NO326340B1 - Fjernbar broplugg eller pakning - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår brønnpakninger og broplugger som inneholder hovedsakelig ikke-metalliske komponenter, slik at pakningen eller pluggkonstruk-sjonen lett kan bores ut.

I mange tilfeller der en pakning eller broplugg skal benyttes, vil det før eller senere bli behov for fjerning av pluggen. Pakninger eller plugger som hovedsakelig er laget av metalliske del-konstruksjoner som omfatter elastiske tetninger, som sammentrykkes på tettende måte i brønnboringen, krever generelt lang tid for å bores eller freses ut. Følgelig er det tidligere oppstått et behov for å konstruere en pakning av materialer som lettere lar seg bore ut enn de tradisjonelle, metalliske konstruksjonskomponenter og broplugger. Følgelig er det blitt laget broplugger med stammer av tre og sidebelter av metall, som vist i US-patent 1,684,266. Andre konstruksjoner har omfattet ikke-metalliske stammer og/eller kilebelter. Disse konstruksjoner er vist i US-patenter 5,224,540; 5,390,737; 5,540,279; 5,271,468; og 5,701,959. Andre konstruksjoner har ganske enkelt oppvist mykere materialer eller andre konstruksjonskomponenter, slik at hele pakningen eller bropluggen blir lett å bore ut. Disse pakninger omfatter de som er vist i US-patenter 2,589,506;

4,151,875; og 4,708,202. Dessuten er skraperplugger som hovedsakelig ble brukt ved sementering, blitt laget av ikke-metalliske materialer for å lette hurtig utboring. Et eksempel på en ikke-roterende plugg av denne art vises i US-patent 4,858,687.

Når man prøver å bruke så få metalliske komponenter som mulig i en pakning eller broplugg, oppstår det problemer som normalt ikke er aktuelle ved konstruksjon av pakninger som hovedsakelig består av metall. Én av disse vanskelighe-ter er mekanismen som virker til å fastholde settegrepet når pakningen eller bropluggen er satt. Følgelig er et av formålene med foreliggende oppfinnelse å for-enkle låsemekanismen for en pakning eller broplugg som har hovedsakelig ikke-metalliske komponenter. Et annet problem med sammensatte broplugger eller pakninger, er å beskytte mot utpressing av tetningselementet ved bruk av så få komponenter som mulig, men likevel gi tilstrekkelig konstruksjonsstyrke på hver side av elementet for å fastholde det i riktig satt stilling uten vesentlig utpressing som følge av trykkforskjell. Følgelig er et annet formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en enkel, funksjonell konstruksjon som vil minimere relativ aksial bevegelse som er nødvendig for å aktivere støtteenhetene som fastholder tetningselementet mot utpressing. Føringssystemer for kilebelter er et viktig trekk i en komposittpakning, og ett av formålene med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et forbedret system for føring av kilebeltene fra den inntrukne til den satte stilling. Komposittpakninger vil fremdeles bli kjørt inn i brønnen på et sette-verktøy som er metallisk. Ett av formålene med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en konstruksjon som fjerner komponentene i setteverktøyet som bli igjen bak kjente konstruksjoner som følge av setting av en komposittpakning. Føl-gelig er formålet å gjenvinne metallkomponenter i setteverktøyet etter setting, slik at etterfølgende fresing ikke vil bli forlenget ved å måtte frese gjennom den gjenværende komponent av setteverktøyet etter at pakningen eller bropluggen er satt.

Ifølge et annet formål ved foreliggende oppfinnelse har hver av kompositt-pluggene en clutch-innretning eller en forlenget flik på i det minste toppen eller bunnen. Når det således er flere kompositt-broplugger som er satt i brønnboringen og de må bores ut, kan de skyves mot hverandre for å fastlåse for å lette fresingen av den øverste pakningen eller bropluggen, mens den fastholdes til en nedre plugg som fremdeles er satt. Disse og andre trekk vil fremgå for fagmenn på området ut fra nedenstående beskrivelse av den foretrukne utføringsform.

