DE2702662B2 - Steuervorrichtung zum Totpumpen einer Förderbohrung - Google Patents
Steuervorrichtung zum Totpumpen einer FörderbohrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Totpumpen einer Forderbohrung, welche in einen
Förderrohrstrang einsetzbar ist, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung,
einem Strömungsmediumkanal zwischen den beiden Öffnungen und einem Verschluß innenseitig der
Einlaßöffnung, durch den· der Strömungsmediumkanal abschließbar und bei Beaufschlagung mit einem
vorbestimmten Mediumdruck zu öffnen ist.
Steuervorrichtungen dieser Art werden in Rohrstränge von Förderbohrungen eingebaut und im Bdarfsfall
geöffnet, um eine Verbindung zwischen dem den Rohrstrang umgebenden Ringraum und dem Inneren
des Rohrstrangs herzustellen, damit die Bohrung durch umgekehrte Zirkulation totgepumpt wird, d. h., es wird
eine Flüssigkeit durch den Ringraum und den Rohrstrang in die Bohrungsformation hineingepumpt. Bei
einer bekannten derartigen Steuervorrichtung ist eine Abscherscheibe vorgesehen, die bei Beaufschlagung mit
einem vorbestimmten Differenzdruck zwischen dem Ringraumdruck und dem Rohrstrangdruck zerbricht.
Während der Erschließung der Bohrung mit Säure kann der Rohrstrangdruck beträchtlich höher als der
Formationsdruck oder der Druck der Flüssigkeit im Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochmantel
sein. Bei Förderung der Bohrung kann hingegen der Rohrstrangdruck bedeutend niedriger als der ursprüngliche
statische Druck des Bohrlochs sein. Wegen der unterschiedlichen im Bohrloch auftretenden Bedingungen
muß der Abscherwert der Scheibe so hoch sein, daß sie den hohen Rohrstrangdrücken beim Erschließen des
Bohrlochs standhält Infolgedessen ist ein hoher Ringraitmdruck notwendig, um die Scheibe zu zerbrechen
oder abzuscheren, wenn die Bohrung totgepumpt werden solL Dieser Ringraumdruck variiert auch mit
dem sich unter den oben erwähnten unterschiedlichen Bedingungen ändernden Rohrstrangdruck.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs angegebenen Art zu
schaffen, die gegenüber dem Rohrstrangdruck unempfindlich ist und durch Hinzufügung eines vorbestimmten
Ringraumdrucks zu dem normalen hydrostatischen Flüssigkeitsdruck im Ringraum ungeachtet des Rohr-Strangdruckes
oder starker Schwankungen im Rohrstrangdruck in eine Offenstellung überführbar ist
Diese Aufgabe findet nach der Erfindung ihre Lösung dadurcn, daß ein weiterer Verschluß im Gehäuse
innenseitig der Auslaßöffnung und im Abstand vom ersten Verschluß vorgesehen ist, der mit dem ersten
Verschluß einen gegen das innerhalb und au 3erhalb des Förderstrangs befindliche Strömungsmedium abtrennbaren
Raum des Strömungsmediumskanals begrenzt und nach öffnen des ersten Verschlusses mit dem
vorbestimmten Mediumdruck gleichfalls in eine Offenstellung überführbar ist, wobei ein Strömungsfluß des
Mediums durch die Einlaßöffnung, den abtrennbaren Raum und die Auslaßöffnung freigegeben ist.
Unbeeinflußt von Änderungen im Rohrstrangdruck und Temperaturverminderungen wird bei dieser Ausgestaltung
die Steuervorrichtung bei einer Erhöhung des Ringraumdrucks über den normalen hydrostatischen
Druck der Flüssigkeit im Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochmantel betätigt. Diese Druckerhöhung
im Ringraum kann dadurch bewirkt werden, daß von der Oberfläche des Bohrlochs aus die Flüssigkeit im
Ringraum mit Druck beaufschlagt wird. Die Druckerhöhung im Ringraum kann auch durch andere Umstände
herbeigeführt werden, z. B. durch ein Leck im Rohrstrang unterhalb des Christbaums, wodurch sich
der Rohrstrangdruck auf die Flüssigkeit im Ringraum auswirkt und sein Druck dem hydrostatischen Flüssigkeitsdruck
im Ringraum hinzuaddiert wird, was zum öffnen der Steuervorrichtung führt. Wenn sich z. B. ein
Rohrleck nahe der Oberfläche einer Gasbohrung bildet, so bewirkt der Bohrlochsohlengasdruck bei entsprechender
Höhe ein öffnen der Steuervorrichtung, so daß die Formation mit Ringraumflüssigkeit beaufschlagt
wird und die Bohrung sowie der Gasstrom aus dieser totgepumpt werden. Wird die Bohrung nicht totgepumpt,
so wird der zu hohe Bohrlochmanteldruck entlastet. Findet ein solches automatisches Öffnen der
Steuervorrichtung durch das Hochdruckgas nicht statt, so würde sich dessen Druck dem ursprünglichen
hydrostatischen Druck im Ringraum hinzuaddieren, was zu einem Überdruck des Bohrlochmantels oder einem
Einbeulen des Rohrstrangs führen könnte.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen bei einem aus Metall bestehenden Gehäuse der Steuervorrichtung
die beiden Verschlüsse ebenfalls aus Metall und sind am Gehäuse unter Ausbildung von Metall-auf-Metall-Dichtungen
befestigt. Bei dieser Ausgestaltung sind elastomere Dichtungen zum Abdichten des begrenzten
Raums des Mediumkanals vermieden, die bei längerem Förderbetrieb allmählich für Gas durchlässig werden
und den Druck in dem abtrennbaren Raum in unerwünschter Weise auf den des Bohrlochmediums
ansteigen lassen.
