DE3002418C2 - Packer arrangement with inflatable packer for sealing annular spaces in boreholes and control valve arrangement for such and similar devices - Google Patents
Packer arrangement with inflatable packer for sealing annular spaces in boreholes and control valve arrangement for such and similar devicesInfo
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Description
8. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß8. Control valve arrangement according to claim 7, characterized in that
(a) das Ventilgehäuse (48) zylinderringförmig ist und eine erste Stirnfläche (54) aufweist, welche an den Ringraum (16) angrenzt, und(A) the valve housing (48) is cylindrical and has a first end face (54) which adjoins the annular space (16), and
(b) die erste und zweite Bohrung (52,56) erste bzw. zweite Axialbohrungen sind, weiche in der besagten ersten Stirnfläche (54) münden.(b) the first and second bores (52,56) are first and second axial bores, respectively, in the said first end face (54) open.
9. Steuerventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß9. Control valve arrangement according to claim 8, characterized in that
(a) das zylinderringförmige Ventilgehäuse (48) konzentrisch um den Innenteil (18) herum angeordnet ist und(a) the cylindrical valve housing (48) concentrically around the inner part (18) is arranged and
(b) der Einlaß (26) des zylinderringförmigen Ventilgehäuses (48) ständig fluchtend mit einem in einer Wandung des Innenteils (18) gebildeten Loch (50) angeordnet ist.(b) the inlet (26) of the cylindrical valve housing (48) always in alignment with one formed in a wall of the inner part (18) Hole (50) is arranged.
10. Steuerventilanordnung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß entfernbare Mittel (106) zum Absperren des Lochs (50) in der Wandung des Innenteils (18) vorgesehen sind.10. Control valve arrangement according to claim characterized characterized in that removable means (106) for blocking the hole (50) in the wall of the Inner part (18) are provided.
11. S'.euerventilanordnung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (30) des Ventilgehäuses (48) eine sich axial erstreckende Ringnut (118) enthält, die auf einer zweiten Stirnfläche (114) des zylinderringförmigen Ventilgehäuses (48) gebildet ist.11. S'.euerventilanordnung according to claim, characterized characterized in that the outlet (30) of the valve housing (48) is an axially extending Contains annular groove (118) on a second end face (114) of the cylindrical ring-shaped valve housing (48) is formed.
12. Steuerventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (48) an seinen Enden mit dem Innenteil (18) verschweißt ist.12. Control valve arrangement according to claim 8, characterized in that the valve housing (48) on its ends are welded to the inner part (18).
13. Steuerventilahordnüng nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß13. Steuerventilahordnüng according to claim, characterized marked that
(a) das zylinderringförmige Ventilgehäuse (48) in der besagten ersten Stirnfläche (54) eine Gegenbohrung (96) konzentrisch zu der zweiten Bohrung (56) aufweist und(a) the cylindrical ring-shaped valve housing (48) in said first end face (54) a Has counterbore (96) concentric to the second bore (56) and
(b) der zweite Kolben (84) einen Sprengring (94)(b) the second piston (84) has a snap ring (94)
trägt, der in der zweiten Stellung dieses Kolbens (84) in die Gegenbohrung (96) einrastet und den zweiten Kolben (84) in seiner zweiten Stellung verriegelt,carries, which engages in the second position of this piston (84) in the counterbore (96) and the second piston (84) locked in its second position,
14- Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß14 control valve arrangement according to claim 7, characterized in that
(a) die Mittel (82) zum Festhalten des ersten Kolbens (76) von einem ersten Scherstift gebildet sind, welcher den ersten Kolben (76) mit dem Ventilgehäuse (48) verbindet, und(a) the means (82) for holding the first piston (76) in place by a first shear pin are formed, which connects the first piston (76) to the valve housing (48), and
(b) die Mittel zum Festhalten des zweiten Kolbens (84) von einem zweiten Scherstift gebildet sind, welcher den zweiten Kolben (84) mit dem Ventilgehäuse (48) verbindet(b) the means for holding the second piston (84) in place are formed by a second shear pin, which connects the second piston (84) to the valve housing (48)
15. Steuerventilanordnung nacfl Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Kolben (84) einen Abschnitt (90) von vermindertem Durchmesser aufweist wobei dann, wenn ."-.χ zweite Kolben (84) in seiner ersten Stellung ist, der erste und der zweite Durchgang (58 bzw. 66) über die zweite Bohrung (56) um den Abschnitt (90) von vermindertem Durchmesser herum miteinander in Verbindung steh-21.15. Control valve assembly according to claim 7, characterized in that the second piston (84) has a portion (90) of reduced diameter, if. "-. χ second piston (84) is in its first position, the first and the second passage (58 or 66) via the second bore (56) by the portion (90) of reduced Diameter connected to each other around-21.
16. Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß das Volumen des zweiten Durchgangs (66), wenn der zweite Kolben (84) in seiner ersten Stellung ist gleich ist dem Volumen des zweiten Durchgangs (66), wenn der zweite Kolben (84) in seiner zweiten Stellung ist16. Control valve arrangement according to one of claims 7 to 15, characterized in that the Volume of the second passage (66) when the second piston (84) is in its first position is equal to the volume of the second passage (66) when the second piston (84) is in its second Position is
17. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der erste Kolben (76) zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende (78 bzw. 80) einen Abschnitt (83) von vermindertem Durchmesser aufweist wobei der erste Kolben (76) bei seiner Bewegung in der ersten Eohruhg (52) zwischen der ersten und der zweiten Stellung durchbiegbar ist17. Control valve arrangement according to claim 7, characterized in that the first piston (76) between its first and second ends (78 and 80, respectively) a portion (83) of reduced Having diameter, the first piston (76) during its movement in the first Eohruhg (52) is deflectable between the first and the second position
18. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die erste und zweite Bohrung (212 bzw. 216) mit ersten bzw. zweiten Entlastungslöchern (214 bzw. 218) verbunden sind, weiche im wesentlichen radial durch eine Wandung des Ventiigehäuses (204) verlaufen und mit dem Ringraum (16) in Verbindung stehen.18. Control valve arrangement according to claim 7, characterized in that the first and second Bore (212 or 216) are connected to first and second relief holes (214 or 218), which run essentially radially through a wall of the valve housing (204) and with the Annular space (16) are in communication.
19. Steuerventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (230) eine mit dem zweiten Durchgang (222) in Verbindung stehende axiale Sacklochbohrung (236) und eine Radialbohrung (238) aufweist, über welche die Sucklochbohrung (236) mit dem ersten Durchgang (220) in Verbindung steht, wenn sich der zweite Kolben (230) in seiner ersten Stellung befindet.19. Control valve arrangement according to claim 7, characterized in that the second piston (230) an axial blind hole (236) connected to the second passage (222) and has a radial bore (238) via which the sucking hole (236) with the first passage (220) is in communication when the second piston (230) is in its first position.
Die Erfindung betrifft eine Packeranordnung mit aufblähbarem Packer zur Abdichtung von Ringräumen in Bohrlöchern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Steuerventilanordnung für solche und ähnliche Gerste nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.The invention relates to a packer arrangement with an inflatable packer for sealing annular spaces in wells according to the preamble of claim 1 and a control valve arrangement for such and similar barley according to the generic term des Claim 7.
Ein aufblähbarer Packer ist ein in einem Bohrloch benutztes Gerät, welches mit BohrlochflüssigkeitAn inflatable packer is a device used in a wellbore that works with wellbore fluid
aufgebläht werden kann, um den Rin^raum zwischen beispielsweise der Verrohrung und der Bohrlochwandung abzudichten. Er kann auch innerhalb der Vorrohrung verwendet werden.can be inflated to the Rin ^ space between, for example, the casing and the borehole wall to seal. It can also be used inside the pre-piping.
