DE1583001A1

DE1583001A1 - Bohrloch-Werkzeug

Info

Publication number: DE1583001A1
Application number: DE1967SC041277
Authority: DE
Inventors: Young David E
Original assignee: Schlumberger Technology Corp
Current assignee: Schlumberger Technology Corp
Priority date: 1966-09-12
Filing date: 1967-09-09
Publication date: 1970-04-23
Also published as: GB1149808A; NL154299B; ES344977A1; AT286903B; NL6712431A; DE1583001B2

Description

Beschreibung

zum Patentgesuch

der Fa. Schlumberger Technology Corp., 277 Park Avenue, New York

Betreffend:

"Bohrloch-Werkzeug"

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Bohrloch-Werkzeug und insbesondere ein Bohrloch-Werkzeug für die Packung und Isolation von Bohrlochabschnitten.

Um Prüfungs-, Probenahme-, Stimulations- oder Produktionsarbeitsgänge in einer bestimmten Bohrlochzone durchzuführen, können die Zonen durch Bohrloch-Werkzeuge voneinander isoliert werden, welche in dem Bohrloch oberhalb und unterhalb der bestimmten Zone angeordnet werden. Das untere Werkzeug, das gewöhnlich als Brückenstopfen bezeichnet wird, dient der Abdichtung des gesamten Bohrlochquerschnitts, um die Zone von Flüssigkeiten zu isolieren, die unterhalb der Zone mit einem bestimmten hydrostatischen Druck vorliegen. Das obere Werkzeug, das gewöhnlich als Packer bezeichnet wird, dient der Abdichtung des Ringraumes zwischen einem Rohrstrang, der mit dem Packer verbunden ist und der Bohrlochverrohrung, um die Zone gegen Flüssigkeiten zu isolieren, die oberhalb der

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Zone mit einem bestimmten hydrostatischen Druck vorliegen. Der Röhrstrang erlaubt den Zugang zu der isolierten Zone für Flüssigkeitsdurchfluß, für Prüfwerkzeuge oder für Drähte oder andere Instrumente, die hindurch herabgelassen werden mögen.

Pur das untere Werkzeug sind im allgemeinen zwei Typen von Brückenstopfen in Gebrauch. Erstens wird der sogenannte "permanente" Brückenstopfen angewandt mit zwei einander gegenüberstehenden Gleitern und einem Packerelement; wenn dieser Typ von Brückenstopfen einmal gesetzt ist, kann er nur durch Zerstörung wieder entfernt werden, daß heißt durch Wegbohren mit einer Bohreinrichtung. Zweitens wird der sogenannte "rückziehbare" Brückenstopfen angewandt, der ebenso wie der permanente Brückenstopfen eine Druckbrücke bildet, jedoch aus dem Bohrloch nach der Verwendung wieder herausgezogen werden kann. Dieser Typ von Brückenstopfen wird in der Industrie im weiten umfang aus dem einfachen Grund angewandt, daß das Werkzeug wieder an die Oberfläche gebracht werden kann, ohne daß ein Bohrarbeitsgang erforderlich ist.

Sehr häufig wird gefordert, daß ein Brückenstopfen seine Stellung innerhalb der Bohrlochverrohrung beibehält, selbst wenn die Druckunterschiede, die auf den Stopfen einwirken, ihre Richtung während eines bestimmten Arbeitsganges umkehren. Wenn beispielsweise Zementbrühe durch die Verrohrungsperforationen und in die Erdformationen gepreßt wird, in der Nähe der isolierten Zone, so kann der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Brückenstopfes den Druck der Flüssigkeit unterhalb desselben übersteigen. Die Druckdifferenz wirkt dann als Kraft, die den Stopfen nach unten zu drücken versucht. Infolgedessen weist ein typischer Brückenstopfen

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Verankerungen auf, die das Werkzeug gegen eine Abwärtsbewegung sichern. Die Zone kann dann einer "Schwall-" Prüfung unterworfen werden, das heißt die Flüssigkeiten im Rohrstrang werden abgesogen und entfernt, um den hydrostatischen Druck in der isolierten Zone auf einen Wert zu senken, der niedriger ist, als der natürliche Formationsflüssigkeit sdruck, so daß FormationsflUssigkeit in das Bohrloch strömt. Während dieses Arbeitsganges kann der Druck der Flüssigkeit unterhalb des Bohrlochstopfen den Druck der Flüssigkeit oberhalb desselben übersteigen, und die Druckdifferenz wirkt als eine Kraft, die den Brückenstopfen in Richtung nach oben zu bewegen sucht. Ein typischer Brückenstopfen hat demgemäß Verankuagerungen, die ihn gegen eine Aufwärtsbewegung sichern.

