NO332958B2 - Plugganordning - Google Patents

Description

PLUGGANORDNING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en plugganordning. Nærmer bestemt dreier det seg om en plugganordning til bruk ved midlertidig tetting av et fluidløp i et rør, hvor plugganordningen innbefatter et plugglegeme anordnet avtettende i fluidløpet.

Ved klargjøring av for eksempel brønner til utvinning av olje og gass fra jordskorpen, settes en såkalt kompletteringsstreng. Kompletteringsstrengen innbefatter en midlertidig brønnbarriere som er innrettet til å kunne motstå trykket fra brønnen inntil en hydraulisk operert produksjonspakning er satt og funksjonstestet.

Etterat produksjonspakningen er funnet i orden, fjernes den midlertidige brønnbarrie-re.

Det er ønskelig at produksjonsrørstrengen er fri for innsnevringer etter at den midlertidige brønnbarriere er fjernet.

Det er kjent en såkalt glasspakning som ved hjelp av et eksplosiv, hvor detonasjonen styres fra overflaten av brønnen, blir sprengt i biter når glasspakningen skal fjernes. Bruddstykkene eller bitene blir deretter produsert ut av brønnen.

Erfaringer viser at det enkelte ganger oppstår problemer med å detonere eksplosivet. Glasspakningen kan ved slike hendelser knuses ved hjelp av for eksempel et legeme som føres inn i brønnen fra overflaten. Den knuste pakningen blir deretter produsert ut av brønnen.

Selv om en slik knusingsoperasjon normalt ikke vil påvirke brønnens produksjon, vil brønnen inneholde et udetonert eksplosiv som det ikke er mulig å ha kontroll over. Slike eksplosiver er relativt kraftige og vil kunne representere en betydelig sikkerhetsrisiko for installasjonen som er tilknyttet brønnen.

Bruk av eksplosiver representerer også en sikkerhetsrisiko i forbindelse med klargjø-

ring av plugganordningen, typisk på land, og i forbindelse med frakt til brønnen.

Fra publikasjonen NO 20081735 er det kjent en plugg for tetting av et fluidløp. Pluggen har likhetstrekk med plugganordningen i henhold til ingressen til krav 1 i dette dokument.

Fra publikasjonen WO 2007/108701 Al er det kjent en plugg for midlertidig tetting av et fluidløp i en brønn. Pluggen er en glassplugg bestående av to glasslag, hvor det er et væskefylt hulrom mellom glasslagene. Trykket i hulrommet er innrettet til å kunne reduseres og de to glasslag beveges mot hverandre inntil de sprekker og pluggen øde-legges.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

I dette dokument viser posisjonsangivelser som for eksempel "øvre", "nedre", "opp-strøms" og "nedstrøms" til posisjoner som er vist på figurene og som vil være naturlig i brukssituasjonen.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en plugganordning til bruk ved midlertidig tetting av et fluidløp i et rør, hvor plugganordningen innbefatter et plugglegeme anordnet avtettende i fluidløpet, og hvor plugganordningen videre omfatter et stempelarrangement som er innrettet til å kunne tilveiebringe en trykkøkning i et aktiveringsfluid som er ledet inn til plugglegemet via minst én kanal, idet stempelarrangementet er integrert i plugganordningen på en slik måte at stempelarrangementet utgjør et parti av fluidløpets innvendige mantelparti. Det særegne ved plugganordningen er at stempelarrangementet innbefatter et første stempel som ved hjelp av en stempelstang står i forbindelse med et andre stempel.

Stempelarrangementet kan utgjøres av flere enn to stempler som står i seriell forbindelse med hverandre ved hjelp av en stempelstang som forbinder et stempel med et etterfølgende stempel.

Røret kan for eksempel være et brønn rør som benyttes i forbindelse med petroleums-utvinning.

Stempelarrangementet kan være anordnet mellom et drivfluid og plugglegemet, idet drivfluidet er innrettet til å kunne drive stempelarrangementet fra en første posisjon

og til en andre posisjon.

