DE69610647T2

DE69610647T2 - Method for injecting fluids into a borehole

Info

Publication number: DE69610647T2
Application number: DE69610647T
Authority: DE
Inventors: Kevin T. Berscheidt; Steven G. Streich; Bobby L. Sullaway
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: DE69610647D1; EP0722037A2; EP0722037A3; EP0722037B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorgehensweise für das Einspritzen von Flüssigkeiten in ein Bohrloch.This invention relates to a procedure for injecting fluids into a borehole.

Das Zementieren von Verrohrungen in einem Bohrloch ist dem Fachmann bekannt. Dabei wird Zement durch einen Verrohrungsschuh oder ein Zementierventil in der Verrohrung in diese gepumpt, so dass der Zement in der gewünschten Zone positioniert wird. Je nach den Bedingungen wird es erforderlich, dem Zement Additive beizumischen, um die Härtungszeit zu verlängern, um Härtungszeiten zu beschleunigen, um den Flüssigkeitsverlust aus dem Zement zu regeln, den Zement zu gelieren, die Schlammdichte zu reduzieren, den Schlamm leichter oder schwerer zu machen, um die mechanische Stärke nach der Verfestigung zu steigern, um die Auswirkung von Schlamm auf den Zement zu reduzieren, um seine Haftfähigkeit zu verbessern oder mehrere dieser Auswirkungen oder andere herbeizuführen. Dazu werden dem Zementschlamm Additive beigemischt.Cementing casing in a well is well known to those skilled in the art. Cement is pumped into the casing through a casing shoe or a cementing valve in the casing so that the cement is positioned in the desired zone. Depending on the conditions, it will be necessary to add additives to the cement to extend the setting time, to accelerate setting times, to control fluid loss from the cement, to gel the cement, to reduce the slurry density, to make the slurry lighter or heavier, to increase the mechanical strength after setting, to reduce the effect of slurry on the cement, to improve its adhesion, or to produce several of these effects or others. To this end, additives are added to the cement slurry.

Die Additive werden an der Oberfläche vermischt und dann mit dem Zement in das Bohrloch gepumpt. Alternativ können erst Zement und dann Additive gefolgt von Zement abwechselnd eingepumpt werden. Um beispielsweise das Bilden einer Zementsäule in einem unterirdischen Bohrloch zu beschleunigen, müssen dem Zementschlamm zum rechten Zeitpunkt, an der rechten Stelle und im korrekten Verhältnis gewisse Chemikalien, wie z. B. Beschleunigungsmittel beigefügt werden. Diese Vorgehensweise hat den offensichtlichen Nachteil, dass die Wirkung des Additivs beginnt, sobald es mit dem Zement in Berührung kommt. Weiter ist ungewiss, ob der mit dem Additiv vermischte Zement die gewünschte Stelle zum rechten Zeitpunkt erreicht, d. h. der Zement kann sich entweder zu früh oder zu spät verfestigen.The additives are mixed at the surface and then pumped into the borehole with the cement. Alternatively, cement and then additives followed by cement can be pumped in alternately. For example, to accelerate the formation of a cement column in an underground borehole, certain chemicals, such as accelerators, must be added to the cement slurry at the right time, in the right place and in the right proportion. This approach has the obvious disadvantage that the additive begins to work as soon as it comes into contact with the cement. Furthermore, it is uncertain whether the cement mixed with the additive reaches the desired location at the right time, i.e. the cement can set either too early or too late.

Da der Zementschlamm für einen gegebenen Zeitraum pumpfähig bleiben muss, ist es wünschenswert, die Chemikalien tief im Loch in den Zementschlamm einzuspritzen, anstelle während des Vermischens an der Oberfläche. Dadurch kann das Beschleunigungsmittel nur dann wirksam werden, wenn es wünschenswert ist, wodurch ein vorzeitiges Verfestigen des Zements vermieden wird. Es wurden bereits Geräte für das Durchführen einer solchen Einspritzung entwickelt. Eine solche Vorrichtung wird in dem US-Patent Nr. 4 361 187 gezeigt, das ein Tiefloch-Mischventil zur Verwendung beim Zementieren, Spalten oder einem anderen Treating eines Bohrlochs offenbart. Dieses Ventil wird normalerweise an einem Bohrgestänge in die Bohrlochverrohrung eingelassen. Das funktioniert einwandfrei, erfordert jedoch ein zusätzliches Einfahren des Bohrgestänges, wodurch sich der Zeit- und Kostenaufwand des Zementierens erhöhen.Since the cement slurry must remain pumpable for a given period of time, it is desirable to inject the chemicals into the cement slurry deep in the hole rather than during mixing at the surface. This allows the accelerator to take effect only when desired, thereby avoiding premature setting of the cement. Devices have already been developed for effecting such injection. One such device is shown in U.S. Patent No. 4,361,187, which discloses a downhole mixing valve for use in cementing, fracturing or other treatment of a well. This valve is normally mounted on a drill string in the well casing. This works perfectly, but requires additional insertion of the drill rod, which increases the time and cost of cementing.

Eher im allgemeinen Sinn offenbart das US-Patent Nr. 2 928 471 einen Tiefloch- Chemikalieninjektor, der auf Flüssigkeitsdruck anspricht. Dieser Injektor kann zum Einspritzen von chemischen Treatingmitteln in ein Bohrloch benutzt werden, um Korrosion und Kesselstein aus Rohren und Verrohrungen fließender Bohrlöcher zu entfernen. Im Gegensatz zu dieser Erfindung wird das Behandlungsmittel durch das Regeln der aufwärts strömenden Bohrlochflüssigkeiten freigesetzt. Wie bei der Vorrichtung des US-Patents Nr. 4 361 187 wird der Injektor des US-Patents Nr. 2 928 471 an einer Rohrkette in das Bohrloch eingeführt.In a more general sense, U.S. Patent No. 2,928,471 discloses a downhole chemical injector responsive to fluid pressure. This injector can be used to inject chemical treatment agents into a wellbore to remove corrosion and scale from pipes and casings of flowing wells. Unlike this invention, the treatment agent is released by regulating the upflow of wellbore fluids. As with the device of U.S. Patent No. 4,361,187, the injector of U.S. Patent No. 2,928,471 is inserted into the wellbore on a string of pipes.

Weiter ist es, wenn die Tieflochwerkzeuge aus dem Bohrloch entfernt werden sollen häufig einfacher und kostengünstiger, diese auszubohren, anstelle, eine komplizierte Bergung durchzuführen. Beim Bohren wird eine Bohrkrone zum Schneiden und Mahlen der Bauteile des Tiefloch-Werkzeugs eingesetzt, um diese aus dem Bohrloch zu entfernen. Diese Methode ist bedeutend schneller als das Fräsen; das Werkzeug muss jedoch aus einem Werkstoff bestehen, der in die Bohrkrone aufgenommen werden kann.Furthermore, when the downhole tools need to be removed from the borehole, it is often easier and more cost-effective to drill them out rather than carry out a complicated recovery operation. Drilling involves using a core bit to cut and grind the components of the downhole tool to remove them from the borehole. This method is significantly faster than milling, but the tool must be made of a material that can be accommodated in the core bit.

Um die Problematik der Bereitstellung ausbohrfähiger Werkzeuge zu lösen, führte die Halliburton Company dem Industriesektor ausbohrfähige Tieflochwerkzeuge vor, wie z. B. eine Packervorrichtung, die z. Zt. unter der Marke "FAS DRILL" vertrieben wird. Die Werkzeuge der Modellreihe "FAS DRILL" setzen sich aus Bauteilen zusammen, die hauptsächlich aus nichtmetallischem technischem Kunststoff hergestellt werden, wodurch sich die Ausbohrfähigkeit dieser Tieflochwerkzeuge bedeutend verbessert. Die Modellreihe "FAS DRILL" hat sich als erfolgreich erwiesen; außerdem wurde eine Anzahl von Patenten in den USA verliehen, darunter das US- Patent Nr. 5 271 468 nach Streich u. a., das US-Patent Nr. 5 224 540 nach Streich u. a. sowie das US-Patent Nr. 5 390 737 nach Jacobi u. a. Trotzdem ergab sich bei der bekannten Technik ein Nachteil, weil es bisher keine ausbohrfähige Vorrichtung gab, die eine Beschleunigungsflüssigkeit an eine zutreffende Einspritzstelle befördern konnte oder die eine Flüssigkeit an der richtigen Einspritzstelle halten konnte, bis die Vorrichtung aktiviert wurde.To solve the problem of providing drillable tools, Halliburton Company introduced drillable downhole tools to the industry, such as a packer device currently sold under the trademark "FAS DRILL". The "FAS DRILL" series of tools are composed of components made primarily of non-metallic engineering plastic, which significantly improves the drilling capability of these downhole tools. The "FAS DRILL" series of tools has proven successful and a number of patents have been issued in the United States, including U.S. Patent No. 5,271,468 to Streich et al., U.S. Patent No. 5,224,540 to Streich et al., and U.S. Patent No. 5,390,737 to Jacobi et al. Nevertheless, the known technology had a disadvantage because there was no drillable device that could deliver an accelerating fluid to a correct injection point or that could hold a fluid at the correct injection point until the device was activated.

Die Vorgehensweise dieser Erfindung löst das Problem der bisherigen Vorrichtungen, indem sie einen Mechanismus zum Befördern des Beschleunigungsmittels an die richtige Einspritzstelle oder zum Halten des Beschleunigungsmittels an der korrekten Einspritzstelle bis zur Aktivierung der Vorrichtung beinhaltet. Das Beschleunigungsmittel kann in die Flüssigkeit eingespritzt werden, ohne dass ein zusätzliches Einfahren am Bohrgestänge notwendig ist.The approach of this invention solves the problem of the previous devices by incorporating a mechanism for conveying the accelerator to the correct injection point or for holding the accelerator at the correct injection point until the device is activated. The accelerator can be injected into the fluid without the need for additional retraction of the drill string.