Derartige Druckumkehrvorgänge können auch auf den Packer wirken, der innerhalb der Bohrlochverrohrung oberhalb der Zone angeordnet ist. Während des Zementeinpressens wirkt der Flüssigkeitsdruck unterhalb des Packers so, daß der denselben nach oben zu bewegen sucht, während beim "Schwall-"PrüfVorgang der HUsoigkeitsdrudc auf den Bohrlochringraum oberhalb des Packers auf den letzteren abwärts gerichtete Kräfte ausübt. Dementsprechend w±d ein Packer obere und untere Verankerungseinrichtungen aufweisen, um seine Bewegung in beiden Richtungen zu verhindern.

Die Notwendigkeit für entgegengerichtete Sätze vsn Verankerungen, um eine Bewegung sowohl nach oben als auch nach unten zu verhindern, macht derartige Werkzeuge kompliziert in Aufbau und Betätigung. Die Kompliziertheit vergrößert die Wahrscheinlichkeit von Fehlfunktionen und die Kosten für die Wartung.

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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Bohrloch-Werkzeug zu schaffen, das in Form eines rückziehbaren Brückenstopfens ausgebildet wird und nur eine einzige Verankerungen und einen einzigen Expander aufweist, jedoch trotzdem nicht innerhalb eines Bohrlochs auf- oder abbewegt werden kann, selbst wenn die Druckdifferenz, die auf den Stopfen wirkt, von oben nach unten umgekehrt wird oder umgekehrt. Die vorliegende Erfhdung schafft demgemäß ein Werkzeug, das weniger kompliziert in Aufbau und Betätigung ist und demgemäß weniger anfällig gegen Fehlfunktionen und Wartungsprobleme ist.

Das Bohrloch-Werkzeuge gemäß der Erfindung umfaßt einen Körper mit Einrichtungen für das Zusammenwirken mit der Bohrlochwandung, welche Einrichtungen aus dem Körper herausbewegt werden können, um in einem Bohrlochzug verankert zu werden als Hindernis gegen Bewegungen in beide Richtungen. Ein Expander ist relativ zu den Einrichtungen beweglich, um diese nach außen zu verschieben. Ein Packerelement ist rund um den Körper vorgesehen, um den Ringraum zwischen dem Körper und der umgebenden Bohrlochverrohrungswandung abzudichten. Eine hydraulisch betätigbare Einrichtung ist mit dem Expander verbunden und spricht auf Druckdifferenzen zwischen den Flüssigkeiten auf den entgegengesetzten Seiten des Packerelementes an, um Kräfte auf den Expander in einer Richtung auszuüben, um die Einrichtungen zum Zusammenwirken mit der Wandung nach außen zu verschieben.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, welche·einzelne Ausführungsformen darstellen, näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schemätisch ein Bohrloch mit

Bohrloch-Werkzeugen für die Isolation einer Arbeitszone im Bohrloch,

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Pig. 2Α ist ein Längsschnitt durch den oberen Abschnitt eines Bohrloch-Werkzeuges gemäß vorliegender Erfindung, wobei die Teile in ihrer relativen Lage^zueinander für Längsbewegung in der Bohrlochführung angeordnet sind,

Fig. 2B ist eine Darstellung ähnlich Fig. 2A

für den unteren Abschnitt des Werkzeuges gemäß der Erfindung; die Figur zeigt demgemäß die untere Fortsetzung der Fig. 2A,

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2A,

Fig. 4 ist ein Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2B,

Fig. 5A ist ein Schnitt ähnlich Fig. 2B, jedoch mit den Teilen in relativer Stellung zueinander, die sie einnehmen, wenn das Werkzeug in dem Bohrlochzug gesetzt ist,

