NO330239B1 - Fremgangsmåte og system for sammenkopling av gjengede rørorganer for bruk i et brønnhull - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vedrører generelt fremgangsmåter og apparatet for tilkopling av gjengede organer mens det sørger for at en riktig forbindelse blir utført.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Ved sammenføying av lengder av rørledning (dvs. produksjonsrørledninger, foringsrør, borerør, osv.; kollektivt her benevnt som rørledning) for oljebrønner, er beskaffenheten av forbindelsen mellom lengdene med rørledning kritisk. Det er konvensjonelt å forme slike lengder av rørledning til standarder foreskrevet av det amerikanske petroleumsinstitutt (API). Hver lengde med rørledning har en indre gjenge ved én ende og en ytre gjenge ved den annen ende. Den eksternt gjengede ende av en lengde med rørledning er innrettet for inngrep i den internt gjengede ende av en annen lengde med rørledning. Forbindelser av API-typen mellom lengder av slike rørledninger beror på gjengeinngrep og den innbyrdes posisjonen til en gjengeforbindelse for å tilveiebringe tetning.

For noen oljebrønnrørledninger er slike forbindelser av API-typen ikke til-strekkelig sikre eller lekkasjetette. Etter hvert som petroleumsindustrien har boret dypere ned i jorden under leting og produksjon, har spesielt økende trykk blitt på-truffet. I slike omgivelser hvor forbindelser av API-typen ikke er egnet, er det vanlig å benytte såkalt "superkvalitetsrørledning" som blir fremstilt til i det minste API-standarder, men hvor et metall/metall-tetningsområde er tilveiebrakt mellom lengdene. I dette tilfelle har lengdene med rørledning hver avskrådde overflater som er i inngrep med hverandre for å danne metall/metall-tetningsområde. Inngrep mellom de avskrådde overflater blir referert til som "skulder"-posisjon/tilstand.

Om de gjengede rørorganer er av API-typen eller er førsteklasses koplin-ger, er det nødvendig med fremgangsmåter for å sikre en god forbindelse. Én me-tode innebærer sammenkopling av to samvirkende, gjengede rørseksjoner, å rotere rørseksjonene i forhold til hverandre ved hjelp av en energisert tang, å måle det dreiemoment som påføres for å rotere én seksjon i forhold til den annen og antallet rotasjoner eller omdreininger som én seksjon gjør i forhold til den annen. Signa-ler som indikerer dreiemomentet og omdreiningene, blir matet til en styringsenhet som fastslår om det målte dreiemoment og omdreiningene faller innenfor et forut bestemt område for dreiemoment og omdreininger som er kjent å frembringe en god forbindelse. Når det nås en dreiemoment/omdreinings-verdi innenfor et foreskrevet minimum og maksimum, (kalt en dumpeverdi), blir det dreiemoment som påføres av den drevne tangen avsluttet. Et utgangssignal, f.eks. et hørbart signal, blir så operert for å indikere om forbindelsen er en god eller en dårlig forbindelse.

Som antydet ovenfor skal det oppnås en lekkasjesikker metall/metall-tetning, og for at tetningen skal være effektiv må det dreiemoment som påføres for å bevirke skuldertilstanden og metall/metall-tetningen være kritisk. I tilfelle av superkvalitetsforbindelser publiserer fabrikanter av superkvalitetsrørledninger dreiemomentverdier som er nødvendige for korrekt tiltrekking under anvendelse av en spesiell rørledning. Slike publiserte verdier kan være basert på minimale, optimale og maksimale dreiemomentverdier, en optimal og maksimal dreiemomentverdi eller bare en optimal dreiemomentverdi. Nåværende praksis er å tiltrekke forbindelsen innenfor et forutbestemt dreimomentområde mens det påtrykte dreiemoment plottes som funksjon av rotasjon eller tid, og så utføre en visuell inspeksjon og bestemmelse av tiltrekkingskvaliteten. I tillegg til å være meget subjektiv, svik-ter imidlertid en slik løsning når det gjelder å ta i betraktning andre faktorer som kan resultere endelige dreiemomentverdier som indikerer en god slutt-tiltreknings-tilstand når en lekkasjesikker tetning i virkeligheten ikke nødvendigvis behøver å ha blitt oppnådd. Slike andre faktorer innbefatter f.eks. friksjonskoeffisienten til smøremiddelet, renheten til forbindelsesoverflatene, overflatebehandlingen til kop-lingsdelene, fremstillingstoleranser, osv. Generelt er den mest betydningsfulle fak-tor friksjonskoeffisienten til smøremiddelet som vil variere med omgivelsestempe-ratur og endre seg under forbindelsestiltrekkingen etter hvert som de forskjellige komponenter i smøremiddelet brytes ned under økende bæretrykk. Til slutt tende-rer friksjonskoeffisienten mot den for stål, hvorved koplingen vil bli skadet med fortsatt rotasjon.

Det er derfor et behov for fremgangsmåter og anordninger for å kople sammen gjengede organer mens det sikres at en riktig forbindelse blir oppnådd, spesielt for superkvalitetsforbindelser.

US 4 592 125 omtaler en fremgangsmåte for oppbygging av en forbindelse mellom to gjengede rør. Fremgangsmåten omtaler detektering av forekomsten av en skuldertilstand og så å bestemme hvis tilføring av 50% av fremstillerens optimale vridningsmoment til vridningsmomentet ved skuldertilstanden vil overskride fremstillerens maksimale vridningsmoment. Hvis ikke er forbindelsen ansett god og forbindelsen vil fortsette å oppbygges ved å påføre en ytterligere 50% av fremstillerens optimale vridningsmoment. Hvis dette ikke møtes, eller overskrider, fremstillerens optimale vridningsmoment, vil forbindelsen bygges opp til fremstillerens optimale vridningsmoment. Alternativt hvis den ytterligere 50% vil overskride det maksimale, anses forbindelsen å være dårlig og oppbyggingen stoppes.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer generelt fremgangsmåter og anordninger for å kople sammen gjengede organer mens det sikres at en riktig forbindelse blir oppnådd, spesielt for superkvalitetsforbindelser.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en fremgangsmåte for sammenkopling av gjengede rørorganer for bruk i et brønnhull, omfattende å rotere et første rørorgan i forhold til et andre gjenget rørorgan, hvori de to gjengede organer danner en skulder; å detektere en skuldertilstand under rotasjon av det første gjengede rørorgan ved å beregne og overvåke en endringshastighet for dreiemoment i forhold til rotasjon; kjennetegnet ved å stoppe rotasjon av det førs-te gjengede organ når en forutbestemt rotasjonsverdi oppnås fra skuldertilstanden.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangsmåten er videre utdypet i kravet 2 til og med 16.

Videre oppnås målene med oppfinnelsen ved et system for sammenkopling av gjengede rørorganer for bruk i et brønnhull, omfattende: en kraftdrivenhet opererbar for å rotere et første gjenget rørorgani forhold til et andre gjenget rørorgan; et kraftdrivreguleringssystem operativt koplet til kraftd riven heten, og omfattende: en dreiemomentdetektor; en omdreiningsdetektor; og en datamaskin som mottar dreiemomentmålinger tatt av dreiemomentdetektoren og rotasjonsmålinger tatt av omdreiningsdetektoren; hvori datamaskinen er utformet for å utføre en operasjon, omfattende: rotering av et første gjenget rørorgan i forhold til et andre gjenget rø-rorgan, hvori de to gjengede organer danner en skulder; detektering av en skuldertilstand under rotasjon av det første gjengede rørorgan ved å beregne og overvåke en endringshastighet i dreiemoment med hensyn til rotasjon; kjennetegnet ved at å stoppe rotasjon av det første gjengede organ når en forutbestemt rotasjonsverdi

fra skuldertilstand oppnås.

Foretrukne utførelsesformer av systemet er videre utdypet i kravene 18 til og med 36.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For at den måte som de ovenfor siterte trekk ved foreliggende oppfinnelse kan forstås i detalj, kan en mer spesiell beskrivelse av oppfinnelsen som kort er oppsummert ovenfor, fås under henvisning til utførelsesformer, hvorav noen er illustrert på de vedføyde tegninger. Det skal imidlertid bemerkes at de vedføyde tegninger illustrerer bare typiske utførelsesformer av oppfinnelsen og er derfor ikke å bli betraktet som begrensende for omfanget, idet oppfinnelsen kan gjelde andre like effektive utførelsesformer. Fig. 1 er en skisse i delvis tverrsnitt gjennom en forbindelse mellom gjengede superkvalitetsorganer. Fig. 2 er en skisse i delvis tverrsnitt gjennom en forbindelse mellom gjengede superkvalitetsorganer, hvor en tetningstilstand er dannet ved inngrep mellom tetningsoverflater. Fig. 3 er en skisse i delvis tverrsnitt gjennom en forbindelse mellom gjengede superkvalitetsorganer, hvor en skuldertilstand er dannet ved inngrep mellom skulderoverflater.