Aufblähbare Packer können in einem Bohrloch aus einer Vielzahl von Gründen angewandt werden. Sie können benutzt werden, um eine Zementsäule oberhalb einer Zone verlorener Zirkulation abzustützen. Sie können auch benutzt werden, um Produktionszonen gegen Zementvorgänge zu isolieren.Inflatable packers can be used in a wellbore for a variety of reasons. she can be used to support a cement column above a zone of lost circulation. she can also be used to isolate production areas from cement operations.
Typische bekannte Steuerventile für aufblähbare Packer enthalten sowohl federbelastete Rückschlagventile als auch verschiedene Formen von Schieberventilen, um die Strömung von Bohrlochflüssigkeit zu dem aufblähbaren Teil zum Aufblähen desselben zu steuern.Typical known control valves for inflatable packers include both spring-loaded check valves as well as various forms of gate valves to control the flow of downhole fluid to the inflatable part to control inflation of the same.
Beispiele von federbelasteten Rückschlagventilen sind in der US-PS 34 37 142, der US-PS 35 03 445, der US-PS 35 29 665. der US-PS 30 85 628 und der US-PS 2! 77 60! dargestellt Bc'^p'p'p für Schieberventile sind in der US-PS 3*5 24 503' und der US-PS 30 53 322 dargestellt.Examples of spring-loaded check valves are in US-PS 34 37 142, US-PS 35 03 445, the US-PS 35 29 665. US-PS 30 85 628 and US-PS 2! 77 60! shown are Bc '^ p'p'p for gate valves in U.S. Patent 3 * 524,503 'and U.S. Patent 3,053,322.
Durch die US-PS 33 73 820 ist ein Bohrlochwerkzeug bekannt, durch welches Flüssigkeiten in Erdformationen einspritzbar sind, um wasserführende Erdformationen abzudichten, auf welche das Bohrwerkzeug während des Bohrvorgangs trifft. Das Bohrlochwerkzeug weist einen Packer auf, durch den die wasserführende Erdformation gegen den darüberliegenden, zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwandung gebildeten Ringraum abdichtbar ist. Der Packer wird durch eine im Bohrgestänge hinabgepumpte Druckflüssigkeit aufgebläht. Die F.inleitung der Druckflüssigkeit in den Packer wird durch eine Ventilanordnung mit Schieberkolben gesteuert, die von der Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Bohrwerkzeugs und dem Ringraum oberhalb des Bohrlochwerkzeugs betätigbar sind. Die Schieberkolben werden durch vorgespannte Federn in einer Stellung gehalten. Bei Erreichen eines ersten Wertes der Druckdifferenz wird ein Schieberkolben bewegt, der eine Verbindung zwischen dem Inneren des Bohrloch werkzeugs und dem Packer freigibt, so daß der Packer aufgebläht wird. Bei weiterem Druckanstieg wird ein zweiter Schieberkolben, der mit dem ersten Schieberkolben durch eine Stange verbunden ist, in eine Stellung bewegt, in welcher er einen Austritt für eine die Erdformation abdichtende Flüssigkeit freigibt. Bei noch weiterem Druckanstieg wird ein dritter, von den ersten beiden Schieberkoiben unabhängiger Schieberkolben gegen einen Dämpfungstopf betätigt. Dieser Schieberkoiben gibt einen Auslaß aus dem Packer frei. Der Dämpfungstopf jorgt dafür, daß bei einem anschließenden Absenken des Drucks der Packer sich entspannen kann, bevor der Auslaß durch den dritten Schieberkolben wieder abgesperrt wird. Mit diesem Bohrlochwerkzeug kann somit eine wasserführende Erdformation durch Einspritzen einer Flüssigkeit abgedichtet und dann der Bohrvorgang wieder aufgenommen werden.From US-PS 33 73 820 a downhole tool is known through which fluids in earth formations are injectable to seal water-bearing earth formations on which the drilling tool during of the drilling process. The downhole tool has a packer through which the water-bearing Earth formation against the overlying annulus formed between the drill pipe and the borehole wall is sealable. The packer is inflated by a pressure fluid pumped down in the drill pipe. The pressure fluid is fed into the packer through a valve arrangement with a slide piston controlled by the pressure differential between the interior of the drilling tool and the annulus are operable above the downhole tool. The spool pistons are in held a position. When a first value of the pressure difference is reached, a slide piston is activated moves, which releases a connection between the interior of the downhole tool and the packer, so that the Packer becomes bloated. If the pressure increases further, a second slide piston, the one with the first Slide piston is connected by a rod, moved into a position in which he has an outlet for a die Earth formation releases sealing fluid. If the pressure rises still further, a third one, of the first two slide pistons, independent slide pistons, operated against a damping cup. This slide valve releases an outlet from the packer. The damping pot ensures that in a subsequent Lowering the pressure allows the packer to relax before the outlet through the third spool is locked again. A water-bearing earth formation can thus be created with this borehole tool be sealed by injecting a liquid and then the drilling process can be resumed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte räumliche Anordnung der Ventilanordnung zu dem Packer zu schaffen.The invention is based on the object of an advantageous spatial arrangement of the valve arrangement to create the packer.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the measures listed in the characterizing part of claim 1 solved
Eine Ausbildung der Ventilanordnung, bei welcher der Packer mit einem woh! definierten Druck aufgebläht wird und dann unter diesem Druck in aufgeblähtem Zustand gehalten werden kann, wird durch die in Anspruch 7 gekennzeichneten Maßnahmen erzieltAn embodiment of the valve arrangement in which the packer with a wo! defined pressure inflated and can then be kept inflated under this pressure is controlled by the in Claim 7 characterized measures achieved
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention are the subject of the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Packeranordnung mit aufblähbarem Packer und
einer erfindungsgemäßen Steurventilanordnung im gesetzten Zustand innerhalb einer Ölbohrung.
Fig. 2A bis 2C zeigen einen vergrößerten Längsschnitt
der Packeranordnung mit der Steuerventilanordnung von Fig. 1.1 is a side view, partially in section, of a packer arrangement with an inflatable packer and a control valve arrangement according to the invention in the set state within an oil well.
2A to 2C show an enlarged longitudinal section of the packer arrangement with the control valve arrangement from FIG. 1.
Fig. 3 ist eine isometrische Darstellung der Steuerventilanordnung, wobei ein Teil der Wandung derselben entfernt ist, um die Bohrungen und die diese verbindenden Durchgänge zu zeigen.3 is an isometric view of the control valve assembly; a part of the wall thereof being removed, around the bores and the same show connecting passages.
F i g. 4 ist eine schematische Darstellung der Bohrungen mit den Kolben und der Durchgänge der Ventilanordnung von F i g. 3.F i g. 4 is a schematic representation of the bores with the pistons and the passages of FIG The valve arrangement of FIG. 3.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung der Gegenbohrung der zweiten Bohrung der Ventilanordnung von Fig. 3.Fig. 5 is an enlarged view of the counterbore the second bore of the valve arrangement of FIG. 3.
Fig.6 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform
der Steuerventilanordnung.
F i g. 7 ist eine abgebrochene Schnittdarstellung längs der Linie 7-7 von F i g. 6.Figure 6 is a longitudinal section of another embodiment of the control valve assembly.
F i g. Figure 7 is a broken-away sectional view taken along line 7-7 of Figure 7. 6th
Fig. 8 zeigt einen Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7FIG. 8 shows a section along the line 8-8 of FIG. 7
Die Packeranordnung ist generell mit 10 bezeichnet. Die Packeranordnung 10, die man allgemeiner als ein in einem Bohrloch benutztes Gerät bezeichnen kann, ist üblicherweise in einen Verrohrungsstrang 12 eingebaut, der generell als rohrförmiges Glied bezeichnet werden kann. Der Verrohrungsstrang 12 ist in einem Bohrloch 14 einer Ölbohrung angeordnet, so daß ein mantelförmiger Hohlraum oder Ringraum 16 zwischen dem Verrohrungsstrang 12 und dem Bohrloch 14 gebildet wird. Es ist dem Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung ebenso bei einem im Bohrloch benutzten Gerät verwendet werden könnte, daß mit einem Bohrstrang verbunden ist. welcher innerhalb eines von der Innenwandung einer Verrohrung gebildeten Bohrloch angeordnet ist.The packer arrangement is generally designated 10. The packer assembly 10, which is more generally referred to as an in equipment used in a borehole is typically incorporated into a casing string 12, which can generally be referred to as a tubular member. The casing string 12 is in a wellbore 14 arranged an oil hole, so that a jacket-shaped cavity or annular space 16 between the Casing string 12 and borehole 14 is formed. It is clear to those skilled in the art that the present Invention could also be used in a downhole device that with a Drill string is connected. which is within a borehole formed by the inner wall of a casing is arranged.
