NO313392B1 - Pluggutsettingsanordning og setteverktöy for pluggutsettingsanordning - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en pluggutsettingsanordning og setteverktøy for pluggutsettingsanordning til bruk i sementeringsoperasjoner ved oppbygging av olje- og gassbrønner.

Under oppbygging av olje- og gassbrønner bores et bore-hull i jorden. En streng av foringsrør blir senket ned i borehullet, og ringrommet mellom foringsrøret og borehullet blir fylt med sement.

Når sementen har størknet, forlenges borehullet og pro-sessen gjentas. Tradisjonelt kalles den nye foringsrør-lengden for et "forlengingsrør" inntil det tidspunkt når den er sementert på plass, hvoretter den blir kalt "foringsrør".

Typisk blir forlengingsrøret senket ned hengende i en overhalingsstreng og er løsbart festet til denne via et setteverktøy som, som vist på EP-A-0 450 676 og WO 94/27026 (som begge danner grunnlag for den innledende del av krav 1) kan innbefatte en pluggutsettingsanordning som rommer en topplugg og en bunnplugg til bruk i den påfølgende sementeringsoperasjon.

Når først forlengingsrøret er på plass, settes en for-lengingsrørshenger. Denne fester forlengingsrøret til foringsrøret. Sirkulasjonsfluid blir deretter pumpet gjennom verktøystrengen og forlengingsrøret og returnerer i ringrommet mellom forlengingsrøret og borehullet, hvorved det fjerner mesteparten av slam og avfall fra dette. På dette stadium blir en første utløsningsplugg ført inn i overhalingsstrengen og pumpet nedover i overhalingsstrengen av en sementsøyle. I EP-A-0 450 676 passerer utløsningspluggen nedover setteverktøyet og aktiverer et stempel som sender ut bunnpluggen fra set-teverktøyet. Når den virker ordentlig, skal utløsnings-pluggen komme til anlegg oppå stemplet, og sementen forlater setteverktøyet ovenfor utløsningspluggen og passerer ned forlengingsrøret oppå bunnpluggen.

Når den nødvendige mengde sement er blitt pumpet ned gjennom overhalingsstrengen, blir en andre utløsnings-plugg ført inn i overhalingsstrengen og pumpet nedover med hydraulikkfluid. Typisk blir sirkulasjonsfluid eller sjøvann benyttet til dette formål.

Når den andre utløsningsplugg går i inngrep med den første utløsningsplugg, forskyver den stemplet videre nedover, hvorved toppluggen utløses, hvilken blir pumpet nedover forlengingsrøret oppå sementen av hydrau-likkf luidet.

En nedre flottørsko er installert i eller nær bunnen av forlengingsrøret. Bunnpluggen forflytter seg nedover forlengingsrøret inntil den lander på den nedre flot-tørsko. Siden toppluggen blir pumpet nedover forleng-ingsrøret av hydraulikkfluidet, øker trykket på bunnpluggen til en sprengmembran i denne brytes og tillater sementen å passere gjennom bunnpluggen og den nedre flottørsko og strømme oppover og inn i ringrommet mellom forlengingsrøret og borehullet til toppluggen lander på bunnpluggen. Den nedre flottørsko innbefatter en tilbakeslagsventil, og sementen får størkne i ringrommet .

I WO 94/27026 passerer utløsningspluggen nedover et rørformet setteverktøy som er perforert på en bestemt måte slik at strømningen av fluidet blir styrt til hen-holdvis bunnpluggen og toppluggen slik at separasjonspluggene blir utløst i en bestemt rekkefølge. Utstyret er anordnet slik at utløsnings pluggene ikke følger med separasjonspluggene men stopper i, og blir trukket ut sammen med, setteverktøyet slik at utløsningspluggene kan brukes om igjen.

Vanskeligheten med det kjente arrangement ifølge EP-A-0 450 676 er at dersom den første utløsningsplugg blir pumpet nedover overhalingsstrengen for hurtig, kan den påvirke stemplet med tilstrekkelig kraft til å sende ut både toppluggen og bunnpluggen sammen.

Den herværende oppfinnelse løser dette problem ved å hindre de første utløsningsplugger fra å sende ut pluggene mekanisk.

