NO321974B1 - Anordninger ved testplugg og tetningssystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved en plugg for trykktesting av borehull og lignende i en formasjon eller lignende, omfattende et rør hvori pluggen er montert i et pluggopptakende kammer, og pluggen avtetter passasjen gjennom røret ved samvirkning med tetningsorganer, idet pluggens underside er anordnet (hviler) i et sete i kammeret.

Det er velkjent at produksjonsbrønner innenfor oljeindustrien må testes før de tas i bruk. En av disse testene går ut på å kontrollere at de tåler det trykk som den skal drives ved under olje/gass-produksjonen. Hvis ikke risikerer man at fluider lekker ut av brønnen.

For å gjøre slike tester plasseres det nede i brønnen en plugg som stenger av passasjen. Ved fra overflaten å påføre et trykk ved hjelp av et egnet fluid, kan man over et tidsrom kontrollere at brønnen er tilstrekkelig tett mot lekkasjer. Tidligere brukte man plugger som man trakk opp etter bruk. I den senere tid ønsker man å bruke plugger som man slipper å trekke opp igjen etterpå. Det vil si plugger som enten knuses eller løses opp etter bruk.

I praksis monteres pluggen i form av en såkalt TDP {= Tubing. Disappering Plug) som den nederste delen av tubingen/produksjonsrøret og nedføres innvendig i et fdringsrør, også benevnt en "casing" som på forhånd er montert i brønnen.

Testplugger plasseres i et eget tilpasset sete i tubingen/røret, og det benyttes pakningssystemer i form av vanlige O-ringer for å oppnå tilstrekkelig tetning mot den omliggende rørinnervegg. O-ringene plasseres i en tilpasset utsparing i den indre rørveggen og tetter mot den radielt innenfor beliggende plugg som ligger i sitt sete.

Det er velkjent å benytte keramikk eller glass som materiale i slike plugger, slik det for eksempel er vist i norsk patentsøknad 2000 1801 tilhør-ende søker. Generelt er gtass som materiale i en plugg svært passende for oljeindustrien. Det er nærmest inert mot alle typer kjemikalier og det ufarlig for det personell som skal håndtere pluggen. Dessuten beholder glasset sin styrke ved høye temperaturer, og det kan stå i en oljebrønn i svært lang tid uten å ta skade eller at den nedbrytes. Generelt har produsentene store kunnskaper om glassmaterialer fra tidligere.

Når det gjelder kjent teknikk skal det også vises til US-patentskrift 5.765. 641 og 5.607.017.

Det er kjent at vanlige o-ringer under ekstreme trykk kan skade glasset. Dette skyldes at o-ringen nærmest blir presset/ekstrudert ut forbi o-ringsporet og skader glasset med for høyt flatetrykk, ved at det oppstår riss og mikro-sprekker i glasset.

Det er kjent at plugger (TDP) av keramikk/glass omfatter en sprengladning som, når testene er avsluttet, detoneres slik at pluggen knuses og passasjen åpner for fri gjennomstrømning. Fordelen med en slik knusning er at det keramiske materialet eller glasset knuses tit små partikler som enkelt spyles ut av brønnen uten å etterlate noen rester som kan være skadelige. Normalt har slike sprengladninger vært inkorporert i selve pluggen, ved at det fra oversiden har vært utboret et eller flere utsparinger/huller for plassering av sprengladningen. Dette medfører imidlertid en svekkelse av pluggstrukturen, idet det lett kan oppstå riss og sprekkdannelser i glasset når den utsettes for høye trykk eller trykkvariasjoner under de forberedende testene.

Samtidig er det et ønske fra industrien om å kunne benytte stadig høy-ere arbeids-trykk i produksjonsbrønner. Dette setter stadig større krav tit test-pluggens yteevne, dvs. hva den må kunne tåle av krefter, idet disse kreftene etter hvert kan bli så store at anleggsarealet blir for lite, og dermed risikerer man at glasset knuses mot anleggsflaten.

Man har funnet at utformingen av setet, og dermed den pluggflate som skal hvile mot setet, kan ha en stor innflytelse på hvilke trykk pluggen kan tåle.

Fra tidligere er det også kjent løsninger hvor hele eller deler av pluggen er fremstilt av gummi, og hvor en seksjon omfatter et kjemikalium som løser opp gummipluggen når testen er ferdig og en ønsker å fjerne pluggen. Under operasjoner fra flytende rigger vil imidlertid denne metode være altfor usikker og langsom, sett i lys av driftskostnadene for en slik plattform. For her må man vite det nøyaktige tidspunktet når pluggen er fjernet og passasjen gjennom brønnen åpner.

