DE1124002B

DE1124002B - Valve device for regulating the liquid filling of a pipe string when it is lowered into a borehole

Info

Publication number: DE1124002B
Application number: DEB53444A
Authority: DE
Inventors: John Francis Muse; William Desmond Myers
Original assignee: Baker Oil Tools Inc
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1959-06-03
Filing date: 1959-06-03
Publication date: 1962-02-22

Description

Ventilvorrichtung zum Regeln der Flüssigkeitsfüllung eines Rohrstrangs beim Herablassen in ein Bohrloch Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilvorrichtung zum Regeln der Flüssigkeitsfüllung eines Rohrstranges beim Herablassen in ein Bohrloch.Valve device for regulating the liquid filling of a pipe string when lowering into a borehole The invention relates to a valve device for regulating the fluid filling of a pipe string when it is lowered into a borehole.

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Einbau in einen Rohrstrang zwecks Regelung des selbsttätigen Füllens des Rohrstranges. während des Absenkens der Rohrstranges, wobei Durchtritt von Flüssigkeit in den Strang nach unten jederzeit möglich ist, ohne die anschließende geregelte Füllung des Rohrstranges mit Bohrflüssigkeit zu beeinträchtigen.The invention relates to a valve device for installation in a Pipe string for the purpose of regulating the automatic filling of the pipe string. during the Lowering the pipe string, causing liquid to pass into the string after below is possible at any time without the subsequent regulated filling of the pipe string affect with drilling fluid.

Die Ventilvorrichtung ist in bekannter Weise in einem Rohrstrangabschnitt angeordnet und besteht aus einem oberen hülsenförmigen, axial begrenzt verschiebbaren Ventilglied, das mit einem unteren Ventilglied, welches konzentrisch zum oberen Ventilglied angeordnet ist, zur Anlage, gebracht werden kann und dabei den Durchfluß von Flüssigkeit durch das obere Ventilglied sperrt. Die Ventilvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das genannte untere Ventilglied hin- und herverschiebbar angeordnet ist, so daß es sich, wenn erforderlich, vom oberen Ventilghed entfernen kann, um dabei eine Abwärtsströmung von Flüssigkeit durch das obere Ventilglied hindurch zu ermöglichen.The valve device is in a known manner in a pipe string section arranged and consists of an upper sleeve-shaped, axially movable to a limited extent Valve member with a lower valve member which is concentric to the upper Valve member is arranged, to the plant, can be brought and thereby the flow blocks of liquid through the upper valve member. The valve device is thereby characterized in that said lower valve member is arranged to be slidable back and forth so that it can move away from the upper valve hood if necessary to thereby a downward flow of liquid through the upper valve member to enable.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß eine Verschiebung des unteren Ventilgliedes nicht mehr wie in bekannten Einrichtungen durch das Ab- scheren von am Ventilglied angeordneten Befestigungssehrauben erfolgen muß.The arrangement according to the invention has the advantage that the lower valve member no longer has to be displaced, as in known devices, by shearing off fastening screws arranged on the valve member.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung bei geschlossener Ventilstellung, Fig. 2 einen Schnitt ähnlich demjenigen nach Fig. 1, jedoch bei offener Ventilstellung, Fig. 3 einen Schnitt ähnlich der Fig. 1, welcher den Zustand der Ventilvorrichtungwährend des Abwärtsflusses von Flüssigkeit zeigt, und Fig. 4 einen Schnitt ähnlich der Fig. 3, welcher ein Rückschlagventil der Ventilvorrichtung im ausgelösten Zustand zeigt.A preferred embodiment of the invention is shown in the drawings. Fig. 1 shows a longitudinal section through the valve device according to the invention in the closed valve position, Fig. 2 shows a section similar to that of Fig. 1, but in the open valve position, Fig. 3 shows a section similar to Fig. 1, showing the state of the valve device during the downward flow of liquid, and FIG. 4 shows a section similar to FIG. 3, which shows a check valve of the valve device in the triggered state.

Das in den Zeichnungen wiedergegebene Gerät A bildet einen Teil des Verrohrungsstranges B, C zum Absenken in einem Bohrloch D. Ein solches Gerät kann, wie im einzelnen gezeigt, einen Zwischenabschnitt der Verrohrung bilden, es kann jedoch auch am unteren Ende der Verrohrung eingesetzt werden, so daß es als ein Verrohrungsschuh angesehen werden kann. The device A shown in the drawings forms part of the casing string B, C for lowering in a borehole D. Such a device can, as shown in detail, form an intermediate section of the casing, but it can also be used at the lower end of the casing, so that it can be viewed as a casing shoe.

Das Gerät A enthält einen äußeren Zylinder 10, der eine obere Gewindebüchse 11 zum Verschrauben mit dem unteren Ende eines angrenzenden oberen errohrungsabschnittes B besitzt; dieser Ab#schnitt bildet einen Teil der Verrohrung, die sich bis zum oberen Teil des Bohrloches erstreckt. Der Zylinder 10 enthält außerdem einen insbesondere schwach kegeligen unteren Gewindeteil 12, der mit der oberen Hülse 13 des angrenzenden unteren Verrohrungsabschnittes C verschraubt ist. Der Zylinder 10 besitzt einen in ihm vergossenen Zementpfropfen 14, dessen Umkreisrippen 15 beim Gießvorgang durch Innennuten 16 in dem Zylinder 10 gebildet werden, wodurch die Teile eine untrennbare Verbindung gegen Relativverschiebungen bilden.The apparatus A includes an outer cylinder 10 having an upper threaded sleeve 11 for screwing to the lower end of an adjacent upper tubing section B; this section forms part of the casing which extends to the top of the borehole. The cylinder 10 also contains an in particular slightly conical lower threaded part 12 which is screwed to the upper sleeve 13 of the adjacent lower tubing section C. The cylinder 10 has a cement plug 14 cast in it, the circumferential ribs 15 of which are formed by internal grooves 16 in the cylinder 10 during the casting process, whereby the parts form an inseparable connection against relative displacement.

