NO872465L - Borehull-sementeringsverkt. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et verktøy for anvendelse ved borehull-sementeringsoperasjoner, og særlig en sementinnsprøy-tingshylse som kan benyttes for sementering av et foringsrør 1 et borehull, eller for sementering av et foringsrør, en foring eller et annet rør med liten diameter inne i et forings-rør med stor diameter.

Ved brønnborings- og brønnkompletteringsoperasjoner er det vanlig praksis å installere et foringsrør eller et annet rør i et brønnhull eller borehull ved å opphenge forings-røret eller røret på et ønsket sted i borehullet, slik at det dannes et ringrom som omgir den ytre røroverflate, og deretter innsprøyte en. sementvelling i ringrommet via rørets indre og radiale portåpninger som er dannet i en sementinn-sprøytingshylse som er montert nær bunnen av røret. En metode av denne type er eksempelvis vist. i US-patentskrift 2 363 269. Når sementen til slutt størkner i stilling rundt røret, danner den en plugg som er ment å fylle fullstendig ringrommet rundt røret.

Under sementeringsoperasjonen og mens sementen presses oppover gjennom ringrommet, stiger den mot boreslammet som fyller hullet ved dette tidspunkt. I virkeligheten forsky-ver sementvellingen dette boreslam og skyver det oppover foran seg. På grunn av forskjellige faktorer, såsom tilstedeværelsen av et gel-liknende boreslam i ringrommet eller tilstedeværelsen av en klebrig slamkake langs borehullet, stiger ikke alltid sementvellingen på ensartet måte i ringrommet, men i stedet danner sementvellingen iblant kanaler oppover gjennom slammet eller slamkaken, og forringer dermed tetnings- og bindekraften til sementpluggen når den er størknet.

De mekaniske omrøringskrefter som er nødvendige for å rengjøre ringrommet og for å hindre kanaldannelse av sementvellingen, er tradisjonelt blitt oppnådd ved benyttelse av skrapere og turbulensgenererende anordninger på ytterveggen av foringsrøret eller et annet brønnrør. Turbulensgenererende anordninger av denne type er vist f.eks. i US-patentskriftene 2 312 600, 2 602 512, 3 072 195 og 3 176 771 . De anordninger som er kjent fra disse patentskrifter, har skruelinjeformede blad som er montert med innbyrdes mellomrom på den ytre over flate av brønnrøret, slik at de bringer sementvellingen til å følge en spiralliknende strømningsbane ved innsprøyting i det nevnte ringrom. De viktigste ulemper ved de for tiden kjente, turbulensgenererende anordninger er deres skrøpelighet og tendensen til å forårsake i det minste en viss strømningsbe-grensning i ringrommet. Tilstedeværelsen av en strømningsbe-grensning i ringrommet er uønsket da det har den konsekvens at det med et visst pumpetrykk oppnås en lavere sementsirkula-sjonshastighet.

Det er følgelig et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe en ny form for brønnsementeringsverktøy for frembringelse av turbulens i sement- eller slamstrøm gjennom det ringrom som omgir et foringsrør eller et annet brønnrør under sementeringsoperasjoner.

Sementeringsverktøyet ifølge oppfinnelsen består av en mansjett eller hylse som har en rørformet vegg med en lengdeakse, og et antall portåpninger som er dannet i den rørformede vegg for å tillate en sementvelling å sprøytes fra hylsens indre inn i et ringrom som omgir hylsen, idet hver av portåpningene har en sentral akse som krysser hylsens lengdeakse på en valgt avstand.

Arrangementet av portåpninger i hylsen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å innsprøyte sementvellingen slik at den oppnår en virvlende bevegelse gjennom ringrommet umiddelbart etter innsprøyting av denne i ringrommet.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser et langsgående snitt gjennom et brønnsementerings-verktøy som omfatter oppfinnelsen, og fig. 2 viser et tverr-snitt etter linjen II-II på fig. 1, sett i retning av pilene.

Det på fig. 1 og 2 viste borehull-sementeringsverk-tøy består av en i hovedsaken rørformet sementeringshylse 1 som ved sin øvre og nedre ende er forsynt med henholdsvis en hunn- og en hann-gjengekrage 2, 3, for tilkopling av hylsen

1 til tilstøtende seksjoner av en foringsrørstreng (ikke vist). Hylsen 1 har en lengdeakse I og er forsynt med en rekke portåpninger 5 som setter en sementvelling som pumpes ned gjennom f oringsrørs trengen, som angitt ved en pil III, i stand til

å unnslippe inn i et ringrom 6 som er dannet mellom hylsens ytre overflate og en borehullvegg 7, og deretter å vandre i oppadgående retning gjennom ringrommet 6, som angitt ved piler IV.

Sementeringshylser (sementing collars) av denne type betegnes vanligvis som flertrinns sementeringshylser, og de kan monteres i flere nivåer i et borehull-foringsrør for å sementere foringsrøret inne i et borehull langs en valgt avstand, hvilken avstand vanligvis spenner enten over avstanden mellom to sementeringshylser eller mellomrommet mellom den øverste hylse og foringsrørets topp. For å lette sementinn-sprøyting gjennom den nederste hylse først og senere gjennom hylser som er beliggende på høyere nivåer, er hver hylse eller mansjett på sin innside vanligvis forsynt med en åpnende hylse og en lukkende hylse (ikke vist), hvilke hylser (sleeves) kan beveges aksialt i nedadgående retning langs innerveggen av hylsen 1 ved hjelp av nedpumpingsplugger (ikke vist), slik at portåpningene åpnes og lukkes etter ønske. Da flertrinns-sémenteringsprosesser er i og for seg kjent for fagfolk på området, er det ikke nødvendig med noen detaljert beskrivelse av disse.

