DE1918201A1

DE1918201A1 - Zementiervorrichtung fuer Tiefbohrungen

Info

Publication number: DE1918201A1
Application number: DE19691918201
Authority: DE
Inventors: Scott Lyle B
Original assignee: Byron Jackson Inc
Current assignee: Byron Jackson Inc
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1969-11-06
Also published as: AT287619B; US3507325A; GB1232145A; NL6905844A; FR2006317A1

Description

PATENTANAVALTE

BH. ing. H. NEGENDANK · dipl..ing. H. HATJCK · DIPL.-PHYS. W. SCHMITZ HAMBUHQ-MÜNCHEN ZUSTBLLUNGSANSCHRXFT; HAMBURG 36 · NEUER WALI.-ti

TEL. 3β 74 28 UND :>β 4110

TBKEGR. NBGEDAFATENT HAMBURQ

MÜNCHEN IS · MOZARTSTR. 23

TEL.0380088

TBLBQH. NEQEDAPATBNT MÜNCHEN

Hamburg, den 8. April 1969

Byron Jackson, Incorporated,

6^05 Paramount Boulevard,

908Q5 long Beach, ialif./(Y.St.A. )

ZementierTorriohtung für Tiefbohrungen.

für diese Patentanmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. 721 650 rom l6. April 1968 in Anspruch genommen.

für das Bohren oder die Fertigstellung von Tiefbohrungen, wie beispielsweise Erdöl- und Erdgasbohrungen im küstennahen Kontinentalsookel, dear sogenannten Offshore-Bereioh, oder in Binnenseen, werden manchmal Einrichtungen verwendet, die für den Bohrlochkopf unter der Wasseroberfläche auf dem Grunde des Meeres oder eines Binnensees oder in dessen Nähe angeordnete Vorrichtungen aufweisen, vermittels deren sämtliche Bohrvorgänge, das Einfahren der Verrcharting, das Zementieren der Verrohrung, sowie auch

Zementierarbeiten von einem Schiff oder von einer Plattform an der Wasseroberfläche aus mit Geräten durchführbar ist, die durch das Wasser hinduroh sum Bohrlochkopf

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abgesenkt werden. Zu den Geräten, die für das Bohren und fertigstellen einer Bohrung unter der Wasseroberfläche benötigt werden, zählt auch eine geeignete Zentriervorrichtung, ein sogenannter Zementierkopf, der Vorrichtungen zur Aufnahme des oberen und des unteren Propfens enthält, die normalerweise zum Zementieren eines Bohrloches verwendet werden.

Die Erfindung soll einen Zementierkopf für eine Tiefbohrung angeben, der vermittels eines Rohrstranges, wie beispielsweise an einem Bohrgestänge durch das Wasser hindurch abgesenkt und mit dem unterhalb der Wasseroberfläche befindlichen Bohrlochkopf verbunden werden kann, damit das Zementieren der Verrohrung unter Verwendung eines oberen und eines unteren Propfens erfolgen kann, die beim Zementieren von einer festen Oberfläche aus unmittelbar in einen Strömungsmittelfluß zwischen einer Umlaufflüssigkeit (Umlauftrübe) und dem flüssigen Zementbrei eingesetzt werden können, um den Zement von der Umlaufflüssigkeit zu trennen.

Die Erfindung weist, für einen Zementierkopf der vorstehend genannten Art, Vorrichtungen auf, durch welche der obere und der untere Kropf en lösbar innerhalb des Zementierkopfes gehalten werden, wenn dieser in die Betriebssteliung an dem unterhalb der Wasseroberfläche befindlichen Bohrlochkopf gebracht wird. Weiterhin ist eine erste Vorrichtung vorgesehen, die in den eingefahrenen Bohrstrang zwi-sehen der Umlaufflüssigkeit und dem flüssigen Zementbrei

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eingelegt wird und sich innerhalb der !Flüssigkeit in einer Berührung mit dem unteren Tropfen fortbewegen und durch den oberen Propfen hindurchgehen kann und dazu dient, einen weiteren Durchfluß durch den unteren Propfen zu verhindern, damit dieser aus seiner Halterung entfernt und durch die Verrohrung hindurch nach unten zu einem Sitz getragen wird, der eine weitere Verschiebung des unteren Tropfens nach unten verhindert, wonach die erstgenannte Vorrichtung durch den unteren Propfen hindurchgedrückt und in einem Eäfig aufgefangen wird. Schließlich ist eine zweite Vorrichtung vorgesehen, die zwischen die Umlaufflüssigkeit und den Zementbrei gebracht wird, sich innerhalb der strömenden Flüssigkeit in einer Berührung mit dem oberen Propfen fortbewegen und dazu dienen kann, einen Durchfluß duroh den oberen Propfen zu verhindern und dadurch den oberen P" von dem Zementierkopf weg innerhalb der Flüssigkeit nach unten zu verschieben, wenn der Zement durch den unteren Propfen verdrängt wird, bis der obere Propfen auf dem unteren Propfen aufsitzt, einen Anstieg des Plüssigkeitsdruckes hervorruft und an der Oberfläche anzeigt, daß die zwischen den Propfen befindliche Zementbreimenge verdrängt worden ist.

