DE60020617T2

DE60020617T2 - Zementierkopf

Info

Publication number: DE60020617T2
Application number: DE60020617T
Authority: DE
Inventors: David P. Duncan Brisco
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2020-01-28
Also published as: US20020026958A1; EP1024248A3; CA2296858C; EP1464788A1; US6302140B1; US6517125B2; CA2296858A1; NO20035529D0; DE69932650D1; NO20000419L; DE69932650T2; DE60020617D1; US20010050105A1; EP1464788A8; NO318356B1; EP1464788B1; NO20000419D0; EP1024248B1; EP1024248A2; NO20035530D0

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zementierköpfe, welche für das Einführen und Trennen von Fluids in ein(em) Bohrloch verwendet werden, wie zum Beispiel für das Einführen und Trennen eines Zementschlamms. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Plugbehälter, Sammler, and schnell verriegelbare Kopplungen.
Wie dem Experten sehr wohl bekannt ist werden Zementierplugs für das Trennen von Fluids, welche durch Verrohrungen in einem Bohrloch fliessen, oft in einem Plugbehälter gehalten. Anstatt die Oberseite der Verrohrung zu öffnen um Zementierplugs einzuführen, wird an der Oberseite der Verrohrung ein Plugbehälter installiert. Der Plugbehälter umfasst Fließleitungen, welche an demselben befestigt sind, und welche eine schnell verriegelbare Kopplung umfassen können, welche dazu angewendet werden kann, den Plugbehälter an der Verrohrung zu befestigen. Der Plugbehälter kann auch einen an demselben befestigten Sammler umfassen, welcher ein Fluid in den Plugbehälter einführt. Ein typischer Plugbehälter nach aktuellem Stand der Technik wird im Halliburton Verkaufs- & Kundendienstkatalog Nr. 39 auf Seite 3138 dargestellt. Ein typischer Sammler wird im Halliburton Verrohrungsverkaufshandbuch Nr. 820.00005 auf Seiten 3–12 dargestellt. Kopplungen nach dem aktuellen Stand der Technik werden in US Patenten Nr. 4.524.998 und 4.613.161 beschrieben.
In US 4.775.008 wird eine einstellbare Zementierkopfsammlerverbindung mit einer ersten Verschraubung und einem darin positionierten Durchgang geboten, welcher für eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit einem Zementierkopf operativ verbunden wird, und einer zweiten Verbindung mit einem darin positionierten Durchgang mit einem Ende für das operative Verbinden derselben auf eine flüssigkeitsdichte Weise mit einem Zementierkopf, und Komponenten für das verschiebbare Verbinden der ersten Verschraubung und der zweiten Verschraubung auf eine flüssigkeitsdichte Weise.
Zu Beginn eines typischen Zementierjobs werden die Bohrlochverrohrung und das Bohrloch normalerweise mit Bohrschlamm gefüllt. Um den Einschluß von Verunreinigungen an der Schnittstelle zwischen Bohrschlamm und dem Zement zu reduzieren, welcher in die Bohrlochverrohrung über den Bohrschlamm eingepumpt wird, wird oft ein unterer Zementierplug verwendet, welcher vor dem Zementschlamm eingepumpt wird, so dass die Schnittstelle zwischen dem Zementschlamm und dem schon in der Bohrlochverrohrung befindlichen Bohrschlamm von dem unteren Zementierplug definiert wird.
Wenn der Zement in die Bohrlochverrohrung eingepumpt wird, wird der untere Zementierplug innerhalb der Bohrlochverrohrung herunter gepumpt. Der untere Plug übernimmt die Funktion des Abwischens von Schlamm von den Wänden der Verrohrung vor dem Zementschlamm, und reduziert auf diese Weise eine Verdünnung des Zementschlamms. Er dient weiterhin dazu, die Verunreinigung des Zements zu minimieren, während derselbe in die Verrohrung eingepumpt wird. Um das für das Herausschieben des Zementschlamms aus der rohrförmigen Rohranordnung und in den ringförmigen Raum hinein verwendete Verdrängungsfluid abzutrennen, wird ein oberer Zementierplug in-line positioniert und von einem Verdrängungsfluid innerhalb der Rohranordnung herunter geschoben. Normalerweise wird der untere Zementierplug vor dem Einpumpen von Zement in den Plugbehälter geladen, und der obere Zementierplug wird nach Lösen des unteren Plugs geladen. Es können jedoch auch Zeitpunkte auftreten, zu welchen nur ein Zementierplug angewendet wird. In diesen Fällen wird der Plug hinter dem Zement gelöst, um den Schlamm aus der rohrförmigen Rohranordnung herauszuschieben. Wenn Bohrlochbedingungen es fordern, kann ein Multi-Plugbehälter angewendet werden, welcher wenn erwünscht ein Lösen von beiden Zementierplugs erlaubt, ohne den Plugbehälter zu öffnen. Egal ob ein einzelner oder ein Multi-Plugbehälter angewendet wird, kann derselbe entweder aus einem frei fallenden oder einem Plugbehälter des Sammlertyps bestehen.
Der mit den Plugbehältern angewendete Sammler ist normalerweise mit Einlässen in der Seite des Plugbehälters verbunden und beinhaltet Ventile, so dass ein Fluid vor und hinter den Zementierplugs her verdrängt werden kann. Oft können der Plugbehälter und der Sammler bis zu dreißig Fuß (9 m) über der Bohrinselplattform hergestellt werden. Aufgrund der Größe, Form, und des Gewichts der Plug- und Sammlerbaugruppe ist es schwierig, zeitraubend, und manchmal gefährlich, den Plugbehälter, Sammler, und die Verrohrung auf diese Weise herzustellen. Es besteht daher ein Bedarf für kürzere und leichtere Plugbehälter und kompaktere Sammler, welche manöverierbarer und einfacher und sicherer handzuhaben sind.
Kürzere Plugbehälterlängen sind auch dort wichtig, wo Bohrinseln über kurze Ballen verfügen, welche wenig vertikalen Abstand über der Oberkante der Verrohrung belassen, in welchem der Plugbehälter hergestellt werden kann. Es ist außerdem in manchen Fällen wünschenswert, eine Vorrichtung für das schnelle Verbinden des Plugbehälters mit einer Verrohrungsmuffe bereitzustellen, so dass eine Verbindung mit einer Verrohrungsmuffe auf eine andere Art als mit einer Schraubverbindung hergestellt werden kann. Kopplungsgeräte für schnelle Verbindungen werden in den US Patenten 4.613.161 und 4.524.998 beschrieben. Obwohl solche Geräte sehr gut funktionieren, besteht weiterhin ein Bedarf für ein kürzeres, kompakteres Kopplungsgerät, welches einfach montiert werden kann.
Wir haben nun einen kompakten Plugbehälter und einen Sammler entworfen, welche zusammen oder unabhängig voneinander in einem Zementierkopf angewendet werden können. Die Anwendung von einem oder beiden, d.h. Plugbehälter oder Sammler der vorliegenden Erfindung in einem Zementierkopf liefert die Möglichkeiten und die Vorteile, dass der Zementierkopf einfacher zu montieren und zu manipulieren, und weitaus kompakter ist als Zementierköpfe des aktuellen Standes der Technik.
Gemäß eines Aspektes bietet die Erfindung einen Zementierkopf, welcher umfasst: einen Plugbehälter mit einem ersten Flüssigkeitseinlaß und einem zweiten Flüssigkeitseinlaß; einen Sammler, welcher mit dem genannten Plugbehälter verbunden ist, wobei der genannte Sammler umfasst: ein erstes Ventil, wobei das genannte erste Ventil einen ersten Ventileinlaß und einen ersten Ventilauslaß umfasst, wobei der genannte erste Ventilauslaß mit dem genannten ersten Flüssigkeitseinlaß des genannten Plugbehälters verbunden ist; ein erstes T-förmiges Entleerungsstück, welches mit dem genannten ersten Ventileinlaß verbunden ist; ein zweites Ventil, wobei das genannte zweite Ventil einen zweiten Ventileinlaß und einen zweiten Ventilauslaß umfasst, und der genannte zweite Ventilauslaß mit dem genannten zweiten Flüssigkeitseinlaß des genannten Plugbehälters verbunden ist; und ein zweites T-förmiges Entleerungsstück, welches mit dem genannten zweiten Ventileinlaß verbunden ist; ein Abstandstück zwischen den genannten ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücken; und eine Verschlußmutter für das Verbinden des genannten ersten T-förmigen Entleerungsstücks mit dem genannten zweiten T-förmigen Entleerungsstücks, wobei ein Rotieren der genannten Verschlußmutter in eine erste Richtung eine Bewegung beider der genannten ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke in Richtung und ein Feststellen gegen das genannte Abstandstück verursacht, und wobei ein Rotieren der genannten Mutter in eine zweite Richtung ein Lösen und Entfernen von dem genannten Abstandstück beider der genannten ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke verursacht, und wobei das genannte erste T-förmige Entleerungsstück vorzugsweise ein Linksgewinde umfasst, und wobei das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück ein Rechtsgewinde umfasst, wobei die genannte Verschlußmutter erste und zweite Enden mit jeweiligen Links- und Rechtsgewinden umfasst, für das Ergreifen der genannten ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke.
