EP0653546A1 - Trennwandung für den Zwischenraum zwischen ineinandergeschobenen Hohlkörpern, insbesondere für Brunnenrohre - Google Patents

Trennwandung für den Zwischenraum zwischen ineinandergeschobenen Hohlkörpern, insbesondere für Brunnenrohre Download PDF

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EP0653546A1
EP0653546A1 EP94117417A EP94117417A EP0653546A1 EP 0653546 A1 EP0653546 A1 EP 0653546A1 EP 94117417 A EP94117417 A EP 94117417A EP 94117417 A EP94117417 A EP 94117417A EP 0653546 A1 EP0653546 A1 EP 0653546A1
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EP
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retaining ring
wall
circumferential groove
partition
well pipe
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EP94117417A
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Bruno Bernhardt
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IEG Industrie Engineering GmbH
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/126—Packers; Plugs with fluid-pressure-operated elastic cup or skirt

Definitions

  • the invention relates to a partition for the space between telescoped and relatively adjustable cylindrical hollow bodies, in particular for well pipes, to form cavity regions which are sealed against one another, the partition being anchored on one of the relatively adjustable cylindrical bodies.
  • dividing walls of the type mentioned at the outset have to be brought to a different altitude, for example in the case of a well pipe, an inserted riser pipe or another well pipe insert to which the dividing wall is anchored.
  • the elastic retaining ring or rings which bring about the mutual sealing of the cavity areas, will hinder an adjustment of the inner cylindrical body due to the formation of negative pressure or generally due to an excessively good sealing seat.
  • the invention is therefore based on the object of forming a partition of the type mentioned in such a way that it does not hinder a subsequent adjustment of a cylindrical body holding it.
  • the retaining rings which normally cause the sealing between two cavity regions or also the holding of bodies which are introduced, for example, into a well pipe, have an axial play in the peripheral annular groove provided for them of a disk anchoring the partition on a cylindrical body, that the retaining ring , which can also consist of several concentric and loosely opposed individual rings, can assume an oblique position with respect to its axis of symmetry when the body carrying the disk is axially adjusted, which can lead to the lifting of its sealing system on the inner wall of an outer cylindrical hollow body or on the groove base.
  • This ensures that, for example, when a well pipe insert is shifted within the well pipe, no negative pressure can arise in any of the well pipe areas that are separated from one another and normally sealed off from one another, which could hinder or even block an adjustment of the well pipe insert.
  • the width of a retaining ring receiving circumferential groove of the disk can suitably correspond to at least twice the thickness of the retaining ring and the depth of the circumferential groove at least the distance between the circumferential wall of the disk and the inner wall of the well pipe.
  • the side walls of the circumferential groove can also have bores so that the liquid or air to be sealed can reach the end faces of the retaining ring unhindered.
  • FIG. 1 shows a section of a well pipe 10, which has an open well wall section 10.3 through slots 11 between an upper closed-wall well pipe section 10.1 and a lower closed-wall well pipe section 10.2. That through the open-walled well pipe section 10.3 delimited well pipe area 12 is in each case delimited from the adjacent upper well pipe area 13 and the adjacent lower well pipe area 14 by a partition wall 15. Both partition walls 15 are of identical design and are anchored concentrically on a riser pipe 20. In the exemplary embodiment shown, they consist of a disk 16, the diameter of which is smaller than the inside diameter of the well pipe 10 and which has on its outside two parallel circumferential grooves 17 and 18, in each of which a retaining ring 19 is inserted.
  • the width of the retaining rings 19 is selected so that when the partition 15 is inserted, they bear both tightly against the bottom of the grooves 17 and 18 and tightly against the inside of the well pipe 10.
  • the disc 16 of the partition walls 15 can be made of a suitable stable, rigid or semi-rigid material.
  • the retaining rings 19 consist of a more or less elastically deformable material depending on the strength requirements in the individual case, for example silicone rubber, which allows frictional sliding under pressure or tension both on the inside of the well pipe 10 and on the base of the circumferential grooves 17 and 18.
  • FIGS. 2 and 3 show a dividing wall 15 ′′, the disc 16 ′′ anchored on a coaxial riser tube 20 ′′ has only a single groove 17 ′′ for a retaining ring 19 ′′.
  • the width of the groove 17 '' for the retaining ring 19 '' has twice the value of the thickness of the retaining ring 19 ''.
  • the retaining ring projects into the circumferential groove 17 ′′ over half its width.
  • the depth of the circumferential groove 17 "corresponds at least to the distance between the outer wall of the disk 16" from the inner wall of the well pipe 10 "and the average radius M of the retaining ring 19" within the circumferential groove 17 '' runs.
  • FIG. 2 shows the partition 15 '' and its retaining ring 19 '' in a rest and sealing position, in which the retaining ring 19 '' under slight tension arch with its outer edge on the inner wall of the well pipe 10 '' and with its inner edge on the Because of the circumferential groove 17 '' of the disc 16 '' supports.
  • FIG 3 shows the retaining ring 19 ′′ in an inclined position, into which it automatically tilts in the direction of the arrow 23 when the riser pipe 20 ′′ is adjusted lengthwise.
  • this position there is no sealing contact of the outer edge of the retaining ring 19 '' on the inner wall of the well pipe 10 '', so that - as indicated by arrows 24 - water or air can flow from the upper well pipe area 13 into the lower well pipe area 12 , that is, a pressure equalization between these two well pipe areas is achieved, which does not hinder the adjustment movement of the riser pipe 20 ′′ in the direction of arrow 23.
  • the retaining ring 19 ′′ automatically returns to a sealing position when a pressure difference between the areas 12 and 13 occurs.
  • Fig. 4 shows a retaining ring, which consists of two identical and loosely opposed individual rings 19 "/ 1 and 19" / 2.

