NO322548B1 - Apparat og fremgangsmate for a lette sammenkopling av ror ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et apparat og en fremgangsmåte som skal lette sammenkopling av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem og er nærmere, men ikke utelukkende, ment å lette sammenkopling av en seksjon eller lengde av foringsrør med en foringsrørstreng.

Ved oppbygging av olje- eller gassbrønner er det vanligvis nødvendig å fore borehullet med en streng av rør kjent som foringsrør. På grunn av den lengde av foringsrør som er nød-vendig, blir seksjoner eller lengder på f.eks. to eller tre foringsrørseksjoner tilføyd strengen etter hvert når denne føres ned i brønnen fra en boreplattform. Særlig når det er ønskelig å føye til en foringsrørseksjon eller -lengde, blir strengen vanligvis holdt tilbake mot å falle ned i brønnen ved aktivering av kiler i en edderkopp som er plassert i dek-ket på boreplattformen. Den nye foringsrørseksjon eller - lengde blir deretter flyttet fra et stativ til brønnsenteret ovenfor edderkoppen. Det gjengede hannparti på foringsrør-seksjonen eller -lengden som skal tilkoples, blir deretter plassert over det gjengede hunnparti på foringsrøret i brøn-nen, og forbindelsen trekkes til ved innbyrdes rotasjon. En rørklave blir deretter koplet til toppen av den nye seksjon eller lengde, og hele foringsrørstrengen løftes litt for å kunne muliggjøre frigjøring av edderkoppens kiler. Hele foringsrørstrengen føres deretter ned til toppen av seksjonen befinner seg i tilstøting til edderkoppen, hvoretter edderkoppens kiler aktiveres igjen, rørklaven koples fra og pro-sessen gjentas.

Det er vanlig praksis å bruke en krafttang for å trekke til forbindelsen til et forhåndsbestemt moment for å lage forbindelsen. Krafttangen er plassert på plattformen, enten på skinner eller opphengt i en kjetting i et boretårn. Det er imidlertid nylig blitt foreslått å bruke et toppdrevet rotasjonssystem for å opprette en slik forbindelse.

På grunn av de høye kostnader som er forbundet med oppbyg-gingen av olje- og gassbrenner, er tiden kritisk, og søkerne har funnet ut at tiden det tar å kople et rør til et toppdrevet rotasjonssystem ved bruk av eksisterende utstyr, vil kunne reduseres.

Det blir i samtidig verserende britisk patentsøknad nr. 9818358.5 beskrevet et apparat som skal lette sammenkopling av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem, hvilket apparat omfatter et legeme som kan koples til et toppdrevet rotasjonssystem, hvilket legeme omfatter i det minste ett gri-peelement som kan forskyves radialt med hydraulisk eller pneumatisk fluid for drivbart å gå i inngrep med røret. Gripeelementene kan fortrinnsvis beveges radialt utover for å gå i inngrep med rørets innvendige vegg.

PCT søknad W098/11322 beskriver en innretning for sammenkopling av foringsrør, hvilken omfatter et integrert, innvendig fastspenningsverktøy som er innrettet til å kunne gripe et rør fra innsiden. Verktøyet er koplet til et toppdrevet rotasjonssystem slik at verktøyet og røret kan roteres for å kunne drive røret inn i et annet rør. For å skaffe til veie en avsluttende tiltrekking av skjøten, blir en spenntang som er atskilt fra apparatet, brakt til rørene og forbundet med dem for å tilveiebringe tilstrekkelig tiltrekkingsmoment.

Det er funnet ut at det kreves dreiemomenter på opp til

95 000 Nm (70 000 lbs/ft) for å trekke til en skjøt.

Det er også funnet ut at apparatet ifølge den herværende oppfinnelse kan brukes for å lette roteringen av foringsrøret mens foringsrøret kjøres ned i et borehull.

Det er også funnet ut at en borekrone kan plasseres i den nedre ende av foringsrørstrengen og brukes for å bore et brønnhull. Apparatet ifølge den herværende oppfinnelse kan brukes for å lette rotering av foringsrøret for boring av et brønnhull.

