NO332617B1

NO332617B1 - Undersjøisk brønnhodeutstyr

Info

Publication number: NO332617B1
Application number: NO20035768A
Authority: NO
Inventors: Marvin B Eichenroht
Original assignee: Dril Quip Inc
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2012-11-19
Also published as: NO20035768L; US20030019631A1; US6598680B2; GB2396176B; WO2003001025A1; GB2396176A; BR0210643B1; BR0210643A; GB0329694D0

Description

Referanser til Provisional Application

Denne søknaden krever rettighetene til Provisional Application Serial No 60/300,889 innlevert den 25. juni 2001 med tittel "Subsea Wellhead Equipment"

(Undersjøisk brønnhodeutstyr, no.)

Bakgrunn for oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen omhandler generelt brønnhodeutstyr inkludert såkalt "horisontalt tre" for anvendelse i boring og komplettering av en undersjøisk brønn.

Sammenlignet med et konvensjonelt ventiltre inkluderer et horisontalt tre en spole forbundet med den øvre enden til brønnhodehuset og har en boring i hvilket en rørhenger kan bli plassert for å henge opp en rørstreng innenfor brønnen. Spolen har åpninger med ventiler for å kontrollere strømningen av hydrokarboner gjennom røret og rør/foringen ringrommet, så vel som å tillate overhaling av brønnen, som ved konvensjonelt verktøy, til tross for pluggene som er installerte demonterbart i boringen dens ovenfor hengeren. Under fjerning av pluggen kan rørhengeren bli fjernet gjennom en sikringsventil mot utblåsning (BOP) anordnet ovenfor spolen, uten å trenge å fjerne treet, for på denne på måten tilveiebringe en betydelig fordel for brønner hvor det er en risiko for å måtte trekke rørene.

I brønnhodeutstyr av denne typen er hydraulisk styringsfluid tilført fra en fjerntliggende kilde til en nedihulls funksjon, slik som den fluidvirkende operatøren for en undersjøisk sikkerhetsventil (SSSV) hvilken er båret av rørstrengen til normalt å opprettholde røret åpent men stenge det som en reaksjon i forhold til nødsituasjoner ved å redusere trykket i det hydrauliske fluidet på operatøren. I slikt utstyr er hydraulisk fluid tilpasset til å bli tilført til operatøren fra en kilde ved overflaten gjennom fluidpassasjer i spolen og hengeren hvilke forseglende flater er tilpasset til å bli innrettet og forseglet med hensyn til en annen fluidforbindelse mellom dem når hengeren er orientert i en plassert posisjon i spoleboringen. Denne typen utstyr har blitt kjent i faget som en "gjennomtrenger", antagelig på grunn av evnen til å gjennomtrenge rørhengeren som fører til SSSVen. Se for eksempel på US patentskrifter nummer 5,465,794, 5,555,935, 5,865,250, 6,119,753, 6,244,348 B1 til ABB Vetco.

I minst ett av disse patentskriftene, inkluderer fluidpassasjen i hengeren en innleggsdel installert i en åpning i hengeren som forbinder den med dens boring og har en normalt stengt tallerkenventil hvilken kan bli åpnet for å tillate det hydrauliske fluidet å bli tilført gjennom en adapter til SSSV operatøren for på denne måten å åpne røret. Tallerkenventilen blir så tillatt å stenge idet SSSV blir opprettholdt åpen. Trykksatt fluid blir spylt ut fra operatøren for å tillate ventilen å stenge i nødtilfeller.

Mer spesifikt, den indre enden til en stamme på hvilken tallerkenventil er montert stikkende opp fra forseglingsflaten til fluidpassasjen i hengeren for å engasjere forseglingsflaten til spolen, for dermed følgelig å bli beveget til den åpne posisjonen idet hengeren bli senket ned til den plasserte posisjonen. Dette tillater fluid fra den fjerntliggende kilden til å strømme til operatøren til SSSV til den åpne posisjonen.

I de tilfeller hvor gjennomtrengere er laget etter slike patenter er forseglingsflaten omkring åpningen til spolen eller forseglingen formet på en kuleoverflate i boringen til spolen hvilken forståelig nok er vanskelig å forme og etterarbeide i tilfelle den skulle bli skadet.

