NO312424B1

NO312424B1 - Antirotasjonsanordning for bruk med brönnverktöy

Info

Publication number: NO312424B1
Application number: NO19951660A
Authority: NO
Inventors: Peter Budde
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 2002-05-06
Also published as: AU673043B2; AU5696294A; NO951660D0; CA2149230A1; CA2149230C; DE69321258T2; WO1994015062A1; EP0676002A1; DE69321258D1; EP0676002B1; US5390736A; NO951660L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører antirotasjonsanordninger for bruk med brønnverktøy, og nærmere bestemt, men ikke utelukkende, omhandler den antirotasjonsanordninger for plugger, øvre flottørsko og nedre flottørsko for sementering. Foreliggende oppfinnelse vedrører også brønnverktøy utstyrt med antirotasjonsanordninger.

Under sementering blir plugger senket ned i en brønnboring. Når sementeringsoperasjonen er ferdig blir disse plugger, sammen med tilhørende øvre flottørsko og/eller nedre flottørsko boret ut.

En av vanskelighetene med å bore ut plugger er at de kan rotere med boret, hvilket forsinker fremgangen betydelig.

Forskjellige forslag har vært gjort for å hindre rotasjon av plugger i brønnboringen under utboring. Vanligvis omfatter disse å forsyne pluggen og/eller flottørskoen med antirotasjonsanordninger som er beregnet på å hindre rotasjon av pluggen i forhold til flottørskoen som er ikke-roterbart innsatt i foringsrøret.

US-A-3550683 beskriver en slik plugg som er utstyrt med en antirotasjonsanordning innbefattende tre bueformede bånd som rager nedover fr pluggen og er tiltenkt å rettes i tilsvarende bueformede spor i en flottørsko.

US 4 858 687 viser en antirotasjonsanordning i en øvre sementeirngsplugg med en korrigert ytre overflate. Den korrigerte overflaten til den øvre pluggen griper i den korrigerte overflaten til den nedre pluggen slik at pluggen ikke vil rotere når den blir boret ut.

Tidlige antirotasjonsanordninger innbefattet fremspring som hadde den ulempe at hele borestrengens vekt ble påført fremspringene via pluggen med det resultat at fremspringene ofte ble brutt av under den aksielle belastning og ble stort sett gjort uvirksomme.

Søkerens WO-91/17340 viser en antirotasjonsanordning der den aksielle belastning bæres av sirkulære lastbærende tetninger montert på den øvre flate av flottørskoen og den nedre flate på pluggen og både pluggen og flottørskoen er forsynt med tenner som får inngrep med hverandre, men ikke blir utsatt for noen aksiell belastning. Som et resultat benyttes tennene kun til å overføre rotasjonskrefter.

Mens dette arrangement virker i hovedsak akseptabelt, har det en ulempe ved at i awiksbrønner kan fremspringene på f.eks. pluggen lande på det lastbærende element i flytekraven istedenfor å komme i inngrep med dets tenner. Ved forsøk på rotasjon av pluggen kan disse fremspring da bli knekt av.

Den foreliggende oppfinnelse sikter mot å tilveiebringe en antirotasjonsanordning som kan benyttes for både rette og avvikende brønner.

I samsvar med et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebragt en antirotasjonsanordning for bruk i et brønnverktøy, der antirotasjonsanordningen omfatter et langsgående avsmalnet hann-element med en langsgående korrugert ytre overflate.

Med fordel innbefatter antirotasjonsanordningen en lastbærende flate som omskruer det innsmalnende hann-element.

Med fordel er den lastbærende flate også en tetningsflate.

Med fordel er brønnverktøyet en plugg, og antirotasjonsanordningen er festet til eller utformet som en integrert del av pluggen.

Med fordel forløper korrugeringene i hovedsak parallelt med pluggens lengdeakse.

Med fordel omfatter korrugeringene forhøyninger og fordypninger, og den ytre ende av forhøyningene ligger på en imaginær sfære som har sitt senter i hovedsak på pluggens lengdeakse.

Med fordel omfatter korrugeringene forhøyninger og fordypninger, og den indre ytterende av fordypningene ligger på en imaginær sfære som har sitt senter hovedsakelig på pluggens lengdeakse.

Med fordel er sentrene av de imaginære sfærer forskjøvet fra hverandre langs pluggens lengdeakse. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en antirotasjonsanordning for bruk i et brønnverktøy, der antirotasjonsanordningen omfatter en hunn-sokkel eller muffe som har en korrupert overflate som er komplementær med den korruperte ytre overflaten til det avsmalnende hann-elementet til rotasjonsanordningen.

