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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Feststellen von Futterrohrhängern, und
insbesondere auf einen Feststellmechanismus, welcher vor und nach
dem Feststellen und Eingreifen des Futterrohrhängers in eine Verrohrung und
dem Suspendieren des Futterrohres von derselben einen Flüssigkeitsdurchfluß durch
die gesamte Bohrung ermöglicht.
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Während der
Konstruktion von Öl-
und Gasbohrlöchern
wird ein Bohrloch in eine oder mehrere Untergrundformationen oder
-zonen hinein gebohrt, aus welchen Öl und/oder Gas produziert werden
soll. In den meisten Fällen
wird das Bohrgestänge
nach dem Bohren des Bohrloches wieder entfernt, und eine Verrohrungskette
wird in das Bohrloch eingeführt.
Während
eines solchen Einführens
einer Verrohrung muss diese Verrohrung stets mit Flüssigkeit gefüllt sein,
um übergroße Flüssigkeitsdifferentialdrucke über der
Verrohrungskette zu vermeiden und Ausbrüche zu verhindern. Eine Art
und Weise, Flüssigkeit
in eine Verrohrungskette einzuführen,
besteht aus dem Bereitstellen eines Bohrlochverrohrungsfüllgerätes, welches
an dem oder in der Nähe
des Endes der Verrohrungskette angewendet werden kann, um es der
Flüssigkeit
innerhalb des Bohrloches zu ermöglichen,
während
des Einführens
der Verrohrung in den Innenraum derselben einzutreten. Ein besonders
nützliches
Verrohrungsfüllgerät wird in
unserer US-Anmeldung 5,641,021 von Murray et al. beschrieben, auf
welche wir uns hiermit bezüglich
weiterer Einzelheiten beziehen.
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Ein
Futterrohr, welches ganz einfach aus einer Verrohrung mit einem
kleineren Aussendurchmesser als der Innendurchmesser einer Verrohrung besteht,
welche schon in einen Abschnitt des Bohrloches einzementiert worden
ist, wird aus einer Reihe von Gründen
angewendet, und erstreckt sich normalerweise von dem unteren Ende
der existierenden Verrohrung nach unten herab und in den unverrohrten
Abschnitt des Bohrloches hinein. Das Futterrohr wird normalerweise
Schwimmgeräte
wie zum Beispiel Schwimmschuhe und Schwimmmanschetten an dem oder
in der Nähe
des unteren Endes desselben umfassen. Das Futterrohr wird an einer
Arbeitskette herabgelassen, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige
des Futterrohres. Die Arbeitskette kann Löcher oder Öffnungen durch dieselbe hindurch
umfassen, so dass Flüssigkeit,
welche mit Hilfe eines der weiter oben schon beschriebenen Verrohrungsfüllgeräte in das
Futterrohr einfließt,
durch dieselben hindurch wieder ausfliessen kann. Eine solche Anordnung
lindert den Rückströmdruck,
welcher auftreten kann, wenn das Futterrohr in das Bohrloch herabgelassen
wird, und verhindert oder zumindest reduziert die Möglichkeit
einer Beschädigung
einer Formation durch einen Druck, welche durch das Herablassen
des Futterrohres in das Bohrloch verursacht wird. Eine solche Anordnung
wird in unserer europäischen
Anmeldung Nr. 0969181A geoffenbart, auf welche wir uns hiermit bezüglich weiterer
Einzelheiten beziehen.
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Die
Futterrohreinheit kann weiter herabpumpbare Plugs umfassen, welche
den nassen Zement von der Flüssigkeit
trennen, welche derselbe verdrängen
soll, oder der Flüssigkeit,
welche für
das Einpumpen des nassen Zementes bis auf die gewünschte Stufe
angewendet wird, oder welche zumindest als eine Schnittstelle zwischen
denselben dienen. Ein Wischerplug wischt ausserdem im Vorübergehen
die Innenoberfläche
der Rohrkette und verhindert einen Rückfluß, während der Zement aushärtet. Obwohl
oftmals nur ein Wischerplug angewendet wird, wird es bevorzugt,
einen unteren und einen oberen Wischerplug zu verwenden. Eine solche
Anordnung wird in der US-Anmeldung Nr. 5,413,172 vom 9. Mai 1995
von Laurel geoffenbart, auf welche wir uns hiermit bezüglich weiterer
Einzelheiten beziehen.
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Die
Arbeitskette umfasst ein Einführwerkzeug,
welches dem Fachmann auf diesem Gebiet ausreichend bekannt ist,
und welches an dem Futterrohr befestigt und für das Herablassen desselben Futterrohres
in das Bohrloch angewendet wird. Ein Futterrohrhänger wird dann mit dem Einführwerkzeug
und der Arbeitskette verbunden und um dieselbe herum positioniert.
Es sind eine Reihe solcher Futterrohrhänger erhältlich, wobei dieselben Futterrohrhänger einschliessen,
welche hydraulisch festgestellt oder betätigt werden. Hydraulisch feststellbare
Futterrohrhänger
umfassen normalerweise Schieber, welche sich nach aussen hin erstrecken,
um in eine Verrohrung einzugreifen und ein Futterrohr in einem Bohrloch
zu suspendieren. Solche hydraulisch feststellbaren oder hydraulisch
betätigten
Futterrohrhänger
sind dem Fachmann auf diesem Gebiet sehr wohl bekannt.
