EP0397874B1 - Device for closing off a complication zone in a well - Google Patents

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EP0397874B1
EP0397874B1 EP89902698A EP89902698A EP0397874B1 EP 0397874 B1 EP0397874 B1 EP 0397874B1 EP 89902698 A EP89902698 A EP 89902698A EP 89902698 A EP89902698 A EP 89902698A EP 0397874 B1 EP0397874 B1 EP 0397874B1
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Rashit Akhmedullovich Uteshev
Rustam Khamitovich Ibatullin
Izil Galimzyanovich Jusupov
Anatoly Vasilievich Perov
Albert Gabidullovich Zainullin
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Almaz Adgamovich Mukhametshin
Vitaly Petrovich Filippov
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Tatyana Alexandrovna Mikhailova
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Abstract

A device for closing off a complication zone in a well comprises a column of profiled pipes (1) with cylindrical sections (2) at its ends and a mechanism intended for mounting the column of the profiled pipes (1) in the well and mounted with the possibility of reciprocating movements inside the column of the profiled pipes (1). Said mechanism comprises a widener (14) of the cylindrical sections (2) of the profiled pipes (1), intended to be mounted inside the upper cylindrical section (2) of the column of the profiled pipes (1) and a roller-expanding mechanism (201) which is mounted above the column of the profiled pipes (1), comprises a casing (24) with roller-expanding elements (24) and is rigidly connected to the widener (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schließen einer Schwierigkeitszone in einem Bohrloch gegenüber kritischen Gebirgsschichten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gettung.The invention relates to a device for closing a difficulty zone in a borehole against critical mountain strata of the area specified in the preamble of claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zum Auskleiden und Absperren von Bohrlochabschnitten eingesetzt, in denen bohrtechnische Komplikationen infolge von Spülungs- und/oder Zementschlamm-Verlusten, Flüssigkeits-, Gas- oder Feststoffeinbrüchen od. dgl. auftreten können.The device according to the invention is used for lining and blocking off borehole sections in which drilling-related complications due to flushing and / or cement sludge losses, liquid, gas or solid dips or the like can occur.

Beim Niederbringen von Tiefbohrungen zur Erdöt- und Gasförderung werden häufig Schichten angebohrt, in denen für den Bohrbetrieb inakzepteble Zustände, wie extrem hoher oder niedriger Druck, größe Porosität der anstehenden Gebirgsschichten usw., vorliegen. Vor dem Durchfahren einer solchen kritischen Schicht muß der niedergebrachte Bohrlochabscbnitt durch eine Futterrohrtour mit nachfolgender Zementation ausgekleidet und gegen das anstehende Gebirge abgedichtet werden. In der herkömmlichen Bohrtechnik wird nach einer solchen Abdichtung mit Meißeln von verringertem Durchmesser weitergebohrt. Je größer die Anzahl solcher kritischer Gebirgsschichten ist, umso größer wird auch die Anzahl an Futterrohrtouren bei kleinerwerdendem Rohrdurchmesser. Um einen erforderlichen Durchmesser der Produktionsrohrtour zu gewährleisten, wird das Bohrloch am Anfang bewußt mit einem größeren Durchmesser hergestellt, was den Arbeits- und Energieaufwand, den Bedarf an Futterrohren und Zement sowie die Bohrzeiten erhöht und den Bohrfortschritt verringert.When drilling deep wells for oil and gas extraction, layers are often drilled in which unacceptable conditions, such as extremely high or low pressure, large porosity of the rock layers, etc., exist for the drilling operation. Before passing through such a critical layer, the borehole section cut must be lined with a casing tour with subsequent cementation and sealed against the surrounding mountains. In conventional drilling technology, drilling continues after such a seal with chisels of reduced diameter. The greater the number of such critical mountain strata is, the greater the number of casing tours with a decreasing pipe diameter. In order to ensure a required diameter of the production pipe tour, the borehole is deliberately made with a larger diameter at the beginning, which increases the work and energy expenditure, the need for casing pipes and cement, as well as the drilling times and reduces the drilling progress.