Det er vist en komposittpakning eller broplugg. Konstruksjonen oppviser hovedsakelig bare ikke-metalliske komponenter. Konstruksjonen gjør det mulig å gjenvinne setteverktøyets metalliske komponenter etter at bropluggene er satt. Kilebeltet inneholder flater med motsvarende flater på konusene som strekker seg til en ende av konusene og danner føringer for kilebeltene for å lette riktig kile-belte-bevegelse til inngrep med brønnboringen. En låsering forskyves på den ikke-metalliske stamme og fastlåser settingen, ved bruk av en gjenge av sagtann-typen for inngrep med stammelegemet. Det er avslørt alternative konstruksjoner for støt-te for tetningselementene for å hindre utpressing. I en konstruksjon blir delte ringer aksialt komprimert slik at de vokser i radial dimensjon for å virke som utpressingssperrer. I en annen konstruksjon blir avsmalnende, rillete ringer rotasjonsmessig fastlåst mot hverandre og aksialt sammentrykt slik at de bøyes til kontakt med brønnboringen for å virke som utpressingssperrer. Aksial bevegelse for å oppnå en utpressingssperre minimeres. Kilebeltene er laget av en kohesiv komponent og separat fra hverandre ved fremføring i forhold til konusen. Stammer av forskjellige plugger kan låse sammen ende mot ende for å lette utfresing i fler-pluggs-installasjoner.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene hvor: fig. 1a-c viser den foretrukne utføringsform av komposittpakningen ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er et perspektivriss av konusen som styrer kilene.

fig. 3 er et snitt gjennom kilebeltet, som viser alle kilene fastholdt til hverandre,

fig. 4 er et riss av fig. 3, som viser kileringen i enderiss,

fig. 5 er et snitt gjennom låseringen,

fig. 6 viser detalj av inngrepsgjengen på låseringen i inngrep med stammen,

fig. 7, 8 og 9 er snitt gjennom en sammenstilling av ringer som virker som støtte og hindrer utpressing av tetningselementet med ringen ifølge fig. 7 nærmest tetningselementet, fig.8 mellom fig. 7 og 9 når fullt sammenstilt, som vist i fig. 1b,

fig. 10 og 11 er henholdsvis snitt og enderiss av en alternativ utføringsform som foretrekkes fortetningselement-støttesammenstillingen, og viser anvendelse av slissede, avfasede ringer,

fig. 12 viser, i to forskjellige stillinger, de overlappende ringer som er rillet og rotasjonsmessig fastlåst i innkjøringsstillingen og settestillingen, og

fig. 13 er risset ifølge fig. 12, sett som sideriss.

Pakningen eller bropluggen, som vil bli betegnet som pluggen P, er vist i sammenstillingstegningen, fig. 1a-c, et kjent setteverktøy 10 som kan være en metallkonstruksjon. Setteverktøyet 10 omfatter en settehylse 12 som hviler på av-standsskive 14. Avstandsskiven 14 er fortrinnsvis laget av glassfiber/epoksy-laminat. Stammen 16, som fortrinnsvis er laget av laminert glassfiberduk eller filament viklet med høytemperatur-epoksyharpiks, støtter kile-støpestykket 18. Støpestykket 18 er fortrinnsvis av glass-forsterket fenol-pressmasse så som Fiberite® FM 8130E. Kile-støpestykket 18 er vist mer detaljert i fig. 3 og 4. Som det fremgår av fig. 3 og 4, er kile-støpestykket 18 en enhetlig ring som oppviser enkelt-kiler 20 som sammenholdes ved hjelp av fliker 22. Hver av kilene 20 har et plant parti 24 som forskyves på en plan flate 26 på konusen 28 vist i fig. 2. Konusen 28 har et antall føringer 30 som styrer kanter så som 32 og 34, som vist i

fig. 3, og er laget av filamentviklet eller laminert epoksyduk. I fig. 1b og 1c er kile-støpestykket 18 i den nedre stilling mens kile-støpestykket 36 er motsatt orientert i

den øvre stilling. Stammen 16 har en skulder 38 som bærer kile-støpestykket 18. Konusen 28 er vist den nedre stilling nær kile-støpestykket 18, mens konusen 40 er i den øvre stilling nær kile-støpestykket 36. Konusene 28 og 40 er identiske, men montert i motsatte retninger. Kile-støpestykkene 18 og 36 er også identiske, men montert i motsatte retninger.

