JPH02144492A - ケーシングを備えた井戸をセメントで固定する方法および固定作業のためのステージ・カラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ケーシングを備えた井戸の外側にセメントの
被覆を形成する方法および装置に関し、更に詳細には、
炭化水素産出用井戸のケーシングの周囲の、垂直方向に
離れた幾つかの地層レベルの中へ、加圧された流動化セ
グメントを噴出させるための方法および装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明の装置は、セメント分配ヘッドすなわちステージ
・カラーを含んでおシ、前記ステージ・カラーは、−続
きのパイプによって流動化セメントの源へとその一端を
接続され得るように構成されたケーシング部材すなわち
外殼を有している。

噴出したセメントは、ケーシングの外側を取囲む連続的
な被覆を形成する。

分配ヘッドすなわちステージ拳カラーは、中央チャンバ
すなわち中央通路を有するケーシング部材を含んでおり
、前記中央チャンバは、セメント打ちの第１段階に於い
て第１地層レベルの中へと流動化セメントを放出させる
ための開口部すなわち一次放出口をその下地に備えてい
る。第２段階に於いては、前記ケーシング部材の側壁に
形成された１つ又は（Ｉｌ数の二次放出口すなわち（！
ｉ１１部放出口が、連続的にセメントを第２地層レベル
の中へと導く。

本発明のステージ・カラーに於いては、流動化したセメ
ントの下方への流れに乗せられてケーシング部材の中へ
と運ばれるプラグすなわち閉塞部材が、前記ケーシング
部材の下端に於いて環状シートすなわち環状突出部と係
合し、それＫより、一次放出口から下方へと向かうセメ
ント流を遮断し、セメント打ちの第１段階を終了させる
。その結果生ずる背圧が、セメント流制御部材すなわち
スリーブを駆動して二次放出口すなわち側部放出口を開
放させ、セメント流を二次放出口へと転向させる。

セメント打ちの最初の段階す彦わち第１地層レベルへの
セメント打ちが終了した後、第２地層レベルに於けるケ
ーシング部材の中央チャンバ内にて互いに嵌め合わせら
れている複数のセグメントからなるスリーブが、二次放
出口閉塞位置え数位置へと移動させられる。

セメント流制御スリーブの第１セグメントすなわち下部
セグメントは環状突出部を有（２ており、前記環状突出
部は、セメント流により運ばれるプラグと係合すること
により、第１段階に於いてそこを通って下方へ流れてい
たセメント流がそれ以上流れることを阻止する。

セメント流制御スリーブの第２セグメントすなわち上部
セグメントは第２の環状突出部を有しておυ、前記第２
環状突出部は、第２プラグすなわちワイパープラグと係
合することによりセメント流を停止させることが可能で
ある。第２セグメントすなわち上部スリーブ・セグメン
トは、第２段階の最後（て、下方へと前進させられて側
部セメント放出口を閉塞させ、それＫよリセメント流を
停止させる。

ワイパープラグの不適９．１な動作または何等かの他の
理由によってセメント流制御スリーブがセメント流を停
止させることが出来なかった場合には、上部スリーブ・
セグメントを強力に駆動して閉塞位置へと移動させるこ
との可能な手段が用いられる。いかなる場合にも、ケー
シングの側部放出口をセメント流に対して確実に閉鎖す
ることが可能なようにして、セメント流制御スリーブを
駆動することが必要である。

本発明の１つの目的は、井戸穴を取囲む地層の互いに離
れた幾つかのレベルの中へと流動化されたセメントを次
々に噴出させるための、遠隔操作の可卵な、井戸へセメ
ントを打つための改良された手動装置を提供することで
ある。

本発明のもう１つの目的は、ステージ・カラーすなわち
セメント分配装置の操作上の欠点を克服し、セメントを
適切に噴出させることを容易にするとともにその後に行
われる井戸の圧力試験をも容易に実施し得る方法と装置
とを提供することである。