Gemäß eines weiteren Aspektes bietet die Erfindung einen Multi-Plugbehälter für das Verbinden mit einer Verrohrung, welcher umfasst: einen Behälterkörper, welcher eine längliche Zentralöffnung definiert; mindestens zwei in der genannten Zentralöffnung positionierte Plugs; eine Reihe von mit der genannten Zentralöffnung verbundenen Flüssigkeitseinlässen, wobei der genannte Multi-Plugbehälter die gleiche Anzahl von Einlässen umfasst wie Plugs, und wobei der genannte Behälter keinen Einlaß über einem darin positionierten obersten Plug hat.
Gemäß eines Aspektes bietet die vorliegende Erfindung einen Zementierkopf, welcher kompakter und einfacher zu montieren ist und manipuliert werden kann als Zementierköpfe des aktuellen Standes der Technik. Vorzugsweise umfasst der Zementierkopf der vorliegenden Erfindung einen Plugbehälter mit ersten oder oberen, und zweiten oder unteren Flüssigkeitseinlässen, welche 90° von einer zentralen Längsachse des Plugbehälters entfernt orientiert, und von derselben versetzt sind. Auf diese Weise kann ein in den Plugbehälter eintretender Fluid einen Fließwirbel erzeugen, welcher Plugs innerhalb des Behälters nach unten, und in die Verrohrung hinein ziehen kann. Vorzugsweise kann ein Sammler mit dem Plugbehälter verbunden sein.
Es ist wünschenswert, dass der Sammler ein erstes, mit dem oberen Einlaß des Plugbehälters verbundenes Ventil umfasst, und ein zweites, mit dem unteren Einlaß des Plugbehälters verbundenes Ventil. Es ist von Vorteil, wenn ein erstes T-förmiges Entleerungsstück mit dem ersten Ventil, und ein zweites T-förmiges Entleerungsstück mit dem zweiten Ventil verbunden ist. Vorzugsweise sind das erste und das zweite T-förmige Entleerungsstück über eine Verschlußmutter, welche vorzugsweise aus einer einstückigen Verschlußmutter besteht, miteinander verbunden. Es ist wünschenswert, dass die Verschlußmutter in Gewinde an dem ersten und dem zweiten T-förmigen Entleerungsstück eingreift, so dass ein Rotieren der Verschlußmutter in eine Richtung eine Bewegung der T-förmigen Entleerungsstücke in Richtung des jeweils anderen Stücks und ein Festziehen gegen ein Abstandstück verursacht, welches zwischen denselben positioniert ist, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu erzeugen. Es ist besonders wünschenswert, dass ein Rotieren der Verschlußmutter in eine zweite Richtung den Abstand zwischen den ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücken vergrößert, und die Dichtung mit dem Abstandstück löst.
Es ist wünschenswert, dass das erste T-förmige Abstandstück ein Linksgewinde umfasst, und dass das zweite T-förmige Entleerungsstück ein Rechtsgewinde umfasst. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Verschlußmutter korrespondierende Links- und Rechtsgewinde, welche an korrespondierenden ersten und zweiten Enden derselben definiert sind und in das erste und zweite T-förmige Entleerungsstück eingreifen. Es ist ein Vorteil, wenn der Sammler einen Flüssigkeitseinlaß umfasst, welcher mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung verbunden werden kann, wobei die Ventile in dem Sammler so manipuliert werden können, dass dieselben den Durchfluß an die oberen oder unteren Einlässe des Plugbehälters ausrichten.
Gemäß eines weiteren Aspektes umfasst die Erfindung einen Multi-Plugbehälter, welcher einen Plugbehälterkörper von ausreichender Länge für das Halten eines oberen und eines unteren Zementierplugs umfasst. Der Multi-Plugbehälter der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise nur zwei Flüssigkeitseinlässe. Bei dieser Ausführungsform kann der Sammler mit den oberen und den unteren Flüssigkeitseinlässen verbunden sein, so dass der Multi-Plugbehälter einen kombinierten, frei fallenden Sammlerplugbehälter darstellt. Mit anderen Worten kann der Sammler so manipuliert werden, dass der Durchfluß durch den oberen Einlaß in den Plugbehälter über den unteren Plug ausgerichtet werden kann. Der obere Plug ist jedoch notwendigerweise ein frei fallender Plug. Vorzugsweise sind die Einlässe in den Multi-Plugbehälter 90° in Richtung der zentralen Längsachse desselben orientiert und von demselben versetzt, so dass ein Fließwirbel in dem Plugbehälterkörper erzeugt wird, welcher den oberen Plug nach unten in den Fließstrom ziehen kann.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird ein Kopplungsgerät für das Verbinden des Plugbehälters mit einer Verrohrung geboten. Vorzugsweise umfasst das Kopplungsgerät einen Körper mit darauf definierten Gewinden und einer durch denselben hindurch definierten Bohrung. Es ist ein Vorteil, wenn eine Dichtung in der Bohrung positioniert und dem Abdichten derselben gegen das obere Ende einer Verrohrung zugeordnet ist, welche in dieselbe Bohrung empfangen wird. Vorzugsweise ist eine Feststellklemme um den Körper herum positioniert. Die Feststellklemme kann an ihrem unteren Ende eine sich radial nach innen erstreckende Kante umfassen.
Es ist ein Vorteil, wenn die Feststellklemme erste und zweite gekrümmte Klemmenabschnitte umfasst, welche mittels eines Scharniers miteinander verbunden sind und zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen bewegt werden können. Jeder gekrümmt geformte Klemmenabschnitt umfasst an dessen unterem Ende die sich radial nach innen erstreckende Kante.
Bei dieser Ausführungsform wird die Kante unter dem unteren Ende einer Verrohrungsmuffe, welche an dem oberen Ende der Verrohrung befestigt ist, eng anliegend um den Außendurchmesser der Verrohrung herum empfangen, wenn sich die Feststellklemme in der geschlossenen Position befindet. Die Kante definiert eine nach oben ausgerichtete ringförmige Oberfläche, welche in eine nach unten ausgerichtete ringförmige Oberfläche eingreifen wird, welche von der Verrohrungsmuffe definiert wird, und welche als ein Abschnitt der Verrohrung mit einem vergrößerten Durchmesser bezeichnet werden kann. Ein einmaliges Rotieren der Klemme in der geschlossenen Position veranlaßt die Verrohrung dazu, sich in Längsrichtung relativ zu dem Körper zu bewegen, und verursacht eine anfängliche ansteigende Kompression der in der Bohrung des Körpers positionierten Dichtung. Vorzugsweise ist ein Grenzring für das Einschränken der Öffnungsbewegung der gekrümmten Klemmenabschnitte vorhanden. Eine Verriegelungsvorrichtung kann für das Verriegeln der Feststellklemme in ihrer geöffneten oder geschlossenen Position bereit gestellt werden.
Wie weiter unten noch eingehender beschrieben werden soll, können die Plugbehälter, Sammler, und Kopplungsgeräte der vorliegenden Erfindung zusammen in einer Reihe von Kombinationen angewendet werden. Plugbehälter, Sammler, und Kopplungsgeräte der vorliegenden Erfindung ermöglichen das einfachere Montieren eines kompakteren und manöverierbareren Zementierkopfes, so dass die Installation des Zementierkopfes in einer beachtlichen Höhe über dem Bohrinselboden weniger umständlich und gefährlich ist als eine solche für Zementierköpfe gemäß des aktuellen Standes der Technik.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden wir nun Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eingehender beschreiben, wobei:
1 eine Teilansicht auf einen Zementierkopf der vorliegenden Erfindung mit einem Plugbehälter und einem Sammler darstellt;
2 eine unterteilte Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Sammlers darstellt;
3 eine Ansicht entlang der Linie 3-3 in 1 darstellt und eine Tauchkolben- und Anzeigebaugruppe innerhalb eines Plugbehälters zeigt;
4 eine Teilansicht auf einen Multi-Plugbehälter darstellt;
5A und 5B eine unterteilte Aufsicht auf einen Zementierkopf einschließlich eines Plugbehälters und eines Kopplungsgeräts darstellen;
6 eine Teilansicht der 5B aus einem Winkel von 90° darstellt;
7 eine Vorderansicht einer Feststellklemme darstellt;
8 eine Hinteransicht einer Feststellklemme darstellt;
9 eine Ansicht in Aufwärtsrichtung einer Feststellklemme in der geschlossenen Position darstellt. Die Verrohrung ist hier nicht dargestellt.
10 ist eine Ansicht in Aufwärtsrichtung einer Feststellklemme in der geöffneten Position. Die Verrohrung ist hier nicht dargestellt.
11 ist eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Zementierkopfes einschließlich eines Plugbehälters und eines Kopplungsgeräts.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wird hier ein Zementierkopf oder Zementiergerät 10 der vorliegenden Erfindung einschließlich eines Sammlers 15 und eines Plugbehälters 20 dargestellt. Der hier beschriebene Zementierkopf kann wie in 4 dargestellt einen Multi-Plugbehälter 25 einschliessen.
