NO318444B1 - Flushable composite counter body. - Google Patents

Flushable composite counter body. Download PDF

Info

Publication number
NO318444B1
NO318444B1 NO19951264A NO951264A NO318444B1 NO 318444 B1 NO318444 B1 NO 318444B1 NO 19951264 A NO19951264 A NO 19951264A NO 951264 A NO951264 A NO 951264A NO 318444 B1 NO318444 B1 NO 318444B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
pipe
composite
fibers
liner
tube
Prior art date
Application number
NO19951264A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO951264L (en
NO951264D0 (en
Inventor
Jerry G Williams
Alex Sas-Jaworsky
Original Assignee
Fiberspar Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fiberspar Corp filed Critical Fiberspar Corp
Publication of NO951264D0 publication Critical patent/NO951264D0/en
Publication of NO951264L publication Critical patent/NO951264L/en
Publication of NO318444B1 publication Critical patent/NO318444B1/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/20Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • E21B17/206Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables with conductors, e.g. electrical, optical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/08Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/12Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting
    • F16L11/127Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting electrically conducting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/006Rigid pipes specially profiled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/12Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/121Rigid pipes of plastics with or without reinforcement with three layers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/12Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
    • F16L9/125Rigid pipes of plastics with or without reinforcement electrically conducting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/14Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår kveilbare komposittrør. The present invention relates to coilable composite pipes.

Spiralrullede stålrør har et antall anvendelser i oljebrønnoperasjoner. De blir for eksempel brukt til å føre vaierkabel ned i borehullet med brønnverktøy, så som loggeverktøy og perforeringsverktøy. Slike rør blir også brukt i overhaling av brønner, til å levere forskjellige kjemikalier nede i brønnhullet og å utføre andre funksjoner. Spiral coiled steel tubing has a number of applications in oil well operations. They are used, for example, to lead wire rope down the borehole with well tools, such as logging tools and perforating tools. Such pipes are also used in the overhaul of wells, to deliver various chemicals down the wellbore and to perform other functions.

Spiralrullede stålrør kan kveiles på grunn av at stålet som brukes i produktet har en høy duktilitet (dvs evne til å deformeres plastisk uten å brekke). Kveileoperasjonen blir oftest utført mens røret er under høyt innvendig trykk, hvilket introduserer kombinerte belastningseffekter. Dessverre vil gjentatt kveiling og bruk forårsake utmattelsesskade, og det spiralrullede stålrør kan plutselig frakturere og feile. Farene med operasjonen og risikoen for personale og de høye økonomiske kostnader for feil i form av stopptid for å utføre fiskeoperasjoner, gjør det nødvendig å ta produktet ut av drift før forventet feil, etter forholdsvis fa turer inn i brønnen. Stålrørets tverrsnitt utvider seg under gjentatt bruk, og resulterer i redusert i veggtykkelse og høyere bøyningsstrekk med tilhørende reduksjon i evnen til å motstå trykk. Spiralrullede stålrør er begrenset til innvendige trykk på opp til 350 kg/cm . Høyere trykk betyr en vesentlig reduksjon i rørets integritet, slik at det ikke vil tåle kontinuerlig bøyning, og således begrense rørets levetid, selv til en enkelt feltanvendelse. Spiral-rolled steel pipes can be coiled because the steel used in the product has a high ductility (ie ability to deform plastically without breaking). The coiling operation is most often performed while the pipe is under high internal pressure, which introduces combined stress effects. Unfortunately, repeated coiling and use will cause fatigue damage, and the spiral-rolled steel pipe may suddenly fracture and fail. The dangers of the operation and the risk to personnel and the high financial costs of errors in the form of downtime to carry out fishing operations, make it necessary to take the product out of service before the expected error, after relatively few trips into the well. The cross-section of the steel pipe expands during repeated use, resulting in reduced wall thickness and higher bending strength with a corresponding reduction in the ability to withstand pressure. Spiral-rolled steel pipes are limited to internal pressures of up to 350 kg/cm. Higher pressure means a significant reduction in the pipe's integrity, so that it will not withstand continuous bending, thus limiting the pipe's lifetime, even for a single field application.

Det er derfor ønskelig å frembringe et spiralrullet rør som ikke er av stål, og som er i stand til å anvendes og kveiles under borehullforhold, som ikke lider under begrens-ningene med stålrør, og som er meget bestandig mot kjemikalier. It is therefore desirable to produce a spirally rolled pipe which is not of steel, and which is able to be used and coiled under borehole conditions, which does not suffer from the limitations of steel pipe, and which is highly resistant to chemicals.

I tillegg, nåværende loggeoperasjoner gjennom spiralrullede stålrør benytter enkelte ganger en vaierkabel som føres inn i det spiralrullede stålrør for å overføre data, eller når samtidsdata ikke er nødvendig, et loggeverktøy som kan samle og lagre data i borehullet. Når samtidsdata er nødvendig, benytter man en dedisert spole av spiralrullet rør med vaieren permanent installert i røret. Dette tar opp betydelig tverrsnittsrom inne i røret, og gjør det spiralrullede rør uegnet for andre operasjoner som trenger en strømningsbane eller åpent hull gjennom røret. Fluida blir enkelte ganger transportert fra overflaten til et sted nede i borehullet gjennom røret, for å frembringe et middel for å behandle formasjoner eller for å operere en slammotor til å bore gjennom formasjonen. I tillegg kan det være ønskelig å pumpe innretninger gjennom det spiralrullede rør til et sted i borehullet, for forskjellige operasjoner. En åpen utboring i det spiralrullede rør er derfor essensielt for mange operasjoner, og av denne grunn er det ønskelig ikke å ha elektriske ledere eller lignende plassert inne i den åpne utboring i røret. In addition, current logging operations through spiral-rolled steel pipe sometimes use a wire cable that is fed into the spiral-rolled steel pipe to transmit data, or when contemporaneous data is not required, a logging tool that can collect and store data in the borehole. When contemporary data is required, a dedicated coil of spiral-rolled pipe is used with the wire permanently installed in the pipe. This takes up significant cross-sectional space within the tube, making the coiled tube unsuitable for other operations that require a flow path or open hole through the tube. Fluids are sometimes transported from the surface to a downhole location through pipe, to produce a means to treat formations or to operate a mud motor to drill through the formation. In addition, it may be desirable to pump devices through the coiled pipe to a location in the borehole, for various operations. An open bore in the spirally rolled pipe is therefore essential for many operations, and for this reason it is desirable not to have electrical conductors or the like placed inside the open bore in the pipe.

Utvendige trykk på det spiralrullede rør er også en viktig belastningstilstand, og kan være på over 175 kg/cm<2>. External pressure on the spirally rolled pipe is also an important stress condition, and can be over 175 kg/cm<2>.

US 3 554 284 (Nystrøm) beskriver bruken av en loggekabel i hvilken to indre lag av fibrer er viklet med ±18°, og to ytre lag er viklet ved ±35°. US 3 554 284 (Nystrøm) describes the use of a logging cable in which two inner layers of fibers are wound at ±18°, and two outer layers are wound at ±35°.

US 4 255 820 (Rothermel m.fl.), beskriver en båndprotese utformet med en tett vevet sylinderformet kjerne som gir aksial stivhet til protesen. US 4,255,820 (Rothermel et al.), describes a band prosthesis designed with a tightly woven cylindrical core which provides axial rigidity to the prosthesis.

US 4 530 379 (Policelli) beskriver et sammensatt fiberrør med en overgang til en metallkopling. Fibrene kan være grafitt, karbon, aramid eller glass. Disse fibrer, i en ut-førelse, er vekselvis lagt i ±15° orientering med lengdeaksen. I utførelsen på figur 4, er "et bredere valg av aksiale vinkler for filamentene i lagene" tillatt. Videre, "denne utførelse kan benyttes i et fluid-transportrør som har bøyebelastninger i tillegg til de innvendige trykkbelastninger, og i strukturelle deler som har behov for bøyning og aksial stivhet". Policelli foreslår at fibervinklene kan velges i et område mellom 5° og 75° som målt fra aksen. US 4,530,379 (Policelli) describes a composite fiber tube with a transition to a metal coupling. The fibers can be graphite, carbon, aramid or glass. These fibers, in one embodiment, are alternately laid in ±15° orientation with the longitudinal axis. In the embodiment of Figure 4, "a wider choice of axial angles for the filaments in the layers" is allowed. Furthermore, "this design can be used in a fluid transport pipe that has bending loads in addition to the internal pressure loads, and in structural parts that need bending and axial stiffness". Policelli suggests that the fiber angles can be chosen in a range between 5° and 75° as measured from the axis.

US 4 556 340 (Morton) beskriver bruk av en eksternt montert strimmel på et fleksibelt rør. Strimmelen kan være av hvilket som helst materiale som har høy aksial stivhet i strekk og lav aksial stivhet i kompresjon. Strimmelen gir understøttet bøyning eller bøyning rundt en foretrukken akse. US 4,556,340 (Morton) describes the use of an externally mounted strip on a flexible pipe. The strip can be of any material that has high axial stiffness in tension and low axial stiffness in compression. The strip provides supported bending or bending about a preferred axis.

US 4 728 224 (Salama) beskriver en sammensatt strekkfortøyningstrosse på atskilte lag av karbonfibrer og aramidfibrer, hvor fibrene er aksiale eller spiralviklet med en lav vinkel. Et lag av fibrer viklet med 90° kan anordnes som en ytre kappe. US 4,728,224 (Salama) describes a composite tension mooring line on separate layers of carbon fibers and aramid fibers, where the fibers are axially or spirally wound at a low angle. A layer of fibers wound at 90° can be arranged as an outer sheath.

US 4 336 415 (Walling) viser en sammensatt rørenhet for bruk i brønnhull, med anordninger for å transportere produksjonsfluida og elektriske ledninger. US 4,336,415 (Walling) shows a composite tubing assembly for use in a wellbore, with arrangements for transporting production fluids and electrical wiring.

US 3 604 461 (Matthews) dreier seg om en flerlags høytrykksslange som kan gli ved kjernen, dvs på den indre foring, men som er tett bundet ved periferien. Lagene av fibrer krysser hverandre, og er anordnet for å hindre migrering av båndingsmidlet gjennom lagene for å hindre at foringen blir festet til de ytre fiberlagene. Strukturen av fiberlagene er således anordnet til å bevege seg i forhold til foringen eller det indre rør i slangen. US 3 604 461 (Matthews) relates to a multilayer high-pressure hose which can slide at the core, ie on the inner liner, but which is tightly bound at the periphery. The layers of fibers cross each other and are arranged to prevent migration of the binding agent through the layers to prevent the liner from being attached to the outer layers of fibers. The structure of the fiber layers is thus arranged to move in relation to the lining or the inner tube of the hose.

US 3 856 052 (Feucht) viser en fleksibel slange med forsterkede områder i sideveggene og parallell med lengdeaksen for å gi strekkstyrke i lengderetningen. Dette gjør at slangen lett kollapser gjennom en akse og lett kan kveiles på seg selv. US 3 856 052 (Feucht) shows a flexible hose with reinforced areas in the side walls and parallel to the longitudinal axis to provide tensile strength in the longitudinal direction. This means that the hose easily collapses through an axis and can easily be coiled on itself.

US 646 887 (Stowe m.fl.) har en eller flere ledere lagt inn i en sidevegg av en slange. US 646 887 (Stowe et al.) has one or more conductors inserted into a side wall of a hose.

De fleste rørformede strukturer ifølge tidligere teknikk, som er konstruert for å kveiles og også for å transportere fluida, er laget som en slang enten de er kalt en slange eller ikke. For eksempel, Feucht-strukturen ifølge US 3 856 052 har langsgående forsterkninger i sideveggene slik at en fleksibel slange kan kollapse preferensielt i et plan, konstruksjonen er imidlertid en klassisk slange med vulkaniserte lag av polyester som ikke er i stand til å bære kompresjonsbelastninger eller høye eksterne trykkbelastninger. Slanger benytter typisk en elastomer så som gummi til å holde fibrene sammen, men bruker ikke en høymoduls plastbinder så som epoksy. Slanger er konstruert til å bøye seg og bære interne trykk, men er normalt ikke utsatt for eksterne trykk eller høye aksiale kompresjons- eller strekkbelastninger. For et elastomer-type materiale som brukes i slanger er forlengelsen ved brudd så høy (typisk mer enn 400 %), og arbeidsresponsen så ikke-lineær, at det er vanlig praksis å definere en modul som tilsvarer en spesifisert forlengelse. Modulen for et elastomermateriale som tilsvarer 200 % forlengelse er typisk i området fra omkring 2 til 13,8 MPa (300 psi til 2 000 psi). Elastisitetsmodulen for et typisk plastmatrisemateriale som brukes i komposittrør er fra 690 til 3 473 MPa (100 000 til 500 000 psi) eller mer, med representative strekk til brudd fra 2 % til 10 %. Denne store forskjell i modul og strekk til brudd mellom gummi og plast, og således mellom slanger og komposittrør, er det som tillater at en slange lett kollapser til en i det vesentlige flat tilstand under forholdsvis lave eksterne trykk, og eliminerer evnen til å bære høye aksiale strekk- eller kompresjonsbelastninger, mens den høyere modul som er karakteristisk for plastmatrisematerialet brukt i komposittrør er tilstrekkelig stivt til å overføre belastninger inn i fibrene og således motstå høye eksterne trykk og aksielt strekk og kompresjon uten kollaps. Prosedyren for å konstruere et komposittrør til å motvirke høye eksterne trykk og kompresjonsbelastninger omfatter bruk av kompliserte tek-niske prinsipper for komposittmekanikk for å sikre at røret har tilstrekkelig styrke. Det har tidligere ikke vært ansett som mulig å bygge et virkelig komposittrør som er i stand til å bøyes til en forholdsvis liten diameter, og å være i stand til å bære innvendige trykk og høye strekk- og kompresjonsbelastninger i kombinasjon med høye eksterne trykk. Spesielt, en slange ville ikke kunne motstå høye kompresjonsbelastninger og utvendige trykkbelastninger. Most prior art tubular structures, which are designed to be coiled and also to transport fluids, are made like a hose whether they are called a hose or not. For example, the Feucht structure according to US 3,856,052 has longitudinal reinforcements in the sidewalls so that a flexible hose can collapse preferentially in a plane, however, the construction is a classic hose with vulcanized layers of polyester which is not able to carry compression loads or high external pressure loads. Tubing typically uses an elastomer such as rubber to hold the fibers together, but does not use a high modulus plastic binder such as epoxy. Hoses are designed to bend and carry internal pressures, but are not normally subjected to external pressures or high axial compressive or tensile loads. For an elastomer-type material used in hoses, the elongation at break is so high (typically more than 400%), and the work response so non-linear, that it is common practice to define a modulus corresponding to a specified elongation. The modulus of an elastomeric material corresponding to 200% elongation is typically in the range of about 2 to 13.8 MPa (300 psi to 2,000 psi). The modulus of elasticity for a typical plastic matrix material used in composite piping is from 690 to 3,473 MPa (100,000 to 500,000 psi) or more, with representative strains to failure ranging from 2% to 10%. This large difference in modulus and elongation to break between rubber and plastic, and thus between hoses and composite pipes, is what allows a hose to easily collapse into an essentially flat state under relatively low external pressures, eliminating the ability to carry high axial tensile or compressive loads, while the higher modulus characteristic of the plastic matrix material used in composite pipes is sufficiently stiff to transfer loads into the fibers and thus withstand high external pressures and axial tension and compression without collapse. The procedure for constructing a composite pipe to resist high external pressures and compression loads involves the use of complex technical principles of composite mechanics to ensure that the pipe has sufficient strength. It has not previously been considered possible to build a true composite pipe capable of bending to a relatively small diameter, and of being able to carry internal pressures and high tensile and compressive loads in combination with high external pressures. In particular, a hose would not be able to withstand high compression loads and external pressure loads.

