DE2118815C3 - Vorrichtungen zum Einzementieren eines Futterrohrstranges in einem Bohr loch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Einzementieren eines Futterrohrstranges in einem Bohrloch, bestehend aus einem mittels einer Vorrichtung am Rohrstrang befestigten sich in Längsrichtung im Rohrstrang erstreckenden Dorn, der einen Flüssigkeitsdurchgang aufweist und einen durch eine Freigabevorrichtung mit ihm verbundenen Zementierstopfen trägt, der einen die Flüssigkeit aus dem Dorndurchgang in den Rohrstrang leitenden Durchgang und eine Ringschulter aufweist, auf der ein in den Zementierstopfendurchgang eingebrachter Flüssigkeitsverschluß absetzbar ist, wobei die Freigabevorrichtung durch den im Dorn beim Schließen des Flüssigkeitsverschlusses entstehenden Flüssigkeitsdruck auslösbar ist.

Beim Einzementieren von Futterrohrsträngen in einem Bohrloch in ablandigen unter Wasser liegenden Bohrlöchern, bei denen der Rohrstrangkopf auf dem Boden des Meeres oder eines anderen Gewässers angeordnet ist, kann der oder die Zementierstopfen zusammen mit einem Rohrstrang an einem laufenden Bohrrohrgestänge zusammen mit einem Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren werden. Dieses Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben sind in der deutschen Offenlegungsschrift 1 927 864 (offengelegt am 11. Dezember 1969) beschrieben. Bei der Verwendung einer derartigen Vorrichtung wird beispielsweise ein unterer Zementierstopfen von seiner Aufhängung im Rohrstrang freigegeben, wenn eine sich durch den unteren Zementierstopfen erstreckende öffnung durch einen Verschluß verschlossen wird, der mit der Zementmilch mitgerissen wird, wenn diese abwärts durch den laufenden Bohrrohrstrang den Zementierstopfenfreigabedorn und den unteren Zementierstopfen strömt. Da die Zementmilch wesentlich schwerer ist als die Flüssigkiet, die vorher das Bohrloch ausfüllte, wird diese vorhergehende Flüssigkeit oder Spülflüssigkeit schnell im Futterrohrstrang nach unten und in dem Ringraum zwischen dem Futterrohrstrang und der Bohrungswand aufwärts gedruckt. Wenn dies eintritt, sagt man, die Bohrung befindet sich »unter Vacuum«, wobei der Futterrohrstrang unter dem oberen Zementierstopfen, der noch am Dorn festgehalten ist, ebenso wie der einlaufende Bohrrohr-

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α frei von hydraulischer Flüssigkeit oder Ze- Dorn verbindenden Scherstifte und der Unsicherheit

pntmilch sind. Danach wird ein Verschluß, der der Freigabe des Zementierstopfens verbunden ist.

freh den oberen Zementierstopfen fuhrenden Öff- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ^e-

L in den einlaufenden Bohnohrstrang vor der mentierstopfen mit einer Freigabevorncntung zu

Einführung einer Verdrängungsflüssigkeitsmenge, die 5 schaffen, bei der die vorstehend erwähnten Mangel

endgültigen Verdrängung der Zementmilch in beseitigt sind. . . .

Tn Ringraum zwischen dem Futterrohrstrang und Genauer gesagt sollen mit der Erfindung vorncn-

λτ Bohrlochwand verwendet wird, eingeführt. Es ist tungen einschließlich von ZementierstopfentreigaDe-

rLünscht daß die Trennung des oberen Zementier- dornen geschaffen werden, die mit dem einlautenaen ^etTnfens von seinem Dom zwaneläufig bestimmbar io Bohrrohrstrang verbindbar sind, um f⁶™⁶⁰^"..

·!Ταλ im allgemeinen bei dieser Art von Zementier- und andere Flüssigkeiten in die Bohr ochaustune-

„raane das Volumen der Verdrängungsflüssigkeit rung unter dem Zementierstopfen einzuleiten, wonei

ΐ_Γ dem oberen Zementierstopfen berechnet wird. die Verdrängungsflüssigkeit, die den oberen Stopfen

^Unrt zwar auf Grund des bekannten Volumens des vom Dorn abscheren soll, auf den Dorn selbst De- ^,tterrohrstranges und des Volumens des ihn umge- i₅ schränkt ist und wobei der Dorn einen K.ngzyn.

"Jnrien Ringraumes. Da jedoch der obere Zementier- gegebenenfalls mit einem ring orm.gen ^o'öen

*"£ iesentlich unter dem oberen Ende des ein- weist, der auf den Druck der Verdrangunssfluss.

Wenden Bohrrohrstranges liegt, wo die Bohrung im anspricht, wenn der Durchgang durcn

w'er vervollständigt wird, das Hunderte von Me- Zementierstopfen durch den üblichen V t fflt..-f sein kann, nimmt die Verdrängungsflüssig- 20 schlossen ist, um eine zusätzliche Krau zum

St über dem Verschluß für die Öffnung des oberen ren der Scherstitte zu erzeugen, d.e ü.n z.

Temenuerstopfens während ihrer Abwärtsströmung stopfen mit dem Dorn verb.nden i-zvv^ "^m _zu

zumobden Zementierstopfen eine wesentKne Stro- Schließen des Durchgangs auftretenden Druckstob zu

iinus"^uschwindigkeit an. Wenn der obere Zerrser·.- dämpfen.

Stopfen durch den Verschluß verschlossen wird. 25 Zur Lösung dieser Aufgabe win

!au eine momentane Stoßdruckwelle oder Wasser- zum einen vorgeschlagen, daU eier

„mirkung auf, die auf den oberen Zementier- Schließen des Durchganges im

■en einwirkt, wobei in Fällen, in denen der Dem durch Flüssigkeitsdruck betätigten

'öffnung über dem oberen Zementierstopfen auf- Stützung der Auslosung der rreig. die gesamte Querschnittsflache des Zemen- 30 weist.

