NO301032B1 - Fremgangsmåte og innretning for skjöting av rör - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og innretning for skjøting av rør som angitt i innledning i hhv krav 1 og 3.

Etter ferdigboring av en olje- eller gassproduksjons-brønn må rørstrenger innsettes i brønnen for å beskytte brønnen mot sammenrasing og for å sikre produksjonen av olje og gass gjennom brønnen. Den vanlige måte for å beskytte en brønn mot sammenrasing på, er å lage en foring ved å skru sammen én eller flere strenger med foringsrør som senkes ned i brønnen og sementeres på plass. Produksjonen av olje og gass finner sted i én eller flere produksjons strenger som består av produksjonsrør som er skjøtet ved hjelp av skruegjengekoplinger, idet produk-sjonsstrengene er opphengt inne i foringsrøret.

Følgelig krever den vanlige fremgangsmåte for komplettering av en brønn at mange hundre skrueforbindelser må lages. Dette er meget tidkrevende å utføre på boredekket og gjør det nødvendig å bruke omhyggelig maskinerte rør.

Tidligere forslag om å sveise sammen rør på boredekket har ikke vært vellykkede på grunn av eksplosjonsfare ved eventuelt utslipp av brennbare fluider fra brønnen. Kjente sveiseinnretninger, for eksempel friksjonssveiseinnretningen fra det britiske patent 1 505 832, passer derfor ikke for bruk på boredekket. Den ovennevnte friksjonssveiseinnretning er ment å brukes for sammensveising av rørseksjoner ved å sveise en ring som er radialt deformert og som blir rotert rundt rørendene slik at det dannes en friksjonsvarme for friksjonssveisingen. Når denne kjente innretning brukes er sveiseringen i direkte berøring med atmosfæren og sveiseringen roteres i forhold til en fast bæreramme som rørseksjonene er festet til horisontalt.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte og innretning for sammenskjøting av brønnrør ved hjelp av friksjonssveising på en effektiv og sikker måte. Innretningen bør lett kunne fjernes slik at den kan monteres på en bore- eller arbeidsrigg. Fremgangsmåten bør kunne utføres av boreoperatører uten bred ekspertise i sveiseteknologi, og slik at eksisterende heise- og riggutstyr kan brukes.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at fremgangsmåten har de karakteristiske trekk som angitt i krav 1, og at innretningen har de karakteristiske trekk som angitt i krav 3. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et snitt gjennom friksjonssveiseinnretningen ifølge oppfinnelsen, hvor en dor for innretningen er vist stiplet, og fig. 2A og 2B viser snitt gjennom en øvre og en nedre del av doren for innretningen på fig. 1.

Fig. 1 viser en friksjonssveiseinnretning bestående av en dor 1 og en ytre del 2 anordnet rundt et første og et andre rør 3 og 4, som skal skjøtes av sveiseringen 5 til en streng med brønnrør. På høyre side av fig. 1 er den ytre del av innretningen vist i en inaktiv stilling mens den på venstre side på figuren er vist i aktiv stilling hvor den holdes klemt til rørene 3 og 4 og sveiseringen 5.

Den ytre del 2 av innretningen består av en øvre rørendedel 7 og en nedre rørendedel 8 og en rørformet midtdel 10 som er roterbart tilkoplet endedelene 7 og 8 ved hjelp av to lagringsenheter 11.

Nær lagringsenhetene 11 er flere tetningsringer 12 anordnet mellom nærliggende flater av midtdelen 10 og endedelene 7 og 8 som sammen med en fleksibel tetningsring 13 og 13A for hver endedel 7 og 8, danner et lukket rom 14 mellom innerflaten av den ytre del 2 av friksjonssveiseinnretningen og ytterflatene av rørelementene 3 og 4 nær sveiseringen 5.

Den rør formede midtre del 10 består av to hylser 15 som skrus sammen, et ringformet stempel 16 med en skrå innerflate og flere klosegmenter 17 med avskrånede ytterflater, som blir trykket mot skråflaten på stempelet 16 ved hjelp av en ekspan-sjonsring 18.

Stempelet 16 er i den ene ende glidbart anordnet inne i en sylinder 19 som står i fluidforbindelse med en fluidmater 20 via radiale hull og et ringformet spor 21.

Ved bruk blir klosegmentene 17 klemt rundt sveiseringen

5 ved å pumpe hydraulisk fluid via fluidmateren 20 inn i sylinderen 19 som derved tvinger stempelet 16 oppover mot virkningen av en fjær 22 fra stillingen vist på høyre side av fig. 1 til stillingen på venstre side på fig. 1. Som følge av stempelets 16 bevegelse oppover vil klosegmentene 17 presses mot sveiseringen 5 mens rotering av segmentene 17 i forhold til den roterende midtdel 10 hindres av de radiale spor 24 i de buttende radiale endeflater på den øvre hylse 15 og segmentene 17.

