NO327174B1 - Lavprofils statisk bronnhodeplugg - Google Patents

Description

Den foreliggende opprinnelse vedrører generelt utstyr som brukes i forbindelse med en underjordisk brønn, og i en utførelse som her er beskrevet tilveiebringes mer bestemt en lavproflls statisk brønnhodeplugg. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen et system og en fremgangsmåte som respektivt angitt i ingressen til krav 1 og 4.

Brønnhodeplugger som anvender metall-mot-metall tetninger er velkjent innen faget. Det er også velkjent at relativ bevegelse mellom tette overflater i en metall-mot-metall tetning er uønsket, eksempelvis fordi slik bevegelse kan forårsake pasningsslitasje av metalloverflatene, hvilket bevirker at pakningen lekker. Derfor er en brønnhodeplugg som anvender en metall-mot-metall tetning fortrinnsvis "statisk", hvilket vil si at det ikke er noen forflytning av dens tetning som respons på trykk som påføres på brønnhodet.

Av tidligere kjent teknikk innen området kan nevnes US 4,796,698 og US 4,051,897, hvor førstnevnte beskriver en brønnhodeplugg med en utvidbar eller forflyttbar labb som går i inngrep med en skulder og låsepluggen til brønnhodet.

Kjente statiske brønnhodeplugger er dimensjonert for relativt høye trykk som påføres nedenfra, men er dimensjonert for relativt lave trykk som påføres ovenfra. Ved en typisk brønnhodeplugg brukes det relativt store labber som er i inngrep med en stor profil som er tildannet innvendig i brønnhodet for å motstå høye trykk nedenfra. Den typiske statiske brønnhodeplugg understøttes imidlertid på en liten ikke-gå skulder som er tildannet inne i brønnhodet. Den lille skulderen kan kun motstå relativt lave trykk som påføres på pluggen ovenfra. Høyere trykk ville bevirke at skuldermaterialet gir etter, hvilket ødelegger pluggen og/eller brønnhodet og gjør det mulig for pluggen å forflytte seg og bevirke eventuelt at tetningen lekker.

For å forhindre dette problemet kan ikke-gå skulderen økes i størrelse slik at det kan påføres høyere trykk på pluggen ovenfra, men dette vil kreve en mindre effektiv diameter gjennom brønnhodet, eller det vil kreve et større samlet brønnhode, og et større stigerør ved undervanns anvendelser. Ingen av disse mulighetene er ønskelige siden det førstnevnte vil redusere boringen gjennom brønnhodet og det sistnevnte ville øke kostnaden ved brønnhodet, stigerøret og deres installasjon.

Det forstås derfor lett at det er et behov for en statisk brønnhodeplugg som er i stand til å motstå høye trykk ovenfra, så vel som nedenfra, som med et godt resultat kan bruke en metall-mot-metall tetning, men som ikke fordrer en reduksjon i brønnhodets effektive diameter eller en forstørring av brønnhodet eller stigerøret.

Ved utførelse av prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, i samsvar med en utførelse av denne, er det tilveiebrakt et brønnhodepluggsystem som er rettet mot å løse de ovenstående problemer innen faget. Systemet har en lav profil som ikke krever en forstørring av brønnhodet eller en reduksjon i dets innvendige boring, mens det er mulig å motstå relativt høye trykk ovenfra eller nedenfra.

I et aspekt av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et brønnhodepluggsystem som inkluderer et spesielt tilpasset brønnhode og en motsvarende spesielt laget brønnhodeplugg. Brønnhodet har første og andre motsatt vendende innvendige skuldre som er dannet i en boring som strekker seg gjennom brønnhodet. Pluggen er tettende mottatt i boringen. En metall-mot-metall tetning kan brukes til å tette mellom pluggen og boringen.

Pluggen inkluderer minst en utover utvidbar eller forflyttbar labb som er i inngrep med den første skulder og forhindrer forflytning av pluggen relativt til boringen i en retning, og minst en utover utvidbar eller forflyttbar lapp som er i inngrep med den andre skulder og forhindrer forflytning av pluggen relativt til boringen i en motsatt retning. For å holde pluggen bevegelsesfri i boringen, er den første labb i inngrep med den første skulder mens den andre labb er i inngrep med den andre skulder.