Ifølge den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en pluggutsettingsanordning til bruk ved sementeringsoperasjoner ved oppbygging av olje- og gassbrønner, idet nevnte pluggutsettingsanordning omfatter et rør-formet element som har et øvre parti og et nedre parti som kan romme i det minste en bunnplugg og en topplugg, karakterisert ved at nevnte øvre parti har et gulv og nevnte nedre parti er bevegelig i forhold til nevnte øvre parti, idet arrangementet er slik at i bruk, når en første utløsningsplugg blir pumpet av sement inn i nevnte øvre parti, blir nevnte sement avledet for å løfte nevnte nedre parti for å utløse nevnte bunnplugg, og når en andre utløsningsplugg blir pumpet inn i nevnte øvre parti av hydraulikkfluid, lander den på nevnte første utløsningsplugg, og nevnte sement blir avledet for å løfte nevnte nedre parti ytterligere for å utløse nevnte topplugg.

Fortrinnsvis er nevnte øvre parti og nevnte nedre parti generelt sylindriske, og nevnte nedre parti er teleskopisk bevegelig i forhold til nevnte øvre parti.

På fordelaktig vis er veggen av den del av nevnte nedre parti som rommer nevnte topplugg og nevnte bunnplugg, uperforert. Dette trekk, selv om det ikke er absolutt essensielt, er meget ønskelig siden det hindrer at pluggene blir sendt ut utilsiktet av den forbipasseren-de fluidstrøm.

Fortrinnsvis er nevnte øvre parti forsynt med i det minste to rekker av huller som er plassert med innbyrdes avstand langs nevnte øvre parti.

Nevnte øvre parti er fordelaktig forsynt med i det minste to felter som rager utover fra nevnte øvre parti og er forsynt med tetninger som er i inngrep med nevnte nedre parti.

Fortrinnsvis er et øvre parti av nevnte nedre parti forsynt med en flens som rager innover fra nevnte nedre parti og er forsynt med en tetning som er i inngrep med nevnte øvre parti.

Nevnte nedre parti er fordelaktig forsynt med i det minste ett utløp som i bruk tillater fluid å passere fra nevnte øvre parti.

Selv om pluggutsettingsanordningen primært er ment til bruk sammen med et setteverktøy til nedsenking og setting av et forlengingsrør, ville den også kunne brukes til utsetting av plugger i et brønnhode, nærmere bestemt, men ikke utelukkende, et undersjøisk brønnhode.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer også et set-teverktøy som har innebygd en pluggutsettingsanordning i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse.

Fortrinnsvis er nevnte setteverktøy tilpasset til nedsenking og setting av et forlengingsrør i foringsrør og påfølgende sementering av nevnte forlengingsrør på plass.

For bedre forståelse av den herværende oppfinnelse vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgende tegninger, hvor

Fig. la, lb, lc og ld er sekvensielle tegninger, delvis i tverrsnitt og delvis i sideoppriss, og viser en pluggutsettingsanordning i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse i virksomhet.

Det vises til tegningene hvor det er vist et for-lengingsrør 1 som er opphengt inne i et foringsrør 2 via en tradisjonell forlengingsrørshenger (ikke vist), hvilken omfatter en flerhet av konsegmenter og kilebel-ter som virker mellom forlengingsrøret 1 og foringsrø-ret 2.

En pluggutsettingsanordning som er generelt betegnet med henvisningstallet 3, strekker seg nedover inn i forlengingsrøret 1 og danner en del av et setteverktøy som er opphengt i en overhalingsstreng (ikke vist).

Pluggutsettingsanordningen 3 omfatter et øvre parti 4 og et nedre parti 5 som er skilt av et gulv 6.

Som vist på fig. la, er det øvre parti 4 generelt sy-lindrisk og er forsynt med to rekker av huller 7a, 7b på et nedre nivå, en rekke med huller 8 på et mellomni-vå og en rekke med huller 9 på et øvre nivå.

Det nedre parti 5 inneholder en bunnplugg 10 og en topplugg 11.

Bunnpluggen 10 omfatter et hovedlegemeparti 12 som er forsynt med en passasje 13 som ender i en sprengplate 14. Bunnpluggen 10 er også forsynt med en flerhet av fjærende finner 16 som blir holdt tilbake radialt av det nedre partis 5 side.