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Hydraulisch
feststellbare Futterrohre werden durch das Steigern des Drucks innerhalb
der Arbeitskette bis auf einen gewünschten Feststelldruck betätigt, welcher
ein Erstrecken der Schieber oder der anderen Verankerungsmechanismen
in die Verrohrung hinein sowohl wie ein Eingreifen in dieselbe verursacht.
Ein Feststellmechanismus nach dem aktuellen Stand der Technik umfasst
ganz einfach eine Feststellhülse
mit einem Kugelsitz, welcher innerhalb des Futterrohres über den
Schwimmgeräten
und unter den herabpumpbaren Wischerplugs positioniert ist. Um den
Futterrohrhänger
festzustellen, wird ganz einfach eine Kugel in einer abwärtigen Richtung durch
die Arbeitskette und das Futterrohr hindurch nach unten verdrängt, bis
dieselbe auf dem Kugelsitz aufliegt. Der Druck wird dann bis auf
den Feststelldruck gesteigert, zu welchem Zeitpunkt der Futterrohrhänger betätigt wird,
um in die Verrohrung einzugreifen und das Futterrohr von der Verrohrung
zu suspendieren. Der Druck kann dann weiter gesteigert werden, was
die Kugel, und manchmal auch die Feststellhülse durch die Schwimmgeräte an dem
unteren Ende des Futterrohres hindurch nach unten verdrängt. Obwohl
eine solche Anordnung während
des Feststellens des Futterrohres sehr gut funktioniert, bringt
sie dennoch einige Nachteile mit sich. Schwimmgeräte sind
auf klappenartige Ventile beschränkt,
welche seit jeher dazu neigen, aufgrund einer Erosion des Ventils
während
des Zirkulierens und des Einführens
von Zement auszufallen. Ausserdem besteht der Mindestinnendurchmesser,
durch welchen das Futterrohr und die Arbeitskette während des
Einführens
in das Bohrloch gefüllt
werden müssen,
aus dem kleinen Innendurchmesser der Feststellhülse. Eine solche Einschränkung kann
in offenen Formationen große
hydraulische Kräfte
erzeugen, welche den Bruchgradienten übersteigen und mögliche Zirkulierungsverlustprobleme,
Ausbrüche sowohl
wie eine Beschädigung
produktiver Formationen verursachen können. Diese Einschränkungen haben
ausserdem besonders unter Umständen,
in welchen ein sehr enger Abstand zwischen dem Futterrohr/Futterrohrhänger und
der Hauptverrohrung, in welcher der Hänger festgestellt werden soll,
vorhanden ist, ein langsameres Einführen des Futterrohres zur Folge,
als es erwünscht
ist. Die meisten Futterrohrzementierplugsysteme, welche eine solche
Feststellhülse
verwenden, sind nur für
hydraulisch feststellbare Systeme auf einen oberen Plug beschränkt. Verbesserte
Füllmechanismen
werden in der US-Anmeldung 5,641,021 vom 24. Juni 1997 von Sullaway et
al. beschrieben, auf welche wir uns hiermit bezüglich weiterer Einzelheiten
beziehen. Diese können
jedoch aufgrund von Inkompatibilitäten zwischen dem verbesserten
Füllmechanismus
und der Feststellhülse
nicht angewendet werden. Letztendlich muss ein solcher Füllmechanismus
vor dem Durchführen
irgendwelcher Zementierverfahren betätigt werden.
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Eine
weitere Art und Weise für
das Feststellen von hydraulisch betätigten Futterrohren beinhaltet
das Bereitstellen eines Sitzes innerhalb der Arbeitskette unter
dem Futterrohrhänger
und über
möglicherweise
vorhandenen herabpumpbaren Wischerplugs. Ein fester Plug oder eine
Kugel können
dabei auf diesen Sitz herabgelassen werden, wobei der Druck bis
auf den Feststelldruck gesteigert wird. Ein Problem mit einer solchen
Anordnung ist jedoch die Tatsache, dass der Futterrohrhänger erst
festgestellt werden kann, wenn alle Zementierverfahren abgeschlossen
sind, da kein Fließdurchgang
mehr vorhanden ist, wenn der Plug in die Arbeitskette herabgelassen
worden ist, durch welchen hindurch Zement verdrängt werden könnte, um
das Futterrohr innerhalb des Bohrloches festzustellen.
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Es
besteht daher ein Bedarf für
einen Feststellmechanismus, welcher dazu angewendet werden kann,
ein hydraulisch feststellbares Futterrohr entweder vor oder nach
dem Abschluß irgendwelcher
Zementierverfahren festzustellen. Es besteht weiter ein Bedarf für einen
Feststellmechanismus, welcher dazu angewendet werden kann, ein solches Futterrohr
festzustellen, und welcher das Anwenden von verbesserten Verrohrungsfüllgeräten ermöglichen
wird, und welcher weiter das Anwenden von zwei Plugzementier-Plugsätzen ermöglichen
wird. Es besteht ausserdem ein Bedarf für einen Feststellmechanismus,
welcher hohe Zirkulationsraten durch das Futterrohr hindurch ermöglichen
wird, ohne die Formation zu beschädigen.
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US
4828037A offenbart ein hydraulisch betätigtes Feststellwerkzeug für die Anwendung
in einem Bohrloch. US 5553672A bietet ein Feststellwerkzeug für das Feststellen
eines hydraulischen Futterrohrhängers
in einem gekrümmten
Bohrloch.