Labbene presses fortrinnsvis til kontakt med skuldrene slik at det innføres trykk eller strekk i pluggen mellom labbene. Dette oppnås i en utførelse ved å holde en labb i kontakt med en skulder mens en annen labb presses til kontakt med en annen skulder. Skuldrene er sideveis skråstilt slik at den pressende kontakten kiler labbene mellom skuldrene, hvilket presser sammen et parti av pluggen mellom labbene. I andre utførelser kan det innføres strekk i pluggen mellom labbene.

I stedet for separate labber for å ha kontakt med motstående skuldre i brønnhodet, kan pluggen bruke en eller flere labber som hver har kontakt med begge de motstående skuldrene. På denne måten virker hver labb slik at den forhindrer bevegelse av pluggen i begge retninger i forhold til brønnhodet. Labber som brukes sammen med oppfinnelsen kan ha et mangfold av former, inkludert mangekantet, sirkulær, osv.. Disse og andre trekk, fordeler, nytte og hensikter ved den foreliggende oppfinnelse vil bli tydelig for en med ordinær fagkunnskap innen området ved nøye gjennomgang av den følgende detaljerte beskrivelse av representative utførelser av oppfinnelsen og de ledsagende tegninger.

Systemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i karakteristikken til krav 1 og 4 respektivt angitte trekk.

Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Figur 1 er et skjematisk tverrsnittsriss av en første brønnhodeplugg som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse en konkret form, hvor den første brønnhodeplugg er vist installert i et brønnhode; Figur 2 er et firedelssnitt gjennom den første brønnhodeplugg i en forstørret skala, og Figur 3 er et skjematisk sideriss av en annen brønnhodeplugg som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse konkret form, idet den annen brønnhodeplugg er vist installert i et brønnhode som er vist i tverrsnitt. Figur 1 viser et representativt brønnhodepluggsystem 10 som gir prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelsen en konkret form. I den følgende beskrivelse av systemet 10 og andre anordninger og fremgangsmåter som her er beskrevet, brukes uttrykk som angir retning, så som "ovenfor", "nedenfor", "øvre", "nedre", osv. kun fordi det er beleilig når det vises til de ledsagende tegningene. I tillegg skal det forstås at den utførelse av den foreliggende oppfinnelse som her er beskrevet, kan brukes i forskjellige orienteringer, så som skråstilt, vendt opp ned, horisontal, vertikal, osv., og i forskjellige konfigurasjoner, uten å avvike fra prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Systemet 10 som er vist på figur 1 inkluderer er brønnhode 12 hvor det er installert en brønnhodeplugg 14. I denne utførelsen er pluggen 14 installert i en boring 16 som strekker seg vertikalt gjennom brønnhodet 12. Pluggen 14 kan imidlertid også brukes i andre typer boringer, så som en horisontal boring 18 som krysser den vertikale boring 16, osv.

For å installere pluggen 14 senkes pluggen inn i boringen 16 ved bruk av en metall-mot-metall tetning, og den blokkerer dermed fluidstrøm gjennom boringen og motstår trykkdifferanser over pluggen. I et unikt aspekt gir pluggen 14 konkret form til prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse, idet pluggen er statisk i forhold til boringen 16 uansett om hvorvidt det er påført en trykkdifferanse over pluggen ovenfra eller nedenfra, og den forblir statisk selv når trykkdifferansen er relativt høy ovenfra.

Det skal nå i tillegg vises til figur 2, hvor pluggen 14 representativt er vist i forstørret tverrsnitt. Pluggen 14 er vist installert og satt inne i brønnhodet 12. Det skal imidlertid klart forstås at pluggen 14 kan installeres i et annet utstyr uten å avvike fra prinsippene ved oppfinnelsen.

