NO327170B1 - Anordning og fremgangsmate for sementering av ror i borehull - Google Patents

Description

Den foreliggende søknad krever prioritet under 35 U.S.C. seksjon 111 (b) fra midlertidig søknad serienr. 60/310.294, innlevert 3. august 2002, og benevnt "Cementing Manifold".

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt anordninger og fremgangsmåter til sementering av nedihulls rør i en brønnboring, og mer bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelse en sementeringsmanifold-sammenstilling og fremgangsmåte til bruk.

En velkjent fremgangsmåte til boring av hydrokarbonbrønner involverer å anordne en borekrone ved enden av en borestreng og rotere borestrengen fra overflaten ved bruk enten av en toppdriftsenhet eller et rotasjonsborsett i boreriggdekket. Etter som boringen videreføres kan rør med stadig mindre diameter som omfatter foringsrørstrenger og/eller foringsstrenger installeres ende mot ende for å fore borehullsveggen. Når brønnen bores dypere, blir således hver streng kjørt gjennom og festet til nedre ende av den forrige streng for å fore borehullsveggen. Deretter sementeres strengen på plass ved å la sement strømme ned strømningsboringen i strengen og opp gjennom ringrommet som er dannet av strengen og borehullsveggen.

For å utføre sementeringsoperasjonen, anordnes typisk en sementeringsmanifold mellom toppdriftsenheten eller rotasjonsboret og borestrengen. På grunn av sin posisjon i boresammenstillingen, må således sementeringsmanifolden bære vekten av borerøret, den må holde inne et trykk, den må overføre dreiemoment, og tillate uhindret rotasjons av borestrengen. Ved bruk av en toppdriftsenhet, er et separat innløp fortrinnsvis anordnet til å forbinde sementledningene til sementeringsmanifolden. Dette gjør det mulig å avgi sement gjennom sementeringsmanifolden inn i borestrengen uten at den strømmer gjennom toppdriftsenheten.

Under operasjon gjør sementeringsmanifolden det mulig for fluider, så som boreslam eller sement, å strømme gjennom denne, mens en serie av darter og/eller kuler som frigjøres ved påkrav og i sekvens for å utføre forskjellige operasjoner nedihulls samtidig blir innelukket og beskyttet mot strømmen. Når fluid strømmer gjennom sementeringsmanifolden, blir således dartene og/eller kulene isolert fra fluidstrømmen inntil de er klar for frigjøring.

Sementeringsmanifolder finnes i et mangfold av konfigurasjoner, idet den mest vanlige konfigurasjon omfatter en manifold med en enkelt kule/enkelt dart. Kulen slippes på et forhåndsbestemt tidspunkt under boring for eksempelvis å danne en midlertidig tetning eller en avstenging av strømningsboringen i borestrengen, eller eksempelvis for å aktuere et nedihullsverktøy, så som et røroppheng før sementeringsoperasjonen. Så snart sementen har blitt pumpet ned i hullet, slippes darten for å utføre en annen operasjon, så som å stryke sement fra innerveggen i en streng av nedihullsrørelementer.

En annen vanlig sementeringsmanifold har en konfigurasjon med en enkelt kule/dobbelt dart. Kulen kan frigjøres eksempelvis for å aktuere et nedihullsverktøy, fulgt av den første dart som sendes ut umiddelbart foran sementen, og den andre darten sendes ut umiddelbart etter sementen. De to dartene omgir således sementen og forhindrer at den blandes med borefluidet når sementen pumpes nedihulls gjennom borestrengen. Hver dart utfører også typisk en annen operasjon når den når bunnen av borestrengen, så som å låses til en større dart for å stryke sement fra strengen av nedihulls rørelementer.

Mange konvensjonelle sementeringsmanifolder inkluderer utvendige omløpsledninger, så som de manifoldene som er beskrevet i US patent 5.236.035 tilhørende Brisco et al. og US patent 4.854.383 tilhørende Arnold et al., som begge ved denne henvisning herved inkorporeres for alle formål. I nærmere detalj beskriver Arnold et al. en sementeringsmanifold med et konvensjonelt utvendig omløp, hvilken manifold er konfigurert for en enkelt dart eller en dobbel dart. Manifolden for enkelt dart omfatter en rørformet innelukning med en langsgående passasje hvor det er satt inn en dart. Holde/slippemekanismen for darten er en kuleventil som via gjenger er forbundet til bunnen av den rørformede innelukning. En utvendig omløpsledning med en omløpsventil er via sveiser eller gjenger forbundet til den rørformede innelukning rundt darten. For konfigurasjonen med dobbelt dart, er et identisk arrangement av en rørformet innelukning, kuleventil, og utvendig omløpsledning med omløpsventil tilkoplet nedenfor den første rørformede innelukking. Hver av dartene i konfigurasjonen med dobbelt dart er separat utløsbar.

Når darten er i holdeposisjonen, forblir kuleventilen stengt for å forhindre strøm gjennom den rørformede, og strømmen føres rundt darten, gjennom omløpsledningen, ved åpning av omløpsventilen. For å frigjøre darten stenges omløpsventilen, og kuleventilen åpnes for å tillate strøm gjennom den rørformede innelukning, hvilket bevirker at darten slippes inn i brønnstrengen.

Konvensjonelle sementeringsmanifolder inkluderer ofte andre utvendige forbindelser, så som de sidemonterte kuleslippemekanismene som er beskrevet i Arnold et al. og US patent 5.950.724 tilhørende Giebeler som ved denne henvisning herved inkorporeres for alle formål. I nærmere detalj beskriver Arnold et al. en kuleslippemekanisme som omfatter et hus som er montert på siden av den nederste rørformede innlukking. Huset inkluderer en boring i fluidkommunikasjon med den langsgående passasje gjennom den rørformede innelukking. I holdeposisjonen er en kule posisjonert på et sete inne i husets boring. For å slippe kulen skyver et skrueskaft kulen gjennom husets boring og inn i den langsgående passasje, slik at kulen slippes ned, inn i borestrengen. En rekke ulemper er forbundet med sementeringsmanifolder som har utvendige forbindelser, så som utvendige omløpsledninger og sidemonterte kuleslippemekanismer. Særlig er det påkrevet med flere store penetreringer i manifoldens hovedlegeme (d.v.s. de rørformede innelukninger) for å foreta de utvendige forbindelser. Disse penetreringer skaper områder med høy spenningskonsentrasjon og hydraulisk belastede områder som reduserer sementeringsmanifoldens samlede kapasitet til å holde inne trykk. Manifolden må også være i stand til å motstå utmatting forårsaket av endringer i driftstilstandene, og områder med spenningskonsentrasjon minimaliserer utmattingslevetiden til en sementeringsmanifold. Videre rager kuleslippemekanismen og de utvendige omløpsforbindelsene en betydelig avstand ut fra manifoldens hovedlegeme, hvilket gjør disse komponentene mer utsatt for skade under brønnoperasjoner. I tillegg er de utvendige komponentene forbundet til manifoldens hovedlegeme via gjenger eller sveiser, hvilket utgjør en bekymring fra et sikkerhetsmessig synspunkt. Særlig kan gjengene skru seg ut eller sveisene kan svikte, hvilket ville utsette riggpersonalet for fluider under høyt trykk og høy hastighet. Det ville således være en fordel å forsyne en sementeringsmanifold med en mulighet for innvendig omløp og med få utvendige forbindelser til manifoldens hovedlegeme. Det vil også være fordelaktig å eliminere gjengede eller sveisede forbindelser til manifoldens hovedlegeme.