本発明によれば、制御スリーブ駆動ツールが回転しつつ
降下し、ケーシング内に含まれている固化したセメント
を粉砕し除去すべくステージ・カラーと協働する。駆動
ツールが下方へと前進する際、まず初めに、上部スリー
ブ・セグメントのシール用環状突出部の少なくも一部を
切除する。その後、駆動ツールは複合的スリーブの上部
セグメントに接触し、そのセグメントを、下方へ移動さ
せられた位置すなわち目的とする閉塞位置へと押し進め
る。側部セメント放出口の閉鎖は、ケーシングの内部チ
ャンバすなわち中央通路を井戸穴から隔絶する。

〔実施例〕

添付図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する
。

第１図には、最も一般的な様式の井戸穴１０が示されて
おり、ケースを設けられた井戸１５が地層１１により取
囲まれている。セメント打ち作業中は、セメント混合装
置１２が地上１７に設けられる。流動化され且つ加圧さ
れたセメントを導管２３全通して井戸の下方へと流し込
み、それによシ、井戸ケーシングの周りを取り囲む被覆
９を形成させるためのポンプが、前記の装置１２に含ま
れている。

井戸穴１０は、本発明の操作に対する障害となることの
無いよう、多少の偏りはあるにしても地中にほぼ垂直に
真っ直ぐおけられるのが望ましい。

図示されているように井戸穴１０は、地層中の幾つかの
炭化水素産出レベルに連絡すべく、標準的な手法にて地
中に形成される。そのような配置が、炭化水素の産出量
を最大にする。

本発明を図解する目的で、−続きのケーシング・パイプ
１９の中に組み込まれているセメント分配ヘッドすなわ
ちステージ・カラー１４の下端に、セメントを打たれる
べき１つの地層レベル１３が示されている。また、セメ
ントを打たれるべきもう１つの地層レベル１６が、それ
よりも上方に示されている。セメントを打たれるそれら
２つの地層レベルの間に、目的とする中間佃域１８が定
義される。

セメント分配ヘッドすなわちステージ・カラー１４は、
−続きのケーシングすなわちパイプ１９と導管ｚ３とに
より、地上に置かれた混合装置１２へ接続される。セメ
ント混合物は、井戸の中へと圧送されるに先立って混合
装置１２の中で流動状態にされる。

第２図に示されているように、セメント分配ヘッドすな
わちステ・−ジ・カラー１４は、通常は鋼管にて形成さ
れる細長いケーシング部材２１を含む。ケーシング部材
２１は、子音される運転中の高圧に耐えるとともに、そ
の中を圧送されるセメントによる摩耗作用にも耐え得る
ように構成される。

ケーシング部材すなわち外殼２１は、中央チャンバ２８
を有する細長い円筒体からなる。前記ケーシング部材２
１の上端にはカップリング２２が設けられて、解除可能
なようにケーシング・パイプ１９へ結合される。ねじを
切られた部分がパイプ１９などの端部へ接続され、地衣
から、流動化されたセメントを受入れる。

円筒状ケーシング部材２１の下端には、他のケーシング
・パイプが次々に接続されてよく、数千フィートの深さ
にも達し得る。

さらに、ケーシング部材２１の周壁には、１つまたは複
数の二次放出口すガわち側部放出口２７が設けられる。

側部放出口２７は、中央チャンバ２８と連絡し得るよう
ケーシング部材２１の壁を貫いて形成される。前記放出
口２７は、ケーシング部材の壁に設けられた単一の穴で
おってもよい。

しかしながら側部放出口は、成る特定の方向へ又は特定
のパターンとなるようにセメント流を放出すぺ〈ケーシ
ングの周壁に等間隔に配置された複数の開口部からなる
のが好ましい。

ケーシング部材２１は、内部の流れを制御するための複
合的なスリーブを取囲んでおり、前記の内部流制御スリ
ーブは、上部セグメントすなわち第２セグメント２９と
下部セグメントすなわち第１セグメント３１とからなる
。上部スリーブ９セグメント２９は、ケーシング部材２
１の内壁に対して滑動可能でｈ’）且つ中央チャンバ２
８の内部にて長手方向に移動し得るように設けられてい
る。

