NO313563B1 - Oppblåsbar fôringsrörpakning samt fremgangsmåte for anvendelse av fôringsrörpakningen i et fôret borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt en oppblåsbar pakning for bruk i brønn-boringer, og særlig en oppblåsbar pakning som har en hybrid elastomerelement-konstruksjon som gir tetningsmulighet og forankringsstøtte for anvendelse i forede hull. Nærmere bestemt, men ikke som begrensning, angår denne oppfinnelse en oppblåsbar pakning der tetningselementet virker uavhengig av forankringselementet.

Produksjonen for olje- og gassreserver har brakt industrien til fjerntliggende steder på land og til havs. Dessuten er hydrokarbon-produksjon på fjerntliggende steder blitt «normalen». F.eks. er produksjon i avvikende og flersidige brønn-boringer nå blitt meget vanlig. Følgelig har det oppstått nye og særegne problemer, særlig i kompletteringsfasene. Historisk sett har kostnadene for utvikling og opprettholdelse av hydrokarbon-produksjon vært meget høye i fjerntliggende steder. Og ettersom produksjon fortsetter i disse fjerntliggende områder, har kostnadene også steget på grunn av de spesielle problemer som oppstår ved produksjon av olje og gass i vanskelig tilgjengelige områder og/eller produksjon av hydrokarbon gjennom mange soner. Følgelig krever produksjonsteknikker i disse fjerntliggende områder kreative løsninger på særegne problemer som ikke opptrer i konvensjonelle brønnboringer.

Som en fagmann innen industrien vil forstå, innvirker hydrokarbon-produk-sjonshastighetene direkte på lønnsomheten ved en brønnboring. Under disse brønnenes produktive levetid, må brønnen opprettholdes slik at hydrokarbonpro-duksjon og opptrekking utføres på den mest effektive måte og ved maksimal kapasitet. Brønn-operatører ønsker maksimal utvinning fra produktive soner, og for å maksimere produksjonen, er det nødvendig med riktig testing, komplettering og styring av brønnen.

Ved konstruksjon av en brønnboring inngår fire faktorer i enhver brønn-borings-utformingsfase: (1) kompletteringsmetoden som er best egnet for en spesiell brønn, (2) de nødvendige fluid-strømningsbaner, (3) kompletteringssystemet som velges for å bringe fluidene til brønnhodet, og (4) kompletteringskostnadene i forhold til produksjonspotensialet. Kompletteringsmetoden som velges er et viktig element, og denne oppfinnelse angår riktig soneisolering og de mest effektive og virksomme midler for å utføre dette. Nærmere bestemt gjelder den soneisolering i forede brønnboringer. Som man ville vente i industrien i dag, krever flersidige brønnboringer forede brønnboringer for effektiv drenering gjennom flere soner og/eller reservoarer. Dessuten blir mange operasjoner som konvensjonelt utføres ved overflaten, nå utført nedihull. Følgelig er operasjoner i foret hull blitt en nød-vendighet for mange brønnboring-kompletteringer.

Således er det nødvendig med forskjellige verktøy for hver av to kompletteringsmetoder: (1) komplettering av uforet hull og (2) kompletteringer av forede

eller perforerte hull. I en uforet brønnboring-komplettering påtreffes en forholdsvis stor innerdiameter og den åpne hullformen er alltid skjev. Det åpne hull er uregelmessig (ikke fullstendig sylindrisk) ettersom hullet er boret i jordformasjonen. Derfor blir den ytre foringsrør-pakning et ideelt tilpasset verktøy for isolering av soner under produksjon- eller sementeringsoperasjoner på grunn av dens store oppblåsings- og tetningskapasitet. Ved slike kompletteringsmetoder er den ytre forings-rørpakning en del av foringsrørstrengen og danner en tetning og en forankring mot veggen i det uforede hull når et elastomerelement i det oppblåsbare verktøy blåses opp. Forankringen i det uforede hull dannes når pakningens elastomerelement blåses opp og følger formen til det uforede hull, og derved hindrer aksialbevegelse i brønnboringen. De fleksible elastomerelementers uvanlig ekspansjons-og tetningsegenskaper gjør at disse verktøy kan håndtere forhold som ville vært umulige for konvensjonelle pakningsverktøy. Når pakningselementet er oppblåst, passer det til nær sagt enhver uregelmessighet i de uforede kompletterte brønn-boringer. Selv om intet pakningselement kan tåle alle forhold, er de oppblåsbare pakningselementer funnet å være meget tolerante for uforede kompletteringer.

På den annen side støter man i uforede brønnboringer på et annet sett kriterier og problemer for komplettering og overhaling av en brønnboring. Et problem man nylig har møtt, er å isolere en spesiell sone som befinner seg under kompletteringsutstyr som allerede er plassert i brønnboringen. Slike soner er normalt meget vanskelige å isolere, ettersom bare begrenset adgang eller gjennom-føring i eksisterende brønnborings-utstyr er tilgjengelig til den underliggende sone. Konvensjonelt har slikt kompletteringsutstyr gitt en forholdsvis trang adgang til en underliggende seksjon. I slike brønnboringer er det derfor et behov for soneisola-sjonspakninger som kan installeres under eventuelt eksisterende utstyr. Det er klart at konvensjonelt pakningsutstyr ikke kan benyttes i slike brønnboringer, siden det i stor grad omfatter utstyr med større diameter. Slikt utstyr kan derfor ikke passere gjennom den innsnevrede, tilgjengelige adkomst.

Dessuten er konvensjonelle pumpeservicer og produksjonsinjeksjonspak-nings-teknikker også utilstrekkelige ved disse anvendelser, ettersom de ikke gir og ikke kan gi tilstrekkelig tetningsevne i foringsrør av større diameter ved bruk av et oppblåsingsmedium som arbeider under en faseendringstilstand. Eksempler på et faseendringsmedium innbefatter sement eller epoksy. Faseendring av et oppblåsingsmedium skjer etter at oppblåsingsmediet stivner. Et oppblåsingsmedium stivner når det bibeholder en permanent fase. F.eks. skjer en faseendring når sement eller epoksy herdner. Etter slik herdning skjer imidlertid en annen faseendring, slik at sementen eller epoksyen krymper noe.