_1S dem Druck der Verdrängungen Weiterhin wird eine Vorr«chtung der.oben

Swifts dem Druck der Verdrängungsmesser Weiterhin

u zusetzen und den Zementierstopfen freizugeben, Gattung vorgesch agen ^

kann der Stopfen vorzeitig infolge der StoBüruck- gekenn«-chnet ,st daß^r Oj

b d Ifledesen kann -n der aufweis die ^m? ^dtm J"^df d

kann der Stopfen vorzeitig g g^ j ^ ^

welle freigegeben werden. Infolgedessen kann -n der aufweis . die ^m? ^dtm J"^dämpfen des beim

Verdrangungsflüssigkeit kein Druck entwickelt wer- 35 Verbindung steh "™ ^_meJ_lierstopfen auf-

_den. um einen nennenswerten Druckanst.eg am obe- Schließen d, ^D.^uj^c^ⁿ^ ⁿ _M -_{u Dadurc}h kann

Jen Ende des einlaufenden Bohrrohrstranges zu er- tretenden D'^sto«augl η _unbeabsicht,gt

Sen. nämlich den Druckunterschied, der sons, dazu der ^e Zemem erstojrf« _v ⁿ _erschoben werden,

dient anzuzeigen, daß der obere Zementierstop.er. ^h ^eW^^w^ g ^ ^ _mU

freigegeben worden ist. 40 Ais trgeDins „_nrie,_{em c}j_ne Vorrichtung ge-

^fr ja das Problem bei Zementierstopfen verschiede- ^^"^^Aimmter Druck sowohl

„er Größen, von großen Zement.erstopfen an. d.e schaffen, bei der ein voro _{auf den} ^

Zx Verdrängung von Zementmilch beim Ein/emen- auf ^d.^e" ⁿ"i°["S KolDen _muß ^

Sen des üblichen Leitungsrohres im Bohrloch ver- ™"^ϊ1™η^™Όοπ™ entfernen, wobei der

wendet werden, bis zu den kleineren, mit denen der 45 den Stopfen ^«°™ f ^_sreicht, _{am obcre}n Ende

zuletzt eingefahrene Futterrohrstrang einzementiert momen ane DrucKawaii J _Wangläufip, an-

wi d mehr oder weniger akut ist, beruht das Pro- des Raufenden Bohrro^trange ^ ^^

1 tatsächlich auf der Tatsache, daß. wenn die zuzeigen daß der Stjf« 'ze^ntiertolonne eine

Scherstifte, die den oberen Zementierstopfen m.t wird mitder hr ^naun8 "

dm Dorn verbinden, so stark sind, daß sie das vor- ₅o ^reGe^«rm Ute^ ^ ^ ^^

zeitige Freigeben des Zementierstopfens bei der zu- Die Efindung we _{anderep Zwecken<}

vor erwähnten Stoßdruckwelle, d.e auf die gesamte Vort^J ^auf "J^^ _{achtung e}ines Ausführungsbe,-

ter- ^-»^ in

Ä^rttir^SS; » Γ^^^Α^ Erfmdung darzulegen.

wobei ein derart hoher Druck möglicherweise nc- Hs zeigt _verlikal_en Schnitt, teilweise in Anwirkt, daß Flüssigkeit an der Außenseite des Zu..,..- J g· ' ^ zementierstopfenfrcigabcvorrichtierstopfens vorbeiströmt, ohne em Abscheren der sOit. in ^dem ° _{fj du} dargestellt und in Verb.n-Verbindung zwischen dem Zement.erstopfen und 60 tung; gemäß der br. η 8^^ _fausrüslung e.ndem Dorn zu bewirken. Andererseits kann d.eses dung mit einer υ

Problem etwas gemildert werden, indem die Ver- ^baut.st _vertikalen Schnitt in vergrößertem

drängungsflüssigkeit auf die Füllung des einUjufen- Im g. 2 «"en _{die Zemcnticrstopfen un}d de

den Bohrrohrstranges beschrankt und damit die de Mabstao, _{f äß dcm unlcre}n Td der

Verdrängungsflüssigkeit ausgesetzte w.rksame rlache 6₅ Dom im Höh l

am Zementierstopfen reduziert wird, wobei diese Lo- F ' B^{1 Uar}^ _verlikalen Schnitt, in welchem der

ng jedoch mit einer beanstandbaren Reduzierung Fg. ^m« vert.> ^_n ,„ und «nc

d Sherstärke der den Zementstopfen m.t --einem untere Zement ,

ng jedoch mit einer beanstandbaren Rg
der Scherstärke der den Zementstopfen m.t --einem

Sperre zwischen der Spülflüssigkeit unter dem unteren Zementierstopfen und der Zementmilch über dem oberen Zementierstopfen vor der Freigabe des oberen Zemenlierstopfens bildet,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt, bei dem der Freigabeverschluß für den oberen Zementierstopfen einen Sitz darin vor der Freigabe desselben einnimmt,

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt, in welchem der obere Zementierstopfen freigegeben ist, und

