennzeichnet; und durch das Lösen der Verlagerungsvorrichtung (34) von dem Rest des Geräts; und das Positionieren der Verlagerungsvorrichtung (34) in dem Ventil (10).
Ein Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Eingreifens des Geräts in die Verlagerungsvorrichtung (34) nach dem Positionierschritt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Verlagerungsvorrichtung das Gerät während des Beförderungsschritts umrundet, und welches weiter den Schritt des Verdrängens des Geräts durch die Verlagerungsvorrichtung nach dem Positionierschritt umfasst.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Anwendungsschritt weiter das betriebliche Eingreifen des Ventilabschnitts in eine Betriebseinheit des Ventils umfasst.
Ein System, umfassend ein Flüssigkeitsflußregelventil (10), operativ in einem Untergrundbohrloch positionierbar; das Gerät kann durch das Ventil (10) befördert werden; und eine Verlagerungsvorrichtung (34), welche an dem Gerät befestigt werden kann; das Ventil umfasst eine Struktur (26), welche in einer ausgewählten ersten oder zweiten Position für das jeweilige Schliessen und Öffnen des Ventils (10) positioniert werden kann; und wobei die Verlagerungsvorrichtung (34) in die Struktur eingreifen kann, um dieselbe Struktur (26) zwischen der ersten und zweiten Position zu verdrängen; dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsvorrichtung (34) von dem Gerät gelöst werden kann, um dieselbe in dem Ventil (10) zu positionieren, wenn die Struktur (26) sich in der ersten oder zweiten Position befindet.
Ein System nach Anspruch 5, bei welchem mindestens ein Abschnitt der Struktur radial einfahrbar ist, und die Verlagerungsvorrichtung relativ zu demselben hält, wenn die Struktur zwischen der ersten und zweiten Position verdrängt wird.
Ein System nach Anspruch 5, wobei das Ventil (10) weiter eine Betriebseinheit (22) und eine Schließeinheit (12) umfasst, und die Betriebseinheit (22) die Schließeinheit (12) wahlweise öffnet und schließt, wenn die Struktur (26) zwischen der ersten und zweiten Position verdrängt wird.
Ein System, umfassend ein Flüssigkeitsflußregelventil (10), operativ positionierbar in einem Untergrundbohrloch, und eine Verlagerungsvorrichtung (34); das Ventil umfasst eine Struktur (26), verdrängbar zwischen ersten und zweiten Positionen für das Betreiben des Ventils (10), die Struktur (26) umfasst einen internen, darin geformten Behälterabschnitt und einen im Wesentlichen festen Ansatz (36) an einem gegenüber liegenden Ende des Behälterabschnitts; gekennzeichnet durch einen radial expandierbaren Ansatz (38) an dem gegenüber liegenden Ende des Behälterabschnitts, und der radial expandierbare Ansatz (38) umfasst eine erste innere Dimension, wenn die Struktur (26) sich in der ersten Position befindet, und der radial expandierbare Ansatz (38) umfasst eine zweite innere Dimension, welche größer ist als die erste innere Dimension, wenn sich die Struktur (26) in der zweiten Position befindet; und die Verlagerungsvorrichtung (34) umfasst eine äußere Dimension, welche sich zwischen der ersten und der zweiten inneren Dimension des radial expandierbaren Ansatzes (38) befindet, wobei mindestens ein Abschnitt der Verlagerungsvorrichtung (34) in dem Behälterabschnitt zwischen dem festen Ansatz (36) und dem radial expandierbaren Ansatz (38) gehalten werden kann, wenn die Struktur (26) sich in der ersten Position befindet, und die Verlagerungsvorrichtung (34) zwischen dem festen Ansatz (36) und dem radial expandierbaren Ansatz (38) gelöst werden kann, wenn die Struktur (26) sich in der zweiten Position befindet.
Ein System nach Anspruch 8, bei welchem die Verlagerungsvorrichtung lösbar an einem Gerät befestigt ist.
Ein System nach Anspruch 9, bei welchem die Verlagerungsvorrichtung für ein Verdrängen relativ zu dem Gerät gelöst wird, wenn das Gerät in eine erste Richtung durch die Struktur verdrängt wird, wobei das Gerät in die Verlagerungsvorrichtung eingreift und dieselbe Verlagerungsvorrichtung dadurch verdrängt, wenn das Gerät in eine zweite, der ersten Richtung gegenüber liegenden Richtung durch die Struktur verdrängt wird.