I disse brønnboringer med begrenset adkomst, kan konvensjonelle produksjonsinjeksjonspakninger og pumpeservice-teknikk under anvendelse av faseendrings-oppblåsingsmedia ikke oppblåses til å nå ytterdiameteren til den forede brønnboring (veggen) for effektiv avtetting av en sone, av grunner som vil bli omtalt nedenfor. Det er således stort behov for et nytt soneisolasjonsverktøy for isolering av visse soner i den forede brønnboring.

Et konsept er å bruke konvensjonell utvendig foringsrørpaknings-teknikk, som nå brukes ved komplettering av åpne hull med stor diameter, for forankring og avtetting (isolering) av en spesiell sone, særlig ettersom de har en forholdsvis liten «gjennomførings»-ytterdiameter og således er i stand til å passere gjennom den begrensede adkomst ved eksisterende utstyr. Eksempler på disse konvensjonelle pakningsteknikker omfatter «produksjonsinjeksjonspakninger» (engelsk: production injection packers) og «pumpeservice-pakninger» (engelsk: thru-tubing packers). Selv med forbedret elastomer-teknologi har imidlertid disse konvensjonelle pakninger vist seg å være forholdsvis ineffektive ved anvendelser som krever oppblåsing i en foret brønnboring med et faseendringsmedium.

For å kunne forstå hvorfor det er slik, er det nødvendig først å gjennomgå konstruksjonen av disse (oppblåsbare) pakninger. Oppblåsbare pakninger har lenge benyttet en konstruksjon som innbefatter bruk av forskjellige elastomerelementer kombinert med metallspiler eller -ribber som oppblåsbare elementer. Slike oppblåsbare verktøy omfatter et elastomer-hylseelement som er montert rundt en rørformet hoveddel. For å beskytte elastomer-hylseelementet, er et antall elastiske spiler eller ribber omkretsmessig forbundet med elastomer-hylseelementet. Elas-tomerhylsens midtparti er videre omgitt, og kan være forbundet med, et ytre, ring-formet elastomer-hylseelement eller «deksel» av betydelig tykkelse. Disse kjente utvendige foringsrørpakninger bruker således en «heldekkende» konstruksjon. Øvre og nedre sammenstillinger forbinder på en sikker og tettende måte pakning-selementhylsenes ender med den sentrale rørdel. Et faseendrings-oppblåsingsmedium under trykk sendes til rørdelen og deretter gjennom radiale kanaler på denne til det indre av elastomer-hylseelementet for oppblåsing av pakningsele-mentene, som derved ligger radialt tettende an mot brønnborings-veggen.

En konvensjonell utvendig foringsrørpakning (med eller uten et faseendringsmedium) er ineffektivt i forede brønnboringer fordi foringsrørets kontur er tilstrekkelig sylindrisk og følgelig hindrer en tilfredsstillende forankring mellom den utvendige foringsrørpakning og foringsrørveggen. En grunn til at man ikke får en tilfredsstillende forankring, er at friksjonskoeffisienten mellom elastomerelementet og stål-foringsrøret i et fuktig medium-miijø er meget lav. Trykkforskjellen i brønn-boringen mellom steder over og under pakningen vil således tvinge den i bevegelse.

Dessuten er den konvensjonelle utvendige foringsrørpakning konstruert for å gi fordeler bare med hensyn til å motvirke utpressing. F.eks. er ribbene plassert bare på elastormerelementets fastgjorte ende (feste-sammenstillinger) og gir således bare begrensede forankringsfordeler. Som sådan har elastomerelementet en tendens til å «rulle over» eller overlappe den fastgjorte ende når en tilstrekkelig aksialkraft påføres ribbene. På den annen side, hvis det utføres en modifikasjon og elastomerelementene er fullt ut forsynt med ribber, oppstår en annen ulempe. I sistnevnte tilfelle er et elastomerelement med ribber av full lengde, i kombinasjon med elastomerelementet, en pakning med meget større ytterdiameter. Derfor krever en ny konstruksjon et tynnere deksel for å overvinne den begrensede adkomst som er tilgjengelig gjennom eksisterende nedihull-utstyr.

Når et tynnere deksel innføres i den nye konstruksjon oppstår imidlertid et annet betydelig problem når faseendring-oppblåsingsmedium brukes til å blåse opp den oppblåsbare pakning i den forede brønnboring. Dette nye problem oppstår når oppblåsingsmediet endrer faser (herdner og trekker seg sammen) og det fører til tap av tilgjengelig radial kraft mot foringsrørveggen. En fagmann på området vil forstå at et forholdsvis tykkere elastomerelement, normalt vil kompensere for denne forskjell i radialkraft. Når det brukes et tynnere element, kan imidlertid radialkraft-tapet ikke kompenseres eller «utliknes». Graden av kompensering som et elastomerelement kan «utlikne» er således en funksjon av dets tykkelse. Sagt med andre ord er elastomerelementets energilagringskapasitet som er tilgjengelig for tetningsanlegg en funksjon av dets tykkelse. Når det benyttes et forholdsvis tykkere elastomerelement, vil det således foreligge et forholdsvis større energi-lagringspotensiale. Dette større, lagrede energipotensiale er tilgjengelig for å virke ved tettende anlegg mot veggen i den forede brønnboring, og derved kompensere for eventuell krymping i oppblåsingsmediet. I en foret brønnboring er det derfor nødvendig med et forholdsvis tykt elastomerelement for å oppnå tilfredsstillende tetningsevne. Det er således behov for et nytt soneisolasjonsverktøy som ikke er beheftet med alle disse begrensninger.

Det finnes forskjellige kjente, utvendige foringsrørpakningsanordninger, men ingen gir en løsning for isolering av en sone under eksisterende utstyr som har begrenset adkomst i omgivelsene til en foret brønnboring. F.eks. viser US-patent nr. 5 143 154 et oppblåsbart pakningselement for en oppblåsbar pakning med en spesiell ribbe-koplingskonstruksjon til rørdoren.

