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Vorrichtung zum Auszementieren eines Bohrloches
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Insbesonderelegt und dadurch ein Ventil zur Verschliessung der öffnungen des Siebteiles bildet, wenn die Flüssigkeit durch den Gehäusestrang nach unten gepumpt wird, wie dies der Fall ist, wenn die Zirkulation durch den
Strang begonnen wird, so dass dadurch die Drosseleinrichtung aus dem Gehäuseschuh gepumpt wird und dadurch den Durchstrom im wesentlichen freigibt, so dass die Zirkulationsflüssigkeit und der Zement un- gehindert durchgepumpt werden können.
Gemäss einer andern Ausführungsform besteht die Drosseleinrichtung aus einem Drosseldiaphragma, welches entfernbar in der Apparatur angeordnet ist, wie beispielsweise im Unterteil des Zementierschuhes, wo ebenfalls ein Klappventil an einer Seite des Diaphragmas so angeordnet ist, dass die Flüssigkeit frei durch das Drosseldiaphragma in einer Richtung strömen kann, wenn das Gehäuse in das Loch eingefahren wird, während, wenn Flüssigkeit durch das Gehäuse nach unten gepumpt wird, das Klappventil die off- nung durch das Diaphragma hinreichend dicht abschliessen kann, so dass die Drosseleinrichtung aus dem
Zementierschuh herausgepumpt wird und dadurch einen im wesentlichen ungehinderten Durchstrom durch den Durchlass gestattet.
Bisher waren bei den üblichen Gehäuseschuhen und-ringen mit einem Rückschlagventil im Schuh bzw. Ring die Konstruktionen ziemlich kompliziert infolge der Notwendigkeit, das Rückschlagventil während des Zeitraumes, wenn das Gehäuse in das Loch eingefahren wird, ausser Tätigkeit zu halten, während das Rückschlagventil durch das Pumpen von Flüssigkeit nach unten durch den Strang freigesetzt werden musste.
Zusätzlich waren der Ventilsitz des Rückschlagventils ebenso wie das Ventil selbst - wel- ches meist als Kugelventil ausgebildet war - der Abnützung durch die aufwärts strömende Flüssigkeit durch die Einrichtung beim Einfahren des Gehäuses ausgesetzt und ausserdem. der Abnützung durch die
Flüssigkeit, welche durch den Gehäusestrang abwärts gepumpt wird sowie schliesslich auch der Abnützung durch die Zementfüllung, wenn diese durch das Rückschlagventil eingepumpt wird.
Es wurden daher be- kanntlich infolge der wesentlichen Abnützungswirkungen der durch die üblichen Rückschlagventile strö- menden Flüssigkeiten diese Ventile oft infolge der Abnützung ausser Tätigkeit gesetzt, wenn die Pumpen an der Oberfläche nach Einbringung der Zementfüllung abgestellt wurden, und es musste daher von der
Oberfläche her der Druck aufrecht erhalten werden, da sonst der Zement infolge der im Bohrloch herr- schenden Druckverhältnisse daraus wieder herausgedrückt und durch die nicht mehr wirksamen Kontroll- ventile in den Gehäusestrang gepresst werden konnte.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungbeispiele dargestellt sind.
Fig. 1 stellt ein Bohrloch dar, in welches gerade ein Gehäusestrang eingeführt wird, dessen Unterteil im Schnitt gezeigt ist. Dieses Gehäuse ist mit einem Zementierschuh versehen, welcher eine Drosseleinrichtung und einen Sitz für einen mit einem Ventil kombinierten Bodenpfropfen aufweist, wobei sich die Drosseleinrichtung in der Stellung befindet, welche sie während des Einfahrens des Gehäuses einnimmt.
Fig. 2 ist ein vergrösserter Querschnitt, welcher die Drosseleinrichtung und den Pfropfensitz im Detail zeigt. Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2, zeigt aber die Drosseleinrichtung mit dem Klappventil in einer Stellung, in welcher sie bereits aus dem Zementierschuh entfernt ist, wie dies der Fall ist, wenn mit dem Niederpumpen von Flüssigkeit durch das Gehäuse begonnen wird. Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 1 und zeigt ein mit einem Bodenpfropfen kombiniertes Rückschlagventil sowie einen oberen Pfropfen mit einer Zementsäule dazwischen, wobei die Drosseleinrichtung aus dem Zementierschuh entfernt ist.
Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich den Fig. 1 und 4 mit einem in den Sitz eingerasteten Bodenpfropfen, wobei der obère Pfropfen über den Bodenpfropfen gesetzt ist und das Rückschlagventil in Tätigkeit ist, um den Zement im Raum ausserhalb des Gehäuses zurückzuhalten, wie dies der Fall ist, wenn mit dem Einbringen des Zementes aufgehört wird. Fig. 6 ist ein vergrösserter Querschnitt, welcher insbesondere die Einzelheiten des mit dem Bodenpfropfen kombinierten Rückschlagventils und des Sitzes hiefür zeigt, wobei sich der mit dem Rückschlagventil kombinierte Bodenpfropfen gerade oberhalb des Sitzes befindet, wie dies der Fall ist, bevor der Bodenpfropfen unten anstösst.
Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 6, zeigt jedoch, wie der mit dem Rückschlagventil kombinierte Bodenpfropfen in dem Sitz hiefür eingerastet ist, wobei das Kugelventil sich in einer geöffneten Stellung befindet, so dass Flüssigkeit od. dgl. durch den Pfropfen strömen kann und wobei die Verschlusseinlage aus dem Bodenpfropfen entfernt und nach unten durch den Zementierschuh durchgefallen ist. Fig. 8 ist ein vergrösserter vertikaler Querschnitt entsprechend Fig. 7, bei welchem das Rückschlagventil auf einem Sitz befindlich gezeigt wird. Fig. 9 ist ein transversaler Querschnitt entlang der Linie 9-9 von Fig. 8. Fig. 10 ist ein transversaler Querschnitt entlang der Linie 10-10 von Fig. 8.
Fig. 11 zeigt einen Teil des vertikalen Querschnittes durch einen Zementierschuh, welcher eine modifizierte Rammnase mit Drosseleinrichtung zeigt, wobei sich das Drosseldiaphragma in entspannter Normalstellung befindet. Fig. 12 entspricht im wesentlichen der Fig. 11, wobei jedoch das
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Diaphragma in jener Stellung gezeigt ist, welche es während des Einfahrens des Gehäuses einnimmt.
Ebenso entspricht die Fig. 13 der Fig. 11, wobei jedoch das Drosseldiaphragma gezeigt wird, wie es im wesentlichen die Öffnungen durch den Zementierschuh schliesst, wie dies der Fall ist, wenn mit dem Niederpumpen durch den Gehäusestrang begonnen wird. Fig. 14 entspricht gleichfalls der Fig. 11, wobei jedoch die Drosseleinrichtung aus dem Zementierschuh ausgestossen ist, wie dies auf Grund der niederströmenden Flüssigkeit durch das Gehäuse der Fall ist.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren der Zeichnungen und in der folgenden detaillierten Beschreibung bezeichnen übereinstimmende Teile.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist der untere Teil eines Gehäuse- bzw. Rohrstranges C einen Zementierschuh 2 auf, der beispielsweise durch ein Ringstück 1 befestigt ist. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass gemäss der vorliegenden Erfindung der Zementierschuh 2 auch im Gehäusestrang C an einem Punkt angeordnet sein kann, welcher sich oberhalb des untersten Teiles befindet, so dass das im folgenden beschriebene Gerät dann einen Zementierring bildet, zum Unterschied von einem Zementierschuh, wie dies dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
Gewöhnlich wird beim Einführen eines Gehäusestranges in ein Bohrloch der Gehäusestrang in das Loch in aufeinanderfolgenden Teilschritten eingeführt, welche sich durch die Länge jedes neuen angefügten Gehäusestückes ergeben. Während des Absenkens des Gehäusestranges wird die im Bohrloch vorhandene Flüssigkeit aufwärts in den Gehäusestrang einströmen und vorzugsweise sind gewöhnlich Mittel vorgesehen, um das Einströmen der Bohrlochflüssigkeit in das Gehäuse zu begrenzen oder zu drosseln, um so zu vermeiden, dass Flüssigkeitsfontänen sich aus dem oberen Ende des Gehäusestranges auf den Boden des Bohrturmes ergiessen.
Im Zementierschuh 2 ist eine Drosseleinrichtung 3 in einem zentralen zylindrischen Sockel 4 angeordnet. Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, besteht die Drosseleinrichtung 3 aus einem im allgemeinen zylindrisch geformten Kautschukkörper 5, welcher an seinem oberen Ende ein flexibles Diaphragma 6 besitzt, welches mit einer zentralen Öffnung 7 versehen ist. Vorzugsweise ist der Körper 5 über einen zylindrischen metallischen Verstärkungsteil 8 geformt, dessen Oberteil einen sich radial einwärts erstrekkenden Verstärkungsflansch 9 aufweist, welcher sich teilweise in das Diaphragma 6 erstreckt.