Diese Erfindung sieht eine Vorgehensweise zum Einspritzen einer ersten Flüssigkeit in eine zweite Flüssigkeit in einem Bohrloch vor, bestehend aus dem Vermitteln einer Vorrichtung im Bohrloch, die aus einer Gehäusevorrichtung zum Definieren einer Kammer darin sowie einer Öffnung besteht, die mit der erwähnten Kammer in Verbindung steht und die dahingehend ausgeführt ist, dass in der Kammer eine erste Flüssigkeit gehalten wird; außerdem aus einer Ventilvorrichtung zum Öffnen der erwähnten Öffnung; dem Pumpen einer zweiten Flüssigkeit abwärts durch das Bohrloch an der Vorrichtung vorbei und dem Öffnen der erwähnten Öffnung durch die Ventilvorrichtung, so dass die erste Flüssigkeit, ansprechend auf das Strömen einer zweiten Flüssigkeit an der Vorrichtung vorbei, ungehindert aus der Kammer durch die erwähnte Öffnung strömen kann.This invention provides a method of injecting a first fluid into a second fluid in a wellbore comprising: providing a device in the wellbore comprising housing means for defining a chamber therein and an opening communicating with said chamber and adapted to retain a first fluid in said chamber; valve means for opening said opening; pumping a second fluid downwardly through the wellbore past the device; and opening said opening through the valve means so that the first fluid can flow freely from the chamber through said opening in response to flow of a second fluid past the device.

Die Strömung der zweiten Flüssigkeit kann einen Venturieffekt auslösen, so dass ein Druckdifferential die erste Flüssigkeit aus der Kammer herauszwingt. Alternativ kann die Kammer unter Druck gestellt werden. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Ausflussöffnung in der erwähnten Öffnung zum Regeln der Liefermenge der ersten Flüssigkeit.The flow of the second liquid may cause a venturi effect so that a pressure differential forces the first liquid out of the chamber. Alternatively, the chamber may be pressurized. Preferably, the device comprises an outflow opening in said opening for regulating the delivery rate of the first liquid.

Bei einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird die Gehäusevorrichtung als ein Plug-Gehäuse gekennzeichnet, das während der Zementierfunktion abwärts durch das Bohrloch gepumpt wird. So wird die erste Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Beschleunigungsmittel, im Inneren des Plugs in das Bohrloch eingeführt. Das Gehäuse bildet einen Flussweg, durch den die zweite Flüssigkeit geströmt werden kann. Die erste Flüssigkeit strömt in den Flussweg, wenn die Öffnung mit der Ventilvorrichtung geöffnet wird.In a first advantageous embodiment, the casing device is characterized as a plug casing which is pumped down through the wellbore during the cementing function. Thus, the first fluid, such as an accelerant, is introduced into the wellbore inside the plug. The casing forms a flow path through which the second fluid can be flowed. The first fluid flows into the flow path when the opening with the valve device is opened.

Die Ventilvorrichtung kann eine in der Gehäusevorrichtung gebildete Ventilhülse umfassen, die von einer ersten Stellung, in der die Öffnung abgedeckt wird, in eine zweite Stellung bewegt werden kann, wobei die Öffnung offen steht. Diese Ventilhülse wird aktiviert, wenn der Plug die Unterseite der Verrohrung erreicht und mit einem darunter befindlichen Zementplug in Berührung kommt. Es ist von Vorteil, eine Bruchvorrichtung, wie z. B. einen Scherstift zum abscherbaren Halten der Ventilhülse in der ersten Position vorzusehen. Dadurch wird das rechtzeitige Einspritzen der ersten Flüssigkeit in die zweite Flüssigkeit möglich, wobei es sich um Zement handeln kann, damit die erste Flüssigkeit in den ausgewählten Teil der zweiten Flüssigkeit eingespritzt werden kann. Durch das Innere des Plugs kann beim Landen auf dem unteren Plug ein Venturieffekt erzeugt werden.The valve device may comprise a valve sleeve formed in the housing device, which can be moved from a first position in which the opening is covered to a second position, wherein the opening is open. This Valve sleeve is activated when the plug reaches the bottom of the casing and contacts a cement plug below. It is advantageous to provide a rupture device such as a shear pin to shearably hold the valve sleeve in the first position. This allows timely injection of the first fluid into the second fluid, which may be cement, to allow the first fluid to be injected into the selected portion of the second fluid. The interior of the plug can create a venturi effect when landing on the lower plug.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Gehäuseeinrichtung durch einen Teil der Verrohrung selbst gekennzeichnet, die sich im Bohrloch befindet. So befindet sich das Beschleunigungsmittel in einem integrierten Teil der Verrohrung, die mit dem Bohrloch zementiert werden soll. Bei dieser Ausführungsform strömt die erste Flüssigkeit in den Bohrlochringraum zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch, wenn die Öffnung von der Ventilvorrichtung geöffnet wird. Wie bei der früheren Ausführungsform kann ein Venturieffekt zum Strömen des Beschleunigungsmittel in den Zementschlamm führen. Das Druckdifferential ist auf das Strömen des Zements im Bohrlochringraum an der Außenseite der Verrohrung zurückzuführen. Die Ventilvorrichtung kann aus einem Magnetventil bestehen, das durch eine Mikroprozessorvorrichtung aktiviert wird, die das Magnetventil, ansprechend auf ein Signal, ansteuert. Dieses Signal ist ein Drucksignal oder ein solches, das ansprechend auf das Pumpen eines Zementplugs an eine spezielle Stelle erzeugt wird.In another embodiment, the casing means is characterized by a portion of the casing itself located in the wellbore. Thus, the accelerator is located in an integral portion of the casing to be cemented to the wellbore. In this embodiment, the first fluid flows into the well annulus between the casing and the wellbore when the port is opened by the valve means. As in the previous embodiment, a venturi effect may result in the accelerator flowing into the cement slurry. The pressure differential is due to the flow of cement in the well annulus on the outside of the casing. The valve means may consist of a solenoid valve activated by a microprocessor device which drives the solenoid valve in response to a signal. This signal is a pressure signal or one generated in response to pumping a cement plug to a specific location.

Sinnvollerweise beinhaltet die Vorrichtung eine Mengeneinschränkungsvorrichtung. Bei einer Ausführungsform ist die Mengeneinschränkungsvorrichtung durch einen aufblasbaren Sack in der Kammer gekennzeichnet, der mit der Öffnung in Verbindung steht. Wenn die zweite Flüssigkeit an der Öffnung vorbei strömt, entsteht ein Druckdifferential, das zum Zusammenfallen des Sacks und zum Ausströmen der ersten Flüssigkeit in die Strömung der zweiten Flüssigkeit führt. Alternativ kann die Kammer unter Druck gestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Mengeneinschränkungsvorrichtung ist ein Kolben gleitend in der Kammer ausgeführt. Dieser bewegt sich, ansprechend auf das Druckdifferential über dem Kolben, um die Flüssigkeit aus der Kammer in die Strömung der zweiten Flüssigkeit zu drücken.Conveniently, the device includes a flow restrictor. In one embodiment, the flow restrictor is characterized by an inflatable bag in the chamber that communicates with the opening. As the second liquid flows past the opening, a pressure differential is created that causes the bag to collapse and the first liquid to flow out into the flow of the second liquid. Alternatively, the chamber may be pressurized. In another embodiment of the flow restrictor, a piston is slidably mounted in the chamber. This moves in response to the pressure differential across the piston to force the liquid out of the chamber into the flow of the second liquid.

Es ist von Vorteil, wenn die Gehäusevorrichtung und/oder Ventilvorrichtung wenigstens teilweise aus nichtmetallischem Werkstoff hergestellt werden, wie z. B. aus technischem Plastik, Kunstharz oder Verbundstoffen, um das Gewicht zu reduzieren, wodurch sich die Versandspesen verringern und sich der Installationsaufwand am Bohrturm reduziert. Außerdem vermindert sich der Zeit- und Kostenaufwand bei der Herstellung, die Bohrfähigkeit nimmt zu und das Ausbohren erfolgt schneller, wenn die Vorrichtung aus dem Bohrloch ausgebohrt werden muss. Die Herstellung aller Bauteile aus nichtmetallischen Werkstoffen ist von Vorteil. Der Einsatz nichtmetallischer Bauteile in Tiefloch-Werkzeugvorrichtungen ermöglicht und erhöht die Wirtschaftlichkeit der Bohrvorgänge und macht die Vorrichtung bohrfähig.It is advantageous if the housing device and/or valve device are at least partially made of non-metallic material, such as engineering plastic, synthetic resin or composite materials, to reduce weight, thereby reducing shipping costs and reducing installation work on the rig. In addition, manufacturing time and costs are reduced, drillability increases and drilling out is faster when the device has to be drilled out of the borehole. Manufacturing all components from non-metallic materials is advantageous. The use of non-metallic components in deep hole tooling devices enables and increases the efficiency of drilling operations and makes the device drillable.

Eine Vorgehensweise nach dieser Erfindung kann beim Einspritzen eines Beschleunigungsmittels in einen Zementschlamm im Zuge einer Zementierung eingesetzt werden.A procedure according to this invention can be used when injecting an accelerator into a cement slurry during cementing.

Jetzt wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:Reference is now made to the attached drawings. They show:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung für das Einspritzen tief im Bohrloch und das Vermischen von Flüssigkeiten in einen Zementschlamm nach dieser Erfindung, die die Form eines Zementplugs zum Mitführen einer Flüssigkeit, wie z. B. eines Zementbeschleunigungsmittels, an eine zutreffende Stelle in einem Bohrloch annimmt.Fig. 1 shows an embodiment of a device for deep-bore injection and mixing of fluids into a cement slurry according to this invention, which takes the form of a cement plug for carrying a fluid, such as a cement accelerator, to an appropriate location in a borehole.

