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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Trenner, und insbesondere
auf einen Bohrgestängetrenner,
welcher Flüssigkeit
umlenken wird, welche während
des Einführens
einer Verrohrung in ein Bohrloch in dieselbe Verrohrung eingetreten
ist.
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Während der
Konstruktion von Öl-
und Gasbohrlöchern
wird ein Bohrloch in eine oder mehrere Untergrundformationen oder
-zonen gebohrt, welche zu förderndes Öl und/oder
Gas enthalten. Das Bohrloch wird normalerweise mit Hilfe einer Bohrinsel
gebohrt, welche auf ihrem Boden einen Drehtisch für das Rotieren
eines Bohrgestänges
sowohl wie für
andere Verfahren umfasst. Während
eines Bohrlochbohrverfahrens wird Bohrflüssigkeit (welche auch Bohrschlamm
genannt wird) durch ein Bohrloch zirkuliert, indem dieselbe durch
das Bohrgestänge
und durch eine damit verbundene Bohrkrone herabgepumpt, und dann
durch den Ringraum zwischen der Bohrlochwand und dem Bohrgestänge nach
oben zurück
an die Erdoberfläche
gepumpt wird. Die Zirkulierung der Bohrflüssigkeit fördert die Anfeuchtung der Bohrkrone,
entfernt Schnittstücke
aus dem Bohrloch, wenn diese produziert werden, und legt Formationen, welche
unter Druck stehende Flüssigkeit
beinhalten und von einem Bohrloch penetriert werden, einen hydrostatischen
Druck auf, um Ausbrüche
zu verhindern.
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In
den meisten Fällen
wird das Bohrgestänge entfernt
und eine Verrohrung in das Bohrloch eingeführt, nachdem das dasselbe Bohrloch
gebohrt wurde, während
eine ausreichend große
Menge von Bohrflüssigkeit
in dem Bohrloch aufrecht erhalten wird, um Ausbrüche zu verhindern. Der Ausdruck „Verrohrung" wird hier dazu angewendet,
um eine beliebige Rohranordnung zu bezeichnen, welche in ein Bohrloch
herabgelassen und in dasselbe einzementiert wird, ist jedoch nicht
auf Oberflächenverrohrungen,
Futterrohre usw. beschränkt.
Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, beschreibt die Bezeichnung „Futterrohr" ganz einfach eine
Verrohrung, welche einen kleineren Außendurchmesser aufweist als
der Innendurchmesser einer Verrohrung, welche schon in einen Abschnitt
des Bohrloches einzementiert wurde.
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Während des
Einführens
von Verrohrungen muß die
Verrohrung ununterbrochen mit Flüssigkeit gefüllt sein,
um ein übergroßes Flüssigkeitsdruckdifferential über die
Verrohrung, und somit mögliche Ausbrüche zu verhindern.
Aus diesem Grund wird Flüssigkeit
an der Erdoberfläche
in die Verrohrung immer dann eingeführt, wenn ein weiteres Verrohrungsstück an das
Gestänge
angeschraubt, und die Verrohrung in das Bohrloch herabgelassen wird. Bohrlochverrohrungsfüllgeräte werden
außerdem
am oder in der Nähe
des unteren Endes der Verrohrung angewendet, um einen Eintritt von
Bohrlochflüssigkeit
aus dem Bohrloch in den Innenraum der Verrohrung zu ermöglichen,
während
dieselbe eingeführt wird.
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Ein
Grund, aus welchem der Eintritt von Bohrlochflüssigkeit in die Verrohrung
am Ende derselben erlaubt wird, ist das Reduzieren von Druckstössen, welche
auf die Formation ausgeübt
werden, wenn die Verrohrung in das Bohrloch herabgelassen wird.
Der Ausdruck Druckstösse
beschreibt hier den Druck, welcher auf die Formation ausgeübt wird, wenn
die Verrohrung in das Bohrloch eingeführt wird und Bohrlochflüssigkeit
nach unten in das Bohrloch hinein, und nach außen in die Untergrundformation hinein
verdrängt.
Ein besonders nützliches
Verrohrungsfüllgerät wird in
der US-Anmeldung 5.641.021 geoffenbart. Obwohl solche Verrohrungsfüllgeräte für das Reduzieren
von Druckstössen
sehr gut funktionieren gibt es immer wieder Situationen, in welchen solche
Druckstösse
dennoch ein Problem repräsentieren.
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Futterrohre
mit einem Außendurchmesser, welcher
ein wenig kleiner ist als der Innendurchmesser der Verrohrung, welche
vorher in das Bohrloch einzementiert wurde, werden normalerweise
in ein zum Teil verrohrtes Bohrloch herabgelassen und in den unverrohrten
Abschnitt eines Bohrlochs einzementiert. Das Futterrohr wird in
das Bohrloch herabgelassen, so dass sich dasselbe unter das untere Ende
der Verrohrung hinweg in den unverrohrten Abschnitt des Bohrlochs
hinein erstreckt. Wenn die gewünschte
Länge des
Futterrohres erreicht ist, wird es normalerweise mit Hilfe eines
Bohrrohres, welches mit dem Futterrohr verbunden ist, und einem
Futterrohreinführwerkzeug
in das Bohrloch herabgelassen. Das Futterrohr wird normalerweise
ein Bohrlochverrohrungsfüllgerät umfassen,
so dass Bohrlochflüssigkeit
am oder in der Nähe
des unteren Endes des Futterrohrs in dasselbe eintreten kann, wenn
das Futterrohr in das Bohrloch herabgelassen wird.