Die beiden Verschlüsse können jeweils von einer sich quer über den Mediumkanal erstreckenden Berstscheibe
gebildet sein, wobei der Ringraumdruck auf die stromaufwärts gelegene Seite der oberen Berstscheibe
und der Druck des abtrennbaren Raums des Mediumkanals, der im wesentlichen dem atmosphärischen Druck
entspricht, auf die stromabwärts gelegene Seite wirkt Der Auslösedruck der Steuervorrichtung ist daher eine
Funktion der Festigkeit der oberen Berstscheibe, wobei kein Ausgleich für den Rohrstrangdruck oder Temperaturschwankungen
vorgesehen zu sein braucht
Bei dieser Ausgestaltung können einfache Berstscheiben verwendet werden, was in Verbindung mit der
Tatsache, daß die anderen Teile der Steuervorrichtung verhältnismäßig billig sind, zu niedrigen Gestehungskosten
der gesamten Steuervorrichtung führt
Anstatt beide Verschlüsse von Berstscheiben zu bilden, ist es auch möglich, nur für den oberen Verschluß
eine Berstscheibe vorzusehen und den zweiten Verschluß aus einem Stopfen zu bilden, der mittels des
Mediumdrucks im abtrennbaren Raum in Längsrichtung des Mediumkanals in eine die Auslaßöffnung freilegende
Stellung verschiebbar ist
Ferner kann innerhalb des Gehäuses der Steuervorrichtung ein Rückschlagventil zwischen der Einlaßöffnung
und dem ersten Verschluß angeordnet sein, durch welches eine Flüssigkeitsströmung von der Einlaßöffnung
zur Auslaßöffnung freigegeben und in umgekehrter Richtung blockiert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden
Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung
veranschaulicht In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines in einem Bohrloch befindlichen Rohrstrangs mit eingebauter
Steuervorrichtung, teilweise in Ansicht und teilweise im Längsschnitt;
F i g. 2a und 2b gemeinsam einen teilweise als Ansicht gezeichneten Längsschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1
in größerem Maßstab, wobei F i g. 2b eine untere Fortsetzung der F i g. 2a darstellt; und
F i g. 3 einen Längsschnitt entsprechend F i g. 2b, wobei die Steuervorrichtung im offenen Zustand
dargestellt ist.
Wie in F i g. 1 gezeigt, ist ein Förderrohrstrang T innerhalb eines Bohrlochmantels C angeordnet, wobei
das untere Ende des Rohrstrangs abdichtend mit einem Bohrlochpacker P verbunden ist. Dieser ist in
abdichtendem Zustand in den Bohrlochmantel oberhalb einer Mehrzahl von Perforationen S des Bohrlochmantels
eingesetzt, die das Fördermedium aus einer Formationszone Z in den Bohrlochmantel und von dort
in das untere Ende des Rohrstrangs für eine Förderung durch diesen zum oberen Ende des Bohrlochs strömen
lassen. Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung ist zu Veranschaulichungszwecken rein schematisch dargertellt.
Eine Steuervorrichtung 10 ist im Rohrstrang angeordnet, und zwar in einem Seitentaschendorn M desselben.
Dieser Dorn ist in an sich bekannter Weise an einer Seite des Rohrstrangs angeordnet, um einen ununter-
brochenen Strömungsweg durch den gesamten Rohrstrang hindurch zu belassen. Der Seitentaschendorn und
die Steuervorrichtung 10 sind vorzugsweise in der Nähe und oberhalb des Packers P angeordnet. Flüssigkeit in
dem Ringraum A zwischen Rohrstrang und Bohrlochmantel kann durch eine Mehrzahl von öffnungen bzw.