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Abstract

Zur Untergliederung des Zwischenraumes zwischen ineinandergeschobenen zylindrischen Hohlkörpern in mehrere gegeneinander abdichtbare Bereiche (12, 13) sind Trennwandungen (15'') vorgesehen, die aus einer an einem inneren verstellbaren zylindrischen Körper, beispielsweise an einem Brunnenrohreinsatz, verankerbaren Scheibe (16'') mit mindestens einer peripheren Umfangsnut (17'') bestehen, in deren Umfangsnut ein den Zwischenraum zwischen der Innenwandung eines Brunnenrohres als äußerem Hohlkörper und der Scheibenumfangswandung überbrückender Haltering mit axialem Spiel eingesetzt ist, indem die Breite der Umfangsnut größer als die Dicke des Halteringes ist und der Haltering dadurch bei einer Axialverstellung des die Scheibe (16'') tragenden Brunnenrohreinsatzes aus einer Dichtstellung in eine Schrägstellung kippen kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trennwandung für den Zwischenraum zwischen ineinandergeschobenen und relativverstellbaren zylindrischen Hohlkörpern, insbesondere für Brunnenrohre, zur Bildung von gegeneinander abgedichteten Hohlraumbereichen, wobei die Trennwandung auf einem der relativverstellbaren zylindrischen Körper verankert ist.
  • In vielen Anwendungsfällen müssen Trennwandungen der eingangs genannten Art nachträglich in eine andere Höhenlage gebracht werden, beispielsweise bei einem Brunnenrohr ein eingebrachtes Steigrohr oder ein anderer Brunnenrohreinsatz, an welchem die Trennwandung verankert ist. Hierbei besteht die Gefahr, daß der oder die elastischen Halteringe, welche die gegenseitige Abdichtung der Hohlraumbereiche bewirken, eine Verstellung des inneren zylindrischen Körpers durch Unterdruckbildung oder allgemein durch einen zu guten Dichtungssitz behindern.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trennwandung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie eine nachträgliche Verstellung eines sie haltenden zylindrischen Körpers nicht behindert.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Trennwandung haben die normalerweise die Abdichtung zwischen zwei Hohlraumbereichen oder auch das Halten von beispielsweise in ein Brunnenrohr eingebrachten Körpern bewirkenden Halteringe ein axiales Spiel in der für sie vorgesehenen peripheren Ringnut einer die Trennwandung an einem zylindrischen Körper verankernden Scheibe, daß der Haltering, der auch aus mehreren konzentrischen und lose gegeneinanderliegenden Einzelringen bestehen kann, bei einer Axialverstellung des die Scheibe tragenden Körpers eine Schrägstellung gegenüber ihrer Symmetrieachse einnehmen kann, die bis zu einer Aufhebung seiner Dichtanlage an der Innenwandung eines äußeren zylindrischen Hohlkörpers oder an dem Nutgrund führen kann. Dadurch ist sichergestellt, daß beispielsweise bei einer Verschiebung eines Brunnenrohreinsatzes innerhalb des Brunnenrohres in keinem der durch die Trennwandung voneinander getrennten und normalerweise gegeneinander abgedichteten Brunnenrohrbereichen ein Unterdruck entstehen kann, der eine Verstellung des Brunnenrohreinsatzes behindern oder gar blockieren könnte.
  • Die genauen Abmessungen des Halteringes und auch die Stärke seiner Elastizität richten sich nach dem Innendurchmesser eines äußeren Hohlkörpers und dem Gewicht eines darin zu haltenden Einsatzes, wobei sich dieses Gewicht auf mehrere vorgesehene Trennwandungen verteilen kann. Zur Begünstigung des Kippens des Halteringes in seine Schräglage bei der Ausübung von Zug oder Druck auf den zu verstellenden inneren Körper, z. B. Brunnenrohreinsatz, kann zweckmäßig die Breite der einen Haltering aufnehmenden Umfangsnut der Scheibe mindestens der doppelten Dicke des Halteringes und die Tiefe der Umfangsnut mindestens dem Abstand der Umfangswandung der Scheibe von der Brunnenrohr-Innenwandung entsprechen. Dadurch ist sichergestellt, daß nach Beendigung einer Verstellbewegung der Haltering wieder eine normale Dicht- und/oder Haltestellung einnehmen kann, was normalerweise unter dem hydraulischen Druck von in einem Brunnenrohr als äußerem Hohlkörper befindlichem Wasser, unter dem Gewicht eines zu haltenden Brunnenrohreinsatzes oder aber durch ein leichtes Rückwärtsschieben entgegen dem beendeten Verstellweg erfolgen kann.
