NO325716B1 - Kombinert tetnings- og gripeenhet for gjenvinnbare pakninger samt fremgangsmate for selektiv tetting av et bronnringrom. - Google Patents

Abstract

En kombinasjon av pakning og slipp for produksjonsrørledning o.l. omfatter flere slippelementer som er anbrakt i et slags bur sammen rundt utsiden av en sylinderformet dor. En aksialt forskyvbar utløser danner samtidig inngrep med samtlige elementer for å skråforskyve den ene ende av samtlige elementer mot en foringsvegg. Etter at den ene ende av slipp- og pakningsenheten er innstilt, vil ytterligere forskyvning av utløseren drive de andre ender av elementene utover mot foringsveggen. Sammenstillingen av pakning og slipp kan trekkes tilbake og gjenvinnes ved samtidig hevning og dreining av verktøystrengen.

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse gjelder den teknikk som går ut på brønnboring og boring i jorden. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen pakningsanordninger for å lukke ringformet rom mellom rørledning og brønnforing eller borehullsvegg, samt en fremgangsmåte for selektiv tetting av et brønnringrom.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Brønnproduksjonsrørledninger er f.eks. omgitt av et ringformet rom mellom rørledningens yttervegg og innerveggen av brønnforingen eller brønnhullets vegg. Ofte vil det være nødvendig å avtette dette ringformede område mellom øvre og nedre partier av brønndybden. Utstyr for å frembringe denne avtetningsfunksjon er velkjent innenfor brønnboringsteknikken som «pakninger». Vanligvis er tetningselementet for en pakning en ring av gummi eller annet elastisk materiale som på en eller annen måte er festet og avtettet mot den indre brønnvegg, som da kan være den indre foringsvegg eller en rå borehullsvegg. Ved sammentrykning eller oppblåsning blir f.eks. ringen av gummi utvidet radialt mot foringen eller borehulls-veggen.

Den arbeidsoperasjon som går ut på posisjonsinnstilling av pakningen er på fagområdet betegnet som «setting». Pakninger blir vanligvis satt ved hjelp av en mekanisme som er kjent innenfor fagområdet under betegnelsen «slipp». Slike slipper er kileinnretninger hvor et par skråstilte eller avskrånede flater samtidig anvendes for å øke deres kombinerte radiale tykkelsesdimensjon. Et gjennom-trengningselement med herdet overflate, slik som med fortannede ytterkanter, ut-ragende spisser eller diamantegger blir da som en følge av aksialt rettet kraft, slik som hydraulisk trykk eller frembrakt ved skruegjenger, trykket radialt inn i en om-givende foringsvegg eller borehullsvegg.

Fra GB A 2.107.374 fremgår det et paknings- og gripeverktøy for bruk i en brønn som består av slipper som beveges radialt slik at de går i inngrep med rør-veggen. Slippen beveges radielt ved at en kon skyves aksialt.

Fra WO A1 92/09785 et elastomerisk tetningselement montert på enden av

tetnings- og gripeelementer.

Med bare noen få unntakelser blir pakning og slippanordninger plassert og brakt i inngrep separat. Den fysiske størrelse og lengde av en verktøystreng av tidligere kjent type vil følgelig være lang og kostnadskrevende. Da hver anordning anordnes separat, vil den fullstendige plasseringsprosedyre være utstrakt i tid. Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å kombinere gripe- og tetningselementene for et nedhullsverktøy til en felles enhet som da legges ut i en eneste arbeidsprosess.

Et annet formål for foreliggende oppfinnelse er en brønnpakningsenhet som er kortere og krever mindre total bevegelse eller forskyvningsslag for å settes i drift. Kortere verktøylengder letter også nedhullsplassering og borehullsnaviga-sjon gjennom smale borehullsområder.

Det er også et formål for oppfinnelsen å frembringe et gripe/tetnings-verktøy som har forholdsvis få komponentdeler og som er mindre kostnadskrevende å fremstille, krever mindre samvirke mellom samvirkende elementer samt muliggjør mindre lagringsplass.

Et ytterligere formål for oppfinnelsen er et symmetrisk gripe/tetningsutstyr som kan settes fra begge retninger og således gjør det mulig å bruke mange av de samme komponenter innenfor en ledningskabel-settingsinnretning (setting ovenfra) og en hydraulisk settingsinnretning (setting nedenfra).

