NO20130596L

NO20130596L - Toveis, innvendig-trykk-innesperrende pakningselementsystem

Info

Publication number: NO20130596L
Application number: NO20130596A
Authority: NO
Inventors: Gerald Dean Pedersen; Tarald Gudmestad; David E Hirth
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2004-01-09
Also published as: US6902008B2; CA2449518A1; GB2392697B; NO339070B1; WO2003054345A1; GB2392697A; GB0326015D0; NO333574B1; NO20040085L; CA2449518C; AU2002347385B2; US20030132008A1; US7172029B2; US20050155775A1; AU2002347385A1

Abstract

Det tilveiebringes en pakning (100) som omfatter: en stamme (110); en bærehylse (140) som angir et rørformet legeme plassert langs omkretsen rundt stammen (110) og i tettende inngrep med stammen (110); et pakningselement (150) plassert langs omkretsen rundt en ytre flate av stammen (110) og i tilstøting til bærehylsen (140); en første hylse (120) plassert på en ytre flate av stammen, hvilken første hylse (120) har et forlengelseselement plassert i tilstøting til bærehylsen (140) for å trykke sammen pakningselementet (150); en andre hylse (130) plassert på den ytre flate av stammen (110), hvilken andre hylse har et forlengelseselement plassert i tilstøting til pakningselementet (150) for å trykke sammen pakningselementet; i det minste ett bevegelsesbegrensende element (128) plassert mellom den første hylse (120) og bærehylsen (140), hvilket tillater den første hylse å bevege seg mot pakningselementet, mens det hindrer den første hylse (120) fra å bevege seg bort fra pakningselementet (150); og i det minste ett bevegelsesbegrensende element (138) plassert mellom den andre hylse (130) og bærehylsen (140), hvilket tillater den andre hylse (130) å bevege seg mot pakningselementet (150), mens det hindrer den andre hylse (130) fra å bevege seg bort fra pakningselementet (150).

Description

TOVEIS, INNVENDIG-TRYKK-INNESPERRENDE PAKNINGSELEMENTSYSTEM

Den herværende oppfinnelse vedrører generelt kompletteringsoperasjoner i et borehull. Oppfinnelsen vedrører nærmere bestemt en pakning for avtetting av et ringformet område mellom to rørformede elementer inne i et borehull. Enda nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en pakning som har et pakningselement som er forsterket og holdt i to retninger.

Ved boring av olje- og gassbrønner blir det utformet et borehull ved bruk av en bore-krone som tvinges nedover i en nedre ende av en borestreng. Etter boring til en forhåndsbestemt dybde, blir borestrengen og kronen fjernet, og borehullet blir foret med en streng av foringsrør. Det blir således dannet et ringformet område mellom forings-rørstrengen og formasjonen. Deretter utføres en sementeringsoperasjon for å fylle det ringformede området med sement. Kombinasjonen av sement og foringsrør gjør borehullet sterkere og gjør det lettere å isolere visse områder av formasjonen bak forings-røret for produksjon av hydrokarboner.

Det er vanlig å ta i bruk mer enn én streng av foringsrør i et borehull. I dette henseende blir en første foringsrørstreng satt i borehullet når brønnen er boret til en førs-te angitt dybde. Den første foringsrørstreng henges fra overflaten, og sement blir deretter sirkulert inn i ringrommet bak foringsrøret. Brønnen blir deretter boret til en andre angitt dybde, og en andre streng av foringsrør, eller forlengningsrør, blir kjørt inn i brønnen. Den andre streng settes på en slik dybde at det øvre parti av den andre foringsrørstreng overlapper det nedre parti av den øvre foringsrørstreng. Den andre "forlengningsrør"-streng blir deretter festet eller "hengt opp" i det øvre overflatefo-ringsrør. Etterpå blir forlengningsrøret også sementert. Denne prosess blir typisk gjen-tatt med tilleggsforlengningsrørstrenger til brønnen er blitt boret til full dybde. På denne måte blir brønner typisk utformet med to eller flere strenger av foringsrør med en stadig avtakende diameter.

Prosessen for opphenging av et forlengningsrør i en streng av overflateforingsrør eller annen øvre foringsrørstreng innebærer bruk av en forlengningsrørhenger. I praksis blir forlengningsrørhengeren kjørt inn i borehullet ovenfor selve forlengningsrørstrengen. Forlengningsrørhengeren aktiveres når forlengningsrøret er satt på den hensiktsmes-sige dybde i borehullet. Forlengningsrørhengeren settes typisk gjennom aktivering av holdekiler som glir utover på konuser, for ved friksjon å gå i inngrep med den omgivende streng av foringsrør. Forlengningsrørhengeren virker til å henge opp forleng-ningsrøret fra foringsrørstrengen. Den tilveiebringer imidlertid ikke en fluidtetning mellom forlengningsrøret og foringsrøret. Følgelig er det ved mange borehulls-kompletteringer også ønskelig å tilveiebringe en pakning.

Under borehullskompletteringsprosessen blir pakningen kjørt inn i borehullet ovenfor forlengningsrørhengeren. En gjenget forbindelse forbinder typisk bunnen av pakningen med toppen av forlengningsrørhengeren. Kjente pakninger gjør bruk av en mekanisk eller hydraulisk kraft for å ekspandere et pakningselement utover fra pakningens legeme og inn i det ringformede området avgrenset mellom pakningen og den omgivende foringsrørstreng. I tillegg blir en konus drevet bak en skrå holdekile for å tvinge holdekilen inn i den omgivende foringsrørvegg og hindre bevegelse av pakningen. Det er utledet tallrike arrangementer for å oppnå disse resultater.