Der Zementpfropfen 14 weist einen mittigen Durchlaß 17 auf, der in seinem unteren Teil von einem im Innern des Pfropfens durch Gießen befestigten Ventilsitz 18 umgeben ist. Dieser Ventilsitz ist durch ein Gegendruckventilorgan 19 wirksam, das in Gestalt eines Klappenventils wiedergegeben ist, das an einem im Ventilsitz gesicherten Drehzapfen 20 angebracht ist. Dieses Ventilorgan wird normalerweise in Aufwärtsrichtung im Eingriff mit seinem Gegensitz 18 durch eine um den Gelenkzapfen 20 herumgewundene Spiralfeder 21 getrieben, deren einer Arm 22 sich gegen den Ventilsitz und deren anderer Arm 23 gegen den Oberteil 19 des YJappenventils selbst abstützt.The cement plug 14 has a central passage 17 , which is surrounded in its lower part by a valve seat 18 fastened in the interior of the plug by casting. This valve seat is effective through a counter-pressure valve element 19 , which is shown in the form of a flap valve which is attached to a pivot pin 20 secured in the valve seat. This valve member is normally driven in an upward direction into engagement with its counter seat 18 by a spiral spring 21 wound around the pivot pin 20, one arm 22 of which is supported against the valve seat and the other arm 23 against the upper part 19 of the YJappenventils itself.

Der Ventilsitz 18 bildet tatsächlich einen Teil des von dem Sitz herunterhängenden oberen Gehäuseabschnittes 24 und wird im Innern des oberen Endes eines unteren Gehäuseabschnittes 25 gesteuert. Diese beiden Gehäuseabschnitte sind mit dem Zementpfropfen untrennbar vereinigL Der obere Gehäuseabschnitt 24 kann einen Ausschnitt oder ein Fenster 26 aufweisen, damit der Klappenventilteller 19 aus dem Eingriff mit seinem Sitz und im wesentlichen vollständig aus dem Weg der zu dem Sitz und von demselben strömenden Flüssigkeit, wie nachstehend näher erläutert, abwärts wegschwingen kann.The valve seat 18 actually forms part of the upper housing section 24 depending from the seat and is controlled inside the upper end of a lower housing section 25. These two housing sections are inextricably linked to the cement plug. The upper housing section 24 may have a cutout or window 26 to allow the flapper valve disc 19 to be disengaged from its seat and substantially completely out of the way of fluid flowing to and from the seat, such as explained in more detail below, can swing away downwards.

In dem Zylinder 10, und zwar im wesentlichen unterhalb des Gegendruckventils 19, ist eine Ventüvorrichtung 27 zum Halten des Ventilorgans 19 im Außereingriffzustand mit dem Sitz während des Herunterlassens des Gehäuseaufhängers durch die Flüssigkeit im Bohrloch sowie um der Bohrlochflüssigkeit zu gestatten, durch das Gerät und von dort in das Futterrohr B aufwärts zu strömen, eingefügt, um den Verrohrungsstrang mit der Bohrlochflüssigkeit bis an ein vorbestimmtes Niveau kontrollierbar zu füllen, das vorzugsweise tiefer als das Flüssigkeitsniveau außerhalb des Verrohrungsstranges liegen kann, und um das Abwärtspumpen der Flüssigkeit durch das GerätA jederzeit während des Herunterlassens der Verrohrung in das Bohrloch zu erlauben, ohne die spätere kontrollierbare Füllung der Verrohrung mit der Bohrlochflüssigkeit zu stören. Diese Vorrichtung ist im Innem der Gehäuseabschnitte 24, 25 angeordnet.In the cylinder 10, substantially below the back pressure valve 19, a valve device 27 for holding the valve member 19 in disengaged condition with the seat during the lowering of the housing hanger through the fluid in the wellbore and to allow the wellbore fluid to pass through the device and from to flow up there into casing B, inserted to controllably fill the casing string with the wellbore fluid to a predetermined level, which may preferably be lower than the fluid level outside the casing string, and to allow the fluid to be pumped down through the device A at any time during the Allowing the casing to be lowered into the wellbore without disturbing the later controllable filling of the casing with the wellbore fluid. This device is arranged in the interior of the housing sections 24, 25 .