Perforationen 11 in der Seitentasche M in deren Innenraum strömen. Wenn die Steuervorrichtung 10
offen ist, kann die Flüssigkeit abwärts durch die Steuervorrichtung und in das Innere des Rohrstrangs
strömen.
Wie insbesondere aus den F i g. 2a und 2b ersichtlich ist umfaßt die Steuervorrichtung einen oberen Gehäuseteil
12, dessen unteres Ende mit einem unteren Gehäuseteil bzw. Dorn 13 verschraubt ist. Das untere
Ende des Doms 13 ist seinerseits mit einer rohrförmigen Abschlußkappe 14 verschraubt Flüssigkeit, die aus dem
Ringraum A durch die Perforationen 11 strömt, kann durch die öffnungen 15 des Gehäuses hindurchströmen,
jedoch zunächst nicht aus dem Gehäuse abwärts strömen, da eine zerreißbare bzw. Berstscheibe 16
vorgesehen ist, die den Gehäusekanal 17 abdeckt. Die
Berstscheibe 16 ist zwischen einem Haltering 18 und dem oberen Ende des Dorns 13 angeordnet und sowohl
mit dem Ring 18 als auch mit dem Dorn 13 durch eine Schweißung 18a fest verbunden. Wie gezeigt, hat die
Berstscheibe 16 eine konkave Form und ist aus einem zerreißfähigen Material hergestellt, so daß sie bei
Beaufschlagung mit einem vorbestimmten Druck zerreißt oder birst Der untere Bereich des Doms 13 ist
anfangs durch eine Berstscheibe 16a geschlossen. Diese ist zwischen einem unteren Haltering 18b und dem
unteren Ende des Doms 13 angeordnet und mit dem Haltering und dem Dom durch eine Schweißung 18c
fest verbunden. Die untere Berstscheibe 16a wird gegenüber einem Ausbiegen nach oben durch eine über
ihr angeordnete Stützplatte 100 abgestützt der sich gegen eine nach unten gerichtete Schulter 13a des
Doms abstützt. Die obere Berstscheibe 16 und die untere Berstscheibe 16a bilden zunächst einen abgeschlossenen
Raum 22, der Luft mit atmosphärischem Druck oder ein anderes geeignetes Gas enthält Die
untere Berstscheibe ist dünner als die obere, so daß sie bei einer geringeren auf ihre obere Stirnfläche
ausgeübten Kraft zerreißt Eine Kraft aber, die auf ihre untere Stirnfläche ausgeübt wird, kann aufgrund der
durch die Stützplatte 100 bewirkten rückseitigen Unterstützung nicht zu ihrem Zerreißen führen.
In der Abschlußkappe 14 befinden sich verhältnismäßig
große Auslaßöffnungen 23. Wenn die obere Berstscheibe 16 geplatzt ist, kann der über ihr liegende
Flüssigkeitsdruck den Raum 22 beaufschlagen und auf die Stützplatte 100 und die untere Berstscheibe 16a
einwirken, so daß diese platzt und die Stützplatte 100 durch den Haltering 18a hindurch in das untere Ende der
Abschlußkappe 14 unterhalb der Auslaßöffnungen 23 gedrückt wird, wobei das Ende der Abschlußkappe als
Anschlag 24 wirkt (Fig.3). Unter den soeben
beschriebenen Bedingungen kann Flüssigkeit durch die Perforationen 11 und die Gehäuseöffnungen 15 in das
Innere des Gehäuses sowie abwärts durch den geöffneten atmosphärischen Raum 22 im Dom hindurch
und in die Abschlußkappe 14 strömen, um durch deren Auslaßöffnungen 23 in das Innere des Rohrstrangs T
auszuströmen.
Auf dem Dom 13 ist eine untere Dichtung 25 zwischen dem oberen Ende der Abschlußkappe 14 und
einer Schulter 101 des Dorns angeordnet, während eine obere Dichtung 26 am Gehäuse zwischen einer Schulter
27 des oberen Gehäuseteils und dem unteren Ende eines Adapters 28 angebracht ist. Der Adapter 28 ist mit dem
oberen Ende des Gehäuseteils 12 sowie mit einem Anschlagglied 28 mit einem Außenflansch 29 verschraubt,
der mit einer Aufsetzschulter 30 des Seitentaschendorns in Eingriff bringbar ist. Wenn das
Anschlagglied 28a auf der Schulter 30 aufsitzt, steht die obere Dichtung 26 abdichtend mit der Innenwand 31 der
ίο Seitentasche oberhalb ihrer Perforationen 11 in
Dichtungseingriff. Die untere Dichtung 25 dichtet die Innenwand der Seitentasche unterhalb der Perforationen
11 ab.
