NO310785B1 - Kabelhode - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår betjening og vedlikehold av borehull med elektriske verktøy energisert via kabel. Mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse bruk av elektriske, kabeltilknyttede verktøy som føres ned i borehull ved hjelp av kveilerør. Kveilerør benyttes hyppig til transport av betjenings- og vedlikeholdsverktøy, innbefattet elektriske kabeldrevne verktøy, i borehull som er retningsstyrt boret med stort avvik fra vertikal-linjen.

Kveilerør som benyttes for føring av verktøy, innbefattet elektrisk drevne og kabeltilknyttede verktøy, i borehull, er velkjent innenfor dette tekniske området. Det er f.eks. beskrevet flere anvendelser av kveilerør for betjening av borehull i boken "World Oil's Coiled Tubing Handbook", utgitt av Gulf Publishing Co., Houston, Texas 1993.

For å lede elektriske, kabeltilknyttede verktøy i et borehull ved hjelp av et kveilerør, er det nødvendig å inn-sette en elektrisk kabel eller leder koaksialt i kveilerøret. Etter at kabelen er innført i kveilerøret, blir én ende av kabelen forbundet med et kabelhode som danner de elektriske og mekaniske forbindelser fra kabelen til de elektrisk drevne verktøy. Kabelhodet blir festet til kveilerøret på en slik måte at bevegelsen av kveilerøret mens det gjennomløper borehullet, overføres til det elektriske verktøy som er koblet til kabelen, eller en verktøystreng, direkte gjennom kabelhodet og ikke gjennom selve kabelen.

En pumpe som sirkulerer fluid fra grunnens overflate gjennom kveilerøret og ned i borehullet, er et typisk eksemp-el på et element som trenges for å betjene borehullet ved hjelp av kveilerør. Sirkulasjon av fluid i borehullet kan benyttes for slike formål som rensing av borehullet for boreavfall, og opprettholdelse av styringen av fluidtrykket i borehullet, særlig i de tilfeller da borehullet kan gjennom-trenge en grunnformasjon med et fluidtrykk som overskrider det hydrostatiske trykk av fluidet i borehullet. For å opprettholde styringen av fluidtrykket i borehullet, fordres evnen til å forsegle borehullet ved forekommende pumpesvikt eller lekkasje i kveilerøret som ellers vil umuliggjøre bruk av pumpen.

Sikkerhetsforhold krever at ringrommet mellom utsiden av kveilerøret og innsiden av borehullet må forsegles ved eller nær jordens overflate for å hindre ukontrollert avgang av fluid fra borehullet gjennom ringrommet. Sikkerhetsbetrakt-ninger fordrer også at kveilerøret forsegles hydraulisk. Ukontrollert utstrømning av fluid gjennom borehullet, kjent som utblåsning, kan forårsakes av at en grunnformasjon med et fluidtrykk som overskrider det hydrostatiske trykket til fluidet i borehullet, gjennomtrenges, dersom samtidig ringrommet og kveilerøret ikke er forseglet hydraulisk. En ring-forsegling er typisk festet til en foringsrørflens ved toppen av borehullet for å forsegle ringrommet for å forhindre en utblåsning.

Den hydrauliske forseglingen i kveilerøret kan gå tapt dersom foringsrøret utvikler en lekkasje ovenfor den ringformede forsegling. Ved en forekommende lekkasje i røret over den ringformede forsegling, kan utstyr som er festet til toppen av borehullet, og som typisk omfatter et sett med hydraulisk opererte omslutningshoder (ram), stenge borehullet fullstendig. Slik stengning oppnås ved å adskille ethvert utstyr som passerer gjennom omslutningshodene, noe som kan innbefatte kveilerør. Etter at anordningen er adskilt, lukkes selve omslutningshodene for å forsegle borehullet.