In der Druckschrift M.S. Vinarsky "Die modernen Verfahren zur Bekämpfung von Bohrlochkomplikationen beim Niederbringen von Erdölbohrungen in Tatarien", 1959; Der tatarische Verlag (Kasan), S. 78 - 80 ist bereits eine Vorrichtung zum Auskleiden und Absperren von bohrtechnisch kritischen Bohrlochabschnitten beschrieben, die eine Futterrohrtour enthält, deren Unterteil mit einem Bohrschuh und deren Oberschuh mit einem Packer versehen ist. Ein Nachteil auch dieser Vorrichtung besteht darin, daß nach ihrem Einbau der Bohrlochdurchmesser erheblich verengt wird, so daß mit Meißeln von sich stufenweise verringerndem Durchmesser weitergebohrt werden muß. Ferner wird diese Vorrichtung im Bohrloch zementiert, was zu einem hohen Aufwand an Zeit, Zement und Elektroenergie führt.In the publication M.S. Vinarsky "The modern methods for combating borehole complications when drilling oil wells in Tatar", 1959; The Tatar publishing house (Kazan), pp. 78-80, has already described a device for lining and blocking drilling-critical sections of the borehole, which contains a casing tour, the lower part of which is provided with a drilling shoe and the upper part of which is provided with a packer. A disadvantage of this device is that after its installation, the borehole diameter is considerably narrowed, so that bits with a gradually decreasing diameter have to be drilled further. Furthermore, this device is cemented in the borehole, which leads to a high expenditure of time, cement and electrical energy.

Aus der SU-A-907 220 ist ferner eine Vorrichtung zum Auskleiden und Abdichten von Bohrlochabschnitten in kritischen Gebirgszonen bekannt, die eine Profilrohrtour mit mindestens einem längsgerichtete Eindrückungen aufweisenden mittleren Teil und zylindrischen Abschnitten an den Rohrenden aufweist, von denen das untere Rohrende einen Rohrschuh mit einem Ventil und das obere Rohrende eine Einrichtung zum Verbinden der Profilrohrtour mit Gestängen trägt. Mit dieser Vorrichtung kann jedoch wegen einer ungenügenden Abdichtung des Spaltes zwischen der Profilrohrtour und der Bohrlochwandung sowie wegen der Verbindungen der einzelnen Profilrohre untereinander kein zuverlässiges Absperren der kritischen Gebirgsschichten erzielt werden. Ferner kann beim Ein- und Ausbau der Kalibrier- und Aufweiteinrichtung Gestein aus den oberen Bohrlochabschnitten in das Innere der Profilrohrtour nachfallen, was ebenfalls ein zuverlässiges Abdichten der Gebirgsschichten erschwert. Schließlich erfordert diese bekannte Vorrichtung einen hohen Zeitaufwand für ihren Einbau in das Bohrloch, der durch zusätzliche Ein- und Ausbauarbeiten der Einrichtung zur Kalibrierung des Innenraums der Profilrohrtour bedingt ist.From SU-A-907 220 a device for lining and sealing borehole sections in critical mountain zones is also known, which has a profiled tube tour with at least one longitudinal part having indentations and cylindrical sections at the tube ends, of which the lower tube end has a tubular shoe a valve and the upper tube end carries a device for connecting the profile tube tour with rods. With this device, however, due to insufficient sealing of the gap between the profile tube tour and the borehole wall and because of the connections of the individual profile tubes to one another, no reliable blocking of the critical rock layers can be achieved. Furthermore, when installing and removing the calibration and expansion device, rock can fall from the upper borehole sections into the interior of the profile tube tour, which also makes reliable sealing of the rock layers difficult. Finally, this known device requires a lot of time for its installation in the borehole, which is due to additional installation and removal work of the device for calibrating the interior of the profile tube tour.