Fra publikasjonen US 5542473 A er det kjent en pakning bestående av et pakningselement som omslutter et rørstykke og en øvre hylse som kan virke på pakningselementet med en kraft.

Fra publikasjonene US 3061013 A og FR 2377518 A er andre pakningssystemer kjent.

En ulempe med kjente pakningssystemer er potensialet for at det skal løsne. Med hensyn til dette virker borehullstrykk som finnes inne i det ringformede område mellom forlengningsrøret og foringsrørstrengen, mot settemekanismene og skaper potensialet for i det minste delvis løsning av pakningselementet. Holdekilen som brukes til å hindre bevegelse av pakningen, sperrer generelt også inne i pakningen den kraft som er brukt til å ekspandere pakningselementet. Den innesperrede kraft forsyner pakningselementet med et innvendig trykk. Under brønnoperasjoner kan et differensialtrykk påført over pakningselementet svinge på grunn av endringer i formasjonstrykk eller operasjonstrykk i borehullet. Når differensialtrykket nærmer seg eller overskrider pakningselementets innledende innvendige trykk, blir pakningselementet trykt ytterligere sammen av differensialtrykket, hvilket forårsaker at det ekstruderes inn i mindre tomrom og åpninger. Deretter, når trykket avtar, begynner pakningselementet å slak-ne. Imidlertid er pakningselementets innvendige trykk nå under det innledende nivå på grunn av volumoverføringen under ekstrudering. Reduksjonen i innvendig trykk minsker pakningselementets evne til å opprettholde en tetning mot borehullet når et påfølgende differensialtrykk påføres.

Det er derfor behov for et pakningssystem hvor pakningselementet ikke går ut av inngrep fra det omgivende foringsrør under påvirkning av formasjonstrykk. I tillegg er det behov for et pakningssystem, ved hvilket nærværet av formasjonstrykk bare tjener til ytterligere å trykke pakningselementet sammen inn i det ringformede område, hvorved det sikres at formasjonstrykket ikke vil få et festeelement til å løsne. Enda videre er det behov for et pakningssystem for å holde det innvendige trykk på et høyere nivå enn differensialtrykket over pakningselementet. Enda videre er det behov for et pakningssystem for å forsterke pakningselementets innvendige trykk overfor differensialtrykket over pakningselementet. Enda videre er det behov for et pakningssystem som kan forsterke pakningselementets innvendige trykk like effektivt fra differensialtrykk ovenfor som nedenfor pakningselementet.

I overensstemmelse med ett aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en pakning som omfatter: en stamme; en bærehyle som angir et rørformet legeme plassert langs omkretsen rundt stammen og i tettende inngrep med stammen; et pakningselement plassert langs omkretsen rundt en ytre flate av stammen og i tilstøting til bærehylsen; en førs-te hylse plassert på en ytre flate av stammen, hvilken første hylse har et forlengelseselement plassert i tilstøting til bærehylsen for å trykke sammen pakningselementet; en andre hylse plassert på den ytre flate av stammen, hvilken andre hylse har et forlengelseselement plassert i tilstøting til pakningselementet for å trykke sammen pakningselementet; i det minste ett bevegelsesbegrensende element plassert mellom den første hylse og bærehylsen, hvilket tillater den første hylse å bevege seg mot pakningselementet, mens det hindrer den første hylse fra å bevege seg bort fra pakningselementet; og i det minste ett bevegelsesbegrensende element plassert mellom den andre hylse og bærehylsen, hvilket tillater den andre hylse å bevege seg mot pakningselementet, mens det hindrer den andre hylse fra å bevege seg bort fra pakningselementet.

Ytterligere aspekter og foretrukne trekk er fremsatt i patentkrav 2 og de påfølgende patentkrav.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer således en pakningssammenstilling til bruk ved avtetting av et ringformet område mellom rør i et borehull. I det minste i foretrukne utførelser tilveiebringer pakningen først en stamme. Stammen angir et rørfor-met legeme som har en boring. Boringen kan tjene til å tilveiebringe fluidforbindelse mellom arbeidsstrengen og forlengningsrøret nede i borehullet for borehullskomplette-ringsoperasjoner.

Pa den ytre flate av stammen finnes det en rekke hylser. Det er tilveiebrakt en øvre hylse, en nedre hylse og en bærehylse. Hver hylse angir også et rørformet element som er glidbart aksialt langs den ytre flate av stammen. Som benevnelsen angir, er den øvre hylse i bruk plassert ovenfor bærehylsen, mens den nedre hylse er plassert nedenfor bærehylsen.

Pakningen ifølge den herværende oppfinnelse innbefatter også et pakningselement. Pakningselementet kan være anbrakt rundt den ytre flate av bærehylsen. Pakningselementet ekspanderes ved trykkrefter radialt utover fra bærehylsen og til inngrep med en omgivende streng av foringsrør. Trykkreftene kommer fra en nedadrettet kraft påført den øvre hylse, trykk ovenfor bærehylsen eller trykk nedenfor bærehylsen. Den nedadrettede kraft kan komme fra påføring av vekten av nedsettingsstrengen ovenfor pakningen.