Enkelte sementeringsmanifolder har mulighet for innvendig omløp, så som "TDH Top Drive Cementing Head", som tilbys fra Weatherford/Nodeco. "TDH Head" er spesialbygd til bruk sammen med et toppdriftssystem og den er tilgjengelig i konfigurasjoner som rommer enten en enkelt kule/enkelt dart, eller en enkeltkule/to darter. I begge konfigurasjoner omfatter "TDH Head" et hovedlegeme som har en hovedboring og en parallell sideboring, idet begge boringer er maskinert i ett med hovedlegemet. Dartene settes inn i hovedboringen, og en dart utløsningsventil er anordnet nedenfor hver dart for å holde den i holdeposisjonen. Dartutløsningsventilene er sidemontert på utsiden og strekker seg gjennom hovedlegemet. En port i dartutløsningsventilen tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom hovedboringen og sideboringen. Kuleslippemekanismen er sidemontert på utsiden gjennom en vegg i hovedlegemet nedenfor den nederste darten, og strekker seg inn i hovedboringen. Kulen holdes av en spennhylse, og for å slippe kulen, skyver et skrueskaft kulen ut inn i hovedboringen.

Ved sirkulering før sementering, holdes dartene i hovedboringen med dartutløsningsventilene stengt. Fluid strømmer gjennom sideboringen og inn i hovedboringen nedenfor den nederste darten via fluidkommunikasjonsporten i dartutløsningsventilen. For å utløse en dart, dreies dartutløsningsventilen 90° hvilket stenger sideboringen og åpner hovedboringen gjennom dartutløsningsventilen. Strømmen kommer inn i hovedboringen bak darten, hvilket bevirker at den faller ned i hullet.

Selv om "TDH Top Drive Cementing Head" eliminerer utvendige omløpsrør, har den store penetreringer i hovedlegemet for dartutløsningsventilene og kule-slippeinnretningen. Disse utvendige komponentene er også sveiset eller gjenget til hovedlegemet og rager en betydelig avstand utover. Mange av de bekymringer som er forbundet med manifolder med utvendig omløp har således ikke blitt eliminert. Videre begrenser de parallelle strømningsboringer strømningskapasiteten til "TDH" -enheten, hvilket kan bety errosjonsproblemer, og gjør det også vanskelig å fjerne gjenværende sement som kan tilstoppe boringene. Det ville således være en fordel å tilveiebringe en sementeringsmanifold med mulighet for innvendig omløp som ikke begrenser manifoldens strømningskapasitet.

"Model LC-2 Plug Dropping Head" som tilbys av Baker Oil Tools, et Baker Hughes selskap, er en sementeringsmanifold med innvendig omløp for å slippe enten en dart eller en kule. "LC-2" omfatter en spindel hvor det er anordnet en utløsbar dart/kule-holdehylse, idet hylsen holdes på plass av en roterbar låse-pinne. Hylsen inkluderer porter som tillater fluidomløp inn i et ringformet område mens hylsen er i den øvre låste posisjon. Et dreianslag strekker seg over spindelens boring nedenfor hylsen for å holde darten/kulen i holdeposisjonen.

For å slippe darten eller kulen, dreies låsepinnen 180° til slippeposisjonen, hvilket utløser hylsen. Hylsen beveges nedover som respons på tyngdekraften og fluidstrøm inntil den når en stoppskulder. Den nedoverrettede bevegelse av hylsen utløser dreieanslaget og begrenser strømmen gjennom portene som fører til det ringformede omløpsområde. Dreieanslaget roterer således ut av løpet for darten eller kulen, og alt fluid rettes i lengderetningen gjennom hylsens hovedboring bak darten eller kulen, hvilket bevirker at den faller ned i borestrengen.

Selv om "Model LC-2 Plug Dropping Head" eliminerer utvendige omløps-ledninger og andre utvendige komponenter, har den utløsbare hylsen ulemper. Hvis hylsen nemlig kjører seg fast i spindelen, vil strømmen gå utenom darten eller kulen, hvilket forhindrer dens utløsning. Videre, fordi låsepinnen kun har begrenset inngrep med hylsen, kan feil i montering eller vedlikehold av låsepinnen og hylseforbindelsen forårsake at hylsen utløses for tidlig. Det ville således være en fordel å forsyne en sementeringsmanifold med muligheter for innvendig omløp, som ikke er avhengig av en utløsbar hylse som slippemekanisme.

I tillegg til de ovenfor beskrevne ulemper, er konvensjonelle sementeringsmanifolder typisk utformet i en del og spesiallaget, slik at de ikke kan rekonfigureres. De kan for eksempel ikke omformes fra en manifold for en enkelt dart til en manifold for en dobbelt dart og omvendt etter som jobben krever. Videre, etter at manifolden har blitt brukt i en jobb, kan nye darter og/eller kuler ikke settes inn på riggstedet på grunn av de høye dreiemomenter som er påkrevet for å løsne komponentene for å gjøre det mulig å fylle dem på ny. Tradisjonelle sementeringsmanifolder må således vedlikeholdes og fylles på ny i verkstedet etter hver bruk. Ved enkelte utforminger er det i tillegg ikke mulig å utløse dartene eller kulene samtidig som fluid pumpes ned i hullet, hvilket skyldes fluidbelastninger på utløsningsmekanismene. Kjente sementneringsmanifolder har derfor forskjellige ekstra drifts- og vedlikeholdsulemper.

Den foreliggende oppfinnelse overvinner manglene ved kjent teknikk.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører således en anordning for sementering av en streng av rør i et borehull. Anordning omfatter en innlukning som har en gjennomgående boring, og en aksialt fastgjort kulebeholder som har en gjennomgående kuleåpning. Et kuleformet ventilelement har et ventillegeme plassert innvendig i boringen. En kule er anordnet i kuleåpningen. Nevnte kuleformede ventilelement har en holdeposisjon som lukker den kuleformede åpningen, og en slippeposisjon som åpner kuleåpningen for å løsgjøre kulen.

I et aspekt kan de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse være kjennetegnet ved en sementeringsmanifold som tilveiebringer en rekke fordeler i forhold til konvensjonelle sementeringsmanifolder. De foretrukne utførelser av sementeringsmanifoldene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan inkludere fortrinnsvis særlig: modulære hus som kan stables sammen og forbindes innbyrdes for å legge til mulighet for flere darter eller flere kuler; identiske, ombyttbare ventiler; mulighet for innvendig omløp; et minimum antall og en minimum størrelse av penetreringer inn i de trykkinneholdende komponenter; og ingen utvendig monterte sveisede eller gjengede komponenter. Sementeringsmanifolden kan omfatte fortrinnsvis en innelukning med en gjennomgående boring; en kulebeholder med en gjennomgående kuleåpning; et ventilelement for en kule som har en holdeposisjon hvor kuleåpningen er stengt og en slippeposisjon hvor kuleåpningen er åpen; en kule anordnet i kuleåpningen; og ventilelementet for kulen stenger kulebeholderen for strømning når det befinner seg i holdeposisjonen, og åpner kulebeholderen for strømning for å utløse kulen når det befinner seg i slippeposisjonen.

Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte til å slippe innretninger fra en anordning inn i et borehull. Fremgangsmåten omfatter forhåndsinnsetting av en dartinnretning inn i en åpning i en dartbeholder og en kuleinnretning inn i en åpning av kulebeholderen inne i en boring i anordningen, strømming av fluid gjennom boringen, isolering av dartbeholderens åpning og åpningen i kulebeholderen fra det strømmende fluid når anordningen er i en holdeposisjon, slipping av kuleinnretningen inn i borehullet mens fluidet strømmer gjennom boringen, og slipping av dartinnretningen inn i borehullet mens fluidet strømmer gjennom boringen.