Weiterhin ist aus der SU-A-976 020 eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abdichten von bohrtechnisch kritischen Bohrlochabschnitten bekannt, die eine Profilrohrtour mit längsgerichteten Eindrückungen im mittleren Bereich und endseitigen zylindrischen Abschnitten aufweist. Am unteren Ende dieser Profilrohrtour ist ein Rohrschuh mit einem Sperrventil abgedichtet befestigt, der den Aufbau eines hohen hydraulischen Innendrucks zum Aufweiten der eingedrückten Profilrohrabschnitte ermöglicht. Die Profilrohrtour wird mittels einer Einrichtung in dem jeweiligen kritischen Bohrlochabschnitt positioniert, welche an dem oberen zylindrischen Endabschnitt der Profilrohrtour angreifende Kupplungselemente aufweist. Ferner enthält diese Vorrichtung einen Aufweitmechanismus, der mittels der Positioniereinrichtung innerhalb der Profilrohrtour in Längsrichtung zum Kalibrieren und Glätten der zuvor bereits hydraulisch aufgeweiteten Profilrohre bewegt wird. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt zwei gesonderte Haupt-Baugruppen, die jeweils am oberen und am unteren Endabschnitt der Profilrohrtour angeordnet sind und erst nach dem hydraulischen Aufweiten der Profilrohre innerhalb dieser aufgeweiteten Rohrtour miteinander durch Eingriff von speziell ausgebildeten Kupplungselementen verbunden werden. Dieser Verbindungsvorgang führt häufig zu Komplikationen und durch den anschließenden Kalibriervorgang durch die beiden über die Kupplung miteinander verbundenen Baugruppen wird ein ausreichender Andruck der Profilrohrwandung an die anstehenden Gebirgsschichten nicht gewährleistet.Furthermore, from SU-A-976 020 a generic device for sealing drilling-critical borehole sections is known, which has a profile tube tour with longitudinal indentations in the central region and end cylindrical sections. At the lower end of this profile tube tour, a tubular shoe is sealed with a check valve, which enables the build-up of a high hydraulic internal pressure to expand the indented tube sections. The profile tube tour is positioned in the respective critical borehole section by means of a device which has coupling elements which engage the upper cylindrical end section of the profile tube tour. Furthermore, this device contains an expansion mechanism which is moved in the longitudinal direction by means of the positioning device within the profile tube tour for calibrating and smoothing the profile tubes which have already been hydraulically expanded. This known device comprises two separate main assemblies, each at the upper and at the lower end section the profile tube tour are arranged and are only connected to one another by the engagement of specially designed coupling elements after the hydraulic expansion of the profile tubes within this expanded tube tour. This connection process often leads to complications and the subsequent calibration process by means of the two assemblies connected to one another via the coupling does not guarantee that the profile tube wall is sufficiently pressed against the rock layers.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Abdichten von kritischen Bohrlochabschnitten zu schaffen, welche eine vereinfachte Montage und Aufweitung der Profilrohrtour im Bohrloch im Verlauf ihres Ein- und Ausbauvorganges sowie eine verbesserte hermetische Isolierung der kritischen Bohrlochbereiche ermöglicht.The object of the invention is to provide a device for sealing critical borehole sections, which enables simplified assembly and expansion of the profile tube tour in the borehole during the course of its installation and removal process and improved hermetic insulation of the critical borehole areas.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Montage der Profilrohrtour im Bohrloch auf, die innerhalb dieser Profilrohrtour in Längsrichtung hin und her verschiebbar ist und die einen Nachräumer für die Erweiterung der zylindrischen Abschnitte der Profilrohre besitzt, welcher im Inneren des oberen zylindrischen Abschnittes der Profilrohrtour angeordnet wird. Dieser Nachräumer ist mit einer Auswalzvorrichtung starr verbunden, die oberhalb der Profilrohrtour angeordnet wird und ein Gehäuse mit Auswalzelementen enthält.The device according to the invention has a device for assembling the profiled tube tour in the borehole, which can be moved back and forth within this profiled tube tour in the longitudinal direction and which has a reaming device for the expansion of the cylindrical sections of the profiled tubes, which is arranged in the interior of the upper cylindrical section of the profiled tube tour . This post-clearer is rigidly connected to a rolling device which is arranged above the profile tube tour and contains a housing with rolling elements.

Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung kann die Profilrohrtour während ihres Ein- und Ausbauvorganges positioniert, aufgeweitet und kalibriert werden, wodurch die Arbeiten für das Abdichten der kritischen Bohrlochabschnitte vereinfacht, beschleunigt und auch verbilligt werden. Ferner kann Gestein aus den oberhalb gelegenen Bohrlochbereichen nicht mehr in das Innere der Profilrohre gelangen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kalibrierung der Profilrohrtour unmittelbar nach ihrer hydraulischen Aufweitung ohne zusätzliche Ein- und Ausbauarbeiten für die Auswalzvorrichtung erfolgt. Dabei kann das zu Bruch gehende Gestein nicht in den Spalt zwischen der Bohrlochwandung und der Profilrohrtour eindringen und der Innenraum der Profilrohrtour bleibt vom äußeren Bohrlochraum isoliert. Die Profilrohrwände werden dicht gegen die Bohrlochwandung angedrückt, was das hermetische Absperren der kritischen Gebirgsschichten gewährleistet.With the device designed according to the invention, the profile tube tour can be positioned, expanded and calibrated during its installation and removal process, which simplifies, speeds up and also makes the work for sealing the critical borehole sections easier. Furthermore, rock from the borehole areas located above can no longer get into the interior of the profile tubes. This is achieved in that the profile tube tour is calibrated immediately after its hydraulic expansion without additional installation and removal work for the rolling device. The rock that breaks cannot penetrate into the gap between the borehole wall and the profile tube tour and the interior of the profile tube tour remains isolated from the outer borehole space. The profile tube walls are pressed tightly against the borehole wall, which ensures the hermetic sealing of the critical rock layers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind an den Enden der Profilrohrtour Packer vorgesehen, von denen jeder als zylindrischer Stutzen mit einer äußeren Ringnut zur Aufnahme eines Dichtungsringes und mit einem der Ringnut entsprechenden ringförmigen Innenvorsprung ausgebildet ist. Dadurch wird die Dichtheit der Verbindungsstellen der Profilrohrtour und damit die Zuverlässigkeit der Absperrwirkung der kritischen Bohrlochbereiche verbessert.According to a preferred embodiment of the invention, packers are provided at the ends of the profile tube tour, each of which is designed as a cylindrical socket with an outer annular groove for receiving a sealing ring and with an annular inner projection corresponding to the annular groove. This improves the tightness of the connection points of the profile tube tour and thus the reliability of the shut-off effect of the critical borehole areas.

Zweckmäßig ist der Nachräumer mit einem äußeren Ansatz versehen, der mit dem ringförmigen inneren Vorsprung des obersten Packers in Form einer lösbaren Kupplung zusammenwirkt und das Einführen der Profilrohrtour in das Bohrloch vereinfacht.The post-clearer is expediently provided with an outer shoulder which interacts with the annular inner projection of the uppermost packer in the form of a releasable coupling and simplifies the insertion of the profiled tube tour into the borehole.

Vorzugsweise weist das Gehäuse der Auswalzvorrichtung Auswalzvorrichtung Auflageflächen auf, die zu ihrer geometrischen Längsachse in einem spitzen Winkel verlaufen und einen Pyramidenstumpf bilden, dessen Spitze an dieser Längsachse liegt und dem rückwärtigen Ende der Auswalzvorrichtung abgewandt ist. Durch diese Anordnung werden die Beanspruchungen der an den Auflageflächen gelagerten Walzelemente vermindert, wodurch die Leistung der Auswalzvorrichtung erhöht und die Kalibrierung der Profilrohrtour im Bohrloch beschleunigt werden kann.The housing of the rolling device preferably has bearing surfaces which run at an acute angle to its geometric longitudinal axis and form a truncated pyramid, the tip of which lies on this longitudinal axis and faces away from the rear end of the rolling device. This arrangement reduces the stresses on the rolling elements mounted on the bearing surfaces, which increases the performance of the rolling device and accelerates the calibration of the profile tube tour in the borehole.

Durch die Ausbildung der Walzelemente als abgeschnittene Kugelsegmente verringert sich die Reibung zwischen den Walzelementen und der Profilrohrwand, was die Lebensdauer der Auswalzvorrichtung verlängert.The design of the rolling elements as cut spherical segments reduces the friction between the rolling elements and the profile tube wall, which extends the service life of the rolling device.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Profilrohrtour mit Ringdichtungen ausgestattet, die zwischen den zu verbindenden Oberflächen der einzelnen Profilrohre angeordnet sind und eine zuverlässigere Abdichtung der Verbindungsstellen der aufgeweiteten Profilrohre gewährleisten.According to a further embodiment of the invention, the profile tube tour is equipped with ring seals which are arranged between the surfaces of the individual profile tubes to be connected and which ensure a more reliable sealing of the connection points of the expanded profile tubes.