Pluggen 14 inkluderer en utvendig hussammenstilling 22 på hvilken det sitter en primærtetning 24, en sekundærtetning 26 og en skrape- eller avfallsbarriere 28. Primærtetningen 24 er fortrinnsvis en metall-mot-metall tetning, av den type som er velkjent for fagpersoner innen området, for å tette mellom huset 22 og en tetningsboring 30. Sekundærtetningen 26 er fortrinnsvis en pakningsstabel, hvor det eksempelvis anvendes en pakning av chevron-typen. Selvsagt kan enhver annen type tetninger brukes i stedet for tetningene 24,26, tetningene kan være posisjonert på en annen måte, og ethvert antall tetninger kan brukes på pluggen, i overensstemmelse med oppfinnelsens prinsipper.

En generelt rørformet spindel 32 er mottatt slik at den kan bevege seg frem og tilbake inne i hussammenstillingen 22. På spindelen 32 er det utformet en innvendig profil 34 for inngrep av et setteverktøy (ikke vist) som brukes til å føre pluggen 14 inn i brønnhodet 12, og til å forflytte spindelen i forhold til hussammenstillingen 22. Som det ses av figur 2, er spindelen 32 i sin nedoverforflyttede posisjon i forhold til hussammenstillingen 22, idet setteverktøyet har florflyttet spindelen nedover etter at pluggen 14 ble ført inn i brønnhodet 12 og kom i inngrep med ikke-gå skulderen 20.

Spindelen 32 har tre konisk formede eller avsmalnende flater 36,38,40 som er dannet på dens utside, og to sylindriske flater 42,44 som er dannet på dens utside. I den nedoverforflyttede posisjon som er vist på figur 2, har en øvre kile eller en labb 46 kontakt med den koniske flate 36, og en nedre kile eller en labb 48 har kontakt med den sylindriske flate 42. Når pluggen 14 føres inn i brønnhodet 12, er imidlertid spindelen 32 i sin oppoverforflyttede posisjon hvor den øvre labben 46 befinner seg motsatt den sylindriske flate 42 og den nedre labben 48 befinner seg motsatt den sylindriske flate 44.

Som her benyttet, brukes uttrykket "kile" eller "labb" til å angi et element som strekker seg eller rager ut av en plugg for å gå i inngrep med en profil som er dannet i et brønnhode for det formål å begrense forflytning av pluggen i brønnhodet. Kiler og labber kan ha enhver form for samvirkende inngrep med enhver profilform. Labene 46, 48 som her er beskrevet, har mangekantede tverrsnitt, men andre typer labber, så som C-ringen 74 med sirkulært tverrsnitt som vil bli beskrevet nedenfor, kan også brukes, og enhver annen type labb kan brukes, uten å avvike fra oppfinnelsens prinsipper.

Det vil lett forstås at når pluggen 14 føres inni brønnhodet 12, spindelen 32 er i sin oppoverforflyttede posisjon og labbene 46 og 48 befinner seg motsatt de respektive flater 42,44, så vil labbene være i stand til å trekke seg tilbake innover fra sine posisjoner, som er vist på figur 2. Sekvensen av trinn ved installasjon av pluggen 14 i brønnhodet 12, er faktisk som følger: 1) med spindelen 32 i sin oppoverforflyttede posisjon og labbene 46,48 trukket tilbake innover (labbene befinner seg motsatt spindelens sylindriske flater 42,44) senkes pluggen inn i boringen 16; 2) en utvendig skulder 60 som er tildannet på hussammenstillingen 22 bringes i kontakt med ikke-gå skulderen 20, dermed understøttes pluggen mot videre nedoverrettet bevegelse i boringen; og 3) spindelen 32 forflyttes nedover av setteverktøyet til den posisjon som er vist på figur 2, derved presses labbene utover, til inngrep med en profil 50 som er tildannet inne i brønnhodet.

Den nedre labben 48 presses utover fordi flaten 42 har en større diameter enn flaten 44. Flaten 40 er sideveis skråstilt for å hjelpe til ved forflytning av labben 48 radialt utover når spindelen 32 forflyttes fra sin oppoverforflyttede til sin nedoverforflyttede posisjon.

Den øvre labben 46 presses utover fordi flaten 36, selv ved sin minste utvendige diameter, har større diameter enn flaten 42. Flaten 38 er sideveis skråstilt for å hjelpe til ved forflytning av labben 46 radialt utover når spindelen 32 forflyttes fra sin oppoverforflyttede til sin nedoverforflyttede posisjon. Merk imidlertid at siden flaten 36 er sideveis skråstilt, kan den øvre labben 46 presses videre utover av ytterligere nedoverrettet forflytning av spindelen 32. Den øvre labben 46 kan således forflyttes utover uavhengig av den nedre labben 48.

