NO311050B1

NO311050B1 - Sementeringsverktoy

Info

Publication number: NO311050B1
Application number: NO19953299A
Authority: NO
Inventors: Jr William A Blizzard; Frederick Thomas Tilton
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 2001-10-01
Also published as: NO953299L; EP0705379B1; CA2155206A1; AU7344594A; DE69426770T2; DE69426770D1; NO953299D0; WO1995000740A1; EP0705379A1; AU673101B2; US5464062A; US5368098A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et verktøy for bruk ved brønnboring, som omfatter et sylindrisk hus med en vegg, forsynt med minst ett hull for føring av fluid gjennom veggen.

For lange foringsrørstrenger må sementering utføres på flere steder langs foringsrørets lengde. En kjent metode for å oppnå dette er å sette hydraulisk aktiviserte ventiler langs foringsrørets lengde. Når sementeringen er ferdig stenges ventilene og et verktøy sendes ned foringsrøret for å jevne fQringsrørets overflate der hver ventil er plassert. Denne metode er tidkrevende og kostbar.

En annen metode er å benytte hylser holdt med skjærtapper over huller i foringsrøret. Når hullene skal stenges påsettes pressinnretninger mot hver hylse som er tilstrekkelig til å bryte av skjaertappene og la hylsen falle over sitt tilhørende hull. En vanskelighet med denne teknikk er å gi tilfredsstillende stenging av hullene.

US-patent nr. 5,024,273 gjør rede for en anordning for bruk ved plassering av sement inne i ringrommet mellom foringsrør-strengen og en brønnboring, der f6ringsrørstrengen er opphengt, og der en slik anordning omfatter en muffe som kan koples inn som en del av foringsrørstrengen og som har et pakningselement påmontert, og tilpasset for å blåses opp eller fylles slik at det kommer i berøring med brønnboringen, der sement kan sirkuleres gjennom en eller flere sideåpninger inn i ringrommet over pakningen, samt rørelementer eller hylser for åpning og stenging av åpningene etter oppblåsning av pakningselementet.

Et formål med i det minste foretrukne utførelser av den foreliggende oppfinnelse er å redusere problemene forbundet med den tidligere kjente teknikk.

Følgelig tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse et verktøy for bruk i brønnboringsoperasjoner, der verktøyet omfatter et sylindrisk hus med en vegg forsynt med minst ett hull for føring av fluid gjennom dette, karakterisert ved at det minst ene hull er anordnet med et rørformet element som stikker inn i det sylindriske hus og minst del av dette er tilvirket av et duktilt materiale som kan deformeres til i det minste delvis å lukke hullet. Det rørformede element er fortrinnsvis av sirkulært tverrsnitt skjønt det kunne være av andre former, f.eks. ovalt eller til og med rektangulært skjønt dette ikke er anbefalt.

Med fordel utgjør det duktile materiale metall, f.eks. stål, kopper, aluminium og bøyelig rustfritt stål.

Med fordel er veggen utstyrt med en krummet flate over hvilken det rørformede element kan deformeres.

Med fordel omfatter verktøyet oppblåsbare isoleringsinn-retninger for å isolere områder i brønnboringen.

Med fordel kommuniserer den oppblåsbare isoleringsinnretning med det minst ene hull.

Med fordel omfatter verktøyet deformeringsinnretninger for å deformere det duktile materialet.

Med fordel er deformeringsinnretningen aktiviserbar med hydraulisk trykk.

Med fordel er deformeringsinnretningen aktiviserbar med en Plugg.

Med fordel omfatter deformeringsinnretningen en drivhylse.

Fordelaktig, når en aksialkraft pådras drivhylsen, dreier drivhylsen omkretsmessig og deformerer det duktile

materialet.

Med fordel omfatter verktøyet en kommunikasjonshylse forskyvbar til å åpne fluidstrømmen gjennom det rørformede element.

Med fordel omfatter verktøyet en lukkehylse for å aktivisere den deformerende innretning.

Med fordel er hylsene frigjørbart festet til hverandre og/eller det sylindriske element.

