NO323606B1 - Anordning for selektiv trykk-oppbygging i en rordel - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører utstyr som kan anvendes for avsperring av en rørledningsstreng for å tillate trykkoppbygging for hydraulisk innstilling av nedhulls-redskaper, og hvor en passasje gjennom rørledningen kan gjenopprettes etter den hydrauliske innstilling.

Foringsforlengere blir ofte festet til brønnforinger ved anvendelse av hydraulisk innstillbare glidere og ytre brønnforingspakninger. For å utløse disse hydraulisk aktiverbare komponenter, er forlengelsesstrengen utstyrt med en landingskrave som består av et sete som mottar en kule for avsperring av den sentrale passasje. Trykk bygges da opp for å bringe de hydrauliske komponenter til å anbringe fdringsfoirengelsen på rørforingen og/eller aktivere pakningene. Når foringsforlengelsen er festet, så må passasjen vanligvis åpnes på nytt for å tillate at sement pumpes gjennom denne. Etter avslutning av sementeringen kan landingskraven bores utfor å gjenåpne hele boringstverrsnittet i foringsforlengelsen.

I situasjoner hvor formasjonen er følsom, så vil denne prosedyre for å gjen-opprette strømning i foringsforlengelsen frembringe trykksjokk i formasjonen. Grunnen til at dette finner sted er at når kulen lander på setet vil den forårsake en trykkoppbygging utover en forutbestemt verdi inntil én eller flere avskjæringspinner vil briste. Vanligvis vil kulen og setet bevege seg samlet etter at avskjærings-pinnen er avskåret, og en slik bevegelse vil umiddelbart åpne en passasje til formasjonen nedenfor. Den trykkoppbygging som har funnet sted på baksiden av kulen plassert på setet vil da meget raskt kunne frembringe en trykk-sjokkbølge i formasjonen. Trykket for avskjæring av skjærpinnene har typisk vært flere tusen pund per kvadrattomme. Et stort fluidvolum befinner seg vanligvis på oversiden av kulen. Dette store volum inneholder en stor mengde lagret energi ut ifra sammen-trykningen av fluidet i seg selv og også eventuelt oppløst gass som befinner seg i det. I tillegg vil det påførte trykk utvide rørledningen på oversiden av kulen, hvilket etter utløsning av trykket vil legge til ytterligere kraft bak sjokkbølgen på formasjonen. Dette hydrauliske sjokk på formasjonen er uønsket da det kan frembringe skade på følsomme formasjoner, hvilket kan føre tii formasjonsnedbrytning eller alvorlige fluidtap.

Fra US 5.533.571 fremgår det en hydraulisk jetvaskeordning for en brønn bestående av landingskrave med en skjærpinne for mottak av en kule. Skjærpinnen rives av når trykket på landigskraven og kulen blir for stor, og da skyves landingskravene nedover og åpner ventilen.

Tidligere konstruksjoner som har holdt landingskraven på plass ved hjelp av skjærskruer har vanligvis anvendt skjærskruer i messing eller bronse innført i

aluminiumkomponenter. Under anvendelser som medfører høye temperaturer, slik som over 177°C (350°F), vil aluminiumet mykne og skjærskruenes brytningspunkt vil da være gjenstand for nedsatt pålitelighet, slik at brytningspunktet kan ligge på pluss eller minus 15% av den forventede verdi. Bruk av hardere metaller i en konstruksjon av denne type er uønsket, da det kan oppstå situasjoner hvor landingskraven behøver å bli boret ut for påfølgende nedhullsoperasjoner.

Den rørformede konstruksjon som utgjør setet har i tidligere utførelser vært fjærbelastet og festet til huset ved et arrangement av pinne og sliss, slik at rekke-følgen av påføring og fjerning av trykk kan anvendes for fremføring av pinnen i slissen inntil til slutt pinnen når et åpent parti av slissen. Når den er innstilt slik, vil sammenstillingen av sete og kule ganske enkelt falle nedover i foringsforlengelsen eller bli oppfanget litt nedenfor sin tidligere posisjon med bare et minimalt påført trykk. Konstruksjoner av denne type var vanligvis utført i hardt stål for å lette dens pålitelige drift. Ett av de problemer som opptrer ved en slik konstruksjon er imidlertid at den må bores ut, og det har tatt lang tid å gjøre dette p.g.a. de for-skjellige komponenters hardhet. Denne konstruksjon kunne også sette seg fast p.g.a. de tallrike bevegelser som fordres for å utløse den.

