DE2427417C2

DE2427417C2 - Bohrlochpacker

Info

Publication number: DE2427417C2
Application number: DE2427417A
Authority: DE
Inventors: Stanley O. Bakersfield Calif. Hutchison; Neal L. Taft Calif. Mitchell
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1974-06-05
Publication date: 1982-10-28
Also published as: NO143173B; FR2232671B1; CA1011651A; GB1455955A; NO742022L; NO143173C; FR2232671A1; DE2427417A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrlochpacker gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Packer sind z. B. aus der US-PS 28 28 823 oder 26 11 437 bekannt. Es handelt sich um Packer, die mit einer elastischen Manschette versehen sind, die auf einem Rohrabschnitt angeordnet ist, der mit Öffnungen zum Einführen von Druckmitteln in den Ringraum zwischen Manschette und Rohrabschnitt versehen ist, wobei die Manschette an beiden Enden in verschieblich und abgedichtet auf dem Rohrabschnitt angeordneten Klemmvorrichtungen gehalten wird, die eine begrerme axiale Verschiebung der Manschettenenden unter Aufrechterhaltung der Abdichtung des Ringraumes ermöglichen. Zu diesem Zweck ist nach der US-PS 28 28 823 die Klemmvorrichtung an dem einen Ende als ein Kolbenelement ausgebildet, das in einen am Rohrabschnitt ausgebildeten Zylinderteil eingreift; am anderen Ende der Manschette ist die Klemmvorrichtung als Zylinderteil ausgebildet, der einen am Rohrabschnitt ausgebildeten Kolbenteil übergreift. Zur Verschiebung der beiden Klemmabschnitte sind die durch diese Anordnung gebildeten Räume, die von den Zylinderteilen und den voneinander abgekehrten Kolbenflächen begrenzt werden, über den Rohrabschnitt miteinander verbunden, wobei der Raum zwischen dem am Rohrabschnitt festen Kolbenteil und der als Zylinder ausgebildeten Klemmvorrichtung im nicht aufgespannten Zustand des Packers mit Flüssigkeit gefüllt ist, die sich beim Aufspannen nach dem anderen Zylinderraum an der entgegengesetzten Klemmvorrichtung verschiebt. Der in der US-PS 26 11 437 dargestellte Packer weist Klemmvorrichtungen auf, deren Verschieblichkeit durch zusätzliche, auf beiden Enden aufgeschraubte Elemente und unter Zwischenschaltung einer Druckfeder begrenzt ist, wobei schon die Verwendung der Druckfeder zu einer sehr aufwendigen und komplizierten Gestaltung führt. Aus der DE-AS 10 16 204 und der US-PS 32 89 768 ist es bekannt, an Futterrohren in Tiefbohrlöchern Zentrierbügel od. dgl. unter Verwendung von Anschlagringen anzuordnen, die die Verschiebung der Zentriervorrichtungen begrenzen. Ein solcher Anschlagring weist gemäß DE-AS 10 16 204 ein biegsames, metallisches Brnd auf, das entweder in einer Hülse aus biegsamem, nicht metallischen Material angeordnet oder an einem Streifen aus biegsamem, nicht metallischen Material befestigt ist, der sich an der Innenseite des Bandes befindet, wobei die Enden des metallischen Bandes an den gegenüberliegenden Enden der Hülse bzw. des Streifens zugänglich sind und außerdem an den Enden des Bandes Sperrglieder zu seinem Zusammenziehen angebracht sind. Ein solcher Rir.g wird nach Art einer Schlauchschelle auf dem Futterrohr festgelegt, und soll anstelle von an den Rohren angeschweißter Metallanschlagringe benutzt werden, da das Anschweißen bei nicht sorgfältiger Ausführung die Struktur des Stahlrohres ändert. Ein ähnlicher, ebenfalls nach Art einer Schlauchschelle festzuziehender Anschlagring ist in der US-PS 32 89 768 beschrieben.

Bei derartigen Packern ergeben sich durch wiederholte Ausdehnung und Druckentlastung häufig Abnutzungserscheinungen an der elastischen Manschette. Auch die Reibung der Manschette an der Bohrlochwand verursacht Abnutzungen. Die Praxis verlangt deshalb eine elastische Manschette, die eine erhebliche An3:ahl von Aufblähungen und Entlastungen sowie die Abriebbeanspruchung vertragen kann, der der Packer beim Ein- und Ausfahren im Bohrloch ausgesetzt ist. Wegen der trotzdem nicht auszuschließenden Abnutzung ist es erwünscht, den Packer derart auszugestalten, daß er im Feldbetrieb hergerichtet werden kann, d. h. im wesentlichen, daß seine elastische Manschette für eine erneute

