NO333731B1

NO333731B1 - hanger

Info

Publication number: NO333731B1
Application number: NO20091317A
Authority: NO
Inventors: Kristoffer Braekke
Original assignee: I Tec As
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-09-02
Also published as: US20120061100A1; CA2757115A1; NO20091317L; EP2414626A1; WO2010114389A1; EP2414626A4

Abstract

Rørhenger for plassering i eksisterende foring med en fleksibel ekspansjonstetning (180) og et metallisk gripeelement (190) anbrakt på skråflater slik at de beveges radialt når en ledeskruemutter (130) beveges aksialt i forhold til en indre, hul aksling (150). Ledeskruemutteren (130) beveges aksialt når en ledeskrue roteres i den, og ledeskruen er anbrakt omkring den hule indre akslingen (150).Pipe hangers for placement in existing liners with a flexible expansion seal (180) and a metallic gripping element (190) disposed on inclined surfaces so that they are moved radially as a guide screw nut (130) moves axially relative to an inner, hollow shaft (150). The guide screw nut (130) is axially moved when a guide screw is rotated therein and the guide screw is disposed about the hollow inner shaft (150).

Description

BAKGRUNN BACKGROUND

Teknisk felt Technical field

Denne oppfinnelsen vedrører en rørhenger til bruk i brønnhull. This invention relates to a pipe hanger for use in wellbore.

Beslektet og kjent teknikk Related and prior art

Brønnhull som brukes i produksjon av hydrokarboner er foret med stålrør som er skrudd sammen i endene. Når en seksjon er foret, kan det bores en ny seksjon. Når den nye seksjonen skal fores, føres en sammenskrudd rørstreng ned i brønnhullet. Den nye rørstrengen festes i den eksisterende foringen ved hjelp av en rørhenger. Wells used in the production of hydrocarbons are lined with steel pipes that are screwed together at the ends. Once a section is lined, a new section can be drilled. When the new section is to be lined, a threaded pipe string is led down into the wellbore. The new pipe string is attached to the existing liner using a pipe hanger.

Rørhengeren monteres på toppen av den nye rørstrengen, og vil måtte bære vekten av denne, ofte flere titalls tonn. Det er vanlig å dimensjonere elementene for en vekt på 150 tonn. The pipe hanger is mounted on top of the new pipe string, and will have to bear the weight of this, often tens of tons. It is common to dimension the elements for a weight of 150 tonnes.

En rørhenger med kileankere og ekspansjonstetning er kjent fra f eks A pipe hanger with wedge anchors and expansion seal is known from e.g

US 3 171 490. Rørhengeren har en indre hul aksling utstyrt med midler for opphenging i sin øvre ende og rørgjenger for tilkobling til en rørseksjon i sin nedre ende. Den indre akslingen kan beveges aksialt og rotere i et ytre hus. En ring-formet elastisk ekspansjonstetning på det ytre huset utvides radialt når den trykkes sammen aksialt. Kileankere er anbrakt på kiler med skrå eller koniske flater som beveger gripeelementer radialt når kilene beveges aksialt i forhold til hverandre. Kilene beveges aksialt i forhold til hverandre når en ledeskrue roteres i en ledemutter. Ledeskruen er rotasjonslåst mot den indre akslingen, og ledemutteren er rotasjonslåst mot det ytre huset. Ankerne og ekspansjons-tetningen beveges derved radialt utover når den indre akslingen med rørseksjonen roteres en første retning i det ytre huset. Når ledeskruen og rørseksjonen roteres motsatt vei, beveges ankerne og ekspansjonstetningen radialt innover. US 3 171 490. The pipe hanger has an inner hollow shaft provided with means for suspension at its upper end and pipe threads for connection to a pipe section at its lower end. The inner shaft can be moved axially and rotate in an outer housing. An annular elastic expansion seal on the outer housing expands radially when compressed axially. Wedge anchors are placed on wedges with inclined or conical surfaces which move gripping elements radially when the wedges are moved axially in relation to each other. The wedges are moved axially in relation to each other when a lead screw is rotated in a lead nut. The lead screw is rotationally locked to the inner shaft, and the lead nut is rotationally locked to the outer housing. The anchors and the expansion seal are thereby moved radially outwards when the inner shaft with the tube section is rotated in a first direction in the outer housing. When the lead screw and pipe section are rotated in the opposite direction, the anchors and expansion seal are moved radially inwards.

