NO844004L

NO844004L - Bøsning ROER SECTION

Info

Publication number: NO844004L
Application number: NO844004A
Authority: NO
Inventors: Peter John Michael Hogarth
Original assignee: Peter John Michael Hogarth
Priority date: 1983-10-08
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1985-04-09
Also published as: GB8326961D0; GB8424960D0; GB2147641A

Description

Denne oppfinnelse angår anordninger for å forbedre inn-pumping av sement i borehull. This invention relates to devices for improving the pumping of cement into boreholes.

Ved boring av et borehull blir først borehullet utformet og et foringsrør innført for foring av hullet. Foringsrøret er sammensatt av et antall sylindriske seksjoner som i rekke-følge føres ned i hullet og sammenskrues ende mot ende. Etter hvert som man kommer dypere minskes foringsrørets diameter. When drilling a borehole, the borehole is first designed and a casing pipe inserted to line the hole. The casing is composed of a number of cylindrical sections which are successively guided down the hole and screwed together end to end. As you go deeper, the diameter of the casing decreases.

Det er derfor vanlig å nedføre et antall foringsrørlengder av konstant diameter i hullet, deretter pumpe sement ned i forings-røret, ut av foringsrørets ende og inn i spalten mellom bore-hullveggen og foringsrørets yttervegg for avtetting av konstruk-sjonen samt for å holde den på plass, og når denne sementerings-operasjon er fullført føres ytterligere, sylindriske foringsrør-seksjoner med minsket diameter ned gjennom den første forings-rørseksjon og sammenskrues slik at de strekker seg nedad fra den første seksjon. Disse fremgangsmåtetrinn gjentas så med foringsrørseksjoner med minsket diameter. Det er også vanlig å anordne en sko ved bunnenden av den forreste foringsrørseksjon eller en innvendig krage et stykke nede langs den forreste foringsrørseksjon. It is therefore common to lower a number of casing lengths of constant diameter into the hole, then pump cement down into the casing, out of the end of the casing and into the gap between the borehole wall and the outer wall of the casing to seal the structure and to hold it in place, and when this cementing operation is complete, additional cylindrical casing sections of reduced diameter are passed down through the first casing section and screwed together so that they extend downward from the first section. These process steps are then repeated with casing sections of reduced diameter. It is also common to arrange a shoe at the bottom end of the front casing section or an internal collar some distance down the front casing section.

Ved utførelse av slike sementeringsteknikker oppstår der et problem p.g.a. "frittfallende" sement som opptrer under den innledende nedpumping av sementblanding i foringsrøret. Særlig med foringsrør av mindre størrelse, fra 100 mm diameter opp til 340 mm diamter, faller sementmassen fritt uten kontroll, og p.g.a. de trykk som hersker ved foringsrørets bunnende har sementen en tendens til å danne kanaler idet den forlater foringsrørbunnen, og straks disse kanaler har dannet seg har de en tendens til å hindre videre sementstrømning. Dette kan forårsake problemer ved pumpeoperasjonen, samt også føre til at sementen får mindre evne til å holde foringsrøret fast i stilling i borehullet. When carrying out such cementing techniques, a problem arises due to "free-falling" cement that occurs during the initial pumping down of cement mixture into the casing. Especially with casing pipes of smaller size, from 100 mm diameter up to 340 mm diamter, the cement mass falls freely without control, and due to the pressures that prevail at the bottom of the casing, the cement tends to form channels as it leaves the bottom of the casing, and as soon as these channels have formed, they tend to prevent further cement flow. This can cause problems during the pumping operation, as well as causing the cement to have less ability to hold the casing firmly in position in the borehole.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe midler hvorved sementmassens frie fall gjennom forings-røret kan kontrolleres. It is an object of the present invention to provide means by which the free fall of the cement mass through the casing can be controlled.

