NO317677B1

NO317677B1 - Bronnkabelanker med elastisk finger

Info

Publication number: NO317677B1
Application number: NO19983304A
Authority: NO
Inventors: Jeffery L Dwiggins
Original assignee: Camco Int
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2004-12-06
Also published as: CA2242441A1; CA2242441C; US5992468A; EP0893573B1; DE69810712D1; EP0893573A2; NO983304L; EP0893573A3; NO983304D0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kabelanker som anvendes til støtte av en brønnkabel i et ledningsrør, omfattende en elastisk finger med en normal utoverstrakt posisjon, fingeren har midler ved en ende derav for tilkobling til en kabel og med den tilhørende frie enden tilpasset for glidbar tilkobling mot en indre overflate av ledningsrøret når fingeren er forskjøvet i en første langsgående retning deri og for understøttende kontakt med den indre overflaten til ledningsrøret når den elastiske fingeren forskyves i en andre langsgående retning motstående til den første retningen, for dermed å motvirke at kabelen beveges i den andre retningen i ledningsrøret.

For å redusere størrelsen på utstyret og tilhørende kostnader nødvendig for innføring og uttak av et neddykkbart elektrisk pumpesystem, kan pumpesystemet opphenges fra kveilerør, istedenfor vanlige skjøtede rør. Denne fremgangsmåten utnytter fordelene med en relative lav kostnad og en lett transport av enhetene som anvendes for installering og fjerning av kveilerør. Et typisk arrangement for oppheng av et pumpesystem i kveilerør er omtalt i US patentskrift 3 835 929, 4 830 113 og 5 180 014.

Kabelen som anvendes til å forbinde pumpesystemet til en kraftkilde på overflaten har ikke tilstrekkelig indre styrke til å holde sin egen vekt over fra omtrent 18 til 61 meter. Kabelen er derfor klemt fast, festet med bånd eller fastspent til det skjøtede røret eller til kveilerøret med intervaller på fra omtrent hver 15 til 4 6 meter, som omtalt i US patentskrift 4 681 169. Alternativt kan kabelen være innkapslet i kveilerøret, som omtalt i US patentskrifter 4 336 415, 4 346 256, 5 145 007, 5 146 982 og 5 191 173.

Når kabelen er innkapslet i kveilerøret kan avstandsregulerende anordninger anvendes for å sentralisere kabelen i kveilerøret for å muliggjøre fluidumproduksjon gjennom kveilerøret. Disse avstandsregulerende anordningene holder også kabelen, istedenfor de ytre klemmene eller reimene, ved å forhindre langsgående bevegelse av kabelen i forhold til kveilerøret og derved overføres vekten av kabelen til kveilerøret. Disse avstandsregulerende anordningene henvises vanligvis som kabelankere, og er omtalt i US patentskrifter 5 193 614, 5 269 377 og 5 435 351.

Vanlige problemer forbundet med tidligere kjente kabelankere er at slike kabelankere er enten (i) relativ mekanisk komplekse, og trenger injeksjon av et løsnings-middel for å løse ankrene, eller (ii) trenger tidkrevende og ukontrollert kjemisk påvirkning for å forårsake at de elastomeriske materialene sveller. Det er derfor behov for en enkel mekanisk kabelankersammenstilling som er rask og forutsigbar å anvende, og som ikke er avhengig av usikker-heten med kjemisk påvirkning og løsningsmidler.

Den foreliggende oppfinnelse er utviklet for å over-vinne de foregående svakheter og for å møte de tidligere nevnte behov. Spesielt omfatter den foreliggende oppfinnelse et ledningsrør, så som et kveilerør, med en kabel, så som en elektrisk kraftledning, ordnet langsgående deri. Et antall elastiske fingre, så som relativt korte lengder fjærstål, rager ut fra kabelen og er friksjonsmessig koblet mot en indre overflate av ledningsrøret for å overføre vekten av kabelen til ledningsrøret. De elastiske fingrene er vinklet for å muliggjøre installering av kabelen i ledningsrøret i en første langsgående retning og for å forhindre bevegelse av kabelen i ledningsrøret i en andre langsgående retning.

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen er kjenne-tegnet ved den karakteristiske delen av det selvstendige krav 1, mens alternative foretrukne utførelser er kjenne-tegnet ved de uselvstendige kravene 2-10.

Med kabelankrene ifølge foreliggende oppfinnelse er ingen manipulering eller aktivering nødvendig for å over-føre vekten av kabelen til ledningsrøret, som i tidligere kjente systemer. I tillegg har ikke foreliggende kabelankere noen bevegelige deler, som dermed frembringer en enkel og mindre kostbar løsning enn tidligere kjente systemer.

Kort beskrivelse av tegningene:

Fig. 1 viser en hevet delvis tverrsnittstegning av et undersjøisk borehull med et neddykkbart elektrisk pumpesystem opphengt på kveilerøret deri, og med et antall kabelankere ifølge foreliggende oppfinnelse klemt om en kraftledning ordnet i kveilerøret. Fig. 2 viser en hevet delvis tverrsnittstegning av et ledningsrør med en foretrukket utførelse av et kabelanker ifølge foreliggende oppfinnelse installert deri. Fig. 3-7 viser tegninger av alternative foretrukne utførelser av kabelankere ifølge foreliggende oppfinnelse.

Som kort forklart tidligere omfatter foreliggende oppfinnelse et ledningsrør, så som et kveilerør, med en kabel, så som en elektrisk kraftledning, langsgående ordnet deri. Et antall elastiske fingre, så som relativt korte lengder av fjærstål, rager ut fra kabelen og er friksjonsmessig koblet mot en indre overflate av ledningsrøret for å overføre vekten av kabelen til ledningsrøret. De elastiske fingrene er vinklet for å muliggjøre installasjon av kabelen i ledningsrøret i en første langsgående retning og for å forhindre bevegelse av kabelen i ledningsrøret i en andre langsgående retning.

For formålet med foreliggende beskrivelse forutsettes det at kabelankeret ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes i et kveilerør, imidlertid må det forstås at kabelankere ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes i hvilken som helst type ledningsrør, så som skjøtede rør el.l. For formålet med foreliggende beskrivelse skal det videre forutsettes at kabelankeret ifølge foreliggende oppfinnelse anvendes med en elektrisk kraftledning tilkoblet til et pumpesystem, imidlertid må det forstås at kabelankeret ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes i hvilken som helst type ledningsrør, kabel, wire eller tau, så som fiberoptikk, hydrauliske kontrollkabler o.l., og også for å frembringe kommunikasjon til og fra eller fremføring og uttak av utstyr, så som loggeutstyr, boreutstyr, kabelutstyr, dampkjeler o.l., i et borehull.

For bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse, skal det henvises til de medfølgende tegninger. Fig 1 viser et borehull 10, som anvendes for gjenvinning av fluidum så som vann og/eller hydrokarboner, som gjennomtrenger en eller flere undersjøiske jordformasjoner 12. Borehullet 10 omfatter et brønnhode 14 avtakbart koblet til en øvre del av et produksjonsrør og/eller en foringsstreng 16, som er velkjent for en fagmann. Hvis foringsstrengen 16 strekker seg over en fluidumproduserende undersjøisk formasjon 12, så kan foringsstrengen 16 omfatte minst én åpning eller perfo-rering 18 for å muliggjøre at fluidumet strømmer inn i det indre derav. Et neddykkbart elektrisk pumpesystem 20 er vist opphengt i foringsstrengen 16, og omfatter vanligvis en elektrisk motor 22, en oljefylt motorbeskyttelse 24 og en pumpe 26. Pumpesystemet 20 er vist i fig. 1 i en opp/ned-sammenstilling, vanlig kjent som et bunninntak-system, imidlertid må det forstås at foreliggende oppfinnelse kan anvendes når pumpesystemet 20 er plassert i en vanlig sammenstilling, med motoren 22 under pumpen 26.

For formålet med denne beskrivelsen er uttrykkene øvre og nedre, over og under, oppihulls og nedihulls, og oppover og nedover relative uttrykk for å vise posisjon og retning av bevegelse i enkle gjenkjennbare uttrykk. Vanligvis er disse uttrykkene relativ til en linje trukket fra en øverste posisjon ved overflaten av jorden til et punkt ved senter av jorden, og er passende til anvendelse i relativt rette vertikale borehull, når imidlertid borehullet er sterkt avvikende, så som fra omtrent 60° fra vertikal, eller horisontal, er ikke disse uttrykkene riktig og må derfor ikke sees på som begrensende. Disse uttrykkene anvendes kun for å lette forståelsen og som en indikasjon av hva posisjonen eller bevegelsen ville være hvis utført i et vertikalt borehull.

Pumpesystemet 20 er i bruk tilkoblet til en nedre ende av en lengde av ledningsrør 28 som er spolt inn i forings-røret 16, som er velkjent for en fagmann. Ledningsrøret 28 kan være av hvilken som helst kommersiell tilgjengelig størrelse (dvs. utvendig/innvendig diameter) og formet av hvilket som helst materiale passende til borehullsforhold, som er velkjent for en fagmann. For eksempel er typiske størrelser av kveilerør fra 190 mm OD til 890 mm OD, og er fremstilt av aluminium, stål og titan.

En elektrisk kabel 30 er i bruk tilkoblet til pumpesystemet 20 for å frembringe elektrisk kraft til motoren 22, og er i bruk koblet til elektrisk kontrollutstyr ved overflaten og en kilde for elektrisk kraft (begge er ikke vist), som er velkjent for en fagmann. Kommersielt til-gjengelige elektriske kabler 30 som typisk anvendes i pumpesystemer 20 har ikke tilstrekkelig indre styrke til å holde sin egen frie opphengte vekt, derfor er et antall kabelankere 32, ifølge foreliggende oppfinnelse, vist inn-ført i ledningsrøret 28. Kabelankerne 32 anvendes for å holde vekten av kabelen 30, og virker som en åpning for et ringrom som er mulig mellom kabelen 30 og den indre overflaten av ledningsrøret 28 for å muliggjøre større strømning av fluidum i ledningsrøret 28, hvis ønskelig. Imidlertid er i arrangementet vist i fig. 1 borehulls-fluidum pumpet til jordens overflate utvendig av lednings-røret 28 og i ringrommet i foringsrøret 16. Kabelankerne 32 kan sentralisere kabelen 30 i ledningsrøret 28, eller hvis ønskelig anordne kabelen på en side. Igjen, avhengig av typen og størrelsen av kabelen 30, er kabelankerne 32 plassert med hver 15 til 61 meter.

Fig. 2 viser en foretrukket utførelse av kabelankeret 32 ifølge foreliggende oppfinnelse hvori et antall elastiske fingre 34 rager ut fra og er festet til kabelen

30. De elastiske fingrene 34 omfatter foretrukket relativt korte lengder av et robust materiale, så som et metall, keramikk, karbonfiber o.l. Mer foretrukket omfatter de elastiske fingrene vanligvis rektangulære bånd av fjærstål. Uttrykket elastisk som brukes heri refererer til et materiale som kan motstå strekk, vridning, skjær eller trykk og som gjenopptar sin opprinnelige form og størrelse når påkjenningene fjernes. Mer spesifikt må de elastiske fingrene kunne bøyes eller deformeres, hvis nødvendig, når kabelen 30 installeres i ledningsrøret 28, og når installert kunne gjenoppta sin beregnete form eller posisjon for å motstå langsgående bevegelse av kabelen 30 i forhold til ledningsrøret 28. Som vist i fig. 2 er hver av de elastiske fingrene 34 bøyd eller vinklet på en slik måte at installasjon av kabelen 30 muliggjøres inn i ledningsrøret 28 (som skal beskrives detaljert nedenfor) i en første langsgående retning og for å forhindre bevegelse av kabelen 30 i forhold til ledningsrøret 28 i en andre langsgående retning. Mer spesifikt er de elastiske fingrene 34 vinklet for å

kobles mot den indre overflaten 36 av ledningsrøret 28, for å overføre vekten av kabelen 30 til ledningsrøret 28 og for å forhindre at kabelen 30 sklir nedover i ledningsrøret 28.

I sammenstillingen som vist i fig. 1 og 2 er et antall av de elastiske fingrene 34 koblet til kabelen 30. Disse

elastiske fingrene 34 kan tilkobles med kun én finger ragende ut fra kabelen ved en bestemt langsgående plassering, eller flere fingre kan rage ut fra kabelen ved den samme langsgående plasseringen, som f.eks. vist i fig. 5. De elastiske fingrene 34 kan tilkobles ved samme radielle stilling på hvert dyp langs kabelen 30 for å skråstille kabelen 30 mot en side av ledningsrøret 28. I tillegg kan de elastiske fingrene 34 tilkobles i et spiralformet mønster langs lengden av kabelen 30.

I en foretrukket utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse, som vist i fig. 2, omfatter en indre overflate 36 av ledningsrøret 28, valgfritt et antall tagger 38, som kan omfatte en eller flere spiralformete, langsgående eller ringformete spor, kanter eller områder med en ru eller en profilert overflate. Disse taggene 38 dannes under valsingen av materialet som danner ledningsrøret 28 eller derpå men før kabelen 30 installeres deri. En ytre ende 40 av de elastiske fingrene 34 er utformet for på en friksjonsmessig måte å kobles mot taggene 38, så som ved å lande i en senkning eller å støte mot en kant på den indre overflaten 36 av ledningsrøret 28. Slike ytre ender 40 kan være buet for å passe til radiusen av den indre overflaten 36 av ledningsrøret 28 og/eller omfatte spor eller tenner for bedre å gripe eller å grave seg inn i ledningsrøret 28.

De elastiske fingrene 34 kan fremstilles i hvilken som helst ønsket sammenstilling og kan kobles til kabelen 30 på flere måter. Fig. 3 viser en elastisk finger 34 som omfatter en enkel kvadratisk remse av material, så som f jær-stål, med en bøy deri for plassering av den ytre enden 40 i friksjonsmessig kontakt med den indre overflate 36 av ledningsrøret 28. En indre endedel 42 av hver av de elastiske fingrene 34 er koblet til kabelen 30 på en kjent måte, så som ved en eller flere nagler, lim eller sveiset til en metallisk armering 44 på kabelen 30, og en eller flere metalliske eller elastomeriske reimer, bånd eller klemmer 46. I fig. 4 er den indre endedel 42 av den elastiske fingeren 34 vist innført i en søm i armeringen 44. Den indre endedel 42 kan holdes fast på plass under armeringen 44 pga. styrken av armeringen 44, eller foretrukket ved en ekstra indre reim rundt kabelkappen på innsiden av armeringen eller ved en ytre reim eller klemme 4 6 rundt det ytre av kabelen 30.

Fig. 5 viser en foretrukket utførelse hvor de ytre endene 40 av de elastiske fingrene 34 er kurvet eller spiralformet. Foretrukket er tykkelsen av materialet som danner de elastiske fingrene 34 økende mot de ytre endene 40 for å motstå bøyning eller rulling av de ytre endene 40 for bedre og på en friksjonsmessig måte kobles mot den indre overflate 36 av ledningsrøret 28. Når kabelen 30 er innført i ledningsrøret 28 vil de ytre endene 40 av de elastiske fingrene 34 rulles ut. Når ledningsrøret 28 og kabelen 30 er installert i borehullet vil kabelen 30 ha lett for å beveges nedover i ledningsrøret 28, og de elastiske fingrene 34 vil bøyes eller rulles oppover og derved stoppe den nedadgående bevegelsen eller glidning.

For videre å hjelpe til med å motvirke glidning av kabelen, kan overflaten av de ytre endene 40 som er i kontakt med den indre overflate 36 av ledningsrøret 28 omfatte et antall tagger, så som sidestilte spor, kanter eller områder med en ru eller profilert overflate. De indre endedelene 42 av de elastiske fingrene 34 er koblet til kabelen 30 ved en av midlene som tidligere beskrevet.

Den foretrukne utførelsen vist i fig. 6 omfatter to eller flere elastiske fingre 34 som rager ut fra et sylindrisk bånd 48. Båndet 48 føres over kabelen 30 og deretter tilkoblet derpå ved en av de ovennevnte tilkoblingsmidler. De indre endedelene 42 av de elastiske fingrene 34 kan dannes som en integrert del av båndet 48, eller de kan tilkobles dertil, igjen, ved en av de ovennevnte tilkoblingsmidler. En av de elastiske fingrene 34A er i en form ifølge en foretrukket utførelse vist i fig. 2-4, eller den kan være i en form som vist i fig. 5. En andre elastisk finger 34B omfatter ved sin ytre endedel midler for bedre på en friksjonsmessig måte å kobles til den indre overflate 34 av ledningsrøret 28. Slike midler kan omfatte en blokk 50 av metallisk materiale, så som stål eller bronse, keramiske materialer, eller elastomerisk, termo-plastisk eller termosetmaterialer. Blokken 50 kan omfatte en eller flere tagger 52 for bedre på en friksjonsmessig måte å kobles mot den indre overflate 36 av ledningsrøret 28.

Foretrukne elastomeriske materialer for blokken 50 er etylenpropylendienmetylenterpolymer ("EPDM") eller poly-propylengummi. Foretrukne termoplastiske materialer er akrylonitril-butadien-styren (ABS) kopolymerer, acetaler, tetrafluoretylen-propylenkopolymerer, hexafluorpropylen-vinylidenkopolymerer, polyamider, arimider, polyaryl-sulfoner, polyaryletere, polyestere, polyetersulfoner, polyimider, polyamid-imider, polyfenylensulfid, poly-sulfoner, polyeterketoner, polyetereterketoner, polyeter-ketoneretereterketoner, polyaryleterketoner, polyetylener, polypropylener, epoksy og kopolymerer, blandinger og legeringer derav. Foretrukne termosetmaterialer er kopolymerer av akrylnitril og butadien, mettet kopolymerer av akrylnitril og butadien, fluorelastomerer, polykloroprener, og kopolymerer, blandinger og legeringer derav.

En annen foretrukket utførelse av kabelankeret 32 er vist i fig. 7 hvori en elastisk finger 34 er dannet fra ett eller flere stykker av elastisk materiale, som tidligere beskrevet, og er bøyd som en enkeltstående enhet med en sylindrisk eller buet del 54 tilpasset til at kabelen 30 kan passere derigjennom, og en ytre fingerdel 56 tilpasset til og på en friksjonsmessig måte koblet mot den indre overflate 36 av ledningsrøret 28, som tidligere beskrevet. Kabelankeret 34 vist i fig. 7 er tilkoblet til kabelen 30 ved en av de ovennevnte beskrevne midler. Formen på dette kabelankeret 32 er slik at fingerdelen 56 som tilkobles ledningsrøret 28 presser oppover på den buete delen 54 og dreier den buete delen 54 slik at dens langsgående akse ikke er parallell til den langsgående aksen til kabelen 30, og/eller sammenpresser den buete delen 54 slik at dens radius reduseres. I alle tilfeller vil en nedoverrettet bevegelse eller glidning av kabelen 30 forårsake at kabelankeret 32 griper fastere om kabelen 30.

I en foretrukket utførelse ifølge foreliggende oppfinnelse innføres kabelen 30 i ledningsrøret 28, så som kveilerør, ved en av fremgangsmåtene som beskrevet i de ovennevnte kjente patentskrifter. Dette kan utføres under fremstilling av kveilerøret eller på feltet. En foretrukket innføringsmetode er å vikle ut kveilerøret på bakken, føre en ledewire derigjennom, koble den ene enden av ledewiren til kabelen og å koble den andre ende av ledewiren til et kjøretøy. Kabelen påføres et friksjonsreduserende middel, så som grease eller olje, og kjøretøyet beveges deretter for å trekke kabelen inn i kveilerøret. Et alternativ er å innføre ledewiren under fremstilling av kveilerøret.

Når kabelen 30 er innført i ledningsrøret 28, en ende derav, som vil være den nederste enden tilstøtende pumpesystemet 20, stikker en ende ut fra ledningsrøret 28 og forsegles, så som ved et forseglingsmunnstykke og/eller hylse, som er velkjent for en fagmann. Det kabelfylte ledningsrøret 28 kveiles deretter, og transporteres til en posisjon tilstøtende borehullet 10.

Pumpesystemet 20 kobles til den nederste enden av ledningsrøret 28, som er velkjent for en fagmann, og den nedre enden av den elektriske kabelen 30 er operativt tilkoblet motoren 22. Pumpesystemet 20 senkes inn i borehullet 10, så som ved hjelp av en injeksjonsmanifold {ikke vist), som er velkjent for en fagmann. Den øvre ende av lednings-røret 28 forsegles ved borehodet 14, som er velkjent for en fagmann, og den øvre ende av kabelen 30 er operativt koblet til en kraftkilde.

En alternativ foretrukket fremgangsmåte for installering av kabelen 30 i ledningsrøret 28 omfatter å inklu-dere et eller flere rør i kabelen 30, som er velkjent for en fagmann, eller festet på utsiden derav. Kabelen 30 trekkes gjennom ledningsrøret 28 som tidligere, en nedre ende av ledningsrøret 28 forsegles, og deretter injiseres et fluidum gjennom et av rørene inn i ledningsrøret 28. En variant av denne fremgangsmåten er å pumpe et fluidum inn i ledningsrøret 28 etter at kabelen 30 er installert deri ved hjelp av et av rørene i kabelen, og å muliggjøre at luft samtidig slippe ut gjennom et annet av disse rørene. Bruk av et eller flere rør muliggjør forholdsvis enkel fjerning og tilføring av fluidum og/eller tilsetningsstoffer til fluidumet for endring av dens densitet.

En annen foretrukket fremgangsmåte for installering av kabelen 30 i ledningsrøret 28 omfatter forsegling av en nedre ende av kabelen 30 i ledningsrøret 28, og deretter å pumpe et fluidum, så som luft, inn i ledningsrøret 28 for å hydraulisk presse kabelen inn i og gjennom ledningsrøret 28.

Hvori foreliggende oppfinnelse er beskrevet spesielt i forhold til de vedlagte tegninger, må det forstås at andre og videre forbedringer, unntatt de som her er vist og fore-slått, kan utføres innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse som definert i kravene.

Claims

1. Et kabelanker som anvendes til støtte av en brønnkabel i et ledningsrør, omfattende en elastisk finger {34) med en normal utoverstrakt posisjon, fingeren (34) har midler (46,48) ved en ende derav for tilkobling til en kabel og med den frie enden derav tilpasset for glidbar tilkobling mot en indre overflate av ledningsrøret når fingeren {34) er forskjøvet i en første langsgående retning deri og for understøttende kontakt med den indre overflaten til ledningsrøret når den elastiske fingeren (34) forskyves i en andre langsgående retning motstående til den første retningen, for dermed å motvirke at kabelen beveges i den andre retningen i ledningsrøret, karakterisert ved at den elastiske fingeren (34) er løs ved sin frie ende ved tilhørende utsetting og bruk.

2. Kabelanker i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den elastiske fingeren (34) videre omfatter et hovedsakelig rektangulært bånd av elastisk materiale.

3. Kabelanker i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det elastiske materiale er fjærstål.

4. Kabelanker i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elastiske fingeren (34) videre omfatter et bånd av elastisk materiale hvori den motstående ende derav er vinklet utover.

5. Kabelanker i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at den elastiske fingeren (34) videre omfatter et bånd av elastisk materiale hvori den motstående ende derav er buet.

6. Kabelanker i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elastiske fingeren (34) videre omfatter et bånd av elastisk materiale hvori den frie ende omfatter midler (50,52) for tilkobling med den indre overflaten av ledningsrøret.

7. Kabelanker i samsvar med krav 6, karakterisert ved at koblingsmidlene (50,52) omfatter en riflet materialblokk.

8. Kabelanker i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at midlene for tilkobling omfatter lim.

9. Kabelanker i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at midlene for tilkobling omfatter et eller flere bånd (46).

10. Kabelanker i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at kabelen omfatter en ytre metallisk armering, og at den ene ende av den elastiske fingeren er innført under den metalliske armeringen.