Toppluggen 11 er generelt lignende bunnpluggen 10 bort-sett fra at hovedlegemepartiet 15 er kompakt og er forsynt med en passasje eller en sprengplate.

Det nedre parti 5 er teleskopisk montert på det øvre parti 4 og er plassert i avstand til dette via to felter 31 og 32 som hver er forsynt med en tetning 33, 34 som er i inngrep med det nedre parti 5. Det nedre parti 5 er også forsynt med en rekke utløpshuller 17 som er i flukt med hullene 7a i utgangsposisjonen vist på fig. la. Det nedre parti 5 er forsynt med en første krage 18 som ligger an mot bunnen av et rør 19 fastgjort til det øvre parti 4. Den første krage 18 er forsynt med gjenger 20 som er ment å skjæres, og er støttet av et av-standsstykke 21 som hviler på en andre krage 22 som også er forsynt med gjenger 23 som er ment å skjæres og er støttet av en låsering 24.

Pluggutsettingsanordningens virkemåte vil nå bli beskrevet.

Etter at foringsrøret 2 er sementert på plass, da deretter senket ned gjennom foringsrøret 2 på setteverk-tøyet som er montert nederst i verktøystrengen. Dersom forlengingsrøret 1 støter på en hindring, blir det be-veget vekselvis opp og ned og rotert, mens sirkulasjonsfluid blir pumpet ned gjennom forlengingsrøret og får returnere gjennom ringrommet mellom forlengingsrø-ret 1 og borehullet til hindringen er ryddet av veien. Under sirkuleringen passerer sirkulasjonsfluidet gjennom det øvre parti 4, utover gjennom rekkene av huller 7a og 7b i det nedre lag, gjennom utløpene 17 og strøm-mer nedover forlengingsrøret 1.

Etter at forlengingsrøret 1 er blitt senket til ønsket posisjon i tilstøting til bunnen av foringsrøret 2, blir det satt på plass ved hydraulisk aktivering av en forlengingsrørshenger. Dette bevirkes typisk ved at en metallkule slippes ned gjennom overhalingsstrengen til den går i inngrep med et ventilsete i setteverktøyet. Dette avleder sirkulasjonsfluidet til forlengings-rørshengeren som blir satt når trykket øker. Etter at forlengingsrørshengeren er satt, økes trykket for å aktivere en mekanisme for å tillate setteverktøyet å bli trukket tilbake fra forlengingsrøret 1 og økes deretter ytterligere for å forskyve både metallkulen og dens se-te hvilke faller ned gjennom setteverktøyet og blir liggende på gulvet 6 i det øvre parti. Dette er vist på fig. lb hvor metallkulen er betegnet med henvisnings-tall 25 og det forskjøvne sete med 26. Det skal bemerkes at setet 26 stenger for rekken av huller 7a selv om fluid fremdeles kan passere gjennom rekken av huller 7b.

Tradisjonelt blir setteverktøyet hevet noen få meter på dette tidspunkt for å påvise at frigjøringen av for-lengingsrøret 1 er vellykket. Setteverktøyet blir deretter senket til sin tidligere posisjon, og semente-ringsprosessen innledes.

På dette stadium blir sirkulasjonsfluid pumpet ned gjennom overhalingsstrengen og passerer gjennom det øvre parti 4, radialt utover gjennom hullene 7b, ned forlengingsrøret 1 og returnerer gjennom ringrommet mellom forlengingsrøret 1 og borehullet (fig. lb). Dette fjerner avfall fra ringrommet og gjør det klart for sementering.

Når ringrommet skal motta sementen, blir en første ut-løsningsplugg 27 sluppet inn i toppen av overhalingsstrengen fra en utløsningsboks (ikke vist) for utløs-ningsplugg. Den første utløsningsplugg 27 blir av sement 28 pumpet ned overhalingsstrengen. Den første ut-løsningsplugg 27 forflytter seg nedover overhalingsstrengen til den blir liggende på toppen av metallkulen 25, i hvilken posisjon den stenger for hullene 7b, Sementen strømmer da gjennom hullene 8 og 9.

Siden hullene 7a og 7b er blokkert, øker trykket i sementen og virker oppover mot en flens 29 som rager innover fra toppen av det nedre parti 5, og er forsynt med en tetning 35 som er i inngrep med det øvre parti 4. Sementen presser det nedre parti 5 oppover i forhold til det øvre parti 4.

