NO304901B1 - Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement for forankring av et verkt°y inne i et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved et tilbaketrekkbart kileelement for forankring av et verktøy inne i et borehull, innbefattende en spindel med en påmontert, aksialt bevegelig hylse, som er utformet med et sett, i omkretsretningen fordelte utsparinger, som hver er utformet til å ta imot et kileelement med en gripeflate og en skrånende flate for selektivt tilbaketrekkbart anliggende inngrep med inner-flaten av et foringsrør for å holde verktøyet stasjonært med hensyn til fSringsrøret, samt et aksialt bevegelig settekileelement som i radial-/tverretningen befinner seg mellom spindelen og hylsen, og som har en skrånende flate som er innrettet til å komme til anlegg mot hvert kileelements skrånende flate, for å forflytte respektive kileelement radialt utover etter hvert som nevnte settekileelement beveger seg aksialt.

Ekspansjonspakninger og setteverktøy benyttes i stor utstrek-ning i forbindelse med boringsarbeider, for å isolere spesi-elle segmenter av foringsrøret eller for å danne en forankring for andre verktøy. I slike anordninger inngår vanligvis ett eller flere sett av holdekiler som kan bringes i anlegg mot foringsrøret og "gripe" dette, for opprettelse av en fast forbindelse. Ekspansjonspakninger omfatter normalt minst ett pakningselement som skal avtette f6ringsrøret og forebygge fluidgjennomstrømning over eller under ekspansjonspakningen. Det overføres en enorm kraft, enten hydraulisk eller meka-nisk, til verktøyet for at holdekilene og pakningselementene skal spennes tilstrekkelig. Under forsøk på å oppheve denne spennkraft, for å løsne utstyret, hender det ofte at fcrings-rørveggen eller selve verktøyet beskadiges.

Hittil kjente holdekileenheter er oftest utstyrt med en rekke holdekileelementer som er perifert fordelt på verktøyets yt-terflate. Kileelementene har utvendige tagger for inngrep med foringsrørveggen. Kileelementene tvinges utad mot rørveggen ved hjelp av et settekileelement som er bevegelig i langsgående retning og plassert under holdekileenheten. Samvirkende skråflater på konusen og på innersiden av kileelementene fører holdekilene gradvis mot foringsrørveggen. For å forhindre at kilene beveges i side- og lengderetning, er hvert element anbragt i en utsparing, et såkalt kilevindu, som er utformet i en ytterhylse. Utsparingen (kilevinduet) og kile-kantene innbefatter rektangulære flatepartier som sikrer at elementene beveges radialt utad. På grunn av den firkantede kontaktflate mellom utsparingen (kilevinduet) og kileelementet vil det kreves en kraft av uakseptabel størrelse under forsøk på å trekke kilene tilbake. I mange ekspansjonspakninger og setteverktøy anvendes derfor normalt bare ett sett holdekiler, under pakningselementene, for innledende forankring av verktøyet.

For å avhjelpe ulempene ved de hittil kjente tilbaketrekkbare kileelementer for forankring av verktøy inne i et borehull og av den art som er angitt innledningsvis, svarende til ingres-sen av patentkrav 1, er det ifølge oppfinnelsen frembragt en anordning for tilbaketrekking av kileelementene med et minimum av kraft og uten at verktøyet eller féringsrøret beskadiges.

Anordningen ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedat hver utsparing i hylsen har forskjellig lengdedimensjon som hver er større enn respektive kileelements motsvarende lengdedimensjon, og at hylsen har en skrånende endeflate utformet til å komme i kontakt med en motsvarende avfaset endeflate på den tilgrensende ende av hvert kileelement, idet avstanden mellom kileelementets endeflater og hylsens endeflater er forskjellig i kileelementenes ytterste, opprettede inngrepsstillin-ger, slik at hylsen ved sin forflytting mot kileelementet hvorved de komplementært skrånende endeflater kommer i kontakt med hverandre, påfører hvert kileelement en forskyvningskraft som oppviser en radialt innadrettet komponent.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen er det anbrakt et par holdekileenheter i tilknytning til pakningselementer. Den ene holdekileenhet er anbrakt nedenfor en pakning og den annen ovenfor pakningselementene. Når verktøyet plasseres, vil de nedre holdekiler spennes først. De øvre kiler er innrettet for å tilbaketrekkes før de nedre kiler under løsgjøringen, for å redusere størrelsen av den nødvendige kraft for frigjø-ring av verktøyet. Når kileelementene skal tilbaketrekkes, hales ytterhylsen i den øvre holdekileenhet oppad hvorved underkanten av utsparingen (kilevinduet) legges an mot elemen-tets underkant slik at holdekilen beveges langs skråflater på et settekileelement. Vinduskanten og kilekanten har identiske hellingsvinkler i motsvarighet til kiletennenes hellingsvinkel og settekileelementets hellingsvinkel. På grunn av de identiske, ikke-rette vinkler vil kraften som kreves for å forskyve kilene uten å forårsake skader, reduseres betydelig. Fordi det kreves mindre kraft når holdekilene skal forskyves og tilbaketrekkes, kan det anordnes to holdekileenheter på hver side av ekspansjonspakningen.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor like deler er betegnet med samme henvisningstall og hvori:

Figur 1 viser et aksialsnitt av et verktøy med en holdekileenhet ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser et snitt, langs linjen 2-2 i figur 1, av én av holdekileenhetene. Figur 3 viser et snitt, langs linjen 3-3 i figur 1, av den annen holdekileenhet i uspent stilling. Figur 3A viser et snitt av holdekileenheten ifølge figur 3, i spent stilling. Figur 4 viser et forstørret snitt av holdekileenheten ifølge oppfinnelsen. Figur 5 viser et snitt, langs linjen 5-5 i figur 1, av et første holdekileelement i fullstendig spent stilling, innen holdekileenheten tilbaketrekkes. Figur 5A viser et snitt av det første holdekileelement idet tilbaketrekkingen begynner. Figur 5B viser et snitt av det første holdekileelement under fortsatt tilbaketrekking. Figur 6 viser et snitt, langs linjen 6-6 i figur1, av et andre kileelement i holdekileenheten, i fullstendig spent stilling innen tilbaketrekkingen. Figur 6A viser et snitt av det andre kileelement idet tilbaketrekkingen begynner. Figur 6B viser et snitt av det andre holdekileelement under fortsatt tilbaketrekking.

Det er i figur 1 vist et verktøy 10 med en holdekileenhet i-følge oppfinnelsen, som skal nedføres og plasseres i et brønnforingsrør 12. Selv om det er vist et spesielt verktøy, er det underforstått at foreliggende oppfinnelse kan komme til anvendelse ved enhver type av verktøy som er konstruert for å plasseres i et borehull. Slike anordninger innbefatter vanligvis én eller flere holdekileenheter for forankring av verktøyet og en pakningsenhet som plasseres i tettende anlegg mot foringsrørveggen 12, for avtetting eller isolering av en f6ringsrørksjon. Slike verktøy 10 er imidlertid oftest utstyrt med en innerdor 14 med én eller flere langsgående og gjennomgående kanaler 16 for overføring av borefluider o.l. Verktøyet 10 kan på denne måte avtette en seksjon av férings-røret 12 og samtidig opprettholde den kontrollerte fluidgjen-nomstrømning.

I en foretrukket versjon ifølge oppfinnelsen, som er vist i

figur 1, omfatter verktøyet 10 en nedre holdekileenhet 18, en pakningsenhet 20 og en øvre holdekileenhet 22 som samtlige er montert konsentrisk om verktøyets 10 innerdor 14. Pakningsenheten 20 befinner seg mellom den øvre og den nedre holdekileenhet 18 og 22 og innbefatter minst ett pakningselement 23 av elastomermateriale, som vil avtette mot f6ringsrøveggen 12

straks verktøyet 10 er plassert. Den faktiske utforming av pakningsenheten 20 kan variere etter kundens spesifikasjoner, og er nærmere beskrevet i det etterfølgende.

Den nedre holdekileenhet 18 som er vist i figur 1 og 2, kan

betraktes som en konvensjonell kileenhet for plassering i anlegg mot f6ringsrørveggen 12. I praksis vil den nedre holdekileenhet 18 generelt kreve mindre kraft for å løsgjøres etter opptrekking av den øvre holdekileenhet 22 og pakningsenheten 20, som beskrevet i det etterfølgende. Den nedre holdekileenhet 18 ifølge oppfinnelsen omfatter i hovedsak et settekileelement 24, et antall kileelementer 26 og en ytterhylse 28 med et tilsvarende antall utsparinger 30 for opptakelse av de enkelte kileelementer 26. Settekileelementet 24 har en

skråflate 32 som bringes i kontakt med en undersideflate 34 med motsvarende helling på kileelementene 26, for at disse skal skyves radialt utad til anlegg mot foringsrørveggen 12. Settekileelementet 24 er i begynnelsen forbundet med ytterhylsen 28 gjennom en rekke bruddskruer 36 slik at hylsen 28 og konusen 24 vil nedføres sammen i borehullet. Settekileelementet 24 og hylsen 28 er dessuten glidbart forbundet med hverandre med torsjonsskruer 38 som opptas i langsgående slisser 40, og som forhindrer at enhetens komponenter adskil-les under monteringen, mens begrenset, innbyrdes bevegelse i langsgående retning samtidig er muliggjort.

