NO321996B1 - Flottorventilenhet for nedihulls rordel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår flottørventiler for anvendelse ved inn-kjøring av foringsrør i borehull eller innkjøring av andre nedihulls verktøy i et borehull med liten klaring ved store hastigheter.

Riggingstid er kostbart for brønneiere og -operatører. En måte å redu-sere riggingstiden er å kunne øke den hastigheten som foringsrøret føres inn i borehullet med. Foringsrør inkluderer vanligvis en tilbakeslagsventil nær sin nedre ende. Denne ventilen kan låses i åpen stilling under innkjøring for å tillate fluid å strømme inn i foringsrøret. Denne tilbakeslagsventilen har et nokså lite åpent areal i størrelsesorden omtrent 19 kvadratcentimeter når det føres inn et foringsrør med en størrelse på omtrent 22e til 336 centimeter i diameter. Den lille åpningen i denne tilbakeslagsventilen begrenser hvor fort foringsrøret kan føres inn i borehullet. En overdreven innføringshastighet resulterer i en uønsket oppbygging av trykket på formasjonen som negativt påvirker brannkontrollen og den fremtidige produksjonen fra formasjonen.

Et annet typisk strupingspunkt utenom tilbakeslagventilen nederst på en foringsrørstreng er gjennom en skrapeplugg (eng: wiper plug) nær toppen av foringsrøret når det føres inn. Tverrsnittsarealet til gjennomstrømningshullet i skrapepluggenheten er typisk i størrelsesorden omtrent 19 kvadratcentimeter.

Det er følgelig et mål ved foreliggende oppfinnelse å optimere det tilgjengelige åpne arealet under innkjøring for å muliggjøre hurtigere innkjørings-hastighet for foringsrøret. Apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse er nyttig ikke bare ved innkjøring av foringsrør, men kan også være nyttig for innkjøring av nedihulls verktøy i borehull med forholdsvis liten klaring.

Det frembringes en tilbakeslagsventilanordning for bunnen av en forings-rørstreng med et økt åpent areal. Mange tilbakeslagsventiler frembringes for å sikre at den endelige lukningen virkelig gjennomføres. Under innkjøring er det tilgjengelig omstrømningskanaler i området ved tilbakeslagsventilen og skrapepluggen som øker det normale åpne arealet fra omtrent 19 til omtrent 63 kvadratcentimeter eller mer. Komponenter flyter fritt under innkjøring for å frembringe det større åpne arealet og reposisjoneres deretter med kjente teknikker med å slippe en kule og trykkøkning når foringsrøret har nådd den ønskede dybden.

Figurene 1a-d viser et seksjonssnitt av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse under innkjøring; Figurene 2a-d viser et seksjonssnitt av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse når den ønskede dybden er nådd; og Figurene 3a-d viser et seksjonssnitt av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse i en tilstand hvor det er klart for sementering.

Apparatet A ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i figurene 1a-d. En ventil 10 har en glidemuffe 12 inne i hullet 14.1 den innkjørte posisjonen er portene 16 i åpen stilling for å muliggjøre gjennomstrømning, som representert av pil 18, mens apparatet A kjøres fremover. Et innkjøringsverktøy 20 er forbundet til toppstykket 10 ved gjengene 22. Innkjøringsverktøyet 20 har en kjent konstruksjon og er forbundet til foringsrøret 24 med en rekke krager 26 låst inn i et spor 28. Forlengningsrør-skrapepluggen forbindes til en tetningsutvidelse 30 fra settingsverktøyet med skjærskruer 5.

Forlengningsrør-skrapepluggen 46 har en indre stamme 40 med porter 32. En flottørmuffe eller bevegelig komponent 34 er vist i sin øverste stilling slik at portene 36 i flottørmuffen 34 kommer på linje med portene 32 på den indre stammen 40. Strømning representert ved pil 38 kan gå gjennom disse linjeførte portene. Flottørmuffen 34 sitter i en holder eller stasjonær komponent 40 med åpninger 42 for å tillate gjennomstrømning som representert av pil 44.

Skrapepluggen 46 har en kjent konstruksjon med tillegg av en flottør-muffe 34 og en holder 40.

