NO322455B1 - Oppblasbar pakningsinnretning som omfatter en elastomerisk kappe - Google Patents

Description

OPPBLÅSBAR PAKNINGSINNRETNING SOM OMFATTER EN ELASTOMERISK KAPPE

Oppfinnelsen vedrører en oppblåsbar pakningsinnretning som omfatter en avansert elastomerisk kappe.

Slik uttrykket "oppblåsingsbegynneIse" brukes i dette skrift, viser det til det sted eller punkt på innretningens utside hvor første bøyning i innretningens kontur forårsaket av effektiv oppblåsing ventes å oppstå. Oppblåsingsbegynnelse kan forekomme på flere steder eller punkter, avhengig av hvilken utforming som er valgt.

Slik uttrykket "oppblåsingselement" brukes i dette skrift, betyr det: den undersammenstilling som generelt består av blæren, ribbene, kappen, de øvre festemidler og de nedre krager eller festemidler.

Slik uttrykket "kontaktpunkt" brukes i dette skrift, betyr det: det første og deretter siste ventede grensesjiktsted mellom innretningens utside og brønnens vegg under effektiv oppblåsing.

Slik uttrykket "effektiv oppblåsing" brukes i dette skrift, betyr det: mengden ekspandering av blæren under settingen av pakningsinnretningen, fra apparatets innkjøringsposisjon og til fra ikke mer enn omtrent 70 volumprosent til ikke mer enn omtrent 85 volumprosent av blærens innvendige rom når den er ferdig satt i borehullet.

Slik uttrykket "utgangsvinkel" brukes i dette skrift, betyr det: vinkelen mellom en rett linje langs den innvendige dia-meters vegg i brønnen, hvilken linje er parallell med brøn-nens lengdeakse og passerer gjennom et kontaktpunkt, og en rett linje trukket tangentielt til den ytre flate av innretningen over et lengdestykke som strekker seg fra kontaktpunktet over en avstand på omtrent én innkjøringsdiameter, idet •også denne linje passerer gjennom samme kontaktpunkt. Borehullets lengdeakse og de to linjer som avgrenser utgangsvinkelen, må alle befinne seg i samme plan.

Slik uttrykket "ekspansjonsprofiler" brukes i dette skrift, betyr det: overgangsformene som det fleksible parti av opp-blås ingselementet antar under effektiv oppblåsing.

Slik uttrykket "ensartede oppblåsingsprofiler" brukes i dette skrift, betyr det: den omstendighet hvor de "ekspansjonsprofiler" som oppblåsingselementet antar, er meget nær rettlin-jede profiler fra kontaktpunktet til enden av kragen.

Slik uttrykket "ekspansjonsforhold" brukes i dette skrift, betyr det: forholdet mellom det ferdig satte oppblåsingsele-ments diameter dividert på oppblåsingselementets innkjørings-diameter .

Oppblåsbare pakninger, broplugger og lignende har lenge vært benyttet i underjordiske brønner. Slike oppblåsbare verktøyer omfatter vanligvis et oppblåsbart elastomerisk blæreelement

som er anbrakt konsentrisk om et midtre legemeparti, slik som et rør eller en spindel. En mantel av forsterkende spiler eller ribber er typisk tilveiebrakt på utsiden rundt blæren med en elastomerisk pakningskappe som er anbrakt konsentrisk om i det minste et parti av mantelen. Vanligvis vil et midtparti

av mantelen være blottlagt og uten kappe for å tilveiebringe et forankrende inngrep for pakningen mot veggen i brønnen. Trykksatt fluid blir overført fra toppen av brønnen eller det indre av borehullet ved hjelp av en brønnpumpe til det indre av legemet og derfra gjennom radiale passasjer tilveiebrakt for slikt formål eller ellers rundt utsiden av legemet til det indre av blæren under oppblåsing.

Normalt går et øvre festemiddel i inngrep med den øvre ende av den oppblåsbare elastomeriske blære og den forsterkende mantel (dersom slik er innbefattet i utformingen), og fester på tettende vis den øvre ende av blæren i forhold til legemet, mens en nedre krage eller festemiddel går i inngrep med den nedre ende av blæren og den forsterkende mantel og fester den nedre ende av blæren for glidbar og tettbar bevegelse i forhold til utsiden av legemet som reaksjon på oppblåsings-krefter. Den elastomeriske kappe kan være festet til utsiden av mantelen eller være plassert rundt utsiden av blæren på kj ent måte.

Med oppblåsbare pakninger av denne type er det blitt obser-vert at blærens parti i tilstøting til pakningens utildekkede mantelavsnitt blåses opp for tidlig før de andre partier av blæren som er forsterket mot ekspansjon av den forsterkende mantel og/eller det elastomeriske pakningskappeelement. Når oppblåsingselementet ekspanderes, beveger den ene ende av blæren seg mot den andre ende av innretningen, og blæreområ-det i tilstøting til den utildekkede mantel blåses opp til det møter veggen i borehullet som kan være foret med forings-rør eller være uforet. Dersom borehullet ikke er foret med foringsrør, vil borehullet ha jordvegg, og dersom borehullet er foret med foringsrør, vil veggen i borehullet være den innvendige diameterflate i foringsrøret.