Die Ventilvorrichtung zum steuerbaren Füllen des Bohrloches mit Flüssigkeit enthält ein zylindrisches Ventilorgan 28, das entlang der Wandung des, unteren Gehäuseabschnittes 25 gleitbar ist. Dieses zylindrische Ventilorgan besitzt einen nach oben vorstehenden Zylinderteil, Kragen oder eine Hülse 29, der bzw. die an ihm durch einen oder mehrere Abscherschrauben oder -bolzen 30 lösbar angebracht ist; der Zylinderteil 29 dient zum Herstellen des Eingriffs mit dem Klappventiloberteil 19 und Halten desselben in offener Stellung im Innern des oberen Gehäusefensters 26 und im wesentlichen vollständig zu einer Seite des Weges der durch das Gerät strömenden Flüssigkeit. Die Anordnung kann vorzugsweise so getroffen werden, daß der zylindrische Teil oder die vorspringende Hülse 29 sich vollständig durch das Klappventilorgan 19 erstreckt, wenn dieses sich in der Offenstellung befindet; dabei kann der zylindrische Teil. 29 zum sicheren Festhalten des Gegendruckventiltellers 19 in einer unwirksamen Stellung und zum Verhindern der Berührung der Flüssigkeit im Gehäuseaufhänger in einer solchen unwirksamen Stellung sich tatsächlich in das Innere des Ventilsitzes 18 erstrecken. Das Hülsenventilorgan 28 ist im Innern des unteren Gehäuseabschnittes 25 aufwärts bewegbar, wobei eine solche Aufwärtsbewegung dadurch festgesetzt wird, daß die Schulter 31 des Ventilorgans 28 sich gegen die am unteren Ende des oberen Gehäuseabschnittes 24 nach innen vorstehende Schulter 32 legt. Die Abwärtsbewegung des Ventilorgans in dem unteren Gehäuseabschnitt wird dadurch begrenzt, daß ein unterer Zwischenansatz 33 des Ventilorgans 28 sich an eine Gegen-Innenschulter 34 in dem unteren Gehäuseabschnitt legt. In dieser in Fig. 1 wiedergegebenen i Stellung befindet sich die Ventilverlängerung 29 noch im Eingriff mit dem Klappenventüteller 19, indem die Feder 21 den letztgenannten am Verschieben in seine geschlossene Stellung in Eingriff mit seinein Gegensitz 18 hindert.The valve device for controllably filling the borehole with fluid contains a cylindrical valve element 28 which can be slid along the wall of the lower housing section 25 . This cylindrical valve member has an upwardly projecting cylinder part, collar or sleeve 29, which is detachably attached to it by one or more shear screws or bolts 30; the cylinder portion 29 serves to engage and hold the flap valve top 19 in the open position inside the upper housing window 26 and substantially all the way to one side of the path of the fluid flowing through the device. The arrangement can preferably be made so that the cylindrical part or the projecting sleeve 29 extends completely through the flap valve member 19 when this is in the open position; the cylindrical part. 29 actually extend into the interior of the valve seat 18 for securely holding the counter-pressure valve disk 19 in an inoperative position and in order to prevent contact with the liquid in the housing hanger in such an inoperative position. The sleeve valve member 28 can be moved upwards in the interior of the lower housing section 25 , such an upward movement being fixed in that the shoulder 31 of the valve member 28 rests against the shoulder 32 protruding inwards at the lower end of the upper housing section 24. The downward movement of the valve member in the lower housing section is limited by the fact that a lower intermediate shoulder 33 of the valve member 28 rests against a counter-inner shoulder 34 in the lower housing section. In this position shown in FIG. 1 , the valve extension 29 is still in engagement with the flap valve disk 19, in that the spring 21 prevents the latter from sliding into its closed position into engagement with its counter seat 18.

Der untere Innenrand 35 des Ventilorgans 28 ist an einen erweiterten oberen Teil 36 einer Ventilsitzkonstruktion 37 heranrückbar, die einen herabhängenden Halsteil 38 besitzt, der sich gleitbar durch die mittige Nabe 39 eines Sternkreuzes 40 erstreckt, welcher mit dem unteren Gehäuseabschnitt 25 durch mehrere radial in Abständen auf dem Kreisumfang angeordnete Rippen 41 verbunden oder mit ilun einstückig ausgebildet ist. Die Aufwärtsbewegung des Sitzes 37 im Gehäuseinnern wird durch das Anlegen einer auf das untere Ende des Halses 38 aufgesehraubten Ansatz- bzw. Arretiermutter 42 an das untere Ende der Armkreuznabe 39 begrenzt. Der Sitz 37 wird durch eine den Hals 38 umschließende Schraubendruckfeder 43 aufwärts getrieben, deren unteres Ende am oberen Ende der Nabe 39 und deren oberes Ende am unteren Ende des Oberteiles 36 des Sitzes 37 angreift. Der Sitz 37 kann von dem zylindrischen Ventflorgan 28 weg gegen die Kraft der Schraubenfeder herunterbewegt werden.The lower inner edge 35 of the valve member 28 can be moved towards an enlarged upper part 36 of a valve seat structure 37 , which has a depending neck part 38 which extends slidably through the central hub 39 of a star cross 40, which with the lower housing section 25 by several radially at intervals Ribs 41 arranged on the circumference are connected or formed in one piece with ilun. The upward movement of the seat 37 inside the housing is limited by the application of a shoulder or locking nut 42, which is screwed onto the lower end of the neck 38, to the lower end of the spider hub 39 . The seat 37 is driven upward by a helical compression spring 43 surrounding the neck 38 , the lower end of which engages the upper end of the hub 39 and the upper end of which engages the lower end of the upper part 36 of the seat 37. The seat 37 can be moved down from the cylindrical valve element 28 against the force of the helical spring.

Die Flüssigkeit im Bohrloch kann in das untere Ende des Gehäuses durch die Armkreuzöffnungen 44 zwischen den Rippen 41 und durch das Ventilgehäuse aufwärts strömen. Durch diese Flüssigkeit kann das Hülsenventil 28 aus dem Eingriff mit dem Sitz 37 heraus in Aufwärtsrichtung verschoben werden, woraufhin die Flüssigkeit durch den einen großen Durchmesser besitzenden Durchlaß 45 des Hülsenventils, durch die vorstehende Hülse 29, am Klappenventilteller 19 vorbei und durch den Ventilsitz 18 zum kontinuierlichen Einströmen in den Verrohrungsabschnitt B über den Bundzylinder A fortdauernd aufwärts fließen kann. Die Fähigkeit der Flüssigkeit, in dieser Weise aufwärts zu fließen, hängt von der relativen hydrostatischen Säulenhöhe der Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Verrohrungsstranges ab, wobei dadurch bedingt wird, ob das gleitbare Hülsenventflorgan 28 in Eingriff mit seinem Gegensitz 37 komm oder nicht. Das Flüssigkeitsniveau in dem Verrohrungsstrang bleibt vorzugsweise niedriger als der Äußerem Flüssigkeitsstand, wodurch gewährleistet wird, daß die in den Verrohrungsstrang eintretende Flüssigkeit an seinem oberen Ende nicht überströmt und die Fläche der Einrichtung sowie das Personal nicht naß macht.The fluid in the borehole can flow into the lower end of the housing through the spider openings 44 between the ribs 41 and up through the valve housing. By this liquid, the sleeve valve 28 can be moved out of engagement with the seat 37 in the upward direction, whereupon the liquid through the large-diameter passage 45 of the sleeve valve, through the protruding sleeve 29, past the flap valve disk 19 and through the valve seat 18 to continuous inflow into the casing section B via the collar cylinder A can continuously flow upwards. The ability of liquid to flow in this way upwards, depends on the relative hydrostatic head of liquid inside and outside the casing string, thereby is caused if the slidable Hülsenventflorgan 28 come into engagement with its mating seat 37 or not. The liquid level in the casing string preferably remains lower than the external liquid level, thereby ensuring that the liquid entering the casing string does not overflow at its upper end and does not wet the surface of the facility or the personnel.