Die Erfindung bezweckt daher, einen stabilen Zementierkopf anzugeben, der unterhalb der Wasseroberfläche in einen 3ps?!irlochkopf eingebracht werden und einen oberen und einen unteren Zementierpropfen in einer solchen Weise lösbar halten kann, daß der obere und der untere Propfen durch den Eingriff von Vorrichtungen aus ihrer Lage verschoben werden können,

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die dazu dienen, den Durchfluß der Umlauffltissigkeit bzw. des Zementes durch die entsprechenden Propfen zu verhindern.

Insbesondere weist der erfindungsgemäße Zementierkopf Ve rrie ge lungs elemente auf, welche in einem Eingriff mit dem oberen und dem unteren Propfen stehen und durch Abscherglieder in diesem Eingriff gehalten werden. Wenn eine Torrichtung, die dazu dient, den Durchfluß von Strömungsmittel durch einen solchen Zementierpropfen zu verhindern, mit dem einen Propfen in einen Eingriff kommt, schert der an diesem Propfen erzeugte Flüssigkeitsdruck die Abscherelemente ab, so daß sich der Propfen mit der Flüssigkeit zusammen nach unten bewegen kann.

Zur Erzielung des vorstehend beschriebenen Torganges soll die durch Abscheren der Abscherglieder zur Verschiebung des unteren Propfens dienende Vorrichtung ein vorformbares Glied, wie beispielsweise eine elastisch verformbare Kugel aufweisen, welche die ausreichend hohen Druokunterschiede aushalten kann, die zum Abscheren der Abscherglieder und zur Verschiebung des Propfens durch die Verrohrung nach unten ausgeübt werden, jedoch in einer solchen Weise verformbar ist, daß sie durch den unteren Propfen hindurchgedrückt werden kann, wenn dieser mit einem Sitz innerhalb

der Verrohrung in Eingriff kommt. Die zur Verschiebung des oberen Propfens dienende Vorrichtung soll aus einem nicht verformbaren Glied, wie beispielsweise einer harten Kugel bestehen, welche alt dem oberen Propfen in einen

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Eingriff kommen und in Abhängigkeit von einem "Druckunterschied an dem Propfen ein Abscheren der abscherbaren Glieder bewirken kann· Entsprechend eines hier beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die harte Vorrichtung auch so ausgebildet sein, daß sie mit dem oberen Propfen verriegelt wird und dadurch den Rückfluß von Zement verhindert, nachdem der obere Propfen auf den unteren Propfen aufgesetzt worden ist.

Sie Zementiervorriehtung for eine Tiefbohrung ist erfindungsgemäfi dadurch gekennselehnet, dad ein länglicher Zementierkopf und eine zur Verbindung des Zementierkopfes mit der Verrohrung dienende Vorrichtung vorgesehen sind, wobei der Zementierkopf eine Halterung für einen oberen Propfen und eine Halterung für einen unteren Propfen aufweist, durch welche jeweils der obere, biw. der untere Propfen lösbar gehalten werden, und wobei der obere und der untere Propfen jeweils einen mittigen Durchlaß für ein Strömungsmittel aufweisen, der durch eine innerhall) des Strömungsmittels befindliche Vorrichtung verschlossen werden kann, um die Halterungen für die Propfen aur Auslösung zu bringen.

Weitere Merkmale, sowie die Vorteile der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.

Pig. 1 ist eine teilweise im Aufriß und teilweise im Aufrißquerschnitt dargestellte, schematische

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Ansicht einer Zementiervorrichtung für eine Tiefbohrung entsprechend der Erfindung, die in eine, unter der Wasseroberfläche befindliche Haltevorrichtung eingesetzt ist und zur Zementierung eines in eine Tiefbohrung eingeführten Verrohrungsstranges dient, der bis zum Grunde des Wassers zementiert werden soll.

Pig. 2 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt in einem größeren Maßstab, des Zementierkopfes nit den darin befindlichen oberen und unteren Propfen, sowie der innerhalb der Verrohrung befindlichen fangvorrichtung.

Pig. 3 ist ein waagerechter Querschnitt entlang der linie 3-3 der Fig. 2.

Pig· 4 ist ein teilweiser Aufrißquerschnitt, der die Freigabe des unteren Propfens während des Zementiervorganges veranschaulicht.

Pig. 5 ist ein Aufrißquerechnitt, der das Pesthalten des unteren Propfens durch die Fangvorrichtung innerhalb der Verrohrung darstellt.

Pig. 6 ist eine im wesentlichen der Pig. 5 entsprechende Darstellung, welche das Pesthalten des oberen Propfens durch den unteren Propfen zeigt.