US 3 604 461 viser derimot en rørformet del for å bære forholdsvis høye innvendige trykk, men som fremdeles er en slange laget av lag av fibrer som er forbundet med tilstøtende fiberviklinger. Fibrene og lagene er festet med et klebemiddel, men klebemidlet impregnerer ikke fibrene, slik at klebemidlet trenger inn til plastkjernen. Matthews viser plassering av fibrene slik at de ikke skifter i forhold til hverandre, men fleksibiliteten ville bli skadet hvis klebemidlet ville omgi fibrene og lagene. Hvis fibrene ikke er individuelt omgitt av matrisen, ville ikke fibrene ha evnen til å bære betydelige kompresjonsbelastninger eller utvendige trykkbelastninger, en karakteristikk som er essensiell for ytelsen av oppfinnelsen i anvendelser med kveilede rør som krever bøyning så vel som skyving av røret og evnen til å motstå ytre trykk. I denne sammenheng viser Matthew at foringen ikke må være båndet til slangen. Matthews struktur ville tillate høye ytre trykk å trenge inn til forings-plastkjemen og kollapse denne. US 3,604,461, on the other hand, shows a tubular part for carrying relatively high internal pressures, but which is still a hose made of layers of fibers connected by adjacent fiber windings. The fibers and layers are attached with an adhesive, but the adhesive does not impregnate the fibers, so that the adhesive penetrates to the plastic core. Matthews shows placement of the fibers so that they do not shift relative to each other, but flexibility would be damaged if the adhesive would surround the fibers and layers. If the fibers are not individually surrounded by the matrix, the fibers would not have the ability to carry significant compressive loads or external compressive loads, a characteristic essential to the performance of the invention in coiled tubing applications requiring bending as well as pushing of the tubing and the ability to resist external pressure. In this context, Matthew shows that the liner does not have to be the bond to the hose. Matthew's structure would allow high external pressures to penetrate the liner plastic core and collapse it.

De referanser som viser bruk av elektriske ledere i en slange gjør dette ved å gjøre dem til innlegg i veggene til slangen og ikke som integrerte strukturelle deler som funksjonerer til å styrke slangen og gi den spesielle strukturelle kvaliteter. De elektriske og optiske ledere er plassert ved eller nær det minimale treghetsmoment for å isolere dem fra betydelige bøyepåkjenninger som ville bli utøvet under bøyning hvis de var plassert på andre steder. Slanger ifølge tidligere teknikk med ledere er ikke spesielt opptatt med beskyttelse av lederne mot bøyekrefter som utøves under kveiling av slangen, siden slangen kan flates ut for å redusere effekten av bøyning. I den foreliggende oppfinnelse, må røret holdes generelt sirkelrundt og være i stand til å motstå kollapsing når høye bøyningspåkjenninger utøves under kveiling, og når røret bules ut mens det skyves inn i brønnhullet. The references that show the use of electrical conductors in a hose do this by making them inserts in the walls of the hose and not as integral structural parts that function to strengthen the hose and give it special structural qualities. The electrical and optical conductors are located at or near the minimum moment of inertia to isolate them from significant bending stresses that would be exerted during bending if they were located elsewhere. Prior art hoses with conductors are not particularly concerned with protecting the conductors against bending forces exerted during coiling of the hose, since the hose can be flattened to reduce the effect of bending. In the present invention, the pipe must be held generally circular and be able to resist collapse when high bending stresses are exerted during coiling, and when the pipe bulges as it is pushed into the wellbore.

I de beskrevne utførelser av oppfinnelsen, er komposittrør anordnet for bore-hulloperasjoner så som for bruk under brønnlogging og overhalingsoperasjoner i oljebrønner. Røret, som fortrinnsvis er kveilbart, omfatter en sammensatt rørdel med en ytre komposittstruktur inneholdende sterke og stive fibrer innlagt i et resinmateriale så som epoksy. Fibrene er orientert til å motstå interne og eksterne trykk og å gi lav bøyningsstivhet. To indre områder i den ytre struktur er plassert nær den nøytrale akse av rørdelen, og plassert i diametralt motsatte vegger av den ytre komposittstruktur for å danne selektive forsterkninger inne i disse motsatte vegger. De indre områder definerer et minste treghetsmoment for bøyning som strekker seg diametralt gjennom de indre områder, og et største treghetsmoment for bøyning som er generelt ortogonalt med det minste treghetsmoment, hvor de indre områder omfatter komposittstrukturer orientert langt rørets akse for å gi en høy aksial stivhet og styrke til den ytre rørformede del, slik at den sammensatte rørformede del har betydelig større bøyningsstivhet rundt den største akse sammenlignet med bøyningsstivheten rundt den mindre akse for derved å gi en foretrukken bøyningsret-ning for den sammensatte rørdel når den kveiles og avkveiles. Anordningen av fibrer eller andre strukturelle materialer i det nevnte indre område er orientert til å danne en høy aksial stivhet, høy kompresjons- og strekkstyrke og lav bøyningsstivhet for å motvirke skjæringsspenninger. Fibrer med høy styrke og modul er innlagt i og båndet i en matrise som holder fibrene på plass, virker som et medium for belastningsoverføring og beskytter fibrene mot miljømessige skader. Plastmidlet i hvilket fibrene er innlagt for å danne matrisen vil ha en elastisitetsmodul (heretter modul) som overskrider 689 MPa (100 000 psi). Foringen tjener også som en trykk-holdedel for å motvirke lekkasje av interne fluida inne i røret. Foringen har i en konfigurasjon en sirkelrund utboring som er nødvendig i noen operasjoner i borehull. I andre utførelser er foringen laget konkav for å gi rom for selektive forsterkningsdeler i sideveggene av den ytre konstruksjon, som i sin tur tillater at den utvendige overflate av det sammensatte spiralrullede rør er tilnærmet sirkelrund. In the described embodiments of the invention, composite pipes are arranged for borehole operations such as for use during well logging and overhaul operations in oil wells. The pipe, which is preferably coilable, comprises a composite pipe part with an outer composite structure containing strong and rigid fibers embedded in a resin material such as epoxy. The fibers are oriented to resist internal and external pressures and to provide low bending stiffness. Two inner regions in the outer structure are located near the neutral axis of the tube part, and located in diametrically opposite walls of the outer composite structure to form selective reinforcements within these opposite walls. The inner regions define a minimum moment of inertia for bending that extends diametrically through the inner regions, and a maximum moment of inertia for bending that is generally orthogonal to the minimum moment of inertia, where the inner regions comprise composite structures oriented far from the axis of the tube to provide a high axial stiffness and strength to the outer tubular part, so that the composite tubular part has significantly greater bending stiffness around the major axis compared to the bending stiffness around the minor axis to thereby provide a preferred bending direction for the composite tubular part when it is coiled and uncoiled. The arrangement of fibers or other structural materials in said inner area is oriented to form a high axial stiffness, high compressive and tensile strength and low bending stiffness to counteract shear stresses. High strength and modulus fibers are embedded in and banded in a matrix that holds the fibers in place, acts as a medium for load transfer and protects the fibers from environmental damage. The plastic agent in which the fibers are embedded to form the matrix will have a modulus of elasticity (hereafter modulus) exceeding 689 MPa (100,000 psi). The liner also serves as a pressure retaining part to prevent leakage of internal fluids inside the pipe. In one configuration, the liner has a circular bore that is required in some borehole operations. In other embodiments, the liner is made concave to accommodate selective reinforcement members in the sidewalls of the outer structure, which in turn allows the exterior surface of the composite spirally rolled tube to be approximately circular.

Den ytre sammensatte konstruksjon består av flere lag eller sjikt av orienterte fibrer innlagt som beskrevet i en matrise, hvilken ytre sammensatte struktur er båndet til en foring slik at foringen er integrert festet til den ytre sammensatte struktur for å hindre at eksterne trykk utøves direkte på den ytre overflate av foringen, for dermed å hindre kollaps av foringen. I tillegg kan energiledere, så som elektriske ledninger eller optiske fibrer, gjøres integrert med den rørformede del, og også anordnes slik at de forsterker rørets ønskede fysiske karakteristikker. Energiledere har vanligvis lav strekkevne, og kan således lett skades ved store deformasjoner så som utøves ved bøyning. Plassering av energiledere inne i det indre område sikrer at energiledeme ikke blir utsatt for betydelige bøyningspåkjenninger. The outer composite structure consists of several layers or plies of oriented fibers laid as described in a matrix, which outer composite structure is bonded to a liner such that the liner is integrally attached to the outer composite structure to prevent external pressures being applied directly to it outer surface of the liner, thereby preventing collapse of the liner. In addition, energy conductors, such as electrical wires or optical fibers, can be made integral with the tubular part, and also arranged so as to enhance the desired physical characteristics of the pipe. Energy conductors usually have low tensile strength, and can thus easily be damaged by large deformations such as those exerted by bending. Placing energy conductors inside the inner area ensures that the energy members are not exposed to significant bending stresses.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor figur 1 er et skjematisk tverrsnittsriss av en sammensatt rørdel som inneholder motsatt anbrakte indre deler med integrerte elektriske ledere, figur 2 er en grafisk fremstilling som viser reduksjonen i forholdet mellom strekk i fiberretningen med de påtrykte aksiale strekk som en funksjon av økning av tverrsjiktsvinkelen for et laminat laget av grafittfibrer med høy styrke, figur 3 er et skjematisk tverrsnittsriss av en sammensatt rørdel som viser den indre anordning av fibrer med forskjellige vinkler og elektriske ledere, figur 4, 5 og 6 er skjematiske tverrsnittsriss av de indre deler av en sammensatt rørdel, og viser alternative innvendige anordninger av fibrene, figur 7 er en skjematisk tegning som illustrerer bruken av en sammensatt rørdel i en brønnhulloperasjon, figur 8 er et skjematisk tverrsnittsriss av en sammensatt rørdel som viser lag av fiberbånd eller tau plassert i mellomrommene mellom flettede lag for å definere et treghetsmoment for bøyning i rørdelen, figur 9 er et skjematisk tverrsnittsriss av en sammensatt rørdel med langsgående ensrettede karbonstaver som ligger under flettede lag for å definere et treghetsmoment for bøyning i rørdelen, figur 10 er et tverrsnittsriss av et sammensatt rør som har en sirkelrund ytre diameterprofil hvor den ytre komposittdel består av langsgående forsterkningsmateriale lagt mellom tilstøtende lag av fibrer, hvor det ytre område er båndet til en elliptisk innvendig foring, og figur 11 er et tverrsnittsriss av et sammensatt rør som har en indre foring med motsatt plasserte konvekse overflater og langsgående forsterkningsdeler, omfattende ledere, plassert mellom tilstøtende laminater som utgjør et ytre sammensatt område. In the following, the invention will be described in more detail with reference to the drawings, where figure 1 is a schematic cross-sectional view of a composite pipe part containing oppositely positioned internal parts with integrated electrical conductors, figure 2 is a graphic representation showing the reduction in the ratio of tension in the fiber direction with the imposed axial strains as a function of increasing cross-ply angle for a laminate made of high strength graphite fibers, Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a composite pipe section showing the internal arrangement of fibers with different angles and electrical conductors, Figures 4, 5 and 6 are schematic cross-sectional views of the internal parts of a composite pipe section, showing alternative internal arrangements of the fibers, Figure 7 is a schematic drawing illustrating the use of a composite pipe section in a wellbore operation, Figure 8 is a schematic cross-sectional view of a composite pipe section showing layers of fiber tape or rope placed in the spaces between about braided layers to define a moment of inertia for bending in the tube part, figure 9 is a schematic cross-sectional view of a composite tube part with longitudinal unidirectional carbon rods lying under braided layers to define a moment of inertia for bending in the tube part, figure 10 is a cross-sectional view of a composite tube having a circular outer diameter profile where the outer composite part consists of longitudinal reinforcement material laid between adjacent layers of fibers, the outer region being bonded to an elliptical inner liner, and Figure 11 is a cross-sectional view of a composite tube having an inner liner with opposed convex surfaces and longitudinal reinforcing members, comprising conductors, located between adjacent laminates forming an outer composite area.

