DE2545090C3

DE2545090C3 - Vorrichtung zur lösbaren Befestigung eines Objekts an einem rohrförmigen Gehäuse

Info

Publication number: DE2545090C3
Application number: DE2545090A
Authority: DE
Inventors: Ronald Eddy Duncan Okla. Savage (V.St.A.)
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1975-10-08
Publication date: 1978-07-20
Also published as: FR2287579B1; BR7506288A; NL160359B; NL7510475A; JPS5421161B2; DE7532012U; NL160359C; DE2545090A1; IT1042354B; US3915226A; JPS5163301A; NO146248B; CA1019238A; FR2287579A1; DK450975A; NO146248C; DE2545090B2; NO753435L; GB1480865A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren Befestigung eines Objektes an einem rohrförmigen Gehäuse, das über eine radial bewegliche Halteeinrichtung mit einem Kragen verbunden ist, mit einer Hülse, die eine Axialbohrung aufweist, in der ein Verschlußglied absetzbar ist und durch welche die radial bewegliche Halteeinrichtung nach außen hin beaufschlagbar ist, bis nach dem Aufsetzen des Verschlußgliedes auf der Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen Aufsetzdruckes die Hülse wenigstens teilweise nach unten verschoben ist, und mit Dichtungen zwischen dem Verschliißglied und dem Gehäuse, durch welche dieses bei auf der Hülse aufsitzendem Verschlußglied abdichtbar ist.

Eine solche Vorrichtung zur Auslösung von Stopfen bei Zementiervorgängen in Ölbohrungen ist bekannt durch die US-PS 37 96 260. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in einem rohrförmigen Gehäuse eine zylindrische Führung vorgesehen, oberhalb derer die Innenwandung unter Bildung einer Ringschulter nach außen zurückspringt. In der Führung ist ein Kragen geführt, der durch eine radial bewegliche Halteeinrichtung gegenüber dem Gehäuse festgehalten wird. Diese Haltevorrichtung besteht in einer Radialbohrung des

Kragens, in welcher eine Kugel angeordnet ist. Diese Kugel ragt radial nach außen aus der Radialbohrung heraus und sitzt auf der Ringschulter des Gehäuses auf. Eine Hülse, die eine Axialbohrung aufweist, sitzt innerhalb des Kragens und verhindert die Einwärtsbewegung der Kugel in der Radialbohrung, d. h. beaufschlagt die radialbewegliche Halteeinrichtung nach außen hin. Die Hülse ist durch einen Scherstift mit dem Kragen verbunden. Bei Aufsetzen eines Verschlußgliedes auf die Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen Aufsetzdruckes wird die Hülse unter Abscheren des Scherstiftes um ein Stück nach unten verschoben. Die Kugel kann nach innen ausweichen und gleitet von der Ringschulter des Gehäuses ab, wodurch sich Hülse und Kragen gemeinsam von dem Gehäuse lösen.

Diese bekannte Vorrichtung hat noch gewisse Mangel: Die Halterung des Kragens mit der Hülse am Gehäuse erfolgt praktisch mit Punktkontakt nur über die Kugel. Es ist daher erforderlich, die Kugel aus sehr hartem Material herzustellen- Das bringt wiederum die Gefahr mit sich, daß sich die Kugel in das Material der Ringschulter eindrückt. Hierdurch kann die Sicherheit des Auslösevorganges beeinträchtigt werden. Es ist weiterhin erforderlich, nach dem Zementieren der Bohrung den das »Objekt« bildenden Stopfen auszubohren. Dieser Ausbohrvorgang stößt auf Schwierigkeiten, wenn der Stopfen gehärtete Teile wie eine solche gehärtete Kugel enthält.

Durch die US-PS 37 89 926 ist ein Zementiereinsatz bekannt. In eine Verrohrung eines Bohrloches ist ein rohrförmiger Zementiereinsatz eingebaut, der seitliche Öffnungen aufweist In dem Zementiereinsatz ist eine Abdeckhülse angeordnet, welche mit entsprechenden öffnungen versehen ist Im Ausgangszustarid sind die öffnungen der Abdeckhülse gegen die des Zementiereinsatzes nach oben versetzt, so daß die Abdeckhülse die öffnungen des Zementiereinsatzes abdeckt. In einem Betriebszustand ist die Längsbohrung der Abdeckhülse durch ein in der Verrohrung herabgefallenes Verschließglied abgeschlossen und die Abdeckhülse so weit nach unten verschoben, daß die öffnungen des Zementiereinsatzes und der Abdeckhülse fluchten. Es kann dann Zement durch die Verrohrung hinab- und durch die öffnungen in den Ringraum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung gepumpt werden. In einem Endzustand ist die Abdeckhü'se noch weiter in dem Zementiereinsatz nach unten bewegt, so daß die öffnungen außer Fluchtung gelangen und die öffnungen des Zementiereinsatzes durch die Abdeckhülse wieder abgedeckt werde;;

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in der Arbeitsstel'ung die Abdeckhülse als »Objekt« durch einen zusammenziehbaren Kragen in Gestalt eines Sprengringes gehalten, der in einer Umfangsnut der Abdeckhülse sitz; und in eine Umfangsnut an der Innenwandung des Zementiereinsatzes eingreift. Der Zementiereinsatz bildet dabei ein rohrförmiges Gehäuse und die untere Wandung der Umfangsnut einen Innenrand, mit welchem der Sprengring lösbar verriegelt ist. In die Abdeckhülse ragt eine Hülse mit einer Axialbohrung und einem sich erweiternden oberen Ende. Diese Hülse ist durch Scherglieder mit der Abdeckhülse verbunden und weist an ihrem oberen Ende einen Sitz für ein in der Verrohrung herabgepumptes Verschlußglied auf. Durch Druck auf das Verschlußglied wirii ein Abscheren der Scherglieder bewirkt. Dadurch wird 'lic Hülse in die Abdeckhülse hineingeschoben und drückt über Schrägflächen des sich erweiternden oberen Endes den Sprengring radial nach außen in die Umfangsnut des Zementiereinsatzes. Damit wird die Verriegelung der Abdeckhülse mit dem Zementiereinsatz gelöst, und die Abdeckhülse kann sich ■> abwärts bis zu einem Anschlag in den Endzustand bewegen.