Pig. 7 ist ein im allgemeinen der Pig. 4 entsprechender

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Querschnitt, der eine abgeänderte Ausführung der zur Verschiebung des oberen Propfens aus dem Zementierkopf dienenden Vorrichtung zeigt.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Ausführung verschiedener Tiefbohrarbeiten und zur Fertigstellung einer Tiefbohrung von einem Schiff oder einer anderen Plattform aus dargestellt! das bzw. die sich oberhalb eines Gewässers befinden, dessen untere Begrenzung, die Sohle F, durch die Tiefbohrung aufgeschlossen wird. Die unterhalb der Wasseroberfläche befindliche Vorrichtung kann ganz allgemein von beliebiger Konstruktion sein, zum Zwecke der Beschreibung soll jedoch angenommen werden, daß sie ein sogenanntes Treibrohr (drive pipe) 1 aufweist, das über eine bestimmte Strecke hinweg in die Sohle F hineinragt. An dem oberen Ende des Treibrohrs 1 befindet sich ein Gerüst 2, das eine geeignete Anzahl aufrechtstehender Führungspfosten 3 aufweist, die in Abständen um die Tiefbohrung herum angeordnet sind und zur Führung von Stützeleaenten 4 für verschiedene Geräte dienen, wie beispielsweise einen Sicherheitsapparat 5» der die Bohrung im Ernstfall verschließen kann und von einem für Unterwasser bohrungen und den Ausbau von Tiefbohrungen geeigneten Typ eein soll. An den Sicherheitsapparat schließt sich nach oben ein Führungerohr 6 an, das eine geeignete Strecke innerhalb des Wassers nach oben geführt ist und in einem verschiebbaren Paßsitz mit eines weiteren, ebenfalls nach oben geführten Rohr 9 steht, welches seinerseits an der

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mit 8 bezeichneten Stelle in abdichtender Weise verschiebbar in einem Eingriff mit dem Führungsrohr 6 steht. Diese Anordnung gestattet ein Heben und Senken eines schwimmenden Fahrzeuges, auf welchem sich ein Bohrturm befindet. An dem Bohrturm befinden sich die erforderlichen Vorrichtungen .zum Verdrängen des Zementes oder die zum Zementieren von Tiefbohrungen verwendeten Pump- und Mischvorrichtungen.

In der Darstellung der Fig. 1 hält das Gerüst 2 einen Verrohrungskopf 9» der von beliebiger Ausführung sein kann und in bekannter Weise zur Aufnahme eines Verrohrungshängebockes (casing hanger) 10 dient, der bei 11 lösbar mit dem Verrohrungskopf 9 verbunden ist. An dem Verrohrungshängebock 10 hängt ein Verrohrungsstrang 12, der über mehrere tausend Meter nach, unten in die Erdformation hineinreichen, kann und vermittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb des Tiefbohrloches zementiert werden soll.

Der soweit beschriebene Aufbau ist bekannt und braucht daher nicht weiter beschrieben zu werden. An diesem Aufbau ist jedoch ein allgemein mit H bezeichneter Zementierkopf angeordnet, der im nachstehenden ausführlicher beschrieben wird, sowie an einer innerhalb der Erdformation befindlichen Stelle des Verrohrungaetr&nges 12 eine allgemein mit C bezeichnete Fangvorrichtung, die beispielsweise von einem Verrohrungsverbinder 13 innerhalb des Verrohrungsetranges . 12 gehalten wird· Der Zementlerkopf H kann vermittels eines Bohrgestänges oder eines anderen Rohrstranges, der allgemein mit dem Bezugszeichen H bezeichnet ist, in die

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in Pig« 1 dargestellte Stellung gebracht werden. Der Rohrstrang H weist einen Verbinder 15 auf, der durch eine Schraubverbindung mit dem oberen Ende des Zementierkopfes verbunden werden kann. In dem unteren Ende des Zementierkopf es H befindet sich ein erhabenes Linksgewinde 16, das in ein komplementäres Gewinde innerhalb des Verrohrungshängebockes 10 eingeschraubt werden und dadurch den Zementierkopf lösbar mit der Verrohrung verbinden kann.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist der Zementierkopf H einen länglichen Rohrkörper 20 auf» der durch einen Rohrstummel 21 mit dem Verbinder 15 des Rohrstranges 14 verbunden ist. An dem unteren Ende des Rohrkörpers 20 befindet sich eine Kupplung oder ein Verbinder 22, welcher das bereits erwähnte, erhabene Gewinde 16 zur Verbindung mit dem Verrohrungshängeblock 10 aufweist. Sine Halterung für den oberen Propfen, die allgemein mit 25 bezeichnet ist, sowie eine Halterung für den,unteren Propfen, die allgemein mit 26 bezeichnet ist, sind in einem gegenseitigen, senkrechten Abstand innerhalb des Rohrkörpers 20 des Zementierkopfes H vorgesehen. Die Halterung 25 für den oberen Propfen weist zwei diametral gegenüberliegende Gehäuseteile 25a auf, die in fenstern 25b des Rohrkörpers 20 in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Verschweissung 25c befestigt sind und zwischen den sich gegenüberliegenden Seitenwänden 25e eine Kammer 25d bilden. Innerhalb der Kammern 25d befinden sich Halteglieder 25f für den oberen Tropfen. Diese Halteglieder 25f bestehen aus