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Eine
Ausführung
der vorliegenden Erfindung bietet ein Gerät für das Feststellen eines hydraulisch betätigten Futterrohrhängers und
das Suspendieren eines Futterrohres von einer Verrohrung, welche
innerhalb eines Bohrloches positioniert ist, wobei dasselbe an einer
Arbeitskette in das Bohrloch herabgelassen wird, und wobei der vorgenannte
Futterrohrhänger
durch eine Steigerung des hydraulischen Drucks bis auf einen vorbestimmten
Feststelldruck betätigt
wird, wobei das Feststellgerät
das Folgende umfasst: einen Plugbehälter, welcher mit der vorgenannten
Arbeitskette unter dem vorgenannten Futterrohrhänger verbunden ist und mit
demselben in Kommunikation steht, und wobei der vorgenannte Plugbehälter eine
zentrale Öffnung
mit einem Plugsitz umfasst, für
das Auflegen eines herabpumpbaren Feststellplugs, welcher für das Zirkulieren
durch die vorgenannte Arbeitskette hindurch und in den vorgenannten
Plugbehälter
hinein adaptiert ist, wobei der vorgenannte herabpumpbare Feststellplug
ein rohrförmiges
Gehäuse
mit einem oberen Ende und einem unteren Ende umfasst, und einen
zentralen Fließdurchgang
durch dasselbe hindurch, wobei das vorgenannte untere Ende des vorgenannten
rohrförmigen
Gehäuses
in den vorgenannten Plugsitz eingreift; und ein brechbares Teil,
welches innerhalb des vorgenannten rohrförmigen Gehäuses positioniert ist, um einen
Durchfluß durch
dasselbe und durch die vorgenannte Arbeitskette zu verhindern, wobei
das vorgenannte brechbare Teil über
einen Berstdruck verfügt,
welcher größer ist
als der vorgenannte Feststelldruck, so dass der hydraulische Druck
in der vorgenannten Arbeitskette gesteigert werden kann, um den
vorgenannten Futterrohrhänger
zu betätigen,
so dass derselbe in die vorgenannte Verrohrung eingreift und das
vorgenannte Futterrohr vor dem Bersten des brechbaren Teils in dem
vorgenannten Bohrloch suspendiert.
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Eine
weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung bietet ein Futterrohrhängerfeststellgerät für das Feststellen
eines hydraulisch betätigten
Futterrohrhängers
in einer Verrohrung, welche in einem Bohrloch positioniert ist,
um ein Futterrohr von der vorgenannten Verrohrung zu suspendieren,
wobei das vorgenannte Futterrohr an einer Arbeitskette in das vorgenannte
Bohrloch eingeführt
wird, und wobei das vorgenannte Feststellgerät eine Feststellvorrichtung
für das
Feststellen des vorgenannten Futterrohrhängers für das Eingreifen in die vorgenannte Verrohrung
und das Suspendieren des vorgenannten Futterrohres in derselben
umfasst, wobei die vorgenannte Feststellvorrichtung eine Vorrichtung
für das wahlweise
Steigern des Drucks innerhalb der vorgenannten Arbeitskette bis
auf einen Feststelldruck des vorgenannten Futterrohrhängers umfasst,
d. h. entweder bevor oder nachdem Zement durch die vorgenannte Arbeitskette
hindurch eingeführt
wurde, um das vorgenannte Futterrohr in das vorgenannte Bohrloch
einzuzementieren, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte Feststellvorrichtung
einen Plugsitz innerhalb der vorgenannten Arbeitskette unter dem
vorgenannten Futterrohrhänger
umfasst; und einen zylindrischen Feststellplug, welcher für das Eingreifen
in den vorgenannten Plugsitz adaptiert ist, wobei der vorgenannte
zylindrische Feststellplug einen zentralen Fließdurchgang durch denselben
hindurch und ein brechbares Teil umfasst, welches über dem
vorgenannten Fließdurchgang
positioniert ist, um einen Durchfluß durch die vorgenannte Arbeitskette
zu verhindern, so dass der hydraulische Druck in der vorgenannten
Arbeitskette bis auf den vorgenannten Feststelldruck des vorgenannten
vorgenannten Feststellgerätes
ansteigen wird.
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Das
Gerät der
vorliegenden Erfindung erfüllt die
weiter oben aufgeführten
Anforderungen und überwindet
oder reduziert die Nachteile des aktuellen Standes der Technik.
Der Feststellmechanismus kann auch als ein Hängerbetätigungswerkzeug oder ein Feststellgerät bezeichnet
werden.
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Im
allgemeinen umfasst das Feststellgerät eine Vorrichtung für das Feststellen
eines Futterrohrhängers
und das Eingreifen desselben in eine Verrohrung sowohl wie das Suspendieren
des Futterrohres von derselben zu einem erwünschten Zeitpunkt, welcher
entweder vor oder nach dem Verdrängen von
Zement durch die Arbeitskette und das Futterrohr auftreten kann,
d. h. vor oder nach dem Einzementieren des Futterrohres in das Bohrloch.
Die vorliegende Erfindung kann daher einen Plugbehälter umfassen, welcher
aus einem allgemein rohrförmigen
Teil besteht, welches mit der Arbeitskette verbunden ist. Der Plugbehälter umfasst
einen ersten und einen zweiten Innendurchmesser mit einem Plugsitz,
welcher für das
Eingreifen eines herabpumpbaren Plugs in denselben adaptiert ist.
Das rohrförmige
Teil ist für
das Verbinden desselben mit der Arbeitskette unter dem Futterrohrhänger und über den
herabpumpbaren Wischerplugs adaptiert, welche vorzugsweise einen Plugsatz
mit einem oberen und einem unteren Wischerplug umfassen.
