NO334172B1

NO334172B1 - Plugg, og fremgangsmåter for setting og frigjøring av pluggen

Info

Publication number: NO334172B1
Application number: NO20110908A
Authority: NO
Inventors: Tor Eivind Hansen; Klimas Krysztof
Original assignee: Archer Oil Tools As
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2013-12-30
Also published as: US20140209321A1; BR112013033256A2; EP2723973A2; WO2012176173A2; CA2840163A1; EP2723973B1; AU2012274911A1; NO20110908A1; WO2012176173A3

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en plugg samt fremgangsmåter for setting og frigjøring av pluggen i en brønn, for eksempel en hydrokarbonbrønn, slik som angitt i det selvstendige anordningskravet og i de selvstendige fremgangsmåtekravene.

Bakgrunn/ prior art

Det er vanlig å stenge av brønnhullet, enten midlertidig eller permanent, ved bruk av plugger. Bakgrunnen for dette kan være at man for eksempel ønsker å utføre tester eller vedlikehold i brønnen. Pluggene blir vanligvis kjørt ned i brønnen ved bruk av et kjøreverktøy. Når pluggen har nådd ønsket dybde i brønnen, blir den festet til det omkringliggende foringsrøret eller borehullsveggen med forankringselementer. Deretter blir brønnhullet tettet, ofte ved bruk av pakninger som tetter området mellom røret eller pluggen og borehullsveggen. Bropluggen, som vist i US 6220348 Bl, og hele kjøreverktøyet, må trekkes ut av brønnen dersom en skal utføre en annen operasjon i brønnen, noe som medfører mye ekstra tid og kostnad.

Andre kjente løsninger omfatter US 6131663 A, US 5143015 A, US 5058673 A og US 5950733 A.

Det er en ulempe ved kjente plugger til bruk i brønner at pluggene krever vedlikehold mellom hver operasjon.

Det er vanlig å sette og frigjøre plugger ved rotasjon, men det kan være vanskelig å få til en kontrollert rotasjon på store brønndybder. Det er flere potensielle feilkilder som gjør settingen og frigjøringen usikker. En slik feilkilde kan være en venstre (mot klokka) rotasjon som kan ende opp i at utstyr, slik som borerør eller plugger, skrus fra hverandre.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å løse noen av ulempene ved kjent teknikk. Hensikten oppnås ved en plugg og dens fremgangsmåter for setting og frigjøring ifølge de selvstendige patentkravene, der utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene. Settingen og frigjøringen skjer hovedsakelig ved aksiell bevegelse av røret. Med dette menes at en opp-ned bevegelse som påføres pluggen, blir overført til en rotasjonsbevegelse som påfører pluggen et moment som den ønsker å frigi ved et låsesystem. Et annet formål er å tilveiebringe en plugg som kan benyttes til flere operasjoner i en brønn med lite krav til vedlikehold av pluggen mellom de forskjellige operasjonene.

I foreliggende oppfinnelse, ifølge det selvstendige patentkrav 1, er det definert en plugg for en hydrokarbonbrønn, hvor pluggen kan holdes fast relativt et foringsrør/borehull, og hvor pluggen videre omfatter: en slipaktuator for setting og frigjøring av slips, et låseelement i kontakt med slipaktuatoren, og ett eller flere elastiske pakningselementer som er tilrettelagt for å tette mot foringsrøret/borehullsveggen, og hvor låseelementet omfatter et flertall deler med innvendige gjenger som utgjør en omslutning rundt gjenger på et rør, og hvor det på låseelementets radielle utside er anordnet elastiske elementer, og at låseelementet ved setting av pluggen er egnet til å gli over rørets gjenger for bevegelse av slipaktuatoren og setting av slipsene, og at låseelementet kommer i inngrep med en låsehylse for å forhindre rotasjon av låseelementet,

