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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aufweitsystem zum radialen
Aufweiten eines rohrförmigen
Elementes von einem ersten Innendurchmesser auf einen zweiten Innendurchmesser, der
größer als
der erste Innendurchmesser ist. Das Aufweiten von rohrförmigen Elementen
findet zunehmend in der Industrie der Kohlenwasserstofffluidförderung
aus einer Erdformation Anwendung, bei welcher Bohrlöcher gebohrt
werden, um eine Leitung für Kohlenwasserstofffluid
zu schaffen, das aus einer Reservoirzone zu einer Produktionseinrichtung
zur Oberfläche
strömt.
Konventionellerweise werden solche Bohrlochabschnitte während des
Bohrens des Bohrloches mit mehreren rohrförmigen Auskleidungsabschnitten
versehen. Da jeder nachfolgende Auskleidungsabschnitt durch einen
vorher installierten Auskleidungsabschnitt hindurchgehen muß, haben
die verschiedenen Auskleidungsabschnitte in Richtung nach unten
abnehmenden Durchmesser, was zu der bekannten Nestanordnung der
Auskleidungsabschnitte führt.
Somit nimmt der verfügbare Durchmesser
für die
Förderung
von Kohlenwasserstofffluid mit der Tiefe ab. Dies kann zu technischen und/oder
wirtschaftlichen Nachteilen führen,
speziell bei tiefen Bohrlöchern,
bei denen eine relativ große Anzahl
von verschiedenen Auskleidungsabschnitten installiert wird.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits Praxis, ein Auskleidungsschema
anzuwenden, bei dem individuelle Auskleidungen radial aufgeweitet
werden, nachdem sie im Bohrloch installiert worden sind. Ein solches
Auskleidungsschema führt
in den untersten Auskleidungsabschnitten zu weniger Reduzierung
des verfügbaren
Durchmessers.
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Im
allgemeinen erfolgt der Aufweitvorgang durch Ziehen, Pumpen oder
Drücken
eines Aufweiterkonus durch das rohrförmige Element (wie einen Auskleidungsabschnitt),
nachdem das rohrförmige Element
in das Bohrloch abgesenkt worden ist. Die Kräfte, die erforderlich sind,
um den Aufweiterkonus durch das rohr förmige Element zu bewegen, können jedoch
extrem hoch sein, da eine solche Kraft die kumulierten Aufweitkräfte, die
notwendig sind, um das rohrförmige
Element plastisch zu verformen, und die Reibungskräfte zwischen
dem Aufweiterkonus und dem rohrförmigen
Element überwinden
muß.
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Das
EP-0643794-A offenbart ein System zum Aufweiten eines rohrförmigen Elementes
unter Verwendung eines Werkzeuges, das zwischen einem radial zurückgezogenen
Modus und einem radial aufgeweiteten Modus bewegbar ist. Das rohrförmige Element
wird in Zyklen aufgeweitet, wobei in jedem Zyklus das Werkzeug in
einem Teil des rohrförmigen Elementes
positioniert wird, während
sich das Werkzeug in dem zurückgezogenen
Modus befindet, und nachfolgend das Werkzeug aufgeweitet wird, wodurch
der rohrförmige
Elementteil ebenfalls aufgeweitet wird. Danach wird das Werkzeug
in dem rohrförmigen
Element genau repositioniert, bevor der Aufweitungszyklus wiederholt
werden kann. Eine solche genaue Repositionierung des Werkzeuges
ist schwierig und zeitaufwendig.