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des Plugs.Fig. 2 an alternative embodiment of the plug.

Fig. 3 einen Plug nach Fig. 1 im Einsatz als Bestandteil eines Plugsatzes zum Zementieren in einem Bohrloch.Fig. 3 shows a plug according to Fig. 1 in use as part of a plug set for cementing in a borehole.

Fig. 4A und 4B einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung nach dieser Erfindung, bei der das Beschleunigungsmittel in einem Abschnitt einer Verrohrung gehalten wird.Fig. 4A and 4B show a longitudinal section of a second embodiment of the device according to this invention, in which the accelerator is held in a section of a tubing.

Fig. 5A und 5B eine modifizierte Variante der Vorrichtungen in Fig. 2A und 4B, die ein Zementierventil enthält.Fig. 5A and 5B show a modified variant of the devices in Fig. 2A and 4B, which includes a cementing valve.

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform des Plugs.Fig. 6 an alternative embodiment of the plug.

Fig. 7 eine Draufsicht des Plugs in Fig. 6.Fig. 7 is a top view of the plug in Fig. 6.

Fig. 8 eine Endansicht der unteren Platte in Fig. 6.Fig. 8 is an end view of the lower plate in Fig. 6.

Fig. 9 eine Endansicht der Ventilhülse in Fig. 6.Fig. 9 is an end view of the valve sleeve in Fig. 6.

First embodiment

Mit Bezug auf die Zeichnungen und speziell auf Fig. 1 erscheint dort eine erste Ausführungsform der Vorrichtung für das Einspritzen und Vermischen von Flüssigkeiten tief im Bohrloch in einen Zementschlamm als Plug, der allgemein mit 10 beziffert wird. Plug 10 umfasst eine Gehäusevorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse 12, das aus einem inneren Mantel 14 und einer inneren Spindel 16 besteht.Referring to the drawings, and particularly to Fig. 1, there appears a first embodiment of apparatus for injecting and mixing fluids deep in the wellbore into a cement slurry as a plug, generally indicated at 10. Plug 10 includes a housing apparatus characterized by a housing 12 consisting of an inner shell 14 and an inner spindle 16.

Der Mantel 14 weist einen größtenteils zylindrischen Wandabschnitt 18 mit einem oberen Ende 20 auf, das sich von dort radial nach innen erstreckt. Das Ende 20 weist in seinem Inneren eine Öffnung 22 auf.The casing 14 has a largely cylindrical wall section 18 with an upper end 20 which extends radially inwardly therefrom. The end 20 has an opening 22 in its interior.

Die Spindel 16 weist einen größtenteils zylindrischen inneren Wandabschnitt 24 mit einem unteren Ende 26 auf, das sich von dort radial nach außen erstreckt. Das obere Ende der Spindel 16 passt in die Öffnung 22 im Mantel 14, während das untere Ende 26 der Spindel über eine Verschraubung 28 mit dem Gehäuse verbunden ist.The spindle 16 has a largely cylindrical inner wall section 24 with a lower end 26 extending radially outward therefrom. The upper end of the spindle 16 fits into the opening 22 in the casing 14, while the lower end 26 of the spindle is connected to the housing via a screw connection 28.

In der Wand 24 der Spindel 16 sind in der Nähe des unteren Endes 26 mehrere Öffnungen 30 gebildet. Diese können gleichfalls als Gehäuseöffnungen 30 gebildet sein. Es ist von Vorteil, wenn sich ein Öffnungsblock 32 mit einer Mehrzahl von darin ausgeführten Öffnungen 34 in jeder Gehäuseöffnung 30 befindet.A plurality of openings 30 are formed in the wall 24 of the spindle 16 near the lower end 26. These can also be formed as housing openings 30. It is advantageous if an opening block 32 with a plurality of openings 34 formed therein is located in each housing opening 30.

So lässt sich erkennen, dass der Mantel 14 und die Spindel 16 des Gehäuses 12 eine Kammer 36 im Gehäuse bilden, die mit den Öffnungen 30 in Verbindung steht. In der Kammer 36 befindet sich eine Mengeneinschränkungsvorrichtung, wie z. B. ein elastischer Sack 38. Der Sack 38 füllt die Kammer 36 zum größten Teil aus.It can be seen that the casing 14 and the spindle 16 of the housing 12 form a chamber 36 in the housing, which is connected to the openings 30. In the chamber 36 there is a quantity restriction device, such as an elastic bag 38. The bag 38 fills the chamber 36 for the most part.

Dementsprechend bildet der Sack 38 einen Hohlraum 40 mit variablem Volumen. Die Öffnungsblöcke 32 befinden sich in Wirklichkeit im Sack 38, so dass sie mit dem Hohlraum 40 in Verbindung stehen. Am oberen Ende des Sacks 38 befindet sich ein Füllstutzen 42, der sich durch ein Loch 44 im oberen Ende 20 des Mantels 14 nach außen erstreckt. Der Füllstutzen 42 kann ein Rückschlagventil der dem Fachmann bekannten Art beinhalten, so dass der Sack 38 mit einer ersten Flüssigkeit befüllt werden kann, wie z. B. mit einem Zementbeschleunigungsmittel.Accordingly, the bag 38 defines a variable volume cavity 40. The orifice blocks 32 are actually located within the bag 38 so as to communicate with the cavity 40. At the upper end of the bag 38 is a filler neck 42 which extends outwardly through a hole 44 in the upper end 20 of the shell 14. The filler neck 42 may include a check valve of the type known to those skilled in the art so that the bag 38 can be filled with a first liquid, such as a cement accelerator.

Die Spindel 16 weist eine durch sie verlaufende zentrale Öffnung 46 auf, die, wie noch näher erläutert wird, einen Flussweg durch das Gehäuse 12 bildet. Am unteren Ende der zentralen Öffnung 46 befindet sich eine Bohrung 48.The spindle 16 has a central opening 46 extending therethrough which, as will be explained in more detail below, forms a flow path through the housing 12. At the lower end of the central opening 46 is a bore 48.

In der Bohrung 48 befindet sich eine Ventilhülse 50, die in deren erster Stellung, die aus Fig. 1 hervorgeht, die Gehäuseöffnungen 30 verschließt. Eine Dichtvorrichtung, die z. B. aus zwei O-Ringen besteht 52, vermittelt den dichten Eingriff zwischen der Ventilhülse 50 und der Spindel 16 an den sich gegenüberstehenden Längsseiten der Öffnungen 30.In the bore 48 there is a valve sleeve 50, which in its first position, which can be seen from Fig. 1, closes the housing openings 30. A sealing device, which consists, for example, of two O-rings 52, provides the tight engagement between the valve sleeve 50 and the spindle 16 on the opposite longitudinal sides of the openings 30.

Eine Bruchvorrichtung, die z. B. aus mehreren Scherstiften 54 besteht, hält die Ventilhülse in der ersten, in Fig. 1 dargestellten Position. Wenn die Scherstifte 54 abgeschert werden, wie später näher erörtert wird, kann sich die Ventilhülse 50 in der Bohrung 48 der Spindel 16 ungehindert nach oben verschieben. An dieser Stelle bewegen sich mehrere der Ventilöffnungen 56 in der Ventilhülse 50 in Abstimmung mit den dazu passenden Gehäuseöffnungen 30. Weiter bewegt sich ein nach außen verlaufender Bund 58 der Ventilhülse 50 in eine Aussparung 60, die am unteren Ende 26 der Spindel 16 gebildet ist. Jetzt lässt sich erkennen, dass die im Hohlraum 40 des Sacks 38 gehaltene Flüssigkeit (die so im Hohlraum 36 des Gehäuses 12 gehalten wird) in Verbindung mit der zentralen Öffnung 46 gebracht wird.A rupture device, such as a plurality of shear pins 54, holds the valve sleeve in the first position shown in Fig. 1. When the shear pins 54 are sheared off, as will be discussed in more detail later, the valve sleeve 50 is free to slide upwardly within the bore 48 of the spindle 16. At this point, several of the valve openings 56 in the valve sleeve 50 move in alignment with the mating housing openings 30. Further, an outwardly extending collar 58 of the valve sleeve 50 moves into a recess 60 formed at the lower end 26 of the spindle 16. It can now be seen that the fluid held in the cavity 40 of the bag 38 (which is thus held in the cavity 36 of the housing 12) is brought into communication with the central opening 46.

Am oberen äußeren Ende des Mantels 14 befindet sich eine Wischhülse 62 mit zwei Wischringen 64, die sich von dort radial nach außen ausdehnen. Am unteren äußeren Ende des Mantels 14 befindet sich eine weitere Wischhülse 66 mit zwei Wischringen 68, die sich von dort radial nach außen ausdehnen. Die Wischhülse 62 kann der Wischhülse 66 entsprechen.At the upper outer end of the casing 14 there is a wiper sleeve 62 with two wiper rings 64, which extend radially outwards from there. At the lower outer end of the casing 14 there is another wiper sleeve 66 with two wiper rings 68, which extend radially outwards from there. The wiper sleeve 62 can correspond to the wiper sleeve 66.

