VORRICHTUNG ZUM SCHLIESSEN EINER SCHWIERIGKEITSZONE IN EINEM BOHRLOCH

Abstract

 Die Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen enthält eine Profilrohrtour (I) mit zylindrischen Abschnitten (2) an deren Enden und eine Einrichtung zur Montage der Profilrohrtour (I) im Bohrloch, die innerhalb der Profilrohrtour in Längsrichtung hin- und herverschiebbar angeordnet ist.
Die genannte Einrichtung schliesst einen Nachräumer (14) zur Erweiterung der zylindrischen Abschnitte (2) der Profilrohre (I), der im Inneren des oberen zylindrischen Abschnittes (2) der Profilrohrtour (I) angeordnet wird, und eine mit ihm starr verbundene Auswalzvorrichtung (20') ein, die oberhalb der Profilrohrtour (I) angebracht wird und ein Gehäuse (24) mit Auswalzelementen (29) enthält.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft Ausrüstungen zum Niederbringen von Bohrungen, insbesondere eine Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen.

[0002] Am besten kann die Erfindung beim Absperren von Bereichen der Bohrlockkomplikationen angewendet werden, die infolge eines intensiven Spülungs- bzw. Zementschlämmenverlustes, eines Flüssigkeits- bzw. Gaszuflusses aus der aufgeschlossenen Schicht sowie infolge eines Nachfalls entstehen.

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0003] Immer öfter müssen zur Zeit Tiefbohrungen zur Erdöl-und Gasförderung niedergebracht werden. Hierbei trifft man häufig Schichten an, die in bezug auf die Bohrbedingungen miteinander unvereinbar sind, d.h. es sind Schichten mit anomal hohen bzw. geringen Schichtdrücken und Nachfällen. Um das Bohrloch weiter bohren zu können, wird vor dem Aufschluss jeder weiteren Schicht mit komplizierten Bohrbedingungen der niedergebrachte Bohrlochabschnitt mit einer Futterrohrtour bei dessen nachfolgender Zementation abgesperrt, und die weiteren Bohrarbeiten werden bei Verwendung von Meisseln geringeren Durchmessers durchgeführt. Je grösser die Zahl der nach den Bohrbedingungen unvereinbaren Schichten ist, desto mehr benötigt man Futterrohrtouren. Um den geforderten Durchmesser der Produktionsrohrtour sicherzustellen, muss mit dem Bohren eines Bohrloches bewusst grösseren Durchmessers angefangen werden, wodurch sich eine hohe Energieintensität der Arbeiten, ein hoher Bedarf an Futterrohren, Zement, Zeit und ein hoher Arbeitsaufwand ergeben, wobei der Bohrfortschritt in bedeutendem Masse zurückgeht und die Bohrarbeiten teuerer werden .

[0004] Es ist bereits eine Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen bekannt, die eine Futterrohrtour enthält, deren Unterteil mit einem Rohrschuh und deren Oberteil mit einem Packer versehen ist (M.S.Vinarsky "Die modernen Verfahren zur Bekämpfung von Bohrlochkomplikationen beim Niederbringen von Erdölbohrungen in Tatarien", I959. Der tatarische Verlag (Kasan), S. 78-80).

[0005] Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass nach deren Einbau der Bohrlochdurchmesser beachtlich eingeengt wird, wo dass weiter mit Meisseln grösseren Durchmessers unter nachfolgender stufenweiser Abnahme des letzteren gebohrt werden soll.

[0006] Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung zeigt sich darin, dass dsie im Bohrloch zu zementieren ist, was zu einem hohen Aufwand an Zeit, Zement und Elektroenergie führt.

[0007] Bekannt ist ferner eine Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen (SU9 A, 907 220), die eine Profilrohrtour mit zylindrischen Abschnitten an den Rohrenden aufweist, von denen das untere Rohrende einen Rohrschuh mit einem Ventil und von denen das obere Rohrende eine Einheit für die Verbindung der Profilrohrtour mit Gestängerohren trägt.

[0008] Der Hauptnachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass wegen einer ungenügendenAbdichtung des Spaltes zwischen der Vorrichtung und der Bohrlochwandung sowie der Verbindungen der Profilrohre miteinander kein zuverlässiges Absperren der Schicht erreicht wird. Hinzu kommt, dass bei Nachfällen oberhalb der eingebauten Vorrichtung das Gestein, das bei der Durchführung eines zusätzlichen Ein- und Ausbaus zur Kalibrierung der Absperreinrichtung ins Innere der Vorrichtung sowie in den dahinter gelegenen Raum eingedrungen ist, das Absperren der Schicht erschwert, wodurch die Zuverlässigkeit der Isolierung des Komplikationsbereiches ebenfalls verschlechtert wird.