Dette oppnås ifølge foreliggende oppfinnelse ved bruk av en tilbakeslagsventil enten i foringsrørskoen ved bunnenden av den forreste foringsrørseksjon eller i en krage et stykke nede langs én av foringsrørseksjonene. Ved å bruke en tilbakeslags ventil i foringsrørskoen eller kragen vil skoen eller kragen holde det innstrømmende sementslam tilbake inntil der i forings-røret er bygget opp tilstrekkelig trykk til å åpne ventilen og derved tillate sementslammet å strømme ut av skoen eller kragen som en kontinuerlig utstrømmende masse. This is achieved according to the present invention by using a non-return valve either in the casing shoe at the bottom end of the front casing section or in a collar some distance down along one of the casing sections. By using a non-return valve in the casing shoe or collar, the shoe or collar will hold back the inflowing cement slurry until sufficient pressure has built up in the casing to open the valve and thereby allow the cement slurry to flow out of the shoe or collar as a continuous outflowing mass .

Ved et foretrukket arrangement i henhold til oppfinnelsen er tilbakeslagsventilen innrettet til å åpne ved et trykk i In a preferred arrangement according to the invention, the non-return valve is arranged to open at a pressure i

2 2

størrelsesorden 35 kg/cm .order of magnitude 35 kg/cm .

I det følgende skal som eksempel beskrives en for tiden foretrukket utføringsform av en foringsrørsko og krage innbe-fattende en tilbakeslagsventil, i tilknytning til tegningen hvor: figur 1 er et lengdesnitt gjennom foringsrørseksjonens endeparti utstyrt med rørskoen og tilbakeslagsventilen, In the following, as an example, a currently preferred embodiment of a casing shoe and collar including a non-return valve will be described, in connection with the drawing where: figure 1 is a longitudinal section through the end part of the casing section equipped with the pipe shoe and the non-return valve,

figur 2 er et enderiss av holderplaten til tilbakeslagsventilen i rørskoen i figur 1, og figure 2 is an end view of the holder plate of the non-return valve in the tube shoe in figure 1, and

figur 3 er et lengdesnitt gjennom en foringsrørseksjon utstyrt med en krage som opptar en tilbakeslagsventil. Figure 3 is a longitudinal section through a casing section fitted with a collar which accommodates a check valve.

I figur 1 vises forreste ende, d.v.s. bunnenden, av en foringsrørseksjon 10 som innvendig er utstyrt med en forings-rørsko 12 av sement. Den øvre, d.v.s. venstre ende av forings-røret 10 har innvendige skruegjenger innrettet til å oppta en annen foringsrørseksjon, og et sylindrisk hull er utformet gjennom rørskoens 12 øvre ende. Innvendig i rørskoen er der anordnet et todelt hus 14a, 14b som danner et kammer 16 i hvilket er plassert en kule 18. Som vist hviler kulen 18 på ribber som er anordnet med lik innbyrdes avstand rundt huset med mellomrom for gjennomstrømning av sement forbi kulen. En boring 20 strekker seg inn i kulekammeret 16 for innstrømning av sement til rørskoen. En tetningsring 22 er anordnet i kulekammerets 16 øvre vegg for tettende inngrep med kulen 18 når den er forskjøvet oppad under bruk, d.v.s. til venstre som vist i tegningen. Figure 1 shows the front end, i.e. the bottom end, of a casing section 10 which is internally equipped with a casing shoe 12 made of cement. The upper, i.e. the left end of the casing 10 has internal screw threads arranged to receive another casing section, and a cylindrical hole is formed through the upper end of the casing shoe 12. Inside the tube shoe, a two-part housing 14a, 14b is arranged which forms a chamber 16 in which a ball 18 is placed. As shown, the ball 18 rests on ribs which are arranged at equal distances around the housing with spaces for the flow of cement past the ball. A bore 20 extends into the ball chamber 16 for inflow of cement to the tube shoe. A sealing ring 22 is arranged in the upper wall of the ball chamber 16 for sealing engagement with the ball 18 when it is displaced upwards during use, i.e. to the left as shown in the drawing.