Der Sammler 15 umfasst ein erstes oder oberes T-förmiges Entleerungsstück 30, welches mit einem zweiten oder unteren T-förmigen Entleerungsstück 35 verbunden ist. Das erste T-förmige Entleerungsstück 30 ist mit einem ersten oder oberen Ventil 40 verbunden, und das zweite T-förmige Entleerungsstück ist mit einem zweiten oder unteren Ventil 42 verbunden.
Das erste T-förmige Stück umfasst einen Lauf 44 mit einer Bohrung oder Öffnung 45, und einem Kreuz oder Schaft 46 mit einer Bohrung oder Öffnung 47, welche die Öffnung 45 durchschneidet. Die Öffnungen 48 sind an einem ersten oder oberen Ende 50 und einem zweiten oder unteren Ende 54 des ersten T-förmigen Stücks 30 definiert. Gewinde 52 sind an einem oberen Ende 50 auf der Außenoberfläche des T-förmigen Entleerungsstücks 30 definiert. Gewinde 56 sind auf der Außenoberfläche des zweiten oder unteren Ende 54 definiert. Die Öffnungen 48 können obere Öffnungen 58 und untere Öffnungen 60 umfassen, und können je nach der Durchflußrichtung als Flüssigkeitseinlässe oder Flüssigkeitsauslässe bezeichnet werden. In der hier dargestellten Ausführungsform wurde die obere Öffnung 58 verschlossen, um einen Durchfluß durch dieselbe zu verhindern, und die untere Öffnung 60 umfasst einen Flüssigkeitseinlaß. Das T-förmige Entleerungsstück 30 umfasst eine Abschrägung 62 an dem oberen Ende 50 desselben, und hat unter der Abschrägung 62 eine Dichtungsrille 64 in demselben definiert. Eine Dichtung 65 wird in die Dichtungsrille 64 empfangen. Eine Abschrägung 66 ist an dem unteren Ende 54 des T-förmigen Entleerungsstücks 30 definiert. Eine Dichtungsrille 68 mit einer darin empfangenen Dichtung 69 ist in dem T-förmigen Entleerungsstück 30 über der Abschrägung 66 definiert.
Der Schaft 46 des oberen T-förmigen Entleerungsstücks 30 hat ein Schaftende 70, welches in der hier dargestellten Ausführungsform einen Flüssigkeitsauslaß 72 umfasst. Der Schaft 46 hat einen ersten Außendurchmesser 74, einen zweiten Außendurchmesser 76, und einen dritten Außendurchmesser 78. Ein Ansatz 80 wird durch die zweiten und dritten Außendurchmesser 76 und 78 definiert und erstreckt sich zwischen denselben. Die Abschrägung 82 wird an dem Ende 70 des Schafts 46 definiert und ist für eine typische Hammeranschlußverbindung adaptiert. Auf diese Weise ist eine Hülse 84 um den zweiten Außendurchmesser 76 des Schafts 46 herum positioniert. Die Hülse 84 umfasst ein erstes Ende 86 und ein zweites Ende 88, welches in den Ansatz 80 eingreift. Die Hülse 84 umfasst einen ersten Außendurchmesser 90 und einen zweiten Außendurchmesser 92. Ein Ansatz 94 wird von den ersten und zweiten Außendurchmessern 90 und 92 definiert und erstreckt sich zwischen denselben. Eine Gewindemutter 96 ist um die Hülse 84 herum positioniert. Ein Ansatz 98 für das Ergreifen des Ansatzes 94 ist an der Mutter 96 definiert, so dass der Schaft 46 und das Ventil 40 gegenseitig aufeinander hin angezogen werden, wenn die Mutter 96 an das Ventil 40 angeschraubt wird.
Das obere T-förmige Entleerungsstück 30 ist daher mittels eines Hammeranschlusses 99 mit dem Ventil 40 an einem Einlaß 102 desselben verbunden. Das Ventil 40 umfasst weiter einen Auslaß 104. Das Ventil 40 kann eine Zementierfließleitung 108 umfassen, welche sich sowohl von der Einlaß- wie auch der Auslaßseite 110 und 112 des Ventils erstreckt. Das Ventil 40 ist für das Verbinden mit einem oberen Flüssigkeitseinlaß des Plugbehälters 20 an der Hammeranschlußverbindung 114 adaptiert.
Das zweite T-förmige Entleerungsstück 35 umfasst einen Lauf 122 mit einer Bohrung 124 und einem Schaft oder Kreuz 126 mit einer Bohrung 128, welche die Laufbohrung 124 durchschneidet. Die oberen und unteren Öffnungen 130 und 131 sind an dem ersten oder oberen Ende 132 und dem zweiten oder unteren Ende 134 des Laufs 122 definiert. Die Gewinde 136 sind auf den Außenoberflächen des T-förmigen Stücks 35 an dessen oberen Ende 132 definiert, und die Gewinde 138 sind an dem unteren Ende 134 definiert. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die obere Öffnung 130 einen Flüssigkeitsauslaß 140 und die untere Öffnung 131 umfasst einen Flüssigkeitseinlaß 142. Eine Abschrägung 144 ist an dem oberen Ende 132 definiert. Eine Dichtungsrille 146 mit einer darin empfangenen Dichtung 147 ist in dem T-förmigen Entleerungsstück 35 unter der Abschrägung 144 definiert. Eine Abschrägung 148 ist an einem unteren Ende 134 des Laufs 122 definiert, und eine Dichtungsrille 150 mit einer darin empfangenen Dichtung 151 ist in dem T-förmigen Entleerungsstück 35 über der Abschrägung 148 definiert.
Die Konfiguration des Schafts 126 ist wie diejenige, die mit Bezug auf das erste T-förmige Entleerungsstück 30 beschrieben wurde. Der Schaft 126 umfasst daher erste, zweite, und dritte Außendurchmesser 152, 153, und 154, mit einem zwischen den Durchmessern 153 und 154 definierten Ansatz 156. Eine Hülse 158 ist um den zweiten Außendurchmesser 153 herum positioniert und ergreift den Ansatz 156. Eine Mutter 160 ist um die Hülse 158 herum positioniert und ist für das Aufschrauben auf ein Ventil 42 adaptiert. Wie schon hervorgehoben ist die Verbindung mit dem Ventil 42 eine Hammeranschlußverbindung und kann auch als ein Hammeranschluß 162 bezeichnet werden. Das zweite T-förmige Entleerungsstück 35 ist daher am Hammeranschluß 162 mit einem Einlaß 164 des Ventils 42 verbunden.
Das Ventil 42 umfasst weiter einen Auslaß 166 und kann eine Fließleitung 168 aufweisen, welche sich von den Einlaß- und Auslaßseiten 170 und 172 desselben erstreckt. Das Ventil 52 ist für das Verbinden desselben mit einem unteren Flüssigkeitseinlaß des Plugbehälters 20 an dem Hammeranschluß 174 adaptiert.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform blockiert ein Plug 182 die obere Öffnung 58 und wird von einer Mutter 184, welche in Gewinde 52 eingreift, in Position gehalten, um einen Durchfluß durch dieselbe zu verhindern. Das untere Ende 134 des T-förmigen Entleerungsstücks 35 ist für das Empfangen einer Flüssigkeitszufuhrleitung (hier nicht dargestellt) adaptiert, welche ein Fluid an den Sammler 15 liefern wird. Die Ventile 40 und 42 können manipuliert werden, um wahlweise einen Durchfluß an die oberen und unteren Flüssigkeitseinlässe des Plugbehälters 20 zu liefern.
Ein Abstandstück 194 mit einem oberen Ende 196, einem unteren Ende 198, und einer Öffnung 197 durch dasselbe kann zwischen dem oberen und dem unteren T-förmigen Entleerungsstück 30 und 35 positioniert sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform kann das Gewinde 56 an dem oberen T-förmigen Entleerungsstück 30 aus einem Linksgewinde bestehen, während das Gewinde 136 an dem unteren T-förmigen Entleerungsstück 35 aus einem Rechtsgewinde besteht. Eine Verschlußmutter 200 mit einem oberen Abschnitt 202, einem unteren Abschnitt 204, und einer Innenoberfläche 206 greift in die Gewinde 56 und die Gewinde 136 ein. Der obere Abschnitt 202 umfasst ein auf der Innenoberfläche 206 desselben definiertes Linksgewinde 208. Der untere Abschnitt 204 umfasst ein auf der Innenoberfläche 206 definiertes Rechtsgewinde 210. Ein Rotieren der Verschlußmutter 200 in eine erste Richtung 212 wird daher ein Zusammenziehen der ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke 30 und 35 und ein Eingreifen in das Abstandstück 194 verursachen, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen denselben herzustellen. Eine Rotierung in eine zweite Richtung 214 wird ein Auseinanderbewegen der ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke 30 und 35 verursachen und den Abstand zwischen denselben vergrößern, so dass die Sammlerbaugruppe demontiert werden kann.