Eine, Möglichkeit, das vorgenannte Ziel zu verwirklichen, besteht darin, das zylindrische, Ventilorgan 28 als eine Ventilvorrichtung mit verschiedenen Flächen oben und unten auszubilden. Auf diese Weise besitzt der untere GeMuseabschnitt 25 eine zylindrische Wandung 50 mit oberem größerem Durchmesser und eine angrenzende, untere zylindrische Wandung 51 von kleinerem Innendurchmesser, wobei das Innere, dieser Wandungen durch die vorerwähnte Anhalte- bzw. Ansatzschulter 34 voneinander getrennt ist. Das gleitbare Ventilorgan 28 weist einen zum Gleiten entlang der oberen Wandung 50 passend bemessenen oberen Teil 52 von großem Durchmesser und einen einen kleineren Durchmesser besitzenden Teil 53 auf, der entlang der unteren zylindrischen Wandung 51 gleitbar ist. Wenn das Ventilorgan 28 sich in Abwärtsrichtung bewegt, damit sein Dichtungsrand 35 in Eingriff mit der Ventilsitzfläche 54 am oberen Teil zur Verhinderung des Aufwärtsdurchströmens der Flüssigkeit durch das Gerät gelangt, kann die Querschulter 33 an dem Teil des zylindrischen Ventilorgans von größerem Durchmesser in Eingriff mit der Gehäuseschulter 34 kommen. Zugleich ist die zylindrische Ventilverlängerung 21 noch in Verbindung mit dem Klappenventilteller 19 und quer über demselben angeordnet, um diesen Ventilteller an einer Seite des oberen Gehäuseabschnittes in einer weit offenen Stellung außer Eingriff mit seinem Sitz 18 zu halten und auf diese Weise den Ventilteller (bzw. -kopf) 19 vor der Erosionswirkung der durch das Gerät in Längsrichtung strömenden Flüssigkeit zu schützen.One way of realizing the aforementioned aim is to design the cylindrical valve member 28 as a valve device with different surfaces at the top and bottom. In this way, the lower GeMuseababschnitt 25 has a cylindrical wall 50 with an upper larger diameter and an adjacent, lower cylindrical wall 51 of a smaller inner diameter, the interior of these walls being separated from one another by the abovementioned stop or shoulder 34. The slidable valve member 28 has an upper part 52 of large diameter which is suitably dimensioned for sliding along the upper wall 50 and a part 53 which has a smaller diameter and which is slidable along the lower cylindrical wall 51. When the valve member 28 moves in the downward direction so that its sealing edge reaches 35 in engagement with the valve seat surface 54 on the upper part for preventing the upward flow through the fluid through the device, the transverse shoulder 33 may be at the portion of the cylindrical valve body of larger diameter into engagement with the Housing shoulder 34 come. At the same time, the cylindrical valve extension 21 is arranged in connection with the flap valve disk 19 and across the same in order to keep this valve disk on one side of the upper housing section in a wide open position out of engagement with its seat 18 and in this way to hold the valve disk (or valve disk). -head) 19 to protect against the erosion effect of the liquid flowing through the device in the longitudinal direction.

Zwischen den zylindrischen Wandungen 50, 51 des Gehäuseabschnittes und des Ventilorgans 28 sind gleitbare Dichtungen 55 geeigneter Bauart vorgesehen. An den Ventilorganteilen 52, 53 mit großem und kleinem Durchmesser sind Dichtungsringe 55 aus Gummi oder gummiähnlichem Werkstoff zur gleitbaren Ab- dichtung gegenüber den einen großen und einen kleinen Durchmesser aufweisenden zylindrischen Gegenwandungen 50, 51 des Gehäuseabschnittes 25 angeordnet. Diese Dichtungen wirken mit dem Ventilorgan 28 und dem Gehäuseabschnitt 25 zusammen, um einen begrenzten ringförmigen, zylindrischen Zwischenraum 5 zu bilden, in welchen die Bohrlochflüssigkeit eintreten kann und welcher Luft von im wesentlichen atmosphärischem Druck enthält. Slidable seals 55 of suitable design are provided between the cylindrical walls 50, 51 of the housing section and the valve member 28. Sealing rings 55 are arranged made of rubber or rubber-like material for slidable sealing off with respect to the a large and a small diameter cylindrical Gegenwandungen 50, 51 of the housing portion 25 to the valve body portions 52, 53 with large and small diameter. These seals cooperate with the valve member 28 and the housing portion 25 to form a limited annular, cylindrical space 5 into which the borehole fluid can enter and which contains air of essentially atmospheric pressure.