mens ved frigjøring av pluggen frigjøres låsehylsen fra låseelementet, låseelementet roterer av rørets gjenger og slipsene frigjøres.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for setting av pluggen i en brønn, hvor settingen aktiveres av en aksiell bevegelse av røret, og hvor bevegelsen videre bevirker at en styrehylse påfører en kraft mot låseelementet som, ved sine gjenger med høy stigning mot røret, vil gli over gjengene og utøve en kraft på slipaktuatoren som presser ut slipsene til fast inngrep mot foringsrøret/ borehullsveggen. Med gjenger med høy stigning er her ment gjenger som vil rotere av et korresponderende gjengeparti kun ved få omdreininger.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for frigjøring av pluggen hvor en aksiell bevegelse av røret aktiverer frigjøringen av låsehylsen fra låseelementet, slik at låseelementet er fritt til å rotere av gjengene på røret og slipsene frigjøres. Aksiell bevegelse kan være en bevegelse opp eller ned, eller en kombinasjon av disse.

Settingen eller frigjøringen av pluggen bør ikke skje uønsket. Opp- og nedbevegelser av fartøyet, som følge av hivbevegelser i sjøen, kan utilsiktet starte settingen. For å unngå uønsket setting og frigjøring kan det i tilknytning til pluggen være anordnet en første og andre hydraulisk timer for henholdsvis setting og frigjøring. Timerene, den ene for setting og den andre for frigjøring, sørger for at settingen eller frigjøringen først starter dersom trykket fra overflaten virker over en gitt tidsperiode. Timerene består hver av to hydrauliske væskekamre, hvor væske fra det ene kammeret starter å strømme over til det andre kammeret som resultat av trykk som er satt på røret fra overflaten. Dersom ikke trykket er satt lenge nok, som eksempelvis ved bølgebevegelse, vil ikke all væsken strømme mellom kamrene, og settingen eller frigjøringen vil ikke påbegynnes. Når all væske har strømmet mellom kamrene, vil settingen eller frigjøringen starte.

På røret kan det være anordnet i det minste en fastmontert tapp som er bevegbar i en utsparing i en styrehylse på pluggen. Utsparingen i styrehylsen kan være heliksformet. Dette gjør det mulig for operatøren til enhver tid å vite hvor i settingen eller frigjøringen pluggen er ved at tappelementet følger de aksielle bevegelsene til røret, opp-ned-opp, etter hvert som røret skyves nedover i brønnen eller trekkes oppover. En aksiell bevegelse av røret, og dermed av tappen i utsparingen, vil medføre at den aksielle bevegelsen overføres til en rotasjonsbevegelse av styrehylsen avhengig av formen på utsparingen.

En holdedel med radielt virkende elementer kan holde pluggen i det vesentlige fast til foringsrøret/ borehullsveggen under settingen. Under settingen, men ikke nødvendigvis under frigjøringen, vil holdedelen være i endekontakt med en styrehylse, og et låseelement vil være i endekontakt med den andre enden av styrehylsen.

Ifølge oppfinnelsen medfører settingen at et låseelement med låsespor, som ved setting av pluggen er anordnet slik at låseelementet ved en aksiell bevegelse av røret kan gli over korresponderende gjenger på røret, går til inngrep med korresponderende låsetapper på låsehylsen og forhindres fra å skrus av gjengene. Låsehylsen holdes fast i rotasjonsretningen, men er bevegbar i aksiell retning relativt røret. Utformingen av låsesporene på låseelementet og låsetappene på låsehylsen kan være hvilken som helst form som er egnet for å forhindre rotasjon. Ved fastlåsingen, og før låseelementet låses i låsehylsen, vil den aksielle bevegelsen til røret sette slips, og pluggen forankres til foringsrøret/ borehullsveggen. Elastiske pakningselementer anordnet på pluggen tetter mot foringsrøret/bore hulls veggen ved komprimering. I tilknytning til de komprimerbare elastiske pakningselementene er det anordnet en eller flere motholdselementer som er faste relativt røret. Motholdselementene følger bevegelsen til røret og en videre bevegelse av røret vil, etter at slipsene er satt, bevirke at de elastiske pakningselementene komprimeres mellom slipsene og motholdselementene.