Som vist i fig. 3, omfatter hvert kile-støpestykke 18 og 36 innsatser 42 som fortrinnsvis er av en serratert konstruksjon, som vist i fig. 3, og laget av et hardt karbonstål. Alternative metaller eller ikke-metaller kan være innført som innsatsen 42. Hver innsats 42 som opptrer på hver kile 20, har serrateringer 44 som gir bedre inngrep i foringsrøret når pluggen P settes. Fagmenn på området vil innse at alle flikene 22, vist i fig. 4, vil briste når kile-støpestykket 18 eller 36 fremføres på sin respektive konus 28 eller 40, fordi kilene 20 vil beveges bort fra hverandre og radialt utad når de skråstilles med flatene 24 som forskyves på flatene 26. Ved å utføre kile-støpestykket 18 i et enkelt stykke, lar det seg lettere fremstille. Dessuten foretrekkes konstruksjonen fremfor å bruke enkeltkiler og holde dem i stilling ved hjelp av en båndfjær slik som ifølge teknikkens stilling. Bruken av fliker så som 22 fikserer stillingen til alle kilene i forhold til hverandre, og letter montering av pluggen P for innkjøring.

Idet det igjen vises til fig. 1a-c, blir en låsering 48, som fortrinnsvis er laget aluminium med en maksimal flytegrense på 35000 psi (1 psi = 6,89 kPa), blir fastholdt ved hjelp av en hylse 50 som kan være av samme materiale som låseringen 48 eller en ikke-metallisk komponent, så som materialet som benyttes for stammen 16. De særegne trekk ved låseringen 48 og dens samvirkning med stammen

16 fremgår bedre av fig. 5 og 6. Låseringen 48 er delt i lengderetningen og har

en innvendig serratering, fortrinnsvis i form av en sagtann-gjenge 52. Det foretrekkes en forholdsvis lang stigning i størrelsesorden minst ca. 8 gjenger pr. tomme (1 tomme = 25,4 mm). Profilen til gjengen som er maskinert inn i ringen er vist i fig. 6. Det foretrekkes dessuten at den delte låseringens 48 innvendige diameter, som

gitt ved dimensjonen mellom motsatte rygger 54, er noe mindre enn diameteren til stammen 16 som låseringen 48 er montert på, slik at låseringen 48, i montert stilling i hylsen 50, utsettes for en forspenning på ca. 200-500 psi (1 psi = 6,89 kPa). Detaljene ved sagtanngjengen 52 fremgår av fig. 6. Fra ryggen 54 strekker det seg fortrinnsvis en flate 56 som fortrinnsvis er vinkelrett på flaten 58. Flaten 58 er

parallell med lengdeaksen 60. Flaten 62 skråner fortrinnsvis ca. 20°. Ryggpunktet 54 defineres av flatene, henholdsvis 56 og 62, og flatens 56 lengde er lik ryggens 54 dybde, som angir den maksimale inntrengning av ryggen 54 inn i stammen 16 når pluggen P er satt. Flatens 56 foretrukne lengde er i størrelsesorden ca. 0,38-0,51 mm for en plugg som skal passe gjennom en åpning med 89 mm ytterdiame-ter.

Det fremgår av fig. b at serrateringen eller gjengen 52 hviler på en glatt eller jevn flate 64 på stammen 16 og trenger gjennom flaten 64 for å holde grepet.