US-patent nr. 5 101 908 omhandler en oppblåsbar pakningsanordning og en tetningsmetode. Anordningen oppviser øvre og nedre elastomerelementer som omgir en rørformet dor. Imidlertid er heller ikke denne anordningen rettet mot de problemer som her er omtalt.

US-patent nr. 4 869 325 viser en fremgangsmåte og anordning for setting, løsning og opptrekking av en pakning eller en broplugg fra en brønn, hvor pakningen kan passere gjennom rør med liten diameter. Heller ikke denne publikasjon er rettet mot de spesielle problemer som her omtalt.

Det er derfor et behov for en anordning og fremgangsmåte for et oppblåsbart verktøy som gir en løsning for isolering av sone gjennom kompletteringsutstyr med begrenset adkomst i en foret brønnboring, som gir både tetning og forankring.

Dette behov tilfredsstilles ved en oppblåsbar nedihull-pakning samt fremgangsmåte for avtetting av et foret borehull, som angitt i de etterfølgende patent-krav.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en ny og forbedret brønnboring-pakningsanordning for bruk ved isolering av soner i en brønnboring og en fremgangsmåter for anvendelse av pakningsanordningen i et foret hull. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot en ny og forbedret, oppblåsbar eller utvendig foringsrør-pakning (UFP) for bruk i forede brønnboringer. En hybrid oppblåsbar pakningselement-konstruksjon i en UFP er vist, som i en enkelt enhet har forankrings- og tetningsseksjoner for anvendelse i forede brønnboringer under anvendelse av et faseendrings-oppblåsingsmedium så som sement eller epoksy eller liknende. Foreliggende oppfinnelse overvinner begrensningene ved eksisterende tidligere UFP'er ettersom disse kjente UFP'er ikke er i stand til å gi både tetnings- og forankrings-pakningselementer i en enkelt enhetlig konstruksjon i brønnboringer med begrenset størrelse og adkomst.

De oppblåsbare elementer omfatter en tetningsseksjon som anvender et ikke-kontinuerlig, armert elastomerelement med utpresningshindrende ribber ved sine ender. Når elastomerelementet er fylt med det oppblåsbare medium, vil en radial friksjonskraft bringe elastomerelementet i tettende anlegg mot foringsrør-veggen. Det er også anordnet en forankringsseksjon som anvender et kontinuerlig ribbeforsynt elastomerbelgelement. Stålribbene på elastomerelementets overflate ligger i metallisk anlegg mot foringsrørveggen når oppblåsningsmediet utøver en radial friksjonskraft. Eventuelt innesluttet brønnboringsfluid mellom seksjonene unnslipper via banen mellom ribbene. En fremgangsmåte for bruk av den hybride UFP er også vist. Nærmere bestemt er det vist en fremgangsmåte for bruk av den hybride oppblåsbare pakning i et miljø av foret hull med et faseendrings-oppblåsingsmedium.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen hvor: Fig. 1A er en kombinasjon av et snitt og et perspektivriss av en kjent utvendig foringsrørpakning, og viser et oppblåsbart element av kontinuerlig ribbeforsynt type, Fig. 1B er en kombinasjon av et snitt og et perspektivriss av en kjent utvendig foringsrørpakning, og viser et oppblåsbart element av ikke-kontinuerlig type, Fig. 2 er et snitt gjennom en hybrid utvendig foringsrørpakning ifølge den foretrukne utføringsform, og viser en tetningsseksjon med oppblåsbart element og en forankringsseksjon med oppblåsbart element, slik det ville se ut i innkjørings-driftsfasen, og

Fig. 3 er et snitt gjennom en hybrid utvendig foringsrørpakning ifølge den foretrukne utføringsform, og viser en tetningsseksjon med oppblåsbart element og en forankringsseksjon med oppblåsbart element, slik det vil se ut i oppblåsings-driftsfasen.

Foreliggende oppfinnelse lar seg best beskrive og forstås i forbindelse med dens anvendelse og kjente konstruksjoner av utvendige foringsrørpakninger (se fig. 1Aog 1B).

Pumpeservice-overhalings- og kompletteringsteknikker har betydelige fordeler, særlig fordi de skaffer isolasjon i begrensede adkomstsoner. Enkelte drifts-og konstruksjonsbegrensninger forekommer likevel ved slike teknikker. F.eks. er pumpeserviceteknikker dimensjonert mindre og har derfor begrenset anvendelse i brønnboringer med større diameter. I borede brønnboringer forekommer betydelige trykkforskjeller i brønnboringen når strømmende brønnborings-fluider er tilste-de, og følgelig skjer det utilsiktet forskyvning av settbare eller oppblåsbare verk-tøy. Strømning i den ene eller andre retning forekommer vanligvis i en brønnbo-ring når en produserende sone står i hydraulisk forbindelse med en forbrukersone og slik intersone-«krysstrømning» kan forekomme i en brønnboring, uavhengig av hvorvidt strømning er rettet mot overflaten.

Oppblåsbare brønnboringsverktøy kan arbeide i flere modus, så som «inn-kjørings»-driftsmodusen, en «ekspansjons- eller oppblåsings»-driftsmodus, og en «sette»-driftsmodus. Det oppblåsbare verktøy holdes i en innføringstilstand under innføring av verktøyet i brønnboringen med redusert radialdimensjon, slik at verk-tøyet kan passere gjennom begrensede adkomstområder. Når det oppblåsbare verktøy har passert forbi det innsnevrede adkomstområde og er plassert i et øns-ket område, tilføres oppblåsingstrykk til verktøyet med et oppblåsingsmedium for å tvinge det i retning radialt utad i en oppblåst tilstand. Slik radial ekspansjon vil, i det minste delvis, hindre strømmen av brønnboringsfluid i den forede brønnboring.

