NL8020397A

NL8020397A - High temperature well packer - has sealing unit formed by elastomeric elements and metal back-up rings

Info

Publication number: NL8020397A
Application number: NL8020397A
Authority: NL
Original assignee: Otis Engineering Corporation Te Dallas, Texas, Ver. St. V. Am.
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1980-09-22
Publication date: 1981-09-01

Abstract

A well packer for steam injection wells or geothermal wells includes a mandrel having a longitudinal flow passage and a sealing unit attached to the exterior of the mandrel. The packer is anchored to the wall using a set of slip elements. The sealing unit has a central element made from elastomeric material and end elements of elastomeric material and wire mesh.. The packer can form a seal between the casing and tubing while subjected to high pressure and temp. A single set of slips can withstand differential pressure in either direction.

Description

· 8020397 Μ- 21929/CV/mv8020397 219- 21929 / CV / pl

Korte aanduiding: Hoge temperatuur putafdichtinrichting.Short designation: High temperature well seal device.

Achtergrond van de uitvinding 1. Gebied van de uitvinding 5 De huidige uitvinding is in het bijzonder aangepast voor gebruik in hoge temperatuur -putten waar stoom wordt geïnjecteerd in een ondergrondse formatie voor het bevorderen van het winnen van koolwaterstoffen.Background of the Invention 1. Field of the Invention The present invention is particularly adapted for use in high temperature wells where steam is injected into an underground formation to promote hydrocarbon recovery.

De huidige uitvinding kan ook worden gebruikt in hoge druk/hoge temperatuur; geothermische putten.The present invention can also be used in high pressure / high temperature; geothermal wells.

1Ö 2. Beschrijving van de stand van de techniek.1Ö 2. Description of the prior art.

Gedurende vele jaren zijn afdichtinrichtingen gebruikt voor het verkrijgen van een afdichting tussen een buizenkolom en een bekledings-buizenkolom in een putboring. In het algemeen treden formatie fluida's de boring van de bekledingsbuizenkolom binnen onder de afdichtinrichting 15 en worden gericht om te stromen naar het putoppervlak door de buizenkolom door de afdichtinrichting. De bekledingsbuizenkolom boven de afdichtinrichting is zo beschermd tegen de formatie fluidas. Ook is de put gemakkelijker te regelen door de formatie fluida's te beperken tot de buizenkolom.Sealing devices have been used for many years to provide a seal between a tubing string and a casing tubing string in a well bore. Generally, formation fluids enter the bore of the casing string under the sealing device 15 and are directed to flow to the well surface through the tubing string through the sealing device. The casing string above the sealing device is thus protected from the formation of fluidas. Also, the well is easier to control by limiting the formation of fluids to the tubing string.

Het gebruik van afdichtinrichtingen en buizen is nog belang-20 rijker bij het injecteren van hoge temperatuur en druk stoom in een koolwaterstof formatie of in het winnen van energie uit diepe geothermische putten. De Amerikaanse octrooien 3.330.357 en 3.385.366 van T.L. Elliston tonen afdichtinrichtingen die asbestringen gebruiken voor het vormen van een afdichting onder hoge temperatuur-omstandigheden. Amerikaans Octrooi 25 A.050.517 toont.flexibele afdichtingen voor het compenseren voor de hoge temperaturen gevonden in geothermische putten.The use of sealing devices and tubing is even more important in injecting high temperature and pressure steam into a hydrocarbon formation or in recovering energy from deep geothermal wells. U.S. Patents 3,330,357 and 3,385,366 to T.L. Elliston show sealing devices that use asbestos rings to form a seal under high temperature conditions. U.S. Patent No. 25,050,517 shows flexible seals to compensate for the high temperatures found in geothermal wells.

De hangende Amerikaanse octrooiaanvrage serie nummer 961.139 van Joseph L. Pearce et al beschrijft gebruikmaking van elastomerisch^materiaal versterkt met draadgaas in perszuiger elementen. Het versterkte elasto-r 30 merisch materiaal vertoont aanmerkelijk verbeterde slijtage kenmerken, terwijl het perselement beweegt door een putleiding. Verschillende octrooien genoemd in deze aanvrage, waaronder Amerikaans octrooi 2.143.106 van A.L, Freedlander, beschrijven versterkend elastomeer materiaal met metaal voor gebruik in olie en gasputten.Pending U.S. Patent Application Serial No. 961,139 to Joseph L. Pearce et al. Discloses the use of elastomeric material reinforced with wire mesh in press piston elements. The reinforced elastomeric material exhibits markedly improved wear characteristics as the pressing element moves through a well line. Several patents cited in this application, including U.S. Patent 2,143,106 to A.L. Freedlander, disclose metal reinforcing elastomeric material for use in oil and gas wells.

35 Geen van deze octrooien tonen of leren een afdichtinrichting voor zien van een afdichteenheid of verankeringsorgaan in overeenstemming met de huidige uitvinding.None of these patents disclose or teach a sealing device for seeing a sealing unit or anchoring member in accordance with the present invention.

Samenvatting van de uitvinding 8020397 ,-2- 21929/CV/m v ί !Summary of the Invention 8020397, -2-2929 / CV / m v ί!

De huidige uitvinding openbaart een afdichtinrichting voor het vormen van een afdichting met de binnenwand van een bekledingsbuiskolom opgesteld in een putboring, voorzien van middelen voor het verbinden van de afdichtinrichting aan een buizenkolom opgesteld in de bekledingsbuiskolom, 5 een doornorgaan met een langgestrekte stromingsdoortocht voor het verkrijgen van fluidumverbinding door de afdichtinrichting, middelen voor het verankeren van de afdichtinrichting aan de binnenwand van de bekledingsbuiskolom tussen de einden van de bekledingsbuiskolom, middelen voor het vrijmaken van de afdichtinrichting van de binnenwand van de bekledingsbuiskolom, 10 een afdichteenheid bevestigd aan het uitwendige van het doornorgaan met een eerste stand waarin de afdichteenheid is ontspannen en een tweede stand waarin de afdichteenheid in langsrichting is samengedrukt en radiaal uitgezet om in contact te komen met de binnenwand, en de afdichteenheid is voorzien van een binnenelement vervaardigd uit elastomerisch materiaal 15 en eindelementen uit elastomerisch materiaal en draadgaas.The present invention discloses a sealing device for forming a seal with the inner wall of a casing string arranged in a well bore, comprising means for connecting the sealing device to a tubing string disposed in the casing string, a mandrel with an elongated flow passage to obtain of fluid communication through the sealing device, means for anchoring the sealing device to the inner wall of the casing string between the ends of the casing string, means for releasing the sealing device from the inner wall of the casing string, a sealing unit attached to the exterior of the mandrel having a first position in which the sealing unit is relaxed and a second position in which the sealing unit is longitudinally compressed and radially expanded to come into contact with the inner wall, and the sealing unit is provided with an inner element made of a lastomeric material 15 and end elements of elastomeric material and wire mesh.

Een oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van een putafdichtinrichting met een afdichteenheid uit elastomerisch materiaal versterkt door draadgaas.An object of the present invention is to obtain a well sealing device with a sealing unit of elastomeric material reinforced by wire mesh.

Een ander oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van 20 een putafdichtinrichting welke een afdichting kan vormen tussen bekleding en buizen terwijl onderworpen aan hoge druk en temperatuur.Another object of the present invention is to provide a well seal device which can seal between cladding and pipes while subjected to high pressure and temperature.

Een verder oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van een putafdichtinrichting voorzien van een enkel stel sliporganen, welke differentieeldruk in iedere richting kan weerstaan.A further object of the present invention is to provide a well seal device having a single set of slip members which can withstand differential pressure in any direction.

25 Nog een verder oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van een afdichteenhëid voorzien van een reeks afdichtelementen met een middenelement, een aantal eindelementen opgesteld aan weerszijden van het middenelement en een of meer concaven’versterkingschijven bij ieder eind van de reeks.A still further object of the present invention is to obtain a sealing unit comprising a series of sealing elements with a central element, a number of end elements arranged on either side of the central element and one or more concave reinforcement discs at each end of the series.

30 Een verder oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van een afdichtinrichting, welke hetzij hydraulisch of mechanisch kan worden ingesteld en vrijgemaakt door opwaartse spanning op de buizenkolom.A further object of the present invention is to provide a sealing device which can be adjusted either hydraulically or mechanically and released by upward tension on the tubing string.

Nog een verder oogmerk van de huidige uitvinding is het verkrijgen van.een afdichtinrichting met een afdichteenheid met de geometrische 35 vorm van de afdichtelementen een selectieve langzame samendrukking van het middenelement en eindelementen toestaand.Yet a further object of the present invention is to obtain a sealing device with a sealing unit having the geometric shape of the sealing elements allowing selective slow compression of the center element and end elements.

Aanvullende oogmerken en voordelen van de huidige uitvinding zullen gemakkelijk duidelijk zijn uit het lezen van de gedetailleerde beschrij- 8020397 >-3- 21029/CV/mv > 1 ving in samenhang met de figuren.Additional objects and advantages of the present invention will be readily apparent from reading the detailed description 8020397> -3-21029 / CV / mv> 1 associated with the figures.

Korte beschrijving van de figuren.Brief description of the figures.

Fig. 1A, B en C zijn figuren, gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in aanzicht die een hydraulisch instelbare afdichtinrichting 5 volgens de huidige uitvinding tonen met de verankeringsmiddelen en afdicht-eenheid in hun eerste stand indien de afdichtinrichting omlaag wordt bewogen in een bekledingsbuiskolom.Fig. 1A, B and C are figures, partly in section and partly in view, showing a hydraulically adjustable sealing device 5 according to the present invention with the anchoring means and sealing unit in their first position when the sealing device is moved down a casing string.

Fig. 2A, 2B en 20 tonen gedeelteijk in doorsnede en gedeeltelijk in aanzicht de hydraulisch instelbare afdichtinrichting met de veranke-10 ringsmiddelen en de afdichteenheid in hun tweede stand onder het vormen .. van een afdichting met de binnenwand van de bekledingsbuiskolom.Fig. 2A, 2B and 20 show partly in section and partly in view the hydraulically adjustable sealing device with the anchoring means and the sealing unit in their second position to form a seal with the inner wall of the casing string.

Fig. 3A, 3B en 3C tonen gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in aanzicht de hydraulisch instelbare afdichtinrichting met de afdichteenheid in zijn derde stand indien de afdichtinrichting uit een bekledings-15 buiskolom wordt verwijderd.Fig. 3A, 3B and 3C show partly in section and partly in view the hydraulically adjustable sealing device with the sealing unit in its third position when the sealing device is removed from a casing string.

