NO20172023A1

NO20172023A1 - Forlengningsrørhenger, setteverktøy, samt fremgangsmåte

Info

Publication number: NO20172023A1
Application number: NO20172023A
Authority: NO
Inventors: Larry E Reimert; John M Yokley
Original assignee: Dril Quip Inc
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2004-01-16
Also published as: WO2002097234A1; NO20035101D0; BR0209857A; EP1392953A4; DK1712731T3; BR122013000176B1; BR0209857B1; EP1392953B1; DK1712732T3; BR122013000179B1; NO20140708A1; NO335372B1; EP1392953A1; DK1392953T3; BR122013000178B1

Abstract

Et kjøreverktøy (120) for en foringshenger inkluderer forbedringer ved kjøreverktøyets frigjøringsmekanisme, tetningsbøssingen og pakningssette-sammenstillingen. Det er tilveiebragt en fremgangsmåte for pålitelig frigjøring av et kjøreverktøy fra en foringshenger (110), for å tillate innstikking av kjøreverktøyets tetningsbøssing (10) inn i toppen av foringshengeren, og for pålitelig setting av pakningselementet for radial tetting. Portstengeelementet (212) er bevegelig sammen med et rørformet legeme, fra en portisolasjons-posisjon til en åpen portposisjon. Verktøyet inkluderer en ringformet tetnings-sammenstilling og en hovedsakelig koniskkilering som har en utvendig overflate som er konfigurert til radial utvidelse av den ringformede tetningssammenstilling. En kule (240) senkes inn i en avleder, og styres følgelig inn i en lomme (286) på en side av denne, for å tillate passasje av en nedpumpingsplugg (180) inn i en nedre skrapeplugg (181). En holdekilesammenstilling som er boret omkring en foring for nedsenking i et brønnhull inkluderer en C-ring (64), som utvides for å bevirke at dens tenner kommer i inngrep med brønnhullet. Et pluggholderrør-stykke (10) holder midlertidig en forings-skrapeplugg, slik at en nedpumpings-plugg kan lande i foringsskrapepluggen og holdes fra et generelt rørformet legeme av pluggholderrørstykket.

Description

Beslektede søknader

Den foreliggende søknad krever prioritet fra:

US-foreløpig patentsøknad med serienr.60/292.049, innlevert 18. Mai 2001 (fullmektigens referanse: 108-P); US-foreløpig patentsøknad med serienr.

60/316.572, innlevert 31. August 2001 (fullmektigens referanse 108-1); US-foreløpig patentsøknad med serienr.60/316.459, innlevert 31. August 2001 (fullmektigens referanse: 111); US-patentsøknad med serienr.09/943.854, innlevert 31. August 2001 (fullmektigens referanse: 118); US-patentsøknad med serienr.09/943.701, innlevert 31. August 2001 (fullmektigens referanse: 119); US-patentsøknad med serienr. 09/981.487, innlevert 17. Oktober 2001 (fullmektigens referanse: 123); US-patentsøknad med serienr.10/083.320, innlevert 19. Oktober 2001 (fullmektigens referanse: 111-1); US-patentsøknad med serienr.10/004.945, innlevert 4. Desember 2001 (fullmektigens referanse: 106); US-patentsøknad med serienr.10/004.588, innlevert 4. Desember 2001 (fullmektigens referanse: 124); US-patentsøknad med serienr. 10/136,992, innlevert 2. Mai 2002, benevnt Apparatus for Use In Cementing An Inner Pipe Within An Outer Pipe Within A Wellbore (fullmektigens referanse: 116); US-patentsøknad med serienr. 10/136,969, innlevert 2. Mai 2002, benevnt Slip Assembly For Hanging An Elongate Member Within A Wellbore (fullmektigens referanse: 117).

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ved boring av en brønn bores et borehull typisk fra jordens overflate til en valgt dybde, og en streng av foringsrør henges opp og blir deretter sementert på plass inn i borehullet. En borekrone blir deretter ført gjennom det innledningsvis forede borehullet og brukes til å bore et borehull med en mindre diameter til en enda større dybde. Et foringsrør med mindre diameter blir deretter opphengt og sementert på plass inne i det nye borehullet. Dette gjentas konvensjonelt inntil et mangfold av konsentrisk foringsrør er opphengt og sementert inne i brønnen til en dybde som bevirker at brønnen strekker seg gjennom en eller flere hydrokarbon-produserende formasjoner.

Istedenfor å henge opp et konsentrisk foringsrør fra bunnen av borehullet til overflaten, blir en foring ofte opphengt ved den nedre ende av det tidligere opphengte foringsrøret, eller fra en tidligere opphengt og sementert foring, for å la foringen strekke seg fra det tidligere satte foringsrøret eller foringen til bunnen av det nye borehullet. En foring (liner) er definert som et foringsrør (casing) som ikke går til overflaten. En foringshenger brukes til å henge opp foringen inne i den nedre ende av det tidligere satte foringsrøret eller foringen. Foringshengeren har typisk evnen til å motta et forlengelsesverktøy (tie back tool) for å forbinde foringen med en streng av foringsrør som strekker seg fra foringshengeren til overflaten.

Et kjøre- og setteverktøy som er anordnet på den nedre ende av en arbeidsstreng kan være løsbart forbundet til foringshengeren, som er festet til toppen av foringen. Arbeidsstrengen senker foringshengeren og foringen inn i det åpne borehullet, slik at foringen strekker seg nedenfor den nedre ende av det tidligere satte foringsrøret eller foringen. Borehullet fylles med fluid, så som en valgt boreslam, som strømmer rundt foringen og foringshengeren ettersom foringen kjøres inn i borehullet. Sammenstillingen kjøres inn i brønnen inntil foringshengeren befinner seg tilstøtende den nedre ende av det tidligere satte foringsrøret eller foringen, med den nedre ende av foringen typisk litt ovenfor bunnen i det åpne borehullet.

Når boringen når den ønskede lokalisering i forhold til bunnen av det åpne borehullet og det tidligere satte foringsrøret eller foringen, aktueres konvensjonelt en settemekanisme for å bevege holdekiler på foringshengeren fra en tilbake-trukket posisjon til en utvidet posisjon og inn i inngrep med det tidligere satte foringsrøret eller foringen. Deretter, når nedsettingsvekt påføres på hengerens holdekiler, settes holdekilene for å holde foringen.

Den typiske foringshengeren kan aktueres enten hydraulisk eller mekanisk. Foringshengeren kan ha en hydraulisk operert settemekanisme for setting av hengerens holdekiler eller en mekanisk operert settemekanisme for setting av holdekilene. En hydraulisk operert settemekanisme anvender typisk en hydraulisk sylinder som aktueres av fluidtrykk i boringen i foringen, som står i forbindelse med boringen i arbeidsstrengen. Ved mekanisk setting av forings-hengeren er det vanligvis nødvendig å utføre relativ nedihulls rotasjon av delene mellom setteverktøyet og foringshengeren for å frigjøre hengerens holdekiler. Hengerens holdekiler virker typisk én vei, ved at hengeren og foringen kan heves eller løftes oppover, men en nedoverrettet bevegelse av foringen setter holdekilene for å holde hengeren og foringen inne i brønnen.

For å frigjøre kjøreverktøyet fra den satte foringshengeren, kan setteverktøyet senkes i forhold til foringshengeren og roteres for å frigjøre en kjøremutter på setteverktøyet fra foringshengeren. Sement pumpes deretter ned boringen i arbeidsstrengen og foringen og opp ringrommet som er dannet av foringen og det åpne borehullet. Før sementen setter seg fjernes setteverktøyet og arbeidsstrengen fra borehullet. I tilfellet av en dårlig sementeringsjobb kan det være at det er nødvendig å feste en foringspakning og et setteverktøy for en foringspakning til arbeidsstrengen og senke disse tilbake inn i borehullet.

Pakningen settes ved bruk av et pakningssetteverktøy. Pakninger for foringer blir ofte benevnt ”foringsisolasjon”-pakninger. Et typisk foringsisolasjonspakningssystem inkluderer et pakningselement som er montert på en spindel og en tetningsnippel som er anordnet nedenfor pakningen. Tetningsnippelen stikker inn i holderen for foringsforlengeren (tie back receptacle) opp på eller nedenfor den tidligere satte og sementerte foringshengeren. En foringsisolasjons-pakning kan brukes, som forklart ovenfor, for å tette foringen i tilfellet av en dårlig sement-jobb. Foringsisolasjons-pakningen settes typisk ned opp på hengeren etter at hengeren er innfestet til det ytre røret, og pakningen settes av setteverktøyet for å tette ringrommet mellom foringen og det tidligere satte foringsrøret eller foringen.

Generelt, jo dypere en brønn bores, jo høyere blir temperaturen og det trykk man møter. Det er således ønskelig å ha foringspakninger som vil sikre kvalitetssementering av foringen for å tilveiebringe en høy sikkerhetsfaktor med hensyn på å hindre at gass fra formasjonen vandrer opp ringrommet mellom foringen og det ytre foringsrøret.

Under sementeringsoperasjonen blir fluid, så som boreslam, i ringrommet mellom foringen og det ytre foringsrøret fortrengt av sement når sementen pumpes ned strømningsboringen i arbeidsstrengen. Først strømmer boreslammet og deretter sementen rundt den nedre ende av foringen og opp ringrommet. Hvis det er en betydelig restriksjon mot strøm i ringrommet, reduseres sementstrømmens hastighet, og det kan ikke utføres en god sementeringsjobb. Enhver nedsetting av hastigheten ved sementeringen i ringrommet gjør at gassen i formasjonen får tid til å vandre opp ringrommet og gjennom sementen for å hindre en god sementeringsjobb.

Frigjøringsmekanisme for kjøreverktøyet

Av praktiske årsaker må kjøreverktøyet for oppringing av foringen inkludere en frigjøringsmekanisme, slik at, så snart foringen er pålitelig satt ved den nedre ende av foringsrøret, kan kjøreverktøyet frigjøres fra foringshengeren og hentes opp til overflaten. Konvensjonelle frigjøringsmekanismer for kjøreverktøyet for foringshengeren inkluderer hydraulisk aktuerte mekanismer, og frigjøringsmekanismer som betjenes ved venstrerettet rotasjon av kjørestrengen. Den ventrerettede rotasjon av kjørestrengen anses imidlertid generelt for å være uønsket, siden den kan resultere i en utilsiktet løsgjøring av en av rørlengdene i kjørestrengen, hvilket forårsaker separasjon av kjørestrengen og en fiskeoperasjon for å hente opp kjøreverktøyet, som kan ha blitt skadet av den utilsiktede løsgjøringen. Av forskjellige årsaker kan operasjonen av hydraulisk opererte frigøringsmekanismer for kjøreverktøy svikte, eller de kan frigjøre kjøreverktøyet for tidlig fra foringshengeren.

Det er følgelig ønskelig med forbedringer i frigjøringsmekanismer, som pålitelig vil frigjøre kjøreverktøyet fra den satte foringen kun når det er tilsiktet, særlig når opphenting er lett å utføre, og for tidlig løsgjøring av kjøreverktøyet fra foringen er svært usannsynlig.

Tetningsbøssing

En tetningsbøssing for en foringshenger tetter konvensjonelt mellom foringshengeren og kjøreverktøyet, og følgelig mellom foringen og kjørestrengen eller arbeidsstrengen, som konvensjonelt kan være borerør. En tetningsbøssing er særlig nødvendig under sementeringsoperasjoner, slik at fluid som pumpes gjennom borerøret fortsetter til bunnen av brønnen og deretter tilbake opp inn i ringrommet mellom brønnhullet og foringen for å sementere foringen på plass. Under sementeringsoperasjoner anbringes tetningslegemet i tetningsbøssingen i ringrommet mellom foringshengeren og kjøreverktøyet, og inkluderer på sin utvendige diameter tetninger for tettende inngrep med foringshengeren, og på sin innvendige diameter tetninger for tettende inngrep med kjøreverktøyet. Tetningsbøssinger kan fortrinnsvis hentes opp sammen med kjøreverktøyet for å forebygge at man må bore ut bøssingene etter at sementeringsoperasjonen er fullført. Videre er en tetningsbøssing fortrinnsvis låsbar til foringshengeren ved hjelp av låsing innenfor et profil for å hindre at bøssingen beveger seg aksialt i forhold til foringshengeren. Hvis tetningsbøssingen ikke er låsbar til profilet i foringshengeren, kan bøssingen bli ”pumpet ut” gjennom toppen av holderen, slik at man mister en sementeringsjobb.

En konvensjonell opphentbar og låsbar tetningsbøssing inkluderer metallhaker eller -knaster som er låst til inngrep med foringshengeren for å hindre tetningsbøssingen i å bevege seg aksialt under sementeringsoperasjonen.

Tetningsbøssingen kan hentes opp sammen med kjøreverktøyet, og eliminerer følgelig behovet for å bore ut bøssingen etter at sementeringsoperasjonen er fullført. Avhengig av produsenten blir opphentbare tetningsbøssinger også benevnt, opphentbare tetningsspindler eller opphentbare sementeringsbøssinger. Uansett hvilken terminologi som brukes, tetter den opphentbare og låsbare tetningsbøssingen ringrommet mellom kjørestrengen og toppen av foringen, og den kan låses i et profil i foringshengeren ved hjelp av glattskjøten for å hindre bøssingen i å bli pumpet ut av foringshengeren.

Samvirkende overflater på foringskjøreadapteret, glattskjøten på kjøreverktøyet, og tetningslegemet på tetningsbøssingen forbinder bøssingen aksialt til foringshengeren under kjøring av foringshengeren inn i brønnen. Disse samvirkende overflatene kan låses opp for å frigjøre kjøreverktøyet fra foringshengeren og tillate aksial håndtering av kjøringsverktøyet og glattskjøten i forhold til tetningsbøssingen. Glattskjøten tetter således mot tetningsbøssingen under aksial bevegelse av kjøreverktøyet. Så snart de samvirkende overflater er opplåst fra hverandre, kommer skuldre på tetningsbøssingen og kjøreverktøyet i inngrep etter et forhåndsbestemt omfang av aksial bevegelse mellom kjøreverktøyet og tetningslegemet, slik at tetningsbøssingen kan hentes opp til overflaten sammen med kjøreverktøyet etter at sementeringsoperasjonene er fullført. En konvensjonell tetningsbøssing er beskrevet i US-patent 4,281,711.

En betydelig begrensning på tetningsbøssinger i henhold til kjent teknikk vedører deres ønskede opphentbarhet sammen med kjøreverktøyet, når dette koples sammen med ønsket om å ta kjøreverktøyet opp i forhold til tetningsbøssingen før sementeringsoperasjonen. En operatør vil typisk ønske å ta opp kjøreverktøyet etter frigjøring fra foringshengeren, for å sikre at disse verktøyene er løsgjort. Lengden av kjøreverktøyets glattskjøt bestemmer den maksimale lengde som kjøreverktøyet bør tas opp etter frigjøring fra foringshengeren. Når tetningsbøssingen er trukket ut av foringshengeren, tillates hakene eller knastene som konvensjonelt er boret av tetningsbøssingen å bevege seg radialt innover, hvilket hindrer at den opphentbare tetningsbøssingen stikkes tilbake inn i og låses inn i foringshengeren. Konvensjonelle kjøreverktøy for foringshengere tillater ikke at tetningsbøssingen blir ”stukket inn på ny” inn i foringshengeren og dermed reetablerer trykkintegritet mellom foringshengeren og kjøreverktøyet. Ved mange anvendelser er det vanskelig for operatøren å bestemme det nøyaktige omfang kjøreverktøyet må tas opp, særlig ved operasjoner i dype brønner eller brønner med stort avvik. Hvis operatøren tar kjøreverktøyet opp en aksial avstand som ikke tillates av lengden av en glatt skjøt, vil tetningsbøssingen bli trukket opp sammen med kjøreverktøyet, og vil løsgjøres fra foringshengeren, hvilket kan forårsake en svikt i sementeringen, hvilket koster operatøren millioner av dollar i tapt tid og penger. Følgene av utilsiktet løsgjøring av tetningsbøssingen fra foringshengeren, og ikke å være i stand til på ny å stikke den inn i og låse den til foringshengeren kan følgelig være alvorlige.

Glattskjøten som brukes sammen med kjøreverktøyet for foringshengeren har på sin utvendige diameter en polert overflate som tetter mot tetningen på den innvendige diameter til tetningslegemet i tetningsbøssingen. Overflaten på den utvendige diameter av glattskjøten kan bli oppripet eller skadet under håndtering, hvilket forårsaker en sementeringslekkasje under sementeringsoperasjonen. Siden kjøreverktøyet er designet til å bevege seg aksialt over betydelige avstander i forhold til tetningsbøssingen, kan de indre tetninger på tetnings-legemet slites ut under sementeringsprosessen på grunn av den frem- og tilbake-gående bevegelse av kjøreverktøyets glattskjøt. Dette problemet forverres når kvaliteten av den polerte overflaten på glattskjøten har blitt forringet. Aksialt lange glattskjøter er kostbare å fremstille og vedlikeholde.

Et annet problem med tetningsbøssinger ifølge kjent teknikk vedrører den begrensede lastkapasitet til knastene som låser tetningsbøssingen til foringshengeren. Konvensjonelle tetningsbøssinger bruker flere knaster som rager ut fra tetningslegemet, hvilket øker kompleksiteten og kostnaden ved tetningsbøssingen. Den begrensede størrelse av disse knastene begrenser eller avgrenser ikke desto mindre sementeringstrykk-kapasiteten til tetningsbøssingen.

Pakningssettesammenstilling

Et konvensjonelt kjøreverktøy for en foringshenger inkluderer en pakningssettesammenstilling, som tillater aktivering og tetting av foringens toppakning.

Konvensjonelle pakningssettesammenstillinger inkorporerer flere fjærbelastede haker eller knaster som kan være komprimert til en posisjon med redusert diameter ved at de settes inn i pakningssettehylsen når foringshengeren kjøres inn i brønnen, og ved sementering av foringen inne i foringsrøret. Når pakningssettesammenstillingen heves ut av pakningssettehylsen, utvides hakene eller knastene til en diameter som er større enn den innvendige diameter ved den øvre ende av settehylsen, som også er holderen for foringsforlengelsen for foringshengeren. Når hakene kommer i inngrep med toppen av settehylsen, kan en settekraft overføres fra kjørestrengen gjennom hakene og til pakningssettehylsen når kjørestrengens vekt slakkes av for å sette pakningselementet.

Enkelte pakningssettesammenstillinger ifølge kjent teknikk inkluderer et aksialt lager for å muliggjøre rotasjon av arbeidsstrengen under setting av pakningselementet. Andre pakningssettesammenstillinger inkluderer både et lager og en skjærindikator for å tilveiebringe en visuell bekreftelse på at den korrekte settebelastningen ble påført på pakningen, og/eller en opplåsings-funksjon som gjør det mulig å trekke pakningssettesammenstillingen ut av pakningssettehylsen en gang uten å blottlegge settehakene. Dette sistnevnte verktøyet tillater ny innstikking av pakningssettesammenstillingen inn i paknings-settehylsen en gang, hvilket aktiverer settehakene slik at de er klare til å utvides den annen gang hakene trekkes ut av settehylsen.

Et primært problem som vedrører pakkesettesammenstillinger ifølge kjent teknikk er dårlig pålitelighet. I enkelte brønnomgivelser trekker pakkesettehakene i konvensjonelle pakkesettesammenstillinger seg sammen og går på ny inn i settehylsen uten å sette pakningselementet. Produsenter har tilveiebragt flere haker eller knaster for å avhjelpe dette problemet, og/eller har tilveiebragt tyngre fjærer for å forspenne hakene radialt utover. Disse endringene har hatt liten, hvis i det hele tatt noen effekt på å oppnå høyere pålitelighet.

Ulempene med kjent teknikk overvinnes med den foreliggende oppfinnelse, og det vil heretter bli beskrevet et forbedret kjøreverktøy for en foringshenger som inkluderer forbedringer ved en frigjøringsmekanisme for et kjøreverktøy, en opphentbar tetningsbøssing, og en pakningssettesammenstilling. I tillegg kan den forbedrede pakningssettesammenstillingen brukes i operasjoner som ikke involverer et kjøreverktøy for en foringshenger.

Sammenfatning av oppfinnelsen

En foretrukket utførelse av et kjøreverktøy for en foringshenger ifølge den foreliggende oppfinnelse inkluderer forbedringer ved den ene eller flere av frigjøringsmekanismen for kjøreverktøyet, den opphentbare tetningsbøssingen og pakningssettesammenstillingen. Kjøreverktøyet kan brukes til posisjonering av en foring i et foringsrør i et brønnhull og etterfølgende sementering av foringen på plass, deretter opphenting av kjøreverktøyet til overflaten med tetningsbøssingen og pakningssettesammenstillingen. Pakningssettesammenstillingen kan brukes i andre nedihulls pakningssetteanvendelser.