Det som kreves og følgelig også er et formål for foreliggende oppfinnelse er da en utførelse som er enkel og likevel pålitelig. Formålet for foreliggende oppfinnelse er å nedsette, hvis ikke fullstendig eliminere, de sjokk på formasjonen som skriver seg fra forskyvningen av kombinasjonen av kule og sete etter akti-vering av de hydrauliske komponenter nedhulls. Et annet formål som kan oppnås ved forenkling av konstruksjonen er å lette bruk av mykere materialer, slik som ikke-metalliske komponenter, slik at den påfølgende utboring, hvis den i det hele tatt blir nødvendig, kan finne sted raskt. Enda et annet formål er å oppnå større pålitelighet for faktisk utløsning ved et forut bestemt trykknivå. Dette er delvis oppnådd ved bevegelse bort fra skjærpinne-konstruksjoner for normal drift mot alternativer som har vist seg å ha snevrere toleranser med hensyn på utløsning ved en forut bestemt trykkverdi. Disse og andre formål vil bli bedre forstått i sammenheng med en omtale av den foretrukne utførelse av oppfinnelsen, slik den vil bli beskrevet nedenfor.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er beskrevet en landingskrave som danner et avtettet hulrom rundt sin omkrets. Denne landingskrave har et sete for å motta en kule. Etter påføring av trykk på kulen, vil trykket stige i det kammer som omgir landingskraven. Ved et forutbestemt trykk i kammeret, så vil en bruddskive briste, hvilket vil tillate fluidet i kammeret å slippe ut gjennom en innsnevret passasje, hvilket vil regulere landingskravens bevegelse til gradvis å fri legge en forbipassering som åpnes omkring landingskraven. Da landingskravens bevegelse reguleres av åpningen ved bruddskiven, så vil sjokk på formasjonen nedenfor være eliminert. Hvis landingskraven setter seg fast, så er en nødsfrigjøring mulig da landingskraven er konfigurert i to deler som kan settes sammen ved hjelp av pinner. Ved påføring av et trykk som er høyere enn det trykk som bryter bruddskiven, vil skjærpinnen briste og et parti av landingskraven sammen med kulen vil bli løsgjort for å muliggjøre kommunikasjon med formasjonen nedenfor.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Figur 1 viser i snitt et oppriss av landingskraven i innkjøringsposisjon. Figur 2 som angir innkjøringsposisjonen i figur 1, viser bevegelse som reaksjon på termiske belastninger. Figur 3 viser samme gjenstand som figur 1, men med kulen landet på setet og bruddskiven brutt for å frilegge forbipassasjen. Figur 4 viser gjenstanden i figur 3 i fullt åpen stilling for å tillate påfølgende nedhullsoperasjoner. Figur 5 anskueliggjør nødutløsningsprosessen når landingskrave-sammenstillingen ikke vil beveges til brudd av bruddskiven, og viser kulen landet på setet og begynnelsen av trykkoppbyggingen. Figur 6 viser gjenstanden i figur 5 med tilstrekkelig oppbygget trykk til å bryte skjærpinnene for å gjøre det mulig for kulen og setet å skille seg fra stempel-partiet av landingskrave-sammenstillingen. Figur 7 viser i snitt og oppriss en alternativ utførelse som kan anvendes i en ikke-metallisk variant av oppfinnelsesgjenstanden.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSE

I figur 1 er det vist at anordningen A er installert i en foringsforlengelse 10 ved anordning av et husl2 i foringsforlengelsen 10 ved hjelp av en gjenget ring 14. Pakningen 16 danner avtetning mellom foringsforlengelsen og huset 12. Huset 12 har en innløpsåpning 18, hvorav en del er utboringen 20. Én eller flere laterale portåpninger 22 strekker seg gjennom huset 12 og står på utsiden i forbindelse med det ringformede rom 24 som befinner seg mellom huset 12 og passasjen 26 inne i foringsforlengelsen 10. Kulesetet 28 utgjør en del av muffen 30. Muffen 30 har en utboring 32 som strekker seg gjennom muffen. Muffen 30 er festet til et stempel 34 ved hjelp av én eller flere pinner 36. En pakning 38 danner tetning mellom muffen 30 og stempelet 34. Pakningen 40 danner avtetning mellom stempelet 34 og huset 12. Pakningene 38 og 40 danner også øvre avtetninger av et ringformet kammer 42. En bunnsub 44 er festet til huset 12 med et gjenge-avsnitt 46. Pakningen 48 danner avtetning mellom huset 12 og bunnsub 44. Pakningen 50 danner avtetning mellom muffen 30 og bunnsuben 44. Bunnsuben 44 har en utboring 52 hvori det er montert en strømningsbegrenser 54 og en bruddskive eller et avsperrande legeme 56. Begrenseren 54 kan være en åpning. Bruddskiven 56 kan være en hvilken som helst barriere som motsetter seg den påtrykkede kraftfor å hindre den ønskede trykkoppbygging i rørledningen før den utløses. Andre innretninger som tillater trykkoppbygging opp til et bestemt punkt og derpå en utløsning, kan anvendes uten at man derfor avviker fra oppfinnelsens idéinnhold. Alt etter de foreliggende utstyrsfordringer kan begrenseren 54 eller fjernbar barriere 56 anvendes hver for seg uten at dette innebærer et avvik fra oppfinnelsens idéinnhold.

Pakningen 58 danner tetning mellom stempelet 34 og huset 12. Stempelet 34 har en skulder 60 som befinner seg i avstand fra en indre skulder 62 på huset 12 for å danne et åpent kammer 64. Kammeret 64 befinner seg i kommunikasjon med det ringformede rom 24 igjennom én eller flere portåpninger 66. Stiplede linjer

68 viser formen av åpningene 22 som er vist i snitt i figur 1.

Anordningen A er innrettet for å reagere på forandringer i termisk belastning p.g.a. temperaturforandring i fluider nedhull, som vil kunne ekspandere det hydrauliske fluid som foreligger i kammeret 42 med bruddskiven 56 ubrutt. Som det vil fremgå ved sammenligning av figurene 1 og 2, vil en økning i temperaturen forårsake ekspansjon av fluidet i kammeret 42 og bringe skulderen 60 nærmere skulderen 62.

Arbeidsfunksjonen for anordningen A omfatter nedfall av en kule 70 som vanligvis er utført i messing eller bronse, skjønt også andre materialer kan anvendes uten at man derfor avviker fra oppfinnelsens ramme (se figur 3). Kulen 70 lander på en keramisk innsats 72 som danner en del av kule/setesammenstillingen 28, etter å ha passert gjennom stempelet 34. Skjønt en keramikkring under trykk montert inntil de avskrånede flater 74 utgjør den foretrukne måte å opprette et sete for kulen 70 på, kan andre materialer og konfigurasjoner anvendes uten at man derfor avviker fra oppfinnelsens idéinnhold. inntil et visst trykk er utviklet på kulen

70, som befinner seg i tett inngrep med keramikkinnsatsen 72, vil innløpet 18 være tetningsisolert fra det ringformede rom 24 i kraft av pakningen 58 (se figur 1). Etter hvert som trykk bygges opp på kulen 70, begynner stempelet 34, som er forbundet med muffen 34 over skjærpinnene 36, å utøve trykk på det hydrauliske fluid i

kammeret 42. Ved et forutbestemt trykknivå for det hydrauliske fluid i kammeret 42, vil bruddskiven 56 briste. Det hydrauliske fluid kan da komme ut av kammeret 42 gjennom åpningen eller begrenseren 54. Bevegelse av fluid ut av kammeret 42 tillater også stempelet 34 å trenge fremover som reaksjon på en kraft som over-føres til det fra det påførte trykk på kulen 70 i sitt sete på keramikkinnsatsen 72, hvilket i sin tur utøver gjennom skjærpinnen eller -pinnene 36 en nedoverrettet kraft på stempelet 34 gjennom muffen 30.