I en foretrukket utførelse er aktiveringsfluidet ved et første trykk når stempelarrangementet befinner seg i den første posisjon og ved et andre, høyere trykk når stempel-arrangementets befinner seg i den andre posisjon, og hvor plugglegemet er innrettet til å desintegrere ved et desintegreringstrykk som er likt eller mindre enn det andre trykk. Med begrepet å desintegrere menes i dette dokument at plugglegemet blir til-strekkelig deformert til at det vil kunne produseres ut gjennom brønnrøret, for eksempel ved at plugglegemet knuses eller spaltes i to eller flere mindre biter.

Det første stempel kan være forsynt med en ytre stempelflate som er eksponert overfor drivfluidet, og en indre stempelflate som er eksponert overfor et første fluid som befinner seg i et første fluidkammer, og hvor det andre stempel er eksponert overfor aktiveringsfluidet som befinner seg i et andre fluidkammer. I én utførelse er det første fluidkammer et ringrom som er avgrenset av et parti av stempelarrangementet og et mantelparti av plugganordningen.

Det er en fordel om det første fluid er mer kompressibelt enn aktiveringsfluidet. Dette har den effekt at fluidet i det første fluidkammer yter relativt liten motstand ved bevegelse av det første stemplet slik at mest mulig av kraften fra drivfluidet overføres til aktiveringsfluidet som befinner seg i det andre fluidkammer. Ved en slik utførelse vil det første fluidkammer oppvise en vandringsvei for det første stempel.

Det første fluid er fortrinnsvis en gass og aktiveringsfluidet er fortrinnsvis en væske.

Det første fluidkammer kan for eksempel romme luft med atmosfærisk trykk.

Det andre fluidkammer kan for eksempel romme olje.

Fluidtrykket i det andre fluidkammer er initielt typisk i størrelsesorden 1-500 bar, helst 1-250 bar. Høyere fluidtrykk i det andre fluidkammer vil i enkelte tilfeller også kunne være nødvendig.

Arealet til det første stempels stempelflate som er eksponert overfor drivfluidet, er fortrinnvis større enn arealet til det første stempels undre stempelflate som er eksponert mot det første fluidkammer. Dette har den effekt at det trykk som overføres til fluidet i det første fluidkammer blir relativt større enn trykket til drivfluidet fordi trykket er omvendt proporsjonalt med arealet til stempelflaten.

Av samme årsak er det en fordel om arealet til det første stempels stempelflate som er eksponert mot drivfluidet, er større enn arealet til det parti av det andre stempel

som er eksponert mot det andre fluidkammer som rommer aktiveringsfluidet.

Det skal forstås at i det tilfellet stempelarrangementet omfatter flere enn to stempler, vil hvert stempel være eksponert overfor korresponderende fluidkammer som forklart ovenfor. For å kunne oppnå trykkøkning fra ett stempel og til et annet, etterfølgende stempel, må stempelarealet til det ene stemplet være større enn stempelarealet til det etterfølgende stemplet som forklart over.

I en foretrukket utførelse utgjøres plugglegemet av et hult legeme framstilt av et sprøtt materiale. Et sprøtt materiale lar seg letter desintegrer i to eller flere biter enn et seigt materiale.

I én utførelse er det hule legemet fylt med aktiveringsfluidet. Når trykket i aktiveringsfluidet økes, vil plugglegemets innvendige trykk øke inntil plugglegemet desintegreres.

Det er en fordel om i det minste partier av det fluidfylte plugglegemet er forsynt med en i brønnrørets lengderetning konveks, ytre overflate. Plugglegemet vil ved en slik utforming bedre kunne motstå utvendige krefter enn innvendige krefter.

Ovennevnte kombinasjon av et gassfylt første fluidkammer, et væskefylt andre fluidkammer og forskjellene mellom arealet av stemplene gir en svært god virkning med hensyn til å desintegrere plugglegemet.

I en alternativ utførelse kan aktiveringsfluidet øve et så stort utvendig trykk på plugglegemet at dette desintegreres enten av fluidet i seg selv eller ved at et legeme ved hjelp av aktiveringsfluidet skyves mot plugglegemet slik at dette desintegreres. Forsøk har vist at best desintegreringseffekt oppnås ved å la nevnte legeme skyves med stor hastighet eller støtes mot plugglegemet.