I et annet aspekt kan de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse være kjennetegnet ved en sementeringssvivel som tilveiebringer en rekke fordeler i forhold til konvensjonelle svivler. De foretrukne utførelser av svivlene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan inkludere fortrinnsvis særlig sementforbindelser og innfestingforbindelser som er dannet i ett med huset, rikelig med sementforbindelser, vinklede sementporter for å minimalisere erosjon, og tetningssammenstillinger som ikke krever individuelle plassering av hver tetning mellom spindelen og svivels hus.

Sementeringssvivelen omfatter fortrinnsvis et utvendig stasjonært element med sementforbindelser; og et innvendig roterende element med en gjennomgående boring; hvor det utvendige stasjonærelement er dannet i en del.

De foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse omfatter således en kombinasjon av trekk og fordeler som gjør at de overvinner forskjellige problemer med kjente innretninger. De forskjellige ovenfor beskrevne karakteristika, så vel som andre trekk vil fremkomme tydelig for fagpersoner innen området ved lesing av den følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, og ved henvisning til de ledsagende tegninger.

For en mer detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse, skal det nå vises til de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et eksemplifiserende boresystem hvor de forskjellige utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan brukes. Fig. 2 viser et tverrsnitt fra siden av en foretrukket utførelse av en sementeringsmanifold for en enkelt dart/enkelt kule ifølge den foreliggende oppfinnelse, med begge ventiler i stengt posisjon; Fig. 3 viser et tverrsnitt fra siden av en foretrukket utførelse av en sementeringsmanifold for en dobbel dart/enkel kule ifølge den foreliggende oppfinnelse med alle ventilene i stengt posisjon; Fig. 4 viser et tverrsnitt fra siden av en foretrukket utførelse av en sementeringsmanifold for en enkelt stor kule ifølge den foreliggende oppfinnelse med ventilen i stengt posisjon; Fig. 5 viser et tverrsnitt nedenfra lagt gjennom snitt B-B på fig. 2, hvor fig. 5A er en forstørring av en detalj på fig. 5; Fig. 6 er et forstørret riss av en ventil i sementeringsmanifolden på fig. 2; Fig. 7 viser et tverrsnitt sett ovenfra av ventilen på fig. 6, lagt langs snitt A-A; Fig. 8 er et enderiss av ventilskaftet på fig. 6; Fig. 9 viser et tverrsnitt fra siden av sementeringsmanifolden for en enkelt dart/enkelt kule på fig. 2 etter at kulen har blitt sluppet, med den første ventilen stengt og den andre ventilen åpen; Fig. 10 viser et tverrsnitt fra siden av sementeringsmanifolden for en enkelt dart/enkelt kule på fig. 2 etter at både kulen og darten har blitt sluppet med begge ventiler åpne; og Fig. 11 er et sideriss, delvis vist i snitt, av en foretrukket utførelse av en sementeringssvivel ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen er vist i de ovennevnte figurer og beskrevet i detalj nedenfor. Ved beskrivelsen av de foretrukne utførelser brukes like eller identiske henvisningstall til å identifisere felles eller tilsvarende elementer.

Fig. 1 viser skjematisk et eksemplifiserende boresystem hvor den foreliggende oppfinnelse kan brukes. En med ordinær fagkunnskap innen området vil imidlertid forstå at bruken av de foretrukne utførelser ikke er begrenset til en bestemt type boresystem. Boreriggen 100 inkluderer et boretårn 102 med et riggdekk 104 ved sin nedre ende, hvilket har en åpning 106 som borestrengen 108 forløper gjennom, nedover i brønnboringen 110. Borestrengen 108 er roterbart drevet av en toppdriftsboreenhet 120 som er opphengt i boretårnet 102 med en løpeblokk 122. Løpeblokken 122 er støttet i og bevegelig oppover og nedover ved hjelp av kabling 124 som ved sin øvre ende er forbundet til en kronblokk 126, og som aktueres av en konvensjonell motordrevet borevinsj 128. Nedenfor toppdriftsenheten 120 er det tilkoplet en kelly-ventil 130, et tilpasningsrør 132, en sementeringssvivel 900, og en sementeringsmanifold, så som sementeringsmanifolden 200 for en enkelt dart/enkel kule ifølge den foreliggende oppfinnelse. En flaggrørdel 150 som tilveiebringer en visuell indikasjon på når en dart eller en kule passerer gjennom den, er forbundet nedenfor sementeringsmanifolden 200 og ovenfor borestrengen 108. En borefluidledning 134 fører borefluid til toppdriftsenheten 120, og en sementledning 136 fører sement gjennom en ventil 138, til svivel 900.

Enhver sementeringssvivel kan brukes, men fortrinnsvis er sementeringssvivel 900 utformet som vist på fig. 11. Med henvisning til fig. 1 og 11, inkluderer svivelen 900 en spindel 910, et hus 920, og en kappe 930, med øvre og nedre tetningssammenstillinger 950 anordnet ovenfor og nedenfor en sementport 960 og mellom spindelen 910 og huset 920. Svivelen 900 er fortrinnsvis forsynt med sementledningsforbindelser 940 og innfestingsforbindelser 942, 944 (vist på fig. 1) som er integrert med huset 920, slik at man unngår ulempene med konvensjonelle svivelforbindelser som typisk er gjenget, sveiset eller boltet på. De gjengede og boltede forbindelsene kan løsne over tid, og de sveisede forbindelsene utsettes for skade eller svikt på grunn av korrosjon i sveisen. Konvensjonelle svivelforbindelser er videre utsatt for utmatting forårsaket av vekten av den overhengende sementledningen 136 og sementventilen 138 som er forbundet til denne. Spindelen 910 inkluderer øvre og nedre gjengede forbindelser for å forbinde den øvre ende av spindelen 910 til toppdriftsenheten 120 og den nedre ende til sementeringsmanifolden 200 som er forbundet til den øvre ende av borestrengen 108.

Huset 920 inkluderer én eller flere radialt utadragende integrerte rør 924 med en sementport 926 som forløper gjennom røret 924 og veggen 928 i huset 920. Huset 920 og rørene 924 er fortrinnsvis laget av et felles rørelement, slik at rørene 924 er i ett medhuset 920 og ikke krever noen type innfesting, inkludert sveising. Røret 924 er forsynt med en festeanordning, så som gjenger 932, for å forbinde sementledningen 136 til svivelen 900.

Den foretrukne svivel 900 inkluderer også to svivelforbindelser 940 for å ha reserve i tilfelle en forbindelse 940 blir skadet. Sementportene 960 inne i spindelen 910 er fortrinnsvis vinklet slik at når sement strømmer gjennom forbindelsen 940, går den inn i den gjennomgående boring 905 i spindelen 910 generelt i retning nedover. Dette gjør at sementen treffer veggen i den gjennomgående boring 905 i en vinkel, og det minimaliserer erosjon av portene 960 og spindelen 910.

Et ytterligere trekk ved den foretrukne svivel 900 er at spindelen 910 inkluderer en felles sylindrisk utvendig overflate 912 i områdene ved lagerne 951 og tetningssammenstillingene 950, hvilke er anordnet i forsenkede områder i huset 920. Konvensjonelle spindler har en avtrappet skulder på spindelen for tetningene, hvilket krever individuell tetningsplassering. Den felles sylindriske utvendige overflate 912 på spindelen 910 gjør det mulig å posisjonere tversgående 951 og tetningssammenstillingene 950 inne i huset 920 som en enhet, slik at spindelen 910 kan gli gjennom boringen 922 i huset 920 og den monterte kappen 930. Et spor 911 er anordnet ved hver ende av spindelen 910, og en utvendig gjenget, delt sylindrisk ring 914 er posisjonert inne i sporene 911. En innvendig gjenget ring 913 er skrudd på den delte ringen 914, og disse ringene 913, 914 holder det sammenstilte huset 920 og kappen 930 på plass på spindelen 910.