I gjennomtrengeren vist i US patentskrift nummer 5,582,438 til Kvaerner Oil Field Products og andre patenter baserte på dette, er fluidpassasjen i hengeren formet på enden til et røraktig legeme som er mottatt i en bærer hvilken initielt er i en avstand fra boringen til spolen idet hengeren blir senket i boringen i spolen og deretter beveget innover med en kam for å forårsake at den forseglende overflaten ved sin ende engasjerer en forseglende flate innenfor boringen til spolen. Blant andre ting trenger mekanismen med hvilket legeme blir beveget til den foreglende posisjonen et stort antall av bevegelige deler.

I hver av disse tidligere gjennomtrengerne er hengeren og spolen utstyrt med deler for orientering av deres forseglende flater inn til en aksialt aksialt innrettet posisjon. Likevel er det en mulighet at de forseglende flatene på hengeren og spolen ikke er tilstrekkelig aksialt aksialt innrettet når de plasseres, for å for-hindre lekkasje mellom hengeren og spolen.

Fra US4796922 framgår det en hydraulisk konnektor for en subsea brønn-sammenstilling med sfæriske, hydrauliske seter. Hvert sete har samme krum-ningsradius i en vertikal retning som i en horisontal retning. Hvert konnektorelement har et flertall hydrauliske passasjer, idet hver hydrauliske passasje har en port som ender ved det hydrauliske setet. Portene til ett av konnektorelementene er innrettet med portene til et annet konnektorelement.

Det primære målet til denne oppfinnelsen er å skaffe til veie en gjennomtrenger av denne typen, hvilken i sin foretrukne og illustrerte utførelsesform over-vinner en eller flere, fortrinnsvis alle av disse problemene og videre hvilken har andre særlige fordeler i forhold til gjennomtrengere av kjent teknikk.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører brønnhodeutstyr i et horisontalt tre. Brønnhodeutstyret omfatter en spole som har en vertikal boring derigjennom og en langstrakt åpning som har en fluidpassasje derigjennom som er forbundet ved en ende med boringen og som er tilpasset til å bli satt i forbindelse ved dens andre ende med en fjerntliggende kilde av trykksatt fluid. En rørhenger er tilpasset til å bli senket inn i en plassert posisjon (landed position) innenfor boringen til spolen og har en vertikal boring fra hvilken en rørstreng kan være opphengt innenfor et borehull. En langstrakt åpning som har en fluidpassasje deri er forbundet ved en ende til den ytre diameteren til hengeren og ved dens andre ende med en nedhulls funksjon innenfor borehullet som er følsom for fluid, og som er tilpasset for å bli orientert til en rotasjonsmessig posisjon når hengeren blir plassert i boringen til spolen, i hvilket enden til dens fluidpassasje i det minste er omtrentlig innrettet med enden til fluidpassasjen i spolen. Den ene enden av hver fluidpassasje har en flat forseglende flate som kan komme i inngrep med en flat forseglende flate til den ene enden til den andre fluidpassasjen for på denne måten forbinde passasjene for fluidstrømning når de er innrettet, en fluidpassasje som inkluderer en setering på en side på hvilken dens forseglende flate er formet og en kuleflate på dens andre side for begrenset svinging innenfor en kuleflate på den tilstøtende enden til den ene passasjen. Åpninger i seteringen og den tilstøtende delen til den ene fluidpassasjen forbinder hverandre for fluidstrømning til tross for begrenset aksial innretting. Kuleflatene er i forseglende inngrep i omgivelsene i forhold til åpningene for å opprettholde fluidkommunikasjon mellom dem under begrenset svinging.

Ifølge den illustrerte og den foretrukne utførelsesformen til foreliggende oppfinnelse har rørlegemet til innlegget i fluidpassasjen til hengeren en kuleoverflate ved en ende, og en setering som er demonterbart holdt på den indre enden til legemet som er montert på den indre enden til legemet har motsvarende forseglende flater som dreier seg rundt innenfor den kuleflaten i innlegget, idet åpninger gjennom innlegget og seteringen er opprettholdt i fluidkommunikasjon. En setering omslutter den ene enden til åpningen til den kuleformede enden til seteringen for forsegling med hensyn til den kuleformede enden til innleggslegemet for å opprette en forsegling mellom flatene til tross for mindre aksiale innretninger.