Det sprøe materialet er fortrinnsvis ett av eller en kombinasjon av et keramisk materiale eller et glassmateriale som begge vil kunne knuse i to eller flere biter, eller et komposittmateriale av den art som vil kunne knuse i to eller flere biter. For eksempel, men ikke begrenset til, kan komposittmaterialet utgjøres av et materiale fremstilt av karbon, av plast eller av bakelitt.

Plugganordningen kan være forsynt med et bristeelement som er innrettet til å fastholde stempelarrangementet mot bevegelse inntil drivfluidet overstiger et forhåndsbestemt trykk hvorved bristeelementet brister. Bristeelementet kan for eksempel, men ikke begrenset til, være en skjærring eller en hylse som er forsynt med et på forhånd svekket parti som utgjør en såkalt bruddanvisning, eller bristeelementet kan utgjøres av såkalte skjærpinner som kan fastholde stempelarrangementet mot bevegelse. Et eksempel på en bruddanvisning i en skjærring er indikert med stiplede linjer i figur 1. Formålet med et bristeelement er å kunne øke trykket mot stempelarrangementet mens dette holdes tilbake samtidig som trykket øker inntil bristeelementet brister og stempelarrangementet settes i hurtig, nedadgående bevegelse. En slik hurtig bevegelse vil bevirke et betydelig trykkstøt av aktiveringsfluidet mot plugglegemet.

Det beskrives også en framgangsmåte ved fjerning av et plugglegeme som er anbrakt i en plugganordning og som er anordnet avtettende i et fluidløp i et rør, hvor framgangsmåten innbefatter trinnene: å forsyne plugganordningen med et bristeelement som innledningsvis er innrettet til å fastholde et stempelarrangement mot bevegelse; - å utsette stempelarrangementet for en trykkøkning ved å trykksette et drivfluid som befinner seg på en i forhold til en fluidstrøm som plugglegemet tetter mot, nedstrøms side; - å la trykkøkningen fortsette inntil bristeelementet brister og stempelarrangementet beveges fra en første posisjon og til en andre posisjon for derigjennom å frembringe en økning av fluidtrykket til et aktiveringsfluid som står i fluidforbindelse med et parti av plugglegemet; og - å la drivfluidtrykket fortsette å øke inntil plugglegemet desintegrerer, og deretter avslutte trykksettingen nedstrøms plugganordningen.

Framgangsmåten kan videre omfatte å produsere det desintegrerte plugglegemet ut av brønnen.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et oppriss i snitt av en plugganordning ifølge den foreliggende oppfinnelse før et tilført drivtrykk har delt et bristeelement i form av en skjærring som fastholder et stempelarrangement til plugganordningen;

og

Fig. 2 viser plugganordningen i fig. 1 etter at drivtrykket har delt skjærringen slik at stempelarrangementet er forskjøvet nedover i plugganordningen og dermed har frembrakt et aktiveringstrykk som har desintegrert et plugglegeme i plugganordningen.

På figurene angir henvisningstallet 1 en plugganordning i henhold til den foreliggende oppfinnelse hvor plugganordningen 1 i sin lengderetning er avgrenset av et øvre overgangsstykke 3 og et nedre overgangsstykke 5. Hvert av overgangsstykkene 3, 5 er forbundet med et brønnrør 7 ved hjelp av gjengeforbindelser. Selv om det ikke er vist på figurene, vil en fagmann forstå at også det nedre overgangstykket i sitt nedre parti er forbundet med et brønnrør.

Overgangsstykkene 3, 5 er forbundet til i og for seg kjente forbindelsesstykker (tre vist) generelt angitt med henvisningstallet 9, 9', 9", slik at plugganordningen 1 innbefatter et tog av sammenskrudde overgangsstykker 3, 5 og forbindelsesstykker 9, 9', 9" som er fagmessig tilpasset for å kunne anordnes på dedikerte steder i plugganordningen 1.