Bei dieser Anordnung wird somit der zusammenziahbare Kragen, d. h. der Sprengring, der eine radial nach innen gerichtete Vorspannung besitzt, durch das in erweiterte obere Ende der Hülse aufgeweitet gehalten, um die Verriegelung des Objekts, d. h. der Abdeckhülse, zu lösen. Der Sprengring ist daher bei der bekannten Anordnung nur solange formschlüssig in der Ringnut des Zementiereinsatzes gehalten, solange das erweiter- -. te obere Ende der Hülse sich im Bereich der Ringnut des Zementiereinsatzes befindet Das ist bei einem Zementiereinsatz realisierbar, bei dem sich das »Objekt« nach dem Lösen der Verriegelung nur eine kurze Strecke abwärts bewegt und das obere Ende der Hülse daher .κι den Sprengring weiterhin zurückhalten kann. Diese Anordnung ist jedoch weniger vortL->;iaft bei Anwendungen, bei denen das »Objekt« mit der Hülse nach Lösen der Verriegelung eine große Strecke in der Verrohrung abwärtsbewegt werden soll. >5 Durch die US-PS 37 89 925 ist ein Verankerungsglied zur Verankerung von Bohrlochausrüstungen innerhalb einer Verrohrung bekannt. Dieses Verankerungsglied rastet mit radial auswärts bewegbaren Verriegelungsgliedern in Ringräumen ein, die zwischen den Stirnflä-)o chen der Rohrabschnitte und innerhaib der die Rohrabschnitte verbindenden Verbindungsmuffen gebildet sind. Das Verankerungsglied wird mittels einer Positionierungsvorrichtung durch einen von außen aufgebrachten Druckmitteldruck gegen die Wirkung r, des Bohrlochdruckes in der Verrohrung heruntergepumpt. Nach dem Einrasten des Verankerungsgliedes in dem Ringraum wird der aufgebrachte Druckmitteldruck vermindert, so daß der Bohrlochdruck nach Abscheren eines Schergliedes die Positionierungsvorrichtung wie-4n der nach oben treibt, wobei das Verankerungsglied in der Einraststellung verriegelt bleibt. Diese Anordnung setzt einen Bohrlochdruck voraus, der die Positionierungsvorrichtung nach oben bewegt. Das Lösen wird einfach durch Abscheren eines Schergliedes bewirkt. 4-, Durch die DE-OS 15 83 823 ist eine Vorrichtung zur Verriegelung einer Bohrlochabsperrvorrichtung in einer Verrohrung, beispielsweise einer Bohrlochabsperrvorrichtung an einem Bohrlochkopf, bekannt, bei welcher radial aufwärts bewegbare Verriegelungsglie- ^₁, der in eine Ringnut an der Innenfläche der Verrohrung eingreifen. Die V-srriegelungsglieder werden über Schrägflächen von einer Hülse nach außen gedrückt, dte an diesen Schrägflächeii mit einer sich verjüngenden Stirnfläche anliegt Die Hülse ist mit einem Gewinde v-, geführt und über ein Rohrgestänge verdrehbar. Diese bekannte Vorrichtung setzt somit eine Betätigung durch ein bis zu der Vorrichtung hinabreichendes Rohrgestänge od. dgl. voraus, was bei großen Tiefen zu Schwierigkeiten führt

Mi Eine bevorzugte Anwendung, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind die Halterung und das Auslösen des oberen Zementierstop'erii beim Zementieren von Ölbohrungen od. dgl. Darjei handelt es sich um folgendes: Ölbohrungen werden häufig mit _h-, einer Verrohrung a'isgekleidet. Zwischen der äußeren Verrohrung und der Bohrlochwandung ergibt sich dabei ein mantelförmiger Raum, und es ist vorteilhaft, diesen Raum mit Zement auszufüllen. Dadurch erhöht sich die

Stabilität der Verrohrung. Die Verrohrung ist besser gegen Gegendruck und Korrosion durch im Erdreich enthaltene Flüssigkeiten gesichert, und umgekehrt ergibt sich ein zusätzlicher Schutz gegen eine Verunreinigung des Grundwassers durch die geförderte Flüssigkeit. Es gilt nun, angerührten, nicht verunreinigten Zement in diesen Ringraum einzubringen.