Andre fordeler ved oppfinnelsen omfatter en vesentlig eliminering av

utstyrsbevegelse under utplassering, slik at det derved tillates å plassere hydrau-liske setningsverktøy nærmere hverandre uten å påvirke rørledningen eller andre redskaper. Videre strekker gripeorganene i henhold til oppfinnelsen seg hovedsakelig rundt hele verktøyets omkrets, slik at derved gripekreftene spres jevnere langs foringens innerdiameter og direkte inn i foringsveggen.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Disse og andre formål for oppfinnelsen oppnås ved hjelp av flere slippelementer med flettverksoverflater som er løst anordnet rundt omkretsen av en sylinderformet dor som sektorer i en sylinder. Hvert slippelement er salformet med flettverkoverflater i begge ender og et sadelsete mellom disse. En innburingsring over en hel sirkelomkrets har en tilstrekkelig innerdiameter til å kunne gli over yt-terdiameteren av en sylinderformet verktøysdor. Flere aksialt orienterte slisser som er skåret radialt inn i innburingsringen fra innerdiameteren spenner over slippelementets sadelseter for å holde de respektive slippelementer løst på plass. En periferisliss fra innsiden rundt midten av innburingsringen omfatter en beltefjær som forspenner slippelementene kollektivt mot overflaten av et sylinderformet le-geme. Fullsirkelpakningstetninger som er innpasset omkring deformerbare pas-ningsringer på metallbasis er kollektivt anordnet over begge ender av slippelementene. Denne slippelement-sammenstilling er da innlagt mellom to motsatt vendte skråflater. En av disse skråflater er da et stykke med verktøylegemet. Den andre skråflate er forskjøvet aksialt mot den faste første skråflate ved hjelp av en gliden-de skyvering. Denne skyvering drives av en aksialt rettet kraft, slik som en hydraulisk trykkraft eller ledende fremføringsgjenge. Skyveringen er i direkte inngrep med flere kiler som er innlagt i slisser for aksial bevegelse. Hver kile er festet til innburingsringen ved hjelp av et gjenget skjærfeste av settskrue-type. Innburingsringen befinner seg i direkte anlegg mot sadelseteveggen på hvert slippelement. Ved innledende forskyvning av skyveringen vil følgelig hele sammenstillingen gli aksialt som en enhet mot den faste skråflate. Videre fremføring av skyveringen vil bringe den slippelementende som er i kontakt med den faste skråflate til å gli langs og radialt ut fra den faste skråflate for å komme til inngrep med innsiden av en brønn-foring.

Kontinuerlig lukking av glideflaten mot den faste skråflate vil avskjære fes-teenhetene mellom slippelementene og innburingsringen. Frigjort på denne måte, vil glide-skråflaten forskyves under den andre ende av slippelementet og kilefeste dette radialt mot foringens innside.

Slippen og den tettende pakningssammenstilling kan trekkes tilbake og gjenvinnes ved samtidig løft og dreining av verktøystrengen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningene, hvor like henvisningstegn anvendes for å beskrive innbyrdes like eller tilsvarende elementer i de forskjellige figurer på tegningene, hvor da: Fig. 1 viser et sideoppriss av oppfinnelsesgjenstanden sammenstilt med nedhullsrørledning; Fig. 2 er en perspektivskisse av slippen og pakningsseksjonen i henhold til oppfinnelsen; Fig. 3 er en uttrukket skisse som viser sammenstillingen av oppfinnelsesgjenstanden; Fig. 4 viser et halvsylindersnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i en innledende setting for kjøring inn i en brønn; Fig. 5 er et halvsylindersnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i en delvis utlagt setting; Fig. 6 er et halvsylindersnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i en fullt utlagt stilling i en utboring med maksimal foring; Fig. 7 viser et halvsylindersnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i fullt utlagt stilling i en utboring med minimal foringsvidde; og Fig. 8 viser et halvsylindersnitt gjennom oppfinnelsesgjenstanden i fullt ut-trykket stilling.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Opprisskissen i fig. 1 viser oppfinnelsesgjenstanden i nedhullsomgivelser som en mellomliggende verktøysub 10 nær bunnenden av en rørledningsstreng 16 samt på oversiden av et nedhulls arbeidsverktøy 18. Den sentrale kjerne i oppfinnelsesgjenstanden 10 er en dor 20 med en integrert skjøteboks 12 ved sin øvre ende samt en tapp 14 ved den nedre ende. I samsvar med vanlig industripraksis er boksen 12 forsynt med en indre avskrånet gjenge, mens tappen 14 er påført en ytre avskrånet gjenge.