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einem Hebel 25g, der an seinem oberen Ende vermittels eines Drehzapfens 25h drehbar gelagert ist* Der Drehzapfen 25h erstreckt sich in Querrichtung ζ ?isehen den Seitenwänden 25e der Kammer 25d und wird durch Schraubeinsätze 25j gehalten. An dem unteren Ende des Hebels 25g des Haltegliedes 25f wird der Drehzapfen 25h in einer ersten Stellung durch einen abscherbaren Stift 25k gehalten, der sich ebenfalls zwischen den Seitenwänden 25e erstreckt und durch Schraubeinsätze 25m gehalten wird· Die Halteglieder 25f weisen nach innen und unten unter einem Winkel von den Hebeln 25g vorstehende Abschnitte 25n auf, an denen sich nach innen vorstehende Pinger oder Torsprunge 25p befinden. Venn sich die Halteglieder in der in Pig.2 dargestellten Haltestellung für den oberen Propfen befinden, haben die Pinger oder Torsprünge 25p innerhalb der Bohrung des Rohrkörpers 20 eine solche Lage, daß sie mit dem unteren Ende dee oberen Propfens !PF in einer noch ausführlich beschriebenen Weise in einem Eingriff stehen.

Die Halterung für den unteren Propfen weist wie die Halterung für den oberen Propfen zwei sich diametral in einem! Abstand gegenüberliegende Gehäuseteile 26a auf, die in Penstern 26b des Rohrkörpers 20 angeordnet und auf geeignete Weise, wie beispielsweise - durch die Terschweis-

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eungen 26c befestigt sind. Die Halterungen 26 bilden _^-< eine Kammer 26d zwischen den sich gegenüberliegen wänden 26e hind zwischen diesen Seiteawäsden^ist ein Halteglied 26f für den unteren Propfen drehbar gelajejctr^³^

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einen auf einem Zapfen 26h drehbar gelagerten Hebel 26g aufweist. Der Zapfen 26h wird innerhalb des Gehäuses durch Schraubeinsätze 26j gehalten. In gleicher Weise wie das Halteglied 25f für den oberen Propfen wird das Halteglied 26f für den unteren Propfen durch einen abscherbaren Stift 26k in einer ersten Stellung gehalten. Dieser Stift ist durch Schraubeinsätze 26m in den Haltegliedern befestigt. Die Halteglieder 26f weisen unter einem Winkel nach unten vorstehende Abschnitte 26 η mit Torsprüngen oder fingern 26p auf, welche zue.lnander hin nach innen vorstehen und zur Halterung eines unteren Propfens BP dienen, der im nachstehenden beschrieben wird.

Der obere Propfen TP weist einen starren, inneren Rohrkörper 30 auf, der vorzugsweise aus einem leicht bohr-„baren Werkstoff be stehlt und eine mittige Ausnehmung oder einen Durchlaß 3t aufweist. An den Rohrkörper 30 ist ein elastomerer Körper 32 angeformt, der in senkrechten Albständen eine geeignete Anzahl nach außen vorstehendem Rip »pen oder Lippen 33 aufweist, die während des ZementiervoJcganges in einen abstreifenden Eingriff mit der Wand der Yerrohrung kommen können. Am oberen Ende des elastomeren Körpers 32 befindet sich eine nach außen vorstehend·, napf-Lippe 34, die dazu dient, während dee Zemejatier-

und verschiebbaren Eingriff mit der TerTöhrung zu kommen.· An dem oberen Ende des areärrea Rohrkörpers 30 ist eine abgeschrägte Wand 35 ausgebildet, weicht ^n^einem Abschnitt 36 des ölaetomeren

Körpers überlagert wird, so daß eine Sitzflache für eine Vorrichtung oder ein Element gebildet wird, das im nachstehenden beschrieben wird und seinerseits dazu dient, den oberen Propfen aus der Halterung 25 zu verschieben. Am unteren Ende des Rohrkörpers 30 steht der elastomere • Körper nach innen vor und bildet einen Dichtflansch 37» der in einen Eingriff mit dem unteren Propfen kommen kann, welcher ebenfalls im nachstehenden beschrieben wird.

