NO303698B1

NO303698B1 - Inflatable gasket

Info

Publication number: NO303698B1
Application number: NO910983A
Authority: NO
Inventors: Rustom K Mody; Floyd A Halbardier
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1998-08-17
Also published as: EP0447204A2; NO910983L; EP0447204B1; CA2038105A1; DE69126722D1; NO910983D0; ATE155203T1; CA2038105C; EP0447204A3

Abstract

An inflatable packing element (10) for an inflatable packer or bridge plug utilized in subterranean wells comprises a tubular elastomeric sleeve (30) which is surrounded by a plurality of circumferentially overlapping flexible metal ribs (12). The opposite ends of the ribs (12) are respectively welded to an external surface provided on a force transmitting sleeve (14). The sleeve (14) is provided with a shoulder (14a) having an abutting relationship with an internally projecting shoulder (20a) provided on the tubular mounting structure (20) for the inflatable element (10). <IMAGE>

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en oppblåsbar pakning med et oppblåsbart pakningselement for anvendelse i en brønn, hvor pakningselementet omfatter, en rørformet elastomerdel, en langstrakt, omkretsmessig tilstøtende forsterkningsinnretning som trangt omslutter i det minste midtpartiet av den rørformete elastomerdel, minst én kraftoverføringshylse som er utvendig fastgjort til en respektiv ende av forsterkningsinnretningen og som hver danner en utvendig kraftoverfø-ringsskulder, og en respektiv forankringshylse for montering av kraftoverførings-hylsen(e), idet forankringshylsen danner en respektiv innvendig skulder som kan bringes til anlegg mot den respektive kraftoverføringhylses utvendige kraftoverfø-ringsskulder, hvorved de strekkrefter som frembringes av forsterkningsinnretningen ved fluidtrykk-ekspansjon av den rørformete elastomerdel ensrettet overføres til forankringshylsen. The present invention relates to an inflatable gasket with an inflatable gasket element for use in a well, where the gasket element comprises, a tubular elastomer part, an elongated, circumferentially adjacent reinforcement device which narrowly encloses at least the middle part of the tubular elastomer part, at least one power transmission sleeve which is externally attached to a respective end of the reinforcement device and each of which forms an external power transmission shoulder, and a respective anchoring sleeve for mounting the power transmission sleeve(s), the anchoring sleeve forming a respective internal shoulder that can be brought into contact with the respective power transmission sleeve's external power transmission shoulder, whereby the tensile forces produced by the reinforcement device by fluid pressure expansion of the tubular elastomer part are unidirectionally transferred to the anchoring sleeve.

Oppblåsbare pakninger eller broplugger har lenge vært brukt i brønner. Slike oppblåsbare verktøy omfatter vanligvis et elastomerhylseelement som er fastgjort i omsluttende stilling til en rørformet hoveddel. Trykkfluid overføres fra brønnoverflaten til boringen i hoveddelen og videre gjennom radiale åpninger til det indre av elastomerhylsen. For å beskyttes, blir elastomerhylsen vanligvis fullstendig omgitt med en rekke perifert overlappende, elastiske forsterkningsspiler eller -ribber. Forsterkningsribbenes midtpartier er omsluttet og kan forbindes med et ytre, ringformet elastomerpakningselement eller deksel av betydelig veggtykkel-se. Øvre og nedre forankringsanordninger omgriper hver sine ender av elastomerhylsen og forsterkningsribbene, og er tettende fastlåst til en midtre rørdel. En nedre forankringsanordning med en tettende overgangsseksjon som er glidbart og tettende opplagret på ytterveggen av den ytre rørdel, for å beveges under påvirkning av oppblåsingskrefter. En konstruksjon av denne hovedtype er kjent fra US-patentskrift 3 160211. Inflatable packings or bridge plugs have long been used in wells. Such inflatable tools usually comprise an elastomeric sleeve member which is attached in an enveloping position to a tubular main part. Pressurized fluid is transferred from the well surface to the bore in the main part and further through radial openings to the interior of the elastomer sleeve. For protection, the elastomeric sleeve is usually completely surrounded by a series of peripherally overlapping, elastic reinforcement darts or ribs. The middle parts of the reinforcement ribs are enclosed and can be connected with an outer, ring-shaped elastomer sealing element or cover of considerable wall thickness. Upper and lower anchoring devices each engage the ends of the elastomer sleeve and the reinforcing ribs, and are sealingly locked to a central pipe section. A lower anchoring device with a sealing transition section which is slidably and sealingly supported on the outer wall of the outer tube section, to be moved under the action of inflation forces. A construction of this main type is known from US patent 3 160211.