Når ankerene er ekspandert mot foringveggen, henges forlengelsesrøret av på en skulder. Vekten av forlengingsrøret presser en eller flere kiler nedover, og sikrer derved at ankerne griper godt tak i foringsveggen. When the anchors are expanded against the casing wall, the extension pipe is suspended on a shoulder. The weight of the extension pipe pushes one or more wedges downwards, thereby ensuring that the anchors have a firm grip on the casing wall.

Et problem med denne rørhengeren er at relativ bevegelse mellom en ledeskrue og ledemutter involverer rotasjon av en hel rørseksjon eller et helt forlengingsrør, som kan veie flere titalls tonn, i en ytre hylse når det skal settes. Rørseksjoner kan også forkiles helt eller delvis i dypere brønner der borehullet ikke nødvendigvis er relativt kort og rett. I slike tilfeller vil det være en fordel å være uavhengig av en presis rotasjon av en lang og tung rørseksjon for å sette en pakning og et kileanker. A problem with this pipe hanger is that relative movement between a lead screw and lead nut involves the rotation of an entire pipe section or an entire extension pipe, which can weigh several tens of tons, in an outer sleeve when it is to be set. Pipe sections can also be completely or partially wedged in deeper wells where the borehole is not necessarily relatively short and straight. In such cases, it would be advantageous to be independent of a precise rotation of a long and heavy pipe section to set a gasket and a wedge anchor.

Et annet problem kan oppstå hvis rørseksjonen etter en tid skal fjernes fra brønn-hullet. Normalt skrus rørsegmenter sammen ved hjelp av høyredreide rørgjenger, og rørhengeren settes i foringen med en rotasjon som strammer koblingen mellom rørsegmentene. En rotasjon motsatt vei kan medføre at rørsegmentene skrus fra hverandre. Another problem can arise if the pipe section is to be removed from the well hole after some time. Normally, pipe segments are screwed together using right-hand pipe threads, and the pipe hanger is inserted into the liner with a rotation that tightens the connection between the pipe segments. A rotation in the opposite direction can cause the pipe segments to unscrew from each other.

Oppgaven som søkes løst med oppfinnelsen er å frembringe en rørhenger som kan festes i eksisterende foring for kortere og lenger tid, uten at den nødvendigvis må sementeres. The task sought to be solved with the invention is to produce a pipe hanger that can be fixed in existing lining for shorter and longer periods of time, without it necessarily having to be cemented.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en rørhenger som kan settes uten at hele rørseksjonen som henger fra den må roteres. Another object of the invention is to provide a pipe hanger which can be set without the entire pipe section hanging from it having to be rotated.

Enda et formål med oppfinnelsen er å unngå at det oppstår lekkasje i ringrommet mellom eksisterende og nytt rør ettersom gummien i ekspansjonstetningen blir gammel. Another purpose of the invention is to avoid leakage occurring in the annulus between the existing and new pipe as the rubber in the expansion seal gets old.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELEN SUMMARY OF THE INVENTION