De øvre og nedre rørendedeler 7 og 8 i den ytre del 2 av sveiseinnretningen er identiske med hverandre. Derfor vil bare konstruksjonen og virkemåten for den øvre rørendedel 7 bli beskrevet i detalj.

Den øvre rørendedel 7 består av to hylser 30 og 31 som er skrudd sammen, en kapselmutter 32, en føringsring 33, flere kiler 34, en aktuatorring 35 og den fleksible tetningsring 13.

Ved bruk blir den øvre rørendedel 7 klemt rundt det andre rør 4 ved å skru kapselmutteren 32 inn i hylsen 30 fra stillingen vist på høyre side av fig. 1 til stillingen vist på venstre side. Kapselskruens 32 nedadgående bevegelse overføres via føringsringen 33 til kilene 34 som glir langs en avskrånet innerf late 38 i hylsen 30 og blir presset til ytterflaten på det andre røret 4. De nederste spisser 39 på kilene 34 trykker derved aktuatorringen 35 nedover, noe som vil få den fleksible tetningsring 13 til å trykke mot det andre rørets 4 ytterflate og derved tilveiebringe en fluidtett tetning mellom det andre rør 4 og den øvre rørendedel 7 av sveiseinnretningen.

Den nedre rørende 8 består av hylsene 30A og 3IA som er skrudd sammen, en kapselmutter 32A, en føringsring 33A, flere kiler 34A, en aktuatorring 35A og den fleksible tetningsring 13A.

Virkemåten for den nedre rørende 8 er lik virkemåten for den øvre rørende 7 beskrevet ovenfor.

Det vil fremgå at kapselmutrene 32 og 32A for aktivering av kilene 34 og 34A om ønskelig kan erstattes av hydrauliske stempler eller andre drivmekanismer.

Under henvisning nå til fig. 2A og 2B er konstruksjonen av doren 1 vist i friksjonssveiseinnretningen. Doren 1 omfatter et sentrallegeme 50 som nederst har en tetningskopp 51 og rundt hvilken det er anordnet en øvre og en nedre kilesammenstilling 52 og 53 og en splittsveisehylse 54.

Splittsveisehylsen 54 består av to hylsesegmenter som er sammenkoplet ved hjelp av dybler 55. Hvert hylsesegment kan være forsynt med elektriske varmeelementer som tilkoples elektriske ledere ført gjennom sentrallegemet 50.

Den øvre kilesammenstilling 52 består av flere kiler som klemmes mellom en avskrånet ytterflate 57 på sentrallegemet 50 og innerf laten på det andre røret 4 ved hjelp av en nedadgående bevegelse fra en øvre aktuatorskive 58 i forhold til sentrallegemet 50.

Den øvre aktuatorskive 58 er tilkoplet en hul aktuatorstang 59 ved hjelp av en låsemutter 60.

Aktuatorstangen 59 har nederst et stempel og en pakningsboks 61 som er glidbart festet inne i sylinderkammeret 62 anordnet i sentrallegemet 50. Kammeret 62 er stengt øverst av et lokk 63 og ved å pumpe fluid inn i kammeret 62 via en fluidleder 64 og et hull 65 i aktuatorstangen 59, blir aktuatorstangen 59 skjøvet inn i den øvre ende av sentrallegemet 50 mot virkningen fra fjæren 66 slik at den øvre aktuatorskive 58 klemmer den øvre kilesammenstilling mot innerflaten på det andre røret 4.

Den nedre kilesammenstilling 53 blir klemt mot innerflaten på det første røret 3 av en oppadgående bevegelse fra den nedre aktuatorskive 70 i forhold til sentrallegemet 50.

Den nedre aktuatorskive 70 er tilkoplet en stang 71 ved hjelp av en låsemutter 72. Stangen 71 har nær den øvre ende et stempel og en pakningsboks 73 som er glidbart anordnet inne i et sylinderkammer 74 anordnet ved den nedre ende av sentrallegemet 50. Kammeret 74 er stengt nederst av et lokk 75 og ved å pumpe fluid inn i kammeret 74 via fluidlederen 76 og et hull 77 ført gjennom sentrallegemet 50, blir stangen 71 skjøvet inn i den nedre ende av legemet 50 mot virkningen fra fjæren 78 slik at den nedre aktuatorskive 70 klemmer kilesammenstillingen 51 mot innerveggen på det første rør 3.