Komposittfibrer (grafitt, Kevlar, fiberglass, bor osv.) har mange fordeler, så som stor styrke, stor stivhet, lett vekt osv. Arbeidsresponsen for komposittfibrer er imidlertid lineær til brudd, og fibrene er derfor ikke duktile. Spiralrullede komposittrør må derfor henvende seg til strekkbegrensningene på en annen måte, dvs ved å danne en konstruksjon som møter kravene med en nær elastisk respons, eller med store deformasjoner av matrisen. En slik komposittanordning må ha stor motstand mot bøyningsspenninger og interne trykk og eksterne trykk. Den må også ha stor aksial stivhet, stor strekkstyrke og kompresjonsstyrke, og ha motstandsstyrke mot skjæringsspenninger. Alle disse egenskaper er kombinert i komposittrøret ifølge oppfinnelsen for å frembringe et spiralrullet rør som kan bøyes til en radius som er kompatibel med kveiling på en spole av rimelig størrelse. Composite fibers (graphite, Kevlar, fiberglass, boron, etc.) have many advantages, such as high strength, high stiffness, light weight, etc. However, the work response of composite fibers is linear to fracture, and the fibers are therefore not ductile. Spiral-rolled composite pipes must therefore address the tensile limitations in a different way, ie by forming a construction that meets the requirements with a near elastic response, or with large deformations of the matrix. Such a composite device must have a high resistance to bending stresses and internal pressures and external pressures. It must also have high axial stiffness, high tensile and compressive strength, and have resistance to shear stresses. All these properties are combined in the composite tube of the invention to produce a spirally rolled tube which can be bent to a radius compatible with winding on a spool of reasonable size.

P.K. Mallick definerer i en lærebok med tittelen "Fiber-Reinforced Composites, Materials, Manufacturing and Design" kompositt på følgende måte: "Fiber-forsterkede komposittmaterialer består av fibrer med stor styrke og modul, innlagt i eller båndet til en matrise med distinkte grensesnitt mellom dem. I alminnelighet er fibrene de viktigste belastningsbærende deler, mens den omliggende matrise holder dem på ønsket sted og orientering, virker som et medium for belastningsoverføring mellom dem, og beskytter dem mot miljømessige skader på grunn av høye temperaturer og fuktighet, for eksempel". Denne definisjonen definerer kompositter som brukt i denne oppfinnelse, med fibrer valgt fra en variasjon av tilgjengelige materialer, deriblant karbon, aramid og glass, og en matrise valgt fra en variasjon av tilgjengelige materialer, deriblant varmeherdende resin så som epoksy og vinylester eller termoplastresiner så som polyetereterketon (PEEK), polyeterketonketon (PEKK), nylon osv. Komposittstrukturer er i stand til å bære en variasjon av belastninger i kombinasjon eller uavhengig, deriblant strekk, kompresjon, trykk, bøyning og torsjon. P.K. Mallick, in a textbook entitled "Fiber-Reinforced Composites, Materials, Manufacturing and Design" defines composite as follows: "Fiber-reinforced composite materials consist of fibers of high strength and modulus, embedded in or bonded to a matrix with distinct interfaces between them . In general, the fibers are the main load-bearing parts, while the surrounding matrix holds them in the desired location and orientation, acts as a medium for load transfer between them, and protects them from environmental damage due to high temperatures and humidity, for example". This definition defines composites as used in this invention, with fibers selected from a variety of available materials, including carbon, aramid and glass, and a matrix selected from a variety of available materials, including thermoset resins such as epoxy and vinyl ester or thermoplastic resins such as polyether ether ketone (PEEK), polyether ether ketone ketone (PEKK), nylon, etc. Composite structures are capable of carrying a variety of loads in combination or independently, including tension, compression, pressure, bending and torsion.

Websters "Ninth New Collegiate Dictionary" definerer slange som "et fleksibelt rør for å lede fluida". Ved sammenligning er en slange helt forskjellig fra et komposittrør. Slangeprodukter så som kontrollkabler brukt i undersjøiske anvendelser er konstruert av sterke fibrer så som aramid, dacron eller nylon, lagt ned i et geodetisk mønster på et plastforingssubstrat av en rørformet konstruksjon. Alternativt kan en slange være konstruert av sterke fibrer med et lavmodulbindemateriale så som gummi. I alle fall er en slange konstruert til å bære trykkbelastninger og å utvise god bøyningsfleksibilitet, men en slange har meget begrenset evne til å bære kompresjonsbelastning, strekkbelastning og torsjonsbelastning eller eksterne trykk. Webster's "Ninth New Collegiate Dictionary" defines hose as "a flexible tube for conducting fluids". By comparison, a hose is completely different from a composite pipe. Tubing products such as control cables used in subsea applications are constructed of strong fibers such as aramid, dacron or nylon, laid down in a geodesic pattern on a plastic liner substrate of a tubular construction. Alternatively, a hose may be constructed of strong fibers with a low modulus binder material such as rubber. In any case, a hose is designed to carry compressive loads and to exhibit good bending flexibility, but a hose has a very limited ability to carry compression loads, tensile loads and torsional loads or external pressures.

Det komposittrør som er beskrevet i denne oppfinnelse kan ikke bare bære høye innvendige trykk, men kan også bære høye kompresjonsbelastninger, strekkbelastninger og torsjonsbelastninger, uavhengig eller i kombinasjon. Slik evne er essensiell hvis røret skal brukes for anvendelser så som spiralrullet rør i hvilket røret blir skjøvet inn i et høytrykks reservoar og til å overvinne friksjonen mot bevegelse inne i brønnhullet, spesielt for høyt avvikende eller horisontale brønner. I tillegg må røret kunne bære sin egen vekt når det henger 6000 meter eller mer i et brønnhull, og må kunne ha stor trekkevne for å trekke ut verktøy eller å kunne overvinne fastkiling fra sand og sirkulerende faststoffer som har kol-lapset rundt røret. Slike belastninger i tilfellet med spiralrullet rør i dype brønner kan være på over 10.000 kg. I andre anvendelser må røret også være i stand til å bære høye torsjonsbelastninger. Det ble ikke ansett som mulig før utviklingen som representert i den foreliggende patentsøknad, at man kunne konstruere og bygge et komposittrør som kan bøyes til en forholdsvis liten diameter som nødvendig for kveiling av spiralrullede rør, og samtidig være i stand til å bære innvendige trykk og andre belastninger. The composite pipe described in this invention can not only carry high internal pressures, but can also carry high compression loads, tensile loads and torsion loads, independently or in combination. Such capability is essential if the tubing is to be used for applications such as coiled tubing in which the tubing is pushed into a high-pressure reservoir and to overcome friction against movement within the wellbore, particularly for highly deviated or horizontal wells. In addition, the pipe must be able to support its own weight when hanging 6,000 meters or more in a wellbore, and must be able to have great traction to pull out tools or to overcome wedging from sand and circulating solids that have collapsed around the pipe. Such loads in the case of spirally rolled pipe in deep wells can be over 10,000 kg. In other applications, the pipe must also be able to carry high torsional loads. It was not considered possible prior to the development represented in the present patent application, that one could design and build a composite pipe which could be bent to a relatively small diameter as required for coiling spiral-rolled pipes, and at the same time be able to bear internal pressures and other loads.

Det er også viktig for anvendelsen som kveilbart spiralrullet rør at foringen er integrert festet til komposittstrukturen. Nødvendigheten for en båndet foring, er at under visse driftsforhold som man møter i borehull, vil den ytre overflate av røret bli utsatt for høyere trykk enn det indre av røret. I tillegg kan belastning og bøyning av røret innføre mikroskopiske sprekker i laminatet som ville tjene som mikroskopiske baner for innføring av eksternt trykk som ville utøves direkte på overflaten av foringen. Hvis foringen ikke er båndet til strukturen, vil den ytre overflate av foringen som ikke kan motstå høye trykk, bli utsatt for slike høye eksterne trykk, som i sin tur ville resultere i kollaps av foringen. En ikke-båndet foring kunne være i stand til å motstå for eksempel ytre trykk i størrelsesorden av 690 kPa (100 psi), men ville ikke motstå trykk på over 7 MPa, som typisk kunne bli påtrykt i den nevnte anvendelse som spiralrullet rør. It is also important for the application as coilable spiral-rolled pipe that the liner is integrally attached to the composite structure. The necessity for a banded casing is that under certain operating conditions encountered in boreholes, the outer surface of the pipe will be exposed to higher pressure than the interior of the pipe. In addition, stress and bending of the pipe can introduce microscopic cracks in the laminate that would serve as microscopic pathways for the introduction of external pressure that would be exerted directly on the surface of the liner. If the liner is not bonded to the structure, the outer surface of the liner which cannot withstand high pressures will be subjected to such high external pressures, which in turn would result in collapse of the liner. A non-bonded liner might be able to withstand, for example, external pressures on the order of 690 kPa (100 psi), but would not withstand pressures in excess of 7 MPa, which would typically be imposed in the aforementioned application as spiral-rolled tubing.

Den foreliggende oppfinnelse kan best beskrives med henvisning til tegningene. Figur 1 viser et tverrsnittsriss av en rørdel som er sammensatt av en ytre komposittdel 2 som kan ha en generelt sylindrisk form, og to indre komposittdeler 4 som danner indre områder inne i den rørformede del, hvor en tenkt diametral linje trukket gjennom de indre deler definerer et minimum treghetsmoment. Den sylinderformede komposittdel 2 inneholder fibrer som i kryssende lag og orientert med fra ±35° til ±70° med rørets akse. (±) betegner motsatt orientering av fibrene med det indikerte antall grader. Denne orientering av fibrene er valgt fra et område som vil gi strukturell effektivitet for den ytre generelt sylindriske del 2 når denne del utsettes for forskjellige kombinasjoner av belastninger påtrykt ved bøyning, strekk, kompresjon, torsjon og interne trykk. Den ytre del 2 kan inneholde fra omkring 5 til omkring 10 % fibrer som er orientert ved omkring ±85 til 90°, dvs tilnærmet perpendikulær med lengdeaksen til komposittrørdelen. Inkludering av disse perifere fibrer (85-90°) senker rørets Poissonstall mot 0,5, og øker den aksiale stivhet og gjør responsen for belastningsdeformasjon mer lineær og tillater således høyere aksiale strekkbelastninger og kompresjonsbelastninger. Perifere fibrer kan i noen anvendelser være unødvendige. Disse fibrer er igjen innlagt i et matrisebindemiddel som omgir fibrene og lagene av fibrer til en enhetlig struktur som omfatter den sylindriske del 2. The present invention can best be described with reference to the drawings. Figure 1 shows a cross-sectional view of a pipe part which is composed of an outer composite part 2 which can have a generally cylindrical shape, and two inner composite parts 4 which form inner areas inside the tubular part, where an imaginary diametrical line drawn through the inner parts defines a minimum moment of inertia. The cylindrical composite part 2 contains fibers as in crossing layers and oriented with from ±35° to ±70° with the axis of the tube. (±) denotes opposite orientation of the fibers by the indicated number of degrees. This orientation of the fibers is chosen from a range which will provide structural efficiency for the outer generally cylindrical part 2 when this part is subjected to various combinations of loads imposed by bending, stretching, compression, torsion and internal pressures. The outer part 2 may contain from about 5 to about 10% fibers which are oriented at about ±85 to 90°, ie approximately perpendicular to the longitudinal axis of the composite tube part. Inclusion of these peripheral fibers (85-90°) lowers the pipe's Poisson's ratio towards 0.5, and increases the axial stiffness and makes the response to load deformation more linear and thus allows higher axial tensile loads and compression loads. Peripheral fibers may in some applications be unnecessary. These fibers are again embedded in a matrix binder which surrounds the fibers and the layers of fibers into a uniform structure comprising the cylindrical part 2.

De motstående indre komposittdeler 4, som danner de indre områder, inneholder fibrer som er orientert ved 0° med rørets lengdeakse for å møte behovet for høy aksial stivhet, og høy strekk- og kompresjonsstyrke, er plassert nær aksen med minst treghetsmoment for å ha bare en liten virkning på rørets totale bøyestivhet. En eller flere energiledere 5, så som elektriske ledere eller fiberoptiske kabler, med et valgfritt isola-sjonsdekke 7, kan være plassert sentralt i det indre område 4 slik at når røret bøyes rundt aksen med minst treghetsmoment, blir det minimale bøyningspåkjenninger på energilederne. Disse ledere kan være isolert om nødvendig, eller de kan være avhengige av kompo-sittfibrene for elektrisk isolasjon fra hverandre. Aksial belastning og termisk ekspansjon kan forårsake sprekker i delene 4, og det kan derfor være ønskelig i disse deler å anordne noen fibrer som er kryssende og orientert ved ±35° til ±70° med rørets akse, for å motvirke delaminering. Det krysslagorienterte materiale som er motstandig mot skjæringsbelastning kan anordnes enten i form av et vevet stoff eller flettet materiale, og finnes vanligvis i den indre kjernedel 4 i en mengde på mellom 5 og 25 %. The opposed inner composite parts 4, which form the inner regions, contain fibers oriented at 0° with the longitudinal axis of the tube to meet the need for high axial stiffness, and high tensile and compressive strength, are placed close to the axis of least moment of inertia to have only a small effect on the overall bending stiffness of the pipe. One or more energy conductors 5, such as electrical conductors or fiber optic cables, with an optional insulation cover 7, can be centrally located in the inner area 4 so that when the pipe is bent around the axis with the least moment of inertia, there is minimal bending stress on the energy conductors. These conductors may be insulated if necessary, or they may rely on the composite fibers for electrical insulation from each other. Axial loading and thermal expansion can cause cracks in the parts 4, and it may therefore be desirable in these parts to arrange some fibers which are crossed and oriented at ±35° to ±70° with the axis of the tube, to counteract delamination. The cross-layer oriented material which is resistant to shear stress can be arranged either in the form of a woven fabric or braided material, and is usually found in the inner core part 4 in an amount of between 5 and 25%.