[0009] Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung zeigt sich in einem hohen Zeitaufwand für deren Einbau im Bohrloch, der durch die notwendige Durchführung zusätzlicher Bin- und Ausbauarbeiten zur Kalibrierung des Innenkanals der Vorrichtung bedingt ist,, was siese Arbeiten verteuert.

[0010] Es ist das Ziel der Erfindung, die Zuverlässigkeit der Absperrung von Bereichen der Bohrlochkomplikationen zu erhöhen.

[0011] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Zeit für die Montage der Vorrichtung im Bohrloch zu verkürzen.

[0012] Noch ein Ziel der Erfindung ist, die Arbeiten für das Absperren der Bereiche der Bohrlochkomplikationen zu verbilligen.

Offenbarung der Erfindung

[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen zu schaffen, deren konstruktiver Aufbau es ermöglicht, eine Profilrohrtour im Bohrloch im Laufe eines Ein- und Ausbaues unter besserer hermetischer Isolierung der Bereiche der Bohrlochkomplikationen zu montieren.

[0014] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen, die eine Profilrohrtour mit zylindrischen Abschnitten an deren Enden aufweist, von denen das untere Ende einen Rohrschuh mit einem Ventil trägt, erfindungsgemäss eine Einrichtung zur Montage der Profilrohrtour im Bohrloch vorgesehen ist, die innerhalb der Profilrohrtour in Längsrichtung hin- und herverschiebbar angeordnet ist und die einen Nachräumer für die Erweiterung der zylindrischen Abschnitte der Profilrohre, welcher im Inneren des oberen zylindrischen Abschnittes der Profilrohrtour angeordnet wird, und eine mit ihm starr verbundene Auswalzvorrichtung, die oberhalb der Profilrohrtour angebracht wird und ein Gehäuse mit Auswalzelementen enthält, einschliesst.

[0015] Die vorliegende Erfindung gestattet es, die Profilrohrtour während eines Ein- und Ausbaues einzufahren, zu erweitern und zu kalibrieren, wodurch die Arbeiten für das Absperren der Bereiche der Bohrlochkomplikationen erleichtert, beschleunigt und verbilligt werden und zum Gelingen dieser Arbeiten bei oberhalb des Bereiches der Schichtisolierung stattgefundenen Nachfällen beigetragen wird. Das wird dadurch erreicht, dass die Kalibrierung der Profilrohrtour gleich nach deren Erweiterung mit Hilfe eines Flüssigkeitsdruckes ohne zusätzliche Ein- und Ausbauarbeiten für ein gesondertes Einlassen der Auswalzvorrichtung vorgenommen wird. Hierbei schafft es das zu Bruch gehende Gestein noch nicht, in die Spalte zwischen der Bohrlochwandung und der Profilrohrtour einzudringen, während der Innenraum der letzteren von dem Raum des Bohrloches isoliert bleibt, so dass die Profilrohrwände gegen die Bohrlochwandungen dicht angedrückt werden und das hermetische Absperren der Schicht verbessert wird.

[0016] Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an den Enden der Profilrohrtour Packer vorgesehen, von denen jeder als zylindrischer Stutzen mit einer äusseren Ringnut für die Unterbringung darin eines Dichtelementes und mit einem der Ringnut entsprechenden ringförmigen Innenvorsprung ausgebildet ist.

[0017] Dank dieser Konstruktion der Vorrichtung wird die Dichtheit an den Verbindungsstellen der Profilrohre und im Ringraum und somit die Zuverlässigkeit des Absperrens der Bereiche der Bohrlochkomplikationen verbessert.

[0018] Es ist zweckmässig, dass der Nachräumer mit einem Aussenvorsprung versehen ist, der mit dem ringförmigen Innenvorsprung des zylindrischen Stutzens des oberen Packers zusammenwirkt.

[0019] Dank dieser Konstruktion der Vorrichtung werden deren Bauteile bestens zusammengesetzt.

[0020] Es ist ebenfalls günstig, dass das Gehäuse der Auswalzvorrichtung Auflageflächen aufweist, die zu deren geometrischer Längsachse in einem Winkel angeordnet sind und einen Pyramidenstumpf bilden, dessen Spitze an der genannten Achse liegt und dem rückwärtigen Ende der Auswalzvorrichtung zugewandt ist, wobei an den Auflageflächen Auswalzelemente angebracht sind.