Verwendung etwas gekürzt oder ausgewechselt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem Bohrlochpacker der eingangs erwähnten·Art die Anordnung der Klemmvorrichtungen so auszuführen, daß sie schnell und einfach gelöst und wieder angeordnet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein ßohrlochpacker der eingangs erwähnten Art mit dem Kennzeichen des Anspruches 1 geschaffen. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, siehe die US-PS 28 28 823 und 26 11 734, wird die Bewegung der an den beiden Enden der Manschette befindlichen Klemmvorrichtungen auf dem Rohrabschnitt durch Halteringe begrenzt, die in dafür vorgesehene Rillen des Rohrabschnittes eingesetzt sind und daraus leicht wieder durch Ausschnappen entfernt werden können. Es ist dabei auch möglich, übereinander mehrere Rillen vorzusehen, so daß bei Kürzung der Manschette der Verschiebungsweg entsprechend neu begrenzt werden kann. Dieses sehr einfache Mittel gestattet demnach, daß an den Enden abgenutzte Packer im Feldbetrieb durch entsprechende Kürzung wieder hergerichtet werden, wobei trotz der einfachen Mittel die Zuverlässigkeit des instandgesetzten Packers gewährleistet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen ist die Erfindung ausführlich erläutert und dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des unteren Teiles eines erfindungsgemäßen Packers, wobei einzelne Teile der deutlicheren Darstellung halber weggebrochen sind, F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung des

oberen Abschnittes eines erfindungsgemäßen Packers, F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 2, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der F i g. 2, F i g. 5 eine Seitenansicht einer abgewandelten

Ausführungsform der Erfindung, wobei einzelne Teile weggebrochen und der Packer im entleerten oder entlasteten Zustand dargestellt ist,

F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Darstellung des unteren Abschnittes eines erfindungsgemäßen Packers im aufgeblähten Zustand,

F i g. 7 eine vergrößerte Schnittdarstellung, die die Verbindung zwischen dem Ende der elastischen Manschette und einem Rohrabschnitt zeigt,

F i g. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der F i g. 7 und

F i g. 9 einen der F i g. 8 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform.

Ein erfindungsgemäßer Packer wird nachfolgend insbesondere mit Bezug auf die F i g. 1 und 2 beschrieben. Der erfindungsgemäße, aufblähbare Pak-• ker weist eine mit Preßsitz arbeitende Klemmvorrichtung auf, zu der ein Dornabschnitt und eine Preßsitzmuffe gehört, die zusammenwirken, um lösbar zwischen sich ein Ende einer aufblähbaren elastischen Manschette einzuklemmen. Die elastische Manschette und der Dornabschnitt sitzen auf einem Rohrabschnitt, der sich durch die elastische Manschette hindurcherstreckt. Eine zweite Klemmvorrichtung dient dazu, das andere Ende der elastischen Manschette auf dem Rohrabschnitt festzulegen. Dadurch ist die elastische Manschette flüssigkeitsdicht mit dem Rohrabschnitt verbunden. Zwischen die Innenseite der elastischen Manschette und die Außenseite des Rohrabschnittes wird Strömungsmittel eingedrückt, um die elastische Manschette aufzublähen und z. B. in Dichtungsberührung mit der Innenseite eines Bohrloches zu bringen. Hier ist der aufblähbare Packer innerhalb einer Bohriochverrohrung 22 dargestellt. Die Verrohrung 22 bildet in bekannter Weise ein Futterrohr des Bohrloches.

Eine aufblähbare elastische Maaschette 10 ist lösbar

und flüssigkeitsdicht an ihrem oberen und ihrem unteren Ende mit einem länglichen Rohrabschnitt 12 verbunden.

Die Verbindung wird jeweils mittels einer lösbaren, mit

ίο Preßsitz arbeitenden Klemmvorrichtung 14 bzw. 16 hergestellt. Der Rohrabschnitt 12 erstreckt sich durch die Klemmvorrichtungen 14 und 16 hindurch. Das obere

• Ende des Rohrabschnittes 12 ist gewöhnlich an einen aus Einzelabschnitten zusammengesetzten Rohrstrang

'5 angeschlossen, der sich bis zum Bohrlochkopf erstreckt Falls erwünscht kann jedoch der Rohrabschnitt auch durch eine entsprechende Verbindungsvorrichtung mit einem Kabel verbunden sein. In diesem Fall werden Vorrichtungen zum Aufblähen des aufblähbaren EIementes mit dem Rohrabschnitt an dem Kabel in das Bohrloch eingefahren. Falls der Rohrabschnitt an einem Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren wird, wird die elastische Manschette 10 dadurch aufgebläht, daß ein Strömungsmittel, ein Gas oder eine Flüssigkeit, im Inneren des Rohrstranges abwärts und in den Rohrabschnitt hineingeführt wird und dann aus dem Rohrabschnitt durch eine entsprechende Öffnung oder Öffnungen 20 austritt.

Das untere Ende des Rohrabschnittes 12 ist über ein Verbindungsstück 26 mit einem mit Rückschlagventil versehenen Rohrschuh 24 verbunden. Der Rohrschuh 24 weist mehrere Löcher 28 auf, durch die die Bohrlochflüssigkeit in das Innere des Schuhes 24 eintreten kann. Ein nach oben öffnendes Rückschlagventil, hier ein Klappenventil 30, ist über den Löchern 28 im Rohrschuh 24 angeordnet. Wenn das Klappenventil offen ist. kann Bohrlochflüssigkeit in das Innere des Rohrabschnittes 12 und den daran angeschlossenen Rohrstrang gelangen.