Hindringen som skapes av det oppblåsbare verktøy skaper ofte en trykkforskjell over det oppblåsbare verktøy. Vanligvis skjer dette når det oppblåsbare verktøy settes over en produserende sone. Brønnboringsfluider, så som olje, gass og vann, vil fortsette å strømme i brønnboringen på grunn av en trykkforskjell mellom formasjonen og brønnboringen, samt trykkforskjell mellom soner. Brønnbo-ringsfluid-strøm kan således tvinge det oppblåsbare verktøy til å bevege seg, rote-re, vri seg og/eller gli, særlig i fuktede omgivelser i en foret brønnboring. Den util-siktede, og ofte skadelige, forskyvning av det oppblåsbare verktøy skjer ofte fordi dagens tilgjengelige kjente pumpeserviceteknikker ikke sørger for tilfredsstillende forankringsmidler. Slike forankringsmidler finnes tradisjonelt i verktøy med «gripe-tenner», slik de som finnes i de mer konvensjonelle metalliske pakningsanordnin-ger. Således gir f.eks. kveilrør-opphengte, oppblåsbare verktøy ikke tilstrekkelige forankringsmidler til å hindre forskyvning og brukes ikke ofte ved slik anvendelser. De mekaniske pakninger er tydeligvis simpelthen ikke egnet for bruk der det er begrenset adkomst.

Dessuten, hvis en trykkforskjell er opprettet over det oppblåsbare verktøy, kan trykkforskjellen virke til å frakople det oppblåsbare verktøy fra opphengnings-verktøyet eller -midlene. F.eks. i et kabelstrekkopphengt verktøy, kan således en stor trykkforskjell virke til å løsne brønnborings-verktøyet fra kabelen. Alternativt kan en høytrykksfølsom- eller strekkfølsom frakoplingsanordning som brukes i forbindelse med et kveilrør- eller produksjonsstreng-operasjoner, lett aktivere og frakople pakningsanordningen fra kveilrøret eller produksjonsstrengen.

Med hensyn til kjente konstruksjoner, så som oppblåsbare pakningsanord-ninger for uforet hull, er en utvendig foringspakning (UFP) 20 av kontinuerlig ribbeforsynt type, vist i fig. 1A og en UFP av ikke-kontinuerlig ribbeforsynt type er vist i fig. 1B. UFP'n 20 av kontinuerlig ribbeforsynt type danner en lang dynamisk hydromekanisk tetning som anvender et elastomerelement 14 kombinert med kontinuerlige stålribber 16 av rustfritt stål for å beskytte de oppblåsbare elementer 12, 14 fra de enorme flerdimensjonale påkjenninger som eksisterer i ikke-ensartede brønnboringer. Stålribbene 16 anvendes for å gi styrke, fleksibilitet og langsiktig pålitelighet mot oppriving av det indre elastomerelement 12. Disse oppblåsbare elementer 12, 14 er montert på doren eller det oppblåsbare verktøy 10 ved hjelp av festeenheter 18 på hver ende. Denne UFP 20 er særlig anvendbar for korte eller lange tetningsanvendelser som krever sikre tetninger i høydifferensiale, uregelmessige, eller elliptiske, uforede brønnboringer. Den kontinuerlig ribbeforsynte UFP bruker forskjellige oppblåsingsmedia, innbefattende vann, borefluider og/eller sement.

Den ikke-kontinuerlige ribbeforsynte UFP 30 blir på den annen side benyttet som en tilleggspakning for den kontinuerlige ribbeforsynte UFP 20 under spesielle anvendelser som krever lengre tetningselementer og anvender sement, slam, fluid eller epoksy som oppblåsingsmedium. Den kan omfatte en ventilkrage 38 som oppviser en forstørret oppblåsingsstrømningskapasitet og en strømnings-styring som minsker erosjonen av ventilsetene 35, tetninger (ikke vist) og opp-blåsingskanalen 39. Ribbene 31 er beliggende bare på elastomerelementets festede ender 36 og gir således bare begrensede forankringsfordeler. Ribbene 31 gir, som tidligere nevnt, styrke ved endehulls-området 36 og også der ribbene ligger an 33 mot brønnboringsveggen 11. Det ikke-forsterkede midt- eller senterparti skaper et fleksibelt ekspansjonsområde som lett former seg etter uregelmessighe-ter 12 i det uforede hull, og derved gir en tilfredsstillende tetning.

Ved komplettering av en uforet brønnboring som vist i fig. 1, påtreffes en forholdsvis stor diameter i brønnboringen, og den åpne hullveggen 11 er alltid skrå eller uregelmessig 12 (ikke perfekt sylindrisk) ettersom hullet er boret i jordformasjonen 13. Derfor ble den konvensjonelle UFP, som ovenfor beskrevet, et ideelt egnet brønnborings-verktøy for isolering av soner i slike omgivelser under produk-sjons- eller overhalingsoperasjoner, på grunn av det oppblåsbare elastomerelementets store oppblåsingsevne. Ved slike operasjoner i uforet borehull, utgjør UFP'n en del av foringsrørstrengen og danner en «tettende» forankring mot den uregelmessige veggen 12 i det uforede (åpne) borehull eller brønnboring.

Den «tettende» forankring i den uforede brønnboring dannes når pakningens elastomerelement 14 blåses opp og antar det åpne hullets form 12, for derved å hindre aksialbevegelse i brønnboringen. Aksialbevegelse hindres fordi flerdimensjonale krefter virker radialt mot brønnborings-veggen 11. Dessuten anvender disse kjente UFP'ene en «fulldekkende» elastomerelement-konstruksjon. En fulldekkende konstruksjon omslutter det indre elastomerelementets 12, 29 fulle lengde med et ytre elastomerelement 14, 32. Alternativt kan de ikke-kontinuerlige metallribber 31 (fig. 1B) fremstilles innvendig i elastomerdekslet 32 og forbindes med endehylsene 36, for derved å danne forsterkninger mot utpresning når elementet 32 blåses opp. Det fleksible elastomerelementets uvanlige ekspansjons-evne tillater således bruk av disse UFP-verktøy under forhold som ellers ville vært umulige for konvensjonelle (mekaniske) pakningsverktøy.