Wenn im Bereich des Abdichtens mehrere Schichten mit verschiedenen Gebirgsdrücken gegenseitige Überströmungen von Flüssigkeiten oder Gasen aus der einen Schicht in die andere vermieden werden sollen, wird zweckmäßigerweise mindestens ein Packer zwischen den zu verbindenden Profilrohren in der Profilrohrtour angeordnet.If in the area of sealing several layers with different rock pressures mutual overflows of liquids or gases from one layer to the other are to be avoided, at least one packer is expediently arranged between the profile tubes to be connected in the profile tube tour.

Weitere Vorzüge und Besonderheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den beiliegenden Zeichnungen entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1
den Oberteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilweisem Längsschnitt;
Fig. 2
den Unterteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im teilweisen Längsschnitt;
Fig. 3, 4
Querschnitte III-III und IV-IV in Fig. 2;
Fig. 5
eine Baugruppe A der Fig. 2;
Fig. 6
die Baugruppe A nach Kalibrieren der Profilrohre;
Fig. 7
vergrößert eine Sektion einer Auswalzvorrichtung;
Fig. 8
einen Schnitt VIII-VIII in Fig. 7.
Further advantages and special features of the invention can be found in the following description of an exemplary embodiment and refer to the attached drawings. Show it:
Fig. 1
the upper part of a device according to the invention in partial longitudinal section;
Fig. 2
the lower part of a device according to the invention in partial longitudinal section;
3, 4
Cross sections III-III and IV-IV in Fig. 2;
Fig. 5
an assembly A of Fig. 2;
Fig. 6
assembly A after calibrating the profile tubes;
Fig. 7
enlarges a section of a rolling device;
Fig. 8
a section VIII-VIII in Fig. 7

Die dargestellte Vorrichtung zum Absperren von Bohrlochabschnitten enthält eine Profilrohrtour 1 (bzw. ein Rohr) (Fig. 1, 3), die an ihren Enden zylindrische Abschnitte 2 aufweist, von denen die einen Abschnitte mit einem Außengewinde 3 und die anderen mit einem Innengewinde 4 für die Verbindung der Rohre 1 miteinander und mit anderen Bauteilen der Vorrichtung (Fig. 2, 5 und 6) versehen sind. Die zylindrischen Abschnitte 2 des oberen und des unteren Profilrohres 1 der Rohrtour sind mit Packern 4' (Fig. 1, 2, 4) versehen, von denen jeder als zylindrischer Stutzen 5 mit einer äußeren Ringnut 6 zur Unterbringung eines Dichtelementes 7 ausgebildet ist, während an der Innenfläche der Stutzen 5 den Ringnuten 6 entsprechende ringförmige Vorsprünge 8 vorgesehen sind.The illustrated device for shutting off borehole sections contains a profile tube tour 1 (or a tube) (FIGS. 1, 3) which has cylindrical portions 2 at its ends, of which one portion has an external thread 3 and the other an internal thread 4 are provided for connecting the tubes 1 to one another and to other components of the device (FIGS. 2, 5 and 6). The cylindrical sections 2 of the upper and lower profile tube 1 of the tube tour are provided with packers 4 '(FIGS. 1, 2, 4), each of which is a cylindrical socket 5 with an outer annular groove 6 for accommodation a sealing element 7 is formed, while on the inner surface of the connecting piece 5 the annular grooves 6 corresponding annular projections 8 are provided.

Unter der Profilrohrtour 1 befindet sich ein Rohrschuh 9 (Fig. 2), der am unteren Stutzen 5 befestigt ist und ein Kugelventil 10 zum Absperren eines Durchgangskanals 11 sowie einen den Hub des Kugelventils 10 im Rohrschuh 9 begrenzenden Stift 12 aufweist.Under the tubular tube tour 1 there is a tubular shoe 9 (FIG. 2) which is fastened to the lower connecting piece 5 and has a ball valve 10 for shutting off a through-channel 11 and a pin 12 which delimits the stroke of the ball valve 10 in the tubular shoe 9.

