NO150973B - Utblaasningssikring - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en utblåsningssikring omfattende en første stempelinnretning med en første kappeblokk som har en skjærekant, og en annen stempelinnretning med en annen kappeblokk som har et kappeblad med en kappeoverflate,

idet stempelinnretningene kan beveges på tvers av en boring i utblåsningssikringen for å komme i inngrep med en borstreng som strekker seg gjennom boringen, og kappe denne, samtidig som kappeblokkene og kappebladet består av en legering med en øvre hårdhetsgrad på Rc22.

Ved boring av olje- og gassbrønner og spesielt ved boring av slike brønner på sjøbunnen kan det i en nødssituasjon være nødvendig å kappe av borstrengen og stenge brønnen. Dette oppnås vanligvis ved bruk av utblåsningssikringer omfattende kappestempler.

Ved boring av mange brønner påtreffer man hydrogensulfid-omgivelser, noe som medfører hydrogenskjørhet og dermed svikt av kappestempler som har den styrke og hardhet som er tilstrekkelig til å kappe av tykke borstrenger i omgivelser hvor der ikke oppstår hydrogenskjørhet. Når hydrogensulfid kommer i be-røring med kappestempler fremstilt fra en stållegering med en styrke og hardhet som overstiger hardheten av den borstreng som skal kappes av, f.eks. Rc3 5 - 40, dekomponerer hydrogensul-fidet for å danne et metallsulfid under frigjøring av hydrogen-atomer som diffunderer inn i metallgitteret. Dette medfører hydrogenskjørhet av metallet. Hvis et slikt hydrogenskjørt metall utsettes for høye spenninger, som f.eks. ved avkapping av borstrenger eller avstengning av brønner under høyt trykk,

kan der inntreffe skjørhetsbrudd ved spenningsnivåer som langt underskrider de spenninger som medfører svikt ved fravær av hydrogen.

Det er kjent at legerte stål med en hardhet som ikke overskrider R^ 22, med hell kan anvendes i hydrogensulfidomgivelser, idet disse legeringer er seige, motstår sprekkforplantning og ikke blir hydrogenskjøre under belastning. Legeringer med en slik hardhet har imidlertid en mindre styrke og hardhet enn borstrengen, og ved inngrep med denne vil det således være disse legeringer som ville deformeres, slik at de ikke kan kappe av borstrengen, idet det er nødvendig at hardheten av kappesternp-lene overstiger hardheten av borstrengen for at man skal unngå deformasjon og bevirke avkapping av borstrengen.

Kappestempler fremstilt av legeringer med en hardhet på Rc35 - 45 har en styrke og hardhet som overskrider hardheten av de fleste borstrenger, og vil derfor ikke deformeres av borstrengen, men kappe av denne ved inngrep med borstrengen. Slike legeringer er imidlertid utsatt for hydrogenskjørhet når de anvendes i hydrogensulfidomgivelser. De vil således sprekke

og ikke kunne kappe av tykke borstrenger. Såvidt oppfinneren kjenner til, er der før den foreliggende oppfinnelse ble gjort ikke blitt markedsført kappestempler som med hell vil kunne kappe av borstrenger i hydrogensulfidomgivelser.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en utblåsningssikring med slike kappestempler, og dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at skjærekanten og kappeoverflaten omfatter et 3,2 - 6,4 mm tykt sjikt av en nikkelbasert, koboltbasert eller wolframbasert legering eller av en blanding av slike legeringer, idet sjiktet er sveiset til den første kappeblokk resp. til kappebladet.

US-A 3 880 436 angir at man ikke kan sveise et tynt hardt sjikt til overflaten av et R c22-materiale. Det vil si at dette patentskriftet angir at man ikke kan gjøre nettopp det som den foreliggende oppfinnelse går ut på.

Den løsning som er angitt i US-A 3 880 436, er ikke tilfredsstillende, da de innlegg som skal deformasjonsherdes, fra begynnelsen er mykere enn det materiale de skal kappe, slik at de deformeres og mister sin skarpe egg og dermed ikke kapper borstrengen. De deformasjonsherder ikke i tilstrekkelig grad, og de sprekker, spesielt ved hjørnene.

US-A 3 736 982 viser en form for kappestempler som den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes på.

