DE2604577C3

DE2604577C3 - Vorrichtung zum Zementieren von Bohrlöchern

Info

Publication number: DE2604577C3
Application number: DE2604577A
Authority: DE
Inventors: Eugene Earl Duncan Okla. Baker (V.St.A.)
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE7603314U1; DE2604577A1; US3948322A; NL165254B; DE2604577B2; GB1477816A; NO761369L; NL165254C; DK51676A; NL7514838A; FR2308780A1; FR2308780B1

Description

55

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zementieren des Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und der Wandung eines Bohrloches, mit einem in «> den Verrohrungsstrang einbaubaren, rohrförmigen Gehäuse, welches von einem aufblähbaren Packer umgeben ist und dessen Axialbohrung nur über ein steuerbares Ventil mit dem Innenraum des Packers verbindbar und unterhalb dieses steuerbaren Ventils hi dicht abschließbar ist, und mit einem aufsteuerbaren Zementierventil, über das oberhalb des aufblähbaren Packers eine Verbindung zwischen der Axialbohrung des Gehäuses und dem Ringraum herstellbar ist, wobei das steuerbare Ventil einen in der Axialbohrung geführten steuerbaren Ventilschieber aufweist, durch welchen diese durch das Zementäerventil freigegebene Verbindung bei weiterhin aufgeblähtem Packer wieder absperrbar ist

Zum Zementieren des Ringraumes wird in den Ringraum ein Zementschlamm eingepumpt Nach dem Abbinden schützt die Zementierung sowohl die Verrohrung gegen Korrosion durch Flüssigkeiten aus dem Erdreich als auch die von der Bohrung durchsetzten Schichten gegen Verunreinigung durch Bohrlochflüssigkeit Bei Bohrlöchern von geringer Tiefe kann die Zementierung in der Weise erfolgen, daß der Zementschlamm in der Längsbohrung der Verrohrung bis zu deren unterem Ende hinabgepumpt und dann im Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Verrohrung hochgedrückt wird. Bei tiefen Bohrungen ist eine solche einstufige Zementierung nicht möglich. Hier muß der Ringraum in mehreren Stufen nacheinander zementiert werden.

Zu diesem Zweck werden in den Verrohrungsstrang in festen Abständen Ventile eingebaut, über welche eine Verbindung zwischen der Längsbohrung des Verrohrungsstranges und dem Ringraum herstellbar ist Das Ventil enthält einen hülsenförmigen Ventilschieber, der in einer Schließstellung, in welcher er seitliche Gehäuseöffnungen abdeckt, durch einen Scherstift gesichert ist Der Ventilschieber weist einen Sitz für einen ersten Verschlußkörper auf, welcher in der Verrohrung hinabgeworfen wird und die Längsbohrung absperrt Durch den unter hohem Druck hinabgepumpten Zementschlamm, der über den ersten Verschlußkörper auf den Ventilschieber drückt, wird der Scherstift abgeschert, so daß der Ventilschieber nach unten verschoben wird und die seitlichen Gehäuseöffnungen freigegeben werden. Der Zementschlamm kann dann durch diese Gehäuseöffnungen austreten und wird, wenn der darunterliegende Ringraumabschnitt schon zementiert ist, in dem oberhalb der Gehäuseöffnungen liegenden Ringraumabschnitt hochgedrückt. Nach Verdrängung des Zementschlammes durch einen hinter diesem mittels einer Druckflüssigkeit hergepumpten zweiten Verschlußkörper setzt sich dieser auf einen Sitz, der an einem zweiten hülsenförmigen Ventilschieber oberhalb der Gehäuseöffnungen vorgesehen ist, und schiebt diesen unter dem Einfluß der Druckflüssigkeit vor die Gehäuseöffnungen, so daß die Gehäuseöffnungen wieder abgesperrt werden. Es kann so der Ringraum in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen von unten nach oben zementiert werden (US-PS 37 68 556 und US-PS 37 68 562).

Es gibt Anwendungsfälle, wo es erforderlich ist, den Ringraum zwischen dem Verrohrungsstrang und der Bohrlochwandung unterhalb eines zu zementierenden Ringraumabschnitts durch einen Packer dicht abzuschließen. Ein Beispiel einer solchen Anwendung liegt vor, wenn eine Zementierung zwischen einer Hochdruckgaszone und einer von dem Bohrloch durchsetzten, eine Strömung aufnehmenden Zone erfolgen soll. Eine andere Anwendung ergibt sich, wenn eine Zementierung oberhalb einer vom Bohrloch durchsetzten, Strömung aufnehmenden Zone erfolgen soll. Ein dritter solcher Anwendungsfälle ist gegeben, wenn der Formationsdruck einer von dem Bohrloch durchsetzten Zwischenzone größer als der hydrostatische Druck des in den darüberliegenden Ringraumabschnitt einzubringenden Zements ist. Ein noch anderer Anwendungsfall

dieser Art liegt vor, wenn eine zweite Stufe von Zement im Abstand lochaufwärts von der Oberseite der ersten Stufe von Zement eingebracht werden soll und ein Packer erforderlich ist, um die Zementsäule in dem Ringraurn tragen zu helfea Ein letztes Anntendungsbeispiel ergibt sich, wenn eine Zementierung über das ganze Bohrloch bei geschlitzten oder durchbrochenen Produktionsrohren erfolgen soIL

Es sind daher Zementiergeräte mit aufblähbaren Packern bekannt, weiche ein rohrförmiges Gehäuse mit einem die Verbindung zwischen dem Inneren des Verrohrungsstranges und dem Ringraum beherrschenden Ventil und unterhalb dieses Ventils auf der Mantelfläche des Gehäuses einen aufblähbaren Packer aufweisen.

Ein solches Zementiergerät ist in der US-PS 35 24 503 beschrieben. Bei diesem Zementiergerät ist in dem rohrförmigen Gehäuse ein erster hülsenförmiger Ventilschieber geführt, der einen Sitz für einen ersten Verschlußkörper aufweist und durch eineD Scherstift in einer Schließstellung gehalten wird. In dieser Schließstellung sperrt der Ventilschieber eine Verbindung zwischen der Längsbohrung des Verrohrungsstranges und dem Inneren des aufblähbaren Packers ab. Durch den ersten Verschlußkörper in Gestalt einer in die Verrohrung hinabgeworfenen Kugel, die auf dem Sitz des Ventilschiebers zum Aufsitzen kommt, wird die Längsbohrung der Verrohrung abgesperrt

Wenn dann eine Druckflüssigkeit in die Verrohrung gepumpt wird, schert der Scherstift ab, und die Druckflüssigkeit drückt den ersten Ventilschieber nach unten, so daß die Verbindung zum Inneren des Packers freigegeben wird. Die Druckflüssigkeit strömt dann in das Innere des aufblähbaren Packers und bläht diesen auf. Wenn sich der aufblähbare Packer an die Wandung des Bohrloches angelegt hat, bewirkt die Druckerhöhung der Druckflüssigkeit, daß ein in dem Verbindungskanal zwischen Längsbohrung und Packer angeordnetes, durch einen Scherstift in Offenstellung gehaltenes und vom Druck im Inneren des Packers beaufschlagtes Schieberventilglied unter Abscheren des Scherstiftes in seine Schließstellung bewegt wird und den Verbindungskanal absperrt. Der Packer bleibt dann unabhängig vom Druck im Längskanal gesetzt.

Als nächster Verfahrensschritt wird mit der bekannten Anordnung eine oberhalb des Packers im Gehäuse vorgesehene und von diesem vollständig unabhängige Zementaustrittsöffnung geöffnet. Das geschieht mittels eines zweiten hülsenförmigen mit einem Sitz für einen Verschlußkörper versehenen Ventilschiebers, der diese Zementaustrittsöffnung abschließt und anfänglich in der Schließstellung durch einen Scherstift gesichert ist. Durch Hinabwerfen eines zweiten Verschlußkörpers in Form einer Kugel von größerem Durchmesser als die erste wird die Axialbohrung des zweiten Ventilschiebers abgeschlossen und durch Druck der Druckflüssigkeit der Scherstift abgeschert. Der zweite Ventilschieber wird dadurch in seine Offenstellung bewegt, so daß Zementschlamm durch die Zementaustrittsöffnung in den äußeren Ringraum zwischen Verrohrung und Bohrlochwandung gepumpt werden kann.

Ein dritter, ebenfalls mit einem Sitz für einen Verschlußkörper versehener und durch einen Scherstift gesicherter hülsenförmiger Ventilschieber ist oberhalb der Zementaustrittsöffnung angeordnet. Durch einen Verschlußkörper von größerem Durchmesser als der zweite wird wieder der Längsdurchgang des dritten Ventilschiebers abgeschlossen und durch Druck der Druckflüssigkeit und Abscheren des Scherstiftes der dritte Ventilschieber nach unten in eine Stellung bewegt, in welcher er die Zementaustrittsöffnung wieder absperrt

Die Handhabung des aufblähbaren Packers nach der US-PS 35 24 503 erfordert die Anwendung von drei Verbchlußkörpern mit fortschreitend zunehmenden Durchmessern, wodurch die Anzahl der durchführbaren Zementierstufen bei einem Verrohrt« ngsstrang von

ίο vorgesehenem Durchmesser begrenzt ist

Durch die US-PS 35 03 445 ist eine Vorrichtung bekannt durch welche eine Flüssigkeit durch einen Bohrstrang hinab in den Ringraum zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwandung einleitbar ist.

Diese Vorrichtung enthält ein in den Bohrstrang, also nicht die Verrohrung des Bohrloches, einbaubares rohrförmiges Gehäuse, welches von einem aufblähbaren Packer umgeben ist In der Axialbohrung mündet ein Kanal, der ein Rückschlagventil enthält und eine Verbindung zu dem Inneren des Packers herstellt. Dieser Kanal wird von einem steuerbaren Ventil in Gestalt eines Ventilschiebers beherrscht, der einen Sitz zur Aufnahme eines in der Axialbohrung des Bohrstranges hinabgepumpten Verschlußkörpers aufweist und durch einen Scherstift in einer den Kanal abschließenden Schließlage gesichert ist Durch den Verschlußkörper und eine auf diesen wirkende Druckflüssigkeit wird der Scherstift abgeschert und der Ventilschieber nach unten in eine Offenstellung verschoben, in welcher er den besagten Kanal freigibt. Druckflüssigkeit strömt dann über das Rückschlagventil in den aufblähbaren Packer, so daß dieser aufgebläht wird und sich dicht an die Bohrlochwandung anlegt.

Der Kanal ist mit einem Auslaß zum Ringraum verbunden, der durch einen Stopfen verschlossen ist. Nachdem sich der Packer an die Bohrlochwandung angelegt hat, bewirkt das weitere Hinabpumpen der Druckflüssigkeit einen Druckanstieg, durch welchen der Stopfen hinausgedrückt wird. Die Druckflüssigkeit kann jetzt bei gesetztem Packer in den Ringraum gepumpt werden.

Diese Anordnung dient dazu, ein Bohrloch zur Eindämmung eines »Blowout« oberhalb einer kritischen Formation abzusperren. Die in den Ringraum oberhalb des Packers eingepumpte Druckflüssigkeit soll das Bohrloch oberhalb des Packers unter Kontrolle halten und den Eintritt von Formationsflüssigkeit verhindern.

Bei einer anderen Ausführungsform der US-PS 35 03 445 wird durch die Druckerhöhung nach Setzen des Packers ein Durchgang durch den Verschlußkörper geöffnet. Es kann dann bei gesetztem Packer Zementschlamm durch den Bohrstrang in den Raum unterhalb des Packers gepumpt werden, um die unterhalb des Packers liegende Zone abzudichten oder permanent zu verschließen.

Bei der ersteren Ausführungsform kann der Kanal, der nach Herausdrücken des Stopfens mit dem Ringraum zwischen Bohrstrang und Bohrlochwandung in Verbindung steht, durch einen Ventilschieber wieder abgeschlossen werden. Dieser Ventilschieber ist in einer Offenstellung oberhalb des Kanals durch einen Scherstift gesichert und weist ebenfalls einen Sitz für einen Verschlußkörper auf. Durch Hinabpumpen eines Verschlußkörpers auf diesen Sitz mittels einer Druckflüssig-

h-, keit kann der Scherstift abgeschert und der Ventilschieber nach unten in eine Schließstellung bewegt werden, in welcher der Kanal wieder abgesperrt wird.

In dieser Schließstellung wird nicht nur durch einen

die Verschlußkörper umgehenden Kanal wieder ein Durchgang im Inneren des Bohrstranges freigegeben, sondern es wird auch automatisch die Druckflüssigkeit aus dem Packer durch ein das Rückschlagventil umgehenden und zunächst von dem zweiten Ventilschieber abgesperrten Kanal abgelassen.