Slik bruk av omslutningshoder med kveilerør i borehullet er ikke ønskelig fordi kveilerøret vil bli delt dersom omslutningshodene ble lokket. Avdelte deler av kveilerøret er svært vanskelig å få tilbake.fra borehullet fordi boreriggen eller lignende systemer med mulighet for vertikal løftning, normalt ikke vil være i bruk ved borehullet når borehullet betjenes med kveilerør.

Som eksempler på tidligere kjent teknikk kan vises til US-patent nr. 4.577.687 og US-patent nr. 4.862.958.

Det er velkjent innenfor dette området å benytte en enveisventil eller tilbakeslagsventil for å supplementere omslutningshodene og den ringformede forsegling når en ukontrollert fluid-uttømming fra borehullet skal forhindres. Tilbakeslagsventilen blir typisk festet til enden av kveile-røret som innføres i borehullet. Tilbakeslagsventilen for-hindrer at fluid entrer kveilerøret fra borehullet. Dersom borehullet trenger gjennom en formasjon med et fluidtrykk som overskrider det hydrostatiske trykk fra fluidet i borehullet, kan tilbakeslagsventilen forhindre en utblåsning, særlig dersom kveilerøret er i ferd med å utvikle en lekkasje over den ringformede forsegling. Fordi fluidet i borehullet forhindres i å entre kveilerøret via tilbakeslagsventilen, kan den ringformede forsegling alene vanligvis tette borehullet ved forekommende lekkasje i kveilerøret over den ringformede forsegling.

Det er også kjent innenfor dette området å benytte en tilbakeslagsventil kombinert med et kabelhode som er innrettet til å festes til enden av kveilerøret. Tilbakeslagsventilen som er kjent ved slike løsninger omfatter typisk en fjærbelastet kule og et i alt vesentlig konisk formet ventil-sete som er maskinert i kabelhodet. Kulen presses inn mot ventilsetet av fjæren. Tilbakeslagsventiler som er kjent innenfor dette området har problemer når det gjelder repetert drift. Fluider som pumpes gjennom kveilerøret kan inneholde materialer som avleirer seg på ventilsetet og fører til at tilbakeslagsventilen mister sin forseglende egenskap.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe et kabelhode som er innrettet til å festes til én ende av et kveilerør, hvilket kabelhode har en tilbakeslagsventil som ikke er sårbar mot å miste lukke-evnen slik som omtalt.

Ved å utforme det elektriske kabelhodet i henhold til de nedenfor fremsatte krav, fås en løsning hvor alle de oven-nevnte mangler og svakheter ved tidligere kjent teknikk unngås.

Oppfinnelsen angår et kabelhode som benyttes for føring av et verktøy forbundet med en kabel ved hjelp av et kveile-rør inn i et borehull som gjennomtrenger en grunnformasjon. Til kabelhodet er det festet, til den ene enden av kveile-røret, et hus som omfatter én tilbakeslagsventil og minst ett fluidkommuniserende hull som står i forbindelse med borehullet . Tilbakeslagsventilen omfatter et stempel som ved sin ene side står i fluidkommunikasjon med det indre av kveile-røret, og ved sin andre side i fluidkommunikasjon med borehullet, samt forspenningsanordninger innrettet til å skyve stempelet slik at det forsegler tettende mot minst ett av utstrømningshullene når trykket inne i kveilerøret blir mindre enn trykket inne i borehullet pluss forspennings-trykket. Kabelhodet omfatter også et tettende pakningslegeme som muliggjør at kabelen trekkes ut fra kabelhodet dersom en verktøystreng kiler seg fast i borehullet, mens den hydrauliske integritet til kabelhodet opprettholdes.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående, detaljerte beskrivelser samt til de ledsagende tegninger, hvor: Fig.1viser et typisk utførelse av foreliggende oppfinnelse,

fig. 2A og 2B viser detaljer ved oppfinnelsen, og fig.3viser i ytterligere detalj det innvendige av et stempel som tetter ved sin nedre sideflate ved hjelp av et tetningsrør.