Wenn der erfindungsgemäße aufblähbare Packer an einem Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren wird und auf Bohrlochflüssigkeit trifft, öffnet sich das Klappenventil 30, so daß Bohrlochflüssigkeit in das Innere des Rohrabschnittes 12 und des Rohrstranges gelangen kann. Dadurch wird der Druck innen und außen am Packer ausgeglichen, so daß die aufbiähbare elastische Manschette 10 mittels eines verhältnismäßig kleinen Druckdifferentials aufgebläht werden kann. Der zum Aufblähen der elastischen Manschette erforderliche Druck braucht daher nicht den Bohrlochdruck zu überwinden.

Wenn in den Rohrabschnitt von übertage Strömungsmittel eingeführt wird, um Druck auf die aufblähbare elastische Manschette 10 auszuüben, wird das Klappenventil 30 durch den Druck geschlossen, und die elastische Manschette 10 dehnt sich dadurch aus, daß zwischen dem Rohrabschnitt 12 und die elastische Manschette 10 in die Ringkammer 11 Strömungsmittel einfließt. Selbst wenn eine Flüssigkeitssäule im Inneren des Rohrstranges und der Ringkammer 11 vorhanden ist, wird der Packer trotzdem durch Beaufschlagung des Rohrstranges von übertage aufgebläht. Wenn der Arbeitsgang, für den der Packer verwendet wird, beendet ist und der auf den Packer wirkende Druck entlasut werden soll, um den Packer aus dem Bohrloch herauszufahren, wird eine Ablaßöffnung unter dem Rohrabschnitt 12 geöffnet, so daß das Innere des Rohrstranges leerlaufen kann. Hierzu ist ein Anschlag-

stopfen 32 im Verbindungsstück 26 angeordnet. Eine nicht dargestellte Senkstange wird benutzt, um den Innenteil des Stopfens 32 abzuscheren und die Verbindung vom Inneren des Rohrstranges zum Bohrlochringraum zu öffnen. Falls erwünscht, kann ■> anstelle des Abschlagstopfens ein verschiebbares Muffenventil benutzt werden.

Die aufblähbare elastische Manschette 10 des Packers ist vorzugsweise aus Kautschuk oder einem kautschukartigen Material hergestellt. Die Manschette muß viele κι Male aufgebläht und wieder eingezogen v/erden können. Die elastische Manschette kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß für den im Einzelfall vorgesehenen Packer aus einem Vorrat an Kautschukmaterial eine Manschette mit entsprechendem Durchmesser im r> Strangpreßverfahren hergestellt wird. Es kann ferner empfehlenswert sein, in der Kautschukmanscheite Verstärkungen anzuordnen. Für eine sehr brauchbare elastische Manschette wurden folgende physikalische Eigenschaften ermittelt: Auslängung mindestens 450%, Dehnfestigkeit etwa 176 kg/cm², Shore-Härte 70 und Einreißfestigkeit etwa 44,6 kg/cm.

Die aufblähbare elastische Manschette 10 des Packers ist an ihrem oberen und ihrem unteren Ende durch mit Preßsitz arbeitende Klemmvorrichtungen 14 und 16 2i strömungsmitteldicht angeschlossen. Die Klemmvorrichtungen 14 und 16 halten die elastische Manschette 10 lösbar in ihrer Lage mit dem Rohrabschnitt 12 verbunden. Die lösbare Verbindung, die durch die Klemmvorrichtungen hergestellt wird, ermöglicht, daß der Packer im Feldbetrieb leicht ausgebessert oder »hergerichtet« werden kann. Falls die Enden der Manschette in der Nähe der Klemmvorrichtungen abgenutzt oder abgeschabt sind, werden die eine oder beide Klemmvorrichtungen geöffnet und das abgenutzte Ende bzw. die Enden der Manschette abgeschnitten. Die Manschette wird dann wieder in die Klemmvorrichtungen eingespannt, so daß der Packer erneut zum Einsatz bereit ist.

Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung weist einen Dornabschnitt 34 auf, der eng gleitend auf dem Rohrabschnitt 12 sitzt Die Außenfläche des Dornabschnittes 34 ist mit ringsum sich erstreckenden Zahnrippen 46 ausgebildet Da die Klemmvorrichtung gleitl'ähig auf dem Rohrabschnitt angeordnet ist kann sie darauf eingestellt werden, daß sie eine elastische Manschette aufnimmt, die durch Herrichtung im Feldbetrieb gekürzt worden ist Ein Paar innerer O-Ringe 36 rnd 38 sind zwischen der Innenseite des Domes und der Außenseite des Rohrabschnittes so angeordnet um zwischen dem Rohrabschnitt 12 und dem Dornabschnitt 34 eine für Strömungsmittel undurchlässige Dichtung herzustellen. Haiteringe 40 und 42 sind in bestimmte Rillen auf der Außenseite des Rohrabschnittes 12 über und unter dem Dornabschnitt eingesetzt und begrenzen die Bewegung der Klemmvorrichtung auf dem Rohrabschnitt Es ist zu beachten, daß die Halteringe 40 und 42 leicht wieder durch Ausschnappen entfernt und in andere auf dem Rohrabschnitt 12 befindliche Rillen eingesetzt werden bo können. Falls daher die elastische Manschette 10 während der Wartungsarbeiten im Feldbetrieb gekürzt wird, werden die Halteringe 40 und 42 gelöst und der mit den Riffelungen versehene Dorn und die zugehörige Preßsitzmuffe der Klemmvorrichtungen werden in eine (" neue Lage auf dem Rohrabschnitt 12 gebracht, worauf die Halteringe in Rillen eingesetzt werden, die an diesen Stellen ausgebildet sind. Zu diesem Zweck kann eine Reihe von Rillen an entsprechenden Stellen des Rohrabschnittes 12 ausgebildet sein. Nach Kürzen der elastischen Manschette werden die Halteringe mit dem Rohrabschnitt an entsprechender Stelle in Eingriff gebracht, so daß sie die Klemmvorrichtung sichern und die entsprechend gekürzte elastische Manschette an ihrer Stelle halten. Eine Preßsitzmuffe 52 wirkt mit dem Dornabschnitt 34 zusammen, um ein Ende der elastischen Manschette 10 lösbar zu halten. Die gekürzte elastische Manschette wird daher wieder mit dem Rohrstrang durch die Klemmvorrichtung an der gewünschten Stelle verbunden.