Das entspricht dem Verwendungszweck der in der US-PS 35 03 445 beschriebenen Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung wäre jedoch — auch wenn man den Bohrstrang durch die Verrohrung eines Bohrloches ersetzen würde — nicht geeignet, eine Stufenzementierung des Ringraumes oberhalb des Packers zu bewirken. Dafür ist es erforderlich, die Verbindung zwischen Axialbohrung und Ringraum, die von dem Zementierventil freigegeben war, nach Austritt des Zementschlamms abzusperren, während gleichzeitig der Packer gesetzt bleibt. Damit wird ein Rückfluß des Zementschlammes verhindert, dessen Säule bis zum Erhärten durch den Packer getragen und von der darunterliegenden Formation getrennt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zum mehrstufigen Zementieren des äußeren Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und der Bohrlochwandung zu schaffen, die es gestattet, durch Verringerung der Anzahl der zur Steuerung erforderlichen Verschlußkörper oder mechanischen Steuervorgänge eine gegenüber dem Stand der Technik größere Anzahl von Zementierstufen vorzusehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das steuerbare Ventil zwischen der Axialbohrung des Gehäuses und einer Ringkammer angeordnet ist, die über ein Rückschlagventil mit dem Innenraum des Packers und über das Zementierventil mit dem Ringraum in Verbindung steht, wobei das Zementierventil auf die Überschreitung eines vorgegebenen Drucks in der Axialbohrung des Gehäuses öffnend ausgebildet ist.

Es sind bei einer solchen Anordnung in jeder Zementierstufe nur zwei Verschlußkörper für die Steuerung erforderlich. Da die Durchmesser der für die Verschlußkörper an den Ventilschiebern vorgesehenen Sitze nach oben hin immer größer werden müssen, weil durch jeden Sitz die Verschlußkörper zur Steuerung der unterhalb davon angeordneten Ventilschieber frei hindurchtreten müssen, gestattet die Verringerung der pro Zementierstufe erforderlichen Verschlußkörper eine Vergrößerung der Anzahl der Zementierstufen. Es werden auch andere Arten der Steuerung, etwa nach Art der US-PS 37 68 562 möglich, da nur die zwei Schaltstellungen des gesteuerten Ventils durch mechanische Mittel gesteuert zu werden brauchen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit aufblähbarem Packer;

Fig.2 ist eine perspektivische Darstellung des oberen Endteils der Absperrhülse des Gerätes von Fil

Fig.3 bis 7 sind schematische Darstellungen und zeigen die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fil

Fig.8 zeigt einen Vertikalschnitt einer anderen, vollständig öffnenden Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 9 ist eine teilweise vertikal geschnittene Darstellung eines bei der Vorrichtung gemäß F i g. f verwendeten öffnungspositionierers;

Fig. 10 ist eine teilweise vertikal geschnittene Darstellung des bei der Vorrichtung gemäß Fig. E verwendbaren Schließpositionierers;

Fig. 11 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 11-11 von Fig. 9;

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines

ίο Bohrstranges, der die bei einer Vorrichtung gemäO F i g. 8 verwendbaren öffnungs- und Schließpositionie· rer enthält;

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung eine: Bohrstranges, der die öffnungs- und Schließpositionierer, die Isolationspacker und ein Zirkulationsventil zui Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält;

Fig. 14 bis 17 sind schematische Darstellungen det vollständig öffnenden Vorrichtung gemäß Fig.8 und zeigen verschiedene Betriebsverfahren derselben.

In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1 und 2 ist das Aufblaspackergerät nach der vorliegenden Erfindung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet Das Gerät 10 enthält ein rohrförmiges Außengehäuse 12 mit einem oberen Anschlußstück 14 und einem unteren Anschlußstück 16, die jeweils mit den oberen bzw. unteren Endteilen des rohrförmigen Außengehäuses 12 verbunden sind. Die Anschlußstücke 14 und 16 können mit dem Außengehäuse 12 durch übliche Mittel wie Verschweißung bei 18 und 20 sowie durch Gewindeverbindungen 22 und 24 verbunden sein. Das obere Anschlußstück 14 und das untere Anschlußstück 16 können an ihren äußersten Enden mit Gewinden versehen oder sonstwie zwischen Normabschnitte von Verrohrung oder Rohrleitung einsetzbar sein, oder sie können in den Verrohrungsstrang einschweißbar sein, was das Aufschneiden der Verrohrung und das Einsetzen des Gerätes 10 erforderlich macht

Das Außengehäuse 12 ist ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse mit einem Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des Verrohrungsstranges oder Rohrstranges ist in welchen das Gehäuse eingesetzt ist. Es ist vorzugsweise aus einem festen, dauerhaften Material wie Stahl oder Edelstahl hergestellt Durch die Wandung des Außengehäuses 12 erstrecken sich wenigstens ein und vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 26. An der die Auslässe 26 schneidenden Innenfläche des Außengehäuses 12 ist eine innere ringförmige Ausnehmung 28 gebildet

so Eine weitere innere ringförmige Ausnehmung 30 mit geneigten oder sich verjüngenden Ringschultern 32 und 34 ist an der Innenfläche des Außengehäuses 12 gebildet. Eine geneigte oder sich verjüngende Ringschulter 36 ist an der Innenfläche des Außengehäuses 12 oberhalb der Schulter 32 gebildet und bildet in

Verbindung mit dieser eine nach innen ragende Ringschulter oder Rippe 38 an der Innenfläche des Außengehäuses 12. In der Innenfläche des unteren Teils des Außengehäu-

Mi ses 12 sind drei ringförmige Ausnehmungen 40,42 und 44 gebildet Die ringförmige Ausnehmung 40 bildet eine radiale ringförmige obere Schulter 46 und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter 48. Die ringförmige Ausnehmung 42 bildet eine radiale

es ringförmige obere Schulter SO und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter 52. Die unterste Ausnehmung 44 bildet eine radiale ringförmige obere Schulter 54 und eine sich verjüngende ringförmige

untere Schulter 56.

Ein Veniilschieber in Form einer rohrförmigen zylindrischen Absperrhülse 58 ist gleitbeweglich innerhalb des Außengehäuses 12 angeordnet und hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Innenfläche des Außengehäuses 12 ist. Die Absperrhülsc 58 hat einen Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem des Verrohrungsstranges oder Rohrstranges ist, in welchen das Gerät 10 eingebaut isl. Die Absperrhülse ist vorzugsweise aus einem festen, dauerhalten Material wie Stahl oder Kdelslahl hergestellt.

Die Absperrhülsc 58 weist wenigstens einen Auslaß und vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 60 auf, die sich durch deren Wandung hindurch erstrecken und vorzugsweise radial mit den Auslassen 26 des Außengehäuses 12 fluchten. Die Absperrhülse 58 ist an ihrem oberen Ende mit einem Spannring 62 versehen, der von einer äußeren ringförmigen Leiste 64 an der Absperrhülse 58 und durch eine an der Innenfläche der Absperrhülse 58 gebildete innere ringförmige Ausnehmung 66 gebildet ist. Der Spannring 62 bildet eine Mehrzahl von Spannfingern 68, die in dem oberen Endteil der Absperrhülse 58 durch in gleichen Abständen in den oberen Endteil der Absperrhülse 58 auf deren Umfang eingeschnittene Nuten 70 gebildet sind, welche Nuten sich durch die ringförmige Leiste 64 und die ringförmige Ausnehmung 66, wie in Fig. 2 dargestellt, erstrecken.

Auf der Außenseite der Absperrhülse 58 sind in der Nähe des oberen Endteils derselben ein Paar von Ringnuten 72 gebildet. Diese enthalten ein Paar von ringförmigen Dichtgliedern 74, durch welche eine druckmitieldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und dem Außengehäuse 12 erreicht wird. In der Außenfläche der Absperrhülse 58 oberhalb und angrenzend an die Auslässe 60 ist ein zweites Paar von Ringnuten 76 gebildet. Innerhalb der Ringnuten 76 sind ringförmige Dichtglieder 78 angeordnet, welche eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und der Innenfläche des Außengehäuses 12 bewirken. In der Außenfläche der Absperrhülse 58 unterhalb und angrenzend an die Auslässe 60 ist eine Ringnut 80 gebildet. In der Ringnut 80 ist ein ringförmiges Dichtglied 82 angeordnet, welches eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Absperrhülse 58 und der Innenfläche des Außengehäuses 12 bewirkt. Die ringförmigen Dichtglieder 74, 78 und 82 sind vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt. Sie können jedoch gegebenenfalls auch aus einem geeigneten elastischen Kunststoff hergestellt sein.

In der Außenfläche der Absperrhülse 58 sind in der Nähe und unterhalb der Ringnut 80 Ringnuten 84 und 86 gebildet- Jede Ringnut 84 und 86 enthält eine radiale ringförmige obere Schulter und eine sich verjüngende ringförmige untere Schulter, wobei jede ringförmige Schulter sich an die Außenfläche der Absperrhülse 58 anschließt. In den Ringnuten 84 und 86 sind sich ausdehnende Sperringe 88 und 90 angeordnet Die Sperringe 88 und 90 sind im Querschnitt keilförmig mit radialen ringförmigen oberen Stirnflächen und sich verjüngenden ringförmigen unteren Flächen, die so bemessen und geformt sind, daß sie dicht an den entsprechend sich verjüngenden ringförmigen unteren Schultern der Nuten 84 und 86 anliegen. Die Sperringe 88 und 90 werden in die jeweiligen Ringnuten 84 und 86 zusammengedrückt. Die Sperringe 88 und 90 sind teilweise aus den jeweiligen Ringnuten 84 und 86 ausdehnbar, wenn der eine oder der andere der Snerringe sich in den Bereich einer der in dem Außengehäuse 12 gebildeten ringförmigen Ausnehmungen 40, 42 oder 44 bewegt. Wegen der Anlage der radialen oberen Stirnfläche des Sperringes an der radialen Ringschulter der angrenzenden ringförmigen Ausnehmung ist die Absperrhülse 58 an einer weiteren Aufwärtsbewegung innerhalb des Außengehäuses 12 gehindert. Die gegenseitige Keilwirkung zwischen der sich verjüngenden ringförmigen unteren Fläche der Sperringe 88 und 90 und der sich verjüngenden ringförmigen unteren Schultern der Nuten 84 und 86 drückt die Sperringe bei jeder auf die Absperrhülse 58 ausgeübten aufwärtsgerichteten Kraft radial auswärts. Diese Sperrwirkung bringt das Merkmal des verriegelten Abschlusses des Gerätes 10, welches nach Vollendung des Zementiervorganges eintritt. Anfänglich liegt die äußere ringförmige Leiste 64 der Spannfinger 68 des Spannringes 62 an der geneigten oder sich verjüngenden Ringschulter 36 des Außengehäuses 12 an und verhindert eine vorzeitige Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58, bevor die Zementierung durch das Gerät beendet ist.

Die Absperrhülse 58 enthält weiterhin eine innere Ringnut 92, die in deren Innenfläche unterhalb der Auslässe 60 gebildet ist. Die Ringnut 92 weist obere und untere radiale Ringschultern 94 und 96 auf, die sich an die Innenfläche der Absperrhülse 58 anschließen.

Konzentrisch innerhalb der Absperrhülse 58 sind eine Auslösehülse 98, ein steuerbares Ventil in Form einer Öffnungshülse 100 und eine Hülsensicherung 102 angeordnet. Die Öffnungshülse 100 ist zylindrisch und sitzt bündig in der Absperrhülse 58. An ihrem oberen Ende ist ein sich verjüngender ringförmiger Stopfensttz 104 gebildet. Die Öffnungshülse 100 ist anfänglich innerhalb der Absperrhülse 58 angeordnet und deckt die Auslässe 60 und 26, wie in F i g. 1 dargestellt ist, ab. Die Öffnungshülse 100 ist in der Schließstellung über den Auslässen 60 und 62 mittels Scherstiften 106 lösbar gehalten. Die Scherstifte 106 sind in die Absperrhülse 58 eingeschraubt und werden von entsprechenden, in der Öffnungshülse 100 gebildeten Vertiefungen in im wesentlichen der gleichen Ebene aufgenommen, in welcher die Auslässe 60 und 26 liegen. Die Scherstifte 106 sind in F i g. 1 zum Zwecke der besseren Darstellung verdreht dargestellt.

Die Öffnungshülse 100 weist Ringnuten 108 und 110 auf, die in der Außenfläche derselben oberhalb und unterhalb der Scherstifte 106 gebildet sind. In den Ringnuten 108 und UO sind ringförmige Dichtglieder 112 und 114 angeordnet, die eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Öffnungshülse 100 und der Absperrhülse 58 bewirken. Die Öffnungshülse 100 weist weiterhin eine Ringnut 116 auf, die in deren Außenfläche unterhalb der Ringnut 110 gebildet ist. !n die Ringnut 116 ist ein sich ausdehnender Sperring HS zusammengedrückt, der sich teilweise in die innere Ringnut 92 der Absperrhülse 58 ausdehnen kann. Wenn die Ringnuten 116 und 92 fluchten, ergibt dies eine Verriegelungsanordnung zwischen der Öffnungshülse 100 und der Absperrhülse 58, wenn die Öffnungshülse 100 relativ zu der Absperrhülse 58 nach unten in die Zementierstellung mit offenen Auslassen bewegt worden ist

Direkt oberhalb der Öffnungshülse 100 ist innerhalb der Absperrhülse 58 die zylindrische rohrförmige Auslösehülse 98 angeordnet, die mit einer unteren

Stirnfläche 120 an der oberen Stirnfläche 122 der Öffnungshülse 100 anliegt. Die Auslösehülse 98 weist eine schmalere zylindrisch geformte Schürze 124 auf, die an dem unteren Endteil der Auslösehülse 98 gebildet ist. und eine radial nach außen ragende Ringschulter 126. die an dem oberen Endteil der Hülse gebildet ist. Die Außenfläche der Schürze 124 und die Innenfläche der Absperrhülse 58 bilden einen Ringraum 128, der sich zwischen der unteren Stirnfläche 120 und einer sich verjüngenden Ringschulter 130 erstreckt, welche an der Auslösehülse 98 gebildet ist.