På profilet 50 er det tildannet motsatt vendende sideveis skråstilte skuldre 52, 54. Når labbene utvides eller forflyttes utover fra hussammenstillingen 22 ved nedoverrettet forflytning av spindelen 32, går en komplementært utformet skulder 56 som er tildannet på den øvre labben 46 i inngrep med skulderen 52, og en komplementært utformet skulder 58 som er tildannet på den nedre labben 48 går i inngrep med skulderen 54. Inngrepet mellom ikke-gå skulderen 20 og den utvendige skulder 60 innretter den øvre labben 46 med den øvre skulderen 52 og innretter den nedre labben 48 med den nedre skulderen 54.

Det forstås lett at når begge labbene 46,48 er i inngrep med profilet 50 og holdes i sine utover utvidede eller forflyttede posisjoner av spindelen 32, vil pluggen 14 ikke forflytte seg verken oppover eller nedover i forhold til boringen 16. Når tetningene 24,26 motstår en trykkdifferanse i boringen fra oversiden til undersiden av pluggen 14, vil pluggen dermed ikke forflytte seg nedover i boringen, og når tetningene 24, 26 motstår en trykkdifferanse i boringen fra nedenfor til ovenfor pluggen, vil pluggen ikke forflytte seg oppover i boringen. Trykkdifferansen kan veksle mellom fra oversiden til undersiden og omvendt, uten at dette forårsaker forflytning av pluggen 14 i boringen 16.

I tillegg, på grunn av relativt stort areal av kontaktflaten mellom labbene 46,48 og skuldrene 52, 54 på profilet 50, kan det motstås relativt store trykkdifferanser både fra oversiden og undersiden av pluggen 14. Kontaktarealet mellom den nedre labben 48 og den nedre skulderen 54 er betydelig større enn kontaktarealet mellom den utvendige skulderen 60 og ikke-gå skulderen. Pluggen 14 kan dermed motstå en betydelig større trykkdifferanse fra oversiden av pluggen enn det som ville være tilfellet hvis kun ikke-gå skulderen 20 forhindret nedoverrettet forflytning av pluggen.

Etter at spindelen 32 har blitt forflyttet nedover av setteverktøyet, slik at labbene 46,48 har kommet i inngrep med profilet 50, blir spindelen fortrinnsvis presset videre nedover, slik at den øvre labben 46 tvinges videre utover, hvilket kiler labbene inn i profilet. De skrå skuldrene 56, 58 blir dermed presset utover mot de respektive skrå skuldre 52, 54, snarere enn at de kun er i kontakt med disse. På denne måten påføres det strekk på brønnhodet 12 mellom skuldrene 52, 54, og det påføres trykk på pluggen 14 mellom labbene 46,48.

Denne påføringen av strekk og trykk i brønnhodet 12 henholdsvis pluggen 14, sikrer at labbene 46,48 har kommet fullstendig i inngrep med profilet 50, og at pluggen vil forbli bevegelsesfri i boringen 16. Det skal imidlertid forstås at det ifølge oppfinnelsens prinsipper ikke er nødvendig at det påføres strekk på brønnhodet 12 eller påføres trykk på pluggen 14. Hvis for eksempel hver av de innvendige skuldrene 52, 54 og de utvendige skuldrene 56, 58 vendte i en retning motsatt det som er vist på figur 2, kunne det påføres trykk på brønnhodet 12 og det kunne påføres trykk på pluggen 14 når labbene 46,48 ble presset utover av spindelen 32. Det er faktisk ikke nødvendig at det påføres strekk eller trykk verken på brønnhodet 12 eller pluggen 14, eksempelvis hvis skuldrene 52, 54, 56, 58 ikke var skråstilt.