Som angitt foran er slike kappestempler tilfredsstillende til avkapping av borstrenger som føres gjennom en utblåsningssikring, men de er ikke tilfredsstillende for bruk under hydro-gensulf i-d-omgivelser , fordi hydrogenskjørhet fører til svikt og hindrer avkapping og dermed avtetting av brønnen nedenfor ut-blåsning ss ikr i ngen .

US-A 3 279 939 beskriver fremgangsmåter til sveising av visse legeringer, men dette kan ikke foregripe den foreliggende oppfinnelse, som ikke ligger i måten sveisingen utfores på,

men går ut på den forskrift at kappeblokken eller kappebladet skal dannes av et materiale som har en bestemt hardhetsgrad,

og som er belagt med et sjikt av en hard legering av en på for-hånd fastlagt tykkelse.

Fordelene ved den foreliggende oppfinnelse er at der kan fremstilles utblåsningssikrings-kappestempler som ikke blir skjøre ved bruk i hydrogensulfid-omgivelser, ikke deformeres eller sprekker når de belastes ved lukking, kan kappe en bore-streng og er relativt billige. Dette sett av egenskaper er i lys av teknikkens stand nesten gjensidig utelukkende. Likevel er de oppnådd i kombinasjon gjennom den foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til tegningen.

Fig. 1 er et perspektivriss av to samvirkende stempler

for en utblåsningssikring i henhold til oppfinnelsen.

Fig. IA er et utsnitt av et oppriss, delvis i snitt, av

en utblåsningssikring i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 er et snitt i større målestokk gjennom utblåsningssikringen på fig. IA med stemplene trukket tilbake fra boringen i sikringen. Fig. 3 er et snitt i likhet med snittet på fig. 2 og viser stemplene i en stilling hvor de står i inngrep med en borstreng som skal kappes av. Fig. 4 er et snitt i likhet med fig. 2 og 3 og viser stemplene i.lukkestilling etter avkapping av borstrengen. Fig. 5 er et riss i likhet med fig. 4 og viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen.

På tegningen, og nærmere bestemt på fig. IA, er der vist en vanlig utblåsningssikring 10 som kan være av en hvilken som helst kjent type, f.eks. en Rucker-Shaffer LWS hydraulisk utblåsningssikring. Sikringen 10 omfatter et sentralt, hovedsakelig sylindrisk legeme 12 som har en utvidet indre boring og er festet til foringsrør som ikke er vist, og som anvendes ved boring av en olje- eller gassbrønn. En vanlig borstreng, som er generelt betegnet med henvisningstallet 16, og som innbe-fatter rørseksjoner, skjøter og annet boreutstyr som ikke er vist, strekker seg gjennom boringen 14 i sikringen 10 under normal drift.

Den på fig. IA viste utblåsningssikring 10 er av sluseven-tiltypen med dobbelt bunnstyring (double cellar control gate type) med et øvre kappestempelsett, som generelt er betegnet med henvisningstallet 18, og et nedre rørstempelsett, som generelt er betegnet med henvisningstallet 20.

Legemet 12 inneholder stempelmottagende kamre 22a og 22b for kappestempelsettet 18 og stempelmottagende kamre 24a og 24b for rørstempelsettet 20. Alle disse kamre strekker seg sideveis ut fra boringen 14 i legemet 12 av sikringen 10 og står parvis rett overfor hinannen som vanlig i utblåsningshindrende ventiler.

Alle de kappestempelmottagende kamre 22a og 22b og de rørstempelmottagende kamre 24a og 24b inneholder organer til å bevege disse stempler inn i og ut av boringen, f.eks. ikke viste hydrauliske stempler og sylindre, styreorganer og lig-nende, slik at stemplene i en tilbaketrukket eller ytre stilling ligger utenfor boringen 14, mens kappestemplene 18 kan beveges fra den ytre stilling til en indre stilling hvor de kommer i inngrep med og kapper borstrengen i boringen, og rørstemplene 20 kan beveges fra sin ytre stilling til en indre stilling hvor de kommer i inngrep med og bærer borstrengen 16.