Mellom boksen 12 og tappen 14 er doren dreiet for å opprette en trinnfor-met anieggsflate 23 og en nær inntilliggende tetningskanal 66 med O-ring. Videre nedover dorlengden er det anordnet en eller flere fluidstrømningsporter 21 som strekker seg gjennom dorveggen. På undersiden av fluidstrømningsportene 21 befinner det seg én indre opptaksring 52 som fortrinnsvis omslutter doren, under denne opptaksring 52 er det anordnet en sammenstillingsgjenge 44.

Konsentrisk utenpå den hovedsakelig sylinderformede dor 20 og i flukt med anleggsflaten 23 befinner det seg et verktøylegeme 22 med en konisk skråflate 34 ved dens øvre ende samt langsgående rifler 49 rundt den nedre ende. I nærheten og på oversiden av riflene 49 er det anordnet en ytre opptaksring 50 som omslutter verktøyslegemet 22. På oversiden av opptaksringen 50 befinner det seg en eller flere fluidstrømningsporter 27 som er ført gjennom verktøylegemets vegg. Den utovervendte flate av legemet på undersiden av den koniske skråflate 34 er påført flere grunne, langsgående kilespor 72 i hovedsakelig innbyrdes avstand rundt verktøylegemets omkrets.

Konsentrisk utenpå doren 20 på undersiden av verktøylegemet 22 er det også anordnet et ringformet stempel 24 med tilpassede enderifler 49 for at en aksialt slipp for en aksial slippasning med riflene 49 på verktøylegemet 22. Nedenfor enderiflene 49 befinner det seg en rundtgående ribbe 29 som bærer en O-ringpakning 58. Den nedre ende av stemplet 24 bærer en indre O-ring 64 som danner tetning mot utsiden av doren 20. Omtrent midtveis mellom ytterendene av stemplet 24 er det anordnet indre sammenstillingsgjenger 44 som passer sammen med tilsvarende gjenger på doren 20. Ytterflaten av stemplet 24 bærer ytre sag-tannsformede gjenger 62 for å motta en ytre låsering 28 for verktøyslegemet og med indre sagtannsgjenger som er tilpasset gjengene 62 på stempelflaten.

Konsentrisk overlappende stemplet 24 befinner det seg en sylinder 26 med de nedre ender festet ved hjelp av sammenstillingsgjenger 60 til verktøylegemets låsering 28. Den øvre ende av sylinderen 26 er festet ved hjelp av sammenstillingsgjenger 47 til en skyvering 30. Det indre volum av et fluidtrykkammer 46 er avtettet ved hjelp av O-ringer 54, 56, 58, 64 og 66.

I motsatt ende og under skråflaten på den øvre konus 34 befinner det seg en glidbar kontaktmutte 32. En trykkflate på muffen 32 er skilt fra trykkflaten på skyveringen 30 over flere ringfjærer 31. Mellom de motstående skråflater befinner seg da sammenstillingen av tetningspakning 42 og slipp 35.

Spesielt i fig. 2 og 3 er det angitt at den indre geometri av en omkretsgåen-de innburingsring 38 omfatter en rundtgående beltesliss 74. På jevnt fordelte ste-der ved innbyrdes samme vinkelavstand rundt den indre omkrets av innburingsringen 38 befinner det seg flere langsgående sadelslisser 76. Hver av disse sadelslisser 76 mottar brostaven 78 for et slippsett 35. Hvert slippsett omfatter et par flettverk (tenner) 36, nemlig et flettverksett ved hver ende av brostaven 78. Den motsatte bortvendte ender av slippsettene befinner seg i pasningsinngrep med helsirkel-tetningspakningene 42 og 43 som består av elastomer- eller gummiringer faststøpt til deformerbare metallringer 40. En sirkulær beltefjær 39 forløper gjennom belteslissen 74 og overlapper brostavene 78 for slippsettene for å forspenne slippsettene 35 mot utsiden av verktøylegemet 22. Kiler 70 som tilsvarer hver av slissene 72 og antallet slippsett 35, er festet direkte til innburingsringen ved hjelp av avskjæringsskruer 37.

Med hensyn til fig. 4 er det her vist at oppfinnelsesgjenstanden er ferdigstilt for nedhullsutlegging med sylinderen 26 og skyveringen 30 tilbaketrukket fra slippsettene 35. Verktøylegemets låsering 28 er i fast sammenstilling med den nedre ende av sylinderen 26, vendt langs sagtanngjengene 62 til den ønskede stilling som anbringer det innbyrdes samarbeidende rekke av komponenter i løst sammenstilt kontakt.