Die Packeranordnung 10 enthält einen zylindrischen Innenteil 18 mit einem aufblähbaren Teil, der als Blase oder Packer 20 bezeichnet werden kann und mit dem Innenteil 18 zum Abdichten des Ringraumes 16 verbunden ist Die Blase 20 und der Innenteil 18 bilden einen ringförmigen, flüssigkeitsgefüllten Raum 22, wennThe packer assembly 10 includes a cylindrical inner portion 18 with an inflatable portion that acts as a bladder or packer 20 and with the inner part 18 for sealing the annular space 16 The bladder 20 and the inner part 18 form an annular, liquid-filled space 22 when
so die Blase zum Abdichten des Ringraumes 16 aufgebläht ist.so the bladder to seal the annular space 16 is inflated is.
Eine generell mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneteOne designated generally by the reference number 24
Ventilanordnung enthält einen Einlaß 26, der mit dem Inneren des rohrförmigen Teils 12 über das Innere 28 des Innenteils 18 in Verbindung steht, und einen Auslaß 30, der mit dem ringförmigen Raum 22 in Verbindung steht Die Ventilanordnung 24 stellt eine Verbindung zwischen dem Inneren 28 des Innenteils 18 und dem ringförmigen Raum 22 her, wenn eine Druckdifferenz der Flüssigkeit zwischen dem besagten Inneren 28 des Innenteils 18 und dem Ringraum 16 angrenzend an das untere Ende 54 der Ventilanordnung 24 einen ersten vorgegebenen Wert erreicht, so daß Flüssigkeit aus dem Inneren 28 in den ringförmigen Raum 22 strömt und die Blase 20, wie in F i g. 1 dargestellt, aufblähtValve assembly includes an inlet 26, which with the Inside the tubular part 12 via the interior 28 of the inner part 18 in communication, and an outlet 30 communicating with the annular space 22. The valve assembly 24 communicates between the interior 28 of the inner part 18 and the annular space 22 when a pressure difference of the liquid between said interior 28 of the inner part 18 and the annular space 16 adjacent to the lower end 54 of the valve assembly 24 reaches a first predetermined value, so that liquid from the Inner 28 flows into the annular space 22 and the bladder 20, as in FIG. 1, inflates
Die Ventilanordnung 24 enthält auch ein Mittel zur Isolation des besagten Inneren 28 von dem ringförmigen Raum 22, wenn die besagte Druckdifferenz einenThe valve assembly 24 also includes a means for isolating said interior 28 from the annular one Room 22, if the said pressure difference a
zweiten Wert erreicht, der höher als der besagte erste Wert ist, wobei jeder Verlust an Druckmittel aus dem ringförmigen Raum 22 bei der Abtrennung des Inneren 28 von diesem verhindert wird.reached second value, which is higher than said first value, with any loss of pressure medium from the annular space 22 in the separation of the interior 28 is prevented from this.
Wie in den F i g. 2A bis 2C dargestellt ist, enthält die Packeranordnung 10 einen oberen Körper 32, der mit einem oberen Ende 34 des Innenteils 18 verschraubt ist, um den Innenteil 18 mit dem Verrohrungsstrang 12 zu verbhiöen.As shown in Figs. 2A through 2C, the packer assembly 10 includes an upper body 32 which is associated with an upper end 34 of the inner part 18 is screwed to the inner part 18 with the casing string 12 to forbade.
Die Blase 20 ist an ihrem oberen und unteren Ende mit oberen und unteren Packerschuhen 36 bzw. 38 verbunden. Der obere Packerschuh 36 liegt mit einer Mehrzahl von O-Ringen 42 abdichtend an der zylindrischen Außenfläche 40 des Innenteils 18 an. Wenn die Blase 20 im nicht-aufgeblähten Zustand ist. wie in Fig. 2 dargestellt, dann liegt der obere Packerschuh 36 an einem oberen Anschlagring 44 an. Der obere Anschlagring 44 ist mit der zylindrischen Außenfläche 40 des Innenteils 18 bei 46 verschweißt.The bladder 20 is provided with upper and lower packers 36 and 38, respectively, at its upper and lower ends tied together. The upper packer shoe 36 is sealingly with a plurality of O-rings 42 on the cylindrical outer surface 40 of the inner part 18. When the bladder 20 is in the deflated state. As shown in FIG. 2, the upper packer shoe 36 then rests against an upper stop ring 44. The upper stop ring 44 is welded to the cylindrical outer surface 40 of the inner part 18 at 46.
erstes und ein zweites Ende 78 bzw. 80, die in Druckmittelverbindung mit dem besagten Einlaß 26 bzw. der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses stehen.first and second ends 78 and 80, respectively, which are in fluid communication with said inlet 26 or the first end face 54 of the valve housing.
Der erste Kolben 76 ist zwischen einer in Fig.4 dargestellten ersten Stellung, in welcher der den ersten Durchgang 58 absperrt, und einer zweiten Stellung beweglich, die aus der in F i g. 4 dargestellten Stellung nach rechts verschoben ist, so daß der Kolben an demThe first piston 76 is between one shown in FIG shown first position, in which the first passage 58 closes off, and a second position movable, which from the in F i g. 4 position shown is shifted to the right, so that the piston on the
ίο unteren Anschlagring 134 zur Anlage kommt. In der zweiten Stellung gestattet der Kolben eine Druckmittelverbindung zwischen dem Einlaß 26 und dem ersten Durchgang 58. Wenn der erste Kolben 76 in dieser zweiten Stellung ist, ist das erste Ende 78 bis hinter die erste Querbohrung 62 nach rechts verschoben, so daß der Einlaß 76 mit der ersten Querbohrung 62 in Verbindung steht.ίο lower stop ring 134 comes to rest. In the second position allows the piston a fluid communication between the inlet 26 and the first Passage 58. When the first piston 76 is in this second position, the first end 78 is past the first transverse bore 62 shifted to the right, so that the inlet 76 with the first transverse bore 62 in Connection.
In Fig. 2C ist der erste Kolben 76 in seiner ersten Stellung gezeigt. Der erste Kolben 76 ist mit demIn Fig. 2C, the first piston 76 is shown in its first position. The first piston 76 is with the
L/ie veninanuruMUMg tn emtiuu ent lyiniueii iiigmimiges Ventilgehäuse 48, das konzentrisch um die Außenfläche 40 des Innenteils 18 herum angeordnet ist. Das zylinderringförmige Ventilgehäuse 48 weist einen Einlaß 26 auf, der ständig mit einem Loch 50 fluchtet, welches in einer Wandung des Innenteils 18 vorgesehen ist und mit dem Inneren 28 des Innenteils 18 in Verbindung steht. L / ie veninanuruMUMg tn emtiuu ent lyiniueii iiigmi miges valve housing 48 which is arranged concentrically around the outer surface 40 of the inner part 18. The cylinder-ring-shaped valve housing 48 has an inlet 26 which is permanently aligned with a hole 50 which is provided in a wall of the inner part 18 and is in communication with the interior 28 of the inner part 18.
Das Ventilgehäuse 24 weist auch den Auslaß 30 auf, über welchen Druckmittel aus dem Inneren 28 in den ringförmigen, druckmittelgefüllten Raum 22 der Blase 20 leitet. Die Blase 20 kann man als einen Bauteil eines im Bohrloch benutzten Geräts bezeichnen, der durch das Druckmittel aus dem Inneren des Innenteils 18 betätigbar ist.The valve housing 24 also has the outlet 30, via which pressure medium from the interior 28 into the annular, pressure medium-filled space 22 of the bladder 20 conducts. The bladder 20 can be seen as a component of a designate the device used in the borehole, which by the pressure medium from the interior of the inner part 18 is actuatable.
