NO333064B1 - Bronnplugg med ekspanderende elastomerpakning samt en ekspansjonsring. - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en brønnplugg med en ekspanderbar elastomerpakning (1) med to ender, forløpende rundt en hoveddel (25). Brønnpluggen er til bruk for tetning i borehull og rørledninger (4). Minst én ekspansjonsring (13) tilstøter minst én av elastomerpakningens (1) to ender og minst én støttering (15) påfører en aksialkraft (16) i en lengderetning av brønnpluggen. Minst én av elastomerpakningens (1) to ender er utført med en konisk flate. Den minst ene ekspansjonsringen (13) er utført med en konisk flate utført slik at påføring av aksialkraften (16) i en lengderetning av brønnpluggen fører samtidig til ekspansjon av elastomerpakningen (1) og den minst ene ekspansjonsringen (13).

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en innretning som benyttes til å lage en tetning eller barriere mellom to rør som utført som rør i rør.

En plugg blir brukt i en brønn for å lage en annulær tetning mellom en indre rør del og ett utenfor liggende rør som for eksempel en brønnvegg.

I forbindelse med komplettering av brønner for utvinning av olje og gass inngår det flere deler som har til hensikt å lage passasje for hydrokarboner og gass fra reser-voaret til overflaten. Komplettering av en brønn gjøres på forskjellige måter. To av hovedbestanddelene i kompletteringen er ofte en nedre del som blir hengt av i rør som er festet fra overflaten og en øvre del som lager en tetning mellom røret og nedre del. Nedre del blir oftest sementert fast i brønnen. En av hoveddelene som inngår i øvre del av beskrevet komplettering er plugg som skal lage en tetning/barriere mellom rørdel som henger fra overflaten eller havbunnen og den delen av utstyret som blir sementert i brønnen.

Når man fører en slik type plugg inn i brønnen har den en mindre ytre diameter mål enn det diametermål den skal tette mot. Det betyr at man må presse en elastomerpakning sammen i lengderetning slik at den utvider seg i radiell retning ut til rørveggen den skal tette mot. En elastomerpakning som blir brukt i denne applikasjonen kan være laget av en gummiblanding som tåler høy temperatur og høyt trykk.

Høy temperatur gjør at elastomerpakningen blir mykere og det er essensielt å støtte opp elastomerpakningen i aksiell retning for å hindre at den flyter ut som følge av høyt trykk.

Fra US 2002 020503 fremgår det en høytemperaturs- og høytrykkspakning for tetning av en brønnboring.

Fra US 4,538,685 fremgår det en undergrunns sikkerhetsventil for ringrom og for installasjon mellom indre og ytre konsentriske elementer og for styring av en fluidpassasje i dette, idet sikkerhetsventilen er låst til det ytre elementet når fluidpassasjen er lukket.

Fra US 5492173 fremgår det en plugg eller lås for bruk i forbindelse med rørdeler brukt på et oljefelt samt et system for å drive denne. En opphentbar brønnlås for anvendelse i et undergrunnselement er benyttet i kombinasjon med et verktøy for å sette låsen.

Med foreliggende oppfinnelse har man kommet frem til en løsning hvor det benyttes støtteringer som støtter opp om elastomerpakningen i lengderetning når den er i komprimert og utvidet tilstand. Løsningen er utført ved at støtteringene utvider seg sammen med elastomerpakningen ut til brønnveggen den skal tette mot. Støtteringene er utført på en slik måte at de i utvidet tilstand hindrer elastomerpakningen i å deformeres og ekstrudere ut i spalten som skal tettes som følge av at den blir påført hydraulisk trykk.

Således vedrører oppfinnelsen en brønnplugg med en ekspanderbar elastomerpakning med to ender, forløpende rundt en hoveddel. Brønnpluggen er til bruk for tetning i borehull og rørledninger. Minst én ekspansjonsring tilstøter minst én av elastomerpakningens to ender utført med et splittspor som kan åpne seg og tillate at ringen kan utvide seg i radiell retning. Ved enden av splittsporet er det et brytbart stykke med materiale som holder ekspansjonsringen sammen under montering. Splittsporet er utformet på skrå der hvor splittsporet åpner seg. Minst én styringsring med koniske flater bidrar til ekspansjonen av elastomerpakningen og den minst ene ekspansjonsringen. Minst én ekspansjonsring tilstøter minst én av elastomerpakningens to ender.

Minst én støttering er tilveiebrakt for påføring av en aksialkraft i en lengderetning av brønnpluggen. Minst én av elastomerpakningens to ender er utført med en konisk flate. Den minst ene ekspansjonsring er utført med en konisk flate utført slik at påføring av aksialkraften i en lengderetning av brønnpluggen fører samtidig ekspansjon av elastomerpakningen og den minst ene ekspansjonsring.