Det er ved en rekke utforminger ifølge eldre teknikk lagt

merke til at når driftsbetingelsene omfatter moderate ekspan-sjons forhold, oppstår det en tilbøyelighet til at blæren kni-per rundt utsiden av legemet, hvorved det opprettes enten en tetning eller en sammenrullet fold i blæren som noen ganger hindrer effektiv overføring av ytterligere fluid til hele blæren og hindrer sammenhengende forplantning av oppblåsingen. Knipetetningen og/eller folden(e) kan bli innesperret i blæren, hvoretter de hindrer ytterligere passasje av fluid som brukes for å blåse opp blæren, og derved hindrer fluid fra å nå de fjernestliggende blærepartier som skal blåses opp. Når dette skjer under drift, fører det alltid til et forhold med myk setting og faren for tap av tetning mellom kappen og borehullet. Dette problem er drøftet inngående i Eslinger m/fl "Design and Testing av High-Performance Inflatable Packer" (Utforming og testing av oppblåsbar høyeffekts-pakning), SPE 37483, Society of Petroleum Engineers (1997).

Folder i blæren kan ventes å oppstå i innretninger ifølge eldre teknikk, som den vist på fig. 18, når ekspansjonsforholdet er større enn 2:1. Utførelser av denne art har av natur større utgangsvinkler og ugunstige ekspansjonsprofiler når ekspansjonsforholdet er omtrent 2:1 eller mer. Ved bruk av utformingen ifølge den herværende oppfinnelse styres fortrinnsvis utgangsvinkelen til ikke mer enn omtrent 15°, og oppblåsningselementet får en ensartet oppblåsningsprofil, og det oppstår derfor ikke noen folder eller knipinger selv om ekspansjonsforholdet er 3:1 eller endog høyere. Elimineringen av tilbøyeligheten til å danne folder eller knipinger ifølge den herværende oppfinnelse kan tilskrives de usedvanlig små utgangsvinkler gjennom hele oppblåsingen og forplantningen av ensartede oppblåsingsprofiler gjennom hele den effektive oppblåsing.

Dannelsen av folder skaper uvanlig høye treaksiale spenninger og belastninger i nærheten av folden. Disse treaksiale spenninger og belastninger skaper på tilsvarende måte en tilstand som forårsaker stedfestet svikt i blæren gjennom sprekk-og/eller riftdannelse. Svikt oppstår på grunn av at de fysis-ke egenskaper ved det elastomeriske materiale som utgjør blæren, ikke er tilstrekkelige til å overleve de stedbestemte treaksiale spenninger og belastninger. Med unntak av innret-ningene beskrevet i amerikansk patent nr. 5,469,919, amerikansk patent nr. 5,564,504 og amerikansk patent nr. 5,813,459 får alle andre innretninger ifølge eldre teknikk som har en elementkonstruksjon lignende den vist på fig. 18, store utgangsvinkler og ugunstige ekspansjonsprofiler når ekspan-sjons f orholdet er større enn 2,00:1, dvs. utgangsvinkler større enn 25° ved et ekspansjonsforhold på 2:1 og ekspansjonsprofiler lignende den vist på fig. 18. En ekspansjonsprofil ville bli bedømt å være ugunstig dersom skråningen på den utvendige flate på noe sted på oppblåsningselementet overskrider 15° i forhold til borehullets lengdeakse. Uttrykket "ugunstig ekspansjonsprofil" gjelder bare for partiet av oppblåsingssyklusen med "effektiv oppblåsing". Tilbøyelighe-ten til å danne knipetetninger og folder er direkte knyttet til uønskede kombinasjoner av ekspansjonsforhold, utgangsvinkler og ekspansjonsprofiler hos innretningen. Ved innretninger ifølge eldre teknikk oppstår knipetetninger og folder ved kombinasjonen utgangsvinkler som er større enn omtrent 15° og et ekspansjonsforhold som er større enn omtrent 2,35:1.

Med hensyn til kapper vil utgangsvinkelen for innretninger ifølge eldre teknikk, bortsett fra dem i de foretrukne utfø-reiser i oppfinnerens forannevnte patenter, ved ekspansjonsforhold på 2:1 være større enn 20°, og kombinasjonen av en utgangsvinkel som er større enn 20°, og et ekspansjonsforhold større enn omtrent 2:1, er blitt sett å føre til sprekkdannelse og rifter i kapper. Så snart det oppstår én eller flere rifter, resulterer dette i uensartet avstand mellom ribbene. Uensartet lastfordeling inne i kappen forekommer også og resulterer i at kappen generelt blir usammenhengende. Disse forhold kan i sin tur resultere i at blæren presses ut mellom ribbene, hvilket kan resultere i senere svikt i blæren og at innretningen ikke fungerer.

I amerikanske patenter nr. 5,469,919, 5,564,504 og 5,813,459 med tittelen "Programmed Shaped Inflatable Packer Device"

(Programmert fasongformet oppblåsbar pakningsinnretning), ut-stedt 29. september 1998, beskrives fremgangsmåter for å minske dannelsen av knipetetninger og folder under oppblåsing av innretninger ifølge eldre teknikk ved at det brukes en utforming som innbefatter en rekke fasongstyrende midler på en elastomerisk pakningskappe langs lengden av blæren i form av høy- og lavmodulseksjoner av ulike lengder og tykkelser. Selv om denne utforming er et fremskritt innenfor teknikken, gir utformingen av seksjonene forholdsvis skarpvinklede overgangsskråkanter og betydelige størrelsesforskjeller mellom de høye og lave moduler. Disse skråkanter og forskjellige dia-metrer er av slik størrelse at de lett kan registreres med det blotte øye. De korte overgangsskråkanter gir opphav til stedbestemte spenninger og belastninger i ekspanderte kapper. Disse stedbestemte spenninger og belastninger kan forårsake dannelse av sprekker og/eller rifter i kappene, hvilke til slutt kan føre til at innretningen svikter.