Wie man am besten aus den F i g. 3 und 4 erkennt, enthält das Ventilgehäuse 48 weiterhin eine erste axiale Bohrung 52, welche den besagten Einlaß 26 mit einer Stirnfläche 54 des zylinderringförmigen Ventilgehäuses 48 verbindet. Das Ventilgehäuse enthält auch eine zweite axiale Bohrung 56, welche ebenfalls in eine zweite axiale Bohrung 56, welche ebenfalls in der Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 mündet. Die Stirnfläche 54 grenzt an den Ringraum 16 um die zylindrische Außenfläche 40 des Innenteils 18 herum.As can best be seen from the fig. 3 and 4 recognizes, the valve housing 48 also contains a first axial Bore 52 which connects said inlet 26 to an end face 54 of the cylindrical valve housing 48 connects. The valve housing also includes a second axial bore 56 which also extends into a second axial bore 56, which also opens into the end face 54 of the valve housing 48. the End face 54 adjoins the annular space 16 around the cylindrical outer surface 40 of the inner part 18.
Ein erster Durchgang, der generell mit dem Bezugszeichen 58 bezeichnet ist, verbindet die erste und die zweite Bohrung 52 bzw. 56. Der erste Durchgang 58 enthält eine dritte Axialbohrung 60, die von einer ersten und einer zweiten Querbohrung 62 bzw. 64 angeschnitten wird. Die Querbohrungen 62 und 64 schneiden auch die erste und die zweite Axialbohrung 52 bzw.56 an.A first passage, indicated generally by the reference numeral 58, connects the first and second the second bore 52 and 56. The first passage 58 contains a third axial bore 60, which is from a first and a second transverse bore 62 or 64 is cut. The cross bores 62 and 64 also cut the first and second axial bores 52 and 56, respectively.
Ein zweiter Durchgang, der generell mit 66 bezeichnet ist verbindet die zweite Bohrung 56 mit dem Auslaß 30. Der zweite Durchgang 66 enthält eine vierte axiale Bohrung 68, weiche die erste Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 24 mit dem Auslaß 30 verbindet Der zweite Durchgang 66 enthält weiterhin eine dritte Querbohrung 70, weiche die zweite und die vierte Axialbohrung 56 bzw. 68 anschneidetA second passage, indicated generally at 66, connects the second bore 56 with the Outlet 30. The second passage 66 contains a fourth axial bore 68, soft the first end face 54 of the Valve housing 24 connects to outlet 30. The second passage 66 further contains a third Transverse bore 70, which intersects the second and fourth axial bores 56 and 68, respectively
Diejenigen Enden der dritten und der vierten Axialbohrung 60 bzw. 68 und der ersten, zweiten und dritten Querbohrung 62, 64 bzw. 70, die in der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 oder in der Außenfläche 72 des Ventilgehäuses 48 münden, werden nach dem Bohren durch Stopfen 74 verschlossen, wie in F i g. 4 dargestellt istThose ends of the third and fourth axial bores 60 and 68 and the first, second and third transverse bore 62, 64 and 70, respectively, in the first end face 54 of the valve housing 48 or in the Outer surface 72 of the valve housing 48 open, are closed after drilling by plugs 74, as in F i g. 4 is shown
Ein erster Kolben 76 ist gleitbeweglich in der ersten Bohrung 52 angeordnet Der erste Kolben 76 hat einA first piston 76 is slidable in the first The first piston 76 has a bore 52 arranged
verbunden. Der Scherstift 82 kann bezeichnet werden als Mittel zum Festhalten des ersten Kolbens 76 in der ersten Stellung, bis eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren 78 des Innenteils 18 und der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48, d. h. dem Ringraum 16, einen ersten Wert erreicht, und zum Freigeben des eisten Kolbens 76, so daß er durch die Druckdifferenz in die zweite Stellung bewegt werden kann, wenn die Druckdifferenz den besagten ersten Wert erreicht.tied together. The shear pin 82 can be referred to as a means for retaining the first piston 76 in the first position until a pressure difference between the interior 78 of the inner part 18 and the first end face 54 of the valve housing 48, d. H. the annular space 16, reaches a first value, and to release the last Piston 76 so that it can be moved into the second position by the pressure difference when the Pressure difference reaches the said first value.
Der erste Kolben 76 enthält einen Abschnitt 83 von vermindertem Durchmesser zwischen seinem ersten und zweiten Ende 78 bzw. 80. Es ist sehr schwierig, eine lange Bohrung von relativ kleinem Durchmesser wie die erste Bohrung 52 so herzustellen, daß sie absolut gerade ist. Die Bohrung 52 hat üblicherweise irgendeine sehr geringfügige Krümmung oder sonstige Abweichung von der gewünschten geraden Linie. Der Abschnitt 83 des ersten Kolbens 76 mit vermindertem Durchmesser erteilt dem Kolben 76 hinreichende Flexibilität, so daß er sich geringfügig durchbiegen und sich an solche Abweichungen der Bohrung 52 anpassen kann, wenn sich der Kolben 76 zwischen seiner ersten und zweiten Stellung in der Bohrung 52 bewegt. Das bietet einen Vorteil gegenüber einem Kolben von konstantem Durchmesser, der stärker zum Klemmen in einer von der Geraden abweichenden Bohrung neigen würde.The first piston 76 includes a portion 83 of reduced diameter between its first and second ends 78 and 80, respectively. It is very difficult to make a long, relatively small diameter bore like the make first bore 52 so that it is absolutely straight. The bore 52 usually has some very large slight curvature or other deviation from the desired straight line. Section 83 of the First piston 76 with a reduced diameter gives the piston 76 sufficient flexibility so that he can bend slightly and adapt to such deviations in the bore 52, if piston 76 moves in bore 52 between its first and second positions. That offers you Advantage over a piston of constant diameter, which is more suitable for clamping in one of the straight line deviating bore would tend.
In der zweiten Bohrung 56 ist ein zweiter Kolben 84 gleitbeweglich angeordnet. Der zweite Kolben 84 weist ein erstes und ein zweites Ende 86 bzw. 88 auf. Das erste Ende 86 steht in Druckmittelverbindung mit dem ersten Durchgang 58, und das zweite Ende 88 steht in Dnickmittelverbindung mit der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses, welche an den Ringraum 16 angrenztA second piston 84 is slidably disposed in the second bore 56. The second piston 84 has first and second ends 86 and 88, respectively. The first end 86 is in fluid communication with the first Passage 58, and the second end 88 is in thickening communication with the first face 54 of the valve housing, which adjoins the annular space 16
Der zweite Kolben 84 ist zwischen einer ersten, in F i g. 4 dargestellten Stellung, weiche eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang 58 bzw. 66 gestattet und einer zweiten Stellung beweglich, die gegenüber der F i g. 4 dargestellten so nach rechts verschoben ist daß die dritte Querbohrung 70 abgesperrt wird. In der zweiten Stellung sperrt somit der zweite Kolben 84 den zweiten Durchgang 66 ab.The second piston 84 is between a first, in F i g. 4 position shown, soft a pressure medium connection between the first and second passages 58 and 66, respectively, and a second Movable position, which compared to the F i g. 4 shown is shifted to the right so that the third transverse bore 70 is blocked. In the second In this position, the second piston 84 blocks the second passage 66.
Der zweite Kolben 84 weist einen Mittelabschnitt 90 von vermindertem Durchmesser auf, so daß wenn der zweite Kolben in der ersten Stellung ist der erste und der zweite Durchgang 58 bzw. 66 über diese zweite Bohrung 56 um den in seinem Durchmesser verminder-The second piston 84 has a central portion 90 of reduced diameter, so that when the The second piston in the first position is the first and second passages 58 and 66, respectively, via this second one Bore 56 by the reduced diameter
ten Mittelabschnitt 90 des zweiten Kolbens 84 herum in Verbindung stehen.th center portion 90 of the second piston 84 are in communication.