Die Ringschulter 126 berührt die Spannfinger 68 und hält diese in ihrer äußeren Stellung in Anlage an dem Außengehäuse 12 an der sich verjüngenden Ringschulter 36, wodurch die Absperrhülse 58 an einer Abwärtsbewegung und einem Absperren der Auslässe 60 gehindert ist. Die Auslösehülse 98 ist anfänglich durch Scherstifte 132 lösbar an der Absperrhülse 58 angebracht. Die Scherstifte 132 sind in die Wandung der Absperrhülse 58 eingeschraubt und sind in entsprechenden, in der Außenfläche der Auslösehülse 98 gebildeten Vertiefungen aufgenommen. Zwischen der Auslösehülse 98 und der Absperrhülse 58 ist eine gleitbewegliche, druckmitteldichte Abdichtung durch ringförmige Dichtglieder 134 vorgesehen, die in Ringnuten sitzen, welche in der Außenfläche der Auslösehülse 98 zwischen den die Scherstifte 132 aufnehmenden Vertiefungen und der ■sich verjüngenden Ringschulter 130 gebildet sind. Eine sich verjüngende Ringschulter 136 ist an der oberen Innenkante der Auslösehülse 98 gebildet, so daß ein Stopfensitz an dem oberen Ende der Auslösehülse gebildet wird.

Die Hülsensicherung 102 ist ein kreisförmiger Ring, der fest an dem unteren inneren Ende der Absperrhülse 58 angebracht ist. Wie in F i g. 1 dargestellt ist, ist die Hülsensicherung 102 an der Absperrhülse 58 durch eine eng tolerierte Schraubverbindung 138 befestigt. Die Hülsensicherung 102 ist in der Absperrhülse 58 so angeordnet, daß sie an dem unteren Ende der Öffnungshülse 100 anliegt, wenn die öffnungshüise in ihrer untersten Stellung relativ zu der Absperrhülse 58 ist, so daß der Sperring 118 bei der Verhinderung einer übermäßigen Abwärtsbewegung der Öffnungshülse 100 relativ zu der Absperrhülse 58 unterstützt wird. Die Hülsensicherung 102 schafft auch zusätzliche kraftübertragende Mittel von der Öffnungshülse 100 auf die Absperrhülse 58.

Es ist wünschenswert, die Auslösehülse 98, die Öffnungshülse 100 und die Hülsensicherung 102 aus einem relativ leicht zu bohrenden Material wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Messing, Bronze oder Gußeisen herzustellen, so daß diese Teile nach Vollendung des Zementiervorganges leicht aus dem Gerät 10 herausgebohrt werden können, um einen vollständig offenen Durchgang durch das Gerät 10 zu erhalten.

Um das rohrförmige Außengehäuse 12 ist eine rohrförmige Aufblähpackeranordnung 140 angeordnet Die Aufblähpackeranordnung 140 enthält an ihrem oberen Endteil 142 einen rohrförmigen Stützring 146. Der Stützring 146 ist an der zylindrischen Außenfläche 148 des Außengehäuses 12 durch geeignete Mittel, beispielsweise eine durchgehende ringförmige Schweißnaht verbunden, wie sie bei 150 dargestellt ist Die untere Stirnfläche 152 des Stützringes 146 liegt im wesentlichen radial fluchtend mit einer Ringschulter 154, die an dem Mantel des Außengehäuses 12 gebildet ist und sich an die zylindrische Außenfläche 148 und eine /weite zylindrische Außenfläche 156 auf dem Mantel des Außengehäuses 12 anschließt. Die zweite zylindrische Außenfläche 156 hat einen kleineren Durchmesser als die zylindrische Außenfläche 148.
Die rohrförmige Aufblähpackeranordnung 140 enthält weiterhin eine rohrförmige aufblasbare Packereinheit 158, die um das Außengehäuse 12 herum angeordnet ist. Die Packereinheit 158 weist einen oberen Endteil 160 und einen unteren Endteil 162 auf.

An dem oberen Endteil 160 ist eine obere Stirnfläche 164 gebildet, die an der unteren Stirnfläche 152 des Stützringes 146 anliegt. Zwischen der oberen Stirnfläche 164 und einer Ringschulter 168, die im Inneren der Packereinheit 158 in Längsrichtung angrenzend an die in der Wandung des Außengehäuses 12 gebildeten Auslässe gebildet ist, erstreckt sich eine zylindrische Innenfläche 166. In dem oberen Endteil 160 der Packereinheit 158 ist wenigstens einer und sind vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 170 gebildet, die eine Verbindung zwischen der zylindrischen Innenfläche 166 und der zylindrischen Außenfläche 172 herstellen.

Die Ringschulter 154 und die zylindrische Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 und die zylindrische Innenfläche 166 und die Ringschulter 168 der Packereinheit 158 bilden eine Ringkammer 174 zwischen der Packereinheit 158 und dem Außengehäuse 12, in die die Auslässe 170 münden. Ein Ringkolben oder Schieberventilglied 176 ist als Zementierventilglic-d innerhalb der Ringkammer 174 in Längsrichtung verschiebbar angeordnet. Das Ventilglied 176 trägt obere und untere äußere Ringdichtungsglieder 178 und 180 und ein oberes inneres Ringdichtungsglied 182, welche eine gleitbewegliche dichtende Anlage zwischen dem Ventilglied 176 und den äußeren und inneren Wandungen der Ringkammer 174 gewährleisten. Das Ventilglied 176 ist zu Beginn lösbar innerhalb der Ringkammer 174 befestigt, und zwar mittels eines oder mehrerer Scherstifte 184, die in die Wandung der Packereinheit 158 eingeschraubt und in entsprechenden, in der Außenfläche des Ventilgliedes 176 gebildeten Vertiefungen aufgenommen sind. In dieser Anfangsstellung ist das untere Ende des Ventilgliedes 176 vorzugsweise in Anlage an der Ringschulter 168 der Packereinheit 158.

Es ist vorteilhaft, den Hohlraum 174 oberhalb des Ventilgliedes 176 mit Fett zu füllen.

Im Inneren der Packereinheit 158 angrenzend an die Unterkanten der Auslässe 26 in dem Außengehäuse 12 ist eine zweite Ringschulter 186 gebildet. Eine zylindrische Innenfläche 188 erstreckt sich zwischen den Ringschultern 168 und 186 der Packereinheit 158. Eine zylindrische Innenfläche 190 erstreckt sich von der Ringschulter 186 nach unten und schließt sich an eine driue Ringschulter 192 an, die im Inneren der Packereinheit 158 gebildet ist An der zylindrischen Innenfläche 190 ist eine Ringnut 194 gebildet, die ein elastisches, ringförmiges, Rückschlagventilglied 196 trägt. Das ringförmige Rückschlagventilglied 196 kann in geeigneter Weise aus einem gummielastischen Material hergestellt sein und weist eine nach unten ragende ringförmige Lippe auf, weiche sich dichtend an die zylindrische Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 anlegt Das ringförmige Rückschlagventilglied 196 gestattet einen Druckmittelstrom nach unten daran vorbei zwischen dem Außengehäuse 12 und der Packereinheit 158, während es einen umgekehrten Druckmittelstrom nach oben daran vorbei verhindert
Von der Ringschulter 192 erstreckt sich eine

zylindrische Innenfläche 198 nach unten, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der Außenfläche 156 des Außengehäuses 12 ist. Die zylindrische Innenfläche 198 geht in eine sich verjüngende Kingschulter 200 über, die an einer entsprechenden sich verjüngenden Ringschulter 202 anliegt, welche an der Mantelfläche des unteren Verbindungsstücks 16 gebildet ist. Die Ringschulter 200 geht in eine zylindrische Innenfläche 204 über, die an dem unteren Endteil 162 der Packereinheit 158 gebildet ist. Diese Innenfläche ist gleitbeweglich auf einer zylindrischen Außenfläche 206 aufgenommen, weiche an der Marr.clfläche des unteren Verbindungsstücks 16 gebildet ist und in die Ringschultcr 202 desselben übergeht. Ein ringförmiges Dichtglied 208 sitzt in einer Ringnut 210, die in der zylindrischen Innenfläche 204 gebildet ist, und bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem unteren Endteil 162 der Packereinheit 158 und der zylindrischen Außenfläche 206 des unteren Verbindungsstücks 16. Der untere Endteil 162 der Packereinheit 158 wird in Anlage an dem unteren Verbindungsstück 16 gehalten, und zwar mittels einer mit Innengewinde versehenen Mutter 212, weiche auf das Außengewinde 214 aufgeschraubt ist, das an dem unteren Verbindungsstück 16 gebildet ist. Eine sich verjüngende Ringschulter 216, die an der Mutter 212 gebildet ist, liegt an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 218 an, welche an dem unteren Endteil 162 der Packereinheit 158 gebildet ist.

Der obere Endteil 160 und der untere Endteil 162 der Packereinheit 158 sind durch einen Zwischenteil 220 miteinander verbunden. Die aufblähbare Packereinheit 158 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl, hergestellt. Der Zwischenteil 220 ist zu einer relativ dünnen, rohrförmigen, festen oder undurchlässigen Membran geformt, deren mechanische Eigenschaften eine Ausdehnung des Zwischenteils 220 ohne Reißen während des Aufblasens der aufblasbaren Packereinheit 158 gestatten.

Ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied 222 ist um die Außenfläche 224 des Zwischenteils 220 herum angeordnet und damit in geeigneter Weise verklebt. Dieses Packerdichtglied 222 erstreckt sich zwischen den oberen und unteren Endteilen 160 und 162 der aufblähbaren Packereinheit 158. Das Packerdichtglied 222 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und kann gegebenenfalls, wenn sich dies für spezielle Anwendungen als wünschenswert erweist, aus einem geeigneten elastischen Kunstharzmaterial hergestellt sein.

Man sieht, daß die bisher beschriebene Raumform einen abgedichteten Ringraum 226 zwischen der Außenseite des Außengehäuses 12 und dem unteren Verbindungsstück 16 und dem Innenmantel der S5 aufblähbaren Packereinheit 158 zwischen dem ringförmigen Rückschlagventilglied 196 und dem ringförmigen Dichtglied 208 ergibt. Ein mit Innengewinde versehener Auslaß 228 erstreckt sich durch die Wandung des oberen Endteils 160 der aufblähbaren Packereinheit 158 in einem Punkt der benachbart und oberhalb dem ringförmigen Rückschlagventilglied 196 liegt. Der Auslaß 228 ist durch einen mit Außengewinde versehenen, herausnehmbaren Stopfen 230 abgeschlossen. Ein zweiter mit Innengewinde versehener Stopfen 232 erstreckt sich durch die Wandung des unteren Endteils 162 der aufblähbaren Packereinheit 158 und steht mit dem abgedichteten Ringraum 226 an dessen unterem Ende in Verbindung. Der Auslaß 232 ist durch einen herausnehmbaren, mit Außengewinde versehenen Stopfen 234 abgeschlossen.

Nach Montage des Gerätes 10, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird das Gerät vorzugsweise auf seine Seite gelegt, wobei die Auslässe 228 und 232 auf der Oberseite des Gerätes 10 zu liegen kommen. Die Stopfen 230 und 234 werden entfernt, und es wird ein geeignetes leichtes Öl in den Auslaß 228 gepumpt, bis der Hohlraum 226 vollständig mit dem Öl gefüllt ist. Die Stopfen 230 und 234 werden dann wieder in die jeweiligen Auslässe 228 und 232 eingesetzt, so daß eine druckmitteldichte Abdichtung hergestellt wird, welche das Öl in dem Ringraum 226 einschließt. Es kann wünschenswert sein, Teflonband als Dichtelement zwischen den Stopfen 230 und 234 und den Auslassen 228 und 232 zu verwenden. Bei typischem Betrieb, wie er in den F i g. 3 bis 7 veranschaulicht ist, wird das Gerät 10 in den Verrohrungsstiang oder Rohrstrang 236 eingebaut, bevor dieser in das Bohrloch abgesenkt wird. Das Gerät kann zwischen die genormten, mit Gewinde versehenen Abschnitte des Rohres an den gewünschten Stellen der auszuführenden Zementierstufen eingesetzt werden. Es ist mit diesem Gerät eine Anzahl von Zementierstufen möglich, solange jede der Öffnungsund Auslösehülsen jedes Zementiergerätes in dem Rohrstrang einen kleineren Innendurchmesser als das nächst darüberliegende Zementiergerät besitzt.

Nachdem der Verrohrungsstrang 236 sich in dem Bohrloch befindet, kann die erste oder unterste Stufe der Zementierung durch den unteren Endteil 238 des Stranges 236 und dann den Ringraum 240 hinauf durchgeführt werden. Hinter der ersten Stufe von Zementschlamm ist ein Wischstopfen 242 eingesetzt, und es wird Arbeitsflüssigkeit von ungefähr dem gleichen spezifischen Gewicht wie der Zementschlamm hinter dem Wischstopfen hergepumpt, um den Zementschlamm aus dem unteren Endteil 238 des Stranges 236 zu verdrängen.

