NO332373B1 - Spolesammenstilling for et langstrakt element - Google Patents

Abstract

En spolesammenstilling for å forsyne et kontinuerlig komposittrør av en type som benyttes under oljefeltoperasjoner, hvilken Spolesammenstilling omfatter et stativ på hvilket en spole for et kontinuerlig komposittrør er senket og en drivkobling for å overføre rotasjonskraft fra stativet til spolen. En demonterbar ramme er forbundet til stativet. Det kontinuerlige komposittrøret er anordnet rundt den ytre omkretsen av spolen, i et U- formet hus.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en spolesammenstilling for å håndtere et langstrakt element som er elastisk fleksibelt og motstandsdyktig mot sammentryk-ning (Eng. compression resistant), og mer spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelsen transporterbare spoler som har kapasitet til å romme og understøtte en kabel eller et rør fremstilt av kompositt.

Oppfinnelsens bakgrunn

Under en olje- eller gassbrønns levetid utføres ulike operasjoner for å overvåke til-standen til brønnen, for å utføre målinger, for å stimulere eller behandle brønnen, for å skifte ut forskjellig utstyr eller verktøy, eller for å utføre annet nødvendig ar-beide. Forskjellig nedihullsutstyr festes da til en kontinuerlig rørledning og kjøres inn i og gjenhentes fra brønnen.

Når de ovenstående intervensjoner utføres i en brønn, benyttes mange typer utstyr: et kveilerør, vaier (Eng. wire) eller muligens bare en streng (såkalt glatt ståltråd, Eng. "slick-line"). De forskjellige typer intervensjonsutstyr for brønner må velges utfra kompleksiteten av oppgaven som skal utføres.

Kveilerør benyttes under større arbeid, og særlig når det er et behov for å utføre en sirkulasjon, slik som under stimulering av brønnen (kjemisk behandling eller fraktu-rering). Ulempen er at denne intervensjonstypen er veldig dyr, idet bruk av borerigg er påkrevet.

Vaiere benyttes når det ikke er et behov for sirkulasjon, for eksempel under målinger. Vaiere kan også utstyres med ledere for kraftforsyning og signaloverføring. Vaiere benyttes ofte, på grunn av deres store bruddstyre, for intervensjon, og kan derved benyttes når verktøyet er relativt tungt. På grunn av avstandene mellom metall-komponentene, er ulempen med vaiere at en spesiell smøreinjektor (såkalt smørein-jektorhode) må benyttes, med hvilken smøring under trykk kontinuerlig injiseres for å tette rundt vaieren. Selv om smøringen tilveiebringer relativ lav friksjon og mu-liggjør nedsetting av verktøyet gjennom sin egen vekt, krever denne metoden store investeringer på grunn av utstyr og materialer.

I noen tilfeller, når verktøyet som skal senkes ikke er for tungt, for eksempel under avhenting av prøver, kan en streng benyttes. Når en slik streng benyttes, kan smøre-injektorhodet nevnt ovenfor erstattes av mer enklere tetningsanordninger, for eksempel en såkalt pakkboks (Eng. stuffing box). Pakkboksen omfatter en rørformet hylse av gummi eller tilsvarende. Kabelen er da tett omsluttet av den rørformede hylsen i en grad som forhindrer utslipp, men samtidig uten å gjøre friksjonen mellom strengen og hylsen for stor. Dette er en rimelig måte for brønnintervensjon. En ulempe ved kjente pakkbokstyper er imidlertid at å tilveiebringe en slik tetting rundt strengen kan resultere i en for stor friksjon. En annen ulempe er at slike strenger har en begrenset styrke og også en begrenset anvendbarhet idet strømforsynings- eller signaloverføringsanordninger ikke er inkludert.

Den kontinuerlige rørledningen kveiles vanligvis rundt en stor spole, hvor det kontinuerlige røret omfatter et sylindrisk rør fremstilt av metall eller kompositter med liten diameter, som har en relativt liten tverrsnittstykkelse. En slikt rørledning (en kabel eller rør) er typisk mer fleksibel og lettere enn en konvensjonell borestreng. Den er mye raskere å kjøre ned i og ut av et borehull enn et konvensjonelt sammen-skjøtet rett rør, siden det ikke er behov for å sette sammen eller koble fra hverandre korte segmenter av et rett rør.