Når trykket bygges opp tilstrekkelig, brytes gjengene 20 mot røret 19, og det nedre parti 5 stiger til den andre kraves 22 gjenger 23 støter an mot bunnen av rø-ret 19, på hvilket tidspunkt utløpshullene 17 i det nedre parti 5 er i full fluidforbindelse med hullene 8, slik at sement kan strømme gjennom disse.

Når det nedre parti 5 stiger, blir bunnpluggen 10 grad-vis frilagt, slik at de elastiske finner 16 fjærer radialt utover og går i inngrep med veggen i forlengings-røret 1. Som vist på fig. lc, passerer sementen, etter at den er pumpet ned gjennom overhalingsstrengen, gjennom hullene 8 og utløpet 17 og ned forlengingsrøret 1 idet den skyver bunnpluggen 10 foran seg. For forkla-ringens skyld er sementen vist strømmende nedover fra utløpene 17. Det skal imidlertid forstås at noe sement også strømmer oppover og inn i ringrommet mellom det nedre parti 5 og forlengingsrøret 1. Denne strøm holdes tradisjonelt inne av en produksjonspakning som kan vir-ke mellom røret 19 og forlengingsrøret 1.

Når tilstrekkelig med sement er blitt ført inn i overhalingsstrengen, blir en andre utløsningsplugg 30 ført inn i toppen av overhalingsstrengen og pumpet ned av en hensiktsmessig hydraulikkfluidkilde. Sirkulasjonsfluid blir typisk benyttet til dette formål.

Når den andre utløsningsplugg 30 lander på den første utløsningsplugg 27, blokkerer den gjennomstrømning gjennom hullene 8. Trykket i sirkulasjonsfluidet bygges opp og blir påført flensen 29 via huller 9. Når tilstrekkelig trykk bygges opp, skjæres gjengene 23 slik at det nedre parti 5 forflytter seg oppover til fluidforbindelse er opprettet mellom hullene 9 og utløpet 17, som vist på fig. Id.

Idet det nedre parti 5 stiger, frilegger det toppluggen 11 hvis elastiske finner utvider seg utover mot for-lengingsrøret 1. Sirkulasjonsfluidet blir pumpet gjennom hullene 9 og utløpene 17 og inn i forlengingsrøret 1, hvor det driver sementsøylen, som er innestengt mellom bunnpluggen 10 og toppluggen 11, ned gjennom for-lengingsrøret 1 til bunnpluggen 10 lander på en øvre flottørsko installert i tilstøting til bunnen av for-lengingsrøret 1.

Trykket i sirkulasjonsfluidet på toppluggen 11 økes til sprengplaten 14 svikter, hvorved sementen tillates å passere gjennom bunnpluggen 10 og den nedre flottørsko og strømmer radialt utover og oppover inn i ringrommet mellom forlengingsrøret 1 og borehullet inntil toppluggen 11 lander på bunnpluggen 10.

Overhalingsstrengen og setteverktøyet kan deretter trekkes tilbake.

Toppluggen 11, bunnpluggen 10, den nedre flottørsko og eventuell restsement kan bores ut dersom det ønskes å forlenge brønnen ytterligere.

Det skal bemerkes at den første utløsningsplugg 27, den andre utløsningsplugg 30, metallkulen 25 og dens sete 26 blir alle gjenvunnet i utsettingsanordningen, hvorved opphopning av avfall i brønnen minimeres og oppfik-sing og gjenbruk av disse deler tillates, om ønskelig.

Slik det er beskrevet til nå, vil det legges merke til at bunnpluggen 10 og toppluggen 11 holdes i det nedre parti 5 kun ved sammentrykking. Selv om dette skulle være tilstrekkelig, kan det føles slik at en eller an-nen form for mekanisk låseanordning vil være nødvendig, hvilken hindrer pluggene fra å bli sendt ut utilsiktet før heving av det nedre parti 5. Med tanke på dette kan toppluggen 11 være løsbart festet til gulvet 6 i det øvre parti 4 og bunnpluggen 10 løsbart festet til toppluggen 11. Et egnet løsbart festearrangement for toppluggen 11 kunne omfatte, for eksempel, en fjærbelastet haspe dreibart montert på gulvet 6 og med et element som rager inn i toppluggen 11 og blir holdt på plass av at det nedre parti 5 som virker mot fjærens virkning. Når det nedre parti 5 heves til sin øverste posisjon, blir den fjærbelastede haspe frigjort og spretter tilbake, hvorved den utløser toppluggen 11. På lignende måte kan toppluggen 11 være forsynt med en lignende fjærbelastet haspe som skal holde tilbake bunnpluggen 10 til haspen frigjøres når det nedre parti 5 er løftet tilstrekkelig.