Der'untere Propfen BP hat im wesentlichen die gleiche Beschaffenheit wie der obere Propfen TP und besteht aus einem inneren, starren und vorzugsweise leicht bohrbaren Rohrkörper 40 mit einer mittigen Bohrung oder einem Durchlaß 41t dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung 31 in dem oberen Propfen TP, wie sich klar aus Pig. 2 ersehen läßt. An den starren Rohrkörper 40 des unteren Propfens ist ein elastdmerer Eörper 42 angeformt, welcher mit Abstreiflippen oder Rippen 43 und einer nach ^ oben vorstehenden, zur Abdichtung dienenden Lippe 44 versehen ist. An dem oberen Ende des Rohrkörpers 40 steht der elastomere Eörper 42 nach innen vor und bildet einen Dichtflansch 46, während an dem unteren Ende des Rohrkörpers 40 der elastomere Eörper nach innen vorsteht und einen flansch 47 bildet. Am unteren Ende* des elastomeren Eörpers 42weist der untere Propfen BP eine stumpfkegelige Oberfläche 48 auf, die während des Zementiervorganges zum Eingriff mit der bereits erwähnten Fangvorrichtung 0 dient.

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Vie aus fig· 2 zu ersehen ist, besteht die Fangvorrichtung C aus einer ringförmigen Halterung 50, die zwischen aneinanderstoßende Längen des Verrohrungsstranges 12 innerhalb eines Verrohrungsverbinders 13 eingesetzt werden kann. Zn der hier dargestellten Ausführung ist ein Dichtring 51 vorgesehen, der zwischen dem inneren Umfang des Verbinders 13 und einem Dichtringsitz 52 der Halterung 50 und dem unteren Ende 54 der oberen Verrohrungslänge innerhalb des Stranges 12 eingesetzt werden kann. Die ringförmige Halterung 50 weist eine stumpfkegelige Sitzfläche 55 auf, mit welcher die am unteren Ende befindliche, stumpfkegelige Oberfläche 48 des elastomeren Körpers 42 des unteren Propfens BP in einen abdichtenden Eingriff kommen kann, wie noch beschrieben wird. Die ringförmige Halterung 50 trägt eine geeignete Anzahl nach unten vorstehender, in Abständen auf dem umfang angeordneter, spinnenförmiger Haltearme 56, die in der hier dargestellten Ausführungsform in einem Stück mit der Halterung ausgebildet sind. Die Haltearme 56 tragen ein napfförmiges Glied oder eine Staupiatte 57 mit einer mittigen öffnung 53 und bilden zwischen sich die Durchlässe 58- *, durch welche die Ifalaufflüssigkeit oder Zement während des Zementiervorganges hindurchtreten kann.

In der Darstellung der fig. 4 ist der untere Propfen BP in einer aus seiner Halterung 26 verschobenen Stellung dargestellt. Diese Verschiebung erfolgt durch den Singriff einer Vorrichtung, die hier als eine Kugel B1 dargestellt

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ist_f die größer ist als der Durchlaß 41 durch den unteren Propfen BF. Während des Zementiervorganges wird die Kugel B1 an dem oberen Ende des Rohrstranges H la das Strömungsmittel eingebracht und gelangt durch den Strömungsmittelumlauf in einen Eingriff mit dem unteren Propfen BP, wobei sie durch den Durchlaß 31 größeren Durchmessers in dem oberen Propfen TP hindurchgehen kann. Durch das Aufsitzen der Kugel B1 auf dem unteren Kröpfen BP wird eine wirksame Sperrung gebildet, so daß keine flüssigkeit durch den Propfen hindurchgelangen kann und ein Druckunterschied an dem Propfen entsteht, da die napfförmige Abdichtlippe 44 in einen abdichtenden Eingriff mit dem Rohrkörper 20 des Zementierkopfes gedrückt wird. Der an dem unteren Propfen BP erzeugte Druck reicht aus, um die Stifte 26k abzuscheren, so daß die Halteglieder 26f für den Propfen in die in fig· 4 dargestellte zweite Stellung geschwenkt werden können, in welcher die finger 26p das untere Ende des unteren Propfens BP freigeben, so daß sich der Propfen ungehindert innerhalb der Verrohrung nach unten verschieben kann, bis er in der in fig, 2 dargestellten Weise mit der fangvorrichtung C in Eingriff kommt. Die Kugel B1 ist Torzugsweise aus eines elastomeren Werkstoff hergestellt und weist einen ausreichenden Härtegrad auf, damit sie beim Abscheren der Stifte 26k nicht durch den Durchlaß 41 in den unteren Propfen BP gedrückt werden kann. Wenn jedoch der untere Propfen BP auf der fangvorrichtung C aufsitzt, bewirkt der auf die Kugel B1 ausgeübte hydraulische Druck deren Verformung, so. daß sie in der in fig. 5 in

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gestrichelten Linien dargestellten Weise durch den Durchlaß 41 hindurchgelangen und von der Fangvorrichtung C aufgefangen werden kann, wie in ausgezogenen linien in dieser Figur dargestellt ist. Dann kann das Strömungsmittel ungehindert nach unten durch den unteren Propfen BP hindurchgehen und der Propfen wird durch die Fangvorrichtung C an einer weiteren Verschiebung nach unten gehindert.