Ifølge et annet nytt aspekt ved oppfinnelsen strekker aksene til fluidpassasjene i spolen og hengeren seg med en spiss vinkel med hensyn til hver andre, og den flate forseglingsflaten på dem er plassert innenfor parallelle plan hvilke strekker seg med vertikale vinkler vinkelrett til aksene til passasjene. Mer spesifikt er av forseglingsflatene fjærende presset til en posisjon hvor den blir engasjert av og dermed kamskjøvet innover av den andre forseglingsflaten idet hengeren blir senket fordi denne.

I den illustrerte og den foretrukne utførelsesformen til oppfinnelsen omfatter forseglingsflaten på enden til fluidpassasjen til spolen en belg som strekker seg innenfor spoleåpningen og har dens ytre ende båret av en flens som er demonterbart festet til den ytre siden til spolen. Følgelig er belgen demonterbar fra spoleåpningen for å erstatte eller reparere dens forseglende flater på dens indre ende idet flensen frakoples fra den ytre siden av hengeren.

Som det er illustrert og beskrevet har forseglingsflaten til belgen en forseglende flate hvilken strekker seg fra spoleåpningen inn i en posisjon for å bli i gang-satt og kamskjøvet utover av den forseglende flaten til hengeren. Mer spesifikt har spoleåpningen en innovervendende skulder, og belgen har en utoven/endende skulder for å posisjonere den forseglende flaten for å bli engasjert og kamskjøvet utover idet den forseglende flaten til hengeren glir nedover over den forseglende flaten til belgen.

I tegningene er likelydende bokstaver gjennomgående benyttet for å angi like deler: Figur 1 er halvt vertikalt tverrsnitt på brønnhodesammenstillingen under senking av rørhengeren inn i den plasserte posisjonen innenfor boringen til spolen; Figur 1A er et forstørret detaljsnitt av de delene til den indre enden til belgen og innlegget indikert i 1A i figur 1, idet innlegget kommer i inngrep med belgen for å gli over den forseglende flaten på dens indre ende; Figur 2 er et vertikalt tverrsnitt lignende figur 1, hvor rørhengeren har blitt ytterligere senket til dens plasserte posisjon i hvilken den er i orientert roterings-messig til i det minste i all hovedsak å være innrettet med åpningen i forseglingsflaten til innlegget med åpningen i forseglingsflaten på enden til belgen; Figur 2A er et forstørret detaljtverrsnitt som viser forseglingsinngrepet til de forseglende flatene; Figur 3 er et tverrsnitt av en brønnhodesammenstilling som den er sett langs den stiplede linjen 3-3 til figur 2 med den forseglende flaten på innlegget og belgen i inngrep med hverandre; Figur 3A er et snitt lignende figur 3 men hvor aksen til åpningen til ringsetet er litt ut av innretting med hensyn til åpningen i forseglingsflaten til belgene; Figur 4 er et forstørret snitt av den ytre enden til flensespolen som den er sett langs linjene 4-4 til figur 3A; Figur 5 er et forstørret snitt av belgene på flensen som skal anordnes i spoleåpningen for å danne en fluidpassasje derigjennom; Figur 6 er et forstørret snitt av deler hvilke danner en fluidpassasje i åpningen til rørhengeren.

Nå, med referanse til detaljene ovenfor som de er beskrevet i tegningene, er spolen 10 vist å inkludere en boring 11 inn i hvilken rørhengeren 12 blir ned-senket (figur 1) til den plasserte og rotasjonsmessige orienterte posisjonen til figur 2. Den rotasjonsmessige orienteringen kan oppnås med andre konvensjo-nelle måter, hvilke inkluderer et spor i boringen til spolen i hvilket en bolt på ut-siden av hengeren blir senket under en styring, hvorved fluidpassasjer (skal bli beskrevet) i hengeren og spolen er i det minste nesten aksialt innrettet.

Som det er vist i figur 1 og 2 passer en redusert ytre diameter til den nedre enden til henger innenfor en ventilsammenstillingen 13 hvilken har blitt senket inn i boringen til spolen for forsegling mellom hengeren og spolen under fluidpassasjen når hengeren blir plassert. Når den senkes på denne måten blir hengeren låst ned ved hjelp av en delering 14 som presses utoven/endende med en kile som er demonterbart forbundet til innkjøringsverktøyet til inngrepet med sporene 15 inn i boringene til spolen ovenfor fluidpassasjene.