下部スリーブ・セグメント３１は、上部スリーブ・セグ
メント２９から切り離されることが可能であυ、且つ、
環状突出部３３を有している。肩３３の片側は、第１の
環状突出部すなわち環状シール面３２を形成している。

肩３３は、中央チャンバ２８へと向けて内側へ突出し、
すｔ丁まった開口部すなわち一次放出口を形成している
。後方（上方）へ伸長している下部セグメント３１の足
部３４は、隣接している上部セグメント２９の端部に設
けられた対応するスカート部３６にきちんと嵌め合わせ
られて滑動し得るように形成されている。

運転に際し、下部スリーブ・セグメント３１は、足部３
４が側部放出口２７の蓋として作用する第１の位置から
、前記放出口２７から離れ去った第２の位置へと、通路
すなわちチャンバ２８の内部にて長手方向に移動し得る
。

第２図に示されているように、複合的スリーブの下部セ
グメント３１が下方の位置へと押しやられたとき、側部
のセグメント放出口２７が開かれてチャンバ２８と連絡
し、流動化されたセメントの流動が可能となる。セメン
トは地中へと入り、ケーシングの外壁にもたれつつ下方
へと流れ、やがて次第に鞘状の被覆を構築する。

上部スリーブ・セグメント２９は、下方へ伸長している
スカート部３６を有する細長い円筒状部分にて構成され
ている。既に述べたようにスカート部３６は、円筒状す
なわち環状の空間３７を形成シており、その空間３７の
中へ、下部セグメント３１の足部３４が嵌め合わせられ
る。上部スリーブ・セグメント２９の上端には内側へ突
出した環状突出部すなわち肩３７ａが設けられており、
肩３７ａは、第２の環状密閉シートすなわち接触面３８
を形成している。移動させられる以前には、それぞれの
スリーフ゛争セグメントは、シャーピンすなわち剪断可
能な小さなねじ６７によって所定の位置に保持されてい
る。

強力に移動させられる以前には、上部スリーブ・セグメ
ント２９は上述の如く、シャーピンすなわちｔＪ〜さな
締結具によって所定の場所に保持されている。このシャ
ーピンは、流体の圧力により剪断されてスリーブ・セグ
メント２９を解放する。

上部スリーブ・セグメント２９は、第２図に示されてい
る後退位置と第４図に示されている前進位置との間を移
動し得る。この前進位置に於いては、スカート３６が下
方へ下げられて足部３４と接触し、それにより、１つ又
は複数個設けられた側部放出口２７の蓋として機能する
。

運転に関して述べるならば、第３図に示されているよう
に、通常予定される十分な量のセメントが低い方の地層
１３の中へステージ・カラー１４から噴出させられた後
に、流動化したセメントの流れの中へプラグ４１が挿入
される。プラグ４１は、−続きのケーシング・パイプ１
９の内側の、中央通路２８を通って下方へと運ばれる。

プラグ４１は、基本的に、前方へ向けて先細りになって
いる鼻部４３と後方に設けられたハブ４４とを有してい
る円柱状ボディ４２を含む。ノ１ブ４４ハ、上部スリー
ブ・セグメント２９を確実に通過し得る直径を有してお
り、且つ、その外側には接触面を有している。肩３３に
挿入されたプラグ４１は、ステージ・カラーの下賜に嵌
め合わせられるまで移動するので、ハブ４４も下方へ移
動し続ける。こうして環状突出部３３とノ・プ４４とが
接触したならば、下部スリーブ・セグメント３１は、−
続きのパイプの上縁４６に当接するまで下方へ移動させ
られる。ハブ４４の下側は、第１の環状突出部３３のシ
ール面３２に当接して密封する。

同時に、下部スリーブ・セグメント３１の移動によって
、１つ又は複数個設けられた側部放出口２７が開放させ
られる。既に述べたように、この移動によって流動化さ
れたセメントが放出口２７から付近の地層１６の中へと
押し込まれることが可能となる。