Nachdem eine vorherberechnete Menge an Verdrängungsflüssigkeit, die ausreicht, den Strang von dem unteren Endteil 238 bis zu dem nächsthöheren Zementiergerät anzufüllen, in den Strang 236 gepumpt worden ist, wird ein erster Verschlußkörper in Form eines Öffnungsstopfens 244 in den Verrohrungsstrang eingeführt und von der Strömung nach unten durch den Verrohrungsstrang mitgenommen, so daß er auf dem Stopfensitz 104 der Öffnungshülse aufsitzt und dadurch eine druckmitteldichte Abdichtung der öffnung durch das Gerät 10 bewirkt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Stopfen oder eine Kugel durch das Druckmittel in dem Verrohrungsstrang 236 fallenzulassen, welche auf dem Sitz 104 aufsitzt und das Gerät 10 abdichtet. Hinter den Öffnungsstopfen 244 wird eine vorherberechnete Menge von Verdrängungs- oder Arbeitsflüssigkeit geleitet, die ausreicht, die aufblähbare Packereinheit 158 des Gerätes 10 aufzublasen.

Es wird dann ein Druck, der ausreicht, die Scherstifte 106 abzuscheren, auf die Verdrängungsflüssigkeit in dem Verrohrungsstrang 236 ausgeübt. Dieser Druck, der über den Stopfen 244 wirkt, schert die Scherstifte 106 ab und drückt die Öffnungshülse 100 relativ zu dem Gerät 10 nach unten, wodurch die Auslässe 60 und 26 für die unter Druck stehende Verdrängungsflüssigkeit freigegeben werden. Die Verdrängungsflüssigkeit strömt dann durch die Auslässe 60 und 26 und abwärts an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventil 1% vorbei in den abgedichteten Ringraum 226 und bläst die

aufblähbare Packereinheit 158 auf, bis das Packerdichtglied 222 sich an die Wandung des Bohrloches anlegt und den Ringraum 240 abdichtet. Das Gerät ist dann in dem in F i g. 4 dargestellten Zustand. Der Sperring 118 hat sich in die Ringnut 92 ausgedehnt und verhindert dadurch jede Aufwärtsbewegung der Öffnungshülse 100 relativ zu der Schließhülse 58, wenn der Sperring 118 an der radialen Ringschulter 94 der Ringnut 92 anliegt. Der obere Endteil 160 der aufblähbaren Packereinheit 158 hat sich von dem Stützring 146 nach unten bewegt, um so die Ausdehnung der aufgeblähten Packereinheit 158 aufzunehmen.

Der auf die Verdrängungsflüssigkeit in dem Verrohrungsstrang 236 ausgeübte Druck wird erhöht, bis die Druckdifferenz zwischen der Verdrängungsflüssigkeit innerhalb des Verrohrungsstranges und dem auf das ringförmige Kolbenventilglied 176 wirkenden Druck in dem Ringraum 140 ein vorgegebenes Maß erreicht, in welchem Punkt die Scherstifte 184 abgeschert werden. Wenn die Scherstifte 184 abgeschert werden, bewegt sich das ringförmige Ventilglied 176 innerhalb des Ringraumes 174 aufwärts, wodurch die Auslässe 170 geöffnet werden und das Innere des Verrohrungsstranges 236 über die Auslässe 60,26 und 170 in Verbindung mit dem Ringraum 240 oberhalb der aufgeblähten Packereinheit 158 gebracht wird.

In diesem Punkt wird eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm durch die offenen Auslässe 60, 26 und 170 in den Ringraum oberhalb der aufgeblähten Packereinheit gepumpt, um die zweite Stufe der Zementierung des Verrohrungsstranges 236 zu vollenden. Hinter dieser vorherberechneten Menge von Zementschlamm wird ein zweiter Verschlußkörper in Form eines Schließstopfens 246 in den Verrohrungsstrang 236 eingeführt und wird gefolgt von Verdrän- gungsflüssigkeit hinter dem Zementschlamm hergepumpt. Der Schließslopfen 246 sitzt auf der sich verjüngenden Ringschulter 136 der Auslösehülse 198 auf und schließt dadurch den Durchgang durch das Gerät 10 ab. Wenn die Flüssigkeitsdruckdifferenz an dem Schließstopfen 246 einen vorgegebenen Wert erreicht, werden die Scherstifte 132 abgeschert und gestatten eine Abwärtsbewegung der Auslösehülse 98, so daß diese nicht mehr an dem Spannring 62 anliegt. Der Ringraum 128 gestattet einen weiteren Austritt des zwischen den Stopfen 244 und 246 eingeschlossenen Zements durch die Auslässe 60, 26 und 170, wodurch eine hydraulische Verriegelung zwischen diesen vermieden wird. Ein weiterer Druck, der auf den Schließslopfen 246 ausgeübt wird, drückt die Auslösehülse 98 in ihre unterste Stellung, in welcher ihre Ringschulter 248 an der auf dem Innenmantel der Schließhülse 58 gebildeten Ringschulter 250 zur Anlage kommt.

Eine ausreichende vorgegebene Druckkraft, die über den Schließstopfen 246 übertragen wird, wirkt nach unten auf die Auslösehülse 248 über die Ringschulter 136. Die Ringschulter 248 der Auslosehülse 98 liegt an der Ringschulter 250 der Absperrhülse 58 an und überträgt dadurch die Kraft auf die Absperrhülse 58, wodurch die Federkraft der Spannfinger 68 überwunden wird und der Spannring 62 nach innen zusammengedrückt wird, so daß er sich an der Ringschulter 36 und ■.!ei" ringförmigen Leiste 38 vorbei abwäns da\on bewegt. Dieser Vorgang führt zu einer Abwärtsbewe jjnng tier Auslasse 60 außer I Inclining mit den tn Auslassen 2b und bewegt das ringförmige Dichtglied 78 unter die Auslasse 26. Dadurch wird eine druckmittel dichte Abdichtung /wischen den Auslassen 26 und dem Inneren des Gerätes 10 bewirkt. In diesem Punkt haben sich die sich ausdehnenden Sperringe 88 und 90 in den Ringnuten 84 und 86 in die Stellungen gegenüber den ringförmigen Ausnehmungen 40 und 42 bewegt und teilweise in diese hinein ausgedehnt, wodurch jede Aufwärtsbewegung der Absperrhülse 58 relativ zu dem Außengehäuse 12 verhindert wird. Die Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58 innerhalb des Außengehäuses 12 ist durch die Anlage der unteren Stirnfläche 252 der Absperrhülse 58 an der oberen Stirnfläche 254 des unteren Anschlußstückes 16 begrenzt Es ist zu beachten, daß vor der Abwärtsbewegung der Absperrhülse 58 die Stopfen 244 und 246 gegeneinander unbeweglich geworden sind und keine weitere Möglichkeit einer hydraulischen Sperre zwischen ihnen besteht.

Das Schließen der Auslässe 26 beendet diese Zementierstute, und es kann die nächste Zementierstufe beginnen. Nach Vollenden der letzten Stufe können die aus den Hülsen 98,100 und 102, den Stopfen 244 und 246 und dem Zement zwischen den Stopfen 244 und 246 bestehenden Hindernisse in dem Bohrungsdurchgang leicht herausgebohrt werden, was den Bohrungsdurchgang vollständig offen und ohne Hindernisse für anschließende Arbeitsgänge macht.

Es ist zu beachten, daß auch nach dem Absperren der Auslässe 26 de. von der Säule von Zement und anderen Flüssigkeiten in dem Ringraum 240 oberhalb der aufgeblasenen Packeranordnung 140 ausgeübte hydrostatische Druck ständig auf den Ringraum 226 ausgeübt wird und von dem Rückschlagventilglied 196 aufrechterhalten wird, was zu einem festen Sitz und einer sicheren Abdichtung zwischen Packereinheit 158 und Bohrloch führt.

In F i g. 8 der Zeichnung ist ein anderes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung mit aufblähbarem Packer generell mit dem Bezugszeichen 300 bezeichnet. Das Gerät 300 enthält ein rohrförmiges Außengehäuse 302, einen Ventilschieber in Form einer inneren Schieberhülse 304, die teleskopartig innerhalb des Außengehäuses 302 angeordnet ist, ein oberes Verbindungsstück 306 und ein unteres Verbindungsstück 308. Das Außengehäuse 302 weist einen odfr mehrere Auslässe 310 auf, die sich in dem Bereich, wo die Schieberhülse 304 gleitbeweglich angeordnet ist, durch die Wandung des Außengehäuses erstrecken. Die Schieberhülse 304 weist entsprechende Auslässe 312 auf, die sich durch ihre Wandung erstrecken und so angeordnet sind, daß die Auslässe 312 mit den Auslassen 310 fluchten, wenn die Schieberhülsc 304 in ihrer obersten Stellung in dem Auß°ngehäuse 302 ist. Diese Stellung ist erreicht, wenn die ringförmig« obere Stirnfläche 314 der Schieberhülse 304 an dei unteren ringförmigen Stirnfläche 316 des oberer Verbindungsstücks 306 anliegt.

Die Schieberhülse 304 und das rohrförmige Außenge hause 302 weisen geeignet bemessene Innen- unc Außendurchmesser auf, so daß die Schieberhülse gerade lose genug in dem Außengehäuse sitzt, um ein< Gleitbeweglichkeit in dem Außengehäuse 302 zi gestatten. Die Schieberhülse 304 besitzt im wesentlicher den gleichen Innendurchmesser wie die normall Verrohrung, an welcher das Gerät 300 befestigt wird, se daß ein Verrotimngsslrang gebildet wird, wodurch cii in I ausrichtung vollständig offenes Gerat entsteht.

Das rohrförmig!.· Außengehäuse 302 kann druckmit teklicht mit dem oberen und unleren Anschlußstück 30< bzw. 308 mittels Sch i;i üb verbind, ι ng cn 318 bzw. 320 um durchgehende ringförmige Schweißnähte 322 b/w. 32'

verbunden sind.

Das Außengehäuse 302 weist eine radial nach innen vorspringende zylindrisch geformte Innenfläche 326 auf, an die sich an ihren oberen und unteren Endteilen sich verjüngende Ringschultern 328 bzw. 330 anschließen. In der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses ist eine innere ringförmige Ausnehmung 332 gebildet, welche die in dem Außengehäuse gebildeten Auslässe 310 schneidet Eine entsprechende äußere ringförmige Ausnehmung 336 ist in der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhalse 304 gebildet und schneidet die darin gebildeten Auslässe 312. Wenn das Gerät 300 montiert ist, werden die Auslässe 312 vorzugsweise genau fluchtend zu den Auslassen 310 angeordnet. Es ist aber zu erwarten, daß eine Verdrehung der Hülse 304 innerhalb des Außengehäuses 312 geschehen kann, wenn auch die Auslässe 310 und 312 in der gleichen Querebene liegen. Das könnte eine Drosselung des Zementstromes durch diese Auslässe bewirken. Die ringförmigen Ausnehmungen 332 und 336 stellen somit eine relativ ungedrosselte Druckmittelverbindung durch die Auslässe 310 und 312 sicher, wenn diese Auslässe nicht genau fluchtend liegen sollten, wenn die Hülse 304 in ihre Offenstellung bewegt wird, in welcher die ringförmige Stirnfläche 316 an dem oberen Verbindungsstück 306 anliegt

Die Schieberhiilse 304 ist mit oberen und unteren inneren ringförmigen Ausnehmungen 340 bzw. 342 zum Eingriff mit dem Öffnungspositionierer 344 (s. F i g. 9) und dem Schließpositionierer 346 (s. F i g. 10) versehen. Die obere Ausnehmung 340 bildet eine radial einwärts ragende Ringschulter 348, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schieberhülse 304 liegt und eine sich verjüngende Ringschulter 350. Die untere Ausnehmung 342 bildet eine radial einwärts ragende Ringschulter 352, die in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schieberhülse 304 liegt, und eine sich verjüngende Ringschulter 354. Die Schieberhülse 304 weist auch eine ringförmige Erweiterung 356 an ihrem unteren Ende auf, welche eine radial auswärts ragende sich verjüngende Ringschulter 358 und eine Schürze 360 bildet. Außerdem ist die Schieberhülse 304 zusätzlich mit einer breiten relativ flachen äußeren ringförmigen Ausnehmung 362 versehen, in welcher die zylindrisch geformte Innenfläche 356 des Außengehäuses 302, wie in Fig.8 dargestellt, aufgenommen werden kann. Die Ausnehmung 362 wird von sich verjüngenden ringförmigen oberen und unteren Schultern 364 und 366 und einer sich dazwischen erstreckenden zylindrisch geformten Außenfläche 368 gebildet.

In der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhülse 304 sind Ringnuten 370 gebildet, die jede ein ringförmiges Dichtglied 372 aufnehmen, welches eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Schieberhülse 304 und der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses 302 bewirkt. Die Schieberhülse 304 weist ferner sich verjüngende oder konische Ringschultern 374 und 376 auf, die an ihren oberen bzw. unteren Enden gebildet sind, um die Bewegung der öffnungs- und Schließpositionierer 334 und 346 durch die Schieberhülse 304 zu erleichtern. Das obere Anschlußstück 306 ist auch mit konischen oder sich verjüngenden Ringschultern 378 und 380 versehen, um eine leichte Werkzeugstrangbewegung dort hindurch zu gewährleisten, und das untere Verbindungsstück 308 ist mit einer konischen oder sich verjüngenden Ringschulter 382 versehen, die einen leichteren Durchgang eines Werkzeugstranges dort hindurch gestattet.