Fig. A is een dwarsdoorsnede genomen volgens lijn A-A van fig. 1A. Fig. 5 is een dwarsdoorsnede genomen langs lijn 5-5 van fig. 1B, waarbij de sliporganen meer gedetailleerd zijn afgebeeld.Fig. A is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 1A. Fig. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 1B, showing the slips in more detail.

Fig. 6 is een dwarsdoorsnede genomen langs lijn 6-6 van fig. 1B 20 waarbij de halsvingers en nokoppervlakken van de laagste of tweede uit-zetring en de halssteunring zijn weergegeven.Fig. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG. 1B 20 showing the neck fingers and cam surfaces of the lowest or second expansion ring and the neck support ring.

Fig. 7, 8, 9, 10, 11 en 12 zijn schematische afbeeldingen, gedeeltelijk in doorsnede, die verschillende reeksen van middenelementen, eindelementen en steunringen of versterkingsschijven, die kunnen worden 25 gebruikt op de afdichteenheid van de huidige uitvinding, tonen.Fig. 7, 8, 9, 10, 11 and 12 are schematic illustrations, partly in section, showing various arrays of center elements, end elements and support rings or reinforcing discs that can be used on the sealing unit of the present invention.

Fig. 13 is een op grotere schaal weergegeven doorsnede-van de tweede of onderste expansiering.Fig. 13 is an enlarged sectional view of the second or bottom expansion ring.

Fig. 1A is een dwarsdoorsnede genomen volgens lijn 1A-1A van fig. 13.Fig. 1A is a cross-sectional view taken along line 1A-1A of FIG. 13.

30 Fig. 15 is een dwarsdoorsnede genomen langs lijn 15-15 van fig.FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line 15-15 of FIG.

13.13.

Fig. 16A, B en C zijn tekeningen, gedeeltelijk in doorsnede en gedeeltelijk in aanzicht, die een mechanisch instelbare· afdichtinrichting volgens de huidige uitvinding met de verankeringsmiddelen en de afdicht-35 eenheid ieder in een eerste stand, tonen.Fig. 16A, B and C are drawings, partly in section and partly in view, showing a mechanically adjustable sealing device according to the present invention with the anchoring means and the sealing unit each in a first position.

Beschrijving van het voorkeursuitvoeringsvoorbeeld.Description of the preferred embodiment.

Verwijzend naar de figuren en in het bijzonder fig. 1A, 1B en 1C is afdichtinrichting 20 bevestigd aan buizenkolom 21. Fig. 1A, 1B, en 1CReferring to the Figures and in particular Figures 1A, 1B and 1C, sealing device 20 is attached to tubular string 21. FIG. 1A, 1B, and 1C

80203978020397

« I«I

,-4- 21929/CV/mv tonen afdichtinrichting 20 met.afdichteenheid 30 en sliporganen 50 ieder in hun'desbetreffende eerste stand. Dit is de normale stand waarin de afdichtinrichting 20 zal verschijnen voorafgaand aan het installeren daarvan in een put en terwijl deze omlaag wordt gebracht door de buizenkolom 21 5 door de boring van een bekledingsbuiskolom.21929 / CV / mv show sealing device 20 with sealing unit 30 and slips 50 each in their respective first position. This is the normal position in which the sealing device 20 will appear prior to its installation into a well and as it is lowered through the tubing string 21 through the bore of a casing string.

Afdichtinrichting 20 omvat een doornorgaan 22 welke een langge-strekte stromingsdoortocht 23 daardoor heen heeft. Langgestrekte doortocht 23 is concentrisch met de boring van de buizenkolom 21 en laat fluïdum door vanaf onder de afdichtinrichting naar de buizenkolom 21. Doornorgaan 10 22 omvat een mofstuk 22a, welk is voorzien van schroefdraad 24 gevormd op een einde voor het verkrijgen van een orgaan voor het verbinden van de afdichtinrichting 20 aan de buizenkolom 21. Verschillende putgereedschappen of aanvullende buizen kunnen zijn bevestigd aan het doornorgaan 22 aan zijn ondereinde 22b.Sealing device 20 includes a mandrel 22 having an elongated flow passage 23 therethrough. Elongated passage 23 is concentric with the bore of the tubing string 21 and allows fluid to pass from below the sealing device to the tubing string 21. Mandrel 10 22 includes a sleeve piece 22a, which is threaded 24 formed on one end to provide a member for connecting the sealing device 20 to the tubing string 21. Various well tools or additional tubing may be attached to the mandrel 22 at its lower end 22b.

15 De belangrijkste bestanddelen van de afdichtinrichting zijn al thans ii hoofdzaak cilindrisch en gedragen op het uitwendige van doornorgaan 22. Middelen voor verankering van de afdichtinrichting 20 aan de binnenwand van een bekledingsbuiskolom omvatten een zuigerhuis 41, welke is gegrepen door schroefdraad 42 op het uitwendige van het mofstuk 22a. Zijde-20 lingse poorten 43 en langspoorten 44, die zijn gevormd in het mofstuk 22a laten fluïdum door vanaf de langgestrekte stromingsdoortocht 23 naar het inwendige van zuigerhuis 41. Pluggen 45 zijn vanaf het uitwendige van het mofstuk 22a geschroefd in zijpoorten 43. Pluggen 45 vormen middelen voor het spoelen van poorten 34 en 44 indien de afdichtinrichting bij het put-25 oppervlak is. Indien de pluggen 45 zijn aangebracht voorkomen zij- dat fluïdum in de langs doortocht 23 ontsnapt naar het uitwendige van de afdichtinrich- .· ting 20.The major components of the sealing device are already substantially ii cylindrical and supported on the outside of mandrel 22. Means for anchoring the sealing device 20 to the inner wall of a casing string includes a piston housing 41 which is gripped by screw thread 42 on the outside of the sleeve piece 22a. Lateral ports 43 and longitudinal ports 44 formed in the sleeve 22a allow fluid to pass from the elongated flow passage 23 to the interior of piston housing 41. Plugs 45 are screwed into side ports 43 from the exterior of the sleeve 22a. means for flushing ports 34 and 44 when the sealing device is at the well surface. When plugs 45 are fitted, they prevent fluid in the longitudinal passage 23 from escaping to the exterior of the sealing device 20.

Zuiger 46 is schuifbaar opgesteld tussen zuigerhuis 41 en het uitwendige van doornorgaan 22. Zuigerafdichtingen 47, gedragen op het einde 30 van zuiger 46, vormen een schuifbare fluiduinafsluiting. Fluidumkamer 48 met variabel volume wordt gedeeltelijk begrensd door het uitwendige van doornorgaan 22, de inwendige diameter van zuigerhuis 41, en zuigerafdichtingen 47- Fluidumdruk binnen de langgestrekte stroomdoortocht 23 kan door poort 43 en 44 in verbinding worden gebracht met de een variabel volume bezitten-35 de kamer 48 voor het bewegen van zuiger 46 in langsrichting ten opzichte van het doornorgaan 22. Zoals hieronder zal worden uiteengezet veroorzaakt deze beweging van zuiger 46 dat sliporgaan 50 radiaal uitsteekt van doornorgaan 22 voor het verankeren van afdichtinrichting 20 aan de bin- 8020397 J ] -5" 21929/CV/rav nenwand van de bekleding 25. Aangezien zuigerhuis 41 met behulp van schroefdraad 42 aan het mofstuk 22a is vastgezet blijft de plaatsing van zuigerhuis 41 ten opzichte van doornorgaan 22 gefixeerd tijdens het verplaatsen, instellen en trekken van afdichtinrichting 20.Piston 46 is slidably disposed between piston housing 41 and the exterior of mandrel 22. Piston seals 47 supported on the end 30 of piston 46 form a slidable fluid seal. Variable volume fluid chamber 48 is limited in part by the exterior of mandrel 22, the inner diameter of piston housing 41, and piston seals 47- Fluid pressure within the elongated flow passage 23 may be communicated through ports 43 and 44 with the variable volume the chamber 48 for moving piston 46 longitudinally relative to the mandrel 22. As will be explained below, this movement of piston 46 causes slip member 50 to radially protrude from mandrel 22 to anchor sealing device 20 to the bin 8020397 J] -5 "21929 / CV / rav wall of the liner 25. Since piston housing 41 is secured to the sleeve 22a by screw thread 42, the placement of piston housing 41 relative to mandrel 22 remains fixed during displacement, adjustment and pulling of sealing device 20 .

5 Het eind van zuiger 46 tegenover de zuigerdichtingen 47 is met behulp van bouten 51 bevestigd aan bovenste of eerste expansiering 52. Schouder 49, gevormd op zuiger 46 ligt aan tegen de eerste expansiering 52. Sliporgaan 50 wordt radiaal uitgezet door eerste expansiering 52 en tweede of onderste expansiering 53 in lengterichting naar elkaar te bewegen. 10 Iedere expansiering is althans in hoofdzaak cilindrisch en gedragen op het uitwendige van doornorgaan 22. Vier nokken 54 zijn geschroefd in gaten in de buitendiameter van eerste expansiering 52. Geleidingsnokken 54 op eerste expansiering 52 zijn radiaal over 90° van elkaar opgesteld.The end of piston 46 opposite the piston seals 47 is attached to upper or first expansion ring 52 by bolts 51. Shoulder 49 formed on piston 46 abuts first expansion ring 52. Slip member 50 is expanded radially by first expansion ring 52 and second or lower expansion ring 53 longitudinally toward each other. Each expansion ring is at least substantially cylindrical and supported on the exterior of mandrel member 22. Four cams 54 are screwed into holes in the outer diameter of first expansion ring 52. Guide cams 54 on first expansion ring 52 are disposed radially 90 ° apart.

Twee nokken 54, die radiaal over 180° van elkaar zijn verwijderd zijn met 15 schroefdraad bevestigd aan het uitwendige van tweede expansiering 53.Two cams 54 radially spaced 180 ° apart are threadedly attached to the exterior of second expansion ring 53.

Huisorgaan 50 is in hoofdzaak een cilinder, die doornorgaan 22 omgeeft. Expansieringen 52 en 53 zijn gedeeltelijk opgesteld in de einden van huis 55 tussen het uitwendige van doornorgaan 22 en de binnenzijde van huisorgaan 55.Housing member 50 is essentially a cylinder surrounding mandrel member 22. Expansion rings 52 and 53 are partially disposed in the ends of housing 55 between the exterior of mandrel 22 and the interior of housing 55.

20 Langgestrekte geleidingssleuven zijn in huis 55 gesneden nabij beide einden daarvan. Geleidingsnokken 54 zijn schuifbaar opgesteld binnen de sleuven 56. Nokken 54 en sleuven 56 vormen een orgaan voor het onderling verbinden van huis 55 en expansieringen 52 en 53 en staan nog beperkte beweging relatief ten opzichte van elkaar toe.Elongated guide slots are cut into housing 55 near both ends thereof. Guide cams 54 are slidably disposed within slots 56. Cams 54 and slots 56 form a member for interconnecting housing 55 and expansion rings 52 and 53 and still allow limited movement relative to each other.