[0021] Dies ermöglicht dank einer Abnahme der Beanspruchung der Auflager für die Auswalzelemente des Dornkopfes die Arbeitsbelastung der letzteren zu erhöhen, wodurch das Arbeitsvermögen der Auswalzvorrichtung verbessert und die Kalibrierung der Profilrohtour bei deren Montage im Bereich der Schichtisolierung im Bohrloch beschleunigt wird. Das führt seinerseits zu einer Steigerung der Arbeitsproduktivität bei der Montage der Vorrichtung im Bohrloch und zu einer höheren Zuverlässigkeit des Schichtabsperrens.

[0022] Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jedes Auswalzelement der Auswalzvorrichtung als abgeschnittenes Kugelsegment ausgebildet.

[0023] Dies ermöglicht dank einer Verringerung der Reibungskräfte zwischen den Auswalzelementen und der Profilrohrwand während der Kalibrierung die Lebensdauer der Auswalzvorrichtung zu verlängern.

[0024] In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Profilrohrtour mit Ringdichtungen ausgestattet, die zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Profilrohre angeordnet sind,

[0025] Dank dieser Konstruktion der Vorrichtung kann die Dichtheit an den Verbindungsstellen der Profilrohre und folglich die Zuverlässigkeit des Absperrens der Bereiche von Bohrlochkomplikationen in einem noch höheren Masse verbessert werden.

[0026] Es ist recht günstig, dass mindestens ein Packer vorjanden ist, der zwischen den zu verbindenden Rohen in der Profilrohrtour angeordnet ist.

[0027] Diese Ausführungsform der Erfindung ist vorteilhaft dann zu benutzen, wenn im Bereich des Absperrens mehrerer Schichten mit verschiedenen Schichtdrücken gegenseitige Überströmungen der Flüssigkeit aus der einen Schicht in die andere vermieden werden müssen, was notwendig ist, um den ökologischen Anforderungen nachzukommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0028] Die anderen Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ihres Ausführungsbeispiels und aus den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in denen es zeigt:

Fig. I den Oberteil einer erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 den Unterteil der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2;

Fig. 5 eine Baugruppe A der Fig. 2;

Fig. 6 dito nach Kalibrieren der Profilrohre;

Fig. 7 eine konstruktive Ausführung einer Sektion einer Auswalzvorrichtung;

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII der Fig. 7.

Beste Ausführungsform der Erfindung

[0029] Die Vorrichtung zum Absperren von Bereichender Bohrlochkomplikationen enthält eine Profilrohrtour I (bzw. ein Rhhr) (Fig. I, 3), die an ihren Enden zylindrische Abschnitte 2 aufweist, von denen die einen Abschnitte mit einem Aussengewinde 3 und die anderen mit einem Innengewinde 4 für die Verbindung der Rohre ( I miteinander und mit anderen Bauteilen der Vorrichtung (Fig. 2, 5 und 6) versehen sind. Die zylindrischen Abschnitte 2 des oberen und des unteren Profilrohres I der Rohrtour sind mit Packern 4^I (Fign. I, 2, 4) versehen, von denen jeder als zylindrischer Stutzen 5 mit einer äusseren Ringnut 6 zur Unterbringung darin eines Dichtelementes 7 ausgebildet ist, während an der Innenfläche der Stutzen 5 den Nuten 6 entsprechende ringförmige Vorsprünge 8 vorgesehen sind.

[0030] Am unteren zylindrischen Abschnitt der Profilrohrtour I befindet sich ein Rohrschuh 9 (Fig. 2), der am Stutzen 5 befestigt ist und ein Kugelventil 10 zum Absperren des Durchgangskanals II sowie einen den Austritt des Kugelventils 10 aus dem Rohrschuh 9 begrenzenden Stift 12 aufweist.

[0031] Der obere zylindrische Abschnitt 2 der Profilrohrtour I (Fig. I) weist einen Hohlraum I3 auf, der mit dem Hohlraum des Stutzens 5 des Packers in Verbindung steht, in welchem Hohlraum ein Nachräumer I4 mit einem ringförmigen Aussenvorsprung 15, der mit dem ringförmigen Innenvorsprung 8 des Stutzens 5 zusammenwirkt und für den aufgehängten Zustand der Profilrohrtour I sorgt, untergebracht ist. Uberdies besitzt der Nachräumer I4 Auswalzelemente I6, die aussen in dessen Mittelteil angebracht sind, ein Endstück 17 mit einer Nute 18 für die Zusammenwirkung mit dem Stift I2 des Rohrschuhes 9 und ein im ringförmigen Vorsprung I5 des Nachräumers I4 angeordnetes Dichtungsmittel I9 Ein ähnliches Dichtungsmittel I9^I ist an der Stelle der Verbindung des Rohrschuhes 9 mit dem Stutzen 5 vorgesehen.