Frigjøringsmekanisme for kjøreverktøyet

Frigjøringsmekansimen for kjøreverktøyet for foringshengeren inkluderer fortrinnsvis en hydraulisk aktuert mekanisme for frigjøring av kjøreverktøyet fra den satte foringshengeren som respons på fluidtrykk inne i kjøreverktøyet, og også en mekanisk høyrerettet frigjøringsmekanisme som, hvis det er nødvendig, tillater at kjøreverktøyet frigjøres mekanisk fra foringshengeren ved høyrerettet rotasjon av arbeidsstrengen. Kombinasjonen av den hydrauliske frigjørings-mekanisme og den høyere rettede frigjøringsmekanisme forbedrer kjøreverktøyets pålitelighet betraktelig.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret frigjøringsmekanisme for et kjøreverktøy for frigjøring av et kjøreverktøy fra en satt foringshenger. Kjøreverktøyet kan frigjøres hydraulisk, men kan også frigjøres ved høyrerettet rotasjon av kjørestrengen. Et første stempel brukes for hydraulisk frigjøring. Et annet stempel brukes til å bringe en kopling ut av inngrep, slik at en mutter tillates å bevege seg nedover langs de høyrerettede gjenger på kjøreverktøyets spindel på grunn av høyrerettet rotasjon av kjørestrengen. Så snart mutteren har beveget seg aksialt nedover på spindelen, kan arbeidsstrengen tas opp for å bringe kjøreverktøyet ut av inngrep med foringshengeren.

Enda et annet trekk ved oppfinnelsen er at, etter at koplingen har blitt bragt ut av inngrep for å tillate høyrerettet frigjøring av kjøreverktøyet, kan fluidtrykk brukes for på ny å bringe koplingen i inngrep, for å tillate rotasjon av foringen under en sementeringsoperasjon.

Enda et annet trekk ved oppfinnelsen er at fluid inne i kjøreverktøyet som overfører fluidtrykk til stemplet for hydraulisk frigjøring av kjøreverktøyet kan isoleres med en hylse, slik at hylsen forflytter seg nedover for å blottlegge en port og tillate hydraulisk fluid å frigjøre kjøreverktøyet.

Et vesentlig trekk ved frigjøringsmekanismen for kjøreverktøyet er at frigjøringsmekanismen kan aktueres både hydraulisk og ved høyrerettet rotasjon av kjørestrengen eller arbeidsstrengen.

Et beslektet trekk ved frigjøringsmekanismen for kjøreverktøyet er at påliteligheten av frigjøringsoperasjonen blir betydelig forbedret med små, hvis i det hele tatt noen kostnadsøkninger.

Tetningsbøssing

Under sementeringsoperasjonen tjener tetningsbøssingen sin funksjon med å tilveiebringe en tetning mellom foringshengeren og kjørestrengen. Tetningsbøssingen kan være aksialt festet til foringshengeren under sementeringsoperasjonen med en C-formet låsering, som holdes låst i et spor i foringshengeren med et stempel som er responsivt overfor fluidtrykk. Tetnings-bøssingen er designet slik at den på ny kan settes inn i foringshengeren når tetningsbøssingen sammen med kjørestrengen heves i forhold til den satte foringshengeren. Kostnaden ved glattskjøten kan følgelig unngås. Tetnings-bøssingen for foringshengeren kan således fjernes fra foringshengeren når operatøren tar opp kjøreverktøyet for å sjekke med hensyn på frigjøring av kjøreverktøyet fra foringshengeren, og for å verifisere at foringen er korrekt satt i foringsrøret. Når kjøreverktøyet slakkes av tilbake inn i foringshengeren før pumping av sement, kan pakningsbøssingen på ny stikkes inn i og på ny tettes mot foringshengeren. Når trykk deretter påføres på kjørestrengen under en sementeringsoperasjon, vil tetningsbøssingen bli låst til foringshengeren med fluidtrykket for å forhindre bevegelse ut av foringshengeren. Fluidtrykk holder følgelig tetningsbøssingen låst til foringshengeren, mens fravær av trykk i kjørestrengen gjør det mulig å ta opp tetningsbøssingen, ut av foringshengeren, og deretter på ny sette den inn i foringshengeren. Kjøreverktøyet for foringshengeren inkluderer følgelig en tetningsbøssing som gjentatte ganger kan ”på ny stikkes inn” tilbake inn i foringshengeren, slik det er ønskelig for operatøren, for å re-etablere trykkintegritet mellom kjøreverktøyet og foringshengeren.

Ved å tilveiebringe en tetningsbøssing som kan stikkes inn på ny, har operatøren mye mer fleksibilitet når han tar opp for å sjekke med hensyn på frigjøring av kjøreverktøyet. Ved å tilveiebringe en tetningsbøssing som gjentatte ganger på ny kan settes inn i foringshengeren, slik at en tetning gjentatte ganger kan etableres mellom kjørestrengen og foringshengeren, unngår operatøren mye av faren ved en dårlig sementeringsjobb, og det betydelige tap av tid og penger for å korrigere en dårlig sementeringsjobb. Tetningsbøssingen som kan stikkes inn på ny kan brukes på et kjøreverktøy med eller uten en foringshengerpakning for tetting mellom foringsrøret og foringshengeren.

Tetningsbøssingen er fortrinnsvis designet med en C-formet låsering for å øke tetningsbøssingens kapasitet med hensyn på sementeringstrykk. Sammenlignet med tetningsbøssinger ifølge kjent teknikk, unngår man med låseringen i en del bruk av flere knaster og fjærer som øker lengden og kompleksiteten ved tetningsbøssingen uten i vesentlig grad å øke tetnings-bøssingens kapasitet med hensyn på sementeringstrykk når den er låst til foringshengeren.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et kjøreverktøy for en foringshenger sammen med tetningsbøssingen, hvilket gjentatte ganger på ny kan stikkes inn i toppen av foringen.

Et trekk ved denne oppfinnelsen er at tetningsbøssingen inkorporerer en C-formet låsering i en del, som effektivt låser tetningsbøssingen til foringshengeren som respons på fluidtrykk, som virker på et stempel for å holde låseringen i den låste posisjon. Fraværet av fluidtrykk gjør at låseringen kan trekke seg sammen, hvilket tillater den fornyede innstikking av tetningsbøssingen inn i toppen av foringshengeren. Den C-formede låseringen kan inkludere radialt utvendige eller innvendige spor for å muliggjøre utvidelse og sammentrekking av låseringen.

Tetningsbøssingen inkluderer en radialt ytre skulder for inngrep med en radialt indre skulder på foringshengeren når låseringen er innrettet med sporet i foringshengeren, slik at nedsettingsvekt kan påføres på foringshengeren.

Tetningsbøssingen inkluderer også en radialt indre skulder, slik at tetningsbøssingen hentes opp til overflaten sammen med verktøyet. I tillegg til tetningsbøssingen, kan kjøreverktøyet inkludere en pakningsettesammenstilling for aktivering av pakningselementet til å tette mellom foringsrøret og forings-hengeren.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at kjøretøyet kan inkludere en opphentbar tetningsbøssing som på ny kan settes inn i eller ”på ny stikkes inn” i foringshengeren tallrike ganger. Et beslektet trekk ved oppfinnelsen er at kostnaden ved en glattskjøt kan unngås.

Det er et ytterligere trekk ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret tetningsbøssing for et kjøreverktøy for en foringshenger hvor fluidtrykk holder tetningsbøssingen låst til foringshengeren, mens fraværet av fluidtrykk kan gjøre det mulig å ta opp tetningsbøssingen, ut av foringen, og deretter på ny sette den inn i foringen. Et beslektet trekk ved kjøreverktøyet med den forbedrede tetningsbøssingen er den reduserte fare for en dårlig sementeringsjobb.

Pakningssettesammenstilling

Pakningssettesammenstillingen kan brukes sammen med kjøreverktøyet for foringshengeren for å sette foringens toppakning etter at foringshengeren har blitt satt, og etter at kjøreverktøyet har blitt frigjort fra foringshengeren. Pakningssettesammenstillingen kan posisjoneres på kjøreverktøyet i en ønsket lokalisering, som kan være aksialt mellom frigjøringssammenstillingen for foringshengeren og sammenstillingen for setting av holderkilene ved den nedre ende av kjørestrengen eller arbeidsstrengen. Når kjøreverktøyet settes sammen ved overflaten, befinner pakningssettesammenstillingen seg således inne i holderen for forings-forlengelsen eller settehylsen i foringshengersammenstillingen.

Pakingssettebelastningen blir fortrinnsvis overført til pakningssettehylsen gjennom en C-formet settering i en del. C-ring designen gjør det mulig å sette ned mer vekt på settehylsen enn med det mangfoldet av haker som brukes innenfor kjent teknikk. En sperrefunksjon holder setteringen i vektoverførende inngrep med settehylsen, slik at setteringen ikke for tidlig vil smette radialt innover mot pakningssettehuset før pakningen er satt. Tetninger både på den innvendige diameter og utvendige diameter av pakningssettesammenstillingen hjelper også til med å sette pakningen. Så snart den initiale lasten har blitt satt ned på foringshengeren, virker tetningen på den innvendige diameter, som tetter mot kjøreverktøyets spindel, og tetningen på den utvendige diameter, som tetter mot settehylsen, som et stempel som er responsivt overfor trykk som påføres på ringrommet for å hjelpe til med å sette pakningselementet. Dette fluidtrykket bidrar sammen med nedsettingsvekten til å oppnå den korrekte settekraft på foringens toppakningselement. Ved å bruke ringromstrykk for å hjelpe til med å sette pakningselementet, supplerer en betydelig ekstra hydraulisk kraft nedsettingsvekten for pålitelig å sette foringshengerens pakningselement.

En foretrukket pakningssettesammenstilling inkluderer en opplåsings-funksjon som gjør at sammenstillingen kan trekkes ut av pakningssettehylsen en gang uten å frigjøre en settering. Ved fornyet innstikking av sammenstillingen inn i settehylsen, blir pakningssetteringen aktivert, og er klar til å utvides den annen gang pakningssettesammenstillingen trekkes ut av settehylsen. En justerbar skjærindikator kan være inkludert for å tilveiebringe umiddelbar visuell bekreftelse, når kjøreverktøyet hentes opp til overflaten, om at passede påsettingskraft var påført på foringens toppakning. En lagersammenstilling i pakningssetteverktøyet muliggjør rotasjon og avslakking av kjørestrengen uten å skade pakningssettehylsen eller setteringen. Rotasjon bryter også den statiske friksjon mellom kjørestrengen og foringsrøret, hvilket reduserer forvridning og sikrer maksimal overføring av settende kraft til foringspakningselementet.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en pakningssettesammenstilling som bruker en utvidbar og sammentrekkbar C-ring i en del for å sette ned vekt på et pakningselement. Pakningssettesammen-stillingen inkluderer også tetninger på sin utvendige diameter og tetninger på sin innvendige diameter, slik at fluidtrykk kan brukes til å øke settekraften som påføres pakningselementet.

Det er et trekk ved pakningssettesammenstillingen ifølge den foreliggende oppfinnelse at C-ringen kan være låst i en sammentrukket posisjon av en låsemekanisme, for å hindre at C-ringen beveger seg til sin utvidede posisjon. Dette gjør at pakningssettesammenstillingen kan trekkes ut av holderen for forings-forlengelsen en gang uten å frigjøre C-ringen, og gjør at sperremekanismen kan komme i inngrep med toppen av holderen for foringsforlengelsen for nedsetting av vekt. Neste gang pakningssammenstillingen trekkes ut av holderen for forings-forlengelsen, tillates Cringen å utvides radialt utover for inngrep med toppen av holderen for foringsforlengelsen.

Det er videre et trekk ved den foreliggende oppfinnelse at pakningssettesammenstillingen har flere anvendelser. Pakningssettesammenstillingen kan brukes som en del av et kjøreverktøy for en foringshenger, selv om pakningssettesammenstillingen også kan brukes ved andre anvendelser hvor en operatør ønsker å sette en nedihulls pakning radialt.

Det er et trekk ved oppfinnelsen at pakningssettesammenstillingen overfører pakningssettebelastningen til pakningssettehylsen gjennom en C-formet tettering.

Et beslektet trekk er at tetninger både på den innvendige diameter og utvendige diameter av pakningssettesammenstillingen kan bidra til å sette pakningen.

Enda et annet trekk ved pakningssettesammenstillingen er at setteringen enkelt og pålitelig kan sperres for å forhindre for tidlig aktuering.

Enda et annet trekk ved pakningssettesammenstillingen er at den kan inkludere en opplåsingsfunksjon, slik at sammenstillingen kan trekkes ut av pakningssettehylsen én gang uten å frigjøre setteringen.

En fordel ved forbedringene ved hver av frigjøringsmekanismene for kjøreverktøyet, den opphentbare pakningsbøssingen og pakningssettesammenstillingen er at disse mekanismene er basert på komponenter som har blitt funnet å være svært pålitelige innen oljefelt-serviceindustrien. Kompleksiteten ved kjøreverktøyet med en eller flere av disse trekk er ikke vesentlig økt, og er i mange tilfelle blitt enklere. Verktøyets pålitelighet har blitt økt for å utføre de ønskede nedihulls operasjoner.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1A-1J illustrerer sekvensielle nedre partier av et setteverktøy for en foringshenger som kjøres inn i en brønn. Figur 1A viser hvordan verktøyet er forbundet til en arbeidsstreng. Figur 1B viser sammenstillingen for setting av foringshengerens holdekiler. Figur 1C viser pakningssettesammenstillingen. Figur 1D viser frigjøringssammenstillingen for foringshengeren. Figur 1E viser den opphentbare sementeringsbøssingen. Figur 1F viser pakningselementet. Figur 1G viser hengerens holdekilesammenstilling. Figur 1H viser den nedre ende av kjøreverktøyets spindel. Figur 1I viser kuleavlederen. Figur 1J viser foringens skrapeplugg.

Figur 2A viser holderen for foringsforlengelsen hevet for å sette holdekilene. Figur 2B viser holdekilene i satt posisjon.

Figur 3A viser det øvre setet etter frigjøring av kulen. Figur 3B viser kulen landet på det nedre setet. Figur 3C viser det nedre setet beveget nedover for å åpne porter og for å tillate låseringen i frigjøringssammenstillingen og trekke seg sammen.

Figur 4A viser kulen frigjort fra det nedre setet og sluppet inn i avlederen. Figur 4B er et tverrsnitt gjennom figur 4A.

Figur 5A viser nedpumpingspluggen landet på skrapepluggen. Figur 5B viser foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen frigjort. Figur 5C viser pluggsettet landet innenfor en landingskrage.

Figur 6A viser verktøyet posisjonert for å sette vekt på pakningselementet. Figur 6B viser pakningselementet i den satte posisjon.

Figur 7A viser kjøreverktøyets tetningsbøssing opplåst fra foringshengeren. Figur 8A og 8B viser den nedre ende av kjøreverktøyet frigjort fra og trukket oppover fra den satte foringshengeren, hvor det øvre parti av den satte foringshengeren er vist på figur 8C og 8D.

Figur 8E viser en utførelse av et holdekileelement som er hevet inn i inngrep med foringsrøret; figur 9A viser pakningselementene og en annen utførelse av holdekilesammenstillingen i innkjøringsposisjonen. Figur 9B viser komponentene beveget for å sette holdekilesammenstillingen. Figur 9C viser holdekilesammenstillingen i inngrep med foringsrøret og pakningselementet beveget for tetning mot foringsrøret.

Figur 10A og 10B viser komponenter i kjøreverktøyet for en hydraulisk frigjøring ved innkjøring i brønnen. Figur 10C viser komponentene etter at trykket er økt for å forflytte kulesetet, hvilket frigjør kjøreverktøyet og løsgjør en kopling. Figur 10D viser fluidtrykk som virker på det annet stempel, slik at koplingen på ny kan gå i inngrep med foringshengeren.

Figur 11A og 11B viser sekvensielle komponenter i kjøreverktøyet under en mekanisk frigjøring fra foringshengeren. Figur 11C viser komponentene med kulesetet forflyttet for å frigjøre kjøreverktøyet og løsgjøre koplingen. Figur 11D viser det annet stempel aktivert for inngrep med koplingen, med kjøreverktøyet frigjort.

Figur 12A er et tverrsnittsriss av en foretrukket opphentbar tetningsbøssing ifølge den foreliggende oppfinnelse, som kan være posisjonert nedenfor en sammenstilling for setting av en foringshengerpakning og ovenfor kuleavlederen.

Figur 12B er et tverrsnittsriss av den opphentbare tetningsbøssingen som er vist på figur 12A.

Figur 13 er et tverrsnittsriss av en foretrukket utførelse av en pakningssettesammenstilling på et kjøreverktøy for en foringshenger ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Figur A1 er et vertikalt tverrsnitssriss gjennom selve hodet;

Figur A1A og 1B er et riss ovenfra og et tverrsnittsriss,

Figur A1C er et riss nedenfra av hodet på figur A1, og Figur A1D er et sideriss av en del av hodet; og

Figur A2 er et annet, forstørret vertikalt snittriss av hodet installert mellom en sementeringssvivel og et nedre indikasjonsrørstykke som er forbundet til arbeidsstrengen, og som viser kulene og pluggene i passasjene i posisjon for å slippes.

Figur B1A og B1B er respektivt et sideriss, delvis gjennomskåret, og et enderiss av C-ringen i sin fullstendig sammentrukne posisjon hvor dens sidekanter er i inngrep med hverandre; idet utsiden av C-ringen har vertikale spor for å muliggjøre passasje av fluid mellom foringen og det ytre foringsrøret i brønnen når holdekilene utvides.

Figur B2A og B2B er tilsvarende riss av C-ringen i fullstendig utvidet posisjon. Figur B3A og B3B er vertikale snittriss av holdekilesammenstillingen, hvor den sammentrukne C-ringen er vist på figur B3A anordnet omkring foringen med sin nedre ende mottatt inne i utsparingen i foringen, og på figur B3B, hevet fra utsparingen og utvidet til en posisjon hvor foringen kan heves for å bevege sin utside oppover, over den avkortede koniske overflate av foringen for å bevirke at dens tenner kommer i inngrep med brønnens foringsrør; og

Figur B3C er et forstørret detaljert riss av et parti på figur 3B, for å illustrere tennene for styrt friksjon på det indre glidestykket i C-ringen.

Figur B4, B5 og B6 er forstørrede vertikale snittriss av sammenstillingen, og viser C-ringen når den beveges av foringen, fra den tilbaketrukne til den utvidede posisjon, idet C-ringen er vist i tilbaketrukket posisjon på figur 4, hevet ut av utsparingen ved hjelp av strekkstangen på figur 5, for å frigjøre den for utover-rettet utvidelse for inngrep med foringsrøret, og, på figur 5 har strekkstangen hevet den avkortede koniske overflate av foringen over den innvendige overflate av C-ringen, for å bevirke at C-holdekilen beveges utover, inn i inngrep med foringsrøret i brønnen.

Figur B3AA og B3BB er detaljerte snittriss som vist på figur B3A og B3B. Figur C1 er et vertikalt snittriss av den ytre rørlengde av foringsrør som har en boring som er utformet til å samvirke med en henger som er montert på et indre foringsrør eller en foring når det senkes inn i det ytre foringsrøret.

Figur C2 er et riss av foringen med hengeren montert på denne, for landing inne i profilene i det ytre foringsrøret;

Figur C3 er et riss som tilsvarer figur C2, men som viser foringen og dens henger idet de blir senket inn i det ytre foringsrøret; og

Figur C4 er et annet tilsvarende riss, men med foringen senket videre for å bevirke at dens henger kommer i inngrep med profilen i det ytre foringsrøret, og deretter senket til en posisjon for å låse hengeren på plass.

Figur D1 er et halvt snittriss av tetningselementet ifølge den foreliggende oppfinnelse, posisjonert ved den nedre ende av en holder for foringsforlengelse for bevegelse nedover langs en konus og for tetting mot et foringsrør.

Figur D2 er et forstørret riss av et tetningselement som er vist på figur 1, posisjonert når tetningselementet initialt kommer i inngrep med foringsrøret.

Figur D3 er et tverrsnittsriss av tetningselementet i sin endelige satte posisjon for tettende inngrep mellom konusen og foringsrøret.

Figur E1 er et vertikalt snittriss av avlederen som inkluderer rørstykket hvorfra sementeringssammenstillingen er opphengt.

Figur E2 er et riss som tilsvarer figur E1, med en kule landet i avlederlommen. Figur E3 er et tverrsnittsriss av avlederen, sett langs de brutte linjene 3-3 på figur E2, men i en større målestokk, for å vise det ”U”-formede spor som er dannet i rampen på en side av den avledede kulen for å tillate passasje av en nedpumpingsplugg.

Figur E4 er et annet vertikalt snittriss av foringen nedenfor avlederen, og viser nedpumpingspluggen etter passasje gjennom sporet i rampen og inn i en landet posisjon i foringsskrapepluggen i sementeringsutstyret; og

Figur E5 er et ytterligere vertikalt snittriss, men hvor forbindelsen til skrapepluggen har blitt avskåret fra den nedre ende av det rørformede element under kuleavlederen.

Figur F1 er et tverrsnittsriss av et pluggholderrørstykke ifølge den foreliggende oppfinnelse, som viser posisjonen av komponenter for innfesting til foringsskrapepluggen på den venstre side av senterlinjen, og som er posisjonert for frigjøring av foringsskrapepluggen fra pluggholderrørstykket på den høyre side av senterlinjen.