Når utstyret er anbrakt i ønsket stilling nedhulls, blir den indre utboring i den øvre rørledningsstreng 16 trykksatt for å overføre fluidtrykk til den indre utboring 17 i doren 20. Fluidtrykk inne i dorens utboring 17 blir videre overført gjennom flu-idportene 21 og 27 til det indre av trykkammeret 46. Trykkrefter inne i kammeret 46 utøves på innerkanten av skyveringen 30 for derved å forskyve skyveringen mot de forspente ringfjærer 31. utløsning av ringfjærenes forspenning driver kom-ponentrekken mot den nedre konus 32, samt konusen 32 inn mot den nedre en-dekant av kilene 70. Disse kiler 70 er strukturmessig forbundet med buret 38 ved hjelp av avskjæringsskruer 37. Forskyvning av kilene 70 langs kileslissene 72 i verktøylegemet 22 driver følgelig buret 38 mot det øvre trådflettingssett 36 og den øvre pakningstetning 42 langs skråflaten på den øvre konus 34, slik som angitt i fig. 5. Samtidig blir låseringen 28 med kraft forskjøvet over sagtannsgjengene 62, som er sagtannsforspent for å tillate en glidning av verktøylegemets låsering 26 i opphullsretning, men for å motvirke glidningsforskyvning i nedhullsretningen.

Etter hvert som det øvre trådflettingssett 36 og øvre tetningspakning 42 forskyves langs skråflaten på den øvre konus 34, vil trådflettingssettet 36 og pakningen 42 også forskyves radialt mot den indre foringsvegg 11 eller borehullsveg-gen, nemlig den av disse som eventuelt foreligger. Når den struktursatte grense for radial forskyvning er nådd, vil fortsatt trykkekning inne i kammeret 46 påføre tilstrekkelig kraft på skruene 37 til å avskjære skruetverrsnittet. Avskjæring av skruene 37 kopler kilene 70 fra buret 38 og tillater den nedre konus 32 å drives frem under det nedre trådflettingssett 35, slik som vist i fig. 6 og 7. Forskyvning av skråflaten på den nedre konus 32 under det nedre trådflettingssett 35 utvider dette nedre trådflettingssett og den nedre tetningspakning 43 mot foringsveggen 11 uten å slippe det tetning eller det grep som er sikret ved hjelp av den øvre pakning 42 eller trådflettingssettet 36.

Frigjøring av tetningspakningen og slipp-strukturen fra den tilordnede foring eller borehullsvegg er vist i fig. 8. Den øvre rørledningsstreng 16 blir da samtidig hevet og dreiet. Denne overflatestyrte håndtering av rørledningsstrengen dreier dorens sammenstillingsgjenger 44 over gjengene på stemplet 24. Det bør bemer-kes at kilene 70 og slissene 72 overfører motsatt dreiemoment mellom de forings-veggforankrede slipp-trådflettinger 35 og 36 og verktøylegemet 22. Ende-rifleskjøten 49 overfører denne motsatt virkende dreiemomentkraft inn på stemplet 24. Dorens sammenstillingsgjenger dreies så mot gjengene på stemplet 24, og stemplet blir da forskjøvet aksialt i nedhullsretning. Fortsatt dreining av rørled-ningsstrengen 16 fører den rundtgående ribbe 29 på stemplet 24 mot den nedre ende av sylinderutboringen 26.

Etter hvert som doren 20 løftes mot trådflettingsgrepet mot foringsveggen og sammenstillingsgjengene 44 dreies utover relativt i inngrep, blir verktøylegemet 22 frigjort til glidning aksialt langs doren 20 inntil dorens forsenkede basis 68 kommer i inngrep med den indre opptaksring 52. Samtidig vil den indre kant av forskyvningsringen 30 komme i inngrep med den ytre opptaksring 50. Disse an-leggskontakter for opptaksringen hindrer sammenstillingen fra å bli trukket aksialt ytterligere langs doren 20 og derved slippe den radiale belastning på trådflet-ningsslippene 35 og 36. På grunn av den stående forspenning på beltefjæren 39, blir slippene trukket bort fra foringsveggen og ført tilbake til tilbaketrukket stilling.

I en ikke vist, ren mekanisk utførelse av oppfinnelsen blir skyveringen 30 fremført aksialt langs en gjenget ledebane mot ringfjærkonusen 32 ved dreining av rørledningsstrengen 16.1 forskjell blir imidlertid den vertikale orientering av oppfinnelsen fortrinnsvis vendt om for å anordne de dreibar drivelementer i henhold til oppfinnelsen nærmere jordoverflaten.