Zu diesem Zweck sind im oberen Teil der Verrohrung übereinander ein oberer und ein unterer Zementierstopfen gehaltert, die je einen axialen Durchgang besitzen. Es wird nun durch eine Kugel oder ein anderes Verschlußglied, die man durch das Bohrrohr in das Bohrloch fallen läßt und die den Durchgang des oberen Zementierstopfens passiert, der Durchgang des unteren Zementicrslopfens abgesperrt. Durch das Bohrrohr, das z. B. durch das Wasser hindurch vom Meeresgrund zu einer Bohrplattform führt, wird dann die angerührte, flüssige Zementmasse unter Druck auf die Zementier

Der obere Zementiers

stopfen

davon zunächst nicht beeinflußt, da sein Durchgang geöffnet ist. Der Druck wirkt jedoch auf den unteren Zementierstopfen, wodurch Scherstifte abscheren, die diesen unteren Zementierstopfen gehalten hatten, und der Zementierstopfen sich bohrlochabwärts bewegt, gefolgt von dem hineingepumpten Zement. Der untere Zementierstopfen trennt dabei den Zement von den Bohrlochflüssigkeiter. Wenn die zum Ausfüllen des zu zementierenden Teils des mantelförmigen Raumes erforderliche Menge an Zement derart in das Bohrloch gepumpt worden ist. wird die Zementzufuhr beendet und ein oberer Aiislösestopfen freigegeben. Verdrängungsflüssigkeit unter Druck, wie Bohrschlamm oder Wasser, treiben diesen auf den oberen Zementierstopfen, und er verriegelt sich mit diesem, wobei er den axialen Durchgang dieses oberen Zementierstopfens abschließt. Anschließend wird eine Druckflüssigkeit. z. B. Bohrschlamm, auf den oberen Zementierstopfen geleitet, so daß dieser durch Abscheren von Scherstiften freigegeben wird und sich ebenfalls bohrlochabwärts bewegt. Die eingepumpte Druckflüssigkeit drückt jetzt den Zement in dem Bohrloch hinunter, bis der untere Zementierstopfen auf einem unteren Endstück der Verrohrung zum Aufsitzen kommt. Unter dem Druck der Druckflüssigkeil und des Zementes öffnet ein Auslaß, und der Zement wird dann von unten her oder durch eine Seitenöffnung der Verrohrung an der Außenseite der Verrohrung entlang in den mantelförmigen Raum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung nach oben gedrückt. Bei weiterer Verdrängung kommt der obere Zementierstopfen auf dem unteren Zementierstopfen zum Aufsitzen, wodurch die Verrohrung unten abgeschlossen und der Zement sicher in dem mantelförmigen Raum gehalten wird. Der obere Zementierstopfen gewährleistet außerdem eine sichere Trennung von Zement und Druckflüssigkeit. Die Kugel und der obere Auslösestopfen sind bekanntermaßen getrennt auslösbar übereinander in einem Stopfenbehälter angeordnet, der das Bohrrohr oben abschließt und vorteilhafterweise auch den Zementeinlaß enthält (Vgl. HALLIBURZON SERVICES SALES AND SERVICE CATALOG; No. 37, S. 2404-2405 sowie US-PS 24 38 922, US-PS 33 64 996 und US-PS 35 45 542).

Es haben sich bei solchen Zementierstopfensystemen Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß die Zementierstopfen vorzeitig auslösen. Da bei der Bohrlochzementierung naturgemäß die Zementierstopfen am Ende einzementiert werden, ist die Ursache einer solchen vorzeitigen Auslösung schwer festzustellen. Es sind jedoch verschiedene wahrscheinliche Ursachen ermittelt worden. Eine solche Ursache ist das Brechen von Scherstiften infolge von Drehkräften, die auf die Zementierstopfen relativ zu dem Teil des Bohrloches wirken, an dem die Zementierstopfen befestigt sind. Eine zweite Ursache ist der in der US-PS 36 16 850 beschriebene Druckstoß, der beim Aufsetzen des Verschlußgliedes auf dem jeweiligen Zementierstopfen auftritt. Es sind auch Schwierigkeiten dadurch aufgetreten, daß die Zementierstopfen überhaupt nicht ausgelöst wurden. Die Ursache hierfür war auch sehr schwer /u ermitteln, da die Beweisstücke, wie obenerwähnt, in das Bohrloch einzementiert sind, also herausgebohrt und damit zerstört werden müssen, um das Bohrloch für den späteren Betrieb zu öffnen. Eine Ursache wurde jedoch fcstgetellt, nämlich das Fressen oder Reibkorrosion von Stahlkugeln, die bei bekannten Auslösemechanismen verwendet werden (^vgl den vorerwähnten HALLI-BURTON-Katalog. S." 2404), um den Einfluß der obenerwähnten Drehkräfte oder Druckstöße zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einem zuverlässig arbeitenden Befestigungs- und Auslösemechanismus für solche und ähnliche Zwecke zu schaffen, der einerseits eine sichere Auslösung im gewünschten Zeitpunkt gewährleistet, aber andererseits auch beim vjftreten der geschilderten Drehkräfte und Druckstöße nicht vorzeitig auslöst.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zwischen Hülse und Gehäuse angeordnete Kragen einen zusammenziehbaren, nach außen erweiterten oberen Rand aufweist, der auf eine Innenschulter des Gehäuses auflegbar ist, und daß das Objekt von einem Verbindungsstück getragen ist, das an dem Kragen lösbar befestigt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Objekt über einen zusammenziehbaren Kragen längs des gesamten Umfanges gleichmäßig auf der Ringschulter des Gehäuses abgestützt und nicht mit Punktkontakt über eine Kugel. Dadurch wird die Last gleichmäßiger verteilt und die Gefahr eines Eindrückens in die Ringschulter vermieden, auch wenn der Kragen aus einem harten Werkstoff hergestellt ist. Da der Kragen nach Lösen des Verbindungsstückes und des Objekts, das heißt z. B. eines Zementierstopfens, im Gehäuse gehaltert bleibt, steht die Wahl eines harten Werkstoffes für den Kragen auch einem späteren Ausbohren de: Zementierstopfens nicht entgegen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Geg π stand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungs beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

F i g. I ist ein schematischer Vertikalschnitt eine· Zementierstopfensystems, bei welchem das Gerät nach der Erfindung verwendet werden kann;

F i g. 2 ist eine geschnitten-perspektivische Darstel lung eines erfindungsgemäßen Auslösegerätes für der oberen Stopfen;

F i g. 2a, 2b, 2c und 2d sind schematische Schnitten sichten nur der rechten Seite des Gerätes von F i g. 2 ii verschiedenen Betriebszuständen.