Fig. 5B ist die untere Fortsetzung-von Fig. 5A, und

Fig. 6 ist eine Teildarstellung eines abgewandelten AusfUhrungsbeispieles gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein typisches Bohrloch B mit einer Führung oder Verrohrung C ausgekleidet, welches Bohrloch die Erdformation F durchteuft, die untersucht, behandelt oder stimuliert werden soll. Eine Zone Z des Bohrlochs B

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ist von einem Packer P-I am oberen Zonenende und einem Brückenstopfen P-2 am unteren Zonenende isoliert. Ein Rohrstrang T ist mit dem Packer P-I verbunden und schafft so Zugang zur Zone Z von der Erdoberfläche her. Perforationen S erstrecken sich durch die Verrohrung C und in die Formation F, so daß die Flüssigkeiten zwischen der Zone Z und der Formation F kommunizieren können. Der Packer P-I kann irgendeine konventionelle Einrichtung sein, wie sie normalerweise in Gebrauch ist, beschrieben und dargestellt z.B. in der US-Patentschrift 3 o2o 959*oder der Packer kann gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung augebildet sein, wie im folgenden unter Bezugnahme auf einen Brückenstopfen erläutert werden soll.

In den Fig. 2A und 2B sind Einzelheiten des Werkzeuges P-2 dargestellt, das einen rückziehbaren Brückenstopfen bildet, welches Werkzeug gemäß vorliegender Erfindung einen im allgemeinen rohrförmigen Körper Io umfaßt,der sich durch die Länge des Bohrloch-Werkzeuges P-2 erstreckt. Der Körper Io weist eine Mittelbohrung 11 auf, die sich durch ihn erstreckt und am unteren Ende durch verschiedene/seitliche öffnungen 12 nach außen führt. Das obere Ende des Körpers ist durch einen eingeschraubten Verbindungskopf 1J5 mit J-förmigen Schlitzen 14 auf dem Umfang verschlossen, um eine Verbindung zu einem herausziehbaren Brückenstopfenüberwerfer 0 zu ermöglichen (Fig. l). Ein O-Ring oder eine andere Abdichtung kann die eingeschraubte Verbindung flüssigkeitsdicht machen.

Eine Vielzahl von Nebenschlußöffnungen 17 erstrecken sich seitlich durch die Wandung des Körpers Io unterhalb des Verbindungskopfes 13. Abdichtungselemente l8 und 19 sitzen in ringförmigen Nuten ober- und unterhalb der Öffnungen

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Ein Ventil 2o ist versehieblich auf dem Körper Io in der Nähe der öffnungen 17 angeordnet und beweglich zwischen einer unteren Stellung, wie in Fig. 2A dargestellt, in der die Nebenschlußöffnungen 17 offen sind, und einer oberen Stellung, wo das obere Ende des Ventils 2o an das untere Ende 21 des Verbindungskopfes IJ anstößt. In der oberen Stellung überdeckt das Ventil 2o die öffnungen 17 und wirkt in Verbindung mit den Abdichtungselementen l8 und 19 als Abblockung für den Flüssigkeitsdurchfluß durch dieselben. Mehrere Federfinger 22 erstrecken sich vom unteren Ende des Ventils 2o und besitzen vergrößerte Kopfabschnitte 22 einer solchen Größe, daß sie mit einer aufwärts gerichteten Schulter 24 des Körpers zusammenwirken können, wenn das Ventil sich in seiner oberen Stellung befindet. Eine ganz bestimmte abwärtsgerichtete Kraft ist erforderlich, um eine Auswärtsflexion der Federfinger 22 und eine Abwärtsbewegung des Ventils 2o zu bewlk(ren. Dieser vorbestimmte Widerstand entgegen einer abwärts gerichteten Bewegung hält das Ventil 2o in seiner oberen, die öffnungen verschließenden Stellung.