Nå med henvisning til figur 1d, har foringsrøret 24 en nedre åpning 48 gjennom hvilken strømning kommer inn når foringsrøret 24 føres nedihulls som vist med pil 50. En nedre tilbakeslagsventil 52 gis en oppover føringsretning med en fjær 54.1 den innkjørte posisjonen i figur 1d, er fjæren 54 komprimert fordi den øvre tilbakeslagsventilen 52 støttes ned mot tilbakeslagsventil 52 for å tillate strømning rundt tilbakeslagsventil 52 som angitt med pil 58. En stav 60 holder fjær 62 komprimert og muliggjør med det strømning rundt tilbakeslagsventil 56 som representert med pilene 64.

En brasarm (eng: spider) 66 er gjenget til foringsrøret 24 ved gjengene 68 og har en serie strømningsporter 70 for å tillate gjennomstrømning, som representert av pilene 72. En serie krager 74 stående ut fra brasarm 66 holder staven 60 og hindrer den fra å beveges oppihulls som respons på en førings-kraft fra fjæren 62. En låsering 76 holder kragene 74 på plass i innkjørt posisjon som vist i figur 1d.

Videre oppihulls er en brasarm eller fast komponent 78 festet med gjenger til foringsrøret 24 og har en serie porter 80 for å muliggjøre strømning, som representert med pilene 82.1 midten av brasarmen 78 sitter flottørmuffen 84, til hvilken det er forbundet en konus 86 med en skjærbolt 88. Flottørmuffen eller den bevegelige komponenten 84 har en serie med slisser 90 som mulig-gjør gjennomstrømning som representert med pilene 92. Flottørmuffen 84 til-later videre strømning gjennom et sentrert hull representert ved pil 93. Strøm-ningen representert ved pil 93 går gjennom en åpning i konusen 86 som vist i figur 1d. Konus 86 har en klaring rundt sin periferi inne i foringsrøret 24 slik at strømningen kommer rundt den på utsiden som vist ved pilene 94. Flottør-muffen 84 har en nedre flens 96 som er dimensjonert slik at den kommer i kontakt med låseringen 76 nedenfra slik at den til slutt frigjør kragene 74 slik at staven 60 kan beveges oppihulls, hvilket beskrives senere.

I den innkjørte stillingen entrer strømningen således foringsrøret 24 som representert ved pilen 50. Strømningen fortsetter rundt tilbakeslagsventil 52, som er i åpen stilling, som vist med pilene 58. Strømningen fortsetter rundt tilbakeslagsventil 56 som vist med pil 64. Deretter går strømningen gjennom brasarm 66, representert ved pil 72, og deretter gjennom brasarm 78, som representert ved pilene 82, eller alternativt gjennom flottørventilen 84 gjennom dens slisser 90, som representert ved pilene 92, eller gjennom en sentrert passasje i flottørventilen 84, som representert ved pilen 93. Deretter går strømningen gjennom skrapepluggen 46 (figur 1c), som representert ved pilene 44, og tilbake inn i tetningsutvidelsen 30, som representert ved pilene 38, oppover gjennom hullet 98 (figur 1b) og ut port 16 (figur 1a), som representert ved pilen 18, til toppen av hullet.

Nå som den innkjørte posisjonen er beskrevet, vil den videre opera-sjonen av verktøyet som skissert i figurene 2a-d bli forklart i det følgende. I posisjonen som vist i figur 2, har den nedihulls bevegelsen av foringsrøret 24 opphørt ettersom det har nådd den ønskede dybde. Ved sammenlikning av figurene 2c og 1c, ser en at flottørmuffen 34 er forskjøvet nedover til sin nederste stilling støttet mot holderen 40, hvilket har stengt av portene 32 i holderen 40 fordi portene 36 ikke lenger er i linjeføring med portene 32. Ved å se lenger ned og sammenlikne figurene 2d og 1d, ser en at kombinasjonen av konus 86 og flottørmuffe 84 samlet er beveget nedover slik at brasarm 78 nå støtter opp konus 86.1 denne posisjonen har stav 60 samme posisjon som i figur 1d, og flottørventilene 56 og 52 er således fortsatt i åpen stilling og ute av sine respektive seter selv om det ikke strømmer gjennom dem siden den nedover bevegelsen av foringsrøret 24 har opphørt. Banen representert av pil 94 er nå blokkert av konus 86 som hviler mot brasarm 78.