Dies ist eine Verbesserung gegenüber von Sammlerkonstruktionen des aktuellen Standes der Technik insoweit, dass sie einen kompakteren Sammler ermöglicht. Sammler des aktuellen Standes der Technik fordern getrennte Muttern an den oberen und unteren T-förmigen Entleerungsstücken und umfassen einen langen Umstellnippel zwischen denselben. Durch das Bereitstellen eines kompakten Sammlers kann ein wie hierin beschriebener, kompakterer Plugbehälter verwendet werden.
Wenn erwünscht können das untere Ende des ersten T-förmigen Entleerungsstücks und das obere Ende des zweiten T-förmigen Entleerungsstücks Gewinde mit unterschiedlichen Ganghöhen anstelle von Links- und Rechtsgewinden aufweisen. Die korrespondierende Verschlußmutter wird gleichermaßen Gewinde mit verschiedenen Ganghöhen an den oberen und unteren Abschnitten derselben aufweisen, so dass dieselbe rotiert werden kann, nachdem die Verschlußmutter vollständig auf ein T-förmiges Entleerungsstück aufgeschraubt wurde, um sie von demselben zu entfernen. Die Gewinde auf dem gegenüber liegenden T-förmigen Entleerungsstück sind so definiert, dass die Verschlußmutter mit einer solchen Rate auf das gegenüber liegende T-förmige Entleerungsstück aufgeschraubt wird, dass der Abstand zwischen den beiden T-förmigen Entleerungsstücken sich verringern wird und dieselbe um das Abstandstück herum angezogen wird, wenn die Verschlußmutter rotiert wird, um dieselben von dem T-förmigen Entleerungsstück zu entfernen, auf welches sie aufgeschraubt war.
In einer weiteren Ausführungsform eines Sammlers, welche in 2 dargestellt ist, wird eine Buchse angewendet, um den gleichen Zweck zu erzielen. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist nur die Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren T-förmigen Entleerungsstück dargestellt. Alle anderen Eigenschaften sind identisch zu denjenigen, die mit Bezug auf den Sammler 15 beschrieben wurden. Es wird daher in 2 ein Abschnitt eines Sammlers 220 dargestellt. Der Sammler 220 umfasst ein erstes oder oberes T-förmiges Entleerungsstück 222 und ein zweites oder unteres Entleerungsstück 224. Das zweite T-förmige Stück 224 ist mit dem weiter oben beschriebenen zweiten T-förmigen Entleerungsstück 35 identisch. Das erste T-förmige Stück 222 ist gleichermaßen mit dem ersten T-förmigen Stück 30 identisch, außer dass die an dem unteren Ende 226 des Laufs 228 definierten Gewinde 225 aus Rechtsgewinden 225 bestehen. Der Sammler 220 umfasst daher eine Buchse 230 mit einem oberen Abschnitt 231, welcher verschraubbar in die Gewinde 225 eingreift, und einen Abschnitt 223, welcher um das Abstandstück 194 herum positioniert ist. Die Buchse 230 umfasst ein Linksgewinde 232, welches auf einer Außenoberfläche 235 derselben definiert ist. Eine Verschlußmutter 234 mit einem unteren Abschnitt 236 und einem oberen Abschnitt 238 greift verschraubbar in die Buchse 230 ein.
Der obere Abschnitt 238 umfasst Linksgewinde 239, welche auf demselben definiert sind, um die Gewinde 232 zu ergreifen, und der untere Abschnitt 236 umfasst Rechtsgewinde 241, welche auf demselben definiert sind, um die an einem oberen Ende des Laufs 242 des unteren T-förmigen Entleerungsstücks 224 definierten Gewinde 240 zu ergreifen. Ein Rotieren der Verschlußmutter 230 in eine erste Richtung 212 wird ein Zusammenziehen der ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke 222 und 224 und ein Verringern des Abstands zwischen denselben sowohl wie ein Anziehen um das Abstandstück 194 herum, und dadurch ein Erstellen einer flüssigkeitsdichten Verbindung verursachen. Ein Rotieren in eine zweite Richtung 214 wird ein Abtrennen der ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke 222 und 224 voneinander verursachen und wird den Abstand zwischen denselben vergrößern, so dass der Sammler demontiert werden kann. Wenn erwünscht können das äußere Gewinde der Buchse 232 und das Gewinde an dem unteren T-förmigen Stück direktional gleich sein, aber verschiedene Ganghöhen aufweisen.
In der Ausführungsform von 1 ist der Sammler 15 als mit einem Einzelplugbehälter 20 verbunden dargestellt. Der Sammler 10 kann auch mit einem Multi-Plugbehälter 25 verbunden werden, wie in 4 dargestellt ist. Der Plugbehälter 20 umfasst einen Plugbehälterkörper 250 und eine Plugbehälterkappe 252, welche an einem oberen Ende 254 derselben verschraubbar in den Behälterkörper 250 eingreift. Der Behälterkörper 250 umfasst ein unteres Ende 255 mit daran definierten Gewinden 257, für das Eingreifen in eine darunter befindliche Verrohrung. Die Kappe 252 umfasst ein Kappenteil 256 mit einer damit verbundenen Kappenhebevorrichtung 258. Die Kappenhebevorrichtung 258 kann einfach aus Nasen 259 mit darin definierten Löchern für das Empfangen einer Verbindung bestehen, mittels welcher der Plugbehälter angehoben werden kann.
Das Kappenteil 256 umfasst einen oberen Abschnitt 260 mit auf der Außenoberfläche desselben definierten Gewinden 262. Der obere Abschnitt 262 umfasst eine Abschrägung 264 auf einer Innenoberfläche desselben, und hat darunter eine Dichtungsrille 266 mit einer darin empfangenen Dichtung 268. Ein Plug 270 ist in der oberen Endkappe 252 positioniert und wird von einer Gewindemutter 272, welche in die Gewinde 262 eingreift, in Position gehalten.
Der Behälterkörper 250 ist ein allgemein zylindrisches Teil mit einer Außenoberfläche 274 und einer Innenoberfläche 276. Die Innenoberfläche 276 definiert eine zentrale Öffnung 277 mit einer zentralen Längsachse 279. Die zentrale Öffnung 277 umfasst eine erste Bohrung 278 und eine zweite Bohrung 280 mit einer Übergangsabschrägung 282 zwischen denselben.
Die Außenoberfläche 274 umfasst auf derselben definierte Gewinde 284 in der Nähe des oberen Endes des Behälterkörpers für das Eingreifen in die Kappe 252. Eine Dichtungsrille 286 ist in der Außenoberfläche 274 über den Gewinden 284 definiert und umfasst eine darin positionierte Dichtung 288 für das abdichtende Eingreifen in die Kappe 252.
Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, werden Plugbehälterkappen oft entfernt, um einen oberen Plug einzuladen, nachdem der untere Plug gelöst und Zement innerhalb der Verrohrung nach unten verdrängt wurde. In solchen Fällen steht das Bohrloch unter einem Vakuum und Luft wird in die Verrohrung eingezogen, wenn die Kappe entfernt wird. Plugbehälter des aktuellen Standes der Technik umfassen eine Dichtung, welche in einer in der Kappe definierten Dichtungsrille positioniert ist. Wenn eine solche Kappe entfernt wird, kann Luft den O-Ring leicht aus der Rille heraus und in die Verrohrung hinunter ziehen. Die vorliegende Anordnung verhindert ein Bewegen der Dichtung 288 durch Luft, welche in den Plugbehälter einfließt. Die Kappe umfasst einen Hinterschnitt vor dem Innengewinde, welches in die Gewinde des Körpers eingreift und die Innengewinde in der Kappe über die Dichtung 288 an dem Körper anhebt, und auf diese Weise ein Kontaktieren der Innengewinde und der Dichtung, und ein mögliches Einschneiden in dieselbe verhindert, wenn die Kappe aufgesetzt wird.
Eine Reihe von Montagenasen 292 ist an der Außenoberfläche 270 des Behälterkörpers 250 befestigt. Da der Behälterkörper oft mehrere Fuß (Meter) über dem Bohrinselboden an der Verrohrung montiert wird, muss dieser mit der Hand an derselben Verrohrung montiert und mittels handgehaltener Kettenzangen angezogen werden. Die Außenoberfläche des Plugbehälters ist normalerweise glatt verarbeitet, und Kettenzangen rutschen daher oft ab und führen zu einem Gleichgewichtsverlust der Person, die den Plugbehälter zu montieren versucht. Montagenasen 292 ermöglichen die Anwendung einer Betätigungsstange für das Montieren des Plugbehälters. Dies ermöglicht ein schnelleres Montieren des Plugbehälters auf eine Art und Weise, die für die den Plugbehälter montierende Person und das Personal auf dem Bohrinselboden sicherer ist.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Plug 296, welcher in einem Behälterkörper 250 positioniert ist. Der Plug 296 hat einen kleineren Außendurchmesser 298 als die Größenordnung des Bohrungsdurchmessers 280, so dass der Plug durch den Behälterkörper 250 hindurch geführt werden kann. Die Kappe 252 weist Bohrwinkeleindrücke 299 auf, um das Formen einer Dichtung zwischen der Kappe 252 und dem Plug 296 zu verhindern, so dass der Plug zur gewünschten Zeit innerhalb der Verrohrung nach unten verdrängt werden kann.