F i g. 6 einen vertikalen Schnitt, in welchem der obere Zementierstopfen nach der Verdrängung der Zementmilch aus dem Futterrohrstrang im unteren Zementierstopfen eingebettet ist.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Bohrlochkopfanordnung H derjenigen Art dargestellt ist, die unter Wasser im Gewässerboden F angeordnet ist. Die Zementierung und andere Arbeitsvorgänge werden von einem Schiff oder einer Plattform an der Oberfläche des Wassers durch den Bohrlochkopf durchgeführt, wobei die Oberflächeneinrichtung für den Zementiervorgang einen Zementierkopf CH aufweist. Das Bohrloch weist eine große Bohrung W auf. in welcher ein äußerer Futterrohrstrang C angeordnet und einzementiert ist. Das obere Ende des Futterrohrstranges C weist einen Sitz 1 für einen Stützflansch 2 des rohrförmigen Bohrlochkopfkörpers 3 auf, der einen weiteren Bohrlochfutterrohrstrang C1 abstützt, der sich abwärts in einem kleineren Bohrlochabschnitt erstreckt und einzementiert ist. Innerhalb desselben kann der Bohrlochkopfkörper 3 eine Rohrstrangaufhängevorrichtung 4 für einen weiteren Futterrohrstrang (nicht gezeigt) abstützen, der sich noch weiter in eine noch kleinere Bohrlochbohrung erstreckt und darin einzementiert ist. Die Futterrohrstrangaufhängung 4 stützt einen innersten Futterrohrstrangaufhängekörper 5 ab, der bei 6 mit einem innersten Futterrohrstrang Cl verbunden ist, der, wie dargestellt, sich abwärts in die reduzierte Bohrlochbohrung Wl erstreckt. Der FutterrohraufhängekörperS und der Futterrohrstrang C2 werden an einem Universaleinfahrwerkzeug T in das Bohrloch eingefahren, wobei das Werkzeug T eine Schraubverbindung 7 mit dem unteren Ende eines Bohrrohrgestänges 8 und eine Schraubverbindung 9 mit dem oberen Ende des Futterrohraufhängekörpers 5 aufweist.

Derartige Unterwassereinrichtungen weisen im aiigemeinen ein ringförmiges Stützteil 10 auf, das am oberen Ende des äußeren Futterrohrstranges C befestigt ist und sich vertikal erstreckende Führungssäulen 11 aufweist, in denen Führungsrohre 12 aufgenommen sind, die an Seilen 13 geführt sind, die sich zu der üblichen Plattform oder dem Schiff über oder auf der Wasseroberfläche erstrecken. Diese Führungsrohre 12 stützen die übliche Ausblasverhinderungsvorrichtung T ab, von dem nur der untere Teil in F i g. 1 gezeigt ist, wobei der Ausblasverhinderer T am oberen Ende des Bohrlochkopfkörper* 3 durch geeignete Verriegelungsmittel L befestigt ist Diese Verriegelungsmittel sind allgemein bekannt und weisen lösbare Riegel 14 auf, die einwärts verschiebbar sind, um den Riegelkörper 15 am Bohrlochkopfkörper 3 in Ansprache auf die Bewegung eines ringförmigen Verriegclungskolbens 16 abwärts zu befestigen, wobei die Riegel bei einer Aufwärtsbewegung des Verriegelungskolbens 16 lösbar sind. F.s sind Kolbcnkammcrn 17 und 18 vorgesehen, die über Leitungen 19 bzw. 20 mit Druck beaufschlagt sind, um den Kolben 16 je nach Wunsch abwärts oder aufwärts zu bewegen. Der Ausblasverhinderer T ist durch Befestigungsmittel 15a mit dem Verricgelungskörper 15 verbunden.

Der Futterrohrstrang Cl wird an dem Bohrrohrstrang 8 in das Bohrloch eingefahren, bis die Futterrohraufhängung 5 auf der Futterrohraufhängung 4 aufsetzt. Am unteren Ende des Futterrohrstranges Cl kann ein üblicher Ventilschuh S angeordnet sein, der das übliche Rückschlagventil 22 enthält, das eine Flüssigkeilsströmung aus dem Bohrloch in den Futterrohrstrang Cl verhindert, jedoch einen abwärts durch den Futterrohrstrang Cl gerichteten Flüssigkeitsumlauf in das Bohrloch W und aufwärts im Ringraum zwischen der Bohrlochwand und dem Futterrohrstrang gestattet.

Die vorstehend beschriebene Bohrlochkopfeinrichtung ist mehr oder weniger üblich und braucht nicht weiter im einzelnen beschrieben zu werden. Die Erfindung betrifft die Freigabevorrichtung für den Zementierstopfen, die im allgemeinen in F i g. 1 dargestellt ist und einen Porn M aufweist, der mit dem Einfahrwerkzeug T durch eine Schraubverbindung 23 verbunden ist und sich abwärts in das obere Ende des Futterrohrstranges Cl erstreckt. Der Dorn trägt an seinem unteren Ende einen oberen Zementierstopfen TP und einen unteren Zementierstopfen BP.

Wie aus F i g. 2 in größerer Einzelheit ersichtlich, weist der Dorn M eine langgestreckte rohrförmige Baugruppe auf, die einen unteren Körperabschnitt 24 und einen oberen Körperabschnitt 25 umfaßt, die einen mittleren Strömungsdurchgang bilden, der sich axial durch den Dorn erstreckt. Eine Wirbelverbindung 27 ist zwischen den Dornkörperabschnitten 24 und 25 vorgesehen, um die Schraubverbindung 23 zwischen dem oberen Ende des Domes und dem Einfahrwerkzeug 7 herzustellen, während die Zementierstopfen TP und BP sich innerhalb des Futterrohrstranges C2 befinden, ohne es erforderlich zu machen, daß sich die Zementierstopfen selbst drehen. Die Wirbelverbindung 27 kann eine beliebige Konstruktion aufweisen, weist jedoch in der Darstellung einen nach außen vorstehenden Ringflansch 28 am oberen Dornabschnitt 25 und einen nach außen vorstehenden Ringfiansch 29 am unteren Dornabschnitt 24 auf, die durch einen U-förmigen, geteilten Ring 30 relativ zueinander drehbar gehalten sind, wobei der geteilte Ring 30 seinerseits durch einen Haltering 31 in zusammengebautem Zustand an den Flanschen 28 und 29 gehalten isL Um ein Durchlekken durch die Wirbelverbindung zu verhindern, ist eine Dichtungsverlängerung 32 am Dornkörperabschnitt 25 drehbar und abgedichtet in einer Bohrung 33 des unteren Dornkörperabschnitts 24 angeordnet.