Die Steuervorrichtung 10 kann bereits in den Rohrstrang T eingebaut sein, bevor dieser in den Bohrlochmantel C und in Dichtungseingriff mit dem Bohrlochpacker Peingesetzt wird. Statt dessen kann sie durch den Rohrstrang in den Seitentaschendorn M abgesenkt werden, um in diesem die in der Zeichnung gezeigte Stellung bei eingefahrenem Rohrstrang einzunehmen. Hierzu dient ein geeignetes, zurückholbares Setzwerkzeug L mit einer lösbaren Verriegelungsvorrichtung 32, die das mit dem Adapter 28 verbundene Anschlagglied 28a umfaßt und mit dem oberen Ende des Gehäuses verschraubt ist, wobei das Anschlagglied 28a auf der Aufsetzschulter 30 ruht Das Anschlagglied 28a ist mit dem unteren Ende einer Riegelstange 33 verschraubt, die einen spitz zulaufenden Kopf 34 und eine Schulter 35 an dessen unterem Ende für einen Eingriff mit einem geeigneten Laufwerkzeug (nicht gezeigt) zum Absenken der Steuervorrichtung in den Rohrstrang und in den Seitentaschendorn M aufweist. Eine Verriegelungshülse 36 ist gleitbar auf der Riegelstange 33 aufgesetzt und auf dieser anfangs durch einen querliegenden Scherstift 37 in der unteren Stellung nach F i g. 2a gehalten, in der ihr unteres Ende mit dem Anschlagglied 28a in Eingriff ist Das obere Ende der Verriegelungshülse 36 besitzt eine Schulter 38 für einen Eingriff mit einem Ziehwerkzeug (nicht gezeigt) zum Entriegeln der Verriegelungsvorrichtung und zu deren Herausholen aus dem Seitentaschendorn durch den Förderrohrstrang T zum oberen Ende des Bohrlochs. Das untere Ende der Verriegelungshülse 36 hat eine Vergrößerung 39, die von einem Sperring 40 umgeben werden kann, der in seine untere Stellung nach F i g. 2a durch eine Schraubendruckfeder 41 gedrückt wird, die zwischen den Sperring 40 und eine Schulter 38a gespannt ist
Die Steuervorrichtung 10 kann bereits in den Rohrstrang T eingebaut sein, bevor dieser in den Bohrlochmantel C und in Dichtungseingriff mit dem Bohrlochpacker Peingesetzt wird. Statt dessen kann sie durch den Rohrstrang in den Seitentaschendorn M abgesenkt werden, um in diesem die in der Zeichnung gezeigte Stellung bei eingefahrenem Rohrstrang einzunehmen. Hierzu dient ein geeignetes, zurückholbares Setzwerkzeug L mit einer lösbaren Verriegelungsvorrichtung 32, die das mit dem Adapter 28 verbundene Anschlagglied 28a umfaßt und mit dem oberen Ende des Gehäuses verschraubt ist, wobei das Anschlagglied 28a auf der Aufsetzschulter 30 ruht Das Anschlagglied 28a ist mit dem unteren Ende einer Riegelstange 33 verschraubt, die einen spitz zulaufenden Kopf 34 und eine Schulter 35 an dessen unterem Ende für einen Eingriff mit einem geeigneten Laufwerkzeug (nicht gezeigt) zum Absenken der Steuervorrichtung in den Rohrstrang und in den Seitentaschendorn M aufweist. Eine Verriegelungshülse 36 ist gleitbar auf der Riegelstange 33 aufgesetzt und auf dieser anfangs durch einen querliegenden Scherstift 37 in der unteren Stellung nach F i g. 2a gehalten, in der ihr unteres Ende mit dem Anschlagglied 28a in Eingriff ist Das obere Ende der Verriegelungshülse 36 besitzt eine Schulter 38 für einen Eingriff mit einem Ziehwerkzeug (nicht gezeigt) zum Entriegeln der Verriegelungsvorrichtung und zu deren Herausholen aus dem Seitentaschendorn durch den Förderrohrstrang T zum oberen Ende des Bohrlochs. Das untere Ende der Verriegelungshülse 36 hat eine Vergrößerung 39, die von einem Sperring 40 umgeben werden kann, der in seine untere Stellung nach F i g. 2a durch eine Schraubendruckfeder 41 gedrückt wird, die zwischen den Sperring 40 und eine Schulter 38a gespannt ist
