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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Setzen eines Liners in einem Bohrloch-Futtenohr.
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Während
des Aufbaus von Erdöl-
und Erdgasbohrungen wird ein Bohrloch im Boden gebohrt. Nachdem
eine bestimmte Tiefe erreicht wird, wird das Bohren angehalten und
ein Bohrloch-Futtenohr das Bohrloch hinunter abgesenkt und an seinen
Platz zementiert. Danach wird das Bohren wieder aufgenommen, bis
das Bohrloch die nächste
vorher festgelegte Tiefe erreicht. In diesem Stadium wird das Bohren
angehalten und ein Liner das Bohrloch-Futtenohr hinunter abgesenkt.
Der Liner wird durch eine als Linergehänge bekannte Vorrichtung vom
Bohrloch-Futtenohr hängengelassen,
die zwischen dem Liner und dem Bohrloch-Futtenohr wirkt.
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Das Linergehänge kann mechanisch oder hydraulisch
gesetzt werden. US-A-3 291 220 zeigt eine Vorrichtung zum Setzen
eines Liners in einem Bohrloch-Futtenohr, wobei die Vorrichtung
ein Linergehänge
und ein Einfahrwerkzeug umfaßt.
Das Einfahrwerkzeug wird mit einem Ventilsitz versehen, dessen Blockierung
bei der Anwendung ermöglichen wird,
daß ein
Fluiddruck entwickelt wird, um das Linergehänge im Bohrloch-Futtenohr zu
setzen. Sobald das Linergehänge
gesetzt worden ist, wird das Einfahrwerkzeug gegen den Uhrzeigersinn
gedreht, um das Einfahrwerkzeug vom Linergehänge abzuschrauben. Danach wird
das Einfahrwerkzeug zurückgeholt.
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Normalerweise wird der Liner sowohl
mit einem Linergehänge
als auch einer polierten Bohrlochfassung ausgestattet, die vom Linergehänge nach oben
verläuft
und mit einer Abfallhaube zusammengefügt wird, die zwischen der polierten
Bohrlochfassung und dem Einfahrwerkzeug wirkt, um Bohrklein, zum
Beispiel Zement, daran zu hindern, mit den vielen Teilen des Einfahrwerkzeugs
in Kontakt zu kommen, dessen Betrieb durch das Eindringen von Bohrklein
gehemmt oder verhindert werden könnte.
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Früher ist, nach dem der Liner
gesetzt und in Position zementiert worden ist, der letzte Schritt
gewesen, das Einfahrwerkzeug in einem Maß zu heben derart, daß die Abfallhaube
oben von der polierten Bohrlochfassung entfernt wird. In diesem
Stadium bewegen sich gefederte Ansätze von einem Teil des Einfahrwerkzeugs
nach außen,
so daß die
Ansätze an
der polierten Bohrlochfassung aufliegen, wenn das Einfahrwerkzeug
anschließend
gesenkt wird, was den Einfachschieber zwischen dem Liner und dem
Bohrloch-Futtenohr betätigt.
Während
dieser Zeit kann Bohrklein frei in das Werkzeug und die polierte
Bohrlochfassung eintreten, was unerwünscht ist sowohl, weil das
Einfahrwerkzeug ausgedehnt dem Bohrklein ausgesetzt wird, als auch
wegen der Tatsache, daß sich
Bohrklein in den Einzelteilen des Linergehänges und der polierten Bohrlochfassung sammeln
kann, was den Wiedereintritt des Einfahrwerkzeugs beeinträchtigt,
sollte dies erforderlich sein.
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Dieses Problem ist in WO-A-9404790
gelöst worden,
das dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht. Jedoch versucht die
Anmeldung, eine alternative Lösung
bereitzustellen. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Vorrichtung zum Setzen eines Liners in einem Bohrloch-Futtenohr
bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt: einen
Liner, ein Linergehänge,
eine polierte Bohrlochfassung, einen Einfachschieber, der durch das
Ausüben
von Abwärtsdruck
auf die polierte Bohrlochfassung betätigt werden kann, ein Einfahrwerkzeug
und eine Abfallhaube, die zwischen der polierten Bohrlochfassung
und dem Einfahrwerkzeug verläuft
und das Eindringen von Bohrklein in die polierte Bohrlochfassung
hemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallhaube und das Einfahrwerkzeug
mit Mitteln versehen sind, die, wenn das Einfahrwerkzeug ausreichend
gehoben wird, ohne die Abfallhaube von der polierten Bohrlochfassung
zu entfernen, so zusammenwirken, daß eine auf das Einfahrwerkzeug
ausgeübte
abwärts
gerichtete Kraft auf die polierte Bohrlochfassung ausgeübt wird,
um den Einfachschieber zu setzen, falls das Einfahrwerkzeug anschließend gesenkt
wird.