Der zweite Kolben 84 ist in der ersten, in Fig.4 dargestellten Stellung durch einen (nicht dargestellten) Scherstift ähnlich dem Scherstift 82 mit dem Ventilgehäuse 48 verbunden. Der den zweiten Kolben 84 mit dem Ventilgehäuse 48 verbindende Scherstift kann auch bezeichnet "/erden als Mittel zum Festhalten des zweiten Kolbens 84 in der ersten Stellung, bis die Druckdifferenz zwischen dem Inneren 28 des Innenteils 18 und der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 einen zweiten Wert erreicht, der höher als der besagte erste Wert ist, und zum Freigeben des zweiten Kolbens 84, so daß er durch die Druckdifferenz in seine zweite Stellung bewegt werden kann, wenn die Druckdifferenz den besagten zweiten Wert erreicht.The second piston 84 is in the first, in Fig.4 position shown by a (not shown) shear pin similar to the shear pin 82 with the valve housing 48 connected. The shear pin connecting the second piston 84 to the valve housing 48 can also denotes "/ grounds" as a means of retaining the second piston 84 in the first position until the Pressure difference between the interior 28 of the inner part 18 and the first end face 54 of the valve housing 48 reaches a second value which is higher than said first value and for releasing the second piston 84, so that it can be moved to its second position by the pressure difference when the pressure difference reaches said second value.
Der erste und der zweite Kolben 76 bzw. 84 weisen jeder eine Mehrzahl von O-Ringen 92 zum Abdichten gegen die jeweiligen Bohrungen 52 bzw. 56 auf.The first and second pistons 76 and 84 each have a plurality of O-rings 92 for sealing against the respective bores 52 and 56.
Der zweite Kolben 84 weist eine äußere Ringnut auf, die einen Sprengring 94 enthält. Wenn der zweite Kolben 84 aus der in F i g. 4 dargestellten Stellung nach rechts in seine zweite Stellung verschoben ist, dehnt sich der Sprengring 94 aus und greift in eine Gegenbohrung 96, die konzentrisch zu der zweiten Bohrung 56 liegt und in der ersten Stirnfläche des Ventilgehäuses 24 endet. Das verriegelt den zweiten Kolben 84 in der besagten zweiten Stellung und isoliert das Innere 28 des Innenteils 18 dauernd und automatisch von dem ringförmigen Raum 22, wenn die Druckdifferenz den besagten zweiten Wert erreicht.The second piston 84 has an outer annular groove that contains a snap ring 94. When the second Piston 84 from the in F i g. 4 is shifted to the right in its second position shown, expands the snap ring 94 and engages in a counterbore 96 which is concentric to the second bore 56 and ends in the first end face of the valve housing 24. This locks the second piston 84 in the said second position and isolates the interior 28 of the inner part 18 permanently and automatically from the annular space 22 when the pressure difference reaches said second value.
In Fig. 5 sind Einzelheiten des Aufbaus der Gegenbohrung % dargestellt. Eine Schulter 98 zwischen der zweiten Bohrung 56 und der Gegenbohrung % ist unter einem Winkel 100 gegen eine zur Längsachse der Bohrung 56 senkrechten Ebene geschnitten. Der Winkel 100 ist vorzugsweise ungefähr 20°. Die Schulter 98 ist mit der Gegenbohrung 96 durch eine konische Fläche 102 verbunden, die unter einem Winkel 104 zur Längsachse der Gegenbohrung 56 geneigt ist. Der Winkel 104 ist vorzugsweise ungefähr 15°. Diese Konstruktion der Gegenbohrung 96 hat den Vorteil, daß der Sprengring 94 beim Verriegeln in der Gegenbohrung 96 unterstützt wird.In Fig. 5 details of the structure of the counterbore% are shown. A shoulder 98 between the second bore 56 and the counterbore% is at an angle 100 to the longitudinal axis of the Bore 56 cut vertical plane. The angle 100 is preferably about 20 °. The shoulder 98 is connected to the counterbore 96 by a conical surface 102 which is at an angle 104 to the The longitudinal axis of the counterbore 56 is inclined. The angle 104 is preferably about 15 °. These Construction of the counterbore 96 has the advantage that the snap ring 94 when locking in the counterbore 96 is supported.
Wie in F i g. 2C dargestellt ist, greift ein abschlagbarer Stopfen 106 in das Loch 50 in der Wandung des Innenteils 18 ein und sperrt dieses ab. Der abschlagbare Stopfen 106 enthält einen rohrförmigen Teil 108 mit einem Außengewinde 110, das in das Loch 50 eingreift. Der abschlagbare Stopfen 106 weist auch einen Ansatz 112 auf, der radial in das Innere 28 des Innenteils 18 vorspringt. Der abschlagbare Stopfen 106 ist so aufgebaut, daß der Ansatz 112 durch eine Kraft von oben abgebrochen oder abgeschert werden kann.As in Fig. 2C, a knock-off is engaged Plug 106 into the hole 50 in the wall of the inner part 18 and locks it off. The discountable one Plug 106 includes a tubular portion 108 with external threads 110 that engages hole 50. The stopper 106 which can be knocked off also has a shoulder 112 which extends radially into the interior 28 of the inner part 18 protrudes. The knock-off plug 106 is constructed so that the extension 112 by a force of Above can be broken off or sheared off.
Der Ansatz 112 wird im allgemeinen dadurch abgeschert daß ein Zementstopfen im Inneren der Verrohrung 12 und des Innenteils 18 hinuntergepumpt wird, oder dadurch, daß irgendein anderes Werkzeug oder ein Bohrstrang in die Verrohrung 12 hinabgelassen wird und den abschlagbaren Stopfen 106 trifft und den Ansatz 112 abschertThe boss 112 is generally sheared by placing a cement plug inside the Tubing 12 and core 18 is pumped down, or by some other tool or a drill string is lowered into the casing 12 and hits the knockable plug 106 and the Approach 112 shears off
Der abschlagbare Stopfen 106 ist so aufgebaut daß beim Abscheren des Ansatzes 112 dieses Abscheren in einem Punkt innerhalb des Loches 15 geschieht so daß keine scharfen Kanten in das Innere 28 des Innenteils 18 vorstehen, weiche durch die Verrohrung 12 bewegte Teile einschneiden könnten.The knock-off plug 106 is constructed so that when shearing off the approach 112 this shearing in a point within the hole 15 so that no sharp edges into the interior 28 of the inner part 18 protrude soft through the tubing 12 could cut moving parts.
Wenn der Ansatz 112 des abschlagbaren Stopfens 106 abgeschert ist, gestattet dies eine Druckmittelverbindung zwischen dem Inneren 28 und dem Einlaß 26 des Ventilgehäuses 48 durch den rohrförmigen Teil 50 des abschlagbarer·. Stopfens 106.When the shoulder 112 of the knock-off plug 106 has been sheared off, this allows a pressure medium connection between the interior 28 and the inlet 26 of the valve housing 48 through the tubular portion 50 of the discountable ·. Stopper 106.
Die Ventilanordnung 24 ist so aufgebaut, daß sie sehr leicht mit dem Innenteil 18 zusammengebaut werden kann. Die Ventilanordnung weist das zylinderringförmige Ventilgehäuse 48 mit der ersten Stirnfläche 54 und einer zweiten Stirnfläche 114 auf.The valve assembly 24 is constructed so that it can be assembled with the inner part 18 very easily can. The valve arrangement has the cylinder ring-shaped valve housing 48 with the first end face 54 and a second end face 114.
