DE3031117C2

DE3031117C2 - Vorrichtung zum stufenweisen Zementieren des Ringraums zwischen der Wandung eines Bohrlochs und einer das Bohrloch auskleidenden Verrohrung

Info

Publication number: DE3031117C2
Application number: DE3031117A
Authority: DE
Inventors: Eugene Earl Duncan Okla Baker; Robert Louis Marlow Okla Jessup
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1980-08-16
Publication date: 1983-09-29
Also published as: AU5851680A; NO801715L; GB2060736A; CA1130197A; IT1131909B; US4246968A; DE3031117A1; GB2060736B; NL8003062A; IT8023249A0; BR8003914A

Description

(a) das andere, zweite Ende des Paßstücks (14) mit einem Rohrstrang (140) verbindbar ist und

(b) der Innendurchmesser der inneren Bohrung der Schutzhülse (98) im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der inneren Bohrung des Rohrstrangs (140) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberventiihülsenanordnung

(a) eine Schließhülse (46) enthält, die in einer zylindrischen Innenfläche des rohrförmigen Gehäuses (12) zwischen einer Stellung, in welcher die Zementauslaßöffnung (26) offen ist, und einer Stellung gleitbeweglich geführt ist, in welcher die Zementauslaßöffnung (26) geschlossen ist, sowie

(b) eine Auslösehülse (78), die in einer zylindrischen Innenbohrung der Schließhülse (46) zwischen einer Riegelstellung, in welcher die Schließhülse (46) in ihrer Offenstellung verriegelt ist, und einer Auslösestellung gleitbeweglich geführt ist, in welcher die Schließhülse (46) frei in ihre Schließstellung bewegbar ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Schutzhülse (96) mit der Auslösehülse (78) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (96) und die Schließhülse (46) Haltemittel (102, 54) aufweisen, durch weiche die Schutzhülse (96) in Anlage an der Schließhülse (46) gehalten wird, nachdem die Auslösehülse (78) in die Auslösestellung bewegt worden ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende der Schutzhülse (96) mit dem oberen Ende der Auslösehülse (78) verbunden ist und einen radial vorstehenden Bund (102) aufweist

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Riegelstellung der Auslösehülse (78) eine radial äußere Fläche (106) des radial nach außen vorstehenden Bundes (102) der Schutzhülse (96) an den radial inneren Flächen der radial nach innen vorspringenden Leisten (116) von Klemmfingern (56) eines Klemmringes (50) anliegt und diese Klemmfinger (56) in Eingriff mit einer Innenschulter (130) des rohrförmigen Gehäuses (12) gehalten sind, und daß in der Auslösestellung der Auslösehülse (78) der nsch außen vorstehende Bund (102) der Schutzhülse (96) unterhalb von nach innen vorstehenden Leisten (118) der Klemmfinger (56) liegt, wobei die oberen Enden der Klemmfinger (56) radial einwärts bewegbar sind und die nach außen vorspringenden Leisten (118) der Klemmfinger (56) außer Eingriff mit der Innenschulter (130) des rohrförmigen Gehäuses (12) kommen und die Schließhülse (46) freigeben.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösehülse (78) und die Schutzhülse (96) so angeordnet und ausgebildet sind, daß in der Auslösestellung der Auslösehülse (78) eine obere Ringschulter (104) des radial nach außen vorspringenden Bundes (102) sich unterhalb unterer Schultern (54) der radial nach innen vorspringenden Leisten (118) der Klemmfinger (56) befindet, wobei der radial nach außen vorspringende Bund (102) der Schutzhülse (96) an einer Aufwärtsbewegung an den radial nach innen vorstehenden Leisten (118) der Klemmfinger (56) vorbei gehindert ist,

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum stufen-

weisen Zementieren des Ringraums zwischen der Wandung eines Bohrlochs und einer das Bohrloch auskleidenden Verrohrung, weiche in den Verrohrungsstrang einbaubar ist und radiale Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten von von oben her in den Vcrrohrungsstrang eingedrückten Zementschlamm aufweist, weiche mittels in der Axialbohrung der Verrohrung nach abwärts pumpbarer, deren Querschnittsöffnung verschließende Stopfen auf- und nach dem Abfließen des Zementschlamms in den Ringraum wieder ^steuerbar sind, bestehend aus

einem rohrförmigen Gehäuse, das in seiner Wandung die radialen Zementaustrittsöffnungen aufweist,
einem Paßstück, dessen der Bohrlochsohle zugewandtes, erstes Ende mit einem der Enden des rohrförmigen Gehäuses verbunden ist, und

einer Schieberventilhülsenanordnung, die in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet und relativ zu diesem zwischen einer Offenstellung, in welcher die Zementaustrittsöffnungen geöffnet sind, und einer Scbließsteilung beweglich ist, in welcher die Zementaustrittsöffnungen geschlossen sind, wobei nach dem Bewegen der Schieberventilhülsenanordnung in die Schließstellung zwischen dem oberen Ende der zu oberst liegenden Hülse und dem unteren Ende des Paßstücks ein Ringspalt gebildet ist.