Wenn die Verriegelungsanordnung 32 durch den
so Rohrstrang T abgelassen wird, läuft die Steuervorrichtung
10 in die Seitentasche M ein und der Sperring 40 kommt mit einer Sperrschulter 42 der Seitentasche
oberhalb der Aufsetzschulter 30 in Eingriff, wodurch der Sperring 40 gehindert ist, sich an der Sperrschulter 42
vorbei abwärts zu bewegen. Im übrigen bewegt sich die Verriegelungsvorrichtung 32 weiterhin in bezug auf den
Ring 40 abwärts, um die Vergrößerung 39 von diesem abzuziehen, bis er infolge eines Bereichs 43 kleineren
Durchmessers der Verriegelungshülse oberhalb einer abgeschrägten, sich von der Vergrößerung 39 nach oben
erstreckenden Hülsenschulter 44 durch die Sperrschulter 42 seitlich abgedrückt wird. Der Sperring 40 kann
sich dann an der Sperrschulter 42 vorbeibewegen. Sobald sich die Schraubenfeder 41 unterhalb der
Sperrschulter befindet, dehnt sie sich aus und schiebt den Sperring 40 in seine unterste Stellung, in der er die
Hülsenvergrößerung 39 umgibt Dabei ist der Sperring in einer Stellung für einen Eingriff mit dem geneigten
unteren Bereich 42a der Sperrschulter gehalten, wodurch das Maß der Aufwärtsbewegung der Steuervorrichtung
10 in der Seitentasche Λ/begrenzbar ist.
Wenn die Steuervorrichtung 10 von der Seitentasche gelöst und abgenommen werden soll, wird ein
geeignetes Ziehwerkzeug (nicht gezeigt) durch den Rohrstrang T abgelassen, das sich über die Verriegelungshülse
36 in eine Eingriffsstellung mit der Hülsenschulter 38 bewegt. Hierauf kann auf die Verriegelungshülse 36 ein Aufwärtszug ausgeübt werden, um die
gesamte Vorrichtung in der Seitentasche anzuheben, bis der Sperring 40 mit der Sperrschulter 42 in Eingriff
gelangt. Eine Steigerung der aufwärts gerichteten Zugkraft führt sodann zu einem Abscheren des
Scherstifts 37 und einer Aiifwärtsbewegiing der
Verriegelungshülse, die durch ihren Eingriff mit der oberen Schulter 35 begrenzt ist. Dabei wird die
Hülsenvergrößerung 39 in eine Stellung oberhalb des Sperrings 40 verschoben, so daß dieser durch eine
Querbewegung außer Eingriff mit der Sperrschulter 42 gelangen kann. Hierdurch wird die gesamte Steuervorrichtung
10 im Seitentaschendorn endgültig für ein Aufheben durch den Rohrstrang Tzum oberen Ende des
Bohrlochs freigegeben.
Wenn die Steuervorrichtung installiert ist, ist die Berstscheibe 16 zunächst intakt und verhindert, daß
Flüssigkeit in den von der Berstscheibe 16 und der unteren Berstscheibe 16a abgeschlossenen Raum 22
eindringt. Dieser Raum bleibt unter atmosphärischem Druck, obwohl ggf. ein geeignetes Gas, beispielsweise
Stickstoff, im Raum 22 unter einem gewünschten niedrigen Druck über dem Atmosphärendruck vorgesehen
sein kann (F i g. 2a, 2b). Angenommen, der Raum 22 enthält Luft unter Atmosphärendruck, so steht die obere
Berstscheibe unter dem Druck der Flüssigkeit im Ringraum A zwischen dem Förderrohrstrang Tund dem
Bohrlochmantel C Die obere Berstscheibe steht aufgrund der oberen und unteren Dichtungen 26,25, die
zu beiden Seiten der Perforationen 11 der Seitentasche angeordnet sind, nicht unter dem Druck des Mediums im
Rohrstrang T. Der Rohrdruck kann ferner die untere Berstscheibe nicht zum Bersten bringen, da sie
rückseitig durch die an der Dornschulter 13a anliegenden Stützplatte 100 abgestützt ist. Der Mediumdruck im
Rohrstrang wird zwar in Abwärtsrichtung auf die Steuervorrichtung ausgeübt, jedoch hat dieser Druck
keine Auswirkung auf die Steuervorrichtung, da diese von der Aufsetzschulter 30 des Seitentaschendorns
abgestützt ist.