I rørskoen er der også anordnet en holderplate 24 somA holder plate 24 is also arranged in the tube shoe which

også virker som en strømningsregulatorplate. Platen 24 er gjengeforbundet med en ringformet hylse 25 som i sin tur er gjengeforbundet med huspartiet 14b. Som vist i enderisset av denne plate 24, er den utformet med tre bueformete strømnings-porter 26 som danner rørskoens strømningsareal. Holderplaten also acts as a flow regulator plate. The plate 24 is threadedly connected to an annular sleeve 25 which in turn is threadedly connected to the housing portion 14b. As shown in the end view of this plate 24, it is designed with three arc-shaped flow ports 26 which form the pipe shoe's flow area. The holder plate

24 omfatter også et hult sylindrisk tapp-parti 28 som strekker seg aksielt innad fra skoens utløpsende og som danner en ytre sylindrisk overflate på hvilken et hult stempel 30 kan bevege seg. Stempelet 30 omfatter et stempelhode 32, et ringformet hylseparti 34 som strekker seg i et overlappende forhold til tappen 28, med mellomliggende O-ring-tetningsorganer og en sentral stamme 35 som er beliggende ved dets ende motsatt stempelhodet i et sentralt hull gjennom holderplaten 24. En fjær 36 er anordnet som spennorgan for stempelet 30. Fjærens 36 ene ende ligger an mot stempelhodet 32 og dens andre ende ligger an mot holderplatens 24 innside. Med denne konstruksjon dannes et strømningskammer 3 8 rundt stempelhylsens 34 tapp-partiets 28 utside. En luftkanal gjennom stempelstammen 35 24 also comprises a hollow cylindrical pin portion 28 which extends axially inwards from the outlet end of the shoe and which forms an outer cylindrical surface on which a hollow piston 30 can move. The piston 30 comprises a piston head 32, an annular sleeve portion 34 which extends in an overlapping relationship with the pin 28, with intermediate O-ring sealing means and a central stem 35 which is located at its end opposite the piston head in a central hole through the holder plate 24. A spring 36 is arranged as a tension member for the piston 30. One end of the spring 36 rests against the piston head 32 and its other end rests against the inside of the holder plate 24. With this construction, a flow chamber 38 is formed around the outside of the pin portion 28 of the piston sleeve 34. An air channel through the piston rod 35

inn til det indre fjærkammer er angitt ved 40.in until the inner spring chamber is indicated at 40.

I en foretrukket utføringsform er eksempelvis innløps-boringens 20 diameter 50 mm, kulekammerets 16 diameter 100 mm, kulen har en diameter på 62 mm, stempelhodet 32 har en diameter på 100 mm og kammeret 28 har en diameter på 150 mm. Med disse dimensjoner blir tverrsnitts- eller strømningsarealet gjennom kammeret 38 ca. 4 ganger strømningsarealet gjennom boringen 20. Utløpsportene 26 i platen 24 er slik dimensjonert at strømnings-arealet ut fra skoen er stort sett lik strømningsarealet gjennom kammeret 38. Med et slikt arrangement kan hele trykket opprett-holdes i foringsrøret og innføringen av sement i foringsrøret In a preferred embodiment, for example, the diameter of the inlet bore 20 is 50 mm, the diameter of the ball chamber 16 is 100 mm, the ball has a diameter of 62 mm, the piston head 32 has a diameter of 100 mm and the chamber 28 has a diameter of 150 mm. With these dimensions, the cross-sectional or flow area through the chamber 38 is approx. 4 times the flow area through the bore 20. The outlet ports 26 in the plate 24 are dimensioned in such a way that the flow area out of the shoe is largely equal to the flow area through the chamber 38. With such an arrangement, the entire pressure can be maintained in the casing and the introduction of cement into the casing

kan reguleres ved hjelp av rigg-pumpene.can be regulated using the rig pumps.