Bei der Vorbereitung von ölbohriöchern für die Öl- und/oder Gasproduktion besteht ein sehr wichtiger Schritt in dem Zementierungsvorgang. Im Grunde ist die Ölbohrungszementierung ein Vorgang, bei dem Zement-Wasserschlamm gemischt und nach unten durch die Stahlverrohrung zu kritischen Punkten gepumpt wird, die um die Verrohrung in dem Ringraum, in dem unteren, offenen Loch oder in aufgebrochenen Formationen liegen. Die Zementierung eines Bohrlochs schützt mögliche, produktive Zonen hinter der Verrohrung gegen Salzwasser und schützt die Verrohrung vor unter der Oberfläche befindlichen Mineralwassern und Elektrolyse von außen. Die Zementierung beseitigt die Gefahr einer Verschmutzung von Trinkwasser oder Brauchwasser führenden Schichten durch öl oder Salzwasser, das durch das Bohrloch aus öl- oder salzwasserhaltigen Formationen austritt. Weiterhin verhindert sie Ölbohrungsausbrüche und Feuer, die durch Hochdruckgaszonen hinter der Verrohrung verursacht werden, und das Eindrücken der Verrohrung bei hohem, äußerem Druck, der sich im Untergrund aufbaut.

In den Anfängen der ölfeldproduktion, als die Bohrlöcher alle relativ flach waren, wurde die >» Zementierung durchgeführt, indem Zementschlamm unten in die Verrohrung und zurück nach oben an der Außenseite der Verrohrung in den Ringraum zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwand floß. Als die Bohrlöcher tiefer und tiefer gebohrt wurden, um Petroleumprodukte aufzufinden, wurde es schwierig, das gesamte Bohrloch vom Boden der Verrohrung her zu zementieren, und so wurde die Zementierung in mehreren Stufen entwickelt, damit der Ringraum in getrennten Stufen zementiert werden kann, und zwar fao mit dem Boden beginnend und dann aufwärts arbeitend.

Dieser Vorgang wird erreicht, indem Zementierungsgeräte, die im Prinzip durch Ventile abgeschlossene Durchlässe sind, in der Verrohrung oder zwischen Anschlüssen der Verrohrungen an ein oder mehreren b5 Stellen in dem Bohrloch .ingebracht werden, wobei der Zementschlamm durch di-'n Boden der Verrohrung, den Ringraum hinauf bis zum Untersten Zementierungsgerät fließt, der Boden dann abgeschlossen wird, das Zementierungsgerät geöffnet wird und dann der Zementschlamm durch das Zementierungsgerät, den Ringraum hinauf zur nächsten oberen Stufe fließt und der Vorgang wiederholt wird, bis alle Stufen vollendet sind.

ZeiTientierungsgeräte, die für mehrstufiges Zementieren benutzt werden, weisen gewöhnlich zwei Hülsen auf, die beide gewöhnlich am Anfang durch Abscherstifte in einer oberen Stellung gehalten werden und dadurch die Zementaustrittsöffnungen in dem Gerät schließen. Um die Zementaustrittsöffnungen zu öffnen, wird ein Stopfen in die Verrohrung abgesenkt und auf die untere Hülse gesetzt. Dann wird der Flüssigkeitsdruck in der Verrohrung erhöht, bis sich genügend Kraft auf dem Stopfen und der Hülse entwickelt hat, um die Absciierstifte abzuscheren und die untere Hülse in eine Lage zu bewegen, die die Zementaustrittsöffnungen freilegt. Dann wird Zement hinunter in die Verrohrung und aus den offenen Zementaustrittsöffnungen heraus in den Ringraum gedrückt. Wenn die vorgegebene, gewünschte Menge an Zement in den Ringraum gedrückt wurde, wird ein anderer Stopfen in die Verrohrung hinter dem Zement eingebracht und die Verrohrung hinuntergeleitet, bis er auf der oberen Hülse aufsitzt, die die obere Hülse haltenden Abscherstifte durchgetrennt sind und die obere Hülse nach unten bewegt ist, um die Zementaustrittsöffnungen zu schließen. Ein Zemenlierungsgerät dieser Art ist in der US-PS 37 68 556 beschrieben. Andere bekannte Einrichtungen, die Zementierungswerkzeuge mit Gleithülsen in der gerade beschriebenen Art zeigen, sind in den US-Patentschriften 38 11 500, 37 68 562, 26 30 999, 26 30 998, 26 31 000, 25 31 943 und 25 31 942 dargestellt.