Som det er vist i figur 1A har spolen en radial åpning 20 derigjennom for å motta tett en belg 21 hvilke ytre ender er forbundet med en stamme 22 på den indre siden til en flens 40 hvilken er demonterbart sikret til en flat ytre flate på ut-siden av hengeren med de midler som skal bli beskrevet i detalj i forbindelse med figur 5. Flensen har en åpning formet deri for å forbinde fluidpassasjen gjennom belgene. En forseglingsring 91 blitt mottatt gjennom sporet 90 omkring stammen for å komme kople inn åpningen i spolen.

Den indre enden til belgen har en skulder 31 som presses til et inngrep med en skulder 32 omkring den indre enden inn i hengeråpningen 20. Mer spesifikt, er skulderen 32 lokalisert slik at den flate forseglingsflaten 33 hvilken omgir en åpning 23 i den indre enden til den sammenpressede belgen strekker seg inn i boringen til spolen i posisjon for å komme i inngrep med forseglingsflaten på den indre enden til en fluidpassasje i hengeren, men ikke desto mindre fri til å beveges bort fra skulderen idet belgen blir sammenpresset under bevegelsen til hengeren til posisjonen i figur 2. Denne monteringen av belgen på spolen gjør det mulig at den fjernes eller blir byttet ut under demontering av flensen, som det vil bli beskrevet, for utbytting eller reparasjon av belgen og forseglingsflaten ved dens indre ende. Som det er beskrevet, gjør en åpning P i flensen det mulig for belgen å bli koplet fra med en fjerntliggende kilde med trykkfluid.

Hengeren har en boring 50 derigjennom fra hvilken en rørstreng 52 er opphengt innenfor brønnhullet og en åpning derigjennom som inkluderer en lateral del 51A som strekker seg mellom den ytre diameteren til hengeren og en vertikal del 51B hvilken blir forbundet med en passasje 53 som fører et trykkfluid som en respons på operatøren til en nedihulls sikkerhetsventil (ikke vist) tilpasset til å åpne og stenge boringen gjennom hengeren. Som godt kjent innenfor fagområdet, og som det er beskrevet tidligere, er operatoren vanligvis av en slik konstruksjon at den åpner boringen for å tillate strømning derigjennom under normale forhold, men til stenger boringen under tap eller reduksjon av trykk i de tilfeller hvor det oppstår et forhåndsbestemt forhold.

Som det er vist i det detaljerte snittet i figur 1A og 2A inkluderer fluidpassasjen i hengeren et rørinnlegg 60 som har et legeme som er anordnet i den laterale grenen til åpningen til hengeren. En tallerkenventil 62 er montert på en stamme 61 hvilken strekker seg gjennom en strømningspassasje 63 i legemet for bevegelse mot og bort fra et sete 64 hvilket vender seg mot den ytre enden til fluidpassasjen i åpningen til hengeren. Til denne hensikten er rørinnlegget anordnet i den laterale grenen til åpningen til hengeren med en bolt 61A som holder dens ytre fasede ende mot en faset flate i åpningen. En fjær 67 presser en skulder 62A på stammen inn i inngrep med setet 64 for å stenge boringen gjennom innleggslegemet og lokalisere enden til denne i en posisjon som projiserer fra enden til innlegget.

En setering 70 på den indre enden til rørinnlegget hvilken har en flat forseglingsflate 71 for å gli over den parallelle flate flaten 33 på den indre enden til belgen idet hengeren blir senket fra posisjonen til figur 1A til posisjonen til figur 2A. Mer spesifikt er en kuleflate 72 på den motsatte enden til seteringen på en kuleflate 67A på enden til innleggslegemet og for dermed fritt til å svinge i et begrenset omfang med hensyn til dette for å legge til rette for et mindre aksialt avvik fra innrettingen til seteringen og belgen som det er illustrert i figur 4. Seteringen har en åpning 80 gjennom hvilken stamme 61 strekker seg, og er demonterbart anordnet på den indre enden til belgen med en delering 83B som blir båret innenfor et spor 83A i kuleflaten på innlegget, hvilket tillater begrenset svingende bevegelser med hensyn til hverandre.