Forskjellige modifikasjoner på pluggutsettingsanordningen kan tenkes, for eksempel ville det nedre parti 5 kunne tilpasses til å holde hvilket som helst antall plugger som er individuelt utløsbare som reaksjon på at en utløsningsplugg lander i det øvre parti 4, og på blokkeringen av en separat rekke med huller for å løfte det nedre parti 5 et ønsket stykke for å utløse en plugg.

Utsettingsanordningen er primært ment for utsetting av sementeringsplugger. Den ville imidlertid også kunne benyttes til utsetting av plugger til andre formål, for eksempel skraperplugger som er beregnet til rengjøring av forlengingsrørets side eller til setting av plugger som er beregnet til å aktivere gjenstander montert i forlengingsrøret. Utløsningspluggene er fortrinnsvis av den viste fasong for sementeringsoperasjoner, da de kan brukes til å skille sirkulasjonsfluidet fra sementen. Til andre formål ville utløsningspluggen imidlertid kunne omfatte hvilket som helst element som er i stand til å blokkere gjennomstrømning gjennom en rekke av huller.

Claims (9)

1. Pluggutsettingsanordning til bruk i sementeringsoperasjoner ved oppbygging av olje- og gassbrønner, hvor nevnte pluggutsettingsanordning (3) omfatter et rørelement som har et øvre parti (4) og et nedre parti (5) som kan romme i det minste en bunnplugg (10) og en topplugg (11), karakterisert ved at nevnte øvre parti (4) har et gulv (6), og nevnte nedre parti (5) er bevegelig i forhold til nevnte øvre parti (4), idet arrangementet er slik at i bruk, når en første utløsningsplugg (27) blir pumpet inn i nevnte øvre parti (4) av sement, blir nevnte sement avledet til å løfte nevnte nedre parti (5) for å løse ut nevnte bunnplugg (10), og når en andre utløsnings-plugg (30) blir pumpet inn i nevnte øvre parti (4) av hydraulikkfluid, lander den på nevnte første utløs-ningsplugg (27), og nevnte hydraulikkfluid blir avledet for å løfte nevnte nedre parti (5) ytterligere for å løse ut nevnte topplugg (11).

2. Pluggutsettingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte øvre parti (4) og nevnte nedre parti (5) er generelt sylindriske, og nevnte nedre parti (5) er teleskopisk bevegelig i forhold til nevnte øvre parti (4).

3. Pluggutsettingsanordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at veggen i den del av nevnte nedre parti (5) som rommer nevnte topplugg (11) og nevnte bunnplugg (10), er uperforert.

4. Pluggutsettingsanordning som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte øvre parti (4) er forsynt med i det minste to rekker av huller (7a, 7b, 8, 9) som er plassert med innbyrdes avstand langs nevnte øvre parti (4).

5. Pluggutsettingsanordning som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte øvre parti (4) er forsynt med i det minste to felter (31, 32) som rager utover fra nevnte øvre parti (4) og er forsynt med tetninger (33, 34) som er i inngrep med nevnte nedre parti (5).

6. Pluggutsettingsanordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at et øvre parti av nevnte nedre parti (5) er forsynt med en flens (29) som rager innover fra nevnte nedre parti (5) og er forsynt med en tetning (35) som er i inngrep med nevnte øvre parti (4).

7. Pluggutsettingsanordning som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte nedre parti (5) er forsynt med i det minste ett utløp (17) som i bruk tillater fluid å passere fra nevnte øvre parti (4).

8. Setteverktøy, karakterisert ved at det har innebygd en pluggutsettingsanordning som angitt i hvilket som helst foregående krav.

9. Setteverktøy, som angitt i krav 8, til nedsenking og setting av et forlengingsrør i et foringsrør og for påfølgende sementering av nevnte forlengingsrør på plass.