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Da
das Bohrgestänge
einen viel kleineren Innendurchmesser aufweist als das Futterrohr,
kann die Formation unter Druckstössen
leiden, wenn die Flüssigkeit
in dem Futterrohr durch den Übergangsbereich
zwischen dem Futterrohr und dem Bohrgestänge hindurch, und in den kleineren
Durchmesser des Bohrgestänges
hinein verdrängt
wird. Es besteht daher weiterhin ein Bedarf für ein Gerät, welches diesen Druckstoß auf die
Formation reduzieren wird, wenn ein Futterrohr in ein Bohrloch herabgelassen wird.
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US 4.103.739 beschreibt
ein Sandfanggerät für eine Pumpe.
GB 2 309 470 beschreibt
ein Gerät für das Zirkulieren
von Flüssigkeit
innerhalb eines Bohrlochs. WO 98/48143 beschreibt ein System für das Reduzieren
von Druckstössen
während
des Einführens
eines Verrohrungsfutterrohres in ein Bohrloch.
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Wir
haben nun einen Trenner entwickelt, welcher die oben aufgeführten Anforderungen
im Wesentlichen erfüllt.
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Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Trenner für die Anwendung
in einem Bohrgestänge
geoffenbart, welches in ein Bohrloch herabgelassen wird, wobei derselbe
Trenner umfasst: eine rohrförmiges
Gehäuse,
welches in Längsrichtung
einen zentralen Fließdurchgang
definiert, wobei das genannte rohrförmige Gehäuse wenigstens eine Fließöffnung umfasst,
welche durch dasselbe hindurch definiert ist, und welches den genannten, in
Längsrichtung
verlaufenden zentralen Fließdurchgang
durchschneidet; eine Vorrichtung für das wahlweise Schalten zwischen
einer geöffneten
Position und einer geschlossenen Position, wobei Flüssigkeit in
der genannten geöffneten
Position zwischen dem genannten zentralen Fließdurchgang und einem Ringraum
fliessen kann, welcher zwischen dem genannten rohrförmigen Gehäuse und
einer Seite des genannten Bohrlochs durch wenigstens eine der genannten
Fließöffnungen
definiert ist, und wobei ein solcher Fluß durch die wenigstens eine
genannte Fließöffnung in
der geschlossenen Position blockiert ist; und eine Feststellvorrichtung
für das
Feststellen des genannten Trenners in der genannten geschlossenen
Position, um einen Fluß durch
die wenigstens eine genannte Fließöffnung zu verhindern, und um den
genannten Trenner daran zu hindern, sich unbeabsichtigterweise auf
die geöffnete
Position zurück zu
stellen. Die Vorrichtung für
das wahlweise Schalten umfasst eine Schließhülse, welche verschiebbar entlang
einer Betriebsstrecke des rohrförmigen
Gehäuses
positioniert ist. Die Schließhülse ist
um eine Außenfläche des
rohrförmigen
Gehäuses
herum positioniert und kann zwischen der geöffneten und der geschlossenen
Position hin und her geschoben werden.
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Der
Bohrgestängentrenner
der vorliegenden Erfindung umfasst ein rohrförmiges Gehäuse, welches einen in Längsrichtung
verlaufenden zentralen Fließdurchgang
definiert, und welches wenigstens eine Fließöffnung, und vorzugsweise eine
Reihe von Fließöffnungen
umfasst, welche durch dasselbe hindurch definiert sind und den in
Längsrichtung
verlaufenden Fließdurchgang
durchschneiden. Das rohrförmige
Gehäuse
umfasst ein oberes und ein unteres Ende mit einem Adapter, welcher
mittels eines Gewindes an jedem Ende für das Verbinden mit einem Bohrgestänge oder
einer anderen Rohranordnung über
demselben und einem Futterrohreinführwerkzeug unter demselben
verbunden ist. Ein Trenner ist innerhalb des Bohrgestänges angeschlossen,
welches in einem Bohrloch positioniert ist. Vorzugsweise umfasst
das Bohrloch einen verrohrten Abschnitt mit einer darin einzementierten
Verrohrung. Das rohrförmige
Gehäuse
und die Verrohrung definieren einen Ringraum zwischen denselben.
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Der
Trenner der vorliegenden Erfindung umfasst weiter eine Vorrichtung
für das
wahlweise Schalten zwischen einer geöffneten Position, in welcher
Flüssigkeit
zwischen dem zentralen Fließdurchgang
und dem Ringraum, welcher zwischen dem rohrförmigen Gehäuse und der Verrohrung innerhalb des
Bohrlochs definiert ist, durch die Fließöffnungen fliessen kann, und
einer geschlossenen Position, in welcher ein solcher Fluß durch
die Fließöffnungen blockiert
ist. Eine Feststellvorrichtung für
das Feststellen des Trenners in der geschlossenen Position, um ein
unbeabsichtigtes Zurückstellen
desselben auf die geöffnete
Position zu verhindern, ist auch vorhanden.
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Die
Schließhülse umfasst
einen Außendurchmesser,
so dass die in dem Bohrloch positionierte Verrohrung in die Schließhülse eingreifen
und dieselbe Schließhülse in Position
halten wird, wenn der Trenner in dasselbe herabgelassen wird. Vorzugsweise
besteht die Schließhülse aus
einer Schließhülseneinheit,
welche eine rohrförmige
Gleithülse
mit einer Reihe von Bremsfedern umfasst, welche um die Außenfläche derselben
herum positioniert sind. Die Verrohrung wird in die Bremsfedern eingreifen
und dieselben Bremsfedern nach innen drücken, so dass die Gleithülse in Position
gehalten wird, wenn das rohrförmige
Gehäuse
zusammen mit dem Rest des Bohrgestänges in vertikaler Richtung innerhalb
des Bohrlochs bewegt wird. Normalerweise wird der Trenner sich in
der geschlossenen Position befinden, wobei die Gleithülse die
Fließöffnungen verdeckt,
um einen Fluß durch
dieselben vor dem Zeitpunkt zu verhindern, zu welchem der Trenner
in das Bohrloch herabgelassen wird. Wenn das rohrförmige Gehäuse in die
Verrohrung herabgelassen wird, wird die Verrohrung in die Bremsfedern
eingreifen, so dass das rohrförmige
Gehäuse
sich nach unten bewegen wird, während
die Verrohrung die Gleithülse
in Position hält.
