NO330232B1

NO330232B1 - Rudder sealing device

Info

Publication number: NO330232B1
Application number: NO20092239A
Authority: NO
Inventors: Espen Hiorth; Terje Stormo
Original assignee: Bronnteknologiutvikling As
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-03-07
Also published as: WO2010143975A1; BRPI1012889A2; US20120126482A1; BRPI1012889B1; NO20092239L

Abstract

Anordning for å tette en lekkasje i et rør (11) omfattende en tetningsring (14) og elementer (22-25) for å tvinge tetningsringen til tettende kontakt med veggen (20) av røret (11). En kraftinnretning (35, 38) er under drift forbundet med elementene (22-25). Tetningsringen (14) har avfasede indre ender (18, 19) som er sidestilt med et par av tilpassede koniske ringer (24, 25). En sylinder-stempel innretning (36) er i kontakt med de koniske ringer (24, 25) for å tvinge dem til ekspanderende kontakt med tetningsringen (14).Device for sealing a leak in a pipe (11) comprising a sealing ring (14) and elements (22-25) for forcing the sealing ring into sealing contact with the wall (20) of the pipe (11). A power device (35, 38) is connected to the elements (22-25) during operation. The sealing ring (14) has bevelled inner ends (18, 19) which are juxtaposed with a pair of adapted conical rings (24, 25). A cylinder-piston device (36) is in contact with the conical rings (24, 25) to force them into expanding contact with the sealing ring (14).

Description

Tetningsanordning for rør Sealing device for pipes

Oppfinnelsen angår tetningsanordning for rør, spesielt for å tette lekkasjer i et brønnrør. The invention relates to a sealing device for pipes, in particular to seal leaks in a well pipe.

Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention

Når det dannes en åpning i sideveggen av et eksisterende foringsrør i en brønn, enten gjennom skade på foringsrøret eller på grunn av en bevisst perforering av foringsrøret for å støtte en produksjons- eller fraktureringsoperasjon, kan det væreønskelig å tette åpningen i det eksisterende foringsrør. Konvensjonelle metoder for å tette slike åpninger er kostbare og upålitelige. When an opening is formed in the sidewall of an existing casing in a well, either through damage to the casing or due to a deliberate perforation of the casing to support a production or fracturing operation, it may be desirable to plug the opening in the existing casing. Conventional methods of sealing such openings are expensive and unreliable.

I US patent nr. 7 048 067 (Cook et al., 2006) blir det beskrevet reparasjon av et foringsrør i en brønn, hvor et ekspanderende tetningsorgan blir radielt ekspandert av to ekspansjonskoner som tvinges sammen i tetningssonen. In US patent no. 7 048 067 (Cook et al., 2006) the repair of a casing in a well is described, where an expanding sealing member is radially expanded by two expansion cones which are forced together in the sealing zone.

Med et tetningsorgan ifølge den tidligere kjente teknikk, laget av polymermateriale, vil det ikke bli noen tilfredsstillende og varig tetning. With a sealing member according to the prior art, made of polymer material, there will be no satisfactory and lasting seal.

Formål ved oppfinnelsen Purpose of the invention

Hovedhensikten ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som kan tilveiebringe en varig og sikker tetning for enhver lekkasje i et rør i en brønn eller en tilsvarende struktur, ved høye temperaturer og høyt trykk. The main purpose of the invention is to provide a device which can provide a permanent and secure seal for any leakage in a pipe in a well or a similar structure, at high temperatures and high pressure.

Et ytterligere formål er å tilveiebringe en anordning som er enkelt å installere og bringe i en varig posisjon. A further object is to provide a device which is easy to install and bring into a permanent position.

Foreliggende oppfinnelse Present invention

De ovenfor nevnte formål er oppnådd ved anordningen ifølge oppfinnelsen som definert i patentkrav 1. Foretrukne utførelsesformer fremgår av de uselvstendige patentkrav. The above-mentioned purposes are achieved by the device according to the invention as defined in patent claim 1. Preferred embodiments appear from the independent patent claims.

Eksempel Example

Oppfinnelsen er illustrert i figurene i hvilke The invention is illustrated in the figures in which

Figur 1 og 2 viser en lengdeseksjon av et rør med en tetningsringsammenstilling i innføringsposisjon henholdsvis en tetningsposisjon. Figurene 3 og 4 viser tverrsnitt i lengderetningen av en monteringssammenstilling for en tetningsring som holder tetningsringsammenstilling i figur 1 og 2 henholdsvis, mens Figures 1 and 2 show a longitudinal section of a pipe with a sealing ring assembly in an insertion position and a sealing position, respectively. Figures 3 and 4 show cross-sections in the longitudinal direction of a mounting assembly for a sealing ring holding sealing ring assembly in figures 1 and 2 respectively, while

Figur 5 viser en detalj fra figur 2. Figure 5 shows a detail from Figure 2.