Som tidligere nevnt har imidlertid disse kjente UFP'ene 20, 30 begrenset anvendelse ved operasjoner i åpne hull. Ved anvendelser i forede brønnboringer er disse kjente UFP'ene 20, 30 upassende, fordi foringsrørets 54 kontur 55 er tilstrekkelig sylindrisk. Foringsrørveggens 54 ensartede sylindriske form hindrer en riktig eller passende forankring mellom en konvensjonell UFP 20, 30 og forings-rørveggen 54.

En grunn til at man ikke oppnår en riktig forankring ved bruk av de konvensjonelle UFP'ene 20, 30, er at friksjonskoeffisienten mellom elastomerelementet 14, 32 og stål-foringsrøret 54 i et fuktet medium er meget lav. Trykkforskjellen i brønnboringen mellom steder over og under pakningen fører derfor til bevegelse eller forskyvning av pakningen, hvilket vanligvis fører til stor skade på brønnen, særlig produksjonstap og deravfølgende økonomiske skader.

Dessuten er den konvensjonelle, ikke-kontinuerlige UFP'n 30 av ribbeforsynt type konstruert slik at ribbene 31 bare er plassert på elastomerelementets 32 festede ender 36, og gir følgelig bare begrenset forankring og/eller upresnings-hindrende virkning. Som sådant har elastomerelementet 32 en tendens til å «rulle over» eller overlappe den festede ende 36 nær endehylsene 33 når en tilstrekkelig aksialkraft påføres ribbene 30. På den annen side, dersom en modifisering utføres slik at elastomerelementet 32 er fullstendig forsynt med ribber, oppstår et annet problem. Et elastomerelement 14 forsynt med ribber over hele sin lengde, som vist fig. 1A, blir et oppblåsbart element 14 med meget større diameter og krever derfor et tynnere elastomerdeksel 14, slik at UFP'n 20 kan passere gjennom eksisterende utstyr (ikke vist), med bare begrenset eller innsnevret adkomst til den underliggende sone.

Når et tynnere elastomerdeksel 14 anvendes, oppstår imidlertid en betydelig ulempe med hensyn til tilfredsstillende tetningsbeskyttelse. Det skal derfor forstås at det oppblåsbare verktøy anvendes for forede brønnboringer, under anvendelse av et faseendringsmedium for oppblåsing av elementet. Når således faseendrings-oppblåsingsmediet herdner, oppstår tap av tilgjengelig radialkraft mot foringsrørveggen når oppblåsingsmediet endrer fase, dvs. oppblåsingsmediet trekker seg sammen eller krymper når det herdner, hvilket fører til tap av tilgjengelig radialkraft eller energi mot brønnboringsveggen. Det vil være klart for en fagmann på området at elastomerelementet normalt kompenserer for forskjellen i radialkraft-tap gjennom elastisiteten til et forholdsvis tykt elastomerdeksel, dvs. det forholdsvis tykke elastomerdeksel lagrer en viss størrelse av radialkraftenergi ved ekspansjonen av det oppblåsbare medium og frigjør denne lagrede energi for å kompensere for eventuelle faseendringer i oppblåsingsmediet, så som krymping eller sammentrekking. Størrelsen av tilgjengelig energilagring for kompensering av krympe-krafttap er klart en funksjon av elastomerens tykkelse. I en foret brønnbo-ring er det derfor nødvendig med et forholdsvis tykt elastormerdeksel for å oppnå korrekt tetningsevne. Nødvendigheten av denne tykkere dekselkonstruksjon, kommer imidlertid i konflikt med at det bare er begrenset adkomst gjennom nedihull-utstyret i forede brønnboringer. Det er således behov for et nytt, oppblåsbart soneisolasjonsverktøy som overvinner alle disse begrensninger.

I fig. 2 og 3 er det vist en ny, oppblåsbar verktøykonstruksjon som overvinner mange av de ovenfor omtalte begrensninger. I den foretrukne utføringsform bruker den nye oppblåsbare verktøykonstruksjon en seksjonsvis elementkonstruksjon for å tilveiebringe to av de viktigste fordringer ved anvendelse i forede brønn-boringer under anvendelse av faseendrings-oppblåsingsmedia: (1) tetningsevne, og (2) forankringsevne.

I den foretrukne utføringsform er tetningstrekket 40 forsynt med en fulldekkende elastomerkonstruksjon 45 som har en forholdsvis stor tykkelse 41 mens forankringstrekket 42 er forsynt med en blottlagt, kontinuerlig ribbeforsynt konstruksjon 62, dvs. forsynt med ribber over hele sin lengde, som danner metallisk anlegg 63 mot foringsrørveggen 54. Den fulldekkende elastormerkonstruksjon 45 til tetningselementseksjonen 40 tilveiebringer den nødvendige elastomertykkelse 41 for kompensering av faseendringstap i radial tetningskraft. På den annen side tilveiebringer den i full lengde frilagte ribbe-elementseksjon 42 et metallisk anlegg 63 mellom forankringselementet 62 og foringsrørveggen 54, for derved å skape tilstrekkelig forankringskraft i den forede brønnboringen.

De to seksjoner 40, 42 er atskilt ved endehylser 44 som forbinder hvert sitt element 40, 42 med det oppblåsbare verktøyets rørformede hoveddel 58. Frem-gangsmåten for å forbinde hvert element 40, 42 er kjent i faget og er vist i US patent nr. 5 143 154, som det herved henvises til. Dessuten er trekkene ved ventil-anordningen (ikke vist) for korrekt oppblåsing av elastomerelementene kjent innen faget. Se f.eks. US-patent nr. 4 708 208, US-patent nr. 4 805 699 og US patent-søknad nr. 138,197, som det herved henvises til. Endehylsene 44 er mekanisk forbundet med rørdelen 58 ved hjelp av konvensjonelle teknikker så som gjengede hylser (ikke vist).

I fig. 2, en utføringsform av oppfinnelsen, er det vist et hybrid oppblåsbart verktøy i nedføringstilstanden. Tetningsseksjonen 40 omfatter elastomerelement 48 støttet av ikke-kontinuerlige, utpressingshindrende ribber 46. Tetningsseksjonen 40 er fortrinnsvis plassert i retning bort fra transportanordningen (ikke vist), mens forankringsseksjonen 42 er plassert nær transportanordningen. Imidlertid innebærer dette på ingen måte noen begrensning på foreliggende oppfinnelse.