En ytterligere beskrivelse av utblåsningssikringen og

den måte stemplene beveges på for åpning og lukking vil ikke bli gitt. En slik beskrivelse torde være unødvendig, idet kappestemplene kan manøvreres på en hvilken som helst ønsket måte, hvorav mange er velkjente og benyttet ved industriell boring av olje- og gassbrønner. Heri er inkludert spesielle anvendelser hvor der bare er ett eneste bevegelig kappestempel, slik det er vist i US-PS 3 590 920. Der vil heller ikke bli gitt noen ytterligere beskrivelse av det rørholdende stempelsett 20, idet oppfinnelsen angår utførelsen av kappestempler, nærmere bestemt slike stempler som selv under betingelser som fremmer hydrogen-skjørhet, kan kappe av en borstreng 16 når det er nødvendig, f.eks. i en nødssituasjon.

Som vist på fig. 1 og 2 består kappestempelsettet av en første og et annet stempelinnretning som er betegnet generelt med henholdsvis 18a og 18b. Hver av stempelinnretningene omfatter en stempelblokkholder 26a resp. 26b som har halvsirkelform og en hovedsakelig konsentrisk, halvsirkelformet, oppadvendende fordypning på oversiden, hvori der er festet halvsirkelformede kappeblokker 28a og 28b og pakningsorganer 30a og 30b som strekker seg langs og mellom i det minste de sirkelformede partier av stempelblokkholderne 26a og 26b og kappeblokkene 28a og 28b.

Som best vist på fig. 2, 3 og 4 er kappeblokkene 28a og 28b bevegelig festet til sine respektive stempelblokkholdere 26a og 26b, f.eks. ved hjelp av bolter 32a og 32b som er festet til henholdsvis kappeblokken 28a og kappeblokken 28b. Boltene 32a og 32b er anordnet i forstørrede åpninger 34a og 34b som tillater en begrenset sidebevegelse av kappeblokkene 28a og 28b innover og utover i de respektive stempelblokkholdere 26a og 26b for å bringe pakningene 30a og 30b til virkning etter avkapping av borstrengen 16, slik det er vist på fig. 4.

Stempelinnretningen 18a har på innersiden av kappeblokken 28a en flate 36a som er innrettet til å komme til anlegg mot en borstreng, og som ved sin nedre ende ender i en skjærekant 38a og ved sin øvre ende er avfaset utover som vist ved 40a.

Undersiden av kappeblokken 28a er utført med en avsmal-ende åpning 42a som ligger utenfor den nedre skjærekant 38a og strekker seg tvers over undersiden av kappeblokken 28a. Et pakningsorgan 44a som ligger an mot et oppragende anslag 46a ved den indre ende av stempelblokkholderen 26a, er anordnet i åpningen 42a. Bevegelse av kappeblokken 28a utover i forhold til stempelblokkholderen 26a vil således presse pakningen 44a mot anslaget 46a og derved bevirke en tetning langs kappebladet.

Stempelinnretningen 18b har et kappeblad 36b som har en kappeoverflate 38b og er bevegelig festet til stempelblokkholderen 26b ved hjelp av en gjengebolt 40b. I en fordypning 42b som strekker seg tvers over kappeblokken 28b, er der anordnet et tetningsorgan 44b.

Stempelblokkholderen 26a har en radialt utad forsenket indre ende 48a for å skaffe plass til mottagelse av den øvre avkappede ende av en borstreng, slik det er best vist på fig. 4.

Noen ytterligere beskrivelse av stempelinnretningene 18a og 18b torde ikke være nødvendig, idet de på fig. 1-4 viste og hittil beskrevne kappestempler markedsføres av patenthaverne og er beskrevet i detalj i US-PS 3 736 982.

Som tidligere nevnt, kan den foreliggende oppfinnelse anvendes i forbindelse med alle typer av kappestempler, f.eks. stempler av den art som er vist på fig. 5, og som markedsføres av Cameron Iron Works, Inc., Houston, Texas og er beskrevet i US-PS 3 817 326 og 3 946 806.