Kileelementene 26 i den nedre holdekileenhet18er stort sett firkantformet, og både forkanten 42 og underkanten 44 av elementene 26 befinner seg i samvirkende inngrep med utsparinge-ne/kilevinduene 30 av stort sett rektangulær tverrsnittsform. Kileelementene 26 vil derved styres utad gjennom vinduene 30 når settekileelementet 24 forflyttes under elementene 26, til kiletennene 46 tvinges mot f6ringsrørveggen 12. Mens settekileelementet 24 beveges i forhold til ytterhylsen 28 og kileelementene 26, vil de samvirkende skråflater 32 og 34 føre kileelementene 26 utad. Når kileelementene 26 skal tilbaketrekkes, trekkes settekileelementet 24 tilbake i langsgående retning og bringer derved kanten av utsparingen 30 i anlegg mot kileelementet 26 som derved beveges nedad langs skråflaten 32 på settekileelementet 24 under dennes bevegelse i langsgående retning fra stillingen under kileelementene 26. Fordi den nedre holdekileenhet 18 løsgjøres sist, vil tilbaketrekkingen kreve betydelig mindre kraft enn det som er nød-vendig for å løsne de øvre kiler 22. Kraften som behøves for tilbaketrekking av de nedre kileelementer 26, må dessuten bare overvinne friksjonskraften mellom settekileelementet 24 og de enkelte kileelementer 26. Mange hittil kjente verktøy er av denne grunn utstyrt med nedre kiler som kan tilbaketrekkes .

Figur 3-6 viser flere snitt av den øvre holdekileenhet 22 som er av en unik konstruksjon som vil lette løsgjøringen av enheten 22 med et minimum av kraft. I likhet med den nedre holdekileenhet 18 består den øvre enhet 22 i hovedsak av et settekileelement 50, et antall kileelementer 52 og en ytterhylse 54 med et tilsvarende antall utsparinger 56 for opptakelse av de enkelte kileelementer 52. Den øvre holdekileenhet 22 omfatter dessuten en rekke skruer 58 som er innrettet for å knekkes ved en forutbestemt kraft, og en torsjonsskrue 60 som er glidbart innført i en sliss 62, for å forhindre ad-skilling av enkeltkomponentene. Yttersiden av kileelementene 52 er forsynt med kiletenner 64 som vil bringes i fast inngrep med foringsrørveggen 12.

Kileelementene 52 har en skrånende flate 66 som, i samvirke med skråflaten 68 på settekileelementet 50, gradvis skyver kileelementene 52 radialt utad til anlegg mot foringsrøret 12. Kileelementene 52 har også en endeflate 70 som er anordnet i en forutbestemt vinkel a. En første endeflate 72 som avgrenser utsparingen 56, skråner likeledes i en vinkel a for opprettelse av gjensidig tilpasset kontakt mellom den første endeflate 72 og kileelementenes 52 endeflate 70. Vinkelen a for endeflaten 70og endeflaten 72 som avgrenser utsparingen 56 er praktisk talt lik hellingsvinkelen for skråflaten 68 og den motsvarende skråflate 66 av kileelementene 52. Kiletennene 64 er også tilsvarende utformet med den identiske vinkel a. Derved er både kiletennene 64, endeflaten 70, endeflaten 72 av utsparingen 56, skråflaten 66 av kileelementet 52 og skråflaten 68 på settekileelementet 50 formet i den identiske vinkel a som tydeligst vist i figur 4. Som følge av at alle disse komponenter er formet i en identisk vinkel ot, vil kraften som kreves for tilbaketrekking av kileelementene 52, uten at foringsrørveggen 12 eller verktøyet 10 påføres alvorlig skade, reduseres betydelig. Ved en utfø-relsesform av oppfinnelsen må vinkelen a ligge mellom 10' og 45', og det foretrekkes en størrelse av ca. 25°.