Med ny henvisning til fig. 1, under operasjon strømmer borefluid gjennom ledningen 134, ned inn i borestrengen 108, mens toppdriftsenheten 120 roterer borestrengen 108. Huset 920 i sementeringssvivelen 900 er innfestet til boretårnet 902 via tau eller stenger 140,142, slik at svivelhuset 920 ikke kan rotere og forblir stasjonært mens spindelen 910 i svivelen 900 roterer inne i huset 920 for å gjøre det mulig for toppdriftsenheten 120 å rotere borestrengen 108.

For å utføre en operasjon så som for eksempel aktuering av et nedihulls-verktøy til å henge opp et rør 144, så som en foringsrørstreng eller en foring, i et eksisterende eller tidligere sementert foringsrør 146, kan det slippes en kule fra sementeringsmanifolden 200. Deretter, så snart røret 144 er opphengt i foringsrøret 146 via et roterbart røroppheng 151, vil sement bli pumpet ned gjennom borestrengen 108 og gjennom røret 144 for å fylle ringromsområdet 148 i den uforede brønnboringen 110 rundt røret 144. For å starte sementeringsoperasjonen stenges kelly-ventilen 130, og ventilen 138 til sementledningen 136 åpnes, hvilket gjør det mulig for sement å strømme gjennom svivelen 900 og ned inn i borestrengen 108. Svivelen 900 muliggjør således sementstrøm til borestrengen 108, idet sementstrømmen går utenom topdriftsenheten 120.

Det er foretrukket å rotere borestrengen 108 under sementering, for å sikre at sement fordeles jevnt rundt røret 144 nede i hullet. Mer bestemt, fordi sementen er en tykk slurry, er den tilbøyelig til å følge minste motstands vei. Hvis røret 144 ikke er sentrert i brønnboringen 110, vil derfor ringromsområdet 148 ikke bli symmetrisk, og det kan være at sementen ikke fullstendig omgir røret 144. Det er således foretrukket at toppdriftsenheten 120 fortsetter å rotere borestrengen 108 via svivelen 900 mens sement føres inn fra sementledningen 136. Når det passende volum av sement har blitt pumpet inn i borestrengen 108, blir det typisk sluppet en dart fra sementeringsmanifolden 200, for at den skal låses inn i en større dart 152 for å stryke sement fra røret 144 og lande i landingskragen 153 ved den nedre ende av røret 144.

Selv om fig. 1 viser et eksempel på en boreomgivelse hvor de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan brukes, vil en med ordinær fagkunnskap innen området lett forstå at de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse kan brukes i andre boreomgivelser, så som for eksempel for å sementere foringsrør inn i en brønnboring offshore.

Med henvisning til fig. 2-4, kan de foretrukne utførelser av sementeringsmanifolden ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes i et mangfold av forskjellige konfigurasjoner, inkludert en manifold 200 for en enkelt dart/enkelt kule, som vist på fig. 2, en manifold 300 for en dobbelt dart/enkelt kule, som vist på fig. 3, eller en manifold 400 for en enkelt stor kule, som vist på fig. 4.

Med henvisning til fig. 2, omfatter manifolden 200 for en enkelt dart/enkelt kule en øvre kappe 210, et hus 220 og en nedre kappe 230. Den øvre kappe 210 omfatter et legeme 212 som har en langsgående gjennomgående boring 214, en hunnforbindelsesende 216 for innfesting til et annet verktøy, så som svivelen 900 vist på fig. 11, og en nedre gjenget hunnende 218 som er forsynt med fremspring, fortrinnsvis seks langs omkretsen anordnede spor 219 for innretting med den øvre ende av huset 220. Huset 220 omfatter et legeme 222 som har en langsgående gjennomgående boring 224, en øvre gjenget hannende 226 som også er forsynt med fremspring, og fortrinnsvis danner seks langs omkretsen anordnede spor 227 for innretting med den nedre med fremspring forsynte ende av den øvre kappe 210, og en nedre gjenget hunnende 228 som er forsynt med fremspring og fortrinnsvis har seks langs omkretsen anordnede spor 229 for innretting med den øvre med fremspring forsynte ende av den nedre kappe 230. Den nedre kappe 230 omfatter et legeme 232 som har en langsgående gjennomgående boring 234, en øvre gjenget hannende 236 som er forsynt med fremspring og fortrinnsvis har seks langs omkretsen anordnede spor 237 for innretting med den nedre med fremspring forsynte ende av huset 220, og en nedre hannforbindelsesende 238 for innfesting til et annet verktøy, så som en flaggrørdel 150, eller direkte til borestrengen 108.

Den øvre kappe 210, huset 220 og den nedre kappe 230 danner en innelukning som er lastbærende og trykkholdende. Hunnenden av den øvre kappe 210 forbindes til hannenden av huset 220, fortrinnsvis via gjenger 215, og høytrykkstetninger 211 anordnes mellom disse. Høytrykkstetningene 211 tilveiebringes for trykkinneslutning og fluidinneslutning. De respektive spor 219, 227 i den øvre kappe 210 og huset 220 blir også innrettet, og deretter installeres holderne 280 i annet hvert sett av innrettede spor 219, 227, og en kappeskrue 282 holder hver holder 28 på plass. En omkretsring 284 holder alle holderne 280 på plass i omkretsretningen.

Tilsvarende forbindes hunnenden av huset 220 og hannenden av den nedre kappe 230 via gjengene ved 225, med mellomliggende trykktetninger 221, og holdere 280 blir fortrinnsvis plassert i annethvert sett av innrettede spor 229, 237 i huset 220 henholdsvis den nedre kappe 230. Hver holder 280 holdes på plass med en kappeskrue 282, og en omkretsring 284 holder alle holderne 280 på plass.

Inne i de gjennomgående boringer 214, 224 i den øvre kappe 210 og huset 220 er det en dartbeholder 240 som har et sylindrisk legeme 242 med en gjennomgående boring 244 hvor det er satt inn en dart 290. Det sylindriske legeme 242 inkluderer strømningsåpninger 246 anordnet langs omkretsen rundt den øvre ende, en utligningsport 247 tilstøtende den nedre ende, og en tetning 248 ved den nederste ende. Strømningsåpningene 246 tilveiebringer et fluidløp fra den gjennomgående boring 214 i den øvre kappe 210 til det ringformede område 249 i husets gjennomgående boring 224 rundt dartbeholderen 240. Utligningsporten 247 muliggjør trykkutligning når finnene 292 på darten 290 danner en tetning med beholderen 240, hvilket holder inne et trykk i beholderen 240.

Ved den øvre ende av dartbeholderen 240, forhindrer en holdemekanisme 500 darten 290 i å flyte oppover, ut av den øvre ende av beholderen 240. Fig. 5 viser et tverrsnittsriss nedenfra av holdemekanismen 500, lagt langs snitt B-B på fig. 2, og fig. 5A viser et forstørret riss av koplingsdetaljene. Holdemekanismen 500 omfatter to fingere 510, idet hver finger 510 strekker seg tilnærmet halvveis over diameteren av den gjennomgående boring 244 i dartbeholderen 240. Fingerne 510 er forbundet slik at de kun kan foreta en hengslet bevegelse nedover, inn i beholderen 240, og fingerne 510 er presset til den posisjon som er vist på fig. 2 og fig. 5 av en torsjonsfjær 520. Fingerne 510 er forbundet til dartbeholderen 240 med en sjakkelbolt 530 som forløper gjennom legemet 242 i dartbeholderen 240. gjennom enden av fingeren 510, og gjennom torsjonsfjæren 520. en låsesplint 540 er anordnet ved enden av sjakkelbolten 530 for å forhindre bolten 530 i å gå ut bakover.