Da der kleinere Zylinder 50 einen kleineren Durchmesser als der größere Zylinder 50 und der untere Teil 53 des Ventilorgans einen entsprechend kleineren Durchmesser als der Durchmesser des oberen Teils 52 des Ventilorgans hat, kann die abwärts gerichtete Fläche R des Ventilorgans 28, über welche die, Flüssigkeit einwirken kann, um das Ventil 28 in Aufwärtsrichtung zu treiben, im wesentlichen kleiner als die aufwärts gerichtete Vorderfläche S sein, auf welche die Flüssigkeit oben auf das Ventilorgan 28 einwirken kann. Auf diese Weise ist die ringförmige Fläche, R zwischen der Dichtungskante 35 des Ventilorgans und der zylindrischen Wandung 51 von kleinerem Durchmesser kleiner als die Ringfläche S zwischen der nach oben gerichteten Zylinderverlängerung dieses dichtenden Randes 35 und der zylindrischen Wandung 50 von größerem Durchmesser. Demgemäß wirkt die Flüssigkeit unter dem Ventilorgan 28 unter Druck, welcher der hydrostatischen Druckhöhe der Flüssigkeit außerhalb der Verrohrungsabschnitte B, C entspricht, auf die Fläche R ein, um das Ventilorgan 28 in Aufwärtsrichtung außer Eingriff mit seinem zugeordneten Sitz 37 zu treiben. Der Druck der Flüssigkeit im Innern der VersohrungsabschnitteB, C, welcher der hydrostatischen Druckhöhe dort im Innern entspricht, wirkt in Aufwärtsrichtung auf die Fläche S des Ventilorgans 28 ein, indem er das Bestreben hat, dieses Organ in Abwärtsrichtung in Eingriff mit dem Ventilsitz 37 zu treiben. Ein ausgeglichener Zustand am Ventil 28 wird verwirklicht, wenn der in Aufwärtsrichtung auf das Ventilorgan über die Fläche R wirkende Druck eine Gesamtkraft ausübt, welche dem Druck gleich ist, der auf das Ventilorgan in entgegengesetzter Richtung über die, Fläche S einwirkt. Da die Fläche R kleiner als die Fläche S ist, wird ein ausbalancierter Zustand dann erreicht, wenn im Innern der Verrohrung ein geringerer Druck als außerhalb derselben auftritt bzw. herrscht. Mathematisch durch eine Gleichung ausgedrückt, ist ein ausbalancierter Zustand vorhanden, wenn ist, wo PIR = P2S P, = der hydrostatischen Druckhöhe der Flüssigkeit außerhalb des Gehäuseaufhängers und p2 = der hydrostatischen Druckhöhe der Flüssigkeit innerhalb des Bohrlochgehäuses ist. Die hydrostatischen Druckhöhen außerhalb und innerhalb des Bohrlochmantels sind daher umgekehrt proportional den Flächen S und R. Da die Fläche S größer als die Fläche R ist, wird die hydrostatische Druckhöhe der Flüssigkeit innerhalb der Bohrlochverrohrung geringer als die hydrostatische Druckhöhe der Flüssigkeit außerhalb der Bohrlochverrohrung sein, damit ein ausbalancierter Zustand eintritt. So- bald die hydrostatische Druckhöhe der Flüssigkeit innerhalb der Bohrlochverrohrung auf eine weitere Größe ansteigt, verschiebt sie das Ventilorgan 28 aufwärts in Eingriff mit dem Ventilsitz 37, wodurch ein weiteres, Strömen der Flüssigkeit in den Verrohrungsstrang B, C verhindert wird, bis die Verrohrung in die Bohrlochflüssigkeit um ein weiteres Ausmaß heruntergelassen worden ist.Since the smaller cylinder 50 has a smaller diameter than the larger cylinder 50 and the lower part 53 of the valve member has a correspondingly smaller diameter than the diameter of the upper part 52 of the valve member, the downwardly directed surface R of the valve member 28, over which the liquid can act to drive the valve 28 in the upward direction, be substantially smaller than the upwardly directed front surface S on which the liquid on top of the valve member 28 can act. In this way, the annular area, R between the sealing edge 35 of the valve member and the cylindrical wall 51 of smaller diameter is smaller than the annular area S between the upwardly directed cylinder extension of this sealing edge 35 and the cylindrical wall 50 of larger diameter. Accordingly, the liquid below the valve member 28 acts under pressure, which corresponds to the hydrostatic head of the liquid outside the tubing sections B, C , on the surface R to drive the valve member 28 in an upward direction out of engagement with its associated seat 37 . The pressure of the liquid inside the piping sections B, C, which corresponds to the hydrostatic pressure head there inside, acts in the upward direction on the surface S of the valve member 28 , in that it tends to drive this member in the downward direction into engagement with the valve seat 37 . A balanced state at the valve 28 is achieved when the pressure acting in the upward direction on the valve element via the area R exerts a total force which is equal to the pressure acting on the valve element in the opposite direction via the area S. Since the area R is smaller than the area S , a balanced state is achieved when a lower pressure occurs or prevails inside the piping than outside it. Expressed mathematically by an equation, a balanced condition exists when where PIR = P2S P, = the hydrostatic head of the fluid outside the casing hanger and p2 = the hydrostatic head of the fluid inside the well casing. The hydrostatic heads outside and inside the well casing are therefore inversely proportional to the areas S and R. Since the area S is greater than the area R, the hydrostatic head of the fluid inside the well casing will be less than the hydrostatic head of the fluid outside the well casing, so that a balanced state occurs. As soon as the hydrostatic head of the fluid within the well casing increases to a further magnitude, it displaces the valve member 28 upwardly into engagement with the valve seat 37, thereby preventing further flow of the fluid into the casing string B, C until the casing is in the borehole fluid has been lowered a further amount.

