NO315174B1

NO315174B1 - Tetnings- og forankringselement for et brönnverktöy

Info

Publication number: NO315174B1
Application number: NO19975411A
Authority: NO
Inventors: Ronald Earl Pringle
Original assignee: Camco Int
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2003-07-21
Also published as: AU5546396A; NO975411L; NO975411D0; EP0828920A1; EP0828920B1; CA2218917C; GB2317906A; GB2317906B; WO1996038650A1; GB9723865D0; EP0828920A4; CA2218917A1; US5542473A

Abstract

Et ettergivende tetningselement (26) er beregnet for forbindelse med et brønnverktøy, og har en integrert forankringsinnretning, eksempelvis en fangkile (28), innleiret i seg. Når kompresjonskrefter settes på tetningselementet (26) vil det komprimeres og bevege seg utover. Herunder tas fangkilen (28) med til samvirke med veggen i et omgivende foringsrør (42) eller et brønnrør. Tetnings- og forankringselementet kan frigjøres ved å sette en strekkraft på en vaier (22) som går i lengderetningen gjennom elementet, slik at fangkilen derved trekkes inn.

Description

Oppfinnelsen vedrører innretninger som benyttes i pakninger, stengeplugger og lignende som skal bringes til anlegg mot, forankring i og avtetting mot veggen i en brønnforing eller et -rør.

Pakninger, stengeplugger og lignende innretninger benyttes for dannelse av et ringvolum mellom en brønnforing og et brønnrør, og tjener til avstenging og blokkering og/eller retting av en strøm av produsert brønnfluidum. Disse innretninger "settes" ved å aktivere en forankringsmekanisme, ofte kalt "fangkile" (eller i flertall "fangkiler") som tjener til å fiksere innretningen i foringen, samtidig som et tetningselement, bringes til tettende anlegg mot veggen i foringen. Typiske eksempler på slike innretninger innbefatter en konisk kile, og innretningene sitter på samme sted i lengre tidsperioder. Dette gjør det ofte vanskelig å frigjøre innretningene, delvis på grunn av komponentenes stivhet, og tilstedeværelsen av korrosive brønnfluider og forurensninger. Tiden, varmen i brønnen, forurensninger og korrosjon kan medføre at det oppstår feil, låsinger og/eller bindinger som gjør at det blir meget vanskelig å ta pakningen ut igjen. I tillegg gjelder at kost-nadene for et brønnhullverktøy i hovedsaken øker med antall komponenter, den totale lengde, og den konstruktive kompleksitet. En reduksjon av antall komponenter vil gi reduserte kostnader, og vil også gi øket pålitelighet med hensyn til mekanismens drifts-funksjon.

I noen pakninger er et hydraulisk betjent stempel integrert med forankringsmekanismen, og det benyttes et hydraulisk trykk, vanligvis i røret, for aktivering av settingsmekan-ismen. Fangkilene tar vanligvis tak i veggen i brønnforingen eller røret med herdede tenner slik at pakningen låses på plass. Disse hydraulisk påvirkede pakninger har et konsentrisk hydraulisk stempel, og trykk på et slikt stempel overføres til en aksial kraft, som i sin tur virker på en ringformet konus. Denne konus samvirker med en konisk flate på kilene. En aksial bevegelse av konusen bevirker at kilene beveger seg radielt utover til anlegg mot veggen i foringen. Denne samme aksiale stempelbevegelse benyttes ofte også for å komprimere et elastomert element eller flere slike til tetningssamvirke med veggen i foringen. US 5.146.994 viser en slik utførelse. Andre metoder for utøvelse av en aksial kraft som nødvendig for forankring og avtetting av innretningen er vist i US 5.086.839, hvor det benyttes fjærer for setting av pakningen. US 5.095.979 viser hvordan en pakningsinnretning kan settes på et kveilrør ved hjelp av fjærer. US 5.000.265 viser hvordan en pakningsinnretning kan settes hydraulisk på kveilrør, og US 5.146.993 viser et pakningselement for pakninger, stengeplugger og lignende.

Disse kjente utførelser har det til felles at de innbefatter et ettergivende pakningselement, minst ett uavhengig kilesett, med en indre konisk flate som samvirker med en separat, på utsiden konisk kile. Det kreves en aksial bevegelse for å drive den koniske kile inn under fangkilene, slik at disse derved trykkes radielt utover til anlegg mot røret eller foringen. Samvirket mellom disse komponenter fører til flere av problemene nevnt foran.

Det foreligger derfor et behov for en ny og forenklet tetnings- og forankringsinnretning med et redusert antall komponenter, for forankring og avtetting av en pakning, stengeplugg eller lignende i en brønn, samtidig som innretningen skal gi pålitelig avtetting i den satte tilstand og skal kunne tas løs og opp på en mer pålitelig måte enn hittil vanlig.