For en bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse vil henvisning nå gis som et eksempel til de vedlagte tegninger hvor: Fig. l viser et langsgående snittriss av en del av en utførelse av et verktøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser verktøyet ifølge fig. 1 under deformasjon av det rørformede element; Fig. 3 viser et langsgående sideriss, delvis i snitt, som viser en andre utførelse av et verktøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelse festet til bunnen av en foringsrørlengde; Fig.4,5,6 og 7 viser, i en forstørret målestokk, detaljer ved verktøyet vist i fig. 3; Fig.8,9,10 og 11 viser påfølgende betjeningsfaser for verktøyet vist i fig. 3; Fig. 12 viser et tverrsnittsriss tatt langs linjen XII-XII ifølge fig. 3; Fig. 13 viser et riss i likhet med fig. 12, men etter et deformasjonen i det rørformede element har skjedd; Fig. 14 viser et forstørret riss av en detalj ifølge fig. 12; Fig. 15 viser et forstørret riss av en detalj ifølge fig. 13; Fig. 16 viser et tverrsnittsriss av en tredje utførelse av et verktøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelse; Fig. 17 viser et riss i likhet med fig. 16 etter at deformasjon av det rørformede element har opptrådt; Fig. 18 viser et forstørret riss av en detalj ifølge fig. 16; Fig. 19 viser et forstørret riss av en detalj ifølge fig. 17; Fig. 20 viser et bruddstykkevis riss, i snitt, av en del av en fjerde utførelse av et verktøy i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 21 til 26 viser forskjellige metoder for å feste det rørformede element til det sylindriske hus;

og

Fig. 27 viser et tverrsnittsriss av en del av en femte

utførelse av et verktøy i samsvar med oppfinnelsen.

Det vises til fig. 1 hvor det er vist en del av et verktøy som er generelt identifisert med henvisningstallet 1. Verktøyet 1 omfatter et sylindrisk hus 2 med en vegg 3 gjennom hvilken to huller 4 forløper. Hvert hull 4 er forsynt med et rørformet element 5 tilvirket av et duktilt materiale. Som vist kan fluid passere fritt gjennom hullene 4.

For å hindre fluidpassasje gjennom hullene 4 slippes en plugg 6 ned det sylindriske hus 4.

Fig. 2 viser pluggen 6 som deformerer de rørformede elementer 5. Pluggen 6 virker vinkelrett på de rørformede elementer 5, som forårsaker at de rørformede elementer deformerer og tetter hullet 4. Veggen 3 i det sylindriske hus 2 er forsynt med en krum flate 7 under hvert hull 4 for å hindre at den nedre flate av det rørformede element 5 deler seg som ville hindre at hullet 4 blir fullstendig avtettet.

Den øvre flate av hvert rørformede element 5 bøyer mellom støtpunktet for pluggen 6, og festepunktet for det rørformede element 5 til veggen 3. Pluggen 6 kan spesialkrummes i sin nedre kant for å bedre kontakten med de rørformede elementer 5.

Egnede duktile materialer for fremstilling av de rørformede elementer 5 innbefatter stål, aluminium, kopper og bøybart rustfritt stål.

Det vises nå til fig. 3 til 11 hvor det er vist et verktøy som er generelt identifisert med henvisningstallet 101. Verktøyet 101 er beregnet på å sementere foringsrøret 108 ved brønnboringsoperasjoner. Sementering innebærer dannelsen av et ringrom med sement som omskriver foringsrøret mellom f6ringsrøret og brønnboringen.

Før sementering senkes et antall verktøy 101 ned i brønn-boringen (ikke vist) i en fSringsrørstreng på forutbestemte steder langs strengen. Når foringsrøret og verktøyene 101 har nådd den ønskede posisjon i brønnen utføres sementeringsprosessen sekvensmessig med hvert verktøy 101.

Først utvides en ekspansjonspakning omkring det sylindriske hus 102 av verktøyet 101 for å danne en plattform for sementen. Som nummer 2 pumpes sement ned på innsiden av fSringsrøret 108 og passerer gjennom hullene i verktøyet for å fylle ringrommet over den utvidbare ekspansjonspakning. Til slutt lukkes hullene.

Sementeringsprosessen er fremstilt skjematisk i fig. 8 til 11. Det første trinn er å blåse opp eller utvide ekspan-sjonspakningen omkring f6ringsrøret for å sperre ringrommet. Dette oppnås ved å pumpe en plugg 106 med en bestemt diameter ned foringsrøret 108 med utvidelsesfluid inntil pluggen 106 støter mot flaten 109 på en drivhylse 111. Kraften i støtet bryter en skjærtapp 110, som gjør at drivhylsen 111 kan falle ned i en andre stilling (fig. 9). Den nedad rettede bevegelse av drivhylsen 111 overføres med et låseelement 112 som stikker inn i en fordypning 113.