På fig. 5 er utblåsningssikringen generelt betegnet med 10c. Ventilen har en boring 14c for gjennomføring av en borstreng som ikke er vist. Ventilen 10c har et par stempelmottagende kamre 22c og 22d som strekker seg sideveis ut fra boringen 14c og inneholder kappestempler 26c og 26d som kan beveges i kamrene og er forsynt med pakninger 30c og 30d og en pakning 44c som strekker seg langs en av kappeblokkene 28c og er innrettet til å danne tetning med den annen kappeblokk 28d etter avkapping av borstrengen, som ikke er vist på tegningen. Kappe-og anleggsflåtene 36c og 36d er dannet av en nikkelbasert, koboltbasert eller wolframbasert legering. Dette spesielle kappestempel vil ikke bli beskrevet nærmere, idet en slik beskrivelse finnes i de ovennevnte patentskrifter.

Kappe- eller skjærestempler av den art.som er beskrevet ovenfor, har stort sett vært tilfredsstillende for avkapping av borstrenger som strekker seg gjennom en utblåsningssikring når slik avkapping har vært nødvendig, f.eks. i nødssituasjoner, men stemplene har ikke vært tilfredsstillende for bruk i hydro-gensulf idomgivelser , idet hydrogenskjørhet vil bevirke svikt og hindre avkapping og dermed lukking av brønnen under utblåsningssikringen.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den overraskende oppdagelse at hvis de deler som kappeblokkene 28a og 28b (fig. 1-4) og 28c (fig. 5) består av, er dannet av en legering med en øvre hardhetsgrense på ca. 1*^22, samtidig som kappeoverflaten 38b og anleggsflåtene 36a og 40a mot borstrengen samt skjærekanten 38a på kappeblokkene på fig. 1-4 og kappe- og anleggsflåtene 36c på kappeblokkene på fig. 5 består av et relativt tynt skikt av en nikkelbasert, koboltbasert eller wolframbasert legering, kan disse kappeblokker effektivt kappe av borstrenger og avtette brønnen under ventilen selv under forhold som bevirker hydrogenskjørhet. En rekke spesielle eksempler på legeringer som kan anvendes, er angitt i de etterfølgende tabeller, men generelt skal det nevnes at uttrykket "nikkelbaserte legeringer" betyr legeringer som overveiende inneholder nikkel, mens koboltbaserte legeringer og wolframbaserte legeringer betyr legeringer som overveiende inneholder kobolt resp. wolframkarbid. Basismetallet, dvs. nikkel, kobolt eller wolframkarbid, bør fortrinnsvis foreligge i en mengde på minst ca. 50 vektprosent av legeringen. Alle disse legeringer er tilstrekkelig harde til å skjære igjennom rør som benyttes i borstrenger.

Det er bare nødvendig at de legeringsbelagte overflater strekker seg over de deler av kappeblokkene og kappebladene som står i inngrep med og således er påkjent av borstrengen 16. Fortrinnsvis strekker legeringsflåtene seg et kort stykke forbi skjærekanten eller anleggsflaten. Om ønskelig kan kappeblokkene forsynes med ytterligere overflatepartier eller full-stendig dekkes med nikkelbasert, koboltbasert eller wolframbasert legering.

Disse legeringer sveises til kappeblokkene i et relativt tynt sjikt med en tykkelse på ca. 3,2 - 6,4 mm. Legeringer tren-ger inn i det underliggende basismetall til en dybde på halv-parten av skiktets tykkelse og bevirker således en fortynning av basismetallet. Omtrent halve tykkelsen av det opprinnelige skikt slipes bort, slik at der levnes ca. 1,6 - 3,2 mm ufortyn-net legering eller 3,2 - 6,4 mm samlet (fortynnet pluss ufor-tynnet) legering. Tykkere overflatebelegning med legeringen er ikke.tilfredsstillende som følge av at legeringene kan skalle av eller blokkene kan slå seg som følge av forskjeller i varme-utvidelsen av legeringene og metallet i blokken, idet legeringene er meget sterkere enn metallet i blokken.

Kappeblokken blir fortrinnsvis fremstilt av et lavlegert stål med en regulert hardhet fortrinnsvis svarende til en bri-nellhardhet på 207 - 235, idet blokken forsynes med de ovennevnte legeringsoverflater.

I det følgende er der gitt eksempler på legeringer som

er tilfredsstillende for bruk ved den foreliggende oppfinnelse, idet alle mengdeangivelser i de etterfølgende eksempler og tabeller er vektprosent.