Fig. 4 er en x/y-plotting av dreiemoment som funksjon av omdreininger.

Fig. 5 er et x/y-diagram over endringshastigheten i dreiemoment som funksjon av omdreininger. Fig. 6 er et blokkskjema som illustrerer en utførelsesform av et krafttang-system. Fig. 6A er et blokkskjema som illustrerer en utførelsesform av et toppdrivsystem. Fig. 7A-B er et flytskjema som illustrerer en utførelsesform for å karakterisere en forbindelse. Fig. 8 viser en rigg med et toppdriv og en elevator utformet for å kople sammen rør. Fig. 9 illustrerer toppdrivet i inngrep med et rør som er blitt senket ned gjennom en spider. Fig. 10 er en tverrsnittsskisse av et gripeorgan for bruk med et toppdrev for håndtering av rør som ikke er i inngrep med hverandre. Fig. 11 er en tverrsnittsskisse av gripeorganet på fig. 10 i inngrepsposisjon.

Fig. 12 er en delskisse av en rigg med et toppdrivsystem.

Fig. 13 er en tverrsnittsskisse av et dreiemomenthode.

Fig. 13A-B er isometriske skisser av en bakke for et torsjonshode.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSESFORM

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer generelt fremgangsmåter og anordninger for å karakterisere rørkoplinger. Et aspekt ved foreliggende oppfinnelse sørger spesielt for karakterisering av tiltrekkingen av superkvalitetsrør.

Superkvalitetsrør slik uttrykket benyttes her, refererer til rør hvor én lengde kan forbindes med en annen ved hjelp av en forbindelse som innbefatter en skulder som bidrar til å tette forbindelsen ved hjelp av en metall/metall-kontakt.

SUPERKVALITETSRØR

Fig. 1 illustrerer en form av en superkvalitetsrør-forbindelse som gjelder aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser spesielt en avskrådd superkva-litetsrørenhet 100 som har en første rørlengde 102 sammenføyd med en annen rørlengde 104 gjennom en rørkopling eller boks 106. Enden av hver rørlengde 102 og 104 har en avskrådd, eksternt gjenget overflate 108 som samvirker med en tilsvarende avskrådd, internt gjenget overflate 110 på koplingen 106. Hver rør-lengde 102 og 104 er forsynt med en avskrådd momentskulder 112 som samvirker med en tilsvarende avskrådd momentskulder 114 på koplingen 106. Ved en slut-tende av hver rørlengde 102, 104 er det definert et ringformet tetningsområde 110 som kan bringes i inngrep med et samvirkende, ringformet tetningsområde 110 definert mellom de avskrådde deler 110 og 114 på koplingen 106.

Under tiltrekkingen blir rørlengdene 102, 104 brakt i inngrep med boksen 106 og så gjenget inn i boksen ved relativ rotasjon med denne. Under fortsatt rotasjon kommer de ringformede tetningsområder 116, 118 i kontakt med hverandre, som vist på fig. 2. Den innledende kontakt blir referert til her som "tetningstilstanden". Når rørlengdene 102,104 blir rotert ytterligere, kommer de samvirkende, avskrådde momentskuldrene 112 og 114 i kontakt med hverandre og ligger an mot hverandre ved et maskindetekterbart trinn kalt en "skuldertilstand" eller et "skul-dermoment", som vist på fig. 3. Den økende trykkgrenseflate mellom de avskrådde momentskuldre 112 og 114 gjør at tetningene 116, 118 blir presset inn i tettere metall/metall-tetningsinngrep med hverandre for å forårsake en deformasjon av tetningene 116 og til slutt danner en fluidtett tetning.

Man vil forstå at selv om aspekter ved oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en avskrådd superkvalitetsforbindelse, er oppfinnelsen ikke begrenset på denne måten. I noen utførelsesformer blir det følgelig implementert aspekter ved oppfinnelsen som benytter parallelle superkvalitetsforbindelser. Videre benytter noen forbindelser ikke en boks eller kopling (slik som boksen 106). I stedet blir to rørlengder (én med ytre gjenger ved én ende og den andre med samvirkende indre gjenger) brakt i gjenget inngrep direkte med hverandre. Oppfinnelsen er like anvendbar for slike forbindelser. Generelt kan ethvert rør som danner en me-tall/metall-tetning som kan detekteres under tiltrekking, benyttes. Bruken av uttrykket "skulder" eller "skuldertilstand" er videre ikke begrenset til en veldefinert skulder som illustrert på fig. 1-3. Den kan innbefatte en forbindelse som har et antall metall/metall-kontaktflater som samvirker for å tjene som en "skulder". Den kan også innbefatte en forbindelse hvor en innsats er plassert mellom to ikke-skuldergjengede ender for å forsterke forbindelsen, slik det kan gjøres under boring med foringsrør. I denne forbindelse kan oppfinnelsen anvendes i forbindelse med en rekke rørkarakterisert vedfunksjon som innbefatter: borerør, produksjons-rør/fdringsrør, stigerør og mekaniske spenningsorganer. De forbindelser som brukes på hvert av disse rørene, må være sammensatt til en minste forbelastning på en momentskulder hvis de skal funksjonere innenfor sine konstruksjonsparamete-re og, som sådanne, med fordel kan brukes i forbindelse med foreliggende oppfinnelse.

KARAKTERISERING AV RØRLEDNINGSOPPFØRSEL

Under tiltrekking av rørlengder kan dreiemoment plottes som funksjon av tid eller omdreininger. I henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse blir dreiemoment fortrinnsvis målt som funksjon av omdreininger. Fig. 4 viser en typisk x/y-plotting (kurve 400) som illustrerer den (idealiserte) akseptable oppførselen til superkvalitetsrør, slik som den avskrådde superkvalitetsrørenhet 100 som er vist på fig. 1-3. Fig. 5 viser et tilsvarende diagram som plotter endringshastigheten til dreiemomentet (y-aksen) som funksjon av omdreininger (x-aksen). Fig. 4-5 vil føl-gelig bli beskrevet under henvisning til fig. 1-3. Kort etter at rørlengdene kommer i inngrep med hverandre og dreiemomentet blir påført (svarende til fig. 1), øker det målte dreiemoment hovedsakelig lineært som illustrert ved kurvedelen 402. En tilsvarende kurvedel 502 for differensialkurven 500 på fig. 5, er følgelig flat ved en viss positiv verdi. Under fortsatt rotasjon kommer de ringformede tetningsområde-ne 116,118 i kontakt med hverandre og forårsaker en svak endring (spesielt en økning) i dreiemomentverdien, som illustrert ved punkt 404. Punkt 404 svarer så-ledes til den tetningstilstand som er vist på fig. 2, og blir plottet som det første trinn 504 for differensialkurven 500. Dreiemomenthastigheten stabiliseres så igjen, noe som resulterer i den lineære kurvedel 406 og platået 506.1 praksis kan tetningstilstanden (punkt 404) være for svak til å kunne detekteres. I en sammensetning som oppfører seg riktig, inntreffer imidlertid en skjelnbar/detekterbar endring i dreiemomenthastigheten når skuldertilstanden blir oppnådd (svarende til fig. 3), som representert ved punkt 408 og trinn 508.

Det følgende tilveiebringer, kun som en illustrasjon, en utførelsesform for å beregne hastigheten av endringen i dreiemoment som funksjon av omdreininger:

ENDRINGSHASTIGHET- BEREGNING

La Ti, T2, T3,... Txrepresentere en innkommende strøm av dreiemomentverdier.

La Ci, C2, C3, ... Cx representere en innkommende strøm av omdreiningsverdier som blir paret med dreiemomentverdiene.

La y representere omdreiningsinkrement-tallet > 1.

Estimatet av dreiemomentets endringshastighet i forhold til omdreininger (ROC) er definert ved:

ROC: = (Ty - Ty-i) / (Cy - Cy-i) i torsjonsenheter pr. omdreiningsenhet.

Når skuldertilstanden blir detektert, kan et visst forutbestemt antall omdreininger eller dreiemomentverdi tilføyes for å oppnå den endelige forbindelsesposisjon (dvs. den endelige tilstanden til en rørenhet etter tiltrekkingsrotasjon blir avsluttet). Alternativt kan den endelige forbindelsesposisjon oppnås ved å tilføye en kombinasjon av antall omdreininger og en dreiemomentverdi. I alle fall kan den eller de forutbestemte verdier (omdreininger og/eller dreiemoment) tilføyes det målte dreiemoment eller omdreiningene ved det tidspunkt da skuldertilstanden blir detektert. Forskjellige utførelsesformer vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor.