Auf das untere Ende des Domes M ist ein Stützring 34 geschraubt, mit dem der obere Zementierstopfen TP durch eine geeignete Anzahl von mit Umfangsabstand zueinander angeordneten Scherstiften 35 verbunden ist Der obere Zementierstopfen TP weist wie üblich, einen rohrförmigen inneren Körper 33 festen, jedoch bohrbaren Materials auf, der einen angeformten äußeren elastomeren Körper 37 trägt, der eine geeignete Anzahl von sich auswärts erstrekkenden Wischerringen 38 aufweist die gleitend an der Innenwand des Futterrohrstranges angreifen und vorzugsweise am oberen Ende mit einer sich aufwärts erstreckenden Dichtungslippe 39 versehen

sind, die ebenfalls gleitend am Futterrohrstrang angreift. Innerhalb des Körpers 36 ist eine ringförmige Nut 40 vorgesehen, die mit einem Verschluß zusammenwirkt, um den Verschluß im oberen Zementierstopfen TP zu verriegeln, wie dies nachfolgend noch beschrieben werden soll.

Es sind Mittel vorgesehen, um den unteren Zementierstopfen B P mit dem oberen Zementierstopfen TP lösbar zu verbinden. Im dargestellten Ausfüh-

die Scherstifte 43 abzuscheren, um den unteren Zementierstopfen freizugeben.

Damit Flüssigkeitsdruck auf im wesentlichen der ganzen Querschnittsflächc des unteren Zementier-5 Stopfens wirksam sein kann, sind geeignete radiale öffnungen 41 α im Verbinder 41 vorgesehen, um den äußeren Umfangsabschnitt und insbesondere die Lippe 47 des unteren Zementierstopfens BP mit Druckflüssigkeit zu beaufschlagen. Wie nachfolgend

rungsbeispiel trägt der untere Zementierstopfen BP io noch eingehender beschrieben werden soll, ist die ein ringförmiges Verbindungsstück 41, das in das un- Kugel Sl vorzugsweise ausreichend fest, um zu getere Ende des oberen Zementierstopfenkörpers 36 währleisten, daß der untere Zementierstopfen BP eingeschraubt ist. Am unteren Ende des Verbin- wirksam durch das Abscheren der Stifte 43 freigegedungsstücks 41 ist ein Ring 42 vorgesehen, mit dem ben werden kann, daß die Kugel jedoch im Rohrder untere Zementierstopfen BP durch eine geeignete 15 strang, z. B. beim Aufsitzen auf dem Rückschlagven-Anzahl von mit Umfangsabstand zueinander an- tilschuhS oder einem anderen Anschlag im Rohrgeordneten Scherstiften 43 verbunden ist. Im wcsent- strang ausreichend nachgiebig ist, um hydraulisch liehen ist der untere Zementierstopfen BP gleich dem verformt und durch den Sitz 48 gedrückt zu werden. oberen Zementierstopfen TP, wobei der untere Ze- Danach greift die Kugel 51 an einem mittleren Anmentierstopfen einen rohrförmigen inneren Körper 20 schlagteil 49 α des Fängers 49 an, wobei jedoch Flüs-44 aus festem, jedoch bohrbarem Material aufweist, Sigkeit durch geeignete öffnungen 49 b im Fänger 49 auf den ein äußerer elastomerer Körper mit Wischer- an der Kugel 41 vorbeiströmen kann, ringen 46 und einem oberen Ring 47, die am Futter- Der Fallverschluß 52 ist so ausgebildet, daß er in rohrstrang angreifen, angeformt sind. Im Inneren des den oberen Zementierstopfen TP eingreifen kann, um unteren Zementierstopfenkörpers 44 ist ein Sitz 48 55 diesen freizugeben und weist einen starren Körper 60 mit reduziertem Durchmesser vorgesehen, und am auf, der an einer aufwärts gerichteten Verlängerung

unteren Ende des Körpers ist ein Fänger 49 für eine Kugel angeordnet, die, wie noch beschrieben werden soll, geeignet ist, die Freigabe des unteren Zementierstopfens zu bewirken.

Der in F i g. 1 im wesentlichen dargestellte Zementierkopf CH ist mit dem oberen Ende des Bohrrohrstranges 8 verbunden und an Deck des Schiffes oder der Plattform über dem Wasser angeordnet. Dieser

61 einen elastomeren Körper 62 mit Wischerringen 63 trägt, die gleitend in den Bohrrohrstrang 8 eingreifen. Der Körper 60 trägt einen federnd verform-30 baren Verriegelungsring 64, mit dem der Fallverschluß 52 im oberen Zementierstopfen TP beim Eingriff in die ringförmige Nut 40 desselben verriegelbar ist. Wenn der Fallverschluß 52 in den oberen Zementierstopfen TP eingreift, bewirkt der Flüssigkeits-

Zementierkopf weist eine Kugel 51 und einen Fall- 35 druck über dem Fallverschluß im Dorn M und im Verschluß 52 auf, die im Kopf CH gehalten, jedoch Bohrrohrstrang 8, daß die Scherstifte 35, mit denen wahlweise auslösbar sind, um sich abwärts durch den der obere Zementierstopfen TP lösbar mit dem Dorn Zementierkopf und durch den Zcmentierstopfenfrei- verbunden ist, abgeschert werden. gabedorn M zu bewegen und die Freigabe der Ze- Die Erfindung ist besonders auf die Probleme ge-