Die Außenseite des Domes 34, die mit der elastischen Manschette 10 in Eingriff tritt, weist hierfür eine Reihe ringsum laufender und radial vorspringender Zahnrippen 46 auf, die an einem Ende unterhalb eines Flansches 44 biizen, der am oberen Abschnitt des Domes 34 ausgebildet ist. Der Abschnitt des Domes über dem Flansch 44 ist mit einer Rille versehen, die einen Haltering 54 enthält, der die Preßsitzmuffe 52 an einer unerwünschten Aufwärtsbewegung hindert. Das Innere der Muffe 52 ist mit ringförmigen Vorsprüngen 48 versehen, die mit dem Zahnrippenabschnitt des Domes 34 zusammenwirken, um ein Ende der elastischen Manschette 10 zu erfassen. Eine Schulter an der Muffe 52 wirkt mit dem Radialflansch 44 des Dornabschnittes zusammen und beschränkt die Bewegung der Preßsitzmuffe auf dem Dornabschnitt. Die Preßsitzmuffe und der Dorn wirken zusammen, um lösbar das Ende der elastischen Manschette zu halten. Die elastische Manschette kann dadurch eingespannt oder gelöst werden, indem eine pneumatische oder hydraulische Preßvorrichtung verwendet wird, welche die Preßsitzmuffe 52 über dem Dornabschnitt 34 verschiebt Der Haltering 40 ist während eines solchen Vorganges besonders nützlich, da er die Beweglichkeit des Dornabschnittes 34 beschränkt, so daß die Muffe 52 abgeschoben werden kann. Das Einspannen des Endes einer elastischen Manschette 10 auf dem Dorn wird dadurch erreicht daß die Muffe 52 über die elastische Manschette 10 auf dem Dorn abwärts geschoben wird. Der Haltering 42 hält den Dorn und verhindert ein Abgleiten auf dem Rohr während des Herrichtens. Dem Haltering 40 für die obere Klemmvorrichtung 16 entspricht der Haltering 51 bei der unteren Klemmvorrichtung. Zusätzliche Halteringe 50 für die äußere Muffe 55 der unteren Klemmvorrichtung 14 und 54 für die obere Muffe 52 sichern deren Sitz auf dem entsprechenden Dorn 34 bzw. 53.

Eine abgewandelte Ausführungsform ist in den Fig.5—9 dargestellt. Ein erfindungsgemäßer, aufblähbarer Packer ist in seiner Lage innerhalb einer Bunriochverrohfung 115 gezeigt Eine aufblähbare elastische Manschette 110 ist an ihrem oberen und ihrem unteren Ende strömungsmitteldicht mit einem länglichen Rohrabschnitt 112 verbunden. Die Verbindung wird durch Klemmvorrichtungen 114 und 116 hergestellt Wenn der Rohrabschnitt an einem aus Abschnitten aufgebauten Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren wird, wird die elastische Manschette 110 aufgebläht indem ein Strömungsmittel, wie Luft oder Wasser, im Inneren des Rohrstranges abwärts und in den Rohrabschnitt eingeführt wird und danach durch eine Öffnung oder Öffnungen 120 aus dem Rohrabschnitt austritt

Die aufblähbare elastische Manschette 110 des Packers weist einen in Längsrichtung verstärkten Schlauch auf, der aus Kautschuk oder kautschukartigem

Material hergestellt ist. Die Manschette soll eine möglichst große Anzahl von Malen ausgedehnt und wieder zusammengezogen werden können. Vorzugweise wird die elastische Manschette dadurch hergestellt, daß ein Schlauch aus Kautschukmaterial in entsprechendem Durchmesser für den jeweils gewünschten Packer im Strangpreßverfahren hergestellt wird. Eine in Längsrichtung sich erstreckende Verstärkung 6 wird in die Kautschukmanschette eingearbeitet. Ein Kautschukschlauch, der für eine brauchbare elastische Manschette benutzt worden ist, hat z. B. folgende physikalische Eigenschaften: Auslängung 450% Minimum, Dehnfestigkeit etwa 176 kg/cm², Shore-Härte 70 und Reißfestigkeit etwa 44,6 kg/cm.