Figur F2 er et tverrsnittsriss av et nedre parti av pluggholderrørstykket som er vist på figur F1, og viser det øvre parti av en foringsskrapeplugg som er festet til pluggholderrørstykket på den venstre side av senterlinjen, og som er frigjort på den høyre side av senterlinjen.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser

Figur 1-9 kjøreverktøy

For å henge opp foringen, kan kjøreverktøyet 120 initialt festes til den nedre ende av en arbeidsstreng WS og løsbart forbindes til foringshengeren, hvorfra foringen henges opp for å senkes inn i borehullet nedenfor det tidligere satte foringsrøret eller foringen C. Sammenstillingen kan lett kjøres inn ved en hastighet som ikke negativt påvirker brønnformasjonene eller kjøreverktøyet.

En holder 130 for en foringsforlengelse, som vist på figur 1B, holdes omkring kjøreverktøyet 120, med sin øvre ende som har sammenstillingen 140 for å sette foringshengerens glidekiler. Den øvre ende av holderen 130 for forings-forlengelsen tilveiebringer ved fjerning av kjøreverktøyet et middel ved hjelp av hvilket en foringsrørforlengelse (ikke vist) deretter kan strekke seg fra sin øvre ende til overflaten. Som vist på figur 1A-1I inkluderer verktøyet 120 en sentral spindel 132, som kan omfatte flere sammensatte seksjoner.

Den nedre ende av holderen 130 for foringsforlengelsen er forbundet til skyvehylsen 148 for pakningselementet, som vist på figur 1F, hvis funksjon vil bli beskrevet i forbindelse med settingen av pakningselementet 150 rundt en øvre konus 152, såvel som setting av en alternativ utførelse av holdekilen 142A rundt en nedre konus 144A (se figur 1G) nedenfor pakningselementet 140. Kjøre-verktøyet 120 inkluderer en sementeringsbøssing 160 (se figur 1E) hvorfra et rørformet legeme 162 er opphengt for å holde kuleavlederen 280 (se figur 1I) og foringsskrapepluggen 180 (se figur 1J) ved den nedre ende av kjøreverktøyet. Den opphentbare sementeringsbøssingen 160 tilveiebringer en opphentbar tetning mellom kjøreverktøyet 120 og foringshengesammenstillingen for fluid-sirkulasjonsformål. Ved å inkorporere en aksialt bevegelig glattskjøt, kan kjøreverktøyet beveges uten å bryte tetningen som er tilveiebragt av tetnings-bøssingen.

Sammenstillingen 140 for setting av foringshengerens holderkile, som vist på figur 1B, inkluderer en hylse 212 som er anordnet inne i og er aksialt bevegelig i forhold til et parti 210 av kjøreverktøyets spindel 132. Stempelhylsen 212 holdes i sin øvre posisjon av skjærpinner 222 i spindelpartiet 210. Et rørformet kulesete 232 holdes ved den nedre ende av hylsen 212. Den nedre ende av kulesetet har et halsparti 234 som har redusert diameter og er tynnere, for et formål som vil bli beskrevet nedenfor. En kule 240 er sluppet fra overflaten, inn i kjøreverktøyets boring 126, og på setet 232. En økning i fluidtrykk inne i spindelen 132 vil skjære pinnene 222 og senke kulesetet til en landet posisjon i boringen i kjøreverktøyet, eksempelvis mot stoppskulderen 236.

Kuleslippehode

Denne oppfinnelsen vedrører også en forbedret anordning for å slippe en kule som nevnt ovenfor, hvilken inkluderer et hode som er opphengt fra et toppdrevet rotasjonssystem til bruk ved sekvensiell slipping av kuler og plugger inn i en foring som er opphengt fra hodet. Mer bestemt vedrører den bruken av slikt utstyr ved sementering av foringen innenfor det ytre foringsrøret, hvor den ene eller de flere kulene skal slippes ned på et sete inne i foringen for å aktuere visse deler for det formål å henge foringen i det ytre foringsrøret, fulgt av å slippe nedpumpingsplugger gjennom foringen for å pumpe sement under dem, inn i ringrommet mellom foringen og det ytre foringsrøret.

I tidligere hoder av denne type var kulene og skrapepluggene montert i individuelle manifolder som hver hadde en åpning inn i en boring som førte til utstyret som skulle aktueres. Som det vil forstås økte dette sterkt den vertikale høyde av utstyret nedenfor det toppdrevne rotasjonssystem, hvilket gjorde det mye mer utilgjengelig, ikke bare under innføring og frigjøring av kulene og nedpumpingspluggene, men også når det gjaldt å oppnå visuell adgang til det indre av hver manifold hvor pluggene og kulene var lokalisert.

US-patenter 6,182,752 og 6,206,095 påstår å løse dette problemet med for stor høyde ved hjelp av hoder som har en slik konstruksjon at de tillater kulene og pluggene å bli montert og å slippes fra hovedsakelig den samme vertikale lokalisering nedenfor det toppdrevne rotasjonssystem. Ikke desto mindre er deres konstruksjon komplisert og krever store innvendig roterende deler, hvilket økte muligheten for lekkasje og annet behov for reparasjon.

Det er derfor en annen hensikt med denne oppfinnelsen å tilveiebringe et slikt hode hvor kulene og pluggene er montert på generelt det samme nivå, men som ikke inkluderer de store roterende deler og andre mekanismer som øker faren for reparasjon og utbytting.

Disse og andre hensikter oppnås i samsvar med de illustrerte utførelser av denne oppfinnelsen ved hjelp av et hus som har et innløp som er tilpasset til fluidmessig å forbindes in-line med den nedre ende av et toppdrevet rotasjonssystem, et utløp som er generelt innrettet med innløpet og passasjer som strekker seg nedover inne i huset ved lokaliseringer som er plassert i en avstand langs omkretsen. Hver passasje har en øvre ende som åpner til siden for innløpet og en nedre ende som er forbundet med utløpet, og siderettede passasjer i huset forbinder hver innløpet med en passasje. Et stengeelement er uttagbart montert i den øvre ende av hver passasje for å tillate en kule eller plugg å bli installert i denne, og pluggventiler er montert i huset, hver for åpning og stenging av en passasje nedenfor den siderettede passasje som er forbundet til det, for å holde kulen eller pluggen når de er stengt, og tillate den å passere gjennom når de er åpne. Sirkulerende fluid kan passere nedover gjennom en åpen passasje når en kule eller plugg ikke er i passasjen.

Det skal nå vises til detaljene på figur A1 og A2, hvor hodet A10 omfatter et hus A11 som har en vertikal åpning A12 i sin øvre ende og en vertikal åpning A13 i sin motsatte nedre ende, idet åpningene generelt er vertikalt innrettet. Den øvre åpningen er gjengeforbundet til et rørformet element A14 hvis øvre ende er gjenget for forbindelse med et toppdrevet rotasjonssystem.

Mellom de øvre og nedre ender av elementet A14 er det installert en Kellyventil A16 for åpning eller stenging av dets boring A15. Når den er stengt tillater ventilen sement å tilføres til boringen A15 gjennom en eller flere sideåpninger A16 i elementet A14 nedenfor Kelly-ventilen. Elementet A14 er installert på en svivel A20 som har gjennomgående åpninger som er innrettet med åpninger A16 i rørarmatur A17 som fører til boringen A15 i elementet. Som velkjent innen faget tillater dette relativ rotasjon mellom svivelen og det rørformede element, slik at det rørformede element og sementeringslastebilen er fluidmessig forbundet under relativ rotasjon.

Den nedre endeåpning A13 i hodet er gjengeforbundet til den øvre ende av et rørstykke A21 som har en gjennomgående boring A22 som er tilpasset til å forbindes med foringen eller et annet rørformet element som er opphengt derfra. Et ”flagg” A23 er montert på en stang A24 som er roterbar i rørstykket for å vise passasjen av en kule eller plugg derigjennom.

Som vist er huset av en generelt avkortet konisk form, og har fire passasjer P1, P2, P3 og P4 som strekker seg nedover og innover gjennom det for forbindelse med åpningen A13 ved sine nedre ender. Mer bestemt er disse passasjene plassert i en lik avstand fra hverandre rundt senterlinjen i huset, og følgelig åpningen A12, for ved sine nedre ender å forbindes med en felles åpning A21A i den øvre ende av rørstykket A21.

Den øvre ende av hver passasje er tilpasset til å motta et stengeelement 25, idet den gjengede forbindelse mellom hvert stengeelement og dens passasje gjør det mulig selektivt å ta ut eller installere stengeelementet. Huset har også en siderettet åpning A26 som forbinder den nedre ende av dets øvre åpning A12 med en av passasjene P1, P2, P3 og P4 nedenfor dens stengeelement.

Hver passasje P1, P2, P3 og P4 blir i sin tur åpnet og stengt ved hjelp av pluggventiler PV1, PV2, PV3 og PV4 med gjennomgående boring som er installert i huset nedenfor de siderettede åpningene A26, og er vertikalt forskjøvet for innpassing av ventilene. Disse ventilene regulerer selvsagt passasjen i en plugg eller en kule såvel som sirkulasjon av fluid gjennom det toppdrevne rotasjons-system, hodet og inn i foringen nedenfor det. Med ventilene styrt på den måte som vil bli beskrevet, kan følgelig sirkulasjonen av fluidet være kontinuerlig gjennom minst en passasje, selv om de individuelle passasjer er stengt for å inneholde kuler eller skrapeplugger.

Som vist omfatter hver pluggventil et legeme som har en gjennomgående åpning A30, som, ved rotasjon av legemet mellom sine alternative posisjoner, er tilpasset til innretting med eller på tvers av en passasje. Disse ventillegemene kan selvsagt roteres på en hvilken som helst egnet måte, og holdes på plass av en monteringsplate MP som er skrudd til utsiden av huset.

Som vist på figur A2 kan en av passasjene motta en kule B mellom det øvre stengeelement og ventilen, mens en annen passasje kan motta en nedpumpingsplugg PDP. En av de andre passasjene kan brukes til å motta en kule eller en plugg, avhengig av bruken av kulene og pluggene i systemet hvor hodet er installert. Den fjerde passasje kan forbli åpen for å gjøre det mulig for fluid å sirkulere fritt nedover derigjennom på en kontinuerlig basis.

En plugg eller kule kan installeres i en passasje ved å fjerne stengeelementet 25, hvilket tilveiebringer enkel visuell adgang til passasjen for å bestemme om kulen eller pluggen er på plass eller har blitt sluppet nedover. Hver kule faller fritt ved hjelp av sin egen vekt når pluggventilen i dens passasje er åpnet. Nedpumpingspluggen har imidlertid skrapeblader som er i fleksibelt inngrep med passasjen, slik at den nedoverrettede bevegelse av skrapebladet inn i foringen kan assisteres av passasjen av fluid gjennom portene som er forbundet med passasjen. Den fjerde passasjen kan motta enten en plugg eller en kule, avhengig av behovene til systemet hvor hodet er installert eller forblir åpent for fri nedoverrettet strøm av det sirkulerende fluid.

Som det vil forstås er de eneste deler i hodet som krever bevegelse, og således lagre og tetninger, pluggventilene PV for de individuelle passasjer. Stenging av pluggventilen i de tre passasjene kan muliggjøre nedoverrettet trykk gjennom den fjerde passasjen når dens pluggventil er åpen, hvilket tvinger kulen eller pluggen nedover, inn i foringen.

Som vist er hver pluggventil montert til rotasjon innenfor sin passasje ved hjelp av en monteringsplate MP som er skrudd på et forsenket parti av utsiden av hodet og er inngrep med en ringformet skulder rundt pluggventilelementet.

Kjøreverktøy

Med en fortsatt beskrivelse av kjøreverktøyet 120 som tidligere er beskrevet, er stempelhylsen 220 anordnet omkring og er aksialt bevegelig i forhold til partiet 210. En øvre tetningsring 214 er anordnet omkring en mindre utvendig diameter av kjøreverktøyets spindel enn den nedre tetningsring 216, for å danne et ringformet trykkammer 218 mellom dem for å løfte holderen 130 for foringsforlengelsen fra den posisjonen som er vist på figur 1B til den øvre posisjon, hvilket vil bli beskrevet i forbindelse med setting av holdekilene 142. Porter 242 som er dannet i kjøreverktøyets spindel 132 forbinder kjøreverktøyets boring med det omgivende trykkammer 218 så snart hylsen 212 er senket. En økning i trykk gjennom portene 242 vil heve stempelhylsen 220. Oppoverrettet bevegelse av hylsen 220 bevirker at den øvre ende 312 av stempelhylsen 220 overvinner motstanden i splittringen 244, som vist på figur 1A, for å heve holderen 130 for foringsforlengelsen, som vist på figur 2A, og derved heve holdekilene 142A, som vist på figur 2B. Hylsen 245, som vist på figur 1D, kan bevege seg nedover for å blottlegge porter 260, hvilket hever stemplet 252 for å frigjøre ringen 244 som var forbundet til toppen av holderen 130 for foringsforlengelsen. En ytterligere trykkøkning vil tvinge ballen gjennom den reduserte halsen i setet 232 for å pumpe ballen til en lukket posisjon på et nedre sete 246 (se figur 1D), som tilsvarer det øvre setet 232.

Et problem med en konvensjonell holdekilesammenstilling er behovet for å koordinere settingen av de individuelle holdekilene slik at deres tenner kommer i inngrep med det ytre foringsrøret hovedsakelig samtidig. Videre er det selvsagt kostbart å maskinere flere kileflater rundt foringen, såvel som å tilveiebringe flere holdekileelementer, og hovedhensikten med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe en holdekilesammenstilling for dette formål som kun krever et enkelt holdekile-element som kan samvirke med kun en enkelt kileflate i foringen eller et annet langstrakt element.

I utførelsen på figur 9A-9C, og som også er vist og beskrevet i den ovennevnte midlertidige søknad 60/292.099, inkluderer følgelig holdekilesammenstillingen holdekilesegmenter 141 som ved hjelp av en strekkstang heves over den utvendige koniske overflate av en konus 143 for å bevirke at tennene 142 rundt holdekilene griper foringsrøret C. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen strekker de avkortede koniske overflater av elementet og holdekilen seg nedover og innover, idet den nedre ende av holdekilen mottas i en oppover-vendende utsparing i elementet, og tennene på C-ringen vender nedover i posisjon for å gripe brønnhullet, når C-ringen heves over overflaten av elementet, hvorved elementet kan henges opp inne i brønnhullet. Midlene til å heve den nedre ende av C-ringen fra utsparingen til en posisjon for å gli langs den koniske overflate av elementet omfatter minst en strekkstang som strekker seg vertikalt gjennom elementet for styrt frem- og tilbakegående bevegelse i forhold til dette. Mer bestemt har innsiden av C-ringen og den nedre ende av strekkstangen deler som passer i hverandre, hvilket gjør at den nedre ende av C-ringen kan heves ut av utsparingen, men som ikke kan løsgjøres når stangen heves for å gjøre det mulig for ringen å ekspandere inn i inngrep med brønnhullet.

Fortrinnsvis, og som vist, har den innvendige avkortede koniske overflate av C-ringen relativt butte tenner rundt sin avkortede koniske overflate for inngrep med den avkortede koniske overflate av elementet, for å styre friksjonen mellom dem, og følgelig styre kraften som påføres på foringsrøret.

Som vist og beskrevet er det langstrakte element en foring, og utsparingen for å motta enden av holdekilen er ringformet.

C-ring holdekile

Med henvisning til de ovenfor beskrevne tegninger, og som det best fremgår av figur B3A og B3B, har foringen B20 en nedover og innoverforløpende avkortet konisk overflate B22 der omkring, over en oppoverventende ringformet utsparing B23. Foringen har blitt senket på et passende kjøreverktøy (ikke vist) til en posisjon i det ytre brønnforingsrøret hvor foringen skal henges opp.

Som det vil bli beskrevet i nærmere detalj i det følgende, blir C-ringen C initialt utvidet for å gjøre det mulig å anordne den rundt den koniske kileflate av foringen. Den kan deretter trekkes sammen og presses nedover for å bevirke at dens nedre ende B26 beveger seg inn i utsparingen B23. Når den er installert på denne måte, holdes C-ring-holdekilen i tilbaketrukket posisjon i en form som er noe større enn dens fullstendig sammentrukne form som er vist på figur B1A og B1B.

Når C-ringen har blitt trukket oppover for å fjerne dens nedre ende fra utsparingen B23, utvider den seg mot sin fullstendig utvidede posisjon på figur B2A og B2B, hvorved de nedovervendende tenner B22 rundt dens utside kommer i inngrep med det ytre brønnforingsrøret, som vist på figur B3B, i en noe mindre enn fullstendig utvidet posisjon. Deretter, når C-holdekilen heves, vil den innvendige overflate av C-ringen gli over kileflaten B22 for å presse den utover for å bevirke at dens tenner skjærer inn i det ytre brønnforingsrøret, og således muliggjør at vekten av foringen og dens tilknyttede deler henges opp på forings-røret.

Som vist på figur B3A og B3B og detalj på figur B3AA og B3BB, har den innvendige avkortede koniske overflate av C-ring-holdekilen butte tenner CF, som, hvilket er velkjent innen fagområdet som vedrører holdekiler, regulerer friksjonsinngrepet med foringen og følgelig den utoverrettede kraft som påføres på foringsrøret. Når tennene initialt skjærer seg inn i foringsrøret, vil følgelig de butte tennene på innsiden av holdekilen begynne å bite kileoverflaten av foringen for å regulere i hvilken utstrekning tennene skjærer seg inn i foringsrøret. Kraften som på denne måte påføres på foringsrøret og foringen kan reguleres av det forholdet de indre og ytre tennene har til hverandre. Selv om tennene CF er foretrukket, kan den innvendige overflate av C-ringen være glatt.

Med henvisning til figur B4 til B6, strekker en eller flere strekkstenger B30 seg nedover gjennom et spor B40 i foringen for styrt frem- og tilbakegående bevegelse i forhold til den. Den nedre ende av hver strekkstang er forbundet til den øvre ende av holdekilen for å heve dens nedre ende ut av utsparingen. Følgelig, som vist på figur B4-B6, har den nedre ende av hver strekkstang 30 en flens 50 som er mottatt i et spor B36 rundt den innvendige diameter av C-ringen, idet C-ringen initialt er montert i utsparingen.

Når strekkstangen er hevet for å løfte C-ringen ut av utsparingen B23, beveger flensen B50 på dens nedre ende seg ut av sporet B36 for å frigjøre C-ringen derfra, som vist på figur B5. På dette tidspunkt kan selvsagt vekten av foringen slakkes av på den ytre avkortede koniske overflate av C-ringen for å presse tennene på C-ringen utover, inn i gripende inngrep med det ytre foringsrør, som vist på figur B6.

Som et alternativ til holdekilsammenstillinger, som tidligere beskrevet, har andre anordninger for dette formål – dvs. opphenging av et indre foringsrør inne i et ytre foringsrør, låsende elementer som er tilpasset til å utvides inn i motsvarende låsende spor som er tildannet i det ytre foringsrør. I enkelte tilfelle er de låsende elementer tilpasset til å bli fjærforspent inn i motsvarende spor som er tildannet i det ytre foringsrør. Disse fjærene er imidlertid mottakelige for brudd eller andre feilfunksjoner. Dette er særlig tilfellet siden hengeren 8 omfatter et stort antall intrikate deler som er kostbare å bytte ut, og som krever en forsinkelse i de samlede brønnoperasjoner. I enda andre tilfeller har hengerne kun en enkelt låsende del for innpassing innen et enkelt spor, hvilket begrenser dens lastbærende kapasitet. En annen hensikt med denne oppfinnelsen er å tilveiebringe et hengesystem for foringsrør som overvinner disse og andre problemer som er iboende i kjente hengere for slike systemer.

Disse og andre hensikter oppnås i samsvar med den illustrerte utførelse av denne oppfinnelsen ved hjelp av et foringshengersystem som omfatter en rørlengde av foringsrør som er tilpasset til å innsettes som en del av et ytre foringsrør som er installert innenfor et brønnhull, og en foring som er tilpasset til å senkes og landes inne i det ytre foringsrør. Boringen i foringsrør-rørlengden har en polert boring og oppovervendende landingsflater som har en innbyrdes vertikal avstand og som er tildannet i den polerte boring, og foringen inkluderer et rørformet legeme som har en utsparing som er tildannet rundt dets legeme. Og et hengerelement som omfatter en langs omkretsen utvidbar og sammentrekkbar C-ring som er anordnet i utsparingen. Ringen har på sin utvendige diameter tenner for landing på landingsflatene i foringsrør-rørlengden når den er i sin utvidede posisjon, og, ved relativ vertikal bevegelse i forhold til foringen, utvides den utover mot den polerte boring. Ved fortsatt relativ bevegelse av foringen og ringen, vil tennene bevege seg inn i en posisjon hvor de utvides videre utover inn i landede posisjoner på landingsflatene for å gjøre det mulig å henge opp foringen derfra.

Foringshenger

Det skal nå vises til figur C1, hvor rørlengden C10 av den ytre foringsrørseksjon i sine øvre og nedre ender er gjenget for å tillate at den innsettes som en del av det ytre foringsrør som er installert i brønnhullet, som ved foringshengersystemene det er vist til ovenfor. Den polerte boring i foringsrørseksjonen har en ringformet utsparing C11 i sitt nedre parti, og en serie av oppovervendende landingsskuldre C12 som er anordnet i en vertikal avstand ovenfor utsparingen C11, og som er adskilt fra denne med en ringformet restriksjon C14. Det er en annen ringformet utsparing C15 som er tildannet i boringen ovenfor og er adskilt fra landingsflatene C12 ved hjelp av en øvre restriksjon C16 ovenfor en ringformet utsparing C13. Restriksjonene og landingsskulderen har hovedsakelig den samme diameter som den polerte boring ovenfor dem.