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Die
durch das rohrförmige
Gehäuse
definierten Fließöffnungen
werden relativ zu der Gleithülse nach
unten bewegt und werden aufgedeckt, so dass ein Durchfluß zwischen
dem Ringraum und der zentralen Öffnung
des rohrförmigen
Gehäuses
hergestellt wird. Es kann gesagt werden, dass die Schließhülse sich
in vertikaler Richtung relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse entlang der Betriebsstrecke
desselben bewegt, während
sich das rohrförmige
Gehäuse
vertikal innerhalb der Verrohrung bewegt, obwohl dieselbe stillstehend
entlang der Betriebsstrecke des rohrförmigen Gehäuses verbleibt. Wenn die Gleithülse die
obere Grenze der Betriebsstrecke erreicht, wird sie sich automatisch
zusammen mit dem rohrförmigen
Gehäuse
nach unten bewegen und in der geöffneten
Position verbleiben. Wenn der Trenner von der geöffneten auf die geschlossene
Position bewegt werden soll, wird die abwärtige Bewegung gestoppt, und
eine aufwärtige
Ziehbewegung angewendet, so dass das rohrförmige Gehäuse sich relativ zu der Gleithülse nach
oben bewegt, bis dieselbe Gleithülse
die untere Grenze der Betriebsstrecke erreicht, wobei die Gleithülse die
Fließöffnungen
verdeckt und den Trenner somit zurück in die geschlossene Position
versetzt.
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Die
Feststellvorrichtung für
das Feststellen des Trenners in der geschlossenen Position umfasst vorzugsweise
einen J-Schlitz, welcher auf der Außenfläche des rohrförmigen Gehäuses definiert
ist, so dass der Trenner in der geschlossenen Position mittels eines
einfachen Rotierens des Bohrgestänges
in der Bohrlochkammer festgestellt werden kann.
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So
kann Flüssigkeit
aus dem Futterrohr heraus durch das Futterrohreinführwerkzeug
hindurch in das rohrförmige
Gehäuse
hinein, und aus den Fließöffnungen
heraus in den Ringraum zwischen dem rohrförmigen Gehäuse und der vorher festgestellten Verrohrung
hinein fliessen, wenn das Futterrohr in das Bohrloch eingeführt wird
und der Trenner sich in der geöffneten
Position befindet. Durch dieses Erstellen eines Auslasses für die Flüssigkeit
innerhalb des Futterrohres kann der Druckstoß auf das Bohrloch reduziert
werden. Der Trenner liefert daher eine Methode für das Reduzieren des Druckstosses
auf eine Formation während
des Einführens
eines Futterrohres in das Bohrloch.
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Gemäß eines
Aspektes bietet die vorliegende Erfindung daher eine Vorrichtung
für das
Reduzieren des Druckstosses auf eine Formation, und für das Reduzieren
der Einführzeit
während
des Herablassens eines Futterrohres in ein zum Teil verrohrtes Bohrloch.
Gemäß eines
weiteren Aspektes bietet die vorliegende Erfindung einen Trenner,
welcher für
das wahlweise Ermöglichen
und Blockieren des Flusses zwischen der zentralen Fließöffnung eines
Bohrgestänges
und einem Ringraum zwischen demselben Bohrgestänge und einer Verrohrung, welche
in das Bohrloch einzementiert wurde, wahlweise zwischen einer geöffneten
und einer geschlossenen Position geschaltet werden kann. Gemäß eines
weiteren Aspektes bietet die vorliegende Erfindung einen Bohrrohrtrenner
für das
Reduzieren des Druckstosses auf ein Bohrloch, welcher in einer geschlossenen
Position festgestellt werden kann, um ein unbeabsichtigtes erneutes Öffnen und
Wiederherstellen des Flusses zwischen dem Ringraum und dem Bohrgestänge zu verhindern.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung werden wir nun eine Ausführungsform
derselben in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen eingehender beschreiben, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht eines Bohrrohrtrenners gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
welcher innerhalb eines Bohrlochs positioniert ist;
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2A–2C eine
Aufsicht auf einen Bohrrohrnenner gemäß der vorliegenden Erfindung in
einer geschlossenen Position zeigen;
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3A–3C eine
Teilaufsicht auf einen Bohrrohrtrenner gemäß der vorliegenden Erfindung in
einer geöffneten
Position innerhalb eines verrohrten Bohrlochs zeigen;
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4 eine
Entwicklung eines J-Schlitzes in einem rohrförmigen Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5 eine
Teilansicht eines rohrförmigen Gehäuses gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Linie 5-5 in 3B zeigt;
und
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6 eine
Teilansicht des rohrförmigen
Gehäuses
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Linie 6-6 in 3B zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1,
wird hier ein Bohrgestänge 10 mit
einem Bohrrohrnenner 15 der vorliegenden Erfindung geoffenbart,
welcher schematisch in einem Bohrloch 20 mit einer Bohrlochseite
oder -wand 21 positioniert ist. Das Bohrloch 20 umfasst
einen verrohrten Abschnitt 22 und einen unverrohrten Abschnitt 24.
Das Bohrgestänge 10 kann
ein Bohrrohr 25 umfassen, welche an ihrem unteren Ende 27 mit
dem Bohrrohrtrenner 15 verbunden ist. Das Bohrgestänge 10 kann
außerdem
ein Futterrohr 30 umfassen, welches mit dem Bohrrohrtrenner 15 und
einem Futterrohreinführwerkzeug 35 verbunden
ist. Das Futterrohr 30 umfasst eine Außenfläche 31, welche einen
Außendurchmesser 32 definiert,
und einen Innendurchmesser 33, welcher eine zentrale Öffnung 34 definiert.