Im oberen Ende 20 des Mantels 14 befindet sich eine von einer Membranhalterung 72 gehaltene Membrane 70. Zu erkennen ist, dass die Membrane 70 zunächst die zentrale Öffnung 46 gegenüber der Flüssigkeitsströmung verschließt. Mit Bezug auf Fig. 2 erscheint dort eine alternative Ausführungsform des Plugs 10', der in vieler Hinsicht mit dem Plug 10 in Fig. 1 übereinstimmt. Anstelle einen Sack einzusetzen, ist die Mengeneinschränkungsvorrichtung in Plug 10' durch einen Gleitkolben 74 gekennzeichnet. Eine Dichtvorrichtung, die beispielsweise aus zwei O- Ringen 76 besteht, dichtet den Eingriff zwischen dem Kolben 76 und der Spindel 16 ab. Eine weitere Dichtvorrichtung, die z. B. aus zwei O-Ringen 78 besteht, vermittelt den dichten Eingriff zwischen dem Kolben 74 und dem Mantel 14. So lässt sich erkennen, dass die Kammer 36 durch den Kolben 74 in eine obere Kammer 80 und eine untere Kammer 32 mit jeweils variablen Volumina unterteilt wird.In the upper end 20 of the casing 14 there is a membrane 70 held by a membrane holder 72. It can be seen that the membrane 70 initially closes the central opening 46 against the flow of liquid. With reference to Fig. 2, an alternative embodiment of the plug 10' appears there, which in many respects corresponds to the plug 10 in Fig. 1. Instead of using a bag, the flow restriction device in plug 10' is characterized by a sliding piston 74. A sealing device, which consists for example of two O-rings 76, seals the engagement between the piston 76 and the spindle 16. Another sealing device, which consists for example of a B. consists of two O-rings 78, provides the tight engagement between the piston 74 and the casing 14. It can thus be seen that the chamber 36 is divided by the piston 74 into an upper chamber 80 and a lower chamber 32, each with variable volumes.

Function of the first embodiment

Mit Bezug auf Fig. 3 wird jetzt die Funktion der ersten Ausführungsform erörtert. Eine Verrohrung 84 wird in einem Bohrloch 86 mit einem Ringraum 88, der sich dazwischen bildet, ausgeführt. Das untere Ende der Verrohrung 84 ist über eine Verschraubung 92 mit einem Verrohrungsschuh 90 der dem Fachmann bekannten Technik verbunden.Referring to Fig. 3, the operation of the first embodiment will now be discussed. A casing 84 is installed in a borehole 86 with an annular space 88 formed therebetween. The lower end of the casing 84 is connected via a screw connection 92 to a casing shoe 90 of the type known to those skilled in the art.

Wenn das Zementieren des äußeren Verrohrungs-Ringraums 88 begonnen werden soll, wird ein erster oder unterer Plug 94 der dem Fachmann bekannten Art abwärts durch die Verrohrung gepumpt. Mehrere Wischerringe 96 am unteren Plug 94 wischen die Innenseite der Verrohrung 84 ab, um Spülschlamm und andere Flüssigkeiten zu entfernen, die sich darin befinden; weitere trennen sie abdichtend den Schlamm vom über dem unteren Plug befindlichen Zement ab. Im unteren Plug 94 befindet sich eine Membrane 98, die ein Vermischen des Schlamms mit dem Zement verhindert, während der untere Plug abwärts gepumpt wird. Zuletzt kommt der untere Plug 94 auf dem Schwimmschuh 94 zum Stillstand. Zusätzlicher Druck auf den unteren Plug 94 führt zum Bersten der Membrane 98, so dass der Zement durch den unteren Plug und so durch die Öffnung 100 im Verrohrungsschuh 90 und aufwärts in den Ringraum 88 strömen kann, siehe Pfeil 102.When cementing of the outer casing annulus 88 is to be started, a first or lower plug 94 of the type known to those skilled in the art is pumped down through the casing. A plurality of wiper rings 96 on the lower plug 94 wipe the inside of the casing 84 to remove drilling mud and other fluids contained therein; others seal the mud from the cement above the lower plug. A diaphragm 98 is located in the lower plug 94 to prevent the mud from mixing with the cement as the lower plug is pumped down. Finally, the lower plug 94 comes to rest on the float shoe 94. Additional pressure on the lower plug 94 causes the membrane 98 to burst, allowing cement to flow through the lower plug and thus through the opening 100 in the casing shoe 90 and upward into the annulus 88, see arrow 102.

Wenn die erste gewünschte Menge Zement wie beschrieben abwärts durch die Verrohrung 82 und in den Ringraum 88 gepumpt wurde, wird Plug 10 abwärts auf die Oberseite dieses Zements gepumpt. Über dem Plug 10 befindet sich eine weitere gewünschte Menge Zement. Die Membrane 70 im Plug 10 gewährleistet, dass der auf den Plug angesetzte Druck diesen weiter abwärts treibt.When the first desired amount of cement has been pumped downward through the casing 82 and into the annulus 88 as described, plug 10 is pumped downward onto the top of this cement. Above plug 10 is another desired amount of cement. The diaphragm 70 in plug 10 ensures that the pressure applied to the plug drives it further downward.

Endlich erreicht der Plug 10 den unteren Plug 94. An dieser Stelle kommt die Unterseite der Ventilhülse 50 mit der Oberseite des Plugs 94 in Berührung. Dadurch wird die Ventilhülse 50 aufwärts getrieben, was zum Bruch der Scherstifte 54 führt, wodurch die Ventilhülse in ihre zweite Stellung nach oben getrieben wird, wo die Ventilöffnungen 56 wie oben beschrieben mit den Gehäuseöffnungen 30 abgestimmt sind. Weiter auf die Oberseite des Plugs 10 angesetzter Druck führt zum Bersten der Membrane 70, so dass der Zement abwärts durch die zentrale Öffnung 46 strömen kann. Der Fachmann erkennt, dass die Geschwindigkeit des Zementschlamms durch die zentrale Öffnung 46 höher ist als durch die Verrohrung 84, die einen größeren Durchmesser aufweist. Dadurch ergibt sich ein Venturieffekt über den Gehäuseöffnungen 30, und es entsteht ein Druckdifferential über und unter dem Plug 10, der so auf den Sack 38 einwirkt. Dadurch fällt der Sack zusammen, wodurch sich sein Volumen reduziert und das Beschleunigungsmittel nach außen durch die Gehäuseöffnungen 30 und die abgestimmten Ventilöffnungen 56 in die zentrale Öffnung 46 getrieben wird, um sich mit dem Zementschlamm zu vermischen. So wird das Beschleunigungsmittel nur an der korrekten Einspritzstelle mit dem Zement vermischt.Finally, the plug 10 reaches the lower plug 94. At this point, the bottom of the valve sleeve 50 contacts the top of the plug 94. This drives the valve sleeve 50 upward, causing the shear pins 54 to break, thereby driving the valve sleeve upward to its second position where the valve openings 56 are aligned with the housing openings 30 as described above. Further pressure applied to the top of the plug 10 causes the diaphragm 70 to rupture, allowing the cement to flow downward through the central opening 46. Those skilled in the art will recognize that the velocity of the cement slurry is higher through the central opening 46 than through the casing 84, which has a greater diameter. This creates a venturi effect across the housing openings 30 and creates a pressure differential above and below the plug 10 which thus acts on the bag 38. This causes the bag to collapse, reducing its volume and forcing the accelerator outward through the housing openings 30 and the matched valve openings 56 into the central opening 46 to mix with the cement slurry. Thus, the accelerator is only mixed with the cement at the correct injection point.

Als Alternative oder zusätzlich zum oben beschriebenen Venturieffekt kann die erste Flüssigkeit im Hohlraum 40 des Sacks 38 gleichfalls unter Druck gesetzt werden, um sicherzustellen, dass sie nach außen strömt, wenn die Ventilhülse 50 geöffnet wird. Der Abschnitt der Kammer außerhalb des Sacks 38 kann gleichermaßen unter Druck gestellt werden, um das nach außen Strömen der Flüssigkeit im Sack und das Zusammenfallen des Sacks zu unterstützen.As an alternative or in addition to the venturi effect described above, the first liquid in the cavity 40 of the bag 38 may also be pressurized to ensure that it flows outward when the valve sleeve 50 is opened. The portion of the chamber outside the bag 38 may similarly be pressurized to assist in the outward flow of the liquid in the bag and the collapse of the bag.

Als letzter Schritt beim Zementieren wird ein dritter oder oberer Plug abwärts auf die Oberseite des Zements gepumpt. Wischerringe 106 wischen den Zement, während der obere Plug 104 abwärts getrieben wird. Das obere Ende 108 des oberen Plugs 104 ist geschlossen, so dass ein Vermischen zwischen dem Zementschlamm unter dem oberen Plug 104 und der darüber gepumpten Flüssigkeit vermieden wird.As a final step in cementing, a third or upper plug is pumped down on top of the cement. Wiper rings 106 wipe the cement as the upper plug 104 is driven down. The upper end 108 of the upper plug 104 is closed so that mixing is avoided between the cement slurry below the upper plug 104 and the liquid pumped above it.

Der obere Plug 104 kommt zuletzt auf Plug 10 zum Stillstand, wodurch das Zementieren abgeschlossen ist.The upper plug 104 finally comes to a stop on plug 10, thus completing the cementing.

Der Einsatz des alternativen Plugs 10' erfolgt auf größtenteils identische Art mit der Ausnahme, dass das durch den höheren Flüssigkeitsdurchsatz durch die zentrale Öffnung 46 und den resultierenden Venturieffekt entstehende Druckdifferential auf den Kolben 74 angesetzt wird. Dadurch bewegt sich der Kolben abwärts und reduziert das Volumen in der unteren Kammer 82 und vergrößert das Volumen der oberen Kammer 80. Das Beschleunigungsmittel in der unteren Kammer 82 wird also abwärts durch die aufeinander abgestimmten Gehäuse- 30 und Ventilöffnungen 56 getrieben, um sie mit dem durch die zentrale Öffnung strömenden Zementschlamm zu vermischen.The alternate plug 10' is used in a largely identical manner with the exception that the pressure differential created by the increased fluid flow through the central port 46 and the resulting venturi effect is applied to the piston 74. This causes the piston to move downwardly and reduce the volume in the lower chamber 82 and increase the volume of the upper chamber 80. The accelerator in the lower chamber 82 is thus forced downwardly through the coordinated housing 30 and valve ports 56 to mix with the cement slurry flowing through the central port.