Elastomerpakningen kan være er utført av to ringformede ytre elementer og et ringformet midtre element hvor hvert av to ytre elementer kan bli blir ekspandert ved at de ligger mot en skrå fas eller vinkelflate mot det midtre element.

Minst én styringsring med koniske flater kan bidra til ekspansjonen av elastomerpakningen og den minst ene ekspansjonsringen.

Én ekspansjonsring og én støttering kan være plassert i hver ende av elastomerpakningen.

En sperreverkdel med en hylse kan være tilveiebrakt slik at aksial bevegelse hylsen påfører en aksial kraft på støtteringen. Sperreverkdelen omfatter elementer som sperrer hysen mot bevegelse i en retning bort fra støtteringen og tillater bevegelse av hylsen i en retning mot støtteringen.

Sperreverkdelen kan omfatte kiler med sperretenner, en buefjær, et deksel og hoveddelen kan omfatte sperretenner for inngrep med sperretennene i kilene.

En fjærpakke kan holde den minst ene ekspansjonsringen og elastomerpakningen i spenn.

En ankerdel for forankring av brønnpluggen i borehull eller rørledninger omfatter minst ett anker utført med tenner som kan gripe fast i en vegg i borehullet eller rørledningen.

Brønnpluggen kan videre omfatte at en rørdel, en hylse, ankeret, og minst en av fjærpakkene er glidbart forløpende på en hoveddel slik at påføring av aksialkraften på en skulder på rørdelen, samtidig aktiverer ankeret og ekspanderer elastomerpakningen og den minst ene ekspansjonsring.

Elastomerdelen an oppfinnelsen er utført ved tre elementer hvor hver av to ytre deler blir presset ut til brønnveggen den skal tette mot ved at de ligger mot en skrå fas mot et midtre element.

Videre omfatter oppfinnelsen er ekspansjonsring for plassering i enden av en elastomerpakning på en brønnplugg og for å hindre ekstrudering av elastomerpakningen under påføring av aksial last på pakningen. Ekspansjonsringen omfatter et splittspor som kan åpne seg og tillate at ringen utvider seg i radiell retning. Ved hver ende av splittsporet er det et brytbart stykke med materiale som holder ekspansjonsringen sammen under montering. Splittsporet er utformet på skrå der hvor splittsporet åpner seg.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere med henvisning til et utførelseseksempel og med henvisning til figurene hvor: Fig 1. Viser systemoversikt over pakningsverktøyet i ett rør; Fig 2. Viser seksjonskutt over pakningselementet med støtteringer; Fig 3. Viser elastomerpakninger og støtteringer som er ekspandert; Fig 4. Viser seksjonskutt av pakningsverktøyet; Fig 5. Viser en detalj av sperretann funksjon; Fig 6. Viser en detalj av en sikkerhetsanordning som hindrer uønsket komprimering av pakningsdeler; Fig 7. Viser støtteringen fra oversiden; Fig 8. Viser støtteringen i iometrisk visning; Fig 9. Viser støtteringen i ekspandert tilstand fra oversiden;

Fig 10. Viser støtteringen i ekspandert tilstand fra siden; og

Fig 11. Viser en del med fleksible fingre som benyttes i sikkerhetsanordning fra fig. 6. Fig. 1 viser en brønnplugg i henhold til en utførelse av oppfinnelsen, bygget opp av en pakningsdel 1 som blir ekspandert ut mot en rørdel 4 den skal tette mot, en fjærpakke 2 som opprettholder aksialkraft på pakningsdel 1 når pakningsdel 1 er ekspandert, en ankerdel 3 som skal forankre pluggen mot en rørvegg 21 i rør-delen 4, en sperreverkdel (vist på fig. 5) som låser pakningsdel 1 og ankerdel 3 i aksiell retning når pakningsdel 1 og ankerdel 3 blir trykket sammen i aksial retning og dermed ut i radial retning. Alle deler er montert på en hoveddel 25 som har tetningsflate 41 for tetning mot elastomerpakning 1, skjærpinspor 42 og 43 for montering av skjærpinner 35 og 10 vist på fig 1 og sperreverktenner 33 for mot-hold ved låsing i aksialretning ved komprimering av deler. Pluggen blir trykket sammen i aksial retning ved at man påfører kraft på skulder 38 og aksialkraft 8 blir påført mellom skulderen 36 og hoveddelen 25. For å unngå at man trykker sammen pluggen før man lander på tiltenkt skulder 7 har man laget en sikkerhetsanordning vist på fig. 6, hvor man må frigjøre en rørdel 9 som låser ankerdel 3 i forhold til aksial bevegelse mellom flate 38, fingre 40 som vist på fig. 11, og som igjen ligger i ett låsespor 37. Selve rørdel 9 holdes fast av skjærpinner 10 (fig. 1). De enkelte deler som beskrevet ovenfor skal nå forklares nærmere. Pakningsdelen 1 fremgår på fig. 2 og består av tre elastomerelementer, ett midt-element 11 og to ytre elementer 12.1 tillegg består pakningsdelen 1 av to ekspan-sjonsringer 13, to styringsringer 14 og to endestøtteringer 15.

