DE4000489C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalvorrichtung zum
Einsatz in einem Bohrloch zur Bestimmung der relativen Posi
tion eines ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs in be
zug auf ein zweites im Bohrloch befindliches Werkzeug, ent
sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ablenkkeile sind beim Erdölbohren bereits seit langem im Ein
satz, um den Bohrer oder Fräser in einem bestimmten Winkel
von der Bohrlochauskleidung abzulenken. Der Ablenkkeil kann
innerhalb der Bohrlochauskleidung oberhalb der Bohrlochsohle
unter Verwendung eines Packers festgesetzt werden, welcher
getrennt oder zusammen mit dem Ablenkkeil in einem Lauf be
trieben werden kann. Bei der Endstufen-Packer-Fräser-Bau
gruppe (DE 38 12 169 A1, US-PS 43 97 355) werden das Fräs
werkzeug, der Ablenkkeil und der Packer in einem Teil in das
Bohrloch hinabgelassen, und der Packer wird in der gewünsch
ten Tiefe festgesetzt. Sobald der Packer festgesetzt ist,
wird der Fräser vom Ablenkkeil getrennt, und der Fräsvorgang
beginnt. Der Fräser bewegt sich entlang der geneigten Fläche
des Ablenkkeils, um an die Bohrlochauskleidung anzugreifen
und sie zu fräsen. Wegen der Beschaffenheit von Fräser, Aus
kleidungsmaterial und Ablenkkeil muß jedoch darauf geachtet
werden, daß der Fräser nur die Wand der Bohrlochauskleidung
fräst. Fräst sich der Fräser zu tief in die Bohrlochausklei
dung, bewirkt das umgebende Material, daß der Fräser in den
Ablenkkeil fräst, wodurch schließlich entweder der Fräser
oder der Ablenkkeil beschädigt werden. Ist die
Bohrlochauskleidung nicht vollständig gefräst, so läuft
der anschließend in das Bohrloch eingeführte Fräser bzw.
Bohrer nicht in die gewünschte Richtung.
Bei Arbeitsgängen mit dem Ablenkkeil wurde die Tiefe des
Fräsers bisher weitgehend vom Bedienungsmann an der
Oberfläche bestimmt. Bei solchen Bestimmungen mußte man
sich jedoch teilweise auf Schätzungen verlassen, da
Abweichungen in der Bohrlochauskleidung etc. zuweilen die
wirkliche Tiefe verfälschten. Da die Tiefe des Fräsers
weitgehend anhand des Gesamtlaufs in das Bohrloch bestimmt
wurde, kam es zu falschen Berechnungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Signalvorrichtung bereitzustellen, die dem
Bedienungsmann signalisiert, wann der Fräser die
vorbestimmte Tiefe erreicht hat.
Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind Packer, Ablenkkeil und Fräser miteinander
verbunden, um das Festsetzen des Werkzeugs und das Fräsen
der Bohrlochauskleidung in einem Arbeitsgang zu
ermöglichen. Der Anker-Packer ist an das untere Ende des
Ablenkkeils angeschlossen, und das Fräswerkzeug ist lösbar
an das obere Ende des Ablenkkeils angeschlossen. Eine
Flüssigkeitsleitung, die sich vom Fräser durch den
Ablenkkeil bis hin zum Packer erstreckt, wird zum
Festsetzen des Ankerpackers verwendet. Sobald das Werkzeug
festgesetzt ist, wird der Fräser vom Ablenkkeil getrennt,
und der Fräsvorgang beginnt, bei dem sich das Fräswerkzeug
entlang der geneigten Fläche des Ablenkkeils bewegt,
wodurch der Fräser in die Wand der Bohrlochauskleidung
gelenkt wird.