[0032] Mit Hilfe eines Ubergangsstückes 20 ist der Nachräumer I4 mit einer Auswalzvorrichtung 20^I starr verbunden, die sich aus mehreren, in Reihe miteinander verbundenen Sektionen 21, 22 und 23 zusammensetzt, von denen jede ein Gehäuse 24 (Fig. 7) aufweist, an dessen Enden Gewinde 25 und 26 vorgesehen und im mittleren Teil Auswalzelemente 29 mit Hilfe von Achsen 27 und Scheiben 28 (Fig. 8) montiert sind, von denen jedes Auswalzelement als abgeschnittenes Kugelsegment ausgebildet ist. Ausserdem sind am Gehäuse 24 der Auswalzvorrichtung 20^I Auflageflächen 30 zur Aufnahme der Auswalzelemente 29 vorgesehen, die zu deren geometrischer Längsachse in einem Winkel angeordnet sind und einen Pyramidenstumpf bilden, dessen Spitze an dieser Achse liegt und dem rückwärtigen Ende 21 der Auswalzvorrichtung 20^I zugewandt ist.

[0033] Die Auswalzelemente 29 der Sektionen 21, 22 und 23 der Auswalzvorrichtung 20^I sind im Dirchmesser so bemessen, dass dieser in Richtung Auswalzen stufenweise abnimmt.

[0034] Die Gewinde 3, 4 (Fig. 5, 6) der Profilrohre I sind mit Ringdichtungen 3I versehen, die in einem Spalt angeordnet sind, der durch eine Ringnut 32 am Ende des Innengewindes 4 und durch einen kegelförmigen Vorsprung 33 am Anfang des Aussengewindes 3 in den zylindrischen Abschnitten 2 der Profilrohre I gebildet ist.

[0035] Die gemäss Fig. I und 2 zusammengebaute Vorrichtung wird mittels des Gewindes 25 der Sektion 2I von Auswalzvorrichtung 20^I an das untere Ende eines Gestängestranges (nicht gezeigt) angeschlossen und ins Bohrloch zum Bereich der Bohrlochkomplikation eingefahren, wobei sich das Kugelventil 10 unter der Wirkung des Bohrloch-Flüssigkeitsdruckes eröffnet und diese Flüssigkeit über den Durchgangskanal II ins Innere der Profilrohrtour I und der Gestängerohre fliessen lässt. Danach wird durch Fördern der Flüssigkeit in die genannten Rohrtouren ein Druck darin erzeugt, der für das Ausglätten von Längsfalten der Profilrohre I ausreicht, so dass diese an die Bohrlochwandung angedrückt werden.

[0036] Durch Drehung des Gestängestranges und Erzeugung einer Axialbelastung des Nachräumers I4 werden durch die Auswalzelemente I6 die Gewinde 3, 4 (Figl I, 6) der Profilrohre I ausgewalzt und endgültig ausgeglättet. Die Auswalzelemente I6 des Nachräumers I4 walzen hierbei den kegelförmigen Vorsprung 33 des Gewindes 3 im zylindrischen Abschnitt 2 des Profilrohres I in die Ringnut 32 hinein, die sich am Ende des Innengewindes 4 des zylindrischen Abschnittes 2 eines anderen Profilrohres I befindet. Die Ringdichtung 3I wird hierbei verformt. Dadurch erreicht man eine zuverlässige Verbindung der Rohre miteinander und die Dichtheit dieser Verbindung. Zugleich nimmt der Durchmesser des Durchgangsquerschnitts in den zylindrischen Abschnitten 2 der Profilrohre I zu, so dass der ringförmige Vorsprung I5 und das Dichtungsmittel I9 des Nachräumers I4 diese Abschnitte angehindert passieren können.

[0037] Die weitere Vergrösserung des Durchgangsquerschnitts der Gewinde 3, 4 von Profilrohren I sowie die Kalibrierung ihres Innendurchmessers werden durch die Sektionen 2I, 22 und 23 der Auswalzvorrichtung 20^I bewerkstelligt, die dank der stufenweisen Zunahme deren Durchmessers den Innendurchmesser der Profilrohre I um einen bestimmten Wert aufeinanderfolgend vergrössern.