Når man komprimerer pakningsdelen 1 påfører man aksialkraft 16 på støtteringene 15. Ved hjelp av styringsringene 14 blir ekspansjonsringene 13 presset ut i radiell retning langs styringsflate 19. Ekspansjonsringene 13 er utført med ett splittspor 17, vist på fig. 7-10, som gjør at ringene kan utvide seg i radiell retning. Ved den ene enden av splittsporet 17 er det satt igjen et brytbart stykke 18 med litt materiale (fig. 8) som holder ekspansjonsringene 13 sammen under montering og helt til aksialkraft 16 (fig. 2) blir påført. Når ekspansjonsringene 13 blir presset ut i radiell retning via styringsflate 19 på styringsringene 14 ryker det brytbare stykket 18 og ekspansjonsringene 13 blir splittet og danner en splitt 26 (fig. 9) og kan enkelt utvide seg i radiell retning. Splittsporet 17 er utformet på skrå slik at der hvor splitten åpner seg i underkant 27 (fig. 10) holder seg under styringsflaten 19 på styringsringen 14 (fig. 2). Elastomerpakningen 12 blir dermed hindret i å ekspandere gjennom den splittede åpningen 27. Ekspansjonsringen 13 utvider seg radielt slik at støtteringflaten 28 kommer helt i kontakt med rørveggen 21 pluggen skal tette mot. Elastomerelementene 11 og 12 har dermed ingen ekstruderingsmulighet.

De to ytre elastomerelementer 12 vil ved påføring av aksial kraft 16 bli presset ut radielt på grunn av vinkelflaten 22 mellom det midtre elementet 11. Når pakningsdelen 1 er fullt komprimert vil man da få to tetninger 23 fra de ytre elementene 12 mot rørvegg 21, og to tetninger 24 mot hovedrørdel 25 pakningsdel 1 er montert på. I tillegg vil man få en tetning 29 mot rørveggen 21 fra det midtre elementet 11 ved at det bøyer seg opp på midten radielt ut mot rørveggen.

Fra fig. 1 og fig. 4 fremgår det at det på hver side av pakningsdel 1 er en fjærpakke 2 som fungerer som en aksiell kraft akkumulator for pakningsdelen 1. Når man komprimerer en slik pakningsdel 1 ønsker man å opprettholde aksialkraften 16 slik at elastomerpakningen til enhver tid er radielt presset mot rør-veggen 21 den skal tette mot. Blant annet tar fjærpakken 2 opp for aksial bevegelse fra sperretenner 33 som forklart i forbindelse med sperreverkdel vist på fig. 5.

Fra fig. 1 fremgår ankerdel 3. Brønnpluggen er laget slik at den skal forankres og holde aksialkraft 30 (fig. 4). Pluggen er derfor utført med et anker 31 som blir presset ut i radiell retning når man påfører aksialkraft 8 mellom hoveddelen 25 og skulderen 7 og presser sammen (komprimerer) delene. Ankerene 31 er utført med tenner som griper og holder fast i rørveggen 21. For at delene skal beholde sin posisjon på vei inn i brønnen er ankerdel 3 låst fast ved hjelp av skjærskruer 35. Skjærskruene 35 blir avskåret ved påføring av aksialkraft 8 mellom hoveddelen 25 og skulderen 36.

Sperreverkdelen vist på fig. 5. Når plugg delene blir påfør aksialkraft 8 mellom hoveddelen 25 og skulderen 36 og blir komprimert må man ha noe som låser aksialkraften 8 i komprimert tilstand. Brønnpluggen er laget med sperreverkdelen som låser delene i komprimert tilstand. Sperreverkdelene består av kiler 32 med sperretenner 33, buefjær 34 og ett deksel 39. Kilene 32 sine sperretenner 33 går i inngrep i sperretenner i hoveddel 25 (fig. 4). Kilene 32 er utsyrt med en buefjær 34 som skal sikre at kilene 32 går i lås etter hvert som de glir langs sperretennene 33.1 tillegg er vinkelen på sperretennene 33 utført slik at kilene 32 blir presset inn mot hoveddel 25 når de går i lås. Avhengig av størrelsen på sperretennene 33 vil man får aksial tilbakebevegelse når aksialkraft 8 slippes og kilene 32 går i lås. Denne tapte kraften blir tatt opp av fjærpakken 2.

