NO322737B1 - Nedihulls vibrerende stotverktoy for a losne fastsittende objekter i olje- og gassbronner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår feltet nedihulls rystingsanordninger som anvendes ved boring av olje- og gassbrenner og uthenting av nedihulls utstyr. Mer spesifikt er den en anordning som gir hurtige støt mot den ønskede delen

av arbeidsstrengen eller et fastsittende objekt, ofte betegnet en "fisk", for å

løsne dette fastsittende objektet.

Under brønnoperasjoner er det ofte et behov for rystings-, støt- eller vibrasjonsanordninger for å løsne nedihulls fastsittende elementer. Rystere inkluderes typisk i et rør eller en arbeidsstreng for å gi oppover- eller nedover-rettede støt når de aktiveres. Rystere er vanligvis en-støts anordninger som må spennes om hver gang de skal anvendes, noe som begrenser antallet støt per minutt, og derfor begrenser energien, som kan påføres et fastsittende element.

Enkelte kjente støtverktøy krever at operatøren trekker på arbeidsstrengen méd ehkraft som er tilstrekkelig til å forspenne arbeidsstrengen, og dermed frembringe drivkraften for et støt. Dette støtet settes typisk i gang ved at en eller annen form for ventil eller annen utløseranordning i verktøyet setter i gang en prosess som frigjør energien som er lagret i den forspente arbeidsstrengen i form et støt mot det fastsittende elementet. Hvor mye kraft som ligger bak støtet som påføres et slikt verktøy avhenger av hvor mye energi som er lagret i den forspente arbeidsstrengen. Det vil si at en større strekk vil gi et hardere slag mot det fastsittende objektet.

Ofte, ved anvendelse av denne typen verktøy, kan vekten av fisken selv være tilstrekkelig til å øke spenningen i arbeidsstrengen til et slikt nivå at verk-tøyet slutter å fungere. Mer spesifikt er den kraften som kan legges på utløser-anordningen fra fluidstrømningen begrenset av den tilgjengelige strømnings-hastigheten. Desto større forspenning, desto vanskeligere er det å få verktøyet til å fungere. Dersom vekten av fisken er for nær verktøyets forspennings-grense, vil verktøyet slutte å fungere etter hvert som fisken løsner. Operatøren må da redusere forspenningen av arbeidsstrengen for at verktøyet skal fortsette å fungere, og med det redusere den kraften som er tilgjengelig i hvert støt og således gjøre verktøyet mindre effektivt.

Videre har ofte et verktøy som avhenger av forspenning i arbeidsstrengen en strømningsbane som tillater returfluid i borehullet å entre verktøyet, noe som eksponerer verktøyets indre deler for borehullsslagg. Dette kan sperre eller begrense de bevegelige delene og sette verktøyet ut av funksjon, det kan forårsake skade på tetningene, eller det kan gjøre at verktøyet raskt slites ut.

Fra GB A 2338255 fremgår det et slagverktøy for bruk under blant annet fiskeoperasjoner i olje- og gassbrønner. Verktøyet omfatter et utvendig hus, stempel, stempelfjærer, ventilmodul og utløserenhet.

Fra WO A1 9819041 fremgår det et hydraulisk slagverktøy for frigjøring av fastlåste gjenstander i en brønn. Verktøyet kan aktiveres ved økning av fluidstrømningsrate styrt fra overflaten.

Oppfinnelsen tilveiebringer nedihulls vibrerende støtverktøy for å løsne fastsittende objekter i olje- og gassbrønner, omfattende: et hus konstruert for tilkopling i en arbeidsstreng;

et stempel montert inne i nevnte hus;

en forspenningsanordning inne i nevnte hus, idet nevnte forspenningsanordning er konstruert for å lede nevnte stempel i en longitudinal forspenningsretning inne i nevnte hus;

en fluidstrømbane gjennom nevnte hus;

en ventilkasse i nevnte fluidstrømbane, idet nevnte ventilkasse er konstruert for å beveges til en moduleringsposisjon ved økt fluidstrømning, for å modulere nevnte fluidstrøm og med det øke fluidtrykket slik at nevnte stempel presses til bevegelse i motsatt retning relativt til nevnte forspenningsretning og med det lagrer støtenergi i nevnte forspenningsanordning; og en utløseranordning inne i nevnte hus, idet nevnte utløseranordning er konstruert for å bevege nevnte ventilkasse vekk fra nevnte moduleringsposisjon og med det redusere nevnte fluidtrykk mot nevnte stempel for å gjøre det mulig for nevnte forspenningsanordning å bevege nevnte stempel i nevnte forspenningsretning for å levere nevnte støtenergi mot nevnte hus.

Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse anvender hydraulisk kraft fra pumper ved overflaten for syklisk å komprimere en intern stempelfjær i verk-tøyet. Stempelfjæren tillates syklisk å ekspandere for å gi kontinuerlige hurtige støt. Den vedvarende energien som påføres det fastsittende elementet blir drivkraften for å frigjøre det fastsittende elementet. Når operatøren ønsker det, økes strømningsmengden gjennom verktøyet til et valgt nivå, noe som vil gi tilstrekkelig hydraulisk trykk til å bevege en kasteventil slik at den tetter mot et ventilsete på et gjennomstrømningsstempel. Dette stenger av for strømningen gjennom stempelet og driver stempelet og kasteventilen nedover. Når stempelet beveges nedover, presser det sammen stempelfjæren. Ved et konstruert ut-løserpunkt løftes kasteventilen bort fra ventilsetet på stempelet ved en utløser-fjær, hvilket gjør at fluidstrømningen gjennom stempelet fortsetter og med det brått reduserer det hydrauliske trykket mot stempelet. Dette gjør at stempelfjæren brått skyter stempelet opp og leverer et støt mot verktøyhuset. Bevegelse av kasteventilen vekk fra stempelsetet stanses av en momentan økning av det hydrauliske trykket ovenfor kasteventilen, forårsaket av en momentan stans av fluidstrømningen gjennom kasteventilen. Kasteventilen drives da nedover igjen og syklusen gjentas hurtig.

Den drivende kraften for støtet skapes i sin helhet inne i verktøyet, hvilket eliminerer behovet for å forspenne verktøyet ovenfra. Dette gjør at verktøyet fungerer uavhengig av vekten til det fastsittende objektet. Ingen returfluider passerer gjennom verktøyet, noe som eliminerer fare for forurensning fra brønn-slagg.

De nyskapende trekkene ved oppfinnelsen, så vel som oppfinnelsen selv, vil best forstås av de vedlagte figurene, sett sammen med den følgende beskrivelsen, hvor like referansetegn henviser til like deler, og hvor: Figur 1 er et delsnitt i lengderetningen av verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse; Figur 2 er et delsnitt av verktøyet vist i figur 1, før bevegelse av kasteventilen; Figur 3 er et delsnitt av verktøyet vist i figur 1, etter bevegelse av kasteventilen for å tette mot ventilsetet på stempelet; Figur 4 er et delsnitt av verktøyet vist i figur 1, etter ytterligére nedover bevegelse av kasteventilen og stempelet for å presse sammen kasteventilfjæren og stempelfjæren; og Figur 5 er et delsnitt av verktøyet vist i figur 1, etter separasjon av kasteventilen fra ventilsetet og etter oppover bevegelse av stempelet for å støte mot huset.

Det vibrerende verktøyet 10 ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i delseksjon i figur 1. Det omfatter et utvendig hus bestående av et toppstykke 12, en stoppeskulder (eng: shoulder stop) 14, en frikopler 16, et frikoplerhus 18, et stempelhus 20 og et bunnstykke 22. Det utvendige huset utgjør en anordning for å overføre spenninger og dreiemomenter gjennom verktøyet 10. Når det anvendes spenninger mot toppstykket 12, overføres disse til frikoplingen 16 gjennom en gjengekopling. Frikoplingen 16 kan beveges fritt aksielt i frikoplingshuset 18. Frikoplingen 16 inneholder én eller flere tetninger 24 som forhindrer kommunikasjon av fluid fra innsiden av verktøyet 10 til utsiden av verktøyet 10 under aksiell bevegelse av frikoplingen 16. Oppoverrettet aksiell bevegelse av frikoplingen 16 begrenses av at den støter mot stoppeskulderen 14, som er gjenget godt fast mot frikoplingshuset 18. Stoppeskulderen 14 hindres fra å beveges tilbake under operasjon av verktøyet 10 med én eller flere festeskruer 26. Aksielle spenninger overføres fra frikoplingen 16, gjennom stoppeskulderen 14 og deretter til frikoplingshuset 18, stempelhuset 20 og bunnstykket 22.