Ved frigjøring av pluggen kjøres røret med kjøreverktøy ned til pluggen. En timer styrer aktiveringen av frigjøringen. Etter aktiveringen av timeren, beveges røret en gitt lengde. Denne bevegelsen medfører at slipsene frigjøres og forankringen mot foringsrøret/borehullsveggen vil bli frigjort, og inngrepet mellom låsesporene på låseelementet og låsetappene på låsehylsen separeres. Ved frigjøring av slipsene fjernes holdekraften fra slipsene mot de elastiske pakningselementene. De elastiske pakningselementene vil derfor ikke lenger holdes komprimert, men er frie til å ekspandere i aksiell retning. Den aksielle kraften fra de elastiske pakningselementene vil virke på låseelementet slik at låseelementet roterer av gjengene på røret.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Én utførelse av oppfinnelsen vil nå beskrives med referanse til de vedføyde tegningene, hvor: Figur 1 viser en plugg tilkoplet et kjøreverktøy og et rør når settingen starter,

Figur 2 viser settingen ifølge figur 1 med slipsene ute,

Figur 3 viser begynnelsen på frigjøring av pluggen,

Figur 4 viser frigjøringen av pluggen,

Figur 5 viser et låseelement på utsiden av et rør, og en låsehylse,

Figur 6A viser en tapp anordnet på et rør, hvor tappen er i en første posisjon, bevegbar i en utsparing på en styrehylse, Figur 6B viser tappen i en andre posisjon, hvor røret er trukket mot overflaten, Figur 6C viser tappens posisjon i utsparingen idet setteprosessen starter og røret er skjøvet nedover,

Figur 6D viser tappen i sin endeposisjon når setteprosessen er gjennomført,

Figur 7 viser timerfunksjonen til foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse

Det er først referert til figur 1-4 som viser en plugg 1 tilkoplet et kjøreverktøy 13 og et rør 15. Den nedre del av pluggen er vist til høyre på figuren. Det indre røret til pluggen 1, kjøreverktøyet 13 og røret 15 er i det etterfølgende omtalt som rør 15.1 pluggens 1 nedre ende er det anordnet en holdedel 10 med radielt virkende elementer 12 for å holde pluggen fast relativt foringsrøret/ borehullsveggen, se figur 2. Videre er det vist en første 2 og en andre 42 hydraulisk timer som styrer aktiveringen av settingen og frigjøringen av pluggen 1. Videre er det på rørets 15 nedre ende anordnet en tapp 3. En styrehylse 4, som er en del av pluggen 1, har en utsparing 16 som tappen 3 kan beveges i. I endekontakt med styrehylsen 4 er det anordnet et roterbart låseelement 5, bestående av et flertall deler, med innvendige gjenger 17 med høy stigning som kan gå i inngrep med korresponderende gjenger 18 med høy stigning på rørets 15 radielle utside, best vist på figur 5. Videre er det på låseelementets 5 radielle utside elastiske elementer 6 som danner en omslutning rundt delene som utgjør låseelementet 5.

Låseelementet 5 har i sitt ene endeparti anordnet låsespor 11 som kan gå i inngrep med korresponderende låsetapper 19 i en låsehylse 7. Låsehylsen 7 er fast i rotasjonsretning men bevegbar i aksiell retning, se figur 5. Låsesporene 11 på låseelementet 5 er dannet av radielt innovervendte tapper. De korresponderende låsetappene 19 på låsehylsen 7 består av aksielt utstikkende tapper, som låses i låsesporene 11 på låseelementet 5. På låsehylsens 7 radielle utside er det en slipaktuator 8, som kan komme i kontakt med låseelementet 5, se figur 1 og figur 2. Slipaktuatoren 8 har i det minste ett konisk endeparti som er innrettet for å skyve ut slips 9 til inngrep med foringsrøret/ borehullsveggen for å fastgjøre pluggen 1 i brønnen.