Eine zylindrische Innenfläche 116 des Ventilgehäuses 48 von konstantem Durchmesser verbindet die erste und die zweite Stirnfläche 54 bzw. 114. Die zylindrische Außenfläche 40 des Innenteils 48 ist eng von der zylindrischen Innenfläche 116 des Ventilgehäuses 48 umgeben. Diese zylindrische Außenfläche <M) des Innenteils 18 erstreckt sich über das erste und das zweite Ende 54 bzw. 114 des Ventilgehäuses 48 hinaus.An inner cylindrical surface 116 of the valve housing 48 of constant diameter connects the first and second faces 54 and 114, respectively. The cylindrical The outer surface 40 of the inner part 48 is closely spaced from the inner cylindrical surface 116 of the valve housing 48 surround. This cylindrical outer surface <M) of the inner part 18 extends over the first and the second End 54 or 114 of the valve housing 48 also.
Der Auslaß 30 der Ventilanordnung 24 umfaßt eine sich axial erstreckende Ringnut 118, die in der zweiten Stirnfläche 114 des Ventilgehäuses 48 gebildet ist. Die sich axial erstreckende Ringnut 118 bildet eine radial innere und eine radial äußere, axial sich erstreckende Zunge 120 bzw. 122, die konzentrisch zueinander verlaufen.The outlet 30 of the valve assembly 24 includes an axially extending annular groove 118 in the second End face 114 of the valve housing 48 is formed. The axially extending annular groove 118 forms a radial inner and radially outer, axially extending tabs 120 and 122, respectively, which are concentric with one another get lost.
Ein Teil 124 des unteren ringförmigen Packerschuhs 38 angrenzend an die zweite Stirnfläche 114 des Ventilgehäuses 48 liegt in radialem Abstand von der zylindrischen Außenfläche 40 des Innenieils 18 und bildet einen Ringkanal 126, der mit der Ringnut 118 des Auslasses 30 der Ventilanordnung 24 in Verbindung steht.A portion 124 of the lower annular packer shoe 38 adjacent the second face 114 of the Valve housing 48 is at a radial distance from the cylindrical outer surface 40 of the inner part 18 and forms an annular channel 126 which is connected to the annular groove 118 of the Outlet 30 of the valve assembly 24 is in communication.
Die innere Zunge 120 an der ersten Stirnseite 114 des Ventilgehäuses 48 ist mit der Außenfläche 40 des Innenteils 18 bei 128 verschweißt. Die radial äußere Zunge 122 der ersten Stirnfläche 114 des Ventilgehäuses 48 ist mit dem unteren ringförmigen Packerschuh 48 bei 130 verschweißt. Diese Konstruktion gewährleistet eine sichere Befestigung durch volle 8 mm-Kehlnahtschweißungen 128 und 130, während sich auch ein großer Strömungsquerschnitt durch den Schnitt der Ringnut 118 und des Ringkanals 126 ergibt.The inner tongue 120 on the first end face 114 of the Valve housing 48 is welded to outer surface 40 of inner part 18 at 128. The radially outer Tongue 122 of the first end face 114 of the valve housing 48 is welded to the lower annular packer shoe 48 at 130. This construction ensures a secure fastening through full 8 mm fillet welds 128 and 130, while there is also a large flow cross-section through the cut of the annular groove 118 and the ring channel 126 results.
Die erste Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 ist mit der zylindrischen Außenfläche 40 des Innenteils 18 bei 132 verschweißt. Die erste Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 liegt an einem unteren Anschlagring 134, der selbst bei 136 mit dem Innenteil 18 verschweißt ist.The first end face 54 of the valve housing 48 is with the cylindrical outer surface 40 of the inner part 18 at 132 welded. The first end face 54 of the valve housing 48 rests on a lower stop ring 134, the is welded to the inner part 18 even at 136.
Ein oberer Abschnitt des unteren Anschlagrings 134 liegt in radialem Abstand von der Außenfläche 40 des Innenteils 18 und bildet so einen Ringraum 138, der mit der ersten Stirnfläche 54 des Ventilgehäuses 48 und mit der ersten und der zweiten Bohrung 52 bzw. 56 in Verbindung steht. Eine Entlastungsbohrung 140 stellt eine Verbindung zwischen dem Ringraum 138 mit dem Ringraum 16 zwischen dem Innenteil 18 und dem Bohrloch 14 her.An upper portion of the lower stop ring 134 is at a radial distance from the outer surface 40 of the Inner part 18 and thus forms an annular space 138, which with the first end face 54 of the valve housing 48 and with the first and second bores 52 and 56, respectively. A relief hole 140 is a connection between the annular space 138 with the annular space 16 between the inner part 18 and the Borehole 14.
Der baukastenartige Aufbau der oben beschriebenen Packeranordnung 10 gestattet den Zusammenbau einer Vielzahl von verschiedenen Gewichtsbereichen der Packeranordnung unter Verwendung des gleichen Packers oder Blase 20 und der gleichen Ventilanordnung 24. Alles, was erforderlich ist ui« die Nenngröße der Packeranordnung 10 zu verändern, ist die Veränderung des Gewichts des Innenteils 18. Das vermindert erheblich die Herstellungskosten der Pakkeranordnung 10 im Vergleich zu vorbekannten Konstruktionen, bei denen die Ventilanordnung aus einem Stück mit einem Teil der Verrohrung oder des Innenteils hergestellt istThe modular construction of the packer arrangement 10 described above allows the assembly of a Variety of different weight ranges of the packer assembly using the same one Packers or bladder 20 and the same valve assembly 24. All that is required is the nominal size of the packer assembly 10 is to change the weight of the inner member 18. Das considerably reduces the manufacturing costs of the packer assembly 10 compared to previously known ones Constructions in which the valve assembly is integral with part of the tubing or the The inside is made
Die Wirkungsweise der Packeranordnung 10 ist wie folgt:The operation of the packer arrangement 10 is as follows:
Die Packeranordnung 10 wird aufgebaut und montiert, wie in den F i g. 1 und 4 dargestellt ist, mit dem ersten und dem zweiten Kolben 76 bzw. 84 in ihren ersten Stellungen, in denen sie durch die Schorstifte gehalten werden. Dann wird die Packeranordnung, wie in F i g. 1 dargestellt ist, als integraler Teil der Verrohrung 12 eingebaut und in das Bohrloch 14 abgesenkt, bis der Packer 20 sich an derjenigen Stelle befindet, in welcher der Ringraum 16 zwischen der Verrohrung 12 und dem Bohrloch 14 abgedichtet werden soll.The packer assembly 10 is constructed and assembled as shown in FIGS. 1 and 4 is shown with the first and second pistons 76 and 84 in their first positions in which they are held by the Schor pins being held. Then the packer assembly, as shown in FIG. 1 is shown as an integral part of the Casing 12 installed and lowered into the borehole 14 until the packer 20 is at that point is located in which the annular space 16 between the casing 12 and the borehole 14 is sealed shall be.
Um ein vorzeitiges Aufblähen des Packers oder der Blase 20 beim Absenken der Verrohrung in das Bohrloch 14 zu verhindern, sind das Loch 50 und der Einlaß 26 durch den abschlagbaren Stopfen 106 verschlossen.To prevent premature inflation of the packer or bladder 20 when the casing is lowered into the To prevent borehole 14, hole 50 and inlet 26 through knockable plug 106 locked.
Wenn einmal die Verrohrung in der richtigen StellungOnce the piping is in the right position
:_» ..f,A Aar· Dnol/β). OQ 2Uf^Sb!** h * ujf*rA.r>n cnll wirH Ηργ on Ansatz 112 des abschlagbaren Stopfens 106 abgeschert, so daß Druckmittel aus dem Inneren 28 des Innenteils 18 in den Einlaß 26 eintreten kann. : _ » ..F, A Aar · Dnol / β). OQ 2Uf ^ Sb! ** h * ujf * rA.r> n cnll wirH Ηργ on approach 112 of the knockable stopper 106 sheared off, so that pressure medium can enter the inlet 26 from the interior 28 of the inner part 18.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bleibt der erste Kolben 76 nach Entfernung des abschlagbaren Stopfens 106 in seiner ersten Stellung, bis eine Druckdifferenz an dem ersten Kolben, d. h. eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren 28 des Innenteils 18 und dem Ringraum 16, einen erster, vorgegebenen Wert erreicht, bei welchem de- Scherstift 82 seiner Konstruktion nach abschert. Bei pinem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht dieser erste Wert einer Druckdifferenz von 100 bar (±10 bar für 99% Wahrscheinlichkeit). In a preferred embodiment of the invention, the first piston 76 remains after removal of the knockable plug 106 in its first position until a pressure differential across the first piston, i.e. H. one Pressure difference between the interior 28 of the inner part 18 and the annular space 16, a first, predetermined A value reached at which the shear pin 82 shears off according to its construction. Preferred at pinem In the exemplary embodiment, this first value corresponds to a pressure difference of 100 bar (± 10 bar for 99% probability).