Det vesentlige ved anordningen ligger i tilbakeslagsventilen som består av stempelet 30 og fjæren 36. Fjæren 36 er fortrinnsvis en varmebehandlet fosfor-bronse-fjær som er mon-tert i foringsrørskoen i svakt sammentrykket tilstand. Stempelet 30 kan forskyves mot kraften fra fjæren 36 og har en forutbestemt maksimal bevegelsesstrekning mellom helt lukket og helt åpen stilling. Bevegelsesstrekningen kan gjøres regu-lerbar. I den foretrukne utføringsform, hvis dimensjoner er angitt ovenfor, arbeider skoen tilfredsstillende dersom fjæren er slik at der innledningsvis er nødvendig med et starttrykk på 35 kg/cm 2 for å forskyve stempelet 30 fra dets sete. Det fjærbelastede stempel 30 kan være innrettet til å ha en maksimal bevegelsesstrekning på 50 mm, med et trykk på 70 kg/cm 2 for fullstendig åpning av stempelet 30. Dersom starttrykket er for lavt kan et ringformet mellomlegg (ikke vist) av aluminium anordnes under fjæren 36 for å kompensere for dette. The essential part of the device lies in the non-return valve which consists of the piston 30 and the spring 36. The spring 36 is preferably a heat-treated phosphor bronze spring which is mounted in the casing shoe in a slightly compressed state. The piston 30 can be displaced against the force of the spring 36 and has a predetermined maximum range of movement between fully closed and fully open positions. The range of motion can be made adjustable. In the preferred embodiment, the dimensions of which are given above, the shoe works satisfactorily if the spring is such that an initial pressure of 35 kg/cm 2 is initially required to displace the piston 30 from its seat. The spring-loaded piston 30 can be arranged to have a maximum travel range of 50 mm, with a pressure of 70 kg/cm 2 for complete opening of the piston 30. If the initial pressure is too low, an annular spacer (not shown) of aluminum can be arranged under the spring 36 to compensate for this.

Selv om tilbakeslagsventilen ovenfor er beskrevet som anordnet i en foringsrørsko ved foringsrørets bunnende, kan den alternativt anordnes i en krage beliggende i et av forings-rørseks jonene , fortrinnsvis den nederste foringsrørseksjon, Although the check valve above is described as arranged in a casing shoe at the bottom of the casing, it can alternatively be arranged in a collar located in one of the casing sections, preferably the bottom casing section,

for derved å utøve den samme funksjon, nemlig å tilbakeholde den fallende sement inntil et tilstrekkelig trykk er bygget opp i foringsrøret. Et slikt arrangement er vist i figur 3. thereby performing the same function, namely to hold back the falling cement until a sufficient pressure has built up in the casing. Such an arrangement is shown in Figure 3.

Claims

1. Borehole casing section comprising a metal pipe which is equipped at its front end with a casing shoe, characterized in that a check valve is arranged in the pipe shoe to prevent flow material from passing out of the casing section's front end until the pressure in the casing section has reached a predetermined value.

2. Borehole casing section comprising a metal pipe equipped with an internal annular collar, characterized in that a check valve is arranged in the collar to prevent flow material from passing through the collar in the direction towards the outlet end of the casing section until the pressure in the casing section on the inlet side of the collar has reached a predetermined value.

3. Casing section according to claim 1 or 2, characterized in that the non-return valve is located on the center axis of the casing section with a flow channel through it, and that the cross-sectional area of the flow channel through the non-return valve is in the order of four times the cross-sectional area of an inlet port for material flowing into the non-return valve from the casing-pipe six ion .

4. Casing section according to one of the preceding claims, characterized in that the non-return valve comprises a large rigid cylindrical housing, a piston which can move in the longitudinal direction in the housing, a spring device which bends the piston towards the inlet end of the casing section, a seat surface against which the piston rests when the pressure is less than said predetermined pressure, and a holding device at the outlet end of the non-return valve against which the spring device abuts.

5. Casing pipe section according to claim 4, characterized in that the piston comprises a cylindrical stem part whose outer end is situated in a hole in the holder device which comprises a plate designed with holes.

6. Casing section according to claim 4 or 5, characterized in that the housing at the inlet side of the piston forms a chamber into which the flow material initially flows, in which chamber a ball valve is arranged to prevent the flow of material in the opposite direction towards the inlet end of the casing section.