Eksempel 1

De følgende koboltbaserte legeringer er tilfredsstillende for røranleggsflåtene og rørkappeflåtene på blokkene.

De koboltbaserte legeringer som er angitt i tabell 1,

kan sveises til de partier av kappeblokkene som står i inngrep med og kapper borstrengen, og som er dannet av en metall-legering med en øvre hardhet på ca. Rc22. Legeringene kan slipes som beskrevet ovenfor og vil skaffe tilfredsstillende kapping av borstrenger under betingelser som medfører hydrogenskjørhet.

Eksempel 2

I dette eksempel blir nikkelbaserte legeringer benyttet på de overflater som står i inngrep med og kapper borstrengen. Legeringene er angitt i tabell 2.

De nikkelbaserte legeringer som er angitt i tabell 2,

er tilfredsstillende for belegning av de overflater av kappeblokker som står i inngrep med og skal kappe borstrenger, og som er dannet av en metall-legering med en øvre hardhet på Rc22. Legeringene tillater kapping av borstrenger under betingelser som skaffer hydrogenskjørhet.

Eksempel 3

I dette eksempel er de overflater som kommer til anlegg mot og skal kappe borstrenger, belagt med en av de legeringer på wolframkarbidbasis som er angitt i tabell 3.

Når disse wolframkarbidbaserte legeringer benyttes på kappeblokker fremstilt av en metall-legering med en øvre hardhet på ca. Rc22, tillater de tilfredsstillende avkapping av borstrenger under betingelser som fremmer hydrogenskjørhet.

De legeringer som er angitt i tabellene 1, 2 og 3, er tilgjengelige i handelen og selges under varemerket "Stellite Powders" av Wall Colmonoy Corporation, Detroit, Michigan.

Eksempel 4

For ytterligere å belyse oppfinnelsen skal det nevnes

at de i tabell 4 angitte koboltbaserte legeringer er tilfredsstillende for bruk som anleggs- og kappeflater for borstrenger. Også disse legeringer er tilgjengelige i handelen og markeds-føres av Wall Colmonoy Corporation, Detroit, Michigan.

Av de foran nevnte legeringer er nr. 29 spesielt egnet for bruk på overflater som skal komme i inngrep med og kappe rør. Denne legering foretrekkes således.

Ytterligere eksempler på spesielle nikkelbaserte, koboltbaserte og wolframbaserte legeringer torde ikke være nødvendige, da de foranstående tabeller 1-4 viser typiske og representative sammensetninger av slike legeringer som kan benyttes i den foreliggende oppfinnelse.

Som tidligere nevnt har tidligere kjente kappeblokker ikke med hell kunnet kappe av borstrenger under betingelser som fremmer hydrogenskjørhet, men når kappeblokken dannes av en metall-legering med en øvre hardhet på Rc22 og de overflater som kommer til inngrep med og kapper borstrengen, er dannet av legeringer som angitt foran, vil blokkene effektivt kappe borstrenger som strekker seg gjennom utblåsningssikringen, selv-om der foreligger betingelser som fremmer hydrogenskjørhet.

Den foreliggende oppfinnelse er derfor velegnet til opp-nåelse av hensikten med oppfinnelsen, samtidig som den medfører de fordeler og fremskritt som er angitt, samt andre fordeler som automatisk følger med.

Claims (1)

1. Utblåsningssikring (10) omfattende en første stempelinnretning (18a) med en første kappeblokk (28a) som har en skjærekant (38a), og en annen stempelinnretning (18b) med en annen kappeblokk (28b) som har et kappeblad (36b) med en kappeoverflate (38b), idet stempelinnretningene (18a, 18b) kan beveges på tvers av en boring (14) i utblåsningssikringen (10) for å komme i inngrep med en borstreng (16) som strekker seg gjennom boringen (14), og kappe denne, samtidig som kappeblokkene (28a, 28b) og kappebladet (36b) består av en legering med en øvre hårdhetsgrad på Rc22,

   karakterisert ved at skjærekanten (38a) og kappeoverflaten (38b) omfatter et 3,2 - 6,4 mm tykt sjikt av en nikkelbasert, koboltbasert eller wolframbasert legering eller av en blanding av slike legeringer, idet sjiktet er sveiset til den første kappeblokk (28a) resp. til kappebladet (36b).