Ved oppblåsbare pakninger av denne type overføres meget store strekkrefter til forsterkningsspilene eller -ribbene mens elastomerhylsen oppblåses. Det er vanlig at endene av ribbene fastspennes til de øvre og nedre forankringsanordninger, men slike spennmekanismer kan svikte, hvis pakningen oppblåses gjentatte ganger for å bringes i anlegg mot ulike deler av brønnrøret eller -ledningen hvori pakningen er innført. In the case of inflatable gaskets of this type, very large tensile forces are transferred to the reinforcing rods or ribs while the elastomer sleeve is inflated. It is common for the ends of the ribs to be clamped to the upper and lower anchoring devices, but such clamping mechanisms can fail, if the packing is inflated repeatedly to bring it into contact with different parts of the well pipe or line in which the packing is inserted.

I den senere tid er det vanlig at endene av de fleksible ribber fastsveises til innerveggen av en forankringshylse, som vist i figur 1. Hvis sveisingen utføres omhyggelig vil endene av de fleksible ribber fastgjøres sikkert til monteringshylsen, men vanskeligheten ved å opprette ensartet gode sveisesømmer i den rela-tivt lange monteringshylsekanal for det oppblåsbare pakningselement i en oppblåsbar pakning, vil være åpenbar for fagkyndige. Hvis én eller flere ribber ikke er tilfredsstillende sveiset, vil disse ribber løsbrytes under påvirkning av de strekkrefter som overføres under oppblåsingen av elastomerhylsen, pakningen eller elementet som er innført i ribbene, og da det derved dannes en svakhetssone i det sylindriske forsterkningsribbebur kan det betydelige fluidtrykk som overføres til den oppblåsbare elastomerhylse, bevirke at en slik ribbe skyves ut av stilling i forhold til de øvrige ribber og derved utgjør en mulig bruddsone i den oppblåsbare elastomerhylse, fordi den vil følge den utadrettete forskyvning av den uforankrete ribbe og danne en tynnvegget boble. In recent times, it is common for the ends of the flexible ribs to be welded to the inner wall of an anchor sleeve, as shown in figure 1. If the welding is carried out carefully, the ends of the flexible ribs will be securely attached to the mounting sleeve, but the difficulty in creating uniformly good weld seams in the relatively long mounting sleeve channel for the inflatable packing element in an inflatable packing will be obvious to those skilled in the art. If one or more ribs are not satisfactorily welded, these ribs will break away under the influence of the tensile forces transferred during the inflation of the elastomer sleeve, gasket or element inserted in the ribs, and as a zone of weakness is thereby formed in the cylindrical reinforcing rib cage, significant fluid pressure can which is transferred to the inflatable elastomer sleeve, cause such a rib to be pushed out of position in relation to the other ribs and thereby constitute a possible fracture zone in the inflatable elastomer sleeve, because it will follow the outward displacement of the unanchored rib and form a thin-walled bubble.

Det er derfor behov for et forankringssystem for det perifert sammenførte bur av fleksible forsterkningsribber, som normalt omslutter den oppblåsbare elastomerhylse i en oppblåsbar pakning eller broplugg, som forbinder endene av ribbene fast og sikkert med monteringshylsene for det ekspanderbare pakningselement. There is therefore a need for an anchoring system for the peripherally joined cage of flexible reinforcing ribs, which normally encloses the inflatable elastomer sleeve in an inflatable gasket or bridge plug, which connects the ends of the ribs firmly and securely to the mounting sleeves for the expandable packing element.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en oppblåsbar pakning av den innled-ningsvis angitte art, ved at hver av de innvendige ringformete skuldre er anordnet i et midtparti i forankringshylsen, hvorved en betydelig lengde av hver av ribbenes ender ekspanderes av den rørformete elastomerdel til friksjonsinngrep med boringene i forankringshylsen, for derved å absorbere en del av strekkreftene. Fordel-aktige utføringsformer av oppfinnelsen er forøvrig angitt i de etterfølgende patent-krav. According to the invention, this is achieved by an inflatable seal of the type indicated at the outset, in that each of the internal annular shoulders is arranged in a central part of the anchoring sleeve, whereby a significant length of each of the ends of the ribs is expanded by the tubular elastomer part for frictional engagement with the bores in the anchoring sleeve, thereby absorbing part of the tensile forces. Advantageous embodiments of the invention are also indicated in the subsequent patent claims.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser en kombinasjon av et perspektivsnitt og et lengdesnitt som illustrerer en kjent metode for fastsveising av forsterkningsribbenes ender til monteringshylsen på en oppblåsbar pakning. Figur 2 viser et vertikalt kvartsnitt av en oppblåsbar paknings monterings-hylseseksjon, hvor forsterkningsribbene er fastgjort ved anvendelse av konstruk-sjonen ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser et snitt i likhet med figur 2, som illustrerer virkningene av oppblåsingstrykk som overføres til elastomerhylsen i monteringskonstruksjonen ifølge figur 2. The invention is described in more detail below in connection with the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a combination of a perspective section and a longitudinal section illustrating a known method for welding the ends of the reinforcing ribs to the mounting sleeve on an inflatable gasket. Figure 2 shows a vertical quarter-section of an inflatable gasket mounting sleeve section, where the reinforcement ribs are attached using the construction according to the invention. Figure 3 shows a section similar to Figure 2, illustrating the effects of inflation pressure transferred to the elastomer sleeve in the mounting structure of Figure 2.