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Vorzugsweise umfaßt das Mittel eine Lippe, die
von dem Einfahrwerkzeug in Radialrichtung nach außen vorsteht,
und einen Haken, der von der Abfallhaube in Radialrichtung nach
innen vorgespannt wird.
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Vorteilhafterweise schließt die Vorrichtung einen
Ring ein, der angeordnet wird, um eine in Radialrichtung nach innen
gerichtete Bewegung des Hakens einzuschränken, der aber durch die Lippe verschoben
werden kann, um eine solche Bewegung zu ermöglichen.
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Vorzugsweise umfaßt die Abfallhaube eine Einheit,
die von derselben nach außen
vorsteht und mit der polierten Bohrlochfassung ineinandergreift, um
eine Trennung von derselben zu hemmen, und bei der die Einheit durch
einen Ring in der ausgefahrenen Position gehalten wird, der verschoben
werden kann, um zu ermöglichen,
daß sich
die Einheit aus dem Eingriff mit der polierten Bohrlochfassung bewegt.
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Für
ein besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel Bezug genommen
auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1A, 1B und 1C zusammen eine Seitenansicht, teilweise
im Querschnitt, einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
bei der Anwendung zeigen, und
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2 ein
Schnitt längs
der Linie II–II
von 1 ist, wobei der Klarheit wegen
Teile weggelassen werden.
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Mit Bezug auf 1A, 1B und 1C der Zeichnungen wird ein
Liner 1 gezeigt, der durch ein Einfahrwerkzeug 100,
das am Unterteil eines Bohrgestänges
(nicht gezeigt) angebracht wird, innerhalb eines Bohrloch-Futterrohrs 2 hängengelassen
wird.
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Der Oberteil des Liners 1 wird
an einem Linergehänge
angebracht, das allgemein durch die Referenz LH identifiziert wird.
Eine polierte Bohrlochfassung 22 verläuft vom Oberteil des Linergehänges LH nach
oben.
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Das Einfahrwerkzeug 100 umfaßt ein oberes röhrenförmiges Element 3 und
ein unteres röhrenförmiges Element 17,
die durch eine Linerstützeinheit LSU
verbunden werden, die mit einer Vielzahl von Zahneinheiten 16 versehen
wird, die in Radialrichtung nach außen in Nuten im Linergehänge LH vorstehen
und das Linergehänge
LH lösbar
mit dem Einfahrwerkzeug 100 verbinden.
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Die Zahneinheiten 16 werden
durch Mitnehmer 15 in Position gehalten, die ihrerseits
durch Mitnehmeranker 13 und 14 in Position gehalten
werden, die wiederum durch einen Ventilsitz 5 in Position
gehalten werden, der durch einen Abscherbolzen 12 in der
Linerstützeinheit
LSU gehalten wird. Die Linerstützeinheit
LSU umfaßt
einen Körper 26 mit
einer auf demselben befestigten Stütze 25. Ein Ring 29, der
sich an die Zahneinheiten 16 anpaßt, ist eine Steckmuffe auf
dem Körper 26.
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Beim Betrieb wird der Liner 1 auf
dem Einfahrwerkzeug 100 abgesenkt. Das Gewicht des Liners 1 wird
durch das Linergehänge
LH getragen, das auf den Zahneinheiten 16 aufliegt, die
durch die am Körper 26 befestigte
Stütze 25 getragen
werden. Während
dieses Vorgangs ist es nicht ungewöhnlich, daß der Liner 1 durch
ein Hindernis blockiert wird. Ein verbreitetes Verfahren, solche
Hindernisse zu entferen, ist es, ein Fluid, typischerweise Spülschlamm, den
Liner 1 hinunter zu pumpen, bis das Hindernis entfernt
ist, wonach der Liner 1 weiter abgesenkt werden kann.