Fig.1viser oppfinnelsen ved hjelp av en typisk utfør-else av denne. Et borehull W gjennomtrenger en gunnformasjon X. Borehullet W er forsynt med et foringsrør B med en flens F ved jordoverflaten. Borehullet W kan være boret til større dybde enn dybden av foringsrør B. Et ringformet paknings- og omslutningshode i form av en montasje A, er festet til flens-en F. Kveilerøret 1 tilføres fra en trommel R og føres ned i borehullet W ved hjelp av en rørinnføringsanordning I og føringsruller G. Kveilerøret 1 er forsynt med en leder eller kabel 3 som er innsatt koaksialt i hele lengden til røret 1. Kabelen 3 er forbundet med et loggeutstyr L ved overflaten, og dette samler inn og behandler data fra en verktøystreng T som er festet til den andre enden av kveilerør 1 ved hjelp av kabelhodet i henhold til oppfinnelsen. Kveilerør 1 er koblet til en første pumpe P2 ved grunnoverflaten innrettet for sirkulasjon av fluider som er nødvendige for å betjene borehullet W. En andre pumpe Pl kan være koblet til en pumpe i bøssingen N som utgjør en del av paknings- og omslutnings-hodet i montasjen A, for pumping av et fluid med høy tetthet inn i borehullet W for å styre fluidtrykket i borehullet W.

Dersom kveilerøret utvikler en lekkasje over den ringformede pakning A, kan fluid entre inn i røret1fra grunnformasjonen X dersom fluidtrykket i grunnformasjonen X overskrider fluidtrykket i borehullet W. Foreliggende opp finnelse, kabelhodet H, hindrer fluidinntrengning i røret 1 inntil trykket i borehullet W kan kontrolleres ved å pumpe fluider med høy tetthet gjennom én eller begge pumpene Pl og P2.

Fig. 2A og 2B viser oppfinnelsen i detalj. Kveilerøret 1 er i sin ene ende festet til den ene enden av en påpressbar konnektor 2 som befinner seg ved toppen av kabelhodet H. Den påpressbare konnektor er tidligere kjent innenfor dette området, og representerer en mekanisk forbindelse fra røret 1 til kabelhodet H, og tilveiebringer en hydraulisk forsegling av kabelhodet H fra røret l. Den andre enden av den påpressbare konnektor 2 er på gjenget måte festet til et stempelhus 6, og er forseglet ved denne forbindelsen ved hjelp av en første O-ring 4. Et stempel 8 er på glidbar måte montert inne i stempelhuset 6. Stemplet 8 er forsynt med en utboring i senter med innvendig diameter større enn den ytre diameter til kabelen 3, slik at det blir mulig å la kabelen 3 passere gjennom stemplet 3. Det er maskinert porter 12 i den øvre del av stemplet 8. Portene 12 gjør det mulig for fluid å kommuni-sere fra det utborede senter i stemplet 8 til den utvendige diameter av stemplet 8. Videre fluidkommunikasjon fra portene 12 omkring den ytre diameter for stemplet 8 stoppes av en flat pakning 10 som tetter igjen åpningen mellom stemplet 8 og den innvendige vegg til huset 6. En forspenningsanordning som omfatter en fjær 24, står i kontakt med den nedre endeflate av stemplet 8 ved den ene enden av fjæren 24. Den andre enden av fjæren 24 ligger an mot et endestykke 28. Endestykket 2 8 er ved hjelp av gjenger festet til bunnen av huset 6 og er forseglet til huset 6 av en andre O-ring 26. Huset 6

omfatter tømme-åpninger 52, lokalisert i veggen til huset 6, og disse står i alt vesentlig radielt og på linje med åpningene 12 og ligger omkring 13 mm under hvilestillingen for åpningene 12 i stemplet 8. Dersom det ikke foreligger noe fluidtrykk på den øvre side av stemplet 8, vil stemplet 8 av fjæren 24 presses opp til den hviler mot en skulder 17 som er maskinert i den øvre del av huset 6, slik at portene 12 i hvilestilling befinner seg over tømme-åpningene 52. Portene 12 er åpne ut mot den innvendige veggen til stempelhuset 6, og hullene blir forseglet ved at minst en del av den flate

pakningen 10 presses inntil, og derfor kan ikke fluid entre huset 6 fra borehullet W gjennom hullene 52.

