NO322917B1 - Anordning ved blaere for en oppblasbar pakningsinnretning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en oppblåsbar pakningsinnretning som omfatter en avansert elastomerisk oppblåsbar blære, enten alene eller i kombinasjon med en avansert kappe.

Slik uttrykket "oppblåsingsbegynnelse" 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 en flerhet av 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 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 oppblåsingselementet 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 legemsparti, 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 kjent 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 og 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 f6ringsrøret.

Det er ved en rekke utforminger ifølge kjent teknikk lagt merke til at når driftsbetingelsene omfatter moderate ekspansjonsforhold, 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). Verktøyer utformet for å kontrollere oppblåsingsfasongproble-mer omtalt i Eslingers skrift er beskrevet i detalj i amerikansk patent nr. 5,605,195 utstedt 25. februar 1997, med tittelen "Inflation Shape Control System For Inflatable Packers"

(Oppblåsingsfasongkontrollsystemer for oppblåsbare pakninger) , og i amerikansk patent nr. 5,507,341, utstedt 16. april 1996 med tittelen "Inflatable Packer With Bladder Shape Control" (Oppblåsbar pakning med blærefasongkontroll).

Folder i blæren kan ventes å oppstå i innretninger ifølge kjent teknikk, som den vist på fig. 1, 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 forplantingen 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 fysiske egenskaper ved det elastomeriske materiale som utgjør blæren, ikke er tilstrekkelige til å overleve de stedbestemte treaksiale spenninger og belastninger.

Med unntak av innretningene 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 kjent teknikk som har en elementkonstruksjon lignende den vist på fig. 1, store utgangsvinkler og ugunstige ekspansjonsprofiler når ekspansjonsforholdet er større enn 2,00:1, dvs. utgangsvinkler større enn 25° ved et ekspansjonsforhold på 2:1 og ekspansjonsprofiler lignende den vist på fig. 1. En ekspansjonsprofil ville bli bedømt å være ugunstig dersom skråning-en på den utvendige flate på noe sted på oppblåsningselementet overskrider 15° i forhold til borehullets lengdeakse. Uttrykket "ugunstig ekspansjonsprofil" gjelder bare for par-tiet av oppblåsingssyklusen med "effektiv oppblåsing". Til-bøyeligheten til å danne knipetetninger og folder er direkte knyttet til uønskede kombinasjoner av ekspansjonsforhold, utgangsvinkler og ekspansjonsprofiler hos innretningen. Ved innretninger ifølge kjent 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 kjent teknikk, bortsett fra dem i de foretrukne utfø-relser 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"

(Forutbestemt fasongformet oppblåsbar pakningsinnretning), utstedt 29. september 1998, beskrives fremgangsmåter for å minske dannelsen av knipetetninger og folder under oppblåsing av innretninger ifølge kjent 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-metre 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 kjent 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 kjent 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 belast-ningskonsentrasjoner 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 fdringsrøret (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 pakningsinnretning som omfatter et rørformet element som har et elastomerisk materiale og spiralbånd 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.

Problemene beskrevet ovenfor kan videre dempes ved tilveiebringelse av en oppblåsbar pakningsinnretning som har en kombinasjon av en utmerket ensartet oppblåsingsprofil under effektiv oppblåsing og minimale utgangsvinkler gjennom oppblåsningssyklusen.

Ifølge et første aspekt ved den herværende oppfinnelse er det tilveiebrakt en oppblåsbar pakningsinnretning til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg, hvor nevnte innretning kan blåses opp med trykksatt fluid overført til innretningen fra en fluidkilde for å tette innretningen mot nevnte borehullsvegg ved oppblåsing, hvor nevnte innretning omfatter et hus, en elastomerisk kappe anbrakt utenpå huset for å tette mot veggen i borehullet; og en oppblåsbar blære anbrakt innenfor nevnte kappe, hvor nevnte blære er fremstilt med en gradert reduksjon i blærens tykkelse mellom dens ytre utgangsdiameter og dens indre utgangsdiameter, slik at kappen i bruk 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.