Den koniske flate 36 er fortrinnsvis skråstilt i en vinkel som for fagpersoner innen området er kjent som en låsende konisitet. På denne måten vil den øvre labben 46 ikke være i stand til å trekke seg tilbake innover, for eksempel på grunn av trykk nedenfra påfører pluggen 14 en oppoverrettet kraft som overføres til labben ved kontakt mellom skuldrene 52, 56. Friksjonen mellom den øvre labben 46 og den koniske flaten 36 forhindrer at den øvre labben trekkes tilbake innover, og forhindrer at spindelen 32 forflytter seg oppover.

Flaten 36 kunne være skråstilt i en annen vinkel, eller ikke skråstilt i det hele tatt, og flaten 42 kunne også være skråstilt, og den kunne være skråstilt med en låsende konisitet, for derved ytterligere å presse den nedre labben 48 utover, uten at dette ville avvike fra prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

Selv om kun en av den øvre labben 46 og en av den nedre labben 48 er vist på figur 2, skal det forstås at det fortrinnsvis er flere av hver av disse fordelt radialt rundt pluggen 14. De øvre og nedre labber 46,48 er vist aksialt adskilt, men de kunne ha vært posisjonert ved siden av hverandre på pluggen 14, eller den øvre labben kunne ha vært i posisjonen til den nedre labben og omvendt. Den øvre og nedre labben 46,48 kunne ha vært dannet i ett med hverandre, slik at en kombinert labb som var utformet med skuldrene 56, 58 kunne gå i inngrep både med de øvre og nedre skuldre 52, 54 på profilet 50. Det vil derfor lett forstås at labbene 46,48 kan være utformet på en annen måte, og at de kan være posisjonert på en annen måte på pluggen 14, uten dermed å avvike fra prinsippene ved oppfinnelsen.

Figur 3 viser representativt en annen brønnhodeplugg 70 som gir prinsippene ifølge oppfinnelsen konkret form. Pluggen 70 er vist installert og satt i en boring 72 i et brønnhode 76. Pluggen 70 tilsvarer på mange måter pluggen 14 beskrevet ovenfor, men er forskjellig i minst ett betydelig henseende ved at den har en enkelt ring 74 med et sirkulært tverrsnitt for å gi i inngrep med et profil 78 som er dannet innvendig i boringen 72.

Ved bruk senkes pluggen 70 inn i boringen 72 inntil den får kontakt med en ikke-gå skulder 80 som er tildannet innvendig i boringen 72. På dette punktet har en metall-mot-metall tetning 82 som sitter på pluggen 70, gått tettende i inngrep i boringen 72. Pluggen 70 forhindres derved i å forflyttes oppover eller nedover i boringen 72 ved hjelp av en utoverrettet utvidelse eller forflytning av ringen 74 slik at den får kontakt både med en oppovervendende skrå skulder 84 og en nedovervendende skrå skulder 86 på profilet 78.

Ringen 74 er fortrinnsvis C-formet, slik at den enkelt kan utvides eller forflyttes utover fra pluggen 70, eksempelvis ved forflytning av en spindel tilsvarende den ovenfor beskrevne spindel 32 inne i pluggen. Det skal imidlertid klart forstås at det i overensstemmelse med oppfinnelsens prinsipper kan brukes andre typer ringer eller labber, og at utvidelsen eller forflytningen av ringen eller labben utover kan gjøres på andre måter.

Som beskrevet ovenfor, går ringen 74 i inngrep med separate, motstående skuldre 85, 86 på profilet 78. Profilet 78 kunne imidlertid isteden ha en halvsirkulær tverrsnittsform som er komplementær til formen av ringen 74. I dette tilfellet ville de motstående skuldre 84, 86 være integrert eller kontinuerlig tildannet på profilet 78. Det vil således forstås at profilet 78 og profilet 50 vist på figur 1, i overensstemmelse med prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen, kunne ha enhver av et mangfold av former.