Die Klemmvorrichtungen 114 und 116, welche die aufbiähbare elastische Manschette 110 des Packers an ihrem oberen und unteren Ende strömungsrnitteldichi anschließen, halten die elastische Manschette 110 lösbar in ihrer Stellung auf dem Rohrabschnitt 112. Die lösbare Verbindung, welche die Klemmvorrichtungen ermöglichen, gestattet, den Packer im Feldbetrieb leicht auszubessern und wieder herzurichten. Falls z. B. die Enden der elastischen Manschette 110 sich in der Nähe der Klemmvorrichtung abnutzen oder abreiben, werden die eine oder beide Klemmvorrichtungen geöffnet und das abgenutzte Ende oder die Enden der elastischen Manschette abgeschnitten. Die Manschette wird dann wieder in die Klemmvorrichtungen eingespannt, so daß der Packer erneut einsatzbereit ist. Während des Einsatzes des Packers dienen Sicherungsvorrichtungen, wie Halteringe 151, 150, 140 und 152. dazu, die Klemmvorrichtungen 114 und 116 in einer im wesentlichen festen Lage gegenüber dem Rohrabschnitt 112 zu halten. Dies ist erforderlich, um eine unnötige Abnutzung oder Abrieb der elastischen Manschette während des Einsatzes im Bohrloch zu verhindern. Es ist auch erforderlich, eine Verformung von Abdrücken zu verhindern, falls der aufblähbare Packer mit einem Abdrucküberzug benutzt wird, um in einem Bohrloch Abdrücke zu nehmen.

Für die Erfindung geeignete Klemmvorrichtungen, wie die Klemmvorrichtung 114, weisen einen Dornabschnitt 134 auf, der fein passend und gleitfähig auf dem Rohrabschnitt 112 sitzt. Ein O-Ring 149 ermöglicht eine Strömungsmitteldichte Verbindung. Die Außenfläche des Dornes 134 weist eine Anzahl von ringförmig sich erstreckenden Zahnrippen auf. Eine Preßsitzmuffe 155 wirkt mit dem Dorn 134 zusammen, um das Ende der elastischen Manschette einzuklemmen. Da die Klemmvorrichtung 114 auf dem Rohrabschnitt 112 verschieblich ist, kann sie darauf in eine neue Lage gebracht werden, um eine elastische Manschette 110 aufzunehmen, die durch "errichtung im Feidbetrieb gekürzt worden ist. Die Klemmvorrichtung 114 wird auf dem Rohrabschnitt 112 während des Einsatzes durch entsprechende Mittel in einer im wesentlichen festen Stellung gehalten. Hierfür sind Halteringe 150 und 151 in bestimmte Rillen auf der Außenseite des Rohrabschnittes 112 unter und über dem Dornabschnitt 134 eingesetzt, so daß die Bewegung der Klemmvorrichtung 114 auf dem Abschnitt 112 begrenzt wird. Halteringe 152 und 140 begrenzen die Bewegung der unteren Klemmvorrichtung 116 gegenüber dem Rohrabschnitt in gleicher Weise. Es ist zu beachten, daß die Halteringe 150, 151, 152 und 140 durch Ausschnappen leicht entfernt und in andere Rillen auf dem Rohrabschnitt 112 wieder eingesetzt werden können. Falls daher die elastische Manschette 110 während der Herrichtung im Feldbetrieb gekürzt worden ist, werden die Halteringe 150 und 151 und/oder 152 und 140 herausgenommen und der Dorn und die Klemmvorrichtungen in eine neue Lage auf dem Rohrabschnitt 112 gebracht, worauf die Halteringe in Rillen eingesetzt werden, die an diesen neuen Stellen ausgebildet sind. Zu diesem Zweck kann eine Reihe von Rillen an entsprechenden Stellen, z. B. in neun Zollabsländen, auf dem Rohrabschnitt ausgebildet sein. Auf diese Weise

ic kann die elastische Manschette ohne weiteres gekürzt und die Halteringe können auf dem Rohr in die vorgebildeten Rillen eingesetzt werden, so daß die Klemmvorrichtungen gesichert werden, welche die gekürzte elastische Manschette halten.

υ Die längliche elastische Manschette 110 sitzt auf dem Rohrabschnitt 112 derart, daß eine Ringkammer 111 dazwischen gebildet wird. Die Manschette besteht aus einem länglichen Kautschukschlauch, in den wenigstens eine ringsum reichende Lage aus einer Mehrzahl von mit Abstand liegenden dehnbaren Cord-Fäden 6 eingearbeitet ist. Die Cord-Fäden erstrecken sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Kautschukschlauches. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Cord-Fäden aus Nylon und haben einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,05 mm bis 0,127 mm. Vorzugsweise, siehe F i g. 8, sind drei ringsum reichende Lagen 7, 8 und 9 aus Cord-Fäden in die Wand des Kautschukschlauches eingearbeitet. Allgemein sind etwa 8—16 Cord-Fäden pro cm in jeder Umfangs-

w schicht enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform würden mit 13 Cord-Fäden pro cm in jeder Umfangsschicht vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Die Cord-Fäden erstrecken sich über die gesamte Länge des Schlauches. Die Cord-Elemente werden zu einem

Ji inneren Bestandteil des Schlauches und wirken mit dem Kautschukschlaur.h während der Verwendung zusammen.