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Der
herabpumpbare Feststellplug umfasst im allgemeinen ein rohrförmiges Gehäuse mit
einem oberen und einem unteren Ende sowohl wie einem zentralen Fließdurchgang.
Das untere Ende des rohrförmigen
Gehäuses
wird in den Plugsitz eingreifen. Ein brechbares Teil ist in dem
rohrförmigen
Gehäuse
positioniert, um einen Durchfluß durch
dasselbe zu verhindern. Wenn der herabpumpbare Feststellplug innerhalb
der Arbeitskette herabgelassen wird und in den herabpumpbaren Feststellplugsitz eingreift,
kann der Druck gesteigert werden, um den Futterrohrhänger hydraulisch
zu betätigen,
so dass der Futterrohrhänger
in die Verrohrung eingreifen und das Futterrohr in derselben suspendieren
wird. Der Berstdruck des brechbaren Teils ist daher größer als
der Feststelldruck, bei welchem der Futterrohrhänger gegen die Verrohrung festgestellt
wird. Der herabpumpbare Feststellplug umfasst daher eine Vorrichtung
für das
Blockieren des Flüssigkeitsdurchflusses,
und steigert den Druck innerhalb der Arbeitskette auf diese Weise
bis auf mindestens den Feststelldruck, welcher für das Feststellen des Futterrohrhängers erforderlich
ist.
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Die
zentrale Öffnung
des herabpumpbaren Feststellplugs umfasst vorzugsweise einen Innendurchmesser,
welcher dem zweiten Durchmesser des herabpumpbaren Feststellplugbehälters gleicht oder
ein wenig größer ist
als derselbe, so dass ein vollständiger
Durchfluß durch
die gesamte Bohrung etabliert wird, wenn das brechbare Teil bricht.
So ist ein vollständiger
Durchfluß durch
die gesamte Bohrung sowohl vor wie auch nach dem Herablassen des herabpumpbaren
Feststellplugs in die Arbeitskette möglich. Das Futterrohr kann
deshalb aufgrund der Anwendung des verbesserten Verrohrungsfüllgerätes ohne
das Auferlegen eines Drucks auf irgendwelche offenen Formationen
und ohne ein Beschädigen derselben
mit einer relativ rapiden Geschwindigkeit herabgelassen werden.
Der herabpumpbare Feststellplug kann ausserdem sowohl vor wie auch
nach dem Verdrängen
von Zement herabgelassen werden. Die Erfindung der vorliegenden
Anmeldung bietet daher eindeutige Vorteile gegenüber dem aktuellen Stand der
Technik, und erfüllt
die weiter oben schon eingehender beschriebenen Anforderungen.
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Zur
weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung beziehen wir
uns nun auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
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1A und 1B eine Abschnittsansicht einer Ausführung des
Feststellmechanismus der vorliegenden Erfindung darstellen;
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2 eine Querschnittsansicht
einer Ausführung
des herabpumpbaren Feststellplugs der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 eine Abschnittsansicht
des Feststellmechanismus nach dem Eingreifen des herabpumpbaren
Plugs in den Plugsitz darstellt;
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4 eine Abschnittsansicht
einer Anordnung der vorliegenden Erfindung darstellt, nachdem ein
Durchfluß durch
den herabpumpbaren Feststellplug etabliert wurde, und nachdem eine
Kugel herabgelassen wurde, um einen unteren Untergrundlöseplug zu
lösen;
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5 eine Abschnittsansicht
einer Ausführung
eines Bohrgestängepfeils
darstellt, welcher hier in den oberen Untergrundlöseplug eingreift;
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6 eine schematische Ansicht
eines Beispiels einer Arbeitskette darstellt, welche eine Ausführung des
Feststellmechanismus der vorliegenden Erfindung umfasst, welche
hier in ein Bohrloch herabgelassen wurde;
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7 eine schematische Ansicht
eines Bohrloches darstellt, nachdem Zement durch dasselbe hindurch
verdrängt
wurde, um das Futterrohr an der existierenden Verrohrung zu befestigen.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere unter Bezugnahme
auf 6 umfasst ein Bohrloch
(10) hier einen verrohrten Abschnitt (15) und
einen unverrohrten Abschnitt (20). Der verrohrte Abschnitt
(15) beinhaltet eine Verrohrung (25), welche positioniert
ist und eine Verrohrungsbohrung (30) definiert. Ein Futterrohr
(35) wird hier in dem Bohrloch (10) dargestellt.
Das Futterrohr (35) umfasst ein oberes Ende (36)
und ein unteres Ende (37). Ein Ringraum (38) wird
durch das Futterrohr (35) und die Verrohrung (25)
zwischen denselben an dem oberen Ende (36) des Futterrohres
(35) definiert. Das Futterrohr (35) wird an einer
Arbeitskette (40) in das Bohrloch (10) herabgelassen,
wobei dieselbe ausserdem ein Bohrgestänge (45), einen Futterrohrhänger und
ein Einführwerkzeug
(50 und 52) umfassen kann, welche schematisch
in 6 dargestellt sind.
Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird dabei sofort erkennen, dass
der Futterrohrhänger
(50) aus einem beliebigen Typ eines hydraulisch feststellbaren
Futterrohrhängers
bestehen kann, und dass das Einführwerkzeug
aus einem Typ bestehen kann, welcher dem Fachmann sehr wohl bekannt
ist, und welcher mit hydraulisch feststellbaren Futterrohrhängern kompatibel
ist. Ein Stinger (55) kann sich von dem Einführwerkzeug
(52) hinweg nach unten erstrecken.