Auch hier kann als Alternative oder Zusatz zum Venturieffekt ein Druck im alternativen Plug 10' angewendet werden. So kann beispielsweise die obere Kammer 80 unter Druck gesetzt werden, um den Kolben 74 abwärts zu treiben.Here too, as an alternative or in addition to the Venturi effect, a pressure in the alternative plug 10' can be applied. For example, the upper chamber 80 can be pressurized in order to drive the piston 74 downwards.

Second embodiment

Mit Bezug auf Fig. 4A und 4B wird dort eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung für das Einspritzen und Vermischen von Flüssigkeiten tief im Bohrloch in einen Zementschlamm als Verrohrungsabschnitt 110 einer Verrohrung 112 dargestellt.Referring to Figs. 4A and 4B, there is shown a second embodiment of the apparatus for injecting and mixing fluids deep in the borehole in a cement slurry as a casing section 110 of a casing string 112.

Der Verrohrungsabschnitt 110 besteht aus einem Gehäuse 114, das durch einen äußeren Mantel 116 und eine innere Spindel 118 gebildet wird, die mit dem äußeren Mantel an Verschraubung 120 am oberen Ende verbunden ist. Das untere Ende der Spindel 118 ist an Verschraubung 124 mit einem Verrohrungsschuh 122 verbunden. Der Verrohrungsschuh 122 ist ähnlich wie der Verrohrungsschuh 90, der in Bezug auf die erste Ausführungsform dargestellt wurde und ist von einer Art, die dem Fachmann bekannt ist. Das untere Ende 126 des Mantels 116 passt eng um das obere Ende des Verrohrungsschuhs 122.The casing section 110 consists of a housing 114 formed by an outer shell 116 and an inner spindle 118 connected to the outer shell at fitting 120 at the upper end. The lower end of the spindle 118 is connected to a casing shoe 122 at fitting 124. The casing shoe 122 is similar to the casing shoe 90 illustrated with respect to the first embodiment and is of a type known to those skilled in the art. The lower end 126 of the shell 116 fits tightly around the upper end of the casing shoe 122.

Der Mantel 116 in Spindel 118 bildet in Gehäuse 114 eine Ringkammer 126. Ein Entlüftungsrohr 130 befindet sich in Verbindung mit der Kammer 128 und mit dem Bohrlochringraum 141.The casing 116 in spindle 118 forms an annular chamber 126 in housing 114. A vent pipe 130 is in communication with the chamber 128 and with the borehole annulus 141.

In der bevorzugten Ausführung befindet sich ein elastischer Sack oder eine Blase 132 in Kammer 128, ähnlich wie bei Sack 38 der ersten Ausführungsform des Plugs 10, obwohl ebenfalls eine Kolbenanordnung ähnlich wie bei Plug 10' eingesetzt werden kann. Das untere Ende des Sacks 132 ist mit einem Magnetventil 134 verbunden, das normalerweise geschlossen ist. Mit dem Magnetventil 134 ist über einen Anschluss 137 ein Mikroprozessor 136 mit Batteriesatz verbunden. Der Mikroprozessor 136 dient, ansprechend auf ein Signal, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, dem Steuern und Öffnen des Magnetventils 134. Wenn das Magnetventil 134 geöffnet ist, öffnet sich ein Hohlraum 138 im Sack 132 in den Bohrlochringraum, der sich zwischen der Verrohrung und dem Bohrloch 142 bildet. Mehrere Öffnungen 135 stehen mit dem Magnetventil 134 in Verbindung.In the preferred embodiment, a resilient bag or bladder 132 is located in chamber 128, similar to bag 38 of the first embodiment of plug 10, although a piston arrangement similar to plug 10' may also be used. The lower end of bag 132 is connected to a solenoid valve 134 which is normally closed. A microprocessor 136 and battery pack are connected to solenoid valve 134 via port 137. Microprocessor 136 is operable to control and open solenoid valve 134 in response to a signal as will be explained in more detail below. When solenoid valve 134 is opened, a cavity 138 in bag 132 opens into the well annulus formed between casing and wellbore 142. A plurality of ports 135 communicate with solenoid valve 134.

Function of the second embodiment

Wie weiter aus den Fig. 4A und 4B hervorgeht, wird ein erster oder unterer Plug 144 während des Zementierens abwärts in die Verrohrung 112 gepumpt.As further shown in Figures 4A and 4B, a first or lower plug 144 is pumped downward into the casing 112 during cementing.

Wischerringe 146 am unteren Plug 144 wischen Spülschlamm und andere Flüssigkeiten, die eventuell darin vorhanden sind von der Innenseite der Verrohrung 112 ab und trennen den Schlamm dicht gegenüber dem Zement über dem unteren Plug 144 ab.Wiper rings 146 on the lower plug 144 wipe mud and other liquids that may be present from the inside of the piping 112 and separate the mud close to the cement above the lower plug 144.

Der untere Plug 144 kommt zuletzt am Schwimmschuh 122 zum Stillstand. Zusätzlicher Druck führt zum Bersten einer Membrane 148 im unteren Plug 144, was es dem Zementschlamm ermöglicht, abwärts durch den unteren Plug und durch die Öffnung 150 des Verrohrungsschuhs 122 in den Bohrlochringraum 140 zu strömen, siehe Pfeil 152.The lower plug 144 finally comes to a stop at the floating shoe 122. Additional pressure causes a diaphragm 148 in the lower plug 144 to rupture, allowing the cement slurry to flow downward through the lower plug and through the opening 150 of the casing shoe 122 into the well annulus 140, see arrow 152.

Nachdem die gewünschte Menge Zement gepumpt wurde, wird ein zweiter oder Zwischen-Plug 154 abwärts durch die Verrohrung 112 gepumpt.After the desired amount of cement has been pumped, a second or intermediate plug 154 is pumped downward through the casing 112.

Mehrere Wischerringe wischen die Innenseite der Verrohrung an, während eine Membrane 158 sicherstellt, dass ein Druckdifferential über dem zweiten Plug 154 besteht, so dass der Plug abwärts gepumpt wird. Der Mikroprozessor 136 erkennt ein Signal, mit dem das Landen des zweiten Plugs 154 auf dem unteren Plug 144 angezeigt wird und aktiviert das Magnetventil 134, um die Öffnungen 135 mit dem Bohrlochringraum 140 in Verbindung zu bringen. Zum Bersten der Membrane 158 wird weiter Zement abwärts gepumpt.Several wiper rings wipe the inside of the casing while a diaphragm 158 ensures that a pressure differential exists across the second plug 154 so that the plug is pumped downward. The microprocessor 136 detects a signal indicating the landing of the second plug 154 on the lower plug 144 and activates the solenoid valve 134 to communicate the ports 135 with the well annulus 140. Cement is further pumped downward to rupture the diaphragm 158.

Der Querschnitt des Bohrlochringraums 140 ist verhältnismäßig kleiner als der Bohrlochringraum 141, so dass die Flüssigkeitsströmung durch den Bohrlochringraum 140 verhältnismäßig schneller ist als die Flüssigkeitsströmung durch Bohrlochringraum 141. Dieser höhere Durchsatz erzeugt einen Venturieffekt und ein Druckdifferential über dem Verrohrungsabschnitt 110. Dieses führt zum Zusammenfallen des Sacks 132, so dass das Beschleunigungsmittel im Hohlraum 138 des Sacks (und so im Hohlraum 128) nach außen in den aufwärts durch den Bohrlochringraum 140 strömenden Zementschlamm getrieben wird.The cross-section of the well annulus 140 is relatively smaller than the well annulus 141 so that fluid flow through the well annulus 140 is relatively faster than fluid flow through the well annulus 141. This higher flow rate creates a venturi effect and a pressure differential across the casing section 110. This causes the bag 132 to collapse so that the accelerant in the bag cavity 138 (and thus in the cavity 128) is forced outward into the cement slurry flowing upward through the well annulus 140.

Als Alternative oder Zusatz zum Venturieffekt kann die Flüssigkeit im Hohlraum 138 des Sacks 132 unter Druck gestellt werden; anderenfalls kann auch die Kammer 128 außerhalb des Sacks 132 unter Druck gestellt werden, um das Ausströmen der ersten Flüssigkeit aus dem Sack herbeizuführen.As an alternative or in addition to the Venturi effect, the liquid in the cavity 138 of the bag 132 can be pressurized; alternatively, the chamber 128 outside the bag 132 can also be pressurized to cause the first liquid to flow out of the bag.

Wenn die weitere gewünschte Menge Zement gepumpt wurde, kann ein dritter Plug (ohne Abbildung) auf eine Weise, die größtenteils mit der in Fig. 3 mit Bezug auf die erste Ausführungsform gezeigten identisch ist, abwärts gepumpt werden, wodurch das Zementieren abgeschlossen wird.When the further desired amount of cement has been pumped, a third plug (not shown) can be pumped downward in a manner largely identical to that shown in Fig. 3 with respect to the first embodiment, thereby completing the cementing.

Third embodiment

Mit Bezug auf Fig. 5A und 5B wird dort eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung für das Einspritzen und Vermischen von Flüssigkeiten tief im Bohrloch in einen Zementschlamm als Verrohrungsabschnitt dargestellt, der allgemein mit 170 beziffert wird.Referring to Figures 5A and 5B, there is shown a third embodiment of apparatus for injecting and mixing fluids deep downhole into a cement slurry casing section, generally indicated at 170.

Der Verrohrungsabschnitt 170 ist Bestandteil einer Verrohrung 172.The piping section 170 is part of a piping 172.