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Der
verrohrte Abschnitt 22 des Bohrlochs 20 umfasst
eine in dasselbe einzementierte Verrohrung 40. Die Verrohrung 40 umfasst
eine Innenfläche 42, welche
einen Innendurchmesser 44 definiert, und ein unteres Ende 46.
Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird schnell erkennen, dass das Bohrloch 20 normalerweise
von dem unteren Ende 46 der Verrohrung bis an die Erdoberfläche verrohrt
sein wird. Die Seite 21 des Bohrlochs 20 wird daher innerhalb
des verrohrten Abschnitts 22 des Bohrlochs von der Innenfläche 42 der
Verrohrung 40, und innerhalb des unverrohrten Abschnitts 24 von
der Wand 43 des unverrohrten Bohrlochs unter dem unteren
Ende 46 der Verrohrung 40 definiert. Ein Ringraum 48 ist
zwischen dem Bohrgestänge 10 und
der Seite 21 des Bohrloches 20 definiert. Der Ringraum 48 besteht aus
einem oberen Ringraum 50 und einem unteren Ringraum 52.
Der obere Ringraum 50 ist zwischen der Innenfläche 42 der
Verrohrung 40 und dem darin positionierten Abschnitt des
Bohrgestänges 10 definiert.
Der untere Ringraum 52 ist zwischen der Seite 43 des unverrohrten
Bohrlochs und der Außenfläche 31 des
Futterrohres 30 definiert.
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Wie
aus der schematischen Zeichnung ersichtlich ist, weist der obere
Ringraum 50 zwischen dem Futterrohr 30 und der
Verrohrung 40 eine viel kleinere Breite auf als der obere
Ringraum 50 zwischen dem Bohrrohr 25 und der Verrohrung 40,
und zwischen dem Bohrrohrtrenner 15 und der Verrohrung 40.
Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, umfasst
das Futterrohr 30 eine Vorrichtung, mittels welcher Bohrlochflüssigkeit in
das Futterrohr eintreten kann. Die Bohrlochflüssigkeit wird dann aufwärts in Richtung
der in 1 dargestellten Pfeile durch die zentrale Öffnung 34 fliessen,
und wird dann durch das Futterrohreinführwerkzeug 35 hindurch
in den Bohrrohrtrenner 15 hinein fliessen. Die Bohrlochflüssigkeit
kann dann in den oberen Ringraum 50 und durch den Bohrrohrtrenner 15 über dem
Futterrohr 30 fliessen.
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Unter
Bezugnahme auf 2A–2C und 3A–3C ist
der Trenner 15 hier jeweils in seiner geschlossenen Position 60 und
in seiner geöffneten
Position 62 dargestellt. 3A–3C zeigen den
Trenner, welcher hier in der Verrohrung 40 positioniert
ist. Der Trenner 15 umfasst ein rohrförmiges Gehäuse, oder eine Spindel 70,
mit einem oberen Ende 72 und einem unteren Ende 74.
Das obere Ende 72 umfasst Gewinde, und wird mittels dieser Gewinde
mit einem oberen Adapter 76 verbunden. Gleichermaßen ist
das untere Ende 74 mittels eines Gewindes mit einem unteren
Adapter 78 verbunden. Der obere Adapter 76 ist
für das
Verbinden mit einem Bohrrohr 25 oder einer anderen Rohrkette
oder -anordnung adaptiert. Der untere Adapter 78 ist für das Verbinden
mit einer Verbindung und einem Futterrohreinführwerkzeug 35, und
damit dem Futterrohr 30, adaptiert. Obwohl der Trenner 15 hier
als mit dem unteren Ende des Bohrrohres 25 verbunden dargestellt ist,
kann der Bohrrohrtrenner 15 auch anderswo innerhalb eines
Bohrrohres angeschlossen werden, so dass mehrere Längen des
Bohrrohres oder eines anderen Rohres mit dem unteren Adapter 78 verbunden,
und dann mit dem Futterrohreinführwerkzeug 35 verbunden
werden können.
Der Adapter 76 definiert einen Ansatz 80, und
ein unterer Adapter 78 definiert ein oberes Ende oder einen
Ansatz 82, von welchen sich beide von dem rohrförmigen Gehäuse 70 hinweg radial
nach außen
erstrecken.
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Das
rohrförmige
Gehäuse 70 umfasst
eine Außenfläche 84,
welche einen ersten Außendurchmesser 86 definiert.
Wenigstens ein, und vorzugsweise zwei J-Schlitze 88 sind
in der Außenfläche 84 definiert.
Eine Weiterentwicklung der J-Schlitze ist in 4 dargestellt
und wird weiter unten noch eingehender beschrieben. Die Außenfläche 84 umfasst außerdem einen
zurück
gesetzten Durchmesser 90, welcher radial von dem Außendurchmesser 86 zurück gesetzt
ist.
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Eine
Reihe von Fließöffnungen 92,
und vorzugsweise vier Fließöffnungen 92,
sind auf der zurück
gesetzten Fläche 90 durch
das rohrförmige
Gehäuse 70 hindurch
definiert. Die Fließöffnungen 92 sind
vorzugsweise gleichmäßig voneinander
beabstandet und radial um das rohrförmige Gehäuse 70 herum angeordnet,
und sind weiter in der Nähe
des unteren Endes 74 desselben herum angeordnet. Die Fließöffnungen 92 durchschneiden
eine zentrale Öffnung 94,
welche von dem rohrförmigen
Gehäuse 70 definiert
wird. Die zentrale Öffnung 94 steht
mit der zentralen Öffnung 34 des
Futterrohres 30 in Verbindung, so dass Bohrlochflüssigkeit,
welche in das Futterrohr 30 eintritt, durch dasselbe hindurch
nach oben und in die zentrale Öffnung 94 hinein
fliessen kann, und so dass die Bohrlochflüssigkeit durch die Fließöffnungen 92 hindurch
in den Ringraum 48 zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 70 und der Verrohrung 40 fliessen
kann, wenn sich der Trenner 15 wie in 3A–3C und
in der schematischen Zeichnung in 1 dargestellt
in der zweiten oder geöffneten
Position 62 befindet.