Den nederste endeflate av stemplet 8 står i fluidkommunikasjon med borehullet via et i hovedsak ringformet,

innvendig kammer 15. Det innvendige kammer 15 er trykkisolert fra kveilerøret av et forseglingsrør 16 som opptas i en nedre pakningsrille 13, som er maskinert i endestykket 28. Røret 16 er forseglet utvendig til endestykket 28 av et sett 0-ringer20, og kan låses fast til endestykket 2 8 av en smekkring18. Den andre enden av røret 16 glir i en innvendig pakningsrille 11 som er maskinert i den nedre overflate av stemplet 8. Røret 16 er utvendig forseglet til den innvendige forseglingsrille 11 ved hjelp av en tredje O-ring 14. Røret 16 avgrenser den innvendige diameter av det innvendige kammer 15. Kammeret 15 er avstengt mot den ytre diameter av veggen til huset 6. Det innvendige kammer 15 er avgrenset ved sin ene ende av endestykket 2 8 og ved sin motsatte ende av stemplet 8. Det innvendige kammer 15 står i fluidkommunikasjon med borehullet W via en utjevningsport 22 i veggen til huset 6.

Montasjen av stemplet 8 og forseglingsrøret 16 vil forstås bedre ved henvisning til fig. 3. Røret 16 er på yttersiden forseglet mot den innvendige forseglingsrille 11 av en tredje O-ring 14. Innsiden av røret 16 står derfor i fluidkommunikasjon med innsiden av stemplet 8. Den langstrak-te forseglingsrille 11 i stemplet 8 muliggjør bevegelse av stemplet 8 langs forseglingsrøret 16 mens det opprettholdes en forsegling som hindrer fluid i å strømme fra innsiden til utsiden av røret 16 og stemplet 8.

Vises nå på ny til fig. 2, så vil fluidtrykket som opp-trer inne i kveilerøret 1, hvilket trykk kan være en kombina-sjon av hydrostatisk trykk utøvet av et fluid inne i kveile-røret og trykk fra pumpen (vist som P2 i fig. 1), tilføres endeflaten av stemplet 8 der det hviler mot skulderen 17. Dersom fluidtrykket inne i røret 1 blir større enn fluidtrykket utenfor røret 1, vil kraften som utøves mot endeflaten til stemplet 8 av trykket inne i røret 1, begynne å bevege stemplet 8 mot trykket som utøves av fjæren 24 og fluidtrykket i kammeret 15 som er trykket inne i borehull W. Dersom trykket inne i røret 1 er tilstrekkelig høyt til å overvinne den samlede motstand av trykket i borehullet W og fjærkraften fra fjæren 24, så vil stemplet 8 bevege seg inntil stempelportene 12 kommer på linje med tømmeåpningene52 i huset 6, og derved blir det mulig for fluid å sirkulere fra innsiden av røret 1 til borehullet W. Fjæren 24 kan velges med en forutbestemt forspenningskraft som fastlegger et forutvalgt minste differensialtrykk mellom røret1og borehullet W, for å oppnå sirkulasjon av fluidet. Dette minste differensialtrykk gjør det mulig for røret 1 å drives inn i borehullet W selv når dette er fylt av et tettere fluid enn det som kan forekomme i borehullet W. Dersom trykket i borehullet W overskrider trykket i kveilerør 1, vil stemplet 8 bli tvunget (av trykket i fluidet) inn i kammeret15 slik at portene 12 bringes ut av linje med tømmeåpningene 52, og dermed avbrytes den foreliggende fluid kommunikasjon mellom røret 1 og borehullet W. På grunn av at den flate pakningen 10 glir forbi tømmeåpningene 52 når stemplet 8 beveger seg mot skulderen 17, vil den flate pakningen 10 bevirke at alle materialer som måtte ha avleiret seg ved overflaten av hullene 52 skrapes bort, slik at det sikres en mer positiv forsegling enn av tilbakeslagsventiler forsynt med kule i henhold til kjent teknikk.