En fagperson innen området vil selvsagt ved en nøye gjennomgang av den ovenstående beskrivelse av representative utførelser av oppfinnelsen lett forstå at mange andre modifikasjoner, tillegg, erstatninger, utelatelser og andre endringer kan gjøres ved denne spesifikke utførelse, og at slike endringer omfattes av prinsippene for den foreliggende oppfinnelse. For eksempel, selv om spindelen 32 brukes i pluggen 14 som en utvidelses- eller forflytningsmekanisme for utoverrettet utvidelse eller forflytning av labbene 46,48, kan andre typer av utvidelses- eller forflytningsmekanismer brukes. Som et annet eksempel, selv om labbene 46,48 i pluggen 14 som beskrevet ovenfor utvides eller forflyttes utover samtidig når pluggen 14 settes i brønnhodet 12, kunne labbene isteden utvides eller forflyttes utover etter hverandre.

Claims (4)

1. Brønnhodepluggsystem (10), omfattende: et brønnhode (12) som har første og andre motsatt vendte skuldre (52, 54) tildannet inne i en boring (16) som forløper i brønnhodet (12); og en plugg (14) som er tettende mottatt i boringen (16), idet pluggen (14) inkluderer minst en radialt utover utvidbar eller forflyttbar første labb (46) som er i inngrep med den første skulder (52) og forhindrer forflytning av pluggen relativt til boringen (16) i en første retning, og minst en radialt utover utvidbar eller forflyttbar andre labb (48) som er i inngrep med den andre skulder (54) og forhindrer forflytning av pluggen relativt til boringen (16) i en andre retning som er motsatt den første retning, idet den første labb (46) går i inngrep med den første skulder (52), mens den andre labb (48) er i inngrep med den andre skulder (54), karakterisert ved at pluggen (14) inkluderer en utvendig hussammenstilling (22) i hvilken en generelt rørformet spindel (32) er mottatt slik at den kan bevege seg frem og tilbake inne i hussammenstillingen (22), hvilken spindel (32) har et antall konisk formede eller avsmalnende flater (36, 38,40) som er dannet på dens utside, og et antall sylindriske flater (42,44) som er dannet på dens utside, idet, i den første retning for spindelen (32), har den første labb (46) kontakt med den koniske flate (36), og den andre labb (48) har kontakt med den sylindriske flate (42), mens i den andre retning for spindelen (32) befinner den første labb (46) seg motsatt den sylindriske flate (42) og den andre labb (48) befinner seg motsatt den sylindriske flate (44).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en metall-mot-metall tetning (24) mellom pluggen (14) og boringen (16).

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at brønnhodet (12) videre inkluderer en ikke-gå skulder (20) dannet innvendig i boringen (16), idet ikke-gå skulderen (20) kommer i inngrep med en utvendig skulder (60) på pluggen (14) og forhindrer forflytning av pluggen (14) gjennom boringen (16) før de første og andre labber (46,48) kommer i inngrep med den første henholdsvis andre skulder (52, 54); og inngrepet mellom ikke-gå skulderen (20) og pluggens (14) utvendige skulder (60) innretter de første og andre labber (46,48) med den første henholdsvis andre skulder (52, 54).

4. Fremgangsmåte for installering av en plugg (14) i en boring (16) i et brønnhode (12), hvilken fremgangsmåte omfatter trinn for: å bringe en utvendig skulder (60) på pluggen (14) i inngrep med en ikke-gå skulder (20) som er dannet i boringen (16); og deretter utvide eller forflytte henholdsvis en første og en andre labb (46,48) på pluggen (14) utover, til inngrep med motsatte skuldre (52, 54) på et profil (50) dannet i boringen (16), hvilket forhindrer forflytning av pluggen (46,48) i første og andre motsatte aksiale retninger relativt til boringen (16); karakterisert ved at pluggen (14) inkluderer en utvendig hussammenstilling (22) i hvilken en generelt rørformet spindel (32) er mottatt slik at den kan bevege seg frem og tilbake inne i hussammenstillingen (22), hvilken spindel (32) har et antall konisk formede eller avsmalnende flater (36, 38,40) som er dannet på dens utside, og et antall sylindriske flater (42,44) som er dannet på dens utside, idet, i den første retning for spindelen (32), har den første labb (46) kontakt med den koniske flate (36), og den andre labb (48) har kontakt med den sylindriske flate (42), mens i den andre retning for spindelen (32) befinner den første labb (46) seg motsatt den sylindriske flate (42) og den andre labb (48) befinner seg motsatt den sylindriske flate (44).