In F i g. 1 ist der Grundaufbau eines Zementierstop fensystems 1 zum Zementieren der Verrohrung urne Wasser dargestellt.

Das Zementierstopfensystem 1 enthält einen auf de

Bohrplattform .1 oberhalb der Meeresoberfläche 4 angeordneten Teil 2, einen im Meer verlaufenden Teil fi /wischen der Bohrplattform und dem Meeresboden 6. und einen unterirdischen Teil 7 unterhalb des Meeresboden 6.

Der auf der Bohrplattform angeordnete Teil 2 enthält einen Stopfenbehälter 8, einen oberen Auslösestopfen 9, einen zup'-ckziehbarcn Kolben 11, eine Auslösekugcl 12, einen Kugolkanal 13, einen verschiebbaren Kolben 14, einen Zementeinlaß 15 und einen oberen Teil einen Bohrrohres 16. Der obere Auslösestopfen 9 sitzt im oberen Teil IO des Stopfenbehälters 8. Der /urückzieh bare Kolben 11 hält lösbar den oberen Auslösestopfen 9. Die untere Auslösekugel 12 sitzt in dem Kugelkanal 13, der unterhalb des Kolbens H seitlich an dem .Stopfenbehälter 8 angebracht ist, und liegt an dem verschiebbaren Kolben 14 ar. Der Zementeinlaß 15 ist. vorzugsweise seitlich an dem Stopfenbehälter 81 unterhalb des Kolbens 11 vorgesehen, obwohl der Zementeinlaß auch sonst irgendwo zwischen dem Kolben 11 und dem unterirdischen Teil 7 angeordnet sein könnte. Das Bohrrohr 16 erstreckt sich von dem .Stopfenbehälter 8 nach unten.

Der im Meer verlaufende Teil 5 enthält den mittlerer Teil des Bohrrohres 16 und ein unten an dem Bohrrohr 16 angebrachtes Einbaustück 17.

Der unterirdische Teil enthält einen Verrohrungsträger 18, ein Zementierkopfzwischenstück 19, einen Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen, eine innere Verrohrung 21, eine äußere Verrohrung 22, einen oberen Zementierstopfen 23 und einen unteren Zementierstopfen 24. Der Verrohrungsträger 18 ist am oberen Ende der äußeren Verrohrung befestigt und das Einbaustück 14 ist abdichtend an dem Verrohrungsträger 18 angebracht, wodurch das Bohrrohr indirekt abdichtend an dem unterirdischen Teil 7 angebracht ist. Der Verrohrungsträger 18 hiält die innere Verrohrung 21 innerhalb der äußeren Verrohrung 22 unter Freilassung eines Verrohrungsringraumes 25 zwischen diesen. Das Zementierkopfzwischenstück 19 hängt von dem Einbaustück 17 herab und hält und trägt den Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen. Der Auslösemechanismus 20 hält den oberen Zementierstopfen 23, und der obere Zementierstopfen 23 hält seinerseits lösbar den unteren Zementierstopfen 24.

Es wird nachstehend der Aufbau des Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen in seiner Haltestellung im einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben:

Der Auslösemechanismus 20 enthält ein Gehäuse 30, eine Buchse 40, einen Kragen 50, eine Hülse 60, ein Verbindungsstück 70 für den oberen Zementierstopfen, ein Scherglied 80 und ein Drehgelenk 90. In der in F i g. 2 dargestellten Haltestellung trägt das Gehäuse 30 innen die Buchse 40, welche das Drehgelenk 90 innerhalb des Gehäuses 30 sichert und abstützt. Das Drehgelenk 90 trägt innen den Kragen 50, und der Kragen 50 trägt innen das Verbindungsstück 70. Das Verbindungsstück 70 trägt innen die Hülse 60 mittels des Schergliedes 80, welches die Innenfläche des Verbindungsstückes 70 mit der Außenfläche der Hülse 60 verbindet.

Das Gehäuse 30 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 31, welcher zwischen einem oberen Ende 32 und einem unteren Ende 33 verläuft. Ein oberes Innengewinde 34 erstreckt sich von dem oberen Ende 32 nach unten über eine Strecke im Gehäuse 30, die eine feste Schraubverbindung des Gehäuses 30 mit dem Zementierkopfzwischenstück 19 von Fig. 1 gestattet. Eine axiale Gegenbohrung 35 von größerem Durchmes-

ser als die Axialbohrung 31 erstreckt sich von dem unteren Ende 33 aufwärts zu einem Mittelteil 36 des Gehäuses 30, so daß ein ringförmiger Absatz 37 gebildet wird. Der ringförmige Absatz 37 kann gegebenenfalls sich verjüngend ausgebildet sein. Ein unteres Innengewinde 38 erstreckt sich in der Gegenbohrung um eine Strecke nach oben, die ausreicht, um eine feste Schraubverbindung mit der Buchse 40 zu gewährleisten, wie unten beschrieben ist. Eine Feststellschraube 39 verbindet das Gehäuse 30 mit der Buchse 40 und stellt so sicher, daß die Buchse nicht außer Eingriff mit dem Gehäuse 30 gedreht werden kann.