Fra fig. 6 fremgår det en sikkerhetsanordning. På vei inn i en brønn kan man støte på profiler og kanter. For å unngå at disse profiler og kanter tar tak i skulder 36 og komprimerer plugg delene har man i dette laget en sikkerhetsanordning som gjør at man må treffe tiltenkt skulder 7 for å starte komprimeringen av pluggdelene. Delene er låst ved at en rørdel 9 med fleksible fingre 40 er låst i låsespor 37 og en skulder 38 hindrer ankerdel 3 fra å bevege seg. Rørdel 9 er låst fast av skjærpinner 10 vist i fig. 1. For å frigjøre rørdel 9 med fleksible fingre 40 må man påføre kraft direkte på rørdel 9 for kutte skjærpinnene 10.

Fra figur 11, fremkommer rørdelen 9 tydeligere. Røredelen 9 omfatter de fleksible fingrene 40 med et parti som går inn i låsespor 37 (fig. 6). Fingrene 40 strekker seg fra et ringformet parti med skulderen 7.

Claims (9)

1. Brønnplugg med en ekspanderbar elastomerpakning (1) med to ender, for-løpende rundt en hoveddel (25), til bruk for tetning i borehull og rørledninger (4)karakterisert ved: minst én ekspansjonsring (13) tilstøtende minst én av elastomerpakningens (1) to ender utført med et splittspor (17) som kan åpne seg og tillate at ringen (13) kan utvide seg i radiell retning, idet det ved enden av splittsporet (17) er et brytbart stykke (18) med materiale som holder ekspansjonsringen (13) sammen under montering, idet splittsporet (17) er utformet på skrå der hvor splittsporet (17) åpner seg; minst én styringsring (14) med koniske flater som bidrar til ekspansjonen av elastomerpakningen (1) og den minst ene ekspansjonsringen (13); minst én støttering (15) for påføring av en aksialkraft (16) i en lengderetning av brønnpluggen; minst én av elastomerpakningens (1) to ender er utført med en konisk flate; og idet den minst ene ekspansjonsringen (13) er utført med en konisk flate utført slik at påføring av aksialkraften (16) i en lengderetning av brønnpluggen fører til samtidig ekspansjon av elastomerpakningen (1) og den minst ene ekspansjonsringen (13).

2. Brønnplugg i henhold til krav 1, hvori elastomerpakningen (1) er utført av to ringformede ytre elementer (12) og et ringformet midtre element (11) hvor hvert av de to ytre elementer (12) blir ekspandert ved at de ligger mot en skrå fas eller vinkelflate (22) mot det midtre element (11).

3. Brønnplugg i henhold til et av de foregående krav, videre omfattende én ekspansjonsring (13) og én støttering (14) i hver ende av elastomerpakningen (1).

4. Brønnplugg henhold til et av de foregående krav, videre omfattende en sperreverkdel med en hylse slik at aksial bevegelse hylsen påfører en aksial kraft på støtteringen (15), idet sperreverkdelen omfatter elementer som sperrer hysen mot bevegelse i en retning bort fra støtteringen og tillater bevegelse av hylsen i en retning mot støtteringen (15).

5. Brønnplugg i henhold til krav 4, hvori sperreverkdelen omfatter kiler (32) med sperretenner (33), en buefjær (34), et deksel (39), og hvori hoveddelen (25) omfatter sperretenner for inngrep med sperretennene (33) i kilene (32).

6. Brønnplugg i henhold til krav 4 eller 5, videre omfattende en fjærpakke (2) for å holde den minst ene ekspansjonsringen (13) og elastomerpakningen (1) i spenn.

7. Brønnplugg henhold til et av de foregående krav, videre omfattende en ankerdel (3) for forankring av brønnpluggen i borehull eller rørledninger (4) omfattende minst ett anker (31) utført med tenner som kan gripe fast i en vegg (21) i borehullet eller rørledningen (4).

8. Brønnplugg henhold til et av de foregående krav, videre omfattende at en rørdel (9), en hylse (39), ankeret (31), og minst en av fjærpakkene (2) er glidbart forløpende på en hoveddel (25) slik at påføring av aksialkraften på en skulder (7) på rørdelen (9) samtidig aktiverer ankeret og ekspanderer elastomerpakningen (1) og den minst ene ekspansjonsring (13).

9. Ekspansjonsring (13) for plassering i enden av en elastomerpakning på en brønnplugg og for å hindre ekstrudering av en elastomerpakningen under påføring av aksial last på pakningen,karakterisert vedat: ekspansjonsringen (13) omfatter et splittspor (17) som kan åpne seg og tillate at ringen (13) utvider seg i radiell retning, idet det ved hver ende av splittsporet (17) er et brytbart stykke (18) med materiale som holder ekspansjonsringen (13) sammen under montering, og idet splittsporet (17) er utformet på skrå der hvor splittsporet (17) åpner seg.