Med fordel er den lastbærende flate også en tetningsflate.

Mens det er foretrukket at et brønnverktøy slik som en nedre flottørsko eller en øvre flottørsko er forsynt med en hun-fatning og den nedre del av en plugg er forsynt med et avsmalnet hann-element, er det også mulig at den nedre flottørsko eller øvre flottørsko er forsynt med et oppad avsmalnet hann-element og den nedre del av pluggen med en hunn-fatning. Imidlertid er det første arrangement svært foretrukket ettersom mulig rusk blir rettet nedad gjennom flottørskoen mens et oppad avsmalnet hann-element ville lede rusket på den oppad vendende flate av flottørskoen som ligger rundt det oppad avsmalnede element.

Med fordel omfatter antirotasjonsanordningen en lastbærende flate som ligger rundt hunn-fatningen.

Med fordel er den lastbærende flate også en tetningsflate.

Fordelaktig er fremspringet av et avsmalnet hann-element ut over dets lastbærende flate mindre enn dybden av hunn-fatningen, slik at når det avsmalnede hann-element er fullstendig innsatt i hunn-fatningen, overføres i hovedsak all aksiell belastning via de lastbærende flater.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen vil henvisning nå

gis, som et eksempel, til de vedlagte tegninger hvor:

Fig. 1 viser et vertikalt snitt gjennom en utførelse av en øvre plugg i samsvar med

oppfinnelsen;

Fig. 2 viser et vertikalt snitt gjennom en utførelse av en nedre plugg i samsvar med

oppfinnelsen; Fig. 3 viser et riss tatt langs linjen III-III ifølge fig. 1;

Fig. 4 viser et perspektivriss tatt i retning av pilen IV i fig. 1; og

Fig. 5 viser et vertikalt tverrsnitt som viser den øvre plugg og nedre plugg som nærmer

seg en nedre flottørsko i et foringsrør.

Med henvisning til fig.l er det vist en øvre plugg som er generelt identifisert med henvisningstallet 1. Pluggen 1 er tilvirket av plastmateriale og omfatter en kjerne 2 av stiv polyuretan i en ytre fatning 3 av elastisk polyuretan. Den ytre fatning 3 innbefatter

et antall avstrykere 4, en tetningsfinne 5 og en topp 6.

Den øvre plugg 1 innbefatter en antirotasjonsanordning i form av et avsmalnet hann-element 7 som, slik det er tydeligere vist i fig. 4, har en korrugert ytre flate 8 omfattende alternerende forhøyninger 9 og fordypninger 10.

Som vist i fig. 1 ligger den ytre kant av hver av forhøyningene 9 på en imaginær sfære som har sitt senter på den øvre pluggs 1 lengdeakse 11 og har en radius ri. Likeledes ligger den indre kant av hver av fordypningene 10 på en imaginær sfære som har sitt senter på den øvre pluggs 1 lengdeakse 11 og har en radius r2.

Det skal bemerkes at r2 er forskjøvet fra ri langs den øvre pluggs 1 lengdeakse 11.

Som det kan sees av fig. 3, dersom et snitt tas gjennom det avsmalnede han-element 7 vinkelrett på lengdeaksen 11 av den øvre plugg 1 har forhøyningene 9 og fordypningene 10 konturen av omtrentlig halvsirkler som går jevnt over i hverandre.

Det avsmalnede hann-element 7 er omgitt av en ringformet lastbærende og tettende flate 12.

Kjernen 2 er forsynt med et hulrom 13 som reduserer den totale vekt av den øvre plugg

1 og letter utboring av pluggen 1 etter bruk.

Det vises nå til fig. 2 hvor den nedre plugg 101 i mange henseender er lik med den øvre plugg 1 og deler som har lignende funksjoner har blitt identifisert med lignende henvisningstall i 100-serien.

Den nedre plugg 101 avviker fra den øvre plugg 1 ved at den øvre flate 106 er forsynt med en antirotasjonsanordning i form av en hunn-fatning 114 som har en form som er komplementær til det avsmalnede hann-element 7.

I tillegg forløper hulrommet 113 over hele den aksielle lengde av den nedre plugg 101 og er forsynt med en fjernbar sprengplate 115.

Det vises nå til fig. 5 hvor det under oppbygging av en typisk brønn først bores et hull til en dybde på la oss si 1000 meter. En nedre flottørsko 201 forsynt med en hunn-fatning 214 festes på enden av en foringsrørstreng 202 som senkes ned til innenfor noen få meter av brønnens bunn.