In der zylindrischen Außenfläche 338 der Schieberhülse 304 zwischen der äußeren ringförmigen Ausnehmung 336 und der sich verjüngenden Ringschulter 364 ist eine Ringnut 384 gebildet, welche ein ringförmiges Dichtglied 386, vorzugsweise einen O-Ring aufnimmt, um eine gleitbewegliche druckmitteldichte Abdichtung zwischen der Schieberhülse 304 und der zylindrischen Innenfläche 334 des Außengehäuses 302 zu bewirken. Um den unteren Umfang der Schieberhülse 304 sind

ίο Spannfinger 388 gebildet, indem längs des Umfanges in gleichen Abständen Schlitze 390 in Längsrichtung in die Schürze der Schieberhülse 304 eingefräst sind. Dadurch wird an der Schürze 360 durch die Eigenelastizität jedes Spannfingers 388 eine Federbundanordnung vorgese-

ts hen.

Die zylindrisch geformte Außenfläche 368 der Schieberhülse 304 erstreckt sich teilweise längs jedes Spannfingers 388 und bildet an der sich verjüngenden unteren Ringschulter 366 eine radial nach außen ragende ringförmige Leiste 392 an der Schürze 360 und an jedem Spannfinger 388. Die sich verjüngende Ringschulter 366 an der Leiste 392 liegt an der sich verjüngenden Ringschulter 330 an, die sich an die zylindrisch geformte Innenfläche 326 anschließt, und

verhindert ein vorzeitiges öffnen des Gerätes 300, welches sonst durch unbeabsichtigte Bewegung der

Schieberhülse 304 aufwärts in dem Außengehäuse 302

eintreten könnte.

Die Federkraft, welche die Schieberhülse 304 in ihrer

untersten Stellung innerhalb des Außengehäuses 302 hält, kann verändert werden durch Einstellung der Federspannung der Spannfinger 388. Das kann geschehen, indem größere oder kleinere Schlitze 390 in die Schürze 360 gefräst werden oder indem die Spannfinger 388 dicker oder dünner gemacht werden, indem die bearbeitete Größe der ringförmigen Erweiterung 356 verändert wird. Somit kann die Schieberhülse 344 an einer Gleitbewegung gehindert werden, bis eine voreingestellte oder vorgegebene Kraft auf die Schieberhülse 304 ausgeübt wird, welche Kraft die Federspannung in den Spannfingern 388 überwindet. Eine typische Öffnungskraft bei der Anwendung des Gerätes 300 sind etwa eine Kraft von 9000 Kp.

Die Spannfinger 388 weisen auch jeder eine konische

oder sich verjüngende Stirnfläche 394 an dem freiliegenden unteren Ende derselben auf. Wenn das Gerät 300 in der vollständig geöffneten Stellung ist, in welcher die Schieberhülse 304 in ihrer obersten Stellung in dem Außengehäuse 302 ist und die Auslässe 310 mit

so den Auslassen 312 fluchten, sind die Stirnflächen 394 der Spannfinger 388 oberhalb der sich verjüngenden Ringschulter 328 des Außengehäuses 302 und in der Nähe derselben angeordnet. Die Anlage der Stirnfläche 394 an der Ringschulter 328 verhindert ein vorzeitiges oder unerwünschtes Schließen der Schieberanordnung des Gerätes 300. Die gleiche Kraft, die erforderlich ist, um die Spannung der Spannfinger 388 zu überwinden und die Schieberhülse 304 aus ihrer Schließstellung aufwärts zu bewegen, ist erforderlich, um sie aus ihrer

Offenstellung abwärts zu bewegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des öffnungspositionierers 344 ist in F i g. 9 dargestellt. Der öffnungspositionierer 344 wird benutzt, um an der inneren Schieberhülse 304 anzugreifen und diese aus einer

ν> Schließstellung in dem rohrförmigen Außengehäuse 302 in eine Offenstellung zu bewegen, wodurch die Auslässe 310 mit den Auslassen 312 zur Deckung gebracht werden und eine Druckmittelverbindung zwischen dem

inneren Bohrungsteil 396 der Schieberhülse 304 zu der zylindrischen Außenfläche 398 des Außengehäuses 302 erreicht wird.

Der öffnungspositionierer 344 weist einen Mantelkörper 400 auf, der eine Mehrzahl von Federannen 402 trägt, welche fest an einem den Mantelkörper 400 umgebenden Federkragen 404 befestigt sind. Der Federkragen liegt bündig an einer an dem Mantelkörper 400 gebildeten Ringschulter 406 an.

An dem Mantelkörper 400 ist durch Schraubverbindung 408 ein oberes Verbindungsstück 410 befestigt, welches an dem Federkragen 404 an einer Ringschulter 412 des Verbindungsstücks 410 anliegt und weiches dazu dient, den Federkragen 404 fest und bündig an der Ringschulter 406 zu halten.

Unterhalb der Arme 402 an dem Mantelkörper 400 ist eine Mehrzahl von Nasen 414 angeordnet, die radial auswärts von dem Mantelkörper 400 vorspringen und geneigte Stirnflächen 416 an ihren oberen und unteren Enden besitzen, wobei jede Nase 414 in Längsrichtung mit einem zugehörigen Federarm 402 fluchtet

An dem unteren Ende des Mantelkörpers 400 ist ein unteres Verbindungsstück 418 in Gestalt eines Gewindekragens vorgesehen, der ein Innengewinde 420 und ein Außengewinde 422 besitzt Das Verbindungsstück 418 ist an dem Mantelkörper 400 durch Eingriff des Innengewindes 420 in ein Außengewinde 424 befestigt, das an dem unteren Ende des Mantelkörpers 400 gebildet ist Die oberen und unteren Verbindungsstücke 410 und 418 sind in einen normalen Rohr- oder Bohrstrang eingesetzt und mit den Rohrenden mittels des Innengewindes 426 des oberen Verbindungsstücks 410 und des Außengewindes 422 des unteren Verbindungsstücks 418 verbunden. Ringdichtungen 428 und 430 sind in Ringnuten 432 und 434 in den oberen und unteren Verbindungsstücken 410 bzw. 418 angeordnet und bewirken eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem Mantelkörper 400 und dem oberen und unteren Verbindungsstück 410 bzw. 418.

Jeder Federarm 402 ist mit einer radial nach außen sich erstreckenden Schulter 436 versehen, in welche einer oder mehrere Karbidknöpfe 438 eingebettet sind. Jede Schulter 436 weist geneigte obere und untere Flächen 440 und 442 auf, welche als Keile oder Nocken wirken und den jeweiligen Federarm 402 radial einwärts drücken, wenn sie die an der Innenseite der Schieberhülse 304 und dem oberen Verbindungsstück 306 gebildeten Vorsprünge berühren. Die Schultern 436 wirken als Zentriermittel für den Positionierer 444 und halten ihn innerhalb der Verrohrung zentriert. Die Knöpfe 438 vermindern den Reibungsverschleiß an dem Positionierer 344.

Jeder Federarm 402 weist auch eine radial ausgerichtete oder senkrechte Schulter 444 auf, die eingerichtet ist, an der entsprechenden Ringschulter 348 innerhalb der Schieberhülse 304 zur Anlage zu kommen, und es gestattet, die Schieberhülse 304 in die Offenstellung hochzuziehen, indem der Bohrstrang, in welchen der öffnungspositionierer 344 eingebaut ist, angehoben wird.

Die Spitzen 446, die an dem freien Ende eines jeden Federarmes 402 angeordnet sind, ragen einwärts zur Achse des öffnungspositionierers 344 hin und sind auf einem kleineren Radius angeordnet als die Außenfläche der Nasen 414. Somit bilden die Nasen 414 eine Zentrierung und Abschirmung für die Federarme 402, wenn der Öffnungspositionierer 344 in die Schieberhülse 304 eintritt. Die geneigte Stirnfläche 448, die an dem unteren Ende jedes Federarmes 402 gebildet ist, bewirkt eine Keil- oder Nockenwirkung, welche den jeweiligen Federarm 402 radial einwärts drückt wenn die Stirnfläche 448 auf einen innere« Vorsprung in der Schieberhülse 304 trifft Dadurch kann der öffnungspositiunierer 344 durch die Schieberhülse 304 relativ ungehindert nach unten hindurchlaufen.

Die Federarme 402 sind somit so angeordnet daß bei einer Abwärtsbewegung durch die Schieberhülse 304 kein Teil der Arme 402 an der Schieberhülse 304 so angreift, daß die Schieberhülse durch Überwindung der Federspannung der Spannfinger 388 auf der zylindrisch geformten Innenfläche 326 des Außengehäuses 302 nach unten bewegt wird. Somit hat die Abwärtsbeweis gung des Öffnungspositionierers 344 keinen Einfluß auf den Ventilmechanismus des Gerätes 340, und der öffnungspositionierer 344 kann nach unten vollständig durch die Schieberhülse 304 hindurchtreten, ohne die Orientierung der Auslässe der Schieberhülse 304 und des Außengehäuses 302 zueinander zu ändern.

Die Schulter 436 an jedem Federarm 402 hat auch die Funktion eines Auslösenockens, wenn der zugehörige Federarm 402 in die Schieberhülse 304 eingegriffen hat und die Schieberhülse 304 in die oberste Stellung innerhalb des Außengehäuses 304 bewegt hat wodurch die Auslässe 310 und 312 zum öffnen des Ventilmechanismus zur Deckung gebracht worden sind. Damit der öffnungspositionierer 344 nach oben aus der Schieberhülse 304 herausgezogen werden kann, nachdem der

M Venttlmechanismus geöffnet worden ist sind die Schultern 436 auf den Federarmen 402 so angeordnet, daß wenn die Schieberhülse 304 im obersten Punkt ihres Hubes ist, die Schultern 436 an den sich verjüngenden oder konischen Ringschultern 380 und 378 des oberen Verbindungsstücks 306 zur Anlage kommen und damit die Schultern 436 und die Federarme 402 radial einwärts drücken. Das führt zu dem Lösen der Schultern 444 der Arme 402 von den Ringschultern 348 der Schieberhülse 304.

In F i g. 10 ist ein Schließpositionierer 346 dargestellt. Der Schließpositionierer enthält die gleichen Elemente wie der öffnungspositionierer 344, aber mit einer anderen Orientierung der Bauteile.

Der Schließpositionierer 346 hat ein oberes Verbindungsstück 450, ein unteres Verbindungsstück 452, einen Mantelkörper 454, Federarme 456 und Nasen 458. Der einzige Unterschied zwischen dem Schließpositionierer 346 und dem Öffnungspositionierer 344 besteht darin, daß der die Federarm und Federkragenanordnung enthaltende Mantelkörper 454 von dem oberen und unteren Verbindungsstück gelöst, mit seinen Enden um 180° gedreht und wieder mit den Verbindungsstücken verbunden ist. Die freien Enden der Federarme 456 des Schließpositionierers 346 ragen nach oben, während die

Federarme 402 des Öffnungspositionierers nach unten ragen. Jeder der Federarme 456 weist in der Nähe des jeweiligen Endes 462 eine Betätigungsschulter 460 auf. Diese Schultern 460 sind so angeordnet, daß sie an der Ringschulter 352 der Schieberhülse 304 angreifen, wenn sich der Schließpositionierer 456 abwärts durch das Gerät 300 bewegt. Die Anlage der Schultern 460 an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 304 gestattet es, die Schieberhülse aus der Offenstellung nach unten in eine Schließstellung zu schieben. Wenn die Schieberhülse 304 die Schließstellung erreicht, greifen die an jedem Federarm gebildeten Schultern 464, von denen jede geneigte Flächen 466 und 468 aufweist, an der konischen oder sich verjüngenden Ringschulter 382 des unteren

Verbindungsstücks 308 an, welches eine Keil- oder Nockenwirkung hat und die Federanne 456 radial einwärts auf den Mantelkörper 454 hinbewegt und außer Eingriff mit der Schieberhülse 304 an der Ringschulter 352 bringt

Jede Schulter 464 weist auch Karbid-Reibungsknöpfe 470 an der Außenfläche auf, um den Widerstand zu vermindern und unnötigen Verschleiß an den Federarmen 456 zu vermeiden. Die Nasen 458 schirmen auch die Federarme 456 ab, wie dies die Nasen 414 für die Federarme 402 des Öffnungspositionierers 344 tun. Ringdichtungen 471 bewirken eine druckmitteldichte Anlage zwischen dem Mantelkörper 454 und den oberen und unteren Verbindungsstücken 450 und 452.

Das Gerät 300 enthält weiterhin eine rohrförmige, aufblähbare Packeranordnung 472 mit einem oberen Endteil 474 und einem unteren Endteil 476, weiche um das rohrförmige Außengehäuse 302 herum angeordnet ϊεί. Die Packeranordnung 472 enthält einen rohrförmigen Stützring 478 an ihrem oberen Endteil 474. Der Stützring ist an der zylindrischen Außenfläche 398 des Außengehäuses durch geeignete Mittel befestigt, beispielsweise eine durchgehende ringförmige Schweißnaht 480. Die untere Stirnfläche 482 des Stützringes 478 erstreckt sich radial auswärts von der zylindrischen Außenfläche 398 des Außengehäuses 302.