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Der
Trenner 15 umfasst weiter eine Schließhülse 100, welche um
das rohrförmige
Gehäuse
70 herum positioniert ist. Die Schließhülse 100 umfasst ein
rohrförmiges
Schließhülsenteil 102,
welches auch als eine Gleithülse 102 bezeichnet
werden kann, und eine Reihe von Bremsfedern 104, welche um
das rohrförmige
Schließhülsenteil 102 herum
positioniert sind. Die hier dargestellte Ausführungsform umfasst acht Bremsfedern.
Es können
jedoch auch mehr oder weniger als acht Bremsfedern angewendet werden.
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Das
Schließhülsenteil 102 wird
abdichtend und verschiebbar um das rohrförmige Gehäuse 70 herum empfangen.
Vorzugsweise umfasst das Schließhülsenteil 102 eine
Innenfläche 106,
welche einen ersten Innendurchmesser 108 definiert, welcher
verschiebbar und abdichtend um die Außenfläche 84 herum positioniert
ist, und umfasst weiter ein oberes Ende 110 und ein unteres
Ende 112. Die Innenfläche 106 definiert
einen zweiten Innendurchmesser 109 an dem oberen Ende 110,
welcher radial von dem Durchmesser 108 nach außen versetzt
ist. Eine untere Dichtung 119 ist in einer Rille 120 positioniert,
welche auf der Innenfläche 106 der
rohrförmigen
Schließhülse 102 in
der Nähe
des unteren Endes 112 derselben definiert ist. Eine obere
Dichtung 114 ist in einer Rille 116 positioniert,
welche über
der Rille 120 auf der Innenfläche 106 der rohrförmigen Schließhülse 102 definiert
ist. Die untere Dichtung 118 greift abdichtend in die Außenfläche 84 der
rohrförmigen
Schließhülse 102 unter
den Öffnungen 92 ein,
und die obere Dichtung 114 greift abdichtend in die Fläche 84 über den
Fließöffnungen 92 ein,
wenn der Trenner 15 sich in seiner geschlossenen Position 60 befindet.
Auf diese Weise greift die rohrförmige Schließhülse 102 der
Schließhülseneinheit 110 abdichtend
in das rohrförmige
Gehäuse 70 über und
unter den Fließöffnungen 92 ein
und verdeckt dieselben Fließöffnungen 92,
wenn der Trenner sich in seiner geschlossenen Position 60 befindet,
so dass eine Verbindung zwischen der zentralen Öffnung 94 und dem
Ringraum 48 durch die Fließöffnungen 94, und dem
Ringraum 48 durch die Fließöffnungen 92 verhindert
wird.
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Das
Schließhülsenteil 102 umfasst
eine Außenfläche 122,
welche einen ersten Außendurchmesser 124 definiert.
Eine Reihe von oberen Federausrichtungsnasen 126 wird von
der Außenfläche 122 definiert
und erstreckt sich von dem Außendurchmesser 124 hinweg
radial nach außen.
Die Nasen 126 umfassen ein oberes Ende 128 und
ein unteres Ende 130. Wie auf 5 besser
zu erkennen ist, sind die Nasen 126 radial und voneinander
beabstandet um das rohrförmige
Schließhülsenteil 102 herum
angeordnet und definieren eine Reihe von Abständen 132. Eine Reihe
von unteren Federausrichtungsnasen 134 wird gleichermaßen von
der Außenfläche 122 definiert
und erstreckt sich von dem ersten Außendurchmesser 124 hinweg
radial nach außen. Die
unteren Nasen 134 umfassen ein oberes Ende 136 und
ein unteres Ende 138. Wie auf 6 besser zu
erkennen ist, sind die Nasen radial und voneinander beabstandet
um die rohrförmige
Schließhülse 102 herum
angeordnet und definieren eine Reihe von Abständen 140 zwischen
denselben. Vorzugsweise befinden sich hier acht obere Nasen 126 und
acht untere Nasen 134, und daher auch jeweils acht Abstände 132 und 140.
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Ein
unterer Federhalter 150 ist mit der Außenfläche 122 der rohrförmigen Schließhülse 102 verbunden.
Der untere Federhalter 150 ist im Wesentlichen zylindrisch
und umfasst eine Außenfläche 152 und
eine Innenfläche 154.
Der untere Federhalter 150 ist mit der Außenfläche 122 der
rohrförmigen Schließhülse 102 verbunden,
und vorzugsweise mit derselben verschweißt. Der untere Federhalter 150 umfasst
vorzugsweise einen L-förmigen
Querabschnitt mit einem vertikalen Schenkel 151 und einem horizontalen
Schenkel 153. Ein Ringraum 156 ist zwischen dem
Schenkel 151 und der Außenfläche 122 der Schließhülse 102 definiert.
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Eine
kreisrunde Nase 160 wird von der Außenfläche 122 über den
Federausrichtungsnasen 126 definiert. Die kreisrunde Nase 160 erstreckt
sich um den Umfang des rohrförmigen
Gehäuses 70 herum
und ist von dem Außendurchmesser 124 radial nach
aussen versetzt. Ein Abstand 161 ist zwischen der Nase 160 und
dem Schenkel 153 des unteren Federhalters 150 definiert.