Det skal igjen vises til fig. 2, hvor en første ventil 250 er posisjonert inne i huset 220 og nedenfor dartbeholderen 240 for å fungere som en holde/slippemekanisme for darten. Den første ventil 250 omfatter et legeme 252, en roterbar plugg 254, og et aktueringsskaft 256 som muliggjør manuell aktuering eller fjæraktuering av pluggen 254 inne i legemet 252 i ventilen 250. Holderinger 251, 253 er anordnet i skuldre i huset 220 ovenfor og nedenfor legemet 252 for riktig posisjonering av ventilen 250 i huset 220.

Nedenfor den første ventil 250, og anordnet inne i huset 220 og den nedre kappe 230, er det en kulebeholder 260, som har et sylindrisk legeme 262 med en gjennomgående boring 264. En kule 295 passer inn i den gjennomgående boring 264, og det sylindriske legeme 262 inkluderer en utligningsport 266 ved den nedre ende, og en tetning 268 ved den nederste ende. Utligningsporten 266 muliggjør trykkutligning hvis kulen 295 danner en tetning med beholderen 260 som holder inne trykk i beholderen 260. En annen ventil 270 er posisjonert inne i den nedre kappe 230 og nedenfor kulebeholderen 260 for å fungere som en holde/slippemekanisme for kulen. Den annen ventil 270 er fortrinnsvis identisk med den første ventil 250, slik at de er ombyttbare, og omfatter et legeme 272, en roterbar plugg 274. og et aktueringsskaft 276 for manuell aktuering eller fjernaktuering av pluggen 274 inne i legemet 272 i ventilen 270. En holdering 271 er anordnet i en skulder i den nedre kappe 230 over ventillegemet 272, for riktig posisjonering av den annen ventil 270 i den nedre kappe 230. En hylse 297 er anordnet som et avstandsstykke til å passe mellom forsenkningen i legemet 272 i ventilen 270 og den nedre kappe 230, hvilket muliggjør justerbar avstand og ombyttbare deler.

Fig. 6-8 viser forstørrede riss av komponentene i den første ventil 250 i nærmere detalj. Den annen ventil 270 er fortrinnsvis identisk med den første ventil 250 i konstruksjon og operasjon, slik at ventilene 250, 270 er ombyttbare. Derfor er kun den første ventil 250 beskrevet i detalj. Fig. 6 viser et forstørret riss av den første ventil 250 inne i manifolden på fig. 2, fig. 7 viser et tverrsnitt ovenfra av den samme ventilen 250 lagt langs snittet A-A på fig. 6, og fig. 8 viser et enderiss av ventilskaftet 256. Ventilen 250 inkluderer et øvre utfrest spor 610 langs lengden av legemet 252 for å muliggjøre installasjonen av ventilen 250 i huset 220. Spor 612, 614 er også utfrest i det nedre parti av legemet 252, for å motta en pluggholdeplate 620, som er en delt plate som er anordnet ovenfor og nedenfor pluggen 254 for å posisjonere pluggen 254 i forhold til legemet 252. Holdeplaten 620 er utformet til å omgi et boss 630 på en side av pluggen 254, hvilket muliggjør rotasjon mellom ventillegemet 252 og ventilpluggen 254. O-ringer 712, 714 er anordnet mellom ventillegemet 252 og pluggen 254 primært for å beskytte ventilen 250 fra kontaminering forårsaket av rusk snarere enn for å tilveiebringe trykkinneslutning.

Pluggen 254 inkluderer en gjennomgående boring 750 med en første ende 752 og en annen ende 754, en tversgående boring 660 som har en åpen port 652 med et tilstoppingshinder 665 anordnet over diameteren av den åpne port 652, og en stengt side 650 motsatt den tversgående boring 660. Den tversgående boring

660 strekker seg vinkelrett på den gjennomgående boring 750 og står i forbindelse med denne. Tilstoppingshinderet 665 er anordnet til å forhindre kulen 295 i å flyte inn i ventilen 750 og komme i konflikt med dens operasjon. Selv om pluggen 254 er vist med en sylindrisk form, vil en med ordinær fagkunnskap innen området forstå at pluggen 254 kan ha et mangfold av former, så som eksempelvis en kuleform.

En pinne 625 er anordnet mellom ventillegemet 252 og ventilpluggen 254. Pinnen 625 muliggjør riktig innretting av ventilpluggen 254 inne i legemet 252, slik at ventilen 250 blir installert i den lukkede posisjon eller holdeposisjon, som vist på fig. 2 og fig. 7. Pinnen 625 er på fig. 8 vist i et riss ovenfra, anordnet i et løpespor 810 som kun tillater en 90° rotasjon av ventilen 250 fra den stengte holdeposisjon for darten, til den åpne slippeposisjon for darten. Pinnen 625 innretter således ventilen 250 korrekt for interaksjon i lukket posisjon, og tillater også at ventilen 250 kun beveger seg 90° mellom holdeposisjonen og slippeposisjonen.

Med henvisning til fig. 7, er skaftet 256 installert i en åpning i veggen av huset 220 og inkluderer en høytrykkstetning 716 som er i inngrep med huset 220 for trykkinneslutning og fluidinneslutning, og en flens 720 som forhindrer skaftet 256 i å bli presset ut av åpningen i huset 220 med fluidtrykk. Trykklagere 725 mellom flensen 720 og huset 220 kompenserer for friksjonsbelastning som påføres på flensen innvendige flate 727, forårsaket av fluidtrykk inne i ventilen 250. Lagrene 725 eliminerer således den trykkforårsakede friksjonsbelastning, hvilket tillater rotasjon av skaftet 256.

Med henvisning til fig. 6, kan ethvert hulrom i sementeringsmanifolden 200, så som hulrommet 640 nedenfor holdeplaten 620 i legemet 252 i ventilen 250 og platen 645 mellom pluggen 254 og det utfreste spor 610 i ventillegemet 252, potensielt bli fylt med sement eller annet rusk eller avfall. Hvis sementen herder i slike hulrom og spalter, vil aktuering av manifolden 200 kreve et usedvanlig stort dreiemoment, og i motsatt fall vil den ikke virke korrekt. I de foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse, vil således alle hulrom, så som hulrommet 640, og alle spalter, så som spalten 645, bli fylt med en massiv metalldel eller et fleksibelt fyllmateriale, så som uretan, eller en silikonmansjett eller en gummimansjett, slik at sement og annet smuss ikke kan komme inn i området og herde.

Med henvisning til fig. 6 og fig. 7, for å montere ventilen 250 i huset 220, installeres holderingen 251. Deretter installeres skaftet 256 med høyttrykkstetningen 716 og trykklagerne 725 fra innsiden av huset 220, hvilket sikrer at skaftet 256 aldri kan fjernes eller løsnes i vannvare. På grunn av det utfreste spor 610 langs lengden av ventilen 250, kan ventillegemet 252 og pluggen 254 monteres inn i huset 220 som vist på fig. 7, orientert slik at den utadragende kile 730 på skaftet 256 passer inn i det utadragende sporparti 710 på pluggen 254, hvilket sikrer at ventilen 250 er installert i stengt posisjon.

Det skal nå vises til fig. 2, hvor sementeringsmanifolden 200 for en enkelt dart/enkelt kule er vist i holdeposisjonen før kulen 295 eller darten 290 slippes, med både den første ventil 250 og den annen ventil I270 i stengt posisjon. For å sette inn darten 290 og kulen 295 i sementeringsmanifolden 200, som vist på fig. 2, åpnes den første ventil 250 og den annen ventil 270 stenges. Kulen 295 rulles inn i manifolden 200 gjennom den øvre kappe 210, gjennom dartbeholderen 240 gjennom den første ventil 250, og inn i kulebeholderen 260, inntil kulen 295 går i inngrep med den stengte annen ventil 270. Deretter stenges den første ventil 250, og en dart 290 installeres i den gjennomgående boring 214 i den øvre kappe 210. Finnene 292 på darten 290 går i inngrep med legemet 242 og slås sammen inne i dartbeholderen 240, slik at darten 290 må skyves ned inn i den gjennomgående boring 244 i dartbeholderen 240 inntil bunnen av darten 290 er i inngrep med den stengte side 650 av den første ventil 290.