Stangen 71 er nederst tilkoplet et trapeslegeme 80 ved hjelp av en mutter 81. Tetningskoppen 51 holdes på plass like over legemet ved hjelp av en bæreplate 82 som låses veid hjelp av muttere 83 til flere avstandsstenger 84. Avstandsstengene 84 er ført gjennom åpninger i den nedre aktuatorskive 70 og blir skrudd inn i fordypninger 85 i den nedre ende av sentrallegemet 50.

Tilkoplingen av trapeslegemet 80 og den nedre aktuatorskive 70 til stangen 71 gjør det mulig å oppnå en samtidig aktivering av tetningslokket 51 og den nedre kilesammenstilling 53. Hvis stangen 71 trekkes inn i den nedre ende av sentrallegemet 50 ved innsprøyting av fluid via hullet 77 i kammeret, vil kilesammenstillingen 53 klemmes mot innerveggen på det første røret 3 av aktuatorskiven 70 mens tetningskoppen 51 samtidig klemmes mot innerveggen på røret 3 ved bevegelsen fra trapeslegemet 80 mot bæreplaten 82.

Utløsning av trykket inne i kammeret 74 vil på den annen side få fjæren 78 til å skyve stangen 71 vekk fra sentrallegemet 50 og derved indusere samtidig utløsning av kilesammenstillingen 52 og tetningskoppen 51 fra innerveggen på det første rør.

En foretrukket fremgangsmåte for å skjøte brønnrør med innretningen vist på fig. 1, 2A og 2b blir som følger.

Den ytre del 2 av friksjonsinnretningen blir montert eller opphengt vesentlig vertikalt over brønnhodet (ikke vist) for brønnen hvor brønnrørene skal innsettes, for eksempel for å forme et foringsrør eller én eller flere produksjonsstrenger.

Rørene for bruk i strengen eller strengene blir holdt i en hellende eller vertikal stilling i en rørstabel nær brønnhodet, og den ytre del av friksjonssveiseinnretningen blir plassert over brønnen (ikke vist).

Et første rør 3 blir hentet fra rørstabelen og senket gjennom den ytre del 2 av friksjonssveiseinnretningen ned i brønnen inntil den øvre ende av dette rør er plassert i en vertikal stilling like over den øvre klemmutter 32 på den ytre del 2 av friksjonssveiseinnretningen, hvoretter sveiseringen 5 blir lagt på toppen av det første rør 3.

Deretter blir den indre dor 1 for innretningen, samtidig som den er opphengt i en kabel 6 båret for eksempel av kroneblokken i en borerigg montert over brønnen, nedsenket gjennom det andre rør 4 inntil doren 1 fremspringer omtrent halvveis fra den nedre ende av dette rør 4.

Deretter blir doren 1 klemt til innerveggen på det andre rør 4 ved å aktivere den øvre kilesammenstilling 52 ved å sprøyte fluid inn i kammeret 62 via ledningsrøret 64, hvoretter doren 1, sammen med det andre rørelement 4 festet dertil, blir heist opp av kabelen 6 til en vertikal stilling over det første rør 3. Som neste trinn blir den nedre del av doren 1 entret gjennom sveiseringen 5 i den øvre ende av det første rør 3, inntil den nedre ende av det andre rør 4 hviler mot sveiseringen 5 og/eller den øvre ende av det første rør 3.

Etter å ha forsikret seg om at sveisingen 5 og de buttede ender av rørene 3 og 4 er riktig plassert koaksialt, blir den nedre kilesammenstilling 53 og tetningskoppen 51 for doren 1 klemt mot innerveggen på det første rør 3 ved å sprøyte fluid inn i kammeret 74 via ledningsrøret 76.

Deretter blir den ytre del 2 av innretningen aksialt flyttet i forhold til doren 1, enten ved å senke doren 1 med rørene 3 og 4 klemt dertil, eller ved å løfte den ytre del 2 av innretningen til et høyere nivå over brønnhodet inntil sveiseringen 5 er omsluttet av klosegmentene 17.

Deretter blir kilene 34A og den fleksible tetningsring 13A på den nedre rørende 8 på den ytre del 2 av innretningen, klemt rundt det første rør 3 ved å stramme kapselmutteren 32A, mens kilene 34 og den fleksible tetningsring 13 for den øvre rørende 7 på den ytre del av innretningen, blir klemt rundt det andre rør 4 ved å stramme kapselmutteren 32. Da det aksiale mellomrom mellom kilene 34 og 34A er identisk med det aksiale mellomrom mellom kilesammenstillingene 52 og 53 for doren 1, kan en større radial klemkraft utøves mellom kilene og veggene på rørene 3 og 4 uten risiko for deformering eller sprekkdannelse i disse rør.

