NO318444B1 - Spolbart komposittrorlegeme. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår kveilbare komposittrør.

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.

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.

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.

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.

Utvendige trykk på det spiralrullede rør er også en viktig belastningstilstand, og kan være på 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 4 255 820 (Rothermel m.fl.), beskriver en båndprotese utformet med en tett vevet sylinderformet kjerne som gir aksial stivhet til protesen.

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 4 556 340 (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 4 728 224 (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 4 336 415 (Walling) viser en sammensatt rørenhet for bruk i brønnhull, med anordninger for å transportere produksjonsfluida og elektriske ledninger.

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 3 856 052 (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 646 887 (Stowe m.fl.) har en eller flere ledere lagt inn i en sidevegg av en slange.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 %.

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.

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.

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.

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.

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

(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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

7. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor det har perifert orienterte fibrer tilnærmet vinkelrett med rørets lengdeakse.

8. Komposittrør (22) ifølge ethvert foregående krav, hvor de aksiale stivhetselementer omfatter minst en energiledebane (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).

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.

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>.

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.

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).