Ein Zwischenabschnitt des Körpers Io erweitert sich, um eine nach unten gerichtete Schulter oder einen Anschlag 27 zu bilden. Die Schulte' 27 weist eine Bohrung 28 auf, mit einer solchen Größe, daß eine ringförmige Kompressionsmuffe 29 aufgenommen werden kann. Das untere Ende der Kompressionsmuffe 29 weist einen nach auswärts gerichteten ringförmigen Flansch 3o auf und bildet damit einen nach oben gerichteten Anschlag. Ein elastomerer Packer Jl ist rings um die Kompressionsmuffe 29 angeordnet, und seine Enden wirken mit den Anschlägen 27 und Jo zusammen. Typische O-Ringdichtungen J2 und 33 sind zwischen dem oberen Anschlag 27 und der Kompressionsmuffe 29 einerseits und zwischen der Kompressionsmuffe 29 und dem Körper Io anderer-

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seits vorgesehen, um ein Lecken von Flüssigkeit dazwischen zu verhüten.

Ein Ringkolben 36 ist verschieblich im Körper Io unterhalb der Kompressionsmuffe 29 und dem Packer 31 angeordnet. Ein Expanderkonus 37 ist mit dem Ringkolben 36 durch eine Ringmuffe 38 verbunden, die mit dem Ringkolben verschraubt ist. Eine Abdichtung 39 dichtet die Schraubverbindung 4o ab,und ein weiteres Abdichtungselement 4l sitzt zwischen der inneren Peripherie des Ringkolbens 36 und einer Außenoberfläche des Körpers Io.

Die Expandermuffe 31 bildet eine innere ringförmige Ausnehmung 43, die sich von der Oberseite 44 des Expanderkonus 37 bis zur Unterseite 45 des zugeordneten Ringkolbens · 36 erstreckt. Die Ausnehmung 43 nimmt verschieblich einen Fd;^nflanseh ^6 auf, der einstückig mit dem Korper Io verbunden sein kann. Ein geeignetes Dichtelement 47 dichtet zwischen der äußeren Peripherie des Flansches 46 und der inneren Peripherie der Muffe 38, so daß sich eine flüssigkeitsdichte Kammer 48 zwischen der Oberseite des Flansches 46 und der Unterseite 45 des Ringkolbens ^6 ergibt. Man erkennt, daß das Volumen der Kammer 48 insofern variabel ist, als der Ringkolben 36 und der Körper Io relativ zueinander beweglich sind.

Ein rohrförmiger Käfig 5o sitzt, beweglich auf dem unteren Endabschnitt des Körpers lo, wobei sein unteres Ende normalerweise mit der aufwärts gerichteten Schulter 51 des Körpers zusammenwirkt. Eine Vielzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden und in Umfangsrichtung.ini Abstand verteilter Ausnehmungen 52 im Käfig 50 nehmen konventionelle Hemmschuhblöcke 53 auf, die durch Federn 54 nach außen gedrückt werden, um so mit der Bohrlochverrohrung

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in Eingriff zu gelangen; die Auswärtsbewegung der Blöcke wird durch Anschläge 56 begrenzt.

Die Hemmblöcke 53 wirken als Verzögerung für Rotations- und Längsbewegungen des Käfigteiles 5o innerhalb der Bohrlochverrohrung C. Für die Steuerung der relativen Längsbewegung zwischen dem Käfig 5o und dem Körper Io sind obere bzw. untere segmentartige Ratschenteile 57 bzw. 58 "innerhalb des inneren ringförmigen Ausnehmungsraumes 59 und 6o des Käfigs 5o angeordnet. Die Ratschenteile 57 und 58 werden normalerweise "dizzy" genannt und weisen innere Verzahnungen auf, die selektiv mit äußeren komplementär geformten Zähnen 62 und 63 des Körpers zusammenwirken können. Die oberen Körperzähne 62 sind nach unten gerichtet, so daß - wenn sie in Eingriff mit den oberen Ratschenteilen 57 stehen - der Käfig 50 sich nicht relativ zum Körper Io nach obenbewegen kann. Die Körperzähne 62 können jedoch mit den Ratschenteilen 57 durch eine Rechtsdrehung außer Eingriff gebracht werden. Die unteren Körperzähne 63 sind nach oben gerichtet, so daß sie im Zusammenwirken mit den unteren Ratschenzähnen 58 verhindern, daß der Körper Io relativ zum Käfigteil nach oben \erschoben werden kann. Ebenso wie im Falle der oberen Körperzähne 62 können jedoch auch die unteren Körperzähne 63 mit den unteren Ratschenteilen 58 durch eine Rechtsdrehung außer Eingriff gebracht werden. Infolge der Form derZähne 62 und 63 können, wie man erkennt, die oberen Körperzähne 62 durch die oberen Ratschenteile 57 nach oben geratscht werden, und die unteren Körperzähne 6j5 nach unten mittels der unteren Ratschenteile 58. Vorsprünge 64 des Käfigs 50 greifen zwischen Segmente der Ratschenteile 57 und 58, wie in Fig. 2B und 4 dargestellt, so daß die Ratschenteile sich nicht relativ zum Käfig drehen können, wenn der Körper Io verdreht wird. Federnde Bänder