25 Iedere expansiering heeft een taps verlopend nokoppervlak 57 op het einde nabij het sliporgaan 50. De vorm van een afgeknotte kegel bezittende oppervlakken 58 zijn gevormd op de binnendiameter vansliporgaan 50 nabij ieder einde van de nokoppervlakken 57 en de vorm van een afgeknotte kegel bezittende oppervlakken 58 zijn in hoofdzaak op elkaar pas-30 send. Dientengevolge veroorzaakt beweging van de expansieringen 52 en 53 naar elkaar dat de nokoppervlakken 57 werken als wiggen die sliporgaan 50 radiaal ten opzichte van het doornorgaan 22 doen uitsteken.Each expansion ring has a tapered cam surface 57 at the end near the slip member 50. The shape of a truncated cone surfaces 58 are formed on the inner diameter of the slip member 50 near each end of the cam surfaces 57 and the shape of a truncated cone surfaces 58 are essentially matched. As a result, movement of the expansion rings 52 and 53 toward each other causes the cam surfaces 57 to act as wedges that cause the slip member 50 to project radially of the mandrel 22.

Onderste expansiering 53 is het beste weergegeven in fig. 13, 14 en 15. Nokoppervlak 47 is gevormd op het uitwendige van halsvingers 35 59· De zes halsvingers 59 kunnen naar binnen buigen. Van schroefdraad voorziene gaten 160 zijn aangebracht in twee tegenover elkaar gelegen halsvingers 59 om daarin nokken 54 te bevestigen. Halssteunring 60 is als weergegeven met losmaakbare middelen bevestigd aan de inwendige dia- 8020397Lower expansion ring 53 is best shown in Figs. 13, 14 and 15. Cam surface 47 is formed on the exterior of neck fingers 35 59. The six neck fingers 59 can bend inward. Threaded holes 160 are provided in two opposed neck fingers 59 to secure cams 54 therein. Neck support ring 60 is attached to the inner slide 8020397 with releasable means as shown

) I) I

-6- 21929/CV/rav meter van halsvingers 59· üe losmaakbare middelen omvatten drie breekpen-nen 61, die radiaal op 120° van elkaar zijn opgesteld en de halssteunring 60 verbinden met drie van de halsvingers 59. Een grote'uitsparing 62 is bewerkt in de binnendiameter van de tweede expansiering 53 voor het ver-5 gemakkelijken van een naar binnen buigen van halsvingers 59.21929 / CV / rav meter of neck fingers 59. The releasable means comprise three shear pins 61, which are arranged radially at 120 ° from each other and connect the neck support ring 60 to three of the neck fingers 59. A large recess 62 is machined in the inner diameter of the second expansion ring 53 to facilitate bending-in of the neck fingers 59.

Eerste expansiering 52 heeft een vergrote inwendige diameter 63 tegenover een deel van zijn nokoppervlak 57· Schouder 64 is gevormd door vergrote inwendige diameter 63. Zoals later zal worden uiteengezet omvatten schouder 64 en halssteunring 60 een deel van de middelen voor 10 het fijn maken van afdichtinrichting 20 van de binnenwand van bekledings-buiskolom 25.First expansion ring 52 has an enlarged internal diameter 63 opposite to a portion of its cam surface 57 · Shoulder 64 is formed by enlarged internal diameter 63. As will be explained later, shoulder 64 and neck support ring 60 comprise some of the means for grinding sealing device 20 of the inner wall of casing string 25.

Afdichteenheid 30 wordt gedragen op het uitwendige van doornorgaan 22 in langsrichting nabij tweede uitzetring 53. Afdichteenheid 30 omvat een eerste of bovenste steunring 31, welke losneembaar is bevestigd aan 15 doorn 22 met behulp van afschuifbouten 32. Een tweede of onderste steunring 34 is losneembaar bevestigd aan het uitwendige van doorn 22 en in langsrichting op afstand gelegen van eerste steunring 31. Afschuifbouten 35 bevestigen steunring 34 losneembaar aan doornorgaan 22. De eerste stand van afdichteenheid 30 waarin deze is ontspannnen wordt bepaald door schuif-20bouten 32 en 35 die hun desbetreffende steunring aan doorn 22 bevestigen.Sealing unit 30 is supported on the exterior of mandrel 22 longitudinally adjacent to second expansion ring 53. Sealing unit 30 includes a first or top support ring 31 which is releasably attached to mandrel 22 using shear bolts 32. A second or bottom support ring 34 is releasably attached on the exterior of mandrel 22 and longitudinally spaced from first support ring 31. Shear bolts 35 affix support ring 34 releasably to mandrel 22. The first position of seal unit 30 in which it is released is determined by sliding 20 bolts 32 and 35 securing their respective support ring attach to mandrel 22.

Verschillende reeksen afdichtelementen kunnen worden gedragen op het uitwendige van doorn 22 tussen steunringen 31 en 34. De reeks weergegeven in fig. 1B omvat metalen steunringen of schijven 33a, 33b, 33c en 33d, eindelementen 36a, 36b, 36c en 36d en middenelementen 37. Zoals 25 later zal worden uiteengezet is gevonden, dat verschillende combinaties van midden en eindelementen een fluidumdichte afdichting onder hoge druk en temperatuur omstandigheden leveren. Om te voorzien in verbeterde steun van de afdichtelementen heeft iedere steunring een concaaf· oppervlak 38 dat ligt tegenover een soortgelijk convex* oppervlak 39 óp de steunringen 33.Different sets of sealing elements can be carried on the exterior of mandrel 22 between support rings 31 and 34. The set shown in Figure 1B includes metal support rings or discs 33a, 33b, 33c and 33d, end elements 36a, 36b, 36c and 36d and center elements 37. As will be explained later, it has been found that various combinations of center and end elements provide a fluid tight seal under high pressure and temperature conditions. In order to provide improved support of the sealing elements, each support ring has a concave surface 38 opposite a similar convex surface 39 on the support rings 33.

30 Afdichtelement 30 is in fig. 1b in zijn eerste ontspannen stand weergegeven.Sealing element 30 is shown in Fig. 1b in its first relaxed position.

In het algemeen verwijzend naar fig. 2A, 2B en 2C is afdichtinrichting 20 weergegeven verankerd aan de binnenwand van mantel 25 door sliporgaan 50. Afdichteenheid 30 is weergegeven in zijn tweede stand, 35 een fluidumdichte afdichting tussen mantel 25 en doornorgaan 22 vormend. Zodoende wordt alle fluidum, dat mantel 25 onder afdichtinrichting 20 binnentreedt door afdichteenheid 30 geleid om te stromen naar het putopper-vlak door de langgestrekte stroomdoortocht 23 en de buizenkolem 21. Op de 8020397 -7- 21929/CV/mv zelfde wijze voorkomt, indien een hoge temperatuur fluïdum wordt geïnjecteerd vanaf het putoppervlak naar een ondergrondse formatie, afdichteen-heid 30 dathet hoge temperatuur fluidum in contact komt met de binnenwand van mantel 25 boven afdichtinrichting 20.Referring generally to Figures 2A, 2B and 2C, sealing device 20 is shown anchored to the inner wall of jacket 25 by slip member 50. Seal unit 30 is shown in its second position, 35 providing a fluid tight seal between jacket 25 and mandrel 22. Thus, all fluid entering sheath 25 under sealing device 20 is passed through sealing unit 30 to flow to the well surface through the elongated flow passage 23 and the tubing string 21. In the same manner, 8020397-292929 / CV / mv occurs if a high temperature fluid is injected from the well surface to an underground formation, sealing unit 30 that the high temperature fluid contacts the inner wall of jacket 25 above sealing device 20.

5 Instelgereedschap 70 is weergegeven opgesteld binnen het bovenste gedeelte van de langgestrekte stroomdoortocht 23. Een aansluitnek 71 is aangebracht op instelgereedschap 70, zodat gereedschap 70 voor gebruikelijke draadlijntechnieken omhoog en omlaag kan worden bewogen door de buizen 21. Mofstuk 22a heeft een gedeelte 72 met verkleinde inwendige dia-10 meter, dat een taps verlopende schouder vormt voor gereedschap 70 om op te rusten. 0-ringen 76 worden gedragen op het uitwendige van gereedschap 70 en vormen een fluidumdichte afdichting met de inwendige diameter van doornorgaan 22 indien gereedschap 70 rust op schouder 72. Een kleporgaan bestaande uit een klepzitting 73, klepschijf 74 en klepsteel 75 is op-15 genomen in gereedschap 70· Aansluitnek 71 is bevestigd aan een einde van klepsteel 75 en klepschijf 74 is bevestigd aan het andere. Indien dan ook aansluitnek 71 omhoog wordt getrokken wordt klepschijf 74 van klepzitting 73 gelicht onder het openen van een fluidumdoortocht door instelgereedschap 70. Het gewicht van klepsteel 75 en schijf 74 plus ieder ver-20 schil in fluidumdruk boven gereedschap 70 indien vergeleken met onder gereedschap 70 neigt tot sluiten van het kleporgaan. Indien gereedschap 70 rust op taps verlopende schouder 72 werken o-ringen 76, schijf 74 en zitting 73 samen om te voorkomen dat fluidum boven gereedschap 70 stroomt in de langgedtrekte stroomdoortocht 23 onder gereedschap 70.Adjustment tool 70 is shown disposed within the upper portion of the elongated flow passage 23. A connecting neck 71 is mounted on adjustment tool 70 so that tool 70 for common wireline techniques can be moved up and down through the tubes 21. Sleeve 22a has a portion 72 with reduced internal dia-10 meters, which forms a tapered shoulder for tool 70 to rest on. O-rings 76 are carried on the exterior of tool 70 and form a fluid tight seal with the internal diameter of mandrel 22 when tool 70 rests on shoulder 72. A valve member consisting of a valve seat 73, valve disc 74, and valve stem 75 is included. in tool 70 · Terminal neck 71 is attached to one end of valve stem 75 and valve disc 74 is attached to the other. Therefore, if connecting neck 71 is pulled up, valve disc 74 is lifted from valve seat 73, opening fluid passage through adjustment tool 70. The weight of valve stem 75 and disc 74 plus any difference in fluid pressure above tool 70 when compared to below tool 70 tends to close the valve member. When tool 70 rests on tapered shoulder 72, o-rings 76, disc 74 and seat 73 cooperate to prevent fluid from flowing above tool 70 in the elongated flow passage 23 below tool 70.