Den nedre del av kabelhodet H sørger for et positivt fluidtrykk som forsegler dersom kabelen 3 ekstraheres fra kabelhodet H. Den nedre del av kabelhodet H omfatter en koblingsdel 19 med et svekket, innebygget punkt som er gjenget slik at det er festet til den nedre del av endestykket 28, og er forseglet til endestykket 28 av en fjerde O-ring 26A. Koblingsdelen 19 med det svekkede punktet, er på forseglende måte, her vist ved en gjengeforbindelse, festet til et apparathus 54. Apparathuset 54 utgjør den nederste del av kabelhodet H og danner en mekanisk og elektrisk forbindelse med verktøystrengen T.

Inne i koblingsdelen 19 som er utført med et svekket punkt, er kabelen 3 forbundet med en skjøt 32 vist i en utførelse med kjegle og tilsvarende kjeglesete. Skjøten 32 hviler mot et konisk sete 3 6 som er maskinert i den øvre overflate inne i koblingsdelen 19 med det svekkede punkt.

Strekk som tilføres kabelen 3 under drift, overføres til

kabelhodet H gjennom skjøten 32 over koblingsdelen 19 med det svekkede punkt. Skjøten 32 er kalibrert til å gi brudd ved et forutbestemt tilført strekk, noe som muliggjør gjenvinning av kabelen 3 når kabelen 3 utsettes for en passende strekk-kraft fra logge-enheten, vist som L i fig. 1, dersom verktøystreng-en, vist som T i fig. 1 av én eller annen grunn skulle kile

seg fast i borehullet W.

Dreining av kabelen 3 nedenfor skjøten 32 må forhindres for å hindre ødeleggelse av minst én kabel-leder 5 som strekker seg nedenfor det koniske setet til skjøten 32. Slik dreining kan forårsakes av strekk som tilføres kabelen 3 under drift, fordi kabelen 3 er konstruert med spiralviklede, ytre armeringstråder som vil tendere til å åpne seg når strekk tilføres kabelen 3. For å forhindre slik dreining blir skjøten 32 fastholdt på stedet av en settskrue 3 0 som danner kontakt med skjøten 32 radielt gjennom veggen til koblingsdelen 19 med det svekkede punkt. Settskruen 30 er forseglet ved hjelp av en femte O-ring 35 for å forhindre at fluid trenger seg inn i koblingsdelen 19 fra borehullet W.

Lederen 5 strekker seg forbi koblingsdelen 19 med det svekkede punkt og inn i huset 54. Huset 54 er ved hjelp av gjenger festet til koblingsdelen 19 med det svekkede punkt, og er forseglet mot koblingsdelen 19 med det svekkede punkt ved hjelp av en sjette O-ring 38. Huset 54 har et konnektor-kammer 57 som kan fylles med elektrisk ikke-ledende smørefett gjennom smøre-åpninger 55. Konnektorkammeret 57 er på typisk måte fylt med smørefett for å minske muligheten for elektrisk lekkasje gjennom isolasjonen fra lederen 5 til kabelhodet H, forårsaket av fluid som forekommer i foringsrøret eller borehullet og som danner kontakt med lederen 5. Etter at kammeret 57 er fylt av smørefett blir smøreåpningene 55 forseglet ved innsetting av kappeskruer 40 som forsegles med O-ringer 42. Den nedre ende av huset 54 plugges igjen ved hjelp av pluggen 46. Pluggen 4 6 består av en trykkforseglet, elektrisk gjennomføring 44. Lederen i kabelen 5 festes til en krympekonnektor 7 som danner videre forbindelse til den elektriske gjennomføringen 44 i pluggen 46. Konnektoren 7 er forseglet mot pluggen 46 av en overgang 9 som er festet til utsiden av konnektoren 7 og til den ytre overflate av gjennomføringen 44. Pluggen 46 er forseglet mot huset 54 av O-ringer 50, og holdes på plass av en låsering 48. En elektrisk terminal 59 på pluggen 46 kan kobles direkte til en tilpasset elektrisk konnektor ved toppen av verktøystrengen

T.