Die rohrförmige Packeranordnung 472 enthält weiterhin eine rohrförmige, aufblähbare Packereinheit 484, die um das Außengehäuse 302 herum angeordnet ist. Die Packereinheit 484 weist einen oberen Endteil 486 und einen unteren Endteil 488 auf. An dem oberen Endteil 486 ist eine obere Stirnfläche 490 gebildet, die an der unteren Stirnfläche 482 des Stützringes 478 anliegt. Eine zylindrische Innenfläche 492 erstreckt sich zwischen der oberen Stirnfläche 490 und einer .r> Ringschulter 494, die im Inneren der Packereinheit 484 in Längsrichtung angrenzend an die in der Wandung des Außengehäuses 302 gebildeten Auslässe gebildet ist. Wenigstens ein vorzugsweise zwei oder mehr Auslässe 4% sind in dem oberen Endteil 486 der Packereinheit 484 gebildet und stellen eine Verbindung zwischen der zylindrischen Innenfläche 492 und der zylindrischen Außenfläche 498 desselben her.

Die zylindrische Außenfläche 398 des Außengehäuses 302, die untere Stirnfläche 482 des Stützringes 478 und die zylindrische Innenfläche 492 der Packereinheit 484 bilden eine Ringkammer 500 zwischen der Packereinheit 484 und dem Außengehäuse 302, in welchen die Auslässe 496 ßiünden. Ein Zementierventil in Form eines Ringkolbens oder Schieberventilgliedes 502 ist längsverschiebbar innerhalb der Ringkammer 500 angeordnet. Das Ventilglied 502 trägt obere und untere äußere ringförmige Dichtglieder 504 und 506 und ein oberes inneres ringförmiges Dichtglied 508, welche eine gleitbewegliche dichtende Anlage zwischen dem Ventilglied 502 und den äußeren und inneren Wandungen der Ringkammer 500 gewährleisten. Das Ventilglied 502 ist zu Beginn lösbar innerhalb der Ringkammer 500 befestigt, und zwar mittels eines oder mehrerer Scherstifte 510, die in die Wandung der Packereinheit eo 484 eingeschraubt und in entsprechenden in der Außenfläche des Ventilglieds 502 gebildeten Vertiefungen aufgenommen sind. In dieser Anfangsstellung liegt das untere Ende des Ventilgliedes 502 vorzugsweise an der Ringschulter 494 der Packereinheit 484 an. Es ist zweckmäßig, die Ringkammer 500 oberhalb des Ventilgliedes 502 mit Fett zu füllen.

Eine zweite Ringschulter 512 ist im Inneren der Packereinheit 484 in der Nähe der Unterkanten der Auslässe 310 in dem Außengehäuse 302 gebildet Zwischen den Ringschultem 494 und 512 der Packereinheit 484 erstreckt sich eine zylindrische Innenfläche 514. Eine zylindrische Innenfläche 516 erstreckt sich von der Ringschulter 512 nach unten und geht in eine Ringnut 518 über, die im Inneren der Packereinheit 484 gebildet ist Die Ringnut 518 trägt ein elastisches ringförmiges Rückschlagventilglied 520. Das ringförmige Rückschlagventilglied 520 kann in geeigneter Weise aus einem gummielastischen Material hergestellt sein und weist eine nach unten ragende ringförmige Lippe auf, welche dichtend an der zylindrischen Außenfläche 398 des rohrförmigen Außengehäuses 302 anliegt Das ringförmige Rückschlagventilglied 520 gestattet eine Abwärtsströmung von Druckmittel daran vorbei zwischen dem Außengehäuse 302 und der Packereinheit 484, während es eine umgekehrte Rückwärtsströmung des Druckmittels verhindert

Eine zylindrische Innenfläche 522 erstreckt sich von der Ringnut 518 und dem Rückschlagventilglied 520 nach unten und trifft auf eine Ringschulter 524, die im Inneren der Packereinheit 484 gebildet ist. Eine zylindrische Innenfläche 526 schließt sich an die Ringschulter 524 an und erstreckt sich von dieser nach unten und trifft auf eine Ringschulter 528, die im Inneren des unteren Endteils 488 der Packereinheit 484 gebildet ist. Eine zylindrische Innenfläche 530 schließt sich an die Ringschulter 528 an und erstreckt sich nach unten und trifft auf eine sich verjüngende Ringschulter 532, die an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 534 anliegt, welche an dem äußeren Umfang des unteren Verbindungsstücks 308 gebildet ist. Die Ringschulter 532 schließt sich an eine zylindrische Innenfläche 536 an, die an dem unteren Endteil 488 der Packereinheit 484 gebildet ist. Diese Fläche ist gleitbeweglich auf einer zylindrischen Außenfläche 538 geführt, welche auf dem äußeren Mantel des unteren Verbindungsstücks 388 gebildet ist und sich an dessen Ringschulter 534 anschließt. Ein ringförmiges Dichtglied 540 sitzt in einer Ringnut 542, die in der zylindrischen Oberfläche 536 gebildet ist, und bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem unteren Endteil 488 der Packereinheit 484 und der zylindrischen Oberfläche 538 des unteren Verbindungsstücks 308. Der untere Endteil 488 der Packereinheit 484 wird in Anlage an dem unteren Verbindungsstück 308 mittels einer mit Innengewinde versehenen Mutter 544 gehalten, welche auf ein Außengewinde 546 aufgeschraubt ist, das an dem unteren Verbindungsstück 308 vorgesehen ist. Eine sich verjüngende Ringschulter 548, die an der Mutter 544 gebildet ist, liegt an einer entsprechend sich verjüngenden Ringschulter 550 an, die an dem unteren Endteil 488 der Packereinheit 484 gebildet ist.

Die oberen und unteren Endteile 486 und 488 der rohrförmigen aufblähbaren Packereinheit 484 sind durch einen Zwischenteil 552 miteinander verbunden. Die aufblähbare Packereinheit 484 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Metall wie Aluminium, Aluminiumlegierung, Stahl oder Edelstahl hergestellt. Der Zwischenteil 552 ist als relativ dünne, rohrförmige, fest oder undurchlässige Membran aus einem solchen geeigneten Metall hergestellt, dessen mechanische Eigenschaften eine Ausdehnung des Zwischenteils 552 bei dem Aufblähen der Packereinheit 484 ohne Riß gestatten.

Ein rohrförmiges elastisches Packerdichtglied 554 ist um die Außenfläche 536 des Zwischenteils 552 herum angeordnet und in geeigneter Weise damit verklebt.

Dieses Packerdichtglied 554 erstreckt sich zwischen dem oberen und dem unteren Teil 486 bzw. 488 der aufblähbaren Packereinheit 484. Das Packerdichtglied 554 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und kann gegebenenfalls für ί spezielle Anwendungen aus einem geeigneten, elastischen Kunstharzmaterial oder dergleichen hergestellt sein.

Ein elastisches rohrförmiges Glied 558 ist innerhalb der Packereinheit 484 längs der zylindrischen ebenen in Fläche 526 zwischen den Ringschultern 524 und 528 derselben angeordnet. Das elastische rohrförmige Glied 558 ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material hergestellt und ist vorzugsweise mit der zylindrischen ebenen Fläche 526 der Packereinheit 484 verklebt. Das rohrförmige Glied 558 wird verwendet, wenn es erforderlich ist, eine Unterstützung der metallischen Membran 552 vorzusehen, um hohen hydrostatischen Drücken zu widerstehen. Es versteht sich, daß ein solches elastisches rohrförmiges Glied erforderlichenfalls auch bei dem oben beschriebenen Gerät 10 angewandt werden kann.

Man sieht, daß die rohrförmige Packeranordnung 472 einen abgedichteten Ringraum 560 zwischen der Außenseite des Außengehäuses 302 und des unteren Verbindungsstücks 308 und dem Innenmantel der aufblasbaren Packereinheit 484 zwischen dem ringförmigen Rückschlagventilglied 520 und dem ringförmigen Dichtglied 540 bildet. Ein mit Innengewinde versehener Auslaß 562 erstreckt sich durch die Wandung des so oberen Endteils 586 der Packereinheit 484 in einem Punkt in der Nähe oberhalb des ringförmigen Rückschlagventilgliedes 520. Der Auslaß 562 ist durch einen mit Außengewinde versehenen lösbaren Stopfen 564 verschlossen. Ein zweiter mit Innengewinde versehener Auslaß 566 erstreckt sich durch die Wandung des unteren Endteiles 488 der aufblasbaren Packereinheit 484 und mündet in dem abgedichteten Ringraum 560 am unteren Ende desselben. Der Auslaß 566 ist durch einen lösbaren, mit Außengewinde versehenen Stopfen 568 verschlossen. Nach Montage des Gerätes 300, wie in Fig.8 dargestellt, wird das Gerät vorzugsweise auf die Seite gelegt, so daß die Ausiässe 562 und 568 auf der Oberseite des Gerätes 300 liegen. Die Stopfen 564 und 568 werden herausgenommen, und es wird ein geeignetes leichtes öl in den Auslaß 562 gepumpt, bis der Hohlraum 560 vollständig mit dem öl gefüllt ist. Die Stopfen 564 und 568 werden dann in die jeweiligen Auslässe 562 und 566 eingesetzt, so daß eine druckmitteldichte Abdichtung erzielt wird, so durch welche das öl innerhalb des Ringraumes 560 eingeschlossen ist Es kann empfehlenswert sein, ein Teflonband als Dichtglied zwischen die Stopfen 564 und 568 und die jeweiligen Auslässe 562 und 566 einzulegen.

In F i g. 12 ist der öffnungspositionierer 344 in einen Bohrstrang einsetzbar, indem er zwischen zwei normale Anschlüsse von Bohrrohren eingeschraubt wird. Der Schließpositionierer 346 wird auch in den Bohrstrang unterhalb des öffnungspositionierers 344 eingesetzt und kann sich in jedem gewünschten Abstand unterhalb des bo öffnungspositionierers 344 befinden, je nach der Länge des Rohres, das zwischen die Positionierer 344 und 346 eingesetzt wird Das in Fig. 12 und weiter in den F i g. 13 bis 17 dargestellte Gerät kann vorteilhafterweise mit dem Gerät 300 nach der Erfindung verwendet werden. In den Fig. 13, 16 und 17 ist ein Zirkulationsventilschieber 570 auf der Außenseite eines Bohrstranges oder Rohrstranges 572 angeordnet und auf dem Bohrstrang gleitbeweglich, so daß Auslässe 574 geöffnet und geschlossen werden, die sich durch die Wandung des Bohrstranges 572 erstrecken, und so eine Druckmittelverbindung zwischen der Innenbohrung 576 des Bohrstranges und dem Ringraum 578 zwischen der Verrohrung 580 und dem Bohrstrang 572 hergestellt werden kann. Der Zirkulationsventilschieber 570 kann ein handelsüblich erhältliches Ventil sein, das für solche Anwendungen geeignet ist und das im Bedarfsfalle von der Erdoberfläche her betätigbar ist.

Ebenso besonders nützlich in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Gerät 300 sind unter gewissen Umständen Isolationspackcr 582 und 584. Der Packer 582 ist der obere Packer und enthält elastische Dichtschalen 586 und 588, die von kreisförmigen Schalen aus einem gummiclastischcn Material oder dergleichen gebildet sind und die in der Lage sind, sich dichtend an die Innenwandung der Verrohrung 580 anzulegen. Die Schale 586 des Packers 582 ragt nach oben und ist in der Lage, die Strömung von Flüssigkeiten in Abwärtsrichtung abzudichten. Die Abwärtsströmung drückt in die Schale 586 und spreizt sie nach außen in dichtenden Kontakt mit der Verrohrung 580. Die Schale 588 ragt nach unten und ist geeignet, eine Abdichtung gegen Aufwärtsströmung in der gleichen Weise zu bewirken, wie die Schale 586 eine Abdichtung gegen Abwärtsströmung bewirkt.

Der Packer 584 enthält im wesentlichen eine einzige gummielastische Schale, die nach oben hin konkav ist, so daß dadurch eine Abwärtsströmung verhindert wird. Der Packer 584 verhindert nicht eine daran vorbeigehende Aufwärtsströmung durch den Ringraum 578.

Die F i g. 14 bis 17 zeigen eine andere Ausrüstung, die in Verbindung mit dem Mehrstufen-Zementiergerät 300 verwendet wird. Diese Ausrüstung enthält einen normalen Zementierstopfen 590 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden gummielastischen Wischerschalen 592, die an dem Stopfen gebildet sind. Es wird auch ein normaler, handelsüblich erhältlicher Zementierschuh 594 verwendet, mit einer üblichen Rückschlagventilanordnung 596 in dessen Durchgang. Der Zementierschuh 594 ist fest an der Verrohrung 580 an deren unterem Ende befestigt. Der Zementierstopfen 590 ist so konstruiert, daß er bündig in der Verrohrung 580 entlangläuft und er wird benutzt um zwei verschiedene Arten von Flüssigkeiten, Bohr- oder Verdrängungsflüssigkeit und Zement zu trennen. Er wischt auch die Innenseite der Verrohrung rein, wenn er nach unten durch die Verrohrung läuft

Ein anderes System, wie es in Fig. 15 dargestellt ist verwendet eine andere Form von Einraststopfen 598. Dieser Stopfen ist so konstruiert daß er in dem Bohrstrang 572 statt durch die Verrohrung nach unten läuft und hat daher notwenigerweise einen kleineren Durchmesser. Der Einraststopfen 598 enthält gummiela stische Wischerschalen 600, die daran in ähnlicher Weise angebracht sind, wie oben für den Zementierstopfen 590 beschrieben ist.