25 Langssleuven 77 zijn aangebracht in de omtrek van gereedschap 70 van het einde tegenover O-ringen 76. Sleuven 77 staan in verbinding met groef 78, die is gevormd in de uitwendige diameter van gereedschap 70 tussen de einden daarvan. Sleuven 77 en groef 78 zijn bemeten om het mogehjk te maken dat fluidum binnen de buizen 21 in verbinding komt met 30 poorten 43 en 44 indien gereedschap 70 rust op schouder 72. Een toename in fluidumdruk binnen de buizen 21 kan zodoende worden overgebracht naar de een variabel volume bezittende fluidumkamer 48. De toenemende fluidumdruk veroorzaakt dat zuiger 46 beweegt in een richting ten opzichte van doornorgaan 22.Longitudinal slots 77 are provided in the periphery of tool 70 from the end opposite O-rings 76. Slots 77 communicate with groove 78, which is formed in the external diameter of tool 70 between its ends. Slots 77 and groove 78 are sized to allow fluid within tubes 21 to communicate with ports 43 and 44 when tool 70 rests on shoulder 72. Thus, an increase in fluid pressure within tubes 21 can be transferred to the variable volume fluid chamber 48. The increasing fluid pressure causes piston 46 to move in a direction relative to mandrel 22.

35 Inwendige sliporganen 80 zijn opgesteld tussen de binnendiameter van de eerste expansiering 52 en het uitwendige van doornorgaan 22. Inwendige sliporganen 80 bestaan uit een ring 81 met een daarin gevormde langsleuf 82. Een vergrote wig 83 is gevormd op een einde van ring 81.Internal slip members 80 are disposed between the inner diameter of the first expansion ring 52 and the exterior of mandrel member 22. Internal slip members 80 consist of a ring 81 having a longitudinal slot 82 formed therein. An enlarged wedge 83 is formed on one end of ring 81.

8020397 ,-8- 21929/CV/mv8020397, -8- 21929 / CV / pl

Veer 84 is opgesteld ora de omtrek van ring 81. Eén einde van veer 84 rust op het einde van zuiger 46 en andere op wig 83. Veer 84 dringt inwendig· sliporgaan 80 in de ene richting weg van zuiger 46. Geleidingsschroef 85 is bevestigd aan de inwendige diameter van eerste expansiering 52 en beweegt 5 in sleuf 82 voor het voorkomen van draaiing van siiporgaan 80 ten opzichte van expansiering 52. Het uiiwendige van doornorgaan 22 in de nabijheid van inwendig· sliporgaan 80 heeft een ruw oppervlak 86, dat is ontworpen om in ingrijping te komen met daaraan aangepaste tanden op de binnendiameter van wig 83. Inwendig sliporgaan 80 maakt het zo mogelijk dat expansie-10 ring 52 wordt bewogen in een richting door zuiger 46. Indien de fluidum-druk in kamer 48 wordt verminderd grijpt wig 83 ruw oppervlak 86 en voorkomt dat expansiering 52 beweegt in andere richting ten opzichte van doorn-r orgaan 22.Spring 84 is disposed or the circumference of ring 81. One end of spring 84 rests on the end of piston 46 and the other on wedge 83. Spring 84 urges internal slip member 80 in one direction away from piston 46. Guide screw 85 is attached to the internal diameter of first expansion ring 52 and moves in slot 82 to prevent rotation of slide member 80 relative to expansion ring 52. The exterior of mandrel 22 in proximity to internal slip member 80 has a rough surface 86 designed to meshing with teeth adapted to the inner diameter of wedge 83. Internal slip member 80 allows expansion ring 52 to be moved in a direction by piston 46. When fluid pressure in chamber 48 is reduced wedge 83 engages rough surface 86 and prevents expansion ring 52 from moving in other direction relative to mandrel 22.

Zoals hierboven opgemerkt omvat afdichteenheid 30 een reeks af-15 dichtelementen die worden gedragen tussen eerste steunring 31 en tweede steunring 34. Afschuifbouten 32 vormen een orgaan voor het losneembaar bevestigen van steunring 31 aan doornorgaan 22. Afschuifbouten 35 vormen een orgaan voor het losneembaar bevestigen van steunring 34 aan doornorgaan 22. Minder kracht kan vooraf worden gekozen voor het vrijmaken van steunring 20 31 van doornorgaan 22-j.indien vergeleken met steunring 34 door het installeren van minder bouten 32 dan bouten 35. Als alternatief kunnen bouten 32 worden gekozen uit materiaal dat een lagere afschuifwaarde heeft als vergeleken met bouten 35- 25 Zoals het best is weergegeven in fig. 2B en 2C veroorzaakt bewe ging van zuiger 46 in een richting ten opzichte van doornorgaan 22 dat de bovenste en onderste expansieringen naar elkaar bewegen. Nokoppervlak-ken 57 werken samen voor het radiaal uitsteken van sliporgaan 50 vanaf doornorgaan 22. Getande diamant vormige tanden 90 zijn gevormd op de uit-30 wendige diameter van sliporgaan 50 en grijpen de binnendiameter van bekle-dingsbuiskolom 25. Met het verankeringsorgaan in zijn tweede stand zoals weergegeven in fig. 2B weerstaat afdichtinrichting 20 beweging in iedere richting binnen de boring van mantel 25.As noted above, sealing unit 30 includes a series of sealing elements carried between first support ring 31 and second support ring 34. Shear bolts 32 form a member for releasably attaching support ring 31 to mandrel 22. Shear bolts 35 form a member for releasably attaching support ring 34 on mandrel member 22. Less force may be preselected to release support ring 20 31 from mandrel member 22-j. if compared to support ring 34 by installing fewer bolts 32 than bolts 35. Alternatively, bolts 32 may be selected from material which has a lower shear value as compared to bolts 35-25 As best shown in Figures 2B and 2C, movement of piston 46 in a direction relative to mandrel 22 causes the upper and lower expansion rings to move together. Cam surfaces 57 cooperate to radially protrude slip member 50 from mandrel 22. Serrated diamond shaped teeth 90 are formed on the outer diameter of slip member 50 and engage the inner diameter of casing string 25. With the anchor member in its second position as shown in Fig. 2B, sealing device 20 resists movement in any direction within the bore of jacket 25.

Nadat tanden 90 zijn ingesteld of in ingrijping met mantel 25 35 zal toenemende fluidumdruk in kamer 48 veroorzaken, dat doornorgaan 22 doorgaat in de ene richting ten opzichte van inwendig sliporgaan 80.After teeth 90 are adjusted or engaged with jacket 25, increasing fluid pressure in chamber 48 will cause mandrel 22 to continue in one direction relative to internal slip 80.

Deze doorgaande beweging veroorzaakt aanbrengen van kracht op bovenste steunring 31 welke aanligt tegen onderste expansiering 53. De druk aangebracht op de een variabel volume bezittende kamer 48 wordt vooraf gekozen 8020397 .-9- 21929/CV/rav I t om te veroorzaken dat bouten 32 afschuiven in twee delen 32a en 32b zoals weergegeven in fig. 2C. Aangezien de bouten 35 vooraf zijn gekozen om meer kracht te vereisen voordat zij zullen afschuiven veroorzaakt de voortgaande beweging van doornorgaan 22 in de ene richting dat tweede steunring 34 be-5 weegt naar de eerste steunring 31. De beweging van de steunringen naar elkaar veroorzaakt een samendrukking in langsrichting en radiale uitzetting van de afdichtelementen.This through motion causes application of force to upper support ring 31 which abuts lower expansion ring 53. The pressure applied to the variable volume chamber 48 is preselected 8020397-9-2929 / CV / rav I t to cause bolts 32 shearing in two parts 32a and 32b as shown in Fig. 2C. Since the bolts 35 are preselected to require more force before they will shear, the continued movement of mandrel 22 in one direction causes second support ring 34 to move toward the first support ring 31. The movement of the support rings toward each other causes longitudinal compression and radial expansion of the sealing elements.

Zoals het beste weergegeven in fig. 2C vormt afdichteenheid 30 een fluidumdichte afdichting tussen doornorgaan 22 en mantel 25. Midden 10 element 37 en eindelementen 36a, 36b, 36c en 36d zijn vooraf gekozen uit materialen die bijzonder geschikt zijn gevonden voor gebruik met fluïdum onder hoge temperatuur. Een bij voorkeur gebruikte samenstelling voor:-middenelement 37 is ethyleenpropyleen' - dieenterpolymeer, soms aangeduid als EPDM. De bij voorkeur met EPDM gebruikte eindelementen zijn vervaardigd 15 uit vinylideenfluoride en/of hexafluorpropyleencopolymeer versterkt met draadgaas. Vinylideenfluoride wordt soms aangeduid als VITON en hexafluor-propyleen is soms aangeduid als FLUOREL. VITON is een geregistreerd handelsmerk dat toebehoort aan E.I. DuPont De Nemours & Co.,Ine.' FLUOREL is een geregistreerd handelsmerk dat toebehoort aan 3M Co.As best shown in Fig. 2C, sealing unit 30 forms a fluid-tight seal between mandrel 22 and jacket 25. Center element 37 and end elements 36a, 36b, 36c, and 36d are preselected from materials that have been found particularly suitable for use with high-temperature fluid. temperature. A preferred composition for middle element 37 is ethylene propylene diene terpolymer, sometimes referred to as EPDM. The end elements preferably used with EPDM are made of vinylidene fluoride and / or hexafluoropropylene copolymer reinforced with wire mesh. Vinylidene fluoride is sometimes referred to as VITON, and hexafluoropropylene is sometimes referred to as FLUOREL. VITON is a registered trademark belonging to E.I. DuPont De Nemours & Co., Ine. ' FLUOREL is a registered trademark owned by 3M Co.

20 Na enige proeven met hoge temperatuur zal middenelement 37 nog steeds in een vloeiende of nagenoeg vloeiende staat zijn indien afdicht-inrichting 20 werd verwijderd uit de testinrichting. Afdichteenheid 30 weerstond echter hoge differentieeldrukken in iedere richthg indien eindelementen versterkt met draadgaas werden gebruikt. Zoals latér zal 25 worden uiteengezet resulteert de geometrie van de eindelementen 36 en de metalen steunringen 33 in verhoging van de differentieeldruk mogelijkheden van afdichteenheid 30 en het toestaan van selectieve samendrukking van de afdichtelementen.After some high temperature tests, center member 37 will still be in a smooth or near-fluid state if sealing device 20 has been removed from the testing device. However, sealing unit 30 withstood high differential pressures in each direction when wire mesh reinforced end members were used. As will be explained later, the geometry of the end elements 36 and the metal support rings 33 results in increasing the differential pressure capabilities of sealing unit 30 and allowing selective compression of the sealing elements.