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Wenn der Liner 1 die erforderliche
Position erreicht, wird eine Kugel 4 in das Bohrgestänge freigesetzt.
Die Kugel 4 läuft
durch das Bohrgestänge und
das obere röhrenförmige Element 3 des
Einfahrwerkzeugs 100 und kommt auf dem Ventilsitz 5 zur Ruhe.
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Danach wird Fluid das Bohrgestänge hinunter
gepumpt. Da der Fluiddurchgang durch die Kugel 4 blockiert wird,
wird der Druck durch Löcher 7 und 8 übertragen
und wirkt auf einen Ring 9, der durch einen Abscherbolzen 6 zurückgehalten
wird.
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Wenn der Druck des Fluids etwa 103
Bar (1500 Pfund/Quadratzoll) erreicht, versagt der Abscherbolzen 6,
was ermöglicht,
daß sich
der Ring 9 nach oben bewegt. Der Ring 9 wird mit
einer Vielzahl von gesonderten und unterschiedenen Rohrklemmkeilen 10 versehen,
die durch die verjüngte
Fläche auf
einem Ring 11 nach außen
gedrückt
werden, wenn sich der Ring 9 nach oben bewegt, bis sie
mit dem Bohrloch-Futtenohr 2 ineinandergreifen.
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Sobald sich die Rohrklemmkeile 10 zu
ihrer äußersten
Position bewegt haben, wird der Fluiddruck wieder erhöht, bis
bei etwa 172 Bar (2500 Pfund/Quadratzoll) der Abscherbolzen 12 versagt. Die
Kugel 4 und der Ventilsitz 5 wandern das untere röhrenförmige Element 17 hinunter,
bis sie auf der Sohle desselben (nicht gezeigt) unterhalb einer Öffnung 18 ankommen.
Wenn sich der Ventilsitz 5 nach unten bewegt, werden weder
die Mitnehmeranker 13 und 14 noch die Mitnehmer 15 oder
die Zahneinheiten 16 länger
zurückgehalten.
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Dementsprechend sollten sich, wenn
auf das Einfahrwerkzeug 100 eine nach oben gerichtete Kraft ausgeübt wird,
die Zahneinheiten 16 (wenn sie das nicht bereits getan
haben) in Radialrichtung nach innen bewegen, um zu ermöglichen,
daß das
Einfahrwerkzeug 100 gehoben wird.
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Es wird zu bemerken sein, daß die Freigabe des
Ventilsitzes 5 ein Trennen des Einfahrwerkzeugs 100 vom
Liner 1 ermöglicht.
Darüber
hinaus wird nun ein Fluidfluß durch
das Einfahrwerkzeug 100 wieder ermöglicht, wobei das Fluid das
Einfahrwerkzeug 100 durch Auslässe verläßt, die den längs der
Länge des
unteren röhrenförmigen Elements 17 angeordneten
Auslaß 18 einschließen.
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Sollte sich der Liner 1 nicht
auf die beschriebene Weise vom Einfahrwerkzeug 100 trennen,
zum Beispiel dadurch, daß der
Abscherbolzen 12 nicht bricht oder der Ventilsitz 5 klemmt,
schließt
das Einfahrwerkzeug 100 einen sekundären Freigabemechanismus ein,
der allgemein durch die Referenz SRM identifiziert wird.
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Der sekundäre Freigabemechanismus SRM umfaßt drei
Ansätze 24,
die in Radialrichtung von einem am oberen röhrenförmigen Element 3 des
Einfahrwerkzeugs 100 befestigten Vorsprung vorstehen. In
ihrer normalen Position liegen die Ansätze 24 über dem
Oberteil des Linergehänges
LH und verhindern demzufolge, daß das Einfahrwerkzeug 100 im
Verhältnis
zum Linergehänge
LH über
die gezeigte Position hinaus abgesenkt wird. (In diesem Zusammenhang
ist der Ansatz 24 leicht gegen den Uhrzeigersinn aus seiner
normalen Position verschoben illustriert worden, um das Verständnis seines
Funktionierens zu erleichtern.)