Der obere zylindrische Abschnitt 2 der Profilrohrtour 1 (Fig. 1) weist einen Hohlraum 13 auf, der mit dem Hohlraum des Stutzens 5 des Packers 4' in Verbindung steht. In diesem Hohlraum ist ein Nachräumer 14 mit einem ringförmigen Außenvorsprung 15 angeordnet, der mit dem ringförmigen Innenvorsprung 8 des Stutzens 5 zusammenwirkt und eine hängende Halterung der Profilrohrtour 1 bewirkt. Ferner besitzt der Nachräumer 14 Auswalzelemente 16, die außen in seinem Mittelteil angebracht sind, ein Endstück 17 mit einer Quernut 18 für den Eingriff des Stifts 12 im Rohrschuh 9 und ein im ringförmigen Vorsprung 15 angeordnetes Dichtungsglied 19. Ein ähnliches Dichtungsglied 19' ist an der Verbindung des Rohrschuhes 9 mit dem unteren Stutzen 5 vorgesehen.The upper cylindrical section 2 of the profiled tube tour 1 (FIG. 1) has a cavity 13 which is connected to the cavity of the nozzle 5 of the packer 4 '. In this cavity, a reaming device 14 is arranged with an annular outer projection 15, which cooperates with the annular inner projection 8 of the socket 5 and causes the profile tube tour 1 to be suspended. Furthermore, the post-clearer 14 has rolling elements 16, which are mounted on the outside in its middle part, an end piece 17 with a transverse groove 18 for the engagement of the pin 12 in the tubular shoe 9 and a sealing member 19 arranged in the annular projection 15. A similar sealing member 19 'is on the Connection of the tubular shoe 9 to the lower nozzle 5 is provided.

Der Nachräumer 14 ist durch ein Übergangsstück 20 mit einer Auswalzvorrichtung 20' starr verbunden, die sich aus mehreren in Reihe miteinander verbundenen Sektionen 21, 22 und 23 zusammensetzt. Jede Sektion weist ein Gehäuse 24 (Fig. 7) auf, an dessen Enden Gewinde 25 und 26 vorgesehen sind. Im mittleren Teil jeder Sektion sind als abgeschnittene Kugelsegmente ausgebildete Walzelemente 29 auf Achsen 27 und Scheiben 28 (Fig. 8) montiert. Am Gehäuse 24 ausgebildete Auflageflächen 30 zur Aufnahme der Walzelemente 29 sind zur geometrischen Längsachse unter einem spitzen Winkel angeordnet und bilden einen Pyramidenstumpf, dessen Spitze in dieser Achse liegt und dem oberen Ende 21 der Auswalzvorrichtung 20' zugewandt ist. Die Walzelemente 29 der Sektionen 21, 22 und 23 haben Durchmesser, die sich in Richtung Auswalzen stufenweise verringern.The post-clearer 14 is rigidly connected by a transition piece 20 to a rolling device 20 ', which is composed of several sections 21, 22 and 23 connected in series. Each section has a housing 24 (FIG. 7), at the ends of which threads 25 and 26 are provided. In the middle part of each section are cut off spherical segments trained rolling elements 29 mounted on axes 27 and disks 28 (Fig. 8). Support surfaces 30 formed on the housing 24 for receiving the rolling elements 29 are arranged at an acute angle to the geometric longitudinal axis and form a truncated pyramid, the tip of which lies in this axis and faces the upper end 21 of the rolling device 20 '. The rolling elements 29 of the sections 21, 22 and 23 have diameters which gradually decrease in the direction of rolling.

Die Gewinde 3, 4 (Fig. 5, 6) der Profilrohre 1 sind mit Ringdichtungen 31 versehen, die in einem Spalt angeordnet sind, der durch eine Ringnut 32 am Ende des Innengewindes 4 und durch einen kegelförmigen Vorsprung 33 am Anfang des Außengewindes 3 in den zylindrischen Abschnitten 2 der Profilrohre 1 gebildet ist.The threads 3, 4 (FIGS. 5, 6) of the profiled tubes 1 are provided with ring seals 31 which are arranged in a gap which is formed by an annular groove 32 at the end of the internal thread 4 and by a conical projection 33 at the beginning of the external thread 3 in the cylindrical sections 2 of the profile tubes 1 is formed.