Idet det igjen vises til setteverktøyet 10, finnes der en øvre strekkstamme 66 som er forbundet med en strekk-stammehylse 68. En utløsningstapp 70 forbin-der den øvre strekk-stammen 66 med den nedre strekk-stammen 72. En øvre hylse 74 er festet til stammen 16. Den øvre hylse 74 er fortrinnsvis laget av laminert glassfiberduk med høytemperatur-epoksy eller filamentviklet glassfiber med høy-temperatur epoksy. Den er festet til stammen 16 ved hjelp av høytemperatur-klebemiddel og bruddpinner 76 som fortrinnsvis er glassfiberstang. De samme pinner som holder den øvre hylse 74 tilbakeholder også pluggen 78 for avtetting av boringen 80 i stammen 16. Pluggen 80 kan blåses klar ved å bryte pinnene 76 for utligning av pluggen P før den utfreses. Alternativt kan pluggen 80 ganske enkelt bores ut for utligning av pluggen P. Pluggen 78 er fortrinnsvis laget av karbon-fylt PEEK eller andre armerte komposittmaterialer og er festet i stammens 16 bo-ring 80 på en tett måte på grunn av ringer 82 og 84. Den nedre strekkstamme 72 er forbundet med låsefingre 86 som fastholdes ved hjelp av strekk-stammehylsen 68 i stillingen vist i fig. 1b. Den nedre strekkdoren 72 holdes således fast til den øvre hylse 74 når låsefingrene 86 er fastholdt til den øvre hylse 74. Låsefingrene

86 frigjøres fra hylsen 74 for å tillate opptrekking av setteverktøyet 10. Når sette-verktøyet 10 arbeider, utøves en strekkraft på utløsningstappen 70, som bringer den til å briste ved det nedbøyde parti 88. Samtidig hviler settehylsen 12 på avstandsskiven 14 med det sluttresultat at pakningen settes på grunn av relativ bevegelse. I løpet av denne operasjon, brister utløsningstappen 70 og tillater derved opptrekking av setteverktøyet 10. Oppadbevegelse på setteverktøyet 10 bringer

skulderen 90 på strekk-stammehylsen 68 til anlegg mot skulderen 92 på den nedre strekkstammen 72, for opptrekking av den nedre strekkstammen 72 og det parti av utløsningstappen 70 som er festet til den. Følgelig er en av fordelene ved fore-

liggende oppfinnelse at setteverktøyets metalliske partier trekkes opp fra over pluggen P når setteverktøyet 10 fjernes etter setting. I motsetning til kjente konstruksjoner som etterlot setteverktøyets metalliske komponenter over den ikke-metalliske pakning eller plugg som følge av setting av en slik anordning.