Elementene av figurene blir vist med en vertikal akse. Oppfinnelsen er imidlertid egnet for enhver posisjon av røret eller brønnen som skal tettes. The elements of the figures are shown with a vertical axis. However, the invention is suitable for any position of the pipe or well to be sealed.

I figur 1 og 2 vises det et eksempel på en utførelsesform av oppfinnelsen ved et rør 11 i en oljebrønn, hvilket rør kan ha en lekkasjesprekk 12. En tetningsringsammenstilling 13 er vist uten monteringssammenstilling som er vist i figurene 3 og 4. "Tetningsringsammenstilling" omfatter en tetningsring og dens integrerte ekspansjonselementer som vil bli beskrevet. Figures 1 and 2 show an example of an embodiment of the invention with a pipe 11 in an oil well, which pipe may have a leakage crack 12. A sealing ring assembly 13 is shown without the mounting assembly shown in figures 3 and 4. "Sealing ring assembly" includes a sealing ring and its integral expansion elements which will be described.

Tetningsringsammenstilling 13 er vist i dens startposisjon i figur 1 uten monteringssammenstilling, som blir tilveiebrakt som del av totalarrangementet før innføring i oljebrønnrøret 11. I figur 2 er monteringssammenstillingen blitt fjernet etter fullført montering av tetningsringsammenstillingen. Dette er tilstanden for drift av tetningsringsammenstillingen. Seal ring assembly 13 is shown in its starting position in Figure 1 without the mounting assembly, which is provided as part of the overall arrangement prior to insertion into the oil well pipe 11. In Figure 2, the mounting assembly has been removed after completion of assembly of the sealing ring assembly. This is the condition of operation of the seal ring assembly.

Tetningsringsammenstillingen 13 består av en tetningsring 14 med en ytre tetningsflate 15 og indre, avfasede ender 16,17, vist spesielt i figur 5. Den ytre tetningsflate 15 er sylindrisk med en lav vulst 18,19 ved hver ende, sentralt til avfasede ender 16,17. Vulstene 18,19 har funksjonen av å tilveiebringe et ringformet område av spesiell kraft mot den indre vegg 20 av oljebrønnrøret 11. Den ytre flate 15 av tetningsringen 14 er dekket av et sjikt 21 av et materiale med høyere duktilitet enn basismaterialet av tetningsringen, som kan være stål eller annen legering med tilsvarende styrkeegenskaper. Sjiktet 21 kan være av sølv eller av et polymermateriale. The sealing ring assembly 13 consists of a sealing ring 14 with an outer sealing surface 15 and inner chamfered ends 16,17, shown in particular in Figure 5. The outer sealing surface 15 is cylindrical with a low bead 18,19 at each end, central to the chamfered ends 16, 17. The beads 18,19 have the function of providing an annular area of special force against the inner wall 20 of the oil well pipe 11. The outer surface 15 of the sealing ring 14 is covered by a layer 21 of a material with higher ductility than the base material of the sealing ring, which can be steel or another alloy with similar strength properties. The layer 21 can be of silver or of a polymer material.

Tetningsringsammenstillingen 13 omfatter videre et par av ekspanderende bakker 22, 23 som generelt består av et par av konsentriske avfasede pressringer 24, 25 som vender mot de avfasede ender 16,17 av tetningsring 14 og er integrert med et par av koniske bøssinger 26, 27 som overlapper med gjensidig kontakt i en gripesone 28. I gripesonen 28 har begge bøssinger 26, 27 riflet overflate for å låse de ekspanderende bakker 22, 23 i den endelige, komprimerte posisjon vist i figur 2. The sealing ring assembly 13 further comprises a pair of expanding jaws 22, 23 which generally consist of a pair of concentric chamfered pressure rings 24, 25 which face the chamfered ends 16, 17 of the sealing ring 14 and are integrated with a pair of conical bushings 26, 27 which overlaps with mutual contact in a gripping zone 28. In the gripping zone 28, both bushings 26, 27 have a knurled surface to lock the expanding jaws 22, 23 in the final, compressed position shown in Figure 2.