En kabel- eller rørtrommelsammenstilling omfatter vanligvis et stativ for å under-støtte en spole på hvilken kabelen eller røret er lagret, et drivsystem for å rotere trommelen og for å skape stramming under operasjon av trommelen, og et "nivå-spolingssystem" som fører kabelen eller røret ettersom det spoles av og spoles på spolen. "Nivåspolingssystemet" beveger kabelen eller røret sidelengs over spolen, slik at kabelen eller røret legges over spolen på en pen og organisert måte. Kabel-eller rørtrommelsammenstillingen må rotere spolen for å mate kabelen eller røret til og fra injektoren og borehullet. Kabel- eller rørtrommelsammenstillingen må også stramme kabelen eller røret ved alltid å trekke mot injektoren under normal operasjon. Injektoren må trekke mot strekket for å ta av kabelen eller røret fra kabel- eller rørspolen, og spolen må ha tilstrekkelig trekkraft og hastighet for å følge med injektoren og å opprettholde strekket på kabelen eller røret, ettersom kabelen eller røret dra ut fra borehullet av injektoren. Strekket på kabelen eller røret må alltid opprett-holdes. Strekket må også være tilstrekkelig for å vikle kabelen eller røret riktig på spolen og for å beholde kabelen eller røret viklet på spolen. En kabel- eller rørstrommelsammenstilling utsettes følgelig for betydelige krefter og laster.

Det finnes kabel- eller rørstativ for å motta vanlige og ordinære transportspoler som kan benyttes som "arbeidsspoler". Disse kabel- eller rørtrommelsammenstillingene krever innsetting av en aksel gjennom senter av spolen, og innsetting av et par driv-knotter, montert på en drivplate på stativet, inn i siden av spolen, for å tilveiebringe forbindelsen for drivsystemet. Som en konsekvens av dette har denne typen stativ flere problem. For det første må spolestativet enten være delelig i to halvdeler, slik at stativets sider kan beveges sideveis vekk fra hverandre, eller å ha sider på stativet som er i stand til å svinges utover, for å tillate transportspolen for kabelen eller røret å lastes på stativet. For det andre, spolen må rettes inn forsiktig med drivsystemet på stativet. Spoler viklet med kabel eller rør er veldig store og tunge, hvor vekten kan variere fra 10.000 til 20.000 kg i gjennomsnitt. De er besværlige og vanskelige å manøvrere. Som en konsekvens av dette er det å tilpasse en spole og drivsystemet på en gyngende skip eller i sterk vind en vanskelig oppgave. For det tredje, som tid-ligere nevnt, er ikke standard og vanlige skipsspoler bygget for å håndtere de betydelige lastene som møtes av en typisk arbeidsspole.

Slike kontinuerlige kabler eller rør har med godt resultat blitt benyttet i olje- og gassindustrien for mange år. Utvikling av ny teknologi har utvidet rollen av kveile-rør for anvendelse innenfor komplettering, brønnoverhaling, boring og produksjon. Det store flertallet av anvendelsene og teknologien har fokusert på metalliske kvei-lerør. Selv om bruk av metalliske kveilerør har økt signifikant i de siste tyve år, er det opplevd begrensninger i anledningen med metallrør, blant annet begrensninger i strekkstyrke på grunn av vekt av streng og korrosjonsfølsomhet fra ugjestmilde om-givelser.

Teknologisk utvikling i ikke-metalliske, komposittbaserte kabel- og rørprodukter har fremmet løsninger for mange av begrensningene man har møtt med metalliske kveilerør.

Komposittrør består vanligvis av en kombinert harpiksholding og fibret ytre rør som konsentrisk omslutter et indre plastisk rør, der det indre røret som hovedsakelig tilveiebringer den ønskede styrke og beskyttelsesegenskaper. Når det fremstilles, vil det indre røret vanligvis bli fast integrert til det ytre røret. Når sammenlignet med metallrør av samme størrelse, vil komposittrør tendere å ha lavere vekt, overlegne bruddegenskaper, forbedrede strømningskoeffisienter og økt utmattingsstyrke, mens metallrørene tenderer mot å oppvise mer fordelaktige sammenbrudd-, trykk-, og strekkegenskaper. Komposittrør er derfor, under visse anvendelser, et direkte alter-nativ til metall, mens i andre anvendelser er kompositter en mer foretrukket mulig-het.

Komposittrør er imidlertid stivere enn vanlige metallrør og er derfor også mer vanskelig å håndtere og/eller behandle, lagre og transportere, hvilket gir et behov for en spolesammenstilling som kan understøtte disse typer av kontinuerlige komposittrør.