  • Die Seitenwandungen der Umfangsnut können zudem Bohrungen aufweisen, damit die abzudichtende Flüssigkeit oder Luft ungehindert die Stirnflächen des Halterings erreichen kann.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Trennwandung in ihrer Anwendung in einem Brunnenrohr anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
  • Im einzelnen zeigen:
    • Fig. 1
    einen zentralen Längsschnitt durch einen mit zwei Trennwandungen versehenen Abschnitt eines Brunnenrohres;
    Figuren 2 + 3
    einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teillängsschnitt durch das Brunnenrohr im Bereich einer Trennwandung, einmal in der Ruhestellung der Trennwandung und zum anderen bei einer Verstellung der Trennwandung innerhalb des Brunnenrohres;
    Fig. 4
    einen Querschnitt durch einen aus zwei gleichen Einzelringen bestehenden Haltering.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Brunnenrohres 10, das zwischen einem oberen geschlossenwandigen Brunnenrohrabschnitt 10.1 und einem unteren geschlossenwandigen Brunnenrohrabschnitt 10.2 einen durch Schlitze 11 offenwandigen Brunnenrohrabschnitt 10.3 aufweist. Der durch den offenwandigen Brunnenrohrabschnitt 10.3 begrenzte Brunnenrohrbereich 12 ist gegenüber dem benachbarten oberen Brunnenrohrbereich 13 und dem benachbarten unteren Brunnenrohrbereich 14 jeweils durch eine Trennwandung 15 abgegrenzt. Beide Trennwandungen 15 sind gleich ausgebildet und konzentrisch auf einem Steigrohr 20 verankert. Sie bestehen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Scheibe 16, deren Druchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Brunnenrohres 10 und die an ihrer Außenseite zwei parallele Umfangsnuten 17 und 18 aufweist, in welche jeweils ein Haltering 19 eingesetzt ist. Die Breite der Halteringe 19 ist so gewählt, daß sie bei eingesetzter Trennwandung 15 sowohl dicht gegen den Grund der Nuten 17 und 18, als auch dicht gegen die Innenseite des Brunnenrohres 10 anliegen. Die Scheibe 16 der Trennwandungen 15 kann aus einem passenden stabilen, starren oder halbstarren Material gefertigt sein. Die Halteringe 19 bestehen aus einem je nach den Festigkeitsanforderungen im Einzelfall mehr oder weniger elastisch verformbaren Material, beispielsweise Silikonkautschuk, das unter Druck oder Zug ein Reibungsgleiten sowohl auf der Innenseite des Brunnenrohres 10 als auch auf dem Grund der Umfangsnuten 17 und 18 erlaubt.
  • In den Figuren 2 und 3 ist eine Trennwandung 15'' dargestellt, deren auf einem koaxialen Steigrohr 20'' verankerte Scheibe 16'' nur eine einzige Nut 17'' für einen Haltering 19'' aufweist. Die Breite der Nut 17'' für den Haltering 19'' hat hier den doppelten Wert der Dicke des Halteringes 19''. Außerdem ragt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Haltering über die Hälfte seiner Breite in die Umfangsnut 17'' hinein. Bei dieser Nutbreite hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Tiefe der Umfangsnut 17'' mindestens dem Abstand der Außenwandung der Scheibe 16'' von der Innenwandung des Brunnenrohres 10'' entspricht und der mittlere Radius M des Halteringes 19'' innerhalb der Umfangsnut 17'' verläuft.
  • Fig. 2 zeigt die Trennwandung 15'' und ihren Haltering 19'' in einer Ruhe- und Abdichtstellung, in welcher sich der Haltering 19'' unter leichter Spannwölbung mit seinem Außenrand an der Innenwandung des Brunnenrohres 10'' und mit seinem Innenrand an dem Grund der Umfangsnut 17'' der Scheibe 16'' abstützt.
  • Fig. 3 zeigt den Haltering 19'' in einer Schrägstellung, in welche er selbsttätig bei einer Längsverstellung des Steigrohres 20'' in Richtung des Pfeiles 23 kippt. In dieser Lage ist keine abdichtende Anlage des Außenrandes des Halteringes 19'' an der Innenwandung des Brunnenrohres 10'' mehr gegeben, so daß - wie durch Pfeile 24 angedeutet ist - Wasser oder Luft aus dem oberen Brunnenrohrbereich 13 in den unteren Brunnenrohrbereich 12 strömen kann, also ein Druckausgleich zwischen diesen beiden Brunnenrohrbereichen erzielt wird, der die Verstellbewegung des Steigrohres 20'' in Richtung des Pfeiles 23 nicht behindert. Besteht bei der Verstellbewegung kein Druckunterschied zwischen den Bereichen 12 und 13, findet bei der Verstellung keine Wasservolumenverschiebung statt. Ist die Verstellung beendet, gelangt der Haltering 19'' automatisch wieder in eine Dichtstellung, wenn eine Druckdifferenz zwischen den Bereichen 12 und 13 auftritt.
  • Fig. 4 zeigt einen Haltering, der aus zwei gleichen und lose gegeneinanderliegenden Einzelringen 19''/1 und 19''/2 besteht.