De huidige uitvinding omvat middelen voor het vrijmaken van af-30 dichtinrichting 20 van de binnenwarri van bekledingsbuiskolom 25 door slechts aanbrengen van een vooraf gekozen hoeveelheid van opwaartse spanning op buizenkolom 21. In fig. 3A, 3B en 3C is afdichtinrichting 20 weergegeven als te zijn getrokken uit de mantel (niet weergegeven).door buizenkolom 21. Indien een vooraf gekozen hoeveelheid spanning wordt aangebracht op 35 buizenkolom 21 zullen bouten 35 afschuiven in twee delen 35a en 35b. Doornorgaan 22 is dan vrij om in lengterichting te schuiven in de ene richting ten opzichte van sliporgaan 50. Afdichteenheid 30 is nu eveneens vrij om te schuiven over het uitwendige van doornorgaan 22.The present invention includes means for releasing sealing device 20 from the inner liner of casing string 25 by applying only a preselected amount of upward stress to tubing string 21. In Figs. 3A, 3B and 3C, sealing apparatus 20 is shown as being drawn from the jacket (not shown) through tubing string 21. If a preselected amount of stress is applied to tubing string 21, bolts 35 will shear in two parts 35a and 35b. Mandrel member 22 is then free to slide longitudinally in one direction relative to slip member 50. Sealing unit 30 is now also free to slide over the exterior of mandrel 22.

80203978020397

« I«I

-10- 21929/CV/mv-10- 21929 / CV / pl

Een eerste schouder 95 is gevormd op het uitwendige van doornor-gaan 22 nabij sliporgaan 50. Eerste slipexpansiering 52 heeft een gedeeltelijk vergrote inwendige diameter 63 welke een passende schouder 64 vormt. Indien doornorgaan 22 een vooraf gekozen afstand beweegt ten opzichte 5 van sliporgaan 50 zal eerste schouder 95 eerste expansiering 52 grijpen en nokoppervlak 70 van achter· sliporgaan 50 trekken.A first shoulder 95 is formed on the exterior of mandrel 22 adjacent to slip member 50. First slip expansion ring 52 has a partially enlarged internal diameter 63 which forms a mating shoulder 64. If mandrel 22 moves a preselected distance from slider 50, first shoulder 95 will engage first expansion ring 52 and pull cam surface 70 from rear slipper 50.

Een tweede schouder 97 is gevormd op het uitwendige van doomor^ gaan 22 en in lengterichting op afstand gelegen van eerste schouder 95.A second shoulder 97 is formed on the exterior of dome 22 and longitudinally spaced from first shoulder 95.

Indien doornorgaan 22 een voorafgekozen afstand ten opzichte van slipor-10 gaan 50 is bewogen zal tweede schouder 97 halssteunring 60 van onder hals-vingers 59 bewegen. Halsvingers 59 kunnen dan naar binnen buigen onder het vrijgeven van tweede expansiering 53 van achter: sliporgaan 50.When mandrel member 22 has moved a preselected distance from slipor 10 50, second shoulder 97 will move neck support ring 60 from under neck fingers 59. Neck fingers 59 can then bend inwardly, releasing second expansion ring 53 from behind: slip member 50.

Zoals afgebeeld in fig. 3B is eerste expansiering 52 opgelicht door eerste schouder 95 van achter.'sliporgaan 50. Nokken 54 op uit-15 zetters 52 zijn bij het boveneinde van geleidingssleuven 56a. Onderste expansiering 53 is gevalto van achter sliporgaan 50. Nokken 54 op expansiering 53 rusten op de bodem van geleidingssleuven 56b.As shown in Fig. 3B, first expansion ring 52 is lifted by first shoulder 95 from rear slip member 50. Cams 54 on expanders 52 are at the top end of guide slots 56a. Lower expansion ring 53 is applied from behind slip member 50. Cams 54 on expansion ring 53 rest on the bottom of guide slots 56b.

Ieder sliporgaan 50 is verbonden met de ander door drie ringvormige veren 100a, 100b en 100c. De ringvormige veren omgeeft doornorgaan 20 22. Iedere ringvormige veer is opgesteld binnen een afzonderlijk gat in het lichaam van ieder sliporgaan 50. Ringvormige veren 100a, 100b en 110c vormen een orgaan voor het naar binnen dringen van sliporgaan 50 weg van mantel 25. Het lichaam van sliporgaan 50 is gevormd uit een segment van een cilinT der. De straal van de uitwendige diameter van sliporgaan 50 is bijvoorkeur 25 gekozen om aangepast.te zijn aan de straal van de binnenwand van mantel 25.Each slip member 50 is connected to the other by three annular springs 100a, 100b and 100c. The annular springs surround mandrel 20 22. Each annular spring is disposed within a separate hole in the body of each slip member 50. Annular springs 100a, 100b, and 110c form a member for urging slip member 50 away from jacket 25. The body of slip member 50 is formed from a segment of a cylinder. The radius of the outer diameter of slip member 50 is preferably 25 selected to match the radius of the inner wall of jacket 25.

De dwarsdoorsnede van sliporgaan 50 is althans in hoofdzaak rechthoekig met lippen, die uitsteken van ieder einde voor het tegenhouden van sliporgaan 50 binnen huis 55.The cross section of slip member 50 is at least substantially rectangular with lips projecting from each end to retain slip member 50 within housing 55.

Een derde schouder 98 is gevormd nabij einde 22b van doornor-30 gaan 22. Tweede steunring 34 heeft een passende schouder 99 gevormd op zijn inwendige diameter. Indien schroeven 32 en 35 worden afgeschoven kan afdichteenheid 30 vrij schuiven over het uitwendige van doornorgaan 22.A third shoulder 98 is formed near end 22b of mandrel 30. Second support ring 34 has a mating shoulder 99 formed on its internal diameter. When screws 32 and 35 are slid off, sealing unit 30 can slide freely over the exterior of mandrel 22.

Derde schouder 98 vormt een orgaan voor het grijpen van afdichteenheid 30 en om te voorkomen dat deze afvalt indien afdichtorgaan 20 wordt ver-35 wijderd uit de mantel. Be derde stand voor afdichteenheid 30 is bepaald indien beide afschuifbouten 32 en 35 zijn afgeschoven.Third shoulder 98 forms a member for grasping sealing unit 30 and to prevent it from falling off when sealing member 20 is removed from the jacket. The third position for sealing unit 30 is determined when both shear bolts 32 and 35 are sheared.

Zoals het beste weergegeven is in fig. 3A resulteert langsbewe-ging van doornorgaan 22 in de ene richting ten opzichte van sliporgaan 50 8020397 T11- 21929/CV/mv er in dat zuiger 46 en zuigerafdichtingen 47 vrijkomen van zuigerhuis 41. De een variabel volume bezittende fluidumkamer 48 is nu aan een einde geopend hetgeen een verbindingsstroombaan tot stand brengt door poorten 43 en 44 voor het vereffenen van fluidumdruk tussen het uitwendige van afdicht-5 inrichting 20 en de i,nggestrekte stroomdoortocht 23. Vereffening van ieder verschil in druk is een belangrijke stap in het vrijmaken van afdichtin-richting 20 van mantel 25-As best shown in Fig. 3A, longitudinal movement of mandrel 22 in one direction relative to slider 50 8020397 T11-2929 / CV / mv results in piston 46 and piston seals 47 being released from piston housing 41. The variable volume fluid chamber 48 is now opened at one end which establishes a connecting flow path through ports 43 and 44 to equalize fluid pressure between the exterior of seal device 20 and the extended flow passage 23. Equalization of any difference in pressure is a important step in releasing sealing device 20 from jacket 25-

Zoals voordien vermeld is afdichtinrichting 20 volgens de huidige uitvinding in het bijzonder aangepast voor gebruik met fluida onder hoge 10 temperatuur en druk. Middenelement 37 en eindelementen 36a, 36b, 36c en 36d vormen een rechtstreekse afdichting tussen doornorgaan 22 en de binnenwand van mantel 25. Afdichteenehid 30 voorkomt zo dat de hete fluida in contact komen met de binnenwand van mantel 25 boven afdichtinrichting 20.As previously mentioned, sealing device 20 of the present invention is particularly adapted for use with fluids under high temperature and pressure. Middle element 37 and end elements 36a, 36b, 36c and 36d form a direct seal between mandrel 22 and the inner wall of jacket 25. Sealing member 30 thus prevents the hot fluids from contacting the inner wall of jacket 25 above seal device 20.

De een variabel volume bezittende kamer 48 wordt gevuld met fluïdum tijdens 15 het plaatsen van afdichtinrichting 20. Dit fluidum in kamer 48 werkt als een buffer voor het beschermen van zuigerafdichtingen 47 tegen de hete, mogelijk corrosieve fluida, die door de langgestrekte stroomdoortocht 23 stromen.The variable volume chamber 48 is filled with fluid during the placement of sealing device 20. This fluid in chamber 48 acts as a buffer to protect piston seals 47 from the hot, potentially corrosive fluids flowing through the elongated flow passage 23.

Een belangrijk kenmerk van de huidige uitvinding is dat de af-20 dichtelementen van afdichteenheid 30 gemakkelijk kunnen worden uitgewisseld voor het vormen van verschillende reeksen voor gebruik met verschillende putfluida. Derde-schouder 98 is bij' voorkeur een c-ring of snapring welke snel kan worden verwijderd uit een ringvormige groef nabij einde 22b van doorn 22. Afschuifbouten 35 kunnen worden verwijderd waar-25 door het mogelijk wordt om tweede steunring 34 van doornorgaan 22 te schuiven. Steunringen 33, eindelementen 36 en middenelementen 37 zijn bemeten om schuifbaar te zijn over het uitwendige van doorn 22.An important feature of the present invention is that the sealing elements of sealing unit 30 can be easily exchanged to form different arrays for use with different well fluids. Third shoulder 98 is preferably a c-ring or snap ring that can be quickly removed from an annular groove near end 22b of mandrel 22. Shear bolts 35 can be removed allowing second support ring 34 of mandrel 22 to be removed. slide. Support rings 33, end elements 36 and center elements 37 are sized to be slidable over the exterior of mandrel 22.

Figuren 7-12 tonen verschillende reeksen van afdichtelementen, welke tevredenstellend kunnen worden gebruikt met afdichtinrichting 20.Figures 7-12 show different series of sealing elements which can be satisfactorily used with sealing device 20.