Die Außenfläche 122 umfasst
Gewinde 162, welche auf derselben definiert sind, über der
Nase 160. Eine Federhaltehülse 170 mit einem
oberen Ende 172 und einem unteren Ende 174 ist
an den Gewinden 162 über
der kreisrunden Nase 160 mit der rohrförmigen Schließhülse 102 verschraubt.
Die Haltehülse 170 erstreckt
sich an der kreisrunden Nase 160 vorbei und über einen
Abschnitt der oberen Federausrichtungsnasen 126 nach unten.
Ein Ringraum 171 ist zwischen der Haltehülse 170 und
der Außenfläche 122 der
Gleithülse 102 unter
der kreisrunden Nase 160 definiert. Bremsfedern 104 sind
um die rohrförmige
Gleithülse 102 herum
positioniert, und diese Bremsfedern 104 werden, wie weiter
unten noch eingehender beschrieben werden soll, durch Platzieren
der oberen und unteren Enden derselben jeweils innerhalb eines Ringraums 171 und
eines Ringraums 156 mit der Gleithülse 102 verbunden.
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Eine
jede Bremsfeder 104 umfasst ein oberes Ende 176 und
ein unteres Ende 178, an welchen jeweils Eingreifflächen 177 und 179 definiert
sind. Die Flächen 177 und 179 greifen
in die Außenfläche 122 der
Schließhülse 102 ein.
Die oberen Enden 176 der Bremsfedern 104 werden
in die Hohlräume 132 empfangen,
und die unteren Ende 178 werden in die Hohlräume 140 empfangen,
wobei dieselben vorzugsweise die gleiche Breite aufweisen. Die oberen Enden 176 der
Bremsfedern 104 werden in den Ringraum 171 empfangen,
und die unteren Enden 178 der Bremsfedern 104 werden
in den Ringraum 156 empfangen.
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Ein
Paar Löcher
oder Öffnungen 180 ist über den
Gewinden 162 durch die rohrförmige Schließhülse 102 hindurch
definiert. Jedes Loch 180 empfängt eine runde Kugel 182.
Die Kugeln 182 werden in J-Schlitze 88 empfangen,
und werden in denselben J-Schlitzen 88 von der Haltehülse 170,
welche sich an den Löchern 180 vorbei
nach oben erstreckt, gehalten und verdeckt.
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Die
Kugeln 182 können
aus den J-Schlitzen 88 entfernt werden, welche in 4 besser
zu erkennen sind. Die J-Schlitze 88 umfassen einen vertikalen Schlitz 190 und
einen Absetzabschnitt 192 mit einer unteren Kante 194,
einer oberen Kante 196, und einer Feststellschulter 198.
Die J-Schlitze 88 umfassen außerdem einen angewinkelten Übergangsschlitz 200,
welcher sich von dem Absetzabschnitt 192 hinweg bis zu
dem vertikalen Schlitz 190 erstreckt.
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Unter
Bezugnahme auf die schematische Zeichnung in 1 kann der
Trenner 15 in einem Bohrgestänge 10 angewendet
werden, über
welchem ein Futterrohr 30 und ein Bohrrohr 25 angeschlossen
sind. Obwohl das Bohrgestänge über dem Futterrohr 30 hier
die Rolle eines Bohrrohres 25 übernimmt, sollte man dabei
berücksichtigen,
dass die Bezeichnung Bohrrohr, wenn sie in diesem Zusammenhang angewendet
wird, sich auf einen beliebigen Typ von Bohrgestänge mit einem kleineren Außendurchmesser
als demjenigen des Futterrohres bezieht und dazu angewendet wird,
das Futterrohr in das Bohrloch herabzulassen. Wenn die gewünschte Länge des
Futterrohres 30 erstellt worden ist, wir dasselbe normalerweise
durch die Verrohrung 30 hindurch in das offene, unverrohrte
Bohrloch darunter herabgelassen, wobei das Bohrrohr 25 oder
die andere Rohranordnung einen Durchmesser aufweist, welcher kleiner
ist als der Außendurchmesser 32 des Futterrohres 30.
In der hier dargestellten Ausführungsform
ist der Bohrrohrtrenner 15 mit dem Futterrohreinführwerkzeug 35 verbunden,
kann aber auch über
demselben innerhalb des Bohrrohres 25 angeschlossen werden.
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Wie
dem Fachmann auf diesem Gebiet sehr wohl bekannt ist, wird ein Verrohrungsfüllgerät wie das
in US-Anmeldung 5,641,021 geoffenbarte in Futterrohren dazu angewendet,
dasselbe Futterrohr mit Bohrlochflüssigkeit füllen zu können, während es in das Bohrloch eingeführt wird.
Obwohl das dort beschriebene Füllgerät für die Anwendung
mit der vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist, kann der Trenner 15 auch
in Kombination mit einem beliebigen Typ von Füllgerät angewendet werden, welches
das Einfüllen
von Flüssigkeit
in ein Futterrohr ermöglicht, welches
in ein Bohrloch eingeführt
wird. Ein Grund für
das Füllen
des Futterrohres mit Bohrlochflüssigkeit
ist derjenige, Druckstöße auf die
Formation zu reduzieren. Die Bezeichnung Druckstoß beschreibt den
Druck, welcher von der Bohrlochflüssigkeit auf das Futterrohr
auferlegt wird, und welcher Bohrlochflüssigkeit in die Formation hineindrückt.
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Wenn
der Bohrrohrtrenner 15 in das Bohrloch herabgelassen wird,
wird derselbe wie in 1 und 3A–3C dargestellt
von der Verrohrung 40 ergriffen. Die Verrohrung 40 wird
die Bremsfedern 104 zusammen oder nach innen drücken, so
dass die Eingreifflächen 177 und 179 die
Gleithülse 102 fest halten.