Pakningen kan innbefatte et par skralleringer plassert på den ytre flate av bærehylsen. En øvre skrallering er plassert ovenfor pakningselementet, mens en nedre skrallering er plassert nedenfor pakningselementet. Den øvre skrallering er forbundet med den øvre hylse og beveges nedover langs den ytre flate av bærehylsen når den øvre hylse blir tvunget nedover eller bærehylsen blir tvunget oppover. Motsatt beveger den nedre skrallering, som er forbundet med den nedre hylse, seg oppover langs den ytre flate av bærehylsen som reaksjon på nedadrettet bevegelse av bærehylsen. Hver skrallering er utformet til å bevege seg over takker på den ytre flate av bærehylsen. På denne måte låses skralleringene i de relative posisjoner mellom den øvre hylse og den nedre hylse etter som de beveger seg over bærehylsen. Disse låste posisjoner bevirker i sin tur en mer effektiv holding av pakningselementet inne i det ringformede område.

Endelig kan pakningen tilveiebringe holdekiler og tilknyttede konuser som skal opprettholde pakningens posisjon inne i foringsrøret. I ett arrangement blir holdekilene, konusene og den øvre hylse innledningsvis holdt sammen av et skjørt element, slik at nedadrettet kraft på holdekileringen tilfører den nødvendige nedadrettede kraft på den øvre hylse for å ekspandere pakningselementet fra pakningssammenstillingen.

Det vil nå, bare som eksempel, bli beskrevet noen foretrukne utførelser av oppfinnelsen idet det henvises til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. IA presenterer et tverrsnittsdelriss av en pakningssammenstilling i overensstemmelse med én utførelse av den herværende oppfinnelse i uaktivert stilling; Fig. IB presenterer pakningssammenstillingen på fig. IA i aktivert stilling; Fig. 1C presenterer pakningssammenstillingen på fig. IB etter at trykk er tilført nedenfra; Fig. 2A presenterer et tverrsnittsdelriss av en pakningssammenstilling i overensstemmelse med en annen utførelse av den herværende oppfinnelse i uaktivert stilling; Fig. 2B presenterer pakningssammenstillingen på fig. 2A i aktivert stilling; Fig. 2C presenterer pakningssammenstillingen på fig. 2B etter at trykk er påført nedenfra; Fig. 3A presenterer et tverrsnittsdelriss av en pakningssammenstilling i overensstemmelse med en annen utførelse av den herværende oppfinnelse i uaktivert stilling; Fig. 3B-D presenterer pakningssammenstillingen på fig. 3A i aktivert stilling; Fig. 3E illustrerer et detaljoppriss av et skjærbart element som forbinder holdekilen med konusen; og Fig. 3F illustrerer et detaljoppriss av et skjærbart element som forbinder den øvre

hylse med bærehylsen.

Fig. IA presenterer et tverrsnittsoppriss av en pakningssammenstilling 100 i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse. Pakningen 100 er blitt kjørt inn i et borehull (ikke vist). Pakningen 100 er blitt plassert inne i en streng av foringsrør 10. Pakningen 100 er utformet til å aktiveres slik at det dannes en tetning mellom pakningen 100 og den omgivende foringsrørstreng 10.

Pakningen 100 blir kjørt inn i borehullet i den øvre ende av en forlengningsrørstreng eller annet rør (ikke vist). Vanligvis er den nedre ende av pakningen 100 gjengefor-bundet med en forlengningsrørhenger (ikke vist). Vanlige fagfolk på området vil forstå at forlengningsrørhengeren også blir aktivert for å gå i inngrep med den omgivende øvre streng av foringsrør 10, hvorved den forankrer forlengningsrøret nedenfor. På denne måte kan en forlengningsrørstreng (ikke vist) henges opp i den øvre forings-rørstreng 10.

I den typiske brønnkompletteringsoperasjon blir pakningen 100 kjørt inn i borehullet sammen med forskjellige andre kompletteringsverktøyer. Foreksempel kan en beholder med glatt boring (ikke vist) brukes i toppen av en forlengningsrørstreng. Den øvre ende av pakningen 100 kan gjengekoples til den nedre ende av en beholder med glatt boring, eller PBR (polished bore receptacle). PBR-en tillater operatøren avtettet å føre inn andre verktøyer i forlengningsrørstrengen. Det er vanlig at PBR-en blir brukt for senere å opprette forbindelse tilbake til overflaten sammen med en streng av pro-duksjonsrør. På denne måte kan produksjonsfluider produseres gjennom forlengnings-rørstrengen og oppover til overflaten.

Det er også vanlig at verktøyer til gjennomføring av sementeringsoperasjoner blir kjørt inn i borehullet sammen med pakningen 100. For eksempel vil en sementskrape-plugg (ikke vist) bli kjørt inn i borehullet sammen med andre innkjøringsverktøyer. Forlengningsrørstrengen vil typisk bli sementert i formasjonen som en del av komplet-teringsoperasjonen.

Forlengningsrøret, forlengningsrørhengeren, PBR-en og pakningen 100 blir kjørt inn i borehullet sammen på en nedsettingsstreng (ikke vist). En flottørmutter (ikke vist) er vanlig å bruke for kople nedsettingsstrengen til forlengningsrøret og tilknyttede komp-letteringsverktøyer, slik at pakningen 100 og tilkoplet forlengningsrør kan kjøres inn i borehullet sammen. Flottørmutteren settes ned i en flottørmutterprofil plassert i den øvre ende av pakningen 100 for innkjøring.