Das Gerät gleitet in dem Bohrloch mit den Teilen, von denen einer die in Fig. 1 und 2 dargestellte Relativstellung einnimmt. Während eines solchen Herunterlassens wirkt die hydrostatische Druckhöhe der Flüssigkeit rund um die VerrohrungB, C herum auf die Fläche R des Ventilorgans 28 ein, um dasselbe aus dem Eingriff mit dem Ventilsitz (Fig. 2) oder in offene Stellung zu verschieben, wodurch die Flüssigkeit rund um den Ventilsitz 37 herum und durch das zylindrische Ventilorgan 28 aufwärts strömen kann, indem sie sich durch die zylindrische Verlängerungshülse 29, vorbei an dem Klappenventilteller 19 und darauf in den Verrohrungsabschnitt B hinein, oberhalb des Bundzylinders A, aufwärts bewegt. Wenn der Verrohrungsstrang in den Ruhezustand gebracht ist, fließt die Flüssigkeit in den Strang hinein, bis sie auf ein dem vorgenannten Ausgleich genügendes Niveau angestiegen ist; wenn das Niveau das Bestreben hat, den durch den Ausgleich angezeigten Betrag zu überschreiten, wird der Druck der Flüssigkeit im Innern der Verrohrung das Ventilorgan 28 aufwärts in Eingriff mit dem Ventilsitz 37 gemäß Fig. 1 verschieben, wodurch ein weiteres Aufwärtsströmen der Flüssigkeit in die Verrohrung verhindert wird. Ein solcher Druck der Flüssigkeit im Innern der Verrohrang kann den Ventilsitz 37 in Abwärtsrichtung nicht verschieben, da die Aufwärtsrichtung auf den Ventilsitz 37 einwirkende äußere hydrostatische Druckhöhe den in Abwärtsrichtung auf diesen Sitz einwirkenden Innendruck überschreitet; beim Halten des Ventilsitzes in der Aufwärtsstellung wird der äußere Druck durch eine Schraubendruckfeder 43 unterstützt.The device slips into the wellbore with the parts, one of which occupies the relative position shown in Fig. 1 and 2. During such lowering, the hydrostatic head of the liquid around the tubing B, C acts on the surface R of the valve member 28 to displace the same out of engagement with the valve seat (Fig. 2) or into the open position, making the liquid round can flow around the valve seat 37 and through the cylindrical valve member 28 by moving through the cylindrical extension sleeve 29, past the flap valve disk 19 and then into the tubing section B, above the collar cylinder A, upwards. When the casing string is brought to rest, the liquid flows into the string until it has risen to a level sufficient for the aforesaid balance; when the level tends to exceed the amount indicated by the compensation, the pressure of the liquid inside the tubing will move the valve member 28 upwardly into engagement with the valve seat 37 of FIG. 1 , causing further upward flow of the liquid into the tubing is prevented. Such a pressure of the liquid inside the piping can not move the valve seat 37 in the downward direction, since the upward direction acting on the valve seat 37 exceeds the internal pressure acting in the downward direction on this seat; when the valve seat is held in the upward position, the external pressure is supported by a helical compression spring 43.

Wenn das Herablassen des Verrohrungsstranges in die Bohrlochflüssigkeit wieder beginnt, gleitet das Ventil 28 aufwärts in die aus Fig. 2 ersichtliche obere Stellung, so daß zusätzlich Flüssigkeit in die Verrohrung eintritt. Die obigen Wirkungen werden bei dem Ventil 28 zwischen den offenen- und geschlossenen Stellungen abwechselnd fortgesetzt, bis die Ab- schnitte B, C auf die gewünschte Tiefe im Bohrloch heruntergelassen sind. Der Flüssigkeitsstand in dem Verrohrungsstrang wird jedoch in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen den vorgenannten Flächen R und S stets auf einem niedrigeren Punkt als der Flüssigkeitsstand in dem Behrloch D außerhalb der Verrohrung gehalten. Während dieser gänzen Zeit ist die aus dem Hülsenventil 28 vorstehende zylinderförmige Verlängerung 29 im Eingriff mit dem Klappenventilteller 19, um ihn in der vollständig offenen Lage zu halten und die Flüssigkeitsaufwärtsströmung auf einer Seite durch das Hülsenventil vollständig aufrechtzuerhalten, um somit die Flüssigkeit weder zu stören, noch in ihrer Strömung abzuschneiden.When the lowering of the casing string into the wellbore fluid begins again, the valve 28 slides upwardly to the upper position shown in FIG. 2 so that additional fluid enters the casing. The above effects are continued at the valve 28 between the Open- and closed positions alternately, until the exhaust sections B, C lowered to the desired depth in the borehole. However, depending on the relationship between the aforementioned areas R and S, the liquid level in the casing string is always maintained at a point lower than the liquid level in the well D outside the casing. During this entire time, the cylindrical extension 29 protruding from the sleeve valve 28 is in engagement with the flap valve disk 19 to keep it in the fully open position and to fully maintain the upward flow of liquid through the sleeve valve on one side so as not to disturb the liquid, still cut off in their current.

Wenn es zu irgendeiner Zeit während des Herunterlassens der Verrohrung in das Bohrloch erforderlich oder erwünscht sein sollte, die Flüssigkeit durch die Verrohrung abwärts zirkulieren zu lassen oder zu pumpen, kann eine solche Wirkung ohne Beeinträchtigung der späteren Fähigkeit des Gerätes zur kontrollierbaren Füllung des Verrohrungsstranges vor sich gehen. Die Flüssigkeit wird in den Verrohrungsstrang gepumpt; beim Ansteigen des Flüssigkeitsniveaus relativ zur äußeren hydrostatischen Druckhöhe verschiebt sich das zylindrische Ventilorgan 28 abwärts, bis es zum Anliegen an die Gehäuseschulter 34 gelangt. Die den Verrohrungsstrang abwärts pumpende Flüssigkeit wird nun durch die Verlängerungshülse 29 und das zylindrische Ventilorgan 28 hindurchströmen, indem sie den Ventilsitz 37 gegen die Wirkung seiner Feder 43 abwärts treibt und durch das Armkreuz 40 in den Abschnitt oder Abschnitte B unten zum Ausströmen aus der Verrohrung in das Bohrloch D durchströmt. In diesem Zustand ist das Gerät in Fig. 3 wiedergegeben; es ist dabei klar, daß die verlängerte Hülse 29 noch vollständig quer über dem (bzw. durch den) Klappenventilteller 19 angeordnet ist, um sein Verschieben in die geschlossene Stellung und das. Unterwerfen der Erosionswirkung der Flüssigkeit beim Pumpen derselben durch das Gerät zu verhindern.If at any time during the lowering of the casing into the wellbore it should be necessary or desired to circulate or pump the fluid down the casing, such an effect can be achieved without affecting the later ability of the device to controllably fill the casing string walk. The liquid is pumped into the casing string; When the liquid level rises relative to the external hydrostatic pressure head, the cylindrical valve element 28 moves downwards until it comes to rest against the housing shoulder 34. The liquid pumping down the tubing will now flow through the extension sleeve 29 and the cylindrical valve member 28 by driving the valve seat 37 downwards against the action of its spring 43 and through the spider 40 into the section or sections B below to flow out of the tubing in the borehole D flows through. In this state, the device is shown in FIG. 3 ; It is clear that the elongated sleeve 29 is still arranged completely across (or through) the flap valve disk 19 in order to prevent its displacement into the closed position and the subjecting of the erosion effect of the liquid when it is pumped through the device.