Die DE-AS 26 04 577 zeigt eine Vorrichtung zum Zementieren des Ringraumes zwischen einem Verrohrungsstrang und der Wandung eines Bohrlochs mit einem in den Verrohrungsstrang einbaubaren, rohrförmigen Gehäuse. Das Gehäuse ist von einem aufblähbaren Packer umgeben. Die Axialbohrung des Gehäuses ist nur über ein steuerbares Ventil mit dem Innenraum des Packers verbindbar und unterhalb dieses steuerbaren Ventils dicht abschließbar. Über ein aufsteuerbares Zementierventil ist oberhalb des aufblähbaren Packers eine Verbindung zwischen der Axialbohrung des Gehäuses und dem Ringraum herstellbar. Das steuerbare Ventil weist dabei einen in der Axialbohrung geführten, steuerbaren, hülsenförmigen Ventilschieber auf, durch welchen diese durch das Zementierventil freigegebene Verbindung bei weiterhin aufgeblähtem Packer wieder absperrbar ist. Bei der DE-AS 26 04 577 ist das steuerbare Ventil zwischen der Axialbohrung des Gehäuses und einer Ringkammer angeordnet, die über ein Rückschlagventil mit dem Innenraum des Packers und über das Zementierventil mit dem Ringraum in Verbindung steht.

Das Zementierventil öffnet bei Überschreitung eines vorgegebenen Drucks in der Axialbohrung des Gehäuses.

Eine Schwierigkeit, die sich mit dieser Art von Zementierungsgeräten mit Gleithülsen ergibt, besteht darin, daß, wenn die Hülsen einmal in ihre unterste Lage bewegt worden sind, ein ringförmiger Spalt zwischen den oberen Enden der Hülsen und dem unteren Ende eines herkömmlichen Paßstücks, das am oberen Ende des Zemcnticrungsgeräts befestigt ist. zurückbleibt. Dieser Spalt schafft eine Schulter, an welcher verschiedene Arten von unten im Bohrloch befindlichen

Werkzeugen hängenbleiben können und Probleme schaffen. Zusätzlich sind die innersten Hülsen dieser Art von Zementierungsgeraten normalerweise aus relativ weichem Metall hergestellt, so daß sie nach Beendigung der Zementierungsarbeiten aufgebohrt werden können. Manchmal kann die Bohrspitze in dem gerade beschriebenen, ringförmigen Spalt zur Anlage kommen und dadurch das Zementierungsgerät und/oder die Bohrspitze beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Geräten der vorerwähnten Art das Entstehen eines solchen nach innen offenen Spalts oder Zwischenraums zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, durch eine zum Abdecken des Ringspalts von der Seite der Axialbohrung der Zementiervorrichtung her vorgesehene Schutzhülse, deren der Bohrlochsohle zugewandtes, erstes Ende mit der Schieberventilhülsenannrdnung verbunden ist und deren anderes, zweites Ende gleitbeweglich in einer zylindrischen Innenfläche des ersten Endes des Paßstücks geführt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unieransprüche.

Die vorliegende Erfindung überwindet die geschilderten Schwierigkeiten, indem sie eine Schutzhülse vorsieht, die ein erstes Ende mit der Schieberventilhülscnanordnung des Zementierungsgerätes verbunden hat und mit einem zweiicn Ende innerhalb einer zylindrischen Innenfläche des obersten Paßstücks geführt ist. Die Schulzhülse ist aus hilzebehandcltem Stahl oder ähnlichem Material, das relativ härter als die weichen Innenhülsen ist. hergestellt. Die Schutzhülse bedeckt den Spalt zwischen dem Paßstück und der Schieberventilhülsenanordnung, wenn die Hülsen in ihrer untersten Lage sind. Dies verhindert, daß andere im Bohrloch befindliche Werkzeuge im Spalt hängenbleiben und dient auch dazu, die Bohrspitze, wenn die innersten Hülsen ausgebohrt werden, zu führen und dadurch Schaden am Zementierungsgerät zu verhindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig.! ist eine Querschnittansicht des Zementierungsgeräts mit der Schutzhülse der vorliegenden Erfindung, F i g. 2 ist eine isometrische Ansicht der Schließhülse des Zememierungsgeräts von Fig. 1.

F i g. 3 ist eine schematische Teilschnittansicht des Zementierungsgeräts mit der Schutzhülse von Fig. 1, wie es in einem herkömmlichen Bohrloch installiert ist und zeigt einen Stopfen in Anlage an einer Öffnungshülse, der nach unten zum Zemenüerungsgerät gepumpt wurde.

F i g. 4 ist eine schematische Teilschnittansicht ähnlich wie F i g. 3, die den Öffnungstopfen in Anlage an der Öffnungshülse des Zementierungsgeräts zeigt und wo die Öffnungshülse in ihre Offenstellung bewegt worden ist.