Så snart kulen 295 og darten 290 har blitt sluppet fra manifolden 200, kan fortrinnsvis manifolden 200 deretter fylles på ny på feltet. Ved store størrelser kan imidlertid darten 290 være for stor til å kunne presses inn i den gjennomgående boring 244 i dartbeholderen 240 uten mekanisk assistanse. I en alternativ utførelse er dartbeholderen 240 derfor anordnet som en komponent i to deler, med øvre og nedre partier, slik at det øvre parti av dartbeholderen 240 er avtagbart for å muliggjøre innsetting av darter 290 med stor størrelse. Sementeringsmanifolden 200 er således fortrinnsvis utformet til å muliggjøre fornyet innsetting eller fylling på feltet, slik at manifolden 200 kan beveges fra rigg til rigg og kun returneres til verkstedet når det er nødvendig for korreksjon og overhaling, isteden for fornyet innsetting eller fylling etter hver jobb.

Som tidligere beskrevet er den øvre kappe 210 gjengeforbundet til huset 220 ved 215, og huset 220 er gjengeforbundet til den nedre kappe 230 ved 225. Under operasjon utøver toppdriftsenheten 120 høyt dreiemoment på sementeringsmanifolden 200, hvilket har en tilbøyelighet til å stramme gjengeforbindelsene 215, 225. For å fylle sementeringsmanifolden 200 etter at kulen 295 og darten 290 har blitt sluppet, må da den øvre kappe 210, huset 220 og den nedre kappe 230 skrus fra hverandre ved gjengene 215, 225, hvilket typisk vil kreve høye dreiemomenter, så som de som utøves av toppdriftsenheten 120.

For å muliggjøre adskillelse av gjengeforbindelsene 215, 225 uten fullstendig forhåndsbelastning av forbindelsene 215, 225 med sammenskruingsdreiemoment, innrettes sporene 219 i den med fremspring forsynte hunnende 218 av den øvre kappe 210 med sporene 227 i den med fremspring forsynte hannende 226 av huset 220. Tilsvarende innrettes sporene 219 i den med fremspring forsynte hunnende 228 av huset 220 med sporene 237 i den med fremspring forsynte hannen de 236 på den nedre kappe 230. For å forhindre tiltrekking av gjengene 215, 225 er kun tre sett av motsvarende spor anordnet 120° fra hverandre foretrukket, men tre ytterligere sett av motsvarende spor er fortrinnsvis anordnet langs omkretsen på hver av den øvre kappe 210, huset 220 og den nedre kappe 230 for å muliggjøre innretting av ventilskaftene 256, 276 som strekker seg gjennom huset 220 henholdsvis den nedre kappe 230 innenfor 30°. For enkelhet ved manuell aktuering er det foretrukket, men ikke påkrevet, at ventilskaftene 256, 276 strekker seg ut fra den samme side av manifolden 200.

I nærmere detalj, når huset 220 og den nedre kappe 230 eksempelvis er sammengjennget ved 225, kan de motsvarende spor 229, 237 på huset 220 henholdsvis den nedre kappe 230 være innbyrdes feilinnrettet. Under den omstendighet skrus gjengeforbindelsen 225 nok ut til å innrette sporene 229, 237, slik at holderne 280 kan installeres i annethvert sett av spor 229, 237. Selv om sporene 229, 237 kan være innrettet, er det imidlertid også foretrukket at ventilskaftene 256, 276 strekker seg ut fra den samme side av sementeringsmanifolden 200. Det kan derfor være nødvendig å skru gjengene 225 ut 180° for å oppnå den foretrukne posisjon av de to ventilskaft 256, 276. Posisjonering av ventilskaftene 256, 276 er særlig foretrukket når ventilene 250, 270 blir fysisk åpnet og stengt ved manuell operasjon. Med ventilskaftene 256, 276 på samme side av manifolden 200, kan således en operatør som går opp på en ledning for å åpne ventilene 250, 270 i riktig sekvens lett identifisere hvilken som er den annen ventil 270 og hvilken som er den første ventil 250. Så snart korrekt innretting har blitt oppnådd, blir holdere 280, som kan motstå det nominelle dreiemoment fra toppdriftsenheten 120, installert i de innrettede sett av spor for å blokkere de gjengede forbindelser 215, 225. Holderne 280 installeres og holdes på plass av en omkretsring 284 som passer over alle holderne 280. Ringen 284 inkluderer åpninger (ikke vist) med lik avstand, hvilke åpninger er like mange som antallet holdere 280 som skal installeres, slik at holderne 280 kan installeres én om gangen. Ringen 284 passer over alle de innrettede spor mellom to komponenter, så som sporene 229, 237 mellom huset 220 og den nedre kappe

230. Åpningene gjennom ringen 284 er posisjonert til å gjøre det mulig å installere en holder 280 fortrinnsvis i annethvert sett av spor 229, 237. Deretter gjenges en kappeskrue 282 gjennom hver holder 280 for å holde holderne 280 på plass. Så snart alle holderne 280 har blitt installert, roteres ringen 284 for å anordne åpningene over tomme sett av spor 229, 237.1 denne posisjon vil ringen 284 forhindre at de belastede holderne 280 beveger seg utover, selv om kappeskruene 282 løsner. Holderne 280 og ringen 284 er utformet til å flukte med den utvendige overflate av manifolden 200. En identisk prosedyre følges for å installere holdere 280 i innrettede spor 219, 227 mellom den øvre kappe 210 og huset 220 ved bruk av en annen omkretsring 284.

For å beskrive strømningsløpet gjennom sementeringsmanifolden 200, vil det nå bli vist til fig. 2, fig. 6 og fig. 7. Fig. 2 viser et tverrsnittsriss av sementeringsmanifolden 200 i holdeposisjonen, med første og andre ventiler 250, 270 stengt, med henvisning til fig. 6, som viser et forstørret riss av den første ventil 250 i den posisjon som er vist på fig. 2, er den stengte side 650 av ventilpluggen 254 posisjonert mot dartbeholderen 240, den gjennomgående boring 750 er anordnet vinkelrett på lengdeaksen 205 i manifolden 200, og den tversgående boring 660 vender nedover i fluidkommunikasjon med den gjennomgående boring 264 i kulebeholderen 260. Tilstoppingsmekanismen 665 er posisjonert i den tversgående boring 660, for å forhindre at kulen 295 flyter oppover og hindrer operasjon av den første ventil 250. Utformingen av ventilpluggen 254 sikrer at ingen hydraulisk forårsakede belastninger utøves på ventillegemet 252 når ventilen 250 befinner seg i stengt posisjon.

Fig. 7 viser en første ventil 650 i et tverrsnitt lagt gjennom snitt av A-A på fig. 6.1 dette tverrsnittet vises den gjennomgående boring 750 med full diameter og tilstoppingsmekanismen 665 i ventilen 250 klarere. Legemet 252 i ventilen 250 inkluderer en D-formet utskåret seksjon 760 som ikke ses på fig. 2. Den D-formede utskårede seksjon 760 muliggjør fluidstrøm gjennom det ringformede område 249, forbi pluggen 254 i ventilen 250, og gjennom ventillegemet 252 når ventilen 250 er i stengt posisjon. Selv om den utskårede seksjon 760 er vist som D-formet på fig. 7, vil en med ordinær fagkunnskap innen området lett forstå at seksjonen 760 kan ha enhver annen form som tillater fluid å passere utenom pluggen 254.