Pakningen 100 vist på fig. IA omfatter en stamme 110. Stammen 110 angir et rør-formet legeme som strekker seg over lengden av pakningen eller pakningsverktøyet 100. Som sådan har stammen 110 en boring 115 som tjener til å tilveiebringe fluidforbindelse mellom nedsettingsstrengen og forlengningsrøret. Dette letter injisering og sirkulering av fluider under ulike borehullskompletterings- og produksjonsprosedyrer.

Stammen 110 har en øvre ende 112 og en nedre ende 114. Vanligvis er den øvre ende 112 av stammen 110 forbundet med en nedsettingsstreng (ikke vist). I den nedre ende 114 er stammen 110 forbundet med forlengningsrøret (ikke vist), enten direkte eller via en mellomforbindelse med forlengningsrørhengeren (ikke vist).

Ulike hylseelementer er plassert på en ytre flate av stammen 110. Disse representerer (1) en øvre hylse 120, (2) en nedre hylse 130, og (3) en mellomværende bærehylse 140. Hver av disse hylser 120, 130, 140 angir et rørformet legeme, som er koaksialt glidbart langs den ytre flate av stammen 110. Som navnet angir, er den øvre hylse 120 plassert på stammen 110 nær den øvre ende 112. På lignende måte er den nedre hylse 130 plassert på den ytre flate av stammen 110 i nærheten av den nedre ende 114. Bærehylsen 140 befinner seg mellom den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130. Hylsene 120, 130, 140 blir holdt innenfor skuldre 126, 136 utformet i den ytre flate av stammen 110.

Den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130 har hver en skrallering 128, 138 som skal begrense hylsenes 120, 130 bevegelse i forhold til bærehylsen 140. For det første er en skrallering 128 som er plassert under den øvre hylses 120 forlengelsesparti 124, plassert på den ytre flate av bærehylsen 140. For det andre er en skrallering 138 som er plassert under den nedre hylses 130 forlengelsesparti 134, plassert på den ytre flate av bærehylsen 140. Hver skrallering 128, 138 angir fortrinnsvis en C-formet om-kretsring rundt den ytre flate av bærehylsen 140. Hver skrallering 128, 138 innbefatter takker 144 som glir på tenner 146 på den ytre flate av bærehylsen 140. Skralleringene 128, 138 er utformet til å tilveiebringe enveisbevegelse av den øvre og den nedre hylse 120, 130 med hensyn til bærehylsen 140. Skralleringene 128, 138 er spe-sielt innrettet slik at den øvre og den nedre hylse 120, 130 bare kan bevege seg inn-over mot midten av bærehylsen 140. På denne måte blir hver av den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130 låst på plass når de beveger seg over den øvre flate av bærehylsen 140 frem mot pakningselementet 150.

Et pakningselement 150 befinner seg langs omkretsen rundt den øvre flate av bærehylsen 140. Den indre flate av bærehylsen 140 er i tettende inngrep med stammen 110 via en tetning 165. Som det vil bli beskrevet nedenfor, blir pakningselementet 150 ekspandert til kontakt med det omliggende foringsrør 10 som reaksjon på trykk-krefter generert av den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130. På denne måte blir det ringformede område mellom pakningen 100 og foringsrøret 10 tettet overfor fluid.

Pakningen 100 ifølge den herværende oppfinnelse blir satt ved mekaniske krefter, hydrauliske krefter eller kombinasjoner av disse. Den mekaniske kraft som skal påfø-res på pakningen 100 for setting, kan avledes fra nedsettingsstrengen. Under drift blir forlengningsrøret og tilknyttede kompletteringsverktøyer, innbefattet pakningen 100, plassert inne i borehullet. Forlengningsrøret blir deretter satt ved aktivering av for-lengningsrørhengeren, og setteverktøyet blir frigjort, men beholdes på stedet. Deretter blir sementskrapepluggen frigjort og sementeringsoperasjoner for forlengningsrø-ret gjennomføres. Etter at et egnet volum av sementslam er blitt sirkulert inn i det ringformede område bak forlengningsrøret, blir nedsettingsstrengen deretter trukket opp et stykke inne i borehullet. Fjærbelastede haker (ikke vist) plassert i nedsettingsstrengen blir løftet inne i borehullet, for derved å gå klar av toppen av PBR-en, hvoret-ter hakene fjærer utover. Nedsettingsstrengen bruker deretter hakene for å lande på toppen av PBR-en og øve den kraft som er nødvendig for å begynne aktivering av pakningen 100. I dette henseende blir den opphengte vekt av nedsettingsstrengen slakket fra overflaten, for å påføre gravitasjonskraft nedover på PBR-en og i neste omgang den øvre hylse 120 i pakningen 100.

Pakningen 100 er konstruert og innrettet for å overføre nedadrettet kraft gjennom den øvre hylse 120. Med stammen 110 holdt stasjonær, blir settekraft påført for å påvirke den øvre hylse 120 til å bevege seg nedover med hensyn til stammen 110. Som vist på fig. IB, beveger dette den øvre hylse 120 nærmere den nedre hylse 130, hvorved pakningselementet 150 trykkes sammen. I sin tur begynner pakningselementet 150 å ekspandere radialt for å danne en tetning mot foringsrøret 10. Settekraften skaper et innledende innvendig trykk i pakningselementet 150. Når den øvre hylse 120 beveger seg mot pakningselementet 150, beveger også den øvre hylses 120 skrallering 128 seg langs bærehylsen 140 og hindrer den øvre hylse 120 fra å bevege seg i motsatt retning. Følgelig bidrar skralleringene 128 og 138 til å opprettholde det innvendige trykk i pakningselementet 150.