Figur C2 viser at hengeren C17 er boret innenfor et forsenket parti 18 omkring foringen L. Hengeren C17 er en C-ring som er delt rundt sin omkrets i en posisjon til å presses langs omkretsen utover for inngrep med den innvendige diameter av foringsrøret når den utvides, men, som vist, holdes i sin sammentrukne posisjon når foringen kjøres inn i det ytre foringsrør. I denne posisjonen er dens nedre ende C20 tilpasset til å mottas i et spor C19 i den øvre ende av et parti C21 av foringen med en forstørret utvendig diameter.

Den øvre ende av hengeren har tenner C22 som er tildannet rundt den med en innbyrdes vertikal avstand som korresponderer til landingsflatene C12 på foringsrøret, og som passer inn i utsparingen C18 rundt foringen. Den tannede seksjon og nedre ende av ringen er forbundet med et i retning utover forstørret sylindrisk parti C35 som har en innvendig overflate som er i inngrep med den utvendige overflate av utvidelsen C25 rundt foringen.

Som det vil bli beskrevet og vist på figur C3, er hengeren tilpasset til å heves i forhold til foringen for å frigjøre den for ekspansjon utover inn i inngrep med den polerte boringen i det ytre foringsrøret. Foringshengesystemet inkluderer følgelig en egnet mekanisme for å heve hengeren ut av sin tilbakeholdte posisjon, for å frigjøre dens nedre ende fra sporet C19. Dette kan utføres ved å heve hengeren ved hjelp av strekkstenger C30 som ved sine øvre ender er forbundet til et konisk C-dekke som et pakningselement er tilpasset til å senkes for å sette den mot det ytre foringsrøret. Strekkstengene strekker seg gjennom vertikale spor i det forsenkede parti av foringen, og har en ytre flens C31 som er frigjørbart innsatt i et spor C32 omkring en nedre forlengelse av konusen C.

Fra en sammenligning av figur C2 og C3, vil det følgelig ses at heving av pakningskonusen vil heve den nedre ende av hengeren fri fra holdesporet C19, og følgelig tillate hengeren å utvides utover til posisjonen på figur C3. Dette gjør deretter at ribben C61 på den nedre ende av strekkstangen tillates å løsgjøres fra sporet 62 i den nedre ende av hengeren og løsgjør strekkstengene fra hengeren når den beveger seg inn i sin øvre relative posisjon i forhold til foringen. Denne relative vertikale bevegelse mellom foringen og pakningselementkonusen er et resultat av avskjæring av pinnen C33 som løsbart forbinder dem i posisjonen på figur C2. Dette kan selvsagt oppnås ved å heve pakningskonusen i forhold til foringen, før senkning av hengeren inn i en posisjon motsatt sporene som danner landingsflater i boringen i det ytre foringsrøret.

Ved senking av hengeren med foringen fra posisjonen på figur C2 til posisjonen på figur C3, er den nedre radialt utvidede seksjon C35 av hengeren, som strekker seg over den ytre utvidelse 25 av foringen, fri til å bevege seg utover, inn i utsparingen C11 i det ytre foringsrør. Når de senkes til en posisjon motsatt landingsflatene C12 inne i det ytre foringsrør, beveger følgelig tennene C22 rundt den øvre ende av hengeren seg utover på landingsflatene, hvilket danner flere skuldre som belastningen fra foringen innenfor det ytre foringsrør kan bæres på. Denne utoverrettede utvidelse av hengerelementet har skjedd etter at det har blitt senket nedenfor utvidelsen i boringen i det ytre foringsrør når foringen senkes fra sin posisjon på figur C3 til sin posisjon på figur C4.

Når hengeren har fjæret utover til posisjonen på figur C4, vil fortsatt senking av foringen bevege utvidelsen C25 rundt den inn i den nedre ende av hengeren som tennene er tildannet på, hvilket fortsetter å holde den i sin ytre hengende posisjon, som vist på figur C4. En nedovervendende skulder C51 er tildannet på den utvendige diameter av foringen ovenfor den utoverrettede utvidelse C50, for å lande på den øvre ende av hengeren, som vist på figur C4. Den utoverrettede utvidelse beveges inn i den innvendige diameter av hengeren, som vist på figur C4, ved hjelp av en konisk skulder C50B som er tildannet på dens øvre ende og kan gli over en innoverrettet og nedoverrettet konisk skulder-flate C50A på foringen.

Når hengeren beveger seg inn i den landede posisjon, passer utvidelsen C35 rundt den, nedenfor dens tenner, tett inn i utsparingen C16 i det ytre foringsrørets boring, for å begrense utoverrettet utvidelse av hengerelementet så snart det beveges inn i den hengende posisjon.

Et innoverrettet utvidet parti C60 på den nedre ende av hengeren, nedenfor dens utoverrettede utvidede parti C35, beveges over den utvendige diameter av den nedre ende av foringen, og samvirker dermed med utvidelsen C50 for å holde hengerelementet i sin ytre hengende posisjon.

Kjøreverktøy

Det skal igjen vises til kjøreprosedyren, idet det ringformede pakningselement 150 (se figur 1F) er anordnet rundt en nedoverrettet utvidet øvre konus 152 nedenfor skyvehylsen 148. Pakningselementet 150 har opprinnelig en omkrets hvor dets utvendige diameter er redusert og følgelig har en avstand fra foringsrøret C.

Pakningselementet 150 kan imidlertid utvides slik at det kan beveges nedover, over konusen 152, for å tette mot foringsrøret.

Pakningselementet 150 er tilpasset til å settes ved hjelp av midler som inkluderer fjærpressede knaster 328, som, når de beveges oppover, ut av holderen 130 for foringsforlengelsen, vil bli presset til en utvidet posisjon, som vist på figur 6A, for inngrep med toppen av holderen for foringsforlengelsen. Når vekt settes ned overfører de utvidede knastene 328 denne nedoverrettede kraften gjennom til skyvehylsen 148 og pakningselementet 150. En låsering 270 for legemet (se figur 1F) er anordnet mellom foringsforlengelseskonnektoren 130 og skyvehylsen 148 og gjør at pakningselementet 150 kan presses nedover, over den øvre konus 154, ved senking av foringsforlengelseskonnektoren. Oppoverrettet bevegelse av det satte pakningselementet forhindres.

Pakningselementet 150 kan være av en konstruksjon som er beskrevet i US-patent nr.4,757,860, som omfatter et indre metallegeme som skal gli over konusen og ringformede flenser eller ribber som strekker seg utover fra legemet for inngrep med foringsrøret. Ringer av fjærende tetningsmateriale kan være montert mellom slike ribber. Tetningslegemene kan være dannet av et materiale som har en betydelig elastisitet for å spenne over ringrommet mellom foringshengeren og foringsrøret C.

Pakning for radial setting

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en forbedret pakning for radial setting for tetting mot et foringsrør eller en annen nedihulls sylindrisk overflate som er konfigurert med en primær tetning og en reservetetning, og som kan være en del av et nedihulls verktøy som inkluderer et transportrør og en konisk kilering, og som følgelig kan brukes for pålitelig tetningsinngrep mellom en foringshenger og en foringsrørstreng.

Pakningselementet eller pakninger som settes radialt ved aksial bevegelse av pakningselementet i forhold til en konisk kilering har blitt brukt for tetting i undergrunnsbrønnhull. Et transportrør er konvensjonelt tilveiebragt for posisjonering av pakningselementet ved den ønskede posisjon inne i brønnhullet, og en aktuator bevirker at pakningselementet beveger seg aksialt i forhold til en konisk kilering og derved utvides inn i tettende inngrep med den sylindriske overflate som skal tettes.

US-patenter 4,757,860 (tidligere nevnt) og 5,076,356 beskriver pakningselementer for radial setting som kan brukes ved forskjellige anvendelser, inkludert et undervannsbrønnhode. Ved en typisk brønnhodeanvendelse kan det være at pakningselementet må utvides i diameter ca.0,76 mm for å oppnå en pålitelig tetning med den polerte boringen. US-patenter 5,511,620 og 5,333,692 beskriver pakningselementer som er ment for å tette mellom en foringshenger og et foringsrør. Mer bestemt beveges et konisk element aksialt i forhold til pakningselementet for å utvide pakningselementet inn i inngrep med et foringsrør. Utvidelsen kan være vesentlig større enn utvidelsen av et pakningselement i en brønnhodeanvendelse, hvilket skyldes differansen i diameter av foringsrøret, fra den innvendige driftdiameter (minste tillatte innvendige diameter for et foringsrør med en bestemt størrelse) til den maksimale innvendige diameter som tillates av API for et foringsrør av denne størrelse. Forskjellen mellom denne innvendige drift diameter og den maksimale innvendige diameter for et foringsrør av en bestemt størrelse kan således være 7,6 mm eller mer.

Det fins flere problemer med pakningselementene som er beskrevet i patent ’620. Fordi tetningselementet er stasjonært i forhold til et bevegelig konisk element, kan det være at de radialt forløpende flenser eller ribber på tetnings-elementet ikke kan utvides som ønskelig inn i partier av foringsrørstrengen med ikke-enhetlig diameter for å oppnå et inngrep med en pålitelig metall-mot-metall-tetting. Videre danner ikke pakningselementet alltid en pålitelig metall-mot-metall-tetting mot den koniske kileringen, og den koniske kileringen danner på tilsvarende måte ikke alltid en pålitelig metall-mot-metall-tetning mot verktøyets spindel. Videre tillates ikke de elastomeriske tetningspartier på tetningselementet å utvides termisk som respons på nedihulls tilstander med høy temperatur, og de utøver følgelig ukontrollerbare krefter på de metalliske radiale flenser eller ribber som er anordnet i en innbyrdes avstand.

Andre problemer med pakningselementer ifølge kjent teknikk vedrører dårlig tetningspålitelighet under tilstander med høyt trykk. Det kan være at metall-ribbene ikke pålitelig tetter mot den sylindriske overflate, og at det elastomeriske parti av tetningssammenstillingen ikke pålitelig tetter over lange tidsperioder. Enkelte pakningselementer funksjonerer tilstrekkelig godt når høyt trykk påføres på en side av pakningselementet, men funksjonerer ikke godt når høyt fluidtrykk påføres på den andre siden av pakningselementet.

Ulempene ved kjent teknikk overvinnes ved den foreliggende oppfinnelse, og et forbedret pakningselement og et verktøy som inkluderer det forbedrede pakningselement vil heretter bli beskrevet for pålitelig tetting mellom pakningens spindel og en nedihulls sylindrisk overflate.

Det ringformede pakningselement for radial setting ifølge den foreliggende oppfinnelse er posisjonert nedihulls ved hjelp av et transportrør. Paknings-elementet kan beveges ved hjelp av et setteverktøy, fra en innkjøringsposisjon med redusert diameter til en satt posisjon med utvidet diameter, slik at pakningselementet kommer i inngrep med et foringsrør, en holder for en forings-forlengelse, eller en annen nedihulls sylindrisk overflate i en brønn. Hvis den sylindriske overflate er et foringsrør eller et annet element som kan ha en uregelmessig overflate, beveges pakningselementet fortrinnsvis aksialt i forhold til en konisk kilering eller en konus under setteoperasjonen. Pakningselementet er særlig godt egnet for pålitelig tetting mot høyt trykk enten ovenfra eller fra nedenfor elementet, og inkluderer en primær elastomerisk tetning og en sekundær elastomerisk tetning, og en primær metallisk tetning og en sekundær metallisk tetning. Metallribbene i pakningselementet er vinklet slik at den primære elastomeriske tetning presses mot en ribbe som er vinklet mot det høye trykk, og den sekundære elastomeriske tetning er tilsvarende presset mot en ribbe som er vinklet mot det høye trykk. Det sekundære elastomeriske tetningslegemet virker på den primære ribbe for å hindre at den primære ribbe blir stående vinkelrett i forhold til tetningsflaten, og derved økes tetningens pålitelighet.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret pakningselement som kan brukes i nedihulls anvendelser for pålitelig tetting mot en sylindrisk overflate. Det er et trekk ved den foreliggende oppfinnelse at pakningselementet er særlig godt egnet til å tette mellom en foringshenger og et foringsrør under tilstander hvor foringsrøret kan bli betydelig mye større som respons på termisk utvidelse og/eller trykkutvidelse under nedihulls operasjoner.

Det er en beslektet hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe et nedihulls verktøy som inkluderer et transportrør, en konisk kilering og en ringformet tetningssammenstilling eller pakningselement ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det er et trekk ved den foreliggende oppfinnelse at hver av de primære metalliske ribber og de metalliske reserveribber i tetningselementet er vinklet minst 15� i forhold til et plan som står vinklet på en sentral akse i tetnings-elementet.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er at metalliske fremspring som er anordnet i en innbyrdes aksial avstand tilveiebringer en pålitelig metall-mot-metall-tetning mellom pakningselementet og konusen, og også fortrinnsvis mellom konusen og spindelen eller det indre av legemet i konusen.

Enda et annet trekk ved oppfinnelsen er at de elastomeriske tetnings-legemer i pakningselementet inkluderer spesifikt designede volumetriske hulrom, slik at, etter at tetningslegemer kommer i inngrep med overflaten, vil de elastomeriske tetningslegemer bli sammenpresset inntil endene av ribbene kommer i inngrep med tetningsflaten. På dette trinn muliggjør de nå mindre hulrom i tetningslegemene termiske utvidelser av hvert tetningslegeme mellom de metalliske ribber for å minimalisere uønsket spenningskraft på ribbene.

Tetningselement

Figur D1 viser et ringformet pakningselement D10 ifølge den foreliggende oppfinnelse, posisjonert ved den nedre ende av en skyvehylse D12, ved den nedre ende av en holder for foringsforlengelse før tettende inngrep med et foringsrør C. Konvensjonelle spor eller gjenger D28 eller tilsvarende konnektorer kan brukes for å forbinde pakningselementet med holderen for forings-forlengelsen. Aksial bevegelse av pakningshylsen D12, og følgelig pakningselementet D10, som respons på operasjonen med setting av pakningen, skyver pakningselementet nedover i forhold til den avsmalende konus D14, for å utvide tetningselementet inn i tettende inngrep med foringsrøret. Konusen D14 holdes i sin tur på et foringshengelegemet D16. I en omgivelse hvor paknings-elementet ikke er den øvre foringshengertetning, kan pakningselementet D10 holdes på enden av en tetningsaktuator som erstatter skyvehylsen D12, og foringshengerens legeme D16 kan være en pakningsspindel eller et annet transportrør for posisjonering av pakningselementet i brønnen. I utførelsen på figur D1 er legemet D16 følgelig en del av transportrøret som posisjonerer pakningselementet i en valgt posisjon inne i brønnhullet. Skyvehylsen i holderen for foringsforlengelsen som er vist på figur D1 representerer et nedre parti av en aktuatorhylse som presser pakningselementet fra en innkjøringsposisjon med redusert diameter til en aktivert eller tettet posisjon med utvidet diameter.

Aktuatorhylsen kan følgelig påføre en valgt aksial kraft på pakningselementet for å sette pakningen. Aktuatoren kan aktiveres selektivt med forskjellige mekanismer, inkludert nedsettingsvekt eller annen håndtering av transportrøret, og kan inkludere aksial bevegelse av et stempel som respons på fluidtrykk, enten ved eller ved ikke å slippe plugger eller kuler for å øke fluidtrykket. Ytterligere detaljer med hensyn på bruken av pakningselementet i en foringshenger-anvendelse er beskrevet i US-foreløpig patentsøknad med serienr.60/292.049, innlevert 18. Mai 2001.

Pakningselementet som er vist på figur D1 er i sin opprinnelige konfigurasjon hvor den utvendige diameter er redusert før det har blitt tettet mot foringsrøret.

Pakningselementet D10 er utvidet slik at det er beveget nedover over den stasjonære konus D14 for å tette mot foringsrøret, som omtalt nedenfor, og som vist på figur D3. Det er et trekk ved oppfinnelsen at pakningselementet D10 beveges inn i pålitelig tettende inngrep med foringsrøret ved en setteoperasjon som inkluderer bevegelse av pakningselementet D10 aksialt i forhold til pakningskonusen D14, istedenfor å bevege konusen i forhold til det stasjonære pakningselementet. Denne setteoperasjonen danner en mer pålitelig tetning mot foringsrøret ved at ribbene D20 under setteoperasjonen tillates å bøyes eller deformeres til foringsrørets form.

Med henvisning til figur D1 og D2, omfatter pakningselementet D10 et indre metallegeme eller en basis D12 for å gli over den koniske kilering eller konus D14, og ringformede flenser eller ribber D20 som strekker seg radialt utover fra basisen D18 for inngrep med foringsrøret. Basisen D18 er relativt tynn for å muliggjøre radial utvidelse. Basisen D18 og ribbene D20 danner et metallramme-verk for å støtte de fortrinnsvis elastomeriske tetningslegemer av gummi eller et annet fjærende materiale. Ringer av fjærende tetningslegemer D22, D24 og D26 er anordnet mellom ribbene D20, og de øvre og nedre sider av hvert tetningslegeme er fortrinnsvis i inngrep med den respektive ribbe. Legemet D18 og ribbene D20 er dannet av et materiale som har tilstrekkelig duktilitet til å utvides inn i ringrommet mellom foringsrøret og foringshengeren. Metallpartiet av pakningselementet, nemlig basisen D18 og de radialt utadragende ribber D20, er således dannet av et materiale som er relativt mykt sammenlignet med metaller som vanligvis forbindes med nedihulls verktøy. Dette gjør at pakningselementet kan pålitelig utvides inn i tettende inngrep med foringsrøret ved en redusert sette-belastning.

Hver av de radialt utadragende ribber D20 i pakningselementet er hovedsakelig vinklet i forhold til et plan som står vinklet på en senterakse i pakningselementet. Mer bestemt er senterlinjen til hver ribbe vinklet mer enn 15�, og fortrinnsvis ca.30�, i forhold til planet D38 som står vinkelrett på den sentrale akse i pakningselementet. Selv om ribbene kan være litt koniske for å bli tynnere ved radial utoverrettet bevegelse, har ribbene fortrinnsvis en hovedsakelig ensartet aksial tykkelse. Ribben D32 er på figur D2 vist i en vinkel D33 mellom ribbens senterlinje og planet D38. Dette trekket gjør at hver av ribbene D20 utvides betydelig ettersom diameteren av foringsrøret varierer eller ”vokser”, uansett om dette er som respons på innvendig trykk og/eller termisk ekspansjon. På grunn av den ende de vinklede ribber D20 har til å bøyes, opprettholdes pålitelig metall-mot-metall-kontakt mellom endene av ribbene og foringsrøret, som vist på figur D3.

Et særlig trekk ved oppfinnelsen er at pakningselementet D10 iboende danner både en primær tetning mot foringsrøret og en sekundær tetning mot foringsrøret, hvor den sekundære tetning avhenger av retningen av trykket. Pakningselementet kan videre inkludere både en primær elastomerisk tetning og en reserveelastomerisk tetning, og en primær metallisk tetning og en reserve-metallisk tetning. Med henvisning til figur D3, skal det forstås at den nedover-rettede helling av ribbene D30 og D32 er slik at relativt høyt fluidtrykk over pakningselementet kan passere disse ribbene og det ringformede elastomeriske øvre tetningslegeme D22, slik at det indre tetningslegeme D24, som utgjør en hoveddel av det elastomeriske tetningsområdet, danner den primære elastomeriske tetning mot fluidstrømning. Uttrykket ”fluid” som det her brukes inkluderer gass, væsker og kombinasjoner av gass og væske. Tetningslegemet D24 er fortrinnsvis i inngrep med ribbene D32, D34 og basisen D18, og fyller hovedsakelig det ringformede hulrom mellom disse overflatene. Når fluidtrykk er over tetningselementet D10, danner det nedre tetningslegemet D26 som er posisjonert mellom ribbene D34 og D36 en reserve sekundær elastomerisk tetning i tilfellet den primære elastomeriske tetning skulle lekke. Tilsvarende, når høyt fluidtrykk er nedenfor pakningselementet, vil fluid med høyt trykk sannsynligvis strømme forbi ribbene D36 og D34, slik at tetningslegemet D24 er det primære tetningselement. Tetningslegemet D22 mellom ribbene D30 og D32 blir således det sekundære elastomeriske tetningselement. Det primære elastomeriske tetningselement presses følgelig i en aksial retning (generelt langs den sentrale akse enten i transportrørlegemet eller foringsrøret) som respons på trykksatt fluid, mot en hellende ribbe som er vinklet mot det høye trykk, og det sekundære elastomeriske tetningselement fastholdes mellom to ribber som hver er vinklet mot høyttrykkssiden, slik at det sekundære tetningselement også er presset i en aksial retning mot en ribbe som er vinklet i retningen for det høye trykk. Viktigst er at reservetetningen, uansett om den er et tetningslegeme D22 eller D26, fastholdes mellom to ribber og således minimaliserer sannsynligheten for at den aksialt innerste ribben D32 eller D34 vil bøyes utover for å komme på linje med planet D38, dvs. vinkelrett på veggen i foringsrøret. Materialet i tetningslegemet D22 eller D26 virker således som en forspenningskraft som er tilbøyelig til å holde ribben D32 eller D34 i en ønsket vinkel, som deretter holder det primære tetningslegemet D24 og hindrer at ribben D32 eller D34 blir stående vinkelrett på veggen i foringsrøret C. Hvis ribbene skulle bøyes forbi det punkt hvor de står vinkelrett på foringsrørets vegg, er det sannsynlig at paknings-elementet vil miste sin tettende integritet med foringsrøret. De radiale ribber D20 befinner seg følgelig i en vertikal avstand fra hverandre og virker uavhengig i forhold til oppoverrettede og nedoverrettede trykkrefter.