I foretrukne utførelser av oppfinnelsen er en oppblåsbar pakningsinnretning slik som en broplugg, pakning, sementsperre, osv. tilveiebrakt til bruk i et underjordisk borehull. Borehullet har en vegg som kan være enten åpent hull eller fåringsrør, og bruken av uttrykket "vegg" eller "borehullsvegg" innebærer enten åpent hull eller hull fåret med f6r-ingsrør. Pakningsinnretningen kan føres inn i borehullet på en "transportmekanisme", slik som kveilrør, produksjons- eller overhalingsrør, tradisjonelt gjenget rør, kabel, elekt-risk ledning eller lignende. Innretningen kan 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 fortrinnsvis tilveiebrakt midler på huset for at huset effektivt skal kunne gå i inngrep med transportmekanismen. Slikt inngrep kan enten 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 avansert, bestemt oppblåsbar elastomerisk blære er fortrinnsvis innbefattet langs huset og anbrakt konsentrisk rundt spindelen. En elastomerisk kappe, som også kan være planlagt slik, er anbrakt utvendig på blæren for å tette mot veggen i borehullet. Blæren eller en kombinasjon av blæren og kappen kan være planlagt til å tillate kappen å ha 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 3:1, hvorved en ensartet ekspansjonsprofil tillater kappen å for-trenge brønnfluider mellom veggen i borehullet og utsiden av kappen under effektiv oppblåsing. På en slik måte minkes buktdannelse i ribbene og kniping eller folding i blæren rundt spindelen under slik oppblåsing. Den resulterende ensartede kontinuerlige glatte ytre flate på kappen kan tilveie-bringes ved hjelp av arrangert variasjon i blærekomponentens opprinnelige tykkelse eller ved en kombinert arrangering av blæren og kappen under fremstilling.

Utformingen av pakningsinnretningen kan legge til rette for én enkelt kappe 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 kappen som strekker seg mot hver ende av huset.

Utformingen av oppfinnelsen, i det minste i foretrukne utfø-relser, eliminerer enhver skarp endring i kappetykkeIse, slik som "trinnvise" variasjoner som er så dramatiske at de lett kan identifiseres, både visuelt og ved berøring. Alle tykkelser i den avanserte blære og i kappen, dersom denne er bestemt for arrangerte resultater med slik blære, er med hensikt gradert over forholdsvis lange stykker, hvilket resulterer i eliminering av spennings- og belastningskonsentra-sjoner i blæren og kappen knyttet til endringer i tykkelse og sikring av kontinuerlig ubrutt/homogen tettende kontakt for kappeelementet overfor brønnveggen. Slike konturer reduserer tilbøyeligheten til å innlede rifter i kappen og/eller blæren i motsetning til noen innretninger ifølge kjent teknikk som bare forsøker å stanse forplantningen av en rift i kappen og/eller blæren via brå endringer i kappetykkelsen.

Innretningens evne til å hindre riftdannelse i blæren eller kappen er et direkte resultat av kombinasjonen av meget små utgangsvinkler og reduksjonen i spennings- og belastningskon-sentrasjoner i blæren eller kappen. Disse trekk oppnås ved tilveiebringelse av kontinuerlig inngrep mellom variasjoner i tykkelsen hos blæren eller hos blæren og kappen uten skarpe eller brå vinkelendringer mellom slike konturer under effektiv oppblåsing av innretningen idet det holdes fast ved den herværende oppfinnelses modell med liten utgangsvinkel.

Oppfinnelsen tillater således, i det minste i dens foretrukne utførelser, arrangering av varierende avanserte konturer og utforminger i blæren eller i en kombinasjon av blæren og kappen for å tilveiebringe en ensartet ekspansjonsprofil på en ventet, dvs. forhåndsbestembar, måte, hvilken kan oppnås med bare minimal eller nominell eksperimentering 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.