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Einem
Füllgerät (60),
welches aus dem in US-Anmeldung 5,641,021 geoffenbarten bestehen kann,
wurde hier die Referenznummer (60) zugeordnet. Das Futterrohr
kann ausserdem eine Schwimmmanschette und einen Schwimmschuh innerhalb desselben
umfassen, wie dies mit Hilfe der jeweiligen Referenznummern (65)
und (70) angedeutet wird. Dieses Schwimmventil (65)
und dieser Schwimmschuh (70) sollten vorzugsweise aus einem
tellerartigen Schwimmventil und einem Schuh nach dem aktuellen Stand
der Technik bestehen.
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Dem
Feststellmechanismus der vorliegenden Erfindung wurde hier die Referenznummer
(75) zugeordnet, und derselbe ist in 1–5 deutlich ersichtlich. Der
Feststellmechanismus (75) kann an einem Stinger (55)
befestigt werden, und kann so einen Teil einer Arbeitskette (40)
umfassen. Der Feststellmechanismus (75), welcher auch als
ein Hängerbetätigungswerkzeug
oder ein Futterrohrhängerfeststellgerät bezeichnet
werden kann, umfasst einen herabpumpbaren Feststellplugbehälter (80).
Der herabpumpbare Plugbehälter
(80) besteht vorzugsweise aus einem allgemein rohrförmigen Teil
mit einer zentralen Öffnung
(82), welche eine Bohrung (84) umfasst. Ein herabpumpbarer
Feststellplugsitz (86) wird innerhalb der Öffnung (82)
definiert. Der Plugsitz (86) besteht aus einem nach oben
ausgerichteten Sitz, welcher durch und zwischen einem ersten Innendurchmesser
(85), welcher aus dem Durchmesser der Bohrung (84)
besteht, und einem zweiten Innendurchmesser (87), welcher
aus der zentralen Öffnung (82)
besteht, definiert wird. Der herabpumpbare Plugbehälter (80)
umfasst ein oberes Ende (88) und ein unteres Ende (90),
und das obere Ende (88) umfasst in der hier geoffenbarten
Ausführung
ein Gewinde in demselben, welches für das Verbinden desselben mit
einem Drehausgleichsventil (92) eines Typs adaptiert ist,
welcher dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist.
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Das
Ausgleichsventil (92) umfasst ein unteres Ende (94),
welches mit dem herabpumpbaren Plugbehälter (80) verbunden
ist und ein oberes Ende (96) umfasst, welches mit einem
Adapter (98) verbunden ist. Der Adapter (98) umfasst
ein oberes Ende (97) und ein unteres Ende (99).
Das obere Ende (97) ist für das Verbinden mit dem Stinger
(55) mit Hilfe eines Gewindes adaptiert. Der Adapter (98) kann
auch an einem Bohrgestänge
befestigt werden, oder an einer anderen Rohranordnung. Obwohl der herabpumpbare
Plugbehälter
(80) bei der bevorzugten Ausführung mit einem an demselben
befestigten Drehausgleichsventil (92) dargestellt wird,
kann der Adapter (98) an seinem unteren Ende (99)
auch direkt mit dem herabpumpbaren Plugbehälter verbunden werden, und
an seinem oberen Ende (97) mit dem Stinger (55)
oder einer anderen Arbeitskette oder Rohranordnung.
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Das
untere Ende (90) des herabpumpbaren Plugbehälters (80)
ist an einer Untergrundlöseplugeinheit
(100) befestigt. An dem oberen Ende der Untergrundlöseplugeinheit
(100) befindet sich eine Spannpatronenhalterung (101)
mit einem angeschrägten
Ansatz (102). Ein oberes Ende (103) einer Spannpatrone
(104) ist auf eine solche Weise in der Spannpatronenhalterung
(100) positioniert, dass die Kopfabschnitte (106)
einer Reihe von Spannfingern (108) in den Ansatz (102)
der Spannpatronenhalterung (101) eingreifen.
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Eine
Lösehülse (110)
ist verschiebbar in der Spannpatrone (104) positioniert.
Es ist aus 1 und 3 deutlich ersichtlich, dass
die Lösehülse (110)
die Kopfabschnitte (106) der Spannfinger (108)
in der Originalposition in dieser eingreifenden Verbindung mit dem
Ansatz (102) in der Spannpatronenhalterung (100)
hält.
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Eine
Abschervorrichtung (112) wie zum Beispiel ein Abscherstift
greift in die Spannpatrone (104) und die Lösehülse (110)
ein, und hält
dieselbe Lösehülse auf
diese Weise lösbar
in der in 1 geoffenbarten
Originalposition fest. Das untere Ende einer Spannpatrone (104)
ist über
eine Gewindeverbindung (116) an einer Spannpatronenverbindung
(114) befestigt.
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Ein
erster oder oberer Wischerplug (118), welcher auch als
der oberste Wischerplug (118) bezeichnet werden kann, ist
an der Gewindeverbindung (120) an der Spannpatronenverbindung
(114) befestigt. Die Spannpatronenverbindung (114)
erstreckt sich in Längsrichtung
durch die obere Plugvorrichtung (118) hindurch.
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Der
obere Wischerplug (118) umfasst einen Körper oder Einsatz (122)
mit einem oberen, nach innen ausgerichteten Abschnitt, welcher die
Gewindeverbindung (120) mit der Spannpatronenverbindung (114)
formt. Der Einsatz (122) ist vorzugsweise aus einem besonders
starken Plastikmaterial wie zum Beispiel einem solchen, welches
in US-Anmeldung 5,413,172
beschrieben wird, gefertigt, auf welche wir uns hiermit für die erste
und zweite Ausführungsform bezüglich weiterer
Einzelheiten beziehen. Eine Reihe von integal geformten Zähnen (126)
kann an dem unteren Ende (123) des Einsatzes (122)
positioniert sein.