Die Buchse 40 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 41 und einer oberen äußeren Eindrehung 42. Die Buchse 40 weist auch eine axiale Gegenbohrung 43 auf, die sich von ihrem oberen Ende 44 nach unten erstreckt und einen ringförmigen Absatz 45 bildet. Die axiale Gegenbohrung 43 ist mit einer ersten Nut 46 versehen, die eine erste Dichtung 47 aufweist, so daß ein Druckmitteldurchtritt zwischen dem Kragen 5Ü und der Buchse 40 verhindert wird. Der ringförmige Absatz 45 kann gegebenenfalls sich verjüngend ausgebildet sein, Die äußere Eindrehung 42 ist mit einer zweiten Nut 46a versehen, die eine zweite Dichtung 47a enthält, so daß ein Druckmitteldurchtritt zwischen dem Gehäuse 30 und der Buchse 40 verhindert wird. Die äußere Eindrehung 42 ist weiterhin mit einer Ausnehmung 48 zur Aufnahme der Feststellschraube 39 versehen, Weiterhin ist die Eindrehung mit einem Außengewinde 49 entsprechend dem unteren Innengewinde 38 des Gehäuses 30 versehen. Das obere Ende 44 der Buchse 40 bildet einen ringförmigen Lagerabsatz, wenn die Buchse 40 in das Gehäuse 30 eingeschraubt ist.

Das Drehgelenk 90 enthält ein Lauflager 91 und ein Drucklager 92. Das Drucklager 92 ist ein ringförmiges Band von im wesentlichen der gleichen Ringfläche wie der vom oberen Ende 44 der Buchse 40 innerhalb des Gehäuses 30 gebildete ringförmige Lagerrand, und das Drucklager 92 sitzt auf dem oberen Ende 44 der Buchse 40. Das !.auflager 91 hat einen ringförmigen Querschnitt von im wesentlichen der gleichen Fläche wie sowohl das Drucklager 92 als auch das obere Ende 44, und das Lauflager 91 ruht drehbar auf dem Drucklager 92. Das Lauflager 91 kann gegebenenfalls sich verjüngend ausgebildet sein.

Der Kragen enthält einen oberen zusammenziehbaren Randteil 51, einen oberen geschlitzten Teil 52, einer Mittelteil 53, einen unteren geschlitzten Teil 54 und einen unteren ausdehnbaren Randteil 55. Der obere geschlitzte Teil 58 hat eine ausreichende Länge, so daC er von dem oberen Rand des Lauflagers 91 nach unter an dem Drucklager 92 vorbei bis gerade oberhalb der Nut 46 der Buchse 40 reicht. Der Teil 52 ist geschlitzt und hat eine verminderte Dicke, so daß er eir Einwärtsbiegen desselben gestattet. Der untere geschlitzte Teil 54 hat eine ausreichende Länge, so daß ei von dicht unterhalb der Nut 46 nach unten zu einei Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 für der oberen Zementierstopfen reicht, wie unten beschrieber ist. Der Teil 54 ist geschlitzt und hat eine verminderte Dicke, so daß er ein Auswärtsbiegen desselber gestattet. Der Teil 53 verbindet die Teile 52 und 54 unc deckt die Dichtung 47 der Buchse 40 ab. Der Teil 53 hai einen Außendurchmesser, der größer ist als dei Durchmesser der Axialbohrung 41 aber kleiner als dei Durchmesser der Gegenbohning 43, so daß eine Abwärtsbewegung des Teils 53 durch den ringförmiger Absatz 45 begrenzt ist. Der zusammenziehbare Randtei

809 629/27

51 hat einen äußeren Rand 56, der über den oberen Rand des Lauflagers 91 greift, wenn er von dem sich erweiternden Ende 62 der Hülse 60, wie unten beschrieben, festgehalten wird. Der ausdehnbare Randteil 55 weist einen inneren Rand 57 auf, der in eine > äußere Ausnehmung 77 des Verbindungsstücks 70 für den oberen Zementierstopfen greift. Der ausdehnbare Randteil 55 ist du^pi:h die Axialbohrung 41 der Buchse 40 einwärts festgehalten.

Das Verbindungsstück 70 für den oberen Zementier- in stopfen ist ein Hohlzylinder mit einem oberen Abschnitt 71, einem mittleren Abschnitt 72 und einem unteren Abschnitt 73. Durch den unteren Abschnitt 73 verläuft eine axiale Bohrung 74, während eine Gegenbohrung von größerem Durchmesser als die Bohrung 74 durch den oberen Abschnitt 71 und den mittleren Abschnitt 73 verläuft und eine untere innere Ringschulter 76 bildet. Der mittlere Abschnitt 72 ist mit einer äußeren Ausnehmung 77 versehen, der an den Umfang des inneren Randes 57 des ausdehnbaren Randteils 55 des :n Kragens 50 angepaßt ist. Der obere Abschnitt 71 des Verbindungsstücks 70 ist mit einer äußeren Nut 71a versehen, die eine Dichtung 71 b aufnimmt. Die Dichtung 71 b liegt an dem Teil 53 des Kragens 50 an und verhindert einen Druckmitteldurchtritt zwischen dem r> Kragen 50 und dem Verbindungsstück 70. Der obere Abschnitt weist auch eine Abscherbohrung 81 auf, welche das verbindungsseitige Ende des Schergliedes 80 aufnimmt. Das Abscherloch 81 grenzt an eine entsprechende Abscherausnehmung 65 der Hülse 60 an. m> Der mittlere Abschnitt 72 des Verbindungsstückes 70 ist aus unten beschriebenen Gründen mit einer inneren Ausnehmung 78 versehen. Die Ausnehmung 78 erzeugt eine obere innere Ringschulter 76a und bewirkt ein weiteres Zurückspringen der Ringschulter 76. Der ij untere Abschnitt 73 ist mit einem Außengewinde 79 versehen, welches ein entsprechendes Gewinde des oberen Zementierstopfens 23 von F i g. 1 aufnimmt.