Idet det nå vises til fig. 1 b og c er det vist et tetningselement 94 som fastholdes ved hjelp av en utpressingshindrende enhet som omfatter en avfaset pak-ningselement-holderring 96 som er bedre vist i fig. 7. Det er en fullstendig ring og den har fortrinnsvis ingen langsgående oppsplitting. Bak holderringen 96, som fortrinnsvis er laget et fenolkomposittmateriale som kalles for Resinoid 1382, er det anordnet en pakningsring 98, som vist i fig. 8. Denne ringen er splittet i lengderetningen og er formet slik at den opptar konusringen 100 på en sammenpas-sende måte, som vist i fig. 9. Pakningsringen 98 og konusringen 100 er fortrinnsvis laget av Amodel 1001 HS, et kvalitets-termoplastmateriale. De langsgående splittene i pakningsringen 98 og konusringen 100 er innbyrdes forskjøvet. Under relativ sammentrykking i lengderetningen, f.eks. når setteverktøyet aktiveres, vil således avstandsskiven 14 beveges nærmere skulderen 38. Denne langsgående sammentrykking radialt ekspanderer pakningsringen 98 og konusringen 100 slik at de kan nå foringsrøret og beskytte mot utpressing av elementet 94. Tetningselementet 94 har lignende sammenstillinger over og under, som vist i fig. 1b og 1c. I en alternativ og foretrukket konstruksjon av en utpressingshindrende sammenstilling eller enhet vist i fig. 10-13, er sammenstillingen av ringer 96, 98 og 100 erstat-tet av et antall overlappende, avfasede ringer så som 102 og 104, vist i fig. 12. Disse ringer 102 og 104 er slisset radialt, ved et antall innbyrdes atskilte slisser 106 som også er vist i fig. 10. På den andre siden av hver av ringene og i avstand mellom slissene 106 er det fliker 108, som også best fremgår av fig. 10 og 11. Det fremgår at flikene 108 hos en ring strekker seg inn i slissene 106 hos den tilstø-tende ringen, slik at slissene er forskjøvet i innkjøringsposisjonen vist på venstre side av fig. 12. Flikenes 108 utstrekning i slissene 106 hindrer relativ rotasjon mellom ringene så som 102 og 104. Som vist på høyre side av fig. 12, er slissene 106, når de utsettes for aksial sammentrykking, spredt fra hverandre når de avfasede ringer beveges mot en utflatet posisjon slik at hver av ringenes utvendige diameter vokser inntil den kommer i anlegg mot rørstrengen eller foringsrøret 110. Den samme virkning er vist i et sideriss i fig. 13. To elle flere ringer, så som 102 og 104, kan brukes. Ringenes 102 og 104 virkemåte er helt forskjellig fra sammenstillingen av ringene 96, 98 og 100 som beskrevet og vist i fig. 7, 8 og 9.1 konstruksjonen som anvender ringene 96, 98 og 100, kreves en større grad av aksial bevegelse for å åpne de langsgående splitter i ringene 98 og 100 tilstrekkelig langt til å treffe rørstrengen eller foringsrøret 110. På den annen side vil bruk av to eller flere av de slissede ringer, så som 102 eller 104, tillate slike ringer å kon-takte rørstrengen eller foringsrøret 110 med meget mindre aksial relativ bevegelse under setteprosessen. Dette skjer fordi ringene 102 og 104 faktisk blir bøyd mot en utflatet posisjon på grunn av relativ aksial bevegelse med en vinkelbøyning som åpner opp slissene 106, som vist i fig. 12 og 13 i det høyre partiet. Når således bøyningen i ringene 102 og 104 skjer rundt midten av ringene og ned mot et plan som er vinkelrett på disse ringenes senterlinje, i motsetning til ringene 98 og 100 som må spres radialt til kontakt med foringsrøret eller rørstrengen 110.1 mange situasjoner med tilgjengelige kjøreverktøy eller setteverktøy 10, er graden av relativ aksial bevegelse begrenset, slik at det skapes en betydelig fordel for det utpressingshindrende støttesystem som er vist ved bruk av de radialt slissede ringene så som 102 og 104.

Ifølge et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse, har pluggen P et topp-og/eller bunnende-gripeelement som er vist i fig. 1c, f.eks., ved bunnen av pluggen P som tallet 112.1 en installasjon som omfatter flere pakninger eller plugger P, kan de være skjøvet mot hverandre og sammenlåst på grunn av de motsvarende, sammenpassede former som hindrer relativ rotasjon. Nok en plugg P som er blitt frigjort kan således falle og gripes av den nærmeste underliggende plugg P slik at det ikke kan opptre noen relativ rotasjon for å lette ytterligere fresing av pluggen P i bønnboringen. Gripe- eller rotasjonshindringselementet kan avsted-kommes på mange forskjellig måter, innbefattende motsvarende, hellende skråfla-ter eller andre typer av knastarrangementer.