Virkemåten ifølge oppfinnelsen muliggjør konvensjonell fast-spenning av verktøyet 10 i f6ringsrøret 12 ved mekaniske eller hydrauliske midler, og løsgjøring av verktøyet 10 for tilbakehenting fra foringsrøret 12 uten at f6ringsrøret 12 eller verktøyet beskadiges. Når verktøyet 10 er nedført til ønsket dybde i foringsrøret 12, overføres kraft gjennom den øvre holdekileenhet 22 og pakningsenheten 20, for å forskyve settekileelementet 24 i forhold til ytterhylsen 28. Ved til-føring av hydraulisk trykk gjennom innerdoren 14 og gjennom åpningen 15, vil det nedre settekileelement 24 og spenndoren17 forskyves i motsatte lengderetninger fra åpningene 15. Gjennom pakningsenheten 20 vil spenndoren 17 skyve det øvre settekileelement 50 oppad. Idet den overførte kraft når en forutbestemt størrelse vil skruene 36 knekkes slik at settekileelementet 24 kan beveges fritt under hylsen 28. Når settekileelementet 24 beveges i forhold til hylsen 28 og kileelementene 26, vil skråflaten 32 på settekileelementet 24 samvirke med skråflaten 34 på kileelementene 26 hvorved disse tvinges utad gjennom utsparingen 30 til anlegg mot f6ringsrø-ret12.Settekileelementet 24 forskyves i forhold til hylsen 28 og kileelementene 26 til kiletennene befinner seg i fullstendig inngrep med foringsrørveggen12.

Når det nedre settekileelement 24 og spenndoren 17 atskilles, vil en låsemuttermontasje 82, fig. 3 og 3A, skralle sammen og forebygge utilsiktet fråkopling av spennmekanismene.

Omtrent samtidig som den nedre holdekileenhet 18 begynner å spennes, vil fortsatt trykktilførsel bevirke at skruene 58 knekkes, slik at det øvre settekileelement 50 kan beveges i forhold til ytterhylsen 54. Idet det øvre settekileelement 50 beveges i langsgående retning oppad, vil bakkanten 84 av utsparingene 56 skyve kileelementene 52 (figur 3) langs skråflaten 68 på settekileelementet 50 og derved tvinge kileelementene 52 radialt utad til anlegg mot foringsrøret 12 (figur 3A). Under kraftpåvirkningen vil kiletennene 64 trenge inn i foringsrørveggen 12. Settekileelementet 50 fortsetter sin be vegelse i forhold til ytterhylsen 54, til den stoppes ved at kilene bringes i fullstendig anlegg mot f6ringsrørveggen 12. På dette tidspunkt er verktøyet 10 helt fastspent, og produk-sjonsprosessene kan fortsettes.

Når begge holdekileenhetene er fastspent, er det øvre settekileelement 50 forhindret i ytterligere bevegelse, og spenndoren 17 vil skyves mot pakningsenheten 20 og sammenpresse de enkelte pakningselementer 23 til tettende anlegg mot forings-rørveggen 12.

Det fremgår av figur 5 og 6, at når det er nødvendig å tilba-kehente verktøyet 10, blir ytterhylsen 54 benyttet for å

trekke kileelementene 52 tilbake fra foringsrørveggen 12. For å minske kraften som behøves for tilbaketrekking av holdekileenheten 22, har imidlertid utsparingene 56 i den øvre holdekileenhet 22 forskjellige lengder, og sikrer derved at bare ett kileelement 52 vil påvirkes om gangen. To eksempler på dette prinsipp er vist i rekkefølge i figurene 5 og 6. Den viste utsparingen 56 i figur 5 er lengre enn utsparingen 56 ifølge figur 6. Da alle utsparinger 56 er anordnet i den øvre hylse 54, vil samtlige beveges like langt med samme hastig-het. Men da endeflaten 72 som avgrenser utsparingene 56 vil bringes i kontakt med kileelementene 52 i ulike posisjoner, vil bare ett kileelement kunne påvirkes om gangen.