Wie in 3A–3C dargestellt
ist, ist die Gesamtlänge
der Bremsfeder von deren oberem Ende zu ihrem unteren Ende geringer
als der Abstand 161, so dass die Enden 176 und 178 sich
vertikal entlang der Außenfläche 122 bewegen
können, wenn
die Verrohrung 40 anfänglich
in die Bremsfedern 104 eingreift, wobei radial nach innen
ausgerichtete Kräfte
von den Bremsfedern 104 auf das Schließhülsenteil 102 auferlegt
werden. Wenn die Bremsfedern 104 von der Verrohrung 40 ergriffen worden
sind, ist die von denselben auf das Schließhülsenteil 102 auferlegte
Kraft so groß,
dass das Hülsenteil 102 von
den Bremsfedern in Position gehalten wird. Auf diese Weise wird
die Schließhülse 100 durch
die Verrohrung 40 in Position gehalten und kann sich vertikal
entlang einer Betriebsstrecke 202 relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse 70 bewegen, wenn
das rohrförmige
Gehäuse 70 sich
vertikal bewegt. Die Betriebsstrecke 202 verläuft zwischen
dem unteren Ende 80 des oberen Adapters 76 und
dem oberen Ende 82 des unteren Adapters 78. Eine
abwärtige
Bewegung des rohrförmigen
Gehäuses 70 innerhalb
der Verrohrung 40 wird das rohrförmige Gehäuse 70 dazu veranlassen,
sich relativ zu dem rohrförmigen
Schließhülsenteil 102 nach
unten zu bewegen, und das Schließhülsenteil 102 bewegt
sich somit relativ zu dem rohrförmigen
Gehäuse 70 entlang
der Betriebsstrecke 202 vertikal nach oben.
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In
der geschlossenen Position 60 befinden sich die runden
Kugeln 182 wie in 2B und 4 dargestellt
in den Positionen 182A. Wenn der Trenner 15 sich
auf die geöffnete
Position 62 bewegt, wird durch die Öffnungen 92 eine Verbindung
zwischen der zentralen Öffnung 94 und
dem Ringraum 48 hergestellt. Der Trenner 15 wird
durch das Herablassen des Bohrgestänges 10, und damit
des rohrförmigen Gehäuses 70,
innerhalb der Verrohrung 40 von der geschlossenen Position 60 auf
die geöffnete
Position 62 bewegt. Wenn sich das rohrförmige Gehäuse 70 nach unten
bewegt, werden die Federn 104 von der Verrohrung 40 ergriffen,
so dass die Schließhülse 102 in
Position gehalten wird und die Öffnungen 92 aufgedeckt
werden. Wenn sich das Bohrgestänge 10 weiter
nach unten bewegt, wird sich das rohrförmige Gehäuse 70 relativ zu
dem Schließhülsenteil 102 bewegen,
bis das obere Ende 120 desselben in das untere Ende 80 des
oberen Adapters 76 eingreift. Wenn die Enden 86 und 120 ineinander
eingreifen, werden sich die runden Kugeln 182 in einer
in 4 dargestellten Position 182B befinden,
und das Schließhülsenteil 102 wird
sich nach unten bewegen, wenn sich das rohrförmige Gehäuse 70 nach unten
bewegt, und wird in der geöffneten
Position 62 verbleiben. Wenn das rohrförmige Gehäuse sich nach unten bewegt hat,
so dass die Öffnungen 92 aufgedeckt
sind, kann Flüssigkeit,
welche in das Futterrohr 30 eingetreten und durch die zentralen Öffnungen 94 geflossen
ist, durch die Öffnungen 92 hindurch
in den Ringraum 48 zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 70 und der Verrohrung 40 hinein
austreten. In der Abwesenheit solcher Öffnungen kann der Übergang
von dem Futterrohr 30 in das Bohrrohr mit dem kleineren
Durchmesser zusammen mit Reibung, welche durch den kleineren Durchmesser
des Bohrrohres erzeugt wird, den Druckstoß steigern. Auf diese Weise übernimmt der
Trenner 15 die Rolle einer Vorrichtung für das Reduzieren
des Druckstosses auf eine Untergrundformation.
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Wenn
es während
des Herablassens des Futterrohres 30 in das Bohrloch erwünscht ist,
die Öffnungen 92 aus
irgendeinem Grund zu schliessen, kann eine aufwärtige Ziehbewegung an der Erdoberfläche angewendet
werde, welche eine aufwärtige Bewegung
des rohrförmigen
Gehäuses 70 innerhalb der
Verrohrung 40 relativ zu der Schließhülse 100 veranlassen
wird. Wenn diese aufwärtige
Ziehbewegung angewendet wird, wird das rohrförmige Schließhülsenteil 102 von
den Bremsfedern 104 und der Verrohrung 40 in Position
gehalten, und wird sich relativ zu dem rohrförmigen Gehäuse 70 entlang der Betriebsstrecke 202 nach
unten auf die geschlossene Position 60 bewegen, in welcher
das untere Ende 112 des rohrförmigen Schließhülsenteils 102 in
das obere Ende 82 des unteren Adapters 78 eingreift, und
die runden Kugeln 182 werden sich vertikal in die Schlitze 190 hinein
auf die in 4 dargestellte Position 182A bewegen.
Wenn das Ende 112 in das obere Ende 82 des unteren
Adapters 78 eingreift, wird sich die Schließhülse 100 zusammen
mit dem rohrförmigen
Gehäuse 70 nach
oben bewegen. In der geschlossenen Position 60 verdeckt
die Schließhülse 102 die Öffnungen 92 und
blockiert die Öffnungen 92,
so dass eine Verbindung durch dieselben hindurch zwischen der zentralen Öffnung 94 und
dem Ringraum 48 verhindert wird. Der Trenner 15 kann dann
durch das Herablassen des Bohrgestänges, und daher des rohrförmigen Gehäuses 70,
innerhalb der Verrohrung 40 nach unten einfach wieder auf
die geöffnete
Position 62 bewegt werden, um die Hülse 102 relativ zu
demselben aufwärts
zu bewegen, so dass die Öffnungen 92 aufgedeckt
sind und eine Verbindung zwischen der zentralen Öffnung 94 und dem Ringraum 49 möglich ist.