Den nedre plugg 101 blir deretter plassert i foringsrøret 202, og den beregnede mengde med våt sement pumpet ned oppå den nedre plugg 101 som langsomt presses ned i foringsrøret 202 av sementens vekt og trykket pådratt denne med pumpen.

Fig. 5 viser når den nedre plugg 101 nærmer seg den nedre flottørsko 201. Når den nedre plugg 101 nærmer seg den nedre flottørsko'201 far det avsmalnede hann-element 107 inngrep i hunn-fatningen 214 og den ringformede lastbærende og tettende flate 112 kontakter på tettende måte en tilsvarende ringformet lastbærende og tettende flate 212 som omskriver hunn-fatningen 214.

Når den nedre plugg 101 er i anlegg mot den nedre flottørsko 201 bygger trykket av den våte sement seg opp og frakturer sprengplaten 115 slik at sementen kan passere gjennom den nedre flottørsko 201, utad til veggene av hullet og oppad mellom den ytre vegg av foringsrøret 202 og borehullets vegg.

Når den ønskede sementmengde er blitt pumpet ned i foringsrøret 202 settes den øvre plugg 1 i foringsrøret 202. Toppen av foringsrøret 202 blir deretter stengt og boreslam blir tilsatt toppen av foringsrøret 202 for å drive den øvre plugg 1 og den resterende våte sement ned foringsrøret 202.

Sement fortsetter å strømme inntil det avsmalnede hann-element 7 på den øvre plugg 1 entrer hunn-fatningen 114 på den nedre plugg 101 og den lastbærende og tettende flate 12 støter mot den lastbærende og tettende flate 112' som omskriver hunn-fatningen 114.

Hydraulisk trykk kan bli opprettholdt på den øvre plugg 1 mens sementen tørker. Ved dette trinn trykkavlastes foringsrøret 202, åpnes opp og et roterende bor senkes ned foringsrøret 202 inntil det kontakter den øvre plugg 1.

Fordi det avsmalnede hann-element 7 er i inngrep i den nedre plugg 101 vil den øvre plugg 1 ikke rotere uavhengig av den nedre plugg 101. Likeledes, ettersom det avsmalnede hann-element 107 på den nedre plugg 101 er i inngrep i hunn-fatningen 214 i den nedre flottørsko 201, vil verken den øvre plugg 1 eller den nedre plugg 101 rotere. Dette muliggør hurtig utboring.

Formen av det avsmalnede hann-element 7 og den komplementære hunn-fatningen har flere fordeler. Nærmere bestemt vil det avsmalnede han-element 7 får inngrep med hunn-fatningen 114 selv om de ikke måtte være i perfekt aksiell flukt straks før inngrep. Dette er spesielt viktig for bruk i avviksbrønner. I tillegg, fordi hunn-fatningen 114 skrår kontinuerlig og jevnt nedad, er det liten fare for at rusk legger seg mellom det avsmalnede hann-element og hunn-fatningen. Høyden av det avsmalnede hann-element er noe mindre enn dybden av hunn-fatningen 114, slik at det avsmalnede han-element 7 ikke er utsatt for aksielle trykkspenninger. Mens dette trekk er svært anbefalt, er det imidlertid ikke avgjørende, skjønt vi vil anbefale at det anordnes to eller flere aksielt forløpende spalter i det avsmalnede hann-element 7 for å tillate radiell sammentrykning dersom det avsmalnede hann-element skulle bli utsatt for trykkrefter.

Forskjellige modifikasjoner av de beskrevne utførelsene er påtenkt. F.eks. kan en øvre flottørsko benyttes over den nedre flottørsko. I dette tilfelle ville den øvre flottørsko bli forsynt med hunn-fatningen mens dette ikke ville være nødvendig for den nedre flottørsko. Om ønsket kan det ytre foringsrør og/eller hele pluggen være tilvirket av gummi. Det avsmalnede hann-element an også være tilvirket som en separat del som kunne monteres på pluggen. Likeledes kan hunn-fatningen 114 tildannes i en separat flate som kan festes, f.eks. skrus, til toppen av den nedre plugg. Likeledes kan hunn-fatningen 214 dannes som et integrert parti av den øvre flottørsko eller nedre flottørsko. I en slik utførelse kan hunn-fatningen 214 omgis av betong som eventuelt kan tildekkes med et lag av plastmateriale.

Om ønsket kan avstrykerne 4 og tetningsfinnen 5 erstattes med andre avstrykere og tetningsfinner.