Die Hülse 60 ist ein Zylinder mit einer Axialbohrung 61 und enthält ein oberes, sich erweiterndes Ende 62. Das sich erweiternde Ende 62 ist mit einer Sitzfläche versehen, die in bekannter Weise zur dichtenden Aufnahme des oberen Aulösestopfens 9 von F i g. I eingerichtet ist, wodurch die Axialbohrung 31 des Gehäuses 30 in Zusammenwirken mit den oben beschriebenen Dichtungen 46, 46a, 71b und der unten beschriebenen Dichtung 66 dicht abgeschlossen wird. Das sich erweiternde Ende 62 hat einen Außendurchmesser, der gerade geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des oberen zusammenziehbaren Randteils 51 des Kragens 50, so daß das sich erweiternde Ende 62 den Rand 56 auf dem Lauflager 91 hält, solange wie das sich erweiternde Ende an dem Randteil 51 anliegt Der untere Abschnitt 64 ist mit einer Abscherausnehmung 65 versehen, die zur Aufnahme des hülsenseitigen Endes 83 des Schergliedes 80 eingerichtet ist, so daß die Hülse 60 in ihrer Stellung gehalten wird, in welcher das sich erweiternde Ende an dem Randteil des Kragens 50 anliegt Der untere Abschnitt 64 ist auch mit einer äußeren Dichtungsnut 67 versehen, welche eine Dichtung 66 aufnimmt die an der axialen Gegenbohrung 75 des Verbindungsstückes 70 anliegt so daß ein Druckmitteldurchtritt zwischen dem Verbindungsstück 70 und der Hülse 60 verhindert wird. Der untere Abschnitt 64 ist weiterhin mit einer äußeren Regelaufnehmung 68 versehen, die einen ausdehnbaren Riegelring 69 aufnimmt welcher sich, wie unten beschrieben, in die Ausnehmung 78 ausdehnen kann.

Der mittlere Abschnitt 63 und der untere Abschnitt 64 haben einen Außenüurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der axialen Gegenbohrung 75 aber größer als Jer Axialbohrung 74, so daß eine Abwärtsbewegung der Hülse 60 innerhalb des Verbindungsstückes 70 durch die Schulter 76 begrenzt wird. Der untere Abschnitt 64 kann mit einer axialen Gegenbohrung 61a versehen sein, so daß eine verriegelnde Ringschulter 69a erzeugt wird, welche mit dem oberen Auslösestopfen 9 zusammenwirken kann, derart, daß der Auslösestopfen 9 in dichtender Anlage an der Sitzfläche in der Hülse 60 gehalten wird, wenn diese obere Auslösestopfen wie unten beschrieben, erst einmal dorl zum Aufsitzen gekommen ist.

Das Scherglied 80 weist ein hülsenseitiges Ende 83 und ein verbindungsstückseitiges Ende 82 und Teile dazwischen auf. Das Scherglied wird von der Abscherbohrung 81 in dem Verbindungsglied und der Abscherausnehmung 65 in der Hülse 60. wie vorstehend beschrieben, aufgenommen, so daß ehe ausreichende Abwärtskraft auf die Hülse 60 das Scherglied 80 abschert und damit die Auslösung des oberen Zementierstopfens 23 von F i g. I in der unten beschriebenen Weise in Gang setzt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2a — 2il beschrieben, welche den Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen in vier aufeinanderfolgenden Betriebszuständen zeigt. Diese Betriebszustände sind der Haltezustand von F i g. 2a, der Hülsenauslösungszustand von Fig. 2b, der Kragenauslösungszustand von F i g. 2c und der Verbindungsstückauslösungszustand von Fi g. 2d.

In Fig. I ist der Auslösemechanismus 20 in seinem Haltezustand. wie er in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist. Wenn der Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen wie beschrieben aufgebaut und in ein Zementiersystem der oben beschriebenen und in Fig. I dargestellten Art eingebaut ist, wird der Stopfenauslösevorgang in üblicher Weise dadurch eingeleitet, daß man die Auslösekugel 13 für den unteren Stopfen durch das Bohrrohr 16 in dichtende Stellung in dem unteren Zementierstopfen 24 herabfallen läßt und Zement über den Zementeinlaß 16 in das Bohrrohr pumpt. Ein fortgesetztes Pumpen bewirkt ein Abscheren (nicht dargestellter) Stifte, welche den unteren Zementierstopfen 24 an dem oberen Zementierstopfen 23 halten, und der untere Zementierstopfen 24 wird ausgelöst und bewegt sich in üblicher Weise rohrabwärts. Wenn genügend Zement in das Bohrrohr 16 gepumpt worden ist, läßt man den oberen Auslösestopfen 9 durch Zurückziehen des Kolbens 11 fallen, beendet das Einpumpen von Zement und beginnt mit dem Einpumpen einer typischen Verdrängungsflüssigkeit wie Bohrschlamm.