Der Kautschukschlauch, mit dem zusammen die Cord-Elemente die elastische Manschette nach der Erfindung bilden, wird aus einer entsprechenden Kautschukmischung im Strangpreßverfahren hergestellt. Ein unvulkanisierter Nitrilkautschuk wird zerrieben und vermischt auf einem Kautschukverarbeitungswalzwerk. Bestimmte Zusätze werden mit dem Kau-

⁴' tschuk vermischt, und aus dem Gemisch ein Kautschukschlauch stranggepreßt. Die Nylon-Cordfäden werden dadurch mit einer dünnen Kautschukschicht überzogen, daß sie in ein Nitrilkautschukfell eingebettet werden, und werden dann auf dem Schlauch so angeordnet, daß

'" die Cord-Fäden sich in Längsrichtung auf dem Schlauch erstrecken. Nachdem die Cord-Fäden derart angeordnet worden sind, wird Baumwollband stramm über die

^uiu-raucii Uhu ucii i\.aui:>i:jiuK.5i;i!iauuii gcwi^K-cii. L*rci Kautschukschlauch wird darauf vulkanisiert und die Cord-Fäden damit in den Kautschukschlauch eingegliedert Qas Band wird entfernt Die elastische Manschette nach der Erfindung ist dann fertig zur Verwendung in einem aufblähbaren Packer.

Eine bevorzugte Kautschukmischung für den Kautschukschlauch, der für die elastische Manschette benutzt wird, wird nachstehend in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle I

Nitrilkautschuk

(Typ Chemigum N-300 der Firma Goodyear)

Zinkoxid

Stearinsäure

Teile

100
5,0
1,0

Ruß (HAF Black)

CumarMH2-V₂

(neutrales stabiles Kunstharz

der Allied Chemical Company aus

Teerdestillaten vom Cumaron-lnden-Typ)

Dibutylphthalat

Schwefel

Altax

(ein Benzothiazyldisulfid

der Firma Goodyear Rubber Company)

Unads

(Tetramethylthiurammonosulfid

der Firma R.T. Vanderbilt Company)

50,0

10,0

1,5

1,5 lü 0,20

Die Vulkanisationsbedingungen und die physikali- ,.-, sehen Eigenschaften des Schlauches sind nachstehend in Tabelle Il aufgeführt.

Tabelle!!

Bestes
Vulkanisationsergebnis

Auslängung
Dehnfestigkeit
Zugfestigkeit Form »C«
Shore-HärteA

4 Stunden bei 280° Fahrenh.

(etwal39°C)

525% - 450% Minimum

189 - 176 kg/cm²

18- 14 kg/cm²

70 + 5

20

Das Kautschukgemisch wird dadurch hergestellt, daß Nitril-Kautschuk auf einem Kautschuk-Bearbeitungswalzwerk zerrieben und mit den Mischungsbestandleilen vermischt wird, bis die Masse glatt ist, wobei bis auf entsprechende Temperaturen erwärmt wird. Die Kautschukmischung wird dann in Streifen geschnitten und in einen Extruder eingespeist, der mit entsprechenden Formteilen versehen ist, so daß ein Kautschukschlauch j₅ mit entsprechendem Innendurchmesser und Wandstärke ausgestoßen wird. Ein großer Packer kann z. B. einen Innendurchmesser von 95,3 mm und eine Wanddicke von 5,33 mm ± 0,76 mm haben. Ein kleiner Packer hat z. B. einen Innendurchmesser von 60,3 mm und eine .Wandstärke von 2,54 mm ± 0,762 mm.

Das Rohr wird in der gewünschten Länge stranggepreßt, 9 m oder mehr, und dann durch ein Wasserbad geführt, um es zu kühlen und seine Abmessungen zu erhalten. Nach dem Kühlen des Schlauches wird dieser über einen entsprechend glatten Dorn geschoben, der entweder 95,3 mm Außendurchmesser oder 60,3 mm Außendurchmesser je nach Rohrgröße hat. Der Dorn wird mit einem mit langsamer Geschwindigkeit laufenden Motor an einem Ende und mit einer Lagerstütze am anderen Ende verbunden. Das Verstärkungsmaterial aus Nylon-Cord ist in Rollen verfügbar, die aus Nylon-Cord-Fäden von im Durchmesser 0,762 mm besteben, von denen in Längsrichiüfig nebeneinanderliegend 33 auf eine Breite von 25,4 mm gehen. Die Cord-Fäden sind in einem Fell aus unvulkanisiertem Nitrilkautschuk in einer Dicke Kautschukschlauch, mm eingehüllt Eine geeignete Nitrilkautschukeinhüllung ist z.B. Master Process X-1676-1 Hycak. Fortlaufende Streifen, die ein Zoll breiter als der Umfang des Kautschukschlauches sind, werden in entsprechender Länge des Kautschukschlauches geschnitten. Diese Streifen werden der Länge nach auf den Kautschukschlauch gelegt und herumgewickelt, so daß sie angenähert um einen Zoll überlappen. Nach Glättung und festem Zusammendrücken wird das Umhüllungsfell durch die natürliche Adhäsion auf der sauberen Kautschukfläche des Schlauches gehalten.

