NO312479B1 - Anordning ved ekspanderende pakningselement - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en anordning for plugging av eksempelvis undersjøiske olje/gassbrønner. Tetningen gjennom-føres ved at et metall deformeres for derved direkte eller indirekte å utøve den nødvendige friksjons-/tette-/festekraft mot brønnveggen.

I løpet av en brønns "livssyklus" fra lete- til forseglings-fase, er det av flere årsaker vanlig å sette plugger i brøn-nens rørforede og uforede seksjoner. Hensikten kan være å stenge eller isolere midlertidig eller permanent, en brønn-seksjon eller en hel brønn.

Flere velkjente pluggarter er tilpasset anvendelsesområder i brønner av ulik utforming. For eksempel er det vanlig å an-vende mekaniske plugger ved permanent forsegling av brønner, mens det benyttes oppblåsbare plugger under midlertidige av-grensningsoperasjoner hvor en seksjon av brønnen må isoleres fra resten av brønnen. Anvendelsesområdet for de forskjellige pluggartene er imidlertid flytende og overlapper hverandre. Det er av og til ønskelig å kunne transportere en plugg som skal tette mot et rør med en gitt diameter gjennom et mindre rør eller en ventil, eventuelt forbi et skadet rør, frem til den posisjon hvor pluggen skal settes. Det er ved slik anven-delse nødvendig at pluggen ekspanderer vesentlig under sette-operasjonen. For å trekke ut plugger gjennom et mindre rør, er det påkrevet at pluggdiameteren reduseres til i hovedsak opprinnelig diameter.

Ekspanderende pakningsplugger hvor et gummilignende materiale komprimeres i foringsrørets aksielle retning hvorved det bringes til å ekspandere ut mot foringsrøret er kjent og beskrives i US patent 1.257.790 som omhandler en plugg som er innrettet til å forskyves ned til settestedet i brønnen gjennom et produksjonsrør, hvoretter den aksielt sammentrykkes for å oppnå et tettende anlegg mot foringsrøret.

EP patent 141.726 omhandler også en elastisk deformerbar plugg som er innrettet til å forskyves gjennom produksjonsrø-ret ved hjelp av en kabel (wireline).

US patent 5.775.429 omhandler en ekspanderende plugg som er forsynt med en om pluggkroppen omsluttende elastisk hylse. Hylsen er i sine endeparti tettende forbundet til forskyvbare hylser. Ringrommet mellom hysen og pluggkroppen er fylt med et i hovedsak ikkekomprimerbart materiale. Når de to forskyvbare hylser forskyves i retning mot hverandre, blir det ikke-komprimerbare materialet presset ut i den elastiske hylse som derved ekspanderer radialt og danner en tettende anlegg mot

foringsrøret.

Ulemper med plugger ifølge kjent teknikk henfører seg foruten til de relativt høye kostnader som er forbundet med deres an-vendelse, til begrensninger i ekspansjonsrate og trykkapasi-tet.

En mekaniske plugg er tilpasset et relativt begrenset diame-terområde og er derfor uegnet til å føres frem til setteposisjonen gjennom for eksempel et mindre rør. Oppblåsbare plugger egner..seg bedre til slik. fremføring til. setteposisjonen, men er, grunnet de høye temperaturers innvirkning på tet-ningsmaterialet, ikke egnet til å motså høye trykk over len-gere tid.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe de negative sider ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

En plugg i form av et sylindrisk pluggrør føres frem til set-teposis jonen. Pluggrøret kan gjerne føres gjennom et rør av mindre diameter enn det rør/brønn som skal plugges. Pluggrø-ret er alt etter formålet med pluggsettingen aksielt åpent eller lukket for gjennomstrømning. Videre er pluggrøret i en eller flere posisjoner langs sin lengdeakse forsynt med en eller flere innvendig(e) sylindrisk(e) forsenkningsgrop(er) som er innrettet til å svekke pluggrørets aksielle trykkstyr-ke i området nær gropen(e). Ved å utsette foringsrøret for en aksiell trykkraft som overstiger materialets flytegrense ved forsenkningsgropen, vil det ved materialets deformasjon dannes en sirkulær utragende flenslignende krage fra pluggrøret. Forsenkningsgropens geometri bestemmer pluggrørets deforma-sjonsmønster, og derved den utragende krages geometri.