Motsatte ender 45 av tetningselementet 48 er forbundet 47 med rørdelen 58 ved hjelp av endehylser 44.

De utpresningshindrende ribber 46 er mekanisk forbundet med endehylsen 44 i samsvar med konvensjonelle metoder som er kjent innen faget og som det herved henvises til. Den ikke-kontinuerlige, ikke-forsterkede ribbekonstruksjon av tetningselementet 40 tilveiebringer den nødvendige tykkelsen 41 for å kompensere for radialkrafttap fra faseendring i oppblåsingsmediet 56. Likevel overvinner tykkelsen 41 av det tilveiebrakte tetningselement 48 enhver adkomst- og størrel-sesbegrensning ved eksisterende utstyr som allerede er plassert nedihull, slik det fremgå av det følgende.

Det oppblåsbare verktøyelement 48 i tetningsseksjonen 40 er ikke forsterket i elastomerelementets 48 midtparti 49, og har som sådant ikke ribber 46 som strekker seg fra ende til ende. En slik konstruksjon kompenserer klart for et elastomerelement 48 med forholdsvis stor tykkelse 41, fordi ribbene 46 er sløyfet i midtpartiet 49. Ribbene 46 er bare anordnet ved endene 45 der tetningselementet 48 er forbundet med rørdoren 58 for å oppta endebelastningen. Midtpartiet 49 er simpelthen laget av elastomer, og derfor kan en tykkere 41 elastomer anordnes. Forankring er imidlertid ikke mulig i forede brønnboringer under slike omstendig-heter. I et åpen hull skyldes forankringen brønnboringens ujevne, ikke-kontinuerlige overflate, mens foringsrøret har en glatt overflate 55 med den følge at det ikke oppstår noe fast grep. Forankring tilveiebringes imidlertid ved hjelp av en separat, men tilknyttet seksjon 42.

I den foretrukne utføringsform omfatter forankringselementseksjonen 42 et indre rør eller en belg 52 som blåses opp, forankringsribbene 62 og et elastomer-avstivningsbånd 60 for jevn fordeling av ribbene 46 langs innerrørets 52 omkrets kan tilføyes. Ribbene 62 er laget av stål og er frilagt slik at de kommer i metallisk anlegg 63 mot brønnborings-foringsrøret 55. Ribbene 62 er mekanisk forbundet med en ring (ikke vist) og montert innvendig i endehylsene 44. De frilagte stålribber 62 kan innføres i omgivelser med høy trykkforskjell og likevel opprettholde metallisk friksjon 63 for et sterkt forankringsforhold. Ved visse anvendelser, så som pakninger av kort lengde, er båndene 60 ikke nødvendige.

Den hybride konstruksjon av foreliggende oppfinnelse som her er vist, utgjør et oppblåsbart verktøy som overvinner begrensningene ved tradisjonelle forede brønnboringer, og oppviser likevel en oppblåsbar, enhetlig elementkonstruksjon som gir tetning og forankring, og som står i trykkforbindelse med hverandre. Den kombinerte konstruksjon har således to elementer 40, 42 som tilveiebringer uavhengige funksjoner, men som blåses opp i forhold til hverandre. Forankringselementet 42 virker bare som en forankring, mens tetningselementet 40 bare virker som en tetning.

I den foretrukne utføringsform innbefatter elastomer-sammensetningene 48, 52, som inngår i dekselkonstruksjonen, materialer som har god hukommelse for tilbakevending til den opprinnelige størrelse og som er utviklet for bruk ved under-null-overflateforhold for å unngå støtskader på elementflaten under hånd-tering på arbeidsstedet. Temperaturområdet for elastomerelementene strekker seg fra omgivelsestemperatur til mer enn 260°C avhengig av elastomertypen som benyttes. Det skal imidlertid bemerkes at foreliggende oppfinnelse ikke avhenger av hvilken type elastomer som anvendes. Ny elastomer-teknologi med store temperatutroleranser kan like gjerne inkorporeres heri. Temperaturområdene som her er omtalt, er representative for dagens tilgjengelige elastometreknologi.

Hvert av tetnings- og forankringselementene 40, 42 kan blåses opp med et faseendrings-oppblåsingsmedium 56 så som sement, epoksy eller andre slike media. Med dagens ekspanderende sement-teknologi vil det således forekomme en viss sammentrekning eller krympning i oppblåsingsmediet 56 under herde- eller faseendringstrinnet. Foreliggende oppfinnelse overvinner denne begrensning selv ved bruk av faseendrings-oppblåsingsmedium 56 som kan utsettes for radial krafttap så som sement som gjennomgår sammentrekning under herdetrinnet.

I fig. 3, en av utføringsformene, er foreliggende oppfinnelse vist som en ekspansjons- eller inflasjons-driftsmodus og en sette-driftsmodus. I tetningselementseksjonen 40 er det oppblåsbare elastomerelement fullt ekspandert, og øver en radialkraft mot foringsrørveggen 55. Radialkraften fra det trykksatte oppblås-ningsmediums 56 skaper et tetningsanlegg 64 mellom elastomerelementet 48 og foringsrørveggen 55. Følgelig hindres brønnboringsfluider fra å ha tverrstrømning, og området over og under det oppblåsbare verktøy er isolert fra hverandre. Trykk-kraften eller friksjonsinngrepet 64 mellom elastomerelementet 48 og foringsrør-veggen 55 sikrer en fluidtett tetning.

De utpresningshindrende ribber 45 i tetningselementseksjonen 40 beskytter elastomerelementet 48 mot å rulle over når elementet 48 blåses opp under forholdsvis stor trykk-kraft. Dessuten beskytter ribbene 45 elastormerelementet 48 mot oppriving og feilfunksjon.