Dreiemomenter som anvendes gjennom toppstykket 12 overføres via gjenger til frikoplingen 16. Frikoplingen 16 overfører dreiemomentet til frikoplingshuset 18 gjennom sammenflettede fingre både på frikoplingen 16 og frikoplingshuset 18. Dreiemomentet overføres fra frikoplingshuset 18 til stempelhuset 20 og bunnstykket 22 via gjengeforbindelser. Det utvendige huset tettes med mange tetninger 24, 28, 30 og 32.

Den fingrede glideskjøten (eng: fingered slip joint) mellom frikoplingen 16 og frikoplingshuset 18 isolerer toppstykket 12 og stoppeskulderen 14 fra støt i lengderetningen som propagerer oppover gjennom frikoplingshuset 18, og reflekterer longitudinale sjokkbølger tilbake ned gjennom frikoplingshuset 18, stempelhuset 20 og bunnstykket 22 til den nedre andelen av strengen eller til fisken, som ikke er vist.

En eller flere øvre og nedre stempelfjærer 34, 36 leder et stempel 38 oppover. De øvre og nedre stempelfjærene 34, 36 forhåndslastes initielt for å gi en valgt oppover rettet føringskraft mot stempelet 38. De to nedre stempelfjærene 36 er atskilt med en nedre stempelfjærholder 40 inneholdende en (eng: wear guide) 42. Fjærkraften fra de nedre stempelfjærene 36 overføres til en stamme 44 gjennom en nedre stempelfjærstopper 46 som inneholder en annen (eng: wear guide) 42. Stammen 44 er gjenget til den nedre delen av stempelet 38 for å overføre fjærkraften fra de nedre stempelfjærene 36 til stempelet 38. Stammen 44 tjener også som en leder for de øvre stempelfjærene 34. En eller flere setteskruer 47 hjelper til med å holde fast stammen 44 til stempelet 38.

En muffe 48 og en øvre stempelfjærstopper 50 isolerer fjærkreftene fra

de øvre stempelfjærene 34, slik at de kan overføre fjærkreftene direkte til stempelet 38 uavhengig av de nedre stempelfjærene 36. De to øvre stempelfjærene 34 er atskilt av en øvre stempelfjærholder 52 omfattende en (eng: wear guide) 54. Stempelet 38 kan beveges fritt i aksialretningen inne i stempelhuset 20 og frikoplingshuset 18. Stempelet 38 sentraliseres av minst to (eng: wear guides) 56, 58. Stempelringer 60 frembringer dynamisk tetning mellom stempelet 38 og frikoplingshuset 18.

En støtring 62 separerer stempelet 38 fra frikoplingshuset 18 og

begrenser den oppoverrettede aksielle bevegelsen av stempelet 38. Det er viktig at når stempelet 38 beveges oppover, leverer støtringen 62 også

støtkrefter fra stempelet 38 til frikoplingshuset 18.

Stempelet 38 er hult for å tillate gjennomstrømning av fluid. Inneholdt i

den øvre enden av stempelet 38 er et annulært ventilsete 64. Ventilsetet 64 holdes fast til stempelet 38 med minst én setteskrue 66 som ligger under den øvre stempelringen 60 for å forhindre uttrekking (eng: backing off) av sette-skruene 66. Ventilsetet 64 er forseglet inne i stempelet 38 med to tetninger 68.

Inne i frikoplingshuset 18 er det en kasteventil-mekanisme omfattende en muffeholder 70, en kasteventilmuffe 72 og en kasteventilkasse 74. Muffe-

holderen 70 har huller gjennom seg og kasteventilkassen 74 er hul slik at den tillater gjennomstrømning av fluid. Rundt kasteventilkassen 74 er det en ventil-fjæranordning som utgjøres av en fjærstopper 76, en ventilutløserfjær (eng: valve trip spring) 78, en avstandsmuffe (eng: standoff sleeve) 80, en avstands-fjær 82 og en kasteventilleder 84. Kasteventillederen 84 holdes på plass med en o-ring 86. Dimensjoneringen av ventilfjæranordningen er slik at ventil-anordningen og kasteventilkassen 74 fritt kan beveges aksielt.