Der Behälter 20 umfasst außerdem eine Tauchkolbeneinheit 300 und eine Pluglöseanzeigeeinheit 302. Die Tauchkolbeneinheit 300 umfasst eine Tauchkolbenbefestigung 304, welche durch Schweißen oder andere Methoden mit der Außenoberfläche 274 des Körpers 250 verbunden ist. Die Tauchkolbenbefestigung 304 ist an einem ersten Ende 306 mit dem Behälterkörper 250 verbunden und umfasst ein zweites Ende 308. Die Tauchkolbeneinheit 304 umfasst außerdem eine durch eine Innenoberfläche 311 definierte Bohrung oder Öffnung 310. Eine Abschrägung 312 ist an einem zweiten Ende 308 definiert. Eine Dichtungsrille 314 ist neben der Abschrägung 312 positioniert und empfängt eine Dichtung 315.
Eine Tauchkolbenhülse 316 ist mit einer Tauchkolbenbefestigung 304 verbunden. Die Tauchkolbenhülse 316 definiert eine Öffnung 318, welche eine Bohrung 319 umfasst. Ein Tauchkolbenstift 320 mit einem geschlossenen Ende 322 wird abdichtend in die Bohrung 319 der Hülse 316 empfangen und erstreckt sich in die Bohrung 278 des Plugbehälterkörpers 250 hinein. Der Tauchkolbenstift 320 ist mit einem Griff 324 verbunden. Ein Anzeigestift 326 ist in dem Tauchkolbenstift 320 positioniert.
Die hierin beschriebene Konfiguration ist Tauchkolbeneinheiten des aktuellen Standes der Technik ähnlich, außer dass solche Tauchkolbeneinheiten des aktuellen Standes der Technik ein Rohr oder ein gerades Gewinde umfassen, welches in die Tauchkolbenhülse eingreift. In diesem Fall weist die Tauchkolbenhülse 316 kein Gewinde auf, sondern umfasst stattdessen einen Zwischenkopfabschnitt 328 zwischen einem äußeren Abschnitt 330 mit einem Außendurchmesser 331 und einem Innenabschnitt 332 mit einem Außendurchmesser 333, welcher abdichtend in die Bohrung 310 der Tauchkolbenbefestigung 304 empfangen wird.
Der Zwischenabschnitt 328 ist so konfiguriert, dass die Verbindung zwischen der Tauchkolbeneinheit und dem Plugbehälterkörper aus einer Hammeranschlußverbindung besteht, welche eine Flügelmutter 334 verwendet, die in Gewinde 335 an dem zweiten Ende 308 der Tauchkolbenbefestigung 304 eingreift. Der Zwischenabschnitt 328 umfasst einen ersten und zweiten Durchmesser 336 und 338 mit einem so definierten Ansatz 337, und erstreckt sich zwischen denselben, wobei eine Mutter 334 in denselben eingreift. Wenn die Flügelmutter 334 auf die Gewinde 335 aufgeschraubt wird, wird ein Ende 340 des Zwischenabschnitts 328 in abdichtenden Eingriff mit der Dichtung 315 gebracht. Dieser Typ von Verbindung ermöglicht das schnelle Entfernen und Montieren des Pluglösetauchkolbens, wogegen die Gewinde von Tauchkolben nach dem aktuellen Stand der Technik, welche Rohr- oder gerade Gewindeverbindungen und O-Ring Dichtungen verwenden, oft schwer und zeitraubend zu montieren sind und leicht zu fest angezogen werden können. Obwohl die hierin beschriebene Verbindung bevorzugt wird, kann eine beliebige geeignete Pluglösetauchkolbeneinheit verwendet werden.
Die Anzeigeblockeinheit 302 umfasst ein Gehäuse 350 mit einem Anzeigeblockplug 352, welcher in das Ende desselben eingeschraubt wird. Ein Anzeigestift 356 erstreckt sich durch das Gehäuse 350 und ist mit einem Anzeigehebel 358 verbunden. Der Anzeigehebel 358 erstreckt sich durch einen Schlitz 360 in die Bohrung 278 des Behälterkörpers 250. Das Gehäuse 350 umfasst einen internen Hohlraum 362, welcher den Anzeigestift 356 beherbergt. Der Anzeigeblockplug 354 umfasst einen Plug mit großem Durchmesser und eine O-Ring Dichtung, welche vollständigen Zugang zu dem internen Hohlraum 362 für Wartungszwecke und Reinigung ermöglicht, wenn dieselbe entfernt wird. Plugbehälter des aktuellen Standes der Technik erlauben normalerweise nur einen Zugang durch ein kleines Rohrinnengewinde in dem Gehäuse.
Der Behälterkörper umfasst einen ersten oder oberen Flüssigkeitseinlaß 370, welcher mit der Außenoberfläche desselben verbunden ist. Der Einlaß 370 definiert Bohrungen 372, welche Bohrungen 278 des Behälterkörpers 250 durchschneiden. Ein zweiter oder unterer Flüssigkeitseinlaß 374, welcher eine Bohrung 376 umfasst, welche die Bohrung 278 des Behälterkörpers 250 durchschneidet, ist auch vorgesehen. Die ersten und zweiten Einlässe 370 und 374 umfassen jeweils erste und zweite zentrale Achsen 371 und 375. Der Sammler 15 ist an den Hammeranschlüssen 114 und 174 über die unteren und oberen Flüssigkeitseinlässe 370 und 374 mit dem Plugbehälter 20 verbunden. Auf diese Weise sind das erste Ventil 40 und das zweite Ventil 42 mit den oberen und unteren Flüssigkeitseinlässen 370 und 372 verbunden und stehen in Flüssigkeitsverbindung mit denselben.
Wie in 1 und 3 dargestellt ist, sind der erste und zweite Flüssigkeitseinlaß 370 und 374 90° im Verhältnis zu der Längsachse 279 orientiert und verlaufen im wesentlichen tangent zu der Bohrung 278. Die Achsen 371 und 375 sind somit 90° von der zentralen Längsachse 279 entfernt orientiert und von derselben versetzt. Ein durch den unteren Einlaß 374 in die Bohrung 278 eintretendes Fluid wird somit einen Fließwirbel erzeugen und den Plug 296 in den Fließpfad ziehen. Der Einlaß 370 ist unter dem oberen Ende des Plugs 298 positioniert, so dass ein in die Bohrung 278 eintretendes Fluid gegen die Seite des Plugs 296 ausgerichtet, auch einen Fließwirbel erzeugen wird. Dies stellt sicher, dass der Plug aus dem Plugbehälter verdrängt wird. Wenn die Flüssigkeitsöffnung auf der Mittellinie des Plugbehälters positioniert wäre, könnte ein Flüssigkeitsfluß den Plug gegen die Seite der Bohrung 278 drücken, und denselben später als erwünscht in den Fließstrom einführen. Durch das Positionieren des oberen Einlasses unter dem oberen Ende des Plugs anstatt über dem Plug wird ein sehr viel kürzerer, leichterer, und kompakterer Plugbehälter bereitgestellt, welcher einen kompakteren, leichteren Sammler beherbergen und die Anwendung desselben ermöglichen wird.
Wenn es erwünscht ist, den Plug 296 herabfallen zu lassen, wird der Tauchkolben 300 betätigt, so dass das Ende 322 desselben aus der Bohrung 278 des Plugbehälterkörpers 250 entfernt wird. Der Plug wird den Anzeigehebel 358 bewegen, wenn er sich an demselben vorbei bewegt. Wenn es erwünscht ist, kann die Kappe 252 auf eine dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannte Weise entfernt, und ein oberer Plug in den Behälterkörper positioniert werden, so dass derselbe zu einem gewünschten Zeitpunkt fallen gelassen werden kann.
Aufgrund der Position und Orientierung des unteren Plugeinlasses 374 kann der Plugbehälter 20 als ein frei fallender Behälter angewendet werden, oder zusammen mit einem Sammler wie in 1 dargestellt. Wenn derselbe als ein frei fallender Plug angewendet wird, wird der obere Einlaß 370 blockiert, und eine Flüssigkeitsfließleitung wird direkt mit dem unteren Einlaß 374 verbunden. Wenn ein Sammler verwendet wird, wird der Durchfluß zuerst auf den unteren Einlaß 374 ausgerichtet. Die Ventile 40 und 42 werden manipuliert, um den Durchfluß zum gewünschten Zeitpunkt auf das obere Ventil 370 auszurichten, und den Durchfluß auf die Oberseite des Plugs auszurichten (d.h. Zementschlamm auf die Oberseite eines unteren Plugs und eine Verdrängungsflüssigkeit auf die Oberseite eines oberen Plugs auszurichten).