Der Zementierschuh 2 ist mit einem Schulterstück 10 versehen. Zwischen diesem Schulterstück und dem oberen Ende der Drosseleinrichtung 3 befindet sich eine flexible Scheibe oder eine Klappe 11, versehen mit einem äusseren Montierring 12, welcher zwischen dem Schulterstück 10 und dem Oberteil des Körpers 5 der Drosseleinrichtung eingeklemmt ist und einer Klappe 13, welche auf einer Seite einer Öff- nung 14 mit dem Ring 12 flexibel verbunden ist. Vorzugsweise bildet die Klappe 13 einen wichtigen Teil des Ringes 12 und ist, wie angedeutet, aus Kautschuk oder anderem flexiblen Material gebildet, wobei der Mittelteil der Klappe 13 mit einer Metalleinlage 15 verstärkt ist, welche eine zentrale Öffnung 16 besitzt.
Das Diaphragma 6 ist so konstruiert, dass es dem Aufwärtsströmen von Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung 7 Widerstand entgegensetzt und sich gewöhnlich in der Stellung befindet, wie dies strichliert in Fig. 2 angedeutet ist ; wenn dagegen ein Druck nach oben darauf wirkt, wie dies beispielsweise bei sehr schnellem Absenken des Gehäusestranges C der Fall sein kann, wird das Diaphragma 6 aufwärts gebogen, wie dies in vollausgezogenen Linien in Fig. 2 angedeutet ist, und die öffnung 7 wird vorgrössert, so dass dadurch der Flüssigkeitsstrom hindurch in einer grösseren Flüssigkeitsmenge ermöglicht ist, wodurch vermieden wird, dass auf die Wand des Bohrloches zu starke Druckstösse wirksam werden.
Wenn aber der Gehäusestrang C in die gewünschte Lage in das Bohrloch abgesenkt worden ist, wird
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B.Demgemäss wird sich die Klappe 11 schliessen, wenn der Flüssigkeitsstrom durch das Gehäuse nach unten beginnt, und es entsteht genügend Druck oberhalb der Klappe 11, so dass die Klappe 11 und die Drosseleinrichtung 3 vom Sockel 4, wie in Fig. 3 gezeigt wird, nach unten gepresst werden, wodurch der Zementierschuh 2 im wesentlichen von jeglichem Hindernis für den abwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom befreit wird.
Der Gehäusering 1 ist mit einem Innenflansch 17 versehen und unterhalb des Flansches 17 dicht an diesen anschliessend befindet sich ein ringförmiger Sitzteil 18 mit einer konischen Sitzfläche 19, welche zu einer zentralen Öffnung 20 durch den Sitz 18 kO'1vergiert. Unterhalb des Sitzes 18 ist eine ringförmige Platte 21 angeordnet mit einer zentralen öffnung 22, welche im allgemeinen dem Durchmesser der öffnung 20 entspricht, welche Platte 21 einen axial vorspringenden Flansch 23 aufweist, welcher sich auf-
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Pfropfen P verhindert und der Druckanstieg an den Pumpen an der Oberfläche zeigt der Bedienungsmannschaft an, dass die gesamte Zementmenge durch den Pfropfen P und, wie beabsichtigt, in das Bohrloch geströmt ist.
Erforderlichenfalls kann aber auch der Bodenpfropfen P ohne oberen Pfropfen T angewandt werden, und es können andere Mittel vorgesehen sein, um anzuzgen, daB der Zement, wie gewünscht, in das Bohrloch eingebracht ist, wie dies dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
In den Fig. 11-14 wird eine andere Ausbildungsform einer gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellten Drosseleinrichtung gezeigt. In diesen Figuren ist der Gehäusering mit l'bezeichnet und in den Unterteil desselben eingeschraubt ist ein Zementierschuh 2'mit einem nach unten offenen Sockel 4'und einem sich am oberen Ende des Sockels nach oben erstreckenden Schulterteil 10'. Mit Hilfe einer geeigneten Anzahl in Abstand rundherum àngeordneter abscherbarer Bolzen 50 ist ein Siebteil 51 im Sockel 4' befestigt, welche eine hinreichende Anzahl Öffnungen bzw. Kanäle 52 aufweist.
Die obere Fläche des Siebteiles 51 ist im allgemeinen konkav und mit einem nach oben wegstehenden ringförmigen Flansch 53 versehen, um welchen ein entsprechend ausgebildeter Flansch 54 einer elastischen Drosselscheibe bzw. eines Diaphragmas 55 angeordnet ist, welch letzteres mit einer Zentralöffnung 56 versehen ist. Die normale oder entspannte Stellung des Diaphragmas 55 ist in Fig. 11 gezeigt. Wenn jedoch ein Gehäusestrang, an welchem der Zementierschuh 2'befestigt ist, in ein BohrlocH eingebracht wird, wird Flüssigkeit durch die Sieböffnungen 52 strömen und dadurch das Diaphragma 55, wie in Fig. 12 gezeigt, aufwärts biegen.
Ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird sich das Diaphragma 55 mehr oder weniger durchbiegen, je nach der Absenkungsgeschwindigkeit des Gehäuses in das Bohrloch und so den Durchstrom von Flüssigkeit nach oben durch die öffnung 56 ermöglichen, ohne das unerwünscht starke Druckstösse auf die Bohrlochwand W wirksam werden.
Wenn das Gehäuse auf die gewünschte Stelle in dem Bohrloch abgesenkt ist und die Zirkulation der Spülflüssigkeit begonnen wird, dann wird, wie in Fig. 13 angedeutet, das Diaphragma 55 nach unten auf die konkave Oberfläche des Siebteiles51 gepresst, wodurch die Mehrzahl derSieböffnungen 52 verschlossen wird. Vorzugsweise wird aber der Siebteil 51 mit einer Zentralöffnung versehen, wie in den Figuren dargestellt, welche Zentralöffnung sich unter der zentralen öffnung'56 des Diaphragmas 55 befindet, so dass
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durch das Diaphragma des Grossteiles der Öffnungen 52 eine genügende Verminderung der Strömung bewirken, so dass der Druckanstieg oberhalb der Drosseleinrichtung die abscherbaren Bolzen 50 abschert und bewirkt, dass die Drosseleinrichtung aus dem Sockel 4'ausgestossen wird.
Selbstverständlich kann der Zementierschuh 2'und die darin gezeigte Drosselvorrichtung, wenn gewünscht, auch an Stelle des Zementierschuhes 2 der Drosseleinrichtung 3 verwendet werden.
BeiVerwendung des Zementierpfropfens mit Rückschlagventil, wie er besonders in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellt ist, wird der Gehäusestrang C in das Bohrloch eingefahren, und die Bohrflüssigkeit wird langsam in das Gehäuse durch die Drosseleinrichtung 3 oder durch die in den Fig. 11-14 gezeigte Drosseleinrichtung geregelt einströmen, so dass dadurch die Bildung von Fontänen der Bohrflüssigkeit aus dem Oberteil des Gehäuses und auf dem Bohrturmboden vermieden wird, wenn die Abwärtsbewegung des Gehäusestranges unterbrochen wird, um das Aufsetzen eines weiteren Gehäusestückes zu ermöglichen. Wenn das Gehäuse die gewünschte Stellung im Bohrloch erreicht hat, wie in Fig. 4 angedeutet, wird Flüssigkeit durch den Gehäusestrang abwärts gepumpt, und die Drosselvorrichtung wird aus dem Sockel in das offene Bohrloch gepresst.
Wenn die Flüssigkeitszirkulation während der gewünschten Zeit fortgesetzt worden ist und die vorher im Bohrloch. vorhandenen Flüssigkeiten, wie Bohrtrübe u. dgl., herausgespült wurden, wird der Bodenpfropfen P in das Gehäuse gebracht ; oberhalb des Pfropfens wird nun eine bestimmte Menge Zement 44' durch das Gehäuse abwärts gepumpt, getrennt von der Spülflüssigkeit durch den Pfropfen P. Die entfernbare Sperreinlage 41 im Träger 37 des Kugelkonrrollventils hält die Trennung zwischen der Spülflüssigkeit und dem Zement aufrecht, während die Flüssigkeiten durch das Gehäuse abwärts strömen, bis der Pfropfen P auf dem Sitz 18 auftrifft und darauf durch Einrasten des Sprengringes 25 in die Rille 46 der unteren Verlängerung 40 des Ventilhalters 37 festgehalten wird.
Die weitere Abwärtsbewegung des Zementes durch den Pfropfen P entfernt dieSperre 41 von ihrem Platz, so dass diese auch auf den Boden des Bohrloches gebracht wird. Das Pumpen des Zementes durch den Pfropfen P wird fortgesetzt, bis der obere Pfropfen T auf dem oberen Ende des Pfropfens P auftrifft und dadurch eine Druckzunahme an der Oberfläche bewirkt wird. Dies zeigt an, dass die gesamte Zementmenge durch den Pfropfen P in das Bohrloch gepresst wurde, so dass die Pumpen abgestellt werden können und der Rückdruck des Zementes bewirkt, dass sich das Kugelkontrollventil 39 gegen den Kugelsitz 34 bewegt und somit schliesst, wie in Fig. 5 gezeigt, wodurch der Zement an Ort und Stelle gehalten wird und abbinden kann.
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