Der Fräser umfaßt einen Flüssigkeits-Längsdurchlaß,
welcher anfänglich die Flüssigkeit für die
Flüssigkeitsleitung zum Festsetzen des Ankerpackers
bereitstellt. Eine Flüssigkeits-Queröffnung erstreckt sich
zwischen dem zentralen Flüssigkeitsdurchlaß und dem
Außenbereich des Werkzeugs. Die Öffnung weist einen
vergrößerten Durchmesser auf, um eine selektive
Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlaß
und dem Bohrloch zu ermöglichen. Ein auswechselbarer
Stopfen, der ein äußeres Ende aufweist, welches sich über
den Außenbereich des Fräswerkzeugs hinaus erstreckt, wird
in die Öffnung eingesetzt. Der Stopfen umfaßt eine
Teilbohrung, welche sich von dem zentralen Durchlaß des
Werkzeugs bis zu einem Punkt kurz hinter dem Außenbereich
des Werkzeugs erstreckt. Wenn das äußere Ende des Stopfens
abgeschert wird, öffnet sich auf diese Weise die
Teilbohrung, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem
zentralen Durchlaß und dem Inneren der Bohrlochauskleidung
zu ermöglichen.
An der geneigten Fläche des Ablenkkeils ist ein Scherblock
angebracht. Der Scherblock ist so angeordnet, daß der
Stopfen am Fräswerkzeug genau dann auf ihn auftrifft, wenn
sich das Werkzeug in der gewünschten Tiefe entlang dem
Ablenkkeil befindet. Wenn sich das Fräswerkzeug weiter
bohrlochabwärts bewegt, schert das äußere Ende des
Stopfens ab, wenn er an den Block anschlägt. Als Folge
gelangt Flüssigkeit aus dem zentralen Durchlaß des
Fräswerkzeugs in die Bohrlochauskleidung. Der daraus
resultierende Druckabfall im Werkzeug kann leicht von dem
Bedienungsmann an der Oberfläche festgestellt werden und
als Zeichen gedeutet werden, den Fräsvorgang zu beenden.
Das Fräswerkzeug kann dann nach oben gezogen werden, um
weitere Arbeitsgänge zu beginnen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand
der Zeichnungen näher erläutert, in welchen
gleiche Bezugszahlen für ähnliche Teile in allen Ansichten
verwendet worden sind und in welchen:
Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht eines Bohrloches
ist, in welcher die Ablenkvorrichtung nach dem bisherigen
Stand der Technik eingesetzt ist,
Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht der Ablenkvorrichtung
nach dem bisherigen Stand der Technik ist, bei der der
Fräser vom Ablenkkeil getrennt ist und an ihm nach unten
läuft,
Fig. 3 eine Teillängsschnittansicht der Ablenkvorrichtung
nach dem bisherigen Stand der Technik ist, bei der der
Fräser einen Teil der Bohrlochauskleidung gefräst hat,
Fig. 4 eine Teillängsschnittansicht der erfindungsgemäßen
Ablenkvorrichtung ist, bei der der Fräser vom Ablenkkeil
losgelöst ist und an ihm nach unten läuft,
Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittansicht des Signal-
Stopfens ist, der an den Scherblock der vorliegenden
Erfindung anschlägt,
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittansicht des Signal-
Stopfens ist, dessen äußeres Ende von dem Abscherblock
abgeschert ist,
Fig. 7 eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen
Signal-Stopfens ist,
Fig. 8 eine Querschnittansicht des Signal-Stopfens
ist, die entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 geschnitten ist,
und
Fig. 9 eine Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen
Signal-Stopfens ist.
Die Signalvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
mit jeder beliebigen Anzahl von Ölbohrwerkzeugen überall
dort verwendet werden, wo es erforderlich ist, die
Position eines Ölbohrwerkzeugs relativ zu einem zweiten
Werkzeug festzulegen. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird
die vorliegende Erfindung jedoch in Verbindung mit einer
Einstufen-Ablenkvorrichtung beschrieben, wie sie nach dem
bisherigen Stand der Technik in den Fig. 1 bis 3 der
Zeichnungen dargestellt ist. Die Einstufen-
Ablenkvorrichtung 10 umfaßt im allgemeinen einen Anker-
Packer 12, der an das untere Ende eines Ablenkkeils 14
angeschlossen ist. Ein Fräser 16 ist lösbar an das obere
Ende des Ablenkkeils 14 derart angeschlossen, daß die
gesamte Baugruppe 10 bei einem einzigen Lauf des
Bohrgestänges 20 in der gewünschten Höhe und Ausrichtung
in der Bohrlochauskleidung 18 festgesetzt werden kann. Das
Fräswerkzeug 16 enthält eine Längsbohrung 22 für die
Zuführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit durch
das Rohr 26, um den Anker-Packer 12 festzusetzen. ßeim
Lösen des Fräsers 16 vom Ablenkkeil 14 löst sich das Rohr
26 vom Fräswerkzeug 16 um eine freie Bewegung und Drehung
des Fräswerkzeugs 16 zu ermöglichen. Sobald der Anker-
Packer 12 in der gewünschten Ausrichtung festgesetzt ist,
wird das Fräswerkzeug 16 vom Ablenkkeil 14 gelöst, um dem
Fräser 16 zu ermöglichen, sich entlang der
Ablenkkeilfläche 24 bohrlochabwärts zu bewegen, was ihm
eine neue Ausrichtung in der Bohrlochauskleidung 18 gibt,
um eine neue Bohrung durch die Bohrlochwand zu fräsen.