mentierstopfen BP und TP zu bewirken. Die Kugel 40 richtet, die beim Fieigeben der Zementierstopfen bei 51 ist in einer Bohrung 53 eines Kugelfallgehäuses Unterwasserzementiervorgängen angetroffen werden, 54 angeordnet, das an einer Seite des Kopfes CH an- bei denen die zuvor im wesentlichen beschriebenen geordnet ist, wobei die Bohrung 53 in den Durch- Vorrichtungen verwendet werden. Üblicherweise gang 55 mündet, die sich axial durch den Kopf CH in können die Kräfte, die zum Abscheren der Scherdas Bohrrohrgestänge 8 erstreckt. Die Bohrung 53, in 45 stifte 43 zur Freigabe des unteren Zementierstopfens der die Kugel 51 gehalten ist, ist unter einem Flüssig- und die erforderlichen Kräfte zum Abscheren der keitseinlaß 55 ο angeordnet. Die Kugel 51 wird in Scherstifte 35 zur Freigabe des oberen Zementierder Bohrung durch einen Schieber 56 gehalten, der Stopfens ohne weiteres berechnet werden, so daß der in der Bohrung mittels einer Spindel 57 hin- und her- untere Zementierstopfen BP ohne Schwierigkeiten beweglich ist, so daß die Kugel aus der gezeigten 50 freigegeben werden kann, während der obere Zerncn-Stellung in den Durchgang 55 bewegt werden kann. freigegeben werden kann, während der obere Zemenum aus dem Schieber 56.herauszufallen. Der Fallver- tierstopfen TP am Dorn festgehalten wird. In dieser Schluß 52 ist lösbar auf einem Stift oder Schieber 58 Beziehung würde es beim Einzementieren des Futterabgestützt, der sich in den Kopf CH bis in eine Stel- rohrstranges C2 im Bohrloch Wl allgemein üblich lung unter den Fallverschluß 52 erstreckt, der jedoch 55 sein, eine Spülflüssigkeit abwärts durch 'den Bohrmittels einer Gewindospindel 59 zurückziehbar ist. rohrstrang 8 durch den Dorn M und die daran befe-Diese Kugelfallvorrichtungen und Fallverschlußaas- stigten Zementierstopfen und dann abwärts durch lösevorrichtungen sind allgemein bekannt und brau- den Futterrohrstrang C2 und in das Bohrloch unc chen daher nicht mehr beschrieben zu werden. dann aufwärts durch den Ringraum zwischen Futter

Die Kugel 51 hat jedoch einen solchen Durchmes- 60 rohrstrang und Bohrloch im Umlauf zu setzen. Au ser, daß sie sich ohne weiteres durch den Bohrrohr- jeden Fall würde der Bohrrohrstrang 8 und der Fut strang 8 und durch den oberen Zementierstopfen TP terrohrstrang C2 anfänglich mit Flüssigkeit, wie ζ. Β und den Verbinder 41 abwärts bewegen kann, der je- Bohrschlamm, gefüllt sein. Dann wird eine Mengi doch zu groß ist, um sich anfänglich durch den Sitz pumpbarc Zementmilch in den Zementierkopf einge 48 in den Durchgang des unteren Zementierstop- 65 führt, wobei die Kugel 51 im wesentlichen {ileichzci fens BP zu bewegen. Somit kann Druckflüssigkeit tig mit dem Fluß der Zementmilch durch den Zc durch den Bohrrohrstrang 8 zugeführt werden, um mcntierkopf freigegeben wird, so daß du. Zement auf den unteren Zementierstopfen BP zu wirken und milch die Spülflüssigkeit bzw. den Bohrschlamm au

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dem Bohrrohrsirang verdrängt, wenn sich die Ze- nen Schraube 78 kann mit dem unteren Ende 79

™ntm£rabwärts^ bewegt und den Ball 51 mit- eines Schlitzes 80 in der Buchse 71 zum Eingnff

nimm? Wenn sich der Ball 51 auf den Sitz 48 des kommen, um so die Abwärtsbewegung des Kolbens

S;ZemenSrstopfen BP setzt, werden die 74 gegenüber der Zylinderkammer 72 vor dem Zu

Scherstifte 43 abgeschert, und der freigegebene un- 5 sammenbau mit dem oberen Zementstopfen zu De

tere Zementierstopfen bildet eine sich zwischen der grenzen. ,

ZementmUch undder vorherigen ^.flüssigkeit bzw. Die öffnungen 77 im ^"J⁰^«^^^

dem Bohrschlamm bewegende w.rksame Schranke. gegenüber dem Sitz s2 a fur den FallverstnluU M so

L alleemeine leicht das G^ .chi der Zementmilch angeordnet, daß der elastomere Körper. insbesondere

aus im die ^orl ergehen.lc Hi,ssi_Äkcit zu verdrän- „ die Wischer 63, die öffnungen 77 verschließen wenn

«„' so daß sich die Arwmir.lcl' schnell abwärts sich der Fallverschluß auf den oberen ^rnentie

durch den Bohrrohr«, j. · bcu^t ..nd das Bohrloch stopfen TP, wie in Fig.4 gezeigt, setzt, so daß die

umer Vakuuni seti üanach i,, allgemein üblich, über dem Fallverschluß 52 befindliche Verdjjn-

den Fallverschluß 52 nvi/.uRcbei. ,p.. ihn abwärts gungsflüssigkeit nicht durch die Öffnunger. 77 sirodurch den Bohrrohr^ m, m.( cükt Merge Verdrän- ,5 men kann und daher wirksam im Dorn eingeljngen

„ün_Ocnr,«iokei. /u d.uA,-n. die -n der Bohrrohr- ist, so daß jede Stoßdruckwelle nur auf den verhalt^

sträne'öepumpt *.ru mul sich ^hm-! ,!i-rch densel- nismäßig kleinen Querschnitt des Fatlverscmusscs-

ben ^%rts bewcei b'·« du ί·-ΐ;να·/.:ί:Ί·3 sich in den wirkt. Der Dornkörperabschnitt 24 weist ferner eine

oberen Zemen;k-stopicu /Γ set/i und wirksam den Anzahl von öffnungen 81 auf, die mit deninüra FlussiuktiMiu.civang durch den oberen Zementier- 20 Zylinderraum 72 führenden Öffnungen 73 in Veroin-