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Das
US 2003/075339-A1 offenbart ein Verfahren, mit welchem ein rohrförmiges Element
in einem Bohrloch unter Verwendung eines Aufweiters radial aufgeweitet
wird, der aus einem zurückgezogenen
Modus in einen aufgeweiteten Modus bewegt wird, um das rohrförmige Element
aufzuweiten, und aus dem aufgeweiteten Modus in den zurückgezogenen
Modus bewegt wird.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Aufweitsystem zu schaffen,
welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum radialen Aufweiten eines rohrförmigen Elementes
geschaffen, das einen nicht aufgeweiteten Abschnitt mit einem ersten
Durchmesser hat, unter Verwendung eines Aufweiters, der zwischen
einem radial zurück gezogenen
Modus und einem radial aufgeweiteten Modus bewegbar ist, wobei der
Aufweiter betätigbar
ist, um das rohrförmige
Element von dem ersten Innendurchmesser auf einen zweiten Innendurchmesser,
der größer als
der erste Innendurchmesser ist, durch eine Bewegung des Aufweiters
aus dem radial zurückgezogenen
Modus in den radial aufgeweiteten Modus desselben aufzuweiten, wobei der
Aufweiter einen Kontaktabschnitt mit einem Durchmesser aufweist,
der größer als
der erste Innendurchmesser ist, wenn sich der Aufweiter in dem radial
zurückgezogenen
Modus befindet, und wobei dieser Kontaktabschnitt so ausgebildet
ist, daß er eine
Axialbewegung des Aufweiters durch den nicht aufgeweiteten Teil
des rohrförmigen
Elementes verhindert, wenn sich der Aufweiter in dem radial zurückgezogenen
Modus befindet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- a) Anordnen des Aufweiters innerhalb des rohrförmigen Elementes;
- b) Bewegen des Aufweiters aus dem zurückgezogenen Modus in den aufgeweiteten
Modus desselben, um das rohrförmige
Element aufzuweiten;
- c) Bewegen des Aufweiters aus dem aufgeweiteten Modus in den
zurückgezogenen
Modus desselben;
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren
ferner die Schritte aufweist: - d) Gestatten
einer Axialbewegung des Aufweiters durch das rohrförmige Element
unter der Wirkung einer auf den Aufweiter ausgeübten Axialkraft, bis eine weitere
Bewegung dadurch verhindert wird, daß sich der Aufweiter im zurückgezogenen
Modus befindet und der Kontaktabschnitt an der Innenfläche des
rohrförmigen
Elementes angreift; und
- e) Wiederholen der Schritte b)–d), bis der Aufweiter das
rohrförmige
Element oder einen erwünschten
Abschnitt desselben von dem ersten Durchmesser auf den zweiten Durchmesser
auf geweitet hat.
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Der
Ausdruck „nicht
aufgeweiteter Teil" des rohrförmigen Elementes
soll sich auf einen Teil des rohrförmigen Elementes beziehen,
der auf einen größeren Durchmesser
aufgeweitet wird. Somit soll unter dem Ausdruck „nicht aufgeweiteter Teil" ein Teil verstanden
werden, der einer Aufweitung noch nicht unterworfen wurde, oder
ein Teil, der bereits einer Aufweitung unterworfen war.
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Mit
dem Verfahren gemäß der Erfindung
wird erreicht, daß der
Aufweiter nicht mehr länger
nach jedem Aufweitungszyklus genau repositioniert werden muß. Durch
einfaches Ausüben
einer Radialkraft moderater Größe auf den
Aufweiter (wenn dieser im zurückgezogenen
Modus ist) in Richtung der Aufweitung des rohrförmigen Elementes, bewegt sich
der Aufweiter vorwärts,
bis der Kontaktabschnitt die Innenfläche des rohrförmigen Elementes
kontaktiert. Der Aufweiter wird dadurch automatisch repositioniert,
um den nächsten
Aufweitungszyklus auszuführen.
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Eine
solche Axialkraft moderater Größe wird zweckmäßig durch
das Gewicht des Aufweiters bereitgestellt, indem ein mit dem Aufweiter
verbundenes Gestänge
gezogen wird, oder durch irgendwelche anderen geeigneten Mittel,
die mit dem Aufweiter verbunden sind, wie eine Zieheinrichtung,
ein Gewichtselement oder ein Bohrgestänge. Auch die Kraft eines Fluidstromes,
der sich entlang des Aufweiters bewegt, oder eine Düsenwirkung
aus einem Fluidstrom, der aus dem Aufweiter während der Bewegung in den zurückgezogenen
Modus ausgestoßen wird,
kann eine ausreichende Kraft zum Vorwärtsbewegen des Aufweiters bereitstellen.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Aufweiter eine Aufweitfläche,
die sich in axialer Richtung erstreckt und so betätigbar ist,
daß sie
sich radial auswärts
bewegt, um das rohrförmige
Element während
der Bewegung des Aufweiters aus dem zurückgezogenen Modus in den aufgeweiteten
Modus desselben aufzuweiten, wobei die Aufweitfläche in axialer Richtung variierenden
Durchmesser hat.
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Zweckmäßig hat
der Kontaktabschnitt des Aufweiters eine Außenfläche, die mit der Aufweitfläche koinzidiert.
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Der
Durchmesser der Aufweitfläche
nimmt vorzugsweise in axialer Richtung kontinuierlich zu. Beispielsweise
kann die Aufweitfläche
eine geneigte Fläche,
eine kegelstumpfförmige
Fläche,
eine konvexe Fläche
oder eine stufenförmig
verjüngte
Fläche oder
konvexe Fläche
sein.
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Um
sicherzustellen, daß das
rohrförmige Element
in gleichmäßiger Weise
aufgeweitet wird, wird es bevorzugt, daß die Aufweitfläche so ausgebildet
ist, daß sie
sich über
ihre Länge
während
einer Bewegung des Aufweiters aus dem zurückgezogenen Modus in den aufgeweiteten
Modus desselben in im wesentlichen gleichmäßiger Weise radial auswärts bewegt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat
der Aufweiter einen Aufweiterkörper,
der eine Vielzahl von Körpersegmenten
aufweist, die über
den Umfang des Aufweiterkörpers
beabstandet sind, wobei sich jedes Segment in der Längsrichtung
des Aufweiters erstreckt und zwischen einer radial zurückgezogenen
Position und einer radial aufgeweiteten Position bewegbar ist.