Wegen der Beschaffenheit des Fräswerkzeugs 16 ist es von
Wichtigkeit, daß die Fräsoperation nur so lange ausgeführt
wird, bis die Wand der Bohrlochauskleidung durchfräst ist.
Andernfalls könnten die Ablenkkeilfläche 24 oder der
Fräser 16 beschädigt werden. Bisher wurde die richtige
Frästiefe anhand der Strecke, die der Bohrstrang abgesenkt
wurde, geschätzt. Solche Schätzungen haben sich jedoch
häufig als unbefriedigend erwiesen.
Die Fig. 4 bis 9 zeigen die erfindungsgemäße
Signalvorrichtung 30, bei der genau bestimmt werden
kann, wann der Fräsvorgang eingestellt werden muß. Wie
bereits oben beschrieben wurde, enthält der Fräser 16 eine
Längsbohrung 22, durch die unter Druck Spülflüssigkeit
o. ä. zugeführt wird, welche das Fräswerkzeug 16 umspült.
Die Bohrung 22 weist einen begrenzten Durchgang am Ende
des Werkzeugs 16 auf, welcher anfänglich an das Rohr 26
angeschlossen ist, das zur Zuführung von Flüssigkeit zu
dem Ankerpacker 12 verwendet wird. Die Signal
vorrichtung 30 beinhaltet einen Signal-Stopfen 32,
welcher vorzugsweise mittels eines Gewindes in einer
seitlichen Öffnung 34 angebracht ist, welche in der
Außenwand des Fräsers 16 gebildet ist. Die Öffnung 34
stellt einen Flüssigkeitsdurchgang zwischen der zentralen
Bohrung 22 und dem Außenbereich des Werkzeuges bereit. Wie
am besten aus den Fig. 7-9 zu ersehen ist, umfaßt der
Stopfen 32 einen Hauptteil 36 und einen Scherkopf 38. Der
Scherkopf 38 wird vom Hauptteil 36 durch eine Schernut 40
abgeteilt, welche sich rings um den Scherkopf 38
erstreckt. Am Hauptteil 36 können Schlüsselnuten 42
vorgesehen werden, um das Einführen des Stopfens 32 in die
Öffnung 34 sowie das anschließende Entfernen des
Scherstopfens 32 mittels eines geeigneten
Schlüsselelementes (nicht abgebildet) zu erleichtern.
Der Signal-Stopfen 32 weist eine Sackbohrung 44 auf,
die nach dem inneren Ende des Stopfens 32 hin offen ist.
Sobald er in die Öffnung 34 eingeführt ist, steht die
Sackbohrung 44 mit dem zentralen Flüssigkeitsdurchgang 22
des Werkzeugs 16 in Verbindung. Die Sackbohrung 44
erstreckt sich bis zu einem Punkt in dem Stopfen 32, der
außerhalb der Außenwand des Werkzeugs 16 liegt.
Vorzugsweise erstreckt sich die Sackbohrung über die
Schernut 40 in den Scherkopf 38 des Stopfens 32 hinaus.
Auf diese Weise wird die Sackbohrung 44 beim Entfernen des
Scherkopfes 38 geöffnet, wie im folgenden beschrieben
wird.