I en annen innretning ifølge eldre teknikk, hvilken ble utsatt for driftsbetingelser som har ekspansjonsforhold 2,35:1 og 3:1, var den minste utgangsvinkel som kunne oppnås, omtrent 15° henholdsvis 23°. Denne innretning benyttet en modell med platåkappestykke i overensstemmelse med amerikansk patent nr. 5,469,919, amerikansk patent nr. 5,564,504 og amerikansk patent nr. 5,813,459 og er blitt gjort kommersielt tilgjengelig av High Pressure Integrity, Inc. under produkt-navnet "Z-44". Selv om dette produkt var et fremskritt og en forbedring fremfor andre innretninger ifølge eldre teknikk, forårsaket variasjonene med kappestykker av konstant tykkelse med brå og relativt korte overganger fra én tykkelse til en annen sammenligningsvis høye stedbestemte strekk- og belastningskonsentrasjoner i kappen, hvilke av og til resulterte i sprekkdannelse og riftdannelse i kappen. Z-44 og lignende innretninger oppviste alltid ribbebøyning og ble av og til utsatt for at blæren ble kuttet opp av en ribbe. I tillegg oppviste oppblåsingsprofiler snarere platåstykker (stykker med konstant diameter langs innretningens lengde) enn relativt rette skrånende profiler i stykket mellom siste kontaktpunkt med foringsrøret (POC) og enden av kragen. I tillegg dempet modellen med platåkappestykket dannelsen av knipinger og folder i blæren ved moderate ekspansjonsforhold, men eli-minerte ikke forekomsten av dem ved ekspansjonsforhold større enn 2,35:1.

Amerikansk patent nr. 5,702,109 beskriver en oppblåsbar pak-nings innretning som omfatter et rørformet element som har en elastomerisk kappe med et ekspansjonsforhold 3:1 og spiral-bånd viklet rundt sin lengdeakse i en vinkel på 10° til 15° i forhold til denne.

Evnen til vellykket å klappe sammen og hente ut en oppblåsbar innretning er et vanlig driftskrav. En kniping eller folde kan likevel ha blitt dannet i blæren under oppblåsing selv om oppblåsingselementet bevirket en tilfredsstillende tetning mot veggen i brønnen. Under sammenklapping kan en folde knipe og tette rundt legemet, hvilket hindrer overføring av fluid ut fra de nedre partier av blæren og derved hindrer fullsten-dig sammenklapping av blæren. Når en folde først er dannet, blir den permanent innestengt i blæren og fører til flere blærelag nedenunder ribbene. Disse lag fører i sin tur til en sammenklappet diameter som er større enn oppblåsingselementets innledende innkjøringsdiameter. Uthenting av innretningen til jordens overflate blir derved brakt i fare siden innretningen kanskje ikke blir i stand til å passere gjennom innsnevringer i borehullet når den beveger seg oppover i dette .

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en oppblåsbar pakningsinnretning til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg, hvor nevnte innretning kan føres inn i borehullet på en transportmekanisme og kan blåses opp med trykksatt fluid overført til innretningen fra en fluidkilde for å tette innretningen mot veggen i borehullet ved oppblåsing, og hvor nevnte innretning omfatter et hus, et middel for effektivt å bringe huset i inngrep i forhold til transportmekanismen, en oppblåsbar blære båret av nevnte hus; og elastomerisk kappeelement anbrakt utenpå blæren for å tette mot veggen i borehullet, hvor nevnte kappeelement er programmert for å tilveiebringe et kontinuerlig glatt ytre overflateareal som strekker seg fra et kontaktpunkt under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel på ikke mer enn omtrent 20° ved ekspansjonsforhold på opp til omtrent 3:1 og en ensartet ekspansjonsprofil som omfatter en gradert reduksjon i kappeelementets tykkelse mellom den innledende ytre diameter og den innledende indre diameter under fremstilling.

Det er tilveiebrakt en oppblåsbar pakningsinnretning slik som en broplugg, pakning, sementsperre, osv. til bruk i et underjordisk borehull. Borehullet har en vegg som kan være enten åpent hull eller foringsrør, og bruken av uttrykket "vegg" eller "borehullsvegg" innebærer enten åpent hull eller hull foret med foringsrør. Pakningsinnretningen kan føres inn i borehullet på en "transportmekanisme", slik som kveilrør, produksjons- eller overhalingsrør, tradisjonelt gjenget rør, kabel, elektrisk ledning eller lignende. Innretningen blåses opp på kjente måter med trykksatt fluid som overføres til innretningen fra en fluidkilde for å bevirke at pakningsinnretningen tetter mot veggen ved oppblåsing.