Figur 4 viser et forstørret snitt langs linjen 4-4 i figur 2. Figure 4 shows an enlarged section along line 4-4 in Figure 2.

Det er i figur 1 vist en kjent konstruksjon for fastgjøring av forsterkningsribbene på et oppblåsbart element for en oppblåsbar pakning eller broplugg. Endene av hver ribbe er fastsveiset til innerveggen av en monteringshylse. Etter sveisingen blir en hylse av elastomermateriale (ikke vist) innført i ribbeburet, og enden forankret på vanlig måte. Det bør imidlertid bemerkes at sveisingen må utføres i sideveggen av en trang innerkanal, og det anses vanskelig å opprette ensartete, gode sveisesømmer for hver enkelt av forsterkningsribbene. Figure 1 shows a known construction for attaching the reinforcement ribs to an inflatable element for an inflatable seal or bridge plug. The ends of each rib are welded to the inner wall of a mounting sleeve. After welding, a sleeve of elastomer material (not shown) is inserted into the rib cage, and the end anchored in the usual way. However, it should be noted that the welding must be carried out in the side wall of a narrow inner channel, and it is considered difficult to create uniform, good welding seams for each of the reinforcing ribs.

I figur 2 er det bare vist en øvre forankringsdel av det oppblåsbare element i en oppblåsbar pakning eller broplugg. Alle øvrige deler av den oppblåsbare pakning eller broplugg med innbefatning av ventilanordningen for overføring av oppblåsingstrykk, er av kjente typer. Se eksempelvis US-patentsøknad serienr. 138 197, US-patentskrift 4 708 208 og US-patentskrift 4 805 699. In Figure 2, only an upper anchoring part of the inflatable element in an inflatable seal or bridge plug is shown. All other parts of the inflatable seal or bridge plug, including the valve device for transferring inflation pressure, are of known types. See, for example, US patent application serial no. 138,197, US Patent 4,708,208 and US Patent 4,805,699.

Det oppblåsbare element 10 omfatter et sylindrisk bur av perifert overlappende, fleksible spiler eller ribber 12 av en utforming som fremgår tydeligst av det forstørrete snitt i figur 4. Ribbenes ende 12a er fastsveiset til en kraftoverførende hylse 14 gjennom en sveisesøm W som opprettes etter at ribbene er innført gjennom en monteringshylse 20. Den kraftoverførende hylse 14 har en ytterskulder 14a som samvirker med en innerskulder 20a som er anordnet på monteringshylsen 20, for overføring til monteringshylsen 20 av strekkrefter som utøves mot ribbene 12. The inflatable element 10 comprises a cylindrical cage of peripherally overlapping, flexible splines or ribs 12 of a design which can be seen most clearly from the enlarged section in figure 4. The end 12a of the ribs is welded to a power-transmitting sleeve 14 through a welding seam W which is created after the ribs is introduced through a mounting sleeve 20. The power-transmitting sleeve 14 has an outer shoulder 14a which cooperates with an inner shoulder 20a which is arranged on the mounting sleeve 20, for transmission to the mounting sleeve 20 of tensile forces exerted against the ribs 12.