Wie aus den Fig. 4-6 hervorgeht, umfaßt die
erfindungsgemäße Signalvorrichtung 30 des weiteren
einen Scherblock 46, der an der Ablenkkeilfläche 24
befestigt ist. Der Scherblock 46 ist in einer Position an
der Ablenkkeilfläche 24 befestigt, an der der Signal-
Stopfen 32 genau dann an den Scherblock 46 anschlägt, wenn
der Fräser 16 durch die Bohrlochauskleidung 18 fräst. Die
richtige Position kann leicht bestimmt werden, da die
Dicke der Bohrlochauskleidung 18, die Größe des Fräsers 16
und die Neigung der Ablenkkeilfläche 24 sämtlich bekannt
sind. Außerdem wird der Signal-Stopfen 32 vorzugsweise
bohrlochabwärts der Fräserschneiden angeordnet, so daß der
Stopfen 32 an den Scherblock 46 anschlägt, bevor der
Fräser den Block 46 berührt.
Durch den Einsatz einer Signalvorrichtung 30 bei einer
Ablenkvorrichtung 14 oder bei jeder beliebigen Mehrstufen-
Werkzeugoperation, kann die relative Position eines ersten
Werkzeugs, in diesem Falle des Fräsers 16, in Bezug zu
einem zweiten Werkzeug, dem Ablenkkeil 14, einfach
bestimmt werden, indem der Flüssigkeitsdruck im Bohrstrang
20 überwacht wird. Bohrflüssigkeit wird unter einem
bekannten Druck durch die Innenbohrung 22 zugeführt, um
verschiedene Werkzeuge bohrlochabwärts zu betreiben.
Obwohl das Ende des Fräsers 16 offen ist, um den Austritt
von Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung zu ermöglichen,
erlaubt der begrenzte Durchmesser die Aufrechterhaltung
eines bestimmten Druckes in der Bohrung 22. Sobald das
Fräswerkzeug 16 vom Ablenkkeil 14 gelöst ist, wird der
Bohrstrang 20 abgesenkt, um den Fräser 16 entlang der
Ablenkkeilfläche 24 bohrlochabwärts in die
Bohrlochauskleidung 18 zu bewegen. Wenn sich der Fräser 16
entlang der Ablenkkeilfläche 24 bewegt, schlägt der
Signal-Stopfen 32 schließlich an den Scherblock 46 an.
Beim Weiterlaufen des Werkzeugs bohrlochabwärts bewirkt
die nach unten gerichtete Kraft, daß der Stopfen 32 gegen
den Scherblock 46 drückt, bis der Scherkopf 38 des
Stopfens 32 vom Hauptteil 36 abgeschert ist. Wenn eine
Schernut 40 vorhanden ist, so schert der Kopf 38 an der
Nut 40 ab.
In dem Moment, in dem der Kopf 38 abschert, wird die
Sackbohrung 44 geöffnet und schafft so einen
Flüssigkeitsdurchlaß von der Innenbohrung 22 zum
Außenbereich des Werkzeugs. Da die Flüssigkeit in der
Bohrung 22 druckbeaufschlagt ist, bewirkt die Schaffung
eines Durchlasses einen meßbaren Druckabfall in der
Bohrung 22, welcher an der Oberfläche festzustellen ist.
Wenn der Bedienungsmann einen Druckabfall mißt, so ist
dies das Zeichen, den Fräsvorgang einzustellen und das Werkzeug
nach oben zu ziehen.
Die Signalvorrichtung 30 kann für aufeinanderfolgende
Arbeitsvorgänge ausgewechselt und wiederverwendet werden. Der
abgescherte Stopfen 32 kann entfernt werden, indem die Nuten 42 am
Hauptteil 36 erfaßt werden und der Hauptteil in Drehung versetzt
wird, um den Rest des Stopfens 32 auszuschrauben. Für weitere
Arbeitsgänge kann ein neuer Stopfen 32 in die Öffnung 34
eingesetzt werden.