Ifølge et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et apparat som skal lette sammenkoplingen av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem, hvor apparatet omfatter et bæreelement som kan koples til nevnte toppdrevne rotasjonssystem, et innvendig fastspenningsverktøy som skal gå i inngrep med nevnte rør og en utvendig fastspenningsinnretning som skal gå i inngrep med nevnte rør, idet nevnte innvendige fastspenningsverktøy og nevnte utvendige fastspenningsinnretning er bevegelige med hensyn til hverandre, hvor nevnte innvendige fastspenningsverktøy og nevnte utvendige fastspen-nings innretning er koplet til bæreelementet, nevnte innvendige fastspenningsverktøy omfatter gripeelementer som er egnet til å overføre et første dreiemoment mellom bæreelementet og nevnte rør, og nevnte utvendige fastspenningsinnretning omfatter gripeelementer egnet til å overføre et andre dreiemoment mellom bæreelementet og nevnte rør.

Andre trekk ved det første aspekt ved den herværende oppfinnelse er fremsatt i patentkrav 2 til 10. Særlig kan nevnte apparat omfatte en fleksibel membran som er anordnet mellom nevnte innvendige fastspenningsverktøy og nevnte utvendige fastspenningsinnretning, hvor nevnte fleksible membran inneholder et fluid.

Ifølge et andre aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte som skal lette sammenkoplingen av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene innføring og aktivering av et innvendig fastspenningsverktøy for å gå i inngrep med et første rør, rotering av nevnte verktøy og første rør ved å anvende nevnte toppdrevne rotasjonssystem for via gjenger å bringe nevnte første rør i inngrep med et andre rør ved et første dreiemoment, aktivering av en utvendig fastspenningsinnretning for å gå i inngrep med nevnte første rør, og rotering av nevnte fastspenningsverktøy og nevnte rør ved å anvende nevnte toppdrevne rotasjonssystem for å trekke til nevnte forbindelse ved et andre dreiemoment.

Fortrinnsvis er det første dreiemoment tilstrekkelig til å sette et hannparti på det første rør inn i et hunnparti, og det andre dreiemoment er tilstrekkelig til å trekke til nevnte forbindelse til dens fastsatte verdi.

For bedre forståelse av den herværende oppfinnelse vil det nå som eksempel bli vist til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et perspektivisk oppriss av et apparat ifølge oppfinnelsen, hvor apparatet vises i bruk; Fig. 2 er et frontriss av apparatet på fig. 1, hvor apparatet vises i bruk; Fig. 3 er et forstørret tverrsnittsoppriss av deler på fig. 1.

Det vises til tegningene hvor det vises et apparat som skal lette sammenkoplingen av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem. Apparatet er angitt generelt med henvisningstallet 1.

Apparatet 1 er vist tilkoplet til en rotor 2 i et toppdrevet rotasjonssystem 3 via en kopling 4 til en rotor 5 i apparatet 1. Det toppdrevne rotasjonssystem 3 er plassert på skinner på et boretårn på en rigg (ikke vist). Et stivt element 6 er fast på en statisk del i det toppdrevne rotasjonssystem 3. Det stive element omgir rotoren 5. Det stive element 6 har en klemme som, når det er nødvendig, påfører kjever (ikke vist) på rotoren 5, slik at ved rotasjon av rotoren 2 i det toppdrevne rotasjonssystem 3, kan apparatet 1 koples til eller fra det toppdrevne rotasjonssystem 3. Når kjevene er fri-gjort, kan rotoren 5 rotere fritt inne i det stive element 6.

Apparatet 1 er vist med en deri innsatt lengde av foringsrør 7. En rørklave 8 er vist idet den griper lengden av forings-rør 7 ved bruk av gripeelementer 9. Rørklaven 8 er opphengt i det toppdrevne rotasjonssystem 3 i bøyler 10 og 11. Forings-rørlengden 7 føres av en rørhåndteringsarm 12.

Apparatet 1 omfatter et hus 13 som rager ned fra rotoren 5 via et bæreelement 14 og tre stempelsylindrer 15. De tre stempelsylindrer 15 tillater små vertikale bevegelser av apparatet 1 i forhold til det toppdrevne rotasjonssystem 3. De tre stempelsylindrer 15 kan være hydraulisk aktivert eller pneumatisk aktivert eller man kan anvende en kombinasjon av både pneumatisk og hydraulisk fluid.

Huset 13 opptar et deri radialt bevegelig og roterbart nav 16. Navet 16 har en utsparing 17 langs omkretsen, i hvilken det er anordnet en oppblåsbar ring 18. Den oppblåsbare ring

18 er i friksjonsinngrep både med navet 16 og en innvendig vegg 19 i huset 13. Navet 16 har en sentral boring 20 som den ene ende av et slamrør 21 er ført inn i. Slamrøret 21 er tilveiebrakt for å føre inn slam i røret 7. Slamrøret 21 er montert i sylindriske seksjoner 22 og 23 som er festet til navet 16, henholdsvis bæreelementet 14. Slamrøret 21 er forsynt med en knast 24 som er utformet på dets ytre flate og er plassert i en motsvarende utsparing 25 i den sylindriske seksjon 22.