Overgangsstykkene 3, 5 og forbindelsesstykkene 9, 9', 9" utgjør til sammen plugganordningens 1 ytre hus eller kapsling. I den viste utførelse, som også er en foretrukket utførelse, har plugganordningen 1 en utvendig diameter som tilsvarer brønnrørets 7 utvendige diameter oppstrøms og nedstrøms plugganordningen 1.

Et produksjonsløp 11 som strekker seg gjennom plugganordningen 1 koaksialt med plugganordningens 1 senterakse, er anbrakt i fluidkommunikasjon med brønnrørets produksjonsløp 11' som befinner seg oppstrøms og nedstrøms (ikke vist) plugganordningen 1.

Plugganordningen 1 omfatter videre et stempelarrangement 20 som innbefatter et første ringstempel 22 og et andre ringstempel 24. Det første ringstemplet 22 er forbundet med det andre ringstemplet 24 ved hjelp av en første stempelstang 26 som rager ut fra det første ringstemplet 22 og som er gjengeforbundet med et leppeparti 28 til det andre ringstemplet 24. Det skal forstås at stempelarrangementet 20 kan omfatte flere enn de viste to ringstempler 22, 24, hvor stemplene er anordnet i serie etter samme prinsipp som er forklart i dette dokument og vist i figurene.

På grunn av forbindelsen mellom ringstemplene 22, 24 vil en bevegelse av det første ringstemplet 22 bevirke en tilsvarende bevegelse av det andre ringstemplet 24.

Bevegelsen av det første ringstemplet 22 og det andre ringstemplet 24 er avgrenset av et første fluidkammer 30, henholdsvis et andre fluidkammer 32. Det første fluidkammer 30 vil i det etterfølgende også bli omtalt som ringrom 30.

Det andre fluidkammer 32 er ved hjelp av en fluidledning 34 i fluidkommunikasjon med det indre av et plugglegeme 36.

I figur 1 er stempelarrangementet 22, 24, 26 fastholdt i en utgangsposisjon ved hjelp av et bristelegeme som i den viste utførelse er en skjærring 40. Skjærringen 40 er festet til det første ringstemplet 22 og låser dette, og dermed hele stempelarrangementet 22, 24, 26, til det øvre overgangsstykket 3. I utgangsposisjonen innehar ringrommet 30 og det andre fluidkammeret 32 et maksimalt volum med fluid og et tilhø-rende minimalt fluidtrykk.

Det skal forstås at fluidkamrene 30, 32 er sikret mot lekkasje ved hjelp av i og for seg kjente pakninger. Pakningene er vist på figurene, men ikke nærmere angitt med hen-visningstall.

Når et fluid som befinner seg for eksempel i brønnrøret 7 over plugganordningens 1 plugglegeme 36 på i og for seg kjent vis utsettes for en trykkøkning, vil det økte trykket innledningsvis opptas av skjærringen 40 som fastholder stempelarrangementet 20 mot bevegelse. Dette skjer ved at fluidet som trykksettes vil strømme ut gjennom åpninger 42 i skjærringens 40 mantel og utøve en trykkraft på en stempelflate 22' til det første ringstempel 22.

Nevnte fluid blir i det etterfølgende også kalt drivfluid.

Etter hvert som fluidtrykket øker, vil det til slutt utøve en trykkraft mot stempelflaten 22', og dermed mot skjærringen 40, som overstiger skjærringens 40 bruddstyrke. På det tidspunkt dette inntreffer, vil skjærringen 40 deles i to og stempelarrangementet 20 vil settes i nedoverrettet bevegelse.

Det første fluidkammer eller ringrommet 30 inneholder et kompressibelt fluid. Forsøk har vist at ringrommet 30 med fordel kan inneholde luft med atmosfærisk trykk. Det skal imidlertid forstås at det første fluidkammer 30 alternativt kan fylles med andre gasser og med et annet trykk en atmosfærisk trykk, også trykk som er mindre enn atmosfærisk trykk slik at ringrommet 30 er i undertrykk. En av fordelene med å bruke luft med atmosfærisk trykk er at det forenkler fremstillingsprosessen av plugganordningen samtidig som den blir sikrere.