Pakningsinnretningen innbefatter et hus som fortrinnsvis har en langstrakt spindel som strekker seg mellom hver av husets ender. Det er tilveiebrakt midler på huset for å bringe huset effektivt i inngrep i forhold til transportmekanismen'. Slikt inngrep kan være direkte, slik som via gjenger, eller det kan være indirekte ved tilveiebringelse av et setteverktøy som er forbundet med transportmekanismen i sin ene ende og til pakningsinnretningen i sin andre ende. En oppblåsbar elastomerisk blære er innbefattet langs huset og anbrakt konsentrisk rundt spindelen. Et elastomerisk kappeelement er anbrakt utenpå blæren for å tette mot veggen i borehullet. Kappeelementet er fortrinnsvis programmert til å tillate kappeelementet å ha et kontinuerlig glatt ytre overflateareal som strekker seg fra et kontaktpunkt under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel på ikke mer enn omtrent 10°, hvorved det er tilveiebrakt en ensartet ekspansjonsprofil på kappeelementet for å fortrenge brønnfluider mellom veggen i borehullet og utsiden av kappen under effektiv oppblåsing. På en slik måte dempes ribbebukting og kniping eller folding av blæren rundt spindelen under slik oppblåsing. Den resulterende ensartede kontinuerlige glatte ytre flate på kappen er tilveiebrakt ved hjelp av arrangert variasjon i blærekomponentens opprinnelige tykkelse under fremstilling.

Utformingen av pakningsinnretningen kan legge til rette for ett enkelt kappeelement som strekker seg fra nær den ene ende av huset til nær den andre ende av dette. Pakningsinnretningen kan også være tilveiebrakt i en utforming hvor det er tilveiebrakt flere kappeavsnitt langs husets lengde med en rekke ekspanderbare metalliske spiler som strekker seg langs omkretsen, og som er utildekket direkte overfor borehullet mellom slike kappeavsnitt, for å forankre pakningsinnretningen under setting. Foretrukne utførelser av oppfinnelsen innbefatter en pakningsinnretning som har en utforming hvor det finnes en flerhet av punkter for innledende kontakt med den kontinuerlig glatte konturutforming til kappeelementet som strekker seg mot hver ende av huset.

Utformingen av oppfinnelsen eliminerer enhver skarp endring i kappetykkelse, slik som "trinnvise" variasjoner som er så dramatiske at de lett kan identifiseres, både visuelt og ved berøring. Alle tykkelser i kappen er med hensikt gradert over forholdsvis lange stykker, hvilket resulterer i eliminering av spennings- og belastningskonsentrasjoner i kappeelementet knyttet til endringer i tykkelse, og sikring av kontinuerlig ubrutt/homogen tettende kontakt for kappeelementet overfor brønnveggen. Slike konturer reduserer tilbøyeligheten til innledelse av rifter i kappen i motsetning til noen innretninger ifølge eldre teknikk som bare forsøker å stanse forplantningen av en rift i kappen via brå endringer i kappetyk-kelsen.

Evnen til innretningen ifølge den herværende oppfinnelse til å hindre riftdannelse i kappen er et direkte resultat av kombinasjonen av meget små utgangsvinkler og reduksjonen i spennings- og belastningskonsentrasjoner i kappen. Disse trekk oppnås ved tilveiebringelse av kontinuerlig inngrep mellom variasjoner i kappens tykkelse uten skarpe eller brå vinkel-endringer mellom slike konturer under effektiv oppblåsing av innretningen idet det holdes fast ved den herværende oppfin-nelses modell med liten utgangsvinkel.

Oppfinnelsen tillater således, i det minste i foretrukne ut-førelser, arrangering av varierende avanserte konturer og utforminger i kappeelementet for å tilveiebringe en ensartet ekspansjonsprofil på en ventet, dvs. forhåndsbestembar, måte, hvilken kan oppnås med bare minimal eller nominell eksperi-mentering som vil ligge innenfor vanlig fagkunnskap hos dem som er kyndige innenfor utforming og bruk av oppblåsbare elastomeriske innretninger til bruk i underjordiske brønner, og ved å holde fast ved dette skrifts lære.

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen tilveiebringer en oppblåsbar pakningsinnretning som har en kombinasjon av en ut-merket ensartet ekspansjohsprofil under effektiv oppblåsing og minimale utgangsvinkler under hele oppblåsingssyklusen. Denne kombinasjon resulterer i en sammenhengende forplantning av ekspansjonsprofiler, hvilken ikke kan oppnås med noen innretninger ifølge eldre teknikk.

Noen foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempel, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 til 17 utgjør en opprissekvens som illustrerer oppblåsingssyklusen for det foretrukne arrangement for kappen i et apparat i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse i den foretrukne utforming på fig. 19, idet det simuleres en faktisk setting rundt veggen i en foringsrørledning nede i borehull; Fig. 18 er en skjematisk vertikal illustrasjon delvis i tverrsnitt av en oppblåsbar pakningsinnretning ifølge eldre teknikk som settes i en underjordisk brønn med en resulterende utgangsvinkel som er godt over maksimumsvinkelen ifølge den herværende oppfinnelse, hvilket resulterer i skarpe vin-keloverganger i kappen langs avsmalningslinjen definert av utgangsvinkelen; Fig. 19 er et forstørret lengderiss av en innretning som omfatter den herværende foretrukne utforming av kappeelementet i innkjøringsposisjon i en brønn, idet den venstre halvdel av tegningen avbilder utvendig oppriss og den høyre halvdel av tegningen avbilder et tverrsnittsoppriss; Fig. 20 er et oppriss lignende det på fig. 19 og illustrerer en variasjon i utformingen av den herværende oppfinnelse; Fig. 21 er et oppriss lignende fig. 20 og illustrerer enda en annen utførelse av den herværende oppfinnelse; og Fig. 22 er et oppriss lignende fig. 20 og 21 og viser enda en annen utførelse av den herværende oppfinnelse.