In Fig. 6 ist eine weitere Vorrichtung dargestellt, die in der hier beschriebenen Aueführungsform aus einer zweiten Kugel B2 besteht, welche in gleicher Weise wie die Kugel S1 an dem oberen Ende des Rohrstranges Η in den Flüssigkeitsstrom eingeführt werden kann und sich dann mit diesem so weit nach unten bewegt, bis sie mit dem Sitz 56 an dem oberen Ende des oberen Propfens TP in einen Eingriff kommt, durch den die Flüssigkeit vorher ungehindert hindurchströmen konnte. Sobald die Kugel B2 mit dem oberen Propfen TP in Eingriff steht, wird der obere Propfen in der gleichen Weise, wie bereite in Verbindung mit dem unteren Propfen BP beschrieben und in Fig. 4 dargestellt, aus seiner Halterung 25 verschoben. In diesem Fall werden die Halteglieder 25£ für den oberen Propfen nach der Abscherung der Stifte 23k in die zweite Stellung gedrückt, welche der in Fig. 4 dargestellten zweiten Stellung entspricht. Im Gegensatz zu der Kugel B1, die so stark verformbar ist, daß sie schließlich durch den unteren Propfen BP hindurchgedrückt werden kann, ist die Kugel B2 vorzugsweise eine harte Kugel, die während des Zementiervorganges nicht durch

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die Ausnehmung 31 in dem oberen Propfen hindurengedrückt werden kann.

Beim Yerschrauben des Verrohrungsstranges 12 und dem abschnittsweisen Absenken desselben in das Bohrloch wird an einer vorbestimmten Stelle des Stranges die Fangvorrichtung C in einen bestimmten Verrohrungsverbinder eingesetzt, damit sie sich in einer geeigneten Tiefe innerhalb ^ des Bohrloches befindet. Dann werden weitere Längen der Verrohrung angeschraubt und in die Bohrung abgesenkt, die letzte Länge wird mit einem Verrohrungshängebock 10 ver-.sehen und der Verrohrungshängebock 10 wird an dem Verrohrungskopf 9 abgestützt, so daß er den Verrohrungsstrang innerhalb des Bohrloches trägt.

Pas Einbringen des Verrohrungsstranges 12 in die in Fig. 1 dargestellte Lage kann auf dem Zementierkopf H erfolgen, der mit dem Verrohrungshängebock 10 verschraubt ^ ist. Es ist gleichermaßen möglich, die Verrohrung vermitteis eines herkömmlichen, bekannten Universalwerkzeuges in die aufgehängte Stellung zu bringen, das typischerweise zum Einführen und Einhängen einer oder mehrerer Längen der Verrohrung und zum Einbringen anderer Vorrichtungen in das unterhalb der Wasseroberfläche befindliche Gerüst 2 verwendet wird. Zur Durchführung des Zementiervorganges wird der Zementierkopf H in jedem Falle in der in Fig. 1 dargestellten Weise mit dem Verrohrungshängebock 10 verbunden, wobei sich der obere Propfen TP und der untere Propfen BP in den entsprechenden, in Fig. 2 dargestellten Halterungen

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25 und 26 befinden. Wenn die Propfen auf diese Weise gehalten werden, steht durch die Propfen ein Durchlaß zur Verfügung, durch welchen eine umlaufende Flüssigkeit, wie beispielsweise die Umlauftrübe vor dem Zement durch das Bohrgestänge oder den Rohrstrang 14 und durch die innerhalb des Zementierkopfes befindlichen Propfen hindurch aus dem Bohrloch verdrängt werden kann. Sobald eine ausreichende Spülung stattgefunden hat, wird die Kugel B1 in den Flüssigkeitsstrom eingegeben, beispielsweise unmittelbar vor der zu verdrängenden Zementaufschlämmung, so daß die Kugel B1 durch den Flüssigkeitsstrom fortbewegt und durch die größere Ausnehmung 31 in dem oberen Propfen TP hindurchgedrückt wird, bis sie schließlich auf der Sitzfläche 46 auf dem unteren Propfen BP aufsitzt. Dadurch wird wiederum ein weiterer Flüssigkeitsstrom durch den unteren Propfen verhindert und eine Kraft erzeugt, die ein Abscheren der Stifte 26k bewirkt, so daß die Halteglieder 26f in die in Fig. 4 dargestellte· zweite, äußere Stellung geschwenkt werden können und sich der untere Propfen BP innerhalb des Zementierkopfes und innerhalb des Verrohrungsstranges 12 zusammen mit der Flüssigkeit nach unten verschieben kann* In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Halteglieder 25f und 26f für die Propfen senkrechte Langlöcher 80 aufweisen, durch welche die Drehzapfen 25h. und 26h hindurchgeführt sind. Die abscherbaren Stifte 25k und 26k halten die Halteglieder 25f und 26f in einer nach oben verschobenen Stellung, so daß die Halte-

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glieder 25f und 26f nicht nur einem, durch, die Drehbewegung der Glieder hervorgerufenen Drehmoment, sondern auch einer senkrecht angreifenden Kraft ausgesetzt, sind, die zur Abscherung der Stifte 25k und 26k führt.