APPARAT

Den ovenfor beskrevne dreiemoment/omdreinings-oppførsel kan genereres ved å bruke forskjellig måleutstyr i kombinasjon med en kraftdrivenhet som brukes til å kople sammen rørlengder. Eksempler på kraftdrivenheter innbefatter en krafttangenhet, typisk hydraulisk drevet, og en toppdrevenhet. I henhold til aspekter ved foreliggende oppfinnelse blir en kraftdrivenhet operert som reaksjon på én eller flere parametere som er målt/detektert under tiltrekking av en rørforbindelse. Fig. 6 og 6A er blokkskjemaer over rørtiltrekkingssystemer 600 og 600a i henhold til utførelsesformer av oppfinnelsen. Generelt omfatter rørtiltrekkingssystemene 600 og 600a kraftdrivenheter 602 og 602a, kraftdrivreguleringssystemer 604 og 604a, og et datamaskinssystem 606. På fig. 6 er kraftdrivenheten en krafttangenhet 602. På fig. 6A er kraftdrivenheten en toppdrivenhet. De fysiske posisjonene til tilslutningene mellom toppdrivreguleringssystemet 604a og toppdrivet 602a er bare representativt og kan varieres basert på spesielle toppdrivkonstruksjoner. Kraftdrivenheten kan være en hvilken som helst variant av anordninger som er i stand til å gripe og rotere en rørlengde 102 hvis nedre ende er gjenget inn i en boks 106, som igjen er gjenget inn i den øvre ende av en rørlengde 104. Rørleng-den 104 representerer den øvre ende av en rørstreng som strekker seg ned i bo-rehullet til en brønn (ikke vist). Siden krafttangenheten 602 kan være en anordning som er velkjent på området, er den ikke vist i detalj. Rørlengdene 102 og 104 og boksen 106 er ikke vist på fig. 6A, men er vist på de figurene som illustrerer topp-drivanordningen 602a nærmere, som diskutert nedenfor.

Omdreiningstellere 608 og 608a avføler rotasjonen til den øvre rørlengde

102 og generer omdreiningstellesignaler 610 og 610a som representerer slik rotasjonsmessig bevegelse. I en utførelsesform kan boksen 106 være festet mot rotasjon slik at omdreiningstellesignalene 610 og 610a nøyaktig avspeiler den relative bevegelse mellom den øvre rørlengde 102 og boksen 106. Alternativt eller i tillegg kan en annen omdreiningsteller være anordnet for å avføle rotasjonen til boksen

106. Det omdreiningstellesignal som avgis av den annen omdreiningsteller kan så brukes til å korrigere (for eventuell rotasjon av boksen 106) omdreiningstellesignalene 610 og 610a avgitt av omdreiningstellerne 608 og 608a. I tillegg kan dreie-momenttransdusere 612 og 612a festet til krafttangenheten 602 og toppdrivenhe-ten 602a, respektive, generere dreiemomentsignaler 614 og 614a som represente-

rer det dreiemoment som påføres den øvre rørlengde 102 av krafttangenheten 602 og toppdrevenheten 602a.

Spesielt blir omdreinings- og dreiemoment-verdiene overvåket/samplet samtidig ved jevne mellomrom. I en spesiell utførelsesform blir omdreinings- og dreiemoment-verdiene målt ved en frekvens på mellom omkring 50Hz og omkring 20.000Hz. Videre kan samplingsfrekvensen varieres under tiltrekkingen. Omdreiningstellesignalene 610 og 610a kan følgelig representere en viss brøkdel av en fullstendig omdreining. Alternativt kan omdreiningstellersignalene 610 og 610a, selv om det verken er typisk eller ønskelig, avgis bare ved en fullstendig omdreining av rørlengden 102 eller en viss multippel av en fullstendig rotasjon.

Signalene 610 og 610a, 614 og 614a blir matet til kraftdrivreguleringssystemene 604 og 604a. En datamaskin 616 i datamaskinsystemet 606 overvåker omdreiningstellesignalene og dreiemomentsignalene og sammenligner de målte verdier av disse signalene med forutbestemte verdier. I en utførelsesform blir de forutbestemte verdier matet inn av en operatør for en spesiell rørforbindelse. De forutbestemte verdier kan mates til datamaskinen 616 via en inngangsinnretning, slik som et tastatur som kan være innbefattet i én av et antall innmatingsinnret-ninger 618.

Illustrerende forhåndsbestemte verdier som kan mates inn av en operatør eller på annen måte, innbefatter en delta-dreiemomentverdi 624, en delta-omdreiningsverdi 626, minimums- og maksimums-omdreiningsverdier 628 og minimums- og maksimums-dreiemomentverdier 630. Delta-dreiemomentverdien 626 og delta-omdreiningsverdien 628 er, slik uttrykkene benyttes her, verdier tilført henholdsvis det målte dreiemoment og de målte omdreininger som svarer til en detektert skuldertilstand (punkt 408 på fig. 4). De endelige dreiemoment- og omdreinings-verdier ved en sluttforbindelsesposisjon er følgelig avhengig av tilstanden til en rørenhet når skuldertilstanden blir nådd, og derfor kan disse slutt-verdiene betraktes som fullstendig ukjente forut for oppnåelsen av skuldertilstanden.

Under montering av en rørenhet kan forskjellige utganger observeres av en operatør på en utmatingsanordning, slik som en visningsskjerm, som kan være én av et antall utmatingsanordninger 620. Formatet og innholdet i den viste utmating kan variere i forskjellige omgivelser. Som et eksempel kan en operatør observere de forskjellige forhåndsbetemte verdier som er blitt matet inn for en spesiell rørfor- bindelse. Operatøren kan videre observere grafisk informasjon, slik som en repre-sentasjon av dreiemomenthastighet-kurven 400 og dreiemomenthastighet-differensialkurven 500. Antallet utmatingsanordninger 620 kan også innbefatte en skriver, slik som en grafisk stripekurveskriver eller en digital skriver, eller en plotter, slik som en x/y-plotter for å fremskaffe en utskrift. Antallet utmatingsanordninger 620 kan videre innbefatte et horn eller annet audioutstyr for å varsle opera-tøren om betydelige hendelser som inntreffer under sammenstilling, slik som skuldertilstanden, den endelige forbindelsesposisjon og/eller en dårlig forbindelse.

Ved forekomst av én eller flere forhåndsbestemte hendelser kan data-systemet 606 få kraftdrivreguleringssystemene 604 og 604a til å generere dumpe-signaler 622 og 622a for automatisk å slå av krafttangenheten 602 og toppdriven-heten 602a. Dumpesignalene 622 og 622a kan f.eks. avgis ved deteksjon av den endelige forbindelsesposisjon og/eller en dårlig forbindelse.

Sammenligningen av målte omdreiningstelleverdier og dreiemomentverdier med hensyn til forutbestemte verdier blir utført ved hjelp av én eller flere funksjonsenheter i datamaskinen 616. Funksjonsenhetene kan generelt være implementert som maskinvare, programvare eller en kombinasjon av disse. Som en illustrasjon av en spesiell utførelsesform blir funksjonenhetene beskrevet som programvare. I én utførelsesform innbefatter funksjonsenheten en dreiemoment/omdreinings-plotteralgoritme 632, en prosessmonitor 634, en dreiemomentshastig-het-differensialkalkulator 636, en glattingsalgoritme 638, en sampler 640 og en komparator 642. Prosessmonitoren 634 innbefatter en algoritme 644 for gjenge-inngrepsdeteksjon, en algoritme 646 for tetningsdeteksjon og en algoritme 648 for momentskulderdeteksjon. Funksjonen til hver av funksjonsenhetene under tiltrekking av en forbindelse, vil bli beskrevet nedenfor under henvisning til fig. 7. Man vil imidlertid forstå at selv om funksjonene til én eller flere funksjonsenheter kan, selv om de er beskrevet separat, i virkeligheten utføres av en eneste enhet, og at sepa-rate enheter er vist og beskrevet her med det formål å klargjøre og illustrere. Som sådanne kan funksjonsenhetene 632-642 betraktes som logiske representasjoner i stedet for veldefinerte og individuelt skjelnbare programvarekomponenter eller maskinvarekomponenter.

Fig. 7 er en utførelsesform av en fremgangsmåte 700 for å karakterisere tiltrekkingen av en rørforbindelse. Fremgangsmåten 700 kan implementeres ved hjelp av systemer 600 og 600a, stort sett under styring av funksjonsenhetene i datamaskinen 616. Fremgangsmåten 700 blir innledet når to gjengede organer blir brakt sammen med relativ rotasjon indusert av krafttangmagneten 602 eller topp-drivenheten 602a (trinn 702). Som en illustrasjon er de gjengede organer rørleng-den 102 og boksen 106 (fig. 1). I én utførelsesform blir det påførte dreiemoment og rotasjonen målt med jevne mellomrom under tiltrekkingen av en rørforbindelse (trinn 704). Den hyppighet som dreiemomentet og rotasjonen bli målt med, blir spesifisert ved hjelp av sampleren 640. Sampleren 640 kan være konfigurerbar slik at en operatør kan mate inn en ønsket samplingsfrekvens. De målte dreiemoment- og rotasjons-verdier kan lagres som parede sett i et bufferområde i da-taminnet (ikke vist på fig. 6). Endringshastigheten til dreiemomentet med rotasjon (dvs. en derivert) blir videre beregnet for hvert paret sett med målinger ved hjelp av kalkulatoren 636 for dreiemomenthastighetsdifferensialen (trinn 706). Minst to målinger er selvsagt nødvendig før en endringshastighetsberegning kan utføres. I en utførelsesform opererer glattingsalgoritmen 638 for å glatte den deriverte kurven (f.eks. ved hjelp av et løpende gjennomsnitt). De tre verdiene dreiemoment, rotasjon og endringshastighet for dreiemoment) kan så plottes ved hjelp av plotte-ren 632 eller vises på utmatingsanordningen 620.