Lufta i ringrommet 30 yter relativt liten motstand mot den kraft som overføres via en indre stempelflate 30' ved bevegelse av det første ringstemplet 22, idet lufta relativt lett vil kunne komprimeres av drivfluidet som virker mot stempelflaten 22'.

I én utførelse (ikke vist) er det øvre overgangsstykket 3 forsynt med én eller flere bo-ringer som strekker seg mellom det første fluidkammer 30 og til overgangsstykkets 3 utside. Formålet med boringen(e) er å kunne evakuere fluidet i det første fluidkamme ret 30 når dette komprimeres som følge av det første ringstemplets 32 nedoverrettede bevegelse.

Bevegelsen til det første ringstemplet 22 vil overføres via stempelstangen 26 til det andre ringstemplet 24 og den nedoverrettede bevegelsen av ringstemplene 22, 24 vil fortsette så lenge resultantkraften fra drivfluidet sammen med bevegelsesenergien fra stempelarrangementet 20 og den avbrutte skjærringen 40 overstiger motkreftene fra fluidene som befinner seg i det første fluidkammer 30 og det andre fluidkammer 32.

Idet det andre ringstemplet 24 beveges nedover (i retning mot plugglegemet 36), vil et inkompressibelt fluid, som for eksempel olje, i det andre fluidkammer 32 presses ut av dette og strømme via fluidledningen 34 og inn i plugglegemet 36. Etter hvert som det inkompressible fluidet strømmer inn i plugglegemet 36, vil fluidtrykket i dette øke. Ved et forutbestemt trykk vil plugglegemet 36 desintegreres og åpne for fluidgjen-nomstrømning i produksjonløpet 11, 11'.

Etter at plugglegemet 36 er desintegrert, som vist i figur 2, er fluidet i det andre fluidkammer 32 drenert ut i produksjonsfluidet som strømmer i produksjonsløpet 11, 11'.

Drivfluidet som forårsaket at skjærringen 40 ble delt, vil inntil fluidstrømning i produk-sjonsløpet 11, 11' oppstår, fylle et volum eller kammer 33 i overkant av stempelarrangementet 20.

På grunn av at stempelarrangementet 20 har gjennomgått en nedoverrettet bevegelse, vil et ringrom 33' dannes i overkant av det andre stempel 24.

For å kunne produsere det desintegrerte plugglegemet 36 ut av brønnen, er det en fordel om plugglegemet 36 desintegrerer i flere bruddstykker. Det er derfor en fordel om plugglegemet 36 er fremstilt av et sprøtt materiale som for eksempel, men ikke begrenset til, et i og for seg kjent keramisk materiale eller et glassmateriale.

For å kunne motstå trykket fra brønnfluidet i brønn røret 11 oppstrøms plugglegemet 36, oppviser plugglegemet 36 en konveks overflate mot nevnte brønnfluid. Tilsvarende vil en konkav utforming mot plugglegemets 36 innvendige fluid underlette desintegre-ring av plugglegemet 36 når det innvendige fluid utøver en spenning mot plugglegemets 36 innvendige mantelflate.

Ut fra beskrivelsen over, vil en fagmann forstå at skjærringen 40 må være innrettet til å deles ved en kraft som er mindre enn den kraft som plugglegemet 36 er innrettet til å kunne motstå slik at skjærringen 40 deles før plugglegemet 36 brister. Plugglegemet 36 i plugganordningen 1 ifølge oppfinnelsen vil således på en kontrollert og sikker måte kunne desintegreres uten bruk av eksplosiver eller objekter som føres inn i brønnen.

Det skal imidlertid forstås at plugglegemet ifølge den foreliggende oppfinnelse også vil kunne desintegreres ved hjelp av i og for seg kjente midler som slippes eller føres inn i fluidløpet 11. Slike kjente midler kan for eksempel være en kule, en stang eller en såkalt "prong".