Die gemäß Fig. 1 und 2 zusammengebaute Vorrichtung wird mittels des Gewindes 25 der Sektion 21 der Auswalzvorrichtung 20' an das untere Ende eines Gestänges (nicht gezeigt) angeschlossen und in das Bohrloch bis zu dem kritischen Bohrlochbereich eingefahren, wobei das Kugelventil 10 unter der Wirkung des Bohrloch-Flüssigkeitsdruckes öffnet und die Flüssigkeit über den Durchgangskanal 11 in das Innere der Profilrohrtour 1 und der Gestängerohre einströmt. Danach wird die Flüssigkeit in den Rohrfahrten unter Druck gesetzt, der zum Aufweiten der Längsfalten der Profilrohre 1 ausreicht, so daß diese an die Bohrlochwandung angedrückt werden.The device assembled according to FIGS. 1 and 2 is connected by means of the thread 25 of the section 21 of the rolling device 20 'to the lower end of a rod (not shown) and is inserted into the borehole up to the critical borehole area, the ball valve 10 acting of the borehole liquid pressure opens and the liquid flows through the through-channel 11 into the interior of the profile tube tour 1 and the drill pipes. The liquid is then pressurized in the pipe runs, which is sufficient to expand the longitudinal folds of the profiled pipes 1, so that they are pressed against the borehole wall.

Durch Drehen des Gestänges und Erzeugen einer Axialbelastung auf den Nachräumer 14 werden durch die Walzelemente 16 die zylindrischen Abschnitte 2 mit den Gewinden 3, 4 (Fig. 1, 6) der Profilrohre 1 ausgewalzt und endgültig ausgeglättet. Die Walzelemente 16 des Nachräumers 14 walzen hierbei den kegelförmigen Vorsprung 33 des Gewindes 3 im zylindrischen Abschnitt 2 eines Profilrohres 1 in die Ringnut 32 hinein, die sich am Ende des Innengewindes 4 des zylindrischen Abschnittes 2 des anschließenden Profilrohres 1 befindet. Die Ringdichtung 31 wird hierbei verformt. Dadurch erreicht man eine zuverlässige und dichte Verbindung der Rohre miteinander. Zugleich nimmt der Durchmesser des Durchgangsquerschnitts in den zylindrischen Abschnitten 2 der Profilrohre 1 zu, so daß der ringförmige Vorsprung 15 und das Dichtungsmittel 19 des Nachräumers 14 diese Abschnitte ungehindert passieren können.By rotating the linkage and generating an axial load on the post-clearer 14, the cylindrical sections 2 with the threads 3, 4 (FIGS. 1, 6) of the profiled tubes 1 are rolled out and finally smoothed out by the rolling elements 16. The rolling elements 16 of the reamer 14 roll the conical projection 33 of the thread 3 in the cylindrical section 2 of a profile tube 1 into the annular groove 32, which is located at the end of the internal thread 4 of the cylindrical section 2 of the subsequent profile tube 1. The ring seal 31 is deformed. This ensures a reliable and tight connection between the pipes. At the same time, the diameter of the passage cross section increases in the cylindrical sections 2 of the profiled tubes 1, so that the annular projection 15 and the sealing means 19 of the reaming device 14 can pass these sections unhindered.

Die weitere Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts der Gewinde 3, 4 der Profilrohre sowie die Kalibrierung ihres Innendurchmessers werden durch die Sektionen 21, 22 und 23 der Auswalzvorrichtung 20' bewerkstelligt, die dank der stufenweisen Zunahme deren Durchmessers den Innendurchmesser der Profilrohre um einen bestimmten Wert aufeinanderfolgend vergrößern.The further enlargement of the passage cross-section of the threads 3, 4 of the profile tubes and the calibration of their inside diameter are accomplished by the sections 21, 22 and 23 of the rolling device 20 ', which successively enlarge the inside diameter of the profile tubes by a certain value thanks to the gradual increase in their diameter.