Nå med henvisning til figurene 3a-d, landes en kule 100 i setet 102 for å muliggjøre nedover forskyvning av glidemuffen 12 for å lukke porten 16. Ytterligere oppbygging av trykket driver kulen 100 forbi setet 102. Den nedover bevegelsen av kulen 100 kan følges ved å sammenlikne figurene 3a-d. Til slutt ender kulen 100 i et sete 104, vist i figur 3d som en del av flottørmuffen 84. På dette tidspunktet er foringsrøret 24 tilnærmet tett innvendig. Anvendelse av trykk mot kulen 100 driver flottørmuffen 84 nedover inntil dens flens 96 kommer i kontakt med låsering 76, hvilket driver låsering 76 nedover og frigjør stav 60 for oppihulls bevegelse siden kragene 74 kan beveges utover nå som ring 76 er forskjøvet. Når staven 60 kan beveges oppover, ekspanderer fjærene 54 og 62 mens flottørventilene 52 og 56 beveges til sine lukkede stillinger som vist i figur 3d. Enheten vist i figurene 3a-d er nå klar for sementering.

Det skal bemerkes at med kulen 100 på setet 104 som vist i figur 3d, før boltene 90 skjæres, kan ytterligere utstyr legges til enheten vist i figurene 3a-d og aktiveres av trykk. For eksempel kan det anvendes et trykk for å sette hydrauliske oppheng i foringsrøret 24 for å henge det opp. Skjærbolten 90, som er vist i figur 3d i avskåren tilstand, kan dimensjoneres etter behov for å tillate flere nivåer av trykkøkninger for å operere annet trykkdrevet utstyr. Et slikt element er et hydraulisk oppheng som kan monteres nedenfor innkjørings-verktøyet 20.1 tillegg kan det anvendes et høyere trykkoppbyggingsnivå for å frigjøre kragene 26 fra sporene 28 for frigjøring av innkjøringsverktøyet 20 som vist i figur 3b.

Fagfolk på området vil se at det frembringes redundans av tilbakeslagsventiler i den foretrukne utførelsesformen. Det kan imidlertid anvendes flere eller færre tilbakeslagsventiler uten at en går ut over oppfinnelsen. Det er viktig å kunne stenge av foringsrøret 24 etter at det er ført inn på plass. Redundansen av tilbakeslagsventiler 52 og 56 sikrer at en slik avstengning virkelig skjer.

Fagfolk på området ser nå at konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjør større strømningsarealer under innkjøring av foringsrøret 24. Dette muliggjør en langt større hastighet ved innføring av foringsrør og sparer riggingstid. Ved anvendelse av deformerbare kuleseter med en kjent konstruksjon, kan størrelsen av kulen 100 reduseres til så lite som 3,75 cm for å unngå problemer med aksess gjennom oppihulls utstyr. Med henvisning til figur 1d, er et større strømningsareale gjort tilgjengelig ved hjelp av en kombinasjon av porter 80, slisser 90 og en sentrert passasje representert med pilen 93 gjennom flottørmuffen 84. Følgelig, for et foringsrør i størrelsesorden fra 22,5e til 32,5£ cm, kan det oppnås et åpent areal som er 62,5cm<2> eller mer gjennom denne sonen. Tilsvarende kan strømningsarealer lenger oppe gjennom muffer så som 34 normalt konfigurert med en skrapeplugg 46 også være et strømnings-begrensende område. Flyteegenskapene til flottørmuffen 34 i kombinasjon med passasjene 42 muliggjør også en økning av strømningsarealet i denne sek-sjonen av nedihullsenheten til et åpent areal som er sammenliknbart med det som er vist i figur 1d. For eksempel, for standard veggforinger som er omtrent 22,5 cm i diameter, kan således det relative åpne arealet på omtrent 62,5 cm<2 >eller større sammenliknes med det totale tilgjengelige innvendige arealet i foringsrøret 24 som er omtrent 390 cm<2>. Følgelig kan det oppnås et åpent areal på omtrent 62,5 cm<2>, eller 15 prosent, eller mer, sammenliknet med flaske-halser ifølge tidligere teknikk som har vært i størrelsesorden 19 til 25 cm<2>, med konstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse. Det er lett å forstå den med-følgende økningen av hastigheten ved innkjøring av enheten.

Det kan frembringes ytterligere strømningsporter gjennom konusen 86 dersom det er ønskelig.

Omkonfigureringen av holderen 40 muliggjør et større åpent areal i området ved skrapepluggen 46 ved å tillate strømning inne i ringrommet 106 rundt den indre stammen 30.