Noen foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet, bare som eksempel, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er en skjematisk vertikal illustrasjon delvis i tverrsnitt av en oppblåsbar pakningsinnretning ifølge kjent teknikk som settes i en underjordisk brønn med en resulterende utgangsvinkel som er godt over maksimumsvinkelen ifølge den herværende oppfinnelse, hvilket resulterer i skarpe vinkelover-ganger i kappen langs avsmalningslinjen definert av utgangsvinkelen.

Fig. 2 er et langsgående tverrsnitt av en blære i fore-trukket utførelse, hvilken har bestemte variasjoner i veggtykkelsen.

2A og 2B avbilder bedre veggtykkelsestrekkene for blæren på

fig. 2.

Fig. 3A og 3B utgjør sammen et tverrsnittsoppriss av et apparat i overensstemmelse med den herværende oppfinnelse innbefattende den avanserte blære på fig. 2 i et oppblåsingselement som har en avansert kappe. Fig. 4-20 utgjør en sekvens av oppriss som illustrerer den omtrentlige ventede oppblåsingssyklus som kan ventes å forekomme ved bruk av den herværende oppfinnelse med et ekspansjonsforhold på 2,35:1, og simu-lerer faktisk setting nede i borehullet inne i en f6ringsrørledning.

Det vises nå først til fig. 1, hvor det er vist et apparat PAA ifølge kjent teknikk av den oppblåsbare variant delvis satt inne i en brønn W langs en innervegg A i en fåringsrør-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 transportmekanisme, slik som en ledning CT på tradisjonell måte. Som illustrert skjematisk på fig. 1, 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 kontaktpunket PC og tangent til PAAs linje. Utgangsvinkelen F er definert som vinkelen mellom linjene A og E.

Fig. 4-20 er illustrative for den ventede oppblåsingssyklus som kan oppnås når den herværende oppfinnelse praktiseres. Disse figurer tilsvarer fig. 1-17 i amerikansk patentsøknad nr. 09/290,373 inngitt 4. desember 1999 med tittelen "Inflatable Packing Device Including Cover Means for Effecting a Uniform Expansion Profile" (Oppblåsbar pakningsinnretning innbefattende kappeelement for å tilveiebringe ensartet ekspansjonsprofil) og er oppriss av en innretning som omfatter en avansert kappe, i motsetning til en avansert blære eller en kombinasjon av en avansert blære og mantel. Ikke desto mindre tjener disse figurer til å illustrere anvendelsen av de definerte uttrykk så vel som oppblåsingsprofilene som er ventet å forekomme i en innretning hvor den avanserte blære ifølge den herværende oppfinnelse skal erstatte en avansert kappe.

Som vist på fig. 4-20, er et apparat 10 vist plassert inne i et avsnitt av pleksiglassledning eller annen klar ledning, hvilken representerer foringsrør C, inne i en brønn W. På fig. 4 sees apparatet 10 i den innkjørte posisjon like før oppblåsing av apparatet 10 innledes. Fig. 7-20 er illustrative for grunnleggende oppfinnelsesfunksjon ved et ekspansjonsforhold på 2,35:1. Fåringsrøret C har en innervegg A.

Fig. 5 representerer apparatet 10 ved oppblåsingsbegynnelse, hvilken kan registreres visuelt gjennom den utoverrettede tøyningen av settet av metalliske ribber eller mantelen 22 som strekker seg langs omkretsen, og som i denne representa-tive utforming er utildekket for å gå i forankrende inngrep langs innerveggen A i foringsrøret C. På fig. 5 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. 6, 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 2%°. På avbildningen i fig. 6 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 avbildningen i fig. 7 er det innledende kontaktpunkt PC opprettet med innerveggen A i foringsrøret C, og utgangsvinkelen F blir fortsatt omtrent 8°.