Wenn in F i g. 1 und 2a der obere Auslösestopfen 9 die Sitzfläche erreicht und sich in üblicher Weise mit der ringförmigen Riegelschulter 69a verriegelt, so daß die Axialbohrung 61 der Hülse gegen Druckmitteldurchtritt abgedichtet ist beginnt der Auslösevorgang des Auslösemechanismus 20 für den oberen Stopfen. Der Auslösemechanismus 20 bleibt in dem Haltezustand von F i g. 2a, bis in der Axialbohrung 31 ein vorgegebener Auslösedruck erreicht ist Wenn dieser Auslösedruck erreicht ist, wird auf die Hülse 60 eine Abwärtskraft ausgeübt die ausreicht um das Scherglied 80 abzuscheren. Dadurch wird die Hülse 60 freigegeben und kann sich in dem Verbindungsstück 70, wie in Fig.2b

dargesteift ist, abwärtsbewegen. D'ese Abwärtsbewegung wird durch die Ringschulter Γ6 begrenzt. Die Abwärtsbewegung der Hülse 60 führt zu einer Λ swärlsbewegung des sich erweiternden Endes 62 gegenüber dem zusammenziehbaren Randleil 51 des Kragens 50. Wenn das sich erweiternde Ende unter den zusammenziehbaren Randteil 51 gelangt, ist der Randteil 51 nicht mehr nach auswärts festgehalten und kann sich wie in F i g. 2b von dem Lauflager 91 weg zusammenziehen.

Wenn in F i g. 2c die Hülse 60 die Schulter 76 erreicht, bewirkt der fortdauernde Druck in der Axialbohrung 31, daß die Hülse 60 den Kragen 50 innerhalb der Axialbohrung 43 (siehe F i g. 2c) nach unten drückt, wobei der ausdehnbare Randteil 55 nach unten aus der Axialbohrung 41 der Buchse 40 herausbewegt wird. Diese Abwärtsbewegung des Kragens 50 bewirkt eine Abwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70, da der innere Rand 57, wie vorstehend beschrieben, in der Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 gehalten wird, bis der airdehnbare Randleil 55 sich vollständig aus der Axialbohrung 41 herausbewegt und sich, wie in F i g. 2d dargestellt, nach außen ausdehnt.

Wenn in Fig. 2d der Teil 53 des Kragens 50 den ringförmigen Rand der Buchse 40 erreicht, wird eine weitere Abwärtsbewegung des Kragens 50 verhindert, ledoch wird eine weitere Abwärtsbewegung der Hülse 60 und des Verbindungsstückes 70 nicht dadurch verhindert, daß der Teil 53 den ringförmigen Rand 45 erreicht, da der untere geschlitzte I eil 54 des Kragens 50 nach unten aus der Axialbchrung 41 herausgetreten ist und daher der geschlitzte Teil 54 nach außen gebogen werden kann, um den inneren Rand 57 aus der Ausnehmung 77 des Verbindungsstückes 70 herauszubewegen. Dadurch werden das Verbindungsstück 70, die Hülse 60 und der obere Auslösestopfen 9 ausgelöst und können sich rohrabwärts bewegen, wobei die Axialbohrung 41 für den Druckmitteldurchtritt freigegeben wird. Während die Axialbohrung 41 so für den Druckmitteldurchtritt freigegeben wird, ist die Axialbohrung 61 der Hülse 60 immer noch durch den oberen Auslösestopfen 9 dicht abgeschlossen, so daß ein Druckmitteldurchtritt durch die Axialbohrung 61 verhindert wird. Ein Druckmitteldurchtritt um das Verbindungsstück 70 herum wird verhindert durch die Abstreifer des oberen Zementierstopfens, der auf dem Gewinde 79 des Verbindungsstücks 70 befestigt ist.

Das Lauflager 91 und das Drucklager 92 gestatten eine freie Drehung des Kragens 50 in der Buchse 40, wodurch eine Verdrehung des Verbindungsstückes 70 ermöglicht wird, das anfänglich frei drehbar in dem Kragen 50 gehalten ist. Somit können sich die

'. Zementierstopfen 23 und 24 frei gegenüber dem Zementierkopfzwischenstück 19 verdrehen. Diese Drehfreiheit verhindert eine vorzeitige Auslösung des Zementierstopfens infolge von Drehkräften, welche den Zementierstopfen 23 gegenüber dem Zementierkopf-

Ki zwischenstück zu verdrehen suchen.

Während des anfänglichen Einführens des unterirdischen Teils 7 des Zementierstopfensystems 1 in die innere Verrohrung 21, leisten die Abstreifer der Zementierstopfen 23 und 24 einem solchen Einführen

ι. Widerstand und verursachen so eine aufwärts gerichtete Kraft auf das Verbindungsstück 70 des Auslösemechanismus 20. Diese aufwärts gerichtete Kraft auf das Verbindungsstück 70 schiebt den ausdehnbaren Randteil 55 des Kragens 50 in der Axialbohrung 41 der

.χι Buchse 40 aufwärts und bewegt somit den zusammenziehbaren Randteil 51 aufwärts zur Anlage an den ringförmigen Rand 37. Eine weitere Aufwärtsbewegung des Kragens 50 wird durch die Anlage des Randteils 51 ?n dem Rand 37 verhindert. Der Randteil 51 wird durch

2i das sich erweiternde Ende 62 der Hülse 60 auch während dieser Aufwärtsbewegung nach außen hin festgehalten, da das Scherglied 80 die Hülse 60 mit dem Verbindungsstück 70 verbindet, so daß sich das sich erweiternde Ende 62 mit dem zusammenziehbaren

ι» Randteil aufwärtsbewegt. Ein anderes Mittel zur Begrenzung einer Aufwärtsbewegung des Kragens 50 wäre eine Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70, indem der Zementierstopfen 23 so geformt wird, daß er bei Befestigung an dem

r> Verbindungsstück 70 an der Unterkante der Buchse 40 zur Anlage kommt. Dadurch würde das Verbindungsstück 70 an einer Aufwärtsbewegung gehindert. Die Verhinderung einer Aufwärtsbewegung des Verbindungsstückes 70 würde eine Aufwärtsbewegung des daran angebrachten Kragens 50 verhindern.