Etter at pakningselementet 150 er satt, kan ulike krefter virke på pakningen 100 under drift av borehullet. For eksempel, når det påføres trykk ovenfra, virker dette over bærehylsen 140 og pakningselementet 150. Den nedadrettede kraft påført bærehylsen 140 blir overført til den øvre hylse 120 gjennom enveisskralleringen 128. Siden pakningselementet 150 i den nedre ende blir holdt stasjonært av den nedre hylse 130 som ligger an mot den nedre skulder 136, får den nedadrettede kraft fra den øvre hylse 120 pakningselementet 150 til å trykkes ytterligere sammen. Når pakningselementet 150 trykkes sammen, beveger bærehylsen 140 seg nedover under den nedre hylse 130. Skralleringen 138 i den nedre hylse 130 låses ved denne bevegelse og opprettholder et høyt nivå av innvendig trykk, selv etter at det påførte trykk blir redusert, som vist på fig. IB.

Fig. 1C viser pakningen 100 etter at trykk er påført nedenfra og virker på bærehylsen 140 og pakningselementet 150. Trykk nedenfra blir overført fra bærehylsen 140 til den nedre hylse 130 via den nedre hylses 130 skrallering 138. Den nedre hylse 130 øver i sin tur kraft på pakningselementet 150. Undertrykk beveger hylsene 120, 130, 140 seg i forhold til stammen 110 og foringsrøret 10 til den øvre hylse 120 går i kontakt med den øvre skulder 126 på stammen 110. Når det først er blitt stasjonært, be gynner pakningselementet 150 å trykkes sammen under kraft fra den nedre hylse 130. Idet pakningselementet 150 trykkes sammen, beveger bærehylsen 140 seg oppover under den øvre hylse 120. Den øvre hylses 120 skrallering 128 låses ved bevegelsen og opprettholder det innvendige trykk, selv etter at det påførte trykk er redusert.

I en annen utførelse av den herværende oppfinnelse, vist på fig. 2A, er den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130 forsynt med en bæreskrallering 128, 138 og en hylseskrallering 228, 238 hver for å begrense hylsenes 120, 130, 140 bevegelse i forhold til stammen 110. Den øvre hylse 120 har en hylseskrallering 228 som går i inngrep med den ytre flate av stammen 110, og en bæreskrallering 128 som går i inngrep med bærehylsen 140. På lignende måte har den nedre hylse 130 en hylseskrallering 238 som går i inngrep med den ytre flate av stammen 110, og en bæreskrallering 138 som går i inngrep med bærehylsen 140. Hylse- og bæreskralleringene 128, 138, 228, 238 er innrettet til å tillate bevegelse av den øvre og den nedre hylse 120, 130 mot pakningselementet 150, men ikke bort fra pakningselementet 150. Hylseskralleringene 228, 238 reduserer fordelaktig mengden av bevegelse mellom bærehylsen 140 og stammen 110 under reverseringer av det påførte trykks retning. Dessuten reduserer også hylseskralleringene 228, 238 bevegelsen mellom pakningselementet 150 og fo-ringsrøret 10 under reverseringer av påført trykks retning, eller når det påførte trykk reduseres. Denne bevegelsesreduksjon reduserer slitasje på pakningselementet 150 og tetningen 165 mellom bærehylsen 140 og stammen 110 og øker derved tetningssystemets levetid.

For å sette pakningen 100 påføres en settekraft på den øvre hylse 120. Idet stammen 110 holdes stasjonær, tillater den øvre hylseskrallering 228 og den øvre bæreskrallering 128 settekraften å bevege den øvre hylse 120 nedover med hensyn til stammen 110. Som vist på fig. 2B, beveger dette den øvre hylse 120 nærmere den nedre hylse 130, og trykker derved sammen pakningselementet 150. Pakningselementet 150 begynner i sin tur å ekspandere radialt til dannelse av en tetning mot foringsrøret 10. Settekraften skaper et innledende innvendig trykk i pakningselementet 150. Når den øvre hylse 120 beveger seg mot den nedre hylse 130, beveger også bæreskralleringen 128 seg langs bærehylsen 140 og hindrer den øvre hylse 120 fra å bevege seg i motsatt retning i forhold til bærehylsen 140. Den øvre hylseskrallering 228 beveger seg også langs stammen 110 og hindrer den øvre hylse 120 fra å bevege seg i motsatt retning i forhold til stammen 110. Som en følge av dette bidrar bæreskralleringen 128 til å opprettholde det innvendige trykk i pakningselementet 150, og hylseskralleringen 228 bidrar til å hindre innbyrdes bevegelse mellom elementet 150 og stammen 110. Etter at pakningselementet 150 er satt, kan ulike krefter virke på pakningen 100 under driften av borehullet. Når et trykk blir påført ovenfra på bærehylsen 140 og pakningselementet 150, blir kraften på bærehylsen 140 overført til den øvre hylse 120 gjennom enveisbæreskralleringen 128 som er i inngrep med bærehylsen 140. Siden pakningselementet 150 blir holdt stasjonært i den nedre ende av den nedre hylse 130 som ligger an mot den nedre skulder 136, bevirker den nedadrettede kraft fra den øvre hylse 120 at pakningselementet 150 trykkes ytterligere sammen. Når pakningselementet 150 trykkes sammen, beveger bærehylsen 140 seg nedover under den nedre hylse 130. Bæreskralleringen 138 i den nedre hylse 130 og hylseskralleringen 228 i den øvre hylse 120 låses ved denne bevegelse og opprettholder et høyt nivå av innvendig trykk selv etter at det påførte trykk er redusert som vist på fig. 2B.