I pluggens 1 øvre ende er det anordnet elastiske pakninger 20 som tetter mellom røret 15 eller pluggen 15 og foringsrøret/ borehullsveggen. I tilknytning til de elastiske pakningselementene 20 er det anordnet motholdselementer 41 på oversiden som er faste relativt røret 15 og følger rørets 15 bevegelse.

Setting

Figur 6A-6D viser steg for steg tappens 3 posisjon i utsparingen 16 under setteprosessen til pluggen 1.

Ved nedkjøringen av røret 15 er tappen 3 i posisjonen vist på figur 6A. Når pluggen er ved ønsket dybde i brønnen, stoppes nedkjøringen av røret 15 med det tilkoplede kjøre verktøy et 13 og pluggen 1, og setteprosessen starter. Røret 15 trekkes litt tilbake, og tappen 3 følger utsparingen 16 til neste posisjon i styrehylsen 4 (figur 6B), noe som medfører at styrehylsen 15 vil rotere som et resultat av tappens 3 bevegelse i utsparingen 16. Deretter settes det på et trykk fra overflaten over en forhåndsbestemt tidsperiode mens røret 15 kjøres nedover. Tappen 3 vil da følge røret 15 og komme i posisjonen vist på figur 6C, hvor setteprosessen starter. Deretter skyves røret 15 videre nedover, til tappen 3 når den vertikale endeposisjonen i utsparingen 16 (figur 6D).

Tidsintervallet for hvor lenge det skal påføres et trykk på røret 15 bestemmes på forhånd, og er gitt av hvor lang tid det skal ta før all væske i den hydrauliske timeren 2 har migrert fra det første kammeret til det andre kammeret, se figur 7. En slik tidsperiode er eksempelvis satt til minst 20 sekunder for at den aksielle bevegelsen av røret 15 ikke skal forveksles med naturlige hivbevegelser på fartøyet grunnet sjøgang. Den første 2 og andre 42 hydrauliske timeren kan derfor ses på som en demper for settingen og frigjøringen, henholdsvis, da den filtrerer ut de naturlige hivbevegelsene til plattformen, og kun aktiverer settingen og frigjøringen av pluggen når trykket på røret 15 har virket i det minste så lenge som den forhåndsbestemte tidsperioden.

Når all væske har strømmet over fra det ene kammeret til det andre kammeret i den første hydrauliske timeren 2, starter settingen av pluggen 1. En holdedel 10 med radielt virkende elementer 12 på pluggen 1 holder i hovedsak pluggen 1 fast til foringsrøret/ borehullsveggen, se figur 1-4. Røret 15 beveges nedover og tappen 3 følger det vertikale sporet på figur 6C og 6D i utsparingen 16 på styrehylsen 4, mens de radielt virkende elementene 12 på holdedelen 10 holder pluggen 1 fast relativt foringsrøret/ borehullsveggen. Styrehylsen 4, hvor tappen 3 følger utsparingen 16, er i anlegg mot den til foringsrøret/ borehullsveggen fastgjorte holdedelen 10, og vil utøve en kraft mot den første enden av det ovenforliggende låseelementet 5, se figur 2. Låseelementet 5, som består av et flertall deler med innvendige gjenger 17 med høy stigning, har elastiske elementer 6 på utsiden som muliggjør at låseelementet 5 kan gli over rørets 15 korresponderende gjenger 18 med høy stigning, se figur 5. De elastiske elementene 6 på utsiden av låseelementet 5, har kun til hensikt å holde de flertall delene som utgjør låseelementet 5 sammen, og utgjør ingen stor kraft på låseelementet 5 i radiell retning mot røret 15. Dette gjør at låseelementets innvendige gjenger 17, ved setting av pluggen 1, glir over gjengene 18 til røret 15, uten at de skrus på. Låseelementet 5 er i sin andre ende i anlegg med en slipaktuator 8 som ligger på den radielle utsiden til låsehylsen 7. En oppoverrettet bevegelse av låseelementet 5 vil utøve en oppoverrettet kraft på den ene enden av slipaktuatoren 8. Slipaktuatoren 8 kan være konisk i sin andre ende og en oppoverrettet aksiell bevegelse av slipaktuatoren 8 vil presse ut slipsene 9 til inngrep med foringsrøret/ borehullsveggen, se figur 2. Samtidig vil, som best kan ses på figur 5, når låseelementets 5 innvendige gjenger 17 dekker i det vesentlige over rørets gjenger 18, låsespor 11 på låseelementet 5 gå til inngrep med korresponderende låsetapper 19 på låsehylsen 7 og sørge for at låseelementet 5 holdes fastlåst i rotasjonsretningen. Låsehylsen 7 er fastgjort til røret 15 i rotasjonsretningen og rotasjonskrefter fra låseelementet 5 vil bli låst i låsehylsen 7. Låseelementet 5 er nå fastgjort til låsehylsen 7, slipsene 9 er i kontakt med foringsrøret/ borehullsveggen, og pluggen 1 er fastgjort i brønnen. Tappen 3 i utsparingen 16 er nå i den vertikale endeposisjonen, som vist på figur 6D. Etter at slipsene 9 er satt og tappen 3 har nådd den vertikale endeposisjonen, settes det på nytt et trykk fra overflaten på røret 15 slik at de elastiske pakningselementene 20 komprimeres mellom de fastgjorte slipsene 9 fra nedsiden og motholdselementene 41 på oversiden. På denne måten tettes brønnboringen mellom røret 15 eller pluggen 1 og foringsrøret/borehullsveggen av de elastiske pakningselementene 20. Røret 15 med det tilkoplede kjøre verktøy et 13 kan frigjøres fra pluggen 1, og pluggen 1 kan forlates i brønnen.