På fig. 8 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. 11 representerer en fortsettelse av oppblåsingssyklusen fra fig. 10. På fig. 12 fortsetter oppblåsingssyklusens rullende effekt, og utgangsvinkelen F er ventet fremdeles å holde seg innenfor det akseptable område på ikke mer enn omtrent 15° ved ekspansjonsforholdet på 2,35:1, og fortrinnsvis på 7,0°.

I utformingen av innretningen 10 vist på fig. 4-20 er øvre og nedre avsnitt av kappen 24 vist i sekvensielle oppblåsings-oppriss, idet ett av kappeavsnittene beveges inn i kontakt med den innvendige flate A noe tidligere enn det andre kappeavsnitt. Denne sekvensen er tenkt i den foreliggende oppfinnelse . Fig. 8-12 viser en fortsettelse av effektiv oppblåsing med et kontaktpunkt PC i bevegelse og en fortsettelse av en tilfredsstillende utgangsvinkel F på omtrent 5-8°, eller mindre. Fig. 13 illustrerer tilfredsstillende oppblåsing slik den er tenkt innenfor oppfinnelsen gjennom effektiv oppblåsing EI i den ene ende av innretningen, mens oppblåsing vil fortsette ved den motsatte ende. Fig. 13 illustrerer den grunnleggende oppblåsingselementprofil ved slutten av effektiv oppblåsing. Selv om apparatet 10 kan utformes slik at blæren blåses opp for å bevirke at kappeelementet 24 forsetter å blåses opp med en utgangsvinkel på ikke mer enn omtrent 20°, er det på dette tidspunkt og fordi effektiv oppblåsing er avsluttet, ikke lenger kritisk at fortsatt oppblåsing må være innenfor en utgangsvinkel på omtrent 20°. Fig. 20 illustrerer apparatet 10 i den fullstendige satte posisjon i brønnen W. Fig. 14-20 illustrerer ventet fortsatt oppblåsing av en innretning som ville omfatte 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 blære med avansert kontur eller en kombinasjon av en blære med avansert kontur og kappe, resulterer i en meget liten utgangsvinkel og ensartet ekspansjonsprofil for kappen gjennom hele den effektive oppblåsing.

Selv om teksten i denne beskrivelse omtaler fremgangsmåten for å opprettholde en konstant utvendig blærediameter og varierende innvendig blærediameter for å oppnå veggtykke1sesva-riasjoner, er det også mulig å opprettholde en konstant innvendig blærediameter og variere den utvendige diameter for derved å oppnå veggtykkelsesvariasjoner. Kombinasjoner av disse to fremgangsmåter kan også tas i bruk for å oppnå hensiktene som tidligere er beskrevet i denne tekst.

Blæren 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 en blære iføl-ge formålet med den foreliggende oppfinnelse. Den utvendige profil som oppstår i innretningen under oppblåsing, er resul-tatet av gradvise, fine reduksjoner og konturforming av enten utsiden eller innsiden av blæreoverflaten, hvilke kan oppnås gjennom tradisjonelle maskineringsteknikker for å redusere utgangsdiameteren i slikt blæreelement enten ved den ytre diameter eller den indre diameter, eller i noen tilfeller beg-ge, 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 ekspansjonsillustrasjonssekvensen på fig. 5-20 er den ensartede ekspansjonsprofils jevne, sammenhengende, rullende natur tydelig. Fraværet av ribbebukting er både tydelig og enestående for et oppblåsingselement som har et utildekket ribbeankeravsnitt. 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 mulighe-ten for at innretningen svikter på grunn av myk setting.