Forankringselementseksjonen 42 til den foretrukne utføringsform er også vist i oppblåst stilling i fig. 3. Ribbene 62 av stål eller annet egnet metall gir en sterk forankring mot rotasjon, aksialbevegelse, vridningsvirkning, eller enhver annen form for forskyvning. Slik bevegelse forhindres fordi en stor radialkraft som virker på ribbene 62 fra oppblåsingsmediet 56 skyver det i friksjonsanlegg 63 med foringsrørveggen 55. Den frilagte forankringsseksjon 42 omfatter et kontinuerlig ribbeelement 62. Med andre ord løper ribbene over hele elastomerelementets lengde og er ved endene 47 forbundet med endehylsene 44. Endehylsene 44 er i sin tur mekanisk forbundet med rørdoren 58 ved hjelp av konvensjonelle midler som er kjent innen faget, så som gjengede hylser (ikke vist her). Innerrøret eller belgen 52 er montert under ribbene 62 som likeledes er forbundet med endehylsene 44. Innerrøret 52 virker som et inneslutningselement for oppblåsingsmediet 56. Innerhylsen 44 som ikke er forbundet med tetningsseksjonen er forskyvbar i forhold til rørdoren 58. Det skal forstås at elastomerbåndet 60 i forankringsseksjonen 42 er anordnet slik at ribbene 62 er jevnt innbyrdes fordelt, og det er ikke ment å skulle gi tetningsevne. Faktisk trenger ikke båndet 60, selv om det ligger an mot foringsrørveggen 54, å danne en trykktetning, ettersom dets hovedfunk-sjon er å skape en bane (mellom ribbene 62) for de unnslippende fluider i ringrommet 65 mellom det oppblåsbare verktøy og foringsrørveggen 54. Avstivnings-ringene 60 er typisk i antall fra null til ti avhengig av pakningens størrelse.

Det skal forstås at den foretrukne utføringsform av hybrid oppblåsbart verk-tøy gradvis oppblåses, idet tetningsseksjonen 40 først oppblåses og deretter forankringsseksjonen 42, på grunn av forskjellene i stivhet mellom elementene i hver seksjon. Dette gir en viktig fordel ved at fluid ikke vil bli innesluttet mellom de to seksjoner i ringrommet 65 nær det mekaniske ledd 44 under oppblåsingsopera-sjonen. Fluid-inneslutning blir ytterligere forhindret fordi forankringsseksjonen 42 med dens frilagte ribber 62, danner en bane for eventuelt innesluttet fluid som kan unnslippe gjennom kanalene mellom ribbene 62.

Elementene 40, 42 kan blåses opp på konvensjonell måte. Oppblåsingsmediet 56 injiseres gjennom en mottaksport 50 som kommuniserer med de oppblåsbare elementer 40, 42. Oppblåsingsmediet 56 skal strømme inn i porten 50, fortrinnsvis ved pakningens øvre ende, og blåse opp den første komponent (fortrinnsvis tetningselementet 40) og deretter vil oppblåsingsmediet 56 strømme rundt endehylsene 44 og gradvis blåse opp den andre komponent (fortrinnsvis forankringselementet 42) av verktøyet. I den foretrukne utføringsform er det flere porter eller baner 50 for oppblåsing av elastomerelementene 40, 42. Oppblåsingsfluidet 56 strømmer inn i disse porter 50 og blåses samtidig opp elementene 40, 42 i forhold til hverandre. Imidlertid kan de oppblåsbare seksjoner 40, 42 virke uavhengig av hverandre. De kan imidlertid blåses opp under en enkelt enhetlig operasjon. Oppblåsningstrekkene ved foreliggende oppfinnelse kan ytterligere omfatte den konvensjonelle konstruksjon hvor strømningsbanene nærmer seg det oppblåsbare verktøy i en «ventilkrage opp»-oppblåsingsmodus (ikke vist), dvs. oppblåsingsme-diumbanen begynner ved ventilkragen fra transportsiden. I en slik oppblåsings-modus-konstruksjon, er oppblåsingsportene plassert ved toppen av det oppblåsbare verktøy, dvs. ventilkragen er plassert i avstand fra den frie eller flytende ende og nær den koplede ende eller transportende. Oppblåsing vil således skje fra ven-tilkragesiden. Det skal imidlertid bemerkes at en ukonvensjonell konstruksjon av «ventilkrage ned» virker like bra, avhengig av brønnborings-forhold og -krav.

Plasseringen av forankrings- og tetningsseksjoner 42, 40 i forhold til transportanordningen kan gjøres omskiftbar, dvs. tetningselementet 40 kan være nær eller i avstand fra transportanordningen. Avgjørelsen om å plassere tetningselementet nær transportanordningen (på toppen) er avhengig av mange faktorer og brønnborings-krav innbefattende den letthet hvormed oppblåsing kan skje. Fortrinnsvis plasseres forankringsseksjonen 42 nær den «flytende» ende. I den foretrukne utføringsform plasseres tetningselementet 42 nær en mekanisk «sammen-kopling» (engelsk: «tie-in») eller transportanordning (rørstreng på oversiden eller liknende) fordi den flytende ende «trekker» opp når forankringselementet blåses opp. Når oppblåsing skjer vil således forankringselementets 42 aksiale lengde for-kortes for å kompensere for den radiale oppblåsing. Bunnenden, innbefattende forankringselementet og den nederste endehylsen 44 vil således forskyves når forankringselementet blåses opp og trekkes opp og til slutt komme i et forankringsinngrep 63.

I det tilfelle hvor tetningsseksjonen 40 er på bunnen, vil forankringsseksjonen 42 trekke «ned» og griper 63 når den blåses opp såfremt det er sørget for kompensering slik at forankringsseksjonen kan forskyves aksielt. I dette tilfelle blir tetningselementet 40 blåst opp relativt foran forankringselementet 42 og nedtrek-kingen skjer i løpet av dette tidsrom på grunn av det stivere forankringselement 42 (med ribbene 62) og blåses følgelig saktere opp enn forseglingselementet 40.