De indre områder kan være anordnet slik at kjernedelen 4 har fremspring nær den indre vegg av den ytre rørdel 2, hvilke fremspring generelt er formet som sinuskurver, som vist på figur 1, 3 og 11. For å redusere påkjenningen i de 0° orienterte materiale under bøyning av røret 2, er det ønskelige at dette materiale danner de indre områder nær aksen til det minste treghetsmoment for rørets tverrsnitt. Dette anordnes ved å plassere de indre områder slik at 0° materialet blir konsentrert i diametralt motsatte sider av røret så som i den sinusbølgeformen som er vist, i hvilken amplituden til sinuskurven kan være et lite fremspring så som på figur 8-11, og opp til et større fremspring som vist på figur 1 og 3. Fremspringet kan være mot innsiden av røret som vist på figur 1, 2, 10 og 11, og således tillate at den ytre diameter av røret blir sirkelrund, eller mot utsiden av røret som vist på figur 8 og 9, slik at den indre diameter av røret 5 kan bli sirkelrund. God styrke i skjæring og transversal strekk i det 0° orienterte materiale i dettes feste til den ytre generelt sylinderformede komposittdel 2, kan oppnås ved å innkapsle det 0° orienterte materiale med ±3° til ±70° krysslagsmateriale, og å feste krysslagsmaterialet til den ytre sylindriske komposittdel. The inner areas can be arranged so that the core part 4 has protrusions close to the inner wall of the outer pipe part 2, which protrusions are generally shaped like sinusoidal curves, as shown in figures 1, 3 and 11. In order to reduce the stress in the 0° oriented material during bending of the pipe 2, it is desirable that this material forms the inner areas close to the axis of the smallest moment of inertia for the cross section of the pipe. This is arranged by placing the inner areas so that the 0° material is concentrated in diametrically opposite sides of the tube as in the sine waveform shown, in which the amplitude of the sine curve can be a small projection as in figure 8-11, and up to a larger projection as shown in figures 1 and 3. The projection can be towards the inside of the pipe as shown in figures 1, 2, 10 and 11, thus allowing the outer diameter of the pipe to become circular, or towards the outside of the pipe as shown in figures 8 and 9, so that the inner diameter of the tube 5 can become circular. Good strength in shear and transverse tension in the 0° oriented material in its attachment to the outer generally cylindrical composite part 2 can be achieved by encapsulating the 0° oriented material with ±3° to ±70° cross-ply material, and attaching the cross-ply material to the outer cylindrical composite part.

Fibrene i den ytre sylindriske del og de indre kjernedeler blir holdt sammen med et plastmatrisebindermateriale, omfattende en varmeherdende resin så som vinylester eller epoksy, eller en termoplastresin. Den ytre komposittstruktur består av flere lag av komposittmateriale som er flettet eller filamentviklet rundt en termoplast rørformet foringsdel 8 slik at foringen blir integrert festet til det innerste lag eller laminat av komposittmateriale. Festingen bør være integrert med den ytre komposittstruktur for å sikre at den er tilstrekkelig til å motstå store transversale strekkrefter og interlaminære skjæringsspenninger, i motsetning til en ikke-festende berøringskontakt. Båndet feste mellom foringen 8 og hele den ytre komposittstruktur 2 er viktig for å hindre eksterne trykkrefter fra å utøves direkte på foringen, hvilket ville kollapse foringen. The fibers in the outer cylindrical part and the inner core parts are held together with a plastic matrix binder material, comprising a thermosetting resin such as vinyl ester or epoxy, or a thermoplastic resin. The outer composite structure consists of several layers of composite material which are braided or filament wound around a thermoplastic tubular lining part 8 so that the lining is integrally attached to the innermost layer or laminate of composite material. The attachment should be integral with the outer composite structure to ensure that it is sufficient to withstand large transverse tensile forces and interlaminar shear stresses, unlike a non-attachment contact. The bonded attachment between the liner 8 and the entire outer composite structure 2 is important to prevent external compressive forces from being exerted directly on the liner, which would collapse the liner.

Økonomiske, strukturelle, skadetoleranse og fremstillingshensyn kan gjøre det fordelaktig å bruke fibrer av forskjellige materialer og forskjellige resiner for de to komponenter av den sammensatte rørformede del. Kravene til stor stivhet og stor styrke i delene i det indre område kan f eks best møtes ved å bruke 0° grafittfibrer. På den annen side kan lavere kostnader og høyere strekk før brudd for glassfibrer gjøre glassfibrer det valgte materiale for den ytre generelt sylinderformede del. Andre fibrer som også kan brukes er keramikkfibrer, polymerfibrer, f eks fra Kevlarfibrer som er et produkt av Du Pont Company. Testresultater har også vist når fibrer av aramid (Kevlar) brukes i konstruksjonen av sammensatte kveilbare rør, at røret blir meget motstandskraftig mot skade og at endelige feilmodi er lokalisert. For eksempel vil skade som gjennomgås under sprekketester med rør konstruert med aramidfiberforsterkning, oftest oppstå bare på en side av røret, mens det feilede rør viser betydelig resterende strekkstyrke. En slik karakteristikk er av betydelig verdi ved gjenvinning av et feilet rør fra borehullet. De nevnte plastbindemidler, blant andre, kan brukes i fremstillingen av komponentene i komposittrørdelene av disse materialer. Economic, structural, damage tolerance and manufacturing considerations may make it advantageous to use fibers of different materials and different resins for the two components of the composite tubular part. The requirements for great stiffness and great strength in the parts in the inner area can, for example, be best met by using 0° graphite fibres. On the other hand, lower costs and higher tensile strength for glass fibers may make glass fibers the material of choice for the outer generally cylindrical part. Other fibers that can also be used are ceramic fibers, polymer fibers, for example from Kevlar fibers which are a product of the Du Pont Company. Test results have also shown when fibers of aramid (Kevlar) are used in the construction of composite coilable pipes, that the pipe becomes very resistant to damage and that final failure modes are localized. For example, damage experienced during burst tests with pipe constructed with aramid fiber reinforcement will most often occur only on one side of the pipe, while the failed pipe shows significant residual tensile strength. Such a characteristic is of considerable value when recovering a failed pipe from the borehole. The mentioned plastic binders, among others, can be used in the production of the components in the composite pipe parts of these materials.

Størrelsen av de forskjellige komponenter i komposittrørdelen vil avhenge av delens totalstørrelse. Hvis komposittrørdelen skal brukes som et spiralrullet rør, vil det vanligvis ha en diameter på fra omkring 12 mm til omkring 10 cm. Et representativt kompo-sittrør kunne ha en utvendig diameter på 37,5 mm, en veggtykkelse på 6,25 mm og en tilsvarende innvendig diameter på 25 mm. Det strukturelle laminat ville være omkring 4,75 mm tykt, og foringen omkring 1,5 mm tykk. Ved bruk av den utforming som er vist på figur 8, kunne den maksimale diameter i det valgte forsterkningsområde være 41,6 mm, og karbon/epoksy selektive forsterkningsbånd ville være omkring 7,5 mm brede. The size of the various components in the composite pipe part will depend on the part's overall size. If the composite pipe part is to be used as a spirally rolled pipe, it will usually have a diameter of from about 12 mm to about 10 cm. A representative composite pipe could have an external diameter of 37.5 mm, a wall thickness of 6.25 mm and a corresponding internal diameter of 25 mm. The structural laminate would be about 4.75 mm thick, and the lining about 1.5 mm thick. Using the design shown in Figure 8, the maximum diameter in the chosen reinforcement area could be 41.6 mm, and the carbon/epoxy selective reinforcement bands would be about 7.5 mm wide.

Det henvises igjen til figur 1. Det kan være ønskelig å fore det indre av den sammensatte rørdel med et slitesterkt og kjemisk bestandig foringsmateriale 8 for å frembringe et trykktype kammer. Materialer så som polytetrafluoretylen (PTFE), polyvinylklorid Reference is again made to Figure 1. It may be desirable to line the interior of the composite tube part with a wear-resistant and chemically resistant lining material 8 to produce a pressure-type chamber. Materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride

(PVC), polyetylen (PE), etylentetrafiuoretylen (ETFE), polyvinylidenfluorid (PVDF), nylon, polypropylen (PP) eller polyetereterketon (PEEK) kan brukes for dette formål. Samekstruderinger av to eller flere av disse materialer kan også være ønskelig for visse anvendelser. Den tetning som frembringes av foringen 8 holder fluida inne i røret som kan være under internt trykk så høyt som 70 MPa (10 000 psi) eller mer. Foringen tjener som en trykkbeholderdel for å motvirke lekkasje av interne flytende materialer, og det ytre komposittlag danner den strukturelle holder for foringen og således eventuelle interne trykkbelastninger i denne. (PVC), polyethylene (PE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon, polypropylene (PP) or polyether ether ketone (PEEK) can be used for this purpose. Co-extrusions of two or more of these materials may also be desirable for certain applications. The seal provided by liner 8 holds fluid within the pipe which may be under internal pressure as high as 70 MPa (10,000 psi) or more. The liner serves as a pressure vessel part to counteract leakage of internal liquid materials, and the outer composite layer forms the structural holder for the liner and thus any internal pressure loads in it.

Ved bruk i borehull, kan komposittrøret bule ut, og ved utbulingspunktene, utøve en normal kraft på veggene i et foringsrør eller et åpent hull. Denne kraft vil skape friksjon når røret beveger seg ned gjennom hullet. Det ytre av komposittrøret kan være dekket med et beskyttende slitesterkt lag 6 for å motvirke slik slitasje og friksjon. Her kan igjen slike materialer som polytetrafluoretylen (PTFE), polyvinylklorid (PVC), polyetylen (PE), etylentetrafiuoretylen (ETFE), polyvinylidenfluorid (PVDF), nylon, polypropylen (PP) eller polyetereterketon (PEEK) med eller uten fiberforsterkning, brukes til å danne dette beskyttelseslag. When used in boreholes, the composite pipe can bulge, and at the bulge points, exert a normal force on the walls of a casing or open hole. This force will create friction as the pipe moves down through the hole. The exterior of the composite pipe can be covered with a protective wear-resistant layer 6 to counteract such wear and friction. Here again such materials as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), nylon, polypropylene (PP) or polyether ether ketone (PEEK) with or without fiber reinforcement can be used to form this protective layer.

Den aksiale påkjenning i krysslagsfibrene i den ytre sylinderformede del av komposittrøret på grunn av bøyning, er betydelig lavere en den ville være i lignende plasserte 0° orienterte fibre. Typiske reduksjoner i forholdet mellom påkjenningen i fibrene og den påtrykte aksiale påkjenning for et krysslagslaminat som en funksjon av krysslagets vinkel, er vist i den grafiske fremstilling på figur 2 ved bruk av representative egenskaper i en grafittfiber med stor styrke. Det kan bemerkes at for vinkler som er større enn omkring 25°, er fibrenes påkjenning mindre enn halvparten av den aksiale påkjenning som påtrykkes laminatet, og reduseres raskt for større krysslagsvinkler. Orientering av fibrene i den ytre generelt sylindriske del på den måten som er beskrevet her, optimaliserer rørets evne til å bære de påtrykte belastninger, og minimaliserer påkjenningen i fibrene på grunn av bøyning. Minimalisering av bøyningspåkjenningene i fibrene tillater større diametere for den ytre generelt sylindriske del av komposittrøret, enn ellers ville være mulig for en spesifikk spolestørrelse. På den annen side kan et rør med en gitt diameter, fremstilt på denne måte, vikles på en spole med mindre diameter. Den generelt sylindriske form av komposittrøret er også vel egnet for å innføre en slik del inn i brønnen med den kjededrevmekanisme som normalt brukes til å kjøre rørene inn i brønnhullet. Den utforming av komposittrøret ifølge oppfinnelsen hvor indre områder er utformet på motsatte sidevegger, skaper et største og et minste treghetsmoment og tvinger en foretmkken bøyningsretning. Virkningen av dette er at det tvinger komposittrørene til å vikles på en spole ved å bøyes rundt det minste treghetsmoment. Nede i borehullet vil knekkemønsteret eller bulemønsteret være en blandet modus som har en periode forbundet med det minste treghetsmoment og en lengre modus med mindre kurvatur forbundet med det største treghetsmoment. En annen fordel med å tvinge bøyningen til alltid å oppstå rundt samme akse er at skader som kan oppstå under bøyningen blir isolert og lokalisert til et spesielt område av røret, istedenfor å være globalt fordelt rundt røret. Fraværet av global skadeansamling vil føre til lengre levetid for røret. Fordelen med den selektive forsterkningsutforming er at materialer med større stivhet og større styrke kan plasseres i komposittrørets indre områder uten å bevirke betydelig økning av bøyningspåkjenningene eller ofring av en mindre bøyningsradius tillatt for kveiling. The axial stress in the cross-ply fibers in the outer cylindrical portion of the composite tube due to bending is significantly lower than it would be in similarly placed 0° oriented fibers. Typical reductions in the ratio between the stress in the fibers and the applied axial stress for a cross-ply laminate as a function of the angle of the cross-ply are shown in the graphic representation in Figure 2 using representative properties in a high-strength graphite fiber. It may be noted that for angles greater than about 25°, the fiber stress is less than half the axial stress applied to the laminate, and decreases rapidly for larger cross-ply angles. Orienting the fibers in the outer generally cylindrical portion in the manner described herein optimizes the pipe's ability to carry the applied loads and minimizes stress in the fibers due to bending. Minimizing the bending stresses in the fibers allows larger diameters for the outer generally cylindrical portion of the composite pipe than would otherwise be possible for a specific coil size. On the other hand, a tube of a given diameter, produced in this way, can be wound on a coil of smaller diameter. The generally cylindrical shape of the composite pipe is also well suited for introducing such a part into the well with the chain drive mechanism that is normally used to drive the pipes into the wellbore. The design of the composite pipe according to the invention, where internal areas are formed on opposite side walls, creates a largest and a smallest moment of inertia and forces a desired bending direction. The effect of this is that it forces the composite tubes to wind onto a coil by bending around the minimum moment of inertia. Down the borehole, the crack pattern or bulge pattern will be a mixed mode that has a period associated with the smallest moment of inertia and a longer mode with less curvature associated with the largest moment of inertia. Another advantage of forcing the bend to always occur around the same axis is that damage that may occur during the bend is isolated and localized to a particular area of the pipe, instead of being globally distributed around the pipe. The absence of global damage accumulation will lead to a longer life of the pipe. The advantage of the selective reinforcement design is that materials of greater stiffness and greater strength can be placed in the inner regions of the composite pipe without causing a significant increase in the bending stresses or sacrificing a smaller bend radius allowed for coiling.