Frigjøring

Når pluggen skal frigjøres fra foringsrøret/ borehullsveggen kjøres røret 15 med tilhørende kjøreverktøy 13 nedover til inngrep med pluggen 1, se figur 3. Deretter settes det på et trykk fra overflaten over en gitt tidsperiode slik at den andre hydrauliske timeren 42 aktiverer frigjøringen. Når kjøreverktøyet 13 er festet til pluggen 1, og den andre hydrauliske timeren 42 har aktivert frigjøringen, trekkes røret 15 oppover. De korresponderende låsesporene 11 og låsetappene 19 mellom låseelementet 5 og låsehylsen 7 vil separeres fra hverandre. Nå vil ikke låseelementet 5 lenger utøve noen oppoverrettet kraft på slipaktuatoren 8. Slipsene 9 vil derfor frigjøres fra foringsrøret/ borehullsveggen. Når slipsene 9 ikke lenger er satt, vil ikke de elastiske pakningselementene 20 lenger bli utsatt for noen kraft nedenfra fra slipsene 9, men kun ovenfra fra motholdselementene 41. De elastiske pakningselementene 20 vil derfor ekspanderes, og virke som en fjær mot låseelementet 5 og presse på låseelementet 5 i aksiell retning slik at låseelementet 5 roterer av gjengene 18 på røret 15. Videre vil de radielt virkende elementene 12 på holdeelementet 10 frigjøres fra foringsrøret/ borehullsveggen og pluggen 1 er fri til å fjernes fra brønnen, se figur 4.

Oppfinnelsen er nå forklart med én utførelse. En fagperson vil forstå at det kan gjøres endringer og modifikasjoner til den beskrevne utførelsen, som er innenfor rammen av oppfinnelsen som definert i de vedføyde kravene.