En oppblåsbar rørdel eller hylse 30 av elastomermateriale er innført i kanalen i ribbeburet 12 og strekker seg gjennom kanalen 14b i kraftoverføringshylsen 14. En rørholder 1a er installert i monteringshylsen 20 som tvinger den oppblåsbare rørdel eller hylse 30 av elastomermateriale utad til inngrep i motsvarende, perifere spor 20c i monteringshylsen 20. En forankringsdel 1 er forsynt med ytter-gjenger 1b for innskruing i den øvre ende av monteringshylsen 20. Gjengene er avtettet med en O-ring 1e. An inflatable tube part or sleeve 30 of elastomer material is inserted into the channel in the rib cage 12 and extends through the channel 14b in the power transmission sleeve 14. A tube holder 1a is installed in the mounting sleeve 20 which forces the inflatable tube part or sleeve 30 of elastomer material outwards into engagement with corresponding, peripheral groove 20c in the mounting sleeve 20. An anchoring part 1 is provided with outer threads 1b for screwing into the upper end of the mounting sleeve 20. The threads are sealed with an O-ring 1e.

Et deksel 35 av elastomermateriale er forbundet med midtpartiet av ribbeburet 12, for på vanlig måte å bringes i tettende anlegg mot kanalinnerveggen av en brønn eller brønnledning. A cover 35 of elastomer material is connected to the middle part of the rib cage 12, in order to be brought into sealing contact against the channel inner wall of a well or well line in the usual way.

Innerveggen av kanaldelen 1 samvirker, slik det er vanlig, med en innerrør-del 2, for å avgrense en ringkanal 1c med radiale åpninger 1d for overføring av The inner wall of the channel part 1 cooperates, as is usual, with an inner tube part 2, to define an annular channel 1c with radial openings 1d for the transfer of

trykkfluid til det indre av elastomerhylsen 30. Overføringen og opprettholdelsen av fluidtrykket på innersiden av elastomerhylsen 30 gjennomføres på kjent måte som fullstendig beskrevet i de ovennevnte patentskrifter, hvorfor ytterligere beskrivelse ansees unødvendig. Når fluidtrykket overføres gjennom fluidkanalen 1c, vil følge-lig det oppblåsbare pakningselement 10 ekspandere og anta en fasong som vist i figur 3. Strekkreftene som på grunn av ekspansjonen utvikles i ribbene 12, over-føres gjennom sveisesømmene W til kraftoverføringshylsen 14, og gjennom den perifere skulder 14a til monteringshylsen 20 og forankringsdelen 1. pressure fluid to the interior of the elastomer sleeve 30. The transfer and maintenance of the fluid pressure on the inner side of the elastomer sleeve 30 is carried out in a known manner as fully described in the above-mentioned patents, which is why further description is deemed unnecessary. When the fluid pressure is transferred through the fluid channel 1c, the inflatable packing element 10 will consequently expand and assume a shape as shown in figure 3. The tensile forces which due to the expansion develop in the ribs 12 are transferred through the welding seams W to the power transfer sleeve 14, and through the peripheral shoulder 14a to the mounting sleeve 20 and the anchoring part 1.

Som tydeligst vist i figur 3, er plasseringen av kraftoverføringshylsen 14 i forhold til lengden av monteringshylsen 20 et viktig trekk ifølge oppfinnelsen. Kraftoverføringshylsen er fortrinnsvis anbragt ovenfor det sentrale eller midtre parti av monteringshylsen 20 slik at en betydelig lengdedel av ribbene 12 befinner seg i friksjonsinngrep med kanalen 20b i monteringshylsen 20. Disse friksjonskrefter økes i betydelig grad av fluidtrykkreftene som skyldes tilføringen av oppblåsingstrykk. As most clearly shown in Figure 3, the location of the power transmission sleeve 14 in relation to the length of the mounting sleeve 20 is an important feature according to the invention. The power transmission sleeve is preferably placed above the central or middle part of the mounting sleeve 20 so that a significant length of the ribs 12 is in frictional engagement with the channel 20b in the mounting sleeve 20. These frictional forces are increased to a significant extent by the fluid pressure forces resulting from the supply of inflation pressure.

Det vil derfor være åpenbart for fagkyndige at en meget stor friksjonskraft kan utvikles, for å motstå de strekkrefter som utøves mot forsterkningsribbene 12 ved oppblåsingen av elastomerhylsen 30. Disse friksjonskrefter vil i stor grad redusere de strekkrefter som utøves mot sveisesømmene W, hvorved det oppnås ytterligere sikkerhet mot løsning av sveisesømmer W. It will therefore be obvious to those skilled in the art that a very large frictional force can be developed in order to resist the tensile forces exerted against the reinforcing ribs 12 during the inflation of the elastomer sleeve 30. These frictional forces will largely reduce the tensile forces exerted against the weld seams W, thereby achieving further safety against loosening of welding seams W.