En setering 85 er montert i et spor 85A i den flate forseglingsflaten til seteringen som omslutter åpningen derigjennom for på en forseglende måte komme i inngrep med den forseglende flaten 33 på den indre enden til belgen. En annen setering 86 blir mottatt i et spor 86A i den ytre kuleflaten til seteringen for å engasjere den indre kuleflaten 67A på enden til innlegget under begrenset svinging av seteringen.

Som det er tidligere beskrevet, danner aksene til fluidpassasjen gjennom spolen og fluidpassasjen gjennom innlegget en spiss vinkel med hensyn til hverandre, og den flate forseglingsflaten på de indre endene til belgen og seteringen er parallelle og strekker seg med en spiss vinkel med hensyn til en plan vinkelrett til aksene. Dette gjør det selvsagt mulig at forseglingsflatene til seteringen til å komme i inngrep og deretter gli over den forseglende overflaten til belgen for kamskyve belgen aksialt utover.

Flaten til hengeren i hvilken dens åpning 51A er dannet vinkelrett til aksen til åpningen, og forseglingsflaten på enden til innlegget projiseres fra flaten, slik at når den senkes til posisjonen i figur 1, vil den komme i inngrep med en faset ytre kant til den forseglende flaten 33 til den fullt ut ekspanderte belgen. Siden belgen fritt kan trekke seg sammen idet skulderen 31 beveger seg bort fra skulderen 32 i åpningen til hengeren, fortløpende nedovervendende bevegelse av hengeren til den plasserte posisjonen til figur 2A vil kamskyve belgen utover idet hengeren fort-setter å bevege seg nedover til den plasserte posisjonen (figur 2A). Dette arrange-mentet sikrer et tett forseglende inngrep mellom de parallelle flate forseglingsflatene.

Som det er vist i figur 1A, med tallerkenventilen stengt, strekker enden til stammen på hvilken tallerkenventilen er montert seg gjennom seteringen til innlegget til en posisjon utenfor dens forseglingsflate. Den kan følgelig i denne posisjonen bli tvunget utover for å åpne tallerkenventilen (figur 2A) idet hengeren blir plassert, for på denne måten tillate den utvendige kilden med trykkfluid å passere gjennom linjen 53 for å åpne den undersjøiske ventilen i rørhengeren.

Som det er beskrevet i forbindelse med figur 5 er den ytre enden til belgen montert på enden til stammen til flensen for å plassere belgen nært innenfor den ytre enden til åpningen gjennom spolen. Som det også er vist i forbindelse med figur 5 er flensen demonterbart montert på en flat flate på den ytre siden av hengeren ved hjelp av en rekke tapper og en pakning G som er mottatt i spor omkring flensen i den motsatte flaten til den ytre siden til spolen på hvilken flensen er montert.

Som det er vist i figur 4 og 5 er en bolt 93 mottatt gjennom et hull 93A i flensen 40 for å tillate den indre enden å bli gjenget inn i en sokkel i den flate flaten på den ytre siden av spolen. Sokkelen er plassert slik for å posisjonere den flate forseglingsflaten på den indre enden til belgen i den riktige posisjonen for å bli innkoplet og kamskjøvet med den forseglende overflaten til hengeren som det beskrevet tidligere.

Det skal forstås av de som behersker faget at de forskjellige utførelses-formene som er vist og beskrevet er eksempler og mange andre modifikasjoner kan bli foretatt i utøvelse av oppfinnelsen.