F i g. 5 ist eine Teilschnittansicht ähnlich wie F i g. 4, die den nächstfolgenden Schritt nach Fig.4 zeigt, wo ein Schließstopfen an der Auslösehülse des Zementierungsgeräts zur Anlage gekommen ist und die Auslösehülse genügend nach unten geschoben hat, um die Schließhülse freizugeben.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht ähnlich wie Fig. 5, die den nächstfolgenden Schritt nach Fig. 5 zeigt, worin der Schließstopfen sich nach unten bewegt hat und dadurch die Schließhülse in ihre unterste Schließstellung bewegt.

Es wird nun auf F i g. I Bezug genommen, in der das Zementierungsgerät IO ein rohrförmiges Gehäuse 12 aufweist, an welchem ein oberes Paßstück 14 und ein unteres Paßstück 16 sitzen. Diese können durch jedes herkömmliche Mittel, wie z. B. Verschweißung bei 18 und 20, als auch Schraubverbindungen bei 22 und 24 verbunden sein. Das obere Paßsiück 14 und das untere Paßstück 16 können an ihren äußersten Enden mit ίο Gewinden versehen oder auf andere Weise so ausgebildet sein, daß sie zwischen Normalprofile der Verrohrung oder anderer Rohre passen, oder können dazu geeignet sein, in die Verrohrung in die richtige Lage eingeschweißt zu werden, wo die Verrohrung aufgeschnitten werden muß und das Zementierungsgerät eingesetzt wird.

Das äußere Gebhäuse 12 ist ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuse mit einem größeren Innendurchmesser als der Innendurchmesser der Verrohrung oder eines Rohres, in welches es eingesetzt ist. Es ist aus hartem.dauerhaftem Material hergestellt, wie z. B.Stahl oder rostfreiem Stahl. Durch die Wand des Gehäuses 12 verlaufen zwei oder mehr Zementaustrittsöffnungen 26. Um die Innenfläche des Gehäuses 12 und die sich kreuzenden Durchlässe 26 herum verläuft eine innere ringförmige Ausnehmung 28.

Das äußere Gehäuse 12 enthält auch eine innere ringförmige Ausnehmung 30 mn geneigten Wänden 32 und 34. Ebenfalls in dem Gehäuse 12 befindet sich eine geneigte Wand oder Schulter 36, die in Verbindung mit der Wand 32 einen inneren, ringförmigen Vorsprung 38 bildet.

Neben dem Boden des äußeren Gehäuses 12 befinden sich ringförmige Verricgclungsausnchmungen 40, 42 ij und 44.

Die Schließhülse 46 ist eine rohrförmige, zylindrische Hülse, die konzentrisch innerhalb des Gehäuses 12 liegt und deren Außendurchmesser ein wenig geringer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 12, so daß die Hülse 46 innerhalb des Gehäuses 12 gleiten kann, ohne unangemessene Kraft zu benötigen, um die Reibung zwischen den Wänden zu überwinden. Die Hüise46 hat einen im wesentlichen gleichen Innendurchmesser wie die Verrohrung oder das Rohr, in dem das Zementieas rungsgerät sitzt, und ist auch aus hartem, dauerhaftem Material, wie z. B. Stahl oder rostfreiem Stahl hergestellt.

Die Schließhülse 46 weist zwei oder mehrere Durchlässe auf. die vorzugsweise mit den Zementaustrittsöffnungen 26 des Gehäuses 12 fluchten. An seinem oberen Ende hat die Schließhülse auch einen Klemmrin~ 50, der durch eine 2Π der Hülse 4S vorgesehene ringförmige äußere Leiste 52 gebildet ist und durch eine ringförmige innere Ausnehmung 54. die in die Hülse Ϊ5 eingeschnitten ist. Der Klemmring 50 ist aus Klemmfingern 56 (F i g. 2) zusammengesetzt, die am oberen Ende der Hülse 46 durch in gleichen Abständen angeordnete, eingefräste Nuten 58 gebildet sind, die in die Hülse 56 eingeschnitten sind und durch die ringförmige Leiste 52 und den Ansatz 52 verlaufen.

Ein oder mehrere ringförmige Ausnehmungen 60, die um das Äußere der Hülse 46 herum über und unter den Durchlässen 48 liegen, halten elastische Dichtungsmittel 62, 64 und 66. die eine Flüssigkeitsdichtung zwischen b5 Hülse 46 und Gehäuse 12 über und unter den Durchlässen 26 und 48 schaffen.

Die Schließhülse 46 weist auch einen (nicht gezeigten) äußeren, umgebenden nutenförmigen Kanal auf, der um

die Hülse und die davon angeschnittenen Durchlässe 48 herum verläuft. Dieser Kanal und die Ausnehmung 28 in dem Gehäuse 12 stellen eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Durchlässen 26 und 48 her, sollte die Hülse 46 während der Zementierungsarbeiten innerhalb des Gehäuses 12 verdreht werden.