Eine zweite Lage des Nylon-Cord enthaltenden Felles wird geschnitten und im Anschluß an die erste Wicklung gelegt und herumgewickelt, so daß wieder eine Überlappung um 1" entsteht. Ein dritter Streifen wird in einer Breite geschnitten, die etwa 1" geringer als der Umfang des mit zwei Schichten umhüllten Schlauches ist. Dieser Streifen wird an die Außenkante der zweiten Schicht angelegt und herumgewickelt, so daß er entlang der Rückseite der zweiten Überlappung endet. Nachdem alle drei Nylon-Cord-Schichten herumgewickelt und geglättet sind, werden der Dorn mit dem Schlauch langsam gedreht und dabei spiralig stramm mit einem zwei Zoll breiten Baumwollband umwickelt, damit die Schichten fest zusammengedrückt werden und eine Dehnung während der Vulkanisation verhindert wird. Der Dorn, der Schlauch und die Wicklungen werden dann zusammen in eine etwa 10,5 m lange Dampfkammer eingebracht und vier Stunden lang mit Dampfdruck von 3,5 kg/cm² vulkanisiert, d. h. bei etwa 139⁰C. Durch die Vulkanisation werden die Kautschukschichten und der Kautschukschlauch zu einem einzigen Gummischlauch vereinigt, in welchem die Cord-Fäden enthalten sind.

Nach dem Vulkanisieren und Kühlen werden der Dorn und der Kautschukschlauch, welcher die Nylonfäden enthält, aus der Dampfkammer entfernt, und das Baumwollband wird abgenommen. Der Schlauch wird dann vom Dorn abgestreift und bildet die elastische Manschette nach der Erfindung.

Wie F i g. 8 zeigt, sind die Schichten aus dehnbarem Nylon-Cord 7, 8 und 9 in die äußere Hälfte der Wand des Kautschukschlauches eingearbeitet. Dies ist die bevorzugte Anordnung, falls eine Abdruckschicht noch auf dem Schlauch angeordnet werden soll. In F i g. 9 liegen die Cord-Fäden 7', 8' und 9' mehr in der Mitte der Wand. Diese Anordnung wird bevorzugt, falls der Schlauch ohne eine äußere Umhüllung verwendet werden soll.

Erfindungsgemäße, aufblähbare Packer werden entweder fertig zusammengebaut oder im Feldbetrieb hergerichtet. Zum Beispiel wird bei der Ausführungsform nach Fig. 5—9 der Rohrabschnitt 112 in eine geeignete Stellung gebracht, um die aufblähbare elastische Manschette 110 aufzunehmen. Ein Ende der elastischen Manschette 110 wird zurechtgeschnitten und an der Außenfläche angefast, siehe Fig.7. Die Cord-Fäden 7, 8 und 9 erstrecken sich vollständig bis zum Ende der Manschette. Die elastische Manschette 110 wird dann über den Rohrabschnitt 112 geschoben, auf dem ein innerer Federring 150 in eine entsprechende Rille eingesetzt worden ist. Der Dornabschnitt 134 wird dann über das Ende des Rohrabschnittes 112 bis zur Berührung mit dem Haltering 150 geschoben. Danach wird ein äußerer Federring 151 in eine entsprechende Rille des Rohrabschnittes 112 auf der anderen Seite des Domes 134 eingesetzt Die elastische Manschette 110 wird dann über die Außenseite des Domes 134 bis zum Anschlag an einem Flansch geschoben, der am oberen außeren Teil des Domes 134 ausgebildet ist. Das andere Ende der elastischen Manschette 110 einschließlich der darin enthaltenen Cord-Fäden wird auf eine vorbestimmte Länge geschnitten und dann zum Einspannen in die andere Klemmvorrichtung 116 angefast Der Haltering 151 am anderen Ende des Rohrabschnittes 112 wird entfernt, danvt der Dornabschnitt 134 und die elastische Manschette 110 auf dem Rohrabschnitt 112 aufwärts bewegt werden können, so daß eine Rille für das Einsetzen des inneren Federringes 140 der

Klemmvorrichtung 116 frei wird. Der Haltering 140 wird dann in diese Rille eingesetzt und ein Dorn 142 über das untere Ende des Rohrabschnittes 112 bis zur Berührung mit diesem Haltering 140 geschoben. Sodann wird ein äußerer Haltering 152 in eine Rille des Rohrabschnittes 112 auf der anderen Seite des Domes 142 eingesetzt. Die elastische Manschette 110 und der obere Dorn 134 werden darauf auf dem Rohrabschnitt 112 abwärts bewegt, so daß das andere- Ende der elastischen Manschette 110 über den äußeren Teil des unteren Domes 142 geschoben werden kann. Die Preßsitzmuffen 155 und 154 werden sodann über den Rohrabschnitt 112 in die Lage gebracht, von der aus sie über die Enden der elastischen Manschette 110 geschoben werden können. Die Preßsitzmuffen 155 und 154 werden z. B. durch eine hydraulische Vorrichtung über die elastische Manschette 110 gezwängt. Nachdem die Preßsitzmuffen 155 und 154 ihre Endlage eingenommen haben, werden die äußeren Federringe 153 und 151 der Klemmvorrichtung 114 und entsprechende Ringe 156 und 152 der Klemmvorrichtung 116 aufgesetzt, so daß der Packer zum Einsatz bereit ist.