Når det er ønskelig at det under settingen dannes flere krager, eksempelvis for å komprimere et mellom kragene anordnet elastisk element eller for å avgrense en mellomliggende brønnseksjon, kan forsenkningsgropene utformes slik at kragene formes i en bestemt sekvens under komprimeringen av plug-grøret.

Pluggrøret kan være forsynt med et utvendig belegg som er innrettet til å forbedre tetningen mot rør-/brønnveggen under og etter kragedannelsen, eller med et elastisk utvendig element for samme formål.

En enkeltvirkende hydraulisk ringsylinder er anbrakt ved pluggrørets øvre endeparti. Ringsylinderen er ved sitt øvre endeparti forsynt med et toppfeste som passer komplementært i en borestrengs/kveilrørs frie endepartis koplingsdel. En trykkvæskekanal forbinder borestrengens/kveilrørets hulrom med ringsylinderens hulrom. Ringsylinderens innvendige del danner via et strekkstag en fast forbindelse mellom toppfestet og pluggrørets nedre endeparti, mens ringsylinderens be-vegelige utvendige sylinderrør ligger an mot pluggrørets øvre endeparti. Ved fjerning/trekking av pluggrøret må det anvedes en strekksylinder, alternativt en dobbeltvirkende sylinder som er innrettet til å strekke pluggrøret slik at de defor-merte partier rettes ut.

Når pluggen skal settes, festes pluggrøret med påkoplet ringsylinder til borestrengens eventuelt et kveilrørs/ wire-lines/sliklines, frie endeparti, og føres ned i brønnen til setteposisjonen. Trykkvæske pumpes så ned gjennom borestrengen til ringsylinderen. Pluggrøret som via strekkstaget og ringsylinderens innvendige del er fast forbundet til borestrengen, forblir i hovedsak i en fast posisjon i forhold til borestrengens nedre endeparti, mens ringsylinderens utvendige sylinderrør påfører pluggrørets øvre endeparti en nedoverret-tet aksiell kraft. Når den aksielle kraft overstiger rør-pluggmaterialets flytegrense ved en eller flere av forsenkningsgropene, dannes krager utvendig på pluggrøret. Kragen(e) rager utover i takt med pluggrørets deformasjon. Kragegeome-tri og dimensjon bestemmes ved å utforme forsenkningsgropen hensiktsmessig i henhold til kjente materialdeformasjonskri-terier. Ringsylinderen frakoples pluggrøret og trekkes opp sammen med borestrengen.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser delvis i snitt et pluggrør med ringsylinder i posisjon for setting; Fig. 2 viser pluggrøret i fig. 1 etter setting;

Fig. 3 viser pluggrøret i fig. 1 etter fråkopling.

Fig. 4 viser i snitt en detalj av et pluggrørs deformasjons-område før deformasjonen har funnet sted; Fig. 5 viser i snitt en detalj av et pluggrørs deformasjons-område under deformasjon; Fig. 6 viser i snitt en detalj av et pluggrørs deformasjons-område etter at deformasjonen har funnet sted; Fig. 7 viser i snitt en seksjon av pluggrør som er forsynt med et utvendig tetningselement før sammentrykning; Fig. 8 viser pluggrøret i fig. 7 under sammentrykning; og

Fig. 9 viser pluggrøret i fig. 7 ferdig sammentrykket.

På tegningene betegner henvisningstallet 2 et pluggrør ifølge oppfinnelsen som sammen med en ringsylinder 20 er innrettet til å bli ført ned i og satt i en brønn 40. Pluggrøret 2 er innvendig forsynt med en eller flere ringformede forsenkningsgroper 4, se fig 4. Forsenkningsgropene 4 reduserer pluggrørets 2 veggtykkelse og er innrettet til å svekke pluggrøret 2 aksialstyrke ved gropene 4, slik at en styrt deformasjon oppstår ved aksiell sammentrykking av pluggrøret 2. Fig. 5 og 6 viser to stadier av deformasjon som resulterer i en krage 6 ved sammentrykking når forsenkningsgropen 4 er ut-formet i henhold til en foretrukket geometri.