Det vises nå først til fig. 18, hvor det er vist et apparat PAA ifølge eldre teknikk av den oppblåsbare variant delvis satt inne i en brønn W langs en innervegg A i en foringsrør-ledning C som strekker seg til toppen av brønnen (ikke vist). A<1> er en rett linje trukket parallelt med borehullets lengdeakse og veggens W innvendige diameter. Apparatet PAA er kjørt inn i brønnen på en transportmekanisirte, slik som en ledning CT på tradisjonell måte. Som illustrert skjematisk på fig. 18, er opprisset tatt etter oppblåsingsbegynnelse. Som vist, er hver utgangsvinkel F omtrent 40° bestemt ved måling av vinkelen mellom innerveggen A og den ytre flate av innretningen i kontaktpunktet PC. En linje E er trukket fra kon-taktpunket PC og tangentielt til PAAs linje. Utgangsvinkelen F er definert som vinkelen mellom linjene A og E.

Det vises nå til illustrasjonene vist på fig. 1-17, hvor et apparat 10 er vist plassert inne i et avsnitt av pleksiglass-ledning eller annen klar ledning, hvilken representerer foringsrør C, inne i en brønn W. På fig. 1 sees apparatet 10 i den innkjørte posisjon like før oppblåsing av apparatet 10 innledes. Foringsrøret C har en innervegg A.

Fig. 2 representerer apparatet 10 ved oppblåsingsbegynnelse, hvilken kan registreres visuelt gjennom utoverbøyningen av settet av metalliske ribber eller mantelen 22 som strekker

seg langs omkretsen, og som i denne representative utforming er utildekket for å gå i forankrende inngrep langs innerveggen A i foringsrøret C. På fig. 2 er punktet for oppblåsingsbegynnelse angitt med B idet en rett linje A<1> som er trukket parallelt med innerveggen A, er trukket fra punktet B for oppblåsingsbegynnelse i én retning for rullende oppblåsing.

Som det fremgår av fig. 3, er det også trukket en i det vesentlige rett avsmalningslinje E i samme retning fra oppblå-singsbegynnelsen B, hvilket resulterer i en utgangsvinkel F på omtrent 2tø°. På fig. 3 fortsetter oppblåsingen av apparatet, og de åpne eller utildekkede ribber eller mantelen 22 fortetter å bøye seg utover mot innerveggen A av foringsrøret

C.

På fig. 4 er det innledende kontaktpunkt PC opprettet med innerveggen A i foringsrøret C, og utgangsvinkelen F blir fortsatt omtrent 8°.

På fig. 5 har oppblåsingen av blæren fortsatt i den utstrek-ning at kontaktpunktet PC nå blir først angitt på kappen 24 i motsetning til på de metalliske spiler 22, men utgangsvinkelen F er fortsatt omtrent 7,7° eller mindre. Fluid mellom utsiden av kappen 24 og innerveggen A i foringsrøret C ville bli feid bort gjennom den rullende ekspandering av kappeelementet etter som blæren blåses opp.

Fig. 8 representerer en fortsettelse av oppblåsingssyklusen

fra fig. 7. På fig. 9 fortsetter oppblåsingssyklusens rullende effekt, og utgangsvinkelen F holder seg fremdeles innenfor det akseptable område på ikke mer enn omtrent 15° og ble målt til å være 5,25°.

I utformingen av innretningen 10 vist på fig. 1 til og med 17 er øvre og nedre avsnitt av kappen 24 vist i sekvensielle oppblåsingsoppriss, idet ett av kappeavsnittene beveges inn i kontakt med den innvendige flate A noe tidligere enn det andre kappeavsnitt. Denne sekvens er tenkt i den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5-9 viser en fortsettelse av effektiv oppblåsing med et kontaktpunkt PC i bevegelse og en fortsettelse av en til-fresstillende utgangsvinkel F på omtrent 5-8°, eller mindre. Fig. 10 illustrerer grunnleggende oppblåsingselementprofil ved slutten av effektiv oppblåsing. Apparatet 10 kan utformes slik at kappeelementet forsetter å blåses opp med utgangsvinkler på ikke mer enn omtrent 15° med dette ekspansjonsforhold på 2,35:1, men siden verktøyoppblåsingen er kommet forbi effektiv oppblåsing, er det ikke lenger kritisk at oppblå-singsprofilen er omtrent lik den rette linje som strekker seg fra det siste kontaktpunkt på kragen. Fig. 17 illustrerer apparatet 10 ifølge den herværende oppfinnelse i den ferdige satte posisjon i brønnen w. Fig. 11-17 illustrerer fortsatt oppblåsing av innretningen ifølge den herværende oppfinnelse etter effektiv oppblåsing

ved og gjennom det øverste avsnitt (eller venstre side av opprisset) av kappen C-l.