Den ekspanderende bakke 22 som vender mot den tilgjengelige ende av røret 11, har en ringformet, radielt utstrekkende kant 29 for kontakt med monteringssammenstillingen vist i figurene 3 og 4. Den motstående ekspanderende bakke 23 har et radielt spor 30 ved ytre ende for å motta en skjærring 31 av et mykt metallisk materiale, for eksempel kobber. For å låse skjærringen 31 i sporet 30, blir en låsering 32 satt inn i et andre, indre spor 33. Skjærringen 31 har et aksialt spor 34 som danner et svekket område. The expanding tray 22 facing the accessible end of the pipe 11 has an annular, radially extending edge 29 for contact with the mounting assembly shown in Figures 3 and 4. The opposing expanding tray 23 has a radial groove 30 at its outer end to receive a shear ring 31 of a soft metallic material, for example copper. To lock the cutting ring 31 in the groove 30, a locking ring 32 is inserted into a second, inner groove 33. The cutting ring 31 has an axial groove 34 which forms a weakened area.

Figurene 3 og 4 vider en monteringssammenstilling 35 tilveiebrakt for kontakt med ekspanderende bakker 22, 23 under monteringstrinnet, for å ekspandere tetningsring 14 til tettende kontakt med oljebrønnrøret. Monteringssammenstillingen er vist sammen med tetningsringsammenstillingen i en initiell posisjon i figur 3 og i en mellomstilling kort forut for ødeleggelse av skjærringen 31 i figur 4. Figures 3 and 4 show a mounting assembly 35 provided for contact with expanding trays 22, 23 during the mounting step, to expand sealing ring 14 into sealing contact with the oil well pipe. The assembly assembly is shown together with the sealing ring assembly in an initial position in Figure 3 and in an intermediate position shortly before destruction of the shear ring 31 in Figure 4.

Monteringssammenstillingen 35 omfatter som hovedelement en sylinder-stempel innretning 36. Sylinder-stempel innretning 36 har et rørformet element 37 hvis sylindriske utside bærer et ringformet glideelement eller stempel 38. Det ringformede stempel 38 har en krage 39 som sklir på en låsering 40 som virker som en låsemutter på den frie ende av det rørformede element 37. The assembly assembly 35 comprises as the main element a cylinder-piston device 36. The cylinder-piston device 36 has a tubular element 37 whose cylindrical outside carries an annular sliding element or piston 38. The annular piston 38 has a collar 39 which slides on a locking ring 40 which acts as a locking nut on the free end of the tubular element 37.

Kragen 39 av stempel 38 bærer skjærringen 31 som blir låst med en låsehylse 41 som virker som en låsemutter. The collar 39 of piston 38 carries the cutting ring 31 which is locked with a locking sleeve 41 which acts as a locking nut.

Det rørformede element 37 sentralt i monteringssammenstillingen 35 blir båret av en skive 42 på hvilken kanten 29 kommer til anlegg mot et ringformet trinn 43. Endeskiven 42 har en tapp 44 med en åpning 45 til en arm for å posisjonere den komplette tetningsanordning i oljebrønnrøret 11. The tubular element 37 central to the mounting assembly 35 is carried by a disk 42 on which the edge 29 comes into contact with an annular step 43. The end disk 42 has a pin 44 with an opening 45 for an arm to position the complete sealing device in the oil well pipe 11.

Det rørformede element 37 har et sylindrisk innlegg 46 i den frie ende, med et par tetningsringer 47, 48 i omkretsstrekkende spor og gjenger 40 ved den ytre ende. Det sylindriske innlegg 46 tilveiebringer en manifold som forbinder sylinder-stempel arrangementet med et eksternt hydraulisk system. Ved den indre ende av det sylindriske innlegg 46 er en sylindrisk utsparing 52 med en gjenget bunn 50 som kan ta en slangekopling (ikke vist). En åpning 51 i endeskiven 52 er tilveiebrakt for en slange. The tubular element 37 has a cylindrical insert 46 at the free end, with a pair of sealing rings 47, 48 in circumferential grooves and threads 40 at the outer end. The cylindrical insert 46 provides a manifold that connects the cylinder-piston arrangement to an external hydraulic system. At the inner end of the cylindrical insert 46 is a cylindrical recess 52 with a threaded bottom 50 which can take a hose connection (not shown). An opening 51 in the end disc 52 is provided for a hose.

Det sylindriske innlegg 45 har en forbindende kanal 53 for å tilveiebringe hydraulisk medium til kammeret 54 av stempel 38. The cylindrical insert 45 has a connecting channel 53 for providing hydraulic medium to the chamber 54 of the piston 38.