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Der
Aufweiterkörper
ist zweckmäßig mit
einer Vielzahl von Längsschlitzen
versehen, die über den
Umfang des Aufweiterkörpers
beabstandet sind, wobei sich jeder Schlitz zwischen einem Paar von
benachbarten Körpersegmenten
erstreckt. Jedes Körper segment
ist beispielsweise an beiden Enden desselben integral mit dem Aufweiterkörper ausgebildet.
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Der
Aufweiterkörper
ist vorzugsweise ein rohrförmiger
Aufweiterkörper,
wobei der Aufweiter eine aufweitbare Fluidkammer aufweist, die innerhalb
des rohrförmigen
Aufweiterkörpers
angeordnet ist, um bei einem Aufweiten der Fluidkammer jedes Körpersegment
radial auswärts
zu bewegen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel detaillierter unter
Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1A schematisch
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
eines Aufweiters zur Verwendung in dem System gemäß der Erfindung;
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1B schematisch
einen Querschnitt 1B-1B nach 1A;
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2A schematisch
eine Seitenansicht des Aufweiters nach den 1A und 1B,
wobei eine zusätzliche
Hülse an
dem Aufweiter befestigt ist;
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2B schematisch
einen Querschnitt nach der Linie 2B-2B in 2A;
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3 schematisch
eine Seitenansicht einer ersten alternativen Ausführungsform
des Aufweiters zur Verwendung in dem System gemäß der Erfindung;
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4 schematisch
einen Querschnitt nach der Linie 2B-2B in 3;
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5 schematisch
einen Längsschnitt
einer zweiten alternativen Ausführungsform
des Aufweiters zur Verwendung in dem System der Erfindung;
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6A schematisch
einen Querschnitt 6-6 nach 5, wenn
der Aufweiter im zurückgezogenen
Modus ist;
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6B schematisch
einen Querschnitt 6-6 nach 5, bei welchem
der Aufweiter im aufgeweiteten Modus ist;
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6C schematisch
das Detail A nach 6A; und
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7A–E schematisch
verschiedene Schritte während
der normalen Verwendung des Aufweiters nach 1.
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In
den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten.
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Unter
Bezugnahme auf die 1A und 1B ist
in diesen ein Aufweiter 1 mit einem aus Stahl bestehenden
rohrförmigen
Aufweiterkörper 2 mit
einem ersten Ende 3 und einem zweiten Ende 4 gezeigt.
Der Aufweiterkörper 2 umfaßt einen
zylindrischen Abschnitt 2a, einen zylindrischen Abschnitt 2b und
einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 2c, der zwischen den zylindrischen Abschnitten 2a und 2b angeordnet
ist. Der kegelstumpfförmige
Abschnitt 2c erweitert sich in Richtung vom ersten Ende 3 zum zweiten
Ende 4, von einem Durchmesser D1 auf einen Durchmesser
D2, der größer als
der Durchmesser D1 ist. Die zylindrischen Abschnitte 2a, 2b haben einen
Durchmesser im wesentlichen gleich groß D1. Eine Vielzahl von schmalen
Längsschlitzen 6 ist
in dem Aufweiterkörper 2 vorgesehen,
wobei die Schlitze gleichmäßig über den
Umfang des Aufweiterkörpers 2 beabstandet
sind. Jeder Schlitz 6 erstreckt sich radial durch die gesamte
Wand des rohrförmigen Aufweiterkörpers 2 und
hat gegenüberliegende
Enden 7, 8, die in einem kleinen Abstand von den
ent sprechenden Enden 3, 4 des Aufweiterkörpers 2 liegen.
Die Schlitze 6 definieren eine Vielzahl von Körperlängssegmenten 10,
die entlang des Umfanges des Aufweiterkörpers 2 beabstandet
sind, wobei sich jeder Schlitz 6 zwischen einem Paar von
benachbarten Körpersegmenten 10 erstreckt
(und umgekehrt). Durch ihre langgestreckte Gestalt und elastischen
Eigenschaften können
die Körpersegmente 10 durch radiales
Auswärtsbiegen
bei Aufbringen einer entsprechenden Radiallast auf die Körpersegmente 10 elastisch
verformt werden. Somit ist der Aufweiter 1 aus einem radial
zurückgezogenen
Modus, in welchem sich jedes der Körpersegmente 10 in
seiner Ruheposition befindet, auf einen radial aufgeweiteten Modus
aufweitbar, in welchem jedes Körpersegment 10 bei
Aufbringen der Radiallast auf das Körpersegment 10 radial
nach außen
gebogen ist.