Die obere Berstscheibe 16 ist so gewählt, daß sie bei
einem vorbestimmten Druck platzt, der größer als der hydrostatische Druck der Flüssigkeit in dem Ringraum
zwischen Rohrsystem und Bohrlochmantel ist. Zum Beispiel können Berstscheiben gewählt werden, die auf
einen Berstdruck von etwa 200,250,300,550,600 etc at
ausgelegt sind. Der Berstdruck der ausgewählten Scheibe ist hierbei viel größer als der hydrostatische
Druck der Flüssigkeit im Ringraum zwischen Rohrsystem und BohrlochmanteL Wenn die Scheibe zum
Bersten gebracht werden soll, wird der Flüssigkeitsdruck im Ringraum über den normalen hydrostatischen
Druck hinaus erhöht Wenn die Druckfestigkeit der oberen Scheibe überschritten wird bzw. der Berstdruck
erreicht ist, platzt sie und der hydrostatische Flüssigkeitsdruck sowie die an der Oberfläche vorgenommene
Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks gelangen in den unter atmosphärischem Druck stehenden Raum 22 und führen
zum Platzen der unteren Scheibe, wobei die Stützplatte 100 vom Dorn abgeworfen wird und auf den Boden der
Verschlußkappe 14 fällt, so daß die Austrittsöffnungen 23 (Fig.3) vollkommen frei sind. Die Flüssigkeit zum
Totlegen der Bohrung kann dann durch den Ringraum A und durch die offene Steuervorrichtung in den
Rohrstrang T hinabgepumpt werden, von dem aus sie ihre Druckkraft gegenüber dem unter Druck stehenden
Medium in der Bohrloch-Förderzone entfaltet. Durch den Ringraum A kann ausreichend Flüssigkeit in das
Bohrloch hineingepumpt werden, um die Bohrung stillzulegen.
Im Falle, daß der Rohrstrang T leckt, entsteht eine
Verbindung zwischen dem Inneren des Rohrstrangs und dem Ringraum A. Dann kann das unter höherem Druck
stehende Medium im Förderrohrstrang in den Ringraum A gelangen und dessen Druck erhöhen. Wenn der
Gesamtdruck im Ringraum A dann die Druckfestigkeit der Berstscheibe 16 übersteigt, platzt diese, so daß die
Flüssigkeit zum Totlegen der Bohrung im Ringraum A durch die Steuervorrichtung 10 in den Rohrstrang
strömen kann und einen Druck zum Totlegen der Bohrung bereitstellt. Wenn der Druck im Bohrlochmantel
C der von dem Rohrleck herstammt, zu groß werden sollte, würde die unter Druck stehende Flüssigkeit durch
die öffnung der Steuervorrichtung 10 entlastet werden.
Es zeigt sich somit, daß eine Steuervorrichtung geschaffen ist, deren öffnen vom Druck im Rohrstrang
unabhängig ist, da die stromabwärts gelegene Seite der Berstscheibe nur atmosphärischem Druck ausgesetzt ist
und nicht dem Rohrstrangdruck. Der Gesamtdruck, bei
dem die Berstscheibe 16 zum Öffnen der Steuervorrichtung platzen soll, ist bei entsprechender Dicke und
Festigkeit der ausgewählten Scheibe vorbestimmt. Es ist nur erforderlich, den Druck der Flüssigkeit im Ringraum
A ausreichend über den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit zu erhöhen, um das Bersten der oberen und
der unteren Berstscheibe herbeizuführen. Diese Druckerhöhung ist völlig unabhängig von dem Druck, der im
Rohrstrang vorherrscht. Die Flüssigkeit zum Totlegen der Bohrung kann mit hoher Geschwindigkeit durch die
Steuervorrichtung in das Bohrloch gepumpt werden, so daß jede Tendenz der Bohrung, die Förderung
fortzusetzen, beseitigt wird, obwohl das Einpumpen der Flüssigkeit durch den Ringraum verhältnismäßig langsam
erfolgt. Wie oben ausgeführt, kann die Steuervorrichtung in den Rohrstrang eingebaut werden, bevor
dieser in das Bohrloch eingesetzt wird, oder sie kann an ihren Platz abgesenkt werden, nachdem der Rohrstrang
in den Bohrlochpacker oberhalb der Perforationen des Bohrlochmantels eingesetzt worden ist. Nachdem die
Bohrung totgelegt ist, kann die Steuervorrichtung ohne weiteres durch ein geeignetes Ziehwerkzeug aufgeholt
werden, das mit der Verriegelungsvorrichtung verbunden wird. Es kann dann eine neue Steuervorrichtung
durch den Rohrstrang in ihre richtige Stellung abgelassen werden, um einen Verschluß zwischen dem
Ringraum A und dem Inneren des Rohrstrangs T herbeizuführen.