4 zeigt einen Zementierkopf 380 mit einem Sammler 15 und einem Multi-Plugbehälter 25. Der Multi-Plugbehälter 25 weist alle der Eigenschaften auf, die mit Bezug auf den Einzelplugbehälter 20 beschrieben wurden. So umfasst der Behälter 25 eine Kappe 252 und einen Behälterkörper 384 mit oberen und unteren Einlässen 386 und 388. Einlässe 386 und 388 sind wie die mit Bezug auf den Plugbehälter 20 beschriebenen oberen und unteren Einlässe orientiert. Der Behälterkörper 382 ist von einer Länge, die für das Halten eines oberen Plugs 390 und eines unteren Plugs 392 ausreicht. Der Behälter 25 umfasst zwei Tauchkolbeneinheiten 300 und eine Pluglöseanzeigeeinheit 302.
Der Multi-Plugbehälter 25 der vorliegenden Erfindung umfasst die gleiche Anzahl von Flüssigkeitsöffnungen wie Plugs, und weist daher nur zwei Flüssigkeitsöffnungen auf, während normalerweise drei Flüssigkeitsöffnungen in einem Multi-Plugbehälter vorhanden sind. Auf diese Weise umfasst der Zementierkopf 380 eine Kombination von frei fallendem/sammlerartigen Plugbehälter 382, welcher nur zwei Flüssigkeitsöffnungen aufweist, von welchen eine unter jedem Plug positioniert ist, und welcher keine Öffnung über dem oberen Plug aufweist. Wenn der kompakte Multi-Plugbehälter 382 in Kombination mit dem Sammler 15 angewendet wird, wird ein Fluid durch das untere Ventil 40 geführt, und die untere Tauchkolbeneinheit 300 wird eingezogen, um ein Verdrängen des Plugs 390 durch die Verrohrung nach unten vor dem Zementschlamm her zu ermöglichen. Das untere Ventil 42 kann dann geschlossen werden, und das obere Ventil 40 kann geöffnet werden, so dass Zement durch den oberen Einlaß 386 auf die Oberseite des unteren Plugs 390 fliessen kann. Wenn die korrekte Menge von Zement in die Verrohrung hinein verdrängt worden ist, kann der obere Tauchkolben aus der Bohrung des Behälterkörpers 384 heraus gezogen werden. Der durch das an dem oberen Einlaß 386 in den Behälterkörper 384 eintretende Fluid verursachte Fließwirbel wird den Plug 392 in den Flüssigkeitsstrom hinein ziehen. Der Plug 392 wird innerhalb der Verrohrung nach unten verdrängt, bis derselbe in den Plug 390 eingreift. Wenn erwünscht, kann der obere Einlaß 386 blockiert werden, und der Plugbehälter kann ausschließlich als ein frei fallender Behälter angewendet werden, und nicht als eine Kombination eines frei fallenden/Sammlerplugbehälters.
Da der Multi-Plugbehälter nur zwei Flüssigkeitseinlässe aufweist, und da der obere Einlaß sich unter dem oberen Ende des unteren Plugs befindet, ist der Multi-Plugbehälter der vorliegenden Erfindung kompakter, leichter, und manöverierbarer als Multi-Plugbehälter des aktuellen Standes der Technik.
Eine weitere Ausführungsform eines Zementierkopfes der vorliegenden Erfindung wird in 5A und 5B dargestellt. Der dort veranschaulichte Zementierkopf 400 umfasst einen Plugbehälter 402 mit einer/einem Kupplungsvorrichtung oder -gerät 404, welche(s) mit einem unteren Ende 406 desselben verbunden ist. Der Plugbehälter 402 ist im wesentlichen mit dem Plugbehälter 20 identisch, außer dass das untere Ende 406 anstelle eines Außengewindes für eine direkte Verbindung mit einer Verrohrungsmuffe ein Innengewinde 408 umfasst, welches in ein auf einem Körper 410 des Kopplungsgeräts 404 definiertes Außengewinde 409 eingreift. Die Gewinde 409 sind auf einer Außenoberfläche 411 des Körpers 410 an einem oberen Ende 412 desselben definiert. Die Außenoberfläche 411 definiert einen Außendurchmesser 413.
Der Körper 410 umfasst weiter ein unteres Ende 414 und eine zentrale Längsöffnung 416, bestehend aus einer ersten Bohrung 422, einer zweiten oder Zwischenbohrung 420, einer dritten Bohrung 422, und einer vierten Bohrung 423. Die Außenoberfläche 411 umfasst an einem unteren Ende 414 darauf definierte Gewinde 415. Die Gewinde 415 weisen einen Außendurchmesser 417 auf. Die zweite Bohrung 420 weist einen Durchmesser auf, welcher kleiner ist als derjenige der dritten Bohrung 422. Ein Ansatz 424 wird durch die zweiten und dritten Bohrungen 420 und 422 definiert und erstreckt sich zwischen denselben, und kann auch als ein nach unten ausgerichteter, ringförmiger Ansatz oder eine ringförmige Oberfläche 424 bezeichnet werden.
Wie in 5B dargestellt wird das obere Ende 425 einer Verrohrung 426 in die zentrale Öffnung 416 empfangen. Ein länglicher Fließdurchgang 427 steht mit der Öffnung 416 in Verbindung. Eine Verrohrungsmuffe 428 mit einer einen Außendurchmesser 431 definierenden Außenoberfläche 430 ist an dem oberen Ende der Verrohrung 426 positioniert. Ein unteres Ende der Verrohrungsmuffe 428 definiert eine nach unten ausgerichtete ringförmige Oberfläche oder ringförmige Endoberfläche 429. Die Verrohrung 426 hat einen durch die Außenoberfläche 433 derselben definierten Außendurchmesser 432. Der Außendurchmesser 431 ist von einer Größenordnung, welche größer ist als diejenige des Außendurchmessers 432, und erstreckt sich daher von demselben radial nach außen. Die Verrohrung 426 und die Muffe 428 können als ein zylindrisches Teil bezeichnet werden, so dass die Verrohrungsmuffe 428 auch als ein Abschnitt des zylindrischen Teils mit einem vergrößerten Durchmesser bezeichnet werden kann. Eine nach oben ausgerichtete ringförmige Oberfläche oder ringförmige Endoberfläche 438 ist von der Muffe 428 definiert. Eine Hauptdichtungseinheit 440 ist abdichtend in der dritten zylindrischen Bohrung 422 positioniert und dichtet die obere ringförmige Endoberfläche 438 ab.
Die Hauptdichtungseinheit 440 umfasst eine Hauptdichtung 441 und einen hydraulisch vorgespannten Dichtungsträger 442. Der Dichtungsträger 442 umfasst einen ringförmigen Trägerring 444 mit einer in einer Rille 447 positionierten äußeren Trägerdichtung 446 für das Eingreifen in die Bohrung 422 des Körpers 410. Der Trägerring 444 umfasst eine Innenoberfläche 443, welche eine Öffnung 445 definiert. Die Hauptdichtung 441 umfasst einen ringförmigen, widerstandsfähigen Ring 448 mit einem L-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel 450 für das abdichtende Eingreifen in die Bohrung 422, und einen zweiten Schenkel 452 für das abdichtende Eingreifen in die ringförmige Endoberfläche 438 der Verrohrungsmuffe 428. Der L-förmige, widerstandsfähige Ring 448 wird in eine Rille 454 empfangen, welche in der Außenoberfläche 455 des Trägerrings 444 definiert ist. Ein Anti-Extrusions-Ring 456 greift in die ersten und zweiten Schenkel 450 und 452 und in die Bohrung 422 ein, um eine Extrusion des widerstandsfähigen Rings 448 zu verhindern. Der Trägerring 444 erstreckt sich in Längsrichtung bis über die Dichtung 441 hinweg nach unten und umfasst eine zugespitzte äußere Endoberfläche 458 für das Zentrieren des Trägerrings 444 relativ zu dem oberen Ende der Verrohrungsmuffe 428.
Das Kopplungsgerät 404 umfasst weiter eine Feststellklemme 460. Die Klemme 460 weist auf einer Innenoberfläche 464 derselben definierte Innengewinde 462 für das Eingreifen in Außengewinde 415 auf, welche an einem unteren Ende 414 des Körpers 410 definiert sind. Die Klemme 460 besteht aus ersten und zweiten gekrümmten Klemmenabschnitten 466 und 468, auf welchen jeweils Gewinde 462 definiert sind. Ein jeder der ersten und zweiten gekrümmten Klemmenabschnitte 446 und 468 sind vorzugsweise integral geformt (d.h. bestehen aus einer einteiligen Konstruktion), und erstrecken sich in Längsrichtung von dem Körper 410 bis unter die nach unten ausgerichtete ringförmige Oberfläche 429. Jeder der ersten und zweiten gekrümmten Klemmenabschnitte 466 und 468 umfassen eine sich radial nach innen erstreckende Kante 470, welche eine Bohrung 472 definiert. Die Kanten 470 definieren einen nach oben ausgerichteten Ansatz 474 für das Eingreifen in eine ringförmige Endoberfläche 429 der Verrohrungsmuffe 428.
