NO306172B1 - Foringsrörhengerenhet for brönn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en foringsrørhengerenhet for brønn, og nærmere

bestemt en slik henger til bruk i petroleumsindustrien, i brønner i tilstander med store temperaturområder, idet hengeren oppviser de trekk som fremgår av innledningen til det etterfølgende patentkrav 1.

En slik enhet fremgår av US 4913469.

Det vises også til US 2689139.

Etterhvert som petroleumsindustrien fortsetter med å danne oljebrønner under stadig vanskeligere forhold, blir de krav som utgis av American Petroleum Institute for sikker styring av trykkene i borehullet som opptrer ved brønnhodet stadig strengere. Dessuten ønsker operatørselskapene utstyr som kan monteres og bringes til tetning så hurtig og pålitelig som mulig, og disse fordringer er vanskelig å tilfredsstille med eksisterende foringsrørhenger. Med tidligere kjente hengere har det ikke blitt oppnådd å danne en ringromtetning med et elastomerisk tetteelement for store temperaturområder, f. eks -17 - +135°C og -45 - +82°C, mens det opphengte foringsrøret holdes, vanligvis pga problemet med den termiske ekspansjon og kontraksjon av tetteelementet, som har en varmeutvidelseskoeffisient som er omtrent ti ganger større enn for stålelementene i hengeren.

For maksimal sikkerhet under slike forhold bør ringromtetningen dannes automatisk så

snart vektbelastningen fra foringsrøret opptas av hengeren, og det bør unngås for stor deformasjon av foringsrørene, hvilket innsnevrer den frie åpning i foringsrøret. Når det utøves trykk i ringrommet bør dessuten den radiale belastning på holdeelementene ikke øke. Situasjonen er ytterligere komplisert ved at the American Petroleum Institute har endret de tillatte ytterdiametertoleranser for foringsrør, slik at det kreves hengere som samvirker med foringsrør i henhold til enhver revisjon av instituttets spesifikasjon nr 5B.

De nevnte problemer løses med en foringsrørhenger i henhold til den foreliggende

oppfinnelse, som kjennetegnes ved de trekk som fremgår av patentkrav 1.

Hengeren forenkler opprettelsen og opprettholdelsen av den toveis tetning i store temperaturområder.

US 4913469 viser ikke noen hjelpemuffe som omgir muffen utenfor kilene. En svingeopplagret arm, som har spor for tetningsringer, har en holdehake som griper inn i muffen. Skuldrene vist i US 4913469 er ikke i aksial avstand fra hverandre før monteringen. Skriftet antyder følgelig ikke noen begrenset komprimering av tetteelementet, bestemt av en slik aksial avstand. Skriftet angir overhodet ingen aktivering av tetteelementet ved aksial bevegelse.

Heller ikke US 2689139 angir en muffeskulder i aksial avstand fra en hjelpemuffeskulder. Skriftet viser ingen midler for å begrense komprimering av tetteelementet, som derfor kan bli skadet dersom foringsrøret har for høy vekt.

Det trekk ved den foreliggende oppfinnelse at skuldrene på henholdsvis muffen og hjelpemuffen er i aksial avstand før hengerenheten er i nedført stilling begrenser graden av komprimering av tetteelementet under monteringen. Avstanden muliggjør at vekten av foringsrøret aktiverer tetteelementet, og at vekten overføres til muffen på grunn av anlegget mellom skuldrene på muffen og hjelpemuffen etter aktivering av tetteelementet, slik at det hindres skade på tetteelementet.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel vist på de vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser i perspektiv og med delene adskilt, delvis i snitt, en foringsrørhenger for en

brønn, i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et aksialt, vertikalt snitt gjennom den monterte foringsrørhenger vist i fig. 1,

idet den venstre halvdel av fig. 2 viser hengeren anbrakt i et foringsrør, men før kilene er festet til foringsrøret, og den høyre halvdel av fig. 2 viser de endelige stillinger til hengerelementene etter at monteringen er fullført.

Som det best fremgår av fig. 1, omfatter en foringsrørhenger 10 i henhold til den foreliggende oppfinnelse en ringformet enhet som omfatter en muffe 12 dannet av to

halvsirkelformede muffeelementer 14,16, fire buesegmentformede kiler 18, 20, 22 og 24, en hjelpemuffe 26 dannet av to halvsirkelformede muffeelementer 28, 30, en elastomerisk tetning 32 dannet av to halvsirkelformede tetteelementer 34, 36, og en øvre pakningsring 38 dannet av to halvsirkelformede ringelementer 40, 42. Det radialt utvidede øvre parti av hjelpemuffeelementene 28, 30 utgjør en nedre pakningsring 44 som samvirker med den øvre pakningsring 38 for å holde tetteringen 32 på plass når

hengeren monteres, slik som vist i fig. 2.