Det desintegrerte plugglegemet kan deretter produseres ut av brønnen.

Claims (15)

1. Plugganordning (1) til bruk ved midlertidig tetting av et fluidløp (11, 11') i et rør (7), hvor plugganordningen (1) innbefatter et plugglegeme (36) anordnet avtettende i fluidløpet (11), og hvor plugganordningen (1) videre omfatter et stempelarrangement (20) som er innrettet til å kunne tilveiebringe en trykkøkning i et aktiveringsfluid som er ledet inn til plugglegemet (36) via minst én kanal (34), hvor stempelarrangementet (20) er integrert i plugganordningen (1) på en slik måte at stempelarrangementet (20) utgjør et parti av fluidløpets (11) innvendige mantelparti,karakterisert vedat stempelarrangementet (20) innbefatter et første stempel (22) som ved hjelp av en stempelstang (26) står i forbindelse med et andre stempel (24).

2. Plugganordning (1) i henhold til krav 1, hvor stempelarrangementet (20) er anordnet mellom et drivfluid og plugglegemet (36), idet drivfluidet er innrettet til å kunne drive stempelarrangementet (20) fra en første posisjon og til en andre posisjon.

3. Plugganordning (1) i henhold til krav 1 og 2, hvor aktiveringsfluidet er ved et første trykk når stempelarrangementet (20) befinner seg i den første posisjon og ved et andre, høyere trykk når stempelarrangementet (20) befinner seg i den andre posisjon, og hvor plugglegemet (36) er innrettet til å desintegrere ved et desintegreringstrykk som er likt eller mindre enn det andre trykk.

4. Plugganordning i henhold til krav 1, hvor det første stempel (22) er forsynt med en ytre stempelflate (22') som er eksponert overfor drivfluidet, og en indre stempelflate (30') som er eksponert overfor et første fluid som befinner seg i et første kammer (30), og hvor det andre stempel (24) er eksponert overfor aktiveringsfluidet som befinner seg i et andre fluidkammer (32).

5. Plugganordning i henhold til krav 4, hvor det første fluid er mer kompressibelt enn aktiveringsfluidet.

6. Plugganordning i henhold til krav 5, hvor det første fluid er en gass og aktiveringsfluidet er en væske.

7. Plugganordning i henhold til krav 5 eller 6, hvor det første fluidkammer (30) rommer luft med atmosfærisk trykk.

8. Plugganordning i henhold til krav 5 eller 6, hvor fluidtrykket i det andre fluidkammer (32) initielt er i størrelsesorden 1-500 bar, helst 1-250 bar.

9. Plugganordning i henhold til krav 4, hvor arealet til det første stempels (22) stempelflate (22') som er eksponert mot drivfluidet, er større enn arealet til det første stempels (22) undre stempelflate (30') som er eksponert mot det første fluidkammer (30).

10. Plugganordning i henhold til krav 4 eller 9, hvor arealet til det første stempels (22) stempelflate (22') som er eksponert mot drivfluidet, er større enn arealet til det parti av det andre stempel (24) som er eksponert mot det andre fluidkammer (32) som rommer aktiveringsfluidet.

11. Plugganordning i henhold til krav 1, hvor plugglegemet (36) utgjøres av et hult legeme framstilt av et sprøtt materiale.

12. Plugganordning i henhold til krav 11, hvor det hule plugglegemet (36) er fluidfylt.

13. Plugganordning i henhold til krav 11, hvor det sprøe materialet er ett av eller en kombinasjon av et keramisk materiale, et glassmateriale eller et komposittmateriale.

14. Plugganordning i henhold til krav 1, hvor i det minste partier av plugglegemet (36) er forsynt med en i fluidløpets (11) lengderetning konveks ytre overflate.

15. Plugganordning i henhold til krav 2, hvor et bristeelement (40) er innrettet til å fastholde stempelarrangementet (20) mot bevegelse inntil drivfluidet overstiger et forhåndsbestemt trykk, idet drivfluidet som kan sette stempelarrangementet i bevegelse er fluidet i fluidløpet (11) nedstrøms plugglegemet (36).