Durch die Verwendung des unter atmosphärischem Druck stehenden Raumes 22 ist ein konstanter
Basisdruck an der stromaufwärts gelegenen Seite der Berstscheibe 16 vorgesehen, gegen die der Druck im
Ringraum wirkt Der Auslösedruck der Berstscheibe 16 ist allein eine Funktion der Festigkeit der Berstscheibe
und wird in keiner Weise durch den Rohrstrangdruck oder Temperaturschwankungen beeinflußt, insofern, als
der Rohrstrangdruck in keiner Weise auf die Berstscheibe wirken kann. Der atmosphärische Raum 22 ist
anfangs durch Metall-auf-Metall-Dichtungen geschlossen,
die von den Berstscheiben gebildet sind und verhindern, daß Gas in den atmosphärischen Raum
hineingelangt und dort einen Druck aufbaut, der dem Druck im Ringraum A entgegengesetzt ist.
Die Steuervorrichtung enthält ein Rückschlagventil 200, welches ein Strömen von Flüssigkeit aus dem
Ringraum A in den Rohrstrang ermöglicht, jedoch die Flüssigkeit an einem Strömen in umgekehrter Richtung
hindert Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das Rückschlagventil in das Gehäuse 12 eingebaut und
umfaßt eine Ventilhülse 201, die in einer zylindrischen Bohrung 202 im oberen Gehäuseabschnitt oberhalb der
Öffnungen 15 gleitbar angeordnet ist. Die Ventilhülse 201 besitzt einen zentralen ganz durch sie hindurchgehenden
Kanal 203 und ist mit einem oberen Ringkolbenbereich 204, der entlang der Wand 205 der zylindrischen
Bohrung gleitfähig ist, sowie mit einem unteren Kopf 206 versehen, der nach unten mit dem Haltering 18 der
oberen Berstscheibe in Eingriff bewegbar ist, um mit diesem eine Metall-auf-Metall-Dichtung zu bilden,
wobei der Haltering als Ventilsitz wirkt. Eine geeignete Dichtung 207 ist am Kolben für einen gleitbaren
Dichtungseingriff mit der Wandung 205 der Zylinderbohrung angebracht Eine Schraubendruckfeder 208 in
der Zylinderbohrung 22 liegt an deren oberem Ende sowie an der Ventilhülse 201 an und drückt diese nach
unten in Eingriff mit ihrem Ringsitz 18.
Der Dichtungsdurchmesser zwischen dem oberen Kolben 204 und der Zylinderwand 205 ist größer als der
Dichtungsdurchmesser des Ventilkopfes 206 gegenüber dem Haltering 18. Daraus ergibt sich ein Flächenunterschied
R bzw. eine Differenzfläche, gegen die der Druck auf die Ventilhülse wirken kann, und zwar entweder, um
sie nach oben in eine Offenstellung in bezug auf ihren Sitz 18 oder nach unten in Eingriff mit ihrem Sitz 18 zu
schieben. Im Falle, daß die Vorrichtung schon in den Seitentaschendorn M eingebaut in dar Bohrloch
eingefahren wird, oder wenn sie in das Bohrloch an einem Drahtseil durch den Bohrstrang eingefahren und
dann in den Seitentaschendorn eingesetzt wird, wirkt der hydrostatische Druck im Ringraum A über die
ringförmige Differenzfläche R der Ventilhülse 201 nach oben und schiebt diese gegen die Kraft der Feder 208
ίο aufwärts in eine offene Stellung, so daß Flüssigkeit in die
Zylinderbohrung 202 innerhalb des oberen Gehäuseabschnitts oberhalb der Berstscheibe 16 eintritt. Dieser
Flüssigkeitsdruck kann in dem Maße erhöht werden, daß die obere und die untere Berstscheibe platzt, in der
gleichen Weise, als ob das Ventil im oberen Gehäuseteil 12 nicht vorhanden wäre.
Nachdem beide Scheiben geborsten sind, wird die Ventilhülse 201 durch den Druck der zum Totlegen der
Bohrung Anwendung findenden Flüssigkeit in ihrer geöffneten Stellung gehalten. Im Falle, daß der Druck
im Rohrstrang Tden Druck im Ringraum A übersteigt, drückt die Feder 208 die Ventilhülse 201 nach unten mit
ihrem Ventilsitz 18 in Eingriff, wobei die Ventilhülse in dieser Stellung durch den Differenzdruck gehalten wird,
der über die Ringfläche R zwischen der oberen Dichtung 207 der Ventilhülse und dem Dichtungsdurchmesser
des Kopfes 206 gegenüber dem Ventilsitz 18 wirkt Somit kann Flüssigkeit aus dem Ringraum A in
das Innere des Rohrstrangs strömen, indem die Ventilhülse 201 mit Abstand über dem Haltering bzw.