Fig. 2C viser pakningen 100 når trykk blir påført nedenfra etter at pakningselementet 150 er satt. Trykk nedenfra virker på bærehylsen 140 som overfører kraften til den

nedre hylse 130 via den nedre hylses 130 bæreskrallering 138. Den nedre hylse beveger seg i sin tur mot pakningselementet 150 og øver kraft på pakningselementet 150. Den øvre hylse 120 beveger seg imidlertid ikke i forhold til stammen 110 og foringsrø-ret 10 på grunn av den øvre hylses 120 enveishylseskrallering 228. Siden den øvre hylse 120 er stasjonær, begynner pakningselementet 150 å trykkes sammen på grunn av kraften påført av den nedre hylse 130. Når pakningselementet 150 trykkes sammen, beveger bærehylsen 140 seg oppover under den øvre hylse 120. Den øvre hylses 120 bæreskrallering 128 og den nedre hylses 130 hylseskrallering 238 låses ved bærehylsens 140 bevegelse og opprettholder det innvendig trykk, selv etter at det påførte trykk er redusert. Som vist på fig. 2C, er både den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130 låst i en posisjon på stammen 110 i avstand fra skuldrene 126, 136.

I en annen utførelse, vist på fig. 3A, kan pakningen 100 ifølge den herværende oppfinnelse innbefatte et arrangement av holdekile 170, 270 og konus 160, 260 for å overføre den aksiale belastning fra det påførte trykk som virker på bærehylsen 140 og pakningselementet 150, til foringsrøret 10. Konusene 160, 260 er plassert i tilstøting til den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130. Hver konus 160, 260 er utformet til å ha en proksimal ende 162, 262 og en distal ende 164, 264. Veggtykkelsen til hver konus 160, 260 er større i den distale ende 164, 264 enn i den proksimale ende 162, 262. På denne måte er det tilveiebrakt et konisk tverrsnitt for hver konus 160, 260. Hver konus 160, 260 innbefatter videre en forlengelse 168, 268 som skal gå i inngrep med den ytre flate av den motsvarende øvre hylse 120 eller den nedre hylse 130. Konusene 160, 260 er utstyrt med en enveis konusskrallering 166, 266 for å gå i inngrep med den motsvarende hylse 120, 130. Selv om bare én konus 160, 260 er vist å være plassert nær hver hylse 120, 130, forutsetter utførelsene av den herværende oppfinnelse plassering av én eller flere konuser langs omkretsen rundt den ytre flate av stammen 110.

Hver konus 160, 260 har et motsvarende sett holdekiler 170, 270. Hver holdekile 170, 270 er utformet til å gli på den motsvarende konus 160, 260 når pakningen 100 aktiveres. Bevegelse av holdekilene 170, 270 kan oppnås ved å påføre en mekanisk eller hydraulisk kraft fra nedsettingsstrengen. Ved aktivering kan holdekilene 170, 270 bevege seg fra den proksimale ende 162, 262 mot den distale ende 164, 264 av den respektive konus 160, 260, hvorved de strekker seg radialt utover for å gå i inngrep med det omgivende foringsrør 10.

Hver holdekile 170, 270 har en basis 172, 272 som tjener som en omkretskopling for de enkelte holdekiler. Holdekilebasisen 172, 272 sikrer at alle holdekiler på samme side av pakningselementet 150 samlet beveger seg aksialt langs pakningen 100. Hver basis 172, 272 er forsynt med en holdekileskrallering 174, 274 for å tillate bevegelse av holdekilene 170, 270 mot pakningselementet 150, men ikke bort fra dette. Denne utforming tillater aksiale krefter i stammen 110 å bli overført gjennom holdekilene 170, 270 og trykke sammen pakningselementet 150. Holdekileskralleringene 174, 274 tjener videre til å begrense innbyrdes bevegelse mellom bærehylsetetningen 165 og stammen 110 under trykkreverseringer og øker derved tetningssystemets levetid.

I tillegg til en basis 172, 272 har hver holdekile 170, 270 et sett tenner, eller flette-mønster 176, 276 i en andre ende. Flettingene 176, 276 tilveiebringer en friksjonsflate som skal gå i inngrep med den omgivende foringsrørstreng 10. Hver holdekiles 170, 270 flettemønster 176, 276 er tilknyttet og glir på konusene 160, 260. Aktivering av pakningen 100 innbefatter således bevegelse av holdekilenes 170, 270 flettemønster 176, 276 langs de tilknyttede konuser 160, 260. I én utførelse kan holdekilen 170, 270 innledningsvis selektivt være forbundet med konusen 160, 260 ved bruk av et skjørt element 190 som vist på fig. 3E. Det skjøre element 190 tjener til å hindre for tidlig aktivering av holdekilen 170, 270 mot foringsrøret 10. I tillegg tjener det skjøre element 190 til å overføre kraften fra holdekilen 170, 270 til konusen 160, 260 ved aktivering.

