NO310250B1 - Anordning til fjernutlösning av plugger i et nedhullssementpluggsystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for fjernutløsning av plugger for sementering av foringsrør/forlengingsrør i olje- og dampbrønner.

Ved sementering av foringsrør/forlengingsrør til havs, hvor brønnen bores f.eks. med flytende borefartøyer, fires foringsrørene/forlengingsrørene ned med borestrengen, med de er og opphengt i brønnhodet. I forlengelsen av installasjonsverktøyet er det vanligvis montert et sett med separasjonsplugger som frigjøres under sementering ved hjelp av mindre borestrengplugger, montert i et sementeirngshode, og som frigjøres før og etter at betongen pumpes.

Systemer av denne type er for eksempel kjent fra norsk patent 130 328, US patent 4.809.776, EP patent 167 285 og fransk patent 2.663.678.

I norsk patent 130328 er det således beskrevet en fjernutløser for et sementpluggsystem som består av et installasjonverktøy og plugger (topp- og bunnplugg). Pluggene er festet ved hjelp av skjærpinner. Når en kule slippes ned og legges an mot et sete i bunnpluggen vil trykkøkningen medføre at skjærpinnen avrives og pluggen fortsetter videre ned i borehullet. På samme måte blir toppluggen utløst. De andre angitte patenter viser tilsvarende løsninger.

Separasjons- eller sementeringspluggene er normalt festet til hverandre og til installasjonsverktøyet, enten ved hjelp av skjærskruer eller låseklakker eller en kombinasjon av slike låseanordninger. Det finnes i dag på markedet også sementeringsplugger med tvangsstyrte utløsermekanismer. Disse blir dessuten ventilert for å hindre at de skal frigjøres før borestrengpluggen lander. De er imidlertid ofte temmelig kompliserte og må fremstilles av sterke aluminiumslegeringer, noe som forårsaker problemer under boring, spesielt hvis det er ønskelig å bruke et polykrystallinsk diamantbor av den kompakte type. Dagens sementeringsplugger er ikke i stand til å motstå et innbefattet kulesete for innføring av trykk for å pådra f.eks. hydrauliske forankringsmekanismer. På grunn av deres kompleksitet blir de heller ikke benyttet til sementering på tradisjonell måte, hvor toppen av foringsrøret er plassert ved boredekket. I denne type operasjoner installeres sementeringsplugger fremstilt av plastmateriale i sementeringshoder som er spesielt utført for formålet. Disse sementeringshoder utgjør ikke bare en betydelig investering, men også et lagrings- og vektproblem, især på offshore-plattformer.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å dekke alle betingelser ved sementering av foringsrør/forlengingsrør, innbefattet verktøyforlengelser med ett og samme pluggsett og dermed oppnå en vesentlig rasjonalisering på alle områder. Denne hensikt oppnås ved en innretning som angitt i innledningen til krav 1, som ifølge oppfinnelsen er utformet med de trekk som fremgår av den kjennetegnende del av krav 1.

En alternativ utførelse av oppfinnelsen for sementering av

foringsrør/forlengingsrør i olje- og dampbrønner er angitt i krav 2

Fordelaktige ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i kravene 3-5.

En utførelse av oppfinnelsen er forklart mer detaljert i det følgende, med henvisning til den ledsagende tegning, hvor: fig. 1 viser en skjematisk illustrasjon av separasjonspluggene montert på forlengelsen av installasjonsverktøyet som holder foringsrøret/forlengingsrøret på borestrengen med borerørpluggene montert i sementeringshodet,

fig. 2 et sideriss/aksialsnitt av separasjonspluggene montert på forlengelsen av installasjonsverktøyet, og hvor den første borestreng har landet på denne,

fig. 3 et sideriss/aksialsnitt av bunnseparasjonspluggen på vei nedover i foringsrøret/forlengingsrøret med ventilen lukket og sement bak, samtidig som den annen borestrengplugg har landet i forlengelsen av kjøreverktøyet,

fig. 4 et sideriss/aksialsnitt som illustrerer at bunnseparasjonspluggen har landet i setet ved bunnen av foringsrøret/forlengingsrøret, mens toppseparasjonspluggen er frigjort og på vei nedover med sement foran og boreslam bak, og fig. 5 et sideriss/aksialsnitt av en alternativ utførelse i henhold til oppfinnelsen.

En første utførelse av oppfinnelsen skal nå diskuteres mer detaljert med henvisning til fig. 1-4. Det skal bemerkes at fig. 2, 3 og 5 viser anordningen iht. oppfinnelsen i en verktøyforlengelse hvor installasjonsverktøyet bare er angitt symbolsk.

På fig. 1 er et nedhullseparasjonspluggsystem vist skjematisk. Brønnen 1 strekker seg nedover fra havbunnen 2 med vann 3 over den. Ved overflaten 4 er boredekket 5 vist med sementeringshodet 6 med innløpsmanifold 7 for boreslam og sement. I sementeringshodet 6 er montert den første borestreng 8 som holdes på plass av en utløsermekanisme 9, mens den annen borestreng 10 holdes på plass av en utløsermekanisme 11. Sementeringshodet 6 er også utstyrt med en kule-utløsermekanisme 12 for aktivering av f.eks. hydrauliske forankringsmekanismer.