30 De reeks weergegeven in fig. 7 omvat een middenelement 110 vervaardigd uit ethyleenpropyleen-dieenterpolymeer, soms aangeduid als EPDM. Eindelementen 111 zijn bij voorkeur vervaardigd uit vinylideenfluoride (VITON, een geregistreerd handelsmerk, dat toebehoort aan DuPont) of hexafluor-propyleen-copolymeer(FLU0REL, een geregistreerd handelsmerk behorende 35 aan 3M Co).The array shown in Figure 7 includes a center member 110 made of ethylene propylene diene terpolymer, sometimes referred to as EPDM. End elements 111 are preferably made from vinylidene fluoride (VITON, a registered trademark belonging to DuPont) or hexafluoropropylene copolymer (FLUOREL, a registered trademark belonging to 3M Co).

Eindelementen 111 zijn bijvoorkeur versterkt met draadgaas, 0,005 inches in diameter en gevormd in een weefpatroon 0,125 tot 0,135 inches vierkant. Zes tot twaalf lagen van het draadgaas zijn opgenomen in 8020397End elements 111 are preferably reinforced with wire mesh, 0.005 inches in diameter and formed in a weave 0.125 to 0.135 inches square. Six to twelve layers of the wire mesh are included in 8020397

< I<I

-12- 21929/CV/mv ieder eindelement 111. Metalen steunringen 112 zijn toegevoegd aan iedere zijde van eindelementen 111. Metalen steunringen 112 minimaliseren extrusie en verlies van het elastomere materiaal indien afdichteenheid 30 wordt samengedrukt.21929 / CV / mv each end element 111. Metal support rings 112 are added on each side of end elements 111. Metal support rings 112 minimize extrusion and loss of the elastomeric material when sealing unit 30 is compressed.

5 Fig. 8 toont alternatieve eindelementen 113 vervaardigd uit as- bestringen versterkt met draad. Eindelementen 113 omvatten ook de aparte dwarsdoorsnede van de huidige uitvinding indien afdichteenheid 30 is ontspannen. De dwarsdoorsnede van eindelementen 113 is gedeeltelijk elliptisch met de hoofdas van de ellips schuin hellend naar de hartlijn van middenele-10 ment 110. De dwarsdoorsnede van eindelementen 113 wordt verder begrensd door hun inwendige en uitwendige diameters die evenwijdige cilindrische oppervlakken zijn. Indien de pakkingreeks weergegeven in fig 8 wordt samengedrukt zal de hartlijn van de dwarsdoorsnede van eindelementen 113 naar een minder schuine hoek bewegen. Steunringen 112 zijn eveneens,concaaf 15 uitgevoerd ter aanpassing aan het uitwendige van eindelementen 113. Metalen steunringen 112 zijn flexibel en zullen vervormen voor het handhaven van nauw contact met eindelementen 113 indien de reeks wordt samengedrukt.FIG. 8 shows alternative end elements 113 made of threaded shaft washers. End elements 113 also include the separate cross section of the present invention when seal unit 30 is relaxed. The cross section of end elements 113 is partially elliptical with the major axis of the ellipse sloping towards the centerline of center element 110. The cross section of end elements 113 is further limited by their internal and external diameters which are parallel cylindrical surfaces. If the packing series shown in Fig. 8 is compressed, the centerline of the cross section of end elements 113 will move to a less oblique angle. Support rings 112 are also concave 15 adapted to conform to the exterior of end elements 113. Metal support rings 112 are flexible and will deform to maintain close contact with end elements 113 when the array is compressed.

De combinatie van de aparte dwarsdoorsnede en passende concave flexibele steunringen resulteert in eerst samendrukken van het middenelement en dan 20 van de eindelementen.The combination of the separate cross section and appropriate concave flexible support rings results in first compression of the center member and then 20 of the end members.

Een andere alternatieve reeks is weergegeven in fig. 9· Deze reeks omvat een middenelement 114 vervaardigd uit vinylideenfluoride of hexa-fluorpropyleen-copolymeer.. Bij hoge temperaturen tonen deze samenstellingen kenmerken van meer gebruikelijke elastomeren. Eindelementen 114 25 zijn bijvoorkeur versterkt door draad 0,01 inches in diameter gevormd in een vierkant maas 0,18 tot 0,25 inches op een zijde. Ieder element heeft 18 tot 36 lagen per doorsnede. Asbest koord en/of keramische vezels zijn verspreid door het draadgaas.Another alternative series is shown in Fig. 9. This series includes a middle element 114 made of vinylidene fluoride or hexafluoropropylene copolymer. At high temperatures, these compositions show features of more common elastomers. End elements 114 are preferably reinforced by wire 0.01 inches in diameter formed in a square mesh 0.18 to 0.25 inches on one side. Each element has 18 to 36 layers per section. Asbestos cord and / or ceramic fibers are spread through the wire mesh.

Fig. 10 toont een andere pakkingreeks met meerdere eindelementen. 30 Twee ringen 116 van zuiver polytetrafluorethyleen (gebruikelijk aangeduid als TEFLON, een geregistreerd handelsmerk behorende aan DuPont) zijn opgesteld aan weerszijden van middenelementen 110. Twee ringen 117 uit polyfenyleen-sulfidehars (gebruikelijk aangeduid als RYTON, een geregistreerd handelsmerk behorende aan PHILLIPS Petroleum) zijn vervolgens 35 opgesteld naast ringen 116.Fig. 10 shows another multi-element packing series. 30 Two rings 116 of pure polytetrafluoroethylene (commonly referred to as TEFLON, a registered trademark belonging to DuPont) are disposed on either side of center members 110. Two rings 117 of polyphenylene sulfide resin (commonly referred to as RYTON, a registered trademark belonging to PHILLIPS Petroleum) are then 35 lined up next to rings 116.

Fig. 11 toont een reeks waarin middenelement 118 hetzelfde kan zijn als middenelement 110 of 114. Eindelement 119 is bijvoorkeur gevormd uit gelamineerde lintafdichting vervaardigd uit koolstof. Deze 8020397 4 r13- 21929/cy/mv afdichting wordt soms aangeduid als GRAFOIL, een geregistreerd handelsmerk van Union Carbide Corporation en beschreven in Amerikaans Octrooi 3.404.06'I. Koolstof afdichtelement 119 is versterkt met draadgaas.Fig. 11 shows a series in which center element 118 may be the same as center element 110 or 114. End element 119 is preferably formed of laminated ribbon seal made of carbon. This 8020397 4 r13-2929 / cy / mv seal is sometimes referred to as GRAFOIL, a registered trademark of Union Carbide Corporation and described in U.S. Patent 3,404.06'I. Carbon sealing element 119 is reinforced with wire mesh.

Fig. 12 toont de laatste reeks van de huidige uitvinding voor-5 zien van een middenelement 120 vervaardigd uit hetzelfde materiaal als ring 116. Eindelementen 117 en 119 worden gebruikt in combinatie met middenelement 120.Fig. 12 shows the last series of the present invention showing a center member 120 made of the same material as ring 116. End members 117 and 119 are used in combination with center member 120.

Een alternatief orgaan voor het verankeren van afdichtinrichting 130 volgens de huidige uitvinding aan de binnenwand van een bekle-10 dingsbuiskolom is weergegeven in fig. 16A, 16B en 16C. Afdichtinrichtingen, welke mechanisch worden ingesteld door draaiende buizen bij het putopper-vlak zijn algemeen bekend. Amerikaans Octrooi 3.385.366 beschrijft een afdichtinrichting, welke mechanisch wordt ingesteld door J~sleuven, die een nok grijpen, tegen de binnenwand van bekledingsbuiskolom drijvende 15 veren slepen en de buizen draaien. Amerikaans Octrooi 3.385.366 is opgenomen door verwijzing voor alle doeleinden.An alternative means for anchoring sealing device 130 of the present invention to the inner wall of a casing string is shown in Figures 16A, 16B and 16C. Sealing devices mechanically adjusted by rotating tubes at the well surface are well known. US Patent 3,385,366 discloses a sealing device, which is mechanically adjusted by J-slots which grip a cam, drag springs floating against the inner wall of casing string and rotate the tubes. U.S. Patent 3,385,366 is incorporated by reference for all purposes.

Doornorgaan 22 is althans in hoofdzaak hetzelfde in beide afdichtinrichtingen 20 en 130. De verschillende componenten gedragen op het uitwendige van doornorgaan 22 tussen eerste expansiering 52 en derde 20 schouder 98 zijn identiek en hebben hetzelfde verwijzingscijfer gekregen.Mandrel member 22 is at least substantially the same in both sealing devices 20 and 130. The different components carried on the exterior of mandrel member 22 between first expansion ring 52 and third shoulder 98 are identical and have been given the same reference numerals.

In afdichtinrichting 130 wordt mofstuk 22c gebruikt in plaats van mofstuk 22a.In sealing device 130, sleeve 22c is used instead of sleeve 22a.

Mofstuk 22c is bevestigd aan en vormt een deel van doornorgaan 22. De uitwendige diameter van mofstuk 22c heeft linkse trapeziumschroef-25 draad 131 daarop gevormd. Veerdrager 132 is draaibaar bevestigd aan het uitwendige van doororgaan 22 door ingriping met trapeziumdraad 131.Sleeve 22c is attached to and forms part of mandrel 22. The outer diameter of sleeve 22c has left trapezoidal screw thread 131 formed thereon. Spring carrier 132 is pivotally attached to the exterior of through member 22 by trapezoidal wire 131 engagement.

Naaf 133 is gelast aan het uitwendige van mofstuk 22c en in lengterichting ' op afstand gelegen van de draad 131. De naaf of kraag 133 begrenst de langsbeweging van veerdrager 132 indien drager 132 naar links wordt ge-30 draaid ten opzichte van doorrorgaan 22. Veerdrager 132 is althans in hoofdzaak cilindrisch met drie boogvormige of sleepveren 134 die zich radiaal daarvan uitsteken. Schroeven 135 worden gebruikt voor het bevestigen van de boogveren 134, drager 132 en eerste expansiering 52, tesamen als een enkele draaibare eenheid. Boogveren 134 zijn bemeten om te wrijven tegen de 35 binnenwand van een niet weergegeven bekledingsbuiskolom. Indien doornorgaan 22 naar rechts wordt gedraaid begrenzen boogveren 134 de draaiing van drager 132 door te slepen tegen de binnenwand van de mantel. Linkse trapeziumdraad 131 veroorzaakt zo dat drager 132 en eerste expansiering 8020397 r14- 21929/CV/mv 52 in langsrichting bewegen in de ene richting ten opzichte van doornor-gaan 22. Deze langsbeweging resulteert erin dat expansieringen 52 en 53 naar elkaar bewegen onder het radiaal naar buiten bewegen van sliporga-nen 50 en aandrukken van afdichteenheid 30, zoals hierboven uiteengezet.Hub 133 is welded to the exterior of sleeve 22c and spaced longitudinally from wire 131. Hub or collar 133 limits the longitudinal movement of spring carrier 132 when carrier 132 is rotated to the left relative to through-body 22. Spring Carrier 132 is at least substantially cylindrical with three arcuate or drag springs 134 extending radially therefrom. Screws 135 are used to attach the arch springs 134, carrier 132 and first expansion ring 52 together as a single rotatable unit. Arch springs 134 are sized to rub against the inner wall of a casing string (not shown). When mandrel member 22 is turned to the right, arc springs 134 limit the rotation of carrier 132 by dragging against the inner wall of the jacket. Left trapezoidal wire 131 causes carrier 132 and first expansion ring 8020397 r14-2929 / CV / mv 52 to move longitudinally in one direction relative to mandrel 22. This longitudinal movement results in expansion rings 52 and 53 moving together under the radial moving out slip members 50 and pressing sealing unit 30 as explained above.