Disse tre verdiene (dreiemoment, rotasjon og endringshastighet for dreiemoment) blir så sammenlignet ved hjelp av komparatoren 642, enten kontinuerlig eller ved valgte rotasjonsmessige posisjoner, med forutbestemte verdier (trinn 708). De forutbestemte verdier kan f.eks. være minimums- og maksimums-dreiemomentverdier og minimums- og maksimums-omdreiningsverdier.

Basert på sammenligningen av målte/beregnede verdier med forutbestemte verdier, bestemmer prosessmonitoren 634 forekomsten av forskjellige hendelser og om rotasjonen skal fortsette eller avslutte tiltrekkingen (710). I en utførelses-form overvåker algoritmen 644 for deteksjon av gjengeinngrepet til det to gjengede organer (trinn 712). Ved deteksjon av gjengeinngrep blir en første markør lagret (trinn 714). Markøren kan være kvantifisert, f.eks. ved hjelp av tid, rotasjon, dreiemoment, en derivert av dreiemoment eller tid, eller en kombinasjon av hvilke som helst av disse kvantifiseringene. Under fortsatt rotasjon overvåker algoritmen for tetningsdeteksjon 646 tetningstilstanden (trinn 716). Dette kan gjennomføres ved å sammenligne den beregnede deriverte (torsjonens hastighetsendring) med en forutbestemt terskelverdi for tetningstilstanden. En andre markør som indikerer tetningstilstanden, blir lagret når tetningstilstanden blir detektert (trinn 718). Ved dette punkt kan omdreiningsverdien og dreiemomentverdien ved tetningstilstanden evalueres ved hjelp av forbindelsesevaluatoren 650 (trinn 720). En bestemmelse kan f.eks. tas med hensyn til om omdreiningsverdien og/eller dreiemomentverdien er innenfor spesifiserte grenser. De spesifiserte grenser kan være forutbestemte, eller basert på en verdi målt under tiltrekking. Hvis forbindelsesevaluatoren 650 bestemmer en dårlig forbindelse (trinn 722), kan rotasjonen avsluttes. Ellers fortsetter rotasjonen og algoritmen 648 for momentskulderdeteksjon overvåker med hensyn på skuldertilstand (trinn 724). Dette kan gjennomføres ved å sammenligne den beregnede deriverte (endringshastigheten til dreiemomentet) med en forutbestemt terskel for skuldertilstandsverdien. Når skuldertilstanden blir detektert, blir en tredje markør som indikerer skuldertilstanden, lagret, (trinn 726). Forbindelsesevaluatoren 650 kan så bestemme om omdreiningsverdien og dreiemomentverdien ved skuldertilstanden er akseptable (trinn 728). I en utførelsesform bestemmer forbindelsesevaluatoren 650 om endringen i dreiemoment og rotasjon mellom disse andre og tredje markørene er innfor et forutbestemt, aksepterbart område. Hvis verdiene eller endringen i verdier, ikke er akseptable, indikerer forbindelsesevaluatoren 650 en dårlig forbindelse (722). Hvis verdiene/endringene imidlertid er akseptable, beregner målkalkulatoren 652 en dreiemoment-måleverdi og/eller en omdreiningsmålverdi (trinn 730). Målverdien blir beregnet ved å addere en forutbestemt deltaverdi (dreiemoment eller omdreininger) til én eller flere målte refe-ranseverdier. Den målte referanseverdi kan være den målte dreiemomentverdi eller omdreiningsverdien som svarer til den detekterte skuldertilstand. I én utførel-sesform blir en dreiemoment-målverdi og en omdreiningsmålverdi beregnet basert på henholdsvis den målte dreiemomentverdi og omdreiningsverdi, som svarer til den detekterte skuldertilstand.

Ved fortsatt rotasjon overvåker måldetektoren 654 den beregnede eller de beregnede målverdier (trinn 732). Når målverdien er nådd, blir rotasjonen avsluttet (trinn 734). I tilfelle av at både en dreiemoment-målverdi og en omdreiningsmålverdi blir brukt for en gitt tiltrekking, kan rotasjon fortsette ved oppnåelse av den første målverdi inntil den annen målverdi nås så lenge begge verdiene (dreiemoment og omdreininger) holder seg innfor et akseptabelt område.

I én utførelsesform blir systemtreghet tatt i betraktning og kompensert for å hindre overskridelse av målverdien. Systemtreghet innbefatter mekanisk og/eller elektrisk treghet og refererer til systemets forsinkelse når det gjelder å stoppe full stendig etter at dumpesignalet er avgitt (ved trinn 734). Som et resultat av en slik forsinkelse fortsetter kraftdrivenheten å rotere rørorganet selv etter at dumpesignalet er avgitt. Hvis derfor dumpesignalet blir avgitt samtidig med deteksjonen av målverdien, kan røret bli rotert forbi målverdien, noe som kan resultere i en uak-septerbar forbindelse. For å sikre at rotasjonen blir avsluttet ved målverdien (etter spredning av eventuell iboende systemforsinkelse) blir det anvendt en preemptiv eller prediktiv dumpeløsning. Det vil si at dumpesignalet blir avgitt forut for oppnåelse av målverdien. Dumpesignalet kan avgis ved å beregne et forsinkelses-bidrag til rotasjon som inntreffer etter at dumpesignalet er avgitt. I en utførelses-form kan forsinkelsesbidraget beregnes basert på tid, rotasjon, en kombinasjon av tid og rotasjon eller andre verdier. Forsinkelsesbidraget kan beregnes dynamisk basert på løpende operasjonsforhold slik som omdreininger pr. minutt (RPM) dreiemoment, gjengesmøremiddel-koeffisienten osv. I tillegg kan historisk informasjon tas i betraktning. Det vil si at ytelsen for én eller flere tidligere sammen-stillinger for en lignende forbindelse kan beros på for å bestemme hvordan systemet vil oppføre seg etter avgivelse av dumpesignalet. Fagkyndige på området vil kjenne andre fremgangsmåter og teknikker for å forutsi når dumpesignalet bør avgis.

I én utførelsesform fortsetter sampleren 640 å sample i det minste rotasjon for å måle motrotasjon som kan inntreffe når en forbindelse avspennes (trinn 736). Når forbindelsen er fullstendig avspent, bestemmer forbindelsesevaluatoren 650 om avspenningsrotasjonen er innenfor akseptable, forutbestemte grenser (trinn 738). Hvis så er tilfelle, blir tiltrekningen avsluttet. Ellers blir det indikert en dårlig forbindelse (trinn 722).

I de tidligere utførelsesformer blir omdreininger og dreiemoment overvåket under tiltrekning. Det er imidlertid tenkt at en forbindelse under tiltrekking kan ka-rakteriseres ved enten én av eller begge disse verdiene. En utførelsesform sørger spesielt for å detektere en skuldertilstand, å opptegne en målt omdreiningsverdi tilknyttet skuldertilstanden, og så addere en forutbestemt omdreiningsverdi til den målte omdreiningsverdi for å ankomme til en omdreiningsmålverdi. Alternativt eller i tillegg kan en målt dreiemomentverdi noteres ved deteksjon av en skuldertilstand, og så adderes til en forutbestemt dreiemomentverdi for å ankomme til en dreiemomentmålverdi. Følgelig skal det understrekes at enten én eller begge av en dreiemomentmålverdi og en omdreiningsmålverdi kan beregnes og brukes som avslutningsverdien der tiltrekkingen blir avsluttet.

Ifølge ett aspekt tilveiebringer imidlertid det å basere målverdien på en delta-omdreiningsverdi fordeler i forhold til å basere målverdien på en delta-dreiemomentverdi. Dette er tilfelle fordi den målte dreiemomentverdi er en mer indirekte måling som krever flere referanser (f.eks. med hensyn til lengden av momentarmen, vinkelen mellom momentarmen og dreiemomentet, osv.) i forhold til den målte omdreiningsverdi. Tidligere kjente anvendelser som beror på mo-mentverdier for å karakterisere en forbindelse mellom gjengede organer, er følge-lig tydelig underlegen en utførelsesform i henhold til foreliggende oppfinnelse, som karakteriserer forbindelsen i henhold til rotasjon. En del av den tidligere kjente teknikk beskriver f.eks. oppnåelse av en spesifisert dreiemomentstørrelse etter oppnåelse av en skulderposisjon, men bare hvis den spesifiserte dreiemomentstørrel-se er mindre enn et visst forutbestemt maksimum, som er nødvendig av sikker-hetsgrunner. I henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan en delta-omdreiningsverdi benyttes til å beregne en omdreiningsmålverdi uten hensyn til en maksimal omdreiningsverdi. En slik løsning blir gjort mulig ved den større grad av tiltro som oppnås ved å stole på rotasjon istedenfor dreiemoment.