På figur 3, 4, 5 og 6, indikerer de brutte linjer inne i rørenes legeme orienteringen til fibrene i lagene i røret. De prikkede linjer indikerer fibrene som er orientert omkring parallelt (0°) med rørets akse. Linjer som består av vekselvis prikker og streker indikerer fibre som er orientert omkring ±35° til ±70° med rørets akse. Linjer som består av mange streker skilt med to korte streker indikerer fibrer som er orientert omkring ±35° til ±70° med rørets akse. Til slutt, en linje bestående av bare streker indikerer fibrer orientert omkring 90° med rørets akse. Figur 3 illustrerer den interne anordning av fibrer for et komposittrør av den type som er vist på figur 1. På figur 3 er vinklingen av de forskjellige fibrer i komposittrørdelen representert ved enkelte linjer. Hver linje representerer et lag eller laminat av fibrer 14. Henvisningstallet 16 betegner det ytre slitedeksel, og 18 den indre slitasje- og kjemikaliebestandige foring for komposittrøret. Som vist på tegningen, er det indre komposittlag laget av 0° orientert materiale og krysslagmateriale. Krysslagfibrene er vanligvis holdt i et vevet stoff eller i flettet form som vist, og kan forlenges fra de indre områder til å forbindes med den ytre generelt sylinderformede del av komposittrøret. For strukturell kontinuitet og tetning, er i det minste en del av krysslagmaterialet i de indre områder fortsatt rundt det indre område av den ytre, generelt sylinderformede del. De 0° orienterte fibrer kan også være anordnet i form av en duk eller et stoff, men dette materiale er imidlertid vanligvis tilstede som bunter av fibrer eller bånd. Som tidligere påpekt, inneholder den ytre sylinderformede del lagene 14 av primært ±35 til ±70° krysslagsfibrer med eller uten en liten mengde av fibrer orientert ±85° til ±95°. Fibrene i komposittrørdelen er innkapslet i et passende plastbindemateriale (ikke vist i tegningen) til å danne en enhetlig struktur som i sin tur er båndet til foringen 18. In figures 3, 4, 5 and 6, the broken lines inside the body of the tubes indicate the orientation of the fibers in the layers of the tube. The dotted lines indicate the fibers which are oriented approximately parallel (0°) to the axis of the tube. Lines consisting of alternating dots and dashes indicate fibers oriented approximately ±35° to ±70° with the axis of the tube. Lines consisting of many dashes separated by two short dashes indicate fibers oriented approximately ±35° to ±70° with the axis of the tube. Finally, a line consisting of bare lines indicates fibers oriented at about 90° to the axis of the tube. Figure 3 illustrates the internal arrangement of fibers for a composite tube of the type shown in Figure 1. In Figure 3, the angulation of the different fibers in the composite tube part is represented by individual lines. Each line represents a layer or laminate of fibers 14. The reference number 16 denotes the outer wear cover, and 18 the inner wear and chemical resistant liner for the composite pipe. As shown in the drawing, the inner composite layer is made of 0° oriented material and cross layer material. The cross-ply fibers are usually held in a woven fabric or in braided form as shown, and may be extended from the inner regions to connect with the outer generally cylindrical portion of the composite tube. For structural continuity and sealing, at least a portion of the cross-ply material in the inner regions is still around the inner region of the outer, generally cylindrical portion. The 0° oriented fibers can also be arranged in the form of a cloth or fabric, but this material is however usually present as bundles of fibers or ribbons. As previously noted, the outer cylindrical portion contains the layers 14 of primarily ±35° to ±70° cross-ply fibers with or without a small amount of fibers oriented ±85° to ±95°. The fibers in the composite pipe section are encased in a suitable plastic bonding material (not shown in the drawing) to form a unitary structure which in turn is bonded to the liner 18.

Figur 4, 5 og 6 viser forskjellige interne anordninger av fibrer i de indre områder. De elektriske ledere 5 er ikke vist for enkelhets skyld, men ville bli plassert inne i et plan langs det minste treghetsmoment av komposittrøret, som vist på figur 3, med fibrene gradvis formet rundt lederne. På figur 4, er de 0° orienterte og de kryslagoirenterte fibrer begge vist i en generelt elliptisk form. På figur 5, er det 0° orienterte fibrer representert ved prikker, konsentrert i den indre del av kjerneområdet. På figur 6 er både de 0° orienterte fibrer og krysslagsorienterte fibrer anordnet i en lineær form som er parallell med aksen for minste treghetsmoment for rørdelen. I hver av anordningene vist på figur 4, 5 og 6, er både sinusbølgeområdene og basedelen av det indre områdets kjernedeler omgitt av krysslagsorienterte fibrer som fortsetter helt rundt de indre områder og over på den indre overflate av den ytre generelt sylinderformede komposittdel for å motstå skjæringsspenninger og delaminering. Figures 4, 5 and 6 show different internal arrangements of fibers in the inner areas. The electrical conductors 5 are not shown for simplicity, but would be placed within a plane along the least moment of inertia of the composite pipe, as shown in Figure 3, with the fibers gradually formed around the conductors. In Figure 4, the 0° oriented and the cross-lag oriented fibers are both shown in a generally elliptical shape. In Figure 5, there are 0° oriented fibers represented by dots, concentrated in the inner part of the core region. In Figure 6, both the 0° oriented fibers and cross-ply oriented fibers are arranged in a linear form which is parallel to the axis of minimum moment of inertia for the pipe part. In each of the devices shown in Figures 4, 5 and 6, both the sine wave regions and the base portion of the inner region core members are surrounded by cross-ply oriented fibers which continue completely around the inner regions and onto the inner surface of the outer generally cylindrical composite member to resist shear stresses and delamination.

De krysslagsfibrer som er brukt i de indre områder i komposittdelen har den foretrukne orientering, men det er imidlertid innenfor oppfinnelsens omfang å bruke fibrer orientert fra ±35° til ±70° i de indre områder til å innkapsle de aksiale eller 0° indre deler. I tillegg, mens ±45° orienterte fibrer er å foretrekke for bruk i den ytre generelt sylinderformede komposittdel for noen konstruksjonsbehov, kan fibrer orientert fra ±35° til ±70° brukes uten å avvike fra oppfinnelsens omfang. Fibersekvensen eller stablingsfrekvensen for ±45°, 0°, 90° og ±45° fiberorienteringer som vist på tegningene er bare representative, og kan varieres til å møte spesifikke konstruksjonsbehov. The cross-ply fibers used in the inner areas of the composite part have the preferred orientation, but it is however within the scope of the invention to use fibers oriented from ±35° to ±70° in the inner areas to encapsulate the axial or 0° inner parts. Additionally, while ±45° oriented fibers are preferred for use in the outer generally cylindrical composite portion for some construction needs, fibers oriented from ±35° to ±70° may be used without departing from the scope of the invention. The fiber sequence or stacking frequency for ±45°, 0°, 90° and ±45° fiber orientations as shown in the drawings are representative only, and may be varied to meet specific construction needs.

Det aksielt orienterte materiale er nødvendig for høy aksial styrke og stivhet i et rør som ellers er skreddersydd for å vise høy trykkbæringsevne og lav bøyestivhet. For kveilingsformål vil et rør konstruert på denne måte bøye seg rundt aksen for minimum treghetsmoment uten å overskride de tillatte lave spenningskarakteristikker for enakset materiale (sammenlignet med de høye aksiale spenninger som er tillatt for lagene av krysslagslaminat 14 (figur 3) som utgjør legemet av røret), og enda være tilstrekkelig fleksibelt til å tillate bøyning av enheten på en spole. I en slik form er røret laget i det vesentlige sirkelrundt på innsiden, med det ensrettede materiale integrert i sideveggen, slik at det skapes en uregelmessighet på utsiden av røret istedenfor på innsiden. Slike ensrettede materialer kan anordnes i form av sirkelrunde staver (figur 9) plassert mellom de krysslagte lag som utgjør rørets legeme. Stavene kan også være formet til å tilpasse den naturlige geometri som utvikles ved innføring av stavene. Alternativt kan ensrettet tape eller garn (figur 8) plasseres mellom krysslagene i røret. For en flettet konstruksjon, kan det ensrettede materiale innføres som varpmateriale som en integrert del av lagene i fletten. The axially oriented material is necessary for high axial strength and stiffness in a pipe which is otherwise tailored to show high pressure bearing capacity and low bending stiffness. For coiling purposes, a tube constructed in this way will bend about the axis of minimum moment of inertia without exceeding the allowable low stress characteristics of uniaxial material (compared to the high axial stresses allowed for the layers of cross-ply laminate 14 (Figure 3) that make up the body of the tube ), and still be sufficiently flexible to allow bending of the device on a coil. In such a form, the pipe is made essentially circular on the inside, with the unidirectional material integrated into the side wall, so that an irregularity is created on the outside of the pipe instead of on the inside. Such unidirectional materials can be arranged in the form of circular rods (figure 9) placed between the cross-laid layers that make up the body of the pipe. The rods can also be shaped to adapt to the natural geometry that develops when the rods are inserted. Alternatively, unidirectional tape or twine (figure 8) can be placed between the cross layers in the pipe. For a braided construction, the unidirectional material can be introduced as warp material as an integral part of the layers in the braid.

Alternative utforminger av oppfinnelsen skal beskrives i det følgende med henvisning til figur 8-11 på tegningene. Figur 8 og 9 viser en anordning av en alternativ spiralrullet rørkonstruksjon i hvilken de selektive strukturelle forsterkningsdeler danner en uregelmessighet på de ytre områder på motsatte sidevegger av den ytre sylinderformede del 2. Figur 10 og 11 gir en generelt sirkelrund utforming på utsiden av røret, med et ikke-sirkelrundt fremspring på innsiden av røret, for å gi rom for de selektive forsterkninger, og begge typer av utforming gir fordelen med et minimum treghetsmoment for bøyning i komposittrøret. På figur 8 består komposittrøret av en indre termoplastforing 3 for å danne et legeme som den rørformede del kan konstrueres på, og for å gi en forholdsvis glatt innvendig utboring i rørdelen. Foringen tjener den funksjon å tette mot lekkasje av interne fluida under trykk. Disse trykk kan være så høye som 70 MPa (10 000 psi). Lagene av flettede eller filamentviklede materialer så som Kevlar 49 og karbon, innkapslet i et matrisemateriale så som epoksy, er påført som den ytre generelt sylinderformede del 2 av røret. Et par motsatt plasserte indre områder 4 er utformet i den ytre generelt sylinderformede del ved å plassere lagvise strimler 11 av karbon eller annet materiale med stor stivhet i et ensrettet fiberbånd eller lignende mellom tilstøtende konsentriske lag 9 av flettet karbon/epoksy eller filamentviklet materiale. Når det gjelder den sylindriske del 2, er de lagvise strimler 11 også innkapslet i et matrisemateriale så som epoksy. Strimlene av karbon/epoksybånd 11, f eks 7,5 mm brede, kan legges mellom f eks fem av de flettede lag 9 som danner den generelt sylinderformede ytre del 2. Disse båndstrimler 11 kan være laget av f eks fem lag av 0,125 mm tykke fiberbånd som så ville gjøre hvert lag 11 omkring 0,625 mm tykt. Denne anordning av båndstrimler som utgjør de indre områder 4 på motsatte sider av rørdelen, er tilstrekkelig til å definere et minste treghetsmoment for bøyning, som strekker seg diametralt gjennom de indre områder, og et største treghetsmoment for bøyning som er generelt ortogonalt med det minste treghetsmoment. Disse indre deler eller strimler 11 som utgjør de indre områder er utformet sammen med de øvrige strukturelle elementer i rørdelen for å gi stor aksial stivhet og styrke til den ytre del av rørdelen, slik at røret har større bøyestivhet rundt den største aksen sammenlignet med bøyestivheten rundt den minste akse, for å danne en foretrukket bøyningsretning rundt aksen med minimum bøyningsstivhet når røret kveiles eller avkveiles. Alternative designs of the invention shall be described in the following with reference to Figures 8-11 in the drawings. Figures 8 and 9 show an arrangement of an alternative spirally rolled pipe construction in which the selective structural reinforcement parts form an irregularity on the outer areas on opposite side walls of the outer cylindrical part 2. Figures 10 and 11 give a generally circular design on the outside of the pipe, with a non-circular protrusion on the inside of the tube, to allow for the selective reinforcements, and both types of design offer the advantage of a minimum moment of inertia for bending in the composite tube. In Figure 8, the composite pipe consists of an inner thermoplastic lining 3 to form a body on which the tubular part can be constructed, and to provide a relatively smooth internal bore in the pipe part. The lining serves the function of sealing against leakage of internal fluids under pressure. These pressures can be as high as 70 MPa (10,000 psi). The layers of braided or filament wound materials such as Kevlar 49 and carbon, encapsulated in a matrix material such as epoxy, are applied as the outer generally cylindrical portion 2 of the pipe. A pair of oppositely placed inner areas 4 are formed in the outer generally cylindrical part by placing layered strips 11 of carbon or other material of high rigidity in a unidirectional fiber tape or the like between adjacent concentric layers 9 of braided carbon/epoxy or filament wound material. In the case of the cylindrical part 2, the layered strips 11 are also encapsulated in a matrix material such as epoxy. The strips of carbon/epoxy tape 11, e.g. 7.5 mm wide, can be placed between e.g. five of the braided layers 9 which form the generally cylindrical outer part 2. These tape strips 11 can be made of e.g. five layers of 0.125 mm thick fiber tape which would then make each layer 11 about 0.625 mm thick. This arrangement of strip strips constituting the internal areas 4 on opposite sides of the pipe section is sufficient to define a minimum moment of inertia for bending, which extends diametrically through the internal areas, and a maximum moment of inertia for bending which is generally orthogonal to the minimum moment of inertia . These inner parts or strips 11 which make up the inner areas are designed together with the other structural elements in the pipe part to give great axial stiffness and strength to the outer part of the pipe part, so that the pipe has greater bending stiffness around the largest axis compared to the bending stiffness around the smallest axis, to form a preferred bending direction around the axis with minimum bending stiffness when the pipe is coiled or uncoiled.

En ytterligere fordel med å tvinge røret til å bøye seg rundt en enkelt akse er forbundet med ansamling av skade og slitasje som naturlig vil oppstå under tusener av turer på og av spolen. Gjentatt utplassering med høye interne trykk og høye aksiale strekkbelastninger og kompresjonsbelastninger vil til slutt føre til en skade på røret, og behov for å skifte ut dette eller å redusere de tillatte belastninger. Hvis røret er fritt til å bøye seg i hvilken som helst retning, vil skaden bli universell rundt rørets omkrets, mens hvis skaden er preferensiell så som vil skje med selektive forsterkninger slik at bøyningen tvinges til å oppstå rundt det minste treghetsmoment, vil skaden bli lokalisert og føre til en lengre levetid for røret. A further advantage of forcing the tube to bend around a single axis is associated with the accumulation of damage and wear that will naturally occur during thousands of trips on and off the coil. Repeated deployment with high internal pressures and high axial tensile and compression loads will eventually lead to damage to the pipe, and the need to replace it or reduce the allowable loads. If the pipe is free to bend in any direction, the damage will be universal around the circumference of the pipe, while if the damage is preferential as will happen with selective reinforcements so that the bending is forced to occur around the smallest moment of inertia, the damage will be localized and lead to a longer lifetime for the pipe.