Der erste gekrümmte Klemmenabschnitt 466 umfasst ein erstes Ende 480 und ein zweites Ende 482. Der zweite gekrümmte Abschnitt 468 umfasst ein erstes Ende 484 und ein zweites Ende 486. Ein Paar Scharnierstifthülsen 488 sind an dem ersten gekrümmten Ende 480 desselben mit dem ersten gekrümmten Abschnitt 466 verbunden, und ein Paar Scharnierstifthülsen 490 ist an dem ersten Ende 484 desselben mit dem zweiten gekrümmten Klemmenabschnitt 468 verbunden. Ein Scharnierstift 492 wird durch die Hülsen 488 und 490 hindurch empfangen und ist daher mittels des Scharniers oder drehbar mit den gekrümmten Klemmenabschnitten 466 und 468 untereinander verbunden. Die Scharnierstifte 492 können eine Mutter 493 umfassen, welche auf ein Ende derselben aufgeschraubt wird.
Die Feststellklemme 460 umfasst auch eine Verriegelungsvorrichtung 494. Die Verriegelungsvorrichtung 494 umfasst einen gekrümmten Verriegelungsarm 496, welcher sich über den Abstand zwischen den zweiten Enden 482 und 486 der jeweiligen ersten und zweiten gekrümmten Klemmenabschnitte 466 und 468 hinweg erstreckt. Die Verriegelungsvorrichtung 494 umfasst weiter ein Paar Verriegelungsstifthülsen 498, welche an dem zweiten Ende 486 desselben mit dem zweiten gekrümmten Klemmenabschnitt 468 verbunden sind. Ein Verriegelungsstift 500 wird durch die Verriegelungsstifthülsen 498 und den gekrümmten Verriegelungsarm 496 hindurch empfangen, um den Verriegelungsarm 496 mit dem zweiten gekrümmten Klemmenabschnitt 468 zu verbinden. Der Verriegelungsstift 500 kann mit einer darauf aufgeschraubten Mutter 501 in Position gehalten werden.
Die Verriegelungsvorrichtung 494 ermöglicht das wahlweise Verriegeln der Feststellklemme 460 in einer geschlossenen Position 502 und einer geöffneten Position 504 wie jeweils in 9 und 10 dargestellt. Der gekrümmte Verriegelungsarm 496 umfasst daher ein Loch 506 für die geschlossene Feststellposition und ein Loch 508 für die geöffnete Feststellposition. Ein Paar Positionierhülsen 510 ist an dem zweiten Ende 482 desselben mit dem ersten gekrümmten Klemmenabschnitt 466 verbunden. Wenn die Feststellklemme 460 sich in der geschlossenen Position 502 befindet, wird ein schnell lösbarer Stift 512 durch die Positionierhülsen 510 und das Loch 506 für die geschlossene Position hindurch positioniert. Für das wahlweise Feststellen der Feststellklemme 460 in der geöffneten Position wird der schnell lösbare Stift aus dem Loch 506 für die geschlossene Position entfernt. Die Feststellklemme kann auf die geöffnete Position 504 geöffnet werden, da der erste und zweite gekrümmte Klemmenabschnitt 466 und 468 sich um den Scharnierstift 492 herum drehen werden. Die Feststellklemme 460 kann in der geöffneten Position 504 verriegelt werden, indem der schnell lösbare Stift 512 einfach durch die Positionierhülse 510 und das Loch 508 für die geöffnete Position positioniert wird.
Die Hammernasen 514 können angeschweißt oder anderweitig mit einem jeden gekrümmten Klemmenabschnitt 466 und 468 verbunden werden. Die Hammernasen 514 können für das Öffnen, Schliessen, und anderweitige Manipulieren der Feststellklemme 460 verwendet werden.
Ein Grenzring 520 ist an dem Körper 410 über der Feststellklemme 460 platziert. Der Grenzring 520 umfasst ein Innengewinde 522, welches zu Gewinden 415 an dem Körper 410 paßt, welche es dem Grenzring 520 ermöglichen, über die Gewinde 415 hinweg montiert zu werden. Auf diese Weise ist der Innendurchmesser 524 des Gewindes 522 so entworfen, dass der Grenzring auf der Außenoberfläche des Körpers 410 über den Gewinden 415 entlang gleiten wird.
Der Grenzring 520 hat ein oberes Ende 525 und ein unteres Ende 527 und umfasst eine Außenoberfläche 526, welche einen Außendurchmesser 528 definiert. Der Grenzring 520 umfasst eine Kante oder einen Ansatz 530, welcher sich von dem Außendurchmesser 528 hinweg radial nach aussen erstreckt. Die Kante 530 umfasst ein Orientierungsloch 532, welches durch dieselbe hindurch positioniert ist. Wie in 5B dargestellt wird der Scharnierstift 492 in das Orientierungsloch 532 empfangen. Die Kante 530 umfasst erste und zweite Enden 534 und 536, und erstreckt sich daher nicht vollständig um den Grenzring 520 herum. Der Abschnitt des Grenzrings 520, wo die Kante fehlt, liefert einen Abstand für die Verriegelungsstifthülsen 498, den Verriegelungsstift 500, die Positionierhülsen 510, und den schnell lösbaren Stift 512.
Ein Paar Stutzen oder Grenzstifte 538 sind an die Kante 530 angeschweißt. Die Stutzen 538 schränken die radiale Bewegung der gekrümmten Klemmenabschnitte 466 und 468 ein, und verhindern auf diese Weise ein zu weites Öffnen der Feststellklemme 460 und stellen sicher, dass die Gewinde 462 an der Klemme 460 in Eingriff mit den Gewinden 415 an dem Körper 410 bleiben. Auf diese Weise wird die Außenoberfläche der Klemme 460 an beiden gekrümmten Abschnitten 466 und 468 in die Grenzstifte 538 eingreifen, bevor die Feststellklemme 460 von dem Körper 410 abgetrennt wird. Wenn erwünscht kann eine Sicherungskette 540 mit dem schnell lösbaren Stift 512 und dem Ansatz 530 verbunden werden. Eine Stellschraube 542 ist durch den Grenzring 520 hindurch positioniert und ergreift den Körper 410, um den Grenzring 520 in Position zu halten.
Unter Bezugnahme auf 5A und 5B wird hier die Baugruppe des Kopplungsgeräts 404 dargestellt. Der Plugbehälter 402 ist an den Körper 410 angeschraubt. Der Grenzring 520 und die Klemme 460 sind auf den Körper 410 aufgeschraubt. Der Zementierkopf 400 wird dann über die Verrohrungsmuffe 428 herabgelassen, so dass derselbe in die zentrale Öffnung 416 empfangen wird, wenn sich die Feststellklemme 460 in ihrer geöffneten Position 504 befindet. Das obere Ende 438 der Verrohrungsmuffe 428 wird die Dichtungseinheit 440 nach oben drücken und eine anfängliche Kompression der Hauptdichtung 441 verursachen. Der schnell lösbare Stift 512 wird dann aus dem geöffneten Loch 508 entfernt, und die Feststellklemme 460 wird auf die geschlossene Position 502 bewegt. Der schnell lösbare Stift 512 wird durch die Positionierhülsen 510 und das Loch 506 für die geschlossene Position hindurch eingesteckt. Die Bohrung 472 der sich radial nach innen erstreckenden Kanten 470 ist eng um die Außenoberfläche 432 der Verrohrung 426 herum anliegend empfangen, wenn die Feststellklemme 460 sich in ihrer geschlossenen Position 502 befindet.
Ein Rotieren der Klemme 460 um die Gewinde 415 wird ein Bewegen der Verrohrung 426 in Längsrichtung relativ zu dem Körper 410 verursachen. Auf diese Weise kann die anfängliche Kompression der Hauptdichtung 441 durch Vergrößern der Gewindeverbindung zwischen den Gewinden 462 der Einstellklemme 460 und Gewinde 415 an dem Körper 410 eingestellt werden, was wiederum ein Eingreifen der Oberfläche 472 in die Oberfläche 429 der Verrohrungsmuffe 428 verursachen wird. Wenn die gewünschte Kompression erreicht ist, wird die Stellschraube 542 rotiert, um den Körper 410 zu ergreifen, und wird jegliche Bewegung der Klemme 460 verhindern. Die Stellschraube 542 repräsentiert daher eine Sicherungsvorrichtung für das Absichern des Grenzrings an dem Körper, und für das Verhindern eines Lösens, oder einer Bewegung in Längsrichtung der Klemme 460. Eine zusätzliche Abdichtung wird erzeugt, wenn aufgrund der hydraulischen Vorspannung des Dichtungsträgers 442 ein hydraulischer Druck innerhalb der Verrohrung vorhanden ist.
Ein effektiver Dichtungsdurchmesser des zweiten Schenkels 452 gegen die Endoberfläche 438 der Verrohrungsmuffe 428 wird irgendwo auf dem Mittelabschnitt des ringförmigen Eingriffbereichs liegen. Der effektive Dichtungsdurchmesser ist geringer als der Innendurchmesser der Bohrung 422, so dass ein hydraulischer Druck innerhalb des Körpers 410 einen Effekt auf einen ringförmigen Differentialbereich des Trägerrings 444 haben, und denselben Trägerring 444 nach unten schieben und eine hydraulische Vorspannung erzeugen wird, welche auch die Hauptdichtung 441 gegen die obere Endoberfläche 438 der Verrohrungsmuffe 428 vorspannt.