Pakningselementet D10 inkluderer også flere metalltetningsflater, nemlig endene av hver av ribbene D20, slik at det dannes ringformede metall-mot-metalltetninger mot foringsrøret. Mer bestemt er disse vinklede ribbene utformet til å opprettholde en konstant metall-mot-metall-tetning mot foringsrøret selv om pakningselementet kan utsettes for variable fluidtrykk og temparatursykler. Under høyt trykk kan de to ribbene tilstøtende det høye trykk bøyes mot basisen D18, og følgelig ikke opprettholde tetningsintegritet. En primær metalltetning er likevel dannet av en av de aksialt innerste ribber D32 eller D34 på den nedstrøms side av det elastomeriske pakningslegeme D24, og en reserve metall-mot-metall-tetning er dannet av den aksialt ytterste ribbe D30 eller D36 som befinner seg i en aksial avstand lengst fra det høye trykk. Høyt fluidtrykk tvinger både de primære og sekundære reserveribber til å redusere vinkelen D33, hvilket danner et tettere tettet inngrep med foringsrøret. Den redundante eller reserve-elastomeriske tetningen D22 eller D26 utøver en forspenningskraft som er tilbøyelig til å hindre at den primære metalltetning D32 eller D34 beveger seg forbi den posisjon hvor den står vinkelrett på veggen i foringsrøret.

Det skal igjen vises til figur D2, hvor hver av de elastomeriske tetningslegemer D22 eller D24 og D26 er forsynt med et betydelig hulromsområde D23, D25 og/eller D27 for å tillate kompresjon av det elastomeriske legemet, og for termisk utvidelse, slik at det gummilignende materialet, både under den endelige setteoperasjon og under bruk nedihulls, ikke klemmes utover forbi endene av ribbene, eller klemmes til å utøve betydelige krefter på ribbene, hvilket vil endre bøyingen av ribbene. Hulromsområdet mellom endene av ribbene og basisen av tetningselementet er fortrinnsvis slik at det kan skje minst ca.5% til 10% termisk utvidelse av det elastomeriske materialet. Dette hulromsområdet på 5% til 10% muliggjør følgelig termisk utvidelse av hver elastomeriske fjærende tetning, slik at man unngår dannelse av ytterligere krefter som virker på ribbene D20. Hvert av de elastomeriske tetningslegemer inkluderer følgelig fortrinnsvis hulrom som tillater at hvert fjærende tetningslegeme komprimeres mellom metallribbene uten å overbelaste eller knekke ribbene. Disse hulrommene vil følgelig hovedsakelig fylles på grunn av kompresjon av det fjærende tetningsmaterialet, og vil bli hovedsakelig fylt, som vist på figur 3, på grunn av sammenpressing av tetnings-legemene og termisk ekspansjon av de fjærende tetningslegemene. Spennings-nivået på hver av de elastomeriske tetningene kan derfor forbli hovedsakelig konstant med varierende termiske sykler i brønnhullet.

Som vist på figur D3 har de elastomeriske tetningslegemer blitt komprimert for å redusere hulromsområdet, hvilket etterlater kun et lite hulromsvolum for ytterligere termisk ekspansjon. Hulromsområdet er fortrinnsvis utformet til å være fra 5% til 10% av volumet av de fjærende tetningslegemer så snart hvert tetnings-legeme er i sin komprimerte posisjon hvor endene av ribbene er i inngrep med foringsrøret, men før den termiske ekspansjon.

Figur D3 viser pakningselementet D10 ifølge den foreliggende oppfinnelse i tettet inngrep med foringsrøret C, og ved en temperatur hvor det elastomeriske materialet allerede har blitt utvidet slik at det fyller mesteparten av det ovenforomtalte hulromsområdet. Figur D3 viser også fleksingen eller bøyingen av disse ribbene fra innkjøringsposisjonen, som vist med stiplede linjer, til tetnings-posisjonen, som vist med heltrukne linjer. Ribbenes helling, dvs. vinkelen D33 som er vist på figur D2, økes således under operasjonen med setting av pakningen. Ribbene D30 og D32 ved den øvre ende av pakningselementet D10 er vinklet innover, og ribbene D34 og D36 ved den nedre ende av paknings-elementet er vinklet oppover. Som forklart ovenfor er senterlinjen i hver ribbe vinklet minst 15� i forhold til plan D38 som står vinkelrett på den sentrale akse i elementet 10 før setting, dvs. når det har en redusert diameter, som vist på figur D1.

Basisen D18 i pakningens tetning inkluderer et mangfold av innover-ragende fremspring D40. Disse ringformede fremspring eller vulster på pakningselementet tilveiebringer et inngrep med en pålitelig metall-mot-metall-tetning med pakningens konus D14. Disse fremspringene tilveiebringer punkter med høy spenning for å danne en pålitelig metall-mot-metall-tetning. Tilsvarende fremspring D42 på pakningens spindel D16 tilveiebringer et inngrep med metall-mot-metall-tetting mellom pakningens spindel D16 og pakningens konus D14. Tetningen ifølge den foreliggende oppfinnelse opererer følgelig sammen med pakningens konus for å oppnå en fullstendig metall-mot-metall-tetning mellom pakningens spindel og pakningens konus, mellom pakningens konus og tetningselementet, og mellom tetningselementet og foringsrøret. De flere tetningsfremspring eller vulster D40 danner metall-mot-metall-tetninger med en innbyrdes aksial avstand mellom basisen D18 i tetningselementet D10 og den avsmalnende konusen D14, mens fremspring D42 tetter mellom konusen D14 og pakningslegemet eller et annet transportrør D16. Disses metall-mot-metall-tetningene aktiviseres når pakningens tetning settes, og inkluderer fortrinnsvis flere redundante ringformede metall-mot-metall-tetninger. Den ene av eller både den radialt indre og mellomliggende metall-mot-metall-tetning kan alternativt være dannet av ringformede fremspring på pakningens konus for tetting med den ene av eller både pakningselementets basis D18 og pakningens spindel D16.

De fjærende elastomeriske tetninger D48 på den innvendige diameter av tetningsboringen D18 kan være reservetetninger, siden metallfremspringene D40 med en innbyrdes avstand danner metall-mot-metall-tetningen mellom pakningselementet og konusen så snart pakningselementet er fullstendig satt. En annen elastomerisk tetning, så som en V-pakning D15, tilveiebringer en elastomerisk reservetetning mellom konusen D14 og legemet D16. Disse metall-fremspringene D40 på den innvendige diameter av elementet D10 er aksialt in-line med (sideveis hovedsakelig motsatt) det området hvor ribbene D20 tetter mot foringsrøret.

Grenseflaten mellom foringsrøret og metallribbene D20 på pakningselementet D10 tvinger følgelig de metalliske tetningsfremspring D40 inn i en tett kontakt med metallmot-metall-tetting med konusen D14. Fremspringene D42 på legemet D16 er tilsvarende aksialt in-line med elementet D10. Metall-mot-metall-tetningene mellom pakningselementet og konusen er fortrinnsvis anordnet på pakningselementet, siden dets aksiale posisjon i forhold til konusen, når det er i den satte posisjon, kan variere med brønnforholdene.

Med den ønskede settekraft påført på pakningselementet D10, vil pakningselementet bli skjøvet ned rampen på en konus D14, slik at ribbene D20 kommer inn i metall-mot-metall-inngrep med foringsrøret. Metalliske tetningsfremspring D40 og D42 mellom pakningselementet D10 og konusen D14 og mellom legemet D16 og konusen D14 er i kontakt, men har ikke blitt aktivisert. Når settetrykket økes, kan ribbene på pakningselementet bøyes innover til en posisjon i heltrukne linjer på figur D3. Denne høye settekraften vil komprimere tetningslegemene mellom ribbene og bevirker at den utvendige diameter av hvert tetningslegeme kommer inn i tettende inngrep med foringsrøret. Denne høye settekraften vil også bevirke at metallfremspringene D40 langs den innvendige diameter av tetningselementet D10 og metallfremspringene D42 langs den utvendige diameter av spindelen D16 danner en pålitelig metall-mot-metall-tetning med konusen D14. Under denne belastningen danner disse metallfremspringene høy lokal spenning på det punktet hvor fremspringene kommer i inngrep med konusen for å oppnå en pålitelig metall-mot-metall-tetning. Metallfremspringene som tilveiebringer de ønskede metall-mot-metall-tetninger mellom legemet eller spindelen D16 og konusen D14 kan være anordnet enten på den ytre generelt sylindriske overflate av legemet D16 eller på den indre generelt sylindriske overflate av konusen D14. En pålitelig fluidtrykktett barriere, som kan være både en væskebarriere og en gassbarriere, er følgelig dannet med høy pålitelighet under forskjellige temperaturer, trykk og tilstander med lang levetid for tettingen, hvilket skyldes kombinasjonen av de elastomeriske tetninger og metalltetninger. Etter at tetningselementet kommer i kontakt med foringsrøret, kan BOP-avstengerne lukkes rundt borerøret (eller et annet transportrør) og fluidtrykk kan påføres på ringrommet for å trykkassistere settingen av pakningselementet.

Tetningselementet ifølge den foreliggende oppfinnelse er velegnet til bruk i en foringshenger for tetting mellom pakningsspindelen i foringshengeren og foringsrøret. Den initiale nedsettingsvekt på tetningselementet D10 vil følgelig presse tetningselementet ned konusen D14 og inn i kontakt med foringsrøret C.

Tetningsmaterialet som befinner seg radialt utenfor endene av ribbene D20 vil initialt bli komprimert for å oppta mye av hulromsområdet i tetningslegemene. Så snart de elastomeriske tetninger har blitt deformert slik at endene av ribbene kommer i inngrep med foringsrøret, kan det gjenværende hulromsområdet være fra 5% til 10% av volumet av hvert tetningslegeme, under antagelse av at det ikke har vært noen vesentlig utvidelse av tetningslegemene på grunn av termisk ekspansjon. Hvis tetningslegemene opplever høy termisk ekspansjon før en setteoperasjon, vil hulromsområdet bli redusert ved kompresjon av tetnings-legemet.

Under brønnoperasjoner kan trykket forårsake at foringsrøret utvides i diameter, og denne utvidelsen vil bevirke at ribbene utvides sammen med foringsrøret, slik at posisjonen av ribbene i forhold til det utvidede foringsrøret kan returnere til den konfigurasjon som er vist med stiplede linjer på figur 3. Ribbenes evne til å ”vokse” i diameter med det utvidende foringsrøret holder endene av ribbene i pålitelig metall-mot-metall-kontakt med foringsrøret når brønnen går gjennom trykk- og temperatursykler. Når trykk frigjøres og foringsrøret krymper, kan ribbene returnere til konfigurasjonen som er vist med heltrukken linje på figur 3.

Tetningselementet D10 ifølge den foreliggende oppfinnelse er således ideelt egnet til anvendelser hvor høyt trykk kan påføres fra begge retninger på tetningselementet, siden tetningselementet iboende tilveiebringer både en primær tetning og en sekundær tetning, hvor hver elastomeriske tetning støttes i en retning for å motstå aksial bevegelse som respons på det høye trykket, hvilket gjøres med en ribbe som er vinklet i retning av det høye trykket, og som tillater bøying for tilpasning til foringsrøret. Ribben på hver side av det primære tetnings-legemet holdes av det sekundære tetningslegemet, som forspenner ribben mot det høye trykket.

I tilfellet av en foringshenger inkluderer kjøreverktøyet for foringshengeren konvensjonelt aktuatoren som tilveiebringer trykkraften på pakningselementet D10 for å sette pakningen. I andre anvendelser hvor tetningselementet brukes, kan en aktuator brukes for å påføre den sammentrykkende kraften for å bevege tetningen fra en innkjøringsposisjon eller radialt redusert posisjon til en tetningsposisjon eller radialt utvidet posisjon. Aktuatoren kan være hydraulisk drevet, eller kan bruke mekaniske setteoperasjoner. Deretter, etter at kjøreverktøyet er returnert til overflaten, holder en holder tetningselementet i tettende kontakt med foringsrøret ved å forhindre eller begrense aksial bevegelse av tetningselementet når fluid-trykk påføres.

Tetningselementet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan brukes i forskjellige anvendelser i et brønnhull hvor det er anordnet et rør, hvor en pakningsspindel eller et annet transportrør er posisjonert inne i brønnhullet for å posisjonere pakningselementet i en valgt lokalisering. Pakningselementet er anordnet omkring transportrøret og inkluderer et mangfold av elastomeriske tetningslegemer for tettende inngrep med brønnhullsrøret, og et mangfold av metallribber som adskiller de elastomeriske tetningslegemer, hvor ribbeendene er ment for tettende metall-mot-metall-inngrep med røret. Pakningselementet kan kjøres inn i brønnen i en konfigurasjon som tilsvarer det som er vist på figur D1, hvor tetningselementet har en redusert diameter, og pakningselementet deformeres radialt utover inn i tettende inngrep med brønnhullets rør når det beveger seg i forhold til en konisk kilering, inntil pakningselementet når den endelige satte posisjon, som vist på figur D3. Tetningselementet for radial setting ifølge den foreliggende oppfinnelse kan således brukes for forskjellige typer av nedihulls verktøy. Ytterligere reservesekundære metallribber kan være tilveiebragt, såvel som ytterligere reserve elastomeriske legemer som er i inngrep med disse ytterligere ribbene.

Forskjellige typer av transportrør kan brukes for posisjonering av pakningselementet ved en valgt lokalisering nedenfor overflaten av brønnen. Den hovedsakelig koniske kileringen eller konusen kan ha forskjellige konstruksjoner med en generelt ytre konisk overflate som er konfigurert til radial utvidelse av den ringformede tetningssammenstilling eller pakning ved aksial bevegelse av pakningselementet i forhold til kileringen, enten på grunn av aksial bevegelse av pakningselementet i forhold til den stasjonære kileringen eller aksial bevegelse av kileringen i forhold til det stasjonære pakningselementet. I en foretrukket utførelse inkluderer tetningssammenstillingen et øvre elastomerisk tetnings-legeme, et primært elastomerisk tetningslegeme, og et nedre elastomerisk tetningslegeme. Selv om hvert av det øvre og nedre tetningslegemet ideelt sett tilveiebringer reserveelastomeriske tetninger i tilfellet den primære elastomeriske tetningen skulle lekke, er det en viktig funksjon ved det øvre tetningslegemet D22 og det nedre tetningslegemet D26 å tilveiebringe en ønsket forspenningskraft mot den respektive ribbe D32 eller D34. Disse elastomeriske tetningslegmene funksjonerer følgelig som forspenningselementer mellom den aksialt ytterste ribbe og den tilstøtende indre ribbe for å utøve en kraft som hindrer at den indre ribbe bøyes utover en forhåndsbestemt grad. For eksempel er det nedre tetningslegemet D26 i inngrep både med den indre ribbe D34 og den ytre ribbe D36, og utøver en oppoverrettet forspenningskraft for å hindre ribben D34 i å bevege seg nedover, forbi en posisjon hvor den står vinkelrett på veggen i foringsrøret. Samtidig utøver det nedre tetningslegemet D26 en nedoverrettet forspenningskraft som er tilbøyelig til å øke den nedoverrettede bøying til den ytre ribbe D36 når den indre ribbe D34 bøyes nedover som respons på høyt trykk over pakningselementet.

I tillegg til den primære metall-mot-metall-tetning, kan den sekundære metallmot-metall-tetning, den primære elastomeriske tetning og den sekundære elastomeriske tetning, ytterligere sett av metall-mot-metall-tetninger og elastomeriske tetninger være anordnet i pakningselementet. Elastomeriske legemer som er konfigurert på annen måte enn her vist kan følgelig brukes for dette formål.

Forskjellige typer av plastmaterialer i forskjellige konfigurasjoner kan tilveiebringe den ønskede forspenningskraft, og ideelt sett også en sekundær fjærende tetning. Alternativt kan en bølgeformet fjær eller et annet forspenningselement av et metallisk materiale brukes istedenfor eller i samvirkning med de elastomeriske legemer D22 og D26.

Hver av metallribbene i pakningselementet som her er beskrevet er fortrinnsvis ringformede elementer hvor den ytterste overflate av hver ribbe, når det er i innkjøringsposisjonen, hovedsakelig har den samme radiale avstand fra en sentral akse i verktøyet, for pålitelig tettende inngrep med overflaten som skal tettes. I andre utførelser kan en eller flere av ribbene inkludere radiale hakk, slik at ribben ikke vil danne en fullstendig ringformet metall-mot-metalltetning, som da kan tilveiebringes av den elastomeriske tetning, selv om den fullstendige ring-formede metalltetning da ikke vil oppnås. I en fortrinnsvis av fremspring med en innbyrdes aksial avstand er fortrinnsvis tilveiebragt for inngrep med metall-mot-metalltetting mellom pakningselementet og konusen, og mellom konusen og transportrøret. I andre anvendelser kan et enkelt ringformet fremspring være tilstrekkelig til å danne den ønskelige funksjon med metall-mot-metalltetting.

Kuleseter

Med en fortsatt beskrivelse av det samlede system, er det nedre kulesetet 246 (se figur 1D) montert inne i kjøreverktøyets boring ved hjelp av skjærpinner 248 som står motsatt trykkammeret 256. Hylsen 245 holder følgelig setet 246. Den nedre ende av kulesetet har en redusert tynnere seksjon eller hals 258. Videre er en eller flere porter 260 som er tildannet i kjøreverktøyet posisjonert til å bli avdekket for å tillate at fluidtrykk i kjøreverktøyet slippes inn i trykkammeret 256 ved senking av setet 246. Når kulen 240 frigjøres fra det øvre setet 232 vil den lande på det annet setet 246, hvorved trykk inne i kjøreverktøyet over kulen vil bevege setet 246 nedover ved avskjæring av pinnene 248, for å åpne portene 260 som fører til trykkammeret 256.

Kulen 240 kan følgelig passere gjennom det første setet 232 for å anbringes på den reduserte diameter 258 i det annet setet 246, slik at ytterligere trykk kan tilføres gjennom portene 260 for å heve den ytre stempelhylse 252. Dette tillater i sin tur at splitringen 264, som har utvendige tenner som griper foringshengeren 110, beveger seg inn i en posisjon motsatt en nedre ende 268 av hylsen 252 med redusert diameter, og følgelig ut av gripende inngrep med foringshengeren, hvorved kjøreverktøyet frigjøres fra foringshengeren.

På dette trinn vil operatøren øke trykket for å bringe kulen til å passere gjennom setet 246, slik at fallet i trykk vil indikere at kulen 240 har passert gjennom kulesetet 246, hvilket gjør at sirkulasjon gjennom kjørestrengen kan fortsette, og kulen kan pumpes nedover inn i kuleavlederen 280 (se figur 1I). Fluider sirkuleres deretter gjennom verktøyet under avvente av sement-fortrengning. Sementen blir deretter injisert inn i kjøreverktøyet og pumpet nedover, og nedpumpingspluggen 182 følger sementen og inn i foringsskrape-pluggen 180 (se figur 1J, 5A og 5B). Dette danner da en barriere mot den tidligere fortrengte sementen og fortrengningsfluidet.

Den nedre ende av kjøreverktøyets spindel 132 strekker seg nedover nedenfor holdekilesammenstillingen, og har et utvidet legeme 145 (se figur 1I) som er tilpasset til å bevege seg frem og tilbake inne i foringen 146. Dette utvidede legemet 145 har en oppovervendende skulder 147 som kan heves inn i inngrep med en nedovervendende skulder for å tillate at kjøreverktøyet blir hevet ut av den satte foringshengeren, hvilket vil bli beskrevet.

Som tidligere beskrevet, generelt i forbindelse med figur 1, 4A og 4B, for forbedringer i anordninger av denne type hvor sementeringsoperasjonen krever sekvensiell senking av kuler og nedpumpingsplugger inne i det indre røret, hvor, i en foretrukket og illustrert utførelse, det indre røret er en foring som har en øvre ende som er installert inne i et ytre foringsrør ved hjelp av en søyle av sement som er pumpet ut den nedre ende av foringen, inn i ringrommet mellom den og det ytre foringsrør.

Som beskrevet ovenfor, i et system av denne type, slippes en kule på et sete i boringen i foringen for å tillate sirkulerende fluid å ledes inn i et parti av denne for hydraulisk aktivering av en del i systemet utenfor foringens boring, og en åpning som kulen anbringes på kan være drivende langs omkretsen, ved påføring av høyere sirkulerende trykk, for å bevirke at kulen passerer gjennom den og ut den nedre ende av foringen. Kulen kan deretter etterfølges av en nedpumpingsplugg for å presse sement nedover, gjennom den nedre ende av foringen, og inn i ringrommet mellom den og det ytre foringsrør.