Om en målverdi er basert på dreiemoment, omdreininger eller en kombinasjon av disse, er målverdiene ikke forutbestemte, dvs. kjent på forhånd for å bestemme at skuldertilstanden er blitt nådd. Tvert imot er delta-dreiemomentverdiene og delta-omdreiningsverdiene som adderes til de tilsvarende dreiemoment/omdreinings-verdier som måles når skuldertilstanden er nådd, forutbestemt. I én utfø-relsesform blir disse forutbestemte verdiene utledet empirisk basert på geometrien og materialkarakteristikken (dvs. styrke) av to gjengede organer som blir gjenget sammen.

I tillegg til geometri av de gjengede organer, kan forskjellige andre variable og faktorer tas i betraktning ved utledning av de forutbestemte verdier for dreiemoment og/eller omdreininger. Smøremiddelet og omgivelsestilstandene kan f.eks. innvirke på de forutbestemte verdier. Ifølge ett aspekt kompenserer foreliggende oppfinnelse for variable som påvirkes av rørledningens- og smøremiddelets fremstillingsprosess. Oljefeltrør blir lagd satsvis, varmebehandlet for å oppnå de ønskede styrkeegenskaper og så gjenget. Selv om en spesiell sats vil ha meget like egenskaper, er det betydelig variasjon fra én sats til en annen som er fremstilt i henhold til de samme spesifikasjoner. Egenskapene til gjengesmøremidlet varierer likeledes mellom fremstillingssatser. Ifølge én utførelsesform blir denne varia-sjonen kompensert for ved å påbegynne tiltrekkingen av en streng ved å benytte et startsett med forutbestemte parametere (enten teoretiske eller utledet fra statistisk analyse av tidligere satser) som blir dynamisk tilpasset ved å benytte den informasjon som er utledet fra hver tidligere tiltrekking i strengen. En slik løsning passer også godt med bruken av oljefeltrør hvor de første forbindelser som tilveie-bringes i en streng, vanligvis har mindre utfordrende omgivelser enn de som set-tes sammen ved enden av strengen etter at parameterne er blitt "avstemt".

I henhold til utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte og en anordning for å karakteriserer en kopling. En slik karakterisering opptrer ved forskjellige trinn under sammenstillingen for å bestemme om tiltrekkingen bør fortsette eller avsluttes. Ifølge et aspekt blir en fordel oppnådd ved å benytte de forutbestemte deltaverdier som muliggjør oppnåelse av en kon-sistent tilstramming med konfidens. Dette er tilfelle fordi at selv om oppførselen til dreiemoment/omdreinings-kurven 400 (fig. 4) forut for oppnåelse av skuldertilstanden, varierer sterkt mellom tiltrekkinger, oppviser oppførselen etter oppnåelse av skuldertilstanden liten variasjon. Skuldertilstanden tilveiebringer som sådan, et godt referansepunkt hvor hver dreiemoment/omdreinings-kurve kan normaliseres. Helningen til en referansekurvedel kan spesielt utledes og tilordnes en toleranse/varians-grad. Under tiltrekking av en spesiell kopling kan oppførselen til dreiemoment/omdreinings-kurven for den spesielle kopling evalueres i forhold til refe-ransekurven. Spesielt kan oppførselen til vedkommende del av kurven som følger etter deteksjon av skuldertilstanden, evalueres for å bestemme om helningen av kurvedelen er innenfor den tillatte toleranse/varians. Hvis ikke blir forbindelsen forkastet og tiltrekkingen blir avsluttet.

Forbindelseskarakteriseringer kan videre gjøres etter tiltrekking. I en utfø-relsesform blir f.eks. rotasjonsdifferansen mellom de andre og tredje markører (tetningstilstand og skuldertilstand) brukt til å bestemme bæretrykket på forbindel-sestetningen, og dermed dens lekkasjemotstand. Slike bestemmelser blir lettet ved å ha målt eller beregnet variable etter oppnåelse av en forbindelse. Etter en oppnåelse av en forbindelse, er spesielt aktuelt dreiemoment- og omdreinings-data tilgjengelige. I tillegg er den aktuelle geometrien til rørledningen og friksjons-koeffisientene til smøremiddelet hovedsakelig kjent. Lekkasjemotstanden som så dan, kan f.eks. lett bestemmes i henhold til fremgangsmåter som er kjent for fagkyndige på området.

Fagkyndige på området vil kjenne andre aspekter ved oppfinnelsen som gir fordeler når det gjelder å karakterisere en forbindelse eller kopling.

Som bemerket ovenfor kan foreliggende oppfinnelse anvendes i forbindelse med en lang rekke gjengede organer som har en skuldertetning, innbefattende: borerør, produksjonsrør/foringsrør, stigerør, og mekaniske spenningsorganer. I noen tilfeller oppviser den type gjengede organer som benyttes, unike problemer som er ikke er tilstede i forbindelse med andre typer gjengede organer. Et vanlig problem som oppstår i forbindelse med boringsrør, er f.eks. periodisk belastning. Periodisk belastning refererer til fenomenet med en foranderlig mekanisk spenning ved grenseflaten mellom de gjengede organer som opptrer som reaksjon på og som en funksjon av rørets rotasjonsfrekvens under boring. Som et resultat av periodisk belastning kan en ukorrekt, tiltrekning av borestrengforbindelsen (f.eks. at forbindelsen er for løs) briste under boring. Sannsynligheten for slike problemer blir lettet i henhold til aspekter ved foreliggende oppfinnelse.

DETALJER VED TOPPDREVET ROTASJONSENHET SOM GRIPER INNE I FORINGSRØRET

US-patentsøknad med serienr. 10/625,840, inngitt 23. juli, 2003, blir herved i sin helhet inkorporert ved referanse.

Fig. 8 viser en borerigg 800 konstruert for å forbinde og kjøre foringsrør inn i et nylig utformet brønnhull 880 for å fore brønnhullsveggene. Som vist innbefatter riggen 800 en toppdrevet rotasjonsanordning (toppdriv) 602a, en elevator 820 og en spider 802. Riggen 800 er bygd ved overflaten 870 til brønnen. Riggen 800 innbefatter en løpeblokk 810 som er opphengt i kabler 850 fra heiseverk 805, og som holder toppdrivet 602a. Toppdrivet 602a har et gripeorgan 301 for inngrep med innerveggen til foringsrøret 102 og en motor 895 for å rotere foringsrøret 102. Motoren 895 kan rotere og gjenge foringsrøret 102 inn i foringsstrengen 104 som holdes av spideren 802. Gripeorganet 301 letter inngrepet med og frikoplingen av foringsrøret 102 uten å skru og skru opp foringsrøret 102 i toppdrivet 602a. Toppdrivet 602a er i tillegg koplet til et skinnesystem 840. Skinnesystemet 840 hindrer toppdrivet 602a fra rotasjonsbevegelse under rotasjon av foringsrørstrengen 104, men tillater vertikal bevegelse av toppdrivet 602a under løpeblokken 810.