Die Kanäle 48 in der Hülse 46 enthalten sich ausdehnende Sprengringe 70, die in die Kanäle 68 gepreßt werden. Wenn sich die Kanäle 68 neben die Ausnehmungen 40, 42 und 44 im Gehäuse 12 bewegen. dehnen sich die Sprengringe in die Ansätze 40,42 und 44 hinein und aus den Kanälen 68 heraus aus. und auf Grund der Anlage an den Kanälen 68 kann die Hülse 46 nicht zurück nach oben in das Gehäuse 12 gelangen. Dies schafft den geschlossenen, verriegelten Zustand. der nach Beendigung der Zementierung auftritt.

Die Hülsen 46 weisen auch eine innere, ringförmige Ausnehmung 72 auf, die unter den Durchlässen 48 liegt und dabei zwei senkrechte Seiten 74 und 76 hat.

Konzentrisch innerhalb der Schließhülse 46 liegen Auslösehülse 78, Öffnungshülse 80 und Hosenhalter 82. Öffnungshülse 80, Schließhülse 46 und Auslösehülse 78 zusammen können als Schieberventilhülsenanordnung bezeichnet werden.

Die Öffnungshülse 80 ist ein zylindrischer Ring, der eng in die Schließhülse 46 paßt und einen konischen Stopfensitz 84 aufweist. Sie ist anfänglich so angeordnet, daß sie die Zementaustrittsöffnung 26 und die Durchlässe 48 abdeckt. Durch Abscherstiftc 86. die in die Schließhülse 46 und die Öffnungshülse 80 eingeschraubt sind und in derselben Ebene wie die Durchlässe 26 und 48 liegen, wird die Öffnungshülse in der Schließstellung über der Zementaustrittsöffnung 26 und den Durchlässen 48 gehalten. Die Abscherstifte sind in Fig. 1 der Deutlichkeit halber winkelversetzt dargestellt.

Die Öffnungshülse 80 hat auch ringförmige Ausnehmungen 88, die über und unter den Abscherstiften 86 liegen und kreisförmige Dichtungen 90 aufnehmen, die eine Flüssigkeitsdichtung zwischen Öffnungshülsc 80 und Schließhülse 46 bewirken. Die Öffnungshülse hat auch eine darum herum verlaufende Ausnehmung 92, die den sich ausdehnenden Sprengring 94 aufnimmt, der in die Ausnehmung 92 gedrückt wird und der in der Lage ist, sich teilweise in die Ausnehmung 72 der Hülse 46 auszudehnen, wenn die Ausnehmung 92 mit der Ausnehmung 72 fluchtet. Dadurch wird eine Verriegelungsanordnung zwischen Öffnungshülse 80 und Schließhülse 46 erhalten, wenn die Öffnungshülse in die Zementierungslage mit offenen Durchlässen bewegt worden ist. Direkt über der Öffnungshülse 80, an der oberen Fläche % der Hülse 80 anliegend befindet sich die Auslösehülse 78, die eine zylindrische, rohrförmige Hülse mit am unteren Ende dünner ausgebildetem Rand 97 ist. Der Rand 97 in Verbindung mit der Schließhülse 46 bildet einen Ringraum 101, der sich vom unteren Ende 103 des Randes 97 bis zur schrägen Wand 105 der Auslösehülse erstreckt. An das obere Ende der Auslösehüise 78 ist eine Schutzhülse geschraubt, die ein rohrförmiges Glied ist, dessen oberes Ende 100 gleitend in einer zylindrischen innenfläche 99 des unteren Endes des oberen Paßstücks aufgenommen ist.

Die Schutzhülse 98 enthält einen radial nach außen ragenden Bund 102, der von einer nach oben weisenden, geraden Schulter 104, einer radial äußeren, zylindrisehen Fläche 106 und einer nach unten weisenden, kegelförmigen Schulter 108 begrenzt ist. Über der nach oben weisenden Schulter 104 befindet sich ein äußerer

Teil 110, der Schutzhülse 98 mit vermindertem Durchmesser, dessen oberer Bereich durch eine nach unten weisende Schulter 112 begrenzt ist.

Jeder der Klemmfinger 56 enthält ein oberes Ende 114 mit radial nach innen und außen ragenden Leisten 116 bzw. 118. Die radial nach innen ragende Leiste 116 ist von einer nach oben weisenden Schulter 120, einer radial inneren, gewölbten Fläche und einer nach unten weisenden, geraden Schulter 124 begrenzt. Die radial nach außen ragende Leiste 118 ist von einer nach oben weisenden Schulter 126, einer radial äußeren, gewölbten Fläche 128 und einer nach unten weisenden, kegelförmigen Schulter 130 begrenzt.