Det vises nå til fig. 2, 2A og 28, hvor det er vist en fore-trukket utforming av apparatet 10'ifølge den herværende oppfinnelse. Den avanserte blære 100 ifølge den herværende oppfinnelse er vist som at den er 1626 mm (64,00°) i total lengde. Blæren 100 har en konstant og sammenhengende utvendig diameter (OD) på 42,3 mm (1,69"). Med hensikt varierer blæreveggtykkelsen nedover langs blærens lengdeakse. På tvers fra venstre mot høyre har de første 248 mm (9,75") av blærelengden en konstant veggtykkelse på 7,1 mm (0,280"). Dette stykke av blærelengden er angitt som stykke 101. Stykket 101 svarer selvsagt til et stykke med konstant innvendig diameter (ID). Et punkt 108 angir slutten på stykket 101 og begynnelsen på et 286 mm (11,25") stykke 102, hvor blæreveggtykkelsen varierer lineært proporsjonalt med stykkets lengde, dvs. at i begynnelsen av det 286 mm (11,25") lange stykke er veggtykkelsen 7,1 mm (0,280"), på slutten av stykket er veggtykkelsen 8,0 mm (0,315"), og veggtykkelsen mellom de to ender av stykket varierer i lineært forhold til rommessig plassering langs stykkets lengde. Blærens ID ved punkter i stykket 102 varierer i lineært forhold til rommessig plassering langs stykkets lengde. Et punkt 106 angir slutten på det avsmalnede stykke 102 og begynnelsen på et stykke 103 som er 264 mm (10,38") langt og har en konstant veggtykkelse på 8,0 mm (0,315"). Stykket 103 svarer til et stykke blærelengde som har konstant ID. Et punkt 110 angir slutten på stykket 103 og begynnelsen på et 7,6 cm (3,00") langt stykke 104, hvor veggtykkelsen smalner av lineært fra en innledende tykkelse på 8,0 mm (0,315") til en sluttykkelse på 6,1 mm (0,240"). Blærens ID ved punkter i stykket 104 varierer i lineært forhold til rommessig plassering langs stykkets lengde. Et punkt 111 angir slutten på stykket 104 og begynnelsen på et 20,3 cm (8,00") langt stykke 105, som har en konstant veggtykkelse på 6,1 mm (0,240"). Stykket 105 har en konstant ID. Et punkt 112 angir slutten på stykket 105 og begynnelsen på et 152 mm (6,00") langt stykke 106', hvor veggtykkelsen koner lineært fra en innledende tykkelse på 6,1 mm (0,240") til en sluttykkelse på 8,0 mm (0,315"). Stykkets 106' ID varierer i lineært forhold til rommessig plassering langs lengden av stykket 106'. Et punkt 113 angir slutten på stykket 106' og begynnelsen på et 397 mm (15,63") langt stykke 107 som har en konstant veggtykkelse på 8,0 mm (0,315"). Stykket 107 har en konstant ID langs hele sin lengde.

Blæren 100 er en eneste sammenhengende enhet uten markante overganger, som har en konstant OD og stykker med variabel veggtykkelse. Lengden og tykkelsene på stykkene er valgt for å samvirke med tilknyttede komponenter i oppblåsingselementet, dvs. ribber og kappe(r) for å oppnå ønskede forbedrede oppblåsingskarakteristikker.

Selv om den foretrukne utførelse illustrerer blæretykkelser som varierer lineært avsmalnende, er ikke tykkelsesprogramme-ring begrense til denne måte. Variasjonene kan variere kurvelineært eller på andre avanserte måter.

Det vises nå til fig. 3A og 3B hvor apparatet 10 ifølge den herværende oppfinnelse er vist med innbefatning av blæren 100 illustrert på fig. 2. Apparatet 10 omfatter et hus 11 som er dannet av en øvre kopling 11A og en øvre krage 11B. Koplingen 11A er ved gjenger 11C skrudd sammen med en rørformet kompo-nent (ikke vist) av kjent konstruksjon. Lignende koplinger og krager er illustrert i motsatt ende av apparatet 10. Apparatet 10 innbefatter også en kappe 12 som kan være en avansert variant, som illustrert på fig. 3A og 3B, eller kan være mer tradisjonell som kappen vist på fig. 4-20, hvor de øvre og nedre kappesegmenter har en konstant nominell tykkelse på 1,8 mm (0,070") og en ytre diameter på 51 mm (2,008"). Kappen 12 er konturformet slik at den har et 105 mm (4,14") langt stykke med 53,5 mm (2,097") utvendig diameter (2,8 mm (0,109") tykt), og et tilstøtende 238 mm (9,36") langt stykke med lineært varierende kappetykkelse. En kappe 12A har et 105 mm