Claims (11)

1. Nedihullsbrønnverktøy omfattende et flertall forankringselementer (35, 36) plassert i en omkrets rundt et verktøylegeme fort inn I en brønn via en rørstreng og en første og en andre rampe (34, 32) tilpasset for å gå I inngrep med og radielt forflytte flertallet forankringselementer (35, 36) for derved forankre verktøylegemet mot en brønnvegg idet det er karakterisert ved: (a) et første tetningselement (42) og et andre tetningselement (43) plassert i en aksiell avstand fra hverandre og verktøylegemet, idet flertallet forankringselementer (35, 36) er posisjonert aksielt inne i tetningselementene (42, 43), og hvori den første og den andre rampen (34, 32) er ytterligere tilpasset for å gå i inngrep med og radielt forflytte de første og tettende elementene (42, 43) for tettende å gå i inngrep med og forankre verktøylegemet mot en brønnvegg.

2. Nedihullsbrønnverktøy i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved at det første og andre tetningselementer (42, 43) omfatter elastomerringer støpt sammen med deformerbare metallringer.

3. Nedihullsbrønnverktøy i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved at et stempel (24) selektivt forbundet med den første rampen (34) via en forbindelse (49); og en dor (20) koplet med stempelet (24), hvorved fråkopling av doren (20) fra stempelet (24) tillater at den første rampen (34) frakopler det første stempelet (24) og tillater at det første tetningselementet (42), det andre tetningselementet (43) og flertallet forankringselementer (35, 36) går ut av inngrep med brønnveggen.

4. Nedihullsbrønnverktøy i henhold til krav 3, ytterligere karakterisert ved en elastomerring (39) som trekker sammen forankringselementene (35, 36) etter at doren (20) frakoples fra stempelet (24).

5. Nedihullsbrønnverktøy i henhold til krav 3, ytterligere karakterisert ved at stempelet (24) føres langs en gjengeføringsenhet (assembly thread lead) inntil den er ut av inngrep fra doren (20).

6. Nedihullsbrønnverktøy i henhold til krav 1, ytterligere karakterisert ved: en forspent skyvering (30) som forflytter den andre rampen (32) når fluidtrykk påføres et trykkammer (46) dannet i verktøylegemet.

7. Fremgangsmåte for selektiv tetting av et brønnringrom mellom en brønnrørstreng og en brønnvegg, idet fremgangsmåten omfatter plassering av et flertall forankringselementer (35, 36) på et verktøylegeme (10), og føre verktøy-legemet (10) inn i en brønn ved bruk av en rørstreng, og forankring av verktøy-legemet (10) inn i brønnboringen ved radiell ekspandering av flertallet av forankringselementer (35, 36) i inngrep med brønnveggen, og er karakterisert ved: (a) plassering av et første tetningselement (42) og et andre tetningselement (43) på verktøylegemet (10) slik at flertallet forankringselementer (35, 36) er plassert aksielt derimellom; og (b) utforming av en første og andre tetning mellom verktøylegemet (10) og brønnboringsveggen med det første og andre tetningselementet (42, 43) ved radiell ekspandering av det første og andre tetningselementet (42, 43) i tettende inngrep med brønnveggen under radiell ekspansjon av flertallet forankringselementer (35, 36) til inngrep med brønnveggen.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, ytterligere karakterisert ved: utforming av et trykkammer (46) i verktøylegemet (10) slik at trykksetting av kammeret (46) med fluid vil forårsake aksiell forskyvning av en skyvering (30); og tilveiebringe et flertall ramper (34, 32) på verktøylegemet (10) slik at aksiell forskyvning av skyveringen forårsaker at flertallet ramper (34, 32) går i inngrep med og radielt forflytter det første og andre tetningselementer (42, 43) og flertallet forankringselementer (35, 36).

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, ytterligere karakterisert ved at et første tetningselement (42), det andre tetningselementet (43) og flertallet forankringselementer (35, 36) går ut av inngrep med brønnveggen ved rotasjon av rørstrengen.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, ytterligere karakterisert ved kopling av rørstrengen til verktøylegemet (10) via en dor (20) som selektivt forbindes med et stempel (24).

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, ytterligere karakterisert ved at den gjengede fremføringen av stempelet (24) aksielt frakopler stempelet (24) fra verktøylegemet (10).