Med sementeringsmanifolden 200 i holdeposisjonen, som vist på fig. 2, strømmer fluidet langs løpet som er vist med strømningspilene. Borefluidet vil nemlig først strømme inn i den gjennomgående boring 214 i den øvre kappe 210, deretter ut gjennom strømningsåpningene 246 i dartbeholderen 240, og ned gjennom det ringformede området 249 mellom dartbeholderen 240 og huset 220 i husets gjennomgående boring 224. Fordi begge ventilene 250, 270 er stengt, er det ikke noe strømningsløp gjennom pluggen 254 i den første ventil 250, slik at strømmen vil passere utenom pluggen 254 gjennom den D-formede seksjon 760 i ventillegemet 252. Strømmen vil fortsette inn i det ringformede området 249 mellom kuleholderen 260 og den nedre kappe 230. Igjen, fordi den annen ventil 270 er stengt, er det ikke noe rett strømningsløp gjennom pluggen 274 i den annen ventil 270, slik at strømmen vil bevege seg gjennom legemet 272 via den D-formede seksjon. Fordi det er et åpent strømningsløp nedenfor den nedre kappe 230, vil imidlertid fluidet strømme inn i den gjennomgående boring 285 i den annen ventil 270, gjennom den tversgående boring 287 i den annen ventil 270, og nedover inn i borestrengen 108.

Når en ventil 250, 270 dreies, endres strømningsløpet gjennom manifolden 200. Med henvisning til fig. 9, har den annen ventil 270 blitt aktuert ved å rotere ventilpluggen 274 90° i forhold til ventillegemet 272, hvilket åpner ventilen 270 og slipper kulen 295.1 den roterte posisjon er den tversgående boring 287 i ventilen 270 anordnet vinkelrett på lengdeaksen 205 i manifolden 200 og tilstoppingsmekanismen 289 er ikke lenger i strømningsløpet. Den gjennomgående boring 285 i den annen ventilplugg 274 er innrettet med lengdeaksen 205 i manifolden 200, den blir derved åpen og tilveiebringer en åpning for kulen 295, slik at den faller ned, inn i den gjennomgående boring 234 i den nedre kappe 230.

Dermed, som vist på fig. 9, så snart kulen 295 har falt, vil den annen ventil 270 være i slippeposisjon med en åpen gjennomgående boring 285 innrettet med de gjennomgående boringer 264, 234 i kulebeholderen 260 henholdsvis den nedre kappe 230, og den første ventil 250 vil forbli i holdeposisjonen. I denne konfigurasjon, som vist med strømningspilene, strømmer borefluidet inn i den gjennomgående boring 214 i den øvre kappe 210, gjennom strømningsåpningene 246 i dartbeholderen 240, inn i det ringformede område 249, mellom dartbeholderen 240 og huset 220, og inn i den D-formede seksjon 760 i den første ventil 250. Fordi det er et åpent strømningsløp nedenfor den første ventil 250, strømmer fluidet deretter inn i den gjennomgående boring 750, gjennom enden 752 i ventilpluggen 252 og nedover gjennom den tversgående boring 660, kulebeholderen 260, den gjennomgående boring 285 i den annen ventil 270, og nedover inn i borestrengen 108.

Med henvisning til fig. 10, etter at sementen har blitt pumpet gjennom manifolden 200 i den posisjon som er vist på fig. 9, roteres ventilpluggen 254 i den første ventil 250 90° i forhold til ventillegemet 252 for å åpne ventilen 250 og slippe darten 290.1 den roterte posisjon er den tversgående boring 660 anordnet vinkelrett på lengdeaksen 205 i manifolden 200, og tilstoppingsmekanismen 665 er ikke lenger i strømningsløpet. Den gjennomgående boring 750 i den første ventilplugg 254 er innrettet med lengdeaksen 205 i manifolden 200, hvilket tilveiebringer en åpning, slik at darten 290 kan falle ned i den gjennomgående boring 264 i kulebeholderen 260, gjennom den annen ventil 270 og den nedre kappe 230, og ned inn i borestrengen 108. Når den første ventil 250 er rotert for å slippe darten 290, er således den gjennomgående boring 750 i ventilpluggen 254 innrettet til å tillate strøm rett gjennom sementeringsmanifolden 200 og ned i borestrengen 108. Denne posisjonen av sementeringsmanifolden 200 benevnes slippeposisjonen.

Manifolden 200 for en enkelt dart/enkelt kule vist på fig. 2 er rekonfigurerbar til å romme flere darter eller flere kuler, så som for eksempel manifolden 300 for to darter/enkeltkule vist på fig. 3.1 mange henseende inkluderer manifolden 300 de samme komponenter som manifolden 200 på fig. 2, men den inkluderer også et ytterligere hus 320, en ytterligere dartholder 340, og en ytterligere slippe/holde-ventil 350 omfattende et ventillegeme 352, en ventilplugg 354, og et ventilskaft 356. Huset 220 i sementeringsmanifolden 200 for en enkelt dart/enkelt kule har fortrinnsvis en modulær utforming, slik at ytterligere hus, så som huset 320, kan stables sammen og forbindes innbyrdes mellom den øvre kappe 210 og den nedre kappe 230. Videre er alle ventilene 250, 270, 350 fortrinnsvis identiske og ombyttbare. Dette gjør det mulig for operatøren å stable så mange dart- eller kulekombinasjoner som ønskelig.

I kontrast til dette var sementeringsmanifoldene for flere darter eller flere kuler i henhold til kjent teknikk enten spesiallaget eller de krevde innbyrdes forbindelse mellom enkeltmanifolder som ble stablet sammen, hvilket dannet en meget lang sementeringsmanifold. I manifolden 300 forflere darter vist på fig. 3, isteden for å legge til ca. 2,44 meter ved å sette sammen to manifolder for en enkelt dart, er kun lengden av det ekstra huset 320 lagt til, hvilket er ca. 1,07 meter lang.

Når kun en enkelt dart 290 slippes fra manifolden 200 på fig. 2, blandes noe av sementen ved den fremre ende med det tidligere pumpede borefluidet, slik at det dannes et kontaminert blandet fluid som benevnes "rotten sement". Som tidligere beskrevet kan derfor manifolden 300 for to darter være ønskelig for å forhindre at sementen blandes med borefluidet nede i hullet, særlig hvis det kun skal pumpes en liten mengde sement. Derfor, etter at kulen 295 er sluppet fra manifolden 300 på fig. 3, slippes den første darten 390 umiddelbart før sementen bringes til å strømme nede i hullet, og den annen dart 290 slippes umiddelbart etter strømmen av sement nede i hullet, for å tilveiebringe inneslutning og å hindre at sementen blandes med borefluid nede i hullet.

Fig. 4 viser en modifisert sementeringsmanifold 400 som inneholder kun en stor elastomerisk kule 495. Sementeringsmanifolden 400 omfatter den øvre kappe 210, den nedre kappe 230, og en enkelt ventil 270 som fungerer som holde/slippe-mekanisme for kulen, hvilket er de samme komponenter som brukes i manifoldene 200, 300 på fig. 2 henholdsvis 3. En spesielt utformet større kulebeholder 460 er imidlertid anordnet over ventilen 270 inne i den øvre kappe 210 og den nedre kappe 230. Beholderen 460 inkluderer en øvre forstørret boring 462 og en nedre boring 464 med redusert diameter, hvilke mellom seg danner en konisk utformet overgang 466. Den forstørrede kule 495 er mottatt i den forstørrede boring 462, og presses ved hjelp av overgangen 466 inn i boringen 464 med redusert diameter, for utsetting nede i hullet. Det elastomeriske materialet i kulen 495 tillater at kulen 495 komprimeres slik at den passer inn i boringen 464 med redusert diameter.