Avstandsfjæren 82 er mindre stiv enn ventilutløserfjæren 78 og avstandsfjæren 78 er plassert slik at kasteventilkassen 74, fjærstopperen 76 og ventil-utløserfjæren 78 kan gis en initiell forskyvning nedover i aksiell retning uten å komprimere ventilutløserfjæren 78. Denne initielle nedover rettede forskyv-

ningen gjør at kasteventilkassen 74 tetter mot ventilsetet 64 i den øvre enden

av stempelet 38 slik at fluidstrømningen gjennom stempelet 38 stanses. Avstandsmuffen 80 forhindrer at ventilfjæranordningen beveges for langt nedover i aksiell retning. Oppover bevegelse av ventilfjæranordningen stanses ved at fjærstopperen 76 butter mot kasteventilmuffen 72. Kasteventilkassen 74 er plassert konsentrisk inne i ventilfjæranordningen, avstandsmuffen 80 og kasteventillederen 84.

Etter at avstandsmuffen 80 kommer i kontakt med kasteventillederen 84, lander en skulder på den øvre enden av kasteventilkassen 74 mot fjærstopperen 76, slik at mens kasteventilkassen 74 beveges nedover, kompri-meres ventilutløserfjæren 78. Nedover aksiell bevegelse av kasteventilkassen 74 begrenses av at fjærstopperen 76 legges an mot en annulær intern skulder

88 på frikoplingshuset 18.

Operasjonen av verktøyet 10 er illustrert i figurene 2 til 5. Figur 2 viser en forstørring av verktøyet 10 i konfigurasjonen hvor den føres inn i borehullet. Avstandsfjæren 82 gir en initiell forskyvning av kasteventilkassen 74 mot åpen stilling, noe som plasserer kasteventilkassen 74 i en avstand fra stempelventil-setet 64 og muliggjør strømning gjennom verktøyet. Når fluidstrømnings-mengden selektivt økes av operatøren til en kritisk strømningsmengde, fører den økte fluidmotstanden i kasteventilkassen 74 til at kasteventilkassen 74 beveges nedover og komprimerer avstandsfjæren 82, inntil avstandsmuffen 80 kommer i kontakt med kasteventillederen 84 og kasteventilkassen 74 kommer i kontakt med ventilsetet 64 som vist i figur 3. På dette tidspunktet stenges fluid-strømningen gjennom verktøyet 10, og trykket begynner å bygges opp mot den øvre enden til stempelet 38 og kasteventilkassen 74.

Dette økte fiuidtrykket presser stempelet 38 nedover og presser sammen de øvre og nedre stempelfjærene 34,36, som vist i figur 4. Når kasteventilkassen 74 beveges nedover med stempelet 38, presses også kasteventilfjæren 78 sammen, hvilket gir en økende oppover rettet kraft mot kasteventilkassen 74. Når den nedover rettede hydrauliske trykkraften på kasteventilkassen 74 blir. like stor som den oppover rettede kraften skapt av kasteventilutløserfjæren 78, separeres kasteventilkassen 74 fra ventilsetet 64 og ventilfjæranordningen trekker seg brått vekk fra stempelet 38, som vist i figur 5.

Den oppover rettede bevegelsesmengden fra ventilfjæranordningen og kasteventilkassen 74 anvendes for midlertidig å stenge av fluidstrømningen gjennom kasteventilkassen 74 for å forhindre at ventilfjæranordningen og kasteventilkassen 74 beveges for langt oppover. Dette oppnås ved å begrense mengden fluid som kan slippe forbi ventilfjæranordningen. Etter hvert som kasteventilkassen 74 beveges oppover, blir strømningspassasjen gjennom kasteventilkassen 74 gradvis strupet idet strømningsbanen gjennom den utvendige diameteren til kasteventilkassen 74 stenges av den innvendige diameteren til kasteventillederen 84. Mens strømningen begrenses bygges det opp et trykk ovenfor kasteventilkassen 74, hvilket sakker av kasteventillegemet 74, kasteventilutløserfjæren 78, avstandsmuffen 80 og avstandsfjæren 82, inntil den oppover rettede bevegelsen av kasteventillegemet 74 og ventilfjæranordningen stanser. Trykket tilbakefører deretter kasteventillegemet 74 og ventilfjæranordningen til deres<p>perasjonsposisjoner.

Når kasteventillegemet 74 beveges oppover, forsvinner tettingen mellom kasteventillegemet 74 og ventilsetet 64, hvilket forårsaker et hurtig trykkfall ovenfor stempelet 38. På grunn av at den nedover rettede kraften fra hydraulikktrykket forsvinner, gjør de øvre og nedre stempelfjærene 34,36 at stempelet 38 brått returnerer og slår mot støtringen 62, hvilket forårsaker et skarpt oppoverrettet støt som overføres til frikoplingshuset 18 som vist i figur 5. Kasteventilkassen 74 settes da tilbake i ventilsetet 64 og hele syklusen gjentas, mange ganger hvert sekund. Denne prosessen fortsetter så lenge operatøren opprettholder en tilstrekkelig høy mengde fluidstrøm gjennom verktøyet 10.