Borestrengen 13 forbinder sementeirngshodet 6 med installasjonsverktøyet 14 som er montert på opphengingsmekanismen 15 for foringsrøret/forlengingsrøret 16. Opphengingsmekanismen 15 lander i opphengingsmekanismen 18 til det ytre foringsrør/forlengingsrør 17. Det ytre foringsrør/forlengingsrør 17 har tidligere blitt sementert til brønnen 1 med sement 19.

Installasjonsverktøyet 14 har en verktøyforlengelse 20 med en rekke separasjons-eller sementeringsplugger, av hvilke bunnpluggen 21 og toppluggen 22 er vist. Henvisningstallet 23 er en såkalt sementsko med tilbakeslags ventil 24. Utstyret som vist, vil bli benyttet til sementering av foringsrør inklusive forlengingsrør.

Fig. 2 viser at verktøyforlengelsen 20 har to gjengede seksjoner for montering på henholdsvis bunnpluggen 21 og toppluggen 22. Verktøyforlengelsen er utstyrt med perforeringer 24 og 25. Dessuten har en mottaker 26 for borestrengplugger blitt montert på verktøyforlengelsen 20, og eventuelt også et kulesete som vil være skjær-pinnet over de øverste perforeringer.

Før sementering blir en separasjonsvæske først pumpet mellom boreslammet og etterfølgende sement. Etter at et estimert volum av separasjonsvæske er blitt pumpet inn, blir utløsermekanismen 9 dreid 90° og borestrengpluggen 8 pumpes nedover i borestrengen 13 etterfulgt av sement. På veien nedover vil borestrengpluggen 8 rense borestrengen 13 for boreslam og andre urenheter. Når den lander på mottakeren 26, vil det innvendige trykk over borestrengpluggen 8 stige. Denne økning i trykk vil resultere i en nedadvirkende kraft som utøves på bunnseparasjonspluggen 21, mens trykket over toppseparasjonspluggen 22 vil være balansert. Når et visst trykk/nedadvirkende kraft er oppnådd, vil gjengeforbindelsen til neseseksjonen 27 som holder bunnpluggen 21 i kontakt med verktøyforlengelsen 20, rives av. Bunnpluggen 21 er nå frigjort fra verktøyforlengelsen 20 og tvinges nedover i foringsrøret 16. Da bunnpluggen 21 forlater verktøyforlengelsen 20, er det ikke lenger noe som holder klaffventilen 28 i en åpen stilling, og dette lukker hullet i neseseksjonen 27 ved hjelp av en innebygget fjær (ikke vist).

Når den ønskede mengde sement er innført i borestrengen, frigjøres borestrengpluggen 10 og pumpes ned gjennom borestrengen med boreslam bak inntil den lander på borestrengpluggen 8, som vist på fig. 3. Perforeringene 24 blir nå forseglet og det innvendige trykk i borestrengen over borestrengpluggen 10 vil øke. Stigningen i trykket resulterer i en nedadvirkende kraft som påvirker toppseparasjonspluggen 22. Når et visst trykk/nedadvirkende kraft er oppnådd, vil gjengeforbindelsen til den bakre seksjon 29, som holder toppluggen 22 i kontakt med verktøyforlengelsen 20, rives av. Pluggen 22 blir nå frigjort fra verktøyforlengelsen 20 og tvunget nedover i foringsrøret 16. Da toppluggen 22 forlater verktøyforlengelsen 20, er det ikke lenger noe som holder klaffventilen 30 i en åpen stilling, og den lukker hullet i neseseksjonen 30 ved hjelp av en innebygget fjær (ikke vist).

Når bunnseparasjonspluggen 21 lander i sementskoen 23, vil sprengplaten 32 i klaffeventilen 28 briste, og sement kan pumpes gjennom (fig. 4).

Når toppseparasjonspluggen 22 lander på bunnseparasjonspluggen 21, vil neseseksjonen rives løs fra plugghylsen 33 når trykket økes. Neseseksjonen 31 vil videre virke som et stempel og tvinge endeseksjonen 34 løs før den til slutt lander på toppen av neseseksjonen 27.