Claims (14)
1. Signalvorrichtung zum Einsatz in einem Bohrloch zur
Bestimmung der relativen Position eines ersten im Bohrloch
befindlichen Werkzeugs (16) in bezug auf ein zweites im
Bohrloch befindlichen Werkzeug (14), wobei das erste im
Bohrloch befindliche Werkzeug (16) einen Flüssigkeits-
Längsdurchlaß (22) enthält, gekennzeichnet durch,
einen Signal-Stopfen (32), welcher in einer Queröffnung
(34) angeordnet ist, die in der Außenwand des ersten im
Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) gebildet wird, wobei die
Öffnung (34) eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem
Flüssigkeitsdurchlaß (22) und dem Inneren der Bohrloch
auskleidung (18) vorsieht und der Stopfen (32) eine
Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Durchlaß (22) und dem
Inneren der Bohrlochauskleidung (18) verhindert, sowie
Mittel zur selektiven Öffnung der Queröffnung (34), um eine
Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlaß (22)
und dem Inneren der Bohrlochauskleidung (18) zu ermöglichen,
wodurch ein an der Oberfläche meßbarer Flüssigkeits-Druck
abfall im Flüssigkeitsdurchlaß (22) erzeugt wird, wobei die
Öffnung (34) geöffnet wird, sobald das erste im Bohrloch
befindliche Werkzeug (16) eine in bezug auf das zweite im
Bohrloch befindliche Werkzeug (14) vorbestimmte Position
erreicht hat.
2. Signalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Signal-Stopfen (32) eine zum Flüssigkeitsdurchlaß (22)
hin offene Sackbohrung (44) umfaßt, welche sich über die
Außenwand des ersten im Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16)
hinaus erstreckt.
3. Signalvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) auswechselbar in der
Queröffnung (34) angebracht ist.
4. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) einen Scherkopf
(38) umfaßt, welcher sich über die Außenwand des ersten im
Bohrloch befindlichen Werkzeugs (16) hinaus erstreckt, und daß
sich die Teilbohrung (44) in den Scherkopf (38) erstreckt.
5. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel zum selektiven Öffnen der Quer
öffnung (34) einen Scherblock (46) umfaßt, welcher am zweiten
im Bohrloch befindlichen Werkzeug (14) in einer vorbestimmten
Position angebracht ist und an den Signal-Stopfen (32)
anschlägt, um die Queröffnung (34) zu öffnen.
6. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Scherblock (46) den Kopf (38) des
Signal-Stopfens (32) abschert, um die Teilbohrung (44) zur
Ermöglichung der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssig
keitsdurchlaß (22) und dem Inneren der Bohrlochauskleidung
(18) zu öffnen und den Flüssigkeits-Druckabfall zu bewirken,
und daß der Kopf (38) abgeschert wird, wenn das erste im Bohr
loch befindliche Werkzeug (16) die vorbestimmte Position
erreicht.
7. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) eine Schernut (40)
in der Nähe des Scherkopfes (38) aufweist.
8. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste im Bohrloch befindliche Werkzeug
ein Fräswerkzeug (16) ist.
9. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite im Bohrloch befindliche Werk
zeug ein Ablenkkeil (14) ist, der eine Ablenkfläche (24)
aufweist, und daß der Scherblock (46) an der Ablenkkeilfläche
(24) angebracht ist.
10. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) in die
Queröffnung (34) eingeschraubt ist und Schlüsselöffnungen (42)
aufweist, um sein Entfernen und Einführen zu erleichtern.
11. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Signal-Stopfen (32) am Fräs
werkzeug (16) bohrlochabwärts von der Fräserfläche angeordnet
ist.
12. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Scherblock (46) derart an der
Ablenkfläche (24) angebracht ist, daß der Signalstopfen (32)
an den Scherblock (46) anschlägt, bevor die Fräseroberfläche
den Scherblock (46) angreift.
13. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkeil (14) einen Anker
packer (12) besitzt, welcher einteilig mit ihm ausgebildet
ist, um den Ablenkkeil (14) im Bohrloch festzusetzen.
14. Signalvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fräswerkzeug (16) lösbar an
das obere Ende des Ablenkkeils (14) angeschlossen ist, wodurch
das Fräswerkzeug (16) und der Ablenkkeil (14) während eines
einzigen Laufs in das Bohrloch gesenkt werden können.
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