Etter bevegelse av tetningen 58 utover utboringen 20 og på linje med av-smalningen 74, opprettes strømning gjennom portåpningene 22 inn i det ringformede rom 24, slik som vist ved piler 76. Da strømingsbegrenseren 54 vil styre bevegelsetakten for stempelet 34, samt videre i betraktning av den trapeslignende tverrsnittsform som er vist for åpningene 22, så vil trykket på oversiden av kulen

70 gradvis bli utløst for ikke å utøve noe sjokk på formasjonen nedenfor. Etter hvert som mer og mer bevegelse av stempelet 34 i lengderetningen finner sted, så vil det tverrsnittsareal av åpningene 22 som ikke er tildekket, bli mer enn propor-sjonalt større og større p.g.a. den trapeslignende tverrsnittsform av åpningene 22. Figur 4 viser endestillingen av stempelet 34, og angir at full strømning er oppnådd gjennom åpningene 22. Påfølgende nedhullsoperasjoner, slik som sementering, kan nå fortsette etter hvert som sement pumpes gjennom åpningene 22 og den ringformede passasje 24. Hvis nødvendig for ytterligere nedhullsoperasjoner, så kan hele sammenstillingen, inkludert stempelet 34, huset 12 og muffen 30, være utført i et ikke-metallisk materiale for å lette rask utboring for å gi fullstendig tilgang tilsvarende en utboring som er i samsvar med den indre diameter av foringsforlengeren. Figurene 5 og 6 viser en eventuell nødutløsningsfunksjon, som kan være nyttig hvis for eksempel stempelet 34 av en eller annen grunn unnlater å bevege seg som reaksjon på det påførte trykk på kulen 70. Som tidligere nevnt, forbinder pinnene 36 muffen 30 med stempelet 34. Ved et forutbestemt trykk som er høyere enn det trykk som normalt ville bringe bruddskiven 56 til å briste, så vil pinnene 36 gi etter og avskjæres, slik som vist i figur 5. Når dette inntreffer, så vil muffen 30 og kulen 70 sammen bli skjøvet ut av bunnsuben 44 slik at kommunikasjon med passasjen 26 kan gjenopprettes gjennom utboringsåpningen 78 i bunnsuben 44, slik som vist ved piler 80. Figur 7 viser en alternativ utførelse som kan være fremstilt med ikke-metalliske komponenter. I utførelsen i figur 7 er et hulrom 100 dannet mellom fåringsforlengeren 102 og stempelsammenstillingen 104. For å fullføre beskrivelsen av hulrommet 100, kan det nevnes at en ring 106 er festet til foringsforlengeren 102 ved hjelp av en låsering 108. En passasje 110 forløper gjennom ringen 106 og bruddskiven 112 dekker denne passasjen 110. Kulen 114 lander på et sete 116 som kan være i et stykke med eller være en adskilt komponent fra legemet 118, som utgjør en del av stempelsammenstillingen 104.1 det vesentlige omfatter stempelsammenstillingen 104 en toppring 120 med en pakning 122, et legeme 118 og et sete 116, som kan være en separat konstruksjon slik som vist eller en struktur i et stykke med legemet 118. Pakninger 124 og 126 danner avtetning mellom ringen 106 og legemet 118. Ved fremstilling av en ikke-metallisk

utførelse, kan stempelsammenstillingen 104, som omfatter toppringen 120, legemet 118 og setet 116, alle være ikke-metalliske, så vel som ringen 106.1 den utførelse som er vist i figur 7, tjener således foringsforlengeren 102 som en del av hulrommet 100. Etter utboring kan hele sammenstillingen lett fjernes, og etterlate en fullstendig åpning tilsvarende den indre diameter av foringsforlengeren 102. Skjønt den viste utførelse i figur 7 fortrinnsvis anvendes i ikke-metallisk versjon, kan den også være sammensatt av andre deler, slik som metalliske deler, uten at man derved avviker fra oppfinnelsens idéinnhold.