Fig. 5 viser en alternativ utførelse hvor forseglingsfunksjonen til klaffeventilen 28 og 30 på fig. 2 erstattes henholdsvis av stopperne 43 og 42. På separasjonspluggene 21 og 22 er klaffeventilene erstattet av eksempelvis spor og en sneppring 45, 47. Stopperne er utstyrt med tilsvarende spor 48, 44 som sneppringene kommer til inngrep med når de respektive separasjonspluggene passerer. Sneppringen på separasjonspluggen 21 er anordnet på en slik måte at den ikke kommer til inngrep med stopperen 42 når denne passeres, og forhindrer således den første separasjonsplugg fra å ta med seg begge stopperne når den passeres. Stopperen 42 er festet med en avrivningsmekanisme 40 til den nedre del 26 av intallasjonsverktøyet. Stopperen 43 er festet med en avrivningsmekanisme 41 til stopperen 42. Før avfyring kan væsker passerer installasjonsverktøyet og pluggene gjennom åpningen ved 46. Alternativt vil en "no-go"-skulder på stopperen 43 sikre frigjøring av stopperen 43 når den kommer til inngrep med separasjonspluggen 21. Fjerning av stopperen 43 vil i sin tur blottlegge en ekspanderbar "no-go"-ring i ett stykke med stopperen 42. Denne ekspanderbare "no-go"-ring vil sikre frigjøring av stopperen 42 når den kommer til inngrep med den annen separasjonsplugg 22.

Det fås således en solid konstruksjon som kan motstå høyt trykk (støt) og tillater foringsrørets/forlengingsrørets holdbarhet å kontrolleres i våt sement. Da pluggene kan produseres i materialer som f.eks. kan bores av polykrystallinske diamantskjær, vil det ikke ta lang tid å bore ut separasjonspluggene, f.eks. med bruk av en antirotasjonsinnretning. Begge borerørpluggene 8, 10 returneres til overflaten når installasjonsverktøyet med verktøyforlengelsen 20 trekkes opp.

Claims (5)

1. Anordning i et installasjonsverktøy (14) til fjernutløsning av separasjonsplugger (21, 22) for separasjon av to eller flere væskeblandinger i forbindelse med f.eks. sementering av foringsrør/forlengingsrør i olje-, damp- eller deponeringsrør, omfattende minst en bunnseparasjonsplugg (21) og en toppseparasjonsplugg (22) som er festet til en verktøyforlengelse (20) forsynt med åpninger (24, 25) for å styre væskestrømmen til henholdsvis separasjonspluggene (21, 22) og således gjøre at separasjonspluggene kan frigjøres etter tur, karakterisert ved at det er anordnet borerørplugger (8, 10) som ikke lander sammen med og ledsages av separasjonspluggene (22), men som lander i og trekkes ut sammen med installasjonsverktøyet (14).

2. Anordning til fjernutløsing av plugger for sementering av foringsrør/forlengingsrør i olje- og dampbrønner, omfattende minst en bunnseparasjonsplugg (21), en toppseparasjonsplugg (22) anordnet på perforert verktøyforlengelse (20) hvor separasjonspluggene (21,22) er montert individuelt på den perforerte verktøyforlengelse (20) med et sete for å motta borerørplugger (8, 10) og eventuelt et kulesete, enten ved hjelp av skjærskruer, låsehaker eller gjengeforbindelse som kan rives av, karakterisert ved at separasjonspluggene (21, 22) er utstyrt med en tetteanordning i form av en klaffventil eller lignende eller en anordning på den nedre del av verktøyforlengelsen (20) og som danner en tetning på separasjonspluggen når den forlater verktøyforlengelsen (20).

3. Anordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separasjonspluggene (21, 22) er forsynt med en ventil som holdes åpen av installasjonsverktøyet, og at borerørpluggene (8, 10) styrer strømmen av væske bak separasjonspluggene (21, 22) og skaffer et overtrykk som frembringer en kraft som utløser en temporær låsmekanisme og tvinger separasjonspluggene (21, 22) nedover i foringsrøret/forlengingsrøret inntil den første del av pluggene har forlatt installasjonsverktøyet (14) og ventilen montert på pluggen lukker ved hjelp av f.eks. en fjæranordning og overtar tetningsfunksjonen for borerørets utvendige tverrsnitt, og som ble utført under avfyringsfasen av installasjonsverktøyet (14) sammen med borerørpluggen som landet i installasjonsverktøyet (14) og som sikrer at pluggen vil transporteres nedover i borerøret.

4. Anordning i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at separasjonspluggens neseseksjon (31) skjæres fra plugghylsen og virker som et stempel som tar med seg bunnseparasjonspluggens endeseksjon (34), lander på bunnpluggens neseseksjon (27) og danner en kompakt tetningsplugg, forsynt med en antirotasjonsinnretning for rask utboring, og som tåler høye trykk.

5. Anordning i henhold til krav 1-3, svarende til ventilen i henhold til krav 3, karakterisert ved at det i forlengelsen (20) av installasjonsverktøyet (14) er montert rotasjonssymmetriske stoppere (42, 43) som ved hjelp av et spor (44) og en sneppring (45) sekvensielt gripes av de respektive separasjonspluggene (21, 22) når de sistnevnte passerer under avfyringsfasen og inntar en tetningsfunksjon til det indre tverrsnitt av separasjonspluggene, idet tetningsfunksjonen før avfyringen av pluggene (21, 22) ved hjelp av en avrivningsmekanisme (40, 41) skaffes av installasjonsverktøyet (14).