GB 2.294.674, US 6.527.215 og WO 97/42394 omhandler anordninger for håndte-ring av rør og/eller kabler, der det er kjent spoler med drivinnretninger, støtteorga-ner og fjæraktiverte styringsruller. Det er videre vist at anordningen kan tilknyttes rammer og ulike girarrangement.

Oppfinnelsens formål

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for å håndtere en elastisk fleksibel og sammentrykningsmotstandsdyktig langstrakt element, hvor anordningen holder og understøtter en kontinuerlig komposittkabel eller -rør, for eksempel en komposittstav, komposittforsterket kobberkabel, komposittkveilerør og komposittforsterket fiberoptisk målekabel.

Ytterligere en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en spolesammenstilling som vil forenkle håndteringen eller behandlingen av et slikt stivt og relativt uhåndterlig langstrakt element.

Enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en spolesammenstilling som uten tilpassing kan transporteres med vanlige kjøretøy, containere eller fartøy.

Disse hensikter oppnås med en spolesammenstilling som angitt i det følgende selv-stendige krav, hvor flere utførelser og trekk ved oppfinnelsen vil være åpenbare fra de uselvstendige krav og beskrivelsen nedenfor.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for å håndtere og understøtte et kontinuerlig langstrakt element av en type som benyttes under oljefeltoperasjoner. Dette langstrakte elementet kan for eksempel være et komposittrør, til hvilket komposittrør nedihullsutstyr eller verktøy er festet, hvorved utstyret og/eller verk-tøyet kan kjøres inn og hentes fra en olje- eller gassbrønn. Anordningen omfatter en spolesammenstilling for å understøtte det kontinuerlige komposittrøret som benyttes i serviceoperasjoner som gjøres i et oljefelt, hvor spolesammenstillingen omfatter et transportabelt stativ. En spole for et kontinuerlig komposittrør er understøttet på stativet av et sentralt støtteelement, der støtteelementet er tilbøyelig til å rotere med spolen. En drivenhet vil gjennom en drivkobling overføre rotasjonskraft fra stativet til spolen, for å avvikle eller vikle den kontinuerlige komposittkabelen på spolen.

Foretrukket er drivenheten tilveiebrakt med et girarrangement.

I en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er kabelunderstøttelses-anordninger forbundet til det sentrale støtteelementet. Kabelunderstøttelsesanord-ningene omfatter en eller flere armer, hvor armene gjennom deres ender er forbundet til det sentrale støtteelementet og svanehalsen, respektivt. Svanehalsen kan an-ordnes roterbart rundt armforbindelsen. Svanehalsen kan videre tilveiebringes med et flertall av ruller.

Kabelstøtteanordningene kan være styrbare i den radielle retningen av spolen, idet dette vil medføre at svanehalsen kan utøve et trykk eller last mot det kontinuerlige komposittrøret.

For å være i stand til å kontrollere viklingen og avviklingen av den kontinuerlige komposittkabelen, omfatter spolesammenstillingen også en rørføringsanordning som er montert til det sentrale støtteelementet. Ved å kontrollere rørføringsanord-ningen, kan komposittrøret legges over kabelspolen på en pen og organisert måte.

Idet den kontinuerlige komposittkabelen på grunn av dens stive natur i en viklet til-stand vil forsøke å gjenoppta dens rette posisjon, er et U-formet hus anordnet rundt den ytre omkretsen av spolen. Det U-formede huset kan fremstilles fra tre plater eller lameller som er forbundet til hverandre på en egnet måte. En bakplate vil strekke seg rundt aksen av spolen 1, hvor to flenser er anordnet perpendikulært på bakveggen, derved formende det U-formede huset. U-formen vender foretrukket innover mot det sentrale støtteelementet.

Spolesammenstillingen omfatter også en eller flere svivelkoblinger, hvor disse kob-lingene benyttes for å forbinde det kontinuerlige komposittrøret til en fluidkilde og/eller avløp. Hvordan dette gjøres, vil være åpenbart for en fagmann på området.

Ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan spolesammenstillingen omfatte en be-skyttelsesstruktur, hvor beskyttelsesstrukturen er et bur eller en ramme. Stativet og spolen er da anordnet inne i den beskyttende strukturen. Dette vil lette transporten av spolen, og det vil også beskytte spolen mot ytre påvirkning.