Fagmenn på området vil nå innse at det er flere fordeler med den ovenfor beskrevne pluggen P. Ett av trekkene er evnen til å gripe de gjenværende partier av setteverktøyet 10 nedenfor strekk-bruddet, slik at de kan gjenvinnes etter at pluggen P er satt. Ved aktivering av setteverktøyet 10, bringes stammen 16 opp i forhold til avstandsskiven 14 og låseringen 48 holder den satte posisjon mellom stammen 16 og hylsen 50. Låseringens 48 ytre skråflate 114 (se fig. 5) ligger an mot en motsvarende skråflate innvendig i hylsen 50, for ytterligere å medvirke til at sagtanngjengen 52 på ryggen 54 graver seg inn i stammens 16 glatte overflate 64. Låseanordningens virkemåte er således enkel og lar seg lett bore ut, idet den er laget av forholdsvis bløtt aluminiummateriale som kan samvirke med stammens 16 glatte overflate 64 for å fastholde pluggen P i satt tilstand. Samtidig medfører fjerningen av setteverktøyet 10 gjenvinning av de avskårne komponentdeler, slik at påfølgende utfresing av pluggen P blir gjort lettere på grunn av fraværet av holdbare metalldeler som er til overs etter setteoperasjonen. De alternative konstruksjoner som er påtenkt for elementets 94 utpressingsmotstand, tillater ekspan-sjon, slik at ringene 98 og 100 strekker seg helt ut mot foringsrøret eller rørstren-gen 110.1 den alternativt foretrukne utføringsform, ved bruk av avfasede ringer med radiale slisser 106, oppnås trekket med full boringsbeskyttelse mot utpressing med meget mindre relativ bevegelse i lengderetningen enn det tar å sette ringene 98 og 100 mot rørstrengen eller foringsrøret 110.

Samvirkningen mellom de enkelte kiler 20 og konusens 28 plane overflate 26, tillater f.eks. større fleksibilitet ved fremstilling av kile-støpestykket 18 og større allsidighet når det gjelder de størrelsesområder ettersom kilene 20 kan dekke en større forlengelse på grunn av kilenes 20 plane overflates 24 samvirkning med flaten 26 på konusen så som 28. Konstruksjonen må ses i motsetning til konuser i kjente konstruksjoner der konusenes plane segmenter kommer til en spiss mens de plane segmenter 26 i f.eks. konusen 28 er renskåret til enden, hvilket sikrer en jevnere kontakt med hver av kilene 20 og rørstrengen eller foringsrøret 110. Av-hengig av omgivelsene i borehullet, kan kile-støpestykket 18 lages av Fiberite FM 8130 eller 5083, eller E7302 Resinoid 1382X. Endelig gjør gripeelementet, i en fler-installasjon, det mulig å dra fordel av den omstendighet at de nederste plugger P fremdeles er fiksert for å lette fresingen av disse ovenforliggende plugger P på grunn av pluggens P evne til å forbinde seg med en tilstøtende plugg på en måte som hindrer relativ rotasjon.

Ovenstående avsløring og beskrivelse av oppfinnelsen illustrerer og forkla-rer den. Ulike endringer i størrelse, form og materialer, så vel som i detaljer ved den viste konstruksjon, kan utføres.

Claims (2)

1. Pakning eller broplugg (P) av hovedsakelig ikke-metallisk materiale for en nedihulls-rørdel, som i kombinasjon omfatter: en stamme (16) med en ytterflate; et tetningselement (94); et antall kiler (20) som er bevegelige på minst én konus (28, 40) mellom en inntrukket og en satt posisjon; en låsedel som virker til å holde kilene (20) i den satte posisjon med tetningselementet sammentrykket mot rørdelen; idet kilen (20) omfatter en opprinnelig ringkonstruksjon for å holde kilene (20) i relativ stilling i forhold til hverandre; kilene (20) går fra hverandre og bryter opp ringkonstruksjonen idet de frem-føres på konusen (28,40).karakterisert ved at ringen omfatter brytbare, ikke-metalliske fliker (108) mellom par av ikke-metalliske kiler (20) som brister når kilene (20) forlenges mot rørdelen når de skyves i forhold til konusen (28).

2. Pakning (P) ifølge krav 1, karakterisert ved at: konusen (28) har et antall plane flater som strekker seg til en ende av denne; hver nevnte kile (20) har en plan flate som hviler på konusens flate inntil kilen (20) kommer til anlegg mot rørdelen; idet konusen (28) videre omfatter en føring på hver side av hver kile (20) for å lede dens bevegelse på nevnte plane flater.