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Der
Einsatz (122) ist im wesentlichen von einem Mantel (128)
umgeben, welcher mit dem Einsatz verbunden und vorzugsweise aus
einem elastomerischen Material gefertigt ist. Der Mantel (128)
umfasst eine Reihe von Wischern (130), welche für ein abdichtendes
Eingreifen in die Innenoberfläche
einer Bohrlochverrohrung (16) adaptiert sind.
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Das
untere Ende der Spannpatronenverbindung (114) ist mit Hilfe
einer Abschervorrichtung (134) wie zum Beispiel einem Abscherstift
an einer Entlüftungshülse (132)
befestigt. Die Entlüftungshülse (132)
umfasst eine Entlüftungsvorrichtung
wie zum Beispiel eine transversale Entlüftungsöffnung (136) durch
dieselbe hindurch. Eine Buchse (138) ist verschiebbar um
ein vergrößertes unteres
Ende der Entlüftungshülse (132)
herum positioniert. Eine Abdichtungsvorrichtung (140) erstellt
eine abdichtende Verbindung zwischen derselben Buchse (138)
und der Entlüftungshülse (132).
Das untere Ende der Buchse (138) ist neben einem nach oben
ausgerichteten Ansatz (142) an der Entlüftungshülse (132) positioniert.
Eine Abschervorrichtung (144) wie zum Beispiel ein Abscherstift
liefert eine lösbare
Befestigung zwischen der Buchse (138) und der Entlüftungshülse (132).
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Ein
zweiter oder unterer Wischerplug (146) ist an einer Gewindeverbindung
(148) mit der Buchse (138) verbunden. Der untere
Wischerplug (146) umfasst einen Körper oder einen Einsatz (150),
welcher aus einem besonders starken Plastikmaterial gefertigt ist,
wie zum Beispiel der in der US-Anmeldung 5,413,172 geoffenbarte,
auf welche wir uns hiermit beziehen. Eine Reihe von Zähnen (152)
kann integral an dem oberen Ende des Einsatzes (150) angegossen
sein. Diese Zähne
(152) sind für
ein vernetzendes Eingreifen in die Zähne (126) des unteren
Endes des Einsatzes (122) der oberen Plugvorrichtung (118)
adaptiert.
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Ein
Mantel (154) umgibt im wesentlichen den Einsatz (150)
und ist mit demselben verbunden, wobei derselbe vorzugsweise aus
einem elastomerischen Material gefertigt ist. Der Mantel (154)
umfasst eine Reihe von flexiblen Wischern (156), welche
für ein
abdichtendes Eingreifen in die Innenseite des Futterrohres (35)
adaptiert sind.
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Eine
Auskoppelplatte (158) ist in dem unteren Innenabschnitt
des Einsatzes (150) positioniert und mit Hilfe einer Gewindeverbindung
(160) an demselben befestigt. Die Auskoppelplatte (158) könnte jedoch
auch integral als ein Teil des Einsatzes (150) an denselben
angegossen werden, wobei dann keine Gewindeverbindung erforderlich
sein würde. Die
Auskoppelplatte (158) umfasst eine Reihe von Öffnungen
(162) durch dieselbe hindurch, welche einen Flüssigkeitsdurchfluß durch
dieselbe sicherstellen, ohne dass dieser irgendwelche der mechanischen
Komponente des Gerätes
berührt.
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Der
Feststellmechanismus (75) der vorliegenden Erfindung umfasst
weiter einen herabpumpbaren Feststellplug (170). Der herabpumpbare
Feststellplug (170) besteht vorzugsweise aus einem allgemein
zylindrischen Teil mit einem oberen Ende (172), einem unteren
Ende (174), und einer Außenoberfläche (176) und einer
Innenoberfläche
(178). Die Außenoberfläche (176)
umfasst einen Durchmesser (180), welcher kleiner ist als
der Durchmesser (85) der zentralen Öffnung (82), so dass
der herabpumpbare Feststellplug (170) in den herabpumpbaren Plugbehälter (80)
empfangen werden kann. Das untere Ende (174) greift in
den Plugsitz (86) ein, um auf diese Weise ein Durchfallen
des herabpumpbaren Plugs (170) durch denselben zu verhindern.
Die Innenoberfläche
(178) umfasst eine Bohrung (181) mit einem Durchmesser
(182). Die Bohrung (181) umfasst wiederum einen
Fließdurchgang
(183). Der herabpumpbare Plug (170) umfasst weiter
ein brechbares Teil (184), welches vorzugsweise aus einer
Berstscheibe besteht. Die Berstscheibe (184) verhindert einen
Durchfluß durch
die Bohrung (181), und daher durch die Arbeitskette (40),
bis ein vorbestimmter Berstdruck, welcher auch als ein Stoßdruck bezeichnet
wird, innerhalb der Arbeitskette erreicht wird. Wenn der Berstdruck
erreicht ist, wird das Teil (184) brechen, und ein uneingeschränkter Flüssigkeitsdurchfluß durch
die gesamte Bohrung kann durch den Feststellplug (170)
hindurchfliessen.