Det henvises nå til figur 9, hvor de indre områder er gitt en alternativ anordning ved å anordne et flertall fiberstenger med høy modul mellom tilstøtende flettede eller filamentviklede lag 9. Slike stenger består av karbon, bor, glass osv. innkapslet i et matrisemateriale så som epoksy eller et termoplastmateriale så som PEEK. Disse stenger er vist plassert mellom det fjerde og det femte flettede eller filamentviklede karbon- eller aramidlag 9. Mer enn ett sett av stenger kan plasseres mellom andre kryssende lag. Stengene 13 kan være i størrelsesorden 1,7 mm i diameter. Et tomrom 17 som er utformet mellom de fjerde og det femte lag ved atskillelsesvirkningen av stengene, kan fylles ved et fyllmateriale 15 så som ensrettet karbon eller E-glassgarn eller fibrer innkapslet i en matrise i området nær de ytre stenger i systemet. Det er viktig at stengene forblir rette og i en fast radial stilling i den ytre, generelt sylindriske del. Dette er for å sikre at det minste treghetsmoment for bøyning fortsatt vil bli definert ved det indre område i strukturen, som omfatter stengene 13 og fyllmaterialet 15 i utførelsen på figur 9. Reference is now made to Figure 9, where the inner areas are provided with an alternative arrangement by arranging a plurality of high modulus fiber rods between adjacent braided or filament wound layers 9. Such rods consist of carbon, boron, glass etc. encapsulated in a matrix material such as epoxy or a thermoplastic material such as PEEK. These rods are shown positioned between the fourth and fifth braided or filament wound carbon or aramid layers 9. More than one set of rods may be positioned between other intersecting layers. The rods 13 can be of the order of 1.7 mm in diameter. A void 17 formed between the fourth and fifth layers by the separation action of the rods can be filled by a filler material 15 such as unidirectional carbon or E-glass yarns or fibers encapsulated in a matrix in the area near the outer rods of the system. It is important that the rods remain straight and in a fixed radial position in the outer, generally cylindrical part. This is to ensure that the smallest moment of inertia for bending will still be defined at the inner area of the structure, which includes the rods 13 and the filling material 15 in the embodiment in Figure 9.

De anordninger som er vist på figur 8 og 9 danner en uregelmessighet 4 på den ytre overflate av den ytre sylinderformede del 2 slik at de aksiale elementer 11 og 13 for selektiv forsterkning kan innlegges i sideveggene og fremdeles gi en foring 3 som har en sirkelrund intern utboring. Visse operasjoner nede i borehullet krever tilnærmet sirkelrunde interne utboringer i en rørstreng for f eks å lette pumping av verktøy gjennom rørstrengen. Et eksempel er bruk av kulepakninger som brukes til å tette perforeringer i foringsrøret i forskjellige brønnbehandlingsoperasjoner. Pumping av verktøy og plugger som krever differensialt trykk over et apparat krever også et jevnt sirkelrundt rør for anvendelse og operasjon. En sirkelrund intern utboring i rørstrengen kan således også være nødvendig i noen anvendelser. The devices shown in Figures 8 and 9 form an irregularity 4 on the outer surface of the outer cylindrical part 2 so that the axial elements 11 and 13 for selective reinforcement can be inserted into the side walls and still provide a liner 3 having a circular internal drilling out. Certain operations down the borehole require approximately circular internal borings in a pipe string, for example to facilitate the pumping of tools through the pipe string. An example is the use of ball packings used to seal perforations in the casing in various well treatment operations. Pumping tools and plugs that require differential pressure across a device also require a smooth circular tube for application and operation. A circular internal bore in the pipe string may thus also be necessary in some applications.

De indre områder 4 av alle utførelser kan bestå av energiledere (ikke vist på figur 8-10) i likhet med den utformingen av rørdelene på figur 1, 3 og 11. Disse energiledere kan være elektriske eller optiske ledere eller hvilket som helst materiale eller substans som kan moduleres med informasjonsdata. Disse energilederbaner kan også tjene som en del av den fysiske konstruksjon av de indre områder som danner det minste treghetsmoment for bøyning inne i røret. Av primær betydning ved plassering av lederne i disse indre områder er å sikre at bøyningspåkjenningene blir minimale. Når de er plassert i området med selektiv forsterkning, er lederne nær den nøytrale bøyeakse. Hvis de plasseres på andre steder i røret, kan bøyningspåkjenningene overskride det som er tillatt, og resultere i brudd på lederne. Dette ville være enda mer kritisk hvis lederne var optiske fibrer. The inner areas 4 of all designs can consist of energy conductors (not shown in figures 8-10) similar to the design of the pipe parts in figures 1, 3 and 11. These energy conductors can be electrical or optical conductors or any material or substance which can be modulated with information data. These energy conducting paths can also serve as part of the physical construction of the internal areas that form the smallest moment of inertia for bending inside the tube. Of primary importance when placing the conductors in these inner areas is to ensure that the bending stresses are minimal. When placed in the area of selective reinforcement, the conductors are close to the neutral bending axis. If they are placed elsewhere in the pipe, the bending stresses may exceed those permitted and result in breakage of the conductors. This would be even more critical if the conductors were optical fibers.

Plassering av lederne i området med selektiv forsterkning vil også frembringe ytterligere stivhet. En metalleder som vist på figur 21 på figur 11 vil f eks danne et ensrettet langsgående avstivningsmateriale i de motsatte sidevegger, hvilket vil gi aksial stivhet sammen med kompresjonsstyrke så vel som strekkstyrke og skjæringsstyrke. Denne forsterkningen vil hjelpe til å brette ut det oppspolede rør for å skyve det inn i et rør eller lignende, for å trekke det ut av et rør eller et hull, og vil hjelpe til å danne et største og minste treghetsmoment for å fremme preferensiell bøyning av det oppspolede rør, og samtidig danne en struktur som ikke vil kollapse, og således opprettholde en generell sirkelrund ytre form som er nødvendig for å mate røret gjennom et trykkbelastet strippeelement ved inngangen til brønnen. Placing the conductors in the area of selective reinforcement will also produce additional stiffness. A metal conductor as shown in figure 21 on figure 11 will for example form a unidirectional longitudinal stiffening material in the opposite side walls, which will provide axial stiffness together with compression strength as well as tensile strength and shear strength. This reinforcement will help to unfold the coiled tube to push it into a tube or the like, to pull it out of a tube or hole, and will help to create a maximum and minimum moment of inertia to promote preferential bending of the coiled pipe, and at the same time form a structure that will not collapse, thus maintaining a general circular outer shape necessary to feed the pipe through a pressure-loaded stripping element at the entrance to the well.

Det henvises nå til figur 10 og 11, hvor de ytre komposittlag 9 består av fibrer viklet eller flettet i en ønsket orientering, og båndet på en indre foring 3. Fibrene som utgjør lagene 9 er innlagt i en matrise som holder dem orientert og virker som en belast-ningsoverføring mellom fibrene. Disse fiberlag er tett båndet til hverandre og til foringen 3 slik at ytre trykk ikke kan overføres fra utenfor røret gjennom sprekker eller mellomrom i det ytre komposittlag og direkte til den ytre overflate av foringen 3, og dermed forårsake at foringen kollapser. Anordningen av materialene på figur 10 og 11 er slik at den ytre overflate av komposittrøret er tilnærmet sirkelrundt til tross for langsgående forsterkningsdeler i motsatte sidevegger av røret. Mens på figur 8 og 9 innleggingen av forsterkningslagene 11 har skapt en ekstra utbuling i rørets sidevegger, er utformingen på figur 10 og 11 utstyrt med formede foringer, som danner en innebygd indre utbuling i sideveggene for å danne et rom for delene 11. På figur 10 er foringen 3 noe ellipseformet med motsatt plasserte, forholdsvis rette indre sideveggdeler 10 plassert nær de langsgående forsterkningsdeler 11. Denne form gir en noe større veggtykkelse i disse motsatte sidevegger 10, som i sin tur gir det tilleggsrom som er nødvendig for å gi rom for de langsgående eller ensrettede materialer 11 som utgjør forsterkningen i motsatte sidevegger, og samtidig opprettholder en generelt sirkelrund ytre form av den sylinderformede del 2. Reference is now made to figures 10 and 11, where the outer composite layers 9 consist of fibers wound or braided in a desired orientation, and the tape on an inner liner 3. The fibers that make up the layers 9 are embedded in a matrix that keeps them oriented and acts as a load transfer between the fibres. These fiber layers are tightly bonded to each other and to the liner 3 so that external pressure cannot be transmitted from outside the pipe through cracks or spaces in the outer composite layer and directly to the outer surface of the liner 3, thereby causing the liner to collapse. The arrangement of the materials in Figures 10 and 11 is such that the outer surface of the composite pipe is approximately circular despite longitudinal reinforcement parts in opposite side walls of the pipe. While in Figures 8 and 9 the insertion of the reinforcement layers 11 has created an additional bulge in the side walls of the tube, the design in Figures 10 and 11 is provided with shaped liners, which form a built-in inner bulge in the side walls to form a space for the parts 11. In Figure 10, the lining 3 is somewhat elliptical with oppositely positioned, relatively straight inner side wall parts 10 located close to the longitudinal reinforcement parts 11. This shape gives a somewhat greater wall thickness in these opposite side walls 10, which in turn provides the additional space necessary to allow room for the longitudinal or unidirectional materials 11 which constitute the reinforcement in opposite side walls, and at the same time maintain a generally circular outer shape of the cylindrical part 2.

På figur 11 er den indre foring formet til å danne en konkav indre vegg 25 som også gir et tykkere veggområde i den ytre komposittdel nær de motsatte indre vegger 25 for å gi rom for den ytterligere tykkelse forårsaket av oppbyggingen av de ensrettede eller avstivende materialer 11 som er plassert mellom lagene 9. In Figure 11, the inner liner is shaped to form a concave inner wall 25 which also provides a thicker wall area in the outer composite portion near the opposite inner walls 25 to accommodate the additional thickness caused by the build-up of the aligning or stiffening materials 11 which is placed between the layers 9.

Konvensjonelle strippeelementer som brukes i operasjoner med spiralrullede rør for å tette over brønnhullets inngang har en sirkelrund tverrsnittsprofiL For å gi rom for de ikke-sirkulære tverrsnitt som vist på figur 8 og 9, må strippeelementenes innvendige diameter fremstilles til en lignende utforming. I den alternative utforming av spiralrullet komposittrør som vist på figur 10 og 11, er rørets konstruksjon slik at den utviser en sirkelrund ytre diameterprofil, og således kan benytte et konvensjonelt strippeelement for spiralrullede rør. Innlegging av selektiv forsterkning 11 som vist på figur 3, 10 og 11 i en utforming med sirkelrund ytre diameter gjør det nødvendig å anordne det ikke-sirkelrunde tverrsnitt av den indre foring av røret, og således gjøre de motsatte sidevegger tykkere. Dette tykkere tverrsnitt er nødvendig for å gi rom for det aksielt orienterte 0° karbon/epoksymate-riale eller annet fiber/matriseforsterkningsmateriale 11 med stor stivhet, som danner en akse med minimum treghetsmoment slik at bøyning naturlig vil finne sted rundt en foretrukken akse. Conventional stripper elements used in spiral-rolled pipe operations to seal over the wellbore entrance have a circular cross-sectional profile. To allow for the non-circular cross-sections shown in Figures 8 and 9, the inner diameter of the stripper elements must be made to a similar design. In the alternative design of the spiral-rolled composite pipe as shown in figures 10 and 11, the pipe's construction is such that it has a circular outer diameter profile, and thus can use a conventional stripping element for spiral-rolled pipes. Insertion of selective reinforcement 11 as shown in figures 3, 10 and 11 in a design with a circular outer diameter makes it necessary to arrange the non-circular cross-section of the inner lining of the pipe, and thus make the opposite side walls thicker. This thicker cross section is necessary to allow for the axially oriented 0° carbon/epoxy material or other high stiffness fiber/matrix reinforcement material 11, which forms an axis with minimum moment of inertia so that bending will naturally take place around a preferred axis.

Utførelsen på figur 11 er en variasjon av den som er vist på figur 10 idet foringen 3 tar en tilnærmet form av et åttetall. Denne utformingen gir også tilstrekkelig rom i sideveggene til å romme de ytterligere aksielt orienterte 0° karbon/epoksymaterialer eller andre fiber/matrisemateriale med høy stivhet. En slik konfigurasjon er nødvendig når meget høye aksiale strekkbelastninger og kompresjonsbelastninger er nødvendig, så som for å utplassere et rør i meget dype brønner. Polymerforingen 3 kan ekstruderes i den utforming som er vist på figur 10 eller 11, og senere brukes som fundament for konstruksjonen av den ytre komposittvegg 2. Det er viktig for spolede rør og andre anvendelser som utøver ytre trykkbelastninger at foringen er integrert båndet til det ytre strukturelement for å danne en enhetlig struktur og således hindre at utvendige trykk blir direkte tilført den ytre overflate av foringen 3. The embodiment in figure 11 is a variation of that shown in figure 10, in that the liner 3 takes an approximate shape of a figure eight. This design also provides sufficient room in the sidewalls to accommodate the additional axially oriented 0° carbon/epoxy materials or other fiber/matrix material with high stiffness. Such a configuration is necessary when very high axial tensile loads and compression loads are required, such as for deploying a pipe in very deep wells. The polymer liner 3 can be extruded in the design shown in figure 10 or 11, and later used as a foundation for the construction of the outer composite wall 2. It is important for coiled pipes and other applications that exert external compressive loads that the liner is integrally bonded to the outer structural element to form a uniform structure and thus prevent external pressure from being directly applied to the outer surface of the lining 3.