En knast 26 er glidbart anordnet på den øvre ende av slamrø-ret 21 med en o-ringtetning 27 anordnet imellom for å hindre fluid fra å lekke derimellom. Knasten 26 er plassert i en motsvarende utsparing 28 i den sylindriske seksjon 23. Dette arrangement tillater en slags kuleleddsbevegelse mellom bæreelementet 14 og navet 16 og relativ langsgående bevegelse dem imellom. Den øvre ende av slamrøret 21 tillates å bevege seg fritt i en sfærisk utsparing 29 i bæreelementet 14.

Et sirkulasjonsverktøy, generelt angitt med henvisningstallet 30, er fiksert til og rager ned fra navet 16. Sirkulasjons-verktøyet 30 omfatter et sylindrisk legeme 31 som har en gjennomgående sentral passasje 32. Det sylindriske legemet 31 har en flerhet av utsparinger 33 omkring sin ytterflate, i hvilke det er plassert gripeelementer 34. Gripeelementene 34 er forsynt med utsparinger 35.

Det sylindriske legemet 31 er også forsynt med en oppblåsbar tetningsring 36 anordnet nedenfor gripeelementene 34.

Det sylindriske legemet 31 er forsynt med en tilførselspassa-sje 37 som i sin øvre ende er forbundet med en hydraulikkflu-idforsyning og i sin andre ende med utsparingene 35 i gripeelementene 34. En tilførselspassasje 38 forbinder den oppblåsbare tetningsring 36 med innsiden av røret 7.

En fastspenningsanordning 39 rager ned fra huset 13 på en stiv sylinder 40. Fastspenningsinnretningen 39 omfatter to stive plater 41 og 42. Mellom platene 41, 42 er det anordnet tre hydrauliske stempler 43 plassert med 120° vinkelavstand. De hydrauliske stempler 43 er forsynt med gripeelementer 44 som skal gå i inngrep med røret 7.

I bruk er apparatet 1 montert på rotoren 2 i det toppdrevne rotasjonssystem 3 via rotoren 5 i apparatet 1. Når det er ønskelig å forbinde en lengde av rør, slik som foringsrør, med en streng av foringsrør som allerede er ført ned i et brønnhull og er opphengt i en edderkopp i riggdekket (ikke vist), utføres følgende trinn.

En foringsrørlengde flyttes fra et lagringsområde til brøn-nens senter og gripes av rørhåndteringsarmen 12. Rørhåndte-ringsarmen 12 beveger om nødvendig foringsrørlengden til en posisjon hvor apparatet 1 kan føres ned på toppen av forings-rørlengden. Apparatet 1 føres ned med det toppdrevne rotasjonssystem 3 på skinnene på riggens boretårn. Når apparatet 1 senkes, føres sirkuleringsverktøyet 30 inn i foringsrør-lengden og fastspenningsinnretningen 39 passerer over hunnpartiet 45 på foringsrøret 7.

Gripeelementene 34 beveges radialt utover som følge av opp-byggingen av hydraulisk fluidtrykk gjennom tilførselspassa-sjen 37 og inn i utsparingen 35. Gripeelementene 34 går i inngrep med foringsrørets 7 innervegg. Det skal bemerkes at vekten av foringsrørlengden nå kan opptas av gripeelementene 34. Rørhåndteringsarmen 12 kan nå bevege foringsrørlengden til nøyaktig innretting på linje med hunnpartiet på forings-rørstrengen som rager opp over edderkoppen i riggdekket. Dette trinn er nødvendig på grunn av at foringsrørlengdene er litt bøyde. Når foringsrørlengden 7 beveger seg, beveger sir-kulasjonsverktøyet 30 seg med foringsrøret 7. Det pneumatiske fluid i den oppblåsbare ring 18 tillater relativ bevegelse