I systemet som er vist og beskrevet i den ovennevnte foreløpige søknad, er kulen relativt stor, og i ethvert tilfelle større en boringen i foringsskrapepluggene (liner wiper plugs, LWP) som nedpumpingspluggene (pump down plugs, PDP) skal installeres i. Med mindre, boringen gjennom skrapepluggen er så liten som mulig, blir den innvendige diameter i foringen som skal sementeres i den ytre hengeren nødvendigvis utvidet for å romme skrapepluggene som holdes omkring den. Det er følgelig hensikten med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning for et slikt system hvor kulene kan være betydelig større enn nedpumpingspluggene, og følgelig større enn boringen gjennom skrapepluggene som nedpumingspluggene skal landes i.

Disse og andre hensikter oppnås med anordninger som inkluderer den tidligere beskrevne avleder 280 som omfatter et rørformet element så som et rørstykke som har en øvre ende som er forbundet til et brønnrør for å senkes inn i et foringsrør i brønnen for å tillate at den senkes deri, og som har en boring med et øvre parti med en relativt stor diameter og et nedre parti med en relativt mindre diameter. Det større parti gjør det mulig å senke en eller flere kuler derigjennom, men LWP’en i partiet med den mindre diameter forhindrer passasje av kulene mens den tillater passasje av nedpumpingspluggene, inn i foringsskapepluggen.

For dette formål har et rørstykke som er installert nedenfor det større parti en lomme på en side av sin boring, som kulen, eller i det minste et parti av denne, avledes inn i for derved å tillate nedpumpingspluggen å passere mellom kulen og den siden av rørstykket som befinner seg motsatt lommen, hvorved nedpumpingspluggen kan fortsette nedover for å komme inn i foringsskrapepluggen. Rørstykket inkluderer også en rampe som strekker seg over boringen i rørstykket, og som heller nedover mot lommen, slik at, når kulen er sluppet, vil den lande på rampen og følgelig styres inn i sporet. Mer bestemt har rampen et U-formet spor som er for smalt til at en kule kan passere, men som er bredt nok til at en plugg kan passere ned mellom dets lukkede ende og innsiden av den avledede kulen.

Kuleavleder

Det skal nå vises til detaljene ved de ovenforbeskrevne tegninger, idet hver av figur E1, E2 og E4 i vertikale tverrsnitt viser et rørformet element E10 som er opphengt inne i en foring L som er installert inne i et ytre foringsrør C inne i et brønnhull, idet dets formål er å sirkulere sement nedover gjennom det nedre parti av det rørformede element og inn i ringrommet mellom foringen og foringsrøret for å sementere foringen inn i foringsrøret. Som også vist på figur E4 og E5, er en foringsskrapeplugg LWP opphengt fra det rørformede element med en nedpumpingsplugg installert deri.

Kuleavlederen BD omfatter et rørstykke som er installert mellom det øvre og det nedre parti av det rørformede element, og har en lomme P som er tildannet i siden av rørstykket for å motta et parti av en kule B som er tilpasset til å passere nedover gjennom det rørformede element. En rampe R som er montert på rørstykket har en overside som heller nedover fra dens øvre ende til dens nedre ende for å avsluttes motsatt lommen P. Et spor S i rampen er smalere enn kulen, slik at når kulen slippes gjennom kjøreverktøyet og inn i den øvre ende av det rørformede element i sementeringsverktøyet, vil den styres inn i lommen.

Som vist på figur A3, tillater åpningen mellom den indre ende av sporet at leppene på nedpumpingspluggen bøyes innover, slik at nedpumpingspluggen er fri til å fortsette nedover til en posisjon hvor den er plassert mot setet i foringsskrapepluggen LWP, som vist på figur A4. Det vil si at etter slipping av kulen inn i lommen, vil nedpumpingspluggen, under påvirkning av nedoverrettet sirkulerende fluid, passere mellom kulen og den lukkede ende av sporet i rampen. Nedpumpingspluggen fortsetter å senkes inntil den lander i foringsskrapepluggen, som vist på figur A4, hvilket stenger den nedre ende av boringen gjennom det rørformede element, alt på en måte som er velkjent innen faget.

Økt trykk i det sirkulerende fluid skjærer av pinnen P som holder foringsskrapepluggen på plass for å tillate foringsskrapepluggen å bli beveget nedover i foringen, som vist på figur A5. Den frigjorte pluggsammenstillingen vil følgelig fortsette å tvinge sementen nedover gjennom foringen og deretter oppover inne i ringrommet mellom foringen og inn i det ytre foringsrøret, hvorved foringen kan sementeres inn i foringsrøret, alt på den måte som er velkjent innen teknikken.

Kjøreverktøy

Igjen, idet fortsettes med de generelle rettigheter, viser figur 2-8 bevegelse av komponenter i verktøyet 120 i prosessen med å sette foringen. Så snart foringen er senket til den ønskede dybde, sirkuleres fluider gjennom brønnhullet ”nedenfra og opp”. Etter kondisjonering av brønnhullet, slippes kulen 240 fra håndteringsutstyr ved overflaten, og tillates enten å falle fritt eller med en ønsket hastighet å pumpes til det øvre setet 232. Ved påføring av trykk på kulen som befinner seg på setet, blir pinner 222 mellom setet og settesammenstillingen for foringshengeren skåret over for å gjøre det mulig for kulen og setet å bevege seg nedover til en posisjon som avdekker porter 242 i legemet i sammenstillingen 140 for setting av holdekilen. Den videre påføring av fluidtrykk vil bevirke at den omgivende stempelhylsen 220 beveger seg oppover. Som et resultat av dette trekkes holderen 130 for foringsforlengelsen, staven 149 for aktuatorholdekilen og holdekilene 142 oppover inntil holdekilene som er anbragt med en avstand langs omkretsen kommer i inngrep med foringsrøret C. Følgelig, som vist på figur 2A, har stempelhylsen 220 i sammenstillingen 240 for setting av holdekilen som omgir kjøreverktøyets spindel 132 blitt beveget oppover på grunn av økningen i trykk over kulen 240. Stempelhylsen 220 beveges oppover inntil den øvre ende 312 av stempelhylsen 220 kommer i inngrep med og frigjør splittlåseringen 244. Dette gjør at holderen 130 for foringsforlengelsen kan fortsette å beveges oppover.

På den annen side, heving av holderen 130 for foringsforlengelsen hever konusen 144A, holdekilarmen 149 og holdekilen 142A til den satte posisjon, som vist på figur 2B. På dette tidspunkt kan lasten på foringen slakkes av på holdekilene, hvorved vekten av foringen er ”hengt” i foringsrøret. Mens trykket holdes konstant i borerøret for å holde holdekilene i kontakt med foringsrøret, kan foringshengeren følgelig slakkes av på holdekilene. For å være sikker på at hele foringslasten er slakket av på foringshengersammenstillingen 110, kan ytterligere rørvekt påføres for å sjekke om hengeren beveger seg. Så snart det er bestemt at holdekilene har blitt opphengt, kan fluidtrykket på ny påføres, til et høyere forhåndsbestemt nivå, på kulen 240 som befinner seg på setet, slik at kulen kan pumpes til det nedre setet 246 i sammenstillingen 250 for frigjøring av forings-hengeren. Med kulen plassert på setet på denne måte, kan et forhåndsbestemt trykk påføres for å bevege kulesetet 246 og hylsen 245 nedover for å avdekke portene 260 i sammenstillingen for frigjøring av foringshengeren. Høyere fluid-trykk kan deretter påføres for å bevirke at stempelhylsen 252 beveger seg oppover, hvilket gjør at frigjøringsringen 264 for foringshengeren trekker seg sammen inne i den nedre ende 268 med redusert diameter i hylsen 252, hvilket løsgjør kjøreverktøyet fra foringshengeren. Hvis den hydrauliske frigjøringen ikke er opererbar for å bevege ringen 264 for å løsgjøre kjøreverktøyet, kan operatøren ty til en mekanisk frigjøringsmodus. Funksjonen til kulen ved frigjøring av kjøreverktøyet fra den satte foringshengeren er omtalt nedenfor.

Den videre økning i trykk på kulen 240 og det nedre setet 246 vil frigjøre kulen fra det nedre setet, slik at sirkulasjon gjennom kjørestrengen kan fortsette mens kulen 240 pumpes nedover, inn i kuleavlederen 280. Fluider kan deretter sirkuleres gjennom verktøyet under påvente av sementfortrengning. Sementen og fortrengningsfluidet blir deretter injisert inn i kjøreverktøyet og pumpet nedover. Når sementen har blitt pumpet, blir nedpumpingspluggen som tetter mot borerøret frigjort fra håndteringsutstyr på overflaten for å lande på et sete i foringsskrape-pluggen, slik at det dannes en barriere mellom den tidligere fortrengte sementen og fortrengningsfluidet. En beregnet mengde fortrengningsfluid er nødvendig for å pumpe borerørpluggen ned til den nedre foringsskrapepluggen. Operatøren observerer trykkøkningen når nedpumpingspluggen 182 låses inn i foringsskrapepluggen 180. Nedpumpingspluggen 182 (se figur 5A) følger følgelig sementen inn i foringskrapepluggen 180. Når nedpumpingspluggen kommer nær kjøreverktøyet, kan pumpemengden reduseres, for å redusere faren for feil-funksjon mellom låsingen og tettingen av den nedre skrapepluggen og nedpumpingspluggen. Dette muliggjør observasjon av økningen i pumpetrykk når nedpumpingspluggen 182 har landet i den nedre skrapepluggen 180, som vist på figur 5A.

Det kreves en beregnet mengde av fortregningsfluid for å presse sementen til den ønskede høyde i ringrommet mellom foringen og foringsrøret. Borestrengen kan trykksettes til et forhåndsbestemt nivå for å skjære over pinnene 186 (se figur 5A) som forbinder pluggsettet til kjøreverktøyet. Når foringsskrapepluggen er frigjort som vist på figur 5B, beveger fortrengningsfluider pluggsettet ned foringen 146 til landingskragen 370. Pluggsettet danner følgelig en barriere mellom sementen og fortrengningsfluidet, og hindrer fortrengnings-fluidet i å kontaminere sementfluidene. En beregnet mengde fortrengningsfluid kan brukes til å presse sementen til ønsket høyde i ringrommet mellom foringen og foringsrøret.

Operatøren fortsetter å pumpe fortrengningsfluid inntil settet med foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen låses inn i landingskragen 370 (se figur 5C) som er lokalisert i et nedre parti av foringsrøret. Når de er landet på denne måte, tetter tetninger 372 rundt pluggsettet inne i den øvre reduserte boringen i landingskragen 370, og holdekiler 374 med tannede overflater kommer i inngrep med åpningen i landingskragen for å hindre oppoverrettet bevegelse av den landede pluggen på grunn av eventuelt nedihulls trykk. På dette tidspunkt kan trykket i kjøreverktøyet økes til et nivå som ligger betydelig over det sirkulerende trykket for å være sikker på at skrapepluggen er korrekt landet og at den holdes nede, og at tetningene mellom pluggsettet og landingskragen har virkning. Pluggen kan deretter testes ved avtapping av trykk for å sikre at flottørutstyr nedenfor landingskragen 370 er bestandig.

Pluggholderrørstykke

Som nevnt ovenfor, inkluderer konvensjonelle kjøreverktøy for forings-hengere et pluggholderrørstykke som er tilpasset til å holde en foringsskrape-plugg på kjøreverktøyet under en sementeringsoperasjon. Pluggholderrørstykket er konvensjonelt låst til kjørestrengen, og foringsskrapepluggen er festet til pluggholderrørstykket med en skjærforbindelse. Disse skjærforbindelsene blir uheldigvis ofte for tidlig svekket, eller skjæres over enten på grunn av håndtering av kjøreverktøyet eller på grunn av støtet til nedpumpingspluggen som lander og setter seg på foringsskrapepluggen.

Enkelte produsenter har inkludert et pluggholderrørstykke som har en låseknast og en forflytningshylse. Pluggen kan ikke frigjøres inntil nedpumpingspluggen forflytter hylsen for å tillate låseknastene å avlastes, og derved tillate pluggsettet å adskilles fra kjøreverktøyet. US-patenter 4,624,312 og 4,934,452 beskriver pluggholderrørstykker som bruker en spennhylse istedenfor en låseknast. US-patent 5,036,922 beskriver et kjøreverktøy som anvender et stempel som flyttes for at pluggsettet skal frigjøres.

Selv om de ovennevnte systemer kan forhindre for tidlig frigjøring av pluggsettet på grunn av kjøreverktøyets bevegelse eller håndtering, forhindrer de ikke for tidlig frigjøring av pluggsettet på grunn av støtet fra nedpumpingspluggen og søylen av fluid bak denne pluggen når den lander og setter seg på foringsskrapepluggen. Ved mange anvendelser vil denne landingskraften eller ”hamrings”-kraften bevirke at pluggsettet frigjøres så raskt at operatøren ikke kan detektere frigjøringen, og derfor ikke korrekt kan beregne fluidfortrengningene. Denne ”hamrings”-effekten til nedpumpingspluggen som treffer foringsskrape-pluggen og effekten av for tidlig frigjøring av pluggsettet, kan spolere en sementeringsjobb. Teknikkens stand har ikke løst problemet med for tidlig frigjøring av pluggsettet på grunn av denne hamringseffekten til nedpumpings-pluggen som treffer foringsskrapepluggen. Som en følge av dette kan det være at operatøren ikke er i stand til å beregne fluidfortrengningen etter at nedpumpings-pluggen har tettet mot og blitt låst inn i foringsskrapepluggen.

Ulempene ved kjent teknikk overvinnes ved den foreliggende oppfinnelse, og en forbedret nedihulls pluggholder og en fremgangsmåte til å holde en foringsskrapeplugg som øker påliteligheten ved sementeringsoperasjoner vil heretter bli beskrevet.

Pluggholderrørstykket ifølge den foreliggende oppfinnelse kan brukes til posisjonering av en skrapeplugg som kan frigjøres fra et kjøreverktøy for en foringshenger eller enden av en rørstreng under en sementeringsoperasjon.

Pluggholderrørstykket kan være frigjørbart posisjonert på den nedre ende av kjøreverktøyet for foringshengeren, og er dimensjonert til å la en nedpumpings-plugg passere, hvilken lander i foringsskrapepluggen som holdes på kjøreverktøyet av pluggholderrørstykket. Foringsskrapepluggen er forbundet til pluggholderrørstykket på en måte som forhindrer for tidlig frigjøring av pluggsettet fra kjøreverktøyet, enten ved håndtering av kjøreverktøyet eller på grunn av hamringseffekten til nedpumpingspluggen som kommer inn i og låses inn i foringsskrapepluggen. Så snart nedpumpingspluggen er tettende satt og låst inne i boringen i foringsskrapepluggen, virker fluidtrykk på et stempel som beveges for å låse opp pluggsettet fra kjøreverktøyet, slik at pluggsettet frigjøres og tillates å pumpes til landingskragen.

Stemplet som låser opp pluggsettet fra kjøreverktøyet virker på et fluidfylt kammer som er ventilert til ringrommet gjennom en åpning. Når nedpumpingspluggen er tettet inne i boringen i foringsskrapepluggen, virker økt fluidtrykk på stemplet. Typen og volum av fluid som ventileres, såvel som størrelsen av åpningen, bestemmer den tiden det tar å bevege stemplet til en pluggfrigjørings-posisjon.

Denne tiden er viktig for å gjøre det mulig for operatøren å bestemme korrekt fortrengning av sementvolumer for sementering av foringen i brønnen.

Pluggholderrørstykket gjør at kjøreverktøyet kan håndteres uten noen uheldige effekter på foringsskrapepluggen. Nedpumpingspluggen kan pumpes til foringsskrapepluggen ved enhver ønsket hastighet, og tettes og låses. Hamringseffekten ved landing av nedpumpingspluggen på foringsskrapepluggen vil ikke for tidlig frigjøre pluggsettet. Etter at nedpumpingspluggen har blitt plassert på setet og låst, kan operatøren øke trykk på kjøreverktøyet, hvilket bekrefter overfor operatøren at pluggen har blitt plassert på setet i foringsskrapepluggen. Operatøren kan beregne den eksakte mengde fortrengningsfluider som er nødvendig for å sementere foringen i brønnen. Fluidtrykket kan deretter økes, hvilket forårsaker at stemplet starter å bevege seg til pluggfrigjøringsposisjonen. Nedpumpingspluggen og foringsskrapepluggen vil følgelig frigjøres som et sett etter en forhåndsbestemt tid, hvilket igjen er viktig for at operatøren skal være i stand til å bestemme de korrekte fortrengningsvolumer for sementering av foringen i brønnen.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et pluggholderrørstykke for frigjøring av en foringsskrapeplugg som respons på høyt fluidtrykk som virker mot et stempel, hvilket i sin tur driver fluid ut fra et kammer gjennom en doseringsdyse.

Det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte til å frigjøre en foringsskrapeplugg som respons på fluidtrykk, slik at fluidtrykk beveger et stempel fra en holdende posisjon til en frigjøringsposisjon. Den tiden det tar for høyt trykk å drive fluid ut gjennom en doseringsdyse overvåkes for å øke påliteligheten ved korrekt frigjøring av foringsskrapepluggen under sementeringsoperasjonen.

Det er et trekk ved den foreliggende oppfinnelse at et C-formet holdeelement kan brukes for å feste foringsskrapepluggen til et rørformet legeme, hvor bevegelse av et stempel til en frigjøringsposisjon frigjør den C-formede holderen for å frigjøre foringsskrapepluggen.

Det er et videre trekk ved oppfinnelsen at den C-formede ringen kan ha gjenger eller andre innvendige gripeelementer for gripende inngrep med foringsskrapepluggen. En doseringsdyse kan også ha utvendige gjenger for gjenget inngrep med det rørformede legemet.

Det er en fordel ved den foreliggende oppfinnelse at pluggholderrørstykket er svært pålitelig og relativt billig.

Disse og andre hensikter, trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse, hvor det vises til figurene på de ledsagende tegninger.

Figur 1 viser et pluggholderrørstykke F110 for å holde en konvensjonell foringsskrapeplugg. Rørstykket F110 inkluderer et legeme F112 som er festet til den nedre ende av kjøreverktøyets spindel. Før kjøreverktøyet og foringen senkes inn i brønnen, kommer foringsskrapepluggen i inngrep med låseringen F114, som holdes mellom legemet F112 og det nedre legemet F116 ved hjelp av stemplet F134.

Låseringen F114 inkluderer spor eller gjenger F115 eller andre egnede elementer for gripende inngrep med foringsskrapepluggen. Tetningen F120 på det nedre legemet F116 tetter pluggholderrørstykket mot forings-skrapepluggen. Gjenger F128 forbinder legemet F112 til det nedre legemet F116, og tetningen F122 tetter mellom disse sammenbundne legemene.

Legemet F112 inkluder en passasje F128 som er åpen mot ringrommet omkring kjøreverktøyet. En hulldyse F130 med et relativt dimensjonert hull er posisjonert langs denne porten, og inkluderer fortrinnsvis gjenger for inngrep med den gjengede porten F126. Det fluidinneholdende kammer F132 er trykksatt av stemplet F134, som inkluderer en tetning F136 på den utvendige diameter og en tetning F138 på den innvendige diameter.

Når nedpumpingspluggen lander inne i foringsskrapepluggen, virker det økte trykket inne i kjøreverktøyet på stemplet F134, som i sin tur presses oppover for å drive fluid ut fra kammeret F132. Mengdestrømmen av fluid ut av kammeret vil bli bestemt av egenskapene til fluidet inne i kammeret F132, og størrelsen av et valgt hull i dysen F130 som er posisjonert nedstrøms kammeret. Det venstre sideriss på figur F1 viser en pinne F131 som tetter av en drypport til kammeret F132. Pinnen F131 har en liten port for langsom frigjøring av trykksatt fluid til ringrommet. Pinnen F131 kan være innfestet inne i drypporten ved hjelp av en senkesmioperasjon, og er en annen form for doseringsdyse. Den høyre side viser en dyse F130 for gjengeinnfesting til legemet F112.

En vesentlig fordel ved pluggholderrørstykket ifølge den foreliggende oppfinnelse er at økningen i fluidtrykk ikke er den primære faktor som bestemmer frigjøringen av pluggsettet. Hastigheten for bevegelse av stemplet oppover for å drive fluid ut fra kammeret er primært en funksjon av en bestemt størrelse av dysen og typen av fluid i kammeret. Operatøren vil følgelig se en økning i trykk når nedpumpingspluggen landes på foringsskrapepluggen, og vil deretter, innenfor valgte grenser, vite at en forhåndsbestemt tidsperiode bør forløpe fra denne økningen i trykk inntil pluggsettet er frigjort. Så snart stemplet F134 beveger seg oppover for å redusere eller eliminere volumet inne i kammeret F132, er den C-formede låseringen F114 fri til å bevege seg radialt utover, hvilket frigjør foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen. Den C-formede låseringen F114 kan være forspent utover, men holdes vanligvis radialt innover av stemplet F134, eller den kan være forspent innover og beveges utover for frigjøring ved hjelp av den nedoverrettede kraft på foringsskrapepluggen.