Bei der Annäherung des Nachräumers 14 an den Rohrschuh 9 erfassen die Nuten 18 des Endstückes 17 den Stift 12 und übertragen mit Hilfe dieses Stiftes 12 ein Drehmoment auf den Rohrschuh 9, der aus dem Stutzen 5 ausgeschraubt wird und auf die Bohrlochsohle fällt, so daß der untere zylindrische Abschnitt 2 der Profilrohrtour 1 mit Hilfe der Walzelemente 16 des Nachräumers 14 und der ähnlichen Walzelemente 29 der Auswalzvorrichtung 20' ausgewalzt werden kann. Hiermit enden die Arbeiten für das Abdichten des kritischen Bohrlochabschnitts unter Verwendung der Profilrohrtour 1, und das Bohrloch wird dann weiter gebohrt.When the reaming device 14 approaches the tubular shoe 9, the grooves 18 of the end piece 17 capture the pin 12 and, using this pin 12, transmit a torque to the tubular shoe 9, which is unscrewed from the nozzle 5 and falls onto the bottom of the borehole, so that the lower cylindrical section 2 of the profile tube tour 1 with the help of the rolling elements 16 of the reaming device 14 and the similar rolling elements 29 of the Rolling device 20 'can be rolled out. This concludes the work for sealing the critical borehole section using profile tube tour 1, and the borehole is then drilled further.

Sollten in einer Bohrlochzone mehrere Schichten mit verschiedenen Gebirgsdrücken vorliegen, werden diese Schichten voneinander getrennt bzw. isoliert, um Überströmungen der Flüssigkeit aus der einen Schicht in die andere zu vermeiden. In diesem Fall wird die Vorrichtung mit zusätzlichen Packern 4' ausgerüstet, die zwischen den Profilrohren entsprechend den zu trennenden Abschnitten angeordnet werden.If there are several layers with different rock pressures in a borehole zone, these layers are separated or isolated from each other in order to avoid overflows of the liquid from one layer to the other. In this case, the device is equipped with additional packers 4 ', which are arranged between the profile tubes according to the sections to be separated.

Durch den Einsatz von austauschbaren Walzelementen 16 und 29 an den Nachräumern 14 und der Auswalzvorrichtung 20' kann die Vorrichtung mehrfach verwendet werden, so daß dadurch Betriebskosten gesenkt werden.By using interchangeable rolling elements 16 and 29 on the reamers 14 and the rolling device 20 ', the device can be used several times, thereby reducing operating costs.

Claims (8)

  1. Device for closing off a problem zone in a well hole from critical rock strata, comprising
    - a hydraulically expandable profile pipe string (1) having cylindrical end portions (2), the bottom end of which is closable by means of a pipe shoe (9),
    - a device for positioning the profile pipe string (1) in a critical well hole portion, which device comprises coupling elements (15) which cooperate with the upper cylindrical end portion (2a) of the profile pipe string (1), and
    - an expanding mechanism for residual expansion and smoothing of the hydraulically expanded profile pipe string (1), which mechanism is movable longitudinally inside the profile pipe string (1) by means of the positioning device,
    characterized in that
    - the expanding mechanism (14, 20) comprises a reamer (14), which is provided with rolling elements (16), as well as a roll-out device (20') rigidly connected to said reamer and having a plurality of rolling elements (29),
    - the roll-out device (20') at the start of an expansion process being disposable above the profile pipe string (1) and during the mechanical expansion process being lowerable under axial load and rotation.
  2. Device according to claim 1,
    characterized in that
    disposed at each end of the profile pipe string (1) is a packer (4'), which in each case takes the form of a cylindrical socket (5) having an external annular groove (6) for receiving a sealing element (7) and having an annular inner projection (8) corresponding to the annular groove (6).
  3. Device according to claim 2,
    characterized in that
    the reamer (14) has, as a coupling element, an external shoulder (15) which cooperates with the annular inner projection (8) of the upper packer (4'), which projection forms a coupling element.
  4. Device according to one of claims 1 to 3,
    characterized in that
    a housing (24) of the roll-out device (20') has supporting surfaces (30), which are disposed in an inclined manner relative to the housing longitudinal axis and on which the rolling elements (29) are provided.
  5. Device according to one of claims 1 to 4,
    characterized in that
    each rolling element (29) takes the form of a cut-off spherical segment.
  6. Device according to one of claims 1 to 5,
    characterized in that
    the profile pipe string (1) is equipped with annular seals between the connecting portions of the individual pipes.
  7. Device according to claim 2,
    characterized in that
    at least one packer (4') is disposed between two individual pipes in the profile pipe string (1).
  8. Device according to one of claims 1 to 7,
    characterized in that
    provided at the lower end of the expanding device are means (17, 18) of detaching the pipe shoe (9) which is mounted on the lower end of the profile pipe string (1).
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