St nfen/F vcrschiic^: «as eine Stoüuruckwelle her- dung stehen, so daß bei einem Druckaufbau im

vorruft cue bisher bekanntlich ein augenblickliches Dom M und im Bohrrohrstrang8 über dem oberen

Abscheren der !en oberen Zementierstopfen mit dem Zementierstopfen TP sich dieser Druck auf die K»ng-

Dorn v<Mb>nd-.iden Vheisfiie bewirkte. Dies stellt fläche des Kolbens 74 auswirkt, um eine zusätzlich ein besondere Problem oar. .venn der Druck auf die as abwärts gerichtete Kraft zu erzeugen, die auf ae

oani-c Querset littsfläch«. des oberen Zementierstop- oberen Zementierstopfen TP einwirkt, um die Scner-

fens'/T auvjtübt wird. Je tiefer das Wasser ist, in stifte 35 abzuscheren.

deir die Bohrung hergestellt wird, um so schwieriger Für die Zwecke einiger Bohrungen und einiger LR-

ist das Problem. Wenn der obere Zementierstop- mentierstopfengrößen ist feststellbar, daß die Bel >n TT durch eine Stoßdruckwelle freigegeben wird, 30 schränkung der Verdrängungsflüssigkeit auf den LR-

wirj am oberen Ende des Bohrrohrstranges kein mentierstopfenfreigabedorn und die nachfolgende

Drucksignal oder eine Anzeige gegeben, die anzeigt, Anwendung eines zusätzlichen Druckes auf den nng-

daß der obere Zementierstopfen freigegeben ist. Ein förmigen Kolben 74 eine ausreichende Lösung Iu

derartiges Signal ist jedoch für die Zementierkolonne das Problem der nicht erkennbaren Freigabe des aus dem Grunde wichtig, daß nachfolgend das VoIu- 35 oberen Zementierstopfens TP darstellt. Die Ernn-

men der in den Futterstrang eingeführten Verdrän- dung sieht jedoch eine weitere Sicherstellung vor,

gungsflüssigkeit bestimmt werden kann, um die Ze- daß die Stoßdruckwelle nicht einmal wirksam aut

mentmilch in den Ringraum zwischen Futterrohr- den kleinen Querschnitt des Fallverschlusses ausge-

strang und Bohrlochwandung zu verdrängen. übt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß an der Die Erfindung beseitigt diese Probleme, indem die 40 Buchse 71 eine langgestreckte zylindrische Verlänge-

Verdrängungsflüssigkeit auf den Dorn beschränkt rung 82 vorgesehen wird, die mit der Außenfläche

wird, so daß³ irgendein Stoßdruck nur auf die druck- des Dornkörperabschnitts 24 eine ringförmige

ansprechende Fläche des Fallverschlusses wirken Druckkammer 83 bildet, die über öffnungen 81 mit

kann, wobei jedoch darauffolgend der die Freigabe dem Inneren des Dorakörperabschnitts 24 über den des oberen Zementierstopfens bewirkende Druck er- 45 Fallverschluß 52 in Verbindung steht, wenn sich der

höht wird, um eine wahrnehmende Anzeige am obe- Fallverschluß auf den oberen Zementierstopfen 1"

ren Ende aes Bohrrohrstranges 8 zu erzeugen, die setzt. An seinem oberen Ende hat die Verlängerung

durch den Druckabfall bewirkt wird, wenn der obere 82 einen verkleinerten AußenduTchmesser, so dab

Zementierstopfen TP endgültig freigegeben wird. ein maximales Druckkammervolumen erreicht wird. Demgemäß ist nahe dem unteren Ende des Dreh- 50 Darüber hinaus führen die öffnungen 81 vorzugs-

körperabschnitts 24 mittels einer Gewindekupplung weise in einem Winkel vom Inneren des Domkörper-

70 eine Buchse 71 befestigt, die mit dem Dorn einen abschnitts 24 in die Druckkammer 83 aufwärts, up¹

ringförmigen Zylinderraum 72 begrenzt, in dessen die Neigung zu vermindern, daß die Zementmilch m

oberes Ende Flüssigkeit durch eine öffnung 73 ein- die Druckkammer 83 und den Zylinderraum 72 einceführt werden kann. Im Zylinderraum 72 ist ein 55 dringt.

ringförmiger Kolben 74 hin- und herbeweglich an- Bei der Verwendung der zuvor beschriebene!

geordnet, der geeignete Dichtungsringe 75 aufweist. Vorrichtung wird ein Futterrohrstrang in das Bohr·

die gleitend an den gegenüberliegenden Zylinderwän- loch an einem Einfahrwerkzeug T eingefahren, da!

den angreifen. Das untere Ende des Kolbens 74 liegt an einer geeigneten Bohrrohrstranglänge 8 abgestütz

am oberen Ende des starren Körpers 36 des oberen 60 ist, die sich vom Bohrlochkopf H auf dem Gewässer

Zementierstopfens an. Der Kolben 74 und der Dorn- boden bis zu einem Schiff oder einer Plattform»

körperabschnitt 24 weisen öffnungen 76 bzw. 77 auf, der Wasseroberfläche erstreckt. Der Dorn Vf mit del

durch die normalerweise ein ausgeglichener Druck- Zementierstopfen TP und BP ist zuvor mit dem Ein

zustand an der Zementierstopfenvorrichtung auf- fahrwerkzeug verbunden, wobei die Zementierstop

rechtcrhalten wird, insbesondere wenn im Bohrloch 65 fen im Futterrohrstrang angeordnet sind. Der Futter

ein Vakuum erzeugt wird, nachdem die Zementmilch rohrstrang ist an einer Futterrohrstrangaufhängun

in den Bohrrohrstrang 8 eingeführt ist._Fine An- abgestützt.