Et antall oppblåsingsverktøy i serie kan ikke lett blåses opp. F.eks. oppviser et Selektivt Oppblåsings-Pakningssystem (engelsk: Selective Inflation Packer Sys-tem) SC IPSO (ikke vist) viser komplementære verktøy som samvirker med foreliggende oppfinnelse for nedføring, aktivering eller oppblåsing og setting av det hybride oppblåsbare verktøy som her er vist. SCIPSO-verktøyet er konstruert for anvendelse ved horisontale eller vertikale brønnboringer, som krever selektive sement- eller epoksy-oppblåsing av oppblåsbare verktøy. Ikke-forurenset sement injiseres i oppblåsingsøyemed inn i det oppblåsbare verktøy. SCIPSO-verktøyet tillater selektiv oppblåsing og bevegelse mellom innbyrdes forskjøvne, oppblåsbare verktøy beliggende i slissede forlengingsrør, forborede forlengningsrør eller siler uten tap av oppblåsingsmedium under omplassering. SCIPSO-verktøyet kan ned-føres sammen med det oppblåsbare verktøy eller av seg selv på en andre nedfø-ring etter at foringsrør eller forlengningsrør-strengen er nedført. Dessuten kan all gjenværende, ubrukt sement sirkuleres i motsatt retning. Når elementene er oppblåst, ekspanderer både tetnings- og forankringselementet gradvis til foringsrør-veggen etterhvert som det skjer en volumendring i sementen.

Ved å bruke en seksjonsvis elementkonstruksjon for den foretrukne utfø-ringsform, dvs. tetning- og forankringselementseksjonene, som er mekanisk forbundet og i konstant trykkforbindelse, kan foreliggende oppfinnelse oppnå forde-lene med både tetning og forankring i en enkelt, oppblåsbar verktøyenhet når den brukes i en foret brønnboring og et faseendrings-oppblåsingsmedium anvendes, og således skape betydelige besparelser for operatøren.

Den fremgangsmåte hvormed foreliggende oppfinnelse brukes i den forede brønnboring avviker ikke vesentlig fra eksisterende og vanlige metoder. Det oppblåsbare verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse kan nedsenkes i den forede brønnboring ved bruk av hvilke som helst antall konvensjonelle metoder så som kabel, kveilrør, produksjonsrør og liknende. Den eneste begrensing er at det oppblåsbare verktøy må ha adkomst til og komme forbi eksisterende nedihull-utstyr. En slik begrensning overvinnes ved foreliggende oppfinnelse som er rettet mot å overvinne denne begrensing. Foreliggende oppfinnelse forutsetter en forholdsvis liten ytterdiameter-operasjon og er derfor i stand til å nedsenkes under slike forhold til det riktige sted i den forede brønnboring. Når det oppblåsbare verktøy er korrekt plassert, kan det blåses opp til tettende forankringsinngrep med forings-veggen. En slik oppblåsing oppnås som ovenfor beskrevet. Oppblåsingsmedia kan variere avhengig av den forventede bruk, men det er i foreliggende oppfinnelse påtenkt å være et faseendringsfluid som kan stivne og kan innebære svak krymping.

Claims (14)

1. Oppblåsbar nedihull-pakning for avtetting mot veggen (54) til en foret eller uforet brønnboring, omfattende: en rørformet del (58), en bevegelig tetningsseksjon (40) som er oppblåsbart opererbar mellom en nedføringsstilling og en satt stilling der den tettende ligger an mot veggen (54), minst en bevegelig forankringsseksjon (42)som er oppblåsbart opererbar mellom en nedføringsstilling og en satt stilling der den ligger an mot veggen for å støtte rørdelen (58), karakterisert ved at tetningsseksjonen (40) er anordnet i avstand fra forankringsseksjonen (42).

2. Pakning ifølge krav 1, karakterisert ved at tetningsseksjonen (40) omfatter et første elastisk element (48), at forankringsseksjonen (42) omfatter et andre elastisk element (52), og at det første elastiske element (48) er tykkere enn det andre elastiske element (52).

3. Pakning ifølge krav 2, karakterisert ved at det første elastiske element (48) omfatter ribber (46) som er beliggende i tilgrensning til minst en av motsatte ender og som ikke strekker seg kontinuerlig over hele dets lengde.

4. Pakning ifølge krav 3, karakterisert ved at det andre elastiske element (52) omfatter kontinuerlige ribber (62) som strekker seg over mesteparten av avstanden fra ende til ende.

5. Pakning ifølge krav 4, karakterisert ved at det andre elastiske element (52) videre omfatter minst et bånd (60) som er montert over ribbene (62).

6. Pakning ifølge krav 2, karakterisert ved at det første elastiske element (48) har tilstrekkelig tykkelse til å opprettholde tetningsanlegg mot veggen (54) dersom et oppblåsingsmedium (56) gjennomgår krymping når det herdner.

7. Pakning ifølge krav 3, karakterisert ved at det første elastiske element (48) omfatter en ytterflate som ligge an mot veggen (54) og at ribbene (46) er anordnet under ytterflaten, slik at de ikke ligger an mot veggen i nevnte satte stilling.

8. Pakning ifølge krav 4, karakterisert ved at ribbene (62) i det andre elastiske element (52) strekker seg fra ende til ende av elementet og er frilagt for anlegg mot veggen (54) i nevnte satte stilling.

9. Fremgangsmåte for avtetting av et foret borehull, hvor det på en del (58) anordnes en oppblåsbar pakning med et første oppblåsbart element (48) for avtetting og et andre, oppblåsbart element (62) for forankring, delen (58) nedføres i stilling, og begge elementer blåses opp, karakterisert ved at tetningselementet (48) anordnes i avstand fra forankringselementet (52).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det anvendes et oppblåsingsmateriale som krymper når det herdner.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at det oppblåsbare tetningselement (48) utformes med større tykkelse (41) enn forankringselementet (52), og at nevnte større tykkelse (41) utnyttes for å kompensere krympingen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at forankringselementet (52) forsterkes med ribber (62) som strekker seg over i det minste mesteparten av dets lengde, og at ribbene (62) på forankringselementet frilegges slik at de kommer til anlegg mot det forede borehull.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at det på tetningselementet (48) anordnes ribber (46) som strekker seg fra minst en ende og nesten til tetningselementets midtpunkt.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at ribbene (46) innlegges på tetningselementet (48) mens de strekkes fra hver ende for å etterlate en stor midtseksjon av elementet uten ribber.