Der aufblähbare Packer kann auch, falls erforderlich, im Feldbetrieb leicht hergerichtet werden. Falls z. B. ein Teil der aufblähbaren elastischen Manschette 110 in der Nähe der Klemmvorrichtung 114 beschädigt worden ist, kann der Packer ohne weiteres im Feldbetrieb instandgesetzt werden. Der in einer Rille des Dornabschnittes 134 sitzende Federring 153 wird entfernt, und danach wird die Preßsitzmuffe 155 vom Dornabschnitt 134 abgeschoben. Der beschädigte Teil der elastischen Manschette 110 einscM. der Cord-Schichten 7, 8 und 9 wird durch eine geeignete Vorrichtung abgeschnitten. Der Schnitt wird so gelegt, daß der beschädigte Teil der Manschette 110 entfernt wird und das Ende der gekürzten Manschette 110 sich in geeigneter Lage mit Bezug zu anderen Federringrillen befindet, die auf dem Rohrabschnitt 112 vorgesehen sind. Bei der Erfindung sind die Cord-Schichten in dem Kautschuk der Schlauchwand enthalten, da sie während des Vulkanisicrens eingearbeitet worden sind. Der Schlauch kann daher gekürzt werden, wobei die Cordschichten trotzdem weiterhin ihre Aufgabe erfüllen. Der Federring 152 der Klemmvorrichtung 116 am anderen Ende des Rohrabschnittes wird entfernt, und die elastische Manschette 110 und die Klemmvorrichtung 116 so verschoben, daß eine neue Federringrille für die Klemmvorrichtung 114 am gegenüberliegenden Ende des Rohrabschnittes 112 frei wird. In diese freigelegte Rille wird ein Federring eingesetzt und der Dorn 134 bis zur Berührung mit diesem Ring aufgeschoben. Ein Federring wird dann in eine Rille auf dem Rohrabschnitt 112 über dem Dorn 134 in seiner neuen Lage eingesetzt. Sodann wird die elastische Manschette 110 über den Dorn 134 bis äuid Anschlag an den Dornflansch geschoben. Die Preßsitzmuffe 155 wird darauf über das Ende der elastischen Manschette 110 gedrückt, wodurch diese wieder eingespannt ist. Es wird noch der Federring 153 zur Sicherung der Preßsitzmuffe eingesetzt. Ein Federring wird ferner am gegenüberliegenden Ende des Packers zur Sicherung der Klemmvorrichtung 116 eingesetzt, wodurch die Arbeit beendet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrlochpacker mit einem inneren Rohrabschnitt, auf dem unter Belassung eines Ringraumes eine elastische Manschette strömungsmitteldicht >; befestigt ist und an dem Öffnungen zum Einführen eines Strömungsmittels in den Ringraum ausgebildet sind, wobei die Enden der Manschette in Klemmvorrichtungen gehalten sind, welche auf dem Rohrabschnitt begrenzt axial verschieblich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verschieblichkeit der einzelnen Klemmvorrichtungen (14,16; 114, 116) auf dem Rohrabschnitt (12; ?12) beidseitig durch von diesem abnehmbare Halteeinrichtungen (40,42,51; 140,150,151,152) begrenzt ist.

2. Packer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtungen Einrichtungen (34, 52; 134, 155) zum Einspannen der elastischen Manschette (10; 110) im Preßsitz aufweisen.

3. Packer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbaren Halteeinrichtungen Federringe (40, 42, 51; 140, 150, 151, 152) sind.

4. Packer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtungen jeweils einen Dornabschnitt (34), der gleitfähig und strömungsmitteldicht auf dem Rohrabschnitt sitzt, und eine dem Dornabschnitt (34) zugeordnete Preßsitzmuffe (52) aufweisen, die auf dem Dornabschnitt sitzt, wobei ein Ende der elastischen Manschette (10) zwischen diesen Teilen mit Preßsitz eingespannt ist.

5. Packer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Manschette aus einem länglichen Schlauch (10; 110) besteht, in welchem wenigstens eine ringsum reichende Lage (7) eingearbeitet ist, die eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden, dehnbaren Cord-Fäden enthält, die sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des elastischen Schlauches erstrecken.

6. Packer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Cord-Fäden aus Nylon und der elastische Schlauch aus Kautschuk hergestellt sind.

7. Packer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Cord-Fäden einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,127 mm aufweisen.

8. Packer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei ringsum reichende Schichten aus Cord-Fäden (7, 8, 9) in den Kautschukschlauch eingebettet sind.

9. Packer nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Umfangsschicht etwa 8 bis 16 Cord-Fäden je cm nebeneinander liegen.

10. Packer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Umfangsschicht 13 Cord-Fäden je cm nebeneinander liegen.

11. Packer nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verstärkung benutzten Cord-Fäden mit Kautschuk umhüllt und in ein Kautschukfell eingebettet sind.