Am unteren Ende des Rohrstranges 572 ist ein Dichtungsanschlußstück 602 angeordnet, welches dazu dient den Einraststopfen 598 innerhalb des Rohrstranges 572 zu halten. Dieses Dichtungsanschlußstück bewirkt eine druckmitteldichte Abdichtung, welche das untere Ende des Rohrstranges 572 abschließt

Das entsprechende Gerät das zur Abdichtung des Rohrstranges 572 benutzt wird, wenn der Zementierstopfen 590 und die Packer 582 und 584 in der Verrohrung 580 verwendet werden, ist ein Stopfen 604,

welcher durch den Bohrstrang oder Rohrstrang in dem gewünschten Augenblick heruntergelassen wird und am unteren Ende des Bohrstranges 572 aufsitzt, wodurch er diesen abdichtet.

Ein in Fig. 14 dargestelltes einfaches Verfahren zum Betrieb der vorliegenden Erfindung besteht darin, die erste oder unterste Stufe durch die Verrohrung zu zementieren, wobei der Bohrstrang aus dem Bohrloch herausgezogen ist. Ein oder mehrere Geräte 300 sind dann in dem Verrohrungsstrang 580 in den gewünschten Zementierpunkten für die verschiedenen Stufen eingebaut worden, bevor die Verrohrung 580 in das Bohrloch eingebracht worden ist, wobei die inneren Schieberhülsen 304 in ihrer Schließstellung sind. Ein Zementierschuh 594 ist am unteren Ende des untersten Abschnitts der Verrohrung angeordnet.

Die unterste Stufe des Ringraumes wird dann zementiert, indem eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm durch die Verrohrung, durch den Zementierschuh 594 und den Ringraum 606 hinaufströmt In der Verrohrung ist am Ende des Zementstromes ein Zementierstopfen 590 eingebracht, und es wird dann Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit in die Verrohrung hinter dem Stopfen 590 eingeleitet, die den gesamten Zement in der Verrohrung zwingt, durch den Schuh 594 und in den Ringraum 606 zu strömen. Wenn der Stopfen 590 in dem Schuh 594 zum Aufsetzen kommt und den Durchgang durch den Schuh abdichtet, verhindert das Rückschlagventil 596 die Rückströmung von Zement durch den Schuh. Unmittelbar nachdem der Stopfen 590 aufsitzt, beginnt der Druck in der Verrohrung 580 steil anzusteigen, was dem Benutzer auf der Erdoberfläche anzeigt, daß die erste Stufe der Zementierung beendet ist und die zweite Stufe beginnen kann.

Der Bohrstrang oder der Rohrstrang 572, der den öffnungspositionierer 344 und den Schließpositionierer 346 enthält, wird dann in die Verrohrung eingebracht und abgesenkt, bis der Schließpositionierer 346 und der Öffnungspositionierer 344 durch das unterste Gerät 300 hindurchgetreten sind. Bei dem Ablassen des Bohrstranges 572 bleibt die Innenbohrung 576 des Bohrstranges offen, um eine Aufwärtsströmung von Flüssigkeit in den Bohrstrang zu ermöglichen, wenn dieser in die Verrohrung abgesenkt wird, wodurch das Einbringen des Bohrstranges in das Gehäuse erleichtert wird.

Nachdem der öffnungspositionierer durch das geschlossene Gerät 300 hindurchgetreten ist, wird dann der Bohrstrang gerade genügend angehoben, um den Öffnungspositionierer 344 durch die Schieberhülse 304 zu ziehen. Wenn er aufwärts durch die Schieberhülse 304 tritt, greift der öffnungspositionierer an der Schieberhülse 304 durch Anlage der Positioniererschulter 444 an der Hülsenschulter 348 an, was die Ausübung der erforderlichen Hubkraft auf die Schieberhülse 304 gestattet, welche die Federspannung der Spannfinger 388 überwindet und die Schieberhülse 304 aufwärtsbewegt bis die Auslässe 312 mit den Auslassen 310 fluchten. In diesem Punkt kommen die Schultern 436 der Federarme 402 des öffnungspositionierers 344 an den konischen Ringschultern 380 und 378 des oberen Verbindungsstücks 306 zur Anlage und drücken die Federarme 402 radial einwärts, wodurch die Schulter 444 von der Schulter 348 entkoppelt wird.

Die Schieberhülse 304 wird dann ständig in der Offenstellung gehalten, dadurch daß die Spannfinger 388 an der Ringschulter 328 anliegen. Der Bohrstrang 572 und der Schließpositionierer 346 werden dann aus der Schieberhülse 304 herausgezogen, bis das untere Ende des Bohrstranges ungefähr auf der gleichen Höhe mit den Auslassen 310 und 312 ist. Es wird dann Verdrängungsflüssigkeit den Bohrstrang hinabgepumpt und durch die Auslässe 312 und 310 und nach unten an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventil 520 vorbei in den abgedichteten Ringraum 560, so daß die aufblähbare Packereinheit 484 aufgebläht wird, bis das Packerdichtglied 554 den Ringraum 606 abdichtet. Der ίο obere Endteil 486 der einstellbaren Packereinheit 484 hat sich von dem Stützring 478 abwärts bewegt, um so die Ausdehnung der aufgeblähten Packereinheit 484 aufzunehmen.

Der auf die Verdrängungsflüssigkeit in der Verrohrung ausgeübte Druck wird erhöht, bis der Differenzdruck zwischen der Verdrängungsflüssigkeit innerhalb des Verrohrungsstranges und dem Druck in dem Ringraum 606, der auf das Ringkolben-Ventilglied 502 wirkt, ein vorgegebenes Maß erreicht, in welchem Punkt die Scherstifte 510 abgeschert werden. Wenn die Scherstifte 510 abgeschert sind, bewegt sich das ringförmige Ventilglied 502 in dem Ringraum 500 nach oben, wodurch die Auslässe 4% geöffnet werden und das Innere des Verrohrungsstranges 580 über die Auslässe 312, 310 und 496 in Verbindung mit dem Ringraum 606 oberhalb der aufblähbaren Packereinheit 484 gebracht wird.

In diesem Punkt wird eine vorherberechnete Menge von Zementschlamm von dem Bohrstrang durch die Auslässe 312,310 und 496 in den Ringraum 606 oberhalb des aufgeblähten Packers gepumpt, um die zweite Stufe der Zementierung des Verrohrungsstranges 580 zu vollenden. Die Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit, welche beispielsweise Bohrschlamm oder dergleichen sein könnte, welche in der Verrohrung von unterhalb des Bohrstranges 572 bis zur Oberseite des Zementierstopfens 590 verbleibt, wirkt als Flüssigkeitskissen, welches den Zementschlamm durch die Auslässe 312, 310 und 496 leitet statt die Verrohrung hinab. Nur eine vernachlässigbare Menge des Zementschlammes vermischt sich mit der Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit und tritt in diese ein, und dieser setzt sich harmlos am Boden des Verrohrungsstranges ab.
Nach Vollendung der zweiten Stufe der Zementierung wird der Bohrstrang 572 eine hinreichende Strecke in dem Verrohrungsstrang 580 abgelassen, so daß der Schließpositionierer 346 durch die Schieberhülse 304 hindurchtritt, ohne daß der öffnungspositionierer 344 auch durch diese Hülse hindurchtritt. Um dies zu erleichtern, ist der Bohrstrang anfänglich an der Erdoberfläche mit einer hinreichenden Länge von Bohrrohr zwischen dem Öffnungspositionierer 344 und dem Schließpositionierer 346 montiert worden. Beispielsweise würde ein zehn Meter langer Abschnitt von Bohrrohr normalerweise eine hinreichende Länge darstellen.

Wenn der Schließpositionierer 346 abwärts durch die Schieberhülse 304 hindurchtritt, greifen die Betätigungsschultern 460 der Arme 456 an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 304 an, was die Ausübung einer hinreichend großen abwärtsgerichteten Kraft auf die Schieberhülse 304 gestattet, um die Spannung der Spannfinger 388 zu fiberwinden und die Schieberhülse 304 innerhalb des Außengehäuses 302 in eine Schließ stellung zu bewegen. Diese Schließbewegung wird an der Erdoberfläche als scharfer Ruck gefühlt, wenn die Spannfinger sich lösen und die Schieberhülse eine kurze Strecke abwärtsfallen kann und dann zu einem abrupten

Halt kommt. Der Bohrstrang kann dann gegebenenfalls in die dritte Zementierstufe angehoben werden oder aus dem Bohrloch herausgezogen werden. Es ergibt sich daraus, daß so viele Zementierstufen wie gewünscht nach diesem Verfahren erhalten werden können, indem einfach die gewünschte Anzahl von Geräten 300 in den Verrohrungsstrang eingesetzt und der Bohrstrang oder Rohrstrang, der die öffnungs- und Schließpositionierer trägt, in geeigneter Weise manövriert wird.

Es ist zu beachten, daß es vorteilhaft ist, vorübergehend die Schieberhülse 304 durch geeignete Schermittel an dem rohrförmigen Außengehäuse 302 des Gerätes zu befestigen, um eine vorzeitige öffnung des Schieberhülsenmechanismus zu verhindern, wenn die Absenkung in das Bohrloch oder die Durchführung von anderen Arbeitsgängen als Zementieren erfolgt. Wenn es gewünscht wird, das Gerät 300 zu öffnen, können dann die Schermittel abgeschert werden, indem ausreichende zusätzliche Hubkraft über die zur Zusammenziehung der Spannfinger 388 erforderliche hinaus ausgeübt wird, so daß dadurch die Schermittel abgeschert werden und sich die Schieberhülse 304 aufwärts in die Offenstellung bewegen kann.

Es versteht sich auch, daß, wenn die Schieberhülse 304 in ihrer Schließstellung ist, der Schließpositionierer 346 durch die Schieberhülse 3 sich relativ unbehindert nach unten bewegen kann, und zwar infolge der Tatsache, daß die konische Ringschulter 382 des unteren Verbindungsstücks 308 an den Schultern 464 der Federarme 456 zur Anlage kommt und dadurch die Federarme radial einwärts drückt, wodurch eine Anlage der Schulter 460 an der Ringschulter 352 in der Schieberhülse 304 verhindert wird.

Fig. 15 betrifft eine Abwandlung des in Fig. 14 dargestellten Zementierverfahrens. Bei dem in Fig. 15 dargestellten Verfahren wird das gesamte Zementieren, einschließlich der ersten Stufe, durch den Bohrstrang durchgeführt, und der Zementschlamm ist im wesentlichen von der Innenseite der Verrohrung 580 isoliert.

In Fig. 15 wird ein Bohrstrang 572 in die zu zementierende Verrohrung 580 abgesenkt Der Bohrstrang trägt an seinem unteren Ende ein Dichtungsverbindungsstück 602, welches an dem Zementierschuh 594 zur Anlage kommt und eine druckmitteldichte Verbindung zwischen dem Bohrstrang und diesem Schuh herstellt. Nachdem der Bohrstrang in abdichtenden Kontakt mit dem Zementierschuh 594 abgesenkt ist, wird eine vorgegebene Menge von Zementschlamm in den Bohrstrang, aus dem Schuh 594 und in den Ringraum 606 um die Verrohrung 580 gepumpt Ein Einraststopfen 598 ist hinter dem Zementschlamm angeordnet, und es wird Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit hinter dem Stopfen hergepumpt, um sicherzustellen, daß die gesamte Charge von Zement in den gewünschten Ringraumbereich abgegeben wird. Der Einraststopfen 598 hat Wischerschalen 600, die aus einem gummielastischen Material hergestellt sind und dazu bestimmt sind, die Innenfläche des Bohrstranges von Zementschlamm zu reinigen.

Nachdem die erste Stufe von Zement durch den Schuh 594 hindurchgeströmt ist, kommt der Einraststopfen 598 an dem Schuh 594 zur Anlage und rastet in diesen ein und dichtet dessen Durchgang ab. Das zeigt dem Bedienungsmann an der Erdoberfläche durch den schnell ansteigenden Druck im Bohrstrang an, daß die erste Stufe zementiert ist und daß die nachfolgenden Stufen dann mit dem oben in Verbindung mit Fig. 14 beschriebenen Verfahren vollendet werden können.

In F i g. 16 ist ein weiteres Verfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes 300 bei der mehrstufigen Zementierung dargestellt. Dieses Verfahren ist vorteilhaft zur Zementierung in den Fällen, wo der Ringraum um die Verrohrung nicht bis zur Erdoberfläche hin Flüssigkeit enthält. Unter solchen Umständen gleicht sich die Flüssigkeit außerhalb der Verrohrung mit der Flüssigkeit zwischen der Verrohrung und dem Bohrstrang aus, indem sie aus dem inneren Ringraum

ίο 578 zwischen dem Bohrstrang und der Verrohrung in den äußeren Ringraum 606 zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch ausfließt. Wenn somit ein Zementschlamm aus dem Bohrstrang und in die Verrohrung geleitet wird, dann fließt dieser sowohl an der Innenseite der Verrohrung aufwärts als auch durch das Zementiergerat 300 und in den äußeren Ringraum 606. Das führt dazu, daß ebensoviel Zement in den inneren Ringraum 578 zwischen dem Bohrstrang und der Verrohrung gelangt als in den äußeren Ringraum 606 zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch. Normalerweise ist der innere Ringraum 578 voll von Flüssigkeit, welche ein Aufsteigen des Zements in dem inneren Ringraum verhindert und den Zement in den äußeren Ringraum zwingt, und der äußere Ringraum ist ebenfalls voll von Arbeitsflüssigkeit.