Mens utførelsene vist i tegningene har åtte forhøyninger 9; 109 og åtte fordypninger 10; 110, skal det forstås at antallet forhøyninger og fordypninger kan varieres. Således, mens en plugg for et foringsrør på 24,5 cm (9.5/8"), som vist i figurene, kan ha seks eller åtte forhøyninger og fordypninger, er det påtenkt at plugger av mindre diameter kan forsynes med færre forhøyninger og fordypninger, f.eks. fire eller til og med tre forhøyninger og fordypninger. Likeledes er det påtenkt at plugger med større diameter kan forsynes med ytterligere forhøyninger og fordypninger, f.eks. ti, tolv, fjorten eller seksten forhøyninger og fordypninger. Det optimale antall av forhøyninger og fordypninger for en plugg vil bestemmes ved prøving og feiling. I hovedsak, jo større antall forhøyninger og fordypninger, jo lettere vil den nedre plugg gjøre inngrep med sokkelen i den øvre flottørsko eller nedre flottørsko. Etterhvert som antallet forhøyninger og fordypninger øker, avtar imidlertid evnen ved vekselvirkningen mellom hann-elementet og sokkelen til å motstå rotasjonsbelastninger. For plugger for alminnelige formål med seks eller åtte forhøyninger og fordypninger bør dette være helt tilfredsstillende.

Claims

1. Antirotasjonsanordning (7; 107) for bruk i et brønnvekrtøy, karakterisert vedat antirotasjonsanordning (7; 107) omfatter et avsmalnet hann-element (7; 107) som har en langsgående korrugert ytre overflate (8; 108).

2. Antirotasjonsanordning ifølge krav 1,karakterisert vedat den innbefatter en lastbærende flate (12;112) som omskriver det avsmalnede hann-element (7;107).

3. Antirotasjonsanordning ifølge krav 2,karakterisert vedat den lastbærende flate (12;112) også er en tetningsflate.

4. Plugg (1;101) som innbefatter en antirotasjonsanordning (7;107) ifølge krav 1,2 eller 3.

5. Plugg ifølge krav 4,karakterisert vedat korrugeringene (9,10; 109,110) forløper i hovedsak parallelt med pluggens lengdeakse.

6. Plugg ifølge krav 5,karakterisert vedat korrugeringene omfatter forhøyninger (9;109) og fordypninger (10;110) som, når de ses i tverrsnitt i et plan vinkelrett på pluggens lengdeakse er avgrenset av halvsirkler.

7. Plugg ifølge krav 4,5 eller 6,karakterisert vedat korrugeringene omfatter forhøyninger (9; 109) og fordypninger (10;110) og den ytre kant av forhøyningene (9; 109) ligger på en imaginær sfære som har sitt senter i hovedsak på pluggens lengdeakse.

8. Plugg ifølge krav 4,5,6 eller 7,karakterisert vedat korrugeringene omfatter forhøyninger og fordypninger og den indre kant av fordypningene (10;110) ligger på en imaginær sfære som har sitt senter i hovedsak på pluggens lengdeakse.

9. Plugg ifølge krav 7 og 8,karakterisert vedat sentrene av de imaginære sfærer er forskjøvet fra hverandre langs pluggens lengdeakse.

10. Antirotasjonsanordning for bruk i et brønnverktøy,karakterisert vedat antirotasjonsanordningen omfatter en hunn-fatning (14;214) som har en korrugert flate' komplementær til den korrugerte ytre flate (8; 108) av det avsmalnede hann-element (7; 107) av antirotasjonsanordningen ifølge krav 1.

11. Antirotasjonsanordning ifølge krav 10,karakterisert vedat den innbefatter en lastbærende flate (112';212) som omskriver hurm-fatningen.

12. Antirotasjonsanordning ifølge krav 11,karakterisert vedat den lastbærende flate (112';212) også er en tetningsflate.

13. En øvre flottørsko (201) forsynt med en antirotasjonsanordning ifølge krav 10,11 eller 12.

14. En nedre flottørsko forsynt med en antirotasjonsanordning ifølge krav 10,11 eller 12.

15. Plugg ifølge et eller flere av kravene 4 til 9, som videre omfatter en antirotasjonsanordning ifølge krav 10,11 eller 12.

16. Antirotasjonsanordning ifølge krav 2 eller 3, og en antirotasjonsanordning ifølge krav 11 eller 12,karakterisert vedat fremspringet på det avsmalnede hann-element (7; 107) forbi den lastbærende flate (12;112) er mindre enn dybden av hunn-fatningen (114;214) slik at, når det avsmalnede hann-element (7;107) er fullstendig innført i hunn-fatningen (114;214) overføres i hovedsak all aksiell belastning via de lastbærende flater (12,112';112,212).