Oppfinnelsen har som formål en innretning hvor innbefatningen av en kappe med avansert kontur resulterer i en meget liten utgangsvinkel og ensartet ekspansjonsprofil for kappen gjennom hele den effektive oppblåsing.

Kappen kan fremstilles ved bruk av en rekke kjente fremgangsmåter. Fagfolk på området utforming og utnyttelse av oppblåsbare pakningsinnretninger for underjordiske brønner vil være fortrolig med elastomerer som kan benyttes som et kappeelement ifølge formålet med den foreliggende oppfinnelse. Den utvendige profil som oppstår i innretningen under oppblåsing, er resultatet av gradvise, fine reduksjoner og konturforming av enten utsiden eller innsiden av kappeoverflaten, hvilke kan oppnås gjennom tradisjonelle maskineringsteknikker for å redusere den innledende diameter i slikt kappeelement enten ved den ytre diameter eller den indre diameter, eller i noen tilfeller begge, for å arrangere en fin fasongforming av de oppblåsingsprofiler som antas under effektiv oppblåsing, uten tydelige, dramatiske diameter-"trinn" som resulterer i den utvendige diametriske profil.

I sekvensen vist på fig. 1 til og med 17 er den ensartede ekspansjonsprofils jevne, sammenhengende, rullende natur tydelig. Fraværet av ribbebukting er både tydelig og enestående for et oppblåsingselement som har et utildekket ribbeankerav-snitt. I tillegg vil brønnfluider som måtte finnes mellom utsiden av de deler av innretningen som bøyer seg, bortsett fra ytterendene i tilstøting til kragene og kontaktpunktet PC, kontinuerlig bli feid bort fra kontaktpunktet etter hvert som kappeelementet ekspanderer som et resultat av den ensartede oppblåsing av blæren. Dette eliminerer muligheten for at innretningen svikter på grunn av myk setting.

Det vises nå til fig. 19 hvor det er vist en foretrukket utforming av apparatet 10 ifølge den herværende oppfinnelse. På fig. 19 danner første og andre elastomeriske kappeavsnitt 24A og 24B bro over utildekkede ribber eller spiler 22. Den ensartede ekspansjonsprofil til utformingen av kappen i innretningen på fig. 19 er for det øvre kappeelement 24A en rett avsmalningslinje 23A. Likeledes er et mer langstrakt kappeavsnitt 24B vist som et nederste kappeavsnitt i denne utforming, hvilket omfatter en rett avsmalningslinje 23A som be-gynner i et punkt T på det rette avsnitt 23B som strekker seg fra den nedre krage 18.

Den foretrukne, utforming av oppfinnelsen vist på fig. 19 er videre illustrert ved at lengden på det øvre kappeelement fra den nederste ende av den øvre krage 17 er 34,4 cm (13,56 tommer). Den øvre krages 17 ytre diameter er 54,1 mm (2,13 tommer) , og den ytre diameter på øvre kappeelements 24A øverste ende 24AA er 52,8 mm (2,077 tommer), mens den ytre diameter ved den nederste ende 24AAA er 50,8 rom (2,00 tommer) . Likeledes har den nederste krage 18 en ytre diameter på 54,1 mm (2,13 tommer), og det nedre kappeelements 23A ytre diameter er i dets nederste ende 23AA 52,8 mm (2,077 tommer). Det nedre kappeelements 23A lengde fra den nederste ende 23AA til begynnelsen T av avsmalningen er 26,4 cm (10,38 tommer), og diameteren ved dette punkt T er 52,8 mm (2,077 tommer). Av-smalningens 24B lengde er 34,6 cm (13,62 tommer), og den ytre diameter ved den øverste ende 23AAA av det nedre kappeelement 23A er 50,8 mm (2,00 tommer).

Det vises nå til fig. 20 hvor apparatet 10 er vist med kappeelementet i en alternativ utforming. Apparatet er vist i inn-kjørt posisjon i brønnen W som tidligere er blitt foret med foringsrør C. Apparatet 10 er ført inn i brønnen W på en ledning CT som kan være produksjons- eller overhalingsrør, hjel-perør eller kveilrør, elektrisk kabel eller kabel eller annen ledning som benyttes av fagfolk på området oppblåsbare pakninger for å kjøre inn og sette en oppblåsbar pakning, broplugg eller lignende inne i en brønn W. Ledningen CT kan være direkte koplet til apparatet 10, slik som ved gjenger 11, eller den kan være festet indirekte til apparatet 10 slik som gjennom fastgjøring av ledningen CT til en settemekanisme eller verktøy (ikke vist) som i sin tur er effektivt festet eller står i forbindelse med apparatet 10.