予定量のセメントが二次放出口２７から地層１６の中へ
と送り届けられたのち、標準的な運転手順に於いては、
流動化されたセメントの流れの中に閉塞用ワイパープラ
グ４Ｔが挿入される。１つの実施態様に於いては、ワイ
パープラグ４Ｔは基本的に、外側へ伸びている複数の鍔
４９を有するボディ４８を含む。ワイパープラグの面部
分５１は先細りの円錐台面５２を含み、円錐台面５２は
、肩３７ａのシール面に当接する。ワイパー・ボディ４
８には、ケーシングの内面に接触する鍔部分４９が設け
られている。このケーシング内面は、セメント流が接触
しながら通過する部分である。

−続きのケーシング・パイプ１９を通ってワイパープラ
グ４Ｔが下方へと運ばれる際、プラグ４Ｔは、ワイパー
後面５４に加えられるセメントの圧力に応じて前進させ
られる。前記閉塞用ワイパープラグ４γがケーシング部
材２１に入るとき、円錐台状の接触面５２が、環状突出
部３７ａの対応する面に接触する。それにより、下方へ
働くセメント流の圧力が、上部スリーブ・セグメント２
９をその仕送位置から前進位置へと押し進める。上部ス
リーブ・セグメント２９のスカート３６は、下部スリー
ブ・セグメント３１の対応する地部３４に嵌め合わせら
れる。

標準的には、セメント打ちはこの段階にて完了したこと
になり、井戸は加圧試験の段階に入る。

この加圧試験は、ステージ・カラーの中央チャンバ２８
とその付近の地層との間に連絡が無いことを確認するた
めに実施される。

上に述べたワイパープラグ４Ｔによる閉塞動作に於いて
、場合によっては、側部セメント放出口２７の蓋を形成
すべく上部スリーブ・セグメント２９をその前進位置へ
と移動させることに失敗することがある。そのような場
合に於ける１つの修正手段は、二次放出口２７の蓋を形
成させるに十分な圧力を加え得るよう、セメントを掻き
取ることである。

側部セメント放出口２７の閉鎖を容易には遂行し得ない
そのような事態を克服するため、−続きのケーシング豐
パイプ１９を通して下ろされてステージ・カラー１４に
挿入され得る寸法を有するスリーブ駆動ツール５６が本
発明により提供される。このツールの第１の機能は、上
部スリーブ・セグメント２９ｆＣ，下部スリーブ・セグ
メント３１とＩＩｊｊｆ！ＩＩＬ得るその前進位置へと
移動させることでおる。

第５図に示されているように、駆動ツール５６はボディ
部５７を有しており、ボディ部５７の上端５Ｂは、解除
され得るようにして駆動軸５９に連結されている。駆動
軸５９は、−続きのパイプであってもよく、中空ではな
いンヤフトであってもよく、また、−続きの軸を支え得
る他の何等かのものでおってもよい。さらに、駆動軸５
９には、駆動ツール５６のボディをステージφカラー１
４の入口に整合させ得るスタビライザ６８のような要素
が組み合わせられてもよい。前記駆動軸５９はさらに、
１つ又は複数の、ドリル・カラー、緩衝材、またぎ継手
、もしくは、必要とされるその他の部材を含んでいても
よい。

駆動ツールのボディ５７の下端は、取外し可能なように
してカッタすなわちミル６１を保持しており、カッタ６
１は、下部の切削用凹面６２と切削用周壁６３とを有す
る。駆動軸５９の回転は、カッタ６１に、チャンバ２８
の内部のセメントを貫いて前進させるとともに、プラグ
４１のノ１ブ部４４全貫いて前進させる。カッタは、環
状突出部３３の一部分を切り進むことにより環状突出部
３３の開口部を拡大し、駆動ツール５６がそこを通過出
来るようにする。カッタ６１の動作により、チャンバ２
Ｂの内部にて硬化したセメントを貫く円柱状の穴が効果
的に形成される。