5 Voor afdichtinrichting 130 is het ruwe oppervlak 86 bijvoorkeur een drievoudige linkse draad met dezelfde steek als de draad. 131. De tanden op de binnendiameter van wig 83 zijn bewerkt voor aanpassing aan ruw oppervlak 86. Dientengevolge zal sliporgaan 80 een omwenteling maken om doornorgaan 22 tesamen met veerdrager 132.For sealing device 130, the rough surface 86 is preferably a triple left hand thread with the same pitch as the thread. 131. The teeth on the inner diameter of wedge 83 have been machined to adapt to rough surface 86. As a result, slip member 80 will make a revolution about mandrel 22 along with spring support 132.

10 Bovenstuk 136 is met behulp van draad aan mofstuk 22c bevestigd.Top piece 136 is attached to sleeve piece 22c by wire.

0-ringhuls 137 is bevestigd op de binnendiameter van afdichtinrichting 130 tussen bovenstuk 136 en mofstuk 22c. Bovenstuk 136 heeft nokken 138, die uitsteken in de boring van afdichtinrichtiig 130.O-ring sleeve 137 is mounted on the inner diameter of sealing device 130 between top 136 and sleeve 22c. Top 136 has projections 138 projecting into the bore of sealing device 130.

Het lopende gereedschap dat wordt gebruikt voor het installenen en 15 instellen van afdichtinrichting 130 omvat J-sleufdoorn 139 opgesteld in de boring van bovenstuk 136. J-sleufdoorn 139 heeft schroefdraad 140 aan een einde voor bevestiging aan een niet weergegeven buizenkolom. J-sleufdoorn 139 is losneembaar bevestigd aan bovenstuk 136 door afschuifhuls 141 en afschuifbouten 142. Afschuifhuls 141 voorkomt dat afdichtinrichting 130 20 loskomt van J-sleufdoorn 139 tijdens het installeren in de mantel. Afschuifhuls 141 heeft een inwendige schouder 143, die in langsrichting op afstand is gelegen van een passende schouder 144 op het uitwendige van J-sleufdoorn 139· De afstand tussen schouders 143 en 144 laat een beperkte langsbeweging toe van J-sleufdoorn 139 ten opzichte van bovenstuk 136 25 zonder bouten 142 af te schuiven. J-sleuven 145 zijn gevormd in het uitwendige van doorn 139. J-sleuven 145 zijn bemeten voor ingrijping met nokken 138. Draaiing van buizenkolom (niet weergegeven) die met schroefdraad 140 is verbonden met de J-sleufdoorn 139 wordt overgebracht voor het draaien van bovenstuk 136 door oren 138.The running tool used to install and adjust sealing device 130 includes J-slot mandrel 139 disposed in the bore of top 136. J-slot mandrel 139 has threads 140 at one end for attachment to a tubing (not shown). J-slot mandrel 139 is releasably attached to top 136 by shear sleeve 141 and shear bolts 142. Shear sleeve 141 prevents sealing device 130 from detaching from J-slot mandrel 139 during installation in the jacket. Shear sleeve 141 has an inner shoulder 143, which is longitudinally spaced from a mating shoulder 144 on the exterior of J-slot mandrel 139 · The distance between shoulders 143 and 144 permits limited longitudinal movement of J-slot mandrel 139 relative to top 136 25 without sliding off bolts 142. J slots 145 are formed in the exterior of mandrel 139. J slots 145 are sized for engagement with cams 138. Rotation of tubing string (not shown) threaded 140 connected to J slot mandrel 139 to rotate top piece 136 through ears 138.

30 Gepolijste huls 146 is bevestigd aan het einde van J-sleufdoorn 139 tegenover schroefdraad 140. Bijvoorkeur heeft het uitwendige van de gepolijste huls 146 een glad gehoond oppervlak voor het vormen van een fluidumdichte afdichting met 0-ringen 147 op de binnendiameter van 0-ringhuls 137.Polished sleeve 146 is affixed to the end of J-slot mandrel 139 opposite screw thread 140. Preferably, the exterior of the polished sleeve 146 has a smooth honed surface to form a 0-ring 147 fluid-tight seal on the inner diameter of 0-ring sleeve 137.

35 Afdichtinrichting 130 is bevestigd aan J-sleufdoorn 139 zoals weergegeven in fig. 16A en loopt in de boring van een bekledingsbuis-kolom (niet weergegeven) door een buizenkolom (niet weergegeven) bevestigd aan schroefdraad 140. Indien afdichtinrichting 130 omlaag is be- 8020397 .-15- 21929/CV/rav wogen tot de gewenste diepte tussen de einden van de bekledingsbuiskolom wondt de buizenkolom naar rechts gedraaid. Draaiing van de buizenkolom wordt overgebracht op J-sleufdoorn 139, bovenstuk 136 door oren 138, en doornorgaan 22 door mofstuk 22c door schroefdraad in ingrijping met boven-5 stuk 136. Boogveren 134 slepen tegen de binnenwand van de bekledingsbuiskolom onder het minimaliseren van draaiing van veerdrager 132. Aangezien veerdrager 132 niet vrij draait veroorzaakt de linkse trapeziumdraad 131 dat de veerdrager 132 beweegt in een langsrichting ten opzichte van doornorgaan 22. Zoals hierboven uiteengezet voor afdichtinrichting 30 resulteert 10 deze langsbeweging in een richting daarin dat eerste expansiering beweegt naar tweede expansiering 53 voor het doen uitsteken van sliporganen 50 radiaal vanaf het doornorgaan 22.Sealing device 130 is attached to J-slot mandrel 139 as shown in Fig. 16A and passes into the bore of a casing string (not shown) through a tubing string (not shown) attached to thread 140. If sealing device 130 is down 8020397 .-15- 21929 / CV / rav weighing to the desired depth between the ends of the casing string wound the tubing string to the right. Rotation of the tubing string is transferred to J-slot mandrel 139, top 136 through ears 138, and mandrel 22 through socket 22c by threading into engagement with top 5 136. Arch springs 134 drag against the inner wall of the casing string while minimizing rotation of spring carrier 132. Since spring carrier 132 does not rotate freely, the left trapezoidal wire 131 causes the spring carrier 132 to move in a longitudinal direction relative to mandrel 22. As explained above for sealing device 30, this longitudinal movement results in a direction that first expansion ring moves to second expansion ring 53 for making slips 50 protrude radially from the mandrel 22.

De schroefdraad 131 is bij voorkeur zodanig bemeten dat na veertien draaiingen naar rechts veerdrager 132 zal zijn losgemaakt van doornorgaan 15 22. Zoals hierboven opgemerkt zijn het ruwe oppervlak 86 vormende draad en draad op de binnendiameter van wig 83 aangebracht om deze draaiing toe te staan voor het gelijktijdig bewegen van inwendig sliporgaan 80 in de ene richting.The thread 131 is preferably sized such that after fourteen turns to the right, spring support 132 will be detached from mandrel 15 22. As noted above, the rough surface 86 forming wire and thread are applied to the inner diameter of wedge 83 to allow this rotation for simultaneously moving internal slip member 80 in one direction.

Nadat sliporgaan 50 aanvankelijk de· binnenwand van de bekledings-20 buiskolom bereikt wordt J-sleufdoorn 139 omlaag gebracht en naar links gedraaid voor het grijpen van nokken 138 in de korte gedeelten van J-sleuven 145. Een vooraf gekozen hoeveelheid spanning wordt dan aangebracht op de buizenkolom en J-sleufdoorn 139 voor het vooledig grijpen van slip organen 50 met de mantel en plaatsafdichteenheid 30 in zijn tweede stand.After slip member 50 initially reaches the inner wall of the casing tubing string, J-slot mandrel 139 is lowered and rotated counterclockwise to engage cams 138 in the short portions of J-slots 145. A preselected amount of tension is then applied to the tubing string and J-slot mandrel 139 for fully engaging slip members 50 with the shell and location seal unit 30 in its second position.

25 Indien de spanning wordt vrijgegeven van J-sleufdoorn 139 vergrendelt inwendig sliporgaan 80 expansieringen 52 en 53 in de stand relatief ten opzichte te van elkaar. Nadat afdichtinrichting 30 is ingesteld wordt J-sleufdoorn 139 vrij gemaakt van nokken 138 en de buizen als vereist uitgebracht.When the tension is released from J-slot mandrel 139, internal slip member 80 locks expansion rings 52 and 53 in position relative to each other. After sealing device 30 is set, J-slit mandrel 139 is released from cams 138 and the tubes are released as required.

De bovenstaande beschrijving van de huidige uitvinding is slechts 30 een uiteenzetting van enige van de voorkeursuitvoeringsvormen.Verschillende wijzigingen en modificaties zullen gemakkelijk duidelijk zijn voor vaklui in de techniek zonder buiten de beschermingsomvang van de uitvinding, welke is omschreven in de conclusies, uit te gaan.The above description of the present invention is only an explanation of some of the preferred embodiments. Various modifications and modifications will be readily apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention defined in the claims.

-CONCLUSIES- 8020397- CONCLUSIONS - 8020397

Claims

Sealing device for forming a seal with the inner wall of a casing column comprising: 5 a. Means for connecting the sealing device to a tubing column; b. a mandrel with an elongated flow passage for fluid communication through the sealing device; c. means for anchoring the sealing device to the inner wall of the casing string between the ends of the casing string; d. means for releasing the sealing device from the inner wall of the casing string; e. a sealing unit attached to the exterior of the mandrel member, having a first position in which the sealing unit is relaxed and a second position in which the sealing unit is longitudinally compressed and radially expanded to contact the inner wall; and f. the sealing unit is provided with a middle element made of elastomer material and end elements of elastomer material 20 and wire mesh.

Sealing device according to claim 1, wherein the anchoring means are further provided with; a. a housing member mounted on the exterior of the mandrel member; 25 b. openings in the house organ; c. slip member disposed in the openings, with a first position retracted within the housing member and a second position partially projected from the mandrel through the openings; d. a first slip expansion ring and a second slip expansion ring 30 slidably supported on the exterior of the mandrel member at opposite ends of the housing member; e. cam surfaces on each expansion ring for gripping slip member for protruding the slip member through the openings; and f. means for moving the first expansion ring to the second expansion ring for protruding the slip member.