Wenn die Auslösehülse 78 und Schutzhülse 98 sich in ihrer in F i g. 1 dargestellten Anfangslage befinden, liegt die radial äußere Fläche 106 des radial nach außen ragenden Bundes 102 der Schutzhülse 98 an der radial inneren Fläche 122 der radial nach innen ragenden Leiste 116 der oberen Enden 114 der Klemmfinger 56 an. Dies hält die radial nach außen ragenden Leisten 118 der Klemmfinger 56 in Eingriff mit der inneren, ringförmigen Schulter 36 des rohrförmigen Gehäuses, und dadurch wird die Schließhülse in einer Offenstellung verriegelt, wobei die Durchlässe 48 mit den Zementaustrittsöffnungen 26 in Verbindung stehen, und eine nach unten gerichtete Bewegung der Schließhülse 46 verhindert.

Anfänglich ist die Auslösehüise 78 durch Abscherstifle 132, die durch die .Schließhülse 46 und Auslösehülse 78 verlaufen, an der Schließhülse 46 befestigt. Kreisförmige Dichtungen 134 in ringförmigen Ausnehmungen in der Auslösehülse 78 schaffen Flüssigkeitsdichtung zwischen dem oberen Teil der Auslösehülse 78 und der Schlicßhülse. Der Stopfensitz 136 wird durch Abfasen der Innenkanten des Hülsenendes auf den oberen Innenkanten der Hülse 78 gebildet.

Der Hülsenhalter 82 ist ein kreisförmiger Ring, der fest am unteren, inneren Ende der Schließhülse 46 befestigt ist. Wie gezeigt, erfolgt die Befestigung durch eine Schraubverbindung 138 mit enger Passung. Der Hülsenhalter 82 ist im wesentlichen so ausgebildet und angeordnet, daß er an der Ül'fnungshülse 80 in ihrer untersten Offenstellung anliegt und den Sprengring 94 bei der Verhinderung extremer, nach unten gerichteter Bewegungen der Öffnungshülse 80 in der Schließhülse 46 unterstützt. Der Hülsenhalter 82 bildet auch ein zusätzliches Kraftübertragungsmittel von der Öffnungshülse 80 zur Schließhülse 46.

Es ist wünschenswert, die Auslösehülse 78, Öffnungshülse 80 und den Hülsenhalter 82 aus leicht auszubohrendem Material, wie z. B. Aluminium. Aluminiumlegierung, Messing, Bronze oder Gußeisen herzustellen, so daß die Teile nach dem Zementicrungsvorgang leicht aus dem Werkzeug herausgebohrt werden können und dadurch ein voll geöffneter Durchgang durch das Zementierungsgerät geschaffen wird.

Es wird nun auf Fig. 3 bis 6 Bezug genommen. Bei typischen Arbeiten sitzt das Zementierungsgerät 10 in der Verrohrung oder dem Rohr 140. bevor es in das Loch 141 gefahren wird. Es kann zwischen normal verschraubte Abschnitte des Rohres an den gewünschten Stellen der durchzuführenden Zementierungsstufen eingebaut werden. Eine Anzahl von Zementierungsstufen sind mit diesem Gerät möglich, solange wie das Zementierungsgerät im Rohr einen kleineren Innendurchmesser als das Zementierungsgerät direkt darüber hat.

Nachdem sich das Rohr oder die Verrohrung in Ηργ

P •Ι' U.

richtigen Lage im Loch befindet, kann die erste und unterste Zementierungsstufe durch den Boden des Rohres 142 und den Ringraum 144 hinauf durchgeführt werden. Ein Abstreiferstopfen 146 wird hinter der ersten Stufe des Zementierungsschlamms eingesetzt, und Verdrängungsflüssigkeit von ungefähr demselben spezifischen Gewicht wie das des Zementschlamms wird hinter dem Abstreiferstopfen hergepumpt, um den Zement aus dem Rohrstrang zu verdrängen.

Nachdem eine vorausberechnete Menge an Verdrängungsflüssigkeit, genügend um den Rohrstrang vom Boden 142 bis zum nächsthöheren Zementierungsgerät zu füllen, in den Rohrstrang gepumpt worden ist, wird ein Öffnungsstopfen 148 in den Rohrstrang eingesetzt und hinuntergedrückt, bis er auf dem Stopfensitz 84 der Öffnungshülse 80 aufsitzt und damit die öffnung durch das Zementierungsgerät gegen Flüssigkeit abdichtet. Als Alternative kann eine Bombe oder ein Ball durch die Flüssigkeit in den Rohrstrang fallengelassen werden, um die öffnung des Zementierungsgeräts abzudichten. Eine vorausberechnete Menge an Zementschlamm, genügend um die Zementierung der zweiten Stufe zu vervollständigen, wird hinter den Öffnungsstopfen 148 hinterhergepumpt.

Dann wird Druck, ausreichend um die Abscherstifte 86 abzuscheren, auf den Zementschlamm und die Flüssigkeit in dem Rohrstrang gegeben, wobei der über den Stopfen 148 wirkende Druck die Abscherstifte abschert, die Öffnungshülse 80 nach unten drückt und die Durchlässe 48 und Zementauslaßöffnungen 26 freilegt. Dann fließt Zement durch die Durchlässe 48 und Zementauslaßöffnungen 26 hindurch und den Ringraum 144 hinauf. Dann befindet sich das Gerät in der in Fig.4 gezeigten Lage. Der Sprengring 94 greift in die Ausnehmung 72 ein und verhindert dadurch jede Verschiebung der Öffnungshülse 80 in der Schließhülse nach oben.