schlag\orrichtung mit einer vom Kolben 74 getrage- Der Futterrohrstrang wird mit Flüssigkeit, oe

spielsweise mit gewichtserhöhtem Schlamm, gefüllt, und, falls gewünscht, kann Flüssigkeit eine Zeitlang im Umlauf gesetzt werden, um den Futterrohrstrang und den Ringraum zwischen Futterrohrstrang und Bohrlochwandung zu spülen. Dann wird Zementmilch in den Zementierkopf CH durch den Einlaß 55 α eingeführt und der Kugelschieber 56 betätigt, um die Kugel 51 in die Flüssigkeitssäule etwa an der Berührungsfläche zwischen der Zementmilch und dem Schlamm oder der Spülflüssigkeit zu bewegen, wobei sich die Kugel mit dem Flüssigkeitsstrom abwärts bewegt, bis sie sich auf den Sitz 48 im Durchgang durch den unteren Zementierstopfen BP setzt. Der Flüssigkeitsdruck auf dem unteren Zementierstopfen wird über die öffnungen 41 α im Verbinder 41 zwischen den beiden Zementierstopfen BP und TP in den Futterrohrsirang eingelassen und bewirkt ein Abscheren der Scherstiftc 43. Der untere Zementierstopfen BP bewegt sich dann im Futterrohrstrang, wie in F i g. 3 ersichtlich, zwischen der Zementmilch und der vorhergehenden Flüssigkeit abwärts und wirkt als Schranke zwischen denselben. Wenn die Abwärtsbewegung des unteren Zementierstopfens BP beispielsweise durch den Ventilschuh 5, wie in Fig.6 ersichtlich, angehalten wird, wird der Ball 51 durch den Sitz 48 gedrückt und im Fänger 49 eingefangen, während Zementmilch abwärts durch den Ventilschuh5 und dann aufwärts in den Ringraum zwischen den Futterrohrstrang und die Bohrungswandung strömt.

Wenn sich die Zementmilch, wie ebenfalls aus F i g. 3 ersichtlich ist, im Futterrohrstrang abwärts unter den oberen Zementierstopfen TP bewegt, ist der Dorn M frei von Flüssigkeit, und im Bohrloch herrscht ein Vakuum, da die verhältnismäßig schwere Zementmilch die vorhergehende Flüssigkeit abwärts durch den Ventilschuh S drückt. Zu diesem Zeitpunkt ermöglichen die öffnungen 73 und 76 im Dorn und im Kolben 64 einen Druckausgleich unter

dem oberen Zementierstopfen TP mit dem Druck in dem Ringraum zwischen dem Dorn M und dem Futterrohrstrang über dem oberen Zementierstopfen TP, so daß kein Druckunterschied besteht, der eine Freigabe des oberen Zementierstoprens ι r ocwu^cn ^'nächstes wird der Fallverschluß 52 durch Zurückziehung des Fallverschlußhaltesüfles 58 freigegeben und df r Fallverschluß Fällt bis zu einer Stellung unter dem Zementierkopfeinlaß 55«, durch den eine Verdrängungsflüssigkeit beüebiger Art gepumpt wird um def Fallvlr«±luß abwärts durch den Bohrrohrstrang zu drücken, wobei die Wischer 63 den Bohrrohrstrang 8 von haftengebliebenem Zement

^Sa Während die Verdrängungsflüssigkeit über dem Fallverschluß 52 denselben abwärts bewegt, setzt er sich in den Sitz 52 des oberen Zf*ntierstop fens ΓΛ wobei der Verriegelungsnng 64 in die Nut 40 im Durchgang durch den oberen ^^«fi^P^ einrastet und wobei der untere Wischer 63 die Dornöffnung 73 verschließt, so daß die Verdrangungsflüssigkeit im Durchgang des Domes emgefangen ist. Auf cliese Weise wird die momentane Stoßdruckwelie die durch das Schließen des Strömungsweges durch den Fallverschluß bewirkt wird, m ihrer Auswirkung auf die verhältnismäßig kleine Flache des PälSchlusses beschränkt. Bei der Vcrwencung einiger Zementierslüpfengrößen können die Scherstifte 35 berechnet werden, um dem Stoßdruck zu widerstehen, ab^r für andere Größen, was von der Wassertiefe abhängt, wird die Druckkammer 83 im Dorn M verwendet, um die Stoßdruckwelle aufzufangen. Mit anderen Worten soll erreicht werden, daß durch den Flüssigkeitseinschluß im Dorn und die Verwendung einer Hilfskraft zur Freigabe des oberen Zementierstopfens, von dem Druck abgeleitet wird, ίο der auf den ringförmigen Kolben 74 wirkt, in einigen Fällen ohne eine Druckkammer 83 ausreicht, um einen Druckaufbau im Bohrrohrstrang zur Freigabe des oberen Zementierstopfens zu bewirken, um so einen Druckabfall vorzusehen, der am oberen Ende des Bohrrohrstranges wahrnehmbar ist, um die Freigabe des Zementierstopfens anzuzeigen.

Wie insbesondere in F i g. 4 dargestellt ist, wird die momentane Stoßdruckwelle, die durch die Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes durch den oberen Zeao mentierstopfen TP bewirkt wird, in der Druckkammer 83, falls verwendet, aufgefangen, da ein Teil der Verdrängungsflüssigkeit über dem Fallverschluß Zugang durch die öffnungen 81 in die Kammer 83 findet, wobei sich diese Öffnungen 81 mit geringem Abas stand über dem Fallverschluß befinden, wenn er sich endgültig in den oberen Zementierstopfen eingesetzt hat. Während der Druck der Verdrängungsflüssigkeit zunimmt, findet mehr dieser Flüssigkeit Zugang in die Druckkammer 83, wie aus F i g. 5 ersichtlich, bis der auf die Fallverschlußfläche und auf den ringförmigen Kolben 74 wirkende Druck eine Abscherung der Stifte 35 bewirkt, so daß der obere Zementierstopfen TP abwärts durch den Futterrohrstrang gedrückt wird.