Auf diese Weise umfasst die Hülseneinheit 100 eine
Vorrichtung für
das wahlweise Schalten des Trenners 15 zwischen einer geöffneten
Position, in welcher Flüssigkeit
durch die Fließöffnungen 92 hindurch
zwischen der zentralen Öffnung 94 und
dem Ringraum 48 fliessen kann, und einer geschlossenen
Position, in welcher die Schließhülse 100 die Öffnungen 92 verdeckt,
so dass ein Fluß durch
dieselben hindurch blockiert ist.
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Wenn
das Futterrohr 30 die gewünschte Tiefe innerhalb des
Bohrlochs 20 erreicht, kann der Trenner 15 in
der geschlossenen Position 60 festgestellt werden, so dass
der Fluß durch
die Öffnungen 92 blockiert
ist, und ein zufälliges
oder unbeabsichtigtes Öffnen
verhindert wird. Das Futterrohr 30 kann dann auf die herkömmliche
Art und Weise in das Bohrloch einzementiert werden. Um den Trenner 15 in
der geschlossenen Position 60 festzustellen, wird die aufwärtige Bewegung
des Bohrgestänges 10 gestoppt,
und die aufwärtige
Ziehbewegung wird angewendet, so dass die runden Kugeln 182 sich
entlang der unteren Kante 194 des Absatzabschnitts 192 der J-Schlitze 88 auf
die Position 182A bewegen können. Das Das Bohrrohr 25 wird
dann rotiert, bis die Kugeln 182 in der Position 182C in
die Feststellschulter 198 eingreifen. In Position 192C werden
die Kugeln 192 zwischen den oberen und unteren Kanten 194 und 196 des
Absetzabschnitts 192 gehalten, so dass die Schließhülse 100 sich
innerhalb der Verrohrung 40 vertikal zusammen mit dem rohrförmigen Gehäuse 70 bewegen
kann, und der Trenner 15 verbleibt in der geschlossenen
Position 50. Auf diese Weise bieten der J-Schlitz und die
Anordnung der runden Kugeln eine Feststellvorrichtung für das Feststellen
des Trenners 15 in seiner geschlossenen Position 60.
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Wenn
es erwünscht
ist, das Werkzeug zu lösen,
während
sich dasselbe noch in dem Bohrloch befindet, muß das Trennergehäuse manipuliert
und nach rechts rotiert werden, so dass die runden Kugeln 182 über die
Feststellschulter 198 hinweg in die angewinkelte Übergangshülse 200 hinein
gleiten. Ein Fortsetzen des Rotierens wird die Kugeln 182 dazu veranlassen,
dem Schlitz 200 zu folgen, bis dieselben auf die vertikalen
Schlitze 190 ausgerichtet sind, und sie können auf
diese Weise von Position 182A auf Position 182B bewegt
werden. Wenn der Trenner 15 in der geschlossenen Position 60 festgestellt
ist, kann derselbe nicht zufällig
gelöst
werden, und es wird normalerweise nicht nötig sein, den Trenner 15 zu
lösen,
bis derselbe aus dem Bohrloch entfernt worden ist. Wenn dies jedoch
notwendig sein sollte, kann der Trenner 15 wie beschrieben
gelöst
werden.
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Die
Feststellvorrichtung kann außerdem
eine Feststellhülse
umfassen, welche lösbar
in der zentralen Öffnung 94 positioniert
ist. Die Feststellhülse
würde innerhalb
des rohrförmigen
Gehäuses 70 über den Öffnungen 92 befestigt
werden, und würde
einen Sitz für
das Aufnehmen einer Kugel oder eines Pfeils umfassen. Wenn es erwünscht ist,
den Trenner in der geschlossenen Position festzustellen, kann eine
Kugel oder ein Pfeil fallen gelassen und der Druck gesteigert werden,
um die Hülse
nach unten zu bewegen, so dass dieselbe die Öffnungen 92 verdeckt. Das
rohrförmige
Gehäuse
wird eine Schulter oder eine andere Vorrichtung für das Stoppen
der abwärtigen
Bewegung der Hülse
umfassen. Der Kugelsitz innerhalb der Hülse muß herausnehmbar oder verschiebbar
sein, so dass die Kugel durch denselben hindurch gedrückt, und
Zement durch denselben hindurch geführt werden kann.
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Wenn
der Trenner 15 in die geschlossene Position 60 bewegt
und dort festgestellt worden ist, kann das normale Zementierverfahren
beginnen. Der Trenner 15 bietet daher wie hierin beschrieben
eine Vorrichtung für
das Reduzieren des Druckstosses, wenn ein Futterrohr in ein Bohrloch
herabgelassen wird. Die Methode für das Reduzieren des Druckstosses
umfasst das Bereitstellen eines Bohrgestänges mit einem Trenner 15,
welcher innerhalb desselben angeschlossen ist, und das Herablassen
des Bohrgestänges
mitsamt des Trenners in ein Bohrloch. Der Druckstoß wird durch
das Einführen
von Bohrlochflüssigkeit
in das Bohrgestänge
an einem Punkt unter dem Trenner, und durch das Verbleiben der in
das Bohrgestänge
eingeführten
Flüssigkeit
in derselben reduziert, wobei diese dann durch Öffnungen aus dem Bohrgestänge austritt,
welche durch den Trenner hindurch definiert sind. Eine solche Methode
reduziert den Druckstoß auf
eine Formation und reduziert die Einführzeit der Verrohrung, d.h.
sie bietet eine wesentliche Verbesserung gegenüber von Methoden nach dem aktuellen
Stand der Technik.