Sealing device according to claim 2, wherein the means for releasing the sealing device further comprises: a. The cam surface on the second expansion ring formed on internally flexible fingers 2020397-17-2929 / CV / mv; b. a neck support ring slidably disposed between the neck fingers and the mandrel member; c. the neck support ring prevents the neck fingers from bending inwards; d. the neck support ring is releasably attached to the neck fingers; and e. worn centrally on the exterior of the mandrel member for gripping the neck support ring and releasing the neck fingers after the mandrel member has been longitudinally moved a predetermined distance from the second expansion ring allowing the second expansion ring to be released from the slip members.

Sealing device according to claim 3, wherein the sealing unit further comprises: a. A first support ring attached by first releasable means to the mandrel member; b. a second support ring attached by second releasable means to the mandrel member; c. metal support rings, the end elements and the middle elements 20 supported on the exterior of the mandrel between the two support rings; d. the first support ring arranged at a fixed longitudinal distance from the second support ring when the sealing unit is in its first position; e. the second slip expansion ring abutting the first support ring; f. the first detachable member requires less force to detach the first support ring from the mandrel than is required to release the second detachable member and detach the second support ring from the mandrel; and 30 g. longitudinal movement of the mandrel after the slip member has gripped the inner wall of the casing string releases the first support ring from the mandrel and compresses the center and end members between the second support ring and the first support ring.

Sealing device according to claim A. wherein the means for releasing the sealing device further includes: a. engaging and engaging a first shoulder on the exterior of the mandrel with the first expansion ring and a second shoulder on the exterior of the mandrel with the „8020397 -I *.-18- 21929 / CV / mv neck support ring; b. b. each shoulder is arranged a predetermined longitudinal distance from the first expansion ring and neck support ring when the slip member and sealing unit are in a second position; 5 c. the force required to release the second detachable member is preselected to allow the second support ring to be detached from the mandrel prior to contact of the second shoulder with the neck support ring; and d. means worn near the lower end of the mandrel 10 for gripping the sealing unit after the second support ring is released.

Sealing device as claimed in claim 2, wherein the means for moving the first slip expansion ring comprise: a. A piston housing attached to the exterior of the mandrel member 15 and a piston member arranged slidably therein; b. a variable volume fluid chamber in the piston housing and partially bounded by the piston member; c. ports connecting the elongated flow passage of the mandrel to the fluid chamber; and 20 d. one end of the piston member engaging the first expansion ring.

Sealing device according to claim 6, characterized in that the means for moving the first slip expansion ring further comprise: a. Internal slip members arranged between the first expansion ring and the outside of the mandrel member; b. the exterior of the mandrel member has a rough surface for engagement with the internal slip members; and c. the internal slip means allow movement of the first expansion ring 30 in one direction relative to the mandrel and prevent movement in the other direction.

Sealing device according to claim 2, wherein the means for moving the first slip expansion ring comprise: a. A spring carrier rotatably attached to the exterior of the mandrel member; b. the spring carrier functionally connected to the first slip expansion ring; c. springs protruding from the spring support and engaging 8020397> -19- 21929 / CV / rav with the inner wall of the casing string; d. means for connecting the sealing device to the tubing string includes a cam permitting rotation of the tubing string to rotate the mandrel; and 5 e. wire formed on the exterior of the mandrel member and meshing with corresponding thread on the interior of the spring carrier whereby rotation of the mandrel member is converted into longitudinal movement of the spring carrier.

Sealing device according to claim 2, wherein the slip member further comprises: a. A body formed from a segment of a cylinder, with an internal diameter and an external diameter; b. diamond-shaped serrations on the outside diameter of the body; C. the radius of the external diameter at least substantially corresponds to the radius of the inner wall of the casing string; d. the internal diameter is in the form of truncated cones surfaces near each end of the body, and e. the surfaces having the shape of truncated cones at least substantially correspond to cam surfaces of the first and second expansions.

10. Sealing device as claimed in claim 2, wherein the anchoring means further comprise: a. The housing is at least substantially cylindrical and surrounds the mandrel member; b. guide slots cut into the housing near each end; c. a guide cam attached to each expansion ring and arranged in the guide slots to allow limited longitudinal movement of the expansion rings relative to the housing; and 30 d. the expansion rings on the housing are at least substantially slidable over the exterior of the mandrel.

A sealing device according to claim 1, wherein the sealing unit further comprises: a. Each end element has a partially elliptical cross section with parallel cylindrical inner and outer diameters; b. the major axis of the partially elliptical cross-section forms an acute angle with the exterior of the mandrel when the sealing unit is in its first position; 8020397 T20- 21929 / CV / mv -> I Ψ c. the major axis moves to a position perpendicular to the mandrel when the sealing unit is in its second position.

12. A sealing device according to claim 1 wherein: a. The middle element is selected from the group consisting of ethylene-propylene-diene terpolymer, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer and polytetrafluoroethylene; and B. the end elements are selected from the group consisting of vinylidene fluoride, hexafluoropropylene copolymer, asbestos, graphite and ceramic fibers, each reinforced with wire mesh.

13. Sealing device for forming a seal with the inner wall of a casing string comprising: a. Means for connecting the sealing device to a tubing string disposed within the casing string: b. mandrel with an elongated flow passage for fluid communication through the sealing device; c. a sealing unit attached to the exterior of the mandrel member; d. sealing unit is provided with an upper support ring and a lower support ring with support rings and elastomeric material arranged between the support rings; e. the sealing unit has a first position in which the support rings are releasably mounted at fixed locations on the mandrel and spaced longitudinally with the elastomeric material relaxed; 25 f. the sealing unit has a second position in which the upper support ring is released from its fixed position on the mandrel member and the lower support ring is moved to the upper support ring by the mandrel member while compressing the elastomeric material therebetween; g. the sealing unit has a third position in which both the top and bottom support rings are released from their fixed positions on the mandrel and the sealing unit can slide over the exterior of the mandrel with relieving the elastomeric material; h. means for anchoring the sealing device to the inner wall of the casing string and moving the lower support ring to the upper support ring to place the sealing unit in its second position; and i. means for releasing the sealing device from the inner wall and moving the sealing unit to its third position. 8020397 ') Γ Ά, -21- 21929 / CV / rav

Sealing device according to claim 13, wherein the anchoring means further comprise: a. A cylindrical housing slidably mounted on the exterior of the mandrel 5 b. a number of radial openings in the house; c. slip members disposed within the openings and having a first tooth retracted within the housing and a second position partially extended through the openings; d. an upper slip expansion ring and a lower slip expansion ring slidably supported on the exterior of the mandrel member near opposite ends of the housing; e. cam surfaces on each expansion ring for engaging a corresponding surface on the slips; f. the lower expansion ring abuts the upper support ring of the sealing unit; g. means for moving the top expansion ring to the bottom expansion ring to project the slips through the openings; h. the force required to release the top support ring 20 from the mandrel member is preselected to allow the slips to engage the inner wall before the top support ring is released from the mandrel member; and i. the means for moving the upper expansion ring apply force to the mandrel member for moving the sealing unit 25 to its second position after the slip members have engaged the inner wall.

The sealing device of claim 14 wherein the means for moving the upper slip expansion ring includes: a. A piston housing attached to the exterior of the mandrel member and a piston member slidably disposed therein; 30 b. a variable volume fluid chamber within the piston housing and partially bounded by the piston member; c. ports connecting the elongated flow passage of the mandrel to the fluid chamber; and d. an end of the piston member engaging the top expansion ring.

Sealing device according to claim 14, wherein the means for moving the upper slip expansion ring comprises: a. A 8020397> 22 ~ 21929 / CV / mv spring carrier rotatably mounted on the outside of the mandrel member; b. the spring carrier is engaged with the upper slip expansion; c. springs extending from the spring support and engageable with the inner wall of the casing string; d. the means for connecting the sealing device to the tubing string is provided with a cam to allow rotation of the tubing string to rotate the mandrel; and e. screw thread formed on the exterior of the mandrel member and engaged with corresponding thread on the interior of the spring carrier thereby converting rotation of the mandrel member to longitudinal movement of the spring carrier.

Sealing device according to claim 14, wherein the means for releasing the sealing device comprises: a. The cam surfaces on the lower expansion ring formed on inwardly bendable neck fingers; b. a neck support ring releasably disposed between the neck fingers and the mandrel member; c. the neck support ring prevents the neck fingers from bending inward when the slips are in their second position; d. engaging a first shoulder on the exterior of the mandrel with the interior diameter of the top expansion ring. e. engaging a second shoulder on the exterior of the mandrel with the neck support ring; 25 f. the first and second shoulders spaced longitudinally apart allowing upward movement of the mandrel with the slips in their second position to remove the neck support ring from under the neck fingers while freeing the lower expansion ring from contacting the slips and for removing the top expansion ring from contact with the slips; spooky. the longitudinal movement of the mandrel releases the top support ring of the sealing unit and the sealing unit shifts to its third position before the first and second shoulders grip the top expansion ring and neck support ring, respectively.

18. In a sealing device, slip members for gripping the inner wall of a casing string including: a. A body formed from a segment of a cylinder having an internal diameter and an external diameter; 8020397 -'23- 21929 / CV / pl - <!. I r I b. the body has an at least substantially rectangular cross section; c. diamond-shaped serration on the outside diameter of the body; and 5 d. the radius of the outer diameter at least substantially corresponding to the radius of the inner wall of the casing string.

Sliding members according to claim 18, further comprising: a. Lips projecting from each end of the body; and B. means for urging each slip member to a retracted position.

20. In a sealing device for sealing between the outer diameter of a tubing string and the inner diameter of a casing string arranged in a well bore, the sealing unit supported on the outside of a mandrel provided with a center member, end members and support ribs. in which:. a. the middle element is selected from the group consisting of ethylene propylene diene terpolymer, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer and polytetrafluoroethylene; and B. the end elements are selected from the group consisting of vinylidene fluoride, hexafluoropropylene copolymer, asbestos, graphite and ceramic fibers, each reinforced by wire mesh.

21. A sealing unit according to claim 20 further comprising the end unit formed from a ring with a partially elliptical cross section with parallel cylindrical surfaces on its internal and external diameter.

The sealing unit of claim 20 further comprising: a. Securing an upper support ring by first shear bolts to the mandrel member; b. securing a lower support ring by second shear bolts to the mandrel; c. metal support rings near each support ring with the center element and end elements arranged between the support rings; and d. the force required to shear the first shear bolts is less than the force required to shear the second shear bolt. Eindhoven, May 1981 1020397