Wenn die Druckdifferenz diesen ersten Wert erreicht, schert der Scherstift 82 ab und gestattet eine Bewegung des ersten Kolbens 84 in seine zweite Stellung, so daß Druckmittel durch den ersten Durchgang 58, die zweite Bohrung 56 und den zweiten Durchgang 66 zum Auslaß 30 strömen kann. Das Druckmittel strömt durch den Auslaß 30, dann durch den Ringkanal 126 und dann durch den engen Ringspalt 142 zwischen dem unteren Packerschuh 38 und der Außenfläche 40 des Innenteils 18 zu dem ringförmigen Raum 22 zwischen der Blase 20 und dem Innenteil 18.When the pressure differential reaches this first value, the shear pin 82 shears and allows movement of the first piston 84 in its second position, so that pressure medium through the first passage 58, the second Bore 56 and the second passage 66 to the outlet 30 can flow. The pressure medium flows through the Outlet 30, then through the annular channel 126 and then through the narrow annular gap 142 between the lower Packer shoe 38 and the outer surface 40 of the inner part 18 to the annular space 22 between the bladder 20 and the inner part 18.
Wenn das Druckmittel unter Druck aus dem Inneren 28 des Innenteils 18 in den ringförmigen Raum 28 strömt, bläht es die Blase 20 auf aus der in F i g. 2A und 2B gezeigten, nicht-aufgeblähten Stellung in die aufgeblähte Stellung, die in F i g. 1 dargestellt ist.When the pressure medium is under pressure from the interior 28 of the inner part 18 into the annular space 28 flows, it inflates the bladder 20 from the in FIG. 2A and 2B to the non-inflated position shown in FIG inflated position shown in FIG. 1 is shown.
Der ringförmige Raum 22 bleibt in Druckmittelverbindung mit dem Inneren 28 des Kerns 18, bis die Druckdifferenz zwischen dem Inneren 28 und dem ringförmigen Raum 16 einen zweiten Wert erreicht, bei welchem der Sperrstift des zweiten Kolbens 84 nach seiner Konstruktion abschert und eine Bewegung des zweiten Kolbens 84 in seine zweite, ständig verriegelte Stellung gestattet Wenn der zweite Kolben 84 in seiner zweiten Stellung ist, ist der zweite Durchgang 66 ständig vom Inneren 28 des Innenteils 18 abgetrennt, so daß die Blase 20 ständig aufgebläht bleibt Der zweite Wert, bei wehhem der Scherstift des zweiieiu Kolbens abschert, ist höher als der erste Wert der Druckdifferenz. Bei einer bevorzugten Ausföhrungsfomn der vorliegenden Erfindung ist dieser zweite Wert 136 bar (±14 bar für 99% Wahrscheinlichkeit).The annular space 22 remains in fluid communication with the interior 28 of the core 18 until the Pressure difference between the interior 28 and the annular space 16 reaches a second value at which the locking pin of the second piston 84 shears after its construction and a movement of the second piston 84 in its second, permanently locked position when the second piston 84 in its second position, the second passage 66 is permanently separated from the interior 28 of the inner part 18, so that the Bladder 20 remains constantly inflated. The second value, at alas the shear pin of the two piston shears off, is higher than the first value of the pressure difference. In a preferred embodiment of the present invention According to the invention, this second value is 136 bar (± 14 bar for 99% probability).
Ein wichtiges Merkrni.i der vorliegenden Erfindung ist daß. wenn das zweite Ventil 84 sich aus sc'^sr erste» Stellung in seine zweite Stellung bewegt und dfcn zweiten Durchgang 66 absperrt, kein Druckmittelverlust aus dem ringförmigen Raum 22 auftritt. Das Volumen des zweiten Durchgangs 66, wenn sich der zweite Kolben 84 in der ersten Stellung von Fig.4 befindet, ist gleich dem Volumen des zweiten Durchgangs 66, wenn der zweite Kolben 84 in seiner zweiten Stellung ist, in welcher er den Durchgang 66 absperrt. Automatische Steuerventile für bekannte aufblasbare Packer enthalten Mittel zum automatischen Absperren der Druckmittelzufuhr zu dem aufblähbaren Packer. Diese bekannten Steuerventile haben aber üblicherweise einen Aufbau wie der nach US-PS 35 24 503 mit einem Schieberkolben, dessen eines Ende in Druckmittfllverbindung mit dem ringförmigen Raum 22 ist, so daß, wenn ein gewisser Druck in dem ringförmigen Raum 22 erreicht ist, der Schieberkolben in eine Schließstellung bewegt wird. Bei einer solchen bekannten Konstruktion bewirkt aber die Bewegung des Schieberkolb?"* in die zweite, geschlossene Stellung, daß das in Druckmittelverbindung mit der ringförmigen Kammer 22 stehende Ende des Schieberkolbens von dieser wegbewegt wird, so daß eine kleine Menge von Druckmittel aus dem ringförmigen Raum 22 verlorengeht. An important feature of the present invention is that. when the second valve 84 is made up of sc '^ sr first » Moved position to its second position and dfcn second passage 66 closes, no loss of pressure medium occurs from the annular space 22. The volume of the second passage 66 when the second piston 84 in the first position of FIG is equal to the volume of the second passage 66 when the second piston 84 is in its second Is the position in which he blocks the passage 66. Automatic control valves for known inflatable Packers contain means for automatically shutting off the supply of pressure medium to the inflatable packer. These known control valves usually have a structure like that according to US-PS 35 24 503 with a slide piston, one end of which is in pressure medium connection with the annular space 22, see above that when a certain pressure is reached in the annular space 22, the spool into a Closed position is moved. In such a known construction, however, the movement of the Spool? "* In the second, closed position, that the standing in pressure medium connection with the annular chamber 22 end of the slide piston of this is moved away so that a small amount of pressure medium from the annular space 22 is lost.
Bei den Anwendungen der vorliegenden Erfindung, bei denen das Druckmittel üblicherweise eine inkompressible Flüssigkeit wie Wasser oder Bohrschlamm ist und unter sehr hohem Druck in einer tiefen Ölbohrung steht, kann der Verlust auch einer sehr geringen Flüssigkeitsmenge, z. B. 1 cm3, einen erheblichen Druckabfall in dem ringförmigen Raum 22 hervorrufen. Da die Fähigkeit des aufgeblähten Packers 20 zum Abstützen einer Druckmittelsäule oberhalb des Packers in dem Ringraum 16 direkt von dem Aufblähdruck des ringförmigen Packers 20 abhängt, führt dieser Druckverlust innerhalb des ringförmigen Raumes 22 direkt zu einer geringeren Nennleistung des aufblähbaren Pakkers. In applications of the present invention where the pressure medium is usually an incompressible fluid such as water or drilling mud and is under very high pressure in a deep oil well, the loss of even a very small amount of fluid, e.g. B. 1 cm 3 , cause a considerable pressure drop in the annular space 22. Since the ability of the inflated packer 20 to support a pressure medium column above the packer in the annular space 16 is directly dependent on the inflation pressure of the annular packer 20, this pressure loss within the annular space 22 leads directly to a lower rating of the inflatable packer.