Ringsylinderen 20 er ved sitt øvre endeparti forsynt med et toppfeste 22 som passer til en kopling i en borestrengs/ kveilrørs 42 frie endeparti. Ringsylinderens 2 innvendige del 24 er fast forbundet til toppfestet 22 og via et strekkstag 25 og et endelokk 14 til pluggrørets nedre endeparti 8. Den innvendige del 24 er forsynt med en avtrappning 26 som danner en overgang mellom en større og en mindre diameter. Forskyv-bart omkransende den innvendige del 24 er det anbrakt et utvendig sylinderrør 28 som også er forsynt med en avtrappning 30 som danner en overgang mellom en større og en mindre innvendig rørdiameter. To pakningsett 32, 34 danner tetning mellom ringsylinderens 20 innvendige del 24 og utvendige rørs 28 største respektive minste diameter. Sylinderrørets 28 nedre endeparti ligger an mot pluggrørets øvre endeparti 10. Trykkvæske som pumpes ned gjennom borestrengens 42 hulrom 44 strømmer gjennom en trykkvæskekanal 36 inn i ringsylinderens ringrom 38. Væsketrykk-kraften som virker på avtrappningens 30 areal bevirker at det utvendige sylinderrør 28 trykkes ned mot pluggrørets 2 øvre endeparti 10. Når kraften overstiger pluggrørmaterialets flytegrense, deformeres pluggrøret 2 slik som beskrevet ovenfor.

Etter at pluggrøret 2 er satt, løsgjøres ringsylinderen 20 fra pluggrøret 2 for eksempel ved å løsne forskruninger eller bryte skjærpinner.

I det viste eksempel, se fig. 2, er pluggrøret 2 forsynt med to par av deformasjonssoner med krager 6, og således innrettet til å isolere den mellomliggende brønnseksjon.

I en ytterligere utførelsesform kan det være anbrakt et elastisk element 12 mellom to krager 6. Det elastiske element er innrettet til ytterligere å tette forbindelsen mellom plug-grøret 2 og brønnens 40 vegg 41. Det elastiske element 12 er fortrinnsvis anbrakt mellom to deformasjonselement 3. Flere skjærpinner 5 som er anbrakt mellom deformasjonselementet 3 og pluggrøret 2, er innrettet til å hindre at det elastiske element 12 under aksialkraften gjennom pluggrøret 2 komprimeres før kragene 6 er fremkommet. Fig. 7 til 9 viser forløpet ved setting av en tetning av denne art.

En plugg ifølge oppfinnelsen vil forenkle arbeidsoperasjonene ved setting av plugger samtidig som en sikrere og mer holdbar avstengning oppnås. Pluggrørets 2 store deformasjonsrate mu-lig j ør at pluggen kan føres frem til settestedet gjennom et rør av mindre diameter.

Claims (4)

1. Anordning ved ekspanderende pakningselement av den art som anvendes til plugging av brønner for eksempel ved leting og/eller utvinning av petroleumsforekomster, hvor et pakningselement føres ned i brønnen (40) ved hjelp av en bo-restreng/kveilrør/kabel/slikline (42), karakterisert ved at pakningen utgjøres av et plastisk deformerbart pluggrør (2) som er forsynt med svekninger, som eksempelvis utgjør en eller flere forsenkningsgrop(er) (4), og derved er innrettet til å bevirke at det ved sammentrykking av pluggrøret (2) dannes en krage(r) (6) på utsiden av pluggrøret (2).

2. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at pluggrøret (2) er forsynt med to eller flere sett av forsenkningsgroper (4) og derved innrettet til å isolere den(de) mellomliggende brønnseksjon(er).

3. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom to forsenkningsgroper (4) omkransende pluggrørets (2) utvendige areal er anbrakt et elastisk element (12).

4. Anordning i henhold til ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at en ringsylinder (20) direkte eller indirekte ligger an mot pluggrørets to endeparti (10, 12) og er innrettet til ved tilførsel av trykkvæske å deformere pluggrøret (2) ved aksiell kompre-sjon.