På bakgrunn av det ovenstående er det et formål med oppfinnelsen å frembringe en ny pluggkonstruksjon som overvinner de ovennevnte ulemper, dvs. en konstruksjon som konstruert og anordnet slik at den kan tåle høyere trykk under testprosedyrene.

Det er også et formål med oppfinnelsen å frembringe en ny utforming av setet som pluggen skal ligge an mot.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å frembringe en ny konstruksjon av en plugg som kan gi en forbedret tetningsfunksjon, og som av den grunn, kan tåle mye høyere trykkbelastninger enn tidligere.

Det er et ytterligere formål å frembringe en ny konstruksjon for plassering av en sprengladning i forbindelse med en plugg.

Det er et ytterligere formål å frembringe en ny konstruksjon av pakningssystemet til en plugg, slik at en unngår de ulempene som er skissert ovenfor.

Anordningen ved pluggen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at pluggen omfatter et sylindrisk hovedplugglegeme og minst én sylindrisk forlengelse med mindre diameter enn hovedlegemet, hvilken forlengelse med en gitt utstrekning rager i en aksialretning i røret.

Ifølge en foretrukket utførelse er det, i tilknytning til hver pluggforlengelse, anordnet i tilknytning til hver pluggforlengelse anordnet minst ett tetningsorgan, i form av en ringpakning.

Ifølge en særlig foretrukket utførelse, rager pluggforlengelsen ovenfor hovedplugglegemet, mens den ifølge en alternativ løsning rager nedenfor hovedplugglegemet.

Disse og de øvrige foretrukne utførelsene av anordningen ved pakn-ingen ifølge oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige kraven 2-13.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning tii de etter-følgende figurer, hvori: Figur 1 og 2 viser en plugg plassert i et tubing/produksjonsrør ifølge tidligere kjente løsninger, henholdsvis den nye løsning ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser et tverrsnitt av pakningsseksjonen slik den normalt er utformet med dagens løsning. Figur 4 viser et tverrsnitt av pakningsseksjonen slik den er utformet ifølge den nye oppfinneriske løsning. Figur 5 viser et perspektivriss av den nye pluggkonstruksjon til anvend-else i pakningsseksjonen ifølge figur 4. Figur 6A viser et skjematisk tverrsnitt av en plugg ifølge figur 5 innsatt i røret. Figur 6B og 6C viser respektive skjematiske tverrsnitt av en plugg med en oppadragende sylindrisk del og en nedadragende sylindrisk del. Figur 7 viser en plugg med den nye detoneringskonstruksjon ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser en tubing eller produksjonsrør 10 av den tidligere kjente type, og hvori det er innmontert en plugg 12. Pluggen 12 er plassert i en utvidet seksjon 14 av røret 10, hvilken seksjon 14 har litt større diameter enn resten av røret for å gi plass til pluggen. Pluggen 12, som har form av et sylindrisk legeme, hviler med sin underside 16 mot et ringformig skulderformig sete 18 i bunnen den utvidete seksjon. En "skarp" egg 20 danner overgangen mellom pluggens overside 22 og sideflaten 24.

Setets 18 flate danner en rett vinkel med rørets 10 langsgående akse X. Første og andre pakningsringer (O-ringer) 23 henholdsvis 25 er montert i rørseksjon-ens innervegg. Disse danner tetning mot pluggens ytterflate.

Det har vist seg at ved bruk av glassplugger 12 (dvs. av keramikk), med-fører den rettvinklede skulderutforming av setet 18 at pluggen utsettes for unødig høye belastninger, Det oppstår følgelig hyppig riss og sprekker som lett kan føre til at hele pluggen bryter sammen.

Det har nå vist seg at dersom man utformer setet, og den motsvarende underside av pluggen med en skråformet flate i forhold til rørets 10 lengdeakse X, får pluggen mye større evne til å tåle høye trykk og trykkpulser.

Anleggssetet, og pluggens tilhørende hvileflate utformes derfor som vist på figur 2, idet den "skarpe" eggen 20 i figur 1 er erstattet med en skråformet ringflate 26'. I tilknytning til pluggens overside er det utformet en tilsvarende ringflate 26". Innvendig i kammeret 30 er det i rørets innervegg utformet et motsvarende utformet nedre sete 28<*> hvorpå pluggen 12 hviler med sin ringflate 26. Dessuten er pluggens overside utformet med en tilsvarende skråflate 26" som passer til et skråsformet sete 28" i kammerets 30 øvre del. I det viste tilfeltet danner flatene 26\26"-28',28" en vinkel på 45° med røraksen X. Flatevinkelen kan for øvrig være mellom 30° og 60°.