I hver ende av apparatet 10 finnes en rekke øvre og nedre sy-lindriske koplinger 12 henholdsvis 16. Den øvre kopling 12 er

. festet ved gjenger 13 til et langsgående sylindrisk spindel-element 14 som har en rekke radialtforløpende, gjennomgående porter 14A, 14B og 14C plassert med innbyrdes avstand. Spin-delens nedre ende er festet ved gjenger 15 til den nedre kopling 16. Apparatet 10 kan blåses opp på en rekke kjente måter ved bruk av innretninger eller midler for tilførsel av trykksatt fluid gjennom portene 14A, 14B og 14C til det indre av

en oppblåsbar blære eller et oppblåsbart element 19 som er festet i hver av sine ender via øvre og nedre krage 17 og 18. Det øverste parti av kragen 17 er festet via gjenger til den øvre kopling 12, mens den nedre krage 18 er festet ved gjenger 18A til et ringelement 18B. Selv om den øvre krage 17 og

den øvre kopling 12 er festet til hverandre ved gjenger 17A og gjenger 11 i sin tur fester koplingen 12 til den nederste ende av ledningen CT, er den nedre krage 18 og ringen 18B ikke i så permanent inngrep i forhold til den nedre kopling 16 for derved å tillate den ene ende av apparatet 10 å trekke seg tilbake i forhold til den andre ende under ekspandering

av kappen 24 på tradisjonell måte. Låseringer 20 og 21 fester øvre og nedre ende av det oppblåsbare element 19 mellom utsiden av spindelen 14 og innsiden av det oppblåsbare element 19 og mellom de respektive krager 17 og 18.

Et hus H innbefatter koplingen 12, spindelen 14, koplingen 16 og kragene 17 og 18.

Kappen 24 er vist med en rekke krummede, jevne avsmalnings-1injer 23A fra toppen av apparatet, hvilke krummer innover. Denne avsmalningslinje 23A fortsetter i det vesentlige uavbrutt til en utadragende krummet, jevn avsmalningslinje 23B som har et radialt toppunkt 23C, hvilket i sin tur strekker seg til en innadforløpende, jevn avsmalningslinje 23D som i sin tur strekker seg uavbrutt til en utoverforløpende, krummet avsmalningslinje 23E til et annet toppunkt 23C. Lignende kurveavsmalningslinjer 23F og 23G strekker seg nedover fra det

nederste toppunkt 23C til det nederste parti av verktøyet som ender ved toppen av den nedre krage 18.

På fig. 21 er det illustrert en annen utforming av utsiden av apparatet 10, hvor utgangsvinkelen omfatter en i det vesentlige krum avsmalningslinje 23A i motsetning til en rett avsmalningslinje illustrert på fig. 19, eller de krummede utforminger 23A, 23B, 23E, 23F og 23G vist på fig. 20. På fig. 22 har likeledes det nederste parti av kappeelementet sin øverste ende på slutten av effektiv oppblåsing og har en i det vesentlige rett avsmalningslinje 26 som strekker seg opp over til rettlinjet avsmalning 25 og deretter til en annen rett linje 27. Det øvre kappeavsnitt har en rettlinjet avsmalning 25 til et effektivt oppblåsingspunkt G.

Det skal forstås at utgangsvinkelen vist i utformingen på fig. 1-17 vil være mindre enn 8°. Dette er selvsagt godt innenfor toleransen for utgangsvinkelen ifølge den herværende oppfinnelse, dvs. ikke mer enn omtrent 20°.

For å fremme den programmerte effekt i oppblåsingsprosessen for å dempe ribbebukting og kniping og lignende, som beskrevet tidligere, kan en programmert blære innbefattes sammen med en kappe som har de fasongstyrende midler som beskrevet i amerikansk patent nr. 5,813,459.

Det skal forstås at det er tilveiebrakt en kappe med konturer som et sammenhengende rørformet element med en begrenset lengde sammensatt av sammenhengende stykker som har varierende størrelser for lengde og diameter. Ved å variere kombina-sjonene av stykkediametrer og lengder i kappen, så vel som å variere sammenstillingen av stykkene, vil ønskede overgangsfasonger i blæren og oppblåsingselementet fremstilles under oppblåsing.

Det skal også forstås at hvert stykke ikke behøver ha konstant diameter, idet diameteren på et stykke kan variere jevnt og gradvis for å tilveiebringe, f.eks., en skrånende profil eller krummet profil i motsetning til en profil av platåty-pen. Men det er viktig å legge merke til at den herværende oppfinnelse unngår profiler som er "trinnvise" eller varierer dramatisk seg imellom, slik som i komponenter ifølge eldre teknikk, og bruken av avanserte profiler kan benyttes for å oppnå optimale overgangsfasonger for en lang rekke kappe-/ankerutforminger.

Det skal også forstås at arrangeringen av de variable diamet-rer og lengder og den rommessige plassering og samvirket mellom nabostykker vil tillate brukeren å programmere disse pa-rametrer for å oppnå spesifikke ønskede karakteristikker, og er ikke bare begrenset til å minimere utgangsvinkelen. Be-visste kombinasjoner av kappeprofiltrekk kan dessuten oppnå ønskede overgangsfasonger under oppblåsingssyklusen.

Det skal også forstås at innbefatning av denne oppfinnelse i en kappe for en slik anordning resulterer i eliminering av ribbekinking, ribbekutting av blæren og brå forandringer i kappetykkelse og ingen tettende knipinger eller sammenfol-dinger som oppstår under oppblåsing. Videre blir myke set-tinger dessuten eliminert fordi det ikke finnes noe innestengt fluid mellom kappen og foringsrøret. Forbedret pålitelighet og driftsfunksjon for blæren oppnås som et resultat av reduserte treaksiale spenninger og belastninger.