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Der
Betrieb des Feststellmechanismus (75) kann anfänglich unter
Bezugnahme auf die schematische Illustration in 6 und 7 beschrieben
werden. Wie in 6 dargestellt
kann das Futterrohr (35) an einer Arbeitskette (40)
bis auf die gewünschte
Tiefe herabgelassen werden, wobei dieselbe den Feststellmechanismus
(75) der vorliegenden Erfindung umfasst. Wenn das Futterrohr
(35) die gewünschte
Tiefe erreicht hat, kann der herabpumpbare Feststellplug (170)
von der Erdoberfläche
aus herabgelassen werden, so dass derselbe frei fällt, bis
er in den Sitz (86) des herabpumpbaren Plugbehälters (80)
eingreift. Wenn es erwünscht
ist, kann der Fall des herabpumpbaren Feststellplugs (170)
durch ein langsames Zirkulieren des Lochs, d. h. durch ein Herabpumpen der
Arbeitskette unterstützt werden.
Wenn der herabpumpbare Plug (170) in den Sitz (86)
eingreift, wird ein fortgesetztes Verdrängen von Flüssigkeit in die Arbeitskette
hinein ein Ansteigen des Drucks bis auf den Feststelldruck des Futterrohrhängers verursachen.
Der für
das Brechen oder Zerstoßen
des brechbaren Teils (184) und das Etablieren eines Durchflusses
durch den herabpumpbaren Plug (170) erforderliche Berstdruck
ist größer als
der Feststelldruck, welcher für
das Betätigen
des Futterrohrhängers
und das Eingreifen desselben in die Verrohrung (25) sowohl
wie für
das Suspendieren des Futterrohres (35) von derselben erforderlich
ist.
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Dem
Fachmann auf diesem Gebiet ist eine ganze Reihe von verschiedenen
hydraulisch feststellbaren Futterrohrhängern bekannt, und ein beliebiger
dieser Hänger
kann mit dem Feststellmechanismus der vorliegenden Erfindung angewendet
werden. Es ist lediglich notwendig, dass der Druck, bei welchem
die Berstscheibe bricht, größer ist
als der Feststelldruck des Futterrohrhängers. So ist zum Beispiel
der Druck, der in einem Hänger,
welcher einen Feststellkolben für
das Betätigen
von Schiebern an dem Futterrohrhänger
und das Eingreifen in die Verrohrung sowohl wie für das Suspendieren
des Futterrohres (35) in der Verrohrung anwendet, für das Bewegen
des Feststellkolbens und das Expandieren der Schieber erforderlich
ist geringer als der Druck, welcher ein Ausfallen des brechbaren
Teils (184) verursachen wird. Wenn die Schieber des Futterrohrhängers (50)
betätigt
werden, um das Futterrohr (35) innerhalb der Verrohrung
(25) zu suspendieren, wird Flüssigkeit ununterbrochen in
der Arbeitskette (40) verdrängt, bis die Berstscheibe (184)
bricht und ein Durchfluß durch
den herabpumpbaren Plug (170) etabliert wird.
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Wie
aus den Zeichnungen ersichtlich ist kann ein uneingeschränkter Durchfluß durch
die gesamte Bohrung des herabpumpbaren Feststellplugs (170) aufgrund
der Tatsache etabliert werden, dass keine Einschränkungen
oder Hindernisse vorhanden sind, welche ein Hindern desselben Durchflusses
verursachen könnten.
Normale Zementierverfahren können durchgeführt werden,
sobald die Berstscheibe geöffnet
wird. Unter Bezugnahme auf 4 kann
eine Lösekugel
(190) durch die Arbeitskette (40) hindurch herabgelassen
werden, bis dieselbe in die Entlüftungshülse (132)
eingreift. Der Druck wird dann gesteigert, bis die Stifte (134)
abscheren und den unteren Wischerplug lösen, welcher auch als ein Untergrundlöseplug (146)
bezeichnet werden kann. Dieser Untergrundlöseplugsatz wird in US-Anmeldung 5,413,172
eingehender beschrieben.
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Nachdem
der Plug (146) gelandet ist, wird der Druck bis auf einen
vorbestimmten Druck gesteigert, um die Abscherstifte (144)
zu brechen, was es der Entlüftungshülse (132)
erlauben wird, auf die Auskoppelplatte (158) herabzufallen
und auf diese Weise einen offenen Flüssigkeitsfließdurchgang
zu erstellen. Zement kann nun ununterbrochen durch die Öffnungen
(162) in dem unteren Wischerplug (146) fliessen
und wird an der Unterseite des Futterrohres (35) durch
möglicherweise
dort vorhandene Schwimmgeräte
ausfliessen. Wenn eine ausreichend große Menge von Zement in das
Bohrloch hinein verdrängt
worden ist, kann ein Bohrgestängepfeil
(196) durch die Arbeitskette hindurch verdrängt werden, bis
derselbe in die Lösehülse (110)
eingreift. Wenn der Druck gesteigert wird, wird die Abschervorrichtung
(112) brechen, so dass sich die Lösehüle (110) nach unten
bewegt und des den Kopfabschnitten (106) ermöglicht,
sich nach innen zu bewegen und auf diese Weise den oberen Wischerplug
(118) zu lösen.
Das Bohrgestänge
und das Einführwerkzeug können dann
entfernt werden.