Obwohl der Zementierkopf der Ausführungsform 400 mit einem Einzelplugbehälter dargestellt ist, kann auch ein Multi-Plugbehälter mit einem hier beschriebenen Kopplungsgerät verbunden werden.
Außerdem können die mit dem hier beschriebenen Kopplungsgerät 404 angewendeten Plugbehälter frei fallend sein oder einen Sammler umfassen.
Weiterhin können Plugbehälter trotz der Tatsache, dass die Ausführungsform der 5A und 5B ein modifiziertes Quadratgewinde an dem unteren Ende des Plugbehälters zeigen, Außengewinde wie die in 1 und 2 dargestellten aufweisen. Der Körper des Kopplungsgeräts kann durch das interne Einschrauben des oberen Endes desselben oder durch Anwendung eines zusätzlichen Verbindungsstücks adaptiert werden.
Eine weitere Ausführungsform des Zementierkopfs wird in 11 veranschaulicht und ist mit der Referenznummer 600 versehen. Der Zementierkopf 600 umfasst einen Plugbehälter 602 zusammen mit einem Kopplungsgerät, welches Feststellklemmen 460 und einen Grenzring 520 umfasst. Die Einzelheiten für die Feststellklemme und den Grenzring sind wie oben beschrieben. Der einzige Unterschied zwischen der in 11 und den in 5A und 5B dargestellten Ausführungsformen liegt darin, dass der Körperabschnitt des Kopplungsgeräts mit dem Plugbehälter 602 integral geformt ist. Die restlichen Einzelheiten des Plugbehälters und des Kopplungsgeräts sind wie weiter oben schon beschrieben.

Claims

Ein Zementierkopf (10), umfassend: einen Plugbehälter (20) mit einem ersten Flüssigkeitseinlaß (370) und einem zweiten Flüssigkeitseinlaß (374); einen Sammler (15), welcher mit dem genannten Plugbehälter (20) verbunden ist, wobei der genannte Sammler umfasst: ein erstes Ventil (40), wobei das genannte erste Ventil einen ersten Ventileinlaß (102) und einen ersten Ventilauslaß (104) umfasst, wobei der genannte erste Ventilauslaß (104) mit dem genannten ersten Flüssigkeitseinlaß (370) des genannten Plugbehälters (20) verbunden ist; ein erstes T-förmiges Entleerungsstück (30), welches mit dem genannten ersten Ventileinlaß (102) verbunden ist; ein zweites Ventil (42), wobei das genannte zweite Ventil einen zweiten Ventileinlaß (164) und einen zweiten Ventilauslaß (166) umfasst, wobei der genannte zweite Ventilauslaß (166) mit dem genannten zweiten Flüssigkeitseinlaß (374) des genannten Plugbehälters (20) verbunden ist; und ein zweites T-förmiges Entleerungsstück (35), welches mit dem genannten zweiten Ventileinlaß (168) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler weiter ein Abstandstück (194) zwischen den genannten ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücken (30, 35) umfasst; und eine Verschlußmutter (200) für das Verbinden des genannten ersten T-förmigen Entleerungsstücks (30) mit dem genannten zweiten T-förmigen Entleerungsstück (35), wobei ein Rotieren der genannten Verschlußmutter (200) in eine erste Richtung ein Bewegen sowohl des ersten wie auch des zweiten T-förmigen Entleerungsstücks (30, 35) in eine erste Richtung veranlaßt, um dieselben in Richtung des genannten Abstandstücks (194) zu bewegen und eng gegen dasselbe anzulegen, wobei ein Rotieren der genannten Mutter (200) in eine zweite Richtung ein Lösen des ersten sowohl wie des zweiten T-förmigen Entleerungsstücks (30, 35) und das Entfernen derselben von dem genannten Abstandstück (194) hinweg veranlaßt, und wobei das genannte erste T-förmige Entleerungsstück (30) vorzugsweise ein Linksgewinde (56) umfasst, welches an demselben definiert ist, und wobei das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück (35) ein Rechtsgewinde (136) umfasst, welches an demselben definiert ist, und die genannte Verschlußmutter (200) erste und zweite Enden (202, 204) mit jeweiligen Links- und Rechtsgewinden (208, 210) umfasst, welche an denselben definiert sind und die ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke (30, 35) ergreifen.
Ein Zementierkopf nach Anspruch 1, bei welchem das genannte erste T-förmige Entleerungsstück (30) Gewinde (52) mit einer darin definierten ersten Ganghöhe umfasst, wobei das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück (35) Gewinde (136) mit einer darin definierten zweiten Ganghöhe umfasst, wobei die genannte Schließmutter (200) erste und zweite Enden (202, 204) umfasst, und die genannten ersten und zweiten Enden der genannten Schließmutter (200) Gewinde (206) mit den jeweils darin definierten ersten und zweiten Ganghöhen umfassen, für das Anpassen der genannten Enden (52, 136) an die genannten Gewinde (52, 136) der ersten und zweiten T-förmigen Entleerungsstücke (30, 35).
Ein Zementierkopf nach Anspruch 1, welcher weiter eine Buchse (230) umfasst, welche über ein Gewinde mit dem genannten ersten T-förmigen Entleerungsstück (30) verbunden ist, wobei die genannte Buchse (230) ein auf einer Außenfläche (235) derselben definiertes Buchsengewinde (232) umfasst, wobei die genannte Verschlußmutter (234) ein erstes Ende (238) umfasst, welches mittels eines Gewindes die genannte Buchse (230) ergreift, und ein zweites Ende (236), welches mittels eines Gewindes das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück (35) ergreift.
Ein Zementierkopf nach Anspruch 3, bei welchem das genannte Buchsengewinde (232) ein Linksgewinde (239) umfasst, und das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück (35) ein in demselben definiertes Rechtsgewinde (241) umfasst, und die genannten ersten und zweiten Enden der genannten Verschlußmutter (234) jeweils Links- und Rechtsgewinde für das Anpassen an die genannte Buchse (230) und das genannte zweite T-förmige Entleerungsstück (35) umfassen.
Ein Zementierkopf nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die genannte Buchse (230) um das genannte Abstandstück (194) herum angeordnet ist.
Ein Zementierkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die genannten ersten und zweiten Flüssigkeitseinlässe (370, 374) in einem rechten Winkel zu einer Längsachse (279) des genannten Plugbehälters (20) orientiert und von derselben versetzt angeordnet sind.
Ein Zementierkopf nach Anspruch 6, bei welchem die genannten ersten und zweiten Flüssigkeitseinlässe (370, 374) so positioniert sind, dass der genannte erste Flüssigkeitseinlaß (370) für das Ausrichten von Flüssigkeit gegen die Seite eines innerhalb des genannten Plugbehälters (20) befindlichen Plugs (296) positioniert ist, und der genannte zweite Flüssigkeitseinlaß (374) sich unter dem genannten Plug (296) befindet.
Ein Zementierkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher weiter ein Kopplungsgerät (428) für das Verbinden des genannten Behälters (20) mit einer Verrohrung (296) umfasst.
Ein Multi-Plugbehälter (25) für das Verbinden mit einer Verrohrung, umfassend: einen Behälterkörper (384), welcher eine längliche Zentralöffnung (277) definiert; wenigstens zwei Plugs (390, 392), welche sich in der genannten Zentralöffnung (277) befinden; eine Reihe von Flüssigkeitseinlässen (386, 388), welche mit der genannten Zentralöffnung (277) in Verbindung stehen, durch den genannten Multi-Plugbehälter (25) mit der gleichen Anzahl von Einlässen (386, 388) wie Plugs (390, 392) gekennzeichnet, wobei der genannte Behälter keinen über einem darin befindlichen obersten Plug positionierten Einlaß umfasst.
Ein Multi-Plugbehälter (25) nach Anspruch 9, bei welchem ein unteres Ende (255) des genannten Behälters ein daran definiertes Außengewinde (257) umfasst, für eine direkte Verbindung mit einer Verrohrungsmuffe (428).
Ein Multi-Plugbehälter (25) nach Anspruch 9, bei welchem ein unteres Ende (255) desselben für das Verbinden mit einem Kopplungsgerät adaptiert ist, für das Verbinden mit einer darunter befindlichen Verrohrung (326).
Ein Multi-Plugbehälter (25) nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei welchem ein jeder der genannten Einlässe (386, 388) eine Zentralachse (371, 375) umfasst, wobei dieselbe Zentralachse eines jeden der Einlässe um 90° von einer Längsachse (279) der genannten Zentralöffnung versetzt orientiert ist.
Ein Multi-Plugbehälter (25) nach Anspruch 9, 10, 11, oder 12, weiter umfassend einen Behältersammler (15), welcher mit den Flüssigkeitseinlässen (386, 388) des genannten Plugbehälters (25) verbunden ist.