mellom det stasjonære toppdrevne rotasjonssystem 3 og sirku-

lasjonsverktøyet og videre foringsrøret 7. Så snart forings-rørlengden er innrettet på linje, føres den ned ("stikkes inn") i hunnpartiet på foringsrørstrengen ved aktivering av stempelsylindrene 15. Nå begynner rotering av foringsrørleng-den med lavt dreiemoment ved rotering av det toppdrevne rotasjonssystems rotor 2. Det skal bemerkes at den oppblåsbare ring 18 bidrar til å gi rom for ikke-linearitet i foringsrø-ret 7 siden den tillater toppen av foringsrøret 7 å flyte med hensyn til det toppdrevne rotasjonssystems 3 lengdeakse mens det roteres for å bringe foringsrørets 7 hannparti i inngrep med hunnpartiet på foringsrørstrengen som holdes i edderkoppen i riggdekket. Det lave dreiemoment overføres fra rotoren 2 i det toppdrevne rotasjonssystem gjennom stempelsylindrene 15, gjennom huset 13 og via den oppblåsbare ring 18 til sir-kulasjonsverktøyet 30 og videre til foringsrørlengden 7 via gripeelementene 34. Foringsrørlengdens 7 gjengede hannparti er nå delvis trukket til i den gjengede muffe på forings-rørstrengen. Rørhåndteringsarmen 12 kan nå fjernes fra foringsrøret 7 og svinges til en ikke-aktiv stilling. De tre stempelsylindrer 43 i fastspenningsinnretningen blir nå aktivert jevnt, hvilket beveger toppen av foringsrørlengden 7 og sirkulasjonsverktøyet 30 til nøyaktig innretting på linje med det toppdrevne rotasjonssystem. Det toppdrevne rotasjonssystem kan nå brukes til fullstendig tiltrekking ved å rotere foringsrørlengden typisk med et dreiemoment på opp til 95 000 Nm (70 000 lbs/ft). Det høye dreiemoment overføres fra det toppdrevne rotasjonssystem 3 gjennom stempelsylindrene 15 gjennom huset 13, den stive sylinder 40 og fastspenningsinnretningen 39 og videre til foringsrørlengden 7.

Edderkoppen kan benyttes til å holde foringsrørstrengen for å unngå rotasjon mens denne operasjon utføres.

Rørklaven 8 kan nå svinges rundt toppen av foringsrøret 7. Sirkulering kan nå finne sted. Enhver trykkoppbygging i foringsrøret 7 ville tvinge den oppblåsbare tetningsring 36

ut og til inngrep med foringsrørveggen på grunn av trykkoppbygging gjennom tilførselspassasjen 38. Sirkulasjonsfluid kan pumpes inn i foringsrørstrengen gjennom slamrøret 21, den sentrale boring 20 og den sentrale passasje 32.

Edderkoppen kan frigjøres, hvilket tillater rørklaven 8 å oppta vekten av foringsrørstrengen. Rørklaven 8 kan føre foringsrørstrengen ned i brønnhullet. Under nedføring kan det toppdrevne rotasjonssystem 3 fortsette å rotere apparatet 1

og videre rotere foringsrørstrengen med et dreiemoment på opp til 95 000 Nm (70 000 lbs/ft) om nødvendig. Apparatet 1 kan fjernes ved å deaktivere stempelsylindrene 43 i fastspenningsinnretningen 39, gripeelementene 34 i sirkulasjonsverktøyet 30, tømme den oppblåsbare tetningsring 36 og løfte apparatet 1 ved å heve det toppdrevne rotasjonssystem 3.

En omvendt sekvens kan benyttes for å kople fra lengder eller enkle foringsrørelementer fra en foringsrørstreng.

Det regnes med at ulike modifiseringer eller variasjoner kan foretas på utførelsen beskrevet ovenfor. Særlig kan den oppblåsbare ring 18 inneholder pneumatisk fluid og være tettet. Alternativt kan den oppblåsbare ring 18 være forsynt med en pneumatisk tilførselsledning for å regulere trykket på det pneumatiske fluid i den, for eksempel for å senke trykket når foringsrøret rettes inn. Den oppblåsbare ring 18 kan inne-

holde hydraulisk fluid og kan være forsynt med en avløpsport eller en tilførselsledning for å regulere mengden av hydrau-

lisk fluid i den. En kombinasjon av både hydraulisk og pneumatisk fluid kan brukes, idet det fortrinnsvis brukes hydraulisk fluid i den oppblåsbare ring og pneumatisk fluid i en belg.

Den oppblåsbare ring kan være et kjøretøydekk.

Det regnes med at apparatet 1 i enkelte utførelser ikke behø-ver å være direkte koplet til det toppdrevne rotasjonssystem 3. Særlig kan en motor, fordelaktig en hydraulisk motor, være satt inn mellom det toppdrevne rotasjonssystem 3 og apparatet 1 for å tilveiebringe nøyaktig rotasjonshastighet og styring for tiltrekking av foringsrøret.

Det regnes med at apparatet 1 vil kunne benyttes for å rotere foringsrøret mens foringsrøret senkes. Bevegelse av forings-røret opp og ned kan også tilveiebringes samtidig ved å heve og senke rørklaven.