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Der
Aufweiter umfaßt
ferner zylindrische Endverschlüsse 12, 14,
die so ausgebildet sind, daß sie
die entsprechenden Enden 3, 4 des Aufweiterkörpers 2 verschließen, wobei
jeder Endverschluß 12, 14 mit
dem Aufweiterkörper 2 beispielsweise
durch geeignete Bolzen (nicht gezeigt) fest verbunden ist. Der Endverschluß 12 ist
mit einer Durchtrittsöffnung 15 versehen.
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Ein
auweitbares Element in Form eines elastomeren Balgens 16 ist
innerhalb des rohrförmigen Aufweiterkörpers 2 angeordnet.
Der Balgen 16 hat eine zylindrische Wand 18, die
sich gegen die Innenfläche
des rohrförmigen
Aufweiterkörpers 2 abstützt, und
gegenüberliegende
Wände 20, 22,
die an den entsprechenden Endverschlüssen 12, 14 anliegen, wodurch
eine Fluidkammer 23' innerhalb
des Balgens 16 gebildet wird. Die Endwand 20 ist
gegen den Endverschluß 12 abgedichtet
und hat eine Durchtrittsöffnung 24,
die mit der Durchtrittsöffnung 15 des Endverschlusses 12 fluchtet
und in Fluidverbindung steht. Eine Fluidleitung 26 ist
an einem ihrer Enden mit der Fluidkammer 23 über entsprechende
Durchtrittsöffnungen 15, 24 in
Fluidverbindung. Die Fluidleitung 26 ist am anderen Ende
derselben mit einem Fluidsteuerungssystem (nicht gezeigt) zur Steuerung des
Einströmens
von Fluid in die Fluidkammer 23 und des Ausströmens von
Fluid aus der Fluidkammer 23 in Fluidverbindung.
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In
den 2A und 2B ist
der Aufweiter 1 gezeigt, bei dem eine rohrförmige Hülse 28 konzentrisch über den
zylindrischen Abschnitt 2a des Aufweiters 1 positioniert
ist, wobei die Hülse 28 mit
einer Endplatte 29 versehen ist, die an den Endverschluß 14 angebolzt
ist. Die Hülse 28 hat
einen Innendurchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser
des zylindrischen Abschnittes 2a des Aufweiters 1 ist.
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In
den 3 und 4 ist eine erste alternative
Aufweiterausführung 31,
einschließlich
eines aus Stahl bestehenden rohrförmigen Aufweiterkörpers 32 mit
einem ersten Ende 33 und einem zweiten Ende 34 gezeigt.
Der Aufweiter 30 ist weitgehend ähnlich dem Aufweiter 1 nach
den 1 und 2,
außer,
daß der
Aufweiterkörper 32 zwei
kegelstumpfförmige
Abschnitte 32, 32b aufweist, die zwischen den
entsprechenden zylindrischen Abschnitten 32c, 32d angeordnet
sind. Die kegelstumpfförmigen
Abschnitte sind in Richtung von den entsprechenden Enden 33, 34 gegen
die Mitte des Aufweiters 31 geneigt, von einem Durchmesser
D1 auf einen Durchmesser D2, der größer als D1 ist. Die zylindrischen
Abschnitte 32c, 32d haben einen Durchmesser im
wesentlichen gleich D1.
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In 5 ist
eine zweite alternative Aufweiterausführung 41, einschließlich eines
rohrförmigen Aufweiterkörpers 42,
der in einem teilweise aufgeweiteten rohrförmigen Element 43 angeordnet
ist, gezeigt. Der Aufweiterkörper 42 umfaßt eine
Vielzahl von gesonderten langgestreckten Stahlsegmenten 46,
die entlang des Umfanges des Aufweiterkörpers 42 regelmäßig beabstandet
sind. Der Aufweiterkörper 42 umfaßt einen
zylindrischen Abschnitt 42a, einen zylindrischen Abschnitt 42b und
einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 42c, die zwischen den entsprechen den Abschnitten 42a und 42b angeordnet sind.
Der kegelstumpfförmige
Abschnitt verläuft
von einem Durchmesser D1 auf einen Durchmesser D2 geneigt, der größer als
D1 ist. Die Endplatten 47, 48 sind mit entsprechenden
ringförmigen
Anschlagschultern 50, 52 versehen und an gegenüberliegenden
Enden des Aufweiterkörpers 42 angeordnet,
um die Segmente 46 an Ort und Stelle zu halten. Die Segmente 46 können zwischen
einer radial einwärtigen
Position (in der oberen Hälfte
von 5 gezeigt) und einer radial auswärtigen Position
(in der unteren Hälfte
von 5 gezeigt) bewegt werden, wobei die maximale radiale
auswärtige
Position der Segmente 46 durch die ringförmigen Anschlagschultern 50, 52 bestimmt
wird. Somit nimmt der Aufweiter 41 einen radial zurückgezogenen
Modus ein, wenn die Segmente 46 in ihrer entsprechenden
radial einwärtigen Position
sind, und einen radial aufgeweiteten Modus, wenn die Segmente 46 in
ihrer entsprechenden radial auswärtigen
Position sind.
