NO316289B1 - Plugg til bruk ved borehullsoperasjoner og apparat for utsetting av nevnteplugg - Google Patents

Description

PLUGG TIL BRUK VED BOREHULLSOPERASJONER SAMT APPARAT TIL UTSETTING AV NEVNTE PLUGG

Oppfinnelsen vedrører en plugg til bruk i borehullsoperasjoner samt et apparat for utsetting av nevnte plugg.

Under oppbygging av en olje- eller gassbrønn blir det boret et hull i jorden. En streng av fonngsrør senkes ned i hul-let, og det ringformede rom mellom fonngsrøret og borehullet blir fylt med sement.

For å hindre sementen fra fritt å blande seg med andre bore-hulls fluider er det vanlig å benytte to innretninger som kal-les "sementeringsplugger". Når det er ønskelig å sementere fonngsrøret på plass, blir en første (nedre) sementenngs-plugg sluppet inn i fonngsrøret. Sementen blir deretter pumpet inn i fonngsrøret og skyver den nedre plugg nedover. Når det ønskede sementvolum er blitt ført inn i fonngsrøret, blir en øvre plugg ført inn i fonngsrøret og pumpet nedover med et egnet fluid, typisk sjøvann eller sirkulasjonsfluid. Sementen beveger seg da ned gjennom fonngsrøret idet den er fanget mellom den nedre og den øvre plugg. Når den nedre plugg når bunnen av fonngsrøret, lander den på en enveisven-til kjent som en nedre flottørsko. Det blir påført trykk på den øvre plugg til en sprengskive i den nedre plugg brister og tillater sementen å bli skjøvet gjennom en strømnmgsbo-nng i den nedre plugg, gjennom den nedre flottørsko og opp-over og inn i det ringformede rom mellom fonngsrøret og bo-ringen. Beskrivelsen hittil har vedrørt en normal operasjon. Av og til blir imidlertid den nedre plugg og den øvre plugg utløst samtidig, med det resultat at en stor sementsøyle blir pumpet ned gjennom fonngsrøret oppå den øvre plugg. Siden den øvre plugg er utformet for å tåle høyt trykk, vil den ikke briste, og følgelig størkner sementen og må bores ut.

Et stort antall innretninger er blitt utformet for å hindre utilsiktet samtidig utløsning av den nedre og den øvre plugg, og de som er blitt utformet til bruk på overflaten av en landbrønn, er vanligvis tilfredsstillende. Det problem som imidlertid gjenstår, er når et foringsrør forlenges med et forlengningsrør, og det er nødvendig å sementere forleng-ningsrøret på plass. I dette tilfelle må den nedre og den

øvre plugg utløses fjernt fra overflaten. Selv om det finnes en rekke apparater som er beregnet til å hindre samtidig ut-løsning av den øvre og den nedre plugg under disse omstendig-heter. Et eksempel på en slik innretning er vist i US 4,164,980. imidlertid er det fremdeles ikke ukjent at pluggene utløses samtidig med kostbare følger.

Den herværende oppfinnelse angriper dette problem fra en helt ny vinkel og selv om den primært er ment til bruk med for-lengningsrørhenger og boreutstyr, kan den også brukes på overflaten.

Ifølge den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en plugg til bruk i borehullsoperasjoner, hvilken plugg omfatter et legeme som har en gjennomgående strømningsbane og et deksel som skal stenge for fluidstrømning gjennom nevnte strøm-ningsbane, karakterisert ved at nevnte deksel er avtakbart fra nevnte legeme i bruk.

Den herværende oppfinnelse må ikke forveksles med plugger av den type som er vist i US 4,164,980 som har hengslede deksler som IKKE er avtakbare fra nevnte legeme i bruk.

Fortrinnsvis omfatter nevnte plugg videre en fastspennmgs-lnnretnmg festet til nevnte deksel.

På fordelaktig vis omfatter nevnte fastspenningsinnretning et fleksibelt belte.