Den seksjon som skal inneholde den fjernbare pluggen må være desig-net slik at den ikke hindrer den senere driften av produksjonsrøret. Dessuten må ikke pluggseksjonen ha en for stor tykkelse (diameter) fordi det kan føre til at oljeselskapet må benytte casing/foringsrør med tilsvarende større tykkelse. Siden foringsrørene kan ha lengder på over 10 kilometer, vil en for tykk pluggseksjon kunne føre til store ekstrakostnader for produksjonsselskapet. I ut-gangspunktet er formålet med denne del av oppfinnelsen, å frembringe et pluggkammerdannende rørseksjon med så stor indre kammer diameter som mulig, og med så liten rørseksjons-diameter som muiig.

Det er derfor et formål med oppfinnelsen å frembringe en pluggseksjon med redusert tykkelsesdimensjon (diameter). Dette er oppnådd ved at pak-ningskonstruksjonene 23,25 i innerveggen, er respektive flyttet fra selve plugg-kammeret 30, se figur 3, til de sylindriske seksjoner 32,34 som er beliggende like over og like under kammeret 30, slik det vises på figur 4. Med denne metoden, som gir redusert last på glasspluggen, kan det fremstilles smalere anleggsflater uten at glasset påføres skader. Derved kan kammerets 30 tverr-snittsdiameter reduseres fra D vist på figur 3 til d vist på figur 4. Med denne løsning kan det hydrauliske arealet reduseres med 30-50%. Dvs. en tilsvarende mindre last ved samme trykk.

Konsekvensen av denne nye konstruksjon er at pluggseksjonen kan gjøre smalere, og derved redusere diameterbehovet for fdringsrør og produksjonsrør.

Den nye pluggkonstruksjon ifølge oppfinnelsen som er tilpasset til pak-ningsplasseringen ifølge figur 4, fremgår av figur 5. Pluggen er utformet som en relativt langstrakt sylinder og med en midtre pluggseksjon 42 med større diameter enn de øvre hhv nedre seksjonene 44 hhv 46 (se nedenfor). Fra plugg-seksjonens 42 respektive topp/bunn-flater rager det utad en kortere sylindrisk seksjon 44 hhv 46, også benevnt en aksling. De perifere sylinderflater 41,43 er innrettet til å opprette den nødvendige tetningen med pakningene (O-ringene) 23,25.

Utførte forsøk har vist at ved å anvende denne glassplugg med nevnte akslinger 44,46, og hvor tetningen skjer utenfor selve kammeret 30, reduseres den hydrauliske last med 35-50%, noe som er svært viktig, og faktisk kan være helt avgjørende for HPHT-brønner. HPHT står for High Pressure-High-Temperature.

Pluggen ifølge oppfinnelsen får derved en mye høyere ytelse enn de tidligere kjente pluggene. Figur 6A viser skjematisk et tverrsnitt av nevnte plugg ifølge figur 5, og som er innsatt i røret 10. Figur 6B viser skjematisk et tverrsnitt av den løsning hvor den sylindriske forlengelse 44 rager oppad fra selve plugglegemet 42, mens figur 6C viser løsningen med forlengelsen 46 ragende nedad fra legemet 42.

Av det forangående vil det framgå at pluggen 42 er innrettet til å tåle trykkpåkjenninger gjennom røret fra begge sider av pluggen. Dvs. både fluid-trykk fra oversiden og forekommende trykk av fluider (olje/gass) fra forma-sjonen (undersiden).

Fjerning av <p>luaa ved sprengning.

Det er kjent å plassere eksplosiver inne i en glassplugg. Når disse detoneres, sprenges pluggen i mindre biter som enkelt spyles ut av brønnen uten å etterlate noen rester som kan være skadelige. Tester viser likevel at pluggen blir svakere og man får lett feilfunksjoner.

Dette er løst ifølge oppfinnelsen ved at det i tilknytning til pluggen er anordnet en detonasjonsseksjon hvori en eller flere eksplosive ladninger er plassert.

Et eksempel på denne løsning er vist på figur 7. Figuren viser pluggen 12 plassert i tetningskammeret 30 med pakninger 23,25. På oversiden av pluggen er det anordnet en detonasjonsseksjon 5 som kan være utformet i ett med selve glasspluggen 12, eller omfatte en selvstendig seksjon som på en egnet måte er sammenføyd med glasspluggen 12. På figuren er det antydet en løsning hvor seksjonen 50 omfatter to delseksjoner 52,54, hver inneholdende en detonasjonsenhet. I disse delseksjoner, som også kan være støpt i glass, er selve de eksplosive ladningene 56,58 plassert

Det vesentligste med denne utførelse er at man får en sikrere og enklere behandling av pluggen når eksplosivene detoneres.