Kilene 18, 20, 22 og 24 har en skruelinjeformet fortanning 46 på innsiden, for å gripe og fastholde foringsrøret 48 (fig. 2), samt en skruelinjeformet fortanning 50 på utsiden som ligger mot den indre, stumpkoniske flaten 52 i muffen, for å begrense den radiale belastning som utøves mot foringsrøret 48 når kilene og foringsrøret senkes til den endelige stilling, vist i den høyre halvdel av fig. 2, for derved å hindre at foringsrøret klemmes sammen eller deformeres slik at innerdiameteren blir mindre enn den diameter som kreves. Hver av kilene 18, 20, 22 og 24 holdes midlertidig på plass mot innsiden av muffen ved hjelp av en skrue 54 (fig. 1, bare to skruer er vist), som rager gjennom et hull 56 i hjelpemuffen, et hull 58 i muffen og inn i en gjenget boring 60 i kilen. Etter at hengerenheten 10 er montert omkring foringsrøret, og før enheten 10 senkes ned i foringsrørhodet 61 (fig. 2), fjernes skruene 54.

Hjelpemuffen 26 og muffen 12 holdes sammen for begrenset innbyrdes aksial bevegelse av fire tapper 62 fordelt i omkretsretningen (bare to tapper er vist), og som befinner seg i radiale boringer 64 i muffen og aksialt langstrakte slisser 66 i hjelpemuffen. Åtte skruer 68 fordelt i omkretsretningen rager aksialt gjennom hull 70 i den øvre pakningsring 38, hull 72 i den ringformede tetning 32 og hull 74 i den nedre pakningsring 44, inn i gjengede boringer 76 i den øvre enden av muffen 12, for å holde disse hengerelementer sammen, slik som vist i den venstre halvdel av fig. 2.

Både den øvre og den nedre pakningsring har indre og ytre, aksialt ragende, ringformede lepper 38a, 38b, 44a, 44b, og disse lepper deformeres under trykk for å begrense ekstrudering av den ringformede, elastomeriske tetning 32. Denne deformasjon er et resultat av det aktiverende trykk i tetningen 32, og eliminerer de forholdsvis store, ringformede ekstruderingsspalter som dannes pga det økede toleranseområde for foringsrøret.

Den ringformede tetningen 32 har en særegen tverrsnittsform som muliggjør termisk

ekspansjon og kontraksjon for å danne tetning mot trykket i ringrommet mellom

foringsrøret 48 og foringsrørhodet 61 (fig. 2). Som det fremgår av fig. 1 omfatter tetningen 32 et indre og ytre omkretsparti 32a, 32b som bindes sammen av et midtre stegparti 32c med mindre aksial dimensjon enn ved endepartiene, slik at de konkave, øvre og nedre flater 32d, 32e til stegpartiet 32c er i aksial avstand fra de plane endeflatene 38c, 44c til den øvre og nedre pakningsring. Tetningen 32 har også indre og

ytre sylinderflater 32f, 32g som ender i avfasede kanter 32h, 32j. Når vekten til foringsrøret 48 (fig. 2) overføres til hengeren 10, bevirker den aksial bevegelse av den øvre pakningsring 38 mot den nedre pakningsring 44. Når denne bevegelse inntreffer, deformeres tetningen 32 ved aksial kompresjon, til den tverrsnittsform som er vist i den venstre halvdel av fig. 2, og når denne bevegelse har kommet til en forutbestemt grense, vil den resulterende, indre spenning i elastomeren på de ringformede tettesteder opprettholde en trykktett fluidtetning i begge retninger, i hele det temperaturområde som tetningen 32 utsettes for.

Når foringsrørhengeren 10 monteres, er kilene 18, 20, 22 og 24 i øvre stillinger i muffen 12, slik som vist i den venstre halvdel av fig. 2, slik at de hindres i å utøve noe radialt kontakttrykk mot foringsrøret 48. Hengeren 10 forskyves nedover langs foringsrøret 48 inntil hjelpemuffen 26 kommer til anlegg mot en indre, ringformet skulder 80 i foringsrør-hodet 61. Foringsrøret 48, som på dette tidspunkt fremdeles understøttes av heiseinnretningen på boreriggen (ikke vist), heves slik at det oppnås den ønskede hengerbelastning, og den stumpkoniske flaten 52 i muffen 12 bidrar til bevegelse oppover av foringsrøret 48 i forhold til hengeren 10.

Når foringsrøret beveges nedover, oppfanges det av den fortannede flaten 46 på kilene og fører disse nedover langs muffeflaten 52, slik at anleggskraften til kilene mot foringsrøret øker og belastningen overføres til muffen 12 via kilene. Når dette inntreffer, beveges muffen 12 nedover inntil dens ytre, ringformede skulder 82 kommer i kontakt med og blir liggende mot den indre, ringformede skulderen 84 i hjelpemuffen 26, for derved å overføre all belastning fra foringsrøret direkte til foringsrørhodet 61 via kilene, muffen og hjelpemuffen (venstre halvdel av fig. 2).