Das Gerät nach der Erfindung ist zwar anhand eines Auslösemechanismus für den oberen Stopfen bei einem Stopfensystem für die Zementierung von Ölbohrungen beschrieben. Es ist jedoch für den Fachmann erkennbar, daß die Erfindung keineswegs auf einen solchen Mechanismus beschränkt ist, sondern einen weiteren Anwendungsbereich bei durch ein Verschlußglied betätigten lösbaren Leitungsverbindungen besitzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur lösbaren Befestigung eines Objektes an einem rohrförmigen Gehäuse, das über eine radial bewegliche Halteeinrichtung mit einem > Kragen verbunden ist, mit einer Hülse, die eine Axialbohrung aufweist, ire der ein Verschlußglied absetzbar ist und durch welche die radial bewegliche Halteeinrichtung nach außen hin beaufschlagbar ist, bis nach dem Aufsetzen de« Verschlußgliedes auf der m Hülse und dem Erreichen eines vorgegebenen Aufsetzdruckes die Hülse wenigstens teilweise nach unten verschoben ist, und mit Dichtungen zwischen dem Verschlußglied und dem Gehäuse, durch welche dieses bei auf der Hülse aufsitzendem Verschluß- r> glied abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Hülse (60) und Gehäuse (30) angeordnete Kragen (50) einen zusammenziehbaren, nach außen erweiterten oberen Rand (51) aufweist, der auf tine Innenschulter des Gehäuses (30) _>» auflegbar ist, und daß das Objekt von einem Verbindungsstück (70) getragen ist, das an dem Kragen (50) lösbar befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (30) und dem >; Verbindungsstück (70) ein Drehgelenk (90) angeordnet ist, durch welches das Verbindungsstück (70) relativ zu dem Gehäuse (30) verdrehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (60) und das Verbindungs- in stück (70) dun.h eine lösbare Verriegelung miteinander verbunden sind, welche dre Lage der Hülse (60) gegenüber dem Verbindungsglied festlegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (30) ein Anschlag r· angebracht ist, welcher die Abwärtsbewegung des Kragens (60) innerhalb des Gehäuses (30) begrenzt, und daß an dem Kragen (50) Auslöseelemente angebracht sind, durch welche das Verbindungsstück (70) nach einer vollen Abwärtsbewegung des -tu Kragens (50) in dem Gehäuse (30) freigegeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (50) oben und unten spannfutterartig federnd ausgebildet ist und einen zusammenziehbaren oberen, äußeren Rand (56) und v, einen ausdehnbaren unteren Rand (55) aufweist und daß der Anschlag aus einem inneren ringförmigen Absatz (45) an dem Gehäuse (30) und einem entsprechenden mittleren Teil (53) des Kragens (50) besteht, dessen Außendurchmesser größer als der Durchmesser des inneren Randes des Absatzes (45) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) ein oberes Ende (32), ein unteres Ende (33) mit einer axialen Bohrung (35), « einen mittleren Teil (36) mit einer axialen Bohrung (31), welche größer als die axiale Bohrung (35) des unteren Endes (33) ist, wobei zwischen dem unteren Ende (33) und dem Mittelteil (36) ein ringförmiger Absatz (37) gebildet ist, sowie eins Buchse (40) „,, aufweist, die mit dem unteren Ende (33) verbunden ist und axiale Bohrungen (41,43) aufweist, wobei der Durchmesser der einen Elohrung (41) geringer als der der anderen Bohrung (43) und ein zweiter ringförmiger Absatz (45) zwischen diesen beiden h*. Bohrungen (43 bzw. 41) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammsnziehbare obere Teil (51) des Kragens (50) geschlitzt ausgebildet und mit einem oberen äußeren Rand (56) versehen ist, der sich lösbar auf dem oberen Ende (44) der Buchse (40) abstützt, daß der Kragen (50) einen geschlitzten unteren Teil (55) mit einem inneren Rand (57) und einen dazwischen liegenden mittleren Teil (53) aufweist, daß die innerhalb des Kragens (50) angeordnete Hülse (60) eine Sitzfläche aufweist und ihr sich erweiterndes oberes Ende (62) an die Innenseite des oberen Teils (51) des Kragens (50) anlegbar ist, wobei in der Ausgangsstellung eine Einwärtsbewegung des oberen Randes (56) des Kragens (50) blockiert ist, einen mit dem oberen Ende (62) verbundenen Mittelteil (63) und einen mit dem Mittelteil (63) verbundenen unteren Abschnitt (64), daß das Verbindungsstück (70) eine Abscherbohrung (81) fluchtend mit einer Abscherausnehmung (65) der Hülse (60) aufweist sowie eine Ausnehmung (77) auf der Außenseite, die der Form des inneren Randes (57) des Kragens (50) entspricht und diesen Rand (57) aufnimmt, und einen unteren Abschnitt (73), der zur Halterung des Objektes (23) eingerichtet ist, und daß ein Abscherglied (80) die Hülse (60) in einer ersten Stellung innerhalb des Verbindungsstückes (70) lösbar sichert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen äußeren Rand (56) des Kragens (50) und dem oberen Ende (44) der Buchse (40) ein Drehgelenk (90) in Form eines ringförmigen Lauflagers (91) und eines ringförmigen Drucklagers (92) angeordnet ist, durch welches der Kragen (50) gegenüber dem Gehäuse (30) drehbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) mit der Verrohrung (21) eines Bohrloches verbindbar und das r.n dem Verbindungsstück (70) lösbar gelagerte Objekt von dem mit einem Längskanal versehenen, oberen Zementierstopfen (23) eines Bohrloch-Zementiersystems gebildet ist.