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Wenn jedoch der Werkzeugstrang gegen den
Uhrzeigersinn gedreht wird, kommen die Ansätze 24 in Ausrichtung
mit in Längsrichtung
verlaufenden Schlitzen 28 im Linergehänge LH. Wenn dies geschieht,
kann das Einfahrwerkzeug 100 ausreichend gesenkt werden,
um den Körper 26 der
Linerstützeinheit
LSU (zusammen mit der Stütze 25,
dem Ring 29, den Mitnehmern 15, den Mitnehmerankern 13, 14, dem
Ventilsitz 5, der Kugel 4 und dem Abscherbolzen 12)
ausreichend nach unten zu verschieben, um die Zahneinheiten 16 in
Ausrichtung mit einer Aussparung 30 im Körper 26 der
Linerstützeinheit
LSU zu bringen und folglich zu ermöglichen, daß sich die Zähne 16 in
die Aussparung 30 bewegen und den Liner 1 vom
Einfahrwerkzeug 100 lösen.
Es sollte vielleicht hervorgehoben werden, daß die Stütze 25 fest mit dem
Körper 26 der
Linerstützeinheit
LSU verbunden ist, während
der Ring 29 nur satt über
den Körper 26 paßt, aber
mit der Anwendung nur einer leichten Kraft von demselben entfernt
werden kann.
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Es wird sich verstehen, daß große Sorgfalt aufgewandt
werden muß,
um zu sichern, daß der
sekundäre
Freigabemechanismus SRM nicht unbeabsichtigt arbeitet, und dementsprechend
schließt
der sekundäre
Freigabemechanismus SRM einen Dämpfer
ein, so daß die
Ansätze 24 nur
in Ausrichtung mit den Schlitzen 28 kommen können, falls
eine ausreichende Kraft gegen den Uhrzeigersinn, zum Beispiel 3500 Fuß-Pfund
(4746 Nm) an Linksdrehmoment, für
eine ausreichende Zeit, zum Beispiel 30 Sekunden, auf das
Bohrgestänge
ausgeübt
wird. Um dies zu erreichen, schließt der sekundäre Freigabemechanismus
SRM eine Dämpfereinheit
ein, die in 2 besser
gezeigt wird. Im einzelnen umfaßt
die Dämpfereinheit
einen Rotor, der einen Teil des oberen röhrenförmigen Elements 3 des
Einfahrwerkzeugs 100 bildet, und einen Stator 31,
der mit drei Ansätzen 27 versehen
wird, die in die Schlitze 28 vorstehen.
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Der Rotor wird mit drei in Radialrichtung nach
außen
verlaufenden Flügeln 33 versehen,
während
der Stator 31 mit drei in Radialrichtung nach innen verlaufenden
Flügeln 34 versehen
wird. Die Räume
zwischen den Flügeln
werden mit Schmierfett 36 gefüllt. Bei der Anwendung versucht
der Rotor, sich gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen, wenn auf das Einfahrwerkzeug 100 eine
Kraft gegen den Uhrzeigersinn ausgeübt wird. Jedoch wird diese
Bewegung durch das Schmierfett ein Widerstand entgegengesetzt, das
langsam an dem winzigen Freiraum zwischen den radialen Enden der
Flügel 33 und
der Innenseite des Stators 31 vorbei durchsickert. Dies
verzögert
das In-Ausrichtung-Kommen der Ansätze 24 mit den Schlitzen 28,
wenn nicht für
eine ausreichende Zeit eine ausreichende Kraft gegen den Uhrzeigersinn
ausgeübt
wird. Wenn, wie beim normalen Betrieb, eine Kraft im Uhrzeigersinn
ausgeübt
wird, bewegt sich der Stator 31 zu der in 2 gezeigten Position, bei der die Flügel 33 an
die Flügel 34 anstoßen. In
dieser Position wird eine Drehung des Bohrgestänges im Uhrzeigersinn über die
Ansätze 27 und die
Schlitze 28 auf das Linergehänge LH übertragen.