Der Verrohrungsabschnitt 170 ist größtenteils identisch mit dem der zweiten Ausführungsform in Fig. 4A und 4B und beinhaltet einen Sack 132 in Kammer 128, die durch den Mantel 116 und eine Spindel 118 des Gehäuses 114 gebildet wird. Das Entlüftungsrohr 130 verbindet die Kammer 128 mit dem Bohrlochringraum 141. Ein Magnetventil 134, das durch einen Mikroprozessor 136 gesteuert und über einen Anschluss 137 damit verbunden wird, kann geöffnet werden, um den Hohlraum 138 in Sack 132 mit dem zwischen der Verrohrung 72 und dem Bohrloch 142 gebildeten Ringraum 140 zu verbinden.The casing section 170 is largely identical to that of the second embodiment in Figs. 4A and 4B and includes a bag 132 in chamber 128 formed by the casing 116 and a spindle 118 of the housing 114. The vent tube 130 connects the chamber 128 to the well annulus 141. A solenoid valve 134 controlled by a microprocessor 136 and connected thereto via a port 137 can be opened to connect the cavity 138 in bag 132 to the annulus 140 formed between the casing 72 and the well 142.

Der einzige Unterschied zwischen den Vorrichtungen der zweiten und dritten Ausführungsform liegt darin, dass die dritte Ausführungsform ein Zementierventil 174 anstelle eines Verrohrungsschuhs 122 aufweist.The only difference between the devices of the second and third embodiments is that the third embodiment has a cementing valve 174 instead of a casing shoe 122.

Das Zementierventil 174 ist von einer dem Fachmann bekannten Art und beinhaltet eine sich öffnende Hülse 176, die in Körper 178, der in seinem Inneren eine Zementöffnung 180 aufweist, gleitend ausgeführt ist.The cementing valve 174 is of a type known to those skilled in the art and includes an opening sleeve 176 slidably mounted within body 178 having a cement opening 180 therein.

Über der Zementieröffnung 180 befindet sich ein Schlitz 182.Above the cementing opening 180 there is a slot 182.

Eine sich schließende Hülse 184 befindet sich über der sich öffnenden Hülse 176 und ist mittels eines Stifts 188, der durch den Schlitz 182 verläuft, mit einer äußeren Hülse 184 verbunden.A closing sleeve 184 is located over the opening sleeve 176 and is connected to an outer sleeve 184 by means of a pin 188 which extends through the slot 182.

In Fig. 5B wurde die sich öffnende Hülse 176 bereits abwärts in eine geöffnete Stellung bewegt, um eine Verbindung zwischen einer zentralen Öffnung 190 des Zementierventils 176 und dem Bohrlochringraum 143 herzustellen.In Fig. 5B, the opening sleeve 176 has already been moved downward to an open position to establish communication between a central opening 190 of the cementing valve 176 and the well annulus 143.

Die sich öffnende Hülse 176 wird durch Ansetzen von Druck auf die zentrale Öffnung 190 auf eine dem Fachmann bekannte Weise geöffnet.The opening sleeve 176 is opened by applying pressure to the central opening 190 in a manner known to those skilled in the art.

Der Abschnitt der Verrohrung 172 unterhalb des Zementierventils 174 wird während der Zementierung auf eine dem Fachmann bekannte Weise geschlossen.The portion of the casing 172 below the cementing valve 174 is closed during cementing in a manner known to those skilled in the art.

Wenn die gewünschte Menge Zement gepumpt wurde, wird ein Zwischen-Plug abwärts gepumpt. Eine Membrane 194 gewährleistet, dass ein Druckdifferential über dem unteren Plug 192 beibehalten wird. Wischerringe 196 wischen die Innenseite der Verrohrung 172 ab, während der Plug 192 abwärts gepumpt wird.When the desired amount of cement has been pumped, an intermediate plug is pumped downward. A diaphragm 194 ensures that a pressure differential is maintained across the lower plug 192. Wiper rings 196 wipe the inside of the casing 172 as the plug 192 is pumped downward.

Letztendlich greift die Unterseite des Plugs 192 in einen Sitz 198 auf der sich schließenden Hülse 184 ein. Weiterer auf den Plug 192 angesetzter Druck führt zum Bersten der Membrane 194, so dass Zement abwärts durch den Plug und die zentrale Öffnung 190 des Zementierventils 174 und so durch die Zementieröffnung 180 in den Bohrlochringraum 140 strömt.Eventually, the bottom of the plug 192 engages a seat 198 on the closing sleeve 184. Further pressure applied to the plug 192 causes the diaphragm 194 to rupture, allowing cement to flow downward through the plug and the central opening 190 of the cementing valve 174 and thus through the cementing opening 180 into the well annulus 140.

Wenn der Plug 192 landet, erkennt der Mikroprozessor 136 ein Signal, das die Anwesenheit des Plugs 192 anzeigt und öffnet das Magnetventil 134, um das Strömen des Beschleunigungsmittels in Kammer 138 von Sack 132 (und so in Kammer 128) nach außen in den Bohrlochringraum zu ermöglichen, wo es sich mit dem darin befindlichen Zement vermischen kann. Wie bei der zweiten Ausführungsform wird im Hohlraum 138 oder in der Kammer 126 ein Venturieffekt erzeugt und/oder Druck angesetzt, um das Ausströmen der ersten Flüssigkeit in den Zementschlamm herbeizuführen. Wie vorher kann ein Kolben anstelle des Sacks 132 eingesetzt werden.When the plug 192 lands, the microprocessor 136 detects a signal indicating the presence of the plug 192 and opens the solenoid valve 134 to allow the accelerant in chamber 138 to flow from bag 132 (and thus into chamber 128) out into the well annulus where it can mix with the cement therein. As in the second embodiment, a venturi effect is created and/or pressure is applied in the cavity 138 or chamber 126 to cause the first fluid to flow out into the cement slurry. As before, a piston can be used in place of the bag 132.

Wenn die gewünschte Menge Zement gepumpt wurde, wird ein oberer Plug 200 abwärts gepumpt. Die Wischerringe 202 am oberen Plug 200 wischen den Zement von der Innenseite der Verrohrung 172 ab, während der obere Plug abwärts getrieben wird. Letztendlich greift der obere Plug 200 in die Oberseite des unteren Plugs 192 ein.When the desired amount of cement has been pumped, an upper plug 200 is pumped downward. The wiper rings 202 on the upper plug 200 wipe the cement from the inside of the casing 172 as the upper plug is driven downward. Eventually, the upper plug 200 engages the top of the lower plug 192.

Der obere Plug 200 weist ein solides oberes Ende 204 auf, so dass der obere 200 und untere Plug 192 die schließende Hülse 184 im Zementierventil 174 nach unten treiben und so den Scherstift 206 abscheren, wenn weiterer Druck über dem oberen Plug angesetzt wird.The upper plug 200 has a solid upper end 204 so that when additional pressure is applied above the upper plug, the upper 200 and lower plug 192 drive the closing sleeve 184 in the cementing valve 174 downwardly, thereby shearing the shear pin 206.

Weil die sich schließende Hülse 184 über den Stift 188 mit der äußeren Hülse verbunden ist, wird diese abwärts getrieben, um die Zementieröffnungen 180 dicht zu schließen, wodurch das Zementieren abgeschlossen wird.Because the closing sleeve 184 is connected to the outer sleeve via the pin 188, the outer sleeve is driven downward to seal the cementing openings 180, thereby completing the cementing.

Fourth embodiment

Mit Bezug auf Fig. 6-9 wird dort eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung für das Einspritzen und Vermischen von Flüssigkeiten in einen Zementschlamm tief im Bohrloch als ausbohrfähiger Plug dargestellt, der allgemein mit 208 beziffert wird. Der Plug 208 besteht aus einer allgemein nichtmetallischen Gehäusevorrichtung, die durch einen äußeren Verbundstoffmantel 212 und eine innere Verbundstoffspindel 214 gekennzeichnet ist.Referring to Fig. 6-9, there is shown a fourth embodiment of the apparatus for injecting and mixing liquids into a cement slurry deep in the borehole as a reamable plug, generally designated 208. The plug 208 consists of a generally non-metallic housing device characterized by an outer composite shell 212 and an inner composite spindle 214.

Der Mantel 212 weist einen größtenteils zylindrischen Wandabschnitt 216 mit einem oberen Ende 218 auf, in dem sich eine Öffnung 220 befindet.The shell 212 has a largely cylindrical wall portion 216 with an upper end 218 in which an opening 220 is located.

Die Spindel 214 weist einen größtenteils zylindrischen inneren Wandabschnitt 222 mit oberen und unteren Enden 224, 226 auf. Wie noch näher erläutert wird, ist das untere Ende 226 der Spindel 214 durch Klebung oder eine Verschraubung 228 mit der Innenseite des Plugs 208 verbunden.The spindle 214 has a largely cylindrical inner wall section 222 with upper and lower ends 224, 226. As will be explained in more detail, the lower end 226 of the spindle 214 is connected to the inside of the plug 208 by adhesive or a screw connection 228.

Das obere Ende 224 ist mit einer oberen Platte 230 mit permanent positionierten Zähnen 232 zum Arretieren eines oberen Plugs (ohne Abbildung) mit passenden Zähnen verklebt.The upper end 224 is bonded to an upper plate 230 with permanently positioned teeth 232 for locking an upper plug (not shown) with matching teeth.

Die obere Platte 232 passt in die Öffnung 220 des Mantels 212 und ist darin verklebt und mit Stiften arretiert.The upper plate 232 fits into the opening 220 of the casing 212 and is glued therein and locked with pins.

Durch die Wand 222 der Spindel 214 sind an deren unterem Ende 226 mehrere Öffnungen 234 ausgebildet. Die Öffnungen 234 können ebenfalls als Gehäuseöffnungen 234 definiert werden.A plurality of openings 234 are formed through the wall 222 of the spindle 214 at its lower end 226. The openings 234 can also be defined as housing openings 234.