Før skulderen 82 på muffen kommer i kontakt med skulderen 84 i hjelpemuffen overføres belastningen fra foringsrøret fra muffen til den øvre pakningsring 38 av skruene 68. Denne belastning overføres fra den øvre pakningsring til tetningen 32, og bevirker en kompresjonskraft mot tetningen som aktiverer elastomeren og bevirker den toveis fluidbarrieren mellom foringsrøret 48 og foringsrørhodet 61. Det vil forstås at graden av komprimering av tetningen bestemmes av den grad av bevegelse av muffen som kreves for at dens skulder 82 kommer i kontakt med skulderen 84 i hjelpemuffen.

I noen situasjoner kan belastningen fra foringsrøret været mindre enn den som kreves for at skulderen 82 på muffen kommer til anlegg mot skulderen 84 i hjelpemuffen, slik det kan inntreffe i grunne brønner eller brønner med lavt trykk, der foringsrørstrengen er forholdsvis kort og har lav vekt. Under slike omstendigheter kan den nødvendige komprimering av tetningen 32 oppnås ved å øke dreiemomentet på skruene 68 eller ved å tvinge den øvre pakningsring 38 nedover med tilspissede skruer 90, på kjent måte.

Selv om det her er vist og beskrevet en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, vil det forstås at modifikasjoner og variasjoner kan gjøres innen rammen av oppfinnelsen.

Claims (7)

1. Foringsrørhengerenhet (10) for brønn, for å holde et foringsrør (48) i et brønnhode eller et annet omgivende brønnelement og å danne og opprettholde toveis fluidtetning mellom foringsrøret og brønnelementet innen et stort temperaturområde, idet hengerenheten omfatter

flere bueformede kiler (18, 20, 22, 24), en ringformet muffe (12) med en stumpkonisk indre flate (52) som kilene ligger mot, og et ringformet, elastomerisk tetteelement (32) mellom en øvre og nedre pakningsring (38, 44),karakterisert vedat en hjelpemuffe (26) omgir muffen (12), idet disse elementene samvirker for å overføre en første andel av foringsrørets vektbelastning til tetteelementet (32) for aksial komprimering og aktivering av tetteelementet når hengerenheten (10) er montert i sin endelige stilling mellom foringsrøret (48) og det omgivende brønnelement, for deretter å overføre resten av vektbelastningen fra foringsrøret (48) direkte via kilene (18, 20, 22, 24), muffen (12) og hjelpemuffen (26) til det omgivende brønnelement, idet muffen (12) har en ytre, ringformet skulder (82) og hjelpemuffen (26) har en indre ringformet skulder (84), i aksial avstand fra skulderen (82) på muffen (12) før hengerenheten er i nedført stilling, idet skulderen (82) på muffen (12) og skulderen (84) på hjelpemuffen (26) danner samvirkede anlegg for å posisjonere muffen (12) aksialt på hjelpemuffen (26) når hengerenheten (10) er i nedført stilling.

2. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat skuldrene (82, 84) er i en forut bestemt aksial avstand før vektbelastningen fra foringsrøret (48) påvirker kilene (18, 20, 22, 24), og at muffen (12) kan beveges nedover under påvirkning av belastningen fra foringsrøret (48) inntil skulderen (82) på muffen (12) kommer til anlegg mot skulderen (84) i hjelpemuffen (26).

3. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat den øvre og nedre pakningsringen (38, 44) har indre og ytre, ringformede lepper (38a, 38b; 44a, 44b) som rager aksialt fra ringene, for å begrense ekstrudering av tetteelementet (32) fra rommet mellom pakningsringene (38, 44).

4. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat tetteelementet (32) har et indre og ytre omkretsparti (32a, 32b) som bindes sammen av et midtre stegparti (32c) med mindre aksial dimensjon enn det indre og ytre omkretspartiet, og at stegpartiet har konkave, øvre og nedre radiale flater (32d, 32e).

5. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat tetteelementet (32) har en indre og ytre sylindrisk flate (32f, 32g) med øvre og nedre avfasede kanter (32h, 32j).

6. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat hjelpemuffen (26) og den nedre pakningsringen (44) er sammenhengende.

7. Hengerenhet som angitt i krav 1,karakterisert vedat den omfatter flere skruer (68) fordelt i omkretsretningen, ragende aksialt gjennom den øvre pakningsringen (38), tetteelementet (32) og den nedre pakningsringen (44) og innskrudd i muffen (12), for å holde pakningsringene (38, 44) og tetteelementet (32) i korrekt stilling på muffen (12), mens de bidrar til bevegelse av den øvre pakningsringen (38) mot den nedre pakningsringen (44) for å komprimere og deformere tetteelementet (32) når muffen (12) beveges aksialt bort fra den nedre pakningsringen (44) som et resultat av overføring av vektbelastning fra foringsrøret til kilene (18, 20, 22, 24).