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können innerhalb von Nuten 6γ rings um die Ratschenteile 57 und 58 angeordnet werden und dienen dazu, eine Radialausdehnung der Ratschen zu ermöglichen, wenn die Körperzähne durchratschen, während sie andererseits einen Zug nach innen bewirken.

Eine Vielzahl von GIeitsegmenten 70 wird vom oberen Ende des Käfigs 50 getragen. Die Gleitsegmenfce 7o können äußere Vorsprünge oder Zähne 71 auf der Peripherie aufweisen, die für das Eingreifen in die Bohrlochverrohrungswandung ausgebildet sind und eine Bewegung des Bohrloch-Werkzeuges in jeder Richtung verhindern. Die Gleitsegmente 7o können auch innere abgeschrägte Oberflächen 72 aufweisen, die nach oben und außerhalb des Körpers Io divergieren und komplementär sind zu äußeren geneigten Oberflächen 73 des Expanderkonus 37 in einer solchen Weise, daß - wenn der Expanderkonus 37 in Eingriff mit den Gleitsegmenten Yo gebracht wird - eine Abwärtsbewegung des Expanderkonus 37 relativ zu den Gleitsegmenten Yo veranlassen wird, daß eine Auswärtsverschiebung der Gleitsegmente 7o erfolgt, um so in Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung zu gelangen. Das untere Ende jedes Gleitsegmentes Jo kann mit einer Zunge Y^ versehen sein, die mit einer geneigten Nut 75 des Käfigteiles po in Eingriff steht, so daß die Gleitsegmente 7o vollständig nach außen bewegt werden können. Federteile Y6 mit rechteckigem Querschnitt können an der äußeren Oberfläche des Käfigteiles 50 befestigt sein, deren freie Enden gegen die Gleitsegmente Yo in Richtung auf ihre zurückgezogene Stellung drücken.

Gemäß vorliegender Erfindung hat der Abschnitt des Körpers Io nächst dem Packerelement 31 mindestens

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einen Flüssigkeitsdurchlaß 8ο, wie in den Figuren 2 und dargestellt, der sich längs von öffnungen 8l und 82, die in Kommunikation mit dem Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packerelementes 31 stehen, zu Auslaßeinrichtungen 83 erstreckt, die mit der Unterseite 45 des Ringkolbens 36 kommuniziert. Man erkennt demgemäß, daß die Unterseite 45 des Ringkolbens 36 dem Flüssigkeitsdruck im Bohrloch-Ringraum oberhalb des Packerelementes 3I ausgesetzt ist, während die Oberseite 84 des Ringkolbens 36 dem Flüssigkeitsdruck im Bohrloch-Ringraum unterhalb des Packerelementes 31 ausgesetzt ist. Es ergibt sich, daß - wann immer das Packerelement gesetzt ist und der Flüssigkeitsdruck unterhalb des Packerelementes 31 den oberhalb desselben überschreitet - das Druckdifferential auf das Kolbenflächendifferential A als eine Kraft einwirkt, die den Expanderkonus 37 nach unten zu bewegen sucht und demgemäß die Gleitsegmente 70 in kräftigeren Eingriff mit der Bohrlochverrohrung verschieben wird. Demgemäß wird ein nach oben wirkendes Druckdifferential anstatt den Bohrlochpacker zu lösen, wie es normalweise der Fall ist, so wirken, daß der Bohrlochpacker P-2 sogar noch stärker sich in der Bohrlochverrohrung verankert. Wenn andererseits ein nach unten gerichtfeetes Druckdifferential auf das Werkzeug einwirkt, wird der höhere Druck in die Kammer ^8 übertragen, um so nach oben auf die Unterseite des Ringkolbens J>6 zu wirken. Der Druck wirkt jedoch gleichzeitig nach unten auf die Querschnittsfläche des expandierten Packers 3I und auf die Kompressionsmuffe ?S_t so daß die verbleibenden Kräfte auf den Expanderkonus 37 noch immer nach unten gerichtet sind, um so die Gleitsegmente 7o nach außen zu pressen.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Bohrloch-Werkzeuges gemäß der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt.