Es ist von Vorteil, wenn in jeder Gehäuseöffnung 234 ein nichtmetallischer (d. h. Kunststoff) Öffnungsblock 236 mit mehreren Öffnungen ausgeführt ist.It is advantageous if a non-metallic (i.e., plastic) opening block 236 with multiple openings is formed in each housing opening 234.

So lässt sich erkennen, dass der Mantel 212 und die Spindel 214 des Gehäuses 210 eine Kammer 240 im Gehäuse bilden, die mit den Öffnungen 234 in Verbindung steht. In der Kammer 240 befindet sich eine Mengeneinschränkungsvorrichtung, wie z. B. ein elastischer Sack 242. Der Sack 242 füllt die Kammer 240 zum größten Teil aus. Dementsprechend bildet der Sack 242 einen Hohlraum 244 mit variablem Volumen. Die Öffnungsblöcke 236 befinden sich in Wirklichkeit im Sack 242, so dass sie mit dem Hohlraum 244 in Verbindung stehen. Am oberen Ende des Sacks 242 befinden sich Füllöffnungen 246, die sich durch die obere Platte 230 erstrecken. So lässt sich der Sack 242 mit einer ersten Flüssigkeit füllen, wie z. B. mit einem Zementbeschleunigungsmittel.Thus, it can be seen that the shell 212 and the spindle 214 of the housing 210 form a chamber 240 in the housing which communicates with the openings 234. In the chamber 240 there is a volume restriction device, such as an elastic bag 242. The bag 242 fills the majority of the chamber 240. Accordingly, the bag 242 forms a cavity 244 of variable volume. The orifice blocks 236 are actually located in the bag 242 so that they communicate with the cavity 244. At the upper end of the bag 242 there are fill openings 246 which extend through the upper plate 230. This allows the bag 242 to be filled with a first liquid, such as a cement accelerator.

Die Spindel 214 weist eine zentrale Öffnung 248 auf, die einen Flussweg durch das Gehäuse 210 bildet.The spindle 214 has a central opening 248 that forms a flow path through the housing 210.

Am unteren Ende der zentralen Öffnung 248 befindet sich eine Bohrung 250.At the lower end of the central opening 248 there is a hole 250.

In der Bohrung 250 befindet sich eine Ventilhülse 252, die in ihrer ersten Stellung, die aus Fig. 6 hervorgeht, die Gehäuseöffnungen 234 verschließt. Eine Dichtvorrichtung, wie z. B. zwei O-Ringe 254, vermitteln den dichten Eingriff zwischen der Ventilhülse 252 und der Spindel 214 an den sich gegenüberstehenden Längsseiten der Öffnungen 234.A valve sleeve 252 is located in the bore 250 and in its first position, which can be seen in Fig. 6, closes the housing openings 234. A sealing device, such as two O-rings 254, provides the tight engagement between the valve sleeve 252 and the spindle 214 on the opposite long sides of the openings 234.

Eine Bruchvorrichtung, wie z. B. ein Scherstift 256, hält die Ventilhülse 252 in der ersten Stellung, die aus Fig. 6 hervorgeht.A rupture device, such as a shear pin 256, holds the valve sleeve 252 in the first position shown in Fig. 6.

Wie noch näher beschrieben wird, lässt sich das Ventil 252, wenn der Scherstift 256 abgeschert wurde, in der Bohrung 250 der Spindel 214 ungehindert nach oben verschieben.As will be described in more detail below, when the shear pin 256 has been sheared off, the valve 252 can be moved upwards unhindered in the bore 250 of the spindle 214.

An dieser Stelle werden mehrere Ventilöffnungen 258 in der Ventilhülse 252 mit den dazu passenden Gehäuseöffnungen 234 abgestimmt.At this point, several valve openings 258 in the valve sleeve 252 are aligned with the corresponding housing openings 234.

Alternativ können die Ventilöffnungen 258 entfernt werden, wodurch sich der Durchsatz der aus der Kammer 240 und dem Hohlraum 244 mit variablem Volumen ausströmenden Flüssigkeit verändert.Alternatively, the valve openings 258 may be removed, thereby changing the flow rate of fluid flowing out of the variable volume chamber 240 and cavity 244.

Die radial nach außen vorstehenden Bunde 260 der Ventilhülse 252 haben sich in die an der Unterseite des Plugs 208 gebildete Aussparung 262 bewegt.The radially outwardly projecting collars 260 of the valve sleeve 252 have moved into the recess 262 formed on the underside of the plug 208.

In dieser Stellung wird die im Hohlraum 244 des Sacks 242 (und so in Kammer 240 des Gehäuses 210) gehaltene Flüssigkeit mit der zentralen Öffnung 248 in Verbindung gebracht.In this position, the liquid held in the cavity 244 of the bag 242 (and thus in chamber 240 of the housing 210) is brought into communication with the central opening 248.

Am oberen äußeren Ende des Mantels 212 befindet sich eine Wischhülse 264 mit zwei Wischringen 266, die sich von dort radial nach außen ausdehnen. Am unteren äußeren Ende des Mantels 212 befindet sich eine weitere Wischhülse 268 mit zwei Wischringen 270, die sich von dort radial nach außen ausdehnen. Die Wischhülse 264 kann der Wischhülse 268 entsprechen.At the upper outer end of the casing 212 there is a wiper sleeve 264 with two wiper rings 266, which extend radially outwards from there. At the lower outer end of the casing 212 there is another wiper sleeve 268 with two wiper rings 270, which extend radially outwards from there. The wiper sleeve 264 can correspond to the wiper sleeve 268.

In der oberen Platte 230 befindet sich eine von einer Membranhalterung 274 gehaltene Membrane 272. Zu erkennen ist, dass die Membrane 272 zunächst die zentrale Öffnung 248 gegenüber der Flüssigkeitsströmung verschließt.In the upper plate 230 there is a membrane 272 held by a membrane holder 274. It can be seen that the membrane 272 initially closes the central opening 248 against the liquid flow.

Mit Bezug auf Fig. 6, 8 und 9 erscheint dort ein zylindrischer Wandabschnitt 216 des Mantels 212, der ein unteres Ende 276 mit einer unteren Platte 278 aufweist, die dort verklebt und mit Stiften 280 arretiert ist.Referring to Figs. 6, 8 and 9, there appears a cylindrical wall portion 216 of the shell 212 having a lower end 276 with a lower plate 278 glued thereto and locked with pins 280.

Wie schon erwähnt wurde, ist das untere Ende 226 der Spindel 214 bei der Verbindung 228 mit der unteren Platte 278 verbunden.As already mentioned, the lower end 226 of the spindle 214 is connected to the lower plate 278 at the connection 228.

Durch die untere Platte 278 erstreckt sich eine Bohrung 282 zur Aufnahme der Ventilhülse 252, und es erstrecken sich mehrere Taschen 284, die die Aussparung 262 für die Aufnahme der sich nach außen erstreckenden Bunde 260 bilden. Weiter sind am unteren Ende der Ventilhülse 252 mehrere Zähne 286 zum Arretieren in einem unteren Plug (ohne Abbildung) ausgeführt, der passende Zähne aufweist.A bore 282 extends through the lower plate 278 for receiving the valve sleeve 252 and a plurality of pockets 284 extend therethrough which form the recess 262 for receiving the outwardly extending collars 260. Further, a plurality of teeth 286 are formed on the lower end of the valve sleeve 252 for locking in a lower plug (not shown) having matching teeth.

Bei der vierten Ausführungsform werden für die Vorrichtung größtenteils nichtmetallische Werkstoffe verarbeitet, wie z. B. technisches Plastik, Kunstharz oder Verbundstoffe. Es ist von Vorteil, wenn der Plug und der Mantel 212, die Spindel 214 und die Wischerringe 266, 270 sowie die Ventilhülse 252 aus nichtmetallischem Werkstoff hergestellt werden, um das Gewicht zu reduzieren, wodurch sich die Versandspesen verringern und sich der Installationsaufwand am Bohrturm reduziert. Außerdem verringert sich der Zeit- und Kostenaufwand bei der Herstellung, die Bohrfähigkeit verbessert sich, und das Ausbohren erfolgt schneller, wenn die Vorrichtung aus dem Bohrloch ausgebohrt werden muss.In the fourth embodiment, the device is mostly made of non-metallic materials such as engineering plastics, synthetic resins or composite materials. It is advantageous if the plug and the casing 212, the spindle 214 and the wiper rings 266, 270 and the valve sleeve 252 are made of non-metallic materials to reduce weight, thereby reducing shipping costs and reducing installation work on the rig. In addition, the time and cost of manufacturing are reduced, the drilling ability is improved and the drilling out is faster when the device has to be drilled out of the well.

Function of the fourth embodiment

Die Funktion der vierten Ausführungsform ist ähnlich wie die der ersten Ausführungsform in Fig. 3. In einem Bohrloch wird eine Verrohrung ausgeführt, wodurch sich zwischen beiden ein Ringraum bildet. Das untere Ende der Verrohrung ist über eine Verschraubung mit einem Verrohrungsschuh der dem Fachmann bekannten Technik verbunden.The function of the fourth embodiment is similar to that of the first embodiment in Fig. 3. A casing is installed in a borehole, whereby an annular space is formed between the two. The lower end of the casing is connected via a screw connection to a casing shoe using technology known to those skilled in the art.