Som det vil fremgå av beskrivelsen ovenfor av den foretrukne utførelse, så vil normal drift ikke være avhengig av at skjærpinnene overskjæres. I stedet anvendes i den foretrukne utførelse en bruddskive som historisk sett er mer forut-sigbar, idet den vanligvis brister innenfor ±5% av det forut fastlagte bruddtrykk som er påkrevet for å bryte skiven. Skjønt den foretrukne utførelse går ut på å kombinere en bruddskive 56 med en åpning 54, så vil fagkyndige på området erkjenne at åpningen 54 kan utelates hvis det ikke foreligger noen frykt for å sjokkpåvirke formasjonen nedenfor. Den konstruksjon som er angitt i figur 7 og beskrevet ovenfor er enkel og muliggjør bruk av ikke-metalliske deler for å lette rask utboring, hvis dette er nødvendig for vedkommende anvendelse. Plast-materialer, epoksyharpikser eller fenoler av teknisk kvalitet kan alle anvendes i disse komponenter som et alternativ til myke metaller, slik som aluminium. Kulesetet 72 er fortrinnsvis utført i et keramisk materiale, mens kulen 70 kan være av messing eller bronse eller eventuelt et plastmateriale av fenoltype, eller et hvilket som helst annet ikke-metallisk mykt materiale. Skjærpinnene 36 er fortrinnsvis av messing.

Den trapeslignende tverrsnittsform av åpningene 22 danner et stadig økende åpent passasjeområde 22 for en gitt bevegelse av stempelet 34 for derved å lette utløsningen av det oppbygde trykk på oversiden av kulen 70 når bruddskiven 56 brytes. Det hydrauliske fluid som er plassert i kammeret 42 kan være av en hvilken som helst type ren, lettvekts mineralolje. Det trykkområdet som er påkrevet for å bryte bruddskiven 56 kan være valgt for den foreliggende utførelse. Det foretrekkes å ha brudd-trykkområdet for bruddskiven 56 på et lavere nivå enn det laveste trykk som antas å bryte skjærpinnene 36.

Claims (3)

1. Anordning for selektiv trykkoppbygging i en rørledning og som omfatter: et hus (12); en setesammenstiliing (28) montert på huset (12) slik at den danner et fluid-kammer (42, 64); idet fluidkammeret (42, 64) har et utløp og et avsperrande legeme (56) i utløpet, karakterisert ved at: setesammenstillingen (28) videre omfatter et sete (72, 116), som når det avsperres og utsettes for trykk innenfor et forutbestemt trykkområde inne i rørledningen bringer setesammenstillingen (28) til etter tur å øke fluidtrykket i kammeret (42, 64) for å overvinne det avsperrande legeme, hvilket muliggjør bevegelse av setesammenstillingen (28) fra en første stilling, hvor rørledningen er avsperret, til en andre stilling hvor strømning forbi setesammenstillingen (28) er opprettet.

2. Anordning som angitt i krav 1 hvor: det avsperrande legeme (56) videre omfatter et strømningsbegrensende legeme (54) i utløpet.

3. Anordning som angitt i krav 2 hvor: setesammenstillingen (28) omfatter et stempel (34) med en gjennomgående utboring og en muffe (30) som er løsbart festet til stempelet (34); stempelet (34) utgjør en del av kammeret (42, 64), og utboringen tillater et tettende legeme å passere gjennom stempelet (34) og avtettende tre i inngrep med setet (72,116); og hvorved i det tilfellet stempelet (34) unnlater å bevege seg tilstrekkelig mot sin nevnte andre stilling, bringer påføring av trykk utover det forutbestemte trykkområde muffen (30) med setet (72,116) avsperret til å brytes bort fra stempelet (34) og derved tillate strømning gjennom rørledningen.