[0038] Bei der Annäherung des Nachräumers I4 an den Rohrschuh 9 erfassen die Nuten I8 des Endstückes I7 den Stift I2 und übertragen mit Hilfe des letzteren ein Drehmoment auf den Rohrschuh 9, der aus dem Stutzen 5 abgeschraubt wird und auf die Bohrlochsohle hinabfällt, so dass sich die Möglichkeit für das Auswalzen des unteren zylindrischen Abschnittes 2 der Profilrohrtour I mit Hilfe der Auswalzelemente I6 des Nachräumers 14 sowie mit Hilfe der ähnlichen Auswalzelemente 29 der Auswalzvorrichtung 20 bietet. Hiermit enden die Arbeiten für das Absperren des Bereiches der Bohrlochkomplikation unter Verwendung der Profilrohrtour I, und das Bohrloch wird dann weiter gebohrt.

[0039] Sollten im Bereich der Bohrlochkomplikation mehrere Schichten mit verschiedenen Schichtdrücken vorliegen, sind sie dann voneinander zu trennen (zu isolieren), um Uberströmungen der Flüssigkeit aus der einen Schicht in die andere zu vermeiden. In diesem Fall wird die Vorrichtung mit zusätzlichen Packern 4^I ausgerüstet, die zwischen den Profilrohren I, die den zu trennenden Intervallen entsprechend, angeordnet werden.

[0040] Durch den Einsatz von austauschbaren Auswalzelementen I6 in den Nachräumern I4 und austauschbaren Auswalzelementen 29 in der Auswalzvorrichtung 20^I kann die Vorrichtung mehrfach verwendet werden, so dass dadurch Betriebskosten gesenkt werden.

Gewerbliche Verwertbarkeit

[0041] Die Erfindung ist beim Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen anwendbar, die infolge eines intensiven Spülungs- und Zementschlämmenverlustes, eines Flüssigkeits- bzw. Gaszuflusses aus der aufgeschlossenen Schicht sowie infolge eines Nachfalls entstehen.

Ansprüche

_I. Vorrichtung zum Absperren von Bereichen der Bohrlochkomplikationen, die eine Profilrohrtour (I) mit zylindrischen Abschnitten (2) an deren Enden aufweist, von denen das untere Ende einen Rohschuh (9) mit einem Ventil (10) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Einrichtung zur Montage der Profilrohrtour (I) mit Bohrloch versehen ist, die innerhalb der Profilrohrtour (I) in Längsrichtung hin- und herverschiebbar angeordnet ist und die einen Nachräumer (14) für die Erweiterung der zylindrischen Abschnitte (2) der Profilrohre (I), welcher im Innern des oberen zylindrischen Abschnittes (2) der Profilrohrtour (I) angeordnet wird, und eine mit ihm starr verbundene Auswalzvorrichtung (20^I) die oberhalb der Profilrohtour (I) angebracht wird und ein Gehäuse (24) mit Auswalzelementen (29) enthält, einschliesst.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass sie mit an den Enden der Profilrohrtour (I) angebrachten Packern (4^I) versehen ist, von denen jeder als zylindrischer Stutzen (5) mit einer äusseren Ringnut (6) zur Aufnahme darin eines Dichtelementes (7) und mit einem der Ringnut (6) entsprechenden ringförmigen Innenvorsprung (8) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch I, 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Nachräumer (14) mit einem Aussenvorsprung (15) versehen ist, der mit dem ringförmigen Innenvorsprung (8) des zylindrischen Stutzen des oberen Packers (4 ) zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Gehäuse (24) der Auswalzvorrichtung (20^I) Auflageflächen (30) aufweist, die zu deren geometrischer Längsachse in einem Winkel angeordnet sind und die einen Pyramidenstumpf bilden, dessen Spitze an dieser Achse liegt und dem rückwärtigen Ende der Auswalzvorrichtung (20^I) zugewandt ist, wobei an den Auflageflächen (30) Auswalzelemente (29) angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen I und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Auswalzelement (29) der Auswalzvorrichtung (20^I) als abgeschnittenes Kugelsegment ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Profilrohrtour (I) mit Ringdichtungen (3I) ausgestattet ist, die zwischen den zu verbindenden Oberflächen der Profilrohre (I) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurchn gekenn-zeichnet, dass zumindest ein Packer (4^I) vorhanden ist, der zwischen den zu verbindenden Rohren (I) in der Profilrohrtour angeordnet ist.

Zeichnung