I virkeligheten tegner utmerkede ensartede ekspansjonsprofiler ikke nøyaktige rette linjer fra sine kontaktpunkter gjennom innretningens komponenter, slik som endekrager, men opp-viser i stedet nesten rette linjer som dem på fig. 4-17. De som har erfaring innenfor utforming og testing av oppblåsbare innretninger, ville anse profillinjene på fig. 4-17 som like-stilt med rette linjer.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i form av spesifikke utførelser som er fremsatt i detalj, skal det forstås at dette bare er som illustrasjon, og at oppfinnelsen ikke nødven-digvis er begrenset til disse, siden alternative utførelser og betjeningsteknikker vil bli innlysende for fagfolk på området ut fra beskrivelsen. Følgelig kan det tenkes modifise-ringer som kan foretas, uten at man går ut over rammen av den beskrevne oppfinnelse.

Claims (13)

1. Oppblåsbar pakningsinnretning (10) til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg (A), hvilken innretning kan føres inn i borehullet på en transportmekanisme (CT) og kan blåses opp med trykksatt fluid som overføres til innretningen (10) fra en fluidkilde, for å tette innretningen mot veggen (A) i borehullet ved oppblåsing, og hvor nevnte innretning omfatter: (a) et hus (H); (b) et middel for at huset (H) effektivt skal kunne gå i inngrep i forhold til transportmekanismen (CT); (c) en oppblåsbar blære (19) båret av nevnte hus (H); og (d) et elastomerisk kappeelement (24) anbrakt utenpå nevnte blære (19) for å tette mot veggen (A) i borehullet, idet kappeelementet (24) er programmert til å tilveiebringe et kontinuerlig, glatt ytre overflateareal, karakterisert ved at kappeelementet (24) er programmert for å ekspandere med en ensartet ekspansjonsprofil som strekker seg fra et kontaktpunkt (PC) under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel (F) på ikke mer enn omtrent 20° ved ekspansjonsforhold på opp til omtrent 3:1, idet den ensartede ekspansjonsprofil omfatter en gradert reduksjon av tykkelsen på nevnte kappeelement (24) mellom dets innledende ytre diameter og dets innledende indre diameter under fremstilling.

2. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt krav 1, karakterisert ved at nevnte kappeelement (24) tilveiebringer en ensartet ekspansjonsprofil, hvorved brønnfluider blir fortrengt mellom veggen (A) i borehullet og utsiden av kappen (24) under effektiv oppblåsing .

3. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte kappes (24) ytre overflateareal er kontinuerlig jevnt for derved å hindre kniping eller folding av blæren (19) rundt huset (H) under oppblåsing.

4. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at utgangsvinkelen (F) er mindre enn omtrent 8°.

5. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i krav 1, 2, 3, eller 4, karakterisert ved at den videre innbefatter en rekke langstrakte ribber (22) plassert mellom blæren (19) og kappeelementet (24).

6. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i krav 5, karakterisert ved at ett eller flere avsnitt av nevnte ribber (22) ikke er dekket av nevnte kappeelement (24), hvorved i det minste ett avsnitt av nevnte langstrakte ribber avgrenser middel for forank-ring av nevnte pakningsinnretning (10) i forhold til nevnte vegg (A).

7. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i krav 1, 2, 3 eller 4 innbefattende øvre (24A) og nedre avsnitt (24B) av nevnte kappeelement, karakterisert ved at nevnte avsnitt er skilt fra hverandre av en rekke utildekkede langstrakte ribbeelementer (22) som kan ekspanderes radialt utover når nevnte blære (19) blåses opp, for å gå i kontakt og i forankrende inngrep i forhold til nevnte vegg (A).

8. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den graderte reduksjon i nevnte kappeelements (24) tykkelse mellom dets innledende ytre diameter og dets innledende indre diameter under fremstilling er tilveiebrakt langs i det vesentlige hele lengden av kappeelementet .

9. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte hus (H) innbefatter en spindel (14), hvor den oppblåsbare blære (19) er plassert konsentrisk rundt spindelen (14); og at kniping eller folding av blæren (19) rundt spindelen (14) dempes under oppblåsing.

10. Oppblåsbar pakningsinnretning som angitt i krav 9, karakterisert ved at den elastomeriske kappes (24) ensartede ekspansjonsprofil omfatter en flerhet av reduksjoner av nevnte blæres (19) innledende tykkelse mellom dens innledende ytre diameter og dens innledende indre diameter under fremstilling.

11. Elastomerisk kappe (24) som skal inngå i en oppblåsbar pakningsinnretning (10) til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg (A) , karakterisert ved at nevnte kappe (24) omfatter et kontinuerlig glatt ytre overflateareal som strekker seg fra et kontaktpunkt (PC) under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel (F) på ikke mer enn omtrent 20° ved ekspansjonsforhold på opp til omtrent 3:1.

12. Kappe som angitt i krav 11, karakterisert ved at kappen (24) omfatter en ensartet ekspansjons-prof il som er programmert langs dens indre diameter, for å bevirke fortrengning av brønnfluider mellom veggen (A) i borehullet og utsiden av kappen under effektiv oppblåsing.

13. Kappe som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at kappen (24) videre er utformet for å hindre kniping eller folding av nevnte kappe inne i nevnte oppblåsbare pakningsinnretning (10) under oppblåsing.