Ventilsitz 18 gehalten wird, jedoch kann die Flüssigkeit nicht in umgekehrter Richtung aus dem Rohrstrang Tm
den Ringraum A strömen, da in diesem Fall die Hülse 201 in ihre untere Stellung verschoben und in Anlage am
Ventilsitz 18 gehalten wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Steuervorrichtung zum Totpumpen einer Förderbohrung, welche in einen Förderrohrstrang
einsetzbar ist, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung, einem
Strömungsmediumkanal zwischen den beiden Öffnungen und einem Verschluß innenseitig der
Einlaßöffnung, durch den der Strömungsmediumkanal abschließbar und bei Beaufschlagung mit einem
vorbestimmten Mediumdruck zu öffnen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer
Verschluß im Gehäuse innenseitig der Auslaßöffnung (23) und im Abstand vom ersten Verschluß
vorgesehen ist, der mit dem ersten Verschluß einen gegen das innerhalb und außerhalb des Förderstrangs
(T) befindliche Strömungsmedium abtrennbaren Raum (22) des Strömungsmediumkanals
begrenzt und nach öffnen des ersten Verschlusses mit dem vorbestimmten Mediumdruck gleichfalls in
eine Offenstellung überführbar ist, wobei ein Strömungsfluß des Mediums durch die Einlaßöffnung
(15), den abtrennbaren Raum (22) und die Auslaßöffnung (23) freigegeben ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (22) des Mediumkanals bei
geschlossenen Verschlüssen ein Gas mit im wesentlichen atmosphärischem Druck enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verschluß unterhalb
der Einlaßöffnung (15) am oberen Ende des abtrennbaren Raums (22) und der zweite Verschluß
oberhalb der Auslaßöffnung (23) am unteren Ende des abtrennbaren Raums (22) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verschluß
von einer im Gehäuse befestigten, sich quer über den Mediumkanal erstreckenden Berstscheibe (16) gebildet
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem aus Metall bestehenden Gehäuse, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Verschlüsse ebenfalls aus Metall bestehen und am Gehäuse unter
Ausbildung von Metall-auf-Metall-Dichtungen befestigt
sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verschlüsse
jeweils von einer sich quer über den Mediumkanal erstreckenden Berstscheibe (16, t6a)gebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Berstscheiben (16, i6a)
jeweils mit dem Vorrichtungsgehäuse verschweißt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Berstscheiben (16,
\%a) jeweils mit einer Seite am Gehäuse anliegen und auf ihrer anderen Seite von einem Haltering (18,
\%b) abgestützt sowie am Gehäuse und am jeweiligen Haltering befestigt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Berstscheiben (16, 16a)
jeweils durch eine Schweißung (18a; 18c) sowohl mit dem Gehäuse als auch mit dem zugehörigen
Haltering (18, letyfest verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Berstscheibe (t6a) gegen eine zum Inneren des abgeschlossenen
Raums (22) gerichtete Bewegung abgestützt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verschluß von einem Stopfen gebildet ist, dor mittels des
Mediumdrucks im abtrennbaren Raum (22) in
Längsrichtung des Mediumkanals in eine die Auslaßöffnung (23) freilegende Stellung verschiebbar
ist
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, zum Einbau in einen Förderstrang mit Radialöffnungen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (15) des Gehäuses über die Radialöffnungen
(11) des Förderstrangs (T) mit dem Ringraum (A) zwischen Förderstrang (T) und Bohrlochmantel (C)
und die Auslaßöffnung (23) des Gehäuses mit dem Inneren des Förderstrangs (T) in Verbindung stehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses ein Rückschlagventil (200) zwischen der
Einlaßöffnung (15) und dem ersten Verschluß angeordnet ist, durch welches eine Flüssigkeitsströmung
von der Einlaßöffnung (15) zur Auslaßöffnung (23) freigegeben und in umgekehrter Richtung
blockiert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (200) eine
Ventilhülse (201) umfaßt, die durch einen Mediumdifferenzdruck in der Einlaßöffnung (15) in die
Offenstellung und durch einen Mediumdifferenzdruck in der Auslaßöffnung (23) in die Schließstellung
verschiebbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit
einem Ventilsitz und einer Zylinderbohrung (202) versehen ist, die Ventilhülse (201) einen Durchgangs-
kanal (203), einen Ringkolbenbereich (204) in der Zylindeibohrung (202) und einem mit dem Ventilsitz
in Schließeingriff bewegbaren Kopf (206) aufweist, wobei der Dichtungsdurchmesser des Ringkolbenbereichs
(2G4) gegenüber der Zylinderbohrung (202)
größer ist als der Dichtungsdurchmesser des Hülsenkopfes (206) gegenüber dem Ventilsitz.
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