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Ein schwimmender Ringkolben 86 sitzt verschieblich in der Ausnehmung 43 oberhalb des Expanderkonus 37. Geeignete-Abdichtungen, z.B. O-Ringe 87 und 88 dichten zwischen der inneren Peripherie des Kolbens 86 und der äußeren Oberfläche des Körpers lo, sowie zwischen der äußeren Peripherie des Kolbens 86 und der inneren Oberfläche der Muffe 38. Eine Ringschulter 89 des Körpers Io begrenzt die Aufwärtsbewegung des Kolbens 86 innerhalb der Ausnehmung 43, und die Abwärtsbewegung wird begrenzt durch die obere Oberfläche 44 des Expanderkonus 37. Falls der PlUssigkeitsdruck oberhalb des Packers 31 niedriger ist als der Druck unterhalb desselben, wirkt der Schwimmkolben 86 mit der Schulter 89 des Körpers Io zusammen. Ein höherer PlUssigkeitdruck unterhalb des Packers 31 übt abwärtsgerichtete Kräfte aus auf den Kolben 36, der mit dem Expanderkonus 37 verbunden ist, ebenso wie bei der Anordnung nach den Fig. 5A und 5B, wodurch die aus-. ärts gerichteten Kräfte erhöht werden, die die Gleitsegmente 7o in Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung halten. Darüberhlnaus wird der Schwimmkolben 86, falls der Druck oberhalb des Packers 31 höher wird, nach unten bewegt, um die obere Flache 44 des Expanderkonus zu berühren, wodurch Kräfte übertragen weden, die infolge dieses Druckes direkt auf den Expanderkonus 37 wirken. Demgemäß sind die verbleibenden Kräfte auf den Expanderkonus 37 nach unten gerichtet, ebenso wie es der Fall ist bei der Ausführungsform, die in den Fig. 5A und 5B dargestellt, um so die Gleitsegmente 7o in der Verankerungsstellung zu halten. Bei der Ausführungsform nach Flg. 6 erkennt man jedoch, daß die Konushaltekräfte sogar noch höher sind insofern, als der Schwimmkolben 86 selbst abwärtsgerichtete Kräfte auf den Expanderkonus 37 zu übertragen vermag.

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Im folgenden soll die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Bohrloch-Werkzeuges beschrieben werden.

Die einzelnen Teile werden zusammengebaut,wie in Figuren 2A und 2B dargestellt, und in die Bohrlochvere rohrung C bis zu einer Stelle abgesenkt, wo eine Druckbrücke ausgebildet werden soll, z.B. die Stelle des Werkzeuges P-2 in Fig. 1. Während des Absenkens ist der Rohrstrang T mit dem Verbindungskopf 13 durch einen Überwurf 0 verbunden, und das Muffenventil 2o befindet sich in seiner unteren Stellung, so daß die Nebenschlußdurchgänge 17 geöffnet sind. Demgemäß können Flüssigkeiten im Bohrloch durch das Werkzeug über die unteren öffnungen 12, den Körperdurchlaß 11 und die Nebenschlußöffnungen 17 hindurchfließen. Auf diese Weise kann da.s Bohrloch-Werkzeug P-2 schnell bis zur Setztiefe abgesenkt werden.

Während des Absenkens ist das obere Ratschetteil 57 in Eingriff mit dem oberen Körpergewinde 62, um eine' Aufwärtsbewegung des Käfigs 5o relativ zum Kurper 1© zu verhindern. Die GleitSegmente 7o werden durch die Federn J6 nach innen gepreßt und können, da sie mit dem Käfigteil verbunden sind, nicht nach oben bewegt werden, um so nach außen vom Expanderkonus 37 verschoben zu werden.