I denne andre posisjon (fig. 9) avledes utvidelsesfluid fra strømning gjennom foringsrøret med pluggen 106 gjennom porten 114 inn i fordypningen 115 i det sylindriske legemet 102, og inn i hulrommet 116. Utvidelsesfluidet passerer så gjennom det rørformede element 105a og en kanal 117, forbi en ikke-returventil 118, inn i en utvidbar ekspansjonspakning 119 inntil den oppblåsbare ekspansjonspakning 119 sperrer ringrommet mellom verktøyet 101 og brønnboringen.

Det neste trinn er å sende sement ned fdringsrøret 108 inn i verktøyet 101. Sementen virker blant annet på de øvre og nedre flater 140a,140b på en kommunikasjonshylse 140. Ettersom overflatearealet av den øvre flate 140a er større enn overflatearealet av den nedre flate 140b utøver sementen en netto nedad rettet kraft på kommunikasjonshylsen 140. I drift utøver sementen tilstrekkelig trykk til å bryte en skjærtapp 141 og dermed tillate at kommunikasjonshylsen 140 beveger seg nedad og avdekker hullet 104 (fig. 10). Sement kan nå passere gjennom de rørformede elementer 105 inn i ringrommet mellom foringsrøret 108 og brønnboringen.

Når sementeringen er ferdig pumpes en andre bombe 120 (fig.

11) av en større diameter enn den første plugg 106 ned foringsrøret 108. Denne støter på toppflaten av lukkehylsen 121, som avskjærer skjærtappen 122 og forskyver lukkehylsen 121 nedad. Dette frigjør låseelementet 112 og den nedad rettede kraft av pluggen 120 som virker på drivhylsen via lukkehylsen 121 og kommunikasjonshylsen 140 bevirker at drivhylsen 111 beveger seg nedad inntil den når endestoppen 123.

Denne komplette virkning avtetter begge de rørformede elementer 105 og 105a ved deformasjon på en lignende måte til den beskrevet med henvisning til fig. 2, bortsett fra at deformeringselementet er drivhylsen 111 som aktiviseres med lukkehylsen 121 som i sin tur blir aktivisert med den andre plugg 120.

Fig. 4 til 7 viser detaljer av delene i verktøyet 101.

Fig. 4 viser et langsgående tverrsnittsriss av delen av veggen 103, som innbefatter begge rørformede elementer 105,105a og de to fordypninger 113, 115. Fig. 5 til 7 viser et langsgående snitt gjennom drivhylsen 111, kommunikasjonshylsen 140 og lukkehylsen 121 respektivt.

Drivhylsen 111 vist i fig. 5 viser også en spalt 124 og hulrom 116 i hvilket de rørformede elementer 105, 105a er respektivt plassert som tillater bevegelse av drivhylsen 111 mellom en første posisjon og en andre posisjon. En sneppring-fordypning 126 er anordnet i drivhylsen 111, slik at drivhylsen 111 holdes fast av en sneppring 127 som åpner inn i fordypningen 115 under den endelige tetningsoperasjon (fig.

U).