Plugger kjøres konvensjonelt i en brønn i par, og pluggholderrørstykket som er vist på figur F1 er egnet til å holde et par av foringsskrapeplugger. Ved enkelte anvendelser brukes fortrinnsvis et par plugger før sementfluidet, og et annet sett skrapeplugger brukes etter sementfluidet og før fortrengningsfluidet. For denne sistnevnte anvendelse kan hver av pluggsettene frigjøres separat som en respons på økning i fluidtrykk, hvilket beveger et respektivt stempel for å drive fluid ut fra kammeret og derved frigjøre pluggsettet. Et stempel som er responsivt på et lavtrykksfluid kan følgelig være anordnet på holderrørstykket, idet dette stemplet frigjør det første pluggsettet. Ved et høyere fluidtrykk kan et annet stempel beveges som respons på fluidtrykk for å frigjøre det annet pluggsett. Hvert stempel kan presse fluid gjennom et selektivt hull i en dyse. Hvis det er ønskelig kan det annet stempel og/eller både det første og annet stempel være festet med skjærpinner, slik at det ikke skjer noen bevegelse inntil et valgt trykknivå er nådd. Hvis det er ønskelig kan det første pluggsettet alternativt isolere porten for det annet pluggsett, slik at trykk ikke kan virke på det annet pluggsett inntil det første pluggsettet er frigjort.

Figur F2 viser stemplet F134 i sin holdende posisjon, med det C-formede holdeelementet F114 holdt radialt innover, slik at dets gjenger kommer i inngrep med motsvarende gjenger F152 på foringsskrapepluggen F154. Den gjennom-gående passasje i foringsskrapepluggen F154 er forsynt med et sete F156 for tetting med en konvensjonell nedpumpingsplugg, som omtalt ovenfor. Forings-skrapepluggen F154 inkluderer konvensjonelt minst en og fortrinnsvis to kopp-formede elastomeriske tetningselementer F158 på sin utside, slik at høyt fluidtrykk bak foringsskrapepluggen presser foringsskraperne utover, inn i tettende inngrep med foringen. Et ringformet legeme F159 med o-ringer F160 og låseringer F161 kan være tilveiebragt for tetting og låsing av pluggsettet mot landingskragen.

Avstands- og sementfluidene kan blandes under sirkulasjon av fluider for sementfortrengning. Når sementen har blitt pumpet, kan nedpumpingspluggen frigjøres fra overflaten, slik at den danner en barriere mellom den tidligere fortrengte sementen og fortrengningsfluidet. En beregnet mengde fortrengnings-fluid kan følgelig brukes for å pumpe nedpumpingspluggen til foringsskrape-pluggen. Når nedpumpingspluggen kommer nær kjøreverktøyet, kan fluidtrykket reduseres, eksempelvis til ca. 3,45 MPa, og dette trykket vil øke når nedpumpingspluggen lander i foringsskrapepluggen, som omtalt ovenfor.

Så snart nedpumpingspluggen er låst inn i foringsskrapepluggen, kan arbeidsstrengen trykksettes oppover, og etter en valgt tidsperiode, vil foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen bli frigjort fra pluggholderrørstykket. Økt fluidtrykk beveger følgelig et stempel for å frigjøre en låsering, hvilket frigjør foringsskrapepluggen fra pluggholderrørstykket.

Stemplet inne i pluggholderrørstykket virker fortrinnsvis på et fluid med en kjent viskositet ved nedihulls temperaturen i pluggholderrørstykket. Fluidstrømning gjennom en åpning med forhåndsbestemt størrelse vil ta en forhåndsbestemt tidsperiode for å frigjøre foringsskrapepluggen. Denne tiden kan brukes av operatøren til å beregne en faktisk fortrengning av fluidvolumer. En beregnet mengde fortrengningsfluid vil følgelig tvinge sementen til den ønskede høyde i ringrommet mellom foringen og foringsrøret. Fluid vil følgelig bli pumpet inntil settet av foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen låses inn i landingskragen, ved hvilket tidspunkt trykk kan økes til eksempelvis 6,90 MPa over sirkulasjonstrykket for å fullføre låsing av pluggene og sjekke at tetningene mellom pluggene og landingskragen holder. Trykk kan deretter tappes av og sjekkes for tilbaketapping for å sikre at flottørutstyret holder trykk.

Forskjellige typer av doseringsdyser kan brukes til selektiv dosering av fluid fra kammeret F132. Vesentlige restriksjoner kan være dannet inne i passasjen F128 for å utgjøre en effektiv doseringsdyse. Fluid i kammeret F132 vil være ved en kjent viskositet for nedihulls tilstandene, og med en doseringsdyse med valgt størrelse vil operatøren med akseptabel nøyaktighet kjenne den tiden det vil ta for stemplet F134 å bevege seg fra holdeposisjonen til frigjøringsposisjonen.

Andre former for holdeelementer kan brukes til å forbinde det rørformede legemet F116 med foringsskrapepluggen. Et foretrukket holdeelement har en C-formet utforming med innvendige spor eller tenner for innfesting til foringsskrapepluggen. Den innvendige overflate av stemplet F134 hindrer således holdelementet i å bevege seg til frigjøringsposisjonen inntil stemplet beveger seg aksialt til sin frigjøringsposisjon, som vist på høyre side på figur 1.

Som omtalt ovenfor kan foringsskrapepluggen brukes ved den nedre ende av kjøreverktøyet for foringshengeren. Pluggholderrørstykket ifølge den foreliggende oppfinnelse kan mer generelt brukes ved den nedre ende av ethvert transportrør, så som transportrøret F140 som generelt er vist på figur F1. Transportrøret F140 kan følgelig brukes til både å overføre fluidtrykk til det indre av pluggholderrørstykket, og også til å posisjonere pluggholderrørstykket ved en valgt lokalisering inne i brønnen. Pluggholderrørstykket ifølge den foreliggende oppfinnelse kan følgelig brukes ved den nedre ende av forskjellige typer verktøy, inkludert et kjøreverktøy for en foringshenger, eller ved den nedre ende av rørstrengen som brukes ved en sementeringsoperasjon, for å pålitelig frigjøre skrapepluggen fra pluggholderrørstykket under sementeringsoperasjonen. Så snart skrapepluggen er frigjort kan den tette mot foringen eller mot et annet nedihulls rør.

Kjøreverktøy

Med en fortsatt beskrivelse av det samlede system, kan konvensjonelt sementeringsutstyr brukes nedenfor avlederen, inkludert det ovenforbeskrevne pluggsett som danner en barriere mot forskjellige fluider som strømmer ned foringen. En nedpumpingsplugg F182 som vist på figur F5A kan inkludere oppovervendende kopper 183 for rengjøring av borestrengen, slik at økt trykk i kjørestrengen, når pluggen 182 tetter mot foringsskrapepluggen 120, frigjør begge pluggene (settet) fra den nedre ende av foringshengeren. Foringsskrapepluggen 180 har tilsvarende kopper 181, og lander på kragen 186 for tettende å låses på plass og stenge av den nedre ende av foringsrøret.

Det frigjorte kjøreverktøyet 120 kan tas opp inntil pakningssettesammenstillingen 380 (se figur 1C) er fjernet fra toppen av holderen 130 for foringsforlengelsen, hvorved de fjærpressede knastene 328 heves til en posisjon over toppen av holderen for foringsforlengelsen, ved hvilket tidspunkt de utvides utover. Med pakningssettesammenstillingen 380 i den utvidede posisjon, kan vekt slakkes av ved å bringe knastene 328 i inngrep med toppen av holderen for foringsforlengelsen for å bevirke at pakningselementet 150 begynner sin nedoverrettede tetningssekvens. Denne vekten aktiverer også en tetningsring 384 mellom pakningssettesammenstillingen 380 og holderen for foringsforlengelsen, for å hjelpe til ved videre setting av pakningselementet med assistanse av ringromstrykket. Med pakningselementet 150 i inngrep med foringsrøret, kan avstengere på BOP ved overflaten lukkes mot borerøret for å danne en trykkbeholder mellom avstengerne og den utvidede pakningen. Tverrsnitts-arealet mellom foringsrøret og borerøret er kjent, og den lasten som er nødvendig for fullstendig å sette pakningselementet 150 er kjent, slik at operatøren kan påføre forhåndsbestemt fluidtrykk på ringrommet for å bevirke at holderen for foringsforlengelsen beveger seg nedover, hvilket påfører en forhåndsbestemt ytterligere aksial belastning på pakningselementet.

Nedoverrettet bevegelse av skyvehylsen 148 for å sette pakningselementet 150 vil løsgjøre de innvendige gjenger 386 (se figur 6B) i skyvehylsen fra holderen 130 for foringsforlengelsen. Skyvehylsen 148 beveger seg således radialt utover når skyvehylsen beveger seg ned konusen 152. Skyvehylsen 148 kan være delt langs sin omkrets på en slik måte at i dens vanlige, sammentrukne posisjon, vil dens innvendige gjenger 386 være i inngrep med de utvendige gjenger 131på holderen 130 for foringsforlengelsen. Andre typer av skyvehylser kan brukes.

Spindelen 132 i det frigjorte kjøreverktøyet 120 kan da brukes til å heve sementeringsbøssingen 160 for å bevirke at knastene 392 på bøssingen beveger seg inn og låses opp fra foringshengeren 110. Etter å ha trukket den nedre ende av kjøreverktøyet til en forhåndsbestemt posisjon ved den øvre ende av foringen, kan operatøren sirkulere fluid gjennom kjøreverktøyet til pumpen og overskytende sement til overflaten. Sirkulasjon reduserer effektivt den mengde sement det vil være nødvendig å bore ut før toppen av foringen på ny kjøres inn, og gjør det mulig for operatøren å sjekke med hensyn på fluidstrømning og/eller fluidtap.

Etter at kjøreverktøyet er tatt opp til en forhåndsbestemt posisjon over toppen av foringen, sirkulerer operatøren gjennom borestrengen for å pumpe eventuell oveskytende sement til overflaten, hvilket reduserer mengden av sement som det vil være nødvendig å bore ut før toppen av foringen på ny kjøres inn. Figur 8A viser det frigjorte kjøreverktøyet 120 hevet fra foringen. Ved sjekking med hensyn på fluidstrøm og/eller fluidtap, trekker operatøren kjøreverktøyet ut av hullet. Så snart verktøyet når overflaten, kan operatøren sjekke med hensyn på skade av kjøreverktøyet, vaske fluidet av fra verktøyet, og spyle verktøyets innvendige diameter før verktøyet returneres til verkstedet. Figur 9C viser også hva som blir tilbake i foringsrøret C, nemlig den satte pakningen 150 og de satte holdekilene 142.

Frigjøringssammenstillingen 250 for foringshengeren som vist på figur 1D og 1E kan byttes ut med frigjøringssammenstillingen som er vist på figur 10 og 11. Frigjøringssammenstillingen for foringshengeren som er vist på figur 10 og 11 kan likevel være plassert nedenfor pakningssettesammenstillingen 380, som beskrevet ovenfor, eller pakningssettesammenstillingen 52 som er beskrevet nedenfor, og inkluderer en innvendig stempelhylse 340 som tettende er anordnet rundt kjøreverktøyets spindel 132, og en annen stempelhylse 342 som er anordnet rundt den indre stempelhylsen. Stempelhylsen 340 danner et trykkammer som tilsvarer hylsen 252 som er vist på figur 1D for frigjøring av foringshengeren.

Frigjøringssammenstillingen for foringshengeren som er vist på figur 10 og 11 frigjør låseringen 326 som er forsynt med utvendige spor for inngrep med sporene på den innvendige diameter av foringshengeren 110 ved den øvre ende av foringen 146. Låseringen 326 holdes i låsende posisjon av den utvidede øvre ytre diameter av stempelhylsen 340, som, som vist på figur 10A, er i sin nedre posisjon. På dette tidspunkt presses koplingen 316 som er vist på figur 1D nedover av fjærer 318 for inngrep med foringshengeren 110, som er gjenget for inngrep med høyrerettede gjenger 324 på kjøreverktøyets spindel 132. Mutteren 322 har knaster 326 som presses utover av fjærer 327, inn i vertikale spor som er dannet i foringshengeren 110, for å forhindre relativ rotasjon mellom spindelen 132 og foringshengeren.

Ved heving av det indre stemplet 340 er låseringen 326 fri til innoverrettet kontakt rundt den nedre reduserte utvendige diameter 368 av stempelhylsen 340, og derved til å frigjøre kjøreverktøyet til å heves etter setting av holdekilene, men før setting av pakningen, hvilket tillater sirkulasjon av sement nedover gjennom verktøyet og oppover inne i ringrommet mellom verktøyet og foringsrøret.

I tilfellet låseringen 326 av en eller annen årsak ikke frigjøres, så som ved friksjonsinngrep mellom den innvendige diameter av låseringen 326 og den utvendige diameter av stemplet 340 (se figur 11A), har operatøren muligheten for å frigjøre kjøreverktøyet mekanisk, som vist på figur 11. Som vist på figur 11C vil senking av kulen 240 for å åpne porten 260 i kjøreverktøyets spindel tillate trykkfluid å passere gjennom porten 262 i det indre stemplet 340 for å virke på det ytre stemplet 342 og bevirke at det ytre stemplet blir beveget oppover ved avskjæring av pinnen 358 (se figur 11A) mellom de indre og ytre stempler. Dette gjør at det ytre stemplet 342, som er forbundet til koplingen 316 med en skjærpinne 360, hever koplingen 316 og frakopler den fra foringshengeren.

Så snart koplingen 316 er løsgjort, kan operatøren rotere verktøyet til høyre, slik at med de høyrerettede gjenger mellom den gjengede mutteren 322 og kjøreverktøyets spindel 132, kan han senke mutteren på spindelen 132, som vist på figur 11C. Så snart den gjengede mutteren 322 er senket, kan kjøreverktøyet tas opp den avstanden mutteren 322 er beveget nedover, hvilket frigjør låseringen 326 og således løsgjør kjøreverktøyet fra foringshengeren. Som vist på figur 11D har låseringen 326 trukket seg sammen på den reduserte utvendige diameter 341 av det indre stempelet 340.

Kjøreverktøyet 120 kan følgelig senkes for å bringe sin kopling i inngrep med koplingen på foringshengeren. Koplingen 316 presses nedover av fjærene 318, slik at de nedre tenner 317 (se figur 8C) ved den øvre ende av foringshengeren 110 kommer i inngrep med tilsvarende tenner ved den nedre ende av koplingen 316 for å opprettholde rotasjonsmessig inngrep mellom kjøreverktøyet og foringshengeren. Som vist på figur 1D kan den øvre ende 332 av koplingen 316 være festet med splines til den utvendige diameter av kjøreverktøyets spindel 132, for å tillate relativ aksial bevegelse i forhold til denne under pressingen av fjæren 318. Når koplingen 316 er i inngrep, gjør rotasjon av arbeidsstrengen at foringshengeren roterer. Når koplingen er løsgjort, gjør rotasjon av arbeidsstrengen at kjøreverktøyets spindel 132 roterer for å bevege mutteren 322 i forhold til gjenger 324, som beskrevet nedenfor.

Figur 11A-C viser følgelig en frigjøringssammenstilling for en foringshenger som gjør det mulig for operatøren å frigjøre mekanisk ved høyrettet rotasjon, i tilfellet han ikke er i stand til å frigjøre hydraulisk. Som vist på figur 11A og 11B er kjøreverktøyets spindel 132 omgitt av et par av indre og ytre hylsestempler 340 og 342. Det indre stempel 340 har en skulder 272 for inngrep med skulderen 274 på kjøreverktøyets spindel 132. Mellomliggende tetningsringer ovenfor og nedenfor portene 260 avdekkes ved sekning av kulen 240 på kulesetet 246 til den nedre posisjon, som vist på figur 11C. Det ytre hylsestempel 342 omgir det indre stempel 340, og, når det er i den posisjon som er vist på figur 11A, holdes på det indre stempel 340 ved inngrep med en ytre skulder 340 på det indre stempel med den generelt motsatte skulder på det ytre stempel 342. Mer bestemt er denne skulderen 348 generelt innrettet med porten 262 i den indre hylse 340 og mellom de øvre og nedre tetningsringer 346 mellom de indre og ytre hylser. En ring 350 danner en stoppskulder ved den øvre ende av det indre stempel 340 for å begrense oppoverrettet bevegelse av det ytre stempel 342 i forhold til det indre stempel. Det indre stempel 340 stoppes i en oppoverrettet retning av en nedovervendende skulder 344 på kjøreverktøyet.

I den initiale posisjon av sammenstillingen som er vist på figur 11A, før senking av det nedre kulesetet 246 og åpning av porten 260 fra boringen i kjøreverktøyet, holdes låseringen 326 i en låst posisjon mellom et parti på det indre stempel 340 med en utvidet diameter og den innvendige diameter i foringshengeren 110. Mutteren 322 som vist på figur 11B er posisjonert nedenfor partiet 341 på det indre stempel 340 med redusert diameter, med de innvendige gjenger 352 i inngrep med gjengene 324 rundt kjøreverktøyets spindel 132. So ved den tidligere beskrevne utførelse hindres den gjengede mutteren 322 i å rotere i forhold til foringshengersammenstillingen ved hjelp av fjærpressede knaster 326 i vertikale spor i foringshengeren 110. Hvis kjøreverktøyet ikke frigjøres hydraulisk ved åpning av portene 260 for å heve det indre stemplet 340 og frigjøre låseringen 326, kan kjøreverktøyet frigjøres mekanisk med en annen hydraulisk frigjøringsoperasjon, som omtalt ovenfor.

Hvis operatøren ønsker å rotere foringen under sementering, så påføres høyere fluidtrykk på det ytre stemplet 342 for å skjære over pinner 360 mellom det ytre stempel 342 og koplingen 316, ved hvilket tidspunkt fjæren 318 på ny vil komme i inngrep med koplingen. Operatøren kan deretter rotere kjøreverktøyets spindel 132, hvilket roterer foringshengeren. Ytterligere fluidtrykk kan deretter påføres på kulen 240 for å tvinge den gjennom den reduserte tynnere diameter av setet 246.

Figur 12 pakningsbøssing

Det skal nå vises til figur 12A, hvor en foretrukket utførelse av en tetningsbøssing 10 er vist for tetting mellom et radialt utoverrettet foringssetteadaptor på foringshengeren og en radialt innoverrettet kjøreverktøyspindel. Tetningsbøssingen 10 er aksialt fastholdt på kjøreverktøyspindelen eller det rørformede legemet 12. Den kompakte design av tetningsbøssingen og dens begrensede aksiale bevegelse på kjøreverktøyets legeme 12 muliggjør fornyet innstikking av tetningsbøssingen i foringshengeren, som forklart nedenfor. Den øvre ende 14 av legemet 12 inkluderer gjenger 16 og en tetning 18 for tettet inngrep med den nedre ende av frigjøringssammenstillingen for foringshengeren i kjøreverktøyet. Den nedre ende 20 av legemet 12 inkluderer tilsvarende gjenger 22 for forbindelse med en hylse som strekker seg nedover til en kuleavleder. Legemet eller rørstykket 12 er således en del av spindelen i kjøreverktøyet, og en glattskjøt er ikke nødvendig.

Som vist på figur 12A er en innvendig tetning 24 og en utvendig tetning 28 anordnet på låsestemplene 26. Tetningen 24, som kan være en V-paknings-tetning, tetter følgelig mellom låsestemplet 26 og legemet 12, og tetningen 28, som også kan være en V-pakningstetning, tetter mellom stemplet 26 og kjøreadaptoren i foringshengeren 48. Holderen 30 er gjengeforbundet til stemplet 26 for å holde tetningene 24 og 28 på plass.

Holdeelementet 32 er forbundet med gjenger til topphetten 34, slik at C-ringen 36 i en del er posisjonert mellom topphetten 34 og stemplet 26. Holde-elementet 32 inkluderer en skulder 38 for å bringe skulderen 40 i inngrep på legemet 12. Det nedre flensparti 33 i holdeelementet 32 og den øvre ende 27 av stemplet 26 er hver forsynt med splines, slik at splinesfingre går i hverandre langs omkretsen rundt tetningsbøssingen. Flenspartier 33 fastholder følgelig låseringen 36 aksialt når stemplet 26 presses oppover. Låseringen 36 er en enhetlig C-formet ring som har en omkrets som er større enn 200�, og vanligvis mindre enn ca.350�, og som er ment for inngrep med og aksial låsing til foringshengeren. En foretrukket låsering 36 kan ha en omkrets på fra 300 til 340�, hvilket tilveiebringer hovedsakelig full kontakt med foringshengeren langs omkretsen, mens det tillater radial utvidelse og sammentrekking av låseringen. Den avspente diameter til låseringen 36 er hovedsakelig som vist på figur 12A. Pakningsholderen 30 har vanligvis en aksial avstand som er en liten avstand over stoppflaten 44 på legemet 12 for låsing og opplåsing av bøssingen.