Claims (5)

  1. Trennwandung für den Zwischenraum zwischen ineinandergeschobenen und relativverstellbaren zylindrischen Hohlkörpern (10'', 20''), insbesondere für Brunnenrohre (10''), zur Bildung von gegeneinander abgedichteten Hohlraumbereichen (12, 13), wobei die Trennwandung (15'') auf einem der relativverstellbaren zylindrischen Körper verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwandung (15'') aus einer Scheibe (16'') besteht, die auf dem verstellbaren zylindrischen Körper (20'') befestigt ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren zylindrischen Hohlkörpers (10'') und die mindestens eine periphere Umfangsnut (17'') aufweist, in welcher ein sich an der Innenwandung des äußeren zylindrischen Hohlkörpers (10'') abstützender Haltering (19'') aus einem elastischen Material mit Spiel in Richtung der Hohlkörperachse und mit Gleitreibung gegen den Nutgrund gelagert ist, wobei die Breite der Umfangsnut (17'') größer als die Dicke des in ihr gelagerten Halteringes (19'') ist, dergestalt, daß der Haltering (19'') bei einer Axialverstellung der Scheibe (16'') eine Schrägstellung bis zu einer Aufhebung seiner Dichtanlage an der Innenwandung des äußeren Hohlkörpers (10'') oder an dem Nutgrund einnehmen kann.
  2. Trennwandung, insbesondere für Brunnenrohre, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der einen Haltering (19'') aufnehmenden Umfangsnut (17'') der Scheibe (16'') mindestens der doppelten Dicke des Halteringes (19'') und die Tiefe der Umfangsnut (17'') dem Abstand der Umfangswandung der Scheibe (16'') von der Innenwandung des den äußeren zylindrischen Hohlkörper bildenden Brunnenrohres (10'') entspricht.
  3. Trennwandung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Linie (M) des mittleren Radius des Halteringes (19'') innerhalb der Umfangsnut (17'') verläuft.
  4. Trennwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering aus mehreren konzentrischen und lose gegeneinanderliegenden Einzelringen (19''/1, 19''/2) besteht.
  5. Trennwandung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwandungen der Umfangsnut (17'') der Scheibe (16'') Bohrungen vorgesehen sind.
EP94117417A 1993-11-11 1994-11-04 Trennwandung für den Zwischenraum zwischen ineinandergeschobenen Hohlkörpern, insbesondere für Brunnenrohre Withdrawn EP0653546A1 (de)

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