Videre beholder pluggen sin opprinnelige trykkstyrke uten hull når den i seg selv ikke omfatter noen utboring eller andre inngrep for eksplosivene.

Driftsikkerhet er også et moment med valg av denne løsningen. I en plugg kan en vanskelig ha mer enn ett hull, for med flere hull/utboringer, reduseres pluggstyrken vesentlig.

Men ved bruk av delseksjonene som vist på figur 7, kan denne være trykkavlastet og ikke få noe problemer eller svakheter med høyt trykk.

Fordelen med å ha en todelt detoneringsseksjon er at man bevarer detoneringsfunksjonen selv om en av ladningene skades, eller at glasset sprekker i seksjonen.

Detoneringsseksjonen, som kan være en separat støpt enhet, kan være forbundet med (låst ned mot) glasspluggens 12 topp 60 med en enkel låse-mekanisme, eks en o-ring. Denne O-ring, vist ved 61, er festet i rørets 10 innervegg like over pluggtoppen 60 og bidrar til å holde detoneringsseksjonen på plass. Men denne O-ringen er ikke ment å skulle ha noen tetningsfunksjon.

Den anvendte glasspluggen ifølge oppfinnelsen, fungerer slik at den i sin helhet tetter passasjen gjennom produksjonsrøret. Derved er det mulig å foreta en test av røret. Ved en slik test trykksetter man rommet over pluggen. Dersom rommet kan holde på trykket, regner man at det er tett, dvs. at det ikke skjer lekkasjer.

For å aktivere og ødelegge pluggen, skjer dette ved bruk av eksplosiver og en trykkstyrt tenner.

Ved foreliggende oppfinnelse har man oppnådd store fordeler ved

1 At glasspluggen utstyres med en type aksel med omtrent samme ytterdiameter som "housingens" indre diameter og at tetningene legges på denne ytterflate, og 2 at eksplosivene eller andre mekanismer for fjerning av pluggen plasseres i en egen enhet som står utenfor glasspluggen og ikke endrer pluggens trykkrating.

Claims (1)

1. Anordning ved en plugg for trykktesting av borehull og lignende i en formasjon eller lignende, omfattende et rør (10) hvori pluggen (46) er montert i et pluggopptakende (30) kammer, og pluggen avtetter passasjen gjennom røret ved samvirkning med tetningsorganer (23,25), idet pluggens underside er anordnet (hviler) i et sete i kammeret, karakterisert ved at pluggen omfatter et sylindrisk hoved-plugglegeme (42) og minst én sylindrisk forlengelse (44,46) med mindre diameter enn hovedlegemet, hvilken forlengelse med en gitt utstrekning rager i en aksialretning i røret.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at minst et tetningsorgan, i form av en ringpakning (23,25), er anordnet i tilknytning til hver pluggforlengelse (44,46).

3. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pluggforlengelsen (44) rager ovenfor hovedplugglegemet (42).

4. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at pluggforlengelsen (46) rager nedenfor hovedplugglegemet (42).

5. Anordning i samsvar med et av kravene 3 og 4, karakterisert ved at i tilknytning til hver pluggforlengelse (44,46) er det anordnet to ringpakninger (23,25).

6. Anordning i samsvar med krav 1-2, karakterisert ved at pluggen omfatter to pluggforlengelser (44,46) som respektive rager ovenfor og nedenfor hovedplugglegemet (42).

7. Anordning i samsvar med krav 6, karakterisert ved at det i tilknytning til pluggforlengelsene (46) er anordnet to innbyrdes atskilte ringpakninger (23,25).

9. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved de en og/eller to sylindriske forlengelser (44,46) er integrert med selve hoved-plugglegeme (42)

10. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved den del av pluggens (12) underside som skal hvile mot setet, danner på i og for seg kjent måte en vinkel i området 10-80" med pluggens lengdeakse (X), særlig i området 30-60°, og aller mest foretrukket er vinkelen 45°.

11. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at tetningsorganene (23,25) er anordnet i tilknytning til røret (12).

12. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, hvor pluggen er innrettet til å desintegreres ved knusning ved detonering av en spreng land ing, karakterisert ved at sprengladningen (56,58) er anordnet i den separate pluggseksjon (52,54)som er beliggende utenfor kammeret.

13. Anordning i samsvar med krav 12, karakterisert ved at den separate seksjon er inndelt i to delseksjoner (52,54) hver inneholdende en sprengladning (56,58).