På fig. 8 er toppdrivet 602a vist i inngrep med et foringsrør 102. Forings-røret 102 er anbrakt i posisjon under den toppdrevne rotasjonsanordning 602a ved hjelp av elevatoren 820 for at toppdrivet 602a skal komme i inngrep med foringsrø-ret 102.1 tillegg er spideren 802 som er anbrakt på plattformen 860, vist i inngrep omkring en foringsrørstreng 104 som strekker seg ned i brønnhullet 880. Når foringsrøret 102 er posisjonert over foringsrørstrengen 104, kan toppdrivet 602a senkes ned og gjenge foringsrøret 102 inn i foringsrørstrengen 104 for derved å forlenge foringsrørstrengen 104. Deretter kan den forlengede foringsrørstreng 104 senkes ned i brønnhullet 880. Fig. 9 illustrerer den toppdrevne rotasjonsanordning (toppdrivet) 602a i inngrep med foringsrørstrengen 104 etter at foringsrørstrengen 104 er blitt senket ned gjennom en spider 802. Spideren 802 er vist anordnet på plattformeren 860, spideren 802 omfatter en glideenhet 608 som innbefatter et sett med glideorganer 803 og et stempel 804. Glideorganene 803 er kileformet og konstruert og anordnet for glidbart å bevege seg langs en hellende, indre vegg i glidningsenheten 806. Glideorganene 803 blir hevet eller senket ved hjelp av stempelet 804. Når glideorganene 803 er i den nedsenkede stilling, slutter de seg omkring den ytre overflate av foringsrørstrengen 104. Vekten av foringsrørstrengen 104 og den resulte-rende friksjon mellom foringsrørstrengen 104 og glideorganene 803, tvinger glideorganene nedover og innover for derved å stramme grepet om foringsrørstrengen 104. Når glideorganene 803 er i den oppløftede stilling som vist, blir glideorganene 803 åpnet, og foringsrørstrengen 104 kan fritt bevege seg aksialt i forhold til glideorganene 803. Fig. 10 er en skisse i tverrsnitt gjennom en toppdrevet rotasjonsanordning 602 og et foringsrør 102. Den toppdrevne rotasjonsenhet 602a innbefatter et gripeorgan 301 med et sylindrisk legeme 300, en kilelåsingsenhet 350, og glideorganer 340 med tenner (ikke vist). Kilelåsingsenheten 350 og glideorganene 340 er anordnet omkring den ytre overflate av det sylindriske legeme 300. Glideorganene 340 er konstruert og anordnet for mekanisk å gripe innsiden av foringsrøret 102. Glideorganene 340 er gjenget til et stempel 370 som befinner seg i en hydraulisk sylinder 310. Stempelet 370 blir drevet av hydraulisk trykkfluid injisert gjennom fluidåpninger 320, 330.1 tillegg er fjærer 360 anordnet i den hydrauliske sylinder 310, og er vist i en komprimert tilstand. Når stempelet 370 blir aktivert, dekompri-meres fjærene 360 og bidrar til at stempelet 370 beveger glidningsorganene 340 i forhold til sylinderlegemet 300. Kilelåsingsenheten 350 er forbundet med sylinderlegemet 300 og konstruert og anordnet for å tvinge glidningsorganene 340 mot innerveggen til foringsrøret 102.

Under drift blir glidningsorganene 340 og kilelåsingsenheten 340 i den toppdrevne rotasjonsanordning 602a senket ned inn i foringsrøret 102. Når glidningsorganene 340 er i den ønskede posisjon inne i foringsrøret 102, blir trykkfluid injisert inn i stempelet 370 gjennom fluidåpningen 320. Fluidet aktiverer stempelet 370 som presser glidningsorganene 340 mot kilelåsingsenheten 350. Kilelåsingsenheten 350 virker for å forspenne glidningsorganene 340 utover når glidningsorganene 340 blir glidbart presset langs den ytre overflate av enheten 350 for derved å tvinge glidningsorganene 340 til inngrep med den indre vegg i foringsrøret 102.

Fig. 11 illustrerer en tverrsnittsskisse av en toppdrevet rotasjonsanordning 602a i inngrep med foringsrøret 102. Figuren viser spesielt glidningsorganene 340 i inngrep med den indre vegg i foringsrøret 15 og en fjær 360 i dekomprimert tilstand. I tilfelle av en hydraulisk fluidsvikt kan fjærene 360 forspenne stempelet 370 for å holde glidningsorganene 340 i inngrepsstillingen for derved å tilveiebringe et ytterligere sikkerhetstrekk for å hindre uaktsom frigjøring av foringsrørstrengen 104. Når glidningsorganene 340 er i inngrep med foringsrøret 102, kan den toppdrevne rotasjonsanordning 602a løftes sammen med det sylindriske legeme 300. Ved å løfte legemet 300 vil kilelåsingsenheten 350 videre forspenne glidningsorganene 340 utover. Når foringsrøret 102, som holdes i den toppdrevne rotasjonsanordning 602, kan den toppdrevne rotasjonsanordning 602a omplassere forings-røret 102 for å innrette og gjenge foringsrøret 102 inn i foringsrørstrengen 104.

DETALJER VED DEN TOPPDREVNE ROTASJONSENHET SOM GRIPER PÅ UTSIDEN AV FORINGSRØRET

Den provisoriske US-patentsøknad med serienr. 60/452,318, inngitt 5. mars, 2003, blir herved i sin helhet inkorporert ved referanse.

Fig. 12 viser en borerigg 10 som kan benyttes til boring med foringsrør-operasjoner eller en brønnhullsoperasjon som innebærer å ta opp eller legge ned rørledninger. Boreriggen 10 er lokalisert over en formasjon ved overflaten av en brønn. Boreriggen 10 innbefatter et riggdekk 20 og en V-dør (ikke vist). Riggdekket 20 har et gjennomgående hull 55 hvis sentrum blir kalt brønnsenteret. En spider 60 er anordnet omkring eller inne i hullet 55 for å gripe foringsrørene 102, 104 ved forskjellige trinn i boreoperasjonen. Hvert foringsrør 102, 104 kan innbefatte, slik uttrykkene benyttes her, et enkelt foringsrør eller en foringsrørstreng med mer enn ett foringsrør. Videre kan andre typer brønnrørledninger, slik som borerør, brukes istedenfor foringsrør.

Boreriggen 10 innbefatter en løpeblokk 35 opphengt i kabler 75 over riggdekket 20. Løpeblokken 35 holder den toppdrevne rotasjonsanordning 602a over riggdekket 20 og kan bringes til å flytte den toppdrevne rotasjonsanordning 602a aksial. Den toppdrevne rotasjonsanordning 602a innbefatter en motor 80 som blir brukt til å rotere foringsrøret 102, 104 ved forskjellige trinn i operasjonen, slik som under boring med foringsrør eller under tilveiebringelse eller oppbryting av en forbindelse mellom foringsrørene 102, 104. Et skinnesystem (ikke vist) er koplet til den toppdrevne rotasjonsanordning 602a for å føre den aksiale bevegelse av den toppdrevne rotasjonsanordning 602a og for å hindre den toppdrevne rotasjonsanordning 602a fra rotasjonsmessig bevegelse under rotasjon av foringsrørene 102, 104.

Anordnet under den toppdrevne rotasjonsanordning 602a er et dreiemomenthode 40, også kjent som en toppdriv-adapter. Torsjonshodet 40 kan benyttes til å gripe om en ytre del av foringsrøret 102 og påføre dreiemoment fra toppdrivet til foringsrøret 102. Fig. 13 illustrerer en tverrsnittsskisse gjennom et dreiemomenthode 40. Dreiemomenthodet 40 er vist i inngrep med foringsrøret 102. Dreimomenthodet 40 innbefatter et hus 205 som har en sentral akse. En toppdriv-konnektor 210 er anordnet ved en øvre del av huset 205 for tilkopling med den toppdrevne rotasjonsanordning 602a. Toppdriv-konnektoren 210 definerer fortrinnsvis en gjennomgående boring for fluidkommunikasjon. Huset 205 kan innbefatte ett eller flere vinduer 206 for tilgang til husets indre.

Dreiemomenthodet 40 kan med fordel anvende et sirkulasjonsverktøy 220 til å levere fluid for å fylle opp huset 102 og sirkulere fluidet. Sirkulasjonsverktøyet 220 kan være koplet til en nedre del av toppdrivkonnektoren 210 og være anordnet i huset 205. Sirkulasjonsverktøyet 220 innbefatter en mandrel eller dor 222 som har en første ende og en annen ende. Den første ende er koplet til toppdriv-konnektoren 210 og er i fluidkommunikasjon med den toppdrevne rotasjonsanordning 602a gjennom toppdriv-konnektoren 210. Den annen ende er innført i forings-røret 102. En skåltetning 225 og en sentreringsanordning 227 er anordnet på den annen ende inne i foringsrøret 102. Skåltetningen 225 er i tettende inngrep med den indre overflate på foringsrøret 102 under drift. Fluid i foringsrøret 102 utvider spesielt skåltetningen 225 i kontakt med foringsrøret 102. Sentreringsanordningen 227 opprettholder foringsrøret 102 koaksialt med den sentrale aksen til huset 205. Sirkulasjonsverktøyet 220 kan også innbefatte en dyse 228 for å injisere fluid inn i foringsrøret 102. Dysen 228 kan også virke som en slaminnsparingsadapter 228 for å kople en slaminnsparingsventil (ikke vist) til sirkulasjonsverktøyet 220.

Et anslagsorgan 230 for foringsrøret kan være anordnet på doren eller man-drelen 222 under toppdriv-konnektoren 210. Anslagsorganet 230 hindrer forings-røret 102 fra å komme i kontakt med toppdrivkonnektoren 210 for derved å hindre foringsrøret 102 fra skade. For dette formål kan anslagsorganet 230 være laget av et elastomermateriale for hovedsakelig å absorbere støtet fra foringsrøret 102.