Da kileelementene 52 og settekileelementet 50 i den øvre holdekileenhet 22 forblir i ro, blir ytterhylsen 54 trukket tilbake oppad. Når endeflaten 72 for en spesiell utsparing 56 berører endeflaten 70 på det motsvarende kileelement 52, blir dette skjøvet nedad langs skråflaten 68 på settekileelementet. Med det første kileelement 52 forskjøvet fra féringsrør-veggen 12 (figur 6A) vil hylsen 54, under sin fortsatte bevegelse, bringe endeflaten 72 av den nest korteste utsparing 56 i anlegg mot endeflaten 70 på det motsvarende kileelement 52 og skyve kilen 52 bort fra foringsrørveggen 12. Denne pro-sessen fortsetter, til samtlige kileelementer 52 er forskjø- vet, hvert for seg, fra foringsrørveggen 12. Ved fortsatt tilbaketrekking av hylsen 54 blir det første kileelement 52 trukket helt tilbake fra foringsrører (figur 6B) mens én eller flere av de øvrige kiler 52 fremdeles befinner seg i kontakt med foringsrøret (figur 5B). Ved å variere lengden av utsparingene 56 kan følgelig den nødvendige kraft for tilbaketrekking av kileelementene 52 kontrolleres og reduseres. Den nødvendige kraften blir egentlig fordelt på samtlige kileelementer 52 i den øvre holdekileenhet 22.

Når den øvre holdekileenhet 22 løsner, vil pakningsenheten 20 løsgjøres og fjerne pakningselementene 23 fra foringsrørveg-gen. Med størstedelen av trykket avlastet, vil fortsatt tilbaketrekking medføre at settekileelementet 24 i den nedre holdekileenhet 18 trekkes tilbake og derved frigjør kileelementene 26 fra kontakten med foringsrøret 12. Verktøyet 10 kan deretter tilbakehentes fra brønnforingsrøret, helt intakt og med minimal deformering av foringsrørveggen 12.

Claims (8)

1. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement for forankring av et verktøy (10) inne i et borehull, innbefattende en spindel (14) med en påmontert, aksialt bevegelig hylse (54), som er utformet med et sett, i omkretsretningen fordelte utsparinger (56), som hver er utformet til å ta imot et kileelement (52) med en gripeflate (64) og en skrånende flate (66) for selektivt tilbaketrekkbart anliggende inngrep med inner-flaten av et fdringsrør (12) for å holde verktøyet (10) stasjonært med hensyn til foringsrøret (12), samt et aksialt bevegelig settekileelement (50) som i radial-/tverrretningen befinner seg mellom spindelen (14) og hylsen (54), og som har en skrånende flate (68) som er innrettet til å komme til anlegg mot hvert kileelements (52) skrånende flate (66), for å forflytte respektive kileelement (52) radialt utover etter hvert som nevnte settekileelement (50) beveger seg aksialt,karakterisert vedat hver utsparing (56) i hylsen (54) har forskjellig lengdedimensjon som hver er stør-re enn respektive kileelements (52) motsvarende lengdedimensjon, og at hylsen (54) har en skrånende endeflate (72) utformet til å komme i kontakt med en motsvarende avfaset endeflate (70) på den tilgrensende ende av hvert kileelement (52), idet avstanden mellom kileelementets (52) endeflater (70) og hylsens (54) endeflater (72) er forskjellig i kileelementenes (52) ytterste, fullt opprettede inngrepstillin-ger, slik at hylsen (54) ved sin forflytting mot kileelementet (52) hvorved de komplementært skrånende endeflater (70, 72) kommer i kontakt med hverandre, påfører hvert kileelement (52) en forskyvningskraft som oppviser en radialt innadrettet komponent.

2. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge krav 1,karakterisert vedat hylsens skrånende flate (68) har en skråningsvinkel (a) i forhold til lengdeaksen som er i det vesentlige lik den vinkel som hylsens endeflate (72) og endeflaten (70) av kilen danner med et radialt plan.

3. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat hvert kileelement har en rekke tenner i sin flate som samvirker med fdringsrøret, hvor tennene har sagtanntverrsnitt, og hvor den ene flate (64) av hver tann skråner under den samme vinkel (a) i forhold til et radialt plan som endeflatene av kile-vindusåpningen (72) og av kileelementet (70).

4. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge krav 3,karakterisert vedat vinkelen befinner seg innenfor området 10-45°.

5. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge krav 4,karakterisert vedat vinkelen er ca. 25°.

6. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge et hvil-ket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat verktøyet innbefatter et pakningsaggre-gat (23) som omslutter spindelen (14) og som i lengderetnin-gen befinner seg i avstand fra kileelementsettet.

7. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge krav 6,karakterisert vedat verktøyet innbefatter en annen hylse (28) og et sett kileelementer (26) montert på spindelen på den side av pakningsaggregatet som ligger borte fra den første hylse (54) og dens kileelementsett (52).

8. Anordning ved tilbaketrekkbart kileelement ifølge kirav 7,karakterisert vedat endeflatene (30) av ki-levindusåpningene i den annen hylse (28) og endeflatene (42, 44) av de andre kileelementer (26) ligger i radiale plan.