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Die
Endplatten 47, 48 haben entsprechende zentrale Öffnungen 56, 56,
durch welche eine Fluidleitung 54 verläuft, wobei die Endplatten 47, 48 mit der
Leitung 54 fix verbunden sind. Eine Vielzahl von Öffnungen 58 ist
in der Wand der Fluidleitung 54 vorgesehen, die zwischen
den Endplatten 47, 48 liegen.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 6A, 6B ist
ein Aufweiter 41 gezeigt, der sich im nicht aufgeweiteten
Modus (6A) und im aufgeweiteten Modus
(6B) befindet. Die Reihe von Segmenten 46 umfaßt die Segmente 46a und
Segmente 46b, die einander in Umfangsrichtung des Aufweiterkörpers 42 abwechseln.
Jedes Segment 46a ist am Außenumfang desselben mit einem
Paar von gegensinnig angeordneten Lippen 60 versehen, und
jedes Segment 46b ist am Außenumfang desselben mit einem Paar
von entgegengerichteten Rücksprüngen 62 versehen,
wobei sich jede Lippe 60 eines Segmentes 46a in
einen entsprechenden Rücksprung 62 des
benachbarten Segmentes 46b erstreckt. Der Klarheit halber
sind nicht alle Segmente 46a, 46b in den 6A, 6B gezeigt.
Die Segmente jedes Paares von benachbarten Segmenten 46a, 46b sind durch
einen langgestreckten Elastomerkörper 64 verbunden,
der an die Segmente 46a, 46b des Paares anvulkanisiert
ist. Die Elastomerkörper 64 spannen die
Segmente 46 in ihre entsprechenden radial einwärtigen Positionen
vor und dichten die Räume
ab, die zwischen den Segmenten 46 gebildet sind.
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Außerdem sind
die Segmente 46 an die Endplatten 47, 48 durch
ein Elastomer angesiegelt, das an die Segmente 46 und an
die Endplatten 47, 48 anvulkanisiert ist, so daß eine versiegelte
Fluidkammer 66 in dem Raum gebildet wird, der durch die
Segmente 46 und die Endplatten 47, 48 umschlossen
ist.
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In 6C ist
das Detail A von 6A gezeigt, wobei angedeutet
ist, daß jede
Lippe 60 mit einer Schulter 70 versehen ist, und
der entsprechende Rücksprung 62,
in welchen sich die Lippe 60 erstreckt, mit einer Schulter 72 ausgestattet
ist, wobei die Schultern 70, 72 so angeordnet
sind, daß sie
zusammenwirken, um zu verhindern, daß sich die Lippe 60 aus
dem entsprechenden Rücksprung 62 herausbewegt,
wenn der Aufweiter 41 radial aufgeweitet wird.
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Die
normale Verwendung des Aufweiters 61 (in den 1A, 1B gezeigt)
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 7A–7D erläutert, die
verschiedene Stadien des Aufweitungszyklus während des Aufweitens eines
aus Stahl bestehenden rohrförmigen
Elementes 40 zeigen, das sich in ein Bohrloch (nicht gezeigt)
erstreckt, welches in einer Erdformation geformt ist, wobei der
Aufweiter in dem rohrförmigen
Element 40 positioniert ist, und die Leitung 26 sich
durch das rohrförmige
Element 40 zu dem Fluidsteuerungssystem an der Oberfläche erstreckt.
Der größte Außendurchmesser
D2 des Aufweiters 1 im nicht aufgeweiteten Zustand ist
größer als
der Innendurchmesser d1 des rohrförmigen Elementes 40 vor
dessen Aufweitung.
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In
einer ersten Stufe (7A) des Aufweitungszyklus wird
der Aufweiter 1 in dem rohrförmigen Element 40 positioniert,
wobei sich der Aufweiter 1 in dem radial zurückgezogenen
Modus befindet. Das rohrförmige
Element 40 hat einen aufgeweiteten Teil 40a mit
einem Innendurchmesser d2 an der großdurchmeßrigen Seite des Aufweiters 1,
einen nicht aufgeweiteten Teil 40b mit dem Innendurchmesser d1
an der kleindurchmeßrigen
Seite des Aufweiters 1, und eine Übergangszone 40c,
die schräg
von dem nicht aufgeweiteten Teil 40b zu dem aufgeweiteten Teil 40a verläuft. Ein
Teil des kegelstumpfförmigen Abschnittes 2c des
Aufweiters 1 ist mit der Innenfläche der verjüngten Übergangszone 40c des
rohrförmigen
Elementes 40 in Kontakt.