Wenn der untere Propfen BP die Fangvorrichtung C erreicht hat, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird eine weitere Verschiebung des Propfens nach unten verhindert, so daß der Druck des Flüssigkeitsstromes die verformbare Kugel Bi durch den Durchlaß 41 des Pro pf ens hindurchdrücken kann, wobei die Kugel von der napfförmigen Stauplatte 57 der Fangvorrichtung aufgefangen wird, während der Zement durch die Durchlässe 58* ungehindert nach unten in die Verrohrung einströmen kann.

Der obere propfen TP wird durch Einführen der Kugel B2 zwischen die Zementauf schlämmung und die an diese anschließende Flüssigkeit, welche zur Verdrängung des Zementes aus der Verrohrung dient, aus seiner Halterung 25 verschoben. Diese Verschiebung des oberen Propfens TP erfolgt in der gleichen Weise wie die des unteren Propf ens BP, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt. Der aus seiner Stellung verschobene obere Propfen TP bewegt sich durch den Zementierkopf H nach unten in den Verrohrungsstrang 12 hinein, bis er schließlich in der in Fig.6 gezeigten Weise gegen den unteren Propfen BP stößt, dadurch eine weitere Fiüssigkeitsverdrängung durch die Verrohrung verhindert und auf diese Weise am oberen Ende des Bohrloches anzeigt, daß der Propfen angekommen ist. Dann

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kann die Verrohrung in der üblichen Weise am oberen Ende des Bohrloches verschlossen werden, damit der Zement abbinden kann.

In Fig. 7 ist in bezug auf den oberen Propfen TP und die Vorrichtung B2, welche zur Verschiebung des Propfens dient, eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführung hat die Vorrichtung B2 nicht die Form einer Kugel, sondern eine speerförmige Gestalt und besteht aus einem Körper 70 mit einer sich verjüngenden Nase 71 und einer zylindrischen Außenfläche 72 mit einer Ringdichtung 73, die in die Ausnehmung oder den Durchlaß 31 des Rohrkörpers 30 an dem oberen Propfen TP eingepaßt werden kann. An seinem oberen Ende weist der speerförmige Körper 70 einen länglichen Schaft 74 mit einer geeigneten Zahl von radial vorstehenden Zentrierfingern 75 auf, die dazu dienen, ein Verklemmen des speerförmigen Körpers innerhalb der Verrohrung zu verhindern, wenn er innerhalb derselben nach unten in einen Eingriff mit dem oberen Propfen TP verschoben wird. Zwischen dem Schaft 74 und dem Körper 70 ist an einen Plansch 77 ein geeignetes, elastomeres und napfförmiges Glied 76 angeformt, welches eine Lippendichtung mit der Verrohrung bildet, so daß die hinter der Vorrichtung befindliche Flüssigkeit den speerförmigen Körper nach unten drücken und mit großer Kraft in die Ausnehmung 31 des oberen Propfens TP hineinpressen kann.

Wenn die Vorrichtung B2 nach dem Aufsitzen des oberen

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Propfens !EF auf dem unteren Propfen BP den Rückfluß von Zement verhindern soll, können die Vorrichtung B2 Und der Propfen BP mit zusammenwirkenden Verriegelungsvorrichtungen versehen sein, beispielsweise den in Fig. 7 in Verbindung mit dem speerförmigen Körper 70 dargestellten , ■Verriegelungsvorrichtungen. Die Verriegelungsvorrichtungen bestehen ganz allgemein aus einem geteilten, elastisch federnden Verriegelungsring 78, der im oberen Endabschnitt

" des Rohrkörpers 30 in einer Ringnut 79 angeordnet ist und normalerweise elastisch federnd in die Ausnehmung 31 hinein vorsteht, so daß er mit dem speerfÖrmigen Körper 70 der Vorrichtung B2 in einen Eingriff gelangt, wenn diese in die Ausnehmung 31 eingeführt wird. Dabei wird der Verriegelungsring 73 durch die sich verjüngende Käse 71 der speerförmigen Vorrichtung B2 in ümfangsrichtung geepreist. Der speerförmige Körper 70 ist oberhalb des Verriegelungsringe β 76 mit einer Ringausnehmung 79a versehen, in welcher

fe sich der geteilte Verriegelungsring 73 zusammenziehen und dabei den epeerf örmigen Körper verriegeln kann.