Den ovenfor gitte beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen er utelukkende ment som en illustrasjon, og fagfolk på området vil se at det kan foretas modifikasjoner av den foretrukne konstruksjonen med hensyn til antall, størrelse, fysisk plassering og bevegelse av delene uten at en går utover oppfinnelsen, hvis rekkevidde fullt og helt bestemmes av de følgende patent-kravene.

Claims (19)

1. Apparat for å frembringe et større strømningsareal gjennom et foringsrør (24), med en nedre ende og som føres inn i et borehull, omfattende en første ventil (56) i nevnte foringsrør (24), idet nevnte første ventil selektivt kan stenges for å forhindre strømning inn i den nedre enden av foringsrøret (24); en aktuator i foringsrøret (24) som selektivt kan gå i inngrep med nevnte første ventil, idet nevnte aktuator har en gjennomstrømningskanal, karakterisert ved at: når nevnte første ventil er i åpen stilling, representerer den et minimum strømningsareal gjennom foringsrøret (24), idet nevnte minimum strømnings-areal overstiger 25,8 cm<2> (4 kvadrattommer).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte minimum strømningsareal er omtrent 64,5 cm<2> (10 kvadrattommer).

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at: aktuatoren omfatter en stasjonær komponent montert til foringsrøret (24) og en bevegelig komponent støttet av nevnte stasjonære komponent; og at nevnte bevegelige komponent er flyttbar av fluid som passerer gjennom foringsrøret (24) mens den føres nedihulls for å holde åpen minst én passasje derigjennom.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at: nevnte stasjonære komponent har minst én åpning derigjennom; og at nevnte bevegelige komponent omfatter en muffe (34, 84) med en gjennompassasje, og minst én sideåpning som definerer en annen strømnings-bane i foringsrøret (24).

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at: nevnte første ventil omfatter en låseanordning for å holde den i åpen stilling; og at nevnte aktuator selektivt frigjør nevnte låseanordning for å føre nevnte første ventil å beveges til lukket stilling.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at: nevnte første ventil trekkes med en kraft mot sin lukkede stilling, idet nevnte ventil holdes åpen mot nevnte trekkraft av en krage som holdes til en fast støtte i foringsrøret (24); og at nevnte aktuator omfatter en bevegelig komponent som selektivt frigjør nevnte krage fra nevnte faste støtte.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at: nevnte bevegelige komponent omfatter en flottørmuffe (34,84) med et sete (102,104) ved sin øvre ende, idet nevnte muffe (34, 84) kan beveges for å avdekke ytterligere sidepassasjer gjennom denne når foringsrøret (24) føres inn i borehullet; nevnte sete (102,104) tar imot et objekt (100) sluppet nedihulls for å lande på nevnte sete (102,104) for å gjøre det mulig å forskyve nevnte muffe (34, 84) med fluidtrykk; og at nevnte krage holdes igjen av en ring (76) som forskyves av nevnte muffe når nevnte muffe beveges av fluidtrykk når det er et objekt (100) på nevnte sete (102,104).

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte aktuator omfatter en stasjonær komponent som har en strømningsåpning og som støttes av foringsrøret (24), idet nevnte flottørmuffe (34, 84) støttes av nevnte stasjonære komponent, og nevnte flottørmuffe (34, 84) holder en konus (86) frigjørbart festet til denne, idet nevnte konus (86) er utformet for å føre nevnte objekt til nevnte sete og for å minimere åpningene gjennom nevnte stasjonære komponent når nevnte konus (86) kommer i kontakt med nevnte stasjonære komponent.

9. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en skrapepluggenhet (46) med et andre minimum strømningsareal som er minst like stort som nevnte minimum strømningsareal gjennom nevnte aktivator.