Wenn eine vorausberechnete Menge an Zement, genügend um die zweite Stufe zu beenden, in den Rohrstrang gepumpt worden ist, wird hinter das von Verdrängungsflüssigkeit gefolgte Zement ein Schließstopfen 150 gepumpt. Der Schließstopfen 150 sitzt auf dem Stopfensitz 150 auf und verschließt den Durchgang durch diesen hindurch und, wenn der Flüssigkeitsdruck auf dem Stopfen 150 einen definierten, ausreichenden Stand erreicht, werden die Abscherstifte 132 abgeschert, wodurch sich Auslösehülse 78 und Schutzhülse 98 nach unten aus dem anliegenden Kontakt mit dem Klemmring 50 herausbewegen können. Der Ringraum erlaubt dem zwischen den Stopfen 148 und 150 eingeschlossenen Zement weiter mit aus den Durchlässen 48 und den Zementaustrittsöffnungen auszutreten und verhindert dadurch eine hydraulische Verriegelung zwischen diesen Teilen. Fortgesetzter Druck auf den Stopfen 150 zwingt die Auslösehülse 78 und Schutzhülse 98 nach unten in eine Lage, in der die Schulter 108 an der nach oben weisenden Schulter 152 der Schließhülse 48 anliegt.

An diesem Punkt kann von der Auslösehülse 78 gesagt werden, daß sie sich in Auslöselage, wie in F i g. 5 gezeigt, befindet, wobei der radial nach außen ragende Bund 102 der Schutzhülse 98 sich unter den radial nach innen ragenden Leisten 116 der Klemmfinger 56 befindet.

Eine ausreichende, definierte Druckkraft, die durch den Stopfen 150 übertragen wird, wirkt dann nach unten auf die Auslösehülse 78, die an der Schulter 108 der Schutzhülse 98 mit der Schulter 152 der Schließhülse 46 anliegt und dadurch Kraft auf die Schließhülse 46 überträgt, die die Federkraft der Klemmfinger 56 überwindet.

Die oberen Enden 114 der Klemmfinger 56 werden radial nach innen bewegt, so daß die radial nach außen ragenden Leisten 118 von der inneren, ringförmigen Schulter 36 des rohrförmigen Gehäuses 12 gelöst werden. Dadurch wird die Schließhülse 46 gelöst, so daß sie nach unten bewegt werden kann. Dies wiederum

ίο bewegt die Durchlässe 48 nach unten aus der Fluchtung mit den Zementaustrittsöffnungen 26 heraus und bewegt die Dichtungen 66 an den Zementaustrittsöffnungen 26 vorbei. Dadurch werden die Zementaustrittsöffnungen 26 von der inneren Bohrung 154 des

is Zementierungsgeräts 12 gegen Flüssigkeit abgedichtet, so daß die Zementaustrittsöffnungen 26 abgeschlossen sind.

An diesem Punkt liegen die Sprengringe 70 in Höhe der Ausnehmungen 40, 42 und 44 und dem erweiterten Teil, und dehnen sich ein Stück dorthinein aus. Dadurch wird jede Bewegung der Hülse 46 zurück nach oben verhindert. Eine Bewegung der Hülse 46 nach unten im Gehäuse 12 ist durch das untere Ende 156 der Hülse 46. die am oberen Ende 158 des unteren Paßstücks 16 anliegt, begrenzt. Es sollte angemerkt werden, daß ehe die Schließhülse 46 nach unten bewegt wird, die Stopfen 148 und 150 fest miteinander gekoppelt wurden und es somit keine Möglichkeit hydraulischer Verriegleung zwischen ihnen mehr gibt.

Die Schließhülse 26 vervollständigt diese Zementierungsstufe, und die nächste Zementierungsstufe kann beginnen. Nach Beendigung der letzten Zementierungsstufe kann die aus Hülsen 78,80 und 82, Stopfen 148 und 150 und dem Zement zwischen 148 und 150 bestehende Sperre des Bohrungsdurchgangs leicht ausgebohrt werden, wodurch der Bohrungsdurchgang vollständig offen und unbehindert für folgende Arbeiten bleibt.