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Eine solche Drehung kann außerordentlich hilfreich
sein, zum Erleichtern des Einfahrens des Liners 1 und während des
anschließenden
Zementierungsvorgangs. In diesem Zusammenhang wird zu bemerken sein,
daß das
Linergehänge
LH mit einem Lager oberhalb des Rings 11 versehen wird,
um eine Drehung des Liners 1 zu erleichtern, nachdem das
Linergehänge
LH gesetzt worden ist.
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In der Vergangenheit wäre die Praxis
in diesem Stadium gewesen, das Einfahrwerkzeug 100 vollständig herauszuziehen
und danach den Liner 1 in Position zu zementieren. Jetzt
ist es jedoch die Praxis, das Einfahrwerkzeug 100 um eine
kleine Strecke zu heben, um zu bestätigen, daß der Liner 1 vom
Einfahrwerkzeug 100 getrennt worden ist, und danach mit
dem Zementieren durch das Bohrgestänge und das Einfahrwerkzeug 100 fortzufahren.
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Angesichts dessen wird der Oberteil
der polierten Bohrlochfassung 22 mit einer Abfallhaube 20 versehen,
die verhindern soll, daß Material
in die polierte Bohrlochfassung 22 eindringt, insbesondere während des
Zementierungsvorgangs.
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Die Abfallhaube 20 umfaßt eine
Dichtung 19, die verschiebbar mit der Außenwand
des oberen röhrenförmigen Elements 3 ineinandergreift,
und eine Dichtung 21, die mit der Innenwand der polierten Bohrlochfassung 22 ineinandergreift.
Die Abfallhaube 20 wird durch Zahneinheiten 44 in
der polierten Bohrlochfassung 22 gehalten, die in Nuten
in der polierten Bohrlochfassung 22 vorstehen. Die Abfallhaube 20 wird
außerdem
durch einen federbelasteten Stift 45 am Drehen gehindert,
der in der Abfallhaube 20 angebracht wird, und der wie
gezeigt in eine Aussparung im Oberteil der polierten Bohrlochfassung 22 vorsteht.
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Die Zahneinheiten 44 werden
durch einen Ring 46 in der gezeigten radial ausgestreckten
Position gehalten, der durch einen Abscherbolzen 43 an seinem
Platz gehalten wird.
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Der Unterteil der Abfallhaube 20 wird
mit einem nach innen verlaufenden Flansch 35 versehen, der
eine Vielzahl von Haken 47 trägt, die durch ein elastisches
Polster 48 in Radialrichtung nach innen vorgespannt werden,
aber durch einen Ring 49 zurückgehalten werden, der durch
einen Abscherbolzen 50 an der Abfallhaube 20 befestigt
wird. Die oberen Enden der Haken 47 ruhen wie gezeigt auf
einem Laufring 38.
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Beim Betrieb wird das Einfahrwerkzeug 100, nachdem
das Linergehänge
LH gesetzt und das Einfahrwerkzeug 100 abgetrennt worden
ist, eine kurze Strecke gehoben, um zu bestätigen, daß die Trennung stattgefunden
hat. Danach wird das Einfahrwerkzeug 100 gesenkt, um die
Ansätze 27 wieder
in den Schlitzen 28 unterzubringen.
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Danach geht das Zementieren weiter.
Dies schließt
das Hinabpumpen von Zement im Bohrgestänge ein, durch das Einfahrwerkzeug 100 und
den Liner 1 hinab. Der Zement wird unter Druck zugeführt und
wird folglich durch den ringförmigen
Raum zwischen dem Liner 1 und dem Bohrloch nach oben gepreßt, bis
er den Unterteil des Bohrloch-Futterrohrs 2 erreicht, wo
er durch den Ringspalt zwischen dem Liner 1 und dem Bohrloch-Futterrohr 2 nach
oben hindurchgeht. Während
dieser Zeit wird der Liner 1 gedreht, um die Verteilung
und Verdichtung des Zements zu verbessern. Schließlich steigt
der Zement zwischen dem Liner 1 und dem Bohrloch-Futterrohr 2 hoch,
und eine dünne
Zementschicht bedeckt den Oberteil der Abfallhaube 20.