(4,14") langt stykke med 53,5 mm (2,097") utvendig diameter (2,8 mm (0,109") tykt), et 276 mm (10,86") langt lineært varierende stykke hvor tykkelsen smalner av fra 2,8 mm (0,109") i den ene ende til 1,7 mm (0,068") i den andre ende, og et 229 mm (9,00") langt stykke som har en konstant tykkelse på 1,7 mm (0,068"). Som vist på fig. 3B, innbefatter apparatet 10 også en rekke radialt forløpende metalliske spiler 13, også av tradisjonell art, hvilke huses mellom innsiden av kappen 12 og blæren 100. Som illustrert er spilene 13 utildekket over et parti av lengden 14 av apparatet 10, slik at de ved radial ekspansjon kan gå forankrende i inngrep mot fåringsrøret på brønnens innervegg, i tilfelle brønnen er f6ret med foringsrør, eller langs den åpne borehullsvegg i et uforet hull. Kappeavsnittet 12A strekker seg fra det utildekkede ribbeavsnitt 14 til den nedre krage 11D.

Det skal forstås at utgangsvinkelen vist på fig. 4-20 typisk vil være mindre enn 8°. Dette er selvsagt godt innenfor området for ventede utgangsvinkler for den herværende oppfinnelse, dvs. ikke mer enn omtrent 15° ved et ekspansjonsforhold på 2,35:1.

For å fremme den forutbestemte effekt ved oppblåsingselemen-ter ifølge kjent teknikk og disses oppblåsingskarakteristikker for å dempe ribbebukting og kniping og lignende, som beskrevet tidligere, kan en blære med forutbestemt form inn-befattes sammen med en kappe som har det fasongstyrende middel som beskrevet i amerikansk patent nr. 5,813,459. Utformingen av blæren ville på enestående vis være tilpasset trekkene til de dertil passende kapper som benyttes i angjel-dende oppblåsingselement.

Det skal forstås at den herværende oppfinnelse tilveiebringer en konturformet blære som et kontinuerlig, rørformet element med en begrenset lengde, sammensatt av sammenhengende stykker av varierende størrelser i lengde og diameter. Ved å variere kombinasjonen av intervalldiametre og -lengder i blæren, så vel som å variere sammenstillingen av stykkene, vil ønskede overgangsfasonger i blæren og oppblåsingselementet tilveie-bringes 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 kjent 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-re og lengder og den rommessige plassering og samvirket mellom nabostykker vil tillate brukeren å bestemme disse para-metrer for å oppnå spesifikke ønskede karakteristikker, og er ikke bare begrenset til å minimere utgangsvinkelen. Bevisste kombinasjoner av blæreprofiltrekk og kombinasjoner av slike trekk i blærer så vel som i kapper kan dessuten brukes for å oppnå andre ønskede overgangsfasonger under oppblåsingssyklusen.

Det skal også forstås at innbefatning av den herværende oppfinnelse i en blære for en slik pakningsinnretning resulterer i eliminering av ribbebukting, ribbeoppkutting av blæren og brå endringer i kappetykkelsen, og det forekommer ikke noen tettende knipinger eller sammenrullede folder under oppblåsing. Myke settinger blir 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 perfekte, rette linjer fra sine kontaktpunkter gjennom innretningens komponenter, slik som endekrager, men opp-viser i stedet nesten rette linjer som dem på fig. 7-20. De som har erfaring innenfor utforming og testing av oppblåsbare innretninger, ville anse profillinjene på fig. 7-20 som like-stilt med rette linjer.

t

Claims (12)