Fortrinnsvis omfatter nevnte plugg videre en tetningsring for å tilveiebringe en i det vesentlige fluidtett tetning mellom nevnte deksel og nevnte legeme av nevnte plugg.

Nevnte plugg omfatter fordelaktig elastomerisk materiale.

Nevnte deksel er fortrinnsvis festet til nevnte legeme via fingre.

Den herværende oppfinnelse tilveiebringer også et apparat for utsetting av i det minste to plugger, hvor nevnte apparat omfatter en stamme, en nedre plugg og en øvre plugg frigjørbart anordnet med hensyn til stammen, hvor nevnte øvre plugg omfatter et legeme som har en gjennomgående strømningsbane og et deksel som skal stenge for fluidstrømnmg gjennom nevnte bane, karakterisert ved at nevnte deksel i bruk kan tas av fra nevnte legeme.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparat videre en begrensningsinnretning festet til nevnte deksel og til nevnte stamme.

Nevnte begrensningsinnretning omfatter fordelaktig et fleksibelt belte.

Nevnte begrensningsinnretning er fordelaktig festet til nevnte stamme via en skjærepinne.

Nevnte skjærepinne er fordelaktig tilpasset til å skjæres etter fullføring av en operasjon som er ment å frigjøre nevnte øvre plugg.

Fortrinnsvis er nevnte operasjon å lande en utløsningsplugg som er ment å innlede frigjøringen av nevnte øvre plugg.

På fordelaktig vis omfatter nevnte apparat videre en tet-mngsring som skal sørge for en i det vesentlige fluidtett tetning mellom nevnte deksel og nevnte pluggs nevnte legeme.

Fortrinnsvis er nevnte deksel festet til nevnte legeme via fingre.

For bedre forståelse av oppfinnelsen vil det nå, som eksempel, bli vist til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. la til lg viser et tverrsnitt av et apparat i overens-stemmelse med oppfinnelsen på ulike stadier i bruk under normal virksomhet; og Fig. 2a til 2d viser et tverrsnitt av apparatet på fig. 1 på ulike stadier ved unormal virksomhet.

Det vises til tegningene, hvor det er vist et pluggutset-tingsapparat som er generelt betegnet med henvisningstallet 1. Pluggutsettmgsapparatet 1 omfatter en hul stamme 2 som i sin øvre ende er forbundet med den nedre ende av et sette-verktøy (ikke vist) for forlengningsrør. Pluggutsettmgsapparatet 1 innbefatter et forskyvningselement 3.

Forskyvningselementet 3 omfatter en leppe 4, en øvre rad for-skyvningselementporter 5, en midtre rad forskyvningselement-porter 6 og en nedre rad forskyvnmgselementporter 7, hvor hver rad er plassert langs omkretsen av forskyvningselementet 3. Forskyvningselementet 3 omfatter også et sete 8.

Det er tilveiebrakt et ringformet rom 9 i den hule stamme 2, hvilket rommer forskyvningselementet 3. En første rad stammeporter 10 er plassert langs omkretsen omkring den hule stamme 2 og tillater fluidforbindelse mellom det ringformede rom 9 og utsiden av pluggutsettmgsapparatet 1. Øvre skjærepinner 11 holdes i utsparinger 12 i den hule stamme 2 og hindrer forskyvningselementet 3 i å bevege seg på langs inne i stammen. Nedre skjærepinner 13 holdes i utsparinger 14 i den hule stamme 2. En andre rad stammeporter 15 er plassert langs omkretsen rundt den hule stamme 2 og er innledningsvis på linje med den nedre rad forskyvnmgselementporter 7.

Øvre tetningsring 16 og nedre tetningsring 17 virker som flu-ldtette tetning mellom den hule stamme 2 og forskyvningselementet 3. Det skal bemerkes at leppen 4 ikke er i tettende inngrep med den hule stamme 2, og det er tilveiebrakt små åp-ninger mellom dem for gjennomstrømning av fluid.