Etter således å ha klemt doren 1 og den ytre del 2 av innretningen mot rørene 3 og 4 slik at eventuelle brennbare gasser fra brønnen til området rundt sveiseringen hindres av tetningskoppen 51 og tetningsringene 12, 13 og 13A, blir klosegmentene 17 klemt rundt sveiseringen 5 ved en oppadgående bevegelse av stempelet 16 ved å pumpe fluid via fluidinnløpet 21 inn i sylinderen 19.

Deretter blir den midtre del 10 sammen med sveiseringen 5 rotert ved hjelp av en hydraulisk eller elektrisk motor eller to modifiserte rørstenger (ikke vist) i forhold til de nevnte endedeler 7 og 8. Under rotering av midtdelen 10 vil klosegmentene 17 utøve en bestemt radial kraft mot sveiseringen 5. Størrelsen av den radiale kraft kan justeres i forhold til den radiale sammentrykningskraft utøvet mot ringen eller mot den radiale deformering av ringen. Den radiale kraft utøvet mot sveiseringen 5 og rotasjonshastigheten for den koniske innerf late av sveiseringen 5 over de koniske ytterflater av rørenes 3 og 4 ender, har en slik størrelse at det oppnås tilstrekkelig friksjonsvarme til å frembringe friksjonssveising mellom sveiseringen 5 og rørene 3 og 4.

Etter sveisingen utføres en varmebehandling av sveisingen og de sammenkoplede ender av rørene 3 og 4 ved å oppvarme sveiseringen 5 og de nevnte ender av rørene ved hjelp av oppvarmingsspolene i splittsveisehylsen 54 for doren 1. Varmebehandlingen kan også utføres ved hjelp av en ytre opp-varmingsinnretning (ikke vist).

Deretter blir doren 1 og den ytre del 2 av innretningen, frigjort fra sveiseringen 5 og rørene 3 og 4 ved å løsne klosegmentene 17 og sammenstillingene av kilene 34, 34A, 52 og 53 hvoretter sveisingen kan inspiseres.

Et neste rør kan tilkoples øverst på det andre rør 4 ved å gjenta friksjonssveiseprosessen beskrevet ovenfor, idet fremgangsmåten kan gjentas opp igjen flere ganger inntil strengen med brønnrør har oppnådd den ønskede lengde.

Ved den ovennevnte fremgangsmåte blir det første rør senket inn i brønnen gjennom den ytre del av f riksjonssveiseinnretningen. Alternativt kan det første rør senkes inn i borehullet, og den ytre del av f riksjonssveiseinnretningen kan anordnes på toppen av det første rør.

Mens den foregående beskrivelse med henvisning til tegningen var rettet mot en foretrukket utførelse av en fremgangsmåte og innretning ifølge oppfinnelsen, kan mange varia-sjoner og modifiseringer utføres med hensyn til utformingen og fremgangsmåten for å operere innretningen uten at oppfinnelsens konsept fravikes.