1. Oppblåsbar pakningsinnretning (10) til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg (C), hvor nevnte innretning kan blåses opp med trykksatt fluid som overfø-res til innretningen fra en fluidkilde, for å tette innretningen mot nevnte borehullsvegg ved oppblåsing, og hvor nevnte innretning omfatter: (a) et hus (11) ; (b) en elastomerisk kappe (12) anbrakt utenpå huset (11) for å tette mot borehullets vegg (A); og (c) en oppblåsbar blære (100) anbrakt innenfor nevnte kappe (12), karakterisert ved at blæren (100) er fremstilt med gradert reduksjon i blærens tykkelse (t) mellom dens ytre utgangsdiameter og dens indre utgangsdiameter, slik at kappen (12) i bruk strekker seg fra et kontaktpunkt under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel (F) på ikke mer enn 20° ved oppblåsings-forhold på opp til 3:1.

2. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den graderte reduksjon i tykkelsen på nevnte blære (100) mellom dens ytre utgangsdiameter og dens indre utgangsdiameter er tilveiebrakt langs i det vesentlige hele lengden av blæren.

3. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte blære (100) forsyner nevnte kappe (12) med en ensartet ekspansjonsprofil, hvorved brønnfluider blir fortrengt mellom veggen (C) av borehullet og utsiden av kappen (12) under oppblåsing.

4. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det ytre overflateareal av nevnte blære (100) er i det vesentlige glatt, slik at kniping eller folding av blæren rundt huset (11) under oppblåsing forhindres.

5. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at utgangsvinkelen (F) er mindre enn 8°.

6. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at den videre innbefatter en rekke langstrakte ribber (13) plassert mellom nevnte blære (100) og nevnte kappe (12) .

7. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge krav 6, karakterisert ved at ett eller flere avsnitt (14) av nevnte ribber (13) ikke er dekket av nevnte kappe (12), hvorved i det minste ett avsnitt av nevnte langstrakte ribber (13) avgrenser middel for forankring av nevnte pakningsinnretning (10) i forhold til nevnte vegg (A).

8. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at den omfatter øvre og nedre avsnitt (12A) av nevnte kappe (12), hvor nevnte avsnitt er skilt fra hverandre av en rekke utildekkede langstrakte ribbeelementer (13) som kan ekspanderes radialt utover når nevnte blære (100) blåses opp, for å gå i kontakt og i forankrende inngrep i forhold til nevnte vegg (A).

9. Oppblåsbar pakningsinnretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, idet innretningen kan føres inn i borehullet på en transportmekanisme, k a r a k - terisert ved at huset (11) omfatter en spindel og den oppblåsbare blæren (100) er anbrakt konsentrisk rundt nevnte spindel, og at huset (11) ytterligere omfatter middel (11A) på nevnte hus for effektivt å bringe huset i inngrep med transportmekanismen.

10. Elastomerisk oppblåsbar blære (100) som skal inngå i en oppblåsbar pakningsinnretning (10) som har en elastomerisk kappe (12), til bruk i et underjordisk borehull som har en vegg (C), karakterisert ved at blæren (100) er fremstilt med gradert reduksjon i tykkelse (t) mellom dens ytre utgangsdiameter og dens indre utgangsdiameter for derved å tilveiebringe et kontinuerlig glatt ytre overflateareal på nevnte kappe (12) som strekker seg fra et kontaktpunkt (CP) under effektiv oppblåsing med en utgangsvinkel (F) på ikke mer enn 20° ved ekspansjonsforhold på opp til 3:1.

11. Elastomerisk oppblåsbar blære ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte blære (100) har en ensartet ekspansjonsprofil langs sin innvendige diameter for å bevirke fortrengning av brønnfluider mellom nevnte vegg (C) i nevnte borehull og utsiden av nevnte kappe (12) under oppblåsing.

12. Elastomerisk oppblåsbar blære ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at nevnte blære (100) er utformet for å hindre kniping eller folding av nevnte blære innenfor nevnte oppblåsbare pakningsinnretning (10) under oppblåsing.