Wenn der äußere Verrohrungsringraum zementiert werden soll, wird zunächst ein erster oder unterer Plug dem Fachmann bekannter Art abwärts durch die Verrohrung gepumpt. Mehrere Wischerringe am unteren Plug wischen Spülschlamm und andere Flüssigkeiten von der Innenseite der Verrohrung ab, die eventuell darin vorhanden sind und trennen den Schlamm dicht gegenüber dem Zement über dem unteren Plug ab. Im unteren Plug befindet sich eine Membrane, die ein Vermischen des Schlamms mit dem Zement verhindert, während der untere Plug abwärts gepumpt wird. Schließlich kommt der untere Plug am Schwimmschuh zum Stillstand. Zusätzlicher Druck auf den unteren Plug führt zum Bersten der Membrane, so dass der Zement durch den unteren Plug und so durch eine Öffnung im Verrohrungsschuh und aufwärts in den Ringraum strömen kann.When the outer casing annulus is to be cemented, a first or lower plug, of a type known to those skilled in the art, is first pumped down through the casing. Several wiper rings on the lower plug wipe off any mud and other liquids that may be present on the inside of the casing and separate the mud from the cement above the lower plug. A membrane is located in the lower plug that prevents the mud from mixing with the cement while the lower plug is pumped down. Finally, the lower plug comes to a stop on the floating shoe. Additional pressure on the lower plug causes the membrane to burst, allowing the cement to flow through the lower plug and can flow through an opening in the casing shoe and upwards into the annular space.

Wenn die erste gewünschte Menge Zement wie beschrieben abwärts durch die Verrohrung und in den Ringraum gepumpt wurde, wird Plug 208 abwärts auf die Oberseite dieses Zements gepumpt. Über dem Plug 208 befindet sich eine weitere gewünschte Menge Zement. Die Membrane 272 im Plug 208 gewährleistet, dass der auf den Plug 208 angesetzte Druck diesen weiter abwärts treibt.When the first desired amount of cement has been pumped down through the casing and into the annulus as described, plug 208 is pumped down onto the top of that cement. Above plug 208 is another desired amount of cement. The diaphragm 272 in plug 208 ensures that the pressure applied to plug 208 drives it further down.

Letztendlich erreicht der Plug 208 den unteren Plug. An dieser Stelle kommt die Unterseite der Ventilhülse 252 mit der Oberseite des unteren Plugs in Berührung. Dadurch erfährt die Ventilhülse 252 einen Aufwärtstrieb, wodurch der Scherstift 256 abschert, um die Ventilhülse 252 aufwärts in ihre zweite Position zu bewegen, wo die Ventilöffnungen 258 laut Beschreibung oben mit den Gehäuseports 234 abgestimmt werden. Weiter führt zusätzlicher Druck auf die Oberseite des Plugs 208 zum Bersten der Membrane 272, so dass der Zement abwärts durch die zentrale Öffnung 248 strömt.Eventually, the plug 208 reaches the lower plug. At this point, the bottom of the valve sleeve 252 comes into contact with the top of the lower plug. This causes the valve sleeve 252 to experience an upward thrust, causing the shear pin 256 to shear off to move the valve sleeve 252 upward to its second position where the valve openings 258 are aligned with the housing ports 234 as described above. Further, additional pressure on the top of the plug 208 causes the diaphragm 272 to rupture, allowing the cement to flow downward through the central opening 248.

Der Fachmann erkennt, dass die Durchsatzgeschwindigkeit des Zementschlamms durch die zentrale Öffnung 248 höher ist als durch die Verrohrung, die einen größeren Durchmesser aufweist.One skilled in the art will recognize that the throughput rate of the cement slurry through the central opening 248 is higher than through the tubing, which has a larger diameter.

Das erzeugt einen Venturieffekt über den Gehäuseöffnungen 234 sowie ein Druckdifferential über und unter dem Stößel 208, der so auf den Sack 242 einwirkt. Dies führt zum Zusammenfallen des Sacks 242, wodurch sich sein Volumen verringert und das Beschleunigungsmittel 242 durch die Gehäuseöffnungen 234 und die darauf abgestimmten Ventilöffnungen zum Vermischen mit dem Zementschlamm nach außen in die zentrale Öffnung 248 getrieben wird.This creates a venturi effect across the housing openings 234 and a pressure differential above and below the ram 208 acting on the bag 242. This causes the bag 242 to collapse, reducing its volume and forcing the accelerant 242 outward through the housing openings 234 and the corresponding valve openings into the central opening 248 for mixing with the cement slurry.

So wird das Beschleunigungsmittel nur an der korrekten Einspritzstelle mit dem Zement vermischt.This means that the accelerator is only mixed with the cement at the correct injection point.

Als Alternative oder zusätzlich zum oben beschriebenen Venturieffekt kann die erste Flüssigkeit im Hohlraum 244 des Sacks 242 gleichfalls unter Druck gesetzt werden, um sicherzustellen, dass sie nach außen strömt, wenn die Ventilhülse 252 geöffnet wird.As an alternative or in addition to the Venturi effect described above, the first liquid in the cavity 244 of the bag 242 may also be pressurized to ensure that it flows outward when the valve sleeve 252 is opened.

Der Abschnitt der Kammer 240 außerhalb des Sacks 242 kann gleichermaßen unter Druck gestellt werden, um das nach außen Strömen der Flüssigkeit im Sack und das Zusammenfallen des Sacks zu unterstützen.The portion of the chamber 240 outside the bag 242 may be similarly pressurized to assist in the outward flow of the liquid in the bag and in the collapse of the bag.

Als letzter Schritt beim Zementieren wird ein dritter oder oberer Plug abwärts auf die Oberseite des Zements gepumpt. Wischerringe wischen den Zement ab, während der obere Plug abwärts getrieben wird. Das obere Ende des oberen Plugs ist geschlossen, so dass ein Vermischen zwischen dem Zementschlamm unter dem oberen Plug und der darüber gepumpten Flüssigkeit vermieden wird. Der obere Plug kommt zuletzt auf Plug 208 zum Stillstand, wodurch das Zementieren abgeschlossen ist.As the final step in cementing, a third or top plug is pumped down on top of the cement. Wiper rings wipe off the cement as the top plug is driven down. The top end of the top plug is closed, preventing mixing between the cement slurry under the top plug and the fluid pumped over it. The top plug comes to a stop last on plug 208, completing cementing.

Es lässt sich erkennen, dass das Beschleunigungsmittel im Hohlraum des Gehäuses bei jeder Ausführungsform zum gewünschten Zeitpunkt und an der gewünschten Stelle mit dem Zementschlamm vermischt wird. Während diese vorteilhaften Ausführungsformen der Vorrichtung zum Veranschaulichen dieser Offenbarung erörtert wurden, können vielfältige Veränderungen der Anordnung und Konstruktion der Einzelteile vorgenommen werden.It will be appreciated that the accelerating agent in the cavity of the housing is mixed with the cement slurry at the desired time and location in each embodiment. While these advantageous embodiments of the apparatus have been discussed to illustrate this disclosure, various changes in the arrangement and construction of the individual parts may be made.

Claims

1. A method for injecting a first fluid into a second fluid in a wellbore, comprising providing a device in the wellbore comprising a housing device (12, 114, 210) for defining a chamber (36, 128, 240) therein and an opening (30, 135, 234) communicating with said chamber (36, 128, 240) adapted to hold a first fluid in said chamber (36, 128, 240); and a valve device (50, 134, 252) for opening said opening (30, 135, 234); pumping a second fluid downwardly through the borehole past the device and opening said opening (30,135,234) through the valve device (50,134,252) so that the first fluid can flow freely out of the chamber (36,128,240) through said opening (30,135,234) in response to the flow of a second fluid past the device.

2. A method according to claim 1, wherein the first mentioned liquid is a cement accelerator.

3. A method according to any one of claims 1 or 2, wherein a portion of said valve means extends beneath said housing means so that when the valve means engages a surface below it, the valve means is urged upwardly to open said opening.

4. A method according to claim 3, wherein said housing means is characterized by a housing of a plug that can be pumped down through a wellbore.

5. A method according to any one of claims 3 or 4, wherein said housing has a flow path (46) through which the second liquid can flow and wherein the first liquid flows into the flow path when said opening is opened by the valve device.

6. A method according to any one of claims 3, 4 or 5, wherein said housing means and/or said valve means is/are at least partially made of non-metallic materials.

7. A method according to any one of claims 3 to 6, wherein said valve means comprises a valve sleeve on the housing means which is movable from a first position, wherein said opening is covered, to a second position, wherein the opening is exposed.

8. A method according to any one of claims 1 or 2, wherein the first mentioned fluid is capable of flowing into a well annulus when the mentioned valve means is opened.

9. A method according to claim 1, 2 or 8, wherein said valve device is a solenoid valve (134).

10. A method according to claim 9, wherein the solenoid valve further comprises a microprocessor device (136) for controlling said solenoid valve in response to a signal.

11. A method according to any one of claims 1, 2, 8, 9 or 10, wherein the apparatus further comprises a casing shoe (90, 122) disposed beneath the housing apparatus.

12. A method according to any one of claims 1, 2, 8, 9 or 10, wherein the apparatus further comprises a cementing valve (174) disposed beneath the housing apparatus.

13. A method according to any one of claims 1, 2 or 8 to 12, wherein said casing means is characterized by a section (110) of casing disposed in a wellbore.

14. A method according to any one of claims 1, 2 and 8 to 13, wherein said opening has an opening (135) formed therein.

15. A method according to any preceding claim, wherein the apparatus further comprises a volume restrictor for reducing the volume of said chamber as said cement accelerator flows through said opening.

16. A method according to claim 15, wherein the quantity restriction device is characterized by an inflatable bag (38, 132, 242) in the chamber communicating with the opening.

17. A method according to claim 16, wherein the inflatable bag is an elastic bag which is initially filled with said first liquid and collapses in response to a pressure differential applied thereacross.

18. A method according to claim 15, wherein the flow restricting device is characterized by a piston (74) slidably mounted in said chamber and movable in response to a pressure differential applied thereacross.