Claims

1. Plugg (1) for en hydrokarbonbrønn, hvor pluggen (1) kan holdes fast relativt et foringsrør/borehullsvegg og er konfigurert for setting og frigjøring ved aksiell bevegelse, og hvor pluggen (1) videre omfatter: en slipaktuator (8) for setting og frigjøring av slips (9), et låseelement (5) i kontakt med slipaktuatoren (8), og ett eller flere elastiske paknings elementer (20) som er tilrettelagt for å tette mot foringsrøret/borehullsveggen,karakterisert vedat låseelementet (5) omfatter et flertall deler med innvendige gjenger (17) som utgjør en omslutning rundt gjenger (18) på et rør (15), og hvor det på låseelementets (5) radielle utside er anordnet elastiske elementer (6), og at låseelementet (5) ved setting av pluggen (1) er egnet til å gli over rørets gjenger (18) for bevegelse av slipaktuatoren (8) og setting av slipsene (9), og at låsespor (11) på låseelementet (5) kommer i inngrep med korresponderende låsetapper (19) på en låsehylse (7) for å forhindre rotasjon av låseelementet (5), mens ved frigjøring av pluggen (1) frigjøres låsetappene (19) på låsehylsen (7) fra de korresponderende låsesporene (11) på låseelementet (5), låseelementet (5) roterer av rørets gjenger (18) og slipsene (9) frigjøres.

2. Plugg (1) ifølge krav 1,karakterisert vedat pluggen (1) holdes fast til foringsrøret/borehullsveggen med en holdedel (10) med radielt virkende elementer (12).

3. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-2,karakterisert vedat settingen og frigjøringen av pluggen (1) styres av aksiell bevegelse av røret (15).

4. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-3,karakterisert vedat holdedelen (10) er i endekontakt med en styrehylse (4) og at låseelementet (5) er i endekontakt med den andre enden av styrehylsen (4).

5. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-4,karakterisert vedat det er anordnet en tapp (3) på røret (15) som følger rørets (15) bevegelse, hvor tappen (3) er bevegbar i en utsparing (16) i styrehylsen (4).

6. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-5,karakterisert vedat aktiveringen av settingen av pluggen (1) styres av en første timer (2) som aktiveres ved et bestemt trykk på røret (15) over en gitt tidsperiode.

7. Plugg (1) ifølge krav 6,karakterisert vedat den minst ene timeren (2) er hydraulisk, og at trykket som virker på timeren (2) styrer overføringen av hydraulisk væske fra et første kammer til et annet kammer i timeren (2), og hvor settingen starter når all hydraulisk væske er overført mellom kamrene.

8. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-5,karakterisert vedat aktiveringen av frigjøringen av pluggen (1) styres av en andre timer (42) som aktiveres ved et bestemt trykk på røret (15) over en gitt tidsperiode.

9. Plugg (1) ifølge krav 6,karakterisert vedat den minst ene timeren (42) er hydraulisk, og at trykket som virker på timeren (42) styrer overføringen av hydraulisk væske fra et første kammer til et annet kammer i timeren (42), og hvor frigjøringen starter når all hydraulisk væske er overført mellom kamrene.

10. Plugg (1) ifølge et av kravene 1-9, hvor de elastiske pakningselementene (20) komprimeres ved setting av slipsene (9), og ved frigjøringen ekspanderer de elastiske pakningselementene (20) aksielt, i det denne aksielle ekspansjonsbevegelsen roterer låseelementet (5) av rørets gjenger (18).

11. Fremgangsmåte for setting av pluggen (1) ifølge et av kravene 1-10, hvor settingen aktiveres av en aksiell bevegelse av røret (15),karakterisert vedat bevegelsen videre bevirker at en styrehylse (4) påfører en kraft mot låseelementet (5) som, ved sine gjenger (17) med høy stigning mot røret (15), vil gli over gjengene (18) og utøve en kraft på slipaktuatoren (8) som presser ut slipsene (8) til fast inngrep mot foringsrøret/borehullsveggen.

12. Fremgangsmåte for frigjøring av pluggen (1) ifølge krav 1-10,karakterisertved at en aksiell bevegelse av røret (15) aktiverer frigjøringen av låsehylsen (7) fra låseelementet (5), slik at låseelementet (5) er fritt til å rotere av gjengene (18) på røret (15) og slipsene (9) frigjøres.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisert vedat låseelementet (5) roterer av gjengene (18) på røret (15) ved at elastiske pakningselementer (20) på pluggen (1) ekspanderer aksielt og virker på låseelementet (5).