Det henvises nå til figur 7, som viser et brønnhull, generelt betegnet med henvisningstallet 19. Brønnhullet har en vertikal øvre del 26 som strekker seg til overflaten, en vertikal nedre del 28 og en avvikende del 30 som forbinder den øvre og den nedre del 26 og 28. Den vertikale del 26 og den avvikende del 30 er normalt flere tusen fot lange, mens den vertikale del 28 vanligvis er meget kortere. Brønnhullet kan også ende i en nær horisontal seksjon. Reference is now made to Figure 7, which shows a wellbore, generally designated by reference numeral 19. The wellbore has a vertical upper portion 26 extending to the surface, a vertical lower portion 28 and a diverging portion 30 connecting the upper and lower portions 26 and 28. The vertical portion 26 and the deviated portion 30 are normally several thousand feet long, while the vertical portion 28 is usually much shorter. The wellbore may also end in a near horizontal section.

I opererbare forhold med brønnhullet 19 og plassert på overflaten er det anordnet en injektorenhet betegnet med henvisningstallet 24. En snelle 20 er også anordnet på overflaten, og komposittrøret 22 er lagret på denne snelle. Rullebelger blir ofte brukt som føringer i injektoren 24, og også til å drive komposittrøret ned i hullet. Kontakter som ikke er vist er anordnet på snellen 20 for å danne elektriske eller optiske forbindelser mellom ledningene i røret 22 og en overflatekabel 36, for dermed å forbinde ledningene 5, 21 i røret 22 i borehullet med et styringssystem 38 på overflaten. In operable relation with the wellbore 19 and placed on the surface, there is arranged an injector unit denoted by the reference number 24. A reel 20 is also arranged on the surface, and the composite pipe 22 is stored on this reel. Roller bellows are often used as guides in the injector 24, and also to drive the composite pipe down the hole. Contacts, not shown, are arranged on the reel 20 to form electrical or optical connections between the wires in the pipe 22 and a surface cable 36, so as to connect the wires 5, 21 in the pipe 22 in the borehole with a control system 38 on the surface.

Spolen 20 og injektoren 24 er ikke detaljert, siden disse typer av apparater er vel kjent i teknikken. Spesifikke spole- og injektoranordninger er vist bla i US 3 401 794, US 3 722 594 og US 4 682 657, blant flere. Coil 20 and injector 24 are not detailed, since these types of devices are well known in the art. Specific coil and injector devices are shown in US 3,401,794, US 3,722,594 and US 4,682,657, among others.

Etter at apparatet som vist på figur 7 er sammenmontert, føres komposittdelen 22 gjennom injektoren 24. Det ønskede brønnverktøy, så som et loggeverktøy 32, festes så på røret 22. En elektrisk forbindelse sluttes mellom brønnverktøyet og lederne 5, 21 som er integrert i røret 22. Brønnverktøyet 32 plasseres så i den øvre del 26 av brønnen 18 og senkes ned i brønnen ved hjelp av tyngdekraften. Når brønnverktøyet 32 når den avvikende del 30 i brønnen, er friksjonskontakten mellom verktøyet og veggen av den avvikende del tilstrekkelig stor til å overvinne tyngdekraften. Når dette skjer, blir injektoren 24 brukt til å tilføre en nedadrettet kraft på komposittrøret slik at loggeverktøyet 32 blir tvunget inn i og langs den avvikende seksjon 30.1 tilfelle den kontinuerlige tilføring av kraft av injektoren 24 ikke er tilstrekkelig for dette formål, kan injektoren opereres slik at den gir vekselvis oppad og nedad bevegelse av komposittrøret og loggeverktøyet 32 for å sikre kontinuerlig fremgang nedover. Aktivering av loggeverktøyet ved ønskede intervaller utføres av styringsanordningen 38 på overflaten gjennom ledningene 5, 21 som er plassert inne i komposittrøret, og elektrisk eller optisk forbundet med loggeverktøyet 32. After the apparatus as shown in figure 7 is assembled, the composite part 22 is passed through the injector 24. The desired well tool, such as a logging tool 32, is then attached to the pipe 22. An electrical connection is made between the well tool and the conductors 5, 21 which are integrated in the pipe 22. The well tool 32 is then placed in the upper part 26 of the well 18 and lowered into the well using gravity. When the well tool 32 reaches the deviated part 30 in the well, the frictional contact between the tool and the wall of the deviated part is sufficiently large to overcome the force of gravity. When this occurs, the injector 24 is used to apply a downward force to the composite pipe so that the logging tool 32 is forced into and along the deviated section 30.1 In the event that the continuous application of force by the injector 24 is not sufficient for this purpose, the injector may be operated as follows that it provides alternating upward and downward movement of the composite pipe and the logging tool 32 to ensure continuous downward progress. Activation of the logging tool at desired intervals is carried out by the control device 38 on the surface through the wires 5, 21 which are placed inside the composite pipe, and electrically or optically connected to the logging tool 32.

Når loggeverktøyet 32 forlater den avvikende del av brønnen og entrer det vertikale område 28 kan det oppstå videre hindringer mot bevegelse av verktøyet. I dette tilfelle kan den beskrevne prosedyre gjentas for å frembringe ytterligere nedadgående bevegelse av loggeverktøyet. Man har sett at store kompresjonskrefter kan tilføres et spolet rør som brukes nede i et borehull. Den aksiale avstivning som er anordnet er således meget viktig, hvilket kompliserer de strukturelle krav for et kveilbart rør. Kombinasjon av aksial stivhet og lav bøyningsstivhet har ført til den unike utvikling som er fremsatt i denne oppfinnelse. When the logging tool 32 leaves the deviated part of the well and enters the vertical area 28, further obstacles to movement of the tool may arise. In this case, the described procedure can be repeated to produce further downward movement of the logging tool. It has been seen that large compression forces can be applied to a coiled pipe used down a borehole. The axial bracing that is arranged is thus very important, which complicates the structural requirements for a coilable pipe. Combination of axial stiffness and low bending stiffness has led to the unique development presented in this invention.

Hvis en annen type brønnverktøy brukes istedenfor loggeverktøyet 32 (f eks et perforeringsverktøy) blir apparatet tilkoplet og beveget til den riktige operasjonssone eller formasjon i brønnhullet 19 på den måte som tidligere er beskrevet. Etter at den når den ønskede sone, kan aktuelle svitsjer i styringsanordningen 38 opereres for å starte perfore-ringsverktøyet ved hjelp av elektriske kretser dannet av lederne 5 (figur 1 og 3) og lederne 21 (figur 11) som er plassert inne i komposittrøret. Komposittrør som har integrerte elektriske ledere tilbyr også en betydelig fordel over tidligere operasjoner med spiralrullede rør. Plassering av lederne i veggen av den rørformede kabel levner en helt åpen utboring i røret, som vil tillate bruk av røret som en helt åpen fluidleder for å utføre operasjoner i borehullet. Fluida og/eller andre innretninger kan pumpes gjennom rørdelen for å behandle formasjoner nede i borehullet, operere en slammotor for boring eller kjerneboring, eller til å utforme en variasjon av tester og operasjoner med instrumenter og verktøy. Disse foreslåtte bruksområder er ikke ment å være begrensende i denne sammenheng. Samtidig vil plassering av lederne i motsatte sidevegger gi en aksial stivhet som også fremmer preferensiell bøyning, hvilket hjelper til å gi en lav bøyningsstivhet. If another type of well tool is used instead of the logging tool 32 (e.g. a perforating tool) the device is connected and moved to the correct operating zone or formation in the well hole 19 in the manner previously described. After it reaches the desired zone, appropriate switches in the control device 38 can be operated to start the perforating tool by means of electrical circuits formed by conductors 5 (figures 1 and 3) and conductors 21 (figure 11) which are placed inside the composite pipe. Composite pipes that have integrated electrical conductors also offer a significant advantage over previous spiral-rolled pipe operations. Placing the conductors in the wall of the tubular cable leaves a completely open bore in the pipe, which will allow the use of the pipe as a completely open fluid conductor to perform downhole operations. Fluids and/or other devices can be pumped through the tubing to treat downhole formations, operate a mud motor for drilling or coring, or to design a variety of tests and operations with instruments and tools. These suggested areas of use are not intended to be limiting in this context. At the same time, placing the conductors in opposite side walls will provide an axial stiffness that also promotes preferential bending, which helps to provide a low bending stiffness.

I tillegg til sitt bruk i brønnlogging og brønnoverhaling, kan komposittrøret ifølge oppfinnelsen brukes i undersjøiske hydrauliske linjer eller som produksjonsrør i hvilke lange seksjoner av rør er kveilet og ført nede i borehullet for permanent produksjon. Produksjonsrør er normalt større i diameter enn det som er nødvendig for spiralrullede rør, og kan bli for store til å bøyes på en spole av praktisk diameter. Hvis rørdiametrene blir for store for kveiling, er det mulig å fremstille komposittrøret på stedet, på land eller på sjøen. Store spolestørrelser er praktiske for bruk offshore hvor komposittrørene kan fremstilles nær et dokksted. Nærvær av ledere for elektrisk eller optisk energi i røret muliggjør operasjon av mange borehullverktøy, så vel som datainnsamling fra nede i borehullet eller andre fjerne steder. In addition to its use in well logging and well overhaul, the composite pipe according to the invention can be used in underwater hydraulic lines or as production pipe in which long sections of pipe are coiled and led down the borehole for permanent production. Production tubing is normally larger in diameter than is necessary for spiral-rolled tubing, and may be too large to bend on a spool of practical diameter. If the pipe diameters become too large for coiling, it is possible to manufacture the composite pipe on site, on land or at sea. Large coil sizes are practical for use offshore where the composite pipes can be manufactured close to a dock site. The presence of electrical or optical energy conductors in the pipe enables the operation of many downhole tools, as well as data collection from downhole or other remote locations.

Den åpenbare viktighet av kveilingskarakteristikkene for et slikt spiralviklet rør er sentral i denne oppfinnelsen. Man har funnet at med riktige materialer, orientering og anordning av disse, kan det konstrueres et rør eller en kabel som er i stand til å utsettes for høye spenninger som oppstår ved kveiling og avkveiling og ved belastning som påtrykkes i borehullmiljøet. De spesielle brønnoperasjoner i petroleumsindustrien på land er det nødven-dig å begrense størrelsen av spolene på grunn av transportbehovene for håndtering av slike spoler. En spole med en diameter på 2,4 meter og et rør med en diameter på 5 cm vil resultere i betydelige påkjenninger på grunn av kveileoperasjonen. Anordningen av den rørstruktur som er beskrevet i denne søknad er et svar på de behov som resulterer fra denne representative kveilingssituasjon. The obvious importance of the winding characteristics of such a spirally wound tube is central to this invention. It has been found that with the correct materials, orientation and arrangement thereof, a pipe or cable can be constructed which is capable of being subjected to high stresses arising from coiling and uncoiling and from loads imposed in the borehole environment. In the special well operations in the petroleum industry on land, it is necessary to limit the size of the coils due to the transport needs for handling such coils. A coil with a diameter of 2.4 meters and a pipe with a diameter of 5 cm will result in significant stresses due to the coiling operation. The arrangement of the pipe structure described in this application is a response to the needs resulting from this representative coiling situation.

En annen fordel kan noteres for bruk av komposittrørdeler. Med komposittrør, blir deformasjoner mer elastiske og vanligvis større enn for stålrør, og denne lagrede energi kan brukes konstruktivt til å hjelpe med å frigjøre røret fira en fastkilt stilling eller en friksjonsbinding. Trykket i røret kan pulses til å frembringe den tenkte funksjon. Skjønt denne teknikk også kan brukes for spiralrullede rør av stål så vel som for komposittrør, vil den store stivhet av stål sammenlignet med den lave stivhet av røret ifølge oppfinnelsen begrense mengden av lokale forskyvninger forbundet med trykkpulsing av stålrør sammenlignet med forskyvninger oppnådd ved å bruke komposittrør. Aktivering av en pakning nede i hullet vil tillate trykkpulsing av komposittrøret med lavere trykk tilført på innsiden og utsiden av røret. Trykkpulsing kan også hjelpe til med å frigjøre et komposittrør som er fastkilt nede i borehullet. Another advantage can be noted for the use of composite pipe fittings. With composite pipes, deformations become more elastic and usually greater than for steel pipes, and this stored energy can be used constructively to help release the pipe from a wedged position or a friction bond. The pressure in the tube can be pulsed to produce the intended function. Although this technique can also be used for spirally rolled steel tubes as well as for composite tubes, the high stiffness of steel compared to the low stiffness of the tube according to the invention will limit the amount of local displacements associated with pressure pulsing of steel tubes compared to displacements obtained using composite tubes . Activation of a downhole gasket will allow pressure pulsing of the composite pipe with lower pressure applied to the inside and outside of the pipe. Pressure pulsing can also help free a composite pipe that is wedged down the borehole.

Ved utforming av komposittstrukturer, kan man benytte flere velkjente teknikker så som fletting, trekking, filamentvikling og støping. For å lage de flere lag som er karakteristisk for oppfinnelsen, blir en rekke individuelle flettere eller filamentviklingsutstyr anordnet i en rekke, ved hvert komposittlaminalag plassert direkte over det tidligere lamina-lag for å bygge opp den totale tykkelse som er nødvendig, med resinmateriale påført hvert lag for å sikre total utvætning mellom fibrene og mellom lagene. Denne utvæting frem-bringer den endelige enhetlige struktur som er nødvendig for å hindre migrering av trykk fra den ytre overflate av foringen 3 (figur 8-11) og foringen 8 eller 18 på figur 1 og 3.1 trekking blir filamenter eller fibrer trukket gjennom et resin-impregneringsapparat, og deretter gjennom dyser for å gi den ønskede form, eller alternativt kan resin injiseres inne i dysene. Endelig kan det ønskede produkt, som blir produsert kontinuerlig, vikles på en snelle eller spole. Som et eksempel blir trekking brukt i US 4 416 329 til å fremstille en båndstruktur som inneholder bunter av grafittfibrer mettet med termoplastresin. Overflatene på båndet er dekket med lag av vevet materiale, så som glassduk. Hjørnetøy på båndet er laget av Kevlar eller glass. US 4 452 314 brukte trekking til å utforme buede seksjoner bestående av glassfilamenter eller andre forsterkningsmaterialer plassert i en varmeherdende resin. De buede seksjoner kombineres til å danne en sugestang. When designing composite structures, one can use several well-known techniques such as braiding, pulling, filament winding and casting. To create the multiple layers characteristic of the invention, a number of individual braids or filament winding devices are arranged in a row, with each composite lamina layer placed directly over the previous lamina layer to build up the total thickness required, with resin material applied to each layers to ensure total wetting between the fibers and between the layers. This wetting produces the final uniform structure necessary to prevent pressure migration from the outer surface of liner 3 (Figures 8-11) and liner 8 or 18 in Figures 1 and 3.1 drawing filaments or fibers are drawn through a resin -impregnation device, and then through nozzles to give it the desired shape, or alternatively resin can be injected inside the nozzles. Finally, the desired product, which is produced continuously, can be wound on a reel or spool. As an example, drawing is used in US 4,416,329 to produce a tape structure containing bundles of graphite fibers saturated with thermoplastic resin. The surfaces of the belt are covered with layers of woven material, such as glass cloth. Corners on the tape are made of Kevlar or glass. US 4,452,314 used drawing to form curved sections consisting of glass filaments or other reinforcing materials placed in a thermosetting resin. The curved sections combine to form a suction rod.