Følgelig vil det fremgå at innretningen og fremgangsmåten vist i de medfølgende tegninger og henvist til i beskri-velsen, bare er for illustrasjonsformål og er ikke ment å begrense oppfinnelsens omfang.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for skjøting av første og andre rør (3, 4) ved friksjonssveising, ved anvendelse av en sveisering (5) som roteres i forhold til rørene (3, 4) ved hjelp av en friksjonssveiseinnretning ved deformasjon av sveiseringen (5) på en radial måte slik at sveiseringen (5) er i berøring med rørene (3, 4) for derved å generere tilstrekkelig friksjonsvarme for å skape en friksjonssveis mellom sveiseringen (5) og rørene (4), - hvor rørene (3, 4) festes i aksiell oppstilling i forhold til hverandre ved hjelp av klemmer (34, 34A) av friksj onssveiseinnretningen, KARAKTERISERT VED at rørene (3, 4) er brønnrør, og at fremgangsmåten videre omfatter de trinn: - å nedsenke det første rør (3) i en brønn inntil den øvre ende av røret (3) er anbrakt i en i det vesentlige vertikal retning nær inngangen av brønnen, - å anbringe en sveisering (5) på toppen av røret (3), - å heise det andre rørelement (4) til en i det vesentlige vertikal stilling over sveiseringen (5), - å rotere sveiseringen (5) rundt rørene (3, 4) ved å rotere en rørformet midtdel (10) av friksjonssveiseinnretningen i forhold til to rørformede endedeler (7, 8) av innretningen, hvor den rørformede midtdel (10) og de rørformede endedeler (7, 8) danner et forseglbart kammer rundt sveiseringen (5) under trinnet med roteringen av sveiseringen (5), - å klemme, før og under trinnet med rotering av sveiseringen (5), en dor (1) inne i rørene (3, 4) ved hjelp av to klemmer (52, 53) og utvidelse av en tetningskopp (51), som er montert nær den nedre ende av doren (1), mot innerflaten av det første rør (3) for på den måten å unngå inntrenging av brennbare fluider via innsiden av dette rør (3) til beliggenheten av sveiseringen (5), og - å senke rørene (3, 4) ned i brønnen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det andre rør (4) heises til en stilling over sveiseringen (5) ved å bevege doren (1) i en retning nedover derigjennom, mens doren (1) er festet til en heisekabel (6), inntil doren (1) rager frem omtrent halvveis fra den nedre ende av det andre rør (4), hvoretter en av klemmene (52) utvides mot dets innerflate, og doren (1), mens den bærer det andre rør (4), blir løftet av heisekabelen (6) til en vertikal stilling over det første rør (3) hvoretter den fremragende ende av doren (1) blir stukket gjennom sveiseringen (5) inn i det første rør (3) og festet dertil ved ekspandering av den andre klemme (53) av doren (1).

3. Innretning for skjøting av første og andre rør (3, 4) ved friksjonssveising, ved anvendelse av en sveisering (5) som roteres i forhold til rørene (3, 4) av en dreibar hylse (10) montert mellom klemmer (34, 34A) for å feste rørene (3, 4) i aksiell oppstilling i forhold til hverandre, hvor hylsen (10) kan rotere sveiseringen (5) i forhold til rørene (3, 4) under deformering av sveiseringen (5) på en radiell måte slik at sveiseringen (5) er i berøring med rørene (3, 4) for derved å generere tilstrekkelig friksjonsvarme for å skape en friksjonssveis mellom sveiseringen (5) og rørene (3, 4), KARAKTERISERT VED at rørene (3, 4) er brønnrør og at innretningen videre omfatter: - en anordning for å holde det første rør (3) i en i det vesentlige vertikal stilling opphengt i en brønn mens den øvre ende av røret (3) er anbrakt nær brønnens inngang, - en anordning for å heise det andre rør (4) til en i det vesentlige vertikal stilling over det første rør (3) og sveiseringen (5) som er anbrakt på toppen av det første rør (3), hvor heiseanordningen omfatter en dor (1) som kan festes inne i rørene (3, 4) av to klemmer (52, 53), og hvor doren (1) i en av dens ender kan koples til en heisekabel (6) og er i dens motsatte ende forsynt med en tetningskopp (51) som under bruk tetter et ringrom mellom det første rør (3) og doren (1) som reaksjon på aktivering av klemmen (53) som fester doren (1) til det første rør (3), og - tetningsringer (12) som er anordnet mellom den roterbare hylse (10) og de rørformede endedeler (7, 8) for å tilveiebringe et forseglet kammer rundt sveiseringen (5) under friksjonssveiseprosessen.

4. Innretning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at klemmen (34, 34A) av hver rørformet endedel (7, 8) består av flere kiler som er inne i en avsmalnet innerf late av den rørformede endedel (7, 8) hvor hver av kilene med en ende derav vender mot en aktuatorring (35, 35A) som er aksialt bevegelig gjennom den rørformede endedel (7, 8) ved hjelp av en mutter som er skrudd inn på avslutningsenden av endedelen (7, 8), og hver av kilene vender med en annen ende derav mot en ring (33, 33A) med avsmalnede sider, hvor ringen (33, 33A) aktiveres som reaksjon på en bevegelse innover av kilene bevirket ved tiltrek-king av mutteren (32, 32A) til å tette ringrommet mellom rørene (3, 4) og den omsluttende rørformede endedel (7, 8).

5. Innretning ifølge krav 3 eller 4, KARAKTERISERT VED at en midtre del av doren er omsluttet av en splittet sveisestøt-tende hylse (54) som har en litt mindre utvendig diameter enn den innvendige diameter av rørene (3, 4).

6. Innretning ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at doren (1) er forsynt med en oppvarmingsanordning for å holde den splittede sveisestøttende hylse (54) og de omsluttende deler av rørene (3, 4) på en ønsket temperatur under og etter trinnet med rotering av sveiseringen (5).