De foretrukne sementeringsmanifolder 200, 300, 400 ifølge den foreliggende oppfinnelse har således en rekke fordeler. Særlig er det enkelt å montere og demontere manifoldene 200, 300, 400, hvilket tilveiebringer mulighet for å fylle dem på ny på feltet. Manifoldene 200, 300, 400 inkluderer fortrinnsvis holdere 280 som tillater overføring av høyt dreiemoment uten at dette fordrer forhåndspåført dreiemoment på gjengeforbindelsene. I tillegg inkluderer manifoldene 200, 300, 400 fortrinnsvis modulære hus 220, 320 som kan stables sammen og forbindes innbyrdes for å tilføre mulighet for å bruke flere darter eller flere kuler etter ønske, hvilket tilveiebringer en høy grad av fleksibilitet. Videre inkluderer manifoldene 200, 300, 400 fortrinnsvis identiske, ombyttbare ventiler 250, 270, 350 som kun krever en dreining på 90° for å åpne eller stenge. Ventilene 250, 270, 350 er fortrinnsvis trykkbalansert for å minimalisere motstand mot rotasjon, hvilket muliggjør utløsing av dartene 290, 390 og kulene 295, 495 under strømning. Ventilene 250, 270, 350 inkluderer også fortrinnsvis store gjennomgående boringer 750, 285, 385 for å minimalisere strømningserosjon. I tillegg tilveiebringer manifoldene 200, 300, 400 fortrinnsvis mulighet for innvendig omløp, innvendig belastede darter 290, 390 og kuler 295, 495, og ventillegemer 252, 272, 352 som er installert innvendig. Det er således kun ventilskaftene 256, 276, 356 med liten diameter som rager ut på utsiden av de trykkinneholdende husene 220, 320 og den nedre kappe 230, hvilket minimaliserer penetreringer som virker som spenningskonsentrasjonsområder. Videre er det ingen utvendig monterte komponenter som er sveiset eller gjenget.

Claims (21)

1. Anordning for sementering av en streng av rør i et borehull, hvilken anordning omfatter: en innlukning (200, 300) som har en gjennomgående boring (224); en aksialt fastgjort kulebeholder (260) som har en gjennomgående kuleåpning (264); et kuleformet ventilelement (270) som har et ventillegeme (272) plassert innvendig i boringen (224); en kule (295) anordnet i kuleåpningen (264);karakterisert ved at nevnte kuleformede ventilelement (270) har en holdeposisjon som lukker den kuleformede åpningen (264) og en slippeposisjon som åpner kuleåpningen (264) for å løsgjøre kulen (295).

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende: en første dartbeholder (240) som har en gjennomgående dartåpning (244); et første ventilelement (250) for en dart med et ventillegeme (252) plassert innvendig i boringen (264); en dart (290) anordnet i dartåpningen; hvori nevnte første ventilelement (250) for en dart har en holdeposisjon som lukker dartåpningen (244) og en slippeposisjon som åpner dartbeholderen (244) for å løse ut darten (290).

3. Anordning ifølge krav 2, videre omfattende strømningsomløp (249) rundt ventilelementene for kulen og darten gjennom boringen (224).

4. Anordning ifølge krav 3, hvor et første strømningsløp er dannet når de første ventilelementene for kulen og darten er i holdeposisjonen, idet det første strømningsløp forløper gjennom boringen (224) og strømningsomløpene.

5. Anordning ifølge krav 3, hvor et annet strømningsløp er dannet når det første ventilelementet (270) for darten er i holdeposisjonen og ventilelementet (270) for kulen er i slippeposisjonen, idet det annet strømningsløp forløper gjennom boringen (224), gjennom omløpet rundt det første ventilelementet (270) for darten, og gjennom ventilelementet (270) for kulen.

6. Anordning ifølge krav 3, hvor et tredje strømningsløp er dannet når ventilelementene for darten og kulen er i slippeposisjonen, idet det tredje strømningsløp forløper gjennom boringen (224) og gjennom nevnte første ventilelementer for darten og kulen.

7. Anordning ifølge krav 2, hvor innelukningen omfatter: et første element (210) hvor boringen (224) går gjennom for fluidstrøm; et annet element (230) hvor boringen (224) går gjennom for fluidstrøm; et modulært legeme (220) som forbinder det første og annet element, idet boringen (224) går gjennom det modulære legeme(220); nevnte første dartbeholder og første ventilelementet (270) for darten er montert inne i det modulære legeme; og kulebeholderen (260) og ventilelementet (270) for kulen er montert inne i det annet element.

8. Anordning ifølge krav 1, hvor ventilelementet (270) for kulen videre omfatter: en plugg (274) som har en holdeposisjon og en slippeposisjon.

9. Anordning ifølge krav 8, hvor pluggen inkluderer en gjennomgående passasje (285) og en tversgående passasje (287), idet den gjennomgående passasje forløper gjennom pluggen og den tversgående passasje forløper på tvers fra den gjennomgående passasje, gjennom en side av pluggen.

10. Anordning ifølge krav 9, videre omfattende et tilstoppingselement (289) som strekker seg inn i den tversgående passasje.

11. Anordning ifølge krav 8, hvor ventillegemet inkluderer en gjennomgående omløpsport (266) som tillater fluidstrøm rundt ventilelementet (270) for kulen uansett om ventilelementet (270) for kulen er i holdeposisjonen eller slippeposisjonen.

12. Anordning ifølge krav 1, hvor kulebeholderen (260) omfatter to separerbare partier.

13. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et strømningsomløp (249) rundt ventilelementet (270) for kulen, gjennom boringen (224).

14. Anordning i følge krav 2, videre omfattende: et øvre element (210); en første utsendelsesenhet inkludert den første dartbeholderen (240) og det første ventilelement (250) for en dart, anordnet inne i et første modulært element (220); en annen utsendelsesenhet inkludert en annen dartbeholder (340) og et annet ventilelement (250) for en dart, anordnet med et annet modulært element (320); og en tredje utsendelsesenhet inkludert kulebeholderen (260) og ventilelementet (270) for en kule, anordnet inne i et nedre element (230); hvori nevnte innlukning (200, 300) omfatter det øvre element, det første modulelement, det andre modulelement og det nedre element.

15. Anordning ifølge krav 14, hvor den annen utsendelsesenhet er ombyttbar med den første utsendelsesenhet.

16. Anordning ifølge krav 14, hvor de første og de andre ventilelementene er ombyttbare.

17. Anordning ifølge krav 14, hvor ethvert antall utsendelsesenheter kan tilføyes mellom det øvre element og den tredje utsendelsesenhet.

18. Anordning i følge krav 1, omfattende: en svivel (900).

19. Anordning ifølge krav 18, hvor svivelen videre omfatter: et utvendig stasjonært element (920) med sementforbindelser (940); og et innvendig roterende element (910) med en gjennomgående boring (905); hvor det utvendige stasjonære element er dannet av ett stykke.

20. Anordning ifølge krav 19, hvor svivelen videre omfatter vinklede porter (960) som strekker seg mellom sementforbindelsene og boringen.

21. Fremgangsmåte til å slippe innretninger fra en anordning inn i et borehull, karakterisert ved at den omfatter forhåndsinnsetting av en dartinnretning inn i en åpning i en dartbeholder og en kuleinnretning inn i en åpning av kulebeholderen inne i en boring (224) i anordningen; strømming av fluid gjennom boringen (224); isolering av dartbeholderens åpning og åpningen i kulebeholderen fra det strømmende fluid når anordningen er i en holdeposisjon; slipping av kuleinnretningen inn i borehullet mens fluidet strømmer gjennom boringen (224); og slipping av dartinnretningen inn i borehullet mens fluidet strømmer gjennom boringen (224).