Komposittrørdelen ifølge denne oppfinnelse kan også fremstilles ved bruk av trekningsprosesser omfattende enten konvensjonelt trekningsutstyr eller trekkviklingsutstyr eller trekning i kombinasjon med fletting eller filamentvikling. I en fremgangsmåte blir det 0° orienterte materiale trukket på forhånd og ført inn i en likt utformet fordypning på en trek-ningsform, og senere trukket sammen med krysslagsmaterialet. Trekning kan også brukes til å lage enten kontinuerlige eller diskrete lengder av komposittrørdeler. I trekkviklingsproses-sen, blir det 0° orienterte materiale enten matet inn i prosessen som en prefabrikkert stang eller matet inn i enheten som et prefabrikkert bånd eller våtutlegg. Krysslagsmaterialet blir så viklet på røret, og enheten trekkes gjennom en dyse for integrert herding. Trekningsprosessen kan benytte materiale som er fremstilt ved veving eller fletting av fibrene. Vevet eller flettet materiale kan prefabrikkeres som matningsmateriale, eller kan fabrikkeres i produksjonslinjen som en del av trekningsoperasjonen. The composite pipe part according to this invention can also be produced using drawing processes comprising either conventional drawing equipment or drawing winding equipment or drawing in combination with braiding or filament winding. In one method, the 0° oriented material is drawn in advance and fed into a similarly designed depression on a drawing die, and later drawn together with the cross-layer material. Drawing can also be used to make either continuous or discrete lengths of composite pipe parts. In the draft winding process, the 0° oriented material is either fed into the process as a prefab bar or fed into the unit as a prefab strip or wet lay. The cross-lamination material is then wound onto the tube and the assembly is drawn through a die for integral curing. The drawing process can use material produced by weaving or braiding the fibres. The woven or braided material can be prefabricated as a feed material, or can be fabricated in the production line as part of the drawing operation.

Claims (13)

1. Komposittrør (22) for oppbevaring på en spole (20), som kan kveiles og avkveiles for bruk i et brønnhull (19), hvor det omfatter en generelt sylindrisk rørformet foring (3) som har en glatt innvendig utboring og stor aksial stivhet, en ytre komposittdel (2) som er integrert bundet med foringen, hvor den ytre komposittdel (2) inneholder fibrer som er krysslagt i konsentriske lag (9) rundt foringen og innbakt i et plastbindemateriale som trenger igjennom hele den ytre komposittdel slik at foringen (3) og den ytre komposittdel (2) opprettholder en generelt sylindrisk form under bruk og under kveiling på en snelle (20), og aksiale stivhetselementer (11,13) som er anordnet i motsatte sidevegger av den ytre komposittdel (2) for å skape et minimum treghetsmoment på tverrsnittet for å danne en foretrukken bøyningsretning av røret og dermed utøve minimale bøyningspåkjenninger på de aksiale stivhetselementer.1. Composite tubing (22) for storage on a spool (20), which can be coiled and uncoiled for use in a wellbore (19), comprising a generally cylindrical tubular casing (3) having a smooth internal bore and high axial stiffness , an outer composite part (2) which is integrally bonded with the liner, where the outer composite part (2) contains fibers which are cross-laid in concentric layers (9) around the liner and baked in a plastic binding material which penetrates the entire outer composite part so that the liner ( 3) and the outer composite part (2) maintains a generally cylindrical shape during use and during winding on a reel (20), and axial stiffness elements (11,13) which are arranged in opposite side walls of the outer composite part (2) to create a minimum moment of inertia on the cross-section to form a preferred bending direction of the tube and thus exert minimal bending stresses on the axial stiffness elements. 2. Komposittrør (22) ifølge krav 2, hvor den ytre komposittdel har tilstrekkelig strukturell integritet i lagene (9) av fibrer og omliggende bindemateriale til i det vesentlige å forebygge migrering av fluida under trykk inn til kontakt med den ytre overflate av foringen (3), og ved at bindingen av foringen (3) til den ytre komposittdel (2) er tilstrekkelig til å forebygge migrering av fluida under trykk langs den ytre overflate av foringen (3).2. Composite pipe (22) according to claim 2, where the outer composite part has sufficient structural integrity in the layers (9) of fibers and surrounding binding material to essentially prevent the migration of fluids under pressure into contact with the outer surface of the lining (3 ), and in that the binding of the liner (3) to the outer composite part (2) is sufficient to prevent the migration of fluids under pressure along the outer surface of the liner (3). 3. Komposittrør (22) ifølge krav 1 eller 2, hvor plastbindematérialet har en elastisitetsmodul som er større enn 689 MPa (100 000 psi) for å gi tilstrekkelig understøttelse og belasmingsoverføirngskarakteristikk til å hindre at røret kollapser når det kveiles eller er belastet med høye eksterne trykk eller når det utsettes for høye aksiale strekkbelastninger og kompresjonsbelastninger.3. Composite pipe (22) according to claim 1 or 2, wherein the plastic binder material has a modulus of elasticity greater than 689 MPa (100,000 psi) to provide sufficient support and load transfer characteristics to prevent the pipe from collapsing when coiled or loaded with high external pressure or when subjected to high axial tensile and compressive loads. 4. Komposittrør (22) ifølge krav 1, 2, eller 3, hvor den ytre komposittdel (2) omfatter flere lag (9) av kontinuerlige fibrer orientert ved ±35° til ±70° med rørets lengdeakse.4. Composite pipe (22) according to claim 1, 2, or 3, where the outer composite part (2) comprises several layers (9) of continuous fibers oriented at ±35° to ±70° with the longitudinal axis of the tube. 5. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor de aksiale stivhetselementer (11,13) er anordnet ved strukturelle stenger (13) som er orientert i det vesentlige i 0° med rørets lengdeakse.5. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the axial stiffness elements (11,13) are arranged by structural rods (13) which are oriented substantially at 0° with the longitudinal axis of the pipe. 6. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor den ytre komposittdel (2) består av kontinuerlige fibrer innbakt i en plastbindematrise, som er viklet, flettet eller vevet i konsentriske lag (9) på foringen.6. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the outer composite part (2) consists of continuous fibers embedded in a plastic binder matrix, which is wound, braided or woven in concentric layers (9) on the lining. 7. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor det har perifert orienterte fibrer tilnærmet vinkelrett med rørets lengdeakse.7. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where it has peripherally oriented fibers approximately perpendicular to the longitudinal axis of the pipe. 8. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor de aksiale stivhetselementer omfatter minst en energiledebane (21).8. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the axial stiffness elements comprise at least one energy guideway (21). 9. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor foringen (3) er preformet med en konkav overflate på motsatte sidevegger, og en generelt sylinderformet ytre overflate for å gi tilstrekkelig tykkelse i sideveggene til å gi rom for de aksiale stivhetselementer (11,13), og fremdeles opprettholde en i det vesentlige sylinderformet ytre overflate på komposittrøret (22).9. Composite pipe (22) according to any preceding claim, wherein the liner (3) is preformed with a concave surface on opposite side walls, and a generally cylindrical outer surface to provide sufficient thickness in the side walls to accommodate the axial stiffness elements (11, 13), and still maintain a substantially cylindrical outer surface of the composite tube (22). 10. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor de aksiale stivhetselementer (11,13) omfatter et ensrettet materiale som er innført mellom konsentriske lag av vevet eller flettet materiale som en aksial varpdel.10. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the axial stiffness elements (11,13) comprise a unidirectional material which is inserted between concentric layers of woven or braided material as an axial warp part. 11. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor de indre deler omfatter smale strimler (11) av materiale som er plassert langs rørets lengdeakse og innkapslet i en matrise av materiale med en elastisitetsmodul som er større enn 7000 kg/cm<2>.11. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the inner parts comprise narrow strips (11) of material which are placed along the longitudinal axis of the pipe and encapsulated in a matrix of material with a modulus of elasticity greater than 7000 kg/cm<2> . 12. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor foringen (3) har en sirkelrund utboring, og de aksiale stivhetselementer (11,13) er anordnet i den ytre komposittdel (2) slik at en forskyvning i sideveggene av den ytre komposittdel (2) på grunn av aksiale stivhetselementer (11) blir overført til den ytre overflate av spiralrøret i form av en uregelmessighet på den ytre overflate.12. Composite pipe (22) according to any preceding claim, where the liner (3) has a circular bore, and the axial stiffness elements (11,13) are arranged in the outer composite part (2) so that a displacement in the side walls of the outer composite part ( 2) due to axial stiffness elements (11) is transferred to the outer surface of the spiral tube in the form of an irregularity on the outer surface. 13. Komposittrør (22) for kveiling i en åpen rørform på en snelle (20) og for å avkveiles for injisering under kraft inn i et brønnhull (19) eller lignende, hvor en ytre komposittdel (2) inneholdende et flertall kontinuerlige fiberlag (9) som er påført på en trykkbestandig indre rørformet foringsdel (3) og krysslagt for å motstå interne og eksterne trykk og strekkbelastninger og kompresjonsbelastninger mens den opprettholder en lav bøyningsstivhet, en matrise av plastbindemateriale med en elastisitetsmodul som er større enn 689 MPa (100 000 psi) som omgir fibrene og fiberlag slik at fibrene blir innbakt i matrisen, og binding av fiberlagene til hverandre og til foringen for å danne en integrert struktur med foringen (3), som hindrer at fluida under eksterne trykk har tilgang direkte til den ytre overflate av foringen (3), og aksiale innvendige forsterkningsdeler (11,13) anordnet inne i den ytre komposittdel (2) i motsatte sidevegger av denne, for å danne en foretrukket bøyningsakse når røret (22) er spolet i åpen rør form på en snelle (20).13. Composite pipe (22) for coiling in an open tubular shape on a reel (20) and for being uncoiled for injection under power into a wellbore (19) or the like, where an outer composite part (2) containing a plurality of continuous fiber layers (9 ) which is applied to a pressure-resistant inner tubular liner member (3) and cross-laminated to resist internal and external pressures and tensile and compressive loads while maintaining a low bending stiffness, a matrix of plastic binder material with a modulus of elasticity greater than 689 MPa (100,000 psi ) which surrounds the fibers and fiber layers so that the fibers are baked into the matrix, and binding the fiber layers to each other and to the liner to form an integrated structure with the liner (3), which prevents fluids under external pressure from having direct access to the outer surface of the liner (3), and axial internal reinforcement parts (11,13) arranged inside the outer composite part (2) in opposite side walls thereof, to form a preferred bending axis when the tube (22) is wound in open tube form on a reel (20).
NO19951264A 1994-12-06 1995-03-31 Flushable composite counter body. NO318444B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35028394A 1994-12-06 1994-12-06

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO951264D0 NO951264D0 (en) 1995-03-31
NO951264L NO951264L (en) 1996-06-07
NO318444B1 true NO318444B1 (en) 2005-03-21

Family

ID=23376033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19951264A NO318444B1 (en) 1994-12-06 1995-03-31 Flushable composite counter body.

Country Status (2)

Country Link
GB (1) GB2295875B (en)
NO (1) NO318444B1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2335250B (en) * 1995-09-28 1999-12-08 Fiberspar Spoolable Prod Inc Composite spoolable tube
US6923273B2 (en) 1997-10-27 2005-08-02 Halliburton Energy Services, Inc. Well system
US6296066B1 (en) * 1997-10-27 2001-10-02 Halliburton Energy Services, Inc. Well system
DE10059639C2 (en) * 2000-12-01 2003-04-24 Delu Luftkissen power supply
GB201020509D0 (en) * 2010-12-03 2011-01-19 Magma Global Ltd Composite pipe
GB201020514D0 (en) 2010-12-03 2011-01-19 Magma Global Ltd Composite pipe
DE102014014795A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 Werner Führer Flexible tube of the "coiled tubing" type and method of making the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3329173A (en) * 1963-11-14 1967-07-04 American Cyanamid Co Tubular reinforced plastic members
US3944453A (en) * 1974-07-05 1976-03-16 Imperial-Eastman Corporation Hose construction
FR2627840B1 (en) * 1988-02-29 1990-10-26 Inst Francais Du Petrole TUBE MADE OF COMPOSITE MATERIALS SENSITIVE TO THE VARIATION OF ELONGATION UNDER THE EFFECT OF INTERNAL PRESSURE
US5176180A (en) * 1990-03-15 1993-01-05 Conoco Inc. Composite tubular member with axial fibers adjacent the side walls
FI933877A (en) * 1993-09-06 1995-03-07 Neste Oy Haollfast composite tubes on a thermoplastic basis

Also Published As

Publication number Publication date
GB9506531D0 (en) 1995-05-17
NO951264L (en) 1996-06-07
GB2295875A (en) 1996-06-12
GB2295875B (en) 1999-04-21
NO951264D0 (en) 1995-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5913337A (en) Spoolable composite tubular member with energy conductors
US5921285A (en) Composite spoolable tube
US8678042B2 (en) Composite spoolable tube
CA2321536C (en) Composite spoolable tube
US6065540A (en) Composite coiled tubing apparatus and methods
EP0524206B1 (en) Composite tubular member with multiple cells
US8678041B2 (en) Fiber reinforced spoolable pipe
NO314101B1 (en) the composite
US6679298B2 (en) Collapsible flexible pipe
US9909368B2 (en) Flexible pipe and a method for providing buoyancy to a jumper or riser assembly
US20050067034A1 (en) Fluid conduit
NO318444B1 (en) Flushable composite counter body.
CN101509577B (en) Hose for hydrocarbons
NO307843B1 (en) Tubular workpiece, and method of drilling a borehole using such workpiece