Nachdem die Flüssigkeitszirkulation in Abwärtsrichtung durch dir, Verrohrung aufgehört hat, verschiebt die Feder 43 den Ventilsitz 37 aufwärts in Eingriff mit dem zylindrischen Ventilorgan 28, indem sie den mittigen. Durchlaß durch dieses Ventilorgan schließt. Die Verrohrung B, C kann um einen weiteren Betrag in dem Bohrloch heruntergelassen werden; das zylindrische. Ventilorgan 28 bleibt in der unteren Stellung an seinem Gegensitz 37 geschlossen, bis die Verrohrung hinreichend tief heruntergelassen ist, um sein inneres Flüssigkeitsniveau ausreichend unter den Flüssigkeitsstand der hydraulischen Druckhöhe außerhalb der Verrohrung zu bringen, bei dem der äußere Druck auf die Endfläche R des Ventilorgans 28 den auf die Endfläche S des zylindrischen Ventilorgans einwirkenden Innendruck überwinden kann. Sobald dies geschieht und die Verrohrung um einen weiteren Betrag durch die Flüssigkeit im Bohrloch heruntergelassen ist, bewegt sich das zylindrische Ventilorgan 28 aufwärts von seinem Ventilsitz 37 weg, der nur durch seine Feder 43 um einen durch den Eingriff der Ansatz- bzw. Arretierungsmutter mit der Armkreuznabe 39 bestimmten Betrag aufwärts verschoben werden kann, wodurch der Bohrlochflüssigkeit ermöglicht wird, durch das Gerät A hindurch wieder einmal in die Verrohrung B, C zu strömen. Wenn das Flüssigkeitsniveau den durch den vorerwähnten Ausgleich gesteuerten vorbestimmten Wert erreicht, wird das zylindrische Ventilorgan 28 wieder in Eingriff mit dem Ventil,sitz 37 abwärts verschoben, wodurch ein weiteres Aufwärtsströmen der Flüssigkeit durch die Verrohrung so lange verhindert wird, bis diese auf ein noch weiteres Niveau in dem Bohrloch heruntergelassen ist.After the downward circulation of fluid through the piping has ceased, the spring 43 displaces the valve seat 37 upwardly into engagement with the cylindrical valve member 28 by moving the central one. Passage through this valve member closes. The casing B, C can be lowered a further amount in the borehole; the cylindrical. Valve member 28 remains closed in the lower position at its opposite seat 37 until the piping is lowered sufficiently deep to bring its internal liquid level sufficiently below the liquid level of the hydraulic pressure head outside the piping at which the external pressure on the end surface R of the valve member 28 can overcome the internal pressure acting on the end face S of the cylindrical valve member. As soon as this happens and the casing has been lowered a further amount through the fluid in the borehole, the cylindrical valve member 28 moves upwardly away from its valve seat 37 , which only by its spring 43 by the engagement of the shoulder or locking nut with the Spider hub 39 can be shifted upward by a certain amount, thereby allowing the borehole fluid to flow through the device A once again into the casing B, C. When the liquid level reaches the predetermined value controlled by the above-mentioned compensation, the cylindrical valve member 28 is moved downwards again into engagement with the valve seat 37 , whereby a further upward flow of the liquid through the piping is prevented until this continues Level in the borehole is lowered.