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In
einer zweiten Stufe (7B) des Aufweitungszyklus wird
das Fluidsteuerungssystem betätigt,
um Druckfluid, z.B. Bohrfluid, über
die Leitung 26 in die Fluidkammer 23 des Balgens 16 zu
pumpen. Als Ergebnis wird der Balgen 16 aufgeweitet und übt dadurch
einen Druck radial nach außen
gegen die Körpersegmente 10 aus,
die dadurch durch radiales Auswärtsbiegen
elastisch verformt werden. Das Volumen des in den Balgen gepumpten
Fluids wird derart gewählt,
daß eine
Verformung der Körpersegmente 10 unterhalb
der Elastizitätsgrenze
bleibt. Somit kehren die Körpersegmente 10 in
ihre ursprünglichen
Positionen zurück,
nachdem der Fluiddruck in dem Balgen 16 aufgehoben ist.
Das Ausmaß des
radialen Auswärtsbiegens
der Körpersegmente 10 ist relativ
zur Differenz zwischen d2 und d1 klein. Somit wird der Aufweiter 1 durch
Pumpen einer ausgewählten
Fluidmenge in den Balgen 16 aus dem radial zurückgezogenen
Modus in den radial aufgeweiteten Modus aufgeweitet. Als Folge davon
werden die verjüngte Übergangszone 40c und
ein kurzer Abschnitt des nicht aufgeweiteten Teiles des rohrförmigen Elementes 40 durch
den Aufweiter 1 radial aufgeweitet, wobei das Ausmaß der Aufweitung
dem Ausmaß des radialen
Auswärtsbiegens
der Körpersegmente 10 entspricht.
Ein derartiges radiales Aufweiten des rohrförmigen Elementes 40 erfolgt
im plastischen Bereich, da das rohrförmige Element 40 Umfangsspannungen
unterliegt, die über
den elastischen Bereich des Stahls des rohrförmigen Elementes 40 hinausgehen.
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In
einer dritten Stufe (7C) des Aufweitungszyklus wird
das Fluidsteuerungssystem betätigt,
um den Fluiddruck in dem Balgen 16 aufzuheben, damit Fluid
aus der Fluidkammer 23 zurück zum Steuerungssystem strömen kann.
Der Balgen 16 wird dadurch entlastet, und die Körpersegmente 10 bewegen
sich in ihre ursprüngliche
nicht verformte Gestalt zurück,
so daß der
Aufweiter 1 in den radial nicht aufgeweiteten Modus zurückkehrt.
Als Ergebnis tritt ein schmaler Ringraum 42 zwischen dem
kegelstumpfförmigen
Teil 2c des Aufweiterkörpers 2 und der
Innenfläche
der aufgeweiteten Übergangszone 40c des
rohrförmigen
Elementes 40 auf.
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In
einer vierten Stufe (7D) des Aufweitungszyklus wird
der Aufweiter 1 vorwärtsbewegt (d.h.
in Richtung des Pfeiles 80), bis der kegelstumpfförmige Abschnitt 2c des
Aufweiters 1 wieder in Kontakt mit der Innenfläche der
verjüngten Übergangszone 40c des
rohrförmigen
Elementes 40 kommt, wodurch der Ringraum 42 verschwindet.
Die Körpersegmente 10,
sofern sie noch nicht vollständig
in ihre ursprüngliche
nicht verformte Gestalt zurückgekehrt sind,
bewegen sich infolge des Ziehens oder Drückens gegen die Innenfläche des
rohrförmigen
Elementes 40 in ihre ursprüngliche nicht verformte Gestalt
zurück.
Eine Vorwärtsbewegung
des Aufweiters 1 wird erreicht, indem moderate Zieh- oder
Druckkräfte
auf die Fluidleitung 26 an der Oberfläche ausgeübt werden.
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Als
nächstes
wird die zweite Stufe wiederholt (7E), gefolgt
von der Wiederholung der dritten und der vierten Stufe. Der Zyklus
der zweiten Stufe, der dritten Stufe und der vierten Stufe wird
dann sooft wiederholt, wie dies erforderlich ist, um das gesamte rohrförmige Element 40 oder
falls erwünscht,
einen Teil desselben aufzuweiten.
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Der
Normalgebrauch des ersten alternativen Aufweiters 31 (gezeigt
in den 3, 4) ist ähnlich dem Normalgebrauch des
vorstehend beschriebenen Aufweiters 1. Ein zusätzlicher
Vorteil des ersten alternativen Aufweiters 31 ist, daß bei einer
Bewegung des Aufweiters 31 aus dem radial zurückgezogenen
Modus in den radial aufgeweiteten Modus eine radiale Auswärtsverformung
jedes Körpersegmentes 10 über der
Länge des
Körpersegmentes 10 gleichmäßiger auftritt.