Da hele den nedre seksjon til kabelhodet H på hydraulisk måte er adskilt fra borehullet W, kan ikke fluid strømme fra borehullet W inn i kveilerøret 1, selv om kabelen trekkes bort fra kabelhodet H ved at det svekkede punkt i koblingen trekkes av.

Claims (4)

1. Elektrisk kabelhode (H) innrettet til å bli ført av et kveilerør (1) med en deri innsatt koaksialt forløpende kabel (5) inn i et borehull (W) som trenger seg gjennom en grunn-formas jon (X) , karakterisert vedat kabelhodet (H) omfatter et apparat innrettet til å muliggjøre strømning av fluid fra innsiden av kveilerøret (1) til borehullet (W), og til å forhindre strømning av fluid fra borehullet (W) inn i kveile-røret (1), hvilket apparat omfatter: et hus (6) festet til kabelhodet (H), hvilket hus (6) er forsynt med minst én fluidutstrømmende åpning (52) som står i kommunikasjon med borehullet (W), et stempel (8) som på glidbar måte er montert inne i huset (6), hvilket stempel (8) ved sin ene ende står i fluidkommunikasjon med innsiden av kveilerøret og ved sin andre ende står i fluidkommunikasjon med borehullet (W), samt forspenningsanordninger (24) innrettet til å presse stemplet (8) mot strømningsretningen fra innsiden av kveile-røret (1); slik at når fluid med et trykk som overskrider summen av trykket inne i borehullet (W) og trykket som utøves av forspenningsanordningen (24) mot stemplet (8), pumpes inn i kveilerøret (1), fører dette til at stemplet (8) beveger seg slik at fluidets utstrømningsåpning(er) (52) kommer i fluidkommunikasjon med borehullet (W) og dermed muliggjør at fluid kan strømme fra kveilerøret (1) ut i borehullet (W).

2. Elektrisk kabelhode (H) ifølge krav l,karakterisert vedat kabelhodet (H) dess-uten omfatter en plugg (46) som på forseglende måte er festet til en ende av kabelhodet (H), hvilken plugg (46) opprettholder den hydrauliske integritet til kabelhodet (H) etter at kabelen (5) er frakoblet kabelhodet (H).

3. Elektrisk kabelhode (H) ifølge krav 1,karakterisert vedat forspenningsanordningen omfatter en fjær (24) med en forutbestemt spenning, idet den forutbestemte spenning fastlegger et minimums- differensialtrykk mellom det innvendige av kveilerøret (1) og borehullet (W) som er nødvendig for etablering av en fluid-strømning fra kveilerøret (1) til borehullet (W).

4. Elektrisk kabelhode (H) ifølge krav 1,karakterisert vedat stemplet (8) omfatter: en flat pakning (10) som er innrettet til å forsegle stemplet (8) i alt vesentlig fra utstrømningsåpningen(e) (52) ; en utboring praktisk talt i senter av stemplet (8) hvorigjennom kabelen passerer, hvilken utboring står i fluidkommunikasjon med innsiden av kveilerøret (1), og minst en åpning (12) som forbinder utboringen med den utvendige diameter av stemplet (8) slik at utboringen bringes i fluidkommunikasjon med utstrømningsåpningen(e) (52) når stemplet (8) beveges aksielt slik at hullet (ene) (12) kommer i flukt med utløpsåpningen(e) (52).