Aksial bevegelse av konusen 160 får den øvre hylse 120 til å trykke mot pakningselementet 150. For å iverksette dette er den øvre hylse 120 utformet til å ha et øvre skulderparti 124 som skal gå i inngrep med konusens 160 forlengelse 168. Konusskralleringen 166 tillater den øvre hylse 120 bare å bevege seg mot pakningselementet 150. På denne måte blir nedadrettet kraft som påføres konusen 160, overført til den øvre hylse 120. Som et resultat kan hele settekraften innledningsvis påføres den øvre hylse 120 for å aktivere pakningselementet 150. Konusskralleringen 166 tillater fordelaktig bærehylsen 140 å bevege seg i den påførte krafts retning for derved å støtte pakningselementet 150 uten å trekke konusen 160 bort fra under holdekilene 170. Konusskralleringen 166 reduserer også mengden av bevegelse mellom pakningselementet 150 og foringsrøret 10 under reverseringer av det påførte trykks retning. Selv om pakningen 100 er beskrevet som at den er satt med en kraft påført ovenfra, skal det forstås at kraft nedenfra kan påføres for å virke på den nedre holdekile 270, konusen 260 og hylsen 130 på lignende måte.

Den øvre hylse 120 har et forlengelseselement 126 som strekker seg motsatt av skul-derpartiet 124 og glir over bærehylsen 140. Forlengelseselementet 126 virker til å påføre nedadrettet kraft mot pakningselementet 150. En bæreskrallering 182 er plassert i forlengelseselementet 126 for å gå i inngrep med bærehylsen 140. Bæreringen 182 er innrettet slik at den øvre hylse 120 kan bevege seg i retningen mot pakningselementet 150, men ikke bort fra pakningselementet 150. Det skal bemerkes at forlengelseselementet 126 kan ha ulike former for profil for å gå i inngrep med skralleringene eller andre innretninger, slik det er kjent for en vanlig fagmann på området.

Motsatt av den øvre hylse 120 finnes den nedre hylse 130 som er identisk med den øvre hylse 120. Den nedre hylse 130 har også et forlengelseselement 136 som glir over bærehylsen 140 for å tilveiebringe en oppadrettet trykkraft mot pakningselementet 150. En bæreskrallering 184 er tilveiebrakt for å begrense bevegelsen av den nedre hylse 130 i forhold til bærehylsen 140. Pakningselementet 150 trykkes sammen mellom den øvre hylses 120 forlengelseselement 126 og den nedre hylses 130 forlengelseselement 136. Når den øvre hylse 120 og den nedre hylse 130 virker mot pakningselementet 150, blir pakningselementet 150 ekspandert radialt utover mot den indre flate av foringsrøret 10. På denne måte fyller pakningselementet 150 det ringformede område mellom pakningen 100 og foringsrøret 100 for å tilveiebringe en fluidtetning. Den nedre hylse 130 innbefatter videre en skulder 224 utformet i den mot-satte ende av forlengelseselementet 136 for å gå i inngrep med arrangementet av den nedre holdekile 270 og konusen 260. Arrangementet av den nedre holdekile 270 og konusen 260 ligner arrangementet av den øvre holdekile 170 og konusen 160 og kan brukes for å styre den nedre hylse 130.

For å sette pakningen 100 blir en nedadrettet settekraft påført de øvre holdekiler 170 som vist på fig. 3B. Holdekileskralleringen 174 tillater holdekilene 170 å bevege seg mot pakningselementet 150. Den nedadrettede bevegelse påvirker holdekilen 170 til å skyve på konusen 160. Den øvre hylse 120 trykker i sin tur sammen pakningselementet 150 og påvirker det derved til å ekspandere radialt. Trykkraften blir overført gjennom den nedre hylse 130 og den nedre konus 260 for å drive den nedre konus 260 under den nedre holdekilen 270, og påvirker derved den nedre holdekile 270 til å bevege seg radialt utover for å gå i inngrep med foringsrøret 10. Settekraften skaper et innledende innvendig trykk i pakningselementet 150. Ved en forhåndsbestemt kraft, frigjøres det skjøre element 190 som forbinder holdekilen 170 med konusen 160, og tillater derved de øvre holdekiler 170 å bevege seg oppover konusen 160 og bevege seg ut mot foringsrøret 10. Skralleringene 174, 166, 182 bidrar til å opprettholde det innvendige trykk i pakningselementet 150. Som det også er vist på fig. 3B, er de nedre holdekilers 270 flettemønster 276 i inngrep med foringsrøret 10 og konusen 260 etter at pakningselementet 150 er satt. Fig. 3C viser bevegelsen av den øvre hylse 120, bærehylsen 140, og pakningselementet 150 som reagerer på differensialtrykk ovenfra. Fig. 3D viser bevegelsen av den nedre hylse 130, bærehylsen 140, og pakningselementet 150 som reagerer på differensialtrykk nedenfra.

For å gi rom for ekspandering av pakningselementet 150, kan elementet 150 være fabrikkert av et ekstruderbart materiale. Det ekstruderbare materiale er fortrinnsvis et elastomerisk stoff. Stoffet er fabrikkert på grunnlag av formgivingshensyn innbefat-tende borehullstrykk, borehullstemperaturer og borehullsfluidenes fluidkjemi.

Som ytterligere hjelp ved pakningens 100 tettefunksjon, kan det valgfritt plasseres hjelperinger (ikke vist) ovenfor og nedenfor pakningselementet 150. Hjelperingene angir typisk C-ringer, hvor to sett ringer er plassert ovenfor og nedenfor pakningselementet 150. Det er vanlig at hjelperingene er fabrikkert av et mykt metallmateriale. Hjelperingene tjener til å holde pakningselementet 150 i en aksial posisjon over bærehylsen 140 etter ekspandering mot foringsrøret 10.