Claims

1. Brønnhodeutstyr i et horisontalt tre, omfattende: en spole (10) som har en vertikal boring (11) derigjennom og en langstrakt åpning (20) som har en fluidpassasje derigjennom som er forbundet ved en ende med boringen (11) og som er tilpasset til å bli satt i forbindelse ved dens andre ende med en fjerntliggende kilde av trykksatt fluid, en rørhenger (12) tilpasset til å bli senket inn i en plassert posisjon (landed position) innenfor boringen (11) til spolen (10) og har en vertikal boring (50) fra hvilken en rørstreng kan være opphengt innenfor et borehull,karakterisert ved: en langstrakt åpning (51 A) som har en fluidpassasje deri forbundet ved en ende til den ytre diameteren til hengeren og ved dens andre ende med en nedihulls funksjon innenfor borehullet som er følsom for fluid, og tilpasset til å bli orientert til en rotasjonsmessig posisjon når hengeren blir plassert i boringen (11) til spolen (10), i hvilket enden til dens fluidpassasje i det minste er omtrentlig innrettet med enden til fluidpassasjen i spolen (10), den ene enden av hver fluidpassasje har en flat forseglende flate (33, 71) som kan komme i inngrep med en flat forseglende flate til den ene enden til den andre fluidpassasjen for på denne måten forbinde passasjene for fluidstrømning når de er innrettet, en fluidpassasje som inkluderer en setering (70) på en side på hvilken dens forseglende flate er formet og en kuleflate (72) på dens andre side for begrenset svinging innenfor en kuleflate på den tilstøtende enden til den ene passasjen; og åpninger i seteringen (70) og den tilstøtende delen til den ene fluidpassasjen hvilken forbinder hverandre for fluidstrømning til tross for begrenset aksial innretting, kuleflatene er i forseglende inngrep i omgivelsene i forhold til åpningene for å opprettholde fluidkommunikasjon mellom dem under begrenset svinging.

2. Brønnhodeutstyr krav 1, hvori, de forseglende (33, 71) flatene opprettholder forseglende inngrep med omgivelsene i forhold til åpningen i seteringen under begrenset svinging.

3. Brønnhodeutstyr ifølge krav 1, hvori de kuleformede flatene holdes i tett inngrep med hverandre ved hjelp av en delering (83A) som er demonterbart montert i et spor i en kuleformet flate for begrenset svingende bevegelse i et spor i den andre kuleformede flaten.

4. Brønnhodeutstyr ifølge et av kravene 1 til 3, hvori fluidpassasjen i hengeren inkluderer et rørinnlegg (60) som har en boring med et sete som vender dens andre ende og en tallerkenventil (62) montert på en stamme (61) hvilken går repeterende frem og tilbake innenfor boringen og er fjær sammenpresset mot setet for å stenge boringen, enden til stammen er i inngrep med den forseglende flaten til passasjen til spolen (10), idet hengeren senkes ned, for å åpne ventilen for på denne måten tillate det trykksatte fluidet til å bli tilført for å virke.

5. Brønnhodeutstyr ifølge krav 4, hvori den kuleformede flaten (69A) er formet på innlegget innenfor fluidpassasjen til hengeren.

6. Brønnhodeutstyr ifølge hvilket som helst av krav 1 til 5, hvor en sikkerhetsventil er installert i røret for å åpne og stenge røret, og nevnte nedihulls funksjon er en operatør for åpning av ventilen idet hengeren senkes inn i den landete posisjonen.

7. Brønnhodeutstyr ifølge krav 1, hvori aksene til fluidpassasjene danner en spiss vinkel med hensyn til hverandre og de flate forseglingsflatene (33, 71) som ligger innenfor parallelle plan vinkelrett i forhold til aksene, og en av forseglingsflatene (33) blir fjærende presset innover mot den andre og er følgelig posisjonert til å komme i inngrep med og så kamskyves utover av den andre forseglingsflaten idet hengeren blir senket til den plasserte posisjonen.

8. Brønnhodeutstyr ifølge krav 7, hvori fluidpassasjen i åpningen til spolen (10) omfatter en belg (21) hvilke blir tett mottatt i åpningen og på enden til hvilken forseglingsflatene blir dannet, og den åpne ytre enden til belgen er festet til en flens (40) som er demonterbart i forbindelse med den ytre siden til spolen (10) for å tillate at belgen og dermed forseglingsflaten blir byttet ut eller reparert, flensen har en åpning deri for å forbinde den ytre åpne enden til belgen med trykk-kilden og utvidelsen av belgen er begrenset for å forlaste den i en posisjon i hvilken dens forseglingsflate blir kamskjøvet utover av den andre forseglingsflaten.

9. Brønnhodeutstyr ifølge krav 7, hvori enden til stammen kan komme i inngrep med den forseglende flaten til spolens (10) passasje, ettersom hengeren senkes, for å åpne ventilen for på denne måten tillate det trykksatte fluidet til å bli tilført for å virke.