Det regnes med at foringsrørstrengen kan være forsynt med en borekrone som sin nedre ende. Apparatet 1 kan med fastspen-nings innretningen 39 aktivert brukes for å rotere foringsrø-ret og videre borekronen for å bore et brønnhull.

Det er tenkelig at fastspenningsinnretningen 39 kunne unnvæ-res og hele dreiemomentet fra det toppdrevne rotasjonssystem bli overført gjennom den oppblåsbare ring 18, særlig dersom denne ble trykksatt høyt på det tidspunkt det er ønskelig å overføre høyt dreiemoment.

Det regnes også med at en hvilken som helst egnet mekanisme og fremgangsmåte for aktivering kan benyttes for utvendig fastspenning. For eksempel kan mekanismen omfatte kamflater med grovt materiale på. Fremgangsmåten for aktivering kan være mekanisk, elektrisk, pneumatisk, hydraulisk eller kje-misk. En krafttangutførelse kan egne seg til dette formål.

Claims (11)

1. Apparat for å lette sammenkoplingen av rør (7) ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem (3), hvor apparatet omfatter et bæreelement (13) som kan koples til nevnte toppdrevne rotasjonssystem (3), et innvendig fastspenningsverktøy (30) som er innrettet til å kunne gå i inngrep med nevnte rør (7), og en utvendig fast-spennings innretning (39) som er innrettet til å kunne gå i inngrep med nevnte rør (7), hvor nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) og nevnte utvendige fastspenningsinnretning (39) er bevegelige med hensyn til hverandre, karakterisert ved at - nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) og nevnte utvendige fastspenningsinnretning (39) er koplet til bæreelementet (13) - nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) omfatter gripeelementer (34) som er innrettet til å kunne over-føre et første dreiemoment mellom bæreelementet (13) og nevnte rør (7), og nevnte utvendige fastspenningsinnretning (39) omfatter gripeelementer (44) som er innrettet til å kunne overføre et andre dreiemoment mellom bæreelementet (13) og nevnte rør (7).

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) som er innrettet til å kunne gå i inngrep med nevnte rør (7), omfatter middel som er innrettet til å kunne bære vekten av nevnte rør (7).

3. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) er innrettet til å kunne aktiveres med et fluid.

4. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte utvendige fastspenningsinnretning (39) er innrettet til å kunne aktiveres med et fluid.

5. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte fluid er pneumatisk, hydraulisk eller er en kombinasjon av pneumatisk og hydraulisk.

6. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) omfatter et tetningselement (36) som er innrettet til å kunne tette et ringrom mellom nevnte innvendige fastspenningsverk-tøy (30) og nevnte rør (7) for å lette sirkulasjon i nevnte rør.

7. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) videre omfatter en tilførselsledning (38) som strekker seg fra nevnte tetningselement (36) og til en åpning i nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) nedstrøms nevnte tetningselement (36), hvor nevnte tetningselement (36) er innrettet til å aktiveres ved trykkoppbygging nedenfor nevnte tetningselement (36).

8. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte apparat omfatter en fleksibel membran anordnet mellom nevnte innvendige fastspenningsverktøy (30) og nevnte utvendige fastspenningsinnretning (39), og nevnte fleksible membran inneholder et fluid.

9. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte apparat omfatter i det minste en stempelsylinder (15) som er innrettet til å kunne heve og senke nevnte verktøy (30, 39), idet hele rotasjonskraften som påfø-res av nevnte toppdrevne rotasjonssystem (3) blir overført til nevnte verktøy (30, 39) gjennom nevnte i det minste ene stempelsylinder (15).

10. Apparat som angitt i hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte apparat omfatter tre stempelsylindrer (15).

11. Fremgangsmåte for å lette sammenkopling av rør ved bruk av et toppdrevet rotasjonssystem (3), karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene - innføring og aktivering av et innvendig fastspen-ningsverktøy (30) for å gå i inngrep med et første rør, - rotering av nevnte verktøy og første rør (7) ved å anvende nevnte toppdrevne rotasjonssystem (30) for via gjenger å bringe nevnte første rør (7) i inngrep med et andre rør ved et første dreiemoment, - aktivering av en utvendig fastspenningsinnretning (39) for å gå i inngrep med nevnte første rør (7), og - rotering av nevnte fastspenningsverktøy (30) og nevnte rør (7) ved å anvende nevnte toppdrevne rotasjonssystem (3) for å trekke til nevnte forbindelse med et andre dreiemoment. •