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Der
Normalgebrauch des zweiten alternativen Aufweiters 41 (gezeigt
in den 5, 6A, 6B) ist
im wesentlichen ähnlich
dem Normalgebrauch des Aufweiters 1, wie vorstehend beschrieben,
außer,
daß in
der zweiten Stufe jedes Aufweitungszyklus Druckfluid aus dem Fluidsteuerungssystem über die
Leitung 54 und die Öffnungen 58 in
die abgedichtete Fluidkammer 66 statt in den Balgen 16 wie
bei der Ausführungsform
der 1, 2 gepumpt wird.
Bei der Druckbeaufschlagung der Fluidkammer 66 werden die
langgestreckten Stahlsegmente 46 radial nach außen vorgespannt,
bis sie von den Anschlagschultern 50, 52 gestoppt
werden. Somit wird die radial äußerste Position
der Segmente 46 durch die ringförmigen Anschlagschultern 50, 52 bestimmt, wodurch
eine gleichmäßige radiale
Aufweitung des rohrförmigen
Elementes 40 in Umfangsrichtung sichergestellt wird. Die
radiale Auswärtsbewegung
der Segmente 46 bewirkt eine Vergrößerung des Abstandes zwischen
den Segmenten 46, was wiederum zu einem Strecken der Elastomerkörper 64 in
Umfangsrichtung führt,
welche die Segmente 46 verbinden. Außerdem bewegt sich während der
Auswärtsbewegung
der Segmente 46 die Lippe 60 jedes Segmentes 46a allmählich aus
dem entsprechenden Rücksprung 62 des
benachbarten Segmentes 46b, so daß der Fluiddruck in der Fluidkammer 66 über die
Elastomerkörper
zu den Teilen der Lippen 60 transferiert wird, die aus
den entsprechenden Rück sprüngen 62 herausbewegt
wurden. Es wird dadurch erreicht, daß der Fluiddruck P in der Fluidkammer 66 als
fiktive Innenfläche
der Fluidkammer 66 mit einem Durchmesser wirkt, der dem
Innendurchmesser der Lippen 60 entspricht. Da die verfügbare Aufweitkraft
an der Außenfläche des
Aufweiterkörpers 42 mit
zunehmendem Durchmesser einer solchen fiktiven Innenfläche zunimmt,
werden die Innendurchmesser der Lippen 60 zweckmäßig so groß wie möglich gewählt.
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Der
Normalgebrauch des Aufweiters 1, der mit der rohrförmigen Hülse 28 (in
den 2A, 2B gezeigt) versehen ist, ist
im wesentlichen ähnlich
dem Normalgebrauch des Aufweiters 1 ohne rohrförmige Hülse 28.
Die Funktion der Hülse 28 besteht
darin, das Aufweiten des zylindrischen Abschnittes 2a des
Aufweiters 1 während
der Aufweitung des rohrförmigen
Elementes 40 zu begrenzen, insbesondere am Beginn des Aufweitvorganges, wenn
der zylindrische Abschnitt 2a noch aus dem rohrförmigen Element 40 vorragt.
Da der Innendurchmesser der Hülse 28 etwas
größer als
der Außendurchmesser
des zylindrischen Abschnittes 2a ist, können sich die Teile der Segmente 10 innerhalb
der Hülse 28 bei
einer Druckbeaufschlagung des Balgens 16 radial nach außen verformen,
bis die Hülse 28 eine
solche weitere Radialverformung nach außen verhindert. Es wird dadurch
erreicht, daß eine exzessive
Radialverformung der Segmente 10 nach außen an der
Stelle des zylindrischen Abschnittes 2a verhindert wird.
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Statt
des Aufbringens eines Aufweiterkörpers,
der mit parallelen Längsschlitzen
versehen ist, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Aufweiterkörpers erstrecken,
kann ein Aufweiterkörper
vorgesehen werden, der mit relativ kurzen parallelen Längsschlitzen
versehen ist, die in einem versetzten Muster angeordnet sind, beispielsweise
einem Muster ähnlich
dem Muster der Schlitze des rohrförmigen Elementes, welches in
dem
EP 0643795 B1 gezeigt
ist (wie in den
1 und
3 desselben).
Ein solches versetztes Muster hat den Vorteil, daß das Aufweiten
der Schlitze während
der Aufweitung des Aufweiters besser kontrolliert werden kann.
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In
den vier Stufen jedes Aufweitungszyklus, der vorstehend beschrieben
wurde, wird Fluid eingebracht, um abwechselnd über die Fluidleitung in die Fluidkammer
und über
die Fluidleitung aus der Fluidkammer zu strömen. Alternativ kann der Aufweiter mit
einem steuerbaren Ventil (nicht gezeigt) für das Ausströmen von
Fluid aus dem Aufweiter zum Äußeren desselben
versehen sein.