Ett eller flere holdeorganer 240 kan anvendes for inngrep med foringsrøret 102. Som vist innbefatter dreiemomenthodet 40 tre holdeorganer 240 montert at-skilt fra hverandre omkring huset 205. Hvert holdeorgan 240 innbefatter en bakke 245 anordnet i en bakkebærer 242. Bakken 245 er innrettet og utformet for å bevege seg radialt i forhold til bakkebæreren 242. En bakre del av bakken 245 er spesielt understøttet av bakkebæreren 242 når den beveger seg radialt inn og ut av bakkebæreren 242.1 denne forbindelse kan en aksial belastning som virker på bakken 245, overføres til huset 205 via bakkebæreren 242. Kontaktdelen til bakken 245 definerer fortrinnsvis en buet del som deler en sentral akse med forings-røret 102. Det skal bemerkes at bakkebæreren 242 kan være utformet som en del av huset 205 eller være festet til huset 205 som en del av gripeorganenheten.

Bevegelse av bakken 245 blir utført ved hjelp av en stempel- og sylinder-enhet 251, 250.1 en utførelsesform er sylinderen 250 festet til bakkebæreren 242 og stempelet 251 er bevegelig festet til bakken 245. Trykk levert til baksiden av stempelet 251, får stempelet 251 til å bevege bakken 245 radialt mot den sentrale akse for inngrep med foringsrøret 102. Omvendt beveger fluid levert til forsiden av stempelet 251, bakken 245 vekk fra den sentrale akse. Når det riktige trykk blir påført, bringes bakkene 245 i inngrep med foringsrøret 102 for derved å gjøre det mulig forden toppdrevne rotasjonsanordning 602a å bevege foringsrøret 102 aksialt eller rotasjonsmessig.

Ifølge ett aspekt er stempelet 251 svingbart tilkoplet bakken 245. Som vist på fig. 13 blir en tappforbindelse 255 brukt til å forbinde stempelet 251 med bak ken 245. Det antas at en svingbar forbindelse begrenser overføringen av en aksial belastning på bakken 245 til stempelet 251.1 stedet blir den aksiale belastning hovedsakelig overført til bakkbæreren 242 eller huset 205.1 dette henseende re-duserer den svingbare forbindelse sannsynligheten for at stempelet 251 kan bøy-es eller skades av den aksiale belastning. Det skal bemerkes at enheten av stempelet 251 og sylinderen 250 kan innbefatte et hvilket som helst egent fluiddrevet stempel 251 og en hvilken som helst fluiddrevet sylinder 250 som er kjent for fagkyndige på området. Eksempler på stempel- og sylinder-enheter innbefatter en hydraulisk drevet stempel- og sylinder-enhet og en pneumatisk drevet stempel- og sylinder-enhet.

Bakkene 245 kan innbefatte ett eller flere mellomlegg 260 som er bevegelig anordnet på disse for inngrep med foringsrøret 102. Mellomleggene 260, eller pressringene, innbefatter tenner utformet på overflaten for gripende inngrep med foringsrøret 102 og for å overføre dreiemoment til dette. I en utførelsesform kan mellomleggene 260 være anordnet i en fordypning 265, som vist på fig. 13A. Ett eller flere forspenningsorganer 270 kan være anordnet under mellomleggene 260. Forspenningsorganene 270 muliggjør en viss relativ bevegelse mellom forings-røret 102 og bakken 245. Når foringsrøret 102 frigjøres, beveger forspenningsorganet 270 mellomleggene 260 tilbake til den opprinnelige posisjon. Kontaktflaten mellom mellomleggene 260 og bakkefordypningene 265 kan fortrinnsvis være avskrådd. Den avskrådde overflate kan ha en vinkel i forhold til foringsrørets 102 sentrale akse for derved å forlenge mellomlegget 260 radialt når det beveges nedover langs den avskrådde overflate.

I tillegg kan den ytre omkrets for bakken 245 omkring bakkefordypningen 265, hjelpe bakkene 245 til å understøtte lasten fra foringsrøret 102.1 denne forbindelse tilveiebringer den øvre del av omkretsen en skulder 280 for inngrep med koplingen 32 på foringsrøret 102, som vist på fig. 13Aog 13B. Den aksiale belastning som virker på skulderen 280, kan overføres fra bakken 245 til huset 205.

En bæreplate 285 kan være festet til en nedre del av dreiemomenthodet 40. En ledeplate 290 kan selektivt festes til bæreplaten 285 ved å benytte en løsbar tappforbindelse. Ledeplaten 290 har en innad hellende kant 293 innrettet og utformet for å lede foringsrøret 102 inn i huset 205. Ledeplaten 290 kan hurtig juste-res for å romme rør av forskjellige dimensjoner. I en utførelsesform kan ett eller flere av tapphullene 292 være utformet på ledeplaten 290, hvor hvert tapphull 292 representerer en viss rørdimensjon. For å justere ledeplaten 290 blir tappen 291 fjernet og innsatt i det utpekte tapphull 292. På denne måten kan ledeplaten 290 hurtig tilpasses for bruk med forskjellige rørledninger.

Det vises nå til fig. 12, hvor en elevator 70 som er operativt forbundet med dreiemomenthode 40, kan brukes til å transportere foringsrøret 102 fra et stativ 25 eller en opptaknings/nedleggings-maskin til brønnsenteret. Elevatoren 70 kan innbefatte en hvilken som helst egnet elevator som er kjent for fagkyndige på området. Elevatoren definerer en sentral åpning for å romme foringsrøret 102. Bøyler 85 kan brukes til å sammenkople elevatoren for å romme foringsrøret 102. Bøyle-ne 85 kan brukes til å forbinde elevatoren 70 med dreiemomenthodet 40. Bøylene 85 er fortrinnsvis svingbare i forhold til dreiemomenthodet 40. Som vist på fig. 12 er den toppdrevne rotasjonsanordning 602a blitt senket til en posisjon i nærheten av riggdekket 20, og elevatoren 70 er blitt lukket omkring foringsrøret 102 som hviler på stativet 25.1 denne posisjonen kan foringsrøret 102 lett heises opp ved hjelp av den toppdrevne rotasjonsanordning 602a.

Foringsrørstrengen 104 som tidligere er boret ned i formasjonen (ikke vist) for å danne brønnhullet (ikke vist), er vist anordnet inne i hullet 65 i riggdekket 20. Foringsrørstrengen 104 kan innbefatte én eller flere skjøter eller seksjoner med foringsrør som er gjenget forbundet med hverandre. Foringsrørstrengen 104 er vist i inngrep med spideren 60. Spideren 60 understøtter foringsrørstrengen 104 i brønnhullet og hindrer aksial og rotasjonsmessig bevegelse av foringsrørstrengen 104 i forhold til riggdekket 120. Som vist er en gjenget forbindelse mellom forings-rørstrengen 104, eller boksen, tilgjengelig fra riggdekket 20.

Den toppdrevne rotasjonsanordning 602a, dreiemomenthodet 40 og elevatoren 70 er vist posisjonert i nærheten av riggdekket 20. Foringsrøret 102 kan innledningsvis være anordnet på stativet 25, som kan innbefatte en maskin for å plukke opp og legge ned foringsrør. Elevatoren 70 er vist i inngrep med en øvre del av foringsrøret 102 og klar til å bli heiset opp ved hjelp av kablene 75 som un-derstøtter løpeblokken 35. Den nedre del av foringsrøret 102 innbefatter en gjengeforbindelse, eller tappen, som kan passe inn i boksen i foringsrørstengen 104.

Deretter blir dreiemomenthodet 40 senket i forhold til foringsrøret 102 og posisjonert omkring den øvre del av foringsrøret 102. Ledeplaten 290 letter posi-sjoneringen av foringsrøret 102 i huset 205. Deretter blir bakker 245 i dreiemomenthodet 240 aktivert for å gripe om foringsrøret 102. Fluid blir spesielt levert til stempel- og sylinder-enheten 251, 250 for å utvide bakkene 245 radialt inn i kontakt med foringsrøret 102. Forspenningsorganet 270 tillater innsatsene 260 og foringsrøret 102 å bevege seg aksialt i forhold til bakkene 245. Koplingen 32 blir følgelig satt over skulderen 280 til bakken 245. Den aksiale belastning på bakken 245 blir så overført til huset 205 gjennom bakkbæreren 242. På grunn av den svingbare forbindelse med bakken 245, blir stempelet 251 beskyttet fra skade som kan forårsakes av den aksiale belastning. Etter at dreiemomenthodet 40 kommer i inngrep med foringsrøret 102, blir foringsrøret 102 lengdemessig og rotasjonsmessig festet i forhold til dreiemomenthodet 40. Et oppfyllings/sirkulerings-verktøy anordnet i dreiemomenthodet 40, kan fortrinnsvis være innsatt i foringsrøret 102 for å sirkulere fluid.

I denne stillingen kan den toppdrevne rotasjonsanordning 602a nå anvendes til å fullføre tiltrekkingen av gjengeforbindelsen. For dette formål kan den toppdrevne rotasjonsanordning 602a påføre det nødvendige dreiemoment for å rotere foringsrøret 102 for å fullføre tiltrekkingsprosessen. Innledningsvis blir dreiemomentet påført dreiemomenthodet 40. Dreiemomentet blir så overført fra dreiemomenthodet 40 til bakkene 245, for derved å rotere foringsrøret 102 i forhold til foringsrørstrengen 104.