An der Setztiefe wird das Bohrloch-Werkzeug P-2 gestoppt, und der Körper Io wird einer Rechtsdrehung um mehrere Umdrehungen ausgesetzt, indem der Rohrstrang T manipuliert wird, um so das obere Ratschenteil 57 aus dem oberen Körpergewinde 62 zu lösen. Der Käfig teil 5o wird sich dabei nicht verdrehen infolge des Reibungseingriffes der Hemmschuhblöcke 53 mit der Bohrlochauskleidungswandung. Das Lösen der oberen Ratschenteile 57 gestattet eine Abwärtsbewegung des Körpers Io relativ zum Käfig 5o, um so

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den Expanderkonus 37 hinter die Gleitsegmente 7o zu verschieben. Wenn der Expanderkonus 37 nach unten bewegt wird,werden die Gleitsegmente 7o nach außen gedrückt in Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung.

. Wenn die Gleitzähne 71 in sicherem Eingriff stehen, wird sich der Expanderkonus 37 nicht mehr weiter nach unten bewegen, und der Kolben 36 verhindert eine weitere Abwärtsbewegung der Kompressionsmuffe 29. Demgemäß kann der Packer 31 zwischen den oberen und unteren Anschlägen 27* Jo komprimiert werden, indem der Körper Io weiter nach unten bewegt wird, so daß er in expandierter Stellung abdichtend in Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung gelangt, wie in den Fig. 5A und 5B dargestellt.

Wenn sich der Körper Io relativ zum Käfig 5o abwärts bewegt, werden die unteren Krpergewinde 63 durch die unteren Ratschenteile geratscht, und der Körper wird in seiner untersten Stellung eingefangen, um so die K'>mpressionsenergie im Packer 31 zu blockieren. Der Überwurf 0 kann jetzt in die gelöste Stellung gebracht werden relativ zum Verbindungskopf I3, und eine Aufwärtsbewegung des Überwurfs wird automatisch das Muffenventil 2o in seine obere, die Durchlässe schließende Stellung bewegen, wobei die Federfinger 22 in Eingriff mit der Schulter 24 des Körpers Io gelangen. Die Querschnittsflächen der Abdichtungselemente 18 und 19 können im wesentlichen gleich ausgebildet werden, so daß das Ventil 2o im wesentlichen im Druckausgleich steht und sich nicht im Ansprechen auf Druckunterschiede der Flüssigkeit oberhalb und unterhalb des Bohrloch-Werkzeuges P-2 bewegt.

Der Rohrstrang T wird dann angehoben, um den oberen Packer P-I oberhalb der Formation F in seine Stellung zu

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zu bringen, und dann wird der obere Packer gesetzt. Wenn in der Zone Z oberhalb des Werkzeuges P-2 eine Zementeinquetschung oder ein anderer Druckarbeitsgang durchgeführt wird, werden die verbleibenden Kräfte auf den Expanderkonus 37 abwärts gerichtet, wie oben beschrieben, so daß die Gleitersegmente Io fest in Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung gelangen. Darüberhinaus, falls der Druck der Flüssigkeit oberhalb des Bohrlochwerkzeuges P-2 auf Werte abgesenkt wird, unterhalb jenen, die unterhalb des Werkzeuges herrschen, so werden die unteren Drücke über den Durchlaß 8o in die Kammer 48 unterhalb des Kolbens 36 übertragen. Der höhere Flüssigkeitsdruck unterhalb des Packers 31 wirkt auf die obere Endfläche des Kolbens 36, und die Druckdifferenzen wirken auf den ringförmigen Querschnitt A als abwärtsgerichtete Kräfte auf den Expanderkonus 37, um die GleitSegmente 7o sicher im Eingriff mit der Bohrlochverrohrungswandung zu halten.