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Der
oben beschriebene Betrieb des Feststellmechanismus (75)
der vorlegenden Erfindung schliesst das Herablassen des herabpumpbaren Feststellplugs
(170) in einen Behälter
(80) vor dem Verdrängen
von Zement ein. Wie aus den Zeichnungen und der hierin aufgeführten Beschreibung
deutlich ersichtlich ist, kann der herabpumpbare Feststellplug (170)
jedoch entweder vor oder nach dem Verdrängen von Zement innerhalb des
Futterrohres für das
Einzementieren des Futterrohres in Position in die Arbeitskette
(40) hinein gelöst
werden. Auf diese Weise kann die Kugel (190) herabgelassen
werden und in den unteren Wischerplug (146) eingreifen
oder denselben lösen,
und Zement kann durch das Futterrohr (35) hindurch fliessen,
bis die gewünschte
Menge von Zement verdrängt
worden ist, bevor der herabpumpbare Plug (170) in den Plugbehälter (80)
herabgelassen wird. Der Pfeil (196) kann dann herabgelassen
werden, um in den oberen Wischerplug (118) einzugreifen,
und der herabpumpbare Plug (170) kann in die Arbeitskette
hineingelöst
werden. Der Plugbehälter
(80) und der Plug (170) repräsentieren daher zu einem erwünschten
Zeitpunkt eine Feststellvorrichtung für einen Futterrohrhänger, d.
h. entweder vor oder nach dem Verdrängen von Zement durch die Arbeitskette
nach unten, für
das Einzementieren des Futterrohres in Position. Die Feststellvorrichtung
umfasst eine Vorrichtung für
das Blockieren des Durchflusses, und steigert auf diese Weise den hydraulischen
Druck bis auf einen Feststelldruck, d. h. entweder vor oder nach
dem Durchführen
des jeweiligen Zementierverfahrens. Eine solche Fähigkeit repräsentiert
lediglich einen der vielen Vorteile der vorliegenden Erfindung über den
aktuellen Stand der Technik.
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Ein
Feststellmechanismustyp nach dem aktuellen Stand der Technik umfasst
normalerweise eine Feststellhülse,
welche innerhalb des Futterrohres über den Schwimmventilen positioniert
ist. Eine solche Feststellhülse
umfasst einen reduzierten Innendurchmesser für das Empfangen einer Feststellkugel,
so dass der hydraulische Druck gesteigert werden kann, um den Futterrohrhänger festzustellen. Der
Durchmesser muss bis auf einen bestimmten Grad reduziert werden,
so dass die darin empfangene Kugel durch die darunter befindlichen
Schwimmventile extrudiert werden kann. Die Nachteile und Charakteristiken,
welche mit solchen Feststellhülsen assoziiert
sind, wurden weiter oben schon eingehender beschrieben, und die
bevorzugtesten Zementierpraktiken können aufgrund der notwendigen
Abwesenheit eines unteren Zementierplugs und der eingeschränkten Zirkulationsraten,
welche auf der Einschränkung
des Innendurchmessers der Feststellhülse beruhen, mit einer solchen
Feststellhülse
nicht eingehalten werden.
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Ein
zweiter Feststellmechanismustyp nach dem aktuellen Stand der Technik
umfasst einen Sitz, welcher in einer Arbeitskette über Unterwasserlöseplugs
und einem feststehenden Plug positioniert ist, welcher gegen Ende
des Zementierverfahrens in den Sitz eingreift. Ein solcher Feststellmechanismus kann
erst dann angewendet werden, wenn das Zementierverfahren abgeschlossen
ist, da ein feststehender Plug angewendet werden muss. Obwohl hier ein
eingeschränkter
Durchfluß um
den feststehenden Plug herum auftreten kann, ist kein ausreichend
großer
Fließdurchgang
vorhanden, welcher das Durchführen
von Zementierverfahren ermöglichen
würde.
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Die
vorliegende Erfindung bietet daher viele distinktive Vorteile im
Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik. Der herabpumpbare
Feststellplugbehälter
(80) weist keine Durchflußeinschränkungen auf, so dass das Futterrohr
das Problem des Einflusses von hydraulischen Kräften auf offene Formationen
lindert, wenn dasselbe in das Bohrloch herabgelassen wird. Das Futterrohr
(35) kann schneller eingeführt werden als ein Futterrohr,
welches eine Feststellhülse
für das
Feststellen eines hydraulisch betätigten Futterrohrhängers verwendet,
denn es können
verbesserte Füllmechanismen
wie die in der US-Anmeldung 5,641,021 beschriebenen angewendet werden.
Es können
ausserdem weitaus bessere Tellerventilschwimmgeräte angewendet werden, da keine
Feststellkugel vorhanden ist, welche ansonsten dazu fähig sein
müsste,
durch alle Komponente der Arbeitskette hindurch zu passen. Das Anwenden von
zwei Plugfutterrohr-Zementierplugsätzen ist auch möglich. Der
Futterrohrhänger
kann ausserdem entweder vor oder nach Abschluß der Zementierverfahren festgestellt
werden, da sowohl der herabpumpbare Plugbehälter (80) wie auch
der herabpumpbare Plug (170) einen uneingeschränkten Flüssigkeitsdurchfluß durch
die gesamte Bohrung ermöglichen.
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Es
ist deshalb eindeutig ersichtlich, dass der hydraulisch feststellbare
Futterrohrhängerfeststellmechanismus
und die Methode der vorliegenden Erfindung ausreichend dafür adaptiert
sind, die hierin aufgeführten
sowohl wie die darin inhärenten
Ziele und Vorteile zu erzielen. Die hierin beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dienen dabei lediglich der Veranschaulichung
derselben, und es können
von einem Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche Änderungen der Anordnung und Konstruktion
von Teilen durchgeführt werden,
ohne von den Prinzipen der beiliegenden Ansprüche abzuweichen.