Dette løses i følge oppfinnelsen med en rørhenger for plassering i eksisterende foring, hvilken rørhenger omfatter en hul indre aksling (150) som i en første ende According to the invention, this is solved with a pipe hanger for placement in existing lining, which pipe hanger comprises a hollow inner shaft (150) which at a first end

har spor tilpasset låseklakker (141) for låsing mot en ekstern drivaksling (140) og i en andre ende har rørgjenger for tilkobling av en rørseksjon, hvor den indre akslingen (150) er opplagret koaksialt i et ytre hus omfattende en fleksibel ekspansjonstetning (180) og et radialt bevegbart metallisk gripeelement (190) anbrakt på skråflater tilpasset aksial forskyvning ved hjelp av en ledeskruemutter (130) som er has grooves adapted to locking lugs (141) for locking against an external drive shaft (140) and at a second end has pipe threads for connecting a pipe section, where the inner shaft (150) is supported coaxially in an outer housing comprising a flexible expansion seal (180) and a radially movable metallic gripping element (190) placed on inclined surfaces adapted for axial displacement by means of a lead screw nut (130) which is

aksialt bevegbar i forhold til den indre akslingen (150), og hvor ledeskruemutteren axially movable in relation to the inner shaft (150), and where the lead screw nut

(130) er utstyrt med ledeskruegjenger på en indre overflate, kjennetegnet ved (130) is equipped with lead screw threads on an inner surface, characterized by

at den indre akslingen (150) er rotasjonslåst mot det ytre huset, that the inner shaft (150) is rotationally locked against the outer housing,

at rørhengeren videre omfatter en momentoverføringshylse (110) som er roterbart anbrakt omkring, og aksialt låst i forhold til, den indre akslingen (150), og that the pipe hanger further comprises a torque transmission sleeve (110) which is rotatably placed around, and axially locked in relation to, the inner shaft (150), and

at momentoverføringshylsen (110) har ytre ledeskruegjenger anbrakt i ledeskruemutteren (130) og ytterligere spor tilpasset låseklakker (121) for rotasjonslåsing mot en separat del av den eksterne drivakslingen (140). that the torque transmission sleeve (110) has external lead screw threads placed in the lead screw nut (130) and further grooves adapted to locking lugs (121) for rotational locking against a separate part of the external drive shaft (140).

Når den nye rørseksjonen henges fra den indre akslingen 150 som ikke roterer, er det likevel enkelt å rotere hylsen 110. When the new pipe section is hung from the inner shaft 150 which does not rotate, it is still easy to rotate the sleeve 110.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det følgende med referanse til de vedføyde tegningene, hvor like henvisningstall viser til like elementer, og hvor: Figur 1 er et delvis snitt gjennom en rørhenger i følge oppfinnelsen. The invention is described in more detail below with reference to the attached drawings, where like reference numbers refer to like elements, and where: Figure 1 is a partial section through a pipe hanger according to the invention.

DETALJERT BESKRIVELSE DETAILED DESCRIPTION

Figur 1 er et delvis snitt gjennom en rørhenger i følge oppfinnelsen. Rørhengeren har en indre, hul aksling 150 opplagret i et ytre hus. Akslingen 150 er i sin ene Figure 1 is a partial section through a pipe hanger according to the invention. The pipe hanger has an inner, hollow shaft 150 stored in an outer housing. The axle 150 is in its one

ende, til venstre på figur 1, forbundet med en ledeskrue med utvendige gjenger på en momentoverføringshylse 110. Ledeskruen kan ha vanlige Acme-gjenger, og er satt inn i en ledeskruemutter 130 med tilsvarende innvendige gjenger. Ledeskruen danner en del av rørhengerens ytre hus. Ledeskruen roteres i mutteren 130 ved at en ekstern drivaksel 120 rotasjonslåses med første låseklakker 121 i hylsen 110 mens andre låseklakker 141 rotasjonslåses mot ledeskruemutteren 130. Den eksterne drivakselen roterer låseklakkene 121 i forhold til låseklakkene 141, og dermed ledeskruen på hylsen 110 i forhold til ledeskruemutteren 130. end, on the left in Figure 1, connected to a lead screw with external threads on a torque transfer sleeve 110. The lead screw can have ordinary Acme threads, and is inserted into a lead screw nut 130 with corresponding internal threads. The lead screw forms part of the pipe hanger's outer housing. The lead screw is rotated in the nut 130 by an external drive shaft 120 being rotationally locked with first locking lugs 121 in the sleeve 110 while second locking lugs 141 are rotationally locked against the lead screw nut 130. The external drive shaft rotates the locking lugs 121 in relation to the locking lugs 141, and thus the lead screw on the sleeve 110 in relation to the lead screw nut 130.