Schließlich, wie aus F i g. 6 ersichtlich, setzt sich der obere Zementierstopfen TP auf den unteren Zementierstopfen BP, dessen Abwärtsbewegung schon vorher durch den Ventilschuh 5, wie zuvor beschrieben, angehalten wurde, so daß die Zementmilch vol'lständig in den Ringraum zwischen dem Futterrohrstrang und der Bohrungswand verdrängt ist.

Während die Erfindung als anwendbar beim Zementieren von Bohrlochfuttersträngen beschrieben worden ist, wobei sowohl ein unterer als auch ein oberer Zementierstopfen verwendet werden, wird darauf hingewiesen, daß unter der Wasseroberfläche liegende Bohrlochanordnungen der dargestellten Art das Zementieren gewisser größerer Bohrlochfutterrohrstränge umfaßt, beispielsweise in der Größenordnung von 500 bis 750 mm Durchmesser, wobei nur ein oberer Zementierstopfen verwendet wird. Die Merkmale der Erfindung sollen daher auch in Verbindung mit der Freigabe derart großer oberer Zementierstopfen Verwendung finden können. Auf alle Fälle ist mit der Erfindung eine Zementierstopfenfreigabevorrichtung geschaffen, bei der die auf Drucl ansprechende Fläche des oberen Zementierstopfens die der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes des einlau fenden Rohrstranges ausgesetzt ist, kontrolliert ist, se 60 daß ein wahrnehmbarer Druckanstieg erforderlicl ist. um den Zementierstopfen endgültig freizugeben Ein solcher Druckanstieg erzeugt einen wahrnehmba ren Druckabfall, wenn de- Zementierstopfen freige geben wird. Dieser Druckabfall kann an einem gecig 65 neten Manometer sichtbar gemacht werden, wie si üblicherweise bei der Zementierausrüstung verwen dct werden

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

2 i!8 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einzementieren eines Futterrohrstranges in einem Bohrloch, bestehend aus einem mittels einer Vorrichtung am Rohrstrang befestigten, sich in Längsrichtung im Rohrstrang erstreckenden Dorn, der einen Flüssigkeitsdurchgang aufweist und einen durch eine Freigabevorrichtung mit ihm verbundenen Zementierstopfen trägt, der einen die Flüssigkeit aus dem Dorndurchgang in den Rohrstrang leitenden Durchgang und eine Ringschulter aufweist, auf der ein in den Zementierstopfendurchgang eingebrachter FUUsigkeitsverschluß absetzbar ist, wobei die Freigabevorrichtung durch den Dorn durch den beim Schließen des Fliissigkeitsverschlusses entstehenden Flüssigkeitsdruck auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (M) einen ao beim Schließen des Durchganges (26) im Zementierstopfen (7P) durch Flüssigkeitsdruck betätigten Kolben (74) zur Unterstützung der Auslösung der Freigabevorrichtuiig (35) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Scherstiftanordnung (35, 43) aufweist, durch die der Zementierstopfen (7P) mit dem Dorn (M) verbunden ist, und dali der Kolben (74) als Ringkolben gleitend in einem ringförmigen Zylinder (72) angeordnet ist und aus diesem am Zementierstopfen (TP) angreifend vorsteht und daß ferner im Dorn (M) Flüssigkeitseinlässe (81, 73) vorgesehen sind, die den Durchgang (26) im Dorn mit dem ringförmigen Zylinderraum verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Dorn (M) ei?~ mit dessen Durchgang (26) verbundene Druckkammer (83) vorgesehen ist, die zum Dämpfen de« beim Schließen des Durchganges im Zementierstopfen auftretenden Druckstoßes und zum Verhindern der Auslösung der Freigabevorrichtung (35) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (M) öffnungen (76, 77) zum Ausgleichen des Druckes am Zementierstopfen (7"P) solange, bis der Durchgang durch den Zementierstopfen geschlossen ist, aufweist.

5. Vorrichtung zum Einzementieren eines Futterrohrstranges in einem Bohrloch, bestehend aus einem mittels einer Vorrichtung am Rohrstrang befestigten, sich in Längsrichtung im Rohrstrang erstreckenden Dorn, der einen Flüssigkeitsdurchgang aufweist und einen durch eine Freigabevorrichtung mit ihm verbundenen Zementierstopfen trägt, der einen die Flüssigkeit aus dem Dorndurchgang in den Rohrstrang leitenden Durchgang und eine Ringschulter aufweist, auf der ein in dem Zementierstopfendurchgang eingebrachter FlüssigkeitsVerschluß absetzbar ist, wobei die Frcigabevorrichtung durch den Dorn durch den beim Schließen des Flüssigkeitsverschlusses entstehenden Flüssigkeitsdruck auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (M) eine Druckkammer (83) aufweist, die mit dem Durchgang (26) durch deu Dorn in Verbindung steht und zum Dämpfen des beim Schließen des Durchganges im Zementierstopfen (TP) auftretenden Druckstoßes ausgebildet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (83) eine langgestreckte Buchse (82) aufweist, derec beide Enden mit dem Dorn (M) verbunden sind und die mit diesem eine Ringkammer (83) bildet, die über Öffnungen (81) mit dem Durchgang (26) des Domes verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (M) Öffnungen (76, 77) aufweist, die den Druck am Zementierstopfen (7F) ausgleichen, wobei die öffnungen derart angeordnet sind, daß sie durch einen Verschluß (52) geschlossen werden, wenn dieser den Durchgang (26) im Zementierstopfen (TP) verschließt.