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Zweckmäßig ist
das steuerbare Ventil mit elektrischen Steuermitteln versehen, wobei
das Ventil beispielsweise ein Servoventil ist. Vorzugsweise umfassen
die elektrischen Steuermittel einen elektrischen Leiter, der sich
durch die Fluidleitung für
den Transfer von Fluid von dem Steuerungssystem zu dem aufweitbaren
Element erstreckt.
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Der
Normalgebrauch eines solchen Aufweiters, der mit einem steuerbaren
Ventil versehen ist, ist im wesentlichen ähnlich dem Normalgebrauch des Aufweiters,
wie er vorstehend beschrieben wurde. Ein Unterschied besteht jedoch
darin, daß in
der dritten Stufe (7C) des Aufweitungszklus das
Ventil gesteuert wird, um das Ausströmen von Fluid aus der Fluidkammer über das
Ventil zum Äußeren des
Aufweiters zu gestatten. Das heißt, das Fluid strömt in das
rohrförmige
Element statt zurück
durch die Fluidleitung. Das Pumpen von Fluid von dem Steuerungssystem über die
Fluidleitung in die Fluidkammer kann auf kontinuierliche oder diskontinuierliche
Weise erfolgen, während
das Ausströmen
von Fluid aus der Fluidkammer mittels des Ventils gesteuert wird.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Aufweiter
abwechselnd aufgeweitet und zurückgezogen,
indem Fluid in die Fluidkammer strömt bzw. das Fluid dazu veranlaßt wird, abwechselnd
aus der Fluidkammer zu strömen.
Bei einem alternativen System wird der Aufweiter durch abwechselnde
Bewegung eines Körpers
in die Fluidkammer und aus der Fluidkammer abwechselnd aufgeweitet
und zurückgezogen.
Ein solcher Körper kann
beispielsweise ein Plunger sein, der einen Teil aufweist, der sich
in die Fluidkammer erstreckt, und einen Teil, der sich außerhalb
der Fluidkammer erstreckt. Der Plunger kann durch irgendein zweckmäßiges Antriebsmittel,
wie ein hydraulisches, elektrisches oder mechanisches Antriebsmittel,
angetrieben sein.
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Vorzugsweise
beträgt
der halbe Scheitelwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnittes des Aufweiters
zwischen 3 und 10 Grad, noch bevorzugter zwischen 4 und 8 Grad.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel beträgt der halbe Scheitelwinkel
etwa 6 Grad.
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Zweckmäßig ist
der Aufweiter ein zusammenlegbarer Aufweiter, der in einen zusammengelegten
Zustand gebracht werden kann, wodurch der Aufweiter durch den nicht
aufgeweiteten Teil des rohrförmigen
Elementes bewegt werden kann.
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Die
dritte und vierte Stufe des Aufweitungszyklus, der vorstehend beschrieben
wurde, kann sequentiell oder gleichzeitig erfolgen. Im letzteren
Fall kann der Aufweiter kontinuierlich in Kontakt mit der Innenfläche des
rohrförmigen
Elementes sein, wobei die Körpersegmente
während
der Vorwärtsbewegung
des Aufweiters in ihre nicht verformte Gestalt zurückkehren.
Zweckmäßig resultiert
die Rückstellkraft
für die
Körpersegmente,
um in ihren nicht verformten Zustand zurückzukehren, aus einem solchen kontinuierlichen
Kontakt der Körpersegmente
mit der Innenfläche
des rohrförmigen
Elementes. Eine Vorwärtsbewegung
des Aufweiters wird gestoppt, sobald der Aufweiter seinen zurückgezogenen
Modus erreicht hat.
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Auf
die vorstehend beschriebene Weise wird erreicht, daß das rohrförmige Element
durch Aufbringen einer moderaten Zugkraft aufgeweitet wird, im Gegensatz
zu Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen extrem hohe Zugkräfte erforderlich sind,
um die Reibung zwischen dem Aufweiter und dem rohrförmigen Element
zu überwinden.
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Außerdem wird
erreicht, daß keine
genaue Repositionierung des Aufweiters nach jedem Aufweitungszyklus
erreicht werden muß,
da der Aufweiter einfach vorwärtsgezogen
wird, wenn er sich im zurückgezogenen
Modus befindet, bis er durch den noch nicht (voll) aufgeweiteten
Teil des rohrförmigen Elementes
gestoppt wird.
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Ein
weiterer Vorteil des Systems gemäß der Erfindung
besteht darin, daß ein
relativ großes
Aufweitverhältnis
des rohrförmigen
Elementes durch Aufweiten des Rohres in kleinen Schritten erreicht wird,
wobei der Aufweiter für
jeden kleinen Schritt nur in einem kleinen Aufweitverhältnis aufgeweitet
werden muß (wobei
das Aufweitverhältnis
als Verhältnis des
Durchmessers des Aufweiters an einer gewählten Axialposition nach dem
Aufweiten gegenüber
diesem Durchmesser vor dem Aufweiten definiert ist).