Det beskyttende buret eller rammen kan også være anordnet for å være demonter-bart, hvor stativet da kan være montert til et par av slisker, hvor dette arrangementet vil lette håndteringen og operasjonen av spolesammenstillingen.

For å beskytte det kontinuerlige komposittrøret under føringen av komposittrøret inn i eller ut av en olje- eller gassbrønn, er en beskyttende hylse montert til den beskyttende strukturen, hvor beskyttelseshylsen da strekker seg fra den beskyttende strukturen og over en føringsanordning og til en injektoranordning.

Føringsanordningen kan for eksempel være en svanehals.

Beskyttelseshylsen kan fremstilles fra et komposittmateriale, den kan videre være en hel hylse, eller den kan også være tilveiebrakt med en slisse/spalte som strekker seg over hele lengden av beskyttelseshylsen.

Spolen kan også omfatte en eller flere hydrauliske sylindre, hvor de hydrauliske sy-lindrene benyttes for å forbinde spolen til buret eller rammen. Ved å kontrollere de hydrauliske sylindrenes posisjon, kan spolen beveges relativt til buret eller rammen. Det skal forstås at komposittrøret kan være en komposittstav, komposittforsterket kobberkabel med eller uten "peek isolasjon" (Eng. peek isolation), komposittkveile-rør, komposittforsterket fiberoptisk målekabel etc.

Kort beskrivelse av tegninger

Ved på denne måte å ha beskrevet egenskapene til den foreliggende oppfinnelsen generelt, vil oppfinnelsen nå beskrives videre, kun gjennom ikke-begrensende ek-sempler, under henvisning til de medfølgende tegninger, der: Figur 1 er et perspektivriss av et kveilerør som blir "injisert" (ført inn) i en brønn for å utføre brønnintervensjonsoperasjoner, Figur 2 er et perspektivriss av en spolesammenstilling, omfattende en spole anordnet i et stativ, og Figur 3 er et perspektivriss av spolesammenstillingen, som i større detalj viser spo-lingen av en kontinuerlig kabel.

I den følgende beskrivelsen av en foretrukket utførelse henviser like tallhenvisning-er til like deler.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 viser hovedkomponentene av en spolesammenstilling ifølge den foreliggende oppfinnelsen, hvor sammenstillingen kan befinne seg på en flytende struktur off-shore eller en plattform onshore. En kabelspole 1 inneholdende en kontinuerlig komposittkabel 22 er montert på et stativ 3. Den kontinuerlige komposittkabelen 22 ledes fra kabelspolen 1 og over en radiusregulator 4 og videre mot en injektoranordning 5 som er montert over et brønnhode 6. Radiusregulatoren 4 kan for eksempel være en svanehals eller et hjul. For å beskytte den kontinuerlige komposittkabelen 22, føres den kontinuerlige komposittkabelen 22 gjennom en ytre beskyttelses-hylse 2, hvor den ytre beskyttelseshylsen 2 er montert i stativet 3 og strekker seg fra stativet 3 over radiusregulatoren 4 og inn i injektoranordningen 5. Beskyttelseshylsen 2 vil dermed forhindre at den kontinuerlige komposittkabelen bøyes, den vil videre forhindre spill av fluid og olje etc.

Den ytre fleksible beskyttelseshylsen 2 kan fremstilles som en hel hylse, eller den kan fremstilles med en slisse/spalte som strekker seg over hele lengden av beskyttelseshylsen 2.

Injektoranordningen 5 kan være montert på en opphøyd plattform (ikke vist) over brønnhodet 6, eller den kan også være montert direkte på toppen av brønnhodet 6.

Et drivsystem (ikke vist) i spolesammenstillingen vil sammen med injektoranordningen 5 da være i stand til å drive den kontinuerlige komposittkabelen 22 inn og ut av brønnhull.

Komposittrøret 2 er en komposittkabel, i hvilken et kombinert harpiksholdig og fibret ytre rør omslutter teflonisolerte ledere/fibre.