Wenn es gewünscht wird, entweder das Bohrloch-Werkzeug P-2 zur Oberfläche zurückzubringen oder in eine andere Stellung zu setzen, so wird der obere Packer P-I ausgelöst, und der Rohrstrang T abgesenkt, um in Eingriff mit dem Überwurf O in den Verbindungskopf 13 eingehängt zu werden. Das Ventil 2o automatisch in seine untere Stellung verschoben, wo die Nebenschlußdurchlässe 17 offen sind, um so den Flüssigkeitsdruck über dem Packer 31 auszugleichen und über dem Konus, der den Kolben 36 hält. Der Körper wird dann einige Male in Rechtsrichtung gedreht, um die unteren Ratschenteile 58 außer Eingriff mit den unteren Körperzähnen 63 zu bringen, so daß der Körper Io für eine Aufwärtsbewegung relativ zum Käfig 5o frei wird. Wenn der Kcrper nach oben gezogen wird, wird der Druck über dem Packerelement 31 frei,und er wird vollkommen zurückgezogen. Der Körperflansch ^S wird in Eingriff mit dem Kolben 36 gelangen, urr. so den Expanderkonus 37 aus seiner Stellung hinter den GIeitsegmenten 7o herauszuziehen, so daß diese

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ebenfalls zurückgezogen werden. Wenn der Krper Io den oberen Anschlag seiner Bewegung relativ zum Expanderkonus yj erreicht hat, so ratschen die oberen Körperzähne 62 durch die oberen Ratschenteile 57* um den Käfig 5o wieder gegen Aufwärtsbewegung relativ zum Körper zu verriegeln, während eine Abwärtsbewegung desselben durch die Schulter 51 aufdem Körper Io ohnehin verhindert wird. Das Bohrloch-Werkzeug P-2 ist dann frei für eine Verschiebung innerhalb der Bohrlochverrohrung C.

Ein. neues und verbessertes Bohrloch-Werkzeug ist beschrieben worden, das nur eine einzige Verankerung und einen einzigen Expander aufweist, jedoch sich trotzdem weder aufwärts noch abwärts innerhalb der Bohrlochverrohrung in Abhängigkeit von Flüssigkeitsdrücken von oben oder unten bewegt. Das Bohrloch-Werkzeug ist einfach in der Betätigung und wirkungsvoll beim Isolieren eines
Querschnitts in einer Bohrlochverrohrung. Es ist darauf hinzuweisen, daß zwar die Erfindung in Verbindung mit einem Brückenstopfen beschrieben worden ist, doch das Prinzip der Erfindung ebensogut auch auf andere Werkzeuge, wie Packer und Zementierer, anwendbar ist.

- Patentansprüche 00981 7/0181

Claims

Patentansprüche

1. Bohrloch-Werkzeug mit einem Körper, der einen Packer zur Abdichtung zwischen dem Körper und der Bohrlochwandung trägt,mit sich in der Bohrlochwandung rerankernden Gleitsegmenten und mit einem, in einer Richtung relativ zum Körper beweglichen Expander für das Ineingriffbringen der Gleitsegmente mit der Bohrlochwandung, welcher Expander eine erste, gegen eine Seite des Packers gerichtete Fläche aufweist, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsdurchlaß (8o) längs des Körpers (lo) für die Übertragung von Flüssigkeitsdruck von der anderen Seite des Packers (31) zu einer zweiten Fläche (45) des Expanders (37), die dem Packer abgekehrt ist, so daß der Expander sich in der einen Richtung relativ zum Körper im Ansprechen auf einen Druckunterschied über dem Packer beliebiger Richtung bewegt und dabei die Gleitsegmente (7o) mit der Bohrlochwandung (C) in Eingriff bringt.

2. Bohrloch-Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem Expander (37) verbundenen Ringkolben (36) mit den ersten und zweiten Flächen (45, 84).

3. Bohrloch-Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen gegen den Expander (37) abgedichteten Flansch (46) an dem Körper (lo) für die Verhinderung des Einwirkens von dem auf einer Packerfläche vorhandenen Flüssigkeitsdruck auf die andere Packerfläche.

4. Bohrloch-Werkzeug nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Packer (31) relativ zu dem Körper (lo) in Richtung auf den Expander (3& zu beweglich ist, um diesen in der die Gleitsegmente (70) expandierenden Richtung zu verschieben.

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5« Bohrloch-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Kompressionsmuffe (29) zwischen dem Körper (lo) und dem Expander (37) mit einer Querschnittsfläche, die mit der Querschnittsfläche des expandierten Packers (J>1) die Querschnittsfläche der zweiten Fläche des Expanders" (37) überschreitet, so daß der Expander in der einen Richtung durch eine Druckdifferenz in dieser Richtung verschoben wird.

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