Obwohl die Ausführungsform der Erfindimg, wie sie in den F i g. 1 bis 5 dargestellt ist, gegenwärtig vorzuziehen ist, wurde auch eine andere Ausführungsform entwickelt, die in den F i g. 6 bis 8 dargestellt ist und einen zweiten Kolben ähnlich dem Schiebe-kolben der US-PS 35 24 503 enthält. Obwohl die Ausfün. ungsform nach F i g. 6 bis 8 in obenerörterten Nachteil einen Volumenverlust aus dem ringförmigen Raum 22 nach Schließen des zweiten Kolbens zeigt, bietet er nichtsdestoweniger viele andere wünschenswerte Merkmale der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 5.Although the embodiment of the invention as it in fig. 1-5 is presently preferable, another embodiment has also been developed which is shown in FIGS. 6 to 8 is shown and a second piston similar to the sliding piston of US-PS 35 24 503 contains. Although the five form according to FIG. 6 to 8 show a loss of volume from the annular space 22 in the disadvantage discussed above Closing the second piston shows it nonetheless offers many other desirable ones Features of the embodiment according to FIGS. 1 to 5.
Die Steuerventilanordnung der Fig.6 bis 8 ist generell mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet. F i g. 6 ist ein Schnitt ähnlich Fig.2C und zeigt nur die Steuerventilanordnung.The control valve arrangement of FIGS. 6 to 8 is designated generally by the reference number 200 . F i g. Fig. 6 is a section similar to Fig. 2C and shows only the control valve arrangement.
Die Steuerventilanordnung 200 enthält einen Innenteil 202 und ein Ventilgehäuse 204, das mit dem Innenteil 202 verbunden ist Das Ventilgehäuse 204 enthält einen Einlaß 206, welcher eine Verbindung des Ventilgehäuses 204 mit dem Inneren des rohrförmigen Teils 12 durch das Innere 208 des Innenteils 202 herstelltThe control valve assembly 200 includes an inner part 202 and a valve housing 204 connected to the inner part 202. The valve housing 204 includes an inlet 206 which communicates the valve housing 204 with the interior of the tubular member 12 through the interior 208 of the inner part 202
Das Ventilgehäuse 204 enthält weiterhin einen Auslaß 210 (siehe Fig.8) über welchen Druckmittel zu der Blase 20 geleitet wird. In dem Ventilgehäuse 204 ist eine erste Bohrung 212 angeordnet, welche eine Verbindung zwischen dem Einlaß 106 und dem Ringraum 16 zwischen dem rohrförmigen Teil 12 und dem Bohrloch 14 hersteilt Oie erste Bohrung 212 steht mit dem Rmgraum IfI über ein erstes Entlastungsloch 214 inThe valve housing 204 also contains an outlet 210 (see FIG. 8) via which pressure medium is passed to the bladder 20. In the valve housing 204 a first bore 212 is arranged, which establishes a connection between the inlet 106 and the annular space 16 between the tubular part 12 and the borehole 14. The first bore 212 communicates with the rim space IfI via a first relief hole 214 in FIG
Verbindung, das im wesentlichen radial in einer Wandung des Ventilgehäuses 204 vorgesehen istConnection which is provided essentially radially in a wall of the valve housing 204
In dem Ventilgehäuse 204 ist auch eine zweite Bohrung 216 vorgesehen, die nut dem Ringraum 16 über eic zweites Entlastungsloch 218 in Verbindung stehtA second bore 216 is also provided in the valve housing 204, which only extends over the annular space 16 A second relief hole 218 communicates
Ein erster Durtbgang 220 verbindet die erste und die zweite Bohrung 212 bzw. 210. Ein zweiter Durchgang 222 verbindet die zweite Bohrung 216 und den Auslaß 210.A first major passage 220 connects the first and the second bore 212 and 210, respectively. A second passage 222 connects the second bore 216 and the outlet 210.
In der ersten Bohrung 212 ist ein erster Kolben 224 angeordnet der ein erstes und ein zweites Ende 226 bzw. 228 aufweist die mit dem Einlaß 206 bzw. dem Ringraum 16 in Verbindung stehen. Der erste Kolben 224 ist zwischen einer ersten, in Fig.6 dargestellten Stellung, in welcher er den ersten Durchgang 222 absperrt und einer zweiten Stellung beweglich, bei welcher er in der Bohrung 212 nach oben verschoben ist und eine Druckmittelverbindung zwischen dem Einlaß 206 und dem ersten Durchgang 220 freigibtA first piston 224 is disposed in the first bore 212 and has a first and a second end 226 and 228 which are in communication with the inlet 206 and the annular space 16, respectively. The first piston 224 is between a first, shown in Fig.6 Position in which it closes off the first passage 222 and a second position is movable which it is displaced upward in the bore 212 and a pressure medium connection between the inlet 206 and the first passage 220 releases
In einer zweiten Bohrung 216 ist ein zweiter Kolben 230 angeordnet der ein erstes und ein zweites Ende 232 bzw. 234 aufweist die mit dem ersten Durchgang 220 bzw. dem Ringraum 16 in Verbindung sind, wenn der zweite Kolben 230, wie in Fig.8 dargestellt in seiner ersten Stellung ist Der zweite Kolben 230 ist in eineA second piston 230 is arranged in a second bore 216 and has a first and a second end 232 and 234 which are in communication with the first passage 220 and the annular space 16, respectively, when the second piston 230, as shown in Fig.8 in its The second piston 230 is in a first position zweite Stellung beweglich, die in der Bohrung 216 nach unten verschoben ist und in welcher er den zweiten Durchgang 222 absperrtsecond position movable in the bore 216 after is shifted down and in which he blocks the second passage 222
Der zweite Kolben 230 weist eine axiale Sacklochbohrung 236 auf, die mit dem zweiten Durchgang 222 in Verbindung steht, und eine Radialbohrung 238, weiche eine Verbindung zwischen der Sacklochbohrung 236 und dem ersten Durchgang herstellt wenn der zweite Kolben 230 in seiner ersten Stellung ist Wenn der zweite Kolben 230 in seine zweite Stellung bewegt wird, wird die Radialbohrung 238 aus der Fluchtung mit dem ersten Durchgang 220 bewegtThe second piston 230 has an axial blind hole 236 which is connected to the second passage 222 in Connection is, and a radial bore 238, soft establishes a connection between the blind hole 236 and the first passage when the second Piston 230 is in its first position When the second piston 230 is moved to its second position, the radial bore 238 is moved out of alignment with the first passage 220
Das erste Ende 232 des zweiten Kolbens 230, welches von dem Druckmitteldruck innerhalb sowohl des ersten als auch des zweiten Durchganges 220 bzw. 222 beaufschlagt ist, wenn sich der zweite Kolben 230 in seiner ersten Stellung befindet enthält das geschlossene Ende der Sacklochbohrung 236, wie in F i g. 8 angedeutet ist Es enthält auch die ringförmige Stirnfläche 240 am obersten Ende des zweiten Kolbens 230.The first end 232 of the second piston 230, which from the pressure medium pressure within both the first and the second passage 220 or 222 is acted upon when the second piston 230 is in its first position contains the closed end of the blind hole 236, as in FIG. 8 is indicated. It also contains the annular end face 240 at the top of the second piston 230.
Der erste und der zweite Kolben 224 bzw. 230 sind durch Scherstifte 242 bzw. 244 in ihren ersten Stellungen gehalten, die in gleicher Weise wirken wie die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von F i g. 1 bis 5 beschriebenen Scherstifte.The first and second pistons are 224 and 230, respectively held in their first positions by shear pins 242 and 244, which act in the same way as those in Connection with the embodiment of FIG. 1 to 5 described shear pins.
Claims (5)
einen Packer, der um eine zylindrische Außenfläche des Innenteils herum angeordnet ist und einen aufblähbaren Teil enthält, undt. Packer arrangement with inflatable packer for sealing annular spaces in boreholes, containing; a cylindrical inner part,
a packer disposed around an outer cylindrical surface of the inner part and including an inflatable part, and
(i) der zweite Kolben (84)Passage (58) closes and (h 2 ) in its second position a pressure medium connection between the inlet (26) and the first passage (58) releases and
(i) the second piston (84)
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