Selv om bare monteringskonstruksjonen for en ende av det oppblåsbare pakningselement 10 er vist, vil det være innlysende for fagkyndige at elementets annen ende er av identisk konstruksjon. De øvrige ender av forsterkningsribbene 12 er gjennom ytre sveisesømmer W forbundet med en kraftoverføringshylse som er identisk med hylsen 14, bortsett fra at den vil være plassert i vertikalt omvendt stilling. Although only the mounting structure for one end of the inflatable packing element 10 is shown, it will be obvious to those skilled in the art that the other end of the element is of identical construction. The other ends of the reinforcing ribs 12 are connected through outer welding seams W to a power transmission sleeve which is identical to the sleeve 14, except that it will be placed in a vertically inverted position.

Den ovennevnte konstruksjon vil avhjelpe en brysom, konstruksjonsmessig mangel ved oppblåsbare pakninger eller broplugger, ikke bare ved at defekter som skyldes fastsveising av ribber i en innerkanal stort sett elimineres, men også ved at strekkreftene som overføres til sveisesømmene når en forlenget, langsgå-ende kanalsone i monteringshylsen bringes i friksjonskontakt med forsterkningsribbene 12 ekspanderes av oppblåsingstrykk, reduseres i betydelig grad. The above-mentioned construction will remedy a critical structural deficiency in inflatable gaskets or bridge plugs, not only by the fact that defects due to the welding of ribs in an inner channel are largely eliminated, but also by the fact that the tensile forces transmitted to the weld seams reach an extended, longitudinal channel zone in the mounting sleeve is brought into frictional contact with the reinforcing ribs 12 is expanded by inflation pressure, is significantly reduced.

Det vil være åpenbart for fagkyndige at den viste og beskrevne utførelses-form av oppfinnelsen kan endres og modifiseres innenfor rammen av de etterføl-gende krav. It will be obvious to those skilled in the art that the shown and described embodiment of the invention can be changed and modified within the framework of the following claims.

Claims

1. Inflatable packing with an inflatable packing element (10) for use in a well, the packing element comprising: a tubular elastomeric part (30), an elongate, circumferentially adjacent reinforcement device (12) that narrowly encloses at least the central portion of the tubular elastomeric part (30 ), at least one power transmission sleeve (14) which is externally attached to a respective end of the reinforcement device (12) and each of which forms an external power transmission shoulder (14a), and a respective anchoring sleeve (20) for mounting the power transmission sleeve^) ( 14), the anchoring sleeve (20) forming a respective internal shoulder (20a) which can be brought into contact with the respective power transmission sleeve (14) external power transmission shoulder (14a), whereby the tensile forces produced by the reinforcement device (12) by fluid pressure expansion of the tubular elastomer part (30) unidirectionally transferred to the anchoring sleeve (20), characterized in that each of the internal annular shoulders (20a) is arranged in a central part of the anchoring sleeve (20), whereby a significant length of the ends of each of the ribs (12) is expanded by the tubular elastomer part (30) for frictional engagement with the bores in the anchoring sleeve (20) ), thereby absorbing part of the tensile forces.

2. Inflatable package according to claim 1, characterized in that the circumferentially adjacent reinforcement device (12) comprises a number of elongated, circumferentially adjacent, flexible metal ribs (12).

3. Inflatable packing according to claim 1 or 2, characterized in that the power transmission sleeve(s) (14) are externally welded to the respective ends of the metal ribs (12).

4. Inflatable packing according to claim 1, characterized by that the power transmission sleeve(s) (14) comprise the respective end ring (14) which is made of a weldable material and can be inserted into the respective mounting sleeve or another sleeve (20), the respective power transmission shoulder (14a) being made up of the ring (14) ), that the elongated, circumferentially adjacent reinforcement device (12) comprises a number of elongated flexible ribs (12) which are also made of a weldable material, the ribs (12) being arranged in a cylindrical, overlapping row, with each of the ribs' (12) ends welded to the outside of the end ring(s) (14), and that the tubular elastomer part (30) comprises a sleeve of elastomer material inserted into the cylindrical row of ribs (12).

5. Inflatable packing according to claim 3, characterized in that each of the internal annular shoulders (20a) is located in the middle parts of the respective mounting or anchor sleeve (2) and each of the end parts of the ribs (12) is in frictional engagement with a significant part of the internal surface to the respective mounting sleeve or another sleeve (20).