Med oppfinnelsen tas det sikte på å tilfredsstille dette behov. Særlig gjelder at oppfinnelsen innbefatter et ettergivende tetningselement for en brønnpakning, stengeplugg eller lignende, med en integrert forankringsinnretning, såsom en innleiret fangkile. I en foretrukket utførelsesform er tetningselementet i begge ender opptatt i anti-ekstruderingsringer, og et strekkelement, såsom en vaier, går gjennom anti-ekstrudeirngsringene, gjennom det ettergivende element, og gjennom et hull i fangkilen. Når det utøves kompresjonskrefter vil elementet komprimeres slik at det, fangkilen og anti-ekstruderingsringene går til tetningssamvirke med veggen i brannrøret eller -foringen. Tetnings- og forankringselementet frigjøres ved å sette en strekkraft på vaieren, hvorved fangkilen trekkes tilbake til sin utgangsstilling.

Det nye tetnings- og forankringselement ifølge oppfinnelsen har et redusert antall komponenter som nødvendig for forankring og avtetning av et brønnverktøy i en foring, og den totale lengden til bæreenheten blir kortere, med tilhørende reduserte kostnader og bedret brønnøkonomi. Færre komponenter gir også øket pålitelighet i forbindelse med en gjenvinning av mekanismen, fordi faren for at forholdene i brønnen og kjemien der skal skade mekanismen over lengre tid, reduseres.

Fig. 1 A-B viser et halvsnitt av en foretrukken utførelsesform av et rørformet tetnings-og forankringselement ifølge oppfinnelsen, i form av en brønnpakning som er vist i sin bevegbare eller ikke-satte tilstand,

fig. 2 A-B viser et halvsnitt av tetnings- og forankringselementet i fig. 1, i en satt tilstand i et foringsrør, og

fig. 3 viser et tverrsnitt etter linjen A-A i fig. IA, hvilket tverrsnitt viser fangkilenes radielle orientering i et ettergivende element, samt strekkelement som benyttes i en foretrukket utførelseform av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen representerer et forenklet tetnings- og forankringselement for brønnverk-tøy, såsom pakninger, stengeplugger og lignende. Oppfinnelsen skal her beskrives i forbindelse med en brønnpakning. Det skal underforstås at det beskrevne element kan benyttes i andre brønnverktøy, eksempelvis stengeplugger eller pakningsinnretninger, og at den også kan benyttes i forbindelse med verktøy som settes på kveilrør, eller i forbindelse med andre slike verktøy hvor det vil være fordelaktig med en enkel, pålitelig og billig tetnings- og forankringsmetode.

De uttrykk av typen "øvre" og "nedre", "opp i hullet", "nede i hullet", og "oppover" og "nedover" er relative termer som her benyttes for å indikere stilling og bevegelses-retning. Vanligvis vil slike termer relatere seg til en linje trukket fra et sted på overflaten og til et sted sentralt i jordkloden, og gjelder strengt tatt bare på relativt rette, vertikale brønnhull, men for sterkt avvikende brønnhull, eksempelvis slike som går ca. 60° i forhold til vertikalen, eller for horisontale brønnhull, gjelder slike termer tilsvarende den generelle brønnhullretning.

Tetnings- og forankringsinnretningene ifølge oppfinnelsen innbefatter i hovedsaken et ettergivende element, minst én forankringsinnretning, vanligvis kalt fangkile, minst én anti-ekstruderingsring ved hver ende av det ettergivende element, og minst ett vaier-element som går i lengderetningen gjennom komponentene. En komprimering av elementet bevirker at fangkilen, elementet, og anti-ekstruderingsringene går til tetningssamvirke med den omgivende vegg i et brannrør eller en brønnforing. Fordi det ettergivende element i sin helhet begrenses av foringen, anti-ekstruderingsringene og en dor i brønnverktøyet, vil øket komprimering av tetnings- og forankringselementet gir et innvendig trykk på det ettergivende element. Dette indre trykk presser fangkilen til kontakt og inngrep med brønnforingen, slik at brønnverktøyet derved forankres godt i foringen, samtidig som det ettergivende element danner en tetning.

En frigjøring av den på denne måten satte pakning krever en avlasting av den lagrede kompresjonsenergi, med utøvelse av en strekkraft på vaieren. Denne strekkraft gir en radielt innoverrettet tilbaketrekkingskraft som virker på kilen og det ettergivende element, hvorved tetningssamvirket med foringsrøret oppheves.