Etter at foringsrøret 102 og foringsrørstrengen 104 er sammenkoplet, kan boring med foringsrørdrift påbegynnes. Innledningsvis blir spideren 60 frigjort fa inngrep med foringsrørstrengen 104 for derved å tillate den nye foringsrørstreng 102, 104 å bevege seg aksialt eller rotasjonsmessig i brønnhullet. Etter frigjørin-gen er foringsrørstrengen 102,104 understøttet av den toppdrevne rotasjonsanordning 602a. Borkronen som anordnet ved den nede ende av foringsrørstreng-en 102,104 blir tvunget inn i formasjonen og rotert ved hjelp av den oppdrevne rotasjonsanordning 602a.

Når ytterligere foringsrør er nødvendige, blir den toppdrevne rotasjonsanordning 602a deaktivert for midlertidig å stanse boring. Spideren 60 blir så igjen aktivert for inngrep og understøttelse av foringsrørstrengen 102, 104 i brønnhullet. Deretter frigjør dreiemomenthodet 40 foringsrøret 102 og blir hevet ved hjelp av løpeblokken 35. Ytterligere foringsrørstrenger kan tilføyes foringsrørstrengen ved å benytte den samme prosess som beskrevet ovenfor.

Selv om det foregående er rettet mot utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, kan andre og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen tenkes uten å avvike fra oppfinnelsens grunnleggende rekkevidde som er begrenset bare av de etterfølgende patentkrav.

Claims (36)

1. Fremgangsmåte for sammenkopling av gjengede rørorganer for bruk i et brønnhull, omfattende: å rotere et første rørorgan (102) i forhold til et andre gjenget rørorgan (104), hvori de to gjengede organer danner en skulder (112,114); å detektere en skuldertilstand (408) under rotasjon av det første gjengede rørorgan (102) ved å beregne og overvåke en endringshastighet for dreiemoment i forhold til rotasjon;karakterisert vedå stoppe rotasjon av det første gjengede organ (102) når en forutbestemt rotasjonsverdi oppnås fra skuldertilstanden (408).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter måling av dreiemoment og rotasjon med jevne mellomrom.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat skuldertilstanden (408) oppstår når overflater av de gjengede organer (102,104) som danner skuldertetningen (112,114) koples.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvert av de foregående krav,karakterisert vedat den forutbestemte rotasjonsverdi velges i henhold til geometrien til de gjengede organer (102, 104).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter å måle avspenningsrotasjon for det første gjengede rørorgan (102).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert vedat den videre omfatter å bestemme aksepterbarheten til avspenningsrotasjon for det første gjengede rørorgan (102).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter å måle dreiemoment og rotasjon ved regelmessig intervaller, hvori detektering av skuldertilstanden (408) omfatter detektering av en første forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (404) og en påfølgende andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (48) og den detekterte skuldertilstand er den detekterte andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat de første forandringer i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (404) er en tetningstilstand som oppstår ved kontakt mellom tetningsoverflater (116) dannet av de to gjengede organer (102, 104) og den andre endringshastighet for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408) i skuldertilstand.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter å bestemme aksepterbarheten til en verdi målt ved skuldertilstanden (408).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert vedat den målte verdi er en dreiemomentverdi.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert vedat den målte verdi er en rotasjonsverdi.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert vedat den videre omfatter beregning av en målrotasjons-verdi basert på den detekterte skuldertilstand (408) uten hensyn til en maksimal dreiemomentgrense.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert vedat detektering av skuldertilstanden (408) omfatter detektering av en første endringshastighet for dreiemomentforandringen med hensyn til rotasjon (404) og en påfølgende andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408), å bestemme aksepterbarheten for den målte verdi omfatter å bestemme aksepterbarheten for en forandring i verdi mellom en verdi målt ved den første forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (404) og en verdi målt ved den andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat de målte verdier er dreiningsmomentverdier.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat de målte verdier er rotasjonsverdier.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat de målte verdier er dreiningsmoment og rotasjons-verdier.

17. System (600) for sammenkopling av gjengede rørorganer for bruk i et brønnhull, omfattende: en kraftdrivenhet (602) opererbar for å rotere et første gjenget rørorgan (102) i forhold til et andre gjenget rørorgan (104); et kraftdrivreguleringssystem (604) operativt koplet til kraftdrivenheten (602), og omfattende: en dreiemomentdetektor (612); en omdreiningsdetektor (608); og en datamaskin som mottar dreiemomentmålinger tatt av dreiemomentdetektoren (612) og rotasjonsmålinger tatt av omdreiningsdetektoren (608); hvori datamaskinen (606) er utformet for å utføre en operasjon, omfattende: rotering av et første gjenget rørorgan (102) i forhold til et andre gjenget rørorgan (104), hvori de to gjengede organer danner en skulder (112, 114); detektering av en skuldertilstand (408) under rotasjon av det første gjengede rørorgan (104) ved å beregne og overvåke en endringshastighet i dreiemoment med hensyn til rotasjon;karakterisert vedat å stoppe rotasjon av det første gjengede organ (102) når en forutbestemt rotasjonsverdi fra skuldertilstand (408) oppnås.

18. System ifølge krav 17, karakterisert vedat kraftdrivenheten (602) er en krafttangenhet og kraftdriverguleringssystemet (604) er et reguleringssystem for en krafttang.

19. System ifølge krav 17, karakterisert vedat kraftdrivenheten (602) er en toppdrevet drivenhet (602a) og kraftdrivreguleringssystemet (604) er et toppdrivreguleringssystem.

20 System ifølge krav 17, karakterisert vedat datamaskinen (606) omfatter en målverdibereg-ningsanordning for å beregne en rotasjonsmålverdi ved å addere den forutbestemte rotasjonsverdi til en målt rotasjonsverdi som svarer til den detekterte skuldertilstand (408).

21. System ifølge et hvert av kravene 17 til 20, karakterisert vedat den forutbestemte verdi er valgt i henhold til geometrien av de gjengede organer (102, 104).

22. System ifølge et hvert av kravene 17 til 21, karakterisert vedat det videre omfatter en database og operasjonen omfatter videre oppsamling av data på en gjenget forbindelse mellom de to gjengede organer (102, 104) og lagring av dataene i databasen.

23. System ifølge krav 22, karakterisert vedat operasjonen videre omfatter beregning av en ny forutbestemt verdi ved å statistisk analysere dataene i databasen.

24. System ifølge et hvert av kravene 17 til 22, karakterisert vedat operasjonen videre omfatter beregning av den forutbestemte rotasjonsverdi i henhold til statistisk analyse av oppsamlet data fra tidligere forbindelser.

25. System ifølge et hvert av kravene 17 til 24, karakterisert vedat operasjonen videre omfatter måling av avspenningsrotasjon for det første gjengede organ (102).

26. System ifølge krav 25, karakterisert vedat datamaskinen omfatter en forbindelsesevaluator utformet for å bestemme aksepterbarheten til avspenningsrotasjon for det første gjengede organ (102).

27. System ifølge krav 19, karakterisert vedat den toppdrevne anordning (602a) omfatter et gripeorgan koplet til innsiden av det første gjengede organ (102).

28. System ifølge krav 19, karakterisert vedat den toppdrevne anordning (602a) omfatter et dreiemomenthode koplet til utsiden av det første gjengede organ (102).

29. System ifølge krav 19, karakterisert vedat operasjonen videre omfatter senking av de to gjengede organer (102, 104) sammen etter å ha oppnådd den forutbestemte rotasjonsverdi fra skuldertilstanden (408).

30. System ifølge krav 29, karakterisert vedat de to gjengede organer (102, 104) er foringsrør og senking av de gjengede organer omfatte rotering og senking av de gjengede organer samtidig med injisering av borefluid inn i de gjengede organer for å bore et borehull.

31. System ifølge krav 17, karakterisert vedat operasjonen videre omfatter å bestemme aksepterbarheten av en målt verdi tilhørende den detekterte skuldertilstand (408).

32. System ifølge krav 31, karakterisert vedat den målte verdi er dreiemoment.

33. System ifølge krav 31, karakterisert vedat den målte verdi er rotasjon.

34. System ifølge krav 31, karakterisert vedat den målte verdi er rotasjon og dreiemoment.

35. System ifølge krav 31, karakterisert vedat datamaskinen (606) videre omfatter en hendelses-detektor (648) utformet for å detektere en første forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (404) og en andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408) hvori den andre forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (408) er skuldertilstanden.

36. System ifølge krav 35, karakterisert vedat den første forandring i endringshastigheten for dreiemoment med hensyn til rotasjon (404) er en tetningstilstand som oppstår ved tetningskontakt av tetningsoverflater (116) definert ved de gjengede organer (102, 104).