For å hindre for tidlig aktivering av pakningselementet 150 på pakningen 100, kan valgfritt forskjellige skjærbare elementer 195 plasseres i pakningssammenstillingen 100. For eksempel kan en skjæreskrue 195 valgfritt plasseres i den øvre hylses 120 forlengelsesparti, som vist på fig. 3F. Denne skjæreskrue 195 for øvre hylse forbinder selektivt den øvre hylse 120 med bærehylsen 140. På denne måte blir den øvre hylse 120 hindret fra å bevege seg frem over bærehylsen 140 til det påføres kraft med en forhåndsbestemt verdi. På lignende måte kan en skjæreskrue være plassert i den nedre hylse 130 nedenfor pakningselementet 150. I tillegg kan skjærbare elementer valgfritt være plassert mellom én eller flere holdekiler 170, 270, konuser 160, 260, hylser

120, 130, stamme 110 eller hvilken som helst del hvor for tidlig bevegelse ikke er ønskelig.

I tillegg kan pakningen ifølge aspekter ved den herværende oppfinnelse brukes for hvilken som helst anvendelse nede i et borehull, hvor det kreves en pakning mellom to koaksiale rør, og er ikke begrenset til pakninger ved toppen av forlengningsrør.

I tillegg kan pakningen ifølge aspekter ved den herværende oppfinnelse brukes alene eller sammen med bevegelsesbegrensende tilleggsanordninger slik som skralleringer, holdekiler og skuldre utformet på flere forskjellige måter. Andre typer enveis bevegelsesbegrensende anordninger er også tenkelige, slik det er kjent for en vanlig fagmann på området.

I tillegg kan pakningen ifølge aspekter ved den herværende oppfinnelse settes ved hvilken som helst fremgangsmåte som på egnet vis kan tilføre den kraft. Eksempler på settemetoder innbefatter, men er ikke begrenset til, mekaniske, hydrauliske og hydro-statiske.

I tillegg er pakningselementet vist plassert på bærehylsen under innkjøring. Aspekter ved oppfinnelsen forutser imidlertid plassering av pakningselementet i tilstøting til bærehylsen under innkjøring. Pakningselementet og bærehylsen kan være anordnet slik at pakningselementet kan gli over og ovenfor bærehylsen til riktig posisjon for aktivering. Foreksempel kan grenseflaten mellom pakningselementet og bærehylsen være skrådd for å gjøre forskyvningen av pakningselementet inn på bærehylsen lettere. I denne utførelse kan den øvre og den nedre hylses forlengelseselementer innledningsvis brukes til å skyve pakningselementet inn på bærehylsen. Deretter kan for-lengelseselementene ekspandere radialt for å gå i kontakt med den ytre flate av bærehylsen og trykke sammen pakningselementet.

Selv om ovenstående er rettet mot utførelser av den herværende oppfinnelse, kan andre og ytterligere utførelser av oppfinnelsen konstrueres uten at man går ut over dens grunnleggende ramme, og dens ramme er bestemt av de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Pakning (100) som omfatter: - en stamme (110); - en bærehylse (140) som angir et rørformet legeme plassert langs omkretsen rundt stammen (110) og i tettende inngrep med stammen (110); - et pakningselement (150) plassert langs omkretsen rundt en ytre flate av stammen (110) og i tilstøtning til bærehylsen (140); - en første hylse (120) plassert på en ytre flate av stammen, hvilken første hylse (120) har et forlengelseselement plassert i tilstøting til bærehylsen (140) for å trykke sammen pakningselementet (150); - en andre hylse (130) plassert på den ytre flate av stammen (110), hvilken andre hylse har et forlengelseselement plassert i tilstøting til pakningselementet (150) for å trykke sammen pakningselementet; - i det minste ett bevegelsesbegrensende element (128) plassert mellom den første hylse (120) og bærehylsen (140), hvilket tillater den første hylse å bevege seg mot pakningselementet, mens det hindrer den første hylse (120) fra å bevege seg bort fra pakningselementet (150); og - i det minste ett bevegelsesbegrensende element (138) plassert mellom den andre hylse (130) og bærehylsen (140), hvilket tillater den andre hylse (130) å bevege seg mot pakningselementet (150), mens det hindrer den andre hylse (130) fra å bevege seg bort fra pakningselementet (150).

2. Pakning som angitt i krav 1, hvor pakningselementet (150) er konfigurert til å kunne beveges til den ytre flate av bærehylsen (140) når pakningen (100) aktiveres.

3. Pakning som angitt i krav 2, hvor pakningselementet (150) og bærehylsen (140) er anordnet slik at pakningselementet (150) kan gli over og ovenfor bærehylsen (140).

4. Pakning som angitt i krav 2 eller 3, hvor en grenseflate mellom pakningselementet (150) og bærehylsen (140) er skrådd for å gjøre bevegelsen av pakningselementet (150) inn på bærehylsen (140) lettere.

5. Pakning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den andre hylse (130) er konfigurert til å kunne beveges mot pakningselementet (150) slik at forlengelseselementet til den andre hylse (130) skyver pakningselementet (150) inn på bærehylsen (140).

6. Pakning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor forlengelseselementet til den andre hylse (130) er radielt ekspanderbar til å gå i kontakt med bærehylsens (140) ytre flate.

7. Pakning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, hvor forleng-elseselementene til den første hylse (120) og den andre hylse (130) er bevege-lige for å trykke sammen pakningselementet (150).