ツール５６が回転しながら下げられる際、上部スリーブ
・セグメント２９を移動させることなしに、セグメント
２９に当接している上部プラグ４Ｔと横に張り出してい
る環状突出部３７ａとを切り進むことが出来るよう、カ
ッタ６１の外径は十分に細くなっている。上に述べたよ
うに上部スリーブ・セグメント２９は、この場合には、
放出口の蓋を形成するその前進位置へ移動させられるこ
とはない。

駆動ツール・ボディ５１の、カッタ６１から離れた後部
には、ハブ６４が設けられている。前記ハブ６４には、
ステージ争カラーの内面と滑動しつつ係合する環状の周
壁７１が形成されている。

さらに、ハブ部６４には、当接するための肩すなわち環
状ンート６６が設けられている。ツール５６が、回転し
ながらケーシング１４の内部を押し進められるとき、カ
ッタ６１が下方へと前進するので、上部プラグ４７と環
状突出部３７ａの内側部分と金力ツタ６１が継続的に切
り進む。回転している駆動軸５９をさらに下げれば、カ
ッタは、環状突出部３３の環状部分だけでなくノ・プ４
４をも切り進む。

ステージ・カラーに於けるこうした障害となる部分を除
去することにより、ノ１プロ４の当シ面すなわち環状シ
ート６６が環状突出部３７ａの残存部分に当接するまで
、下部のケーシング・パイプを通して駆動ツール５６を
さらに下げることが可能となる。こうして、環状シート
６６により上部スリーブ・セグメント２９が下方へ押し
下げられ、下部スリーブ・セグメント３１と十分にしつ
かり係合してスカート部３６は環状空間３Ｔに嵌め合わ
され、複数の側部放出口２７のための確実な蓋を形成す
る。