Claims (7)

1. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) for å løsne fastsittende objekter i olje- og gassbrønner, med et hus konstruert for tilkopling i en arbeidsstreng; et stempel.(38) montert inne i nevnte hus; karakterisert vedat det omfatter: en forspenningsanordning inne i nevnte hus, idet nevnte forspenningsanordning er konstruert for å lede nevnte stempel (38) i en longitudinal forspenningsretning inne i nevnte hus; en fluidstrømbane gjennom nevnte hus; en ventilkasse (74) i nevnte fluidstrømbane, idet nevnte ventilkasse (74) er konstruert for å beveges til en moduleringsposisjon ved økt fluidstrømning, for å modulere nevnte fluidstrøm og med det øke fluidtrykket slik at nevnte stempel (38) presses til bevegelse i motsatt retning relativt til nevnte forspenningsretning og med det lagrer støtenergi i nevnte forspenningsanordning; og en utløseranordning inne i nevnte hus, idet nevnte utløseranordning er konstruert for å bevege nevnte ventilkasse (74) vekk fra nevnte moduleringsposisjon og med det redusere nevnte fluidtrykk mot nevnte stempel (38) for å gjøre det mulig for nevnte forspenningsanordning å bevege nevnte stempel (38) i nevnte forspenningsretning for å levere nevnte støtenergi mot nevnte hus.

2. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 1,karakterisert vedat nevnte forspenningsanordning omfatter en stempelfjær inne i nevnte hus, idet nevnte stempelfjær er konstruert for å lede nevnte stempel (38) slik at det støter mot nevnte hus.

3. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 2,karakterisert vedat nevnte stempelfjær er konstruert med en første ende som ligger an mot nevnte hus og en andre ende som ligger an mot nevnte stempel (38).

4. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 1, karakterisertvedat: nevnte utløseranordning omfatter en andre forspenningsanordning som er konstruert for å lede nevnte ventilkasse (74) bort fra nevnte moduleringsposisjon; nevnte moduleringsposisjon for nevnte ventilkasse (74) er en posisjon som stenger nevnte fluidstrømbane, idet statisk fluidtrykk anvendes for å bevege nevnte stempel (38) i nevnte retning motsatt nevnte forspenningsretning; og nevnte andre forspenningsanordning overkommer nevnte fluidtrykk ved en utløserposisjon for nevnte ventilkasse (74), og tvinger med det nevnte ventilkasse (74) vekk fra nevnte stengningsposisjon slik at fluidstrømningen gjenopprettes og nevnte fluidtrykk mot nevnte stempel (38) reduseres.

5. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 4, karakterisertvedat nevnte fluidstrømningsbane passerer gjennom nevnte stempel (38); nevnte andre forspenningsanordning omfatter en ventilfjær som er konstruert for å lede nevnte ventilkasse (74) bort fra nevnte stempel (38); nevnte ventilkasse (74) ved økt fluidgjennomstrømning beveges slik at den presser sammen nevnte ventilfjær og kraftig legger an mot nevnte stempel (38) og med det sperrer nevnte fluidstrømningsbane; og ved nevnte utløserposisjon for nevnte ventilkasse (74), er nevnte ventilfjær konstruert for å skape en kraft som motvirker kraften fra nevnte fluidtrykk på nevnte ventilkasse (74) og med det reduserer den kraftige anleggingen av nevnte ventilkasse (74) mot nevnte stempel (38), slik at fluidstrømningen gjenopprettes og nevnte fluidtrykk på nevnte stempel (38) reduseres.

6. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 5,karakterisert vedat nevnte ventilfjær er konstruert med en første ende som legges an mot nevnte hus og en andre ende som legges an mot nevnte ventilkasse (74).

7. Nedihulls vibrerende støtverktøy (10) ifølge krav 1,karakterisert vedat nevnte utløseranordning er konstruert for å bevege nevnte ventilkasse (74) mot nevnte fluidstrømning; og nevnte ventilkasse (74) er konstruert med tilstrekkelig motstand mot fluidstrømning til å stanse nevnte bevegelse bort fra nevnte moduleringsposisjon etter aktivering av nevnte utløseranordning.