Unter gewissen Bedingungen, so wie sie in einer flüssigkeitsaufnehmenden Formation (Lost Circulation Formation) angetroffen werden, wo das Gerät 300 nach der vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist, kann die Flüssigkeit aus dem äußeren Ringraum in einen Hohlraum oder eine durchlässige Formation geströmt sein und den äußeren Ringraum teilweise oder vollständig leer lassen.

Die Verwendung des Geräts 300 nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Stopfen 604, den Isolationspackern 582 und 584 und dem Zirkulationsventil 570, wie sie in F i g. 16 dargestellt ist, gestattet die Durchführung einer mehrstufigen Zementierung, wenn der äußere Ringraum nicht mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt werden kann.

Im Betrieb wird die erste Stufe der Zementierung über die Verrohrung 580 durchgeführt, ohne daß in dem Bohrloch ein Bohrstrang ist Eine vorabgemessene Menge von Zementschlamm wird in die Verrohrung gepumpt, gefolgt von einem Zementierstopfen 590, welcher den Zement von der Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit trennt und auch die Innenseite der Verrohrungswandung von Zement frei wischt Hinter dem Zementierstopfen 590 wird Arbeitsflüssigkeit in die

so Verrohrung gepumpt bis der gesamte Zement durch den Zementierschuh 594 hinaus und den äußeren Ringraum 606 hinaufgepumpt ist In diesem Punkt sitzt der Zementierstopfen 590 in dem Zementierschuh 594 auf und dichtet den Durchgang durch diesen hindurch ab und zeigt dem Bedienungsmann an der Erdoberfläche an, daß die zweite Stufe der Zementierung beginnen kann.

Es wird dann der Bohrstrang 572 in die Verrohrung 580 hinabgelassen, um die anschließenden Zementierstufen zu beginnen. Das Zirkulationsventil 570 ist beim Ablassen des Bohrstranges in das Bohrloch in der Schließstellung. In dem Isolationspacker ist ein Umgehungskanal oder ein Durchgang 608 vorgesehen, der eine Flüssigkeitsströmung um die Dichtschalen der Packer 582 und 584 herum gestattet, wenn der Bohrstrang 572 innerhalb des Verrohningsstranges 580 abgesenkt oder angehoben wird. Flüssigkeit kann in den Bohrstrang eintreten, da sie frei an der unteren

Abdichtschale 584 vorbei und durch einen oder mehrere Auslässe 610, die das Innere des Bohrstranges mit der Außenseite des Isolierpackers zwischen den beiden Sätzen von Dichtschalten der Packer 582 und 584 verbinden, in den Bohrstrang fließen kann. Das gestattet eine Auffüllung des Bohrstranges, wenn dieser in das Bohrloch eintritt, wodurch die natürliche Neigung des Bohrstranges, in der Arbeitsflüssigkeit zu schwimmen, aufgehoben wird. Auf anderem Wege kann keine Flüssigkeit in den Bohrstrang eintreten, da der Stopfen 604 das untere Ende des Bohrstranges abdichtet.

Der Bohrstrang 572 wird in die Verrohrung weit genug abgesenkt, so daß er durch das Aufblaspackergerät 300 an der nächsten zu zementierenden Stufe hindurchtritt. Der unter Packer 584, der Schließpositionierer 346, der obere Packer 582, das Zirkulationsventil 570 und der Öffnungspositionierer 344 treten alle nach unten durch das Gerät 300 hindurch, welches anfänglich in der Schließstellung ist. Der Bohrstrang wird dann hinreichend weit angehoben, um den öffnungspositionierer 344 zur Anlage an der Schieberhülse 304 zu bringen und damit diese in Offenstellung und die Auslässe 312 und 310 zum Fluchten zu bringen. Der Schließpositionierer 346 wird auch durch das Gerät 300 nach oben gezogen, aber der untere Packer 584 wird dies nicht Das Zirkulationsventil 570 wird dann geschlossen, und es wird Arbeits- oder Verdrängungsflüssigkeit in den Bohrstrang hinabgepumpt, so daß die rohrförmige aufblähbare Packereinheit 484 aufgebläht wird, wenn die unter Druck stehende Flüssigkeit von dem Bohrstrang aus einem oder mehreren Auslassen in dem Packermantel 612 des oberen Packers 582 austritt. Wie oben erörtert, strömt die unter Druck stehende Flüssigkeit durch die fluchtenden Auslässe 310 und 312 des Gerätes 300 und an dem elastischen ringförmigen Rückschlagventilglied 520 vorbei, so daß sie die Packereinheit 484 aufbläht. Die Arbeitsflüssigkeit ist dann an einer Aufwärtsströmung in dem inneren Ringraum 578 durch den Packer 582 und an einer Abwärtsströmung in dem inneren Ringraum 578 durch den Packer 584 gehindert.

Wenn ein ausreichender Differenzdruck an dem Kolbenventilglied 502 wirksam wird, werden die Scherstifte 510 abgeschert, und das Ventilglied 502 bewegt sich aufwärts, wodurch das Innere des Verrohrungsstranges mit dem äußeren Ringraum über die Auslässe 312, 310 und 496 in Verbindung gebracht wird. In diesem Punkt wird Zementschlamm den Bohrstrang herabgepumpt und durch dessen Auslässe 610 sowie durch die Auslässe 310, 312 und 496 in den äußeren Ringraum 606, so daß eine Zementierung der zweiten Stufe oberhalb der aufgeblähten Packereinheit 484 erreicht wird.

Nachdem eine vorgegebene Menge von Zement in den Ringraum 606 in der zweiten Stufe gepumpt worden ist wird der Bohrstrang weit genug abgesenkt, daß der Schließpositionierer 346 durch das Gerät 300 hindurchtritt so daß er an der Schieberhülse 304 angreift und diese nach unten in die Schließstellung bewegt Überschüssiger Zement der in dem Bohrstrang und in dem Abschnitt des inneren Ringraumes 578 zwischen den Packern verbleibt wird dann nach außen zurückgeführt, indem Arbeitsflüssigkeit in den inneren Ringraum 578 nach unten, durch den Umgehungskanal 608 in dem Isolationspackermantel 612 in den inneren Ringraum 578 unterhalb des unteren Packers 584 und nach oben an dem Packer 484 vorbeigepumpt wird, wobei der überschüssige Zement durch die Auslässe 610 zurück und in den Bohrstrang 576 gedrückt wird, von wo es durch die Arbeitsflüssigkeit zur Erdoberfläche und aus dem Bohrstrang heraustransportiert wird.

Fig. 17 zeigt ein Verfahren zur Zementierung aller Stufen einschließlich der ersten Stufe über den Bohrstrang 572, wenn der äußere Ringraum 606 nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist, was der vorstehend in Fig. 16 dargestellte Fall war. Bei der in Fig. 17 dargestellten Betriebsweise wird der Bohrstrang 572 in der Verrohrung 580 abgesenkt, bis er sich auf dem Zementierschuh 594 aufsetzt. Der Bohrstrang ist dann in druckmitteldichtcr Verbindung mit diesem über das Dichtverbindungsstück 602, welches anfänglich entweder an dem Bohrstrang 572 oder an dem Zementierschuh 594 angebracht sein kann. Der Bohrstrang enthält die Bauteile wie der in Fi g. 16 dargestellte Bohrstrang mit Ausnahme des Stopfens 604, der bei dieser Betriebsweise nicht benötigt wird.

Es wird dann eine vorgegebene Menge von Zementschlamm durch den Bohrstrang 572 hinabgepumpt und durch den Zementierschuh 594 in den äußeren Ringraum 606 gedrückt. Wenn die gewünschte Menge an Zement in den Bohrstrang 572 gepumpt worden ist, werden zwei Einraststopfen 614 und 616 in den Bohrstrang 572 hinter dem Zement eingesetzt, und es wird Arbeitsflüssigkeit hinter dem ersten Einraststopfen 64 eingepumpt.

Wenn die beiden Einraststopfen 614 und 616 den Bohrstrang 572 hinuntergepumpt werden, rastet der erste Einraststopfen 614 in dem Zementierschuh 594 — oder Schwimmkragen, wenn ein solcher verwendet wird — ein und bildet ein zweites Rückstauventil zusätzlich zu dem Rückschlagventil 596 in dem Zementierschuh 594. Wenn das Flüssigkeitsniveau in dem Bohrloch niedrig ist, dient der Einraststopfen 614 auch dazu, zu verhindern, daß das Übergewicht der Flüssigkeit innerhalb des Bohrstranges 572 durch den Zementierschuh 594 strömt und den Zement in dem jenseits des Zementierschuhes liegenden Bereich des Ringraumes 606 nach oben drückt, während es unbedingt erforderlich ist, daß eine nicht verunreinigte, dauerhafte Menge an Zement dort vorhanden ist, um eine richtige Zementierung des unteren Endes der Verrohrung sicherzustellen. Der Einraststopfen 614 erzeugt auch ein Signal zur Erdoberfläche, indem er einen Anstieg des Drucks im Bohrstrang bewirkt, der einzeigt, daß die erste Stufe der Zementierung beendet ist und die zweite Stufe beginnen kann. Der zweite Einraststopfen 616 kann in den Bohrstrang unmittelbar hinter dem ersten Einraststopfen 614 eingeführt werden oder, alternativ, nachdem der Einraststopfen 614 in dem Zementierschuh 594 gelandet ist. Der Bohrstrang 572 wird dann angehoben, so daß die druckmitteldichte Abdichtung mit dem Dichtverbindungsstück 602 des Zementierschuhes 594 unterbrochen wird. Dadurch kann der zweite Einraststopfen 616 in eine Schließstellung am unteren Ende des Bohrstranges 572 gepumpt werden, so daß er den Durchtritt von Flüssigkeit an dieser Stelle verhindert Der Innendurchmesser des Einrastsitzes am Ende des Bohrstranges 572 ist notwendigerweise größer als der Innendurchmesser des Einrastsitzes, der am oberen Ende des Zementierschuhes 594 zur Befestigung des ersten Einraststopfens 614 gebildet ist

Der Bohrstrang 572 wird dann durch das Gerät 300 an der nächsten zu zementierenden Stufe hindurch angehoben, und das Verfahren wird dann in der gleichen Weise fortgesetzt wie das oben für die in Fig. 16 dargestellte zweite Stufe der Zementierung beschrieben

ist Der Einraststopfen 616 bleibt in dem Bohrstrang 572 und dient dem gleichen Zweck wie der Stopfen 604 in Fig. 16. Das Verfahren wird für jede zusätzliche Zementierstufe wiederholt, bis die Zementierung des Verrohrungsstranges 580 vollendet ist Somit wird durch die Anwendung der Vorrichtung

nach der vorliegenden Erfindung ein glatter, gleichförmiger und homogener Schutzmantel aus Zement in dem äußeren Ringraum eines mit einer Verrohrung ausgekleideten Bohrloches erzeugt, wobei die Schwierigkeiten des Standes der Technik vermieden werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Zementieren des Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und der Wan- s dung eines Bohrloches, mit einem in den Verrohrungsstrang einbaubaren, rohrförmigen Gehäuse, welches von einem aufblähbaren Packer umgeben ist und dessen Axialbohrung nur über ein steuerbares Ventil mit dem Innenraum des Packers verbindbar und unterhalb dieses steuerbaren Ventils dicht abschließbar ist, und mit einem aufsteuerbaren Zementierventil, über das oberhalb des aufblähbaren Packers eine Verbindung zwischen der Axialbohrung des Gehäuses und dem Ringraum herstellbar ist, wobei das steuerbare Ventil einen in der Axialbohrung geführten steuerbaren, hülsenförmigen Ventilschieber aufweist, durch welchen diese durch das Zementierventil freigegebene Verbindung bei weiterhin aufgeblähtem Packer wieder absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil zwischen der Axialbohrung des Gehäuses (12) und einer Ringkammer (174) angeordnet ist, die über ein Rückschlagventil (196) mit dem Innenraum des Packers (140) und über das Zementierventil mit dem Ringraum (240) in Verbindung steht, wobei das ZementierventU auf die Überschreitung eines vorgegebenen Drucks in der Axialbohrung des Gehäuses (12) öffnend ausgebildet ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (174) von der Außenfläche des Gehäuses und einer im Abstand von der Außenfläche des Gehäuses verlaufenden Innenfläche (166) eines hülsenförmigen, das Gehäuse (12) umgebenden und mit dem flexiblen Mantel (222) des aufblähbaren Packers (158) verbundenen oberen Endteils (160) des Packers begrenzt ist und das Zementierventil ein abdichtend zwischen Gehäuse und Innenfläche des oberen Endteils geführtes ringförmiges Zementierventilglied (176) aufweist, das in seiner Schließstellung durch einen Scherstift (184) mit dem Endteil (160) verbunden ist und einen radialen Auslaß (170) des Endteils (160) abdeckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil von einer ringförmigen Lippendichtung mit einem elastischen ringförmigen Rückschlagventilglied (196) gebildet ist, das an seinem äußeren Umfang in dem oberen Endteil (160) gehalten ist und konisch nach unten und so einwärts sich erstreckend mit seinem Innenrand an der Außenfläche (156) des Gehäuses (12) anliegt.