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at det videre omfatter en flottørmuffe (34, 84) montert til en holder på nevnte skrapeplugg (46), idet nevnte flottørmuffe (34, 84) beveges som respons på fremdrift av foringsrøret (24) for å avdekke porter i nevnte holder som frembringer en omstrømningsbane rundt en innvendig passasje i nevnte muffe, idet nevnte omstrømningsbane delvis omfatter nevnte andre minimum strømningsareal.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at nevnte holder har minst én sideport, og nevnte flottørmuffe (34, 84) har minst én sideport, idet nevnte porter i nevnte flottørmuffe (34, 84) og nevnte holder innrettes med hverandre under fremdrift av foringsrøret (24), og nevnte flottørmuffe (34, 84) har en nedre ende som er plassert vekk fra de nedre portene i nevnte holder for å muliggjøre strømning rundt nevnte innvendige passasje i nevnte muffe; hvorpå, ved opphør av rørdelens fremdrift, nevnte flottørmuffe (34, 84) kommer i kontakt med nevnte holder med sin nedre ende og dekker nevnte nedre porter samtidig som nevnte sideporter i nevnte holder og flottøranordning bringes ut av innretning med hverandre.

12. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at: det videre omfatter et rørstykke med åpninger med en glidemuffe med et første sete, idet nevnte port i nevnte stykke er åpen for gjennomstrømning indusert av fremdriften av foringsrøret (24); nevnte første sete (102,104) tar imot et objekt (100) som sperrer det slik at nevnte muffe kan forskyves for å stenge nevnte rørstykke med åpninger; nevnte objekt kan drives frem gjennom nevnte første sete (102,104) slik at det lander mot et andre sete på nevnte bevegelige komponent og blokkerer nevnte gjennompassasje på dette.

13. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved at: nevnte første ventil omfatter en låseanordning som holder den i åpen stilling, mot en kraft som trekker den mot lukket stilling; nevnte bevegelige komponent, når den drives frem av trykk mot nevnte objekt i nevnte andre sete, frigjør nevnte låseanordning slik at nevnte første ventil kan lukkes.

14. Apparat ifølge krav 13, karakterisert ved at nevnte bevegelige komponent landes mot nevnte stasjonære komponent når foringsrøret (24) ikke føres fremover for å blokkere nevnte åpning i nevnte stasjonære komponent hvorpå, når nevnte objekt lander mot nevnte andre sete, strømningsarealet gjennom foringsrøret (24) minimeres for å muliggjøre oppbygging av trykket og drive frem nevnte bevegelige komponent for å låse opp nevnte første ventil.

15. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en andre ventil montert i foringsrøret (24) ved siden av nevnte første ventil; en låseanordning for å holde nevnte første ventil åpen mens nevnte første ventil holder nevnte andre ventil åpen; idet nevnte første og andre ventil lukkes med en føringskraft når nevnte aktuator frigjør nevnte låseanordning.

16. Apparat ifølge krav 15, karakterisert ved at: nevnte låseanordning omfatter en stav (60) gående fra nevnte første ventil, idet nevnte stav (60) holdes på plass av minst én krage (74) støttet av foringsrøret (24) mot en stopper, og nevnte krage (74) er frigjørbart festet til en ring (76); nevnte aktuator omfatter en bevegelig komponent støttet av en fast komponent montert til foringsrøret (24), idet nevnte bevegelige komponent omfatter en muffe med en gjennompassasje, og når nevnte bevegelige komponent føres mot nevnte ring (76), beveger den nevnte ring (76) slik at nevnte første og andre ventil lukkes av føringskrefter.

17. Apparat ifølge krav 16, karakterisert ved at: nevnte faste komponent omfatter åpninger; nevnte bevegelige komponent omfatter et sete (102,104) inntil sin øvre ende og en konus (86) frigjørbart forbundet inntil nevnte øvre ende; nevnte konus (86) engasjerer nevnte faste komponent når foringsrøret (24) ikke drives fremover og blokkerer nevnte åpninger i nevnte faste komponent.

18. Apparat ifølge krav 17, karakterisert ved at: nevnte konus (86) fører et objekt slik at det lander mot og sperrer nevnte gjennompassasje når den lander mot nevnte sete; nevnte konus (86) er festet med en skjærbolt (88) til nevnte bevegelige komponent inntil nevnte bevegelige komponent drives fremover for å forskyve nevnte ring (76) slik at føringskreftene kan tvinge nevnte første og andre ventil i lukket stilling.

19. Apparat ifølge krav 16, karakterisert ved at det videre omfatter et innkjøringsverktøy (20) med en indre stamme (40) som går inn i en holder støttet av en skrapeplugg (46) plassert i foringsrøret (24), en bevegelig muffe (34) i nevnte holder med en gjennompassasje (44), idet nevnte muffe (34) og holder definerer en omstrømningsbane rundt nevnte passasje som holdes åpen ved fremdrift av foringsrøret (24).