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Claims

Patentansprüche j

1. Zementiervorrichtung für eine Tiefbohrung, in der die Verrohrung in einem Verrohrungskopf unter einer Wasseroberfläche und unterhalb der zur Verdrängung der Zementaufschlämaung dienenden Vorrichtung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein länglicher Zementierkopf (H, 20, usw.) und eine zur Verbindung des Zementierkopfes mit der Verrohrung (12) dienende Vorrichtung vorgesehen sind, wobei der Zementierkopf eine Halterung (25) für einen oberen Propfen (TP) und eine Halterung (26) für einen unteren Propfen (BP) aufweist, durch welche jeweils der obere bzw. der untere Propfen lösbar gehalten werden, und wobei der obere und der untere Propfen jeweils einen mittigen Durchlas (31 bzw. 41) für ein Strömungsmittel aufweisen, der durch eine innerhalb des Strömungsmittels befindliche Vorrichtung (B1, B2) verschlossen werden kann, um die Halterungen für die Propfen zur Auslösung zu bringen.

2· Zementiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen für die Propfen jeweils ein verschiebbar gelagertes Halteglied (25f, 26f) aufweisen, das aus einer ersten Halteetellung für den Propfen in eine zweite Freigabestellung für den Propfen gebracht werden kann.

3. Zementiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur lösbaren Befestigung der Halteglieder

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in der ersten Stellung abscherbare Mittel (25k, 26k) vorgesehen sind.

4. Zementiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteglieder (25f, 26f) für die Bewegung aus der ersten Haltestellung in eine zweite Ereigabestellung für den Propfen drehbar gelagert sind und durch abscherbare Stifte (25k, 26k) in der ersten Stellung gehalten werden.

5. Zementiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteglieder (25f, 26f) zueinander hin weisende Endabschnitte und jeweils eine zur Drehlagerung dienende Vorrichtung (25h, 26h) aufweisen.

6. Zementiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Drehlagerung dienende Vorrichtung aus einem Drehzapfen (25h, 26h) und einem senkrechten Langloch (80) besteht und eine anfängliche Bewegung der Halteglieder in Richtung der* zweiten Freigabestellung, sowie ein Abscheren der abscherbaren Stifte (25k, 26k) gestattet.

7. Zementiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterung für einen Propfen zwei in einem Abstand befindliche Kammern (25d, 26d) innerhalb des Zementierkopfes, in jeder Kammer einen Drehzapfen (2521,

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26h.) , in jeder Kammer ein Halteglied (25f, 26f) mit einem senkrechten Langloch (80), durch das der Drehzapfen hindurchgeführt ist, und einen abscherbaren Stift (25k, 26k) aufweist, der das Halteglied in einer solchen Weise hält, daß sich der Drehzapfen in einem Abstand unterhalb des oberen Endes des Langloches befindet, und daß das Halteglied einen nach innen weisenden, in das Innere des Zementierkopfes vorstehenden Abschnitt (25p, 26p) aufweist, der in einen Eingriff mit dem zugeordneten Propfen kommen kann.

8. Zentriervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Propfen (BP) einen mittigen Durchlaß (41) von kleinerem Durchmesser als der mittige Durchlaß (3V) des oberen Propfens (!DP) aufweist.

9· Zementiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite, innerhalb des Strömungsmittels befindlichen Vorrichtungen (Bi, B2) in einen durch den Zementierkopf und die Propfen hindurchgehenden Strömungsmittelfluß eingeführt werden und zum Verschließen der Durchlässe an den Propfen dienen können, wobei die erste Torrichtung (B1) aus einem elastomeren Werkstoffkörper von solcher Größe besteht, daß dieser durch den Durchlaß in dem oberen Propfen hindurchgehen, jedoch den Durchlaß des unteren Propfens verschließen kann, und die zweite Vorrichtung (B2) aus einem Körper besteht, der

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größer ist als der Durchlaß in dem oberen Propfen.

10. Zementiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung (B2) aus einer harten Kugel besteht.

11. Zementiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung (B2) und der obere Propfen (TP) zusammenwirkende Verriegelungsvorrichtungen (78, 79) aufweisen, die dazu dienen, die zweite Vorrichtung in einer Stellung festzuhalten, in welcher der Durchlaß (31) durch den oberen Propfen verschlossen wird.

12. Zementiervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung aus einem länglichen, speerförmigen Körper (70) besteht, der in den Durchlaß (31) des oberen Propfens eingepaßt werden kann.

13. Zementiervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der speerförmige Körper einen länglichen Schaft (74) und einen elastomeren, napfförmigen Abschnitt mit einer Dichtlippe (76) aufweist.

H. Zementiervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft in der Nähe des oberen Endes eine Zentriervorrichtung (75) aufweist, die dazu dient, ein Verklemmen des speerförmigen Körpers in der Rohrleitung für den Zement zu verhindern»

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