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Zu diesem Zeitpunkt wird das Einfahrwerkzeug 100 gehoben,
bis die Lippe 32 in den Unterteil der Abfallhaube 20 eintritt.
Die Lippe 32 verschiebt die Haken 47 in Radialrichtung
nach außen
und liegt danach nach oben am Ring 49 an, bis der Abscherbolzen 50 versagt.
Wenn der Ring 49 innerhalb der Abfallhaube 20 weiter
nach oben geschoben wird, bewegen sich die Haken 47 in
Radialrichtung nach innen, so daß die Lippe 32 auf
dem Haken 47 getragen wird, wenn das Einfahrwerkzeug 100 gesenkt wird.
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Eine nach unten gerichtete Kraft
(typischerweise 6800 kg (15 000 Pfund)) wird auf das Einfahrwerkzeug 100 ausgeübt. Diese
Kraft wird über
die Lippe 32 auf die Abfallhaube 20 ausgeübt und wird auf
die polierte Bohrlochfassung 22 übertragen.
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Es wird zu bemerken sein, daß sich der
Stator 31 des sekundären
Freigabemechanismus SRM ebenfalls nach oben bewegte, als das Einfahrwerkzeug 100 angehoben
wurde, und die Zahneinheiten 51, welche die polierte Bohrlochfassung 22 mit
dem Linergehänge
LH verbinden, ungelagert ließ.
Falls die Zahneinheiten 51 es nicht bereits getan haben, verschiebt
die Anwendung einer nach unten gerichteten Kraft auf die polierte
Bohrlochfassung 22 die Zahneinheiten 51 nach innen
und schert ebenfalls den Abscherbolzen 37 ab. Wenn sich
die polierte Bohrlochfassung 22 nach unten bewegt, wird
der Einfachschieber 40 durch das Kernelement 39 nach
unten gepreßt
und nach außen
gegen das Bohrloch-Futtenohr 2 verformt.
Weiterer nach unten gerichteter Druck (typischerweise 18 200 kg
(40 000 Pfund)) zerbricht den Abscherbolzen 41 und bewirkt, daß sich der
Rohrklemmkeil 42 über
das Konuselement 39 nach außen bewegt und den Einfachschieber 40 in
Position arretiert.
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Nun wird das Einfahrwerkzeug 100 gehoben, so
daß die
Lippe 32 am Ring 49 anliegt, der wiederum am Ring 46 anliegt,
bis der Abscherbolzen 43 versagt, wonach die Zahneinheit 44 in
die Aussparung im Ring 49 eintreten kann und das gesamte
Einfahrwerkzeug 100 zusammen mit dem Ventilsitz 5,
der Kugel 4, den Zahneinheiten 16 und allem anderen Bohrklein,
das sich auf der Sohle des unteren röhrenförmigen Elements 17 unterhalb
der Öffnung 18 gesammelt
haben wird, an die Oberfläche
gehoben werden.
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Falls es nicht möglich ist, den Abscherbolzen 43 durch
ein gerades Ziehen zu zerbrechen, kann dies durch eine Kombination
von Drehen des Bohrgestänges
und Ziehen erreicht werden. Der federbelastete Stift 45 erleichtert
diesen Vorgang dadurch, daß er
verhindert, daß sich
die Abfallhaube 20 zusammen mit dem oberen röhrenförmigen Element 3 dreht.
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Am Abschluß des Vorgangs sollten nur
das Bohrloch-Futtenohr 2, der Liner 1, das Linergehänge LH,
seine Bestandteile und die polierte Bohrlochfassung 22 im
Bohrloch verbleiben.
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Als Hintergrund sollte bemerkt werden,
daß der
Einfachschieber 40 gesetzt wird, um die Fluiddichtheit
zwischen dem Liner 1 und dem Bohrloch-Futtenohr 2 zu
sichern, selbst wenn zwischen diesen Bestandteilen Zement vorhanden
ist. Es sollte ebenfalls bemerkt werden, daß nicht alle Liner an ihrem
Platz zementiert werden, in welchem Fall der Einfachschieber 40 unmittelbar,
nachdem das Linergehänge
LH gesetzt und das Einfahrwerkzeug 100 vom Linergehänge LH getrennt
worden ist, gesetzt wird.