本発明の精神と範囲とから離れることなく多くの修正と
変更とがなされてよいものであり、請求の範囲に記載さ
れている制限のみが課されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セメント被覆に囲まれている井戸の状況図、 第２図は、第１図の線２−２についての拡大断面図、 第３図および第４図は、第２図と同様の拡大断面図、 第５図は、ステージ・カラー内に挿入された本発明のス
リーブ駆動ツールを示す図、 第６図は、第５図と同様の図である。 ９・−・・被覆、１０−φ・・井戸穴、１１・・・・地
層、１２・・・・セメント混合装置、１３．１６・・・
・セメントを打たれるべき地層、１４・・・ψステージ
・カラー　１５・参・壷ケーシングを備えた井戸、１Ｔ
・・・・地表、１８・・・・目的とする中間儲域、１９
・・・・−続きのケーシング−パイプ、２１拳・・争ケ
ーシング部材、２２・＠拳・カップリング、２３・争φ
・導管、２７・・・・側部放出口、２８・・・・中央チ
ャンバ、２９・・・−上部スリーブ・セグメント、３１
・・・・下部スリーブ番セグメント、３２・・・・肩の
環状シール面、３３・・・・下部セグメントの環状突出
部、３４・・・・下部セグメントの地部、３６・・・会
上部セグメントのスカート部、３７・・・・環状の空間
、３７ａ・・・上部セグメントの環状突出部、３８・・
・・密閉用の接触面、４１・・・・プラグ、４２・・・
拳プラグ拳ボディ、４３拳拳・ψプラグの鼻部、４４拳
・・・プラグのハブ、４６・・・・バイブの上縁、４７
昏醗−Φ閉塞用ワイパープラグ、４８・・・・ワイパー
プラグのボディ、４９・・・・ワイパープラグの鍔、５
１・・争・ワイパープラグの周壁、５２・・・・円錐台
状の接触面、５４・φ・轡ワイパープラグの後面、５６
・＠轡噛スリーフ駆動ツール、５７−−・争躯動ツール
のボディ部、５８・・・・駆動ツールのボディ上端、５
９・・・・駆動軸、６１・・・・カッタ、６２・・・・
切削用凹面、６３・・・・切削用周壁、６４・ψ・・駆
動ツールのハブ、６６・・・・駆動ツールのハブの環状
接触面、６８・・・・スタビライザ、Ｔ１・・・・駆動
ツールのハブの周壁。 特許出願人　　テキサコ昏デベロップメント・コーポレ
ーション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステージ・カラー（１４）が井戸のケーシング（
   １９）の構成要素をなしており、且つ、前記ステージ・
   カラーが、（イ）チャンバ（２８）と、（ロ）前記チャ
   ンバを通してセメント流を導くため互いに軸方向に整合
   している入口（３７ａ）及び一次放出口（３３）と、（
   ハ）前記入口と前記一次放出口との間に設けられた二次
   放出口（２７）と、（ニ）前記二次放出口の蓋を形成す
   べく移動させられることが可能なようにして前記チャン
   バの内部に設けられているスリーブ（２９、３１）と、
   を含むようにした井戸をセメントで固定する方法に於い
   て： スリーブ駆動ツール（５６）を井戸の前記ケーシング（
   １９）の中へ挿入する工程と、 前記ステージ・カラー（１４）の前記チャンバ内にて硬
   化したセメントを貫通する流路を形成させるべく、前記
   駆動ツール（５６）を回転させる工程と、 前記二次放出口（２７）を閉塞させ得る位置へと前記ス
   リーブ（２９）を移動させるため、前記駆動ツール（５
   ６）を前記スリーブ（２９）に当接させる工程と、 を含むことを特徴とするケーシングを備えた井戸をセメ
   ントで固定する方法。
2. （２）流動化したセメントがステージ・カラーの中を通
   して導かれ周囲の地層（１３、１６）の中へと移動させ
   られて井戸ケーシングの被覆（１）を形成するようにし
   たケーシングを備えた井戸をセメントで固定する作業の
   ためのステージ・カラー（１４）にして： 細長いチャンバ（２８）を形成している外殼すなわちケ
   ーシング部材（２１）と； 細長い前記チャンバ（２８）の両端にセメント流の入口
   と出口とを形成するための手段と； 細長い前記チャンバ（２８）に連絡し得るようにして前
   記ケーシング部材（２１）に設けられた少なくも１つの
   二次放出口（２７）と； イ、前記外殼（２１）のチャンバ出口に一次セメント放
   出口を形成している第１内側環状突出部（３３）を有す
   る第１スリーブ・セグメント（３１）と、ロ、細長い前
   記チャンバ（２８）の中へと前記セメント流を向けるた
   めの前記入口を形成している第２内側環状突出部（３７
   ａ）を有する第２スリーブ・セグメント（２９）と、 でなる組合せを含んでおり、且つ、前記セメント放出口
   （２７）を通るセメント流を調節するため、操作され得
   るようにして前記外殼（２１）の内側に設けられている
   セメント流制御スリーブ（２９、３１）と； イ、細長い前記チャンバ内に挿入され得るように構成さ
   れたボディ（５７）と、 ロ、前記ボディから膨出しており且つ少なくも前記第２
   環状突出部（３７ａ）の一部を切り払うに十分な直径を
   有しているカッタ（６１）と、 ハ、前記第２内側突出部（３１ａ）と係合し、それによ
   り、前記第２放出口（２７）を閉塞させる位置へと前記
   第２スリーブ・セグメント（２９）を押し進めるため、
   前記ボディ（５７）から外側へ十分な寸法だけ膨出して
   いる環状シート（６６）と、ニ、前記ボディ（５７）を
   、回転する支持部材（５９）へ着脱可能なように結合す
   るための手段と、を含んでおり、且つ、前記第２スリー
   ブ・セグメント（２９）を前記二次放出口（２７）に対
   して移動させ得るように構成された細長いスリーブ駆動
   ツール（５６）と； を含むことを特徴とするケーシングを備えた井戸をセメ
   ントで固定する作業のためのステージ・カラー。