Die Abwärtszirkulation der Flüssigkeit kann jederzeit durch die Verrohrung stattfinden, ohne die spätere Betriebfähigkeit des Gerätes zur automatischen und i kontrollierbaren Füllung der Verrohrung mit der Bohrlochflüssigkeit beim Herunterlassen der Verrohrang in das Bohrloch zu beeinträchtigen. Damit die Gegendrackventilvorrichtung 19 wirksam gemacht wird sowie nachdem die Verrohrung um einen erforderlichen Betrag in das Bohrloch heruntergelassen ist und bevor die Zementierung der Verrohrang im Bohrloch vorgenommen ist, wird zu irgendeiner Zeit eine gegebenenfalls ziemlich schwere Kugel in die Verrohrung im oberen Teil des Loches fallen gelassen; sie wird entweder der Pumpwirkung ausgesetzt, oder sie sinkt durch ihr eigenes Gewicht ab, bis sie in die Verlängerungshülse 29 eintritt und auf einem unteren Ventüsitz 61 in der Verlängerungshülse unmittelbar über einer Mehrzahl von in dieser Hülse vorgesehenen Seitenkanälen zur Ruhe kommt. Durch einen solchen Eingriff der Kugel an dem Sitz 61 der Verlängerungshülse wird der Durchlaß durch diese Hülse versperrt, wodurch der Druck der Flüssigkeit in der Verrohrung auf die Kugel und die Hülse gesteigert werden kann. Da das zylindrische Ventilorgan 28 an der Gehäuseschulter 34 angreift und daher nicht aufwärts bewegt werden kann, hat der auf die Kugel 60 und die Verlängerungshülse 29 einwirkende, abwärts gerichtete Druck das Bestreben, die Abscherschraube oder die -schrauben 30 loszureißen bzw. abzuscheren. Wenn der Druck die Abscherfestigkeit (bzw. -kraft) der Schraube oder der Schrauben 30 überschreitet, werden die letztgenannten abgerissen bzw. abgeschert, so daß die Verlängerungshülse 29 dann in dem zylindrischen Ventilorgan 28 im Eingriff mit dem Ventilsitz 37 abwärts verschoben wird, wobei das obere Ende der Verlängerungshülse sich am Klappenventilteller 19 vorbeibewegt, welcher dann frei gemacht ist, um unter Einfluß seiner Feder im Eingriff mit dem Ventilsitz 18 in Aufwärtsrichtung getrieben zu werden. Wenn die Flüssigkeit nun durch die Verrohrung B, C abwärts gepumpt wird, schwenkt sie den Klappenventilteller automatisch herunter, von seinem Sitz 18 weg, und außerdem treibt die Verlängerungshülse 29 abwärts gegen den Ventilsitz 37, der dadurch in Abwärtsrichtung gegen die Kraft der Druckfeder 43 verschoben wird, um die Seitenkanäle 62 in der Verlängerungshülse unter dem unteren Ende des zylindrischen Ventilorgans 28 freizulegen. Die Flüssigkeit kann dann durch den oberen mittigen Gerätdurchlaß 17 an dem Klappenventilteller 19 vorbei, durch die zylindrische Verlängerungshülse 29 und dann durch die Seitenkanäle 62 in dieser Hülse unterhalb des zylindrischen Ventilorgans 28 in Abwärtsrichtung durchströmen, um über die Armkreuzöffnungen 44 in die unterhalb derselben befindliche Verrohrung C zu gelangen, wie dieses in Fig. 4 veranschaulicht ist.The downward circulation of the fluid can occur through the casing at any time without impairing the later operability of the device for the automatic and controllable filling of the casing with the well fluid as the casing is lowered into the well. Thus, the Gegendrackventilvorrichtung is made 19 effective, and after the casing string is lowered by a required amount into the wellbore and before the cementation of the Verrohrang is carried out in the borehole, an optionally fairly heavy ball will at some time fall into the casing in the upper part of the hole left ; it is either exposed to the pumping action or it sinks under its own weight until it enters the extension sleeve 29 and comes to rest on a lower valve seat 61 in the extension sleeve directly above a plurality of side channels provided in this sleeve. Such engagement of the ball on the seat 61 of the extension sleeve blocks the passage through this sleeve, whereby the pressure of the liquid in the tubing on the ball and the sleeve can be increased. Since the cylindrical valve member 28 engages with the housing shoulder 34 and therefore can not be moved upward, which on the ball 60 and the extension sleeve 29 has applied, downward pressure tends to tear or shear screw or shear the screws 30th If the pressure exceeds the shear strength (or force) of the screw or screws 30 , the latter are torn off or sheared off, so that the extension sleeve 29 is then displaced downwards in the cylindrical valve member 28 in engagement with the valve seat 37, the The upper end of the extension sleeve moves past the flap valve disk 19 , which is then made free to be urged upwardly under the influence of its spring into engagement with the valve seat 18 . If the liquid is now pumped down through the piping B, C , it automatically swivels the flap valve disk down, away from its seat 18 , and also drives the extension sleeve 29 downwards against the valve seat 37, which is thereby displaced in the downward direction against the force of the compression spring 43 is to expose the side channels 62 in the extension sleeve under the lower end of the cylindrical valve member 28 . The liquid can then flow through the upper central device passage 17 past the flap valve disk 19 , through the cylindrical extension sleeve 29 and then through the side channels 62 in this sleeve below the cylindrical valve member 28 in the downward direction to over the spider openings 44 in the piping located below the same C , as illustrated in FIG. 4.

Nachdem das Bohrloch D durch die Zirkulation der Flüssigkeit in Abwärtsrichtung durch die Verroh,rung in geeigneter Weise. in einen bestimmten Zustand gebracht ist, indem sie dann durch den Ringraum rund um die Verrohrung herum aufwärts strömt, kann das abwärts des Verrohrungsabschnittes B gepumpte Zementmaterial, etwa Zementbrühe, durch das in dem Zustand nach Fig. 4 dann befindliche Gerät A in den unteren Verrohrungsabschnitt B und dann nach außen in den Ringraum rund um die errohrung B, C herum, aufwärts durch den Ringraum fließen. Wenn das Pumpen aufhört, kann die Zementbrühe od. dgl. in die Verrohrung und durch das Gerät A zurtickfließen, weil der Klappenventilteller 19 im, Eingriff mit seinem Sitz 18 aufwärts bewegt wird, um einem solchen Aufwärtsfluß vorzubewegen.After the borehole D by the circulation of the fluid downwards through the casing, tion in a suitable manner. is brought into a certain state by then flowing upwards through the annular space around the casing, the cement material pumped down the casing section B, for example cement broth, through the device A, which is then in the state according to FIG. 4, into the lower casing section B and then out into the annulus around the tubing B, C around, up through the annulus. When the pumping stops, the cement slurry or the like can flow back into the tubing and through the device A because the flap valve disc 19 is moved upwardly in engagement with its seat 18 to advance such upward flow.

Claims

PATENT CLAIMS. 1. Device for the controllable filling of a line string with fluid in a borehole with a tubular member which forms a tubular string section which is lowered into the borehole, and with a valve device built into the tubular member, which consists of an upper, sleeve-shaped, axially displaceable valve member which is brought into abutment with a lower valve element which is arranged concentrically to the upper valve element and blocks the flow of liquid through the upper valve element, characterized in that the lower valve element (36) allows movement of the upper valve element (28 ) is arranged displaceably away to allow a downward flow of liquid through the upper valve member, 2. Apparatus according to claim 1, characterized by means (43) for displacing the lower valve member (36) back up into engagement with the upper valve member (28) after the lower valve element (36) from the upper valve lorgan (28) has been moved away downwards. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the means (37 to 43) for moving the lower valve member (36) back into engagement with the upper valve member (28) contain resilient members (43) which, on the lower valve member (36) attack. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lower valve member (36) engaging this locking members (42) to limit its upward movement in the cylinder (A) during the downward movement of the same away from the upper valve member (28) assigned. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the upper valve member contains an elongated sleeve which is displaced downwards until it comes into contact with the lower valve member after its fastening means (30) are broken. 6. The device according to claim 5, characterized by devices that are lowered from the cable string from the upper end of the borehole (B) to trigger the fastening means (30) , whereby a back pressure valve (19) is closed, which in a known manner above the is arranged upper valve member. Considered publications: German Patent Nos. 922 221, 1000 002, 1016 203; USA. Pat. No. 2,751,021.