En pluggbeholder 18 er plassert nedenfor den hule stamme 2 og er i ett stykke, eller på annet vis forbundet, med denne. En rad beholderporter 19 med liten diameter er plassert øverst langs omkretsen rundt pluggbeholderen 18. Et sett beholderporter 20 er plassert i tre rader nederst langs omkretsen rundt pluggbeholderen 18.

I bruk er pluggbeholderen ladet med en øvre plugg 21 og en nedre plugg 22. Den øvre plugg 21 omfatter et elastomerisk legeme 23 som har utvendige finner (ikke vist) anordnet langs sin omkrets. Det elastomeriske legeme 23 er forsynt med en generelt konsentrisk strømningsbane 24. Strømningsbanen 24 er innledningsvis stengt av et deksel 25 som er låst på plass med fingre 26. Dekslet 25 er forsynt med en tetningsring 27 for å tilveiebringe en i det vesentlige fluidtett tetning mellom dekslet 25 og det elastomeriske legeme 23. Fleksible belter 28 er festet til dekslet 25 i den ene ende og til en skjærebolt 29 i den andre. Skjærebolten 29 er plassert i en skjæreboltsutsparing 30 i den hule stamme 2 og rager inn i en utsparing 31 mellom den hule stamme 2 og forskyvningselementet 3 og nedenfor en skulder 32 på dette.

Den nedre plugg 22 omfatter et elastomerisk legeme 33 som også har utvendige finner (ikke vist) anordnet rundt sin omkrets. Det elastomeriske legeme 33 er forsynt med en generelt konsentrisk strømningsbane 34. Strømningsbanen 34 er innledningsvis stengt av en sprengskive 35.

Pluggutsettmgsapparatet 1 blir deretter ladet inn i en for-lengningrørenhet generelt angitt med henvisningstallet 36. Forlengningsrørenheten 36 omfatter et forlengningsrør 37, en kopling 38 og en forlengningsrørhengerenhet 39. Pluggbeholderen 18 er innrettet på linje med koplingen 38 for at det skal dannes et nngrom mellom pluggbeholderen 18 og koplingen 38. Koplingen 38 er skrudd eller på annet vis festet til toppen av forlengningsrøret 37. En forlengnmgsrør-hengerenhet 39 (vist bare delvis) er skrudd eller på annet vis festet til toppen av koplingen 38.

Toppen av forlengningsrørhengerenheten 39 er festet til en verktøystreng (ikke vist). Forlengningsrørenheten 36 blir senket ned i det forede borehull (ikke vist) til dettes nedre ende. Forlengningsrøret henges i den nedre ende av fonngs-røret ved bruk av forlengningsrørhengerenheten 39 som typisk aktiveres mekanisk eller hydraulisk. Fluid får innledningsvis strømme gjennom den hule stamme 2 og ut i forlengningsrøret 37 gjennom forskyvnmgselementporter 7 som er innrettet på linje med stammeporter 15.

Forlengningsrøret 37 kan nå sementeres på plass. For gjennom-føring av denne operasjon blir en første utløsningsplugg 40 (fig. lb) pumpet ned gjennom verktøystrengen og gjennom den hule stamme 2 ved bruk av sement. Den første utløsningsplugg 40 lander på setet 8 på forskyvningselementet 3 og stenger i det vesentlige de nedre forskyvnmgselementporter 7 og videre den andre rad stammeporter 15.

Trykk bygges opp i den hule stamme 2 og tvinger forskyvningselementet 3 nedover, hvorved de øvre skjærepinner 11 skjæres (fig. lc). Fluidet i det ringformede rom 9 strømmer gjennom den lille åpning mellom leppen 4 og den hule stamme 2. Trykkdifferansen over leppen 4 virker som en demper og bidrar til å hindre støt på de nedre skjærepinner 13. Den nedre plugg 22 sendes ut fra pluggbeholderen 18 av forskyvningselementets 3 sete 8. De midtre forskyvnmgselementporter 6 kommer nå på linje med den andre rad stammeporter 15 og tillater sement å strømme fra den hule stamme 2, mn i ringrommet dannet av pluggbeholderen 18 og inn i forlengningsrøret 37 og skyver videre den nedre plugg 22 ned gjennom dette foran sementen (fig. Id). De fleksible belter 28 strekker seg, men det er sørget for nok slakk i beltene til at full strekk av de fleksible belter 28 IKKE nås. En rad beholderporter 19 med liten diameter er tilveiebrakt for å bidra til demping, dvs. at når den øvre plugg 21 beveger seg nedover, fylles forskyvnings-volumet sakte med sement gjennom beholderportene 19 med liten diameter.

Settet av beholderporter 20 bidrar til å skille pluggene ved at de tillater sement å strømme mn i pluggbeholderen 18 før den nedre plugg 22 er helt ferdig med å sendes ut av pluggbeholderen 18.

Etter at en forhåndsbestemt sementmengde er pumpet ned gjennom verktøystrengen, blir en andre utløsningsplugg 41 pumpet ned gjennom verktøystrengen og gjennom den hule stamme 2 ved bruk av slam, vann eller hvilket som helst annet egnet fluid. Den andre utløsningsplugg 41 lander på den første utløsnings-plugg 40 og stenger i det vesentlige de midtre forskyvnmgselementporter 6 og videre stammeportene 15 (fig. le). Trykk bygges opp i den hule stamme 2 og tvinger forskyvningselementet 3 nedover, hvorved de nedre skjærepinner 13 skjæres. I det vesentlige samtidig skjærer skulderen 32 skjærebolten 29 som utløser de fleksible belter 28. Fluid strømmer gjennom den lille åpning mellom leppen 4 og den hule stamme 2. Igjen virker forandringen i trykkdifferansen over leppen 4 som en demper. Den øvre plugg 21 blir støtt ut fra pluggbeholderen 18 av forskyvningselementets 3 sete 8, mens dekslet 25 for-blir festet til den øvre plugg 21 som stenger strømningsbanen 24, sammen med de fleksible belter 28.

Leppen 4 som møter skulderen 42 på den hule stamme 2, hindrer forskyvningselementet 3 fra videre bevegelse nedover. De øvre forskyvnmgselementporter 5 er nå på linje med den andre rad stammeporter 15 og tillater fluid å strømme fra den hule stamme 2, inn i forlengningsrøret 37 og videre skyve den øvre plugg 21 ned gjennom dette bak sementen.

Det skal bemerkes at den innvendige diameter av forlengnings-rørhengerenheten 39 er litt større enn forlengnmgsrørets 37 innvendige diameter, slik at pluggbeholderen 18 kan heves i forhold til forlengningsrørhengerenheten 39 uten at pluggbeholderen 18 behøver klappes sammen. Hvis pluggbeholderens 18 utvendige diameter er større enn forlengningsrørhengerenhe-tens 39 innvendige diameter, kan imidlertid pluggbeholderen 18 få klappe sammen ved gjennomløfting.

Fig. 2a og 2d vedrører unormal drift, hvor både den øvre og den nedre plugg utilsiktet sendes ut sammen.

Med hensyn til fig. 2a og 2b er de to første operasjonstrinn identiske med det som er beskrevet ovenfor under henvisning til fig. la og lb. Etter at den første utløsningsplugg 40 er mottatt i forskyvningselementet 3, beveger imidlertid forskyvningselementet seg nedover, idet det skjærer skjære-pinnene 11 og sender ut den nedre plugg 22. Imidlertid blir på unormalt vis den øvre plugg 21 sendt ut samtidig. Det bør kanskje tilføyes at man ikke helt forstår grunnene til at en øvre plugg og en nedre plugg sendes ut samtidig, selv om fe-nomenet i seg selv er godt dokumentert.

Leppen 4 som lander på skjærepmnene 13, hxndrer at forskyvningselementet 3 beveger seg videre nedover. Skulderen 32 skjærer således IKKE skjæreboltene 29. De fleksible belter 28 når maksimal strekk og holder dekslet 25 tilbake mot nedad-rettet bevegelse. Den øvre plugg 21 fortsetter nedover og skiller seg fra dekslet 25. Strømningsbanen 24 er nå tilgjen-gelig slik at sementen kan passere igjennom, hvilket gjør operatøren i stand til å drive sementen ut av forlengningsrø-ret.

Ulike modifiseringer av den foretrukne utførelser kan tenkes, for eksempel kunne pluggutsettmgsapparatet romme tre eller flere plugger. De øvre skjærepinner, nedre skjærepinner 13 og skjæreboltene 29 kunne erstattes med skjæreringer eller andre egnede skjæremnretmnger. Likeledes kunne de fleksible belter 28 erstattes av hvilken som helst annen form for festean-ordninger.

Claims (14)

1. Plugg til bruk ved operasjoner i borehull, hvilken plugg (21) omfatter et legeme (23) som har en gjennomgående strømningsbane (24), og et deksel (25) som skal stenge for fluidstrømning gjennom nevnte strømningsbane (24), karakterisert ved at nevnte deksel (25) i bruk er avtakbart fra nevnte legeme (23) som reaksjon på den utilsiktede utsetting av pluggen.

2. Plugg som angitt i krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en fastspenningsanordning (28) festet til nevnte deksel (25).

3. Plugg som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte fastspenningsanordning (28) omfatter et fleksibelt belte.

4. Plugg som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den videre omfatter en tetningsring (27) for å tilveiebringe en i det vesentlige fluidtett tetning mellom nevnte deksel (25) og nevnte legeme (23) av nevnte plugg (21).

5. Plugg som angitt i hvilket som helst av krav 1 til 4, karakterisert ved at nevnte plugg omfatter elastomerisk materiale.

6. Plugg som angitt i hvilke som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte deksel (25) er festet til nevnte legeme (23) med fingre (26).

7. Apparat for utsetting av i det minste to plugger, hvor nevnte apparat omfatter en stamme (2), en nedre plugg (22) og en øvre plugg (21) som er frigjørbart anbrakt med hensyn til nevnte stamme (2), hvor nevnte øvre plugg (21) omfatter et legeme (23) som har en gjennomgående strømningsbane (24) og et deksel (25) som skal stenge for fluidstrøm gjennom nevnte strømningsbane (24), karakterisert ved at nevnte deksel (25) i bruk er avtakbart fra nevnte legeme (23) som svar på utilsiktet utsetting av pluggen.

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at det videre omfatter en fastspenningsanordning (28) festet til nevnte deksel (28) og til nevnte stamme (2).

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at nevnte fastspenningsanordning (28) omfatter et fleksibelt belte.

10. Apparat som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at nevnte fastspenningsinnretning (28) er festet til nevnte stamme (2) via en skjærepinne (29).

11. Apparat som angitt i krav 10, karakterisert ved at nevnte skjærepinne (29) er tilpasset til å bli skåret etter fullføring av en operasjon som er ment å frigjøre nevnte øvre plugg (21).

12. Apparat som angitt i krav 11, karakterisert ved at nevnte operasjon består i å lande en utløs-ningsplugg (41) som er ment å igangsette frigjøringen av nevnte øvre plugg.

13. Apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 7 til 12, karakterisert ved at det videre omfa-ter en tetningsring (27) som skal tilveiebringe en i det vesentlige fluidtett tetning mellom nevnte deksel (25) og nevnte legeme (23) av nevnte plugg (21).

14. Apparat som angitt i hvilket som helst av kravene 7 til 13, karakterisert ved at nevnte deksel (25) er festet til nevnte legeme (23) med fingre.