Fig. 6 viser at overflatearealet i toppen 140a av kommunikasjonshylsen 140 er større enn overflatearealet 140b i bunnen. Fig. 12 til 15 viser riss av utførelsen vist i fig. 3 før og etter deformasjonen av de rørformede elementer 105. Fig. 16 til 19 viser nok en utførelse av oppfinnelsen, der drivhylsen 211 dreies omkretsmessig i retning av pilen (fig. 17) for å deformere de utstikkende rørformede elementer 205, og dermed avtette hullene 204 i det sylindriske legemet 202. Dreiningen kan oppnås ved å sette drivhylsen 211 på en kam-flate, som omformer en langsgående kraft til dreiebevegelse. Fig. 20 viser en variant av utførelsen ifølge fig. 3, der drivhylsen 311 er satt sammen av to uavhengige deler 311a og 311b. Forskjellen i virkemåte er i det avsluttende trinn, der den andre bombe 320 støter mot lukkehylsen 321 som avskjærer skjærtappen 322. Lukkehylsen 321 beveger seg så nedad, dens hale 335 kontakter en skulder 325 på den øvre del 311a som beveger seg nedad og deformerer de rørformede elementer 305. En snepppring 381 lagret i fordypningen 382 utvider seg i sporet 383 for å holde den øvre del 311a på plass. Lukkehylsen 321 kontakter kommunikasj onshyl sen som i sin tur driver den nedre del 311 av drivhylsen nedad inntil den kontakter en stopper. Imidlertid presser en fjær 385 en blokk 386 mot bunnen av det rørformede element 305 som er klemt sammen. Fig. 21 viser en metode for feste av det rørformede element 405, der det rørformede element har en flens 426 og holdes fast mot et anlegg med en gjenget krave 427. Fig. 22 viser nok en festemetode for det rørformede element 505 hvor det rørformede element er integrert med et gjenget parti 527 som er gjengeforbundet til det sylindriske hus 502. Fig. 23 viser nok en festemåte for de fremstikkende rør-formede elementer 605, hvor det rørformede element har en flens 626 og er festet til en ytre kant av det sylindriske hus 602 ved innføring av en plugg 680 med presspasning. Fig. 24 viser nok en festemetode som er lik med den vist i forbindelse med fig. 22 bortsett fra at det rørformede element 705 omfatter et adskilt gjenget parti 727 og rørformet parti 705 som er festet sammen, f.eks. ved sveising eller adhesiv. Fig. 25 viser nok en festemåte for det utstikkende rørformede element 805, der det rørformede element er festet til en ytre kant av det sylindriske hus 902 ved sveising, liming eller loddemidler 980. Fig. 27 viser et langsgående snittriss av en lignende ut-førelse til den vist i fig. 3, med en forskjellig orientering av det fremstikkende rørformede element 1005. Det rørformede element 1005 er vinklet ned det sylindriske hus 1002. Dette arrangement krever mindre deformasjon av det rørformede element 1005 for å avtette hullet 1004.

I tester har tilfredsstillende resultater blitt oppnådd ved bruk av rørformede elementer med innvendige diametere som spenner fra 12 til 38 mm, ytre diametere som spenner fra 15 til 75 mm og utstikk fra 12 til 100 mm. Et spesielt tilfredsstillende rørformet element er tilvirket av bøybart rustfritt stål med en innvendig diameter på 22 mm, en ytre diameter på 25 mm og et utstikk på 44 mm.

Claims

1. Verktøy for bruk ved brønnboring, hvilket verktøy (1;101) omfatter et sylindrisk hus (2;102) med en vegg (3;103) forsynt med minst ett hull (4;104) for føring av fluid gjennom veggen, karakterisert ved at det minst ene hull (4; 104,104a) er forsynt med et rørformet element (5;105,105a) som stikker inn i det sylindriske hus (2;102) og minst del av dette er tilvirket av et duktilt materiale som kan deformeres til i det minste delvis å lukke hullet (4;104,104a).

2. Verktøy ifølge krav 1,karakterisert ved at det duktile materialet omfatter metall.

3. Verktøy ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at veggen (3;103) er forsynt med en krum flate (7;

107) over hvilken det rørformede element (5;105) kan deformeres.

4 . Verktøy ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at det omfatter oppblåsbare eller utvidbare isoler-ingsinnretninger (119) for å isolere områder i brønnboringen.

5 . Verktøy ifølge krav 4,karakterisert ved at isoleringsinnretningene (119) kommuniserer med det minst ene hull (104a).

6. Verktøy ifølge ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det omfatter deformeringsinnretninger (111;211) for å deformere det duktile materialet.

7. Verktøy ifølge krav 6,karakterisert ved at deformeringsinnretningene er aktiviserbare med hydraulisk trykk.

8. Verktøy ifølge krav 6,karakterisert ved at deformeringsinnretningene er aktiviserbare med en plugg (6;106).

9. Verktøy ifølge krav 6,7 eller 8, karakterisert ved at deformeringsinnretningene omfatter en drivhylse (111;211).

10. Verktøy ifølge krav 9,karakterisert ved at når en aksialkraft påsettes drivhylsen (211), dreier drivhylsen (211) omkretsmessig og deformerer det duktile materialet.

11. Verktøy ifølge ett av de foranstående krav, karakterisert ved at verktøyet omfatter en kommunikasjonshylse (140) forskyvbar til å åpne fluidstrømning gjennom det rørformede element (105).

12. Verktøy ifølge ett av kravene 6 til 11, karakterisert ved at det omfatter en lukkehylse (121) for å aktivisere deformeringsinnretningen.

13. Verktøy ifølge ett av kravene 9 til 12, karakterisert ved at hylsen eller hylsene (111;121) er frigjørbart festet til hverandre og/eller det sylindriske hus.