Ledeskruemutteren 130 er aksialt glidbart anbrakt omkring den indre akslingen 150. Når ledeskruen roteres i ledeskruemutteren 130, vil dermed mutteren 130 beveges langs akslingen. Når rørhengeren settes, roteres drivakselen slik at ledeskruemutteren 130 beveges nedover i forhold til den indre hule akslingen 150, dvs mot høyre i fig 1. The lead screw nut 130 is axially slidably arranged around the inner shaft 150. When the lead screw is rotated in the lead screw nut 130, the nut 130 will thus be moved along the shaft. When the pipe hanger is set, the drive shaft is rotated so that the lead screw nut 130 is moved downwards in relation to the inner hollow shaft 150, i.e. to the right in fig 1.

Ledeskruemutteren 130 vil derved skyve på resten av det ytre skallet, som regnet fra ledeskruemutteren er i rekkefølge, tallerkenfjærer 160, ekspanderbar pakning 180, tallerkenfjærer 170 og en ankerdel med ankere 190. The lead screw nut 130 will thereby push on the rest of the outer shell, which, counted from the lead screw nut, is in order, disc springs 160, expandable gasket 180, disc springs 170 and an anchor part with anchors 190.

Ankrene 190 er lagret på skråflater som trekkes sammen ved den aksiale forkyv-ningen. Ankrene 190 vil dermed forskyves radialt utover, og være de første elementene som treffer brønnveggen. Når ledeskruen roteres videre, vil pakningen 180 ekspanderes radialt inntil den treffer foringsveggen og tetter ringrommet mellom akslingen 150 og den eksisterende foringen (ikke vist). The anchors 190 are stored on inclined surfaces which are pulled together by the axial displacement. The anchors 190 will thus be displaced radially outwards, and will be the first elements to hit the well wall. When the lead screw is rotated further, the gasket 180 will expand radially until it hits the casing wall and seals the annulus between the shaft 150 and the existing casing (not shown).

Når pakningen 180, som konvensjonelt lages av en gummiblanding, har stått i brønnen en tid, vil den ventelig endre karakter og tette dårligere. Hensikten med tallerkenfjærene 160 og 170 er å forspenne pakningen 180, slik at den fortsetter å tette etter at dette inntreffer. Tallerkenfjærene kan f eks forspennes med en kraft på ca 200kN. Avhengig av gummiblanding og forholdene i brønnen kan en vente at kraften fra (de mindre sammentrykte) tallerkenfjærene er halvert etter en tid, men pakningen vil fortsatt tette. Hvis pakningen ikke var presset sammen av tallerkenfjærene, ville man forventet en lekkasje på dette tidspunktet. When the gasket 180, which is conventionally made from a rubber mixture, has been in the well for some time, it will predictably change its character and seal less well. The purpose of the disc springs 160 and 170 is to bias the gasket 180 so that it continues to seal after this occurs. The disc springs can, for example, be pre-tensioned with a force of approx. 200kN. Depending on the rubber mixture and the conditions in the well, you can expect that the force from the (less compressed) disc springs will be halved after a while, but the gasket will still seal. If the gasket was not compressed by the disc springs, a leak would be expected at this point.