Montering av tetningsringen Installation of the sealing ring

Tetningsringsammenstillingen 13 med monteringssammenstillingen 35 inkorporert blir senket inn i oljebrønnrør 11 som vist i figur 1. Ved nivået for lekkasjen 12 blir tetningsringsammenstillingen posisjonert for montering. Ved å tilføre høytrykks hydraulisk medium til monteringssammenstillingen blir de ekspanderende bakker 22, 23 brakt i kontakt med og presser tetningsringen 14 mot veggen 20 av oljebrønnrøret 11 og deformerer vulstene eller de ringformede kanter 18,19 for å tilveiebringe en spesielt tett pasning på begge sider av lekkasjen. The sealing ring assembly 13 with the mounting assembly 35 incorporated is lowered into the oil well pipe 11 as shown in Figure 1. At the level of the leak 12 the sealing ring assembly is positioned for mounting. By supplying high-pressure hydraulic medium to the mounting assembly, the expanding jaws 22, 23 are brought into contact with and press the sealing ring 14 against the wall 20 of the oil well pipe 11 and deform the beads or annular edges 18, 19 to provide a particularly tight fit on both sides of the leak.

For å frembringe en definert øvre monteringskraft, er kobberingen 31 laget slik at den ryker ved en viss belastning. Skjæregenskapene for kobber er egnet for det foreliggende formål idet skjærringen vil ha en viss varighet og ikke føre til noe sjokk i systemet. Som et alternativ til kobberringen 31 kan en ring av et annet materiale med forutsigbar brytestyrke bli benyttet. In order to produce a defined upper mounting force, the copper ring 31 is made so that it breaks under a certain load. The cutting properties of copper are suitable for the present purpose as the cutting will have a certain duration and will not lead to any shock in the system. As an alternative to the copper ring 31, a ring of another material with predictable breaking strength can be used.

Etter å ha revet av kobberringen 31 kan den indre del av monteringssammenstillingen bli fjernet fra oljebrønnrøret 11 og hentet ut, mens tetningsringsammenstillingen 13 forblir tilbake med en åpning 54. En del av ringen vil forbli sammen med tetningsringsammenstillingen 13 mens en annen del vil forbli på monteringssammenstillingen 35. After tearing off the copper ring 31, the inner part of the mounting assembly can be removed from the oil well pipe 11 and extracted, leaving the sealing ring assembly 13 with an opening 54. A part of the ring will remain with the sealing ring assembly 13 while another part will remain on the mounting assembly 35.

Oppfinnelsen kan bli benyttet for å tilveiebringe tetningsringer i rør eller røråpninger andre enn oljebrønnrør. The invention can be used to provide sealing rings in pipes or pipe openings other than oil well pipes.

Claims

1. Device for sealing a leak in a well pipe (11) or the like, comprising a sealing ring (14) and elements (22-25) for forcing the sealing ring into sealing contact with the wall (20) of the pipe (11), a power device (35, 38) which are operatively connected to the elements (22-25), characterized in that the sealing ring (14) is based on a metallic alloy whose outer surface is covered by a material with higher ductility than said alloy, as the sealing ring (14) has chamfered inner ends (16,17) which are juxtaposed with a pair of matching conical pressure rings (24, 25) and that a cylinder-piston device (36) is in contact with the conical rings (24, 25) to force them to expanding contact with the sealing ring (14).

2. Device in accordance with patent claim 1, characterized in that the conical pressure rings (24, 25) which contact the ends (18, 19) of the sealing ring (14) are connected to a matched pair of sleeves which are in contact in a chamfered area for to provide a locking engagement.

3. Device in accordance with one of the patent claims 1-2, characterized in that the conical pressure rings (24, 25) are in contact with a centrally arranged cylinder-piston arrangement (35) to be pressed axially into expanding contact with the sealing ring (14) .

4. Device in accordance with patent claim 3, characterized in that it comprises an annular piston (38) which slides on a central, tubular core (37), the piston and core being connected by a pair of cooperating rings (39A, 43) provided to press against the ends of the conical compression rings (24, 25) to expand the sealing ring (14).

5. Device in accordance with patent claim 4, characterized in that the contact with the conical pressure rings (24, 25) is provided with a breakable ring (31) of a material which has a defined breaking strength, preferably of copper.

6. Device in accordance with one of patent claims 1 to 5, characterized in that the cylinder-piston arrangement (36) is included in a sealing ring assembly assembly (35) with a central connection (50, 51, 52) to an external hydraulic system.