I fig. IA til B er det vist en pakning med en dor 10 i et sylindrisk skrallemekanisme-hus 12. Ringformede skraller 14, med skalletannprofiler 18 mot doren 10 muliggjør at skrallene 14 og huset 12 bare kan bevege seg i en lengderetning. En omløpende fjær 16 utøver en radielt innoverrettet kraft på skrallene 14, for å sikre samvirket mellom tennene 18 og tilsvarende tenner på utsiden av doren 10. En settskrue 20 holder en vaier 22 i huset 12. Vaierens andre ende er fastholdt i en kompresjonsring 30. Vaieren 22 er ført gjennom et lite hull i to anti-ekstruderingsringer 24, et hull i et ettergivende element 26, og et hull i en fangkile 28.1 utførelseseksempelet finnes det fem separate, rundt om-kretsen fordelte fangkiler, men det aktuelle antall som kan gå fra en og til flere, vil måtte bestemmes ut i fra pakningens dimensjon og de trykk som skal anvendes, fordi holde-egenskapen i hvert fall delvis vil være avhengig av antall fangkiler for motvirkning av brønntrykket. Selv om anti-ekstruderingsinnretningene foretrekkes, vil de kunne utelates i noen tilfeller.

Kompresjonsringen 30 holdes i låst tilstand av et holdeelement 32 som er anordnet på en indre dor 34. Denne indre dor 34 holdes i en fast aksial stilling ved hjelp av en skjær-pinne 36 mellom kompresjonsringen og den indre dor 34.1 den nedre enden av den indre dor 34 er det anordnet en skjærring 38, som danner en nedre skulder for kompresjonsringen 30. Et nedre rørstykke 40 er forbundet med den indre dor 34 og holder innretningen sammen. Pakningen senkes ned i brønnen i den i fig. IA viste tilstand, og settes i en brønnforing 42 under utnyttelse av et ikke vist, men velkjent settingsverktøy. Selve settingen vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

I fig. 2A-B er pakningen ifølge oppfinnelsen vist satt i en brønnforing 42, under utøv-else av en kompresjonskraft 44 fra det ikke viste settingsverktøy mot skrallehuset 12. Huset 12 vil flytte skrallene 14. Derved trykkes anti-ekstruderingsringene 24 sammen for lukking av eventuelle ringgap hvor det ettergivende element kunne presses ut, mellom pakningen og foringen 42, slik at det ettergivende element 26 vil være omgitt på alle kanter. Kompresjonskraften 44 påvirker også det ettergivende element. Dette vil bevege seg radielt utover og derved beveges også fangkilen 28 radielt utover til en tettende og forankret stilling. Fangkilene 28 kan være sirkulær eller polygonal, og kan ha rygger, knaster, tenner eller lignende som bidrar til å øke friksjonen. Videre kan fangkilene 28 ha en glatt eller ru underside, og de kan ha skråflater, spor, rygger, frem-spring eller andre utforminger som øker samvirket mellom kilen 28 og elementet 26, slik at bevegelsen av kilen 28, får anlegg mot eller frigjøring relativt foringen 42 lettes. Fangkilen 28 innleires og bindes i det ettergivende element 26, fortrinnsvis ved at den støpes inn, men adhesiv binding, eksempelvis ved hjelp av et lim, eller en mekanisk binding, eksempelvis ved hjelp av skruer eller holdeklemmer, ligger også innenfor oppfinnelsens ramme. Fangkilens 28 ytre gripeparti kan gå tangensialt relativt elementet 26, eller kan være helt innlagt i materialet i det ettergivende element 26, fangkilen kan også være helt eksponert, eller delvist innleiret og delvist eksponert, alt innenfor oppfinnelsens ramme.

En setting av pakningen krever at det tilføres kompresjonsenergi til innretningen, hvilken kompresjonsenergi blir fastholdt mellom anti-ekstruderingsringene 24, som i sin tur holdes av skrallen 14, skrallehuset 12 og kompresjonsringen 30. Nok et resultat av den ønskede kompresjon er at vaieren 22 bringes til en ikke-lineær eller buklet tilstand når fangkilen 28 beveger seg radielt utover for anlegg mot foringen 22 og kompresjons-kreftene virker på hver vaierende. Selv om det foretrekkes benyttelse av en vaier som strekkelement, kan det benyttes andre elementtyper, eksempelvis bånd, stenger eller lignende, som strekkelementer for frigjøring av det ettergivende element 26 og fang-kilden 28 reativt foringen 42. Alternativt kan ikke-kontinuerlige elementer festes eller maskineres i kompresjonsringen 30 og skrallehuset 12 for overføring av strekkrefter fra et trekkverktøy og til det ettergivende element 26 og fangkilen 28, for frigjøring av samvirket.