Wenn sich die Auslösehülse 78 in Auslöselage, wie in F i g. 5 gezeigt, befindet, und danach, wenn sich die Auslösehülse 78. die Schutzhülse 98 und die Schließhülse 46 nach unten in ihre unterste Lage, wie in Fig. 6 gezeigt, bewegt haben, liegt die obere, ringförmige Schulter 104 des radial nach außen ragenden Bundes 102 der Schutzhülse 98 unter den nach unten zeigenden Schultern 124 der radial nach innen ragenden Leisten 116 der Klemmfinger 56, so daß besagter radial nach außen ragender Bund 102 der Schutzhülse 98 gehindert ist, sich nach oben an besagten radial nach innen ragenden Leisten 116 der Klemmfinger 56 vorbei zu

so bewegen. So wird die Schutzhülse 98 in Anlage an der Schließhülse 46 gehalten, nachdem die Auslösehülse 78 in die die in F i g. 5 gezeigte Auslöselage bewegt wurde, und zwar selbst nachdem die Auslöschülse 78 und die Öffnungshülse 80 anschließend an die Zementierungsarbeiten herausgebohrt worden sind.

Die Länge der Schutzhülse 98. die innerhalb des oberen Paßstücks 14 verläuft, ist so, daß ein Teil der Schutzhülse 98 immer in der zylinderischen Innenfläche 99 des oberen Paßstücks 14 aufgenommen wird.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist. gibt es. nachdem die Schließhülse 46 sich in ihre unterste Lage bewegt hat. einen ringförmigen Spalt oder einen Zwischenraum 160 zwischen dem untersten Ende des ersten Paßstücks 14 und Schließhülse 46. Dieser Spalt wird zu jeder Zeit

_h5 vollständig von der Schutzhülse 98 abgedeckt. Dadurch schafft die Schutzhülse 98 einen im wesentlichen gleichmäßigen Innendurchmesser zur Führung der Bohrköpfe und anderer Werkzeuge durch das Zemen-

tierungsgerät 10, um so zu verhindern, daß solche Vorrichtungen im Spalt 160 hängenbleiben. Die Schutzhülse 98 hat einen etwas größeren inneren Durchmesser als der Abweichungsdurchmesser des Rohrstranges 140. Deshalb kann gesagt werden, daß die Schutzhülse 98 eine Innenbohrung besitzt, deren Durchmesser im wesentlichen genauso groß ist wie der

12

Innendurchmesser der Innenbohrung des Rohrstranges 140. Dies gestattet den Durchgang jeder Vorrichtung, die sonst durch den Rohrstrang 140 hindurchgehen würde, durch das Zementierungsgerät 10 hindurch, nachdem die verschiedenen Innenbestandteile herausgebohrt worden sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum stufenweisen Zementieren des Ringraums zwischen der Wandung eines Bohrlochs und einer das Bohrloch auskleidenden Verrohrung, welche in den Verrohrungsstrang einbaubar ist und radiale Austrittsöffnungen zum Hindurchleiten von von oben her in den Verrohrungsstrang eingedrückten Zementschlamm aufweist, welche mittels in der Axialbohrung der Verrohrung nach abwärts pumpbarer, deren Querschnittsöffnung verschließende Stopfen auf- und nach dem Abfließen des Zementschlamms in den Ringraum wieder zusteuerbar sind, bestehend aus

einem rohrförmigen Gehäuse, das in seiner Wandung die radialen Zementaustrittsöffnungen aufweist,

einem Paßiiück, dessen der Bohrlochsohle zugewandtes, erstes Ende mit einem der Enden des rohrförmigen Gehäuses verbunden ist, und einer Schieberventiihülsenanordnung, die in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet und relativ zu diesem zwischen einer Offenstellung, in welcher die Zementaustrittsöffnungen geöffnet sind, und einer Schließstellung beweglich ist, in welcher die Zementaustrittsöffnungen geschlossen sind, wobei nach dem Bewegen der Schieberventilhülsenanordnung in die Schließstellung zwischen dem oberen Ende der zu oberst liegenden Hülse und dem unteren Ende des Paßstücks ein Ringspalt gebildet ist, gekennzeichnet durch eine zum Abdecken des Ringspalts (160) von der Seite der Axialbohrung (154) der Zementiervorrichtung (10) her vorgesehene Schutzhülse (98), deren der Bohrlochsohle zugewandtes, erstes Ende mit der Schieberventilhülsenanordnung (46, 78, 80) verbunden ist und deren anderes, zweites Ende gleitbeweglich in einer zylindrischen Innenfläche (99) des ersten Endes des Paßstücks (14) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (12), das Paßstück (14), die Schieberventiihülsenanordnung (46, 78, 80) und die Schutzhülse (98) so angeordnet und aufgebaut sind, daß ein Teil der Schutzhülse (98) stets in der zylindrischen Innenfläche (99) aufgenommen ist, wenn die Schieberventiihülsenanordnung entweder in ihrer Offenstellung oder in ihrer Schließstellung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (98) so ausgebildet ist, daß sie den Eintritt einer durch die innere Bohrung der Schutzhülse hindurchtretenden Vorrichtung in einen zwischen dem ersten Ende des Paßstücks (14) und der Schieberventiihülsenanordnung (46, 78, 80) gebildeten Zwischenraum (160) verhindert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß