NO318150B1 - Fremgangsmate for installasjon av en opprullet, fjaerende plate langs den indre overflate av en fluidledning - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for installasjon av en sammenrullet, fjærende plate langs den indre overflate av en fluidrørledning.

Fra US-patentskriftene 4 501 327 og 5 040 283 er det kjent å rulle en plate rundt et bæreverktøy, og deretter bevege bæreverktøyet som bærer den sammenrullede plate, gjennom rørledningen mot et sted hvor den fjærende plate skal installeres, hvoretter platen frigjøres fra bæreverktøyet og tillates å utvide seg mot rørledningens indre overflate.

US patentskrift 5 040 283 benytter en plate som er fremstilt av et minne-metall og som utvider seg som et resultat av en temperaturøkning. En ulempe ved denne metode er at minnemetaller er kostbare og ikke er lett tilgjengelige i store plater.

US patentskrift 4 501 327 viser anvendelse av fjærstål eller aluminium som fjærende materiale, hvilke materialer har en elastisk deformasjon eller formendring som er 0,55 % eller mindre (0,2 % for aluminium), og at en passende tykkelse for platematerialet er ca. 1,2 mm.

Ved denne kjente metode presses det fjærende materiale mot veggen av rørledningen når bæreverktøyet trekkes tilbake gjennom den utvidede plate.

Ulemper ved denne kjente metode er at det benyttes et forholdsvis tynt platemateriale som lett kan skades og som har en elastisitet som bare er tilstrekkelig til å rulle ut platen, men som ikke far platen til å presse seg selv på plass langs rørledningens innervegg, slik at et avsluttende presserrinn fremdeles er nødvendig.

Det antas at den lille veggtykkelse av de kjente aluminium- eller fjærstålpla-ter og den forholdsvis lave ekspansjonskraft er knyttet til den lave elastiske formendringskapasitet til de benyttede materialer.

Det er et formål med oppfinnelsen å eliminere disse ulemper og å tilveiebringe en fremgangsmåte for installasjon av en sammenrullet, fjærende plate langs den indre overflate av en fluidrørledning, og som tillater benyttelse av en forholdsvis tykk og robust plate som ikke lett skades etter installasjon, og som ikke krever trinnet med pressing av platen langs rørledningsveggen ved hjelp av et ekspansjonsverktøy.

Sammendrag av oppfinnelsen

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for installasjon av en sammenrullet, fjærende plate langs den indre overflate av en fluidrørledning, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn å rulle sammen den fjærende plate og fastgjøre den sammenrullede plate til et bæreverktøy, slik at bæreverktøyet som bærer den sammenrullede plate, kan beveges gjennom rørledningen, å bevege bæreverktøyet til et sted i rørledningen hvor den fjærende plate skal installeres, og å frigjøre den fjærende plate fra bæreverktøyet og derved tillate den fjærende plate å utvide seg mot rørledningens indre overflate, og hvor fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den fjærende plate har en midlere veggtykkelse på minst 2 mm og en elastisk formendring eller en pseudoelastisk, restituerbar formendring på minst 0,6 %, slik at den sammenrullede plate bringes til å utvide seg med en ekspansjonskraft som er tilstrekkelig høy til å tillate platen å presse seg selv på plass langs rørledningens indre overflate under installasjon uten assistanse av en presseanordning, og å forbli på plass etter installasjon.

Uttrykket elastisk formendring når det benyttes i den foreliggende beskrivelse, refererer seg til forholdet mellom flytespenning og elastisitetsmodul for materialer som har en flytegrense, slik mange karbonstål har, eller forholdet mellom strekkgrense og elastisitetsmodul for materialer som ikke har noen flytegrense. Dersom den elastiske formendring uttrykkes som en prosent, skal det nevnte forhold multipliseres med en faktor på 100.

Den fjærende plate har fortrinnsvis en midlere veggtykkelse på minst 3 mm, og er fremstilt av en titanlegering med en elastisitetsmodul på ikke mer enn 115 000 MPa, og en strekkgrense på minst 825 MPa, slik at den elastiske formendring er mer enn 0,75 %.

Det foretrekkes også at det fjærende platemateriale har en midlere veggtykkelse på minst 4 mm og er fremstilt av en Ti-6Al-4V-legering.

Platen kan være en rektangulær plate uten perforeringer, og som benyttes for å tilveiebringe en tetning eller en lapp med et areal der hvor rørledningens vegg er blitt oppbrutt, skadet eller erodert. Alternativt er fluidrørledningen dannet av et innstrømningsområde av en hydrokarbonproduksjonsbrønn, og platen er perforert med regelmessige mellomrom og er installert langs den indre overflate av borehullet for å tjene som en brønnskjerm.

Dersom platen skal rulles til meget liten diameter, for eksempel dersom den skal føres gjennom innsnevringer i rørledningen, kan det være gunstig å benytte en pseudoelastisk legering som platemateriale. Passende pseudoelastiske legeringer er Ti-16V-3Al-6Zr og TiNi.

Kort beskrivelse av tegningen

Disse og ytterligere særtrekk, formål og fordeler ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil bli mer fullstendig forstått ved henvisning til den etterfølgende, nærmere beskrivelse av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, som må leses i forbindelse med den ledsagende tegning der

fig. 1 viser et skjematisk sideriss av en fjærende plate som er i ferd med å plasseres inne i en rørledning i form av et vertikalt, underjordisk borehull, og

fig. 2 viser et sideriss av en ikke-rullet, fjærende plate som omfatter periferiske slisser, slik at platen kan benyttes som en brønnskjerm.

Nærmere beskrivelse av den foretrukne utførelse

Idet det nå henvises til fig. 1, er det der vist et vertikalt borehull 1 som krysser en underjordisk formasjon 2, og en fjærende plate 3 som er i ferd med å rulle seg selv ut mot veggen 4 av borehullet 1.

Platen 3 er blitt nedsenket i borehullet 1 ved benyttelse av et bæreverktøy 5 som er opphengt i en vaier 6.

Bæreverktøyet 5 og vaieren 6 er på tegningen vist med stiplede linjer.

Før nedsenking av bæreverktøyet 5 i borehullet 1, rulles platen 3 rundt verktøyet 5 og festes til verktøyet 5 ved benyttelse av heftsveiser og/eller kramper. Når verktøyet har ankommet til det sted hvor platen 1 skal installeres, frigjøres heftsveisene og/eller krampene, for eksempel ved benyttelse av spenganordninger som skjærer av heftsveisene og/eller krampene.

Den fjærende plate 3 har en tykkelse på minst 2 mm og en elastisk formendring på minst 0,6 %, hvilket tillater platen å utvikle en høy ekspansjonskraft, slik at den ekspanderer og presser seg selv på plass mot borehullets 1 vegg 4, og å forbli på plass etter installasjon, selv om poretrykket i den omgivende formasjon 2 er høyere enn fluidtrykket i borehullet 1.

Betraktet i omkretsretningen danner endene av den fjærende plate 3 fliker eller klaffer 7 hvor platen 3 har redusert veggtykkelse. Omkretslengden av platen 3 vil være valgt noe større enn omkretsen av borehullets 1 vegg 4, slik at klaffene 7 i det minste delvis vil overlappe hverandre dersom den fjærende plate 3 er blitt utvidet mot veggen 4. Klaffene 7 vil således frembringe en avsperring for lekkasjer og vil skape en jevn og nesten sømløs, indre boring av den utvidede plate 3. For å forbedre tetningen, kan en ytterligere hylse (ikke vist) av celledelt gummi plasseres utenfor den ytre klaff 7. Denne hylse må være bundet langs en aksial linje, men ikke rundt omkretsen av klaffen 7. Dette er på grunn av at gummien må strekke seg ved opprulling, og derfor må gli over klaffen 7 som ikke strekker seg. Grenseflaten kan være smurt.

I den montasje som er vist på fig. 1, er klaffene 7 ikke tatt i betraktning for bestemmelse av den midlere veggtykkelse av platen 3. I overensstemmelse med oppfinnelsen er den midlere veggtykkelse av platen 3 minst 2 mm, mens veggtykkelsen av klaffene 7 kan være mindre enn 2 mm. Benyttet i denne beskrivelse betegner således uttrykket midlere veggtykkelse av platen veggtykkelsen av vilkårlige deler av platen 3 bortsett fra klaffene 7 og steder hvor platen 3 er perforert.

Den maksimale midlere veggtykkelse T av en plate 3 som vil rulle seg ut fullstendig elastisk, kan bestemmes på grunnlag av formelen:

T/d - T/D < Y/E

hvor d = platens sammenrullede diameter

D = platens avspente diameter

Y = platematerialets flytespenning eller strekkgrense, og

E = platematerialets elastisitetsmodul.

I kraft av sin høye elastiske formendring, nemlig minst 0,6 %, som skriver seg fra kombinasjonen av lav elastisitetsmodul (fortrinnsvis ikke mer enn 115 000 MPa) og høy strekkgrense (fortrinnsvis minst 825 MPa), kan platen ifølge oppfinnelsen ha større veggtykkelse enn konvensjonelle fjærende plater. Titanlegeringer med en elastisitetsmodul som er mindre enn 150 000 MPa, er særlig egnet for anvendelse i platen ifølge oppfinnelsen. En plate av titanlegering av kvalitet 5 med en midlere veggtykkelse på 4 mm kan benyttes for reparasjon av et foringsrør på 17,5 mm. En plate av en Ti-22V-4Al-legering med en elastisitetsmodul på 82 MPa og termomekanisk behandlet for å oppnå en strekkgrense på 720 MPa eller større, kan benyttes for den samme reparasjon med en midlere veggtykkelse på 5 mm.

Videre oppviser noen metastabile beta-titanlegeringer, så som T1-16V-3A1-6Zr med passende termomekanisk behandling, pseudoelastisitet i en grad som ville tillate en midlere veggtykkelse på mellom 11 og 13 mm. TiNi ville tillate enda større veggtykkelse. Disse pseudoelastiske legeringer kan også benyttes for å tillate sammenrulling til en mindre diameter når platen har en midlere veggtykkelse på flere millimeter, for å tillate installasjon gjennom innsnevringer, så som rørgjennom-gangsoperasjoner i en olje- eller gassproduksjonsbrønn.

Den store midlere veggtykkelse av platen 3 er ikke bare nyttig for å frembringe en robust rull, men også for å forøke den fjærkraft med hvilken platen 3 ruller seg opp og presser seg mot borehullets 1 vegg 4.

Idet det nå henvises til fig. 2, er det der vist et riss av en ikke-sammenrullet plate ifølge oppfinnelsen, hvor platen danner en brønnskjerm 10 som inneholder langstrakte omkretsslisser 11 som er anordnet i vesentlig parallelle rekker, både aksialt og periferisk tvers over skjermen 10, uten noen forskyvning mellom rekkene av slisser. Perforeringene er også avsmalnende (ikke vist) i radial retning, slik at den minste bredde av perforeringene er beliggende ved den ytre overflate av platen når platen er sammenrullet.

Den avsmalnende form på slissene 11 tjener til å unngå at sandpartikler som kan komme inn i slissene 11, kunne bli hengende fast halvveis i slissene 11.

Periferiske, ikke-forskjøvne slisser 11 foretrekkes fremfor hull eller ikke-periferiske slisser på grunn av at operasjonen med sammenrulling og opprulling kan utføres med minimale spenningskonsentrasjoner i skjermmaterialet, under bibehol-delse av maksimal fjærkraft, styrke og stivhet.

Den utrullede brønnskjerm som er vist på fig. 2, kan også være dekket, fortrinnsvis på den ytre overflate, med filtermateriale. Filtermaterialet kan eventuelt være atskilt fra overflaten av skjermen 10 ved hjelp av et dreneringslag, for eksempel grov metalltrådduk, slik at fluidet som passerer gjennom filterlaget ikke umiddelbart overfor en sliss 11 i rullen, kan strømme til slissen 11 gjennom dreneringslaget.

Filter- og dreneringslagene kan være fremstilt av rullede plater av filter- og dreneringsmateriale som omgir skjermen 10. Platene i skjermen 10 og i filter- og dreneringslagene kan være forsynt med endeklaffer hvor platen har redusert tykkelse på samme måte som vist på fig. 1, for å frembringe en sømløs skjerm når sammen-stillingen av skjermen 10 og de omgivende filter- og dreneringslag ruller seg ut mot borehullet eller den perforerte produksjonsforing. Brønnskjermen kan således presse seg selv direkte mot borehullet eller den perforerte produksjonsforing, uten noe mellomliggende ringrom, og således unngå behovet for gruspakning, og dermed redusere faren for erosjon og stabilisere formasjonen.

Dersom det ønskes, kan de overlappende ender av platen eller skjermen opprettholdes i en fast posisjon i forhold til hverandre så snart platen er blitt utvidet og installert i rørledningen eller borehullet. Dette kan oppnås ved å sveise eller heftforankre endene til hverandre, eller ved å forsyne de overlappende ender med aksiale låsespor eller med sperreprofiler som tillater utrulling, men hindrer gjentatt sammenrulling av platen eller skjermen.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for installasjon av en sammenrullet, fjærende plate (3; 10) langs den indre overflate (4) av en fluidrørledning (2), hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn å rulle sammen den fjærende plate (3; 10) og fastgjøre den sammenrullede plate til et bæreverktøy (5), slik at bæreverktøyet som bærer den sammenrullede plate (3; 10), kan beveges gjennom rørledningen (2), å bevege bæreverktøyet (5) til et sted i rørledningen (2) hvor den fjærende plate (3; 10) skal installeres, og å frigjøre den fjærende plate (3; 10) fra bæreverktøyet (5) og derved tillate den fjærende plate (3; 10) å utvide seg mot rørledningens (2) indre overflate (4), karakterisert ved at den fjærende plate (3; 10) har en midlere veggtykkelse på minst 2 mm og en elastisk formendring eller en pseudoelastisk, restituerbar formendring på minst 0,6 %, slik at den sammenrullede plate (3; 10) bringes til å utvide seg med en ekspansjonskraft som er tilstrekkelig høy til å tillate platen (3; 10) å presse seg selv på plass langs rørledningens (2) indre overflate (4) under installasjon uten assistanse av en presseanordning, og å forbli på plass etter installasjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den fjærende plate (3; 10) har en midlere veggtykkelse på minst 3 mm og er fremstilt av en titanlegering med en elastisitetsmodul på ikke mer enn 115 000 MPa og en flytespenning/- strekkgrense på minst 825 MPa.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den fjærende plates (3; 10) materiale har en midlere veggtykkelse på minst 4 mm og er fremstilt av en Ti-6Al-4V-legering.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidrørledningen (2) er dannet av et innstrømningsområde av en hydrokarbonproduksjonsbrønn, og at platen (10) er perforert med regelmessige mellomrom og installeres langs den indre overflate (4) av borehullet (1) for å tjene som en brønnskjerm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at perforeringene består av langstrakte, periferiske slisser (11) som er anordnet i vesentlig parallelle rekker både aksialt og periferisk over platen (10), uten noen forskyvning mellom rekkene av slisser.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at perforeringene er avsmalnende i radial retning, slik at den minste bredde av perforeringene er beliggende ved den ytre overflate av den sammenrullede, fjærende plate (10).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at den fjærende plate (3; 10) har en tykkelse på minst 5 mm og er fremstilt av en pseudoelastisk legering.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at legeringen er oppløsningsbehandlet Ti-16V-3Al-6Zr.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at legeringen er TiNi.