Den indre, hule akslingen 150 er i sin ene ende forbundet med den eksterne drivakslingen gjennom utfreste spor og låseklakker 141.1 sin andre ende er akslingen 150 fortrinnsvis utstyrt med rørgjenger. Derved kan rørhengeren skrus fast øverst på en ny rørseksjon før hele sammenstillingen senkes ned i brønnen. Akslingen 150 blir derved en del av den nye rørseksjonen. The inner, hollow shaft 150 is connected at one end to the external drive shaft through milled grooves and locking lugs 141. At the other end, the shaft 150 is preferably equipped with pipe threads. Thereby, the pipe hanger can be screwed onto the top of a new pipe section before the entire assembly is lowered into the well. The shaft 150 thereby becomes part of the new pipe section.

Når hengeren skal settes fast nederst eller ytterst på den eksisterende foringen, vil dermed hele vekten av en rørstreng, muligens i størrelsesorden hundrevis av tonn, henge fra klakkene 141 og akslingen 150, mens hylsen 110 med ledeskruen roteres omkring akslingen 150. Det er således ikke nødvendig å rotere en masse på mange titalls tonn for å sette rørhengeren. When the hanger is to be fixed at the bottom or at the end of the existing liner, the entire weight of a pipe string, possibly in the order of hundreds of tons, will thus hang from the lugs 141 and the shaft 150, while the sleeve 110 with the lead screw is rotated around the shaft 150. It is thus not necessary to rotate a mass of many tens of tons to set the pipe hanger.

Når ankrene 190 har godt feste, og pakningen 180 tetter, henger den nye rørsek-sjonen fra akslingen 150, og vekten er tatt av klakkene 141. Når den eksterne drivakselen skal fjernes, kan delen 140 brukes til å hekte av låseklakkene på ulike måter. When the anchors 190 have a good fit, and the gasket 180 seals, the new pipe section hangs from the shaft 150, and the weight is taken by the lugs 141. When the external drive shaft is to be removed, the part 140 can be used to hook off the locking lugs in various ways.

Låseklakkene 121 påføres ingen vesentlig aksial last i beskrivelsen over. Så lenge de tilbyr nødvendig rotasjonslåsing, er det ingenting i veien for at de kan trekkes aksialt ut av hylsen 110 når rørhengeren er festet i den eksisterende foringen. The locking lugs 121 are not subjected to any significant axial load in the description above. As long as they offer the necessary rotational locking, there is nothing to prevent them being pulled axially out of the sleeve 110 when the pipe hanger is fixed in the existing liner.

Når drivakselen er trukket tilbake og den nye rørseksjonen henger fra rørhenge-ren, kan den nye rørseksjonen valgfritt sementeres fast i formasjonen, penetreres og/eller på annen måte behandles som andre stålrør i brønnen. When the drive shaft is retracted and the new pipe section hangs from the pipe hanger, the new pipe section can optionally be cemented firmly in the formation, penetrated and/or otherwise treated like other steel pipes in the well.

Claims

1. Pipe hanger for placement in existing lining, which pipe hanger comprises a hollow inner shaft (150) which at a first end has a groove adapted to locking lugs (141) for locking against an external drive shaft (140) and at a second end has pipe threads for connecting a pipe section, where the inner shaft (150) is supported coaxially in an outer housing comprising a flexible expansion seal (180) and a radially movable metallic gripping element (190) placed on inclined surfaces adapted to axial displacement by means of a lead screw nut (130) which is axially movable relative to the inner shaft (150), and where the lead screw nut (130) is provided with lead screw threads on an inner surface, characterized by that the inner shaft (150) is rotationally locked against the outer housing, that the pipe hanger further comprises a torque transmission sleeve (110) which is rotatably placed around, and axially locked in relation to, the inner shaft (150), and that the torque transmission sleeve (110) has external lead screw threads placed in the lead screw nut (130) and further grooves adapted to locking lugs (121) for rotational locking against a separate part of the external drive shaft (140).

2. Pipe hanger according to claim 1, where the flexible expansion seal (180) is biased by spring elements (160, 170).