I de kjente sementinnsprøytingshylser består portåpningene av boringer som er boret i radial retning gjennom hylsens rørformede vegg. Dette bringer sementvellingen som innsprøytes gjennom hylsen, til å sprute med høy hastighet mot borehullveggen og til senere å vandre i oppadgående retning gjennom ringrommet som omgir foringsrørstrengen. Slik det er kjent i teknikken, f.eks. fra US-patentskrift 3 072 195, kan sementvellingen, etter innsprøyting av denne i ringrommet, tvinges til å følge, en spiralliknende strømningsbane gjennom ringrommet ved hjelp av blad som er montert på utsiden av foringsrørstrengen og er skråttstilt i forhold til dennes lengdeakse.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er portåpningene 5 boret med en slik skråttstilt orientering gjennom hylsens 1 rørformede vegg at sementvellingen umiddelbart etter inn-sprøyting gjennom portåpningene 5 følger en virvlende strøm-ningsbane gjennom ringrommet 6. For dette formål er portåpnin- genes 5 orientering valgt slik at den sentrale akse V for hver portåpning 5 krysser hylsens 1 lengdeakse I på en valgt avs tand.

I det eksempel som er vist på tegningen, oppnås dette ved å bore portåpningene 5 slik at disses sentrale akser V er tangentiale til overflaten av en hypotetisk, matematisk kjegle som er illustrert med stiplede linjer X, hvilken kjegle, når hylsen 1 er installert i en borehull-foringsrørstreng, peker mot bunnen av borehullet. Denne matematiske kjegle har en toppvinkel A som fortrinnsvis er valgt mellom 60° og 120°. Videre har hver av portåpningene 5 lik orientering i forhold til hylsens 1 lengdeakse I, hvilken orientering er valgt slik at hver åpnings 5 sentrale akse V krysser hylsens lengdeakse i en forutbestemt vinkel som ligger mellom 0° og 90°. Den nevnte, forutbestemte vinkel velges fortrinnsvis mellom 30° og 60°.

Hensikten med det skråttstilte arrangement av portåpningene 5 i overensstemmelse med oppfinnelsen er å skape en virvel i strømmen gjennom ringrommet 6 av en sementvelling og/eller en rengjørings- eller borevæske som skyves fremover av klumpen av sementvelling under sementering. Som følge av den nevnte virvel oppnås høye væskehastigheter i ringrommet, slik at slamkaken, gel-liknende boreslam eller andre forurens-ninger spyles bort fra borehullveggen og den ytre overflate av foringsrøret, og en god binding av sementen til den nevnte vegg og overflate oppnås. Frembringelsen av en virvel ved hjelp av de skråttstilte portåpninger ifølge oppfinnelsen eliminerer behovet for benyttelse av spiraldannende ribber på foringsrørets ytre overflate, i det minste i området nær portåpningene. Sådanne spiraldannende ribber har en tendens til å forårsake i det minste en viss strømningsbegrensning i ringrommet 6. Eliminasjon av strømningsbegrensning i ringrommet har den fordel at det med et visst pumpetrykk fra sement-innsprøytingspumpene kan oppnås en høyere sementsirkulasjons-hastighet, hvilket er gunstig for en ensartet stigning av sementvellingen gjennom ringrommet og for optimalisert rengjø-ring av ringrommet.

Det vil være klart at den viste utførelse av opp finnelsen bare er "et eksempel og at forskjellige modifikasjoner av oppfinnelsen vil bli åpenbare for fagfolk på området ut fra den foregående beskrivelse og tegningen. Sådanne modifikasjoner er ment å falle innenfor rammen av de etterfølgende krav.

Claims (7)

1. Sementinnsprøytingshylse for anvendelse ved borehull-sementeringsoperasjoner, hvilken hylse har en rørformet vegg med en lengdeakse, og et antall portåpninger som er dannet i den rørformede vegg for å tillate en sementvelling å sprøytes fra hylsens indre inn i et ringrom som omgir hylsen, KARAKTERISERT VED at hver av portåpningene har en sentral akse som krysser hylsens lengdeakse på en valgt avstand.

2. Hylse ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at portåp-ningenes sentrale akser er beliggende tangentialt til en matematisk kjegle som har en symmetriakse som er koaksial med hylsens lengdeakse.

3. Hylse ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den matematiske kjegle har en toppvinkel mellom 60 og 120°.

4. Hylse ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at portåpningene er anordnet slik at toppen av den matematiske kjegle, når hylsen er installert i et borehull, peker mot bunnen av borehullet.

5. Hylse ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at portåpningene har i hovedsaken sylindrisk form.

6. Hylse ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at portåp-ningenes sentrale akser krysser hylsens lengdeakse på i hovedsaken like avstander.

7. Hylse ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at portåpningene har i hovedsaken like orienteringer i forhold til hylsens lengdeakse.