Hvordan fangkilen 28 og elementet 26 frigjøres vil man lett kunne forestå under hen-visning til fig. 2A-B. Et ikke vist trekkverktøy, velkjent for fagmannen, senkes ned i brønnen til en stilling nær en innvendig oppfiskingshals 46 i den øvre enden av den indre dor 34. Trekkverktøyet låses i halsen 46, og det utøves en aksialt oppoverrettet støtkraft. Denne kraft bevirker at skjærpinnen 36 brytes, slik at den indre dor 34 kan bevege seg aksialt oppover sammen med trekkverktøyet. Et spor 48 i den indre dor 34 blir bragt til overensstemmelse med holdeelementet 32, noe som resulterer i at holdeelementet 32 trykkes radielt innover. Kompresjonsringen 30 kan nå fritt bevege seg aksialt nedover og utøve en strekkraft i vaieren 22. Denne strekkraft bevirker en trekking av fangkilene 28 og det ettergivende element 26 vekk fra tetningssamvirket med foringen 42, slik at derved pakningen frigjøres og kan tas opp fra brønnen.

Fig. 3 viser et tverrsnitt etter linjen A-A og viser orienteringen av fangkilene 28 i det ettergivende element 26. Videre ser man de enkelte variere 22 som går gjennom et hull 50 i hver fangkile 28. Oppfinnelsen har klare fordeler sammenlignet med tidligere kjent teknikk, brukt i forbindelse med pakninger, stengeplugger og lignende, eller andre innretninger hvor det er en fordel å benytte en enkel og pålitelig innretning for tetting og forankring av brønnverktøy i et foringsrør eller et rør. Tidligere kjente tetnings- og forankringsinnretninger krever langstrakte og kompliserte mekanismer for separat forankring og avtetting. Det antall komponenter som kreves for avtetning og forankring ifølge oppfinnelsen er sterkt redusert sammenlignet med kjent teknikk, og det samme gjelder den totale utstyrslengde, samt de totale kostnader. Reduksjon av antall komponenter gir redusert kompleksitet i mekanismen, med tilhørende øking av setting- og frigjørings-pålitelighet. Eliminering av de tidligere kjente av metall fremstilte konus/fangkile-forankringsmekanismer, utelukker de skadelige innvirkninger som skyldes korrosjon eller forurensninger som over tid vil forstyrre mekanismen, og sikrer pålitelig gjenvinning.

Claims

1. Ringformet tetnings- og forankringselement for forbindelse med et brønnverktøy, karakterisert ved at det innbefatter et sylindrisk ettergivende tetningselement (26), og minst én forankringsinnretning (28) innlagt i en ytre langsgående overflate på det ettergivende tetningselement, og beregnet for bevegelse utover til samvirke med et brønnrørelement (42) ved kompresjon av tetningselementet.

2. Ringformet ternings-og forankringselement ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter en første og en andre anti-ekstruderingsring (24) ved det ringformede tetningselements første og andre ende.

3. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 2, karakterisert ved at den første og den andre anti-ekstruderingsring (24) er bundet til en første og en andre ende av tetningselementet.

4. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 2, karakterisert ved at minst ett strekkelement (22) går i lengderetningen gjennom tetningselementet (26), og gjennom minst én av anti-ekstruderingsringene (24).

5. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 4, karakterisert ved at strekkelementet er en vaier (22).

6. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 2, karakterisert ved at anti-ekstruderingsringene (24) innbefatter komprimert trådnedd.

7. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 2, karakterisert ved at anti-ekstruderingsringene (24) innbefatter i hovedsaken et stivt og lettbearbeidelig homogent materiale.

8. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 1, karakterisert ved at forankringsinnretningene (28) innbefatter flere skarpe spisser, rygger eller kanter.

9. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 1, karakterisert ved det sylindrisk ettergivende tetningselement (26) er beregnet for bæring på et brønnverktøy, og at det innbefatter et antall forankringsinnretninger (28) innlagt i en ytre langsgående overflate på det ettergivende tetningselement i inn-byrdes vinkelavstander, en første og en andre anti-ekstruderingsring (24) anordnet ved henholdsvis den første og den andre ende av det ringformede tetningselement, og et antall strekkelementer (22), idet hvert strekkelement strekker seg i lengderetningen gjennom tetningselementet, gjennom én av forankringsinnretningene, og gjennom den første og andre anti-ekstruderingsring.

10. Ringformet tetnings- og forankringselement ifølge krav 9, karakterisert ved at antallet forankringsinnretninger (28), tetningselementet (26), og anti-ekstruderingsringene (24) er beregnet for bevegelse utover til samvirke med et brønnrørelement (42) ved komprimering av tetningselementet.

11. Ringformet ternings-og forankringselement ifølge krav 10, karakterisert ved at antallet forankringsinnretninger (28), tetningselementet (26), og anti-ekstruderingsringene (24) er beregnet for bevegelse innover ved utøvelse av et strekk i antallet strekkelementer (22).