Når fluid pumpes nedover gjennom kjøreverktøyet for foringshengeren, utsettes den nedre ende av stemplet 26 for høyt trykk, hvilket beveger stemplet 26 bort fra stoppflaten 44, som vist på figur 12A, slik at låseflaten 46 på enden av stemplet 26 holder C-ringen 36 radialt utover og inn i låsende inngrep med foringshengeren for aksial sperring av tetningsbøssingen til foringshengeren.

Låseringen 36 hindrer følgelig tetningsbøssingen i å bevege seg aksialt når trykk økes under sementeringsoperasjonen, mens tetningene 24 og 28 opprettholder fluidintegritet mellom kjøreverktøyet og foringshengeren.

Siden topphetten 34 er aksialt fastholdt til legemet 12, tilveiebringer belastningsskulderen 44 på topphetten 34 et middel for å overføre krefter nedover til foringshengeren under innkjøringen og sementeringsoperasjonen. Skulderen 44 vil således komme i inngrep med skulderen 45 på kjøreadapteren 48 i forings-hengeren når en nedsettingsvekt påføres på foringshengeren, slik at forings-hengeren ”henges opp”. Et lager 46 kan være anordnet til å tillate kjøreverktøyets legeme 12 å rotere i forhold til en satt tetningsbøssing under en nødfrigjørings-operasjon.

Tetningsbøssingen kan således pålitelig holdes i den låste posisjon, med stemplet 26 opp og C-ringen 36 utvidet, som vist på figur 12A, når fluidtrykk påføres på tetningsbøssingen. Fagpersoner innen området bør forstå at inngrepsskuldre 38 og 40 gjør at tetningsbøssingsammenstillingen 10 kan hentes opp til overflaten sammen med kjøreverktøyet etter sementeringsoperasjonen. Den opphentbare tetningsbøssingen 10 som er vist på figur 12A erstatter således bøssingen som er vist på figur 1.

Bruk av C-ringen 36 istedenfor haker som er plassert med en innbyrdes avstand langs omkretsen tillater påføring av høye sementeringstrykkrefter på tetningsbøssingen uten ”utpumping” av tetningsbøssingen. Som vist på figur 12A mottar et ringformet spor 47 i kjøreadapteren 48 i foringshengeren låseringen 36 for å låse tetningsbøssingen fast til foringshengeren når fluidtrykk påføres på stemplet 26. Uten fluidtrykk trekker C-ringen 36 seg således tilbake radialt innover mot holderelementet 32 når låseringen 36 kommer i inngrep med den øvre overflate av sporet 47 når bøssingen trekkes ut av foringshengeren. Når bøssingen på ny stikkes inn i foringshengeren, trekkes C-ringen 36 radialt tilbake innover, eksempelvis når låseringen 36 kommer i inngrep med belastnings-skulderen 45 på foringshengeren. Under oppoverrettet bevegelse av kjøreverktøyet i forhold til foringshengeren, kan C-ringen 36 følgelig bevege seg radialt innover når den er i inngrep, og den kan også bevege seg radialt innover når tetningsbøssingen på ny strekkes tilbake inn i foringshengeren. C-ring-designen øker vesentlig påliteligheten av verktøyet ifølge den foreliggende oppfinnelse, og reduserer både kompleksiteten og kostnadene ved kjente verktøy som bruker flere knaster eller haker. Figur 12B viser elementene 27 av stemplet 26 som er forsynt med splines, og elementene 33 av holdeelementet 32 som er forsynt med splines, og C-formen til låseringen 36. Utvendige spor 37 som er anordnet med en innbyrdes avstand langs omkretsen rundt C-ringen 36 muliggjør utvidelse og sammentrekking av C-ringen.

Kjøreverktøyet for foringshengeren med tetningsbøssingen som her er beskrevet kan brukes på forskjellige typer av foringshengeroperasjoner.

Tetningsbøssingen kan brukes sammen med eller uten en pakningssettesammenstilling og et pakningselement for tetting mellom foringshengeren og foringsrøret. Selv om tetningsbøssingen som her er beskrevet er posisjonert aksialt mellom frigjøringssammenstillingen for foringshengeren og holdekilesettesammenstillingen, kan tetningsbøssingen være anordnet på andre steder i kjøreverktøyet for foringshengeren.

Pakningssettesammenstillingen på figur 13

Figur 13 viser en foretrukket utførelse av en pakningssettesammenstilling 52, som vil tillate aktivering og tetting av foringens toppakning. Pakningssettesammenstillingen er anordnet på det hylseformede legemet eller rørstykket 54 som er en del spindelen i kjøreverktøyet, og inkluderer nedre gjenger 55 for inngrep med et nedre rørstykke i spindelen. Pakningssettesammenstillingen 52 inkluderer et hus 56 som holder en V-pakningstetning 58. Andre konvensjonelle elastomeriske tetninger kan erstatte V-pakningen 58. Et strømningsspor 53 i legemet 54 sikrer fluidkommunikasjon med splines eller ribber 57 på legemet 54, slik at huset 56 beveger seg aksialt langs disse splines uten å stenge inne fluidtrykket.

Pakningsholderen 60 og spennringen 62 holder V-pakningen på plass. En pakningssettende eller kraftoverførende C-ring 64 er posisjonert på huset 56, og inkluderer et innvendig hylseparti 66. En C-formet utløsningsring eller sperrering 70 er posisjonert mellom låsehylsen 68 og holderhetten 72. Låsehylsen 68 er i inngrep med hylsepartiet 66 for å holde C-ringen 64 i den komprimerte posisjon, som vist på figur 13, slik at C-ringen 64 vil smette ut når den frigjøres. En husforlengelse 74 fastholdes med gjenger til huset 56, og et lager 80 gjør at legemet 54 kan rotere i forhold til huset 56. Lagerhylsen 78 er forbundet til rørstykket 54 med et skjærelement 82. Hylsepartiet 84 av lager-hylsen 78 er i inngrep med legemet 54, som vist på figur 13, selv om tetting mellom legemet 54 og lagerhylsen 78 ikke er nødvendig. Pakningselementet 86 på legemet 54 er omtalt nedenfor.

Den første gangen pakningssettesammenstillingen beveges ut av holderen 90 med polert boring (som er den samme som holderen 130 som ble omtalt i forbindelse med kjøreverktøyet på figur 1-9), vil utløsningsringen 70, som var posisjonert inne i holderen med polert boring, smette til en radialt utovervendt posisjon, som vist på figur 13, på grunn av den naturlige forspenning til den C-formede utløsningsringen. Når pakningssettesammenstillingen deretter på ny settes inn i holderen med polert boring, vil utløsningsringen 70 komme i inngrep med toppen av holderen 90 med polert boring, som vist på figur 13, og C-ringen 64 for setting av pakningen er posisjonert inne i holderen med polert boring. Når nedsettingskraft påføres, vil huset 56 bevege seg nedover i forhold til låsehylsen 68, og utløsningsringen 70 vil bevege seg radialt innover på grunn av kam-virkning. Hele pakningssettesammenstillingen kan følgelig senkes for å flate ut på et nedre parti av kjøreadapteren før igangsetting av sementeringsoperasjonen. Den neste gang pakningssettesammenstillingen heves ut av holderen med polert boring, vil den radialt utoverrettede forspenningskraften fra C-ringen 64 bevirke at C-ringen kommer i inngrep med toppen av holderen med polert boring i forings-hengeren. Mer bestemt vil skulderen 65 komme i inngrep med toppen av holderen 90 med polert boring, siden den naturlige eller frigjorte diameter av C-ringen 64 nærmer seg den utvendige diameter av holderen 90. Den flate overflate 65 på C-ringen 64 kommer således i inngrep med den øvre overflate av holderen 90 for foringsforlengelsen. I denne posisjonen kommer den koniske overflate 73 ved den nedre ende av holderhetten 72 i inngrep med den motsvarende koniske overflate 63 på den øvre ende av C-ringen 64, og settevekten resulterer følgelig i en radialt utoverrettet kraft som påføres på C-ringen 64 for effektivt å låse C-ringen i vektoverføringsposisjonen, slik at C-ringen ikke for tidlig vil smette radialt innover før pakningen er satt. Så snart C-ringen 64 er satt mot foringshengeren, kan legemet 54 beveges nedover i forhold til huset 56, hvilket skjærer av elementene 82.

Pakningssettesammenstillingen 52 har høy pålitelighet, siden en betydelig nedoverrettet settevekt kan overføres gjennom C-ringen 64 til holderen for foringsforlengelsen, og siden det mekaniske settetrykket assisteres av fluidtrykk mellom den innvendige diameter av foringsrøret og den utvendige diameter av kjøreverktøyet eller borerøret. Etter at elementer 82 skjæres over og legemet 54 beveger seg nedover i forhold til huset 56, så blir den radialt innoverrettede overflate av fremspringet 88 på huset 56 holdt på overflaten 90 av rørstykket 54 med større diameter, idet pakningselementer 86 tetter mot huset 56. En krage eller et lignende stopp på legemet 54 kommer i inngrep med toppen av lager-hylsen 78 for å begrense nedoverrettet bevegelse av spindelen. Tetningen 58 forblir tettet til holderen for foringsforlengelsen. Etter at pakningssettesammen-stillingen 52 er satt, tillater økningen i trykk i ringrommet mellom foringsrøret og kjøreverktøyet at huset 56 virker som et stempel som presses nedover som respons på ringromstrykket, hvilket tilveiebringer økt nedoverrettet kraft for pålitelig å sette foringshengerpakningen når pakningen presses radialt utover når den skyves ned pakningssettekonusen.

En fullstendig kjøreprosedyre for kjøring, setting og frigjøring av foringshengersystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse vil nå bli omtalt. Sette-verktøyet er konvensjonelt festet til den nedre ende av en arbeidsstreng, typisk et borerør, og er løsbart forbundet med en foringshenger, som er festet til toppen av foringen.

Arbeidsstrengen senker foringen inn i borehullet til en posisjon over den nedre ende av det tidligere satte foringsrøret eller foringen. Med foringen i en ønsket dybde, sirkuleres brønnhullsfluidene ”nedenfra og opp” for å rengjøre hullet. En settekule kan initialt slippes fra en sementeringsmanifold ved overflaten. Kulen kan enten falle fritt eller den kan pumpes til settesammen-stillingen for foringshengerholdekilen, hvor kulen vil hvile på det utvidbare kulesetet. Fluidtrykk kan deretter økes til en valgt verdi, eksempelvis 3,45 MPa, hvilket utøver en kraft på skjærskruene som virker mellom kulesetet og spindelen i settesammenstillingen for holdekilen. Når denne kraften overstiger design-grensene, vil skruene skjæres over for å frigjøre kulen og setet til en posisjon som avdekker hydrauliske porter i spindelen. Fortsatt pumping av fluid vil da presse kulen gjennom setet, og gjøre det mulig å pumpe kulen til det annet kulesetet i frigjøringsverktøyet.

Fluidtrykk blir deretter økt for å skjære over skruer mellom stemplet og spindelen i settesammenstillingen for foringshengeren. Stemplet, som var utsatt for trykk inne i kjørestrengen når kulen først ble frigjort, er responsivt for fluidtrykk og beveger seg oppover, hvilket presser holdekilene til å frigjøres og komme i kontakt med foringsrøret. Belastningen på foringen kan deretter slakkes av på de satte holdekilene. Så snart holdekilene bærer vekten av foringen, er foringen ”hengt opp”.

Med belastningen på foringen slakket av på hengerens holdekiler, kan ytterligere avslakking eller ”nedsettingsvekt” påføres på hengeren for å sjekke med hensyn på eventuell bevegelse av hengeren. Nedsettingsvekten vil bli overført gjennom kjøreverktøyet til foringshengeren, som bæres av forings-hengerens holdekiler. Denne nedsettingsvekten kan for eksempel overføres gjennom kjøreverktøyets spindel til tetningsbøssingen, og deretter fra belastningsskulderen på tetningsbøssingen til foringshengeren. En kule kan deretter landes, og kulesetet beveges for å blottlegge fluidporter. Trykk kan deretter økes til en valgt verdi, eksempelvis 8,27 MPa, om overføres gjennom porter i spindelen i frigjøringssammenstillingen for foringshengeren. Dette økte trykket skjærer over skruer på primærstemplet, hvilket beveger stemplet for å gjøre det mulig for frigjøringsringen for foringshengeren og trekke seg sammen og løsgjøre kjøreringen fra foringshengeren. På dette trinn er kjøreverktøyet for foringshengeren frigjort fra foringshengeren. Siden koplingen som kiler fast kjøreverktøyet til foringshengeren er festet til frigjøringsstemplet med skjærpinner, beveges den fra den innkoplede posisjon til en frakoplet posisjon når stemplet beveger seg oppover for å frigjøre kjøreringen. Kjøreverktøyet frigjøres fortrinnsvis ved hjelp av økningen i fluidtrykk som virker på primærstemplet. Hvis kjøreverktøyet fortsatt er i inngrep med foringshengeren etter trykksetting oppover på det primære frigjøringsstemplet, kan operatøren fortsette å trykksette borestrengen til det maksimalt tillatte trykk, for å sjekke med hensyn på frigjøring i små trykkinkrementer opp til skjærtrykket for det sekundære stemplet. Hvis det primære stemplet ikke frigjør kjøreverktøyet fra foringshengeren, vil fortsatt trykk skjære sekundærstemplet fra primærstemplet, og sekundærstemplet vil bevege seg aksialt opp for å utløse koplingen i kjøreverktøyet fra koplingen på forings-hengeren. Med koplingen utløst, kan kjøreverktøyet roteres 5-6 omdreininger til høyre for å løsne kjøreverktøyet fra foringshengeren.

Operatøren kan på dette trinn ta opp kjørestrengen og legge merke til tapet av foringsvekt på en ringvektindikator, hvilket indikerer at kjøreverktøyet er frigjort fra foringshengeren. Denne opptaksoperasjonen vil også løsgjøre tetnings-bøssingen fra kjøreadaptoren for foringshengeren eller holderen for forings-forlengelsen. Som tidligere angitt er tetningsbøssingen designet til på ny å kunne stikkes inn, slik at operatøren kan trekke kjøreverktøyet og tetningsbøssingen oppover som ønskelig for å sjekke at kjøreverktøyet er frigjort fra foringshengeren. Etter at det er bekreftet at kjøreverktøyet er frigjort, vil tetningsbøssingen på ny bli stukket inn når kjøreverktøyet er slakket av tilbake, inn i foringshengeren. Når det er trykk nedenfor tetningsbøssingen, er bøssingen fastlåst til foringshengeren.

Et valgt fluidtrykk, eksempelvis 17,24 MPa, kan deretter brukes til å skjære det sekundære stemplet fra koplingen for å gjøre det mulig for koplingen på ny å komme i inngrep med foringshengeren. Så snart kjøreverktøyet for forings-hengeren er frigjort fra foringen, så kan trykk påføres på kulen og setet. Ved et forhåndsbestemt trykk, eksempelvis 20,68 MPa, vil kulen passere gjennom port-isolasjonskulesetet, hvilket utvider diameteren av setet. Kulen presses gjennom setet for permanent å deforme kulesetet. Fallet i trykk og det at man får tilbake fluidsirkulasjon vil da angi at kulens passering gjennom kulesetet har vært vellykket. Kulen får deretter falle fritt, eller den pumpes til kuleavlederen.

Avstands- og sementfluidene kan blandes under sirkulering av fluider for sementfortrengning. Når sementen har blitt pumpet, kan nedpumpingspluggen frigjøres fra overflaten, slik at det dannes en barriere mellom den tidligere fortrengte sementen og fortrengningsfluidet. En beregnet mengde fortrengnings-fluid kan følgelig brukes til å pumpe nedpumpingspluggen til foringsskrape-pluggen. Når nedpumpingspluggen kommer nær kjøreverktøyet, kan fluidtrykket reduseres, eksempelvis til ca. 3,45 MPa, og dette trykket vil øke når nedpumpingspluggen låses i foringsskrapepluggen. Så snart nedpumpings-pluggen er låst inn i foringsskrapepluggen, kan arbeidsstrengen trykksettes opp, og etter en valgt tidsperiode, vil foringsskrapepluggen og nedpumpingspluggen være frigjort fra pluggholderrørstykket. Økt fluidtrykk beveger følgelig et stempel for å frigjøre en ring, som frigjør foringsskrapepluggen fra pluggholderrørstykket. Stemplet inne i pluggholderrørstykket virker på et fluid med en kjent viskositet, og ved hjelp av fluidstrømning gjennom et hull med en forhåndsbestemt størrelse vil det ta en forhåndsbestemt tidsperiode å frigjøre foringsskrapepluggen. Denne tiden kan brukes av operatøren til en bestemt beregning av volumer av fortrengnignsfluid. En beregnet mengde fortrengningsfluid vil følgelig presse sementen til den ønskede høyde i ringrommet mellom foringen og foringsrøret. Fluid vil følgelig pumpes inntil settet av foringsskrapepluggen og nedpumpings-pluggen låses inn i landingskragen, ved hvilket tidspunkt trykket kan økes til eksempelvis 6,90 MPa over sirkulasjonstrykket for å fullføre låsing av plugger og sjekke at tetningene mellom pluggene og landingskragen er bestandige. Trykk kan deretter tappes av, og det kan sjekkes med hensyn på tilbaketapping for å sikre at flottørutstyret holder trykk.

Det bør huskes at pakningssettesammenstillingen inkorporerer et opplåsingstrekk som gjør at pakningssettesammenstillingen kan trekkes ut av foringshengerens beholder for foringsforlengelsen én gang uten å låse opp ringen for setting av pakningen. Ved fornyet innstikking av sammenstillingen inn i holderen for foringsforlengelsen, blir ringen for setting av pakningen aktivert, og er klar til å utvides den annen gang pakningssettesammenstillingen trekkes ut av holderen for foringsforlengelsen. Kjøreverktøyet kan følgelig tas opp inntil pakningssettesammenstillingen tas ut av holderen for foringsforlengelsen, hvilket gjør at utløsningsringen kan utvides og komme i inngrep med toppen av holderen for foringsforlengelsen. Avslakking og kjørestrengen gjør at utløsningsringen trekker seg sammen, slik at den på ny kan komme inn i holderen for forings-forlengelsen, og beveger en låsehylse ut av kontakt med ringen for setting av pakningen. Siden den C-formede ringen for setting av pakningen er komprimert, men nå frigjøres fra låsehylsen, er pakningssettesammenstillingen klar til å aktiveres neste gang den trekkes fra holderen for foringsforlengelsen. Kjøreverktøyet kan følgelig tas opp tilstrekkelig til å blottlegge pakningssette-sammenstillingen, deretter brukes nedsettingsvekt for å sette pakningselementet.

Så snart ringen for setting av pakningen er i sin utvidede posisjon, kan borerørsvekt slakkes av på toppen av holderen for foringsforlengelsen. Denne nedoverrettede kraft gjennom pakningssettesammenstillingen og til holderen for foringsforlengelsen setter i gang sekvensen for setting av pakningen. Denne handlingen vil skjære over skruer og tillate at settebelastningen overføres til pakningselementet. Ettersom en belastning øker, vil pakningselementets utvendige diameter utvides ettersom det beveger seg ned konusen, hvilket skyver det utvidende pakningselementet ut, inn i inngrep med foringsrøret.

Med pakningselementet i inngrep med foringsrøret, kan riggavstengerne lukkes rundt borerøret, slik at det dannes en trykkbeholder mellom foringsrøret og kjøreverktøyet og mellom pakningselementet og tetningene i avstengeren ved overflaten. Idet det er kjent hvor mye belastning som er nødvendig for korrekt å sette pakningselementet, kan et kjent fluidtrykk påføres på ringrommet for å bevirke at holderen for foringsforlengelsen beveges nedover, hvilket påfører en større og kjent belastning på pakningselementet. En ønsket settebelastning på pakningselementet kan følgelig påføres gjennom en kombinasjon av nedsettings-vekt og fluidtrykk.

Etter trekking av setteverktøyet til en forhåndsbestemt posisjon over toppen av foringen, kan fluid sirkuleres gjennom borestrengen for å sirkulere eventuell overskytende sement til overflaten, hvilket reduserer behovet for utboring. Så snart overskytende sement har blitt sirkulert ut av brønnen, kan operatøren trekke setteverktøyet fra brønnen. Så snart det er ved overflaten kan verktøyet sjekkes for skade og vedlikeholdes.

Verktøyene som er omtalt ovenfor funksjonerer som en sammenstilling for en bestemt anvendelse, dvs. for kjøring og frigjøring av foringshengeren, sementeringen av foringen inn i brønnhullet og settingen av pakningselementet. Man kan kjøre en foringshenger uten et pakningselement, og kjøreverktøyet vil derfor ikke kreve pakningssettesammenstillingen. Videre kan et pakningselement kjøres inn i et brønnhull uten en foringshenger-holdekilemekanisme, og sammenstillingen for frigjøring av holdekilen vil derfor ikke være nødvendig i kjøreverktøyet. Forskjellige kombinasjoner av de beskrevne verktøyer kan settes sammen for å kjøre et mangfold av nedihullsverktøy.

Selv om foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse har blitt vist i detalj, er det åpenbart at modifikasjoner og tilpasninger av de foretrukne utførelser vil være åpenbart for fagpersoner innen området. Det skal imidlertid klart forstås at slike modifikasjoner og tilpasninger er innenfor den foreliggende oppfinnelses ide og ramme, slik dette er angitt i de følgende krav.