Det henvises til figur 2, der kabelspolesammenstillingen omfatter en kabelspole 1, på hvilken spole 1 den kontinuerlige komposittkabelen er viklet. Kabelspolen 1 er virksomt montert på stativet 3. Stativet 3 inkluderer ben 7 som støtter en drivenhet 8 og et sentralt støtteelement 9 gjennom hvilket kabelspolen 1 roterer rundt (kan ikke ses). Drivenheten 8 overfører rotasjonskraft til kabelspolen 1. Stativet 3 er montert på et par av slisker 11 slik at den lettere kan transporteres. En demonterbar ramme 12 beskytter kabelspolen 1 og stativet 3 og er montert til sliskene 11. Minst en hydraulisk sylinder 10 forbinder kabelspolen 1 og rammen 12, slik at kabelspolen 1 kan justeres og skråstilles. En svivelforbindelse 13 er anordnet for å forbinde det kontinuerlige komposittrøret 22 til en fluidkilde (ikke vist).

Det sentrale støtteelement 9 (se også figur 3) strekker seg langs aksen av kabelspolen 1.

Det kan ses av figur 3 at det kontinuerlige komposittrøret 22 er viklet på innsiden av kabelspolen 1, idet et U-formet hus 14 er anordnet rundt den ytre omkretsen av kabelspolen 1. Det U-formede huset 14 er forbundet til radielle støtteelementer 20, hvor de radielle støtteelementene på deres motsatte sider er forbundet til det sentrale støtteelement 9. Det U-formede huset 14 er dannet av en bakvegg som strekker seg langs aksen av spolen 1, og to flenser som er anordnet perpendikulært på bakveggen, for derved å forme det U-formede huset. For å holde og å kontrollere det kontinuerlige komposittrøret 22 i posisjon når komposittrøret 22 vikles på eller avvikles, er i det minste tre kabelunderstøttelsesanordninger 15 anordnet på innsiden av kabelspolen 1. Disse kabelunderstøttelsesanordningene 15 omfatter armer 16 som på en side er montert til det sentrale støtteelement 9, og på deres motsatte side er forbundet til en svanehals 17 som er tilveiebrakt med ruller 18. Svanehalsene 17 kan dreies rundt deres forbindelse med armene 16. En rørføringsanordning 19 er videre montert til det sentrale støtteelement 9, for å oppnå en korrekt vikling av den kontinuerlige kabelen 2. Rørføringsanordningen 19 er kontrollerbar, slik at komposittrø-ret 22 legges over kabelspolen 1 på en pen og organisert måte.

Ovenstående beskrivelse henviser til eksempelvise utførelser av oppfinnelsen. Utfø-relsene kan imidlertid modifiseres eller forandres uten å fravike fra omfanget av oppfinnelsen, hvilket omfang er definert og begrenset bare av de vedlagte kravene.

Claims (10)

1. En spolesammenstilling for å understøtte en kontinuerlig kabel (22) av en type som benyttes i serviceoperasjoner ved et oljefelt, hvor spolesammenstillingen omfatter: et transportabelt stativ (3) på hvilket en spole (1) for en kontinuerlig kabel er anordnet, et sentralt støtteelement (9) for å understøtte spolen (1) på stativet (3), hvilket støtteelement (9) omfatter innretninger for kobles til en drivenhet (8),karakterisert vedat spolesammenstillingen videre omfatter kabelunderstøttelsesanordninger (15), en rørføringsanordning (19) og radielle støtteelementer (20) som er forbundet til det sentrale støtteelement (9), hvor et U-formet hus (14) er forbundet til endene av de radielle støtteelementene (20).

2. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat det U-formede hus (14) utgjøres av en bakvegg anordnet rundt aksen av spolen (1) og to på bakveggen perpendikulært anordnede flenser.

3. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat kabelunder-støttelsesanordningen (15) omfatter en svanehals (17).

4. En spolesammenstilling ifølge krav 3,karakterisert vedat svanehalsen (17) er tilveiebrakt med en flerhet av ruller (18).

5. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat en svivelkob-ling er anordnet på innsiden av spolen (1) og koblet til en første ende av den kontinuerlige kabelen (22).

6. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat et demonter-bart rammebur (12) er forbundet med stativet (3).

7. En spolesammenstilling ifølge krav 6,karakterisert vedat et beskyttelses-rør (2) er montert til det demonterbare rammeburet (12), for å føre og beskytte det kontinuerlige komposittrøret (22).

8. En spolesammenstilling ifølge krav 1 og 6,karakterisert vedat i det minste en hydraulisk sylinder (10) forbinder spolen (1) og rammeburet (12).

9. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat U-formen vender innover mot det sentrale støtteelement (9).

10. En spolesammenstilling ifølge krav 1,karakterisert vedat drivenheten (8) er tilveiebrakt med et girarrangement.